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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektroinstallationsgerät zum Schalten und/oder zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern.
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Elektronische Dimmer und Schalter für den Einsatz in einer Elektroinstallation sind in verschiedenen Ausgestaltungen allgemein bekannt und umfassen oftmals eine komfortable Bedienung z. B. mit einer Funk- bzw. Infrarotfernsteuerung. Diese Einbaudimmer oder Einbauschalter können in verschiedenen Konfigurationen in einer Installation eingesetzt werden, d. h. mit verschieden Lastarten und/oder mit verschieden Komponenten einer Elektroinstallation verschaltet werden. Entsprechend sind auf dem Markt verschieden Dimmertypen verfügbar, die für eine entsprechende Verschaltung geeignet sind. Zum Beispiel gibt er Dimmer, die als Doppel- bzw. Seriendimmer zwei verschiedene Lasten oder Lastkreise ansteuern können. Ebenso sind elektronische Dimmer bekannt, die mit einem mechanischen Wechselschalter in eine Wechselschaltung arbeiten oder die über einen externen Taster als Nebenstelle fernsteuerbar sind.
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Insbesondere besteht bei vorhandenen Elektroinstallationen das Problem, dass z. B. als Ersatzteil oder zur Nachrüstung eines Dimmers als Eratz für ein Elektroinstallationsgerät nur ein bestimmter Dimmertyp geeignet ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Einbaudimmer und/oder Schalter bereitzustellen, der universell in verschiedenen Verschaltungen einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Elektroinstallationsgerät zum Schalten und/oder zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Weitere und bevorzugte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Elektroinstallationsgerät umfasst einen Steuerbaustein und wenigstens zwei parallele Lastkreise, wobei jeder der Lastkreise einen separat durch den Steuerbaustein ansteuerbaren Treiberbaustein enthält. Die Lastkreise sind für einen Betrieb als Einzel-, Serien-, Wechselschaltungseingang und/oder für einen Betrieb als Nebenstellenschaltungseingang konfigurierbar.
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Diese Konfigurierbarkeit der Anschlüsse ermöglicht einen universellen Einsatz in unterschiedlichen Verschaltungen.
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In dem Elektroinstallationsgerät kann jedem der Lastkreise ein Signaleingang des Steuerbausteins zur Erfassung einer anliegenden Spannung zugeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die an den Treiberbausteinen der Lastkreise anliegenden Spannungen durch den Steuerbaustein zu überwachen sind.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung verfügt der Steuerbaustein über einen Signaleingang, der zum Erfassen einer Versorgungsspannung für den Steuerbaustein ausgebildet ist.
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Der Steuerbaustein kann bevorzugt dazu ausgebildet sein, selbständig zu erkennen, ob das Elektroinstallationsgerät in einer Einzelschaltung, Serienschaltung, Wechselschaltung oder in einer Nebenstellenschaltung verschaltet ist. Dieses ermöglicht in besonders komfortabler Weise das Elektroinstallationsgerät ohne manuelle Konfiguration in eine bereits vorhandene Installation in Betrieb zu nehmen.
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Des Weitern kann eine Versorgungsspannung für den Steuerbaustein über wenigstens einer der Lastkreise sowie über einen Gleichrichter bereitstellt werden. Eine entsprechend vorteilhafte Hilfsenergieversorgung erspart eine zusätzliche Versorgungsleitung in der Installation.
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Der Steuerbaustein umfasst vorteilhafter Weise eine Regeleinrichtung, die ausgebildet ist, die Treiberbausteine der Lastkreise derart anzusteuern, dass ein Unterschreiten einer minimalen Versorgungsspannung vermeidbar ist. Somit wird vermieden, dass bei einer zu hohen Leistungsabgabe über die Lastkreise die Versorgungsenergie für den Dimmer ausfällt und eine angeschlossene Beleuchtung in Folge von Spannungsausfällen in der Ansteuerung der Treiberbausteine flackern lässt.
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Ein besonderer Vorteil ist, dass der Steuerbaustein (10) ausgebildet sein kann, nach dem ersten Unterschreiten einer minimalen Versorgungsspannung eine variable Leistungssteuerung zu deaktivieren.
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Ein Unterschreiten der minimalen Versorgungsspannung tritt beispielsweise beim Betrieb von Verbrauchern mit einer Spitzengleichrichtung der Eingangsspannung auf (z. B. einige Energiesparlampen). Da Energiesparlampen in der Regel nicht dimmbar sind, ermöglicht das Elektroinstallationsgerät eine Erkennung entsprechender Lasten und ermöglicht durch das automatische Deaktivieren der Dimmerfunktion einen sichren Betrieb solcher Lasten im statischen Schalterbetrieb.
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In alternativer Ausgestaltung kann eine Versorgungsspannung für den Steuerbaustein auch über eine von den Lastkreisen unabhängige Anschlussklemme und über einen Gleichrichter bereitstellt werden. Somit können auch Lasten, die im ausgeschalteten Zustand keine Ruheströme vor Versorgung des Steuerbausteins erlauben mit dem Elektroinstallationsgerät betrieben werden.
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Die Treiberbausteine umfassen bevorzugter Weise jeweils einen TRIAC.
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Der Steuerbaustein stellt bevorzugt ein PWM-Signal für eine Phasenanschnittsteuerung der Treiberbausteine bereit.
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Eine Veränderung des Phasenanschnittswinkels kann mit dem erfindungsgemäßen Elektroinstallationsgerät derart erfolgen, dass eine Last mit einem elektronischen Schaltnetzteil mittels Phasenanschnittssteuerung ansteuerbar ist.
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Die Bedienung des Elektroinstallationsgerätes kann besonders Vorteilhaft mit eine Einrichtung für eine Funk- und/oder Infrarotfernbedienung erfolgen.
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Von der Erfindung kann ein Elektroinstallationsgerät zum Schalten und/oder zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern umfasst sein, dass einen Steuerbaustein (10) und wenigstens einen Lastkreis mit einem durch den Steuerbaustein (10) ansteuerbaren Treiberbaustein (11) beinhaltet, wobei der Lastkreis als Schalter und/oder als Leistungssteuerung konfigurierbar ist und wobei der Lastkreis über einen Gleichrichter (15) eine Versorgungsspannung für den Steuerbaustein (10) bereitstellt. Der Steuerbaustein (10) umfasst eine Regeleinrichtung, die ausgebildet ist, den Treiberbaustein (11) des Lastkreises derart anzusteuern, dass ein Unterschreiten einer minimalen Versorgungsspannung vermeidbar ist. Der Lastkreis ist dabei als Schalter und/oder als Leistungssteuerung konfigurierbar.
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An einen solchen Elektroinstallationsgerät mit einem nur Lastkreis und integrierter Versorgungsspannungsüberwachung können auch nicht dimmbare Verbraucher, die mit einer Spitzengleichrichtung der Eingangsspannung ausgerüstet sind z. B. Energiesparlampen, zumindest im Schalterbetrieb betrieben werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1: ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Elektroinstallationsgeräts mit zwei parallelen, getrennt ansteuerbaren Treiberbausteinen;
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2: Elektroinstallationsgerät in Serienschaltung mit zwei Lasten;
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3: Elektroinstallationsgerät in Wechselschaltung mit einem Wechselschalter und einer Last;
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4: Elektroinstallationsgerät im Nebenstellenbetrieb mit einem Nebenstellentastschalter und einer Last.
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In der 1 ist ein Blockschaltbild eines entsprechenden Elektroinstallationsgeräts dargestellt, das im Wesentlichen einen Steuerbaustein 10 sowie zwei Treiberbausteine 11 und 12 beinhaltet. Die Treiberbausteine 11 und 12 bilden zwischen den Anschlussklemmen L1 und N sowie L2 und N jeweils einen getrennt voneinander Steuerbaren Lastkreis, wobei an den Lastkreisen des Elektroinstallationsgeräts 1 ein oder mehrere Lasten, d. h. unterschiedliche Arten von Leuchtmitteln angeschlossen und betrieben werden können.
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Der Steuerbaustein 10 verfügt über eine in der Figur nicht dargestellte Bedienschnittstelle, mit der ein jeweiliger Schalt- und/oder Helligkeitszustand einstellbar ist. Diese Schnittstelle kann zum Beispiel als ein oder mehrere Taster, Inkrementalgeber und/oder als ein Fernsteuerungsempfänger ausgeführt sein.
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Die Treiberbausteine 11 und 12 umfassen wenigstens einen Hableiterschalter mit dem der Lastkreis zumindest schaltbar ist. In bevorzugter Weise umfassen die Treiberbausteinen einem TRIAC, der mit einem durch den Steuerbaustein 10 bereitgestellten pulsweitenmodulierten (PWM) oder pulspositionsmodulierten Signal als Phasenanschnittsteuerung betrieben wird. Grundsätzlich könnte ein solcher Treiberbaustein auch Leistungs-MOSFET umfassen, der eine Leistungssteuerung im Phasenanschnitt und/oder Phasenabschnitt ermöglicht.
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Die Versorgungsspannung des Steuerbausteins 10 wird bevorzugt aus zumindest einem der beiden Lastkreise gewonnen. Dazu wird die an den Anschlussklemmen L1 und/oder L2 anliegende Spannung abgegriffen und über die Dioden 15 bzw. 16 auf die interne Versorgungsleitung 18 geführt, wobei die Dioden eine Einweggleichrichtung der Versorgungsspannung vornehmen. Die Spannung auf der internen Versorgungsleitung 18 wird mit der Speicher-/Glättungskapazität 17 stabilisiert und einem Spannungsregler 13 zugeführt, der eine geregelte Gleichspannung für den Steuerbaustein 10 bereitstellt.
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Anstelle einer Einweggleichrichtung, die in der 1 mit den Dioden 15, 16 dargestellt ist, kann die Schaltung auch zwei parallel arbeitende Vollbrückengleichrichter umfassen.
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Der Steuerbaustein 10 kann z. B. einen Mikrokontroller umfassen, der über die Ausgänge OUT1 und OUT2 ein PWM-Signal zur Ansteuerung der Treiberbausteine 11 und 12 bereitstellt. Der Steuerbaustein 10 verfügt zusätzlich über Signaleingänge IN1 und IN2, mit denen die Spannung an den Klemmen L1 und L2 z. B. über Analog-Digital-Wandler erfasst werden kann. Die Eingänge dienen einerseits zur Nulldurchgangserkennung für die Synchronisation von Netzfrequenz und PWM-Signal einer Leistungssteuerung, zum Anderen kann durch diese Eingänge eine selbstständige Erkennung der Verschaltung und der vorgesehenen Betriebsart des Elektroinstallationsgeräts 1 durch den Mikrokontroller erfolgen, wie nachfolgend noch ausführlich erläutert werden wird.
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Wie zuvor bereits erwähnt, erfolgt die Spannungsversorgung des Steuerbausteins 10 bevorzugt über wenigstens einen der beiden Lastkreise der Anschlussklemmen L1 und/oder L2, d. h. der Abgriff der Versorgungsspannung erfolgt innerhalb der Lastkreise in Reihe zur jeweiligen Last und parallel zum jeweiligen Treiberbaustein. Um in allen Schaltzuständen bzw. Leistungsbereichen eine ausreichende Eingangsspannung am Spannungsregler 13 zu gewährleisten, wird die Spannung der internen Versorgungsleitung 18 durch den Steuerbaustein 10 über den Sinaleingang V-SENS überwacht. Unterschreitet die Versorgungsspannung bei einem starken Durchsteuern der Treiberbausteine 11, 12 einen Minimalwert, so wird die Leistung durch die Treiberbausteine soweit reduziert, dass die Eingansspannung für Spannungsregler 13 entsprechend nachgeregelt und somit ein „Aushungern” der Versorgungsspannung vermieden wird. Die Spannung der internen Versorgungsleitung kann auch aus den Spannungen an den Klemmen L1 bzw. L2 ermittelt werden.
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Die an den Klemmen L1 und/oder L2 angeschlossenen Lasten können durch das Elektroinstallationsgerät 1 abgeschaltet werden, indem ihr Betriebsstrom durch die Treiberbausteine 11 und/oder 12 gesperrt wird. In bevorzugter Weise fließt bei geeigneten Lasten weiterhin ein Ruhestrom durch die abgeschalteten Lastkreise, der parallel zu den gesperrten Treiberbausteinen durch die Dioden 15 und/oder 16 und den Spannungsregler 13 fließt, so dass die Versorgung des Steuerbausteins 10 weiterhin gewährleist ist.
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Erlauben die angeschlossenen Lasten an den Anschlussklemmen L1 und L2 keinen Ruhestrom, so kann die Versorgungsspannung durch die optionale Anschlussklemme L erfolgen, die über eine Diode 14 auf die interne Versorgungsleitung geführt ist, wobei anstelle der Einweggleichrichtung mit der Diode 14 auch ein Vollbrückengleichrichter verendet werden könnte.
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Anstelle der zusätzlichen Anschlussklemme L könnte die Spannungsversorgung auch über wenigstens eine der nicht ruhestromfähigen Last parallel geschalteten Impedanz 23, 33, 43 bereitgestellt werden, die je nach interner Gleichrichtung (Einweg- bzw. Zweiwegegleichrichtung) kapazitiv oder resistiv ausgeführt ist.
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Wie aus den 2 bis 4 ersichtlich ist, kann das Elektroinstallationsgerät 1 in verschiedenen Schaltungen einer Elektroinstallation eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der Steuerbaustein 10 mit Hilfe seine Signaleingänge IN1, IN2 und V-SENS ausgebildet ist, die Schaltung, in der das Elektroinstallationsgerät 1 verschaltet ist, selbsttätig zu erkennen. Die Funktionsweise der Erkennung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung deutlich.
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Die 2 zeigt das Elektroinstallationsgerät 1, das in der Schaltung eines Doppeldimmers bzw. Serienschalters eingesetzt ist. Die Anschlussklemme N ist direkt auf den Neutraleiteranschluss N' des Versorgungsnetzes geführt. Die beiden Lasten 21, 22 sind parallel an der netzseitigen Phase L' angeschlossen und jeweils auf einen der Eingänge L1 und L2 des Elektroinstallationsgerät 1 geführt.
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Mit dem Bereitstellen der Versorgungsspannung überprüft der Steuerbausteins 10 über seine Signaleingängen IN1 und IN2 die an den Anschlussklemmen L1 und L2 anliegenden Spannungen, wobei die Treiberbausteine 11 und 12 zunächst gesperrt sind.
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Der Steuerbaustein 10 detektiert in der in 2 dargestellten Konfiguration an beiden Sinaleingängen IN1 und IN2 ein Potential. Somit geht die interne Logik davon aus, dass das Elektroinstallationsgerät 1 als Doppel- bzw. Seriendimmer arbeiten soll.
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Die 3 zeigt das Elektroinstallationsgerät 1 als Wechselschalter/Dimmer in einer Wechselschaltung. Die zu schaltende bzw. zu dimmende Last 31 ist zwischen der netzseitigen Phase L' und dem Mittelanschluss des Wechselschalters 32 angeschlossen. Die Ausgänge des Wechselschalters 32 sind jeweils auf einen der Anschlussklemmen L1 und L2 des Elektroinstallationsgeräts 1 geführt, das als zweiter Wechselschalter der dargestellten Wechselschaltung arbeiten soll.
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Nach dem bereitstellen der Netzversorgungsspannung stellt der Steuerbaustein 10 fest, dass nur an einem der beiden Anschlussklemmen L1 oder L2 eine Spannung anliegt. Wird anschließend der Wechselschalter 23 betätigt, so wird die Spannung von der einen Anschlussklemme (z. B. von der L1) auf die jeweils andere der beiden Anschlussklemmen (z. B. auf die L2) umgeschaltet, so dass der Steuerbaustein 10 nun eine Spannung mit seinem entsprechenden Signaleingang (z. B. IN2) detektiert. Die interne Logik des Steuerbausteins 10 erkennt somit, dass das Elektroinstallationsgerät 1 in einer Wechselschaltung verschaltet ist.
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Die 4 zeigt Elektroinstallationsgerät 1 in Funktion eines Einzeldimmers bzw. Schalters mit Nebenstellenbetrieb. Die zu schaltende bzw. zu dimmende Last 41 ist zwischen der Phase L' und der Klemme L2 angeschlossen. Ein Taster 42, der mit als Nebenbedienstelle, d. h. als zusätzliche Bedienschnittstelle für den Dimmer/Schalter dienen soll, ist zwischen Phase L' und dem Anschluss L1 angeschlossen.
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Nach Inbetriebnahme der Versorgungsspannung erkennt der Steuerbaustein 10 über seinen Signaleingang IN2, dass zunächst nur an der Anschlussklemme L2 eine Spannung anliegt. Wird der Taster 42 betätigt, so detektiert der Steuerbaustein an beiden Signaleingängen IN1 und IN2 eine Spannung und erkennt somit eine Schaltung eines Schalters bzw. Einzeldimmers im Nebenstellenbetrieb.
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Nach den zuvor beschriebenen Erkennungsphasen nimmt der Dimmer/Schalter jeweils in den durch seine Verschaltung vorgegebenen Betrieb auf.
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Neben der selbständigen Erkennung seiner Verschaltung und der damit verbundenen automatischen Konfiguration als Wechsel-, Serien- oder nebenstellenfähigen Tastdimmer ermöglicht das Elektroinstallationsgerät auch eine Lastarterkennung, die insbesondere auf die Erkennung von Energiesparlampen ausgelegt ist. Energiesparlampen sind üblicherweise nicht dimmbar und können ggf. auch durch eine Phasenanschnitts- bzw. Phasenabschnittssteuerung beschädigt werden, sofern sie mit einem zu geringen Phasenwinkel angesteuert werden.
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Gängige Energiesparlampen, d. h. die üblicher Weise nicht dimmbar sind, haben die Eigenschaft, dass erst dann eine Strom durch eine solche Lampe fließt, wenn am Eingang ihres Netzteils eine höhere Spannung anliegt, als ein im Eingang des Netzteils befindlicher Kondensator aufweist. Bei einem Elektroinstallationsgerät, das bevorzugt als elektronischer ein oder zwei Kanal-Zweidrahtdimmer eingesetzt wird, wird während des Phasenanschnitts der Strom durch die jeweilige Last aufgeteilt. Der Strom wird vor dem Einschatzeitpunkt der Treiberbausteine 11 und/oder 12 über die Dioden 15 und/oder 16 zur Versorgung des Steuerbausteins 10 geführt. Nach dem Einschaltzeitpunkt fließt der Laststrom durch den jeweiligen Treiberbaustein 11 und/oder 12 direkt zu der Neutralleiterklemme N, wobei die Versorgungsspannung des Steuerbausteins 10 durch den Kondensator 17 gestützt wird.
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Wenn beim Vergrößern des Phasenwinkels des Phasenanschnitts die Spannung der Eingangskapazität eine Energiesparlampe unterschritten wird, so reist die über die Dioden 15 bzw. 16 bereitgestellte Versorgungsspannung plötzlich ab. Der Ausfall bzw. ein Absinken der Versorgungsspannung kann durch den Singanleingang V-SENS und/oder durch die Signaleingänge registriert werden, wodurch der Steuerbaustein 10 in der Lage ist, eine Energiesparlampe oder eine Last mit ähnlichem Charakter zu erkennen.
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Nach dem einer Energiesparlampe erkannt worden ist nimmt das Elektroinstallationsgerät den Betriebsmodus eines elektronischen Schalters auf, d. h. die Dimmerfunktion durch Variation des Phasenwinkels wird durch die interne Logik des Steuerbausteins unterbunden. Der Phasenwinkel wird gleichzeitig durch den Steuerbaustein 10 derart begrenzt, dass eine ausreichende Versorgungsspannung gesichert ist.
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Das erfindungsgemäße Elektroinstallationsgerät eignet sich somit zum einen für verschiedene Verschaltungen in einer Elektroinstallation, zum anderen auch zum ansteuern unterschiedlichster Lastarten. Obwohl für den Dimmerbetrieb bevorzugt eine reine Phasenanschnittssteuerung mit einem PWM-Signal gesteuerten TRIAC verwendet wird, kann auf eine Erkennung von elektronischen Netzteilen mit kapazitiver Eingangcharakteristik für Niederspannungsbeleuchtungen verzichtet werden. Die Überstromspitzen in Folge eines Sprunghaften Spannungsanstiegs bei bestimmtem Phasenwinkeln können durch einen Softanlauf des Dimmers ausreichend gut reduziert werden. Hierbei beginnt der Dimmer mit dem Einschaltbefehl zunächst eine geringe Leistung abzugeben, die durch kontinuierliche Änderung des Phasenwinkels auf den gewünschten Wert langsam vergrößert wird.
