DE4003581A1

DE4003581A1 - Infrared-controlled contactless dimmer switch with threshold circuit - operating on integrated output from LED-photodiode link via reflecting surface with range of several centimetres

Info

Publication number: DE4003581A1
Application number: DE4003581A
Authority: DE
Inventors: Mathias Dipl Ing Hoermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1991-08-08

Abstract

An infrared-emitting diode driven by an oscillator (1) illuminates a photodiode-amplifier combination (2) by reflection from the surface (8). The selectively amplified signal is integrated (3) and thresholded (4) to produce a positive-going square wave for the dimmer circuit (6), in which a triac (17) controls the brightness of the lamp (7). A sawtooth waveform (13) is started at each zero-crossing of AC supply (18) for comparison (15) with the integral (12) of output from the reflection-timing logic (5, 9-11). USE/ADVANTAGE - In low-voltage lighting systems. Individual lamps can be varied in brightness independently and without mechanical contact or loading.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a switch according to the preamble of claim 1.

Aus der Patentschrift DE-P 39 16 865.4-33 ist der Stand der Technik bekannt. Mit dem beschriebenen infrarotgesteuerten Schalter können einzelne Leuchten eines Nieder spannungsbeleuchtungssystems individuell berührungslos, d. h. ohne mechanische Belastung, ein- und ausgeschaltet werden.The prior art is known from patent specification DE-P 39 16 865.4-33. With the Infrared-controlled switches described can be individual lights of a low voltage lighting system individually non-contact, d. H. without mechanical Load, on and off.

Die Schaltbarkeit mit dem in DE-P 39 16 865.4-33 beschriebenen Schalter beschränkt sich auf die Zustände Ein und Aus. Die Leuchtstärke einzelner Leuchten kann nicht unabhängig voneinander eingestellt werden.The switchability with the switch described in DE-P 39 16 865.4-33 is limited on and off states. The luminosity of individual lights cannot can be set independently.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einzelne Leuchten eines Niederspannungs beleuchtungssystems berührungslos, individuell dimmbar, d. h. die Leuchtstärke steuerbar, zu machen.The invention has for its object individual lights of a low voltage lighting system non-contact, individually dimmable, d. H. the luminosity controllable to make.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Mit der Erfindung ist es möglich, jede Leuchte eines Niederspannungsbeleuchtungs systems, der ein Schalter nach Anspruch 1 zugeordnet ist, berührungslos und individuell, d. h. unabhängig von den anderen Leuchten des Systems, in der Leuchtstärke einzustellen. Die Raumbeleuchtung kann mit Hilfe der Erfindung schnell und in weitem Maße umgestaltet werden. Zur Betätigung der Schalter ist keine Fernbedienung notwendig. Es genügt die gezielte Annäherung der ausgestreckten Hand oder bei hoch hängenden Systemen einer Vorrichtung nach DE-P 39 16 865.4-33, Anspruch 3.With the invention, it is possible to use any luminaire for low-voltage lighting systems associated with a switch according to claim 1, contactless and individual, d. H. independent of the other lights in the system, in terms of brightness adjust. The room lighting can be quickly and widely with the help of the invention Dimensions are redesigned. There is no remote control for operating the switches necessary. It is sufficient to bring the outstretched hand closer or at high hanging systems of a device according to DE-P 39 16 865.4-33, claim 3.

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung Fig. 1 dargestellt und im folgenden beschrieben:The invention is shown in one embodiment in the drawing Fig. 1 and described below:

Eine vom Oszillator (1) getaktete Infrarotsendediode strahlt permanent ein Lichtsignal aus. Wird dieses Signal von einer Fläche (8) reflektiert, registriert eine Infrarotempfangs diode das Signal und es wird selektiv verstärkt (2). Der aus den Baugruppen (1) und (2) aufgebaute Reflexlichttaster arbeitet mit Wechsellichtbetrieb einer vorbestimmten Frequenz um Störungen durch natürliche Infrarotstrahlung und die 100 Hz-Infrarotstrahlung der Leuchten zu unterdrücken. Mit Hilfe des Integrators (3) werden die in (2) verstärkten Eingangssignale, die in Impulsform vorliegen, zu einem stetigen Signal geformt. Das Signal steigt bei jedem Eingangsimpuls von (2) mit der vorgegebenen Integratorzeitkonstanten an und fällt während der Impulslücken oder bei keinem anliegenden Eingangssignal mit der vorgegebenen Integratorentladezeitkonstanten ab. Die Entladezeitkonstante ist größer gewählt als die Integratorzeitkonstante, so daß ein impulsförmiges Eingangssignal ein ansteigendes Ausgangssignal zur Folge hat, dessen Größe von der Dauer des Eingangssignals abhängt. Erreicht das Ausgangssignal des Integrators (3) den vorgegebenen Einschaltwert des Schwellwertschalters (4), formt dieser einen positiven Rechteckimpuls, der solange anliegt bis das Integratorausgangs signal unter den vorgegebenen Ausschaltwert des Schwellwertschalters (4) fällt.An infrared transmitter diode clocked by the oscillator ( 1 ) continuously emits a light signal. If this signal is reflected by a surface ( 8 ), an infrared receiving diode registers the signal and it is selectively amplified ( 2 ). The reflected light scanner, which is made up of modules ( 1 ) and ( 2 ), works with alternating light operation at a predetermined frequency in order to suppress interference from natural infrared radiation and the 100 Hz infrared radiation of the luminaires. With the help of the integrator ( 3 ), the input signals amplified in ( 2 ), which are in pulse form, are formed into a continuous signal. The signal increases with each input pulse from ( 2 ) with the specified integrator time constant and falls during the pulse gaps or with no input signal present with the specified integrator discharge time constant. The discharge time constant is chosen to be larger than the integrator time constant, so that a pulse-shaped input signal results in an increasing output signal, the size of which depends on the duration of the input signal. If the output signal of the integrator ( 3 ) reaches the predetermined switch-on value of the threshold switch ( 4 ), it forms a positive square-wave pulse that is applied until the integrator output signal falls below the specified switch-off value of the threshold switch ( 4 ).

Die beschriebene Dimensionierung des Integrators mit nachfolgendem Schwellwert schalter unterdrückt wirkungsvoll Störungen in Form von kurzzeitigen Reflektionen durch unbeabsichtigte Bewegungen in der Nähe des Reflexlichttasters. Der Schwellwert schalter (4) gibt erst nach einer bestimmten Dauer der Lichtreflektion einen Ausgangs impuls ab.The described dimensioning of the integrator with the subsequent threshold switch effectively suppresses interference in the form of brief reflections due to unintentional movements in the vicinity of the diffuse sensor. The threshold switch ( 4 ) only emits an output pulse after a certain duration of light reflection.

Das Ausführungsbeispiel entspricht in den Baugruppen (1) bis (5) und (7) und (8) dem Ausführungsbeispiel in DE-P 39 16 865.4-33. Dagegen ist das Lastschaltelement (6) in diesem Beispiel erfindungsgemäß als Dimmerschaltelement ausgeführt. Zur Steuerung wird das Ausgangssignal des Schwellwertschalters (4) verwendet. Eine positive Flanke schaltet das Flip-Flop (5) jeweils um, so daß entweder ein logischer 1-Pegel an dem Und- Gatter (9) oder (10) anliegt. Die Gatter verknüpfen dieses Signal mit dem Ausgangs signal des Schwellwertschalters (4). Die Verknüpfung bewirkt, daß das Ausgangssignal des Und-Gatters (9) oder (10) nur auf 1-Pegel sein kann, solange eine Lichtreflektion am Reflexlichttaster (1, 2) stattfindet. Die beiden Ausgangssignale der Gatter (9) und (10) steuern einen Komparator (11), der drei vorbestimmte Ausgangszustände annehmen kann: Minus-, Plus- und Null-Pegel. Sind beide Gatterausgänge auf 0-Pegel, d. h. es findet keine Lichtreflektion statt, ist das Ausgangssignal des Komparators (11) auf Null- Pegel. Ist Gatterausgang (9) auf 1-Pegel, liegt der Minus-Pegel am Komparatorausgang (11) oder ist Gatterausgang (10) auf 1-Pegel, liegt der Komparatorausgang auf Plus- Pegel. Das Ausgangssignal wirkt auf den Integrator (12). Der Integrator verändert seine Ausgangsspannung bei anliegendem Minus-Pegel nach unten oder bei Plus-Pegel nach oben, abhängig von der Dauer des Pegels, d. h. der Reflektion am Reflexlichttaster (1, 2). Bei Null-Pegel hält der Integrator die momentane Ausgangsspannung konstant. The embodiment corresponds in the assemblies ( 1 ) to ( 5 ) and ( 7 ) and ( 8 ) the embodiment in DE-P 39 16 865.4-33. In contrast, the load switching element ( 6 ) in this example is designed as a dimmer switching element. The output signal of the threshold switch ( 4 ) is used for control. A positive edge switches the flip-flop ( 5 ) so that either a logic 1 level is present at the AND gate ( 9 ) or ( 10 ). The gates link this signal with the output signal of the threshold switch ( 4 ). The combination has the effect that the output signal of the AND gate ( 9 ) or ( 10 ) can only be at 1 level, as long as there is light reflection at the diffuse sensor ( 1, 2 ). The two output signals of the gates ( 9 ) and ( 10 ) control a comparator ( 11 ) which can assume three predetermined output states: minus, plus and zero level. If both gate outputs are at 0 level, ie there is no light reflection, the output signal of the comparator ( 11 ) is at zero level. If gate output ( 9 ) is at 1 level, the minus level is at the comparator output ( 11 ) or if gate output ( 10 ) is at 1 level, the comparator output is at plus level. The output signal acts on the integrator ( 12 ). The integrator changes its output voltage when the minus level is present or downwards when the plus level is present, depending on the duration of the level, ie the reflection at the diffuse sensor ( 1, 2 ). At zero level, the integrator keeps the current output voltage constant.

Wird die Integrationsentladezeitkonstante, etwa durch die Auswahl hochwertiger Kondensatoren und hochohmiger Verstärker, sehr groß dimensioniert, wird der Zustnd des zuletzt eingestellten Grad des Dimmens auch bei ausgeschaltetem Leuchtensystem entsprechend DE-P 39 16 865.4-33, Anspruch 2 über eine der Dimensionierung entsprechende Zeit gespeichert.If the integration discharge time constant, for example by selecting high quality Capacitors and high-impedance amplifiers, of very large dimensions, become the condition the last set degree of dimming even when the lighting system is switched off according to DE-P 39 16 865.4-33, claim 2 on one of the dimensions corresponding time saved.

Ein Indikator (14) startet einen Sägezahngenerator (3) jeweils beim Nulldurchgang der Wechselspannung (18) des Niederspannungsbeleuchtungssystems. Die Ausgangs spannung des Sägezahngenerators (13) wird in dem Komparator (15) mit der Ausgangs spannung des Integrator (12) verglichen. Bei Gleichheit der Spannungen wird vom Komparator (15) über die Zündstufe (16) der Triac (17) angesteuert. Der Triac (17) schaltet daraufhin die angeschlossene Leuchte (7) im eingestellten Phasenanschnitt ein.An indicator ( 14 ) starts a sawtooth generator ( 3 ) each time the AC voltage ( 18 ) of the low-voltage lighting system passes through zero. The output voltage of the sawtooth generator ( 13 ) is compared in the comparator ( 15 ) with the output voltage of the integrator ( 12 ). If the voltages are identical, the comparator ( 15 ) controls the triac ( 17 ) via the ignition stage ( 16 ). The triac ( 17 ) then switches on the connected lamp ( 7 ) in the set leading edge.

Statt der Zündstufe (16) mit nachgeschaltetem Triac (17) ist auch eine Transistor- Endstufe mit Gleichrichterdioden verwendbar. Insbesondere kann bei Verwendung von Power-MOSFET-Transistoren und Schottky-Dioden eine Reduzierung der Verlustleistung an den Halbleiterbauelementen bei Wechselspannungsbetrieb erreicht werden.Instead of the ignition stage ( 16 ) with a downstream triac ( 17 ), a transistor output stage with rectifier diodes can also be used. In particular, when using power MOSFET transistors and Schottky diodes, it is possible to reduce the power loss on the semiconductor components during AC operation.

Ebenso ist es für den Fachmann möglich den von Siemens angebotenen Dimmer- Schaltkreis SLB 0586 statt des beschriebenen Dimmerschaltelementes (6) einzusetzen. Die von Siemens angegebene Applikation im Datenbuch, integrierte Schaltungen für industrielle Anwendungen 89/90, muß lediglich von 220 V auf 12 V-Wechselspannung umdimensioniert werden. Das Ausgangssignal des Schwellwertschalters (4) wirkt auf den in der Applikation genannten Nebenstelleneingang.It is also possible for the specialist to use the dimmer circuit SLB 0586 offered by Siemens instead of the dimmer switch element ( 6 ) described. The application specified by Siemens in the data book, integrated circuits for industrial applications 89/90, only has to be re-dimensioned from 220 V to 12 V AC. The output signal of the threshold switch ( 4 ) acts on the extension input specified in the application.

Soll der beschriebene Dimmer-Schalter bei Niederspannungsbeleuchtungssystemen mit Gleichspannung eingesetzt werden, wird anstelle der Baugruppen (13) bis (17) ein vom Integrator (12) angesteuerter, bekannter Pulsbreitenmodulator eingesetzt. Die Leuchte (7) wird dann durch einen Schalttransistor entsprechend der Integratorausgangs spannung (12) gepulst, wodurch die Verlustleistung gegenüber dem Wechsel spannungsbetrieb erheblich reduziert wird.If the dimmer switch described is to be used in low-voltage lighting systems with DC voltage, a known pulse-width modulator controlled by the integrator ( 12 ) is used instead of the modules ( 13 ) to ( 17 ). The lamp ( 7 ) is then pulsed by a switching transistor corresponding to the integrator output voltage ( 12 ), whereby the power loss compared to the AC operation is significantly reduced.

Claims

Infrared-controlled contactless switch for use in a lighting system according to patent specification DE-P 39 16 865.4-33, claim 1 or 2 or 3, characterized in that
that the load switching element is designed as a dimmer switching element,
that the dimmer switch element is controlled contactlessly via a diffuse sensor ( 1, 2 ) with a range of several centimeters with a downstream integrator ( 3 ) and threshold switch ( 4 ).