EP2671429A1 - Ansteuerung von leuchtmitteln über deren ac-versorgungsspannung - Google Patents

Ansteuerung von leuchtmitteln über deren ac-versorgungsspannung

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Publication number
EP2671429A1
EP2671429A1 EP12704020.2A EP12704020A EP2671429A1 EP 2671429 A1 EP2671429 A1 EP 2671429A1 EP 12704020 A EP12704020 A EP 12704020A EP 2671429 A1 EP2671429 A1 EP 2671429A1
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EP
European Patent Office
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waves
polarity
voltage
mains
operating device
Prior art date
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Application number
EP12704020.2A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2671429B1 (de
Inventor
Reinhard BÖCKLE
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.)
Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Tridonic GmbH and Co KG filed Critical Tridonic GmbH and Co KG
Publication of EP2671429A1 publication Critical patent/EP2671429A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2671429B1 publication Critical patent/EP2671429B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/185—Controlling the light source by remote control via power line carrier transmission

Definitions

  • the invention relates to a method for influencing or changing at least one parameter of a
  • control information in particular an LED lamp, by means of control information, wherein the control information is effected by means of an AC supply voltage which forms the power supply of the lighting means.
  • control information for dimming luminaires such as e.g. Powerline method, coding method using phase angle, short-term power interruptions "double click", radio controls, etc.
  • “Retrofit LED lamps” are to be understood as lamps that use one or more LEDs as the light source, but are designed for mechanical and electrical connection such that they can be used as a substitute for other bulbs, such as incandescent or halogen lamps.
  • the latter are provided with screw or base bases, which are compatible with the versions designed for incandescent lamps.
  • this mechanical adjustment alone is not sufficient for replacement. Because of the different ways of operating light bulbs
  • phase angle dimmers For lighting systems with conventional incandescent lamps, phase angle dimmers have largely prevailed. This is particularly because they work largely lossless and stable. However, the latter is not true for operation with LEDs. In order to limit the power losses and to ensure the functionality, a considerable additional circuit complexity is required. In addition, phase-angle dimmers - even when operated with incandescent lamps - inevitably radiate unwanted harmonics into the network. However, modern operating devices are expected to have a largely sinusoidal current consumption. This can be achieved by the additional installation of PFCs, which however further increases the circuit complexity. The basic load required by a phase-control dimmer must also be simulated by the operating device, which leads to undesirable losses and also to heat generation.
  • phase-angle dimmers for the dimming operation of LEDs is not an ideal solution.
  • the invention has for its object to design a method of the type described above so that it requires little effort in particular when used for dimming retrofit LED lamps, works largely lossless and practically no harmonics reflected back into the network.
  • the invention has the content that a signal transmission to a supplied with AC voltage electrical load, in particular a light source, is effected in that at least the signal states
  • the core idea of the invention is to modify the AC line voltage, which in any case must be supplied to the consumer for its operation, in such a way that it contains the control information for influencing or changing at least one parameter of the consumer.
  • This is achieved by changing the polarity of selected mains half-waves, more precisely, by reversing them.
  • the polarity of each second mains half-wave is reversed in a sequence of mains half-waves, so that the sequence consists only of mains half-waves of the same polarity. So it forms a pulsating in this phase DC.
  • Control information to be modified For example, the number of successive mains voltage half-waves of the same polarity or their total time length can be a measure of a degree of dimming. Additional information lies in the polarity of the modified mains voltage half-waves, which can be selected as positive or negative.
  • the polarity of a series of mains voltage half waves of the same polarity can, for example, a dimming direction or a
  • dimming speed A predetermined sequence of polarities of mains voltage half-waves can for example trigger a predetermined dimming jump. It is understood that the consumer must have appropriate means to evaluate the control information.
  • Figure 2 shows the circuit structure of a control gear
  • a load preferably a retrofit LED lamp
  • Figure 3 is a schematic representation of a
  • FIG. 1 a shows a sequence of mains half-waves with alternating polarity, as it provides the alternating current network.
  • the alternating voltage network N is supplied to a load L via an operating device 1.
  • the load L becomes powered by the AC mains N powered.
  • the AC voltage termination is the only interface of the operating device 1, as is the case, for example, with bulb sockets.
  • an externally accessible power switch S and a push-button T which is also accessible from the outside.
  • the button T acts on two pairs of contacts Tal / Ta2 on the one hand and Tbl / Tb2 on the other hand, in opposite directions. This means that in the illustrated idle state of the button T, the first pair of contacts Tal / Ta2 open and the second pair of contacts Tbl / Tb2 is closed. If the button T depressed against the force of a (not shown) spring, the first pair of contacts Tal / Ta2 is opened, and the second pair of contacts Tbl / Tb2 is closed.
  • the operating device further includes four rectifier diodes Dl, D2, D3, D4. These are so connected to the two contact pairs valley, Ta2 and Tbl, Tb2, that the load L are supplied with closed power switch S and not pressed button T, the mains half-waves as shown in Figure la, so with alternating polarity.
  • Figure lb now shows the case that the power switch S is closed at time tl and the button T is pressed a little later at time t2.
  • the switching operation is completed.
  • the contact pairs Tal / Ta2 on the one hand and the contact pairs Tbl / Tb2 on the other hand need a certain, albeit short, time in which the mains voltage is interrupted. However, this interruption is so short that it can be buffered away.
  • the representation of the power interruption in Figure lb is not to scale and in connection with the basic operation of the operating equipment of minor importance.
  • the button T is released again. From t3 to t4, mains voltage half-waves of the same polarity are now supplied to the load. After releasing the button T at the time t4 again followed by the switching of the pairs of contacts Tal / Ta2 on the one hand and Tbl / Tb2 on the other conditional short interruption of the mains voltage. From time t5 to the load, the mains voltage half-waves are again supplied with the specified by the network N polarity to the load L, ie with alternating polarity.
  • the temporal total length tges. T4-t3 of the series of mains voltage half-waves with the same polarity which can be determined by means of the push-button T determines the degree of influencing or changing of a parameter of the load L.
  • the parameter is the dimming degree or the brightness of a Retrofit LED lamp. It is understood that by reversing the circuit arrangement of the rectifier diodes Dl to D4 and the polarity of the mains half-waves between the times t3 and t4 can be reversed. So here is an additional degree of freedom for the transferred Control information that can be used, for example, to adjust the color of the lamp to be controlled. Another way to transmit additional control information is to repeat the sequence of mains half-waves with the same polarity, with a certain repetition rate.
  • the dimming direction of a dimming operation of the light source can be predetermined by the polarity of a sequence of mains half-waves of the same polarity. So can be successive
  • the upward or downward dimming can take place continuously and is continued, for example, as long as successive mains half-waves of the same polarity are generated. Continuously may mean that the same for each predetermined number of successive mains half-waves
  • Polarity of the dimming level is increased or decreased by a minimum possible dimming level.
  • control information about the number or the specific sequence of mains voltage half-waves of the same or different polarity is transmitted.
  • a first predetermined number of mains half-waves of the same polarity or a first sequence of mains half-cycles of alternating priority may activate up-dimming, another number or another sequence may enable down-dimming.
  • dimming jumps can also be coded by a specific number or a specific sequence of polarities of mains voltage half-waves or such a dimming jump can be triggered thereby.
  • Mains voltage half-waves could cause a non-continuous change in the degree of dimming by a first predetermined value.
  • a second predetermined combination of polarities could cause a non-continuous change in the degree of dimming by a second predetermined value.
  • Another way to exploit the different polarities of mains half-waves is to set a dimming speed. So could for example first determine a first sequence or number of polarities of line voltage half-waves, whether in the following an up-dimming or down-dimming is to be performed. Thereafter, for example, mains half-waves of a first polarity could perform a faster dimming operation, mains voltage waves of a second polarity a slower dimming operation. It is also conceivable to specify a specific sequence of polarities of mains voltage half-waves, which the
  • Dimming speed changed during a dimming process For example, a given first sequence could increase the dimming speed by a certain percentage or absolute amount, a second predetermined sequence could decrease the dimming speed by a certain percentage or absolute amount.
  • mains half-waves or polarities of mains half-waves it is also possible to use complex sequences or patterns of mains half-waves or polarities of mains half-waves to alter or configure operating parameters other than the brightness of a light source.
  • An example is the color or color temperature of the light source.
  • Another example would be an adjustment of whether the light is emitted continuously or pulsed from the light source.
  • the button is only as an example of a signal generator which is manually operated (for example, a switch, rotary dimmer, etc.) or non-manual control signals an interface gets supplied or this generated itself (eg. Sensor, such as. Daylight sensor, color sensor, etc.).
  • a button and a relay can be used, which is triggered for example by a button.
  • This signal generator is basically designed to selectively rectify a supplied bipolar AC voltage, which he further grids as a supply voltage to one or more operating devices, rectified.
  • the signal generator can be connected externally or internally in the operating device.
  • the signal transmitter is functionally connected to several lamps which belong to one or more operating devices, selective addressing can also be used to carry out an addressed grouping of the lamps.
  • the signal states mentioned are then recognized by one or more connected operating devices in the sense of addressing. It can thus set up an addressed bus system.
  • Illuminants in particular LEDs of different colors
  • Phase control dimmer and when the button T and the power switch S are accessible from the outside. A change of the wire installation is then usually unnecessary.
  • the phase-control dimmers can easily be used against operating devices
  • Figure 3 also shows the basic structure of a retrofit LED lamp. This consists of a screw base
  • the screw 2 is suitable for a version of a corresponding light bulb, which is to be replaced by the retrofit LED lamp.
  • the metal screw thread and the end pole form connection contacts, via which the Retrofit LED lamp from the operating device 1, the AC half-waves are supplied.
  • the arrow 9 indicates that and how the alternating voltage half-waves are forwarded to a driver circuit 6 located in the lamp. This will be explained in more detail later in connection with FIG.
  • the driver circuit 6 generates a DC voltage, which - as indicated by the arrow 10 - is supplied to an LED module 7, on which sit the light emitting LEDs 8.
  • 4 - but still schematically illustrated - driver circuit 6 includes an AC / DC converter 11, a DC / DC converter 12 and a polarity sensor 13 to which the mains voltage half-waves shown in FIG , In the first phase between tl and t2, the AC / DC converter 11 rectifies the mains voltage half-waves of alternating polarity and supplies a pulsating DC voltage consisting of sinusoidal
  • the polarity sensor 13 determines that the device supplies mains halfwaves of similar polarity.
  • the polarity sensor 13 reports this to a timing device 14, which measures the total time length of this phase.
  • the measurement result is transmitted to a control unit 15, which generates a dimming signal therefrom. This is fed to the DC / DC converter 12, whose output signal is varied accordingly.
  • the brightness of the retrofit LED lamp therefore corresponds to the number of line voltage half-waves changed in terms of their polarity or their total time length.

Description

Ansteuerung von Leuchtmitteln über deren AC-
VersorgungsSpannung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen oder Verändern mindestens eines Parameters eines mit
Netzwechselspannung betriebenen Leuchtmittels,
insbesondere einer LED-Lampe, mittels Steuerinformationen, wobei die Steuerinformation mittels einer AC- Versorgungsspannung erfolgt, die die Leistungsversorgung der Leuchtmittel bildet.
Für die Übertragung von Steuerinformationen zum Dimmen von Leuchten gibt es unterschiedliche Möglichkeiten und Ansätze, wie z.B. Powerline-Verfahren, Codierungsverfahren mittels Phasenwinkel, kurzzeitige Netzunterbrechungen „double click", Funksteuerungen usw.
Seit einigen Jahren ist man vor allem aus Gründen der Energie-Einsparung dazu übergegangen, die bis dahin hauptsächlich verwendeten Glühlampen durch neue Lampen- Typen zu ersetzen, insbesondere durch LED-Lampen, vorzugsweise durch Retrofit LED-Lampen.
Unter „Retrofit LED-Lampen" sind Lampen zu verstehen, die als Leuchtmittel eine oder mehrere LEDs verwenden, aber zur mechanischen und elektrischen Verbindung derart ausgebildet sind, dass sie als Ersatzmittel anderer Leuchtmittel, wie bspw. Glühlampen oder Halogenlampen verwendbar sind. Letztere sind mit Schraub- oder Ba onett-Sockeln versehen, die zu den für Glühlampen entwickelten Fassungen passend sind. Diese mechanische Anpassung allein ist jedoch für den Ersatz noch nicht ausreichend. Wegen der unterschiedlichen Betriebsweisen von Glühlampen
(verarbeiten Wechselspannungshalbwellen mit beiden Polaritäten) einerseits und LED-Lampen (sind nur bei Wechselspannungshalbwellen einer bestimmten Polarität wirksam) andererseits, sind zusätzlich noch elektrische Anpassungsmaßnahmen erforderlich. Letztere betreffen insbesondere auch die Art des Dimmens.
Für Beleuchtungssysteme mit herkömmlichen Glühlampen haben sich weitgehend Phasenanschnittsdimmer durchgesetzt. Dies insbesondere deshalb, weil sie weitgehend verlustfrei und stabil arbeiten. Letzteres trifft jedoch für den Betrieb mit LEDs nicht zu. Um die Leistungsverluste zu begrenzen und die Funktionsfähigkeit sicherzustellen, ist ein beachtlicher zusätzlicher Schaltungsaufwand erforderlich. Hinzu kommt, dass Phasenanschnittsdimmer - auch bei einem Betrieb mit Glühlampen - zwangsläufig unerwünschte Oberwellen ins Netz strahlen. Von modernen Betriebsgeräten erwartet man jedoch eine weitgehend sinusförmige Stromaufnahme. Diese ist durch den zusätzlichen Einbau von PFCs erreichbar, wodurch der Schaltungsaufwand allerdings weiterhin erhöht wird. Auch die Grundlast, die ein Phasenanschnittsdimmer benötigt, muss durch das Betriebsgerät nachgebildet werden, was zu unerwünschten Verlusten und auch zu einer Wärmeentwicklung führt. Insgesamt ist also festzustellen, dass der Einsatz von Phasenanschnittsdimmern für den Dimmbetrieb von LEDs keine ideale Lösung ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschrieben Art so zu gestalten, dass es insbesondere bei Anwendung zum Dimmen von Retrofit LED- Lampen einen geringen Schaltungsaufwand erfordert, weitgehend verlustfrei arbeitet und praktisch keine Oberwellen in das Netz zurückstrahlt.
Die Aufgabe ist durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung vorteilhaft weiter .
Die Erfindung hat zum Inhalt, dass eine Signalübertragung hin zu einem mit AC-Spannung versorgten elektrischen Verbraucher, insbesondere einem Leuchtmittel, dadurch erfolgt, dass wenigstens die Signalzustände
„gleichgerichtete AC-Spannung" und „nicht gleichgerichtete, also bipolare AC-Spannung" vorliegen. Ausgehend von diesen beiden logischen Zuständen lassen sich beliebig komplexe analoge oder digitale Signalprotokolle implementieren. Analog ist bspw. eine Auswertung, durch eine Steuereinheit im Betriebsgerät des Leuchtmittels, der Dauer und/oder einer Wiederholrate des jeweiligen logischen Zustands. Für eine digitale Signalübertragung können die beiden genannten physikalischen Zustände als logisch „1" und „0" verwendet werden . Dieses Protokoll kann adressiert oder unadressiert sein. Im Falle einer Adressierung können Daten oder Signale Teil des Protokolls sein. Die genannte Kommunikationstechnik durch selektives Gleichrichten schliesst grundsätzlich nicht aus, dass auf der AC-Versorgungsleitung weitere logische Zustände zusätzlich zu den beiden genannten Zuständen vorliegen können. Diese können bspw. eine PLC-Modulation, eine zeitweise Unterdrückung der AC-Spannung sein. Auch Phasenabschnittsdimmen oder - anschnittsdimmen sowie eine Amplitudenmodulation lassen sich zusätzlich zu den genannten beiden Zuständen implementieren.
Es ist auch grundsätzlich nicht ausgeschlossen, dass zusätzlich zu der genannten Signalübertragung ein weiteres drahtloses (bspw. Funk, optisch, IR,...) oder drahtgebundenes Medium (bspw. digitaler und/oder analoger Bus) vorgesehen ist.
Vorzugsweise erfolgt als durch selektives Gleichrichten der AC-Versorgungsspannung eine Signalübertragung hin zum Betriebsgerät. Falls ein Rückkanal vorliegen soll, kann dieser durch eine beliebige andersartige Signalisierung (siehe de obigen Beispiele) erfolgen.
Kerngedanke der Erfindung ist es, die Netzwechselspannung, die dem Verbraucher ohnehin für dessen Betrieb zugeführt werden muss, so zu modifizieren, dass sie die Steuerinformationen zum Beeinflussen oder Verändern mindestens eines Parameters des Verbrauchers enthält. Dies gelingt dadurch, dass die Polarität ausgewählter Netzspannungshalbwellen verändert, genauer gesagt, umgekehrt wird. Vorzugsweise wird in einer Folge von Netzspannungshalbwellen die Polarität jeder zweiten Netzspannungshalbwelle umgekehrt, so dass die Folge nur aus Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität besteht. Sie bildet also in dieser Phase eine pulsierende Gleichspannung. Durch Festlegung der Zahl der Netzspannungshalbwellen in der genannten Folge bzw. der zeitlichen Gesamtlänge derselben, können die
Steuerinformationen modifiziert werden. Beispielweise kann die Zahl aufeinanderfolgender Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität bzw. deren zeitliche Gesamtlänge ein Maß für einen Dimmgrad sein. Eine zusätzliche Information steckt in der Polarität der modifizierten Netzspannungshalbwellen, die positiv oder negativ gewählt werden kann. Die Polarität einer Folge von Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität kann beispielweis eine Dimmrichtung oder eine
Dimmgeschwindigkeit festlegen. Eine vorgegebene Abfolge von Polaritäten von Netzspannungshalbwellen kann zum Beispiel einen vorgegebenen Dimmsprung auslösen. Es versteht sich, dass der Verbraucher entsprechende Mittel aufweisen muss, um die Steuerinformationen auszuwerten.
Insbesondere für den Betrieb von Retrofit LED-Lampen ist es wesentlich, dass diesen kontinuierlich
Netzspannungshalbwellen zugeführt werden. Die
Informationsübertragung erfolgt dabei nahezu verlustfrei, also ohne die Vernichtung von Netzleistung.
Da nur Netzspannungshalbwellen übertragen werden, deren Polarität, nicht aber deren Sinusform verändert worden ist, arbeitet das Verfahren praktisch störungsfrei, d. h. ohne die Rückstrahlung von Oberwellen in das Wechselstromnetz .
Wie nachfolgend noch gezeigt wird, ist auch der zusätzliche Schaltungsaufwand zur Realisierung des Verfahrens relativ gering, so dass die Kosten niedrig gehalten werden können. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur la den zeitlichen Verlauf der
Netzspannungshalbwellen, so wie sie das Wechselspannungsnetz zur Verfügung stellt,
Figur lb den zeitlichen Verlauf der
Netzspannungshalbwellen nach der Modifizierung zwecks Einfügung einer Steuerinformation, Figur 2 den Schaltungsaufbau eines Betriebsgerätes
zum Betreiben einer Last, vorzugsweise einer Retrofit LED-Lampe,
Figur 3 eine schematisierte Darstellung eines
Betriebsgeräte-Blockes mit außen liegendem
Schalter und Taster sowie einer mit dem Betriebsgeräte-Block zu betreibenden Retrofit LED-Lampe, Figur 4 eine etwas detailliere Darstellung der
Auswerteschaltung und der Licht emittierenden Teile in der Retrofit LED-Lampe gemäß Figur 3.
In Figur la ist eine Folge von Netzspannungshalbwellen mit wechselnder Polarität dargestellt, so, wie sie das Wechselstromnetz zur Verfügung stellt.
In Figur 2 wird das Wechselspannungsnetz N einer Last L über ein Betriebsgerät 1 zugeführt. Die Last L wird ausgehend von dem Wechselspannungsnetz N mit Leistung versorgt .
Vorzugsweise ist der Wechselspannungsabschluss die einzige Schnittstelle des Betriebsgeräts 1, wie es bspw. bei Glühlampenfassungen der Fall ist.
Mit dem Betriebsgerät verbunden oder in diesem integriert sind ein von außen zugänglicher Netzschalter S und ein ebenfalls von außen zugänglichen Taster T auf. Der Taster T wirkt auf zwei Kontaktpaare Tal/Ta2 einerseits und Tbl/Tb2 andererseits ein, und zwar gegensinnig. Das bedeutet, dass im dargestellten Ruhezustand des Tasters T das erste Kontaktpaar Tal/Ta2 offen und das zweite Kontaktpaar Tbl/Tb2 geschlossen ist. Wird der Taster T entgegen der Kraft einer (nicht dargestellten) Feder niedergedrückt, so wird das erste Kontaktpaar Tal/Ta2 geöffnet, und das zweite Kontaktpaar Tbl/Tb2 wird geschlossen .
Das Betriebsgerät enthält ferner vier Gleichrichterdioden Dl, D2, D3, D4. Diese sind so mit den zwei Kontaktpaaren Tal, Ta2 sowie Tbl, Tb2 verschaltet, dass der Last L bei geschlossenem Netzschalter S und nicht gedrücktem Taster T die Netzspannungshalbwellen so zugeführt werden, wie sie in Figur la dargestellt sind, also mit wechselnder Polarität .
Figur lb zeigt nun den Fall, dass der Netzschalter S zum Zeitpunkt tl geschlossen und der Taster T etwas später zum Zeitpunkt t2 gedrückt wird. Zum Zeitpunkt t3 ist der Umschaltvorgang vollendet. Für die Umschaltung benötigen die Kontaktpaare Tal/Ta2 einerseits und die Kontaktpaare Tbl/Tb2 andererseits eine bestimmte, wenn auch nur kurze Zeit, in der die Netzspannung unterbrochen wird. Diese Unterbrechung ist jedoch so kurz, dass sie weggepuffert werden kann. Die Darstellung der Netzunterbrechung in Figur lb ist nicht maßstäblich und im Zusammenhang mit der grundsätzlichen Funktionsweise des Betriebsgerätes auch von untergeordneter Bedeutung.
Zum Zeitpunkt t4 wird der Taster T wieder losgelassen. Von t3 bis t4 werden nun an die Last Netzspannungshalbwellen ausschließlich gleicher Polarität geliefert. Nach dem Loslassen des Tasters T zum Zeitpunkt t4 folgt wieder eine durch das Umschalten der Kontaktpaare Tal/Ta2 einerseits und Tbl/Tb2 andererseits bedingte kurze Unterbrechung der Netzspannung. Vom Zeitpunkt t5 an werden der Last die Netzspannungshalbwellen wieder mit der von dem Netz N vorgegebenen Polarität an die Last L geliefert, also mit wechselnder Polarität.
Die mit dem Taster T festlegbare zeitliche Gesamtlänge tges.= t4-t3 der Folge von Netzspannungshalbwellen mit gleicher Polarität bestimmt den Grad der Beeinflussung oder Änderung eines Parameters der Last L. Der Parameter ist im konkreten Fall der Figur 3 der Dimmgrad bzw. die Helligkeit einer Retrofit LED-Lampe. Es versteht sich, dass man durch Umkehr der Schaltungsanordnung der Gleichrichterdioden Dl bis D4 auch die Polarität der Netzspannungshalbwellen zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 umkehren kann. Hier liegt also ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die zu übertragende Steuerinformation, die beispielsweise zur Einstellung der Farbe der zu steuernden Lampe verwendet werden kann. Eine weitere Möglichkeit zur Übertragung zusätzlicher Steuerinformationen besteht darin, dass man die Folge von Netzspannungshalbwellen mit gleicher Polarität wiederholt, und zwar mit einer bestimmten Wiederholungsrate.
Es ist möglich die Schaltungsanordnung derart zu gestalten, dass Netzspannungshalbwellen unterschiedlicher, d.h. entgegengesetzter, Polarität erzeugt werden können. Die Polarität der Netzspanungshalbwellen kann dann beispielweise dazu verwendet werden Informationen zu kodieren .
Beispielsweise kann die Dimmrichtung eines Dimmvorgangs der Lichtquelle durch die Polarität einer Folge von Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität vorgegeben werden. So können etwa aufeinanderfolgende
Netzspannungshalbwellen einer ersten Polarität Dimmgrade höherer Helligkeit bewirken, während aufeinanderfolgende Netzspannungshabwellen einer zweiten, umgekehrten Polarität Dimmgrade niedrigerer Helligkeit bewirken. Die erste Polarität verursacht also ein Aufwärtsdimmen, die zweite Polarität ein Abwärtsdimmen einer dimmbaren Lichtquelle .
Das Aufwärts- bzw. Abwärtsdimmen kann dabei kontinuierlich erfolgen und wird zum Beispiel solange fortgesetzt, wie aufeinanderfolgende Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität erzeugt werden. Kontinuierlich kann dabei bedeuten, dass für jede vorbestimmte Anzahl aufeinanderfolgender Netzspannungshalbwellen gleicher
Polarität der Dimmgrad um eine kleinste mögliche Dimmstufe erhöht bzw. erniedrigt wird. Je mehr Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität aufeinander folgen, desto stärker wird letztendlich der Dimmgrad nach oben oder nach unten verändert.
Es kann auch zunächst eine bestimmte Anzahl an Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität erforderlich sein, um überhaupt ein Aufwärts- bzw. ein Abwärtsdimmen durchführen zu können, also eine Art Startsignal.
Denkbar sind auch komplexere Kodierungsschemata, wobei Steuerinformation über die Anzahl oder die konkrete Abfolge von Netzspannungshalbwellen gleicher oder unterschiedlicher Polarität übermittelt wird. So kann beispielweise eine erste vorgegebene Anzahl von Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität oder eine erste Abfolge von Netzspannungshalbwellen wechselnder Priorität ein Aufwärtsdimmen aktivieren, eine andere Anzahl oder eine andere Abfolge kann ein Abwärtsdimmen aktivieren.
Insbesondere können auch Dimmsprünge durch eine bestimmte Anzahl oder eine bestimmte Abfolge von Polaritäten von Netzspannungshalbwellen kodiert sein bzw. ein solcher Dimmsprung kann dadurch ausgelöst werden. Eine vorbestimmte Kombination von Polaritäten von
Netzspannungshalbwellen könnte zum Beispiel eine nichtkontinuierliche Änderung des Dimmgrads um einen ersten vorgegebenen Wert verursachen. Eine zweite vorgegebene Kombination von Polaritäten könnte hingegen eine nichtkontinuierliche Änderung des Dimmgrads um einen zweiten vorgegebenen Wert verursachen.
Eine weitere Möglichkeit die verschiedenen Polaritäten von Netzspannungshalbwellen auszunutzen ist das Einstellen einer Dimmgeschwindigkeit. So könnte beispielweise zunächst eine erste Abfolge oder Anzahl von Polaritäten von Netzspannungshalbwellen festlegen, ob im Folgenden ein Aufwärtsdimmen oder ein Abwärtsdimmen durchgeführt werden soll. Danach könnten zum Beispiel Netzspannungshalbwellen einer ersten Polarität einen schnelleren Dimmvorgang, Netzspannungswellen einer zweiten Polarität einen langsameren Dimmvorgang ausführen. Es ist ferner auch denkbar eine bestimmte Abfolge von Polaritäten von Netzspannungshalbwellen vorzugeben, welche die
Dimmgeschwindigkeit während eines Dimmvorgangs verändert. Zum Beispiel könnte eine vorgegebene erste Abfolge die Dimmgeschwindigkeit um einen bestimmten Prozentsatz oder Absolutbetrag erhöhen, eine zweite vorgegebene Abfolge könnte die Dimmgeschwindigkeit um einen bestimmten Prozentsatz oder Absolutbetrag verringern.
Es ist ferner möglich komplexe Abfolgen oder Muster von Netzspannungshalbwellen oder von Polaritäten von Netzspannungshalbwellen dazu zu verwenden, andere Betriebsparameter als die Helligkeit einer Lichtquelle zu ändern oder zu konfigurieren. Ein Beispiel ist die Farbe oder die Farbtemperatur der Lichtquelle. Ein anderes Beispiel wäre eine Einstellung, ob das Licht kontinuierlich oder gepulst von der Lichtquelle ausgestrahlt wird. Auch möglich wäre es ein automatisches Ausschalten der Lichtquelle nach einer vorbestimmten Betriebszeit durch die so übermittelte Steuerinformation zu programmieren oder ein automatisches Einschalten, beispielweise nach einer vorbestimmten Zeitdauer, zu programmieren .
Der Taster steht nur als Beispiel für einen Signalgeber der manuell betätigbar ist (bspw. auch ein Schalter, Drehdimmer etc.) oder nicht-manuelle Steuersignale an einer Schnittstelle zugeführt bekommt oder dieser selbst erzeugt (bspw. Sensor, wie bspw. Tageslichtsensor, Farbsensor etc.) . Anstelle eines Tasters kann auch ein Relais verwendet werden, welches beispielsweise durch einen Taster ausgelöst wird.
Dieser Signalgeber ist grundsätzlich dazu ausgebildet, selektiv eine zugeführte bipolare Wechselspannung, die er als Versorgungsspannung zu einem oder mehreren Betriebsgeräten weiterschleift, selektiv gleichzurichten.
Somit können beliebig komplexe Signale oder Daten zu dem Betriebsgerät hin übertragen werden. Der Signalgeber kann extern oder intern in dem Betriebsgerät angebunden sein.
Wenn der Signalgeber mit mehreren Leuchtmittel funktionell verbunden ist, die zu einem oder mehreren Betriebsgeräten gehören, lässt sich über das selektive Gleichrichten auch eine adressierte Gruppierung der Leuchtmittel durchführen. Die genannten Signalzustände werden also dann von einem oder mehreren angeschlossenen Betriebsgeräten im Sinne einer Adressierung erkannt. Es lässt sich somit ein adressiertes Bussystem einrichten.
Mögliche Gruppierungen sind bspw:
- Leuchtmittel, insbesondere LEDs unterschiedlicher Farbe,
- direkte/indirekte Leuchtmittel einer Leuchte,...
Im Folgenden wird eine beispielsweise Anwendung der Erfindung auf den Bereich der Retrofit Led-Lampen beschrieben. Wie bereits eingangs beschrieben wurde, ist man bestrebt, die Glühlampen und die Phasenanschnittsdimmer in bereits bestehenden
Beleuchtungssystemen herkömmlicher Art möglichst ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand durch Retrofit LED-Lampen und dazu passende Betriebsgeräte zu ersetzen. Das ist dann möglich, wenn die Gehäuse der Betriebsgeräte äußerlich die gleichen Abmessungen haben, wie die der
Phasenanschnittsdimmer, und wenn der Taster T und der Netzschalter S von außen zugänglich sind. Eine Änderung der Drahtinstallation ist dann meist entbehrlich. Die Phasenanschnittsdimmer können einfach gegen Betriebsgeräte
1 ausgetauscht werden, wie sie in Figur 3 gezeigt sind.
Ein Betriebsgerät 1, dessen innere Verschaltung in Figur 2 gezeigt und dessen äußere Gestaltung in Figur 3 dargestellt ist, hat zudem noch folgende Vorteile. Es erzeugt keine Verlustleistung und strahlt keine Oberwellen in das Wechselspannungsnetz N zurück. Weil es auf Schaltkontakte aufgebaut ist, kann es kostengünstig hergestellt werden. Die Nachbildung einer Grundlast ist nicht erforderlich.
Figur 3 zeigt auch den grundsätzlichen Aufbau einer Retrofit LED-Lampe. Diese besteht aus einem Schraubsockel
2 und einem Glaskolben 3. Der Schraubsockel 2 ist passend zu ein der Fassung einer entsprechenden Glühlame, die durch die Retrofit LED-Lampe ersetzt werden soll. Das metallene Schraubgewinde und der Endpol bilden Anschluss- Kontakte, über die der Retrofit LED-Lampe von dem Betriebsgerät 1 die Wechselspannungshalbwellen zugeführt werden. Der Pfeil 9 deutet an, dass und wie die Wechselspannungshalbwellen an eine in der Lampe befindlichen Treiberschaltung 6 weitergeleitet werden. Diese wird später in Zusammenhang mit Figur 4 noch genauer erläutert. Die Treiberschaltung 6 erzeugt eine Gleichspannung, welche - wie durch den Pfeil 10 angedeutet ist - einem LED-Modul 7 zugeführt wird, auf dem die das Licht emittierenden LEDs 8 sitzen. Die in Figur 4 zwar etwas detaillierter - jedoch immer noch schematisiert - dargestellte Treiberschaltung 6 enthält einen AC/DC-Wandler 11, einen DC/DC-Wandler 12 und einen Polaritäts-Sensor 13, denen vom Betriebsgerät 1 die Netzspannungshalbwellen gemäß Figur lb zugeführt werden. In der ersten Phase zwischen tl und t2 richtet der AC/DC- Wandler 11 die Netzspannungshalbwellen wechselnder Polarität gleich und liefert eine pulsierende Gleichspannung, bestehend aus sinusförmigen
Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität an den DC/DC- Wandler 12. Dieser reduziert die Gleichspannung auf einen für die LEDs 8 geeigneten Wert und führt sie dem LED-Modul 7 zu, auf welchem die LEDs 8 sitzen.
Wenn das Betriebsgerät 1 in der Phase zwischen t3 und t4 eine Folge von Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität an die Treiberschaltung 6 liefert, so werden diese gleich von dem DC/DC-Wandler 12 verwertet. Wichtiger ist jedoch, dass der Polaritäts-Sensor 13 feststellt, dass vom Betriebsgerät Netzspannungshalbwellen mit gleichartiger Polarität geliefert werden. Der Polaritäts-Sensor 13 meldet dies einem Zeitmess-Gerät 14, welches die zeitliche Gesamtlänge dieser Phase misst. Das Messergebnis wird einer Steuer-Einheit 15 übermittelt, die daraus ein Dimmsignal generiert. Dieses wird dem DC/DC-Wandler 12 zugeführt, dessen Ausgangssignal entsprechend variiert wird. Die Helligkeit der Retrofit LED-Lampe entspricht demnach der Zahl der hinsichtlich ihrer Polarität veränderten Netzspannungshalbwellen bzw. deren zeitlicher Gesamtlänge. Diese kann an dem Betriebsgerät 1 durch entsprechend kurzes oder langes Drücken des Tasters T eingestellt werden. Durch drücken des Tasters T bleibt jedoch die Leistungsübertragung zwischen dem Betriebsgerät 1 und der Last L, d.h. - konkret gesprochen - der Retrofit LED Lampe unberührt.

Claims

Ansprüche :
1. Betriebsgerät für Leuchtmittel, wobei:
- das Betriebsgerät einen Eingang für eine AC- Leistungsversorgung aufweist, ausgehend von der angeschlossene Leuchtmittel mit elektrischer
Leistung versorgbar sind, und
- eine Steuereinheit auswertet, ob eine an dem Eingang anliegende Spannung eine bipolare AC- Spannung oder eine gleichgerichtete AC-Spannung ist, und
- die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, das
Ergebnis der Auswertung als ein extern eingehendes Signal zu verwenden.
2. Betriebsgerät nach Anspruch 1,
wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, das Ergebnis der Auswertung zur Einstellung eines Betriebsparameters zu verwenden.
3. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Steuereinheit das Ergebnis der
Auswertung als Adresse und/oder Daten bzw. Signale interpretiert .
4. Lampe, insbesondere LED-Lampe wie bspw. eine
Retrofit LED-Lampe, aufweisend ein Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie wenigstens ein angesteuertes Leuchtmittel, wie bspw. eine vorzugsweise weisse LED, oder mehrere LEDs unterschiedlichen Spektrums die vorzugsweise separat adressierbar sind. Beleuchtungssystem, aufweisend:
- wenigstens einen Teilnehmer, der selektiv eine anliegende AC-Spannung gleichrichtet, sowie
- wenigstens ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, das mit der selektiv gleichgerichteten AC-Spannung leistungsversorgt ist und die selektive
Gleichrichtung als Adresse und/oder Signal
auswertet .
Signalgeber zur Ansteuerung eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel,
wobei der Signalgeber dazu ausgelegt ist, bspw. abhängig von einer manuellen Betätigung eine zugeführte bipolare AC-Spannung selektiv
gleichzurichten und die selektiv gleichgerichtete AC-Spannung an einem Ausgang bereitzustellen, der dazu ausgelegt ist, mit einem
Spannungsversorgungsanschluss eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel verbunden zu werden.
Signalgeber nach Anspruch 6,
der in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel integriert ist oder von dem Betriebsgerät
beabstandet und über eine Netzspannungsleitung verbunden ist.
Verfahren zur Steuerung eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel, insbesondere wenigstens einer LED- Lampe, mittels externer Steuerinformationen, die durch Veränderung der Polarität von ausgewählten Netzspannungshalbwellen einer AC- Leistungsversorgung des Betriebsgeräts erzeugt werden .
9. Verfahren nach Anspruch 8,
bei dem die Polarität jeder n-ten
Netzspannungshalbwelle einer ausgewählten Folge derselben umgekehrt wird, wobei n eine ganze Zahl grösser oder gleich 2 ist. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
bei dem zur Erzeugung der Steuerinformationen zusätzlich die Zahl von Netzspannungshalbwellen mit veränderter Polarität bzw. deren zeitliche
Gesamtlänge festgelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
bei dem zur Erzeugung der Steuerinformationen zusätzlich festgelegt wird, welche der zwei
möglichen Polaritäten eine Folge von ausgewählten Netzspannungshalbwellen haben soll.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
bei dem zur Erzeugung der Steuerinformationen zusätzlich eine Wiederholungsrate für eine Folge von Netzspannungshalbwellen mit geänderter
Polarität festgelegt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
bei dem die in ihrer Polarität wechselnden
Halbwellen der Netzwechselspannung (N) - bevor sie dem Verbraucher (L) zugeführt werden - zur
Erzeugung der Steuerinformationen durch Tastendruck eine vorbestimmte Zeit lang über einen Gegentaktgleichrichter (Dl bis D4) geführt und in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
angewendet zum Dimmen eines Leuchtmittels (L) , insbesondere einer Retrofit-LED-Lampe,
bei dem eine Zahl aufeinanderfolgender
Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität bzw. deren zeitliche Gesamtlänge ein Maß für den
Dimmgrad ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, angewendet zum Dimmen eines Leuchtmittels (L) , insbesondere einer Retrofit-LED-Lampe, bei dem die Polarität einer Folge von Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität eine Dimmrichtung festlegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, angewendet zum Dimmen eines Leuchtmittels (L) , insbesondere einer Retrofit-LED-Lampe, bei dem die Polarität einer Folge von Netzspannungshalbwellen gleicher Polarität eine Dimmgeschwindigkeit
festlegt . 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16,
angewendet zum Dimmen eines Leuchtmittels (L) , insbesondere einer Retrofit-LED-Lampe, bei dem eine vorgegebene Abfolge von Polaritäten von
Netzspannungshalbwellen einen vorgegebenen
Dimmsprung auslöst.
Betriebssystem, insbesondere Beleuchtungssystem, umfassend - einen mit Netzwechselspannung (N) zu betreibenden elektrischen Verbraucher (L) , insbesondere ein Leuchtmittel, und
- ein Betriebsgerät (1) für den Verbraucher (L) , gekennzeichnet durch
zu dem Betriebsgerät (1) gehörende Mittel zum
Erzeugen der Steuerinformationen durch Veränderung der Polarität von ausgewählten
Netzspannungshalbwellen der dem Verbraucher (L) zugeführten Netzwechselspannung (N) , und
zu dem Verbraucher (V) gehörende Mittel zum
Auswerten der Steuerinformationen und zum
Beeinflussen oder Verändern mindestens eines
Parameters des Verbrauchers (L) entsprechend den SteuerInformationen .
Betriebssystem nach Anspruch 18,
wobei das Betriebsgerät (1) weiterhin aufweist
- einen Taster (T) mit zwei gemeinsam durch diesen betätigbaren Schalter-Paaren (Tal, Ta2,; Tbl,
Tb2) und
- vier Gleichrichterdioden (Dl, D2, D3, D4), wobei die Schalter-Paare gegensinnig wirksam sind, und wobei die Schalter-Paare so mit den
Gleichrichterdioden verschaltet sind, dass
- bei nicht gedrückten Taster (T) - dem Verbraucher (L) die Netzspannungshalbwellen mit wechselnder Polarität zugeführt werden, und dass
- bei gedrücktem Taster (T) - dem Verbraucher (L) die Netzspannungshalbwellen mit gleicher Polarität zugeführt werden.
Betriebssystem nach Anspruch 18 oder 19,
wobei der Verbraucher (L) , insbesondere, wenn dieser eine Retrofit LED-Lampe ist, weiterhin aufweist
- einen AC/DC-Wandler (11) zum Gleichrichten der Netzwechselspannung (N) , wenn die Netzhalbwellen wechselnde Polarität haben,
- einen DC/DC-Wandler (12) zum Erzeugen einer
Betriebsgleichspannung für die LEDs (8) unter Berücksichtigung des vorgegebenen Dimmgrades,
- einen Polaritätssensor (13), der feststellt, ob die Netzhalbwellen gleiche oder wechselnde
Polarität haben,
- eine Zeitmess-Einheit (14), welche die zeitliche Gesamtlänge einer Folge von Netzhalbwellen gleicher Polarität ermittelt, und
- eine Steuer-Einheit (15), welche aus der von der Zeitmess-Einheit (14) ermittelten zeitlichen Gesamtlänge einer Folge von Netzhalbwellen gleicher Polarität ein den Dimmgrad bestimmendes Steuersignal für den DC/DC-Wandler (12) erzeugt, wobei die über das Betriebsgerät (1) geführte
Netzwechselspannung sowohl dem AC/DC-Wandler (11) als auch dem DC/DC-Wandler (12) als auch dem
Polaritätssensor (13) zugeführt wird. 21. Betriebsgerät für einen mit Netzspannung betrieben elektrischen Verbraucher, insbesondere für eine Retrofit LED-Lampe, aufweisend:
- einen Taster (T) mit zwei gemeinsam durch diesen betätigbaren Schalter-Paaren (Tal, Ta2,; Tbl, Tb2), und
- vier Gleichrichterdioden (Dl, D2, D3, D4), wobei die Schalter-Paare gegensinnig wirksam sind, - und wobei die Schalter-Paare so mit den
Gleichrichterdioden verschaltet sind, wobei - bei nicht gedrückten Taster (T)dem Verbraucher (L) die Netzspannungshalbwellen mit wechselnder Polarität zugeführt werden, und
- bei gedrücktem Taster (T) dem Verbraucher (L) die Netzspannungshalbwellen mit gleicher Polarität zugeführt werden.
Betriebsgerät nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse des Betriebsgerätes (1) so
bemessen ist, dass es in der dafür vorgesehenen Wandöffnung gegen eine herkömmliche Schalter- Einheit mit Phasenanschnittsdimmer ausgetauscht werden kann,
und dass der Netzschalter (S) und der Taster (T) von außen zugänglich sind.
Elektrischer Verbraucher, insbesondere LED-Lampe, bspw. Retrofit LED-Lampe, dem zum Betrieb an einem Eingang eine AC-Spannung zuführbar ist,
gekennzeichnet durch
- einen AC/DC-Wandler (11) zum Gleichrichten der Netzwechselspannung (N) , wenn die Netzhalbwellen wechselnde Polarität haben,
- einen DC/DC-Wandler (12) zum Erzeugen einer
Betriebsgleichspannung für die LEDs (8) unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Dimmgrades,
- einen Polaritätssensor (13), der feststellt, ob die Netzhalbwellen gleiche oder wechselnde
Polarität haben,
- eine Zeitmess-Einheit (14), welche die zeitliche Gesamtlänge einer Folge von Netzhalbwellen gleicher Polarität ermittelt, und - eine Steuer-Einheit (15) , welche aus der von der Zeitmess-Einheit (14) ermittelten zeitlichen Gesamtlänge einer Folge von Netzhalbwellen gleicher Polarität ein den Dimmgrad bestimmendes Steuersignal für den DC/DC-Wandler (12) erzeugt, wobei die über das Betriebsgerät (1) geführte
Netzwechselspannung sowohl dem AC/DC-Wandler (11) als auch dem DC/DC-Wandler (12) als auch dem
Polaritätssensor (13) zugeführt wird.
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