DE19807517A1

DE19807517A1 - 2-Drahtschalter

Info

Publication number: DE19807517A1
Application number: DE19807517A
Authority: DE
Inventors: Harry Reichstein; Volker Grosch
Original assignee: Insta Elektro GmbH and Co KG
Current assignee: INSTA ELEKTRO GMBH, 58511 LUEDENSCHEID, DE
Priority date: 1998-02-21
Filing date: 1998-02-21
Publication date: 1999-08-26

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von elektronischen Verbrauchern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind bereits elektronische 2-Drahtschalter bekannt, siehe Elektronik-Handbuch Seite 18 der Firma Giersiepen GmbH & Co. KG, D-42477 Radevormwald, die mit einem Restphasenwinkel arbeiten. Dieser ist notwendig, um für die Elektronik dieses Schalters eine Spannungsversorgung aufrecht zu erhalten. Der Restphasenwinkel kann sowohl als Phasenabschnitt als auch als Phasenanschnitt ausgeführt sein, siehe Fig. 2 und 3. Mit jedem dieser Schalter lassen sich aber nur bestimmte Lastarten schalten, z. B. Glühlampen und induktive Lasten im Phasenanschnitt oder Glühlampen und kapazitive Lasten im Phasenabschnitt. Außerdem verringert sich bei dieser Art von elektronischen Schaltern die Helligkeit der Leuchtmittel je nach Größe des Restphasenwinkels.

Aufgrund der zuvor geschilderten Einschränkungen lag es nahe, einen elektronischen 2- Drahtschalter zu entwickeln, der ohne oder mit sehr kleinem Restphasenwinkel auskommt. Außerdem sollte die Möglichkeit untersucht werden, jegliche Art von Lasten anschließen zu können, wobei der erfindungsgemaß zu entwickelnde 2-Drahtschalter auch die Möglichkeit beinhalten sollte, insbesondere auch Mischlasten schalten zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale und Ausführungen der Erfindung sind in den folgenden Figurenbeschreibungen und Unteransprüchen enthalten. Es zeigt:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines elektronischen 2-Drahtschalters gemäß der Erfindung mit einer Last;

Fig. 2 ein Diagramm mit Darstellung des bekannten Restphasenanschnittes;

Fig. 3 ein Diagramm mit Darstellung des bekannten Restphasenabschnittes;

Fig. 4 ein Diagramm mit Darstellung des erfindungsgemäßen Restphasenwinkels.

Fig. 1 stellt den elektronischen Schalter (1) als Blockschaltbild dar. Der Leistungsschalter (2) kann als Relais, Triac oder IGBT, MOS-FET in einer Brückendiagonalen oder aus zwei antiseriellen MOS-FET's oder zwei antiseriellen IGBT's mit zwei antiparallelen Dioden ausgeführt sein. Im AUS-Zustand, Leistungsschalter (2) geöffnet, versorgt sich der elektronische Schalter (1) über den Vorwiderstand (4). Der Vorwiderstand (4) dient nur zur Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung für die Steuereinheit (7), wenn der Leistungsschalter (2) geöffnet ist. Da hier beide Vollwellen für die Ladeschaltung (5) zur Verfügung stehen, kann der Vorwiderstand (4) entsprechend groß gewählt werden, um eine möglichst kleine Verlustleistung zu bekommen. Der Vorwiderstand (4) kann sowohl ohmsch, kapazitiv oder nichtlinear ausgeführt werden. Mit Hilfe der Ladeschaltung (5) wird ein Energiespeicher (6) geladen. Aus diesem wird die Versorgungsspannung für die Steuereinheit (7) gewonnen. Mit dieser werden in der Regel Geräte wie IR- Funk- und PIR-Aufsätze versorgt. Diese Aufsätze geben den Befehl, den Leistungsschalter (2) über die Steuereinheit (11) zu betätigen.

Wird der Leitungsschalter (2) geschlossen, wird der Vorwiderstand (4) hierdurch überbrückt. Dadurch kann die Versorgung der Steuereinheit (7) nicht mehr über den Vorwiderstand (4) aufgeladen werden und auf Dauer zusammenbrechen. Dies hätte zur Folge, daß der elektronische Schalter (I) in einen instabilen Zustand gerät. Um dieses zu vermeiden tritt der wesentliche Teil, nämlich der Wandler (3) in Kraft. Mit Hilfe der Spannungserkennung (8), wird die Spannungshöhe des Energiespeichers (6) überwacht. Sinkt diese unter einen bestimmten Wert, wird der Wandler (3) aktiviert. Der Wandler (3) besteht aus einem elektronischen Schaltelement (z. B. MOS-FET oder IGBT), das dauernd durchgesteuert wird. Dies wird durch die Kontrollschaltung (10) realisiert. Erhält die Kontrollschaltung (10) von der Spannungserkennung (8) das Signal, daß die Spannungshöhe des Energiespeichers (6) einen bestimmten Wert unterschritten hat und wird ein Nullpunkt durch die Nullpunkterkennung (9) detektiert, so wird das elektronische Schaltelement im Wandler (3) gesperrt. Der Leistungsschalter (2) ist weiterhin geschlossen. Da nun durch den Wandler (3) kein Strom mehr fließen kann, fließt der Strom über die Ladeschaltung (5) weiter. Hierdurch steigt die Spannung am Energiespeicher (6) wieder an. Erkennt nun die Spannungserkennung (8) einen bestimmten Wert, wird der Wandler wieder durchgesteuert. Somit ergibt sich so gut wie kein Restphasenwinkel im herkömmlichen Sinn.

In Fig. 2 und 3 zeigt jeweils das Diagramm einen Phaseanschnitt und Phasenabschnitt, wie diese auch bei den herkömmlichen 2-Drahtschaltern benutzt werden. Die erfindungsgemäße Weiterentwicklung zum Erhalt einer Schaltung, womit Mischlasten geschaltet werden können, ist in dem Diagramm der Fig. 4 gezeigt, in dem der erfindungsgemaße Restphasenwinkel dargestellt ist. Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, wird zum Erhalt der Spannungsversorgung eines 2-Drahtschalters eine hohe Amplitude benötigt. Diese führt dazu, daß man nur bestimmte Lastarten damit schalten kann. Aufgabengemaß sollen aber auch Mischlasten schaltbar sein. Dazu war es notwendig, den bisherigen Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt erheblich zu verkürzen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Leistungsschalter (2) weiterhin geschlossen bleibt, während das elektronische Schaltelement im Wandler (3) gesperrt wird. Somit fließt der Laststrom nicht mehr durch den Wandler (3), sondern über die Ladeschaltung (5) in den Energiespeicher (6). Da hier als einziger Vorwiderstand nur die Last dient, ist die Zeit, bis die Spannungserkennung (8) Oberspannung erkannt hat, sehr kurz. Außerdem bleibt der Stromfluß durch die Last nahezu erhalten.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sich aufgrund des sehr kleinen Restphasenwinkels, keine Einschränkungen für bestimmte Lastarten notwendig sind. Deshalb ist es möglich nahezu beliebige Mischlasten zu betreiben. Dies führte schließlich zu dem aus Fig. 4 ersichtlichen Diagramm, wonach die bekannte Amplitude von 150 V entsprechend der Darstellung in Fig. 2 und 3 auf 50 V verringert wurde.

Bezugszeichenliste

1

Schalter

2

Leistungsschalter

3

Wandler

4

Vorwiderstand

5

Ladeschaltung

6

Energiespeicher

7

Steuereinheit

8

Spannungserkennung

9

Nullpunkterkennung

10

Kontrollschaltung

11

Steuereinheit

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung von elektronischen Verbrauchern, insbesondere Mischlasten, mittels einer 2-Drahtschaltung, enthaltend einen Leistungsschalter (2), der durch eine Steuereinheit (11) geschaltet werden kann, einem Wandler (3), der aus einem elektronischen Schaltelement besteht, das von einer Kontrollschaltung (10) gesteuert wird, welche die logische Verknüpfung zwischen Spannungserkennung (8) und Nullpunkterkennung (9) derart verknüpft, daß das elektronische Schaltelement (3) im Nulldurchgang gesperrt wird, wenn die Spannungserkennung (8) Unterspannung erkannt hat und leitend wird, wenn die Spannungserkennung (8) Oberspannung erkannt hat und in Reihe zum Leistungsschalter (2) und einer Ladeschaltung (5), die einen Energiespeicher (6), vorzugsweise einen Kondensator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (6 ) über einen Vorwiderstand (4) geladen wird, wenn der Leistungsschalter (2) geöffnet ist und über den Wandler (3) geladen werden kann, wenn der Leistungsschalter (2) leitend ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (2) im Nullpunkt Ein und Aus geschaltet werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Wandler (3) eingesetzte elektronische Schaltelement aus einem MOS-FET besteht, der gegenüber der Netzspannung eine wesentlich kleinere Spannungsfestigkeit hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (2) aus einem Relais besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (2) aus einem Triac besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (2) aus einem MOS-FET in einer Brückendiagonalen besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (2) aus einem IGBT in einer Brückendiagonalen besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (2) aus zwei antiseriellen MOS-FET besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (2) aus zwei antiseriellen IGBT mit zwei antiparallelen Dioden besteht.