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Die
Erfindung betrifft ein elektronisch gesteuertes elektrisches Gerät, das ständig mit
Wechselspannung oder mit Gleichspannung versorgt wird und bei dem
eine Betriebsweise durch Anlegen der Versorgungsspannung an einen
Steuereingang des Geräts
ausgelöst
werden kann.
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Ein
typisches Beispiel eines durch die Erfindung betroffenen Geräts ist ein
Zeitschalter, der normalerweise ständig gespeist wird und der
ein Relais für
eine bestimmte Zeitdauer nach dem Schließen eines elektrischen Steuerkontaktes,
der die Versorgungsspannung (beispielsweise das 230-Volt-Netz) an
den Steuereingang des Zeitschalters anlegt, schließt oder öffnet. Oder
auch ein Zeitschalter, der ein Relais nach dem Ablaufen einer bestimmten
Zeitdauer seit dem Schließen
dieses Steuerkontaktes schließt
oder öffnet.
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Jedoch
lässt sich
die Erfindung auf viele andere elektrische Geräte anwenden, sobald eine Funktion
dieser Geräte
durch das Anlegen einer Spannung, die die ständige Versorgungsspannung des
Geräts
ist, an einen Steuereingang ausgelöst wird.
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1 zeigt das Grundprinzip
des zu verwirklichenden Geräts,
wobei es sich im Folgenden um einen Zeitschalter drehen soll.
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Das
Gerät AP
besitzt zwei Anschlüsse
A und B für
externe ständige
Versorgung, die dazu bestimmt sind, eine Wechselspannung (beispielsweise die
230-Volt-Netzspannung) oder eine Gleichspannung (von beispielsweise
12 Volt oder 24 Volt) zu empfangen.
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Das
Gerät besitzt
außerdem
einen Steuereingang E und, wenn es die Funktion des Geräts erfordert,
Ausgangsanschlüsse,
hier S1, S2, S3. In diesem Beispiel sind S1, S2, S3 die Ausgangsanschlüsse eines
internen Relais des Geräts.
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Der
Steuereingang E löst
die Funktion des Geräts
aus, wenn er beispielsweise durch das Schließen eines zwischen E und B
geschalteten Kontakts SW auf das Potential des Versorgungsanschlusses
B gebracht wird. Dieser Kontakt SW kann ein mechanischer oder elektronischer
Schalter sein. In 1 ist außerdem eine
zu dem Anschluss A und dem Steuereingang E parallel geschaltete
Last LD gezeigt, die folglich Strom verbraucht, sobald der Eingang
E nicht mehr auf dem Potential von A ist, beispielsweise dann, wenn
der Eingang E auf das Potential von B gebracht wird. Genauer kann
die Last LD ganz einfach eine Leuchtanzeige sein, die zeigt, dass
der Zeitschalter ausgelöst
worden ist.
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Diese
mit dem Steuereingang E verbundene Last erschwert die Konzeption
von internen Steuerschaltungen des Geräts infolge der Verlustströme, die
in dieser Last fließen,
wenn der Kontakt SW geöffnet
ist. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerschaltung vorzuschlagen,
die trotz des eventuellen Vorhandenseins dieser Last arbeitet.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerschaltung vorzuschlagen,
die bei verschiedenen Versorgungsspannungen des Geräts arbeitet,
d. h. direkt an die Versorgungsspannung, unabhängig von deren Pegel, in einem
weiten Wertebereich angeschlossen werden kann.
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Im
Stand der Technik (siehe beispielsweise
EP 0 784 329 ) sind Geräte vorgeschlagen
worden wie etwa jenes von
2,
in der das Gerät
eine interne elektronische Schaltung CE enthält, die die gewünschte Funktion
(Kontrolle der Zeitdauer des Zeitschalters und Steuerung des Ausgangsrelais
beispielsweise) sicherstellt und unter einer niedrigen Gleichspannung
Vdd (von beispielsweise 5 Volt) arbeitet. Die interne elektronische
Schaltung besitzt dann einen Erfassungseingang DT, wobei die Beobachtung
des Spannungspegels an diesem Eingang DT das Auslösen der
gewünschten
Funktion des Geräts
ermöglicht.
Die Spannung Vdd wird mittels einer Schaltung RD zur Gleichrichtung,
Filterung und Regelung erzeugt. Der Steuereingang E des Geräts ist über eine
Gleichrichterdiode D und einen Widerstand R mit dem Erfassungseingang
DT verbunden. Eine Schaltung zur Filterung und Regelung des Spannungspegels
kann zwischen dem Erfassungseingang DR und dem Referenzpotential
0 der Versorgung Vdd parallel geschaltet sein. Wenn sich der externe
Kontakt SW schließt,
empfängt
der Erfassungseingang DT ein erfassbares Signal, das den Zeitschalter
auslöst.
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Diese
Lösung
weist den Nachteil auf, nur auf Geräte anwendbar zu sein, die mit
einer einzigen möglichen
Versorgungsspannung (von beispielsweise 230 Volt Wechselspannung)
arbeiten, da der Wert des Widerstands R an jede Versorgungsspannung angepasst
sein muss.
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Der
Spannungspegel am Erfassungseingang DT nach dem Schließen des
Kontakts SW muss tatsächlich
genau definiert sein, damit die Schaltung korrekt arbeitet.
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Andererseits
weist diese Lösung
noch den Nachteil einer Kopplung zwischen der externen Versorgung
und dem Erfassungseingang DT durch die bei geöffnetem Kontakt SW dazwischengeschaltete Last
LD auf, wobei diese Kopplung nicht wünschenswert ist.
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Außerdem sind
Geräte
vorgeschlagen worden wie etwa jenes von 3, das einen Photokoppler verwendet,
um den Steuereingang E und den Erfassungseingang DT galvanisch zu
trennen. Der Steuereingang E ist mit einer Reihenschaltung aus einer
Gleichrichterdiode D, einem Strombegrenzer SC und dem Eingang eines
Photokopplers PH verbunden. Diese Reihenschaltung ist ferner mit
dem Versorgungsanschluss A verbunden, wobei der Photokoppler aktiviert
wird, wenn der Steuereingang E über
den Kontakt SW auf das Potential des Anschlusses B gesetzt wird.
Der Ausgang des Photokopplers PH ist zwischen die Versorgungsspannung
Vdd der internen elektronischen Schaltung CE zum einen und den Erfassungseingang
DT zum anderen in Reihe geschaltet. Die Schaltung RD zur Gleichrichtung,
Filterung und Regelung, die die Spannung Vdd erzeugt, gleicht jener
von 2 völlig. Eine
Filterschaltung kann außerdem
zwischen dem Erfassungseingang DT und dem Referenzpotential mit
0 Volt parallel geschaltet sein.
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Diese
Schaltung von 3 kann
mit einer Versorgungsspannung arbeiten, die verschiedene mögliche Pegel
aufweist (sofern dies wenigstens die Schaltung RD zur Gleichrichtung,
Filterung und Regelung ermöglicht).
Jedoch ist sie wegen des Photokopplers und seines Strombegrenzers
teuer.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
einen anderen Aufbau vor, der keinen Photokoppler verwendet und
auf der Verwendung einer Einzelhalbperioden-Gleichrichtung, um eine niedrige Gleichspannung
Vdd zu erzeugen, einer Widerstandsbrücke, um diese niedrige Spannung
an den Erfassungseingang DT anzulegen, und einer Digitalverarbeitung,
die das Ableiten der Position des Kontaktes SW aus der Form des
Signals am Erfassungseingang DT ermöglicht, selbst dann, wenn eine
externe Last LD mit diesem Kontakt verbunden ist.
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Gemäß der Erfindung
wird zum einen die zur Versorgung der internen elektronischen Schaltungen erzeugte
niedrige Spannung Vdd an einem Leiter gebildet, der mit einem der
Anschlüsse
für externe
Versorgung (jenem, der ferner mit dem Kontakt SW verbunden ist)
verbunden ist; zum anderen ist die Widerstandsbrücke, deren Zwischenpunkt mit
dem Erfassungseingang DT verbunden ist, zwischen den Steuereingang
des Geräts
und das Referenzpotential mit null Volt der Versorgung mit einer
niedrigen Gleichspannung Vdd in Reihe geschaltet. Somit wird beim Schließen des
Kontakts SW das Potential Vdd wieder über die Widerstandsbrücke an den
Erfassungseingang DT gekoppelt. Umgekehrt wird die Widerstandsbrücke dann,
wenn der Kontakt SW geöffnet ist,
nicht mehr gespeist, sondern bleibt mit dem Referenzpotential mit
0 Volt verbunden, um den Erfassungseingang DT auf null zu halten.
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Zusammenfassend,
die vorliegende Erfindung schlägt
ein elektrisches Gerät
vor, das zwei Anschlüsse
für externe
Versorgung besitzt und eine elektrische Schaltung umfasst, die unter
der Steuerung des Schließens
oder Öffnens
eines elektrischen Kontakts, der zwischen einen ersten der Anschlüsse für externe
Versorgung und einen Steuereingang des Geräts geschaltet werden kann,
eine bestimmte Funktion ausführt,
wobei das Gerät
außerdem
umfasst:
- – eine
elektronische Entscheidungsschaltung, die durch zwei Leiter versorgt
wird, wovon einer auf einem Referenzpotential liegt und der andere
auf einer niedrigen Gleichspannung Vdd liegt, wobei die Entscheidungsschaltung
einen Signalerfassungseingang und einen Ausgang besitzt, der je nach
Art des am Erfassungseingang anliegenden Signals zwei Zustände annehmen
kann und die bestimmte Funktion der elektrischen Schaltung steuert,
- m eine Schaltung für
die Versorgung mit einer niedrigen Gleichspannung, die ihrerseits
von den beiden Anschlüssen
für externe
Versorgung versorgt wird, eine Einzelhalbperioden-Gleichrichtung
bewerkstelligt und als Ausgänge
die Leiter auf dem Referenzpotential bzw. auf der Spannung Vdd hat,
wobei
das Gerät
dadurch gekennzeichnet ist, dass:
- a) der Leiter auf der Spannung Vdd mit einem Anschluss für externe
Versorgung verbunden ist,
- b) der Steuereingang des Geräts über einen
ersten Widerstand R1 mit dem Erfassungseingang der Entscheidungsschaltung
verbunden ist,
- c) der Erfassungseingang über
einen zweiten Widerstand R2 mit dem Leiter auf dem Referenzpotential
verbunden ist,
- d) die Entscheidungsschaltung elektronische Mittel umfasst,
um
- – einerseits
das Anliegen eines Wechselsignals oder des Referenzpotentials am
Erfassungseingang zu erfassen und dann den Ausgang in einen ersten
Zustand zu versetzen,
- – und
andererseits das Anliegen eines von dem Referenzpotential verschiedenen
Gleichspannungspotentials am Erfassungseingang zu erfassen und dann
den Ausgang in einen zweiten Zustand zu versetzen.
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Die
Entscheidungsschaltung ist vorzugsweise aus einem Mikrocontroller
gebildet, der weitere Funktionen in dem Gerät erfüllen kann und für die Erfordernisse
der Erfindung ein Programm zum Prüfen des Spannungspegels, der
am Erfassungseingang anliegt, und zum Vergleichen dieser Spannung
mit einem vorge gebenen Schwellenwert enthält, wobei das Programm eine
periodische Prüfung
enthält
und die Steuerung des Übergangs
des Ausgangs in den zweiten Zustand befiehlt, wenn n aufeinander
folgende Prüfungen
zeigen, dass der Spannungspegel den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt,
wobei n eine Zahl ist, die in Abhängigkeit von der Periode der Prüfungen und
von der Periode der Netzwechselströme, die das Gerät versorgen
können
(insbesondere 50 Hz und/oder 60 Hz), gewählt ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden genauen Beschreibung, die mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung
erstellt worden ist, worin:
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1 bis 3, die bereits beschrieben worden sind,
ein elektrisches Gerät
gemäß dem Stand
der Technik zeigen,
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4 den Aufbau eines erfindungsgemäßen elektrischen
Geräts
zeigt,
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5 eine Tabelle der verschiedenen
möglichen
Spannungspegelkonfigurationen am Erfassungseingang DT zeigt.
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Das
in 4 gezeigte erfindungsgemäße Gerät besitzt
also zwei Anschlüsse
A und B für
externe Versorgung, einen Steuereingang E und Ausgänge, die
von den Funktionen des Geräts
abhängen, hier
beispielsweise drei Ausgänge
S1, S2, S3.
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Das
Gerät kann
ein Zeitschalter sein, dessen Ausgänge untereinander durch einen
Umschalter verbunden sind, derart, dass der Ausgang S 1 im Ruhezustand
mit dem Ausgang S2 verbunden ist, und der Ausgang Slin einem aktiven
Zustand mit dem Ausgang S3 verbunden ist; wenn der Zeitschalter
an seinem Steuereingang E eine Spannung empfängt, die gleich der an dem
Anschluss B anliegenden Versorgungsspannung ist, löst er das
Umschalten des Umschalters von dem Ruhezustand in den aktiven Zustand
aus; danach setzt der Zeitschalter nach Ablauf einer bestimmten
Zeit, die durch eine interne elektronische Schaltung bestimmt wird,
den Umschalter in den Ruhezustand zurück. Dieses Beispiel für ein Gerät und seine
Funktionsweise ist nicht einschränkend.
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Die
elektronische Schaltung, die die Funktion des Geräts steuert,
ist vorzugsweise im Wesentlichen durch einen Mikrocontroller MC,
d. h. einen mit einem Arbeitsspeicher und einem Programmspeicher
versehenen Mikroprozessor, gebildet. Dieser Mikrocontroller wird über zwei
Leiter, wovon einer auf einem Referenzpotential null und der andere
auf einem Potential Vdd liegen sollen, durch eine niedrige Gleichspannung
Vdd von einigen Volt gespeist. Im Folgenden soll Vdd das positive
Potential der Gleichspannungsversorgung des Mikrocontrollers sein.
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Der
Mikrocontroller MC besitzt Eingänge
und Ausgänge
und vor allem einen Eingang DT, der Erfassungseingang genannt wird,
weil eine der Funktionen des Mikrocontrollers das Abfragen der Spannung
an diesem Eingang DT ist, um bei bestimmten, an diesem Eingang vorliegenden
Signalkonfigurationen Aktionen (der Verzögerung im Fall eines Zeitschalters)
auszuführen.
Der Mikrocontroller besitzt ferner vor allem einen Ausgang S, der
mit dem Eingang eines Verstärkers
AMP verbunden ist; der Ausgang des Verstärkers steuert die Spule des
Relais, die das Umschalten des mit den Anschlüssen S1, S2, S3 verbundenen
Umschalters veranlasst. Der Verstärker ist überflüssig, wenn der Mikrocontroller
an dem Ausgang S eine ausreichende Leistung liefert.
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Das
elektrische Gerät
von 4 enthält außerdem eine
Versorgungsschaltung AL für
eine niedrige Gleichspannung, die ihre Energie von den Anschlüssen A und
B für externe
Versorgung empfängt und
ein Referenzpotential mit null und ein Potential mit Vdd an den
zwei Leitern, die den Mikrocontroller MC mit Energie versorgen,
abgibt.
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Die
Versorgungsschaltung AL ist eine Schaltung zur Gleichrichtung, Filterung
und Regelung, jedoch sei präzisiert,
dass die Gleichrichtung eine Einzelhalbperioden-Gleichrichtung ist,
was in 4 durch eine
einzelne Diode D1 in Reihe mit dem Leiter, der den Strom von dem
externen Versorgungsanschluss A zu der Versorgungsschaltung AL führt, symbolisiert
ist.
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Der
Versorgungsanschluss B ist mit dem Leiter mit dem Potential Vdd
direkt verbunden; die Spannungsregelung, die eine Spannung Vdd von
5 Volt ausgehend von der Versorgungsspannung zwischen A und B erzeugt,
wirkt dann auf den Leiter mit dem Referenzpotential und nicht auf
den Leiter mit Vdd ein. Da diese Regelung im Allgemeinen durch eine Abschaltschaltung
erfolgt, ist in 4 ein
Schalter in Reihe mit dem Anschluss A und dem Leiter mit dem Referenzpotential
gezeigt. Dieser Schalter wird durch eine Spannungsregelungsschaltung
RG gesteuert.
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Es
sei angemerkt, dass auf Grund der Symmetrie unter der Bedingung,
dass einige Schaltungsanpassungen vorgenommen werden, beispielsweise unter
der Bedingung, das der Zeitschalter für das Erfassen des Schließens eines
Kontakts zwischen den Anschlüssen
E und A anstatt zwischen E und B vorgesehen ist, und unter der Bedingung,
dass der Spannungsteiler, von dem nun gesprochen wird, mit dem Leiter
mit Vdd, anstatt mit dem Referenzpotential verbunden ist, auch in
Betracht kommt, die Abschaltung an dem anderen Leiter auszuführen.
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Der
Steueranschluss E des Geräts
ist über einen
Widerstand R1 mit dem Erfassungseingang DT der internen elektronischen
Schaltung CE, hier dem Eingang des Mikrocontrollers, verbunden.
Zwischen dem Erfassungseingang DT und dem Leiter für die Versorgung
mit dem Referenzpotential mit 0 Volt ist ein Widerstand R2 vorgesehen.
Dieser letzte Widerstand kann Bestandteil der elektronischen Eingangsschaltung
sein; beispielsweise kann er Bestandteil der integrierten Schaltung
sein, die den Mikrocontroller bildet. Wenn der Mikrocontroller keinen
solchen integrierten Widerstand zwischen dem Eingang DT und dem
Referenzleiter besitzt, muss ein solcher außerhalb des Mikrocontrollers
eingesetzt sein.
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Außerdem erfordert
der korrekte Betrieb der elektronischen Schaltung, dass der Erfassungseingang
DT gegen das Anlegen von zu hohen positiven Spannungen oder von
negativen Spannungen geschützt
ist; zwischen diesem Eingang und den zwei Versorgungsleitern mit
Vdd und null sind Schutzdioden vorgesehen. Da diese Schutzdioden
jedenfalls in fast allen integrierten Schaltungen vorgesehen sind, muss
im Allgemeinen nicht vorgesehen werden, solche hinzuzufügen.
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Die
Funktionsweise des Geräts
ist folgende: Es wird ständig
durch eine zwischen die Anschlüsse A
und B angelegte Versorgungsspannung gespeist. Diese Spannung ist
eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung und ihr Pegel kann
fest sein (Gerät,
das unter einer Einspannungsversorgung arbeitet) oder mehrere mögliche Werte
besitzen (Mehrspannungsversorgung): Dies hängt von der Struktur der Versorgungsschaltung
AL ab, die die niedrige Spannung Vdd liefert. Die einfachsten Versorgungsschaltungen
unterstützen
nur einen Wert der externen Versorgungsspannung, jedoch können die
höher entwickelten
Schaltungen und vor allem Schaltungen, die durch Abschaltung arbeiten,
an ihrem Ausgang eine Spannung Vdd bilden, während sie durch eine Spannung
gespeist werden, die entweder als Gleichspannung (von beispielsweise
12 Volt oder 24 Volt) oder als Wechselspannung (beispielsweise jede Wechselspannung
zwischen 20 Volt und 264 Volt) mehrere Pegel annehmen kann. Die
Erfindung ist vor allem dann interessant, wenn eine Versorgungsschaltung
vom Mehrspannungstyp verwendet wird.
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Wenn
die elektrische Schaltung, ein Zeitschalter oder dergleichen, ständig gespeist
wird, löst nicht
sein Setzen unter Spannung über
die Anschlüsse
A und B seinen Betrieb oder seinen Übergang in eine besondere Betriebsweise
aus. Stattdessen wird diese Funktion durch das Setzen des Steuereingangs
E unter Spannung ausgelöst,
wobei im Fall der in 4 gezeigten
Schaltung (Anschluss B mit Vdd verbunden) genauer die Tatsache,
dass der Steuereingang E auf das Potential des Anschlusses B gebracht
wird, die Funktion oder die Betriebsweise, die gewünscht wird,
auslöst.
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Der
Benutzer des Geräts
schaltet im Allgemeinen einen Kontakt SW (einen mechanischen oder elektronischen
Schalter, ein Relais usw.) zwischen die Anschlüsse B und E.
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Von
dem Benutzer kann eine Last LD zwischen die Anschlüsse E und
A des Geräts,
beispielsweise eine Leuchtanzeige, die aufleuchtet, wenn sich der
Kontakt SW schließt,
geschaltet werden.
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Es
sind zwei Betriebsfälle
des Geräts
zu unterscheiden, je nachdem, ob eine Last LD vorhanden ist oder
eine solche fehlt. In beiden Fällen
muss das Gerät
das Schließen
des Kontakts SW erfassen und dann eine bestimmte Funktion auslösen (Auslösen des
Zeitschalters).
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A – keine
Last LD zwischen den Anschlüssen
A und E
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1) – Kontakt SW geöffnet
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Das
Potential des Erfassungseingangs DT wird durch den Widerstand R2
auf das Potential null gezogen. Der Widerstand R1 ist schwebend.
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2) – Kontakt SW geschlossen
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Das
Potential Vdd wird an das Ende des Widerstands R1 angelegt. Das
Potential des Erfassungseingangs DT nimmt einen Wert Vdd·R2/(R1
+ R2) an, der durch die Widerstandsbrücke R1, R2 definiert ist.
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Das
Teilungsverhältnis
R2/(R1 + R2) muss so gewählt
sein, dass der Erfassungseingang logischen Hochpegel annimmt, wenn
der Kontakt SW geschlossen ist, während der Pegel Tiefpegel entspricht,
wenn der Kontakt geöffnet
ist.
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Das
Schließen
des Kontakts SW kann somit einfach durch Beobachtung der Spannung
am Erfassungseingang DT erfasst werden. Das Signal an dem Eingang
DT ist völlig
gleich, ob das Gerät
nun unter Wechselspannung oder unter Gleichspannung arbeitet.
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B – Last LD zwischen den Anschlüssen A und
E vorhanden
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1) – Kontakt SW geöffnet
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a) Allgemeine Versorung
mit Gleichspannung
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Die
von der Versorgungsschaltung AL ausgeführte Gleichrichtung ist vom
Einzelhalbperiodentyp, weshalb die Polarität der zwischen die Anschlüsse A und B
anzulegenden Spannung beachtet werden muss: positives Potential
an dem Anschluss B, negatives Potential an dem Anschluss A.
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Die
Last LD nimmt ein negatives Potential auf (wobei angenommen wird,
dass der Wert der allgemeinen Versorgungsspannung größer als
Vdd ist und der Anschluss B auf dem Potential Vdd liegt). Der Erfassungseingang
DT wird von der Last LD und dem Widerstand R1 auf ein negatives
Potential gezogen, bleibt jedoch in Wirklichkeit auf Grund einer
der internen Schutzdioden für
den Mikrocontroller auf null. Der logische Pegel an dem Eingang
DT entspricht Tiefpegel.
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b) Allgemeine Versorung
mit Wechselspannung
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Die
Last LD und der Widerstand R1 ziehen den Eingang DT abwechselnd
auf ein negatives Potential (Halbperioden mit positiver Spannung)
und auf ein positives Potential (Halbperioden mit negativer Spannung).
Die Schutzdioden des Mikrocontrollers beschneiden die so durch die
Versorgungswechselspannung am Eingang DT erzeugten Spannungsänderungen
auf etwa null Volt bzw. Vdd. Die Spannung an diesem Eingang ist
eine Abfolge von auf 0 Volt bzw. Vdd beschnittenen Impulsen.
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Der
Eingang DT weist folglich bei der Frequenz des Versorgungsnetzes
(50 Hz oder 60 Hz) eine Halbwelle mit logischem Tiefpegel und eine Halbwelle
mit logischem Hochpegel auf.
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2) – Kontakt SW geschlossen
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Das
feste Potential Vdd wird dem Widerstand R1 aufgedrückt, wobei
das Potential des Eingangs DT diesmal wieder auf einen Wert Vdd·R2/(R1 +
R2) gebracht wird, der durch die Widerstandsbrücke definiert ist. Dieser Wert
muss ausreichend groß sein,
um logischem Hochpegel zu entsprechen.
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5 wiederholt diese verschiedenen
Fälle in
einer zusammenfassenden Tabelle.
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Zusammenfassend,
damit der Mikrocontroller den Zustand des Kontakts SW erfasst und
unabhängig
davon, ob eine Last LD vorhanden ist oder fehlt, die gewünschte Funktion
auslöst,
muss er die beiden folgenden Zustände des Eingangs unterscheiden
können:
- – Zustand
1: Das Potential des Eingangs entspricht entweder logischem Tiefpegel
oder wechselt periodisch zwischen einem Tiefpegelzustand und einem
Hochpegelzustand; in diesen beiden Fallen erkennt der Mikrocontroller
einen geöffneten
Kontakt SW und zieht daraus eine Konsequenz hinsichtlich der Auslösung von
Funktionen des Geräts;
- – Zustand
2: das Potential des Eingangs entspricht logischem Hochpegel und
bleibt stabil auf diesem Pegel; in diesem Fall erkennt der Mikrocontroller
einen geschlossenen Kontakt SW und zieht daraus eine andere Konsequenz
hinsichtlich der Auslösung
von Funktionen des Geräts.
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Der
Mikrocontroller muss folglich ständig
den Spannungspegel am Erfassungseingang DT abfragen und bestimmen,
ob sich dieser Eingang im Zustand 1 oder im Zustand 2 befindet.
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Es
sei angemerkt, dass die Unterscheidung, die getroffen werden muss,
weder vom Pegel der externen Versorgungsspannung noch davon, ob
diese Versorgung eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung ist,
abhängt,
weshalb die Erfindung für Mehrspannungsgeräte besonders
interessant ist.
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Diese
Bestimmung des Zustands des Eingangs DT kann ausgeführt werden,
indem der Mikrocontroller in geeigneter Weise programmiert wird, wobei
bekannt ist, dass die eventuell im Zustand 1 anliegende Wechselspannung
eine bekannte Periode aufweist, die jener des Netzes (50 Hz oder
60 Hz) entspricht; der Mikrocontroller kann somit angewiesen werden,
zu bestimmen, ob die Spannung wenigstens einmal pro Halbperiode
auf Tiefpegel liegt, und angewiesen werden, daraus abzuleiten, dass der
Kontakt SW geschlossen ist, oder zu prüfen, ob der Logikpegel von
einer Halbperiode zur folgenden hoch bleibt, und daraus abzuleiten,
dass der Kontakt SW geschlossen ist.
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Die
bevorzugte Art und Weise der Bestimmung des Zustands des Erfassungseingangs
DT hängt
von der Arbeitsweise des Mikrocontrollers ab. Wenn er beispielsweise
mit einer Zeitbasis von etwa 4 Millisekunden arbeitet (Fall eines
preiswerten Mikrocontrollers), kann der Mikrocontroller so programmiert
werden, dass er nacheinander, alle 4 Millisekunden die Spannungspegel
aufzeichnet und dass er zu jedem Zeitpunkt den Pegel der vier letzten
erfassten logischen Werte im Speicher aufbewahrt. Wenn die vier
Werte hoch sind, bedeutet dies, dass der Kontakt geschlossen worden
ist; andernfalls ist er geöffnet.
Selbstverständlich
kann vorgesehen werden, dass das elektrische Gerät erst nach eine neuen Folge
von vier Messungen, die die Folge der vier logischen Hochpegel bestätigen, ausgelöst wird.
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Diese
Anzahl von vier aufeinander folgenden Messungen, die alle 4 Millisekunden
ausgeführt
werden, ermöglicht
eine Erfassung sowohl bei einer Netzfrequenz von 50 Hz als auch
bei einer Frequenz von 60 Hz. Tatsächlich erstrecken sich vier
um 4 Millisekunden getrennte Messungen über 12 Millisekunden und entsprechen
folglich zwei oder drei Messungen in einer der Halbwellen und wenigstens
einer Messung in der folgenden Halbwelle des Netzes, wobei die Dauer
einer positiven oder negativen Halbwelle 10 Millisekunden bei dem
50-Hz-Netz und 8,33 Millisekunden bei 60 Hz beträgt.
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Selbstverständlich könnte dieselbe Überlegung
für andere
Zeitbasiswerte des Mikrocontrollers angestellt werden und die Anzahl
von aufeinander folgenden Pegeln, die geprüft werden müssen, um zu der gewünschten
Bestimmung zu kommen, bestimmt werden, wobei die Periode der Zeitbasis
natürlich
weder gleich der Periode des Netzes noch ein Mehrfaches dieser Periode
sein darf.
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Die
Wahl der Widerstände
R1 und R2 muss unter Berücksichtigung,
dass es im Allgemeinen wünschenswert
ist, den Verluststrom in der Last LD, wenn der Kontakt SW geöffnet ist,
zu begrenzen, erfolgen. Widerstände
mit mehreren hundert Kiloohm könnten
verwendet werden. Das Verhältnis
R2/(R1 + R2) muss ausreichend hoch sein, damit der Spannungswert
Vdd·R2/(R1
+ R2) logischem Hochpegel entspricht.
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Nebenbei
sei angemerkt, dass, da der Widerstand R1 bei geöffnetem Kontakt SW nahezu die gesamte
Netzspannung aufnehmen muss, dies bei seiner Auslegung berücksichtigt
werden muss.