DE4239448A1 - Schaltungsanordnung zum Steuern einer Mehrzahl von Verbrauchern, insbesondere Vorschaltgeräten für Gasentladungslampen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer Mehrzahl von Verbrauchern wie beispielsweise Lampen. Insbesondere bei der Verwendung von Gasentladungslampen benötigt jede dieser Lampen ein eigenes Vorschaltgerät, um der Gasentladungslampe die jeweils notwendige Zünd- bzw. Betriebsspannung zuführen zu können. Bei der Verwendung einer Vielzahl solcher Gasentladungslampen bietet es sich an, die jeweiligen Vorschaltgeräte von einer zentralen Steuereinheit aus über eine Datenleitung zentral anzusteuern.

Aus der EP 0 490 329 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Steuern der Helligkeit und des Betriebsverhaltens von Gasentladungslampen bekannt. Hierbei steuert eine zentrale Steuereinheit über eine Datenleitung eine Vielzahl von Vorschaltgeräten für Gasentladungslampen. Ein jedes Vorschaltgerät ist über eine Kopplungseinheit mit der Datenleitung verbunden. Dabei werden von der Datenleitung Daten über eine Kondensatorschaltung oder mittels eines Übertragers an das jeweilige Vorschaltgerät übertragen. Sollen Rückmeldesignale von dem Vorschaltgerät zu der zentralen Steuereinheit übermittelt werden, so ist dann, wenn keine Daten auf der Datenleitung vorliegen, ein Einkoppeln dieser Signale von dem Vorschaltgerät in die Datenleitung über die gleiche Kopplungseinheit möglich. Mit dieser bekannten Schaltungsanordnung ist es zwar möglich, mittels entsprechender Steuersignale das Vorschaltgerät in einen Ruhezustand zu bringen, in dem es nur einen verminderten Stromverbrauch aufweist; jedoch bleibt der Empfangszweig der Kopplungseinheit auch im Ruhezustand vollständig aktiviert, wodurch die Datenleitung auch dann belastet wird, wenn keine Signale auf der Datenleitung vorliegen. Dies führt insbesondere dann, wenn eine große Anzahl von Verbrauchern verwendet wird, zu einem erheblichen Stromverbrauch in der zentralen Steuereinheit.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer Mehrzahl von Verbrauchern der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß stets ein sicherer Betrieb bei minimalem Stromverbrauch gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst. Demnach weist die Kopplungseinheit einen Empfangszweig zur Übertragung von Steuerinformationen von der zentralen Steuereinheit an den der Kopplungseinheit zugeordneten Verbraucher sowie einen Sendezweig zur Übertragung von Rückmeldeinformationen von dem Verbraucher an die zentrale Steuereinheit auf. Weiterhin ist vorgesehen, daß der Empfangszweig bei Nichtsendebetrieb der zentralen Steuereinheit inaktiv ist, wobei der Sendezweig aktiv bleibt. Da der Empfangszweig im Vergleich zum Sendezweig einen erheblich höheren Stromverbrauch aufweist, ist somit erreicht, daß der Stromverbrauch in der Kopplungseinheit auf ein absolutes Minimum reduziert ist. Weiterhin ist dadurch, daß der Empfangszweig auch im inaktiven Zustand auf ein Vorliegen von Signalen auf der Datenleitung selbsttätig anspricht, stets ein sicherer Betrieb der Schaltungsanordnung gewährleistet.

Gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß die Verbraucher und die zentrale Steuereinheit an einer gemeinsamen Datenleitung angeschlossen sind, wodurch der Schaltungsaufwand zum Anschließen der Verbraucher an die zentrale Steuereinheit minimiert ist. Da die Verbraucher von der Datenleitung in den jeweiligen Kopplungseinheiten galvanisch getrennt sind, ist ein unerwünschtes Auftreten von Ausgleichsströmen vermieden, wobei die Verwendung eines Optokopplers die Übertragung rechteckförmiger Signale ermöglicht, ohne hierfür Übertrager einsetzen zu müssen, die in der Anschaffung erheblich teurer sind.

Gemäß der Ansprüche 5 bis 8 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, daß die zentrale Steuereinheit dann, wenn sie keine Datensignale auf die Datenleitung ausgibt ein Signal ausgibt, dessen Spannungspegel von dem Spannungspegel der Datensignale verschieden ist. Somit wird der Kopplungseinrichtung signalisiert, daß die zentrale Steuereinrichtung sich jetzt nicht mehr im Sende- sondern im Empfangszustand befindet, wodurch es auf einfache Weise ermöglicht ist, mittels einer Schalteinrichtung, beispielsweise mit einer Zener-Diode, in der Kopplungseinheit den Empfangszweig inaktiv zu schalten.

Gemäß der Ansprüche 9 bis 11 ist eine vorteilhafte Weiterbildung dadurch gegeben, daß der Stromverbrauch in der Kopplungseinrichtung, beispielsweise durch eine mit einem MOS-Feldeffekttransistor gebildete Konstantstromquelle, überwacht wird, so daß bei einer Fehlbeschaltung oder bei einem defekten Bauelement eine weitere Beschädigung der Schaltungsanordnung vermieden wird.

Schließlich liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß der Ansprüche 12 und 13 darin, daß die Kopplungseinheit einen Verpolungsschutz aufweist, der beispielsweise mit einer Gleichrichter-Brückenschaltung gebildet ist. Auf diese Weise ist das Anschließen der Kopplungseinheit an die Datenleitung vereinfacht und gleichzeitig eine Beschädigung der Kopplungseinheit bzw. des Verbrauchers Fehlbeschaltung geschützt. Die Gleichrichter-Brückenschaltung bringt insbesondere in Verbindung mit den Optokopplern den Vorteil mit sich, daß die Kopplungseinheit Rechtecksignale weitgehend verzerrungsfrei übertragen kann.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein Schaltbild zu einem ersten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung und

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Schaltbild zu einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild dargestellt, bei dem eine zentrale Steuereinheit 5 mit einer Datenleitung 1 verbunden ist. Weiterhin sind an der Datenleitung 1 mehrere Kopplungseinheiten 3 angeschlossen, die die Datenleitung an die Verbraucher 4 ankoppeln. Die von der zentralen Steuereinheit auf die Datenleitung ausgegebenen Signale liegen somit zugleich an den Eingängen aller Verbraucher 4 an. Somit ist es notwendig, wenn einzelne Verbraucher angesteuert werden sollen, die Datensignale verbraucherspezifisch zu codieren. Zur Datenweiterleitung von der Datenleitung zu dem Verbraucher ist die Kopplungseinheit mit dem Verbraucher über eine zum Verbraucher gerichtete Leitung verbunden. Analog besteht zur Datenübertragung vom Verbraucher zur Datenleitung eine zur Kopplungseinheit gerichtete Leitung.

In Fig. 2 ist ein Schaltbild zu einem ersten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung dargestellt. Die zentrale Steuereinheit 5 ist mit ihren Anschlüssen mit der Datenleitung 1 verbunden, wobei die zentrale Steuereinheit 5 einen Signalgenerator aufweist, der rechteckförmige Datensignale erzeugt, die in diesem Fall einen Spitzenpegel von 12 V aufweisen. Weiterhin ist ein Gleichspannungsgenerator DC mit einem Innenwiderstand R1 vorgesehen, der eine Gleichspannung von 4 V ausgibt. Beide Generatoren erzeugen ihre Signale gegenüber einem gemeinsamen Massepotential, an das auch der eine der beiden Anschlüsse der Datenleitung angeschlossen ist. Ein Schalter S ist mit seinem festen Anschluß an den zweiten Anschluß der Datenleitung angeschlossen und ist mit seinem beweglichen Anschluß mit einem Ausgang eines der beiden Generatoren verbunden.

Am anderen Ende der Datenleitung ist ein elektronisches Vorschaltgerät EVO für eine Gasentladungslampe mit seiner Kopplungseinheit 3 angekoppelt. An der Schnittstelle zwischen der Datenleitung 1 und dem elektronischen Vorschaltgerät EVG befindet sich geräteseitig, d. h. in der Kopplungseinheit 3, zunächst eine Gleichrichter- Brückenschaltung BR. Die Wechselspannungsanschlüsse ∼ der Brückenschaltung BR sind mit der Schnittstelle verbunden, während die Anschlüsse +/- mit den nachfolgenden Bauelementen der Kopplungseinheit verbunden sind. An den Plus- Anschluß der Brückenschaltung BR ist ein selbstleitender MOS-Feldeffekttransistor V3 mit seinem Drain-Anschluß verbunden. Zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source- Anschluß ist ein Widerstand R3 parallel geschaltet und eine Zener-Diode ZD ist mit ihrem Kathoden-Anschluß an den Gate-Anschluß des MOS-Feldeffekttransistors V3 angeschlossen. Der Anoden-Anschluß der Zener-Diode ZD ist über einen Widerstand R2 mit dem Anoden-Anschluß eines Optokopplers V2 verbunden. Der Kathoden- Anschluß dieses Optokopplers V2 ist schließlich mit dem Minus-Anschluß der Brückenschaltung BR verbunden. Zwischen dem Anoden-Anschluß und dem Kathoden- Anschluß des Optokopplers V2 befindet sich die Sendediode dieses Optokopplers V2. Parallel zu der Serienschaltung, die aus der Zener-Diode ZD, dem Widerstand R2 und der Sendediode des Optokopplers V2 besteht, ist eine Serienschaltung, die aus einem Widerstand R1 und dem Empfangstransistor eines weiteren Optokopplers V1 besteht, geschaltet. Auf der Empfangsseite des Optokopplers V2 sind die Anschlüsse des Empfangstransistors mit den Dateneingangsleitungen DS, Gnd einer Steuereinheit 4 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG verbunden, während auf der Sendeseite des Optokopplers V1 die Anschlüsse der Sendediode mit den Anschlüssen der Fehlerrückmeldeleitungen RS, Gnd der Steuereinheit 4 des elektronischen Vorschaltgerätes EVO verbunden sind. Entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel können die jeweiligen Masseleitungen Gnd der Datenleitungen und der Fehlerrückmeldeleitungen zusammengefaßt und als eine gemeinsame Masseleitung Gnd ausgeführt werden.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen Schaltungsanordnung erläutert. Befindet sich die zentrale Steuereinheit 5 im Sendebetrieb, so werden entsprechend den gewünschten Sendedaten von dem Rechtecksignal-Generator Datensignale erzeugt. Diese weisen einen Signalpegel von 12 V auf und werden über den Schalter S auf die Datenleitung 1 geführt. Dadurch, daß Brückenschaltung BR befindet, weist die Polung des Signalgenerators bzw. die Anschlußanordnung der Datenleitung 1 mit der zentralen Steuereinheit bzw. mit dem elektronischen Vorschaltgerät EVG keinerlei Bedeutung auf. Somit werden die von der Kopplungseinheit 3 aufgenommenen Signale stets mit der richtigen Polung zu der Sendediode des Optokopplers V2 geleitet. Hier erfolgt durch eine Umwandlung der elektrischen Signale in Lichtsignale und durch eine empfangsseitige Rückwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale eine galvanische Trennung zwischen der Steuereinheit 4 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG und der Datenleitung 1. Die derart weitergeleiteten Datensignale werden zu den Verarbeitungseinrichtungen der Steuereinheit 4 geführt und dort in bekannter Weise verarbeitet.

Werden von der zentralen Steuereinheit 5 keine Datensignale auf die Datenleitung 1 ausgesendet, so schaltet der Schalter S auf den Gleichspannungsgenerator DC um. Nunmehr liegt auf der Datenleitung 1 ein Gleichspannungssignal mit einem Signalpegel von beispielsweise 4 V an. Somit wird dem elektronischen Vorschaltgerät die Empfangsbereitschaft der zentralen Steuereinheit signalisiert. Durch die Brückenschaltung im Eingang der Kontrolleinheit ist auch die Polung des Gleichspannungsgenerators DC von keiner Bedeutung. Dadurch, daß die Zener-Diode ZD eine Zenerspannung aufweist, deren Wert niedriger als der Signalpegel des Datensignalgenerators und größer als der Pegel des Gleichspannungsgenerators DC ist, nämlich beispielsweise 4,7 V, wird im Empfangsbetrieb der zentralen Steuereinheit 5 der Optokoppler V2 durch die Zener-Diode ZD ausgeschaltet. Die Sendediode des Optokopplers V2 verbraucht somit, wenn sich die zentrale Steuereinheit im Empfangsbetrieb befindet, keine elektrische Energie, die über die Datenleitung 1 zugeführt werden muß. Dadurch, daß sich die Kollektor/Basis-Strecke des Empfangstransistors des Optokopplers V1 in Sperrpolung befindet, wird auf diesem Schaltungszweig auch nur der Sperrstrom des Empfangstransistors des Optokopplers V1 geführt, wodurch solange, wie keine Daten von dem elektronischen Vorschaltgerät auf die Datenleitung ausgegeben werden sollen, auch von dem Optokoppler V1 kein nennenswerter über die Datenleitung zuzuführender Strom verbraucht wird. Sobald ein Signal von der Steuereinheit des elektronischen Vorschaltgerätes EVG über die Rückmeldesignalleitung RS, wie beispielsweise eine Fehlerrückmeldung, an die zentrale Steuereinheit übermittelt werden soll, erfolgt ein Aussenden dieser Signale über die Sendediode des Optokopplers V1. Diese Signale werden in Analogie zu der Datenübertragung im Optokoppler V1 ebenfalls zunächst in optische Signale gewandelt und danach als elektrische Signale rückgewonnen, wodurch auch diese Verbindung zwischen der Steuereinheit 4 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG und der Datenleitung 1 galvanisch getrennt ist. Durch das Empfangen des von der Sendediode des Optokopplers V1 ausgesendeten optischen Signales wird die Leitfähigkeit des Empfangstransistors moduliert. Dadurch, daß in diesem Fall der Empfangstransistor des Optokopplers V1 zumindest teilweise leitend wird, erfolgt eine Belastung des Gleichspannungsgenerators DC in der zentralen Steuereinheit 5. Diese Belastung wird in der zentralen Steuereinheit 5 am Widerstand R1 ermittelt und ausgewertet.

Der Stromverbrauch der Kopplungseinheit 3 wird durch den selbstleitenden MOS- Feldeffekttransistor V3 geregelt. Dieser ist ohne Signal zwischen dem Gate-Anschluß und dem Source-Anschluß von sich aus leitend. Durch einen Strom, der über die Drain/Source-Strecke und somit auch durch den Widerstand R3 fließt, erfolgt ein Spannungsabfall an dem Widerstand R3, der gleichzeitig ein Signal zwischen dem Gate- Anschluß und dem Source-Anschluß hervorruft. Entsprechend dieses Signales erfolgt eine Verminderung der Leitfähigkeit des Transistors V3, wodurch eine Beschränkung der Stromaufnahme der Kopplungseinheit 3 erfolgt. Diese Strombegrenzung dient im wesentlichen als Sicherungseinrichtung, die eine Beschädigung der Bauelemente in der Kopplungseinheit 3 verhindern soll, wenn an die Schnittstelle der Kopplungseinheit 3 eine falsch dimensionierte Signalquelle angeschlossen wird. Der Stromfluß durch den Optokoppler V2 wird durch den Widerstand R2 begrenzt. Da mit dem MOS- Feldeffekttransistor V3 bereits eine Strombegrenzungseinrichtung vorgesehen ist, kann dieser Widerstand R2 an und für sich entfallen. Da einerseits der MOS- Feldeffekttransistor V3 jedoch für die Strombegrenzung sowohl in dem Empfangstransistor des Optokopplers V1 als auch der Sendediode des Optokopplers V2 dient, ist wegen der Bauelementeunterschiede und andererseits wegen einer starken Temperaturabhängigkeit des MOS-Feldeffekttransistors V3 die Verwendung des Widerstandes R2 zu empfehlen. Gleiches gilt in Analogie für den Widerstand R1.

Wie durch die gestrichelte Leitungsführung in Fig. 2 dargestellt, kann eine beliebige Anzahl ähnlicher elektronischer Vorschaltgeräte EVG an die Datenleitung 1 über jeweilige Koppeleinheiten 3 angeschlossen werden, so daß sich eine Anordnung ergibt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Gerade bei der Verwendung von einer Vielzahl solcher elektronischer Vorschaltgeräte zeigt sich der Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung. Ohne das Abschalten der Sendediode des Optokopplers V2 würde der Gleichspannungsgenerator DC ständig mit einem Gleichsignal belastet werden, was bei der Verwendung von vielen Geräten eine unnötig stromstarke Dimensionierung des Gleichspannungsgenerators DC in der zentralen Steuereinheit 5 notwendig machen würde. In der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung erfolgt im Empfangsbetrieb der zentralen Steuereinheit 5 hingegen eine Belastung des Gleichspannungsgenerators nur im Falle einer von einem der elektronischen Vorschaltgeräte EVG kommenden Rückmeldung. Somit kann der Aufwand für die Gleichspannungsquelle DC in der zentralen Steuereinheit 5 minimiert werden, was die Herstellungskosten für eine derartige Anordnung in erheblichem Umfang reduziert.

Die Konstantstromquelle mit dem MOS-Feldeffekttransistor V3 kann, wie in Fig. 3 gezeigt, auch durch andere Schaltungsanordnungen, die Konstantstromquellen bzw. Strombegrenzungseinrichtungen darstellen, ersetzt werden, vorzugsweise durch temperaturstabile Schaltungsanordnungen. Sollte auf die Schutzwirkung dieser Strombegrenzungseinrichtung vollständig verzichtet werden können, so kann die Konstantstromquelle weggelassen werden, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.

Claims (13)

1. Schaltungsanordnung zum Steuern einer Mehrzahl von Verbrauchern (4), insbesondere Vorschaltgeräten für Gasentladungslampen, mit einer zentralen Steuereinheit (5), an die jeder Verbraucher über eine ihm zugeordnete Kopplungseinheit (3) angeschlossen ist, wobei die Kopplungseinheit (3) einen Empfangszweig zur Übertragung von Steuerinformationen von der zentralen Steuereinheit (5) an den der Kopplungseinheit (3) zugeordneten Verbraucher (4) sowie einen Sendezweig zur Übertragung von Rückmeldeinformationen von dem Verbraucher (4) an die zentrale Steuereinheit (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendezweig der Kopplungseinheiten (3) ständig aktiv ist und der Empfangszweig der Kopplungseinheiten (3) bei Nichtsendebetrieb der Steuereinheit (5) inaktiv ist und keinen oder nur einen sehr geringen Ruhestrom verbraucht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinheiten (3) über eine gemeinsame Datenleitung (1) mit der zentralen Steuereinheit (5) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kopplungseinheit (3) sowohl im Empfangszweig als auch im Sendezweig jeweils eine Übertragungseinrichtung aufweist, die die Datenleitung von dem Verbraucher galvanisch trennen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Übertragungseinrichtung mit einem Optokoppler (V1, V2) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinheit (5) entweder einen Sendezustand oder einen Empfangszustand einnehmen kann und eine Ausgabeeinrichtung aufweist, die zumindest ein den Sendezustand der Steuereinheit (5) anzeigendes Signal oder ein den Empfangszustand der Steuereinheit (5) anzeigendes Signal ausgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kopplungseinheit (3) eine Schalteinrichtung aufweist, die den Empfangszweig der Kopplungseinheit (3) in den inaktiven Zustand versetzt, wenn die zentrale Steuereinheit (5) kein den Sendezustand anzeigendes Signal ausgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen vom Spannungspegel der von der Datenleitung kommenden Signale abhängigen Schalter aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter mit einer Zener-Diode (ZD) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kopplungseinheit eine Strombegrenzungseinrichtung vorgesehen ist, die die maximale Stromaufnahme der Kopplungseinheit bestimmt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungseinrichtung mittels einer Konstantstromquelle gebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle einen MOS-Feldeffekttransistor (V3) enthält.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinheit (3) zum Anschluß an die Datenleitung (1) einen Verpolungsschutz aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verpolungsschutz mit einer Gleichrichter-Brückenschaltung (Br) gebildet ist.