具体实施方式
在以下详细描述中，陈述许多特定细节以提供对关于针对电性器具的电力线通信控制所主张的标的物的彻底理解。然而，所属领域的技术人员将了解，可在没有这些特定细节的情况下实践所主张的标的物。在其它例子中，未详细描述众所周知的方法、程序和组件以免混淆所主张的标的物。
本文揭示一种用于经由电力线传送控制数据以控制下游电性器具的装置和方法。在各种实施例中，作为交流电(AC)上的点火相角来传送控制数据。点火相角表示AC正弦波的由点火相角控制电路“切断”的部分。点火相角是通过触发耦合到电力线的半导体闸流管以仅在AC正弦波上的某些点处传导AC来控制。因此，AC被切开，因为AC正弦波的一些部分未传导或被半导体闸流管切断。AC正弦波的被切断部分的量度称为点火相角。举例来说，如果点火相角为10°，那么半导体闸流管将经触发以在AC正弦波的相位达到10°之后传导AC。此类点火相角控制电路通常用于调光器开关中以控制递送到负载的电流量。AC正弦波的被切断部分越大，则递送到负载的电流越少。点火相角可通过本文更详细论述的多种机制来检测。经由电力线传送的点火相角的检测使远程接收器能够依据点火相角来解码用于控制电性器具的控制数据。
图1说明包括经修改点火相角φ的AC正弦波100。修改AC源的点火相角φ实现控制所递送到负载的能量的量，因为能量与点火相角成反比。因此，三端双向可控硅开关元件调光器通过控制AC源的点火相角而控制白炽灯的强度。
点火相角可通过多种方法来修改。在一个实施例中，点火相角控制电路修改AC的点火相角。此控制电路包括可变电阻器、点火电容器和半导体闸流管(或“三端双向可控硅开关元件”)，且通过在交流电正弦波循环中的某些点处触发半导体闸流管来操作。半导体闸流管直到脉冲递送到其栅极才可传导。在交流电正弦波的每半个循环期间，点火控制电路将脉冲递送到半导体闸流管栅极，从而接通半导体闸流管。所递送到负载的能量是通过控制点火相角φ来控制。正弦波的耦合到负载的部分越大，则所递送的能量越多。零交叉事件每正弦波循环发生两次。点火相角可从针对最大功率的0°变化到针对最小功率递送的180°。
在控制电路中，当AC颠倒方向时，零电压穿过半导体闸流管且半导体闸流管断开。半导体闸流管当由从点火电容器所发送的脉冲触发时将开始传导非零AC。放电促使半导体闸流管传导交流电的相位或半个循环的剩余部分，直到AC再次改变方向并通过零从而使半导体闸流管断开为止。电容器可耦合到可变电阻器，所述可变电阻器可经调节以增加或减小对进入点火电容器的线路中的电流的电阻。当在点火电容器上建立足够的电荷时，脉冲将被发送到半导体闸流管。线路中的电阻越多，则电容器充电所花费的时间越长且因此点火相角越大。点火相角控制调光器电路中的能量流动。在一实施例中，AC源的点火相角的修改实现在电力线中携载信息。
在一个实施例中，AC源的点火相角经修改以实现在电力线中传送数据来控制下游电性器具。控制数据映射到特定点火相角，例如5°、10°、15°和20°的集合。例如模拟或数字定时器单元或微控制器或微处理器上的定时机制等下游电路测量点火相角，并导出与所测量的点火相角相关联的一个或一个以上预定数据位。在一个实施例中，存储器中的表包含点火相角与数据位的关联，或点火相角与特定命令的关联。所属领域的一般技术人员将了解，存在许多其它可能的机制以将点火相角转换为若干位，且所主张的标的物在此方面不受限制。
在一个实施例中，点火相角信息包括特定数目的位。举例来说，例如点火相角集合{5°、10°、15°和20°}等四个点火相角的集合可编码两个数据位。这些数据位的重建可通过使用用于堆叠数据位的适宜机制(例如，移位寄存器)来获得。一旦移位寄存器例如累积了组成一字节的预定数目的位，微处理器或微控制器就读取所述字节。一旦读取所述字节，微处理器就进一步处理信息。
在另一实施例中，微处理器将连续数据位解译为字节，且接着将连续数据字节解译为数据包。此包接着经解码以便获得关于LED显示器的属性、照明布置和/或待控制的其它电性器具的信息。微控制器接着使用传入的数据实施控制命令。在一个实施例中，传入的数据用于设定LED灯输出的参数，例如强度、颜色坐标和/或其它属性。
在一个实施例中，表示控制数据的点火相角可在从0°到180°的整个AC半循环上的范围内，或范围可在半循环的较小部分内，例如0°到30°之间。
控制点火相角范围实现经由电力线传送数据，同时使对被控制的下游器具的功率因数的影响最小化(功率因数要求参看图3更详细论述)。在一个实施例中，微控制器即使当经编码数据流不再存在于电力线上时也维持先前命令。此特征可在通信无效时实施高功率因数。
图2说明可叠加到现有家庭或办公室调光器电路中的电力线通信电路100的一个实施例。电路100实现将电性器具控制命令从用户接口104传送到装置驱动器108。在一个实施例中，AC源在节点116处进入电路100并流动到三端双向可控硅开关元件121。点火控制电路102改变AC源的点火相角。在一个实施例中，点火相角在离散范围内变化；在另一实施例中，点火相角在AC源的整个半循环上变化。AC源作为电压或电流提供到节点116。
在一个实施例中，电性器具控制命令经由电力线传送以控制一个或一个以上下游电性器具118。电性器具控制命令可包括与多种电性器具操作相关联的命令。此类操作可包括改变定时器、改变相机角度、开/关控制、改变光强度和颜色、增加或减小室温、改变音频音量和/或激活警报系统，且所主张的标的物在此方面不受限制。
在一个实施例中，点火控制电路102与用户接口104通信。用户接口104可操作以接收指示电性器具控制命令的用户输入，并将所述命令转译为将以预定点火相角的形式传输的数据。在一个实施例中，用户接口104将数据串行化并将其分裂为包括代表n个位的一个或一个以上点火相角的一个或一个以上块。用户接口104将n个位映射到点火相角的集合。点火控制电路102又将点火相角编码到传入的AC上。因此，点火控制电路102通过改变AC的点火相角来编码用户的命令以将其经由电力线120传送到下游电性器具。在一个实施例中，点火控制电路102根据指定的点火相角集合以数据位编码AC。然而，这仅是通过修改点火相角来接收并转译待在AC上编码的数据的方法的一实例，且所主张的标的物不限于此。
在一个实施例中，点火相角控制电路102和用户接口104是单一单元而不是单独的单元。在另一实施例中，点火控制电路102直接从用户接口104接收用户输入，并处理串行化并映射待传输的数据的命令。在又一实施例中，用户接口104传输由制造商针对特定实施方案预设的数据或命令。
在特定实施例中，用户接口104可包括多种输入装置，例如旋钮、按钮、键盘、小键盘、个人计算机、无线移动装置、开关、语音识别模块和/或触摸屏，且所主张的标的物在此方面不受限制。在一个实施例中，用户接口104包括用于处理用户输入(例如)以串行化和/或映射供传输的数据的微处理器(未图示)。在另一实施例中，用户接口104接收用户输入并将其在未经处理的情况下传送到点火控制电路102。举例来说，如果点火控制电路102是可变电阻器装置或电位计，那么用户可简单地移动控制杆或转动旋钮，且改变对进入三端双向可控硅开关元件121的AC的电阻。点火控制电路102又将所述电阻转译为一个或一个以上点火相角。
在一个实施例中，点火控制电路102以表示待编码的一个或一个以上值的一个或一个以上点火相角集合来调制AC。例如集合长度和内容等点火相角集合的参数可通过多种协议来界定，且所主张的标的物在此方面不受限制。
在一个实施例中，经调制AC可经由电力线120流动到转换器106。转换器106可将经调制AC转换为脉动直流电(DC)。此转换器106可包括例如桥式整流器等多种装置，且所主张的标的物在此方面不受限制。
根据一个实施例，脉动DC可流动到检测器112。检测器112可包括多种装置，其可操作以在脉动DC离开转换器106之后检测脉动DC(电压或电流)的点火相角。举例来说，检测装置可包括经耦合到微控制器或微处理器单元的定时单元和/或零检测器，且所主张的标的物在此方面不受限制。例如可编程芯片上系统等可配置产品也可用于实施微控制器功能。此微控制器单元通过测量DC线上的零交叉与三端双向可控硅开关元件点火的瞬间(如DC线上的电压突然增加所指示)之间的时间来操作。参看图2a，在替代实施例中，检测器112可直接耦合到电力线120，且可操作以在经由转换器106转换为DC之前从AC线检测点火相角。
根据一个实施例，位恢复单元114可以是检测器112的一部分，或可为单独的单元。检测器112通过所属领域的技术人员已知的多种方法将检测到的点火相角传送到位恢复单元114，且所主张的标的物在此方面不受限制。位恢复单元114可例如通过存取所存储在存储器中的表而将点火相角解码为一个或一个以上数据位。
在一个实施例中，位恢复单元114将经解码数据位传送到控制器单元110。控制器单元110处理数据位以导出控制命令，控制器单元110与驱动器108一起使用所述控制命令来控制LED器具118。在一个实施例中，控制器110包括例如微控制器和/或PSoC等多种装置，且所主张的标的物在此方面不受限制。
驱动器108控制电性器具118的各种操作，并执行从用户输入装置104经由电力线120传输的电性器具控制命令。然而，这仅是用于将电性器具控制命令从用户输入装置传送到器具的电子电路的一实例，且所主张的标的物在此方面不受限制。
图3说明用于将控制命令信号传送到发光二极管(LED)阵列的电力线通信系统300的一个实施例。在一个实施例中，系统300包括AC源312、电力线310、用户接口301、发射器302、接收器304、LED驱动器306，和串联连接以形成LED阵列的多个LED 308。在另一实施例中，LED 308可并联连接。
在一个实施例中，用户可经由用户接口301输入电性器具控制命令。在另一实施例中，用户接口301可包括微处理器，其可操作为经预编程以在预定时间或基于预定触发(例如，感测到周围温度已下降到阈值以下)而传输电性器具控制命令。
在又一实施例中，用户接口301耦合到或包括一个或一个以上传感器，且可操作以基于多种变量的检测而传输电性器具控制命令。举例来说，可响应于检测到周围温度的变化而发送温度控制命令，且/或可响应于检测到周围光强度的变化而发送光强度控制命令，且所主张的标的物在此方面不受限制。
在一个实施例中，用户接口301将控制命令和用于经由电力线310传输的其它数据映射到一个或一个以上点火相角。发射器302从用户接口301接收点火相角修改指令。AC源312耦合到发射器302以供应AC信号(例如，电压或电流)。发射器302包括点火相角控制电路(未图示)，其调制一个或一个以上点火相角以将数据编码到AC上。
在一个实施例中，发射器302将下游的数据经由电力线310传输到接收器304，其中接收并解调经调制信号以解码所传输的数据位。接收器304将数据位传送到LED驱动器306。LED驱动器306包括用于处理数据位以导出操作LED 308的电性器具控制命令的微处理器和/或PSoC。点火相角可由模拟或数字滤波器滤波以防止噪声或抖动在电路中产生失真。在一个实施例中，模拟滤波器位于接收器304中。在另一实施例中，数字滤波器位于LED驱动器306中。
在一个实施例中，LED驱动器306执行电性器具控制命令。此类控制命令可包括用于多种LED操作中任一者的指令。此类操作可包含控制颜色、光强度、开/关定时和/或定位，且所主张的标的物在此方面不受限制。
系统300进一步可操作以使对LED 308的功率因数的影响最小化。功率因数是有效功率与视在功率的比率的量度，且可由0与1之间的数字来表示。功率因数越低，则传输线路中的功率损耗越大。功率损耗增加功率消耗，从而使运行低功率因数装置的成本增加。具有较接近1的功率因数的电性器具是合乎需要的。
当点火相角增加时，功率因数减小。在电力线通信期间使点火相角最小化可实现在不引起较大功率损耗的情况下对电子装置供电。根据一个实施例，LED 308具有0.7-0.9范围内的功率因数。为了最小化或防止进一步功率因数减小，发射器302可在半循环的小范围内(例如，约0°到10°之间)调制交流电。在此情况下，因调制到达LED 308的交流电而引起的功率损耗被减小可忽略的量，使得LED器具内部的经调整电流或电压源可补偿所述变化。点火相角的此较精细粒度调制实现具有高功率因数要求的电子装置(例如，LED308)中的AC点火相角调制。在特定实施例中，功率因数校正还可减轻归因于AC点火相角调制的功率因数的减小。
如上文描述的电力线通信可以间歇性为基础操作，从而进一步改进功率因数比。举例来说，点火控制电路102(见图2)的一实施例采用微处理器单元，所述微处理器单元在条件变化之后仅传输属性一次。条件变化可包含(不限于)当被用户改变时颜色设置的变化。此间歇性传输通过使电力线上的电压和电流仅在非常短的时间内失真来改进功率因数。
AC点火相角调制的精细粒度控制可实现LED 308的光输出的波动或变化的减少。并且，与使用常规三端双向可控硅开关元件调光器控制的LED相比，小范围内点火相角的调制可减少LED 308的谐波含量。分裂AC可减少或另外改变系统300的电磁干扰特征，且可减少多个LED控制器(如果存在的话)之间的交互。
图4说明用于经由电力线的通信的过程400的一实施例。过程400在框401处开始，其中用户和/或经预编程装置可产生命令控制数据以经由电力线传输到电子装置。在402处，通过改变交流电的点火相角而在交流电上编码数据。通过调制单一点火相角和/或通过调制点火相角的集合来编码数据以发送控制数据。
过程400进行到框404，其中经由AC将数据传输到点火相角检测单元。在框406处，通过多种方法，例如通过测量零交叉和/或通过测量定时来检测点火相角，且所主张的标的物在此方面不受限制。在一个实施例中，检测单元在转换为DC之前检测AC线上的点火相角。在另一实施例中，检测单元在AC通过转换器单元之后检测DC线上的点火相角，且所主张的标的物在此方面不受限制。
过程400进行到框408，其中通过多种解调技术导出对应于检测到的点火相角的位值，且将所述位值传送到控制器。在框410处，控制器处理数据以解码数据位并将数据位映射到特定命令。将特定命令和伴随的控制信号传送到LED器具以控制LED 308。
本发明的实施例较好地适于执行各种其它过程或本文叙述的过程的变化，且以不同于本文描绘和/或描述次序的次序执行。在一个实施例中，此过程由处理器和其它电以及电子组件实行，例如执行包括包含在计算机可用媒体中的代码的计算机可读以及计算机可执行指令。
应了解。贯穿于本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，强调且应了解，本说明书的各个部分中对“一实施例”或“一个实施例”或“一替代实施例”的两个或两个以上参考不一定全部指代相同实施例。此外，所述特定特征、结构或特性可在本发明的一个或一个以上实施例中适当地组合。
类似地，应了解，在本发明的示范性实施例的以上描述中，本发明的各种特征有时在单一实施例、图式或其描述中出于使揭示内容流线型化的目的分组在一起，从而辅助理解各个发明方面中的一者或一者以上。然而，此揭示方法不应解释为反映所主张的发明需要比每一权利要求中明确陈述的特征多的特征的意图。事实上，如所附权利要求书所反映，发明方面在于单一以上揭示的实施例的少于所有特征中。因此，详细描述内容的所附权利要求书明确地并入此描述内容中，其中每一权利要求作为本发明的单独实施例是独立的。