ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ, БЫТОВОЙ ПРИБОР И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ
SWITCHING DEVICE FOR ELECTRONIC POWER SUPPLY INCLUDING ELECTRONIC CONTROL UNIT, HOUSEHOLD APPLIANCE AND METHOD OF ITS OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к переключающему устройству для включения электропитания электронного блока управления бытового прибора, с первым местом подключения для присоединения к источнику напряжения, со вторым местом подключения для присоединения к выводу электропитания блока управления и с переключающим транзистором, который предоставляет коммутационный участок между первым и вторым местами подключения, причем коммутационный участок выполнен с возможностью его переключения посредством третьего вывода переключающего транзистора, причем переключающее устройство предназначено для того, чтобы включать коммутационный участок посредством электронного переключающего элемента переключающего устройства, который воздействует на третий вывод переключающего транзистора, и выключать блок управления посредством отключающего сигнала, воздействующего на третий вывод переключающего транзистора. Кроме того, изобретение относится к бытовому прибору с электрическим устройством, предоставляющим возможность выполнения бытовой прикладной функции, с электронным блоком управления для управления электрическим устройством, с источником постоянного напряжения, а также с присоединенным к источнику напряжения и к электронному блоку управления переключающим устройством, служащим для включения электропитания электронного блока управления. Наконец, изобретение относится к способу включения электропитания электронного блока управления бытового прибора посредством переключающего устройства, причем электропитание осуществляется посредством источника постоянного напряжения, причем электропитание включается посредством переключающего транзистора, предоставляющего коммутационный участок между источником постоянного напряжения и блоком управления, причем коммутационный участок включается посредством электронного переключающего элемента переключающего устройства, который воздействует на третий вывод переключающего транзистора, и выключается посредством отключающего сигнала блока управления, воздействующего на третий вывод переключающего транзистора.
Уровень техники
Переключающее устройства обычного вида, а также соответствующие способы и соответствующие бытовые приборы обычного вида по существу известны, так что для них не требуется отдельного печатного документального подтверждения. Блоки управления служат для того, чтобы управлять электрическими устройствами в бытовом приборе способом, соответствующим их назначению, так чтобы бытовой прибор смог исполнять его функцию согласно назначению. Такие блоки управления представляют собой, как правило, составную часть бытового прибора и как правило нуждаются в электропитании, предоставляемом, как правило, источником постоянного напряжения, который в свою очередь получает энергию из накопителя электрической энергии, такого, как аккумулятор, аккумуляторная батарея, общая сеть электропитания и т.п.. Однако часто обычные бытовые приборы используются на протяжении лишь небольшой части срока их службы. Поэтому в обычных бытовых приборах принято обеспечивать электропитание для блока управления с возможностью его отключения, чтобы в промежутках между периодами использования бытового прибора сокращать потребление энергии блоком управления.
С этой целью в уровне техники обычно обеспечивают электропитание для блока управления с возможностью его отключения посредством переключающего транзистора. Переключающий транзистор отключается самим блоком управления, как только блок управления заканчивает выполнение всех управляющих функций и больше не требуется выполнение никаких дальнейших управляющих функции. Чтобы иметь возможность снова начинать эксплуатацию блока управления и соответственно бытового прибора, параллельно переключающему транзистору включен электромеханический переключатель, который позволяет при выключенном переключающем транзисторе снабжать блок управления электрической энергией, так что блок управления снова включает переключающий транзистор посредством схемы самоудержания. После этого в таком положении блок управления и тем самым бытовой прибор снова готовы к эксплуатации.
Блок управления образован, как правило, электронной схемой и/или вычислительным блоком. В электропитании этих блоков обычно предусмотрена емкостная поддержка постоянного напряжения, которым снабжаются эти блоки, чтобы обеспечивать надежную эксплуатацию блока управления и подавлять помехи. В отключенном положении эти емкости разряжаются через сам блок управления. Во время включения посредством переключателя эти емкости непосредственно присоединяются к источнику напряжения, так что протекает большой ток включения. То же самое проявляется и в случае, когда переключающий транзистор заново включается в результате определенных процессов управления, например при повторном включении после аварийного отказа сетевого питания или при аналогичных ситуациях. Здесь во время включения также появляются большие пиковые нагрузки, которые нагружают переключающий транзистор. Поэтому в уровне техники как переключатель, так и переключающий транзистор рассчитываются на соответствующую высокую допустимого токовую нагрузку. Вследствие этого приходится предусматривать не только дорогие конструктивные элементы, рассчитанные на соответствующие нагрузки, но и повышенную нагрузку на источник напряжения, а также на предусмотренные в блоке управления емкости. Кроме того, такие процессы могут негативно влиять на износ блока управления и/или переключающего устройства.
Раскрытие сущности изобретения
Изобретение решает задачу снижения нагрузки на конструктивные элементы, в частности, во время процесса включения.
Эта задача решена переключающим устройством, бытовым прибором и способом согласно независимым пунктам формулы изобретения.
Переключающее устройство согласно изобретению для включения электропитания для электронного блока управления бытового прибора содержит, в частности, первое место подключения для присоединения к источнику напряжения, второе место подключения для присоединения к выводу электропитания блока управления и переключающий транзистор, который предоставляет коммутационный участок между первым и вторым местами подключения, причем коммутационный участок выполнен с возможностью его переключения посредством третьего вывода переключающего транзистора, причем переключающее устройство выполнено таким образом, чтобы включать коммутационный участок посредством электронного переключающего элемента переключающего устройства, воздействующего на третий вывод переключающего транзистора, и выключать его посредством отключающего сигнала блока управления, воздействующего на третий вывод переключающего транзистора, причем переключающее устройство имеет блок определения положения для предоставления сигнала состояния, отображающего состояние переключения коммутационного участка, а также блок интегратора, причем блок определения положения выполнен с возможностью подачи сигнала состояния в зависимости от воздействия электронного переключающего элемента и от отключающего сигнала и причем блок положения посредством блока интегратора присоединен к третьему выводу, для управления коммутационным участком переключающего транзистора в зависимости от сигнала положения. В отличие от уровня техники, переключающий транзистор уже работает не исключительно в чистом режиме включения, а - как более точно разъясняется ниже - по меньшей мере частично, при переходе из первого состояния включения во второе состояние включения, также в линейном режиме. Этого достигают посредством блока интегратора, который подает на третий вывод переключающего транзистора изменение сигнала положения, соответствующим образом обработанное.
Существенная идея изобретения видится в том, что имеется возможность сокращать импульс тока, в частности, при включении с проведением интеграции изменения сигнала состояния, предпочтительно таким образом, что импульс тока по существу не превышает значения непрерывного электрического тока во время эксплуатации блока управления согласно назначению или только несущественно превышает его. При этом выбирается такая структура коммутации, при которой электронный переключающий элемент уже не подвергается непосредственно воздействию переключаемого электрического тока. Это позволяет достигать значительного уменьшения нагрузки от импульса тока как на электронный переключающий элемент, так и на переключающий транзистор. Электрический ток переключается, следовательно, исключительно посредством переключающего транзистора. Только при этом возможно получение эффективности блока интегратора, имеющей место согласно изобретению. Вследствие этого получается значительно уменьшенная нагрузка на электронный переключающий элемент, в частности, уменьшенное обгорание контактов электромеханического переключателя, особенно с учетом дребезжания контактов. Для переключающего транзистора возможно достижение значительного снижения нагрузки от импульсов тока, в частности, во время переходного процесса при переключении, например, при процессе включения, так что становится возможным существенное снижение требований к переключающему транзистору относительно выбора его характеристик. В результате это позволяет не только экономить материальные затраты, но также и предпочтительным образом обращаться к использованию компонентов поверхностного монтажа, пригодных для высокой степени интеграции электронных и электрических схем, например, поскольку возможно использование экономичных технологий монтажа. В частности, таким образом возможно достижение преимуществ относительно интеграции, плотности монтажа, а также экономии расходов.
Бытовой прибор обычного вида представляет собой, в частности, устройство для приготовления пищевых продуктов - например, варочную поверхность, духовку, микроволновое устройство, их комбинации или аналогичные устройства, устройство для ухода за бельем, например, для обработки белья - в частности, стиральную машину, сушильную машину для белья, устройство для глажения, их комбинации или аналогичные устройства, устройство для чистки, в частности, для обработки посуды - например, посудомоечную машину, пылесос или аналогичные устройства, а также, кроме того, устройство для хранения, в частности хранения в охлажденном виде, предметов, предпочтительно пищевых продуктов - например, холодильный аппарат, морозилку, их комбинации или аналогичные устройства. В соответствии с этим, бытовая прикладная функция для применения в домашнем хозяйстве включает в себя, например, приготовление пищевых продуктов, очистку белья, очистку предметов, поверхностей и т.п., их комбинации и т.п.
Бытовой прибор предпочтительно содержит электрические устройства, посредством которых возможна реализация функции согласно назначению и соответствующее использование. Электрические устройства могут включать в себя, например, электрическую машину, электрический нагреватель, преобразователь переменного тока, в частности, инвертор, их комбинации или аналогичные устройства. Чтобы иметь возможность управлять электрическими устройствами при помощи надлежащего способа, бытовой прибор содержит электронный блок управления. В последнем может быть предусмотрено, например, устройство ввода, посредством которого пользователь предпринимает ввод команд для ручного управления бытовым прибором желаемым способом. Кроме того, блок управления может иметь устройство индикации, посредством которого рабочие режимы заранее сообщаются пользователю. Кроме того, конечно, также может быть предусмотрена комбинация устройства индикации с устройством ввода - например, в форме сенсорного экрана или аналогичного устройства. Наконец, блок управления может включать в себя также датчики, а также анализ их данных, чтобы управлять электрическим устройством согласно программе управления. Кроме того, блок управления также может быть программируемым и иметь для этого вычислительный блок - в частности, для того, чтобы выбирать и/или реализовывать различные производственные процессы, например, посредством пользовательского ввода и/или также в зависимости от результатов измерения, регистрируемых посредством датчиков. Наконец, блок управления может служить также для коммуникации с внешними по отношению к бытовому прибору устройствами - например, путем коммуникативного соединения с оконечным коммуникативным устройством, в частности, с оконечным устройством мобильной телефонии. Коммуникативное соединение может осуществляться, например, посредством сети связи, такой, как Интернет, сети мобильной телефонии, комбинации того и другого.
Обычный бытовой прибор эксплуатируется пользователем, как правило, лишь во время сравнительно короткого периода пользования, который существенно короче, чем срок службы бытового прибора. В течение остального времени между периодами использования бытовой прибор используется не по назначению. Преимущественно он выключен. Таким образом, во время периода использования не требуется снабжать блок управления электрической энергией. Поэтому в таких бытовых приборах предусмотрено выключение электропитания блока управления, чтобы уменьшить потребление электрической энергии между периодами использования. При эксплуатации бытового прибора согласно назначению для блока управления бытового прибора во время периода его использования для его эксплуатации, как правило, требуется лишь небольшая доля мощности, полученной бытовым прибором в целом. Соответственно, источник напряжения подобран так, что он обеспечивает возможность надежного снабжения блока управления во время надлежащей эксплуатации электрической энергией; в то же время, однако, он ограничен относительно предоставляемой мощности, так что необходимая предоставляемая мощность предоставляется с невысокими затратами и посредством компактного источника постоянного напряжения.
Источник постоянного напряжения может представлять собой, например, электрический накопитель энергии, такой, как аккумулятор, аккумуляторная батарея, их сочетание и т.п. Он может быть образован также блоком питания, берущим свою энергию, например, из общественной сети электропитания. Возможны также предусмотренные комбинации таких источников. Источник постоянного напряжения предоставляет, в частности, сглаженное постоянное напряжение, так что блок управления, в частности, если он имеет электронные конструктивные элементы, вычислительный блок, их комбинации или аналоги, позволяет обеспечивать надежную эксплуатацию блока управления согласно назначению.
Переключающий транзистор может представлять собой, например, биполярный транзистор, но также и полевой транзистор с изолированным затвором, в частности, полевой МОП-транзистор (MOSFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), или аналогичный. По существу переключающий транзистор может быть образован также конструкцией на основе тиристора, в частности, двухоперационным тиристором (GTO) или аналогичным. Конечно, переключающий транзистор может быть образован также комбинированными схемами с использованием вышеуказанных конструктивных элементов. Переключающий транзистор расположен таким образом, что его коммутационный участок присоединяется между первым и вторым местом выходами. Переключающий транзистор имеет третий вывод как вывод управляющего электрода, на который можно действовать сигналом включения, чтобы переводить коммутационный участок между первым и вторым выводами в желаемое состояние включения, в частности, во включенное и отключенное положения. В зависимости от сигнала включения устанавливается соответствующее состояние включения коммутационного участка. Для этой цели сигнал включения предпочтительно представляет собой цифровой сигнал, причем первый уровень сигнала включения выбран таким образом, что коммутационный участок приходит во включенное положение, тогда как второй уровень выбран таким образом, что коммутационный участок приходит в выключенное положение.
Переключающий транзистор приводится в действие в режиме включения лишь самое большее частично. Режим включения означает, что во включенном положении между обоими выводами, образующими коммутационный участок переключающего транзистора, имеет место очень низкое электрическое сопротивление, так что возможен высокий электрический ток при очень небольшом остаточном напряжении. В отключенном положении коммутационный участок переключающего транзистора является высокоомным, то есть он имеет высокое электрическое сопротивление, так что даже при высоком электрическом напряжении, приложенном к коммутационному участку, по существу не проходит электрический ток или проходит только очень незначительный, в частности, пренебрежимо малый электрический ток. Переход из одного положения в другое в уровне техники происходит с максимально коротким временем перехода, обозначаемым также как "время переключения", которое, как правило, по существу определяется физическими свойствами переключающего транзистора. От этого режима отличается линейный режим, который, однако, не находит применения в уровне техники с переключающими транзисторами в режиме включения.
Однако изобретение, в отличие от этого, предусматривает, что переключающий транзистор приводится в действие в линейном режиме, по меньшей мере при смене положения в форме перехода из выключенного положения во включенное положение (отпирание). При обратной смене положения (запирание) предпочтительно реализуется режим включения - как разъяснено выше. Тем не менее, в альтернативном варианте линейный режим может быть предусмотрен также и здесь. Линейный режим предпочтительно действует в период между обоими положениями "включен" и "выключенный".
Возможен электронный переключающий элемент, образованный полупроводниковым переключателем, в частности, управляемым вручную посредством управляющего элемента переключающим транзистором, электромеханическим переключателем, комбинацией этих устройств или аналогичным образом. Электромеханический переключатель может быть выполнен, например, в виде приводимого в действие вручную конструктивного элемента, расположенного, например, на лицевой панели управления бытового прибора. В предпочтительном варианте электронный переключающий элемент представляет собой составную часть переключающего устройства, однако он может быть также элементом, отдельным от переключающего устройства, и лишь присоединяться к последнему. Электромеханический переключатель предпочтительно имеет металлический коммутационный контакт, который закрывается при надавливании, вызванном производимым вручную воздействием, так что между двумя местами подключения переключателя возникает низкоомное, то есть вполне электропроводное соединение. Как только производимое вручную воздействие на переключатель прекращается, как правило, вследствие поджатия пружиной, электропроводное соединение прерывается. Электронный переключающий элемент служит для того, чтобы при выключенном положении коммутационного участка переключающего транзистора делать возможной активацию электропитания блока управления посредством блока включения и соответственно запускать ее. Уровнем техники для этого случая предусмотрено присоединение электромеханического переключателя параллельно коммутационному участку переключающего транзистора, так что при воздействии на переключатель коммутационный участок переключающего транзистора замыкается накоротко. Вследствие этого блок управления кратковременно снабжается электрической энергией от источника постоянного напряжения через переключатель, так что блок управления сразу же подает сигнал удержания на переключающий транзистор, который после этого включает свой коммутационный участок, так что при прекращении производимого вручную воздействия на переключатель электропитание продолжает осуществляться через переключающий транзистор.
Когда блок управления закончил выполнение всех процессов управления, и больше никаких дальнейших задач управления не поставлено, блок управления подает отключающий сигнал, который побуждает переключающий транзистор к переводу коммутационного участка в выключенное положение. После этого вследствие потребления энергии блоком управления электрическое напряжение, предоставляемое блоку управления, понижается до тех пор, пока напряжение по существу не прекратится. Блок управления в этом положении по существу лишен электрического напряжения, или обесточен. Благодаря этому возможно сокращение потребления электроэнергии между периодами использования бытового прибора, в частности, в режиме ожидания.
Чтобы уменьшить нагрузку на электронный переключающий элемент, а также на переключающий транзистор, изобретение предусматривает блок определения положения, который может быть образован электронным запоминающим элементом. Блок определения положения предоставляет сигнал состояния, отображающий состояние включения коммутационного участка. Сигнал состояния также предпочтительно представляет собой цифровой сигнал, так что он имеет, например, два уровня сигнала, а именно первый уровень сигнала, который представляет включенное положение коммутационного участка, тогда как второй уровень сигнала представляет отключенное положение коммутационного участка. В отличие от уровня техники, электронный переключающий элемент присоединяется уже не параллельно переключающему транзистору, а согласно изобретению к блоку определения положения. Вследствие этого электронный переключающий элемент при воздействии на него по существу подвергается действию уже не тока включения, а только небольшого управляющего тока, который требуется для активации блока определения положения, или для воздействия на него. Это позволяет выполнять электронный переключающий элемент соответственно меньшим и в то же время достигать его более высокой надежности и увеличения срока его службы.
Блок управления предпочтительно также присоединяется к блоку определения положения, причем таким образом, что отключающий сигнал блока управления передается на блок определения положения. Вследствие этого возможно воздействие на блок определения положения посредством блока управления. Таким образом, ни электронный переключающий элемент, ни блок управления не оказывают управляющего воздействия непосредственно на переключающий транзистор. Напротив, согласно изобретению здесь имеется промежуточное, в отношении потока сигналов, включение блока определения положения. Вследствие этого блок определения положения может предоставлять сигнал состояния в зависимости от воздействия на электронный переключающий элемент и от отключающего сигнала.
Однако, чтобы теперь полная нагрузка электронного переключающего элемента не переносилась на переключающий транзистор, изобретение предусматривает, что сигнал состояния от блока определения положения не приводится непосредственно на третий вывод переключающего транзистора, а вместо этого блок определения положения присоединяется к третьему выводу переключающего транзистора посредством блока интегратора, чтобы управлять коммутационным участком переключающего транзистора в зависимости от сигнала состояния. Блок интегратора позволяет достичь того, что запускающий фронт сигнала состояния удлиняется, так что переключающий транзистор переключает коммутационный участок не со своей минимально возможной скоростью переключения, а за время переключения, продленное за счет конструктивного исполнения блока интегратора. При этом предпочтительно речь идет о времени включения, так что в результате этого возможно значительное ограничение величины импульсов тока включения или даже полное их подавление. По существу блок интегратора может предусматривать соответствующую задержку также для выключения. Это может оказаться предпочтительным, например, если в электрической цепи имеются индуктивные нагрузки, быстрое отключение которых могло бы приводить к кратковременным повышениям напряжения и к опасным ситуациям. Таким образом, здесь изобретение также может вызвать улучшение.
Но особенно предпочтительным оказывается вариант, при котором блок интегратора выполнен с обеспечением возможности делать процесс закрывания переключающего транзистора по времени более коротким, чем процесс его открывания. Это позволяет, с одной стороны, достигать преимущества растянутого по времени включения с ограничением импульса тока и в то же время реализовывать быстрое выключение, так что, в частности, возможно осуществление надежного отключения при помехах или в аналогичных случаях. Например, возможно наличие в блоке интегратора разных ветвей цепи распределения, предусматриваемых для переднего фронта сигнала состояния с повышением его уровня и для фронта со снижением уровня сигнала состояния, которые, например, задействуются избирательно. Это может достигаться, например, при помощи дополнительных диодов в блоке интегратора.
Блок определения положения предпочтительно представляет собой бистабильную триггерную схему с первым и со вторым входами, причем блок определения положения предназначен для выдачи при первом управляющем сигнале на первом входе сигнала состояния, представляющего включенное положение, а при втором управляющем сигнале на втором входе - сигнала состояния, представляющего выключенное положение. Вследствие этого благодаря разделенным входам блока определения положения возможно предоставление соответствующих сигналов состояния. В частности, здесь возможно достижение надежного функционирования при многократных воздействиях. Триггерная схема может быть реализована, например, при помощи раздельных конструктивных элементов. Кроме того, возможно также ее осуществление в виде интегральной схемы, в которой уже реализована по меньшей мере одна соответствующая электрическая схема. Триггерная схема может быть выполнена в отношении ее функционирования как D-триггер, как RS-триггер, как JK-триггер или аналогичным образом.
Для предоставления отключающего сигнала блок управления предпочтительно присоединяется посредством первой усилительной схемы ко второму входу триггерной схемы. Благодаря этому отключающий сигнал блока управления может воздействовать непосредственно на блок определения положения, в данном случае на триггерную схему, и вызывать изменение сигнала состояния на сигнал состояния, отображающий выключенное положение.
Предпочтительно присоединен электронный переключающий элемент к первому входу триггерной схемы, так что сигнал состояния, представляющий включенное положение, может быть вызван производимым вручную воздействием на электронный переключающий элемент.
В частности, предлагается присоединение электронного переключающего элемента к первому входу триггерной схемы посредством схемы подавления помех. Предусматривая схему подавления помех, удается достигать надежного управления блоком определения положения, так как посредством схемы подавления помех возможно, например, уменьшение или блокирование сигналов, вызванных помехами. Это позволяет дополнительно повысить надежность переключающего устройства согласно изобретению.
Согласно варианту усовершенствования изобретения схема подавления помех имеет фильтр низких частот или полосовой фильтр. Эти типы фильтров особенно хорошо подходят для реализации защиты от помех и в то же время реализуются экономичным образом. В зависимости от свойств электронного переключающего элемента и/или подавляемого сигнала помехи выбирается либо фильтр низких частот, либо полосовой фильтр. Сигнал помехи может быть вызван, например, также нежелательным воздействием, например, кратковременным воздействием.
Переключающее устройство предпочтительно имеет блок защиты от прерывания подачи напряжения, который присоединен к первому входу триггерной схемы. Блок защиты от прерывания подачи напряжения служит для того, чтобы обеспечивать автоматическое повторное включение переключающего транзистора, например, при кратковременном перерыве в подаче напряжения от источника постоянного напряжения, чтобы уже начатый период использования бытового прибора мог быть продолжен надлежащим образом. Для этой цели возможно наличие в блоке защиты от прерывания напряжения накопительного элемента для энергетической информации, в частности, конденсатора, который может заряжаться в течение постоянного заданного времени. С этой целью возможна зарядка конденсатора через сопротивление. Посредством электрического напряжения, устанавливающегося на конденсаторе, возможно предоставление управляющего сигнала, который переключает переключающий элемент, например, транзистор, в частности, полевой МОП-транзистор (MOSFET), который в свою очередь устанавливает блок определения положения. Таким образом возможно, например, предусмотренное перекрывание отключения напряжения на период от нескольких секунд до одной минуты или до нескольких минут или даже на больший период. Благодаря этому при прерывании напряжения больше не требуется повторная активизация бытового прибора вручную пользователем и повторное задание уже начатой программы его использования с последующим ее запуском. Блок защиты от прерывания напряжения позволяет, в частности, достигать автоматического продолжения уже выполнявшейся программы использования после возвращения напряжения.
Блок защиты от прерывания напряжения рассчитан, в частности, на его деактивирование посредством отключающего сигнала. Эта функция позволяет достигать надежного осуществления выключения, даже если отключающий сигнал присутствует лишь в течение короткого времени. В целом это позволяет повысить надежность функционирования.
Переключающее устройство предпочтительно имеет вторую усилительную схему, посредством которой блок определения положения присоединен к блоку интегратора. Вторая усилительная схема позволяет достигать усиления сигнала состояния, а также осуществлять согласование уровней напряжения, чтобы надежно достигались уровни переключения, переключающие коммутационный участок. Кроме того, вторая усилительная схема позволяет производить согласование по уровню сигнала, чтобы еще больше повысить надежность переключающего устройства согласно изобретению.
В особенно предпочтительном варианте переключающий транзистор представляет собой полевой МОП-транзистор, вывод истока которого образует его первый вывод, а вывод стока - второй вывод, и блок интегратора предоставляет схему сопротивлений для присоединения к затвору полевого МОП-транзистора, образующему его третий вывод. Полевой МОП-транзистор на основе его свойств особенно хорошо подходит в качестве переключающего транзистора для переключающего устройства согласно изобретению. Поэтому функционирование согласно изобретению достигается при незначительных схемных затратах. Особенно предпочтительным оказывается взаимодействие емкости затвор-исток с блоком интегратора и таким образом улучшение желаемого времени отпирания.
В частности, электрическая схема сопротивления предназначена для формирования временной константы, величина которой для отпирания коммутационного участка переключающего транзистора больше, чем для запирания. С этой целью могут предусматриваться разные ветви схемы, которые предпочтительным образом реагируют на соответствующие фронты сигнала состояния.
В блоке интегратора предпочтительно имеется электрическая емкость, включенная параллельно участку сток-затвор полевого МОП-транзистора. Это позволяет дополнительно улучшить функционирование блока интегратора, в частности, относительно возможности регулирования скорости переключения переключающего транзистора.
Кроме того, у переключающего устройства предпочтительно имеется приоритетная схема, которая предназначена для того, чтобы при временном совпадении воздействия на электронный переключающий элемент и отключающего сигнала от блока управления подавлять отключающий сигнал. Эта функция учитывает, что при производимом вручную воздействии на электронный переключающий элемент для пользователя желательно включение бытового прибора. Вследствие этого воздействие со стороны пользователя получает приоритет по отношению к другому воздействию, в данном случае к отключению блока управления. Таким образом повышается удобство управления.
Предпочтительные варианты осуществления переключающего устройства согласно изобретению следует понимать как предпочтительные варианты осуществления способа. С этой целью предметные компоненты переключающего устройства, по отдельности или в сочетаниях, выполнены с возможностью осуществления операций способа.
Дальнейшие признаки изобретения следуют из пунктов формулы, фигур и описания фигур. Все признаки и комбинации признаков, упомянутые выше в описании, а также названные ниже в описании фигур и/или только показанные на фигурах, применимы не только в их соответствующем сочетании, указанном для каждого случая, но и в других комбинациях или же по отдельности, без выхода за рамки изобретения. Таким образом, следует понимать как включенные в изобретение и раскрытые также те варианты осуществления изобретения, которые явным образом не показаны на фигурах или не разъяснены, однако на основе отделенных комбинаций признаков следуют и воспроизводятся исходя из разъясненных вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
Ниже варианты осуществления изобретения более подробно разъясняются на основе схематичных чертежей. На фигурах одни и те же обозначения относятся к одним и тем же функциям и признакам.
Показаны:
фиг. 1 стиральная машина как бытовой прибор с переключающим устройством согласно изобретению, в схематичном открытом виде спереди,
фиг. 2 принципиальная электрическая схема переключающего устройства для стиральной машины с фиг.1 согласно уровню техники, и
фиг. 3 принципиальная электрическая схема переключающего устройства для стиральной машины с фиг.1 согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана в качестве бытового прибора стиральная машина 10 в схематично открытом виде спереди. Далее, представленная на фиг.1 стиральная машина 10 имеет выполненный с возможностью поворота моющий барабан 54, который приводится в движение от приводного двигателя 56 посредством приводного ремня 58. Приводной двигатель 56 посредством провода 70 присоединен к блоку 52 включения, который в свою очередь соединен не указанным более подробно способом с сетью электропитания, в данном случае с общественной сетью электропитания. Для эксплуатации стиральной машины 10 общественная сеть электропитания предоставляет необходимую электрическую энергию. Не показано, что в данном случае приводной двигатель 56 включает в себя вентильный преобразователь переменного тока, посредством которого возможно задание желаемым способом числа оборотов и крутящих моментов.
К блоку 52 включения присоединен, кроме того, источник 24 постоянного напряжения, который здесь выполнен в виде источника питания и который непосредственно присоединен к общественной сети электропитания, так что он предпочтительным образом на постоянной основе предоставляет электрическое постоянное напряжение. Постоянное напряжение в данном случае сглажено, чтобы непосредственно использовать его для электропитания блока 14 управления стиральной машины 10. К источнику 24 постоянного напряжения присоединено переключающее устройство 12, 52, которое предоставляет сглаженное постоянное напряжение, даваемое источником 24 постоянного напряжения, для блока 14 управления. Таким образом, блок 14 управления снабжается электрической энергией посредством переключающего устройства 12, 52.
Блок 14 управления имеет не описываемый более подробно модуль ввода и вывода, который в данном случае предусмотрен в виде сенсорного экрана и предоставляет интерфейс обслуживания для пользователя. Кроме того, блок 14 управления включает в себя вычислительный блок μР, чтобы блок 14 управления мог желаемым образом выполнять программы автоматической стирки, подвергая предметы белья желаемым образом очищающей обработке посредством стиральной машины 10.
Вычислительный блок μР присоединен посредством провода 72 к приводному двигателю 56, чтобы надлежащим образом приводить в движение приводной двигатель 56. Не показано дальнейшее периферийное оборудование стиральной машины 10, например, направляющие элементы для подвода и/или отвода воды, устройство для циркуляции моющего раствора, нагревательное устройство и т.п., которые предпочтительно также управляются вычислительным блоком μР.
Во время эксплуатации согласно назначению, то есть во время использования для проведения моющего процесса, все блоки стиральной машины 10 снабжаются электрической энергией. Когда моющий процесс закончен, блок 14 управления выдает отключающий сигнал, посредством которого переключающее устройство 12, 52 отключается. Тем самым деактивируется подача электропитания для блока 14 управления, так что блок 14 управления лишается напряжения, или обесточивается.
На фиг. 2 показана электрическая схема для переключающего устройства 12 согласно уровню техники в виде принципиальной электрической схемы. Переключающее устройство 12 имеет первое место 22 подключения для присоединения к источнику 24 постоянного напряжения, второе место 26 подключения для присоединения к выводу электропитания блока 14 управления и переключающий транзистор 18, который предоставляет коммутационный участок 16 между первым и вторым местами 22, 26 подключения. Коммутационный участок 16 выполнен с возможностью его включения посредством третьего ввода 20 переключающего транзистора 18. Переключающий транзистор 18 здесь выполнен как полевой МОП-транзистор. Переключающее устройство 12 имеет переключатель 28 как электронный переключающий элемент, который выполнен как электромеханический переключатель, приводимый в действие вручную, и также присоединен к первому и второму местам 22, 26 подключения, а именно параллельно переключающему транзистору 18. Из фиг. 1 видно, что присоединенный в месте 26 подключения блок 14 управления имеет не обозначенные электрические емкости, в данном случае конденсаторы. Поэтому воздействие на переключатель 28 приводит к соответствующей импульсной токовой нагрузке как на источник 24 постоянного напряжения, так и на переключатель 26, а также на блок 14 управления. Вследствие этого переключатель 28 подвержен повышенной нагрузке, так что контакт включения рассчитан на соответствующую высокую нагрузку.
Кроме того, видно, что включение переключающего транзистора 18 также происходит без задержки, то есть переключающий транзистор 18 включается со временем включения, обусловленным его конструкцией. В случае полевого МОП-транзистора это время очень коротко, так что при включении переключающего транзистора 18 сквозь переключающий транзистор 18 проходит очень большой токовый импульс. Действию токового импульса здесь подвергаются соответственно также источник 24 постоянного напряжения, а также блок 14 управления. Дальнейшие конструктивные элементы 66 схемы возбуждения, которые представляют схему возбуждения, присоединены к третьему вводу 20 переключающего транзистора 18, чтобы иметь возможность подвергать его коммутационный участок действию отключающего сигнала 30. Конструктивные элементы 66 схемы возбуждения включают в себя, помимо прочего, два биполярных транзистора, известным способом включенных совместно друг с другом, чтобы иметь возможность подвергать коммутационный участок 20 действию отключающего сигнала 30. Эта электрическая схема не предусматривает блока определения положения с сигналом состояния. Эта схема, известная из уровня техники, знакома специалисту, так что воздержимся от ее дальнейшего обсуждения.
На фиг. 3 показана принципиальная схема включения переключающего устройства 52 согласно изобретению, которое имеет первое место 22 подключения для присоединения к источнику 24 постоянного напряжения, второе место 26 подключения для присоединения к выводу электропитания блока 14 управления и переключающий транзистор 18, который предоставляет коммутационный участок 16 между первым и вторым местами 22, 26 подключения. Коммутационный участок 16 выполнен с возможностью его включения посредством третьего ввода 20 переключающего транзистора 18.
Переключающее устройство 52 предназначено для того, чтобы включать коммутационный участок 16 посредством электромеханического переключателя переключающего устройства 52, который воздействует на третий вывод 20 переключающего транзистора 18, и выключать коммутационный участок, воздействуя отключающим сигналом блока управления на третий вывод 20 переключающего транзистора 18.
Для этого переключающее устройство 52 согласно изобретению имеет блок 32 определения положения в форме триггерной схемы, здесь бистабильный триггер 40. Блок 32 определения положения предоставляет сигнал 34 состояния, отображающий состояние включения коммутационного участка 16.
Кроме того, переключающее устройство 52 включает в себя блок 36 интегратора, который включает в себя схему 62 сопротивлений. Схема сопротивления 62 включает в себя два последовательно включенных сопротивления, причем последовательное соединение одним концом присоединено к конденсатору предоставляющему электрическую емкость, который подключен параллельно к участку "сток-затвор" переключающего транзистора 18. Не обозначенный диод Зенера, который присоединен параллельно участку "исток-затвор" переключающего транзистора 18, служит известным способом для подключения затвора.
Блок 36 интегратора на средней отпайке последовательного включения схемы 62 сопротивлений подвергается воздействию второй усилительной схемы 60. Вторая усилительная схема 60 имеет двухступенчатый транзисторный усилитель, в котором предусмотрены биполярные транзисторы в схеме с общим эмиттером.
Вторая усилительная схема 60 включена промежуточным включением между блоком 32 определения положения и блоком 36 интегратора. Следовательно, вторая усилительная схема 60 на ее входе подвергается воздействию сигнала 34 состояния блока 32 определения положения.
Блок 36 интегратора позволяет на основе его электрической схемы растягивать фронты сигнала 34 состояния во времени, чтобы продлевать отпирание или запирание переключающего транзистора 18. Благодаря этому возможно уменьшение токовых импульсов, в частности, во время включения коммутационного участка, или даже их предотвращение.
Блок 32 определения положения имеет выполненную из отдельных конструктивных элементов бистабильную триггерную схему 40 с первым и вторым входами 42, 44. Блок 32 определения положения предназначен для выдачи первого сигнала состояния, представляющего включенное положение, в виде первого управляющего сигнала на первом входе 42, и второго сигнала состояния, представляющего выключенное положение, в виде второго управляющего сигнала на втором входе 44.
В данном варианте осуществления предусмотрено, что блок 14 управления для предоставления отключающего сигнала 30 посредством первой усилительной схемы 38 присоединен ко второму входу 44 триггерной схемы 40. Первая усилительная схема 38 вызывает согласование уровней сигнала, или усиление отключающего сигнала 30, приспосабливая его к требованиям, предъявляемым к сигналам блоком 32 определения положения, и позволяет надежно выдавать сигнал 34 состояния, представляющий выключенное положение.
Переключатель 28 через схему 46 подавления помех присоединен к первому входу 42 триггерной схемы 40. Схема подавления помех 46 включает в себя для этого фильтр нижних частот.
Кроме того, переключающее устройство 52 имеет блок 50 защиты от прерывания напряжения, который также присоединен к первому входу 42 триггерной схемы 40. Таким образом, он присоединен параллельно к переключателю 28 на первом входе 42. При прерываниях напряжения источника 24 постоянного напряжения блок 50 защиты от прерывания напряжения позволяет обеспечивать надежное повторное включение после возвращения напряжения, чтобы эксплуатация стиральной машины 10 в надлежащем режиме могла продолжаться без воздействия со стороны пользователя. С этой целью блок 50 защиты от прерывания напряжения имеет не обозначенный конденсатор в качестве энергетического накопителя, который таким образом обеспечивает при возвращении напряжения наличие сигнала на первом входе 42 блока 32 определения положения, так что блок 32 определения положения выдает сигнал 34 состояния, представляющий включенное положение.
Изобретение позволяет также обеспечивать при повторном включении, например, после кратковременного прерывания подачи сетевого питания, отсутствие воздействия высоких токов включения на переключающий транзистор 18.
Описанные выше варианты осуществления служат лишь для разъяснения изобретения и не являются ограничивающими для него. Так, функции, в частности, электронные конструктивные элементы и переключающее устройство, конечно, могут быть оформлены любым образом без выхода за рамки идеи изобретения.
Преимущества и признаки, описанные применительно к способу согласно изобретению, а также варианты его осуществления равным образом относятся к переключающему устройству согласно изобретению и наоборот. Следовательно, соответствующие признаки устройства могут быть рассматриваться в качестве признаков способа и наоборот.
Обозначения
10 стиральная машина
12 переключающее устройство
14 блок управления
16 коммутационный участок
18 полевой МОП-транзистор
20 вывод затвора
22 первое место подключения
24 источник постоянного напряжения
26 второе место подключения
28 переключатель
30 отключающий сигнал
32 блок определения положения
34 сигнал состояния
36 блок интегратора
38 первая усилительная схема
40 бистабильная триггерная схема
42 первый вход
44 второй вход
46 схема подавления помех
48 фильтр нижних частот
50 блок защиты от прерывания напряжения
52 блок включения
54 моющий барабан
56 приводной двигатель
58 приводной ремень
60 вторая усилительная схема
62 схема сопротивлений
64 конденсатор
70 провод
72 провод