DE102004042587B4

DE102004042587B4 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Erzeugung eines Steuersignals zum Dimmen mindestens einer Lampe

Info

Publication number: DE102004042587B4
Application number: DE102004042587.6A
Authority: DE
Inventors: Petr Peka
Original assignee: Ledvance GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: MXPA05009411A; US20060043907A1; US7218061B2; CN1758823A; DE102004042587A1; CN1758823B; CA2517866A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals (Us) zum Dimmen mindestens einer Lampe, umfassend: – eine Vorrichtung (10) zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels entsprechend einer Dimmvorgabe (8), wobei der Vorrichtung (10) zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels an ihrem Eingang ein Eingangssignal (Ue) zuführbar ist, dessen Phasenanschnittwinkel zu modifizieren ist, und an deren Ausgang ein Ausgangssignal (U1) mit modifiziertem Phasenanschnittwinkel bereitstellbar ist; und – einem Ausgang, an dem das Steuersignal (Us) bereitstellbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung weiterhin umfasst: – eine Vorrichtung (14) zum Vergleichen des Ausgangssignals (U1) mit einem vorgebbaren Signal (Uc) zur Erzeugung des Steuersignals (Us), wobei die Amplitude des vorgebbaren Signals (Uc) abhängt von der Amplitude des Eingangssignals (Ue) und – eine Amplitudendetektionsvorrichtung (12) zur Detektion der Amplitude des Eingangssignals (Ue).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals zum Dimmen mindestens einer Lampe, umfassend eine Vorrichtung zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels entsprechend einer Dimmvorgabe, wobei der Vorrichtung zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels an ihrem Eingang ein Eingangssignal zuführbar ist, dessen Phasenanschnittwinkel zu modifizieren ist, und an deren Ausgang ein Ausgangssignal mit modifiziertem Phasenanschnittwinkel bereitstellbar ist, und einem Ausgang, an dem das Steuersignal bereitstellbar ist. Sie betrifft überdies ein Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals zum Dimmen mindestens einer Lampe, umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Eingangssignals und des Modifizierens des Phasenanschnittwinkels des Eingangssignals entsprechend einer Dimmvorgabe.
Stand der Technik
Eine derartige Schaltungsanordnung und ein derartiges Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, siehe hierzu die 1 bis 3b, auf die nachfolgend zur Einführung der der Erfindung zugrunde liegenden Problematik näher eingegangen wird:
1 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der am Eingang eine Vorrichtung 10 zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels einer Eingangsspannung U_e, insbesondere einer sinusförmigen Wechselspannung, zum Beispiel einer Netzspannung, entsprechend einer Dimmvorgabe 8 vorgesehen ist. Sie stellt an ihrem Ausgang eine Spannung U1 mit modifiziertem Phasenanschnittwinkel bereit. Die Spannung U1 wird einer Gleichrichterschaltung, umfassend die vier Dioden D1 bis D4 zugeführt. An einem Widerstand R_g kann die Spannung U_g abgegriffen werden. Am Ausgang der Schaltungsanordnung wird als Steuersignal die Spannung U_s, die aus der Spannung U_g über einen Spannungsteiler, der die Widerstände R1 und R2 umfasst, sowie einen Mittelwertbildner, zu dem neben einer Kapazität C1 ebenfalls der Widerstand R2 beiträgt, abgeleitet wird, zur Verfügung gestellt.
Diese Steuerspannung wird nun einem nicht dargestellten elektronischen Vorschaltgerät bereitgestellt, an welches die zu dimmende Lampe gekoppelt ist. Die Problematik dieser Schaltung wird mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert:
2a zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung U_g für unterschiedliche am Eingang der Vorrichtung zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels anliegende Spannungen, insbesondere Netzspannungen, bei identischer Dimmvorgabe 8, d. h. beide Male für einen Phasenanschnittwinkel φ von 20°. In 2a entspricht die Spannung U_gh einer Netzspannung von 277 V und die Spannung U_gl einer Netzspannung von 120 V. Die damit korrespondierenden Steuerspannungen U_sh und U_sl sind in 2b dargestellt. Es ist zu erkennen, dass trotz identischer Dimmvorgabe 8 die vorliegende Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals zum Dimmen mindestens einer Lampe je nach Eingangsspannung stark unterschiedliche Steuerspannungen an das an die Lampe gekoppelte elektronische Vorschaltgerät bereitstellt.
3a zeigt die Spannung U_g für unterschiedliche Phasenwinkel φ, wobei die Netzspannung 120 V beträgt. Die Spannung U_g1 entspricht einem Phasenwinkel φ von 20°, während die Spannung U_g2 einem Phasenwinkel φ von 120° entspricht. 3b zeigt die damit korrespondierenden Steuerspannungen U_s1 und U_s2.
Im Ergebnis ist eine derartige, in 1 dargestellte Schaltungsanordnung nicht zum Betrieb mit unterschiedlichen, an der Vorrichtung zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels anzulegenden Eingangsspannungen, insbesondere Netzspannungen, geeignet, da das am Ausgang der Schaltungsanordnung bereitgestellte Steuersignal U_s von an der Vorrichtung zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels anliegenden Eingangsspannung abhängt. Bei einer Eingangsspannung von 277 V beträgt der Wertebereich der Steuerspannung ca. 1 V bis 3 V, während sich bei einer Eingangsspannung von 230 V ein Wertebereich der Steuerspannung von ca. 0,5 V bis 1,7 V ergibt.
Die Patentschrift US 6,448,713 B1 offenbart eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Steuersignals zum Dimmen mindestens einer Lampe.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art sowie das eingangs genannte Verfahren derart weiterzubilden, dass ein Einsatz bei unterschiedlichen Netzspannungen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 7.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Aufgabe gelöst werden kann, indem das Ausgangssignal mit einem vorgebbaren Signal zur Erzeugung des Steuersignals verglichen wird, wobei die Amplitude des vorgebbaren Signals abhängt von der Amplitude des Eingangssignals.
Dadurch, dass bei dem Vergleich die Netzspannung berücksichtigbar ist, quasi ein Vergleich stattfindet zwischen zwei aus der Netzspannung abgeleiteten Signalen, lässt sich der Einfluss der Netzspannung eliminieren, so dass als einzige verbleibende Abhängigkeit im Steuersignal U_s die Abhängigkeit vom Phasenanschnittwinkel verbleibt. Damit lässt sich ein und dieselbe Schaltungsanordnung sowohl beispielsweise in den USA als auch in Europa verwenden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Vergleichsvorrichtung eine Kippschaltung umfasst. Dadurch lässt sich am Ausgang der Vergleichsvorrichtung ein Steuersignal U_s bereitstellen, das in Abhängigkeit des Phasenanschnittwinkels pulsweitenmoduliert ist.
Bevorzugt ist vor oder nach der Modifikationsvorrichtung eine Gleichrichterschaltung vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass in der Vergleichsvorrichtung nur mit einem unipolaren Signal gearbeitet werden braucht, was in einer Vereinfachung der Schaltungsanordnung und damit in einer Reduzierung des Schaltungsaufwands resultiert.
Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung weiterhin eine Amplitudendetektionsvorrichtung zur Detektion der Amplitude des Eingangssignals auf. Bevorzugt wird hierbei eine Größe ermittelt, die mit dem Spitzenwert der Amplitude des Eingangssignals korreliert ist.
Bevorzugt weist die Amplitudendetektionsvorrichtung ein Halteglied auf, um die detektierte Amplitude oder eine damit korrelierte Größe über eine vorgebbare Zeitdauer an die Vergleichsvorrichtung bereitzustellen. Alternativ kann ein entsprechendes Halteglied auch in der Vergleichsvorrichtung vorgesehen sein.
Wie bereits erwähnt, zeichnen sich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dadurch aus, dass sie derart ausgebildet sind, dass am Ausgang der Vergleichsvorrichtung ein in Abhängigkeit des Phasenanschnittwinkels pulsweitenmoduliertes Signal bereitstellbar ist.
Die Vergleichsvorrichtung weist bevorzugt einen Stromspiegel und/oder einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor auf.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals zum Dimmen mindestens einer Lampe;
2a den zeitlichen Verlauf der Spannung U_g für unterschiedliche Eingangssignale;
2b den zu 2a korrespondierenden Verlauf der entsprechenden Steuersignale am Ausgang der Schaltungsanordnung von 1;
3a den zeitlichen Verlauf der Spannung U_g von 1 für unterschiedliche Phasenanschnittwinkel;
3b den zu 3a korrespondierenden Verlauf der Steuersignale am Ausgang der Schaltungsanordnung von 1;
4 in schematischer Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
5a den zeitlichen Verlauf der Spannung U_g bei einem Phasenanschnittwinkel von 20° für unterschiedliche Eingangsspannungen und der dazugehörigen Vergleichsspannungen U_C;
5b den zeitlichen Verlauf der Steuerspannungen U_s für eine Schaltungsanordnung gemäß 4 entsprechend den Spannungsverläufen U_g von 5a;
6a den zeitlichen Verlauf der Spannung U_g bei einem Phasenanschnittwinkel φ von 120° für unterschiedliche Eingangsspannungen und der dazugehörigen Vergleichsspannungen U_C; und
6b den zeitlichen Verlauf der Steuerspannungen U_s für eine Schaltungsanordnung gemäß 4 entsprechend den Spannungsverläufen U_g von 6a.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Bei der Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels der Erfindung werden soweit vergleichbar die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei der Beschreibung des Stands der Technik unter Bezugnahme auf die 1 bis 3b. Sich entsprechende Signale und Bauelemente werden deshalb nicht nochmals beschrieben.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Amplitudendetektionsvorrichtung 12, die an ihrem Ausgang eine Vergleichsspannung U_C an eine Vergleichsvorrichtung 14 bereitstellt. Am Ausgang der Vergleichsvorrichtung 14 kann das Steuersignal zum Dimmen der mindestens einen Lampe in Form der Steuerspannung U_s abgegriffen werden. Die Amplitudendetektionsvorrichtung 12 weist einen Spannungsteiler auf, der die Widerstände R1 und R2 umfasst, sowie eine Diode D5 und ein Halteglied, welches den Kondensator C1 und den Widerstand R3 umfasst. Die Vergleichsvorrichtung 14 weist eine Subtrahierschaltung 16 auf, die an ihrem Ausgang mit einer Kippschaltung 18 verbunden ist. Die Subtrahierschaltung 16 bildet die Differenz U_g minus U_c. Ist diese Differenz positiv, stellt die Kippschaltung 18 an ihrem Ausgang eine positive Spannung mit vorgebbarer Amplitude bereit. Ist die Differenz negativ, stellt die Kippschaltung 18 an ihrem Ausgang eine Spannung mit der Amplitude 0 V bereit.
5a zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung U_g für einen Phasenanschnittwinkel φ gleich 20° für eine Eingangsspannung von 277 V, U_gh, sowie für eine Eingangsspannung von 120 V, U_gl. Darüber hinaus zeigt 5a die entsprechenden Vergleichsspannungen U_ch und U_cl. In 5b sind die zugehörigen zeitlichen Verläufe der entsprechenden Steuersignale U_sh und U_sl zu entnehmen, welche deckungsgleich sind.
6a zeigt die zeitlichen Verläufe der Spannungen U_gl, U_gh, U_cl, U_ch, siehe 5a, für einen Phasenanschnittwinkel φ gleich 120°. In 6b sind die zugehörigen zeitlichen Verläufe der Steuersignale U_sh und U_sl zu sehen, welche wiederum deckungsgleich verlaufen.
Im Ergebnis bleibt festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung die Bereitstellung eines Steuersignals zum Dimmen mindestens einer Lampe ermöglicht, welches lediglich vom Phasenanschnittwinkel abhängt und von der Amplitude der am Eingang der Vorrichtung zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels anliegenden Netzspannung weitgehend unbeeinflusst bleibt.

Claims

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals (Us) zum Dimmen mindestens einer Lampe, umfassend: – eine Vorrichtung (10) zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels entsprechend einer Dimmvorgabe (8), wobei der Vorrichtung (10) zur Modifikation des Phasenanschnittwinkels an ihrem Eingang ein Eingangssignal (U_e) zuführbar ist, dessen Phasenanschnittwinkel zu modifizieren ist, und an deren Ausgang ein Ausgangssignal (U1) mit modifiziertem Phasenanschnittwinkel bereitstellbar ist; und – einem Ausgang, an dem das Steuersignal (U_s) bereitstellbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung weiterhin umfasst: – eine Vorrichtung (14) zum Vergleichen des Ausgangssignals (U1) mit einem vorgebbaren Signal (U_c) zur Erzeugung des Steuersignals (U_s), wobei die Amplitude des vorgebbaren Signals (U_c) abhängt von der Amplitude des Eingangssignals (U_e) und – eine Amplitudendetektionsvorrichtung (12) zur Detektion der Amplitude des Eingangssignals (U_e).
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsvorrichtung (14) eine Kippschaltung (18) umfasst.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach der Modifikationsvorrichtung (10) eine Gleichrichterschaltung (D1 bis D4) vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudendetektionsvorrichtung (12) ein Halteglied (16) umfasst, um die detektierte Amplitude oder eine damit korrelierte Größe über eine vorgebbare Zeitdauer an die Vergleichsvorrichtung (14) bereitzustellen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang der Vergleichsvorrichtung (14) ein in Abhängigkeit des Phasenanschnittwinkels pulsweitenmoduliertes Signal bereitstellbar ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsvorrichtung (14) einen Stromspiegel und/oder einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor umfasst.
Verfahren zum Erzeugen eines Steuersignals (U_s) zum Dimmen mindestens einer Lampe, folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellen eines Eingangssignals (U_e); und b) Modifizieren des Phasenanschnittwinkels des Eingangssignals (U_e) entsprechend einer Dimmvorgabe (8); gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt: c) Detektion der Amplitude des Eingangssignals (U_e) mittels einer Amplitudendetektionsvorrichtung (12) und Vergleichen des Signals mit modifiziertem Phasenanschnittwinkel mit einem vorgebbaren Signal (U_c) zur Erzeugung des Steuersignals (U_s), wobei die Amplitude des vorgebbaren Signals (U_c) abhängt von der Amplitude des Eingangssignals (U_e).