DE102012220761A1

DE102012220761A1 - Multifunktionales Betriebsgerät zum Versorgen eines Verbrauchers wie einer LED-Einrichtung

Info

Publication number: DE102012220761A1
Application number: DE201210220761
Authority: DE
Inventors: Günter Schreyer; Thomas Kremer
Original assignee: BAG Engineering GmbH
Current assignee: Bag Electronics GmbH
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum Versorgen eines Verbrauchers wie eines LED-Moduls, umfassend eine Konvertereinrichtung zum Anschluss an ein Versorgungsnetz, insbesondere eine an ein Wechselstromnetz anschließbare Gleichrichtereinrichtung, mit einem Ausgang zum Versorgen eines Zwischenkreises, an den zumindest eine Ausgangsstufe angeschlossen ist, wobei die Ausgangsstufe den Verbraucher mit einem Gleichstrom speist und einen von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit der am Verbraucher anliegenden Spannung gesteuerten Schalter aufweist, wobei eine Spannungserfassungsschaltung zur Erfassung der am Verbraucher anliegenden Spannung angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Betriebsgerät zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannungserfassungsschaltung einen einzelnen Transistor umfasst, der über einen Widerstand mit einem ersten Ausgangsanschluss der den Verbraucher speisenden Ausgangstufe und dessen Steuereingang mit einem zweiten Ausgangsanschluss der Ausgangstufe verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum Versorgen eines Verbrauchers wie eines LED-Moduls, umfassend eine Konvertereinrichtung zum Anschluss an ein Versorgungsnetz, insbesondere eine an ein Wechselstromnetz anschließbare Gleichrichtereinrichtung, mit einem Ausgang zum Versorgen eines Zwischenkreises, an dem zumindest eine Ausgangsstufe angeschlossen ist, wobei die Ausgangsstufe den Verbraucher mit einem Gleichstrom speist und einen von einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit der am Verbraucher anliegenden Spannung gesteuerten Schalter aufweist, wobei eine Spannungserfassungsschaltung zur Erfassung der am Verbraucher anliegenden Spannung angeordnet ist.
In derartigen, herkömmlichen Betriebsgeräten können aufgrund der Spannungserfassung die Ausgangsspannung der Ausgangsstufe sehr genau gesteuert bzw. geregelt werden, insbesondere um den angeschlossenen Verbraucher wie beispielsweise ein LED-Model mit genauen Spannungs- bzw. Leistungsvorgaben zu betreiben. Auf dem Gebiet sind Messschaltungen bekannt, bei welchen ein zusätzlicher Verbrauchstrom durch den Messzweig erzeugt wird, was im Falle eines LED-Moduls zu einem sichtbaren Glimmen führen kann. Die auch bekannte Spannungsmesseinrichtung in Form eines Stromspiegels vermeidet zwar den zusätzlichen Messstrom durch den Verbraucher, ist jedoch mit einer vergleichsweise hohen Bauteilezahl verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angegebenen Nachteile herkömmlicher Betriebsgeräte zum Versorgen eines Verbrauchers wie eines LED-Moduls zumindest teilweise zu beheben.
Überrascherweise wird diese Aufgabe schon mit einem Betriebsgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Betriebsgerät zeichnet sich dadurch aus, dass die Spannungserfassungsschaltung einen einzelnen Transistor aufweist, der über einen Widerstand mit einem ersten Ausgangsanschluss der den Verbraucher speisenden Ausgangsstufe und dessen Steuereingang mit einem zweiten Ausgangsanschluss der Ausgangsstufe verbunden ist. Mit der beschriebenen Gestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes wird einerseits erreicht, dass beim Erfassen der Spannung der Ausgangsstufe kein zusätzlicher Verbrauchsstrom erzeugt wird und andererseits gegenüber einem herkömmlicherweise verwendeten Stromspiegel eine geringere Anzahl von Bauteilen benötigt werden. Darüber hinaus wird gegenüber einem herkömmlichen Stromspiegel bei gleicher Widerstandsdimensionierung die durch die Spannungserfassung verursachte Verlustleistung halbiert. Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsgerät lässt sich somit die Ausgangsstufe exakt steuern bzw. regeln, ohne dass die ansonsten mit der notwendigen Spannungserfassungsschaltung verursachten Nachteile im wesentlichen Maße auftreten.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind in den Unteransprüchen sowie der allgemeinen Beschreibung und der Figurenbeschreibung angegeben.
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass ein weiterer Anschluss des Transistors der Spannungserfassungsschaltung über einen Messwiderstand mit einem Bezugspotential verbunden ist, und über den Messwiderstand eine Messspannung abgegriffen wird, wobei die Steuereinrichtung aus der abgegriffenen Messspannung die Spannung am Verbraucher, d. h. die Ausgangsspannung der Ausgangsstufe ermittelt. Durch diese gestalterische Maßnahme wird erreicht, dass die Spannungserfassung bezogen auf ein vorgegebenes Bezugspotential, beispielsweise auf Masse durchgeführt werden kann, ohne dass ein zusätzlicher Verbrauchsstrom im angeschlossenen Verbraucher erzeugt wird. Insofern stellt die Spannungserfassungsschaltung eine Schaltung dar, welche die zu bestimmende Spannung schaltungstechnisch in eine leicht zu messende Spannung umwandelt, aus welcher die zu bestimmende Spannung ermittelbar ist.
Zweckmäßigerweise kann der Transistor der Spannungserfassungsschaltung als kostengünstiger bipolarer Transistor, insbesondere als PNP-Transistor ausgebildet sein.
Um eine möglichst genaue Spannungsermittlung, insbesondere zum Zwecke der Versorgung des Verbrauchers, bereitzustellen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass eine Speichereinrichtung umfasst ist, in welchem eine Kennlinie des Transistors der Spannungserfassungsschaltung hinterlegt ist, welche eine Flussspannung in Abhängigkeit eines Transistorstromes angibt. Dabei kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein zum Berechnen der Spannung am Verbraucher unter Berücksichtigung der abgegriffenen Messspannung und der abgelegten Kennlinie. Auch kann vorgesehen sein, dass ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Transistors der Spannungserfassungsschaltung umfasst ist und in einem Speicher eine Temperaturkennlinie des Transistors hinterlegt ist, welche eine Flussspannung in Abhängigkeit der Temperatur angibt, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist zum Berechnen der Spannung am Verbraucher unter Berücksichtigung der abgegriffenen Messspannung und der abgelegten Kennlinie. Besonders zweckmäßig kann es dabei sein, wenn mehrere, die Messgenauigkeit beeinflussende Parameter, wie die Abhängigkeit der BE-Spannung des Transistors von Strom und Temperatur, Toleranzen der Mess-Bauteile etc., bei der Ermittlung der Spannung am Verbraucher berücksichtigt werden.
Um bei einem Betriebsgerät, bei welchem zumindest eine Ausgangsstufe eine PWM-Ansteuerung umfasst, beispielsweise um ein Dimmen eines als Verbraucher angeschlossenen Leuchtmittels bereitzustellen, eine störungsfreie Erfassung der Spannung am Verbraucher zu realisieren, kann zusätzlich zur Spannungserfassungsschaltung eine Austasteinrichtung zum Austasten der Messspannung im Ansprechen auf die Steuerung der Ausgangsstufe vorgesehen sein.
Ist die Ausgangsstufe beispielsweise als Tiefsetzsteller oder Hochsetzsteller mit einem diesbezüglichen Schalter ausgebildet, kann die Austasteinrichtung zum Austasten der Messspannung abhängig von der Schalterstellung dieses Schalters der Ausgangsstufe gesteuert werden. Eine besonders kostengünstige Ausführung kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Austasteinrichtung einen Transistor umfasst, dessen Steuereingang mit dem Steuereingang des Schalters des Tiefsetzsteller bzw. des Hochsetzstellers verbunden ist. Vorteilhafterweise kann bei dieser Ausführungsform die Spannungserfassungsschaltung mit einem einzelnen Transistor und die Austasteinrichtung jeweils mit einem einzelnen Transistor betrieben werden.
Um die Funktionalität des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes zu erhöhen, kann eine zweite, wie die erste von dem Zwischenkreis versorgte Ausgangsstufe vorgesehen sein, welche in unterschiedliche Betriebszustände bringbar ist, wobei in einem ersten Betriebszustand die Ausgangsstufe einen Energiespeicher aus dem Zwischenkreis lädt und in einem zweiten Betriebszustand die zweite Ausgangstufe den Zwischenkreis aus dem Energiespeicher versorgt. Hierbei kann der Energiespeicher ein zum Betriebsgerät interner oder auch ein externer Energiespeicher vorgesehen sein, der beispielsweise als Akkumulator ausgebildet sein kann.
Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Betriebsgerät mit einer einzelnen Ausgangsstufe je nach Betriebszustand dieser Ausgangsstufe der Zwischenkreis versorgt oder der Energiespeicher aufgeladen wird, kann einerseits die Funktionalität eines Notlichtbetriebsgerätes bereitgestellt werden, andererseits kann dies mit einem verminderten Hardwareaufwand erfolgen, da diese zweite Ausgangsstufe je nach Betriebszustand den Energiespeicher laden oder über diesen Energiespeicher den Zwischenkreis versorgen kann, sodass über diesen Zwischenkreis und eine andere Ausgangsstufe, an welchem ein Verbraucher wie ein LED-Model angeschlossen ist, letzteres betrieben werden kann.
Zweckmäßigerweise umfasst die Ausgangsstufe ein Schaltmittel zum wahlfreien Einstellen dieser beiden unterschiedlichen Betriebszustände der zweiten Ausgangsstufe. Dabei kann die zweite Ausgangsstufe vorteilhafterweise durch einen Schaltkreis bereitgestellt sein, zumindest umfassend einen steuerbaren Schalter, eine Drossel, eine Diode sowie das Schaltmittel zum Einstellen der unterschiedlichen Betriebszustände der Ausgangsstufe. Zweckmäßigerweise sind diese Bauteile angeordnet, um in einem ersten Betriebszustand der zweiten Ausgangsstufe die Funktion eines Tiefsetzstellers bereitzustellen und in dem anderen Betriebszustand der zweiten Ausgangsstufe die Funktion eines Hochsetzstellers. Vorzugsweise werden die beiden Betriebszustände der zweiten Ausgangsstufe durch Steuern des Schaltmittels eingestellt, wobei dieses Schaltmittel vorzugsweise zwei Wechsler, beispielsweise in Form eines Relais mit zwei Wechslern, ausgebildet sein kann.
Zweckmäßigerweise ist das erfindungsgemäße Betriebsgerät so gestaltet, dass der Eingangskreis sowie die erste und zweite Ausgangsstufe in einem Gehäuse des Betriebsgeräts angeordnet sind, wobei die zweite Ausgangsstufe das besagte Schaltmittel umfasst. In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann jedoch auch vorgesehen sein, dass dieses Schaltmittel der zweiten Ausgangsstufe außerhalb des Betriebsgerätes angeordnet ist und zusammen mit der im Betriebsgerät angeordneten zweiten Ausgangsstufe eine „erweiterte Ausgangsstufe” bildet.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Betriebsgerät einen Ausgangsanschluss auf, welcher auf dem Bezugspotential des Zwischenkreises liegt. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass in solchen Fällen, bei welchen die erweiterte zweite Ausgangsstufe ein extern zum Betriebsgerät angeordnetes Schaltmittel umfasst, letzteres so verschaltet werden kann, dass die zweite Ausgangsstufe in die beiden Betriebszustände durch Steuern oder Selbststeuern des Schaltmittels versetzt werden kann.
Zweckmäßigerweise umfasst der Zwischenkreis eine Kondensatoreinrichtung, welche im zweiten Betriebszustand der zweiten Ausgangsstufe als Ausgangskapazität für den durch die zweite Ausgangsstufe gebildeten Hochsetzsteller dient. Durch diese Maßnahme kann ein ansonsten notwendiges zusätzliches Bauteil eingespart werden, da die besagte Kondensatoreinrichtung sowohl zum Puffern der Zwischenkreisspannung als auch als Kapazität eines Hochsetzstellers schaltbar ist.
Zweckmäßigerweise kann in einer Ausführungsform bei dem erfindungsgemäßen Betriebsgerät nicht nur die erste Ausgangsstufe, welche einen Verbraucher wie ein LED-Modul speist, sondern auch die zweite Ausgangsstufe, welche je nach Betriebszustand einen Energiespeicher speist bzw. den Zwischenkreis versorgt, mit einer wie obenstehend beschriebenen Spannungserfassungsschaltung ausgestattet sein, um den Betrieb des Gerätes wie beispielsweise das Laden des Energiespeichers, das Steuern der Betriebszustände des Betriebsgerätes und/oder das Versorgen des Zwischenkreises über den Energiespeicher zu steuern.
Es sei festgestellt, dass die Angabe „erste Ausgangsstufe” bzw. „zweite Ausgangsstufe” jede beliebige der vom Zwischenkreis versorgten Ausgangsstufen sein kann. Die Anzahl der Ausgangsstufen des Betriebsgerätes kann grundsätzlich beliebig und an das spezifische Versorgungsproblem angepasst sein und ist letztlich von der Dimensionierung des Eingangskreises abhängig.
Somit kann das erfindungsgemäße Betriebsgerät zum Betreiben einer Vielzahl von Verbrauchern ausgebildet sein, um diese auch beim Wegfall eines äußeren Versorgungsnetzes zu betreiben, insbesondere als Notlichtbetriebsgerät zum Betreiben eines Leuchtmittels nach dem Erkennen des Ausfalls des Versorgungsnetzes.
Zweckmäßigerweise kann das erfindungsgemäß gestaltete Betriebsgerät mit einem daran angeschlossenen Schaltmittel zu einem Betriebssystem erweitert werden, wobei das Schaltmittel derartig an das Betriebsgerät angeschlossen ist, dass eine obenstehend beschriebene erweiterte Ausgangsstufe verschaltet ist, welche in einen ersten und einen zweiten Betriebszustand versetzbar ist.
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Betriebsgerätes mit zwei Ausgangsstufen in einer schematischen Darstellung, und
2 die Ausführungsform gemäß 1 bezüglich des Aufbaus einer Ausgangsstufe im Detail
zeigt.
1 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes, programmierbares Notlichtbetriebsgerät 1 mit einem Eingangskreis, welcher in der beschriebenen Ausführungsform eine Konvertereinrichtung 10 in Form einer Gleichrichterschaltung zum Wandeln der anliegenden Wechselspannung des externen Wechselspannungsnetzes N, L(D) in eine Gleichspannung eines Zwischenkreises 20 umfasst. Der Zwischenkreis 20 weist einen Pufferkondensator 21 auf. Je nach spezifischer Anwendung kann die Konvertereinrichtung 10 zusätzlich einen Leistungsfaktorkorrekturfilter aufweisen. In der beschriebenen Ausführungsform werden vom Zwischenkreis 20 zwei Ausgangsstufen 30, 40 gespeist, wobei die erste Ausgangsstufe einen Verbraucher wie eine LED-Reihenschaltung 100 oder einen Ventilator 110 speist. In einer nicht dargestellten Ausführungsform können weitere Ausgangsstufen vorgesehen sein, beispielsweise eine weitere, welche eine aktive Kühleinrichtung für das von der ersten Ausgangsstufe gespeiste LED-Modul treibt.
In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Ausgangsstufe 30 als herkömmlicher Tiefsetzsteller ausgebildet, umfassend den Schalter 31, die Induktivität 32, die Diode 33 sowie den Kondensator 34. Die Höhe der Ausgangsspannung der Ausgangsstufe 30 wird durch geregeltes Ein- und Ausschalten des Schalters 31 von der Steuerungseinrichtung 50 des Betriebsgerätes mit Notlichtfunktion 1 gesteuert. Dabei fließt während der Einschaltzeit des Transistors 31 ein Laststrom durch die Induktivität 32 sowie durch den Verbraucher 100, 110; die Diode 33 sperrt während dieses Zeitabschnittes. Der Verbraucherstrom wird in dieser Phase über den Messwiderstand 35 ermittelt. Während der Ausschaltphase des Schalters 31 dient die Induktivität 32 als Energiespeicher, der Laststrom durch den Verbraucher 100, 110 fließt weiter. In diesem Zeitabschnitt wird der Kreis durch die Diode 33 geschlossen.
Die Ausgangspannung der ersten Ausgangsstufe 30 liegt an den Anschlüssen 38A, 38B an. Die Steuereinrichtung 50 erfasst diese Ausgangsspannung mittels einer Spannungserfassungs- und Austastschaltung 150, welche im Detail untenstehend mit Bezug auf 2 näher erläutert wird. Auf der Basis der gemessenen Ausgangsspannung der ersten Ausgangsstufe, d. h. der Spannung an dem jeweiligen Verbraucher 100 bzw. 110 kann die Steuereinrichtung 50 den Schalter 31 ansteuern, um beispielsweise auf eine vorgegebene Ausgangsspannung oder Ausgangsleistung zu regeln.
Die zweite Ausgangsstufe 40, welche wiederum von dem Zwischenkreis 20 gespeist wird, ist identisch zu der Ausgangsstufe 30 aufgebaut, d. h. als Tiefsetzsteller mit einem Schalter 41, einer Induktivität 42, einer Diode 43 sowie einem Kondensator 44. Der Verbraucherstrom wird in der leitenden Phase des Schalters 41 über den Messwiderstand 45 ermittelt. Die Ausgangsspannung der Ausgangsstufe 40 für den Tiefsetzsteller liegt an den Ausgangsanschlüssen 48A, 48B an. Auch die an den Anschlüssen 48A, 48B anliegende Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom der Ausgangsstufe 40 wird durch Ansteuern des Schalters 41 über die Steuereinrichtung 50 eingestellt. Auch zu der zweiten Ausgangsstufe 40 ist eine Spannungs- und Austastschaltung 150 vorgesehen, über welche die Steuereinrichtung 50 die Ausgangsspannung in der Stufe an den Anschlüssen 48A, 48B erfasst. In der beschriebenen Ausführungsform sind die in den jeweiligen Ausgangsstufen angeordneten Schaltungen 150 identisch aufgebaut.
Wie aus 1 ersichtlich, weist das erfindungsgemäße Betriebsgerät 1 mit programmierbarer Notlichtfunktion in Bezug auf die zweite Ausgangsstufe 40 ausgangsseitig einen dritten Anschluss 48C auf, welcher mit dem Bezugspotential des Zwischenkreises verbunden ist. Diese drei Ausgangsanschlüsse 48A, 48B und 48C sind über ein als Relais 60 ausgebildetes Schaltmittel in der dargestellten Weise mit dem Akku 120 verbunden.
In der dargestellten Ausführungsform wird die Relaisspule 61 des Relais 60 über das Versorgungsnetz N, L(D) gesteuert. Solange die Netzspannung vorliegt, sind die Relaiskontakte A geschlossen, sodass der Akkumulator 120 wie obenstehend beschrieben über den Tiefsetzsteller der Ausgangsstufe 40 geladen werden kann, was über die Steuereinrichtung 50 gesteuert wird.
Beim Ausfall des Netzes N, L(D) fällt das Relais 60 in seine Ruhestellung, die Kontakte B sind geschlossen, d. h. der Akkumulator 120 wird mit den Anschlüssen 48B, 48C verbunden wie in 1 angegeben. Wie der Fachmann erkennt, arbeitet nun die Ausgangsstufe 40 zusammen mit dem externen Relais 60 als Hochsetzsteller, wobei die Steuereinrichtung den Netzausfall erkennt und den Schalter 41 entsprechend ansteuert, und wobei der Kondensator 21 des Zwischenkreises als Ausgangskondensator des Hochsetzstellers wirkt. In dieser Hinsicht kann eine erweiterte Ausgangsstufe des erfindungsgemäß gestalteten Betriebsgerätes mit programmierbarer Notlichtfunktion identifiziert werden, welche sich aus der wie angegeben verschalteten Ausgangsstufe 40 und dem externen Relais 60 zusammensetzt und die in der Figur mit dem Bezugszeichen 80 versehen ist.
Die Steuereinrichtung 50 kann insbesondere den Ausfall des Netzes über die Sensoranschlüsse F1 und/oder F2 erfassen. Im Ansprechen auf das Erkennen des Ausfalls des Netzes steuert die Steuereinrichtung 50 den Schalter 41 als Schalter des beschriebenen Hochsetzstellers derart an, dass eine vorgegebene Zwischenkreisspannung zum Betrieb der ersten Ausgangsstufe 30 bereitgestellt werden kann. Die Sensorleitung F2 stellt für eine diesbezügliche Regelung die Momentanspannung im Zwischenkreis 20 für die Steuereinrichtung 50 bereit.
Die zweite Ausgangsstufe 40, 80 der in 1 angegebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes mit programmierbarer Notlichtfunktion kann in zwei unterschiedliche Betriebszustände versetzt werden. Dies geschieht in der Regel abhängig vom Zustand des externen Eingangs- oder des Versorgungsnetzes N, L(D), wobei in einem ersten Betriebszustand der zweiten Ausgangsstufe 40, 80 der Akkumulator 120 aus dem Zwischenkreis 20 geladen und im zweiten Betriebszustand der zweiten Ausgangsstufe 40, 80 dieser Zwischenkreis 20 aus dem Akku 120 versorgt wird. Die beiden unterschiedlichen Betriebszustände werden dabei zum einen durch unterschiedliche Schaltstellungen des Relais 60 erzeugt, wobei dieses Relais in der beschriebenen Ausführungsform in Abhängigkeit des Zustandes des Eingangsnetzes N, L(D) selbstgesteuert ist. Ferner steuert die Steuereinrichtung 50 den Schalter 41 der zweiten Ausgangstufe 40, 80 in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustands der zweiten Ausgangstufe 40, 80, d. h. entweder zum Speisen des Zwischenkreises 20 oder zum Laden des Akkus 120.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das hier als Relais 60 ausgebildete Schaltmittel von der Steuereinrichtung 50 des Betriebsgerätes oder durch eine zentrale Steuerung, beispielsweise über einen Bus oder eine andere Steuerleitung gesteuert wird.
Grundsätzlich besteht erfindungsgemäß auch die Möglichkeit, dass die innerhalb eines Betriebsgerätes angeordnete Steuereinrichtung 50 den Zustand der Dauerphase L(D) überwacht und nach dem Erkennen eines Netzausfalls die als Energiespeicherladungsschaltung arbeitende zweite Ausgangsstufe 40 auf den bevorstehenden Betriebsmodus-Wechsel vorbereitet. Beispielsweise kann nach dem Erfassen des Netzausfalls der Ladestrom unterbrochen, die zweite Ausgangsstufe auf die Funktion „Hochsetzsteller” umkonfiguriert und ferner die das Leuchtmittel speisende erste Ausgangstufe auf die Abgabe einer Notlichtleistung eingestellt werden, um eine unnötige Entladung des Zwischenkreises 20 zu verhindern. Im nächsten Schritt kann dann auf den Spannungswechsel am Ausgang der zweiten Ausgangsstufe gewartet und nach Erkennen des Spannungswechsels der Zwischenkreis aus dem Energiespeicher gespeist werden. Andererseits ist es in einer weiteren Ausführungsform auch möglich, dass die Steuereinrichtung nach dem Erkennen eines Netzausfalls mittels einer weiteren Schnittstelle das Schaltmittel, z. B. ein Relais umschaltet.
Wie aus 1 ersichtlich, erfasst das Notlichtbetriebsgerät 1 in der angegebenen Ausführungsform den Zustand des Schalters S1 über den Sensoranschluss F3 und die zugeordnete Einrichtung 90, von welcher Information über die erfasste Schalterstellung an die Steuereinrichtung 50 weitergegeben wird. Darüber hinaus weist das Betriebsgerät eine Schnittstelle 95 auf, mit welcher das Gerät an externe Steuerleitungen oder einen Bus angeschlossen werden kann, beispielsweise zur Verbindung mit einer zentralen Steuereinrichtung.
In 1 ist die Spannungserfassungs- und Austastschaltung 150 zur jeweiligen Ermittlung der Ausgangsspannung und zur gesteuerten Austastung der Messung für die jeweilige Ausgangsstufe nur schematisch dargestellt. Sie ist einerseits mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen 38A, 38B bzw. 48A, 48B sowie mit dem Bezugspotential des Zwischenkreises und dem jeweiligen Steuereingang des jeweiligen Schalters 31 bzw. 41 verbunden. 2 zeigt beispielhaft nochmals die erste Ausgangsstufe 30, die eingangsseitig an dem Zwischenkreis 20 angeschlossen ist, siehe 1 und an welche angangsseitig an deren Anschlüssen 38A, 38B beispielsweise das LED-Modul 100 angeschlossen ist, siehe 1. 2 zeigt ferner den Aufbau der Spannungserfassungsschaltung 70 im Detail, darüber hinaus ist noch ein Austastschalter in Form einer Transistors 140 vorgesehen. Wie obenstehend angegeben, umfasst die zweite Ausgangsstufe, an welche ausgangsseitig über das Relais 60 der Akkumulator 120 angeschlossen ist, eine baugleiche Spannungserfassungs- und Austastschaltung 150 zur Erfassung der aktuellen Spannung an den Ausgangsanschlüssen 48A, 48B, siehe 1. Die jeweiligen Spannungserfassungsschaltungen 70 werden zum Erkennen der jeweiligen Betriebssituation des Notlichtbetriebsgerätes 1 bzw. des Eingangsnetzes N, L(D) oder auch zur genauen Steuerung der Ausgangswerte wie Ausgangsspannung oder -leistung der jeweiligen Ausgangsstufen 30, 40 genutzt. Aufgrund der Stromerfassung durch Spannungsmessung am Messwiderstand 35 bzw. 45 und der Spannungserfassung über den Messwiderstand 73 kann die Steuereinrichtung 50 auch die von der jeweiligen Ausgangsstufe abgegebene Leistung ermitteln und steht zur Steuerung bzw. Regelung der jeweiligen Ausgangsstufe zur Verfügung. In der beschriebenen Ausführungsform weist die Steuereinrichtung zugeordnete A/D-Wandler auf, um die Spannungen an den Messwiderständen 35, 45 bzw. 73 zu ermitteln.
Fällt bei dem Betriebsgerät gemäß 1 und den mit Spannungsverfassungseinrichtungen 70 ausgestatteten Ausgangsstufen 30, 40 das Versorgungsnetz aus, kann die Steuereinrichtung 50 das Schalten des Relais 60 durch die gemessene abnorme Spannung an den Anschlüssen 48A, 48B erkennen und beispielsweise die beschriebene zweite Betriebsart der zweiten Ausgangstufe steuern. Wird z. B. die zweite Ausgangstufe in der ersten Betriebsart zum Laden des Speichers 120 betrieben, misst die Spannungserfassungseinrichtung die Spannung des Speichers 120, beispielsweise 4,8 V. Schaltet dagegen das Relais 60 wie beschrieben um, misst die Spannungsverfassungseinrichtung die Differenz aus Zwischenkreis- und Akkuspannung. Da beide Werte typischerweise stark unterschiedlich sind, die Zwischenkreisspannung beträgt beispielsweise 60 V, kann somit bei dem erfindungsgemäßen Notlichtsystem der Ausfall des Versorgungsnetzes auf einfache Weise erfasst und der Notlichtbetrieb eingeleitet und gesteuert werden.
Der Aufbau einer Spannungserfassungsschaltungen 70, wird nachfolgend mit Bezug auf 2 für die erste Ausgangsstufe beschrieben, welche den Verbraucher 100 speist, siehe 1. Zur massebezogenen Messung der Ausgangsspannung, welche in 2 mit V_LED bezeichnet ist, ist bei der beschriebenen Ausführungsform erfindungsgemäß ein pnp-Transistor 71 vorgesehen, welcher über einen Emitterwiderstand 72 mit der einen Ausgangsklemme der Ausgangsstufe 30 verbunden und dessen Basis an die andere Ausgangsklemme der Ausgangsstufe angeschlossen ist. In der beschriebenen Ausführungsform ist damit der Emitter mit dem hohen Potential des Versorgungskreises und die Basis des Transistors 71 mit dem niedrigen Ausgangspotential der Ausgangsstufe 30 und damit des Kondensators 34 verbunden. Die Spannungserfassungsschaltung 70 weist darüber hinaus einen Kollektorwiderstand 73 auf, an welchem eine Spannung abfällt, die näherungsweise linear von der Ausgangsspannung V_LED der Ausgangsstufe 30 abhängt. Diese Bezugsgröße ist von der Steuereinrichtung 50 abgreifbar, siehe 1, und steht damit zur Steuerung des Notlichtbetriebsgerätes 1 zur Verfügung.
Bei hoher Stromverstärkung des Transistors 71 ist der Basisstrom näherungsweise vernachlässigbar. Die Beziehung zwischen der gemessenen Spannung V'_LED und der gesuchten Ausgangsspannung der Ausgangsstufe 30 ergibt sich durch die Gleichung V'_LED = (V_LED – V_BE) × (RV3/RV4), wobei V'_LED die Messspannung am Kondensator 74, V_LED die gesuchte Ausgangsspannung der ersten Ausgangsstufe 30, V_BE die Emitter-Basis Spannung am Transistor 71, RV3 bzw. RV4 die Widerstandswerte der Widerstände 73 bzw. 74 angeben.
Die Spannungserfassungsschaltung 70 ist aufgrund der verwendeten Bauteile mit einem einzelnen Transistor vergleichsweise kostengünstig und weist gegenüber einer üblicherweise verwendeten getrennten Messung der Spannungen an den Klemmem 38A bzw. 38B zur Bezugsmasse und anschließender Differenzbildung den Vorteil auf, dass im angeschlossenen Verbraucher, hier der LED-Reihenschaltung 100, kein zusätzlicher Stromfluss durch den Messzweig erzeugt wird, was ansonsten bei der LED-Reihenschaltung 100 zu einem Glimmen führen kann. Gegenüber einem häufig verwendeten, ein solches Glimmen auch vermeidenden Stromspiegel weist die angegebene Spannungserfassungsschaltung eine verringerte Bauteileanzahl auf.
In den meisten Anwendungen, insbesondere beim Treiben einer LED-Reihenschaltung 100 mit einer Vielzahl angeschlossener LEDs als Verbraucher ist die Basisemitterspannung V_BE gegenüber der Ausgangsspannung der Ausgangsstufe 30 vernachlässigbar. In einer weiter verbesserten Ausführungsform ist darüber hinaus vorgesehen, bei der Ermittlung der Spannung am Verbraucher bzw. am Ausgang der Ausgangsstufe eine Korrekturberechnung vorzunehmen. Beispielsweise kann die Temperatur des Transistors 71 gemessen und die Flussspannung auf der Grundlage einer hinterlegten Temperaturkennlinie des Transistors ermittelt werden, sodass mit der obigen Gleichung die Spannung am Verbraucher exakter ermittelbar ist. In einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, zusätzlich zu der Spannung am Kondensator 74 den Kollektorstrom zu ermitteln und mittels einer hinterlegten Kennlinie des Transistors, welche die Abhängigkeit der Flussspannung V_BE von dem Kollektorstromes angibt, die Spannung am jeweiligen Verbraucher exakt zu ermitteln. Weitere, hier nicht näher bezeichnete Abweichungen von der vereinfachten Gleichung sowie Bauteiltoleranzen können in einer solchen Kennlinie ebenfalls berücksichtigt werden.
Um die Erfassung der LED-Flussspannung der angeschlossenen LED-Reihenschaltung 100 auch im Falle einer PWM-Dimmung ohne die Notwendigkeit aufwendiger Synchronisationsschaltungen bereitzustellen, ist zusätzlich zur Spannungserfassungsschaltung 70 ein Austasttransistor 140 vorgesehen, welcher in der beschriebenen Ausführungsform von der Steuereinrichtung 50 mit dem gleichen Signal wie der Schalter 31 des Tiefsetzstellers angesteuert wird. Insofern stellt der Austasttransistor 140 sicher, dass nur der stationäre Anteil der Spannung V_LED zur Ermittlung der Ausgangsspannung der ersten Ausgangsstufe 30 verwendet wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, das erfindungsgemäße Betriebsgerät für den Nutzer bezüglich der angeschlossenen Leuchtmittel und Energiespeicher für den Nutzer programmierbar auszubilden. Darüber hinaus kann als Teil der Steuerung des Betriebsgerätes ein aktivierbares Software-Modul vorgesehen sein, mit welchem ein Energiespeicher-Management ausführbar ist, das die Ladung des Energiespeichers, insbesondere den Ladestrom, die Batteriespannung, die Ladeschlussspannung und den Erhaltungsladungsstrom steuert. Dabei kann das Modul in einer besonderen Ausführungsform mittels einer Konfigurationsschnittstelle aktiviert und/oder an die angeschlossenen Verbraucher angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Betriebsgerät mit programmierbarer Notlichtfunktion
10: Konvertereinrichtung
20: Zwischenkreis
30: Ausgangsstufe
31: Schalter
32: Induktivität
33: Diode
34: Kondensator
38A, B: Ausgangsanschluss
40: Ausgangsstufe
41: Schalter
42: Induktivität
43: Diode
44: Kondensator
48A, B, C: Ausgangsanschluss
50: Steuereinrichtung
60: Relais
70: Spannungserfassungseinrichtung
71: pnp-Transistor
72: Emitterwiderstand
73: Kollektorwiderstand
74: Kondensator
80: Erweiterte Ausgangsstufe
90: Fühlereinrichtung
95: Busschnittstelle
100: LED-Reihenschaltung
110: Ventilator
120: Energiespeicher (Akkumulator)
140: Austastschalter
150: Spannungserfassungs- und -austastschaltung
300: Notlichtbetriebsgerät
310: Notlichtkonverter
311: Steuereinrichtung mit Ladestufe
312: LED-Treiberstufe
313: Relais
314: Notfalltreiberstufe
320: Energiespeicher (Akkumulator)
330: LED-Reihenschaltung
A, B: Relaiskontakt
F1, F2: Sensoranschlüsse
F3: Messleitung
S1: Schalter

Claims

Betriebsgerät zum Versorgen eines Verbrauchers wie eines LED-Moduls (100), umfassend eine Konvertereinrichtung (10) zum Anschluss an ein Versorgungsnetz, insbesondere eine an ein Wechselstromnetz anschließbare Gleichrichtereinrichtung, mit einem Ausgang zum Versorgen eines Zwischenkreises (20), an den zumindest eine Ausgangsstufe (30, 40) angeschlossen ist, wobei die Ausgangsstufe den Verbraucher (100) mit einem Gleichstrom speist und einen von einer Steuereinrichtung (50) in Abhängigkeit der am Verbraucher anliegenden Spannung gesteuerten Schalter (31) aufweist, wobei eine Spannungserfassungsschaltung (70) zur Erfassung der am Verbraucher (100) anliegenden Spannung (V_LED) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserfassungsschaltung (70) einen einzelnen Transistor (71) umfasst, der über einen Widerstand (72) mit einem ersten Ausgangsanschluss (38A) der den Verbraucher (100) speisenden Ausgangstufe (30) und dessen Steuereingang mit einem zweiten Ausgangsanschluss (38B) der Ausgangstufe (30) verbunden ist.
Betriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Anschluss des Transistors (71) über einen Messwiderstand (73) mit einem Bezugspotential verbunden ist, und über den Messwiderstand eine Messspannung (V'_LED) abgegriffen wird und die Steuereinrichtung (50) aus der abgegriffenen Messspannung die Spannung (V_LED) am Verbraucher (100) ermittelt.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (71) ein bipolarer Transistor, insbesondere ein pnp-Transistor ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung, in welchem eine Kennlinie des Transistors (71) hinterlegt ist, welche eine Flussspannung (U_BE) in Abhängigkeit eines Transistorstromes angibt, wobei die Steuereinrichtung (50) eingerichtet ist zum Berechnen der Spannung am Verbraucher (100) unter Berücksichtigung der abgegriffenen Messspannung (V'_LED) und der abgelegten Kennlinie.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Transistors (71) umfasst ist, und in einem Speicher eine Temperaturkennlinie des Transistors hinterlegt ist, welche eine Flussspannung (U_BE) in Abhängigkeit der Temperatur angibt, wobei die Steuereinrichtung (50) eingerichtet ist zum Berechnen der Spannung (V_LED) am Verbraucher unter Berücksichtigung der abgegriffenen Messspannung (V'_LED) und der abgelegten Kennlinie.
Betriebsgerät einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Austasteinrichtung zum Austasten der Messspannung (V'_LED) im Ansprechen auf die Schalterstellung eines Schalters (31) der Ausgangstufe (30).
Betriebsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austasteinrichtung einen Transistor (140) umfasst, dessen Steuereingang mit dem Steuereingang des Schalters (31) des Schalters der Ausgangsstufe (30) verbunden ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine zweite, wie die erste von dem Zwischenkreis versorgte Ausgangsstufe (40), die in unterschiedliche Betriebszustände bringbar ist, wobei in einem ersten Betriebszustand die Ausgangsstufe einen externen und/oder internen Energiespeicher aus dem Zwischenkreis (20) lädt und in einem zweiten Betriebszustand die zweite Ausgangsstufe (40) den Zwischenkreis (20) aus dem Energiespeicher versorgt.
Betriebsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgangsstufe (40) ein Schaltmittel (60) aufweist zum wahlfreien Einstellen von unterschiedlichen Betriebszuständen der zweiten Ausgangsstufe.
Betriebsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausgangstufe (40) zumindest einen steuerbaren Schalter (41), eine Drossel (42), eine Diode (43) sowie das Schaltmittel (60) aufweist.
Betriebsgerät nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) zum Steuern der ersten und zweiten Ausgangsstufe (30, 40) einschließlich des Schaltmittels eingerichtet ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (60) zwei Wechslern, insbesondere in Form eines Relais umfasst.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, das s das Betriebsgerät einen Ausgangsanschluss (48C) aufweist, welcher mit dem Bezugspotential des Zwischenkreises (20) verbunden ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch Steuern des Schaltmittels (60) die zweite Ausgangsstufe (40) in einen Tiefsetzsteller oder einen Hochsetzsteller versetzbar ist.
Betriebsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis (20) eine Kondensatoreinrichtung aufweist, die als Kapazität (21) des Hochsetzstellers angeordnet ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, das s das Betriebgerät als Notlichtbetriebsgerät eingerichtet ist zum Betreiben des Verbrauchers (100) nach dem Erkennen des Ausfalls des Eingangsnetzes.
Betriebssystem, umfassend ein Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 16, mit einem, ausgangsseitig an die zweite Ausgangstufe (40) angeschlossenen externen Schaltmittel (60), dass eingangsseitig mit dem Bezugspotential des Zwischenkreises (20) des Betriebsgerätes verbindbar ist.