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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben
einer Licht erzeugenden Vorrichtung, insbesondere einer Lampe.
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Stand der
Technik
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Es
ist an sich bekannt, zum Betrieb von Lampen, insbesondere Entladungslampen,
oder anderen Licht erzeugenden Vorrichtungen wie LEDs elektronische
Vorschaltgeräte
einzusetzen. Dieser Begriff meint dabei elektronische Betriebsgeräte verschiedenster
Form und insbesondere solche, die etwa mit einem Wechselrichter
aus einer Versorgungsspannung des Vorschaltgeräts eine hinsichtlich Spannung,
Frequenz und/oder anderen relevanten Größen angepasste Versorgungsspannung
für die
Licht erzeugende Vorrichtung erzeugen. Ein wichtiger Anwendungsfall
liegt bei elektronischen Vorschaltgeräten mit Wechselrichtern, die
Entladungslampen, vor allem, aber nicht ausschließlich, Niederdruckentladungslampen,
betreiben. Solche elektronischen Vorschaltgeräte sind in vielen Fällen mit
Steuerungen ausgestattet, die einen internen Zeitgeber des Vorschaltgeräts benötigen. Aus
dem Signal des internen Zeitgebers kann insbesondere die Betriebsfrequenz einer
Entladungslampe abgeleitet werden.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein verbessertes
Betriebsverfahren und ein verbessertes elektronisches Vorschaltgerät anzugeben,
bei dem ein interner Zeitgeber verwendet wird.
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Die
Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Licht
erzeugenden Vorrichtung, bei dem die Licht erzeugende Vorrichtung
mit einem elektronischen Vorschaltgerät betrieben wird, das einen
internen Zeitgeber für
eine interne Zeitgebung aufweist, ein äußeres Signal von dem elektronischen Vorschaltgerät empfangen
wird, das Zeitinformationen enthält,
die interne Zeitgebung mit Hilfe der Zeitinformationen korrigiert
wird und Betriebsfunktionen der Licht erzeugenden Vorrichtung mit
Hilfe der Zeitgebung gesteuert werden,
sowie auf ein entsprechend
ausgestaltetes elektronisches Vorschaltgerät, das einen internen Zeitgeber zur
Steuerung von Betriebsfunktionen der Licht erzeugenden Vorrichtung
und eine Zeitkorrektur-Einrichtung aufweist.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben
und werden im Folgenden erläutert.
Dabei wird zwischen dem Verfahrenscharakter und dem Vorrichtungscharakter
der Erfindung nicht mehr im Einzelnen unterschieden. Die Merkmale
sind jeweils für
beide Aspekte der Erfindung wesentlich und als für beide Anspruchskategorien
offenbart anzusehen.
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Die
Erfindung geht davon aus, die interne Zeitgebung des Vorschaltgeräts mit Hilfe
von Zeitinformationen zu korrigieren, die in einem äußeren Signal
empfangen wurden. Dem liegt die Beobachtung der Erfinder zugrunde,
dass es bei einer Kombination von elektronischen Vorschaltgeräten mit
anderen technischen Geräten,
etwa anderen Vorschaltgeräten
oder Sensoren oder Steuergeräten,
zu Problemen mit ungenauen internen Zeitgebern kommen kann. Dies
betrifft beispielsweise die Auswertung von Signalen relativ zu ei ner
Referenzzeit oder Referenzfrequenz, den zeitgesteuerten Betrieb
einer Mehrzahl Vorschaltgeräte
miteinander und andere Situationen.
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Statt
nun aber den internen Zeitgeber des Vorschaltgeräts durch einen zentralen Zeitgeber
zu ersetzen, die zeitliche Taktung innerhalb des Vorschaltgeräts also
grundsätzlich
durch äußere Signale vorzunehmen,
schlagen die Erfinder vor, weiterhin mit einem internen Zeitgeber
zu arbeiten, jedoch Korrekturen durchzuführen. Damit behält das Vorschaltgerät eine gewisse
Selbstständigkeit
und kann auch völlig
unabhängig
von anderen Geräten
betrieben werden. Andererseits entsteht nicht die Notwendigkeit
der Verwendung technisch und finanziell aufwändiger genauer Zeitgeber, etwa
von Quarz- oder Keramikoszillatoren, oder eines aufwändigen Individualabgleichs
von Oszillatoren bei der Herstellung zur Vermeidung von Bauteilstreuungen.
Solche genauigkeitsfördernden
Maßnahmen
sind bei der Erfindung jedoch nicht ausgeschlossen. Vielmehr erlaubt
die Erfindung lediglich, solche Maßnahmen im Einzelfall wegzulassen,
weil sie eine geringere Abhängigkeit von
der Genauigkeit des internen Zeitgebers zur Folge hat.
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Bevorzugt
ist eine Korrektur durch Errechnen und Abspeichern eines Korrekturwerts.
Dabei soll der Oszillator, auf dem der interne Zeitgeber basiert,
an sich unverändert
weiterlaufen. Zur Erfindung gehören
natürlich
auch Lösungen,
bei denen dieser Oszillator verändert,
also nachgestellt oder gestimmt wird. Die erwähnte bevorzugte Lösung mit
Korrekturwerten ist jedoch in vielen Fällen pragmatischer und einfacher
und dabei gleichermaßen
effektiv.
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Das äußere Signal
kann ein Steuersignal, und zwar vorzugsweise ein digitales Steuersignal sein,
mit dem ein Steuergerät
das elektronische Vorschaltgerät
als Bestandteil einer Beleuchtungsanlage ansteuert. In Betracht
kommen insbesondere auch Steuersignale nach dem sog. DALI-Protokoll,
aber auch digitale Steuersignale anderer Kommunikationsprotokolle.
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Die
Zeitinformation kann in solchen digitalen Steuersignalen digital
codiert sein, ist vorzugsweise jedoch in der digitalen Datenrate
enthalten, also der Bit-Frequenz oder vergleichbaren Größen. Vorzugsweise
wird die Zeitinformation ermittelt durch den zeitlichen Abstand
von Pulsflanken, und zwar besonders bevorzugter Weise von ersten
Pulsflanken eines digitalen Worts (Bytes). Z. B. kann die Zeitinformation durch
den Zeitabstand der ersten gleichsinnigen, also der ersten fallenden
oder der ersten steigenden, Flanken eines Bytes gewonnen werden.
Erste Flanken können
natürlich
auch die ersten gegensinnigen Flanken sein. In manchen Fällen wird
je nach dem Wert des oder der mit diesen Flanken verbundenen Bits
eine Korrektur berücksichtigt
werden müssen, weil
der Zeitabstand von dem Bit-Wert abhängen kann. Es wird auf das
Ausführungsbeispiel
und die dortige Korrektur mit dem Faktor 1,5 verwiesen.
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Das äußere Signal,
in dem die Zeitinformation enthalten ist, kann zudem von einem Sensor stammen.
Dabei kann es sich ebenfalls um ein digitales Signal und auch um
ein digitales Signal innerhalb des DALI-Protokolls handeln. Es kommen
aber auch analoge Signale in Betracht. Insbesondere kommen hier
auch Anwendungen außerhalb
von über
Steuergeräte
gesteuerten Beleuchtungsanlagen in Betracht, etwa wenn einzelne
oder eine kleine Zahl von Vorschaltgeräten mit einem Sensor kommunizieren,
ohne gemeinsam eine Beleuchtungsanlage im Sinne einer gemeinsamen
Steuerung zu bilden. Der Sensor kann insbesondere ein Lichtwertsensor sein,
der dem Vorschaltgerät
Informationen über
die Helligkeit eines zu beleuchtenden oder beleuchteten Bereichs
liefert. Dabei kann das Vorschaltgerät so ausgelegt sein, dass es
mit Hilfe einer automatischen Dimmfunktion abhängig von der von dem Sensor
gelieferten Lichtinformation die Lampenhelligkeit steuert oder regelt.
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Vorzugsweise
liegt in dem von dem Sensor gelieferten äußeren Signal eine Frequenzcodierung vor,
drückt
sich also beispielsweise die Information über den Lichtwert durch die
Frequenz des Signals oder eine Frequenz innerhalb des Signals aus.
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Der
Sensor kann anstelle eines Lichtwertsensors oder zusätzlich zu
einem Lichtwertsensor auch ein Bewegungsmelder sein, dessen Signal
zum Ein- und Ausschalten
der Licht erzeugenden Vorrichtung, insbesondere einer Lampe, dient.
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Ferner
kann in dem Sensorsignal zusätzlich zu
der Frequenzcodierung oder statt der Frequenzcodierung eine Zeitdauercodierung
im Sinne einer Codierung über
die Zeitdauer bestimmter Signalteile oder Pulszüge vorliegen. Besonders bevorzugt
ist eine Kombination aus Lichtwertsensor und Bewegungsmelder, bei
der die Lichtwertinformation mit einer Frequenzcodierung und im
Unterschied dazu Bewegungsmeldungssignale mit einer festliegenden Frequenz,
jedoch einer bestimmten zeitlichen Mindestdauer, übertragen
werden. Es wird auf das Ausführungsbeispiel
verwiesen.
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Es
wurde bereits erwähnt,
dass das elektronische Vorschaltgerät vorzugsweise eine Dimmfunktion
aufweist, etwa eine über
ein Lichtsensorsignal automatisch betreibbare Dimmfunktion. Bei
der Erfindung ist auch bevorzugt, dass die Dimmfunktion über einen
Steuereingang des elektronischen Vorschaltgeräts steuerbar ist, und zwar
insbesondere über
das Anlegen von Versorgungsspannungspulsen an den Steuereingang.
Bevorzugt ist dabei, dass relativ kurze Pulse (in einer Zeitdauercodierung)
Ein- und Ausschaltbefehle bedeuten und relativ längere Pulse abhängig von
ihrer Länge
Dimmbefehle bedeuten.
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Bei
den verschiedenen erwähnten
Codierungen, also der Frequenzcodierung oder Zeitdauercodierung,
werden die Signale des internen Zeitgebers zur Auswertung herangezogen
und kann die Erfindung durch Korrektur eine Verbesserung der beschriebenen
Funktionen bewirken. Diese Korrektur kann auch dadurch erfolgen,
dass die Zeitgebersignale unverändert
zur Auswertung oder Steuerung herangezogen werden, jedoch in den
für diese
Auswertung oder Steuerung zuständigen
Schaltungsteilen des elektronischen Vorschaltgeräts die entsprechenden Korrekturwerte
erst bei der Auswertung oder Steuerung selbst berücksichtigt
werden. Es kann also Ausführungsformen
geben, bei denen das Oszillatorsignal selbst oder davon abgeleitete
rein zeitliche Signale nicht korrigiert werden sondern die Korrektur
erst bei der Anwendung der zeitlichen Information zur Steuerung
oder Auswertung vorgenommen wird. Der Begriff "Zeitgebung" ist in diesem Sinn nicht als auf den
Oszillator und eventuelle nachfolgende Timer beschränkt anzusehen
sondern umfasst auch die Bestandteile, in denen die zeitliche Information zur
Auswertung oder Steuerung verwendet wird. Bevorzugt ist jedoch eine
Korrektur des Zeitgebers (einschließlich abgeleiteter Timer).
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Da
die Erfindung Korrekturmöglichkeiten vorschlägt, ist
es bevorzugt, einfache und preiswerte interne Zeitgeber einzusetzen,
also insbesondere solche, die einfache RC-Oszillatoren enthalten.
Dabei kann es sich auch um On-Chip-Oszillatoren,
also in einer Steuerschaltung, etwa einem Mikrocontroller, integrierte
Oszillatoren handeln.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei
die einzelnen Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich
sein können.
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Im
Einzelnen zeigt:
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1 ein
schematisches Diagramm einer Beleuchtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät.
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2 ein
schematisches Diagramm eines mit einem Sensor eingesetzten erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts.
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3 eine
schematische Darstellung von digitalen Signalen in der Beleuchtungsanlage
aus 1.
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4 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung des
Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens
in dem Vorschaltgerät
aus 1.
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5 eine
schematische Darstellung eines Signals des Sensors aus 2.
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6 ein
Flussdiagramm zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
in dem Vorschaltgerät
aus 2.
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Bevorzugte
Ausführung
der Erfindung
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1 zeigt
schematisch eine aus einer Vielzahl von elektronischen Vorschaltgeräten und
angeschlossenen Lampen sowie zum Teil u. U. auch ohne Vorschaltgeräte betriebenen
Lampen und Sensoren bestehende Beleuchtungsanlage. Darin ist mit
SG ein zentrales digitales Steuergerät und mit EVG eines der Vorschaltgeräte bezeichnet,
bei dem es sich um ein erfindungsgemäßes Vorschaltgerät handelt.
Eine von dem elektronischen Vorschaltgerät EVG betriebene Niederdruckentladungslampe
ist mit L bezeichnet. Die übrigen
von dem Steuergerät
SG ausgehenden Leitungen sollen die Vielzahl der übrigen Elemente
der Beleuchtungsanlage symbolisieren.
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Das
Steuergerät
SG steuert das Vorschaltgerät
EVG mit nach dem DALI-Protokoll
aufgebauten digitalen Steuersignalen, die in
3 schematisch dargestellt
sind. Dort ist jeweils der Anfang eines ersten oberen und eines
zweiten unteren Signals dargestellt. Es handelt sich um sog. biphasencodierte
Signale. Dies bedeutet, dass die logische 1 und die logische 0 nicht
dem elektrischen Niedrigpegel oder Hochpegel oder umgekehrt entsprechen
sondern einem vorgegebenen Pegelwechsel. Beispielsweise bedeutet
ein aufsteigender Pegelsprung eine logische 0 und ein abfallender
Pegelsprung eine logische 1. Dies hat den Vorteil, dass das Vorliegen
eines Bits eindeutig erkannt werden kann. Zur Veranschaulichung
wird verwiesen auf die
EP 1 069
690 .
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3 zeigt
den Anfang eines Worts (Frames), wobei ein linkes erstes Startbit
mit steigender Flanke, also logischer 0, eingezeichnet ist. Darauf folgt
ein signifikantestes Bit Nr. 15 und weitere Bits mit den Nr. 14 – 0, von
denen nur noch das Bit Nr. 14 eingezeichnet ist. Bereits das Bit
Nr. 15 kann unterschiedliche Werte annehmen, wie die beiden übereinander
eingezeichneten Wortanfänge
in 3 veranschaulichen.
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Das
Vorschaltgerät
EVG verwendet den zeitlichen Abstand der ersten beiden fallenden
Flanken, der in der Figur mit TM bezeichnet
ist, als Zeitinformation.
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Man
erkennt, dass dieser zeitlichen Abstand im unteren Fall eineinhalb
Mal so lang ist wie im oberen Fall und der obere zeitliche Abstand
der Bit-Rate entspricht.
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4 veranschaulicht
im Rahmen eines Flussdiagramms den Funktionsablauf innerhalb des Vorschaltgeräts EVG aus 1.
Die ermittelte Zeit TM wird über zwei
Signalwege empfangen, von denen einer eine Multiplikation mit dem
Faktor 1,5 vorsieht. Abhängig
von dem Wert des signifikantesten Bits (MSB) Nr. 15 wird zwischen
diesen beiden Signalwegen hin- und hergeschaltet, so dass in jedem
Fall hinter dem mit MSB bezeichneten symbolischen Schalter die 1,5fache
Bit-Rate vorliegt. Die Zeit TM wird mit Hilfe
des internen Zeitgebers des Vorschaltgeräts EVG gemessen und trägt daher
dessen Fehler. Die 1,5fache Bit-Rate wird verglichen mit einer in
dem Vorschaltgerät
EVG gespeicherten Nenndatenrate, woraus ein Korrekturwert berechnet
wird. Der rechte Bereich der 4 veranschaulicht,
dass dieser Korrekturwert alternativ dem Oszillator des Zeitgebers selbst
zugeführt
werden kann, um diesen nachzustellen, oder an von dem Oszillator
versorgte interne Timer des Zeitgebers gegeben werden kann. Bei
dem Ausführungsbeispiel
wird die untere Variante durchgeführt, d. h. dass der Oszillator
in dem Vorschaltgerät
EVG unkorrigiert weiterläuft.
In beiden Fällen dient
die Bit-Rate als Zeitreferenz der EVG-internen Zeitgebung.
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Ein
zweites Beispiel zeigt 2. Dort ist das gleiche Vorschaltgerät EVG wie
in 1 in anderer Weise eingesetzt. Es handelt sich
um einen Einsatz in einer einzelnen Leuchte mit einer Lampe L und
einem Lichtsensor S. Das Vorschaltgerät EVG wird, wie darunter symbolisch
dargestellt, mit einer Versorgungsspannung versorgt, etwa der üblichen
Haushaltsnetzspannung. Diese wird über einen Taster T einem weiteren
Steuereingang des Vorschaltgeräts EVG
zugeführt.
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Der
Lichtsensor S hat sowohl eine Funktion als Lichtwertsensor zur Erfassung
der Helligkeit eines von der Lampe L beleuchteten Raumes als auch die
Funktion eines Bewegungsmelders zum Erfassen von Bewegungen in diesem
Raum. Wenn die Leuchte grundsätzlich
eingeschaltet ist, schaltet das Vorschaltgerät EVG die Lampe L abhängig davon
ein oder aus, ob eine Bewegung in dem Raum von dem Lichtsensor S
erfasst und gemeldet wird oder ob für eine einstellbare Zeit, etwa
15 min, keine Bewegung gemeldet wurde. Damit kann einerseits erreicht
werden, dass die Leuchte sich selbsttätig einschaltet, wenn der Raum
von einer Person betreten wird, und andererseits vermieden werden,
dass die Leuchte unnötig
betrieben wird und damit Energie verbraucht, wenn der Raum nicht
genutzt wird.
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Darüber hinaus
erfasst der Lichtsensor S die Helligkeit des beleuchteten Raumes,
die abhängig von
dem Einsatz weiterer Leuchten oder auch abhängig von der Tageslichteinstrahlung
variieren kann. Dadurch kann eine Dimmfunktion des Vorschaltgeräts EVG automatisch
die Leistung der Lampe L anpassen, also insbesondere die Lampenleistung
zurückfahren,
wenn im Laufe des Vormittags die Tageslichteinstrahlung zunimmt,
und wieder hochfahren, wenn im Laufe des späten Nachmittags und Abends die
Tageslichteinstrahlung abnimmt.
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Zusätzlich kann über den
Taster T der erwähnte
Steuereingang des Vorschaltgeräts
EVG benutzt werden. Ein kurzes Antasten bedeutet einen manuellen
Ein- oder Ausschaltbefehl. Ein längeres Antasten
lässt das
Vorschaltgerät
EVG die Lampe L zyklisch hoch- und nach Erreichen der maximalen Leistung
wieder herunter- sowie nach Erreichen der minimalen Dimmleistung
wieder hochdimmen. Damit kann der Nutzer durch Gedrückthalten
des Tasters T manuell eine gewünschte
Lampenleistung einstellen, die dann abhängig von den weiteren Lichtwertinformationen
aus dem Lichtsensor S nachgeregelt wird.
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5 zeigt
schematisch ein von dem Lichtsensor S an das Vorschaltgerät EVG übertragenes Signal über der
Zeitachse. Dabei stehen die einzelnen Blöcke, wie die Ausschnittsdarstellung
im oberen Bereich zeigt, für
eine jeweilige Folge von Einzelpulsen. Hier liegt gleichzeitig eine
Codierung über
die Zeitdauer als auch über
die Frequenz der Signale vor. Die relativ kurzen Blöcke werden
in gleichbleibenden Abständen übertragen
und bilden in Folge der jeweils vorliegenden Pulsfrequenz innerhalb
der Blöcke
ein Referenzsignal im Sinne der Zeitkorrektur. Es wird also die
gleiche Normzeitdauer TM abgegriffen wie
anhand der 3 und 4 erläutert, und, allerdings
ohne Unterscheidung zwischen verschiedenen Bit-Zuständen, in
gleicher Weise wie anhand von 4 erläutert zur
Korrektur verwendet. Dies ist in 6 dargestellt.
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Der
Lichtsensor S unterbricht diese Folge von regelmäßigen Referenzsignalen dann,
wenn er eine Bewegung wahrgenommen hat, durch ein Bewegungssignal.
Dieses Signal ist in 5 in der Mitte dargestellt und
unterscheidet sich von den Referenzsignalen dadurch, dass es eine
bestimmte Mindestdauer übersteigt.
Ein Bewegungssignal führt,
wie bereits erläutert,
zum Einschalten bzw. Aufrechterhalten des Betriebs der Lampe L.
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Zwischen
den bereits erläuterten
Referenzsignalblöcken
sind etwas länger
andauernde Lichtwertsignalblöcke
eingezeichnet, die im Prinzip wie das Bewegungssignal aufgebaut
sind. Sie weisen jedoch eine davon abweichende Frequenz auf. Der
Unterschied der Frequenz der Lichtwertsignale von der festgelegten
Frequenz der Referenzsignale und Bewegungssignale stellt den erfassten
Lichtwert dar und führt
in dem Vorschaltgerät
EVG zu einer hier nicht im Einzelnen dargestellten Auswertung und
Ansteuerung der Dimmfunktion.
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Mit
Hilfe der Erfindung kann in dem elektronischen Vorschaltgerät EVG ein
einfacher On-Chip-RC-Oszillator verwendet werden, ohne dass aus
dessen Ungenauigkeit Nachteile erwachsen. Insbesondere wird bei
der Beleuchtungsanlage gemäß 1 vermieden,
dass die Streuung zwischen verschiedenen Oszillatoren in unterschiedlichen
elektronischen Vorschaltgeräten
zu Funktionsabweichungen führt.
Wenn beispielsweise durch einen bestimmten DALI-Befehl eine parallele
Dimmung verschiedener Lampen über
eine einheitliche Zeit durchgeführt
wird, können
typische Toleranzen von etwa ± 4
% beispielsweise zu Abweichungen zwischen einer Dimmzeit von 16,6
s bei einem Vorschaltgerät
und 15,4 s bei einem anderen führen. Diese
Differenz von 1,2 s ist deutlich sichtbar und stört die eigentlich beabsichtigte
Parallelität
der Dimmvorgänge.
Analoges gilt natürlich
für durch
zeitliche Verschiebungen, Temperaturdrift und Ähnliches auftretende Abweichungen.
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Bei
der Anwendung gemäß 2 wiederum könnten sich
neben der vorstehenden Erläuterung entsprechenden
Ungenauigkeiten Regelprobleme ergeben. Wenn beispielsweise eine
thermische Drift des Oszillators in dem Vorschaltgerät EVG bei
dessen zunehmender Erwärmung
im Betrieb zu einer Veränderung
der Referenzfrequenz für
die Auswertung der Lichtwertinformationen führt, wird das Vorschaltgerät EVG ansprechend
darauf die Dimmfunktion aktivieren. Die Temperaturdrift der Oszillatorfrequenz
würde damit
ohne die Erfindung zu einer Änderung
der Gesamtlichtstärke
im Raum bzw. zu einer temperaturdriftbedingten Drift der Lampenleistung führen. Wenn
mehrere Vorschaltgeräte
in dem Raum vorgesehen wären,
würden
in Folge der nun driftenden Gesamtlichtstärke in dem Raum andere Vorschaltgeräte ihrerseits
nachregeln, so dass eine insgesamt instabile Regelsituation entstehen
könnte.