CN103296864A

CN103296864A - 响应于多种控制信号格式的电源

Info

Publication number: CN103296864A
Application number: CN2012100444906A
Authority: CN
Inventors: 郑永宁; 康纳尔·奎因
Original assignee: Astec International Ltd
Current assignee: Astec International Ltd
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: CN103296864B

Abstract

公开了一种响应于多种控制信号格式的电源，该电源包括：电源电路，用于将输入电压或电流转换成输出电压或电流；至少一个接口端口，用于从一个或多个外部装置接收信号；以及控制电路，耦合到电源电路和至少一个接口端口。控制电路被适配成响应于至少一个接口端口接收到的、具有多种不同的控制信号格式的控制信号，操作电源电路。

Description

响应于多种控制信号格式的电源

技术领域

本公开内容涉及响应于多种控制信号格式的AC(交流)/DC(直流)电源和DC/DC电源。

背景技术

这部分提供了与本公开内容相关的背景信息，其不一定是现有技术。

AC/DC电源和DC/DC电源用在用于将AC或DC电压或者电流转换为不同的DC电压或者电流的各种应用中。各电源通常是针对特定应用而设计的，并且具有适合于该应用的特定电流、电压、频率和/或功率额定值。

一些电源还具有用于控制电源的操作的一个或多个控制信号输入。例如，一些电源具有二进制(即，双态)控制信号输入，并且根据二进制控制信号的状态而以第一电流水平或第二电流水平输出恒定DC电流。类似地，一些电源具有用于接收范围在零伏与十伏之间的DC电压控制信号的输入，并且输出具有与DC电压控制信号的值对应的电流水平的恒定DC电流。

发明内容

这部分提供本公开内容的大致概述，并且不是本公开内容的完整范围或其所有特征的全面公开。

根据本公开内容的一个方面，电源包括：电源电路，用于将输入电压或电流转换成输出电压或电流；至少一个接口端口，用于从一个或多个外部装置接收信号；以及控制电路，耦合到功率电路和至少一个接口端口。控制电路被适配成响应于至少一个接口端口接收到的、具有多种不同的控制信号格式的控制信号，操作电源电路。

可应用性的另外的方面和领域将从本文提供的描述中变得明显。应理解，本公开内容的各个方面可单独地或结合一个或多个其它方面来实现。还应理解，本文中的描述和具体示例旨在仅为了说明目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

本文中所描述的附图仅是为了说明所选择的实施例而不是所有可能的实现，并且不旨在限制本公开内容的范围。

图1是根据本公开内容的一个示例性实施例的、具有单个接口端口的电源的框图。

图2是具有两个接口端口的另一示例电源的框图。

图3是根据本公开内容的可由电源执行的示例性时间相关序列的图。

图4是图1的电源的示例性构造。

图5是用于对图4的接口电路进行加电和操作的示例性处理的流程图。

图6是图4的接口电路的示例性配置模式处理的流程图。

在附图的多个视图中，相应的附图标记表示相应的部分。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例性实施例。

提供示例性实施例以使得本公开内容会是透彻的，并且将向本领域技术人员传达其范围。阐述大量具体的细节，诸如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开内容的实施例的透彻理解。对本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用特定细节，可以以多种不同的形式来实现示例性实施例，并且不应解释为限制本公开内容的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述公知的处理、公知的装置结构以及公知的技术。

本文中所使用的术语仅是为了描述特定示例性实施例，并且不旨在进行限制。如本文中所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”可旨在也包括复数形式，除非上下文明确地另外指出。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(including)”以及“具有(having)”为包括性的，并且因此指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。本文中所描述的方法步骤、处理以及操作不应解释为一定需要按照所讨论的或所示出的特定顺序来执行，除非明确标识为执行顺序。还应理解，可采用另外的或替选的步骤。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一项或多项的任意和所有组合。

尽管本文中可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各个元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语可仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语当在本文中使用时不暗示序列或顺序，除非上下文明确指出。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离示例性实施例的教导。

图1中示出了根据本公开内容的一个示例性实施例的电源，并且一般以附图标记100来表示。如图1所示，电源100包括：外壳102，具有内侧和外侧；电源单元104，位于外壳102的内侧；以及至少一个接口端口106，用于从一个或多个外部装置接收信号。电源单元104包括：电源电路108，用于将输入电压或电流转换成输出电压或电流；以及控制电路110，(例如通过导线、电路板引线等)耦合到接口端口106和电源电路108。控制电路110被适配成响应于接口端口106接收到的、具有多种不同的控制信号格式的控制信号，操作电源电路108。

不同控制信号格式的一些示例包括定义范围(例如，根据IEC60929附录E)内的模拟(AC或DC)电压、双态逻辑信号、脉宽调制(PWM)信号、串行通信信号以及并行通信信号。如以下进一步说明的，控制电路110可被适配成响应于这些(和/或其它)控制信号格式中的任意一种或多种而操作电源电路108。

如图1所示，电源100还包括：输入电源端子112，用于将电源100耦合到输入电源；以及输出电源端子114，用于将电源100耦合到电负载。输入电源端子112和输出电源端子114都可在外壳102的外侧接入。

接口端口106可以是诸如例如电触点、导线、引线、管脚等的电气端子。在该情况下，接口端子106可以体现在电连接器中，以利于将接口端子106耦合到另一装置(例如，使用具有配对连接器的电缆)。输入电源端子112和/或输出电源端子114还可与接口端子106一样体现在相同的电连接器中。替选地，接口端口可以是另一适当类型的接口，包括例如无线端口、红外端口等。作为另一替选，输入电源端子112中的一个或多个还可用作接口端口，其中使用适当的电源线通信方案经由输入端子提供编程和/或控制信号。在该情况下，可省略图1所示的接口端口106。

优选地，电源100可被配置用于特定应用而无需打开或移除外壳102。此外，电源单元104可密封在外壳102内(例如，以实现IP67额定值)。在该情况下，接口端口106可以是外壳102内用以将编程和/或控制信号提供给控制电路110的唯一路径。替选地，可省略外壳102(例如，电源100可具有开放框架设计)。

图1所示的示例性电源100仅具有一个接口端口，即，接口端子106。因此，与外部装置的通信可以是以单一的方式。图2示出了仅具有两个接口端口(即，接口端子106、116)的另一示例性实施例。除了具有用于与外部装置通信的两个接口端子106、116之外，可以以与图1的电源100相同的方式来配置图2的电源。在其它实施例中，在不背离本公开内容的范围的情况下，可采用多于两个的接口端口(即，三个、四个或更多个接口端口)。

进一步参照图1，控制电路110可被配置成自动检测接口端口106接收到的控制信号的格式，并且相应地操作电源电路108。替选地，控制电路可被配置成响应于具有所选择的控制信号格式的控制信号而操作电源电路。例如，假设控制电路110适合于与三种不同的控制信号格式一起使用，诸如，定义范围内的AC电压、定义范围内的DC电压以及PWM信号。在任意给定时刻，控制电路可被配置成仅对具有这些格式中的所选格式的控制信号(诸如，PWM控制信号)进行响应。控制电路可经由软件指令、经由一个或多个开关、经由接口端口106接收到的一个或多个编程信号或者经由其它适当手段而如此配置。结果，同一电源100可以容易地被配置用于采用AC电压控制信号的应用中或者采用DC电压控制信号的应用中或者采用PWM控制信号的应用中。

另外，控制电路可被配置成监控电源100的一个或多个工作参数。可由控制电路100监控的工作参数的一些示例包括工作持续时间、工作温度、保护历史(例如，工作温度超过定义限值的历史等)、输入电压、输入电流、输出电压、输出电流等。当适用时，控制电路110可基于输入AC电源的过零点而确定电源的工作持续时间。所监控的参数可加时间戳并且存储在存储器中。时间戳可在电源每次通电时复位(即，以零开始)。在该情况下，可基于零时间戳的数量和/或位置确定电源通电和断电的次数。

控制电路110可被配置成响应于在接口端子106处接收到的一个或多个编程信号，监控电源的一个或多个工作参数。替选地，控制电路110可被预编程为监控一个或多个工作参数。控制电路110可被配置成经由接口端子106将与所监控的参数相关的数据传送到外部装置，诸如配备有电源100的装置或数据收集装置。控制电路110可在定义事件发生等时，响应于接口端口106接收到的命令信号来定期地传送该数据。

在一些实施例中，控制电路110被配置成响应于接口端口106接收到的一个或多个编程信号，设置(即，编程或存储)电源100的一个或多个工作参数。因此，接口端口106可接收控制信号和编程信号。除了控制信号格式选择之外(或者取代控制信号格式选择)，这些工作参数还可包括以下项中的一项或多项：用于在恒压模式与恒流模式之间切换的电流阈值；恒流模式的电流基准；恒压模式的电压基准；输出电压和/或输出电流的斜升(ramp up)和/或斜降(ramp down)分布(profile)；时间相关序列；以及在电源100工作期间要监控的一个或多个参数。另外或者替选地，控制电路110可被配置成响应于接口端口106接收到的编程信号，设置电源100的一个或多个其它工作参数。

图3示出了一个示例性时间相关序列。在该特定示例中，时间相关序列定义发光二极管(LED)路灯的随时间变化的输出电流水平。如图3所示，输出电流在时间t0与t1之间从零增大到I1，在时间t1与t2之间从I1增大到I2，并且在时间t2与t3之间从I2增大到I3。输出电流在从t3到t4的时间期间保持在I3，在时间t4与t5之间从I3(也称为I4)减小到I5，并且在时间t5与t6之间减小回到零。该序列可以任何适当的方式通过编程信号来设置，包括使用多个时间、电流对(例如，时间0处的水平0、时间1处的水平1等)。

在图3所示的特定示例中，控制电路被配置成在各个时间/电流对之间逐渐增大(或减小)电流水平。替选地，如果需要，控制电路可被配置成在各个时间/电流对之间以其它方式(包括阶跃变化)增大(或减小)电流水平。

可使用任何适当的通信协议(包括同步和异步协议)将编程信号提供到接口端口106和控制电路110。一些示例包括UART(通用异步收发器)串行链路、不归零制(NRZ)、反向不归零制(NRZI)、曼彻斯特编码、相移键控(PSK)、最小频移键控(MSK)、SPI、I2C、PMBus、Modbus、Canbus等。

在一些实施例中，控制电路110被配置成以配置模式和正常模式工作。在配置模式期间，控制电路例如响应于接口端口106接收到的编程信号，设置电源100的一个或多个工作参数。在正常模式期间，控制电路110基于工作参数设置以及当适用时基于接口端口106接收到的一个或多个控制信号，操作电源电路108。仅作为一个示例，控制电路110可被配置成使电源电路108以基本恒定的输出电流水平在恒流模式下工作，其中该基本恒定的输出电流水平基于电流基准设置(例如，在配置模式期间设置的)和接口端口106接收到的电流控制信号(例如，在正常模式期间)。

另外，控制电路110可被配置成在电源启动期间，响应于接口端口106接收到的一个或多个编程信号而以配置模式工作。例如，当电源100接通时，控制电路可检查接口端口106处的、表示连接了有效主机的编程信号。如果存在这样的编程信号，则控制电路将进入配置模式。否则(或者随后)，控制电路将进入正常模式并且将接口端口106接收到的信号解释为控制信号。以此方式，可使用外部编程装置(诸如，个人计算机、手持编程装置、配备有该电源的装置等)，在电源启动期间如针对特定应用所期望的那样配置(包括重新配置)电源。

此外，控制电路110可包括执行存储在板上和/或外部存储器中的软件指令的一个或多个数字处理器，诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)等。在该情况下，控制电路可被配置成响应于接口端口106接收到的一个或多个编程信号，更新(即，修改或替换)数字处理器的软件指令。因此，可使用同一接口端口106(或者当适用时，多个接口端口)更新电源100中的软件、针对特定应用配置电源100以及当电源100工作时控制电源100。接口端口还可用于其它目的。

控制电路110可被分成用于控制电源电路108的电源控制电路以及可操作地耦合在接口端口106与电源控制电路之间的接口电路。在该情况下，接口电路可被配置成将电流基准和/或电压基准提供到电源控制电路。此外，接口电路可包括上拉电流源和下拉电流源，以支持各种控制信号格式、外部装置与电源100之间的编程通信和/或多个电源100并联连接并且由调节电压信号控制的应用(即，使得各电源接收相同的控制电压而与并联连接的电源的数量无关)。电源控制电路和接口电路均可包括一个或多个数字处理器。在一些实施例中，接口电路仅包括一个数字处理器，并且电源控制电路不包括数字处理器，以降低成本和复杂性。

图4示出了图1的电源100的一个示例性构造。在图4的示例中，控制电路110包括：电源控制电路402，用于控制电源电路108；以及接口电路404，可操作地耦合在接口端口106与电源控制电路402之间。电源控制电路402可包括一个或多个数字处理器(图4中未示出)。替选地，电源控制电路402可以不包括数字处理器。

接口电路404包括上拉电流源406和下拉电流源408。典型地，在给定时刻仅使用一个电流源406、408。可采用上拉电流源(源)406以与例如根据IEC60929附录E的0-10V控制信号兼容。例如，在多个电源(例如，图4所示的类型)并联连接并且以调节电压控制信号来驱动的情况下，可采用下拉电流源(宿)408。下拉电流源408还可用于接口电路404与外部装置之间的通信。上拉电流源406和下拉电流源408的使能/禁用利于与各种类型的模拟控制信号的适当匹配。

接口电路404还包括微控制器410，该微控制器被配置成将电流基准Iref和电压基准Vref提供到电源控制电路402。电流基准Iref和电压基准Vref可以是模拟或数字信号，并且可采用例如PWM信号的形式。电流基准Iref和电压基准Vref的值可基于微控制器410中的工作参数设置(例如，在配置模式期间利用接口端口106接收到的一个或多个编程信号来设置)和接口端口106接收到的一个或多个控制信号(例如，在正常模式期间)。在该特定示例中，电压基准Vref表示当电源电路以恒压模式工作时电源电路108的输出电压设置，并且电流基准Iref表示用于电源电路108在恒压模式与恒流模式之间的切换操作的输出电流阈值(取决于是否超过电流阈值)。

在图4的示例中，微控制器410包括允许读取输入信号作为逻辑电平或电压电平的双重目的DI输入。R输入是用于对接口端口106接收的串行数据进行解码的UART的串行输入，并且T管脚是用于将串行数据流发送到接口端口106的UART的传送管脚。可调节和限制接口端口106接收到的信号的幅度，以便不超过接口电路404的限值，诸如微控制器410和/或其他部件的限值。除了微控制器410外，接口电路404还可包括一个或多个数字处理器。替选地，微控制器410可以是接口电路404中的唯一数字处理器。另外，在其他实施例中，接口电路可使用模拟和/或数字电路来实现，而无需数字处理器。

图4的电源是用于一个或多个发光二极管(LED)的驱动电路，但是也可以用于其它应用。图4的电源被配置成以电压控制模式工作，并且输出具有在配置模式期间编程的电压电平的基本恒定的电压，直到输出电流达到也在配置模式期间编程的阈值水平为止。一旦输出电流超过阈值电流水平设置，则电源转变到电流控制模式，并且输出基本恒定的电流，该基本恒定的电流具有基于在配置模式期间编程的最大(和/或最小)电流水平和控制信号(即，“调光信号”)的电流水平，其中该控制信号在电源工作期间(即，在正常模式期间)被提供到接口端口106。

此外，图4的电源可如所期望的那样来配置，以最小化到达负载的浪涌电流。例如，如果一个或多个LED永久连接到输出，则图4的电源可被配置成在启动时缓慢地使输出电压(或电流)斜升，以软启动并且为LED提供浪涌电流保护。如果在电源接通之后LED可连接到输出(即，热LED连接)，则电源可配置有开路电压电平，该开路电压电平基本上等于特定应用的最大LED电压或者不超出最大LED电压较大余量(margin)。以此方式，可限制连接LED时的浪涌(即，冲击)电流。也可采用其它技术，以通过适当地配置电源来限制浪涌电流。

如图4所示，接口电路404被配置成监控电源电路108的多个参数，包括电源电路108的内部温度、线电压(例如，用于监控电源线变化)、输入AC电压的过零点(当适用时；用于检测电源线频率和/或测量电源电路108的工作持续时间)以及输出电流。显然的是，在其它实施例中可监控电源电路108的更多或更少的参数和/或其它参数。此外，与所监控的参数有关的数据可被存储和/或由接口电路404经由单个接口端口106传送到外部装置(例如，主机装置)。

在图4的示例中，接口端口106是电气端子。替选地，如以上说明的，可采用其它类型的接口端口和/或另外的接口端口。图5示出了在配置模式和正常模式下用于对接口电路404进行加电和操作的一个示例性处理。图6示出了一个示例性配置模式处理。

可使用任何适当类型的电源(包括例如切换模式电源(SMPS))来实现本公开内容的各个实施例。

为了说明和描述而提供了实施例的以上描述。不旨在为穷尽或限制本公开内容。特定实施例的各个元件或特征一般不限于该特定实施例，而是当适用时，各个元件或特征可互换并且可以用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。各个元件或特征也可以以多种方式变化。这样的变化不应认为是背离本公开内容，并且所有这样的修改旨在包括在本公开内容的范围内。

Claims

1.一种电源，具有：电源电路，用于将输入电压或电流转换成输出电压或电流；至少一个接口端口，用于从一个或多个外部装置接收信号；以及控制电路，耦合到所述电源电路和所述至少一个接口端口，所述控制电路被适配成响应于所述至少一个接口端口接收到的、具有多种不同的控制信号格式的控制信号，操作所述电源电路。

2.根据权利要求1所述的电源，其中，所述控制电路被配置成响应于具有所述多种不同的控制信号格式中的所选控制信号格式的控制信号，操作所述电源电路。

3.根据权利要求1或2所述的电源，其中，所述多种不同的控制信号格式包括选自下述组的至少一种控制信号格式：所述组包括定义范围内的交流电压、定义范围内的直流电压、双态逻辑信号、脉宽调制信号、串行通信信号以及并行通信信号。

4.根据权利要求2所述的电源，其中，所述控制电路被配置成响应于所述至少一个接口端口接收到的一个或多个编程信号，根据具有所述所选控制信号格式的控制信号而操作所述电源电路。

5.根据任一前述权利要求所述的电源，其中，所述控制电路被配置成响应于所述至少一个接口端口接收到的一个或多个编程信号，设置所述电源的一个或多个工作参数。

6.根据权利要求5所述的电源，其中，所述一个或多个工作参数选自下述组：所述组包括用于在恒压模式与恒流模式之间切换的电流阈值、所述恒流模式的电流基准、所述恒压模式的电压基准、输出电压或输出电流的斜升和/或斜降分布、时间相关序列、要提供到所述接口端口的控制信号的控制信号格式以及在所述电源工作期间要监控的一个或多个参数。

7.根据任一前述权利要求所述的电源，其中，所述控制电路被配置成监控所述电源的一个或多个工作参数并且经由所述至少一个接口端口将数据传送到外部装置，所述数据与所监控的一个或多个工作参数相关。

8.根据权利要求7所述的电源，其中，所述要监控的一个或多个工作参数选自下述组：所述组包括工作持续时间、工作温度、保护历史、输入电压、输入电流、输出电压以及输出电流。

9.根据任一前述权利要求所述的电源，其中，所述控制电路包括：电源控制电路，用于控制所述电源电路；以及接口电路，可操作地耦合在所述至少一个接口端口与所述电源控制电路之间。

10.根据权利要求9所述的电源，其中，所述接口电路被配置成将电流基准和/或电压基准提供到所述电源控制电路。

11.根据权利要求9或10所述的电源，其中，所述接口电路包括上拉电流源和下拉电流源。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的电源，其中，所述接口电路仅包括一个数字处理器，并且所述电源控制电路不包括数字处理器。

13.根据任一前述权利要求所述的电源，其中，所述控制电路包括存储软件指令的一个或多个数字处理器。

14.根据权利要求13所述的电源，其中，所述控制电路包括仅一个数字处理器，所述仅一个数字处理器被配置成响应于所述至少一个接口端口接收到的、具有多种不同的控制信号格式的所述控制信号，控制所述电源电路。

15.根据权利要求13或14所述的电源，其中，所述控制电路被配置成响应于所述至少一个接口端口接收到的一个或多个编程信号，更新所述一个或多个数字处理器中的所述软件指令。

16.根据任一前述权利要求所述的电源，其中，所述控制电路被配置成以配置模式和正常模式工作，其中，所述控制电路被配置成设置当所述控制电路以所述配置模式工作时所述电源的一个或多个工作参数，并且其中，所述控制电路被配置成基于当所述控制电路以所述正常模式工作时的一个或多个工作参数设置而操作所述电源电路。

17.根据权利要求16所述的电源，其中，所述控制电路被配置成当所述控制电路以所述正常模式工作时，基于所述一个或多个工作参数设置和所述至少一个接口端口接收到的一个或多个控制信号，操作所述电源电路。

18.根据权利要求17所述的电源，其中，所述控制电路被配置成使所述电源电路以基本恒定的输出电流水平在恒流模式下工作，所述基本恒定的输出电流水平基于电流基准设置和所述至少一个接口端口接收到的控制信号。

19.根据权利要求16-18中任一项所述的电源，其中，所述控制电路被配置成在所述电源启动期间，响应于所述至少一个接口端口接收到的一个或多个编程信号而以所述配置模式工作。

20.根据任一前述权利要求所述的电源，还包括具有内侧和外侧的外壳，所述电源电路和所述控制电路位于所述外壳的内侧。

21.根据权利要求20所述的电源，其中，所述外壳是密封外壳。

22.根据任一前述权利要求所述的电源，其中，所述至少一个接口端口是电气端子。

23.根据任一前述权利要求所述的电源，其中，所述至少一个接口端口仅包括两个电气端子。

24.根据任一前述权利要求所述的电源，其中，所述至少一个接口端口仅包括一个电气端子。