WO2021190878A1 - Leistungssteuerungsschaltung, leistungssteuerungsverfahren - Google Patents

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WO2021190878A1
WO2021190878A1 PCT/EP2021/055197 EP2021055197W WO2021190878A1 WO 2021190878 A1 WO2021190878 A1 WO 2021190878A1 EP 2021055197 W EP2021055197 W EP 2021055197W WO 2021190878 A1 WO2021190878 A1 WO 2021190878A1
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WO
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power control
signal
control circuit
phase
power
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PCT/EP2021/055197
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Josef SCHELLBERG
Tobias May
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/31—Phase-control circuits

Definitions

  • the invention relates to a power control circuit according to the preamble of claim 1. It can be a circuit commonly referred to as a "dimmer". It can control the power flow from a source to a consumer such as lights, motors or the like.
  • the source can be mains alternating voltage, for example 2S0 V at 50 Hz, 110 V at 60 Hz or the like.
  • Power control circuits of the type mentioned at the beginning have nominal powers, so they can switch powers within certain limits.
  • the limitation can result from a maximum permissible current in the switched-on (low-resistance state) of the dimmer circuit, since this load current, together with the voltage drop across the switch, generates power loss in the power control circuit, which manifests itself as heat. High currents can lead to high temperatures, and if the latter get too high, the circuit can be damaged. This means that a uniform dimmer cannot be used for all possible tasks. Rather, they have to be kept available in different designs according to their rated power and other sizes and finally installed.
  • the object of the invention is therefore to provide a power control circuit and a power control method which allow the combined use of several power control circuits.
  • At least two power control circuits are connected in parallel in such a way that they jointly control the current through a load.
  • the load can be formed, for example, by a large number of lamps that illuminate large rooms, or the like.
  • the power to be controlled is alternating voltage with, for example, 2S0 V or 110 V.
  • the frequency can be 50 Hz or 60 Hz.
  • One or each of the coupled power control circuits is designed for looping (switching on) into a first electrical line that carries electrical power from a source to a consumer. It can then use semiconductor switches or the like to control the flow of current in the line, in particular to switch periodically between on and off. It communicates with another power control circuit via a signal line. It has an operating control device which initiates an initialization phase and then a control phase. During the initialization phase, the operating mode of the power control circuit can be queried and the applied power examined, in particular with regard to whether it is an inductive or a non-inductive (ohmic / capacitive) load.
  • the phase position of the applied electrical power is checked and, in this regard, at least one transmitting and / or receiving signal is exchanged with a further power control circuit.
  • the performance is controlled in accordance with the previous checks and signaling. In the combined operation of several power control circuits, these will sometimes perform different processes, and for control operation one (the so-called "master”) will generate specifications for one or more other (so-called “slaves").
  • a single power control circuit can be designed for the "master" mode or for the "slave” mode. It can be designed to be switchable between the two types or can be permanently built for one or the other type.
  • a power control circuit designed as a master can also be designed for individual operation as a universal dimmer. It can be designed for power control for inductive and non-inductive loads (leading edge / trailing edge). Whether a power control circuit is to work as a master or as a slave can be registered electronically or digitally for further use in a suitable manner at a suitable time, for example by setting during manufacture of the power control circuit or by setting during assembly or by electronic means Setting in operation.
  • the power control circuit can be designed to receive or send a signal in the initialization phase that reflects the phase position of an applied power (AC voltage) .
  • it can send out a signal that reflects the phase position of the electrical power applied to its own power control circuit, for example by sending out pulses at zero crossings, then e.g. at each zero crossing and then at twice the frequency (100, 120 Hz), or a Signal are received that reflects the phase position of a device applied to a power control electrical power, which can also have the pulses described again.
  • it can be examined in the master circuit whether the applied load (i.e.
  • the consumer of the power to be controlled is an inductive or a non-inductive (ohmic / capacitive) consumer.
  • the power control mode can be set, in particular as phase control for inductive loads or as phase control for non-inductive loads.
  • the operation of the master coupled to a slave is preferably only carried out for non-inductive loads in the phase section, since the synchronization between master and slave is simpler for phase section control because only a single line is required.
  • the control of inductive loads in phase control is preferably carried out in individual operation of the circuit.
  • the switch control signal for its own electronic switching device is generated in the master power control circuit in accordance with the set power control mode (e.g. phase control, phase control) and a predetermined setpoint and used to control the electronic switch. It can be an on / off signal for a power semiconductor.
  • a switching signal is applied to the fifth connection, via which it is output and passed on to the fifth connection of a further slave power control circuit, which in turn generates its switch control signal as a slave in accordance with the switching signal received at its fifth connection.
  • the switching signal at the fifth connection can be the same as the switch control signal in terms of time and can be a differently leveled signal depending on given requirements. In particular, galvanic isolation can be provided here. If, however, running and switching times in the signaling from the master to the slave and processing times in the slave are not negligible and must therefore be taken into account, these can be achieved in the master by a delay between the switching signal at the fifth connection (comes earlier) and switch control signal (comes later) are formed so that the master and slave switch at the same time.
  • the duration of the delay in the master can be determined empirically and can be fixed. It can be in the order of magnitude between 1 ps and 1 ms.
  • the delay can be implemented digitally or in the analog signal branch of the master.
  • slave is set as the operating mode for the power control circuit (e.g. it is built as a slave)
  • a signal characterizing the phase position of an electrical power applied to the master circuit can be received or sent in the initialization phase.
  • the slave power control circuit is designed to receive such a signal and to compare it with the corresponding signal generated by itself. Conversely, if the master power control circuit is designed to receive a phase signal, the slave power control circuit will send out the corresponding signal and the comparison is made in the master
  • Power control circuit made. It can be the pulse sequences already described corresponding to zero crossings of the alternating voltage.
  • the comparison can include checking the described pulses of the respective pulse sequences for sufficient temporal coincidence. It can thus be determined whether the coupled power control circuits are connected to the same electrical phase or to different electrical phases of a three-phase system.
  • phase position differs significantly in conventional three-phase systems, in particular by 2/3 p in the common three-phase system, corresponding to 6.67 ms at 50 Hz or 3.33 ms with frequency doubling after full-wave rectification / zero crossing measurement.
  • a parallel connection must then be prevented as this would lead to short circuits.
  • a divergence of the phase positions is then an error criterion for parallel operation, but not necessarily for single operation of the master.
  • the comparison requires a few half-waves of the alternating signal and can last, for example, longer than 20 or 40 ms and shorter than 500 or 200 ms.
  • the type of connected load (inductive or non-inductive) can be checked in the master. This, too, can require a few half-waves of the alternating signal and can last, for example, longer than 50 or 100 ms and shorter than 500 or 200 ms. Depending on this check, the control mode (leading edge / trailing edge) can be set.
  • a slave power control circuit will receive the switching signal from the master power control circuit in the control phase from the fifth connection and accordingly generate its own switch control signal. It can be passed through directly or it can undergo an impedance conversion and, if necessary, a potential separation or can be scaled appropriately. The temporal position of the relevant signal parts can be passed through directly, for example the edge of a gate signal for an FET.
  • a power control circuit can have a sixth connection, by means of which it can communicate with a higher-level controller.
  • the higher-level control can be used to initiate the initialization phase and the control phase of the power control circuit, can receive and evaluate error signals and send corresponding control signals to the individual power control circuits, in particular an interrupt signal in order to interrupt or prevent the switching of power in the event of an error.
  • the power control circuits connected in parallel are then no longer completely symmetrical. Rather, one of the circuits will perform essential control tasks and control steps, it will then be addressed as a master, and one or more others will at least partially take over results and signals from the master power control circuit, such power control circuits are then described as slaves.
  • a power control circuit can have an operating mode setting device by means of which an electronically retrievable operating mode definition can be set. It can be an adjustable electrical value, for example a potential at a specific circuit point, a resistor or the like.
  • a digital control can also be a value set in a digital register, which can be more or less fixed or overwritten. Based on the definition set in this way, it can be queried electronically in which of the at least two possible ways the power control circuit should and will work.
  • a third operating mode that is, an operation in which the power control circuit is neither master nor slave, but only acts on its own. For example, any signaling to the fifth connection can then be prevented and / or signals from there can be ignored.
  • the definition of the operating mode on master or slave or possibly also independently can be adjustable during manufacture and / or during installation and / or during operation of the power control circuit.
  • the power control circuit can have a control mode setting device for setting an electronically retrievable control mode setting.
  • a control mode setting device for setting an electronically retrievable control mode setting.
  • Control mode for example, between phase control and phase control, depending on whether the load is inductive (then phase control) or whether it is non-inductive (capacitive / ohmic) (then phase control).
  • This value can be set as a result of the investigation of the connected electrical load. It can only be made in the master, so that the appropriate specifications for generating the required switch control signals are then made in the master. The corresponding signals are then merely passed through to the slave power control circuit (s) by means of the switching signal.
  • a power control circuit can have a selection device which either selects a self-generated signal as the switch control signal for the electronic switching device or selects a signal generated from the fifth connection in accordance with the switching signal.
  • the first choice can be made in the master, the last choice in the slave. The selection can thus be made in accordance with the definition in the setting device operating mode.
  • the power control circuit can include a combination of digital and analog components. It can have a digital control device that controls one or more of the following processes by means of digital signal processing, in particular in accordance with one or more control programs:
  • Phase comparison by comparing the results of the self-made examination of the applied power and the examination results of the applied power of the connected power control circuit reflected by the signal at the fifth connection. This can be done in particular in the slave. Depending on the check, signaling can be carried out, for example error messages to another power control circuit, to a higher-level controller or the like.
  • connection test for two-wire connection or three-wire connection and making any necessary settings.
  • the electronic control device can be a small computer or microcomputer or processor which executes suitably switched firmware or software and can thus carry out normal computer processing. If necessary, analog / digital and digital / analog conversions, memories (registers, RAM, ROM), interfaces, etc. are available.
  • a power control circuit can have wireless couplers in order to exchange signals with other power control circuits and / or with a higher-level controller.
  • wireless couplers can be connected to the fifth port to be able to communicate decoupled with a further power control circuit, and / or at the sixth connection in order to be able to communicate wirelessly or decoupled with a higher-level controller, and / or at the fourth connection in order to be able to receive setpoint signals from a higher-level controller in a decoupled / wireless manner, if necessary.
  • the wireless couplers can have different protection classes.
  • the wireless coupler on the sixth connection can meet stricter protection requirements than the wireless coupler on the fifth connection.
  • a wireless coupler can be, for example, an optocoupler or another suitable wireless coupler device.
  • the exchange of signals or communication between power control circuits (via the fifth connection) or between the power control circuit and the higher-level controller (via the sixth connection) can take place in accordance with a suitable protocol, such as the I2C protocol or UART.
  • the power control circuit can have a fourth connection for the setpoint input, that is to say the input of the value to which the power is to be controlled.
  • the target value can be a proportion of the maximum possible power value and can therefore be understood as a relative / percentage information related to the maximum possible power.
  • the fourth connection can be a mechanical connection, for example the axis of rotation of a rotary control / potentiometer, or the slide of a slide controller in order to be able to set a potentiometer.
  • the fourth connection can, however, also have an electrical line from another controller, which inputs corresponding setpoint values.
  • the fourth connection can also have both options side by side.
  • the setpoint can also be entered from the higher-level controller provided for control purposes via the sixth connection.
  • the fourth connection can then be omitted.
  • the communication standard on the sixth and / or on the fourth connection can follow the UART standard.
  • the power control circuit can also have a third connection by means of which it can be connected via a stub line to the other electrical line that closes the circuit and supplies electrical power to the consumer. If this connection is connected to the other electrical line, the so-called three-wire connection is present, otherwise the two-wire connection.
  • the former has advantages in terms of internal energy supply, synchronization and the like. In the initialization, detection of a two-wire or three-wire connection and then, if necessary, the making of the associated internal settings can be provided.
  • the electronically controlled switching device can have one or more transistors, power semiconductors, IGBTs, FETs. They can be designed to switch on and off.
  • the power control circuit can have an error handling device which is designed at least to recognize faulty situations.
  • this can be the inconsistent phase position of the electrical powers on power control circuits that are coupled to one another.
  • phase positions this is recognized in one of the coupled power control circuits based on its own phase position compared with the communicated phase position of the coupled power control circuit. If there is a phase deviation, this is an indication of an error at least for the coupled operation.
  • the error handling device can then output an error signal.
  • the error signal can be used internally to cut off the power supply and / or can be communicated externally, for example to the connected power control circuit, which in turn then cuts off the power supply, and / or to a superimposed controller, which then uses the coupled power control circuits to sub- interruption of the power supply.
  • the error handling device can generate an interrupt signal that directly correlates with the error signal.
  • the interrupt signal can be generated in response to a signal from another power control circuit or from a higher-level controller.
  • the operating control device of the power control circuit can be designed to control the initialization phase when electrical power is applied to the power control circuit (i.e. after the first installation or after power interruption) and / or can perform it repeatedly time-controlled or initiated by a higher-level controller, and / or it can be carried out in an event-controlled manner, for example if a switch-on process is specified as a target from the fourth connection.
  • a power control circuit system includes a plurality of interconnected power control circuits. They can be designed as described above.
  • the plurality of power control circuits can be connected in a plurality of different first electrical lines or can have first and second connections connected in parallel and connected / looped into one and the same first electrical line with these.
  • Fig. 1 is an overview diagram of connection options for several rer power control circuits
  • FIG. 2 shows a block diagram of a power control circuit
  • FIG. 3 shows signaling over time
  • 4 shows a selection device
  • Fig. 1 shows qualitatively a typical building installation situation.
  • 4 generally denotes an energy source. It can be an available three-phase connection with a neutral conductor N and three phases LI, L2 and L3 (not shown), which can each have a frequency of 50 Hz to the neutral conductor 230 V AC.
  • the three phases LI, L2 and L3 are phase shifted from one another by 120 ° (2/3 p) and are available at least in the control cabinet, but often also directly in many rooms together with the neutral conductor N.
  • 3 consumers are indicated. For example, there can be many consumers connected in parallel, such as many lamps. For example, you can illuminate long corridors or large rooms or halls. In any case, they are jointly connected to the neutral conductor N.
  • the respective other ends of the consumers / lights 3 can also be coupled to one another via the dashed connection lc, so that they are actually connected in parallel and cannot be switched individually.
  • the power drawn jointly by the loads 3 can be so great that a single power control circuit 10 looped into the line 1, 1 a, 1 b can no longer cope with it.
  • several power control circuits 10M, 10S can be operated coupled to one another. The coupling takes place via a line 21 which extends between the power control circuits 10.
  • Each of the power control devices 10 can control or regulate the power passing through them proportionally from a maximum value down to 0 by switching switches in the respective power control circuit 10 suitably between conductive / low-resistance / on and non-conductive / high-resistance / off.
  • With AC control operation can take place as phase control or phase control.
  • the electronic see switching device 12 formed internal switches are controlled by an internal controller 15 in accordance with the desired phase control or phase section. This can switch through a desired portion or phase angle ⁇ of the respectively connected half-wave and cut off the rest at the beginning (phase control) or at the end (phase control).
  • the internal controls 15 communicate with one another via the line 21. 13 in FIG. 2 symbolizes the energy supply of the power control circuits 10. It can be provided internally in each of the power control circuits 10.
  • the controls can be implemented by suitable digital circuits, for example as microcomputers pCl and pC2 in FIG. 1.
  • the two objectives of incorrect installation detection and switching synchronization are achieved by means of the line 21 between the coupled power control circuits 10 and suitable control of the system components or the overall system is sufficient.
  • Fig. 2 shows a block diagram of a power control circuit 10, of which at least two can be coupled together, as shown schematically in Fig. 1 and as indicated in Fig. 2 by means of the small additional power control circuit 10 on the right edge of the figure .
  • Fig. 2 shows the power control circuit 10, which can commonly be addressed, for example, as a dimmer. It is connected to a first electrical line 1 (looped one) and is therefore connected to its two open ends la, lb. It should be pointed out that the lines la and lb do not actually have to be separated ends of a line that was previously connected.
  • the first electrical line 1 conducts electrical power from a source 4 to the consumer 3.
  • the source 4 can be an alternating current source, in particular a phase opposite the neutral conductor or neutral conductor of a three-phase system.
  • a second electrical line 2 closes the circuit.
  • At least the parts 1 a and 1 b of the first electrical line 1 are connected to a first connection 11-1 and a second connection 11-2 of the control circuit 10.
  • the second electrical line 2 can also be connected to a third connection 11-3 of the power control circuit 10 via a stub line 2a.
  • the three-wire connection has advantages for the internal energy supply and for switching synchronization and then also allows other areas of controllable electrical power.
  • an electronic switching device is referred to. It can be a single or multiple transistors, IGBTs and / or FETs, MOSFETs. Several of them can be connected in series or in parallel and operated together.
  • the electronic switching device 12 lies between the first connection 11-1 and the second connection 11-2 and is used to either block the connection between the two connections with as high an impedance as possible or to switch it through with as low an impedance as possible cutting control or in the manner of a phase control or can be designed for all of these types of control.
  • the semiconductors or transistors can be power semiconductors or power transistors.
  • a control device 15 of the power control circuit 10 generates a switch control signal S, by means of which the switching operations of the electronic switching device 12 are controlled.
  • the switch control signal S can therefore control phase control or phase control.
  • the control device 15 includes a switching device control circuit 15-2 that generates and outputs the switch control signal S. It also has an operational control device 15-1, which initiates internal processes of the power control circuit 10 and in particular of the control device 15 and controls their sequence.
  • the control device 15 also has an operating mode setting device 23 and a control mode setting device 24.
  • An internal energy supply 13 and a synchronization circuit 14 of the power control circuit 10 are also provided.
  • the internal energy supply 13 generates the necessary potentials for operating the control device 15 and for operating the electronic switching device 12.
  • In the three-wire connection it can easily obtain the required energy from the Pull AC voltage source 4.
  • In the two-wire connection it can draw energy from the voltage drop across the switch 12 when it is open, that is, it is high-resistance.
  • a test device 16 can be provided. that checks whether there is a two-wire connection or a three-wire connection and which makes different internal settings accordingly.
  • the power control device 10 can have a fourth connection 11-4, via which a control setpoint value can be received, for example as a setpoint phase angle ⁇ .
  • the fourth connection 11-4 can in the simple case be a mechanical connection, for example the axis of rotation of a potentiometer or the slide of a slide control. However, it can also be an electronic interface in order to receive power setpoints from higher-level controls.
  • the power control device 10 can also have both setpoint inputs, that is to say electronically and mechanically manually from a user.
  • a fifth connection 11-5 of the power control circuit 10 is used to connect a signal line 21, by means of which the power control circuit 10 can exchange signals with a further power control circuit 10.
  • One of the two then works as a master, the other as a slave.
  • the further power control circuit 10 is provided to work in parallel with the detailed power control circuit 10 and is therefore connected to the first line 1 in parallel with it.
  • the two power control circuits 10 can have first connections 11-1 connected in parallel and second connections 11-2 connected in parallel (and possibly also third connections 11-3 connected in parallel). This is not shown in FIG. 2 only for the sake of clarity of the drawing.
  • the power control circuit 10 can communicate with a higher-level controller 50 via a sixth connection 11-6 and can receive signals from it or output signals to it.
  • a line 22 can be provided for this purpose.
  • the signals at the fourth connection 11-4 and / or at the fifth connection 11-5 and / or at the sixth connection 11-6 can be analog or digital. You can do one Be written following the standard, for example in accordance with I2C or in accordance with UART, the latter in particular at the sixth connection 11-6.
  • a control setpoint for example as a setpoint phase angle ⁇ , can also be specified for the power control circuit 10 from the higher-level controller 50 via the sixth connection 11-6.
  • a housing of the power control circuit 10 is indicated.
  • the power control circuits 10 described will be designed for use in a switch cabinet. In terms of their geometrical dimensions, they or their housing 17 can then be shaped like a flat disk. However, they can also be designed for installation in flush-type boxes and then be geometrically dimensioned accordingly.
  • the operating mode setting device 23 holds an electronically retrievable, digital or analog value which indicates whether the power control circuit 10 is to operate as a master or as a slave. It can be a flip switch that causes different potentials for example and which can be used once during assembly. Or it can be an element already installed during the manufacture of the power control circuit, such as a resistor, the effect of which indicates whether the power control circuit should work as a master or as a slave, or it can be a digitally settable register that, if necessary can also be switched after manufacture or assembly.
  • the control mode setting means 24 may be a digital register. For example, it can be switched between two control modes; the two modes can be phase control and phase control.
  • the control mode can be specified at the start of operation based on an internal test of the load 3 present.
  • 18-1, 18-2 and 18-3 wireless couplers are addressed, which are used to galvanically isolate the power control circuit 10 from other components.
  • a wireless coupler can be at the fifth input 11-5 and one at the sixth input 11-6.
  • the wireless coupler 18-2 at the sixth connection 11-6 to the superordinate control 50 can have a higher protection class than the wireless coupler 18-1 at the fifth connection 11-5 to the further power control circuit 10. If wireless couplers to the superordinate control 50 are necessary , but these can also be provided there and then be omitted in the power control circuit 10.
  • the fifth connection 11-5 can be designed twice in such a way that two or more further power control circuits 10 can be connected to it in parallel via separate lines 21, which can lead to the connection structure shown in FIG.
  • the signal line 21 can be designed to carry analog signals.
  • the line 22 to the higher-level controller 50 can be designed to carry digital signals, in particular according to the UART standard.
  • the power control setpoint specification can also be carried out by the higher-level controller 50. It can therefore be entered via the described sixth connection 11-6 of the power control device 10 in the operating phase. A separate connection 11-4 for the setpoint specification can then be omitted. However, it can be provided in parallel in spite of this, for example as a mechanical connection only (slide, rotary knob) that z. B. generated an analog signal with potentiometer).
  • the line marked with 10M shows the activities of a power control circuit 10 operating as a master
  • the line marked 10S shows the activities of a power control circuit operating as a slave.
  • the line marked 50 shows the activities of a higher-level controller 50.
  • the line marked 21 shows signals on the signal line 21 between two power control circuit 10.
  • the line marked 22 shows signals on the line 22 between a power control circuit 10 and a higher-level control 50.
  • the operation of a power control circuit 10, both in the case of a master 10M and in the case of a slave 10S, can be divided into an initialization phase 31 and a subsequent control phase 32.
  • the initialization phase can last a few half-waves, together for example longer than 100 or 200 ms and z. B. shorter than ls.
  • the control phase 32 thereafter is regular operation of any duration.
  • control phase 32 power control according to the type of phase control or phase control is carried out for the electronic switching device 12.
  • the switch control signal S controls the electronic switching device 12 in a manner known per se. In Fig. 3 this is shown as the pulse train S in lines 10M and 10S as the activity of the power control circuit 10M, 10S, in particular its switching device control circuit 15-2.
  • the way in which the switch control signal S is generated differs between a power control circuit 10M operating as a master and a power control circuit 10S operating as a slave, and there are also different activities in the upstream initialization phase 31.
  • the initialization phase 31 as well as the control phase 32 can be initiated externally, for example by signaling from the higher-level controller 50. In Fig. 3 this is indicated by signals XI and X2, which for example from the control circuit 50 via line 22 to all power control circuits 10M,
  • the 10S are sent and then the initialization phase 31 or the control phase initiate se 32.
  • the initiation of these phases can take place differently, for the initialization phase 31, for example, in a master circuit 10M by a switch-on process, i.e. by increasing the power setpoint from the fourth connection 11-4 or the sixth connection 11-6 from 0, or with the first Energy supply of the power control supply 10.
  • the control phase 32 can - instead of as shown by a signal X2 from the higher-level controller 50 - initiated after a "ready" signal from the initialization phase 31 or after a predetermined time.
  • the higher-level controller 50 and the controllers 15 can be designed to abort the control phase or not to start when an error has occurred, such as a phase error or a load error.
  • all power control devices 10 can, if necessary, query their operating mode, which is indicated by "M / S?" is indicated in time blocks 31-1.
  • the operating mode setting devices 23 is queried here to determine whether they are each set to master or slave.
  • a marker that cannot be digitally read is transferred to a digitally readable format.
  • the subsequent operation can differ, for example in which software branches in the master are different from those in the slave.
  • the operating control device 15-1 will then work differently depending on whether the power control circuit 10 is operating as a master or as a slave.
  • the initially explicit query of the type of operation can be unnecessary and can be omitted or replaced by queries if necessary, if z. B. a digitally readable marker is set right at the beginning.
  • the master control device 10M and the slave control device 10S can initiate a phase investigation 31-2 or .
  • each generate a phase signal that shows the phase position of the Applied electrical power reflects in order to be able to make a phase comparison to determine whether they are connected to the same phase or to different phases in a three-phase system. This is symbolized in lines 10M and 10S by the pulse trains 31-2M and 31-2S.
  • Each of the coupled power control circuits 10 can generate such a pulse sequence, in particular corresponding to the zero crossings of the applied AC voltage.
  • the at least two coupled power control circuits 10 When properly installed for the coupled operation of the power control circuits 10, the at least two coupled power control circuits 10 are on the same phase, for example LI in FIG. 1, and the pulses of the pulse trains 31-2M and 31-2S will therefore be at the same time. If, on the other hand, the power control circuits 10 were accidentally connected to different phases, for example one of the power control circuits 10 to LI and the other to L2, the phase position will deviate by 1/3 of the period, i.e. by ⁇ 6.7 ms at 50 Hz. With period doubling when considering all zero crossings, it is ⁇ 3.3 ms.
  • the master 10M can appropriately scale and format the pulse train 31-2M determined by it via the fifth connection 11-5 and signal line 21 as a phase signal 31-2X and, if necessary, feed it to a slave 10S via the wireless coupler.
  • a slave 10S can compare the pulse train 31-2X received from the fifth connection 11-5 with the self-generated pulse train 31-2S. This and any subsequent processing are symbolized in line 10S by block 31-3.
  • the phase signal is preferably transmitted from the master XP to the slave 10S or to all slaves, if there are several, and compared there individually with the respective slave phase signal.
  • the phase signals 31-2M, 31-2X, 31-2X can therefore be sequences of short pulses at each detected zero crossings, which can then be checked in one of the circuits for sufficient temporal coincidence.
  • an error signal XF can be generated and, if necessary, can also be output to other components, for example other power control circuits 10 or the higher-level controller 50.
  • the error signal XF can also be used in the slave to directly prevent the power through-connection in order to prevent short circuits.
  • it can also be fed to the higher-level controller 50, which can then, for example, inform other power control circuits 10 and, if necessary, switch them off.
  • Higher-level alarms can also be generated so that, for example, installer intervention is requested.
  • a load query 31-4 or load investigation can begin in the master 10M in order to determine whether the applied load 3 is inductive or non-inductive (capacitive or ohmic).
  • a slave power control device 10S can or does not have to do this. It can remain passive / inactive here.
  • the investigation of the type of load is carried out by means of a suitable test application of voltage to the connected load via the electronic switching device 12 and evaluation of the currents that are set. In particular, it can be checked in the phase section whether induction peaks occur when switching off (cutting off the phase or half-wave), which is an indication of an inductive load and, if it is not present, an indication of an ohmic or capacitive load.
  • the control circuit 15 of the power control circuit 10 can determine the type of load (inductive or non-inductive (capacitive, ohmic)) and set a suitable control mode accordingly.
  • This can in particular be a phase control (in the case of inductive loads) or phase control (in the case of capacitive or ohmic loads).
  • the master 10M can then appropriately set its control mode setting device 24 accordingly.
  • the setting value specifies whether, for example, in phase change cut (with inductive load) or in phase cut (ohmic, capacitive load).
  • the overall circuit can also be designed to check whether there is a parallel connection of consumers 3 on the output side, i.e. whether the line lc was switched between the lines lb of the individual consumers, so that in addition to the common input-side connection of the consumer lines 2 to N. whose output side is closed in parallel with line lc.
  • the load detection in which the master 10M initiates a check as to whether an ohmic / capacitive or an inductive load is connected, can extend over some (e.g. more than 5, more than 10), less than 50) half-waves and can start, by switching power on in the master 10M with initially small and then, for example, phase angles increasing from half-wave to half-wave and switching off again in the phase section, e.g. B. from initially 5% of the half-wave duration (500 ps at 50 Hz) successive increase to e.g. 6%, 7%, 8% ... up to a maximum of z. B. 30% or 50% of the half-wave duration. It is then checked whether inductively generated induction peaks arise when switching off. In particular, this can be measured in slave 10S, which itself does not switch at this point in time, for example by comparing the voltage from the load with a suitable threshold value.
  • Such a check in slave 10S can then query or determine two qualities, namely (1) whether the various consumers are also switched in parallel on the output side, i.e. whether the dashed line lc is present on the left side of the consumer and thus a parallel connection of Consumers is given, because only then are switching results from the master 10M to the slave 10S at all, and (2) as already explained whether the load is inductive or non-inductive based on the induction peaks that may arise.
  • the slave 10S can adjust its measurement result notify the higher-level control 50, which then takes further measures. Initially, only small phase angles are used to ensure that no large induction peaks occur with inductive loads.
  • the master 10M can also monitor suitable threshold values in this phase and thus detect induction peaks and thus an inductive load in the phase section.
  • the switch-off signal from the master is passed on to the slave via the signal line 21. No signal is transmitted on line 21 in separate operation.
  • a query can be made for a two-wire connection or a three-wire connection and internal settings can be made based on the query result.
  • the control phase 32 begins, as already mentioned above.
  • a master 10M will generate the switch control signals S in a more or less conventional manner by sending them from the fourth terminal 11-4 in accordance with setpoint specifications suitable Drucksteue approximately signals S generated, by means of which the own electronic switching device 12 can be controlled.
  • the type of load or the type of control can also be taken into account here.
  • the switch control signals S will usually be a periodic internal pulse sequence by means of which the electronic switching device 12 is controlled, in particular, for example, a MOSFET is switched on and off.
  • a master power control circuit 10M will output a switching signal XS via the fifth connection 11-5 and the signal line 21 to the connected slave 10S in accordance with or in accordance with its own switch control signal S, however.
  • a slave 10S will in turn receive the switching signal XS from its fifth connection 11-5 and will generate the switch control signal S for the electronic switching device 12 of the slave in accordance with the received switching signal XS.
  • the master 10M can pass its switch control signal S directly to the slave 10S, possibly via the wireless coupling, in turn, the slave 10S being able to generate its internal switch control signal S directly following the received switching signal XS.
  • an internal delay circuit can be provided in the master that simulates the delay in the transmission to the slave 10S. In this way, it is ensured that the two coupled power control circuits 10 operate synchronously and in particular switch synchronously. It is empirically shown that such a delay in the master can be in the range of about 100 ms, for example greater than 10 or 20 or 50 ms and less than 500 or 200 ms.
  • a setpoint for the power control is only set in the master
  • Power control device 10M received or processed.
  • the result of the load detection 31-4 is also processed only in the master power control device 10M in that phase control or phase control is activated as the control mode.
  • the slave power control device 10S participates in these determinations by passing the switch control signal S from the master 10M directly to it.
  • the signal flow on the signal line 21 can be designed to be unidirectional, for example only from the master 10M to the slave 10S.
  • the signal separation via the wireless coupler can then be carried out more easily (in one direction). However, it can also be desired that the slave 10S sends signals to the master 10M. Then the wireless coupler may also have to be designed to be bidirectional.
  • the line 22 between a power control circuit 10 and a higher-level controller 50 can be designed to be bidirectional.
  • FIGS. 4 shows, in a highly schematic and highly simplified manner, a selection device 41 for selecting the type of generation of the switch control signals S.
  • the selection device 41 is to be understood as part of what is already shown schematically in FIGS.
  • a changeover switch is indicated at 41, which can, however, be designed logically in that one of two possible processing methods is selected on the digital side.
  • the switch 41 is therefore to be understood primarily symbolically and is often not actually implemented.
  • 23 is the operating mode setting device already described, which indicates whether a power control device 10 is operating as a master or as a slave. It will influence the selection by means of switch 41.
  • the switch control signal S is generated in the slave 10S in accordance with the signal received from the fifth terminal 11-5. In contrast, however, the switch control signal S is generated in the master 10M from the fourth connection 11-4 in accordance with the setpoint specification.
  • Fig. 5 shows a power control circuit system having a plurality of power control circuits 10M, 10S.
  • 10M works as a master
  • the other 10S1, 10S2, ..., 10S6 work as slaves. They are star-connected to one another in such a way that the slaves 10S receive signals, in particular phase signal S1-2X, switching signals XS, from master circuit 10M in the same and parallel manner and then work as described.
  • each of the circuits 10 can have its own connection to a higher-level controller 50.
  • the Master 10M can be used for Closed slave 10S have their own wireless coupler 18-1, so that the slaves 10S are isolated not only from the master 10M, but also from one another.
  • a master power control circuit 10M can be identical to a slave
  • Power control circuit 10S may be designed. Differences then arise only on the basis of the stipulations on operating mode master or operating mode slave by means of the operating mode setting device 23. If this is not digitally queryable information, it can be queried once initially and transferred to a digitally queryable format. B. can be used for software control.
  • the master power control circuit 10M and the slave power control circuit 10S can also be designed to be partially different.
  • the master 10M can have one or more wireless couplers 18-1 to the slave or slaves 10S.
  • a wireless coupler 18-1 can also be provided in the slave 10S.
  • the fifth connection 11-5 can only be designed and connected as an output in the master 10M, and only as an input in the slave 10S.
  • a slave 10S may not have a fourth connection 11-4 for the setpoint specification.
  • a delay device implemented with software or as hardware for delaying the switch control signal (S) for its own semiconductor switch can only be provided in the master.
  • the software equipment of the master 10M and slave 10S can also be different.
  • Load detection software can only be installed in the master or in the master differently than in the slave.
  • Phase comparison software can only be installed in the slave or only in the master.
  • the technique described above can also be viewed as a power control method for controlling the power in an electrical load, in which at least two power control circuits 10 are switched in parallel to one another in an electrical line and exchange signals with one another via a signal line 21 in such a way that in one Initialization phase between the power control circuits, phase information is exchanged and, if necessary, an error signal is generated and, in a control phase, if there is no error, in a power control circuit operating as a slave, the switch control signal of which is generated in accordance with the specifications of a power control circuit operating as a master.
  • One aspect of the invention is also a power control system with a power control circuit configured or built as a master as described above and one or more power control circuits configured or built as a slave as described above, each with a signal line 21 between master 10M and one slave 10S each.
  • the higher-level control can also be part of the system.
  • the phase detection, the parallel connection detection and the detection of the load type they can interact as described.
  • Descriptions of driving or procedures or procedural steps or procedural steps should also be understood as a description of facilities and / or possibly code executable by program instructions on a data carrier that are suitable for implementing the mentioned procedures or procedures or procedural steps or procedural steps, and vice versa.

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Abstract

Eine Leistungssteuerungsschaltung hat eine elektronische Schaltvorrichtung zum Schalten der elektrischen Leistung in einer elektrischen Leitung nach Maßgabe eines Schaltersteuerungssignals, eine Schaltvorrichtungssteuerungsschaltung zum Ansteuern der elektronischen Schaltvorrichtung, und eine Betriebssteuerungsvorrichtung, die in einer Initialisierungsphase die Betriebsart der Leistungssteuerungsschaltung abfragt, die an der Leistungssteuerungsschaltung anliegende Leistung untersucht und in Abhängigkeit von der erfragten Betriebsart und vom Leistungsuntersuchungsergebnis über einen Anschluss mit einer weiteren Leistungssteuerungsschaltung wenigstens ein Signal kommuniziert. In einer Betriebsphase wird die Leistung in Abhängigkeit von der erfragten Betriebsart mittels der Schaltvorrichtungssteuerungsschaltung und der Schaltvorrichtung gesteuert.

Description

LEISTUNGSSTEUERUNGSSCHALTUNG. LEISTUNGSSTEUERUNGSVERFAHREN
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Leistungssteuerungsschaltung nach dem Oberbegriff des An spruchs 1. Es kann sich um eine landläufig als "Dimmer" bezeichnete Schaltung handeln. Sie kann den Leistungsfluss von einer Quelle zu einem Verbraucher wie etwa Leuchten, Motoren oder ähnliches steuern. Die Quelle kann Netz-Wechselspannung sein, also bei spielsweise 2S0 V bei 50 Hz, 110 V bei 60 Hz oder ähnliches.
Leistungssteuerungsschaltungen der eingangs genannten Art haben Nennleistungen, können also Leistungen innerhalb bestimmter Grenzen schalten. Die Begrenzung kann sich aus einem maximal zulässigen Strom im angeschalteten (niederohmigen Zustand) der Dimmerschaltung ergeben, da dieser Laststrom zusammen mit dem Spannungsabfall längs des Schalters in der Leistungssteuerungsschaltung Verlustleistung erzeugt, die sich als Wärme manifestiert. Hohe Ströme können zu hohen Temperaturen führen, und wenn letztere zu hoch werden, kann die Schaltung beschädigt werden. Dies bedeutet, dass nicht ein einheitlicher Dimmer für alle möglichen Aufgaben herangezogen werden kann. Vielmehr müssen sie entsprechend ihren Nennleistungen und anderer Größen in unter schiedlichen Bauarten vorgehalten und schließlich verbaut werden.
Gleichwohl ist es wünschenswert, Leistungssteuerungsschaltungen variabel verwenden zu können und insbesondere auch für die Steuerung von Leistungen verwenden zu können, die höher als die Nennleistungen der jeweiligen Schaltung sind. Eine einfache Parallel schaltung zweier Dimmer ist nicht möglich, da dann mögliche Fehlmontagen kurzschluss ähnliche Zustände (zwischen unterschiedlichen Phasen eines Drehstromnetzes) erzeugen können und die Sollwertvorgabe und die Schaltsynchronität der einzelnen Leistungssteu erungsschaltungen nicht automatisch gegeben sind. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Leistungssteuerungsschaltung und ein Leis tungssteuerungsverfahren anzugeben, die den kombinierten Einsatz mehreren Leistungs steuerungsschaltungen erlauben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Allgemein werden erfindungsgemäß mindestens zwei Leistungssteuerungsschaltungen parallel in der Weise geschaltet, dass sie gemeinsam den Strom durch eine Last steuern. Die Last kann beispielsweise durch eine Vielzahl von Lampen gebildet sein, die große Räume erleuchten, oder ähnliches. Die zu steuernde Leistung ist Wechselspannung mit bspw. 2S0 V oder 110 V. Die Frequenz kann 50 Hz oder 60 Hz sein.
Eine bzw. jede der verkoppelten Leistungssteuerungsschaltung ist zum Einschleifen (Ein schalten) in eine erste elektrische Leitung ausgelegt, die elektrische Leistung von einer Quelle zu einem Verbraucher führt. Sie kann dann mit Halbleiterschaltern oder ähnlichem den Stromfluss in der Leitung steuern, insbesondere periodisch zwischen An und Aus umschalten. Über eine Signalleitung kommuniziert sie mit einer weiteren Leistungssteue rungsschaltung. Sie weist eine Betriebssteuerungsvorrichtung auf, die eine Initialisie rungsphase und danach eine Steuerungsphase einsteuert. Während der Initialisierungs phase kann die Betriebsart der Leistungssteuerungsschaltung abgefragt werden und die anliegende Leistung untersucht werden, insbesondere dahingehend, ob es sich um eine induktive oder um eine nicht-induktive (ohmsche/kapazitive) Last handelt. In der Initiali sierungsphase wird die Phasenlage der anliegenden elektrischen Leistung überprüft und diesbezüglich mit einer weiteren Leistungssteuerungsschaltung wenigstens ein Signal sendend und/oder empfangend ausgetauscht. In der Steuerungsphase wird die Leistung nach Maßgabe der vorherigen Überprüfungen und Signalisierungen gesteuert. Im kombinierten Betrieb mehrerer Leistungssteuerungsschaltung werden diese teils unterschiedliche Vorgänge ausführen, und für den Steuerungsbetrieb wird eine (der sog. "Master") für eine oder mehrere anderen (sog. "Slaves") Vorgaben erzeugen.
Auf diese Weise ist es möglich, Fehlmontagen und unsynchronisiertes Schalten der Einzel schaltungen weitgehend zu unterdrücken. Eine einzelne Leistungssteuerungsschaltung kann für die Betriebsart "Master" oder für die Betriebsart "Slave" ausgelegt sein. Sie kann als zwischen den zwei Arten umschaltbar ausgelegt sein oder kann fest für die eine oder die andere Art gebaut sein. Eine als Master ausgelegte Leistungssteuerungsschaltung kann auch für den Einzelbetrieb als Universaldimmer ausgelegt sein. Sie kann zur Leis tungssteuerung für induktive und nicht-induktive Lasten (Phasenan schnitt/Phasenabschnitt) ausgelegt sein. Ob eine Leistungssteuerungsschaltung als Mas ter oder als Slave arbeiten soll, kann ihr in geeigneter Weise zu einem geeigneten Zeit punkt elektronisch oder digital für die weitere Verwendung abfragbar eingeschrieben werden, etwa durch Einstellung bei der Herstellung der Leistungssteuerungsschaltung oder durch Einstellung bei der Montage oder durch elektronisches Setzen im Betrieb.
Wenn die Leistungssteuerungsschaltung auf die Betriebsart "Master" gesetzt (z. B. für sie gebaut) ist, kann sie dazu ausgelegt sein, in der Initialisierungsphase ein Signal zu emp fangen oder zu senden, das die Phasenlage einer anliegenden Leistung (Wechselspan nung) widerspiegelt. Insbesondere kann sie ein Signal aussenden, das die Phasenlage der an der eigenen Leistungssteuerungsschaltung anliegenden elektrischen Leistung wider spiegelt, indem etwa Impulse bei Nulldurchgängen ausgesandt werden, dann z. b. bei jedem Nulldurchgang und dann mit doppelter Frequenz (100, 120 Hz), oder es kann ein Signal empfangen werden, das die Phasenlage einer an einer Leistungssteuerungsschal tung anliegenden elektrischen Leistung widerspiegelt, das auch wieder die beschriebenen Impulse aufweisen kann. Weiter kann in der Master-Schaltung untersucht werden, ob die anliegende Last (also der Verbraucher der zu steuernden Leistung) ein induktiver oder ein nicht-induktiver (ohm scher/kapazitiver) Verbraucher ist. In Abhängigkeit davon kann der Leistungssteuerungs modus gesetzt werden, insbesondere als Phasenanschnitt für induktive Lasten oder als Phasenabschnitt für nicht-induktive Lasten. Der mit einem Slave verkoppelte Betrieb des Masters erfolgt vorzugsweise nur für nicht-induktive Lasten im Phasenabschnitt, da für die Phasenabschnittssteuerung die Synchronisation zwischen Master und Slave einfacher ist, indem nur eine einzige Leitung benötigt wird. Die Ansteuerung induktiver Lasten im Phasenanschnitt erfolgt vorzugsweise im Einzelbetrieb der Schaltung.
In der Steuerungsphase wird in der Master-Leistungssteuerungsschaltung das Schalters teuerungssignal für die eigene elektronische Schaltvorrichtung nach Maßgabe des einge stellten Leistungssteuerungsmodus (also etwa Phasenanschnitt, Phasenabschnitt) und eines vorgegebenen Sollwerts erzeugt und für die Ansteuerung des elektronischen Schal ters verwendet. Es kann ein An/Aus-Signal für einen Leistungshalbleiter sein.
Außerdem wird nach Maßgabe des Schaltersteuerungssignals ein Schaltsignal an dem fünften Anschluss angelegt, über den es ausgegeben und an den fünften Anschluss einer weiteren Slave-Leistungssteuerungsschaltung weitergegeben wird, die dann ihrerseits als Slave ihr Schaltersteuerungssignal nach Maßgabe des an ihrem fünften Anschluss emp fangenen Schaltsignals erzeugt.
In der Master-Schaltung kann das Schaltsignal am fünften Anschluss zeitlich gleich dem Schaltersteuerungssignal sein und kann entsprechend gegebener Notwendigkeiten ein anders eingepegeltes Signal sein. Es kann hier insbesondere eine galvanische Trennung vorgesehen sein. Wenn allerdings Lauf- und Schaltzeiten in der Signalisierung vom Master zum Slave und Verarbeitungszeiten im Slave nicht vernachlässigbar und deshalb zu be rücksichtigen sind, können diese im Master durch eine Verzögerung zwischen Schaltsignal am fünften Anschluss (kommt früher) und Schaltersteuerungssignal (kommt später) nach gebildet werden, so dass Master und Slave gleichzeitig schalten. Die Dauer der Verzöge rung im Master kann empirisch ermittelt und kann fest gesetzt sein. Es kann sich um Größenordnungen zwischen 1 ps und 1 ms handeln. Die Verzögerung kann digital oder im analogen Signalzweig des Masters implementiert sein.
Wenn als Betriebsart für die Leistungssteuerungsschaltung "Slave" gesetzt (z. B. sie als Slave gebaut) ist, kann in der Initialisierungsphase ein die Phasenlage einer an der Mas terschaltung anliegenden elektrischen Leistung charakterisierendes Signal empfangen oder gesendet werden. Wenn eine Master-Leistungssteuerungsschaltung ein solches Signal sendet, ist die Slave-Leistungssteuerungsschaltung dazu ausgelegt, ein solches Signal zu empfangen und mit dem selbst erzeugten entsprechenden Signal zu vergleichen. Wenn anders herum die Master-Leistungssteuerungsschaltung dazu ausgelegt ist, ein Phasensignal zu empfangen, wird die Slave-Leistungssteuerungsschaltung das entspre chende Signal aussenden und der Vergleich wird in der Master-
Leistungssteuerungsschaltung vorgenommen. Es kann sich um die schon beschriebenen Impulsfolgen entsprechend Nulldurchgängen der Wechselspannung handeln.
Der Vergleich kann umfassen, die beschriebenen Impulse der jeweiligen Impulsfolgen auf hinreichende zeitliche Koinzidenz zu überprüfen. Es kann so festgestellt werden, ob die verkoppelten Leistungssteuerungsschaltungen an die gleiche elektrische Phase oder an unterschiedlichen elektrischen Phasen eines Drehstromsystems angeschlossen sind.
Wenn sie an unterschiedliche Phasen angeschlossen sind, unterscheidet sich ihre Phasen lage in herkömmlichen Drehstromsystemen signifikant, insbesondere um 2/3 p im land läufigen Drehstromsystem entsprechend 6,67 ms bei 50 Hz bzw. 3,33 ms bei Frequenz verdoppelung nach Vollwellengleichrichtung/Nulldurchgangsmessung. Eine Parallelschal tung muss dann unterbunden werden, da dies zu Kurzschlüssen führen würde. Eine Di vergenz der Phasenlagen ist dann ein Fehlerkriterium für den Parallelbetrieb, aber nicht notwendigerweise für den Einzelbetrieb des Masters. Der Vergleich benötigt einige Halb wellen des Wechselsignals und kann bspw. länger als 20 oder 40 ms und und kürzer als 500 oder 200 ms dauern.
Nach der Überprüfung der Phasenlagen der angeschlossenen Wechselspannungen kann im Master die Art der angeschlossenen Last (induktiv oder nicht induktiv) überprüft wer den. Auch dies kann einige Halbwellen des Wechselsignals benötigen und kann bspw. länger als 50 oder 100 ms und kürzer als 500 oder 200 ms dauern. In Abhängigkeit von dieser Überprüfung kann der Steuerungsmodus (Phasenanschnitt/Phasenabschnitt) ge setzt werden.
Eine Slave-Leistungssteuerungsschaltung wird in der Steuerungsphase vom fünften An schluss her das Schaltsignal von der Master-Leistungssteuerungsschaltung empfangen und dementsprechend das eigene Schaltersteuerungssignal erzeugen. Es kann direkt durchgereicht werden oder kann eine Impedanzwandlung und ggf. eine Potenzialtren nung durchlaufen oder kann geeignet skaliert werden. Die zeitliche Lage der relevanten Signalteile kann direkt durchgereicht werden, also bspw. die Flanke eines Gate-Signals für einen FET.
Eine Leistungssteuerungsschaltung kann einen sechsten Anschluss aufweisen, mittels dessen sie mit einer übergeordneten Steuerung kommunizieren kann. Die übergeordnete Steuerung kann zum Anstoßen der Initialisierungsphase und der Steuerungsphase der Leistungssteuerungsschaltung dienen, kann Fehlersignale empfangen, auswerten und entsprechende Steuerungssignale an die einzelnen Leistungssteuerungsschaltungen senden, insbesondere ein Unterbrechungssignal, um im Falle eines Fehlers das Durch schalten von Leistung zu unterbrechen bzw. zu unterbinden. In der Parallelschaltung sind dann die parallel geschalteten Leistungssteuerungsschaltun gen nicht mehr vollständig symmetrisch. Vielmehr wird eine der Schaltungen wesentliche Steuerungsaufgaben und Steuerungsschritte durchführen, sie wird dann als Master ange sprochen, und eine oder mehrere andere werden wenigstens teilweise Ergebnisse und Signale der Master-Leistungssteuerungsschaltung übernehmen, solche Leistungssteue rungsschaltungen werden dann als Slave beschrieben.
Eine Leistungssteuerungsschaltung kann eine Betriebsartsetzeinrichtung aufweisen, mit tels derer eine elektronisch abfragbare Betriebsartfestlegung gesetzt werden kann. Es kann sich dabei um einen einstellbaren elektrischen Wert handeln, etwa ein Potential an einer bestimmten Schaltungsstelle, um einen Widerstand oder ähnliches. Es kann sich auch in einer digitalen Steuerung um ein in einem digitalen Register gesetzten Wert han deln, der mehr oder minder fest bzw. überschreibbar vorgegeben sein kann. Anhand der so gesetzten Festlegung kann elektronisch abgefragt werden, in welchem der mindestens zwei möglichen Arten die Leistungssteuerungsschaltung arbeiten soll und wird.
Neben den Betriebsarten "Master" und "Slave" ist als dritte Betriebsart ein unabhängiger Betrieb möglich, also ein Betrieb, in dem die Leistungssteuerungsschaltung weder Master noch Slave ist, sondern ausschließlich für sich alleine wirkt. Es kann dann zum Beispiel jegliche Signalisierung zum fünften Anschluss hin unterbunden sein und/oder es können Signale von dort her ignoriert werden.
Die Betriebsartfestlegung auf Master oder Slave oder ggf. auch unabhängig kann bei der Herstellung und/oder beim Verbau und oder während des Betriebs der Leistungssteue rungsschaltung einstellbar sein.
Die Leistungssteuerungsschaltung kann eine Steuerungsmodussetzeinrichtung zum Set zen einer elektronisch abfragbaren Steuerungsmodusfestlegung aufweisen. Hier kann als Steuerungsmodus beispielsweise zwischen Phasenanschnitt und Phasenabschnitt unter schieden werden, abhängig davon, ob die Last induktiv ist (dann Phasenanschnitt) oder ob sie nicht-induktiv (kapazitiv/ohmisch) ist (dann Phasenabschnitt). Das Setzen dieses Wertes kann als Ergebnis der Untersuchung der angeschlossenen elektrischen Last erfol gen. Sie kann lediglich im Master vorgenommen werden, so dass dann im Master die entsprechenden Festlegungen zur Erzeugung der benötigten Schaltersteuerungssignale getroffen werden. An die Slave-Leistungssteuerungsschaltung(en) werden dann die ent sprechenden Signale mittels des Schaltsignals lediglich durchgereicht.
Eine Leistungssteuerungsschaltung kann eine Wähleinrichtung aufweisen, die als Schal tersteuerungssignal für die elektronische Schaltvorrichtung entweder ein selbst generier tes Signal wählt oder ein nach Maßgabe des Schaltsignals vom fünften Anschluss her erzeugtes Signal wählt. Die erstgenannte Wahl kann im Master erfolgen, die letztgenann te Wahl im Slave. Die Wahl kann somit nach Maßgabe der Festlegung in der Betriebsart setzeinrichtung erfolgen.
Die Leistungssteuerungsschaltung kann eine Kombination aus digitalen und analogen Komponenten aufweisen. Sie kann eine digitale Steuerungsvorrichtung aufweisen, die mittels digitaler Signalverarbeitung insbesondere nach Maßgabe eines oder mehrerer Steuerungsprogramme eine oder mehrere der folgenden Vorgänge einsteuert:
• Allgemein das Erzeugen zu sendender und/oder das Auswerten empfangener Sig nale. Empfangsseitig können empfangene Analogsignale einer A/D-Wandlung unterwor fen worden sein. Sendeseitig können zu sendende Signale einer D/A-Wandlung unterwor fen werden.
• Die Kommunikation mit einer weiteren Leistungssteuerungsschaltung hinsichtlich Zeitpunkt, Priorisierung, verwendetem Kommunikationsstandard etc.
• Die Kommunikation mit einer übergeordneten externen Steuerungsvorrichtung. • Veranlassen und Steuern und Auswerten der Lastprüfung in der Initialisierungs phase. insbesondere im Master.
• Steuerung des Auslesens der Betriebsartfestlegung und/oder der Steuerungsmo dusfestlegung, gegebenenfalls auch Steuerung des Einschreibens dieser Festlegungen.
• Phasenvergleich durch Vergleichen der Ergebnisse der selbst vorgenommenen Un tersuchung der anliegenden Leistung und des durch das Signal am fünften Anschluss reflektierten Untersuchungsergebnisses der anliegenden Leistung der verbundenen Leis tungssteuerungsschaltung. Dies kann insbesondere im Slave durchgeführt werden. In Abhängigkeit von der Überprüfung können Signalisierungen vorgenommen werden, etwa Fehlermeldungen an eine andere Leistungssteuerungsschaltung, an eine übergeordnete Steuerung oder ähnliches.
• Das Freigeben oder das Unterbrechen der Leistungssteuerung, insbesondere nöti genfalls das Ausschalten von Leistung durch Setzen der elektronischen Schaltvorrichtung auf hochohmig. Dies kann nach Maßgabe selbst bestimmter Signale geschehen oder nach Maßgabe von von externer Seite erhaltener Signale, etwa von der verbundenen Leis tungssteuerungsschaltung oder von der übergeordneten Steuerung.
• Weitere Prüfungen, etwa Anschlussprüfung auf Zweidrahtanschluss oder Dreidrahtanschluss und Vornahme ggf. nötiger Einstellungen.
Bei der elektronischen Steuerungsvorrichtung kann es sich um einen kleinen Rechner bzw. Mikrocomputer bzw. Prozessor handeln, der geeignet geschaltete Firmware oder Software ausführt und so computerübliche Verarbeitungen vornehmen kann. Soweit nötig sind Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandlungen, Speicher (Register, RAM, ROM), Schnittstellen etc. vorhanden.
Eine Leistungssteuerungsschaltung kann Drahtloskoppler aufweisen, um Signale mit anderen Leistungssteuerungsschaltungen und/oder mit einer übergeordneten Steuerung auszutauschen. Insbesondere können Drahtloskoppler am fünften Anschluss liegen, um entkoppelt mit einer weiteren Leistungssteuerungsschaltung kommunizieren zu können, und/oder am sechsten Anschluss, um drahtlos bzw. entkoppelt mit einer übergeordneten Steuerung kommunizieren zu können, und/oder am vierten Anschluss, um gegebenenfalls entkoppelt/drahtlos Sollwertsignale von einer übergeordneten Steuerung empfangen zu können. Die Drahtloskoppler können unterschiedliche Schutzklassen aufweisen. Insbe sondere kann der Drahtloskoppler am sechsten Anschluss strengeren Schutzanforderun gen entsprechen als der Drahtloskoppler am fünften Anschluss. Ein Drahtloskoppler kann beispielsweise ein Optokoppler sein oder eine andere geeignete Drahtloskopplungsein richtung.
Der Signalaustausch bzw. die Kommunikation von Leistungssteuerungsschaltungen unter einander (über den fünften Anschluss) oder zwischen Leistungssteuerungsschaltung und übergeordneter Steuerung (über den sechsten Anschluss) kann entsprechend einem geeigneten Protokoll erfolgen, etwa l2C-Protokoll oder gemäß UART.
Die Leistungssteuerungsschaltung kann einen vierten Anschluss aufweisen für die Soll werteingabe, also die Eingabe des Werts, auf den die Leistung gesteuert werden soll. Der Sollwert kann ein Anteil des maximal möglichen Leistungswerts sein und kann deshalb als relative/prozentuale Angabe bezogen auf die maximal mögliche Leistung verstanden werden. Im einfachen Fall kann der vierte Anschluss ein mechanischer Anschluss sein, etwa die Drehachse eines Drehreglers/Potentiometers, oder der Schieber eines Schie bereglers, um ein Potentiometer einstellen zu können. Der vierte Anschluss kann aber auch eine elektrische Leitung von einer anderen Steuerung her aufweisen, die entspre chend Sollwerte eingibt. Der vierte Anschluss kann auch beide Möglichkeiten nebenei nander aufweisen. Die Sollwerteingabe kann aber auch von der für Steuerungszwecke vorgesehenen übergeordneten Steuerung über den sechsten Anschluss erfolgen. Der vierte Anschluss kann dann ggf. entfallen. Der Kommunikationsstandard am sechsten und/oder am vierten Anschluss kann dem UART-Standard folgen. Die Leistungssteuerungsschaltung kann auch einen dritten Anschluss aufweisen, mittels derer sie über eine Stichleitung an die andere, den Stromkreis schließende elektrische Leitung anschließbar ist, die dem Verbraucher elektrische Leistung zuführt. Wenn dieser Anschluss an die andere elektrische Leitung angeschlossen ist, liegt der sogenannte Dreidrahtanschluss vor, ansonsten der Zweidrahtanschluss. Ersterer hat Vorteile hinsicht lich interner Energieversorgung, Synchronisation und ähnlichem. In der Initialisierung kann eine Detektion auf Zweidraht- oder Dreidrahtanschluss und dann ggf. das Vorneh men zugehöriger interner Einstellungen vorgesehen sein.
Die elektronisch gesteuerte Schaltvorrichtung kann einen oder mehrere Transistoren, Leistungshalbleiter, IGBTs, FETs aufweisen. Sie können zum Einschalten und zum Aus schalten ausgelegt sein.
Die Leistungssteuerungsschaltung kann eine Fehlerbehandlungseinrichtung aufweisen, die mindestens dazu ausgelegt ist, fehlerhafte Situationen zu erkennen. Insbesondere kann dies die nicht übereinstimmende Phasenlage der elektrischen Leistungen an mitei nander verkoppelten Leistungssteuerungsschaltungen sein. Betreffend Phasenlagen wird in einer der verkoppelten Leistungssteuerungsschaltungen dies anhand der eigenen Pha senlage verglichen mit der kommunizierten Phasenlage der gekoppelten Leistungssteue rungsschaltung erkannt. Wenn Phasenabweichung vorliegt, ist dies jedenfalls für den gekoppelten Betrieb ein Fehlerhinweis.
Die Fehlerbehandlungseinrichtung kann dann ein Fehlersignal ausgeben. Das Fehlersignal kann intern zur Unterbindung der Leistungszufuhr verwendet werden und/oder kann nach extern kommuniziert werden, beispielsweise zur verbundenen Leistungssteuerungs schaltung, die ihrerseits dann die Leistungszufuhr unterbindet, und/oder zu einer überla gerten Steuerung, die dann die gekoppelten Leistungssteuerungsschaltungen zur Unter- brechung der Leistungszufuhr veranlasst. Die Fehlerbehandlungseinrichtung kann insbe sondere ein Unterbrechungssignal erzeugen, das unmittelbar mit dem Fehlersignal korre liert. Oder das Unterbrechungssignal kann in Reaktion auf ein Signal von einer anderen Leistungssteuerungsschaltung her oder von einer überlagerten Steuerung her erzeugt werden.
Die Betriebssteuerungsvorrichtung der Leistungssteuerungsschaltung kann dazu ausge legt sein, die Initialisierungsphase einzusteuern, wenn elektrische Leistung an die Leis tungssteuerungsschaltung angelegt wird (also nach erstem Verbau bzw. nach Stromun terbrechung) und/oder kann sie wiederholt zeitgesteuert oder von einer übergeordneten Steuerung veranlasst durchführen, und/oder kann sie ereignisgesteuert durchführen, etwa wenn vom vierten Anschluss her ein Anschaltvorgang als Soll vorgegeben wird.
Ein Leistungssteuerungsschaltungssystem weist mehrere miteinander verbundene Leis tungssteuerungsschaltungen auf. Sie können wie oben beschrieben ausgebildet sein.
Einer arbeitet als Master, und wenigstens ein weiterer arbeitet als Slave wie oben be schrieben. Die mehreren Leistungssteuerungsschaltungen können in mehrere unter schiedliche erste elektrische Leitungen eingeschaltet sein oder können parallel geschalte te erste und zweite Anschlüsse haben und mit diesen in ein und dieselbe erste elektrische Leitung eingeschaltet/eingeschleift sein.
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf die Zeichnungen Ausführungsformen der Erfin dung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Übersichtsdiagramm von Verschaltungsmöglichkeiten mehre rer Leistungssteuerungsschaltungen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Leistungssteuerungsschaltung, Fig. 3 Signalisierungen über der Zeit, Fig. 4 eine Wählvorrichtung, und
Fig. 5 qualitativ die Verschaltung mehrerer Leistungssteuerungsschal- tungen.
Fig. 1 zeigt qualitativ eine typische Gebäudeinstallationssituation. Mit 4 ist allgemein eine Energiequelle bezeichnet. Es kann sich um einen verfügbaren Drehstromanschluss han deln mit einem Neutralleiter N und drei Phasen LI, L2 und L3 (nicht gezeigt), die bei spielsweise jeweils zum Neutralleiter 230 V Wechselspannung einer Frequenz von 50 Hz haben können. Die drei Phasen LI, L2 und L3 sind gegeneinander um 120° phasenversetzt (2/3 p) und sind mindestens im Schaltschrank, aber oft auch direkt in vielen Räumlichkei ten zusammen mit dem Neutralleiter N verfügbar. Mit 3 sind Verbraucher angedeutet. Es kann sich hier beispielsweise um viele parallel geschaltete Verbraucher handeln, etwa viele Lampen. Sie können beispielsweise längliche Korridore oder große Räumlichkeiten oder Hallen beleuchten. Gemeinsam sind sie jedenfalls am Neutralleiter N angeschlossen. Über die gestrichelte Verbindung lc können auch die jeweils anderen Enden der Verbrau cher/Leuchten 3 miteinander gekoppelt sein, so dass diese tatsächlich parallel geschaltet und nicht einzeln schaltbar sind.
Die gemeinsam von den Verbrauchern 3 gezogene Leistung kann so groß sein, dass eine einzelne in die Leitung 1, la, lb eingeschleifte Leistungssteuerungsschaltung 10 sie nicht mehr bewältigt. Es können aber mehrere Leistungssteuerungsschaltungen 10M, 10S miteinander verkoppelt betrieben werden. Die Verkopplung erfolgt über eine Leitung 21, die sich zwischen den Leistungssteuerungsschaltungen 10 erstreckt. Jede der Leistungs steuerungsvorrichtungen 10 kann die sie durchlaufende Leistung von einem Maximalwert anteilig bis hinunter zu 0 steuern bzw. regeln, indem Schalter in der jeweiligen Leistungs steuerungsschaltung 10 geeignet zwischen leitend/niederohmig/an und nichtlei tend/hochohmig/aus getastet werden. Der Betrieb kann bei Wechselstromsteuerung als Phasenanschnittssteuerung oder Phasenabschnittssteuerung erfolgen. Die als elektroni- sehe Schaltvorrichtung 12 ausgebildeten internen Schalter werden durch eine interne Steuerung 15 entsprechend dem gewünschten Phasenanschnitt bzw. -abschnitt ange steuert. Dies kann einen gewünschten Anteil bzw. Phasenwinkel a der jeweils beschalte- ten Halbwelle durchschalten und den Rest am Anfang (Phasenanschnitt) oder am Ende (Phasenabschnitt) abschneiden. Über die Leitung 21 kommunizieren die internen Steue rungen 15 miteinander. 13 in Figur 2 symbolisiert die Energieversorgung der Leistungs steuerungsschaltungen 10. Sie kann intern in jeder der Leistungssteuerungsschaltungen 10 vorgesehen sein. Die Steuerungen können durch geeignete digitale Schaltungen im plementiert sein, etwa als Microcomputer pCl und pC2 in Figur 1.
Wenn wie in Fig. 1 gezeigt die Verbraucher 3 vollständig parallel geschaltet sind (also Leitung lc auch die Anschlüsse der Verbraucher 3, die nicht am Neutralleiter N liegen, parallel schließt), müssen die Leitungen la an der gleichen Phase des Drehstromsystems liegen, im gezeigten Beispiel LI. Andernfalls würde sich ein Kurzschluss zwischen unter schiedlichen Phasen, bspw. L und L2, ergeben. Anders ausgedrückt ist dann der Anschluss der Leistungssteuerungsschaltungen 10 an unterschiedliche Phasen ein Installationsfeh ler, soweit der parallele Betrieb der Schaltungen 10 gewünscht ist.
Gleichzeitig entsteht die Aufgabe, bei Parallelschaltung mehrerer Verbraucher die Schal ter in den einzelnen Leistungssteuerungsschaltungen hinreichend synchron zu betreiben, so dass auch nicht zeitweise ein einzelner der Schalter die gesamte Leistung führen muss. Es ist somit also für Schaltsynchronität der verkoppelten Leistungssteuerungsschaltungen 10 zu sorgen. Außerdem muss eine mögliche Fehlinstallation erkannt werden (Anschluss verkoppelter Leistungssteuerungsschaltungen 10 an unterschiedliche Phasen, beispiels weise LI und L2).
Die beiden Zielsetzungen Fehlinstallationserkennung und Schaltsynchronisierung werden mittels der Leitung 21 zwischen den verkoppelten Leistungssteuerungsschaltungen 10 und eine geeignete Steuerung der Systemkomponenten bzw. des Gesamtsystems er reicht.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Leistungssteuerungsschaltung 10, von denen mindes tens zwei miteinander verkoppelt sein können, wie es schematisch in Fig. 1 gezeigt ist und wie es auch in Fig. 2 mittels der kleinen weiteren Leistungssteuerungsschaltung 10 am rechten Rand der Figur angedeutet ist.
Fig. 2 zeigt die Leistungssteuerungsschaltung 10, die landläufig beispielsweise als Dimmer angesprochen werden kann. Sie ist in eine erste elektrische Leitung 1 eingeschaltet (ein geschleift) und ist deshalb mit deren beiden offenen Enden la, lb verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Leitungen la und lb nicht tatsächlich aufgetrennte Enden einer ehemals verbundenen Leitung sein müssen. Die erste elektrische Leitung 1 leitet elektrische Leistung von einer Quelle 4 zum Verbraucher 3. Die Quelle 4 kann eine Wech selstromquelle sein, insbesondere eine Phase gegenüber dem Nullleiter bzw. Neutrallei ter eines Drehstromsystems. Eine zweite elektrische Leitung 2 schließt den Stromkreis.
Wenigstens die Teile la und lb der ersten elektrischen Leitung 1 sind an einen ersten Anschluss 11-1 und einen zweiten Anschluss 11-2 der Steuerungsschaltung 10 ange schlossen. Es kann über eine Stichleitung 2a auch die zweite elektrische Leitung 2 an einen dritten Anschluss 11-3 der Leistungssteuerungsschaltung 10 angeschlossen sein. Man spricht dann von einem Dreidrahtanschluss. Wenn die Stichleitung 2a oder der dritte Anschluss 11-3 nicht vorhanden ist, spricht man vom Zweidrahtanschluss. Der Dreidraht anschluss hat für die interne Energieversorgung und für die Schaltsynchronisierung Vor teile und erlaubt dann auch weitere Bereiche der einsteuerbaren elektrischen Leistung.
Mit 12 ist eine elektronische Schaltvorrichtung bezeichnet. Es kann sich um einen einzel nen oder um mehrere Transistoren, IGBTs und/oder FETs, MOSFETs handeln. Mehrere von ihnen können in Serie oder parallel geschaltet sein und zusammen betrieben werden. Die elektronische Schaltvorrichtung 12 liegt zwischen dem ersten Anschluss 11-1 und dem zweiten Anschluss 11-2 und dient dazu, die Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen entweder möglichst hochohmig zu blockieren oder möglichst niederohmig durchzuschal ten. Die elektronische Schaltvorrichtung kann für Wechselstrom nach Art einer Phasenan schnittssteuerung oder nach Art einer Phasenabschnittssteuerung bzw. kann für alle diese Steuerungsarten ausgelegt sein. Die Halbleiter bzw. Transistoren können Leistungshalblei ter bzw. Leistungstransistoren sein.
Eine Steuerungsvorrichtung 15 der Leistungssteuerungsschaltung 10 erzeugt ein Schalter steuerungssignal S, mittels derer die Schaltvorgänge der elektronischen Schaltvorrichtung 12 gesteuert werden. Wie schon angesprochen, kann demnach das Schaltersteuerungs signal S Phasenanschnitt einsteuern oder Phasenabschnitt.
Die Steuerungsvorrichtung 15 weist eine Schaltvorrichtungssteuerungsschaltung 15-2 auf, die das Schaltersteuerungssignal S erzeugt und ausgibt. Sie weist auch eine Betriebssteue rungsvorrichtung 15-1 auf, die interne Vorgänge der Leistungssteuerungsschaltung 10 und insbesondere der Steuerungsvorrichtung 15 anstößt und in ihrem Ablauf steuert. Die Steuerungsvorrichtung 15 weist auch eine Betriebsartsetzeinrichtung 23 und eine Steue rungsmodussetzeinrichtung 24 auf.
Ebenso vorgesehen sind eine interne Energieversorgung 13 und eine Synchronisierungs schaltung 14 der Leistungssteuerungsschaltung 10. Die interne Energieversorgung 13 erzeugt die nötigen Potentiale zum Betrieb der Steuerungsvorrichtung 15 und zum Be trieb der elektronischen Schaltvorrichtung 12. Im Dreidrahtanschluss kann sie in einfacher Weise die benötigte Energie aus der Wechselspannungsquelle 4 ziehen. Im Zweidrahtan schluss kann sie Energie aus dem Spannungsabfall längs des Schalters 12, wenn dieser offen, also hochohmig ist, ziehen. Gegebenenfalls kann eine Prüfvorrichtung 16 vorgese- hen sein, die prüft, ob Zweidrahtanschluss oder Dreidrahtanschluss vorliegt und die dem entsprechend unterschiedliche interne Einstellungen vornimmt.
Die Leistungssteuerungsvorrichtung 10 kann einen vierten Anschluss 11-4 aufweisen, über den ein Steuerungssollwert etwa als Soll-Phasenwinkel a empfangen werden kann. Der vierte Anschluss 11-4 kann im einfachen Fall ein mechanischer Anschluss sein, etwa die Drehachse eines Potentiometers bzw. der Schieber eines Schiebereglers. Es kann sich aber auch um eine elektronische Schnittstelle handeln, um von übergeordneten Steue rungen Leistungssollwerte zu empfangen. Die Leistungssteuerungsvorrichtung 10 kann auch beide Sollwerteingaben aufweisen, also elektronisch und mechanisch manuell von einem Nutzer her.
Ein fünfter Anschluss 11-5 der Leistungssteuerungsschaltung 10 dient zum Anschluss einer Signalleitung 21, mittels derer die Leistungssteuerungsschaltung 10 mit einer weite ren Leistungssteuerungsschaltung 10 Signale austauschen kann. Eine der beiden arbeitet dann als Master, die andere als Slave. Die weitere Leistungssteuerungsschaltung 10 ist dazu vorgesehen, parallel mit der detailliert ausgeführten Leistungssteuerungsschaltung 10 zu arbeiten und ist deshalb parallel zu ihr in die erste Leitung 1 eingeschaltet. Insbe sondere können die zwei Leistungssteuerungsschaltungen 10 parallel geschaltete erste Anschlüsse 11-1 und parallel geschaltete zweite Anschlüsse 11-2 (und gegebenenfalls auch parallel geschaltete dritte Anschlüsse 11-3) aufweisen. Nur aus Gründen der Über sichtlichkeit der Zeichnung ist dies in Fig. 2 nicht ausgeführt.
Über einen sechsten Anschluss 11-6 kann die Leistungssteuerungsschaltung 10 mit einer übergeordneten Steuerung 50 kommunizieren und von ihr Signale empfangen bzw. an sie Signale abgeben. Es kann hierzu eine Leitung 22 vorgesehen sein. Allgemein können die Signalisierungen am vierten Anschluss 11-4 und/oder am fünften Anschluss 11-5 und/oder am sechsten Anschluss 11-6 analog oder digital vorliegen. Sie können einem Standard folgend verfasst sein, beispielsweise gemäß I2C oder gemäß UART, letzteres insbesondere am sechste Anschluss 11-6. Auch über den sechsten Anschluss 11-6 kann der Leistungssteuerungsschaltung 10 von der übergeordneten Steuerung 50 her ein Steu erungssollwert etwa als Soll-Phasenwinkel a vorgegeben werden.
Mit 17 ist ein Gehäuse der Leistungssteuerungsschaltung 10 angedeutet. Häufig werden die beschriebenen Leistungssteuerungsschaltungen 10 für den Einsatz in einem Schalt schrank ausgebildet sein. In ihrer geometrischen Dimensionierung können sie bzw. ihr Gehäuse 17 dann flach scheibenartig geformt sein. Sie können aber auch für den Einbau in Unterputzdosen ausgelegt und dann dementsprechend geometrisch dimensioniert sein.
Die Betriebsartsetzeinrichtung 23 hält einen elektronisch abfragbaren, digitalen oder analogen Wert, der angibt, ob die Leistungssteuerungsschaltung 10 als Master oder als Slave arbeiten soll. Es kann sich hier um einen umlegbaren Schalter handeln, der bei spielsweise unterschiedliche Potentiale bewirkt und der einmalig bei der Montage be dient werden kann. Oder es kann sich um ein schon bei der Herstellung der Leistungs steuerungsschaltung verbautes Element handeln, etwa einen Widerstand, dessen Auswir kung angibt, ob die Leistungssteuerungsschaltung als Master oder als Slave arbeiten soll, oder es kann sich um ein digital setzbares Register handeln, das gegebenenfalls auch nach der Herstellung oder der Montage umgeschaltet werden kann.
Die Steuerungsmodussetzeinrichtung 24 kann ein digitales Register sein. Es kann bei spielsweise zwischen zwei Steuerungsmoden umschaltbar sein, die zwei Moden können Phasenanschnittssteuerung und Phasenabschnittssteuerung sein. Die Steuerungsmodus festlegung kann zu Beginn des Betriebs anhand einer internen Prüfung der anliegenden Last 3 erfolgen. Mit 18-1, 18-2 und 18-3 sind Drahtloskoppler angesprochen, die dazu dienen, die Leis tungssteuerungsschaltung 10 galvanisch von anderen Komponenten zu trennen. Insbe sondere kann ein Drahtloskoppler am fünften Eingang 11-5 liegen und einer am sechsten Eingang 11-6. Der Drahtloskoppler 18-2 am sechsten Anschluss 11-6 hin zur übergeordne ten Steuerung 50 kann eine höhere Schutzklasse haben als der Drahtloskoppler 18-1 am fünften Anschluss 11-5 hin zur weiteren Leistungssteuerungsschaltung 10. Wenn Draht loskoppler hin zur übergeordneten Steuerung 50 notwendig sind, können diese aber auch dort vorgesehen sein und dann in der Leistungssteuerungsschaltung 10 entfallen.
Der fünfte Anschluss 11-5 kann doppelt derart ausgeführt sein, dass an ihn zwei oder mehrere weitere Leistungssteuerungsschaltungen 10 parallel über jeweils eigene Leitun gen 21 angeschlossen werden können, was zu der in Figur 5 gezeigten Verbindungsstruk tur führen kann. Die Signalleitung 21 kann zum Führen analoger Signale ausgelegt sein.
Die Leitung 22 hin zur übergeordneten Steuerung 50 kann zum Führen digitaler Signale insbesondere nach dem UART-Standard ausgelegt sein.
Die Leistungssteuerungssollwertvorgabe kann auch von der übergeordneten Steuerung 50 her erfolgen. Sie kann also über den beschriebenen sechsten Anschluss 11-6 der Leis tungssteuerungsvorrichtung 10 in der Betriebsphase eingegeben werden. Es kann dann ein eigener Anschluss 11-4 für die Sollwertvorgabe entfallen. Er kann aber parallel trotz dem vorgesehen sein, etwa als nur mechanischer Anschluss (Schieber, Drehknopf), der z. B. mit Poti ein analoges Signal erzeugt).
Bezugnehmend auf Fig. 3 werden Abläufe/Verfahrensschritte und dementsprechend Auslegungen der Komponenten der Leistungssteuerungsschaltung 10, insbesondere deren Steuerungsvorrichtung 15, beschrieben. Die mit 10M markierte Zeile zeigt die Aktivitäten einer als Master arbeitenden Leistungssteuerungsschaltung 10, die mit 10S markierte Zeile zeigt die Aktivitäten einer als Slave arbeitenden Leistungssteuerungsschal- tung 10. Die mit 50 markierte Zeile zeigt die Aktivitäten einer übergeordneten Steuerung 50. Die mit 21 markierte Zeile zeigt Signale auf der Signalleitung 21 zwischen zwei Leis tungssteuerungsschaltung 10. Die mit 22 markierte Zeile zeigt Signale auf der Leitung 22 zwischen einer Leistungssteuerungsschaltung 10 und einer übergeordneten Steuerung 50.
Der Betrieb einer Leistungssteuerungsschaltung 10 kann sowohl bei einem Master 10M als auch bei einem Slave 10S in eine Initialisierungsphase 31 und in eine sich daran an schließende Steuerungsphase 32 unterteilt sein. Die Initialisierungsphase kann einige Halbwellen dauern, zusammen bspw. länger als 100 oder 200 ms und z. B. kürzer als ls. Die Steuerungsphase 32 danach ist der reguläre Betrieb beliebiger Dauer.
In der Steuerungsphase 32 wird zur elektronischen Schaltvorrichtung 12 hin an sich be kannte Leistungssteuerung nach Art von Phasenanschnittssteuerung oder Phasenab schnittssteuerung vorgenommen. Das Schaltersteuerungssignal S steuert in an sich be kannter Weise die elektronische Schaltvorrichtung 12 an. In Fig. 3 ist dies als die Pulsfolge S in den Zeilen 10M und 10S als Tätigkeit der Leistungssteuerungsschaltung 10M, 10S, insbesondere derer Schaltvorrichtungssteuerungsschaltung 15-2 gezeigt.
Es unterscheidet sich aber zwischen einer als Master arbeitenden Leistungssteuerungs schaltung 10M und einer als Slave arbeitenden Leistungssteuerungsschaltung 10S die Art und Weise, wie das Schaltersteuerungssignal S erzeugt werden, und es gibt auch unter schiedliche Aktivitäten in der vorgelagerten Initialisierungsphase 31.
Die Initialisierungsphase 31 wie auch die Steuerungsphase 32 können von extern veran lasst werden, beispielsweise durch Signalisierung von der übergeordneten Steuerung 50 her. In Fig. 3 ist dies durch Signale XI und X2 angedeutet, die beispielsweise von der Steuerungsschaltung 50 über Leitung 22 an alle Leistungssteuerungsschaltungen 10M,
10S gesendet werden und dann dort die Initialisierungsphase 31 bzw. die Steuerungspha- se 32 anstoßen. Der Anstoß dieser Phasen kann aber anders erfolgen, für die Initialisie rungsphase 31 beispielsweise in einer Masterschaltung 10M durch einen Anschaltvor gang, also durch Erhöhen des Leistungssollwerts vom vierten Anschluss 11-4 oder vom sechsten Anschluss 11-6 her aus 0 heraus, oder bei erster Energieversorgung der Leis tungssteuerungsversorgung 10. Die Steuerungsphase 32 kann - statt wie gezeigt durch ein Signal X2 von der übergeordneten Steuerung 50 her - nach einem "Fertig"-Signal aus der Initialisierungsphase 31 heraus oder nach einer vorgegebenen Zeit angestoßen wer den. Die übergeordneten Steuerung 50 und die Steuerungen 15 können dazu ausgelegt sei, die Steuerungsphase abzubrechen oder nicht anzufangen, wenn ein Fehler aufgetre ten ist, etwa ein Phasefehler oder ein Lastfehler.
Zu Beginn der Initialisierungsphase, also beispielsweise auf das Signal XI hin, können, fals nötig, alle Leistungssteuerungsvorrichtungen 10 ihre Betriebsart abfragen, was durch "M/S?" in Zeitblöcken 31-1 angedeutet ist. Es wird hierbei insbesondere die Betriebsart setzeinrichtungen 23 dahingehend abgefragt, ob sie jeweils auf Master oder auf Slave gesetzt sind. Ein nicht digital lesbarer Marker wird in ein digital lesbares Format übertra gen. Abhängig davon kann sich dann der nachfolgende Betrieb unterscheiden, etwa in dem Softwareverzweigungen im Master anders als im Slave genommen werden. Insbe sondere wird dann die Betriebssteuerungsvorrichtung 15-1 unterschiedlich in Abhängig keit davon arbeiten, ob die Leistungssteuerungsschaltung 10 als Master oder als Slave arbeitet. Die anfänglich explizite Abfrage der Beitriebsart kann aber unnötig sein und wegfallen bzw. durch Abfragen wenn nötig ersetzt sein, wenn z. B. gleich anfänglich ein digital lesbarer Marker gesetzt ist.
Nach der ggf. vorhandenen Abfrage 31-1 der Betriebsart (Master oder Slave) oder nach dem Anschalten oder nach dem Befehl XI von der Steuerung 50 her können die Master- Steuerungsvorrichtung 10M und die Slave-Steuerungsvorrichtung 10S eine Phasenunter suchung 31-2 einleiten bzw. jeweils ein Phasensignal erzeugen, das die Phasenlage der anliegenden elektrischen Leistung widerspiegelt, um einen Phasenvergleich vornehmen zu können, um festzustellen, ob sie in einem Dreh ström System an die gleiche Phase oder an unterschiedliche Phasen angeschlossen sind. Dies ist in Zeilen 10M und 10S durch die Impulsfolgen 31-2M und 31-2S symbolisiert. Jede der gekoppelten Leistungssteuerungs schaltungen 10 kann eine solche Impulsfolge erzeugen, insbesondere entsprechend den Nulldurchgängen der anliegenden Wechselspannung.
Bei richtiger Installation für den gekoppelten Betrieb der Leistungssteuerungsschaltungen 10 liegen die mindestens zwei verkoppelten Leistungssteuerungsschaltungen 10 an der gleichen Phase, beispielsweise LI in Fig. 1, und die Impulse der Impulsfolgen 31-2M und 31-2S werden deshalb zeitgleich liegen. Wenn die Leistungssteuerungsschaltungen 10 dagegen versehentlich an unterschiedliche Phasen angeschlossen wurden, beispielsweise eine der Leistungssteuerungsschaltungen 10 an LI, die andere an L2, wird die Phasenlage um 1/3 der Periodendauer abweichen, bei 50 Hz also um ±6,7 ms. Bei Periodenverdoppe lung bei Betrachtung aller Nulldurchgänge sind es ±3,3 ms.
Der Master 10M kann die von ihm ermittelte Impulsfolge 31-2M über den fünften An schluss 11-5 und Signalleitung 21 als Phasensignal 31-2X geeignet skaliert und formatiert und gegebenenfalls über den Drahtloskoppler einem Slave 10S zuführen. Ein Slave 10S kann die vom fünften Anschluss 11-5 her empfangene Impulsfolge 31-2X mit der selbst erzeugten Impulsfolge 31-2S vergleichen. Dies und eine ggf. nachfolgende Verarbeitung sind in Zeile 10S durch Block 31-3 symbolisiert. Bevorzugt wird das Phasensignal vom Master XP zum Slave 10S bzw. zu allen Slaves, wenn mehrere vorhanden sind, übertragen und dort jeweils einzeln mit dem jeweiligen Slave-Phasensignal verglichen. Die Phasen signale 31-2M, 31-2X, 31-2X können also Folgen kurzer Impulse bei jeweils detektierten Nulldurchgängen sein, die dann in einer der Schaltungen auf hinreichende zeitliche Koin zidenz überprüft werden können. Bei Übereinstimmung kann eine weitere Signalisierung unterbleiben oder es kann eine Positivsignalisierung erfolgen. Bei Nichtübereinstimmung, also Phasenabweichung, kann ein Fehlersignal XF erzeugt werden und kann gegebenenfalls auch an andere Komponen ten, etwa andere Leistungssteuerungsschaltungen 10 oder die übergeordnete Steuerung 50 ausgegeben werden. Das Fehlersignal XF kann im Slave auch zur direkten internen Unterbindung der Leistungsdurchschaltung verwendet werden, um Kurzschlüsse zu ver hindern. Für die weitere Auswertung 31-6 und ggf. Signalisierung kann es auch der über geordneten Steuerung 50 zugeführt werden, die dann beispielsweise andere Leistungs steuerungsschaltungen 10 informieren und gegebenenfalls abschalten kann. Auch höher rangigere Alarme können generiert werden, so dass beispielsweise Installateurseingriff angefordert wird.
Nach der Phasenuntersuchung kann im Master 10M eine Lastabfrage 31-4 bzw. Lastun tersuchung beginnen, um festzustellen, ob die anliegende Last 3 induktiv oder nicht induktiv (kapazitiv oder ohmisch) ist. Eine Slave-Leistungssteuerungsvorrichtung 10S kann dies auch tun, muss es aber nicht. Sie kann hier passiv/untätig bleiben. Die Untersuchung der Lastart erfolgt durch geeignete testweise Spannungsbeaufschlagung der angeschlos senen Last über die elektronische Schaltvorrichtung 12 und Auswertung der sich einstel lenden Ströme. Insbesondere kann im Phasenabschnitt überprüft werden, ob sich beim Ausschalten (Abschneiden der Phase bzw. Halbwelle) Induktionsspitzen einstellen, was ein Hinweis auf eine induktive Last und bei Nicht-Vorhandensein ein Hinweis auf eine ohmsche oder kapazitive Last ist. Im Ergebnis kann dadurch die Steuerungsschaltung 15 der Leistungssteuerungsschaltung 10 eben die Lastart (induktiv oder nicht-induktiv (kapa zitiv, ohmisch)) ermitteln und dementsprechend eine geeignete Steuerungsmodus setzen. Es kann sich hierbei insbesondere um Phasenanschnittssteuerung (im Fall induktiver Lasten) oder Phasenabschnittssteuerung (im Fall kapazitiver oder ohmscher Lasten) han deln. Der Master 10M kann dann dementsprechend seine Steuerungsmodussetzeinrich tung 24 geeignet setzen. Der Setzwert legt eben fest, ob beispielsweise im Phasenan- schnitt (bei induktiver Last) oder im Phasenabschnitt (ohmsche, kapazitive Last) gearbei tet werden soll.
Die Gesamtschaltung kann auch dazu ausgelegt sein zu überprüfen, ob eine ausgangssei tige Parallelschaltung von Verbrauchern 3 gegeben ist, also ob zwischen den Leitungen lb der einzelnen Verbraucher die Leitung lc geschaltet wurde, so dass neben dem gemein samen eingangsseitigen Anschluss der Verbraucherleitungen 2 an N auch deren Aus gangsseite mit Leitung lc parallel geschlossen ist.
Die Lasterkennung, in der der Master 10M eine Überprüfung veranlasst, ob eine ohmsch/kapazitive oder eine induktive Last angeschlossen ist, kann sich über einige (bspw. mehr als 5, mehr als 10), weniger als 50) Halbwellen erstrecken und kann starten, indem im Master 10M mit anfänglich kleinen und dann bspw. von Halbwelle zu Halbwelle größer werdenden Phasenwinkeln Leistung einschaltet und im Phasenabschnitt wieder abschaltet, also z. B. von anfänglich 5% der Halbwellendauer (500 ps bei 50 Hz) sukzessive Erhöhung auf bspw. 6%, 7%, 8% ... bis höchstens z. B. 30% oder 50% der Halbwellendauer. Es wird dann überprüft, ob beim Abschalten induktiv erzeugte Induktionsspitzen entste hen. Insbesondere kann dies im Slave 10S gemessen werden, der zu diesem Zeitpunkt selbst nicht schaltet, etwa indem die Spannung von der Last her mit einem geeigneten Schwellenwert verglichen wird.
Die derartige Überprüfung im Slave 10S kann dann zwei Qualitäten abfragen bzw. fest stellen, nämlich (1) ob die verschiedenen Verbraucher auch ausgangsseitig parallelge schaltet sind, also ob die gestrichelt gezeichnete Leitung lc auf der linken Seite der Ver braucher vorhanden und damit eine Parallelschaltung von Verbrauchern gegeben ist, denn nur dann teilt sich überhaupt Schaltergebnisse vom Master 10M her dem Slave 10S mit, und (2) wie schon erläutert anhand der sich ggf. einstellenden Induktionsspitzen ob die Last induktiv bzw. nicht-induktiv ist. Der Slave 10S kann sein Messergebnis geeignet der überlagerten Steuerung 50 mitteilen, die dann weitere Veranlassungen trifft. Anfäng lich wird nur mit kleinen Phasenwinkeln geschaltet, damit bei induktiven Lasten keine großen Induktionsspitzen entstehen. Auch der Master 10M kann in dieser Phase geeigne te Schwellenwerte überwachen und so beim Phasenabschnitt Induktionsspitzen und damit ggf. eine induktive Last erkennen.
Im laufenden Betrieb bei Parallelschaltung wird das Ausschaltsignal des Masters an den Slave über die Signalleitung 21 weitergegeben. Im getrennten Betrieb wird kein Signal auf Leitung 21 übertragen.
Mit 31-5 ist gegebenenfalls die Überprüfung der Anschlussart der Leistungssteuerungs vorrichtung 10 symbolisiert. Es kann auf Zweidrahtanschluss oder Dreidrahtanschluss abgefragt werden und nach Maßgabe des Abfrageergebnisses können interne Einstellun gen vorgenommen werden.
Nach Beendigung der Vorgänge in der Initialisierungsphase 31 beginnt, wie schon weiter oben angesprochen, die Steuerungsphase 32. Ein Master 10M wird dabei die Schalters teuerungssignale S in mehr oder minder herkömmliche Weise erzeugen, indem sie nach Maßgabe von Sollwertvorgaben vom vierten Anschluss 11-4 her geeignete Schaltersteue rungssignale S erzeugt, mittels derer die eigene elektronische Schaltvorrichtung 12 ange steuert werden kann. Wie schon gesagt, kann hier auch die Lastart bzw. die Steuerungsart (Phasenanschnitt, Phasenabschnitt) berücksichtigt werden. Gleichbleibender Sollwert vorausgesetzt (beispielsweise 60% der maximal möglichen Leistung) werden die Schalter steuerungssignale S in der Regel eine periodische interne Impulsfolge sein, mittels derer die elektronische Schaltvorrichtung 12 angesteuert, insbesondere bspw. ein MOSFET an- und ausgeschaltet wird. Eine Master-Leistungssteuerungsschaltung 10M wird entsprechend oder nach Maßgabe des eigenen Schaltersteuerungssignals S aber auch ein Schaltsignal XS über den fünften Anschluss 11-5 und die Signalleitung 21 an den verbundenen Slave 10S ausgeben. Ein Slave 10S wird seinerseits von seinem fünften Anschluss 11-5 her das Schaltsignal XS empfangen und wird das Schaltersteuerungssignal S für die elektronische Schaltvorrich tung 12 des Slaves nach Maßgabe des empfangenen Schaltsignals XS erzeugen.
Hinsichtlich der Zeitlage kann insbesondere der Master 10M sein Schaltersteuerungssig nal S unmittelbar an den Slave 10S durchreichen, ggf. jedoch über die Drahtloskopplung hinweg, wobei wiederum der Slave 10S sein internes Schaltersteuerungssignal S direkt dem empfangenen Schaltsignal XS folgend erzeugen kann.
Wenn kritischen Signallauf- und Verarbeitungszeiten als Verzögerungen in der Signalisie rung hin zum Slave 10S vorliegen, kann im Master eine interne Verzögerungsschaltung vorgesehen sein, die die Verzögerung bei der Übertragung zum Slave 10S nachbildet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die beiden verkoppelten Leistungssteuerungsschaltun gen 10 zeitsynchron arbeiten und insbesondere zeitsynchron schalten. Empirisch zeigt sich, dass eine solche Verzögerung im Master im Bereich von etwa 100 ms liegen kann, also bspw. größer als 10 oder 20 oder 50 ms und kleiner als 500 oder 200 ms.
Ein Sollwert für die Leistungssteuerung wird nur in der Master-
Leistungssteuerungsvorrichtung 10M empfangen bzw. verarbeitet. Auch das Ergebnis der Lasterkennung 31-4 wird nur in der Master-Leistungssteuerungsvorrichtung 10M verar beitet, indem als Steuerungsmodus Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt eingesteuert wird. Die Slave-Leistungssteuerungsvorrichtung 10S nimmt an diesen Festlegungen teil, indem an sie das Schaltersteuerungssignal S des Masters 10M direkt durchgereicht wird. Der Signalfluss auf der Signalleitung 21 kann unidirektional ausgelegt sein, etwa nur vom Master 10M zum Slave 10S. Die Signaltrennung über den Drahtloskoppler kann dann einfacher (in eine Richtung) ausgeführt werden. Es kann aber auch gewünscht sein, dass der Slave 10S Signale an den Master 10M sendet. Dann muss ggf. auch der Drahtloskopp ler bidirektional ausgelegt sein. Die Leitung 22 zwischen einer Leistungssteuerungsschal tung 10 und einer übergeordneten Steuerung 50 kann bidirektional ausgelegt sein.
Fig. 4 zeigt höchst schematisch und stark vereinfacht eine Wählvorrichtung 41 für die Auswahl der Art der Erzeugung der Schaltersteuerungssignale S. Die Wählvorrichtung 41 ist als Teil dessen zu verstehen, was schon schematisch in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Mit 41 ist ein Umschalter angedeutet, der allerdings logisch ausgebildet sein kann, indem auf digitaler Seite eine von zwei möglichen Verarbeitungsweisen gewählt wird. Der Schalter 41 ist also primär symbolisch zu verstehen und wird häufig nicht real implementiert sein. 23 ist die schon beschriebene Betriebsartsetzeinrichtung, die angibt, ob eine Leistungs steuerungsvorrichtung 10 als Master oder als Slave arbeitet. Sie wird die Auswahl mittels Schalter 41 beeinflussen. Im Slave 10S wird das Schaltersteuerungssignal S nach Maßgabe des vom fünften Anschluss 11-5 empfangenen Signals her erzeugt. Anders dagegen wird im Master 10M das Schaltersteuerungssignal S nach Maßgabe der Sollwertvorgabe vom vierten Anschluss 11-4 her erzeugt.
Fig. 5 zeigt ein Leistungssteuerungsschaltungssystem mit mehreren Leistungssteuerungs schaltungen 10M, 10S. Eine von ihnen 10M arbeitet als Master, die anderen 10S1, 10S2, ..., 10S6 arbeiten als Slaves. Sie sind sternartig miteinander in der Weise verbunden, dass die Slaves 10S in gleicher und paralleler Weise Signale, insbesondere also Phasensignal S1-2X, Schaltsignale XS, von der Master-Schaltung 10M empfangen und dann wie be schrieben arbeiten. Jede der Schaltungen 10 kann aber eine eigene Verbindung hin zu einer übergeordneten Steuerung 50 aufweisen. Der Master 10M kann für jeden ange- schlossenen Slave 10S einen eigenen Drahtloskoppler 18-1 aufweisen, so dass die Slaves 10S nicht nur vom Master 10M, sondern auch untereinander isoliert sind.
In ihrer Hardwareausstattung und/oder Softwareausstattung kann eine Master- Leistungssteuerungsschaltung 10M identisch mit einer Slave-
Leistungssteuerungsschaltung 10S ausgelegt sein. Unterschiede ergeben sich dann nur anhand der Festlegungen auf Betriebsart Master oder Betriebsart Slave mittels der Be triebsartsetzeinrichtung 23. Falls dies keine digital abfragbare Information ist, kann sie einmal anfänglich abgefragt und in ein digital abfragbares Format übertragen werden, was dann im weiteren Verlauf z. B. für die Softwaresteuerung verwendet werden kann.
Es können die Master-Leistungssteuerungsschaltung 10M und die Slave- Leistungssteuerungsschaltung 10S aber auch teilweise unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann bei sonst gleicher Bauart und gleicher Softwareausstattung nur der Master 10M einen oder mehrere Drahtloskoppler 18-1 hin zu dem oder den Slaves 10S aufweisen. Statt im Master 10M kann ein Drahtloskoppler 18-1 aber auch im Slave 10S vorgesehen sein. Der fünfte Anschluss 11-5 kann im Master 10M lediglich als Ausgang, im Slave 10S lediglich als Eingang ausgelegt und verschaltet sein. Ein Slave 10S hat womög lich keinen vierten Anschluss 11-4 für die Sollwertvorgabe. Nur im Master kann eine mit Software oder als Hardware implementierte Verzögerungsvorrichtung zur Verzögerung des Schaltersteuerungssignals (S) für den eigenen Halbleiterschalter vorgesehen sein.
Auch die Softwareausstattung von Master 10M und Slave 10S kann unterschiedlich sein. Lasterkennungssoftware kann nur im Master oder im Master anders als im Slave aufge spielt sein. Phasenvergleichssoftware kann nur im Slave oder nur im Master aufgespielt sein. Die oben beschriebene Technik kann auch als Leistungssteuerungsverfahren zur Steue rung der Leistung in einer elektrischen Last angesehen werden, bei dem mindestens zwei Leistungssteuerungsschaltungen 10 parallel zueinander in eine elektrische Leitung einge schaltet werden und über eine Signalleitung 21 untereinander Signale derart austau- schen, dass in einer Initialisierungsphase zwischen den Leistungssteuerungsschaltungen Phaseninformation ausgetauscht und nötigenfalls ein Fehlersignal erzeugt wird und in einer Steuerungsphase, wenn kein Fehler vorliegt, in einer als Slave arbeitenden Leis tungssteuerungsschaltung deren Schaltersteuerungssignal nach Maßgabe der Vorgaben von einer als Master arbeitenden Leistungssteuerungsschaltung erzeugt wird.
Ein Aspekt der Erfindung ist auch ein Leistungssteuerungssystem mit einer als Master konfigurierten bzw. gebauten Leistungssteuerungsschaltung wie oben beschrieben und einer oder mehreren als Slave konfigurierten bzw. gebauten Leistungssteuerungsschal tungen wie oben beschrieben mit je einer Signalleitung 21 zwischen Master 10M und je einem Slave 10S. Auch die übergeordnete Steuerung kann Teil des Systems sein. Für die Phasendetektion, die Parallelschaltungsdetektion und die Detektion der Lastart können sie wie beschrieben Zusammenwirken.
Merkmale, die in dieser Beschreibung oder in den Patentansprüchen beschrieben oder in den Figuren gezeigt sind, sollen auch dann als miteinander und untereinander kombinier bar angesehen werden, wenn ihre Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist, soweit ihre Kombination technisch möglich ist. Merkmale, die in einem bestimmten Kontext, in einer Ausführungsform, in einer Figur oder in einem Patentanspruch beschrieben sind, sollen auch als aus diesem Anspruch, Kontext, dieser Ausführungsform oder Figur heraus lösbar verstanden werden und sollen als mit jeder anderen Figur, jedem anderen An spruch, Kontext oder jeder anderen Ausführungsform kombinierbar verstanden werden, soweit es technisch möglich ist. Ausführungsformen und Figuren sollen nicht als notwen digerweise gegeneinander ausschließlich verstanden werden. Beschreibungen von Ver- fahren oder Vorgehensweisen oder Verfahrensschritten oder Vorgehensweiseschritten sollen auch als Beschreibung von Einrichtungen und/oder möglicherweise von Pro grammanweisungen ausführbaren Codes auf einem Datenträger verstanden werden, die zur Implementierung der angesprochenen Verfahren oder Vorgehensweisen oder Verfah rensschritten oder Vorgehensweiseschritten geeignet sind, und umgekehrt.
Bezugszeichenliste
1, la, lb erste elektrische Leitung 2 zweite elektrische Leitung
3 Last, Verbraucher
4 Leistungsquelle 10 Leistungssteuerungsschaltung 10M Master-Leistungssteuerungsschaltung, Master 10S Slave-Leistungssteuerungsschaltung, Slave
11-1 bis 11-6 erster bis sechster Anschluss 12 elektronische Schaltvorrichtung
13 interne Energieversorgung
14 Synchronisationsschaltung
15 Steuerungsvorrichtung 15-1 Betriebssteuerungsvorrichtung 15-2 Schaltvorrichtungssteuerungsvorrichtung
16 Anschlusserkennungsschaltung
17 Gehäuse
18 Drahtloskoppler 21 Signalleitung 22 Leitung
31 Initialisierungsphase 31-1 Betriebsartüberprüfung 31-2 Lastüberprüfung 31-3 Phasenüberprüfung 31-4 Phasenauswertung 31-5 Anschlussprüfung
32 Steuerungsphase 41 Wähleinrichtung 50 übergeordnete Steuerung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Leistungssteuerungsschaltung (10) mit a. einem ersten und einem zweiten Anschuss (11-1, 11-2) zum Anschließen der zwei Enden (la, lb) einer aufgetrennten, elektrische Leistung von einer Quelle zu einem Verbraucher führenden ersten elektrischen Leitung (1), b. einem fünften Anschuss (11-5) zum Anschließen einer Signalleitung (21) zu ei ner weiteren Leistungssteuerungsschaltung (10), c. einer zwischen dem ersten und dem zweiten Anschuss (11-1, 11-2) liegenden elektronischen Schaltvorrichtung (12) zum Schalten der elektrischen Leistung in der ers ten elektrischen Leitung (1) nach Maßgabe eines Schaltersteuerungssignals (S), d. einer Steuerungsvorrichtung (15), mit dl einer Schaltvorrichtungssteuerungsschaltung (15-2) zum Ansteuern der elekt ronischen Schaltvorrichtung (12), und d2 einer Betriebssteuerungsvorrichtung (15-1) zum Einsteuern folgender Vor gänge: d2-l eine Initialisierungsphase (Sl), während derer
• die Phasenlage der an der Leistungssteuerungsschaltung (10) anlie genden elektrische Leistung ausgewertet wird,
• über den fünften Anschuss (11-1) mit der weiteren Leistungssteue rungsschaltung (10) wenigstens ein Phasensignal (S1-2X) kommuniziert wird, und d2-2 nach der Initialisierungsphase (Sl) eine Steuerungsphase (32), während de rer die Leistung in Abhängigkeit von der erfragten Betriebsart mittels der Schaltvorrich tungssteuerungsschaltung (15-2) und der Schaltvorrichtung (12) gesteuert wird.
2. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach Anspruch 1, bei der die Betriebssteu erungsvorrichtung (15-1) für die Betriebsart als Master zum Einsteuern folgender Vor gänge ausgelegt ist:
In der Initialisierungsphase (Bl)
• bei der Auswertung der Phasenlage der anliegenden Leistung Kom munikation eines die Phasenlage der anliegenden Leistung widerspiegelndes Phasensignals (31-2X) über den fünften Anschluss (11-5),
• Signalisierung zur Untersuchung der an die Leistungssteuerungs schaltung (10) angeschlossenen Last (3) und Einstellen des Leistungssteue rungsmodus nach Maßgabe des Untersuchungsergebnisses, in der Steuerungsphase (32)
• In der Schaltvorrichtungssteuerungsschaltung (15-2) Erzeugen des Schaltersteuerungssignals (S) für die Schaltvorrichtung (12) nach Maßgabe des eingestellten Leistungssteuerungsmodus und eines vorgegebenen Soll werts,
• Anlegen eines Schaltsignals (XS) an den fünften Anschuss (11-5) ent sprechend dem Schaltersteuerungssignal.
3. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Be triebssteuerungsvorrichtung (15-1) für die Betriebsart Slave zum Einsteuern folgender Vorgänge ausgelegt ist:
In der Initialisierungsphase (31)
• bei der Auswertung der anliegenden Leistung Empfangen des Pha sensignals (31-2X) vom fünften Anschluss (11-5),
• Vergleichen eines die Phasenauswertung der anliegenden elektri schen Leistung widerspiegelndes Signals (31-2S) mit dem empfangenen Pha sensignal (31-2X) und gegebenenfalls Erzeugen eines Fehlersignals (XF), in der Steuerungsphase (32) • Empfangen des Schaltsignals (XS) vom fünften Anschluss (11-5),
• In der Schaltvorrichtungssteuerungsschaltung (15-2) Erzeugen des Schaltersteuerungssignals (S) nach Maßgabe des empfangenen Schaltsignals.
4. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem sechsten Anschuss (11-6) für eine Signalleitung (22) zu einer externen Steuerungs vorrichtung (50), wobei die Initialisierungsphase (31) und optional die Steuerungsphase (32) durch Signale (XI, X2) vom sechsten Anschuss (11-6) ausgelöst werden.
5. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Betriebsartsetzeinrichtung (23) zum Setzen einer elektronisch abfragbaren Be triebsartfestlegung zur Festlegung der Betriebsart Master oder Slave, wobei die Betriebs artfestlegung bei der Herstellung und/oder beim Verbau und/oder während des Betriebs der Leistungssteuerungsschaltung (10) setzbar ist.
6. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Steuerungsmodussetzeinrichtung (24) zum Setzen einer elektronisch abfragbaren Steuerungsmodusfestlegung in der Initialisierungsphase (31) zur Festlegung des Phasen anschnittsteuerungsmodus oder des Phasenabschnittsteuerungsmodus nach Maßgabe des Ergebnisses der Untersuchung der an die Leistungssteuerungsschaltung (10) ange schlossenen Last (3).
7. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer digitalen Steuerungsvorrichtung, die die Steuerungsvorrichtung (15) ganz oder teilweise implementieren kann, zur Steuerung eines oder mehrerer der folgenden Vor gänge:
• Erzeugen zu sendender und/oder Auswerten empfangener Signale (S, I, X), • Kommunikation mit einer weiteren Leistungssteuerungsschaltung
(10),
• Kommunikation mit einer übergeordneten externen Steuerungsvor richtung (50), insbesondere Senden von Signalen an sie oder Empfangen von Signalen von ihr,
• Steuerung der Lastprüfung nach einem vorgegebenen Ablauf,
• Steuerung des Auslesens der Betriebsartfestlegung und/oder der Steuerungsmodusfestlegung
• Vergleichen eines selbst ermittelten Phasensignals mit einem emp fangenen Phasensignal,
• Freigeben oder Unterbrechen der Leistungssteuerung.
8. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem ersten Drahtloskoppler am fünften Anschuss (11-5) zur galvanischen Entkopplung des Signals am fünften Anschluss (11-5), der Teil einer standardisierten Schnittstelle sein kann oder ein Analogsignal übermitteln kann, und/oder mit einem zweiten Drahtloskopp ler am sechsten Anschuss (11-6) zur galvanischen Entkopplung des Signals am sechsten Anschluss (11-6), wobei der sechste Anschuss (11-6) Teil einer UART-Schnittstelle sein kann.
9. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem vierten Anschuss (11-4) für die Eingabe eines Leistungssteuerungssollwerts und optional einem dritten Anschuss (11-3) zum Anschließen einer die elektrische Leistung von der Quelle zum Verbraucher führenden zweien elektrischen Leitung (2).
10. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach Anspruch 9 mit einer Wähleinrich tung (41) zum Wählen der Erzeugung des Schaltsteuerungssignals (S) entweder nach Maßgabe des Signals (XS) am fünften Anschuss (11-1) oder nach Maßgabe des Signals vom vierten oder sechsten Anschluss (11-4, 11-6).
11. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die elektronisch gesteuerte Schaltvorrichtung (12) einen oder mehrere FETs, MOSFETs, Transistoren oder IGBTs aufweist.
12. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Fehlerbehandlungseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, einen Fehler zu erkennen, insbesondere nicht übereinstimmende Phasen in den ersten Leitungen (1) an den über den fünften Anschuss (11-1) miteinander verbundenen Leistungssteuerungsschaltungen (10), und dann ein Fehlersignal auszugeben, und wobei die Betriebssteuerungsvorrich tung dazu ausgelegt ist, auf ein Unterbrechungssignal hin die Leistungszufuhr zu unter binden, wobei das Unterbrechungssignal das Fehlersignal sein kann oder auf ein ausgege benes Fehlersignal hin intern oder extern erzeugt werden kann.
13. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Betriebssteuerungsvorrichtung (15-1) dazu ausgelegt ist, die Initialisierungs phase (31) einzusteuern, wenn elektrische Leistung an die Leistungssteuerungsschaltung (10) angelegt wird und/oder wiederholt zeitgesteuert und/oder ereignisgesteuert, insbe sondere beim Anschalten der Leistungssteuerungsschaltun (10) oder auf ein von extern empfangenes Signal (XI) hin.
14. Leistungssteuerungsschaltung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer mit Software oder als Hardware implementierten Verzögerungsvorrichtung zur Verzögerung des Schaltersteuerungssignals (S) für den Halbleiterschalter.
15. Leistungssteuerungsschaltungssystem mit mehreren Leistungssteuerungs schaltungen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, von denen eine einzige für den Betrieb als Master und die übrigen für den Betrieb als Slave eingestellt und/oder augelegt sind, und wobei die Leistungssteuerungsschaltungen (10) in galvanisch nicht verbundene erste elektrische Leitungen (1) von Verbrauchern eingeschaltet sind oder parallel geschal tete erste und zweite Anschlüsse (11-1, 11-2) haben, mittels derer sie in eine erste elekt rische Leitung (1) eingeschaltet sind.
16. Leistungssteuerungsverfahren zur Steuerung der Leistung in einer elektrische Last (3), bei dem mindestens zwei Leistungssteuerungsschaltungen (10) parallel zueinan der in eine aufgetrennte, elektrische Leistung von einer Quelle zu einem Verbraucher führenden ersten elektrischen Leitung (1) eingeschaltet werden und über eine Signallei tung (21) untereinander Signale derart austauschen, dass in eine Initialisierungsphase (31) zwischen den Leistungssteuerungsschaltungen (10) wenigstens ein eine Phaseninformation tragendes Signal kommuniziert und in einer der Leistungssteuerungsschaltungen (10) eine Phasenbeziehung geprüft wird, und in einer Steuerungsphase (32) nach der Initialisierungsphase (31) in einer der Leistungssteuerungsschaltungen (10) die Leistung nach Maßgabe eines von der anderen der Leistungssteuerungsschaltungen (10) über die Signalleitung (21) kommunizierten Schaltsignals gesteuert wird.
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