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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Erkennung einer an einen Dimmer angeschlossen Last und zur automatischen Zuordnung eines zur erkannten Last erforderlichen Ansteuerverfahrens durch den Dimmer, bei dem der Dimmer bei seiner Inbetriebnahme automatisch eine Lasterkennungs-Routine startet, die ein Phasenanschnitt-Steuersignal an die angeschlossene Last anlegt, und bei dem nach der Anlegung des Phasenanschnitt-Steuersignals der Dimmer überprüft, ob der Laststrom der Netzspannung nacheilt und die Phasenverschiebung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Ferner betrifft die Erfindung einen Dimmer zur automatischen Erkennung einer an den Dimmer angeschlossen Last und zur automatischen Zuordnung eines zur erkannten Last erforderlichen Ansteuerverfahrens, wobei der Dimmer einen Mikrokontroller zum Starten einer Lasterkennungs-Routine aufweist, die ein Phasenanschnitt-Steuersignal an die angeschlossene Last anlegt, und wobei der Dimmer Überprüfungsmittel aufweist, um zu überprüfen, ob nach der Anlegung des Phasenanschnitt-Steuersignals der Laststrom der Netzspannung nacheilt und die Phasenverschiebung einen bestimmbaren vorgegebenen Wert überschreitet.
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Seit kurzer Zeit werden Energiesparlampen auf dem Markt angeboten, die als Glühlampenersatz mit den meisten Phasenanschnittdimmern dimmbar sind. An Phasenabschnittdimmern funktionieren diese dimmbaren Energiesparlampen nicht.
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Es werden außerdem Universaldimmer angeboten, die sowohl das Dimmen durch Phasenanschnitt als auch durch Phasenabschnitt beherrschen. Diese Universaldimmer besitzen meist eine automatische Lasterkennung, die das für die angeschlossene Last erforderliche Ansteuerverfahren selbstständig ermittelt. Dabei sind folgende Zuordnungen Last-Ansteuerverfahren möglich:
| Last: | Eigenschaft: | Ansteuerverfahren: |
| Glühlampen | nicht-induktiv | Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt |
| elektronische Transformatoren für NV-Halogenlampen | nicht-induktiv | Phasenabschnitt |
| dimmbare Energiesparlampen | nicht-induktiv | Phasenanschnitt |
| Konventionelle Transformatoren für NV-Halogenlampen/Motoren | induktiv | Phasenanschnitt |
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Die bekannten Verfahren zur Lasterkennung sind so ausgelegt, dass sie induktive von nicht-induktiven Lasten unterscheiden können. Die induktiven Lasten werden durch Phasenanschnitt gesteuert, die nicht-induktiven Lasten durch Phasenabschnitt.
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Die
DE 103 15 474 A1 offenbart ein Verfahren und eine Steuerschaltung zum Variieren der Leistungsaufnahme von kapazitiven Lasten. Da kapazitive Lasten, wie Kompakt-Leuchtstofflampen bei einer nicht konstanten Netzversorgung zu Instabilitäten neigen, die sich beim Betrieb von Lampen als störende Flackererscheinungen zeigen, sieht die
DE 103 15 474 A1 vor, dass in einer Phase, in der die Netzversorgung ausgeschaltet ist, ein Strompfad freigeschaltet wird, der die Eingänge der Last überbrückt. Aus der
DE 103 15 474 A1 ist ferner eine Schaltung bekannt, die wenigstens einen ein- und ausschaltbaren Strompfad aufweist, der die Eingänge der Last überbrückt. Im Fall eines Dimmerbetriebs kann das Aufladen des Dimmerzeitgliedes auch bei einem nicht geschalteten Leistungsschalter ermöglicht werden.
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Aus der
DE 101 13 690 A1 ist ein Universaldimmer bekannt, bei dem die Phasenanschnittsteuerung oder die Phasenabschnittsteuerung manuell aktivierbar ist. Hierzu weist der Dimmer einen Wahlschalter auf. Nachteilig bei einem derartigen Dimmer ist aber gerade die manuelle Einstellbarkeit.
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Aus der
DE 197 51 828 B4 ist ein Verfahren zur Lasterkennung bekannt, wobei der Dimmer die Last bei der Inbetriebnahme durch Phasenanschnitt mit ansteigender Stromflussdauer ansteuert. Auch eine Lasterkennung mit einer Phasenanschnittsteuerung nur in den Halbwellen einer Polarität ist bekannt. Hierdurch wird die Detektierbarkeit von Ringkerntransformatoren verbessert. Diese Ansteuerung erzeugt in induktiven Lasten einen der Spannung nacheilenden Laststrom. Wenn diese Phasenverschiebung einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird die Lasterkennung abgebrochen und der Universaldimmer stellt sich dauerhaft auf Phasenanschnittsteuerung ein. Wenn die vorgegebene Phasenverschiebung bei der höchsten Stromflussdauer noch nicht erreicht ist – dies ist bei allen übrigen Lasten der Fall – stellt sich der Universaldimmer dauerhaft auf Phasenabschnittsteuerung ein.
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Nachteilig bei dem aus der
DE 197 51 828 B4 bekannten Verfahren ist, dass dimmbare Energiesparlampen von den Universaldimmern als nicht-induktive Last durch Phasenabschnitt angesteuert werden. Deshalb funktionieren die dimmbaren Energiesparlampen mit den am Markt befindlichen Universaldimmern nicht. D. h., die Dimmer können nicht zum Dimmen von Energiesparlampen eingesetzt werden, da die Lasterkennung die Energiesparlampen als nicht-induktive Last erkennt.
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Bei der Phasenanschnittsteuerung wird der Strom verzögert nach dem Nulldurchgang der Wechselspannung eingeschaltet und beim nächsten Stromnulldurchgang ausgeschaltet. In der Zeit zwischen Einschaltung und Ausschaltung fließt üblicherweise Strom über die Last. Die dimmbaren Energiesparlampen zeigen aber ein anderes Verhalten. Der Stromfluss beginnt mit der Einschaltung durch den Dimmer und wird bereits durch die Elektronik der Energiesparlampe eine gewisse Zeit vor dem Spannungsnulldurchgang ausgeschaltet. Die Lage der Einschaltflanke im Phasenanschnittbetrieb dient hier lediglich zur Codierung der gewünschten Helligkeit, die von der Elektronik der Energiesparlampe in einen entsprechenden Stromfluss umgesetzt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Dimmer zur automatischen Lasterkennung zu entwickeln, mit dem allen Dimmer-Lasten, einschließlich dimmbaren Energiesparlampen, das erforderliche Ansteuerverfahren automatisch zugeordnet werden kann.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur automatischen Erkennung einer an einen Dimmer angeschlossen Last und zur automatischen Zuordnung eines zur erkannten Last erforderlichen Ansteuerverfahrens durch den Dimmer mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch einen Dimmer zur automatischen Erkennung einer an den Dimmer angeschlossen Last und zur automatischen Zuordnung eines zur erkannten Last erforderlichen Ansteuerverfahrens mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung. Merkmale und Details die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem Dimmer und jeweils umgekehrt.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur automatischen Erkennung einer an einen Dimmer angeschlossen Last und zur automatischen Zuordnung eines zur erkannten Last erforderlichen Ansteuerverfahrens durch den Dimmer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Kern der Erfindung ist, dass der Dimmer zusätzlich zur Überprüfung, ob der Laststrom der Netzspannung nacheilt und die Phasenverschiebung einen bestimmbaren vorgegebenen Wert überschreitet, eine weitere Überprüfung, nämlich, ob ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes vorliegt, durchführt. Dies ermöglicht es dem Dimmer neben Glühlampen, elektronischen Transformatoren für NV-Halogenlampen oder konventionellen Transformatoren für NV-Halogenlampen oder für Motoren auch dimmbaren Energiesparlampen das erforderliche Ansteuerverfahren zuzuordnen. Dies wird durch die weitere Überprüfung, nämlich, ob ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes vorliegt, ermöglicht. Hierbei werden die speziellen Eigenschaften von dimmbaren Energiesparlampen ausgenutzt, d. h., dass der Stromfluss bei dimmbaren Energiesparlampen eine gewisse Zeit vor dem Spannungsnulldurchgang ausgeschaltet wird. Wird bei der Überprüfung festgestellt, dass der Stromfluss bereits nach einer bestimmten Zeit abgeklungen ist, so weiß der Dimmer, dass es sich um eine dimmbare Energiesparlampe handelt. Daher steuert der Dimmer die dimmbare Energiesparlampe dann nicht mittels der Phasenabschnittsteuerung, sondern mittels der Phasenanschnittsteuerung an. Daher ermöglicht das Verfahren, dass alle Dimmer-Lasten, einschließlich der speziell dimmbaren Energiesparlampen, automatisch erkannt und ihnen das für jede Last erforderliche Ansteuerverfahren zugeordnet werden.
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Ohne diese zusätzliche Überprüfung würde der Dimmer eine dimmbare Energiesparlampe als nicht-induktive Last erkennen und der Energiesparlampe eine Phasenabschnittsteuerung zuordnen, wodurch diese letztendlich nicht dimmbar ist.
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Zunächst startet der Dimmer, der einen Universaldimmer darstellt, bei der Inbetriebnahme automatisch eine Lasterkennungs-Routine. Die Lasterkennungs-Routine legt ein Phasenanschnitt-Steuersignal an die angeschlossene Last an. Nach der Anlegung des Phasenanschnitt-Steuersignals überprüft der Dimmer, ob der Laststrom der Netzspannung nacheilt und die Phasenverschiebung einen bestimmbaren vorgegebenen Wert überschreitet. Diese Schritte würden ausreichen, um Glühlampen, elektronische Transformatoren für NV-Halogenlampen oder konventionelle Transformatoren für NV-Halogenlampen oder für Motoren das geeignete Ansteuerverfahren zuzuordnen.
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Erst durch die Überprüfung des Universaldimmers, ob ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes vorliegt, kann der Universaldimmer feststellen, ob eine dimmbare Energiesparlampe angeschlossen ist oder nicht. Die Überprüfung findet in einem Zeitpunkt zwischen dem Einschalten der Last und dem zu erwartenden Stromnulldurchgang statt. Liegt ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes vor, ist eine dimmbare Energiesparlampe angeschlossen und der Universaldimmer stellt sich auf Phasenanschnittsteuerung ein.
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Stellt der Dimmer fest, dass der Laststrom der Netzspannung nacheilt und die Phasenverschiebung einen bestimmbaren vorgegebenen Wert überschreitet und erfolgt kein vorzeitiges Abklingen des Laststromes, stellt sich der Universaldimmer auf Phasenabschnittsteuerung ein.
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Ein derartiges Verfahren ermöglicht, dass der Dimmer die angeschlossene Last, insbesondere auch eine Energiesparlampe, erkennt und der erkannten Last den erforderlichen Dimmbetrieb im Phasenan- oder Phasenabschnitt zuordnet.
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Bevorzugt ist dabei ein Verfahren, bei dem die Lasterkennungs-Routine ein Phasenanschnitt-Steuersignal mit steigenden Ansteuerzeiten an die angeschlossene Last anlegt. Mit steigenden Ansteuerzeiten werden konventionelle Transformatoren für NV-Halogenlampen in kleinen Schritten in Richtung magnetische Sättigung gesteuert. Eine starke Erhöhung der Ansteuerzeit würde den Arbeitspunkt der Transformatoren stark in die magnetische Sättigung fahren, so dass sehr hohe, ggf. einen Kurzschluss auslösende, Ströme auftreten.
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Ferner ist bevorzugt, wenn die Lasterkennungs-Routine ein Phasenanschnitt-Steuersignal nur an Netzhalbwellen einer Polarität an die angeschlossene Last anlegt. Manche konventionelle Transformatoren für NV-Halogenlampen, insbesondere Ringkerntransformatoren, weisen bei Ansteuerung mit wechselnder Polarität keine auswertbare Phasenverschiebung auf. Mit einem Steuersignal nur an Netzhalbwellen einer Polarität in Verbindung mit einem Phasenanschnitt-Steuersignal mit steigenden Ansteuerzeiten werden Transformatoren mit einem Gleichstromanteil vorsichtig in die magnetische Sättigung geführt. Dabei nimmt die Phasenverschiebung auswertbare Werte an.
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Bei dem Verfahren überprüft der Dimmer zu einem Zeitpunkt zwischen dem Anlegen des Phasenanschnitt-Steuersignals an die Last und einem zu erwartenden Stromnulldurchgang, ob ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes vorliegt. Alternativ hierzu kann die Überprüfung, ob ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes vorliegt, kontinuierlich während des Betriebes der Last stattfinden.
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Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung, ob ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes vorliegt, durch einen Mikrokontroller erfolgt, der eine Komparator-Schaltung, die einen Spannungsabfall eines Shunt-Widerstandes überwacht, auf einen niedrigeren Schwellwert umschaltet, wobei der Shunt-Widerstand an Source-Anschlüssen eines Schaltelementes einer Endstufe des Dimmers angeschlossen ist. Das Verfahren lässt sich mit geringem Aufwand in die derzeitigen Universaldimmer integrieren. D. h., üblicherweise wird eine Endstufe des Universaldimmers mit einem antiseriell geschalteten Schaltelement, insbesondere einem MOSFET, realisiert, wobei noch ein Shunt-Widerstand zwischen den Source-Anschlüssen eingefügt ist, der die Detektion von Überströmen, wie Kurzschlüssen oder überlasten, ermöglicht. Der Spannungsfall über dem Shunt-Widerstand wird dazu meist mit einer Komparator-Schaltung überwacht. Durch Umschalten des vorhandenen Komparators auf einen entsprechend niedrigeren Schwellwert oder mit einer zusätzlichen Komparator-Schaltung kann der Dimmer-Mikrokontroller über den bereits vorhandenen Shunt-Widerstand ohne großen Aufwand erkennen, ob ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes gegeben ist.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Dimmer ausgebildet ist zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, löst.
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Ein derartig ausgebildeter Dimmer ermöglicht eine automatische Lasterkennung aller an den Dimmer angeschlossenen Dimmer-Lasten, einschließlich einer dimmbaren Energiesparlampe, sowie eine automatische Zuordnung des erforderlichen Ansteuerverfahrens für die erkannte Last. Der Dimmer kann neben Glühlampen, elektronischen Transformatoren für NV-Halogenlampen oder konventionellen Transformatoren für NV-Halogenlampen oder für Motoren auch dimmbaren Energiesparlampen das erforderliche Ansteuerverfahren zuordnen.
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Der Dimmer weist einen Mikrokontroller zum Starten einer Lasterkennungs-Routine auf. Die Lasterkennungs-Routine legt ein Phasenanschnitt-Steuersignal an die angeschlossene Last an. Der Dimmer weist ferner Überprüfungsmittel auf, um zu überprüfen, ob nach der Anlegung des Phasenanschnitt-Steuersignals der Laststrom der Netzspannung nacheilt und die Phasenverschiebung einen bestimmbaren vorgegebenen Wert überschreitet. Kern der Erfindung ist, dass die Überprüfungsmittel zusätzlich dazu ausgebildet sind eine Überprüfung durchzuführen, ob zu einem Zeitpunkt zwischen dem Anlegen des Phasenanschnitt-Steuersignals an die Last und einem zu erwartenden Stromnulldurchgang ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes vorliegt. Der Dimmer weist des Weiteren eine Entscheidungseinheit bzw. eine Entscheidungsroutine auf, die in Abhängigkeit der Ergebnisse der Überprüfung der Überprüfungsmittel den Dimmer dauerhaft auf eine Phasenanschnittsteuerung oder dauerhaft auf eine Phasenabschnittsteuerung einstellt.
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Der Dimmer nutzt die speziellen Eigenschaften von dimmbaren Energiesparlampen aus, d. h., dass der Stromfluss bei dimmbaren Energiesparlampen eine gewisse Zeit vor dem Spannungsnulldurchgang ausgeschaltet wird. Stellen die Überprüfungsmittel fest, dass der Stromfluss bereits nach einer bestimmten Zeit abgeklungen ist, so weiß der Dimmer, dass es sich um eine dimmbare Energiesparlampe handelt. Dann steuert der Dimmer die dimmbare Energiesparlampe nicht mittels der Phasenabschnittsteuerung, sondern mittels der erforderlichen Phasenanschnittsteuerung an.
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Der Dimmer weist bevorzugt einen Mikrokontroller zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt auf.
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Vorzugsweise weist der Dimmer eine Endstufe mit einem antiseriell geschalteten Schaltelement, insbesondere einem MOSFET, und einen an die Source-Anschlüsse des Schaltelementes angeschlossenen Shunt-Widerstand, der zur Detektion von Überströmen ausgebildet ist, auf. Als Schaltelement kann auch ein Schalttransistor vorgesehen sein. Der Dimmer weist ferner vorzugsweise eine Komparator-Schaltung zum Überwachen des Spannungsabfalls über den Shunt-Widerstand auf. Durch Umschalten der Komparator-Schaltung auf einen entsprechend niedrigeren Schwellwert kann der Mikrokontroller des Dimmers über den Shunt-Widerstand ohne großen Aufwand erkennen, ob ein vorzeitiges Abklingen des Laststromes gegeben ist. Das Umschalten auf einen entsprechend niedrigeren Schwellwert kann auch durch eine zusätzliche Komparator-Schaltung erfolgen.
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Der Dimmer gemäß dieser Anmeldung ist als Universaldimmer ausgebildet. Insbesondere ist der Dimmer zum Dimmen einer Glühlampe, eines elektronischen Transformators für NV-Halogenlampen, eines konventionellen Transformators für NV-Halogenlampen oder Motoren oder einer dimmbaren Energiesparlampe ausgebildet. Aber auch Heizwiderstände oder elektronische Spannungswandler können durch einen derartigen Dimmer einfach mit dem erforderlichen Ansteuerverfahren angesteuert werden.
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Der Dimmer kann ferner eine manuelle Einstell-/Parametriermöglichkeit für die Phasenanschnittsteuerung und/oder Phasenabschnittsteuerung aufweisen, mit der sich die automatische Lasterkennung umgehen lässt.
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Die Erfindung wird nun anhand eines nicht ausschließlichen Ausführungsbeispieles, unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, näher erläutert. Es zeigt:
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1 den Spannungs- und Stromverlauf einer dimmbaren Energiesparlampe bei Phasenanschnittsteuerung.
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In 1 ist der Spannungsverlauf 1 und Stromverlauf 2 einer dimmbaren Energiesparlampe bei Phasenanschnittsteuerung dargestellt. Ein möglicher Zeitpunkt zur Feststellung des vorzeitig abgeklungenen Laststroms ist mit dem Pfeil 3 markiert. Die negative Halbwelle kann bei der automatischen Lasterkennung entfallen.
