DE3614433A1 - Verfahren und einrichtung zur digitalen helligkeitssteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren zur digitalen Helligkeitssteuerung von Lampen durch einer Phasenanschnittsteuerung zugeführte Zündimpulse, im einzelnen nach Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei derartigen bekannten Schaltungen (z. B. IC 576 von Siemens) werden die Zündimpulse aus der Netzfrequenz über einen Nulldurchgangsschalter mit nachgeschalteter phasensynchronisierter Regelschleife aus Phasenkompa­ rator, Tiefpaß und spannungsgesteuertem Oszillator, nachstehend PLL-Schaltung genannt, sowie einem zwischen Oszillator und Phasenkomparator zwischengeschalteten Teiler gewonnen. Hierzu wird aus der PLL-Schaltung am Ausgang des Oszillators eine Taktfrequenz abgenommen und einem Zähler zugeführt, der neben einem Vorwahl­ zähler auf einen Vergleicher geschaltet ist, der die Zündimpulse in Abhängigkeit von Startsignalen abgibt. Bei den bekannten Schaltungen werden die Startsignale vom Ausgang des Nulldurchgangsschalters gewonnen und unmittelbar dem Zähler zugeführt.

In der Praxis, bei Betrieb an einem Lichtnetz, werden die von der Phasenanschnittsteuerung gedimmten Lampen durch der Netzspannung überlagerte Störsignale, wie sie von Motoren und Rundsteuersignalen verursacht werden, zum Flackern gebracht, was auffällig und störend ist. Der­ artige Störungen treten bei 190 Hz Rundsteuerfrequenz besonders stark auf. Die der Netzspannung überlagerten Störungen bewirken nämlich, daß der Nulldurchgangsschal­ ter einmal zu spät und einmal zu früh den Nulldurchgang feststellt und entsprechend verspätet oder verfrüht das Startsignal für die Phasenanschnittsteuerung abgibt.

Allgemein werden bei integrierten Schaltkreisen für Pha­ senanschnittsteuerungen der Nulldurchgang der Spannung zur Synchronisierung auf die Netzfrequenz verwendet. Hierzu wird die Netzfrequenz einem Synchroneingang zu­ geführt, der mit der Schaltung in der Regel über ein strombegrenzendes Bauteil verbunden ist. Über diesen Eingang wird durch den Nulldurchgangsschalter der Span­ nungsnulldurchgang der Netzspannung ermittelt. Dieser Nulldurchgang dient der gesamten Schaltung als Referenz­ zeitpunkt, also auch zum Start der internen Verzöge­ rungseinrichtung, die der Abgabe der Zündimpulse an ein Lastschaltglied dient. Wenn die Netzspannung durch Störungen überlagert ist, unterliegen die Zündzeitpunkte zwangsläufig denselben Schwankungen wie der Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Netzspannung. Integrierte Schalt­ kreise für Phasenanschnittsteuerung sind häufig in MOS- Technik digital aufgebaut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur digitalen Steuerung, insbesondere der Helligkeit von Lampen, für eine Phasenanschnittsteuerung zu entwickeln, bei dem die Zündimpulse durch Störungen der Netzfrequenz nicht beeinträchtigt werden.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht nach der Er­ findung darin, daß die Startsignale vom Teiler an dessen Ausgang abgenommen werden, der mit dem Phasenkomparator in Verbindung steht. Die Startsignale werden dadurch von der PLL-Schaltung stabilisiert gewonnen, so daß eine von der Phasenanschnittsteuerung gesteuerte Last, beispiels­ weise Lampen, von Störungen, die die Netzfrequenz über­ lagern, nicht beeinträchtigt werden.

Eine elektrische Schaltung zur Durchführung des Verfah­ rens kann aus einem integrierten Schaltkreis für Null­ durchgangsschalter, Phasenkomparator, Tiefpaß, Oszilla­ tor, Teiler, Zähler, Vorwahlzähler und Vergleicher be­ stehen, der entsprechend eine Außenbeschaltung aufweist. Die Schaltung kann auch insgesamt als ein integrierter Schaltkreis, also beispielsweise als ein Dimmer-IC, aus­ gebildet sein. Das ist bei hohen Stückzahlen besonders vorteilhaft.

Insbesondere kann eine Einrichtung zur digitalen Hellig­ keitssteuerung von Lampen bereitgestellt werden, die nach dem geschilderten Verfahren arbeitet.

Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:

In Fig. 1 ist das Verfahren zur digitalen Steuerung an­ hand einer als Blockschaltbild dargestellten Schaltung veranschaulicht.

In Fig. 2 ist ein Diagramm wiedergegeben, das den Null­ durchgang einer Netzspannung bei ungestörter sowie bei von Störungen überlagerter Netzspannung wiedergibt.

Die Schaltung nach Fig. 1 zur Durchführung des Verfah­ rens weist einen Nulldurchgangsschalter 1 auf, mit nach­ geschalteter phasensynchronisierter Regelschleife 2 aus Phasenkomparator 3, Tiefpaß 4 und spannungsgesteuertem Oszillator 5. Zwischen Oszillator 5 und Phasenkompara­ tor 3 ist ein Teiler 6 zwischengeschaltet, der die vom Ausgang des Oszillators 5 abgenommene Frequenz der Span­ nung um ein n-faches, also auf 1/n, herunterteilt. Vom Ausgang des Oszillators 5 führt eine Leitung zu einem Zähler 7, um eine vom Oszillator 5 abgenommene Taktfre­ quenz dem Zähler 7 zuzuführen. Der Zähler 7 ist ebenso wie ein Vorwahlzähler 8 auf einen Vergleicher 9 ge­ schaltet, der die Zündimpulse in Abhängigkeit von Startsignalen abgibt. Die Startsignale werden vom Teiler 6 an dessen Ausgang abgenommen, der mit dem Phasenkompa­ rator 3 in Verbindung steht.

Die Netzspannung mit der Frequenz f 1 steht am Nulldurch­ gangsschalter 1 an seinem Eingang 10 an. Über die Ver­ bindungsleitung zum Phasenkomparator 3 wird ein Signal je Nulldurchgang der Netzspannung mit der Frequenz 2 f 1 weitergeleitet. Am Rückkopplungseingang 11 des Phasen­ komparators 3 der PLL-Schaltung 2 liegt eine stabili­ sierte Frequenz 2 f′ 1 an. Der Phasenkomparator gewinnt das Fehlersignal des Rückkopplungskreises aus einem Phasen vergleich. Der Tiefpaß 4 erfüllt innerhalb der Rückkopplungsschleife der PLL-Schaltung eine doppelte Funktion: Zum einen vermindert er die Empfindlichkeit der Schaltung gegenüber Eingangssignalen, die außerhalb des Nutzbandes liegen, indem er diese Frequenzanteile am Ausgang des Phasenkomparators dämpft. Zum anderen stellt er ein Kurzzeitgedächtnis dar und sorgt dafür, daß die Schleife, bzw. das Rückkopplungssystem, schnell wieder einrastet, indem der Oszillator 5 bei kurzzeiti­ gem Ausbleiben des Eingangssignals oder bei anderen Störungen noch im Arbeitsbereich gehalten wird. Der Tiefpaß kann aus RC-Gliedern gebildet sein. Das Ein­ schwingverhalten der Regelschleife wird durch die Dämpfung des Filters beeinflußt.

Der Oszillator 5 gibt zu dem vom Tiefpaß 4 erhaltenen Sig­ nal eine proportionale Frequenz ab. Im eingerasteten Zu­ stand ist das die Frequenz n mal 2 f 1. Der Teiler, der in einer Verzweigung am Oszillator 5 angeschlossen ist, teilt die Frequenz des vom Oszillator 5 erhaltenen Sig­ nals durch n, so daß an seinem Ausgang ein Signal mit der stabilisierten Netzfrequenz abgegeben und dem Pha­ senkomparator 3 in Rückkopplungsschaltung mit der Fre­ quenz 2 f′ 1 zugeführt wird. Diese stabilisierte Frequenz 2 f′ 1 wird von einem Abzweig auch dem Zähler 7 zugeführt, der andererseits die Taktfrequenz n mal 2 f 1 erhält.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist wesentlich, daß dem Zähler 7 Startsignale mit einer stabilisierten Frequenz zugeführt werden und daß diese nicht, wie sonst üblich, direkt vom Ausgang des Nulldurchgangsschalters zugelei­ tet werden.

Der Zähler 7 wird bei jedem Nulldurchgang der Netzspan­ nung gestartet und zählt dann die Taktimpulse auf. Im Vorwahlzähler 8 kann die Zeit von einem Startimpuls bis zum abzugebenden Zündimpuls vorgegeben werden. Der Ver­ gleicher 9 im Ausführungsbeispiel gibt dann bei einem bestimmten voreingestellten Zählerstand einen Ausgangs­ impuls zum Zünden der Phasenanschnittsteuerung, bei­ spielsweise eines Triacs, ab. Danach wird der Zähler 7 wieder auf Null gesetzt.

Die auf Netzfrequenz herabgeteilte Frequenz am Ausgang des Oszillators 5 ist synchron und phasengleich mit einer ungestörten Netzspannung am Eingang des Nulldurch­ gangsschalters 1 und darüber hinaus stabilisiert, so daß Schwankungen des Nulldurchgangs der Netzspannung bei überlagerter Störspannung ausgeglichen werden.

In Fig. 2 ist auf der Abszisse die Zeit und auf der Or­ dinate die Spannung einer Netzspannung aufgetragen. Eine ungestörte Netzspannung 13 nimmt nach Überlagerung durch Störspannungen, wie sie von Rundsteuersignalen oder von Motoren herrühren kann, beispielweise einen Verlauf 14 an. Anstelle der Nulldurchgänge 15 bei einer ungestörten Netzspannung geht eine mit Störspannung überlagerte Netz­ spannung zu Nulldurchgängen 16 über. Der Nulldurchgang 16 der gestörten Netzspannung bedeutet hinsichtlich des Nulldurchgangs 15 der ungestörten Netzspannung einmal eine Nacheilung und dann eine Voreilung eines vom Null­ durchgangsschalter 1 abgenommenen Startsignals. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden diese Abweichungen eliminiert, so daß bei einer Helligkeitssteuerung die ge­ steuerten Lampen ruhig brennen und in ihrer Helligkeit stetig verändert werden können. Die entsprechenden Zünd­ impulse werden vom Vergleicher 9 an seinem Ausgang 17 für eine Phasenanschnittsteuerung abgegeben. Das ge­ schilderte Verfahren läßt sich auf andere Steuerein­ richtungen entsprechend anwenden: So kann danach eine Signalberuhigung oder Regeneration in Empfängern einer Infrarotfernsteuerung erreicht werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur digitalen Steuerung, insbesondere der Helligkeit von Lampen, durch einer Phasenanschnitt­ steuerung zugeführte Zündimpulse, die aus der Netzfre­ quenz über einen Nulldurchgangsschalter (1) mit nach­ geschalteter phasensynchronisierter Regelschleife (2) aus Phasenkomparator (3), Tiefpaß (4) und spannungsge­ steuertem Oszillator (5), nachstehend PLL-Schaltung genannt, sowie einem zwischen Oszillator (5) und Pha­ senkomparator (3) zwischengeschalteten Teiler (6) ge­ wonnen werden, wozu aus der PLL-Schaltung am Ausgang des Oszillators (5) eine Taktfrequenz abgenommen und einem Zähler (7) zugeführt wird, der in Verbindung mit einem Vorwahlzähler (8) die Abgabe der Zündimpulse in Abhängigkeit von Startsignalen bewirkt, die vom Aus­ gang des Nulldurchgangsschalters (1) gewonnen und dem Zähler (7) aufbereitet zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Startsignale vom Teiler (6) an dessen Ausgang abgenommen werden, der mit dem Phasenkomparator (3) in Verbindung steht.

2. Elektrische Schaltung zur Durchführung des Verfah­ rens nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Nulldurchgangsschalter (1), Pha­ senkomparator (3), Tiefpaß (4), Oszillator (5), Teiler (6), Zähler (7), Vorwahlzähler (8) und ein Vergleicher (9) in einem integrierten Schaltkreis ausgebildet sind.

3. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltung insgesamt als ein integrierter Schalt­ kreis ausgebildet ist.

4. Einrichtung zur digitalen Helligkeitssteuerung von Lampen, die nach dem Verfahren nach Anspruch 1 arbei­ tet.