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Dokumentenidentifikation DE4330114B4 06.05.2004
Titel Schaltungsanordnung zum Steuern einer Mehrzahl von Verbrauchern, insbesondere Vorschaltgerät von Lampen
Anmelder TridonicAtco GmbH & Co. KG, Dornbirn, AT
Erfinder Werner, Walter, Dr., Dornbirn, AT;
Luger, Siegfried, Dornbirn, AT
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 06.09.1993
DE-Aktenzeichen 4330114
Offenlegungstag 26.05.1994
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.05.2004
IPC-Hauptklasse H02H 7/20
IPC-Nebenklasse H02H 9/04   H05B 37/02   G08C 19/16   H02H 3/20   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer Mehrzahl von Verbrauchern, wie beispielsweise Lampen. Insbesondere bei der Verwendung von Gasentladungslampen benötigt jede dieser Lampen ein eigenes Vorschaltgerät, um der Gasentladungslampe die jeweils notwendige Zünd- bzw. Betriebsspannung zuzuführen. Bei der Verwendung einer Vielzahl solcher Lampen bietet es sich an, die jeweiligen Vorschaltgeräte von einer zentralen Steuereinheit aus über eine Datenleitung zentral anzusteuern.

Aus der GB 2,072,467 A bzw. der DE 30 49 821 T1, von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 ausgegangen wird, ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der eine zentrale Steuereinheit über einen Datenbus mit mehreren Peripherie-Einheiten verbunden ist, deren Funktionen über den Datenbus gesteuert werden. Jede Peripherie-Einheit weist eine Kopplungseinheit auf, die in einen Empfangszweig und in einen Sendezweig aufgeteilt ist. Der Empfangszweig dient der Übertragung von Informationen von der zentralen Steuereinheit zu der Peripherie-Einheit, wobei die zentrale Steuereinheit Informationen in Form einer modulierten Wechsel- oder Impulsspannung an den Datenbus abgibt. Der Sendezweig dient der Übertragung von Informationen von der Peripherie-Einheit zu der zentralen Steuereinheit. Hierbei gelangen die Informationen durch die Variation des Ausgangswiderstandes des Sendezweiges von der Peripherie-Einheit auf den Datenbus.

Weiterhin ist aus der EP 0 490 329 A1 eine Schaltungsanordnung zum Steuern der Helligkeit und des Betriebsverhaltens von Gasentladungslampen bekannt. Hierbei steuert eine zentrale Steuereinheit über einen Datenbus eine Vielzahl von Vorschaltgeräten für Gasentladungslampen. Ein jedes Vorschaltgerät ist über eine Kopplungseinheit mit der Datenleitung verbunden. Dabei werden von der Datenleitung Daten über eine Kondensatorschaltung oder mittels eines Übertragers an das jeweilige Vorschaltgerät übertragen. Sollen Rückmeldesignale von dem Vorschaltgerät zu der zentralen Steuereinheit übermittelt werden, so ist dann, wenn keine Daten auf der Datenleitung vorliegen, ein Einkoppeln dieser Signale von dem Vorschaltgerät in die Datenleitung über die gleiche Kopplungseinheit möglich.

Beide bekannten Schaltungsanordnungen weisen zwar die Möglichkeit auf, mittels entsprechender Steuersignale die Peripherie-Einheit in einen Ruhezustand zu bringen, in dem es nur einen verminderten Strom aufweist, jedoch bleibt der Empfangszweig der Kopplungseinheit auch im Ruhezustand vollständig aktiviert, wodurch der Datenbus auch dann belastet wird, wenn keine Signale vorliegen. Dies fuhrt insbesondere dann, wenn eine große Anzahl von Peripherie-Einheiten verwendet werden, zu einem erheblichen Stromverbrauch in der Zentraleinheit.

Weiterhin ist in beiden Schaltungsanordnungen von Nachteil, dass die Kopplungseinheit leicht durch eine Überspannung auf dem Datenbus beschädigt werden kann. Dies kann beispielsweise dann geschehen, wenn die Schaltungsanordnung im Rahmen üblicher Hausinstallationen, beispielsweise Lampenanlagen, verlegt wird. Ein versehentliches Beschalten des Datenbusses mit einer Netzspannungsleitung – 220 Volt oder 380 Volt – würde die Kopplungseinheit der Schaltungsanordnung sofort beschädigen, wodurch die ganze Anordnung außer Betrieb gesetzt wäre. In der Schaltungsanordnung der GB 2,072,467 A bzw. der DE 30 49 821 T1 ist zwar ein steuerbarer Schalter vorgesehen, der geöffnet wird, sobald ein von einem aufgrund von Überspannungen ausgefallenen Bauteil hervorgerufener Kurzschluß festgestellt wird, eine Beschädigung der Schaltungsanordnung durch Überspannungen in dem Empfangs- und/oder Sendezweig wird hierdurch allerdings nicht vermieden.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer Mehrzahl von Verbrauchern der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass stets ein abgesicherter Betrieb gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Demnach weist die Kopplungseinheit einen Empfangszweig zur Übertragung von Steuerinformationen von der zentralen Steuereinheit an den der Kopplungseinheit zugeordneten Verbraucher sowie einen Sendezweig zur Übertragung von Rückmeldeinformationen von dem Verbraucher an die zentrale Steuereinheit auf. Weiterhin ist vorgesehen, dass sowohl der Empfangszweig als auch der Sendezweig in der Kopplungseinheit einen Schutz gegen Überspannungen aufweist. Dieser Schutz wird durch einen Überspannungsdetektor sowie einem von dem Detektor gesteuerten Schalter erzielt, der bereits bei Auftreten einer Überspannung öffnet und den Sendezweig vom Bus abkoppelt. Im Gegensatz zu der Schaltungsanordnung der GB 2,072,467 A bzw. der DE 30 49 821 T1 wird somit nicht zunächst der Ausfall eines Bauteils abgewartet und es ist stets ein sicherer Betrieb gewährleistet.

Gemäß der Ansprüche 2 bis 5 sind leicht aufzubauende vorteilhafte Ausgestaltungen des Überspannungsschutzes im Sendezweig beschrieben, wobei gemäß der Ansprüche 2 und 3 eine Zusatzschutzeinrichtung gegen Überspannungen am Ausgang des Sendezweiges beschrieben ist, die für den Fall vorgesehen ist, dass der erfindungsgemäß vorgesehene Schalter den Sendezweig nicht ausreichend schnell vom Bus trennt.

Gemäß der Ansprüche 6 und 7 ist eine Weiterbildung des Überspannungsschutzes am Empfangszweig beschrieben.

Gemäß der Ansprüche 8 bis 10 besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß die Verbraucher und die zentrale Steuereinheit an einer gemeinsamen Datenleitung angeschlossen sind, wodurch der Schaltungsaufwand zum Anschließen der Verbraucher an die zentrale Steuereinheit minimiert ist. Da die Verbraucher von der Datenleitung in den jeweiligen Kopplungseinheiten galvanisch getrennt sind, ist ein unerwünschtes Auftreten von Ausgleichsstömen vermieden, wobei die Verwendung eines Optokopplers die Übertragung rechteckförmiger Signale ermöglicht, ohne hierfür Übertrager einsetzen zu müssen, die in der Anschaffung erheblich teurer sind.

Gemäß der Ansprüche 11 bis 14 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, daß die zentrale Steuereinheit dann, wenn sie keine Datensignale auf die Datenleitung ausgibt ein Signal ausgibt, dessen Spannungspegel von dem Spannungspegel der Datensignale verschieden ist. Hierdurch wird der Kopplungseinrichtung signalisiert, daß die zentrale Steuereinrichtung sich nicht im Sende- sondern im Empfangszustand befindet, wodurch es auf einfache Weise möglich ist, mittels einer Schalteinrichtung, beispielsweise mit einer Zener-Diode, in der Kopplungseinheit den Empfangszweig inaktiv zu schalten.

Gemäß der Ansprüche 15 bis 17 ist eine vorteilhafte Weiterbildung dadurch gegeben, daß der Stromverbrauch in der Kopplungseinrichtung beispielsweise durch eine mit einem MOS-Feldeffekttransistor gebildete Konstantstromquelle überwacht wird, so daß bei einer Fehlbeschaltung oder bei einem defekten Bauelement eine weitere Beschäftigung der Schaltungsanordnung vermieden wird.

Schließlich liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß der Ansprüche 18 und 1. darin, daß die Kopplungseinheit einen Verpolungsschutz aufweist, der beispielsweise mit einer Gleichrichter-Brückenschaltung gebildet ist. Auf diese Weise ist das Anschließen der Kopplungseinheit an die Datenleitung vereinfacht und gleichzeitig eine Beschädigung der Kopplungseinheit bzw. des Verbrauchers durch Fehlbeschaltung geschützt. Die Gleichrichter-Brückenschaltung bringt insbesondere in Verbindung mit den Optokopplern den Vorteil mit sich, daß die Koppltungseinheit Rechtecksignale weitgehend verzerrungsfrei übertragen kann.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung,

2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles der Schaltungsanordnung

3(a) und (b) Variationsmöglichkeiten zum Ausführungsbeispiel gemäß 2.

In 1 ist ein Blockschaltbild dargestellt, bei dem eine Zentral-Einheit bzw. zentrale Steuereinheit 5 mit einem Datenbus bzw. einer Datenleitung 1 verbunden ist. Weiterhin sind an der Datenleitung 1 mehrere Kopplungseinheiten 3 angeschlossen, die die Datenleitung an die Verbraucher 4 ankoppeln. Die von der zentralen Steuereinheit (5) auf die Datenleitung ausgegebenen Signale liegen somit zugleich an den Eingängen aller Verbraucher 4 an. Somit ist es notwendig, wenn einzelne Verbraucher angesteuert werden sollen, die Datensignale verbraucherspezifisch zu kodieren. Zur Datenweiterleitung von der Datenleitung zu dem Verbraucher weist die Kopplungseinheit einen Einpfangszweig für eine zum Verbraucher gerichtete Verbindung auf. Analog besteht zur Datenübertragung vom Verbraucher zur Datenleitung eine vom Verbraucher zur Kopplingseinheit gerichtete Verbindung, die einen Sendezweig bildet.

In 2 ist ein Schaltbild zu einem Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung dargestellt, wobei Verbindungspunkte zwischen zwei Bauelementen als Knotenpunkt mit den Bezugszeichen der Bauelemente bezeichnet wird. Die zentrale Steuereinheit 5 ist an der ab Zweidrahtleitung ausgebildeten Datenleitung 1 angeschlossen, wobei die zentrale Steuereinheit 5 einen Signalgenerator aufweist, der rechteckförmige Datensignale erzeugt, die in diesem Fall einen Spitzenpegel von 12 V aufweisen. Weiterhin ist ein Gleichspannungsgenerator DC mir einem Innenwiderstand Ri vorgesehen, der eine Gleichspannung von 4 V abgibt. Beide Generatoren erzeugen ihre Signale gegenüber einem gemeinsamen Massepotential, an das auch der eine der beiden Anschlüsse der Datenleitung angeschlossen ist. Ein Stellschalter S ist mit seinem beweglichen Arbeitskontakt an dein zweiten Anschluß der Datenleitung angeschlossen und ist mit seinen feststehenden Auswählkontakten mit jeweils einem Ausgang der beiden Generatoren verbunden.

Am anderen Ende der Datenleitung 1 ist ein elektronisches Vorschaltgerät EVG für beispielsweise eine Gasentladungslampe mit seiner Kopplungseinheit 3 angekoppelt. An der Schnittstelle zwischen der Datenleitung 1 und dem elektronischen Vorschaltgerät befindet sich geräteseitig, d. h. in der Kopplungseinheit 3, zunächst eine Gleichrichter-Brückenschaltung BR. Die Wechselspannungsanschlüsse der Brückenschaltung sind mit der Schnittstelle verbunden, während die Anschlüsse +/- mit den nachfolgenden Bauelementen der Kopplungseinheit 3 verbunden sind. An den Plus-Anschluß der Brückenschaltung BR ist ein selbstleitender MOS-Feldeffekttransistor T3 mit seinem Drain-Anschluß verbunden. Zwischen dem Gate-Anschluß und dein Source-Anschluß ist ein Widerstand R3 parallel geschaltet. Gleichzeitig ist eine Serienschaltung bestehend aus einem Kaltleiter RK, einer Zener-Diode ZD1, einem Widerstand RV und einem Optokoppler V2 zwischen dein Widerstand R3 und dein Minus-Anschluß des Gleichrichters BR angeschlossen, wobei der Anoden-Anschluß der Zener-Diode ZD1 über den Widerstand RV mit dein Anoden-Anschluß der Sendediode des Optokopplers V2 verbunden ist. Zur Vereinfachung wird nachfolgend der Minus-Anschluß des Brückengleichrichters BR als Minusleitung bezeichnet. Weiterhin ist zwischen dein Knotenpunkt R3/RK und der Minusleitung eine Serienschaltung angeschlossen, die der Folge nach aus einem Tansistor T1, Widerständen R1 und R5 und dein Ausgang eines Optokopplers V 1 besteht. Hierbei ist der Transistor T1 mit seinem Kollektor am Plus-Anschluß des Brückengleichrichters BR und mit seinem Emitter-Anschluß am Widerstand R1 angeschlossen. An dein Basisanschluß des Transistors T1 befindet sich der Kollektor eines Transistors T2, dessen Emitter mit der Minus1eitung verbunden. ist. Gleichzeitig ist am Kollektor des Transistors T2 ein Anschluß eines Widerstandes R4 angeschlossen, während der andere Anschluß am Knotenpunkt RK/ZD1 angeschlossen ist. Am selben Knotenpunkt ist eine Zener-Diode ZD3 mit ihrer Kathode angeschlossen, während init ihrer Anode in Serie ein Widerstand R6 zum Minus-Anschluß des Brückengleichrichters verbunden ist. Zwischen dein Basisanschluß des Transistors T2 und dein Knotenpunkt ZD3/R6 ist ein Widerstand R? angeschlossen. Weitehin ist zwischen dem Knotenpunkt R1/RS und der Minusleitung eine Parallelschaltung aus einer Zener-Diode ZD4 und einem Transistor T4 geschaltet, wobei die Zener-Diode mit ihrem Kathodenkontakt und der Transistor T4 mit seinem Kollektor an diesem Knotenpunkt angeschlossen sind: Der Emitter des Transistors T4 ist an der Minusleitung und dein Basisanschluß an dein Knotenpunkt RS/V1 angeschlossen. Schließlich ist eine Zener-Diode ZD2 mit ihrer Anode an die Minusleitung und mit ihrer Kathode am Knotenpunkt RK/ZD1 angeschlossen. Auf der Empfangsseite des Optokopplers V2 sind die Anschlüsse des Empfangstransistors mit den Dateneingangsleitungen DS und Gnd einer Steuereinheit 4 des elektronischen Vorschaltgerätes verbunden, während aus der Sendeseite des Optokopplers V1 die Anschlüsse der Sendediode mir Anschlüssen von Fehlerrückmeldeleitungen RS und Gnd der Steuereinheit 4 des elektronischen Vorschaltgerätes angeschlossen sind. Entsprechend dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel können die jeweiligen Masseleitungen Gnd der Datenleitung und der Fehlerrückmeldeleitungen zusammengefaßt und als eine gemeinsame Masseleitung Gnd ausgeführt werden.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der zuvor unter Bezugnahme der auf 2 beschriebenen Schaltungsanordnung erläutert. Befindet sich die zentrale Steuereinheit 5 im Sendebetrieb, so werden entsprechend den gewünschten Sendedaten vom dem Rechtecksignal-Generator Datensignale erzeugt. Diese weisen einen Signalpegel von 12 V auf und werden über den Stellschalter S auf die Datenleitung 1 geführt. Dadurch, daß sich am Eingang der Kopplungseinheit 3 die Brückenschaltung BR befindet, weist die Polung des Signalgenerators bzw, die Anschlußanordnung der Datenleitung 1 mit der zentralen Steuereinheit bzw. mit dein elektronischen Vorschaltgerät keinerlei Bedeutung auf. Somit werden die von der Kopplungseinheit 3 aufgenommenen Signale stets mit der richtigen Polung zu der Sendediode des Optokopplers V2 geleitet. Hier erfolgt durch eine Umwandlung der elektrischen Signale in Lichtsignale und durch eine einpfangsseitige Rückwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale eine galvanische Trennung zwischen der Steuereinheit 4 des elektronischen Vorschaltgerätes und der Datenleitung 1. Die derart weitergeleiteten Datensignale werden zu den Verarbeitungseinrichtungen der Steuereinheit 4 geführt und dort in üblicher Weise verarbeitet.

Werden von der zentralen Steuereinheit 5 keine Datensignale auf die Datenleitung 1 ausgesendet, so schaltet der Stellschalter S auf den Gleichspannungsgenerator DC um. Nunmehr liegt auf der Datenleitung 1 eine Gleichspannung von beispielsweise 4 V an, wodurch dem elektronischen Vorschaltgerät die Einpfangsbereitschaft der zentralen Steuereinheit 5 signalisiert wird, wobei durch den Brückengleichrichter BR im Eingang der Kontrolleinheit auch die Polung des Gleichspannungsgenerators DC von keiner Bedeutung ist. Dadurch, daß die Zener-Diode ZD1 eine Zenerspannung aufweist, deren Wert niedriger als der Signalpegel des Datensignalgenerators und größer als der Pegel des Gleichspannungsgenerators DC ist, beispielsweise 4.7 V, wird im Empfangsbetrieb der zentralen Steuereinheit S der Optokoppler V2 mittels der Zener-Diode ZD1 ausgeschaltet. Die Sendediode des Optokopplers V2 verbraucht somit, wenn sich die zentrale Steuereinheit im Empfangsbetrieb befindet, keine elektrische Energie, die über die Datenleitung 1 zugeführt werden muß.

Liegt die von dein Gleichspannungsgenerator DC abgegebene 4 V Gleichspannung an der Datenleitung 1 an, so wird diese von der Zener-Diode ZD als eine zulässige Spannung bestimmt, wenn die Zenerspannung dieser Zener-Diode zwischen 15 V und 20 V liegt. Es wird nun über den Widerstand R4 der Transistor T1 angesteuert, wodurch über den Widerstand R1 die vom Gleichrichter BR weitergeleitete Spannung auf der Datenleitung zwischen Kollektor und Emitter des zunächst sperrenden Transistors T4 anliegt. Dadurch, daß sich die Kollektor/Basis-Strecke des Empfangstransistors des Optokopplers V1 in Sperrpolung befindet, wird auf diesem Schaltungszweig auch nur der Sperrstrom des Empfangstransistors geführt, wodurch solange, wie keine Daten von dem elektronischen Vorschaltgerät in die Datenleitung ausgegeben werden sollen, auch von dein Optokoppler V1 kein nennenswerter über die Datenleitung zuzuführender Strom verbraucht wird. Sobald ein Signa1 von der Steuereinheit des elektronischen Vorschaltgerätes über die Rückmeldesignalleitung RS, wie beispielsweise eine Fehlerrückmeldung, an die zentrale Steuereinheit übermittelt werden soll, erfolgt ein Aussenden dieser Signale über die Sendediode des Optokopplers V 1. Diese Signale werden in Analogie zu der Datenübertragung im Optokoppler V 1 ebenfalls zunächst in optische Signale gewandelt und danach als elektrische Signale rückgewonnen, wodurch auch die Verbindung zwischen der Steuereinheit 4 des elektronischen Vorschaltgerätes und der Datenleitung 1 galvanisch getrennt ist. Durch das Empfangen des von der Sendediode des Optokopplers V 1 ausgesendeten optischen Signals wird die Leitfähigkeit des Einpfangstransistors moduliert, dieser schaltet über den Spannungsabfall am Widerstand RS den Transistor T4 leitend, wodurch eine Belastung des Gleichspannungsgenerators DC in der zentralen Steuereinheit 5 erfolgt. Diese Belastung wird in der zentralen Steuereinheit 5 am Widerstand Ri ermittelt und ausgewertet.

Der maximale Stromverbrauch der Kopplungseinheit 3 wird durch den selbstleitenden MOS-Feldeffekttransistor V3 begrenzt. Dieser ist ohne Signal zwischen dein Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß von sich aus leitend. Durch einen Strom, der über die Drain-Source-Strecke und somit auch über den Widerstand R3 fließt, erfolgt ein Spannungsabfall bei einem Widerstand R3, der gleichzeitig ein Spannungssignal zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß hervorruft. Entsprechend dieses Signalen erfolgt eine Verminderung der Leitfähigkeit des Transistors T3, wodurch eine Beschränkung der Stromaufnahme der Kopplungseinheit 3 erfolgt. Diese Strombegrenzung dient im wesentlichen als Sicherungseinrichtung, die eine Beschädigung der Bauelemente in der Kopplungseinheit verhindern soll, wenn an die Schnittstelle der Kopplungseinheit 3 eine falsch dimensionierte Signalquelle angeschlossen wird. Der Stromfluß durch den Optokoppler V2 wird durch den Widerstand RV begrenzt. Da mit dem MOS-Feldeffektor T3 bereits eine Strombegrenzungseinrichtung vorgesehen ist, kann dieser Widerstand RV an und für sich entfallen. Da der MOS-Feldeffekttransistor T3 jedoch für die Strombegrenzung des Einpfangstransistors des Optokopplers V1 als auch der Sendediode des Optokopplers V2 dient, ist wegen der Bauelementeunterschiede einerseits und wegen einer starken Temperaturabhängigkeit des MOS-Feldeffekttransistors T3 andererseits die Verwendung des Widerstandes RV zu empfehlen. Gleiches gilt in Analogie für den Widerstand R1.

Die Konstantstromquelle mit dem MOS-Feldeffekttransistor T3, kann wie in 3 dargestellt, auch durch andere Schaltungsanordnungen die Konstantstromgquellen bzw. Strombegrenzungseinrichtungen darstellen ersetzt werden. Hierzu sind vorzugsweise temperaturstabile Schaltungsanordnungen auszuwählen. Sollte auf die Schutzwirkung dieser Strombegrenzungseinrichtung vollständig verzichtet werden können, so kann die Konstantstromquelle wie in 2 und 3 mittels gestrichelter Linien angedeutet ist, weggelassen werden, wobei auch das einfache ersetzen der Konstantstromquelle durch einen Widerstand denkbar wäre.

Sobald am Eingang der Kopplungseinheit 3 eine unzulässig hohe Spannung anliegt, wird diese von der Zener-Diode ZD2, die eine Zenerspannung von beispielsweise 20 Volt aufweist, kurzgeschlossen. Auf diese Weise wird die unzulässig hohe Spannung im Empfangszweig der Kopplungseinheit 3 vor dein Optokoppler V2 abgeleitet. In dem angegebenen Ausführungsbeispiel sind somit Spannungen, die über 20 Volt liegen als unzulässig hohe Spannung definiert. Diese Definition hängt jedoch vollständig von den zulässigen Grenzwerten des Optokopplers V2 ab, so daß bei einem entsprechend anders ausgewählten Optokoppler auch die Zener-Diode ZD2 entsprechend geändert dimensioniert werden muß.

Im Sendezweig der Kopplungseinheit 3 erkennt zunächst die Zener-Diode ZD, daß eine unzulässig hohe Spannung vorliegt, wodurch sie leitend wird, so daß am Widerstand R6 eine Spannung abfällt, die über den Widerstand R2 der Basis des Transistors T2 zugeführt wird. Dieser wird leitend und schließt die Basisemitterspannung des Transistors T1 kurz, so daß dieser ausschaltet und in einen nichtleitenden Zustand übergeht. Auf diese Weise werden unzulässig hohe Spannungen vom Transistor T4 und dem Optokoppler V1 im Sendezweig der Kopplungseinheit 3 ferngehalten. Da das zuvor beschriebene Ausschalten des Sendezweiges in einigen Fällen nicht ausreichend schnell abläuft, ist zusätzlich für das kurzzeitige Auftreten einer Überspannung die Zener-Diode ZD4 vorgesehen.

Bei der Verwendung von Zener-Dioden als Überspannungsschutz ist darauf zu achten, daß die Zener-Diode beim Ableiten einer Überspannung gleichzeitig einen hohen Strom führen muß, wodurch in der Zener-Diode eine große Menge an elektrischer Energie in Wärmeenergie umgesetzt wird. Hierdurch kann es leicht zu einer Schädigung der Zener-Diode kommen, die dann bei einem Durchschmelzen die Verbindung öffnen würde, was zu einem Entfallen des vorgesehenen Überspannungsschutzes führen würde. Aus diesem Grunde wurde im Empfangszweig der Kopplungseinheit 3 der Kaltleiter RK vorgesehen, der zunächst einen sehr geringen Widerstand aufweist, jedoch bei einem dauerhaft hohen Stromfluß, einhergehend mit seiner Erwärmung seinen Widerstandswert erhöht. Auf diese Weise wird bei einem dauerhaften Anliegen einer Überspannung diese von dem Kaltleiter RK übernommen und der Stromfluß durch die Zener-Diode ZD2 beschränkt. Ein analoger Schutz der Zener-Diode ZD4 ist nicht notwendig, da spätestens dann, wenn die Schaltungsanordnung mit den Transistoren T1 und T2 ausgeschaltet ist, die Zener-Diode ZD4 keine Übespannung mehr ableitet. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß für dem Sendezweig der Kopplungseinheit 3 ein Überspannungsschutz nur allein aus einer Zener-Diode mit einem Kaltleiter nicht zufriedenstellend arbeitet. Der Kaltleiter wurde bei der Übertragung von Signalen an den Datenbus die Datenübertragung zu stark beeinträchtigen, da für die Funktion des Sendezweiges, die durch die Widerstandsmodulation mittels des Transistors T4 bestimmt ist, ein Fließen hoher Ströme vorgesehen ist. Ein Kaltleiter im Sendezweig der Kopplungseinheit würde in dem Fall, daß der Widerstand des Transistors T4 mit beispielsweise rechteckförmigem Kurvenverlauf variiert wird, zu einem Verschleifen dieses Kurvenverlaufes führen. Bei der Überwachung der Belastung der Gleichspannungsgquelle DC am Widerstand RI in der zentralen Steuereinheit 5 könnten dann solche Verschleifungen dazu führen, daß der Empfang in der zentralen Steuereinheit 5 gestört ist.

Wie durch die gestrichelte Leitungsführung in 2 dargestellt, kann eine beliebige Anzahl ähnlicher elektronischer Vorschaltgeräte an die Datenleitung 1 über jeweilige Kopplungseinheiten 3 angeschlossen werden. Es ergibt sich somit eine Anordnung, wie sie ein 1 dargestellt ist. Gerade bei der Verwendung von einer Vielzahl solcher elektronischer Vorschaltgeräte zeigt sich der Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung. Ohne das Abschalten der Sendediode des Optokopplers V2 würde der Gleichspannungsgenerator DC ständig mit einem Gleichsignal belastet werden, was bei der Verwendung von vielen Geräten eine unnötig hohe Dimensionierung bezüglich der Belastbarkeit des Gleichspannungsgenerators DT in der zentralen Steuereinheit 5 notwendig machen wurde. In der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung erfolgt im Empfangsbetrieb der zentralen Steuereinheit 5 hingegen eine Belastung des Gleichspannungsgenerators nur im Falle einer von einem der elektronischen Vorschaltgeräte kommenden Rückmeldung. Somit kann der Aufwand für die Gleichspannungswelle DC in der zentralen Steuereinheit 5 minimiert werden, was die Herstellungskosten für eine derartige Anordnung in erheblichem Umfang reduziert.


Anspruch[de]
  1. Schaltungsanordnung, bestehend aus einer Zentral-Einheit, beispielsweise einer zentralen Steuereinheit (5}, und einer Mehrzahl mit dieser über einen Bus (1) verbundenen Peripherie-Einheiten (3, 4), beispielsweise Steuergeräten (4) für Lampen, die jeweils über eine Kopplungseinheit (3) mit dem Bus (1) verbunden sind, wobei jede Kopplungseinheit (3) einen Empfangszweig (RV, V2) zur Übertragung von Informationen von der Zentral-Einheit (5) zu der Peripherie-Einheit und einen Sendezweig (VA, T4, R5) zur Übertragung von Informationen von der Peripherie-Einheit zu der Zentral-Einheit (5) aufweist, wobei die Zentral-Einheit (5) Informationen in Form einer modulierten Wechsel- oder Impulsspannung an den Bus (1) abgibt und der Sendezweig dadurch Informationen an den Bus (1) abgibt, dass der Ausgangswiderstand des Sendezweiges variiert wird, und wobei die Schaltungsanordnung ferner einen Überspannungsschutz für den Empfangs- und/oder Sendezweig aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie mit dem Sendezweig ein von einem Überspannungsdetektor (ZD3, T2) gesteuerter Schalter (T1) angeordnet ist, der bei Überspannung öffnet und den Sendezweig vom Bus (1) abkoppelt..
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schalter (T1) und dem Sendezweig ein schneller Schutzschalter (ZD4) vorgesehen ist, der eine kurzzeitige Überspannung ableitet.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der schnelle Schutzschalter eine zum Sendezweig parallel geschaltete Zener-Diode (ZD4) ist, deren Zenerspannung unterhalb einer für den Sendezweig zulässigen Spannung liegt.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsdetektor eine Zener-Diode (ZD3) aufweist, die bei Erfassung einer Überspannung einen ersten Transistor (T2) aktiviert, der den Schalter (T1) nichtleitend schaltet.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in Serie mit dem Sendezweig angeordnete Schalter ein zweiter Transistor (T1) ist.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Empfangszweig eine Zenerdiode geschaltet ist, die am Empfangszweig auftretende Überspannungen ableitet.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Überlastschutz ein Kaltleiter (RK) vorgesehen ist, der zur Parallelschaltung aus Empfangszweig und Zener-Diode (ZD2) in Serie vorgeschaltet ist.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (5) entweder in einen Sendebetrieb oder in einen Empfangsbetrieb geschaltet ist und eine Ausgabeeinrichtung aufweist, die zumindest ein den Sendebetrieb der Steuereinheit (5) anzeigendes Signal oder ein den Empfangsbetrieb der Steuereinheit (5} anzeigendes Signal ausgibt.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nichtsendebetrieb der Steuereinheit (5) der Sendezweig der Kopplungseinheiten (3) ständig aktiv ist und der Empfangszweig der Kopplungseinheiten (3) inaktiv ist und keinen oder nur einen sehr geringen Ruhestrom verbraucht.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kopplungseinheit (3) sowohl im Empfangszweig als auch im Sendezweig jeweils eine Übertragungseinrichtung aufweist, die die Busleitung von dem Verbraucher galvanisch trennen.
  11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Übertragungseinrichtung mit einem Optokoppler (V1, V2) gebildet ist.
  12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kopplungseinheit (3) eine Schalteinrichtung (ZD1) aufweist, die den Empfangszweig der Kopplungseinheit (3) in den inaktiven Zustand versetzt, wenn die zentrale Steuereinheit (5) kein den Sendebetrieb anzeigendes Signal ausgibt.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen Schalter aufweist, dessen Schaltzustand vom Schaltungspegel der von der Datenleitung kommenden Signale abhängt.
  14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter mit einer Zener-Diode (ZD1) gebildet ist.
  15. Schaltungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kopplungseinheit eine Strombegrenzungsschaltung vorgesehen ist, die die maximale Stromaufnahme der Kopplungseinheit bestimmt.
  16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung mittels einer Konstantstromquelle gebildet ist.
  17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle einen MOS-Feldeffekttransistor (T3) enthält.
  18. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheit (3) zum Anschluß an die Busleitung (1) einen Verpolungsschutz aufweist.
  19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verpolungsschutz mit einer Gleichrichter-Brückenschaltung (BR) gebildet ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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