CN105830354A - 用于照明系统的电力线通信 - Google Patents

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Abstract

提供了用于经由现有的电力线在电源和一个或多个光引擎(和/或其它照明系统组件)之间进行双向通信的技术，从而不需要附加的通信布线。特别是，通过调制其输出(电压或电流)，电源能够传送信息，并且通过其调制从电源提取多少功率，光引擎(或者其它照明组件，诸如传感器)能够向后通信。可以使用任何合适的类型的调制方案，并且如果想要的话，可以使用主—从布置来控制双向通信，从而避免多个器件同时在电力线通信信道上进行通信。其它实施例允许在电力线通信信道上的多个同时通信。

Description

用于照明系统的电力线通信
相关申请
本申请是2013年10月24日提交的并且名为“PowerLineCommunicationforLightingSystems”的美国专利申请No.14/062,425的国际申请，并要求该美国专利申请的优先权，该美国专利申请与2013年10月24日提交的并且名为“PowerLineCommunicationforLightingSystems”的美国申请No.14/062,496(律师签号No.2013P01780US)有关，这两个申请被通过引用在它们的整体上合并于此。
技术领域
本申请涉及照明系统，并且更具体地，涉及无附加控制布线的在电源(有时被提及为驱动器)和照明组件之间的双向通信。
背景技术
发光二极管(LED)和驱动电路可以被电连接以提供给定的照明系统。典型的驱动电路配置有开关模式电源拓扑，并且可以包括与被供电的LED串并联的滤波电容器。取决于输入电力源，在所述拓扑中还可以包括桥式整流器。可选地，也可以添加与LED串串联的线性电阻控制器。单个LED，但是更通常地，被串联和/或并联（或者它们的任何组合）布置的多个LED被提及为LED阵列。LED光引擎可以仅仅是LED阵列，但是更通常地，机械外壳和光学器件，以及电连接器构成光引擎。此外，光引擎通常包括上面提到的驱动电路中的一些，例如，线性电阻控制器。LED驱动线路的其余于是通常被提及为LED驱动器或LED电源。非常常见地，LED驱动器被包含在空间上远离光引擎的分离的外壳中，并且连接器和构成相应的线束的布线的组合被用于创建所要求的电连接。一个驱动器可以对许多光引擎进行供给。针对每个方向使用专用的通信链路，可以执行给定驱动器和LED光引擎之间的通信。
附图说明
图1a和图1a'的每个示意性地图解按照本发明的实施例的针对双向电力线通信而配置的照明系统。
图1b—图c的每个图解按照本发明的实施例的可以由图1a或图1a'的系统提供的电力线通信信号。
图1d图解按照本发明的实施例的可以由图1a或图1a'的系统使用的示例调制元件。
图1e图解按照本发明的实施例的可以由图1a的系统使用并且采用可调整的电压源用于调制元件的替换通信模块配置。
图1e'图解按照本发明的实施例的可以由图1a'的系统使用并且采用可调整的电压源用于调制元件的替换通信模块配置。
图1f示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图1g图解按照本发明的实施例的可以用于图1e和图1e'的系统中的通信模块的调制元件的示例可调整的电压源。
图2a和图2a'的每个示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图2b-图2c的每个图解按照本发明的实施例的可以由图2a或图2a'的系统提供的电力线通信信号。
图2d和图2d'的每个示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图2e图解按照本发明的实施例的可以用于图2d或图2d'的系统中的通信模块的调制元件的示例可调整的电流源。
图2f示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图2g示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图2h示意性地图解按照实施例配置的功率调节元件(PCE)的示例。
图3a示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图3b-图3c的每个图解按照本发明的实施例的可以由图3a的系统提供的电力线通信信号。
图4a示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信构成的照明系统。
图4b图解按照本发明的实施例的可以由图4a的系统提供的电力线通信信号。
图5a示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图5b图解按照本发明的实施例的可以由图5a的系统提供的电力线通信信号。
图6a-图6c的每个图解按照本发明的实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统的框图。
图7示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图8示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。
图9a-图9f图解按照本发明的实施例的可以由被配置用于双向电力线通信的照明系统使用的示例调制方案。
图10a-图10b的每个图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统的框图。
图11a图解恒定电流源(或者恒定电流沉入)的电压-电流特性。
图11b图解恒定电压源(或者恒定电压沉入)的电压-电流特性。
具体实施方式
提供了用于经由现有的电力线在电源和一个或多个光引擎(和/或诸如传感器的其它照明系统组件)之间的双向通信的技术，从而不需要附加的通信布线。特别是，通过调制其输出(电压或电流)，电源能够传送信息，并且通过对光引擎从电源提取多少功率进行调制，光引擎(或者其它负载或照明组件，诸如传感器)能够向后通信。可以使用任何合适类型的调制方案来促进双向通信，其中针对一个通信方向调制电流，并且针对另一个通信方向调制电压。示例调制方案包括可开关的元件和/或可调整的电压或电流源的使用，其中可开关的元件和/或可调整的电压/电流源对调制控制信号进行响应。在一些情况下，可以使用主-从布置来控制双向通信。其它实施例允许在电力线通信信道上的多个同时通信。
概述
如先前解释那样，可以使用专用的通信链路执行光引擎和相应电源或驱动器之间的通信。具有在光引擎和驱动器之间的通信的原因有很多。例如，通信链路可以被用于把各种参数设定（诸如亮度和色彩设定）从驱动器通信给光引擎。专用的通信信道一般是利用附加的控制布线实现的，并且典型地不是双向的，其中以单向方式从驱动器向光引擎提供通信。在一些情况下，光引擎可以利用各种传感器输出(例如，用于测量所生成的光的光谱组成的被占用的色彩传感器)，其可以被从光引擎通信到驱动器。在这样的情况下，传感器被在一对布线上供电，并通过一个或多个附加的布线把传感器数据通信回驱动器。尽管使用专用的通信信道是实现驱动器和光引擎之间的通信的合适的方式，但是附加的布线需要使用容纳额外的布线的连接器并且倾向于增加改型操作的成本/复杂性。
因此，并且按照本发明的实施例，提供了用于经由现有的电力线在电源和一个或多个光引擎(和/或诸如占用传感器的其它照明系统组件)之间的双向通信的技术，从而不需要附加的控制布线。特别是，通过调制其输出(电压或电流)，电源能够传送信息，并且通过对从电源取得多少功率进行调制，负载能够向后通信。为此，注意即使电源设定电压或电流，另一个变量(电流或电压，视情况而定)由所述负载确定(例如，光引擎、传感器或者其它照明系统组件，如根据本公开将领会的那样)。所述技术允许在两个方向上的同时的双向通信，所述双向通信有时也被提及为全双工通信模式。
例如，在恒定电流LED驱动器的情况下，该驱动器调制其输出电流，以向光引擎发送消息，并测量它自己的输出电压，以从光引擎接收消息。按照对应的方式，光引擎调制其正向电压下降，以向驱动器发送消息，并测量来自驱动器的调制电流，以从驱动器接收消息。恒定电流LED驱动器在其输出具有与11a的电压-电流特性类似的电压-电流特性。有利的是在如下的情况下—在恒定电流驱动器的情况下，光引擎(例如，单个LED或LED串)具有与图11b中所示的电压-电流特性类似的电压源特性(有时也被提及为电压沉入特性)。如果(标称电压下的电流的电压导数小于或等于标称电流对标称电压之商)，那么源或沉入(sink)可以被归类成具有电流源特性。如果，那么源或沉入可以被归类成具有电压源特性。标称电压和标称电流是在标称操作下的电压和电流的量值。如根据本公开将进一步领会的那样，尽管有存在用于把数据从驱动器传送到光引擎的驱动器输出电流的小的调制的事实(这种调制一般是觉察不到的，或者另外地对用户来说是透明的)，驱动器仍然有效地操作为恒定电流驱动器。通过调制其电压，光引擎将向后与驱动器通信，并且如果不存在通信，那么驱动器将只看到LED的正向下降。在一个这样的实施例中，驱动器被配置成调制其恒定电流源的设定点，以向光引擎发送消息，并且通过接入和移出串联连接的调制元件从而人为地增加和减小跨给定串的LED所见的电压，光引擎可以调制由驱动器所见的电压下降。在其它实施例中，光引擎可以被配置成调制电压源的设定点，以向驱动器发送消息。在这样的示例情况下，在此一般把电压源提及为调制元件。
在恒定电压LED驱动器的情况下，该驱动器调制其输出电压，以向光引擎发送消息，并测量所递送的电流，以从光引擎接收消息。按照对应的方式，光引擎调制它消耗的电流，以向驱动器发送消息，并测量来自驱动器的电压，以从驱动器接收消息。如将领会的那样，尽管有存在用于把数据从驱动器传送到光引擎的驱动器输出电压的小的调制的事实(正如在输出电流的小的调制的情况下那样，这种电压调制一般是觉察不到的，或者另外地对用户来说是透明的)，驱动器仍然有效地操作为恒定电压驱动器。通过调制其电流，光引擎将向后与驱动器通信，并且如果不存在通信，那么驱动器将只看到未调制的电流。在一个这样的实施例中，驱动器被配置成调制其恒定电压源的设定点，以向光引擎发送消息，并且通过接入和移出并联连接的调制元件从而人为地增加和减小通过给定串的LED的电流，光引擎可以调制由驱动器所见的电流。在其它实施例中，光引擎可以被配置成调制并联连接的电流源的设定点，以向驱动器发送消息。在这样的示例情况下，在此一般把并联连接的电流源提及为调制元件。
如根据本公开将进一步领会的那样，所述技术也可以用于在给定的照明系统的其它元件之间的双向通信，并且不限于驱动器和光引擎之间的通信。例如，驱动器可以与部署在给定的光引擎内的或者另外地在要被照亮的区域中的传感器通信。同样地，驱动器可以与其它驱动器，房间控制器或者总体光管理系统(LMS)通信。例如，这样的通信允许与整个照明系统共享由传感器提供的信息。此外，这样的实施例允许更复杂的并且增强的照明控制，以及在整个建筑物自动化系统中的照明的集成。
在一些实施例中，使用主从通信协议来防止在任一时间发生多个通信。然而，其它实施例可以采用适应同时通信的通信协议。为此，取决于诸如关于解码和解释消息的想要的简单度水平(或者复杂度，视情况而定)的因素，所述技术可以与任何数量的通信协议结合使用。
根据本公开，很多变化将是显而易见的。例如，在一些实施例中，所述技术也可以被采用于包括由具有低动态响应的恒定电流驱动器驱动的并联连接的光引擎的系统。低动态响应意味着在短的时间间隔内，驱动器表现得更像恒定电压源而不是电流源。这对于大多数恒定电流驱动器，特别是更低成本实现而言是真实的，因为这些驱动器典型地具有相当大的尺寸的输出电容器以便把通过LED的纹波电流保持为低。这种输出电容器阻碍快速的动态变化。此外，并且按照一些实施例，驱动器可以被配置成基于给定的调光模式来使调制方案变化。因而，例如，驱动器可以被配置成当驱动器从模块调光切换成脉宽调制(PWM)调光时，改变调制方案，并且光引擎可以被配置成检测给定的调光模式，并且把对应的解码处理用于给定的调制信号。
在此公开的技术可以被用于减少在布线上的投入(例如，人工、布线和连接器)，并且还可以减少错误布线的风险(因为不需要附加的布线)。同样地，注意所述技术可以被容易地部署而不干扰不能接收或发送通信的传统组件，如在此所描述那样，并且驱动器将仍然在有或没有通信的情况下递送额定电压/电流(可以在给定容限内作出电流和电压值的调制从而保持顺应性)。进一步注意，相同的布线可以被用于所有系统(连接器、线缆等)。因此，供应商不必须贮备布线以用于所谓的智能系统和非智能系统这两者，即使供应商的客户可能要求这两种类型的产品。进一步注意，可以在模块化系统的情形下实现所述技术，不论模块化系统是相对简单的系统(例如，1个驱动器和1个光引擎)，还是复杂的系统(例如，几个驱动器、光引擎和传感器)。此外，所述技术可以杠杆运用现有的处理能力，诸如部署在现有驱动器和光引擎中的微控制器。
电路架构
图1a示意性地图解按照本发明的实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。如在该示例配置中可以看到那样，系统一般包括电源或驱动器以及光引擎。驱动器包括恒定电流源和微控制器A(μCA)，以及光引擎包括LED串(D11-D1n)、微控制器B(μCB)、开关S和调制元件M。驱动器和光引擎特有的其它组件未被示出，但也将是显而易见的。
在操作中，系统典型地把驱动器提供的电流和电压用于双向通信，其中驱动器调制电流，并测量它自己的输出电压，并且光引擎调制电压，并测量电流。为此，每个通信方向使用它自己的基尔霍夫电路定律(一个方向用于电压，另一个方向用于电流)。更详细地，经由微控制器A的两个输入端口，跨电力线地操作地耦接驱动器的微控制器A，从而它能够感测(VSense)或另外地测量跨光引擎的电压下降VM1(t)。如在图1a中可以进一步看到那样，微控制器A包括操作地耦接到电流源的输出端口，并被编程或另外地配置成经由在输出端口提供的调制的设定点信号，调整电流源的设定点。
在系统的光引擎侧上，经由微控制器B的输入端口，把微控制器B操作地耦接到LED串，从而它能够感测(ISense)或另外地测量流过光引擎的LED串的电流IM1(t)。如可以进一步看到那样，微控制器B包括操作地耦接到开关S的输出端口，并被编程或另外地配置成经由在微控制器B的输出端口提供的调制控制信号，断开和闭合该开关，由此把调制元件M接入和移出电路，从而引起跨光引擎的电压下降上的对应改变。注意按照实施例，出于效率原因(以减少功率耗散)，开关S可以通常被接通，从而通常使调制元件M旁路。
因此，通过调制提供给驱动器的电流源的设定点值，微控制器A可以调制驱动器的输出电流IM1(t)，从而向光引擎提供通信信号。图1c中示出一个示例的这样的通信信号，并且在图1a上一般地标明了该通信信号。此外，通过调制光引擎中的调制元件M的电路内存在，微控制器B能够调制驱动器的输出电压VM1(t)，从而向驱动器提供通信信号。图1b中示出了一个示例的这样的通信信号，并且在图1a上一般地标明了该通信信号。
电流源、微控制器A和B、LEDD11-D1n、调制元件M和开关S可以利用例如离散的常规组件(例如，使用（多个）双极结型晶体管或（多个）场效应晶体管，诸如（多个）金属氧化物半导体场效应晶体管)来实现，或者被实现为如所示那样组织和操作地耦接的集成电路或芯片集。光引擎组件的集成/离散程度可以从一个实施例到下一个而变化，并且要求保护的发明并不意图被这样限制。尽管描绘了微控制器，但是可以使用能够确定电压和/或电流并提供控制信号(诸如调制的设定点信号和调制控制信号)的任何合适的可编程的或另外可配置的处理环境。开关S例如可以是单刀单掷开关或者晶体管(例如，其中栅极接收调制控制信号的FET)。
调制元件M可以利用如下的任何元件来实现，所述元件能够被接入串联LED串，从而为了调制跨该LED串的电压下降由此允许在电力线上传信的目的而引起跨该串的电压下降上的相对小的改变。图1d示出可以使用的一些示例调制元件。跨调制元件的电压下降的范围可以取决于元件的类型和实现技术而变化。例如，跨二极管(D)的电压下降对于硅二极管而言近似为0.7V，对于锗二极管而言近似为0.3V，并且对于肖特基二极管而言近似为0.2V。如果调制元件M是利用LED(它可以是LED串的一部分，或者是分离的LED)实现的，那么取决于LED色彩，电压下降可以在1.0V到5.0V的范围中。在LED作为调制元件的情况下，注意由调制元件生成的光可以被使用于应用中，并且因此由调制元件消耗的能量提供补充的益处。如将进一步领会那样，通过利用齐纳二极管(Z)作为调制元件，能够实现电压下降的甚至更宽的范围。如将进一步领会那样，通过利用电阻器(R)作为调制元件，可以实现电压下降。在更一般的意义上，具有与电压下降相关的有源结的任何器件或线路可以被用作调制元件M，诸如晶体管，只要相关的电压下降能够被接入和移出，以提供调制的线电压。在一些这样的实施例中，调制元件具有所宣称的电压源特性，以使得通信质量(在利用全双工操作的双向通信方案的情况下在从驱动器到光引擎的通信与从光引擎到驱动器的通信之间的可得到的信噪比和串扰)随着增加而改善。在一些示例情况下，例如，实现，而在另外的其它实施例中，可以以为目标，以用于进一步改善的通信质量。如果调制元件M是利用电阻器实现的，那么电压下降将取决于由LED串和电阻器形成的有效分压器的值，如将领会的那样。
在一个具体的示例实施例中，微控制器B、开关S和调制元件M可以被实现成芯片，诸如利用应用专用集成电路(ASIC)或其它为专门目的构建的半导体，从而提供通信模块(在各图中一般地标明的Com模块)。Com模块也可以还包括其它功能/组件，比如温度传感器(例如，NTC元件)、光传感器(例如，用于检测自然环境光水平的光电二极管)、运动传感器、安全传感器和/或其它传感器。
图1e图解按照本发明的实施例的可以由图1a的系统使用的替换的通信模块配置。如可以看到那样，该实施例采用可调整的电压源用于调制元件M。存在很多用以实现适合于该示例应用的可调整的电压源的方式，包括耗散实现和非耗散实现，比如基于开关模式电源技术的线性调节器和电压源。注意调制控制信号可以是数字信号或模拟信号。在模拟信号的情况下，按照实施例，微控制器B可以配备有例如数模转换器(DAC)和以DAC的输出可以被直接连接到电压源为特征的引脚。在数字信号的情况下，微控制器B的数字输出被PWM调制，并且可以使用外部低通滤波器把该数字信号转换成模拟信号。该信号然后被用作对电压源的设定值。
图1f示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。如在该示例情况下可以看到那样，驱动器可以与多个光引擎1到i通信，其中i可以是大于1的任何整数，并且假定驱动器可以供应足够的电流，以适当地驱动i个LED串。驱动器和光引擎可以如先前参照图1a描述的那样配置，并且相关的讨论在此同样适用。
LED串1包括LEDD11到D1n，并且LED串i包括LEDDn1到Dnj。注意，每个LED串可以包括不同的量的LED，或者不同色彩的LED，或者另外被不同地配置。像这样，进一步注意跨每个LED串1到i的电压下降(分别为VM1(t)到VMi(t))取决于相应的LED串配置而可以是不同的或相同的。每个光引擎还包括如前描述的用以调制线电压的布置。从而，例如，微控制器B1操作地耦接到LED串1，以感测(ISense)或另外地测量流过LED串1的电流IM1(t)。此外，微控制器B1被编程或另外地配置成经由调制控制信号断开和闭合开关S1，由此把调制元件M1接入和移出电路，从而引起跨光引擎的电压下降上的对应改变。按照类似的方式，微控制器Bi操作地耦接到LED串i，以感测(ISense)流过LED串i的电流IM1(t)，并被配置成经由对应的调制控制信号断开和闭合开关Si，由此把调制元件Mi接入和移出电路，从而引起跨光引擎的电压下降上的对应改变。如先前解释那样，开关S1到Si通常可以被接通，从而当不进行通信时，不引起跨对应的调制元件M1到Mi的附加的功率耗散。
图1a'在结构和功能上与图1a中所示的示例实施例相同，除了光引擎已经被传感器代替之外。如可以看到那样，传感器包括如先前描述的操作地耦接到感测电路的感测元件的Com模块。感测电路可以被配置成感测任何数量的参数，诸如运动传感器、安全传感器、温度传感器(例如，NTC元件)、光传感器(例如，检用于测自然环境光水平的光电二极管)、和/或用以感测比如人类占据(human-occupancy)或环境问题(例如，过热或过冷、烟雾等)的事情的其它传感器。图1e'图解按照本发明的实施例的可以由图1a'的系统使用并且采用可调整的电压源用于调制元件的替换通信模块配置。除了LED串改变成感测电路之外，先前的相关讨论在在此同样适用。
如先前解释那样，图1e和图1e'的每个示出其中把可调整的电压源用于可开关的调制元件的示例情况。为此，图1g图解按照本发明的实施例的可以用于比如图1e和图1e'中的一个的系统中的通信模块的调制元件的示例可调整的电压源。在该示例情况中，假定光引擎的微控制器向电压源提供二进制调制控制信号。在操作中，微控制器被编程或另外地配置成生成具有与跨可调整的电压源的想要的电压下降对应的占空度的数字PWM输出信号。配置有电阻器R和电容器C的低通滤波器把该数字信号变换成被用作为设定电压的模拟电压VC(具有可以忽略的纹波)。如可以进一步看到那样，该示例实施例的运算放大器OP1实现使用该设定电压来以跨晶体管Q的电压下降为恒定这样的方式控制晶体管Q的闭环控制。
如根据本公开将领会的那样，诸如图1a、图1a'和图1f中所示的可开关的调制元件可以被用于提供二进制通信信号，意味着在两种电平(高电平和低电平)之间转变的信号。然而，其它实施例可以提供诸如图9b和图9d中所示的包括多于两种电平和/或斜变的通信信号，图9b和图9d这两者展现使用单开关布置一般不能实现的V/I的在时间上的改变。例如，在图9d的示例情况下，通信信号具有3种电平，并且因此可以使用两个或更多的开关来造成这样的三电平通信信号。替换地，并且如图1e、图1e'和图1g中所示，可调整的电压源可以被用于提供这样的通信信号(比如图9b和图9d中所示的信号)。正如先前解释那样，微控制器和可调整的电压源(调制元件M)可以被实现成集成电路，并且关于Com模块的先前的讨论和关于整个光引擎线路的集成/离散的变化程度在此同样适用。
在在此所示的各种实施例中，可能想要的是在加电时(在光被'导通'之前)通信初始LED电流。同样地，可能想要的是在加电时通信初始传感器电流(或者任何其它光系统组件的初始电流)。在这样的情况下，驱动器可以被配置成最初利用允许如在此所描述那样的通信的低电流来驱动光引擎(或者其它组件)，而不过度驱动LED(或者其它组件)。一旦将允许驱动器设置适当的电流的信息已被交换，就可以基于该信息增加电流IM1(t)。
图2a示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。该实施例甚至允许有时也被提及为全双工通信模式的在两个方向上的同时双向通信。如在该示例配置中可以看到那样，系统一般包括电源或驱动器，和一个或多个光引擎。驱动器包括恒定电压源和微控制器A(μCA)，并且光引擎包括LED串(D11-D1n)、恒定电流源、微控制器B(μCB)、开关S和调制元件M。驱动器和光引擎的特有的其它组件未被示出，但是也将是显而易见的。注意，在以并联方式布置的各个光引擎之间，不存在电流平衡的问题，因为每个光引擎将一般地使电流限制得到实现以用于无论怎样也在恒定电压下操作，如将领会的那样。
在操作中，并且正如在图1a-g中所示的示例系统的情况下一样，系统一般把由驱动器提供的电流和电压用于双向通信，其中驱动器调制DC输出电压(以发送消息)，并测量所递送的总电流(以接收消息)，并且光引擎调制其电流(以发送消息)，并测量电压(以接收消息)。更详细地并且在进一步参照图2a的情况下，经由微控制器A的输入端口，驱动器的微控制器A操作地耦接到电力线，从而它能够感测(ISense)或另外测量从驱动器流出的电流IM1(t)。如在图2a中可以进一步看到那样，微控制器A包括操作地耦接到电压源的输出端口，并被编程或另外被配置成经由在输出端口提供的调制的设定点信号，调整电压源的设定点。
在系统的光引擎侧上，经由微控制器B的两个输入端口，跨电力线来操作地耦接微控制器B，从而它能够感测(VSense)或另外测量跨光引擎的电压下降VM1(t)。如可以进一步看到那样，微控制器B包括操作地耦接到开关S的输出端口，并被编程或另外配置成经由在微控制器B的输出端口提供的调制控制信号断开和闭合所述开关，由此把调制元件M接入和移出电路，从而引起流过光引擎的总电流上的对应改变(并且有效地调制流过调制元件M的电流)。注意按照实施例，出于效率原因(以减少功率耗散)，开关S通常可以被关断，从而调制元件M通常在电路之外。恒定电流源使LED串电流IM1(t)保持恒定，而不管线电压VM1(t)或LED串电压如何。在一些这样的实施例中，调制元件M具有所宣称的电流源特性，以使得通信质量(在利用全双工操作的双向通信方案的情况下在从驱动器到光引擎的通信与从光引擎到驱动器的通信之间的可得到的信噪比和串扰)随着减小而改善。在一些示例情况下，例如，实现，而在另外的其它实施例中，可以以为目标，以用于进一步改善的通信质量。
因此，通过调制提供给驱动器的电压源的设定值，微控制器A可以调制驱动器的输出电压VM1(t)，从而向光引擎提供通信信号。图2b中示出一个示例的这样的通信信号，并且在图2a上一般地标明了该通信信号。此外，通过调制光引擎中的调制元件M的电路内存在，微控制器B能够调制驱动器的输出电流IM1(t)，从而向驱动器提供通信信号。图2c中示出了一个示例的这样的通信信号，并且在图2a上一般地标明了该通信信号。
电压源、微控制器A和B、LEDD11-D1n、电流源、调制元件M和开关S可以利用例如离散的常规组件实现，或者被实现成如所示那样被组织和操作地耦接的集成电路或芯片集。集成/离散的程度可以从一个实施例到下一实施例而变化。尽管描绘了微控制器，但是可以使用能够确定电压和/或电流并提供控制信号(诸如调制的设定点信号和调制控制信号)的任何合适的可编程的或另外可配置的处理环境。开关S例如可以是单刀单掷开关或者晶体管(例如，其中栅极接收调制控制信号的FET)。
调制元件M可以利用如下的任何元件来实现，所述元件能够与串联LED串并联地开关从而为了调制流过光引擎的电流由此允许在电力线上传信的目的而引起流过光引擎的总电流上的相对小的改变。如先前讨论那样，图1d示出可以使用的一些示例调制元件M。如将领会的那样，当开关S被闭合时流过调制元件M的电流的量可以取决于该特定元件的电阻而变化。在一个示例实施例中，调制元件M是利用具有提取在5mA到50mA范围中的电流(例如，～20mA)的值的电阻器实现的，虽然可以使用具有合适的电阻或者另外地提取想要的量的电流的其它元件。例如，在另一个实施例中，由具有例如5mA到50mA的电流范围(例如，～20mA)的恒定电流调节器、电流调节器二极管或电流限制二极管实现调制元件M。正如先前解释那样，微控制器B、开关S和调制元件M可以被实现成集成电路，并且关于Com模块的先前的讨论和关于整个光引擎线路的集成/离散的变化程度在此同样适用。
图2d示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信构成的照明系统。如可以看到那样，该实施例类似于图2a中所示的实施例，除了它采用可调整的电流源(CS-B)用于调制元件M并且不存在开关S之外。如先前解释那样，回想起调制控制信号可以是数字信号或模拟信号。从而，在模拟信号的情况下，按照实施例，微控制器B可以被配备有例如数模转换器(DAC)，和以DAC的输出可以被直接连接到电流源CS-B为特征的引脚。在数字信号的情况下，微控制器B的数字输出被PWM调制，并且可以使用外部低通滤波器把该数字信号转换成模拟信号。该信号可以然后被用作为对电流源CS-B的设定值。图2e图解按照本发明的实施例的可以用于通信模块的调制元件的示例的可调整的电流源。在该示例情况下，假定光引擎的微控制器B向电流源CS-B提供模拟调制控制信号(限定设定点的电压)。运算放大器OP1实现以通过感测电阻器RS的电流(ICS-B)等于由微控制器B给出的设定值的方式来控制晶体管Q的闭环控制。
图2a'在结构和功能上与图2a中所示的示例实施例相同，除了光引擎已经被传感器代替之外。如可以看到那样，传感器包括如先前描述那样操作地耦接到感测电路的感测元件的Com模块。同样地，图2d'在结构和功能上与图2d中所示的示例实施例相同，除了光引擎已经被传感器代替之外。如可以看到那样，传感器包括如先前描述那样操作地耦接到感测电路的感测元件的Com模块。关于合适的感测电路的先前的讨论在此同样适用。如先前讨论那样，图2e图解按照另一个实施例的可以由图2d'的系统使用的替换的通信模块配置。除了LED串改变成感测电路之外，先前的相关讨论在此同样适用。
图2f示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。如可以看到那样，该系统实际上是图2d和图2d'中所示的示例实施例的变化。光引擎被配置得类似于图2d中的光引擎(注意，针对电流源的标明现在是CS-A1和CS-B1)，并与传感器并联连接。VM1(t)是跨光引擎和传感器这两者的电压，其中光引擎提取电流IM1(t)，并且传感器提取电流IM2(t)。传感器包括与感测元件RLDR串联连接的电流源CS-A2，和配置成感测跨感测元件RLDR的电压VLDR(和/或通过感测元件RLDR的电流)，并向与感测元件RLDR并联连接的电流源CS-B2提供调制控制信号的微控制器C。从而，可以监视和调制通过感测元件RLDR的电流，以在电力线上提供通信信号。该示例情况中的感测元件RLDR是环境光传感器(所谓的日光传感器)。作为光传感器或光敏电阻器(LDR)的替换，可以把按钮开关SPB用于用户输入。替换地，可以把按钮SPB与感测元件RLDR并联连接，从而允许使用一个电流源(只可以包括CS-A2)。在这样的示例情况下，传感器控制器C可以仍然能够区分感测元件RLDR输入和按钮SPB输入，因为感测元件RLDR的最低电阻与按钮SPB的电阻相比相对更高。与按钮SPB并联的附加电阻器RPB(即，替代感测元件RLDR，按钮与电阻器RPB并联)也可以是有利的，因为传感器模块将消耗相同量的电流，不管按钮是否被按下。根据本公开将显而易见的其它实施例例如包括占据检测器或作为感测/输入和输出设备的触摸面板(这些将不会被通过电流源馈送)。此外，用于遮光器控制的电动机也可以是系统的一部分(例如，参见图6c)。如图2f中进一步示出那样，系统可以提供诸如图9b和图9d中所示的包括多个两种电平和/或斜变的通信信号。
图2g示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。如可以看到那样，系统包括如按照图2d、图2d'和图2f讨论的以相似的方式操作地耦接到光引擎的驱动器。此外，光操纵器器件以及通信网关被跨DC电力线并且以并联方式连接到光引擎。VM1(t)跨光引擎、光操纵器器件和通信网关的每一个，其中光引擎提取IM1(t)的电流，通信网关提取IM2(t)的电流，并且光操纵器器件提取IM3(t)的电流。
通信网关一般被配置成提供无线通信能力，从而允许控制其它照明器件和/或与整个照明或建筑物自动化控制系统通信。如将领会的那样，该通信网关充当按照本发明的实施例的电力线通信和其它通信方法（例如无线通信）之间的网关。在其它实施例中，通信网关可以充当有线通信（比如DALI或DMX）和如在此各种各样地地提供的电力线通信之间的网关。在进一步参照图2g的情况下，通信网关包括微控制器C，微控制器C被配置成向电流源CS-B2提供调制控制信号(以用于调制电流IM2(t)以向系统上的其它器件/模块发送消息)。微控制器C还可以感测跨通信网关的电压下降VM1(t)的量，以用于从驱动器或系统中的其它DC线电压调制器件接收消息。此外，通信网关包括无线通信电路(ComC)，无线通信电路(ComC)可以被用于经由无线通信链路与系统的其它器件/模块无线地通信。光操纵器器件包括微控制器D，微控制器D被配置成向电流源CS-B3提供调制控制信号(以用于调制电流IM3(t)，以向系统上的其它器件/模块发送消息)。微控制器D还可以感测跨光操纵器器件的电压下降VM1(t)的量，以用于从驱动器或系统中的其它DC线电压调制器件接收消息。此外，光操纵器器件包括电动机模块(包括电动机控制器MCt1和电动机)，电动机模块可以被用于控制例如，活动遮光器、其它电子遮光物。
进一步注意，在通信网关中，在驻留微控制器C和无线通信电路ComC之间，存在双向通信(由双箭头指示)。同样地，在驻留微控制器D和电动机控制器MCt1之间，存在双向通信。如将领会那样，这样的双向通信路径可以由微控制器和相应元件之间的总线实现。从而，关于通信网关，例如，来自照明控制系统或建筑物管理控制器的信息可以从通信电路ComC传递给微控制器C。关于光操纵器电路，例如，电动机控制元件(MCt1)可以通过电动机轴上的编码器给予微控制器D关于的电动机位置的信息，或者给予微控制器D关于由于电动机被卡住的过流关闭等的信息。
光操纵器电路和通信网关的每个将很大可能地提取非恒定电流。因此，为了防止在电力线上引发噪声(并且因此可能地堵塞来自任何器件/模块的通信)，在相应的元件和DC电力线之间放置功率调节元件(PCE)，如图2g中进一步示出那样。PCE还可以向微控制器供给电力，如针对通信网关的PCE1情况那样。PCE能够一般地被设计为从电力线对非恒定负载供电。同时，它可以被设计为将非恒定负载从电力线隔离(以便防止通信的堵塞)。因此，并且按照一个实施例，PCE1和PCE2的每个被配置有布置在滤波器配置中的能量存储元件，并且被进一步配置有调节其输出(端子A&C；进一步注意端子B提供接地或中性/回线(return)，视情况而定)的有源电路。如图2g中进一步示出那样，系统可以提供诸如图9b和图9d中所示的包括多于两种电平和/或斜变的通信信号。
图2h示意性地图解按照实施例的PCE的示例，在系统具有恒定电压电源的情况下，PCE可以被用于实现PCE1和PCE2，以使得PCE并联连接到驱动器/电源的输出(端子A和端子B)，并在其输出处向负载提供恒定电压(端子C和B)，由此保护DC电力线上的任何调制免遭负载的影响。进一步注意，PCE可以被设计为消耗来自电源的恒定电流，并具有滤波器，在该示例情况下，所述滤波器包括电感器L1和电容器C1。电容器C1是能够储存相当大量的能量的大容量电容器。特别是，如果DC电力线上的电压被PWM调制，那么C1中的能量储存可能是相当大的(取决于负载电流，具有数百微法的电容器)。LDO是在其输出C处提供恒定电压的低电压下降调节器(替换地，可以使用开关模式电源)。二极管D3是可选的，并且在模块的热插拔情况下，为LDO提供过电压保护。二极管D1防止电流回流到电力线中，并且在非常长的时间内允许C1中的能量储存，并且二极管D2为L1提供路径(在总线被驱动器主动拉低以用于PWM调制的情况下)，或者当在操作中拔下模块(所谓的热插拔)时，防止或另外抑制高电压或者甚至电弧。
图3a示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于全双工电力线通信的照明系统。如可以看到那样，该示例照明系统允许作为全双工(意味着同时双向)电力线通信的双向电力线通信，即使系统也可以按半双工模式使用。在半双工模式下，在任何时间点，信息的流动只从一个传送器件到一个或多个接收器件。如将领会那样，该示例实施例的操作原理类似于图2a、图2a'、图2d、图2d'和图2f中所示的实施例的操作原理，以使得驱动器调制DC输出电压(以发送消息)，并测量所递送的总电流(以接收消息)，并且光引擎或传感器或其它照明系统组件调制其电流(以发送消息)并测量电压(以接收消息)。为此，先前的相关描述在此同样适用。然而，如在该示例配置中可以进一步看到那样，调制线路是以不同的方式实现的。
更详细地，驱动器的微控制器A仍然被配置成感测(ISense)从驱动器流出的电流IM1(t)，但不是调制或另外控制电压源的设定点，微控制器A被编程或另外被配置成通过向开关S1提供调制的设定点信号，来把调制元件(这种情况下，二极管D1)接入和移出电路。从而，当S1被闭合时，调制元件D1被旁路，并且不提供跨该元件的电压下降，并且当S1被断开时，调制元件D在电路中，并且提供电压下降(例如，0.2V到1.4V，取决于二极管的类型)。
在系统的光引擎上(或者传感器或其它照明系统组件，视情况而定—为了本讨论的目的，使用光引擎)，微控制器B操作地与电阻分压器耦接，所述电阻分压器包括向微控制器B的输入端口提供VSense由此允许跨光引擎的线电压VM1(t)可以被确定的电阻器R1和R2。另外，包括电阻器R1、二极管D2、齐纳二极管D3和电容器C的附加线路被操作地耦接从而从线电压VM1(t)得到微控制器B电源(VDD)。如将领会那样，由D3提供的电压基准向微控制器B提供稳定的VDD。电容器C提供一定程度的能量储存，以使得如果线电压被关断，那么存储在电容器C中的能量能够临时地向微控制器B提供电力。替代电容器，可以使用其它能量存储元件，诸如可再充电电池或超级电容器。二极管D2防止向后电流流向驱动器。如可以进一步看到那样，微控制器B包括操作地耦接到开关S2的输出端口，并且被编程或另外配置成经由在微控制器B的所述输出端口提供的调制控制信号来断开和闭合所述开关，由此把调制元件M接入和移出电路，从而引起流过光引擎的总电流上的对应改变，如先前解释那样。注意按照实施例，出于效率原因(以减少功率耗散)，S1开关通常可以被接通，并且开关S2通常可以被关断。
在一个示例实施例中，假定驱动器具有想要的24V标称电压，光引擎上的LED具有想要的350mA标称电流。在一个这样的示例实施例中，进一步假定驱动器内的恒定电压源的电压被设计成为24.4V。这将确保实际的驱动器输出电压VM1(t)就在想要的24V标称电压周围改变(归因于通信)，并且因此使对针对24V标称电压设计的任何光引擎的操作的影响最小化。一种示例的这样的通信信号示出于图3b中，并被一般地标明在图3a上。以类似的方式，光引擎的恒定电流源被设计为沉入(sink)标称量的电流(～350mA)。进一步注意，在该示例实施例中，由组合的分压器R1、R2和微控制器B提取的电流被设计成约1mA，并且调制元件M是利用电阻器实现的，所述电阻器被选择成如果开关S2被闭合，那么提取约20mA的电流。因此，电流IM1(t)近似在351mA和371mA之间变化。一种示例的这样的通信信号示出于图3c中，并且被一般地标明在图3a上。
根据本公开，很多的变化将是显而易见的。例如，另一个实施例可以使用电阻器替代二极管D1，如果增加的二极管的费用是不想要的话。然而注意，在这样的实施例中，驱动器供给的电压VM1(t)可能示出对负载电流IM1(t)的更强的依赖性。因而，通信的信噪比也可能随负载电流IM1(t)变化。这可能不会引起问题，但是值得考虑。在另一替换中，代替二极管D1和开关S1，可以使用晶体管。在一种这样的情况下，可以实现控制跨晶体管的电压下降的附加控制回路。例如，控制方案可以测量跨晶体管的电压下降，并以所述电压下降等于设置的电压下降的方式，调整驱动信号(例如，栅极电压或基极电流)。设置的电压下降或者为0，或者为预先限定的值(例如，0.5V)，取决于驱动器当前传送的二进制信号的状态。在图3a中所示的实施例上的另一变化是如图2d、图2d'和图2e中所示那样利用可调整的电流源作为调制元件(而不是如图3a中所示那样使用可开关的(S2)的调制元件)。
图4a示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。该实施例类似于图3a中所示的实施例，除了调制元件M是利用可开关的(S2)的恒定电流源(CS2)实现的之外。在图3a的实施例中，流过开关S2的电流取决于当从驱动器向光引擎(或传感器或其它照明系统组件，视情况而定—为了本讨论的目的，使用光引擎)通信信息时变化的线电压。在光引擎在驱动器通信时的时间期间进行通信的情况下，将存在串扰。在这样的情况下，每当驱动器的微控制器A启用或停用开关S1时，驱动器将感测电流IM1(t)上的相对地小的改变。取决于VM1(t)调制的幅度，这种串扰可能很小，并且是可容忍的。图4a中所示的实施例中的恒定电流源CS2可以用于消除这种串扰。因此，无串扰的全双工通信是可能的，如图4b中进一步图解那样，其中由驱动器在约390V和400V之间，调制驱动器电压VM1(t)，并且由光引擎在约205mA和205.5mA之间，调制驱动器输出电流IM1(t)。根据本公开，很多其它可工作的调制方案和通信信号参数将是显而易见的。
如根据本公开将进一步领会那样，位于光引擎中的恒定电流源CS1和CS2是沉入电流的恒定电流源，意味着和在一些实施例中使用的基于驱动器的电流源(诸如在图1a-g中所示的示例实施例的恒定电流驱动器)不同，这些电流源不向电路提供能量。在图4a中所示的实施例上的变化是如图2d、图2d'和图2e中所示那样，使用可调整的电流源作为调制元件(而不是如图4a中所示那样，使用可开关的(S2)调制元件)。
图5a示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。该实施例类似于图3a中所示的实施例，除了驱动器只能在其中其输出电压VM1(t)被提供给光引擎的在电路内状态，和其中不向光引擎提供电压的在电路外状态之间切换之外。特别是，微控制器A被配置成闭合开关S1，以向光引擎提供输出电压VM1(t)，并且断开S1，以从光引擎除去输出电压VM1(t)，而不是接入二极管D1(或电阻器或其它调制元件)。注意在一些驱动器设计中，提供开关S1以通过控制脉冲宽度来控制LED亮度，从而在这样的驱动器设计中不需要新的开关。
在该实施例中，只有当开关S1被闭合时，光引擎才能通信。在通信的一种示例情形下，光引擎同步到具有驱动器的频率的脉冲，并且只有当不存在线电压时，才改变消耗的电流。因此，当归因于开关S1被断开，不存在应用的线电压时，开关S2才被启用或停用。这种调制方案的优点在于，与例如其中电流幅度可以在驱动器的脉冲期间改变的幅度调制方案相比来说，该调制方案是非常鲁棒的，并且即使在非常低的占空比(非常暗的光)下也允许通信。
图5b图解按照本发明的实施例的可以由图5a的系统提供的电力线通信信号。如可以看到那样，驱动器在24V和0V之间调制其输出电压VM1(t)，并且光引擎在1051mA和1056mA之间调制驱动器输出电流IM1(t)。注意，即使当开关S1断开时，微控制器B也被供电(VDD)，因为在该时间段期间(例如，50uSec～20mSec)，电容器C放电，以把VDD保持在可接受的水平，直到开关S1再次被闭合为止，由此再次允许电容器C再次充电达到VDD。在图5a中所示的实施例上的变化是如图2d、图2d'和图2e中所示那样，使用可调整的电流源作为调制元件，而不是如图5a中所示那样使用可开关的(S2)调制元件。
再次，尽管在图3a-c、图4a-b和图5a-b中，具体参照与驱动器通信的光引擎，但是其它类似的实施例可以包括其它通信照明系统组件，诸如与驱动器、控制器或光管理系统通信的传感器。根据本公开，很多的双向通信将是显而易见的。
主-从通信协议
图6a图解按照本发明的实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统的框图。如可以看到那样，该系统包括操作地耦接到3个并联光引擎和传感器的驱动器，并且如在此各种各样地描述那样，操作地耦接在驱动器、光引擎1到3和传感器之间的电力线提供电力路径和通信路径这两者。该示例实施例可以例如在整个房间或区域的泛光灯或设施中。
驱动器可以是恒定电流或恒定电压驱动器，光引擎1到3可以利用在此示出或另外讨论的任何配置实现。根据本公开，很多的变化将是显而易见的。传感器可以是任何传感器器件或电路，比如温度传感器(例如NTC元件)、光传感器(例如，用于检测温度传感器(例如，NTC元件)、光传感器(例如，用于检测环境和/或自然光水平的光电二极管)、运动传感器、安全传感器和/或其它传感器，如先前解释那样。如将进一步领会那样，传感器可以配置有它自己的Com模块(诸如图1a'中所示的)，或者可以依赖于光引擎1到3之一的Com模块。
一般而言，按照一些实施例，具有合适的处理能力的任何照明系统组件可以是主器件。在一种示例的这样的情况下，给定驱动器可以充当主器件，并且因此可以指示其耦接到的各种可用的从组件中的哪一个目前被允许通信。为此，可以按照任何数量的合适的通信协议，生成由主器件/驱动器生成的通信信号。对于如图6a—图6c中所示的多器件系统的多器件系统而言，通信协议例如可以包括具有ID代码、有效载荷部分和结束位的数据帧。因此，在一种示例的情形下，假定驱动器通过调制电力线电压或电流向光引擎3发出消息，以指示以下消息：01101010，其中从左起的前3位(011)表示用于光引擎3的ID代码，接下来的4位(0101)表示消息的有效载荷，并且最后一位(0)表示停止位。参照图1b，例如，逻辑'0'将是35V电平，并且逻辑'1'将是38V电平。消息的4位有效载荷可以包括任何数量的命令/指令，诸如在表1中所示的以下命令/指令。
4位有效载荷 命令/指令
0001 目标器件可以通信直到被解除
0010 报告任何错误代码
0011 报告传感器数据
0100 把色彩设置为白色
0101 把色彩设置为蓝色
0110 把色彩设置为蓝色—白色的混合
0111 把色彩设置为薄荷色—琥珀色的混合
1000 把亮度设置为25%
1001 把亮度设置为50%
1010 把亮度设置为75%
1011 把亮度设置为100%
1100 把亮度设定为0%
1101 声音报警
1110 启用照相机
1111 目标器件被解除(不通信)
表1：示例的驱动器/主器件命令。
一旦从器件之一被给予用以通信的许可，该器件就可以向后与驱动器通信(或者与某个其它器件通信，视情况而定)。从而，继续表1的示例协议，假定光引擎3通过调制电力线电压或电流来对来自驱动器的查询进行响应以指示以下消息：00011100，其中从左起的前3位(000)表示用于驱动器的ID代码，接下来的4位(1110)表示消息的有效载荷，并且最后一位(0)表示停止位。参照图1c，例如，逻辑'0'将是700mA电平，并且逻辑'1'将是720mA电平。从消息的4位有效载荷可以包括任何数量的响应，诸如表2中所示的以下响应。
4位有效载荷 响应
0001 错误代码 1
0010 错误代码 2
0011 错误代码314 -->
0100 设置为白色的色彩
0101 设置为蓝色的色彩
0110 设置为蓝色—白色的混合的色彩
0111 设置为薄荷色—琥珀色的混合的色彩
1000 设置为25%的亮度
1001 设置为50%的亮度
1010 设置为75%的亮度
1011 设置为100%的亮度
1100 设置为0%的亮度
1101 触发的报警
1110 启用的照相机
1111 目标器件没有要表达的事物
表2：示例的从属器件响应。
存在若干个具有这种附加的通信能力的优点。例如，允许与整个照明系统共享由传感器提供的信息。从而，例如，传感器信息不限制于它被连接到的驱动器。此外，可以提供更复杂的和增强的照明控制。例如，给定的光引擎可以设置它自己的驱动电流。此外，能够容易地实现CCT调光和色彩调谐。另外，可以在相同的驱动器信道上部署可单独寻址的光引擎，其中可以在电力线通信介质上执行关于导通—断开切换、调光、色彩控制等的通信。同样地，相同的通信介质可以用于向传感器供电和与传感器通信。在此提供的技术还允许在整个建筑物自动化系统中的照明集成。
注意，给定的驱动器可以与任何数量的传感器、其它驱动器、房间控制器或者总体光管理系统(LMS)，或者甚至电动机或致动器通信，如在图6b和6c中各种各样地示出那样。例如，图6c的实施例中的致动器可以用于按照所建立的LMS或建筑物管理规划，升起和降低给定设施中的遮光器(例如，在关门时间之后为了隐私的目的，或者在白天热的时候期间，抑制热的传递，从而减少对空调的需要)。到LMS的通信路径例如可以是有线通信，比如DALI、DMX或电力线通信，和/或无线通信。在一些实施例中，在系统的任何其它器件之间也可以使用无线通信链路，以补充如在此各种各样地描述的电力线通信。如果驱动器被并联(诸如图6b中的驱动器1和驱动器2)，那么只有一个驱动器需要被连接到LMS，并且另一个驱动器可以是对于该LMS耦接的驱动器的从器件，以便提供在此所讨论的各种优点(例如，驱动器2可以与驱动器1通信)。另一方面，仅仅耦接到相同LMS的驱动器可以保持为是独立的主器件，诸如图6c中所示。
如将进一步领会那样，数据帧的大小可以被增加，以容纳大量的ID代码(例如，3位ID代码容纳达到7个不同的器件；4位ID代码容纳达到15个器件，等等)，更复杂的指令/响应集，错误代码，和其它典型的通信协议特征。另外注意，可以按照许多方式实现主-从布置。尽管表1和表2中图解的示例只允许主器件给予和解除通信许可，但是另一个实施例可以允许主器件给予通信许可，但是从器件保持该许可，直到从器件把控制释放回主器件为止，从而允许更加异步的请求/响应交换。此外，如通信领域中已知那样，可以结合给定的通信协议，使用任何数量的编码/解码技术，以描绘来自电力线通信介质的多个同时通信(消息)。在更一般的意义上，如根据本公开将领会那样，在此公开的电力线通信技术可以结合任何合适的常规和/或私有的通信协议和编码/解码技术来使用。
图7示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。如可以看到那样，该示例实施例包括操作地耦接到并联连接的多个光引擎和/或传感器(或其它照明系统组件)的单个驱动器。该示例的驱动器被配置成具有低动态响应的恒定电流驱动器，其中驱动器通过设置用于输出电流的不同设定值（例如，转换器的占空比）来调制其DC输出电压，并测量所递送的(总)电流，如先前解释那样。另外注意，在该示例情况下，驱动器的微控制器A操作地与能够提供监视和控制功能的LMS耦接。一般而言，在LMS和微控制器A之间，能够传递任何类型的通信。此外，如先前解释那样，每个光引擎调制其相应的电流(IM1(t)、IM2(t)、IM3(t),…)，并测量电压VM(t)。注意，驱动器一般太缓慢而不能消除由光引擎提供的电流调制。为此，低动态响应一般意味着在短的时间间隔内，驱动器表现得更像恒定电压源，而不是电流源。这对于大多数恒定电流驱动器而言是真实的，并且特别是对于更低成本实现（诸如具有相当大的大小的输出电容器以便保持通过LED的纹波电流低的驱动器）而言尤其如此。一种这样的示例输出电容器被一般地标明为图7的示例实施例中的驱动器的电容器C。电容器C一般地防止线电压中的快速动态改变。在图7中所示的示例实施例上的变化是如在图2d、图2d'和图2e中所示那样使用可调整的电流源作为调制元件，而不是如图7中所示那样使用可开关的(S)调制元件。
图8示意性地图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统。如可以看到那样，该示例配置类似于图7的配置，除了驱动器包括复杂/非线性输出阻抗之外。驱动器的输出阻抗可以由无源组件(电感器L和电容器C)和/或控制回路动力学确定或设置大小。操作原理如在此先前解释的那样，其中驱动器/光引擎/传感器中的给定的一个调制其输出电压/电流(或阻抗，视情况而定)。该电压/电流调制可以由连接到电力线的其它器件检测，并且允许所有器件之间的直接的并且双向的通信。注意，多主器件布置是可能的，诸如其中光引擎1与光引擎2(LE2)通信的示例情况，或者其中传感器1(SE1)与光引擎1通信的示例情况，或者其中驱动器2(DRI2)与光引擎2(LE2)通信的示例情况，或者其中驱动器1与驱动器2(DRI2)通信的示例情况等等。如将领会那样，在图8中所示出的示例实施例上的变化是如在图2d、图2d'和图2e中各种各样地示出那样使用可调整的电流源作为调制元件，而不是如图8中所示那样使用可开关的(S)调制元件。
用于多种调光模式的多调制方案
所公开的电力线通信技术可以被进一步用在多种调光模式（诸如模拟和脉宽调制(PWM)调光）的情形中，并且不会不利地影响驱动器效率或光引擎效率。例如，在模拟调光的情况下，时间连续的LED电流(潜在地具有一定的纹波（例如在电流上10%的峰到峰纹波）的DC电流)的幅度变化，以便在该特定情况下改变LED的亮度。在PWM调光的情况下，LED电流取决于占空比而间歇地流动。在这样的情况下，PWM频率被选取为足够高，从而观察者的眼睛将平均或另外地觉察不到脉动的光通量，并且因此占空比确定所觉察的亮度。如根据本公开将领会的那样，替代LED电流或其它照明系统组件电流，调光方案可以类似地影响电动机电流。更详细地，驱动器可以被编程或另外被配置成基于起作用的调光模式使调制方案变化。从而例如，当驱动器从模拟调光(使LED电流的幅度变化，以便改变亮度)切换成PWM调光时，调制方案可能被从频率调制改变成移相键控。在这样的情况下，光引擎(或者操作地耦接到电力线的其它照明系统组件)可以被进一步配置成检测调光模式上的改变，以及自动使用解码经由电力线接收的调制信号的对应方式。
例如，当使用模拟调光时，合适的调制方案包括幅度调制、频率调制、相位调制、脉冲形状调制(PSM)、电流/电压的斜率变化、模式交换、频移键控(FSK)和所有的组合，诸如FSK和模式交换(或者所谓的位翻转，其中数据流确定奇周期，并且偶周期模式是前一个奇周期的反转)。当使用PWM调制时，合适的调制方案包括脉冲事件调制，其中出现具有恒定宽度的脉冲的(周期内)时间事件取决于数据而改变。
然而注意，不管使用哪种调制方案，提供给LED、传感器、致动器、无线路由器或其它照明系统组件的平均功率是恒定的，不管是否存在目前正在进行中的通信。进一步注意，对于各种通信照明系统组件而言不存在如在典型通信系统中的情况下那样在其部署之前通信起作用的调制方案的需要。这是因为在照明系统的情形下，给定的照明器件(例如，电源、光引擎、传感器、致动器、无线/有线通信模块等)可以被配置成通过使用例如配置成测量指示调光模式的参数(例如，脉冲宽度、电压电平等)的本地微控制器，来独立并且快速地确定目前起作用的调光模式。因此，一旦检测到调光模式上的改变，微控制器就可以被进一步编程或另外配置成相应地改变调制方案。在一些这样的情况下，例如，微控制器可以包括按调光模式类型索引多种可用的调制方案的查寻表或其它存储器结构。从而，可以使用检测到的调光模式来快速地标识新的调制方案。可以按照该新的调制方案，传送和接收从此刻起的通信，直到存在在调光模式上的另一改变为止。
图9a-f图解取决于调光模式，可以使用的示例调制方案。特别是，图9a示出频率调制，图9b示出斜率变化，图9c示出FSK调制，图9d示出幅度调制，并且图9e示出模式交换，按照实施例，当使用模拟调光时，可以使用所有这些调制方案。图9f示出可以和PWM调光一起使用的脉冲事件调制。在一种这样的情况下，注意和PWM调光一起使用的脉冲事件编码方案确保在比由1/[闪烁觉察频率](例如，1/80Hz=12.5ms)限定的最大时间段短的时间段上平均脉冲宽度被保持恒定。平均脉冲宽度确定LED的亮度，并且由用户或LMS所要求的调光水平给出。如将领会那样，使所述时间段短于最大时间将确保不存在对所照射的空间的居住者或用户可见的可见闪烁。
高压接口
图10a-图10b的每个图解按照本发明的另一个实施例的被配置用于双向电力线通信的照明系统的框图。如可以看到那样，图10a中所示的示例系统包括LED电源/驱动器和光引擎，非常类似图1a到图8中所示的实施例，但是进一步包括操作地耦接到LED驱动器的输入的AC干线和调光器。在驱动器的输入侧上的线电压是高电压AC，而在驱动器的输出侧上的线电压是低电压DC。图10b示出类似的实施例，其中添加了在驱动器的输入侧上的灯和在驱动器的输出侧上两个更多的光引擎和传感器。
如进一步可以看到那样，在LED驱动器的高电压AC侧和低电压DC侧这两者上都可以发生电力线通信。然而，在AC侧上的通信是不同地实现的，并且需要AC电力信号的调制。相反，通过在对于照明系统性能来说觉察不到或者另外可忽略的相对小的窗口内各种各样地调制DC电压/电流，来如在此描述那样实现在DC侧上的通信。在系统的对应部分之上图形地描绘了通信信号中的每个的示例。在该示例实施例中，在AC干线和调光器之间不发生通信。
根据本公开，很多的变化和配置将是显而易见的。例如，本发明的一个示例实施例提供一种照明系统。所述系统包括：第一光源；操作地耦接到第一光源的第一调制元件；和第一处理器，被配置成使用第一调制元件调制流过第一调制元件的电流或跨第一光源的电压下降之一，由此提供第一电力线通信信号。在一些情况下，所述系统包括第一开关，被配置成响应于由第一处理器提供的第一调制控制信号，控制第一调制元件的电路内存在，从而调制流过第一调制元件的电流或跨第一光源的电压下降之一，由此提供第一电力线通信信号。。在一种这样的情况下，第一调制元件与第一光源串联电连接，并且第一开关与第一调制元件并联电连接，以使得响应于第一调制控制信号，调制跨第一光源的电压下降。在另一种这样的情况下，第一调制元件与第一光源并联电连接，并且第一开关与第一调制元件串联电连接，以使得响应于第一调制控制信号，调制流过第一调制元件的电流。。在一些这样的情况下，所述系统包括与第一光源串联电连接的电流源。在其它的这样的情况下，第一调制元件包括电流源。在一些情况下，所述处理器被进一步配置成感测流过第一光源的电流的量或跨第一光源的电压下降的量之一，从而允许进入的电力线通信信号的接收和解释。在一些情况下，所述系统包括：第一电源，被配置成经由其上传送第一电力线通信信号的电力线向第一光源提供电力。在一些这样的情况下，第一电源包括：第二处理器，被配置成调制由第一电源输出的电流或电压之一，由此提供第二电力线通信信号。在一种这样的情况下，第二处理器被进一步配置成感测跨第一光源的电压下降的量或包括流过第一光源和第一调制元件的电流的电流的总量之一，从而允许第一电力线通信信号的接收和解释。在另一种这样的情况下，第一电源包括电压源，所述系统进一步包括：与电压源串联电连接的第二调制元件；和第二开关，被配置成响应于来自第二处理器的第二调制控制信号，控制第二调制元件的电路内存在，从而调制由电压源输出的电压，由此提供第二电力线通信信号。在另一种这样的情况下，第一电源包括电压源，并且所述系统进一步包括：第二开关，与电压源串联电连接，并对由第二处理器提供的第二调制控制信号进行响应，以使得响应于第二调制控制信号，能够有效地接通和关断由电压源输出的电压。在一些情况下，第一处理器由从其上传送第一电力线通信信号的电力线得到的电压供给来供电。在一些这样的情况下，所述系统包括：电容器，其在当电力线上没有提供电力时的时间间隔期间向第一处理器提供电力。在一些情况下，系统包括传感器、第二光源和/或第二电源中的至少一个。在一些情况下，第一调制元件包括：电压源，与第一光源串联连接，并对由第一处理器提供的第一调制控制信号进行响应。在一些情况下，第一调制元件包括：电流源，与第一光源并联连接，并对由第一处理器提供的第一调制控制信号进行响应。
本发明的另一个示例实施例提供一种照明系统。所述系统包括：第一LED串；和第一处理器，被配置成提供第一调制控制信号，并且感测流过第一LED串的电流的量或跨第一LED串的电压下降的量之一，从而允许进入的电力线通信信号的接收和解释。所述系统进一步包括：第一调制元件，操作地耦接到第一LED串，并被配置成响应于第一调制控制信号，引起流过第一调制元件的电流或跨第一LED串的电压下降之一的调制，由此提供离开的电力线通信信号。所述系统进一步包括：第一电源连接器，被配置成经由其上传送进入的和离开的电力线通信信号的电力线，接收用于第一LED串的电力。在一些情况下，系统包括第一开关，被配置成响应于第一调制控制信号，控制第一调制元件的电路内存在，从而调制跨第一LED串的电压下降，由此提供离开的电力线通信信号，其中第一调制元件与第一LED串串联电连接，并且第一开关与第一调制元件并联电连接。在一些情况下，系统包括第一开关，所述第一开关被配置成响应于第一调制控制信号，控制第一调制元件的电路内存在，从而调制流过第一调制元件的电流，由此提供离开的电力线通信信号，其中第一调制元件与第一LED串并联电连接，并且第一开关与第一调制元件串联电连接。在一种这样的情况下，系统包括与第一LED串串联电连接的电流源。在另一种这样的情况下，第一调制元件包括电流源。在一些情况下，系统包括第一电源(操作地耦接到第一电源连接器)，和第二处理器，该处理器被配置成使用第二调制控制信号，调制由第一电源输出的电流或电压之一，由此提供进入的电力线通信信号。在这样的情况下，第二处理器被进一步配置成感测跨第一LED串的电压下降的量，或者包括流过第一LED串和第一调制元件的电流的电流的总量之一，从而允许离开的电力线通信信号的接收和解释。在一些情况下，第一调制元件包括如下的至少之一：与第一LED串串联连接并对由第一处理器提供的第一调制控制信号进行响应的电压源；和/或与第一LED串并联连接并对由第一处理器提供的第一调制控制信号进行响应的电流源。
本发明的另一个示例实施例提供一种利用指令编码的非暂态计算机程序产品，当所述指令被由一个或多个处理器执行时，引起要在光系统中执行电力线通信处理，所述处理包括：经由处理器，提供调制控制信号以用于控制操作地耦接到光源的调制元件，从而调制流过调制元件的DC电流或跨光源的DC电压下降之一，由此提供离开的电力线通信信号；和经由处理器，感测流过光源的DC电流的量或跨光源的DC电压下降的量之一，从而允许进入的电力线通信信号的接收和解释。
如在此提供的计算机程序产品可以是例如一个或多个计算机可读介质，诸如例如硬盘驱动器、光盘、服务器、存储器棒或者任何合适的非临时性计算机/计算器件存储器（其包括可执行指令或者可以利用可执行指令编码），或者多个这样的存储器或这样的存储器的组合(例如，提供在微控制器或其它处理环境中的存储器)。其它实施例例如可以利用门级逻辑或应用专用集成电路(ASIC)或芯片集或其它这样的为专门目的构建的逻辑，或者具有输入/输出能力(例如，用于接收用户输入的输入，和用于指令其它组件的输出)和用于执行器件功能的许多嵌入例程的微控制器来实现。简言之，所公开的技术可以以硬件、软件、固件或者它们的任意组合来实现。
已经为了图解和说明的目的给出了本发明的实施例的前述描述。其并非意图是穷举的或将本发明限制于所公开的精确形式。根据本公开，许多修改和变化是可能的。意图的是本发明的范围不由该详细描述限制，而是由随附的权利要求限制。

Claims (25)

1.一种照明系统，包括：
第一光源；
操作地耦接到第一光源的第一调制元件；和
第一处理器，被配置成使用第一调制元件调制流过第一调制元件的电流或跨第一光源的电压下降之一，由此提供第一电力线通信信号。
2.按照权利要求1所述的系统，进一步包括：第一开关，被配置成响应于由第一处理器提供的第一调制控制信号，控制第一调制元件的电路内存在，从而调制流过第一调制元件的电流或跨第一光源的电压下降之一，由此提供第一电力线通信信号。
3.按照权利要求2所述的系统，其中第一调制元件与第一光源串联电连接，并且第一开关与第一调制元件并联电连接，以使得响应于第一调制控制信号，调制跨第一光源的电压下降.
3.按照权利要求2所述的系统，其中第一调制元件与第一光源并联电连接，并且第一开关与第一调制元件串联电连接，以使得响应于第一调制控制信号，调制流过第一调制元件的电流。
4.按照权利要求3所述的系统，进一步包括与第一光源串联电连接的电流源。
5.按照权利要求3所述的系统，其中第一调制元件包括电流源。
6.按照权利要求1所述的系统，其中处理器被进一步配置成感测流过第一光源的电流的量或跨第一光源的电压下降的量之一，从而允许进入的电力线通信信号的接收和解释。
7.按照权利要求1所述的系统，进一步包括：第一电源，被配置成经由其上传送第一电力线通信信号的电力线向第一光源提供电力。
8.按照权利要求7所述的系统，其中第一电源包括：第二处理器，被配置成调制由第一电源输出的电流或电压之一，由此提供第二电力线通信信号。
9.按照权利要求8所述的系统，其中第二处理器被进一步配置成感测跨第一光源的电压下降的量或包括流过第一光源和第一调制元件的电流的电流的总量之一，从而允许第一电力线通信信号的接收和解释。
10.按照权利要求8所述的系统，其中第一电源包括电压源，所述系统进一步包括：
与电压源串联电连接的第二调制元件；和
第二开关，被配置成响应于来自第二处理器的第二调制控制信号，控制第二调制元件的电路内存在，从而调制由电压源输出的电压，由此提供第二电力线通信信号。
11.按照权利要求8所述的系统，其中第一电源包括电压源，所述系统进一步包括：
第二开关，与电压源串联电连接，并对由第二处理器提供的第二调制控制信号进行响应，以使得响应于第二调制控制信号，能够有效地接通和关断由电压源输出的电压。
12.按照权利要求1所述的系统，其中第一处理器由从其上传送第一电力线通信信号的电力线得到的电压供给来供电。
13.按照权利要求12所述的系统，进一步包括：电容器，其在当电力线上没有提供电力时的时间间隔期间向第一处理器提供电力。
14.按照权利要求1所述的系统，进一步包括传感器、第二光源和/或第二电源中的至少一个。
15.按照权利要求1所述的系统，其中第一调制元件包括：电压源，与第一光源串联连接，并对由第一处理器提供的第一调制控制信号进行响应。
16.按照权利要求1所述的系统，其中第一调制元件包括：电流源，与第一光源并联连接，并对由第一处理器提供的第一调制控制信号进行响应。
17.一种照明系统，包括：
第一LED串；
第一处理器，被配置成提供第一调制控制信号，并且感测流过第一LED串的电流的量或跨第一LED串的电压下降的量之一，从而允许进入的电力线通信信号的接收和解释；
第一调制元件，操作地耦接到第一LED串，并被配置成响应于第一调制控制信号，引起流过第一调制元件的电流或跨第一LED串的电压下降之一的调制，由此提供离开的电力线通信信号；和
第一电源连接器，被配置成经由其上传送进入的和离开的电力线通信信号的电力线，接收用于第一LED串的电力。
18.按照权利要求17所述的系统，进一步包括：第一开关，被配置成响应于第一调制控制信号，控制第一调制元件的电路内存在，从而调制跨第一LED串的电压下降，由此提供离开的电力线通信信号，其中第一调制元件与第一LED串串联电连接，并且第一开关与第一调制元件并联电连接。
19.按照权利要求17所述的系统，进一步包括第一开关，被配置成响应于第一调制控制信号，控制第一调制元件的电路内存在，从而调制流过第一调制元件的电流，由此提供离开的电力线通信信号，其中第一调制元件与第一LED串并联电连接，并且第一开关与第一调制元件串联电连接。
20.按照权利要求19所述的系统，进一步包括与第一LED串串联电连接的电流源。
21.按照权利要求19所述的系统，其中第一调制元件包括电流源。
22.按照权利要求17所述的系统，进一步包括第一电源和第二处理器，该处理器被配置成使用第二调制控制信号，调制由第一电源输出的电流或电压之一，由此提供进入的电力线通信信号，其中第二处理器进一步被配置成感测跨第一LED串的电压下降的量或者包括流过第一LED串和第一调制元件的电流的电流的总量之一，从而允许离开的电力线通信信号的接收和解释。
23.按照权利要求17所述的系统，其中第一调制元件包括如下的至少之一：与第一LED串串联连接并对由第一处理器提供的第一调制控制信号进行响应的电压源；和/或与第一LED串并联连接并对由第一处理器提供的第一调制控制信号进行响应的电流源。
24.一种利用指令编码的非暂态计算机程序产品，当所述指令被由一个或多个处理器执行时，引起要在光系统中执行电力线通信处理，所述处理包括：
经由处理器，提供调制控制信号以用于控制操作地耦接到光源的调制元件，从而调制流过调制元件的DC电流或跨光源的DC电压下降之一，由此提供离开的电力线通信信号；和
经由处理器，感测流过光源的DC电流的量或跨光源的DC电压下降的量之一，从而允许进入的电力线通信信号的接收和解释。
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