DE69203609T2

DE69203609T2 - Dimmersteuerschaltung.

Info

Publication number: DE69203609T2
Application number: DE69203609T
Authority: DE
Inventors: David W Cunningham
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2012-09-15
Also published as: DE69203609D1; EP0603333A1; JPH07501645A; WO1993006700A1; EP0603333B1; US5323088A; CA2116128A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Dimmersteuerschaltungen für Beleuchtungskörper im allgemeinen und Dimmersteuerschaltungen mit Wechselstrom-Netzanschluß und Halbleiterleistungsschaltern im besonderen.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Dimmersteuerschaltungen dieser besonderen Art werden allgemein auf viele Anwendungsgebieten benutzt, beispielsweise beim Theater, beim Fernsehen und für Gebäudebeleuchtungen. Bei derartigen Anwendungsformen ist typischerweise eine Reihenanordnung aus separaten Beleuchtungskörpern enthalten, wobei die Dimmersteuerschaltung die von jeder Lampe oder Lampengruppe ausgehende Lichtstärke unabhängig steuert. Im allgemeinen ist eine kontinuierliche Regelung von voller Stärke bis Null-Stärke vorgesehen.
Ein Beispiel für eine herkömmliche Dimmersteuerschaltung dieser speziellen Art ist in Fig. 1 dargestellt. Sie weist einen Wechselstrom-Netzanschluß 11, eine Dimmerleiste 13 und eine Vielzahl von Beleuchtungskörpern 15a bis 15d auf. Die Stromquelle liefert elektrischen Wechselstrom über eine Doppelleitung 17 an die Dimmerleiste, und die Dimmerleiste richtet steuerbar ausgewählte Wechselstromstärken über Separate zweiadrige Leitungen 19a bis 19d an die verschiedenen Beleuchtungskörper. Die Beleuchtungskörper können mit ihren zugeordneten zweiadrigen Leitungen durch herkömmliche Dreistiftstecker und Steckdosen 21a bis 21d verbunden sein. Die dritten Stifte der Stecker-Steckdosen-Verbindungen sind über Leiter 22a bis 22d geerdet.
Die Dimmerleiste 13 weist separate Schaltungsverknüpfungen 23a bis 23d auf, um den zugeführten elektrischen Strom jeweils gesteuert zu den Beleuchtungskörpern 15a bis 15d zu schalten. Jede Schaltungsverknüpfung weist, in Reihe geschaltet, einen Stromunterbrecher 25, eine Induktionsspule oder Drossel 27 und zwei gegenparallel angeordnete gesteuerte Silizium-Gleichrichter (SCR) 29a und 29b auf. Die SCR werden durch ein geeignetes Steuersignal steuerbar EIN-geschaltet, das auf der Leitung 31a von einer Steuerschaltung 33 geliefert wird, die Teil der Dimmerleiste ist. Jeder SCR wird zu einem gewünschten Zeitpunkt während jeder aufeinanderfolgenden Periode des elektrischen Wechselstroms EIN-geschaltet, um den gewünschten Dimmungsgrad zu liefern. Die Drossel in jeder Schaltungsverknüpfung ist dazu vorgesehen, akustisches und elektrisches Rauschen zu reduzieren, das sonst bei einem raschen Wechsel der elektrischen Stromgröße entstehen könnte. Wie üblich, können die SCR durch einen einzigen Doppelwegthyristor ersetzt werden.
Fig. 2 zeigt mehrere Wellenformdiagramme, die zum Verständnis dessen beitragen, wie jede Schaltungsverknüpfung 23a bis 23d die von ihren zugeordneten Beleuchtungskörpern 15a bis 15d ausgestrahlte Lichtstärke steuert. Diese Intensitätssteuerung erhält man durch Steuerung des Zeitpunktes, zu dem die SCR 29a und 29b während jeder Periode des elektrischen Wechselstroms EIN-geschaltet werden. In Zeile (a) sind zwei Vollperioden des Wechselstromsignals dargestellt, und in Zeile (b) ist das zu den Steuerelektroden der gegenparallelen SCR geschaltete Steuersignal dargestellt. Dieses Steuersignal weist eine Impulsfolge mit einheitlicher Breite auf, wobei jeder Impuls während einer separaten Halbperiode des Wechselstromsignals vorkommt. Jeder Impuls arbeitet so, daß er den jeweils zu diesem Zeitpunkt vorwärts vorgespannten SCR EIN-schaltet. Da an beide SCR dasselbe Steuersignal angelegt wird und die beiden SCR gegenparallel verbunden sind, werden sie wechselweise EIN- geschaltet und wirken zusammen, um einen Strom zu liefern, wie er in Zeile (c) der Fig. 2 dargestellt ist. Der quadratische Mittelwert dieses Impulsstroms steuert die Lichtstärke, die der zugeordnete Beleuchtungskörper ausstrahlen wird.
Bei einer anderen früheren Dimmersteuerschaltung, die im US- Patent 5,004,957 beschrieben ist, weist das Steuersignal nur einen einzigen Impuls für jede Periode des Wechselstromßignals auf. Im Helligkeitsbereich von 0 % bis 50 % wird nur einer der beiden SCR verwendet, im Helligkeitsbereich von 50 % bis 100 % werden jedoch beide SCR verwendet. Dies sorgt wegen der reduzierten Arbeitsfrequenz des Steuersignals für reduziertes akustisches und elektrisches Rauschen.
Es ist ebenfalls bekannt, in Nicht-Dimmerschaltungen Dioden mit einem Beleuchtungskörper in Reihe anzuordnen, um das Anlegen von elektrischem Strom auf nur eine Hälfte einer Standard- Wechselstromwellenform oder eine einzige Gleichstrompolarität zu begrenzen. Ein Beispiel für eine derartige Verwendung einer Diode ist im Deutschen Patent DE 40 05 012 A1 offenbart.
Die herkömmlichen Dimmersteuerschaltungen der oben beschriebenen Art arbeiten im allgemeinen zufriedenstellend bei der Bereitstellung einer kontinuierlichen Regelung der von einer Reihe von Beleuchtungskörpern ausgestrahlten Lichtstärke. Nichtsdestoweniger wird davon ausgegangen, daß diese herkömmlichen Dimmersteuerschaltungen viel zu unwirtschaftlich sind, da sie bedeutend mehr elektrische Bauteile und Stromverbindungsleitungen als nötig erfordern. Es sollte daher verständlich sein, daß ein Bedürfnis nach einer weiter vereinfachten Dimmersteuerschaltung besteht, die zur Steuerung des Lichtausgangs einer Reihe von Beleuchtungskörpern mit einer reduzierte Anzahl von elektrische Bauteilen und Stromverbindungsleitungen dienen kann. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Notwendigkeit.

WESEN DER ERFINDUNG

Diese Erfindung wird von einer Dimmersteuerschaltung für eine Vielzahl von Beleuchtungskörpern verkörpert, die bei der Weiterleitung gewünschter elektrischer Stromstärken von einem Wechselstrom-Netzanschluß zu jedem Beleuchtungskörper effizient arbeitet. Die Schaltung weist eine Vielzahl von Halbleiterleistungsschaltern auf (z. B. gesteuerte Silizium-Gleichrichter oder SCR), die jeweils zwischen die Wechselstromquelle und einen separaten Beleuchtungskörper geschaltet und geeignet sind, elektrischen Strom in nur einer Richtung zu ihrer zugeordneten Lampe zu schalten. Es sind Phasensteuersignalgeneratorvorrichtungen vorgesehen, um eine Vielzahl unabhängiger Steuersignale zu erzeugen, die jeweils an die Steuerelektrode eines separaten Halbleiterleistungsschalters gekoppelt werden, damit dieser Schalter nur während der positiven Halbperioden oder nur während der negativen Halbperioden des elektrischen Wechselstroms eine gewünschte elektrische Stromstärke zu den zugeordneten Beleuchtungskörpern schalten kann. Auf diese Weise wird die Anzahl an Halbleiterleistungsschaltern pro Beleuchtungskörper auf einen einzigen verringert. Zusätzlich zu einer verringerten Anzahl an elektrischen Bauteilen weist die Dimmersteuerschaltung der Erfindung weniger Stromverbindungsleitungen zum Anschluß der Beleuchtungskörper an Strom auf.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Gerätetechnik einer herkömmlichen Dimmerleiste in unveränderter Form verwendet, allerdings die Programmtechnik in ihrer Steuerschaltung verändert, um separat gesteuerte Impulse für die positiven und negativen Halbperioden des an zugeordnete Beleuchtungsvorrichtungspaare angeschlossenen Wechselstroms zu liefern. So werden positive Stromimpulse von ausgewählter Dauer mit negativen Stromimpulsen von unabhängig davon ausgewählter Dauer durchsetzt und über eine gemeinsame Doppelstromleitung an ein zugeordnetes Paar Beleuchtungskörper gekoppelt. Am Standort dieser Beleuchtungskörper koppeln zwei gegeneinander gerichtete Dioden entweder die positiven Stromimpulse oder die negativen Stromimpulse an den entsprechenden Beleuchtungskörper.
In einer alternativen Ausführungsform ist ein separater Halbleiterleistungsschalter so geschaltet, daß jeder Beleuchtungskörper direkt an elektrischen Strom angeschlossen ist, ohne daß es einer zusätzlichen Diode bedarf. Wie bei der ersten Ausführungsform wird der Beleuchtungskörper nur entweder während der positiven Halbperioden oder der negativen Halbperioden des Wechselstroms mit elektrischem Strom versorgt. In diesem Fall sind die Halbleiterleistungsschalter bevorzugt entfernt vom Standort der gesteuerten Beleuchtungskörper angeordnet, und die Drosseln können entweder zentral in der Dimmerleiste selbst oder entfernt im Bereich der Beleuchtungskörper angeordnet sein.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollten aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden, die beispielhaft die Wesensmerkmale der Erfindung darstellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 und 1A sind vereinfachte schematische Blockdiagramme einer herkömmlichen Dimmersteuerschaltung zur Bereitstellung einer unabhängigen Dimmersteuerung für vier separate Beleuchtungskörper;
Fig. 2 ist ein Steuerungsdiagramm zur Darstellung des Wechelstromsignals und eines beispielhaften Steuerimpulssignals sowie des sich daraus ergebenden umgeschalteten Stromsignals für einen Beleuchtungskörper in der Dimmersteuerschaltung nach Fig. 1;
Fig. 3, 3A und 3B sind vereinfachte schematische Blockdiagramme einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dimmersteuerschaltung, wobei diese Ausführungsform die Gerätetechnik einer herkömmlichen Dimmersteuerschaltung, wie diejenige in Fig. 1, verwendet, jedoch nur halb soviele Schaltungsverknüpfungen benötigt, um dieselbe Anzahl an Beleuchtungskörpern zu steuern;
Fig. 4 und 4A sind vereinfachte schematische Blockdiagramme einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dimmersteuerschaltung, wobei die Steuerschaltung und die Halbleiterleistungsschalter bei dieser Ausführungsform entfernt, an oder nahe bei den Standorten der gesteuerten Beleuchtungskörper angeordnet sind;
Fig. 5 ist ein Steuerungsdiagram zur Darstellung verschiedener beispielhafter Signalwellenformen, die in den Dimmersteuerschaltungen gemäß Fig. 3 und 4 vorkommen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 3 ist eine Dimmersteuerschaltung zur Lieferung gesteuerter Wechselstromstärken an eine Vielzahl von entfernten Beleuchtungskörpern, von denen vier mit den Bezugszeichen 35a bis 35d gekennzeichnet sind. Die Dimmersteuerschaltung umfaßt einen Wechelstrom-Netzanschluß 37 und eine Dimmerleiste 39 zur unabhängigen Steuerung der elektrischen Stromstärke, die an jeden dieser Beleuchtungskörper gekoppelt wird und steuert so die von diesen Beleuchtungskörpern ausgestrahlte Lichtstärke. Auf gerätetechnischem Gebiet ist die Dimmerleiste identisch mit der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Dimmerleiste. Der Bereich Programmtechnik der Dimmerleiste jedoch, der von ihrer Steuerschaltung 41 übernommen wird, arbeitet so, daß jede Schaltverknüpfung der Dimmerleiste in der Lage ist, gesteuerte elektrische Stromstärken unabhängig an zwei separate Beleuchtungskörper anstatt nur einen zu liefern. Zwei dieser Schaltverknüpfungen sind in Fig. 3 mit den Bezugszeichen 43a und 43b gekennzeichnet.
Die Stromlieferung an die zwei Schaltverknüpfungen 43a und 43b erfolgt vom Wechelstrom-Netzanschluß aus über Leitungen 45 mit einer Versorgungsleitung und einer Ruckleitung, und zwei Stromleitungssysteme 47a und 47b mit jeweils einer Versorgungsleitung und einer Rückleitung liefern elektrischen Strom von den zwei Schaltungsverknüpfungen an die ihnen zugeordneten Paare entfernter Beleuchtungskörper 35a und b und 35c und d. Die zwei Stromleitungssysteme liefern den Strom an eine entfernte Steckdose 49a oder 49b für jedes Beleuchtungskörperpaar, und in jede Steckdose ist ein spezieller Zwischenstecker 51a oder 51b eingesteckt, um den zugeführten Strom in zwei getrennte Stromsignale, eines für jeden Beleuchtungskörper, zu trennen. Auf diese Weise wird für eine wesentliche Verringerung der gerätetechnischen Bauteile und Verbindungsleitungen gesorgt.
Insbesondere weist jede Schaltverknüpfung 43a oder 43b in der Dimmerleiste 39 einen Stromunterbrecher 53, eine Induktionsspule oder Drossel 55, und erste und zweite gegenparallel angeordnete gesteuerte Silizium-Gleichrichter (SCR) 57 und 59 auf. Die Steuerschaltung 41, die Teil der Dimmerleiste ist, liefert ein Steuerimpulssignal auf der Leitung 61a oder 61b an die Steueranschlußklemmen der zwei SCR, um die SCR zu gewünschten Zeitpunkten während jeder Halbperiode des Wechselstromsignals steuerbar umzuschalten.
In der Dimmersteuerschaltung gemäß Fig. 3 liefert die Steuerschaltung 41 ein separates Steuerimpulssignal für jede Schaltverknüpfung 43a und 43b, das die zwei SCR 57 und 59 in jeder Schaltverknüpfung unabhängig steuert. Daher haben die aufeinanderfolgenden Impulse des Steuerimpulssignals, die den positiven Halbperioden des Wechselstromsignals zugeordnet sind, eine Dauer, die in Übereinstimmung mit der gewünschten Lichtstärke für den ersten Beleuchtungskörper 35a bestimmt wird, während die den aufeinanderfolgenden negativen Halbperioden zugeordneten Impulse eine Dauer haben, die in Übereinstimmung mit der gewünschten Intensität des zweiten Beleuchtungskörpers 35b bestimmt wird.
Ein Beispiel für ein Steuerimpulssignal ist in Fig. 5(b) dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß die zu den positiven Halbperioden gehörigen Impulse wesentlich schmaler sind als die zu den darauffolgenden negativen Halbperioden gehörigen Impulse.
Demzufolge stellt sich das von der Schaltverknüpfung 43a gelieferte Wechselstromleitsignal so dar, wie in Fig. 5(c) gezeigt. Dieses Impulsstromsignal wird über Leitungen 47a zu der entfernten Steckdose 49a übertragen. Wie zuvor erwähnt, ist in die Steckdose ein Zwischenstecker 51a eingesteckt, um die abwechselnd positiven und negativen Impulse voneinander zu trennen und zu den jeweiligen Beleuchtungskörper 35a und 35b zu schalten.
Wie in Fig. 3B dargestellt, erreicht der Zwischenstecker 51a diese Trennung auf direktem Weg unter Verwendung von ersten und zweiten Dioden 63 und 65. Der Zwischenstecker selbst weist zwei Steckdosen 67 und 69 auf, mit denen die jeweiligen Beleuchtungskörper 35a und 35b lösbar verbunden werden können. Eine der zwei ankommenden Stromleitungen 47a ist über die erste Diode 63 an einen Pol der ersten Steckdose 67 angeschlossen, während dieselbe ankommende Stromleitung über die zweite Diode 65 an einen Pol der zweiten Steckdose 69 angeschlossen ist. Die andere der ankommenden Stromleitungen 47a ist über den Zwischenstecker direkt an zweite Pole der zwei Steckdosen 67 und 69 angeschlossen, während eine Erdeleitung 71 ebenfalls über den Zwischenstecker direkt an dritte Pole der beiden Steckdosen angeschlossen ist.
Die erste Diode 63 des Zwischensteckers 51a leitet nur die positiven Impulse der abwechselnd positiven und negativen Stromimpulse des Impulsstromsignals auf den Leitungen 47a (Fig. 5(c)) an die erste Steckdose 67 weiter, während die zweite Diode 65 nur die negativen Stromimpulse dieses Impulsstromsignals an die zweite Steckdose 69 weiterleitet. Demzufolge überträgt die erste Diode an die erste Steckdose ein Stromsignal wie das in Fig. 5(d) dargestellte, während die zweite Diode an die zweite Steckdose ein Stromsignal wie das in Fig. 5(e) dargestellte überträgt. Es ist also verständlich, daß der an den ersten Beleuchtungskörper 35a gelieferte quadratische Mittelwert des Stroms von der Dauer der Steuerimpulse gesteuert wird, die nur während der positiven Halbperioden des vom Netzanschluß 37 gelieferten Wechselstromsignals auftreten, während die an den zweiten Beleuchtungskörper 35b gelieferte quadratische Mittelwert des Stroms von der Dauer der Impulse gesteuert wird, die während der negativen Halbperioden auftreten. Weil diese Impulsdauern unabhängig gesteuert werden, werden auch die von den zwei Beleuchtungskörpern gelieferten Lichtstärken unabhängig gesteuert. Da zudem jeder Beleuchtungskörper elektrische Stromimpulse mit einer Frequenz erhält, die der Grundfrequenz des Wechselstromsignals entspricht, typischerweise 60 Hz, anstatt das Doppelte dieser Grundfrequenz, werden akustisches und elektrisches Rauschen verringert.
Es ist ebenfalls verständlich, daß die Dimmersteuerschaltung nach Fig. 3 gegenüber der herkömmlichen Dimmersteuerschaltung nach Fig. 1 eine bemerkenswerte Verringerung der Anzahl elektrischer Bauteile vorsieht. Insbesondere ist jede Schaltverknüpfung 43a oder 43b geeignet, zwei separate Beleuchtungskörper steuerbar mit Strom zu versorgen, im Gegensatz zu früher, wo eine derartige Schaltverknüpfung zur Stromversorgung pro Beleuchtungskörper erforderlich war. Außerdem ist nur eine einzige Stromdoppelleitung 47a oder 47b pro Beleuchtungskörperpaar nötig, im Gegensatz zu früher, wo eine separates Stromdoppelleitung pro Beleuchtungskörper erforderlich war. Da die Beleuchtungskörper sich häufig in großer Entfernung von der Dimmerleiste 39 befinden können, kann diese Reduzierung bei der Verkabelung zu bedeutenden Kosteneinsparungen führen. In den Vereinigten Staaten verlangen die meisten Bauvorschriften die Verwendung einer Mindestkabelgröße mit einer Stromdurchflußfähigkeit oder Strombelastbarkeit, die bedeutend größer ist als der Bedarf jedes Beleuchtungskörpers. Da die Erfindung eine unabhängige Versorgung von zwei Beleuchtungskörpern durch dieselbe Stromdoppelleitung ermöglicht, kann demzufolge von der äußersten Strombelastbarkeit der Leitungen Gebrauch gemacht werden und deshalb ein besseres Kosten-/Nutzenverhältnis erzielt werden. Da die Gerätetechnik der Dimmerleiste 39 genau dieselbe ist wie bei herkömmlichen Dimmersteuerschaltungen, eignet sich die Erfindung zudem für die einfache Nachrüstung bereits in Gebrauch befindlicher Schaltungen.
Noch ein weiterer Vorteil der Dimmersteuerschaltung nach Fig. 3 ist es, daß nur in Wechsel-Halbperioden des Wechselstroms Strom an die Beleuchtungskörper gekoppelt wird und dadurch die an die Beleuchtungskörper angelegten Effektivspannungen verringert werden. Dies kann zu einer größeren Betriebsleistung führen, weil bekannt ist, daß eine Reduzierung der angelegten Effektivspannung bei gleichzeitiger Erhöhung des elektrischen Stroms zur Aufrechterhaltung derselben Wattleistung eine gesteigerte Lichtmengenausstrahlung bewirkt. Überdies wird diese reduzierte Effektivspannung erreicht, ohne daß ein Abspanntransformator nötig ist.
Mit Bezug auf Fig. 4 ist nun eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dimmersteuerschaltung gezeigt. Diese Ausführungsform weist einen Wechelstrom-Netzanschluß 73 und ein Stromunterbrecherschaltfeld 75 zur Lieferung von elektrischem Strom an eine Vielzahl von Beleuchtungskörpern auf, von denen vier mit den Bezugs Zeichen 77a bis 77d gekennzeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die SCR zur Lieferung von elektrischem Impulsstrom nicht in einer zentralen Dimmerleiste angeordnet, sondern befinden sich vielmehr entfernt in der Nähe der gesteuerten Beleuchtungskörper. Daher sind keine getrennten Dioden mehr erforderlich, wie in der Ausführungsform nach Fig. 3, um an einen Beleuchtungskörper positive Stromimpulse und an einen anderen negative Stromimpulse zu liefern.
Insbesondere weist das Stromunterbrecherschaltfeld 75 der Dimmersteuerschaltung eine Vielzahl von Stromunterbrechern auf, von denen zwei mit den Bezugszeichen 79a und 79b gekennzeichnet sind. Diese Stromunterbrecher liefern Strom an eine separate, entfernte Schaltverknüpfung 81a oder 81b, die ihrerseits steuerbar Leitstrom an eine Vielzahl von beispielsweise vier Beleuchtungskörpern liefern. Die Schaltverknüpfungen werden durch eine Steuerschaltung 83 gesteuert, die sich entfernt im allgemeinen Umfeld der Beleuchtungskörper 77a bis 77d befindet. Vom Wechelstrom-Netzanschluß 73 aus wird über Leitungen 85 Wechselstrom an das Stromunterbrecherschaltfeld geliefert, und das Stromunterbrecherschaltfeld versorgt wiederum die zwei Schaltverknüpfungen 81a und 81b über Doppelleitungen 87a bzw. 87b mit Strom.
Jede der Schaltverknüpfungen 81 und 81b weist eine einzelne Induktionsspule oder Drossel 89 und zwei SCR 91 und 93 auf, um steuerbar elektrische Stromimpulse an zwei Steckdosen 95 und 97 zu liefern, an die wahlweise zwei separate Beleuchtungskörper angeschlossen werden können. Insbesondere ist eine Leitung der Stromdoppelleitung 87a oder 87b über den ersten SCR 91 an einen Pol der ersten Steckdose 95 und über den zweiten SCR 93 an einen Pol der zweiten Steckdose 97 angeschlossen. Die zweite Leitung der Stromdoppelleitungen 87a oder 87b ist direkt an separate Pole der zwei Steckdosen 95 und 97 angeschlossen, und in gleicher Weise ist eine Erdeleitung 99a direkt an separate Pole der zwei Steckdosen 95 und 97 angeschlossen. Die Steuerelektroden der zwei SCR 91 und 93 empfangen ein von der Steuerschaltung 83 über die Leitung 101a geliefertes Steuerimpulssignal.
Es ist verständlich, daß die Dimmersteuerschaltung in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ähnlich arbeitet wie die Steuerschaltung in der Ausführungsform gemäß Fig. 3, außer daß die Dioden 63 und 65 der Ausführungsform nach Fig. 3 weggelassen sind, weil die Ausgangsklemmen der zwei SCR 57 und 59 nicht mehr zusammengekoppelt sind. Demzufolge wird für ein Steuerimpulssignal der in Fig. 5(b) dargestellten Art der erste SCR 91 ein elektrisches Stromsignal wie das in Fig. 5(d) dargestellte an die erste Steckdose 95 übertragen, und der zweite SCR 93 wird eine Stromwellenform wie die in Fig. 5(e) dargestellte an die zweite Steckdose 97 übertragen.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist so aufgebaut, daß die Steuerschaltung 83 näher an den Standorten der Schaltverknüpfungen 81a bis b und den Beleuchtungskörpern 77a bis d angeordnet sein kann. Dies setzt die Notwendigkeit zur Verwendung langer Steuerkabelverläufe erheblich herab. Zudem kann das Stromunterbrecherschaltfeld 75 ein gangiges Standardteil sein. Bei dieser Ausführungsform müssen Drosseln mit akustischer Rauschunterdrückung gewählt werden, weil sie sich direkt bei den Beleuchtungskörpern oder in deren Nähe befinden und nicht in einer isolierten Schaltzentrale.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform werden die Drosseln ähnlich wie in Fig. 4, in den Zeichnungen aber nicht gezeigt, von den Schaltverknüpfungen zurück zum Stromunterbrecherschaltfeld versetzt. Diese Konfiguration ist in Situationen erwünscht, in denen geräuscharme Drosseln nicht zur Verfügung stehen und akustisches Rauschen im Umfeld der Beleuchtungskörper so gering wie möglich gehalten sein muß.
In einer Abwandlung aller oben beschriebenen Ausführungsformen kann jede Drossel und jeder SCR durch eine Dioden-/Transistorreihenschaltung ersetzt werden. Geeignete Transistoren weisen Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren (FET) und Bipolartransistoren mit isolierter Torelektrode (IGBT) auf. Durch Betreiben der Transistoren im Linearmodus kann die Äquivalenzfunktion einer Drosselspule bewirkt werden.
Aus der vorangehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine verbesserte Dimmersteuerschaltung schafft, die mit wesentlich weniger elektrischen Bauteilen und Stromverbindungsleitungen eine Vielzahl von Beleuchtungskörpern mit gesteuerten Impuls-Wechselstromstärken versorgen kann. Es sind mehrere Schaltungsausführungsformen offenbart, die alle einen einzigen Halbleiterleistungsschalter aufweisen, z. B. einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter, um gesteuerte elektrische Impulsstromstärken in nur einer einzigen Richtung, entweder positiv oder negativ, zu jedem Beleuchtungskörper zu schalten.
Obwohl die Erfindung nur mit Bezug auf die momentan bevorzugten Ausführungsformen im einzelnen beschrieben worden ist, ist es für Durchschnittsfachleute verständlich, daß verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist die Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

1. Dimmersteuerschaltung für eine Vielzahl von Beleuchtungskörpern, aufweisend einen Wechselstrom- Netzanschluß (37 oder 73) zur Lieferung von elektrischem Wechselstrom in einer wechselnden Folge positiver und negativer Halbperioden, Halbleiterschaltvorrichtungen (57, 59, 63 und 65 oder 91 und 93), die zwischen den Wechselstrom-Netzanschluß und eine Vielzahl von Beleuchtungskörpern (35a und 35b oder 77a und 77b) geschaltet sind, wobei die Schaltvorrichtungen eine Vielzahl von Steuerelektroden aufweisen, und Phasensteuersignalgeneratorvorrichtungen (41 oder 83) zum Erzeugen einer Vielzahl von unabhängigen Steuerimpulssignalen zum Koppeln an die Steuerelektroden der Schaltvorrichtungen, wobei jedes Steuerimpulssignal die Voraussetzung dafür schafft, daß die Schaltvorrichtungen eine gewünschte elektrische Stromstärke durch jeden Beleuchtungskörper schalten,

dadurch gekennzeichnet, daß

jede Steuerelektrode der Halbleiterschaltvorrichtungen mit einem separaten Beleuchtungskörper (35a und 35b oder 77a und 77b) verbunden ist, und weiter dadurch, daß jedes von der Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung (41, 83) erzeugte Steuerimpulssignal die Voraussetzung dafür schafft, daß die Halbleiterschaltvorrichtungen (57, 59, 63 und 65 oder 91 und 93) eine gewünschte elektrische Stromstärke nur in einer einzigen Richtung, positiv oder negativ, durch einen separaten Beleuchtungskörper (35a und 35b oder 77a und 77b) schalten, wobei jeder Beleuchtungskörper unter Ansprechen auf nur ein einziges Steuerimpulssignal elektrischen Strom empfängt.

2. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Halbleiterschaltvorrichtung eine Vielzahl von Halbleiterleistungsschaltern (57 und 59 oder 91 und 93) aufweist, von denen jeder eine eigene Steuerelektrode besitzt und so ausgelegt ist, daß er elektrischen Strom in einer einzigen Richtung, positiv oder negativ, steuerbar zu einem separaten Beleuchtungskörper schaltet.

3. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Halbleiterleistungsschaltern erste und zweite gegenparallel angeordnete Halbleiterleistungsschalter (57 und 59) aufweist, um zwei zugeordnete Beleuchtungskörper (35a und 35b) mit elektrischem Strom zu versorgen; die Halbleiterschaltvorrichtung weiter aufweist:

eine erste Diode (63), die zwischen den ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalter und einen ersten der zwei zugeordneten Beleuchtungskörper (35a) geschaltet und so ausgelegt ist, daß sie elektrischen Strom nur in positiver Richtung durch den ersten Beleuchtungskörper schaltet, und eine zweite Diode (65), die zwischen den ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalter und den zweiten der zwei zugeordneten Beleuchtungskörper (35b) geschaltet und so ausgelegt ist, daß sie elektrischen Strom nur in negativer Richtung durch den zweiten Beleuchtungskörper schaltet; die Dimmersteuerschaltung weiter ein Zentralgehäuse (39) zur Aufnahme des ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalters und zur Aufnahme der Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung (41) aufweist; die Vielzahl von Beleuchtungskörpern entfernt vom Zentralgehäuse angeordnet sind; und

die erste und zweite Diode entfernt vom Zentralgehäuse an oder bei ihren zugeordneten ersten und zweiten Beleuchtungskörpern angeordnet sind.

4. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 3, wobei jeder Halbleiterleistungsschalter ein gesteuerter Silizium- Gleichrichter ist.

5. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 2, wobei jeder der Vielzahl von Halbleiterleistungsschaltern (91 und 93) an oder bei seinem zugeordneten Beleuchtungskörper (77a und 77b) angeordnet ist.

6. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 5, wobei jeder Halbleiterleistungsschalter ein gesteuerter Silizium- Gleichrichter ist.

7. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend einen Stromunterbrecher (53 oder 79b) und eine Drossel (55 oder 89), die mit dem Wechselstrom-Netzanschluß und der Halbleiterschaltvorrichtung in Reihe geschaltet sind.

8. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei der vom Wechselstrom-Netzanschluß gelieferte elektrische Wechselstrom eine vorbestimmte Grundfrequenz aufweist; und die Vielzahl der von der Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung erzeugten unabhängigen Steuersignale dieselbe Grundfrequenz haben wie die vorbestimmte Grundfrequenz des elektrischen Wechselstroms.

9. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 2, wobei die Halbleiterschaltvorrichtung weiter aufweist:

eine erste Diode (63), die zwischen einen ersten Halbleiterleistungsschalter (57) und einen ersten Beleuchtungskörper (35a) geschaltet und so ausgelegt ist, daß sie elektrischen Strom in positiver Richtung zum ersten Beleuchtungskörper leitet, und

eine zweite Diode (65), die zwischen einen zweiten Halbleiterleistungsschalter (59) und einen zweiten Beleuchtungskörper (35b) geschaltet und so ausgelegt ist, daß sie elektrischen Strom in negativer Richtung vom zweiten Beleuchtungskörper leitet;

die Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung (41) unabhängige erste und zweite Steuersignale zur Kopplung an die Steuerelektroden der jeweiligen ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalter erzeugt;

das erste Steuersignal so gewählt ist, daß es den ersten Halbleiterleistungsschalter in leitenden Zustand versetzt und dadurch nur während der positiven Halbperioden des elektrischen Wechselstroms einen gewünschten elektrischen Strom über den ersten Halbleiterleistungsschalter und die erste Diode durch den ersten Beleuchtungskörper schaltet; und

das zweite Steuersignal so gewählt ist, daß es den zweiten Halbleiterleistungsschalter in leitenden Zustand versetzt und dadurch nur während der negativen Halbperioden des elektrischen Wechselstroms einen gewünschten elektrischen Strom über den zweiten Halbleiterleistungsschalter und die zweite Diode durch den zweiten Beleuchtungskörper schaltet.

10. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 9, wobei der erste und zweite Halbleiterleistungsschalter gegenparallel geschaltet sind.

11. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 10, wobei die Dimmersteuerschaltung weiter ein Zentralgehäuse (39) zur Aufnahme des ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalters und zur Aufnahme der Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung aufweist; der erste und zweite Beleuchtungskörper entfernt vom Zentralgehäuse angeordnet sind; und

die erste und zweite Diode entfernt vom Zentralgehäuse an oder bei dem jeweiligen ersten und zweiten Beleuchtungskörper angeordnet sind.

12. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 10, wobei der erste und der zweite Halbleiterleistungsschalter gesteuerte Silizium-Gleichrichter sind.

13. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 9, weiter aufweisend eine Drossel (55) und einen Stromunterbrecher (53), die mit dem Wechselstrom-Netzanschluß (37) und der Halbleiterschaltvorrichtung in Reihe geschaltet sind.

14. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 9, wobei der vom Wechselstrom-Netzanschluß (37) gelieferte elektrische Wechselstrom eine vorbestimmte Grundfrequenz aufweist; und die Vielzahl der von der Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung erzeugten unabhängigen Steuersignale dieselbe Grundfrequenz wie die vorbestimmte Grundfrequenz des elektrischen Wechselstroms haben.

15. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Halbleiterschaltvorrichtung einen ersten Halbleiterleistungsschalter (91) aufweist, der zwischen den Wechselstrom-Netzanschluß (73) und einen ersten Beleuchtungskörper (77a) geschaltet ist, um elektrischen Strom nur in positiver Richtung durch den ersten Beleuchtungskörper zu schalten, wobei der erste Halbleiterleistungsschalter eine Steuerelektrode, aber keinen parallel geschalteten Halbleiterleistungsschalter besitzt, der so ausgelegt ist, daß er Strom in negativer Richtung, entgegengesetzt zur positiven Richtung, leitet; und

die Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung (83) ein erstes Steuersignal zur Kopplung an die Steuerelektrode des ersten Halbleiterleistungsschalters erzeugt, um die Voraussetzung dafür zu schaffen, daß der erste Halbleiterleistungsschalter eine gewünschte elektrische Stromstärke durch den ersten Beleuchtungskörper schaltet, wobei der erste Beleuchtungskörper nur über den ersten Halbleiterleistungsschalter Strom erhält.

16. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 15, wobei die Halbleiterschaltvorrichtung weiter einen zweiten Halbleiterleistungsschalter (93) aufweist, der zwischen den Wechselstrom-Netzanschluß und einen zweiten Beleuchtungskörper (77b) geschaltet ist, um elektrischen Strom nur in negativer Richtung durch den zweiten Beleuchtungskörper zu schalten, wobei der zweite Halbleiterleistungsschalter eine Steuerelektrode, aber keinen parallel geschalteten Halbleiterleistungsschalter besitzt, der so ausgelegt ist, daß er Strom in positiver Richtung, entgegengesetzt zur negativen Richtung, leitet; die Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung Mittel zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals unabhängig vom ersten Steuersignal zum Koppeln an die Steuerelektrode des zweiten Halbleiterleistungsschalters aufweist, um die Voraussetzung dafür zu schaffen, daß der zweite Halbleiterleistungsschalter eine gewünschte elektrische Stromstärke in negativer Richtung durch den zweiten Beleuchtungskörper schaltet; und

der zweite Beleuchtungskörper nur über den zweiten Halbleiterleistungsschalter elektrischen Strom erhält.

17. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 16, wobei der erste und zweite Halbleiterleistungsschalter gesteuerte Silizium- Gleichrichter sind.

18. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 16, weiter aufweisend einen Stromunterbrecher (79b) und eine Drossel (89), die mit dem Wechselstrom-Netzanschluß und dem ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalter in Reihe geschaltet sind.

19. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 15, wobei der vom Wechselstrom-Netzanschluß gelieferte elektrische Wechselstrom eine vorbestimmte Grundfrequenz aufweist; und die von der Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung erzeugte Vielzahl von unabhängigen Steuersignalen dieselbe Grundfrequenz wie die vorbestimmte Grundfrequenz des elektrischen Wechselstroms haben.

20. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 3, wobei die Steuerelektroden des ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalters elektrisch miteinander verbunden sind; und die Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung erste und zweite Steuerimpulssignale für den jeweiligen ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalter erzeugt und diese ersten und zweiten Steuerimpulssignale an die Steuerelektroden sowohl des ersten als auch des zweiten Halbleiterleistungsschalters anlegt.

21. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 10, wobei die Steuerelektroden des ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalters elektrisch miteinander verbunden sind; und die Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung (41) die ersten und zweiten Steuerimpulssignale an die Steuerelektroden sowohl der ersten als auch der zweiten Halbleiterleistungseinrichtung anlegt.

22. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 16, wobei die Steuerelektroden des ersten und zweiten Halbleiterleistungsschalters elektrisch miteinander verbunden sind; und die Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung (83) die ersten und zweiten Steuerimpulssignale an die Steuerelektroden sowohl des ersten als auch des zweiten Halbleiterleistungsschalters anlegt.

23. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Halbleiterschaltvorrichtung eine Stromleitung (47a) aufweist; die Halbleiterschaltvorrichtung auf der Stromleitung steuerbar Stromimpulse einer ersten gewünschten Dauer der positiven Halbperioden des Wechselstrom-Netzanschlusses (37) liefert und auf derselben Stromleitung steuerbar Stromimpulse einer zweiten gewünschten Dauer, unabhängig von der ersten gewählten Dauer, der negativen Halbperioden des Wechselstrom- Netzanschlusses liefert; und die Halbleiterschaltvorrichtung weiter erste und zweite gegeneinander gepolte Dioden (63 und 65) aufweist, die zwischen die Stromleitung und den ersten bzw. zweiten Beleuchtungskörper (35a bzw. 35b) geschaltet sind, so daß der dem ersten und zweiten Beleuchtungskörper zugeführte Strom unabhängig gesteuert wird.

24. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 23, wobei die Halbleiterschaltvorrichtung weiter erste und zweite gegenparallel geschaltete, gesteuerte Silizium- Gleichrichter (57 und 59) aufweist; und die Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung (41) unabhängige erste und zweite Steuerimpulssignale zum Anlegen an den ersten und zweiten gesteuerten Silizium-Gleichrichter erzeugt.

25. Dimmersteuerschaltung gemäß Anspruch 24, wobei der erste und zweite gesteuerte Silizium-Gleichrichter jeweils eine Steuerelektrode aufweisen; die Steuerelektroden des ersten und zweiten gesteuerten Silizium-Gleichrichters elektrisch miteinander verbunden sind; und die Phasensteuersignalgeneratorvorrichtung die ersten und zweiten Steuerimpulssignale an die Steuerelektroden sowohl des ersten als auch des zweiten gesteuerten Silizium- Gleichrichters anlegt.