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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Relais und eine fernsteuerbare Netzspannungsschalteinrichtung damit.
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In einer Kontrollvorrichtung wird ein Relais in der Regel als Kontrolleinheit verwendet, wobei der Eingangsanschluss einer Ansteuerschaltung mit einem Kontrollgerät verbunden ist, der Ausgangsanschluss mit einem zu steuernden Objekt verbunden ist und das Kontrollgerät die Arbeit des zu steuernden Objekts über den Schalter des Relais steuert. Die Gleichstrom-Arbeitsspannung, die für die Ansteuerschaltung benötigt wird, unterscheidet sich im Allgemeinen von derjenigen, die für das Kontrollgerät benötigt wird, die jeweils durch Gleichstromnetzteile bereitgestellt werden. Bei einigen Kontrollgegebenheiten befindet sich das zu steuernde Objekt im Allgemeinen im Stand-by-Zustand, und es arbeitet nur, wenn das Kontrollgerät Signale sendet. Beispielsweise ist in 1 eine Schaltungsanordnung einer ferngesteuerten Steckdose gezeigt, in dem das Kontrollgerät in dem rechteckigen Rahmen dargestellt ist und aufgebaut ist aus einem Empfangsschaltkreis für Fernsteuersignale JSMK und einem Dekodierungsschaltkreis IC1, wobei die Ansteuerschaltung hauptsächlich aus einem Schalttransistor Q1 zusammengesetzt ist und mit einem Relais JD1 dazu in Reihe geschaltet, mit darin dem Kollektorrückführschaltkreis, wobei der Kontaktgeber des Relais mit einem Wechselstromausgangsschaltkreis des gesteuerten Objekts-J3 in Reihe geschaltet ist.
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Der Mangel bei dieser Art an Relaiskontrollvorrichtung ist, dass im Stand-by-Zustand der Teil im Gleichstromenergieversorgungsschaltkreis, der dem Relais Energie liefert (beispielsweise die spannungsstabilisierende Diode Z1 und der Widerstand R0 im Gleichstromenergieversorgungsschaltkreis, der die Energie für das Steuerrelais bereitstellt einen elektrischen Stromfluss aufweist, und somit mehr elektrische Energie verbraucht.
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Aus der
DE 35 32 758 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Stromversorgung eines Steuer- oder Regelelementes mit einem Netzteil mit Spannungsgleichrichtung und/oder mit einem Akkumulator für elektrische und elektronische Steuer- oder Regelgeräte bekannt geworden.
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Die
US 7,259,479 B1 zeigt eine transformatorlose Spannungsversorgung mit Spannungsversorgungsschaltungen, die eine Relaisspannung einschließen, die durch einen Steuerschaltkreis gesteuert werden kann.
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EP 0 116 105 A1 beschreibt einen automatischen Netzschalter, der ein Relais mit Kontakten in der Netzleitung umfasst, wobei das Relais durch eine Steuerschaltung geschaltet wird.
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Aus der
DE 36 05 658 A1 ist ein elektronisches Steuergerät bekannt geworden, bei dem eine Verbraucherschaltung mit mehreren einzelnen schaltbaren Stromverbrauchern Strom aufgeprägt wird.
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Die technische Fragestellung, die die vorliegende Erfindung lösen möchte, ist eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, die im Stand-by-Zustand weniger elektrische Energie verbraucht. Die technische Fragestellung wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 sowie eine fernsteuerbare Netzspannungsschalteinrichtung gemäß Anspruch 3 gelöst.
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Der technische Vorschlag zur Lösung der obigen Fragestellung ist, dass die vorliegende Erfindung eine Ansteuerschaltung umfasst, verbunden mit dem Ausgangsanschluss eines Kontrollgeräts und einer Gleichstromenergieversorgung, die die Energie für das Kontrollgerät und die Ansteuerschaltung bereitstellt. Die Gleichspannungsversorgung umfasst einen Brückengleichrichter, verbunden mit einer Netz-Wechselspannung. Die Gleichspannungsversorgung umfasst: eine zweite Gleichspannung, die den Strom für die Ansteuerschaltung bereitstellt, sowie eine erste Spannung, die die Energie für das Kontrollgerät bereitstellt.
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Das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
Im Arbeitszustand gibt das Kontrollgerät Arbeitssignale aus, um den ersten Schalttransistor abzuschalten, der zweite Schalttransistor wird zur gleichen Zeit abgeschaltet, die zweite Gleichspannung liefert die Energie für das Steuerrelais und das An- und Ausschalten der zu steuernden Schaltung wird durch den Kontaktgeber des Relais gesteuert.
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Im Stand-by-Zustand kippt der Stand-by-Signalausgang des Kontrollgeräts den ersten Schalttransistor, um die Kipp-Vorspannung für den zweiten Schalttransistor bereitzustellen, damit der zweite Schalttransistor in der Sättigung ist, zu welchem Zeitpunkt das Steuerrelais durch den zweiten Schalttransistor, der parallel geschaltet ist, kurzgeschlossen wird und aufhört zu arbeiten, wobei die zwei Anschlüsse der Gleichspannungsversorgung zur gleichen Zeit kurzgeschlossen werden, wobei der entsprechende Spannungsteilerschaltkreis keinen Stromfluss aufweist und keine elektrische Energie verbraucht. Somit muss im Stand-by-Zustand nur im Spannungsteilerschaltkreis, der mit der Gleichspannungsversorgung für das Kontrollgerät in Verbindung steht, ein Stromfluss vorhanden sein, wobei das Kontrollgerät im Arbeitszustand die Arbeitssignale zur Ansteuerschaltung im Stand-by-Zustand zu jedem Zeitpunkt auf Verlangen ausgeben kann, sobald die Ansteuerschaltung im Stand-by-Zustand die Arbeitssignalausgabe vom Kontrollgerät erhält, bewirkt dieses, dass der erste und zweite Schalttransistor abgeschaltet werden, und das Steuerrelais in den Einschaltzustand übergeht.
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In der vorliegenden Erfindung ist der zweite Schalttransistor mit dem Steuerrelais parallel geschaltet und der erste Schalttransistor, der vom Kontrollgerät gesteuert wird, und dessen Polarität umgekehrt zu der des zweiten Schalttransistors ist, liefert die Kipp-Vorspannung für den zweiten Schalttransistor, wobei der erste Schalttransistor mit der umgekehrten Polarität bei Phasenumkehr und elektrischer Niveauänderung reagiert, wodurch es dazu kommt, dass die Gleichstromenergieversorgung an den zwei Anschlüssen der Ansteuerschaltung so kurz geschlossen wird, dass kein Strom in den Gleichstromspannungsteilerabschnitten des entsprechenden Energieversorgungsspannungsteilerschaltkreises fließt und keine elektrische Energie verbraucht wird und die Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung auch die Energie für das Kontrollgerät bereitstellen kann, so dass das Kontrollgerät die Kontroll- bzw. Steuersignale zu jedem Zeitpunkt ausgeben kann, während die Ansteuerschaltung sich in dem Zustand befindet, dass diese die Stand-by-Signale zu jedem Zeitpunkt empfangen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Verbrauch an elektrischer Energie der Gleichstromenergieversorgung in der Ansteuerschaltung reduziert, während sich diese im Stand-by-Zustand befindet, und die Vorteile sind verlässlicher Betrieb und der geringere Energieverbrauch im Stand-by-Zustand.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist der Schaltplan bzw. das Schaltungsdiagramm einer ferngesteuerten Steckdose, welche die Ansteuerschaltung gemäß dem Stand der Technik verwendet;
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2 ist das schematische Blockdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist der Schaltplan bzw. das Schaltungsdiagramm einer ferngesteuerten Steckdose, die die Ansteuerschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsform von 3 beschrieben.
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Diese Ausführungsform ist eine ferngesteuerte Steckdose, die die Ansteuerschaltung verwendet. Die Ansteuerschaltung, das Kontrollgerät und die Gleichspannungsversorgung sind in einem Gehäuse untergebracht, ein Wechselstromeingangsanschluss, der mit der Wechselspannungsversorgung verbunden sein kann, sowie eine Wechselstromausgangsvorrichtung sind auf dem Gehäuse vorgesehen, wobei der Nullleiteranschluss des Wechselstromeingangsanschlusses mit dem Nullleiteranschluss der Wechselstromausgangsvorrichtung verbunden ist, wobei der Phasenleiter des Wechselstromeingangsanschlusses mit dem Phasenleiter der Wechselstromausgangsvorrichtung über einen normalerweise geöffneten Kontaktgeber des Relais JDQ verbunden ist, wobei der Gleichrichterschaltkreis der Gleichspannungsversorgung mit dem Wechselstromeingangsanschluss elektrisch verbunden ist.
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Mit Bezug auf 3 ist J1 der gemeinsame Nullleiteranschluss des N-Pols des Wechselstromeingangsanschlusses und des N-Pols der Wechselstromausgangsvorrichtung, J2 ist der L-Pol des Wechselstromeingangsanschlusses, J3 ist der AUS-Anschluss bzw. der Ausgang der Wechselstromausgangsvorrichtung, der mit dem L-Pol (J2) des Wechselstromeingangsanschlusses über einen normalerweise geöffneten Kontaktgeber des Steuerrelais JDQ verbunden ist.
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Innerhalb des Gehäuses der Steckdose ist ein Kontrollgerät (der Schaltkreis in dem gepunkteten Rahmen des Schaltungsdiagramms bzw. Schaltplans von 3), eine Ansteuerschaltung, verbunden mit dem Kontrollgerät sowie eine Gleichspannungsversorgung, die die Energie für das Kontrollgerät und die Ansteuerschaltung liefert, untergebracht.
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Der Aufbau des Gleichspannungsversorgungsschaltkreises ist so, dass dieser einen Brückengleichrichter aufweist, der mit der Wechselspannungsversorgung verbunden ist und aufgebaut ist aus den Gleichrichterdioden D1 bis D4, ein Energieversorgungsspannungsteilerschaltkreis ist aufgebaut aus zwei spannungsstabilisierenden Dioden Z1, Z2, die die zwei Gleichstromgleichrichterabschnitte darstellen, die in Reihe zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen des Brückengleichrichterschaltkreises geschaltet sind – eine Reihenschaltung. Der Verbindungspunkt der zwei spannungsstabilisierenden Dioden ist mit der Erde verbunden, der eine Anschluss der zwei Ausgangsanschlüsse des Brückengleichrichterschaltkreises ist über die erste spannungsstabilisierende Diode Z1 geerdet und bildet die Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung, die 5 V Spannung zur Erde aufweist; der andere Anschluss ist über die zweite spannungsstabilisierende Diode Z2 geerdet und bildet die Gleichstromenergieversorgung, die –24 V Spannung zur Erde aufweist und umgekehrte Polarität besitzt.
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Die zwei Anschlüsse der ersten spannungsstabilisierenden Diode Z1 sind mit den Filterkondensatoren C3, C5 parallel geschaltet. Die zwei Anschlüsse der zweiten spannungsstabilisierenden Diode Z2 sind mit den Filterkondensatoren C4, C6 parallel geschaltet.
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Der Wechselstromeingangsschaltkreis ist mit einem Strombegrenzungswiderstand R1 und einem Kondensator C1 in Reihe geschaltet, wobei die zwei Anschlüsse des Kondensators C1 mit den Widerständen R2, R3 (220 kΩ) parallel geschaltet sind, deren Widerstandswert sehr viel größer ist als der Strom begrenzungswiderstand R1 (100 Ω).
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Der Aufbau der Ansteuerschaltung ist wie folgt: die zwei Anschlüsse der Spule des Steuerrelais JDQ werden mit der Gleichstromenergieversorgung, die –24 V Spannung liefert, verbunden, der normalerweise geöffnete Kontaktgeber des Relais ist mit dem zu steuernden Wechselstromrückführkreislauf J3 in Reihe geschaltet. Der zweite Schalttransistor Q2 ist vom NPN-Typ und ist parallel mit der Spule des Steuerrelais JDQ geschaltet, dessen Kollektor ist geerdet und dessen Emitter ist mit dem anderen Anschluss (–24 V) der Gleichstromenergieversorgung verbunden; die Basiselektrode des zweiten Schalttransistors Q2 ist mit dem Kollektor des ersten Schalttransistors Q1, der vom PNP-Typ ist, verbunden und weist die umgekehrte Polarität gegenüber derjenigen der Basiselektrode des zweiten Schalttransistors auf. Der Emitter des ersten Schalttransistors Q1 ist mit der Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung verbunden, die über die in Durchlassrichtung verbundene Diode D5 5 V Spannung liefert. Die Basiselektrode des ersten Schalttransistors Q1 ist mit dem Kontrollgerät verbunden.
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Das Kontrollgerät ist in dem mit gestrichelten Linien umrandeten rechteckigen Rahmen dargestellt. Das Kontrollgerät weist einen Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreis zum Aufnehmen der Basisband- bzw. Tiefpasssignale und einen Dekodierungsschaltkreis, verbunden mit dem Ausgangsanschluss des Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreises, auf. Der Ausgangsanschluss des Dekodierungsschaltkreises ist mit der Basiselektrode des ersten Schalttransistors Q1 der obigen Ansteuerschaltung verbunden.
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Insbesondere ist der Eingangsschaltkreis des Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreises ein Detektionsschaltkreis, aufgebaut aus einem Transistor Q3, der mit dem Basisbandverstärkerschaltkreis verbunden ist, der aus einem Operationsverstärkerschaltkreis 1C1A über einen Tiefpassfilterschaltkreis, bestehend aus 1R5, 1C6, 1R6 und 1C6, besteht. Der Ausgangsanschluss des Basisbandverstärkerschaltkreises ist mit dem Dekodierungsschaltkreis über einen Impulsformerschaltkreis, bestehend aus einem Operationsverstärkerschaltkreis 1C1AB, verbunden; der Dekodierungsschaltkreis ist aufgebaut aus einem integrierten Schaltkreis HL0604E(U2), und einem peripheren Schaltkreis, wobei der Ausgangsanschluss des Impulsformerschaltkreises des Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreises verbunden ist mit dem Eingangsanschlussbein 16 hiervon, das das Ausgangsanschlussbein 4 kontrolliert und mit der Basiselektrode des ersten Schalttransistors Q1 der Ansteuerschaltung verbunden ist.
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Sowohl der Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreis als auch der Dekodierungsschaltkreis des Kontrollgeräts werden durch die Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung, die 5 V Spannung liefert, mit elektrischer Energie versorgt.
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Das Funktionsprinzip dieser Ausführungsform ist wie folgt:
Im Stand-by-Zustand liefert die Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung mit 5 V Spannung die Energie für den Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreis und Dekodierungsschaltkreis, wenn keine Kontroll- bzw. Steuersignale empfangen werden, gibt der Dekodierungsschaltkreis 4 niedrige Niveaus aus, der erste Schalttransistor Q1 kippt durch, der zweite Schalttransistor Q2 wird in Sättigung gehalten, was bewirkt, dass die Spule des Steuerrelais kurzgeschlossen wird, so dass das Relais nicht arbeitet, der Wechselspannungskreis J3 wird durch den normalerweise geöffneten Kontaktgeber ausgeschaltet, und es wird kein Wechselstrom mehr abgegeben.
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Zu diesem Zeitpunkt werden die zwei Anschlüsse der zweiten spannungsstabilisierenden Diode Z2 der Gleichspannungsversorgung, deren Spannung –24 V beträgt, durch den zweiten Schalttransistor Q2 kurzgeschlossen. Es fließt kein Strom hindurch, und es wird keine elektrische Energie verbraucht.
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Nachdem der Fernsteuersignal-Empfangsschaltkreis die Fernsteuersignale empfängt, dekodiert der Dekodierungsschaltkreis und gibt höhere Niveaus aus, der erste Schalttransistor Q1 wird abgeschaltet, um den zweiten Schalttransistor Q2 abzuschalten, die Gleichstromenergieversorgung mit –24 V Spannung liegt an den zwei Anschlüssen der Spule des Steuerrelais JDQ an, der Wechselspannungskreis J3 wird durch den geschlossenen, normalerweise offenen Kontaktgeber eingeschaltet, und es wird Wechselstrom ausgegeben.
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1 zeigt die ferngesteuerte Steckdose, die die Relaissteuerung aus dem Stand der Technik verwendet. Wenn der Schaltkreis sich im Stand-by-Zustand befindet, fließt der Strom durch die spannungsstabilisierende Diode Z1 der Gleichstromenergieversorgung mit 24 V Spannung, so dass der Energieverbrauch im Stand-by-Zustand etwa 1 W beträgt. Im Stand-by-Zustand gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die 24 V Arbeitsenergieversorgung durch den zweiten Schalttransistor Q2 kurzgeschlossen, durch die spannungsstabilisierende Diode Z2 des entsprechenden Spannungsteilungsschaltkreises fließt kein Strom, die Wechselstromenergie wird durch den Spannungsabfall des strombegrenzenden Widerstands R1 und des Kondensators C1, die Gleichrichtung von D1–D4, dem Filtern von C3 und C5, der Spannungsstabilisierung von Z1, und die Ausgabe der 5 V Gleichstrom-Stand-by-Energieversorgung bestimmt. Es werden nur etwa 0,2 W an geringfügiger aktiver Energie verbraucht (C1 verbraucht keine aktive Energie). Somit hat dies die Vorteile, dass weniger Energie im Stand-by-Zustand verbraucht wird.
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In dieser Ausführungsform kann die zweite spannungsstabilisierende Diode Z2 vermeiden, dass die Spitzenspannung zu hoch wird, die Filterkondensatoren C4, C5, parallel geschaltet mit Z2, können die Welligkeit reduzieren, so dass die Betätigung des Kontaktgebers des Steuerrelais JDQ stabiler und verlässlicher ist.
