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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet von Mehrkanal-Beleuchtungssystemen. Insbesondere werden eine Anordnung mit einem Betriebsgerät für Beleuchtungssysteme und mit zumindest einem Mehrkanal-Lichtmodul, sowie ein Verfahren zu einer Steuerung der Anordnung vorgeschlagen.
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Als Leuchtmittel in Beleuchtungssystemen werden zunehmend Lichtmodule mit Leuchtdioden (LED) als lichterzeugenden Elementen eingesetzt. Es sind dabei Lichtmodule bekannt, die zwei oder mehr Kanäle aufweisen (Mehrkanal-Lichtmodul), wobei in jedem der Kanäle eine oder mehrere LEDs angeordnet sind, die Licht in einer für den Kanal spezifischen Farbe und Farbtemperatur mit einer gewünschten Lichtintensität erzeugen. Die Farbtemperatur des von dem Mehrkanal-Lichtmodul abgegebenen Lichts hängt dann von einer jeweiligen Stromstärke der die jeweiligen Kanäle speisenden LED-Ströme und des Verhältnisses der jeweiligen LED-Stromstärken der Kanäle zueinander ab.
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Es werden zum Beispiel Zweikanal-Lichtmodule, die einen kaltweißen Kanal und einen relativ dazu warmweißen Kanal aufweisen, genutzt. Die Farbtemperatur des von dem Zweikanal-Lichtmodul abgegebenen Weißlichts ist über einen weiten Bereich mittels einer Stromstärke der LED-Ströme des kaltweißen Kanals und des warmweißen Kanals einstellbar (englisch: tuneable white: abstimmbarer oder variabler Weißabgleich).
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Der Einsatz von Notlichtsystemen für bestimmte Gebäude, insbesondere öffentliche Gebäude, ist in vielen Ländern rechtlich vorgegeben. Betriebsgeräte für Notlichtsysteme steuern Leuchtmittel mit einem LED-Strom (Laststrom, Betriebsstrom) in einem Notlichtbetriebsmodus an. Der Notlichtbetriebsmodus wird dann gewählt, wenn beispielsweise ein Ausfall einer Netzversorgungsspannung erkannt wird. Der Notlichtbetriebsmodus erzeugt einen geeigneten Laststrom für die Ansteuerung der Leuchtmittel gestützt auf eine alternative, zumeist batteriegestützte Spannungsversorgung, und nicht ausgehend von einer Netzversorgungsspannung, wie es in einem Standardbetriebsmodus für die Gebäudebeleuchtung üblich ist.
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In einem Notlichtbetriebsmodus ist sicherzustellen, dass die Leuchtmittel, zum Beispiel LED-Module, eine bestimmte minimale Lichtleistung über einen Mindestzeitraum und mit bestimmten einzuhaltenden Parametern, wie zum Beispiel einer ausreichenden Temperaturunabhängigkeit und Helligkeit, abgeben. Um die begrenzte Kapazität einer wiederaufladbaren Batterie des Notlichtsystems zu berücksichtigen, ist es bekannt, die abgegebene Lichtleistung in einem Notlichtbetriebsmodus mittels entsprechender Einstellung eines LED-Stroms (Laststroms) durch ein Notlichtbetriebsgerät auf einen vorbestimmten Wert zu ändern.
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Die Batterie des Notlichtsystems und deren Dimensionierung sowie deren begrenzte Lebensdauer verursachen dabei nicht unerhebliche Kosten in Beschaffung und Unterhalt des Notlichtsystems. Daher ist die effiziente Nutzung der in der Batterie gespeicherten Energie von großer wirtschaftlicher Bedeutung für Notlichtsysteme.
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Die Batterie des Notlichtsystems kann beispielsweise für ein einzelnes Betriebsgerät vorhanden sein oder auch zentral für mehrere Betriebsgeräte, wobei in diesem Fall bei Eintritt eines Ausfalls der Netzstromversorgung ausgehend von der Batterie des Notlichtsystems eine Spannung, beispielsweise eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung, auf die Leitungen der Netzstromversorgung und somit für die Betriebsgeräte aufgespeist wird.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines Notlichtbetriebs und verschiedener Versorgungsspannungsarten ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2010 063 992 beschrieben. Diese Erkennung kann auch bei der vorliegenden Erfindung Anwendung finden.
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Es ist jedoch zu verstehen, dass nicht nur ein Wegfall einer Versorgungsspannung, sondern bspw. auch der Wegfall einer angelegten Wechselspannung ermittelt und als Ereignis für den Eintritt eines Notlichtbetriebs ausgewertet werden kann.
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Es ist daher die technische Aufgabe zu lösen, ein Beleuchtungssystem, insbesondere auch für den Einsatz als Notlichtsystem, mit verbesserter Energieeffizienz bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit einem Betriebsgerät und einem Mehrkanal-Lichtmodul nach Anspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betrieb eines Beleuchtungssystems sowie ein entsprechendes Programm gemäß den nebengeordneten Ansprüchen lösen gleichfalls die technische Aufgabe.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein Betriebsgerät und zumindest ein von dem Betriebsgerät angesteuertes, also mit einem LED-Strom versorgtes Mehrkanal-Lichtmodul. Das Mehrkanal-Lichtmodul ist eingerichtet, in einem ersten Kanal Licht einer ersten Farbtemperatur und in zumindest einem zweiten Kanal Licht einer zweiten Farbtemperatur abzugeben. Der erste Kanal erzeugt das Licht mit der ersten Farbtemperatur mit einer höheren Effizienz aus einem ersten Laststrom als der zweite Kanal das Licht mit der zweiten Farbtemperatur aus einem zweiten Laststrom. Das Betriebsgerät weist einen Steuerschaltkreis auf, der ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus das Mehrkanal-Lichtmodul durch einen Treiberschaltkreis mit dem veränderlich vorgebbaren ersten Laststrom und zumindest dem einen veränderlich vorgebbaren zweiten Laststrom in einem vorgegebenen Verhältnis anzusteuern. Weiter ist der Steuerschaltkreis ausgelegt, in einem zweiten Betriebsmodus das Mehrkanal-Lichtmodul nur (ausschließlich) mit einem fest vorbestimmten bzw. eingestellten ersten Laststrom anzusteuern. Der Steuerschaltkreis ist weiter eingerichtet, zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus auf Basis einer vorbestimmten Umgebungsbedingung für das Betriebsgerät umzuschalten, insbesondere aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umzuschalten, wenn die Umgebung der Anordnung wenigstens eine Bedingung erfüllt.
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In dem ersten Betriebsmodus wird durch die Anordnung somit Licht mit einer durch eine externe Vorgabe, beispielsweise eine Nutzereinstellung oder ein Einstellung aufgrund physiologischer Erkenntnisse besonders vorteilhafte Farbtemperatur des abgestrahlten Lichts einstellbar, da hier eine veränderbare, variabel vorgebbare Farbetemperatur des abgegebenen Lichts über den veränderlich vorgebbaren ersten Laststrom und zumindest einen veränderlich vorgebbaren zweiten Laststrom eingestellt werden kann. Wird nun eine vorbestimmte Umgebungsbedingung, also beispielsweise ein bestimmter Umgebungswert durch das Betriebsgerät erkannt, so schaltet das Betriebsgerät in einen zweiten Betriebsmodus. In diesem zweiten Betriebsmodus wird nun ausschließlich der zweite Kanal, der das Licht mit einer ersten Farbtemperatur, allerdings eben mit einer höheren Effizienz aus dem ersten Laststrom erzeugt, mit dem ersten Laststrom angesteuert, wobei der erste Laststrom erfindungsgemäß einen eben vorab bestimmten Stromwert aufweist. Die Lichtabgabe erfolgt in diesem zweiten Betriebsmodus nun zwar mit der ersten Farbtemperatur, jedoch erfolgt die Lichterzeugung eben mit der höheren Stromeffizienz des ersten Kanals in der Lichterzeugung. Damit ist auch die Energieeffizienz der Lichterzeugung in dem zweiten Betriebsmodus höher als in dem ersten Betriebsmodus, in dem die geringere Effizienz des zweiten Kanals in die Lichterzeugung eingeht. Die Umschaltung von dem ersten Betriebsmodus auf den zweiten Betriebsmodus erfolgt dabei automatisch, wenn der Steuerschaltkreis erkennt, dass die Umgebungsbedingung vorliegt. Die höhere Energieeffizienz des zweiten Betriebsmodus kann unmittelbar zu einer längeren Laufzeit eines batteriegestützten Betriebs eines Notlichtsystems führen, wenn die erfindungsgemäße Anordnung als Bestandteil eines solchen Notlichtsystems eingesetzt wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Energiespeicher eines Notlichtsystems kleiner als in bekannten Notlichtsystemen dimensioniert werden. Bei geeigneter Wahl der Umgebungsbedingungen sind außerdem verringerte Betriebskosten eines Beleuchtungssystems zu erwarten.
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Die Umgebungsbedingung kann beispielsweise ein durch einen Sensor des Betriebsgeräts oder einen extern zu dem Betriebsgerät angeordneter Sensor überwachter Parameter sein. Dieser überwachte Parameter kann mit einer Schwelle verglichen werden, um das Vorliegen oder Nichtvorliegen der Umgebungsbedingung zu bestimmen. Selbstverständlich kann auch auf Basis mehrerer Sensoren das Vorliegen einer Situation festgestellt werden, die die Umgebungsbedingung erfüllt.
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Ein Beispiel einer Umgebungsbedingung ist das Fehlen einer Netzversorgungsspannung an einem Netzeingang des Betriebsgeräts.
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Der Steuerschaltkreis einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eingerichtet, das Mehrkanal-Lichtmodul in dem ersten Betriebsmodus anzusteuern, wenn als die vorbestimmte Umgebungsbedingung zumindest eine funktionsfähige Netzstromversorgung des Betriebsgeräts oder eine Präsenz einer Person in einem von dem Mehrkanal-Lichtmodul ausgeleuchteten Bereich erkannt wird.
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Der Begriff „vorbestimmt“ ist in diesem Zusammenhang als vorab festgelegt zu verstehen. Die vorbestimmte Umgebungsbedingung kann beispielsweise bei einer Inbetriebnahme des Betriebsgeräts oder des Notlichtsystems, oder bereits im Rahmen der Fertigung oder der Entwicklung des Betriebsgeräts festgelegt werden.
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Bei einer Versorgung des Betriebsgeräts über eine Netzstromversorgung ist der erste Betriebsmodus mit der variabel einstellbaren Lichtfarbe des abgegebenen Lichts vorteilhaft und die geringere Energieeffizienz der Lichterzeugung mittels erstem und zweiten Kanal nachrangig. Bei Ausfall der Netzstromversorgung dagegen ist wegen der begrenzten Speicherkapazität eines Energiespeichers der Aspekt der Energieeffizienz der Lichterzeugung nun höher zu bewerten. Diese Bewertung erfolgt automatisch durch Auswerten der vorbestimmten Umgebungsbedingung „funktionsfähige Netzstromversorgung“. Damit ist diese Ausführung der Erfindung besonders für Beleuchtungssysteme mit sowohl einer netzgestützten (erste) als auch einer batteriegestützten Betriebsart (zweite Betriebsart) vorteilhaft.
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Wird als Umgebungsbedingung die Präsenz einer Person in dem von dem Mehrkanal-Lichtmodul ausgeleuchteten Bereich verwendet, so kann der erste Betriebsmodus mit seiner veränderlich einstellbaren Farbtemperatur beispielsweise die Vorteile von Licht mit einer bestimmten Farbtemperatur nutzen, beispielsweise eine verbesserte Konzentrationsfähigkeit von Personen in einem Büroraum bewirken, während in dem kurzfristig leeren, jedoch beleuchteten Büroraum lediglich eine Beleuchtung mit einer besonders energieeffizienten Farbtemperatur erfolgt. Insbesondere große Bürogebäude können somit ohne merkbare Einschränkung der Nutzbarkeit über einen langen Zeitraum wirtschaftlicher betrieben werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Anordnung ist der Steuerschaltkreis eingerichtet, eine bestimmte Farbtemperatur des Lichts des Mehrkanal-Lichtmoduls mittels des ersten Lichtstroms und des zweiten Lichtstroms gemäß einer externen Vorgabe einzustellen.
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Damit kann beispielsweise ein Nutzer in dem ersten Betriebsmodus mittels Dimmer eine Lichtintensität und/oder Farbtemperatur entsprechend seinen Bedürfnissen oder entsprechend allgemein verfügbaren Erkenntnissen einstellen und gegebenenfalls anpassen. Bei Vorliegen bzw. dem Erkennen des Vorliegens einer Situation, die bestimmte Umgebungsbedingungen, wenigstens eine, erfüllt, erfolgt ein Wechsel des Betriebsmodus hin zu einer wirtschaftlicheren Lichterzeugung, ohne dass der Nutzer in seinen Bedürfnissen beeinträchtigt wird und insbesondere ohne dass er selbst aktiv eingreifen muss.
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Alternativ oder zusätzlich hat das Mehrkanal-Lichtmodul den ersten Kanal zur Abgabe eines weißen Lichts mit einer kaltweißen Farbtemperatur und den zweiten Kanal zur Abgabe eines weißen Lichts mit einer relativ dazu warmweißen Farbtemperatur, womit das Mehrkanal-Lichtmodul weißes Licht mit einer einstellbaren Farbtemperatur erzeugen kann.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für die bekannten Mehrkanal-Lichtmodule mit einen variablen Weißabgleich (in der Farbtemperatur abstimmbares weißes Licht - englisch: tuneable white) nutzbar, da hier der kaltweiße Kanal Licht aus dem ersten Lichtstrom mit einer höheren Effizienz als der warmweiße Kanal erzeugt. Damit ist in dem zweiten Betriebsmodus eine verbesserte Energieeffizienz der Lichterzeugung allerdings zu Lasten einer geringeren Annehmlichkeit des erzeugten Lichts zu erreichen. Andererseits werden unter bestimmten Umgebungsbedingungen die nachteilige Farbtemperatur nicht so relevant sein, wie dies in diesem Fall der geringere Energieeinsatz für die Lichterzeugung in dem zweiten Betriebsmodus ist. Insbesondere ist für eine Notbeleuchtung oder einen ausgeleuchteten Bereich ohne anwesende Personen eine kaltweiße Farbtemperatur des weißen Lichts vollkommen ausreichend, während die Vorteile der effizienteren Erzeugung erfindungsgemäß automatisiert und vorab bestimmbar mittels der Formulierung und Erfassung der Umgebungsbedingung nutzbar werden.
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Die vorteilhafte Anordnung nach einem Ausführungsbeispiel weist den Steuerschaltkreis dafür eingerichtet auf, das Mehrkanal-Lichtmodul in dem zweiten Betriebsmodus anzusteuern, wenn das Betriebsgerät das Mehrkanal-Lichtmodul mit aus einem Energiespeicher entnommener Energie ansteuert.
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Die begrenzte Energiekapazität des Energiespeichers wird durch den zweiten Betriebsmodus in besonders effizienter Weise für die Beleuchtung genutzt. Damit können bei Dimensionierung und somit Kosten des Energiespeichers oder der einzustellenden Beleuchtungszeit bei vorgegebener Beleuchtungsstärke einer batteriegestützten Beleuchtung Vorteile realisiert werden.
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Vorteilhaft ist die Anordnung nach einer weiteren Ausführung, in der der Steuerschaltkreis eingerichtet ist, das Mehrkanal-Lichtmodul in dem ersten Betriebsmodus anzusteuern, wenn ein Präsenzdetektor wenigsten eine Person in einem von dem Mehrkanal-Lichtmodul ausgeleuchteten Bereich erfasst. Das Mehrkanal-Lichtmodul wird in dem zweiten Betriebsmodus angesteuert, wenn ein Präsenzdetektor keine Person in einem von dem Mehrkanal-Lichtmodul ausgeleuchteten Bereich erfasst. Das Umschalten kann dabei zeitverzögert erfolgen.
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Wird keine Person in dem ausgeleuchteten Bereich erfasst, so ist der zweite, energieffiziente Betriebsmodus ohne Nachteile aufgrund der dann nicht mehr veränderlich einstellbaren Farbtemperatur besonders vorteilhaft.
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Bevorzugt ist der zweite Betriebsmodus ein Notlichtbetriebsmodus.
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Beispielsweise ist das Betriebsgerät ein Notlichtbetriebsgerät.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich in einfacher Weise effiziente und kostengünstige Notlichtsysteme mit langen Notlichtdauern verwirklichen, die zugleich eine hohe Nutzerfreundlichkeit in einem Standardbetriebsmodus mit einer ggf. einstellbaren Farbtemperatur des abgegebenen Lichts in einem ersten Betriebsmodus als netzgestütztem (Standard-) Betriebsmodus aufweisen.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren Ausführung der Treiberschaltkreis einen ersten Konverterschaltkreis zur Erzeugung des ersten Laststroms und zumindest jeweils einen zweiten Konverterschaltkreis zur Erzeugung des zumindest einen zweiten Laststroms aufweist. Der Steuerschaltkreis ist dabei dafür eingerichtet, in dem zweiten Betriebsmodus den zumindest einen zweiten Konverterschaltkreis auszuschalten.
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Mittels des Ausschaltens des zweiten Konverterschaltkreises in dem zweiten Betriebsmodus ist eine weitere Reduzierung der Energieaufnahme in dem zweiten Betriebsmodus zu erreichen, die die Energieeffizienz der erfindungsgemäßen Anordnung weiter erhöht.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst ein zu der Anordnung korrespondierendes Verfahren zur Steuerung einer Anordnung mit einem Betriebsgerät und zumindest einem von dem Betriebsgerät angesteuerten Mehrkanal-Lichtmodul die technische Aufgabe. Das Mehrkanal-Lichtmodul gibt in einem ersten Kanal Licht einer ersten Farbtemperatur und in zumindest einem zweiten Kanal Licht einer zweiten Farbtemperatur ab. Der erste Kanal erzeugt das Licht mit der ersten Farbtemperatur mit einer höheren Effizienz aus dem ersten Laststrom als der zweite Kanal das Licht mit der zweiten Farbtemperatur aus dem zweiten Laststrom. Das Verfahren weist die Schritte auf: Ansteuern des Mehrkanal-Lichtmoduls durch einen Treiberschaltkreis mit einem veränderlich vorgebbaren ersten Laststrom und zumindest einem veränderlich vorgebbaren zweiten Laststrom in einem ersten Betriebsmodus, Ansteuern des Mehrkanal-Lichtmoduls durch den Treiberschaltkreis in einem zweiten Betriebsmodus nur (ausschließlich) mit einem vorbestimmten ersten Laststrom, und Umschalten zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus auf Basis einer vorbestimmten Umgebungsbedingung für das Betriebsgerät.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren weiter das Erfassen einer Umgebungssituation zum Vergleich mit der vorbestimmten Umgebungsbedingung des Betriebsgeräts auf.
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Einem dritten Aspekt der Erfindung zufolge wird die Aufgabe durch ein Programm mit geeigneten Programmcode-Mitteln gelöst, um alle Schritte gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen zu können, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor ausgeführt wird.
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Einem vierten Aspekt der Erfindung zufolge wird die Aufgabe durch Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeicherten Programmcode-Mitteln gelöst, um alle Schritte gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen zu können, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor ausgeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft über eine veränderte Steuerung des Steuerschaltkreises des Betriebsgeräts umzusetzen. Eine Ausführung der Erfindung als Programm oder Programergänzung für das Steuergerät ist daher möglich und wirtschaftlich sinnvoll.
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Auch kann ein bestehender Steuerschaltkreis eines bekannten Betriebsgeräts für mehrkanalige Lichtmodule mittels einem geänderten Betriebsprogramm entsprechend nachgerüstet werden, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt ein vereinfachtes Signalflussdiagramm eines Notlichtsystems 1 mit einem LED-Modul als Mehrkanal-Lichtmodul 2 und einem Betriebsgerät 3, und
- 2 zeigt ein einfaches Flussdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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1 zeigt ein vereinfachtes Signalflussdiagramm einer Anordnung 1 mit einem Betriebsgerät 3 und einem LED-Modul als Mehrkanal-Lichtmodul 2. Das LED-Modul 2 ist als Mehrkanal-LED-Modul ausgebildet und ist ein Beispiel für ein Mehrkanal-Lichtmodul. Das Betriebsgerät 3 versorgt das LED-Modul 2 mit einem veränderlich einstellbaren ersten Laststrom und zumindest einem veränderlich einstellbaren zweiten Laststrom.
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Das Mehrkanal-Lichtmodul 2 kann zum Beispiel Licht mit einer einstellbaren Farbtemperatur abgeben.
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Sowohl die Farbtemperatur als auch die Beleuchtungsstärke künstlich erzeugten, insbesondere mit Leuchtdioden (LED) erzeugten, Lichts haben großen Einfluss auf das Wohlempfinden eines Nutzers. Auch können über geeignet ausgelegte Beleuchtungslösungen Konzentration und Produktivität in Büroräumen, eine produktspezifische und saisonal angepasste Beleuchtung in Verkaufsräumen oder eine therapeutische Unterstützung erzielt werden.
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In der Beleuchtungstechnik werden daher beispielsweise Leuchten eingesetzt, die das Tageslicht nachzubilden vermögen und sich individuellen Bedürfnissen des Nutzers anpassen.
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Die Farbtemperatur des abgegebenen Lichts des Mehrkanal-Lichtmoduls 2 ist hierzu einstellbar. Dies kann mittels zweier Lichtkanäle, einem Kanal der ein kaltweißes Licht abgibt, sowie einem weiteren Kanal, der ein warmweißes Licht abgibt, wobei die beiden Kanäle individuell ansteuerbar sind, erreicht werden. Als lichtemittierende Elemente werden in beiden Kanälen typisch LEDs 4, 5 verwendet.
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Ohne Einschränkung der Erfindung wird in 1 ein Zweikanal-Mehrkanal-Lichtmodul als Mehrkanal-Lichtmodul 2 gezeigt, wobei ein erster und ein zweiter Kanal separat voneinander angesteuert mit einem ersten Laststrom und einem zweiten Laststrom werden können, um eine variable Einstellung der Farbtemperatur des von dem Mehrkanal-Lichtmodul 2 abgegebenen Lichts zu erzielen.
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Bekannte Vorrichtungen zum variablen Weißabgleich des abgegebenen Lichts (englisch: tuneable white) weisen eine Gruppe kaltweißer LEDs und eine Gruppe warmweißer LEDs in der Regel auf einem gemeinsamen Substrat auf.
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Der erste Laststrom bewirkt das Leuchten einer ersten Gruppe von LEDs 4 mit einer ersten Farbtemperatur und Helligkeit (Intensität). Der zweite Laststrom bewirkt das Leuchten einer zweiten Gruppe von LEDs 5 mit einer zweiten Farbtemperatur und zweiten Helligkeit.
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Um eine homogene Farbabgabe zu erzielen, können die LEDs 4, 5 mit jeweils unterschiedlicher Farbtemperatur des abgegebenen Lichts gemischt auf dem Substrat angeordnet sein. Der erste Laststrom und der zweite Laststrom werden getrennt gesteuert, um ein vom Benutzer gewünschtes Licht mit einer gewählten Farbtemperatur bei einer gewählten Lichtintensität zu erreichen.
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Insbesondere kann eine Treiberschaltung 17 des Betriebsgeräts 3 eine Schaltungsordnung aufweisen, die so konfiguriert ist, dass der erste und der zweite Laststrom erzeugt werden, die jeweils geeignet sind, sowohl die erste als auch die zweite LED 4, 5 von einem Aus-Zustand ohne Lichtabgabe bis zu einem Zustand einer maximalen Intensität der Lichtabgabe zu steuern.
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Das Mehrkanal-Lichtmodul 2 ist nicht nur auf zwei Gruppen von LEDs beschränkt. Mehrkanal-Lichtmodul 2 kann eine beliebige Anzahl von LED-Gruppen mit LEDs 4, 5 mit jeweils eigener individueller Farbtemperatur und Helligkeitsverhalten aufweisen. Notwendig ist dabei eine entsprechende Anzahl von jeweils unabhängig veränderbaren Lastströmen, die von der Treiberschaltung 17 des Betriebsgeräts 3 bereitgestellt werden.
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Um die jeweiligen Lastströme mit einer geeigneten Stromstärke für unterschiedliche Intensitäten und Farbtemperaturen der spezifischen LEDs 4, 5 zu erzeugen, kann eine Steuerung oder Regelung des jeweiligen Laststroms entweder auf eine oder mehrere in einem Speicher abgelegte Laststromtabellen zugreifen oder entsprechenden Werte für die Stromstärke der jeweiligen Lastströme anhand von algebraischen Gleichungen berechnen.
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Die Erfindung nutzt, dass ein abgegebener Lichtstrom einer weißen LED 4, 5 gemessen in Lumen, proportional zu deren LED-Strom (Laststrom) ist, wobei eine Proportionalitätskonstante von der Farbtemperatur abhängig ist.
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Beispielsweise erzeugt eine kaltweiße erste LED 4 konfiguriert für eine erste Farbtemperatur von z.B. 6000 Kelvin Licht mit einer Rate von 100 Lumen pro Ampere des ersten Laststroms, während eine warmweiße zweite LED 5 mit beispielsweise einer zweiten Farbtemperatur von 3000K Licht mit einer Rate von 70 Lumen pro Ampere erzeugt und abgibt. Die kaltweiße erste LED 4 erzeugt also Licht mit einer höheren Effizienz im kaltweißen Lichttemperaturbereich, als dies die zweite LED 5 im warmweißen Lichttemperaturbereich vermag.
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Diese Ungleichheit der Lichtabgabe wird beim Dimmen des Mehrkanal-Lichtmoduls 2, insbesondere beim Ermitteln des ersten und des zweiten Laststroms, berücksichtigt.
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Die Beleuchtungsstärke des abgegebenen Lichts der ersten und zweiten LEDs 4, 5 ist für entsprechende Beleuchtungslösungen in einem Bereich von typisch 10% oder 15% bis hin zu 100% zu dimmen.
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Um die Beleuchtungsstärke des abgegebenen Lichts über einen weiten Bereich steuern zu können (Dimmen) und zugleich eine hochgenaue Farbtemperatur des abgegebenen Lichts beizubehalten, ist eine genaue Ermittlung eines elektrischen Stroms über die LEDs erforderlich, um die Leuchte, insbesondere die den jeweiligen LED-Strom (Laststrom) erzeugenden Konverterschaltkreise 14, 16 der Treiberschaltung 17 entsprechend regeln zu können.
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Das Betriebsgerät 3 ist in 1 lediglich mit seinen wesentlichen Funktionsblöcken gezeigt. Das Mehrkanal-Lichtmodul 2 kann zum Beispiel zwei oder mehrere Leuchtdioden (LED) 4, 5 in Reihen- und/oder Serienschaltung, beispielsweise in mehreren Strängen, umfassen. Dargestellt in 1 sind zwei LEDs 4, 5 die jeweils von einem zugeordneten Konverterschaltkreis 14, 16 des Betriebsgeräts 3 mit einem Laststrom (LED-Strom) versorgt werden.
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Insbesondere wird die erste LED 4 von einem ersten Konverterschaltkreis 14 mit einem ersten Laststrom angesteuert (versorgt). Die zweite LED 5 wird von dem zweiten Konverterschaltkreis 16 mit einem zweiten Laststrom angesteuert.
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In 1 ist die Erfassung des jeweiligen Laststroms zeichnerisch nicht dargestellt. Die Regelung des ersten und des zweiten Laststroms erfolgt in einem Steuerschaltkreis 13, der vorteilhaft als Mikrokontroller ausgeführt sein kann. Der Steuerschaltkreis 13 erhält Steuersignale, die eine Ansteuerung der ersten LED 4 und der zweiten LED 5 entsprechend externer Vorgaben, zum Beispiel einer Dimmwertvorgabe oder eines Schaltzustandes, zum Beispiel „Licht an“, „Licht aus“ oder einer gewünschten Farbtemperatur des abzugebenden Lichts der ersten LED 4 und der zweiten LED 5 umfassen. Der Steuerschaltkreis 13 kann entsprechende externe Vorgaben über eine nicht dargestellte Dimmer- und Schalterschnittstelle einlesen.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Datenschnittstelle 18, zum Beispiel eine DALI™-Schnittstelle zur Übermittlung externer Vorgaben und zur Übermittlung von Meldungen des Betriebsgerätes 3 zu einem Beleuchtungsnetzwerk vorhanden sein.
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Zusätzlich verfügt das Betriebsgerät über eine Einheit 15 zur Erfassung und Auswertung einer vorbestimmten Umgebungsbedingung. Diese Einheit 15 kann beispielsweise einen Sensor oder einen Detektor umfassen.
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Die Einheit 15 kann Teil des Betriebsgeräts 3 sein oder extern zu dem Betriebsgerät angeordnet sein und mit dem Betriebsgerät über eine Schnittstelle verbunden sein.
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Die Einheit 15 kann eine oder mehrere Umgebungsbedingungen des Betriebsgeräts 3 erfassen, zum Beispiel das Anliegen einer Netzstromversorgung des Betriebsgeräts, die Anwesenheit einer oder mehrerer Personen in einem ausgeleuchteten Bereich des Mehrkanal-Lichtmoduls 2, und/oder einen Helligkeitswert eines Tageslichtsensors.
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Die Einheit 15 überprüft die vorbestimmte Umgebungsbedingung bzw. ob die Umgebungssituation die Bedingung erfüllt. Zum Beispiel kann die Umgebungsbedingung „Anliegen einer Netzstromversorgung“ zutreffen oder nicht zutreffen. Entsprechend dem Ergebnis der Auswertung der Umgebungsbedingung signalisiert die Einheit 15 dem Steuerschaltkreis 13 einen Wechsel von einem ersten Betriebsmodus, zum Beispiel dem Standardbetriebsmodus, in den zweiten Betriebsmodus, zum Beispiel den Notlichtbetriebsmodus oder umgekehrt.
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Die Einheit 15 zur Erfassung und Auswertung einer vorbestimmten Umgebungsbedingung ist vorteilhaft ganz oder teilweise in dem Steuerschaltkreis 13 verwirklicht.
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Die Einheit 15 ermöglicht somit einen erfindungsgemäßen automatischen Wechsel des Betriebsmodus entsprechend vorab bestimmter Umgebungsbedingungen ohne Eingriff des Nutzers.
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Der Betriebsgerät 3 nach 1 verfügt weiter über einen Anschluß für eine Netzstromversorgung, über die ein Netzeingangssignal, zum Beispiel eine Wechselstromversorgung einer Schaltung mit einem Netzeingangsfilter (EMI-Filter) und Gleichrichter 8 zugeführt wird. Das gleichgerichtete und gefilterte Netzeingangssignal wird dann in einem Leistungsfaktorkorrekturglied 9 weiterverarbeitet. Das Leistungsfaktorkorrekturglied 9 (engl. Power Factor Correction, abgekürzt PFC) erhöht den Leistungsfaktor, zum Beispiel in einen gesetzlich vorgeschriebenen Bereich. Das Leistungsfaktorkorrekturglied 9 kann als getakteter Wandler, zum Beispiel als Aufwärtswandler ausgeführt werden. Dazu wird ein Schalter des Aufwärtswandlers von einer Steuerschaltung, zum Beispiel einem PFC-Steuerschaltkreis 10, getaktet angesteuert.
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Das Leistungsfaktorkorrekturglied 9 stellt dem ersten Konverterschaltkreis 14 und dem zweiten Konverterschaltkreis 16 eine Gleichspannung bereit. Die Gleichspannung am Ausgang des Leistungsfaktorkorrekturglieds 9 wird ebenfalls einem Eingang einer Niedervoltspannungsversorgung 11 (englisch: Low Voltage Power Supply, abgekürzt: LVPS) zugeführt. Die Niedervoltspannungsversorgung 11 erzeugt die für den Betrieb des Betriebsgeräts 3 notwendigen Kleinspannungen, die den Baugruppen des Betriebsgeräts 3, insbesondere den Steuerschaltkreis 13, dem PFC-Steuerschaltkreis 10, dem ersten Konverterschaltkreis 14 und dem zweiten Konverterschaltkreis 16 zugeführt werden.
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Die in 1 gezeigte Darstellung des Betriebsgeräts 3 gibt lediglich eine von vielen möglichen Strukturen und Aufteilungen in Funktionsblöcke wieder. Die erfindungsgemäße Ermittlung eines Stromistwerts ist dabei in den Funktionsblöcken des ersten Konverterschaltkreises 14, des zweiten Konverterschaltkreises 16, der ersten LED 4, der zweiten LED 5 und des Steuerschaltkreises 13 angeordnet.
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Die Spannungsversorgung des Betriebsgeräts 3 insbesondere für den PFC-Steuerschaltkreis 11, den Steuerschaltkreis 13 und eines Batteriesteuerkreises 7 kann mehrstufig und mit einer Mehrzahl einzelner Spannungsversorgungselemente aufgebaut sein, um Kleinspannungen von zum Beispiel 3V, 3.3V, 5V und 12V zu erzeugen.
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Das dargestellte Betriebsgerät 3 weist weiter den Batteriesteuerkreis 7 auf, der Lade- und Entladevorgänge eines Energiespeichers 6 überwacht. Der Energiespeichers 6 kann als wiederaufladbare Batterie (Akku) ausgeführt sein. Der Batteriesteuerkreis 7 umfasst einen Laderegler, der ausgehend von der Gleichspannung am Ausgang des Leistungsfaktorkorrekturglieds 9 den Energiespeicher 6 lädt. Der Energiespeicher 6 wird also ausgehend von der Netzstromversorgung des Betriebsgeräts 3 geladen.
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Der Batteriesteuerkreis 7 steuert weiter das Entladen des Energiespeichers 6 für den Fall eines Ausfalls der Netzstromversorgung. Insbesondere wenn das Betriebsgerät 3, zum Beispiel der Batteriesteuerkreis 7 oder der Steuerschaltkreis 13 einen Fehler der Netzstromversorgung erkennt, stellt der Batteriesteuerkreis 7 dem ersten Konverterschaltkreis 14 an seinem Eingang eine Gleichspannung bereit, um den Betrieb der ersten LED 4 zu ermöglichen.
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Der Batteriesteuerkreis 7 kann insbesondere einen oder mehrere getaktete Wandlerschaltkreise aufweisen, die als Batterieladeschaltkreis zum Laden des Energiespeichers 6 und als Treiberschaltung für den Betrieb der ersten LED 4 über den ersten Konverterschaltkreis 14 dient.
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1 zeigt lediglich eine mögliche Struktur zur Ausführung der Erfindung. Alternativ kann der Batteriesteuerkreis 7 mittels eines Konverterschaltkreises unmittelbar über einen Schalter die erste LED 4 mit dem ersten Laststrom versorgen, wenn das Betriebsgerät 3 in dem Notlichtbetriebsmodus arbeitet. Der Schalter ist dabei zwischen dem Ausgang des ersten Konverterschaltkreises 14 und dem Mehrkanal-Lichtmodul 2 angeordnet. In dem Standardbetriebsmodus versorgt hingegen der erste Konverterschaltkreis 14 die erste LED 4 mit dem veränderlich einstellbaren ersten Laststrom.
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Der Schalter kann mittels Relais oder als Transistorschalter ausgeführt sein.
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Eine weitere alternative Ausführungsform zu dem Beispiel der 1 kann auch derart ausgeführt sein, dass der Batteriesteuerkreis 7 und der Energiespeicher 6 außerhalb des Betriebsgerätes angeordnet sind. Das Betriebsgerät 3 kann dazu ausgelegt sein, auch im Notlichtbetriebsfall ausgehend von der Netzstromversorgung versorgt zu werden. Dazu kann der Batteriesteuerkreis 7 und der Energiespeicher 6 derart ausgelegt sein, um eine Notbeleuchtungsspannung, beispielsweise eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung, auf die Leitungen der Netzstromversorgung und somit an den Anschluß für eine Netzstromversorgung, und somit an die Schaltung mit einem Netzeingangsfilter (EMI-Filter) und Gleichrichter 8 zugeführt werden. Der Batteriesteuerkreis 7 kann insbesondere einen oder mehrere getaktete Wandlerschaltkreise aufweisen, die als Batterieladeschaltkreis zum Laden des Energiespeichers 6 aus der Netzversorgung und als Treiberschaltung für die Speisung einer Gleichspannung oder gleichgerichteten Wechselspannung auf die Leitungen der Netzversorgung und somit auch für den Anschluß für eine Netzstromversorgung des Betriebsgerätes 3 dient.
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So kann beispielsweise der Steuerschaltkreis 13 überwachen, ob am Anschluß für eine Netzstromversorgung eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung anliegt und somit Situation eine Umgebungsbedingung für den Übergang in den Notlichtbetriebsmodus erfüllt ist. Dieses Beispiel für einen Wechsel in den Notlichtbetriebsmodus aufgrund eines Ausfalls der Wechselspannung als Netzstromversorgung kann der Eintritt der vorbestimmten Umgebungsbedingung des Betriebsgeräts 3 sein. Insbesondere kann ein Ausfall der Netzstromversorgung erkannt werden, wenn eine Netzeingangsspannung des Betriebsgeräts 3 einen vorbestimmten Minimalwert unterschreitet oder eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung anliegt.
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Eine Ausführung der Erfindung wird mit Bezug zu 1 und anhand eines Mehrkanal-Lichtmoduls 2 zur Abgabe von weißem Licht mit einer variablen Farbtemperatur diskutiert. Damit ist ein Beleuchtungssystem mit zwei Kanälen, einem ersten kaltweißen Kanal und einem zweiten warmweißen Kanal gezeigt. Die Erfindung ist ebenso allgemein auf Mehrkanalsysteme anwendbar. Zum Beispiel kann das Mehrkanal-Lichtmodul 2 auch ein RGB-Modul sein, das einen ersten Kanal in einem ersten Farbspektrum, einen zweiten Kanal in einem zweiten Farbspektrum und einen weiteren zweiten Kanal einem dritten Farbspektrum aufweist, solange die Effizienz der Lichtabgabe bezogen auf den LED-Strom (Laststrom) für die erste LED 4, die zweite LED 5 und die weitere zweite LED unterschiedlich ist. Das Betriebsgerät 3 wird für diesen Fall entsprechend einen ersten Konverterschaltkreis 14, einen zweiten Konverterschaltkreis 16 und ggf. einen weiteren zweiten Konverterschaltkreis aufweisen.
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Die Anordnung 1 kann Teil eines Notlichtsystems sein oder auch eine Leuchte mit einer Notlichtfunktion darstellen.
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Die Erfindung ist darüber hinaus nicht auf Beleuchtungssysteme mit einem batteriesgestützten Betriebsmodus beschränkt. Beispielsweise kann ein Beleuchtungssystem, das mittels Präsenzmeldern die Anwesenheit von Personen ortsbezogen ermittelt, eine vorab bestimmte und gewünschte Farbtemperatur des erzeugten Lichts mittels mehrkanaliger Mehrkanal-Lichtmodule 2 lediglich für Bereiche einstellen, in denen sich gerade Personen aufhalten, während übrige Bereiche des ausleuchtbaren Bereichs lediglich mit einem Kanal der mehrkanaligen Mehrkanal-Lichtmodule 2 ausgeleuchtet werden, der eine besonders effiziente Lichterzeugung bezogen auf den Laststrom ermöglicht. Damit kann die Beleuchtung eines Gebäudes mit entsprechend verringerten Betriebskosten erfolgen.
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2 zeigt ein einfaches Flussdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Das Verfahren wird für ein Beleuchtungssystem vorgestellt, das über einen netzgestützten Standardbetriebsmodus und einen batteriegestützten Betriebsmodus für einen Betrieb aus in einem Energiespeicher 6 gespeicherter elektrischer Energie verfügt.
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Das Beleuchtungssystem kann zum Beispiel ein Notlichtsystem sein, in dem der Notbeleuchtungsmodus der batteriegestützte Betriebsmodus ist.
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Das Verfahren beginnt in Schritt S1 mit dem Erfassen zumindest einer Umgebungssituation.
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In einem Schritt S2 überprüft der Steuerschaltkreis 13, ob diese Situation eine Umgebungsbedingung für den Übergang in den Notlichtbetriebsmodus erfüllt. Eine Bedingung für den Wechsel in den Notlichtbetriebsmodus kann beispielsweise der Ausfall der Netzstromversorgung als vorbestimmte Umgebungsbedingung des Betriebsgeräts 3 sein. Insbesondere kann ein Ausfall der Netzstromversorgung erkannt werden, wenn eine Netzeingangsspannung des Betriebsgeräts 3 einen vorbestimmten Minimalwert unterschreitet oder eine Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung als Netzeingangsspannung anliegt. Zum Erfassen der Umgebungssituation wird ein Signal/mehrere Signale von Sensorik ausgewertet, die zumindest teilweise in dem Betriebsgerät 3 verbaut sein kann.
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Ebenso können andere Umgebungsbedingungen wie Präsenz von Personen oder Umgebungshelligkeit mittels integrierter oder externer Sensoren erfasst und in dem Steuerschaltkreis 13 entsprechend ausgewertet werden.
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Wird die Bedingung für den Wechsel in den Notlichtbetriebsmodus in Schritt S2 nicht erfüllt, so fährt das Verfahren mit den Schritten S3 und S4, also dem Betrieb mit dem ersten Laststrom für die erste LED 4 und dem zweiten Laststrom für die zweite LED 5 fort.
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Das Verfahren setzt dazu in einem Schritt S3 mit dem Einlesen von Werten für den ersten Laststrom den zweiten Laststrom fort.
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Die Werte für den ersten Laststrom und den zweiten Laststrom können zum Beispiel ausgehend von einer veränderbar vorgegebenen Farbtemperaturvorgabe und/oder einer Dimmwertvorgabe über eine Schnittstelle wie beispielsweise die Datenschnittstelle 18 durch den Steuerschaltkreis 13 aus einem Speicher ausgelesen werden.
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Anschließend wird in Schritt S4 das Mehrkanal-Lichtmodul 2 mit dem ersten Laststrom und dem zweiten Laststrom mit den entsprechenden Werten angesteuert und die Lichtabgabe der ersten LED 4 und der zweiten LED 5 entsprechend gesteuert. Das Mehrkanal-Lichtmodul 2 gibt nun Licht einer entsprechenden Farbtemperatur und Intensität ab.
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Die Anordnung aus Betriebsgerät 3 und Mehrkanal-Lichtmodul 2 arbeitet damit in Schritt S4 in einem Standardbetriebsmodus.
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Das Verfahren setzt nun mit Schritt S1, also Erfassen der Umgebungsbedingung in Schritt S1 und Prüfen, ob die Umgebungsbedingung erfüllt ist, in Schritt S2 fort.
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In Schritt S2 überprüft der Steuerschaltkreis 13 anhand des Kriteriums erneut, ob die vorbestimmte Umgebungsbedingung für den Übergang in den Notlichtbetriebsmodus erfüllt ist.
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Wird in Schritt S2 das Kriterium für die Umgebungsbedingung für den Wechsel in den Notlichtbetriebsmodus erfüllt, so fährt das Verfahren mit Schritt S5 fort.
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In Schritt S5 liest der Steuerschaltkreis 13 einen vorbestimmten Wert des ersten Laststroms für den Notlichtbetriebsmodus ein und steuert die erste LED 4 mit dem ersten Laststrom mit dem eingelesenen vorbestimmten Wert für den ersten Laststrom an.
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Vorzugsweise wird in Schritt S5 der zweite Konverterschaltkreis 16 der Treiberschaltung 17 außer Betrieb genommen. Insbesondere kann in Schritt S5 der zweite Konverterschaltkreis 16 in einen Ruhemodus versetzt werden, in dem eine Energieaufnahme des zweiten Konverterschaltkreis 16 verringert oder vollständig unterbunden ist.
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Der vorbestimmte Wert für den ersten Laststrom im Notlichtbetriebsmodus ist bevorzugt einstellbar. Der vorbestimmte Wert für den ersten Laststrom im Notlichtbetriebsmodus kann in diskreten Schritten oder kontinuierlich entsprechend einer gewünschten oder regulatorisch vorgegebenen minimalen Leuchtdauer des Mehrkanal-Lichtmoduls 2 aus der in dem Energiespeicher 6 gespeicherten Energie gewählt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der vorbestimmte Wert für den ersten Laststrom im Notlichtbetriebsmodus dynamisch durch den Steuerschaltkreis 13 angepasst werden. Die dynamische Anpassung des vorbestimmten Werts kann beispielsweise basierend auf zumindest einem Parameter erfolgen, der zum Beispiel einen Ladezustand des Energiespeichers 6, ein Detektionsergebnis eines oder mehrerer Präsenzmelder, eine ermittelte Umgebungslichtstärke eines oder mehrerer Helligkeitssensoren umfasst.
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Nach Schritt S5 setzt das Verfahren mit den Schritten S1 und S2 fort. In Schritt S2 prüft dabei der Steuerschaltkreis 13, ob die Bedingung für den Notlichtbetriebsmodus weiter erfüllt ist.
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Ist in Schritt S2 die Bedingung für den Notlichtbetriebsmodus nicht mehr erfüllt, so wird der Betrieb im Standardbetriebsmodus mit Schritt S3 und anschließend Schritt S4 fortgesetzt.
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Andernfalls wird das Verfahren in Schritt S5 mit Ansteuern der ersten LED 4 mit dem vorbestimmten Wert des ersten Laststroms im Notlichtbetriebsmodus fortgesetzt.
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Die mit Bezug zu 2 vorgestellten Verfahrensschritte ermöglichen einen automatischen und situationsabhängig ausgelösten Wechsel zwischen einem batteriegestützten Betriebsmodus des Beleuchtungssystems, in dem eine besonders effiziente Lichterzeugung einer bestimmten Lichtintensität unter Nutzung eines Kanals mit einer ersten Farbtemperatur erfolgt, und einem netzgestützten Betriebsmodus, in dem eine vollständige Nutzung der Mehrzahl an Kanälen entsprechend der beabsichtigten Funktionalität und insbesondere variable wählbaren Farbtemperatur des Beleuchtungssystems erfolgt. Damit ist eine besonders effiziente Lichterzeugung des Beleuchtungssystems über zumindest einen Teil der Betriebsdauer, in der dies vertretbar erscheint, möglich.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung vorteilhaft miteinander kombinierbar. Beispielsweise kann der auf ein Detektionsergebnis von Präsenzmeldern gestützte Wechsel des Betriebsmodus mit einem batteriegestützten/netzversorgungsgestützten Betriebsmoduswechsel kombiniert werden, um eine besonders effiziente Nutzung einer Kapazität und/oder Ladezustands des Energiespeichers 6 zu erzielen.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, von einem Tageslichtsensor erfasste Helligkeitswerte im Rahmen der vorbestimmten Umgebungsbedingung zu erfassen, dem Steuerschaltkreis 13 zuzuführen und dort für die Entscheidung über den Wechsel des Betriebsmodus heranzuziehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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