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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Ansteuerung
mehrerer Leuchten und kann insbesondere für RGB-LEDs (R
= rote LED/G = grüne LED/B = blaue LED) zur Realisierung
von RGB-LED-Leuchten, jedoch auch bei weißen LEDs zur Realisierung
von weißen LED-Leuchten eingesetzt werden.
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Aus
der
EP 1 575 341 B1 ist
ein Dimmer mit einem Bedienelement bekannt, welches mindestens einen
Leistungsbaustein ansteuert, um derart die gewünschte Helligkeit
eines Leuchtmittels einzustellen, wobei
- – ein
Steuerhebel als Bedienelement vorgehen ist, welcher in unterschiedliche
Positionen gekippt und/oder gedreht und/oder gedrückt werden kann,
um derart Schaltkontakte einer Schalteinrichtung zu betätigen,
welche einen Kontroller ansteuern, um derart mit Hilfe eines pro
Farbkanal separaten Leistungsbausteines außer der gewünschten
Helligkeit zusätzlich die gewünschte Lichtfarbe
eines Leuchtmittels einzustellen,
- – der Steuerhebel bei Drehung einen an den Kontroller
angeschlossenen Inkrementalgeber beaufschlagt, um derart die Helligkeit
des Leuchtmittels einzustellen,
- – der Steuerhebel aus einer als Ruheposition dienenden
Mittelstellung heraus in sechs unterschiedliche Positionen „oben
links”, „oben Mitte”, „oben
rechts”, „unten links”, „unten
Mitte”, „unten rechts” kippbar ist, wodurch
die Intensität von drei verschiedenen Farbkanälen
an den Kontroller vorgebbar und durch die Leistungsbausteine einstellbar
ist und
- – der Kontroller ein Zeiterfassungsglied aufweist, das
die Zeitdauer der Beaufschlagung eines Schaltkontaktes infolge eines
Drückens des Steuerhebels erfasst, wodurch durch kurzzeitiges
Drücken des Steuerhebels ein Einschalten oder Ausschalten
des Dimmers erfolgt und ein Abspeichern einer vorgebbaren Mindesthelligkeit
erfolgt, sobald der Steuerhebel für eine vorgegebene längere
Zeitspanne in seiner Mittelstellung gedrückt gehalten wird.
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Vorteilhaft
können somit die Helligkeit und die Lichtfarbe eines modernen
Leuchtmittels, z. B. auf LED-Basis, in Abhängigkeit des
konkreten Einsatzes in gewünschter Weise und unabhängig
voneinander eingestellt werden. Es wird allerdings offen gehalten,
ob das Bedienelement und das Leuchtmittel innerhalb einer Einheit
angeordnet oder über Installationsleitungen miteinander
verbunden sind. Bei einer Trennung von Bedienteil und Leuchtmittel
sind mehrere (mindestens vier) Installationsleitungen erforderlich,
was einen relativ hohen Installationsbedarf erfordert. Des Weiteren
erzeugt die üblicherweise für LED-Helligkeitssteuerungen
verwendete Pulsweitenmodulation PWM bei Verwendung von mehreren
Metern langen Installationsleitungen ein nicht zu vernachlässigendes
Funkstörspektrum.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optimiertes Verfahren
zur Einstellung der Ansteuerung mehrerer Leuchten anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Einstellung der Ansteuerung von mindestens zwei
an ein gemeinsames Ansteuergerät angeschlossenen Leuchten,
deren mindestens ein Leuchtmittel über ein eigenes Netzteil
versorgt wird, welches einen Leistungsbaustein mit mindestens einem
ansteuerbaren Halbleiter-Bauelement speist, dessen Ansteuerung über
einen Steuerbaustein inklusive Auswerteeinheit und Speicher erfolgt,
- • wobei das Ansteuergerät
aus der Phase eines Wechselspannungsnetzes eine aufbereitete Phase
mit Signal-Sequenzen erzeugt und den Leuchten zuführt,
- • wobei die aufbereitete Phase zunächst mit
einem Synchronisationssignal versehen wird, worauf mindestens eine
Vollwelle folgt,
- • wobei die Anzahl der nach dem Synchronisationssignal übertragenen
Vollwellen zusammen mit dem Synchronisationssignal eine individuelle Adressierungs-Signal-Sequenz
an eine bestimmte, angewählte Leuchte darstellt,
- • wobei das Ansteuergerät der angewählten Leuchte
in einer der Adressierungs-Signal-Sequenz folgenden Informations-Signal-Sequenz ein
gewünschtes Helligkeits-Informationssignal überträgt,
- • wobei das empfangene Helligkeits-Informationssignal
im Speicher des Steuerbausteins der angewählten Leuchte
abgespeichert und für die Ansteuerung des Leuchtmittels
verwendet wird.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass die Vollwellen der Netzspannung quasi als Kommunikations-Zeitschlitze
sowohl für die Adressierung als auch für die Informationssignale
betreffend die Helligkeit und die Lichtfarbe jeder einzelnen Leuchte
des Systems verwendet werden. Der durch zusätzliche Geräte
oder durch zusätzlich zu verlegende Installationsleitungen
bedingte Installationsaufwand ist sehr gering und im Vergleich zum
bekannten Stand der Technik sehr reduziert, insbesondere muss das
Ansteuergerät nicht zwingend mit dem Nulleiter verbunden
sein. Dabei eignet sich das Verfahren sowohl für Leuchten
mit weißem Licht als auch für Leuchten mit beliebiger Lichtfarbe,
gebildet aus roten/grünen/blauen Lichtfarben jeweils mit
gewünschter Helligkeit.
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Die
Informationsübertragung vom Ansteuergerät zu den
Leuchten erfolgt gleichstromfrei, d. h. es werden zu allen Zeiten
die Bedingungen an eine Wechselspannung eingehalten, insbesondere
werden die Installationsleitungen nicht mit pulsierenden Gleichströmen
beaufschlagt. Beispielsweise wären der Phase aufgrund eines
Ansteuerverfahrens zugeführte Gleichstromanteile sehr störend
für den ordnungsgemäßen Betrieb von in
der Installationsanlage eingesetzten FI-Schutzschaltern. Die Netzteile der
Leuchten werden kontinuierlich mit voller Netzspannung versorgt,
lediglich unterbrochen durch die sehr kurzen Zeitspannen, während
der Adressierungs-Signal-Frequenzen und Informations-Signal-Frequenzen
erzeugt werden, um die Helligkeit und/oder Lichtfarbe der Leuchten
zu ändern. Dementsprechend ergibt sich ein guter Wirkungsgrad.
Die EMV-Belastung (elektromagnetische Verträglichkeit) ist
sehr gering. Die Bedienung mittels Betätigung des Ansteuergeräts
ist einfach und eindeutig. Das Netzteil, der Steuerbaustein und
der Leistungsbaustein der Leuchten einerseits sowie das räumlich
hiervon getrennte Ansteuergerät andererseits können
in Form von Unterputz-Gerätesockeln (Unterputz-Einsätzen)
ausgebildet werden.
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Zweckmäßige
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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So
kann das Ende einer Adressierungs-Signal-Sequenz durch eine nicht
komplette Vollwelle angezeigt werden, z. B. durch eine zu 50% angesteuerte
Vollwelle.
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Das
zu übertragende Helligkeits-Informationssignal kann in
Form des zeitlichen Spannungsverlaufs einer Informations-Netzwelle
durch entsprechende Beeinflussung einer Vollwelle erzeugt werden.
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Das
Ansteuergerät kann zur Erzeugung einer Informations-Netzwelle
den Phasenwinkel der Netzspannung während dieser Welle
beeinflussen. Der Steuerbaustein der angewählten Leuchte
kann die während einer Informations-Netzwelle auftretende
Stromflusszeit als Maß für den Phasenwinkel dieser
Welle ermitteln.
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Das
Ansteuergerät kann zur Erzeugung des Synchronisationssignals
eine komplette Vollwelle der Netzspannung sperren.
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Die
auf die Adressierungs-Signal-Sequenz folgenden Vollwellen der Netzspannung
können als Informations-Netzwellen zur Übermittlung
getrennter Helligkeits-Informationssignale für die rote
respektive grüne respektive blaue Lichtfarbe in Form einer
Informations-Signal-Sequenz dienen.
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Zwischen
zwei Informations-Netzwellen kann mindestens eine zusätzliche
Vollwelle für die Nachladung des Ladungskondensators des
Netzteils eingeschoben werden.
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Zur
Erhöhung der Redundanz können die Adressierungs-Signal-Sequenzen
zusammen mit den Informations-Netzwellen respektive Informations-Signal-Sequenzen
wiederholt übertragen werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
schematisches Schaltbild mit mehreren an ein Ansteuergerät
angeschlossenen, jeweils mehrere LEDs unterschiedlicher Farbe aufweisenden
Leuchten,
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2 den
Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel für die erste
Leuchte mit „rote LED AUS/grüne LED 50% Ansteuerung/blaue
LED AUS”,
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3 den
Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel für die zweite
Leuchte mit „rote LED AUS/grüne LED 50% Ansteuerung/blaue
LED AUS”,
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4 den
Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel für die dritte
Leuchte mit „rote LED 50% Ansteuerung/grüne LED
AUS/blaue LED AUS”,
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5 den
Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel für die erste
Leuchte mit „rote LED 50% Ansteuerung/grüne LED
AUS/blaue LED AUS”,
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6 ein
schematisches Schaltbild einer nur LEDs einer einzigen Farbe aufweisenden
Leuchte,
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7 ein
schematisches Schaltbild einer Leuchte mit Einsatz potenzialfreier
Phasendetektion.
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In 1 ist
ein schematisches Schaltbild mit mehreren, über mindestens
eine Installationsleitung an ein gemeinsames Ansteuergerät
angeschlossenen, jeweils mehrere Leuchtmittel (vorzugsweise LEDs)
unterschiedlicher Farbe aufweisenden Leuchten dargestellt. Das Ansteuergerät 17 (Bediengerät, Bedienelement)
ist eingangsseitig an Phase L und optional auch am Nulleiter N eines
Wechselspannungsnetzes 15 (230 V Wechselspannung) angeschlossen.
Die ausgangsseitig am Ansteuergerät 17 abgreifbare
Ausgangsspannung wird nachfolgend als aufbereitete Phase L' bezeichnet
und entspricht der Eingangsspannung von drei Leuchten 1, 13, 14. Die
Leuchten 1, 13, 14 sind des Weiteren
am Nulleiter N angeschlossen.
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Die
in Form einer als RGB-LED-Leuchte (R = rot/G = grün/B =
blau) ausgebildete Leuchte 1 ist aus zwei Hauptkomponenten
respektive Funktionseinheiten, nämlich einem Unterputz-Einsatz 2 und
einem mehrere Leuchtmittel (vorzugsweise LEDs) 9, 10, 11 enthaltenden
LED-Modul 8 zusammengesetzt, wobei diese beiden Hauptkomponenten über
zueinander korrespondierende Steckkontakte lösbar miteinander verbunden
sind.
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Der
Unterputz-Einsatz 2 weist eingangsseitig ein mit der aufbereiteten
Phase L' und dem Nulleiter N beaufschlagtes Netzteil 3 (AC/DC-Konverter)
inklusive Ladekondensator auf, dessen positiver Ausgang (Gleichstrom
bzw. Gleichspannung) mit den Emitter-Anschlüssen eines
Transistors 5 zur Speisung eines roten Leuchtmittels, insbesondere
einer roten LED 9, eines Transistors 6 zur Speisung
eines grünen Leuchtmittels, insbesondere einer grünen
LED 10 und eines Transistors 7 zur Speisung eines
blauen Leuchtmittels, insbesondere einer blauen LED 11 verbunden
ist. Die Kollektor-Anschlüsse dieser drei Transistoren 5 bzw. 6 bzw. 7 sind
mit den Anoden-Anschlüssen der LEDs 9 bzw. 10 bzw. 11 verbunden. Die
Kathoden-Anschlüsse der drei LEDs 9, 10, 11 sind
an den negativen Ausgang (Gleichstrom bzw. Gleichspannung) des Netzteils 3 angeschlossen.
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Die
Leuchte 1 und hier speziell der Unterputz-Einsatz 2 besitzt
einen Steuerbaustein 4 inklusive Auswerteeinheit und Speicher,
welche an beide Ausgänge des Netzteils 3 angeschlossen
ist und eingangsseitig zusätzlich mit der aufbereiteten
Phase L' beaufschlagt wird. Optional kann eine Auswerteschaltung 29 eingangsseitig
an L' und N und ausgangsseitig an den Steuerbaustein 4 angeschlossen sein.
Ausgangsseitig ist der Steuerbaustein 4 mit den Basis-Anschlüssen
der Transistoren 5, 6, 7 verbunden. Des
Weiteren besitzt der Unterputz-Einsatz 2 einen mit dem
Steuerbaustein 4 verbundenen Codierschalter 12 (DIP-Schalter),
um derart jeder Leuchte eine feste Leuchten-Nummer respektive Leuchten-Adresse – nachfolgend
mit I, II und III bezeichnet – innerhalb des Systems mit
mehreren an ein gemeinsames Ansteuergerät 17 angeschlossene Leuchten 1, 13, 14 zuordnen
zu können. Mittels des Codierschalters 12 sind
diese unterschiedlichen DIP-Schalterstellungen einstellbar.
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Selbstverständlich
können andere ansteuerbare Halbleiter-Bauelemente respektive
Halbleiter-Schalter an Stelle der beispielhaft gezeigten Transistoren
eingesetzt werden.
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Die
weiteren Leuchten 13, 14 sind in gleicher Art
und Weise in Form von RGB-LED-Leuchten wie die vorstehend erläuterte
Leuchte 1 ausgebildet.
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Selbstverständlich
können noch weitere Leuchten vorgesehen sein, wobei es
auch möglich ist, verschiedenen Leuchten dieselbe Leuchten-Nummer
respektive Leuchten-Adresse I oder II oder III (oder weitere) zuzuordnen.
Eine Parallelschaltung von Leuchten ist bis zum Erreichen der maximalen
Belastungsfähigkeit des Ansteuergerätes 17,
Gesamtleistung z. B. 400 W, möglich.
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Wesentlich
ist, dass jede Leuchte 1, 13 ein eigenes Netzteil 3 besitzt,
dessen Leistung zur Versorgung von mindestens drei Leuchtmitteln
(LEDs) 9, 10, 11, Leistung je LED Z.
B. je 1 W, ausreicht. Diese drei Leuchtmittel (LEDs) 9 bzw. 10 bzw. 11 werden über
die Transistoren 5 bzw. 6 bzw. 7 mit
einer Pulsweitenmodulation mit konstantem Strom betrieben. Über
die Pulsweitenmodulation kann den Leuchtmitteln (LEDs) 9, 10, 11 variable
Leistungen zugeführt werden. So ist eine Änderung
der Helligkeit bei konstanter Lichtfarbe möglich.
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Dabei
erfolgt die Einstellung der gewünschten Helligkeiten und/oder
der gewünschten Lichtfarben der Leuchten 1, 13, 14 durch
das Ansteuergerät 17 mittels Beeinflussung von
zeitlicher Phasensteuerung, so dass das Ansteuergerät 17 auch
als „spezieller Dimmer” bezeichnet werden kann.
Das Ansteuergerät 17 beeinflusst nun bei einer
durch den Bediener gewünschten Änderung von Helligkeit
und/oder Lichtfarbe die Netzspannung U auf seiner Ausgangsleitung – mit
L' bezeichnet – kurzzeitig derart, dass der angeschlossenen
Leuchten 1, 13, 14 die Information für
ihre gewünschte Helligkeit aus dem zeitlichen, vom Ansteuergerät 17 erzwungenen
Spannungsverlauf (Informations-Signal-Sequenz) in Form der aufbereiteten
Phase L' übermittelt wird.
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Bevor
auf die Erzeugung und Auswertung des Spannungsverlaufs näher
eingegangen wird, soll zunächst die grundlegende Idee der
vorgeschlagenen Informationsübertragung beschrieben werden. Ein
allgemein bekannter Dimmer stellt an seinem Ausgang üblicherweise
eine Phasenan- oder Phasenabschnittspannung für die angeschlossenen
Verbraucher zur Verfügung. Je nach Phasenwinkel stellt sich
eine mehr oder weniger große Helligkeit an der angeschlossenen
Leuchte ein. Der vorgeschlagene „spezielle Dimmer”,
d. h. das Ansteuergerät 17, lässt die
speisende Sinusspannung im Unterschied hierzu zum größten
Teil der Zeit völlig unbeeinflusst passieren. Nur zur Änderung
von Helligkeit und/oder Lichtfarbe der Leuchten, d. h. bei entsprechender
Betätigung des Ansteuergerätes 17 durch
den Bediener, beeinflusst das Ansteuergerät 17 während
einer kurzen definierten Zeitspanne die Spannung auf seiner Ausgangsseite,
wodurch die aufbereitete Phase L' (mit einer Adressierungs-Signal-Sequenz
und einer Informations-Signal-Sequenz) erzeugt wird. Die angeschlossenen
Leuchten 1, 13, 14 können diese Phasen-Beeinflussung
mittels ihrer Steuerbausteine 4 detektieren und über
die entsprechend angesteuerten Leistungsbausteine in die entsprechende
gewünschte Helligkeit und/oder Lichtfarbe umsetzen.
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Zur
Synchronisation („Achtung, ab jetzt wird nicht nur Energie,
sondern zusätzlich auch Information übertragen”)
sperrt das Ansteuergerät 17 eine komplette Vollwelle
der Netzspannung U – siehe das Synchronisationssignal Tsync in den nachfolgenden Figuren. Die Ladekondensatoren
der Netzteile 3 in den angeschlossenen Leuchten 1, 13, 14 sind
derart dimensioniert, dass sie diese Spannungsschwankung zeitlich überbrücken
können, ohne dass dabei der Anwender eine Störung
bemerken würde. Der Steuerbaustein 4 jedoch erkennt
dieses Synchronisationssignal Tsync und
startet eine Auswerteroutine, welche die folgenden Vollwellen der
Netzspannung U auswertet.
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Das
Ansteuergerät 17 erzeugt nun durch Beeinflussung
der Netzspannung U respektive der aufbereiteten Phase L' zur Einstellung/Beaufschlagung einer
einzelnen, bestimmten Leuchte eine Sequenz von Signalen, bei der
die Anzahl der Vollwellen nach dem Synchronisationssignal Tsync der entsprechend eingestellten Leuchten-Nummer
respektive der Leuchten-Adresse entspricht. Diese Adressierungs-Signal-Sequenz
(Synchronisationssignal Tsync + eine oder
zwei oder drei usw. Vollwellen) wird über die aufbereitete
Phase L' übertragen. Eine Adressierung der Leuchten kann
z. B. wie folgt erfolgen:
- • ein Zeitschlitz
TA1 für die Adressierung der ersten Leuchte 1 entspricht
der Signal-Sequenz „eine Vollwelle” nach Auftreten
Synchronisationssignal Tsync und ist der
ersten Leuchte 1 zugeordnet,
- • ein Zeitschlitz TA2 für
die Adressierung der zweiten Leuchte 13 entspricht der
Signal-Sequenz „zwei Vollwellen” nach Auftreten
Synchronisationssignal Tsync und ist der
zweiten Leuchte 13 zugeordnet
- • ein Zeitschlitz TA3 für
die Adressierung der dritten Leuchte 14 entspricht der
Signal-Sequenz „drei Vollwellen” nach Auftreten
Synchronisationssignal Tsync und ist der
dritten Leuchte 14 zugeordnet usw.
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Im
betrachteten Ausführungsbeispiel wird der Codierschalter 12 der
ersten Leuchte 1 demnach auf die Adressierungs-Signal-Sequenz „eine
Vollwelle” nach dem Auftreten des Synchronisationssignals, der
Codierschalter 12 der zweiten Leuchte 13 demnach
auf die Adressierungs-Signal-Sequenz „zwei Vollwellen” nach
dem Auftreten des Synchronisationssignals und der Codierschalter 12 der
dritten Leuchte 14 demnach auf die Adressierungs-Signal-Sequenz „drei
Vollwellen” nach dem Auftreten des Synchronisationssignals
eingestellt. Beim Ansteuergerät 17 sind diese
unterschiedlichen Zeitschlitze TA1, TA2, TA3 usw. für
die Adressierung von unterschiedlicher Leuchten fest abgespeichert.
Die Zuweisung der einzelnen Leuchten zu den unterschiedlichen Adressierungs-Signal-Sequenzen
- • mit Zeitschlitz TA1 entsprechend
Leuchten-Adresse respektive Leuchten-Nummer I,
- • mit Zeitschlitz TA2 entsprechend
Leuchten-Adresse II respektive Leuchten-Nummer II,
- • mit Zeitschlitz TA3 entsprechend
Leuchten-Adresse III respektive Leuchten-Nummer III
- • usw.
erfolgt durch entsprechendes Einstellen
des Codierschalters 12 einer jeden Leuchte.
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Unmittelbar
nach Erzeugung der Adressierungs-Signal-Sequenzen beeinflusst das
Ansteuergerät 17 die Netzspannung U respektive
aufbereitete Phase L' in Abhängigkeit einer durch den Bediener eingestellten
Helligkeit und/oder Lichtfarbe derart in Form von Informations-Signal-Sequenzen,
dass die angeschlossenen Leuchten die Informationen für
ihre geforderte Helligkeit und/oder geforderte Lichtfarbe aus dem zeitlichen,
vom Ansteuergerät erzwungen Spannungsverlauf detektieren
und einstellen können.
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Um
das Ende der Adressierungs-Signal-Sequenzen feststellen zu können,
muss der nun folgende Phasenwinkel kleiner 100% sein, um nicht mit
einer erneuten Vollwelle die nächste Leuchte anzuwählen.
Beispielsweise folgt der Adressierungs-Signal-Sequenz der Phasenwinkel
für das rote Leuchtmittel immer mit 50%. dies zeigt dem
Bediener, welche Leuchte er angewählt hat.
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Das
Ansteuergerät 17 stellt nun in den der Adressierungs-Signal-Sequenz
folgenden fünf Vollwellen über eine kurzzeitige
Beeinflussung des Phasenwinkels die Information für die
Helligkeit der drei Lichtfarben zur Verfügung, und zwar
z. B. derart, dass
- • der Phasenwinkel
der ersten, einen Kommunikations-Zeitschlitz TR darstellenden
Informations-Netzwelle die gewünschte Helligkeit der roten Lichtfarbe
respektive des roten Leuchtmittels (LED) 9 angibt,
- • der Phasenwinkel der dritten, einen Kommunikations-Zeitschlitz
TG darstellenden Informations-Netzwelle
die gewünschte Helligkeit der grünen Lichtfarbe
respektive des grünen Leuchtmittels (LED) 10 angibt,
- • der Phasenwinkel der fünften, einen Kommunikations-Zeitschlitz
TB darstellenden Informations-Netzwelle
die gewünschte Helligkeit der blauen Lichtfarbe respektive
des blauen Leuchtmittels (LED) 11 angibt.
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Um
ein zu starkes Absinken der Spannung der Ladekondensatoren der Netzteile 3 während
der einzelnen Kommunikations-Zeitschlitze TR,
TG, TB zu verhindern,
kann – jedoch muss nicht – seitens des Ansteuergerätes 17 zwischen
den Kommunikations-Zeitschlitze TR, TG, TB jeweils eine
zusätzliche Vollwelle W eingeschoben werden, d. h. zwischen den
beiden Kommunikations-Zeitschlitzen TR und
TG und zwischen den beiden Kommunikations-Zeitschlitzen
TG und TB, was durch
die Auswerteeinheit des Steuerbausteins 4 jeweils berücksichtigen
wird. Diese Maßnahme ist bei höheren LED-Leistungen oder
bei Einsatz relativ kleiner Ladekondensatoren der Netzteile empfehlenswert,
jedoch nicht zwingend. Diese eingeschobenen Vollwellen W dienen
lediglich vorteilhaft zum Nachladen der Ladekondensatoren der Netzteile.
Ohne derartige zusätzliche Vollwellen ergibt sich für
die Informations-Signal-Sequenzen:
- • der
Phasenwinkel der ersten, einen Kommunikations-Zeitschlitz TR darstellenden Informations-Netzwelle gibt
die gewünschte Helligkeit der roten Lichtfarbe respektive
des roten Leuchtmittels (LED) 9 an,
- • der Phasenwinkel der zweiten, einen Kommunikations-Zeitschlitz
TG darstellenden Informations-Netzwelle
gibt die gewünschte Helligkeit der grünen Lichtfarbe
respektive des grünen Leuchtmittels (LED) 10 an,
- • der Phasenwinkel der dritten, einen Kommunikations-Zeitschlitz
TB darstellenden Informations-Netzwelle
gibt die gewünschte Helligkeit der blauen Lichtfarbe respektive
des blauen Leuchtmittels (LED) 11 an.
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Die
Auswertung des vom Steuerbaustein 4 detektierten Phasenwinkels
kann z. B. durch Auswertung der während der Informations-Netzwelle
auftretenden Stromflusszeit erfolgen, wozu z. B. definiert wird,
- • dass 1 ms Stromflusszeit dem Zustand
AUS respektive 0% Ansteuerung des relevanten Transistors entspricht,
- • dass 10 ms Stromflusszeit dem Zustand EIN respektive
100% Ansteuerung des relevanten Transistors entspricht,
- • dass bei Stromflusszeiten zwischen 1 ms und 10 ms
der entsprechende lineare Zwischenwert für die Ansteuerung
gewählt wird, d. h. 5 ms würden danach als 50%
Ansteuerung zu interpretieren sein.
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Selbstverständlich
sind in diesem Zusammenhang alternativ auch andere Festlegungen
realisierbar. Wichtig ist, dass die über den Phasenwinkel respektive
die Stromflusszeit detektierte gewünschten Helligkeit jeweils
für die einzelnen Leuchtmittel (LEDs) im jeweiligen Steuerbaustein
abgespeichert und solange für die Ansteuerung der einzelnen Leuchtmittel
(LEDs) herangezogen wird, bis eine erneute Einstellung durch das
Ansteuergerät 17 erfolgt und damit erneut Informations-Netzwellen
erzeugt werden. Zur Erhöhung der Redundanz ist auch eine Wiederholung
der Informationsübertragung möglich, indem die
Informations-Netzwellen einfach oder mehrfach wiederholt werden.
Danach wird die Spannung wieder völlig unbeeinflusst bis
zur nächsten gewünschten Änderung von
Helligkeit und/oder Lichtfarbe der Leuchten vom Ansteuergerät 17 vorgegeben.
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Zum
Ausschalten der Leuchten sperrt das Ansteuergerät 17 seine
Ausgangsspannung L' komplett, was den Vorteil hat, dass bei ausgeschalteten Leuchten
keinerlei Stand-by-Verluste in der Leuchten entstehen.
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Beim
Einschalten der Leuchten durch entsprechende Betätigung
des Ansteuergerätes 17 werden zweckmäßig
die beim letzten Ausschalten eingestellten Werte für die
Helligkeit und die Lichtfarbe der Leuchten von den Steuerbausteinen übernommen und
mittels der Leistungsbausteine eingestellt.
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In 2 sind
zur weiteren Erläuterung im oberen Abschnitt der nicht
aufbereitete und im unteren Abschnitt der vom Ansteuergerät 17 aufbereitete Phasenverlauf
bei einem Ansteuerungs-Beispiel für die erste Leuchte 1 mit „rote
LED AUS/grüne LED 50% Ansteuerung/blaue LED AUS” dargestellt.
Die Adressierungs-Signal-Sequenz beträgt Tsync +
TA1. Die Informations-Signal-Sequenz beträgt
TR + TW + TG + TW + TB (dies gilt für alle 2–5).
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Für
alle 2–5 gilt:
- U(L)
- = Phasenverlauf der
Netzspannung respektive der Phase L
- U(L')
- = Phasenverlauf der
aufbereiteten Phase L'
- t
- = Zeit
- Tsync
- = Zeitschlitz für
Synchronisationssignal
- TA1
- = Zeitschlitz für
die Adressierung der ersten Leuchte
- TA2
- = Zeitschlitz für
die Adressierung der zweiten Leuchte
- TA3
- = Zeitschlitz für
die Adressierung der dritten Leuchte
- TR
- = Kommunikations-Zeitschlitz
für die rote Lichtfarbe respektive rote LED
- TG
- = Kommunikations-Zeitschlitz
für die grüne Lichtfarbe respektive grüne
LED
- TB
- = Kommunikations-Zeitschlitz
für die blaue Lichtfarbe respektive blaue LED
- TW
- Zeitschlitz für
zusätzliche Vollwelle
- R
- = Helligkeits-Informationssignal
für die rote Lichtfarbe respektive rote LED
- G
- = Helligkeits-Informationssignal
für die grüne Lichtfarbe respektive grüne
LED
- B
- = Helligkeits-Informationssignal
für die blaue Lichtfarbe respektive blaue LED
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In 3 ist
der Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel für die
zweite Leuchte mit „rote LED AUS/grüne LED 50%
Ansteuerung/blaue LED AUS” dargestellt. Die Adressierungs-Signal-Sequenz beträgt
Tsync + TA2 Es gelten
die unter 2 erläuterten Festlegungen.
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In 4 ist
der Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel für die
dritte Leuchte mit „rote LED 50% Ansteuerung/grüne
LED AUS/blaue LED AUS” dargestellt. Die Adressierungs-Signal-Sequenz beträgt
Tsync + TA3. Es
gelten wiederum die unter 2 erläuterten
Festlegungen.
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Das
Ansteuergerät ist sinnvoller Weise mit einem Inkrementalgeber
versehen und weist einen Steuerhebel auf, wobei die in der eingangs
erwähnten
EP
1 575 341 B1 erläuterten Möglichkeiten
mit Kippen/Drehen/Drücken des Steuerhebels eingesetzt werden
können, z. B.
- • Steuerhebel
kann gedreht werden,
- • Steuerhebel kann in unterschiedliche Positionen gekippt
werden,
- • Steuerhebel kann kurz gedrückt oder während einer
längeren Zeitspanne in einer bestimmten Stellung gehalten
werden.
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Die
Beaufschlagung des Ansteuergerätes 17 kann zur
Anwahl und Einstellung der Leuchten wie folgt ablaufen:
- • Durch langes Drücken des Steuerhebels (z.
B. drei Sekunden lang) wird das Ansteuergerät 17 zunächst
in den Adressiermodus versetzt. Das Ansteuergerät 17 sendet
Signal-Sequenzen ab, welche alle angeschlossenen Leuchten 1, 13, 14 in
den AUS-Zustand versetzen.
- • Der Steuerhebel wird nach rechts gedreht (Step 1),
worauf das Ansteuergerät 17 eine Adressierungs-Signal-Sequenz
mit Zeitschlitz TA1 für die Adressierung
der ersten Leuchte 1 sowie eine Informations-Signal-Sequenz
abgibt, wie sie z. B. der Informations-Signal-Sequenz gemäß 2 entspricht,
d. h. mindestens eine LED 9 oder 10 oder 11 wird
mit 50% Ansteuerung betrieben. Dies zeigt dem Bediener die angewählte
(aktivierte) Leuchte 1 an.
- • Zur Einstellung der nun angewählten ersten Leuchte 1 wird
der Steuerhebel kurz gedrückt. Nun folgt die Vorgabe der
in den einzelnen Kommunikations-Zeitschlitzen TR,
TG, TB zu übertragenden
Phasenwinkel in Form einer entsprechenden Informations-Signal-Sequenz,
um derart Helligkeit und Lichtfarbe einzustellen. Es erfolgt eine Abspeicherung
der übertragenen Werte im Speicher des Steuerbausteins 4.
Nach beendigter Einstellung wird der Steuerhebel abermals kurz gedrückt.
- • Der Steuerhebel wird nach rechts gedreht (Step 2),
worauf das Ansteuergerät 17 eine Adressierungs-Signal-Sequenz
mit Zeitschlitz TA2 für die Adressierung
der zweiten Leuchte 13 sowie eine Informations-Signal-Sequenz
abgibt, wie sie z. B. der Informations-Signal-Sequenz gemäß 3 entspricht,
d. h. mindestens eine LED 9 oder 10 oder 11 wird
mit 50% Ansteuerung betrieben. Dies zeigt dem Bediener die angewählte
(aktivierte) Leuchte 13 an.
- • Zur Einstellung der nun angewählten zweiten Leuchte 13 wird
der Steuerhebel kurz gedrückt. Nun folgt die Vorgabe der
in den einzelnen Kommunikations-Zeitschlitzen TR,
TG, TB zu übertragenden
Phasenwinkel in Form einer entsprechenden Informations-Signal-Sequenz,
um derart Helligkeit und Lichtfarbe einzustellen. Es erfolgt eine Abspeicherung
der übertragenen Werte im Speicher des Steuerbausteins 4.
Nach beendigter Einstellung wird der Steuerhebel abermals kurz gedrückt.
- • Soll eine Leuchte, z. B. Leuchte 13, nicht
eingestellt werden, sondern den AUS-Zustand oder den zuletzt eingestellten
Zustand beibehalten, so kann durch weiteres Drehen (Step 3) des
Steuerhebels auch sofort die nächste, hier dritte Leuchte 14 angewählt
werden.
- • Auf diese Weise wird nach und nach jeder Leuchte
ein gewünschter individueller Zustand bezüglich
Helligkeit und Lichtfarbe zugewiesen und im Speicher des Steuerbausteins 4 abgespeichert.
Leuchten mit gleich eingestellten Codierschaltern verhalten sich
dabei gleich, d. h. werden mit gleicher Helligkeit und Lichtfarbe
betrieben.
- • Durch langes Drücken des Steuerhebels wird
die Einstellung beendet.
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Das
gemeinsame Einschalten aller an das Ansteuergerät 17 angeschlossenen
Leuchten 1, 13, 14 erfolgt durch kurzes
Drücken des Steuerhebels des Ansteuergeräts. Das
Ansteuergerät 17 schaltet die Phase L respektive
L' durch (Versorgungsspannung L', N). Jede Leuchte 1, 13, 14 leuchtet
mit der im Speicher des Steuerbausteins 4 abgespeicherten eingestellten
Helligkeit und Lichtfarbe. Das gemeinsame Ausschalten aller Leuchten 1, 13, 14 erfolgt ebenfalls
durch kurzes Drücken des Steuerhebels. Das Ansteuergerät 17 schaltet
die Phase L ab.
-
Andere
Bedienfolgen zur Erzeugung der Sequenzen im Ansteuergerät 17 sind
selbstverständlich möglich.
-
Vorstehend
wird stets angenommen, dass die Leuchten 1, 13, 14 mehrere
LEDs unterschiedlicher Farbe aufweisen. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf diesen speziellen Anwendungsfall beschränkt, sondern
kann auch bei einfarbigen Leuchten eingesetzt werden, welche ein
Leuchtmittel oder mehrere Leuchtmittel (eine LED oder mehrere LEDs)
einer Farbe, insbesondere der Farbe weiß aufweisen. In 6 ist
für diesen Anwendungsfall ein schematisches Schaltbild
einer nur LEDs einer einzigen Farbe (insbesondere weiß)
aufweisenden Leuchte 19 dargestellt, bestehend aus den
beiden Hauptkomponenten
- • Unterputz-Einsatz 20 mit
einem Netzteil 21 (AC/DC-Konverter) inklusive Ladekondensator, Steuerbaustein 22 inklusive
Auswerteinheit und Speicher, Codierschalter 23 und Transistor 24 (Halbleiterschalter)
sowie
- • LED-Modul 24 mit drei weißen, in
Serie geschalteten LEDs 26, 27, 28 (selbstverständlich
kann alternativ lediglich eine einzige LED oder eine größere
Anzahl LEDs vorgesehen sein),
wobei diese beiden Hauptkomponenten über
zueinander korrespondierende Steckkontakte lösbar miteinander
verbunden sind. Die Installation, d. h. die elektrische Verbindung
zwischen Ansteuergerät 17 und Leuchte 19 über
aufbereitete Phase L' und Nulleiter N ist unverändert zu
der vorstehend erläuterten Konfiguration. Optional kann
wiederum die Auswerteschaltung 29 eingangsseitig an L'
und N und ausgangsseitig an den Steuerbaustein 22 angeschlossen
sein.
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Der
mit der Basis des Transistors 24 verbundene Steuerbaustein 23 empfängt
wiederum die aufbereitete Phase L'. Dabei kann das unter den 1–5 eingesetzte
Ansteuergerät 17 auch für diese Ausführungsform
verwendet werden, was den Vorteil hat, dass mit einem Ansteuergerät 17 sowohl einfarbige
Leuchten als auch als (mehrfarbige) RGB-LED-Leuchten ausgebildete
Leuchten angesteuert werden können.
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Falls
bei einer Leuchte mehr als ein Leuchtmittel (LED) von jeweils gleicher
Farbe vorgesehen ist, werden diese Leuchtmittel vorzugsweise in
Reihe geschaltet, so dass das Netzteil 21 nur einen Transistor-Ausgang
benötigt, wie auch in 6 gezeigt. Nach
Detektion/Identifizierung der Leuchten-Adresse beachtet der Steuerbaustein 22 dann
nur die der Leuchten-Adresse nachfolgende Informations-Netzwelle,
d. h. den Kommunikations-Zeitschlitz TR,
während die Informationen der folgenden Informations-Netzwellen
ignoriert werden. Der Phasenwinkel der ersten Informations-Netzwelle
nach der Leuchten-Adresse gibt demnach das gewünschte Helligkeits-Informationssignal
des Leuchtmittels (LED) 26, 27, 28 an.
Dementsprechend erfolgt die Ansteuerung des Transistors 24 über
die Pulsweitenmodulation, wie auch vorstehend erläutert.
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5 zeigt
hierzu den Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel für
die erste Leuchte mit „rote LED 50% Ansteuerung/grüne
LED AUS/blaue LED AUS”. Während die im Zeitschlitz
TR übertragene Information für
die Ansteuerung des Transistors 24 herangezogen wird, werden
die in den Zeitschlitzen TG und TB übertragenen Informationen ignoriert.
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In 7 ist
ein schematisches Schaltbild einer Leuchte mit Einsatz potenzialfreier
Phasendetektion dargestellt, wobei auf die Ausführungsform
gemäß 6 Bezug genommen wird. Beispielhaft
für eine Auswerteschaltung 29 zur Erkennung der
Größe des Phasenwinkels ist ein Optokoppler 30 mit
in Serie liegendem Vorwiderstand 31 primärseitig
zwischen der aufbereiteten Phase L' und den Nulleiter N geschaltet.
Sekundärseitig ist der Optokoppler 30 zwischen
den negativen Ausgang des Netzteils 21 und den für
die Phasendetektion bestimmten Eingang des Steuerbausteins 22 geschaltet.
Selbstverständlich ist diese Weiterbildung auch beim Ausführungsbeispiel
gemäß 1 in analoger Weise für
die Auswerteschaltung 29 einsetzbar.
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Wie
die vorstehenden Erläuterungen zeigen, ist die einstellbare
Leistung vom Ansteuergerät abhängig und nicht
von den Leuchten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erste
Leuchte (RGB-LED-Leuchte)
- 2
- Unterputz-Einsatz
- 3
- Netzteil
(AC/DC-Konverter) inklusive Ladekondensator
- 4
- Steuerbaustein
inklusive Auswerteeinheit und Speicher
- 5
- Transistor
(Halbleiterschalter) für das rote Leuchtmittel (LED)
- 6
- Transistor
(Halbleiterschalter) für das grüne Leuchtmittel
(LED)
- 7
- Transistor
(Halbleiterschalter) für das blaue Leuchtmittel (LED)
- 8
- LED-Modul
(über Steckkontakte aufsteckbar)
- 9
- rotes
Leuchtmittel (LED)
- 10
- grünes
Leuchtmittel (LED)
- 11
- blaues
Leuchtmittel (LED)
- 12
- Codierschalter
- 13
- zweite
Leuchte (RGB-LED-Leuchte)
- 14
- dritte
Leuchte (RGB-LED-Leuchte)
- 15
- Wechselspannungsnetz
- 16
-
- 17
- Ansteuergerät
- 18
-
- 19
- Leuchte
(LED-Leuchte)
- 20
- Unterputz-Einsatz
- 21
- Netzteil
(AC/DC-Konverter) inklusive Ladekondensator
- 22
- Steuerbaustein
inklusive Auswerteeinheit und Speicher
- 23
- Codierschalter
- 24
- Transistor
(Halbleiterschalter) für das weiße Leuchtmittel
(LED)
- 25
- LED-Modul
(über Steckkontakte aufsteckbar)
- 26
- weißes
Leuchtmittel (LED)
- 27
- weißes
Leuchtmittel (LED)
- 28
- weißes
Leuchtmittel (LED)
- 29
- Auswerteschaltung
- 30
- Optokoppler
- 31
- Vorwiderstand
- B
- Helligkeits-Informationssignal
für die blaue Lichtfarbe respektive das blaue Leuchtmittel
(LED)
- G
- Helligkeits-Informationssignal
für die grüne Lichtfarbe respektive das grüne
Leuchtmittel (LED)
- I,
II, III
- Leuchten-Nummer
respektive Leuchten-Adresse
- L
- Phase
- L'
- aufbereitete
Phase = Ausgangsspannung des Ansteuergerätes = Eingangsspannung
der Leuchte
- N
- Nullleiter
- R
- Helligkeits-Informationssignal
für die rote Lichtfarbe respektive das rote Leuchtmittel (LED)
- TA1
- Zeitschlitz
für die Adressierung der ersten Leuchte entsprechend Leuchten-Adresse
I respektive Leuchten-Nummer I
- TA2
- Zeitschlitz
für die Adressierung der zweiten Leuchte entsprechend Leuchten-Adresse
II respektive Leuchten-Nummer II
- TA3
- Zeitschlitz
für die Adressierung der dritten Leuchte entsprechend Leuchten-Adresse III
respektive Leuchten-Nummer III
- TG
- Kommunikations-Zeitschlitz
für das Informationssignal für die grüne
Lichtfarbe respektive das grüne Leuchtmittel (LED)
- TB
- Kommunikations-Zeitschlitz
für das Informationssignal für die blaue Lichtfarbe
respektive das blaue Leuchtmittel (LED)
- TR
- Kommunikations-Zeitschlitz
für das Informationssignal für die rote Lichtfarbe
respektive das rote Leuchtmittel (LED)
- TW
- Zeitschlitz
für zusätzliche Vollwelle
- Tsync
- Zeitschlitz
für Synchronisationssignal
- t
- Zeit
- U
- Netzspannung
- W
- zusätzliche
Vollwelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1575341
B1 [0002, 0049]