DE2856962A1

DE2856962A1 - Touch control switch

Info

Publication number: DE2856962A1
Application number: DE782856962T
Authority: DE
Inventors: L Wern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-05
Filing date: 1978-08-04
Publication date: 1980-11-27
Also published as: US4289972A; BR7808735A

Description

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Durch Berühren betätigbarer Schalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen durch Berühren betätigbaren Schalter, der sich dazu eignet, bei einer Beleuchtungseinrichtung für V7echselstrom zwischen einer als Last vorgesehenen Lampe und einem Versorgungsnetz ange-5 ordnet zu werden und der ein Halbleiter-Schaltelement mit einer Steuerelektrode, eine Zählschaltung mit einem Vorwärt s-Zähleingang und einem digitalen Steuerausgang, der mit der Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelements über eine Triggerimpulsgeneratorschaltung verbunden ist, um die Leitfähigkeit des Halbleiter-Schaltelements in Abhängigkeit vom Aktivierungszustand des Steuerausgangs zu steuern, sowie eine Steuerimpulsformerschaltung aufweist, die einen mit dem Vorwärtszähleingang der Zählschaltung verbundenen Ausgang und einen ersten und einen zweiten Eingang besitzt, die mit einem ersten bzw. zweiten Anschluß des Versorgungsnetzes über eine berührungssensitive Impedanz verbunden sind.

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Ein Schalter der obengenannten Art ist in der US-PS 3 811 054 beschrieben. Eine weit verbreitete Anwendung dieses durch Berühren betätigbaren Schalters wird dadurch kompliziert, daß dieser Schalter einen hohen Leistungsverbrauch im lastfreien Zustand besitzt, daß er nicht zusammen mit reaktiven Verbrauchern, wie Leuchtstofflampen, benutzbar ist und daß eine Vielzahl seiner Bauteile sich nicht in monolithischer Form integrieren lassen.

Der erfindungsgemäße, durch Berühren betätigbare Schalter hat im lastfreien Zustand einen sehr geringen Leistungsverbrauch. Der erfindungsgemäße Schalter kann zusammen mit reaktiven Verbrauchern verwendet werden und läßt sich mit Ausnahme nur weniger Bauteile in monolithischer Form integrieren.

Die Erfindung, deren Besonderheiten in den Patentansprüchen aufgeführt sind, wird nun anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines bevorzugten

Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, durch Berühren betätigbaren Schalters und

Fig. 2 eine Darstellung der elektrischen Schaltung der in Fig. 1 enthaltenen,

auf Berührung ansprechenden Begrenzerstufe.

Fig. 1 zeigt einen durch Berühren betätigbaren Schalter, dessen prinzipielle Funktion mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Verbesserungen, die unten beschrieben werden, in

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der US-PS 3 811 054 erläutert ist und der zwischen eine die Last darstellende Lampe 1 und ein Versorgungsnetz 2 einer Beleuchtungseinrichtung für Wechselstrom geschaltet ist und ein Halbleiter-Schaltelement 3 mit einer Steuerelektrode aufweist. Der durch Berühren betätigbare Schalter weist außerdem eine Zählschaltung 4 mit einem Vorwärtszähleingang und einem digitalen Steuerausgang auf, der mit der Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelements 3 über eine Triggerimpulsgeneratorschaltung 5 zum Steuern der Leitfähigkeit des Halbleiter-Schaltelements 3 in Abhängigkeit vom Aktivierungszustand des digitalen Steuereingangs verbunden ist. Außerdem weist der Schalter eine Steuerimpulsformerschaltung 6 mit einem mit dem Vorwärtszähleingang der Zählschaltung 4 verbundenen Ausgang und einem ersten und einem zweiten Eingang auf, die mit einem ersten Anschluß 7 bzw. einem zweiten Anschluß 8 des Versorgungsnetzes 2 über eine berührungssensitive, äußere kapazitive Reaktanz verbunden sind. ^!

Die Steuerimpulsformerschaltung 6 weist eine als Berührungsdetektor dienende Begrenzerstufe 9 auf, in der, wie es weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wird, ein Spitzenwertdetektor und eine Addierschaltung enthalten sind, die mit ihrem Eingang mit dem Eingang der Steuerimpulsformerschaltung 6 verbunden ist, wobei ein zweiter Eingang der Addierschaltung mit dem Ausgang des Spitzenwertdetektor s verbunden ist.

Der Ausgang der Steuerimpulsformerschaltung 6 ist mit dem Ausgang der Begrenzerstufe 9 über einen Impulszähler 10 und eine UND-Schaltung 11 verbunden, die mit ihrem Sperreingang über eine zweite Begrenzerstufe 12 mit dem Versorgungsnetz 2 verbunden ist, die den gleichen inneren Aufbau besitzt wie die Begrenzerstufe 9 und dem Zwecke dient, eine Fehlfunktion aufgrund falscher Steuerimpulse zu verhin-

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dem, die infolge eines Spannungsanstiegs im Versorgungsnetz 2 entstehen können, wenn beispielsweise elektrische .;-. :
öfen abgeschaltet werden.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Triggerimpulsgeneratorschalturtg 5 einen monostabilen Flip-Flop 13 mit einem ersten Eingang für Vorderflankentriggerung und einem zweiten Eingang für Hinterflanken- .. :
triggerung, die gemeinsam in Nebenschaltung zum Halbleiter- .
Schaltelement 3 und in Reihe mit der die Last darstellen-

den Lampe 1 mit dem Versorgungsnetz verbunden sind, um
durch den durch die Lampe 1 fließenden Strom gesteuert zu
werden, wobei es sich bei der Lampe um eine Glühlampe oder
eine Leuchtstofflampe mit einem Kondensator zur Phasenkom- j

pensierung handeln kann. Die Schaltverbindung des Hinter-

flanken-Triggereingangs des monostabilen Filp-Flops 13 mit
dem Versorgungsnetz 2 erfolgt über einen Widerstands-Spannungsteiler, bei dem ein Nebenschlußglied an einem Potential
zur Vorspannung anliegt, um für ein symmetrisches Triggern \

bei den positiven und negativen Halbwellen des Wechselstroms ] Sorge zu tragen, der durch die als Last vorgesehene Lampe 1 ; fließt. Beim Ausführungsbeispiel ist das monostabile Flip- j

Flop vom C-MOS-Typ, bei dem Vorspannungspotential handelt ;

es sich um die Versorgungsspannung V_ des Flip-Flop, und der ^! Widerstand des Nebenschlußglieds hat im wesentlichen den !

halben Wert des Widerstands des Reihenschlußglieds des |

Spannungsteilers. . . j

Die Triggerimpulsgeneratorschaltung 5 enthält außerdem eine

UND-Schaltung 14, die mit einem ersten Eingang mit dem |

Ausgang des monostabilen Flip-Flop 13 und mit einem zweiten j

Eingang mit demn digitalen Steuerausgang der Zählschaltung 4 i

verbunden ist und deren Ausgang mit der Steuerelektrode des [

I Halbleiter-Schaltelements 3 über eine Treiberstufe 15 ver- f

bunden ist. Letztere führt einen Triggerimpuls zu, wenn

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eine vorbestimmte Spannung sich am Halbleiter-Schaltelement 3 aufgebaut hat, bei dem es sich beispielsweise um einen TRIAC handelt. Die Dauer der Triggerimpulse kann sehr kurz sein im Vergleich zur Dauer der Halbwelle des VJechselstroms, beispielsweise 100 y\s bzw. 10 ms, sodaß der Leistungsverbrauch im lastfreien Zustand des durch Berühren betätigbaren Schalters auf einen sehr geringen Wert herabgebraeht werden kann, weil der Strombedarf der Steuerschaltung, die dem Halbleiter-Schaltelement 3 zugeordnet ist, bescheiden ist.

Die Stromzufuhr zur Steuerschaltung erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel des durch Berühren betätigbaren Schalters über eine Gleichrichterdiode 16, einen Siebkondensator 17, einen Spannungsabfall erzeugenden Widerstand als Verbindung zum Versorgungsnetz 2 und eine spannungsbegrenzende Zenerdiode 19. Der Leistungsverlust des durch Berühren betätigbaren Schalters im lastfreien Zustand entspricht in etwa dem Leistungsverbrauch des Spannungsabfall erzeugenden Widerstands 18 und kann beim bevorzugten Ausftihrungsbeispiel der Erfindung unter 0,5 Watt bei 240 Volt Wechselspannung und beim Betrieb mit einem TRIAC gehalten werden, der für einen Strom von 2,5 Ampere ausgelegt ist.

Fig. 2 zeigt die Darstellung der Schaltung der Begrenzerstufe 9 von Fig. 1, wobei es sich um ein Ausführungsbeispiel handelt, das dazu geeignet ist, um zusammen mit der oben beschriebenen Triggerimpulsgeneratorschaltung 5 und [ der Mehrzahl der übrigen Bauteile des durch Berühren betätigbaren Schalters zu einem monolithischen Aufbau integriert zu werden. Zwei Spannungskomparatoren 20 und 21 ι sind mit ihrem Signaleingang gemeinsam an einem Steuerein-

■ gang 22 der Begrenzerstufe 9 über eine Schutzschaltung

S angeschlossen, die aus einem Widerstand 23 und einem Kon-

densator 24 gebildet ist. Außerdem sind die Spannungskom-

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paratoren mit ihrem Bezugseingang gemeinsam am Ausgang des einen Spannungskomparators 20 angeschlossen, und zwar über einen Spitzenwertdetektor, der aus einer Gleichrichterdiode 25, einem Kondansator 26, einem Ladewiderstand 27 und einem Endladungswiderstand 28 gebildet ist, der durch eine Schaltdiode 29 getastet ist, wie es unten noch im einzelnen erläutert wird, wobei die Verbindung des Signaleingangs des anderen Spannungskomparators 21 mit dem Steuereingang 22 über einen Widerstands-Spannungsteiler erfolgt, der aus einem Reihenwiderstand 30 und einem nebengeschalteten Widerstand 31 besteht. Der Spannungskomparator 21 bildet die oben erwähnte Addierschaltung und weist einen Ausgang 32 mit einem stromführenden Widerstand 33 auf, der mit dem Ausgang der Begrenzerstufe verbunden 1st.

Die Empfindlichkeit der als Berührungsdetektor dienenden Begrenzerstufe 9 steht im umgekehrten Verhältnis zur Spannungsteilung in dem erwähnten' Widerstands-Spannungsteiler, welche unter Einhaltung eines Sicherheitsabstandes gegenüber der Erzeugung falscher Steuerimpulse im umgekehrten Verhältnis verringert werden kann,wie die Zeitkonstanten für den Ladevorgang und Entladevorgang in dem oben erwähnten Spitzenwertdetektor größer werden. In dem Spitzenwertdetektor muß die Zeitkonstante des Ladevorgangs in jedem Falle wesentlich größer sein als die Periodendauer des Wechselstroms in dem Versorgungsnetz 2. Der Widerstandswert des Entladungswiderstands 28 kann jedoch wesentlich kleiner sein als der Widerstandswert des Ladewiderstands 27, dank des Umstands, daß der Entladungswiderstand 28 durch die Schaltdiode 29 getastet ist, welche so angeordnet ist, daß sie nur während eines sehr kurzen Zeit-Intervalls der Periode des Wechselstroms im Versorgungsnetz leitend ist, wobei dieses Zeitintervall der Dauer der Triggerimpulse entspricht, die für die negative Halbwelle dem halbleitenden Schaltelement 3 zugeführt werden. Dies

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wird dadurch erreicht, daß die Schaltdiode 29 mit dem Ausgang einer UND-Schaltung 34 verbunden ist, die einen Signaleingang 35/ der für den Anschluß am Ausgang des monostabileh Flip-Flop 13 in Fig. 1 vorgesehen ist,und einen Sperreingang 36 besitzt, der für den Anschluß am Eingang für die Hinterflankentriggerung des Flip-Flop 13 vorgesehen ist.

Der Schaltungsaufbau der in Fig. 2 gezeigten Begrenzerstufe kann in der Weise modifiziert werden, daß die Gleichrichterdiode 25 und die Schaltdiode 29 durch entsprechende MOS-Gatter mit niedrigen Leckströmen ersetzt werden. Außerdem kann der Reihenwiderstand 30 möglicherweise durch eine unmittelbare Drahtverbindung und eine negative Vorspannung des Signaleingangs des Spannungskomparators 21 relativ zu seinem Bezugseingang ersetzt werden.

Die Funktion der Begrenzerstufe in Fig. 2 entspricht der Funktion einer Begrenzerstufe, wie sie in der oben erwähnten ÜS-PS beschrieben ist, arbeitet jedoch mit einer niedrigeren SignalSpannung und mit größeren Toleranzen der Schaltungswiderstände, wodurch die vorliegende Schaltung für die monolithische Integration geeignet gemacht wird. Es ist wesentlich, daß Veränderungen in der äußeren Kapazität am Eingang der als Berührungsdetektor vorgesehenen Begrenzerstufe 9 die Phasenlage der Steuerimpulse beeinflussen, die von ihr nur in geringem Umfang zugeführt werden, um eine richtige Signalverarbeitung in der UND-Schaltung 11 und in dem Impulszähler 10 sicherzustellen. Dies erreicht man, indem der Widerstandswert sämtlicher der Widerstände 23, 30 und 31 wesentlich geringer gewählt wird als die Reaktanz des Kondensators 24, dessen Kapazität wiederum im wesentlichen gleich groß gewählt wird wie der Größtwert der äußeren Kapazität, beim Beispiel etwa 500 pF. Zusätzlich kann der Eingang der Begrenzerstufe 9 mit einem Nebenschlußkreis versehen sein, der eine variable Dämpfung

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erzeugt, beispielsweise mittels eines Feldeffekttransistors, der durch die Spannung über den Kondensator 26 des Spitzen— wertdetektors in bekannter Weise gesteuert wird, wie es beispielsweise in der Veröffentlichung "Electronics", Bd. 50, Nr. 7, Seite 107 beschrieben ist. Ein konstantes Verhältnis zwischen einer veränderlichen äußeren Reihenreaktanz und einem nebengeschalteten Widerstand, der sich dazu proportional im Eingangskreis der Begrenzerstufe verändert, wird dadurch erhalten, wodurch bewirkt wird,daß die Phasenlage :

der zugeführten Steuerimpulse gegenüber der Phase des Wechselstroms in dem Versorgungsnetz 2 konstant gehalten wird, was es wiederum ermöglicht, bei der UND-Schaltung 11 und der Begrenzerstufe 12 den Sicherheitsabstand für das Unterdrücken falscher Steuersignale zu vergrößern, die als Folge von SpannungsSchwankungen in dem Versorgungsnetz 2 erzeugt werden.

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Claims

-χ- Patentansprüche

1. Durch Berühren betätigbarer Schalter, der sich dazu eignet, bei einer Beleuchtungseinrichtung für Wechselstrom zwischen einer als Last vorgesehenen Lampe (1) und einem Versorgungsnetz (2) angeordnet zu werden und der ein HaIbleiter-Schaltelement (3) mit einer Steuerelektrode, eine Zählschaltung (4) mit einem Vorwärts-Zähleingang und einem digitalen Steuerausgang, der mit der Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelements (3) über eine Triggerimpulsgeneratorschaltung (5) verbunden ist, um die Leitfähigkeit des Halbleiter-Schaltelements in Abhängigkeit vom Aktivierungszustand des Steuerausgangs zu steuern, sowie eine Steuerimpulsformerschaltung (6) aufweist, die einen mit dem Vorwärts-Zähleingang der Zählschaltung verbundenen Ausgang und einen ersten und einen zweiten Eingang, die mit einem ersten bzw. zweiten Anschluß (7 und 8) des Versorgungsnetzes über eine berührungssensitive Impedanz verbunden sind, sowie eine Begrenzerstufe (9) mit einem Begrenzungspegel besitzt, der durch eine erste Spannungspegel-Detektorschaltung (20, 25, 26, 27, 28, 29) gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerstufe eine zweite Spannungspegel-Detektorschaltung (21, 30, 31) mit einem höheren Begrenzungspegel als der durch die erste Spannungspegel-Detektorschaltung gesteuerte Begrenzungspegel und mit einem Eingang und einem Ausgang besitzt, die mit dem Steuereingang (22) bzw. Ausgang (32) der Begrenzerstufe verbunden sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungspegel-Detektorschalturtg mit dem Eingang der Begrenzerstufe über :einen Spannungsteiler (30, 31) verbunden ist.

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3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungspegel-Detektorschaltung mit dem Eingang der Begrenzerstufe über eine Nebenschlußschaltung mit variabler Dämpfung verbunden ist, die durch die erste Spannungspegel-Detektorschaltung steuerbar ist.

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