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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Beleuchtungsgeräts.
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Es ist bekannt, zur Helligkeitssteuerung eines Beleuchtungsgeräts Dimmer einzusetzen. Bei auf Grundlage von herkömmlichen Leuchtmitteln wie Glühbirnen arbeitenden Beleuchtungsgeräten kann die Helligkeitsregelung im Dimmer über einen Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt der Versorgungsspannung des Beleuchtungsgeräts erfolgen. Dabei wird die Leistung des Beleuchtungsgeräts verringert, indem nach bzw. vor dem Nulldurchgang der Versorgungsspannung eine kurzzeitige Unterbrechung der Versorgungsspannung bewirkt wird, sodass abhängig von der Zeitdauer der Unterbrechung die Leistung des Beleuchtungsgeräts reduziert wird.
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Weiterhin ist auch bekannt, Steuergeräte einzusetzen, bei welchen die Helligkeitssteuerung über spezielle Steuersignale erfolgt, die an das Beleuchtungsgerät übermittelt werden. Ein in dem Beleuchtungsgerät vorgesehenes elektronisches Vorschaltgerät (EVG) wertet diese Steuersignale aus und stellt die Helligkeit entsprechend ein. Diese Art von Steuerung eignet sich insbesondere für Leuchtgeräte, welche auf Leuchtmitteln in Form von Gasentladungslampen oder Leuchtdioden basieren.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Beleuchtungsgeräts bereitzustellen, welches für auf nicht herkömmlichen Leuchtmitteln basierende Beleuchtungsgeräte geeignet ist, einen einfachen Aufbau aufweist, und mit geringem Aufwand installierbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Die abhängigen Patentansprüche definieren Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung somit eine Steuerschaltung mit einem Eingang zur Kopplung mit einem Netzspannungsleiter und einem Ausgang zur Kopplung mit einem Versorgungsspannungsleiter des Beleuchtungsgeräts. Die Steuerschaltung ist dazu ausgestaltet, dem Beleuchtungsgerät über den Ausgang eine Versorgungsspannung und auf die Versorgungsspannung modulierte Steuersignale zuzuführen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Taster, durch dessen Betätigung die Erzeugung der Steuersignale beeinflussbar ist. Beispielsweise können durch Betätigung des Tasters Steuersignale erzeugt werden, welche eine Helligkeitssteuerung des Beleuchtungsgeräts bewirken. Es sind jedoch auch andere Steuervorgänge möglich, beispielsweise eine Farbsteuerung. Die Steuerschaltung ist dazu ausgestaltet, eine interne Versorgungsspannung aus einer Spannung zu erzeugen, welche zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Steuerschaltung abfällt. In einem nicht betätigtem Zustand überbrückt der Taster den Eingang und den Ausgang der Steuerschaltung.
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Auf diese Weise wird erreicht, dass eine Spannungsversorgung der Steuerschaltung nur bei Betätigung des Tasters erfolgt, sodass die Leistungsaufnahme der Gesamtanordnung verringert wird. Darüber hinaus sind auch keine speziellen Leitungen zur Spannungsversorgung der Steuerschaltung erforderlich, sodass der Installationsaufwand verringert wird. Darüber hinaus ist die Vorrichtung für eine sogenannte „One Wire”-Verdrahtung geeignet, bei welcher die Vorrichtung über lediglich einen Leiter mit einer Netzspannungsquelle verbunden ist und darüber hinaus über lediglich einen Leiter mit der Beleuchtungsvorrichtung verbunden ist. Wenn es sich bei diesem Leiter zur Kopplung mit der Netzspannungsquelle beispielsweise um einen Phasenleiter handelt, ist eine Verbindung mit einem Nullleiter der Netzspannungsquelle nicht erforderlich, um die Versorgung der Steuerschaltung zur gewährleisten. Es versteht sich jedoch, dass die Vorrichtung nicht auf eine Verwendung im Zusammenhang mit einem Phasenleiter oder einen Nullleiter beschränkt ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuerschaltung ein Halbeleiterbauelement und ist derart ausgestaltet, dass bei Betätigung des Tasters ein Betriebsstrom des Beleuchtungsgeräts über das Halbleiterbauelement fließt. in diesem Fall kann die Steuerschaltung insbesondere dazu ausgestaltet sein, die interne Versorgungsspannung aus einem Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement abzuleiten. Das Halbleiterbauelement kann eine Zener-Diode oder einen Thyristor umfassen. Aufgrund einer nichtlinearen Charakteristik des Halbleiterbauelements kann in diesem Fall die interne Versorgungsspannung auf vorteilhafte Weise abgeleitet werden und weist insbesondere eine geringe Abhängigkeit von der Größe des Betriebsstroms auf, sofern dieser einen Schwellenstrom in der nichtlinearen Charakteristik des Halbleiterbauelements überschreitet.
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Wenn das Halbleiterbauelement einen Thyristor umfasst, kann die Steuerschaltung weiter dazu ausgestaltet sein, die Steuersignale durch Ansteuerung des Thyristors auf die Versorgungsspannung des Beleuchtungsgeräts zu modulieren. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der Steuerschaltung.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Steuerschaltung darüber hinaus einen Kondensator umfassen, welcher parallel zu dem Halbleiterbauelement gekoppelt ist, um durch den Spannungsabfall über dem Halbleiterbauelement geladen zu werden. Auf diese Weise kann eine zeitliche Variation des Spannungsabfalls über dem Halbleiterbauelement berücksichtigt werden und die in dem Kondensator gespeicherte Energie zum Betrieb von Gleichstromkomponenten der Steuerschaltung verwendet werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Modulationsschaltung auch einen Transistor aufweisen und derart ausgestaltet sein, dass ein Betriebsstrom des Beleuchtungsgeräts über den Transistor fließt. In diesem Fall kann die Steuerschaltung dazu ausgestaltet sein, die Steuersignale durch Ansteuerung des Transistors auch auf die Versorgungsspannung des Beleuchtungsgeräts zu modulieren. Die Verwendung eines Transistors ermöglicht eine flexible Erzeugung der Steuersignale und kann beispielsweise in Kombination mit einem Controller eingesetzt werden, um die Steuersignale digital zu codieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Steuerschaltung daher einen durch die interne Versorgungsspannung gespeisten Controller. Es versteht sich dabei jedoch, dass der Controller auch zur Ansteuerung eines Thyristors verwendet werden könnte.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung dazu ausgestaltet, die Steuersignale durch Phasenanschnitt und/oder Phasenabschnitt auf die Versorgungsspannung des Beleuchtungsgeräts zu modulieren. Hierbei kann ein vorgegebener Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt verwendet werden, durch dessen Vorhandensein oder Fehlen die Steuersignale codiert werden. Die Größe des Phasenanschnitts braucht somit nicht variiert zu werden und ist vorzugsweise konstant bei einem geringen Anteil der Periodendauer der Versorgungsspannung des Beleuchtungsgeräts gewählt, sodass eine Verzerrung der Versorgungsspannung durch die Steuersignale möglichst gering ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt der Phasenanschnitt oder der Phasenabschnitt weniger als 20% der Periodendauer der Versorgungsspannung des Beleuchtungsgeräts. Beispielsweise kann der Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt 10–15% der Periodendauer der Versorgungsspannung des Beleuchtungsgeräts betragen, sodass einerseits eine zuverlässige Detektion der Steuersignale im Beleuchtungsgerät und andererseits eine geringe Verzerrung der Versorgungsspannung gewährleistet werden.
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Darüber hinaus kann bei einem Ausführungsbeispiel der Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt in nur einer Halbwelle der Versorgungsspannung erfolgen. Dies bietet zum Einen den Vorteil, dass die Steuerschaltung mit einem geringen Schaltungsaufwand realisierbar ist und begrenzt weiterhin auf vorteilhafte Weise die Verzerrung der Versorgungsspannung durch die Steuersignale.
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Die Steuersignale können zur Helligkeitssteuerung des Beleuchtungsgeräts, d. h. zum Dimmen des mittels des Beleuchtungsgeräts erzeugten Lichts eingesetzt werden. Zusätzlich oder als Alternative können die Steuersignale auch für andere Steuervorgänge eingesetzt werden, z. B. für eine Farbsteuerung des Beleuchtungsgeräts, was beispielsweise für Beleuchtungsgeräte mit Leuchtmitteln auf Basis von Leuchtdioden interessant ist.
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Es versteht sich, dass die Vorrichtung mit einem oder mehreren Beleuchtungsgeräten verwendbar ist, welche zur Verarbeitung der Steuersignale ausgestaltet sind. Zu diesem Zweck wird wenigstens ein entsprechendes Beleuchtungsgerät mit der Vorrichtung über den Versorgungsspannungsleiter gekoppelt, sodass sie durch die Steuersignale steuerbar ist. Die Verarbeitung der Steuersignale in dem Beleuchtungsgerät kann beispielsweise über ein BVG erfolgen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Funktionen von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich sein.
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1 zeigt ein System mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und durch die Vorrichtung gesteuerten Beleuchtungsgeräten.
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2 zeigt schematisch eine Implementierung der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 veranschaulicht anhand von Simulationsergebnissen die Arbeitsweise der Vorrichtung.
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4 zeigt schematisch eine weitere Implementierung der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 veranschaulicht ein System mit einer Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das System umfasst neben der Vorrichtung 100 eine Netzspannungsquelle 10 und Beleuchtungsgeräte 50. Die Beleuchtungsgeräte 50 werden durch die Vorrichtung 100 gesteuert. Bei den nachfolgenden Erläuterungen soll davon ausgegangen werden, dass die Vorrichtung 100 zur Helligkeitssteuerung der Beleuchtungsgeräte 50 dient, d. h. als Dimmer ausgestaltet ist. Es versteht sich jedoch, dass die Vorrichtung 100 auch für andere oder zusätzliche Steuervorgänge einsetzbar sein könnte, z. B. für eine Farbsteuerung der Beleuchtungsgeräte 50.
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Die Beleuchtungsgeräte 50 umfassen jeweils ein EVG 52 und Leuchtmittel 54, welche im vorliegenden Beispiel als Leuchtdiode veranschaulicht sind. Es versteht sich dabei, dass die Leuchtmittel 54 auf verschiedene Weisen implementiert sein könnten, z. B. durch eine oder mehrere Leuchtdioden, durch eine oder mehrere Gasentladungslampen oder aber durch einen oder mehrere herkömmliche Glühbirnen. Darüber hinaus kann auch eine beliebige Kombination der genannten Leuchtmittelarten zum Einsatz kommen. Über das EVG 52 erfolgt ein geeigneter Betrieb des jeweiligen Leuchtmittels 54. Zu diesem Zweck kann das EVG 52 beispielsweise ein geeignetes Netzteil umfassen, welches aus einer dem Beleuchtungsgerät zugeführten Versorgungsspannung zum Betrieb des Leuchtmittels 54 geeignete Versorgungssignale erzeugt.
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Es versteht sich, dass die in 1 dargestellte Anzahl der Beleuchtungsgeräte 50 lediglich beispielhaft ist und das System auch mit nur einem Beleuchtungsgerät 50 oder einer beliebigen größeren Anzahl von Beleuchtungsgeräten 50 implementiert sein könnte.
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Ein von der Netzspannungsquelle 10 ausgehender Netzspannungsleiter 20 ist mit den Beleuchtungsgeräten 50 verbunden. Ein weiterer von der Netzspannungsquelle 10 ausgehender Netzspannungsleiter 30 ist mit der Vorrichtung 100 verbunden. Im Folgenden soll davon ausgegangen werden, dass es sich bei dem Netzspannungsleiter 20 um einen Nullleiter handelt, während es sich bei dem Netzspannungsleiter 30 um einen Phasenleiter handelt. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Konfigurationen für den Netzspannungsleiter 20 und den Netzspannungsleiter 30 möglich sind und entsprechend der Anschlussart des Beleuchtungsgeräts 50 gewählt werden können. Die Vorrichtung 100 ist wiederum über einen Versorgungsspannungsleiter 40 mit den Beleuchtungsgeräten 50 verbunden. Die Beleuchtungsgeräte 50 sind parallel zwischen den Netzspannungsleiter 20 und den Versorgungsspannungsleiter 40 gekoppelt und nehmen ihre Versorgungsspannung über den Versorgungsspannungsleiter 40 und den Netzspannungsleiter 20 auf. Die Versorgungsspannung der Beleuchtungsgeräte wird diesen folglich über einerseits den Netzspannungsleiter 20 und andererseits über den Netzspannungsleiter 30, den Versorgungsspannungsleiter 40 und die dazwischen gekoppelte Vorrichtung 100 zugeführt. Da die Vorrichtung 100 lediglich mit einem der Netzspannungsleiter 20, 30 direkt verbunden ist, entspricht der in 1 dargestellte Aufbau einer sogenannten „One Wire”-Verschaltung. Eine Verbindung der Vorrichtung 100 mit der Netzspannungsleitung 20 ist nicht erforderlich, was den Installationsaufwand verringert.
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Die Vorrichtung 100 umfasst eine Steuerschaltung 110 und einen Taster 120. Die Steuerschaltung 110 hat die Aufgabe, Steuersignale auf die Versorgungsspannung der Beleuchtungsgeräte 50 zu modulieren. Die Erzeugung der Steuersignale ist durch Betätigung des Tasters 120 beeinflussbar. Beispielsweise können bei Betätigung des Tasters 120 Steuersignale erzeugt werden, welche die Beleuchtungsgeräte 50 zu einer Helligkeitsänderung veranlassen. Beispielsweise kann durch Betätigungen des Tasters die Helligkeit um jeweils eine Stufe erhöht werden, bis eine maximale Helligkeit erreicht ist, und anschließend durch Betätigungen des Tasters 120 die Helligkeit wiederum um jeweils eine Stufe verringert werden, bis eine minimale Helligkeit erreicht ist. Weiterhin könnte bei dauerhafter Betätigung des Tasters die Helligkeit automatisch auf periodische Weise verändert werden und die bei Loslassen des Tasters 120 eingestellte Helligkeit beibehalten werden. Es versteht sich, dass darüber hinaus vielfältige weitere Möglichkeiten zur Steuerung der Beleuchtungsgeräte 50 über den Taster 120 bestehen. Die Vorrichtung 100 kann auch ein oder mehrere weitere Bedienelemente umfassen, was bei dem Beispiel von 1 durch ein Potentiometer 130 veranschaulicht ist. Das Potentiometer 130 kann beispielsweise mit einem Drehkopf gekoppelt sein, über welchen die gewünschte Helligkeit einstellbar ist. In diesem Fall kann die Vorrichtung 100 bei Betätigung des Tasters 120 die Stellung des Potentiometers 130 erfassen und über die Steuerschaltung 110 Steuersignale zur Einstellung der entsprechenden Helligkeit erzeugen und an die Beleuchtungsgeräte 50 übermitteln. Durch Kombination verschiedener Bedienelemente mit dem Taster 120 sind vielfältige Steuerungsvorgänge realisierbar. Beispielsweise könnte über das Potentiometer 130 eine Helligkeitssteuerung erfolgen, wohingegen über den Taster 120 eine Farbsteuerung erfolgt.
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2 veranschaulicht schematisch eine Implementierung der Steuerschaltung 110 in der Vorrichtung 100 von 1. In 2 ist beispielhaft lediglich ein Beleuchtungsgerät 50 dargestellt, welches einen Lastwiderstand RL aufweist. Es versteht sich jedoch, dass wie oben erläutert auch weitere Beleuchtungsgeräte vorhanden sein könnten. Darüber hinaus veranschaulicht 2 auch einen Netzschalter 140, bei welchem es sich um ein weiteres Bedienelement der Vorrichtung 100 handeln kann, oder um einen separat von der Vorrichtung 100 vorgesehenen Schalter.
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Wie in 2 dargestellt, umfasst die Steuerschaltung 110 einen Eingang 102, welcher der Verbindung mit der Netzspannungsleitung 30 dient, und einen Ausgang 104, welcher der Verbindung mit der Versorgungsspannungsleitung 40 dient. Der Taster 120 ist zwischen den Eingang 102 und den Ausgang 104 gekoppelt, sodass bei Betätigung des Tasters 120 der Eingang 102 und der Ausgang 104 elektrisch überbrückt werden. Der Netzschalter 140 ist zwischen die Netzspannungsquelle 10 und den Eingang 102 gekoppelt.
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Die Steuerschaltung 110 ist dazu ausgestaltet, die Modulation der Versorgungsspannung mit den Steuersignalen mittels eines Transistors M1 zu bewerkstelligen. Der Transistor M1 ist derart zwischen den Eingang 102 und den Ausgang 104 der Steuerschaltung 110 gekoppelt, dass ein Betriebsstrom des Beleuchtungsgeräts 50 durch den Transistor M1 fließt. Durch Ansteuerung des Transistors M1 kann folglich die Versorgungsspannung mit den Steuersignalen moduliert werden. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Transistor M1 um einen Feldeffekttransistor, insbesondere um einen Feldeffekttransistor vom MOSFET-Typ, beispielsweise entsprechend der Bezeichnung IRF840. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Transistortypen verwendet werden könnten.
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Weiterhin umfasst die Steuerschaltung 110 zur Erzeugung der Steuersignale einen Controller 150, einen DC/DC-Wandler 160 sowie einen Verstärkerschaltung mit Widerständen R1, R2, R3, R4 und einen Transistor Q1, die auf die in 2 dargestellte Weise zwischen einen Ausgang des Controllers 150 und einen Steueranschluss des Transistors M1 gekoppelt sind. Die Verstärkerschaltung dient der Verstärkung von Ausgangssignalen des Controllers 150 auf eine zur Ansteuerung des Transistors M1 geeignete Signalstärke. Der DC/DC-Wandler 160 liefert eine für den Betrieb der Verstärkerschaltung erforderliche Spannung, beispielsweise eine Gleichspannung von 12–15 Volt. Der DC/DC-Wandler 160 kann beispielsweise auf Grundlage einer Ladungspumpe implementiert sein. Es versteht sich jedoch, dass bei manchen Ausführungsbeispielen auch das Ausgangssignal des Controllers 150 selbst bereits zur Ansteuerung des Transistors M1 geeignet sein könnte, sodass auf die Verstärkerschaltung und den DC/DC-Wandler 160 verzichtet werden könnte.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Transistor Q1 um einen Bipolartransistor, beispielsweise ein npn-Transistor vom Typ BC847A. Die Widerstände R1, R2, R3 und R4 sind entsprechend den verwendeten Signalpegeln geeignet dimensioniert. Typischerweise können für den Widerstand R1 Werte im Bereich von 1 kΩ, für den Widerstand R2 Werte im Bereich von 100 kΩ, für den Widerstand R3 Werte im Bereich von 100 kΩ, z. B. 300 kΩ–500 kΩ, und für den Widerstand R4 Werte im Bereich von 1 kQ verwendet werden.
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Weiterhin umfasst die Steuerschaltung 110 bei den in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Versorgungsschaltung 180, welche aus einer Spannung, welche zwischen dem Eingang 102 und dem Ausgang 104 der Steuerschaltung 110 abfällt, eine interne Versorgungsspannung Vint der Steuerschaltung 110 erzeugt. Diese interne Versorgungsspannung Vint wird für den Betrieb des Controllers 150, des DC/DC-Wandlers 160 und der Verstärkerschaltung verwendet.
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Wie dargestellt umfasst die Versorgungsschaltung 180 eine Diode D1, eine weitere Diode D2 und einen Kondensator C1. Bei der Diode D2 handelt es sich um eine Zener-Diode, beispielsweise vom Typ BZX84C3V3/ZTX. Die Diode D2 ist in Reihe mit dem Transistor M1 gekoppelt, sodass der Betriebsstrom des Beleuchtungsgeräts 50 bei betätigtem Taster 20 durch die Diode D2 fließt. Der Kondensator C1 ist mit der Diode D1 parallel zu der Diode D2 gekoppelt, sodass der Kondensator C1 durch einen Spannungsabfall über der Diode D2 geladen wird, was aufgrund der Diode D1 während der negativen Halbwelle der Versorgungsspannung erfolgt. Bei der Diode D1 kann es sich um eine Siliziumdiode, beispielsweise vom Typ 1N4148 handeln. Mittels des Kondensators C1 werden die zeitlichen Variationen des Spannungsabfalls über der Diode D2 ausgemittelt und es erfolgt eine Energiespeicherung, sodass die durch die Versorgungsschaltung 180 erzeugte interne Versorgungsspannung Vint im Wesentlichen einer Gleichspannung entspricht. Der Kondensator C1 kann beispielsweise im Bereich von einigen μF z. B. mit 20 μF, dimensioniert sein. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Gleichspannungsreferenzpunkt P0 an einem mit dem Eingang 102 der Steuerschaltung 110 verbundenen Anschluss des Kondensators C1 ausgebildet.
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Weiterhin umfasst die Steuerschaltung 110 bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine weitere Diode D3, welche wie in 2 dargestellt parallel zu dem Transistor M1 geschaltet ist. Bei der Diode D3 kann es sich um eine Siliziumdiode, beispielsweise vom Typ D1N4007 handeln.
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Wird bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Netzschalter 140 geschlossen, liegt im nicht betätigten Zustand des Tasters 120 die von der Netzspannungsquelle 10 gelieferte Netzspannung unmittelbar als Versorgungsspannung an dem Beleuchtungsgerät 50 an. Dies liegt daran, dass im nicht betätigten Zustand des Tasters 120 dieser den Eingang 102 und den Ausgang 104 der Steuerschaltung 110 elektrisch überbrückt, sodass die Steuerschaltung 110 nicht mit Energie versorgt wird. Auf diese Weise wird eine Leistungsaufnahme der Steuerschaltung 110 im nicht betätigten Zustand des Tasters 120 vermieden.
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Im betätigten Zustand des Tasters 120, d. h. wenn der Taster gedrückt wird, wird jedoch die elektrische Überbrückung des Eingangs 102 und des Ausgangs 104 der Steuerschaltung 110 unterbrochen, sodass der Betriebsstrom des Beleuchtungsgeräts 50 über den Eingang 102 und den Ausgang 104 der Steuerschaltung 110 durch die Steuerschaltung 110 fließt. Insbesondere fließt der Betriebsstrom durch die Diode D2, den Transistor M1 und die parallel zu dem Transistor M1 geschaltete Diode D3.
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In diesem Zustand wird der Kondensator C1 durch den Spannungsabfall über der Diode D2 geladen und speichert Energie zur Erzeugung der internen Versorgungsspannung Vint. Dies geschieht aufgrund der in 2 dargestellten Polaritäten der Dioden D1 und D2 während der negativen Halbwelle. Durch die interne Versorgungsspannung Vint werden der Controller 150 und der DC/DC-Wandler 160 mit Energie versorgt, sodass die Steuersignale entsprechend der Programmierung des Controllers 150 auf die Versorgungsspannung moduliert werden. Beispielsweise kann der Controller 150 die Stellung eines Potentiometers erfassen, z. B. des Potentiometers 130 in 1, und die Steuersignale entsprechend der erfassten Stellung des Potentiometers erzeugen. Es ist jedoch auch möglich, lediglich die Information „Taster gedrückt” über die Steuersignale an das Beleuchtungsgerät 50 zu übertragen.
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3 veranschaulicht anhand von Simulationsergebnissen die Funktionsweise der in 3 veranschaulichten Steuerschaltung 110. Das obere Diagramm von 3 veranschaulicht durch eine durchgezogene Linie die zur Ansteuerung des Transistors M1 verwendete Spannung, wohingegen eine gestrichelte Linie den Verlauf der internen Versorgungsspannung Vint veranschaulicht. Des untere Diagramm veranschaulicht den Verlauf der dem Beleuchtungsgerät 50 zugeführten Versorgungsspannung. Bei der Simulation wurde angenommen, dass zu einem Zeitpunkt t1 = 45 ms der Taster 120 gedrückt wird und zu einem Zeitpunkt t2 = 160 ms der Taster 120 wieder losgelassen wird. Weiterhin wurde angenommen, dass der Lastwiderstand RL des Beleuchtungsgeräts 70 kΩ beträgt.
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Wie in 3 ersichtlich, steigt nach Betätigung des Tasters zum Zeitpunkt t1 die interne Versorgungsspannung Vint an und erreicht nach wenigen Perioden der Versorgungsspannung einen im Wesentlichen konstanten Wert. Zum Zeitpunkt des positiven Nulldurchgangs der Versorgungsspannung erfolgt dann eine Unterbrechung der Ansteuerung des Transistors M1, sodass der Transistor M1 für eine vorgegebene Zeitdauer sperrt. Hierdurch verbleibt die Versorgungsspannung bei ihrem positiven Nulldurchgang für diese Zeitdauer im Wesentlichen bei null und es erfolgt der in 3 dargestellte Phasenanschnitt der positiven Halbwelle. Hierbei ist zu beachten, dass die vorgegebene Zeitdauer, für welche die Ansteuerung des Transistors M1 unterbrochen wird, über den Controller 150 bestimmt ist und die Größe des resultierenden Phasenanschnitts bestimmt. Bei dem dargestellten Beispiel wurde eine vorgegebene Zeitdauer von 2 ms gewählt, was unter Annahme einer Netzfrequenz von 50 Hz einem Phasenanschnitt von 10% der Periodendauer der Netzspannung beträgt. Durch Vorhandensein bzw. Fehlen des Phasenanschnitts in der Versorgungsspannung werden die Steuersignale codiert. Hierbei versteht es sich, dass der Controller 150 auch bei gedrücktem Taster 120 bewirken kann, dass in bestimmten Halbwellen kein Phasenanschnitt erfolgt. Auf diese Weise können über die Steuersignal digital codierte Informationen übermittelt werden. Beispielsweise kann das Vorhandensein des Phasenanschnitts einen digitalen Wert „1” codieren, wohingegen das Fehlen des Phasenanschnitts einen digitalen Wert „0” codieren kann.
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Bei modifizierten Ausführungsbeispielen können die Steuersignale auch auf andere Art und Weise codiert werden, z. B. durch Phasenabschnitt, d. h. durch Ansteuerung des Transistors M1 vor einem negativen Nulldurchgang der Versorgungsspannung, oder durch Ansteuerung des Transistors M1 zu anderen Zeitpunkten. Die Ansteuerung des Transistors M1 zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Versorgungsspannung wird jedoch als vorteilhaft angesehen, da in diesem Fall in dem Transistor M1 lediglich Einschaltverluste entstehen. Bei der dargestellten Implementierung wird die erste Halbwelle der Versorgungsspannung zur Erzeugung der internen Versorgungsspannung Vint genutzt. Es ist jedoch auch möglich, die zweite Halbwelle oder beide Halbwellen zu nutzen. In diesem Fall könnten der Kondensator C1 und die Dioden D1 und D2 alternativ bzw. zusätzlich mit umgekehrter Polarität vorhanden sein. Weiterhin könnte auch ein Anlaufwiderstand vom Drainanschluss des Transistors M1 zum Schaltungsknoten zwischen dem Kondensator C1 und der Diode D1 verwendet werden.
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4 veranschaulicht schematisch eine weitere beispielhafte Implementierung der Steuerschaltung 110. Die in 4 dargestellte Implementierung der Steuerschaltung 110 bietet gegenüber der Implementierung von 3 einen vereinfachten Aufbau und verzichtet insbesondere auf den Controller 150 und den DC/DC-Wandler 160. Anstelle dessen ist eine Triggerschaltung 170 vorgesehen, über welche die Größe eines fest vorgegebenen Phasenanschnitts definiert ist. Weiterhin ist bei der Implementierung von 4 anstelle des Transistors M1 ein Thyristor X1 vorgesehen, beispielsweise ein Thyristor vom Typ EC103M1.
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Bei der in 4 dargestellten Implementierung der Steuerschaltung 110 ist der Thyristor X1 zwischen den Eingang 102 und den Ausgang 104 der Steuerschaltung 110 gekoppelt, sodass bei gedrücktem Taster 120 der Betriebsstrom des Beleuchtungsgeräts 50 durch den Thyristor fließt. Eine Diode D4 ist parallel zu dem Thyristor X1 gekoppelt. Wie bei der Diode D3 von 2 kann es sich bei der Diode D4 um eine Siliziumdiode vom Typ D1N4007 handeln. Ein Steueranschluss des Thyristors X1 ist mit einem Ausgang der Triggerschaltung 170 verbunden. Weiterhin sind ein Kondensator C2 und ein Widerstand R5 parallel zwischen den Steueranschluss des Thyristors X1 und den Eingang 102 der Steuerschaltung 110 gekoppelt. Für den Kondensator C2 hat sich eine Kapazität im Bereich von 1 nF als zweckmäßig erwiesen, und für den Widerstand R5 hat sich ein Widerstandswert im Bereich von 10 kQ als zweckmäßig erwiesen.
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Die Triggerschaltung 170 umfasst einen Kondensator C3 und einen Widerstand R6, welche wie in 4 dargestellt, in Reihe zwischen den Eingang 102 und den Ausgang 104 der Steuerschaltung 110 gekoppelt sind. Der Kondensator C3 wird folglich durch einen Spannungsabfall zwischen dem Eingang 102 und dem Ausgang 104 der Steuerschaltung 110, insbesondere durch einen Spannungsabfall über den Thyristor X1 und der Diode C4, geladen. Auf diese Weise wird bei der Implementierung der Steuerschaltung 110 von 4 eine interne Versorgungsspannung Vint zum Betrieb der Triggerschaltung 170 und zur Erzeugung der Ansteuerungssignale für den Thyristor X1 erzeugt.
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Wie dargestellt umfasst die Triggerschaltung 170 Widerstände R7 und R8 sowie Transistoren Q2 und Q3. Die Widerstände R7 und R8 sind in Reihe angeordnet zwischen einem Schaltungsknoten zwischen dem Kondensator C3 und dem Widerstand R6, an welchem die interne Versorgungsspannung Vint anliegt, und dem Steueranschluss des Thyristors X1. Ein Stromanschluss des Transistors Q3 ist mit dem Schaltungsknoten zwischen dem Kondensator C3 und dem Widerstand R6 verbunden, wohingegen ein weiterer Stromanschluss des Transistors Q3 mit einem Schaltungsknoten zwischen dem Widerstand R7 und dem Widerstand R8 verbunden ist. Ein Steueranschluss des Transistors Q3 ist mit einem Stromanschluss des Transistors Q2 verbunden, und ein weiterer Stromanschluss des Transistors Q2 ist mit dem Steueranschluss des Thyristors X1 verbunden. Ein Steueranschluss des Transistors Q2 ist mit dem weiteren Stromanschluss des Transistors Q3 und dem Schaltungsknoten zwischen dem Widerstand R7 und dem Widerstand R8 verbunden. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Transistor Q2 um einen npn-Bipolartransistor, beispielsweise vom Typ BC847A, und bei dem Stromanschluss und dem weiteren Stromanschluss dieses Transistors handelt es sich wie in 4 dargestellt um einen Kollektor bzw. Emitter des Transistors, während es sich bei dem Steueranschluss um eine Basis des Transistors handelt. Weiterhin handelt es sich bei dem Ausführungsbeispiel von 4 bei dem Transistor Q3 um einen pnp-Bipolartransistor, beispielsweise vom Typ BC857/INF, und bei dem Stromanschluss und dem weiteren Stromanschluss dieses Transistors handelt es sich um einen Emitter bzw. einen Kollektor des Transistors, während es sich bei dem Steueranschluss dieses Transistors um eine Basis des Transistors handelt. Es versteht sich, dass die Triggerschaltung 170 auch unter Verwendung eines abweichenden Schaltungsaufbaus, z. B. unter Verwendung von Feldeffekttransistoren, implementiert sein könnte. Die Dimensionierung der Komponenten der Triggerschaltung 170 ist entsprechend der gewünschten Größe des zu erzeugenden Phasenanschnitts gewählt. Beispielsweise kann durch Verwendung einer Kapazität für den Kondensator C3 im Bereich von 10 nF, eines Widerstandswerts von 3 MΩ für den Widerstand R6, eines Widerstandswerts im Bereich von 560 kΩ für den Widerstand R7 und eines Widerstandswerts von 15 kΩ für den Widerstand R8 ein Phasenanschnitt von ungefähr 3 ms eingestellt werden, was in etwa 15% der Periodendauer der Versorgungsspannung entspricht. Abweichende Implementierungen der Triggerschaltung können ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise könnte die Triggerschaltung auch mittels eines Diac implementiert sein.
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Somit können mittels der in 4 dargestellten Implementierung der Steuerschaltung 110 Steuersignale auf ähnliche Weise durch Phasenanschnitt auf die Versorgungsspannung moduliert werden, wie es im unteren Diagramm von 3 dargestellt ist. Im Vergleich zu der Implementierung von 2 kann über die Steuersignale jedoch lediglich angezeigt werden, ob der Taster 120 betätigt ist oder nicht. Insbesondere zeigt das Vorhandensein des Phasenanschnitts einen betätigten Zustand des Tasters 120 an.
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Im Vergleich zu der Implementierung von 2 ergibt sich insofern ein vereinfachter Schaltungsaufbau, als dass auf den Controller 150 und den DC/DC-Wandler 160 verzichtet werden kann. Darüber hinaus wird auch die Erzeugung der internen Versorgungsspannung Vint vereinfacht, da keine separate Zener-Diode vorgesehen ist, sondern vielmehr der Spannungsabfall über dem Thyristor X1 zur Erzeugung der internen Versorgungsspannung Vint verwendet wird, wobei der Thyristor X1 gleichzeitig zur Modulation der Versorgungsspannung eingesetzt wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Beleuchtungsgerät 50 sowohl mit der Implementierung der Steuerschaltung 110 von 2 als auch mit der Implementierung der Steuerschaltung 110 von 4 kompatibel sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass bei Verwendung einer komplexeren digitalen Codierung der Steuersignale dies durch eine spezielle Startsequenz angezeigt wird. Beispielsweise könnte der Controller 150 der Implementierung von 2 bei Betätigung des Tasters zunächst in einer vorgegebenen Halbwelle bei einem Phasenanschnitt erzeugen, sodass beispielsweise eine Sequenz von digitalen Werten „1101” erzeugt wird, wodurch angezeigt wird, dass eine komplexere digitale Codierung folgt. Die vereinfachte Implementierung von 4 würde hingegen bei Betätigung des Tasters 120 eine den digitalen Werten „1111” entsprechende Sequenz erzeugen, sodass seitens des Beleuchtungsgeräts zwischen beiden Implementierungen unterschieden werden kann. Somit kann, indem der Controller 150 bei Betätigung des Tasters 120 zunächst eine spezielle Startsequenz erzeugt, die Kompatibilität der Vorrichtung erhöht werden.
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Die vorangegangenen Konzepte zur Steuerung eines Beleuchtungsgeräts bieten somit einen geringen Installationsaufwand. Beispielsweise können bestehende Dimmer, welche eine „One Wire”-Verschaltung verwenden, durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ersetzt werden, ohne dass die Verlegung zusätzlicher Leitungen erforderlich ist. Darüber hinaus sind die Konzepte für vielfältige Arten von Beleuchtungsgeräten auf Grundlage verschiedenster Leuchtmittel geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat aufgrund ihrer geringen Komplexität einen geringen Raumbedarf und kann beispielsweise in einer Schalterdose angeordnet werden. Schließlich werden dadurch, dass Verzerrungen der Versorgungsspannung des Beleuchtungsgeräts weitestgehend vermieden werden, auch die Anforderungen an das EVG des Beleuchtungsgeräts geringer. Beispielsweise kann auf eine Grundlastnachbildung verzichtet werden.
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Es versteht sich, dass in den im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsbeispielen vielfältige Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können einzelne Schaltungskomponenten durch ähnliche Komponenten mit vergleichbarer Wirkungsweise ersetzt werden. Weiterhin können auch Merkmale der Implementierungen von 2 und 4 geeignet miteinander kombiniert werden. So könnte beispielsweise auch der anhand von 2 beschriebene Controller zur Ansteuerung des Thyristors X1 von 4 eingesetzt werden. Weiterhin können die Steuersignale auch durch Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt beider Halbwellen auf die Versorgungsspannung moduliert werden, was beispielsweise durch entsprechende Verdopplung von Teilen der Steuerschaltung, ggfs. mit umgekehrter Polarität von Dioden und dergleichen, erreicht werden kann. Durch unabhängige Modulation der positiven und negativen Halbwelle mit Steuersignalen können verschiedene Informationen gleichzeitig übertragen werden. Beispielsweise könnte durch Modulation einer Halbwelle ein Helligkeitswert übertragen werden, während durch Modulation der anderen Halbwelle ein Farbwert oder dergleichen übertragen wird. Es versteht sich jedoch, dass sich durch unabhängige Nutzung beider Halbwellen vielfältige weitere Möglichkeiten zur Übertragung verschiedener Informationen ergeben. Schließlich versteht es sich, dass die in 2 und 4 dargestellten Implementierungen der Steuerschaltung 110 durch geeignete Verschaltung von diskreten Bauelementen auf einer Leiterplatte implementiert werden können, oder zumindest teilweise in einem einzigen Halbleiterbaustein integriert sein können.