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Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und bezieht sich somit auf Leistungssteuervorrichtungen.
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Elektrische Verbraucher sollen oftmals nicht einfach an- und ausgeschaltet werden, sondern es soll die an sie gespeiste bzw. von ihnen abgegebene Leistung gesteuert und somit verändert werden. Dies gilt beispielsweise bei Lampen in einem Raum, die zu bestimmten Zeiten nicht mit voller Helligkeit leuchten, sondern gedimmt werden sollen. Andere Beispiele sind etwa Deckenventilatoren oder Belüftungsventilatoren, die je nach Wunsch eines Benutzers schneller oder langsamer laufen sollen oder elektrische(Zusatz)-Heizungen in Bädern und dergleichen.
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Es ist per se bekannt, für elektrische Lampen Dimmer vorzusehen. Das Dimmen in Licht-Wechselspannungs-Netzen erfolgt typisch so, dass Strom und Spannung nicht während der Dauer einer ganzen Wechselspannungs-Phase an einen Verbraucher gespeist werden, sondern eine Beschränkung dieser Dauern stattfindet.
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Je nachdem, während welchem Teil der elektrischen Wechselspannungsschwingungen die Unterbrechung erfolgt, wird von Phasenanschnitt- bzw. Phasenabschnitt gesprochen; dabei sollten kapazitive Lasten per Phasenabschnitt gedimmt werden, während induktive und ohmsche Lasten per Phasenanschnitt gedimmt werden sollen. Es sind bereits Dimmer bekannt, deren Elektronik die Lastcharakteristik erkennt und eine entsprechende Ansteuerung wählt.
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Die bekannten Leistungssteuer-Vorrichtungen sind im Regelfall entweder baulich sehr groß, etwa in der professionellen Lichttechnik, wo als Lichtmischpulte bezeichnete Steuergeräte z. B. gemäß DMX-Standard digitale Signale erzeugen, die dann über geeignete Datenleitungen bis zu einer Lichtquelle wie einem Scheinwerfer übertragen und dort ausgewertet werden, um den jeweiligen Scheinwerfer auf die gewünschte Helligkeit zu dimmen. Dies ist vergleichsweise aufwändig.
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Es gibt auch seit langem Dimmer für den Hausgebrauch, die einen Einbau in Unterputzdose und damit die Verwendung mit herkömmlichen Schaltern erlauben. Die typische Auslegung derartiger Dimmer und die bei Phasenan- bzw. -abschnitt entstehende Wärme führen jedoch dazu, dass handelsübliche Dimmer für Unterputzdose als Einkanaldimmer ausgelegt sind, was bedeutet, dass alle Verbraucher, die an den Dimmer angeschlossen werden, gemeinsam die gleiche Weise heruntergedimmt werden.
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Es ist wünschenswert, eine leistungssteuernde Vorrichtung anzugeben, bei der viele Lasten in einem Lichtnetz unabhängig voneinander betrieben, aber gemeinsam kontrolliert werden können. Es ist auch wünschenswert, dass eine solche LeistungsLeistungssteuervorrichtung einfach aufgebaut ist. Es ist auch wünschenswert, dass eine solche LeistungsLeistungssteuervorrichtung preiswert ist. Es ist auch wünschenswert, dass eine solche Leistungs Leistungssteuervorrichtung hochintegriert ist.
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Es wäre vorteilhaft, zumindest einem Teil dieser Wünsche zumindest partiell genügen zu können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen linden sich in den Unteransprüchen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit bei einer Leistungssteuervorrichtung, beispielsweise einem Mehrkanal-Dimmer, für eine Vielzahl unabhängig betreibbarer Lasten eines Lichtnetzes mit separaten Leistungsschaltungsanordnungen für die unabhängig betreibbaren Lasten, wobei die Leistungsschaltungsanordnungen jeweils Leistungshalbleiter, eine Ansteuerschaltung und eine zugeordnete Netzteilschaltung aufweisen, und einer diesen gemeinsamen Kontrollanordnung vorgeschlagen, dass die Netzteilschaltungen für die Leistungsschaltungsanordnungen und für die Kontrollanordnung separate Bezugspotentiale aufweisen, die Ansteuerungsschaltungen als die Leistungshalbleiter leitend oder nichtleitend steuernde Treiberschaltungen gebildet sind und die Kontrollanordnung von den Ansteuerschaltungen galvanisch getrennt ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung wird es sich typisch um einen Dimmer handeln, der eine Dimmung durch Phasenschnitt mittels der Ansteuerungsschaltung erreicht. Neben Leuchtmitteln, die gedimmt werden sollen, können aber auch Heizungen, Ventilatoren und dergleichen Verbraucher gesteuert werden. Daneben ist es ohne weiteres möglich, die Leistungssteuervorrichtung auch dort einzusetzen, wo die Leistung nicht in einer quasi kontinuierlichen Weise geregelt werden soll, sondern an- oder ausgeschaltet werden soll, wie dies bei Rollläden usw. der Fall ist. Hier kann etwa ein Kanal zur Auf- und ein Kanal zur Ab-Steuerung eines Rollladens verwendet werden.
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Die Steuerung der Leistungen, d. h. die Veränderung der Verbraucher und somit Lasten zugeführten Leistungen kann in sehr kleinen Stufen erfolgen, indem der Zeitpunkt des Phasenabschnittes quasi kontinuierlich verändert wird. Es wird einzuschätzen sein, dass in einem 50 Hz oder 60 Hz-Wechselstromnetz, wie es herkömmliche Lichtnetze typisch darstellen, eine Festlegung des Anschnittzeitpunktes auf 1 ms bereits o. w. ausreicht, um eine sehr große Anzahl von Steuerungsschritten zu realisieren. Derartig präzise Vorgaben einer Phasenanstiegszeit lassen sich aber mit Mikroprozessoren in Kontrollanordnungen selbst dann völlig problemfrei realisieren, wenn diese sehr langsam, also im Bereich einiger weniger Megahertz getaktet sind. Oftmals sind die Genauigkeiten sogar höher. Indem die Ansteuerungsschaltungen Leistungshalbleiter leitend oder nichtleitend steuern, und zwar entsprechend der über die galvanische Trennung von der Kontrollanordnung erhaltenen, gegebenenfalls über einen Puffertreiber oder dergleichen angepassten Schaltsignale, kann die Ansteuerschaltung besonders einfach ausgestaltet werden und es ist nicht erforderlich, die Ansteuerschaltung mit komplexen Logiksignalen zu beaufschlagen, die einem Protokoll folgen wie bei der DMX-Lichttechnik. Die Ansteuerungsschaltungen der vorliegenden Erfindung sind also dazu ausgelegt, protokollfreie Signale zu erhalten und dazu, die Leistungshalbleiter auf Signale aus der Kontrollanordnung unmittelbar leitend oder nichtleitend zu steuern und die Kontrollanordnung gibt Signale aus, die unmittelbar den Phasenan- bzw. -abschnittszeitpunkt selbst bestimmen. Insbesondere kann ein digitales Signal ausgegeben werden, das so lange einen ersten binären Wert (0 oder 1) besitzt, wie ein leitender Zustand für die Leistungshalbleiter gewünscht wird, und so lange den zweiten binären Wert (1 oder 0) besitzt, wie ein nichtleitender Zustand für die Leistungshalbleiter gewünscht wird.
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Die Ansteuerbarkeit unabhängig betreibbarer Lasten bedeutet, dass es sich bei der Leistungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung um ein Mehrkanalgerät handelt, d. h. die Leistungssteuervorrichtung ist ein Gerät, das mehrere unabhängig voneinander betreibbare Lasten ansteuern kann und somit mehrere Kanäle besitzt. Es sei darauf hingewiesen, dass später noch erläutert wird, dass die Leistungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft mit einer Drahtlosschnittstelle wie Bluetooth oder WLAN ausgebildet sein kann; es ist bekannt, dass das für die Übertragung von derartigen Funksignalen zur Verfügung stehende Band in mehrere „Funk-Kanäle” unterteilt wird. Die Bezugnahme auf Kanäle in der vorliegenden Erfindung bezieht sich vorliegend jedoch regelmäßig auf Kanäle anzusteuernder Lasten, nicht auf Funkkanäle, sofern nichts anderes unmittelbar ersichtlich ist.
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Es sei übrigens erwähnt, dass – sofern nichts weiteres ersichtlich und verständlich – dort, wo auf Bluetooth-fähige Geräte Bezug genommen wird, der herkömmliche Bluetooth-Standard ebenso verwendet werden kann wie neuere Bluetooth-Standards, etwa Bluetooth-LowEnergy usw., was bevorzugt ist.
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Die Kontrollanordnung wird typisch als Logikschaltung ausgebildet sein und eine CPU bzw. einen Mikrokontroller oder dergleichen umfassen, um eine Vielzahl von unterschiedlichen Ansteuerungsmöglichkeiten zu realisieren und zuzulassen.
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Was die Netzteilschaltungen angeht, so wird einsichtig sein, dass die Kontrollanordnung einen Leistungsbedarf aufweisen wird, der größer ist als jener der mit Treiberschaltungen realisierten Ansteuerungsschaltungen. Dementsprechend wird die Netzteilschaltung für die Kontrollanordnung etwas aufwändiger gestaltet sein, während die Netzteilschaltung für die den Leistungshalbleitern zugeordnete Treiberschaltung sehr einfach gestaltet sein kann, weil sich einerseits geringe Spannungsschwankungen kaum auswirken und andererseits die für die Treiberschaltung benötigten Leistungen gering sind.
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Die galvanische Trennung könnte zwar durch Übertrager wie Transformatoren oder dergleichen realisiert sein, wird aber im Regelfall mit opto-elektronischen Bauelementen implementiert werden, d. h. mittels sog. Optokoppler. Im vorliegenden Fall ist es ausreichend, wenn die Optokoppler je Kanal ein binäres Ansteuerungssignal übertragen, das anzeigt, ob momentan ein leitender oder nichtleitender Zustand der Leistungshalbleiter erforderlich ist. Es wird aus dem obigen bereits einsichtig sein, dass es ausreicht, von der Kontrollanordnung die binären Steuersignale gewünschter Dauer an die Optokoppler zu übertragen, ohne dass ein Rückkanal von der Ansteuerschaltung oder dem Optokoppler an die Kontrollanordnung vorhanden sein muss. Typische, auch einfache und preiswerte Optokoppler erlauben ohne weiteres Anstiegs- und Abfallzeiten, welche für eine Phasenschnitt-Steuerung ohne weiteres ausreichend sind.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass die jeweiligen Leistungshalbleiter Leistungshalbleiterpaare, bevorzugt MOSFETs, umfassen, wobei bevorzugt die Ansteuerschaltung als Treiberschaltung dazu ausgebildet ist, die Leistungshalbleiterpaare leitend oder nichtleitend zu steuern, und bevorzugt als TTL-Schaltung gebildet ist.
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Bei einer Ausbildung der Leistungshalbleiter mit Leistungshalbleiterpaaren wird die Treiberschaltung typisch einen zwischen diesen liegenden Bezugspunkt bzw. Ansteuerpunkt aufweisen. Es wird einsichtig sein, dass auch bei sehr einfacher Ausbildung der Treiberschaltung, etwa, wie hier bevorzugt, als TTL-Schaltung, die Anstiegs- und Abfall-Flanken der Treiberschaltung hinreichend steil sein werden, um eine problemfreie und ausreichende Ansteuerung der Leistungshalbleiter zuzulassen.
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Bei Ausbildung der Ansteuerschaltung als Treiberschaltung wird diese ihr Eingangssignal wiederum unmittelbar (gegebenenfalls abgesehen von einer Signalpufferung, Signalkonditionierung, Filterung und dergleichen) bevorzugt von einem Optokoppler erhalten, der eine besonders einfach Ausbildung der für die galvanische Trennung verwendeten Mittel erlaubt. Es sei erwähnt, dass trotz der sehr einfachen Ausbildung der Ansteuerschaltung als reine Treiberschaltung gleichwohl ein Phasenan- bzw. -abschnitt je nach Lastart implementierbar ist, indem die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an der Last erfasst wird. Die vorliegende Erfindung erlaubt die Messung von Strömen durch die Last und zwar derart, dass eine Phasenbestimmung möglich ist, so dass kapazitive, induktive und ohmsche Lasten als solche erkannt werden können.
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Dies wiederum ist auch bei Mehrkanal-Ausbildung der Leistungssteuervorrichtung ohne weiteres möglich, weil die separaten Bezugspotenziale für die Netzteilschaltung der Leistungssteuervorrichtung der Controller ohne weiteres eine einfache Phasenbestimmung erlaubt.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass das Bezugspotenzial für die Netzteilschaltung der Kontrollanordnung von dem Potentialpunkt zwischen dem Leistungshalbleiterpaar differiert.
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Während herkömmlich in Dimmer-Anordnungen Leistungshalbleiterpaare verwendet wurden, zwischen denen ein Potenzialpunkt als Bezugspotenzial für eine Kontrollanordnung dient, wird vorliegend das Bezugspotenzial für die Kontrollanordnung anders gewählt werden.
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Im wesentlichen wird Spannung für die Treiber, d. h. für die Ansteuerschaltung der Leistungshalbleiter, unter Heranziehung einer von zwei Phasen eines Zweiphasen-Wechselstrom-Lichtnetzes hergeleitet, während die Netzteilschaltung für die Kontrollanordnung als Bezugspotential die andere Phase des Zweiphasen-Wechselstrom-Lichtnetzes verwendet.
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Obwohl somit unterschiedliche Phasen eines Zweiphasen-Wechselstrom-Lichtnetzes für die Definition und Festlegung der Bezugspotentials verwendet werden, ist der zusätzliche Bauteilaufwand und der zusätzliche Energieaufwand extrem gering, weil die Treiberschaltungen nur minimale Ströme und sehr niedrigen Leistungen erfordern, also Netzteil-Schaltungen extrem einfach gebildet werden können.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass sie für ein zweiphasiges Wechselstrom-Lichtnetz, bevorzugt ein zweiphasiges Wechselstrom-Lichtnetz mit einem zusätzlichen Erdungsleiter, ausgelegt ist und die Bezugspotenziale für die Lasten von einer ersten Lichtnetzphase abgeleitet sind, während das Bezugspotenzial für die Kontrollanordnung von der zweiten Lichtnetzphase abgeleitet sind.
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Wenn vorliegend von einem Zweiphasen-Wechselstrom-Lichtnetz gesprochen wird, so wird zu verstehen sein, dass neben den zwei Phasen des Lichtnetzes aus Sicherheitsgründen ein zusätzlicher Erdungsleiter vorhanden sein kann. Es wird auch für den Fachmann einzuschätzen sein, dass gegebenenfalls ein solcher zusätzlicher Erdungsleiter auf geeignete Weise mit der erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung oder Teilen davon verbunden sein kann, um die Betriebssicherheit zu erhöhen, dass aber eben im Normalbetrieb ohne Störung und dergleichen der Erdungsleiter keine leitende Verbindung zu den funktionalen Schaltkreisen der Leistungssteuervorrichtung aufweist.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass jeder der unabhängigen Lasten ein Shunt-Widerstand zugeordnet ist, der zwischen der Phase, aus der die Kontrollanordnung im Betrieb leistungsversorgt wird, und den Leistungshalbleitern dieses Kanals vorgesehen ist.
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In einer besonders bevorzugten Variante ist also ein Shunt-Widerstand vorgesehen. Dieser wird, anders als im Stand der Technik üblich, nicht zwischen den Leistungshalbleitern des Paares angeordnet, sondern vielmehr zwischen einerseits der Phase, aus der die Kontrollanordnung im Betrieb leistungsversorgt wird, und andererseits dem von der Last abgewandten Ausgang der Leistungshalbleiterpaares dieses Kanals angeordnet.
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Da die Kontrollanordnung für alle Kanäle die gleiche ist und ergo eine von zwei Phasen des Zweiphasen-Wechselstrom-Lichtnetzes für die Versorgung der Kontrollanordnung herangezogen wird, während die Netzteilschaltungen bzw. Spannungsversorgungen für die Ansteuerschaltungen an der anderen Phase liegen werden, und zwar jeweils für alle Leistungskanäle, werden auch die Shunt-Widerstände alle einseitig auf der gleichen Phase angeschlossen sein, nämlich jener, an der auch die Kontrollanordnung im Betrieb ihr Bezugspotential herleitet.
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Damit wird es ohne weiteres möglich, jedem Leistungskanal einen eigenen Shunt zuzuordnen und die Ströme durch jeden Shunt einzeln zu messen und die Strommess-Signale jeweils an die Kontrollanordnung zu speisen. Damit wird aber der Strom durch jede einzelne Last messbar; es wird zugleich bestimmbar, wie hoch die Leistung durch eine bestimmte Last ist, welche Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an einer jeweiligen Last auftritt, wie hoch der Gesamtleistungsverbrauch ist und so weiter.
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Es ist im übrigen ohne weiteres möglich, einerseits die Null-Durchgänge der Wechselspannung zwischen den beiden Phasen eines Zweiphasen-Wechselstrom-Lichtnetzes zu ermitteln; dazu kann die alternierende Spannung verglichen werden mit einer gegen eine Phase bestimmten, konstanten Referenzspannung. Wenn die alternierende Spannung geeignet heruntergeteilt wird und an einen ersten Eingang einer Vergleichsschaltung gespeist wird und an den anderen Eingang dieser Vergleichsschaltung die fest gegen eine Phase bezogene konstante Referenzspannung gespeist wird, kann mit der Vergleichsschaltung festgestellt werden, warm die heruntergeteilte Spannung größer als die konstante Referenzspannung ist und wann sie kleiner als die konstante Referenzspannung ist. Damit ist die Feststellung des Nulldurchganges der alternierenden Spannung möglich. Zugleich ist ergo die Phasenlage der Wechselspannung auf dem Lichtnetz bekannt. Es kann dann der (Wechsel-)Stromverlauf durch den Shunt bestimmt werden. Dieser Stromverlauf wird einsichtiger Weise auch alternieren; die Phasenlage relativ zur Wechselspannung auf dem Lichtnetz ist somit bekannt. Wenn aber die Phasenlage zwischen Strom und Spannung am Shunt bekannt ist, können induktive von ohmsche bzw. kapazitiven Lasten unterschieden werden und es ist somit einfach, eine Entscheidung darüber vorzunehmen, ob eine Phasenanschnitt- oder Phasenabschnitt-Steuerung für einen gegebenen Kanal erforderlich ist.
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Es wird ohne weiteres verständlich sein, dass ein Mikrokontroller oder dergleichen eine Vielzahl von Ausgängen besitzen wird und somit eine Vielzahl von Leistungsquellen ansteuern kann. Da zwecks Ansteuerung der Leistungsquellen lediglich zeitlich festgelegt an- oder absteigende Ansteuerungssignale über den Optokoppler übertragen werden müssen, können digitale Ausgangssignale aus dem Mikrokontroller über eine jeweilige Lastsschaltstufe wie einen Pufferschaltkreis an einen jeweiligen Optokoppler übertragen werden.
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Die Anzahl der Kanäle eines Mikrokontroller entspricht somit praktisch der Anzahl frei ansteuerbarer Ausgangspins bzw. verfügbarer entsprechender Schnittstellen des Mikrokontrollers, wobei in der Leistungssteuervorrichtung jedem der Kanäle ein eigener Shunt-Widerstand zugeordnet werden kann und somit nicht nur in jedem Kanal einzeln die Leistung messbar wird, sondern für jeden einzelnen Kanal auch ein entsprechend seiner angeschlossenen kapazitiven, ohmschen oder induktiven Last jeweils vorteilhaftes Phasenanschnitt- bzw. -abschnittverhalten zeigen wird und somit eine Gesamtleistung, eine Durchschnittsleistung usw. erfassbar werden. Damit können auch Statistiken über Leistungsverbrauch, typische Tageszeiten für Anschalten, Ausschalten usw. erfasst werden. Auch können so Ausfälle wie Leuchmitteldefekte erkannt und an eine Zentrale signalisiert werden.
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Es sei hierzu erwähnt, dass gerade in großen Gebäudekomplexen wie Industrieanlagen, Hochhäusern, Bahnhöfen usw. die Weitergabe von Information etwa über das Versagen bestimmter Kanäle vorteilhaft sein kann, um schneller die ausgefallenen Leuchtmittel tauschen zu können usw. Zudem ist es auch möglich, dauerhaft hohe Dimmgrade von Leuchtmitteln zu erfassen; wo eine dauerhaft zu starke Dimmung wie bei Halogenlampen unerwünscht ist, kann bei entsprechender Signalisierung ein Austausch des Leuchtmittels hin zu einem schwächeren Leuchtmittel erfolgen, was Betriebskosten senkt.
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Es ist einsichtig, dass der Mikrokontroller oder dergl. eine Auswertung der Strommess-Signale vornehmen kann, was zusätzliche Funktionalitäten eröffnet.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass eine Strommess-Stufe vorgesehen ist, die dazu angeordnet ist, zu einer Mehrzahl der separat steuerbaren Lasten, bevorzugt zu jeder der separat steuerbaren Lasten, ein stromindikatives Signal an die Kontrollanordnung zu speisen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch dort, wo die Kanäle aktuell mit stark unterschiedlicher Last bzw. stark unterschiedlichem Wirkungsgrad bzw. Dimmgrad betrieben werden, die Potential-Differenzen zwischen den Shunts gering sein werden, so dass die einzelnen Ströme ohne weiteres messbar sind, ohne dass an irgendeiner Stelle kritisch große Spannungen von Bauteilen unterschiedlicher Kanäle zusammengeführt werden müssen.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass die Kontrollanordnung dazu ausgebildet ist, im Ansprechen auf Strommess-Signale zwischen Phasenanschnitt- oder -abschnitt-Steuerung zu wählen, und/oder das Vorhandensein einer induktiven, kapazitiven oder ohmschen Last zu erkennen, und/oder eine an eine Last gespeiste Leistung separat zu erfassen und/oder im Ansprechen darauf zu reagieren, und/oder den aktuellen Leistungsverbrauch oder fliessenden Strom zu erfassen und auf den Leistungsverbrauch bzw. fliessenden Strom bezogene Signals auszugeben, und/oder eine Gesamtverlustleistung in der Leistungssteuervorrichtung zu begrenzen und/oder einen Ersatzkanal anzusteuern, falls in einem eigentlich gewünschten Kanal ein Versagen detektiert wird oder wurde.
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Es ist zudem durch die Bestimmung der Leistung, die an einem bestimmten Kanal ausgegeben wird (bzw. der Feststellung, dass dort momentan kein Strom fließt) möglich, festzustellen, dass oder ob ein bestimmter Kanal versagt, d. h. dass ein Benutzer, der wünscht, eine an diesen Kanal angeschlossene Last anzusteuern, hierzu keine Möglichkeit besitzt, etwa weil eine Glühbirne durchgebrannt ist oder dergleichen.
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In einem solchen Fall ist es möglich, anstelle des eigentlich von einem Benutzer „gewünschten” und betätigten Kanals stattdessen einen anderen Kanal anzusteuern, wobei dieser andere Kanal kein Versagensverhalten aufweist. Bei Zweikanal-Dimmern ist ohne weiteres ersichtlich, dass der jeweils andere Kanal als Rückfallkanal im Versagensfall angesteuert werden kann.
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Dies erlaubt es etwa, in einem Raum, der mit Licht aus einer bestimmten Lichtquelle erhellt werden soll, stattdessen eine andere (zweiten) Lichtquelle automatisch einzuschalten, wenn die erste Lichtquelle ein defektes Leuchmittel aufweist.
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Bei Multikanaldimmern mit mehr als zwei Kanälen sind andere Varianten ohne weiteres möglich. Hier können Kanalpaare gebildet werden, wobei jeder Kanal eines Paares wechselseitig einen Ersatz für den anderen Kanal dieses Paares darstellt. Es kann ein prinzipieller Ersatzkanal definiert werden, beispielsweise kann immer Kanal 1 als Ersatzkanal dienen (außer für den Fall, dass Kanal 1 selber defekt ist: für diesen Fall kann z. B. Kanal 2 als Standard-Ersatzkanal definiert werden). Alternativ ist z. B. auch eine freie Konfiguration der Ersatzkanäle möglich. Dass Ersatzkanal-Ketten definiert werden, die bei Ausfall eines Ersatzkanals einen ersetzenden Ersatzkanal definieren usw. ist einsichtig.
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Die Bestimmung der Gesamtleistung bzw. der über einen einzelnen Kanal abgegebenen Leistung wird zudem die Versagenssicherheit dann erhöhen, wenn Bedingungen entgegengewirkt wird, unter denen sonst eine kritische Überlast zu beobachten wäre. Kritisch ist bei Phasenschnittsteuerungen regelmäßig das Abschalten der Leistung bei Phasenwinkeln, an denen die abzuschneidende Spannung sehr hoch ist, denn bis zum Erreichen eines nichtleitenden Zustandes muss dann ein erheblicher Teil der Leistung in den Leistungshalbleitern in Wärme umgewandelt werden. Damit ist die Erwärmung der Leistungshalbleiter aber stark abhängig von dem Grad, um welchen die Leistung gedimmt wird.
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Wenn Lasten angeschlossen werden, die insgesamt zu groß sind, die also per se zu große Ströme bedingen, könnte gerade bei kritischen Dimmwerten eine zu starke Erwärmung der Halbleiter auftreten. Dementsprechend kann etwa die Dimm-Fähigkeit bei sehr großen Lasten reduziert werden und/oder verhindert werden, dass zu viele zu große Verbraucher simultan (gedimmt) geschaltet werden, während gleichwohl zugelassen werden kann, dass zumindest kurzfristig noch sehr große Lasten mit allenfalls unkritischer Dimmung noch angesteuert werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass sie in einem Gehäuse insbesondere einem für den Einbau in eine Unterputzdose ausgebildeten Gehäuse vorgesehen ist, wobei zwei Phaseneingänge und evtl. eine Erdungsleitung vorgesehen sind und entsprechende Ausgänge für jede der Lasten- sowie geeignete Schnittstellen für Betätigungs-Schaltermittel.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt so den Aufbau einer hoch integrierten Leistungssteuervorrichtung, insbesondere als Unterputzdosen-Einbauelement für herkömmliche Unterputzdosen wie nach DIN 49073. Dies wird durch die geringe Wärmeabgabe auch dann möglich, wenn hohe Leistungen zu steuern sind.
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Der Leistungssteuervorrichtung können Kippschalter oder dergleichen als Schaltermittel zugeordnet sein. Die Ausbildung mit beispielsweise nur einem zweigeteilten herkömmlichen Wippschalterfeld ergibt eine einfachst mögliche Ausbildung. Es ist jedoch auch möglich und insbesondere bevorzugt, die Leistungssteuervorrichtung mit einen intelligenten Schalter mit mehreren Funktionalitäten auszubilden. Dies gilt insbesondere dort, wo mehr als zwei Kanäle vorhanden und zu steuern sind. Der „intelligente Schalter” kann einleuchtender Weise mit der Kontrollanordnung verbunden sein bzw. diese mitnutzen.
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Es wird insoweit auf die noch nicht offen gelegte PCT Anmeldung
PCT/EP 2015/072 878 hingewiesen, die vollumfänglich eingegliedert ist, insbesondere hinsichtlich Schalterfunktionalitäten, Schalter-Design, hinsichtlich der Kommunikationsmöglichkeiten mit anderen Einheiten und/oder einer Zentrale und/oder der Anbindung an zusätzliche Sensoren und/oder die Kommunikationsmöglichkeiten mit anderen Einheiten und/oder einer Hauszentrale.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass zumindest eine Schnittstelle für drahtlose Kommunikation, insbesondere über Bluetooth und/oder WLAN vorgesehen ist, wobei die Leistungssteuervorrichtung bevorzugt dazu ausgebildet ist, mit mehreren anderen Leistungsanordnungen Signale auszutauschen, die insbesondere das eigene einwandfreie Funktionieren der Lastansteuerung und/oder der Schnittstellenansteuerung mitteilen, einem oder mehreren Kommunikationspartnern das einwandfreie Funktionieren und oder Ausfallen dritter Leistungssteuervorrichtungen mitteilen, Steuersignale für die Laststeuerung zur gemeinsamen Steuerung mehrerer unabhängig betreibbarer, aber gemeinsam betriebener Lasten darstellen, und/oder Steuersignale für die Ansteuerung von Ersatzkanälen ausgefallener oder ungenügend anzusteuernder eigener Kanäle darstellen, und/oder eine Konfiguration anderer Leistungssteuervorrichtungen bewirken, und/oder Signalstärken eines beweglichen Signalsenders, bevorzugt eines beweglichen Bluetooth-Senders, bevorzugt auf eine Triangulation ermöglichende Weise darstellen, und/oder Statistiken über Störungen der eigenen und/oder fremder Kommunikationsschnittstellen kommunizieren und/oder eine Gatewayverbindung zwischen unterschiedlichen Schnittstellen ermöglichen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass insbesondere für die Kommunikation mehrerer Leistungssteuervorrichtungen untereinander auch eine langsame Datenübertragung wie etwa Bluetooth ausreichend ist; gleichwohl kann es vorteilhaft sein, mindestens eine Leistungssteuervorrichtung in einem Gesamtsystem WLAN-fähig auszugestalten bzw., für spätere oder andere Protokolle, mindestens einer Leistungssteuervorrichtung die Möglichkeit zu geben, mit nicht unmittelbar leistungsdurchschaltenden Geräten wie Mobilgeräten von Benutzern über eine – insbesondere schnelle – Schnittstelle zu kommunizieren, während die Leistungssteuervorrichtungen untereinander für eine langsamere Kommunikation vorgesehen werden.
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Es sei weiter darauf hingewiesen, dass selbst dann, wenn mit einem vom Benutzer zur Bedienung der Leistungssteuervorrichtung verwendeten Gerät über eine schnelle drahtlose Verbindung wie WLAN kommuniziert wird, gleichwohl andere Drahtlos-Datenübertragungsprotokolle wie Bluetooth verwendet werden können, etwa um die Position eines Benutzers bzw. dessen Mobilgerätes unter Verwendung mehrerer Leistungssteuervorrichtungen ein und desselben Systems zu triangulieren. Dazu kann ausgenutzt werden, dass etwa nach dem Bluetooth-Standard eine Signalstärkenbestimmung vorgesehen ist, die in herkömmlichen Wohnräumen o. ä. bereits hinreichend genau ist, um die Position einer Person zumindest grob zu bestimmen. Es ist einsichtig, dass für einen solchen Fall Leistungssteuervorrichtungen mit anderen eines Systems kommunizieren werden, z. B., um die jeweils ermittelten Bluetooth-Signalstärken auszutauschen.
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Es sei im übrigen darauf hingewiesen, dass andere Funksignal-Übertragungsmöglichkeiten z. B. gemäß anderer Standards außer Bluetooth bestehen. Voraussetzung ist lediglich eine ausreichende Reichweite und eine ausreichende Datenbandbreite, wobei einzuschätzen sein wird, dass diese nicht hoch sein muss.
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Dort, wo eine Kommunikation von Leistungssteuervorrichtungen eines Systems untereinander möglich ist, können zudem eine Vielzahl von zusätzlichen Funktionen implementiert werden.
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So könnte dort, wo ein jeweiliger Ersatzkanal für den Fall des Versagens eines bestimmten Kanals definiert ist, dieser Ersatzkanal auch an anderen Leistungsanordnungen definiert sein.
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Es können Wechselschaltungen aufgebaut werden, bei denen ein Leuchtmittel oder dergleichen an eine Leistungssteuervorrichtung angeschlossen ist, aber von einer Mehrzahl Schalter eine Helligkeitsveränderung ermöglicht ist. Ein dazu verwendetes, zusätzliches, nicht selbst an Leuchtmittel angeschlossenes Wechsel-Schaltmittel kann selbst aus dem Lichtnetz mit Energie versorgt sein oder aber es können andere Energiequellen wie Batterien vorgesehen sein, um die erforderlichen (Bluetooth-)Steuersignale erzeugen zu können.
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Zudem erlaubt die Kommunikation von Leistungssteuervorrichtungen eines Systems untereinander, eine Sicherheit etwa gegen Einbruch zu gewährleisten, indem Schalt-Muster in per se bereits beschriebener Weise überwacht werden, zusätzliche Sensorsignale wie von Erschütterungssensoren an Fensterscheiben usw. übertragen werden und dergleichen.
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Ein besonderer Vorteil ist dann gegeben, wenn die Leistungssteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, regelmäßig mit anderen Leistungssteuervorrichtungen eines Systems drahtlos zu kommunizieren. Um zu überwachen, dass dies der Fall ist, können Maschen-Netzwerke aufgebaut werden, entlang solcher Netzwerke per Funk Herzschlagsignale (Heartbeat-Signale) übertragen werden und dergleichen. Erfolgt ein Einbruch, so wird dies etwa zum Ansprechen von Glasbruchsensoren und somit zu entsprechenden Signalen führen und dies kann wiederum ein Grund für Eindringlinge sein, die Signalübertragung zwischen einzelnen Leistungssteuervorrichtung möglichst bereits im Vorfeld zu stören, d. h. die Übertragung zu „jammen”.
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Die Kommunikation von Signalen in einem sicherheitsrelevanten System folgt typisch – und insoweit bevorzugt auch hier- einem Quittierungs-Protokoll, d. h. eine Übertragung wird typisch so lange wiederholt, bis eine bestimmte Gegenstelle ein Signal quittiert hat. Ein Glasbruchsignal wird daher im Regelfall so lange übertragen, bis entweder die übertragende Leistungssteuervorrichtung zerstört ist oder eine Störung, d. h. z. B. eine Jam-Unterbrechung beendet wurde. Damit müssen von einem Einbrecher bewirkte Kommunikationsunterbrechungen vergleichsweise lange andauern, um den gewünschten Erfolg zu zeitigen. Nun werden zwar in einem System mit einer Vielzahl von Einheiten, die über Funksignale kommunizieren, wie bevorzugt die Leistungssteuervorrichtungen, immer wieder Signalausfälle und Signalstörungen auftreten, es wird aber einzuschätzen sein, dass derartige Störungen, die etwa durch Einstreuungen oder dergleichen verursacht werden, kurzfristig sein werden. Damit kann durch Ermittlung typischer Störungsmuster ohne Einbruch ein Störungsmuster bei Einbruch und mit einer zum Einbruch einhergehender Kommunikationsunterdrückung gut unterschieden werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Bereitstellung eines Gateways für die WLAN-Kommunikation in einem System aus Leistungssteuervorrichtungen der Erfindung aus mehreren Gründen sinnvoll und vorteilhaft ist. So kann ein Benutzer eine Leistungssteuervorrichtung mit höherer Bandbreite ansprechen, wenn diese WLAN-fähig ist und somit schnell Konfigurationssignale oder dergleichen an ein System übertragen.
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Zudem erlaubt die Anbindung über WLAN auch, durch Identifikation des Gerätes und/oder des verwendeten Netzes bestimmte Funktionalitäten freizugeben oder zu sperren; beispielsweise kann das Konfigurieren eines Systems über einen WLAN-Gastzugang untersagt sein.
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Dort, wo ein Maschen-Netzwerk aufgebaut wird, ist es ohne weiteres möglich, Master-Geräte und Slave-Geräte zu definieren. Dort, wo sowohl ans Lichtnetz angeschlossenene Geräte vorliegen als auch für reine Betätigung ohne eigene Leistungsdurchschalt-Funktion vorhandene Netzwerkknoten im Maschen-Netzwerk vorgesehen sind, werden typisch die Mastergeräte jene sein, die tatsächlich an Wechsel-Stromnetzen angeschlossen sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch solche unmittelbar an das Lichtnetz angeschlossenen Leistungssteuervorrichtungen gegebenenfalls mit Batterien oder Akkumulatoren versehen sein können, um bei Stromausfall noch eine Restfunktionalität zu gewährleisten und insbesondere eine Einbruchssicherheit zu erhöhen. In einem solchen Fall kann eine Batterie dazu dimensioniert sein, dass etwa ein akustisches Signalgeber angesteuert werden kann, falls bei Stromausfall Bedingungen erfasst werden, die auf einen Einbruch hindeuten.
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Es ist ohne weiteres möglich, Lasten, die in unterschiedlichen Leistungssteuervorrichtungen angeschlossen sind, zu einer gemeinsamen großen Last zu koppeln. Dazu sind lediglich entsprechend übereinstimmende Ansteuerungssignale an mehreren Kanälen auszugeben. Dies könnte einerseits innerhalb einer einzigen Leistungssteuervorrichtung und somit innerhalb einer Unterputzdose erfolgen; es ist aber auch möglich, mehrere separat an unterschiedlichen Leistungssteuervorrichtung angeschlossene Lichtquellen zu koppeln. Dazu können von einer Leistungssteuervorrichtung entsprechende Steuersignale an andere Leistungssteuervorrichtungen ausgegeben werden, um von den dortigen Kontrollanordnungen dann umgesetzt zu werden. Eine Zusammenschaltung ist somit besonders einfach.
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Die bevorzugte Triangulation eines beweglichen Bluetoothsenders erlaubt es, verschiedene Feststellungen vorzunehmen, etwa dahingehend, ob ein aktuelles Schaltmuster dem typischen Muster für einen Benutzer entspricht, der einem mitgeführten Mobilsender zugeordnet ist oder dahingehend, ob eine bestimmte Person im Raum ist, was z. B. in Büros sinnvoll ist, um gewünschte Grundeinstellungen für einen Benutzer vornehmen zu können, und/oder den Benutzer per se zu detektieren, was gerade bei älteren Personen hilfreich ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass Schalter vorgesehen werden können, die (Funk-)Steuersignale weitergeben, ohne selbst an das Lichtnetz ansgechlossen zu sein. In einem solchen Fall ist es gegebenenfalls auch möglich, bekannte Mittel zum „Energieharvesting” zu verwenden. Dass auch nicht über eigene Tastfelder oder dergl. bedienbare Leistungssteuervorrichtungen vorgesehen werden können, die über Funk Betätigungssignale erhalten, sei erwähnt. Dies ist z. B. für die Nachrüstung von Rolladen-Antrieben und dergl. vorteilhaft.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ wenigstens ein zusätzlicher Sensor vorgesehen ist oder die Leistungssteuervorrichtung dazu ausgebildet ist, mit einem Sensor bzw. dessen Beschaltung zu kommunizieren, wobei der Sensor ausgewählt ist aus der Gruppe Temperatursensor, bevorzugt Temperatursensor zur Erzeugung von auf die Temperatur der Leistungssteuervorrichtung bezogenen Temperatursignalen, wobei dann die Kontrollanordnung bevorzugt dazu angeordnet ist, bei Erreichen bestimmter Temperaturen eine Umsteuerung vorzunehmen weg von einem Soll-Wert gemäß Benutzervorgabe hin zu einem unter Temperaturaspekten noch akzeptablen Ist-Wert, insbesondere zur Begrenzung einer abgedimmten Leistung eines Einzelkanals oder mehrerer Kanäle, und induktiver bzw. Magnet-Sensor, bevorzugt Hall-Sensor, zur Erfassung der Stärke eines Magnetfeldes an der Unterputzdose, bevorzugt mit einer Genauigkeit, die bei türnaher Montage der Leistungssteuervorrichtung und Anbringung eines Magneten an einem Türblatt eine Unterscheidung einer geschlossenen von einer offenen Türstellung, besonders bevorzugt zusätzlich auch einer angelehnten und/oder einer halboffenen Türstellung ermöglicht, und/oder Vibrations- und/oder Schock- und/oder Beschleunigungs- und/oder Drucksensoren, bevorzugt zur Einbruchserkennung.
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Die Verwendung von Temperatursensoren eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten. Einerseits ist z. T. eine Regelung der Raumtemperatur möglich; es ist aber auch in besonders warmen oder kalten Gegenden, wo Klimaanlagen betrieben werden oder sehr stark geheizt wird, möglich, vor Temperaturänderungen in einem Raum zu warnen und/oder gegebenenfalls sogar auf Eindringlinge zu schließen. Es ist insbesondere bevorzugt, wenn Temperatursensoren so angeordnet werden, dass auf die Temperatur der Leistungssteuervorrichtung und/oder von Teilen derselben insbesondere auf die Temperatur oder Verlustleistung der Leistungshalbleiter geschlossen werden kann.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Temperatur der Leistungshalbleiter für die Gesamtlebensdauer bestimmend sein kann und es ist bevorzugt, deutlich unterhalb der Zerstörungsgrenzen, wie sie etwa in sicheren Betriebsbereichen („safe operating area”) definiert sind, ein Herunterregeln der in der Leistungssteuervorrichtung erzeugten Temperatur vorzusehen. Dies erhöht einleuchtender Weise die Betriebsdauer und die Betriebssicherheit.
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Zu beachten ist, dass bestimmte Dimm-Einstellungen zu besonders hohen Verlusten durch den Phasenan- bzw. Abschnitt führen. Es kann daher sinnvoll und bevorzugt sein und wird auch als für sich erfinderisch angesehen, bei zu hohen Temperaturen die eigentlich von einem Benutzter gewünschte gedimmte Leistung zu verändern, was sowohl im Sinne einer Verringerung der an eine Last abgegebenen Leistung als auch, erforderlichenfalls und je nach Betriebsbedingungen, durch Heraufsteuern, also Erhöhung der somit weniger gedimmten Leistung der Fall sein kann.
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Es ist überdies vorteilhaft, einen induktiven bzw. Magnetfeldsensor vorzusehen, um mit diesem eine Türblatt-Stellung zu ermitteln. In einem Türblatt kann etwa ein Dauermagnet vorgesehen sein, der sich ohne weiteres etwa von der Randkante des Türblattes aus in das Türblatt hinein versenken lässt und/oder in einem Schlosskastenprofil angeordnet werden kann. Durch die Verwendung besonders starker Magnete wie Neodym-Magnete können mit kleinen Magneten starke Magnetfelder erzeugt werden, die sich durch Hallsensoren oder dergleichen noch ohne weiteres in einer Unterputzdose nahe der Türe erfassen lassen.
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Insbesondere dann, wenn im Türrahmen Weicheisenteile nahe eines in einem Türblatt angebrachten Magneten vorgesehen sind, kann eine geöffnete von einer geschlossenen Türstellung gut unterschieden werden. Gegebenenfalls kann, gerade bei Vorsehen von polschuhartigen Weicheisenteilen nahe eines im Türblatt versenkten Magneten oder dergleichen, auch eine vollständig geschlossene von einer nur angelehnten Türstellung unterschieden werden und/oder eine vollständig offene Türe von einer halboffen stehenden Türe unterschieden werden, wobei halboffen als ausreichend zu verstehen ist, dass zumindest kleine Personen wie Kinder in einen Raum eindringen können und/oder eine signifikante Abkühlung beheizter Räume befürchtet werden muss. Es sei hier erwähnt, dass ein Anlernmodus ohne weiteres möglich ist, so dass eine jeweilige bauliche Situation, die zu türstellungsabhängig variierenden Signalen führt, gut durch Kalibrierung der in wichtigen Türstellungen erfassbaren Magnetfelder oder dergl. zu berücksichtigen ist.
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Dass eine Unterputzdose für die erfindungsgemäße Vorrichtung gerade in Neubauten dicht genug an einem Türdurchgang angebracht werden kann, um ohne weiteres Magnetfelder von an oder in einem Türblatt, einem Schlosskastenprofil oder dergleichen vorgesehenen Magneten nachweisen zu können, sei erwähnt. Es sei auch erwähnt, dass die Sensoren unmittelbar in der Leistungssteuervorrichtung vorgesehen sein können und/oder eine oder mehrere Schnittstellen für Sensorelemente wie Drucksensoren, Vibrationssensoren, Beschleunigungs- bzw. Bruchsensoren vorgesehen sein können, wie sie an Fensterscheiben zur Einbruchserkennung verwendet werden. Die eigentlichen Sensorelemente, die an Fenstern, Fensterrahmen, Türen oder dergl. angeordnet werden, können z. B. batteriebetrieben sein.
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Es wird z. B. darauf hingewiesen, dass bestimmte Drucksensoren verwendet werden können, um angeblich bei geschlossenen Außenhüllen auf Einbrüche hinweisende Druckänderungen zu erfassen. Es sei auch angemerkt, dass solche Sensoren einleuchtender Weise auch für eine Leistungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein können, falls diese zur Einbruchserkennung, Alarmierung usw. verwendet werden soll.
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Es ist vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Leistungssteuervorrichtung zusätzlich und/oder alternativ vorgesehen ist, dass eine von der Strommessung unabhängige Kurzschlussabschaltung vorgesehen ist, um unabhängig von einer Strommessung und Auswertung eines Stromess-Signals in der Kontrollanordnung eine separate Kurzschlussabschaltung zu ermöglichen.
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Die Ausbildungsform, worin eine Kurzschlussabschaltung unabhängig von der Strommessung vorgesehen ist, d. h. eine Kurzschlussabschaltung unter Umgehung eines Mikrokontrollers unmittelbar zu einer Unterbrechung der Leistungszufuhr zu einer gegebenen Last führt, ist vorteilhaft, weil sie die Versagenssicherheit des Systems erhöht, etwa gegen Versagen des Mikrokontrollers.
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Die Erfindung wird im folgenden nur beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist dargestellt durch
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1 eine Leistungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, die an ein Zweiphasen-Wechselstrom-Lichtnetz angeschlossen ist und zwei separate Lasten, Last 1 und Last 2 unabhängig voneinander betreiben kann.
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Nach 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Leistungssteuervorrichtung 1 zum unabhängigen Dimmen einer Mehrzahl von Lasten, vorliegend zwei Lasten, nämlich Last 1 (auch mit Bezugszeichen 2a bezeichnet) und Last 2 (auch mit Bezugszeichen 2b bezeichnet), separate Leistungsschaltungsanordnungen 1a, 1b für die unabhängig betreibbaren Lasten 2a 2b, wobei die Leistungsschaltungsanordnungen 1a, 1b jeweils – hier als Mosfeetpaare realisierte Leistungshalbleiter 1a bzw. 1b1, eine Ansteuerschaltung 1a2, 1b2, sowie jeweils eine zugeordnete Netzteilschaltung 1a3, 1b3 aufweisen.
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Weiter umfasst die Leistungssteuervorrichtung 1 eine diesen gemeinsame Kontrollanordnung 3, die ebenfalls eine Netzteilschaltung 3a aufweist, wobei die Netzteilschaltungen 1a3, 1b3 für die Leistungsschaltungsanordnungen 1a, 1b von der Netzteilschaltung 3a der Kontrollanordnung 3 separate Bezugspotenziale aufweisen, wie jeweils durch die Pfeile „REF” angedeutet, die zu den entgegengesetzten Phasen des Lichtnetzes laufen. Es sind die Ansteuerungsschaltungen 1a2, 1b2 beide als Treiberschaltungen gebildet sind, welche die Leistungshalbleiter 1a1 bzw. 1b1 der Leistungsschaltungsanordnungen 1a bzw. 1b leitend oder nicht leitend steuern, wobei die Kontrollanordnung 3 über Optokoppler 4a bzw. 4b von den Ansteuerschaltungen galvanisch getrennt ist.
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Die Leistungssteuervorrichtung 1 ist im vorliegenden einfachen Ausführungsbeispiel als eine in eine herkömmliche Unterputzdose einbaubare Einheit gebildet, und stellt also einen unterputzdosenfähigen Dualdimmer dar.
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Die Leistungshalbleiter-Mosfets sind hier so gewählt, dass Lasten pro Kanal von über 500 W ansteuerbar sind. Derartige Leistungen führen nur zu ohne weiteres akzeptabler, geringer Erwärmung des Dualdimmers.
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Die leistungsstarke Vorrichtung ist eingangsseitig an die beiden Phasen N und L des Lichtstrom-Wechselnetzes angeschlossen und bietet für den Anschluss der Lasten 2a, 2b entsprechende Verbindungsklemmen.
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Die Lasten 2a, 2b sind im vorliegenden Fall als Leuchtmittel ausgebildet, die gedimmt werden sollen.
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Die Kontrollanordnung 3 umfasst einerseits einen Mikrokontroller als Logikschaltung 3d. Diesem zugeordnet ist ein Temperatursensor 3b, der ein Erwärmen der gesamten Leistungssteuervorrichtung erfassen kann, so dass erforderlichenfalls vor Ansprechen von irreversibel arbeitenden Temperatursicherungen eine Leistungsreduktion durch die Logikschaltung 3d bewirkt werden kann.
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Die Kontrolleanordnung erreicht das Dimmen der Lasten durch eine jeweilige Phasenschnittsteuerung. Dazu wird, je nach gewünschtem Dimmgrad bestimmt, wann die Leistungsschalter 1a1 bzw. 1b1 während einer Wechselspannungsphase leitend bzw. nichtleitend geschaltet werden müssen.
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Dies kann je nach angeschlossener Last als Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt geschehen. In der Kontrollanordnung 3 ist dazu (nicht gezeigt) eine Referenzspannungsquelle vorgesehen, die eine auf die L-Phase des Wechselstrom-Lichtnetzes bezogene und dagegen konstante Referenzspannung vergleicht mit einer heruntergeteilten Wechselspannung, die entsprechend der Wechselstromlichtfrequenz alterniert. Die Referenzspannung und das Teilerverhältnis für die alternierende Wechselspannung sind so gewählt, dass sich ein zu der Referenzspannung symmetrisches Wechselspannungssignal ergibt, so dass für Gleichheit des heruntergeteilten Wechselspannungsignals mit dem Referenzspannungssignal ein Nulldurchgang festgestellt werden kann.
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Es ist dann möglich, entsprechend eines gewünschten und durch Tastschalter (nicht gezeigt) von einem Benutzer vorgegebenen Dimmgrades einen Zeitpunkt zu wählen, zu welchem vermittels der Leitend-Schaltung der Leistungsschalter an den Lasten die an die Last zu speisende Wechselspannung anstehen soll.
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Um die Treiberstufen leitend zu steuern, ist jeder Treiberstufe 1a2, 1b2 I ein eigener Optokoppler 4a, 4b zugeordnet, der eingangsseitig zunächst von einer Last-Schaltstufe beaufschlagt wird, die wiederum mehrere Kanäle aufweist und die ihrerseits ein digitales Signal von der Logikschaltung erhält, und zwar mit einem Bit je unabhängig zu betreibender Last.
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Die Treiberstufe ist als TTL-Schaltung so aufgebaut, dass dann, wenn am Optokoppler ein über die Lastschaltstufe verstärktes und evtl. konditioniertes Signal eine binäre Eins darstellt, leitend geschaltet wird, während bei Anstehen einer von der Logikschaltung ausgegebenen, über die Lastschaltstufe 3c signalkonditionierten binären Null, die am Optokoppler ansteht, die Treiberstufe 1a2 bzw. 1b2 nichtleitend gesteuert wird.
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Damit kann über die Dauer bzw. den Zeitpunkt, zu welchem ein für jede Last von der Logikschaltung an die Lastschaltstufe 3c ein Einbit-Binär-EINS-Signal ausgegeben wird, bestimmt werden, zu welchem Zeitpunkt in den jeweiligen Kanälen der Phasenschnitt erfolgt.
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Es ist nun weiter zwischen jedem Leistungshalbleiterpaar 1a1, 1b1 (denen ein geeignetes Widerstandsnetzwerk wie erforderlich zugeordnet ist, um ein ordnungsgemäßes Funktionieren und Zusammenwirken mit der Treiberstufe zu gewährleisten – dies wird für den Fachmann ersichtlich sein-) und der L-Phase, auf welche die Referenzspannung aus dem Netzteil 3a bezogen ist, ein Shunt-Widerstand 5a bzw. 5b zugeordnet.
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Es wird einsichtig sein, dass der Spannungsabfall über den Shunt-Widerstand dann groß ist, wenn augenblicklich große Ströme durch den Shunt Widerstand fließen. Dies erlaubt es, die Ströme durch den Shunt mit einer Stromess-Anordnung 6a bzw. 6b zu messen, beispielsweise durch geeignete Analog-Digital Wandel Schaltkreise oder dergleichen.
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Die entsprechenden Strommesssignale werden einerseits für jeden Kanal an die Logikschaltung 3d gespeist und andererseits an eine jeweilige Kurzschlussabschaltung 7a bzw. 7b, die so ausgebildet ist, dass dann, wenn ein über den Shunt fließender Strom zu groß wird, eine Weiterleitung eines die Treiberstufe zu leitender Ansteuerung der Leistungshalbleiter veranlassenden Signales aus der Lastschaltstufe 3c über die Optokoppler 4a bzw. 4b an die Treiberstufen unterbunden wird, und zwar entweder temporär oder, gegebenenfalls, je nach Sicherheitsvorschrift, auch dauerhaft.
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Damit ist eine von der Logikschaltung 3d sowie dem Funktionieren der Lastschaltstufe 3c unabhängige Sicherheitsabschaltung für den Kurzschlussfall realisiert.
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Wie aus dem vorstehenden ersichtlich sein wird, ist die Strommessung 6a bzw. 6b so, dass der zeitliche Verlauf des über den Shunt-Widerstand fließenden Stromes erfasst werden kann, was einen Vergleich der Phasenlage zwischen Strom und Spannung durch die Logikschaltung 3d erlaubt. Damit kann zwischen kapazitiven und induktiven Lasten unterschieden werden, effektive Leistungen bestimmt werden usw.
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Es sei darauf hingewiesen, dass per se zwar keine A-/D-Wandlung erforderlich ist, sondern gegebenenfalls auch mit einfacheren Schaltkreisen gearbeitet werden kann; gleichwohl aber die Verwendung einer A/D-Wandlers und die beschriebene Auswertung der Logikschaltung besonders gut verständlich und insofern in der Erklärung vorteilhaft ist.
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Die Stromessignale können darüber hinaus zur Erfassung eines Fehler-Verhaltens der Lasten, beispielsweise bei durchgebrannten Glühbirnen usw. verwendet werden, so dass insgesamt eine hohe Versagenssicherheit gegeben ist.
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Es wird einzuschätzen sein, dass sich das dargestellte Konzept ohne weiteres auf mehr als zwei unabhängig betreibbare Lasten erweitern lässt und dafür lediglich erforderlich ist, dass die entsprechenden Leistungsschaltungsanordnungen vorgesehen werden, und die Logikschaltung genügend Ausgänge aufweist sowie die Lastschaltstufe ebenfalls genügend Kanäle besitzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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