DE102012215505A1

DE102012215505A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Übertragen von Steuerinformation an eine wechselstromgespeiste Lampenanordnung

Info

Publication number: DE102012215505A1
Application number: DE201210215505
Authority: DE
Inventors: Sören Schulze
Original assignee: BAG Engineering GmbH
Current assignee: Bag Electronics GmbH
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Steuerinformation einer Steuereinrichtung an eine wechselstromversorgte Lampenanordnung umfassend eine Lampenbetriebseinrichtung und zumindest ein von der Lampenbetriebseinrichtung gespeistes Leuchtmittel, wobei ein erster Eingangsanschluss der Steuereinrichtung mit einem L-Leiter eines Wechselstromnetzes verbunden wird, und die Lampenbetriebseinrichtung einen ersten und zweiten Versorgungsanschluss aufweist, von welchen der erste Versorgungsanschluss über einen Versorgungsleiter mit einem Versorgungsausgang der Steuereinrichtung verbunden wird, und der zweite Versorgungsanschluss der Lampenbetriebseinrichtung mit dem N-Leiter des Wechselstromnetzes verbunden wird, und wobei die Steuerinformation von der Steuereinrichtung auf das über den Versorgungsleiter übertragene Versorgungssignal aufmoduliert, von einer der Lampenbetriebseinrichtung zugeordneten Dekodereinrichtung demoduliert und zum Betreiben des Leuchtmittels verwendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Demodulieren des Versorgungssignals zum Erfassen der Steuerinformation nach einem Protokoll durchgeführt wird, dass allein auf dem Erkennen einer steigenden Flanke im fallenden Abschnitt einer Halbwelle des Versorgungssignals beruht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und zugeordnete Vorrichtungen zum Übertragen von Steuerinformation an eine wechselstromgespeiste Lampenanordnung, umfassend eine Lampenbetriebseinrichtung und zumindest ein von dieser gespeistes Leuchtmittel, insbesondere wobei ein erster Eingangsanschluss der Steuereinrichtung mit dem L-Leiter eines Wechselstromnetzes verbunden wird und die Lampenbetriebseinrichtung einen ersten und zweiten Versorgungsanschluss aufweist, von welchem der erste Versorgungsanschluss über einen Versorgungsleiter mit einem Versorgungsausgang der Steuereinrichtung verbunden wird und der zweite Versorgungsanschluss der Lampenbetriebseinrichtung mit dem N-Leiter des Wechselstromnetzes verbunden wird und wobei die Steuerinformation von der Steuereinrichtung auf das über den Versorgungsleiter übertragene Versorgungssignal aufmoduliert, von einer der Lampenbetriebseinrichtung zugeordneten Dekodereinrichtung demoduliert und zum Speisen des Leuchtmittels verwendet wird. Dabei wird zumindest vor oder zu Beginn des Aufmodulierens ein parallel zur Lampenanordnung angeordneter Nebenschluss geschaltet, um definierte Potential-Verhältnisse für die Übermittlung der Steuerinformation auf der Versorgungsleitung bereitzustellen.
Ein derartiges Verfahren bzw. Vorrichtungen hierzu sind beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2009 051 968 A1 beschrieben. Durch ein solches Verfahren können getrennte Steuerleitungen zur Lampenbetriebseinrichtung häufig entfallen. Bei dem herkömmlichen Verfahren erfolgt die Übertragung der Daten-Bits mittels eines Leitungscode, bei welchem eine fallende Flanke des Leitungssignals einem ersten logischen Zustand und eine steigende Flanke einem zweiten logischen Zustand entspricht. Ein solcher Leitungscode kann beispielesweise ein Manchester-Code sein.
Das gattungsgemäße Verfahren ist insbesondere beim Betrieb von Entladungslampen vorteilhaft, da diese Leuchtmittel nur sehr beschränkt über die insbesondere für die Versorgung von Glühlampen bekannten Phasenanschnitt- bzw. Phasenabschnittverfahren betrieben, insbesondere gedimmt werden können. Darüber hinaus sind diese Verfahren auch im Hinblick auf ihre elektromagnetische Verträglichkeit mit Nachteilen behaftet, da sie mit unerwünschten Netzoberschwingungen einhergehen.
Problematisch bei dem herkömmlichen Verfahren zum Übertragen von Steuerinformation an eine wechselstromversorgte Lampenanordnung ist die Rückgewinnung der Steuerinformation durch Demodulieren des Versorgungssignals in der Lampenbetriebseinrichtung bzw. in einem der Lampenbetriebseinrichtung zugeordneten Dekoder, damit die Lampenbetriebseinrichtung das Leuchtmittel gemäß der übermittelten und rückgewonnenen Steuerinformation betreiben kann. Bei dem in der angegebenen DE 10 2009 051 968 A1 beschriebenen Verfahren erfolgt die Modulation durch Überlagerung einer rechteckförmigen Modulationsspannung mit konstanter Höhe auf der Hüllkurve der an die Lampenanordnung gelegten Versorgungsspannung. Daher wird im Dekoder eine Hochpassfilterung durchgeführt, um das Datensignal von der Wechselspannung zu trennen. Diese Vorgehensweise weist jedoch den Nachteil auf, dass das Steuersignal durch den Filter verformt wird, da das modulierte Signal sehr breitbandig ist, wobei zusätzlich zu berücksichtigen ist, dass das Versorgungssignal Oberwellen aufweist, die bis in den Kilohertz-Bereich hineinreichen. Insofern ist eine Trennung der Versorgungsspannung und der Steuerinformation durch die Verwendung eines Hochpassfilters häufig fehlerbehaftet. Darüber hinaus ist eine Subtraktion einer idealen Sinusfunktion von der Netzspannung für die Demodulation nicht praktikabel, da die am Leuchtmittel anliegende Spannung zur Netzspannung je nach verwendetem Leuchtmittel, insbesondere bei der Verwendung von Gasentladungslampen, stark verformt werden kann und insofern von einer idealen Sinusfunktion abweicht.
In der Praxis können darüber hinaus Schwankungen in der Netzspannung zu Fehlinterpretationen bei der Demodulation der Steuerinformation führen. Sinkt die Netzspannung zu stark, wird u.U. eine fallende Flanke im Leitungscode erkannt, obwohl keine vorhanden ist. Sinkt die Netzspannung aufgrund äußerer Störungen zu wenig, wird U.U. eine fallende Flanke nicht erkannt.
Ein besonderes Problem besteht bei dem herkömmlichen Verfahren zum Übertragen von Steuerinformation an eine wechselstromgespeiste Lampenanordnung in solchen Fällen, bei welchen ein kapazitiver oder induktiver Leitungsbelag vorliegt, beispielsweise durch einen Entstörkondensator für die Lampenanordnung, der parallel zu dieser vorgesehen ist. Ist der Entstörkondensator direkt im Netz angeordnet, führt eine üblicherweise im Nebenschluss vorgesehene Strombegrenzung dazu, dass der Leitungsbelag nicht schnell genug umgeladen werden kann. Eine geforderte Flankensteilheit kann dann nicht bereitgestellt werden, sodass das Signal auf der Leitung verzerrt ist, wodurch die Demodulation der Steuerinformation aus dem Versorgungssignal fehlerbehaftet und damit die Übertragung der Steuerinformation gestört ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das herkömmliche Verfahren zum Übertragen von Steuerinformation einer Steuereinrichtung an eine wechselstromversorgte Lampenanordnung so weiterzubilden, dass die über den Versorgungsleiter übermittelte Steuerinformation zuverlässig erkannt wird, um den Betrieb des Leuchtmittels gemäß dieser Steuerinformation sicherzustellen.
Überraschenderweise wird diese Aufgabe schon durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Demodulieren des Versorgungssignals zum Erfassen der Steuerinformation nach einem Protokoll durchgeführt wird, das allein auf dem Erkennen einer steigenden Flanke im fallenden Abschnitt einer Halbwelle des Versorgungssignals, insbesondere der Versorgungsspannung, beruht. Demnach muss das Versorgungssignal an der Lampenanordnung allein auf das Vorhandensein von steigenden Flanken untersucht werden, um die Steuerinformation zu ermitteln. Fallende Flanken im modulierten Versorgungssignal müssen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erkannt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Übertragen der Steuerinformation insofern ein Leitungscode verwendet, bei welchem das Vorhandensein einer steigenden Flanke einem ersten Bitzustand und das Nichtvorhandensein einer steigenden Flanke dem zweiten Bitzustand entspricht. Die im Versorgungssignal vorliegenden fallenden Flanken, welche wie oben beschrieben häufig nicht richtig erkannt werden können, bleiben bei der Demodulation der Steuerinformation gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unberücksichtigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere beim Auftreten von kurzzeitigen Netzschwankungen zum Zeitpunkt der Übertragung vorteilhaft. Mit der Beschränkung des Protokolls auf das Erkennen einer steigenden Flanke der modulierten Netzspannung wird auch das Problem beim Erkennen einer fallenden Flanke aufgrund des Vorliegens eines Leitungsbelages umgangen. Bei einer steigenden Flanke kann dagegen die Steilheit der Netzhalbwelle bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hinreichend genau abgeschätzt werden, sodass anhand von Grenzwerten zwischen einer Signalflanke und der unmodulierten Netzspannung gut differenziert werden kann. Dies trifft auch noch bei einer stark verformten Halbwelle zu, da ein signifikanter Anstieg der Netzspannung im betrachteten Zeitbereich vergleichsweise unwahrscheinlich ist. Da das Laden eines eventuell vorhandenen Entstörkondensators direkt aus der Netzspannung erfolgt, wird eine Beeinträchtigung der Flankensteilheit bei einer positiven Flanke durch den Entstörkondensator kaum auftreten im Unterschied zur Erzeugung einer negativen Flanke, bei welcher der Entladestrom durch den strombegrenzten Nebenschluss bereitgestellt werden muss.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Zuverlässigkeit der Übertragung von Steuerinformation über die Versorgungsleitung von deutlich über 99% erreicht.
Weitere vorteilhafte Merkmale sind in der nachfolgenden allgemeinen Beschreibung, der Figurenbeschreibung sowie in den Unteransprüchen angegeben.
Zweckmäßigerweise ist bei der Modulation des Versorgungssignals mit der Steuerinformation vorgesehen, dass für die Erzeugung der steigenden Flanke auf dem Versorgungssignal zunächst ein Spannungsabfall erzeugt wird, an den sich das Durchschalten der Netzspannung über einen zweiten Zeitraum anschließt. Erfindungsgemäß können beide Zeiträume vorbestimmt sein, zweckmäßigerweise beträgt der erste Zeitraum etwa 70 µs bis 130 µs, insbesondere 100 µs. Dabei kann dieser Wert an die jeweilige Schaltung angepasst werden, um sicherzustellen, dass ein ausreichender Spannungsabfall erzeugt wird. Ferner kann vorgesehen sein, den ersten und/oder zweiten Zeitraum von der jeweiligen aktuellen Phase oder dem Momentanwert bzw. dessen Gradienten des Versorgungssignals abhängig zu machen.
Vorteilhafterweise kann der zweite Zeitraum kleiner als der erste Zeitraum eingestellt sein, insbesondere etwa die Hälfte des ersten Zeitraums betragen, da bei der Durchschaltung der aktuellen Netzspannung ein ausreichender Stromwert für die Erzeugung einer steilen positiven Flanke durch das Versorgungsnetz bereitgestellt wird.
Um bei der Modulation des Versorgungssignals die positive Flanke so zu gestalten, dass sie mit Sicherheit nach der Übertragung dekodiert und erkannt werden kann, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der im ersten Zeitintervall erzeugte Spannungsabfall des Versorgungssignals zwischen 10–14 V beträgt. Der spezielle Wert kann zweckmäßigerweise von der genauen Lage der Modulationsphase innerhalb einer Netzhalbwelle und damit von Gradienten der Netzspannung innerhalb der Modulationsphase abhängig gemacht werden.
Zweckmäßigerweise wird beim Demodulieren eine steigende Flanke des modulierten Versorgungssignals in der Dekodereinrichtung als ein erster Bitzustand und das Nichtvorliegen einer steigenden Flanke als komplementärer Bitzustand erkannt.
Vorteilhafterweise wird bei der Erzeugung der steigenden Flanke die Erzeugung des Spannungsabfalls und das Durchschalten der aktuellen Netzspannung direkt aufeinanderfolgend ohne Zeitverzögerung ausgeführt, um die Zeitdauer für die Übertragung eines Bits möglichst gering zu halten.
Zweckmäßigerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Datentelegramm, das eine Mehrzahl von Nutzbits umfasst, innerhalb des fallenden Abschnitts einer Halbwelle des Versorgungssignals durch eine steigende Flanke eingeleitet, welche als Startbit demoduliert wird.
Je nach spezifischer Ausführungsform schließen sich an das Startbit mehrere Nutzbits, insbesondere zwei Nutzbits an, wobei das Datentelegramm durch eine weitere steigende Flanke abgeschlossen werden kann, welche als Stoppbit demoduliert wird. In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann damit durch die Kenntnis der Zeitdauer einer steigenden Flanke einschließlich der vorgeschalteten abfallenden Flanke für ein Bit die nach dem Startbit übermittelten Bitwerte ermittelt werden, wobei in dem zugeordneten Zeitbereich für einzelnes Bit ein erster Bitzustand beim Vorliegen einer steigenden Flanke und ein komplementärer Bitzustand beim Nichtvorliegen einer steigenden Flanke erkannt wird.
Zweckmäßigerweise wird ein einzelnes Datentelegramm innerhalb einer Halbwelle der Versorgungsspannung übermittelt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung von Information über einen Versorgungsleiter wird der Takt nicht übermittelt, insofern ist es zweckmäßig, eine Synchronisationssequenz vor der Übertragung von einem oder mehreren Datentelegrammen vorzusehen, beispielsweise durch drei direkt aufeinanderfolgende steigende Flanken mit jeweils vorgeschalteten negativen Flanken, wobei zweckmäßigerweise diese Synchronisationssequenz kein Stoppbit aufweist. Vorteilhaft wird die Synchronisationssequenz innerhalb des fallenden Abschnittes einer Halbwelle des Versorgungssignals getrennt von den Datentelegrammen übermittelt, die in nachfolgenden Halbwellen folgen.
Die steigende Flanke im Versorgungssignal wird bei der Demodulation zweckmäßigerweise unter Erfassung ihres Zeitgradienten ermittelt, wobei das Vorliegen einer steigenden Flanke dann festgestellt wird, wenn der Gradient eine vorgegebene Schwelle übersteigt. Wird innerhalb des einem Bit zugeordneten Zeitbereichs keine steigende Flanke erkannt, wird der zur steigenden Flanke komplementäre Bitwert zugeordnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die Schwelle zum Erkennen einer steigenden Flanke bei ca. 2 V/20 µs. Dabei hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass nach einer erkannten steigenden Flanke eine Totzeit von etwa 50 µs in den Zeitablauf einberechnet werden kann.
Zum Erkennen von Störungen bei der Übertragung kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass bei der Demodulation mit Beginn des Erkennens einer ersten steigenden Flanke eine Pufferung des demodulierten Signals durchgeführt wird. Diese Pufferung kann in Form einer Ringpuffers erfolgen, wobei die gepufferten Werte je nach Ausführungsform digital und/oder analog zwischengespeichert werden können. Diese Zwischenspeicherung dient insbesondere zum Erkennen von Störungen. Je nach spezifischem Protokoll ist nach der Startflanke nach einem vorgegebenen, von der Anzahl der übertragenden Nutzbits abhängigen Zeit das Stoppbit zu erkennen, andernfalls wird ein Fehler erkannt bzw. die gepufferten Werte nach protokollkonformen Daten untersucht. Wird andererseits beispielsweise eine vermeintliche Startflanke als Störung erkannt, so kann mit Hilfe der Pufferung nach der nächsten Flanke gesucht werden, das auch eine kurz nach einer Störung eingeleitete Übertragung korrekt demoduliert werden kann.
Bei der Detektion einer Synchronisationssequenz umfassend in einer Ausführungsform drei aufeinanderfolgende und jeweils mit einer abfallenden Flanke eingeleitete steigende Flanken innerhalb einer Halbwelle besteht zwar die Gefahr, dass eine Übertragung der Nutzbits „11” fälschlicherweise als eine Störung mit folgender Synchronisationssequenz erkannt und vom Empfänger falsch synchronisiert wird. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig den zeitlichen maximalen Abstand zwischen zwei positiven Flanken zur oben genannten Totzeit zu addieren.
Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Fehlererkennung bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass sowohl ein den Nutzdaten zugeordnetes Paritätsbit als auch ein den zusätzlich im Datentelegramm festgelegten Bits wie einem Startbit und/oder einem Stoppbit zugeordnetes Paritätsbit mit übertragen wird. In einer weiteren Ausführungsform kann zur Fehlererkennung bei der Übertragung der Steuerinformation beispielsweise auch ein Hamming-Code verwendet werden.
Vorteilhafterweise kann zwischen einer gültigen steigenden Signalflanke und der anliegenden Netzspannung anhand vorgegebener Grenzwerte unterschieden werden. Ausgehend vom Nulldurchgang der Netzspannung kann einerseits die Modulationsphase, welche beispielsweise zwischen 100 bis 130° Phase beginnt festgelegt werden, wobei der Momentanwert der Spannung ohne Modulation berechnet oder dadurch ermittelt wird, dass zunächst beim Betrieb des Leuchtmittels eine unmodulierte Netzspannung über eine Halbwelle gemessen und gespeichert wird und nachfolgend die gemessenen Werte benutzt werden, um festzustellen, ob eine steigende Modulationsflanke vorliegt oder nicht.
Vorrichtungsseitig löst die Erfindung die obenstehende Aufgabe mit einer Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist zur Modulation von Steuerinformation auf das über einen Versorgungsleiter übertragene Versorgungssignal in einem der obenstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Die Erfindung wird darüber hinaus gelöst durch eine Lampenbetriebseinrichtung mit einer Dekodereinrichtung, welche ausgebildet ist zum Demodulieren des Steuersignals und zum Betreiben eines Leuchtmittels nach dem obenstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung eignet sich für den Betrieb einer Vielzahl von Leuchtmittel, beispielsweise Leuchtstofflampen, LEDs oder OLEDs.
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
1 eine Lampenanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Prinzipskizze,
2 den beispielhaften zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Netzspannung mit aufmodulierter Steuerinformation,
3 einen zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten, modulierten Netzspannung zusammen mit der Steuerinformation sowie der demodulierten Steuerinformation in einer Detailansicht, und
4 eine beispielhafte Abfolge von digitaler Steuerinformation in aufeinanderfolgenden Netzhalbwellen
zeigt.
1 stellt eine beispielhafte Anordnung in einer Prinzipskizze dar zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem Steuerinformation einer Steuereinrichtung 10 an eine erste wechselstromversorgte Lampenanordnung umfassend eine als elektronisches Vorschaltgerät (EVG) 20 ausgebildete Lampenbetriebseinrichtung übertragen wird, von welcher eine Entladungslampe 30 gespeist ist. Die Gesamtvorrichtung ist an einem herkömmlichen Wechselspannungsnetz L, N angeschlossen. Dabei ist die Steuereinrichtung 10 über einen ersten Eingangsanschluss mit dem L-Leiter des Wechselspannungsnetzes verbunden, wobei das EVG 20 mit einem Ausgang der Steuereinrichtung 10 sowie mit der N-Leitung des Wechselspannungsnetzes verbunden ist.
In der betrachteten Anordnung sind neben der ersten Lampenanordnung weitere Lampenanordnungen an das Versorgungsnetz L, N angeschlossen, wobei in der Figur nur eine zweite Lampenanordnung umfassend ein EVG 60, welches eine Entladungslampe 70 speist, dargestellt ist. Das EVG 60 weist eingangsseitig innerhalb seines EMV-Filters 61 einen Entstörkondensator 64 auf, der im Gegensatz zum ersten EVG 20 eingangsseitig zu einem Gleichrichter 62 angeordnet ist, welcher einen Wechselrichter 63 versorgt. Der Wechselrichter treibt die Lampe 70, wobei der Betrieb unabhängig von der Steuereinrichtung 10 erfolgt. Das in 1 angegebene Gesamtsystem umfasst demnach verschiedenen Lampenanordnungen mit unterschiedlichen Ausführungen des EMV-Filters. Insbesondere kann es sein, dass bei einer oder mehreren Lampenanordnungen direkt an den Versorgungsanschlüssen Entstörkondensatoren verbaut sind.
In der beschriebenen Ausführungsform weist die Steuereinrichtung 10 einen Kontroller 11 sowie einen Modulator 12 auf zum Modulieren der Versorgungsspannung mit Steuerinformation, welche vom EVG 20 zum Betrieb der Lampe 30 verwendet wird.
Der Modulator 12 umfasst einen Gleichrichter sowie einen vom Kontroller 11 gesteuerten Schalter S1, zu welchem eine Zenerdiode ZD parallel angeordnet ist. Die Modulation der Netzspannung wird im Modulator 12 durch Erzeugung eines Spannungsabfalls bzw. -anstiegs mittels der Zenerdiode ZD bewirkt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Modulation der Versorgungsspannung beispielsweise mittels eines MOSFETs oder mit einem anderen Mittel zum Spannungsmodulieren realisiert sein.
Die Steuerinformation kann der Steuereinrichtung 10 beispielsweise über eine externe, insbesondere draht- oder funkgestützte Datenleitung übermittelt, über eine Eingabeeinrichtung vom Benutzer eingegeben oder beispielsweise auch durch die Verarbeitung von Sensorsignalen wie die einer Photodiode ermittelt werden.
Die modulierte Netzspannung liegt nun an allen angeschlossenen Lampenanordnungen an, wobei die übertragene Steuerinformation allein im ersten EVG zum Betrieb der Lampe 30 ausgewertet und zum Betrieb der Lampe verwendet wird. Die anderen Lampenanordnungen, insbesondere die in 1 gezeigte Anordnung umfassend das EVG 60 sowie die Lampe 70 werten das Steuersignal nicht aus, sondern betreiben die jeweilige Lampe in fest vorgegebener Weise.
Die am Eingang des EVGs 20 anliegende modulierte Netzspannung wird mittels eines Gleichrichters 21 gleichgerichtet, dessen Ausgang mittels eines schaltbaren Nebenschlusses 22 geschlossen werden kann, welcher in der dargestellten Ausführungsform eine Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Schalters S2 aufweist. Allgemein kann dieser Nebenschluss als gesteuerte Stromquelle ausgebildet sein.
Die Ausgangsspannung des Gleichrichters 21 liegt eingangsseitig an einem Dekoder 23 an, welcher die auf die Netzspannung aufmodulierte Steuerinformation rückgewinnt und diese rückgewonnene Steuerinformation über eine Steuerleitung 25 an einen Wandler übermittelt, der in der beschriebenen Ausführungsform als Wechselrichter 24 mit vorgeschaltetem EMV-Filter 27 ausgebildet ist und der mit der Ausgangsspannung des Gleichrichters versorgt wird. Der Dekoder steuert ferner über die Steuerleitung 26 den Schalter S2 des Nebenschlusses 22. Der Wechselrichter 24 betreibt die Entladungslampe 30 in Abhängigkeit der über die Versorgungsleitung an das EVG 20 übermittelten Steuerinformation. Diese Steuerinformation kann beispielsweise Information zum Dimmen oder Ein/Ausschalten der Entladungslampe 30 umfassen. Dabei kann die diesbezügliche Steuerinformation beispielsweise am Steuergerät 10 direkt eingestellt oder diesem mittels einer externen Steuerleitung der Steuereinrichtung 10 zugeführt werden.
2 zeigt einen beispielhaften realen Spannungsverlauf nach der Gleichrichtung der modulierten Netzspannung im EVG 20 für eine Netzperiode T. Die beiden, insbesondere durch das Impedanzverhalten der Zuleitung und der Entladungslampe 30 deformierten positiven Halbwellen weisen jeweils im abfallenden Bereich, welcher in der Figur mit dem Bezugszeichen PM gekennzeichnet ist, Spannungsvariationen auf, welche auf die Aufmodulation von Steuerinformation auf die Netzspannung zurückgehen.
Wie dem Fachmann wohlbekannt, erfolgt die eigentliche Versorgung der Entladungslampe beim Verzicht auf aktive Leistungsfaktor-Korrektur-Schaltungen im Wesentlichen im Bereich hoher Spannungsamplitudenwerte des Netzes, diese Bereiche sind in 2 mit dem Bezugszeichen PO gekennzeichnet. Jeweils zu Beginn des steigenden Abschnittes PS der Halbwellen erfolgt eine Versorgung der Steuereinrichtung 10, beispielsweise dadurch, dass durch den Dekoder 23 in diesem Phasenabschnitt der Halbwelle der Nebenschluss 22 zum Schließen geschaltet wird, wobei durch den dadurch verursachten Stromfluss ein nicht dargestellter Energiespeicher innerhalb der Steuereinrichtung 10 aufgeladen wird.
3 zeigt in einer Detaildarstellung den zeitlichen Verlauf der Zwischenkreisspannung VN am Ausgang des Gleichrichters 21 innerhalb des Modulationsabschnittes PM, wobei ferner phasenrichtig die digitale Steuerinformation VM am Modulator sowie die im Dekoder gewonnene Modulationsspannung VD dargestellt sind. Der Dekoder 23 steuert den Schalter S2 so an, dass der Nebenschluss 22 während der Demodulation der Steuerinformation aus dem Versorgungssignal geschlossen ist um während der Modulation und Demodulation der Steuerinformation definierte Potentialverhältnisse bereitzustellen.
Wie sich aus den angegebenen Zeitabläufen der 3 ergibt, wird im Modulator für das Aufmodulieren einer logischen 1 zunächst eine fallende Flanke des Netzsignals erzeugt. Kapazitive Leitungs- und Schaltungseffekte bzw. das Vorsehen des Entstörkondensator 64 an der zweiten Lampenanordnung 60, 70, der parallel zum Netz angeordnet ist, führen dazu, dass der Spannungsabfall im Zwischenkreis des EVGs 20 vergleichsweise langsam erfolgt, siehe 3. Diese Verzögerung geht im Wesentlichen auf die notwendige Zeit für die Umladung des Entstörkondensators 64 bzw. der Leitungsimpedanzen über den strombegrenzten Nebenschluss 22 zurück. Derartige Effekte führen letztlich dazu, dass das herkömmliche Verfahren zum Übertragen von Steuerinformation einer Steuereinrichtung an eine wechselstromversorgte Lampenanordnung fehlerhaft sein kann, da fallende Flanken bei der Demodulation nicht erkannt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Problem dadurch ausgeblendet, dass die Übertragung der Steuerinformation allein über das Einstellen und Erkennen einer steigenden Flanke im Versorgungssignal realisiert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Erzeugung einer steigenden Flanke durch das Einstellen einer fallenden Flanke eingeleitet. Die fallende Flanke kann im Modulator 12 beispielsweise durch das Zuschalten eines einstellbaren Widerstandes, insbesondere mittels eines Halbleiterschalters durchgeführt werden. In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird der Spannungsabfall über einen Zeitraum von etwa 100 µs aufrechterhalten und danach die anliegende Netzspannung wieder freigegeben, wodurch eine positive Flanke erzeugt wird, welche sich an die abfallende Flanke anschließt. In der beschriebenen Ausführungsform wird dieses Freigeben der Netzspannung über einen vorgegebenen, hier festen Zeitraum von 50 µs aufrechterhalten. Da das Laden vorhandener parasitärer Kapazitäten bzw. eines eventuell vorhandenen Entstörkondensators direkt aus dem Netz erfolgt, steht ein großer Ladestrom zur Ausbildung der steigenden Flanke zur Verfügung, sodass die Flankensteilheit bei der Erzeugung der positiven Flanke sehr viel größer ist als die der vorhergehend erzeugten negativen Flanke, deren Steilheit durch den vom Nebenschluss 22 bereitgestellten Endladestrom beschränkt wird, siehe 3.
Im Dekoder 23 wird der zeitliche Verlauf der Halbwellenspannung mittels eines AD-Wandlers erfasst. In der beschriebenen Ausführungsform wird eine steigende Flanke dann erkannt, wenn ein Gradient von > 2V/20 µs gemessen wird. Die ermittelten Spannungswerte werden auf einen Ringpuffer gegeben, um die über das Netz übermittelte Steuerinformation zurückzugewinnen.
Wie aus 3 ersichtlich, sind die Zeitdauern für einen Bitzustand in der Modulationseinrichtung 12 entsprechend dem am Modulator vorliegenden digitalen Signal VM unterschiedlich zu denen der zugeordneten Leitungszustände der Versorgung und damit zu denen des demodulierten Steuersignals. Der Bitzustand verlängert sich in der beschriebenen Ausführungsform um die Totzeit τ, welche der Zeitdauer der steigenden Flanke entspricht.
Bei der Übertragung des nachfolgenden komplementären Bitzustandes 0 wird durch den Modulator 12 keine fallende und keine nachfolgende steigende Flanke im Versorgungssignal erzeugt, sodass sich für die diesbezügliche Zeitdauer des gleichgerichteten Versorgungssignals der in 3 angegebene Verlauf für das zweite mit der Versorgungsspannung übertragene Bit ergibt, welcher den normalen zeitlichen Abfall der Versorgungsspannung im betrachteten abfallenden Abschnitt der Halbwelle darstellt. Auch bei der Übertragung des komplementären Bitzustands wird die angegebene Totzeit τ berücksichtigt, um beide möglichen Bitzustände bei der Demodulation zu differenzieren.
In dem dargestellten Beispiel werden dann aufeinanderfolgend zwei weitere Bits übertragen, welche hier jeweils dem Zustand 1 entsprechen und demnach wiederum eine Abfolge einer abfallenden Flanke und einer ansteigenden Flanke in der gleichgerichteten Versorgungsspannung umfassen. Wie in 3 angegeben, ist im gleichgerichteten Versorgungssignal innerhalb des Abschnittes PM die Bitsequenz „1011” aufmoduliert, die wie beschrieben in dem Dekoder 23 wiederhergestellt wird. Hierzu wird die gleichgerichtete Versorgungsspannung auf einen AD-Wandler gegeben und die ermittelten Werte in einem Ringpuffer abgelegt.
In der beschriebenen Ausführungsform wird innerhalb einer Halbwelle im Zeitabschnitt PM ein einzelnes Datentelegramm 50 übermittelt, welches mit einem Startbit 51 eingeleitet und mit einem Stoppbit 54 beendet wird, siehe 4. Zwischen diesen werden zwei einzelne Nutzbits 52, 53 übertragen, wobei in der dargestellten Ausführungsform sowohl das Startbit als auch das Stoppbit einer logischen 1 entspricht und demnach mit einer fallenden Flanke und einer nachfolgenden steigenden Flanke auf das Versorgungssignal aufmoduliert wird. Die gespeicherten Werte werden dann nach dem Auftreten eines Startbits untersucht und nachfolgend die beiden Nutzbits identifiziert, nach welchen ein Stoppbit erfasst werden muss. Dabei ist das Timing für die einzelnen Bits durch die obenstehend angegebenen ersten und zweiten Zeiträume von 100 µs und 50 µs vorgegeben. Die Übertragung eines Datentelegramms dauert in der beschriebenen Ausführungsform demnach 4 × 150 µs, d.h. 600 µs. Kann nicht protokollkonform nach den beiden Nutzbits ein Stoppbit erfasst werden, wird in der Aufnahme wieder zurückgespult und weiter nach einem möglichen Startbit gesucht.
In der beschriebenen Ausführungsform wird bei der Übertragung der Steuerinformation über die Versorgungsleitung der Takt nicht mit übertragen, insofern wird eine Datenübertragung zunächst mit einer Synchronisationssequenz 40 eingeleitet, siehe 4. Dabei umfasst diese Synchronisationssequenz drei Bits mit dem Wert 1, d.h. sie umfasst drei steigende Flanken. Mit der gleichen Synchronisationssequenz 40 wird die Datenübertragung beendet, siehe 4, welche die Übermittlung von fünf Datentelegrammen 50 in aufeinanderfolgenden Halbwellen der Versorgungsspannung zeigt. Wie obenstehend erläutert, sind die beiden Nutzbits jeweils zwischen Startbit und Stoppbit innerhalb eines einzelnen Datentelegramms platziert. In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden weitere Bits zur Fehlererkennung mit übertragen.
Die im Dekoder 23 rückgewonnene und einen Dimmwert angebende Steuerinformation wird über die Steuerleitung 25 an den Wechselrichter 24 übermittelt, welcher die Entladungslampe 30 entsprechend betreibt.
Bezugszeichenliste

10: Steuereinrichtung
11: Kontroller
12: Modulator
13: Versorgungsleitung
20: EVG
21: Gleichrichter
22: Zwischenkreis
23: Dekoder
24: Wechselrichter
25, 26: Steuerleitung
27: EMV-Filter
30: Entladungslampe
40: Synchronisationssequenz (3 Bits „High”)
50: Datentelegramm (4 Bits)
51: Startbit
52, 53: Nutzbit
54: Stopbit
60: EVG
61: EMV-Filter
62: Gleichrichter
63: Wechselrichter
64: Entstörkondensator
70: Entladungslampe
L, N: Wechselstromanschluss
PS: Ladephase
PO: Betriebsphase
PM: Modulationsphase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009051968 A1 [0002, 0004]

Claims

Verfahren zum Übertragen von Steuerinformationen einer Steuereinrichtung (10) an eine wechselstromversorgte Lampenanordnung umfassend eine Lampenbetriebseinrichtung (20) und zumindest ein von der Lampenbetriebseinrichtung gespeistes Leuchtmittel (30), wobei ein erster Eingangsanschluss der Steuereinrichtung (10) mit einem L-Leiter eines Wechselstromnetzes verbunden wird, und die Lampenbetriebseinrichtung einen ersten und zweiten Versorgungsanschluss aufweist, von welchen der erste Versorgungsanschluss über einen Versorgungsleiter mit einem Versorgungsausgang der Steuereinrichtung verbunden wird, und der zweite Versorgungsanschluss der Lampenbetriebseinrichtung mit dem N-Leiter des Wechselstromnetzes verbunden wird, und wobei die Steuerinformation von der Steuereinrichtung auf das über den Versorgungsleiter übertragene Versorgungssignal aufmoduliert, von einer der Lampenbetriebseinrichtung zugeordneten Dekodereinrichtung (23) demoduliert und zum Betreiben des Leuchtmittels (30) verwendet wird, wobei zumindest vor oder zu Beginn des Aufmodulierens ein parallel zur Lampenanordnung angeordneter, strombegrenzter Nebenschluss (22) geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet ist, dass das Demodulieren des Versorgungssignals zum Erfassen der Steuerinformation nach einem Protokoll durchgeführt wird, das allein auf dem Erkennen einer steigenden Flanke im fallenden Abschnitt einer Halbwelle des Versorgungssignals beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch zum Erzeugen einer steigenden Flanke auf dem Versorgungssignal zunächst ein Spannungsabfall des Versorgungssignal über einen ersten Zeitraum erzeugt wird, und danach die aktuelle Netzspannung über einen zweiten Zeitraum durchgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitraum etwa 70 μs bis 130 μs, insbesondere 100 μs beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zeitraum geringer als der erste Zeitraum eingestellt wird, insbesondere auf etwa die Hälfte des ersten Zeitraums.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der im ersten Zeitintervall erzeugte Spannungsabfall des Versorgungssignals zwischen 10 bis 14 Volt beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die steigende Flanke in der Dekodereinrichtung (23) als ein erster Bitzustand und das Nichtvorliegen einer steigenden Flanke als komplementärer Bitzustand erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der steigenden Flanke die Erzeugung des Spannungsabfalls und die Durchschaltung der aktuellen Netzspannung direkt aufeinanderfolgend ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Datentelegramm innerhalb des fallenden Abschnitts einer Halbwelle des Versorgungssignals durch eine steigende Flanke eingeleitet wird (Startbit).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Startbit 2 Nutzbits anschließen und das Datentelegram durch eine steigende Flanke (Stopbit) abgeschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn einer Datenübertragung durch drei aufeinanderfolgende steigende Flanken ohne das Vorsehen einer Stopbits eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Demodulation ein Zeit-Gradient der Netzspannung ermittelt wird, wobei das Vorliegen einer steigenden Flanke festgestellt wird, wenn der Gradient eine vorgegebene Schwelle übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Demodulation mit Beginn des Erkennens einer ersten steigenden Flanke (Startbit) die zeitliche Abfolge von erkannten steigenden Flanken zwischengespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischengespeicherte zeitliche Abfolge von erkannten steigenden Flanken nach einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge von steigenden Flanken entsprechend einem vorgegebenen Datentelegramm geprüft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlererkennung sowohl ein den Nutzdaten zugeordnetes Paritätsbit als auch ein den zusätzlich im Datentelegramm festgelegten Bits wie einem Startbit und/oder einem Stoppbit zugeordnetes Paritätsbit übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlererkennung bei der Übertragung der Steuerinformation ein Hamming-Code verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von vorgegebenen Grenzwerten zwischen einer gültigen steigenden Signalflanke und der anliegenden Netzspannung unterschieden wird.
Steuereinrichtung (10), ausgebildet zur Modulation von Steuerinformation auf das über den Versorgungsleiter übertragene Versorgungssignal in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Lampenbetriebseinrichtung mit einer Dekodereinrichtung, ausgebildet zum Demodulieren des Steuersignals und zum Betreiben eines Leuchtmittels in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16.