CN102685979A

CN102685979A - 操作至少一个led和/或至少一个放电灯的电子控制装置

Info

Publication number: CN102685979A
Application number: CN2012100693951A
Authority: CN
Inventors: 马克西米利安·格伯; 赖因哈德·莱谢勒; 西格弗里德·迈尔; 阿尔韦德·斯托姆
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram GmbH; Osram Co Ltd
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-09-19
Also published as: EP2515617A1; US8669707B2; KR20120106657A; DE102011005596A1; US20120235577A1; EP2515617B1

Abstract

本发明涉及用于操作至少一个LED和/或至少一个放电灯(FL)的电子控制装置。这样的电子控制装置具有用于接入控制设备(例如运动传感器(10))的控制信号的控制输入(SW)。为了减少由于耦合到控制输入(SW)的控制线的线路电容而导致的干扰电压，设置了附加电容(C_new2)，该附加电容(C_new2)与线路电容(C_k)一起形成了电容分压器。

Description

操作至少一个LED和/或至少一个放电灯的电子控制装置

技术领域

本发明涉及用于操作至少一个LED(发光二极管)和/或至少一个放电灯的电子控制装置，包括：第一端子，用于耦合到AC(交流)电压源的相；第二端子，用于耦合到AC电压源的中性线(neutral conductor)；控制输入，用于接入控制设备的控制信号，该控制设备本身耦合到AC电压源的相；第一输出，用于耦合到至少一个LED；第二输出，用于耦合到至少一个放电灯；用于至少一个LED的第一驱动电路；用于至少一个放电灯的第二驱动电路；以及评估设备，用于评估控制输入处的控制信号，该评估设备包括微控制器，该微控制器耦合到第一驱动电路和第二驱动电路以根据控制信号激活第一驱动电路和第二驱动电路，该微控制器具有能够耦合到控制输入的驱动输入。

背景技术

在结合运动传感器的照明设备的传统安装中(例如，现有技术中已知的楼梯间)，当激活运动传感器时，耦合到运动传感器的AC电压源的相被耦合到照明设备的电子控制装置，该电子控制装置连接在运动传感器的下游。因此，接通照明设备。

近来，已公开了电子控制装置，例如申请人的所谓的双电源ECG，其中可通过控制输入来选择特定的操作模式。在作为示例而讨论的电子控制装置的情况下，可在此环境下仅操作至少一个LED、或仅操作至少一个放电灯、或同时操作两者。在这样的电子控制装置的情况下，运动传感器的开关输出耦合到电子控制装置的控制输入，而电子控制装置本身耦合到AC电压源的相。如果控制输入处不存在经定义的信号，则由于其它带电线路(live line)的电容耦合会在控制输入处产生不期望的信号，并且这个不期望的信号被评估设备不正确地理解。所以，存在电容耦合的风险，特别是由于如下控制线经常与电子控制装置的AC供电线路平行放置：该控制线耦合到控制输入，并且运动传感器位于该控制线的另一端上。

图1中示意性地图示了现有技术中已知的、在此环境中使用的评估设备。如果开关S1闭合，则在分路电阻器(shunt resistor)R1上发生电压降，其中该电压与控制输入SW处的电压成比例。分压器(voltage divider)由欧姆电阻器R1和R2形成，为了整流的目的，在欧姆电阻器R1和R2之间耦合二极管D1。两个变阻器Var1和Var2用于保护开关S1免于过电压的目的。包括开关S1和欧姆电阻器R1的部分与电容器C1并联连接。微控制器μC以1∶10的比率获取分路电阻器R1上的电压降。这是因为在图1所示的评估设备中，输入阻抗仅为10kohm(千欧姆)，并且可通过具有1∶10的比率的驱动来使评估设备的损耗最小。除了由于变阻器Var1、Var2而导致的成本之外，在这种情况下开关S1的设计也是有问题的。该开关S1需要被设计用于800V的浪涌脉冲(surge pulse)。

增加输入阻抗以减少损耗并不是一个选项，因为作为结果，会增加由于控制线上的电容电荷而导致的问题。也就是说，如果增加输入阻抗，则线路电容(line capacitance)的放电会减慢，所以会对微控制器μC的输入处的控制信号SW的评估具有不利影响。出于抵消输入阻抗增加的目的而增加占空系数将会转而导致增加电流从控制输入SW流动到参考电势的时间长度，因此评估设备的损耗会再次增加。另外，不利的是，评估设备使用微控制器μC的两个管脚。存在只能为评估设备提供单个管脚的应用。

发明内容

所以，本发明的目的存在于开发通用类型的电子控制装置，使得可以同时以低成本提供控制输入的增加的抗干扰性。

该目的由具有专利权利要求1的特征的电子控制装置来实现。

本发明基于以下知识：在控制输入处出现系统半周期的相中(这样的状态以下被称为“ON(接通)”)，线路电容短路，所以电容分压器不起作用，其中，该电容分压器包括要连接到控制输入的控制线的线路电容和第一电容，该线路电容作用于该控制输入处。相反，电容分压器仅在控制输入处的信号为“OFF(断开)”、即为零的相中起作用。恰恰在由于线路电容而发生干扰的相中，通过电容分压器减少该干扰，所以该干扰减少了错误地理解微控制器的驱动输入处的信号的风险。

由于该手段，可显著地增加控制输入的抗干扰性。所以，可将相对长的控制线连接到电子控制装置，因此开启了更广的应用领域的可能性。由于不需要变阻器，所以与现有技术相比，存在相当大的成本节省。同样地，不需要被定尺寸用于800V的开关。由于该节省，同样减少了空间需求。

本发明的优选开发考虑了如下情形，在该情形中，例如，实际上，其它照明设备和电子控制装置可耦合到根据本发明的电子控制装置所耦合到的相和中性线，以经由同一运动传感器来接通和断开所有这些照明设备和电子控制装置。但是，如果白炽灯例如耦合在中性线与如下的相之间，则该白炽灯充当欧姆电阻：该相耦合到运动传感器并且意在耦合到根据本发明的电子控制装置的控制输入。因此，中性线上的信号经由白炽灯传送到根据本发明的电子控制装置的控制输入，并且干扰那里的控制信号的评估。为了防止这一点，根据该优选开发，使评估设备进一步包括耦合在控制输入和微控制器的驱动输入之间的抑制设备，该抑制设备被设计为仅在第二端子处的信号为零的时间段期间将控制信号耦合到微控制器的驱动输入。因此，在可导致干扰的信号存在于中性线上的时间段中，控制信号不耦合到微控制器的驱动输入。所以，可以可靠地避免由于耦合到同一控制设备、尤其是运动传感器的其它照明设备导致的干扰。

优选地，这样的抑制设备包括具有控制电极、参考电极和工作电极的电子开关，其中，所述控制电极耦合到所述第二端子，所述参考电极耦合到参考电势、特别是接地，所述工作电极耦合到耦合点，所述耦合点在一侧上耦合到所述微控制器的驱动输入并在另一侧上耦合到所述控制输入。由于该配置，在中性线上的信号ON(接通)的情况下，耦合点被拉到接地，并且因此微控制器的驱动输入也被拉到接地。另一方面，在中性线上的信号OFF(断开)的情况下，电子开关断开，导致控制输入处的信号经由耦合点施加到微控制器的驱动输入。

还优选地，第二电容耦合在所述耦合点与所述参考电势之间。

该第二电容用于抑制由窄脉冲引起的注入干扰而导致的干扰的目的。

还优选地，第一欧姆电阻器耦合在所述控制输入与所述耦合点之间，并且第二欧姆电阻器耦合在所述微控制器的驱动输入与所述参考电势之间。这使得能够将本配置中的分压器设计为与现有技术相比具有高电阻。所以，由评估设备引起的损耗最小。控制输入的输入阻抗优选地在700kohm(千欧姆)和2Mohm(兆欧姆)之间，尤其在根据本发明的电子控制装置的情况下为1Mohm(兆欧姆)。因此，与现有技术相比，可显著地减少损耗。在这种情况下，用于整流的二极管耦合在耦合点和微控制器的驱动输入之间。

在特别优选的实施例中，以这样的方式设计微控制器，使得微控制器评估其驱动输入处的信号的峰值。因此，可进一步增加抗干扰性。相比之下，平均值测量会导致信噪比的降低。

优选地，预定的阈值存储在微控制器中，其中微控制器被设计为当驱动信号的峰值在预定阈值以上时将微控制器的驱动输入处的信号分类为“高”，而当驱动信号的峰值在预定阈值以下时将微控制器的驱动输入处的信号分类为“低”。可在微控制器中建立的是，“高”导致至少一个荧光灯的激活，而“低”导致至少一个LED的激活。

优选地，与控制输入处的信号的峰值相比，存储在微控制器中的预定阈值在该峰值的15％和25％之间，尤其是在18％和23％之间。在具有最多255单位的幅度的AC系统电压的情况下(如在德国是惯例的)，相应地，阈值优选大约为55单位。对于其它的AC系统电压，可相应地匹配阈值。

还优选地，电子控制装置还包括整流器，整流器的输入具有第一输入端子和第二输入端子，第一输入端子耦合到第二端子，而第二输入端子耦合到三相AC电压源的第一相、或第二相、或第三相，整流器的输出处的低电势表示电子控制装置的参考电势。如上所述，作为适当地选择的阈值的结果，经由控制设备(即，尤其是运动传感器)施加到控制输入的系统相可以是与电子控制装置的系统输入处的系统相不同的系统相，于是，电子控制装置的系统输入处的系统相被耦合到整流器。因此，可在没有相当大的复杂度的情况下将现有设备改进为高效节能系统。

根据特别优选的实施例，控制设备表示运动传感器。

可根据从属权利要求来获得其它优选实施例。

附图说明

以下将参考附图来详细描述本发明的示例性实施例，在附图中：

图1示出根据电子控制装置的现有技术已知的评估设备的示意图；

图2示出经由同一运动传感器来开关各种照明设备的配置的示意图；

图3示出用于说明由根据本发明的电子控制装置中的线路电容导致的问题的示意图；

图4示出表示根据本发明的电子控制装置中的电容分压器的操作模式的示意图；

图5示出相L1上的信号对参考电势GND的时间曲线、中性线N对参考电势GND的时间曲线、以及微控制器μC的驱动输入处的信号U_as的时间曲线的示意图；

图6示出根据本发明的电子控制装置的示例性实施例的示意图；

图7示出与中性线N上的信号的时间曲线相比的不同的系统相L1、L2、L3的时间曲线的示意图；以及

图8示出在时间段L＝ON(接通)并且N＝ON(接通)上的信号U_as的时间曲线，其中，在L＝ON(接通)内，针对SW＝ON(接通)(曲线a)、针对没有电容分压器的SW＝OFF(断开)(曲线b)、以及针对具有电容分压器的SW＝OFF(断开)(曲线c)，图示了不同的曲线。

具体实施方式

在各个图中，相同的附图标记用于相同的部件和功能上相同的部件。所以，为了清楚起见，这些附图标记仅介绍一次。

图2示出表示可能与本发明有关地发生的问题的示意图。在这种情况下，经由同一运动传感器10来控制多个照明设备。举例来说，该图示出根据本发明的电子控制装置12，电子控制装置12具有耦合到其输出的LED和放电灯FL1。第二放电灯FL2耦合到第二电子控制装置13的输出。最后，设置了白炽灯14。在根据本发明的控制装置的情况下，控制装置首先耦合到三相AC电压源的相L，而且耦合到AC电压源的中性线N。运动传感器10的开关输出耦合到根据本发明的电子控制装置12的控制输入SW。在控制装置13的情况下，电源端子L耦合到运动传感器10的开关输出，而中性线端子N耦合到中性线N。最后，白炽灯14耦合在运动传感器10的开关输出和中性线N之间。

与该配置有关的一个问题是，在运动传感器10被切换到不导电、或者当运动传感器被切换到导电时相L为“OFF(断开)”的相中，在根据本发明的控制装置12的控制输入SW处可能产生不期望的信号，准确地，例如，由于在电子控制装置13的情况下L端子和N端子之间的电容耦合、或者简单地由于白炽灯14充当欧姆电阻的事实(并且在这个意义上)，将来自中性线的信号发送到运动传感器10的开关输出。

图3示出即使在没有图2所示的配置的情况下也会产生与控制输入SW处的信号有关的问题，准确地，由于分段线路电容(sectional linecapacitance)Ck1、Ckn导致的问题。端子PE意在耦合到保护性接地。线路电容表示系统相之间的耦合电容，在这种情况下为L1和控制线SL之间的耦合电容，其中控制线SL在本示例中为25m(米)。在具有1.5mm²(平方毫米)的直径的五导线NYM电缆的情况下，每单位长度的电容通常为100pF/m并且最大120pF/m。线路电容Ck是图示的分段线路电容Ck1至Ckn的总和。当运动传感器10被切换到导电时，线路电容Ck短路，导致在根据本发明的电子控制装置12的控制输入SW处没有问题。

图3示出AC电压源AC，AC电压源AC的中性线耦合到根据本发明的电子控制装置的端子N，并且AC电压源AC的相L1首先耦合到根据本发明的电子控制装置的端子L，其次耦合到运动传感器10。运动传感器10的开关输出耦合到根据本发明的电子控制装置12的控制输入SW。相应地，运动传感器10被切换到导电并且相L1为OFF(断开)的相、或者运动传感器10被切换到不导电的相是有问题的。

图4示出图3中所示的情形的另一图示，而且还示出了根据本发明的用于减少电容干扰的手段。如图3中一样，设置AC电压源AC，该AC电压源AC的一个相耦合到根据本发明的电子控制装置的端子L。AC电源AC的中性线耦合到根据本发明的电子控制装置的端子N。如图3中一样，运动传感器10连接在AC电源AC的耦合到端子L的相与控制输入SW之间，其中，为了描述本发明的基本概念的目的，该运动传感器10在这种情况下也处于其不导电状态。所以，线路电容C_k在根据本发明的电子控制装置的端子L和SW之间是有效的。

根据本发明，电容C_new2耦合在端子SW和端子N之间，其中该电容与线路电容C_k一起形成电容分压器。目的在于，当控制输入SW处不存在控制信号时，即当运动传感器10被切换到不导电时，通过电容器C_new2的适当定尺寸而将电容C_new2上的电压降U_Cnew2保持为低。用U_k表示线路电容C_k上的电压降。优选地，如此选择电容C_new2，使得端子L和SW之间的电压降大约是端子SW和N之间的电压降的九倍大。

从图中可以看出，使用电阻分压器将电阻器R1上的电压降U_as传递到微控制器μC的驱动输入，其中该电阻分压器包括电阻R2和R1。二极管D1用于整流。

在将关于根据本发明的电子控制装置12的图6所示的示例性实施例给出任何进一步的细节之前，将首先参考图5的部分，其中示意性地图示了对本发明来说重要的一些电压的时间曲线。

首先，曲线a)表示端子L处的、即在这种情况下的相L1上的电压相对于接地的时间曲线，其中接地表示电子控制装置12的参考电势。相应地，该信号包括正弦曲线半周期的序列，其中正弦曲线半周期各自被具有零幅度的、持续半周期的相所中断。曲线b)表示端子N处的电压相对于接地的时间曲线。从图中可以看出，该曲线也是正弦曲线半周期的序列，其中正弦曲线半周期被具有零幅度的、相等长度的相所中断。如果将曲线a)表示的信号和曲线b)表示的信号彼此比较，可以看出这些信号是反相的，即在曲线a)具有零幅度的情况下，曲线b)具有正弦曲线半周期，反之亦然。

曲线c)表示微控制器μC的驱动输入处的电压U_as的时间曲线。在对图5所示的本发明的示例性实施例进行说明之后，将再次参考该曲线。

在根据本发明的电子控制装置12的图6所示的示例性实施例中，以作为示例而选择的相L1与控制输入SW之间的虚线来图示线路电容C_k。当运动传感器10被切换到导电时，控制输入SW处的信号的曲线对应于图5中的曲线a)。

当SW＝ON(接通)时，N相应地等于OFF(断开)。因此，经由欧姆电阻R21将信号施加到耦合点K，而耦合点K本身经由二极管D1和包括电阻器R1和电容C3的并联电路连接到参考电势。耦合在耦合点K和参考电势之间的电容C_new1用来抑制由于窄脉冲(burst pulse)的干扰。所以，经由二极管D1将耦合点K处的信号施加到微控制器μC的驱动输入。

只要N等于OFF(断开)，就没有信号经由电阻分压器R22、R3被施加到晶体管Q1的基极。与欧姆电阻器R3并联连接的电容器C2用于对干扰进行滤波。因此，晶体管Q1在该相中断开，并且不影响耦合点K处的电势。

在SW等于OFF(断开)的相中，N等于ON(接通)。因此，晶体管Q1被切换到导电，从而导致将耦合点K处的电势被拉到参考电势。所以，微处理器μC的驱动输入处的电压U_as为零。

特别地，如下的相是有问题的，在该相中，运动传感器10被切换到不导电，其后端子SW上仅存在由于线路电容C_k导致的电压。当N等于OFF(断开)时，这可能会导致微控制器μC的驱动输入处的不期望的电压U_as。所以，本发明经由耦合在端子SW和端子N之间的电容器C_new2，来使由线路电容C_k导致的干扰电压在输入SW处降低到不严重的电压水平。给定该配置，这确保微控制器μC的控制输入处的电压U_as不超过用于将荧光灯FL激活到不期望的程度的预定阈值TS。

在示例性实施例中，图6的左半部分示出根据本发明的电子控制装置具有用于耦合到相的端子L以及用于耦合到三相AC电压源的中性线的端子N。包括二极管D3、D4、D5和D6的整流器连接在端子L和N的下游。包括电容器C4和欧姆电阻器R_LECG的并联电路耦合到整流器的输出，其中欧姆电阻器R_LECG表示电子控制装置的负载。

图5所示的曲线c)表示当运动传感器10被切换到导电时微处理器μC的驱动输入处的电压U_as的时间曲线。可以看出，仅当N等于OFF(断开)时，信号U_as才耦合到微处理器μC。因此，考虑到了结合图2说明的问题。

图7根据中性线处的信号的时间曲线示出三相AC电源AC的不同的相L1、L2、L3的时间曲线。参考图5的曲线c)，微处理器μC评估信号U_as的峰值。如果假设半周期的最大值将对应于255单位，则例如可在微处理器μC中设置55单位的阈值TS。在这种情况下，由于实际的电压值不重要，所以选择了术语“单位”；如果需要，则例如可通过相关的分压器的对应定尺寸而调整该电压值。该阈值TS以上的幅度被认为是“ON(接通)”，即逻辑“高”，而该阈值TS以下的信号被认为是“OFF(断开)”，即逻辑“低”。曲线c)的右边的半周期中的图示表示即使当相L1未耦合到运动传感器10时，可靠的评估也是可能的。即使当使用相L2或L3时，在评估峰值时也产生可预定的阈值TS以上的幅度，从而导致可以可靠地将逻辑“高”与逻辑“低”相区分。

在优选的示例性实施例中，微控制器μC每400μs测量其驱动输入处的信号U_as的幅度。给定优选选择的上述阈值TS，根据本发明的电子控制装置12可用于具有140V和400V之间的最大幅度的系统电压。

最后，图8针对SW＝ON(接通)(曲线a)的情况、针对没有电容分压器C_new2的SW＝OFF(断开)(曲线b)的情况、以及针对具有电容分压器C_new2的SW＝OFF(断开)(曲线c)的情况，示出了微控制器μC的驱动输入处的电压U_as的示意图。可以清楚地看出，当使用电容分压器时，可显著地减少线路电容的贡献。

通过本发明的手段，可将控制线的长度增加基本上五倍。现在，到目前为止只用最多5m的控制线起作用的应用可成功地用高达25m的控制线来实现。

Claims

1.一种用于操作至少一个LED和/或至少一个放电灯(FL)的电子控制装置，包括：

-第一端子(L)，用于耦合到AC电压源(AC)的相(L1，L2，L3)；

-第二端子(N)，用于耦合到所述AC电压源(AC)的中性线；

-控制输入(SW)，用于接入控制设备(10)的控制信号，所述控制设备(10)本身耦合到所述AC电压源(AC)的相(L1，L2，L3)；

-第一输出，用于耦合到所述至少一个LED；

-第二输出，用于耦合到所述至少一个放电灯(FL)；

-用于所述至少一个LED的第一驱动电路；

-用于所述至少一个放电灯(FL)的第二驱动电路；

-评估设备，用于评估所述控制输入(SW)处的所述控制信号，所述评估设备包括微控制器(μC)，所述微控制器(μC)耦合到所述第一驱动电路和所述第二驱动电路以根据所述控制信号激活所述第一驱动电路和所述第二驱动电路，所述微控制器(μC)具有能够耦合到所述控制输入(SW)的驱动输入；

其特征在于，

第一电容(C_new2)耦合在所述第二端子(N)与所述控制输入(SW)之间。

2.如权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，

所述评估设备还包括耦合在所述控制输入(SW)与所述微控制器(μC)的驱动输入之间的抑制设备，所述抑制设备被设计为仅在所述第二端子(N)处的信号为零的时间段期间将所述控制信号耦合到所述微控制器(μC)的驱动输入。

3.如权利要求2所述的电子控制装置，其特征在于，

所述抑制设备包括具有控制电极、参考电极和工作电极的电子开关(Q1)，其中，所述控制电极耦合到所述第二端子(N)，所述参考电极耦合到参考电势，所述工作电极耦合到耦合点(K)，所述耦合点(K)在一侧上耦合到所述微控制器(μC)的驱动输入并在另一侧上耦合到所述控制输入(SW)。

4.如前述权利要求之一所述的电子控制装置，其特征在于，

第二电容(C_new1)耦合在所述耦合点(K)与所述参考电势之间。

5.如权利要求3和4中任一项所述的电子控制装置，其特征在于，

第一欧姆电阻器(R21)耦合在所述控制输入(SW)与所述耦合点(K)之间，并且第二欧姆电阻器(R1)耦合在所述微控制器(μC)的驱动输入与所述参考电势之间。

6.如权利要求5所述的电子控制装置，其特征在于，

二极管(D1)耦合在所述耦合点(K)与所述微控制器(μC)的驱动输入之间。

7.如前述权利要求之一所述的电子控制装置，其特征在于，

所述微控制器(μC)被设计为评估所述微控制器(μC)的驱动输入处的信号(U_as)的峰值。

8.如权利要求7所述的电子控制装置，其特征在于，

在所述微控制器(μC)中存储预定阈值(TS)，所述微控制器(μC)被设计为当驱动信号的峰值在所述预定阈值(TS)以上时将所述微控制器(μC)的驱动输入处的信号分类为“高”，而当驱动信号的峰值在所述预定阈值(TS)以下时将所述微控制器(μC)的驱动输入处的信号分类为“低”。

9.如权利要求8所述的电子控制装置，其特征在于，

与所述控制输入(SW)处的信号(U_as)的峰值相比，存储在所述微控制器(μC)中的所述预定阈值(TS)在所述峰值的15％和25％之间，尤其是在所述峰值的18％和23％之间。

10.如前述权利要求之一所述的电子控制装置，其特征在于，

所述电子控制装置还包括整流器(D3，D4，D5，D6)，所述整流器(D3，D4，D5，D6)的输入具有第一输入端子和第二输入端子，所述第一输入端子耦合到所述第二端子(N)，而所述第二输入端子耦合到三相AC电压源(AC)的第一相(L1)、或第二相(L2)、或第三相(L3)，所述整流器(D3，D4，D5，D6)的输出处的低电势表示所述电子控制装置的所述参考电势。

11.如前述权利要求之一所述的电子控制装置，其特征在于，

所述控制输入(SW)的输入阻抗在700千欧姆和2兆欧姆之间，尤其是1兆欧姆。

12.如前述权利要求之一所述的电子控制装置，其特征在于，

所述控制设备表示运动传感器(10)。