CN102804925A - 用于编程微控制器的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于编程电子驱动器（200）中的控制器（10）的编程设备（100）包括：可控制电压源（30），其用于生成适合于对电子驱动器（200）供电的AC电源电压；以及编程控制器（20），其用于控制该电压源（30）。该编程设备（100）设计成调制电源频率，从而对电子驱动器（200）馈电并且发送编程数据到电子驱动器（200）。

Description

用于编程微控制器的方法和设备

技术领域

本发明大体上涉及市电供电的设备，其包括诸如微控制器等的控制设备。在特定实施例中，本发明涉及诸如用于驱动比如LED或气体放电灯的光源的驱动器；在下文中，本发明将针对这种驱动器的情形予以具体解释，但是注意本发明的要旨可以在许多其它情形中应用。

背景技术

图1为说明用于驱动光源2的电子驱动器1的示意性框图，该驱动器由市电供电。特别地，驱动器1具有用于连接到市电的输入端子3、4以及用于连接灯2的输出端子8、9。本领域技术人员将知晓，这种电子驱动器的若干实施方式是有可能的。因为这种驱动器是公知的，同时驱动器的确切设计无关于本发明的实施方式，此处省略了对驱动器设计的详细描述。然而，至关重要的是驱动器1包括控制驱动器的操作的控制设备10，以及这种控制器能够被编程（即存储在存储器中的软件和/或参数的变化是有可能的）。控制设备可以比如实施为CPU、微处理器、微控制器等，并且将在下文中简单地称为控制器。

为了驱动器1的正确运作，控制器10应被配置和调谐，这通常是在制造商的测试设施中完成的。配置和调谐的过程可以由人力完成，但是也可以由调谐设备完成，该调谐设备本身可以实施为在计算机（个人计算机、膝上型计算机）上运行的软件应用。在任何情况下该过程要求朝向控制器的数据通信，以及从控制器往回的通信。

只要控制器10尚未构建在驱动器内，则比较容易与控制器通信。然而，只要控制器10处于内建状况，则与控制器通信更困难。为了允许从外部接入控制器，会需要使用特殊引脚物理接触控制器，并且/或者会需要为驱动器1提供单独的连接器。然而，这些解决方案比较昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种上述问题的解决方案。

考虑到基本上仅仅在驱动器的制造阶段需要对于朝向控制器的通信信道的需求，本发明的具体目的是提供一种简单且廉价的与控制器通信的方式，其尽可能少地改变该驱动器。

在一个方面，本发明提供一种可控制电源，该可控制电源能够提供频率可以被操纵的AC电压。注意，WO 98/21803描述了一种系统，其中市电电源的频率被操纵从而控制全国范围的各能量消耗系统。这种系统明显不适合用于控制一个单独电子驱动器。可获得的频率变化仅仅是微小的，并且信号的持续时间相当长，每位（per bit）几秒的量级。

在第二方面，本发明提供一种配备有这种可控制电源的测试设施；在这种设施中，有可能对驱动器供应"受操纵的"市电，即频率受调制的AC电源电压。本领域技术人员应清楚，频率的调制提供了数据传输的可能性。

在第三方面，本发明提供一种能够解调制频率受调制的市电的驱动器。

在第四方面，本发明提供一种用于从电压源下载信息到从该电压源接收其功率的设备的方法。

另外优选的是，控制器可以往回通信到编程设备，而不需要特定通信线路。因此，在第五方面中，本发明提供一种电子驱动器，其包括设计成调制从电压源提取的电流的控制器。

在第六方面中，本发明提供一种测试设施，其包括用于探测受调制的电流的电流传感器。

在第七方面中，本发明提供一种用于从自电压源接收其功率的设备上传信息到该电压源的方法。

在第八方面，本发明提供一种用于在供电线路上双向通信的方法。

在从属权利要求中提到另外的有利实施细节。

附图说明

本发明的这些和其它方面、特征和优点将参考附图通过对一个或多个优选实施例的下述描述而进一步解释，附图中相同的附图标记表示相同或相似的部分，并且在附图中：

图1为说明从市电供电的电子驱动器的示意性框图；

图2示意性示出用于电子驱动器的编程设备；

图3为示出编程设备的输出电压与时间的函数的曲线图；

图4为说明根据本发明的电子驱动器的框图；

图5为说明从电压源提取的电流与时间的函数的曲线图。

具体实施方式

图2示意性示出用于电子驱动器的编程设备100，其包括程序控制设备20和电压源30，该电压源适合于为电子灯驱动器提供电源电压Vs而替代普通市电。因而，比如，电压源能够在其输出端子38、39提供振幅约为330V的交变电压，该输出端子38、39连接到编程设备100的输出端子108、109。在灯驱动器（或接收此电压的其它设备）的输入级，输入电压将首先比通过由二极管电桥被整流，并且本领域技术人员应清楚，灯驱动器（或其它设备）的适当运作很少或者不依赖于AC输入电压的频率。在普通电源中，并且特别是在通常市电中，这种电源频率基本上恒定（即，在欧洲为50Hz）。依据本发明的具体方面，电源电压频率被调制从而传输数据到灯驱动器（或其它设备）。为此，电压源30具有控制输入端31，并且程序控制设备20具有耦合到此控制输入端31的控制输出端21；电压源30设计成依据在其控制输入端31接收的控制信号而设置其输出频率。

频率调制可以按许多方式执行，如本领域技术人员所应知晓，并且在实施本发明时原则上可以应用所有调制方案。不过，本发明也提出一种非常简单的调制方案，将参考图3解释此调制方案。在此方案中，电压源30可以在三种不同操作状态操作，这些状态通过不同的输出频率而区别于彼此。第一状态将表示为正常状态，在该状态中不传输数据：在该状态中，输出电压具有比如50Hz的第一频率。第二状态将表示为第一数据状态，在该状态中传输具有第一值（比如"1"）的一位数据：在此状态中输出电压具有明显区别于第一频率的比如125Hz的第二频率。第三状态将表示为第二数据状态，在该状态中传输具有第二值（比如"0"）的一位数据：在此状态中输出电压具有明显区别于第一和第二频率的比如250Hz的第三频率。

对于通信目的，将有可能定义长度彼此相同的连续时间帧，以及设置每个时间帧的输出频率。然而，这将要求定时和同步。在简单实施例中，数据单元的长度定义为以一个过零点开始且以一个过零点结束的时间阶段，上述过零点之间有可能存在预定数目的过零点。因而，数据单元可以具有对应于电压信号的360°的持续时间，但是在当前优选实施例中数据单元对应于电压信号的180°；这不仅提供更大的数据率，而且提供了更容易解码的优点。

图3为示出对于示例性情形的输出电压Vs与时间的函数的曲线图。最初，程序控制设备20不发送任何数据；其用于电压源30的控制信号Vc具有第一值，致使电压源30在其第一状态操作，使得输出电压Vs具有比如50Hz的第一频率。假设在时间t0，程序控制设备20希望发送数据。程序控制设备20生成用于电压源30的其控制信号Vc，该控制信号具有表示数据位"1"的第二值，并且作为响应，在时间t1的下一个过零点开始，电压源30转变到其第二状态，在该第二状态中该电压源生成处于比如125Hz的第二频率的其输出电压Vs。电压源30保持在此第二状态直至在时间t2的下一个过零点，使得输出电压Vs在该第二频率出现了半个周期或者180°的相位。这意味着在此示例中在时间t1和t2的两个过零点之间的间隔等于4ms。在时间t2之后，电压源30准备好服从来自程序控制设备20的下一个命令。

假设将发送的数据含有第二位"0"，如控制信号Vc的第三值所表示。作为响应，在时间t2的过零点开始，电压源30转变到其第三状态，在该第三状态中该电压源生成处于比如250Hz的第三频率的其输出电压Vs。电压源30保持在此第二状态直至下一个过零点，使得输出电压Vs在第三频率出现了半个周期或者180°的相位。这意味着在此示例中在两个过零点之间的间隔等于2ms。

对于所有数据位继续上述过程。该图示出程序控制设备20在时间t3准备就绪，使得电压源30继续在其第一状态操作，过零点之间的时间间隔等于10ms。

应清楚的是，一个数据位的长度也可以对应于n*180°，n为任何实数。

还应清楚，所使用的频率不一定必须非常精确。比如，在上面示例中，在100Hz或更低的范围的频率，对应于5ms或更长的时间间隔，可以表示"无数据"；在100Hz和200Hz之间的范围的频率，对应于5ms和2.5ms之间的时间间隔，可以表示数据"1"；以及在200Hz和更高的范围的频率，对应于2.5ms或更短的时间间隔，可以表示数据"0"。

还有可能使用多于两种不同数据频率从而增大数据率。比如，使用四种可能数据频率供选择则允许同时发送两个数据位。

图4为与图1相当的框图，其说明根据本发明的电子驱动器200，示出了驱动器200接收由编程设备100的电压源30供应的电源电压Vs。驱动器200包括比如二极管电桥的整流器210，其具有连接到驱动器输入端子3、4的输入端子211、212以接收AC电源电压Vs，并且具有连接到驱动器200中的供电线路205、206的输出端子218、219。控制器10具有连接到这些供电线路205、206的电源端子15、16，所述电源端子有可能在用于移除频率分量的平滑滤波器（未示出）之后接收经整流的电源电压。

假设控制器10具有模拟数据输入端11，该模拟数据输入端对于大多数常见控制器而言是典型的。代表经整流的电源电压的测量信号被供应到此模拟数据输入端11。此测量信号由电阻分压器提供，该电阻分压器由连接在供电线路205、206之间的两个电阻器221、222的串联布置构成。控制器10通过合适的软件编程设计成在适当高的采样频率在其输入端11对信号采样，以及处理此信息以导出由电源电压承载的数据，比如通过首先导出过零点之间的时间间隔。换言之，控制器10设计成解调制频率调制的电源电压。另外，控制器10设计成处理如此接收的数据从而调适其设置和/或配置，如本领域技术人员所应清楚。

作为可替换方案，比如对于控制器不具有任何模拟数据输入端的情形，有可能驱动器200包括附加数据处理单元以用于在模拟输入端接收经整流的市电，导出数据位并且将该数据位提供到控制器的数字输入端。但是这需要附加硬件组件，并且因此更昂贵，而上面讨论的优选实施例具有的优点为它可以简单地在控制器的软件中实施。

在本发明的一个可能实施例中，控制器10的编程是开放式的，即没有诸如确认的反馈。在优选实施例中，控制器10能够也使用供电线路往回通信到编程设备100。该通信可涉及简单的确认，但是也可涉及状态报告或者当前设置列表。在任何情形中，电子驱动器200应具有通信设施。

当然有可能的是，电子驱动器200设有用于将一些高频通信信号叠加到电源电压Vs的设备，该信号可以由编程设备100接收和处理。然而，这将是复杂且昂贵的。为了避免这一点，本发明提出一种有着这样引人之处的解决方案：其能够在控制器10的软件中实施。在此实施方式中，电子驱动器200的输出端8、9连接到比如灯2的合适负载，使得电子驱动器200提供输出电流并且因此从编程设备提取输入电流，同时另外该控制器10设计成调制此输入电流。为了能够探测驱动器的输入电流的这种调制，编程设备100可以设有电流传感器40，其检测在编程设备的输出端108、109提供的输出电流，并且提供测量信号到程序控制设备20的电流检测输入端24。本领域技术人员应清楚，程序控制设备20可以被设计（软件）以处理来自电流传感器40的测量信号，从而导出由控制器10通信的数据。

就电流调制而言，注意控制器10具有提供控制信号Sc的输出端19，该控制信号确定将被供应到负载2的瞬间电流振幅。典型地，电子驱动器200包括功率因数校正器230，其接收此控制信号并且负责所有另外的电流控制。因为这种功率因数校正器本身已知，此处不需要另外的解释。对于下述讨论，假设控制信号Sc通常为具有恒定值的信号，其表示恒定平均电流水平。

电流调制优选地为振幅调制。振幅调制可以按许多方式执行，如本领域技术人员所应知晓，并且在实施本发明时原则上可以应用所有调制方案。不过，本发明也提出非常简单的调制方案，该调制方案将参考图5予以解释。在此方案中，调制涉及在比如500Hz的足够高抑制频率抑制该电流。这也可以认为是乘以500Hz方波。信息的每一位对应于电源电压的一个半周期（one half-period），即两个连续过零点之间的周期。对于每一位，高频抑制信号或者存在或者不存在，这对应于一个数据位的容易识别的两个不同值。

图5为说明对于下述说明性示例的从电压源30提取的电流与时间的函数的曲线图：假设编程设备100不发送数据到电子驱动器200，因此电流具有50Hz的标称频率。电流的过零点在t0、t1、t2、t3等表示。连续过零点之间的时间间隔将表示为时间帧。在t0和t3之间的时间帧中，控制器10不发送任何数据到编程设备100，因此电流波形不受干扰。在t3和t4之间的时间帧中，控制器10通过生成电流脉冲而发送一位信息（"0"）：这位被解释为开始位，开始预定数目的位的序列。在t4和t5之间的时间帧中，控制器10通过不生成电流脉冲而发送一个数据位（"1"），而在t5和t6之间的时间帧中，控制器10通过生成电流脉冲而发送一个数据位（"0"）。

概言之，本发明提供一种用于编程电子驱动器200中的控制器10的编程设备100，该编程设备包括：可控制电压源30，其用于生成适合用于供应电子驱动器200的离网（off grid）AC电源电压；以及编程控制器20，其用于控制电压源30。编程设备100设计成调制电源频率，从而既对电子驱动器200馈电又发送编程数据到电子驱动器200。

尽管本发明已经在附图和前述描述中予以详细说明和描述，本领域技术人员应清楚，这种说明和描述被考虑为说明性或示例性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例；相反，在如所附权利要求定义的本发明的保护范围中，若干变动和调整是有可能的。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求可以理解和达成对所公开实施例的其它变动。在权利要求中，措词"包括"不排除其它元件或步骤，并且不定冠词"一"或"一个"不排除多个。单个处理器或其它单元可以完成在权利要求中陈述的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应解读为限制范围。

在上文中已经参考框图解释了本发明，所述框图说明根据本发明的设备的功能区块。将理解，一个或多个这些功能区块可以在硬件中实施，其中这种功能区块的功能是由单独的硬件组件来执行，但是也有可能的是一个或多个这些功能区块在软件中实施，使得这种功能区块的功能由计算机程序或者可编程设备的一个或多个程序行执行，该可编程设备诸如为微处理器、微控制器、数字信号处理器等。

Claims (15)

1. 一种用于在AC电压供电线路上从AC电压源发射数据到消费设备的方法，该方法包括在预定基础频率生成AC电压以及使用频率调制用于调制该基础频率的步骤；

该消费设备优选地为用于光源的驱动器。

2. 根据权利要求1的方法，其中一位信息对应于两个过零点之间的时间间隔，其中该基础频率在所述两个过零点之间保持恒定，以及其中在所述时间间隔开始时选择该基础频率的值。

3. 根据权利要求2的方法，其中所述两个过零点为两个连续过零点。

4. 根据权利要求2的方法，其中该基础频率选自表示数据位的两个可能值的一组至少两个可能频率值，该方法优选地具有一个或多个下述特征a)-b)：

a）该基础频率的这组可能频率值包括表示没有信息正被发送的至少一个频率值；

b）两个可能频率值之间的比率总是大于1.1，优选地大于1.5，更优选地大于2。

5. 根据权利要求1的方法，其中在每个过零点，该基础频率的值选自一组至少两个可能频率值，从而在直至下一个过零点的时间间隔期间发射至少一位信息。

6. 根据权利要求1的方法，该方法包括定义至少三个不同电源频率的步骤，即标称频率（fn）、大于标称频率（fn）的第一数据频率（f1）、以及大于标称频率（fn）且大于第一数据频率（f1）的第二数据频率（f2），其中f1/fn≥1.1以及其中f2/f1≥1.1；

该方法包括下述步骤：

在正常操作期间，提供在标称频率（fn）的正弦形状电源电压；

为了发送具有第一值的数据位，从第一过零点到第二过零点提供在第一数据频率（f1）的正弦形状电源电压，第一过零点与第二过零点之间的过零点的数目优选地等于零；

为了发送具有第二值的数据位，从第一过零点到第二过零点提供在第二数据频率（f2）的正弦形状电源电压，第一过零点与第二过零点之间的过零点的数目优选地等于零。

7. 一种用于在AC电压供电线路上从消费设备发射数据到AC电压源的方法，该方法包括从电压源提取电流以及调制从电压源提取的电流的振幅的步骤；

该消费设备优选地为用于光源的驱动器。

8. 根据权利要求7的方法，其中调制步骤包括生成至少一个电流脉冲的步骤，该电流脉冲的脉冲振幅基本上为零。

9. 根据权利要求7的方法，其中调制步骤包括在两个连续过零点之间的时间间隔期间，将电流乘以高频方波块信号的步骤。

10. 一种用于在AC电压供电线路上在AC电压源和消费设备之间双向通信的方法，该消费设备优选地为用于光源的驱动器；

该方法包括：使用权利要求1-6中任意一项的方法，从AC电压源发射数据到消费设备，而同时使用权利要求7-9中任意一项的方法，从消费设备发射数据到AC电压源。

11. 一种用于编程电子驱动器（200）中的控制器（10）的编程设备（100），该编程设备包括：可控制电压源（30），其用于生成适合于对该电子驱动器（200）供电的AC电源电压；以及编程控制器（20），其用于控制该电压源（30）；

其中该编程设备（100）设计成执行权利要求1的方法，从而既对该电子驱动器（200）馈电并且发送数据到该电子驱动器（200）。

12. 根据权利要求11的编程设备，还包括用于检测从该电压源（30）提取的电流的电流传感器（40），该电流传感器具有耦合到该编程控制器（20）的检测输入端（24）的输出端；

其中该编程控制器（20）设计成从传感器输出信号解码振幅调制信息。

13. 一种电子驱动器（200），包括用于从根据权利要求11的编程设备接收频率调制电源电压（Vs）的输入端子（3、4），该电子驱动器（200）包括：

控制器（10），其具有连接到内部供电线路（205、206）的电源输入端子（15、16），该控制器（10）具有数据输入端子（11）；

导出装置（221、222），其耦合到该内部供电线路（205、206），以用于从调制电源电压（Vs）导出代表调制数据的信号；

其中该导出装置（221、222）具有耦合到该控制器（10）的数据输入端子（11）的输出端。

14. 根据权利要求13的电子驱动器，其中该导出装置（221、222）构成电阻分压器，并且其中该控制器（10）被编程用于在其输入端（11）对信号采样以用于解调制此输入信号。

15. 根据权利要求13的电子驱动器，负载（2）连接到该电子驱动器的输出端子（8、9），其中该控制器（10）设计成用于控制从输入端子（3、4）提取的电流，以及其中该控制器（10）设计成用于执行权利要求7的方法；

该控制器（10）优选地设计成与电源电压同步生成电流脉冲。

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