DE10162941C1

DE10162941C1 - Beleuchtungssystem mit separat dimmbaren Niedervolt-Halogenlampen

Info

Publication number: DE10162941C1
Application number: DE10162941A
Authority: DE
Inventors: Klaus Appel; Katja Volkmann
Original assignee: APPEL ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: APPEL ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2021-12-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halogenbeleuchtungssystem mit einem Netzteil zum Erzeugen einer Versorgungsspannung und wenigstens zwei Niedervolt-Halogenlampen, die während des Betriebs des Halogenbeleuchtungssystems an eine Zweidrahtleitung angeschlossen sind, um die Versorgungsspannung zu empfangen. Die Niedervolt-Halogenlampen sind miteinander parallel verschaltet. Ferner ist eine Halogenlampendimmvorrichtung zum Dimmen der Leuchtstärke einer der Niedervolt-Halogenlampen vorgesehen, wobei sich die Halogenlampendimmvorrichtung an dem halogenlampenseitigen Ende der Zweidrahtleitung befindet. Die Halogenlampendimmvorrichtung weist eine Signalempfangseinrichtung zum Empfangen eines Steuersignals, eine Dimmsteuereinheit zum Steuern des Dimmvorgangs für die Niedervolt-Halogenlampe in Übereinstimmung mit dem empfangenen Steuersignal und eine Versorgungsspannungsausgabeeinrichtung zum Ausgeben einer Versorgungsspannung für die Niedervolt-Halogenlampe unter Steuerung durch die Dimmsteuereinheit auf. Die Erfindung erlaubt separates Dimmen einzelner Niedervolt-Halogenlampen in einem solchen Halogenbeleuchtungssystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Halogenbeleuchtungssysteme und befasst sich insbesondere mit dem Dimmen von Niedervolt-Halogenlampen in einem solchen Beleuchtungssystem.

Halogenbeleuchtungssysteme sind im Stand der Technik bereits zahlreich be kannt. Sie bestehen in der Regel aus einem Netzteil und mehreren Halogen lampen, die mit dem Netzteil verbunden sind. Bei der Verdrahtung der Halo genlampen kommen oft Zweidrahtsysteme zur Anwendung, da hierbei der Ver drahtungsaufwand minimiert ist. Die verschiedenen Halogenlampen sind in ei nem solchen Zweidrahtsystem parallel verschaltet. Die Leitungsführung kann hierbei in Strang- oder Sternform erfolgen.

Solche Halogenbeleuchtungssysteme sind bereits im Stand der Technik dimm bar. Wie in Fig. 1 gezeigt, verfügt ein solches herkömmliches dimmbares Halo genbeleuchtungssystem über einen Dimmer 120, der mit dem Netzteil 110 ver bunden ist und die von dem Netzteil 110 bereitgestellte Versorgungsspannung herunterdimmt. Gesteuert wird der Dimmer 120 über einen Signalgeber 130, der beispielsweise eine Taste oder einen Schalter oder auch einen Helligkeits- oder einen anderen Sensor umfasst. Die gedimmte Ausgangsspannung wird auf die Zweidrahtleitung ausgegeben, so dass die Halogenlampen 150, 170, 190, die über jeweilige Sockel 140, 160, 180 mit dem Zweidrahtsystem verbun den sind, in ihrer Helligkeit geregelt werden.

Ein solches herkömmliches dimmbares Halogenbeleuchtungssystem weist je doch den Nachteil auf, dass die verschiedenen Halogenlampen 150, 170, 190 nur in ihrer Gesamtheit gedimmt werden können. Es ist jedoch in einer Vielzahl von Anwendungen wünschenswert, Halogenlampen separat zu dimmen. Bei spielsweise kann es erwünscht sein, durch gezieltes Dimmen einzelner Halo genlampen den Gesamtstromverbrauch zu reduzieren. Ferner ließen sich durch separates Dimmen einzelner Halogenlampen besondere Lichteffekte erzielen.

Für andere als Halogenbeleuchtungssysteme sind im Stand der Technik bereits Techniken beschrieben worden, die ein separates Dimmen ermöglichen.

Die US 5,323,088 beschreibt einen Dimmsteuerschaltkreis für eine Vielzahl von Beleuchtungsgeräten. Der Schaltkreis enthält einen separaten Halbleiterlei stungsschalter, um kontrolliert gepulste unidirektionale Stromstärken für die Be leuchtungskörper bereitzustellen.

Die US 4,220,895 offenbart eine hochfrequente Signalisierung für Lampendim merschaltkreise, bei der verschiedene hochfrequente Steuerspannungen über eine gemeinsame Leitung übertragen werden. Es werden zwei Rechtecksignale verwendet, die bei derselben Frequenz gechoppt sind.

Aus der JP 08-180979 A ist ferner ein Beleuchtungssystem bekannt, das die Lichtstärke von mehreren Lichtquellen separat ändern kann. Es werden Fluk tuationsdaten verwendet, die aus einem Datenspeicher ausgelesen werden.

Ähnliche Beleuchtungssysteme mit über ein Bussystem dimmbaren Hochvolt- Halogenlampen sind ebenfalls bekannt. Diese bekannten Dimmsysteme lassen sich jedoch auf Niedervolt-Halogenbeleuchtungssysteme nur eingeschränkt anwenden. Wird ein Zweidraht-Halogenbeleuchtungssystem, in dem die Nie dervolt-Halogenlampen parallel verschaltet sind, um solche separaten Dimmei genschaften erweitert, so ist es nötig, zusätzliche Datenleitungen zur Signalisie rung zu legen, was den Installationsaufwand des Halogenbeleuchtungssystems nachteilig erhöht. Zudem lässt sich ein Niedervolt-Halogenbeleuchtungssystem unter Verwendung der bekannten Dimmtechniken nicht mehr in kompakter Bau form fertigen, da die erforderlichen Schaltelemente eine beträchtliche Verlust leistung hervorrufen. Ferner ergeben sich Spannungsabfälle, die die maximal mögliche Lichtstärke verringern.

Die DE 91 16 534 U1 beschreibt ein Fernsteuersystem für Niedervoltleuchten, die Niedervolt-Halogenleuchten sein können. Es sind Empfangsvorrichtungen vorgesehen, die pulscodemodulierte hochfrequente Signale empfangen. Die Steuersignale werden direkt über die Niederspannungsleitungen übertragen. Die Niedervoltlampen können in der Helligkeit verändert werden. Es kann ein Infrarotsender verwendet werden.

Die DE 44 38 901 A1 offenbart ein Verfahren zur Leistungssteuerung von Ver brauchern, die an eine Niedervolt-Zweidrahtleitung angeschlossen sind. Jedes einzelne Leuchtmittel ist in seiner Helligkeit einstellbar. Die Leuchtmittel sind mit jeweils einem vorgeschalteten Empfangsgerät parallel zueinander verbunden. Zu den Empfangsgeräten werden Daten gesendet, die pulsabstandsmoduliert sind. Die Empfangsgeräte können eine Baugröße von z. B. 32 × 12 × 10 mm² haben. Steuerbefehle können von einer Infrarot-Fernbedienung stammen. Der Infrarotsender kann durch einen Computer nachgebildet werden, um eine au tomatische Lichtsteuerung zu realisieren.

Aus der DE 38 43 036 A1 ist eine Stromschiene für Beleuchtungskörper be kannt. Die Beleuchtungskörper können Niedervolt-Halogenglühlampen sein. Neben den Schienenleitern können noch ein oder mehrere weitere Leiter zum Dimmen der entsprechenden Beleuchtungskörper vorgesehen sein, wobei über diese weiteren Leiter die Steuerinformationen zu den zugeordneten Dimmschal tungen übertragen werden. Es werden Frequenzen zwischen 20 kHz und 200 kHz verwendet, um ausserhalb des Hörbereichs zu arbeiten und um Hoch frequenzleistungsverluste zu vermeiden.

Die DE 196 10 381 C2 betrifft ein Installationsbussystem für eine Stromschie nenbeleuchtung. In einer Modemschaltung werden den logischen Pegeln "0" und "1" bestimmte Frequenzen zugeordnet, z. B. "0" entspricht 133,05 kHz und logisch "1" entspricht 131,85 kHz. Diese Frequenzen werden auf die Leitung aufmoduliert.

Schliesslich offenbart die DE 27 40 533 C2 ein Fernwirkverfahren, bei dem Adressen- und Steuersignale in Form von Signalpulsen übermittelt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Niedervolt- Halogenbeleuchtungssystem und ein zugehöriges Verfahren sowie eine ent sprechende Dimmvorrichtung und Dimmsteuervorrichtung bereitzustellen, die ein separates Dimmen auch von parallel an eine Zweidrahtleitung angeschlos senen Niedervolt-Halogenlampen ermöglicht, ohne die erwähnten Nachteile hervorzurufen.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche ge löst.

Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei Niedervolt-Halogenlampen mit einem Netzteil über eine Zweidrahtleitung verbunden, um die Versorgungsspannung zu empfangen. Die Niedervolt-Halogenlampen sind miteinander parallel ver schaltet. Ferner ist eine Halogenlampendimmvorrichtung zum Dimmen der Leuchtstärke wenigstens einer der Niedervolt-Halogenlampen vorgesehen. Die Halogenlampendimmvorrichtung befindet sich an dem halogenlampenseitigen Ende der Zweidrahtleitung und umfasst eine Signalempfangseinrichtung zum Empfangen eines Steuersignals, eine Dimmsteuereinrichtung zum Steuern des Dimmvorgangs für die Niedervolt-Halogenlampe in Übereinstimmung mit dem empfangenen Steuersignal und eine Versorgungsspannungsausgabeeinrich tung zum Ausgeben einer Versorgungsspannung für die Niedervolt-Halogen lampe unter Steuerung durch die Dimmsteuereinheit.

Hierdurch lassen sich in einem Halogenbeleuchtungssystem einzelne Nieder volt-Halogenlampen, die gemeinsam aus einer Quelle versorgt werden und parallel geschaltet sind, separat dimmen und schalten. Einzelne Niedervolt- Halogenlampen lassen sich vorteilhafterweise an einer gemeinsamen Leitung, die nur zwei Adern aufweist, unabhängig voneinander betreiben. Die Leitung dient als Versorgungsleitung sowie als Datenleitung. Hierdurch wird der weitere Vorteil erzielt, dass das Halogensystem nach wie vor flexibel und kostengünstig installiert werden kann, in den Montagemöglichkeiten sehr vielfältig ist und auch besondere Lichteffekte mit reduzierter Verdrahtungsarbeit in hoher Designfrei heit realisierbar sind. Ferner lassen sich bestehende herkömmliche Halogen beleuchtungssysteme mit der erfindungsgemäßen Dimmtechnik in einfacher und somit kostengünstiger Weise nachrüsten, ohne eine Neuverdrahtung vor nehmen zu müssen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Beleuchtungs system kompatibel zu herkömmlichen Systemen ist. So können beispielsweise in dem Halogenbeleuchtungssystem auch solche Halogenlampen unterge bracht und betrieben werden, die von vornherein nicht gedimmt werden sollen. In diesem Falle wird die Halogenlampe in Parallelverschaltung an die Zwei drahtleitung angeschlossen und empfängt die volle Versorgungsspannung. Es lassen sich somit nicht nur gezielt einzelne Halogenlampen dimmen, es können zudem in kostengünstiger Weise einzelne Halogenlampen von jeglichem Dimmvorgang ausgeschlossen werden.

Die durch das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem erzielbare Nachrüstbar keit ermöglicht ferner den schrittweisen Ausbau des Dimmsystems, da einzelne Halogenlampendimmvorrichtungen auch erst nach und nach in das System eingebracht werden können.

Die vorteilhafterweise durch die Erfindung erreichbare Kompatibilität zu her kömmlichen, nicht dimmbaren Beleuchtungssystemen schließt insbesondere auch die Kompatibilität zu in solchen System bisher verwendeten Netzteilen ein. Somit ist beim Nachrüsten eines bestehenden Halogenbeleuchtungssystems vorteilhafterweise auch gewährleistet, dass die in das System eingebrachten, erfindungsgemäß separat dimmbaren Niedervolt-Halogenlampen in ihrer Maxi malleuchtstärke die gleiche Helligkeit aufweisen wie die bereits im System be findlichen, nicht dimmbaren Halogenlampen.

Die Verwendung der der Spannungsversorgung dienenden Zweidrahtleitung zur Signalübertragung gewährleistet zudem den Einsatz der Halogenlampen als Einbaulampen, da keine zusätzlichen Verbindungen zu errichten sind und auch kein Taster, Schalter, Infrarotempfänger, RF-Empfänger etc. an der Lampe vor gesehen sein muss.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Verwendung einer Feldeffekttransistor-Brückenschaltung als Gleichrichter in der Halogenlampendimmvorrichtung führt zu dem besonderen Vorteil, dass die Gleichrichtung sehr verlustarm erfolgt und so im Gegensatz zu herkömmli chen Systemen die maximale Helligkeit tatsächlich erzielbar ist, da der Dimmer nahezu verlustfrei arbeitet. Der Einsatz einer solchen Feldeffekttransistor- Brückenschaltung ist daher insbesondere für den Betrieb von separat dimmba ren Halogenlampen im Niedervoltbereich vorteilhaft.

Ferner ist die Schaltung aufgrund ihrer geringen Verluste in besonders kom pakter Bauweise realisierbar. Dies ermöglicht insbesondere den Einbau der Halogenlampendimmvorrichtung in den Sockel der Halogenlampe. Zusätzlich zu der erzielbaren kompakten Bauweise wird auch die Wärmeentwicklung ver mindert, so dass keine besonderen Anforderungen in dieser Hinsicht an die Lampenfassungen gestellt werden müssen.

Durch die Verwendung eines Widerstandsnetzwerks oder eines anderen elek tronischen Netzwerks, das den Kanalwiderstand der Feldeffekttransistoren in Abhängigkeit vom Eingabesignal variiert, wird die Verlustleistung des Gleich richters vorteilhafterweise weiter reduziert.

Die Verwendung von Leistungsfeldeffekttransistoren erhöht zudem in vorteil hafter Weise die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Dimmvorrichtungen.

Ist die Halogenlampendimmvorrichtung eingerichtet zum Dimmen der Leucht stärke der Niedervolt-Halogenlampe auf einen voreingestellten Wert, wenn kein Steuersignal empfangen werden kann, so gestattet dies einen Betrieb auch mit Netzteilen, die eine an sich zu hohe Spannung liefern. Neben einem Schutz der jeweiligen Halogenlampen werden hierdurch ferner Helligkeitsschwankungen vermindert.

Werden die Steuersignale als frequenzmodulierte, symmetrische Digitaldaten ausgestaltet, so kann hierdurch in vorteilhafter Weise ein kontinuierlicher Ener giefluss aufgebaut werden, ohne dass Lampen in ihrer Sollhelligkeit beeinflusst werden. Die effektive Versorgungsspannung im System ist immer konstant. Zu dem können die Lampen durch das symmetrische Datenformat polaritätsunab hängig angeschlossen werden. Eine Lampe, die ohne zugehörige Dimmvor richtung in das System eingebracht ist, leuchtet mit konstanter Helligkeit.

Wird als Signalgeber ein Infrarotsender verwendet, der seine Steuersignale zu einem Empfänger am zentralen Netzteil oder zu einer anderen Steuereinheit sendet, so hat dies den Vorteil, dass insbesondere im sensiblen Bereich von z. B. Krankenhäusern keine elektromagnetische Verschmutzung auftritt. Ferner wird keine Antenne benötigt, so dass sich ein kompakter Aufbau realisieren lässt.

Wird hingegen als Signalgeber ein RF-Sender verwendet, ist in vorteilhafter Weise eine Steuerung auch ohne direkten Sichtkontakt möglich.

Wird über die Zweidrahtleitung die Signalübertragung unidirektional durchge führt, so lassen sich Spannungsmodulationsverfahren anwenden, die sich ein fach und kostengünstig realisieren lassen. Wird hingegen eine bidirektionale Kommunikation verwendet, wird der Vorteil erhöhter Flexibilität in der Anord nung der Systemkomponenten sowie in der Auswahl derselben erzielt. Wird für die Rückübertragung ein Strommodulationsverfahren verwendet, so wird in vorteilhafter Weise keine Fremdenergie eingespeist.

Bevorzugte Ausgestaltungen werden nunmehr unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein dimmbares Halogenbeleuchtungssystem nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 zeigt eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems;

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Dimmsteuerung in dem Halogenbeleuchtungssystem von Fig. 2;

Fig. 4a und 4b zeigen die Spannungsverläufe, die von dem Kodierer der Dimmsteuerung von Fig. 3 zur Kennzeichnung einer logischen Eins bzw. Null erzeugt werden;

Fig. 5 zeigt ein kodiertes Datenformat gemäß einer bevorzugten Ausführungs form;

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Dimmers in dem Halogen beleuchtungssystem von Fig. 2;

Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Gleichrichters des Dim mers von Fig. 6;

Fig. 8 zeigt eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems;

Fig. 9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Signalgebers in dem Halo genbeleuchtungssystem von Fig. 8;

Fig. 10 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Dimmsteuerung in dem Halogenbeleuchtungssystem von Fig. 8;

Fig. 11 zeigt eine dritte bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems;

Fig. 12 zeigt eine vierte bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems;

Fig. 13 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Dimmers in dem Halo genbeleuchtungssystem von Fig. 12;

Fig. 14 zeigt eine fünfte bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems; und

Fig. 15 zeigt einen unsymmetrisch veränderten Signalverlauf zur Erzeugung eines positiven DC-Offsets.

Zunächst wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine erste bevorzugte Ausge staltung des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems zeigt. In dieser Ausgestaltung weist das System eine Dimmsteuerung 210 auf, die an dem netzteilseitigen Ende der Zweidrahtleitung angeordnet ist und über den Signal geber 130 Benutzereingaben oder andere Steuereingaben beispielsweise eines erhält. Die Niedervolt-Halogenlampe 170 ist in dem Halogenbeleuchtungssy stem von Fig. 2 dimmbar ausgestaltet, indem der Lampensockel durch einen Dimmer 220 ersetzt worden ist. Der Dimmer 220 ist somit über die Zweidraht leitung und die Dimmersteuerung 210 auch mit dem Netzteil 110 verbunden. Der Dimmer 220 kann in einen herkömmlichen Sockel eingebaut sein oder auch zusätzlich zu einem herkömmlichen Sockel, vorzugsweise in dessen Nähe, an gebracht werden. In dem Beispiel von Fig. 2 ist nur die Halogenlampe 170 dimmbar, während die Halogenlampen 150 und 190 bei voller Leuchtstärke be trieben werden. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf das Dimmen nur einer Halogenlampe im System beschränkt, sondern umfasst ebenfalls das separate Dimmen jeder im System vorhandenen Halogenlampe oder auch jeder anderen Untermenge davon. Alle im System befindlichen dimmbaren wie nicht dimmba ren Halogenlampen weisen dabei dieselbe Maximalhelligkeit auf.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird der Schalt- bzw. Dimmvorgang somit direkt am Leuchtmittel realisiert. Der Dimmer 220 wird über die Zwei drahtleitung hinweg von der Dimmsteuerung 210 gesteuert und erhält zu die sem Zweck ein Steuersignal von dieser Dimmsteuerung 210. Die im System von Fig. 2 verwendeten Halogenlampen 150, 170, 190 sind Niedervolt-Halo genlampen, beispielsweise 12-Volt-Lampen.

Die in dem System von Fig. 2 gezeigte Dimmsteuerung 210 ist in Fig. 3 näher erläutert. Vom Netzteil 110 empfängt die Dimmsteuerung 210 eine Versor gungsspannung, die der Stromversorgung der Dimmsteuerung 210 und deren Untereinheiten dient. Auf der Ausgangsseite umfasst die Dimmsteuerung 210 einen Ausgangstreiber 320, der die für den Betrieb der Halogenlampen 150, 170, 190 notwendige Spannung erzeugt. Der Ausgangstreiber 320 ist so aus gelegt, dass er die vom Kodierer 310 aufmodulierten digitalen Signale ebenfalls auf die Zweidrahtleitung überträgt.

Der Kodierer 310 empfängt eine Eingabe vom Signalgeber 130 über eine Da tenschnittstelle 330. Die Datenschnittstelle kann eine Computerschnittstelle sein, beispielsweise eine RS232- oder RS485-Schnittstelle, wenn der Signalge ber 130 als Computer ausgeführt ist. Die Datenschnittstelle 330 kann alternativ eine Infrarotschnittstelle oder auch eine RF-Schnittstelle (Radiofrequenz- Schnittstelle) sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Schnittstelle eine LON-Schnittstelle (Local Operating Network).

Der Kodierer 310 moduliert die Zustandsinformation für die jeweiligen Lampen durch Modulation der Versorgungsspannung, durch Frequenz modulation. Somit ist der Informationsträger die frequenzmodulierte Versor gungsspannung, und die Information wird über die Versorgungsleitungen an den Dimmer 220 übertragen. Die hierbei verwendeten Signalverläufe sind in den Fig. 4a und 4b gezeigt.

In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird eine logische Eins durch ein höherfrequentes Rechtecksignal dargestellt (Fig. 4a), während für die logische Null eine geringere Frequenz verwendet wird (Fig. 4b). Die digitalen Informationen werden somit durch lange und kurze Perioden repräsentiert, wo bei durch die Symmetrie der Signale der Effektivwert der Spannung unabhängig von den übertragenen Daten immer konstant bleibt. Es wird hierdurch insbe sondere zu keinen Helligkeitsschwankungen kommen.

Ein bevorzugtes Datenformat für die Übertragung der Informationen von der Dimmsteuerung 210 zum Dimmer 220 ist in Fig. 5 dargestellt. Die Datenstruk tur beginnt mit einer Synchronisationssequenz 510 von vorzugsweise minde stens zehn Einsen, also höherfrequenten Rechtecksignalen. Nach der Syn chronisationssequenz wird die Datenübertragung eingeleitet durch eine einzel ne Startnull 520. Es folgt in der Datenstruktur ein Byte von acht Bit Nutzdaten. Dieses Datenbyte 530 dient der Adressierung des Empfängers und wird durch eine weitere Null 540 abgeschlossen. Die Zwischenbytenull 540 dient zur Kennzeichnung des nachfolgenden Datenabschnitts. In diesem Datenabschnitt werden ein oder mehrere Bytes 550 von jeweils acht Bit Nutzdaten übertragen. Beendet wird die Datenstruktur durch eine Eins 560 anstelle einer Zwischen bytenull 540. Obgleich in Fig. 5 lediglich ein einzelnes Datenbyte übertragen wird, kann die gezeigte Datenstruktur somit auch erweitert werden, indem nach dem Datenbyte 550 eine weitere Zwischenbytenull 540 und ein zweites Daten byte 550 nachfolgt. Durch Anfügen wiederum weiterer Datenbytes in derselben Weise kann die Datenstruktur beliebig verlängert werden.

In Fig. 6 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Dimmers 220 gezeigt. Der Dimmer ist mit einem Gleichrichter 610 und einem Dekodierer 630 an die Zweidrahtleitung angeschlossen. Der Gleichrichter 610 richtet die vom Aus gangstreiber 320 bereitgestellte Versorgungsspannung gleich und liefert sie an den Pulsbreitenmodulationstreiber 620 (PWM, Pulse Width Modulation). Der Pulsbreitenmodulationstreiber 620 führt die eigentliche Dimmung durch und ist zu diesem Zweck in einer entsprechend getakteten MOSFET-Technik ausge staltet.

Der ebenfalls mit der Zweidrahtleitung verbundene Dekodierer 630 wertet die auf der Zweidrahtleitung empfangenen digitalen Steuersignale aus. Hierzu führt er zunächst eine Synchronisierung auf die jeweilige Datenstruktur durch und liest dann die in der jeweiligen Datenstruktur enthaltene Adresse A₈. . .A₁ aus. Entspricht die ausgelesene Adresse der eigenen Adresse des jeweiligen Dim mers 220, so wertet der Dekodierer ferner die in der entsprechenden Daten struktur nachfolgenden Nutzdaten D₈. . .D₁ aus. Diese Nutzdaten enthalten vor zugsweise eine Angabe des gewünschten Dimmpegels, beispielsweise die An gabe einer von mehreren vorgegebenen Dimmstufen. Die ausgelesenen Nutz daten werden an die Dimmsteuereinheit 640 des Dimmers 220 weitergeleitet, die durch geeignete Taktung des Pulsbreitenmodulationstreibers 620 die Steue rung des Dimmvorgangs übernimmt.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Gleichrichters 630 ist in Fig. 7 gezeigt. Der Gleichrichter ist hier als eine MOSFET-Transistorbrücke ausge staltet. Die Substratdioden der Leistungstransistoren 710, 720, 730, 740 werden dabei als Gleichrichter zusammengeschaltet. Zu dem Zeitpunkt, in dem die je weilige Substratdiode im Durchlassbetrieb ist, wird durch ein Widerstandsnetz werk 750, 760, 770, 780 der jeweilige Transistor eingeschaltet. Die Stromrich tung im Transistor ist dann invers, so dass der Spannungsabfall und somit auch die Verlustleistung nur noch abhängig vom Drain-Source-Widerstand des Tran sistors ist. Das Widerstandsnetzwerk 750, 760, 770, 780 variiert somit den Ka nalwiderstand der MOSFET-Transistoren 710, 720, 730, 740 in Abhängigkeit vom Eingabesignal, um die Verlustleistung des Gleichrichters zu reduzieren. Anstelle eines Widerstandsnetzwerkes kann auch ein anderes elektronisches Netzwerk verwendet werden.

Durch die Verwendung von MOSFET-Transistoren wird die thermische wie elektrische Verlustleistung sowohl im Gleichrichter 610 als auch im Pulsbrei tenmodulationstreiber 620 wirkungsvoll verringert.

Vorzugsweise wird beim Betrieb des Pulsbreitenmodulationstreibers 620 die Dimmfrequenz in den über der Hörgrenze liegenden Frequenzbereich verlagert. Die Schwingungen, die in der Glühdrahthalterung durch die magnetische Rückwirkung der Glühwendel bei getakteter Ansteuerung entstehen, sind somit für den Benutzer nicht mehr hörbar.

Fig. 8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems. Dieses Halogenbeleuchtungssystem unter scheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten System dadurch, dass der Signalge ber 820 ein Steuersignal nicht mehr direkt an die Dimmsteuerung 810 ausgibt, sondern hierfür ebenfalls die Zweidrahtleitung verwendet.

Der Signalgeber 820 weist dann die in Fig. 9 gezeigte Form auf und enthält einen Taster/Schalter 910 oder einen anderen beliebigen Sensor, eine Sen de/Empfangssteuereinheit 920 und eine Sende/Empfangseinheit 930. Wird der Taster oder Schalter 910 betätigt oder stattdessen beispielsweise ein optischer Signalgeber verwendet, der ein Signal ausgibt, so steuert die Sen de/Empfangssteuereinheit 920 die Sende/Empfangseinheit 930, um ein ent sprechendes Signal über die Zweidrahtleitung an die Dimmsteuerung 810 wei terzuleiten.

Die Dimmsteuerung 810 weist die in Fig. 10 gezeigte Struktur auf, wonach das über die Zweidrahtleitung empfangene Signal in einem Signalempfänger 1010 empfangen und ausgewertet wird, der dann das für den Kodierer 310 erforderli che Eingabesignal bereitstellt. Die Ausgabe des Kodierers 310 wird dann im Ausgangstreiber 320 der Zweidrahtleitung aufmoduliert.

In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 wird die Zweidrahtleitung somit bidirek tional betrieben, da das digitale Steuersignal von der Dimmsteuerung 810 zum Dimmer 220 in der einen Richtung übertragen wird, der Signalgeber 820 die Zweidrahtleitung jedoch in umgekehrter Richtung verwendet. Die Datenübertra gung in Rückwärtsrichtung vom Signalgeber 820 zur Dimmsteuerung 810 er folgt dabei vorzugsweise durch Strommodulation, wobei die in der Dimmsteue rung 810 strommoduliert empfangenen Signale in entsprechende spannungs modulierte Signale umgewandelt werden, die dann an die anderen Teilnehmer übertragen werden. Die Kommunikation ist hierbei vorzugsweise vollduplex. Der Buszugriff wird durch die Arbitrierung von Dimmsteuerung 810, Dimmer 220 und Signalgeber 820 umgesetzt.

Fig. 11 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems, das sich von dem System von Fig. 8 darin un terscheidet, dass am netzteilseitigen Ende der Zweidrahtleitung keine Dimm steuerung 810 vorgesehen ist. Der Signalgeber 1120 sendet vielmehr seine Daten direkt über die Zweidrahtleitung an den Dimmer 1110.

Der Signalgeber 1120 kann hierbei so ausgestaltet sein, dass er im wesentli chen die in Fig. 2 gezeigte Dimmsteuerung 210 sowie den dort gezeigten Si gnalgeber 130 enthält. Der Dimmer 1110 kann dann baugleich mit dem in Fig. 6 gezeigten Dimmer ausgestaltet sein. In diesem Fall überträgt der Signalgeber 1120 seine Daten unidirektional und spannungsmoduliert über die Zweidraht leitung.

In Fig. 12 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems gezeigt. In diesem System wird dem Dimmer 1210 von einem Signalgeber 130 direkt ein Signal zugeführt.

In einer ersten bevorzugten Variante ist der Dimmer 1210 ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten Dimmer ausgestaltet, d. h. er wertet das vom Signalgeber 130 emp fangene Signal selbst aus und steuert dementsprechend den Dimmvorgang der mit dem Dimmer 1210 verbundenen Halogenlampe 170.

In einer anderen bevorzugten Variante reicht der Dimmer 1210 das vom Si gnalgeber 130 empfangene Signal über die Zweidrahtleitung an die Dimm steuerung 810 weiter, die dann die Steuerung des Dimmers 1210 oder eines oder meherer anderer im System vorhandener (nicht gezeigter) Dimmer vor nimmt. Der Dimmer 1210 hat dann die in Fig. 13 gezeigte Struktur und weist somit zusätzlich zu den in Fig. 6 gezeigten Einheiten eine Datenschnittstelle 1310 auf, die die vom Signalgeber 130 empfangenen Daten an die Sende- /Empfangssteuereinheit 1320 weiterleitet, die dann die Steuerung der Sende- /Empfangseinheit 1330 durchführt.

Die Sende-/Empfangseinheit 1330 überträgt in strommodulierter Form ein Si gnal an die Dimmsteuerung 810, die das Signal auswertet, entsprechend ko diert und in spannungsmodulierter Form an den Dimmer 1210 weiterleitet, der im Dekodierer 630 die Auswertung der Daten übernimmt. Diese bidirektionale Anordnung mit Signalgeberspeisung am Dimmer 1210 und zentraler Dimm steuerung 810 kann insbesondere in komplexen Beleuchtungsanordnungen von Vorteil sein, in denen die Signalgeber in der Nähe der Halogenlampen ange ordnet sind und gegebenenfalls zur Steuerung mehrerer Dimmer dienen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 14 gezeigt. In diesem System sind die zuvor genannten Varianten parallel verwirklicht, indem mehrere Signalgeber 130, 820, 1120 in verschiedenen Anordnungen, mehrere Dimmer 220, 1110, 1210 sowie eine Dimmsteuerung 210, 810 vorgesehen sind. Zusätzlich weist das System ein Zusatzgerät 1410 auf, das ebenfalls an die Zweidrahtleitung angeschlossen ist.

Das Zusatzgerät 1410 weist ebenfalls die im Dimmer 220, 1110, 1210 enthalte nen Einheiten auf, dient aber nicht der Dimmung von Halogenlampen sondern dem Betrieb beispielsweise eines Jalousiemotors, der durch einen der Signal geber gesteuert wird. Der Betrieb von Jalousiemotoren auf diese Weise ist be sonders vorteilhaft, wenn sich die Jalousie im Edelgasbereich von Isolierglas fenstern befindet, da bei solchen Fenstern gasdichte Kabeldurchführungen er forderlich sind, die sehr teuer sind. Durch die erfindungsgemäß verwendete Zweidrahttechnik wird die Anzahl solcher Kabeldurchführungen vorteilhafter weise verringert. Ist das Zusatzgerät 1410 ein Jalousiemotor, so kann ein Si gnalgeber beispielsweise ein Positionssensor der Jalousie sein.

Ein weiteres Beispiel für ein Zusatzgerät 1410, das in dem erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystem verwendet werden kann, stellt ein Deckenventila tor dar, der mit Gleichspannung betrieben wird. Ferner lassen sich vorzugswei se auch DC-Lüftermotoren verwenden.

Wird ein DC-Lüftermotor verwendet, so kann unter Anwendung der in Fig. 15 gezeigten Signalstruktur ein Betrieb auch ohne Dekodierer 630 erzielt werden. Der in Fig. 15 gezeigte Signalverlauf führt durch unsymmetrische Verlängerung der die logische Null symbolisierenden Rechtecksignalform zu einem Gleichspannungsoffset, der dann den Motor treibt. Da der Effektivwert der Spannung konstant bleibt, werden die Halogenlampen hiervon nicht gestört. In gleicher Weise kann ein negativer Gleichspannungsoffset erzielt werden.

Obgleich unter Bezugnahme auf die Figuren bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben wurden, umfasst die Erfindung weitere bevorzugte Aus führungsformen. Beispielsweise kann der in den Dimmern 220, 1210 enthaltene Dekodierer 630 vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass er eine standardisierte Ausgabe erzeugt, wenn eingangsseitig keine kodierten Signale empfangen werden. Somit kann der Dimmer auch mit herkömmlichen Netzteilen 110 zu sammen betrieben werden und dimmt dann die jeweilige Halogenlampe auf eine voreingestellte Lichtstärke. Die voreingestellte Lichtstärke kann so bemes sen sein, dass an die Halogenlampen 170, 190 eine Spannung im Nennbereich der jeweiligen Lampen selbst dann ausgegeben wird, wenn die Versorgungs spannung auf der Zweidrahtleitung über den Normalwert ansteigt. Dies gestat tet einen Betrieb des erfindungsgemäßen Halogenbeleuchtungssystems mit Netzteilen 110, die eine an sich zu hohe Spannung liefern. Neben einem Schutz der jeweiligen Halogenlampen 170, 190 werden hierdurch ferner Helligkeits schwankungen vermindert, da das Netzteil 110 besser überlastet und daher stabiler betrieben werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die in den Dimmern vor handenen Steuereinheiten und/oder Dekodierer durch einen Mikrocontroller mit EEPROM (elektrisch löschbarem Schreib-Lesespeicher) ausgestaltet.

Es ist ferner anzumerken, dass der in Fig. 7 gezeigte invers betriebene Lei stungsfeldeffekt-Transistorgleichrichter in Form einer verlustarmen Brücke vor zugsweise in jeder der oben beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung verwendet wird.

Claims

1. Halogenbeleuchtungssystem, umfassend:
ein Netzteil (110) zum Erzeugen einer Versorgungsspannung,
wenigstens zwei Niedervolt-Halogenlampen (150, 170, 190), die während des Betriebes des Halogenbeleuchtungssystems an eine Zweidrahtleitung ange schlossen sind, um die Versorgungsspannung zu empfangen, und
wenigstens eine Halogenlampendimmvorrichtung (220, 1110, 1210) zum Dim men der Leuchtstärke einer der wenigstens zwei Niedervolt-Halogenlampen, wobei sich die Halogenlampendimmvorrichtung an dem halogenlampenseitigen Ende der Zweidrahtleitung befindet und eine Signalempfangseinrichtung (630) zum Empfangen eines Steuersignals, eine Dimmsteuereinheit (640) zum Steu ern des Dimmvorgangs für die Niedervolt-Halogenlampe in Übereinstimmung mit dem empfangenen Steuersignal, und eine Versorgungs spannungsausgabeeinrichtung (620) zum Ausgeben einer Versorgungs spannung für die Niedervolt-Halogenlampe unter Steuerung durch die Dimm steuereinheit umfaßt,
wobei über die Zweidrahtleitung eine entsprechend dem digitalen Steuersignal frequenzmodulierte, rechteckförmige Wechselspannung übertragen wird, so dass der Effektivwert der Versorgungsspannung unabhängig von den übertra genen Daten immer konstant bleibt.

2. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Halogenlam pendimmvorrichtung einen Gleichrichter (610) umfasst, der eine MOSFET- Gleichrichterbrücke enthält.

3. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei der Gleichrichter ferner ein Widerstandsnetzwerk (750-780) umfasst, das den Kanalwiderstand der MOSFET-Transistoren (710-740) in Abhängigkeit vom Eingabesignal vari iert, um die Verlustleistung des Gleichrichters zu reduzieren.

4. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die MOSFET-Transistoren Leistungsfeldeffekttransistoren sind.

5. Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Steuersignal ein Digitalsignal ist, das eine Datenstruktur aufweist, die meh rere Synchronisationsbits, mehrere Adressbits und mehrere Nutzdatenbits um fasst.

6. Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Halogenlampendimmvorrichtung in einem Sockel der zu dimmenden Nie dervolt-Halogenlampe untergebracht ist.

7. Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner eine am netzteilseitigen Ende der Zweidrahtleitung befindliche Dimmsteuerung (210, 810) umfassend, die das Steuersignal erzeugt und auf die Zweidrahtlei tung ausgibt.

8. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 7, ferner einen Signalgeber (820) umfassend, der an die Zweidrahtleitung angeschlossen ist und ein strommoduliertes Signal auf die Zweidrahtleitung ausgibt.

9. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 8, wobei die am netzteilsei tigen Ende der Zweidrahtleitung befindliche Dimmsteuerung einen Signalemp fänger (1010) aufweist, um das strommodulierte Signal auszuwerten und das Steuersignal in Abhängigkeit von dem ausgewerteten strommodulierten Signal zu erzeugen.

10. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei das strom modulierte Signal und das Steuersignal im Vollduplexmodus bidirektional über tragen werden.

11. Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Halogenlampendimmvorrichtung eingerichtet ist zum Dimmen der Leucht stärke der Niedervolt-Halogenlampe auf einen voreingestellten Wert, wenn kein Steuersignal empfangen werden kann.

12. Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Versorgungsspannungsausgabeeinrichtung eingerichtet ist, um die Versor gungsspannung für die Niedervolt-Halogenlampe bei einer Dimmfrequenz aus zugeben, die oberhalb der menschlichen Hörgrenze liegt.

13. Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner einen Signalgeber (130) umfassend, der ein Steuersignal an eine am netzteil seitigen Ende der Zweidrahtleitung befindliche Dimmsteuerung (210, 810) oder an die Halogenlampendimmvorrichtung überträgt, um die Steuerung des Dimm vorgangs zu beeinflussen.

14. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 13, wobei der Signalgeber ein Infrarotsignalgeber ist.

15. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 13, wobei der Signalgeber ein Radiofrequenzsignalgeber ist.

16. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 13, wobei der Signalgeber ein Computer ist, der über eine Computerschnittstelle mit der Dimmsteuerung bzw. mit der Halogenlampendimmvorrichtung verbunden ist.

17. Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ferner ein Zusatzgerät (1410) umfassend, das an die Zweidrahtleitung angeschlossen und durch das Steuersignal steuerbar ist.

18. Halogenbeleuchtungssystem nach Anspruch 17, wobei das Zusatzgerät durch eine Gleichspannung betrieben wird und das Steuersignal eine Asymme trie aufweist, die zu einem das Zusatzgerät treibenden Gleichspannungsoffset führt.

19. Halogenlampendimmvorrichtung zum Dimmen der Leuchtstärke einer Niedervolt-Halogenlampe (170, 190), umfassend:
eine Versorgungsspannungseingabeeinrichtung (610) zum Empfangen einer Versorgungsspannung von einem Netzteil (110), wobei die Versorgungsspan nungseingabeeinrichtung und das Netzteil während des Betriebes der Halogen lampendimmvorrichtung (220, 1110, 1210) über eine Zweidrahtleitung mitein ander verbunden sind,
eine Signalempfangseinrichtung (630) zum Empfangen eines Steuersignals,
eine Dimmsteuereinheit (640) zum Steuer des Dimmvorgangs für die Nieder volt-Halogenlampe in Übereinstimmung mit dem empfangenen Steuersignal, und
eine Versorgungsspannungsausgabeeinrichtung (620) zum Ausgeben einer Versorgungsspannung für die Niedervolt-Halogenlampe unter Steuerung durch die Dimmsteuereinheit,
wobei über die Zweidrahtleitung eine entsprechend dem digitalen Steuersignal frequenzmodulierte, rechteckförmige Wechselspannung übertragen wird, so dass der Effektivwert der Versorgungsspannung unabhängig von den übertra genen Daten immer konstant bleibt.

20. Halogenlampendimmvorrichtung nach Anspruch 19, eingerichtet zum Betrieb in dem Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18.

21. Vorrichtung zum Steuern des Dimmvorgangs für eine Niedervolt- Halogenlampe (170, 190) in einem Halogenbeleuchtungssystem, wobei die Vor richtung (210, 810; 820, 1120) und die Niedervolt-Halogenlampe während des Betriebes des Halogenbeleuchtungssystems über eine Zweidrahtleitung mitein ander verbunden sind, umfassend:
eine Signalerzeugungseinrichtung (310; 910, 920) zum Erzeugen eines Steuer signals, und
eine Signalsendeeinrichtung (320; 930) zum Ausgeben des erzeugten Steuer signals auf die Zweidrahtleitung,
wobei das Steuersignal auf eine an dem halogenlampenseitigen Ende der Zweidrahtleitung befindliche Halogenlampendimmvorrichtung (220, 1110, 1210) für die Niedervolt-Halogenlampe abgestimmt ist und die Ausgabe des erzeug ten Steuersignals auf die Zweidrahtleitung in der Halogenlampendimmvorrich tung den Dimmvorgang für die Niedervolt-Halogenlampe bewirkt,
wobei über die Zweidrahtleitung eine entsprechend dem digitalen Steuersignal frequenzmodulierte, rechteckförmige Wechselspannung übertragen wird, so dass der Effektivwert der Versorgungsspannung unabhängig von den übertra genen Daten immer konstant bleibt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Vorrichtung eine am netzteilseitigen Ende der Zweidrahtleitung befindliche Dimmsteuerung (210, 810) ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Vorrichtung ein mit der Zwei drahtleitung verbundener Signalgeber (820, 1120) ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, eingerichtet zum Be trieb in dem Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18.

25. Verfahren zum Dimmen der Leuchtstärke einer Niedervolt-Halogenlampe in einem Halogenbeleuchtungssystem mit einem Netzteil (110), wenigstens zwei Niedervolt-Halogenlampen (150, 170, 190) und wenigstens einer Halogen lampendimmvorrichtung (220, 1110, 1310), wobei die wenigstens zwei Nieder volt-Halogenlampen mit dem Netzteil über eine Zweidrahtleitung verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Erzeugen eines Steuersignals,
Ausgeben des erzeugten Steuersignals auf die Zweidrahtleitung,
Empfangen eines Steuersignals in der Halogenlampendimmvorrichtung von der Zweidrahtleitung,
Steuern des Dimmvorgangs für die Niedervolt-Halogenlampe in der Halogen lampendimmvorrichtung in Übereinstimmung mit dem empfangenen Steuersi gnal, und
Ausgeben einer Versorgungsspannung für die Niedervolt-Halogenlampe in Übereinstimmung mit dem gesteuerten Dimmvorgang,
wobei über die Zweidrahtleitung eine entsprechend dem digitalen Steuersignal frequenzmodulierte, rechteckförmige Wechselspannung übertragen wird, so dass der Effektivwert der Versorgungsspannung unabhängig von den übertra genen Daten immer konstant bleibt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, eingerichtet zum Dimmen der Leuchtstärke einer Niedervolt-Halogenlampe in einem Halogenbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18.