Beschreibung

[1] Schaltungsanordnung zur Erkennung von Einschaltsequenzen für einen Ein/Ausschalter.

Technisches Gebiet

[2] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanord- nung zur Erkennung von Einschaltsequenzen für einen

Ein/Ausschalter, ausgestattet mit einem ersten Modul, das ein Flip-Flop zur Ausgabe eines Zustandssignales enthält.

Stand der Technik

[3] Es gibt Anwendungen, bei denen der Verbraucher aus Energiespar- oder sonstigen Gründen hart Ein- bzw. Ausgeschaltet wird. Daher haben diese Geräte keinen , Stand-by- Modus' , so dass die Steuerung verschiedener Betriebsmodi über einen einzigen Ein/Ausschalter schwierig ist.

[4] Bisher wurden für verschiedene Modi beim Einschalten mechanische Stufenschalter verwendet. Diese schalten entweder verschiedene Phasen durch, die dann an den Verbraucher gelegt werden, oder es werden neben der Ein/Aus Funktion des Schalters verschiedene Signale geschaltet und zur Auswertung dem Verbraucher zugeführt. Bei vielen Anwendungsfällen, z.B. bei bestehenden Installationen, sind aber keine entsprechenden Stufenschalter verfügbar, sondern nur normale Ein/Ausschalter, die den Verbraucher hart Ein- bzw. Ausschalten. Hier wird oftmals der Schalter nur als Signalschalter verwendet, und der Verbraucher trotzdem dauerhaft an die Stromversorgung angeschlossen, so dass er in der Lage ist, die vom Schalter gelieferten Signale zu verarbeiten. Dies zieht jedoch einen erhöhten Stromverbrauch nach sich, der die Nachteile erhöhter Betriebskosten zur Folge hat. Bei Elektrogeräten ist es

zwar möglich, mechanische Stufenschalter zu verwenden, jedoch sind diese sehr teuer und fehleranfällig.

Aufgabe

[5] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungs- anordnung zur Erkennung von Einschaltsequenzen für einen Ein/Ausschalter anzugeben, mit der ein mechanischer Stufenschalter ersetzt werden kann, und das mit einem ersten Modul ausgestattet ist, das ein Flip-Flop zur Ausgabe eines Zustandssignales enthält. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dem solche Einschaltsequenzen erkannt werden können.

Darstellung der Erfindung

[6] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Schaltungsan- Ordnung ist einfach aufgebaut und kann in vielen verschiedenen Bereichen Anwendung finden. Erfindungsgemäß wird über den Ein/Ausschalter beim Einschalten ein erster Kondensator C8 eines ersten Moduls 11 über einen Ladewiderstand R9 und eine erste Diode D8 aufgeladen. Diese La- despannung wird über einen zweiten Kondensator C9 geführt und über eine zweite Diode D9 an den Schalteingang eines Flip-Flops geführt. Das Flip-Flop kann aus einem Logikgatter bestehen, es kann aber auch diskret ausgeführt sein. Das Flip-Flop ist so ausgeführt, dass es bei feh- lendem Eingangssignal einen definierten Zustand einnimmt.

[7] Wird nun der Ein/Ausschalter nach einer längeren Ausschaltzeit wieder eingeschaltet, so sind zunächst alle Kondensatoren entladen und laden sich daher schnell auf. Dadurch entsteht am ersten Kondensator C8 eine hohe Span-

nungsänderungsgeschwindigkeit, die über den zweiten Kondensator C9 und die zweite Diode D9 in einen Impuls umgewandelt wird, der das Flip-Flop umschaltet, und am ersten Ausgang Al des Flip-Flops somit ein Zustandssignal zur Verfügung steht.

[8] Nach Abschalten des Ein/Ausschalters wird der erste Kondensator C8 über einen Widerstand RIO langsam und definiert entladen. Wird nun der Ein/Ausschalter nach kurzer Zeit erneut betätigt und somit geschlossen, so ist im ersten Kondensator C8 noch viel Ladung gespeichert. Der Kondensator lädt sich entsprechend langsamer auf, und die geringere Spannungsänderungsgeschwindigkeit führt dazu, dass über den zweiten Kondensator C9 und die zweite Diode D9 nur ein kleiner Puls an den Eingang des Flip-Flops ge- legt wird, der dieses nicht umzuschalten vermag. Da nun kein Eingangssignal am Flip-Flop anliegt, fällt es in einen definierten Zustand, der durch eine geeignete Dimensionierung der Widerstände R3 und R4 und der Anwesenheit von ClO, die die beiden Ausgänge des Flip-Flops in der diskreten Ausführung mit der Spannungsversorgung verbinden, erreicht wird. Durch den zusätzlichem Spannungsimpuls über D9 wird der zweite Eingang des Flip-Flops , schneller hochkommen' , und das Flip-Flop befindet sich somit in einem anderen Schaltzustand als beim Einschalten der Schaltung nach einer längeren Pause.

[9] Die Schaltung des ersten Moduls 11 ermöglicht es also, zu detektieren, ob das betreffende Gerät nach einer längeren Ausschaltzeit wieder eingeschaltet wird, oder ob es nur kurz aus- und sofort wieder eingeschaltet wurde. Werden mehrere dieser Schaltungen über Schalter hinter- einandergeschaltet, so können über einfache

Ein/Ausschaltvorgänge verschiedene Verbraucher Ein/Ausgeschaltet werden beziehungsweise ein Verbraucher in verschiedene Modi geschaltet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

[10] Fig. Ia Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer dreistufigen Ausführungsform.

[11] Fig. Ib Schaltbild einer Ausführungsform mehrerer an die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung di- rekt angeschlossener Verbraucher.

[12] Fig. 2 Einfache Auswertelogik, um verschiedene Verbraucher hintereinander Ein- und Auszuschalten .

[13] Fig. 3 Einige relevante Signale um die Funktions- weise eines Moduls zu beschreiben.

[14] Fig. 4 Logik- und Zustandsdiagramm der verschiedenen Schaltstufen.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

[15] Fig. 1 zeigt eine dreistufige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. über einen Ein/Ausschalter S wird ein Spannungswandler 3 Ein- und Ausgeschaltet, der die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Spannung versorgt. Der Spannungswandler wird von einer Eingangsspannung U _E versorgt. Die Eingangsspannung kann eine Gleich- oder eine Wechselspannung sein, z.B. eine Netzspannung.

[16] Sobald der Ein/Ausschalter eingeschaltet wird, wird ein erster Kondensator C8 über die Serienschaltung einer ersten Diode D8 und eines ersten Widerstandes R9 mit einer definierten ersten Zeitkonstante τl aufgeladen. Die Zeitkonstante ist klein, und das Aufladen geht damit entsprechend schnell vor sich. Dies ist gut in Fig. 3 zu erkennen, in der das Signal 22 die Spannung über dem ersten Kondensator C8 darstellt. Wird der Ein/Ausschalter wieder ausgeschaltet, wird der erste Kondensator über einen pa- rallel geschalteten Widerstand RIO mit einer zweiten definierten Zeitkonstante τ2 wieder entladen. Diese Zeitkonstante ist deutlich größer, so dass der Entladevorgang eine bedeutend längere Zeit in Anspruch nimmt. Beim ersten Einschalten des Ein/Ausschalters wird die Ladespan- nung des ersten Kondensators C8 über einen zweiten Kondensator C9 und eine zweite Diode D9 auf den Eingang El des Flip-Flops geführt. Da sich der erste Kondensator C8 sehr schnell auflädt, erzeugt dies an der zweiten Diode D9 einen Puls 242, der das nachgeschaltete Flip-Flop zum Umschalten bringt. Das Zustandssignal am Ausgang Al des Flip-Flop ist logisch 0 und kann entsprechend ausgewertet werden .

[17] Wird der Ein/Ausschalter ausgeschaltet, so entlädt sich der zweite Kondensator über die Entladewiderstände RIO und RIl, sowie der erste Kondensator Cl über den Entladewiderstand RIO. Wird der Ein/Ausschalter nur für eine kurze Zeitspanne aus- und dann sofort wieder eingeschaltet, wie das Signal 20 in Fig. 3 darstellt, entlädt sich der erste Kondensator C8 nur sehr wenig, wie aus dem Sig- nal 22 in dieser Figur ersichtlich ist. Beim Wiedereinschalten fließt daher nur für kurze Zeit ein Ladestrom,

und die Spannungsänderung am ersten Kondensator ist relativ gering, was in einem sehr kleinen Spannungspuls 244 an der Diode resultiert. Dieser Puls ist nicht hoch genug, um das Flip-Flop zum Umschalten zu bringen. über ei- ne geeignete Dimensionierung der Widerstände R3 und R4, die die Ausgänge Al und A4 an die Spannungsversorgung anbinden, wird erreicht, dass das Flip-Flop bei fehlendem Eingangssignal definiert in einen Zustand versetzt wird, bei dem der Ausgang Al logisch 1 ist.

[18] Das Signal 26 in Fig. 3 stellt den Strom über die zweite Diode D9 dar. Es ist gut zu sehen, dass beim ersten Einschalten ein hoher Strompuls durch die Diode fließt, der zum Umschalten des Flip-Flops führt, während nach kurzem Aus- und Wiedereinschalten kein Strom fließt, da die Spannung über der Diode kleiner ist als deren Flußspannung. Das Signal 26 stellt die Spannung über einem dritten Kondensator ClO dar. Dieser wird benötigt, um eine definierte Einschaltsequenz vom Flip-Flop zu erhalten. Die Signale 27 und 29 stellen die Spannungen über den Widerständen R6 und R5 dar, die den Zustand der zugeordneten Ausgänge Al und A4 repräsentieren.

[19] Somit können mit der Schaltungsanordnung des Moduls 11 zwei verschiedene Zustandsvarianten dargestellt werden. Einmal der Zustand bei dem der erste Ausgang Al lo- gisch 0 ist, und der Auftritt, wenn die Schaltung nach längerem Ausschalten wieder mit Strom versorgt wird. Wird die Schaltung nur kurz Aus- und wieder Eingeschaltet, so ist der erste Ausgang Al auf logisch 1.

[20] In der bevorzugten Ausführungsform werden nun mehre- re dieser Module über gesteuerte Schalter hintereinander

geschaltet, um verschiedene Zustandssignale zu erhalten. Dabei werden die Schalter vom jeweiligen Ausgangssignal des vorhergehenden Moduls angesteuert. Der Schalter 12, der das zweite Modul 13 schaltet, wird also vom Ausgang Al des ersten Moduls 11 angesteuert (Fig. 1) . Der Schalter 14 des dritten Moduls 15 wird vom Ausgang A2 des zweiten Moduls 13 angesteuert.

[21] Dies hat zur Folge, dass nach jedem kurzen Ein/Ausschalten des Schalters S, also der Spannungsver- sorgung der Erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, ein weiteres Modul eingeschaltet' wird, also dessen erster Ausgang auf logisch 1 ist. Damit können verschiedene Zustände eines Verbrauchers geschaltet werden, oder es können verschiedene Verbraucher geschaltet werden.

[22] Beispielsweise kann mittels der drei Ausgänge A1-A3 ein Betriebsgerät für Lampen angesteuert werden, dass entsprechend den drei Zustandssignalen 31, 33 und 35 verschiedene Dimmstufen der Lampen einstellt.

[23] Um die genaue Wirkungsweise der zusammen geschalte- ten Module zu verdeutlichen, ist in Fig. 4 ein Signal und ein Zustandsdiagramm der Schalters S und der ersten Ausgänge Al-A3 der Module dargestellt. Wird zum Zeitpunkt tl der Schalter, und damit die Spannungsversorgung, eingeschaltet, so schaltet das Flip-Flop des ersten Moduls 11 wie oben beschrieben in einen Zustand, in dem der erste Ausgang Al auf logisch 0 ist. Damit bleibt der elektronische Schalter 12 ausgeschaltet, und die Spannungsversorgung der weiteren Module ebenso.

[24] Dies schlägt sich auch im Zustandsdiagramm 41 nie- der. Zum Zeitpunkt to ist alles abgeschaltet, also der

Schalter S und die ersten Ausgänge Al-A3 auf logisch 0. Wird der Schalter S eingeschaltet, so bleiben wie oben beschrieben alle ersten Ausgänge Al-A3 auf logisch 0. Damit sind alle zweiten Ausgänge A4-A6 auf logisch 1. Dies kann dazu benutzt werden, um z.B. alle Verbraucher einzuschalten .

[25] Das System kann jederzeit wieder durch den Schalter S ausgeschaltet werden. Wird aber, wie zum Zeitpunkt t3, nur kurz aus und gleich wieder eingeschaltet, so schwingt das Flip-Flop des ersten Moduls 11 um, und der Ausgang Al ist auf logisch 1. Dies hat zur Folge, dass das zweite Modul 13 eingeschaltet wird. Für das zweite Modul ist es aber ein Einschalten nach einer langen Pause, da es ja vorher abgeschaltet war. Somit bleibt der erste Ausgang A2 des zweiten Moduls auf logisch 0. In der Zustandstabelle 41 zum Zeitpunkt t3 ist also der Schalter S und der erste Ausgang Al des ersten Moduls auf logisch 1. Die Signale können entsprechend Ausgewertet werden, um einen Verbraucher in einem weiteren Zustand zu betreiben. Bei mehreren Verbrauchern kann z.B. einer abgeschaltet werden, da ja jetzt der zweite Ausgang A4 des ersten Moduls 11 auf logisch 0 ist. Dies ist z.B. beim Verbraucher 17 in Fig. Ib der Fall. Ist der Ausgang A4 auf logisch 1, ist der LED-Treiber eingeschaltet, schwingt der Ausgang auf logisch 0, wird der Treiber und somit auch die LED D5 abgeschaltet. Die Verbraucher 18 und 19 bleiben in diesem Zustand noch eingeschaltet, da die zweiten Ausgänge A5 und A6 der Module 13 und 15 noch auf logisch 1 sind.

[26] Wird der Schalter S ein weiteres mal kurz aus- und zum Zeitpunkt t ₅ wieder eingeschaltet, so ist das nun auch für das zweite Modul 13 ein kurzes Aus- und wieder

Einschalten, somit schwingt der erste Ausgang A2 des zweiten Moduls auf logisch 1. Damit wird zu diesem Zeitpunkt das dritte Modul 15 erstmalig mit Strom versorgt, da es aber somit für das dritte Modul ein erstes Ein- schalten nach einer langen Pause darstellt, bleibt der erste Ausgang A3 des dritten Moduls auf logisch 0. Damit bleiben zum Zeitpunkt t ₅ die beiden Verbraucher 17 und 18 abgeschaltet, lediglich der Verbraucher 19 ist noch eingeschaltet .

[27] Wird der Schalter S ein weiteres mal kurz aus- und zum Zeitpunkt t7 wieder eingeschaltet, so stellt dies nun auch für das Modul 15 ein kurzes Aus- und wieder Einschalten dar, und der erste Ausgang A3 des dritten Moduls schwingt auf logisch 1. Damit sind alle ersten Ausgänge auf logisch 1, und alle zweiten Ausgänge auf logisch 0. Im Beispiel der Ausführungsform nach Fig. 1 wären somit alle Verbraucher abgeschaltet.

[28] Die erfindungsgemäße Schaltung kann jeweils beliebig lange Eingeschaltet bleiben. Solange die Module mit Strom versorgt werden, ändert sich ihr Zustand nicht. Entscheidend sind die Abschaltpausen. Sind die Abschaltpausen kurz, so wird bei jedem erneuten Einschalten um einen Zustand weitergeschaltet. Der letzte mögliche Zustand bleibt bei wiederholtem Aus- und Einschalten bestehen, wie aus dem Logikdiagramm in Fig. 4 ersichtlich ist. Ist die Abschaltpause länger, so wird die Schaltung zurückgesetzt, und fängt erneut beim ersten Zustand an. Nach einmaligem Aus- und Einschalten ist die Schaltung also im , zweiten' Zustand, bei dem S und Al auf logisch 1 sind.

[29] Die Signale der Ausgänge und des Schalter lassen sich natürlich auch noch weiter Verknüpfen, um ein bestimmtes Verhalten der Schaltung zu erzielen. Soll z.B. in jedem Zustand nur ein bestimmtes Signal auf logisch 1 sein, das z.B. eine Dimmstufe repräsentiert, so können die Signale entsprechend der Schaltung in Fig. 2 verknüpft werden. Diese ist mit einfachen Und-Gattern und invertierenden Schmitt-Triggern aufgebaut, und schaltet die Ausgänge Z1-Z4 entsprechend den Zuständen nach der Reihe durch. Dieses durchschalten kann der Logiktabelle 43 entnommen werden. Beim ersten Einschalten (nach längerer Pause) ist der Ausgang Zl auf logisch 1, beim zweiten Einschalten (nach kurzem Ausschalten) der Ausgang Z2 usw. Mit anderen logischen Verschaltungen können selbstver- ständlich auch beliebige andere Verhaltensweisen erzielt werden .

[30] Durch solch eine Auslegung kann die erfindungsgemäße Schaltung z.B. dazu verwendet werden, um in einer alten Hausinstallation mittels nur eines Lichtschalters ledig- lieh durch kurzes Aus- und wieder Einschalten verschiedene Beleuchtungsszenarien herzustellen. Die erfindungsgemäße Schaltung kann aber auch dazu verwendet werden, um in Elektrogeräten mit nur einem einfachen Schalter verschiedene Zustände herzustellen. Von Vorteil ist dies z.B. bei einer LED-Taschenlampe, bei der im ersten Zustand beim ersten Einschalten alle LEDs eingeschaltet sind. Nach kurzem Aus- und Wiedereinschalten wird ein Teil der LEDs abgeschaltet usw. Damit können je nach Anzahl der verschalteten Module verschiedene Dimmstellungen geschaltet werden. Der große Vorteil der Schaltung liegt darin, dass sie jederzeit wieder ausgeschaltet werden

kann, ohne alle Zustände durchzuschalten, wie das bei einem mechanischem Mehrfachschalter der Fall ist. Damit wird die Benutzbarkeit des Gerätes deutlich verbessert.