CN102160468A - 用于对发光装置进行调光的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于对至少一个发光装置进行调光的电路和方法，其包括至少两个开关输入端和N连接端，其中可以基于开关输入端的开关组合对该至少一个发光装置进行调光并且其中可以根据在N连接端上的电压曲线对该至少一个发光装置进行调光。

Description

用于对发光装置进行调光的电路和方法
本发明涉及一种用于对发光装置进行调光的电路和方法。
对发光装置进行调光存在不同的解决方法。
对于在家用范围中的装置而言存在如下方法，其仅仅借助一个开关对用于发光装置的驱动装置进行激励。在此，驱动装置与电源电压连接并且通过控制输入端接通或者关断。为此使用键控器。如果在接通后按确定的方式操作键控器例如较长地按压，则驱动装置对发光装置在预给定的范围中首先以减小的亮度进行调光并且此后以增大的亮度进行调光(或者反之亦然)。如果释放键控器，则当前的调光设置保持。然而，这样的驱动装置具有如下缺点：其持久与电源连接并且在此造成备用损耗。
此外已知的是，借助灯开关通过开关过程“接通-关断-接通”的序列施加调光功能。如果实现了所希望的调光，则其借助光开关的操作“关断”来存储并且发光装置关断。在接下来的接通的情况下自动设置所存储的调光值。
另一调光方法是所谓的三级调光，其尤其在NAFTA区域中广泛使用。在此，在发光体中使用两个驱动装置。通常，第一驱动装置驱动一个发光装置，第二驱动装置驱动两个发光装置。发光装置都具有相似的功率。发光体以两个阶段来激励。根据哪个阶段被接通可以实现三个调光级，驱动装置单个地或者共同地进行激励。如果仅第一驱动装置工作，则一个发光装置发光。如果仅第二驱动装置工作，则两个发光装置发光，并且如果两个驱动装置都激活，则三个发光装置都发光。在相同功率的发光装置的情况下，这些调光级实现大约33％、66％和100％的亮度。通过两个驱动装置，该变形方案是非常昂贵的并且要求极大的安装开销。
在用于对发光装置进行调光的多级电子镇流器的情况下分级地接通电源电压，其中(例如借助多个开关来实现)每个开关状态对应于确定的调光设置。通用的方法尤其具有以下缺点：由电源连接端上的电压导出的用于调节调光电压的期望值与电源电压的高低有关。控制信号的强烈的电源侧的调制要求仔细的平滑，而其在电源连接端的切换时不应该导致过冲。在所接通的电源连接端上存在的在外部连接的负载譬如在那里存在的X电容器也常常损害调光功能。
本发明的任务在于，避免上述缺点并且尤其提出了用于对发光装置的调光的有效且廉价的方式。
该任务根据独立权利要求的特征部分来解决。本发明的扩展方案从从属权利要求中得出。
为了解决该任务提出一种电路，用于对至少一个发光装置进行调光，
-该电路包括至少两个开关输入端和N连接端，
-其中该至少一个发光装置可以基于开关输入端的开关组合来调光，
-其中该至少一个发光装置可以根据在N连接端上的电压曲线来调光。
N连接端的电压曲线尤其允许将调光功能屏蔽，即调光于是尤其当在N连接端上的电压曲线满足预给定的条件时是可能的。由此，可以有效地考虑在开关输入端上的信号之间的相位并且因此可以识别不同的开关组合或者开关状态。
优选地，N连接端是交流电压的电极，而交流电压的另一电极可以与开关输入端连接。在此要说明的是：N连接端可以是交流电压的任意电极。
此外要说明的是：术语调光可以包括亮度朝着增加的方向的改变或者亮度朝着降低的方向的改变。
一个改进方案是：如果在N连接端上的电压相对于该电路的接地端(或者电路的地电势，也称为“地”GND)基本上为零或者基本上为负，则至少一个发光装置可以根据在N连接端上的电压曲线来调光。
因此，尤其可能的是，仅仅考虑电源电压的正的半波用于分析开关输入端：当开关输入端在该正的半波期间展现相应的电压曲线时，可以推断的是，针对相应的开关输入端，关联的开关也闭合。
因此，该方法能够实现开关输入端的有效屏蔽。由此，有利地避免了在L连接端上的X电容器和外部负载的干扰和影响。
每个开关输入端可以通过开关与电源电压的连接端或者电极(尤其电源电压的所谓L连接端)连接。
另一改进方案是，在开关输入端上的信号的相位可以根据在N连接端上的电压曲线来检测。
一个改进方案尤其是，电源电压设置有L连接端并且设置有N连接端，其中电源电压的L连接端与至少两个开关输入端连接。
一个改进方案也是，可以根据开关输入端的开关组合来确定期望值，用于调节灯控制器。
此外，一个改进方案是，设置有微控制器，用于确定期望值并且调节灯控制器。
在一个附加的改进方案的范围中，微控制器确定：在N连接端上的电压相对于电路的内部接地端是否基本上为零或者基本上为负。
上述屏蔽功能尤其可以借助微控制器来实现。
接下来的改进方案在于，可以在很大程度上与电源电压的电压波动无关地调节期望值。
相应地，开关输入端可以与期望值分离地实施。
一个扩展方案是，开关组合的改变尽可能没有过冲地来进行。
一个可替选的实施形式在于，可以针对每个开关输入端进行阈值比较。
接下来的扩展方案是，设置有滤波器，用于降低电源频率的调制。
一个扩展方案也是，开关输入端的开关组合与至少一个发光装置的预给定的亮度关联。
这种关联例如可以在于：预给定的值(例如作为值表)被存储或者电路(例如借助分压器)参数化为使得可以产生至灯控制器的预给定的值或者信号用于调节至少一个发光装置的亮度。
一个改进方案在于，电路包括或者是电子镇流器的电路或者电子镇流器的电路的扩展。
上述任务也通过用于对至少一个发光装置进行调光的方法来解决，
-其中根据开关输入端的开关组合对至少一个发光装置进行调光，
-其中根据在N连接端上的电压曲线对至少一个发光装置进行调光。
一个扩展方案是，当在N连接端上的电压相对于该电路的内部接地端基本上为零或者基本上为负时，至少一个发光装置根据在N连接端上的电压曲线来调光。
另一扩展方案是，借助开关输入端的开关组合确定期望值并且根据所确定的期望值调节至少一个发光装置的亮度。
也可能的是，借助在N连接端上的电压曲线确定在开关输入端上的信号的相位。
为了解决该任务也提出了一种灯、发光体或者发光系统，其包括如在此所描述的电路。
在下文中借助附图示出和阐述了本发明的实施例。
其中：
图1示出了用于具有调光功能的EVG(电子镇流器)的电路实例；
图2示出了电源电压的电压曲线(在连接端L和连接端N之间的电压曲线)以及在连接端L和接地端GND之间的电压曲线；
图3示出了电源电压的电压曲线(在连接端L和连接端N之间的电压曲线)以及在连接端N和接地端GND之间的电压曲线；
图4示出了电路变形方案，其中只要电压VN-GND为正，则调光控制器的两个输入端不是短路，而是中断。
本方法能够实现对至少一个发光装置的有效调光、尤其对至少一个灯或至少一个发光二极管的有效调光。例如，至少一个发光二极管通过至少一个灯控制器来供电。
例如，借助对于每个电源连接端(L)各包括一个输入端的电路优选地借助前置滤波器、阈限和/或后滤波器对控制信号的电源频率的调制进行抑制。优选地减少或者(在很大程度上)避免在电源输入端之间的切换时的过冲。这种过冲例如基于：所改变的信号在以前的信号衰减之前已经存在。该电路也可以将功率期望值在宽的界限中与电源电压的高低无关地保持(几乎)恒定。
有利地，所介绍的方法分析在电源电压的N连接端上的电压，并且只要在N连接端上的电压相对于内部地电势是正的，则所介绍的方法将激励器或者调光控制器去激活。由此，有效地避免通过在L连接端上的X电容器和外部负载引起的干扰。
在此，尤其有利的是：在确定数目的电源线的情况下可以实现最大数目的功率级(例如在两个L连接端的情况下为三个不同的功率级或者在三个L连接端的情况下为七个不同的功率级(除所关断的发光装置的“功率状态”之外))。
此外有利的是：可以维持在电子镇流器中常规的功率常数(光在宽的界限中与电源电压的高低无关)。
也有利的是，电源频率的光通量调制并不特别明显。功率级或者调光级可以没有过冲地切换。在所连接的L连接端上的任意负载并不损害该功能。
例如，描述了多级电子镇流器(EVG)，用于对至少一个发光装置的调光。
发光装置可以是任意实施的发光装置。优选地，发光装置由灯控制器来供电，灯控制器又可以借助调光控制器相应地来激励。
在此要说明的是：调光控制器和灯控制器可以实施成唯一的装置或者不同的装置。例如可能的是，针对一个或多个发光装置独立地设置调光控制器，其中每个发光装置可以配备有自己的灯控制器(尤其是配备有自己的EVG)。
因此，在此示例性描述了具有用于发光装置的调光控制器的EVG。相应地，调光控制器可以与EVG独立地实施，或者其可以相应地激励多个发光装置。
具有调光控制器的多级EVG尤其具有两个L连接端La、Lb并且具有N连接端。所希望的调光设置(发光装置的亮度)可以通过两个开关S1和S2的设置根据以下值表来设置：
  S1   S2   调光设置
  关断   关断   关断
  接通   关断   10％
  关断   接通   33％
  接通   接通   100％
图1示出了用于具有调光功能的EVG的电路实例。
交流电压或者电源电压135具有L连接端和N连接端。电源电压135的L连接端通过由开关S1和滤波电感器L1的第一绕组构成的串联电路与节点133连接。此外，电源电压135的L连接端通过由开关S2和滤波电感器L1的第二绕组构成的串联电路与节点132连接。电源电压135的N连接端通过滤波电感器L1的第三绕组与节点131连接。由开关S2和滤波电感器L1的第二绕组构成的串联电路的中间抽头通过X电容器Cx1与N连接端连接，并且由开关S1和滤波电感器L1的第一绕组构成的串联电路的中间抽头与N连接端连接。
在开关S1和滤波电感器L1的第一绕组之间的节点称作连接端La。相应地，在开关S2和滤波电感器L1的第二绕组之间的节点称作连接端Lb。
节点133与二极管D3的正极并且与二极管D6的负极连接。二极管D3的负极与节点136连接并且二极管D6的正极与接地端GND连接。节点132与二极管D2的正极并且与二极管D5的负极连接。二极管D2的负极与节点136连接并且二极管D5的正极与接地端GND连接。节点131与二极管D1的正极并且与二极管D4的负极连接。二极管D1的负极与节点136连接并且二极管D4的正极与接地端GND连接。
在节点136和接地端GND之间设置有X电容器Cx3。
灯控制器110在输入侧与节点136连接并且与接地端GND连接。在灯控制器110的输出端上连接有发光装置111。此外，灯控制器110具有输入端134，借助其可以调节灯111的亮度。
用于设置亮度的值借助于调光控制器120提供到灯控制器110的输入端134上。调光控制器120在输入侧与节点131、132和133连接。
在下文中进一步描述了调光控制器120：
节点131通过电阻器R11与npn晶体管Q3的基极连接。在晶体管Q3的基极和发射极之间设置有电阻器R12，其中晶体管Q3的发射极位于接地端GND上。晶体管Q3的集电极与二极管D8的负极并且与二极管D7的负极连接。二极管D8的正极与节点138连接。节点138通过电阻器R2与节点132连接。节点138也通过电阻器R4与节点139连接。在节点139和接地端GND之间设置有电容器C2。节点139通过电阻器R6与pnp晶体管Q2连接。晶体管Q2的集电极通过电阻器R8与节点140连接。在节点140和接地端GND之间相应地设置有电阻器R10以及电容器C3。晶体管Q2的基极与用于参考电压Vref的连接端连接、与pnp晶体管Q1连接并且通过电阻器R9与节点140连接。晶体管Q1的集电极通过电阻器R7与节点140连接。晶体管Q1的发射极通过电阻器与节点141连接。节点141通过电容器C1与接地端GND连接。此外，节点141通过电阻器R3与节点137连接。节点137与二极管D7的正极并且通过电阻器R1与节点133连接。
节点140与灯控制器110的输入端134连接。
为了能够有效地实现调光功能，优选地实施两个L连接端La和Lb用于发光装置的供电或者灯控制器的供电。为此，每个L连接端La和Lb以及N连接端具有自己的用于交流电压135的整流的二极管对(La：D3，D6；Lb：D2，D5；N：D1，D4)。所整流的交流电压136输送给灯控制器110。
优选地，电流补偿的滤波电感器L1设置用于无线电干扰(Funkenstoerung)并且具有三个绕组，绕组分别用于两个L连接端La、Lb和N连接端。
此外，在滤波电感器L1之前或者之后(在整流器之前)设置有至少一个X电容器(Cx1，Cx2)。在整流器(根据图1：二极管D1至D6用于整流)之后可以在灯控制器110的输入端上设置有共同的X电容器Cx3。
期望值-生成
调光控制器120根据在L连接端La、Lb上的电压生成(在节点140上)用于灯控制器110的与所希望的调光功能对应的期望值。
图2示出了电源电压135的电压曲线210(在连接端L和连接端N之间的电压曲线)以及在连接端L和接地端GND之间的电压曲线220。
在开关S1闭合的情况下，电压曲线220对应于在节点La上的电压曲线，即相对于内部的接地端GND的在La上的电压VL-GND包括所示出的电源频率的正弦半波220。
使用正弦半波220，以通过电阻器R1和R3将电容器C1充电到为参考电压Vref(大约5V)的大约两倍至三倍的电压。由于电容器C1的相对小的电容，在节点141上的电压具有显著的电源频率的调制。当在节点141上的电压始终高于电压Vref+0.6V时，晶体管Q1通过电阻器R5持续地激励并且将其集电极保持在参考电压Vref的电势上。由此，实现了通过电阻器R7的电流流动，其一方面实际没有电源频率的调制并且另一方面在宽的界限中与电源电压的高低无关。
基于晶体管Q1的最终陡的基极-发射极特性曲线的小的剩余调制(Restmodulation)通过电容器C3来进一步平滑。在电阻器R10上由于通过电阻器R7的电流流动出现的电压对应于用于灯控制器110的期望值并且确定用于开关设置S1＝接通和S2＝关断的功率级(调光级)。
这同样适用于开关S2的闭合以及从开关S2至电阻器R8的路径。由此，两个功率级或者调光级可以通过电阻器R7或者R8来设置。
较高的功率级或者调光级可以由两个上述调光级之和构成(两个开关S1和S2都闭合)。相应地，对在灯控制器110的输入端134上为了设置发光装置111的亮度而提供给该灯控制器110的信号求和。
此外可能的是，该较高的功率级与两个较低的功率级之和不同。这可以通过电阻器R9来设置，其中电阻器R9在需要时也可以在参考电压Vref和调整器的实际值输入端之间切换。由此，可以通过电阻器R7、R8、R9设置三个功率级或者调光级。
同相的分析
在开关S1或者S2关断的情况下，L连接端La、Lb相对于内部的接地端GND而言并非没有电压，而是通过X电容器Cx1或Cx2或者也通过外部的所连接的负载拖拉到N电势VN-GND。
图3示出了电源电压135的电压曲线210(在连接端L和连接端N之间的电压曲线)以及在连接端N和接地端GND之间的电压曲线230(VN-GND)。
图2中的电压曲线VL-GND 220和图3中的电压曲线VN-GND 230在其相位方面不同。
为了确定开关S1或者开关S2是否闭合，则必须分析在连接端La或Lb上的电压的相位。这借助晶体管Q3来实现，只要电压VN-GND 230是正的，则晶体管Q3通过电阻器R11切换为导通。在该情况下，通过二极管D7和D8使调光控制器120的两个输入端短路。由此实现：只进行同相(phasenrichtig)的信号的分析。在此，两个二极管D7和D8用于两个输入端(即节点132和133)的去耦。
过冲
在两个较低的调光级之间切换，即
S1＝接通、S2＝关断  <->  S1＝关断、S2＝接通
的情况下有利的是：电容器C1或者电容器C2分别迅速放电，使得晶体管Q1和晶体管Q2不同时导通。此外，短时地设置较高的调光级。
电容器C1和C2的迅速放电可以分别借助选择相对小的电容来实现，其通过借助晶体管Q3和电阻器R3或R4的周期性的较强的放电来辅助。
借助晶体管Q1和Q2在公共基极中的阈限的实施相对于借助二极管的简单限压器而言证明是特别有利的：于是电容器C1和C2不必完全放电，而是放电直至参考电压Vref的高低就足以阻塞相应的信号路径。
可替选的电路
图4示出了电路变形方案，其中只要电压230VN-GND是正的，则调光控制器120的两个输入端不短路，而是中断。
与图1相比，图4示出了改变的调光控制器400。调光控制器400的接线可以与图1对应地来进行。其特征在于调光控制器400的至根据图1的节点131、132和133以及至灯控制器110的输入端134的连接。
在调光控制器400内的块410也在根据图1的调光控制器120中存在。块410可以通过与图1对应的节点139、141和140来标识。因此，参考用于图1的描述。
在下文中进一步阐述根据图4的调光控制器400：
节点131通过电阻器R21与节点431连接。在节点431和接地端GND之间设置有电阻器R26。
节点431通过电阻器R24与pnp晶体管Q5的基极连接。晶体管Q5的发射极通过电阻器R23与节点133连接。晶体管Q5的集电极一方面与节点141连接并且另一方面通过电阻器R28与接地端GND连接。
节点431通过电阻器R25与pnp晶体管Q4的基极连接。晶体管Q4的发射极通过电阻器R22与节点132连接。晶体管Q4的集电极一方面与节点139连接并且另一方面通过电阻器R27与接地端GND连接。
调光控制器400使用两个晶体管Q4和Q5，只要电压VN-GND足够小，则这两个晶体管通过电阻器R21仅仅切换为导通。
因为调光控制器400不具有用于两个电容器C1和C2的周期性放电的装置，在此电阻器R28和R27分别对接地端接通，以保证在调光级之间切换时的足够迅速的放电。
用于查询开关S1和S2的状态的另一替选方案是使用微控制器。于是可能的是：借助微控制器查询电压VN-GND，如果其恰好为零或者在某一边界值以下，则从两个电压VLa-GND和VLb-GND根据上述值表来确定当前的期望值。
在此所介绍的方法可以用于任意发光装置的调光。尤其可以以有效的方式实现分级调光。可能的应用领域涉及应急照明或者隧道照明。

Claims (17)

1.一种用于对至少一个发光装置(111)进行调光的电路，
-该电路包括至少两个开关输入端(La，Lb)和N连接端，
-其中所述至少一个发光装置(111)能够基于所述开关输入端(La，Lb)的开关组合来调光，
-其中所述至少一个发光装置(111)能够根据在N连接端上的电压曲线(220，230)来调光。
2.根据权利要求1所述的电路，其中如果在N连接端上的电压相对于该电路的内部接地端基本上为零或者基本上为负，则所述至少一个发光装置能够根据在N连接端上的电压曲线来调光。
3.根据上述权利要求之一所述的电路，其中在所述开关输入端(La，Lb)上的信号的相位能够根据在N连接端上的电压曲线来检测。
4.根据上述权利要求之一所述的电路，其中电源电压(135)设置有L连接端并且设置有N连接端，其中电源电压的L连接端与所述至少两个开关输入端(La，Lb)连接。
5.根据上述权利要求之一所述的电路，其中期望值能够根据所述开关输入端(La，Lb)的开关组合来确定，用于调节灯控制器(110)。
6.根据权利要求5所述的电路，其中设置有微控制器，用于确定期望值并且调节灯控制器。
7.根据权利要求6所述的电路，其中微控制器确定：在N连接端上的电压相对于该电路的内部接地端是否基本上为零或者基本上为负。
8.根据权利要求5至7之一所述的电路，其中期望值能够在很大程度上与电源电压的电压波动无关地调节。
9.根据上述权利要求之一所述的电路，其中开关组合的改变在很大程度上以没有过冲的方式来进行。
10.根据上述权利要求之一所述的电路，其中能够针对每个开关输入端执行阈值比较。
11.根据上述权利要求之一所述的电路，其中设置有滤波器，用于降低电源频率的调制。
12.根据上述权利要求之一所述的电路，其中所述开关输入端(La，Lb)的开关组合与所述至少一个发光装置(111)的预给定的亮度关联。
13.根据上述权利要求之一所述的电路，其中该电路包括或者是电子镇流器的电路或电子镇流器的电路的扩展。
14.一种用于对至少一个发光装置(111)进行调光的方法，
-其中根据开关输入端(La，Lb)的开关组合对所述至少一个发光装置进行调光，
-其中根据在N连接端上的电压曲线对所述至少一个发光装置进行调光。
15.根据权利要求14所述的方法，其中当在N连接端上的电压相对于该电路的内部接地端基本上为零或者基本上为负时，根据在N连接端上的电压曲线对所述至少一个发光装置进行调光。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中根据所述开关输入端(La，Lb)的开关组合确定期望值，并且根据所确定的期望值调节所述至少一个发光装置的亮度。
17.根据权利要求14至16之一所述的方法，其中根据在N连接端上的电压曲线确定在所述开关输入端上的信号的相位。
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