DE2845494C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Betrieb eines BerührungsschaltersInfo
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/96—Touch switches
- H03K17/962—Capacitive touch switches
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- Electronic Switches (AREA)
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- Push-Button Switches (AREA)
Description
Für elektrische Steuerungen, insbesondere auch für Steuerungen elektrischer Haushaltsgeräte, ist es bekannt,
anstelle von Dreh- oder Tastschaltern sogenannte Berührungsschalter einzusetzen, bei denen entweder
auf kapazitiver Basis oder auch durch Veränderung eines Widerstands über eine nachgeschaltete Auswertschaltung
der gewünschte Schaltzustand hergestellt wird.
Für kapazitive Berührungsschalter ist es bekannt, die schaltaktiven Flächen als dünne Metallschichten auf
isolierende Platten, z. B. Glasplatten, aufzubringen. Zum Betrieb eines solchen kapazitiven Schalters ist es
bekannt, einen Rechteck-Impulsgenerator als Geber zu verwenden, den Ausgang des Generators auf die
kapazitiven Flächen zu schalten, und zwar derart, daß zwei hintereinander geschaltete kleine Kapazitäten
über die Berührungsfläche miteinander verbunden sind,
so daß eine Bedienungsperson bei Berührung der Flache eine Ableitkapazitäl zur Masse bildet. Der Ausgang
dieses kapazitiven Berührungsschalters wird auf ein Integrationsglied gegeben, das die über die Kapazität
des Berührungsschalters laufenden Impulsspitzen des Rechleck-Generators in eine äquivalente Gleichspannung
umformt, die ihrerseits über ein Verstärkungsglied die Schaltstufen steuert
Es sei angenommen, daß die dem Berührungsschalter zugeordneten Kapazitätsflächen so bemessen sind, daß
sich am Integrationsglied Spannungsspitzen ausreichender Höhe ergeben. Wird nun die Sensorfläche des
Berührungsschalters über den Körper eines Bedienenden als kapazitive Größe belastet, so werden die
Impulse praktisch kurzgeschlossen und der Integrator ist nicht mehr in der Lage, die nachfolgende
Verstärkerstufe auszusteuern. Die Schaltstufe bekommt damit ein anderes Signal und schaltet.
Bei der bekannten Ausführungsform muß wegen der notwendigen Hintereinanderschaltung zweier Kapazitäten
die schaltaktive Fläche des Berührungsschalters relativ groß sein und ferner müssen die Spannungsspitzen
des Generators ebenfalls verhältnismäßig groß sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters der angegebenen Art aufzubauen, die hinsicht-Hch
der Schaltungssicherheit, d. h. auch hinsichtlich der Fremdbeeinflußbarkeit den bekannten Schaltungen
überlegen ist und ferner mit wesentlich kleineren Flächen insbesondere bei kapazitiven Schaltern auskommt.
Gemäß der Erfindung wird dadurch erreicht, daß der Ausgang eines Impulsgebers, vorzugsweise eines
Rechteck-Impulsgenerators, zum einen direkt und zum anderen über einen Widerstand auf die Eingänge eines
UND-Gatters geschaltet ist und daß der Eingang mit dem vorgeschalteten Widerstand zusätzlich an die
Berührungskapazität geschaltet ist.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich sowohl für einen kapazitiven als auch für einen
ohmschen Berührungsschalter.
*o Einzelheiten der Erfindung, ihre Ausgestaltungsformen
und die Wirkungsweise werden anhand der Zeichnung beschrieben und erläutert. Die
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung für einen kapazitiven Berührungsschalter;die
Fig.2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsfortn für einen ohmschen Berührungsschalter;
die
F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Signale an den verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnungen
nach den F i g. 1 und 2; die
F i g. 4 zeigt das Ersatzschaltbild für einen kapazitiven Schalter; die
F i g. 5 zeigt das Ersatzschaltbild für einen ohmschen i">
Schalter.
In Fig. 1 legt ein Rechteck-Impulsgeber IG 1 an den
Punkt B eine Rechteck-Impulsspannung, die auf den Eingang e It des UND-Gatters G gegeben wird. Vom
Punkt B ausgehend wird über den Widerstand rl die ho gleiche Spannung auch an den Eingang e 12 des Gatters
G gelegt. Am Eingang e 12 liegt ferner übei einen Widerstand rl die durch den Berührungsschalter
gebildete Kapazität CT. Vom Ausgang A des Gatters C wird dessen Ausgangsspannung über eine Diode D an
->> e:r Steuerglied S gegeben, das sein Ausgangssignal in
Punkt Ean die nachgeschalteten Schaltstufen gibt.
Wird im Punkt B die aus F i g. J ersichtliche
'vtchieck-liiipiilsspanniing angelegt,dann lieg· ubei den
Vorwiderstand rl am Eingang e 12 der aus Fi g. 3 —
zweite Zeile — ersichtliche Impuls an. Die Anstiegsflanke des Impulses resultiert von dem durch den
Widerstand r 1 und der Eigenkapazität des Gatters G sich ergebenden KC-Glied.
Es ist ersichtlich, daß die mit 5s bezeichnete, in F i g. 3 eingezeichnete Schwellspannung für das Gatter G
erreicht wird, so daß das Gatter G schaltet und eine entsprechende Signalspannung über D auf E gibt. Wird
nun die Berührungsfläche berührt — F i g. 3, rechter TdI
—, so wird d'.c eine Fläche des Kondensator; CTdamit
praktisch an Masse gelegt Damit wird die Kapazität CT wirksam und es ergibt sich über r 1 ein ÄC-Giied, das die
Flanke des an e 12 anliegenden Signals wesentlich flacher macht, so daß die Schwellspannung 5s nicht
mehr erreicht wird Damit kann das Gatter G kein Signal mehr geben.
Dem Widerstand r\ ist eine Diode d\ parallel geschaltet, so daß der Berührungskondensator CTüber
diese Diode nach jedem Impuls entladen werden kann.
Die: F i g. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem
Widerstands-Berührungsschalter, bei der der kapazitive Schalter CTdurch einen ohmschen Schalter /?7"ersetzt
ist. Hier ergeben sich die aus F i g. 3 für den Eingang e 22 ersichtlichen Spannungsimpulse. Die Flankensteilheit
der Impulse ist gleich dem Eingang an eil. Nach Berührung der Flächen /?7"bleibt zwar die Flankensteilheit
an e22 erhalten, die Impulsspannung wird aber kleiner als die Schwellspannung Ss, so daß das Gatter G
kein Signal abgibt.
Die Fig. 4 zeigt das Ersatzschaltbild für die
Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Der Spannungsanstieg
am Punkt e 12 für die im Punkt B eingespeisten Impulse mit einer Frequenz größer als 20 kHz und einer
Impulsspannung von z. B. 5 V ist abhängig von der Größe des Widerstandes r 1, der z. B. 5 Megohm betragt
sowie von der Kapazität CT des Berührungsschalters, die sich bei einer Größe der Sensorflächc-n von 300 mm2
und einer Isolierglasdicke von 2 mm mit ca. 5 bis 10 pF
ergibt und der Körperkapazität CB des Bedienenden mit ungefähr 200 pF, sowie der Kapazität des Gatters
CB mit ca. 2 bis 5 pF dem Gatterw'derstanu RG mit
größer als 1012 Ohm und der Kapazität CA des
gesamten Steuerkreises gegenüber dem Gatter mit
ίο größer als 200 pF. Aus diesem Ersatzschaltbild ist
ersichtlich, daß schon durch die Parallelschaltung der kleinen Kapazität CTdie Flankensteilheit der Impulse
so weit abgesenkt werden kann, daß sich einwandfreie Schaltkriterien für das Gatter G ergeben.
Aus dem Ersatzschaltbild nach Fig.5 ist ersichtlich,
daß bei einem Vorwiderstand r 1 von mehreren Megohm an e22 die Spannung praktisch dann
zusammenbricht, wenn der Widerstand RB durch die Bedienungsperson eingeschaltet wird. Da dieser Widerstand
in der Größe von enigen kOhm liegt, ergibt sich auch für e 22 eine solche Spannungsabsenkung, daß das
Gatter G wieder ein einwandfreies Schaltkriterium bekommt.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist im Prinzip einfacher, sie hat jedoch den Nachteil, daß der
Bedienende nicht potentialfrei mit dem Steuerkreis in Berührung kommt, so daß zumindest bei Geräten und
Einrichtungen, die auch höhere Spannungen führen, einer kapazitiven Schaltungsanordnung der Vorzug ? .
geben ist, weil hier izne absolute Sicherheit für den
Bedienenden vorhanden ist. Ferner hat ein kapazitiver touch den Vorteil, daß er durch Schmutz und
insbesondere Feuchtigkeit auf den Bedienungsflächen praktisch nicht beeinflußt werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Berührungsschalters für elektrische Steuerungen unter
Verwendung eines Impulsgebers, mindestens einer metallischen Sensorfläche und eines elektrischen
Steuergliedes, durch das die von der Berührungsfläche beeinflußbaren Impulse ausgewertet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Impulsgebers zum einen direkt und zum anderen
über einen Widerstand auf die Eingänge eines UND-Gatters geschaltet ist und daß der Eirgang mit
dem vorgeschalteten Widerstand zusätzlich an die Berührungskapazität geschaltet ist
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand hochohmig, vorzugsweise
größer als 3 Megohm, ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 mit gegeneinander isolierten metallischen Flächen, die eine Kapazität
bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand zusammen mit der unberührten Berührungskapazität
ein RC-G\\ea bildet, dessen Zeitkonstante
kleiner als die Impulslänge des Gebers ist
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gatter und kapazitiver
Berührungsfläche ein Ableitwiderstand eingeschaltet und der Vorwiderstand durch eine gegen die
Spannung des Impulsgebers gerichtete Diode überbrückt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber ein Rechteckgenerator
eingesetzt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 mit mindestens einer metallischen Fläche, die gegen eine
zweite Fläche oder gegen Masse durch einen Bedienenden verbunden wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorwiderstand hochohmig gegen den durch den Bedienenden gebildeten Widerstand
gemacht ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gatter »G« und
Gatter »S« eine Diode eingeschaltet ist, die mit der Gate-Kapazität des Gatters »S« einen Integrator
bildet.
Priority Applications (6)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BAUKNECHT HAUSGERAETE GMBH, 7000 STUTTGART, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BAUKNECHT HAUSGERAETE GMBH, 7000 STUTTGART, DE |
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