CN101622909A - 数字信号与供电电压信号的具有可切换恒流源的接口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单向接口(SU)，包括用于选择性接收交流电源电流(UNetz)或低电压数字总线电压(UBus)，以及将低电压数字信号(USUout)发送到总线(BS)的发送支路(SZ)，其中该支路包括一可控制电源开关(T1)用于接通或断开交流电源电压(UNetz)。根据本发明，后者仅为在稳定电源电压方式下接口(SU)的开关元件。稳定电源电压的电源开关(T1)为可切换恒定电源(KSQ)的一部分，在发送模式下通过发送支路(SZ)稳定电流强度。

Description

数字信号与供电电压信号的具有可切换恒流源的接口
技术领域
本发明涉及一种具有选择性接收交流供电电压信号或低电压数字信号的输入端的接口，特别涉及一种用于操纵至少一个照明设备的调光操作装置，该操作装置与一具有用于数据通信的通信接口的控制装置之间通过总线连接。
背景技术
现有技术中，具有多种连接于总线的用于驱动调光灯或LED操作装置的多功能接口。现有的接口包括用于对由操作装置驱动的至少一个放电灯或LED模块进行调光的接口。在这方面，接口可以通过按钮或开关信号或数字控制信号来选择性控制。因此，一连接的灯操作装置可以通过短暂地启动按钮来接通或切断，或者可以通过长时间地启动按钮来使灯变亮或变暗。缺少按钮或开关启动的话，这些接口也能够实现单向或双向操作，其中，数字控制指令，如亮度控制的设定值，被与总线连接的控制装置发送到操作装置，或者操作装置的状态反馈被发送至控制装置。
在这方面，多功能接口必须将，一方面介于-10V到+30V的低电压范围的数字信号，以及另一方面供电电压信号，以一种可利用的方式发送到灯具的控制装置，同时即使是在供电电压信号长期存在的情况下，应避免对接口的任何破坏。这意味着必须提供适用于供电电压的接收支路和适用于低电压数字信号的发送支路。
在这方面，特别是在WO2006/010417中公开了双向接口，该双向接口包括一具有高频(HF)变压器的发送支路。
发明内容
鉴于现有技术，本发明的目的是简化WO 2006/010417A1中接口的电路设计，以节约成本。在这种情况下，必须满足接口关于其电压峰值的电阻或供电电压延时的需求。
根据本发明，独立权利要求中的技术特征实现了上述目的。从属权利要求以更有利的方式进一步拓展本发明的中心思想。
根据第一方面，本发明涉及一单向接口，该接口包括用于选择性接收交流供电电压或数字低电压总线电压的输入端，以及一用于向总线发送低电压数字信号的发送支路。因此，该发送支路中具有与总线选择性且临时性短接的可控制电源开关，较佳地，该电源开关为适用于供电电压的接口中的唯一半导体开关元件。适用于供电电压的电源开关为一可切换恒定电流源的一部分，该可切换恒定电流源在其接收模式中在初级侧提供如光耦合器。
该发送支路通过可切换电源提供的外部电压获得供电电压，所述可切换电源与所述接口电隔离。
此外，根据本发明，所述接口具有以自由电势方式分离信号的装置，该信号通过接收支路接收，所述接收支路，如光耦合器，通过恒定电流源在初级侧提供近似恒定电流强度。
在直通开关模式下，采用包含在接口电路中且不适用于供电电压的可控制半导体开关，将适用于供电电压的可控制电源开关切换到低阻抗状态。该不适用于供电电压的可控制半导体开关，例如可以为MOS场效应晶体管，该MOS场效应晶体管的漏极侧连接于接收支路和需要由恒定电流源操作的双极性晶体管的基极，集电极侧连接于适用于供电电压的电源开关的控制电极。恒定功率源的双极性晶体管例如可被具有负电流反馈的发射器电路操作，其发射电极被连接于集成在接收支路中的光耦合器的初级侧。
此外，根据本发明，在发送模块式半导体开关由一适当的外部电路系统延迟开关动作。例如可以由连接于半导体开关的源电极和接口电路的接地节点之间的欧姆电阻(电源电阻)来实现，这样，与接口的地电势相比，可控制半导体开关的电源电压升高，又可以由连接于半导体开关栅电极和接口的接地节点的充/放电路来实现，该充/放电路由一充电电容器(栅电容)和一放电电阻器并联连接所形成，根据本发明，用于调节接口所发送的低电压数字信号的边沿陡度。
根据第二方面，本发明涉及一双向接口，该接口包括用于从例如一按钮，或一开关，或一低电压数字总线电压信号，选择性接收交流供电电压信号的输入端，该输入端还用于利用发送支路发送低电压数字信号。在此，向发送支路提供用于选择性短接总线电压的可控制电源开关。如适用于供电电压的半导体开关所设计的那样。适用于供电电压的电源开关为一可切换恒定电流源的一部分，在通过接收支路接收信号时，使电流的电流强度在接收模式下保持一个稳定且近似恒定的水平。
正如以上描述的单向接口一样，根据本发明，双向接口也具有自由电势分离信号的装置，该信号通过接收支路发送到总线的总线线路，例如一光耦合器通过恒定电流源在初级侧提供电流。
附图说明
下面将结合附图进一步详细描述本发明的优点和实施例。
图1a为能够通过总线接收低电压数字信号的单向接口的示意图；
图1b为能够通过总线发送和接收低电压数字信号的双向接口的示意图；
图2a为根据本发明单向接口实施例的电路设计图；
图2b为根据本发明双向接口实施例的电路设计图；以及
图3为图2b的图解视图。
具体实施方式
图1a为单向总线接口SU的示意图，该单向总线接口用于从总线BS接收低电压数字信号接收低电压数字信号U SUout，如用于降低由操作装置BG驱动的照明设备的亮度。上述照明设备例如可以为气体放电灯或者LED模块。操作装置例如可以为具有ASIC或μC作为中央控制器的电子镇流器。
应当注意的是，该接口仅用于发送控制信号，且照明设备的电源通过操作装置单独提供。在减弱信号的情况下，照明设备的控制可以通过操作装置来被实施，作为通过接口接收的信号的用途。
接口SU具有一输入终端K-K’，用于在一电压电平选择性接收交流供电电压U Netz或低电压数字总线电压U Bus，例如在DALI/DSI接口标准中指定的DC电压电平的数量级。
此外，根据本发明的接口SU具有一附加输入终端，通过该输入终端提供接口提供电压所需的电源电压U v，该接口以集成在发送支路SZ中的电源开关T1的控制电压电势的高电平被使用(参见图2a)。在此，电源电压U v为具有低电压电平的DC电压。
如图1a所示，接收支路EZ的输入信号，以低电压数字信号的自由电势方式，通过电势分离平台PTS发送到控制装置StE，该控制装置StE将信号转换成控制信号用于操作照明设备。
图1b为一半导体集成电路的示意图，用于通过根据本发明第二实施例的接口SB接收供电电压信号以及发送和接收低电压数字信号U SBout或U SBin。如上述单向接口SU一样参见图1a，双向接口SB具有一输入终端K-K’，用于选择性接收交流供电电压U Netz或低电压数字总线电压U Bus。
但是，与单向接口SU不同，双向接口SB还具有一发送支路SZ，用于通过总线BS从控制装置StE发送低电平数字信号U SBin。
与单向接口SU一样，如图1b所示，双向接口SB也具有一附加输入终端，用于提供接口提供电压所需的电源电压U v，该接口以适用于供电电源的电源开关T1的控制电压电势的高电平被使用，该接口集成在发送支路SZ中，且该接口需要选择性短接总线电压U Bus(参见图2b)。电源电压U v还可以为具有低电压电平的DC电压。
为了发送信号，该低电压数字信号U SBin以自由电势的方式通过另一个电势分离平台PTE传输到发送支路SZ，该电势分离平台PTE被以数字控制信号U G3的方式连接到发送支路SZ的上游。电源开关T1的控制信号输入在高电平U SBin的情况下被提高到电源电压U v的水平(控制电压电势的高电平)，使得总线BS的线路被激活，从而被短接。
但是，在数字控制信号U SBin的低电平情况下，上述电源开关保持封锁模式，因此具有高电平的供电电压信号与“逻辑1”的比特值相对应，被传输到总线BS的线路，且电路系统的U SUout保持不变。
图2a为根据本发明第一实施例的单向接口SU的适当电路设计图，适用于在用于操作至少一个放电灯或至少一个LED模块的操作装置BG与总线BS之间发送数字数据信号。
因此，电压U SBout存在于终端Ks和接口电路的接地节点GND之间。
一AC/DC全波镇流器连接到终端K，K’。
接口SU例如可通过一变压器的二次绕组Ls提供电压，该变压器集成在接口的电压提供电路EKN上，该变压器被连接在开关式电源的初级侧，用于为操作装置BG和/或控制装置StE提供电压。这样，电源电压与接口SU电隔离。在此，施加于变压器绕组Ls的电压为AC电压，其振幅由电源电压的电平所确定。为了提供上述电压，该AC电压由低通滤波器所整流和平滑。
位于接口SU的接收支路EZ的输出端的光耦合器OKE用于电路系统的低电压数字信号输入连接KE的自由电势分离。发送侧的光耦合器OKe通过恒定电流源KSQ获取恒定电流。该恒定电流源KSQ可以通过一不适用于供电电源的可控制半导体开关T3连接。在此，穿过该半导体开关T3的电流控制一作为开关元件的可控制电源开关T1，该开关元件适用于供电电源。
在这方面，串联连接在光耦合器OKE初级侧的阈值开关(例如，齐纳二极管DZ1)用于设置电压阈值。
图2b为根据本发明第二实施例的双向接口SB的适当电路设计图，在此，电压U SBin和U SBout存在于终端KE或KS和接口电路的接地节点GND之间。接口SB通过输入终端K-K’连接到总线BS的总线线路上，该总线BS向其提供交流供电电压U Netz或数字信号。
接口SB的电压供给可以以与上述接口SU相似的方式供给电压，参见图2a。
在发送低电压数字信号的发送支路SZ中，存在另一光耦合器OKs。
通过该光耦合器在发送侧发送低电压数字信号时，电流穿过其二级侧和与其串联连接的恒定电流源KSQs，该电流确保下降到恒定电流源KSQs的半导体开关T3的栅电压U G3将会升高到高于其开断电压且半导体开关T3穿过的电平的值。这将导致没有电流流进操作该恒定电流源KSQ所需要的计数器耦合双极性晶体管T2的基极，该计数器耦合双极性晶体管T2的集电极侧连接于适用于供电电压的电源开关T1的栅极，其集电极-发射极电压U CE2将突然增大，且集电极电流I C2将降低到零，这意味着双极性二极管T2阻断，且适用于供电电压的电源开关T1的栅极将提高到例如12V的高电平，这由电源电压U v的电平所确定。由于适用于供电电压的电源开关T1在栅极输入端具有该电平信号，后者将连接到低阻抗状态，以便总线线路被短接。
在发送用于光控制的数字控制信号时，根据DALI标准，由本发明单向(SU)或双向(SB)接口发送或接收的低电压数字信号的比特持续时间和边沿陡度必须在指定容差范围内。此外，该边沿陡度限制在，一发送或接收的地点要数字信号，从高电压电平切换到低电压电平的最高值，或者从低电压电平切换到高电压电平的最高值，这意味着某一段时间的接通或断开延迟时间将被考虑在切换过程中。
为此，电源开关T1到低阻抗状态的连接由本发明半导体开关T3以自封锁N沟道MOS场效应晶体管的方式所实施触发，由本发明接口实施例中的外部电路系统延迟其开关动作。根据本发明，通过计数器耦合电路AB来实施。
通过连接到其上游的滤波器以及其次的计数器耦合开关，控制信号的边沿被修改(变平)。本发明接口SU或SB发送或接收的低电压数字信号的边沿线通过选择合适的参数值来调整，并且连接到其上游的滤波器和计数器耦合开关控制接通和断开延迟时间。
这表明，发送支路的电路系统的用途可以结合图3概括如下：
恒定电流源KSQs由控制单元StE(如，照明设备的操作装置)的脉冲信号所驱动(通过光耦合器)，并且这些信号应依其边沿线相关的标准而发送至一总线。该恒定电流源后接有一用于调节开关边沿的滤波器(低通，例如，LR或RC低通)。滤波后的信号控制一将产生梯形控制信号(具有根据标准所预期的边沿陡度)的计数器耦合开关，该控制信号驱动开关T1。计数器耦合开关通过将滤波信号平滑到阈值上下而产生梯形信号，在这些值之间，边沿将被保持。但是，通过计数器耦合开关电路仍可能给开关边沿带来额外的影响。

Claims (17)

1、一种接口，包括用于选择性接收交流供电电压信号(U Netz)或低电压数字信号的输入端(K-K’)，其特征在于，
所述输入端连接有一适用于供电电压的开关，在接收模式若所述输入端出现供电电压信号或高电平数字信号，则所述开关接通一电流源，所述电流源提供电势分离元件的初级侧，所述接口在所述电势分离元件的二级侧提供输出信号。
2、根据权利要求1所述的接口，其特征在于，还包括
一开关电源的外部电压源，其与所述接口电隔离。
3、根据权利要求1或2所述的接口，其中所述电势分离元件为光耦合器。
4、根据上述权利要求中任一所述的接口，其中所述适用于供电电压的开关通过将一信号输出到另一开关的控制输入来接通恒定的电流源。
5、根据上述权利要求中任一所述的接口，其中在发送模式所述适用于供电电压的开关与输入端选择性短接。
6、根据权利要求5所述的接口，其中在发送模式所述适用于供电电压的开关的控制输入由发送侧的电势分离元件驱动。
7、根据权利要求5或6所述的接口，其中在发送模式所述适用于供电电压的开关的边沿陡度可调节。
8、根据权利要求5至7中任一所述的接口，其中在发送模式所述适用于供电电压的开关由一外部电路系统延迟开关动作。
9、根据权利要求8所述的接口，其中所述电路系统具有充/放电电路，所述充/放电路的时间常数确定所述边沿陡度。
10、一种通过连接的总线从照明设备的操作装置发送数字信号的接口，包括一开关，与所述接口的总线终端选择性短接，以发送数字信号边沿，
所述开关的边沿陡度由一外部电路系统调节。
11、根据权利要求10所述的接口，其中所述开关为耦合计数器。
12、根据权利要求10或11所述的接口，其中所述电路系统包括一滤波电路，所述滤波电路的时间常数确定所述边沿陡度。
13、一种照明设备的操作装置，包括上述权利要求中任一所述的接口，以及连接在其上的数字控制单元，以控制所述照明设备的操作。
14、根据权利要求13所述的操作装置，其中所述操作装置为气体放电灯、高压灯或发光二极管的电子整流器。
15、根据权利要求13或14所述的操作装置，其中所述数字控制单元为专用集成电路或微控制器。
16、一种操作接口的方法，所述接口包括用于选择性接收交流供电电压信号(U Netz)或低电压数字信号的输入端(K-K’)，
其中在接收模式若输入端出现供电电压信号或高电平数字信号，适用于供电电压的开关接通电流源，所述电流源在接收侧提供电势分离元件的初级侧，所述接口在所述电势分离元件的二级侧提供输出信号。
17、一种操作接口的方法，所述接口用于通过连接的总线从照明设备的操作装置发送数字信号，
其中一开关与所述接口的总线终端选择性短接，以发送数字信号边沿，
其中所述开关的边沿陡度由一外部电路系统调节。
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