WO2008009307A1

WO2008009307A1 - Beleuchtungssystem mit dimmbarem vorschaltgerät

Info

Publication number: WO2008009307A1
Application number: PCT/EP2006/007214
Authority: WO
Inventors: Gotthard Schleicher
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem mit einem Dimmschalter, der über eine optische Signalübertragung an elektronische Vorschaltgeräte angeschlossen ist.

Description

Beleuchtungssystem mit dimmbarem Vorschaltgerät

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft dimmbare elektronische Vorschaltgeräte für Lampen. Dabei wird der Begriff "Beleuchtungssystem" für das elektronische Vorschaltgerät zusammen mit einem Dimmschalter zu seiner Dimmsteue- rung verwendet, wobei die passende Lampe beinhaltet sein kann, aber nicht muss. Der Begriff "Lampe" gilt dabei für Leuchtmittel im allgemeinsten Sinn einschließlich LED und LED-Module.

Stand der Technik

Es ist bekannt, elektronische Vorschaltgeräte und damit von ihnen versorgte Lampen über Dimmschalter zu dimmen. Die dimmbaren Vorschaltgeräte und Lampen können zur Helligkeitsregelung oder -einstellung oder auch für "weiche" Ein- und Ausschaltvorgänge oder zu ähnlichen Zwecken eingesetzt werden. Dazu werden Dimmschalter elektrisch an einem Vorschaltgerät angeschlossen, sind aber häufig räumlich davon entfernt.

Die Erfindung bezieht sich speziell auf den letztgenannten Fall, dass das e- lektronische Vorschaltgerät über einen von dem Vorschaltgerät getrennten Dimmschalter ein Signal für Dimmvorgänge erhält. Die Signale können dabei den Start eines Dimmvorgangs und sein Ende oder auch einen Dimmvorgang bis zu einem vorgegebenen nächsten Helligkeitswert definieren oder in anderer Weise Vorgaben für einen im Übrigen aber von dem elektronischen Vorschaltgerät selbst durchzuführenden Dimmvorgang geben. Im Stand der Technik sind auch in die Leistungsversorgung der Vorschaltgeräte integrierte Dimmvorrichtungen, insbesondere Phasenanschnittsdimmer bekannt, die den Dimmvorgang durch Einflussnahme auf die Leistungsversorgung auslösen und damit nicht einen von dem Vorschaltgerät selbst durchzuführenden Dimmvorgang steuern.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein verbessertes Beleuchtungssystem dieses Typs anzugeben, das durch einen günstigen Kom- promiss zwischen Zuverlässigkeit und technischem Aufwand verbesserte Einsatzmöglichkeiten bietet.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem mit einem dimmba- ren elektronischen Vorschaltgerät und einem mit dem Vorschaltgerät signaltechnisch verbundenen Dimmschalter zur Dimmsteuerung des Vorschaltge- räts, gekennzeichnet durch einen optischen Signalgeber, der an dem Dimmschalter angeschlossen ist, einen Optokoppler, der mit dem Vorschaltgerät elektrisch verbunden ist, und einen Lichtwellenleiter, der den optischen Sig- nalgeber optisch mit dem Optokoppler verbindet,

sowie auf eine Beleuchtungsanlage mit einem digitalen Steuergerät und einem solchen Beleuchtungssystem mit einer Mehrzahl digital ansteuerbarer Vorschaltgeräte,

und schließlich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Lampe mit einem sol- chen Beleuchtungssystem, bei welchem Verfahren über einen Dimmschalter ein Dimmsignal eingegeben wird, über einen optischen Signalgeber in ein optisches Signal umgeformt wird, über einen Lichtwellenleiter zu einem Optokoppler transportiert wird und durch den Optokoppler in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches einem elektronischen Vorschaltgerät zu- geführt wird und zur Dimmsteuerung dieses Vorschaltgeräts dient, wobei das Vorschaltgerät die Lampe ansprechend auf die Dimmsteuerung betreibt.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden im Folgenden erläutert. Die gesamte Offenbarung ist dabei sowohl im Hinblick auf den Vorrichtungscharakter als auch auf den Verfahrenscharakter der Erfindung zu verstehen, ohne dass dazwischen im Einzelnen explizit unterschieden wird.

Die Grundidee der Erfindung besteht im Einsatz eines Lichtwellenleiters zwi- sehen dem Dimmschalter und dem Vorschaltgerät. Der Lichtwellenleiter soll einen an den Dimmschalter angeschlossenen optischen Signalgeber optisch mit einem Optokoppler verbinden, der seinerseits elektrisch mit dem Vorschaltgerät verbunden ist. Das Dimmsignal wird also nach Umwandlung in ein optisches Signal durch den Lichtwellenleiter bis zu dem Optokoppler transportiert, der seinerseits bei Bedarf auch in direkter Nähe des Vorschalt- geräts angeordnet oder vorzugsweise sogar in dem Vorschaltgerät baulich integriert sein kann.

Durch den Wegfall der elektrischen Übertragung zwischen dem optischen Signalgeber und dem Optokoppler lassen sich elektromagnetische Einstreu- ungen und Probleme mit Isolationsfestigkeit, Spannungsschutz und dgl. vermeiden. Speziell der Eingang des Optokopplers, vorzugsweise ein Steuereingang des Vorschaltgeräts, bleibt spannungsisoliert und damit inhärent sicher. Kurzschlussrisiken fallen zu wesentlichen Teilen weg.

Der Lichtwellenleiter zwischen Signalgeber und Optokoppler muss nicht not- wendigerweise durchgehend sein. Es kann in Einzelfällen von Interesse sein, eine elektrische Einrichtung zwischenzuschalten, etwa zur Signalverstärkung bei langen Übertragungsstrecken oder zur Signalverteilung, -mischung oder - einkopplung bei komplexeren Beleuchtungssystemen. Bevorzugt ist jedoch, dass der Lichtwellenleiter durchgehend ausgeführt ist, also zwischen dem Signalgeber und dem Optokoppler eine rein optische Übertragung über optische Leiter stattfindet. Weiterhin ist dieser Lichtwellenleiter vorzugsweise auch einteilig, also nicht aus mehreren baulich getrennten Teilen zusammengesetzt, um den baulichen Aufwand und die Verluste zu minimieren.

Ferner ist bevorzugt, an sich bekannte optische Steckverbindungselemente für die Erfindung auszunutzen, also den Lichtwellenleiter zumindest an dem - A -

Optokoppler und/oder an dem Signalgeber durch ein optisches Steckverbindungselement zu montieren. Da der Optokoppler vorzugsweise in dem Vor- schaltgerät integriert ist, ergibt sich in diesem Fall natürlich ein optisches Steckverbindungselement an dem Gerät selbst.

Die erwähnten Vorteile der Vermeidung elektromagnetischer Einstreuungen bei der optischen Übertragung sind vor allem bei Anwendungen wichtig, bei denen relativ große Übertragungslängen auftauchen. In diesem Sinn ist die Erfindung vorzugsweise auf Anwendungen mit Längen des Lichtwellenleiters von mindestens 2,5 m gerichtet.

Einige der erwähnten Vorteile des Einsatzes von Lichtwellenleitern bestehen auch für zusätzliche signaltechnische Verbindungen in einem Beleuchtungssystem oder einer größeren Beleuchtungsanlage. Es ist daher bevorzugt, dass das Vorschaltgerät einen optischen Ausgang und/oder Eingang zur Datenkommunikation über einen weiteren oder denselben Lichtwellenleiter auf- weist.

Der Dimmschalter ist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ein Tastschalter oder "Taster". Solche Taster sind an sich bereits als Dimmschalter bekannt. Bei konventionellen Lösungen wird die zeitliche Dauer des Signals ausgewertet und steht für die gewünschte Helligkeitsänderung.

Dem optischen Signalgeber kann ein Filter zur Filterung des Stroms zur Erzeugung des optischen Signals vorgeschaltet sein. Das Filter muss natürlich nicht in dem optischen Signalgeber integriert sein. Wesentlich ist, dass der für die Erzeugung des optischen Signals verwendete Strom gefiltert wird. Damit kann ein störungsärmeres oder störungsfreies Lichtsignal erzeugt werden, das eine besonders saubere und ungestörte Erkennung in dem Optokoppler bzw. dem Vorschaltgerät erlaubt. Beispielsweise werden bei existierenden digital steuerbaren Vorschaltgeräten ("touch-dim") zur Auswertung eines Dimmsignals Nulldurchgänge ausgezählt. Wenn aufgrund von Störungen zusätzliche Nulldurchgänge auftreten, kann dies zu Fehlern führen, etwa indem das Signal verworfen oder falsch interpretiert wird. Bevorzugte Anwendungsfälle liegen auch in komplexeren Beleuchtungssystemen bzw. Beleuchtungsanlagen, in denen eine Mehrzahl Vorschaltgeräte auftreten und vorzugsweise über einen gemeinsamen Lichtwellenleiter mit einem gemeinsamen Signalgeber und Dimmschalter verbunden sind. Dabei kann der Lichtwellenleiter so aufgeteilt oder mehrfach vorhanden sein, dass er das eingekoppelte Lichtsignal an die Optokoppler der verschiedenen Vorschaltgeräte liefert. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung teilen sich die Vorschaltgeräte auch den Optokoppler und sind an einem gemeinsamen Optokoppler elektrisch angeschlossen.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, wobei die offenbarten Einzelmerkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können und die nachfolgende wie auch die vorstehende Beschreibung sowohl auf die Vorrichtungskategorie als auch auf die Verfahrenskategorie der Erfindung bezogen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems.

Figur 2. zeigt ein Blockschaltbild entsprechend Figur 1 zu einer Variante des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems als zweites Ausführungsbeispiel.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem gemäß Figur 1 weist drei Niederdruckentladungslampen LA1 , LA2 und LA3 auf, die jeweils von einem passenden Vorschaltgerät EVG QT DALI 1 , 2 bzw. 3 betrieben werden. Es handelt sich dabei um gemäß dem DALI-Protokoll ansteuerbare, also digital adressierbare, elektronische Vorschaltgeräte des Typs "Quicktronic" des Herstellers OSRAM. Deren Anschlüsse 1 bis 4 dienen jeweils zur Lampenversorgung, zwei jeweilige Anschlüsse DA zur digitalen Ansteuerung durch einen jeweiligen Optokoppler OK1 , 2 bzw. 3 und weitere zwei mit einem Wechselstromsymbol bezeichnete Anschlüsse zum Anschluss an eine Leistungsversorgung. Die oben links eingezeichnete Leistungsversorgung weist drei den jeweiligen EVGs zugeordnete Phasen L1 , L2 und L3 auf, die ge- trennt schaltbar sind, sowie einen Nullleiter N und eine ebenfalls mit den EVGs verbundene Prüferdeleitung PE.

An die erwähnten digitalen Ansteueranschlüsse DA sind die ebenfalls bereits erwähnten Optokoppler OK1 bis OK3 angeschlossen, die untereinander seriell mit einem Lichtwellenleiter LWL als optische Signalleitung verbunden sind, der ebenfalls einen Anschluss an einer Leuchtdiode D als optischem Signalgeber herstellt.

Die Leuchtdiode D wird über ein Filter F von der Phasenleitung L1 und dem Nullleiter N versorgt, wobei die Phasenleitung L1 durch einen Taster T1 als Dimmschalter und einen optionalen zweiten Taster T2 als parallel geschalte- ten zweiten Dimmschalter zugeschaltet werden muss. Wird der erste Dimmschalter T1 oder, in dem optionalen Fall, einer der beiden Dimmschalter T1 und T2 gedrückt, wird der Versorgungsstrom über das Filter F gefiltert zur Erzeugung eines Lichtsignals in der Leuchtdiode D eingesetzt. Hierzu ist nur ein vergleichsweise kleiner Strom von größenordnungsmäßig einigen weni- gen mA erforderlich, der im Verhältnis zu den für elektrische Dimmsignalleitungen, insbesondere bei größeren Beleuchtungsanlagen, erforderlichen Ströme sehr günstig liegt. Dementsprechend kann das Filter F klein ausgelegt werden und auch mit dem oder den Tastern D1 und D2 integriert ausgeführt sein.

Das von der Leuchtdiode D erzeugte Lichtsignal wird über den Lichtwellenleiter LWL den drei Optokopplern OK1 bis OK3 zugeführt und von diesen als elektronisches Digitalsignal an die jeweiligen Steueranschlüsse DA der EVGs weitergeleitet. Die EVGs verfügen damit über ein durch die Tasterbetätigung erzeugtes Dimmsignal, das sie nach seiner Zeitdauer auswerten und zum Ein- und Ausschalten aus oder in Dimmstufen sowie zum kontinuierlichen oder gestuften Verändern von Dimmstufen verwenden können. Dabei kann der Lichtwellenleiter LWL zwischen den Optokopplern OK1 bis OK3 und insbesondere auch zwischen dem oder den Optokopplern und der Leuchtdiode D als optischem Signalgeber ohne besondere Umstände relativ lang ausfallen. Insbesondere ergeben sich keine Schwierigkeiten durch elektromagneti- sehe Einstreuungen. Gemeinsam mit der Filterung des Versorgungsstroms der Diode ist damit ein besonders störungsfreies Dimmsignal gewährleistet, so dass die EVGs die Dauer des Dimmsignals durch Zählung von Nulldurchgängen störungsfrei auswerten können. Dazu zählen sie die Nulldurchgänge, die bei 50 Hz alle 10 ms auftreten.

Die maximale Signalleitungslänge ist im Vergleich zu elektrischen Signalleitungen erheblich vergrößert, wobei besondere Entstörmaßnahmen entfallen können, und kann hier etwa im Prinzip auch mehrere hundert Meter betragen.

Im Übrigen sind die Steuereingänge der EVGs spannungsfrei, obwohl der oder die Taster T1 und T2 von einer Phase versorgt sind.

Die Optokoppler OK1 bis OK3 sind im vorliegenden Fall in den EVGs integriert ausgeführt. Auch sind zwischen den Lichtwellenleitern LWL und den Optokopplern OK1 bis OK3 an sich bekannte optische Steckverbindungselemente eingesetzt. Das gilt auch für die Verbindung zwischen der Leuchtdiode D als Signalgeber und dem Lichtwellenleiter LWL.

Das Ausführungsbeispiel zeigt, wie durch eine serielle Verschaltung zwischen den Optokopplern OK1 bis OK3 eine Mehrzahl EVGs angesteuert werden kann. Es sind natürlich auch sternförmige Verschaltungen möglich oder die Versorgung mehrerer EVGs durch einen Optokoppler.

Die digitale Signalübertragung zwischen dem oder den Optokopplern und den EVGs kann dem DALI-Standard entsprechen, aber beispielsweise auch eine andere digitale Übertragungsstrecke sein, etwa nach dem von dem Hersteller OSRAM verwendeten Standard, der unter dem Markenbegriff "touch- dim" bekannt ist. Ein Vorteil der Erfindung kann auch darin liegen, dass die Dimmsignaleingänge grundsätzlich spannungsfrei sind. Bei konventionellen Lösungen besteht hingegen dann, wenn der Netzspannung entsprechende Signale auch zum Dimmen verwendet werden, die Gefahr, dass auch bei ausgefallener Phase für einen bestimmten Stromkreis am Dimmsignaleingang dennoch Netzspannung anliegt. Ein Arbeiter oder Elektriker wird hiermit möglicherweise nicht rechnen, woraus sich ein Gefährdungspotential ergibt.

Ferner sind die Dimmsignaleingänge grundsätzlich galvanisch getrennt, weil hier nur eine Lichtsignalankopplung stattfindet, so dass es auch bei Kurz- Schlusssituationen keine gegenseitige Beeinträchtigung der Stromkreise über diese Eingänge geben kann.

Figur 2 zeigt eine Variante zu dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1. Hier sind insgesamt sechs EVGs mit den Bezugszeichen EVG QT DALI 1 - 6 vorgesehen und demzufolge auch sechs Lampen LA1 - 6. Die EVGs sind jeweils paarweise an gemeinsame Optokoppler OK1 - 3 angeschlossen, die über einen jeweiligen Lichtwellenleiter LWL1 - 3 an eine für alle Optokoppler OK1 - 3 und Lichtwellenleiter LWL1 - 3 gemeinsame Leuchtdiode D angeschlossen sind. Die drei Lichtwellenleiter LWL1 - 3 können auch auf einem gemeinsamen Lichtwellenleiter zusammengeführt werden, der dann einheit- lieh an*die Leuchtdiode D angeschlossen ist, wobei also der Lichtwellenleiter aufgeteilt wäre.

Claims

Patentansprüche

1. Beleuchtungssystem mit einem dimmbaren elektronischen Vorschaltgerät (EVG QT DALI 1 - 6) und einem mit dem Vorschaltgerät (EVG QT DALI 1 - 6) signaltechnisch verbundenen Dimmschalter (T1/T2) zur Dimmsteuerung des Vorschalt- geräts,

gekennzeichnet durch einen optischen Signalgeber (D), der an dem Dimmschalter (T1/T2) angeschlossen ist, einen Optokoppler (OK, OK1 - 3), der mit dem Vorschaltgerät (EVG QT DALI 1 - 6) elektrisch verbunden ist, und einen Lichtwellenleiter (LWL, LWL1 - 3), der den optischen Signalgeber (D) optisch mit dem Optokoppler (OK, OK1 - 3) verbindet.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , bei dem der Optokoppler (OK, OK1 - 3) baulich in dem Vorschaltgerät (EVG QT DALI 1 - 6) integriert ist.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Lichtwellen- leiter (LWL, LWL1 - 3) zwischen dem optischen Signalgeber (D) und dem Optokoppler (OK, OK1 - 3) durchgehend und vorzugsweise einteilig vorliegt.

4. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Lichtwellenleiter (LWL, LWL1 - 3) an dem Optokoppler (OK, OK1 - 3) und/oder an dem optischen Signalgeber (D) durch ein optisches Steckverbindungselement montierbar ist.

5. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Vorschaltgerät zumindest einen optischen Eingang oder Aus- gang zur Datenkommunikation über einen Lichtwellenleiter (LWL₁ LWL1

- 3) aufweist.

6. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem dem optischen Signalgeber (D) ein Filter zum Filtern des Stroms zur Erzeugung des optischen Signals vorgeschaltet ist.

7. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl Vorschaltgeräte (EVG QT DALI 1 - 6) mit einem gemeinsamen optischen Signalgeber (D), der über zumindest einen Lichtwellenleiter (LWL, LWL1 - 3) mit den einzelnen Vorschaltgeräten (EVG QT DALI 1 - 6) optisch verbunden ist, und einem gemeinsamen, über diesen Signalgeber (D) angeschlossenen Dimmschalter (T1/T2).

8. Beleuchtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl Vorschaltgeräte (EVG QT DALI 1 - 6), die mit einem gemeinsamen Optokoppler (OK1 - 3) elektrisch verbunden sind, wobei der gemeinsame Optokoppler (OK1 - 3) über einen gemeinsamen Lichtwellenleiter (LWL1 - 3) und einen gemeinsamen optischen Signalgeber (D) mit einem gemeinsamen Dimmschalter (T1/T2) verbunden ist.

9. Verfahren zum Betreiben einer Lampe (LA1 - 6) mit einem Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 - 8, bei welchem Verfahren über einen Dimmschalter (T1/T2) ein Dimmsignal eingegeben wird, über einen optischen Signalgeber (D) in ein optisches Signal umgeformt wird, über einen Lichtwellenleiter (LWL₁ LWL1

- 3) zu einem Optokoppler (OK₁ OK1 - 3) transportiert wird und durch den Optokoppler (OK₁ OK1 - 3) in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG QT DALI 1 -

6) zugeführt wird und zur Dimmsteuerung dieses Vorschaltgeräts (EVG QT DALI 1 - 6) dient, wobei das Vorschaltgerät (EVG QT DALI 1 - 6) die Lampe (LA1 - 6) ansprechend auf die Dimmsteuerung betreibt.