Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Helligkeitssteuerung von Beleuchtungseinrichtungen ist es auf Grund der unterschiedlichen Vorschaltgeräte erforderlich, verschiedene Prinzipien anzuwenden. Konventionelle Transformatoren müssen auf Grund ihrer Eigenschaften mit Phasenanschnitt gesteuert werden, da sie im Phasenabschnitt durch die vorhandene Induktivität beim Abschalten des Stromes ausserhalb des Stromnulldurchganges eine Gegenspannung erzeugen, die zur Zerstörung des Halbleiterstellers (Dimmers) führen kann.
Elektronische Schaltnetzteile sind in der Regel so konzipiert, dass sie kapazitiv wirken. Deshalb muss man diese mit Phasenabschnitt steuern, indem man im Netzspannungsnulldurchgang einschaltet und entsprechend dem gewünschten Helligkeitswert wieder abschaltet. Eine Steuerung mit Phasenanschnitt kann auf Dauer zur Zerstörung des Stellgliedes oder des Konverters führen. Wird nicht die richtige Steuerungsart für die vorhandene Last gewählt, sind ausserdem erhöhte Funkstörungen zu erwarten, sodass das EMV-Gesetz nicht eingehalten werden kann. Da in der Praxis die Auswahl des richtigen Dimmprinzips vom Laien oft schwer zu treffen ist und eventuell ein angeschlossenes Leuchtmittel im Laufe der Zeit gewechselt wird und dadurch das Dimmprinzip geändert werden muss, kommt es immer wieder zu Reklamationsfällen.
Aus dem EP 0 618 667 B1 ist ein Verfahren bekannt, das zur Steuerung einer Last abschaltbare Halbleiterschalter verwendet, die im Phasenan- oder Phasenabschnitt arbeiten können und bei denen eine Steuereinheit dafür sorgt, dass sie in Abhängigkeit vom Lastverhalten betrieben werden und bei induktiver Last im Phasenanschnitt arbeitet. Bei ohmscher und kapazitiver Last wird im Phasenabschnitt gearbeitet. Nach dem Einschalten der Netzspannung wird mithilfe eines Testprogramms die Lasterkennung durchgeführt, indem ein Stromimpuls auf den Lastkreis gegeben wird und beim Abschalten die entstehende Spannung einem Schwellwertschalter zugeführt wird, der bei Überschreiten der vorgegebenen Schwelle die Last als induktiv erkennt.
Kann über einen längeren Zeitraum bei mehrmaligen Wiederholungen keine Überspannung erkannt werden, wird auf Phasenabschnitt geschaltet und dies so lange als Betriebsart angewendet, bis das Gerät wieder vom Netz getrennt wird. Tritt die Überspannung mehrmals auf, wird auf Phasenanschnitt geschaltet und auch dieses Dimmprinzip bleibend angewendet. Nachteil dieses Verfahrens ist das Entstehen der Überspannung, die zur Lasterkennung zwingend erforderlich ist, da sie zur Schädigung des Halbleiterstellers führt. In der Regel werden MOSFET oder IGBT Schalter verwendet, die durch einen Varistor geschützt werden müssen. Beim Auftreten von Überspannungen wird der Varistor bleibend vorgeschädigt.
Sollte dabei auch noch z.B. durch einen Installationsfehler, der vor Inbetriebnahme nicht zu erkennen ist oder durch Ausfall der Halogenlampen, ein konventioneller Transformator ohne Last (Leerlauf) betrieben werden, ist das Mass der Vorschädigung des Dimmers umso grösser. Weiterhin ist die Erkennung der Überspannung durch einen Schwellwertschalter mit einem Zusatzaufwand verbunden, der im normalen Betrieb nicht mehr benötigt wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Steuerung von Beleuchtungseinrichtungen anzugeben, welches selbst die angeschlossene Last erkennt und dann den dafür geeigneten Dimmbetrieb im Phasenan- oder Phasenabschnitt auswählt, ohne den Halbleiterschalter und/oder dessen Überspannungsschutz zu schädigen; ausserdem soll hierfür eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.
Die genannten Aufgaben werden jeweils gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 5. Der Erfindung liegt dabei die Überlegung zu Grunde, dass nach dem Einschalten der Netzspannung mithilfe eines geeigneten Mittels die angelegte Netzfrequenz und der Systemtakt der Steuereinheit aufeinander abgestimmt wird. Dann wird zu einem festgelegten Zeitpunkt der Netzhalbwelle der Halbleiterschalter eingeschaltet und gemäss dem Verfahren des Phasenanschnitts im Stromnulldurchgang wieder ausgeschaltet. Dabei wird die Zeitspanne zwischen Ein- und Ausschalten der Last gemessen und mit dem vorher ermittelten Normwert verglichen. Bei induktiven Lasten wird sich nun der erwartete Zeitpunkt des Ausschaltens verschieben.
Um diesen Effekt hervorzuheben, wird nun der Halbleiterschalter in der darauf folgenden Netzhalbwelle nicht eingeschaltet, sondern erst in der ungeradzahligen Vielfachen der Netzhalbwelle. Dadurch wird im Lastkreis ein Gleichstromanteil erzeugt, der die induktiven Eigenschaften des konventionellen Transformators verstärkt. Dadurch ist die Steuereinheit in der Lage, ohne zusätzlichen Aufwand von Bauteilen die angeschlossene Last zu erkennen. Da es insbesondere im Betrieb mit Phasenanschnitt erforderlich ist, den Stromnulldurchgang exakt und unmittelbar zu erfassen, ist es vorteilhaft, dies durch Verwendung eines Komparators zu erreichen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Schaltbild verwiesen, in dem dargestellt ist, dass zwischen dem Neutralleiter N und dem Phasenleiter L eine Reihenschaltung aus Last 1 und Halbleiterschalter 2 liegt. Parallel zum Halbleiterschalter ist eine Steuerlogik 3 angeschlossen, die in der Lage ist, die Netzfrequenz anhand von Netzspannungsnulldurchgängen, die durch einen Komparator 4 ermittelt werden können, zu bestimmen. Der Halbleiterschalter ist bekannterweise so ausgelegt, dass mit ihm die Last 1 sowohl im Phasenan- sowie auch im Phasenabschnitt gesteuert werden kann. Als Last 1 können also nun konventionelle Transformatoren, auch in Verbindung mit ohmscher Last, elektronische Schaltnetzteile und ohmsche Lasten eingefügt werden. Ebenfalls ist es zulässig, ohmsche Lasten mit elektronischen Schaltnetzteilen zu kombinieren.
Die Steuerung der Halbleiterschalter 2 wird nun durch die Steuerlogik 3 vorgenommen, die in Abhängigkeit der Netzspannungsnulldurchgänge ein- und ausschaltet.
The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for performing the method.
To control the brightness of lighting devices, it is necessary to apply different principles due to the different ballasts. Due to their properties, conventional transformers must be controlled with phase gating, because in the phase gating they generate a counter voltage due to the existing inductance when the current is switched off outside the zero current crossing, which can lead to the destruction of the semiconductor actuator (dimmer).
Electronic switching power supplies are usually designed so that they have a capacitive effect. Therefore, you have to control them with phase cut-off, by switching on in the zero voltage crossing and switching off again according to the desired brightness value. A control with phase control can permanently destroy the actuator or the converter. If the correct control type is not selected for the existing load, increased radio interference can also be expected, so that the EMC law cannot be complied with. Since in practice the selection of the right dimming principle is often difficult for the layperson and a connected lamp may have to be changed over time and the dimming principle has to be changed as a result, there are always complaints.
From EP 0 618 667 B1 a method is known which uses semiconductor switches which can be switched off to control a load, which can operate in the phase or phase section and in which a control unit ensures that they are operated as a function of the load behavior and with an inductive load in the Leading edge works. With ohmic and capacitive loads, work is carried out in the phase section. After switching on the mains voltage, the load detection is carried out using a test program, in that a current pulse is applied to the load circuit and when the voltage is switched off, it is fed to a threshold switch, which detects the load as inductive if the specified threshold is exceeded.
If no overvoltage can be detected over a longer period of time with repeated repetitions, the system switches to phase cut and this is used as the operating mode until the device is disconnected from the mains. If the overvoltage occurs several times, the system switches to phase control and this dimming principle is also used permanently. The disadvantage of this method is the occurrence of the overvoltage, which is absolutely necessary for load detection, since it leads to damage to the semiconductor actuator. Usually, MOSFET or IGBT switches are used, which must be protected by a varistor. If overvoltages occur, the varistor is permanently damaged.
Should also e.g. Due to an installation error that cannot be recognized before commissioning or if a conventional transformer is operated without load (no-load operation) due to the failure of the halogen lamps, the degree of pre-damage to the dimmer is all the greater. Furthermore, the detection of the overvoltage by a threshold switch is associated with an additional effort that is no longer required in normal operation.
The invention is based on the object of specifying a method for controlling lighting devices which itself recognizes the connected load and then selects the suitable dimming operation in the phase or phase section without damaging the semiconductor switch and / or its overvoltage protection; In addition, a corresponding device for performing this method is to be provided for this.
The above-mentioned objects are achieved in each case with the features of claims 1 to 5. The invention is based on the consideration that after switching on the mains voltage using a suitable means, the applied mains frequency and the system clock of the control unit are matched to one another. Then the semiconductor switch is switched on at a fixed point in time of the mains half-wave and switched off again in accordance with the phase gating method in the zero-current crossing. The time between switching the load on and off is measured and compared with the previously determined standard value. With inductive loads, the expected time of switching off will now shift.
In order to emphasize this effect, the semiconductor switch is not switched on in the subsequent network half-wave, but only in the odd multiple of the network half-wave. This creates a DC component in the load circuit, which reinforces the inductive properties of the conventional transformer. This enables the control unit to recognize the connected load without additional components. Since it is necessary, especially in operation with phase gating, to detect the current zero crossing exactly and immediately, it is advantageous to achieve this by using a comparator.
For a further explanation of the invention, reference is made to the circuit diagram in which it is shown that there is a series connection of load 1 and semiconductor switch 2 between the neutral conductor N and the phase conductor L. Control logic 3 is connected in parallel to the semiconductor switch and is capable of determining the mains frequency on the basis of mains voltage zero crossings, which can be determined by a comparator 4. As is known, the semiconductor switch is designed such that it can be used to control the load 1 both in the phase start and in the phase section. Conventional transformers can now be inserted as load 1, also in connection with ohmic loads, electronic switching power supplies and ohmic loads. It is also permissible to combine ohmic loads with electronic switching power supplies.
The control of the semiconductor switches 2 is now carried out by the control logic 3, which switches on and off in dependence on the mains voltage zero crossings.