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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Steuerung von Betriebsparametern von Betriebsgeräten für LED als Leuchtmittel. Die Erfindung kann insbesondere Anwendung finden auf dem Gebiet der sog. Retrofit-LED-Lampen, die als Ersatz z. B. von Glühlampen oder Halogenlampen zum Einsatz kommen. Retrofit-Lampen weisen dementsprechend Verbindungs-Sockel auf, mit denen sie in bekannte Lampenfassungen eingebracht, z. B. eingeschraubt oder eingesteckt, werden können.
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Im folgenden wird unter „LED” durchgehend auch „OLED” verstanden.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Folgenden wird die Erfindung vor allem im Hinblick auf Retrofit-Lampen, insbesondere Retrofit-LED-Lampen, beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass auch andere, entsprechend ausgestaltete Betriebsgeräte umfasst sein sollen.
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Für Retrofit Lampen ist es wichtig, dass mit ihnen im Wesentlichen die von Glühlampen bekannten Funktionalitäten nachgebildet werden können. Eine dieser bekannten Funktionalitäten ist die Dimmfunktion. Herkömmlicherweise wird ein Dimmen als Phasendimmen ausgeführt, was insbesondere bei Verwendung von Retrofit LED-Lampen verschiedenartige Probleme mit sich bringt.
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Bei gängigen LED-Lampen erfolgt ein Dimmen meist über separate Steuerleitungen durch Übertragung einer Dimm-Information, z. B. eines Dimm-Niveau-Wertes, an die LED-Lampe. Im Retrofit-Bereich ist dies nicht möglich, da bereits die notwendigen Steuerleitungen nicht vorhanden sind, sondern nur eine zweiadrige Verbindung zur Lampe besteht.
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Bekannt sind Lampen, die sich durch bestimmte Ein-/Ausschaltfolgen einer Betriebs- oder Netzspannung in zwei diskrete Leuchtmodi schalten lassen. Eine solche Lampe nach dem Stand der Technik lässt sich durch einfaches Einschalten in einen ersten Leuchtmodus schalten, in dem die Lampe bis zum Ausschalten bei voller Leistung betrieben wird. Durch eine Folge von kurz hintereinander erfolgenden Ein-/Ausschalt-Vorgängen, z. B. Ein-Aus-Ein, kann die Lampe in einen zweiten Leuchtmodus geschaltet werden, in dem die Lampe z. B. mit einer vorbestimmten geringeren Leistung, also gedimmt, betrieben wird. Ein Ausschalten bringt die Lampe wieder in den Ausgangszustand zurück, von dem aus wiederum entweder der erste oder der zweite Leuchtmodus gewählt werden kann.
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Diese Funktionalität ist auch unter dem Begriff „Double Click” bekannt, bei der die Lampe schnelles, wiederholtes (beispielsweise zweifaches) Ein- und Ausschalten der Betriebsspannung als Information, insbesondere als Dimm-Information, auswertet. Bei einem zweifachen schnellen Ein- und Ausschalten der Betriebsspannung wertet die Vorschaltelektronik des Leuchtmittels also dahingehend aus, dass die Lampe mit verringerter Leistung (gedimmt) betrieben wird.
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Bei den bekannten Lampen stehen aber eben nur zwei vorbestimmte Leuchtmodi zur Verfugung und der Benutzer kann nur zwischen diesen Leuchtmodi wählen (z. B. 100% Leistung oder 80% Leistung). Wird ein Dimmen auf ein anderes Niveau gewünscht, so muss eine andere Lampe gewählt und/oder die Lampe ausgetauscht werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein alternatives Steuerverfahren Leuchtmittel wie bspw. für LED-Lampen und insbesondere, aber nicht ausschliesslich, Retrofit LED-Lampen ohne die oben beschriebenen Nachteile bereitzustellen.
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Diese Aufgabe durch die Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelost. Die abhängigen Ansprüche entwickeln die zentrale Idee der Erfindung weiter.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren zur Vorgabe eines Betriebsparameters eines Betriebsgeräts für eine LED als Leuchtmittel, wobei die LED über einen Leistungswandler angesteuert wird, der (hoch-)frequent getaktet ist, aufweisend die folgende Schritte: vorzugsweise manuelles Ein-/Ausschalten der Spannungsversorgung des Betriebsgeräts, Auswertung durch das Betriebsgerät, ob das Ein-/Ausschalten wenigstens ein erstes vorgegebenes Kriterium erfüllt, wie bspw. Zeitkonstanten oder Wiederholraten, im positiven Fall, Auslösen einer kontinuierlichen, vorzugsweise zyklischen Veränderung des vorzugebenden Betriebsparameters durch das Betriebsgerät, wobei der sich verändernde Betriebsparameter dem Benutzer direkt oder indirekt optisch und/oder akustisch wiedergegeben wird, und wobei der aktuelle Wert des sich verändernden Betriebsparameters für einen folgenden Betrieb des Leuchtmittels zu dem Zeitpunkt festgehalten wird, zu dem ein weiteres Ein-/Ausschalten der Spannungsversorgung wenigstens ein zweites Kriterium erfüllt und wobei der sich verändernde Betriebsparameter die Frequenz oder das Einschaltverhältnis des Leistungswandlers beeinflußt.
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Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Speichern des aktuelle Wertes in einem Speicher auf das Erkennen des weiteren Ein-/Ausschaltens hin, und Betreiben der LED mit dem für den Betriebsparameter in dem in dem Speicher gespeicherten Wert.
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Die LED als Leuchtmittel kann durch ein optisches und/oder akustisches Signalisierungsmittel ersetzt sein.
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Das Verfahren kann weiter einen Schritt zum Erkennen einer dritten Schaltsequenz, mit der erneut das kontinuierliche Verändern eines Betriebsparameters, mit dem die LED als Leuchtmittel betrieben wird, veranlasst wird, aufweisen.
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Nach einer vorbestimmten Ausschaltzeit kann das Betriebsgerät in einen Ausgangszustand zurückgesetzt werden.
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Nach Erkennen einer weiteren Schaltsequenz kann das Betriebsgerät in einen Ausgangszustand zurückgesetzt werden.
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Die Schaltsequenzen können mit einem Schaltelement ausgeführt werden.
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Die Veränderung des Betriebsparameters kann unter Verwendung von Spannungszyklen erfolgen.
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Die Nulldurchgänge der Spannung können ermittelt werden und als Zeitbasis zur Synchronisierung der Betriebsparameterveränderung verwendet werden.
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Die Zeitdauer der Veränderung zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert des Betriebsparameters kann auf eine vorbestimmte Anzahl von Spannungszyklen definiert sein.
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Der gespeicherte Wert für den Betriebsparameter kann dem aktuellen Wert entsprechen, zu dem der Betriebsparameter verändert ist.
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Der Betriebsparameter kann ein Dimm-Niveau und/oder eine Leistung sein, mit der die LED als Leuchtmittel betrieben wird.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Steuerschaltung umfassend einen Mikrocontroller und/oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) zum Betrieb einer LED als Leuchtmittel mit dem erfinderischen Verfahren bereit.
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Weiter löst die Erfindung die Aufgabe mit einer Lampe bestehend aus einer Betriebsgerät und einer LED als Leuchtmittel, mit einem Anschluss, aber den das Betriebsgerät mit einer Spannungsversorgung verbindbar ist, einem vorzugsweise hochfrequent getakteten Leistungswandler zum Betreiben des Leuchtmittels, einem Manipulationssequenz-Detektor zum erkennen mindestens einer Schaltsequenz, einem Modulator, der einen Betriebsparameter, mit dem das Leuchtmittel betrieben wird, zwischen einem ersten und einem zweiten Wert verändert, einem Speicher, der einen Wert speichert, der dem von dem Modulator zu einer Zeit eingestellten Betriebsparameter entspricht, zu der der Manipulationssequenz-Detektor eine zweite Schaltsequenz erkennt.
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Weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung werden nachfolgend mit Blick auf die Zeichnungen beschrieben.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lampe bestehend aus einem Betriebsgerät und einem Leuchtmittel. Der gestrichelte Bereich zeigt an, dass das Leuchtmittel entweder mit dem Betriebsgerät oder getrennt davon bereitgestellt werden kann.
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2 zeigt eine zeitliche Abfolge von Manipulationssequenzen und eine resultierende Emission.
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3 zeigt schematisch eine Synchronisation einer Betriebsparameterveränderung mit Spannungszyklen.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Mit Blick auf 1 wird nun ein schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe beschrieben. Die Retrofit Lampe besteht aus einem Betriebsgerät 10 und einem Leuchtmittel 15, z. B. einer anorganischen LED oder OLED-Leuchtmittel. Das Betriebsgerät 10 ist über Leiter 1 mit einer Spannungsquelle 2 verbunden. Das Betriebsgerät 10 kann durch mindestens ein (ein- oder zweipoligen) Schaltelement 3 von der Spannungsquelle 2 getrennt und mit ihr verbunden werden. An Stelle des Leuchtmittels 15 kann auch ein anderes Betriebsmittel zum Einsatz kommen, das eine optische oder akustische Emission erzeugt.
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Das Betriebsgerät 10 weist ein einen Manipulationssequenz-Detektor 11, z. B. einen Schaltsequenz-Detektor, einen Modulator 12, einen Speicher 13 und einen Leistungswandler 14 auf. Das Leuchtmittel 15 kann entweder direkt oder über Leiter 16 mit dem Betriebsgerät 10 verbunden sein. Die LED 15 wird über den Leistungswandler 14 angesteuert, der hochfrequent getaktet ist.
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Der Manipulationssequenz-Detektor 11 ist dabei dazu eingerichtet, Manipulationssequenzen bzw. Schaltsequenzen, die durch das Ein-/Ausschalten des Schaltelements 3 erzeugt werden, zu erkennen. Der Manipulationssequenz-Detektor 11 überwacht dabei Kriterien wie Zeitkonstanten und/oder Wiederholraten, um verschiedene Sequenzen zu diskriminieren.
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Der Manipulationssequenz-Detektor 11 ist mit dem Modulator 12 und dem Speicher 13 verbunden. Der Modulator 12 ist mit dem Speicher 13 und dem Leistungswandler 14 verbunden.
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Der Modulator 12 ist dazu eingerichtet, einen Betriebsparameter, z. B. eine Spannung, für das Leuchtmittel 15 zwischen einem ersten Wert, z. B. einem ersten Dimm-Niveau, und einem zweiten Wert, z. B. einem zweiten Dimm-Niveau, zu verändern, bzw. den Leistungswandler 14 mit Werten zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert oder an diesen Werten zu betreiben. Diese Werte werden von dem Leistungswandler 14 derart umgesetzt, dass das an den Leistungswandler 14 angeschlossene Leuchtmittel 15 eine gewünschte Emission, erzeugt, die zwischen oder dem ersten und dem zweiten Wert oder darauf liegt. Insbesondere beeinflußt der Betriebsparameter die Taktung, bspw. die Frequenz oder das Einschaltverhältnis des Leistungswandlers 14.
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In einer Ausführungsform entspricht der erste Wert 100% der möglichen Emission, also z. B. 100% Lichtemission, und der zweite Wert einem wesentlich geringeren Prozentsatz der möglichen Emission, also z. B. einem Dimmen auf 5% Lichtemission. Es können jedoch für den ersten und den zweiten Wert alle Werte von 0–100% der möglichen Emission gewählt werden.
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Es ist zudem möglich, dass der Modulator 12 eine Veränderung der Werte an dem zweiten Wert, also z. B. auf dem zweiten Dimm-Niveau, beginnt.
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Der Modulator 12 kann weiter dazu eingerichtet sein, den Betriebsparameter zyklisch zwischen dem ersten und dem zweiten Wert zu verändern, wodurch eine kontinuierliche Veränderung der Emission bewirkt wird.
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Der Speicher 13 ist mit dem Manipulationssequenz-Detektor 11, dem Modulator 12, und dem Leistungswandler 14 verbunden. In ihm kann ein Wert abgespeichert werden, der den aktuellen Wert für den Betriebsparameter angibt, also z. B. ein Dimm-Niveau für ein Leuchtmittel 15. Mit diesem Wert kann festgelegt werden, wie der Leistungswandler 14 das Leuchtmittel 15 betreibt, d. h. welche Emission am Leuchtmittel 15 eingestellt werden soll.
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Der Leistungswandler 14 wird durch einen Schaltregler gebildet und weist zumindest einen Leistungsschalter auf, der hochfrequent getaktet wird. Bei dem Leistungswandler 14 kann es sich beispielsweise um einen Inverter (Buck-Boost-Konverter), einen Tiefsetzsteller (Buck-Konverter), einen isolierenden Sperrwandler (Flyback-Konverter) oder auch um einen isolierten Halbbrückenwandler handeln.
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Diese Anordnung erlaubt nun z. B. ein dynamisches Dimmen nach folgendem Prinzip (vgl. 2):
Das Schaltelement 3, z. B. der Netzschalter, wird betätigt um die erfindungsgemäße Lampe bzw. das Betriebsgerät einzuschalten und eine Lichtemission an dem Leuchtmittel hervorzurufen.
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Dieses Einschalten wird durch den Manipulationssequenz-Detektor 11 erkannt. Erfolgt innerhalb einer bestimmten Zeit nach dem Einschalten der Spannung keine weitere Aktion, wird das Einschalten von dem Manipulationssequenz-Detektor 11 z. B. als normales Einschalten (normal Ein, 2 oben) erkannt und das Leuchtmittel bei einem vorbestimmten Leistungswert, z. B. 100% Leistung, betrieben. Dies kann z. B. auch so erfolgen, dass in dem Speicher 13 ein bestimmter Standardwert (default) vorliegt, der dem vorbestimmten Leistungswert entspricht.
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Erfolgt nach dem Einschalten jedoch innerhalb der bestimmten Zeit eine weitere Schaltaktion, z. B. ein weiteres Aus- und Einschalten (Sequenz), so wird dies ebenfalls von dem Manipulationssequenz-Detektor 11 erkannt und als Anweisung interpretiert, in einen Dimm-Modus zu wechseln. Detektiert der Manipulationssequenz-Detektor 11 die Anweisung in den Dimm-Modus zu wechseln, so weist er den Modulator 12 an, den Leistungswandler 14 mit Werten zwischen dem ersten und dem zweiten Dimm-Niveau zyklisch zu steuern. Dies hat zur Folge, dass die Lichtemission am Leuchtmittel kontinuierlich verändert wird (Aufwärts- und Abwärtsdimmen).
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Typische Zeitkonstanten für die Abwärts- oder Aufwärtsdimmflanke liegen im Bereich von einigen Sekunden, also beispielsweise 2 bis 10 Sekunden.
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Die vorbestimmte Zeit kann dabei ein Schwellwert sein, der normalerweise deutlich unter einer Sekunde liegt. Das Betriebsgerät wird also nach dem schnellen Wiedereinschalten zyklisch von dem Nennwert 100% herabdimmen auf einen Minimal-Dimmwert von. beispielsweise 5%, um dann wieder aufwärts zu dimmen (siehe 2 unten).
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Dieses zyklische Abwärts- und Aufwärtsdimmen wird wiederholt, bis der Benutzer manuell durch erneutes schnelles Aus- und Einschalten (Sequenz) der Spannungsversorgung den aktuellen Wert festlegt, sozusagen einfriert.
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Dabei wird von dem Manipulationssequenz-Detektor 11 eine weitere Schaltsequenz detektiert. Daraufhin wird der momentane Modulationswert in dem Speicher 13 abgelegt und das Leuchtmittel wird von dem Leistungswandler 14 mit dem Modulationswert betrieben, bei entsprechend reduzierter Lichtemission. Die weitere Aus-/Einschaltsequenz kann der ersten Schaltsequenz entsprechen oder davon verschieden sein.
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Nach einem Ausschalten der Spannung für einen weiteren vorbestimmten Zeitraum wird in einer Ausführungsform das Betriebsgerät wieder in einen Ausgangszustand zurück gesetzt (im Speicher 13 wird z. B. der Standardwert (default) gesetzt).
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Es kann aber auch vorgesehen sein, den Ausganszustand durch Ausführen einer Rücksetzsequenz wieder herzustellen. So kann der festgelegte Betriebsparameterwert (z. B. das Dimm-Niveau) auch über ein normales Ausschalten (normal Aus) hinaus gehalten werden. Erst nach ausführen der Rücksetzsequenz wird dann der Ausgangszustand wieder hergestellt.
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Die Erfindung ist von der Switch-Dim (TRIDONIC®) oder Touch-Dim Technologie dadurch abzugrenzen, dass die Information, d. h. das manuelle Betätigen eines Schalters, unmittelbar über die Spannungsversorgung erfolgt. Bei Touch-Dim- bzw. Switch-Dim wird die Dimm-Informationen vorzugsweise von einem Taster oder Schalter über einen Signaleingang der Betriebsvorrichtung zugeführt (die eigentliche Spannungsversorgung ist unabhängig davon).
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Die zur Verwirklichung der Erfindung benötigte Elektronik, die das schnelle Ein- und Ausschalten von dem normalen Ein- und Ausschaltvorgang diskriminiert, ist vorzugsweise im Sockelbereich des Lampe (bzw. der Retrofit LED-Lampe) untergebracht.
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Weiter kann ein Energiepuffer vorgesehen sein, beispielsweise ein Kondensator, der zumindest einen „Netzausfall”, ein Ausschalten, im Bereich des schnellen Ein-/Ausschaltens überbrückt, so dass die Elektronik die Schaltsequenz auswerten kann.
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Somit kann der Benutzer zu dem Zeitpunkt, zu dem eine von ihm gewünschte Dimm-Einstellung vorliegt, diese Einstellung durch Ausfuhren der zweiten Schaltsequenz festlegen.
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Die sensorische Wiedergabe muss nicht zwangsweise durch die Leuchtmittel selbst erfolgen (Farbtemperaturveränderung, Dimmen, etc.), sondern kann auch durch andere Elemente (weitere optische Elemente, akustische Elemente, etc.) erfolgen.
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Es können also unterschiedliche Betriebsparameterveränderungen durch Manipulationen der Spannungsversorgung erfolgen, wobei diese beispielsweise anhand unterschiedlicher Manipulationskriterien (Manipulations- oder Schaltsequenzen) diskriminiert werden können.
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Alternativ können sich auch unterschiedliche Betriebsparameterveränderungen zyklisch abwechseln, so dass beispielsweise ein erste Manipulationssequenz (Double Click) eine zyklische erste Betriebsparameterveränderung, z. B. eine Dimmwert-Veränderung, auslöst, die dann abgelöst wird von einer zweiten Betriebsparameterveränderung, z. B. einer Farbortveränderung bei dem nächsten Double Click, etc.
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Weiter ist es möglich, einen anderen Betriebsmodus, z. B. den Dimm-Modus, aus dem eingeschalteten Zustand heraus durch eine Manipulationssequenz (z. B. Aus-Ein oder Aus-Ein-Aus-Ein in schneller Folge, d. h. innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne) zu wählen.
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Besonders bei einem Einsatz mehrerer Lampen an einer Spannungsversorgung ist es wichtig, dass alle Lampen mit gleichen Modulationswerten, z. B. auf dem gleichen Dimm-Niveau, betrieben werden, d. h. einen gleichen (Licht) Emissionswert aufweisen. Normalerweise werden unterschiedliche Lampen eine zufällig verteilte und somit auch unterschiedliche Zeitbasis haben. Damit verhalten sich die Leuchtmittel in der Modulationsphase unterschiedlich, wodurch sich ein uneinheitliches Lichtbild ergibt.
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Gemäß der Erfindung erfolgt nunmehr jegliche Betriebsparameterveränderung (beispielsweise das Abwärts/Aufwärtsdimmen) unter Verwendung einer Wechselspannung, z. B. der Netzspannung, als Zeitbasis. Vorzugsweise sind dabei die Nulldurchgänge der Spannung die zur Synchronisierung der Betriebsparameterveränderung verwendete Zeitbasis.
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Genauer gesagt wird der Gradient und somit auch die Zeitdauer zwischen den einzustellenden Betriebsparameterwerten, bzw. den Dimm-Niveaus, auf eine vorbestimmte Anzahl von Spannungszyklen definiert, und nicht über eine absolute Zeitdauer wie beispielsweise „10 Sekunden”. Dies ist in 3 veranschaulicht. Im oberen Teil von 3 sind Spannungszyklen dargestellt. Im unteren Teil der 3 ist dargestellt, wie die Betriebsparameterveränderung (Abwärts- und Aufwärtsdimmschritte) abhängig von den Spannungszyklen erzeugt wird.
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Wie bereits erwähnt wurde die Erfindung vor allem im Hinblick auf LED-Lampen, insbesondere Retrofit LED-Lampen, beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Erfindung auch für entsprechend ausgestaltete Betriebsgeräte für andere Leuchtmittel angewendet werden kann.
