CN102542774A - 经由负载导线操控至少一个负载模块的数据电报生成方法 - Google Patents

经由负载导线操控至少一个负载模块的数据电报生成方法 Download PDF

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CN102542774A CN2011104165921A CN201110416592A CN102542774A CN 102542774 A CN102542774 A CN 102542774A CN 2011104165921 A CN2011104165921 A CN 2011104165921A CN 201110416592 A CN201110416592 A CN 201110416592A CN 102542774 A CN102542774 A CN 102542774A
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Abstract

本发明的名称是经由负载导线操控至少一个负载模块的数据电报生成方法，提供用于经由负载导线(l′)借助连接在供电电压源(8)的相线(l)上的控制设备(1)操控至少一个负载模块或者灯(5、11)的数据电报生成方法，其中所述亮度信息的传输借助相位截止或相位截断进行并且其中所述数据电报被调制到电压信号上，其中每个电压全波传输一个数据比特，其中通过相位截止角或者相位截断角的对称的位移角δ的移动键控调制所述信息或者数据比特，使得根据是数据比特“1”还是数据比特“0”要被传输，连续的电压半波或者在-δ/
Figure DSA00000637405400013
+δ或者在
Figure DSA00000637405400014
+δ/
Figure DSA00000637405400015
-δ时被截止。

Description

经由负载导线操控至少一个负载模块的数据电报生成方法
技术领域
本发明涉及一种用于经由负载导线操控至少一个负载模块或者灯的数据电报生成方法。
背景技术
传统的、用于灯/发光机构的亮度控制的系统通常基于供电电压的相位截止或截断。存在如下的要求/需求，即将附加信息、例如色温值从控制设备或者调光器传输至发光机构。在此，在传输时一条重要的标准是与现有的、传统的发光机构(例如白炽灯)的兼容，所述传统的发光机构在其驱动时不允许被干扰，也就是说该控制设备(调光器)应该尽可能地与现有的发光机构和连接情形兼容，例如尤其是与
●电网电压上的白炽灯；
●12V铁芯变压器上的白炽灯；
●12V电子变压器上的白炽灯。
发明内容
本发明所基于的任务是，给出一种优化的、用于经由负载导线操控至少一个负载模块或者灯的数据电报生成方法，在所述数据电报生成方法中考虑了负载类型。
按照本发明该任务通过用于经由负载导线借助连接在供电电压源的相线上的控制设备操控至少一个负载模块或者灯的数据电报生成方法得到解决，其中所述亮度信息的传输借助相位截止(Phasenanschnitt)或相位截断(Phasenabschnitt)进行并且其中所述数据电报被调制到所述电压信号上，
●其中每个电压全波传输一个数据比特，
●其中通过相位截止角或者相位截断角
Figure BSA00000637405700021
的对称的位移角Δ的移动键控(Umtastung)调制所述信息或者数据比特，
●使得根据是数据比特“1”还是数据比特“0”要被传输，连续的电压半波或者在
Figure BSA00000637405700022
-Δ/
Figure BSA00000637405700023
+Δ或者在+Δ/
Figure BSA00000637405700025
-Δ时被截止。
当前述方法尤其是适合于在电容的负载类型情况下时，在电感的负载类型情况下数据比特的第二电压半波分别以反相的形式被重复，借此形成分别三个电压半波的数据比特长度，使得根据是数据比特“1”还是数据比特“0”要被传输，连续的电压波或者在
Figure BSA00000637405700026
-Δ/
Figure BSA00000637405700027
+Δ/
Figure BSA00000637405700028
+Δ或者在
Figure BSA00000637405700029
+Δ/
Figure BSA000006374057000210
-Δ/
Figure BSA000006374057000211
-Δ时被截止。
如果存在欧姆的负载类型，那么该任务按照本发明通过用于经由负载导线借助连接在供电电压源的相线上的控制设备操控至少一个负载模块或者灯的数据电报生成方法得到解决，其中所述亮度信息的传输借助相位截止或相位截断进行并且其中所述数据电报被调制到所述电压信号上，
●其中每个电压全波传输一个数据比特，
●其中所述信息通过环绕着一个电压半波的相位截止角或相位截断角
Figure BSA000006374057000212
的、宽度为位移角Δ的短的脉冲突发以及未调制的被截止或截断的其它的电压半波表征，
●其中所述突发在
Figure BSA000006374057000213
-Δ/2时开始并且在
Figure BSA000006374057000214
+Δ/2时结束。
利用本发明可获得的优点尤其是在于，数据电报经由负载导线的附加传输对传统发光机构(例如白炽灯)的特性不具有不良影响或者仅具有小的不良影响、例如亮度波动。所提出的用于经由负载导线进行数字数据传输的调制方法是可取决于存在电容的负载类型、电感的负载类型还是欧姆的负载类型而调制，以便能够用这种方式一直选择在安全的并且尽可能无干扰的传输方面的最优方法。
本发明的适宜的拓展方案在从属权利要求中表征。
附图说明
以下根据在附图中示出的实施例阐述本发明。其中：
图1示出了用于在控制设备(调光器)和负载模块(包括发光机构在内的灯)之间进行数字数据传输的电路原理图；
图2示出了按照第一数据电报生成方法的数据电报构造；
图3示出了按照第二数据电报生成方法的数据电报构造；
图4示出了按照第三数据电报生成方法的数据电报构造；
图5示出了按照第四数据电报生成方法的数据电报构造；
图6示出了负载模块的原理构造；
图7示出了带有至少一个连接在控制设备上的LED的第一连接情形；
图8示出了带有至少一个连接在控制设备上的白炽灯的第二连接情形；
图9示出了带有至少一个连接在控制设备上的LED和至少一个连接在控制设备上的白炽灯的第三连接情形；
图10示出了带有至少一个经由铁芯变压器连接在控制设备上的LED的第四连接情形；
图11示出了带有至少一个经由铁芯变压器连接在控制设备上的白炽灯的第五连接情形；
图12示出了带有至少一个经由铁芯变压器连接在控制设备上的LED和至少一个白炽灯的第六连接情形；
图13示出了带有至少一个经由电子变压器连接在控制设备上的LED的第七连接情形；
图14示出了带有至少一个经由电子变压器连接在控制设备上的白炽灯的第八连接情形；
图15示出了带有至少一个经由电子变压器连接在控制设备上的LED和至少一个白炽灯的第九连接情形。
具体实施方式
在图1中示出了经由负载导线在控制设备或者调光器和负载模块或者包括发光机构在内的灯之间进行数字数据传输的电路原理图。可以看到控制设备(调光器)1，控制设备(调光器)1经由传输信道9-负载导线-与负载调制解调器(包括发光机构在内的灯和功率元件+操控电路)5相连。控制设备1的数据源2经由信道编码器3和调制器4为数据传输输入到传输信道9中，而负载模块5的数据接收器8经由解调器6和信道解码器7为分析被传输的数据电报而接收被传输的数据电报。在此，数据电报的数字传输经由负载导线L′在控制设备(调光器)1和不同的、在其功率方面可被操控(可调光的)的负载或者发光机构之间进行。借助数字数据传输例如应该引起发光机构的相关色温(CCT，correlated color temperature)的更改。因此通过控制设备1的相应的操作能够例如在暖白光至冷白光之间进行切换。
该传输基于通过控制设备1相位截止或截断的交变电压。该待传输的数据电报被调制到所述电压信号上，其中所述截止相位(Anschnittphase)或者截断相位(Abschnittphase)被移动键控。在该关联下所述数据电报的本来的构造、电报长度和内容并不重要。仅需要在由终端用户操作的情况下、在自动控制情况下或在接通系统时传输该数据电报。因为无需传输持续的数据，所以通过数据电报传输可能产生的轻微的无线干扰电压和对传统的发光机构、例如白炽灯的轻微的影响保持在界限内。
在以下图7至15中示出了负载模块或者灯的不同的、原理上可能的连接情形，其中在所有情况下控制设备1利用其第一端子与供电电压源18的相线L并且利用其以负载导线L′形式的第二端子直接或间接地经由铁芯变压器21或电子变压器22与至少一个负载模块的第一端子相连。至少一个负载模块的第二端子直接或间接地经由铁芯变压器21或电子变压器22与供电电压源18的中性线或者零线N相连。
在图7中示出了带有至少一个连接在控制设备1上的LED的第一连接情形，其中负载导线L′和中性线N之间连接有唯一的LED 19或多个LED。
在图8中示出了带有至少一个连接在控制设备1上的白炽灯的第二连接情形，其中在负载导线L′和中性线N之间连接有唯一的白炽灯20或多个白炽灯。
在图9中示出了带有至少一个连接在控制设备1上的LED和至少一个连接在控制设备上的白炽灯的第三连接情形，其中在负载导线L′和中性线N之间连接有至少一个LED 19和至少一个白炽灯20(混合负载)。
前面在图7、8、9中所讨论的连接情形下面也用关键词“电网电压上的负载”表示。
在按照图10至12的连接情形中铁芯变压器21经由其初级绕组连接在负载导线L′和供电电压源18的中性线N之间。
在图10中示出了带有至少一个经由铁芯变压器连接在控制设备1上的LED的第四连接情形，其中至少一个LED 19连接到铁芯变压器21的次级绕组上。
图11示出了带有至少一个经由铁芯变压器连接在控制设备1上的白炽灯的第五连接情形，其中至少一个白炽灯20连接到铁芯变压器21的次级绕组上。
图12示出了带有至少一个经由铁芯变压器连接在控制设备1上的LED和至少一个白炽灯的第六连接情形，其中至少一个LED 19和至少一个白炽灯20连接到铁芯变压器21的次级绕组上(混合负载)。
前面在图10、11、12中所讨论的连接情形下面也用关键词“铁芯变压器上的负载”表示。
在按照图13至15的连接情形中电子变压器22在初级侧连接在负载导线L′和供电电压源18的中性线N之间。
在图13中示出了带有至少一个经由电子变压器连接在控制设备1上的LED的第七连接情形，其中至少一个LED 19连接到电子变压器22的次级侧的接线端子上。
在图14中示出了带有至少一个经由电子变压器连接在控制设备1上的白炽灯的第八连接情形，其中至少一个白炽灯20连接到电子变压器22的次级侧的接线端子上。
在图15中示出了带有至少一个经由电子变压器连接在控制设备1上的LED和至少一个白炽灯的第九连接情形，其中至少一个LED 19和至少一个白炽灯20连接到电子变压器22的次级侧的接线端子上。
前面在图13、14、15中所讨论的连接情形下面也用关键词“电子变压器上的负载”表示。
在图6中示出了负载模块的原理构造。所示出实施例的负载模块11包括LED 12、电网部件13、功率元件14(例如“LED Driver”或者LED驱动器)、操控电路15(例如“LED控制”)和解码器16(例如以微控制器的形式)作为接收电路。当然也能够替代LED 12设置白炽灯。该解码器16分析输入的模拟电压或电流信号，例如在负载模块11上的电压ULoad，以便接收由控制设备1生成的数据电报，所述数据电报在操控电路15中被转换成用于功率元件14的相应操控信号，也就是从所接收的信号中生成比特流，所述比特流紧接着转化成用于驱动功率元件14的控制指令。这例如能够是改变所连接的负载的色温的请求。
该电网部件13用于功率元件14、操控电路15和解码器16的能量供给。在根据图7至9的连接情形中例如负载导线L′和中性线N之间的电压与电压ULoad相符。
在图2至5中示出了不同的数据电报，其中分别示出了在负载或者灯上的电压ULoad的时间曲线，也就是说横坐标指出了时间t，而纵坐标示出了电压ULoad。
在图2中示出了按照第一数据电报生成方法的数据电报构造。该数据电报由起始序列的起始比特“S”和带有各个数据比特的利用值“1”或值“0”的表示的信息序列的信息比特“I”(简单表达成数据比特“1”或数据比特“0”)组成。各个数据比特的数据比特长度或者比特持续时间与供电电压的电压全波(正的电压半波+负的电压半波)相符，也就是20ms。起始比特“S”由所截止的正的电压半波以及无电压的负的电压半波表征。在所述信息序列的数据比特中
●值“1”与正的、如同负的电压半波同样地被截止的电压全波相符并且
●值“0”与无电压的电压全波相符。
在图2中示出的示例性数据电报中所述起始序列具有三个电压全波的长度。在示出的例子中该亮度水平调节成50％(相位截止角＝90°)。
按照图2的第一数据电报生成方法的优点在于，对于信息或者数据比特的传输，所述数据电报生成方法适合于前面的在图7至15中示出的所有连接情形(也适合于混合负载)。由于不对称的操控，然而在使用铁芯变压器时会生成饱和效应。由此产生强的电流脉冲。此外，在发光机构上的电压过零点会位移，这使得解码器16中的同步变得困难。通过铁芯变压器的饱和出现的“过冲”、也就是不期望的电流峰值，在负载模块中对于数据接收同样是不利的。在使用白炽灯20作为发光机构时，在数据电报传输期间可以看到闪烁(亮度波动)。
在图3中示出了按照第二数据电报生成方法的数据电报构造。在该数据电报生成方法中未设置起始序列。通过相位截止角(或者相位截断角)
Figure BSA00000637405700072
的对称的位移角±Δ的移动键控调制信息或者数据比特，所述位移角±Δ优选在1.5°.....20°范围内。如果亮度水平的相位截止角或者相位截断角为
Figure BSA00000637405700073
时，那么在传输数据比特“1”时正的电压半波在-Δ时并且负的电压半波在
Figure BSA00000637405700075
+Δ时被截止。对于数据比特“0”，相反情况适用，也就是说在传输数据比特“0”时正的电压半波在
Figure BSA00000637405700076
+Δ时并且负的电压半波在-Δ时被截止。在第一数据电报生成方法中每个电压全波传输一个数据比特。
在按照图3示出的例子中该亮度水平调节成50％(相位截止角
Figure BSA00000637405700081
＝90°)。
第二数据电报生成方法的优点在于所述数据电报不仅能够经由铁芯变压器21，而且能够经由电子变压器22进行传输。在较大的位移角±Δ(例如Δ＝18°)情况下在使用白炽灯作为发光机构时然而可看到闪烁(亮度波动)。如果位移角Δ变小，那么闪烁也减少，然而在变小的位移角Δ情况下数据电报传输也变得愈加不安全。与在按照图2的第一数据电报生成方法情况下类似，在按照图3的第二数据电报生成方法情况下也会出现铁芯变压器21的饱和，这导致不期望的电流峰值并且增大了数据电报分析的难度。
在图4中示出了按照第三数据电报生成方法的数据电报构造。第一和第二数据电报生成方法具有如下缺点：铁芯变压器21会饱和，这导致不期望的电流峰值并且使电压的过零点位移。该位移增大了测量相位截止角(或相位截断角)
Figure BSA00000637405700082
的难度并且因此提高了发生错误的可能性。该效应在第三数据电报生成方法中被降低，其方式是通过以反相的形式重复数据比特的第二电压半波。通过这样产生三个电压半波的数据比特长度：
●在数据比特“1”情况下所述三个电压半波因此在
Figure BSA00000637405700083
-Δ、
Figure BSA00000637405700084
+Δ、
Figure BSA00000637405700085
+Δ时被截止。
●在数据比特“0”情况下所述三个电压半波因此在
Figure BSA00000637405700086
+Δ、
Figure BSA00000637405700087
-Δ、
Figure BSA00000637405700088
-Δ被截止。
在该第三数据电报生成方法中同样也未设置起始序列。通过所提出的方法铁芯变压器21的早期的去饱和得到支持，因为在一个数据比特到下一数据比特的边界会发生铁芯变压器的对称的操控。该亮度水平在按照图4示出的例子中调节成50％(相位截止角
Figure BSA00000637405700089
＝90°)。
因此，第三数据电报生成方法的优点在于，将饱和效应降低到数据比特边界。与第一和第二数据电报生成方法相比而言，在同样的时间段内通过增大的数据比特长度然而能够传输更少的信息或者数据比特。此外，数据电报的能量平衡未以所需的方式得到补偿。例如如果仅仅传输数据比特“0”或者仅仅传输数据比特“1”，那么在发光机构上所产生的亮度可能不期望地提高或降低。
在图5中示出了按照第四数据电报生成方法的数据电报构造。所述第四数据电报生成方法的目的是进一步降低在传输数据电报期间在电网电压上的白炽灯的闪烁(亮度波动)。每个电压全波又传输一个数据比特：
●数据比特“1”通过环绕着正的电压半波的相位截止角或相位截断角
Figure BSA00000637405700091
的短的脉冲突发B以及未调制的被截止或截断的负的电压半波表征。
●数据比特“0”通过未调制的被截止或截断的正的电压半波以及环绕着负的电压半波的相位截止角或相位截断角
Figure BSA00000637405700092
的短的脉冲突发B表征。
●该突发在
Figure BSA00000637405700093
-Δ/2时开始并且在
Figure BSA00000637405700094
+Δ/2时结束。
●该突发的频率如此选择，使得所使用的铁芯变压器21不会饱和，例如36kHz。
在该第三数据电报生成方法中同样也未设置起始序列。在按照图5示出的例子中该亮度水平调节成25％(相位截止角＝135°)。
前述数据电报生成方法中的其它方法根据所连接的负载被证实为有利的：
Figure BSA00000637405700096
在此，是采用LED还是白炽灯作为发光机构是不重要的。在传统的通用调光器中已知的、将负载类型分成欧姆的负载类型R、电感的负载类型L和电容的负载类型C并且取决于所述负载类型其中之一的存在而选择合适的驱动方式-相位截止或相位截断-的方法被采用并拓展到数字数据传输或者数据电报传输中。除了驱动方式的选择外，数据电报的传输如此选择，使得干扰效应(例如尤其是铁芯变压器的饱和和闪烁减少到尽可能的小。混合负载在这里受如下边界条件的限制，即它们必须具有类似的携带的(gelagert)阻抗R、L或C。在电网电压上的LED因此必须如白炽灯一样表现为欧姆的，借此所产生的总负载或者混合负载能够归类成欧姆的。
在前面的描述中，所述焦点在于带有相位截止的交变信号的调制。然而为了带有相位截断的交变信号的调制，所提出的数据电报生成方法以同样的方式也是可实现的。
对于所有前面所讨论的实施形式适用的是，在起始阶段期间优选实施负载识别，以便首先检测，是否存在欧姆的或电感的或电容的负载类型并且以便与此相应地选择最有利的数据电报生成方法。
数据传输应该单向地进行到所有发光机构上。以数据比特形式传输的数据序列的一部分作为地址产生/阐释，使得发光机构能够以此方式单独的-“单播”-或作为组-“组播”响应/调节。如果同种特性对于所有发光机构都是所期望的，那么也能够实现“广播”。该单向的传输导致不存在反馈信道的结果，所连接的发光机构经由所述反馈信道能够给控制设备报告可能生成的传输错误。
例如从EP 618 667B1普遍已知，相位截止通过延迟负载的接通达成(点火延迟)并且在交变电压(电源电压)的过零点时结束，也就是在相应的交变电流半波的结束处结束。在相位截断时不进行点火延迟，使得待控制的半导体的接触间距在半波开始时已经接通，然而在其结束前被断开。为了避免高的断路电压，必须在相位截止中驱动电感的负载，并且为了避免高的接通电流，在电容的负载中使用相位截断。
参考标记列表
1     控制设备(调光器)
2     数据源
3     信道编码器
4     调制器
5     负载模块(包括发光机构在内的灯)
6     解调器
7     信道解码器
8     数据接收器
9     传输信道(负载导线)
10    -
11    负载模块
12    LED
13    电网部件
14    功率元件(LED驱动器)
15    操控电路(LED控制)
16    解码器
17    -
18    供电电压源
19    作为发光机构的LED
20    作为发光机构的白炽灯
21    铁芯变压器
22    电子变压器
B     突发
I     信息序列的信息比特，数据比特“1”或“0”
L     供电电压源的相线
L′   负载导线
N     供电电压源的中性线(零线)
S     起始序列的起始比特
t     时间
ULoad 在负载或者灯上的电压
Δ    位移角
相位截止角或者相位截断角

Claims (4)

1.用于经由负载导线(L′)借助连接在供电电压源(8)的相线(L)上的控制设备(1)操控至少一个负载模块或者灯(5、11)的数据电报生成方法，其中所述亮度信息的传输借助相位截止或相位截断进行并且其中所述数据电报被调制到所述电压信号上，
●其中每个电压全波传输一个数据比特，
●其中通过相位截止角或者相位截断角
Figure FSA00000637405600011
的对称的位移角Δ的移动键控调制所述信息或者数据比特，
●使得根据是数据比特“1”还是数据比特“0”要被传输，连续的电压半波或者在
Figure FSA00000637405600012
-Δ/
Figure FSA00000637405600013
+Δ或者在
Figure FSA00000637405600014
+Δ/
Figure FSA00000637405600015
-Δ时被截止。
2.根据权利要求1所述的数据电报生成方法，其特征在于，分别以反相的形式重复数据比特的第二电压半波，借此形成分别三个电压半波的数据比特长度，使得根据是数据比特“1”还是数据比特“0”要被传输，连续的电压波或者在
Figure FSA00000637405600016
-Δ/
Figure FSA00000637405600017
+Δ/
Figure FSA00000637405600018
+Δ或者在
Figure FSA00000637405600019
+Δ/
Figure FSA000006374056000110
-Δ/
Figure FSA000006374056000111
-Δ时被截止。
3.用于经由负载导线(L′)借助连接在供电电压源(8)的相线(L)上的控制设备(1)操控至少一个负载模块或者灯(5、11)的数据电报生成方法，其中所述亮度信息的传输借助相位截止或相位截断进行并且其中所述数据电报被调制到所述电压信号上，
●其中每个电压全波传输一个数据比特，
●其中所述信息通过环绕着一个电压半波的相位截止角或相位截断角
Figure FSA000006374056000112
的、宽度为位移角Δ的短的脉冲突发(B)以及未调制的被截止或截断的其它的电压半波表征，
●其中所述突发(B)在
Figure FSA000006374056000113
-Δ/2时开始并且在+Δ/2时结束。
4.根据前述权利要求1至3所述的数据电报生成方法，其特征在于，在起始阶段期间实施负载识别，以便首先检测，是存在电容的负载类型还是电感的负载类型还是欧姆的负载类型，以及以便与此相应地
●在存在电容的负载类型情况下选择按照权利要求1所述的数据电报生成方法
●在存在电感的负载类型情况下选择按照权利要求2所述的数据电报生成方法以及
●在存在欧姆的负载类型情况下选择按照权利要求3所述的数据电报生成方法。
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