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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Leuchtmittel-Betriebsgeräten ausgehend
von einer zentralen Einheit.
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Dabei
geht die Erfindung von einem in 2 schematisch
dargestellten System aus. In diesem Beispiel ist das Leuchtmittel
eine Gasentladungslampe 5, die von einem elektrischen Vorschaltgerät (EVG) 1 als
Betriebsgerät
angesteuert wird. In üblicher
Weise weist dieses EVG 1 einen Gleichrichter mit Leistungsfaktor-Korrekturschaltung
(PFC, Power Factor Correction) 2, einen Elektrolyt-Speicherkondensator 4 sowie
einen HF-Wechselrichter 3 auf, der wiederum mittels über seinen
Ausgangskreis 6 die Gasentladungslampe 5 ansteuert.
Die Gleichspannung (Busspannung) liegt somit nur innerhalb des EVGs
vor.
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Zusätzlich kann
eine Notbeleuchtungssteuerung 7 vorgesehen sein.
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Der
Gleichrichter 2 in dem EVG 1 wird üblicherweise
mit Wechselspannung 9, beispielsweise Netzspannung, versorgt.
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Gleichzeitig
ist es bekannt, das EVG 1 über eine Digital- oder Analogbussteuerung 8 anzusteuern,
um somit die Lampe 5 zu starten, zu dimmen oder auszuschalten.
Festzuhalten ist, dass bei diesem Stand der Technik in jedem Lampenbetriebsgerät (EVG 1)
ein eigener Gleichrichter 2 mit PFC-Schaltung vorgesehen
ist. Eine derartige PFC-Schaltung
verringert bekanntlich störende Oberwellen
im Eingangsstrom. Andererseits stellen diese lokal in jedem EVG 1 vorgesehenen
Wechselrichter mit PFC 2 einen beträchtlichen Kostenfaktor dar,
der den Trend zu äußerst kostengünstig gefertigten
EVG's stark eingrenzt.
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Ausgangspunkt
und Aufgabe für
die vorliegende Erfindung ist es dementsprechend, eine Ansteuerung
für Leuchtmittel-Betriebsgeräte vorzuschlagen,
die eine kostengünstigere
Fertigung von Betriebsgeräten
ermöglicht.
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Zentraler
Punkt der Erfindung ist es dabei, dass die Einheit Gleichrichter/PFC
nicht mehr lokal in jedem Betriebsgerät, sondern zentral für mehrere Betriebsgeräte vorgesehen
ist. Die Verbindung zwischen dieser Zentrale und den einzelnen Betriebsgeräten erfolgt
erfindungsgemäß über einen
DC-Ausgangskreis.
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Gleichzeitig
soll trotz der zentralen Ausgestaltung eine flexible und auf die
Bedürfnisse
der angeschlossenen Betriebsgeräte
angepasste Versorgung ermöglicht
werden.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein System zur Ansteuerung von Betriebsgeräten für Leuchtmittel
vorgesehen. Dieses System weist eine Zentraleinheit auf, die eine
Gleichrichterschaltung aufweist und mit Wechselspannung versorgbar ist.
Weiterhin sind mehrere Betriebsgeräte vorgesehen, denen jeweils
wenigstens ein Leuchtmittel zugeordnet ist. Die Zentraleinheit versorgt
die Betriebsgeräte
mit Gleichspannung über
mehrere Ausgangskreise. Dabei können
wenigstens zwei Ausgangskreis unterschiedliche Gleichspannungspegel
aufweisen. Somit wird eine flexible Spannungsversorgung über die
DC-Ausgangskreise
gewährleistet.
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Die
Zentraleinheit kann weiterhin eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung
(PFC-)Schaltung aufweisen.
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Den
Ausgangskreisen mit unterschiedlichen Gleichspannungspegeln können Betriebsgeräte für unterschiedliche
Typen an Leuchtmitteln (beispielsweise Gasentladungslampe, LED,
etc.) zugeordnet sein.
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Die
Zentraleinheit kann zusätzlich
auch einen reinen Digitalsignal-Ausangskreis aufweisen, der also
nicht zur Leistungsversorgung dient.
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Mit
dem Digitalsignal-Ausgangskreis kann ein Betriebsgerät verbunden
sein, das eine von der Zentraleinheit unabhängige Spannungsversorgung, insbesondere
eine Netz-Wechselspannungsversorgung
aufweist.
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Einer
der Ausgangskreise der Zentraleinheit kann mit Masse verbunden sein,
wobei wenigstens zwei weitere Ausgangskreise Gleichspannungspegel aufweisen,
die um das Massepotential herum symmetrisch ausgelegt sind.
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Alternativ
können
diese beiden weiteren Ausgangskreise auch asymmetrisch um das Massepotential
herum ausgelegt sein.
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Wenigstens
ein Betriebsgerät
kann mit Ausgangskreisen mit unterschiedlichen Gleichspannungspegeln
verbunden sein.
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Ein
Ausgangskreis kann dabei beispielsweise für die Bereitstellung der Leuchtmittel-Betriebsleistung
und wenigstens ein weiterer Ausgangskreis für die Bereitstellung einer
Niedervolt-Spannungsversorgung von Logikbauteilen in einem Betriebsgerät dienen.
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Wenigstens
eines der Betriebsgeräte
kann ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für Gasentladungslampen sein,
das einen Wechselrichter aufweist. In diesem Fall kann das Betriebsgerät auch als Ausgangs-Konverter
bezeichnet werden.
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Über wenigstens
einen der Ausgangskreise können
Ansteuersignale beispielsweise gemäß einer Powerline-Technik übermittelt
werden, wobei diese Ansteuersignale also der Gleichspannung aufmoduliert
sind.
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In
der Zentraleinheit selbst können
für Ausgangskreise
mit unterschiedlichen Gleichspannungspegeln unterschiedliche Gleichrichter-
und/oder PFC-Module vorgesehen sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System zur Ansteuerung von
Betriebsgeräten
für Leuchtmittel
vorgesehen, das eine Zentraleinheit aufweist, die eine Gleichrichterschaltung
aufweist und mit Wechselspannung (beispielsweise Netzspannung) versorgbar
ist. Dabei ist wenigstens ein Betriebsgerät für Leuchtmittel mit der Zentraleinheit über mehrere
DC-Ausgangskreise mit unterschiedlichen Spannungspegeln.
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Somit
kann beispielsweise ein dem Betriebsgerät zugeordnetes Leuchtmittel
durch Übertragung eines
Ausschaltbefehles über
einen der Ausgangskreise ausschaltbar sein, wobei die Spannungsversorgung über einen
weiteren Ausgangskreis unverändert
beibehalten werden kann.
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Gemäß weiteren
Aspekten bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf Verfahren
zur Ansteuerung von Betriebsgeräten
für Leuchtmittel.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
sollen nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen
sowie die folgende detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Steuersystems für Leuchtmittel-Betriebsgeräte mit zentraler
Gleichrichter/PFC-Einheit und DC-Ausgangskreis,
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2 zeigt
eine aus dem Stand der Technik bekannte Betriebsmittel-Ausgestaltung
für Gasentladungslampen,
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem Betriebsgeräte für Leuchtmittel mit der Zentraleinheit
jeweils über
Ausgangskreise mit unterschiedlichen Gleichspannungspegeln verbunden
sind,
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4a zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem die Betriebsgeräte mit der
Zentraleinheit über
mehrere Ausgangskreise verbunden sind, wobei DC-Spannungspegel von
wenigstens zwei Ausgangskreisen symmetrisch um das Massepotential
herum ausgelegt sind,
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4b zeigt
ein Abwandlung des Ausführungsbeispiels
von 4a dahingehend, dass zwei Ausgangskreise Gleichspannungspegel
aufweisen, die um das Massepotential herum asymmetrisch ausgelegt
sind, und
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, bei dem die Zentraleinheit einen reinen
Steuerausgang aufweist, der ein Betriebsgerät ansteuert, das seine Betriebsspannungsversorgung
unabhängig
von der Zentraleinheit ausgelegt hat.
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Wie
in 1 gezeigt, ist eine Zentraleinheit, aufweisend
beispielsweise einen Gleichrichter 2 sowie ggf. auch eine
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) 10, gemeinsam
für mehrere
Leuchtmittel-Betriebsgeräte 1, 1', 1'' vorgesehen. Die Zentraleinheit 2 wird
mit (Netz-)Wechselspannung 9 versorgt. Die Zentraleinheit 2, 10 kann
im übrigen
auch räumlich
von den Betriebsgeräten
getrennt sein und bspw. zentral für einen Raum, eine Etage oder
gar ein Gebäude
in einem Schaltschrank etc. angeordnet werden.
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Wie
in 1 schematisch angedeutet, können die verschiedenen Leuchtmittel-Betriebsgeräte 1, 1', 1'' verschiedenste Leuchtmittel, wie
beispielsweise eine Gasentladungslampe 5, Leuchtdioden 5', etc. ansteuern.
Die Leuchtmittel selbst können
dabei mit DC- oder mit AC-Spannung
betrieben werden, wobei in letzerem Fall in dem zugehörigen Betriebsgerät ein Wechselrichter
vorgesehen ist.
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Weiterhin
können
an einen DC-Ausgangskreis 11 der Zentraleinheit auch andere
(bspw. passive) lichttechnische oder gebäudetechnische Einrichtungen,
wie beispielsweise ein Lichtsensor 5'' oder ein
Bewegungsmelder (nicht dargestellt) angeschlossen sein.
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Je
nach Natur der angeschlossenen Leuchtmittel 5, 5' bzw. Sensoren 5'' sind die Betriebsgeräte 1, 1', 1'' unterschiedlich ausgebildet. Für den Fall, dass
eine Gasentladungslampe 5 angesteuert werden soll, ist
das entsprechende Betriebsgerät 3 bspw. als
elektronisches Vorschaltgerät
(EVG) u.a. mit einem Wechselrichter ausgebildet. Die Betriebsgeräte können in
diesem Fall auch als „Ausgangs-Konverter" bezeichnet werden.
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Die
Spannungsversorgung der Betriebsgeräte und Leuchtmittel und optional
auch die uni- oder bidirektionale Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und
den lokalen Betriebsgeräten 1, 1', 1'' erfolgt über wenigstens einen DC-Ausgangskreis 11, 12. Wie
in 1 schematisch dargestellt kann dabei ein Ausgangskreis 11 busartig
ausgestaltet sein, so dass ausgehend von diesem zentralen gemeinsamen
Bus 11 die verschiedenen Betriebsgeräte 1, 1', 1'' über Stichleitungen 13, 13', 13'' versorgt werden. Alternativ oder
zusätzlich
können
für einzelne
Betriebsgeräte
bzw. gemeinsam versorgte Gruppen an Betriebsgeräten individuelle Ausgangskreise 12 vorgesehen sein.
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Dieser
DC-Ausgangskreis hat den Vorteil, dass er im Vergleich zu entsprechenden
AC-Kreisen weniger anfällig
gegenüber
parasitären
Effekten ist.
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Festzuhalten
ist, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung die Zentraleinheit für
mehrere Betriebsgeräte
gemeinsam vorgesehen ist, wobei die Zentraleinheit mit den Betriebsgeräten mittels
wenigstens einem DC-Ausgangskreis verbunden ist.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem die Zentraleinheit 2 insgesamt drei Ausgangskreise
mit unterschiedlichen Gleichspannungspegeln ansteuert, nämlich einen
ersten Ausgangskreis 31 mit einer Hochvolt-Gleichspannung von
beispielsweise 400 Volt, einem zweiten Ausgangskreis 32 mit
einer Niedervolt-Gleichspannung von beispielsweise 12 Volt sowie
einen weiteren Ausgangskreis 33, der mit Masse verbunden
ist.
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Die
beiden in 3 schematisch dargestellten
Betriebsgeräte 3,
hier EVG's mit Wechselrichtern für Gasentladungslampen 5,
sind mit jedem der genannten Ausgangskreise 31, 32, 33 verbunden,
so dass sie einerseits eine Gleichspannung von 400 Volt für den Betrieb
der Gasentladungslampen (allgemein Leuchtmittel) sowie eine weitere
Gleichspannung von beispielsweise 12 Volt über einen Eingang 35 bereitgestellt
bekommen. Der Niedervolt-Ausgangskreis 32 kann dabei zur
Versorgung von Logikbauteilen in den Betriebsgeräten 3 oder aber auch
zur Signalübertragung
dienen, indem er bspw. als Digitalbus ausgestaltet ist. Alternativ
können
auch im Sinne einer Powerline-Technik diesem 12 Volt hochfrequente Ansteuersignale
aufmoduliert sein.
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Schließlich kann über den
Niedervolt-Ausgangskreis 32 auch das den Betriebsgeräten 2 jeweils
zugeordnete Leuchtmittel ausgeschaltet werden, wie schematisch durch
einen Schalter 36 dargestellt ist. Dadurch, dass das Ausschalten
(indirekt) über
den Niederspannungs-Ausgangskreis 32 und nicht (direkt) über den
Hochspannungs-Ausgangskreis 31 erfolgt, wird das Problem
der Funkenstrecke bei geöffnetem
Schalter 36 deutlich verringert. Falls also beispielsweise
der Niederspannungs-Ausgangskreis 32 die Logikbauteile
in dem Betriebsgerät 3 über den
jeweiligen Anschluß 35 versorgt,
können durch Öffnen des
Schalters 36 diese entsprechenden Logikbauteile, beispielsweise
die Ansteuerung des Wechselrichters in einem EVG abgeschaltet werden, was
wiederum zum Verlöschen
der zugeordneten Gasentladungslampe 5 führt.
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Auch
wenn somit das zugeordnete Leuchtmittel, hier die Gasentladungslampen 5,
abgeschaltet werden, steht nach wie vor die Betriebsspannung von 400
Volt über
den Ausgangskreis 31 zur Verfügung, so dass die entsprechenden
Leuchtmittel ausgehend von diesem Standby-Betrieb jederzeit wieder
schnell eingeschaltet werden, indem beispielsweise der Schalter 36 wieder
geschlossen wird. Es ist anzumerken, dass der mechanische Schalter 36 jederzeit durch
eine Übermittlung
von entsprechenden Digitalbefehle ersetzt werden kann, die über den
Niederspannungs-Ausgangskreis 32 übermittelt
werden und am Eingang 35 des Betriebsgeräts beispielsweise
durch einen Powerline-Demodulator
(nicht dargestellt) ausgelesen und in einen Ansteuerbefehl für eine lokale
Steuereinheit in einem Betriebsgerät umgesetzt werden.
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Alternativ
können
Leuchtmittel natürlich
auch abgeschaltet werden, indem bspw. durch einen vorgeschalteten
Netzschalter 37 die Zentraleinheit 2 insgesamt
abgeschaltet wird.
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Allgemein
kann der Niedervolt-Ausgangskreis mit bspw. 12V DC in beliebiger
Kombination als Spannungsversorgung für Leuchtmittel (insbesondere
für LEDs),
als Versorgungsspannung für
Logikbauteile (bspw. ASICs) in einem Betriebsgerät und/oder als Steuerkreis
verwendet werden.
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Während bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 die
beiden dargestellten Betriebsgeräte 3 jeweils
mit den gleichen Ausgangskreisen 31 bzw. 32, 33 verbunden
sind, zeigt 4 ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die Spannungspegel der Ausgangskreise der Zentraleinheit 2 derart
ausgelegt sind, dass durch entsprechende Kombination an den Anschlüssen der
Betriebsgeräte
diese wahlweise mit einer hohen DC-Spannung HV, einee mittleren DC-Spannung
MV bzw. einer niedrigen DC-Spannung LV versorgt werden können.
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Somit
können
Betriebsgeräte,
an die unterschiedliche Typen an Leuchtmitteln angeschlossen sind,
individuell entsprechend ihren jeweiligen Anforderungen an die Spannungsversorgung
versorgt werden. Eine hohe DC-Spannung bietet sich beispielsweise
für Gasentladungslampen
an, während sich
eine niedrige Gleichspannungsversorgung beispielsweise für LED-Leuchtmittel
anbietet.
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In
dem Ausführungsbeispiel
von 4a sind ein Hochspannungs-Betriebsgerät 41 sowie
ein Mittelspannungs-Betriebsgerät 42 dargestellt,
die mit 400 Volt DC bzw. 200 Volt DC versorgt werden. Dies wird
dadurch erreicht, dass die dargestellte Zentraleinheit 2 insgesamt
drei Ausgangskreise 45, 47, 48 aufweist,
wobei ein Ausgangskreis 45 mit Masse verbunden ist (GND)
und die beiden weiteren Ausgangskreise 47, 48 Spannungspegel
symmetrisch um dieses Massepotential, hier in Form von ± 200 Volt
aufweisen. Es ist darauf hinzuweisen, dass in 4a, 4b sowie
in der im folgenden erklärten 5 die Leuchtmittel
rein schematisch dargestellt sind. Die Leuchtmittel können indessen
von beliebiger Natur sein und bspw. auch in Gruppen seriell und/oder
parallel an ein Betriebsgerät
angeschlosssen werden.
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Während bspw.
EVGs aller Art mit den 400V DC betrieben werden können., ist
die mittlere Spannung von 200V DC bspw. für einfache EVGs geeignet, die
niedrige Lampen-Brennspannungen
bereitstellen.
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4b zeigt
eine Abwandlung von 4a dahingehend, dass zwar die
Zentraleinheit 2 weiterhin mehrere Ausgangskreise 44, 45, 46 mit
unterschiedlichem DC-Potential
aufweist, die neben dem Masse-Ausgangskreis 45 vorgesehenen
weiteren Ausgangskreise 44, 46 aber in diesem
Fall Pegel führen,
die asymmetrisch zu dem genannten Massepotential, hier in Form von
+400 Volt DC bzw. -12 Volt DC angeordnet sind. Somit lässt sich
gemäß diesem Beispiel
eine Hochspannungs-DC Versorgung für ein Betriebsgerät 41 bzw.
eine Niederspannungs-DC Versorgung für ein Betriebsgerät 43 erreichen.
Die Niederspannungs-DC Versorgung von beispielsweise 12 Volt ist
insbesondere für
LED-Leuchtmittel geeignet.
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5 zeigt
nunmehr eine Abwandlung von den bereits genannten Ausführungsbeispielen
dahingehend, dass neben den Ausgangskreisen, die eine Betriebsspannungsversorgung,
ggf. in Kombination mit einer Powerline-Signalübermittlung gewährleisten,
die Zentraleinheit 2 einen reinen Steuer- Ausgangskreis 54 beispielsweise
gemäß dem DALI
(Digital Adressable Lighting Interface)-Standard aufweist. Dieser
Steuer-Ausgangskreis 54 versorgt das zugeordnete Betriebsmittel,
hier ein EVG 52 somit nicht mit der Betriebsspannung. Vielmehr
ist im Sinne eines aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen
Vorschaltgeräts
mit Digitalschnittstelle dieses EVG 52 unabhängig von
der Zentraleinheit 2 mit Netzspannung 55 versorgt,
um die Gasentladungslampe 5 anzusteuern.
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Die
Zentraleinheit kann aus mehreren parallelen Modulen aufweisend jeweils
einen PFC 57 und eine elektronische Sicherung 56 aufweisen.
Jedem Modul ist dabei ein spannungsführender Ausgangskreis zugeordnet.
Insbesondere können
unterschiedliche Module Ausgangskreise mit unterschiedlichen DC-Spannungspegeln
versorgen.
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Bei
einem derartigen modularen Aufbau kann vorgesehen sein, dass jedem
Modul ein Schalter 58 vorgeschaltet ist, so dass Module
individuell ein- oder ausgeschaltet werden können, um somit die jeweils
zugeordneten Ausgangskreise zu schalten. Somit können bestimmte Betriebsgeräte bzw.
Gruppen davon sowie die zugehörigen
Leuchtmittel gezielt ein- und ausgeschaltet werden.