DE102010036444B4

DE102010036444B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Dimmen eines Leuchtmittels mithilfe eines Mikrocontrollers

Info

Publication number: DE102010036444B4
Application number: DE201010036444
Authority: DE
Inventors: Markus Cernek; Peter Braunschmid
Original assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH; Vossloh Schwabe GmbH
Current assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH; Vossloh Schwabe GmbH
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-07-17
Also published as: EP2408273A1; DE102010036444A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) sowie ein Verfahren zum Dimmen einer Lampe (11). Zur Vorgabe des gewünschten Helligkeitsniveaus der Lampe (11) wird ein Dimmeingangssignal (UD) in Form einer Gleichspannung vorgegeben. Aus dem Dimmeingangssignal (UD) wird ein digitales Dimmausgangssignal (AS) erzeugt. Hierzu wird eine Dimmkennlinie (KL) aus einer Mehrzahl von Dimmkennlinien ausgewählt. Bei Spannungswerten die höchstens einem ersten Spannungsschwellenwert (U1) entsprechen, wird ein pulsbreitenmoduliertes Dimmausgangssignal (AS) mit einem festen ersten Tastgrad (G1) erzeugt. Bei Spannungswerten des Dimmeingangssignals (UD) die mindestens einem zweiten Spannungsschwellenwert (U2) entsprechen, der größer ist als der erste Spannungschwellenwert (U1), weist das dem Ausgangssignal (AS) einen festen zweiten Tastgrad (G2) auf. Zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert (U1) und dem zweiten Spannungsschwellenwert (U2) dem Dimmeingangssignals (UD) wird ein Dimmausgangssignal (AS) gebildet, das einen sich vom Gleichspannungswert andernden Tastgrad (G) aufweist. Das Dimmausgangssignal (AS) wird über eine erste galvanische Trenneinrichtung (24) an die Sekundarseite (26) der Vorrichtung (10) ubermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Dimmen eines Leuchtmittels, beispielsweise einer Gasentladungslampe oder einer Leuchtdiode (LED). Heute sind dimmbare Vorschaltgeräte und Transformatoren bekannt, die ein Dimmen von Leuchtdioden oder Gasentladungslampe ermöglichen. Das gewünschte Dimmniveau kann beispielsweise digital (z. B. DALI-Standard) oder analog (z. B. 1–10 V-Schnittstelle) vorgegeben werden.
Aus EP 1639866 B1 ist beispielsweise bekannt, die Dimmsteuersignale über eine Busleitung digital zu übermitteln. Die Busleitung dient gleichzeitig zur Versorgung einer Auswertelogik mit elektrischer Energie. Die Auswertelogik erfasst die anliegenden Steuersignale und insbesondere die Flanken der digitalen Signale und setzt diese in Ausgangs-Steuersignale um, die einem galvanischen Trennelement übermittelt werden. Sekundärseitig ist am galvanischen Trennelement ein elektronisches Vorschaltgerät angeschlossen, dass das Leuchtmittel bzw. die Lampe entsprechend den Ausgangssteuersignalen der Auswertelogik betreibt.
Anstelle von digitalen Signalen auf einer Busleitung können auch analoge Signale zur Vorgabe eines gewünschten Dimmniveaus einer Lampe verwendet werden, beispielsweise ein Gleichspannungssignal. DE 60122038 T2 beschreibt eine Vorrichtung, bei der ein Gleichspannungssignal zwischen 0 und 10 V pulsbreitenmoduliert und anschließend über einen Optokoppler übertragen wird. Das sekundärseitige pulsbreitenmodulierte Signal wird schließlich über einen RC-Filter an eine Einrichtung zur Leistungsfaktorkorrektur bzw. einen Inverter übermittelt, der die angeschlossene Lampe steuert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel aus DE 60122038 T2 ist eine nicht näher erläuterte Dimmregelung primärseitig vor dem Optokoppler angeordnet, die ein Frequenzsteuersignal für eine Einrichtung zur Leistungsfaktorkorrektur bzw. für einen Wechselrichter erzeugt.
Aus DE 197 48 007 A1 ist eine Schnittstelle für ein Lampenbetriebsgerät bekannt, an deren Eingang ein Gleichspannungssignal zwischen 0 und 10 V anliegt. Abhängig vom Betrag des Gleichspannungssignals werden Sollwertsignale erzeugt, die dann über eine Ausgangsschaltung mit einem Optokoppler galvanisch getrennt an eine Sekundärseite übermittelt werden. Das Sollwertsignal bestimmt das Dimmniveau einer über das Lampenbetriebsgerät betriebenen Lampe. Es kann als pulsweitenmoduliertes Signal vorliegen.
US 2008/485854 A1 und US 2010/171435 A1 beschreiben ein Vorschaltgerät für eine Lampe, wobei das Flackern der Lampe reduziert werden soll. Dabei wird ein Dimmsteuersignal bereitgestellt, dessen Phase durch einen Wandler in ein Gleichspannungssignal umgesetzt wird. Die Gleichspannung wird nur in einem bestimmten Wertebereich des Dimmsteuersignals linear verändert, während bei größeren oder kleineren Dimmsteuersignalwerten die vom Wandler ausgegebene Gleichspannung jeweils einen konstanten Wert aufweist. Die Gleichspannung wird einem Wechselrichter übermittelt, über den dann die Lampe mit dem entsprechenden Dimmniveau betrieben wird.
Weiterhin ist es aus US 6,225,760 B1 bekannt, bei einer Lampensteuerung ein zur Dimmung verwendetes Potentiometer so einzurichten, dass auch in der Endstellung des Potentiometers die Lampe mit einer unter ihrer Maximalleistung liegenden Leistung betrieben wird, so dass eine Leuchtleistung von 60% bis 100% der maximale möglichen Leuchtleistung erreicht wird, in der jeweils anderen Endstellung des Potentiometers wird die Lampe mit einer Leistung zwischen 1% und 20% ihrer maximalen Leuchtleistung betrieben.
Im Gleichspannungssignal, dass das gewünschte Dimmniveau vorgibt, können Störungen auftreten. Je nach Länge der Leitung zwischen der Vorrichtung zum Dimmen der Lampe und einem Dimmer können dort Störsignale eingekoppelt werden. Abhängig von der Verlegung der Masseleitungen können auch sogenannte Brummschleifen auftreten, die das Gleichspannungs-Dimmsignal beeinflussen und daher stören.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Dimmen von Lampen zu schaffen, das Auswirkungen solcher Störungen reduzieren kann und gleichzeitig den Schaltungsaufwand im Lampensteuerkreis verringert.
Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 sowie einer Vorrichtung nach Patentanspruch 11. Das Gleichspannungs-Dimmeingangssignal wird an eine vorzugsweise programmierbare Steuereinheit angelegt. Der Steuereinheit ist ein nicht-flüchtiger Speicher zugeordnet. In diesem Speicher ist wenigstens eine Dimmkennlinie abgespeichert. Vorzugsweise weist der Speicher mehrere unterschiedliche Dimmkennlinien auf, wobei eine der Dimmkennlinien zum Dimmen der Lampe ausgewählt wird. Zur Auswahl der gewünschten Dimmkennlinie kann ein entsprechendes Bedienelement verwendet werden.
Abhängig vom Spannungswert des Gleichspannungs-Dimmeingangssignals wird in der Steuereinheit ein pulsbreitenmoduliertes Dimmausgangssignal ermittelt. Ist der Spannungswert des Dimmeingangssignals höchstens so groß wie ein erster Spannungsschwellenwert, so erzeugt die Steuereinheit das Dimmausgangssignal mit einem unveränderlichen ersten Tastgrad.
Ist der Spannungswert des Dimmmeingangssignals zumindest so groß wie ein zweiter Spannungsschwellenwert, so erzeugt die Steuereinheit das dem Ausgangssignal mit einem unveränderlichen zweiten Tastgrad, der vorzugsweise kleiner ist, als der erste Tastgrad. Weist das Dimmeingangssignal einen Spannungswert auf, der zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert und dem zweiten Spannungsschwellenwert liegt, so hat das gebildete Dimmausgangssignal einen veränderlichen Tastgrad, der vom Spannungswert des Dimmeingangssignals und von der vorgegebenen oder ausgewählten Dimmkennlinie abhängt.
Der erste Spannungswert und/oder der zweite Spannungswert können veränderbar vorgegeben sein, beispielsweise abhängig von einem Parameter. Als Parameter kommt insbesondere ein Betriebszustand wie etwa die Temperatur der Lampe in Betracht. Der Betriebszustand und insbesondere die Temperatur kann anhand einer charakterisierenden Größe wie z. B. dem Lampenstrom oder der Betriebsdauer seit dem Einschalten ermittelt oder auch über einen Temperatursensor gemessen werden. Die gemessene chrakterisierende Größe kann über eine galvanische Trenneinrichtung, z. B. Optokoppler, an die Steuereinheit übermittelt werden. Der Wert des ersten Tastgrads ist abhängig vom ersten Spannungswert fest vorgegeben und/oder der Wert des zweiten Tastgrades ist abhängig vom zweiten Spannungswert fest vorgegeben.
Die Steuereinheit wandelt somit das empfangene Dimmeingangssignal direkt in ein digitales, pulsbreitenmoduliertes Dimmausgangssignal um, das anschließend an eine galvanische Trenneinrichtung übermittelt wird. Bereits primärseitig mit Bezug auf die galvanische Trenneinrichtung wird das empfangene Dimmeingangssignal aufbereitet, wobei Störungen des Gleichspannungssignals zumindest teilweise eliminiert werden. Das pulsbreitenmodulierte Dimmausgangssignal hat dann einen festen, unveränderlichen Tastgrad, wenn der Spannungswert des Systemseingangssignals höchstens dem ersten Spannungsschwellenwert oder mindestens dem zweiten Spannungsschwellenwert entspricht. Gleichspannungsschwankungen unterhalb des ersten Spannungsschwellenwertes und oberhalb des zweiten Spannungsschwellenwertes bleiben daher ohne Auswirkung auf den Tastgrad des Dimmausgangssignals. Ein veränderlicher Tastgrad wird anhand der Dimmkennlinie nur erzeugt, wenn das Dimmeingangssignal einen Gleichspannungswert zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsschwellenwert aufweist. In der Steuereinheit wird daher primärseitig eine Anolog-Digital-Wandlung durchgeführt. Die dabei durchgeführte Pulsbreitenmodulation hängt davon ab, in welchem Bereich bezogen auf die vorgegebenen Spannungsschwellenwerte das Gleichspannungs-Dimmeingangssignal liegt. Durch diese primärseitig durchgeführte Verarbeitung und gegebenenfalls Filterung des Dimmeingangssignals lässt sich der Schaltungsaufwand im sekundärseitigen Lampenkreis an den die zu dimmende Lampe angeschlossen ist, reduzieren. Die Auswahl der Dimmkennlinie kann angepasst an die sich an die Steuereinheit anschließende Übertragungsstrecke ausgewählt werden. Der Verlauf der vorgegebenen oder ausgewählten Dimmkennlinie kann bauteilabhängige oder lampentypabhängige Einflüsse, die sich durch die verwendeten Komponenten in der Übertragungsstrecke ergeben, auf einfache Weise zumindest teilweise kompensieren.
Erfindungsgemäß wird der Tastgrad im Bereich zwischen dem ersten Tastgrad und dem zweiten Tastgrad des Dimmausgangssignals nur verändert, wenn die Änderung des Dimmeingangssignals ein Änderungskriterium erfüllt. Auf diese Weise kann eine verbesserte Entstörung im Bereich von Gleichspannungswerten zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsschwellenwert erreicht werden.
Erfindungsgemäß ist das Änderungskriterium erfüllt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Dimmeingangssignals kleiner ist als ein vorgegebener Änderungsgeschwindigkeitsschwellenwert. Die von einem Bediener über einen Dimmer vorgegebene Änderung des gewünschten Dimmniveaus überschreitet bestimmte Änderungsgeschwindigkeiten nicht. Bei Änderungen, die oberhalb eines Änderungsgeschwindigkeitsschwellenwerts liegen, kann daher auf unerwünschte Einflüsse und Störungen des Dimmeingangssignals geschlossen werden. Solche Signaländerungen führen auf diese Weise nicht zu einer Änderung des Tastgrades und mithin auch nicht zu einer Änderung des Dimmniveaus der Lampe.
Das Änderungskriterium ist alternativ oder zusätzlich auch dann erfüllt, wenn die Änderung des Dimmeingangssignals innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nicht wieder den Ausgangswert annimmt, den der Spannungswert des Dimmeingangssignals zu Beginn der Änderung des Dimmeingangssignals hatte. Kurzzeitige Gleichspannungsänderungen des Dimmeingangssignals, die innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters wieder verschwinden, lassen den aktuellen Tastgrad unverändert.
Zusätzlich kann die Erfüllung des Änderungskriteriums beispielsweise auch davon abhängen, ob die Änderung des Dimmeingangssignals größer ist als ein Mindeständerungsbetrag. Spannungsschwankungen unterhalb des Mindeständerungsbetrags bleiben bei der Bestimmung des Tastgrades des pulsbreitenmodulierten Dimmausgangssignals unberücksichtigt. Zu häufige Helligkeitsänderungen oder ein Flackern der Lampe kann auf diese Weise sehr einfach verhindert werden.
Die Änderungskriterien können auch in beliebiger Kombination verwendet werden. Es können auch weitere Änderungskriterien hinzutreten. Auf diese Weise kann sehr einfach in der programmierbaren Steuereinheit eine Entstörung des Gleichspannungssignals erfolgen.
Es ist außerdem möglich, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Tastverhältnisses des Dimmausgangssignals auf einen Maximalwert begrenzt wird. Der Tastgrad ändert sich auch dann nicht schneller, wenn eine schnellere Änderung des Dimmeingangssignals vorliegt. Somit können durch einen veränderten Tastgrad angeforderte Helligkeitsänderungen auf eine maximale Änderungsgeschwindigkeit begrenzt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Änderungsgeschwindigkeit des Tastgrades fest oder parameterabhängig einzustellen.
Das pulsbreitenmodulierte Dimmausgangssignal liegt an der Primärseite der galvanischen Trenneinrichtung an und verursacht an der Sekundärseite der galvanischen Trenneinrichtung ein Dimmsteuersignal, das zur Steuerung des Lampenstroms im Lampensteuerkreis verwendet wird. Insbesondere ist die Steuereinheit vollständig galvanisch vom Lampensteuerkreis getrennt. Das Dimmsteuersignal kann auch als invertiertes Signal an den Lampenkreis weitergegeben werden. Eine Invertierung kann beispielsweise bei der Übertragung durch die galvanische Trenneinrichtung erfolgen, wenn etwa ein Optokoppler mit invertierendem Transistor eingesetzt wird.
Der durch den Lampensteuerkreis eingestellte Lampenstrom zum Betrieb der angeschlossenen Lampe kann durch eine Strommesseinrichtung erfasst und an den Lampensteuerkreis zurückgeführt werden. Auf diese Weise ist eine Stromregelung realisierbar. Alternativ hierzu können auch andere Messwerte, wie zum Beispiel die Lampenspannung, die Leistung der Lampe, die Helligkeit der Lampe oder dergleichen gemessen und an den Lampensteuerkreis zur Regelung übermittelt werden. Somit kann eine Messeinrichtung vorhanden sein, die eine die Helligkeit der Lampe charakterisierende Größe erfasst. Die Dimmkennlinie kann abhängig von der Charakteristik der Messeinrichtung vorgegeben sein, sodass beispielsweise Nichtlinearitäten der Messeinrichtung, die zu einer Abweichung der Helligkeit der Lampe vom gewünschten Dimmniveau führen könnten, bereits primärseitig außerhalb des Lampensteuerkreises berücksichtigt werden. Dies vereinfacht die Steuerung bzw. Regelung im Lampensteuerkreis.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergeben sich aus den anhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Merkmale der Erfindung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine schematische Darstellung zweier Dimmkennlinien,
3 eine schematische Prinzipdarstellung des pulsbreiten modulierten Dimmausgangssignals,
4 einen beispielhaften, schematischen Verlauf des Dimmeingangssignals über der Zeit sowie einen schematischen Verlauf des sich daraus ergebenden Tastgrades.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zum Dimmen einer Lampe 11. Die Lampe 11 kann beispielsweise durch eine Gasentladungslampe, Halogenlampe oder eine Leuchtdiode (LED) gebildet sein. Wenn es sich bei dem Lampe 11 um eine Halogenlampe handelt, kann dieser ein Transformator vorgeschaltet sein. Die Lampe 11 ist an einen Lampensteuerkreis 12 angeschlossen. Der Lampensteuerkreis 12 steuert oder regelt die Lampenspannung UL und/oder den Lampenstrom IL. Eine Strommesseinrichtung 13 erfasst den Lampenstrom IL und ubermittelt ein entsprechendes Strommesssignal an den Lampensteuerkreis 12. Dadurch kann der Lampensteuerkreis 12 den Lampenstrom IL regeln. An den Lampensteuerkreis 12 konnen anstelle von einer einzigen Lampe 11 auch mehrere Lampen 11 angeschlossen sein.
Die Vorrichtung 10 weist eine programmierbare Steuereinheit 17 auf, die beispielsweise von einem Mikrokontroller gebildet ist. Die Steuereinheit 17 weist einen Gleichspannungseingang 18 mit zwei Eingangsklemmen auf, an dem ein Dimmeingangssignal UD in Form einer Gleichspannung anliegt. Die Werte der Gleichspannung können beispielsweise im Bereich von etwa 0 V bis 11 V variieren. Die Steuereinheit 17 ist mit einem nicht-fluchtigen Speicher 19 verbunden, in dem zumindest eine und vorzugsweise mehrere unterschiedliche Dimmkennlinien KL abgespeichert sind. Beim Betrieb der Vorrichtung 10 wird eine der Dimmkennlinien KL ausgewählt und zur Erzeugung eines digitalen Dimmausgangssignals AS an einem Ausgang 20 der Steuereinheit 17 verwendet. Die gewünschte Dimmkennlinie KL kann über ein Bedienelement 21 ausgewählt werden. Alternativ oder zusatzlich ist es auch möglich, über das Bedienelement 21 eine aktuell verwendete, ausgewählte Kennlinie KL zu modifizieren, um beispielsweise eine abgespeicherte Kennlinie besser an die aktuelle Anwendung anzupassen. Das Bedienelement 21 kann auch dazu eingerichtet sein, Parameter der Analog-Digital-Wandlung vorzugeben und/oder zu verändern, beispielsweise die Periodendauer fur das pulsbreitenmodulierte Dimmausgangssignal DS. Modifizierte oder angepasste Kennlinien und/oder Parameter können uber das Bedienelement 21 und die Steuereinheit 17 bei einem abgewandelten Ausfuhrungsbeispiel auch im Speicher 19 abgelegt werden.
Zur Versorgung mit elektrischer Energie der Steuereinheit 17 ist eine Versorgungseinheit 22 vorgesehen. Die Versorgungseinheit 22 kann beispielweise durch ein Kondensatornetzteil, einen Transformator oder ein Schaltnetzteil gebildet sein. Es ist auch möglich, die Versorgungseinheit 22 durch eine basisisolierte (1,5 kV) Koppelwicklung zu realisieren. Prinzipiell können auch andere Isolationsklassen realisiert werden. Die Vorrichtung 10 kann so ausgestaltet sein, dass bei abgeschalteter Lampe 11 keine Spannung am Ausgang der Versorgungseinheit 22 anliegt. Es ist jedoch auch möglich, die Steuereinheit 17 permanent mit elektrischer Energie zu versorgen, unabhängig davon, ob die Lampe 11 ein- oder ausgeschaltet ist. Der ausgeschaltete Zustand der Lampe 11 kann dem Lampensteuerkreis 12 in diesem Fall über eine gesonderte Steuerleitung 23 übermittelt werden, wie dies in 1 gestrichelt dargestellt ist.
Das Dimmausgangssignal AS wird vom Ausgang 20 der Steuereinheit 17 unmittelbar einer ersten galvanischen Trenneinrichtung 24 ubermittelt. Beim Ausfuhrungsbeispiel ist die erste galvanische Trenneinrichtung als Optokoppler ausgefuhrt. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung der Vorrichtung 10 kann anstelle des Optokopplers auch ein anderes isolierendes Bauteil, wie z. B. ein Übertrager verwendet werden. Das an der Primarseite 25 der ersten Trenneinrichtung 24 anliegende Dimmausgangssignal AS wird an die Sekundärseite 26 der ersten Trenneinrichtung 24 ubertragen und liegt dort als Dimmsteuersignal DS an. Das Dimmsteuersignal DS wird auf der Sekundärseite 26 anschließend einem Digital-Analog-Wandler 27 zugeführt, der das digitale Dimmsteuersignal DS in ein analoges Lampensteuersignal LS umwandelt, das an den Lampensteuerkreis 12 übermittelt wird. Das Lampensteuersignal LS gibt die gewünschte Helligkeit der Lampe 11 an. Im Lampensteuerkreis 12 wird beispielsgemäß der Lampenstrom IL nach Vorgabe durch das Lampensteuersignal LS so eingestellt, dass die gewünschte Helligkeit der Lampe 11 erreicht wird. Es versteht sich, dass auch eine Invertierung des Dimmausgangssignals AS oder des Dimmsteuersignals DS erfolgen kann. Eine Invertierung kann beispielsweise auch bei der Übertragung durch die galvanische Trenneinrichtung erfolgen, wenn etwa ein Optokoppler mit invertierendem Transistor eingesetzt wird. Auch existieren Ausführungen von Lampensteuerkreisen, die ein zuvor invertiertes Signal einfacher weiterverarbeiten können, um die gewünschte Helligkeit einzustellen.
Wie bereits erwähnt, kann die Vorrichtung 10 eine separate Steuerleitung 23 aufweisen, die dem Lampenkreis 12 ein Signal übermittelt, wenn die Lampe 11 vollständig ausgeschaltet werden soll. In dieser zusatzlichen Steuerleitung 23 kann eine zweite galvanische Trenneinrichtung 27 eingesetzt sein, um eine vollstandige galvanische Trennung zwischen Primärseite 25 und Sekundärseite 26 zu erhalten. Auch die zweite Trenneinrichtung 27 kann als Optokoppler, Übertrager oder dergleichen ausgeführt sein.
Aus dem am Gleichspanungseingang 18 anliegenden Dimmeingangssignal UD wird mithilfe der aktuell ausgewahlten Kennlinie KL das pulsbreitenmodulierte Dimmausgangssignal AS erzeugt. Dabei wird der Tastgrad G des Dimmausgangssignals AS abhangig vom Gleichspannungswert des Dimmeingangssignals UD variiert. In einem ersten Spannungsbereich, in dem der Spannungswert des Dimmeingangssignals UD höchstens einem ersten Spannungsschwellenwert U1 entspricht, weist das Dimmausgangssignal AS einen konstanten ersten Tastgrad G1 auf. Spannungsschwankungen und Spannungsanderungen führen in diesem Bereich nicht zu einer Änderung des Tastgrades G des Dimmausgangssignals AS. In einem zweiten Spannungsbereich, in dem der Gleichspannungswert des Dimmeingangssignals UD zumindest einem zweiten Spannungsschwellenwert U2 entspricht, weist das dem Ausgangssignal AS einen konstanten zweiten Tastgrad G2 auf. Der zweite Tastgrad G2 ist kleiner als der erste Tastgrad G1. Somit stellt der zweite Tastgrad G2 ein Minimum und der erste Tastgrad G1 ein Maximum für den Tastgrad G dar. Der Tastgrad G ist definiert durch die Zeitdauer t_H, während der das Dimmausgangssignal AS innerhalb einer Periodendauer T seinen Maximalwert H annimmt, geteilt durch die Periodendauer T. Der Tastgrad G ist ein Maß fur die gewünschte Helligkeit der Lampe 11. Der erste Tastgrad G1 entspricht der minimalen Helligkeit der Lampe 11. Der zweite Tastgrad G2 entspricht der maximalen Helligkeit der Lampe 11.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Dimmeingangssignal um ein Steuersignal gemäß dem ublichen 1–10 V Standard. Jede Eingangsspannung zwischen 0 und 1 V entspricht dabei dem minimalen Dimmniveau, was durch einen unteren Spannungsschwellenwert U1 von 1 V realisiert wird.
Der erste Spannungsschwellenwert U1 kann veränderbar vorgegeben sein, beispielsweise parameterabhängig. Als Parameter wird bevorzugt ein Betriebszustand der Lampe 11 wie etwa deren Temperatur verwendet. Die Temperatur wird vorzugsweise durch einen Temperatursensor erfasst. Eine kalte Lampe 11 zündet moglicherweise bei einem minimalen Dimmniveau nicht, dessen erster Tastgrad G1 einem ersten Spannungsschwellenwert U1 gleich 1 V entspricht. Wird anhand der erfassten Temperatur erkannt, dass die Lampe nicht oder nicht ausreichend aufgeheizt ist, wird der erste Spannungsschwellenwert U1 verandert und beispielsgemäß erhöht, beispielsweise auf U1* = 2 V. Der erste Tastgrad G1* wird entsprechend auf den durch die verwendete Dimmkennlinie KL für U1* = 2 V vorgegebenen Wert gesetzt, wie schematisch in 2 veranschaulicht. Bei kalter Lampe wird der erste Tastgrad G1 mithin verringert, um ein Zünden der kalten Lampe 11 zu gewährleisten und das Erlöschen zu vermeiden bis die Lampe 11 eine ausreichend große Betriebstemperatur aufweist. Sobald eine ausreichende Erwärmung der Lampe 11 festgestellt wurde, wird der erste Spannungsschwellenwert wieder verringert und der erste Tastgrad entsprechend erhöht. Der Wert des ersten Tastgrads G1, G1* ist abhängig vorgegeben vom festgelegten ersten Spannungsschwellenwert U1, U1*. Beispielsgemäß sind lediglich zwei verschiedene erste Spannungsschwellenwerte U1, U1* und jeweils ein zugeordneter erster Tastgrad G1, G1* vorgegeben. Das eine Wertepaar U1*, G1* wird für die Lampe 11 unterhalb der Normalbetriebstemperatur und das andere Wertepaar für die Lampe 11 mit Normalbetriebstemperatur verwendet, die die Lampe 11 bei fehlerfreiem Betrieb gewöhnlich aufweist.
Analog hierzu kann bei Übertemperatur der zweite Spannungsschwellenwert auf einen Wert U2* < U2 herabgesetzt werden, so dass die Lampe 11 bei dieser zu hohen Betriebstemperatur nicht mit voller Helligkeit, sondern zumindest etwas gedimmt betrieben wird, um eine weitere Wärmebelastung zu vermeiden. Dem verminderten zweiten Spannungsschwellenwert U2* ist ein zweiter Tastgrad G2* fest zugeordnet, der kleiner ist als der im Normalbetrieb der Lampe 11 verwendete zweite Tastgrad G2. Das Wertepaar U2*, G2* wird für die Lampe 11 oberhalb der Normalbetriebstemperatur verwendet. Es kann ausreichend sein, lediglich zwei verschiedene zweite Spannungsschwellenwerte U2, U2* und jeweils einen zugeordneter zweiten Tastgrad G2, G2* vorzugeben.
Im Bereich von Gleichspannungswerten zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert U1, U1* und dem zweiten Spannungsschwellenwert U2 ist der Tastgrad G des Dimmausgangssignals AS variabel und wird abhängig vom Gleichspannungswert des Dimmeingangssignals UD und der ausgewählten Dimmkennlinie KL festgelegt. Die Dimmkennlinie KL kann einen beliebigen Verlauf aufweisen. Wie bereits erwähnt, sind bevorzugt eine Vielzahl von Dimmkennlinien KL im Speicher 19 abgelegt, sodass die jeweils passende Dimmkennlinie KL verwendet werden kann. In 2 sind beispielhaft eine erste Dimmkennlinie KL1 mit linearem Verlauf und eine zweite Dimmkennlinie KL2 mit nicht-linearem Verlauf dargestellt. Die Dimmkennlinie KL kann beispielsweise auch einen logarithmischen Verlauf aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform berücksichtigt zumindest eine der abgespeicherten Kennlinien die Charakteristik eines oder mehrerer verwendeter Bauelemente außerhalb der Steuereinheit 17. Beispielsweise können bauteilspezifische Parameter des Lampensteuerkreises 12 berücksichtigt werden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Strommesseinrichtung 13 vorhanden, die zum Beispiel mithilfe eines Strommesstransformators oder eines Nebenschlusswiderstands realisiert sein kann. Die Strom-Spannungs-Kennlinie der Strommesseinrichtung 13 kann bei der Vorgabe der Dimmkennlinie KL berücksichtigt werden, sodass bauteilbedingte Messfehler bereits primärseitig durch die Dimmkennlinie KL zumindest teilweise kompensiert werden.
Es ist zudem möglich, Bauteiltoleranzen im Zuge der Herstellung der Vorrichtung 10 zu berücksichtigen und die wenigstens eine vorgegebene Kennlinie KL an die tatsachliche Charakteristik zumindest eines verwendeten Bauteils anzupassen, um Abweichungen vom gewünschten Steuerverhalten zumindest teilweise zu kompensieren. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die wenigstens eine Dimmkennlinie KL an den konkret verwendeten Lampentyp der Lampe 11 anzupassen. Um auch spätere Wechsel des Lampentyps berücksichtigen zu können, kann es vorteilhaft sein, für verschiedene Lampentypen jeweils eine Dimmkennlinie KL in Speicher 19 abzulegen. Der Bediener kann dann über die Bedieneinheit 21 die Dimmkennlinie KL an den verwendeten Lampentyp anpassen. Die Vorrichtung 10 kann auch uber eine Einrichtung zur automatischen Lampentyperkennung verfugen. Bei automatischer Lampentyperkennung kann die Erkennungseinrichtung die Dimmlennlinie auswählen.
Es ist ferner möglich, eine oder mehrere Kennlinien derart vorzugeben, dass an den Gleichspannungseingang 18 der Steuereinheit 17 auch Steuersignale einer so genannten Push-Schnittstelle und/oder eines DALI-Steuersignals angelegt und in ein entsprechendes pulsbreitenmoduliertes Dimmausgangssignal AS umgesetzt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, die Vorrichtung 10 für verschiedene Dimmstandards einzusetzen.
Beim bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel führt eine Änderung des Gleichspannungswerts des Dimmeingangssignals UD dann zu einer Änderung des Tastgrads G des Dimmausgangssignals AS, wenn ein vorgegebenes Änderungskriterium erfüllt ist. Als Änderungskriterium ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Mindeständerungsbetrag MIN vorgegeben. Erst wenn die Änderung des Gleichspannungswerts den Mindeständerungsbetrag MIN überschreitet, erfolgt eine Änderung des Tastgrades G des Dimmausgangssignals AS. Auf diese Weise bleiben Gleichspannungsschwankungen unberücksichtigt. Ein Flackern der Lampe 11 wird vermieden.
Zusätzlich oder alternativ können weitere Anderungskriterien vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein Anderungsgeschwindigkeitsschwellenwert definiert werden, wobei Änderungen des Dimmeingangssignals UD nur dann berücksichtigt werden, wenn deren Änderungsgeschwindigkeit kleiner ist als der Änderungsgeschwindigkeitsschwellenwert. Störungen des Gleichspannungs-Dimmeingangssignals UD mit steilen Flanken konnen auf diese Weise herausgefiltert werden und verursachen keine ungewollte Änderung des Tastgrades G des Ausgangssignals AS. Alternativ oder zusätzlich kann als Änderungskriterium auch die Zeitdauer der Änderungen des Dimmeingangssignals UD verwendet werden. Das Änderungskriterium kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn das Dimmeingangssignal UD innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nicht wieder den Ausgangswert annimmt, den es zu Beginn der Änderung hatte. Kurzzeitige Spannungsänderungen, bei denen der Gleichspannungswert vor und nach der Änderung gleich ist, verursachen somit keine versehentlichen Änderungen des Tastgrades G.
Mithilfe eines oder mehrerer solcher Anderungskriterien lässt sich daher auf einfache Weise ein störungsreduzierter oder storungsfreier Betrieb der Lampe 11 sicher stellen. Unerwünschte Helligkeitsränderungen treten nicht auf. Änderungen des Spannungswerts unterhalb des ersten Spannungsschwellenwerts U1 und oberhalb des zweiten Spannungsschwellenwerts U2 bleiben ohnehin ohne Auswirkung auf den Tastgrad G.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Änderungsgeschwindigkeit des Tastgrades G auf einen Maximalwert begrenzt. Überschreitet die Änderungsgeschwindigkeit UD den maximalen Wert der Anderungsgeschwindigkeit des Tastgrades G, wird der Tastgrad G mit den maximal moglichen Gradieten nachgefuhrt.
In 4 ist die prinzipielle Funktionsweise der Vorrichtung 10 bzw. des Verfahrens zum Dimmen der Lampe 11 anhand eines beispielhaften Prinzipverlaufs des dem Eingangssignals UD zugeordneten Tastgrades G dargestellt.
Zwischen einem ersten Zeitpunkt t₁ und einem zweiten Zeitpunkt t₂ steigt der Gleichspannungswert des Dimmeingangssignals UD steil an. Wegen der Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit des Tastgrades G verändert sich dieser weniger schnell. Zum zweiten Zeitpunkt t₂ erreicht das Dimmeingangssignals UD ein Maximum. Dieses Maximum stimmt nicht mit dem Minimum des Tastgrades G überein, das erst um einen Zeitraum Δt verzögert erreicht wird. Nach dem zweiten Zeitpunkt t2 sinkt das Dimmeingangssignal UD langsam ab. Entsprechend der ausgewahlten Kennlinie steigt der Tastgrad G nach dem Erreichen seines Minimums an. Ab einem dritten Zeitpunkt t3 sind sowohl das Dimmeingangssignal UD als auch der Tastgrad G in etwa konstant. Kleinere Änderungen des Gleichspannungswert des Dimmeingangssignals UD, deren Betrag kleiner ist als der Mindeständerungsbetrag MIN veranlassen keine Änderung des Tastgrades G, wie dies nach dem dritten Zeitpunkt t₃ in 4 beispielhaft dargestellt ist. Erst wenn die Änderungen des Dimmengangssignals UD zu einem vierten Zeitpunkt t₄ den Mindestanderungsbetrag MIN übersteigt, veranlasst dies auch eine Änderung des Tastgrades G. Ab einem fünften Zeitpunkt t₅ sind sowohl im Eingangssignal UD, als auch der Tastgrad G wieder konstant.
Beim Ausfuhrungsbeispiel nach 4 wurde angenommen, dass sich der Spannungswert des Dimmeingangssignals UD zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert U1 und dem zweiten Spannungsschwellenwert U2 befindet. Bei der Änderung des Tastgrades G sind in 4 lineare Änderungsverläufe dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft schematisch dargestellt. Hier können auch nicht-lineare Verlaufe oder gestufte Tastgradänderungen erfolgen. Der exakte Änderungsverlauf ist abhängig von der ausgewählten Dimmkennlinie KL.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 sowie ein Verfahren zum Dimmen einer Lampe 11. Zur Vorgabe des gewünschten Helligkeitsniveaus der Lampe 11 wird ein Dimmeingangssignal UD in Form einer Gleichspannung vorgegeben. Aus dem Dimmeingangssignal UD wird ein digitales Dimmausgangssignal AS erzeugt. Hierzu wird eine Dimmkennlinie KL aus einer Mehrzahl von Dimmkennlinien ausgewählt bzw. es wird eine aktuelle Dimmkennlinie KL vorgegeben. Die Dimmkennlinie KL hat über den gesamten Spannungsbereich der Gleichspannung des Eingangssignals UD einen nicht-linearen Verlauf. Bei Spannungswerten die höchstens einem ersten Spannungsschwellenwert U1 entsprechen, wird ein pulsbreiten moduliertes Dimmausgangssignal AS mit einem festen ersten Tastgrad G erzeugt. Bei Spannungswerten des Dimmeingangssignals UD die mindestens einem zweiten Spannungsschwellenwert U2 entsprechen, der größer ist als der erste Spannungschwellenwert U1, weist das Ausgangssignal AS einen festen zweiten Tastgrad G2 auf. Zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert U1 und dem zweiten Spannungsschwellenwert U2 dem Dimmeingangssignals UD wird ein Dimmausgangssignal AS gebildet, das einen sich abhängig vom Gleichspannungswert andernden Tastgrad G aufweist. Die Abhängigkeit des Tastgrades G vom Gleichspannungswert des Dimmeinganssignals UD kann in diesem Bereich einen beliebigen linearen oder nicht-linearen Verlauf aufweisen. Das Dimmausgangssignal AS wird über eine erste galvanische Trenneinrichtung 24 an die Sekundärseite 26 der Vorrichtung 10 ubermittelt.
Das Dimmeingangssignal UD wird in einer primärseitigen Steuereinheit 17 nicht nur in ein digitales Dimmausgangssignal AS überfuhrt, sondern gleichzeitig erfolgt eine nicht-lineare Modifikation des Dimmeingangssignals UD.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 sowie ein Verfahren zum Dimmen einer Lampe 11. Zur Vorgabe des gewünschten Helligkeitsniveaus der Lampe 11 wird ein Dimmeingangssignal UD in Form einer Gleichspannung vorgegeben. Aus dem Dimmeingangssignal UD wird ein digitales Dimmausgangssignal AS erzeugt. Hierzu wird eine Dimmkennlinie KL aus einer Mehrzahl von Dimmkennlinien ausgewählt. Bei Spannungswerten die hochstens einem ersten Spannungsschwellenwert U1 entsprechen, wird ein pulsbreitenmoduliertes Dimmausgangssignal AS mit einem festen ersten Tastgrad G1 erzeugt. Bei Spannungswerten des Dimmeingangssignals UD die mindestens einem zweiten Spannungsschwellenwert U2 entsprechen, der größer ist als der erste Spannungschwellenwert U1, weist das dem Ausgangssignal AS einen festen zweiten Tastgrad G2 auf. Zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert U1 und dem zweiten Spannungsschwellenwert U2 dem Dimmeingangssignals UD wird ein Dimmausgangssignal AS gebildet, das einen sich vom Gleichspannungswert andernden Tastgrad G aufweist. Das Dimmausgangssignal AS wird uber eine erste galvanische Trenneinrichtung 24 an die Sekundärseite 26 der Vorrichtung 10 übermittelt.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zum Dimmen
11: Lampe
12: Lampensteuerkreis
13: Strommesseinrichtung
17: Steuereinheit
18: Gleichspannungseingang
19: Speicher
20: Ausgang v. 17
21: Bedienelement
22: Versorgungseinheit
23: Steuerleitung
24: erste Trenneinrichtung
25: Primärseite
26: Sekundarseite
UL: Lampenspannung
IL: Lampenstrom
UD: Dimmeingangssignal
KL: Dimmkennlinie
AS: Dimmausgangssignal
DS: Dimmsteuersignal
LS: Lampensteuersignal
G: Tastgrad
G1, G1*: erster Tastgrad
G2, G2*: zweiter Tastgrad
U1, U1*: erster Spannungsschwellenwert
U2, U2*: zweiter Spannungsschwellenwert
MIN: Mindeständerungsbetrag
t₁: erster Zeitpunkt
t₂: zweiter Zeitpunkt
t₃: dritter Zeitpunkt
t₄: vierter Zeitpunkt
t₅: funfter Zeitpunkt

Claims

Verfahren zum Dimmen eines Leuchtmittels (11), wobei eine Dimmkennlinie (KL) vorgegeben ist oder ausgewählt wird, wobei ein Dimmeingangssignal (UD) in Form einer Gleichspannung vorgegeben und abhängig vom Dimmeingangssignal (UD) und der ausgewählten Dimmkennlinie (KL) ein pulsbreitenmoduliertes Dimmausgangssignal (AS) erzeugt wird, das anschließend an eine galvanische Trenneinrichtung (24) übermittelt wird und an der Sekundärseite (26) der galvanischen Trenneinrichtung (24) als Dimmsteuersignal (DS) vorliegt, wobei das Dimmausgangssignal (AS) einen unveränderlichen ersten Tastgrad (G1) aufweist, wenn das Dimmeingangssignal (UD) höchstens einem ersten Spannungsschwellenwert (U1) entspricht, wobei das Dimmausgangssignal (AS) einen unveränderlichen zweiten Tastgrad (G2) aufweist, wenn das Dimmeingangssignal (UD) mindestens einem zweiten Spannungsschwellenwert (U2) entspricht, wobei das Dimmausgangssignal (AS) einen veränderlichen Tastgrad (G) aufweist, wenn das Dimmeingangssignal (UD) zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert (U1) und dem zweiten Spannungsschwellenwert (U2) liegt, wobei der Tastgrad (G) nur verändert wird, wenn die Änderung des Dimmeingangssignals (UD) ein Änderungskriterium erfüllt, wobei das Änderungskriterium erfüllt ist, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Dimmeingangssignals (UD) kleiner ist als ein vorgegebener Änderungsgeschwindigkeitsschwellenwert oder wenn die Änderung des Dimmeingangssignals (UD) innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nicht wieder den Ausgangswert zum Zeitpunkt des Beginns der Änderung annimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Änderungskriterium erfüllt ist, wenn die Änderung des Dimmeingangssignals (UD) größer ist als ein Mindeständerungsbetrag (MIN).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Tastgrades (G) des Dimmausgangssignals (AS) bei einer Änderung des Dimmeingangssignals (UD) begrenzt und/oder vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dimmsteuersignal (DS) zur Steuerung des Lampenstroms (IL) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Helligkeit des Leuchtmittels (11) charakterisierende Größe (IL) durch eine Messeinrichtung (13) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmkennlinie (KL) abhängig von der Charakteristik der Messeinrichtung (13) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählte Dimmkennlinie (KL) aus einer Mehrzahl von vorgegebenen Dimmkennlinien auswählbar ist und/oder die ausgewählte Dimmkennlinie (KL) veränderbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodendauer (T) des pulsbreitenmodulierten Dimmausgangssignals (AS) mithilfe eines Bedienelements (21) auswählbar und/oder veränderbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannungsschwellenwert (U1, U1*) parameterabhängig vorgegeben ist, wobei verschiedenen ersten Spannungsschwellenwerten (U1, U1*) jeweils ein erster Tastgrad (G1, G1*) fest zugeordnet ist, die sich voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannungsschwellenwert (U2, U2*) parameterabhängig vorgegeben ist, wobei verschiedenen zweiten Spannungsschwellenwerten (U2, U2*) jeweils ein zweiter Tastgrad (G2, G2*) fest zugeordnet ist, die sich voneinander unterscheiden.
Vorrichtung zum Dimmen eines Leuchtmittels (11), mit einem nicht-flüchtigen Speicher (19), in dem wenigstens eine Dimmkennlinie (KL) abgespeichert ist, mit einer programmierbaren Steuereinheit (17), die an einem Gleichspannungseingang (18) ein Dimmeingangssignal (UD) erhält, und abhängig vom Dimmeingangssignal (UD) und einer vorgegebenen Dimmkennlinie (KL) an einem digitalen Ausgang (20) ein pulsbreitenmoduliertes Dimmausgangssignal (AS) erzeugt, mit einer galvanischen Trenneinrichtung (24), die an den digitalen Ausgang (20) der Steuereinheit (17) angeschlossen ist, so dass das Dimmausgangssignal (UD) an die Sekundärseite (26) der galvanischen Trenneinrichtung (24) übermittelt wird und dort ein Dimmsteuersignal (DS) hervorruft, wobei die Steuereinheit (17) ein Dimmausgangssignal (AS) mit einem unveränderlichen ersten Tastgrad (G1) erzeugt, wenn das Dimmeingangssignal (UD) höchstens einem ersten Spannungsschwellenwert (U1) entspricht, wobei die Steuereinheit (17) ein Dimmausgangssignal (AS) mit einem unveränderlichen zweiten Tastgrad (G2) erzeugt, wenn das Dimmeingangssignal (UD) mindestens einem zweiten Spannungsschwellenwert (U2) entspricht, wobei die Steuereinheit (17) ein Dimmausgangssignal (AS) mit einem veränderlichen Tastgrad (G) erzeugt, wenn das Dimmeingangssignal (UD) zwischen dem ersten Spannungsschwellenwert (U1) und dem zweiten Spannungsschwellenwert (U2) liegt, wobei der Tastgrad (G) nur verändert wird, wenn die Änderung des Dimmeingangssignals (UD) ein Änderungskriterium erfüllt, wobei das Änderungskriterium erfüllt ist, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Dimmeingangssignals (UD) kleiner ist als ein vorgegebener Änderungsgeschwindigkeitsschwellenwert oder wenn die Änderung des Dimmeingangssignals (UD) innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nicht wieder den Ausgangswert zum Zeitpunkt des Beginns der Änderung annimmt.