用于受控地开关灯的装置、该装置的应用和对应的操作方法
技术领域
本发明涉及一种用于接通和关断一个灯的装置。
背景技术
各种公知的灯种一部分用镇流器驱动,一部分直接用电池或者电网供电驱动。作为镇流器尤其是采用变压器和具有换能器的电子镇流器,所述变压器和具有换能器的电子镇流器在电压幅度和频率方面把电源功率匹配于所述灯的最佳供电。
所述接通和关断通过灯与电源或者电源中的镇流器之间的常规开关进行。具体地说,镇流器还是可控制的,也就是可以通过控制指令接通和关断,而不必操作镇流器与电源之间的开关。此外还公知可数字寻址的镇流器,就是说具有数字控制输入的镇流器,通过所述数字控制输入可以用数字信号控制所述镇流器的运行。
发明内容
本发明所基于的任务是,提出一种用于接通和关闭灯的装置,所述用于接通和关闭灯的装置改善了使用灯的可能性。此外,本发明还应当提出所述装置的对应应用和对应的运行方法。
本发明针对一种接通和和关闭灯的装置,具有一个电源输入端和一个可通断的电源输出端,其中所述装置设计为,在接通的状态下在幅度和频率方面不改变地通过所述电源输出端向外输出进入所述电源输入端的电源电压,其特征在于一个数字控制输入端,响应该数字输入端而接通所述电源输出端,并且在于一个负载电流监测装置,所述负载电流监测装置设计为监测通过电源输出端取得的负载电流,而且在低于最低负载电流时断开所述电源输出端,
本发明还针对使用该装置来运行灯的用途,
并且针对使用所述装置来运行灯的方法,其中通过响应一个在所述数字控制输入端输入的控制信号接通所述电源输出端来接通所述灯,用所述负载电流监测装置监测通过所述电源输出端取得的负载电流,并且在低于最低负载电流时通过关断所述电源输出端来关断所述灯。
与本文开始所述的镇流器相反,在此涉及一种接通和关断灯的装置,所述装置在电源输出端接通的状态下把输入其电源输入端的电源电压在频率和幅度方面基本上不改变地传递给所述电源输出端。也就是说,既不涉及具有为放电灯供电而产生高频的并且一般地提高了的电压的变换器的镇流器,也不涉及变压器、变频器或者其它的装置,而是涉及一种“扩展的开关”。
根据本发明这种扩展的开关应当是可数字控制的,也就是具有一个数字控制输入端,响应该数字输入端而接通和关断电源输出端。此外,在所述装置中还应当整合进一个负载电流监测装置,以保证如果没有接入灯或者接入的灯损坏则不再持续地让电源输出端接通。为此所述负载电流监测装置监测在电源输出端取出的负载电流,并且如果负载电流低于特定的最低负载电流值,则关断所述装置,就是说,具体地关断所述电源输出端并且因此关断可能连接的灯。在此电流监测当然还可以以一种功率监测的形式存在。
从而本发明涉及一种装置,所述装置作为用于集成了负载电流监测装置的灯的开关,使得能够特别简单地把灯囊括进数字控制。在此可以涉及具有许多灯并且必要时还包括镇流器或者其它本发明装置的较大照明设备的数字控制镇流器,或者还可以涉及家用技术系统,也就是例如通过一种所谓的楼宇总线的控制。从而把不需要镇流器的灯种,尤其是白炽灯,包括不用变压器运行的卤素白炽灯(所谓的高压卤素灯),囊括进数字控制。另一方面本发明的一个有利的应用可能性还在于囊括不可数字控制的镇流器,譬如没有数字控制输入端的电子镇流器(EVG)、常规的镇流器(KVG)或者没有数字控制输入端的电子变压器以及常规的变压器。也就是这尤其涉及放电灯,并且不论是低压还是高压范围的放电灯,以及低压卤素灯。
从而本发明尤其省去了为稀有灯种开发可数字控制的镇流器,这些稀有灯种用得如此地稀少,以致于开发和供应可数字控制的镇流器是不值得的。因此可以用本已存在的镇流器在接通、关断方面和负载电流监测方面把这样的灯种囊括进数字控制中。
所说明的负载电流监测优选地还包含一种在超过最高负载电流值时关断所述装置的功能,也就是说确定一个允许的负载电流范围,在该范围之外就进行关断。
此外还提出特定的预先给定的并且还可以选择可以调节的时间,在实际地启动所述负载监测以前必须在启动所述灯后、也就是说所述装置的接通过程以后经历该时间。从而可以考虑到,特定的灯种具有一种所谓的启动特性,也就是只有在一定的时间以后才能够达到其持续运行电流。因此必要时依据灯种选取所述预先给定的时间,使之等待该启动时间。此外还可以考虑,高压放电灯的特定的镇流器、变压器或者输入扼流圈由于电容性的或者电感性的负载电流而在接通灯之后会引起可能在所述最高允许的持续运行电流之外的电流过高。所述最短时间可以对超过和/或低于所允许的电流值的监测起作用。进一步的细节请参见实施例。
所述最短时间可以紧接在灯启动启动后,也就是说在接通所述电源输出端后算起。另一个可能性在于,首先等待超过一定的电流阈值,所述电流阈值不一定与所述最低负载电流一致,然后从超过所述阈值起经历所述预先给定的时间。该第二可能性优选地与所述第一可能性相结合。因此通过从启动开始经历的时间,防止在开始时出现灯的故障或者所述灯不起辉。通过这种在超过所述电流阈值以后给出的时间,还确保在真正的灯运行时相对快速地开始对应的负载电流监测,在所述给出的时间内最低负载电流监测同样地保持不工作,并且该时间优选地比从启动所述灯起计算的时间明显更早地结束。因为如果所述灯确实是正常起辉的,就能够在可预见的时间达到所述的阈值电流值,然后在相对短的另一个时间段以后开始所述监测。然而如果难于起辉所述灯,就应当从真正的灯启动起等待一个足够长的时间看是否出现起辉。
除了所说明的负载电流监测以外,另一个优选的实施方式还提出一种短路保护装置。该短路保护装置与所述最高电流监测的区别在于,短路保护装置紧跟在接通后就启动,也就是典型地在毫秒的范围内启动,而所述最高负载电流监测却可以在所述接通后延迟几秒钟甚至于几十秒再激活。此外所述短路保护装置具有一种非常高的触发阈值电流,也就是不由在运行开始时的所述电容性或者电感性的负载电流或者类似的干扰来触发。所述电流阈值高到在达到所述阈值电流时就可以由此断定在负载方存在短路。
此外优选地设置一种过热保护装置。所述过热保护装置例如通过在一个AD转换器的输入端的热敏电阻或者其它装置监测如本发明装置的温度,并且在达到特定的最高允许温度值时关断所述装置,就是说关断电源输出端。此外可以在低于另一个温度阈值或者同一个温度阈值之后重新接通,或者还设置一种不可改变的关断。此外尤其是还可以通过也构成为输出端、也就是说构成为数字接口的数字控制输入端来输出报警信号。
如已经说明的那样,在一定的情况下可以出现增大的接通电流。该电流可能在设计其它的部件,尤其是在设计开关、保险和线路保护开关(自动保险器)方面是不利的。在此,根据本发明优选的接通电流限幅通过提高阻抗来进行,尤其是提高一个欧姆电阻。在此可以在启动阶段在电流线路中连接一个串连电阻并且在稍后跨接该串连电阻。另一个还是优选的可能性在于,电子地构成通断电源输出端的开关,并且缓慢接通该开关,也就是说把在对应地变慢的电子开关的控制信号情况下暂时存在的内阻用作所述该串连电阻。尤其可以考虑IGBT或者MOSFET。也就是在接通过程后第一个毫秒内把所述电子开关运行成可变电阻,其阻值优选地随着时间进程连续地下降并且在相应的电流峰值消退后降低到近似于零。
本发明的另一个优选的实施方式提出所述装置中的一种信号装置,例如声音信号发生器或者LED。这种信号发生器通过所述数字输入操作。这使得在安装较大型的照明装置时能够有目的地寻址本发明所述的装置,并且可以通过所述信号装置识别本发明所述的装置。也就是,当一个中央控制装置输出正确的地址并且用对应的信号寻址本发明所述的装置时,安装工人可以因为所述信号装置的信号知道所采用的地址属于该个别的装置。该功能尤其是在运行不能够快速地接通和关断的灯时是有利的,从而可以取消通过闪烁灯进行的识别,例如在高压放电灯的情况下。在其它的情况下还有利的是,如此地设计本发明所述的装置:使得在接收对应的控制信号时让所连接的灯闪烁以由此进行识别。
附图说明
下面借助于一个实施例详细地说明本发明。在此公开的特征还可以以其它的组合作用于本发明。此外,以上的说明如下面说明中一样全部的特征都涉及本发明所述的装置、其应用和方法,而不在其之间进行详尽的区分。在附图中:
图1示出一种本发明所述的装置的方框图,所述装置具有电网连接端、控制连接端和两个连接着的灯;
图2示出图1中所示装置的内部结构的方框图;
图3示出参照图1和图2所示的装置的运行示意流程图;
图4示出说明用图1和图2所示装置的灯启动运行的时间流程图。
具体实施方式
图1示出一个在图中仅画成方框1的如本发明所述的装置,所述装置通过一根保护地线PE、一根零线N和一根相线L连接在电网电源上。所述装置1的连接端PE、N和L构成一个电源输入端。
装置1的其它的连接端N`和L`构成一个电源输出端,其上连接两个负载2和3。在此负载例如可以是有不可数字控制的镇流器的节能灯或者涉及白炽灯。
如图2中更加清楚地示出的那样,由开关控制电源输出端N`、L`。该开关功能响应于用符号DALI指代的一个数字控制输入进行。该符号代表照明技术领域内的一个数字协议的工业标准(可数字寻址的照明接口)。该数字控制输入DALI由一个网关4控制,所述网关把所述DALI协议双向地转换成楼宇总线系统的一个不同的协议。所述楼宇总线系统由画在图1左方的线路表示并且用5指代。楼宇总线5缩写为总线,并且除了可以控制和监测数字的照明设备以外还可以控制和监测其它的楼宇功能。尤其是,譬如通过斜线和字母“n”所表示,在所述楼宇总线系统上连接照明装置和所述楼宇的其它技术装置的为数众多的其它网关。右方从网关4直线发出的线路6通到其它的DALI部件,例如放电灯的可DALI控制的EVG。
在此情况下,对本发明所述装置1的控制直接从楼宇总线系统发出。当有其它连接的网关4时,这涉及一个由楼宇总线系统中央控制的照明设备。作为可供选择的替代方案还可以设置一个中央DALI控制器,所述中央DALI控制器可选择中央地与楼宇总线系统5连接。
也就是,如果楼宇总线系统5通过网关4向数字控制输入DALI输出一个对应的指令,装置1就把电源输出端N`、L`与输入端N、L连接或者与之分隔开。还可以通过所述信号路径进行开关状态和负载状态的查询。
图2以示意图示出图1的装置1的内部结构。左上方用N和L表示电源输入端,其中略去了保护地线PE。第一个方框10表示公知的电网滤波器,所述电网滤波器具有电容性和电感性的部件以滤除电网供电的干扰成分。从滤波了的电源线分枝到方框11,该方框引出装置1的内部电源电压Vcc。12指代电源线路中的一个电子开关,所述电子开关通过一个电流采集单元连接在电源输出L`、N`上。所述电流采集单元13例如可以是所谓的旁路电阻或者测量变压器。
开关12通过一个用“On/Off”(开/关)指代的信号线路由一个具有程序存储器和数据存储器的微控制器14操作。微控制器14通过用UNetz指代的线路采集在开关12上的瞬时电网电压以及通过ILast和ULast指代的线路采集在开关12的输出端上的瞬时负载电流和瞬时负载电压。
微控制器14通过一个用DALI R×D(接收数据)指代的线路经一个DALI接口15由数字控制输入DALI(图2中左下方)控制,并且通过线路T×D(发送数据)经接口15发回反馈信号。
此外微控制器14可以响应DALI控制指令使一个标识LED16闪烁,使得能够标识装置1。
通过一个取基准键17可以手动地把所述装置1的一个基准加在一个所连接的具有或没有镇流器的灯上,如借助于图3还要详细地说明的那样。
总体上可以通过控制输入DALI、接口15和微控制器在电子开关12的开关功能方面控制所述装置1,从而把连接在电源输出端L`、N`上的灯与(滤波了的)电网供电L、N连接或者与之分隔。在安装时,可以通过一个对应的控制指令引起LED16闪烁,以进行对控制地址的配属。通过所述取基准键17,可以在把一个具有或没有镇流器的灯连接到电源输出端L`、N`以后能够进行下面说明的取基准。
此外微控制器14还接收一个热敏电阻18的信号,所述信号通过一个AD转换器转换成数字信号。从而可以保证已经说明的过热保护。
在超过一个温度极限值以后,微控制器14自动关断负载并且在低于该温度触发值以后以一个几摄氏度的滞后重新接通负载。过温保护尤其是对保护电子开关12是重要的,从而所述热敏电阻安排在其附近。
图3在一个示意性方框图的形式示出该基准。该流程在上方开始于所述取基准的开始并且接着确定当前的功率。为此把所连接的灯投入运行,也就是闭合开关12,通过带有ULast值和ILast的电流采集装置确定有功功率。为此可以通过微控制器借助于适当的测量确定ULast的幅度最高值的时间点并且测量在该时间点的电流ILast,于是该电流ILast是有功电流并且从而是有功功率的尺度,或者所述微控制器确定ULast与ILast之间的相移和ULast和ILast的测量值并且从中计算有功功率。确定有功功率的技术细节是所属领域技术人员普遍公知的,因此在本文中不详细说明。
如果瞬时有功功率,也就是经电源输出端L`、N`输出的功率大于上一次确定的有功功率,则进行安全时间查询(是否超时?)并且在运行完最大时间以前返回以进行新的功率确定。
如果所述功率不再进一步上升,也就是说不再大于上一次确定的值,就把该功率存储为基准值,从而结束所述取基准。以此方式通过连接一个具有或没有镇流器的新的且功能良好的灯把其实际测得的持续运行功率存储成基准值。如果经过所述的最大时间间隔(超时)而没有出现所述基准,就发出一个故障信号,因为没有正常的灯运行。
图4以一个具有常规的输入扼流圈的高压放电灯为例以时间进程图的形式示出一个具有图1的装置的典型的灯启动。纵座标示出所测量的功率,或者在此是相同意义的,标出所测量的有功功率,而横座标示出时间。借助于图3说明的基准和与更低和更高值之间预先给定的容差值一起得出一个允许的负载范围,所述允许的负载范围在图4的上方用两个平行于横座标的虚线示出。
起辉过程在圆圈圈住的数“1”处进行,接着灯功率或者说灯电流随着时间缓慢地上升。这涉及一种高压放电灯的典型的启动特性,所述启动特性在图中简化地示出。以该时间点“1”开始第一个预先给定的并且可视灯种而调节的时间tτ。
在一中可设想的情况下,所述灯在用“5”指代的时间点损坏。在走完时间tτ以后,通过微控制器14检查所测量的值ILast是否在允许的负载范围内,在此,在情况C中显然不在允许的范围内。因此走完时间tτ以后进行故障报告,就是说从微控制器14通过线路DALI TxD、接口15和同时还是信号输出端的控制输入端输出一个数字的报警信号。
在其它情况下进行灯的正常启动运行,从而在时间点“2”超过一个功率阈值或者电流阈值,在此即所述允许范围的下限。在此时间点开始第二个可调节的并且预先给定的时间tV,该时间比上述的时间tτ结束得早。在走完该时间tV以后,也就是在时间点“3”,微控制器14检查实际测得的值ILast是否在所述允许的范围内,在此(不考虑上面讨论的情况C)是在允许的范围内,因此保持灯接通。
如果在一定的时间后到达还没有走完时间tτ的时间点“4”灯就坏了(情况B),则灯电流或者灯功率下降,并且上述检查在走完时间tτ以后得出一个在所述允许负载范围以外的值,从而如对情况C已经说明的那样关断所述灯。
在另一种情况A中所述灯继续工作,从而在走完时间tτ以后不因为所述监测而进行关断过程。如果在以后的时间进程中灯损坏,则定时地查询微控制器14就会检测到灯的损坏,并且仍然导致关断并且产生报警信号。所述查询以短的时间间隔进行,从而在灯运行方面几乎是连续的,并且在走完时间tτ以后就开始。
时间tτ和tV两者都是可编程的,从而可以匹配于所连接的灯或者所连接的带有灯的镇流器。这在一方面可以通过对应的DALI指令进行,或者另一方面通过图中没有示出的装置1上的调节装置自动进行。