EP2438669A1 - Elektronische schaltung zur umwandlung einer netzleuchte in eine notleuchte - Google Patents

Elektronische schaltung zur umwandlung einer netzleuchte in eine notleuchte

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Publication number
EP2438669A1
EP2438669A1 EP10721285A EP10721285A EP2438669A1 EP 2438669 A1 EP2438669 A1 EP 2438669A1 EP 10721285 A EP10721285 A EP 10721285A EP 10721285 A EP10721285 A EP 10721285A EP 2438669 A1 EP2438669 A1 EP 2438669A1
Authority
EP
European Patent Office
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emergency
converter
power
battery
network
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10721285A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michel Noe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
POLYNOM AG
Original Assignee
POLYNOM AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by POLYNOM AG filed Critical POLYNOM AG
Priority to EP10721285A priority Critical patent/EP2438669A1/de
Publication of EP2438669A1 publication Critical patent/EP2438669A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H02J9/065—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads for lighting purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/165—Controlling the light source following a pre-assigned programmed sequence; Logic control [LC]

Definitions

  • the invention relates to the field of electronic circuits for emergency lighting, and more particularly to an electronic circuit for converting a power light into an emergency light.
  • LED light emitting diodes
  • WO 2006/030432 Al describes a lamp with an integrated battery, which is fed via a likewise integrated converter optionally from the mains (mains operation) or from the battery (emergency operation).
  • the converter circuit for mains and emergency operation is the same, and is designed for the illuminant used.
  • an electronic circuit for converting an existing power light into an emergency light with the features of claim 1, a power light according to claim 9, and a method according to claim 10.
  • the emergency light element thus has: a mains connection for a supply from an electrical network;
  • the emergency light element depending on whether a mains voltage is present or not, is operable in a network operation and an emergency operation, and further comprises: a charger for charging a battery connected to the battery connection in network operation and for detecting a network condition, an emergency converter, which is intended to work in emergency mode as a single-shot flyback converter or as a boost converter (boost converter) and thereby convert a battery voltage into a smoothed output voltage, - a changeover relay, with which the LED port in emergency with the
  • Emergency converter and in network operation with the network converter connection is connectable, and an electronic control, which is designed to monitor the network state, switching from network to emergency operation and from emergency To control network operation, and to control the emergency converter and the changeover relay, wherein the controller is designed to control the emergency power in emergency operation, the input power of the emergency converter, ie the power taken from the battery at the battery connection.
  • the power light - in its function as a power light - has the following elements: a light source, which has LEDs connected together to form an LED array,
  • a network converter which supplies this LED arrangement from a feeding network via a mains switch with the current and voltage suitable for this LED arrangement in mains operation
  • the power light has the following elements: the LED arrangement, the power converter, a rechargeable battery from which, in emergency operation, i. in the event of a power failure, the energy for the lighting is removed, an emergency lighting element having an electronic circuit;
  • the electronic circuit comprises the following elements: a charger which charges the battery in mains operation and which is designed to detect a network condition, an emergency converter which is not identical to the network converter, and which is intended to be used as an emergency in emergency mode.
  • Barrier wall or as a boost converter (boost converter) to work and thereby convert the battery voltage into a smoothed output voltage, wherein an output power supplied by the emergency converter to the LED array in emergency mode is smaller than the output power supplied by the grid converter in mains operation, and wherein an output voltage supplied by the emergency converter is greater than the on-state voltage required for the LED array
  • a change-over relay with which in emergency operation, the LED arrangement can be connected to the emergency converter and in network operation to the network converter provided for network operation, and an electronic controller which is designed to monitor the network status, the switchover from mains to emergency operation and from emergency
  • the controller To control network operation, and to control the emergency converter and the changeover relay, wherein the controller is designed, in emergency operation, the input power of the emergency converter, i. To regulate the power taken from the battery, and thus enables the use of the emergency light element in different built-up of LEDs power lights.
  • the emergency light element can thus be produced as a universal, stand-alone device, and can be installed as an additional device in an existing LED light. It is connected via at least the power converter connector and the LED connector to the existing power light.
  • the invention uses proven technologies, namely relay contacts to disconnect, and a single-ended flyback converter or boost converter to power the LED array from a battery voltage. This single-ended flyback converter or boost converter regulates the power removed from the battery, and accordingly allows use for virtually any LED array.
  • the universal substitutability of the circuit is a result of the combination of the various features of the invention: inter alia, the change-over relay allows the use of the network converter of an existing luminaire for normal operation; Although the power control of the emergency converter is more complex than in a circuit that could be used for a light emitting diode array with known parameters, but it allows the use of the circuit with virtually any light emitting diode arrangements.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of an electronic circuit for the conversion of a power light into an emergency light
  • FIG. 2 details of the converter used therein.
  • FIG. 1 An LED luminaire according to the prior art has a converter, in the following Network converter 1 called, and one or more built-in LED array LEDs 2 on.
  • the LED light is switched on or off by the mains voltage 3 via a switch 4.
  • an emergency light element 5 with an emergency converter 8 which can be installed in the luminaire together with a battery 6 in order to use the luminaire as an emergency luminaire.
  • the emergency light element 5 virtually any LED light or LED array 2 can be fed in emergency mode, regardless of the converter 1, which is provided for the network operation.
  • the only limitation is in the voltage of the LED array, as will be explained later in the detailed description of the emergency converter 8.
  • the emergency light element 5 is intended to be
  • ⁇ to be connected to a network connection 3 to a network 3; "to be connected to a battery port A6 to a battery 6;
  • ⁇ to be connected to an LED array A2 to an LED array 2 to the power supply to a; to be connected to a network 3 at a network connection A3;
  • the emergency light element 5 has the following components:
  • This charger is a conventional charger that recharges the battery 6 from the mains 3 after a power failure.
  • this charger 1 1 Preferably built this charger 1 1 as a clocked power supply to reduce the dimensions and to increase the efficiency. For such low power as a battery charge, single ended flyback converters or boost converters are best suited.
  • a signal 12 is generated which simulates the network condition. The signal is preferably a monotonically increasing function of the mains voltage, for example, proportional to the mains voltage or to the square or root of the mains voltage.
  • This converter operates as a single-shot flyback converter or as a boost converter. In the event of a power failure, the battery voltage is converted by this emergency converter 8 into a suitable output voltage for the LED array 2 13, which is equal to the LED voltage across the LED array 2. The detailed description of this converter is given below.
  • Change-over relay 9 With this relay, the LED arrangement is connected in network operation with the network converter 1 or in emergency mode with the emergency converter 8. Preferably, it implements a two-pole switching, i. There are two switches, one for the positive and one for the negative terminal of the LED array. 2
  • Isolation relay 10 This relay can be used to switch the network converter 1 of the LED light on or off.
  • the power converter 1 In emergency mode, when the LED array 2 is supplied by the emergency converter 8 from the battery, the power converter 1 is disconnected from the power supply by the isolating relay 10. This avoids that the network converter 1 tries to supply the LED array 2 after a power return. In this case, this LED array 2 may still be separated from the network converter 1 by the relay contacts of the changeover relay 9.
  • the use of the isolating relay 10 ensures that after a network return the LED arrangement 2 is first disconnected from the emergency converter 8 or connected to the network converter 1, and only then is the network converter 1 supplied again by the network 3.
  • the isolating relay 10 By using the isolating relay 10 it is also ensured that, in the event of a power failure, the network converter 1 is first disconnected from the network 3, and only then is the LED array 2 connected to the emergency converter 8. This avoids that the LED array 2 is supplied shortly before, shortly after or during the switching of the changeover relay 9 of network converter 1 and emergency converter 8.
  • a relay or a control line for transmitting a signal for switching off the network converter 1 can also be present instead of the isolating relay.
  • Control 7 This electronic control is preferably implemented by a microcontroller, or by a microprocessor or an ASIC, etc. The following tasks are preferably performed by this microcontroller:
  • the signal 12 simulating the network is measured by the microcontroller 7 and compared with a minimum value. If the signal falls below this value, the network is detected as faulty and accordingly the emergency operation is activated.
  • Control of the changeover relay 9 and the isolation relay 10 The switch from mains to emergency operation is carried out first by the disconnection of the isolation relay 10. This causes the power converter 1 on the input side is de-energized. Then a time delay is to be provided, since the network converter 1 can supply the LED arrangement 2 over its own internal capacity for a while even without a network. This time delay is typically 200ms. After this time delay, the changeover relay 9 is switched by the controller 7. Thereafter, the LED array can be powered by the emergency converter 8.
  • LED array 2 monitoring In the LED array 2, it is preferable to monitor the LED voltage 13 at a voltage divider 27 of the LED voltage and the LED current 14 through the microcontroller to detect the LED voltage
  • the LED voltage 13 could increase indefinitely, or at least to dangerous levels, if the LED array 2 is faulty or disconnected.
  • the limitation of the LED voltage 13 can be realized by the controller 7 or by a protective circuit in the emergency converter 8.
  • Control of the Emergency Converter 8 Since the emergency converter 8 operates as a single-ended flyback converter or as a boost converter, it is possible to implement the required control by means of the microcontroller 7: With a PWM generator generated internally in the microcontroller 7 Signal 15 (pulse width modulated signal), the transistor of Notkonverters 8 is controlled. A detailed description of this control is given below.
  • Monitoring the battery 6 The battery voltage 16 is measured or monitored by the microcontroller 7. With the monitoring it is checked whether the battery 6 is charged correctly in network operation. In emergency mode, ie when the battery 6 discharges, it is protected against deep discharge. This means that the emergency operation is interrupted under a certain battery voltage, eg 0.9V per cell in the case of NiCd cells, and the current withdrawn from the battery 6 is reduced to a minimum value.
  • the emergency converter 8 is controlled in emergency mode due to the measurement of the battery voltage. That is, the output current of the emergency converter 8 in FIG.
  • Dependence of the battery voltage 16 is regulated. It is also possible to control the charging process of the battery 6 with this battery voltage measurement. This is done via a signal 17, corresponding to the battery voltage which by a
  • Voltage divider 34 can be detected and the charger 1 1 can control, for example, to adjust the charging voltage and / or charging current.
  • the microcontroller 7 also controls the interface to a user.
  • a simple LED 18 is sketched in FIG. 1, which is supplied via the signal 19. It is of course possible to control other optical displays or audible warnings with the microcontroller 7, or to transmit information relating to the state of the remote element, for example via communication bus connections.
  • FIG. 2 shows an exemplary circuit for the emergency converter 8.
  • This converter works as a boost converter.
  • the converter consists mainly of the following components: a transistor 22, for example a Mosfet or a bipolar transistor, an inductor 21, a diode 23 and a capacitor 26.
  • a transistor 22 With the control signal 15 generated from the microcontroller 7, the transistor 22 is turned on or off.
  • This control signal 15 is usually constructed as a PWM signal 15 (pulse width modulated signal), since such signals can be generated with most microcontrollers.
  • PWM signal 15 pulse width modulated signal
  • the current flows into this LED array 2 only when the output voltage 13 is higher than the forward voltage of the LED array 2.
  • the output current of the emergency converter 8 then flows into the LED arrangement 2 and in the resistor 28, which serves as a shunt, and with which this current - if necessary via an amplifier 29 - can be measured as a current signal 30 from the microcontroller 7.
  • the output power of the emergency converter 8 supplied to the LED array 2 is calculated as the product of the output current times output voltage 13.
  • the input power of the emergency converter 8 supplied from the battery 6 is calculated as the product of the battery current times the battery voltage 17 ,
  • Regulation means, in particular, the regulation to a given value (as opposed to, for example, only a limitation). The following strategies are possible for this:
  • the output power is exceeded via the measurement of the output voltage 13 carried out by the resistance bridge 27 and via the measurement of the current signal 30, in accordance with FIG Output current, calculated by the microcontroller 7.
  • the input power can be calculated, since both powers differ only by the efficiency of the emergency converter 8.
  • This efficiency is of course due to the output power, the output voltage 13 - since the voltage drop in the diode 23 is constant and thus has more influence at lower output voltages 13 - and the temperature dependent. Since all influences are measured by the microcontroller 7 or can be measured, the efficiency of the emergency converter 8 can be calculated and controlled or regulated.
  • the PWM signal 15 is started via a ramp, i. slowly rising.
  • the output voltage 13 increases continuously until the current can flow into the LED array 2. As soon as this current flows, it is measured by the microcontroller 7 and the output power can be calculated. This allows the input power control via a digital control; with or without consideration of the efficiency of the emergency converter 8.
  • the input power is carried out via the measurement of the battery voltage 17 carried out by the resistance bridge 34 and via a through a Hall effect sensor 31 and an amplifier 32
  • Measurement 33 of the battery current is calculated by the microcontroller 7. The from the
  • Battery 6 power withdrawn in emergency mode can also be supplied via a shunt
  • Resistance or other measuring technology e.g. Drain voltage measurement in the on state of a Mosfet transistor to the
  • Microcontroller 7 are transmitted.
  • the PWM signal 15 is started via a ramp, ie rising slowly.
  • the output voltage 13 increases continuously until the current can flow into the LED array 2.
  • the battery power or the input power of the emergency converter 8 increases.
  • the input power control can then be done via a digital control.
  • a third preferred variant of the control all current measurements are dispensed with.
  • the converter is controlled only in the so-called discontinuous mode. This means that the maximum value for the P WM signal or the maximum energy stored in the inductance at each cycle is limited as a function of the two battery 17 and output voltages 13, so that the current after the discharge of the inductance 21 into the capacitor 26 or in the LED
  • I ma x / (U out -Ub a t). It is assumed that the forward voltage of the diode 23 is negligible. With the calculated values I max and T ab , it is possible for the microcontroller 7 to calculate the average value (I m ea n ) of the battery current, because the microcontroller 7 controls the clock frequency or its period (T). It follows: I mean (In ax / 2) • ((T on + T a b) / T). From the power taken from the battery, which is referred to as the input power of the converter 8, can thereby be calculated as I mea n 'LW
  • Microcontroller is programmed a table with PWM values. Since the input power can be calculated by these measurements, it is possible to program such a table into the microcontroller 7 in advance or during a test of the converter, for example during its commissioning. Based on the measurements of the two output 13 and
  • Battery voltages 17 are searched in the operation of the required for the control PWM value in the table of the microcontroller 7 and used for the input power control.
  • the PWM signal 15 is started via a ramp up to a very low value or is immediately set to this minimum value. Since the inductor 21 operates in the off state of the transistor 22 as a current source, the output voltage 13 increases until the current can flow into the LED array 2, even at a very low PWM value. The output voltage is then measured. On the basis of this first measurement or the battery voltage measurement, a first P WM value can be searched in the table of the microcontroller 7 and used for the input power control. Step by step, the final value needed for the input power control is searched for and used.
  • the microcontroller 7 has to calculate very little, since all calculations have been made in advance.
  • the only measurements required are voltage measurements, which are very easy to implement.
  • Protecting and Limiting the Emergency Converter 8 As protection for the transistor 22, it is possible to measure the transistor current via a shunt resistor 25 - and possibly an amplifier 24 -. As soon as this current has exceeded a maximum value, the transistor 22 is switched off by the microcontroller 7 or better by a circuit independent of the microcontroller. The current can also be transmitted via the drain voltage measurement in the on state of a Mosfet transistor. With such a measurement, a "de-saturation monitoring" of the transistor is realized in basically known manner.
  • the output voltage 13 which is dependent on the LED array 2, monitored for the following three reasons.
  • the converter is designed for a certain maximum output voltage, typically 50V. If the forward voltage of the LED array 2 is higher than this maximum output voltage, the emergency converter 8 or the emergency light element 5 is unsuitable for the planned conversion of the LED light as an emergency light. 2 If the LED assembly 2 is faulty or not connected, the
  • Output voltage 13 theoretically increase indefinitely, since the inductance 21 operates in the off state of the transistor 22 as a current source.
  • Output power is less than the intended in emergency operation input power, the output voltage 13 will rise. Also in this case is the Emergency converter 8 or the emergency light element 5 unsuitable for the planned conversion of the LED light as an emergency light.
  • the monitoring of the output voltage 13 can be realized by the microcontroller 7 itself or by a circuit independent of the microcontroller.
  • the battery 6 is selected such that its voltage 16 is smaller than the forward voltage 13 of the LED array 2. Otherwise, a current flows directly from the battery 6 through the inductor 21 and the diode 23 in the LED assembly 2, without the possibility to regulate the power.

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Abstract

Eine elektronische Schaltung ist für die Umwandlung einer bestehenden Netzleuchte in eine Notleuchte vorgesehen. Die Netzleuchte weist dabei eine LED- Anordnung (2) und einen Netzkonverter (1) zu dessen Speisung auf. Ein Notlichtelement (5) mit einer elektronischen Schaltung speist in einem Notbetrieb die LED-Anordnung (2) aus einem Akku (6). Beim Übergang in den Notbetrieb trennt die Schaltung (5) die Speisung des Netzkonverters (1) ab und regelt anschliessend die Ausgangsleistung des Akkus (6) respektive die Eingangsleistung der LED- Anordnung (2).

Description

ELEKTRONISCHE SCHALTUNG ZUR UMWANDLUNG EDVER NETZLEUCHTE IN EINE NOTLEUCHTE
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Schaltungen für Notbeleuchtungen, und insbesondere auf eine elektronische Schaltung zur Umwandlung einer Netzleuchte in eine Notleuchte.
STAND DER TECHNIK
Bei der Notbeleuchtung eines Gebäude müssen die Rettungswege nicht nur gekennzeichnet sondern auch beleuchtet sein. Aus diesem Grund gibt es so genannte Notlichtelemente, mit denen normale Leuchten nicht nur als Netz- sondern auch als Notleuchten umgebaut bzw. verwendet sein können. Mit solchen Notelementen wird das Leuchtmittel im Fall eines Netzausfalls vom im Netzbetrieb verwendeten Konverter getrennt, und über das Notelement bzw. eine aus dem Akku erzeugten Spannung versorgt. Solche Notelemente sind für alle Leuchtmittel bekannt (z.B. Leuchtstoffröhren und Halogen-Lampen) und werden von sehr vielen Herstellern produziert.
Heute werden immer mehr LED-Leuchten in Gebäude installiert, d.h. Leuchten in denen Leuchtdioden (LED) als Leuchtmittel verwendet werden. Für den Umbau bzw. die Anwendung einer solchen Leuchte als Notleuchte, mit welcher die
Rettungswege beleuchtet werden können, gibt es zur Zeit kein universelles Notlichtelement, welches die in der Leuchte für den Netzbetrieb bestimmten Leuchtdioden auch im Notbetrieb versorgen kann.
Problematik: Es gibt kombinierte Geräte, welche eine bestimmte LED-Anordnung sowohl im Netz- als auch im Notbetrieb speisen können. Diese bestimmte LED-Anordnung ist selten mit der LED-Anordnung der LED-Leuchte kompatibel, welche für den normalen Netzbetrieb verwendet wird. Dies bedeutet, dass zusätzliche Leuchtdioden in die LED-Leuchte für den Notbetrieb eingebaut werden müssen.
Für mit konstanter Spannung versorgte LED-Leuchten gibt es auch die Möglichkeit, eine aus einem Akku gespeiste Gleichstrom-Versorgung im Notbetrieb zu verwenden. In diesem Fall ist es aber schwierig, die im Notbetrieb verbrauchte Leistung der Leuchtdioden zu reduzieren. Dementsprechend müssen die Akkus überdimensioniert werden.
WO 2006/030432 Al beschreibt eine Leuchte mit einer integrierten Batterie, welche über einen ebenfalls integrierten Wandler wahlweise aus dem Netz (Netzbetrieb) oder aus der Batterie (Notbetrieb) gespeist wird. Die Wandlerschaltung für Netz- und Notbetrieb ist dieselbe, und ist auf das verwendete Leuchtmittel ausgelegt.
DE 10 2006 030 655 Al offenbart eine Wandlerschaltung für ein LED-Notlichtgerät. Auch hier ist die Wandlerschaltung für Netz- und Notbetrieb dieselbe, und ist auf das verwendete Leuchtmittel ausgelegt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Schaltung zur Umwandlung einer bestehenden Netzleuchte in eine Notleuchte der eingangs genannten Art zu schaffen, sowie eine Netzleuchte mit einer solchen Schaltung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltung, welche die genannten Nachteile beheben.
Diese Aufgabe lösen eine elektronische Schaltung ("Notlichtelement") zur Umwandlung einer bestehenden Netzleuchte in eine Notleuchte mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, eine Netzleuchte gemäss Anspruch 9, und ein Verfahren gemäss Anspruch 10.
Das Notlichtelement weist also auf: - einen Netzanschluss für eine Versorgung aus einem elektrischen Netz;
- einen Akku-Anschluss zum Anschluss an einen Akku;
- einen Netzkonverter-Anschluss zum Anschluss an einen Ausgang eines Netzkonverters der bestehenden Netzleuchte; einen LED-Anschluss zum Anschluss an eine LED-Anordnung der bestehenden Netzleuchte; wobei das Notlichtelement, je nachdem, ob eine Netzspannung vorliegt oder nicht, in einem Netzbetrieb und einem Notbetrieb betreibbar ist, und ferner aufweist: ein Ladegerät, zum Aufladen eines am Akku-Anschluss angeschlossenen Akkus im Netzbetrieb und zur Erfassung eines Netzzustandes, einen Notkonverter, welcher dazu vorgesehen ist, im Notbetrieb als Eintakt-Sperrwandler oder als Hochsetzsteller (boost Converter) zu arbeiten und dabei eine Akkuspannung in eine geglättete Ausgangsspannung umzuwandeln, - ein Umschaltrelais, mit welchem der LED-Anschluss im Notbetrieb mit den
Notkonverter und im Netzbetrieb mit den Netzkonverter-Anschluss verbindbar ist, und eine elektronische Steuerung, welche dazu ausgelegt ist, den Netzzustand zu überwachen, die Umschaltung vom Netz- zu Notbetrieb und vom Not- zu Netzbetrieb zu steuern, und dazu den Notkonverter und das Umschaltrelais anzusteuern, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, im Notbetrieb die Eingangsleistung des Notkonverters, d.h. die am Akku-Anschluss aus dem Akku entnommene Leistung zu regeln.
Die Netzleuchte - in ihrer Funktion als Netzleuchte - weist die folgenden Elemente auf: ein Leuchtmittel, welches zu einer LED-Anordnung zusammen geschaltete Leuchtdioden (LED) aufweist,
- einen Netzkonverter, welcher diese LED-Anordnung aus einem speisenden Netz über einen Netzschalter mit den für diese LED-Anordnung geeigneten Strom und Spannung im Netzbetrieb versorgt,
Die Netzleuchte weist in ihrer Funktion als Notleuchte die folgenden Elemente aufweist: die LED-Anordnung, den Netzkonverter, einen Akku, aus welchem im Notbetrieb, d.h. im Fall eines Netzausfalles, die Energie für die Beleuchtung entnommen wird, ein Notlichtelement, welches eine elektronische Schaltung aufweist;
wobei die elektronische Schaltung die folgenden Elemente aufweist: ein Ladegerät, welches den Akku im Netzbetrieb lädt und welches zur Erfassung eines Netzzustandes ausgebildet ist, einen Notkonverter, der nicht mit dem Netzkonverter identisch ist, und welcher dazu vorgesehen ist, im Notbetrieb als Ei ntakt- Sperrwand ler oder als Hochsetzsteller (boost Converter) zu arbeiten und dabei die Akkuspannung in eine geglättete Ausgangsspannung umzuwandeln, wobei eine vom Notkonverter an die LED-Anordnung im Notbetrieb gelieferte Ausgangsleistung kleiner ist als die vom Netzkonverter im Netzbetrieb gelieferte Ausgangsleistung, und wobei eine vom Notkonverter gelieferte Ausgangsspannung grösser als die für die LED-Anordnung erforderliche Durchlass-Spannung ist, ein Umschaltrelais, mit welchem die LED-Anordnung im Notbetrieb an den Notkonverter und im Netzbetrieb an den für den Netzbetrieb vorgesehenen Netzkonverter anschliessbar ist, und eine elektronische Steuerung, welche dazu ausgelegt ist, den Netzzustand zu überwachen, die Umschaltung vom Netz- zu Notbetrieb und vom Not- zu
Netzbetrieb zu steuern, und dazu den Notkonverter und das Umschaltrelais anzusteuern, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, im Notbetrieb die Eingangsleistung des Notkonverters, d.h. die aus dem Akku entnommene Leistung zu regeln, und damit den Einsatz des Notlichtelementes in unterschiedlichen aus Leuchtdioden gebauten Netzleuchten ermöglicht.
Mit der Erfindung ist es möglich, ein universelles Gerät als Notlichtelement zu bauen, mit welchem jede LED-Leuchte in eine Notleuchte ungewandelt werden kann. Das Notlichtelement kann also als universelles, eigenständiges Gerät hergestellt werden, und kann als Zusatzgerät in eine bestehende LED-Leuchte eingebaut werden. Dabei wird es über mindestens den Netzkonverter-Anschluss und den LED-Anschluss mit der bestehenden Netzleuchte verbunden. Die Erfindung verwendet bewährte Technologien, nämlich Relais-Kontakte, um Verbindungen zu trennen, und einen Eintakt-Sperrwandler oder Hochsetzsteller, um die LED- Anordnung ab einer Akku-Spannung zu versorgen. Dieser Eintakt-Sperrwandler oder Hochsetzsteller regelt die aus dem Akku entzogene Leistung, und ermöglicht dementsprechend einen Einsatz für praktisch jede LED-Anordnung. Die universelle Ersetzbarkeit der Schaltung ist ein Resultat der Kombination der verschiedenen Merkmale der Erfindung: unter anderem erlaubt das Umschaltrelais die Verwendung des Netzkonverters einer schon bestehenden Leuchte für den Normalbetrieb; die Leistungsregelung des Notkonverters ist zwar aufwändiger als bei einer Schaltung, die für eine Leuchtdiodenanordnung mit bekannten Parametern verwendet werden könnte, dafür erlaubt sie den Einsatz der Schaltung mit quasi beliebigen Leuchtdiodenanordnungen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer elektronischen Schaltung für die Umwandlung einer Netzleuchte in eine Notleuchte;
Figur 2 Details des darin eingesetzten Konverters.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In der Figur 1 ist eine mögliche Realisierung der Erfindung skizziert: Eine LED- Leuchte gemäss dem Stand der Technik weist einen Konverter, im Folgenden Netzkonverter 1 genannt, und eine oder mehrere in einer LED-Anordnung eingebaute Leuchtdioden 2 auf. Die LED-Leuchte wird von der Netzspannung 3 über einen Schalter 4 ein- bzw. ausgeschaltet. Erfindungsgemäss liegt ein Notlichtelement 5 mit einem Notkonverter 8 vor, welches in die Leuchte zusammen mit einem Akku 6 eingebaut werden kann, um die Leuchte als Notleuchte zu verwenden. Mit dem Notlichtelement 5 kann praktisch jede LED-Leuchte bzw. jede LED- Anordnung 2 im Notbetrieb gespeist werden, unabhängig vom Konverter 1, welcher für den Netzbetrieb vorgesehen ist. Die einzige Begrenzung liegt in der Spannung der LED- Anordnung, wie anschliessend in der detaillierten Beschreibung des Notkonverters 8 erklärt wird.
Beschreibung des Notlichtelementes 5:
Das Notlichtelement 5 ist dazu vorgesehen,
■ an einem Netzanschluss A3 an ein Netz 3 angeschlossenen zu werden; " an einem Akkuanschluss A6 an einen Akku 6 angeschlossenen zu werden;
■ an einem Netzkonverter- Anschluss Al an den Ausgang eines Netzkonverters 1 angeschlossenen zu werden;
■ an einem LED-Anschluss A2 an eine LED-Anordnung 2 zu deren Speisung angeschlossenen zu werden; " an einem Netzanschluss A3 an ein Netz 3 angeschlossenen zu werden;
■ an einem Trenn- Anschluss AlO in mindestens einen Ast des Eingangs (zur Speisung) des Netzkonverters 1 angeschlossenen zu werden;
■ (optional) an einem Signalanschluss Al 9 eine LED 18 oder ein anderes Anzeigemittel anzusteuern Die verschiedenen Anschlüsse sind in der Regel jeweils zweipolig.
Das Notlichtelement 5 weist die folgenden Komponenten auf:
Ladegerät 11: Dieses Ladegerät ist ein herkömmliches Ladegerät, welches den Akku 6 nach einem Netzausfall wieder aus dem Netz 3 lädt. Vorzugsweise wird dieses Ladegerät 1 1 als getaktetes Netzteil gebaut, um die Abmessungen zu reduzieren bzw. den Wirkungsgrad zu erhöhen. Für solche niedrige Leistungen wie bei einer Akku-Ladung sind Eintakt-Sperrwandler oder Hochsetzsteller (boost Converter) am besten geeignet. Mittels des Ladegerätes 1 1 wird auch das Netz 3 überwacht. Ein Signal 12 wird generiert, welches den Netzzustand nachbildet. Das Signal ist vorzugsweise eine monoton steigende Funktion der Netzspannung, beispielsweise proportional zur Netzspannung oder zum Quadrat oder zur Wurzel der Netzspannung.
Notkonverter 8: Dieser Konverter arbeitet als Eintakt-Sperrwandler oder als Hochsetzsteller. Im Fall eines Netzausfalls wird durch diesen Notkonverter 8 die Akku-Spannung in eine für die LED-Anordnung 2 geeignete Ausgangsspannung 13 umgewandelt, welche gleich der LED-Spannung über der LED-Anordnung 2 ist. Die detaillierte Beschreibung dieses Konverters ist unten angegeben.
Umschaltrelais 9: Mit diesem Relais wird die LED-Anordnung im Netzbetrieb mit dem Netzkonverter 1 bzw. im Notbetrieb mit dem Notkonverter 8 verbunden. Vorzugsweise realisiert es eine zweipolige Umschaltung, d.h. es liegen zwei Umschalter vor, je einer für den positiven und einer für den negativen Anschluss der LED- Anordnung 2.
Trennrelais 10: Mit diesem Relais kann der Netzkonverter 1 der LED-Leuchte ein- bzw. ausgeschaltet werden. Im Notbetrieb, wenn die LED-Anordnung 2 vom Notkonverter 8 aus dem Akku versorgt wird, wird der Netzkonverter 1 durch das Trennrelais 10 vom Netz getrennt. Dadurch wird vermieden, dass der Netzkonverter 1 nach einem Netzrückkehr die LED-Anordnung 2 zu versorgen versucht. Dabei ist möglicherweise diese LED-Anordnung 2 immer noch durch die Relais-Kontakte des Umschaltrelais 9 vom Netzkonverter 1 getrennt. Durch die Verwendung des Trennrelais 10 wird sichergestellt, dass nach einer Netzrückkehr die LED-Anordnung 2 zuerst vom Notkonverter 8 getrennt wird bzw. mit dem Netzkonverter 1 verbunden wird, und erst dann der Netzkonverter 1 wieder vom Netz 3 versorgt wird.
Durch die Verwendung des Trennrelais 10 wird auch sichergestellt, dass bei einem Netzausfall der Netzkonverter 1 zuerst vom Netz 3 getrennt wird, und erst dann die LED-Anordnung 2 mit dem Notkonverter 8 verbunden wird. Dadurch wird vermieden, dass die LED-Anordnung 2 kurz vor, kurz nach oder während der Umschaltung des Umschaltrelais 9 von Netzkonverter 1 und Notkonverter 8 versorgt wird.
Grundsätzlich kann, falls der Netzkonverter 1 über einen Steuereingang zum Ausschalten verfügt, anstelle des Trennrelais auch ein Relais oder eine Steuerleitung zum Übermitteln eines Signal zum Ausschalten des Netzkonverters 1 vorliegen.
Steuerung 7: Diese elektronische Steuerung wird vorzugsweise durch einen Mikrocontroller realisiert, beziehungsweise durch einen Mikroprozessor oder einen ASIC etc. Die folgenden Aufgaben werden vorzugsweise durch diesem Mikrocontroller wahrgenommen:
Netzüberwachung: Das Signal 12, welches das Netz nachbildet, wird vom Mikrocontroller 7 gemessen und mit einem minimalen Wert verglichen. Wenn das Signal diesen Wert unterschreitet, wird das Netz als fehlerhaft erkannt und dementsprechend der Notbetrieb aktiviert.
Steuerung des Umschaltrelais 9 und des Trennrelais 10: Die Umschaltung vom Netz- auf Notbetrieb erfolgt zuerst durch die Abschaltung des Trennrelais 10. Dadurch wird der Netzkonverter 1 eingangsseitig stromlos. Dann ist eine Zeitverzögerung vorzusehen, da der Netzkonverter 1 die LED-Anordnung 2 über seine eigene Innen-Kapazität eine Zeit lang auch ohne Netz versorgen kann. Diese Zeitverzögerung beträgt typischerweise 200ms. Nach dieser Zeitverzögerung wird durch die Steuerung 7 das Umschaltrelais 9 umgeschaltet. Danach kann die LED-Anordnung vom Notkonverter 8 versorgt werden.
Die Umschaltung vom Not- auf Netzbetrieb erfolgt in der umgekehrten
Reihenfolge. D.h., dass nach der Abschaltung vom Notkonverter 8 und nach einer bestimmten Zeitverzögerung das Umschaltrelais 9 umgeschaltet, und erst dann das Trennrelais 10 eingeschaltet wird. Eine Zeitverzögerung — typischerweise 20ms - zwischen diesen beiden Schalthandlungen muss auch vorgesehen werden, da die Relais-Kontakte nach der Relais-Steuerung prellen können.
Überwachung der LED-Anordnung 2: Bei der LED-Anordnung 2 werden vorzugsweise die LED-Spannung 13 an einem Spannungsteiler 27 der LED- Spannung und der LED-Strom 14 durch den Mikrocontroller überwacht, um den
Zustand der LED-Anordnung zu ermitteln und den Notkonverter 8 zu schützen. Da dieser Konverter als Stromquelle arbeitet, könnte die LED-Spannung 13 unbegrenzt, oder zumindest bis auf gefährliche Werte steigen, wenn die LED- Anordnung 2 fehlerhaft ist oder nicht angeschlossen ist. Die Begrenzung der LED-Spannung 13 kann durch die Steuerung 7 oder durch eine Schutz-Schaltung im Notkonverter 8 realisiert werden.
Steuerung des Notkonverters 8: Da der Notkonverter 8 als Eintakt-Sperrwandler (Flyback Converter) oder als Hochsetzsteller (boost Converter) arbeitet, ist es möglich, die dazu benötige Steuerung mittels des Mikrokontrollers 7 zu realisieren: Mit einem im Mikrocontroller 7 intern generierten PWM-Signal 15 (pulsbreitenmoduliertes Signal) wird der Transistor des Notkonverters 8 gesteuert. Eine detaillierte Beschreibung dieser Steuerung ist unten angegeben. Überwachung des Akku 6: Die Akku-Spannung 16 wird vom MikroController 7 gemessen bzw. überwacht. Mit der Überwachung wird geprüft, ob der Akku 6 im Netzbetrieb richtig geladen wird. Im Notbetrieb, d.h., wenn der Akku 6 sich entlädt, wird er gegen Tiefentladung geschützt. D.h., dass der Notbetrieb unter einer gewissen Akku-Spannung, z.B. 0.9V pro Zelle bei NiCd-Zellen, unterbrochen und der aus dem Akku 6 entzogene Strom auf einen minimalen Wert reduziert wird.
Vorzugsweise wird aufgrund der Messung der Akku-Spannung der Notkonverter 8 im Notbetrieb gesteuert. D.h., dass der Ausgang-Strom des Notkonverters 8 in
Abhängigkeit der Akku-Spannung 16 geregelt wird. Es ist auch möglich, mit dieser Akku-Spannung-Messung das Ladeverfahren des Akkus 6 zu steuern. Dies erfolgt über ein Signal 17, entsprechend der Akkuspannung welches durch einen
Spannungsteiler 34 erfasst werden kann und das Ladegerät 1 1 steuern kann, beispielsweise zur Anpassung von Ladespannung und/oder Ladestrom.
Notlichtelement-Zustands- Anzeige 18: Mit dem Mikrocontroller 7 wird auch die Schnittstelle zu einem Benutzer gesteuert. Auf der Figur 1 ist eine einfache LED 18 skizziert, welche über das Signal 19 versorgt ist. Es ist natürlich möglich, andere optische Anzeigen oder akustische Warnungen mit dem Mikrocontroller 7 zu steuern, bzw. Informationen bezüglich dem Zustand des Notelements beispielsweise über Kommunikations-Bus- Verbindungen zu übermitteln.
Detaillierte Beschreibung des Notkonverters 8:
Technologie des Notkonverters 8
In der Figur 2 ist eine beispielhafte Schaltung für den Notkonverter 8 dargestellt.
Dieser Konverter arbeitet als als Hochsetzsteller (boost Converter). Diese
Technologie ist seit langer Zeit bekannt. Der Konverter besteht hauptsächlich aus den folgenden Komponenten: einem Transistor 22, beispielsweise ein Mosfet- oder ein Bipolartransistor, einer Induktivität 21 , einer Diode 23 und einem Kondensator 26. Mit dem aus dem Mikrocontroller 7 generierten Steuersignal 15 wird der Transistor 22 ein- bzw. ausgeschaltet. Dieses Steuersignal 15 wird üblicherweise als PWM-Signal 15 (pulsbreitenmoduliertes Signal) aufgebaut, da solche Signale mit den meisten Mikrocontrollern erzeugt werden können. Wenn der Transistor 22 eingeschaltet ist, fliesst der Strom aus dem Akku 6 in die Induktivität 21 durch den Transistor 22. Wenn der Transistor 22 ausgeschaltet ist, fliesst der Strom aus dem Akku 6 durch die Induktivität 21 , welche dann als Generator arbeitet, und durch die Diode 23 in den Kondensator 26, um die Ausgangsspannung 13 zu generieren. Da die LED- Anordnung 2 mit LEDs gebaut ist, fliesst der Strom in diese LED- Anordnung 2 erst dann, wenn die Ausgangsspannung 13 höher als die Durchlass- Spannung der LED-Anordnung 2 ist. Der Ausgang-Strom des Notkonverters 8 fliesst dann in die LED-Anordnung 2 und in den Widerstand 28, welcher als Shunt dient, und mit welchem dieser Strom - wenn nötig über einen Verstärker 29 — als Stromsignal 30 vom Mikrocontroller 7 gemessen sein kann. Es gibt auch andere Möglichkeiten, wie Hall-Effekt Sensoren usw., um diesen Strom zu messen.
Steuerung des Notkonverters 8:
Die Ausgangsleistung des Notkonverters 8, welche in die LED-Anordnung 2 geliefert wird, wird berechnet als das Produkt vom Ausgangsstrom mal Ausgangsspannung 13. Die Eingangsleistung des Notkonverters 8, welche vom Akku 6 geliefert wird, wird berechnet als das Produkt vom Akkustrom mal Akkuspannung 17.
Bei der Steuerung des Notkonverters 8 wird diese Eingangsleistung geregelt. Unter Regelung ist insbesondere die Regelung auf einen vorgegebenen Wert zu verstehen (im Gegensatz zu z.B. lediglich einer Begrenzung). Dafür sind die folgenden Strategien möglich:
• Bei der ersten bevorzugten Variante wird die Ausgangsleistung über die durch die Widerstandsbrücke 27 erfolgte Messung der Ausgangsspannung 13 und über die Messung des Stromsignales 30, entsprechend dem Ausgangsstrom, vom MikroController 7 berechnet. Dadurch kann die Eingangsleistung berechnet werden, da beide Leistungen sich nur durch den Wirkungsgrad des Notkonverters 8 unterscheiden. Dieser Wirkungsgrad ist natürlich von der Ausgangsleistung, der Ausgangsspannung 13 — da der Spannungsabfall in der Diode 23 konstant ist und dadurch mehr Einfluss bei niedrigeren Ausgangsspannungen 13 hat - und von der Temperatur abhängig. Da alle Einflüsse vom Mikrocontroller 7 gemessen werden bzw. gemessen werden können, ist der Wirkungsgrad des Notkonverters 8 berechenbar und steuerbar oder regelbar.
In dieser Variante wird das PWM-Signal 15 über eine Rampe gestartet, d.h. langsam ansteigend. Die Ausgangsspannung 13 steigt kontinuierlich, bis der Strom in die LED-Anordnung 2 fliessen kann. Sobald dieser Strom fliesst, wird er vom Mikrocontroller 7 gemessen und kann die Ausgangsleistung berechnet werden. Dadurch kann die Eingangsleistung-Regelung über eine digitale Regelung erfolgen; mit oder ohne Berücksichtigung des Wirkungsgrads des Notkonverters 8.
Bei einer zweiten bevorzugten Variante wird die Eingangsleistung über die durch die Widerstandsbrücke 34 erfolgte Messung der Akkuspannung 17 und über eine durch einen Hall-Effekt-Sensor 31 und einen Verstärker 32 erfolgte
Messung 33 des Akkustromes vom Mikrocontroller 7 berechnet. Der aus dem
Akku 6 im Notbetrieb entzogene Strom kann auch über einen Shunt-
Widerstand oder eine andere Mess-Technologie z.B. Drainspannungs- messung im eingeschalteten Zustand eines Mosfet-Transistors an den
Mikrocontroller 7 übermittelt werden.
Auch in dieser Variante wird das PWM-Signal 15 über eine Rampe gestartet, d.h. langsam steigend. Die Ausgangsspannung 13 steigt kontinuierlich, bis der Strom in die LED-Anordnung 2 fliessen kann. Sobald dieser Strom fliesst, steigt der Akkustrom bzw. die Eingangsleistung des Notkonverters 8. Die Eingangsleistung-Regelung kann dann über eine digitale Regelung erfolgen.
Bei einer dritten bevorzugten Variante der Steuerung wird auf alle Strommessungen verzichtet. In dieser Variante wird der Konverter nur im so genannten diskontinuierlichen Modus gesteuert. D.h., dass der maximale Wert für das P WM-Signal bzw. die in der Induktivität bei jedem Takt maximale gespeicherte Energie in Abhängigkeit der beiden Akku- 17 und Ausgangsspannungen 13 begrenzt wird, so dass der Strom nach der Entladung der Induktivität 21 in den Kondensator 26 bzw. in die LED-
Anordnung 2 bei jedem Takt zumindest annähernd und idealerweise ganz auf Null absinkt. Wenn der Transistor 22 eingeschaltet ist, fliesst der Strom aus dem Akku in die Induktivität 21 (mit Wert L). Da der MikroController 7 die Einschaltdauer (T0n) des Transistors 22 steuert, ist es für ihn möglich, den maximalen Wert (Imax) des Akkustromes anhand der Akkuspannung 17 (Ubat) zu berechnen, weil dieser Strom, solange die Induktivität 21 nicht gesättigt ist, als Rampe kontinuierlich ansteigt: Damit gilt Imax = Ubat " T0n / L. Aus dem gleichen Grund ist der Durchschnittwert des Stromes, während dieser Einschaltdauer, gleich der Hälfte des maximalen Wertes Imax. Sobald der Transistor 22 abgeschaltet wird, fliesst der Strom aus dem Akku durch die
Induktivität 21 und die Diode 23 in den Kondensator 26 und in die LED- Anordnung 2. Da dieser Strom als Rampe kontinuierlich absinkt, ist es für den MikroController 7 möglich, die Dauer (Tab) dieser Rampe anhand des maximalen Wertes (Imaλ) des Akkustromes und der Akkuspannung (Ubat) 17 und der Ausgangsspannung (Uout) 13 zu berechnen. Es gilt damit: Tab = L •
Imax / (Uout-Ubat). Dabei wird angenommen, dass die Durchlassspannung der Diode 23 vernachlässigbar ist. Mit den berechneten Werten Imax und Tab ist es für den Mikrocontroller 7 möglich, den Durchschnittwert (Imean) des Akkustromes zu berechnen, weil der Mikrocontroller 7 die Taktfrequenz bzw. deren Periode (T) steuert. Es folgt: Imean = (Imax/2) • ((Ton+Tab)/T). Die aus dem Akku entnommene Leistung, welche als Eingangsleistung des Konverters 8 bezeichnet wird, kann dadurch berechnet werden als Imean 'LW
Nur die Ausgangsspannung 13 und die Akkuspannung 17 werden durch die Widerstandsbrücke 27 bzw. 34 vom MikroController 7 gemessen. In diesem
Mikrocontroller wird eine Tabelle mit PWM- Werten programmiert. Da die Eingangsleistung durch diese Messungen berechenbar ist, ist es möglich, eine solche Tabelle im voraus oder bei einer Prüfung des Konverters, beispielsweise bei seiner Inbetriebnahme, in den Mikrocontroller 7 zu programmieren. Anhand der Messungen der beiden Ausgangs- 13 und
Akkuspannungen 17 wird im Betrieb der für die Steuerung benötigte PWM- Wert in der Tabelle des MikroControllers 7 gesucht und für die Eingangsleistungs-Regelung verwendet.
Auch in dieser Variante wird das PWM-Signal 15 über eine Rampe bis auf einen sehr niedrigen Wert gestartet oder wird sofort auf diesen minimalen Wert gesetzt. Da die Induktivität 21 im ausgeschalteten Zustand des Transistors 22 als Stromquelle arbeitet, steigt die Ausgangsspannung 13, bis der Strom in die LED-Anordnung 2 fliessen kann, auch bei einem sehr niedrigen PWM- Wert. Die Ausgangsspannung wird dann gemessen. Anhand dieser ersten Messung bzw. der Akkuspannungsmessung kann ein erster P WM- Wert in der Tabelle des Mikrocontrollers 7 gesucht und für die Eingangsleistung-Regelung verwendet werden. Stufenweise wird der für die Eingangsleistung-Regelung benötigte endgültige Wert gesucht und verwendet.
Eine solche einfache Regelung ist bekannt als "look ahead regulation". Die Vorteile einer solchen Regelung sind:
Der Mikrocontroller 7 muss sehr wenig berechnen, da alle Berechnungen im voraus durchgeführt wurden. Die einzigen benötigten Messungen sind Spannungsmessungen, welche sehr einfach realisierbar sind.
Schutz und Begrenzung des Notkonverters 8: Als Schutz für den Transistor 22 ist es möglich, den Transistor-Strom über einen Shunt-Widerstand 25 — und eventuell einen Verstärker 24 - zu messen. Sobald diesen Strom einen maximalen Wert überschritten hat, wird der Transistor 22 vom Mikrocontroller 7 oder besser von einer vom MikroController unabhängigen Schaltung ausgeschaltet. Der Strom kann auch über die Drainspannungsmessung im eingeschalteten Zustand eines Mosfet-Transistors übermittelt werden. Mit einer solchen Messung wird in grundsätzlich bekannter Weise eine "Ent-Sättigungs- überwachung" des Transistors realisiert.
Es ist natürlich möglich, auf eine solche Schutzschaltung zu verzichten. In diesem Fall wird bevorzugt, eine Sicherung 35 in den Akku-Kreis einzubauen.
Als weiteren Schutz für den Transistor 22 bzw. für die Diode 23 und den Kondensator 26 wird vorzugsweise die Ausgangsspannung 13, welche von der LED- Anordnung 2 abhängig ist, aus den drei folgenden Gründen überwacht. 1 Der Konverter wird für eine bestimmte maximale Ausgangsspannung konzipiert, typischerweise für 50V. Wenn die Durchlass-Spannung der LED-Anordnung 2 höher als diese maximale Ausgangsspannung liegt, ist der Notkonverter 8 bzw. das Notlichtelement 5 für die geplante Umwandlung der LED-Leuchte als Notleuchte ungeeignet. 2 Wenn die LED-Anordnung 2 fehlerhaft oder nicht angeschlossen ist, könnte die
Ausgangsspannung 13 theoretisch unbegrenzt ansteigen, da die Induktivität 21 im ausgeschalteten Zustand des Transistors 22 als Stromquelle arbeitet.
3 Wenn die im Netzbetrieb für die LED-Anordnung 2 vorgesehene
Ausgangsleistung kleiner als die im Notbetrieb vorgesehene Eingangsleistung ist, wird auch die Ausgangsspannung 13 steigen. Auch in diesem Fall ist der Notkonverter 8 bzw. das Notlichtelement 5 für die geplante Umwandlung der LED-Leuchte als Notleuchte ungeeignet.
Die Überwachung der Ausgangsspannung 13 kann vom MikroController 7 selber oder von einer vom MikroController unabhängigen Schaltung realisiert werden.
Die bestimmten LED-Anordnungen, welche bei den oben gegebenen Gründen 1 und 3 beschrieben sind, sind auch die Grenzfalle, bei denen der Notkonverter 8 bzw. das Notlichtelement 5 für die geplante Umwandlung der LED-Leuchte als Notleuchte ungeeignet sind.
Der Akku 6 wird derart gewählt, dass seine Spannung 16 kleiner als die Durchlass- Spannung 13 der LED-Anordnung 2 ist. Andernfalls fliesst ein Strom direkt aus dem Akku 6 durch die Induktivität 21 und die Diode 23 in die LED- Anordnung 2, ohne dass die Möglichkeit besteht, die Leistung zu regeln.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Notlichtelement (5) mit einer elektronischen Schaltung für die Umwandlung einer bestehenden Netzleuchte (1, 2) in eine Notleuchte, wobei das Notlichtelement (5) aufweist - einen Netzanschluss (A3) für eine Versorgung aus einem elektrischen Netz
(3); einen Akku-Anschluss (A6) zum Anschluss an einen Akku (6); einen Netzkonverter- Anschluss (Al) zum Anschluss an einen Ausgang eines Netzkonverters (1) der bestehenden Netzleuchte; - einen LED- Anschluss (A2) zum Anschluss an eine LED-Anordnung (2) der bestehenden Netzleuchte; wobei das Notlichtelement (5), je nachdem, ob eine Netzspannung vorliegt oder nicht, in einem Netzbetrieb und einem Notbetrieb betreibbar ist, und ferner aufweist: - ein Ladegerät (1 1), zum Aufladen eines am Akku-Anschluss (A6) angeschlossenen Akkus (6) im Netzbetrieb und zur Erfassung eines Netzzustandes, einen Notkonverter (8), welcher dazu vorgesehen ist, im Notbetrieb als Eintakt-Sperrwandler oder als Hochsetzsteller zu arbeiten und dabei eine Akkuspannung in eine geglättete Ausgangsspannung umzuwandeln, ein Umschaltrelais (9), mit welchem der LED-Anschluss (A2) im Notbetrieb mit den Notkonverter (8) und im Netzbetrieb mit den Netzkonverter- Anschluss (Al) zum Anschluss an den Ausgang des Netzkonverters (1) der bestehenden Netzleuchte verbindbar ist, und eine elektronische Steuerung (7), welche dazu ausgelegt ist, den Netzzustand zu überwachen, die Umschaltung vom Netz- zu Notbetrieb und vom Not- zu Netzbetrieb zu steuern, und dazu den Notkonverter (8) und das Umschaltrelais (9) anzusteuern, wobei die Steuerung (7) dazu ausgelegt ist, im Notbetrieb die Eingangsleistung des Notkonverters (8), d.h. die am Akku-Anschluss (A6) aus dem Akku (6) entnommene Leistung zu regeln.
2. Notlichtelement (5) gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) ausgelegt ist, bei der im Notbetrieb durchgeführten Eingangsleistungsregelung des Notkonverters (8) den am Akku-Anschluss (A6) aus dem Akku (6) im Notbetrieb fliessenden Strom zu regeln, und Änderungen in der am Akku-Anschluss (A6) auftretenden Akkuspannung nicht zu berücksichtigen.
3. Notlichtelement (5) gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltrelais (9) zur Umschaltung der LED-Anordnung eine zweipolige Umschaltung realisiert, und damit eine komplette Trennung von Netzkonverter- Anschluss (Al) und Notkonverter (8) gewährleistet.
4. Notlichtelement (5) gemäss Anspruch 1, 2 oder 3, aufweisend einen Trenn- Anschluss (AlO) zu einem Trennrelais (10) des Notlichtelementes (5), oder ein Steuerausgang zum Ansteuern des Netzkonverters (1), wobei die
Steuerung (7) ausgelegt ist, bei der Umschaltung von Netzbetrieb auf Notbetrieb und von Notbetrieb auf Netzbetrieb den Netzkonverter (1) mittels des
Trennrelais (10) zumindest einpolig vom Netz (3) zu trennen oder mittels des
Steuerausgangs auszuschalten, und damit die Schaltung des Umschaltrelais (9) im stromlosen Zustand gewährleistet.
5. Notlichtelement (5) gemäss Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, die Steuerung (7) dazu ausgelegt ist, bei der im
Notbetrieb durchgeführten Eingangsleistungsregelung des Notkonverters (8) die Eingangsleistung nach Massgabe einer Messung des Akkustromes und einer Messung der Akkuspannung (16) am Akku-Anschluss (A6), bzw. deren Produkt, zu regeln.
6. Notlichtelement (5) gemäss Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) ausgelegt ist, bei der im
Notbetrieb durchgeführten Eingangsleistungsregelung des Notkonverters (8) die Eingangsleistung nach Massgabe einer Messung dessen Ausgangsleistung zu regeln, insbesondere nach Massgabe einer Messung des durch den LED- Anschluss (A2) in die LED-Anordnung (2) fliessenden Stromes und einer Messung der am LED-Anschluss (A2) über der LED- Anordnung (2) entstehenden Spannung, bzw. des Produkts der Ergebnisse dieser Messungen.
7. Notlichtelement (5) gemäss Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) ausgelegt ist, im so genannten "diskontinuierlichen Modus" zu arbeiten, und bei der im Notbetrieb durchgeführten Eingangsleistungsregelung des Notkonverters (8) die Eingangsleistung nach Massgabe einer Messung der Akkuspannung (16) am Akku-Anschluss (A6) und der am LED-Anschluss (A2) über der LED- Anordnung (2) entstehenden Spannung zu regeln, insbesondere durch eine Berechnung, welche die Ergebnisse dieser beiden Messungen kombiniert.
8. Notlichtelement (5) gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) ausgelegt ist, Berechnungsergebnisse, welche die Messungen der Akkuspannung am Akku-Anschluss (A6) und der am LED-Anschluss (A2) über der LED-Anordnung (2) entstehenden
Spannung kombinieren, in einem MikroController (7) vorprogrammiert sind, insbesondere als Tabellen-Werte oder in "look-up tables" im Mikrocontroller- Speicher abgelegt sind.
9. Netzleuchte mit einer elektronischen Schaltung für die Umwandlung der Netzleuchte in eine Notleuchte,
wobei die Netzleuchte die folgenden Elemente aufweist: - ein Leuchtmittel, welches zu einer LED-Anordnung (2) zusammen geschaltete Leuchtdioden (LED) aufweist, einen Netzkonverter (1), welcher diese LED-Anordnung (2) aus einem speisenden Netz (3) über einen Netzschalter (4) mit den für diese LED- Anordnung (2) geeigneten Strom und Spannung im Netzbetrieb versorgt,
wobei die Netzleuchte in ihrer Funktion als Notleuchte die folgenden Elemente aufweist: die LED-Anordnung (2), den Netzkonverter ( 1 ), - einen Akku (6), aus welchem im Notbetrieb, d.h. im Fall eines Netzausfalles, die Energie für die Beleuchtung entnommen wird, ein Notlichtelement (5), welches eine elektronische Schaltung aufweist;
wobei die elektronische Schaltung die folgenden Elemente aufweist: - ein Ladegerät (11), welches den Akku (6) im Netzbetrieb lädt und welches zur Erfassung eines Netzzustandes ausgebildet ist, einen Notkonverter (8), der nicht mit dem Netzkonverter identisch ist, und welcher dazu vorgesehen ist, im Notbetrieb als Eintakt-Sperrwandler oder als Hochsetzsteller zu arbeiten und dabei die Akkuspannung in eine geglättete Ausgangsspannung umzuwandeln, wobei eine vom Notkonverter (8) an die LED- Anordnung (2) im Notbetrieb gelieferte Ausgangsleistung kleiner ist als die vom Netzkonverter (1) im Netzbetrieb gelieferte Ausgangsleistung, und wobei eine vom Notkonverter (8) gelieferte Ausgangsspannung grösser als die für die LED-Anordnung (2) erforderliche Durchlass-Spannung ist, ein Umschaltrelais (9), mit welchem die LED-Anordnung (2) im Notbetrieb an den Notkonverter (8) und im Netzbetrieb an den für den Netzbetrieb vorgesehenen Netzkonverter (1) anschliessbar ist, und eine elektronische Steuerung (7), welche dazu ausgelegt ist, den Netzzustand zu überwachen, die Umschaltung vom Netz- zu Notbetrieb und vom Not- zu
Netzbetrieb zu steuern, und dazu den Notkonverter (8) und das
Umschaltrelais (9) anzusteuern, wobei die Steuerung (7) dazu ausgelegt ist, im Notbetrieb die Eingangsleistung des Notkonverters (8), d.h. die aus dem Akku (6) entnommene Leistung zu regeln.
10. Verfahren zum Steuern einer elektronischen Schaltung in einem Notlichtelement (5) gemäss einem der bisherigen Ansprüche, aufweisend, im Notbetrieb, den Schritt: - Regeln der aus dem Akku (6) entnommenen Leistung.
1 1. Verfahren zur Umwandlung einer bestehenden Netzleuchte ( 1 , 2) in eine Notleuchte, aufweisend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Notlichtelements (5) gemäss Anspruch 1 ; - Einbau des Notlichtelements (5) in die bestehende Netzleuchte durch mindestens das Anschliessen des Netzkonverters (1) der bestehenden Netzleuchte an den Netzkonverter- Anschluss (Al) und das Anschliessen der LED-Anordnung (2) der bestehenden Netzleuchte an den LED-Anschluss (A2).
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