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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf Vorrichtungen
zum Steuern von Lasten, so wie Lampen, die mit einer Stromleitung
verbunden sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine
neue Art von Stromleitungsmodem, welches eine derartige Steuerung
ermöglicht, um
sowohl ein Senden und Empfangen von Daten durchzuführen.
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Stand der Technik
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Die
Steuerung von Lasten, die mit einer Stromleitung verbunden sind,
betrifft das Ein-/Ausschalten von Lasten, Aufzeichnen ihrer korrekten
Arbeitsweise, Steuern spezifischer Merkmale, so wie Geschwindigkeit
im Falle von Motoren, oder Lichtintensität im Falle von Lampen.
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Das
Dokument
US-A-4 797
599 beschreibt einen Schaltkreis für eine Lampenabblendung, wobei ein
Steuerungssignal über
einen separaten Draht gesendet wird. Der wesentliche Nachteil dieser
Techniken liegt in der Notwendigkeit dieses separaten Drahtes, welcher
die Bauweise verkompliziert.
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Ein
Stromleitungsmodem für
eine Lampenabblendung wird erwähnt
in dem Dokument mit dem Titel „A
novel dimmable electronic ballast for street lighting with HPS lamps", P. Van Tichelen
et al., Konferenzaufzeichnung der 2000 IEEE IAS-Konferenz, Oktober
2000. Diese Stromleitungsmodems fügen ein moduliertes Spannungssignal
(zum Beispiel zwischen 9-90 kHz) der Stromleitung hinzu, ohne die Notwendigkeit
eines separaten Drahtes. Sie sind jedoch relativ teuer in der Umsetzung
und anfällig
für Netzwerkrauschen.
Sie weisen auch eine hohe Stromversorgungsrate auf.
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Darüber hinaus
benötigt
diese Art von Modem die Anwendung von Verstärkern, um Informationen über lange
Strecken zu senden. Diese Modems sind nicht universell konform mit
internationalen Standards, wobei die Hochfrequenzen, die erwähnt wurden,
unterschiedlich bezüglich
der verschiedenen Standards sind.
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Das
Dokument
WO-A-9206552 bezieht
sich auf einen Transmitter und Empfänger von Daten auf einer Stromleitung,
durch Verwenden der momentanen Unterbrechung der Netzspannung bei
oder nahe dem Spannungs-Nulldurchgang. Ein Transmitter weist einen
Schalter auf, wobei insbesondere ein Triac verwendet wird, um diese
Unterbrechungen in der Netzspannung zu erzeugen. Wie in dem Dokument selbst
bestätigt
wurde, ergibt dies Probleme, wenn eine kapazitive oder induktive
Last verwendet wird. Um dieses Problem zu lösen, schlägt das zitierte Dokument einen
alternativen Transmitter- und Empfänger-Schaltkreis unter Miteinbeziehung
einer Analyse der Spannungswellenform durch einem Mikrocontroller
vor. Dies ist jedoch eine komplizierte Lösung.
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In
dem Empfänger,
der in der
WO-A-9206552 (
4)
beschrieben wurde, wird das Vorhandensein einer Spannungsunterbrechung durch
einen Komparator
101 detektiert, welcher ein Rechteckwelle
produziert, die die doppelte Frequenz der Versorgungsspannung aufweist.
Das Vorhandensein eines Einschnitts in dem Signal wird durch Messen
der Länge
der Pulse, die durch
101 geliefert werden, erfasst.
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Aufgaben der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und Vorrichtungen
vorzuschlagen, welche die Steuerung einer oder mehrerer Lasten,
die mit einer Stromleitung verbunden sind, in einer vereinfachten
und kostengünstigeren
Weise, verglichen mit den Verfahren und Vorrichtungen des Standes
der Technik, bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt weiter darauf ab, einen Satz von Vorrichtungen
vorzuschlagen, welcher eine geringere Anfälligkeit gegenüber Netzwerkrauschen
und eine geringe harmonische Verzerrung aufweist, während eine
geringere Stromversorgungsrate benötigt wird.
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Schließlich zielt
die vorliegende Erfindung darauf ab, ein Verfahren und Vorrichtungen
vorzuschlagen, welche ermöglichen,
die Anwendung von Verstärkern
zu vermeiden und welche mit allen internationalen Standards konform
sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Empfangen
von Daten auf einer Wechselstromleitung, die mit einer Netzspannung
verbunden ist, und welche einen Netzstrom durch einen Satz von zwei
Leitern transportiert, wobei die Vorrichtung durch die Tatsache
gekennzeichnet ist, dass sie aufweist:
- – einen
Mikrocontroller,
- – einen
Komparator, dessen zwei Eingänge
durch Widerstände
mit den zwei Leitern verbunden sind, wobei ein Eingang mit dem einen
Leiter, der andere Eingang mit dem anderen Leiter verbunden ist, so
dass der Komparator bei seinem Ausgang ein Rechteckwelle mit der
gleichen Frequenz der Netzspannung erzeugt,
wobei der
Mikrocontroller Schaltkreistechnik zum Messen des Tastgrads jeder
Periode der Rechteckwelle aufweist, die durch den Komparator erzeugt wird,
und eine Schaltkreistechnik zum Ableiten eines Datenbetrages aus
den Tastgraden, und eine Schaltkreistechnik zum Senden eines Befehlssignals
in Richtung einer Last, und wobei eine Feedback-Verbindung, die
einen Widerstand aufweist, zwischen dem Ausgang des Komparators
und einem der Eingänge
des Komparators vorhanden ist.
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Die
Vorrichtung zum Empfangen von Daten gemäß der Erfindung weist weiter
auf:
- – einen
Transistor und eine oder zwei Dioden, wobei jede Anode der Diode
mit einem Leiter der Stromleitung verbunden ist,
- – einen
Widerstand, der zwischen der Kathode/den Kathoden der Diode/Dioden
und dem Kollektor des Transistors verbunden ist, wobei der Transistor
durch den Mikrocontroller ein- oder ausgeschaltet ist, so dass der
Netzstrom der Stromleitung beim Einschalten des Transistors erhöht wird.
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In
der Empfangsvorrichtung gemäß der Erfindung
ist eines der Terminals der Versorgungsspannung des Komparators
durch mindestens zwei Dioden mit einem der Leiter der Stromleitung
verbunden.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung (1) zum Senden
von Daten über
eine Wechselstromleitung, die mit einer Netzspannung verbunden wurde,
und welche einen Netzstrom durch einen Satz von zwei Leitern transportiert,
wobei die Daten in Richtung eines Empfängers gemäß der Erfindung übertragen
werden, wobei die Vorrichtung aufweist:
- – eine Schaltvorrichtung,
die in einem der Leiter der Stromleitung angeordnet ist,
- – einen
Mikrocontroller,
- – eine
erste Verbindung zwischen dem Mikrocontroller und der Schaltvorrichtung,
- – eine
zweite Verbindung, die einen oder mehrere Leiter zwischen dem Mikrocontroller
und mindestens einem der Leiter der Stromleitung umfasst,
wobei
der Mikrocontroller Schaltkreistechnik zum Erzeugen eines Signals
zur Veränderung
des Zustands der Schaltvorrichtung durch die erste Verbindung aufweist,
Schaltkreistechnik zur Messung eines elektrischen Werts durch die
zweite Verbindung, um einen Nulldurchgang des elektrischen Werts
zu erfassen, und Schaltkreistechnik zur Einführung einer vorher festgelegten
Zeitverzögerung,
bevor der Zustand der Schaltvorrichtung verändert wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung ferner Mittel zur Aktivierung eines Dummy-Load-Schaltkreises
aufweist, welcher der Stromleitung hinzugefügt ist.
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Die
Vorrichtung zum Senden von Daten kann weiter ein Mittel zum Messen
des Netzstromes umfassen. Das Mittel zum Messen des Netzstromes kann
einen Nebenschlusswiderstand in einem der Leiter der Stromleitung
und zwei Verbindungen zwischen dem Mikrocontroller und entsprechenden Punkten
vor und nach dem Nebenschlusswiderstand umfassen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Schaltvorrichtung ein Triac oder eine Gruppe von zwei Thyristoren,
wobei das Triac oder die zwei Thryristoren bevorzugt mit einem Dämpfernetzwerk
ausgestattet sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die Schaltvorrichtung ein Transistor mit dem weiteren Zusatz
einer Diodenbrücke.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform weist
die Übertragungsvorrichtung
der Erfindung weiter eine Verbindung (14) zwischen dem
Mikrocontroller und einem Punkt auf, der sich zwischen der Schaltvorrichtung
und den Lasten befindet, die durch die Vorrichtung gesteuert werden.
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Der
Dummy-Load-Schaltkreis kann einen Transistor, eine Diodenbrücke und
einen Widerstand aufweisen. Das Mittel zum Aktivieren des Dummy-Schaltkreises
kann einen Optokoppler aufweisen. Der Dummy-Load-Schaltkreis kann
in der Vorrichtung zum Senden von Daten aufgenommen sein.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenso auf die Anwendung einer Vorrichtung
zum Empfangen von Daten gemäß Anspruch
1, zum Befehlen des Ein- oder Ausschaltens einer Dummy-Load, wobei
die Dummy-Load einen Widerstand aufweist, wie auch auf die Anwendung
einer Vorrichtung zum Empfangen von Daten gemäß Anspruch 2, zum Befehlen
des Ein- oder Ausschaltens einer Dummy-Load, wobei der Widerstand
als die Dummy-Load verwendet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt
das Verfahren eines Sendens von Daten durch Unterbrechen der Netzspannung dar.
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2a und 2b stellen
zwei Ausführungsformen
des Schaltkreises eines Transmitters gemäß der Erfindung dar.
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3 stellt
den Schaltkreis eines Empfängers
gemäß der Erfindung
dar.
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4 stellt
einen Empfänger
gemäß der Erfindung
dar, der mit einer Dummy-Load verbunden ist.
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5 stellt
den Schaltkreis einer Dummy-Load dar, welche durch den Transmitter
der Erfindung aktiviert werden kann.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und insbesondere
auf ein Verfahren zum Steuern einer oder mehrerer Lasten, die mit
einer Wechselstromleitung verbunden sind, beispielsweise eine oder
mehrere Lampen, welche ein- oder ausgeschaltet werden sollen oder
unabhängig
voneinander abgeblendet werden sollen. Die Grundausführungsform
des Verfahrens, welches hier verwendet wird, ist aus dem Stand der
Technik bekannt. Es basiert auf der Technik einer Phasenanschnittsteuerung
der Netzspannung, um Daten zu senden, beispielsweise eine Sequenz
von 0 und 1, in Richtung einer oder mehrerer Lasten, wobei die Daten
in Befehle, zum Beispiel „Ausschalten
eines Motors", „Abblenden
einer Lampe", etc.
... übersetzt
werden. Die Phasenanschnittsteuerung wird durch kurze Unterbrechungen
der Netzspannung durchgeführt,
die vorzugsweise kurz vor oder nach oder gleichzeitig mit einem
Nulldurchgang der Netzspannung beginnen. Die Länge dieser Unterbrechungen
ist kurz verglichen zu der Periode der Netzspannung, bevorzugt nicht
länger
als 9% der Periode. Dies bedeutet 1,8 ms für ein 50 Hz-Signal. Die darauf
folgenden Fluktuationen in der Wellenform der Netzspannung werden
durch eine passende Vorrichtung, die mit der Last verbunden ist,
detektiert und in Befehlssignale übersetzt. Auf diese Weise wird
die digitale Information nicht durch ein separates Kabel gesendet,
sondern durch eine geringe Modifikation der Netzspannung selbst. Diese
Modifikation kann ausreichend reduziert gehalten werden, um eine
harmonische Stromverzerrung zu reduzieren.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens ist in 1 dargestellt, welche die sinusförmige Netzspannung 100 und
Netzspannung 101 einer Stromleitung zeigt, in diesem Fall
bei 50 Hz. Der gezeigte Fall ist relevant für eine rein widerstandsfähige Last,
das heißt
Spannung und Strom sind in Phase. Bei einem Nulldurchgang des Stroms
und der Spannung wird eine Unterbrechung oder ein „Stoß" 102 für ungefähr 1,5 ms
in der Länge
verursacht, der durch einen zweiten Stoß 103 der gleichen
Länge auf
der folgenden Flanke wiederholt wird.
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Die
Zeichnung zeigt die Übersetzung
dieser bestimmten Sequenz von Stößen in digitale
Information (0 oder 1). Gemäß dieser
Ausführungsform
stellt ein „Stoß" auf zwei aufeinander
folgenden Flanken eine „1" dar. Das Fehlen
eines Stoßes
auf zwei aufeinander folgenden Flanken nach diesem ersten „1" stellt eine „0" dar. Die Bedeutung
der Unterbrechungen kann umgekehrt werden: Zwei „Stöße" sind dann äquivalent zu einer „0" und zwei kontinuierliche
Nulldurchgänge
sind äquivalent
zu einer „1".
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In
allen Fällen
beginnt eine Sequenz mit einem Code, der mit zwei Stößen beginnt,
um anzuzeigen, dass eine Nachricht im Begriff ist, gesendet zu werden.
Diesem ersten Code kann sich dann ein Identifikationscode für die spezifische
Last oder adressierte Lasten und schließlich ein Befehlscode mit einer
festen Länge
anschließen.
Vorzugsweise werden am Ende einer Nachricht eine Indikation, beispielsweise
zwei zusätzliche „Stöße" hinzugefügt, um den Übergang
vom Senden von Daten auf eine normale Netzspannungsversorgung ohne
Stöße zu markieren.
Beispielsweise kann eine Nachricht aus den folgenden 4 Teilen bestehen:
- – Startbit
(2 Stöße)
- – 8
Adressbits
- – 8
Befehlsbits
- – Endbit
(2 Stöße)
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In
dem Empfänger
der Erfindung, der später beschrieben
wird, findet die Erfassung der Befehlssignale durch einen Komparator
statt, dessen Ausgang eine Blockwelle 104 ist, wobei die
Länge der
Blöcke repräsentativ
ist für
den Wert der Bits, die übertragen werden.
Eine Zählvorrichtung
wird verwendet, um diese Unterschiede in einer Länge zu erfassen. In der gezeigten
Ausführungsform
ist die Blockwelle 104 „hoch" während
des negativen Halbzyklus der Spannung, wenn ein normaler Betrieb
stattfindet (keine Unterbrechungen). Der Ausgang bleibt hoch während der
Unterbrechungen, was bewirkt, dass die Blocklänge größer wird, wenn zwei aufeinander
folgende Unterbrechungen auf zwei aufeinander nachfolgenden Flanken
vorgegeben werden.
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Mittel
müssen
bereitgestellt werden, um zu gewährleisten,
dass der Ausgang in der Tat während Stößen hoch
bleibt, wie im Text nachstehend erklärt wird.
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In
der vorhergehenden Ausführungsform stellt
eine Spannungsunterbrechung auf einer fallenden Flanke und eine
Unterbrechung auf der nachfolgend führenden Flanke ein Bit dar.
Die erste Unterbrechung kann auch auf einer führenden Flanke sein.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich weiter auf eine Kombination zweier
Vorrichtungen, die benötigt
werden, um Daten durch Netzspannungsunterbrechungen zu senden und
zu empfangen: einem „Cluster"-Stromleitungsmodem
(PLM), den Transmitter, der verwendet wird, um einen oder mehrere
aus einer spezifischen Gruppe von Lasten zu steuern, und eine Last
PLM (Empfänger)
in Verbindung mit jeder Last. Der Transmitter weist mindestens einen
Mikrocontroller und eine Vorrichtung auf, die es ermöglicht,
die Spannung zu unterbrechen, so dass ein Transistor oder ein Triac,
oder allgemeiner zwei antiparallele Thyristoren, die nicht notwendigerweise
in die gleiche Einheit gepackt sind, wie das der Fall für ein Triac
ist. 2a zeigt eine Ausführungsform, die auf einem Triac
basiert. 2b zeigt eine Ausführungsform,
die einen Transistor verwendet.
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Der
Transmitter selbst wird von einer zentralen Steuerungsstation 4 betrieben
und steuert Anzahl Lasten 2. 2 zeigt
weiter die Leiter 5 und 6 der Stromleitung, wobei
eine Wechselstromspannung zwischen dem Eingabeterminal 7 und 8 vorhanden ist.
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Der
Transmitter in 2a umfasst zuerst ein Triac 10,
das mit einem klassischen Dämpfernetzwerk
ausgestattet ist, das aus einer Kapazität Cs und einem Widerstand Rs
parallel zu dem Triac besteht. Das Triac 10 ist in dem
ersten Leiter 5 der Stromleitung angeordnet und wird über die
Verbindungen 11 und 15 gezündet, vorzugsweise über einen
Triac-Treiber 9, der den Triac mit einem Mikrocontroller 12 verbindet,
welcher seinerseits über
die Steuerungsstation 4 betrieben wird. Der Mikrocontroller 12 wird
durch eine auf Referenzspannung Vss referenzierte Spannung VDD (beispielsweise
5 V-Gleichstrom) versorgt.
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Das
Triac 10 wird ausgeschaltet, sobald der Netzstrom Null
wird. Der Nulldurchgang der Spannung wird durch Verbindungen 13 und 22 detektiert. Unter
normalen Umständen,
das heißt,
wenn keine Nachricht gesendet wird, wird das Triac 10 kontinuierlich über Verbindungen 11 und 15 gezündet, so dass
das Triac sofort erneut gezündet
wird nach einem Nulldurchgang des Stroms, und wobei keine Unterbrechung
des Netzstroms und einer Spannung stattfindet. Wenn jedoch eine
Unterbrechung eingeführt
werden soll, wird das Zünden
des Triac nach einem Nulldurchgang des Stroms leicht verzögert während einer
Zeitperiode (beispielsweise 1,5 ms für ein 50 Hz-Signal), die in
den Mikrocontroller einprogrammiert ist, und von dem Moment an beginnend,
wenn die Spannung 0 wird. Diese Zeitperiode kann konstant oder variabel
sein. Im letzteren Fall kann der Transmitter verwendet werden, um
das Verfahren der Erfindung, wie oben beschrieben wurde, umzusetzen.
Der Verzug verursacht eine erfassbare Unterbrechung der Netzspannung,
was zu einer Netzspannungskurve 100, so wie in 1 dargestellt
ist, führt. Der
Mikrocontroller 12 weist eine programmierbare Schaltkreistechnik
auf, wie sie im Fachgebiet bekannt ist, um den Verzug vor einem
Zünden
des Triacs 10 zu erzeugen.
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Wenn
ein Triac als Schaltvorrichtung verwendet wird, ist die Phasendifferenz
zwischen der Netzspannung und dem Netzstrom ein wichtiger Faktor.
In dem theoretischen Fall einer Nullphasendifferenz sind die Nulldurchgänge von
Spannung und Strom simultan und kein Problem tritt auf (siehe 1).
Jedoch wenn der Spannungsnulldurchgang dem Stromnulldurchgang vorausgeht
(das heißt
für eine
induktive Last), könnte
eine sehr kurze Spannungsunterbrechungslänge auftreten oder der „Stoß" könnte insgesamt
verloren gehen.
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Ähnliche
Probleme treten in dem Fall einer kapazitiven Last auf.
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Es
wird angemerkt, dass die Spannungsmessung durch Verbindungen 13 und 22,
um eine Nullspannung zu erfassen, durch eine Strommessung ersetzt
werden kann. In diesem Fall würde
der Verzug von einem Nulldurchgang des Stroms starten. Ebenso kann
eine Verbindung (beispielsweise 13) vorhanden sein, während der
andere Leiter der Stromleitung mit einer passenden Referenzspannung
verbunden ist (zum Beispiel Vss).
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Der
Transmitter in 2 weist eine zusätzliche
Verbindung 14 von einem Punkt in dem ersten Leiter 5 nach
dem Triac (das heißt
zwischen dem Triac und der Last 2) mit dem Mikrocontroller 12 auf. Dies
erlaubt eine Steuerung des übertragenen
Signals. Der Mikrocontroller 12 kann auf diese Weise überprüfen, ob
alle Unterbrechungen, die verlangt wurden, effektiv in der Form
von Spannungsunterbrechungen übertragen
wurden. Beispielsweise in dem Fall induktiver Lasten darf dies nicht
der Fall sein, wie vorhergehend erklärt wurde. Passende Schaltkreistechnik
sollte zu dem Mikrocontroller 12 hinzugefügt werden,
um die Spannung durch eine Verbindung 14 zu messen und
um eine korrigierende Handlung auf dem übertragenen Signal durchzuführen, falls
ein Fehler detektiert wurde (beispielsweise Erhöhen der Unterbrechungszeit).
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Trotz
der Anwendung dieser korrigierenden Maßnahmen sollte bei der Verwendung
eines Triac der Phasenunterschied zwischen Spannung und Strom so
klein wie möglich
sein, das heißt
der Leistungsfaktor der Leistungen sollte sich 1 annähern. Deshalb
wird die Vorrichtung von 2a idealerweise
in Kombination mit einer Leistungsfaktorkorrektureinrichtung verwendet,
die beispielsweise vor jeder einer Anordnung elektronischer Lampenlasten,
die mit der Stromleitung verbunden sind, angebracht sind.
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Transistoren
können
unabhängig
von dem Netzstrom geschaltet werden. 2b zeigt
den Schaltkreis eines Transmitters der Erfindung, wobei das Triac
durch einen Transistor 17 und eine Diodenbrücke D1 bis
D4 ersetzt ist. Der Transistor kann zu jeder beliebigen Zeit durch
Verbindungen 18 und 19 ein- oder ausgeschaltet
werden, unabhängig
von dem Netzstromnulldurchgang. Die Diodenbrücke ist notwendig, um dem Strom
zu erlauben, die Richtung während
einer Periode zu wechseln. Die anderen Elemente des Schaltkreises
in 2 sind identisch und tragen die
gleichen Bezugszeichen wie die Elemente in 2a. Die
Ausführungsform
von 2b ist eine Alternative zu derjenigen mit dem
Triac, kann jedoch nur mit Lasten verwendet werden, die nicht induktiv
sind.
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In
den Ausführungsformen
von 2 weist der Transmitter weiter
einen Widerstand 20 in dem zweiten Leiter 6 und
eine Verbindung 21 mit dem Mikrocontroller 12 auf.
Der Widerstand 20 ist ein Nebenschlusswiderstand und wird
verwendet, um den Netzstrom zu messen. In diesem Fall weist der
Mikrocontroller eine Schaltkreistechnik auf, um diesen Netzstrom über Verbindungen 21 und 22 messen
zu können.
Gemäß der Erfindung
kann eine Modifikation des Netzstroms durch einen der Empfänger induziert
werden, der auf diese Weise Information überträgt, die den Zustand eine Last
an den Transmitter betrifft. Dies wird anschließend genauer erklärt. Eine andere
Vorrichtung als ein Nebenschlusswiderstand kann zum Messen des Netzstroms
verwendet werden, beispielsweise ein Stromwandler.
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Der
Transmitter kann von der Steuerungsstation 4 über eine
Verbindung 16 angewiesen werden. Der Transmitter kann auch über eine
Fernbedienung durch eine schnurlose Verbindung gesteuert werden.
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3 zeigt
den Schaltkreis des Empfängers, der
auch „Last
PLM" 3 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform genannt
wird. Auch in 3 ist ein Beispiel einer Last 2 (zum
Beispiel einer Lampe mit einem Abblend-Schaltkreis) dargestellt.
Die Last ist mit der Stromleitung mittels eines EMI (elektromagnetische
Interferenz) Filters 30, eines Gleichrichters 31,
der im Wesentlichen zum Erzeugen eines Gleichstrom-Busses in Richtung
der Last 2 vorgesehen ist, eines Leistungsfaktorkorrektors 32 und
einer Kapazität
C2 zum Kompensieren von Fluktuationen über den Gleichstrom-Bus verbunden. Diese
Elemente sind nur beispielhaft einbezogen und in keiner Weise beschränkend auf
den Gültigkeitsbereich
der Erfindung.
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Der
Empfänger 3,
wie er in 3 dargestellt ist, umfasst einen
Komparator 34, einen Mikrocontroller 35, einen
Transistor 36. Eine Feedback-Verbindung 50, die
einen Widerstand R5 aufweist, ist zwischen dem Ausgang des Komparators
und einem seiner Eingänge
verbunden. Der zweite Leiter 6 der Stromleitung ist mit
dem invertierenden Eingang des Komparators 34 mittels eines
Widerstandes R3 verbunden, und der invertierende ist Eingang mittels
eines Widerstands R4 mit dem gleichen Referenzpotential (Vss) wie
der negative Ausgang des Gleichrichters 31 verbunden. Der
erste Leiter 5 der Stromleitung ist mit dem nicht invertierenden
Eingang des Komparators 34 mittels eines Widerstandes R1
verbunden, und der nicht invertierende Eingang ist mittels eines
Widerstandes R2 mit dem gleichen Referenzpotential (Vss) verbunden.
Die Widerstände
R1, R2, R3 und R4 sind als Spannungsteiler angeordnet, um passende
Signale bei den Eingängen
des Komparators 34 herzustellen. In diesem besonderen Fall ist
insbesondere R5 wichtig, da er die Sicherheit gibt, dass der Ausgang
des Komparators während
der Verzugszeit (Stöße 102, 103, 1)
hoch bleibt.
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Das
Feedback mittels R5 kann ebenso an dem invertierenden Eingang des
Komparators 34 stattfinden. Die Wichtigkeit des Feedback-Widerstandes
wird jetzt detaillierter erklärt.
Der Empfänger-Schaltkreis
der Erfindung arbeitet mit einem einzelnen Komparator 34.
Dieser Schaltkreis kann einen Rechteckwellenpuls erzeugen, der synchron
mit der Leitungsfrequenz ist und der unter Normalbetrieb beinahe
50% Tastgrad aufweist. Wenn eine Netzspannungsunterbrechung eingefügt wird,
würde ein Einzelkomparator
es nicht schaffen, eine Abweichung von dem Rechteckwellenpuls unter
normalem Betrieb zu erfassen, da beide Eingänge des Komparators gleich
sind und der Ausgangszustand nicht ordnungsgemäß definiert wäre. Deshalb
wird der Feedback-Widerstand
R5 eingeführt.
Wenn die Netzspannung unterbrochen wird, zwingt der Widerstand R5
den Ausgang des Komparators 34 stabil zu bleiben, das bedeutet
eine positive Ausgangsspannung, falls das Feedback mit dem nicht-invertierenden
Eingang des Komparators 34 verbunden ist oder ein niedriger
(Null- oder Negativ-)Ausgang, falls das Feedback mit dem invertierenden
Eingang des Komparators 34 verbunden ist.
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Dieser
Effekt gewährleistet
die gewünschte Tastgrad-Verschiebung des
Ausgangspulses des Komparators, (wie dargestellt in 1),
wenn eine Spannungsunterbrechung eingeführt wurde.
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Für ein passendes
Funktionieren des Komparator-Schaltkreises
ist die Versorgungsspannung des Komparators 34 (VDD & Vss) vorzugsweise
definiert mit Bezug auf die Netzspannung. Eine direkte Verbindung
mit einer der Netzspannungen (5 oder 6) des VDD
oder Vss des Komparators 34 ist nicht möglich. Dies kann von einem
Fachmann abgeleitet werden und wurde experimentell bestätigt. Um
dieses Problem zu lösen,
ist eine der Komparator-Versorgungsspannungen (Vss oder VDD) mit
dem Ausgang einer Diodengleichrichterbrücke 31 verbunden,
siehe 3. Im Allgemeinen ist es notwendig, dass VDD oder
Vss mit einem der zwei Leiter 5 oder 6 der Stromleitung über mindestens
zwei Dioden verbunden sind. In 3 ist diese
Bedingung erfüllt,
da Vss mit dem Leiter 5 über die zwei unteren Dioden
der Diodengleichrichterbrücke 31 verbunden
ist.
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Es
ist für
Fachleute klar, dass ein alternativer Komparator mit positiver und
negativer Versorgungsspannung anstelle des Schemas von 3 und 4 verwendet
werden kann. Dies ist jedoch weniger praktisch, aufgrund der Notwendigkeit
einer dualen Versorgungsspannung, und da digitale Schaltkreise meistens
mit einer Null- bis positiven Versorgungsspannung gekoppelt sind.
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Die
Diodengleichrichterbrücke 31 kann
Teil eines aktiven Gleichrichter-Schaltkreises sein, wie er oft
in elektronischen Vorschaltgerätschaltkreisen
verwendet wird, wobei dies jedoch keine absolute Notwendigkeit ist.
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Der
Ausgang des Komparators 34 ist mit einem Mikrocontroller 35 über die
Verbindung 37 verbunden. Der Komparator 34 und
der Mikrocontroller 35 werden durch eine Gleichstromversorgungsspannung
(VDD) versorgt, beispielsweise eine 5 V-Quelle, auf die mit dem
gleichen Referenzpotential (Vss) Bezug genommen wird wie bereits
erwähnt.
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Der
Ausgang des Komparators ist eine Blockwelle, wobei die Längen der
Blöcke
in direkter Relation zu der gesendeten Information sind. In dem Beispiel
von 1 ist die Länge
eines „hohen" Blocks bei dem Ausgang
des Komparators um den Betrag von einem Verzug erhöht. Die
Länge des Blocks
wird durch den Mikrocontroller 35 gemessen. Die detektierten
Verzögerungen
können
gemäß den vorhergehend
beschriebenen Verfahren in digitale Daten übersetzt werden. Zum Messen
der Blocklängen
ist der Mikrocontroller 35 vorzugsweise mit einem passenden
Zählschaltkreis
ausgestattet.
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Hierauf
wird der Mikrocontroller 35 der Last 2 über die
Verbindung 38 angewiesen, basierend auf den empfangenen
Kontrollsignalen.
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In
der Ausführungsform
von 3 kann der Empfänger Information an den Transmitter
senden, beispielsweise als Antwort auf eine Frage zum Zustand der
Last, die durch den Transmitter gestellt wird, zum Beispiel: "Ist eine Last defekt
oder nicht?" Zu
diesem Zweck kann der Transistor 36 durch den Mikrocontroller
durch eine Verbindung 39 gezündet werden. Das Vorhandensein
von Dioden D5 und D6, die entsprechend mit den Stromleitungsleitern 5 und 6 verbunden
sind und des Widerstandes R6 verursacht eine Erhöhung im Netzstrom während zwei
aufeinander folgender halber Zyklen, sobald der Transistor 36 leitet,
wobei R6 zwischen dem Kollektor des Transistors 36 und
der gemeinsamen Kathode der Dioden D5 und D6 verbunden ist. Eine
Diode (D5 oder D6) wäre
genug, um eine Stromerhöhung
während
eines halben Zyklus zu erhalten.
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Der
Emitter des Transistors 36 ist mit dem Referenzpotential
Vss verbunden. Die Stromerhöhung
ist vorzugsweise zeitlich auf zwei halbe Zyklen beschränkt. Diese
Erhöhung
des Netzstroms wird durch den Transmitter mittels des Nebenschlusswiderstandes 20 und
der Verbindungen 21, 22 erfasst, wie vorhergehend
angegeben.
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Ein
Problem mit Triacs, die mit elektronischen Vorschaltlampen mit aktiven
Gleichrichtern verbunden sind, tritt auf, wenn die Lampen ausgeschaltet
sind. In diesem Fall bezieht der Eingangs-EMI-Filter einen sehr
irregulären
Eingangsstrom, und wobei dies eine irreguläre Ausschaltung des Triacs
verursacht, was es schwierig macht, Daten zu senden. Auch die Reaktivität der Lasten
ist nicht länger
definiert und kann zu einem solchen Ausmaß kapazitiv oder induktiv werden,
dass ein Senden von Daten unmöglich
wird, wie vorhergehend erklärt wurde.
Diese Probleme werden verhindert, indem ein Teil der Lampen während einer
Kommunikation eingeschaltet bleibt.
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In
gewissen Anwendungen, so wie beispielsweise Haushaltsanwendungen,
ist es nicht wünschenswert,
Lampen oder Lasten in gewissen Momenten eingeschaltet zu lassen.
Um dies zu vermeiden, kann eine „Dummy"-Load zu der Stromleitung hinzugefügt werden,
siehe 4. Diese Dummy-Load
besteht im Wesentlichen aus einem Widerstand R7, der durch die Stromleitung
durch Einschalten eines Transistors 40 versorgt werden
kann. Eine derartige Dummy-Load kann dann durch einen Empfänger gemäß der Erfindung
angewiesen werden, aber im Vergleich zu derjenigen in 3 dadurch vereinfacht
werden, dass es nur die Komparator-Schaltkreistechnik umfasst, um Befehlssignale von
dem Transmitter zu empfangen. Der Mikrocontroller 35 befiehlt
dann durch eine Verbindung 38 den Betrieb des Transistors 40 und
daher den Ein-/Aus-Betrieb der Dummy-Load. Der Transmitter wird
diese Dummy-Load so lange aktiviert lassen, solange keine andere
reale Last 2 eingeschaltet ist, und wird die Dummy-Load
ausschalten, sobald mindestens eine reale Last eingeschaltet ist.
Vorzugsweise ist die Dummy-Load jedoch nicht ständig aktiviert, sondern nur
während
der Unterbrechungen der Netzspannung. Beispielsweise kann die allgemein
reaktive Impedanz der Lasten zu hoch sein, wenn die Lampen ausgeschaltet
sind, so dass eine passende Spannungsunterbrechung nicht eingeführt werden kann,
um beispielsweise einen „Einschalten"-Befehl zu senden.
Falls die Dummy-Load aktiviert ist, gewährleistet dies, dass die Phasendifferenz
zwischen einer Spannung und einem Strom momentan auf einen sehr
geringen Wert zurückgesetzt
wird, so dass der „Stoß" ohne Probleme gesendet
werden kann. Nach der Unterbrechung wird die Dummy-Load wieder deaktiviert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Funktion der Dummy-Load durch den Widerstand R6 in dem
Empfänger-Schaltkreis durchgeführt, während das
Ein- oder Ausschalten der Dummy-Load durch den Transistor 36 durchgeführt wird.
Auf diese Weise kann ein Empfänger
gemäß 3 all
die Funktionen des Empfangens von Daten, des Zurücksendens von Informationen
UND des Handelns als eine Dummy-Load durchführen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des
Transmitters wird eine Dummy-Load durch den Transmitter betrieben
und ein Dummy-Load-Schaltkreis kann sogar in den Transmitter aufgenommen werden. 5 zeigt
einen Dummy-Load-Schaltkreis, welcher
durch den Mikrocontroller 12 des Transmitters über den
Optokoppler 51 aktiviert wird. Der Schaltkreis der Dummy-Load
weist eine Diodenbrücke
(53 bis 56) und einen Widerstand RD auf. In der Zeichnung
in 5 sind drei verschiedene, alternative Stellen
des Widerstandes RD gezeigt. Wohlgemerkt befindet sich nur ein Widerstand
RD in dem Schaltkreis. Erst wenn die Dummy-Load aktiviert wird,
wird der Widerstand der Lasten-Impedanz, die an der Netzspannung
zwischen den Leitern 5 und 6 erkannt wird, hinzugefügt. Eine
Aktivierung der Dummy-Load von 5 wird vorzugsweise
auch nur während
den Netzspannungsunterbrechungen durchgeführt. Der Rest der Schaltkreistechnik
des Dummy-Load-Schaltkreises beinhaltet eine Diode 57, zwei
Widerstände
in Serie 58 und 59, eine Zener-Diode 61, eine Kapazität 62 und
einen Widerstand 60. Die Elemente 57 bis 62 sind
Teil eines Schaltkreises zur Stromversorgung des Transistors 52.
Ein beliebiger anderer Schaltkreis, der die gleiche Funktion ausübt, kann
verwendet werden. Ein Widerstand 63 ist zwischen dem Mikrocontroller 12 und
dem Optokoppler 51 vorhanden.
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Das
Verfahren und die Vorrichtungen der Erfindung sind leicht zu implementieren.
Das Verfahren und die beschriebenen Vorrichtungen erfüllen alle
internationalen Standards. Die Übertragungs-
und Empfangsvorrichtungen verlangen niedrige Leistungsversorgungsraten.
Keine Verstärker
sind notwendig. Die kurzen Unterbrechungen erlauben es, die harmonischen
Stromverzerrungen zu begrenzen, während der Betrieb bei niedrigen
Frequenzen günstig
auf die Anfälligkeit
bei Netzwerkrauschen auswirkt.