EP2282610B1 - Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchte - Google Patents

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EP2282610B1
EP2282610B1 EP10007310.5A EP10007310A EP2282610B1 EP 2282610 B1 EP2282610 B1 EP 2282610B1 EP 10007310 A EP10007310 A EP 10007310A EP 2282610 B1 EP2282610 B1 EP 2282610B1
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EP
European Patent Office
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led
wave
phase
network
voltage
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EP10007310.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2282610A2 (de
EP2282610A3 (de
Inventor
Wolfgang Dipl.-Ing. Schallenberg
Stefan Dipl.-Ing. Wieske
Robert Dipl.-Ing. Zapp
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ABB AG Germany
Original Assignee
ABB AG Germany
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Publication date
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Publication of EP2282610A3 publication Critical patent/EP2282610A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/185—Controlling the light source by remote control via power line carrier transmission

Definitions

  • From the EP0786850 A2 is a method for switching and controlling the power consumption of at least one consumer in a circuit in which AC voltage is applied, in which the one or the consumer is selectively switched and controlled.
  • the brightness and the light color of a modern light source, z. B. on LED basis depending on the specific use in the desired manner and be set independently.
  • the operating element and the luminous means are arranged within a unit or connected to one another via installation lines. If the control unit and the lamp are separated, several (at least four) installation cables are required, which requires a relatively high installation effort.
  • the pulse width modulation PWM usually used for LED brightness controls generates a non-negligible radio interference spectrum when using installation cables several meters long.
  • the invention has for its object to provide an optimized method for controlling a lamp.
  • the achievable with the present invention consist in particular in that the full waves of the mains voltage can be used as quasi as communication time slots for the information signals.
  • the installation costs caused by additional devices or installation cables to be additionally laid is very small and, in comparison to the known state of the art, very reduced; in particular, the control unit does not necessarily have to be connected to the neutral conductor.
  • the method is suitable both for lights with white light as well as for lights with any light color, formed from red / green / blue light colors each with the desired brightness.
  • the information transfer from the drive unit to the luminaire is DC-free, ie the conditions for an AC voltage are met at all times, in particular the installation lines are not subjected to pulsating direct currents.
  • the DC components supplied to the phase due to a drive method would be very disturbing for the proper operation of RCCBs used in the installation system.
  • the power supply of the luminaire is continuously supplied with full mains voltage, interrupted only by the very short time periods during which information power waves are generated in order to change the brightness and / or light color of the luminaire. Accordingly, a good efficiency results.
  • the EMC load electromagtic compatibility
  • the operation by means of actuation of the drive device is simple and clear.
  • the power supply, the control module and the power module of the lamp on the one hand and the spatially separate control unit on the other hand can be designed in the form of flush-mounted device sockets (flush-mounted inserts).
  • the drive device for generating an information power wave can influence the phase angle of the mains voltage during this wave.
  • the control module can determine the current flow time occurring during a particular information power wave as a measure of the phase angle of this wave.
  • the control unit can block a complete full wave of the mains voltage to generate the synchronization signal.
  • the three full waves of the mains voltage following the synchronization signal can serve as information grid waves for the transmission of separate brightness information signals for the red respectively green respectively blue light color.
  • the information grid waves can be transmitted repeatedly. At least one additional full wave can be inserted between the synchronization signal and an information network wave and / or between two information network waves in order to effect a recharging of capacitors of the power supply.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a preferably connected via at least one installation line to a control unit, a plurality of light sources (preferably LEDs) having different color having light.
  • the drive unit 17 (operating unit, operating element) is connected on the input side to phase L and neutral conductor N of an AC voltage network 15 (230 V AC voltage).
  • the output side tapped at the drive unit 17 output voltage is hereinafter referred to as conditioned phase L 'and corresponds to the input voltage of the lamp 1.
  • the lamp 1 is further connected to the neutral conductor N.
  • the flush-mounted insert 2 has on the input side an acted upon with the processed phase L 'and the neutral conductor N power supply 3 (AC / DC converter) including charging capacitor whose positive output (DC or DC) to the emitter terminals of a transistor 5 for Supply of a red light, in particular a red LED 9, a transistor 6 for supplying a green light, in particular a green LED 10 and a transistor 7 for supplying a blue light, in particular a blue LED 11 is connected.
  • the collector terminals of these three transistors 5 and 6 and 7 are connected to the anode terminals of the LEDs 9 and 10 and 11, respectively.
  • the cathode terminals of the three LEDs 9, 10, 11 are connected to the negative output (DC or DC voltage) of the power supply 3.
  • the luminaire 1 and here in particular the flush-mounted insert 2 has a control module 4 including evaluation and memory, which is connected to both outputs of the power supply 3 and the input side additionally treated with the phase L 'is applied. On the output side, the control module 4 is connected to the base terminals of the transistors 5, 6, 7.
  • controllable semiconductor components or semiconductor switches can be used instead of the transistors shown by way of example.
  • Fig. 2 a circuit with several lights is shown.
  • Two luminaires 1, 13 designed as RGB LED luminaires can be recognized, which are connected via an installation line to the processed phase L 'of the drive device 17 and to the neutral conductor N. Of course, more lights can be provided.
  • a parallel connection of several lights is to reach the maximum load capacity of the drive unit 17, total power z. B. 400 W, possible.
  • the drive unit 17 is in turn connected to phase L and optionally also to the neutral conductor N of the AC voltage network 15.
  • each lamp 1, 13 has its own power supply 3, whose power to supply at least three light sources (LEDs) 9, 10, 11, power per LED z. B. 1 W, is sufficient.
  • These three light sources (LEDs) 9 or 10 or 11 are operated via the transistors 5 and 6 or 7 with a pulse width modulation with a constant current. About the pulse width modulation, the lamps (LEDs) 9, 10, 11 variable power can be supplied. This makes it possible to change the brightness with a constant light color.
  • the control unit 17 now influences the mains voltage U on its output line - denoted by L '- in a change of brightness and / or light color desired by the operator for a short time such that the connected lamp 1, 13 receives the information for its desired brightness from the temporal, from the control unit 17 forced voltage waveform in the form of the processed phase L 'is transmitted.
  • a well-known dimmer usually provides at its output a phase or phase voltage for the connected loads. Depending on the phase angle, a more or less high brightness is set on the connected luminaire.
  • the connected lamps 1, 13 can detect this influence by means of their control components 4 and convert them via the correspondingly controlled power modules into the corresponding desired brightness and / or light color.
  • the drive unit 17 blocks its output voltage L 'completely, which has the advantage that no stand-by losses in the lamp arise when the lamp is switched off.
  • the values set for the brightness and the light color of the lamp during the last switch-off are expediently adopted by the control module and adjusted by means of the power module.
  • Fig. 4 is the phase characteristic in a control example "red LED OFF / green LED 50% control / blue LED 100% control" shown.
  • Fig. 5 is the phase characteristic in a control example "red LED OFF / green LED 100% control / blue LED 100% control" shown. Again, the below apply Fig. 3 explained specifications.
  • Fig. 6 is the phase characteristic in such an alternative driving example Fig. 3 with "red LED off / green LED 50% control / blue LED off” shown.
  • Fig. 3 explained definitions, wherein each an additional full wave W between the synchronization signal T sync and the communication time slot T R , between the two communication time slots T R and T G and between the two communication time slots T G and T B can be seen.
  • These inserted solid waves W are advantageously used to recharge the charging capacitors of the power supplies.
  • the control module 22 connected to the base of the transistor 23 receives the processed phase L '.
  • drive unit 17 are also used for this embodiment, which has the advantage that with a drive unit 17 both monochrome lights and as (multi-colored) RGB LED lights trained luminaires can be controlled.
  • illuminant (LED) 25 each of the same color
  • these luminous means are preferably connected in series, so that the power supply unit 21 requires only one transistor output.
  • the control module 22 only pays attention to the first information network wave after the occurrence of the synchronization signal T sync , ie the communication time slot T R, while ignoring the information of the following information network waves.
  • the phase angle of the first information power wave after the synchronization signal T sync accordingly indicates the desired brightness information signal of the light-emitting means (LED) 25. Accordingly, the drive of the transistor 23 via the pulse width modulation, as also explained above.
  • Fig. 8 a schematic diagram of a lamp is shown with the use of potential-free phase detection, which in all embodiments according to the FIGS. 1 . 2 . 7 Can be used.
  • an optocoupler 27 is connected in series with the series resistor 26 on the primary side between the processed phase L 'and the neutral. On the secondary side, the optocoupler 27 is connected between the negative output of the power supply 3 or 21 and the intended for the phase detection input of the control module 4 or 22.
  • the drive unit 17 is connected to the neutral conductor N.
  • the supply of the lamp 1 can also be done via the circuit in the flush-mounted insert 2. This is very advantageous when retrofitting an existing lighting, since a conventional light switch can be exchanged for the control unit 17 in a simple manner. In the flush-mounted box of a standard light switch, there is no neutral N in most cases.
  • the adjustable power depends on the driving device and not on the lamp.

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchte 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 werde.
  • Aus der EP0786850 A2 ist ein Verfahren zum Schalten und zum Steuern der Leistungsaufnahme von mindestens einem Verbraucher in einem Stromkreis, in dem Wechselspannung anliegt, bei dem der oder einer der Verbraucher selektiv geschaltet und gesteuert wird.
  • 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.
  • 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 gelassen, 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 Installationsaufwand erfordert. Des Weiteren erzeugt die üblicherweise für LED-Helligkeitssteuerungen verwendete Pulweitenmodulation PWM bei Verwendung von mehreren Metern langen Installationsleitungen ein nicht zu vernachlässigendes Funkstörsspektrum.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optimiertes Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchte anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchte, 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 zur Einstellung der Helligkeit der Leuchte ein mit der Phase eines Wechselspannungsnetzes verbundenes Ansteuergerät vorgesehen ist, welches aus der Phase eine aufbereitete Phase erzeugt und der Leuchte zuführt,
    • wobei das Ansteuergerät bei einer gewünschten Änderung der Helligkeit die aufbereitete Phase zunächst mit einem Synchronisationssignal versieht,
    • wobei das Ansteuergerät anschließend eine Informations-Netzwelle der aufbereiteten Phase durch Beeinflussung einer Vollwelle erzeugt, um derart das gewünschte Helligkeits-Informationssignal in Form des zeitlichen Spannungsverlaufs der Informations-Netzwelle zu übermitteln,
    • wobei der Steuerbaustein der angeschlossenen Leuchte nach Empfang eines Synchronisationssignals eine Auswerteroutine startet, um der Informations-Netzwelle der aufbereiteten Phase das übertragene gewünschte Helligkeits-Informationssignal zu entnehmen,
    • wobei der Steuerbaustein das detektierte Helligkeits-Informationssignal abspeichert und bis zum nächsten Auftreten eines Synchronisationssignals für die Ansteuerung des Leuchtmittels verwendet und
    • wobei der Steuerbaustein den Leistungsbaustein in Abhängigkeit des abgespeicherten Helligkeits-Informationssignals ansteuert.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Vollwellen der Netzspannung quasi als Kommunikations-Zeitschlitze für die Informationssignale 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.
  • Die Informationsübertragung vom Ansteuergerät zur Leuchte 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. Das Netzteil der Leuchte wird kontinuierlich mit voller Netzspannung versorgt, lediglich unterbrochen durch die sehr kurzen Zeitspannen, während der Informations-Netzwellen erzeugt werden, um die Helligkeit und / oder Lichtfarbe der Leuchte 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 Leuchte einerseits sowie das räumlich hiervon getrennte Ansteuergerät andererseits können in Form von Unterputz-Gerätesockeln (Unterputz-Einsätzen) ausgebildet werden.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • So kann das Ansteuergerät zur Erzeugung einer Informations-Netzwelle den Phasenwinkel der Netzspannung während dieser Welle beeinflussen. Der Steuerbaustein kann die während einer bestimmten Informations-Netzwelle auftretende Stromflusszeit als Maß für den Phasenwinkel dieser Welle ermitteln.
  • Das Ansteuergerät kann zur Erzeugung des Synchronisationssignals eine komplette Vollwelle der Netzspannung sperren. Die drei auf das Synchronisationssignal folgenden Vollwellen der Netzspannung können als Informations-Netzwellen zur Übermittlung getrennter Helligkeits-Informationssignale für die rote respektive grüne respektive blaue Lichtfarbe dienen.
  • Zur Erhöhung der Redundanz können die Informations-Netzwellen wiederholt übertragen werden. Zwischen dem Synchronisationssignal und einer Informations-Netzwelle und / oder zwischen zwei Informations-Netzwellen kann mindestens eine zusätzliche Vollwelle eingeschoben werden, um derart ein Nachladen von Kondensatoren des Netzteils zu bewirken.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein schematisches Schaltbild einer an ein Ansteuergerät angeschlossenen, mehrere LEDs unterschiedlicher Farbe aufweisenden Leuchte,
    Fig. 2
    eine Schaltung mit mehreren Leuchten,
    Fig. 3
    den Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel "rote LED AUS / grüne LED 50% Ansteuerung / blaue LED AUS",
    Fig. 4
    den Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel "rote LED AUS / grüne LED 50% Ansteuerung / blaue LED 100% Ansteuerung",
    Fig. 5
    den Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel "rote LED AUS / grüne LED 100% Ansteuerung / blaue LED 100% Ansteuerung",
    Fig. 6
    den Phasenverlauf bei einem alternativen Ansteuerungs-Beispiel zu Fig. 3 mit "rote LED AUS / grüne LED 50% Ansteuerung / blaue LED AUS",
    Fig. 7
    ein schematisches Schaltbild einer an ein Ansteuergerät angeschlossenen, nur eine LED aufweisenden Leuchte, wobei die mit der Fig. 7 illustrierte Ausführungsform einen rein illustrativen Charakter aufweist,
    Fig. 8
    ein schematisches Schaltbild einer Leuchte mit Einsatz potenzialfreier Phasendetektion.
  • In Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer vorzugsweise über mindestens eine Installationsleitung an ein Ansteuergerät angeschlossenen, mehrere Leuchtmittel (vorzugsweise LEDs) unterschiedlicher Farbe aufweisenden Leuchte dargestellt. Das Ansteuergerät 17 (Bediengerät, Bedienelement) ist eingangsseitig an Phase L und 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 der Leuchte 1. Die Leuchte 1 ist des Weiteren am Nulleiter N angeschlossen.
  • 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.
  • 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.
  • 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. Ausgangsseitig ist der Steuerbaustein 4 mit den Basis-Anschlüssen der Transistoren 5, 6, 7 verbunden.
  • Selbstverständlich können andere ansteuerbare Halbleiter-Bauelemente respektive Halbleiter-Schalter an Stelle der beispielhaft gezeigten Transistoren eingesetzt werden.
  • Für die Bedienung des Ansteuergeräts 17 unter Verwendung eines Steuerhebels können die in der eingangs erwähnten EP 1 575 341 B1 erläuterten Möglichkeiten mit Kippen / Drehen / Drücken des Steuerhebels eingesetzt werden, z. B.
    • Steuerhebel wird gedreht, um die Helligkeit zu verändern,
    • Steuerhebel wird in unterschiedliche Positionen gekippt, um die Intensität unterschiedlicher Farbkanäle einzustellen,
    • Steuerhebel wird kurz gedrückt oder während einer längeren Zeitspanne in einer bestimmten Stellung gehalten, um derart ein Einschalten / Ausschalten / Abspeichern gewünschter Werte zu verifizieren.
  • In Fig. 2 ist eine Schaltung mit mehreren Leuchten dargestellt. Es sind zwei als RGB-LED-Leuchten ausgebildete Leuchten 1, 13 zu erkennen, welche über eine Installationsleitung mit der aufbereiteten Phase L' des Ansteuergeräts 17 sowie mit dem Nulleiter N verbunden sind. Selbstverständlich können weitere Leuchten vorgesehen sein. Eine Parallelschaltung mehrerer Leuchten ist bis zum Erreichen der maximalen Belastungsfähigkeit des Ansteuergerätes 17, Gesamtleistung z. B. 400 W, möglich. Das Ansteuergerät 17 ist wiederum an Phase L und optional auch am Nulleiter N des Wechselspannungsnetzes 15 angeschlossen.
  • 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.
  • Dabei erfolgt die Einstellung der gewünschten Helligkeit und / oder der gewünschten Lichtfarbe der Leuchte 1, 13 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 Leuchte 1, 13 die Information für ihre gewünschte Helligkeit aus dem zeitlichen, vom Ansteuergerät 17 erzwungenen Spannungsverlauf in Form der aufbereiteten Phase L' übermittelt wird.
  • 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 Leuchte, d. h. bei 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' erzeugt wird. Die angeschlossenen Leuchten 1, 13 können diese Beeinflussung mittels ihrer Steuerbausteine 4 detektieren und über die entsprechend angesteuerten Leistungsbausteine in die entsprechende gewünschte Helligkeit und / oder Lichtfarbe umsetzen.
  • 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 3 - 6. Die Ladekondensatoren der Netzteile 3 in den angeschlossenen Leuchten 1, 13 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 drei folgenden Vollwellen der Netzspannung U, nachfolgend mit Informations-Netzwellen bezeichnet, auswertet.
  • Das Ansteuergerät 17 stellt nun in diesen Informations-Netzwellen 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 Informations-Netzwelle nach dem Synchronisationssignal Tsync die gewünschte Helligkeit der roten Lichtfarbe respektive des roten Leuchtmittels (LED) 9 angibt,
    • der Phasenwinkel der zweiten Informations-Netzwelle nach dem Synchronisationssignal Tsync die gewünschte Helligkeit der grünen Lichtfarbe respektive des grünen Leuchtmittels (LED) 10 angibt,
    • der Phasenwinkel der dritten Informations-Netzwelle nach dem Synchronisationssignal Tsync die gewünschte Helligkeit der blauen Lichtfarbe respektive des blauen Leuchtmittels (LED) 11 angibt.
  • 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.
  • 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 Steuerbaustein abgespeichert und solange für die Ansteuerung der einzelnen Leuchtmittel (LEDs) herangezogen wird, bis eine erneute Bedienung des Ansteuergeräts 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 unbeeinflusst bis zur nächsten gewünschten Änderung von Helligkeit und / oder Lichtfarbe der Leuchte vom Ansteuergerät vorgegeben.
  • Zum Ausschalten der Leuchte sperrt das Ansteuergerät 17 seine Ausgangsspannung L' komplett, was den Vorteil hat, dass bei ausgeschalteter Leuchte keinerlei Stand-by-Verluste in der Leuchte entstehen.
  • Beim Einschalten der Leuchte durch entsprechende Betätigung des Ansteuergerätes 17 (Einschaltung der Versorgungsspannung L', N) werden zweckmäßig die beim letzten Ausschalten eingestellten Werte für die Helligkeit und die Lichtfarbe der Leuchte vom Steuerbaustein übernommen und mittels des Leistungsbausteins eingestellt.
  • In Fig. 3 sind zur weiteren Erläuterung im oberen Abschnitt der nicht aufbereitete und im unteren Abschnitt der vom Ansteuergerät 17 aufbereitete Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel "rote LED AUS / grüne LED 50% Ansteuerung / blaue LED AUS" dargestellt, wobei für alle Figuren gilt:
    • U(L)
    = Netzspannung basierend auf der Phase L
    U(L')
    = Netzspannung basierend auf der aufbereiteten Phase L'
    t
    = Zeit
    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
    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
    Tsync
    = Synchronisationssignal
  • In Fig. 4 ist der Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel "rote LED AUS / grüne LED 50% Ansteuerung / blaue LED 100% Ansteuerung" dargestellt. Es gelten die unter Fig. 3 erläuterten Festlegungen
  • In Fig. 5 ist der Phasenverlauf bei einem Ansteuerungs-Beispiel "rote LED AUS / grüne LED 100% Ansteuerung / blaue LED 100% Ansteuerung" dargestellt. Es gelten wiederum die unter Fig. 3 erläuterten Festlegungen.
  • Um ein zu starkes Absinken der Spannung der Ladekondensatoren der Netzteile 3 während der einzelnen Kommunikations-Zeitschlitze TR, TG, TB zu verhindern, kann bei einer hierzu alternativen Ansteuerung seitens des Ansteuergerätes 17 zwischen dem Synchronisationssignal Tsync und der ersten Informations-Netzwelle und /oder jeweils zwischen zwei Informations-Netzwellen jeweils eine zusätzliche Vollwelle W eingeschoben werden, was durch die Auswerteeinheit des Steuerbausteins 4 jeweils zu berücksichtigen ist. Diese Maßnahme ist bei höheren LED-Leistungen oder bei Einsatz relativ kleiner Ladekondensatoren der Netzteile empfehlenswert.
  • In Fig. 6 ist der Phasenverlauf bei einem derartigen alternativen Ansteuerungs-Beispiel zu Fig. 3 mit "rote LED AUS / grüne LED 50% Ansteuerung / blaue LED AUS" dargestellt. Es gelten wiederum die unter Fig. 3 erläuterten Festlegungen, wobei je eine zusätzliche Vollwelle W zwischen dem Synchronisationssignal Tsync und dem Kommunikations-Zeitschlitz TR, zwischen den beiden Kommunikations-Zeitschlitzen TR und TG und zwischen den beiden Kommunikations-Zeitschlitzen TG und TB zu erkennen sind. Diese eingeschobenen Vollwellen W dienen vorteilhaft zum Nachladen der Ladekondensatoren der Netzteile.
  • Vorstehend wird stets vorausgesetzt, dass die Leuchte 1, 13 mehrere LEDs unterschiedlicher Farbe aufweist. 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 Fig. 7 ist für diesen Anwendungsfall ein schematisches Schaltbild einer an ein Ansteuergerät 17 angeschlossenen, nur eine (weiße) LED 25 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 und Transistor 23 (Halbleiterschalter) sowie
    • LED-Modul 24 mit der LED 25,
    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 ist unverändert zu der vorstehend erläuterten Konfiguration.
  • Der mit der Basis des Transistors 23 verbundene Steuerbaustein 22 empfängt wiederum die aufbereitete Phase L'. Dabei kann das unter den Figuren 1 - 6 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.
  • Falls bei einer Leuchte mehr als ein Leuchtmittel (LED) 25 (jeweils von gleicher Farbe) vorgesehen ist, werden diese Leuchtmittel vorzugsweise in Reihe geschaltet, so dass das Netzteil 21 nur einen Transistor-Ausgang benötigt. Der Steuerbaustein 22 beachtet nur die erste Informations-Netzwelle nach dem Auftreten des Synchronisationssignal Tsync, d. h. den Kommunikations-Zeitschlitz TR, während die Informationen der folgenden Informations-Netzwellen ignoriert werden. Der Phasenwinkel der ersten Informations-Netzwelle nach dem Synchronisationssignal Tsync gibt demnach das gewünschte Helligkeits-Informationssignal des Leuchtmittels (LED) 25 an. Dementsprechend erfolgt die Ansteuerung des Transistors 23 über die Pulsweitenmodulation, wie auch vorstehend erläutert.
  • In Fig. 8 ist ein schematisches Schaltbild einer Leuchte mit Einsatz potenzialfreier Phasendetektion dargestellt, welche bei allen Ausführungsformen gemäß den Figuren 1, 2, 7 Einsatz finden kann. Als zusätzliches Bauelement ist ein Optokoppler 27 mit in Serie liegendem Vorwiderstand 26 primärseitig zwischen der aufbereiteten Phase L' und den Nullleiter geschaltet. Sekundärseitig ist der Optokoppler 27 zwischen den negativen Ausgang des Netzteils 3 oder 21 und den für die Phasendetektion bestimmten Eingang des Steuerbausteins 4 oder 22 geschaltet.
  • Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist das Ansteuergerät 17 am Nulleiter N angeschlossen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Versorgung der Leuchte 1 kann auch über die Schaltung im Unterputz-Einsatz 2 erfolgen. Dies ist sehr vorteilhaft beim Umrüsten einer vorhandenen Beleuchtung, da in einfacher Weise ein üblicher Lichtschalter gegen das Ansteuergerät 17 ausgetauscht werden kann. In der UP-Gerätedose eines üblichen Lichtschalters ist in den meisten Fällen kein Nulleiter N vorhanden.
  • Wie die vorstehenden Erläuterungen zeigen, ist die einstellbare Leistung vom Ansteuergerät abhängig und nicht von der Leuchte.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    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
    -
    13
    Leuchte (RGB-LED)
    14
    -
    15
    Wechselspannungsnetz
    16
    -
    17
    Ansteuergerät
    18
    -
    19
    Leuchte
    20
    Unterputz-Einsatz
    21
    Netzteil (AC/DC-Konverter) inklusive Ladekondensator
    22
    Steuerbaustein inklusive Auswerteeinheit und Speicher
    23
    Transistor (Halbleiterschalter) für das weiße Leuchtmittel (LED)
    24
    LED-Modul (über Steckkontakte aufsteckbar)
    25
    weißes Leuchtmittel (LED)
    26
    Vorwiderstand
    27
    Optokoppler
    L
    Phase
    L'
    aufbereitete Phase = Ausgangsspannung des Ansteuergerätes = Eingangsspannung der Leuchte
    N
    Nullleiter
    TR
    Kommunikations-Zeitschlitz für das Informationssignal für die rote Lichtfarbe respektive das rote Leuchtmittel (LED)
    R
    Helligkeits-Informationssignal für die rote Lichtfarbe respektive das rote Leuchtmittel (LED)
    TG
    Kommunikations-Zeitschlitz für das Informationssignal für die grüne Lichtfarbe respektive das grüne Leuchtmittel (LED)
    G
    Helligkeits-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)
    B
    Helligkeits-Informationssignal für die blaue Lichtfarbe respektive das blaue Leuchtmittel (LED)
    Tsync
    Synchronisationssignal
    t
    Zeit
    U
    Netzspannung
    W
    zusätzliche Vollwelle

Claims (7)

  1. Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchte (1, 13), deren mindestens drei Leuchtmittel (9, 10, 11) über ein eigenes Netzteil (3, 21) versorgt werden, welches einen Leistungsbaustein mit mindestens einem ansteuerbaren Halbleiter-Bauelement (5, 6, 7) speist, dessen Ansteuerung über einen Steuerbaustein (4, 22) inklusive Auswerteeinheit und Speicher erfolgt,
    - wobei zur Einstellung der Helligkeit jedes Leuchtmittels, d. h. der Farbe der Leuchte, ein mit der Phase (L) eines Wechselspannungsnetzes (15) verbundenes Ansteuergerät (17) vorgesehen ist, welches aus der Phase (L) eine aufbereitete Phase (L') erzeugt und der Leuchte (1, 13) zuführt,
    - wobei das Ansteuergerät (17) bei einer gewünschten Änderung der Farbe die aufbereitete Phase (L') zunächst mit einem Synchronisationssignal (Tsync) versieht,
    - wobei das Ansteuergerät (17) anschließend eine Informations-Netzwelle der aufbereiteten Phase (L') durch Beeinflussung von drei Vollwellen der Netzspannung (U) erzeugt, um derart das gewünschte Helligkeits-Informationssignal (R, G, B) in Form des zeitlichen Spannungsverlaufs der Informations-Netzwelle zu übermitteln,
    - wobei der Steuerbaustein (4, 22) der angeschlossenen Leuchte (1, 13) nach Empfang eines Synchronisationssignals (Tsync) eine Auswerteroutine startet, um der Informations-Netzwelle der aufbereiteten Phase (L') das übertragene gewünschte Helligkeits-Informationssignal (R, G, B) zu entnehmen,
    - wobei der Steuerbaustein (4, 22) das detektierte Helligkeits-Informationssignal (R, G, B) abspeichert und bis zum nächsten Auftreten eines Synchronisationssignals (Tsync) für die Ansteuerung des Leuchtmittels (9, 10, 11) verwendet und
    - wobei der Steuerbaustein (4, 22) den Leistungsbaustein in Abhängigkeit des abgespeicherten Helligkeits-Informationssignals (R, G, B) ansteuert, und
    - wobei die drei auf das Synchronisationssignal (Tsync) folgenden Vollwellen der Netzspannung (U) als Informations-Netzwellen zur Übermittlung getrennter Helligkeits-Informationssignale (R, G, B) für die rote respektive grüne respektive blaue Lichtfarbe dienen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuergerät (17) zur Erzeugung einer Informations-Netzwelle den Phasenwinkel der Netzspannung (U) während dieser Welle beeinflusst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbaustein (4, 22) die während einer bestimmten Informations-Netzwelle auftretende Stromflusszeit als Maß für den Phasenwinkel dieser Welle ermittelt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuergerät (17) zur Erzeugung des Synchronisationssignals (Tsync) eine komplette Vollwelle der Netzspannung (U) sperrt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Redundanz die Informations-Netzwellen wiederholt übertragen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Synchronisationssignal (Tsync) und einer Informations-Netzwelle und / oder zwischen zwei Informafions-Netzwellen mindestens eine zusätzliche Vollwelle (W) eingeschoben wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerbausteins (4, 22) das Helligkeits-Informationssignal beim Ausschalten der Versorgungsspannung (L', N) speichert und beim Einschalten der Versorgungsspannung den Leistungsbaustein in Abhängigkeit des abgespeicherten Helligkeits-Informationssignals (R, G, B) ansteuert.
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