DE69224547T2 - Beleuchtungseinrichtung mit Leuchtstofflampen in Gebäuden - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung mit Leuchtstofflampen in Gebäuden

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Beleuchtungstechnik. Insbesondere betrifft sie eine Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung mit einem integralen Bewegungsdetektor und einem Lichtmessdetektor zum Regeln der Lichtstärke von Leuchtstofflampen.
  • Eine Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach dem Stand der Technik ist in der US-Patentschrift Nr. 4 663 521 beschrieben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe der Energieeinsparung zugrunde.
  • Einer der Vorteile dieser Erfindung ist die Lebensdauerverlängerung der mit dieser Anordnung betriebenen Leuchtstofflampen.
  • Eine der Eigenschaften der Erfindung ist die Nützlichkeit ihrer Anwendung in "selbstdenkenden" Gebäuden. Dabei blendet sie von ihr geregelte Leuchtstofflampen in Bereichen, in denen keine Aktivität gemessen wird, und ändert die Kunstlichtmenge in solchen Bereichen entsprechend der Stärke des einfallenden natürlichen Lichts beim Messen von Aktivität.
  • Entsprechend einem Merkmal der Erfindung wird eine Leuchtstofflampen- Beleuchtungsanordnung mit einer Leuchtstofflampe und mit Lampenregelmitteln zum Regeln der Lichtstärke der Lampe vorgesehen. Weiterhin ist darin ein Regelsignalmittel aufgenommen, das auf einen vorgegebenen Stimulus anspricht und ein Regelsignal erzeugt, wenn der Stimulus auftritt. Ein Betriebsmittel zum Ansprechen auf das Regelsignal ist vorgesehen, damit das Regelmittel die Lichtstärke der Lampe ändert. Das Betriebsmittel enthält erste und zweite Stufen. Die erste Stufe enthält Verstärkermittel zum Verstärken des Regelsignals. Die zweite Stufe enthält ein Spannungsregelmittel zum Regeln einer ersten an das Verstärkermittel für seinen Betrieb angelegten Betriebsspannung. Das Spannungsregelmittel empfängt eine zweite Betriebsspannung für seinen Betrieb aus dem Lampenregelmittel. Das Betriebsmittel enthält einen Lichtregelkreis, der auf das Regelsignal anspricht und zum Regeln der Lichtmenge aus der Leuchtstofflampe an einer vorgeschriebenen Stelle arbeitet. Der Lichtregelkreis enthält ein Messmittel zum Messen der vom natürlichen Licht und von der Leuchtstofflampe gelieferten Beleuchtungsmenge an der vorgeschriebenen Stelle. Der Lichtregelkreis enthält Bestimmungsmittel zum Bestimmen der von der Leuchtstofflampe zu liefernden Lichtmenge.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1 einen Schaltplan eines Bewegungs- und Lichtsensors nach der Erfindung, und
  • Fig. 2 eine graphische Darstellung mit der Auftragung der Beleuchtung des Lichtsensors des Schaltplans nach Fig. 1 gegen der Menge des Kunstlichts aus der Beleuchtungsanordnung nach der Erfindung.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Sensorschaltplans zur Verwendung beispielsweise mit einem abblendbaren Leuchtstofflampenregler ist in Fig. 1 dargestellt. Der Sensorkreis enthält die Klemmen 113' und 114', die sich zum Anschließen an Eingangsklemmen des abblendbaren Leuchtstofflampenreglers eignen. Im Betrieb empfängt der Sensorkreis seine Energie über die Klemmen 113' und 114'. Weiter stellt der Sensorkreis die zwischen der Klemme 113' und der Klemme 114' vorhandene Spannung ein, die als Abblendsignal für den abblendbaren Leuchtstofflampenregler und zum Bestimmen der Lichtausbeute der vom abblendbaren Leuchtstofflampenregler betriebenen Lampen dient. Ein derartiger Sensorkreis ist nutzbar in Abblendlampen in einem Raum, in dem es keine Aktivität gibt und zum Aufhellen dieser Lampen, wenn der Sensor Aktivität im Raum misst. Das Gerät enthält einen pyroelektrischen Bewegungssensor PS. Diese Einheit erzeugt Signale, die zeitlich schwanken, und dessen Amplitude bei der Messung einer kräftigeren Infrarotstrahlung größer wird. Im Betrieb mit den Widerständen R&sub1; und R&sub2;, den Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; und dem Transistor Q&sub1; gelangen die Signale aus dem Sensor PS an den positiven Eingang einer ersten Verstärkerstufe IC&sub1;. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Kapazität C&sub1;, der Sensor PS, der Widerstand R&sub2; und der Kondensator C&sub2; mit einer gemeinsamen Rückleitung verbunden, wie an der Unterseite jedes der mit der Rückleitung verbundenen Elemente dargestellt ist. Die Widerstände R&sub3;, R&sub4; und R&sub5; werden zusammen mit den Kondensatoren C&sub3; und C&sub4; gewählt, damit dem Operationsverstärker IC&sub1; wieder einen hohen Wechelstromverstärkungsgrad besitzt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers IC&sub1; gelangt über den Kondensator C&sub5; und den Widerstand R&sub8; an den Inversionseingang eines zweiten aus dem Operationsverstärker IC&sub2; bestehenden Stufenverstärkers. Die Widerstände R&sub6;, R&sub7;, R&sub9; und der Kondensator C&sub6; werden im Hinblick wiederum auf einen hohen Wechselstromverstärkungsgrad des Operationsverstärkers gewählt. Da das Eingangssignal aus dem Operationsverstärker IC&sub1; an den Inversionseingang des Operationsverstärkers IC&sub2; gelangt, ist das Ausgangssignal dieses Verstärkers eine verstärkte Umkehrung seines Eingangssignals.
  • Das Ausgangssignal des Verstärkers IC&sub2; gelangt an einen sog. "Fensterkomparator", bestehend aus den Verstärkern IC&sub3; und und IC&sub4;. Der Verstärker IC&sub3; filtert die aus dem Verstärker IC&sub2; empfangenenen positiven Signale unter einem bestimmten Wert aus, dagegen filtert der Verstärker IC&sub4; negative Signale über einem bestimmten Wert aus. Auf diese Weise wird Hintergrundstrahlung, die den pyroelektrischen Sensor OS erreichen kann, derart ausgefiltert, dass das Gerät für solche Hintergrundstrahlung unempfindlich ist. Die Größen der ausgefilterten positiven und negativen Signale bestimmen die Widerstandswerte der Widerstände R&sub1;&sub0;, R&sub1;&sub1; und R&sub1;&sub2;.
  • Die Ausgangssignale der Verstärker IC&sub3; und IC&sub4; durchfließen die Widerstände R&sub1;&sub3; bzw. R&sub1;&sub4; zum Aufsteuern eines der Transistoren Q2 und Q3 beim Feststellen ausreichender Bewegung, gemessen vom Sensor PS. Ist einer der Transistoren Q2 oder Q3 aufgesteuert, entlädt sich der Kondensator C&sub7; rasch über einen der vorgesehenen Kollektor-Emitter-Niederimpedanzwege. Vom pyroelektrischen Sensor PS gemessene Bewegung entlädt schnell den Kondensator C&sub7; zum Aufhellen der vom abblendbaren Leuchtstofflampenregler betriebenen Lampen mit einer verhältnismäßig kurzen Zeitverzögerung, wenn sie sich im abgeblendeten Zustand befänden, wie weiter unten näher erläutert wird. In Beantwortung des Hinweises einer ausbleibenden Bewegung im pyroelekytrischen Sensor PS entlädt sich der Kondensator C&sub7; langsam über den Rheostat R&sub1;&sub5;. Die Abwesenheit von Bewegung löst das Abblenden der Lampen aus ihrem hell leuchtenden Zustand nach einer von den Größen des Kondensators C&sub7; und des Rheostats R&sub1;&sub5; bestimmten Verzögerung aus, die verhältnismäßig länger ist als die Verzögerungszeit zum Aufhellen der Lampen.
  • Die die Ladung am Kondensator C&sub7; darstellende Spannung gelangt an den positiven Eingang des Komparators IC&sub5;, die sie mit einer von den Widerständen R&sub1;&sub6; und R&sub1;&sub7; erzeugten Schwellenspannung vergleicht. Wenn die Spannung am positiven Eingang höher als die Schwellenspannung ist, ist das Ausgangssignal des Komparators IC&sub5; hoch, durchfließt den Widerstand R&sub1;&sub8; und steuert den Transistor Q&sub4; auf.
  • Die Transistoren Q&sub4; und Q&sub5; bilden zusammen mit dem Widerstand R&sub1;&sub9; und der Zenerdiode IC&sub6; einen Schalter zum Umschalten der Klemmen 113' und 114' in Abhängigkeit von der möglichen Bewegungsmessung im pyroelektrischen Sensor PS. Bei Bewegungsmessung ist das Ausgangssignal des Komparators IC&sub5; niedrig und der Transistor Q&sub4; gesperrt. Hierdurch wird auch der Transistor Q&sub5; gesperrt gehalten, und der Widerstand R&sub2;&sub0; ist mit der Einstellbaren Mikroleistungs-Spannungsreferenz IC&sub6; in Reihe geschaltet. Unter diesen Umständen kann die vom abblendbaren Leuchtstofflampenregler an die Klemmen 113' und 114' gelegte Spannung hoch bleiben. Infolgedessen können die Lampen im sog. Vollbetrieb leuchten.
  • Wenn Bewegungen in der Nähe des pyroelektrischen Sensors PS abklingen, erzeugt der Komparator IC&sub5; ein hohes Signal zum Aufsteuern des Transistors Q&sub4;. Hierdurch wird der Transistor Q&sub5; ebenfalls aufgesteuert und schließt den Widerstand R&sub2;&sub0; kurz. Hierdurch wird der von den Klemmen 113' und 114' zugeführte Strom größer, während die Spannung an diesen Klemmen ungefähr auf den Spannungsabfall an der Einstellbaren Mikroleistungs-Spannungsreferenz IC&sub6; (wie z.B. von National Semiconductor Corp. LM 185) abfällt. Diese Spannung bringt die Lampen in den abgeblendeten Zustand.
  • Die Einstellbare Mikroleistungs-Spannungsreferenz IC&sub6; stellt ein Spannungsregelmittel zum Erzeugen der Betriebsspannung für die Verstärker IC&sub1; über IC&sub5; auf der Leitung Vcc dar. Das Spannungsregelmittel kann die Spannung auf den Leitungen Vcc in einem guten Bereich zum Betreiben der Verstärker IC&sub1; bis IC&sub5; festhalten, trotz der Tatsache, dass die Spannung an den Klemmen 113' und 114' sich von hoch nach niedrig ändert abhängig davon, ob der Widerstand R&sub2;&sub0; mit der Einstellbaren Mikroleistungs-Spannungsreferenz IC&sub6; in Reihe geschaltet oder vom Transistor Q&sub5; kurzgeschlossen ist.
  • Aus obiger Beschreibung wird es klar sein, dass der aus den Transistoren Q&sub4; und Q&sub5; bestehende Schalter zusammen mit dem oben angegebenen Spannungsregelmittel seine Betriebsspannung an den Klemmen 113' und 114' und seine Betriebsenergie aus dem (abblendbaren Leuchtstoff-)Lampenregler empfangen. Die Verstärker IC&sub1; bis IC&sub5; des Regelsignalmittels nach Fig. 1 empfangen ihre Betriebsspannung über das Spannungsregelmittel auf der Leitung Vcc. Hierdurch erfordert keines der zuvor beschriebenen geregelten Signalmittel nach Fig. 1 eine vom Lampenregler unabhängige Spannungsquelle.
  • Dem oben beschriebenen Bewegungssensor nach Fig. 1 ist eine Lichtsensoranordnung mit dem Lichtsensor LS und den Transistoren T&sub1;...T&sub4; mit zugeordneten Widerstandselementen und Kondensatoren überlagert. Diese Schaltung ist an die Klemme 113' und an die Leitung Vcc angeschlossen. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass ein Lichtsensor LS zum Messen des Lichts an einer besonderen Stelle vorgesehen ist. Der Lichtsensor LS ist über den Kondensator C angeschlossen, von dem ein Ende mit der Basis des NPN-Transistors T&sub1; verbunden ist. Das andere Ende des Kondensators C ist mit dem Kollektor des Transistors T&sub1; verbunden.
  • Der Emitter des Transistors T&sub1; ist mit einem Ende des Rheostats Rh verbunden, dessen anderes Ende mit einem Ende des Lichtsensors LS und mit der Basis des Transistors T&sub1; verbunden ist. Der Emitter des Transistors T&sub1; ist ebenfalls mit der Basis des NPN-Transistors T&sub3; und mit dem Emitter des NPN-Transistors T&sub2; verbunden. Die Basen der Transistoren T&sub1; und T&sub2; sind miteinander verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 ist mit einem Ende des Widerstands Ry verbunden, dessen anderes Ende mit dem anderen Ende des Kondensators C verbunden ist. Der Emitter des Transistors T&sub2; ist auch mit einem Ende des Widerstands Rb verbunden, dessen anderes Ende mit der Leitung Vcc verbunden ist.
  • Der Widerstand Rx ist über den Emitter des Transistors T&sub2; angeschlossen. Der Kollektor des Transistors T&sub3; ist mit einem Ende des Widerstands Rp verbunden, dessen anderes Ende mit dem anderen Ende des Kondensators C verbunden ist. Das andere Ende des Widerstands Rp ist ebenfalls mit der Basis des PNP-Transistors T&sub4; verbunden. Das andere Ende des Widerstands Rp ist mit dem Emitter des Transistors T&sub4; verbunden. Der Emitter des Transistors T&sub4; ist ebenfalls mit der Klemme 113' verbunden. Der Kollektor des Transistors T&sub4; wird mit er Leitung Vcc verbunden.
  • Wenn der Transistor Q&sub5; gesperrt ist, da der Bewegungssensor Aktivität misst, wird die Spannung zwischen der Klemme 113' und der Klemme 114' von der Lichtsensoranordnung mit dem Lichtsensor LS und den Transistoren T&sub1;...T&sub4; mit zugeordneten Widerstandselementen und Kondensatoren geregelt.
  • Die Kurve nach Fig. 2 ist das Ergebnis von Versuchen an Arbeitsstellen, und zeigt die Kunstlichtmenge abhängig von der Beleuchtung (IL) am Sensor LS. Dem Fachmann wird aus dieser Beschreibung klar sein, dass verschiedene Kurvenflanken benutzbar sind. Die Kurve nach Fig. 2 stellt den Ausgang der erfindungsgemäß geregelten Leuchtstofflampen gegen der Beleuchtung am Lichtsensor dar. Die obere steile Flanke der Kurve, d.h. der Anteil von A nach B, versorgt Lumenerhaltungsregelung und Umgebungslichtregelung. Der untere Teil mit der weniger steilen Flanke, d.h. der Anteil von B nach C swe Kurve, versorgt nur die Umgebungslichtregelung. Es soll klar sein, dass diese Kurve deshalb gewählt ist, optimalen elektrischen Energieverbrauch und optimale Beleuchtungsqualität zu liefern.
  • Im Betrieb werden die Transistoren T&sub1;, T&sub2;, T&sub3; und T&sub4; mit Betriebsenergie aus dem abblendbaren Leuchtstofflampenregler versorgt. Hilfleistungsversorgung ist nicht erforderlich. Der Rheostat Rh dient als Schwellenregelung oder als Wählmittel. Der Transistor T&sub4; ist die Hauptstromsenke nach der Erfindung. Der Transistor T&sub3; arbeitet als Regelverstärker und als Teil-Stromsenke. Die Transistoren T&sub1; und T&sub2; arbeiten derart, dass sie auf niedrigen Pegeln des natürlichen Lichts einen hohen Stromverstärkungsgrad haben. Bei diesem hohen Verstärkungsgrad wird der obere Kurvenanteil von A nach B in Fig. 16 im Wesentlichen von der oder den geregelten Leuchtstofflampe(n) versorgt. Auf höheren Pegeln des natürlichen Lichts wird der Transistor T&sub2; gesättigt, und dies ergibt einen verhältnismäßig niedrigen Stromverstärkungsgrad des aus den Transistoren T&sub1; und T&sub2; aufgebauten Verstärker. Hierdurch wird der weniger steile Anteil jeder Kurve vom Punkt B nach dem Punkt C versorgt. Der Wert des Widerstands Ry und der Stromverstärkungsgrad der Transistoren T&sub1; und T&sub2; bestimmen die Stelle B auf jeder der Kurven nach Fig. 2.
  • Die Widerstände Ry und Rx zum Erhalten der gewünschten steilen Flanke der Kurve werden zwischen ihrem A-Punkt und ihrem B-Punkt gewählt. Rp dient zum Erzeugen einer Vorspannung für den Transistor T&sub4;. Rb dient zum Erzeugen der Anfangsspannungserhöhung für die Schaltung. Die Kondensatoren C und C' sorgen für die Spannungsfilterung.

Claims (11)

1. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung zum Betreiben wenigstens einer Leuchtstofflampe, mit Lampenregelmitteln (Q5) zum Regeln der Lichtstärke der Leuchtstofflampe, und mit einem Sensorkreis, der ein Regelsignalmittel (P5) enthält, das auf einen vorgegebenen Stimulus anspricht und ein Regelsignal erzeugt, wenn der Stimulus auftritt, und mit einem Betriebsmittel (IC1...IC6) zum Ansprechen auf das Regelsignal zum Anregen des Regelmittels (Q5) zum Ändern der Lichtstärke der Lampe, wobei die Anordnung außerdem eine Lichtregelschaltung (T&sub1;...T&sub4;) enthält, die zum Regeln der Lichtmenge aus der Lampe an einer vorgeschriebenen Stelle dient, und die Lichtregelschaltung Lichtsensormittel (LS) zum Messen einer Beleuchtungsmenge an der vorgeschriebenen Stelle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsensormittel (LS) die Beleuchtungsmenge an natürlichem Licht und von der Leuchtstofflampe misst, dass der Lichtregelkreis die von der Leuchtstofflampe an der vorgeschriebenen Stelle entsprechend einer vorgegebenen Kurve gelieferte Lichtmenge regelt, wobei die vorgegebene Kurve eine steile Flanke (A-B) aufweist, wenn das Lichtsensormittel angibt, dass die Leuchtstofflampe eine größere Lichtmenge liefern soll, und eine weniger steile Flanke (B-C) aufweist, wenn das Lichtsensormittel angibt, dass die Leuchtstofflampe eine geringere Lichtmenge als die große Lichtmenge liefern soll, und der Lichtregelkreis Bestimmungsmittel (Ry, T1, T2) enthält, die bestimmen, bei welcher Lichtmenge aus der Leuchtstofflampe die Kurve von der steilen Flanke nach der weniger steilen Flanke umgesetzt wird.
2. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, worin das Betriebsmittel erste und zweite Stufen enthält, die erste Stufe (IC1, (C2) Verstärkermittel zum Verstärken der Regelsignale enthält, die zweite Stufe (IC3-IC6) ein Spannungsregelmittel (IC6) zum Regeln einer ersten an das Verstärkermittel für seinen Betrieb angelegten Betriebsspannung enthält, und das Spannungsregelmittel eine zweite Betriebsspannung für seinen Betrieb aus dem Lampenregelmittel empfängt.
3. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 2, worin das Spannungsregelmittel (IC6) Schaltmittel zum Reduzieren der zweiten Betriebsspannung an das Spannungsregelmittel bei Anbwesenheit des Regelsignals von der Größe der angelegten zweiten Betriebsspannung bei vorhandenem Regelsignal enthält, wobei ungeachtet der Größe der an das Spannungsregelmittel gelegten zweiten Betriebsspannung das Spannungsregelmittel im Wesentlichen die gleiche erste Betriebsspannung an das Verstärkermittel legt.
4. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Regelsignalmittel einen pyroelektrischen Sensor (PS) als Bewegungsdetektor enthält.
5. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Betriebsmittel das Regelsignal in dem Sinne beantwortet, dass das Regelmittel die Lichtstärke der Lampe beim Feststellen von Bewegungen im Bewegungsdetektor (PS) erhöht, und die Lichtstärke der Lampe verringert, wenn der Bewegungsdetektor keine Bewegungen wahrnimmt.
6. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 5, worin das Regelmittel die Lichtstärke der Lampe aus einem abgeblendeten Zustand mit einer kürzeren Verzögerung als die Verzögerung erhöht, mit der es die Lampe abblendet, wenn keine Bewegung gemessen wird.
7. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Lichtregelkreis einen Fotoverstärker mit einem Transistorenpaar (T1, T2) enthält, das auf niedrigen Pegeln des natürlichen Lichts mit einem hohen Stromverstärkungsgrad arbeitet.
8. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 7, worin einer Transistor (T2) des Transistorpaares auf einem verhältnismäßig hohen Pegel des natürlichen Lichts gesättigt wird.
9. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 8, worin das Bestimmungsmittel einen mit dem Kollektor eines Transistors (T2) des Transistorpaares verbundenen Widerstand (Ry) enthält.
10. Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 9, worin das Bestimmungsmittel einen über den Kollektor und den Eitter eines Transistors (T2) des Transistorpaares verbundenen Widerstand (Rx) enthält.
11. Sensorschaltung zur Verwendung in einer Leuchtstofflampen-Beleuchtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, worin ein Regelsignalmittel aufgenommen ist, das auf einen vorgegebenen Stimulus anspricht und ein Regelsignal erzeugt, wenn der Stimulus auftritt, die Anordnung weiter ein Betriebsmittel zum Ansprechen auf das Regelsignal enthält, demzufolge das Regelmittel die Lichtstärke der Lampe ändert, wobei das Betriebsmittel einen Lichtregelkreis enthält, der auf das Regelsignal anspricht, und zum Regeln der Lichtmenge aus der Lampe an einer vorgegebenen Stelle arbeitet, und der Lichtregelkreis Lichtregelmittel zum Messen einer Beleuchtungsmenge an der vorgeschriebenen Stelle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsensormittel (LS) die an natürlichem Licht einfallende und von der Leuchtstofflampe gelieferte Beleuchtungsmenge misst, der Lichtregelkreis die an der vorgeschriebenen Stelle von der Leuchtstofflampe gelieferte Lichtmenge entsprechend einer vorgegebenen Kurve regelt, die vorgegebene Kurve eine steile Flanke (A-B) aufweist, wenn das Lichtsensormittel angibt, dass die Leuchtstofflampe eine größere Lichtmenge liefern soll, und eine weniger steile Flanke (B-C) aufweist, wenn das Lichtsensormittel angibt, dass die Leuchtstofflampe eine geringere Lichtmenge als die große Lichtmenge liefern soll, wobei die Regelschaltung Bestimmungsmittel (Ry, T1, T2) enthält, die dazu dienen, die Lichtmenge aus der Leuchtstofflampe zu bestimmen, bei der die Kurve von der steilen Flanke auf die weniger steile Flanke umgesetzt wird.
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