CN104904317A - 用于经由负载电路进行数据传输的控制装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种经由负载电路(40)实现的、从控制装置(100)至负载(52)的数据传输。该控制装置(100)包括在该控制装置(100)的输入端子(101)与输出端子(102)之间的串联电路中接通的第一开关装置(121)和第二开关装置(122)。控制电路(110)与第一开关装置(121)以及第二开关装置(122)相连接，并且所述控制电路被设置用于为了传输数据比特而生成用于控制所述第一开关装置(121)和/或所述第二开关装置(122)的控制信号(ctrl)。

Description

用于经由负载电路进行数据传输的控制装置和方法
本发明涉及一种用于控制发光机构的操作设备的装置和方法。本发明尤其涉及可经由负载电路来传输数据包的方法和装置，通过该负载电路实现了能量供应。
为了对发光机构进行亮度控制，可以使用调光装置。在例如灯泡的传统照明装置的基础上工作的发光装置中，亮度调节可以在调光装置中通过发光装置的供电电压的相位切割或相位截断来实现。其中发光装置的功率被降低，同时在供电电压过零之后或之前产生短暂的供电电压的中断，从而根据该中断的持续时间来减小发光装置的功率。
控制装置可被用于亮度控制或者色彩控制，以便向发光机构的操作设备发送控制信号。设置在操作设备中的分析电路对这些控制信号进行计算，并相应地调整亮度。这样的控制也可被用于色彩控制。这种类型的控制尤其适用于基于气体放电灯或者发光二极管(LED)形式的发光机构的照明设备。
可以将接通在电源与负载之间的控制装置的输入端子与输出端子之间的导通路径切换至高阻抗以便通过负载电路来进行数据传输。由此可将控制信号调制到负载的供电电压上。依照原理对功率开关(诸如功率场效应管(Power-MOSFET)的源极与漏极之间的集成二极管)进行的限制可能会阻碍经由负载电路的数据比特的有效传输。用于通过负载电路进行的数据传输的装置和方法是所期待的，其中在传输数据包的过程中，每一个供电电压的全波多于一个数据比特基本上也是可行的。
本发明的任务在于，提供一种用于经由负载电路进行数据传输的装置和方法，该装置或方法适用于基于非传统的发光机构的发光装置，并且使得经由负载电路进行有效的数据传输。
该任务通过具有在独立的权利要求中所提供的技术特征的控制装置、方法以及照明系统来实现。从属权利要求限定了本发明进一步的改进。
根据实施方式提供了一种被设置用于经由负载电路进行数据传输的控制装置。该控制装置具有用于与电源(例如电网电压源)连接的输入端子以及用于与负载功率连接的输出端子。控制装置包括在输入端子与输出端子之间的串联电路中的第一开关装置和第二开关装置。控制装置包括控制电路，该控制电路与第一开关装置以及第二开关装置相连接，并且被设置为生成控制信号以便传输数据比特，该控制信号用于控制所述第一开关装置和/或所述第二开关装置。
通过两个开关装置的使用能够不但在具有正的供电电压的半波中而且在具有负的供电电压的半波中生成用于编码数据比特的相位切割和/或相位截断。每个供电电压的全波能够传输两个数据比特。利用供电电压的半波序列能够传输数据包。其中通过若干连续的半波的相位切割或相位截断对操作设备的调节值(例如亮度或者色彩的目标值)进行编码。
控制装置尤其可用于向用于发光机构的操作设备传输数据包。该数据包可包括亮度值和/或色彩值。发光机构的操作设备可根据数据包中所传输的调节值执行亮度控制或色彩控制或者亮度调节或色彩调节。在数据包的传输结束后，由数据包预预定的亮度或者色彩可由操作设备保持。不同于传统的相位截断调光或者相位切割调光，在数据包传输结束后不必生成其它的相位切割或相位截断以例如保持减小的亮度。
当在输入端子处施加信号并且控制电路不生成控制信号时，可将第一开关装置和第二开关装置设置为使它们处于接通状态，以便将输入端子与输出端子电连接。只有当生成相位切割和/或相位截断以便传输数据包时或者当另一个操作(例如供电电压的过零识别)要求切换至高阻抗状态时，控制电路才必须选择性地生成控制信号。
第一开关装置和第二开关装置可以是功率开关。第一开关装置和第二开关装置可以是具有绝缘栅电极的功率半导体构件，例如场效应管(MOSFET)。
控制电路可被设置用于仅当控制装置发出控制信号时，才对第一开关装置的栅极处的电位以及第二开关装置的栅极处的电位产生影响。控制电路可通过生成控制信号引起第一开关装置的栅极处以及第二开关装置的栅极处的电位变化，借此提高串联电路的阻抗。从而可以使提供给负载的供电电压短暂地降低，以便生成相位切割或相位截断。
控制装置可包括与输入端子相连接以便对第一开关装置的栅极以及第二开关装置的栅极进行充电的电路部件。这些电路部件可构成充电电路，该充电电路可对第一开关装置的栅极以及第二开关装置的栅极进行充电，使得两个开关装置处于接通状态并且允许在输入端子与输出端子之间有电流通过。
控制电路可被设置用于通过生成控制信号促使对第一开关装置的栅极以及第二开关装置的栅极进行放电。控制电路可以控制下拉电路，通过该下拉电路，在第一开关装置的栅极处以及第二开关装置的栅极处的电位被改变。控制电路可被设置用于向与下拉电阻串联连接的晶体管的栅极输送控制信号。
控制装置可包括至少一个储能装置，该储能装置被设置用于对第一开关装置的栅极以及第二开关装置的栅极进行充电。储能装置可经由第一二极管与输入端子相连接，以及经由第二二极管与输出端子相连接。这种储能装置(其可包括例如一个电容器或者更多个电容器)有助于将第一开关装置与第二开关装置的串联电路快速重新切换至接通状态。控制电路可被设置用于控制另一个开关装置，该开关装置被插接在储能装置与第一开关装置以及第二开关装置的栅极之间。由此，当串联电路应被切换至高阻抗状态时，可阻止对第一开关装置以及第二开关装置的栅极的充电。
控制电路可被设置用于将第一开关装置与第二开关装置的串联电路多次切换至高阻抗状态以便传输数据比特串。控制电路可被设置用于根据要传输的数据生成相位切割和/或相位截断，以传输数据比特串。
控制电路可被设置用于识别电源的供电电压的相位，以及用于在预定的时间窗口内在供电电压的过零之前或者之后生成控制信号。控制电路可被设置用于当数据包将要被传输时，启动用于识别电源的供电电压的过零的过程。控制电路可被设置用于将第一开关装置与第二开关装置的串联电路切换至断开状态，并且在串联电路被切换至断开状态期间监测在控制装置中所检测到的电压以识别供电电压的过零。控制电路可被设置用于将某一个时间点的第一开关装置与第二开关装置的串联电路切换至断开状态，在该时间点从电源流经控制装置而流向负载的电流具有过零。
控制电路可被设置用于将第一开关装置与第二开关装置的串联电路按供电电压的每全波两次切换至高阻抗状态。控制电路被设置用于既在具有正的供电电压的半波时、而且在具有负的供电电压的半波时将第一开关装置与第二开关装置的串联电路切换至高阻抗状态。由此每个供电电压的半波能够编码一个数据比特。
控制装置可包括调节元件。控制电路可被设置用于监控该控制装置的调节元件的操作。调节元件可例如包括一个按钮或更多个按钮、可旋转调节元件或者其它可操作元件。当识别到调节元件的操作时，控制电路可选择性地启动用于数据包传输的过程，该过程包括将第一开关装置与第二开关装置的串联电路切换至高阻抗状态的过程。用于控制电路的运行的内部供电电压可以由控制装置的输入端子与输出端子之间的跌落电压生成。控制装置可被如此设计为，使得只有当识别到调节元件的操作时选择性地实现控制电路的能量供应。
该控制装置可以是调光装置，利用该调光装置可调节亮度值。
根据本发明的另一个实施方式将提供一种用于从控制装置向负载进行数据传输的方法。在该方法中利用根据一个实施方式的控制装置生成供电电压的半波的相位切割和/或相位截断，以便对数据比特串进行编码。该方法可尤其被用于向发光机构的操作设备传输数据包。
根据另一个实施方式将提供一种照明系统。该发光机构包括至少一个用于发光机构的操作设备以及根据一个实施方式的控制装置。该控制装置经由负载电路与至少一个操作设备相连接。
该至少一个操作设备可包括分析电路，该分析电路检测供电电压的相位切割和/或相位截断的存在。分析电路可被设置用于既在具有正的供电电压的半波也在具有负的供电电压的半波中检查相位切割和/或相位截断的存在。分析电路可被设置用于通过被调制的供电电压的半波串的相位切割和/或相位截断的序列确定调光值和/或色彩值。分析电路可被设置用于针对半波序列的每个半波分别读取数据包的一个数据比特。操作设备的分析电路可被设置用于在传输数据包之后，根据相位切割和/或相位截断的序列实现亮度的变化和/或色彩的变化。
所述至少一个操作设备可包括至少一个LED转换器。
通过下面结合附图的详细描述，本发明的实施方式的其它特征、优点以及功能将变得显而易见，其中相同或者相似的附图标记表示相同或者相似的功能。
图1示出了具有根据本发明的一个实施方式的控制装置的照明系统。
图2是根据一个实施方式的方法的流程图。
图3示出了当根据一个实施方式用于数据包传输的控制装置产生相位截断时的供电电压的时间曲线。
图4是根据一个实施方式的控制装置的电路图。
图5示出了根据一个实施方式的控制装置的电路部件。
图6是根据一个实施方式的控制装置的电路图。
图7示出了根据一个实施方式的控制装置的电路部件，以用于说明控制电路的工作原理。
图8是根据一个实施方式的控制装置的电路图，以用于说明供电电压的过零识别。
图9是根据一个实施方式的方法的流程图。
图10示出了经由该控制装置流向负载的电流和检测到的电压的时间曲线，以用于说明控制装置的工作原理。
图1示出了具有根据本发明的一个实施方式的控制装置100的照明系统。该照明系统包括控制装置100、电源10(例如电网电压源)以及一个发光装置50或者更多个发光装置50。通过控制装置100来控制发光装置50。为此，控制装置100经由负载电路来传输数据包。为了传输数据包的更多的数据比特，通过控制装置100在时间上与供电电压的过零相配合地影响供电电压，例如生成供电电压的半波的相位切割或相位截断。在下面的描述中应基于的是，控制装置100被用于照明装置的亮度调节，即，被设计为调光装置。控制装置100也能够另选地或者附加地被用于控制操作，例如用于色彩控制。
发光装置50包括操作设备52和发光机构54。该发光机构54可以包括一个或者更多个发光二极管(LED)。相应地，操作设备52可以被设计为LED转换器。应当理解，发光机构54可以通过各种方式实现，例如，通过一个或者更多个无机LED、有机LED、气体放电灯或者其它发光机构来实现。此外，也可以使用所谓发光机构类型的组合。通过操作设备52执行各发光机构54的适当的操作。出于这个目的，操作设备52可以包括例如电源，该电源通过由发光装置所提供的供电电压生成用于发光机构54的操作的适当的电压和/或适当的电流。对于非常规的发光设备(例如对于LED)操作设备52表现为非阻抗性负载。例如，与操作设备52的输入端子相连的抑制电容器56能够引起电流与供电电压之间的相移。
从电网电压源10引出的一条电网电源线20与发光装置50相连接。另一条从电网电压源10引出的电网电源线30与控制装置100相连接。电网电源线20可以是零线，而电网电源线30是相线。控制装置100经由负载电路40与发光装置50相连接。发光装置50与电网电源线20以及负载电路40相连接，并且经由负载电路40和电网电源线20接收供电电压。从而一方面经由电网电源线20以及另一方面经由电网电源线30、负载电路40以及连接在二者之间的控制装置100来提供操作设备的供电电压。控制装置100只与电网电源线20、30中的一条直接相连。不需要控制装置100与零线的连接，从而减少了安装费用。
控制装置100包括控制电路110和调节元件105。该控制电路110的任务在于，对供应给发光装置50的供电电压进行有针对性的影响，使得数据包的更多的数据比特经由负载电路40来传输。为此，例如，可生成具有相位切割和/或相位截断的半波。为此控制电路110可进一步包括串联电路中的第一开关装置121和第二开关装置122。该第一开关装置121和第二开关装置122可被设计为诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)或者其它功率半导体元件的功率开关。当第一开关装置121是第一MOSFET以及第二开关装置122是第二MOSFET时，可预先设定开关121、122，使得该第一开关装置121的源极端子与该第二开关装置122的源极端子相连接。控制电路110可通过控制信号ctrl的生成控制第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路，以使得两个开关121、122中的至少一个被切换到高阻抗状态。当控制电路110生成控制信号ctrl时，经由串联电路的电流被如此强烈地抑制或者基本上完全被消除。
如下面参照图2至图10更详细描述的一样，控制电路110可以控制第一开关装置121以及第二开关装置122，以减小在供电电压的半周期的预定的时间段内提供给发光装置50的供电电压。尤其是，控制电路110可将开关121、122中的一个开关切换到高阻抗状态，以生成具有正的供电电压的半波的相位切割和/或相位截断，控制电路110可将开关121、122中的另一个切换到高阻抗状态，以生成具有负的供电电压的半波的相位切割和/或相位截断。此外，控制电路110可以执行用于供电电压过零识别的方法。为此，控制电路110可以同样地控制开关121、122，以使得第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路具有高阻抗，并且在一定时间间隔内中断控制装置100的输入端子101与输出端子102之间的电流。控制电路110可基于供电电压的过零识别的结果对更多的半波相位切割和/或相位截断进行调制，以便经由负载电路40传输数据包。
可通过对调节元件105的操作对相应的数据包进行影响，控制装置100利用该数据包控制发光装置50。调节元件105可包括例如按钮。可通过对调节元件105的操作生成一系列具有相位切割和/或相位截断的半波，以传输使得发光装置50产生亮度变化的数据包。例如，可通过对调节元件105的操作逐级提高亮度直至达到最大亮度，并且此后可通过对调节元件105的操作再逐级降低亮度直至达到最小亮度。此外，可通过对调节元件105持续的操作使亮度按周期的方式自动变化，以及保持当释放调节元件105时所设置的亮度。应该理解的是，除此之外还存在通过调节元件105用于发光装置50的控制的各种其它的可能性。例如，调节元件105也可包括连接到旋转磁头的电位计，通过该电位计可设置所期望的亮度。在这种情况下，控制装置100可通过对调节元件105的操作检测电位计的位置，并且通过控制电路110生成用于设置相应亮度的数据包并将其传输至发光装置50。
图2是可由控制装置100自动执行的方法200的流程图。在该方法的步骤201中监控是否对控制装置100的调节元件105进行操作。当识别到控制元件105的操作时，则执行步骤202中的处理，利用该处理确定供电电压具有过零的时间点。由此可以确定供电电压的相位。当非阻抗性负载与负载电路相连接时，通过在步骤202中执行的供电电压的过零的判定，也可以实现数据包的可靠传输。在步骤203中通过使用在步骤202中识别出的供电电压的过零有针对性地对供电电压加以影响，以传输数据包。例如，可在预定的时间段内在供电电压的过零之后或者之前生成相位切割和/或相位截断。数据包可以包括编码为比特串的值(例如调光值和/或色彩值)。可根据利用调节元件105来设置的调光值或者色彩值生成数据包。
虽然在图2中示意性地示出了一种方法，其中，在步骤201中控制元件105的操作触发供电电压的相位确定以及数据包的传输，但是该方法的执行也可以通过其它事件触发。例如，可以是根据时间表通过自动调光装置或者自动色彩控制的情况。
图3示出了，控制装置100如何生成用于数据传输的相位截断。为此，控制电路110在时间上与供电电压的过零相配合地将第一开关装置121和第二开关装置122中的至少一个切换至断开状态。提供给发光装置的操作设备52的供电电压230包括多个半波231-238。该多个半波具有相位截断。该相位截断由控制装置100如此生成，以使得例如可通过在一个半波中相位截断的存在或者不存在编码逻辑“0”或者逻辑“1”。半波序列的第一个半波231可具有相位截断241。通过该相位截断可以编码数据包的起始位。半波序列的半波238至少可以具有相位截断248，以用于表示数据包的结束。对于位于它们之间的半波232至237可选择性地生成相位截断，以用于传输调光值、色彩值或者其它比特串。例如，可利用半波232，233，234和236的相位截断242，243，244和246分别编码比特值(例如，逻辑“1”)。通过在其它的半波235和237中相位截断245和247的缺失可分别编码其它比特值(例如，逻辑“0”)。其它的配置也是可行的。例如，可以利用在过渡过程中将通过操作设备被接近的目标值替代亮度或者色彩，同样只在数据包中传送关于亮度值、色彩值或者其它调节变量是否将被递增或者递减的信息。如图3中所示意性示出的，在数据的传输过程中，既可生成针对正的半波也可生成针对负的半波的相位截断或者相位切割。这使得在数据包被传输期间供电电压的每个全波能够传输两个数据比特。在其它的实施方式中每个全波也能够传输少于两个的数据比特。在时间段239中实现数据包的传输。接下来不需要继续生成相位切割和/或相位截断，直到例如必须重新发送数据包。根据在数据包中所发送的命令通过发光机构的操作设备在时间段239结束后(即，在数据包的传输后)实现发光机构的光输出的控制。
操作设备50具有用于监测所接收的供电电压相位切割和/或相位截断的存在的分析电路。该分析电路能够基于至少一个相位切割或相位截断识别数据包的开始。该分析电路能够确定随数据包传送的控制命令(例如调节变量的目标值)。操作设备转换控制命令，例如通过利用过渡时间接近调节变量的目标值。如果用于调节变量的递增或者递减的命令(其被编码为相位切割和/或相位截断的序列)随着数据包被传输，则操作设备可同样执行相应的过渡过程。通过操作设备52的数据包中所包含的命令的转换可以在该数据包完全被该操作设备52接收之后开始。当目标值发生变化时，带有针对调节变量的目标值的数据包必须被传送。控制装置110不需要持续地对供电电压上的相位切割和/或相位截断进行调制，由此发光机构例如以减弱的亮度运行。
如下面参照图4至图7所更加详细地描述的，为了将输入端子101与输出端子102之间的导通路径切换至高阻抗，控制电路110可以如此控制第一开关装置121以及第二开关装置122，使得在该控制电路110生成相应的控制信号ctrl的期间开关121、122中的每一个不依赖于供电电压的各相位而处于高阻抗状态。例如，第一开关装置与第二开关装置121、122的串联电路可包括两个在其源极端子彼此连接的正常阻断的n通道MOSFET。控制电路110可以使MOSFET的栅极放电，以便不依赖于流经MOSFET的电流方向而将串联电路切换至高阻抗状态。
如参照图1所描述的，控制装置100可包括连接在该控制装置的输入端子101与输出端子102之间的具有第一开关装置和第二开关装置的串联电路。该第一开关装置以及第二开关装置可以分别是功率场效应管(Power-MOSFET)或者分别包括功率场效应管(Power-MOSFET)。可以将所述功率场效应管(Power-MOSFET)的源极端子或者漏极端子彼此连接。此种实施方式能够通过极其简单的方式实施，通过串联电路中的两个功率开关既可生成针对正的供电电压的半波的相位切割或相位截断也可生成针对负的供电电压的半波的相位切割或相位截断。将参照图4至图7对这种控制装置的实施方式进行进一步描述。其中相同的附图标号表示相同的元件或者构件。
图4是根据一个实施方式的控制装置100的电路图。控制装置100包括第一开关装置121和第二开关装置122。该第一开关装置121与该第二开关装置122被的串联电路中在控制装置100的输入端子101与输出端子102之间。控制装置100包括控制电路140，该控制电路被设置用于分别将两个开关121、122中的至少一个切换至断开状态。
第一开关装置121和第二开关装置122可以分别被配置为功率场效应管(Power-MOSFET)。也可以使用其它功率开关(尤其是具有绝缘栅电极的功率半导体元件)。在这种情况下，连接第一开关装置121以及第二开关装置122，使得对于两个开关121、122功率场效应管(Power-MOSFET)的按原理集成的二极管的导通方向彼此相反。为此，例如，可以将第一开关装置121和第二开关装置122分别设计为n通道MOSFET。可以将两个n线路MOSFET的源极端子彼此连接。
当在输入端子101接收到来自电源的信号并且控制电路140没有对功率场效应管(Power-MOSFET)的栅极进行放电时，第一开关装置121以及第二开关装置122可以处于闭合状态。充电电路130可被用于对第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极进行充电。该充电电路130可与输入端子101以及输出端子102相连接。充电电路130可以以上拉电路的方式工作，通过该方式将功率场效应管(Power-MOSFET)的栅极电位提升至一个确定值。为了将两个开关121、122切换至闭合状态，可以设置充电电路130用于对第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极进行充电。充电电路130可包括电容器或者其它储能装置，以便对第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极相对快速地再次充电。通过这种方式可以生成具有较为陡峭的电压侧沿的相位切割或相位截断。
可以将控制电路140与第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极连接，以便对栅极的充电进行控制。从而可以选择性地将第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路切换至高阻抗状态。如参照图1至图3所描述的，控制电路140可以将第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路在短于供电电压的半周期的时间段内切换至断开状态，以生成相位切割和/或相位截断。此外，控制电路140可以将第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路切换至断开状态，以便执行用于确定供电电压的过零的过程。如参照图8至图10更加详细描述的，控制电路140可为此引起第一开关装置121和第二开关装置122的栅极的放电，以阻断流经控制装置的电流。为了执行所述的各种功能，控制电路140可包括至少一个能被配置为集成电路的逻辑电路。控制电路140可包括至少一个微处理器或者控制器，用以执行所述功能。
用于控制电路140的内部供电电压可以由控制装置上的跌落电压生成。为此可设置用于控制电路140的能量供应的供电电路150。供电电路150可包括例如多个齐纳二极管，以提供用于控制电路140的内部的供电电压。也可配置控制装置100，以使得只要调节元件105没有被操作，调节元件105的桥接接触件106就桥接输入端子101与输出端子102。通过这种方式可实现的是，只有当对调节元件105进行操作时才执行控制电路140的电压供应，从而降低控制装置100的功耗。
在生成用于传输数据比特串的相位切割和/或相位截断时控制装置100的工作方式对应于参照图1至图3所述的工作方式。
图5示出了可应用于根据实施方式的控制装置中用以将第一开关装置121以及第二开关装置122切换至闭合状态的电路部件的配置。所示出的电路部件可作为充电电路130被用在图4的控制装置100中。经由节点139提供用于第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极的充电的栅极电荷。二极管133与输入端子101相连。另一个二极管134与输出端子相连。通过二极管133或者二极管134可以经由电阻132对第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极充电。充电电路可包括经由二极管133以及另一个二极管134进行充电的电容器131。该电容器131例如在相位切割或相位截断结束时存储用于第一开关装置121以及第二开关装置122的快速充电的电荷。电容器131的另一个端子可以与地电位P0相连。
图6是根据一个实施方式的控制装置100的电路图。控制装置100包括第一开关装置121、第二开关装置122以及可参照图4所描述的进行配置的控制电路。使用参照图5所述的配置对第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极进行充电。图7示出了可应用于根据实施方式的控制装置中用以将第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路切换至断开状态的电路部件的配置。在图6的控制装置100中也使用此种配置。
如参照图4所述，控制电路被设置用于例如通过将串联电路切换至断开状态来提高第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路的阻抗。由此提高通过第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路的导通路径的阻抗。为了对栅极进行放电，可在该栅极与地之间为控制电路建立连接，例如通过开关142的触发，该开关可被配置为晶体管142。另外，用于栅极放电的控制电路可以将电容器131与第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极之间的可被配置为另一个晶体管的另一个开关136切换至阻断状态，以暂时防止栅极的再次充电。
可通过供电电路实现控制电路电力的供应，该供电电路包括至少两个齐纳二极管。在图6所示的配置中设置有一个齐纳二极管151和一个功率场效应管(Power-MOSFET)153以及另一个齐纳二极管155和另一个功率场效应管(Power-MOSFET)154，用于向控制电路供电。为了生成用于控制电路的内部供电电压，其它的配置也是可能的。为了确定供电电压的过零可测量第二开关装置122上的跌落电压。可以在第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路处于高阻抗状态的期间执行这种测量。为此，控制电路可检测例如第二开关装置122上的跌落电压，在此期间控制第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路，以提高该串联电路的阻抗，以便根据所检测到的电压的过零确定供电电压的过零。
在所述的实施方式中，可用于提高第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路的阻抗的控制电路包括集成电路141、晶体管142以及电阻143。集成电路141可被设计为处理器、微控制器、控制器或者其它集成电路。如参照图5所描述的，控制装置100可被配置为使得，当在输入端子施加电源的信号时，对开关121、122的栅极进行充电。集成电路141可生成并发送控制信号ctrl，用于切换晶体管142至导通。电阻144用作下拉电阻。在第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极的电位向地电位PO的方向移动。第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极可经由二极管145、电阻144和晶体管142进行放电。
在控制信号ctrl被发送的期间，控制电路140可防止第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极的再次充电。为此能够将另一个连接于电容器131和第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极之间的晶体管136转换至阻断状态。在所述的实施方式中，经由分压器利用电阻144和另一个电阻143对另一个晶体管136的栅极电位造成影响，使得在控制信号ctrl将晶体管142切换为导通期间另一个晶体管136被阻断。当不再生成控制信号ctrl时，即，例如在集成电路141的相应的输出端电位回落到一个较低值时，晶体管142被阻断。用于第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极的再次充电的电荷可由电容器131提供。当由电源向输入端子101提供信号并且集成电路141没有对晶体管142进行控制，从而影响第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极处的电位，以便提高串联电路的阻抗的控制时，可通过另一个晶体管136和电阻137对第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极进行充电。
可将电阻111、112的串联电路连接在输入端子与输出端子之间，以便进行电压测量。如参照图8至图10更加详细描述的，在第一开关装置121以及第二开关装置122之间的串联电路被切换至断开状态期间，可对供电电压的过零进行识别。
接下来将描述控制装置100的一个可能的实施方式。控制装置100包括第一开关装置121、第二开关装置122以及可参照图7中的描述进行配置的控制电路。该控制电路包括集成电路141。接下来将只对与理解本发明相关的控制装置100的电路部件详细加以描述。
控制装置包括用于对第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极进行充电的充电电路。充电电路包括电容器131以及二极管133、134。当电源提供供电电压时，电容器131经由二极管133、134充电。充电电路进一步包括与第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极相连的晶体管136。当在输入端子101处施加信号并且控制电路不对第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极进行放电时，充电电路保持第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路处于闭合状态，即，处于低阻抗状态。
为了将第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路切换至断开状态，集成电路141对晶体管142进行控制。集成电路141的输出信号控制晶体管142的栅极电位。当晶体管142被切换至导通状态时，晶体管136的栅极电压借助电阻143和144经由分压器向地电位方向移动。而晶体管136处于切割状态。通过这种方法抑制第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极的再次充电。第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极例如经由二极管145以及经由晶体管142进行放电。
为了结束处于断开状态的第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路的选择性切换，集成电路141不再向晶体管142的栅极电极发送信号。晶体管142被阻断。第一开关装置121以及第二开关装置122的栅极经晶体管136由电容器131进行充电。相应地，第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路回到闭合状态，在该状态下其具有较低的阻抗。通过电容器131的使用可实现闭合状态的快速回归。
为了生成供电电压的半波或者全波的相位切割或相位截断，在确定的时间段内将输入端子与输出端子之间的导通路径切换至高阻抗。如参照图3所描述的，所对应的时间段与供电电压的过零具有预定的时间关系。控制装置100可被设置用于自动确定供电电压的过零出现的时间点。如果控制装置100还具有用于零线20的连接，则可直接通过输入端子101与零线20之间的电压的测量来确定过零。如果控制装置100不具有用于零线20的连接，则控制装置100可在经由负载电路40传输数据包之前执行用于确定供电电压的过零的过程。将参照图8至图10对此种过程的实现进行进一步描述。一般情况下，可如此配置控制装置100，以使得该控制装置100的输入端子101与输出端子102之间的导通路径地在一定时间间隔内有目的性地被切换至高阻抗状态。如此可中断或者大大减小由输入端子101经由负载电路40流向发光装置50的电流。在这段时间间隔内对控制装置100上的跌落电压进行监测。该电压的过零对应于由电源所提供的供电电压的过零。
图8是根据一个实施方式的控制装置100的电路图，用于说明过零的识别。第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路被连接在控制装置100的输入端子101与输出端子102之间。
为了确定供电电压的过零，控制电路110如此控制第一开关装置121以及第二开关装置122，使得至少一个开关121、122处于高阻抗状态。输入端子101与输出端子102之间的导通路径被切换至高阻抗状态。如果通过输出端子102对其进行供电的发光装置的操作设备具有抑制电容器，此时该抑制电容器可放电。操作设备的抑制电容器可尤其经由发光机构放电。
可如此设置控制电路110，使得在第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路被切换至断开状态期间，该控制电路对控制装置100中电压的过零进行识别。为此，可例如在测量点113对在控制装置100中的齐纳二极管112或者电阻112处跌落的电压进行监测。该齐纳二极管或者电阻112可在输入端子101与输出端子102之间与电阻111的串联电路中。电压测量还可通过开关的集成式结构的二极管实现。在操作设备的抑制电容器的放电期间，所检测的电压接近供电电压。在第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路被切换至断开状态的期间，在控制装置100中所检测的电压的过零对应于供电电压的过零。
在识别到供电电压的过零之后，控制电路110结束将第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路切换至断开状态的控制过程。例如，为此两个MOSFET可回归到导通状态。如此输入端子101与输出端子102之间的导通路径的阻抗被减小，以使得电源10与发光装置50之间的电流能够流经控制装置100。控制电路110可针对开关121、122之一的供电电压的半波序列在预定时间段内分别切换至断开状态，以生成供电电压的半波的相位切割或相位截断，并且从而传输数据比特串。
这种为确定供电电压的过零而将第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路切换至高阻抗状态的控制可与流经负载电路40的电流相配合地实现。由此，控制电路110可监测该电流。在该电流的过零处控制电路110可将第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路切换至断开状态，并且紧接着确定时间点，在该时间点在控制装置中所检测的电压具有第一过零。供电电压的过零的识别可在根据电流的过零所确定的时间间隔内实现。供电电压的过零的识别可尤其在一时间段内实现，该时间段起始于经控制装置流向发光机构的操作设备的电流的过零。
图9是用于经由负载电路进行数据传输的方法210的流程图。该方法210可由控制装置100自动实施。在步骤201中可对用于触发数据传输的方法的执行的事件进行监测。如参照图8所示，例如可对调节元件的操作进行监测。一旦识别到用于触发经由负载电路进行数据传输的事件，则在步骤211中进行监测，流经负载电路40的电流何时具有过零。
在步骤212中电流的过零触发将第一开光121与第二开关装置122的串联电路切换至断开状态的控制。例如，对此，可将MOSFET切换至高阻抗状态。在步骤213中监测，控制装置100上的跌落电压何时具有过零。为此，如参照图8所描述的，例如可对经由齐纳二极管112或者电阻112上的跌落电压进行检测，并识别出该电压的过零。第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路保持切换在断开状态，直到识别出在控制装置100中所检测到的电压的过零。该时间点对应于供电电压的过零。
在确定供电电压的过零之后，在步骤214中实现更多数据比特的传输。为此，可生成供电电压的半波的相位切割或相位截断。根据在步骤213中所识别的供电电压的过零如此选择时间段(在该时间段内开关106被切换至断开状态，以生成相位切割和/或相位截断)，即，使得该时间段与供电电压的过零在预定的时间上相关。数据包可包含例如十个数据比特或者大于十个数据比特。在数据包的传输期间，例如在供电电压的五个全波中，不必重新确定供电电压的过零。当传输新的数据时或者当自最后一次确定供电电压的过零时起所经历的时间超过时间阀值时，可例如重复执行用于确定供电电压的相位的过程。
图10是用于进一步说明在确定供电电压的过零时根据实施方式的控制装置的工作原理的示意图。在触发用于确定供电电压的过零的事件之后识别流经负载电路40的电流221的过零222。在电流221的过零222处，控制电路110控制第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路，使其处于高阻抗。由此，控制装置100的输入端子101与输出端子102之间的导通路径处于高阻抗。在时间段226(在该时间段内，第一开关装置121与第二开关装置122的串联电路保持切换在断开状态)内识别到电压223的第一过零。在时间段226期间发光机构的操作设备的抑制电容器进行放电。在控制装置中所检测到的电压223(其最初具有相对于供电电压的相移)接近供电电压的操作设备的抑制电容器的放电。在电压223的过零224处供电电压也具有过零。可使用如此所确定的时间点225，以生成针对供电电压的半波序列的相位切割或相位截断。可在时间点225将开关重新切换至闭合状态。
为了避免在时间段226期间发光机构熄灭，操作设备可具有充电电容器。可如此设置该充电电容器以使得，在操作设备的抑制电容器的放电期间发光机构的运行可一直保持为100％的亮度。
虽然参照附图对根据实施方式的控制装置以及方法进行了详细的描述，但也可以通过更多的实施方式实现改变。例如，可以使用其它可控功率开关来替代功率-MOSFET。也可以使用p线路MOSFET替代通过栅极放电被切换至高阻抗状态的n线路MOSFET。相应地，控制电路引发开关栅极的充电，以提高输入端子与输出端子之间的导通路径的阻抗。虽然控制装置可包括两个串联的开关，配置该串联的两个开关，使得不但在正的供电电压的半波而且在负的供电电压的半波生成相位切割，但数据传输可通过其它实施方式这样来实现，即只针对带有确定符号的半波生成相位切割或相位截断。参照一些实施方式所描述的双极型晶体管也可以通过其它可控开关所取代。
虽然可使用根据实施方式的控制装置以及方法以传输调光命令和/或色彩控制，但也可以传输其它调节变量的目标值。在所有的实施方式中可在发光机构已经发光之后实现数据传输。数据传输可经由负载电路实现，而无需熄灭发光机构。在数据包被完整地传输之后，可由操作设备执行亮度、色彩或者其它调节变量的改变，并且期间不必再对供电电压上的相位切割和/或相位截断进行调制。
虽然已经描述了通过生成相位切割或相位截断来对数据比特进行编码，但也可以以其它方式影响供电电压，以便利用供电电压的半波的序列对数据比特串进行传输。例如，在一时间段内由控制装置向操作设备提供的供电电压也可以基本降低为零，该时间段既不位于供电电压的半波的开始也不位于供电电压的半波的结束。
在所有实施方式中，只要调节元件没有被操作，则该调节元件的桥接接触件就可以桥接控制装置的输入端子与输出端子。通过这种方式能够实现的是，只有当对调节元件进行操作时才向控制电路供应电压，从而可以降低控制装置的功耗。
根据实施方式的装置和方法可尤其用于对包括LED的发光装置进行控制，但并不仅限于此。

Claims (15)

1.一种控制装置，该控制装置用于经由负载电路(40)向负载(52)进行数据传输，该控制装置尤其用于向发光机构(54)的操作设备(52)传输数据包，其中所述控制装置(100)具有用于与电源(10)相连接的输入端子(101)以及与所述负载电路(40)相连接的输出端子(102)，其中所述控制装置(100)包括：第一开关装置(121)和第二开关装置(122)，所述第一开关装置和所述第二开关装置被接通在所述输入端子(101)与所述输出端子(102)之间的串联电路中；以及
控制电路(110；140；141-145)，该控制电路与所述第一开关装置(121)以及所述第二开关装置(122)相连接，并且所述控制电路被设置用于为了传输数据比特而生成用于控制所述第一开关装置(121)和/或所述第二开关装置(122)的控制信号(ctrl)。
2.根据权利要求1所述的控制装置，
其中所述第一开关装置(121)以及所述第二开关装置(122)被设置用于当在所述输入端子(101)处施加信号并且所述控制电路(110；140；141-145)没有生成所述控制信号(ctrl)时，将所述输入端子(101)与所述输出端子(102)电连接。
3.根据权利要求2所述的控制装置，
其中所述控制电路(110；140；141-145)被设置用于仅当所述控制装置(100)生成所述控制信号(ctrl)时，才对所述第一开关装置(121)的栅极处以及所述第二开关装置(122)的栅极处的电位加以影响。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，该控制装置包括与所述输入端子(101)相连接的电路部件(130；131-134)，以用于对所述第一开关装置(121)的栅极以及所述第二开关装置(122)的栅极进行充电。
5.根据权利要求4所述的控制装置，
其中所述控制电路(110；140；141-145)被设置用于通过生成所述控制信号(ctrl)引发所述第一开关装置(121)的所述栅极以及所述第二开关装置(122)的所述栅极的放电。
6.根据权利要求4或5所述的控制装置，
其中所述控制电路(110；140；141-145)被设置用于经由下拉电阻(144)控制所述第一开关装置(121)的所述栅极以及所述第二开关装置(122)的所述栅极的放电。
7.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，该控制装置包括至少一个储能装置(131)，该储能装置被设置用于对所述第一开关装置(121)的栅极以及所述第二开关装置(122)的栅极进行充电。
8.根据权利要求7所述的控制装置，
其中所述控制电路(110；140；141-145)被设置用于控制另一个开关装置(136)，该开关装置(136)在所述储能装置(131)与所述第一开关装置(121)的栅极以及所述第二开关装置(122)的栅极之间被接通。
9.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，
其中所述控制电路(110；140；141-145)被设置用于，将用于数据比特串的传输的所述第一开关装置(121)与所述第二开关装置(122)的串联电路多次切换至高阻抗状态。
10.根据权利要求9所述的控制装置，
其中所述控制电路(110；140；141-145)被设置用于识别电源(10)的供电电压(220；230)的相位，以及用于在预定时间段内在所述供电电压(220；230)的过零之前或者之后生成所述控制信号(ctrl)。
11.根据权利要求10所述的控制装置，
其中所述控制电路(110；140；141-145)被设置用于将所述第一开关装置(121)与所述第二开关装置(122)的所述串联电路按所述供电电压(220；230)的每全波两次切换至高阻抗状态。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的控制装置，
其中所述控制电路被设置用于不仅在具有正的所述供电电压的半波(231，233)时、而且在具有负的所述供电电压的半波(232，234，236，238)时将所述第一开关装置(121)与所述第二开关装置(122)的所述串联电路切换至高阻抗状态。
13.一种用于从控制装置(100)向负载(52)传输数据的方法，该方法尤其用于向发光机构(54)的操作设备(52)传输数据包，
其中，利用根据权利要求1至12中任一项所述的控制装置(100)生成供电电压的半波(231-234，236，238)的相位切割和/或相位截断(241-244，246，248)。
14.一种照明系统，该照明系统包括：
至少一个用于发光机构(54)的操作设备(52)，以及根据权利要求1至12中任一项所述的控制装置(100)，该控制装置经由负载电路(40)与所述至少一个操作设备(52)相连接。
15.根据权利要求14所述的照明系统，
其中所述至少一个操作设备(52)包括至少一个LED转换器。
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