DE4126588A1 - Schaltungsanordnung zum ausloesen einer schaltfunktion bei einem elektrisch gesteuerten leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Installation von Leitungen zur Stromversorgung von Beleuchtungseinrichtungen sind nicht nur die jewei­ ligen Lampen mit dem Netz zu verbinden, sondern es sind auch Betätigungselemente, die das Aus- und Einschalten oder Dimmen der Lampen ermöglicht, in die Verdrahtung einzubeziehen. Während zur Verbindung der Lampen mit dem Netz zwingend Starkstromleitungen erforderlich sind, stehen für die Verbindung der Lampen mit den zugehörigen Betätigungselementen im wesentlichen zwei unterschied­ liche Verdrahtungsarten zur Verfügung. Entweder wird unmittelbar eine der beiden Netzleitungen über einen handbetätigten Schalter geführt, so daß der Schalter den Netzkreis unterbricht, oder als Schalter dient ein im Netzkreis liegendes Relais, das von einem Auslösekreis aus mit einer Kleinspannung gesteuert wird, so daß das im Auslösekreis liegende Betätigungselement mit dem Netzkreis nicht in Berührung kommt.

Das Fehlen einer Netzspannung im Bereich des Betäti­ gungselementes ist ein erheblicher Vorteil, weil die von der Netzspannung ausgehenden Gefahren bei Berührung grundsätzlich vermieden werden und die im Auslösekreis verwendeten Bauteile, insbesondere das Betätigungsele­ ment und die Verbindungsleitungen, keinen hohen Isolationsanforderungen genügen müssen.

Nachteilig ist allerdings, daß handelsübliche Dimmer grundsätzlich für Netzbetrieb ausgelegt sind, sie also nur dort eingesetzt werden können, wo Netzleitungen zur Verfügung stehen. Das gilt nicht nur für Dimmer, deren Dimmverhalten mit Hilfe eines Drehknopfes einstellbar ist, sondern auch für sogenannte Tipp-Dimmer, die mit einem Taster versehen sind, mit dessen Hilfe es möglich ist, durch wiederholtes Betätigen der Taste oder einer zeitabhängigen Betätigung der Taste eine elektronische Steuerschaltung zu aktivieren, die aus der Zahl der Be­ tätigungsimpulse oder der jeweiligen Betätigungsdauer ermittelt, wie die Steuerung einer der Last zuzuführen­ den Spannung erfolgen muß, damit das vorgegebene Schalt­ verhalten erreicht wird. Was für Dimmer gilt, gilt letztlich für alle elektronischen Leistungsschalter, deren Schaltverhalten sich durch die Art der Bedienung eines Betätigungselementes, das in der Regel als Taster ausgeführt wird, vorgegeben werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit der ein elektronisch gesteuerter Lei­ stungsschalter, insbesondere ein im Netzkreis liegender elektronischer Dimmer mit einem Betätigungselement ange­ steuert werden kann, in dessen Bereich keine Netzspan­ nung zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß ein handelsüblicher Tipp-Dimmer als Leistungsschal­ ter verwendet werden kann, bei dem die unmittelbar in den Dimmer eingebaute, von einem Betätigungselement zu bedienende Schaltstrecke nunmehr durch eine extern betä­ tigbare Schaltstrecke ersetzt wird, wobei diese jeweils nach Aufbau des Kopplers mit Hilfe eines Relais oder durch einen Optokoppler betätigt wird. An die Stelle des normalerweise am Dimmer vorgesehenen Betätigungselemen­ tes tritt ein externes Betätigungselement, das in einen Auslösekreis auf der Eingangsseite des Kopplers gelegt wird, der zur Betätigung der Schaltstrecke dient. Die Energieversorgung des Auslösekreises kann mit einer na­ hezu beliebigen Spannung erfolgen, kann also auch eine Gleich- oder eine Wechselspannung sein, die Spannungshö­ he sollte jedoch so niedrig bleiben, daß von ihr keine Gefährdung ausgeht. Um eine Impulssteuerung mit bestimm­ ter Impulszahl oder Impulsdauer über den Auslösekreis zu ermöglichen, werden als Betätigungselemente Taster ein­ gesetzt. Während der Dauer der jeweiligen Betätigung des Tasters wird somit die am Ausgang des Kopplers liegende Schaltstrecke geschlossen.

Verwendet man für die erfindungsgemäße Schaltungsanord­ nung einen handelsüblichen Tippdimmer, so ist es von Vorteil, den Koppler als gesonderte, von dem elektroni­ schen Leistungsschalter (z. B. Tipp-Dimmer) und dem Betä­ tigungselement getrennte Baueinheit auszuführen, und diese mit einem eigenen Gehäuse zu versehen, das seinem jeweiligen Einsatzort entspricht. Das Gehäuse kann somit z. B. für eine Unterputz-, Imputz-, Aufputz- oder Schie­ nenmontage ausgeführt sein.

Der Koppler ist eingangsseitig mit einem durch Schwach­ strom betriebenen Steuerelement versehen; das seiner­ seits eine Schaltstrecke betätigt, die den Ausgang des Kopplers überbrückt. Hierbei kann das Steuerelement durch ein lichtemittierendes Element und die Schaltst­ recke durch einen lichtempfindlichen Halbleiter reali­ siert sein, wobei dann diese beiden zusammen als Opto­ koppler wirken.

Zweckmäßig ist es, wenn bei einem Optokoppler ein Foto­ transistor mit seinem Kollektor-Emitter-Anschluß als Schaltstrecke dient und diesem elektrische Bauelemente nachgeschaltet sind, die ihn vor Überspannung aus dem Netz schützen. Ein geeigneter Schutz kann mit Hilfe ei­ ner parallel zum Ausgang geschalteten Schutzdiode und einem in Reihe zum Ausgang liegenden PTC-Widerstand er­ zielt werden.

Eingangsseitig kann als Steuerelement für den Optokop­ pler eine lichtemittierende Halbleiterdiode dienen, der zum Schutz gegen thermische Überlast andere elektroni­ sche Bauelemente eines Stromkreises vorgeschaltet sind, die ebenfalls einen Überspannungsschutz ermöglichen. Eine solche Schutzschaltung kann aus einem PTC-Wider­ stand mit einer in Reihe liegenden Schwellwertdiode be­ stehen, an der vom Betätigungselement ausgelöste Schalt­ impulse abgegriffen werden, und über eine Gleichrich­ terdiode gleichgerichtet einem Kondensator zugeführt sind. Von hier gelangen die Schaltimpulse über einen Strombegrenzungswiderstand zu der lichtemittierenden Halbleiterdiode.

Der eingangsseitig am Koppler liegende Auslösekreis muß nicht zwingend ein Schwachstromkreis sein, sondern kann bei Verwendung eines Optokopplers auch mit Lichtleitern aufgebaut werden. Die von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen werden in diesem Fall über die Lichtleiter zu dem lichtempfindlichen, die Schaltstrecke bildenden Halbleiter des Optokopplers geleitet und das Betäti­ gungselement ist in diesem Fall so auszuführen, daß es eine Unterbrechung des Lichtflusses ermöglicht.

Besonders einfach läßt sich der Koppler mit Hilfe eines Relais aufbauen, wobei dann das Steuerelement durch eine Relaiswicklung und die Schaltstrecke durch einen Relais­ kontakt gebildet werden.

Verzichtet man auf die Verwendung handelsüblicher elek­ tronischer Leistungsschalter, wie z. B. Tipp-Dimmer, so läßt sich als besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes eine Umgruppierung von Baugruppen derart vornehmen, daß die üblicherweise zum elektroni­ schen Leistungsschalter gehörige elektronische Steuer­ schaltung, die für die Art des Leistungsschalters ver­ antwortlich ist, zumindest teilweise dem Koppler zuge­ ordnet wird. Dies hat den Vorteil, daß die verwendeten elektronische Bauelemente vom Schwachstromkreis des Kop­ plers gespeist werden können, also nicht den erhöhten Anforderungen eines Netzkreises entsprechen müssen.

Bei einer Neukonstruktion der einzelnen Baueinheiten ist es auch möglich, den Koppler mit dem elektronischen Lei­ stungsschalter zu vereinigen, und die neugebildete Bau­ einheit eingangsseitig für einen Schwachstromkreis mit dem Betätigungselement und ausgangsseitig für einen Netzspannungskreis mit der Last auszulegen. Hierdurch könnte die Verdrahtung zwischen dem Koppler und dem Lei­ stungsschalter entfallen.

Als Betätigungselement können ein oder mehrere parallel­ geschaltete, in der Regel unterschiedlichen Standorten zugeordnete Taster dienen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnun­ gen dargestellt und werden im folgenden näher beschrie­ ben.

Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines von dem Betätigungs­ element und dem Leistungsschalter getrennten Kopplers,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines mit dem Leistungs­ schalter vereinigten Kopplers,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines mit Teilen der Steuerschaltung des Leistungsschalters verei­ nigten Kopplers,

Fig. 4 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Relais als Koppler,

Fig. 5 die Schaltung eines Kopplers, der einen Opto­ koppler mit einer Schutzbeschaltung gegen Überspannungen enthält.

In den Fig. 1 bis 3 sind verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Blockschalt­ bilder dargestellt. Jeder Block kennzeichnet eine Funk­ tionseinheit, und der um ein oder mehrere Funktionsein­ heiten 1 bis 4 gelegte strichpunktierte Rahmen A bis F kennzeichnet, welche Funktionseinheiten alleine oder gemeinsam eine Baueinheit ergeben. So ist, wie in Fig. 1 dargestellt, bei handelsüblichen elektronischen Lei­ stungsschaltern, z. B. Tipp-Dimmern, eine z. B. in ver­ schiedene Teile a, b aufteilbare Steuerschaltung 3 mit einem Halbleiterschalter, in der Regel einen Transistor oder Triac, zu einer Baueinheit c zusammengefaßt. Der elektronische Schalter C dient zur Steuerung der einer Last LA von einer Netzspannungsquelle zugeführten Lei­ stung. Die Steuerschaltung 3 erhält ihre Befehle von einem Betätigungselement 1, das in diesem Fall mit der Baueinheit A identisch ist. Die Betätigungselemente 1 können allerdings auf eine Vielzahl von Baueinheiten A verteilt sein, um Steuerbefehle von verschiedenen Stel­ len, z. B. eines Raumes aus, geben zu können. Jede Kon­ taktgabe des als Taster ausgeführten Betätigungselemen­ tes 1 bewirkt einen Impuls, der als Befehl von der Steu­ erschaltung 3 verarbeitet wird. Eine Auswertung kann nach der Zahl der Impulse oder auch ihrer Dauer erfol­ gen.

Wesentlich ist, daß das Betätigungselement 1 in einem als Schwachstromkreis ausgebildeten Auslösekreis A, K liegt, der mit einer relativ kleinen Spannung von z. B. 10 Volt gespeist wird. Im Bereich des Betätigungselemen­ tes 1 und entlang des gesamten Auslösekreises A, K be­ steht somit keine Gefahr für den Benutzer, daß er durch zu hohe Berührungsspannungen zu Schaden kommt. Um eine sichere, möglichst galvanische Trennung zwischen dem Auslösekreis und dem Netzspannungskreis des an Netzspan­ nung liegenden elektronischen Leistungsschalters zu er­ reichen, ist ein Koppler 2 zwischengeschaltet, der als separate Baueinheit B aufgebaut ist und für die galvani­ sche Trennung sorgt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 entspricht der von Fig. 1, mit dem Unterschied, daß der Koppler 2 und der elektronische Leistungsschalter C zu einer neuen Bauein­ heit D zusammengefaßt sind. Dieser Aufbau ist dann zweckmäßig, wenn es darum geht, bisher handelsübliche Baueinheiten durch eine neu konzipierte Baueinheit zu ersetzen. Durch die Zusammenfassung der Baueinheiten B und C wird die Montage erleichtert, da nunmehr nur noch eine Baueinheit unterzubringen und zu befestigen ist und es entfällt die nach Fig. 1 erforderliche Verbindungs­ leitung b zwischen dem Koppler 2 und dem elektronischen Leistungsschalter C. Die zwischen dem Betätigungselement 1 und dem Koppler 2 liegende Verbindungsleitung a über­ brückt somit die gesamte Entfernung zwischen der Bauein­ heit A und der Baueinheit D und zwar mit Leitungen, die nur die Isolationsbedingungen eines Schwachstromkreises zu erfüllen haben.

Fig. 3 zeigt eine weitere Variante der Vereinigung von Funktionsgruppen zu neuen Baueinheiten, wobei nunmehr ein Teil der Steuerschaltung 3a dem Optokoppler 2 zuge­ ordnet ist, und mit diesem die Baueinheit E bildet. Beim elektronischen Leistungsschalter verbleibt ein Teil 3b der Steuerschaltung 3, der zusammen mit dem Halbleiter­ schalter 4 die Baueinheit F bildet. Bei der Aufteilung der Steuerschaltung 3 in die Teile 3a und 3b geht es nicht darum neue Baueinheiten zu bilden, sondern die aufgrund ihrer Funktion ohne weiteres auch an anderer Stelle anordenbaren Teile 3a einem Schwachstromkreis zuzuordnen, wie er durch den Auslösekreis AK bereits realisiert ist. Es ist hierdurch möglich, billigere Bau­ teile zu verwenden, da ihre Spannungs- und Kriechstrom­ festigkeit nicht mehr den Netzspannungsbedingungen un­ terworfen sind. Die Baueinheiten E und F könnte somit analog zu Fig. 2 ebensogut auch zu einer gemeinsamen Baueinheit vereinigt werden.

Die Fig. 4 entspricht dem Blockschaltbild nach Fig. 1, enthält aber einige darüberhinausgehende Details. So erkennt man etwas besser die geschlossenen Stromkreise des Auslösekreises AK und des Netzspannungskreises NK. Der Koppler B ist bei diesem Beispiel durch ein Relais RL realisiert. Eingangsseitig besitzt er als Steuerele­ ment eine Relaiswicklung RW und ausgangsseitig als Schaltstrecke den Relaiskontakt RK. Über Leitungen a des Ausgangskreises AK ist der Koppler mit dem Betätigungs­ element A verbunden, das seinerseits über eine beliebige Spannungsquelle Q mit einer Gleich- oder Wechselspannung versorgt wird. Über Leitungen b kann der vom elektroni­ schen Leistungsschalter kommende Netzspannungskreis NK durch den Relaiskontakt RK geschlossen werden. Der Kon­ takt RK dient allerdings nur zur Weitergabe der vom Be­ tätigungselement A abgegebenen Befehlsimpulse, die ih­ rerseits auf die hier nicht näher angedeutete Steuer­ schaltung treffen, die erst ihrerseits einen im Haupt­ stromkreis liegenden Transistorschalter steuert. Der Hauptstromkreis verläuft also nicht über den Relaiskon­ takt RK, sondern über einen im Leistungsschalter C ent­ haltenen nicht dargestellten Halbleiterschalter.

In Fig. 5 ist der Koppler B nach den Fig. 1 und 4 als Optokoppler OK mit einer zusätzlichen Schutzbeschaltung dargestellt. Der Optokoppler besteht aus einer licht­ emittierenden Diode D4 und einem lichtempfindlichen, das Licht der Diode D4 empfangenden Transistor T1, der bei Belichtung die zwischen Kollektor und Emitter liegende Schaltstrecke schließt. Der Optokoppler OK überträgt somit in gleicher Weise, wie das Relais RL die Einschaltimpulse eines als Betätigungselement A dienen­ den Tasters. Damit im Störfall von der Niederspannungs­ quelle Q ausgehende Überspannungen die lichtemittierende Diode D4 nicht beschädigen, liegt diese über einen Strombegrenzungswiderstand R2 und eine Gleichrichterdi­ ode D1 an einer als Schwellwertdiode D2 verwendeten Ze­ nerdiode, der ein PTC-Widerstand vorgeschaltet ist. Er­ höhte Spannungen führen somit zu einem größeren Strom durch die Schwellwertdiode D2, wodurch sich der Wider­ standswert des Widerstandes R1 erhöht, was wiederum ei­ nen erhöhten Spannungsabfall an R1 zur Folge hat. Ein über die Gleichrichterdiode D1 an der Spannung der Schwellwertdiode D2 liegender Kondensator C1 sorgt für eine etwa gleichbleibende Grundspannung.

Auch ausgangsseitig ist der Optokoppler etwa in gleicher Weise wie eingangsseitig gegenüber erhöhten Spannungen, die in diesem Fall vom Netzkreis NK kommen können, durch eine der Kollektoremitterstrecke des Transistors D1 pa­ rallelliegende Diode D3 und einen vorgeschalteten PTC- Widerstand R3 geschützt.

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung zum Auslösen der Schaltfunk­ tion eines als Schalter und/oder Dimmer arbeitenden elektronisch gesteuerten Leistungsschalters (C), der die Versorgungsleistung für eine netzgesteuerte Last (LA) steuert und dessen Schaltverhalten durch die Dauer und/ oder Zahl der über ein Betätigungselement (A) auslösba­ ren Auslöseimpulse bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den an Netzspannung (LN) liegenden Bautei­ len des Leistungsschalters (C) und dem zum Auslösen der Schaltfunktion benötigten Betätigungselement (A) ein als Schnittstelle wirkender Koppler (B) eingefügt ist, der eine, vorzugsweise galvanische, Trennung zwischen einem am Ausgang des Kopplers (B) zum Leistungsschalter (c) führenden Netzspannungskreis (NK) und einem am Eingang des Kopplers (B) zum Betätigungselement (A) führenden Auslösekreis (AK) bewirkt, und daß zur Energieversorgung des Auslösekreises (AK) eine wesentlich niedrigere Span­ nung als im Netzspannungskreis (NK) dient, und das im Auslösekreis (AK) liegende Betätigungselement (A) als Taster ausgebildet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (B) als gesonderte, von dem elektronischen Leistungsschalter (C) und dem Betäti­ gungselement (A) getrennte Baueinheit ausgeführt ist, die ein eigenes Gehäuse besitzt, das an seinen jeweili­ gen Einsatzort angepaßt ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (B) eingangsseitig mit einem durch Schwachstrom betrieb­ enen Steuerelement (RW, D4) versehen ist, das eine Schaltstrecke (RS, T1) betätigt, die den Ausgang des Kopplers (B) überbrückt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement durch ein licht­ emittierendes Element (D4) und die Schaltstrecke durch einen lichtempfindlichen Halbleiter (T1) gebildet sind und beide zusammen als Optokoppler (OK) wirken.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mit Hilfe eines Optokopplers (OK) aufgebauten Koppler (B) ein Fototransistor (T1) mit seinem Kollektor-Emitter-An­ schluß als Schaltstrecke dient und diesem elektrische Bauelemente (D3, R3) nachgeschaltet sind, die ihn vor Überspannungen aus dem Netzkreis (NK) schützen, vorzugs­ weise eine zum Ausgang parallelgeschaltete Schutzdiode (D3) und ein in Reihe liegender PTC-Widerstand (R3).

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mit einem Optokoppler (OK) aufgebauten Koppler (B) eine lichtemittierende Halbleiterdiode (D4) als Steuerelement dient und dieser elektrische Bauelemente eines Schwach­ stromkreises (AK) vorgeschaltet sind, die einen Über­ spannungsschutz bewirken, vorzugsweise bestehend aus einem PTC-Widerstand (R1), der mit einer Schwellwertdi­ ode (D2) in Reihe liegt, an der vom Betätigungselement ausgelöste Schaltimpulse abgegriffen werden die über eine Gleichrichterdiode (D1) gleichgerichtet und einem Kondensator (C) zugeführt sind, der seinerseits die Schaltimpulse über einen Strombegrenzungswiderstand (R2) an die lichtemittierende Halbleiterdiode (D4) weiter­ gibt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösekreis (A) mit Lichtleitern aufgebaut ist, die ausgehend von einer Lichtquelle Lichtstrahlen zu dem lichtempfindlichen, die Schaltstrecke bildenden Halbleiter (D1) des Optokopplers (OK) leitet und das Betätigungselement (A) eine Unter­ brechung des Lichtflusses ermöglicht.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement durch eine Relais­ wicklung (RW) und die Schaltstrecke durch einen Relais­ kontakt (RK) gebildet sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Leistungsschalter (C) einen der Last (LA) vorgeschalte­ ten Halbleiterschalter (4) besitzt, der von der elektro­ nischen Steuerschaltung (3) entsprechend dem vorgegebe­ nen Schaltverhalten gesteuert wird, und daß mindestens Teile (3a) dieser elektronischen Steuerschaltung (3) einem Schwachstromkreis des Kopplers (C) zugeordnet sind, und damit der neue Koppler (E) einen zusätzlichen oder erweiterten Schwachstromkreis erhält.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche außer Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (B) mit dem elektronischen Leistungs­ schalter (C) vereinigt ist und die aus beiden Funktions­ gruppen gebildete Baueinheit (D) eingangsseitig für ei­ nen Schwachstromkreis (AK) mit dem Betätigungselement (A) und ausgangsseitig für einen Netzspannungskreis (NK) mit der Last (LA) ausgelegt ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Betäti­ gungselement (A) ein oder mehrere parallelgeschaltete, in der Regel an unterschiedlichen Standorten zugeordnete Taster (1) dienen.