CN101965079A

CN101965079A - 用于控制照明装置的方法

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Publication number: CN101965079A
Application number: CN2009101619287A
Authority: CN
Inventors: 沃尔夫冈·沙伦贝格; 斯塔凡·维斯科; 罗伯特·察普
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 2009-07-25
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: DE102009034801A1; EP2282610B1; EP2282610A2; CN101965079B; EP2282610A3

Abstract

本发明涉及一种用于控制照明装置(1、13、19)的方法，所述照明装置的至少一个灯具(9、10、11、25)由各自的电源(3、21)供电，所述电源为功率模块馈电，所述功率模块包括至少一个可控的半导体元件(5、6、7、23)，对所述半导体元件的控制由控制模块(4、22)来实现，所述控制模块包括处理单元和存储器，其中，为了调节所述照明装置(1、13、19)的亮度而设有控制器(17)，所述控制器与交流电源(15)的相线(L)连接，所述相线(L)经过所述控制器产生整流相线(L′)，并且所述整流相线通向所述照明装置(1、13、19)。

Description

用于控制照明装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制照明装置的方法，并且本发明特别能够用于RGB-LED(R＝红LED/G＝绿LED/B＝蓝LED)以实现控制RGB-LED照明装置，然而那还能够用于白色LED以实现控制白色LED照明装置。

背景技术

文献EP 1575341B1公开了一种具有操作部件的调光器，该调光器控制至少一个功率模块，从而这样来调节灯具的所需亮度，其中，

-作为操作部件而设有控制杆，所述控制杆能够摆动和/或旋转和/或推压在不同的位置上，从而由此来操纵开关装置的开关连接件，所述开关连接件控制一控制器，从而由此借助于使每个颜色通道都分离的功率模块，除了调节灯具的所需亮度之外，还额外地调节灯具的所需光色；

-在旋转过程中，所述控制杆供电给连接在所述控制器上的感应同步器，从而由此来调节灯具的亮度；

-所述控制杆可以从一个用作静止位置的中间位置向六个不同的位置——“左上”、“中上”、“右上”、“左下”、“中下”、“右下”——摆动，借此，三个不同颜色通道的强度可以在所述控制器上预先确定并且可以通过所述功率模块进行调节；以及

-所述控制器设有时间规划环节(Zeiterfassungsglied)，所述时间规划环节根据控制杆的压力来掌控对开关连接件供电所用的时间，借此，通过所述控制杆的短时间的压力来实现所述调光器的接通或断开，并且一旦所述控制杆受压在其中间位置上保持预定长的时间，就实现对预先确定的最小亮度进行保存。

因此，具有优势的是，例如以LED为基础的现代灯具的亮度和光色能够依靠正确的使用以所需的方式以及相互独立地进行调节。当然还公开了，操作部件和灯具是设置在一个单元中，还是通过布线线路相互连接。在操作部分和灯具分离的情况下，需要多条(至少四条)布线线路，这就造成相对较高的安装开支。此外，在使用若干米长的布线线路的情况下，通常在LED亮度控制中所使用的脉冲宽度调制(Pulweitenmodulation，PWM)会产生不可靠的无线电干扰波谱。

发明内容

本发明的目的是提供一种优化的用以控制照明装置的方法。

本发明的目的通过用于控制照明装置的方法来解决，所述照明装置的至少一个灯具由各自的电源供电，所述电源为功率模块馈电，所述功率模块包括至少一个可控的半导体元件，对所述半导体元件的控制由控制模块来实现，所述控制模块包括处理单元和存储器，

-其中，为了调节所述照明装置的亮度而设有控制器，所述控制器与交流电源(Wechsel spannungsnetz)的相线连接，所述相线经过所述控制器产生整流相线，并将所述整流相线通向所述照明装置；

-其中，控制器在对亮度进行所需改变的过程中，首先使得整流相线具有同步信号；

-其中，接下来，所述控制器通过全波的影响产生整流相线的信息电网波，从而由此使所需亮度信息信号以所述信息电网波的时间上的电压特征曲线的形式而进行传递；

-其中，连接的所述照明装置的所述控制模块在接收到同步信号之后开始启动处理程序，从而所述整流相线的信息电网波中提取要传送的所需的亮度信息信号；

-其中，所述控制模块保存探测到的所述亮度信息信号，并且直到下一次产生同步信号时用以控制所述灯具；以及

-其中，所述控制模块依靠所保存的所述亮度信息信号来控制所述功率模块。

本发明的优势特别在于，电源电压的全波在一定程度上作为用于信息信号的通讯时间段(Kommunikations-Zeitschlitze)而使用。通过附加的器件或通过附加设置的布线线路所需要的安装开支非常少，并且与现有技术相比有大幅度降低，特别是所述控制器不需要强制地与零线连接。而且，所述方法既适用于具有白光的照明装置，还适用于具有彩色光的照明装置，所述彩色光由分别具有所需亮度的红/绿/蓝色光构成。

从控制器到照明装置的信息传递不需要直流电，也就是说，任何时候都保持交流电压供给，特别是使布线线路不需要脉冲直流电来供电。例如，由于控制方法使提供给相线的直流部分强烈受阻，因此保证设置在安装设备中的故障电流保护开关的正常运行。在信息电网波产生的过程中，对照明装置电源持续供有完整的电源电压，并通过非常短的时间使照明装置电源单独地中断，从而改变照明装置的亮度和/或光色。与此相应地得到一个较高的效率。电磁适应性(EMV)负载非常小。通过对控制器的使用使操作过程简单清楚。照明装置的电源、控制模块和功率模块，一方面同在空间上与此分离的控制器构成，另一方面能够形成为内置器件插座(内置部件(Unterputz-Einsatz))。

本发明的优选实施例在从属权利要求中进行说明。

这样，用于产生信息电网波的控制器能够在该波形中对电源电压的相线角产生影响。所述控制模块能够测定在确定的信息电网波中产生电流的时间，并将所述时间作为标准用于所述波形的相线角。

控制器能够为了产生同步信号而锁定所述电源电压的完整的全波。三个随着所述同步信号产生的电源电压的全波能够作为信息电网波用以传递分离的、用于红色或绿色或蓝色光的亮度信息信号。

为了提高冗余能够使所述信息电网波重复传递。在所述同步信号和信息电网波之间、和/或在两个信息电网波之间，能够***至少一个附加的全波，从而由此形成所述电源的电容器的再充电。

附图说明

接下来，根据附图所示的具体实施例对本发明进行详细说明。图中示出了：

图1为一盏连接在控制器上并设有多个不同颜色LED的照明装置的电路图；

图2为设有多盏照明装置的电路；

图3为在一个控制实施例中“红色LED输出/绿色LED 50％控制/蓝色LED输出”的相线特征曲线；

图4为在一个控制实施例中“红色LED输出/绿色LED 50％控制/蓝色LED 100％控制”的相线特征曲线；

图5为在一个控制实施例中“红色LED输出/绿色LED 100％控制/蓝色LED 100％控制”的相线特征曲线；

图6为在一个对于图3是可选择的控制实施例中“红色LED输出/绿色LED 50％控制/蓝色LED输出”的相线特征曲线；

图7为一盏连接在控制器上并仅设有一个LED的照明装置的电路图；

图8为一盏设有零电位相线探测器的照明装置的电路图。

附图标记说明

1照明装置(RGB-LED照明装置)

2内置部件

3包括充电电容器的电源(AC/DC变频器)

4包括处理单元和存储器的控制模块

5用于红色灯具(LED)的晶体管(半导体开关)

6用于绿色灯具(LED)的晶体管(半导体开关)

7用于蓝色灯具(LED)的晶体管(半导体开关)

8LED模块(可通过插拔式连接件***)

9红色灯具(LED)

10绿色灯具(LED)

11蓝色灯具(LED)

12-

13照明装置(RGB-LED)

14-

15交流电源

16-

17控制器

18-

19照明装置

20内置部件

21包括充电电容器的电源(AC/DC变频器)

22包括处理单元和存储器的控制模块

23用于白色灯具(LED)的晶体管(半导体开关)

24LED模块(可通过插拔式连接件***)

25白色灯具(LED)

26镇流电阻

27光电耦合器

L相线

L′整流相线＝控制器的输出电压＝照明装置的输入电压

N零线

T_R用于红色光或红色LED的信息信号的通讯时间段

R用于红色光或红色LED的亮度信息信号

T_G用于绿色光或绿色LED的信息信号的通讯时间段

G用于绿色光或绿色LED的亮度信息信号

T_B用于蓝色光或蓝色LED的信息信号的通讯时间段

B用于蓝色光或蓝色LED的亮度信息信号

T_sync同步信号

t时间

U电源电压

W附加的全波

具体实施方式

图1示出了一盏照明装置的电路图，该照明装置优选地通过至少一条布线线路连接到控制器上，并且该照明装置设有多个不同色彩的灯具(优选为LED)。控制器17(操作器、操作元件)的输入端连接交流电源15(230V交流电压)的相线L和零线N。在控制器17的输出端得到的输出电压在下文表示为整流相线(aufbereitetePhase)L′，并且该输出电压相当于照明装置1的输入电压。此外，照明装置1还连接到零线N上。

由RGB-LED照明装置(R＝红/G＝绿/B＝蓝)构成的照明装置1包括组装在一起的两项主要组件或功能单元，即，内置部件2和多个灯具(优选为LED)9、10、11，其中，这两项主要组件通过彼此相对应的插拔式连接件可拆卸地相互连接。

内置部件2在输入端设有一包括充电电容器的电源3(AC/DC变频器)，该电源由整流相线L′和零线N来供电，该电源的正极输出端(直流电流或直流电压)连接晶体管5、6、7的发射极端子，晶体管5用于红色灯具特别是红色LED 9的馈电，晶体管6用于绿色灯具特别是绿色LED 10的馈电，晶体管7用于蓝色灯具特别是蓝色LED 11的馈电。晶体管5或6或7的集电极端子连接LED 9或10或11的阳极端子。三个LED 9、10、11的阴极端子连接到电源3的负极输出端(直流电流或直流电压)上。

照明装置1和在此特有的内置部件2设有包括处理单元和存储器的控制模块4，该控制模块连接到电源3的两个输出端上，并且该控制模块的输入端附加地由整流相线L′供电。控制模块4的输出端与晶体管5、6、7的基极端子连接。

当然，例如在所示的晶体管的位置上，还能够采用其它可控的半导体元件或半导体开关。

对于采用控制杆的控制器17的操作来说，开始提到的文献EP 1575341B1所述的可能性能够通过所述控制杆的摆动/旋转/推压来实现，例如，

-旋转控制杆，从而改变亮度；

-使控制杆摆动到不同的位置上，从而调节不同颜色通道的强度；

-迅速推压控制杆，或使控制杆长时间保持在一固定位置上，从而由此确定闭合/打开/保存所需要的量值。

图2中示出了设有多盏照明装置的电路。图中示出两盏由RGB-LED照明装置构成的照明装置1、13，这两盏照明装置通过一条布线线路与控制器17的整流相线L′以及零线N连接。当然还能够连接其它的照明装置。多盏照明装置的并联能够到达控制器17最大负载能力，例如总功率为400W。控制器17再连接到交流电源15的相线L上，最好还连接到交流电源的零线N上。

最基本的是，每盏照明装置1、13都设有一个单独的电源3，该电源的功率足以满足至少三个灯具(LEDs)9、10、11的供电，每个LED例如为1W。这三个灯具(LEDs)9或10或11通过晶体管5或6或7由具有恒定电流的脉冲宽度调制(Pulsweitenmodulation)来触发。通过脉冲宽度调制能够对灯具(LEDs)9、10、11提供不同的功率。由此能够实现在恒定的光色下产生亮度变化。

此外，通过控制器17借助于时间上相线控制的影响来实现对照明装置1、13的所需亮度和/或所需光色的调节，从而能够使控制器17又被称为“特殊调光器”。在操作人员根据需要改变亮度和光色的过程中，控制器17正是这样短时间影响该控制器的输出导线(表示为L′)上的电源电压U，即，将来自电压特征曲线的、用于所需亮度的信息以整流相线L′的形式传递给所连接的照明装置1、13，该电压特征曲线是在时间上的并由控制器17来驱使的。

在接近到达电压特征曲线的产生和计算之前，首先应该对所建议的信息传递的基本理念进行说明。一种普遍公知的调光器通常在其输出为所连接的用户提供相线断面电压(Phasenanschnittspannung)或相线横断电压(Phasenabschnittspannung)。根据相线角，对所连接的照明装置上或大或小的亮度进行调节。与此不同的是，所建议的“特殊调光器”，也就是控制器17，大部分时间完全不受影响地产生正弦电压。仅是为了改变照明装置的亮度和/或光色，也就是说当操作人员操作控制器17的时候，控制器17在迅速限定的时间段中对其输出端的电压产生影响，由此产生整流相线L′。连接的照明装置1、13能够通过其自身的控制模块4探测到所述影响，并且能够通过相应受控的功率模块而转换成相应所需的亮度和/或光色。

为了实现同步(注意：从这起不仅指的是传递能量，还指附加地传递信息)，控制器17锁定了电源电压U的一个完整的全波——参见以下图3-6中所示的同步信号T_sync。连接的照明装置1、13中的电源3的充电电容器是这样占有优势的，即，该充电电容器能够时间上地消除电压波动，而不会发生由于电压波动使用户察觉到干扰的情况。然而，控制模块4识别到同步信号T_sync，并且开始启动处理程序，该处理程序计算电源电压U三个接下来的全波，以下称为信息电网波(Informations-Netzwellen)。

正是在这些信息电网波中，控制器17通过对相线角的短时间影响来提供用于三种光色的亮度，并且例如这样来提供，即，

●在同步信号T_sync之后的第一个信息电网波的相线角表示红色光或红色灯具(LED)9的所需亮度；

●在同步信号T_sync之后的第二个信息电网波的相线角表示绿色光或绿色灯具(LED)10的所需亮度；

●在同步信号T_sync之后的第三个信息电网波的相线角表示蓝色光或蓝色灯具(LED)11的所需亮度。

由控制模块4探测的相线角的计算例如能够通过对信息电网波形成过程中产生电流的时间的计算而获得，对此例如这样限定，即，

●1ms电流时间对应于相关晶体管的输出(AUS)状态或0％控制；

●10ms电流时间对应于相关晶体管的输入(EIN)状态或100％控制；

●电流时间在1ms和10ms之间的情况下，选择与控制相对应的线性中间值，也就是5ms，与此相适应地表示为50％控制。

当然，在这种关系中，可选择地采用其它方案也是可行的。重要的是，使通过相线角或电流时间探测到所需的亮度分别为各个灯具(LEDs)保存在控制模块中，只要是各个灯具(LEDs)的控制一产生，就直到控制器17的一个更新操作为止，并且由此产生更新的信息电网波。为了提高冗余还能够实现信息传递的重复，这是因为信息电网波能够进行一次或多次重复。与此相适应，电压再次不受到影响，直到控制器预先确定出下一个照明装置亮度和/或光色所需的变化。

为了断开照明装置，控制器17完全阻止其输出电压L′，其优点是，在断开的照明装置中没有待机损耗在照明装置中产生。

在照明装置的接通过程中，通过对应的控制器17的操作(接通供电电压L′、N)，有目的地使在上个断开操作中生成的、用于照明装置亮度和/或光色的值通过控制模块接收，并借由功率快来进行调节。

为了进一步说明，图3中示出了，在一个控制实施例中“红色LED输出/绿色LED 50％控制/蓝色LED输出”，上面的部分表示没有经过整流而下面的部分表示经过控制器17整流的相线特征曲线，其中，所有的附图都适用如下表示：

U(L) ＝基于相线L的电源电压

U(L′)＝基于相线L′的电源电压

t ＝时间

T_R ＝用于红色光或红色LED的通讯时间段

T_G ＝用于绿色光或绿色LED的通讯时间段

T_B ＝用于蓝色光或蓝色LED的通讯时间段

R ＝用于红色光或红色LED的亮度信息信号

G ＝用于绿色光或绿色LED的亮度信息信号

B ＝用于蓝色光或蓝色LED的亮度信息信号

T_sync ＝同步信号

图4中示出了，在一个控制实施例中“红色LED输出/绿色LED50％控制/蓝色LED 100％控制”的相线特征曲线。在此也适用图3所说明的设置。

图5中示出了，在一个控制实施例中“红色LED输出/绿色LED100％控制/蓝色LED 100％控制”的相线特征曲线。在此再次适用图3所说明的设置。

为了避免在经过各个通讯时间段T_R、T_G、T_B的过程中，电源3的充电电容器的电压急剧下降，从控制器17方面对此可选择的控制中，在同步信号T_sync和第一个信息电网波之间，和/或在各两个信息电网波之间，分别***一个附加的全波W，所述全波可以通过控制模块4的处理单元而分别进行考虑。在LED功率较高的情况下或采用的电源的充电电容器相对较小的情况下，这种方法尤为值得推荐。

图6中示出了，在一个对于图3是可选择的控制实施例中“红色LED输出/绿色LED 50％控制/蓝色LED输出”的相线特征曲线。在此再次适用图3所说明的设置，其中可见，在同步信号T_sync和通讯时间段T_R之间、两个通讯时间段T_R和T_G之间以及两个通讯时间段T_G和T_B之间分别具有一个附加的全波W。这些***的全波W有利于电源的充电电容器的再充电。

上述内容总是以此为前提，即，照明装置1、13设有多个不同颜色的LED。然而，本发明并不局限于这些特殊的使用情况，而且还能够应用在具有一种颜色的照明装置中，这种照明装置设有具有一种颜色的一个灯具或多个灯具(一个LED或多个LED)，特别是指白色。图7中示出了用于这种应用情况的电路图，其中，具有一盏连接在控制器17上、仅设有一个(白色)LED 25的照明装置19，该照明装置包括两个主要组件，

●具有电源21(AC/DC变频器)的内置部件20，该电源包括充电电容器、控制模块22以及晶体管23(半导体开关)，该控制模块包括处理单元和存储器；以及

●具有LED 25的LED模块24，

其中，这两个主要组件通过彼此相对应的插拔式连接件可拆卸地相互连接。这种安装，也就是说控制器17和照明装置19之间的电连接，对于上述结构不会发生改变。

与晶体管23的基极相连接的控制模块22再次获得整流相线L′。此外，在图1-6中设置的控制器17也能够应用在该实施例中，其优点是，借助于控制器17既能使一种颜色的照明装置受到控制，还能使由(多种颜色的)RGB-LED照明装置构成的照明装置受到控制。

在一盏照明装置具有多于一个灯具(LED)25(每个都具有相同的颜色)的情况下，优选地将这些灯具串联，从而使电源21仅需要一个晶体管输出。在忽略接下来的信息电网波的信息的情况下，控制模块22只监控在产生同步信号T_sync之后的第一个信息电网波，也就是通讯时间段T_R。因此，同步信号T_sync之后的第一个信息电网波的相线角提供了灯具(LED)25所需的亮度信息信号。与此相应地，如上文所述，通过脉冲宽度调制产生对晶体管23的控制。

图8中示出了一盏设有零电位相线探测器的照明装置的电路图，在所有的实施例中，该方案能够适用于图1、2、7的应用。作为附加的构件设有一光电耦合器27，该光电耦合器串联镇流电阻26，该光电耦合器的初级面接通在整流相线L′和零线之间。光电耦合器27的次级面接通在电源3或21的负极输出端和控制模块4或22的用于相线探测器所确定的输入端之间。

上述实施例中，控制器17连接到零线N上。然而这并不是必须的。照明装置1的供电还能够通过在内置部件2中的电路来实现。因为使通常的照明开关能够以简单的方式相对于控制器17进行更换，所以在现有照明装置的改造中这点非常具有优势。在大多数情况下，在通常的照明开关的“立式器件插座(UP-Geraetedose)”中不设零线。

如上文所述，可调节的功率依赖于控制器，而不依赖于照明装置。

Claims

1.一种用于控制照明装置(1、13、19)的方法，所述照明装置的至少一个灯具(9、10、11、25)由各自的电源(3、21)供电，所述电源为功率模块馈电，所述功率模块包括至少一个可控的半导体元件(5、6、7、23)，对所述半导体元件的控制由控制模块(4、22)来实现，所述控制模块包括处理单元和存储器，

-其中，为了调节所述照明装置(1、13、19)的亮度而设有控制器(17)，所述控制器与交流电源(15)的相线(L)连接，所述相线(L)经过所述控制器产生整流相线(L′)，并且所述整流相线通向所述照明装置(1、13、19)，

-其中，所述控制器(17)在对亮度进行所需改变的过程中，首先使得所述整流相线(L′)具有同步信号(T_sync)，

-其中，接下来，所述控制器(17)通过全波的影响产生整流相线(L′)的信息电网波，从而由此使所需亮度信息信号(R、G、B)以所述信息电网波的时间上的电压特征曲线的形式而进行传递；

-其中，连接的所述照明装置(1、13)的所述控制模块(4、22)在接收到同步信号(T_sync)之后开始启动处理程序，从而从所述整流相线(L′)的信息电网波中提取要传送的所需的亮度信息信号(R、G、B)；

-其中，所述控制模块(4、22)保存探测到的所述亮度信息信号(R、G、B)，并且直到下一次产生同步信号(T_sync)时用以控制所述灯具(9、10、11、25)；以及

-其中，所述控制模块(4、22)依靠所保存的所述亮度信息信号(R、G、B)来控制所述功率模块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于产生信息电网波的所述控制器(17)在产生所述波形的过程中对电源电压(U)的相线角产生影响。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制模块(4、22)测定在形成确定的信息电网波的过程中产生电流的时间，将所述时间作为用于所述波形的相线角的标准。

4.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，用于产生所述同步信号(T_sync)的所述控制器(17)锁定了所述电源电压(U)的完整的全波。

5.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，三个随着所述同步信号(T_sync)的电源电压(U)的全波作为信息电网波用以传递分离的、用于红色或绿色或蓝色光的亮度信息信号(R、G、B)。

6.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，为了提高冗余使所述信息电网波重复传递。

7.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述同步信号(T_sync)和信息电网波之间、和/或在两个信息电网波之间***至少一个附加的全波(W)。

8.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，当供电电压(L′、N)断开时，所述控制模块(4、22)存储所述亮度信息信号；当供电电压接通时，所述控制模块依靠所保存的所述亮度信息信号(R、G、B)来控制所述功率模块。