DE19824756A1 - Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel, die sowohl ein einzelnes Leuchtmittel als auch ein einzelnes Leuchtmittel innerhalb eines oder mehrerer Leuchtmittelsystem ansteuern kann und deren Helligkeit individuell variierbar und einstellbar ist. Diese Helligkeitssteuerung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtmittel innerhalb eines oder mehrerer Leuchtsysteme über Datenaustausch sowohl insgesamt als Einheit oder separat, jedes Leuchtmittel für sich, ansteuerbar sind, wobei der Datenaustausch optisch, über Glasfaser, über Funk, akustisch über gepulste Magnetfelder, über Trägerfrequenzverfahren oder mittels galvanischer Kopplung erfolgt, wobei die Steuerungsschaltung als Modul am oder im Leuchtmittel integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel, die sowohl ein einzelnes Leuchtmittel als auch einzelne Leuchtmittel innerhalb eines oder mehrerer Leuchtmittelsysteme ansteuern kann wobei deren Helligkeit individuell variierbar und einstellbar ist.

Insbesondere Halogenleuchten sind weit verbreitet und erfreuen sich aufgrund deutlicher Vorteile gegenüber konventioneller Lichttechnik, damit sind insbesondere herkömmliche Glühlampen gemeint, großer Nachfrage. Dies resultiert im wesentlichen daraus, daß Halogenleuchten einen entsprechend höheren Wirkungsgrad haben, ein helleres Licht ausstrahlen, eine höhere Lebensdauer aufweisen und liegen nicht zuletzt in der Niedervolttechnik, die zur Anwendung kommt. Nicht zuletzt darin liegt die sehr große Nachfrage nach diesen Leuchten begründet.

Im Zuge dieser Nachfrage wurden neue ergänzende Produkte für diese Halogenlichtsysteme, wie z. B. elektronische Trafos, Dimmer, Fern­ schaltsysteme und Beleuchtungssteuerungen entwickelt.

War das Dimmen, das Helligkeitssteuern von Halogenlampen er­ wünscht, konnte bisher aufgrund der Parallelschaltung der Lampen nur das komplette Leuchtsystem gedimmt bzw. ein- oder ausgeschaltet werden.

Individuelles Dimmen bzw. Ein- und Ausschalten erforderte komplexe Steuerungssysteme und meistens hierarchische Strukturen (Controller, Nodecontroller usw.), wobei die Controller über eigene Steuerleitungen (Busleitungen) verfügten und Daten in analoger oder digitaler Form übermittelt wurden.

Das Schalten bzw. Dimmen der Halogenlampen erfolgte durch Ansteu­ ern des jeweiligen Endcontrollers, der auch gleichzeitig die Helligkeits­ regelung übernahm.

Mehrere Halogenleuchten konnten gebündelt an einem Endcontroller angeschlossen werden, wobei jede Halogenleuchte über eine eigene Adressennummer und separate Versorgungsleitung verfügte.

Andere aus dem Stand der Technik bekannte Steuersysteme benötigten für jede Halogenleuchte eine eigene Regelschaltung mit dazugehöriger Steuerleitung bzw. dazugehörigen Steuerleitungen. Der Installations- bzw. Verdrahtungsaufwand und ebenso der finanzielle Aufwand für die Erstellung der vorab genannten Anlagen war somit erheblich. Weiterhin war es oft unmöglich bzw. sehr schwer möglich, eine optisch ästhetische Verkabelung durchzuführen. Dies bedeutet mit anderen Worten die vorab genannten Leuchtsysteme so zu verkabeln, daß die Verkabelung nicht sichtbar war. Im privaten Bereich wurden deshalb sehr oft Unterputzinstallationen angewandt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, eine Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel zu entwickeln, wobei sowohl das gesamte Leuchtsystem als auch separat jede einzelne Leuchte ansteuerbar, also in ihrer Helligkeit steuerbar bzw. ein- und ausschaltbar ist, und deren Installation einfach und kostengünstig ausführbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Helligkeitsteuerung für Leuchtmittel nach Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß die Leuchtmittel innerhalb eines oder mehrerer Leuchtsysteme über Datenaustausch sowohl insgesamt als Einheit oder separat, jedes Leuchtmittel für sich, ansteuerbar sind, wobei der Datenaustausch optisch, über Glasfaser, über Funk, akustisch, über gepulste Magnetfelder, über Trägerfrequenzverfahren oder mittels galvanischer Kopplung erfolgt, wobei die Steuerungsschaltung der Helligkeitsteuerung als Modul am oder im Leuchtmittel selbst integriert ist. Die anzusteuernden Leuchtmittel müssen nicht galvanisch miteinander verbunden sein, diese können auch auf verschiedenen Ebenen angeordnet sein.

Das neue Modul, welches die elektrische Steuerschaltung realisiert, kann dabei vor der Fassung des Leuchtmittels, in die Fassung des Leuchtmittels integriert oder zwischen Fassung und Leuchtmittel angeordnet sein. Das vorzugsweise in die Fassung des Leuchtmittel integrierte Modul verfügt über eine drahtlose Kommunikation.

Das die elektrische Steuerschaltung realisierende Modul versorgt sich vorzugsweise aus dem Stromkreis der Leuchtmittel heraus selbst, wobei sowohl Gleichspannung als auch Wechselspannung möglich ist.

Zur Realisierung eines dezenten Designs wird die Baugröße der elektrischen Steuerschaltung bzw. des Modules ungefähr die Größe einer konventionellen Halogenlampenfassung erreichen, so daß es vorteilhafterweise möglich ist, die die elektrische Steuerschaltung realisierenden Module in herkömmliche Halogenlampenfassung einzupassen bzw. zu integrieren.

Durch das drahtlose Konzept des Datenaustausches wird eine relativ einfache Installation bzw. ein relativ einfacher Austausch der entspre­ chenden Module ermöglicht werden.

Weiterhin soll die neue Steuerschaltung vorteilhafterweise moderne Schutzfunktionen bereits innerhalb des Modules integriert haben. So werden beispielsweise Schutzfunktionen wie Abschaltung bei Kurzschluß oder zu hohem Strom oder beispielsweise eine Überwachung der Temperatur im Modul implementiert sein.

Innerhalb der Steuerschaltung ist ein Modul für eine sogenannte Soft- Start-Funktion integrierbar. Durch die Implementierung dieser Soft- Start-Funktion wird die Lebenserwartung der Halogenleuchten bzw. der Leuchten insgesamt deutlich gesteigert.

In die erfindungsgemäße Steuerschaltung, in das Steuerschaltungs­ modul, sind sowohl die Funktionen "Ein- und Ausschalten", als auch die Funktion "Dimmen" implementiert, wobei beide Funktionen unabhängig voneinander ansteuerbar und realisierbar sind. Dies bedeutet mit anderen Worten, neben einer unabhängigen Ein- und Ausschaltfunktion kann die Dimmfunktion des gesamten Leuchtsystems als auch einzelner Leuchtmittel realisiert werden.

Jedem Modul ist innerhalb der Helligkeitssteuerung eine einstellbare, feste Adresse zugeordnet. Dies bedeutet, daß bis zu einigen Tausend Module parallel zusammengeschlossen werden können und von nur einem Sender bzw. einem Hauptcontroller aus - dies kann vorteilhaf­ terweise auch ein PC oder Kleinrechner sein - separat angesprochen werden können, ohne daß sogenannte Node-Controller vorhanden sein müssen.

Zur Versorgung der Module aus dem Netz des Leuchtsystems mit Spannung besitzt jedes Modul eine eigene Spannungsregelung, welche aus der Gleich- bzw. Wechselspannung des Leuchtmittelnetzes eine geregelte, konstante Gleichspannung produziert, die zur Versorgung der elektronischen Bauteile dient.

Jedes Modul kann aber auch über eine eigene Stromversorgung, wie beispielsweise eine Batterie oder einen Akku, verfügen.

Zur Realisierung der drahtlosen Kommunikation weist jedes Modul eine Datenempfangseinrichtung auf, welche ankommende Datenbits deco­ diert, die Adressbits überprüft und bei Übereinstimmung mit der auf dem jeweiligen Modul eingestellten Adresse diese in analoge Ströme und Spannungen transformiert, wobei diese Analogwerte als Sollwerte dienen.

Die Datenempfangseinrichtung gewinnt aus den optisch oder durch Funk übermittelten Informationen aufmodulierte, vorzugsweise digitale Daten. Diese regenerierten Datenbits werden decodiert, um aus dem seriellen Bitstrom die Adressbits ausblenden und überprüfen zu können. Bei Übereinstimmung der übermittelten mit der auf dem Modul eingestellten Adresse, werden die Datenbits ausgegeben und in analoge Spannungen bzw. Ströme transformiert.

Dem folgenden Leistungssteller dienen diese Analogwerte als Sollgröße zur Einstellung einer proportionalen Leistung bzw. Helligkeit. Diese Leistungsregelung innerhalb der Helligkeitssteuerung erfolgt vorzugsweise durch Pulsweitenmodulation (PWM), durch Phasenanschnittsteuerung, wird durch ähnliche artverwandte Steuerungen realisiert oder erfolgt durch regelbaren Vorwiderstand.

Durch dieses Konzept der Adressdecodierung ist es möglich, jede Halogenleuchte mit einer Nummer zu versehen und damit individuell anzusteuern.

Die Helligkeitssteuerung kann sowohl für den Niederspannungsbereich, wie beispielsweise 12 Volt, als auch für Hochspannungsbereiche, wie 115 Volt oder 230 Volt, eingesetzt werden.

Die Helligkeitssteuerung ist neben Halogenlampen und Glühlampen auch für Fluoreszenzlampen und Hochdrucklampen über in die oder an die jeweiligen Lampensockel implementierbare bzw. integrierbare Module geeignet.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel (Fig. 1) näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schaltungs­ aufbau einer Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel.

Der Gleichrichter 1 ist so ausgelegt, daß er sowohl den Lampenstrom (Laststrom) als auch den Schaltungsstrom liefern kann. Mit Hilfe des Spannungsreglers 2 wird eine konstante Spannung von 5 Volt dc er­ zeugt, womit sämtliche integrierten Bauteile und passiven Komponenten versorgt werden.

Durch Infrarotstrahlung übertragene Daten werden von einer Photodiode 3a empfangen und in Ströme umgewandelt. Diese sehr schwachen Signale werden im Verstärker 3b gefiltert, verstärkt und an den Frequenzdetector 4 weitergegeben. Der Frequenzdetector hat die Aufgabe, daß die Daten, welche durch Modulation auf einen höherfrequenten Hilfsträger aufgebracht wurden, wieder auszusieben und zu regenerieren. Um nun diesen Datenstrom wieder in Adress- und Datenbits trennen zu können, werden die Daten im Decoder 5 decodiert und die Adressbits mit der gewählten Adresseinstellung 6 verglichen. Bei Übereinstimmung werden die Datenbits an den D/A- Wandler 7 gelegt und in eine entsprechend analoge Spannung konvertiert.

Zur Realisierung von Arbeitspunkteinstellungen wird dem Analogwert im Addierer 8 eine regelbare Offsetspannung 9 aufsummiert und im Operationsverstärker 10 um einen konstanten Faktor verstärkt.

In dem Pulsweitenmodulator (PWM) 11 wird durch Variation der Puls­ breite bei konstanter Frequenz, erzeugt im Rechteckgenerator 12, eine dem Sollwert proportionale Leistung eingestellt. Der Treiber 13 dient lediglich zum sicheren Ansteuern des Leistungsschalters 14, hier bei­ spielsweise ein n-Kanal Mosfet und zur Realisation der Schutz­ funktionen, wie beispielsweise der Temperatur und Stromüberwachung. Anstatt der PWM 11 könnte auch eine Phasenanschnittsteuerung zum Einsatz kommen, wobei der Vorteil in einer einfacheren bzw. nicht notwendigen Gleichrichtung liegt. Dieser Vorteil wird aber durch eine aufwendigere Kontroll- und Ansteuerschaltung erkauft.

Die Schaltung kann idealerweise auch mit einem Funkempfänger ausgestattet werden, wobei die Vorteile in einer höheren Reichweite liegen, Wände und Türen durchdrungen werden und eine höhere Störunempfindlichkeit sowie eine höhere Übertragungssicherheit gewährleistet wird.

Claims (13)

1. Helligkeitssteuerung für Leuchtmittel dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtmittel innerhalb eines oder mehrerer Leuchtsysteme über Datenaustausch sowohl insgesamt als Einheit oder separat, jedes Leuchtmittel für sich, ansteuerbar sind, wobei der Datenaustausch optisch, über Infrarot, über Glasfaser, über Funk, akustisch, über gepulste Magnetfelder, über Trägerfrequenzverfahren oder mittels galvanischer Kopplung erfolgt, wobei die Steuerungsschaltung als Modul am oder im Leuchtmittel integriert ist.

2. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die elektrische Steuerschaltung realisierende Modul vor der Leuchtmittelfassung, in die Fassung des Leuchtmittels oder zwischen Fassung und Leuchtmittel integriert ist.

3. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die die integrierten Steuerschaltung enthaltende Fassung ein Modul einfügbar ist, welches Schutzfunktionen für das Leucht­ system gewährleistet.

4. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Steuerschaltung ein Modul für eine Soft-Start- Funktion integrierbar ist.

5. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Module selbst aus dem Stromkreis des Leuchtsystems und/oder über eine eigene Stromversorgung mit Spannung versorgen.

6. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Modules sowohl die Funktionen "Ein- und Aus­ schalten", als auch die Funktion "Dimmen" implementiert sind, wo­ bei beide Funktionen unabhängig voneinander realisiert werden kann.

7. Helligkeitssteuerung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Modul innerhalb der Helligkeitssteuerung eine einstell­ bare, feste Adresse zugeordnet werden kann.

8. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leistungsregelung innerhalb der Helligkeitssteuerung durch Pulsweitenmodulation (PWM), durch Phasenanschnitt­ steuerung, durch eine artverwandte Steuerung oder regelbaren Vorwiderstand erfolgen kann.

9. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitssteuerung sowohl für den Niederspannungs­ bereich als auch für den Hochspannungsbereich einsetzbar ist.

10. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einsetzbaren Module sowohl für Gleichspannung als auch für Wechselspannung einsetzbar sind.

11. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Modulen parallel zusammengeschlossen werden und von lediglich einem Hauptcontroller separat angesteu­ ert werden.

12. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul eine eigene Spannungsregelung zur Versorgung der elektrischen Bauteile besitzt, die aus der anliegenden Versorgungsspannung eine geregelte Gleichspannung zur Versorgung der elektronischen Bauteile erzeugt.

13. Helligkeitssteuerung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das neben Halogenlampen und Glühlampen auch Fluoreszenz­ lampen und Hochdruckampen über integrierbare Module regelbar sind.