BE1025095B1

BE1025095B1 - Dimsysteem met plc modulator en demodulator

Info

Publication number: BE1025095B1
Application number: BE2017/5226A
Authority: BE
Inventors: Peter Ameloot; Paul Ameloot; Tim Viaene; Toon Moerman
Original assignee: Delta Light Nv
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-10-30
Also published as: EP3383143A1; BE1025095A1

Abstract

Dimsysteem omvattende een PLC modulator ingericht voor het moduleren van dim-data op een DC voedingssignaal voor het verkrijgen van een gemoduleerd DC voedingssignaal, waarbij de dim-data bij een eerste frequentie gemoduleerd is op het DC voedingssignaal; een PLC demodulator ingericht voor het genereren van een puls breedte gemoduleerd signaal op basis van het gemoduleerd DC voedingssignaal; waarbij het PWM signaal een tweede frequentie heeft en de bedrijfscyclus een functie is van de dim-data in het gemoduleerd voedingssignaal; welke tweede frequentie tenminste een factor 2 groter is dan de eerste frequentie; een LED driver ingericht voor het aansturen van één of meer LEDs met een LED voedingssignaal dat een functie is van het PWM signaal; waarbij de PLC demodulator ingericht is om het gemoduleerd DC voedingssignaal te samplen op opeenvolgende tijdstippen die gecorreleerd zijn aan het PWM signaal voor het verkrijgen van opeenvolgende meetwaarden die representatief zijn voor het gemoduleerd voedingssignaal.

Description

(30) Voorrangsgegevens :

(73) Houder(s) :

DELTA LIGHT NV

8560, MOORSELE

België (72) Uitvinder(s) :

AMELOOT Peter 8800 ROESELARE België

AMELOOT Paul 8800 ROESELARE België

VIAENETim 9890 GAVERE België

MOERMAN Toon 8551 HEESTERT België (54) DIMSYSTEEM MET PLC MODULATOR EN DEMODULATOR (57) Dimsysteem omvattende een PLC modulator ingericht voor het moduleren van dim-data op een DC voedingssignaal voor het verkrijgen van een gemoduleerd DC voedingssignaal, waarbij de dimdata bij een eerste frequentie gemoduleerd is op het DC voedingssignaal; een PLC demodulator ingericht voor het genereren van een puls breedte gemoduleerd signaal op basis van het gemoduleerd DC voedingssignaal; waarbij het PWM signaal een tweede frequentie heeft en de bedrijfscyclus een functie is van de dim-data in het gemoduleerd voedingssignaal; welke tweede frequentie tenminste een factor 2 groter is dan de eerste frequentie; een LED driver ingericht voor het aansturen van één of meer LEDs met een LED voedingssignaal dat een functie is van het PWM signaal; waarbij de PLC demodulator ingericht is om het gemoduleerd DC voedingssignaal te samplen op opeenvolgende tijdstippen die gecorreleerd zijn aan het PWM signaal voor het verkrijgen van opeenvolgende meetwaarden die representatief zijn voor het gemoduleerd voedingssignaal.

FIG. 3

BE2017/5226

Dimsysteem met PLC modulator en demodulator

Vakgebied

Het vakgebied van de onderhavige uitvinding heeft betrekking op het dimmen van LED verlichting. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een dimsysteem voor LED verlichting, en op onderdelen voor gebruik in een dergelijk dimsysteem.

Achtergrond

Dimsystemen voor LED verlichting met power line communication (PLC) modulatie van een dimsignaal op een voedingssignaal zijn bekend.

Een LED wordt bij voorkeur gevoed wordt met een regelbare constante stroom bron (“constant current source”). Daartoe worden LED drivers voorzien die een DC voedingsspanning omzetten in een constante stroom. Wanneer PLC modulatie wordt gebruikt, wordt aan de voedingszijde een dimsignaal gemoduleerd op de DC voedingspanning. Aan de LED zijde wordt op basis van dit gemoduleerd voedingssignaal een PWM signaal bepaald voor het aansturen van de regelbare constante stroombron van de LED driver. Het dimsignaal kan bijvoorbeeld afkomstig zijn van een DALI dimmer.

Samenvatting van de uitvinding

Uitvoeringsvormen van de uitvinding hebben als doel een dimsysteem voor LED verlichting te verschaffen, dat gebruik maakt van PLC modulatie en demodulatie en dat robuuster en ruisbestediger is dan de systemen van de stand van de techniek.

Een eerste aspect van de uitvinding heeft betrekking op een dimsysteem volgens conclusie 1. Het dimsysteem omvat een PLC modulator, een PLC demodulator en een LED driver. De PLC modulator is ingericht voor het moduleren van dim-data op een DC voedingssignaal (VIN) voor het verkrijgen van een gemoduleerd DC voedingssignaal (VINMOD), waarbij de dim-data bij een eerste frequentie (f1) gemoduleerd is op het DC voedingssignaal. De PLC demodulator is ingericht voor het genereren van een puls breedte gemoduleerd (PWM) signaal (VPWM) op basis van het gemoduleerd DC voedingssignaal. Het PWM signaal VPWM heeft een tweede frequentie (f2) die ten minste een factor 2 groter is dan de eerste frequentie f1. Het PWM signaal VPWM heeft een bedrijfscyclus (duty cycle) die een functie is van de dim-data in het gemoduleerd voedingssignaal (V_INMOD). De LED driver 300 is ingericht voor het aansturen van één of meer LEDs 400 met een LED voedingssignaal (I_L) dat een functie is van het PWM signaal (V_PWM). De PLC demodulator is ingericht om het gemoduleerd DC voedingssignaal te samplen op opeenvolgende tijdstippen (tS1,

BE2017/5226 t_S2, etc.) die gecorreleerd zijn aan het PWM signaal (V_PWM) voor het verkrijgen van opeenvolgende meetwaarden die representatief zijn voor het gemoduleerd voedingssignaal (V_INMOD).

De uitvinding is inter alia gebaseerd op het inzicht van de uitvinders dat het gemoduleerd voedingssignaal V_INMOD “ruis”componenten vertoont die voornamelijk het gevolg zijn van het aan en uit schakelen van de één of meer LEDs, i.e. het gemoduleerd voedingssignaal omvat een ruissignaal dat het PWM signaal “volgt”. Doordat het samplen uitgevoerd wordt op tijdstippen die gecorreleerd zijn aan het PWM signaal kan, ondanks de “ruiscomponenten”, toch een goed demodulatieresultaat worden verkregen.

Voordelige uitvoeringsvormen van de uitvinding worden beschreven in de afhankelijke conclusies.

In een voordelige uitvoeringsvorm is de PLC demodulator ingericht om het gemoduleerd DC voedingssignaal te samplen bij een samplefrequentie (f_S) die groter is dan de eerste frequentie (f₁). De samplefrequentie (f_S) is bij voorkeur gelijk aan of een factor kleiner is dan de tweede frequentie (f₂). De samplefrequentie (f_S) is bij voorkeur ten minste een factor 2 groter dan de eerste frequentie (f1). Op die manier kan ervoor gezorgd worden dat enerzijds voldoende gesampled wordt, en dat anderzijds het ruissignaal wordt “gevolgd”, in de zin dat telkens gesampled wordt op eenzelfde moment in de periode van de ruiscomponent. Hoewel het ook mogelijk is om samplefrequenties te gebruiken die hoger zijn dan de tweede frequentie (f₂), bijvoorbeeld f_S = 2f₂, zal de regeling hiervan complexer zijn omdat men dan voor bepaalde PWM signalen zowel in een hoog niveau als in een laag niveau van de ruiscomponent sampelt.

De sampletijdstippen worden bij voorkeur zo ingesteld dat deze overeenstemmen met het begin van een periode van een PWM signaal, i.e. het begin van de aan-stand van de één of meer LEDs (bijvoorbeeld tussen 0.01 en 0.1 T₂, waarbij T₂ = 1/f₂); of met het einde van een periode van het PWM signaal, i.e. het einde van de uit-stand van de één of meer LEDs (bijvoorbeeld tussen 0.90 en 0.99 T₂). Op die manier kan het samplen op een ogenblik dat de ruiscomponent wijzigt van een laag naar een hoog niveau of omgekeerd worden beperkt. In een mogelijke uitvoeringsvorm kunnen de sample tijdstippen een functie van de bedrijfscyclus (duty cycle) van het PWM signaal zijn. Op die manier kan vermeden worden dat gesampled wordt op een ogenblik dat de ruiscomponent wijzigt van een laag naar een hoog niveau of omgekeerd.

Volgens een voordelig uitvoeringsvorm is de PLC demodulator ingericht om op basis van een aantal van de opeenvolgende meetwaarden ten minste één referentieniveau te bepalen, bij voorkeur een hoog referentieniveau en/of een laag referentieniveau. Indien het verschil tussen het hoog

BE2017/5226 referentieniveau en het laag referentieniveau bekend is, is het voldoende om enkel een hoog referentieniveau of enkel een laag referentieniveau te bepalen. Echter, om de nauwkeurigheid te verhogen, kunnen beide bepaald worden. Indien gewerkt wordt met meer dan twee spanningsniveaus in het gemoduleerd voedingssignaal, kunnen uiteraard ook meerdere referentieniveaus bepaald worden. De PLC demodulator is verder ingericht om rekening te houden met dit ten minste één referentieniveau voor het afleiden van de dim-data uit de opeenvolgende meetwaarden.

In een voordelige uitvoeringsvorm is de PLC demodulator ingericht om te bepalen wanneer een gegenereerd PWM signaal verschilt van een daarvoor gegenereerd PWM signaal. De PLC demodulator kan verder ingericht zijn om het ten minste één referentieniveau te bepalen telkens een nieuw PWM signaal wordt gegenereerd. Telkens een nieuw PWM signaal wordt gegenereerd, gebeurt er dus een reset van het sample proces.

In een voordelige uitvoeringsvorm is de LED driver een door het PWM signaal aanstuurbare constante stroombron. Dergelijke LED drivers zijn bekend bij de vakman, en kunnen op vele verschillende manieren zijn uitgevoerd. In een mogelijke uitvoeringsvorm heeft het door de LED driver gegenereerd LED voedingssignaal in een aan-stand van de één of meer LEDs bij voorkeur een derde frequentie (f3) die ten minste een factor 10 groter is dan de tweede frequentie (f2). Op die manier zal de derde frequentie (f3) verder geen noemenswaardige invloed hebben op de nauwkeurigheid van de demodulatie. Volgens een andere variant is de LED driver een DC LED driver die de één of meer LEDs aan en uit zet en in de aan- stand geen AC component vertoont.

Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm is het DC voedingssignaal een DC spanning. Deze DC spanning ligt bij voorkeur tussen 40 V en 60 V, nog meer bij voorkeur tussen 45 V en 50 V, en is meest bij voorkeur ongeveer 48 V. Volgens een andere variant kan de DC spanning liggen tussen 20 V en 30 V, bij voorkeur tussen 22 V en 26 V. Een spanning tussen 40 V en 60 V heeft het voordeel dat de spanning die aanwezig is bij de ingang van de LED driver voldoende laag is om veilig te zijn, maar toch voldoende vermogen kan overbrengen.

Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm is de PLC modulator ingericht om aan een uitgang een gemoduleerde voedingsspanning af te leveren waarbij de modulatie bestaat uit een spanningsverhoging of -verlaging, bij voorkeur een spanningsverhoging of -verlaging van 1 V tot

V, meer bij voorkeur van 2 V tot 6V.

BE2017/5226

In een voordelige uitvoeringsvorm omvat de PLC modulator een eerste ingang en een tweede ingang waartussen het DC voedingssignaal aanlegbaar is, één of meerdere dimingangen voor een dimsignaal en/of een draadloze ontvanger voor het ontvangen van een dimsignaal, en een uitgang. Deze één of meerdere dimingangen zijn bedoeld voor één of meerdere types dimmers. De PLC modulator kan op die manier toelaten om dimsignalen van verschillende types dimmers te ontvangen en/of om dimsignalen draadloos te ontvangen, en is dus op polyvalente wijze inzetbaar.

In een mogelijke uitvoeringsvorm van de PLC modulator is tussen de eerste ingang en de uitgang een FET transistor geschakeld, zodanig dat stroom van de eerste ingang door het drain-source kanaal van de FET transistor naar de uitgang stroomt. Verder omvat de PLC modulator bij voorkeur een microcontroller die ingericht is voor het omzetten van de dim-data in een analoog controlesignaal. De microcontroller is dan bij voorkeur zodanig verbonden met de gate van de FET transistor dat het analoog controlesignaal de spanning aan de uitgang omlaag kan trekken in functie van de waarde van het analoog controlesignaal. Wanneer de PLC modulator meerdere dimingangen omvat die bedoeld zijn om gekoppeld te worden met verschillende types dimmers, en dus in staat zijn om verschillende types dimsignalen te ontvangen, dan is de microcontroller bij voorkeur ingericht voor het omzetten van deze verschillende types dimsignalen in het analoog controlesignaal.

In een voordelige uitvoeringsvorm omvat de PLC demodulator een opamp in buffermodus, een analoog-naar-digitaal omzetter en een processor. De opamp in buffermodus is geschakeld om het gemoduleerd voedingssignaal door te geven aan de analoog-naar-digitaal omzetter. De analoognaar-digitaal omzetter is ingericht om het doorgegeven gemoduleerd DC voedingssignaal te samplen op opeenvolgende tijdstippen voor het verkrijgen van opeenvolgende meetwaarden die representatief zijn voor het gemoduleerd DC voedingssignaal, voor het omzetten daarvan in digitale waarden, en voor het doorgeven van de digitale waarden aan de processor. De processor is enerzijds ingericht om de dim-data af te leiden uit de digitale waarden van de analoog-naar-digitaal omzetter, en om op basis daarvan een PWM signaal te genereren; en anderzijds om de sampletijdstippen van de analoog-naar-digitaal omzetter te controleren gecorreleerd aan het PWM signaal. De processor kan verder ingericht zijn om de digitale waarden te filteren om pieken (glitches) te verwijderen en/of om correcties (zoals correcties in functie van de ooggevoeligheid) uit te voeren.

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een PLC modulator verschaft voor gebruik in een dimsysteem. De PLC modulator heeft een eerste ingang en een tweede ingang waartussen een

DC voedingsspanning aanlegbaar is, één of meerdere dimingangen voor het ontvangen van een

BE2017/5226 dimsignaal van een dimmer en/of een draadloze ontvanger ingericht voor het ontvangen van een dimsignaal, en een uitgang. Tussen de eerste ingang en de uitgang is een FET transistor geschakeld zodanig dat stroom van de eerste ingang door het source-drain kanaal van de FET transistor naar de uitgang stroomt. De PLC modulator omvat bij voorkeur een microcontroller die ingericht is voor het omzetten van de dim-data in een analoog controlesignaal. De microcontroller is dan bij voorkeur zodanig verbonden met de gate van de FET transistor, dat het analoog controlesignaal de spanning aan de uitgang laag kan trekken in functie van de waarde van het analoog controlesignaal. Hoewel een dergelijke PLC modulator de voorkeur geniet voor gebruik in een dimsysteem van het in de aanhef beschreven type, begrijpt de vakman dat ook andere PLC modulatoren gebruikt kunnen worden in de eerder beschreven dimsystemen.

De hierboven beschreven eerste en tweede frequentie f1, f2 liggen bij voorkeur in de volgende bereiken:

- f₁ tussen 100 Hz en 500 Hz;

- f2 tussen 1 kHz en 5 kHz.

Voor de LED driver kan een LED driver met een derde frequentie gebruikt worden, waarbij f3 bij voorkeur tussen 100 kHz en 500 kHz ligt, of kan een DC LED driver worden gebruikt zoals hierboven werd beschreven.

Korte figuurbeschrijving

Bovenstaande en andere voordelige eigenschappen en doelen van de uitvinding zullen duidelijker worden en de uitvinding zal beter begrepen worden aan de hand van de volgende gedetailleerde beschrijving wanneer deze wordt gelezen in combinatie met de tekeningen in bijlage, waarin:

Figuur 1 schematisch een eerste uitvoeringsvorm van een dimsysteem toont;

Figuur 2 schematisch een uitvoeringsvorm van de PLC modulatie zijde van een dimsysteem volgens de uitvinding toont;

Figuur 3 schematisch een uitvoeringsvorm van de PLC demodulatiezijde van een dimsysteem volgens de uitvinding toont;

Figuren 4 een schematische grafiek toont van de gemoduleerde voedingsspanning V_INMOD in een mogelijke uitvoeringsvormen van een dimsysteem volgens de uitvinding;

Figuur 5 een schematische grafiek toont van de gemoduleerde voedingsspanning V'_INMOD aan de ingang van een analoog-naar-digitaal omzetter in een mogelijke uitvoeringsvormen van een dimsysteem, waarbij opeenvolgende sample tijdstippen zijn aangeduid;

BE2017/5226

Figuur 6 een schematische grafiek toont van de gemoduleerde voedingsspanning V'_inmod aan de ingang van een analoog-naar-digitaal omzetter in een andere mogelijke uitvoeringsvorm van een dimsysteem, waarbij opeenvolgende sample tijdstippen zijn aangeduid;

Figuur 7 schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van een LED driver van het dimsysteem van figuur 1 toont;

Figuur 8 een schematische grafiek toont van opeenvolgende meetwaarden die representatief zijn voor de gemoduleerde voedingsspanning in een mogelijke uitvoeringsvorm van een dimsysteem volgens de uitvinding;

Figuur 9 schematische een andere variant van een PLC modulator voor gebruik in een dimsysteem volgens de uitvinding toont; en

Figuur 10 een andere variant van een mogelijke uitvoeringsvorm van een LED driver voor gebruik in een dimsysteem volgens de uitvinding tonen.

Gedetailleerde uitvoeringsvormen

Een eerste uitvoeringsvorm van een dimsysteem is geïllustreerd in figuur 1. Figuur 1 toont een schema van een dimsysteem voor één of meer LEDs 400 met een PLC modulator 100, een PLC demodulator 200, en een LED driver 300.

De PLC modulator 100 is ingericht voor het moduleren van dim-data D op een DC voedingssignaal, hier een gelijkspanning V_in, voor het verkrijgen van een gemoduleerd DC voedingssignaal, hier een gemoduleerde spanning V_inmod, aan een uitgang 109 van de PLC modulator 100. De data D wordt bij een eerste frequentie f₁ gemoduleerd op het DC voedingssignaal V_in, zie de gemoduleerde voedingsspanning V_inmod aan de uitgang 109. De PLC modulator 100 heeft verder een eerste ingang 101 en een tweede ingang 102 waartussen het DC voedingssignaal V_in aanlegbaar is, en één of meerdere dimingangen 103, 104, 105, etc. voor een dimsignaal. in een mogelijke uitvoering kan de PLC modulator 100 verder een draadloze ontvanger (niet getoond) omvatten voor het draadloos ontvangen van data, bijvoorbeeld dim-data van een andere inrichting, bijvoorbeeld een mobiele inrichting zoals een smartphone.

Bij voorkeur is de PLC modulator 100 niet alleen ingericht voor het moduleren van dim-data op het DC voedingssignaal, maar kan deze ook andere data moduleren op het voedingssignaal. Dit kan bijvoorbeeld draadloos ontvangen data zijn. De ontvangen data kan dim-data zijn maar kan ook andere data zijn. Voorbeelden van andere digitale data die op het voedingssignaal gemoduleerd kunnen worden zijn bijvoorbeeld adresdata voor het identificeren van een LED of LED driver. Met name wanneer meerdere LED drivers zijn voorzien, kan het nuttig zijn om aan de LED drivers een adres toe te kennen. Dim-data kan dan bedoeld zijn voor één of meer LED drivers met een bepaald

BE2017/5226 adres. Nog andere data die gemoduleerd kunnen worden op het voedingssignaal zijn commando’s, bijvoorbeeld een reset commando, om een adres opnieuw in te stellen, commando’s die bedoeld zijn voor alle LED drivers, etc.

De PLC demodulator 200 is ingericht voor het genereren van een puls breedte gemoduleerd (PWM) signaal V_PWM op basis van het gemoduleerd DC voedingssignaal V_INM0D. Het PWM signaal V_PWM heeft een tweede frequentie f₂ en een bedrijfscyclus (duty cycle) die een functie is van de dim-data D in het gemoduleerd voedingssignaal V_INM0D. De tweede frequentie f₂ is ten minste een factor 2 groter dan de eerste frequentie f₁, en bij voorkeur ten minste een factor 4 groter dan de eerste frequentie f₁. Het DC voedingssignaal V_IN is bij voorkeur een DC spanning tussen 40 en 60 V, nog meer bij voorkeur tussen 45 V en 50 V, en meest bij voorkeur ongeveer 48 V. Op die manier is de spanning die aanwezig is bij de ingang van de LED driver op een voldoende laag niveau om veilig te zijn, en kan toch nog voldoende vermogen worden overgebracht. Het spanningsverschil tussen een hoog en een laag niveau in de gemoduleerde voedingsspanning V_INM0D ligt bij voorkeur in een bereik tussen 1 V en 10 V, nog meer bij voorkeur tussen 2 V en 6V.

Het dimsysteem kan verder een AC/DC omzetter 10 omvatten voor het omzetten van een wisselspanning, bijvoorbeeld de netspanning, in de gelijkspanning VIN, bijvoorbeeld een 48 V gelijkspanning.

Verschillende LEDs 400 kunnen in parallel of in serie geschakeld zijn tussen de eerste uitgang 301 en tweede uitgang 302 van de LED driver 300.

De LED driver 300 en LED(s) 400 kunnen gevormd zijn als geïntegreerde modules waarin beide zijn opgenomen. Het is echter ook mogelijk om de LED driver 300 en de LED(s) 400 te voorzien als losse units.

De LED driver 300 is ingericht voor het aansturen van één of meer LEDs 400 met een LED voedingssignaal IL dat een functie is van het PWM signaal VPWM. De PLC demodulator 200 ingericht is om het gemoduleerd DC voedingssignaal V_INM0D te samplen op opeenvolgende tijdstippen (tS1, tS2, etc.) die gecorreleerd zijn aan het PWM signaal V_PWM voor het verkrijgen van opeenvolgende meetwaarden die representatief zijn voor het gemoduleerd voedingssignaal V_INM0D. De PLC demodulator 200 is ingericht is om het gemoduleerd DC voedingssignaal te samplen bij een sample frequentie f_S die groter is dan de eerste frequentie f_b en die gelijk is aan of een factor kleiner is dan de tweede frequentie f2. Dit is geïllustreerd in figuren 4, 5 en 6, en zal hieronder in meer detail worden besproken.

BE2017/5226

In plaats van één LED driver 300 met één of meer LEDs 400, kunnen ook een aantal LED drivers

300 met bijbehorende één of meer LEDs in parallel zijn voorzien, waarbij deze aangestuurd kunnen worden via een gemeenschappelijk PLC demodulator 200.

Daarnaast is het ook mogelijk om meerdere PLC demodulatoren 200 in parallel te voorzien die elk aan hun ingang VINMOD ontvangen en een PWM signaal genereren voor een bijbehorende LED driver 300.

Verder is het mogelijk om aan de LED driver zijde een optionele PLC modulator 500 te voorzien, en om dan aan de voedingszijde een bijbehorende PLC demodulator te voorzien. Op die manier kan digitale dim-data die beschikbaar is aan de LED zijde gemoduleerd worden op het voedingssignaal en zo doorgegeven worden aan de voedingszijde waar de data uit het gemoduleerd signaal wordt gehaald. Dergelijke technieken zijn bekend en zullen hier bijgevolg niet in detail worden beschreven.

De PLC modulator 100 kan verder ingericht zijn om een kalibratie uit te voeren, bijvoorbeeld bij het begin van de ingebruikname van het dimsysteem. Meer in het bijzonder kan de PLC modulator 100 ingericht zijn om de ingangsspanning VIN en de uitgangsspanning VINMOD te meten, en om de instellingen van de PLC modulator 100 aan te passen voor het verkrijgen van de gewenste spanningsniveaus van VIN en VINMOD.

Figuur 4 toont een gemoduleerde gelijkspanning VINMOD. In het getoond voorbeeld is VIN = 48 V, f1 = 250 Hz en f₂ = 2 kHz. Zonder de ruiscomponenten zou de gemoduleerde gelijkspanning eruit zien als VINMODi, hier een doel van een signaal waarop bijvoorbeeld twee maal een bit 1 is gemoduleerd (de neergaande flank duidt op een bitwaarde 1). Als gevolg van het aan- en uit schakelen van de LED(s) 400 vertoont de gemoduleerde gelijkspanning in de praktijk echter ruiscomponenten die de frequentie f₂ van de PWM signaal volgen, zie V_INMODr.

Figuren 5 en 6 tonen mogelijke sample tijdstippen. In het voorbeeld van figuur 5 is de sample frequentie gelijk aan de tweede frequentie en zijn de sample tijdstippen tS1, tS2, etc. gekozen zodanig dat deze telkens in een onderste zone van de “ruiscomponent” liggen. In het voorbeeld van figuur 6 is de sample frequentie een factor 2 kleiner dan de tweede frequentie en zijn de sample tijdstippen tS1, tS2, etc. gekozen zodanig dat deze telkens in een bovenste zone van de “ruiscomponent” liggen. De sample tijdstippen (t_S1, t_S2, etc.) kunnen verder een functie zijn van de duty cycle van het PWM signaal zodanig dat vermeden wordt dat de sample tijdstippen samenvallen met een overgang van een lage naar een hoge waarde a.g.v. de ruiscomponenten.

BE2017/5226

De PLC demodulator 200 is verder ingericht om op basis van een aantal van de opeenvolgende meetwaarden (V'_INMOD(t_S1), V'_INMOD(t_S2), etc.) ten minste één referentieniveau te bepalen, bij voorkeur een hoog referentieniveau en/of een laag referentieniveau. In figuur 5 kunnen bijvoorbeeld de meetwaarden op t_S1, t_S2, t_S3, t_S4 gebruikt worden voor het bepalen van een hoog referentie niveau, en kunnen de meetwaarden op t_S5, t_S6, t_S7, t_S8 gebruikt worden voor het bepalen van een laag referentie niveau. Dit hoog en/of laag referentieniveau kan dan gebruikt worden bij het afleiden van de dim-data (D) uit de opeenvolgende meetwaarden. Deze ten minste één referentiewaarde kan continu bepaald worden op basis van een vooraf bepaald aantal meetwaarden, en kan dan continu bijgesteld worden bij wijzigingen. Op die manier wordt de nauwkeurigheid van de demodulatie verder verbeterd.

De PLC demodulator 200 is bij voorkeur ingericht is om te bepalen wanneer een gegenereerd PWM signaal verschillend is van een eerder gegenereerd PWM signaal, en om de opeenvolgende tijdstippen waarop gesampled wordt dienovereenkomstig aan te passen. Wanneer bijvoorbeeld de bedrijfscyclus van een PWM signaal verandert van 10% naar 90% kan de sample positie binnen een ruisperiode T2 zodanig aangepast worden dat deze niet te dicht bij een hoog/laag overgang van de ruiscomponent ligt.

Figuur 2 toont in detail een uitvoeringsvorm van de modulatiezijde van het dimsysteem. Tussen de eerste ingang 101 en de uitgang 109 van de PLC modulator 100 is een FET transistor 120 geschakeld zodanig dat stroom van de eerste ingang 101 door het source-drain kanaal van de FET transistor 120 naar de uitgang 109 stroomt. De PLC modulator 100 omvat een microcontroller 110 met een DAC 112. De microcontroller 110 is ingericht voor het omzetten van de dim-data D in een analoog controlesignaal VC via een omzettingsblok 111 en de DAC 112. De microcontroller 110 is zodanig verbonden is met de gate van de FET transistor 120 dat het analoog controlesignaal VC de spanning aan de uitgang 109 omlaag kan trekken in functie van de waarde van het analoog controlesignaal VC. In de geïllustreerde uitvoeringsvorm is de uitgang van de DAC 112 door middel van een buffer opamp 145 en een weerstand 141 verbonden met een ingang 113a van een opamp 113. Aan de andere ingang van de opamp 113 is een referentiespanning V_REF aangelegd. De ingang 113a is verder verbonden met een spanningsdeler gevormd door weerstanden 131, 132 die tussen de uitgang 109 en de aarde geschakeld zijn. De uitgang van de opamp 113 is via een gate driver schakeling 125 verbonden met de gate van de FET 120. Door een dergelijke schakeling zal, wanneer de spanning V_C toeneemt, de spanning aan de ingang 113a van de opamp toenemen, waardoor de FET 120 meer sluit, en de spanning aan de uitgang 109 daalt.

BE2017/5226

De PLC modulator 100 omvat meerdere dimingangen 103, 104, 105, etc die ingericht zijn voor het ontvangen van dimsignalen van verschillende types dimmers, en de microcontroller 110 is ingericht om, via omzettingsblok 111, dimsignalen van verschillende types dimmers om te zetten in een digitaal signaal dat door de DAC 112 omgezet wordt in het analoog controlesignaal VC. De meerdere types dimmers kunnen één of meer van de volgende types dimmers omvatten: een 0/1-10 V dimmer, een PWM (“Pulse Width Modulation”) dimmer, een DALI (“Digital Addressable Lighting Interface”) dimmer, een Phase Control dimmer (zoals een TRIAC of SCR dimmer), een drukknop dimmer die ingericht is om een dimsignaal te genereren dat een functie is van hoelang op de drukknop is gedrukt. Bij een 0/1-10 V dimmer is het dimsignaal een spanning die proportioneel is met de gewenste dimming. Daarnaast is het ook mogelijk om de dim-data draadloos te ontvangen via een draadloze ontvanger in de PLC modulator, waarbij een gebruiker bijvoorbeeld via een smartphone de dim-data doorstuurt naar de draadloze ontvanger.

Figuur 3 toont in detail een uitvoeringsvorm van de demodulatiezijde van het dimsysteem. De LED driver 300 is hier een door het PWM signaal aanstuurbare constante stroombron. Het LED voedingssignaal I_L heeft in een aan-stand van de één of meer LEDs 400 bij voorkeur een frequentie f₃ die ten minste een factor 10 groter is dan de tweede frequentie f₂. De derde frequentie f₃ is bijvoorbeeld 250 kHz. De PLC demondulator 200 omvat een opamp 220 in buffermodus, een analoog-naar-digitaal omzetter 211 en een processor 212. De opamp 220 in buffermodus is geschakeld om het gemoduleerd voedingssignaal V_INM0D door te geven aan de analoog-naardigitaal omzetter 211. De analoog-naar-digitaal omzetter (ADC) 211, bijvoorbeeld een 12-bit ADC, is ingericht om het doorgegeven gemoduleerd DC voedingssignaal V’_INM0D te samplen op opeenvolgende tijdstippen (t_S1, t_S2, etc.) voor het verkrijgen van opeenvolgende meetwaarden (V’_INM0D(t_S1), V’_INM0D(t_S2), etc.) die representatief zijn voor het gemoduleerd DC voedingssignaal V_INM0D, voor het omzetten daarvan in een digitale waarden, en voor het doorgeven van de digitale waarden aan de processor 212. De processor 212 is enerzijds ingericht om de dim-data af te leiden uit de digitale waarden van de analoog-naar-digitaal omzetter, en om op basis daarvan een PWM signaal te genereren; en anderzijds om de sample tijdstippen van de de analoog-naar-digitaal omzetter 211 te controleren gecorreleerd aan het PWM signaal. De processor 212 kan verder ingericht zijn om de digitale waarden te filteren om pieken (glitches) te verwijderen en/of om correcties (zoals correcties in functie van de ooggevoeligheid) uit te voeren.

Figuur 8 illustreert de verwerking van de digitale meetwaarden in de processor 212. In de processor 212 zal eerst voor de gesamplede meetwaarden bepaald worden of deze meetwaarden een laag of een hoog niveau voorstellen. In figuur 8 is een opeenvolging van hoge en lage waarden op opeenvolgende sampletijdstippen getekend met behulp van bolletjes. 0m aan te geven dat dim11

BE2017/5226 data wordt doorgestuurd, wordt eerst een vooraf bepaald startsignaal doorgestuurd. In het voorbeeld van figuur 8 is dit een laag niveau gedurende een periode (T_1/2) x 3. In het geïllustreerde voorbeeld stemt dit overeen met 12 lage waarden. Daarnaast wordt ook de duur van de periode T1 doorgegeven aan de processor 212. Op basis van deze gegevens kan de processor 212 vervolgens de bitwaarden afleiden. In het geïllustreerde voorbeeld stemt een dalende flank in het midden van een periode T₁ overeen met een bitwaarde “1”, en stemt een stijgende flank in het midden van een periode T₁ overeen met een bitwaarde “0”. Op die manier kan de processor 212 dus een opeenvolging van bitwaarden bepalen en hieruit een PWM signaal afleiden.

Figuur 7 toont een mogelijke uitvoeringsvorm van een LED driver 300. De LED driver 300 omvat een constante stroom buck LED driver blok 310, bijvoorbeeld een LED driver blok van het type LM3414, een diode 320, een spoel 331, een weerstand 332 en een condensator 333. De weerstand 332 en de condensator 333 zijn in parallel geschakeld tussen de uitgangsklemmen 301, 302 van de LED driver 300. De stroom van LED driver blok 310 loopt via een spoel 331 naar uitgangspin 302. De gemoduleerde voedingsspanning V_INMOD is verbonden met de eerste uitgangspin 301. De diode 320 is bijvoorbeeld een Schottky diode waardoor stroom kan terugvloeien van de spoel 331 tijdens het schakelen. De vakman begrijpt dat vele andere LED drivers eveneens bruikbaar zijn in een dimsysteem volgens de uitvinding. Zo toont figuur 10 een andere mogelijke LED driver 300 waar een PWM signaal door middel van een opamp 330 omgezet wordt in een stuursignaal voor een transistor 340 die voorzien is in serie met de één of meer LEDs 400. In de variant van figuur 10 is de LED driver 300 dus een DC LED driver die in de aan-stand geen AC component vertoont.

Figuur 9 illustreert nog een andere variant van een PLC modulator 100 voor gebruik in een dimsysteem volgens de uitvinding. De PLC modulator 100 omvat een aantal onderdelen die gelijkaardig zijn aan deze die hierboven werden beschreven voor figuur 2, en deze onderdelen zijn aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers. In deze uitvoering wordt geen gebruik gemaakt van een FET 120 die gekoppeld is tussen de ingang 101 en de uitgang 109. Deze FET is hier vervangen door een DC/DC omzetter 150 die aangestuurd wordt in functie van de spanning V_C aan de uitgang van de DAC 112. Twee uitgangen 151, 152 van de DC/DC omzetter 150 zijn respectievelijk verbonden met de gates van een eerste FET 161 en een tweede FET 162 die in serie geschakeld zijn. V_C zal de spanning aan de uitgangen 151, 152 bepalen, en kan zo de spanning V_INMOD aan de uitgang 109 moduleren.

De vakman begrijpt dat de uitvinding niet beperkt is tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen, en dat vele modificaties en varianten mogelijk zijn binnen het kader van de uitvinding, dat enkel bepaald wordt door de hiernavolgende conclusies.

BE2017/5226

Claims

Conclusies

1. Dimsysteem omvattende:

een PLC modulator (100) ingericht voor het moduleren van dim-data (D) op een DC voedingssignaal (V_IN) voor het verkrijgen van een gemoduleerd DC voedingssignaal (V_INMOD), waarbij de dim-data bij een eerste frequentie (fi) gemoduleerd is op het DC voedingssignaal (VIN);

een PLC demodulator (200) ingericht voor het genereren van een puls breedte gemoduleerd (PWM) signaal (VPWM) op basis van het gemoduleerd DC voedingssignaal (VINMOD); waarbij het PWM signaal (VPWM) een tweede frequentie (f2) heeft en de bedrijfscyclus (duty cycle) een functie is van de dim-data (D) in het gemoduleerd voedingssignaal (VINMOD); welke tweede frequentie (f2) ten minste een factor 2 groter is dan de eerste frequentie (f1);

een LED driver (300) ingericht voor het aansturen van één of meer LEDs (400) met een LED voedingssignaal (IL) dat een functie is van het PWM signaal (VPWM); waarbij de PLC demodulator (200) ingericht is om het gemoduleerd DC voedingssignaal (VINMOD) te samplen op opeenvolgende tijdstippen (tS1, tS2, etc.) die gecorreleerd zijn aan het PWM signaal (VPWM) voor het verkrijgen van opeenvolgende meetwaarden die representatief zijn voor het gemoduleerd voedingssignaal (V_INMOD).
2. Dimsysteem volgens conclusie 1, waarbij de PLC demodulator (200) ingericht is om het gemoduleerd DC voedingssignaal te samplen bij een sample frequentie (fS) die groter is dan de eerste frequentie (f₁), en die gelijk is aan of een factor kleiner is dan de tweede frequentie (f2).
3. Dimsysteem volgens conclusie 1 of 2, waarbij de PLC modulator ingericht is om de sample tijdstippen (t_S1, t_S2, etc.) zo in te stellen dat deze overeenstemmen met het begin van een periode van het PWM signaal, bij voorkeur tussen 0.01 en 0.1 T₂, waarbij T₂ = 1/f₂; of met het einde van een periode van het PWM signaal, bij voorkeur tussen 0.90 en 0.99 T₂.
4. Dimsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de PLC demodulator (200) ingericht is om op basis van een aantal van de opeenvolgende meetwaarden (V’_INMOD(t_S1), V’_INMOD(t_S2), etc.) ten minste één referentieniveau te bepalen, bij voorkeur een hoog referentieniveau en/of een laag referentieniveau, en om rekening te houden met dit ten minste één referentieniveau voor het afleiden van de dim-data (D) uit de opeenvolgende meetwaarden.

BE2017/5226
5. Dimsysteem volgens de voorgaande conclusie, waarbij de PLC demodulator (200) ingericht is om het ten minste één referentieniveau te bepalen telkens een nieuw PWM signaal wordt gegenereerd.
6. Dimsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de LED driver (300) een door het PWM signaal aanstuurbare constante stroombron is.
7. Dimsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het LED voedingssignaal (I_L) in een aan-stand van de één of meer LEDs een frequentie (f₃) heeft die ten minste een factor 10 groter is dan de tweede frequentie (f2).
8. Dimsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het DC voedingssignaal (V_IN) een DC spanning is, bij voorkeur een DC spanning tussen 40 en 60 V, nog meer bij voorkeur tussen 45 V en 50 V, en meest bij voorkeur ongeveer 48 V.
9. Dimsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de PLC modulator (100) een eerste ingang (101) en een tweede ingang (102) heeft waartussen het DC voedingssignaal V_IN aanlegbaar is, één of meerdere dimingangen (103, 104, 105, etc.) voor een dimsignaal, en een uitgang (109) heeft.
10. Dimsysteem volgens de voorgaande conclusies, waarbij tussen de eerste ingang en de uitgang een FET transistor is geschakeld zodanig dat stroom van de eerste ingang door het source-drain kanaal van de FET transistor naar de uitgang stroomt.
11. Dimsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de PLC modulator (100) een microcontroller (110) omvat; waarbij de microcontroller (110) ingericht is voor het omzetten van de dim-data (D) in een analoog controlesignaal (VC).
12. Dimsysteem volgens conclusie 10 en 11, waarbij de microcontroller (110) zodanig verbonden is met de gate van de FET transistor dat het analoog controlesignaal de spanning aan de uitgang omlaag kan trekken in functie van de waarde van het analoog controlesignaal (VC).
13. Dimsysteem volgens één der conclusies 11-12, waarbij de PLC modulator (100) meerdere dimingangen (103, 104, 105, etc) omvat die ingericht zijn voor het ontvangen van dimsignalen van verschillende types dimmers en/of een draadloze ontvanger omvat voor het draadloos ontvangen van een dimsignaal, en de microcontroller (110) ingericht is voor

BE2017/5226 het omzetten van dimsignalen van verschillende types dimmers in het analoog controlesignaal.
14. Dimsysteem volgens de voorgaande conclusie, waarbij de dim-data afkomstig is van één van de volgende: een 0/1-10 V dimmer, een PWM (“Pulse Width Modulation”) dimmer, een DALI (“Digital Addressable Lighting Interface”) dimmer, een Phase Control dimmer (zoals een TRIAC of SCR dimmer), een drukknop dimmer die ingericht is om een dimsignaal te genereren dat een functie is van hoelang op de drukknop is gedrukt, een draadloze ontvanger.
15. Dimsysteem volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de PLC demondulator (200) een opamp (220) in buffermodus, een analoog-naar-digitaal omzetter (211) en een processor (212) omvat; waarbij de opamp (220) in buffermodus geschakeld is om het gemoduleerd voedingssignaal VINMOD door te geven aan de analoog-naar-digitaal omzetter (211); en waarbij de analoog-naar-digitaal omzetter (211) ingericht is om het doorgegeven gemoduleerd DC voedingssignaal V'_INMOD te samplen op opeenvolgende tijdstippen (t_S1, t_S2, etc.) voor het verkrijgen van opeenvolgende meetwaarden (V’_INMOD(t_S1), V'_INMOD(t_S2), etc.) die representatief zijn voor het gemoduleerd DC voedingssignaal (V_INMOD), voor het omzetten daarvan in een digitale waarden, en voor het doorgeven van de digitaal waarden aan de processor (212), waarbij de processor (212) ingericht is om de sample tijdstippen van de analoog-naar-digitaal omzetter (211) te controleren gecorreleerd aan het PWM signaal.

BE2017/5226

BE2017/5226

1/f=T1

LJ <

-17BE2017/5226 ο ο OJ θ ι_η m ο ο