专利名称：照明设备操控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有以暗装安装设备形式构成的控制设备和照明设备的照明设备操控系统(Beleuchtungsanlage-Ansteuersystem),所述照明设备具有可操控的功率部件。
背景技术：
照明设备操控系统普遍已知，在此，例如参考Busch-Jaeger Katalog2009, BJE 0001-0-1117/09. 08/0502-M, dpi 404103，第288至292页。在已知情况下，照明设备的亮度控制根据相位截止或相位截断原理进行，例如从EP 0618667B1中也已知。在此，来自交流电压网的非正弦形式的电流消耗是不利的，例如通过这样会产生有关不期望的电流高次谐波的问题。此外，亮度控制的质量取决于电网频率(电网频率波动)和由电网频率重叠的音频(脉动控制信号)。另外，在暗装安装设备的功率部件中产生比较高的损耗功率。发明目的本发明所基于的任务是，给出一种优化的照明设备操控系统，在所述照明设备操控系统中所述控制设备和在空间上与其分开安装的照明设备能够尽可能在没有反馈(R uckwirkung)、尤其是没有高次谐波负载的情况下在馈电的交流电压网上运行。该任务按照本发明通过具有以暗装安装设备形式构成的控制设备且具有照明设备的照明设备操控系统得到解决，所述控制设备经由接线盒(Anschlusskle_enblock)与交流电压网的相线和负载导线相连，所述照明设备经由接线盒与交流电压网的零线和负载导线相连， 其中所述控制设备包括可经由控制设备微控制器操控的控制设备功率部件和为了预给定亮度值而作用于控制设备微控制器的调节元件； 其中所述控制设备将与待调节亮度值相应的控制信号调制到电网交流电压上， 其方式使得所述控制设备用作亮度信息的编码器。 其中所述照明设备包括可经由HF-PWM微控制器操控的并且以高频脉冲宽度调制发生器形式构成的、与发光元件串联地经由LC滤波器连接到接线盒的HF-PWM功率部件； 其中所述HF-PWM微控制器从负载导线的输出交流电压中将控制信号解码并且与此相应地操控HF-PWM功率部件。在本发明的拓展方案中，控制信号的形成或者调制能够通过在正弦波内与电网交流电压的过零点相关的预给定的时间点短时间断开或短时间降低电网交流电压来进行，其中所述预给定的时间点与待传输的亮度值相关。在此替代地，控制信号的形成或者调制能够在电网交流电压的正弦波内以预给定的、不同长度的门控序列(Austastsequenzen)形式进行,其中所述信号持续时间与待传输的亮度值相关。在此，该控制信号或者能够由控制设备持久地产生、编码和发送以及由照明设备(9)持久地获得和解码，或者该控制信号在此替代地仅在开关过程或调光过程期间由控制设备产生、编码和发送以及被照明设备获得和解码。在前面阐述的建议的扩展方案中，所述控制信号能够包含其它信息、例如发光元件的待调节的光色来代替一个或多个亮度值或作为一个或多个亮度值的附加。利用本发明可获得的优点尤其是在于，所提出的照明设备操控系统普遍适合于欧姆的(电阻性的)、电容的和电感的发光兀件。借助照明设备的HF-PWM发生器,与被传输的亮度值相应地，正弦形式的输出电压可以可变的振幅进行调节。发光元件的无闪烁的操控是可能的。不需要与电网交流电压同步。此外，不仅在50Hz交流电压网、而且在60Hz交流电压网上的操控普遍是可能的。所提出的照明设备操控系统对于脉动控制信号和电网频率波动是不敏感的。本发明的适宜的拓展方案在从属权利要求中表征。
以下根据附图中示出的实施例详细阐述本发明。其中图I示出了照明设备操控系统的电路图；图2至4对于电网交流电压的操控的不同可能性示出了感兴趣的电网交流电压/ 时间图表。
具体实施例方式图I中示出了照明设备操控系统的电路图。可看到控制设备I和在空间上与其分开的照明设备9,其中交流电压网的相线L和负载导线(改进的相(aufbereitete Phase)) L'连接在控制设备I的接线盒2上以及交流电压网的负载导线L'和零线N连接在照明设备9的接线盒10上。因此，与交流电压网(230V电网)相关存在控制设备I和照明设备9 的串联电路。该照明设备9包括发光元件15。借助控制设备1，控制信号调制到输出交流电压上，而照明设备9将该信号解码并且根据该解码结果对发光元件15进行操控。该控制设备I包括以下组件 前面已经提及的接线盒2 ; 两个串联在相线L和负载导线L'之间的功率半导体(功率晶体管、尤其是 Power-MOS晶体管)3、4，也称为控制设备功率部件； 与功率半导体3、4的操控端子相连的控制设备微控制器5，可借助调节元件7作用于(beaufschlagbar)所述控制设备微控制器5 ； 为了控制设备微控制器5的能量供应而与相线L和负载导线L'相连的电网部件6。该控制设备I以可安装到市场上常见的UP设备插座(直径60mm)中的、具有包括支承环和弹簧支撑件(Federspreizen)的设备底座以及操作部件和盖板的电气安装设备的形式构成并且相应于简单的接触式调光器(Tastdimmer)。在此有利的是不要求无线电抗干扰组件(Funkentstdrkomponenten)和花费大的同步电路。该控制设备I能够有利地与用于插座/开关/键控器的传统的安装设备组(Installationsgerate -Programm)的任意的组件进行组合，同样地使用传统的安装设备组的传统的盖板。在此，传统的安装设备组理解为如下组(Programme)，它们由大量安装设备生产商销售并且包含不同的翘板式开关嵌件、翘板式键控器嵌件 (Wipptaster-Einsaetze)、插座嵌件以及以特定设计和特定颜色的I个分段(Ifach)、2个分段、3个分段、4个分段的盖板和翘板(Wippen)。同样地，控制设备I的简化实施方式是可实现的，在所述实施方式中埋入设备嵌件、操作部件和盖板构成(一件式)的单元。该照明设备9包括以下组件 前面已经提及的接线盒10 ； 连接在接线盒10上的LC滤波器11 ； 连接在LC滤波器3上的耦合电感器12 ； 在交流侧连接到耦合电感器12的、未受控制的全波桥式整流器13，其负极的直流端子形成地电位； 一个发光元件15，优选由至少一个LED组成，所述发光元件15经由串联电阻 (Vorwiderstand) 14或其它的限流元件连接在全波桥式整流器13的正极直流端子上； 功率半导体(具有反串联二极管的功率晶体管)16，与全波桥式整流器13—起， 也称为HF-PWM功率部件16，其主电极一侧与发光元件15、另一侧与地电位相连；· HF-PWM微控制器(高频脉冲宽度调制微控制器)17，所述HF-PWM微控制器17 经由其OUT输出端连接到功率半导体16的控制电极上并且经由其IN输入端与两个缓冲电阻(Beschaltungswiderstaenden) 18、19的共同连接点相连，所述两个缓冲电阻18、19串联地位于全波桥式整流器13的正极直流端子和地电位之间。由全波桥式整流器13、功率半导体16和HF-PWM微控制器17形成的配置以下也称为变换器。在此，替代桥式整流器和功率晶体管，也可使用两个反串联的功率晶体管(如在控制设备I中)。下面详细阐述照明设备操控系统的工作原理。该控制设备I为照明设备9的变换器提供交流电压网的几乎全部的电网交流电压。仅为了信息传输在所定义的时间段期间，电网交流电压的信号形式受到影响，也就是说所述控制设备I作为亮度信息的编码器 (Encoder)起作用，其方式是通过所述控制设备I将控制信号调制到电网交流电压上。该信息传输或者调制例如能够通过在正弦波内预给定的时间点断开或降低电网交流电压来进行。期望的亮度值(作为控制信号)例如能够在半波内槽(Slot)的位置上从控制设备 I传递到照明设备9。替代地,该控制设备I (例如调光器分机(Dimmer-Nebenstelle))能够例如在电网交流电压的每次过零点之后的第一毫秒内(作为控制信号)向照明设备9的变换器传递短的和长的门控序列(Austastsequenzen)。借此,开关和调光能够在I层面调光器操作 (I-Flaechen-Dimmebedienung)意义下实现。控制信号仅在操作的时间点上(而不是周期性地在电网交流电压的每个全波处)被发送，使得不产生升高的无线电干扰电压。当变换器的电流消耗接近正弦形式时，该控制设备I能够对约为500W的功率进行开关和调光。在图2至4中对于电网交流电压的操控的不同可能性示出了感兴趣的电网交流电压/时间图表，其中uL'表征负载导线L'和零线N之间的输出交流电压以及t表征时间
图2示出了在时间段A期间在电网交流电压的过零点之后O. . . Ims生成的作为控制信号的门脉冲。 图3示出了在时间段B期间经由电压干扰生成的作为控制信号的门脉冲。 图4示出了在时间段C期间通过接通/断开而生成的作为控制信号的门脉冲。照明设备9的(优选用于控制LED的)变换器包括用于对由控制设备11经由电网交流电压传递的控制信号进行解码的集成解码器(Decoder)并且在所传递的控制信号的解码后调节发光元件15的期望亮度。在此，可使用两种方法 模拟信号传输与电网交流电压的过零点相关的控制信号的时间点被持久地测量并且在负载上确定亮度值。 数字信号传输该控制信号仅在开关过程或调光过程中由控制设备I发送并且在信号持续时间内被照明设备9分析。(例如在60至400ms范围内的)短的信号持续时间与开关脉冲相符，(例如> 400ms范围内的)较长的信号持续时间与调光脉冲相符。该变换器的设计方式使得确保来自交流电压网的正弦形式电流消耗。这通过借助功率半导体16利用脉冲宽度控制的高频(HF-PWM发生器)运行发光元件15而实现。该高频脉冲宽度调制发生器或者HF-PWM发生器是空载的并且不需要与交流电压网同步。该功率半导体16优选在20至IOOkHz高频范围内在10至90%的操控范围(脉冲宽度)内运行。 为电网交流电压定时(takten)的HF-PWM发生器相对于电网交流电压在发光元件15上降低了电压振幅，而在此未改变电压的正弦形式。PWM信号的占空因数(高频定时(Taktung) 的脉冲/停顿比率)决定输送给发光元件15的电压和正弦形式的负载电流的大小(振幅)。 该LC滤波器11过滤出高频分量并且在电网侧仅允许低频电流流动。该控制原理不受所连接的发光元件类型的限制并且有利地普遍适合于电感的、电容的和电阻性的发光元件。HF-PWM微控制器17分析经由全波桥式整流器13获取的、由控制设备11生成的控制信号并且将其转化成相应的亮度值，参见缓冲电阻18、19的连接点上的分接。即使前面一直讨论的是亮度值作为控制信号从控制设备I传输到照明设备9，替代地也能够传输其它信息，例如能够传输在照明设备9的发光元件15上待调节的光色作为亮度值的附加或替代亮度值。参考标记列表
I控制设备
2接线盒
3功率半导体(功率晶体管)
4功率半导体(功率晶体管)
5控制设备微控制器
6电网部件
7调节元件
8
9具有HF-PWM发生器的用于调节发光元件的期望亮度的照明设备
10接线盒
11LC滤波器
12耦合电感器
13全波桥式整流器
14串联电阻或其它限流元件
15发光元件(LED)
16功率半导体(功率晶体管)，13+16 = HF-PWM功率部件
17HF-PWM微控制器
18缓冲电阻
19缓冲电阻
L交流电压网的相线
L,负载导线，改进的相
N交流电压网的零线
t时间
V负载导线L'和零线N之间的输出交流电压
权利要求
1.一种照明设备操控系统，所述照明设备操控系统具有以暗装安装设备形式构成的控制设备(I)且具有照明设备(9)，所述控制设备(I)经由接线盒(2)与交流电压网的相线 (L)和负载导线(L')相连，所述照明设备(9)经由接线盒(10)与所述交流电压网的零线 (L)和所述负载导线(L')相连， 其中所述控制设备(I)包括可经由控制设备微控制器(5)操控的控制设备功率部件 (3,4)和为了预给定亮度值而作用于所述控制设备微控制器(5)的调节元件(7)； 其中所述控制设备(I)将与待调节亮度值相应的控制信号调制到所述电网交流电压上，其方式使得所述控制设备(I)用作亮度信息的编码器； 其中所述照明设备(9)包括可经由HF-PWM微控制器(17)操控的并且以高频脉冲宽度调制发生器形式构成的、与发光元件(15)串联地经由LC滤波器(11)连接到所述接线盒 (10)上的HF-PWM功率部件(13、16)； 其中所述HF-PWM微控制器(17)从所述负载导线(L')的输出交流电压( ')中将所述控制信号解码并且与此相应地操控所述HF-PWM功率部件(13、16)。
2.根据权利要求I所述的照明设备操控系统，其特征在于，所述控制信号的所述形成或者所述调制通过在正弦波内电网交流电压的过零点相关的预给定的时间点短时间断开或短时间降低所述电网交流电压进行，其中所述预给定的时间点与待传输的亮度值相关。
3.根据权利要求I所述的照明设备操控系统，其特征在于，所述控制信号的所述形成或者所述调制在所述电网交流电压的正弦波内以预给定的、不同长度的门控序列形式进行，其中所述信号持续时间与待传输的亮度值相关。
4.根据权利要求I至3之一项所述的照明设备操控系统，其特征在于，所述控制信号由所述控制设备(I)持久地产生、编码和发送以及由所述照明设备(9)持久地获得和解码。
5.根据权利要求I至3之一项所述的照明设备操控系统，其特征在于，所述控制信号仅在开关过程或调光过程期间由所述控制设备(I)产生、编码和发送以及由所述照明设备(9)获得和解码。
6.根据权利要求I至5之一项所述的照明设备操控系统，其特征在于，所述控制信号包含其它信息、例如所述发光元件(15)的待调节的光色来代替所述一个或多个亮度值或作为所述一个或多个亮度值的附加。
7.根据权利要求I所述的照明设备操控系统，其特征在于，HF-PWM功率部件以具有在直流侧连接的功率晶体管(16)的全波桥式整流器(13)的形式构成。
8.根据权利要求I所述的照明设备操控系统，其特征在于，HF-PWM功率部件以两个反串联的功率晶体管形式构成。
9.根据权利要求I所述的操控系统，其特征在于，HF-PWM功率部件(13、16)经由耦合电感器(12)连接。
全文摘要
本发明照明设备操控系统，具有暗装安装设备形式构成的、经由接线盒与交流电压网的相线和负载导线相连的控制设备及经由接线盒与交流电压网的零线和负载导线相连的照明设备，控制设备包括可经由控制设备微控制器操控的控制设备功率部件和为了预给定亮度值而作用于控制设备微控制器的调节元件；控制设备将与待调节亮度值相应的控制信号调制到电网交流电压上，使得控制设备用作亮度信息的编码器；照明设备包括可经由HF-PWM微控制器操控的且以高频脉冲宽度调制发生器形式构成的、与发光元件串联地经由LC滤波器连接到接线盒的HF-PWM功率部件。
文档编号H05B37/02GK102595690SQ201110340369
公开日2012年7月18日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年1月13日
发明者D·戈尔戴恩, F·齐梅克, G·克莱弗, H·林德 申请人:Abb股份公司