用于数字电子调光镇流器的通信电路.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200880012675.0

申请日:

2008.04.08

公开号:

CN101663920A

公开日:

2010.03.03

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H05B 37/02申请公布日:20100303|||实质审查的生效IPC(主分类):H05B 37/02申请日:20080408|||公开

IPC分类号:

H05B37/02; H04L25/02

主分类号:

H05B37/02

申请人:

卢特龙电子公司

发明人:

文卡特什·基塔; 埃利克·德沃尔金; 德拉甘·韦斯科维奇

地址:

美国宾夕法尼亚州

优先权:

2007.4.18 US 11/787,934

专利代理机构:

中原信达知识产权代理有限责任公司

代理人:

关兆辉;谢丽娜

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内容摘要

一种用于电子调光镇流器的通信电路,提供高压错接保护和发射的数字信号的改善的上升和下降时间。该电子调光镇流器包括控制电路,该控制电路经由通信电路被耦合到数字通信链路,例如,DALI通信链路。该通信电路包括接收电路,该接收电路用于检测何时短路数字镇流器通信链路,以及用于向控制电路提供接收到的数字消息。该通信电路还包括发射电路,该发射电路用于响应于该控制电路来短路通信链路。该通信电路还包括高压故障保护电路,该高压故障保护电路用于保护通信电路的电路不受在通信电路的高压电源电压时的影响。该通信电路可操作成可靠地发射具有改善的上升和下降时间的数字消息。当该通信电路交替处于空闲状态和活动状态时,该通信电路牵引可接受的电流量。

权利要求书

1: 一种用于负载控制器件的通信电路,所述负载控制器件有效地 被耦合到具有两个导体的通信链路,通过使所述通信链路在空闲状态 和活动状态之间交替变化使所述负载控制器件有效地发射数字消息, 其中,在所述空闲状态中,跨所述通信链路上的所述导体两端产生链 路电压;在所述活动状态中,所述通信链路的所述导体处于基本上相 同的电势,所述通信电路包括: 接收电路,所述接收电路被耦合在所述通信链路的所述导体之间, 当所述通信链路处于所述空闲状态时,所述接收电路有效地传导空闲 电流;以及 发射电路,所述发射电路被耦合在所述通信链路的所述导体之间, 所述发射电路包括: 光耦合器,所述光耦合器具有输入和输出,所述输出包括光电晶 体管,并且当由输入电流来驱动所述输入时所述输出有效地成为导通 的,在成为导通之后所述输出有效地立刻传导所述空闲电流; 电压钳,所述电压钳跨接所述光耦合器的所述输出,所述电压钳 有效地在所述空闲状态中钳住跨在所述光耦合器的所述输出上的电 压; 可控导电器件,所述可控导电器件响应于所述光耦合器的所述输 出,以便:当所述光耦合器的所述输出导通时将所述通信链路的所述 导体电气地耦合在一起、并且当所述输出不导通时停止电气地连接所 述通信链路的所述导体;以及 电流源,所述电流源被耦合到所述光耦合器件的所述光电晶体管, 当所述可控导电器件将所述通信链路的所述导体电气地耦合在一起 时,所述电流源有效地生成源电流; 其中,在所述活动状态中,所述光耦合器的所述输出有效地传导 所述源电流的第一部分,并且所述电压钳有效地传导所述源电流的第 二部分,使得所述光耦合器的所述光电晶体管保持在操作的工作区。
2: 根据权利要求1所述的通信电路,其中,所述电压钳将跨在所 述光耦合器的所述输出上的电压限制为大约两个二极管的压降。
3: 根据权利要求2所述的通信电路,其中,所述发射电路进一步 包括:NPN双极结型晶体管,所述NPN双极结型晶体管使基极耦合到 所述光电晶体管的射极,以并联的电气连接的方式将所述光电晶体管 的集电极-射极结和所述NPN晶体管的基极-射极结的串联组合与所述 电压钳相耦合,当所述光耦合器的所述光电晶体管导通时所述NPN晶 体管有效地变成导通,当所述NPN晶体管导通时,所述可控导电器件 响应于所述NPN晶体管变成导通。
4: 根据权利要求3所述的通信电路,其中,所述可控导电器件包 括第一PNP双极结型晶体管,并且所述发射电路进一步包括二极管, 所述二极管的阴极耦合到所述NPN晶体管的集电极、而阳极耦合到所 述第一PNP晶体管的基极,使得当所述NPN晶体管导通时,电流传导 通过所述第一PNP晶体管的所述基极。
5: 根据权利要求4所述的通信电路,其中,以串联的电气连接的 方式将所述光耦合器的所述输出和所述电流源的串联组合耦合在所述 通信链路的所述导体之间。
6: 根据权利要求5所述的通信电路,其中,所述电流源包括:第 二PNP双极型晶体管,所述第二PNP双极型晶体管的集电极耦合到所 述光耦合器的所述光电晶体管的集电极;第一电阻器,所述第一电阻 器被耦合到所述第二PNP晶体管的射极;以及第二电阻器,所述第二 电阻器被串联地耦合在所述第二PNP晶体管的基极和所述二极管的阴 极之间,以并联的电气连接的方式将所述第一电阻器、所述第二PNP 晶体管的射极-基极结和所述第二电阻器的串联组合与所述第一PNP晶 体管的射极-基极结和所述二极管的串联组合相耦合。
7: 根据权利要求6所述的通信电路,其中,所述源电流由所述第 一电阻器生成,并且当所述第一PNP晶体管导通时,通过所述第二PNP 晶体管将所述源电流提供给所述光耦合器的所述光电晶体管。
8: 根据权利要求7所述的通信电路,其中,所述源电流约为5毫 安,并且通过所述光耦合器的所述光电晶体管所传导的所述源电流的 所述第一部分约为2毫安。
9: 根据权利要求3所述的通信电路,其中,当所述光电晶体管导 通时,跨在所述光耦合器的所述输出上的电压等于约一个二极管的压 降。
10: 根据权利要求9所述的通信电路,其中,跨在所述光耦合器 的所述输出上的所述电压约等于两个二极管的压降,使得跨在所述光 耦合器的所述输出上的所述电压摆幅约等于一个二极管的压降。
11: 根据权利要求2所述的通信电路,其中,所述电压钳包括两 个串联连接的二极管。
12: 根据权利要求1所述的通信电路,其中,所述可控导电器件 包括半导体开关。
13: 根据权利要求12所述的通信电路,其中,所述半导体开关包 括双极结型晶体管。
14: 根据权利要求1所述的通信电路,其中,所述电压钳包括齐 纳二极管。
15: 根据权利要求1所述的通信电路,其中,所述数字消息的上 升时间约为10-15μsec。
16: 一种用于保护负载控制器件的通信电路的高压故障保护电 路,所述负载控制器件的通信电路经由第一和第二端子被耦合到数字 通信链路,所述故障保护电路有效地耦合到所述负载控制器件的所述 第一和第二端子,所述故障保护电路包括: 可控导电器件,所述可控导电器件具有两个主负载端子和控制输 入,以串联的电气连接的方式将所述主负载端子耦合在所述通信电路 和所述负载控制器件的所述第二端子之间,当跨在所述第一和第二端 子上提供了具有小于预定阈值的强度的第一电压时,使所述可控导电 器件导通;当跨在所述第一和第二端子上提供了具有大于所述预定阈 值的强度的第二电压时,所述可控导电器件有效地变成不导通的,并 且断开所述通信电路和所述第二端子的连接。
17: 根据权利要求16所述的故障保护电路,进一步包括: 接通电路,所述接通电路被耦合在所述第一端子和所述可控导电 器件的所述控制输入之间,当跨在所述第一和第二端子上提供了所述 第一电压时,所述接通电路有效地向所述可控导电器件的所述控制输 入提供驱动电压;以及 关断电路,所述关断电路被耦合在所述第一端子和所述可控导电 器件的所述控制输入之间,当跨在所述第一和第二端子上提供了所述 第二电压时,所述关断电路有效地防止将所述驱动电压传递到所述可 控导电器件的所述控制输入。
18: 根据权利要求17所述的故障保护电路,其中,所述接通电路 包括电阻器、电容器和齐纳二极管,所述电容器被耦合到所述可控导 电器件的所述控制输入,使得跨所述电容器产生所述驱动电压,以并 联的电气连接的方式将所述齐纳二极管与所述电容器相耦合,以限制 所述驱动电压的强度。
19: 根据权利要求18所述的故障保护电路,其中,所述关断电路 包括:晶体管,所述晶体管被耦合到所述可控导电器件的所述控制输 入;以及齐纳二极管,所述齐纳二极管被耦合在所述第一端子和所述 晶体管的基极之间,使得当跨在所述第一和第二端子上提供了所述第 二电压时,所述齐纳二极管有效地传导电流进入所述晶体管的所述基 极,由此所述晶体管成为导通的,以从所述可控导电器件的所述控制 输入移除所述驱动电压。
20: 根据权利要求16所述的故障保护电路,其中,所述可控导电 器件包括半导体开关。
21: 根据权利要求20所述的故障保护电路,其中,所述半导体开 关包括高压场效应晶体管。
22: 一种用于负载控制器件的通信电路,所述负载控制器件有效 地被耦合到具有两个导体的通信链路,通过使所述通信链路在空闲状 态和活动状态之间改变使所述负载控制器件有效地发射数字消息,其 中,在所述空闲状态中,跨在所述通信链路的所述导体上产生第一电 压;在所述活动状态中,所述通信链路的所述导体处于基本上相同的 电势,所述通信电路包括: 接收电路,所述接收电路被耦合在所述通信链路的所述导体之间, 所述接收电路有效地传导空闲电流; 发射电路,所述发射电路被耦合在所述通信链路的所述导体之间, 所述发射电路包括:光耦合器,所述光耦合器具有用于提供输出的光 电晶体管;电压钳,在所述空闲状态中所述电压钳有效地钳住跨在所 述光耦合器的输出上的电压;可控导电器件,所述可控导电器件对所 述光耦合器的所述输出作出响应,以便当所述光耦合器的所述输出导 通时将所述通信链路的所述导体电气地耦合在一起;以及电流源,所 述电流源有效地向所述光耦合器的所述光电晶体管提供剩余电流,使 得当所述光电晶体管导通时,将所述光电晶体管保持在工作区中;以 及 故障保护电路,所述故障保护电路被有效地耦合在所述通信链路 的所述导体之间,并且有效地保护所述接收和发射电路,所述故障保 护电路包括:可控导电器件,所述可控导电器件被耦合在所述接收和 发射电路以及所述通信链路的导体的第二个之间,当跨在所述通信链 路的所述导体上提供了所述第一电压时,使所述可控导电器件导通, 当跨在第一和第二端子上提供了第二电压时,使所述可控导电器件不 导通,所述第一电压具有小于预定阈值的强度,所述第二电压具有大 于所述预定阈值的强度。
23: 根据权利要求22所述的通信电路,其中,所述发射电路进一 步包括限流电路,所述限流电路用于限制通过所述可控导电器件的电 流的强度。
24: 根据权利要求23所述的通信电路,其中,如果所述可控导电 器件导通并且跨在所述第一和第二端子上提供了所述第二电压,则所 述限流电路限制通过所述可控导电器件的电流的强度,跨所述可控导 电器件的电压增加,并且所述故障保护电路随后将所述发射电路与所 述通信链路的所述导体的第二个断开连接。
25: 一种经由具有两个导体的通信链路从通信电路发射数字消息 的方法,所述方法包括下述步骤: 当所述通信链路处于空闲状态时,牵引空闲电流; 提供具有输入和输出的光耦合器,所述输出包括光电晶体管; 限制跨在所述光耦合器的所述输出上所产生的电压; 驱动所述光耦合器的所述输入,使得所述光耦合器的所述输出有 效地传导驱动电流; 响应于所述驱动所述光耦合器的所述输入的步骤,电气地连接所 述通信链路的所述两个导体,以使所述通信链路从空闲状态改变为短 路状态; 当所述光电晶体管正在传导所述驱动电流时,向所述光电晶体管 提供源电流,以使所述光电晶体管保持在操作的工作区中;以及 停止驱动所述光耦合器的所述输入,使得所述光耦合器的所述输 出停止传导所述驱动电流。
26: 根据权利要求25所述的方法,其中,所述驱动电流具有基本 上与所述空闲电流的强度相同的初始强度。
27: 根据权利要求25所述的方法,其中,所述源电流的强度大于 所述驱动电流的强度,所述方法进一步包括下述步骤: 为等于所述源电流和所述驱动电流之间的差的剩余电流提供电流 通路。
28: 一种保护负载控制器件的通信电路的方法,所述负载控制器 件有效地经由两个端子被耦合到数字通信链路,所述方法包括下述步 骤: 经由所述两个端子将所述通信电路耦合到所述数字通信链路; 提供可控导电器件,所述可控导电器件被有效地耦合在所述通信 电路和所述两个端子的一个之间; 确定所述两个端子之间所产生的电压是否超过预定阈值;以及 响应于所述确定步骤,使所述可控导电器件变成不导通,以将所 述通信电路与所述两个端子的一个断开。

说明书


用于数字电子调光镇流器的通信电路

    【相关申请的交叉引用】

    本申请要求2007年4月18日提交的美国专利申请11/787,934的优先权,其全部内容通过引用并入这里。

    【技术领域】

    本发明涉及可操作成(有效地)耦合到通信链路的电子调光镇流器,具体地,涉及用于电子调光镇流器的通信电路,该通信电路提供高压错接(miswire)保护和发射数字信号的改善的上升和下降时间。

    背景技术

    典型的负载控制系统有效地控制从交流(AC)电源传递到诸如照明负载或电机负载的电气负载的功率量。用于荧光灯的照明控制系统包括多个电子调光镇流器,该多个电子调光镇流器有效地经由数字通信链路来进行通信。例如,该镇流器可以使用工业标准的数字可寻址照明接口(DALI)通信协议来进行通信。DALI协议允许对照明控制系统中的每个镇流器指配唯一的数字地址、通过配置信息(例如,预设的照明亮度)来编程该镇流器,以及响应于跨接在该通信链路两端所发射的命令来控制荧光灯。

    标准的DALI照明控制系统包括链路电源,该链路电源生成直流(DC)链路电压VLINK,该链路电源对DALI通信链路供电。DALI通信链路包括两个导体(即,两根导线),并且该DALI通信链路被耦合到镇流器的每一个,使得每个镇流器接收链路电源的DC链路电压VLINK。该镇流器还被耦合到AC电源,以接收用于对荧光灯供电的线路电压(例如,120或277VAC)。为了简化安装,经常将DALI通信链路的两个导体安装在与高压AC配线(即,线路电压)相同的通道或导线管中。因此,DALI通信链路的导体常常被归类为“高压”导体。

    每个DALI镇流器都包括微处理器,该微处理器用于处理与其它DALI镇流器的通信和用于控制电路的操作,该电路控制连接的灯的亮度。DALI镇流器的每一个中的通信电路将该微处理器耦合到DALI通信链路。该通信电路优选地包括至少两个光耦合器,该光耦合器用于将接收的数字消息提供给微处理器,并且用于提供要在DALI通信链路上发射的数字消息。该光耦合器提供了在DALI通信链路的导体和微处理器之间的隔离。

    根据DALI协议,DALI镇流器使用曼彻斯特编码来对在通信链路上发射的数字消息进行编码。通过曼彻斯特编码,在通信链路上的信号跳变(即,边沿)中对数字消息的位(即,逻辑0值或逻辑1值的任何一个)进行编码。当没有消息在通信链路上发射时,链路在空闲状态中浮置于高电平。为了发射逻辑1值,每个DALI镇流器的通信电路有效地“短路”通信链路(即,电气地连接链路的两个导体),以使通信链路从空闲状态(即,18VDC)改变成短路状态(即,“高-到-低”跳变)。相反地,为了发射逻辑0值,通信电路有效地使通信链路从短路状态跳变到空闲状态(即,“低-到-高”跳变)。

    在共同受让的未决的2004年4月14日提交的标题为“MULTIPLE-INPUT ELECTRONIC BALLAST WITH PROCESSOR(具有处理器的多输入电子镇流器)”的美国专利申请No.10/824,248和2004年12月14日提交的标题为“DISTRIBUTED INTELLIGENCE

    BALLAST SYSTEM AND EXTENDED LIGHTING CONTROLPROTOCOL(分布式智能镇流器系统和扩展的照明控制协议)”的美国专利申请No.11/011,933中更加详细地描述了有效地耦合到通信链路和多个其它输入源的数字电子调光镇流器的示例。这两个申请的全部公开内容通过引用并入这里。

    DALI协议是通过依据国际电工委员会(IEC)公布的技术标准,具体地,是通过依据IEC标准60929A来标准化的,其定义了DALI镇流器的通信电路的许多必需的操作特性。该技术标准对DALI镇流器的电流牵引(draw)进行了限制。例如,当通信链路空闲时(即,18VDC),通信电路一定不能牵引大于2mA的电流。当通信电路正在发射时(即,使链路短路),DALI镇流器一定要牵引至少250mA的电流并且必须在通信链路的导体之间提供不大于4V的电压。该IEC标准还将数据信号的边沿的上升和下降时间限定在10μs和100μs之间。

    使用光耦合器来在DALI通信链路上发射数字消息常常使由DALI镇流器发射的数字消息容易受到长的上升和下降时间的影响。尽管光耦合器的制造商保证光耦合器的一些特性,诸如电流传输比(CTR),但是通常仅在特定的操作条件下指定上升和下降时间。因此,例如,当使用光耦合器来驱动DALI通信链路时,除非出现相同地操作条件,否则无法保证光耦合器的上升和下降时间。为了减小数据信号的上升和下降时间的长度以满足IEC标准,常常需要使用较大的电流来驱动光耦合器。然而,当链路空闲时,这些驱动电流不能超过最大空闲电流限制(即,2mA)。

    由于DALI通信链路的两个导体常常沿着镇流器的高压配线并排延伸(run),因此DALI通信链路的两个导体可能被错接到高压配线。许多现有技术的DALI镇流器的通信电路还没有受到保护不受高压(即,线路电压)错接的影响。一些现有技术的镇流器已经将所有高压额定组件简单地包括在通信电路中。然而,如果这样的通信电路在高压错接期间短路通信电路,则该通信电路容易受到由于生成的高电流而导致的损坏的影响。

    因此,需要一种DALI通信电路,该DALI通信电路能够可靠地发射具有在由IEC标准所定义的范围内的上升和下降时间的数字消息,同时还满足IEC标准的电流牵引限制。而且,需要一种DALI通信电路,该DALI通信电路能够在任何环境下被错接到诸如120或277VAC的高压电源电压(mains voltage),而不会损坏组件。

    【发明内容】

    根据本发明,一种用于负载控制器件的通信电路,包括:接收电路、发射电路和故障保护电路。该负载控制器件有效地被耦合到具有两个导体的通信链路。通过在空闲状态和活动状态之间改变通信链路,该负载控制器件有效地发射数字消息,其中,在空闲状态中,在跨接通信链路的导体上产生第一电压;在活动状态中,通信链路的导体处于基本上相同的电势。该接收电路被耦合在通信链路的导体之间,并且该发射电路被耦合在通信链路的导体之间。该发射电路包括:光耦合器,该光耦合器具有用于提供输出的光电晶体管;电压钳,该电压钳有效地在空闲状态中钳住跨光耦合器的输出的电压;可控导电器件,该可控导电器件对光耦合器的输出作出响应,以便当光耦合器的输出导通时将通信链路的导体电气地耦合在一起;以及电流源,该电流源有效地向该光耦合器的光电晶体管提供剩余电流,使得当光电晶体管导通时,将光电晶体管保持在工作区中。该故障保护电路被有效地耦合在通信链路的导体之间,并且有效地保护该接收和发射电路。该故障保护电路包括耦合在该接收和发射电路以及通信链路的导体的第二个之间的可控导电器件。当在跨接通信链路的导体上提供了第一电压时,使该可控导电器件导通,并且当在跨接第一和第二端子上提供了第二电压时,使该可控导电器件不导通。该第一电压具有小于预定阈值的强度,而该第二电压具有大于该预定阈值的强度。

    根据本发明的另一个实施例,一种用于负载控制器件的通信电路包括接收电路和发射电路。该负载控制器件有效地被耦合到具有两个导体的通信链路,并且有效地通过在空闲状态和活动状态之间交替变化使通信链路发射数字消息,其中,在空闲状态中,在跨接通信链路的导体上产生链路电压,并且在活动状态中,通信链路的导体处于基本上相同的电势。该接收电路被耦合在通信链路的导体之间、并且当通信链路处于空闲状态时有效地传导空闲电流。发射电路被耦合在通信链路的导体之间,并且包括:光耦合器、电压钳、可控导电器件以及电流源。该光耦合器具有输入和输出,该输出包括光电晶体管,并且当通过输入电流来驱动输入时该输出有效地变成为导通的。在成为导通的之后,该光耦合器的输出立刻有效地传导空闲电流。该电压钳跨接光耦合器的输出而耦合,并且在空闲状态中有效地钳住跨接光耦合器的输出的电压。该可控导电器件对光耦合器的输出作出响应,以便:当光耦合器的输出导通时将通信链路的导体电气地耦合在一起、而当该输出不导通时停止电气地连接通信链路的导体。该电流源被耦合到光耦合器的光电晶体管,并且当可控导电器件将通信链路的导体电气地耦合在一起时,该电流源有效地生成源电流。在活动状态中,光耦合器的输出有效地传导源电流的第一部分,并且电压钳有效地传导源电流的第二部分,使得光耦合器的光电晶体管保持在操作的工作区中。

    本发明进一步提供了一种用于保护负载控制器件的通信电路的高压故障保护电路。该负载控制器件经由第一和第二端子被耦合到数字通信链路。该故障保护电路被操作地耦合到负载控制器件的第一和第二端子。该故障保护电路包括:可控导电器件,该可控导电器件具有两个主负载端子和控制输入。该可控导电器件的主负载端子以串联的电气连接被耦合在通信电路和负载控制器件的第二端子之间。当在跨第一和第二端子上提供了具有小于预定阈值的强度的第一电压时,使该可控导电器件导通。当在跨第一和第二端子上提供了具有大于该预定阈值的强度的第二电压时,该可控导电器件有效地变成为不导通,并且断开通信电路和第二端子的连接。该可控导电器件优选地是高压场效应晶体管。

    此外,本发明提供了一种经由具有两个导体的通信链路从通信电路发射数字消息的方法。该方法包括下述步骤:(1)当通信链路处于空闲状态中时牵引空闲电流;(2)提供具有输入和输出的光耦合器,该输出包括光电晶体管;(3)限制在跨光耦合器的输出上所产生的电压;(4)驱动光耦合器的输入,使得光耦合器的输出有效地传导驱动电流;(5)响应于驱动光耦合器的输入的步骤,电气地连接通信链路的两个导体,以将通信链路从空闲状态变为短路状态;(6)当光电晶体管正在传导驱动电流时,向光电晶体管提供源电流以使光电晶体管保持在操作的工作区中;以及(7)停止驱动光耦合器的输入,使得光耦合器的输出停止传导该驱动电流。

    根据本发明的另一个方面,一种保护负载控制器件的通信电路的方法,包括下述步骤:(1)经由两个端子将通信电路耦合到数字通信链路;(2)提供可控导电器件,该可控导电器件被有效地耦合在通信电路和两个端子的一个之间;(3)确定该两个端子之间所产生的电压是否超过预定的阈值;以及(4)响应于确定步骤,使可控导电器件变成不导通,以将通信电路从两个端子的一个断开。

    从参考附图的下面的本发明的描述中,本发明的其它特征和优点将变得明而易见。

    【附图说明】

    图1是根据本发明的用于控制多个荧光灯的亮度的照明控制系统的简化框图;

    图2是根据本发明的图1的照明控制系统的数字电子调光镇流器的简化框图;以及

    图3是根据本发明的图2的调光镇流器的通信电路的简化示意图。

    【具体实施方式】

    当结合附图阅读时,可以更好地理解前述的概述以及下文的优选实施例的详细描述。为了说明本发明的目的,在附图中示出了目前优选的实施例,其中,在贯穿附图的若干视图中,相同的附图标记表示类似的部件,然而,应当理解,本发明不限于所公开的特定方法和手段。

    图1是根据本发明的用于控制多个荧光灯105的亮度的荧光照明控制系统100的简化框图。荧光照明控制系统100包括数字镇流器通信链路110(例如,DALI通信链路)。该数字通信链路110被耦合到两个数字电子调光镇流器120(例如,DALI镇流器)和链路电源130。镇流器120每一个都被耦合到交流(AC)干线电压,并且控制传递到灯105的功率量,以因此控制灯的亮度。每个镇流器120有效地从例如感应(occupancy)传感器140、红外(IR)接收器142和小键盘144接收多个输入,并且响应于此随后控制灯105的亮度。DALI电源130可以被耦合到更多的镇流器120,例如,多达64个镇流器。

    荧光照明控制系统100的镇流器120和链路电源130优选地根据DALI标准来操作。链路电源130接收线路电压,并且生成用于数字镇流器通信链路110的DC链路电压VLINK(即,18VDC)。镇流器120使用曼彻斯特编码来在通信链路110上与其它镇流器进行通信。为了发射逻辑1值,镇流器120短路(即,电气地连接)通信链路110的导体,以使通信链路从空闲状态跳变到短路状态(即,活动状态)。为了发射逻辑0值,镇流器120使通信链路110从短路状态变换到空闲状态。因此,镇流器120可操作成通过使数字镇流器通信链路110在短路状态和空闲状态之间交替来发射数字消息。

    图2是根据本发明的数字电子调光镇流器120的简化框图。如图2所示,镇流器120并行驱动三个荧光灯L1、L2、L3。电子镇流器典型地可以被分析为包括前端210和后端220。前端210典型地包括用于从AC干线电压生成整流电压的整流器230,以及用于对整流电压进行滤波以产生直流(DC)总线电压的滤波器电路,例如填谷式(valley-fill)电路240。该填谷式电路240通过二极管242被耦合到整流器230,并且包括一个或多个能量存储器件(例如,电容器),该能量存储器件选择性地充电和放电,以便于填充连续的整流电压的峰值之间的谷,以产生大体上的DC总线电压。该DC总线电压是整流后的电压或者跨在填谷式电路240中的能量存储器件上的电压两者中较大的一个。

    后端220典型地包括逆变器250和输出电路260,该逆变器250用于将DC总线电压转换成高频AC电压,该输出电路260包括用于将高频AC电压耦合到灯电极的谐振储能电路。与三个灯L1、L2、L3串联地提供平衡电路265来平衡通过灯的电流,并且防止任何灯比其它灯更亮或更暗地发光。在共同受让的2004年1月6日公开的标题为“ELECTRONIC BALLAST(电子镇流器)”的美国专利No.6,674,248中更加详细地描述了镇流器120的前端210和后端220,其全部内容通过引用并入这里。

    控制电路270生成驱动信号来控制逆变器250的操作,以便于向灯L1、L2、L3提供期望的负载电流。例如,控制电路270优选地包括微处理器,但是可以包括任何适当类型的控制器,诸如可编程逻辑器件(PLD)、微处理器或者专用集成电路(ASIC)。跨接在整流器230的输出上来连接电源272,以提供DC供电电压Vcc,该DC供电电压用于对控制电路270供电。通信电路280被耦合到控制电路270,并且允许控制电路270在数字镇流器通信链路110上与其它镇流器120进行通信。镇流器120进一步包括多个输入290,该多个输入290具有感应传感器输入292、日光传感器294、IR输入296以及壁式站(wallstation)输入298。将控制电路270耦合到多个输入290,使得控制电路270对DALI照明控制系统的感应传感器140、日光传感器(未示出)、IR接收器142和小键盘144作出响应。

    图3是根据本发明的通信电路280的简化示意图。通信电路280包括接收电路310,该接收电路310用于检测数字镇流器通信链路110何时被短路,并且用于向控制电路270提供接收到的数字消息。通信电路280还包括发射电路320,该发射电路320用于响应于控制电路270来将通信链路110的两个导体短路。最后,通信电路280包括高压故障保护电路330,该高压故障保护电路330通过全波桥式整流器340和端子E1、E2被耦合到通信链路110。

    接收电路310包括用于向控制电路270提供接收到的数字消息的光耦合器U10。当数字镇流器通信链路110空闲时(即,浮置高在18VDC),电流流通电阻器R12(其优选地具有100kΩ的电阻),并且流入NPN双极结型晶体管(BJT)Q14的基极。将齐纳二极管Z16与光耦合器U10的光电二极管(即,输入)和晶体管Q14的集电极-射极结串联耦合。齐纳二极管Z16具有3.6伏的导通电压,使得当跨在通信链路110上的电压大于约6V(即,链路空闲)时,接收电路310传导空闲电流IIDLE通过齐纳二极管Z16、光耦合器U10的光电二极管、晶体管Q14、电阻器R18和发射电路320的两个二极管D20、D22。当光耦合器U10的光电二极管导通时,光电晶体管(即,光耦合器的输出)也导通,因此,向控制电路270提供通信链路110空闲的指示。

    当跨在电阻器R18上所产生的电压超过NPN双极结型晶体管Q24的所要求的基极-射极电压时,晶体管Q24开始导通。由于电阻器R18优选地具有511Ω的电阻,并且晶体管Q24的基极-射极电压约为0.6V,因此通过接收电路310的空闲电流IIDLE被限制为大约1.2mA。由于接收电路310的空闲电流IIDLE的强度小于2mA,因此当数字镇流器通信链路110空闲时,镇流器120满足最大电流牵引的IEC标准(即,DALI标准)。

    当镇流器120的一个将数字镇流器通信链路110的导体短路时,跨在桥式整流器305上的DC输出端子的电压下降到约3V。由于跨在接收电路310上的电压现在小于齐纳二极管Z16的导通电压(即,3.6V),因此齐纳二极管Z16停止传导电流通过光耦合器U10的光电二极管。因此,通过变成非导通的,光耦合器U10的光电晶体管向控制电路270提供通信链路110已被短路的指示。

    发射电路320包括光耦合器U26,该光耦合器U26从控制电路270接收要在数字镇流器通信链路110上发射的数字消息。光耦合器U26优选地是由Fairchild Semiconductor Corporation(仙童半导体公司)制造的型号为HMHA2801C的部件。光耦合器U26的电流传输比(CTR)优选地是100%,但是它可以在50%到100%范围中变化。响应于控制电路270驱动光耦合器U26的光电二极管(即,输入),发射电路320有效地利用PNP双极结型晶体管Q28来“短路”通信链路110。该PNP双极结型晶体管Q28可选地可以包括任何适当类型的可控导电器件,诸如,双向晶闸管、场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或者其它类型的半导体开关。当控制电路270没有驱动光耦合器U26的光电二极管时,光电晶体管(即,输出)也是不导通的,并且不使晶体管Q28受控短路通信链路110。

    当数字镇流器通信链路110空闲时,二极管D20、D22传导接收电路310的空闲电流IIDLE,并且跨在光电晶体管的集电极-射极结上产生基本上等于两个二极管压降的电压。这里,将“二极管压降”定义为当二极管导通时,从典型的二极管的阳极到阴极产生的正向电压,例如,在室温下约为0.6V。当通信链路110空闲时,二极管D20、D22作为电压钳来操作,以将跨在光耦合器U26的光电晶体管上所产生的电压限制为约1.2V。替代地,齐纳二极管可以取代该两个串联连接的二极管D20、D22。

    当控制电路270通过输入电流IIN驱动光耦合器U26的光电二极管时,光电晶体管开始传导输出电流IOUT通过接收电路310,并且进入NPN双极结型晶体管Q30的基极。随后,晶体管Q30传导电流通过二极管D34和电阻器R32,使晶体管Q28成为导通的,并且短路通信链路110。电阻器R32优选地具有1kΩ的电阻。

    控制电路270使用具有例如2mA的强度的输入电流IIN来驱动光耦合器U26的光电二极管。由于光耦合器U26具有50%到100%的CTR,因此通过光电晶体管的输出电流IOUT可操作成具有高达2mA的强度。当光耦合器U26的光电晶体管初始地开始导通时,光电晶体管牵引电流通过接收电路310。因此,输出电流IOUT的强度初始地基本上等于空闲电流IIDLE的强度,并且基本上没有电流流过二极管D20、D22。

    由于晶体管Q30的基极-射极电压约为0.6V,并且将两个二极管D20、D22从光耦合器U26的光电晶体管的集电极耦合到电路公共端,因此当短路通信链路110时,跨在光电晶体管的集电极-射极结上的电压约为0.6V(即,一个二极管压降)。因此跨在光耦合器U26的输出上的电压仅从当通信链路110空闲时的约1.2V摆动到当发射电路320短路该链路时的0.6V。跨在光耦合器U26的光电晶体管的集电极-射极结上的小的电压摆幅(即,仅大约0.6V)有助于改善通信电路280的定时参数,例如,以减少发射的数字消息的边沿的上升和下降时间。

    PNP双极结型晶体管Q36被耦合到光耦合器U26的光电晶体管的集电极,并且当通信链路110空闲时保持不导通。尽管晶体管Q28短路通信链路110,但是晶体管Q36和两个电阻器R38、R40作为电流源来操作,以为光耦合器U26的光电晶体管提供剩余电流。具体地,当晶体管Q36导通时,跨在电阻器R38、晶体管Q36的射极-基极结和电阻器R40上的电压约等于两个二极管的压降,即,跨晶体管Q28的射极-基极结和二极管D34的电压。优选地,晶体管Q36的增益约为150,并且电阻器R38和R40分别具有33Ω和12kΩ的电阻,使得通过电阻器R38和晶体管Q36的射极-集电极结的源电流ISOURCE具有约5mA的强度。

    因此,约5mA的源电流ISOURCE被提供给光耦合器U26的光电晶体管的集电极。由于光耦合器U26优选地具有100%的CTR,并且通过2mA的电流来该驱动光耦合器的光电二极管,因此在晶体管Q36开始导通之后,通过光电晶体管的输出电流IOUT具有约2mA的强度。使光耦合器U26的光电晶体管在工作区中进行操作,并且防止该光电晶体管在当发射电路320短路通信链路110时饱和。剩余电流(即,源电流ISOURCE和输出电流IOUT之间的差)约为3mA、并且被传导通过两个二极管D20、D22。总而言之,传导源电流ISOURCE的第一部分(即,约2mA)通过光耦合器U26的光电晶体管,同时传导源电流ISOURCE的第二部分(即,约3mA)通过两个二极管D20、D22。

    通过晶体管Q28的电流受具有NPN双极结型晶体管Q42和电阻器R44的限流电路的限制。如果通过晶体管Q28并且因此通过电阻器R44的电流过高,则跨在电阻器R44两端的电压超过晶体管Q42的适当的基极-射极电压,这将晶体管Q30的基极拉到电路公共端。因此,晶体管Q30和Q28成为不导通的。电阻器R44优选地具有2Ω的电阻,使得通过晶体管Q28的电流被限制为大约300mA。

    当控制电路270停止驱动光耦合器U26的光电二极管时,晶体管Q23停止短路通信链路110。电阻器R46和电容器C48被耦合到光耦合器U26的光电晶体管的射极和晶体管Q30的基极,并且确定了发射的数字消息的上升沿的上升时间。由于光耦合器U26的光电晶体管被保持在工作区中,因此光电晶体管有效地比当该光电晶体管饱时更快地变成不导通。过剩源电流ISOURCE辅助最小化所发射的数字消息的上升沿的上升时间。优选地,电阻器R46具有2kΩ的电阻,并且电容器C48具有220pF的电容,使得上升时间约为15-20μsec。

    在经由端子E1、E2的数字镇流器通信链路110的导体处的高压错接情况下,高压故障保护电路330保护接收电路310和发射电路320。故障保护电路330包含串联连接的可控导电器件,例如,高压场效应晶体管(FET)Q50。该FET Q50具有两个主负载端子,该两个主负载端子被串联地耦合在发射电路320的电路公共端和桥式整流器340的负DC端子之间。FET Q50优选地是Fairchild Semiconductor Corporation(仙童半导体公司)制造的型号为FQD6N50的部件(其额定最大电压为500V),但是可以包括任何适当类型的可控导电器件,诸如继电器开关或半导体开关。当跨在通信链路110上出现正确的链路电压时(即,约18VDC),FET Q50导通。当跨在通信链路的导体上的电压超过例如30V的预定的错接阈值电压VMISWIRE时,FET Q50有效地变为不导通的,并且将接收电路310和发射电路320与通信链路110断开。

    故障保护电路330包括接通电路,该接通电路包括电阻器R52、二极管D54、电容器C56和齐纳二极管Z58。当跨在通信链路110上的电压处于正确的链路电压时,电流流过电阻器R52和二极管D54,以对电容器C56进行充电,并且生成驱动电压VDRIVE。在跨电容器C56所产生的驱动电压VDRIVE受齐纳二极管Z58的限制,该齐纳二极管Z58优选地具有10V的导通电压。将跨在电容器C56上的驱动电压VDRIVE提供给FET Q50的栅极,使得当通信链路110处于正确的链路电压(即,约18VDC)时使FET Q50导通。电容器C56使FET Q50在通信链路110短路时保持导通。优选地,电阻器R52具有300kΩ的电阻,并且电容器C56具有220nF的电容。

    故障保护电路330还包括关断电路,该关断电路包括NPN双极结型晶体管Q60、齐纳二极管Z62和两个电阻器R64、R66(其优选地分别具有450kΩ和100kΩ的电阻)。跨接电容器C56来耦合晶体管Q60,并且当链路电压处于18VDC的正确值时该晶体管Q60是不导通的。然而,当跨在通信链路110上的电压超过预定错接阈值,即,齐纳二极管Z62的导通电压(例如,优选地为24V)时,齐纳二极管Z62开始传导电流通过电阻器R64、R66。当跨在电阻器R66所产生的电压超过晶体管Q60的适当的基极-射极电压时,晶体管Q60开始导通,因此短路电容器C56并且使得FET Q50不导通。

    该关断电路有效地在接通电路使FET Q50导通之前使晶体管Q60导通,从而在高压错接的情况下保护接收电路310和发射电路320。接通电路的电阻器R52和电容器C56确定从当将电压施加到通信链路280的端子E1、E2时到当使FET Q50导通时的时间延迟。当将高于预定阈值的电压施加到端子E1、E2时,关断电路的齐纳二极管Z62使晶体管Q60在电容器C56充电到接通FET Q50的适当的电压之前成为导通的。

    如果发射电路320短路通信链路110,即,当将高压错接施加到通信电路280的端子E1、E2时晶体管Q28导通,则发射电路320的限流电路保护了晶体管Q28。特定地,在高压错接的情况下,当晶体管Q28导通时,晶体管Q42通过电阻器R44将电流限制为约300毫安。因此,当故障保护电路330使发射电路320从端子E2断开连接时,跨在集电极-射极上的电压随后增加。

    尽管本发明的镇流器120优选地是用于与DALI通信链路一同使用的DALI镇流器,但是本发明的通信电路还可以与被耦合到使用不同于DALI协议的通信协议的其它类型的通信链路的控制器件一同使用。而且,故障保护电路330可以用于保护任何类型的控制电路或通信电路不受高压错接的影响。

    尽管已经参考本发明的特定实施例描述了本发明,但是对于本领域的技术人员而言,许多其它的变化和修改以及其它用途将变得显而易见。因此,优选的是,本发明不由这里的具体公开来限定,而是仅由所附权利要求来限定。

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一种用于电子调光镇流器的通信电路,提供高压错接保护和发射的数字信号的改善的上升和下降时间。该电子调光镇流器包括控制电路,该控制电路经由通信电路被耦合到数字通信链路,例如,DALI通信链路。该通信电路包括接收电路,该接收电路用于检测何时短路数字镇流器通信链路,以及用于向控制电路提供接收到的数字消息。该通信电路还包括发射电路,该发射电路用于响应于该控制电路来短路通信链路。该通信电路还包括高压故障保护电。

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