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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Leuchtmittel-Betriebsgeräten ausgehend von einer zentralen Einheit.
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Dabei geht die Erfindung von einem in 2 schematisch dargestellten System aus. In diesem Beispiel ist das Leuchtmittel eine Gasentladungslampe 5, die von einem elektrischen Vorschaltgerät (EVG) 1 als Betriebsgerät angesteuert wird. In üblicher Weise weist dieses EVG 1 einen Gleichrichter mit Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC, Power Factor Correction) 2, einen Elektrolyt-Speicherkondensator 4 sowie einen HF-Wechselrichter 3 auf, der wiederum mittels über seinen Ausgangskreis 6 die Gasentladungslampe 5 ansteuert. Die Gleichspannung (Busspannung) liegt somit nur innerhalb des EVGs vor.
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Zusätzlich kann eine Notbeleuchtungssteuerung 7 vorgesehen sein.
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Der Gleichrichter 2 in dem EVG 1 wird üblicherweise mit Wechselspannung 9, beispielsweise Netzspannung, versorgt.
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Gleichzeitig ist es bekannt, das EVG 1 über eine Digital- oder Analogbussteuerung 8 anzusteuern, um somit die Lampe 5 zu starten, zu dimmen oder auszuschalten. Festzuhalten ist, dass bei diesem Stand der Technik in jedem Lampenbetriebsgerät (EVG 1) ein eigener Gleichrichter 2 mit PFC-Schaltung vorgesehen ist. Eine derartige PFC-Schaltung verringert bekanntlich störende Oberwellen im Eingangsstrom. Andererseits stellen diese lokal in jedem EVG 1 vorgesehenen Wechselrichter mit PFC 2 einen beträchtlichen Kostenfaktor dar, der den Trend zu äußerst kostengünstig gefertigten EVG's stark eingrenzt.
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Die Druckschrift
EP 1 244 337 A1 betrifft ein Beleuchtungssystem, das eine Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtungen umfasst, die mit einer elektrischen Leitung verbunden sind. Die elektrische Leitung ist dabei mit einem zentralen Stromversorgungsmodul für alle Beleuchtungsvorrichtungen verbunden.
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Die Druckschrift
DE 195 02 772 A1 betrifft eine Modulbauweise für elektronische Vorschaltgeräte von Leuchtstofflampen. Die Stromversorgung kann dabei mit einer Leistungsfaktor-Korrektur und einer Spannungsstabilisierung in einem Modul zusammenfassgefasst sein, wobei das Stromversorgungsmodul eine Reihe von gleichartigen Lampenmodulen mit Gleichstrom versorgt.
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Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung ist es dementsprechend, eine Ansteuerung für Leuchtmittel-Betriebsgeräte vorzuschlagen, die eine kostengünstigere Fertigung von Betriebsgeräten ermöglicht.
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Zentraler Punkt der Erfindung ist es dabei, dass die Einheit Gleichrichter/PFC nicht mehr lokal in jedem Betriebsgerät, sondern zentral für mehrere Betriebsgeräte vorgesehen ist. Die Verbindung zwischen dieser Zentrale und den einzelnen Betriebsgeräten erfolgt erfindungsgemäß über einen DC-Ausgangskreis.
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Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit dem Aspekt, wie in vorteilhafter Weise über den DC-Ausgangskreis ein Leuchtmittel-Betriebsgerät geschaltet werden kann.
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Genauer gesagt wird die oben angeführte Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche entwickeln den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung von Leuchtmittel-Betriebsgeräten mittels einer zentralen Gleichrichter/PFC-Einheit vorgesehen. Die zentrale Gleichrichter/PFC-Einheit versorgt mittels wenigstens eines Ausgangskreises wenigstens ein Leuchtmittel-Betriebsgerät. Dabei kann wenigstens ein DC-Ausgangskreis über einen DC-Schalter abgeschaltet werden, um beispielsweise dadurch auch das zugehörige Betriebsgerät für ein Leuchtmittel abzuschalten, wobei eine parallel zu dem DC-Schalter vorgesehene Entlastungsstrecke den DC-Schalter beim Ausschalten entlastet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem für Leuchtmittel-Betriebsgeräte vorgesehen, das eine zentrale Gleichrichter/PFC-Einheit aufweist, die mittels wenigstens eines DC-Ausgangskreises wenigstens ein Leuchtmittel-Betriebsgerät versorgt. Dabei weist der wenigstens eine DC-Ausgangskreis einen DC-Schalter auf, mittels dem das zugeordnete Leuchtmittel-Betriebsgerät abschaltbar ist., wobei parallel zu dem DC-Schalter eine Entlastungsstrecke (Snubber) vorgesehen ist.
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Die Entlastungsstrecke kann eine Serienschaltung bestehend aus einer Freilaufdiode und einem Kondensator oder ein RC-Glied aufweisen.
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Die Entlastungsstrecke kann auch einen ohm'schen Widerstand parallel zu einer Freilaufdiode und/oder einen Kondensator aufweisen.
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Der DC-Schalter ist vorzugsweise ein Leistungstransistor, wie beispielsweise ein MOSFET-Transistor, der von einer Zentraleinheit aus angesteuert wird. Diese Zentraleinheit kann gemäß einem Ausführungsbeispiel auch die zentrale Gleichrichter/PFC-Einheit sein.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen sowie die folgende detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Steuersystems für Leuchtmittel-Betriebsgeräte mit zentraler Gleichrichter/PFC-Einheit und DC-Ausgangskreis,
- 2 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Betriebsmittel-Ausgestaltung für Gasentladungslampen,
- 3 zeigt schematisch einen DC-Ausgangskreis mit einem Schalter, zu dem parallel eine Entlastungsstrecke (Snubber) geschaltet ist, und
- 4a-4c zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Entlastungsstrecke (Snubber) für einen DC-Schalter.
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Wie in 1 gezeigt, ist eine Zentraleinheit, aufweisend beispielsweise einen Gleichrichter 2 sowie eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) 10 für mehrere Leuchtmittel-Betriebsgeräte 1, 1', 1" vorgesehen. Die Zentraleinheit 2 wird mit Wechselspannung 9 versorgt. Die Zentraleinheit 2, 10 ist im übrigen auch räumlich von den Betriebsgeräten getrennt und kann bspw. zentral für einen Raum, eine Etage oder gar ein Gebäude in einem Schaltschrank etc. angeordnet sein.
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Wie in 1 schematisch angedeutet, können die verschiedenen Leuchtmittel-Betriebsgeräte 1, 1', 1'' verschiedenste Leuchtmittel, wie beispielsweise eine Gasentladungslampe 5, Leuchtdioden 5', etc. ansteuern. Die Leuchtmittel können also mit DC- oder mit AC-Spannung betrieben werden, wobei in letzerem Fall in dem zugehörigen Betriebsgerät ein Wechselrichter vorgesehen ist.
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Weiterhin können an den Ausgangskreis 11 der Zentraleinheit auch andere (bspw. passive) lichttechnische oder Gebäudetechnische Einrichtungen, wie beispielsweise ein Lichtsensor 5'' oder ein Bewegungsmelder (nicht dargestellt) angeschlossen sein.
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Je nach Natur der angeschlossenen Leuchtmittel 5, 5' bzw. Sensoren 5'' sind die Betriebsgeräte 1, 1', 1'' unterschiedlich ausgebildet. Für den Fall, dass die Gasentladungslampe 5 angesteuert werden soll, ist das entsprechende Betriebsgerät 3 bspw. als Vorschaltgerät mit einem Wechselrichter ausgebildet. Die Betriebsgeräte können in diesem Fall auch als „Ausgangs-Konverter“ bezeichnet werden.
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Die Spannungsversorgung der Betriebsgeräte und Leuchtmittel wie auch die uni- oder bidirektionale Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und den lokalen Betriebsgeräten 1, 1', 1'' erfolgt über wenigstens einen DC-Ausgangskreis 11, 12. Wie in 1 schematisch dargestellt, kann dabei ein Ausgangskreis 11 busartig ausgestaltet sein, so dass ausgehend von diesem zentralen gemeinsamen Bus 11 die verschiedenen Betriebsgeräte 1, 1', 1'' über Stichleitungen 13, 13', 13'' versorgt werden. Alternativ oder zusätzlich können für einzelne Betriebsgeräte bzw. gemeinsam versorgte Gruppen an Betriebsgeräten individuelle Ausgangskreise 12 vorgesehen sein.
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Dieser DC-Ausgangskreis hat den Vorteil, dass er im Vergleich zu entsprechenden AC-Kreisen gegenüber parasitären Effekten weniger anfällig ist.
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An den DC-Ausgangskreis 11 bzw. 12 können Notlicht-Steuereinheiten 7 bzw. weitere Steuereinheiten 8 angeschlossen sein, wobei diese Einrichtungen auch Signale von den angeschlossenen Betriebsgeräten aus dem DC-Bus auslesen könne, wenn sie einen Powerline-Demodulator aufweisen.
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Festzuhalten ist also, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Zentraleinheit für mehrere Betriebsgeräte gemeinsam vorgesehen ist, wobei die Zentraleinheit mit den Betriebsgeräten mittels wenigstens eines DC-Ausgangskreises verbunden ist. Die Spannung auf dem Ausgangskreis 11 kann beispielsweise 400 Volt betragen.
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Wie in 3 ersichtlich, kann wenigstens ein DC-Ausgangskreis 14 zwischen der Zentraleinheit 2 und einem Betriebsgerät 1 für Leuchtmittel einen ansteuerbaren DC-Schalter 15 aufweisen. Parallel zu dem DC-Schalter 15 ist dabei ein Entlastungskreis (Snubber) 16 vorgesehen, der insbesondere die sonst herrschende Gefahr der Funkenbildung beim Ausschalten des DC-Schalters 15 verringert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Spannung in dem Ausgangskreis bspw. bis zu 400V betragen kann.
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Derartige Entlastungsstrecken 16 für DC-Schalter werden in der Schaltnetzteiltechnik oft mit der englischen Bezeichnung ‚Snubber‘ bezeichnet.
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4a bis 4c zeigen nunmehr verschiedene Ausführungsbeispiele für eine derartige Entlastungstrecke 16 für den DC-Schalter 15.
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Wie in 4a ersichtlich kann der DC-Schalter 15 ein Leistungstransistor, bspw. ein MOSFET sein. Dieser Transistor 15 kann von einer Steuereinheit 20 aus angesteuert werden, wobei diese Steuereinheit identisch mit der PFC/Gleichrichter-Einheit 2 sein kann.
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Wenn der DC-Schalter 15 ausgeschaltet wird, d.h. angesteuert durch ein entsprechendes Steuersignal von einer Steuereinheit von dem leitfähigen Zustand in den nicht-leitfähigen Zustand übergeht, wechselt der Laststrom auf die Entlastungstrecke 16, d.h. die Freilaufdiode 17 und den Kondensator 18. Dadurch sinkt der Kollektorstrom schnell ab, was auch Schaltverluste des Transistors 15 verringert. Am Ende des Umschaltvorgangs übernimmt also die Freilaufdiode den Strom und übernimmt auch den kapazitiven Strom der Entlastungsstrecke 16. Bei dem nächsten Wiedereinschalten des Leistungstransistors 15 wird die in dem Kondensator 18 gespeicherte elektrische Energie wiederum über den Widerstand 19 entladen. Ein derartige Entlastungsstrecke wird oft auch als ‚RCD-Snubber‘ bezeichnet.
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Wie in 4b ersichtlich, kann in einer vereinfachten Ausführungsform auch ein reines RC-Glied, d.h. eine Serienschaltung zwischen einem Ohm'schen Widerstand 19 und einem Kondensator 18 als Entlastungsstrecke 16 vorgesehen sein.
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Die Ausführungsform gemäß 4a kann wie in 4c ersichtlich auch dahingehend abgeändert werden, dass der Ohm'sche Widerstand 19 nicht parallel zu der Diode 17, sondern parallel zu dem Kondensator 18 geschaltet ist.
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Jede der dargestellten Ausführungsformen erlaubt also eine Unterdrückung der Funkenbildung beom Ausschalten des DC-Schalters.
