EP2534532A1 - Schnittstelle mit potentialtrennglied im empfangszweig - Google Patents

Schnittstelle mit potentialtrennglied im empfangszweig

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EP2534532A1
EP2534532A1 EP11702652A EP11702652A EP2534532A1 EP 2534532 A1 EP2534532 A1 EP 2534532A1 EP 11702652 A EP11702652 A EP 11702652A EP 11702652 A EP11702652 A EP 11702652A EP 2534532 A1 EP2534532 A1 EP 2534532A1
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EP
European Patent Office
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branch
interface
signals
potential separation
separation element
Prior art date
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EP11702652A
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Christian Nesensohn
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Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2534532B1 publication Critical patent/EP2534532B1/de
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    • 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
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/18—Controlling the light source by remote control via data-bus transmission
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/18—Controlling the light source by remote control via data-bus transmission
    • H05B47/183—Controlling the light source by remote control via data-bus transmission using digital addressable lighting interface [DALI] communication protocols

Definitions

  • the invention generally relates to the field of interfaces for operating devices of building technology, in particular for connected bulbs.
  • the interface has a reception branch for incoming signals, for example from a bus, and optionally also a transmission branch.
  • the interface can be designed to receive digital and / or analog signals.
  • the signals may have amplitudes in the low-voltage range (eg below 15 volts) and / or mains voltage range (220V to 250 volts).
  • the incoming signals can be DC or AC signals.
  • the reception branch of the interfaces addressed by the invention has a potential separation element.
  • a bidirectional interface is known, via which an operating device for a lighting means can swap over a bus with a central digital data.
  • the interface consists of a receiving branch with subsequent potential separation element and a transmission channel.
  • the reception branch and the transmission channel are combined at the ports intended for connection to the bus.
  • the reception branch read the data given by the transmission channel on the bus, which is also desirable.
  • the reception branch is supposed to check the data output by the transmission channel and - if time errors are detected - correct.
  • the invention deals with another problem which is not limited to the combination of the reception branch with a transmission channel, but is related to the presence of an electrical isolation element adjacent to the reception branch which is necessary for a galvanic isolation between input and output of the reception branch is.
  • the potential separator is typically an optocoupler.
  • a potential separator for example a transformer operated at a fundamental frequency, modulating a frequency on one side of the transformer for signal transmission which can then be read out on the other side.
  • the signal states can be discriminated digitally via the modulated frequency.
  • potential isolators of the type considered here, in particular optocouplers only have an acceptable transmission behavior in the form of still tolerable signal distortions, if they are operated with a certain minimum power. in the In the case of optocouplers operated with an impressed current from a power source, this means that for each specimen there is a certain minimum operating current value which must not be undercut. Otherwise, the signal distortions during the transmission can lead to the fact that the received useful signals can not be evaluated.
  • the invention is therefore based on the object to make the receiving branch of an interface with potential separator more efficient.
  • One aspect of the invention relates to a method for setting a receiving branch (1) designed for the reception of preferably digital signals with an electrically isolated basic power, preferably for controlling an operating device (6) for a lighting means (7),
  • the control unit can evaluate the defined signal parameters and set the basic power of the potential separation element depending thereon.
  • the potential separator (2) may be a transformer which is operated at a fundamental frequency, which is aufmoduliert for signal transmission a higher frequency, and
  • the fundamental frequency and / or its amplitude and / or the amplitude of the modulated modulation is / are set in order to minimize the power requirement of the receiving branch (1).
  • the signals can be transmitted by a transmitting branch of the same interface, whose receiving branch has the potential isolating member, or by an external source, such as.
  • a central unit or another operating device The setting of the basic power can, for example. In the fabrication of the interface, during commissioning, and / or to be executed at defined intervals.
  • the adjustment of the basic power may be performed when a temperature fluctuation detected by the control unit exceeds a threshold value.
  • the basic power can be set depending on a detected temperature.
  • the distortion experienced by a bit pulse supplied to the receiving channel as it passes the potential isolation member can be detected and evaluated, and the power supplied to the potential separation element can be set so low that the distorted bit pulse just yet meets certain minimum conditions with regard to its shape, in particular with regard to its amplitude and / or pulse width
  • the forward pulse edge of the bit pulse (B) supplied to the receiving branch can be compared with that of the bit pulse (C) which is distorted by the passage of the potential separation element, and the delay time (tV) can be determined therefrom, and
  • the power supplied to the potential separator can be adjusted depending on the delay time.
  • the adjustment of the power isolator supplied power can be repeated periodically.
  • the temperature of the potential separation element and / or its environment can be additionally measured and taken into account.
  • the bit pulse (B) may be a test bit pulse or a payload.
  • an optocoupler is used as potential separator, whose operating current is set in order to minimize the power requirement in the sense described above.
  • the receiving branch can be connected to an adjacent potential separation element be connected to a transmission channel, wherein the reception branch generates a test bit pulse, which reads from the reception branch for the purpose of determining the delay time.
  • the reception branch is also provided with time information on the start edge of the test bit pulse so that the system can determine the delay time between the time of occurrence of the start edge of the original test bit pulse and the time of occurrence of the start edge of the pass of the potential separator is distorted test bit pulse.
  • the start edge of the distorted test bit pulse is typically less steep than that of the original test bit pulse. This also means that the pulse width of the distorted test bit pulse is less than that of the original test bit pulse. If the distortion is particularly strong, this can also be a
  • Amplitude reduction result This fact can be used to determine if the amplitude of a distorted test bit pulse still reaches a certain minimum value. By appropriate dimensioning of the minimum amplitude value, it is possible, irrespective of the delay time, to make a decision as to whether an increase in the power supplied to the potential isolating element is necessary or not.
  • the delay time and / or the amplitude value are therefore also suitable for validating the useful signals supplied to the reception branch.
  • the invention further relates to an em catch branch with it subsequent potential separation member with which the task defined above can be solved device technology.
  • An aspect of the invention in this case provides measuring means for measuring the distortion, which experiences a bit pulse supplied to the receiving branch when passing the potential separation element, and also adjusting means for the power supplied to the potential separation element as a function of the measurement result, such that the distorted bit pulse just yet meets certain minimum conditions with regard to its shape, in particular with regard to its amplitude and / or pulse width.
  • Another aspect of the invention provides an interface for operating devices for lighting, which is designed to carry out a method of the type mentioned above.
  • the invention provides an integrated circuit, in particular an ASIC, microcontroller or hybrid thereof, which is designed to evaluate at one input signals from a reception branch of an interface via a potential separation element, and at an output an electrical parameter, in particular electrical a basic energy supply of the potential separation element directly or indirectly.
  • an integrated circuit in particular an ASIC, microcontroller or hybrid thereof, which is designed to evaluate at one input signals from a reception branch of an interface via a potential separation element, and at an output an electrical parameter, in particular electrical a basic energy supply of the potential separation element directly or indirectly.
  • the circuit can be designed to the electrical parameters depending on a
  • the invention also provides an operating device for lighting means, comprising an interface having such an integrated circuit.
  • the invention also provides a lighting system comprising a plurality of operating devices for lighting means, including at least one of the above-mentioned type, the operating devices being connected to one another and / or to a central unit via a signal line, in particular an analogue or digital bus.
  • the central unit or an operating device can be designed for the transmission of test signals via the signal line, so that a (further) operating device for lighting means under evaluation of these in the reception branch of a unidirectional or bidirectional interface of a (further) operating device for lighting (adaptive) the basic electrical supply a potential separator of its receive branch can set.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a
  • FIGS. 2 (a) and (b) show time profiles of
  • FIG 3 is a block diagram as Figure 1, but with
  • FIG. 1 shows a bidirectional interface according to the prior art, as known from WO 2006/010416.
  • This interface is used for bidirectional data exchange of an operating device (ECG) 6 for a light source 7 (preferably a fluorescent tube) with a remote, not shown center or another operating device via a bus 8.
  • ECG operating device
  • a light source 7 preferably a fluorescent tube
  • a remote, not shown center or another operating device via a bus 8.
  • ECG operating device
  • a light source 7 preferably a fluorescent tube
  • a remote, not shown center or another operating device via a bus 8.
  • the output of the receiving branch 1 is followed by an opto-coupler 2 serving for potential separation. This is powered by a power source 3 with operating power.
  • the system further includes a controller 4 that includes an input logic 5 and an output logic 9. The output signals of the optocoupler 2 are supplied to the input logic, which in turn evaluates these signals and the control unit 6 corresponding control commands supplies.
  • the operating device 6 in turn outputs state information to the output logic 9, which converts these into digital DALI signals and another
  • Potential separation element 10 to the transmission channel 11 supplies.
  • the latter transmits the digital output signals via the bus 8 to the control center.
  • the digital output signals are - as mentioned above - read from the receiving branch 1, checked and evaluated.
  • the evaluation result can be used to correct the digital signals to be transmitted if time errors have been detected in the previously transmitted signals.
  • A represents the envelope of a bit signal sequence transmitted by the control center via the bus 8 in accordance with the DALI standard.
  • This bit signal sequence has a predetermined gap of at least 10 ms at intervals.
  • the transmission channel 11 sends a test bit pulse B generated in it, which the reception branch 1 reads.
  • FIG. 2 (b) now shows how the test bit pulse is distorted as it passes through the optocoupler 2, specifically the lower the operating current supplied to the optocoupler 2 by the current source 3.
  • the distorted test bit pulse C is thus the result of a relatively high operating current, while the more distorted test bit pulse D is the result of a reduced operating current for the optocoupler 2.
  • the reduced amplitude of the distorted test bit pulse can be used as a criterion for the transmission quality of the receiving branch 1 with optocoupler 2 following it.
  • the amplitude level is only suitable for assessing whether a predetermined amplitude threshold value is exceeded or undershot.
  • a more accurate evaluation allows the delay time t v , which corresponds to the time interval between the start edge of the original test bit pulse and the start edge of the distorted test bit pulse, for a given reference voltage U ref .
  • the analog or digital signals for setting the potential separation element can thus be generated:
  • an additional circuit block 13 which communicates with the input logic 5 and the output logic 9 and generates a control signal for the current source 3 which supplies the optocoupler 2 with operating energy provided.
  • the output logic 9 notifies the block 13 of the timing of the start edge of the test bit pulse B generated in the output logic 9, while the block 13 receives from the input logic the information about the timing at which the amplitude of the distorted test bit Pulses C reaches the reference voltage U ref .
  • the block 13 can determine the delay time t v and set the current source 3 for the optocoupler so that a certain limit for the delay time t v is just not exceeded.
  • the operating current for the optocoupler is increased when an extension of the delay time t v is detected, and conversely, the operating current is lowered when the delay time t v shortens.
  • the adjustment of the current source 3 for the optocoupler 2 can be made once or continuously repeated.
  • the operating current for an optocoupler which is required to cover the entire spectrum of manufacturing tolerances and possible operating temperatures, previously had to be set at 400 ⁇ without the inventive measure.

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines für den Empfang von vorzugsweise digitalen Signalen ausgelegten Empfangszweigs (1) mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied (2) mit aktiver elektrischer Grundleistung, vorzugsweise zum Steuern eines Betriebsgerätes (6) für ein Leuchtmittel (7), aufweisend die Schritte: - Empfangen, durch den Empfangszweig, von mehreren Signalen von einer internen oder einer externen Signalquelle, und - Absenken oder Erhöhen der dem Potentialtrennglied zugeführten Grundleistung, bis ein definierter Signalparameter auf der mit einer Steuereinheit verbundenen Sekundärseite des Potentialtrennglieds einen Schwellenwert unterschreitet bzw. überschreitet.

Description

Schnittstelle mit Potentialtrennglxed im Empfangszweig
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Schnittstellen für Betriebsgeräte der Gebäudetechnik, insbesondere für angeschlossene Leuchtmittel. Die Schnittstelle weist einen Empfangszweig für eingehende Signale, bspw. von einem Bus, und optional auch einen Sendezweig auf. Die Schnittstelle kann zum Empfang von digitalen und/oder analogen Signalen ausgelegt sein. Die Signale können Amplituden im Niedervoltbereich (bspw. unter 15 Volt) und/oder Netzspannungsbereich (220V bis 250 Volt) aufweisen. Die eingehenden Signale können DC-oder AC-Signale sein.
Der Empfangszweig der von der Erfindung angesprochenen Schnittstellen weist ein Potentialtrennglied auf. Aus der WO 2006/010416 ist eine bidirektionale Schnittstelle bekannt, über die ein Betriebsgerät für ein Leuchtmittel über einen Bus mit einer Zentrale digitale Daten austäuschen kann. Die Schnittstelle besteht aus einem Empfangszweig mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied sowie einem Sendekanal. Der Empfangszweig und der Sendekanal sind an den zur Verbindung mit dem Bus bestimmten Anschlüssen zusammengeführt. Dadurch kann der Empfangs zweig die von dem Sendekanal auf den Bus gegeben Daten mitlesen, was auch erwünscht ist. Der Empfangszweig soll nämlich die von dem Sendekanal ausgegeben Daten kontrollieren und - falls Zeitfehler festgestellt werden - korrigieren. Die Erfindung befasst sich mit einem anderen Problem, das nicht auf die Kombination des Empfangszweigs mit einem Sendekanal beschränkt ist, wohl aber in Zusammenhang steht mit dem Vorhandensein eines sich an den Empfangszweig anschließenden Potentialtrenngliedes, das für eine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang des Empfangszweigs notwendig ist.
Als Potentialtrennglied wird typischerweise ein Optokoppler verwendet. Es sind jedoch auch andere Realisierungen für ein Potentialtrennglied möglich, beispielsweise ein Transformator, der mit einer Grundfrequenz betrieben wird, wobei zur Signalübertragung auf einer Seite des Transformators eine Frequenz aufmoduliert wird, die dann auf der anderen Seite ausgelesen werden kann. Die Signalzustände können über die aufmodulierte Frequenz in digitaler Weise diskriminiert werden .
Den Potentialtrenngliedern der hier betrachteten Art, die preiswerte Bauelemente sein sollen, ist die Eigenschaft gemeinsam, dass sie relativ große Fertigungstoleranzen aufweisen und außerdem im Betrieb in starkem Maße temperaturabhängig sind. Bisher hat man dem sehr unterschiedlichen Leistungsbedarf der einzelnen
Potentialtrennglieder dadurch Rechnung getragen, dass ihnen stets die maximale Leistung zugeführt wurde, mit der Folge, dass die Verlustleistung entsprechend hoch war.
Ein anderer Aspekt ist, dass Potentialtrennglieder der hier betrachteten Art, insbesondere Optokoppler nur dann ein akzeptables Übertragungsverhalten in Form von noch tolerierbaren Signalverzerrungen aufweisen, wenn sie mit einer bestimmten Mindestleistung betrieben werden. Im Falle von Optokopplern, die mit einem eingeprägten Strom aus einer Stromquelle betrieben werden, bedeutet das, dass es für jedes Exemplar einen bestimmten Mindest- Betriebsstromwert gibt, der nicht unterschritten werden darf. Andernfalls können die Signalverzerrungen bei der Übertragung dazu führen, dass die empfangenen Nutzsignale nicht ausgewertet werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Empfangszweig einer Schnittstelle mit Potentialtrennglied effizienter zu gestalten.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in vorteilhafter Weise weiter.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines für den Empfang von vorzugsweise digitalen Signalen ausgelegten Empfangszweigs (1) mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied (2) mit aktiver elektrischer Grundleistung, vorzugsweise zum Steuern eines Betriebsgerätes (6) für ein Leuchtmittel (7),
aufweisend die Schritte:
- Empfangen, durch den Empfangszweig, von mehreren Signalen von einer internen oder einer externen Signalquelle, und
Absenken oder Erhöhen der dem Potentialtrennglied zugeführten Grundleistung, bis ein definierter Signalparameter auf der mit einer Steuereinheit verbundenen Sekundärseite des Potentialtrennglieds einen Schwellenwert unterschreitet bzw. überschreitet. Die Steuereinheit kann den definierten Signalparameter auswerten und davon abhängig die Grundleistung des Potentialtrennglieds einstellen. Das Potentialtrennglied (2) kann ein Transformator sein, der mit einer Grundfrequenz betrieben wird, welcher zur Signalübertragung eine höhere Frequenz aufmoduliert wird, und
bei dem die Grundfrequenz und/oder deren Amplitude und/oder die Amplitude der Aufmodulation zwecks Minimierung des Leistungsbedarfs des Empfangszweigs (1) eingestellt wird/werden.
Die Signale können von einem Sendezweig derselben Schnittstelle ausgesendet werden, deren Empfangszweig das Potentialtrennglied aufweist, oder von einer externen Quelle, wie bspw. einer Zentraleinheit oder einem weiteren Betriebsgerät Die Einstellung der Grundleistung kann bspw. bei der Fabrikation der Schnittstelle, bei der Inbetriebnahme, und/oder in definierten Abständen ausgeführt werden.
Die Einstellung der Grundleistung kann durchgeführt werden, wenn eine von der Steuereinheit erfasste Temperaturschwankung einen Grenzwert überschreitet.
Die Einstellung der Grundleistung kann abhängig von einer erfassten Temperatur erfolgen.
Die Verzerrung, die ein dem Empfangskanal zugeführter Bit- Impuls beim Passieren des Potentialtrenngliedes erfährt, kann ermittelt und ausgewertet werden, und die dem Potentialtrennglied zugeführte Leistung kann so gering eingestellt werden, dass der verzerrte Bit-Impuls gerade noch bestimmte Mindestbedingungen hinsichtlich seiner Form, insbesondere hinsichtlich seiner Amplitude und/oder Impulsbreite erfüllt
Die vordere Impulsflanke des dem Empfangszweig zugeführten Bit-Impulses (B) kann mit derjenigen des durch das Passieren des Potentialtrenngliedes verzerrten Bit- Impulses (C) verglichen und daraus die Verzögerungszeit (tV) ermittelt werden, und
die dem Potentialtrennglied zugeführte Leistung kann in Abhängigkeit von der Verzögerungszeit eingestellt wird. Die Einstellung der dem Potentialtrennglied zugeführten Leistung kann periodisch wiederholt erfolgen.
Für die Einstellung der dem Potentialtrennglied (2) zugeführten Leistung kann zusätzlich die Temperatur des Potentialtrenngliedes und/oder seiner Umgebung gemessen und berücksichtigt werden.
Der Bit-Impuls (B) kann ein Testbit-Impuls oder ein Nutzimpuls sein.
Zweckmäßigerweise wird als Potentialtrennglied ein Optokoppler verwendet, dessen Betriebsstrom zwecks Minimierung des Leistungsbedarfs in dem oben beschriebenen Sinne eingestellt wird.
In Anwendung des Verfahrens für den bidirektionalen Datenaustausch eines Betriebsgerätes für ein Leuchtmittel über einen Bus mit einer Zentrale kann der Empfangszweig mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied zusammen mit einem Sendekanal zusammengeschaltet werden, wobei der Empfangszweig einen Testbit-Impuls erzeugt, den von dem Empfangszweig zwecks Ermittlung der Verzögerungszeit mitliest. Dem Empfangszweig wird außerdem eine Zeit- Information über die Startflanke des Testbit-Impulses übermittelt, so dass das System die Verzögerungszeit ermitteln kann, die zwischen dem Zeitpunkt des Auftretens der Startflanke des originalen Testbit-Impulses und dem Zeitpunkt des Auftretens der Starflanke des durch das Passieren des Potentialtrenngliedes verzerrten Testbit- Impulses liegt.
Die Startflanke des verzerrten Testbit-Impulses ist in der Regel weniger steil als die des originalen Testbit- Impulses. Das bedeutet gleichzeitig, dass die Pulsbreite des verzerrten Testbit-Impulses geringer als die des originalen Testbit-Impulses ist. Wenn die Verzerrung besonders stark ist, kann das auch eine
Amplitudenreduzierung zur Folge haben. Dieser Sachverhalt kann genutzt werden, um festzustellen, ob die Amplitude eines verzerrten Testbit-Impulses noch einen bestimmten Mindestwert erreicht. Durch entsprechende Dimensionierung des Mindest-Amplitudenwertes hat man - unabhängig von der Verzögerungszeit - die Möglichkeit eine Entscheidung darüber zu treffen, ob eine Erhöhung der dem Potentialtrennglied zugeführten Leistung notwendig ist oder nicht.
Die Verzögerungszeit und/oder der Amplitudenwert sind demnach auch zur Validierung der dem Empfangszweig zugeführten Nutzsignale geeignet. Die Erfindung betrifft ferner einen Em fangs zweig mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied, mit dem die oben definierte Aufgabe gerätetechnisch gelöst werden kann. Ein Aspekt der Erfindung sieht dabei Messmittel zum Messen der Verzerrung vor, die ein dem Empfangszweig zugeführter Bit-Impuls beim Passieren des Potentialtrenngliedes erfährt, und ferner Verstellmitteln für die dem Potentialtrennglied zugeführte Leistung in Abhängigkeit von dem Messergebnis, derart, dass der verzerrte Bit- Impuls gerade noch bestimmte Mindestbedingungen hinsichtlich seiner Form, insbesondere hinsichtlich seiner Amplitude und/oder Impulsbreite erfüllt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor eine Schnittstelle für Betriebsgeräte für Leuchtmittel, die zur Durchführung eines Verfahrens der oben genannten Art ausgebildet ist. Weiterhin sieht die Erfindung vor eine Integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, Mikrokontroller oder Hybrid davon, die dazu ausgestaltet ist, an einem Eingang Signale von einem Empfangszweig einer Schnittstelle über ein Potentialtrennglied auszuwerten, und an einem Ausgang einen elektrischen Parameter, insbesondere elektrische eine Grundenergieversorgung des Potentialtrennglieds direkt oder indirekt einzustellen.
Die Schaltung kann dabei dazu ausgelegt sein, den elektrischen Parameter abhängig von einer
Temperaturerfassung und/oder einer Auswertung der von dem Potentialtrennglied übermittelten Signale des
Empfangszweigs einzustellen. Die Erfindung sieht auch vor ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend eine Schnittstelle, die eine derartige Integrierte Schaltung aufweist. Die Erfindung sieht gemäss einem Aspekt auch vor ein Beleuchtungssystem, aufweisend mehrere Betriebsgeräte für Leuchtmittel, darunter wenigstens eines der oben genannten Art, wobei die Betriebsgeräte untereinander und/oder mit einer Zentraleinheit über eine Signalleitung, insbesondere einen analogen oder digitalen Bus verbunden sind.
Die Zentraleinheit oder ein Betriebsgerät kann dabei zum Aussenden von Testsignalen über die Signalleitung ausgelegt sein, so dass ein (weiteres) Betriebsgerät für Leuchtmittel unter Auswertung von diesen im Empfangszweig einer unidirektionalen oder bidirektionalen Schnittstelle eines (weiteren) Betriebsgeräts für Leuchtmittel (adaptiv) die elektrische Grundversorgung eines Potentialtrennglieds seines Empfangszweigs einstellen kann.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass - zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen - der Inhalt sämtlicher Ansprüche zu Offenbarungsgehalt der Beschreibung zählen soll.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 ein schematisiertes Blockschaltbild einer
bidirektionalen Schnittstelle mit einem
Empfangszweig und einem sich daran anschließenden Potentialtrennglied sowie einem
Sendekanal nach dem Stand der Technik,
Figuren 2 (a ) und (b) zeitliche Verläufe von
Testbit-Impulsen vor und nach Passieren des
Potentialtrenngliedes,
Figur 3 ein Blockschaltbild wie Figur 1, jedoch mit
einem zusätzlichen Block zur Minimierung des
Leistungsbedarfs des Empfangszweigs mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied.
Figur 1 zeigt eine bidirektionale Schnittstelle nach dem Stand der Technik, wie sie nach der WO 2006/010416 bekannt ist. Diese Schnittstelle dient zum bidirektionalen Datenaustausch eines Betriebsgerätes (EVG) 6 für ein Leuchtmittel 7 (vorzugsweise eine Leuchtstoffröhre) mit einer entfernten nicht dargestellten Zentrale oder einem weiteren Betriebsgerät über einen Bus 8. An den Anschlussklemmen für den Bus 8 sind der Eingang eines Empfangszweigs 1 und der Ausgang eines Sendekanals 11 zusammengeführt, so dass von dem Sendekanal 11 auf den Bus 8 ausgegebene Daten von dem Empfangszweig 1 mitgelesen werden können. Die ausgetauschten Daten entsprechen alle dem DALI-Standard (DALI = Digital Adressable Lighting Interface) .
An den Ausgang des Empfangszweigs 1 schließt sich ein zur Potentaltrennung dienender Optokoppler 2 an. Dieser wird von einer Stromquelle 3 mit Betriebsenergie versorgt. Zu dem System gehört ferner ein Controller 4, der eine Eingangs-Logik 5 und eine Ausgangs-Logik 9 enthält. Die Ausgangssignale des Optokopplers 2 werden der Eingangs- Logik zugeführt, die ihrerseits diese Signale auswertet und dem Betriebsgerät 6 entsprechende Steuerbefehle zuführt .
Das Betriebsgerät 6 gibt seinerseits Zustandsinformationen an die Ausgangs-Logik 9 aus, die diese in digitale DALI- Signale umwandelt und über ein weiteres
Potentialtrennglied 10 dem Sendekanal 11 zuführt. Letzterer übermittelt die digitalen Ausgangssignale über den Bus 8 an die Zentrale. Die digitalen Ausgangssignale werden - wie oben erwähnt - von dem Empfangszweig 1 mitgelesen, kontrolliert und ausgewertet. Das Auswertungs- Ergebnis kann zu einer Korrektur der auszusendenden digitalen Signale benutzt werden, falls Zeitfehler in den zuvor ausgesendeten Signalen festgestellt wurden.
Unter der Voraussetzung, dass insbesondere der sich an den Empfangszweig 1 anschließende Optokoppler 2 ein preisgünstiges Bauelement sein soll, muss in Kauf genommen werden, dass er hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme beachtliche Herstellungstoleranzen zeigt. Daneben ist die Leistungsaufnahme von Optokopplern ziemlich stark temperaturabhängig. Um das gesamte Spektrum der Leistungsaufnahme abzudecken, hat man den Optokoppler 2, der sich an den Empfangszweig 1 anschließt, bisher mit dem höchstmöglichen Strom betrieben, mit der Folge, dass die Verlustleistung entsprechend hoch war.
Wie eingangs beschrieben wurde, ist es ein Aspekt der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, die von dem Empfangszweig 1 und dem sich daran anschließenden Optokoppler 2 zum Betrieb aufgewendete Leistung auf ein Minimum zu reduzieren, ohne dabei die
Übertragungseigenschaften so negativ zu beeinflussen, dass die empfangenen Signale nicht oder nur fehlerhaft lesbar sind. Diese Problematik soll nunmehr anhand der Figuren 2 (a) und (b) näher erläutert werden.
In Figur 2 (a) ist mit A die Einhüllende einer von der Zentrale über den Bus 8 gesendeten Bit-Signalfolge nach dem DALI-Standard dargestellt. Diese Bit-Signalfolge hat in Abständen eine vorgegebene Lücke von mindestens 10 ms. In diese Lücke sendet der Sendekanal 11 einen in ihm erzeugtes Testbit-Impuls B, den der Empfangszweig 1 mitliest.
Figur 2 (b) zeigt nun, wie der Testbit-Impuls beim Passieren des Optokopplers 2 verzerrt wird, und zwar umso stärker, je geringer der dem Optokoppler 2 von der Stromquelle 3 zugeführte Betriebsstrom ist. Der verzerrte Testbit-Impuls C ist demnach das Ergebnis eines relativ hohen Betriebsstromes, während der stärker verzerrte Testbit-Impuls D die Folge eines reduzierten Betriebsstromes für den Optokoppler 2 ist.
Bereits die verringerte Amplitude des verzerrten Testbit- Impulses kann als Kriterium für die Übertragungsqualität des Empfangszweigs 1 mit sich daran anschließendem Optokoppler 2 verwendet werden. Allerdings eignet sich die Amplitudenhöhe nur zur Beurteilung, ob eine vorgegebener Amplituden-Schwellenwert über- oder unterschritten wird.
Eine genauere Auswertung erlaubt die Verzögerungszeit tv, die dem zeitlichen Abstand zwischen der Startflanke des originalen Testbit-Impulses und der Startflanke des verzerrten Testbit-Impulses entspricht, und zwar für eine bestimmte Referenzspannung Uref. Die analogen oder digitalen Signale zur Einstellung des Potentialtrennglieds können also erzeugt werden:
- Intern, bspw. durch den Sendezweig der Schnittstelle selbst, und/oder
- Extern, bspw. von einer Zentrale und/oder einem weiteren Betriebsgerät.
Gemäss der Schaltungsanordnung in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist nunmehr vorgesehen, dass ein zusätzlicher Schaltungsblock 13 vorgesehen ist, der mit der Eingangs-Logik 5 und der Ausgangs-Logik 9 kommuniziert und ein Steuersignal für die Stromquelle 3 erzeugt, die den Optokoppler 2 mit Betriebsenergie versorgt. Die Ausgangs-Logik 9 meldet dem Block 13 den zeitlichen Beginn der Startflanke des in der Ausgangs-Logik 9 erzeugten Testbit-Impulses B, während der Block 13 von der Eingangs- Logik die Information über den Zeitpunkt erhält, zu dem die Amplitude des verzerrte Testbit-Impulses C die Referenzspannung Uref erreicht. Auf diese Weise kann der Block 13 die Verzögerungszeit tv bestimmen und die Stromquelle 3 für den Optokppler so einstellen, dass eine bestimmter Grenzwert für die Verzögerungszeit tv gerade noch nicht unterschritten wird. Dabei wird der Betriebstrom für den Optokoppler erhöht, wenn eine Verlängerung der Verzögerungszeit tv festgestellt wird, und umgekehrt wird der Betriebsstrom erniedrigt, wenn sich die Verzögerungszeit tv verkürzt.
Das Einstellen der Stromquelle 3 für den Optokoppler 2 kann einmalig oder aber kontinuierlich wiederholt erfolgen .
Da der Strombedarf von Optokopplern in starkem Maße temperaturabhängig ist, kann man auch eine zusätzliche oder alternative Stromregelung für die Stromquelle 3 vorsehen, bei der als Istwert-Parameter zusätzlich oder alternativ die dann zu messende Temperatur des Optokopplers und/oder die seiner Umgebung berücksichtigt wird.
Falls die Verzögerungszeit tv dauerhaft zu lang ist, kann dies zur Validierung der von der Zentrale empfangenen Signale ausgenutzt werden, dahingehend, dass der Wahrheitsgehalt dieser Signale nicht mehr als gesichert anzusehen ist. Umgekehrt kann davon ausgegangen werden, dass die von der Zentrale empfangenen Signale als verlässlich zu bewerten sind. Wenn von der Zentrale eine Statusanfrage kommt, so kann ein Bit-Impuls der von dem Sendekanal 11 ausgegebene Antwort anstelle eines separat erzeugten Testbit-Impulses zur Messung der Verzögerungszeit tv verwendet werden. Die Leistungsreduzierung durch das verstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren lässt sich durch die folgenden Zahlen eindrucksvoll belegen:
Der Betriebsstrom für einen Optokoppler, der erforderlich ist, um das gesamte Spektrum der Herstellungstoleranzen und der möglichen Betriebstemperaturen abzudecken, musste bisher ohne die erfinderische Maßnahme mit 400 μΑ angesetzt werden Der Betriebsstrom für einen entsprechend der Erfindung betriebenen Optokoppler beträgt unter normalen Bedingungen etwa 50 μΑ. Daraus ergibt sich eine eingesparte Leistung von 230 V * 350 μΑ = 80 mW. Das sind 30% der Gesamtverluste von 250 mW im Standby-Betrieb.

Claims

Patentansprüche :
Verfahren zur Einstellung eines für den Empfang von vorzugsweise digitalen Signalen ausgelegten
Empfangszweigs (1) mit sich daran anschließendem Potentialtrennglied (2) mit aktiver elektrischer Grundleistung, vorzugsweise zum Steuern eines Betriebsgerätes (6) für ein Leuchtmittel (7),
aufweisend die Schritte:
- Empfangen, durch den Empfangszweig, von mehreren Signalen von einer internen oder einer externen Signalquelle, und
- Absenken oder Erhöhen der dem Potentialtrennglied zugeführten Grundleistung, bis ein definierter Signalparameter auf der mit einer Steuereinheit verbundenen Sekundärseite des Potentialtrennglieds einen Schwellenwert unterschreitet bzw. überschreitet .
Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die Steuereinheit den definierten
Signalparameter auswertet und davon abhängig die
Grundleistung des Potentialtrennglieds einstellt.
Verfahren nach einem der vorherstehenden Ansprüche, bei dem das Potentialtrennglied (2) ein Optokoppler ist, dessen Betriebsstrom zwecks Minimierung des Leistungsbedarfs des Empfangszweigs (1) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem das Potentialtrennglied (2) ein Transformator ist, der mit einer Grundfrequenz betrieben wird, welcher zur Signalübertragung eine höhere Frequenz aufmoduliert wird, und
bei dem die Grundfrequenz und/oder deren Amplitude und/oder die Amplitude der Aufmodulation zwecks Minimierung des Leistungsbedarfs des Empfangszweigs (1) eingestellt wird/werden.
5. Verfahren nach einem der vorher stehenden Ansprüche, bei dem der Empfangszweig (1) zusammen mit einem Sendekanal (11) eine digitale bidirektionale Schnittstelle zum Datenaustausch, vorzugsweise eines Betriebsgerätes (6) für ein Leuchtmittel (7) mit einer Steuerzentrale bildet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Signale von einem Sendezweig derselben Schnittstelle ausgesendet werden, deren Empfangszweig das Potentialtrennglied aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellung der Grundleistung bei der Fabrikation der Schnittstelle, bei der Inbetriebnahme, und/oder in definierten Abständen ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einstellung der Grundleistung durchgeführt wird, wenn eine von der Steuereinheit erfasste Temperaturschwankung einen Grenzwert überschreitet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einstellung der Grundleistung abhängig von einer erfassten Temperatur erfolgt.
10. Schnittstelle für Betriebsgeräte für Leuchtmittel, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist .
11. Integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, Mikrokontroller oder Hybrid davon, die dazu ausgestaltet ist, an einem Eingang Signale von einem Empfangszweig einer Schnittstelle über ein Potentialtrennglied auszuwerten, und an einem Ausgang einen elektrischen Parameter, insbesondere elektrische eine Grundenergieversorgung des Potentialtrennglieds direkt oder indirekt einzustellen.
12. Schaltung nach Anspruch 10,
die dazu ausgelegt ist, den elektrischen Parameter abhängig von einer Temperaturerfassung und/oder einer Auswertung der von dem Potentialtrennglied übermittelten Signale des Empfangszweigs einzustellen.
13. Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend eine Schnittstelle, die eine Integrierte Schaltung nach Anspruch 10 oder 11 aufweist.
14. Beleuchtungssystem, aufweisend mehrere
Betriebsgeräte für Leuchtmittel, darunter wenigstens eines nach Anspruch 12,
wobei die Betriebsgeräte untereinander und/oder mit einer Zentraleinheit über eine Signalleitung,
insbesondere einen analogen oder digitalen Bus verbunden sind.
15. Beleuchtungssystem nach Anspruch 13, bei dem die Zentraleinheit oder ein Betriebsgerät zum Aussenden von Testsignalen über die Signalleitung ausgelegt ist, wobei ein weiteres Betriebsgerät für Leuchtmittel unter Auswertung von diesen Testsignalen im Empfangszweig seiner unidirektionalen oder bidirektionalen Schnittstelle die elektrische Grundversorgung eines Potentialtrennglieds seines
Empfangszweigs einstellt.
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