DE20102753U1 - Infrarotgesteuerter Dimmer - Google Patents

Description

Infrarotgesteuerter Dimmer Beschreibung

Dimmer dienen dazu, die Leistung von Netzstromverbrauchern stufenlos zu verstellen, so dass &zgr;. B. Lichtquellen oder andere, das menschliche Wohlbefinden beeinflussende elektrische Einrichtungen (z. B. Ventilatoren) nicht nur ein- und ausgeschaltet, sondern auch mit einer nach physiologischen Gesichtspunkten einzustellenden Teilleistung betrieben werden können.

Allgemein bekannt sind z. B. Dimmerschalter, die anstelle eines gewöhnlichen Lichtschalters in eine vorhandene Schalterdose eingesetzt werden können und die neben einem Ein/Aus - Schalter einen Drehknopf aufweisen, mit dem die Lampenhelligkeit eingestellt werden kann. Dabei wird über ein Potentiometer der Phasenanschnittszeitpunkt eines Triac innerhalb eines vorgegebenen Phasenlagenbereichs der Netzspannung verschoben und damit die Leistungsaufnahme der Lampe zwischen „dunkel" und nahezu „volle Leistung" eingestellt. Derartige Dimmerschalter gibt es auch mit Berührungssensoren, so dass zur Helligkeitseinstellung die Zeit maßgebend ist, während der eine Berührung der Schalteroberfläche stattfindet. An die Stelle einer Berührung oder einer anderen, am Ort des Schalters vorzunehmenden manuellen Einwirkung kann auch ein Infrarotsignal eines Fernbedienungssenders treten.

Die Koppelung von Dimmerfunktion und Ein/Aus-Schalter im selben Bauteil hat eine ganze Reihe von Nachteilen:

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Der Schalter ist in aller Regel ortsfest montiert, - in einem Raum meist in Türnähe, gelegentlich auch an einem Gerät (z. B. Fußschalter einer Stehlampe). Ohne eine Fernbedienung muß sich zur Veränderung der Helligkeit somit eine Person zu dem Schalter hin begeben, muß also gehfähig sein und wissen, wo sich der Schalter befindet. Letzteres trifft auch bei Verwendung einer Fernbedienung zu, denn ein sicherer Empfang von Infrarotsignalen eines Fernbedienungssenders durch einen im Schalter integrierten Infrarotempfahger setzt eine Signalabstrahlung in Richtung dieses Empfangers, d. h. in Richtung des Schalters voraus.

Dennoch kann, auch wenn der Anbringungsort eines Schalters bekannt ist, dessen niedrige Anbringung (üblicherweise Türklinkenhöhe) ein Grund dafür sein, dass Personen oder auch Einrichtungsgegenstände den Signalübertragungsweg verstellen und so eine Fernbedienung vom Sessel oder auch vom Bett aus unmöglich machen, was z. B. für kranke oder gehbehinderte Personen besonders nachteilig ist.

Schließlich hat die Vereinigung von Schalter- und Dimmerfunktion in einem räumlich eng begrenzten Schaltergehäuse Einschränkungen hinsichtlich der Zahl der unterbringbaren Bauelemente und der zulässigen Wärmeentwicklung zur Folge, was letzlich den Aufwand und die Kosten für den Dimmer erhöht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Dimmer nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 zur Verfügung zu stellen, der unter Beibehaltung aller zum Betrieb eines geeigneten Wechselstromverbrauchers notwendigen Schaltfunktionen ohne die mit seiner Anordnung im Raum verbundenen Einschränkungen und Nachteile arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst.

Die weiteren Schützansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Verwendungen des erfindungsgemäßen Dimmers.

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Anhand eines in der Figur wiedergegebenen schematischen Schaltplanes eines Ausführungsbeispieles wird nachfolgend der Dimmer nach der Erfindung eingehend beschrieben und seine Funktion erklärt:

hi dem mit DI bezeichneten, rechten Teil des Schaltplanes verbindet ein Phasenanschnittselement, hier z. B. ein Triac Tl, einen in Betrieb zu setzenden Stromverbraucher LaI, der an Verbraucher-Anschlußklemmen K3 und K4 angeschlossen wird, über die Klemme K4 mit der an einer Netzzuleitungsklemme Kl anliegenden Phase L des Wechselstromnetzes. Der Nulleiter N des Wechselstromnetzes liegt an einer Klemme K2 , die mit der Klemme K3 des Verbraucherstromkreises verbunden ist. Der Triac, der durch ein seiner Schaltstrecke parallel liegendes RC-Glied (Cl, Rl) gegen unerwünschte Schwingungen und eine damit verbundene Abgabe von Störfrequenzen geschützt ist, wird über seinen Gate-Anschluß G von einem speziell für die Phasenanschnittsteuerung entwickelten Integrierten Schaltkreis ICl (Typ U2008B) über einen Widerstand R4 mit Steuerimpulsen versorgt, die der ICl abhängig von einer an seinem Steuereingang (Pin 6) anliegenden Spannung bereitstellt. ICl besitzt eine eigene Stabilisierung und erhält seine Betriebsspannung direkt aus dem Netz.

Unterhalb des Schaltkreises ICl ist in der Figur eine Z-Diode Zl dargestellt, die kathodenseitig mit der Netzzuleitungsklemme Kl und damit mit der Netzphase L verbunden ist und eine Wechselspannung, die über einen Schutzwiderstand R2 und einen mit diesem in Reihe liegenden kapazitiven Blindwiderstand C2 vom Nulleiter her ihrer Anodenseite zugeführt ist, gegenüber Phasenpotential begrenzt. Über zwei antiparallel geschaltete Dioden Dl und D2 wird diese, an der Anode der Z-Diode anliegende Wechselspannung gleichgerichtet und einem Ladekondensator C5 sowie dem Eingang E eines Festspannungsreglers IC2 als Eingangsspannung zugeführt. Der Ladekondensator C stabilisiert diese Eingangsspannung . Ein Siebkondensator C4, der zwischen dem negativen Pol des Ladekondensators C5 und der Klemme Kl liegt, unterdrückt eventuelle, beim Betrieb des ICl oder des Triacs auftretende Spannungsschwankungen.

Der Festspannungsregler stellt an seinem Ausgang A eine stabilisierte Spannung von +5 V gegenüber einem für den Eingang und den Ausgang des Festspannungsreglers

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gemeinsamen, mit dem negativen Pol des Ladekondensators C 5 verbundenen Anschluß M zur Verfügung. Sie dient der Versorgung der übrigen Bauelemente, im wesentlichen energiesparende MOS-Schaltungen. Damit wird die gesamte Schaltung direkt aus dem Wechselstromnetz gespeist und ein viel Platz beanspruchender Netztransformator kann entfallen.

Der Schaltplan gemäß der wiedergegebenen Figur enthält in einem linken Teil IR einen Infrarotsignalempfänger IC 7 (Typ TFMS 5300), wie er zum Empfang von ER-Signalen einer üblichen Radiofernbedienung benutzt wird, und eine IR-Auswertelogik IC6 (Typ TC9149P), die vom Infrarotsignalempfänger aufgenommene und vorverstärkte Signale decodiert und, je nach dem empfangenen Steuerbefehl, einen logischen High-Zustand an einem ihrer Pins 3,4, 11 oder 12 ausgibt. Die Betriebsspannung des Infrarotsignalempfängers wird direkt dem Ausgang A des Festspannungsregles IC2 entnommen und ist durch einen Kondensator CIl zusätzlich stabilisiert. Ein Transistor Ql paßt die Impedanz des Empfängerausgangs an die des Einganges (Pin 2) der IR-Auswertelogik IC6 an. Deren interne Arbeitsfrequenz wird durch die Außenbeschaltung C13, Rl8 ihres Pin 15 bestimmt.

Um die vier Dimmerfunktionen, „Ein", „Aus", „Leistung hochfahren" und „Leistung reduzieren" ausführen zu können, müssen die diesen Funktionen zugeordneten logischen High-Zustände der Pins 3,4, 11 und 12 der ER-Auswertelogik (IC6) in Spannungen am Steuereingang (Pin 6) des ICl umgesetzt werden. Bei dem im Schaltplan dargestellten Typ des ICl, der mit Pulsbreitenregelung arbeitet, kann die Steuerspannung von +5V, was der Abschaltung des Verbrauchers entspricht, bis etwa +0,8 V, entsprechend der vollen Verbraucherleistung reichen. Dabei sollte das Aufwärtsregeln der Steuerspannung, das hier das Abwärtsdimmen des Verbrauchers bewirkt, wie auch das dem Hochdimmen des Verbrauchers entsprechende Abwärtsregeln der Steuerspannung selbsttätig, in möglichst kleinen Schritten oder stufenlos ablaufen.

In einer digital arbeitenden Schaltung kann eine quasi kontinuierliche Veränderung einer Stellgröße mit Hilfe eines aufwärts oder abwärts zählenden Binärzählers mit nachgeschaltetem D/A-Wandler, z. B einem R2R-Glied realisiert werden. Im dargestellten

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Schaltplan ist deshalb in einem Mittelteil DSL ein in MOS-Technik ausgeführter Aufwärts/Abwärts-Binärzähler IC3 (Typ 4516) enthalten, dessen Ausgänge (Pins 2, 6, 11 und 14) über Entkopplungsdioden D3 - D6 und Widerstände in Binär- oder R2R-Abstufung (R5, R6, R7, R8, R9, RIO, Rl 1) mit dem Steuereingang (Pin 6) des ICl verbunden sind.

Die Funktion „Ein" wird dadurch realisiert, dass alle Programmeingänge des IC3 (Pins 3, 4, 12 und 13) auf logisch High (+5V) gelegt sind und der Reset-Eingang (Pin 9) mit einem High-Impuls beaufschlagt wird. Sämtliche Ausgänge nehmen dann Low-Potential an, was die Steuerspannung am Pin 6 des ICl auf niedrige Spannung und den Verbraucher auf volle Leistung bringt. Umgekehrt steuert ein High-Impuls am Load-Eingang (Pin 1) alle Ausgänge auf High-Potential, den Steuereingang des ICl damit auf ca. + 5 Volt und den Verbraucher damit auf „Aus". Da die High-Impulse an Load und Reset jeweils auf mehrerlei Weise eingebbar sein müssen - neben der Erzeugung aufgrund eines IR-Fernbedienungsbefehls muß z. B. auch eine Erzeugung aufgrund einer Betätigung eines ohne Dimmer bisher schon vorhandenen Ein/Aus-Schalters weiterhin möglich sein -, müssen zur Eingabe eines High-Impulses an Pin 9 von IC3 oder zur Eingabe eines High-Impulses an Pin 1 von IC3 jeweils mehrere Eingänge zur gleichberechtigten Impulszuführung aus unterschiedlichen Quellen vorgesehen sein. Nicht zuletzt deshalb enthält die dargestellte Schaltung in ihrem Mittelteil DSL zusätzlich zwei MOS-Gatterbausteine, ein Vierfach NOR-Glied als IC4 (Typ 4001) und einen sechsfachen Inverter als IC5 (Typ 4069), die jedoch noch weitere wichtige Funktionen wahrnehmen.

Ein High-Impuls am Reset-Eingang (Pin 9) des IC3, der den Verbraucher mit voller Leistung einschaltet, wird entweder aufgrund eines Fernbedienungsbefehls an Pin 11 des IC6 ausgelöst oder er gelangt an diesen Pin bei Einschaltung der Netzphase am bisher schon vorhandenen, in der Figur nicht dargestellten Ein/Aus-Schalter, über einen Kondensator C15. Der Impuls gelangt in beiden Fällen an den Eingang eines NOR-Gatters (Pin 13) im IC4, wird dort invertiert und über dessen Ausgang (Pin 11) an einen weiteren Inverter (Pin 11 des IC5) geleitet. Nachdem eine zweimalige Invertierung die Polarität unverändert lässt, wird der ursprüngliche High-Impuls unverändert über Pin 10 des IC 5 an den Reset-Eingang (Pin 9) des IC3 weitergeleitet.

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Ein High-Impuls am Load-Eingang (Pin 1) des IC3 zur Abschaltung des Verbrauchers ist nur dann nötig, wenn mit der IR-Fernbedienung abgeschaltet werden soll. Wird der Verbraucher dagegen am bisher schon vorhandenen, in der Netzzuleitung angeordneten Ein/Aus-Schalter ausgeschaltet, wird er samt Dimmerschaltung dauerhaft vom Netz getrennt und kann nur dort wieder eingeschaltet werden. Weitere Steuerungsmaßnahmen erübrigen sich dann. Bei Abschaltung durch Fernbedienungsbefehl wird ein High-Impuls an Pin 12 des IC6 ausgegeben und in ein anderes NOR-Gatter des IC4 (Pin 9) eingespeist. Der Ausgang (Pin 10) dieses NOR-Gatters, der Low-Signal führt, ist mit dem Eingang eines weiteren Inverters (Pin 9 des IC5) verbunden. Vom Inverterausgang (Pin 8 des IC5) gelangt der Abschaltimpuls nach ebenfalls zweimaliger Invertierung unverändert als High-Impuls auf den Load-Eingang (Pin 1) des IC3 .

Soll nun die Verbraucherleistung langsam hochgefahren oder reduziert werden, muss der Zähler IC3 getaktet werden, damit sich die analoge Steuerspannung am Ausgang des R2R-Gliedes entsprechend den Schaltzuständen der einzelnen Binärausgänge gleitend ändert. Hierzu wird eine Taktfrequenz, die von einem aus zwei Invertern des IC5 (Pins 3, und 5, 6) , zwei Kondensatoren C6 und C7 und einem Widerstand Rl4 aufgebauten Oszillator erzeugt wird, mit Hilfe eines Transistors Q2 an den Takteingang (Pin 15) des IC3 angeschaltet. Der Transistor wird hierzu durchlässig gesteuert, sobald an einem der Pins (Pin 3 oder Pin 4) der IR-Auswertelogik IC6, welche zum Aufwärts- oder Abwärtsregeln High-Zustände annehmen, ein solcher High-Zustand eintritt. Über parallele Entkopplungsdioden D7, D8 und einen Widerstand Rl 5 wird in beiden Fällen ein Steuersignal an die Basis des Transistors Q2 ausgegeben. Gleichzeitig wird der ausgegebene High-Impuls zur Vorgabe der Zählrichtung beim Aufwärtszählen dem Zählrichtungseingang (Pin 10) des IC3 zugeführt oder er bleibt zum Abwärtszählen unterdrückt, was den Zählrichtungseingang in Low-Zustand belässt. Da zum Herunterdimmen des Verbrauchers der Zähler aufwärts zählen muss, muss der Abwärtsregelausgang der IR-Auswertelogik (Pin 4, IC6) mit dem Zählrichtungseingang (Pin 10 des IC3) verbunden sein. Zum Hochdimmen des Verbrauchers, das ein Abwärtszählen des Zählers IC3 voraussetzt, genügt dann das bei nicht betätigtem

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Abwärtsregelausgang (Pin 4 des IC6) dort anstehende, an Pin 10 des IC3 geführte Low-Potential, um die Abwärtszählrichtung vorzugeben.

Damit der getaktete Binärzähler nicht nach Erreichen seiner letzten Zählstufe 16 weiterzählt und eine neue Zählperiode beginnt, muss die Information seines CO (count out)-Ausganges, - ein kurzer Low-Impuls, der bei Erreichen der Zählstufe 16 an Pin 7 des IC3 ausgegeben wird -, genutzt werden, um den Zähler anzuhalten, falls die Betätigung der Fernbedienung (beim Hochregeln wie beim Herunterregeln) nicht rechtzeitig abgebrochen wurde. Liegt das CO-Ausgangssignal gleichzeitig mit einem Aufwärtsregelsignal des Ausgangs Pin 3 des IC6 vor, so muss der Zähler, der ja zum Aufwärtsregeln des Verbrauchers abwärts zählt (Pin 10, IC3 auf Low), nach dem Abwärtszählen bei höchster Verbraucherleistung angehalten werden. Dies wird, wie beim unmittelbaren Einschalten des Verbrauchers, durch Anlegen von High-Potential an den Reset-Eingang (Pin 9) des IC3 erreicht: Während des Abwärtszählens liegt das von Pin 3 des IC6 ausgegebene High-Signal über einen Inverter (Pin 13/12) des IC5 als Low-Signal an einem Eingang (Pin 2) eines NOR-Gatters des IC4 an, dessen anderer Eingang (Pin 1), solange das CO-Ausgangssignal noch nicht ausgegeben wird, auf High-Potential liegt. Der Ausgang dieses NOR-Gatters (IC4, Pin 3) nimmt somit zunächst Low-Zustand ein. Dieser Zustand wird an den Eingang (Pin 12, IC4) eines weiteren NOR-Gatters weitergegeben. An dessen Ausgang (Pin 11, IC4) liegt High-Signal, weil Pin 13, da ja nicht gerade eingeschaltet wird, ebenfalls auf Low liegt. Es wird über einen weiteren Inverter (Pin 11/10) des IC5 als Low-Signal auf den Reset-Anschluß (Pin 9) des Zählers übertragen. Dies hat zunächst keinen Einfluß auf den Zählvorgang .

Wird jedoch die 16. Zählstufe erreicht, so wird über Pin 7 des IC3 Low-Signal ausgegeben. Dies gelangt an Pin 1 des IC 4. Der Ausgang des NOR-Gatters, Pin 3 des IC4, geht somit, nachdem beide Eingänge auf Low sind, auf High-Potential, was dazu führt, dass das folgende NOR-Gatter an seinem Ausgang (Pin 11), auf Low geht. Über den Inverter Pin 11/10 des IC5 wird das Signal dann als High-Signal auf den Reset-Eingang des IC3 gegeben und damit der Zähler IC3 bei niedrigster Ausgangsspannung, also voller Aussteuerung des Verbrauchers gestoppt.

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Beim Abwärtsregeln - für das der Zähler aufwärts zählen muss - liegt der Zählrichtungseingang U/D (Pin 10) des IC3 wegen der Verbindung zu Pin 4 des IC6, der zum Abwärtsregeln High-Signal ausgibt, auf High-Potential, d. h. der Zähler zählt aufwärts, solange der 16. Zählschritt noch nicht stattgefunden hat. Der von Pin 4 des IC6 abgegebene High-Impuls gelangt außer zum Zählrichtungseingang über einen Inverter Pin 1/2 des IC 5 als Low-Impuls an einen Eingang eines NOR-Gatters (Pin 5 des IC4) und führt zu Low-Potential an dessen Ausgang Pin 4 ,solange der CO-Ausgang (Pin 7) des IC3 und der mit diesem verbundene zweite Eingang des NOR-Gatters (Pin 6 von IC4) High sind. Der Low-Impuls liegt am Eingang (Pin 8) eines weiteren NOR-Gatters des IC4 und wird, da Pin 9 ebenfalls auf Low liegt, als High-Impuls am Ausgang Pin 10 ausgegeben. Durch einen Inverter Pin 9/8 des IC 5 wird der High-Impuls in einen Low-Impuls umgewandelt und dem Load-Eingang des IC3 zugeführt. Der Zähler zählt deshalb unbeeinflusst weiter aufwärts.

Wird Zählstufe 16 erreicht, wird an Pin 6 des IC4 der Low-Impuls des CO-Ausgangs von IC3 wirksam. Damit geht Ausgang Pin 4 auf High und das nachfolgende NOR-Gatter, mit dessen Eingang (Pin 8) Pin 4 verbunden ist, setzt seinen Ausgang (Pin 10) auf Low. Über den nachgeschalteten Inverter Pin 9/8 des IC5 gelangt schließlich High-Potential an den Load-Eingang von IC3, wodurch das Aufwärtszählen des Zählers auf dessen höchster Zählstellung gestoppt und damit die Abschaltung des Verbrauchers erreicht und beibehalten wird.

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Claims (4)

1. Dimmer zur Steuerung eines am Wechselstromnetz betriebenen Stromverbrauchers, insbesondere einer Lichtquelle mittels Infrarotsignalübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass in einem räumlich und sicherheitstechnisch für den Einsatz in der Elektroinstallation geeigneten Gehäuse ein die Verbraucherleistung einstellendes Phasenanschnittselement (T1), eine digital arbeitende Schaltung (DI, DSL) zu dessen Ansteuerung und ein Infrarotsignalempfänger (IR) miteinander verbunden und derart angeordnet sind, dass der Infrarotsignalempfänger durch Signale eines zur Radio- oder Fernsehgerätebedienung geeigneten Fernbedienungssenders von außerhalb des Gehäuses beeinflussbar ist und die Schaltung zur Ansteuerung des Phasenanschnittselementes entsprechend empfangener Fernbedienungssignale beaufschlagt.

2. Dimmer nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse frei von manuell zu betätigenden Schalt- oder Einstellvorrichtungen und in Form und Dimensionen so gestaltet ist, dass es z. B. in Räumen, an der Decke, an Wänden oder Einrichtungsgegenständen, auch an Stellen außerhalb der Reichweite von Personen angebracht oder darin eingelassen werden kann.

3. Dimmer nach einem der vorstehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in die Zuleitung des zu steuernden Stromverbrauchers (La1) geschaltet wird.

4. Dimmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch einen netzseitigen Schalter des Verbrauchers vorhandene Einschaltfunktion auch nach Zwischenschaltung des Dimmers erhalten bleibt.