CN108401315A - 对负载控制设备的输入电容器充电 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对负载控制设备的输入电容器充电。一种用于控制递送到电负载(1904)的电量的负载控制设备,可以包括配置为接收相位控制电压并产生整流电压(VRECT)的整流器电路(1920)。电力转换器(1930)可以被配置为在输入处接收整流电压(VRECT)并且生成总线电压(V总线)。输入电容器(CIN)可以跨电力转换器(1930)的输入被耦合。输入电容器(CIN)可以适于在相位控制电压的幅值约为0伏时充电。电力转换器(1930)可以被配置为在升压模式操作,使得总线电压(V总线)的幅值大于输入电压的峰幅值。电力转换器可以被配置为在降压模式操作,以当相位控制电压的幅值约为0伏时从总线电压(V总线)对输入电容器(CIN)充电。

Description

对负载控制设备的输入电容器充电
[0001] 本申请是于2015年10月28日进入中国国家阶段的、PCT申请号为PCT/US2014/ 019686、国际申请日为2014年2月28日、中国申请号为201480024127.5、发明名称为“对负载 控制设备的输入电容器充电”的申请的分案申请。
[0002] 相关申请交叉引用
[0003] 本申请要求2013年3月 14 日提交的题为 “CHARGING AN INPUT CAPACITOR OF A LOAD CONTROL DEVICE”的美国专利申请No. 13/829,396的优先权。
技术领域
[0004] 本发明涉及用于控制递送到电负载诸如照明负载的电量的负载控制系统。更具体 地,本发明涉及具有负载控制设备的“双线”负载控制系统,负载控制设备在两条线上从数 字控制器接收电力和通信,数字控制器在不需要计算机或高级调试流程的情况下被容易地 配置。此外,本发明涉及具有数字控制器和多个负载控制设备的双线负载控制系统,数字控 制器可以在不需要任何额外的布线的情况下被安装在预先存在的电网络中。进一步,本发 明涉及具有控制器的双线负载控制系统,控制器响应于多个输入设备并且在不干扰电网络 上的其它控制设备的控制器的情况下在两条线上向负载控制设备发射数字消息和电力。
背景技术
[0005] 为了使气体放电灯诸如荧光灯照明,灯通常由镇流器驱动。镇流器可以被安装在 荧光灯所位于的照明器材中,或者被安装到邻近照明器材的接线盒。电子镇流器从AC电源 接收交流电(AC)干线电压并且将AC干线电压转换为合适的电压波形以驱动灯。许多镇流器 仅仅是开关(或非调光)镇流器,只能够开启和关闭所连接的荧光灯。为了控制开关镇流器, 标准壁箱安装机械开关被以串联电连接简单地耦合在AC电源和镇流器之间,使得用户通过 拨动机械开关而将荧光灯开启和关闭。多个开关镇流器可以耦合到单个机械开关,使得多 个荧光灯可以响应于单个机械开关的致动而被一起开启和关闭。
[0006] 与此相反,调光镇流器允许受控荧光灯的强度从最小强度(例如约5%)到最大强 度(例如约100%)的控制。典型的现有技术调光镇流器可操作用于响应从调光开关接收到 的相位控制电压(即调光热电压)而控制受控荧光灯的强度。调光开关被电耦合在AC电源和 镇流器之间(即控制非调光镇流器的机械开关的位置)并且通常需要到AC电源的中性侧的 连接。典型地存在三个到现有技术的电调光镇流器的电连接:开关热连接、调光热连接和中 性连接。开关热连接接收开关热电压,开关热电压可以由用于将受控灯和镇流器开启和关 闭的调光开关的继电器生成。镇流器在调光热连接处接收相位控制电压并且可操作用于响 应于相位控制电压的导通时段的长度而确定期望的照明强度。
[0007] 通常期望的是将非调光镇流器安装升级为具有调光镇流器由此允许用户调节荧 光灯的强度。在标准的非调光安装中,通常仅有一个电线(即开关热电压)被耦合在机械开 关的电壁箱和镇流器所位于的照明器材之间。而且,耦合到AC电源的中性侧的中性线连接 可能不可用于机械开关所位于的壁箱中。但是,期望的是不在调光开关和调光镇流器之间 布置任何额外电线(即仅使用预先存在的布线)的情况下,用调光镇流器替换机械开关并且 用调光开关替换机械开关。由于额外的电气布线的成本和安装的成本,布置额外的布线会 非常昂贵。通常,安装新的电气布线需要授权的电工执行工作(其中,在不布置新的布线的 情况下用另一镇流器简单地替换一个镇流器可能不需要授权的电工)。此外,如果从机械开 关到镇流器的预先存在的布线布置在固定的天花板或墙壁(例如包括石膏或昂贵的硬木) 之后,电工可能需要破坏天花板或墙壁以安装新的电气布线,这将因此需要后续的修补。
[0008] 当现有天花板包含石棉时,进一步的复杂性可能出现。只要石棉没有被扰乱,其呈 现最小的健康危害并且可能被原地保留。但是,如果新的布线必须被安装在调光开关和调 光镇流器之间,则石棉必须被修复。这样的修复必须由特殊训练的人员来执行。而且,去除 的石棉和混杂的建筑物材料必须被作为有害废物处理。这个过程昂贵并且耗时。因此,现有 技术的三线调光镇流器在如上所述的改进安装中作用不佳,因为镇流器在调光开光和镇流 器(即开关热电压和调光热电压)之间需要两个电连接,而不是一个,并且除了热线之外,调 光开关需要到与AC电源的中性侧耦合的中性线的连接。
[0009] —些现有技术调光镇流器只需要两个连接(用于接收相位控制电压的调光热连接 和中性连接),因此在调光开关和双线调光镇流器之间只需要形成一个电连接。这样的现有 技术双线调光镇流器在调光开关和双线调光镇流器之间的单个电连接上接收电力(用于驱 动受控灯)和相位控制电压(用于确定期望的照明强度)。期望的照明强度与相位控制电压 的导通时段成比例。因此,在不布置任何额外的电气布线的情况下,这些双线镇流器可以被 安装在改进安装中以替换非调光镇流器。单个调光开关可以控制多个双线调光镇流器的强 度,多个双线调光镇流器被耦合以从调光开关接收相位控制电压。但是,调光开关仅能够一 致地控制双线调光镇流器,因为每个镇流器都从调光开关接收相同的相位控制电压。调光 开关不能单独控制耦合到调光开关的每个镇流器的强度。现有技术双线镇流器在共同转让 的、于2000年8月29 日授权的、题为“SYSTEM FOR PREVENTING OSCILLATIONS IN A FLUORESCENT LAMP BALLAST”的美国专利No.6,111,368以及于2002年9月17日授权的、题为 “ELECTRONIC DIMMING BALLAST”的美国专利No. 6,452,344中被更加详细地描述,其全部公 开内容通过引用被并入本文。
[0010] —些负载控制系统具有数字电子调光镇流器,数字电子调光镇流器允许独立于镇 流器所布线用于接收电力的电路而控制单个照明器材或照明器材的组。这样的负载控制系 统典型地具有经由有线(低电压)数字通信链路(与电力布线相区别)耦合到镇流器的控制 器以允许控制器和镇流器之间的数字消息的通信。例如,控制器和镇流器可以使用工业标 准数字可寻址照明接口(DALI)通信协议而通信。DALI协议允许负载控制系统中的每个DALI 镇流器被指派唯一的数字地址,通过配置信息(诸如预设的照明强度)来编程,并且响应经 由通信链路发射的命令而控制荧光灯。典型地,需要受过训练的安装人员使用个人计算机 (PC)或其它高级编程工具来执行高级调试流程以对DALI镇流器的唯一数字地址和配置信 息进行编程。
[0011] —些DALI控制器可能提供用户界面,用户界面允许控制负载控制系统的镇流器。 此外,负载控制系统可能包括例如壁装小键盘或手持设备,诸如红外(IR)遥控器或个人数 字助理(PDA),用于控制电子调光镇流器。IR命令由发送适当的命令到受控镇流器的IR接收 传感器接收。除了 IR接收传感器之外,负载控制系统还可以包括日光传感器或占用传感器。 日光和占用传感器监测空间的状况(例如,分别是环境光水平或占用者的运动)并且响应于 感测到的空间中的状况而发送适当的命令到受控镇流器。数字电子调光镇流器的示例在共 同转让的、于2009年 11 月17 日授权、题为“MULTIPLE-INPUT ELECTRONIC DIMMING BALLAST WITH PROCESSOR” 的美国专利No .7,619,539和于2011年 10月 11 日授权、题为“DISTRIBUTED INTELLIGENCE BALLAST SYSTEM”的美国专利No. 8,035,529中被更详细地描述,其全部公开 内容通过引用被并入本文。
[0012] 现有技术数字调光镇流器需要有线数字通信链路耦合到每个镇流器一一除了电 力布线之外一一并因此不太适合其中数字调光镇流器要替代非调光镇流器的改进安装。为 了解决这些限制,一些现有技术控制系统已经在耦合到设备的现有电力布线上提供了控制 设备之间的数字通信。例如,在电力线载波(PLC)通信系统诸如Π0控制系统中,控制设备能 够在提供于电力布线上的AC干线电压上调制高频数字消息(例如,被参考在AC电源的热和 中性之间)。电力线载波通信系统的示例在1980年4月29日授权、题为“APPLIANCE CONTROL” 的美国专利No. 4,200,862和1983年11月29日授权、题为“APPLIANCE CONTROL SYSTEM”的美 国专利No. 4,418,333中被更详细地描述,其全部公开内容通过引用被并入本文。
[0013] 但是,这样的电力线载波通信系统具有许多缺点,这些缺点已经阻止系统享有广 泛的商业成功。典型地,电力线载波通信系统的控制设备需要到AC电源的热侧和中性侧的 连接,这样的连接可能不会在改进安装的电壁箱中都可用。此外,由于控制设备在热和中性 之间参考发射的信号,信号能够在整个电力系统中行进,并因此可能导致噪声和与耦合到 电力系统的其它控制设备的干扰。通常,这样的系统需要后向滤波器来防止通信信号在整 个电力系统中被发射。此外,跨AC电源耦合的大电抗元件(即电容)能够衰减由控制设备发 射的数字消息,因此使得发射的数字消息的质量退化并且减小系统的通信的可靠性。
[0014] 已经试图设计避免上面提到的现有技术电力线载波通信系统的缺点的电力线控 制系统。1993年11月23日授权、题为“POWER LINE⑶MMUNICATI0N SYSTEM”的美国专利 No. 5,264,823 (在此被称为’ 823专利)公开了一种系统,其中,数据借助在AC波形的零交叉 处或附近的电力的瞬间中断而在电力线上发射。’823专利教导,中断的不同模式可以表示 不同数字“字”。中断在其它的正弦AC波形上形成“凹槽”。接收机被配置为检测“凹槽”的存 在,以比较检测到的“凹槽”的模式与预先存储的值,并且如果通过检测到的模式找到了匹 配则进行响应。
[0015] ‘823专利提出了用于检测在零交叉处或附近的电力中断的技术,多个这样的技术 是复杂的并且导致错误。例如,如’823专利所提出的,由于在AC干线上的“噪声”的存在,在 零交叉附近发生的电力中断可能不被可靠地检测到。根据’823专利,据说可以通过“某些种 类的模式识别”或通过执行“波形的快速傅里叶变换”并寻找“所选高阶系数以检测凹槽”来 检测远离零交叉发生的电力中断。这样的过程将花费较高并且实现复杂,并且由于在AC干 线上“噪声”的存在还将易受错误影响。’823专利中公开的系统还具有非常低的数据传输速 率,每一完整AC周期至多传送一个比特。在’ 823专利中,多比特消息将占据至少许多完整AC 周期,并且,如果使用了连续正半周期或零交叉,可能是许多周期的两倍。
[0016] 2004年 8 月31 日授权、题为“SYNCHR0NIZATI0N/REFERENCE PULSE-BASED POWERLINE PULSE POSITION MODULATED COMMUNICATION SYSTEM” 的美国专利No .6,784, 790 (在此被称为’790专利)公开了一种系统,其中,控制设备在AC干线电压上生成高频电压 脉冲并且借助脉冲之间的时间间隔来发射数据。在避免作为衰减发射信号的结果的通信错 误(这是现有技术电力线载波通信系统的问题)的尝试中,’ 790专利提出使用高频电压脉 冲,高频电压脉冲发生在零交叉附近并且其幅值相对于AC电力线电压比在较早现有技术电 力线载波通信系统中所利用的载波电压脉冲大得多。
[0017] ‘790专利中公开的系统涉及在AC干线电压上叠加载波信号。’ 790专利中的发射机 需要到AC电源的热侧和中性侧的连接并因此将在许多改进情形中不起作用。高频电压脉冲 在AC电源的零交叉附近生成并且可能产生噪声,噪音会引起在其它控制设备处的通信错 误。此外,由于由’ 790专利的控制设备生成的高频脉冲看上去非常类似于由AC干线电压上 的其它电设备生成的典型噪声,控制设备可能易受通信接收错误影响。进一步,并且不管其 相对于AC干线电压的幅值,由于跨AC电源耦合的大电抗元件,在’ 790专利中提出的脉冲将 易受衰减影响。
[0018] 2011 年 11 月29 日授权、题为“SYSTEM FOR CONTROL OF LIGHTS AND MOTORS” 的美 国专利No.8,068,014公开了一种系统,其中,数据借助于在隔离负载控制系统的负载电流 上(而非AC干线电压上)叠加的载波信号而发射。系统包括串联耦合在AC电源和负载控制设 备之间的发射设备,负载控制设备被耦合到电负载用于调节通过负载导通的负载电流。如 果在电流载波通信系统中存在多个负载控制设备,由发射设备导通的负载电流在多个负载 控制设备之间被分割。因此,被调制到负载电流上的每个高频数字消息的幅值被衰减(即通 过电流分割)并且数字消息的质量可能退化。
[0019] 尽管数十年试图发展实用电力线载波照明控制系统,继续存在对能够在低成本照 明控制系统中的调光开关和电子调光镇流器之间的单个电力线上可靠地传送数据的装置 的需要。也继续存在对能够可靠地并且有选择地控制通过单个电力线连接到单个控制器的 多个荧光灯或发光二极管(LED)照明器材的低成本装置的需要。此外,继续存在对适合于在 无需额外布线或复杂调试过程的情况下将简单的、非调光照明系统升级为调光照明系统的 低成本PLC装置的需要。
发明内容
[0020] 如本文所公开的,一种用于控制递送到电负载的电量的负载控制设备可以包括整 流器电路,整流器电路被配置为接收相位控制电压并产生整流电压。电力转换器可以被配 置为在输入处接收整流电压并且生成总线电压。输入电容器可以跨电力转换器的输入被耦 合。输入电容器可适于在相位控制电压的幅值约为〇伏时充电。
[0021] 本文还公开了一种用于响应于相位控制电压而控制递送到电负载的电量的负载 控制设备可以包括电力转换器,电力转换器被配置为在输入处接收输入电压并且生成总线 电压。所述电力转换器可被配置为在升压模式下操作,使得总线电压的幅值大于输入电压 的峰幅值。输入电容器可跨电力转换器的输入被耦合。电力转换器可被配置为当相位控制 电压的幅值约为0伏时,在降压模式下操作以从总线电压对输入电容器充电。
[0022] 一种用于响应于相位控制电压而控制递送到电负载的电量的负载控制设备可以 包括电力转换器,电力转换器被配置为在输入处接收输入电压并且生成总线电压。输入电 容器可跨电力转换器的输入被耦合。电源可被配置为接收总线电压并且对电源电容器充电 以生成电源电压。电源可被进一步配置为当相位控制电压的幅值约为〇伏时对输入电容器 充电。
[0023] 电源可被配置为对电源电容器充电以生成电源电压。电源可被配置为当跨输入电 容器的整流电压的幅值超过预先确定的阈值时终止对输入电容器充电,并且对电源电容器 充电,直到相位控制电压的幅值在相位控制电压的当前半周期的结束处约为〇伏。
[0024] 电源可包括降压转换器和用于控制降压转换器的操作的降压控制电路。电源可包 括反馈电路,反馈电路可操作以向降压控制电路提供反馈信号。降压控制电路可控制降压 转换器的操作以在相位控制电压的幅值约为〇伏时对输入电容器充电,直到整流电压的幅 值超过预先确定的阈值,并且在整流电压的幅值超过预先确定的阈值之后对电源电容器充 电,直到相位控制电压的幅值在相位控制电压的当前半周期的结束处约为〇伏。
[0025] 当降压控制电路正在对电源电容器充电时,反馈信号的幅值可表示电源电压的幅 值。当降压控制电路正在对输入电容器充电时,反馈信号的幅值可表示整流电压的幅值。当 降压控制电路正在对电源电容器充电时,反馈信号的幅值可约等于电源电压。当降压控制 电路正在对输入电容器充电时,反馈信号的幅值可小于电源电压的幅值。
附图说明
[0026] 图1是具有数字镇流器控制器和多个双线数字调光镇流器的照明控制系统的简单 布线图。
[0027] 图2A示出了图1的负载控制系统的示例输入设备。
[0028] 图2B示出了图1的负载控制系统的数字镇流器控制器的示例形状因子。
[0029] 图2C示出了图1的负载控制系统的示例电负载和负载控制设备。
[0030] 图3A是数字镇流器控制器的简化框图。
[0031] 图3B是数字调光镇流器的简化框图。
[0032] 图4A和4B是在教室中照明控制系统的示例安装的楼面布置图。
[0033] 图5是具有预先连线到灯插座并安装到盘的数字调光镇流器的改进装备的简化透 视图。
[0034] 图6A和6B是由用于将数字消息传送到数字调光镇流器的数字镇流器控制器生成 的控制热电压的示例时序图。
[0035] 图7是由数字镇流器控制器发射到数字调光镇流器的数字消息的消息结构的示例 图。
[0036] 图8是示出了包括由数字镇流器控制器生成的用于开始向数字调光镇流器发射数 字消息的唯一开始符号的开始模式的控制热电压的示例时序图。
[0037] 图9是通过数字镇流器控制器响应于数字镇流器控制器的致动器的致动而执行的 按钮流程的简化流程图。
[0038] 图IOA和IOB是当从RF发射机接收数字消息时由数字镇流器控制器执行的射频 (RF)消息流程的简化流程图。
[0039] 图11是由镇流器控制器执行的零交叉流程的简化流程图。
[0040] 图12是由数字镇流器控制器执行的计时器中断流程的简化流程图。
[0041] 图13是由数字镇流器控制器执行的数据边沿流程的简化流程图。
[0042] 图14是由数字调光镇流器执行的、用于接收由数字镇流器控制器发射的数字消息 的接收流程的简化流程图。
[0043] 图15是由数字调光镇流器执行的、用于确定接收到的数字消息的数据的比特的接 收数据流程的简化流程图。
[0044] 图16是每一参考边沿具有两个数据边沿的控制热电压的示例时序图。
[0045] 图17是示出开始模式的控制热电压的示例时序图。
[0046] 图18是由数字镇流器控制器执行的、用于生成发射的数字消息的参考和数据边沿 的计时器中断流程的简化流程图。
[0047] 图19是由数字调光镇流器执行的、用于从数字镇流器控制器接收数字消息的接收 流程的简化流程图。
[0048] 图20是包括不需要中性连接和有源负载电路的双线数字镇流器控制器的照明控 制系统的简化框图。
[0049] 图21是数字镇流器控制器和有源负载电路的简化框图。
[0050] 图22是包括直接连接到一个或更多个输入设备的数字调光镇流器的照明控制系 统的简化框图。
[0051] 图23是具有数字LED控制器和多个双线LED驱动器的照明控制系统的简单布线图。
[0052] 图24是具有数字电力设备控制器和多个双线电力设备(例如数字调光镇流器和输 入设备)的双向负载控制系统的简单布线图。
[0053] 图25是数字电力设备控制器的简化框图。
[0054] 图26是数字调光镇流器的简化框图。
[0055] 图27是用于电子镇流器的电力转换器的简化示意图。
[0056] 图28A是从数字电力设备控制器发射到电力设备的“前向”数字消息和从电力设备 发射到数字电力设备控制器的“反向”数字消息的示例图。
[0057] 图28B是示出开始模式的控制热电压的示例时序图。
[0058] 图29A和29B是示出反向数字消息的示例反向数据模式的控制热电压和控制器下 降电路的不例时序图。
[0059] 图30是由数字电力设备控制器执行的计时器中断流程的简化流程图。
[0060] 图31是由数字电力设备控制器执行的前向发射流程的简化流程图。
[0061] 图32是由数字电力设备控制器执行的反向接收流程的简化流程图。
[0062] 图33是由数字电力设备控制器执行的接收数据流程的简化流程图。
[0063] 图34是由数字调光镇流器执行的零交叉流程的简化流程图。
[0064] 图35是由数字调光镇流器所执行的上升边沿流程的简化流程图。
[0065] 图36是由数字调光镇流器执行的前向接收流程的简化流程图。
[0066] 图37是由数字调光镇流器执行的反向发射流程的简化流程图。
[0067] 图38是由数字调光镇流器执行的反向发射数据流程的简化流程图。
[0068] 图39A是由数字电力设备控制器向电力设备发射的数字消息的消息结构的示例 图。
[0069] 图39B-39H是从数字镇流器控制器向电力设备发射的前向数字消息和从电力设备 向数字镇流器控制器发射的反向数字消息的简图。
[0070] 图40是示出示例反向数字消息的控制热电压和控制器下降电压的简单时序图。
[0071] 图41是能够经由负载控制系统的电路布线体系通信以及经由有线数字通信链路 通信的示例数字调光镇流器的简化框图。
[0072] 图42是能够经由电路布线通信和接收电力的示例数字调光镇流器的简化框图。
[0073] 图43是能够经由电路布线通信和接收电力的另一示例数字调光镇流器的简化框 图。
[0074] 图44是用于电子镇流器的示例电源的简化示意图。
[0075] 图45是用于电子镇流器的另一示例电源的简化示意图。
具体实施方式
[0076] 前述发明内容,以及下面的对优选实施例的详细描述,在结合附图阅读时,更好被 理解。出于图示说明发明的目的,在附图中示出当前优选的实施例,其中附图的若干视图自 始至终相同的标号表示相似的部分,但是,应理解,发明不限于所公开的特定方法和手段。
[0077] 图1是具有多个双线电力设备(例如双线负载控制设备,诸如双线数字调光镇流器 110)的负载控制系统100的简单布线图。双线数字调光镇流器110被耦合到各个灯104用于 将灯的强度控制到低端(即最小)强度Ue (例如约1%)和高端(即最大)强度Lhe (例如约 100%)之间的期望的照明强度LDES。负载控制系统100还包括数字镇流器控制器120 (即遥控 设备),其适于经由电路布线114以交流电(AC)电源102和双线数字调光镇流器110之间的串 联电连接而耦合。换句话说,每个数字调光镇流器110跨AC电源102与数字镇流器控制器120 串联联接。如图1中所示,数字镇流器控制器120可以直接耦合到AC电源102的中性侧。电路 布线114可以是负载控制系统100所安装到的建筑物的电网络的预先存在的布线并且可以 位于建筑物内部和外部。
[0078] 如下面将更详细描述的,双线数字调光镇流器110并联耦合并且从由数字镇流器 控制器120生成的控制热电压VCh (即相位控制电压)接收电力和数字通信。由数字镇流器控 制器120生成的控制热电压VCh与由现有技术三线和双线调光镇流器所接收的相位控制电 压的区别在于,负载控制系统100的数字调光镇流器110不响应控制热电压VCh的导通时段 的长度为各个灯104确定期望的照明强度LdeS。而是,负载控制系统100的双线数字调光镇流 器110能够响应从控制热电压VCh所得到的数字控制信息(S卩,数字通信消息)确定期望的照 明强度Ldes (即,被控制到所定义的状态)。
[0079] 如图1中所示,数字镇流器控制器120可以是壁箱设备,即适于被墙壁安装在标准 单组电壁箱中,由此替代在安装数字镇流器控制器之前可能已经控制递送到之前的镇流器 和灯的电力的标准机械开关。数字镇流器控制器120包括面板122和用户界面,用户界面容 纳在面板的开口中并且包括拨转开关124和强度调节致动器126,用于接收用户输入以控制 荧光灯104。数字镇流器控制器120与数字调光镇流器110通信以使得荧光灯104响应于拨转 开关124的致动而拨动,即关闭和开启。数字镇流器控制器120分别响应于强度调节致动器 126的上部126A或下部126B的致动增加和减小荧光灯104的照明强度。数字镇流器控制器 120的用户界面还包括多个视觉指示128,例如发光二极管(LED),其被布置为线性阵列并且 被点亮以提供荧光灯104的强度的反馈。
[0080] 负载控制系统100还可以包括多个输入设备,例如无线发射机,诸如无线占用传感 器130、无线日光传感器140、以及无线电池供电的遥控器150,它们可操作用于经由射频 (RF)信号106发射数字消息(即输入信号)到数字镇流器控制器120。数字镇流器控制器120 可操作用于响应从占用传感器130、日光传感器140和电池供电的遥控器150接收到的数字 消息将荧光灯104开启和关闭并且调节荧光灯104的强度。无线发射机可以是可操作用于根 据预定的RF通信协议,诸如LUTRON CLEAR CONNECT ,WIFI,ZIGBEE,Z-WAVE,KNX-RF和 ENOCEAN RADIO协议之一等,发射数字消息到数字镇流器控制器120。可替换地,无线发射机 可以经由不同的无线媒介,诸如红外(IR)信号或声音(诸如语音)等来发射数字消息。数字 镇流器控制器120可以是可操作用于响应经由无线网络(即经由互联网)接收到RF信号经由 控制热电压VeH发射数字消息到数字调光镇流器110。
[0081] 因为数字调光镇流器110通常被安装在金属照明器材内部,数字调光镇流器110通 常不能够从无线发射机接收RF信号106。但是,由于数字镇流器控制器120响应从无线发射 机接收的RF信号106经由控制热电压Vch发射数字消息到数字调光镇流器110,荧光灯104能 够响应于无线发射机而受到控制。
[0082] 在负载控制系统100的建立过程期间,数字镇流器控制器120与占用传感器130、日 光传感器140和电池供电的遥控器150相关联,例如通过按下无线发射机上的致动器以及按 下数字镇流器控制器上的致动器(例如拨转开关124)。由占用传感器130、日光传感器140和 电池供电的遥控器150发射到数字镇流器控制器120的所有数字消息可能包括命令和识别 信息,例如,与无线发射机相关联的序列号(即唯一标识符)。数字镇流器控制器120响应于 包含与数字镇流器控制器相关联的占用传感器130、日光传感器140和电池供电的遥控器 150的序列号的消息。
[0083] 占用传感器130可以被可拆卸地安装于天花板(如图1中所示)或墙壁,例如在由镇 流器110所控制的荧光灯104附近(即周围空间)。占用传感器130是可操作用于检测荧光灯 附近的占用状况,并且包括内部占用检测电路,例如,具有热电红外(PIR)检测器,其被容纳 在具有透镜134的外壳132内。内部检测器是可操作用于经由透镜134从空间中的占用者接 收红外能量,因此感测空间中的占用状况。占用传感器130可操作用于处理PIR检测器的输 出,从而例如通过比较PIR检测器的输出与预先确定的占用电压阈值确定当前在空间中是 占用状况(即有占用者)或空置状况(即无占用者)。可替换地,内部检测器可以包括超声检 测器、微波检测器或者PIR检测器、超声检测器和微波检测器的任何组合。
[0084] 占用传感器130分别响应空间中占用或控制状况的检测在“占用”状态或“空置”状 态下操作。如果占用传感器130处于空置状态并且占用传感器响应于PIR检测器而确定该空 间被占用,占用传感器改变为占用状态。占用传感器130响应占用传感器的当前状态经由RF 信号106无线地发射数字消息到数字镇流器控制器120。在由占用传感器130发射到数字镇 流器控制器120的数字消息中所包括的命令可以包括占用命令或空置命令。
[0085] 当荧光灯104被关闭时,数字镇流器控制器120可以操作用于响应于从占用传感器 130接收到占用命令而开启荧光灯。数字镇流器控制器120可操作用于响应于从占用传感器 130接收到空置命令而关闭荧光灯104。如果在负载控制系统100中存在一个以上的占用传 感器130,数字镇流器控制器120将响应于从任何一个占用传感器接收到第一占用命令而开 启荧光灯104,并且响应于从占用传感器接收占用命令的这些占用传感器接收到的最后的 空置命令而关闭荧光灯。例如如果两个占用传感器130都发射占用命令到数字镇流器控制 器120,数字镇流器控制器将直到从两个占用传感器都接收到后续空置命令才关闭荧光灯 104。因此,占用传感器130通过在空间未被占用时关闭荧光灯104来提供自动控制和能量节 省。
[0086] 可替换地,占用传感器130可以被实现为空置传感器。数字镇流器控制器120将只 响应从空置传感器接收到空置命令操作以关闭荧光灯104。因此,如果负载控制系统100包 括空置传感器,荧光灯104必须被手动开启(例如,响应于数字镇流器控制器120的拨转开关 124的手动致动)。在共同转让的于2008年9月3日提交的题为“RADIO-FREQUENCY LIGHTING CONTROL SYSTEM WITH OCCUPANCY SENSING” 的美国专利申请No .12/203,518以及于2009年 2月 13 日提交的题为 “METHOD AND APPARATUS FOR CONFI⑶RING A WIRELESS SENSOR” 的美 国专利申请No. 12/371,027中更详细地描述了具有占用和空置传感器的RF负载控制系统的 示例,其整个公开内容通过引用被并入本文。
[0087] 日光传感器140被安装以用于测量日光传感器周围的空间(即荧光灯104附近)中 的总光强度。日光检测器140包括内部光敏电路,例如光敏二极管,其被容纳在具有透镜144 的外壳142中,用于将光从日光传感器外部向内部光敏二极管传导。日光传感器140响应于 由内部光敏电路测量的总光强度。具体地,日光传感器140是可操作用于经由RF信号106无 线地发射包括表示总光强度的值的数字消息到数字镇流器控制器120。数字镇流器控制器 120响应于日光传感器140所测量的总光强度而自动调节荧光灯104的照明强度,以便减少 负载控制系统100所消耗的总电力。如果在负载控制系统100中存在一个以上的日光传感器 140,数字镇流器控制器120可以操作用于例如将多个日光传感器140所测量的总光强度的 值取平均,然后响应于多个日光传感器所测量的总光强度的值的平均而调节荧光灯104的 强度。在共同转让的、2010年3月19日提交的题为“WIRELESS BATTERY-POWERED DAYLIGHT SENSOR”的美国专利申请No. 12/727,956和2010年3月19日提交的题为“METHOD OF CALIBRATING A DAYLIGHT SENSOR”的美国专利申请No. 12/727,923中更详细描述了具有日 光传感器的RF负载控制系统的示例,其全部公开内容通过引用被并入本文。
[0088] 电池供电的遥控器150包括开启按钮152、关闭按钮154、提高按钮155、降低按钮 156以及预设按钮158,用于提供负载控制系统100的用户对荧光灯104的手动控制。遥控器 150可操作用于响应于按钮152-158的致动来向数字镇流器控制器120发射包括命令的数字 消息以控制荧光灯104。具体地,电池供电的遥控器150经由RF信号106简单发射关于按钮 152-158中哪个被致动的信息到数字镇流器控制器120。数字镇流器控制器120响应于遥控 器150的开启按钮152和关闭按钮15的致动将荧光灯104分别开启和关闭。数字镇流器控制 器120响应于提高按钮155和降低按钮156的致动分别提高和降低荧光灯104的强度。数字镇 流器控制器120响应于预设按钮158的致动将每个荧光灯104的强度控制到预设强度。在共 同转让的、2009年3 月6 日提交的题为“WIRELESS BATTERY-POTCRED REMOTE CONTROL HAVING MULTIPLE MOUNTING MEANS” 的美国专利申请No.12/399,126和2009年8月22 日授权 的题为 “METHOD OF PROGRAMMING A LIGHTING PRESET FROM A RADIO-FREQUENCY REMOTE CONTROL”的美国专利No. 7,573,208中更详细描述了电池供电的遥控器的示例,其全部公开 内容通过引用被并入本文。
[0089] 负载控制系统100可以包括多个占用传感器130、日光传感器140和电池供电的遥 控器150,用于提供对荧光灯104的本地控制。此外,负载控制系统100可以包括如图2A中所 示的额外类型的输入设备。负载控制系统100的额外输入设备可以包括墙壁安装的占用传 感器250、温度传感器252、辐射计、阴天或阴影传感器、湿度传感器、压力传感器、烟雾检测 器、一氧化碳检测器、空气质量传感器、安全传感器、接近传感器、固定传感器、墙壁安装的 小键盘254、遥控小键盘255、动能或太阳能供电的遥控器、密钥卡、蜂窝电话、智能电话256、 平板258、个人数字助理(PDA)、个人计算机259、笔记本、时钟、视听控制器、安全设备(诸如 防火、防水、医疗急救设备)、电力监测设备(诸如电表、能量表、公用设施子表和公用设施速 率表),或者任何住宅、商业、或工业控制器。此外,输入设备可以包括一个或更多个分区开 关,其根据分区是否被打开或闭合而发射RF信号。输入设备可以进一步包括中央控制发射 机,以允许荧光灯104的中央控制。具体地,中央控制发射机可以适于发射包括以下之一的 数字消息:时钟命令、负载减少命令、需求响应命令、峰需求命令或时刻定价信息。此外,数 字镇流器控制器120可以操作用于将诸如受控负载的状态和能量消耗的信息发射回到中央 控制发射机或其它输入设备之一。在单个负载控制系统中可以提供一个或更多个不同类型 的输入设备。
[0090] 可替换地,输入设备可以包括有线发射机,有线发射机可操作用于经由有线控制 链路例如根据预定通信协议(诸如以太网、IP、XML、Web Services、QS、DMX、BACnet、Modbus、 LonWorks和KNX协议等之一)操作的数字通信链路、串行数字通信链路、RS-485通信链路、 RS-232通信链路、数字可寻址照明接口(DALI)通信链路、LUTRON ECOSYSTEM通信链路或模 拟控制链路而发射控制信号到控制器。此外,有线发射机可以适于产生线电压控制信号、相 位控制信号、0-10V控制信号和接触闭合输出控制信号之一。
[0091] 可替换地,如图2B中所示,数字镇流器控制器120可以包括不同的用户界面和形状 因子。数字镇流器控制器120的用户界面可以不包括用于提供反馈的视觉指示器128,并且 可包括与图2B中所示不同的按钮组合。此外,数字镇流器控制器120的用户界面还可以包括 前表面的透镜,用于导引红外能量从占用者到内部占用检测电路(类似于占用传感器130) 用于检测占用和空置状况。数字镇流器控制器120可以不包括用户界面,但可以简单包括壁 内设备260,壁内设备260适于安装在电壁箱内部并且从无线占用传感器130、无线日光传感 器和无线电池供电的遥控器150接收RF信号。此外,数字镇流器控制器120可以可替换地安 装到天花板、电面板中、电柜中的DIN导轨(例如图2B中的设备262)、直接到数字调光镇流器 110之一所安装到的照明器材,或者到墙壁后或天花板上的连接箱(例如图2B中的设备 264)。数字镇流器控制器120还可以包括安装在外壳中或配电板中的印刷电路板,例如,如 共同转让的、1998年9月15日授权的题为“LIGHTING⑶NTROL SYSTEM WITH CORRUGATED HEAT SINK”的美国专利No.5,808,417中更详细示出和描述,其全部公开通过引用被并入本 文。进一步地,数字镇流器控制器120可以包括多区域照明控制设备266,诸如GRAFIK EYE控 制单元,其适于安装在多组电壁箱中并且具有高级用户界面,用于配置和调节所控制的照 明负载。
[0092] 镇流器110可以可替换地是数字开关镇流器,其仅响应于由数字镇流器控制器120 发射的数字消息,这些数字消息包括将各个灯开启和关闭的命令。数字开关镇流器将不响 应于跨镇流器的调光范围,即低端强度Ue和高端强度Lhe之间调节各个灯104的强度的命 令。但是,数字开关镇流器可以操作用于响应于从数字镇流器控制器120接收到的数字消息 而调节高端强度Lhe。
[0093] 此外,镇流器110可以可替换地是数字双水平开关镇流器,每个都能够独立控制 (例如关闭和开启)多个灯(例如每镇流器两个或三个灯)。例如,控制三个灯的双水平开关 镇流器可以操作用于开启所有三个灯以提供最大强度,关闭一个灯而开启两个灯以提供第 一调光水平,关闭两个灯而开启一个灯以提供第二调光水平(小于第一调光水平),以及将 所有灯都关闭。当镇流器是双水平开关镇流器时,数字镇流器控制器120可以发射特定双水 平开关命令到镇流器110 (例如,命令开启一个灯、关闭两个灯等等)。可替换地,双水平开关 镇流器可以响应于命令而将强度调节到跨标准调光镇流器的调光范围,即低端强度Ue和高 端强度Lhe之间的任何水平。例如,双水平开关镇流器可以响应于接收到控制灯到100%的命 令而开启所有三个灯,可以响应接收到控制灯到小于100%但大于或等于50%的命令而开 启两个灯,可以响应于接收到控制灯到小于50%但大于0%的命令而开启一个灯,以及可以 响应于接收到控制灯到0%的命令而关闭灯。当只有几个离散调光水平对于安装是必需的 时,双水平开关镇流器提供对于标准调光镇流器的更低成本的替代方案。例如,双水平开关 镇流器可以响应于检测占用状况的占用传感器(例如占用传感器130)而只开启三个灯中的 一个灯,并且可以响应于遥控设备(例如遥控设备150)的按钮的致动而开启所有灯。
[0094] 进一步,镇流器110可以可替换地是紧急情况镇流器,其具有内部电池,用于在断 电的情况下对照明器材的至少一个灯供电。
[0095] 图1的负载控制系统100可以可替换地包括用于其它类型的电负载(而不是用于荧 光灯的镇流器)的负载控制设备。图2C示出额外类型的电负载和可以包括在负载控制系统 100中的负载控制设备的示例。例如,负载控制系统100的负载控制设备还可以包括发光二 极管(LED)驱动器270,用于驱动LED光源(S卩LED光引擎);包括调光电路和白炽灯或卤素灯 的旋入灯具;包括镇流器和紧凑荧光灯的旋入灯具;包括LED驱动器和LED光源的旋入灯具; 调光电路,用于控制白炽灯272、卤素灯、电子低压照明负载、磁低压照明负载或者另一类型 照明负载的强度;电子开关、可控制电路断路器、或者用于开启和关闭电负载或电器的其它 开关设备;插入负载控制设备274、可控制电插座、或者可控制馈电条,用于控制一个或更多 个插入电负载(诸如咖啡壶或空间加热器);电机控制单元,用于控制电机负载,诸如吊扇或 排气扇;驱动单元,用于控制机动化窗上用品276或投影屏幕;机动化内部或外部百叶窗;恒 温器,用于加热和/或冷却系统;温度控制设备278,用于控制加热、通风、和空调(HVAC)系 统;空调器;压缩机;电基板加热器控制器;可控制的减震器;湿度控制单元;除湿机;热水 器;水池栗;冰箱;冷冻机;电视或计算机监视器;电源;音频系统或放大器;发电机;充电器, 诸如车辆充电器;以及可替换能量控制器(例如太阳能、风或热能控制器)。此外,单个数字 镇流器控制器可以耦合到单个负载控制系统中的多个类型的负载控制设备。
[0096] 图3A是数字镇流器控制器200 (例如,图1中所示的负载控制系统100的数字镇流器 控制器120)的简化框图。数字镇流器控制器200的电硬件非常类似于标准调光开关的电硬 件。数字镇流器控制器200包括适于耦合到AC电源102的热端子H和中性端子N,适于耦合到 一个或更多个双线数字调光镇流器(例如,图1中所示的负载控制系统100的双线数字调光 镇流器110)的控制热端子CH。数字镇流器控制器200包括可控制导通设备(CCD) 210,即受控 开关,在AC电源102和数字调光镇流器110之间以串联电连接耦合,用于生成控制热电压VCH。 可控制导通设备210可以包括任何适合类型的双向半导体开关,诸如,三端双向可控硅开关 元件、整流器桥中的场效应晶体管(FET)、反串联连接的两个FET,或者一个或更多个绝缘栅 双极结型晶体管(IGBT)。可控制导通设备210可操作用于导通镇流器110和灯的总负载电流 Iload。可控制导通设备210包括耦合到驱动电路212的控制输入。数字镇流器控制器200进一 步包括耦合到驱动电路212的微处理器214,用于使得可控制导通设备210导通或不导通以 由此在控制热端子CH处生成控制热电压VCH。微处理器214可以可替换地包括例如微控制器、 可编程逻辑器件(PLD)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者任何合适的处 理设备、控制器或控制电路。
[0097] 微处理器214耦合到零交叉检测器216,零交叉检测器216耦合在热端子H和中性端 子N之间用于确定AC电源102的零交叉。零交叉(zero-crossing)被定义为AC电源102的AC电 源电压从正转变为负极性,或者从负转变为正极性的时刻,例如在每个半周期的开始(和结 束)处。微处理器214可以操作用于通过测量(S卩,AC电源102的每隔一个零交叉之间的时间 段)来测量线周期时间段Tlc。
[0098] 微处理器214在预先确定的相对于AC电源102的零交叉的时刻提供控制输入到驱 动电路212,用于控制可控制导通设备210在AC电源的每个半周期不导通和导通,由此生成 控制热电压VCH。具体地,可控制导通设备210在每个半周期的开始处被控制为不导通,而在 激发时刻(firing time)呈现为导通,使得可控制导通设备在AC电源的每个半周期的导通 时段内导通(即,控制热电压Vch类似前向的相位控制电压)。如下面将更加详细描述的,微处 理器214可操作用于在每个半周期的小范围上调节可控制导通设备210的激发时刻以传送 数字消息(即,数字数据的分组)到数字调光镇流器110。此外,如果两个镇流器110的灯104 都应该被关闭,微处理器214可以操作用于使得可控制导通设备210在每个半周期的整个长 度上不导通以中断到镇流器的负载电流1$载,由此防止镇流器110从AC电源102中得到任何 待机电流。
[0099] 如上所提及,微处理器214使得可控制导通设备210每个半周期导通以生成控制热 电压VCH。控制热电压Vch的特征在于,频率(例如约AC干线电压的频率的两倍)比由现有技术 的电力线载波通信系统的控制设备发射的数字消息的频率小得多。由于可控制导通设备 210耦合在AC电源102和数字调光镇流器110之间,控制热电压Vch只在数字镇流器控制器120 和数字调光镇流器110之间的电路布线114上存在(S卩,数字镇流器控制器操作用于“吞下” 控制热电压VCH)。因此,控制热电压Vch不干扰可以耦合到AC电源102的其它控制设备。此外, 控制热电压Vch不因为可以与AC电源102并联耦合的反应元件,例如由于与AC电源并联耦合 的其它控制设备而造成的大电容,而退化。
[0100] 由于数字镇流器控制器200的电硬件非常类似于标准调光开关的电硬件,微处理 器214可以被控制为在调光模式和数字通信模式下交替操作。在调光模式下,微处理器214 可以使得可控制导通设备210在取决于期望的照明强度Ldes的每个半周期的相位角度导通, 以控制一个或更多个现有技术可调光双线镇流器,例如,具有完整可调光电子镇流器电路 的旋入紧凑荧光灯。如本文所述,在数字通信模式,微处理器214可以使得可控制导通设备 210在每个半周期导通以生成控制热电压Vch以发射数字消息到数字调光镇流器110。因此, 数字镇流器控制器200可以现场可配置为根据数字镇流器控制器所耦合到的负载的类型而 操作于调光模式和数字通信模式(例如,使用高级编程模式)。用于墙壁安装负载控制设备 的高级编程模式的示例在2007年3月13日授权的题为“PROGRAMMABLE WALLBOX D頂MER”的 美国专利No. 7,190,125中被更详细地描述,其全部公开内容通过引用被并入本文。
[0101] 微处理器214从诸如数字镇流器控制器120的拨转开关124和强度调节致动器126 的致动器接收输入,并且控制视觉显示器,例如,图1中示出的状态指示器128。微处理器214 还耦合到与数字镇流器控制200相关联的存储器218用于荧光灯104的预设强度和无线控制 设备(例如,无线发射机,诸如占用传感器130、日光传感器140和遥控器150)的序列号的存 储。存储器218可以实现为外部集成电路(IC)或微处理器214的内部电路。电源220耦合在热 端子H和中性端子H之间并且生成直流(DC)电源电压Vcc,用于向微处理器214、存储器218和 数字镇流器控制器200的其它低电压电路供电。
[0102] 数字镇流器控制器200进一步包括无线通信电路,例如RF接收机222和天线224,用 于从无线控制设备(即,占用传感器130、日光传感器140和遥控器150)接收RF信号106。微处 理器214可操作用于响应经由RF信号(例如RF信号106)接收的消息而控制可控制导通设备 210。用于诸如数字镇流器控制器120的墙壁安装控制设备的天线的示例,在1999年11月9日 授权的美国专利No. 5,982,103和2008年4月22日提交的美国专利No. 7,362,285 (标题都为 “COMPACT RADIO FREQUENCY TRANSMITTING AND RECEIVING ANTENNA AND ⑶NTROL DEVICE EMPLOYING SAME”)中被更详细地描述,其全部公开内容通过引用被并入本文。可替 换地,无线通信电路可以包括用于发射RF信号的RF发射机、用于接收和发射RF信号的RF收 发信机、或者用于接收IR信号的红外(IR)接收机。数字镇流器控制器200还可以包括类似于 占用传感器130的完整占用检测电路(未示出),用于检测数字镇流器控制器200所位于的空 间中的占用和空置状况。数字镇流器控制器200可以包括前表面中的透镜,用于从空间中的 占用者接收红外能量,例如,如共同转让的2010年7月29日公开的题为“MULTI-MODAL LOAD CONTROL SYSTEM HAVING OCCUPANCY SENSING”的美国专利申请公开No.2010/0188009中所 示,其全部空开内容通过引用被并入本文。
[0103] 图3B是用于控制荧光灯304的强度的数字调光镇流器300 (例如,图1中所示的负载 控制系统100的数字调光镇流器110之一)的简化框图。镇流器300包括适于耦合到交流电 (AC)电源(未示出)的控制热端子CH和中性端子N,用于从数字镇流器控制器(例如,图1和3A 中所示的数字镇流器控制器120、200)接收控制热电压VCH。数字调光镇流器300包括用于使 提供在AC干线上的噪声最小化的RFI (射频干扰)滤波器电路310,和用于从控制热电压Vch生 成整流电压Vrect的整流器电路320。数字调光镇流器300可以进一步包括升压转换器330,用 于生成跨总线电容器(¾线的直流(DC)总线电压线。DC总线电压线通常具有大于控制热电 压Vch的峰幅值Vpk (例如约170V)的幅值(例如约465V)。升压转换器330还操作为电力因子校 正(PFC)电路,用于改进镇流器300的电力因子。数字调光镇流器300还包括负载调节电路 340,负载调节电路340包括反相器电路342和谐振箱电路344,反相器电路342用于将DC总线 电压W线转换为高频AC电压Vinv,谐振箱电路344用于将由反相器电路生成的高频AC电压Vinv 耦合到灯304的灯丝。
[0104] 数字调光镇流器300进一步包括微处理器360,用于将荧光灯304的强度控制到低 端强度Ue和高端强度Lhe之间的所需照明强度Ldes。微处理器360可以可替换地包括例如微 控制器、可编程逻辑器件(PLD)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何合 适处理设备、控制器或控制电路。微处理器360耦合到存储器362用于存储数字调光镇流器 300的控制信息。数字调光镇流器300还包括电源364,电源364接收总线电压V,鐵并生成DC电 源电压Vcc (例如约5伏)用于对微处理器360、存储器362和镇流器的其它低电压电路供电。
[0105] 微处理器360提供驱动控制信号V®力给反相器电路342,用于控制跨荧光灯304生成 的灯电压Vl的幅值以及通过灯导通的灯电流II。因此,微处理器360可操作用于开启和关闭 荧光灯304并且调节灯的强度(即调光)。微处理器360接收灯电流反馈信号VFB-IL,灯电流反 馈信号VFB-IL由灯电流测量电路370生成并且表示灯电流Il的幅值。微处理器360还接收灯电 压反馈信号Vfb-vl,灯电压反馈信号Vfb-vl由灯电压测量电路372生成并且表示灯电压Vl的幅 值。
[0106] 镇流器300包括边沿检测电路380,用于接收整流电压Vrect并生成由微处理器360 接收的电源检测控制信号Ved。例如,当控制热电压Vch的幅值上升到上升阈值Vth-r (例如,约 20伏)以上时,边沿检测电路380可以驱动边沿检测控制信号Ved为高(S卩,约为DC电源电压 Vcc),而当控制热电压Vch的幅值下降到下降阈值Vth-f (例如约为10伏)以下时,驱动边沿检测 控制信号Ved为低。如下面更详细描述的,微处理器360可操作用于确定AC电源的每半周期的 控制热电压Vch的激发角度,以便接收由数字镇流器控制器120发射的数字消息。
[0107] 数字调光镇流器300可以被控制为在调光模式和数字通信模式下交替操作。在调 光模式下,镇流器300可以操作用于从现有技术调光开关接收标准相位控制信号并且响应 于相位控制电压的导通时段的长度而为灯304确定期望的照明强度LDES。在数字通信模式 下,镇流器300可以操作用于从数字镇流器控制器(例如图1和3A中所示的数字镇流器控制 器120、200)接收控制热电压VCH,并且响应于从控制热电压Vch所解码的数字消息而确定期 望的照明强度Ldes。
[0108] 微处理器360可操作用于响应于通道设置电路,例如两个或更多DIP (双线内分组) 开关382,而确定数字调光镇流器300的控制通道(或地址)。例如,可以通过调节两个DIP开 关的位置来选择四个通道。可替换地,数字调光镇流器300可以包括旋转编码器或多个跳转 器,用于选择控制通道。此外,控制通道可以可替换地响应于从数字镇流器控制器120、200 接收到的(例如,使用“软寻址”流程自动指派的或者由用户经由在计算机上运行的图形用 户界面而手动选择的)数字消息而被选择。数字调光镇流器300—次只可以被指派给一个控 制通道。但是,数字调光镇流器300可以可替换地被指派给多个控制通道。此外,数字调光镇 流器300可以可替换地包括用于镇流器可以响应的多个类型的无线控制设备(例如,无线发 射机,诸如图1中所示的占用传感器130、日光传感器140和遥控器150)中每个的不同DIP开 关。用于特定类型无线发射机的DIP开关可以被选择(通过调节DIP开关的位置)以使得能够 响应于该类型的无线发射机而控制数字调光镇流器300。
[0109] 微处理器360根据所选控制通道以及存储在存储器362中的控制信息,确定数字调 光镇流器300如何响应于各种输入(S卩,数字镇流器控制器120的拨转开关124和强度调节致 动器126的致动或从占用传感器130、日光传感器140和遥控器150接收到的RF信号106)而操 作。控制通道可以确定数字调光镇流器300响应于哪个无线控制设备(S卩,占用传感器130、 日光传感器140和遥控器150)。此外,微处理器360可以响应于控制通道而确定数字调光镇 流器300是否应该响应于数字镇流器控制器120、200的用户界面(例如,拨转开关124和强度 调节致动器126)的致动。由于数字调光镇流器300响应于DIP开关382的位置而确定控制通 道并且数字镇流器控制器120经由手动流程(S卩,按下无线发射机上的致动器或者按下数字 镇流器控制器上的致动器)而与无线发射机相关联,包括数字调光镇流器300的负载控制系 统(例如,图1中所示的负载控制系统100)不需要高级计算设备(例如,个人计算机或膝上型 计算机)来在安装之后编程和配置。
[0110]例如,镇流器110、300可以根据如下面的表格中所示(S卩,其可以存储在存储器362 中)的控制通道而响应于各种输入。
Figure CN108401315AD00181
[0113] 当数字镇流器控制器120、200接收各种输入(S卩,拨转开关124和强度调节致动器 126的致动或者从占用传感器130、日光传感器140和遥控器150接收到的RF信号106)之一 时,数字镇流器控制器将包括关于与控制信息的源相关联的通道的信息的数字消息发射到 数字调光镇流器11〇、300。例如,如果数字镇流器控制器120、200从占用传感器130接收到占 用命令,数字镇流器控制器将把关于通道1、2和4的信息包括在随后发射到数字调光镇流器 110、300的数字消息中。
[0114] 图1中所示的负载控制系统100允许简单改进以从例如较旧的非调光镇流器系统 升级。一旦安装,数字调光镇流器110、300能够在现有构筑布线上接收电力,并且数字镇流 器控制器120、200能够在现有构筑布线上发射数字消息到镇流器。换句话说,负载控制系统 100不需要额外的布线并且在AC电源102和数字调光镇流器110、300之间的两条线上提供电 力和通信。数字调光镇流器110、300允许系统的用户控制它们的视觉环境,由此改善终端用 户舒适性和生产率。由于负载控制系统100不需要额外布线和高级计算设备来编程,负载控 制系统提供关于安装和服务的经济节省,并且为安装和服务负载控制系统提供认识便利。 此外,由于控制通道从DIP开关382 (其可以不费力气地被调节为匹配被替换的镇流器)的位 置而被简单确定,在镇流器故障的情况下,数字调光镇流器11〇、300可以易于被替换。进一 步,多个镇流器110、300的DIP开关382可以在制造时被设置,然后运输到顾客,使得包括多 个数字调光镇流器110、300的负载控制系统可以在安装后立即起作用。
[0115] 图4A是教室161中负载控制系统(例如负载控制系统100)的第一安装160的楼面布 置图。教室161在前端具有演示板162和桌子164,在后端具有三个窗户166。教室161包括九 个照明器材112A-112J,其中每个都包括驱动两个荧光灯104的各自的双线数字调光镇流器 110A-110J。数字镇流器控制器120A (例如,图1和3A中所示的数字镇流器控制器120、200)安 装在靠近演示板162的电壁箱中,并且经由电路布线114A电耦合到镇流器110A-110J,用于 将由数字调光镇流器120A和AC电源的中性端所生成的控制热电压Vch耦合到每个镇流器。占 用传感器130A和日光传感器140A安装到教室161靠近房间中心的天花板上,两个遥控器 150A、150B则位于桌子164上。
[0116] 例如,数字调光镇流器110A-1IOJ可以替换标准非调光镇流器,并且数字镇流器控 制器120A可以替换标准机械开关。数字镇流器控制器120A能够例如根据器材112A-112J与 教室161的前端或后端的距离控制成组的镇流器110A-110J。根据图4A的示例安装,教室161 中的所有镇流器110A-110J都响应于数字镇流器控制器120A的用户界面的致动。只有最接 近窗户166的镇流器110C、110F、110J响应于日光传感器140A而调节受控荧光灯104的强度。 最接近演示板162的镇流器110A、110D、IIOG受第二遥控器150B的控制,而剩余镇流器110B、 110(:、11(^、11(^、110!1、11(^则受占用传感器13(^和第一遥控器15(^的控制。
[0117] 为了提供这个功能,最接近演示板162的第一组170中的镇流器110A、IIOD、IIOG被 指派控制通道3,在房间中心的第二组172中的镇流器11OB、11OE、11OH被指派控制通道1,而 最接近窗户166的第三组174中的镇流器110C、110F、IlOJ被指派控制通道2 (详见上面所示 表格中)。因此,第一组170中的镇流器11(^、1100、1106响应于各个数字镇流器控制器120八 和第二遥控器150B的用户界面。第二组172中的镇流器11(«、11(^、110!1响应于各个数字镇 流器控制器120A-120C、占用传感器130A和第一遥控器150A的用户界面。第三组174中的镇 流器110(:、11(^、1101响应于各个数字镇流器控制器12(^、占用传感器13(^、日光传感器 140A和第一遥控器150A的用户界面。
[0118] 如果电路布线114A上的数字调光镇流器11OA-11OJ所控制的所有灯104应该被关 闭,数字镇流器控制器120A可以使得可控制导通设备210不导通以中断来自AC电源的镇流 器,并且因此防止镇流器从AC电源中得到任何待机电流。此外,一个或更多个镇流器110A-IlOJ可以包括现有技术非调光镇流器,非调光镇流器将不响应数字镇流器控制器120A发射 到教室161中的数字调光镇流器的任何数字消息。非调光镇流器每个将简单保持在高端强 度Lhe,而数字调光镇流器通过调光范围由数字镇流器控制器120A控制。数字镇流器控制器 120A可以通过使得可控制导通设备210不导通而关闭非调光镇流器(以及数字调光镇流 器)。如之前提及的,镇流器可以可替换地包括响应于由数字镇流器控制器120A发射的数字 消息的数字开关镇流器,但只响应开启和关闭各个灯的命令。
[0119] 图4B是教室161’中负载控制系统(例如,负载控制系统100)的第二示例安装160’ 的楼面布置图。图4B的教室161’包括提供电力给镇流器110A-110J的三个不同电路布线 114A、114B和114C,并且因此包括安装在靠近演示板162’的电壁箱中的三个数字镇流器控 制器120A、120B、120C。前三个镇流器110A、110B、IlOC经由第一电路布线114A电耦合到第一 数字镇流器控制器120A。此外,镇流器1100、11(^、11(^经由第二电路布线1148电耦合到第 二数字镇流器控制器120B,并且镇流器1106、110!1、11(^经由第三电路布线114(:电耦合到第 三数字镇流器控制器120C。
[0120] 图4B的数字镇流器控制器120A、120B、120C能够控制三个组170’、172’、174’中的 镇流器110A-110J,即取决于器材112A-112J到教室161’的前端或后端的距离。因此,数字镇 流器控制器120A、120B、120C能够响应独立于从教室161’的前端延伸到后端的特定电路布 线114A、114B、114C (SP,垂直于组170’、172’、174’)的占用传感器130B、日光传感器140A和 遥控器150A、150B,而控制镇流器110A-110J。教室161’中的所有镇流器110A-110J响应于各 个数字镇流器控制器120A-120C的用户界面的致动。只有最接近窗户166’的镇流器110C、 110F、IlOJ响应于日光传感器140A而调节受控荧光灯104的强度。最接近演示板162’的镇流 器 11(^、1100、1106受第二遥控器1508的控制,而剩余镇流器11(«、110(:、11(^、11(^、110!1、 IlOJ受占用传感器130A和第一遥控器150A的控制。
[0121] 由于每个数字镇流器控制器120A、120B、120C操作用于吞下发射到各个电路布线 114A、114B、114C上的镇流器11OA-11OJ的数字消息,这些数字消息不是由其它数字镇流器 控制器接收到,因此不会干扰其它数字镇流器控制器。但是,每个数字镇流器控制器120A、 120B、120C可以操作用于经由RF信号发射消息到其它数字镇流器控制器。具体地,数字镇流 器控制器120A、120B、120C可以操作用于响应于用户界面的致动而发射数字消息到其它数 字镇流器控制器,使得教室161、161’中的所有镇流器110A-110J可以响应于任何数字镇流 器控制器的用户界面的致动。
[0122] 如果数字调光镇流器110、300正在替换非调光镇流器,受控灯的插座可能需要从 非调光插座升级为可调光插座。但是,如果新的镇流器是数字开关镇流器或数字双水平开 关镇流器,插座不需要升级到可调光插座。负载控制系统100仍然可以提供独立于电路布线 (例如,电路布线114A、114B、114C)的数字开关和/或数字双水平开关镇流器的组控制,以及 提供数字双水平开关镇流器的几个离散调光水平。
[0123] 图5是具有安装到被设计为易于安装在照明器材中的盘182的双线数字调光镇流 器110’(例如,图1的负载控制系统100的双线数字调光镇流器110之一)的改进装备180的简 化透视图。改进装备180进一步包括两对可调光灯插座184,可调光灯插座184被安装到盘 182并且经由电线185预先连线到数字调光镇流器110’。每对插座184操作用于耦合到例如 图5中所示的U型荧光灯。可替换地,插座184可以安装在盘182的相反端,由此适于耦合到直 型荧光灯。此外,改进装备180可以包括更多或更少的插座184以允许镇流器110’耦合到不 同数的灯。改进装备180进一步包括控制热电线186和中性电线188,用于耦合镇流器110’到 建筑物的电路布线。因此,为了提供简单的改进安装,改进装备180可以在运送到顾客之前 被组装。镇流器被替换的旧盘可以简单地从照明器材中取出,并且新的改进装备180可以被 安装到照明器材中,其位置具有的仅需要的电连接是控制热电线186和中性电线188到建筑 物的电路布线。
[0124] 图6A和6B是示出发射的数字消息的数据模式的控制热电压Vch (例如,由图1的数字 镇流器控制器120生成的控制热电压)的简单时序图。如之前提及的,数字镇流器控制器120 可以操作用于调节各个可控制导通设备210在每个线周期的小时间窗口 IVin (例如,约300微 秒)上的激发时刻以将数字消息传送到各个数字调光镇流器110。数字信息(即发射的数字 消息的比特)在控制热电压Voi的时序边沿(即转变)的激发时刻被编码。具体地,如关于在前 一个半周期中参考边沿的激发时刻(即,参考边沿时刻)所测量的,发射的数字消息的比特 在可控制导通设备210的数据边沿的激发时刻(S卩,数据边沿时刻)被编码。换句话说,发射 的数字消息的比特被编码为参考和数据边沿的激发时刻的函数。每个数据模式包括具有参 考边沿的半周期以及具有数据边沿的Ndp个后续半周期。每个参考边沿从当前半周期的零交 叉间隔参考边沿时间段Tref (例如,约1.3毫秒)。如图6B中所示,存在一个数据边沿用于每个 参考边沿(即,Ndp个半周期具有等于1的数据边沿)。当数字镇流器控制器120的可控制导通 设备包括整流器桥中的FET、反串联连接中的两个FET、或者一个或更多个绝缘栅双极结型 晶体管(IGBT)时,数字镇流器控制器可以操作用于控制参考边沿和数据边沿的转变时刻 (即,上升或下降时刻)的长度。
[0125] 由数字镇流器控制器120所发射的数字数据的值取决于数据边沿和前一个参考边 沿(即,在前一个半周期中)之间的偏移时间段Tos (即,差)。数字镇流器控制器120可以将数 据边沿控制为在时间窗口 IVin上的四个时刻之一,由此导致距离前一个参考边沿的四个偏 移时间段1^1、1^2、1'〇53、1^4之一,使得每个线周期可以发射两个比特。为了发射比特“00”, 数字镇流器控制器120可操作用于使得可控制导通设备210在第一可能数据边沿时刻导通, 使得在参考边沿和数据边沿之间存在第一偏移时间段Tos1 (例如,约8.33毫秒)。例如,每个 可能数据边沿时刻可以是偏移时段差A Tos (例如,约100微秒)间隔,并且数据边沿处的控制 热电压Vch的上升时刻小于约10微秒。
[0126] 因此,如图6中所示,数字镇流器控制器120可操作用于将参考边沿和数据边沿之 间的偏移时间段Tos控制到第二偏移时间段Tos2 (例如,约8.43毫秒)以发射比特“01”,到第三 偏移时间段Tos3 (例如,约8.52毫秒)以发射比特“10”,到第四偏移时间段T〇s4 (例如,约8.62 毫秒)以发射比特“11”。每个数字镇流器110的微处理器360确定每个数据模式的偏移时间 段Tqs是否约等于在缺省容差A Tqs之内的四个偏移时间段Tqsi、Tos2、Tos3、Tos4之一,其可以等 于例如约五十微秒。可替换地,在时间窗口 IVIN*可能的数据边沿的数可以大于四个,例如 是八个,以便每个线周期发射三比特的数据。
[0127] 当数字镇流器控制器120没有发射数字消息到数字调光镇流器110时,数字镇流器 控制器继续使得可控制导通设备210导通,好像数字镇流器控制器继续发射比特“00”。具体 地,数字镇流器控制器120使得可控制导通设备210在每个线周期的第一半周期中距离零交 叉参考边沿时间段Tref之后导通并且使得可控制导通设备在线周期的另一半周期中第一偏 移时间段TQS12后导通,如在前一个半周期中从参考边沿时间段Tref测量的,使得由数字镇 流器控制器生成的控制热电压Vch具有在AC电源102的每个半周期中的至少一个时序边沿。 因为控制热电压Vch具有在每个半周期中的至少一个时序边沿,数字调光镇流器110不包括 具有低压阈值的零交叉检测器,其可能易受AC干线电压上的噪声影响,因此导致通信接收 错误。相反,数字调光镇流器110包括具有上升阈值Vth-r (S卩,约20伏)的边沿检测电路380, 该上升阈值足够大,使得数字调光镇流器110具有对AC干线电压上的典型噪声的增强的噪 声抗扰性。
[0128] 可替换地,当数字镇流器控制器不发射数字消息(S卩,控制热电压Vch是全导通波 形)时,调光数字镇流器控制器120可以使得可控制导通设备210全面导通(S卩,对于大约每 个半周期的长度)。因此,当数字镇流器控制器没有不发射数字消息到数字调光镇流器110 时,在每个半周期中,控制热电压Voi不具有至少一个时序边沿。
[0129] 可替换地,数字调光镇流器110可以是可操作的以被控制进入紧急情况模式,其 中,每个镇流器将各个灯104的强度控制到高端强度Lhe。例如,正常断开的旁路开关可以与 数字镇流器控制器120并联耦合并且可以在紧急情况期间呈现为导通,使得全导通波形被 提供给数字调光镇流器110的控制热端子CH。数字调光镇流器110每个可以被操作用于响应 于在控制热端子CH接收到全导通波形而将各个灯104的强度控制到高端强度Lhe。
[0130] 图7是由数字镇流器控制器(例如,图1中所示的负载控制系统的数字镇流器控制 器120)发射的数字消息的消息结构的简图。每个数字消息包括比特的总数目Ndm (例如20比 特)。前四个比特包括开始模式,其包括唯一开始符号,这在下面将参照图8被更详细地描 述。每个数字消息的通道掩码包括四个比特,每个比特都可以被设置为指示应该响应于数 字消息的镇流器110的通道。例如,如果具有控制通道1的镇流器110应该响应数字消息,通 道掩码的第一比特将是逻辑一的值。通道掩码之后是两个比特,这两个比特确定数字消息 的命令类型,然后是五个比特,这五个比特包括用于荧光灯104的强度水平或用于镇流器 110的数据。最终,每个数字消息以五个比特结束,用于确定在数字消息的发射和接收期间 是否发生错误(例如,检验和)。因此,由镇流器控制器120发射的每个数字消息在预先确定 (即固定)数目的连续线周期上例如十个线周期上被发射。
[0131] 图8是示出用于开始由数字镇流器控制器(例如图1中所示的负载控制系统的数字 镇流器控制器120)发射的数字消息的开始模式的控制热电压Vch的简单时序图。为了发射开 始模式,数字镇流器控制器120在第一线周期期间发射比特“00”,然后在随后的第二线周期 期间通过在前一个半周期中的参考边沿之后的开始符号时间段!>齡之后使得可控制导通设 备210导通而发射唯一开始符号。开始符号时间段Ί>胎是从用于发射数据到数字调光镇流器 110的偏移时间段Tcisi-Tc)S4中唯一的并且可以比偏移时间长,例如是约8.73晕秒。
[0132] 镇流器110连续监测控制热电压VCH以确定数字镇流器控制器是否已经发射包括唯 一开始符号的开始模式。具体地,每个数字调光镇流器110的微处理器360测量每个连续半 周期中上升边沿之间的时间段Tre并且将这些时间存储在存储器362中。微处理器360寻找存 储在存储器362中具有对应于如图8中所示的开始模式的值的三个连续的测量时间段 T3,即
Figure CN108401315AD00221
[0136] 其中,IYc是线周期时间段,其表示AC电源102的每个线周期的长度。如上面所提及 的,线周期时间段IYc是由微处理器360测量的(S卩,AC电源102的每隔一个零交叉之间时间 段)。可替换地,线周期时间段IYc可以是存储在存储器362中的固定值(例如,约为16.66毫 秒)。因为开始符号时间段Ί>齡是从用于发射数据到数字调光镇流器110的偏移时间段Tos1-Tos4中唯一的,数字镇流器控制器120能够中断正在发射的第一数字消息,以便通过在第一 数字消息的结束之前发射开始符号而发射第二数字消息到镇流器110。
[0137] 由于三个连续的测量时间段的第二时间段1~2是线周期时间段IYc的函数,其可以根 据不受数字镇流器控制器120控制的负载控制系统100的特性而变化,微处理器360确定第 二时间段Τ2是否等于在加宽的容差A Tos-W内的线周期时间段Tix减去第一偏移时间段Tosi, 加宽的容差A Tos-W大于缺省容差Δ Tos,例如是约100微秒。如图7中所示,因为数字镇流器控 制器120需要四个半周期来发射开始模式,开始模式占用每个数字消息的4比特。如图8中所 示,在发射开始模式之后,数字镇流器控制器120可操作用于通过生成下一半周期中的参考 边沿和随后半周期中的数据边沿而立即开始发射下一线周期中的数据。
[0138] 图9-13示出了数字镇流器控制器的控制电路(例如,数字镇流器控制器120、200的 微处理器214)所执行的示例流程图。具体地,图9是例如在图4A和4B的示例安装160、160’ 中,响应于在步骤410用户界面的致动器之一的致动而由数字镇流器控制器120的微处理器 214所执行的按钮流程400的简化流程图。微处理器214使用发射(TX)缓冲器来存储数字消 息以发射到数字调光镇流器110。如果拨转开关124在步骤412被致动,微处理器214在步骤 414将具有拨动命令的数字消息加载到TX缓冲器中,并且在步骤416设置数字消息的通道掩 码等于“1111”。然后,在按钮流程400退出之前,微处理器214在步骤418设置TX标志以指示 数字镇流器控制器120当前正在将数字消息发射到数字调光镇流器110。因此,所有数字调 光镇流器110将响应于接收到发射的数字消息而拨动受控灯104 (从关闭到开启或者从开启 到关闭)。
[0139] 如果拨转开关124在步骤412没有被致动,而是强度调节致动器126在步骤418被致 动,微处理器214确定强度调节止致动器的上部126A或下部126B被按下或释放。如果强度调 节致动器126的上部126A在步骤420被按下,微处理器214在步骤422将具有开始提高命令的 数字消息加载到TX缓冲器中,并且在按钮流程400退出之前在步骤416设置数字消息的通道 掩码等于“1111”。如果强度调节致动器126的上部126A在步骤424被释放,微处理器214在步 骤426将具有停止提高命令的数字消息加载到TX缓冲器中。如果强度调节致动器126的下部 126B在步骤428被按下,微处理器214在步骤430将具有开始降低命令的数字消息加载到TX 缓冲器中。如果强度调节致动器126的下部126B在步骤432被释放,微处理器214在步骤434 将具有停止降低命令的数字消息加载到TX缓冲器中。
[0140] 图IOA和IOB是当在步骤510从占用传感器130、日光传感器140和遥控器150经由RF 信号接收到数字消息时由数字镇流器控制器120的微处理器214执行的RF消息流程500的简 化流程图。如果接收到的数字消息在步骤512来自占用传感器130并且在步骤514包括占用 的命令,微处理器214在步骤516将具有开启命令的数字消息加载到TX缓冲器,在步骤518设 置数字消息的通道掩码等于“1101”,并且在RF消息流程500退出之前在步骤520设置TX标 志。如果在步骤522,接收到的数字消息包括空置命令,微处理器214在步骤524将具有关闭 命令的数字消息加载到TX缓冲器,在步骤518设置通道掩码等于“1101”,并且在步骤520设 置TX标志。如果在步骤512,接收到的数字消息不是来自占用传感器130,而是在步骤526来 自日光传感器140,则微处理器214在步骤528将包括由日光传感器140测量的总光强度 Lt-snsr的数字消息加载到TX缓冲器中,在步骤530设置通道掩码为“0100”,并且在RF消息流 程500退出之前在步骤520设置TX标志。
[0141] 参照图10B,如果在步骤532接收到的数字消息来自遥控器150A、150B之一,并且在 步骤534开启按钮152被致动,则微处理器214在步骤536具有开启命令的数字消息加载到TX 缓冲器中。如果在步骤538,接收到的数字消息来自第一遥控器150A,则微处理器214在步骤 540将TX缓冲器中的数字消息的通道掩码设置等于“1100”。微处理器214随后在步骤541设 置TX标志以指示数字镇流器控制器120当前正在发射并且RF消息流程500退出。但是,如果 在步骤538,接收到的数字消息来自第二遥控器150B,则微处理器214在步骤542将数字消息 的通道掩码设置等于“0011”,并且在RF消息流程500退出之前在步骤544设置TX标志。如果 关闭按钮154在步骤544被致动,则在步骤540、542分别设置通道掩码为“1100”或“001Γ之 前,微处理器214在步骤546将具有关闭命令的数字消息加载到TX缓冲器中,并且在步骤541 设置TX标志。
[0142] 如果在步骤548刚按下提高按钮155,则微处理器214在步骤550将具有开始提高命 令的数字消息加载到TX缓冲器中。如果在步骤552释放提高按钮155,则微处理器214在步骤 554将具有停止提高命令的数字消息加载到TX缓冲器中。如果在步骤556刚按下降低按钮 156,则微处理器214在步骤558将具有开始降低命令的数字消息加载到TX缓冲器中。如果在 步骤560释放降低按钮156,则微处理器214在步骤562将具有通知降低命令的数字消息加载 到TX缓冲器中。最后,如果在步骤564按下预设按钮158,则在微处理器在步骤540、542设置 通道掩码和在步骤541设置TX标志之前,微处理器214在步骤566将具有预设命令的数字消 息加载到TX缓冲器中,并且RF消息流程500退出。
[0143] 图11是由每个数字镇流器控制器120的微处理器214周期性执行(例如,如零交叉 检测器216在步骤610所确定,在当前半周期的零交叉处每个半周期一次)零交叉流程600的 简化流程图。微处理器214使用值总是关于时间增加的计时器来确定何时使得可控制的导 通设备210导通以生成参考边沿和数据边沿。首先,微处理器214在步骤611更新线周期时间 段Tlc (例如,通过测量每隔一个零交叉之间的时间段)。
[0144] 微处理器214使用变量m来跟踪控制热电压Voi的下一上升边沿是参考边沿(例如如 果变量m等于0)还是数据边沿(例如如果变量m等于1)。如果在步骤612在当前零交叉处变量 m等于0(即,数字镇流器控制器120在当前半周期期间应该生成参考边沿),则微处理器214 在步骤614设置计时器中断,中断时间等于计时器的当前值ti樹器加上参考边沿时间段TREF。 当计时器的值ti侧·器达到用于计时器中断的设置中断时间时,微处理器214将在计时器中断 流程700期间使得可控制导通设备210导通,这将在下面参照图12更详细地描述。如果在步 骤612变量m等于1 (即,数字镇流器控制器120在当前半周期期间应该生成数据边沿),零交 叉流程600简单地退出。
[0145] 图12是由每个数字镇流器控制器120的微处理器214执行以生成发射的数字消息 的参考和数据边沿的计时器中断流程700的简化流程图。在步骤710,当计时器的值等于所 设置的中断时间时,例如,如在零交叉流程600中所设置的,微处理器214执行计时器中断流 程700。微处理器214首先在步骤712使得可控制导通设备210导通。如果在步骤714变量m等 于0(即,在步骤712生成参考边沿),微处理器214在步骤716设置基本时间to等于计时器的 当前值(即生成参考边沿的时刻)。微处理器214随后通过在步骤718设置变量m为1并且执行 数据边沿流程800而准备在下一半周期生成数据边沿,这将在下面参照图13更详细地描述。 微处理器214在数据边沿流程800期间使用参考边沿的基本时间to以准确建立计时器中断 用于在下一半周期中生成数据边沿。
[0146] 如果在步骤720微处理器214没有到达当前前向数字消息的结束,微处理器在步骤 722确定是否存在更高优先级的消息来发射。如果微处理器214在步骤722没有更高优先级 的消息要发射并且不应该中断当前正在发射的前向数字消息,则计时器中断流程700简单 地退出。但是,如果微处理器214在步骤722应该中断当前正在发射的数字消息,在计时器中 断流程700退出之前,微处理器在步骤724将最后的数字消息清除出TX缓冲器。如果在步骤 720微处理器214已经到达当前前向数字消息的结束,微处理器在步骤726清除来自TX缓冲 器的最后的数字消息。如果在步骤728在TX缓冲器中存在更多的前向数字消息要发射,计时 器中断流程700简单地退出。但是,如果在步骤728不存在更多前向数字消息要发射,在计时 器中断流程700退出之前,微处理器214在步骤730清除TX标志。
[0147] 如果在步骤714变量m等于I (即在步骤712生成数据边沿),则微处理器214在步骤 732设置变量m为0并且计时器中断流程700退出,使得微处理器将在下一半周期期间生成参 考边沿。
[0148] 图13是在计时器中断流程700期间执行以便建立计时器中断来生成控制热电压Vch 的数据边沿的数据边沿流程800的简化流程图。如果微处理器214在步骤810当前不在发射 数字消息到数字调光镇流器110,在数据边沿流程800退出之前,微处理器在步骤812将下一 计时器中断的中断时间设置等于基本时间to (如在计时器中断流程700的步骤716所确定) 加上第一偏移时间段Tos1。微处理器214继续使得可控制导通设备210导通,如同微处理器在 继续发射比特“00”,而微处理器没有在发射数字消息到数字调光镇流器110 (即,负载控制 系统100处于空闲状态)。
[0149] 如果微处理器214在步骤810正在发射数字消息到数字调光镇流器110,微处理器 214在步骤814确定当前是否正在发射开始模式。如果当前微处理器214在步骤814正在发射 开始模式,则微处理器214在步骤816生成开始模式。例如,如果当前微处理器214正在发射 开始模式的头两个比特,微处理器214在步骤816设置下一计时器中断的中断时间等于基本 时间to加上第一偏移时间段Tos1,并且数据边沿流程800退出。如果微处理器214当前正在发 射开始模式的最后比特,微处理器214在步骤816将计时器中断设置为下一计时器中断的中 断时间等于基本时间to加上开始符号时间段1>齡,并且在数据边沿流程800退出之前在步骤 820设置变量η为1。微处理器214使用变量η来追踪TX缓冲器中的当前数字消息的哪些比特 当前正在被发射,其中,变量η的值为1表示第一比特,并且等于数字消息的比特的总数目Ndm 的值表示数字消息的最后比特。
[0150] 如果微处理器214在步骤810正在发射数字消息到数字调光镇流器110,而在步骤 814没有发射开始符号,微处理器发射数字消息的数据模式。如果在步骤822,ΤΧ缓冲器中的 数字消息的下面两个比特ΤΧ[η+1,η]等于“00”,微处理器214在步骤824设置下一计时器中 断的中断时间等于基本时间to加上第一偏移时间段Tos1。如果在步骤826,ΤΧ缓冲器中的数 字消息的下面两个比特TX [η+1,η]等于“01”,在步骤830等于“10”,或在步骤834等于“11”, 微处理器214分别在步骤828设置下一计时器中断的中断时间等于基本时间to加上第二偏 移时间段Tos2,在步骤832等于基本时间to加上第三偏移时间段Tos3,或在步骤836等于基本 时间t〇加上第四偏移时间段T〇S4。
[0151] 如果在步骤838,变量η不等于数字消息的比特的总数目Ndm减去1,微处理器214在 步骤840将变量η增加2 (因为每个线周期发射两个比特)。如果在步骤838,变量η等于数字消 息的比特的总数目Ndm减去1 (即,当前数字消息被完成),数据边沿流程800简单地退出。
[0152] 图14和15示出了由数字调光镇流器的控制电路(例如,数字调光镇流器110、300之 一的微处理器360)执行以接收由数字镇流器控制器(例如,数字镇流器控制器120、200)发 射的数字消息的示例流程图。具体地,图14是由每个数字调光镇流器110周期性(例如,每半 周期一次)执行以接收由连接的数字镇流器控制器120发射的数字消息的接收流程900的简 化流程图。具体地,当在步骤910检测到控制热电压Vhc的上升边沿(S卩,参考边沿或数据边 沿)时(即响应于由边沿检测电路380生成的边沿检测控制信号VED)执行发射流程900。微处 理器360使用接收(RX)缓冲器来存储正在被接收的数字消息的比特,使得直到微处理器处 理消息以因此控制荧光灯104为止能够存储数字消息。
[0153] 如之前所提及的,微处理器360连续地监测控制热电压VCH以通过测量每个连续半 周期中的上升边沿的时刻之间的时间段并将这些时间段存储在存储器362中来确定数字镇 流器控制器120是否已经发射包括唯一开始符号的开始模式。具体地,微处理器360在步骤 912设置上升边沿时间tE等于计时器的当前值ti侧器,随后在步骤914通过设置第一时间段T1 等于前一个第二时间段T2、设置第二时间段!^等于前一个第三时间段T3和设置第三时间段 T3等于上升边沿时间tE减去前一个上升边沿时间tE-PREV,来确定控制热电压Vch的上升边沿 之间的最后三个时间段T1、T2、T3。
[0154] 接下来,微处理器360确定控制热电压Vch的上升边沿之间的最后三个时间段T1、 T2、T3是否分别约等于时间段TQS1、TLC-TQS1以及1>齡。在步骤916,微处理器360确定第一时间 段!\是否等于在缺省容差ATos之内的第一偏移时间段Tos1,即
[0155] 是否
Figure CN108401315AD00261
[0156] 在步骤918,微处理器360确定第二时段1~2是否等于在加宽的容差ATos-W内的线周 期时段Tlc减去第一偏移时间段Tosi,即
[0157] 是否
Figure CN108401315AD00262
[0158] 在步骤920,微处理器260确定第三时段T3是否等于在缺省容差ATos内的开始符号 偏移时间段!>胎,BP
[0159] 是否
Figure CN108401315AD00263
[0160] 如果在步骤916、918、920没有接收到开始模式,微处理器360在步骤922将前一个 上升边沿时间tE-PREV设置等于当前上升边沿时间tE。如果微处理器360在步骤924当前没有 接收数字消息,接收流程900退出。如果微处理器360在步骤918、920、922接收到开始模式, 微处理器通过在步骤926清空RX缓冲器,并且在接收流程900退出之前在步骤928设置变量X 为0,来准备接收数字消息的数据模式。微处理器360使用变量X来追踪下一接收边沿将是参 考边沿(即,如果变量X等于0)还是数据边沿(即,如果变量X等于1)。因此,微处理器360在步 骤928设置变量X等于0之后在下一半周期期间将期望参考边沿。
[0161] 如果在步骤924微处理器360当前正接收数字消息并且在步骤930变量X等于0,微 处理器360确定在步骤910刚接收的上升边沿是数据模式的参考边沿。具体地,微处理器360 在步骤932设置参考边沿时间tREF-E等于上升边沿时间tE (来自步骤912)并且在接收流程900 退出之前在步骤934设置变量X等于1。如果在步骤912微处理器360当前正接收数字消息并 且在步骤930变量X不等于0,微处理器360确定在步骤910刚接收的上升边沿是数据模式的 数据边沿。微处理器360在步骤936设置测量偏移时间Tm-os等于上升边沿时间tE减去参考边 沿时间Tref-e,BP
[0162]
Figure CN108401315AD00264
[0163] 微处理器360随后执行接收数据流程1000以确定在步骤938计算的测量偏移时间 Tm-os中编码的数据的比特,并且接收流程900退出。
[0164] 图15是由微处理器360执行以确定在来自接收流程900的测量偏移时间段Tm-qs中 编码的数据的比特的接收数据流程1000的简化流程图。微处理器360使用变量y来追踪数字 消息的哪些比特当前正在被接收,其中变量y的值为1表示第一比特,并且值等于数字消息 的比特的总数目Ndm表示数字消息的最后比特。微处理器360首先确定测量的偏移时间段 Tm-OS是否等于在缺省容差A TciS内的偏移时间段T〇Sl、Tc)S2、Tc)S3、Tc)S4之一。具体地,如果在步骤 1010,测量的偏移时间段Tm-qs约等于第一偏移时间Tosi,即
[0165] 如果
Figure CN108401315AD00271
[0166] 则微处理器360在步骤1012设置RX缓冲器中的数字消息的下面两个比特RX[y+l, y]等于“00”。类似地,如果在步骤1014,测量的偏移时间段Tm-os约等于第二偏移时间Tos2,在 步骤1018,测量的偏移时间段Tm-Cis约等于第三偏移时间Tos3,或者在步骤1022,测量的偏移 时间段Tm-os约等于第四偏移时间TQS4,微处理器360分别在步骤1016设置RX缓冲器中的数字 消息的下面两个比特RX [y+l,y]等于“01”,在步骤1020等于为“10”,或者在步骤1024等于为 “11”。
[0167] 如果在步骤1026,变量y不等于数字消息的比特的总数目Ndm减去1,微处理器360在 步骤1028将变量y增加2并且接收数据流程1000退出。如果在步骤1026,变量y等于数字消息 的比特的总数目Ndm减去1 (即,当前正在接收的数字消息完成),微处理器360在步骤1030设 置变量y为1并且在步骤1032设置消息接收(MSG-RX)标志,使得微处理器将在接收数据流程 1000退出之后处理接收到的数字消息。此外,微处理器360将又一次开始连续监测控制热电 压Vch以确定数字镇流器控制器是否已经发射开始符号。
[0168] 图16是由数字镇流器控制器(例如,图1中所示的负载控制系统100的数字镇流器 控制器120)生成的控制热电压Vch的可替换示例时序图。如图16中所示,每个数据模式具有 一个具有参考边沿的半周期和Ndp个后续的具有数据边沿的半周期。例如,如图16中所示,每 个参考边沿可能存在两个数据边沿。数字镇流器控制器120可操作用于在第一个半周期期 间生成参考边沿,然后在接下来的两个半周期的每个中生成数据边沿。因此,数字镇流器控 制器120可操作用于每三个半周期(S卩,每1.5个线周期)发射四个比特的数据。由第二半周 期中的数据边沿表示的数据的值取决于第一半周期中数据边沿和参考边沿之间的偏移时 间Tos。由第三半周期中的数据边沿表示的数据的值取决于第三半周期中的数据边沿和第二 半周期中作为从第一半周期中参考边沿的第一偏移时间段T Cl S1的时间之间的偏移时间T 0 S。 换句话说,由第三半周期中的数据边沿表示的数据的值取决于第三半周期中的数据边沿和 第一半周期中的参考边沿之间的偏移时间Tos减去第一偏移时间段Tosi。
[0169] 图17是示出用于开始由数字镇流器控制器(例如,图1中所示的负载控制系统100 的数字镇流器控制器120)发射的数字消息的开始模式的控制热电压Voi的可替换示例时序 图。数字镇流器控制器120可操作用于通过在第一半周期期间生成参考边沿,使得可控制导 通设备210在随后的第二半周期中在从第一半周期中的参考边沿的第一偏移时段Tos1导通 (即发射比特“〇〇”),然后使得可控制导通设备在前一个半周期中的激发时刻之后的开始符 号时间段1>齡之后导通,而发射开始模式。开始符号时间段Ί>齡是从用于发射数据到数字调 光镇流器110的偏移时间段TQS1-TQS4中唯一的并且比偏移时间段TQS1-TQS4长,(即,约为8 · 73 毫秒)。如图17中所示,在发射开始模式之后,数字镇流器控制器120可操作用于通过在下一 半周期中生成参考边沿并且在随后的半周期中生成数据边沿而立即开始在下一线周期中 发射数据。
[0170] 图18是由数字镇流器控制器的控制电路(例如,数字镇流器控制器120、200的微处 理器214)执行以发射对于每个参考边沿具有两个数据边沿的数字消息(例如,如图16中所 示)的计时器中断流程1100的示例流程图。当计时器的值等于设置中断时间时,由微处理器 214执行计时器中断流程1100,并且非常类似于图12中所示的计时器中断流程700。但是,当 在步骤714变量m不等于O时以及在步骤1110不等于每个数据模式中的数据边沿的数目Ndp (例如,两个)时,在将变量m在步骤1114增加1并且执行数据边沿流程(例如,图13中所示的 数据边沿流程800)之前,微处理器214在步骤1112设置基本时间to等于来自前一个半周期 的基本时间to加上第一偏移时间段Tos1。在数据边沿流程800期间,如果微处理器214当前正 在发射开始模式的第一比特,微处理器214在步骤816将下一计时器中断的中断时间设置等 于基本时间to加上第一偏移时间段Tos1,并且,如果微处理器214当前正在发射开始模式的 最后比特,微处理器214在步骤816设置计时器中断使得下一计时器中断的中断时间等于基 本时间to加上开始符号时间段1>齡。参照回图18,如果在步骤714变量m不等于0,而是在步骤 1110等于每个数据模式中数据边沿的数目Ndp,微处理器214在步骤720设置变量m为0,并且 计时器中断流程1100退出。
[0171] 图19是由数字调光镇流器的控制电路(例如,图1中所示的负载控制系统100的数 字调光镇流器110之一的微处理器360)执行以接收每个参考边沿具有两个数据边沿的数字 消息(例如,如图16中所示)的接收流程1200的示例流程图。微处理器360周期性(例如每半 周期一次)执行接收流程1200以从数字镇流器控制器(例如,图1中所示的数字镇流器控制 器120)接收数字消息。接收流程1200非常类似于图14中所示的接收流程900。但是,在图19 中所示的接收流程1200中,通过确定在两个连续半周期中的上升边沿之间的时间段1~2等 于第一偏移时间段Tosi和开始符号时间段T飛6,微处理器360确定开始模式已经被接收。具体 地,微处理器360在步骤1210设置第一时间段1\等于前一个第二时间段!^并且设置第二时间 段!^等于上升边沿时间tE减去之前的上升边沿时间tE-PREV,并且如果在步骤1212第一时段1^ 等于在缺省容差A Tos之内的第一偏移时间段Tos1,并且在步骤1214第二时间段1~2等于在缺 省容差ATos之内的开始符号时间段1>胎,确定开始模式已经被接收。
[0172] 此外,在执行接收数据流程1000以确定在测量偏移时间Tm-qs中编码的数据的比特 之前,微处理器360在步骤1216根据变量X来计算测量偏移时间TM-cisdP
[0173]
Figure CN108401315AD00281
[0174] 如果在步骤1218变量X不等于每个数据模式中的数据边沿的数目Ndp,微处理器360 在步骤1220将变量X递增1并且接收流程1200退出。如果在步骤1218变量X等于每个数据模 式中的数据边沿的数目Ndp,微处理器360在步骤1222设置变量X为0并且接收流程1200退出。
[0175] 可替换地,如果每个数据模式中的数据边沿的数目Ndp大于2,使用图18的计时器中 断流程1100和图19的接收流程1200,数字镇流器控制器120可以发射并且数字镇流器110可 以接收每参考边沿两个以上的数据边沿。
[0176] 如之前所提及的,在一些改进应用中,耦合到AC电源102的中性侧的中性线在数字 镇流器控制器120的壁箱中可能不可用。图20是包括双线遥控设备例如不需要到AC电源的 中性侧的连接的双线数字镇流器控制器1320的负载控制系统1300的简化框图。数字镇流器 控制器1320适合于在没有到AC电源的中性侧的连接的情况下,以串联电连接被耦合在AC电 源1302和双线数字调光镇流器1310(可以与图1和3B中所示的数字调光镇流器110、300相 同)之间。数字镇流器控制器1320可操作用于响应于由无线控制设备例如无线占用传感器 1330、无线日光传感器1340和电池供电的遥控器1350 (可以与图1中所示的负载控制系统 100的无线占用传感器130、无线日光传感器140和电池供电的遥控器150相同)的RF信号 1306而发射数字消息到数字调光镇流器1310。
[0177] 负载控制系统1300进一步包括与双线数字调光镇流器1310并联耦合的有源负载 电路1390,用于为数字镇流器控制器1320的电源1420 (图21)的待导通的充电电流提供路 径,这在下面被更详细地描述。例如,有源负载电路1390可以被容纳在外壳中并且连线到在 具有负载控制系统1300的镇流器1310之一的照明器材之一中的电路布线。此外,有源负载 电路1390可以作为改进装备(例如,图5中所示的改进装备180)的一部分被包括。可替换地, 有源负载电路1390可以被包括在负载控制系统1300的每个镇流器1310中,例如耦合在控制 热端子CH和中性端子N之间。
[0178] 图21是数字镇流器控制器1400和有源负载电路1490 (例如,分别是图20的负载控 制系统1300的数字镇流器控制器1320和有源负载电路1390)的简化框图。使用上面参照图 1-19讨论的任何通信技术,数字镇流器控制器1400能够发射数字消息到数字调光镇流器。 数字镇流器控制器1400进一步包括零交叉检测器1416,零交叉检测器1416与可控制导通设 备1410并联耦合,用于确定AC电压1302的零交叉。此外,电源1420也与可控制导通设备1410 并联耦合并且可操作用于导通充电电流Ichrg以生成DC电源电压VCC,用于为微处理器1414、 存储器1418和数字镇流器控制器1400的其它低电压电路供电。当可控制导通设备1410在AC 电源1402的每个半周期的开始处不导通时,电源1420可操作用于充电。
[0179] 当可控制导通设备1410不导通时,电源1420与镇流器1310跨AC电源1402串联耦 合,使得AC电源1402的AC电源电压在电源和镇流器之间拆分,跨镇流器的控制热电压Vch的 幅值取决于镇流器和电源的相对阻抗。重要的是在可控制导通设备1410不导通期间将跨镇 流器1310的控制热电压Vch的幅值保持远低于镇流器的边沿检测电路(例如边沿检测电路 380)的上升阈值VTH-R。为了满足这个需求,在可控制导通设备1410不导通期间,数字镇流器 控制器1320的控制热端子CH和AC电源1402的中性端之间(S卩,跨镇流器1310)的阻抗必须低 于数字镇流器控制器1320的热端子H和控制热端子CH之间的阻抗。因此,图21中所示的双线 数字镇流器控制器1320包括与电源1420串联电连接的电流限制电路1430以将充电电流 Ichrc的幅值限制为等于或小于第一电流限制Ibsm1。第一电流限制1職也的值取决于电源1420 的电流要求并且被选择为使得电源能够在每个半周期可控制导通设备1410不导通期间完 全重新充电。
[0180] 当在每个半周期可控制导通设备1410不导通时,有源负载电路1490导通有源负载 电流Ial,有源负载电流Ial具有的幅值约等于数字镇流器控制器1320的电源1420的充电电 流Ichrg的幅值。有源负载电路1490包括电流限制电路1492,电流限制电路1492操作以确保 将有源负载电流Ial的幅值维持等于或小于第二电流限制IR8M2,第二电流限制IKN2被选择为 大于数字镇流器控制器1320的第一电流限制1赚。例如,第二电流限制1_的幅值可以是第 一电流限制I»ji的幅值的1.2倍。只要第一电流限制Imu1的幅值低于第二电流限制I»j2的幅 值,在每个半周期可控制导通设备1410不导通期间,跨镇流器1310 (S卩,跨有源负载电路 1490)的控制热电压Vch的幅值将约为0伏。
[0181] 当可控制导通设备1410变为导通时,可用电流将比第二电流限制1限$肪大得多,因 此跨镇流器1310的控制热电压Vch的幅值将能够增加直到AC电源1402的AC电源电压的幅值。 为了防止不必要的电力耗散,有源负载电路1490包括电压阈值电路1494,电压阈值电路 1494与电流限制电路1492并联耦合并且操作用于在跨有源负载电路1490的控制热电压Vch 的幅值超过有源负载禁用阈值Vth-A^ (例如约30伏)时禁用电流限制电路。电压阈值电路 1494具有时间延迟,需要在重新启用电流限制电路1492之前,跨有源负载电路1490的控制 热电压Vch的幅值低于有源负载禁用阈值Vth-ald—段时间,例如约400微秒。当控制热Vch的幅 值接近〇伏时,该时间延迟显著降低了每个线半周期的结束附近有源负载电路1490所消耗 的电流量。
[0182] 图22是包括直接连接到一个或更多个输入设备诸如占用传感器1530和日光传感 器1540的数字调光镇流器1510的照明控制系统1500的简化框图。占用传感器1530和日光传 感器1540可以被安装到其中安装数字调光镇流器1510的照明器材,并且可以作为包括数字 调光镇流器1510的改进装备的一部分被包括。数字调光镇流器1510适于作为“迷你系统”操 作以响应于占用传感器1530和日光传感器1540而控制连接的灯1504的强度。适于直接连接 到诸如传感器的一个或更多个输入设备的调光镇流器在之前引用的美国专利No. 7,619, 539中被更详细描述。
[0183] 数字调光镇流器1510还可操作用于响应于由数字镇流器控制器1520经由控制热 电压Voi所发射的“广播”命令而控制连接的灯1504的强度。数字镇流器控制器1520可操作用 于响应于由负载控制系统1500的广播控制器1560 (即中央控制器)所发射的RF信号106而发 射广播命令到数字调光镇流器1510。广播控制器1560经由网络通信链路1564(例如以太网 链路)被连接到网络1562 (例如,局域网或互联网),用于接收广播命令以发射到数字调光镇 流器1510。广播命令可以包括例如时钟命令、卸负载命令、或需求响应命令中的至少一个。 数字镇流器控制器1520可操作用于将信息诸如受控负载的状态和能量消耗发射回到广播 控制器1560,广播控制器1560可以与在网络1562上耦合的其它控制设备共享信息。广播控 制器1560在共同转让的、2012年12月21日提交的题为“LOAD⑶NTROL SYSTEM HAVING INDEPENDENTLY-CONTROLLED UNITS RESPONSIVE TO A BROADCAST CONTROLLER” 的美国专 利申请No. 13/725,105中被更详细地描述,其全部公开内容通过引用被并入本文。
[0184] 数字镇流器控制器1520还可操作用于响应于由无线控制设备例如无线占用传感 器1530、无线日光传感器1540和电池供电的遥控器1550 (可以与图1中所示的负载控制系统 100的无线占用传感器130、无线日光传感器140和电池供电的遥控器150相同)所发射的RF 信号1506而发射数字消息到数字调光镇流器1510。此外,数字镇流器控制器1520可以被直 接连接到一个或更多个输入设备,诸如占用传感器1530和日光传感器1540。
[0185] 图23是具有数字LED控制器1620和多个双线LED驱动器1610用于控制各个LED光源 1604 (S卩LED光引擎)的强度的负载控制系统1600的简单布线图。数字LED控制器1620可以与 图1和3A中所示的数字镇流器控制器120、200相同,并且可能能够使用上述的通信技术发射 数字消息到LED驱动器1610。例如,数字LED控制器1620可以发射包括开启和关闭LED光源 1604的命令的数字消息以控制每个LED光源的强度,并且调节每个LED光源的色彩温度(即 色彩)。此外,数字LED控制器1620可能如图22中所示具有到AC电源1602的中性侧的连接,或 者可能可替换地是双线设备(例如,图21中所示的数字镇流器控制器1320)。数字LED控制器 1620还可操作用于响应于由无线控制设备例如无线占用传感器1630、无线日光传感器1640 和电池供电的遥控器1650 (可能与图1中所示的负载控制系统100中的无线占用传感器130、 无线日光传感器140和电池供电的遥控器150相同)发射的RF信号1606来发射数字消息到 LED驱动器1610。LED驱动器的示例在共同待审、共同转让的2010年6月11日提交的题为 “LOAD CONTROL DEVICE FOR A LIGHT-EMITTING DIODE LIGHT SOURCE” 的美国专利申请 No. 12/813,908中被更详细地描述,其全部公开内容通过引用被并入本文。可替换地,数字 调光镇流器110、300和1^0驱动器1610都可以被耦合到单个数字镇流器控制器120、200、 1620,使得数字镇流器控制器能够控制单个负载控制系统中的多个负载类型。
[0186] 如本文所述的数字镇流器控制器120、200、1320、1400和LED控制器1620生成控制 热电压VCH,使得控制热电压类似前向相位控制电压,即,数字镇流器控制器的可控制导通设 备在每个半周期的激发时刻呈现导通并且在控制热电压的时序边沿(即上升边沿)之间的 时间段中编码数据。可替换地,数字镇流器控制器120、200、1320、1400和LED控制器1620可 以使得可控制导通设备在每个半周期的一些时间不导通,使得控制热电压Vch类似反向相位 控制电压并且在控制热电压的时序边沿(即下降边沿)之间的时间段中编码数据。此外,控 制热电压Vch可以包括中心相位控制电压,中心相位控制电压既具有朝向半周期的开始的上 升边沿又具有朝向半周期的结束的下降边沿。当控制热电压Vch是反向相位控制电压或中心 相位控制电压时,可控制导通设备可以被实现为例如反串联连接中的两个FET。
[0187] 图24是具有可包括例如双线负载控制设备诸如双线数字调光镇流器1710用于控 制各个荧光灯1704和双线输入设备诸如双线线电压占用传感器1770的多个双线电力设备 的双向负载控制系统1700的简单布线图。此外,负载控制系统1700的电力设备可以包括额 外类型的双线负载控制设备,诸如发光二极管(LED)驱动器,用于驱动LED光源;旋入灯具, 具有完整的光源和负载控制电路;调光电路,用于控制照明负载的强度;接口设备(例如,可 操作用于接收控制热电压信号Vch并且因此例如通过提供0-10V信号来控制电力设备的设 备)、电子开关、可控制电路断路器、或者其它开关设备,用于开启和关闭电负载或电器;插 入负载控制设备、可控制电插座、或者可控制馈电条,用于控制插入电负载(诸如咖啡壶和 空间加热器);电机控制单元,用于控制电机负载,诸如天花板吊扇或排风扇;驱动单元,用 于控制机动化窗上用品或投影屏幕;机动化内部或外部百叶窗;恒温器,用于加热和/或冷 却系统;温度控制设备,用于控制加热、通风、空调系统;空调器;压缩机;电基板加热器控制 器;可控制减震器;湿度控制单元;除湿机;热水器;池水栗;冰箱;冷冻机;电视或计算机监 视器;电源;音频系统和放大器;发电机;电气充电器,诸如电动车辆充电器;以及可替换能 量控制器(例如,太阳能、风能或热能控制器)。进一步,负载控制系统1700的电力设备可以 包括额外类型的双线输入设备,诸如空置传感器、日光传感器、温度传感器、湿度传感器、压 力传感器、安全传感器、接近度传感器、烟雾检测器、一氧化碳检测器、墙壁安装的小键盘、 遥控小键盘、密钥卡、蜂窝电话、智能电话、平板、个人数字助理(PDA)、个人计算机、时钟、视 听控制器、安全设备(诸如防火、防水、医疗急救设备)、电力监测设备(诸如电表、能量表、公 用设施子表、和公用设施速率表)、一个或更多个分割开关、中央控制发射机、或者任何住 宅、商业或工业控制器。
[0188] 数字电力设备控制器1720 (S卩,遥控设备)适于经由电路布线1714以串联电连接被 耦合在AC电源1702和电力设备(即数字调光镇流器1710和线电压占用传感器1770)的并联 组合之间。数字电力设备控制器1720可以是能够替代标准机械开关的壁箱设备。如图24中 所示,电力设备控制器1720不需要到AC电源1702的中性侧的连接。数字电力设备控制器 1720能够与数字调光镇流器1710通信以响应于开启按钮1722的致动而使得荧光灯1704开 启并且响应于关闭按钮1724的致动而使得荧光灯关闭。数字电力设备控制器1720还能够响 应于提高按钮1726的致动而使得数字调光镇流器1710提高荧光灯1704的强度(例如,递增) 并且响应于降低按钮1728的致动而使得数字调光镇流器降低荧光灯的强度。如图2B中所 示,可替换地,数字镇流器控制器1720可以包括不同用户界面和形状因子。
[0189] 数字电力设备控制器1720可以被配置为使得数字调光镇流器1710将荧光灯1704 的强度控制到预先确定的强度水平(例如,预设的水平、紧急事件水平等等)。数字电力设备 控制器1720可以被配置为使得数字调光镇流器1710使荧光灯1704的强度“渐弱”(例如,在 预先确定的时间段上或者以预先确定的渐弱速率缓慢调节强度)。例如,数字调光镇流器 1710可以被配置为使得荧光灯1704的强度在预先确定数目的半周期上渐弱,并且可以根据 多个半周期来追踪渐弱时间。
[0190] 图24的电力设备可操作用于通过数字电力设备控制器1720经由电路布线1714上 的相位控制电压(例如,提供双向通信)来发射和接收数字消息,这将在下面被更详细地描 述。数字电力设备控制器1720还响应于经由RF信号1706从例如占用传感器1730、日光传感 器1740和电池供电的遥控器1750 (可以以与图1中所示的占用传感器130、日光传感器140和 电池供电的遥控器150相似的方式操作)的无线输入设备接收到的数字消息。数字电力设备 控制器1720还可以直接被连接到一个或更多个输入设备(诸如图22中所示的占用传感器 1530和日光传感器1540)。此外,数字电力控制器1720可以操作用于发射RF信号1706到其它 数字电力设备控制器。负载控制系统1700在不需要任何额外的布线的情况下能够提供具有 双向数字通信链路的负载控制系统的所有优点。这意味着,负载控制系统1700在编程和正 常操作期间表现得与现有技术数字负载控制系统相同,但大大更易于安装。
[0191] 数字电力设备控制器1720生成跨电力设备耦合并且由电力设备接收的控制热电 压Vch (即相位控制电压)。控制器下降电压Vcd跨数字电力设备控制器1720被生成并且是AC 干线电压和控制热电压Vch之差。数字电力设备控制器1720可操作用于通过在控制热电压 Vch的时序边沿的激发时刻中编码数字信息(如上参照图1-23所述)而发射“前向”数字消息 到电力设备。为了允许双向通信,电力设备可操作用于通过跨数字电力设备控制器产生的 控制器下降电压Vcd中编码数字信息(如下面更详细描述的)而发射“反向”数字消息到数字 电力设备控制器1720。特别地,电力设备可操作用于响应于从数字电力设备控制器接收到 前向数字消息而发射反向数字消息到数字电力设备控制器1720。此外,在接收到前向数字 消息之后,电力设备可操作用于发射确认到数字电力设备控制器1720,使得数字电力设备 控制器可操作用于确定是否所有电力设备都已经成功地接收到数字消息。如这里所使用 的,“前向”通信指的是从数字电力设备控制器1720发射的数字消息而“反向”通信指的是从 电力设备(例如双线数字调光镇流器1710和双线线电压占用传感器1770)发射的数字消息。 前向通信非常类似于以上关于图1-23所述的通信技术。
[0192] 每个电力设备可以具有例如在电力设备的制造过程期间存储在存储器中的序列 号(例如,24比特唯一的号码)。在双向负载控制系统1700的调试流程期间,数字电力设备控 制器1720可以被置于寻址模式(例如,响应于开启按钮1722、关闭按钮1724、提高按钮1726、 降低按钮1728中的一个或更多个的致动)。在寻址模式中,数字电力设备控制器1720可操作 用于将唯一标识符(例如链路或短地址)指派给耦合到数字电力设备控制器的每个电力设 备。链路地址可以小于序列号(例如6比特),使得可存在最多64个耦合到数字电力设备控制 器1720的电力设备。数字电力设备控制器1720可以使用链路地址来直接向特定电力设备发 射前向数字消息。此外,数字电力设备控制器1720可以操作用于发射广播消息到所有电力 设备(例如数字调光镇流器1710和线电压占用传感器1770)或者到电力设备的子集(例如一 组)。
[0193] 由于电力设备每个都在寻址模式期间被指派了链路地址,电力设备不需要DIP开 关、旋转编码器、跳转器或其它硬件装置来设置地址(或者控制信道)。因此,因为图24的数 字调光镇流器1710不具有需要在镇流器的安装期间被物理调节的DIP开关(或其它结构), 镇流器可以就像现有技术非调光镇流器那样安装(尤其当镇流器被包括在具有可调光灯插 座的改进装备中时)。因此,负载控制系统1700可以在不访问(即进行物理接触)可能被远距 离地放置并且不易于访问的电力设备(或由负载控制设备所控制的电负载)的情况下,在调 试流程期间被配置。此外,负载控制系统1700可以在不访问电力设备或电负载的情况下在 调试之后被重新配置以提供系统的不同功能。
[0194] 因为电力设备每个都被指派了链路地址,数字电力设备控制器1720可操作用于指 派电力设备到一个或更多个区域(即组),然后发射前向数字消息以仅控制一个区域中的电 力设备。例如,数字电力设备控制器1720可以指派所有数字调光镇流器1710到相同区域,使 得所有数字调光镇流器1710将响应于占用传感器1730、1770和遥控器1750。可替换地,一些 数字调光镇流器1710可以被指派到响应于日光传感器1740的第一区域,而另外的数字调光 镇流器可以被指派到不响应日光传感器的第二区域。指派数字调光镇流器到组的方法在共 同转让的、2004年 11 月4日公开的题为“DIGITAL ADDRESSABLE ELECTRONIC BALLAST AND ⑶NTROL UNIT”的美国专利申请公开No. 2004/0217718以及2008年6月24日授权的题为 “HANDHELD PROGRAMMER FOR LIGHTING CONTROL SYSTEM”的美国专利Νο·7,391,297中被更 详细地描述,其全部公开内容通过引用被并入本文。在被指派链路地址之前,每个电力设备 可以操作用于作为单个组开箱即工作。具体地,电力设备可以操作用于响应于预先确定的 缺省组,例如,响应于占用传感器1730、1770以及遥控器1750,但不响应于日光传感器1740。
[0195] 在调试流程期间,数字电力设备控制器1720可以被置于分组模式(例如响应于开 启按钮1722、关闭按钮1724、提高按钮1726、降低按钮1728中的一个或更多个的致动)。用户 可以随后致动输入设备之一(例如占用传感器1730、1770、日光传感器1740和遥控器1750之 一)上的致动器以创建响应于该输入设备的区域。数字电力设备控制器1720随后可以使得 数字调光镇流器1710之一闪动相应的灯1704。用户可以致动输入设备上的致动器以向区域 指派闪动灯的数字调光镇流器1710或者使得另一数字调光镇流器闪动相应的灯。用户可以 单步调试每个数字调光镇流器1710,并向区域指派适当镇流器直到所有期望的灯1704都被 指派到区域。
[0196] 因为电力设备能够响应于接收前向数字消息而发射反向数字消息,数字电力设备 控制器1720可以从电力设备接收反馈信息。例如,每个数字调光镇流器1710可以响应于具 有对灯状态信息的查询的前向数字消息而将关于灯状态信息(诸如对缺失或故障灯的指 示)的信息发射到数字电力设备控制器1720。确定荧光灯是否缺失或故障的方法在共同转 让的、2006 年 11 月2 日公开的题为“ELECTRONIC BALLAST HAVING MISSING LAMP DETECTION”的美国专利申请公开No. 2006/0244395和2012年2月23日公开的题为“METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING OPERATING CHARACTERISTICS IN A LOAD ⑶NTROL DEVICE”的美国专利申请公开No. 2012/0043900中被更详细地描述,其全部公开内容通过引 用被并入本文。
[0197] 此外,线电压占用传感器1770可以可操作用于响应于具有关于由占用传感器检测 到的占用和空置状况的信息的询问的前向数字消息而发射这样的信息。数字电力设备控制 器1720可以可操作用于将从数字调光镇流器1710和线电压占用传感器1770接收到的反馈 信息发射到外部设备,诸如在图22中所示的广播控制器1560,外部设备可以与在网络1562 上耦合的其它控制设备共享信息。
[0198] 如之前提及的,电力设备可以是双线负载控制设备和双线输入设备。双线负载控 制设备可操作用于响应于从数字电力设备控制器1720接收到的前向数字消息而控制各个 电负载。例如,数字调光镇流器1710可操作用于响应于从数字电力设备控制器1720接收到 的前向数字消息而调节灯1704的强度。数字电力设备控制器1720可操作用于发射前向数字 消息到所有电力设备(例如广播消息),到电力设备(例如,双线负载控制设备)的子集(例如 组),或者到单独的电力设备。
[0199] 每个双线输入设备可操作用于响应于接收到的输入而发射反向数字消息到数字 电力设备控制器1720和其它的电力设备。双线输入设备可以操作用于响应于从数字电力设 备控制器1720接收到前向数字消息(例如查询消息)而发射每个反向数字消息。例如,双线 线电压占用传感器1770可以操作用于响应于在空间中检测到占用或空置状况并且从数字 电力设备控制器接收到查询消息而将包括占用或空置信息的反向数字消息发射到数字电 力设备控制器1720。数字电力设备控制器1720可以随后响应于从线电压占用传感器1770接 收到的占用或空置信息而发射前向数字消息到数字调光镇流器1710从而控制灯1704的强 度。可替换地,每个数字调光镇流器1710可以操作用于直接从线电压占用传感器1770接收 包括占用和空置信息的反向数字消息并且响应于占用和空置信息而自动控制各个灯1704 的强度。双线输入设备可以操作用于直接向一个或更多个其它电力设备发射反向数字消 息。由于双线负载控制设备和双线输入设备都被耦合到电路布线1714,这些电力设备可以 被容易地安装到相同位置。例如,双线线电压占用传感器1770可以被容易地集成到其中安 装数字调光镇流器1710之一的照明器材中。此外,包括双线数字调光镇流器1710之一的改 进装备还可以包括双线线电压占用传感器1770。
[0200] 可替换地,镇流器1710可以包括数字开关镇流器,数字开关镇流器响应于由数字 镇流器控制器1720发射的数字消息,但只响应于开启和关闭各个灯的命令。此外,镇流器 1710还可以可替换地包括数字双水平开关镇流器,数字双水平开关镇流器能够单独控制 (例如关闭和开启)多个灯(例如,每个镇流器控制两个或三个灯)以提供几个离散调光水平 (例如,如上参照图1所述)。进一步,镇流器1710可以可替换地包括紧急情况镇流器。此外, 负载控制系统1700可以包括双线数字LED驱动器,用于控制各个LED光源而不是数字调光镇 流器1710。
[0201] 负载控制系统1700可以包括耦合到单个数字电力设备控制器1720的多个类型的 双线负载控制设备。例如,耦合到数字电力设备控制器1720的电力设备可以包括至少一个 双线数字调光镇流器和至少一个双线数字LED驱动器。
[0202] 因为电力设备可操作用于发射确认到数字电力设备控制器1720,数字电力设备控 制器可操作用于发射操作设置的新值到电力设备并且接收新值被电力设备接收的确认。例 如,数字电力设备控制器1720可以操作用于将低端强度Ue、高端强度Lhe、镇流器因子或要 求响应设置的新值发射到数字调光镇流器1710。而且数字电力设备控制器1720可以操作用 于将操作设置(诸如超时时段、灵敏度等等)的新值发射到占用传感器1770。数字电力设备 控制器1720可以在存储器中维护电力设备的当前操作设置的记录。数字电力设备控制器 1720还可以操作用于下载新固件到电力设备。这允许负载控制系统适合于新类型的电力设 备并且在安装之后改变电力设备的功能。
[0203] 数字电力设备控制器1720可操作用于自动识别缺失的电力设备和已经耦合到数 字电力设备控制器的新的电力设备。由于数字电力设备控制器1720能够在存储器中追踪电 力设备的当前操作设置,缺失或故障的电力设备可以被容易地替换并且在负载控制系统 1700中被重新编程。例如,如果数字调光镇流器1710之一已经故障并且安装了新的镇流器, 数字电力设备控制器1720能够确定哪个数字调光镇流器缺失。数字电力设备控制器1720随 后能够给新镇流器指派链路地址并且随后将故障的镇流器的操作设置发射到新的镇流器。 替换照明控制系统中的数字调光镇流器的方法在共同转让的、2009年11月5日公开的题为 "METHOD OF AUTOMATICALLY PROGRAMMING A NEW BALLAST ON A DIGITAL BALLAST COMMUNICATION LINK”的美国专利申请公开No. 2009/0273433; 2010年9月23日公开的题为 “METHOD OF SEMI-AUTOMATIC BALLAST REPLACEMENT”的美国专利申请公开No.2010/ 0241255;以及2011 年5 月19 日公开的题为“METHOD FOR REPLACING A LOAD CONTROL DEVICE OF A LOAD CONTROL SYSTEM”的美国专利申请公开No.20110115293中被更详细地 描述;其全部内容通过引用被并入本文。
[0204] 数字电力设备控制器17 20还可以被配置为指派电路地址到经由电路布线1714连 接到数字电力设备控制器1720的每个电力设备。例如,电路布线1714上的电力设备可以都 在存储器中保存完全相同的电路地址。数字电力设备控制器1720可以在数字电力设备控制 器发射链路地址到电力设备(在调试流程期间)的相同时间发射电路地址到每个电力设备。 数字电力设备控制器1720被配置为周期性发射出包括电路地址的广播消息。如果具有电路 地址的电力设备曾经从连接到数字电力设备控制器1720的电路布线1714断开并随后连接 到另一不同数字电力设备控制器,电力设备将接收包括不同电路地址的广播消息并且将在 接收到包括不同电路地址的广播消息预先确定的次数之后重置其电路地址、链路地址和其 它配置信息。电力设备可以随后从不同数字电力设备控制器获得电路地址和新的链路地 址。
[0205] 图25是能够将前向数字消息发射到一个或更多个电力设备(例如图24的负载控制 系统1700的电力设备)以及从一个或更多个电力设备接收反向数字消息的示例数字电力设 备控制器1820 (例如数字电力设备控制器1720)的简化框图。数字电力设备控制器1820包括 适于耦合到AC电源1702的热端子H和适于耦合到电力设备的控制热端子CH。数字电力设备 控制器1820可以可替换地包括中性端子,中性端子适于耦合到AC电源1702的中性侧(如同 图1中所示的数字镇流器控制器120)。
[0206] 数字电力设备控制器1820包括可控制导通设备,例如如图25中所示的三端双向可 控硅开关元件1810,可控制导通设备适于以串联电连接耦合在AC电源1702和电力设备之间 用于生成控制热电压VCH。三端双向可控硅开关元件1810可操作用于导通耦合到数字电力设 备控制器1820的所有电力设备的负载电流I孅。由于三端双向可控硅开关元件1810耦合在 AC电源1702和电力设备之间,控制热电压Vch可以只存在于数字电力设备控制器1820和电力 设备(即,数字电力设备控制器操作用于“吞下”前向和反向数据消息)之间的电路布线1714 上。因此,控制热电压Vch不干扰可以耦合到AC电源1702的其它控制设备
[0207] 数字电力设备控制器1820进一步包括微处理器1814,微处理器1814生成驱动电压 Vdr,用于使得三端双向可控硅开关元件1810导通从而在控制热端子CH生成控制热电压VCH。 微处理器1814可以可替换地包括例如微控制器、可编程逻辑器件(PLD)、专用集成电路 (ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何合适的处理设备、控制器或控制电路。微处理器 1814从零交叉检测器1816(可以与图3A中所示的数字镇流器控制器200的零交叉检测器216 相同)和一个或更多个致动器1818 (例如,图24中所示的数字电力设备控制器1720的开启按 钮1722、关闭按钮1724、提高按钮1726、降低按钮1728)接收输入。微处理器1814还可以耦合 到无线通信电路,例如RF收发信机1822,无线通信电路耦合到天线1824用于发射和接收RF 信号1706。可替换地,无线通信电路可以包括用于发射RF信号的RF发射机、用于接收RF信号 的RF接收机或者用于接收IR信号的红外(IR)接收机。微处理器1814可以进一步耦合到视觉 显示器1826 (视觉显示器1826可以包括例如图1中所示的数字镇流器控制器120的状态指示 器128)。微处理器1814还可以在存储器(未示出)中存储操作特性和信息,存储器可以是外 部IC或微处理器的内部电路。
[0208] 数字电力设备控制器1820包括具有跨三端双向可控硅开关元件1810与电阻器 R1842串联耦合的AC端子的全波整流器桥1840。数字电力设备控制器1820还包括跨整流器 桥1840的DC端子耦合的栅极耦合电路1850。栅极耦合电路1850包括压控可控制导通设备, 诸如MOS栅晶体管,例如FET Q1852。栅极耦合电路1850从微处理器1814接收驱动电压VdrJ 于使得FET Q1852导通和不导通。具体地,驱动电压Vdr通过FET驱动电路1854和栅极电阻 R1855耦合到ΪΈΤ Q1852的栅极。栅极耦合电路1850还包括电流限制电路,包括NPN双极结型 晶体管Q1856和与FET Q1852串联耦合的感应电阻器R1858。晶体管Q1856的基极耦合到FET Q1852和感应电阻器R1858的接合点。因此,在过电流状况的情况下(S卩,当跨感应电阻器 R1858的电压的幅值超过晶体管Q1856的额定基极-发射极电压时),晶体管Q1856呈现为导 通,由此将ΪΈΤ Q1852的栅极朝向电路公共端下拉并使得ΪΈΤ不导通。
[0209] 数字电力设备控制器1820还包括可控制开关电路1860,可控制开关电路1860被耦 合在三端双向可控硅开关元件1810的栅极与整流器桥1840和电阻器1842的接合点之间。因 此,可控制开关电路1860被可操作地串联耦合在栅极耦合电路1850和三端双向可控硅开关 元件1810的栅极之间。微处理器1814生成开关控制电压Vsw用于使得可控制开关电路1860导 通和不导通。当可控制开关电路1860导通时,栅极耦合电路1850的ΪΈΤ Q1852能够通过三端 双向可控硅开关元件1810的栅极导通栅极电流Ic以使得三端双向可控硅开关元件导通以 生成控制热电压Vch 〇
[0210] 数字电力设备控制器1820还包括电源1821,电源1821与电流限制电路1830跨整流 器桥1840的DC端子串联耦合。电源1821可操作用于生成用于驱动栅极耦合电路1850的FET Ql 852的第一DC电源电压Vra和用于对微处理器1814和数字电力设备控制器的其它低电压 电路供电的第二DC电源电压Vcc2。当三端双向可控硅开关元件1810在AC电源1702的每个半 周期的开始处不导通时,电源1821可操作用于通过控制热端子CH导通充电电流Ichrc而充 电。电流限制电路1830限制充电电流Ichrc的幅值等于或小于第一电流限制I麵1,例如约150 毫安。微处理器1814生成电流限制控制信号Va,限制控制信号Va被耦合到电流限制电路 1830,使得微处理器能够使得电流限制电路1830不导通以停止电源1821充电,这将在下面 被更加详细地描述。
[0211] 数字电力设备控制器1820还包括反向通信接收电路1870,反向通信接收电路1870 跨整流器桥1840的DC端子被耦合,使得反向通信接收电路1870响应于跨数字电力设备控制 器产生的控制器下降电压VCD。反向通信接收电路1870提供反向通信接收信号Vr-rx给微处理 器1814,使得微处理器能够解码由电力设备在控制器下降电压Vcd中编码的数字信息,这将 在下面被更详细地描述。
[0212] 图26是能够从数字电力设备控制器(例如,图24的负载控制系统1700的数字电力 设备控制器1720或图25中所示的数字电力设备控制器1820)接收前向数字消息以及发射反 向数字消息到数字电力设备控制器的示例数字调光镇流器1910(例如,数字调光镇流器 1710之一)的简化框图。数字调光镇流器1910可操作用于将荧光灯1904的强度控制到在低 端强度Ue和高端强度Lhe之间的期望的照明强度LDES。数字调光镇流器1910包括以与图3B中 所示的数字调光镇流器300的RFI滤波器电路310和整流器电路320相似的方式操作的RFI滤 波器电路1911和整流器电路1920。
[0213] 数字调光镇流器1910包括电力转换器,例如升压转换器1930,升压转换器1930具 有输入用于从整流器电路1920接收整流电压VRECT。升压转换器1930操作以跨总线电容器 (¾线生成DC总线电压仏线并且改进数字调光镇流器1910的电力因子(例如,作为PFC电路)。数 字调光镇流器1910包括跨升压转换器1930的输入耦合的输入电容器Cin。数字调光镇流器 1910还包括负载调节电路1940,负载调节电路1940包括用于将DC总线电压V,麟转换为高频 AC电压Vinv的反相器电路1942和用于将由反相器电路生成的高频AC电压Vinv親合到灯1904 的灯丝(例如,以与图3B中所示的数字调光镇流器300的负载调节电路340的各个电路相似 的方式)的谐振箱电路1944。
[0214] 数字调光镇流器1910包括控制电路,例如微处理器1960,用于提供驱动控制信号 V®力给反相器电路1942,以响应于由灯电流测量电路1970生成的灯电流反馈信号Vfb-r和由 灯电压测量电路1972生成的灯电压反馈信号Vfb-vl而控制跨荧光灯1904生成的灯电压I和 通过灯导通的灯电流U的幅值。数字调光镇流器1910的控制电路可以可替换地包括例如微 控制器、可编程逻辑器件(PLD)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者任何 合适的处理设备、控制器或控制电路。微处理器1960被耦合到存储器1962,用于存储数字调 光镇流器1910的控制信息。数字调光镇流器1910还包括电源1964,电源1964接收总线电压 V纖并生成DC电源电压Vcc (例如,约5伏),用于向微处理器1960、存储器1962和镇流器的其它 低电压电路供电。
[0215] 数字调光镇流器1910还包括跨RFI滤波器电路1911的输出耦合的有源负载电路 1980。有源负载电路1980包括阈值检测电路1982和电流槽电路1984,电流槽电路1984经由 两个二极管D1986、D1988耦合到RFI滤波器电路1911。有源负载电路1980操作以提供用于数 字电力设备控制器的电源的充电电流(例如,数字电力设备控制器1820的电源1821的充电 电流lorn)的路径。有源负载电路1980可以以与图21中所示的有源负载电路1490相似的方 式提供用于充电电流Ichrg的路径。电流槽电路1984限制通过有源负载电路1980导通的有源 负载电流的幅值小于或等于第二电流限制1職抵,第二电流限制IMU2大于数字镇流器控制器 1820的第一电流限制1麵!(例如,约200毫安)。
[0216] 阈值检测电路1982提供电流槽使得控制信号VCS-EN能够到电流槽电路1984,用于响 应于控制热电压Vch的幅值而启用和禁用电流槽电路。阈值检测电路1980响应于控制热端子 CH和数字调光镇流器1910的中性端子N之间的差分电压。当控制热电压Vch下降到低于下降 阈值Vth-f (例如,约为10伏),即在每个半周期的结束处时,阈值检测电路1980启用电流槽电 路1984。当控制热电压Vch的幅值上升到高于上升阈值Vth-r (例如,约为20伏),即当数字电力 设备控制器1820的三端双向可控硅开关元件1810呈现为导通时,阈值检测电路1982禁用电 流槽电路1984。因此,当数字电力设备控制器1820的三端双向可控硅开关元件1810不导通 并且电流槽电路1984被启用时,有源负载电路1980能够导通有源负载电流并且跨电力设备 的控制热电压Vch的幅值约为0伏。
[0217] 有源负载电路1980还被耦合到每个数字调光镇流器1910的控制电路,例如微处理 器1960。阈值检测电路1980提供接收到的前向通信信号Vf-rx给微处理器1960,使得微处理 器能够解码存储在控制热电压Vch的时序边沿中的数字信息(如上面参照图1-23所述)。例 如,阈值检测电路1980可以驱动接收前向通信信号Vf-rx在控制热电压Vch的幅值上升高于上 升阈值Vth-r (即,约为20伏)时为高,并且驱动接收前向通信信号Vf-rx在控制热电压Vch的幅 值下降低于下降阈值Vth-f (S卩,约为10伏)时为低。
[0218] 微处理器1960还被耦合到电流槽电路1984,用于推翻阈值检测电路1982的控制以 启用和禁用电流槽电路。具体地,微处理器I960生成表示待发射到数字电力设备控制器 17 20的反向数字消息的发射反向通信信号Vr-tx。当数字电力设备控制器17 20的三端双向可 控硅开关元件1810不导通以使得控制热电压Vch的幅值约为0伏并且控制器下降电压Vcd的 幅值约等于AC干线电压的幅值时,微处理器1960能够启用电流槽电路1984。当数字电力设 备控制器1720的三端双向可控硅开关元件1810不导通以使得控制热电压Vch的幅值增加到0 伏以上并且控制器下降电压Vcd的幅值减小时,微处理器1960能够禁用电流槽电路1984。因 此,当数字电力设备控制器1720的三端双向可控硅开关元件1810不导通以发射反向数字消 息到数字电力设备控制器时,微处理器I960能够控制控制器下降电压Vcd的幅值。如之前所 提及的,数字电力设备控制器1720的三端双向可控硅开关元件1810操作用于吞下反向数字 消息,使得反向数字消息不干扰可耦合到AC电源102的其它控制设备。
[0219] 图27是用于电子镇流器(例如,图26中所示的数字调光镇流器1910的升压转换器 1930)的示例电力转换器2030的简化示意图。电力转换器2030由例如微处理器2060的控制 电路控制,控制电路可以是数字调光镇流器1910的控制电路1960。升压转换器2030包括耦 合到整流器电路2020 (例如,整流器电路1920)的DC端子的输入用于接收输入电压Vin (例如, 整流电压Vrect)。例如,整流器电路2020在图27中被示出为全波桥整流器。输入电容器Cin跨 升压转换器2030的输入耦合并且可以具有例如约0.22yF的电容。当耦合到数字调光镇流器 1910的数字电力设备控制器的三端双向可控硅开关元件(例如,数字电力设备控制器1820 的三端双向可控娃开关元件1810)导通时,电力转换器2030在升压模式下操作以从输入电 压Vin生成DC总线电压V,鐵(例如,作为升压转换器)并且改进数字调光镇流器1910的电力因 子(以与图3B中所示的数字调光镇流器300的升压转换器330相似的方式)。
[0220] 电力转换器2030包括电感器L2040,电感器L2040从整流器电路2020接收输入电压 Vin,导通电感器电流II,并且具有例如约0.81mH的电感L21Q。电感器L2040经由二极管D2042 被耦合到总线电容器(¾线。电力开关设备,例如场效应晶体管(FET) Q2044以串联电连接被耦 合在电感器L2040和二极管D2042的接合点与电路公共端之间,并且被控制为导通和不导 通,以便跨总线电容器(¾线生成总线电Q2044可以可替换地实现为双极结型晶体 管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或任何合适的晶体管。电阻驱动器跨总线电容器C,鐵親 合并且包括两个电阻器R2046、R2048,其分别具有例如约为1857kQ和IOkQ的电阻。微处理 器2060接收总线电压反馈信号VB-FB,总线电压反馈信号Vb-fb在电阻器R2046、R2048的接合点 处生成并且具有的幅值表示总线电压裁的幅值。
[0221] 微处理器2060被耦合到电力转换器2030的FET Q2044的栅极,用于直接控制FET Q2044导通和不导通以选择性地对电感器L2040充电和放电并跨总线电容器(¾线生成总线电 压V,鐵。电力转换器2030包括耦合到FET Q2044的栅极的FET驱动电路2050,用于响应于从微 处理器2060接收的总线电压控制信号VB-™TL使得FET导通和不导通。微处理器2060控制总线 电压控制信号Vb-CNTL以控制FET Q2044呈现为导通多长时间并由此调节总线电压^齡!的幅 值。
[0222] 电力转换器2030还包括过电流保护电路2070,过电流保护电路2070生成提供到微 处理器2060的过电流保护信号Vqcp,使得微处理器能够在FET中发生过电流状况时使得FET Q2044不导通。过电流保护电路2070包括感应电阻器R2072,感应电阻器R2072与FET Q2044 串联耦合并且具有例如约0.24 Ω的电阻。跨感应电阻器R2072生成的电压经由电阻器R2075 (例如具有约IkQ的电阻)耦合到NPN双极结型晶体管Q2074的基极。晶体管Q2074的基极还 通过电容器C2076 (例如具有约470pF的电容)耦合到电路公共端。晶体管Q2074的集电极通 过电阻器R2078 (例如具有约6.34kQ的电阻)耦合到DC电源电压VCC。过电流保护信号Vqcp在 晶体管Q2074和电阻器R2078的接合点处生成。当跨感应电阻器R2072的电压超过预先确定 的过电流阈值电压(即,作为FET Q2044中过电流状况的结果,例如约10安)时,晶体管Q2074 呈现为导通,由此将过电流保护信号Vqcp的幅值朝向电路公共端下拉,使得微处理器2060使 得FET Q2044不导通。
[0223] 电力转换器2030进一步包括零电流检测电路2080,零电流检测电路2080在电感器 L2040所感应的电压的幅值猛跌到约0伏时生成零电流反馈信号VB-ZC以指示电感器电流Il的 幅值何时约为〇安。零电流检测电路2080包括磁耦合到电感器L2040的控制绕组2082。控制 绕组2082与每个具有例如约22kQ的电阻的两个电阻器R2084、R2085串联耦合。电阻器 R2084、R2085的接合点被耦合到NPN双极结型晶体管Q2086的基极。晶体管2086的集电极通 过电阻器R2088 (例如具有约22kΩ的电阻)耦合到DC电源电压VCC,使得在晶体管的集电极生 成零电流反馈信号Vb-zc。当跨电感器L2040的电压大于约0伏时,跨控制绕组2082产生电压 并且晶体管Q2086呈现为导通,由此驱动零电流反馈信号Vb-zc朝向电路公共端下降。当电感 器电流Il的幅值下降到约0安时,晶体管Q2086呈现为不导通并且零电流反馈信号VB-ZC被朝 向DC电源电压Vcc上拉。
[0224] 如之前所提及的,电力转换器2030可以是可以由图25中所示的数字电力设备控制 器1820控制的数字调光镇流器1910的一部分。当数字电力设备控制器1820的三端双向可控 硅开关元件1810不导通时(S卩,控制热电压Vch的幅值相对于中性约为的0伏),数字调光镇流 器1910可操作用于控制电流槽电路1984以控制控制器下降电压Vcd的幅值并且发射反向数 字消息到数字电力设备控制器。但是,如果当微处理器1960试图增加控制热电压Vch的幅值 由此减小控制器下降电压Vcd的幅值时跨输入电容器Cin的输入电压Vin的幅值低(例如,约0 伏),由于输入电容器Cin充电,控制热电压Vch的幅值可能增加比期望的更慢。控制热电压Vch 以及由此的控制器下降电压VCD的幅值的这种缓慢变化可以导致通信错误,特别是在存在许 多连接到数字电力设备控制器1820的数字调光镇流器时。此外,如果当数字电力设备控制 器1820使得三端双向可控硅开关元件1810在控制热电压Vch的每个半周期导通时跨输入电 容器Cin的输入电压Vin的幅值低(即,约为0伏),输入电容器Cin可以导通具有大幅值(例如约 1安)的充电电流,这会导致数字电力设备控制器1820和数字调光镇流器1910的电气部件中 增加电力耗散(即,损耗)。
[0225] 因此,当控制热电压Vch的幅值在每个半周期约为0伏时(S卩,当数字电力设备控制 器1820的三端双向可控硅开关元件1810不导通时),微处理器2060能够控制电力转换器 2030在降压模式下操作以从总线电压V,鐵对输入电容器Cin充电(例如,作为降压转换器在反 向方向上操作)。具体地,电力转换器2030进一步包括与二极管D2092串联耦合的另一FET Q2090,FET Q2090和二极管D2092的串联组合与二极管D2042并联耦合。微处理器2060通过 ΪΈΤ驱动电路2094耦合到FET Q2090的栅极,用于选择性地使得FET导通和不导通。电阻器分 压器跨输入电容器Cin耦合并且包括分别具有例如约1857kQ和IOkQ的电阻的两个电阻器 R2096、R2098。微处理器2060接收输入电压反馈信号Vin-fb,输入电压反馈信号Vin-fb在电阻 器R2096、R2098的接合点处生成并且具有的幅值表示输入电压Vin的幅值。FET驱动电路 2050、2094可以被分别实现为单个半桥驱动器IC的低侧和高侧驱动电路。
[0226] 当微处理器2060使得FET Q2090导通时,电感器L2040导通从总线电容器(¾线到输 入电容器Cin的电感器电流IL,并且电感器电流Il的幅值增加。当FET Q2090不导通时,电感 器L2040继续导通通过FET Q2044的体二极管的电感器电流Il,并且电感器电流Il的幅值减 小。因此,微处理器2060能够控制FET Q2090使电力转换器2030作为降压转换器操作,以在 数字电力设备控制器1820的三端双向可控硅开关元件1810不导通时对输入电容器Cin充电。 例如,微处理器2060可以操作用于对输入电容器Cin充电,使得在三端双向可控硅开关元件 1810导通时输入电压Vin的幅值约等于控制热电压Vch的幅值。具体地,微处理器2060可以操 作用于对输入电压Vin充电到例如约100伏。因此,控制热电压Vch的幅值与输入电压Vin的幅 值之间的差被最小化,使得在三端双向可控硅开关元件1810呈现为导通时输入电容器Cin不 导通很多充电电流。此外,微处理器2060可以操作用于当三端双向可控硅开关元件1810不 导通时对输入电容器Cin过度充电,使得当三端双向可控硅开关元件1810呈现为导通时输入 电压Vin的幅值大于控制热电压Vch的幅值。
[0227] 尽管在本申请的附图中未示出,双线线电压占用传感器1770可具有与图26中所示 的数字调光镇流器1910类似的功能块。例如,双线线电压占用传感器1770可以具有微处理 器和有源负载电路(类似于数字调光镇流器1910的有源负载电路1980),使得双线线电压占 用传感器能够接收前向数字消息并发射反向数字消息。但是,双线线电压占用传感器1770 可以包括内部占用检测电路,用于检测占用传感器周围的空间中的占用和空置状况,而不 是包括负载调节电路1940。双线线电压占用传感器1770可以操作用于发射包括关于由占用 检测电路检测到的占用和空置状况的信息的反向数字消息。可替换地,双线线电压日光传 感器(未示出)可以包括微处理器、有源负载电路和内部光敏电路,用于测量日光传感器周 围的总的光水平。
[0228] 图28A是“前向”数字消息2000和“后向”数字消息2002的简图。例如,前向数字消息 2000可以由数字电力设备控制器1720发射到图24的负载控制系统1700的电力设备。反向数 字消息2002可以由负载控制系统1700的电力设备之一发射到数字电力设备控制器1720。前 向数字消息2000可以包括例如用于数字调光镇流器1710的命令以控制灯1704或者用于电 力设备的查询以报告状态或水平。反向数字消息2002紧跟着前向数字消息2000并且可以包 括例如对来自前向数字消息的查询的响应或回答(例如,简单的1比特响应,诸如“是”或 “否”)。例如,由数字镇流器控制器1720发射的查询可以包括是或否问题,例如“你是否有灯 故障状况?”(发射到数字调光镇流器1710)和“你是否检测到占用状况?”(发射到双线线电 压占用传感器1770)。前向数字消息2000可以延伸例如约10个线周期,而反向数字消息2002 可以延伸例如约1.5个线周期。
[0229]数字电力设备控制器1720可以操作用于响应于测量的线电压时间段IYc而设置偏 移时间段Tqsi、Tqs2、Tqs3、Tqs4的值。数字电力设备控制器1720可以更新第一偏移时间段Tosi等 于测量的线周期时间Tix的一半而其它的偏移时间段Tos2、Tc)S3、Tc)S4分别大于第一偏移时间段 Tosi 100、200、300微秒,即
Figure CN108401315AD00411
[0234] 其中,Δ Tos约为100微秒。
[0235] 电力设备可以操作用于从由数字电力设备控制器1720发射的开始模式测量线电 压时间段Tlc。
[0236] 图28B是示出示例开始模式的控制热电压(例如,由数字电力设备控制器1720生成 的控制热电压VCH)的简单时序图。如图28B中所示,数字电力设备控制器1720可操作用于通 过使得三端双向可控硅开关元件1810导通以在第一半周期期间生成参考边沿,使得三端双 向可控硅开关元件1810在随后的第二半周期中在从第一半周期中参考边沿开始的开始符 号时间段1>齡导通,然后使得三端双向可控硅开关元件在从第一半周期中参考边沿的线电 压时间段Tix之后导通,而发射开始模式。开始符号时间段是来自偏移时间段Tosi-Tc)S4的 唯一的并且比偏移时间段Tqsi-Tqs4更长,用于发射数据到电力设备(例如,给定60Hz线频率, 约为8.78毫秒)。电力设备可操作用于测量线电压时间段Tlc (从第一半周期中的参考边沿到 开始模式的第三半周期中的边沿),并且根据测量的线电压时间段IYc更新偏移时间段T0S1、 1'〇52、1'〇53、1'〇54。如图288中所示,在发射开始模式之后,数字电力设备控制器1720可操作用于 通过在下一半周期中生成参考边沿和在随后的半周期中生成数据边沿而立即开始在下一 半周期中发射数据。电力设备可以操作用于使用更新的偏移时间段!^、!^、!^、!^来解 码前向数字消息的数据。
[0237] 图29A和29B是示出反向数字消息的示例反向数据模式的(例如,图24的负载控制 系统的控制热电压Vch和控制下降电压Vcd的)简单时序图。尤其是,简单反向数字消息可以 包括如图29A中所示的简单“是”模式2004和如图29B中所示的简单“否”模式2005。在反向数 字消息的第一半周期期间,数字电力设备控制器1720首先通过使得三端双向可控硅开关元 件1810在自从上一零交叉的参考边沿时间段Tref之后导通而生成参考边沿。在零交叉和参 考边沿之间的时间期间,每个电力设备的有源负载电路1980的阈值检测电路1982启用电流 槽电路1984,使得控制器下降电压Vcd的幅值约等于AC干线电压的幅值,由此跨数字电力设 备控制器1720产生参考脉冲2006。
[0238] 在反向数字消息的第二半周期期间,数字电力设备控制器1720在窗口时间段Tira 期间维持三端双向可控硅开关元件1810不导通,在此期间每个电力设备可以发射ACK脉冲 2007 (即确认)以发信号通知数字电力设备控制器,每个电力设备接收到就在反向数字消息 之前发射的前向数字消息。如图29A和29B中所示,窗□时间段IVin在从反向数字消息的第一 半周期的参考边沿开始的第一偏移时间段Tos1 (—个半周期的长度)之后开始。例如,窗口时 间段Twin可以是400微秒长。三端双向可控硅开关元件1810在窗口时间段Twin的结束处呈现 为导通。
[0239] 具体地,如图29A和29B中所示,每个电力设备可以通过在窗口时间段1>預期间禁用 电流槽电路1984来发射ACK脉冲2007,使得控制器下降电压Vcd的幅值保持低于反向通信阈 值Vrc-th并且可以例如减小到约0伏。如果在反向数字消息的第二半周期中的窗口时间段IVin 期间,所有电力设备接收前向数字消息并禁用电流槽电路1984,控制器下降电压Vcd的幅值 保持低于反向通信阈值Vrc-th。但是,即使在窗口时间段Twin期间电力设备之一没有接收前向 数字消息并且没有禁用电流槽电路1984 (S卩,允许阈值检测电路1980保持电流槽电路启 用),当三端双向可控硅开关元件1810在窗口时间段Twin的结束处呈现为导通时控制器下降 电压Vcd的幅值将大于反向通信阈值VRC-TH。因此,数字电力设备控制器1720可操作用于确定 所有电力设备没有接收前向数字消息并且在当前反向数字消息的结束之后重新发射前向 数字消息。
[0240] 在简单反向数字消息的第三半周期期间,数字电力设备控制器1720再次在窗口时 间段IVin期间维持三端双向可控硅开关元件1810不导通。在简单反向数字消息的第三半周 期的窗口时间段Tra期间,每个电力设备可以以如图29A中“是”模式2004和图29B中“否”模 式2005中所示的“是”或“否”答案的形式(例如1比特数据)发射数据。具体地,在第三半周期 的窗口时间段IVin期间,每个电力设备可以启用电流槽电路1984以发射“是”脉冲2008并且 可以禁用电流槽电路1984以发射“否”脉冲2009。如果只有一个电力设备发射“是”脉冲 2008,在第三半周期的窗口时间段IVin期间,控制器下降电压Vcd的幅值将上升到反向通信阈 值Vrc-th以上。但是,所有电力设备需要发射“否”脉冲2009用于在第三半周期的窗口时间段 Tw1^间使控制器下降电压Vcd的幅值维持在反向通信阈值Vrc-th以下。因此,数字电力设备 控制器1720只能够确定是所有电力设备发射了“否”模式2005还是至少一个电力设备发射 了“是”模式2004。
[0241] 如之前所提及的,在双向负载控制系统1700的调试流程期间,数字电力设备控制 器1720可操作用于指派链路地址给电力设备。例如,数字电力设备控制器1720可以操作用 于发射广播前向数字消息(例如,具有问题“你是否需要地址?”)到所有电力设备。如果至少 一个电力设备用“是”模式2004来应答,数字电力设备控制器1720可以执行二进制搜索程序 来确定至少一个未寻址的电力设备的序列号,然后可以指派唯一链路地址给具有该序列号 的电力设备。可替换地,电力设备可以操作用于产生24比特随机数(可以使用序列号作为种 子)并且可以在二进制搜索程序期间使用该随机数(而非序列号)。
[0242] 在二进制搜索程序期间,数字电力设备控制器1720可以操作用于发射广播前向数 字消息(例如,具有问题“你的序列号是否大于数目NBIN-SRCH?”),并且每个未寻址的镇流器可 以通过发射“是”或“否”模式2004、2005来响应。例如,数目NBIN-SRCH的初始值可能约为用于数 字电力设备控制器1720的序列号的可能范围的一半。数字电力设备控制器1720可以操作用 于发射二进制搜索前向数字消息(同时更新数目NBIN-SRCH的值)并且从电力设备接收“是”或 “否”模式2004、2005,直到只有一个电力设备被识别。识别的电力设备可以随后发射其序列 号到数字电力设备控制器1720并且数字电力设备控制器可以发射唯一链路地址到电力设 备。数字电力设备控制器1720然后可以重新发射具有问题“你是否需要地址? ”的广播前向 数字消息以确定是否还有电力设备需要链路地址,然后如果需要的话再次执行二进制搜索 程序。一旦所有电力设备都被指派了链路地址,数字电力设备控制器1720可操作用于退出 寻址模式,并且然后可以使用指派的链路地址来发射前向数字消息到电力设备。
[0243] 图30-33示出了由数字电力设备控制器的控制电路(例如,数字电力设备控制器 1720、1820的微处理器1814)所执行的用于发射前向数字消息和接收反向数字消息的示例 流程图。数字电力设备控制器1820可以操作用于以与上述参照图16-19所述相似的方式发 射前向数字消息到电力设备,即每个前向数据模式具有两个数据边沿。在前向通信期间的 每个前向数据模式2000的开始处和在反向通信期间每个反向数据模式2002的开始处,数字 电力设备控制器1820生成参考边沿。因此,数字电力设备控制器1820的微处理器1814在每 个半周期的零交叉处执行零交叉流程(例如,如上参照图11所述的零交叉流程600)。只有在 步骤612在当前零交叉处变量m等于0由此在每个前向和反向数据模式的第一半周期中的计 时器中断时生成参考边沿,微处理器1814在步骤614设置计时器中断的中断时间等于计时 器的当前值ti傭器加上参考时间段Tref。
[0244] 图30是由数字电力设备控制器1820的微处理器1814执行的计时器中断流程2100 的简化流程图。在步骤2110,当计时器的值等于设置的中断时间,例如如同在零交叉流程 600期间所设置的中断时间时,微处理器1814可以执行计时器中断流程2100。在计时器中断 流程2100期间,微处理器1814将执行前向发射流程2200或反向接收流程2300。微处理器 1814使用TX标志来跟踪数字电力设备控制器1820何时正发射前向数字消息到电力设备,并 且使用RX标志来跟踪数字电力设备控制器何时正从电力设备接收反向数字消息。
[0245] 如果在步骤2112变量m等于0(S卩,在当前半周期期间将生成参考边沿),微处理器 1814在步骤2114设置基本时间to等于计时器的当前值。如果在步骤2112变量m不等于0,微 处理器1814在步骤2116设置基本时间to等于来自前一个半周期的基本时间to加上第一偏移 时间段Tos1 (即一个半周期的长度)。如果在步骤2118设置TX标志,微处理器1814执行前向发 射流程2200,并且计时器中断流程2100退出。如果在步骤2120设置RX标志,微处理器1814在 计时器中断流程2100退出之前执行反向接收流程2300。如果在步骤2118、2120既没有设置 TX标志或也没有设置RX标志,由于当数字电力设备控制器没有在发射或接收数字消息时, 数字电力设备控制器1820继续生成参考和数据边沿(如同数字镇流器控制器在不断发射比 特“00”),微处理器1814执行前向发射流程2200。
[0246] 图31是当在计时器中断流程2100中设置TX标志时,由数字电力设备控制器1820的 微处理器1814在计时器中断时所执行的前向发射流程2200的简化流程图。微处理器1814首 先在步骤2210驱动开关控制电压Vsw为高以使得可控制开关电路1860导通,然后在步骤2212 驱动电压Vdr为高以使得栅极耦合电路1850的FET Q1852导通,由此使得三端双向可控硅开 关元件1810导通。如果在步骤2214,变量m等于指示当前前向数据模式的结束的每个前向数 据模式中数据边沿的数目Ndp (即,两个),微处理器1814在步骤2216设置变量m等于0。如果在 步骤2214,变量m不等于每个前向数据模式中的数据边沿的数目Ndp,微处理器1814在步骤 2218将变量m递增1。
[0247] 如果在步骤2220数字电力设备控制器1820没有完成发射当前的前向数字消息,微 处理器1814在步骤2222确定是否存在更高优先级的消息要发射。如果微处理器1814在步骤 2222具有更高优先级消息要发射并且应该中断当前正在被发射的数字消息,微处理器在步 骤2224从TX缓冲器清除最后的消息并且在前向发射流程2200退出之前,在步骤2226设置中 断MSG标志。如果在步骤2222不存在更高优先级的消息要发射并且在步骤2228变量m不等于 〇,在前向发射流程2200退出之前,微处理器1814执行数据边沿流程(例如,如上参照图13所 示的数据边沿流程800)。在数据边沿流程800期间,如果微处理器1814当前正在发射开始模 式的第一比特,微处理器1814在步骤816设置下一计时器中断的中断时间等于基本时间to 加上开始符号时间段1>齡,并且如果微处理器1814当前正在发射开始模式的第二比特,微处 理器1814在步骤816设置计时器中断使得下一计时器中断的中断时间等于基本时间to加上 第一偏移时间段Tosi。开始符号时间段可以等于约8.68毫秒(即,比第一偏移时间段Tosi 长450微秒)。
[0248] 但是,如果在步骤2220,数字电力设备控制器1820在数据边沿流程800中仅发射了 当前前向数字消息的最后两个比特(即,前向数字消息的结束),微处理器1814然后在步骤 2230基于前向数字消息中的命令或查询的性质来确定是否需要对前向数字消息的响应。如 果在步骤2230需要来自电力设备1710的响应,微处理器1814在步骤2232设置RX标志并且在 前向发射流程2200退出之前,在步骤2234清除TX标志。如果在步骤2230不需要响应,微处理 器1814在步骤2236从TX缓冲器清除最后的前向数字消息。如果在步骤2238在TX缓冲器中不 存在更多的前向数字消息,微处理器1814在步骤2234清除TX标志并且前向发射流程2200退 出。
[0249] 图32是当在计时器中断流程2100中设置RX标志时由数字电力设备控制器1820的 微处理器1814在计时器中断时执行的反向接收流程2300的简化流程图。如果在步骤2310变 量m等于0,微处理器1814在步骤2312驱动开关控制电压Vsw为高以使得可控制开关电路1860 导通并随后在步骤2212驱动驱动电压Vdr为高以使得栅极耦合电路1850的FET Q1852导通, 由此使得三端双向可控硅开关元件1810导通。如果在步骤2316,变量m不等于每个反向数据 模式中数据边沿的数目Ndp (即,两个),微处理器1814在步骤2318将变量m递增1,并且在反向 接收流程2300退出之前,在步骤2320设置下一计时器中断的中断时间等于基本时间to (如 在计时器中断流程2100的步骤2114所确定)加上第一偏移时间段Tosi。
[0250] 当计时器中断发生并且反向接收流程2300被再次执行时,在步骤2310变量m将不 等于1并且在窗口时间段IVin期间微处理器1814准备从电力设备接收反向数字消息的数据。 具体地,微处理器1814在步骤2322驱动电流限制控制信号Va为低以使得电流限制电路1830 不导通以防止电源1821充电。微处理器1814随后在步骤2324驱动开关控制电压Vsw为低以使 得可控制开关电路I860不导通并且随后在步骤2326驱动驱动电压Vdr为高以使得栅极耦合 电路1850的FET Q1852导通。由于可控制开关电路1860不导通,三端双向可控硅开关元件 1810不呈现为导通。但是,每个电力设备的电流槽电路1984能够通过FET Q1852导通有源负 载电流。
[0251] 微处理器1814然后在步骤2328等待直到窗口时间段Twin的结束。当在步骤2328计 时器的当前值ti樹器等于基本时间to加上窗口时间段1\^的长度时,微处理器1814执行接收 数据流程2400,其将在下面参照图33更详细地解释。微处理器1814然后在步骤2330驱动开 关控制电压Vsw为高以使得可控制开关电路1860导通,使得三端双向可控硅开关元件1810在 窗口时间段Tw1N的结束处呈现为导通。微处理器1814在步骤2332还驱动电流限制控制信号 Va为高,使得当三端双向可控硅开关元件1810在下一半周期的开始处不导通时电源1821将 能够开始再次充电。如果在步骤2316变量m不等于每个反向数据模式中的数据边沿的数目 NDP,微处理器1814在步骤2318将变量m递增1并且在反向接收流程2300退出之前,在步骤 2320设置下一计时器中断的中断时间等于基本时间to加上第一偏移时间段Tos1。当在步骤 2316变量m等于每个反向数据模式中的数据边沿的数目Ndp时,微处理器1814在步骤2334设 置变量m等于0并且反向接收流程2300退出。
[0252] 图33是当数字电力设备控制器1820正在接收反向数字消息时由微处理器1814在 窗口时间段!>顶的结束处执行的接收数据流程2400的简化流程图。如果在步骤2410变量m等 于1(即,是反向数字消息2002的第二半周期)并且在步骤2412反向通信接收信号Vr-rx的幅 值不高(即,指示控制器下降电压Vcd的幅值在窗口时间段IVin的结束处低于反向通信阈值 Vrc-th),微处理器1814确定已经从耦合到数字电力设备控制器1820的所有电力设备接收到 确认。微处理器1814然后在步骤2414从TX缓冲器清除最后的前向数字消息并且接收数据流 程2400退出。如果在步骤2412反向通信接收信号Vr-rx的幅值高(S卩,指示控制器下降电压Vcd 的幅值在窗口时间段Twin的结束处高于反向通信阈值Vrc-th),微处理器1814确定至少一个电 力设备没有发射确认并且在接收数据流程2400退出之前,在步骤2416设置重试标志。
[0253] 如果在步骤2418变量m等于2 (即,是反向数字消息2002的第三半周期)并且在步骤 2420反向通信接收信号Vr-rx的幅值为高,在步骤2422微处理器1814设置接收数据RX_Data 的值等于“是”(或逻辑1)。如果在步骤2420反向通信接收信号Vr-rx的幅值为低,在步骤2424 微处理器1814设置接收数据RX_Data的值等于“否”(或逻辑0)。在步骤2422、2424设置接收 数据RX_Data的值之后,微处理器1814在步骤2426清除RX标志并且接收数据流程2400退出。
[0254] 图34-38示出了由电力设备的控制电路(例如数字调光镇流器1710、1910的微处理 器I960)执行的用于接收前向数字消息并发射反向数字消息的示例流程图。具体地,图34是 在步骤2510控制热电压Vch的幅值下降到低于下降阈值Vth-f时,即在每个半周期的开始处, 由数字调光镇流器1710的微处理器1960周期性执行的零交叉流程2500的简化流程图。在零 交叉流程2500期间,微处理器1960在步骤2512使得FET Q2044不导通并且在零交叉流程 2500退出之前,在步骤2514开始控制ΪΈΤ Q2090从总线电压仏线对输入电容器Cin充电。
[0255] 图35是在步骤2610,当控制热电压Vch的幅值上升到上升阈值Vth-r以上时,由每个 数字调光镇流器1910的微处理器1960或2060所执行的上升边沿流程2600的简化流程图。微 处理器1960使用RX标志来跟踪数字调光镇流器1910何时当前正从数字电力设备控制器 1820接收前向数字消息,并且使用TX标志来跟踪数字调光镇流器何时当前正发射反向数字 消息到数字电力设备控制器。在步骤2612,微处理器1960首先设置上升边沿时刻tE等于计 时器的当前值ti侧器。微处理器1960然后在步骤2614使得FET Q2090不导通并且在步骤2616 开始控制FET Q2044从输入电压Vin对总线电容器(¾线充电。
[0256] 如果在步骤2618不设置TX标志,微处理器1960监测控制热电压Vch以确定数字电力 设备控制器1720是否已经发射开始模式以开始新的前向数字消息(如上所述)。微处理器 1960在步骤2620通过设置第一时间段T1等于前一个第二时间段!^并且设置第二时间段1~2等 于上升边沿时间ϊε减去前一个上升边沿时间ϊε-prev,来确定在控制热电压Vch的上升边沿之 间的最后两个时间段T1、T2。其次,微处理器1960确定在控制热电压Vch的上升边沿之间的最 后两个时间段I^T2是否分别约等于时间段1>齡和1^一1>齡。具体地,如果在步骤2622第一时 段!^不在开始符号偏移时间段Ί>齡的缺省容差A Tos之内,并且在步骤2624第二时段1~2不在 线周期时间段Ta和开始符号偏移时间段之差的缺省容差Δ Tos之内,微处理器1960确定 没有接收到开始模式,并且在2626设置前一个上升边沿时间tE-PREV等于当前上升边沿时间 tE。如果在步骤2628没有设置RX标志,上升边沿流程2600简单地退出。
[0257] 如果微处理器1960在步骤2622、2624接收到开始模式,微处理器1960首先在步骤 2630设置时间段Tqsi、Tqs2、Tqs3、Tqs4的新值,即
Figure CN108401315AD00461
[0262] 微处理器1960然后在步骤2632清空RX缓冲器,在步骤2634设置变量X为0,在上升 边沿流程2600退出之前在步骤2636设置RF标志。当RX标志在步骤2628被设置时,微处理器 I960执行前向接收流程2700,其将在下面参照图36更详细地描述。当TX标志在步骤2618被 设置时,微处理器I960执行反向发射流程2800,其将在下面参照图37更详细地描述。
[0263] 图36是当在上升边沿流程2600期间设置RX标志时由每个数字调光镇流器1710的 微处理器1960执行的前向接收流程2700的简化流程图。如果在步骤2710变量X等于0,微处 理器1960确定刚接收的上升边沿是前向数据模式的参考边沿,并且在步骤2712设置参考边 沿时间tREF-E等于上升边沿时间tE (来自上升边沿流程的步骤2612)。如果在步骤2714变量X 不等于每个前向数据模式中数据边沿的数目Ndp,微处理器1960在步骤2716将变量X递增1并 且前向接收流程2700退出。如果在步骤2710变量X不等于0,微处理器1960确定刚接收的上 升边沿是前向数据模式的数据边沿,并且在步骤2718根据变量X计算测量偏移时间TM-QS,即
[0264]
Figure CN108401315AD00462
[0265] 微处理器1960然后执行接收数据流程(例如,如上参照图15所述的接收数据流程 1000)以确定在测量偏移时间Tm-OS中编码的数据的比特。
[0266] 如果MSG-RX标志在步骤2720被设置指示完整的前向数字消息已经被接收(如在接 收数据流程1000的步骤1032所设置的),微处理器1960在步骤2722清空RX标志。如果在步骤 2724接收到的前向数字消息需要响应,微处理器1960在步骤2726将包括对接收到的前向数 字消息的适当响应的反向数字消息加载到TX缓冲器中,并且在步骤2728设置TX标志。如果 在步骤2714变量X等于每个前向数据模式中的数据边沿的数目Ndp,微处理器1960在步骤 2730设置变量X等于0,并且前向接收流程2700退出。
[0267] 图37是当TX标志在上升边沿流程2600期间被设置时,由数字调光镇流器1910的微 处理器1960执行的反向发射流程2800的简化流程图。如果在步骤2810变量X等于0(S卩,是反 向数字消息的第一半周期),在步骤2812微处理器1960设置参考边沿时间tREF等于上升边沿 时间tE (来自上升边沿流程2600的步骤2612)。如果在步骤2814变量X不等于在每个反向数 据模式中数据边沿的数目Ndp,微处理器1960在步骤2816将变量X递增1并且在反向发射流程 2800退出之前,在步骤2818设置下一计时器中断的中断时间等于基本时间加上第一偏移时 间段Tosi。
[0268] 在计时器中断时,微处理器1960将执行反向发射数据流程2900以发射ACK脉冲 2007和“是”脉冲2008或“否”脉冲2009,这将在下面参照图38被更详细地描述。计时器中断 被时序为在反向数字消息2002的第二和第三半周期中每个中的窗口时间段Twin的开始处发 生。在窗口时间段IVin期间,微处理器1960禁用电流槽电路1984。当数字电力设备控制器 1820的三端双向可控娃开关兀件1810在窗口时间段Twin的结束处呈现为导通时,微处理器 I960将执行上升边沿流程2600和反向发射流程2800。在反向发射流程2800期间,当在步骤 2810变量X不等于0时,微处理器1960在步骤2820驱动电流槽使得控制信号VCS-EN能够为高以 启用电流槽电路1984。如果在步骤2814变量X等于每个反向数据模式中数据边沿的数目NDP, 微处理器1960在步骤2822设置变量X等于0并且反向发射流程2800退出。
[0269] 图38是当在步骤2910计时器的值等于所设置的中断时间时由数字调光镇流器 1910的微处理器1960执行的反向发射数据流程2900的简化流程图。如果在步骤2912变量X 等于1 (即,是反向数字消息的第二半周期),微处理器1960在步骤2914驱动电流槽使得控制 信号Vcs-EN能够为低以禁用电流槽电路1984,由此在反向发射数据流程2900之前发射ACK脉 冲2007。如果在步骤2916变量X等于2 (即,是反向数字消息的第三半周期),微处理器1960发 射“是”脉冲2008或“否”脉冲2009。具体地,如果在步骤2918发射数据TX数据是“是”(即,逻 辑1),微处理器1960在步骤2920维持电流槽使得控制信号VCS-EN能够为高,并且在反向发射 数据流程2900退出之前在步骤2922清除TX标志。如果在步骤2918发射数据TX数据是“否” (即,逻辑0),微处理器1960在步骤2924驱动电流槽使得控制信号Vgs-en能够为低,并且在反 向发射数据流程2900退出之前在步骤2922清楚TX标志。
[0270] 可替换地,负载控制系统1700的电力设备可以操作用于发射反向数字消息到数字 电力设备控制器1720,每个反向数字消息都具有多个数据比特。此外,电力设备可以能够接 收由其它电力设备发射的反向数字消息。因此,电力设备可以发射更多反馈信息到数字电 力设备控制器1720。例如,数字调光镇流器1710可以操作用于发射受控灯1704的当前照明 强度或镇流器的当前电力消耗。此外,耦合到数字电力设备控制器1720的线电压日光传感 器可以发射由日光传感器测量的实际总光水平到数字电力设备控制器。数字电力设备控制 器1720可以接收关于通过电路布线1714上的电力设备而提供的通信的可靠性和强健性的 信息。
[0271] 图39A是用于由数字电力设备控制器(例如,图24中所示的负载控制系统的数字镇 流器控制器1720)所发射的前向数字消息的消息结构的示例图。每个前向数字消息可以包 括比特的总数目Ndm (例如,26比特)。前四个比特包括开始模式,开始模式包括唯一开始符 号,这在下面参照图8被更详细地描述。开始模式之后是有效负荷,有效负荷可以包括17比 特。例如,有效负荷可以包括前向数字消息正被发射到的数字调光镇流器1710的链路地址, 和数字调光镇流器1710应该控制各个灯1704达到的强度水平。有效负荷还可以包括查询类 型和查询消息。如果前向数字消息正被发射以升级电力设备的设置或固件,有效负荷可以 简单地包括数据。每个数字消息以用于确定在数字消息的发射和接收期间是否发生错误的 五个比特(例如,检验和)而结束。
[0272] 图39B是具有多个数据比特的前向数字消息3000和反向数字消息3002的示例图。 例如,前向数字消息3000可以从数字镇流器控制器1720发射到电力设备并且反向数字消息 3002可以从电力设备之一发射到数字镇流器控制器。电力设备被配置为响应于从数字电力 设备控制器1720接收前向数字消息3000,例如紧跟着如图39B中所示的前向数字消息而发 射反向数字消息3002。每个前向数字消息3000可以包括命令或查询并且具有需要预先确定 数目的线周期来发射的比特总数目N™。前向数字消息3000的最后的半周期可以包括窗口时 间段1>顶以便电力设备发射确认(如将在下面更详细描述的)。每个反向数字消息3002可以 包括比特总数目Nrm(例如8比特),并且可以延伸三个线周期。电力设备还可以被配置为在不 从数字电力设备控制器1720接收前向数字消息的情况下发射反向数字消息。
[0273] 图40是示出示例反向数字消息的(例如,图24的负载控制系统1700的控制热电压 Vch和控制器下降电压Vcd的)示例时序图。如上所提及的,电力设备可操作用于在前向数字 消息3000的最后半周期期间发射ACK脉冲3007 (例如,使得每个前向数字消息可能需要10.5 个线周期来发射)。电力设备然后可以立即在反向数字消息的第一数据模式中开始发射数 据。例如,电力设备可以通过启动电流槽电路1984以允许控制器下降电压Vcd的幅值增加到 反向通信阈值VRC-TH以上来发射“逻辑Γ脉冲3008。此外,电力设备可以通过禁用电流槽电路 1984以将控制器下降电压Vcd的幅值控制到约0伏来发射“逻辑0”脉冲3009。
[0274] 电力设备还可以操作用于接收由耦合到数字电力设备控制器1720的其它电力设 备发射的反向数字消息(例如,在图40中所示的反向数字消息)。尽管每个电力设备都在发 射反向数字消息,电力设备进一步可操作用于确定另一电力设备在同时是否也在发射反向 数字消息。例如,如果电力设备在发射“逻辑〇”脉冲3009,电力设备可操作用于监测控制热 电压Vch的幅值,而电力设备已禁用电流槽电路1984以确定另一控制设备是否在发射“逻辑 Γ脉冲3008。如果这样,电力设备中止发射反向数字消息以允许其它电力设备完成发射。
[0275] 电力设备可以操作用于发射具有比特总数目NRM(S卩8比特)以上的反向数字消息。 例如,电力设备可以操作用于发射在如图39B中所示的多个分组3002A、3002B、3002C中的反 向数字消息的数据。在每个分组3002A、3002B之后,数字电力设备控制器1720可操作用于发 射连续模式(或分组)3004,连续模式(或分组)3004可以是可延长例如三个半周期的短模 式,即等于数据模式的长度,但小于整个前向数字消息的长度。每个分组3002A、3002B、 3002C可以包括比特总数目Nrm-pkt (例如,8比特)。因此,如图39B中所示,具有三个分组 3002A、3002B、3002C的每个整个反向数字消息的比特总数目NRM-Tcim可以等于24比特。可替 换地,反向数字消息可以包括其它的分组数目,使得每个整个反向数字消息的比特总数目 Nrm-TCITAL可以等于不同的比特数目。
[0276] 数字电力设备控制器1720可操作用于使用来自前一个分组(例如分组3002A)的旧 偏移时间段Tqsh日和将在下一分组(例如分组3002B)中使用的新的偏移时间段Tqsi-新来发射 连续模式3004。具体地,数字电力设备控制器1720通过在第一半周期期间生成参考边沿,使 得可控制导通设备在随后的第二半周期中在从第一半周期的参考边沿的旧偏移时间段 Toshb加上偏移时段差A Tos (例如约100微秒)导通,然后使得可控制导通设备在从第一半周 期中的参考边沿的新偏移时间段TosHfi的两倍之后导通,来发射连续模式。连续模式允许电 力设备将偏移时间段1'〇51、1'〇52、1'〇53、1^4的值与数字电力设备控制器1720所使用的同步。电 力设备可操作用于测量来自连续模式的线周期时间段IYc (即,新偏移时间段Tos1-新的两倍) 并且使用新偏移时间段Tos1-新来更新偏移时间段Tos1、Tos2、Tos3、Tos4的值。
[0277] 每个分组3002A、3002B、3002C的一个比特可包括奇偶校验位,用于确认该分组的 数据的完整性。例如,如果分组中1的数目为奇数,奇偶校验位可以被设置为〇,而如果分组 中0的数目为偶数,奇偶校验位可以被设置为1。如图39D中所示,如果数字电力设备控制器 1720所接收到的分组(例如分组3002A)的奇偶校验位指示分组中可能存在错误,数字电力 设备控制器1720可操作用于发射重试模式(或分组)3009而不是连续模式3004。重试模式 3009是可以延伸例如三个半周期即数据模式的长度的短模式,但可以与连续模式3004不 同。如图39D中所示,如果电力设备在发射反向数字消息的分组(例如分组3002A)之后接收 重试模式3009,电力设备将重新发射分组。如果分组3002A的第二发射在没有错误的情况下 被接收,数字镇流器控制器1720将发射连续模式3004并且电力设备将发射下一分组3002B。
[0278] 数字电力设备控制器1720还可以操作用于发射查询命令,连接到数字电力设备控 制器1720的所有电力设备可以例如基于其链路地址以相继次序分别(S卩,在不同时间)响应 于所述查询命令。例如,如图39E中所示,电力设备可以每个都操作用于响应于单个前向数 字消息3000而发射反向数字消息3002、3006、3008。数字电力设备控制器1720可以被操作用 于在每个反向数字消息3002、3006、3008之后发射连续模式3004。如图39F中所示,如果反向 数字消息3002、3006、3008之一的奇偶校验位指示在反向数字消息中可能存在错误,数字电 力设备控制器1720可操作用于发射重试模式3009而不是连续模式3004。如果电力设备在发 射反向数字消息(例如,图39F中所示的反向数字消息3002)之后接收重试模式3009,电力设 备将重新发射反向数字消息。如果反向数字消息3002的第二发射在没有错误的情况下被接 收,数字镇流器控制器1720将发射连续模式3004并且下一电力设备将发射下一反向数字消 息3006。
[0279] 如图39G中所示,数字电力设备控制器1720可以可操作用于发射多分组前向数字 消息(例如,具有分组3000A、3000B)到电力设备,例如发射固件升级到电力设备。数字电力 设备控制器1720可以发射多分组前向数字消息的分组3000A、3000B之间的连续模式3002。
[0280] 此外,如图39H中所示,数字电力设备控制器1720可以可操作用于紧跟着反向数字 消息发射开始模式以开始新的前向数字消息。例如,数字电力设备控制器1720可以可操作 用于在反向数字消息的第一分组3002A之后发射新的前向数字消息3000C (而不是如图39C 中所示发射连续模式3004)。进一步,数字电力控制器1720可以可操作用于开始发射比特 “〇〇”以使得电力设备不做任何事情并返回到空闲状态。
[0281] 如之前提及的,数字电力设备控制器1720可操作用于在双向负载控制系统1700的 调试流程期间指派链路地址给电力设备。电力设备可以可操作用于随机生成随机地址(可 以与链路地址相同的长度)。数字电力设备控制器1720可以操作用于发射广播前向数字消 息(例如,具有问题“你的随机地址是什么?”的查询消息)到所有电力设备。还没有被指派链 路地址的电力设备可以通过发射包括它们的随机地址的反向数字消息而响应广播消息。电 力设备在发射它们的随机地址的同时可操作用于监测控制热电压VCH的幅值以确定另一控 制设备是否正在发射其随机地址。具体地,如果电力设备正在发射其随机地址的“逻辑〇”脉 冲3009,电力设备可操作用于监测控制热电压Vch的幅值(在电力设备已经禁用电流槽电路 1984的同时)以确定另一控制设备是否在发射“逻辑Γ脉冲3008。如果这样,电力设备终止 发射其随机地址。最终,一个电力设备保持发射其随机地址,其随机地址完全被数字电力设 备控制器1720所接收。数字电力设备控制器1720然后指派新的链路地址到剩余的电力设备 并且发射包括新链路地址的前向数字消息到具有刚接收到的随机地址的电力设备。数字电 力设备控制器1720然后可以通过重复过程,即通过发射广播前向数字消息(例如,具有问题 “你的随机地址是什么?”的查询消息)到所有电力设备而指派链路地址给其它电力设备。
[0282] 图41是能够经由电路布线例如负载控制系统1700的电路布线1714通信以及经由 有线数字通信链路3116诸如数字可寻址照明接口(DALI)通信链路通信的示例数字调光镇 流器3110的简化框图。图41中所示的数字调光镇流器3110非常类似于图26中所示的数字调 光镇流器1710。数字调光镇流器3110包括可操作用于经由电路布线1714接收前向数字消息 并且发射反向数字消息的控制电路例如微处理器3160。数字调光镇流器3110还包括耦合到 微处理器3160的数字通信电路3166,用于经由有线通信链路3116发射和接收数字消息。微 处理器3160可以操作用于自动检测数字消息是否正在经由电路布线1714或有线通信链路 3116接收以确定数字调光镇流器3110将发射和接收数字消息的通信介质。可替换地,两种 通信介质都可以用来发射和/或接收数字消息。此外或可替换地,数字通信电路3166可以操 作用于经由无线链路(例如射频、红外等等)发射和接收数字消息。
[0283] 图42是能够经由电路布线(例如电路布线1714)来通信和接收电力的示例数字调 光镇流器3210 (例如图24的负载控制系统1700的数字调光镇流器之一)的简化框图。图42中 所示的数字调光镇流器3210非常类似于图26中所示的数字调光镇流器1710。数字调光镇流 器3210包括接收跨输入电容器Cin产生的整流电压Vrect并跨总线电容器(¾线生成总线电压 心线的升压转换器3230,其中总线电压心线的幅值大于整流电压Vrect的峰幅值。数字调光镇 流器3210包括第一电源3264 (例如降压转换器),第一电源3264被配置为接收总线电压V磁I 并生成DC电源电压VCC,用于为控制电路(例如,微处理器3260)和镇流器的其它低电压电路 供电。数字调光镇流器3210还包括第二、单独的电源3265 (例如,降压转换器),电源3265也 接收总线电压,但被耦合到升压转换器3230的输入电容器Cin (即,被耦合到整流电压 Vrect),用于在每个半周期当控制热电压Vch的幅值约为0伏时(例如,当数字电力设备控制器 1820的三端双向可控硅开关元件1810不导通时)对输入电容器Cin充电。
[0284] 图43是能够经由电路布线(例如电路布线1714)通信和接收电力的示例数字调光 镇流器3310(例如,图24的负载控制系统1700的数字调光镇流器之一)的简化框图。图43中 所示的数字调光镇流器3310非常类似于图26中所示的数字调光镇流器1710。数字调光镇流 器3310包括升压转换器3330,升压转换器3330接收跨输入电容器Cin产生的整流电压Vrect并 且跨总线电容器(¾线生成总线电压心线,其中总线电压心线的幅值大于整流电压Vrect的峰幅 值。数字调光镇流器3310包括电源3364 (例如,降压转换器),电源3364接收总线电压V,鐵并 且具有第一和第二输出。在第一输出,电源3364提供DC电源电压Vcc用于对控制电路(例如微 处理器3360)和镇流器的其它低电压电路供电。电源3364的第二输出被親合到升压转换器 3330的输入电容器Cin用于在每个半周期当控制热电压Vch约为0伏时(例如,当数字电力设 备控制器1820的三端双向可控硅开关元件1810不导通时)对输入电容器Cin充电。
[0285] 图44是用于负载控制设备的示例电源3470 (例如,图43中所示的数字调光镇流器 3310的电源3364)的简化示意图。电源3470接收可以由升压转换器3430 (例如,图43中所示 的数字调光镇流器3310的升压转换器3330)生成的总线电压\^线。升压转换器3430包括输 入,用于从整流器电路3420 (例如,如图44中所示的全波桥整流器)接收输入电压Vin (例如, 整流电压)。输入电容器Cin跨升压转换器3430的输入耦合并且可以具有例如约0.22yF的电 容。电源3470可以包括第一输出3472,用于提供DC电源电压Vcc来对控制电路(例如,微处理 器3460)供电。电源3364包括第二输出3474,第二输出3474可以被耦合到输入电容器Cin用于 在控制热电压Vch的幅值约为0伏时对输入电容器充电。微处理器3460从跨输入电容器Cin耦 合并且包括两个电阻器R3476、R3478(例如,分别具有约1857kQ和IOkQ的电阻)的电阻器 分压器接收输入电压反馈信号Vin-fb。输入电压反馈信号Vin-fb具有的幅值表不输入电压Vin 的幅值。
[0286] 电源3470可操作用于生成跨电源电容器C3480 (例如具有约220yF的电容)的DC电 源电压VCC。电源3470包括降压转换器,降压转换器包括电感器L3484(例如具有约680μΗ的电 感)、二极管D3485、D3486和被耦合以接收总线电压V歲I的电力开关设备例如FET Q3482。电 感器L3484被耦合在FET Q3482和二极管D3486之间,而二极管D3485被耦合在电路公共端与 ΪΈΤ Q3482和电感器L3484的接合点之间。二极管D3486通过第一可控制开关3488 (例如ΪΈΤ) 耦合到电源电容器C3480,第一可控制开关3488可以响应于由微处理器3460生成的开关控 制信号Vsmntl而断开和闭合。电源3470进一步包括耦合到FET Q3482的栅极的降压控制电 路3489,用于控制降压转换器的操作。FET Q3482和降压控制电路3489可以一起实现在集成 电路例如由STMicroelectronics制造的VIPER16转换器中。降压控制电路3489可以被参考 到ΪΈΤ Q3482和电感器L3484的接合点。
[0287] 电源3470进一步包括反馈电路3490,反馈电路3490被配置为从电源电容器C3480 接收电源电压Vcc。反馈电路3490生成反馈信号Vps-fb,反馈信号Vps-fb通过二极管D3495f禹合 到降压控制电路3489以对电容器C3496充电。降压控制电路3489被配置为控制降压转换器 的操作以响应于在电容器C3496上生成的电压(S卩,响应于反馈信号Vps-fb)而生成DC电源电 压Vcu反馈电路3490包括第二可控制开关3492 (例如,FET或双极结型晶体管)和与该可控制 开关并联耦合的二极管3494。微处理器3460生成反馈电路控制信号VFB-™TL用于控制第二可 控制开关3492 (S卩,断开和闭合开关)。
[0288] 微处理器3460被配置为闭合第一和第二可控制开关3488、3492以允许降压转换器 跨电源电容器C3480生成DC电源电压VCC。因为第二可控制开关3492被闭合,反馈信号Vps-FB 的幅值约等于DC电源电压Vcc的幅值。当降压控制电路3489使得FET Q3482导通时,电感器 L3484可操作用于从总线电压V,麟充电并且DC电源电压Vcc在幅值上增加。当FET Q3482呈现 为不导通时,电感器L3484可操作用于导通通过电源电容器C3480和二极管D3485的电流。此 时,FET Q3482的源极和(降压控制电路3489被参考到的)电感器L3484的接合点是电路公共 端以下的一个二极管压降,并且跨电容器C3496的电压的幅值是反馈电压Vps-FB的幅值(约等 于电源电压Vcc的幅值)以下的一个二极管压降。因此,当二极管D3485导通时,跨电容器 C3496的电压表示电源电压Vcc的幅值。降压控制电路3489可操作用于控制ΪΈΤ Q3482的占空 比以将电源电压Vcc的幅值调节到目标电压(例如约15伏)。
[0289] 电感器L3484和二极管D3486的接合点被耦合到输入电容器Cin用于通过电源3470 的第二输出3474对输入电容器充电。在控制热电压Vch的每个半周期的开始处(S卩,当控制热 电压Vch的幅值约为0伏时),微处理器3460被配置为断开第一可控制开关3488,使得输入电 容器Cin可操作用于从通过电感器L3484导通的电流充电。微处理器3460被配置为还在每个 半周期的开始处断开第二可控制开关3492,使得反馈信号Vps-FB的幅值小于DC电源电压Vcc 的幅值。因此,降压控制电路3489试图通过增加ΪΈΤ Q3482的占空比来朝向目标电压增加DC 电源电压Vcc的幅值,使得跨输入电容器Cin的输入电压Vin的幅值增加。由于电源电容器 C3480从降压转换器断开,电源电压Vcc的幅值继续减小,并且输入电压Vin的幅值继续增加。 当输入电压反馈信号VIN-FB的幅值指示跨输入电容器Cin的输入电压Vin的幅值已经超过输入 电压阈值Vin-th (例如约100-220伏)时,微处理器3460闭合第一和第二可控制开关3488、3492 以允许降压转换器再次生成跨电源电容器C3480的DC电源电压VCC。可替换地,反馈电路3490 的二极管D3494可以包括串联耦合的两个二极管或另一阻抗元件,用于使得当降压转换器 对输入电容器Cin充电时,反馈信号Vps-fb的幅值小于DC电源电压Vcc的幅值。
[0290] 本文所述的用于对电力转换器电路的输入电容器(例如,用于升压转换器1930、 2030、3230、3330、3430的输入电容器(^)充电的电路和方法可以用于任何电子镇流器中,甚 至不使用本文所述的通信技术(例如,通过在电路布线上发射和接收前向和反向数字消息) 通信的镇流器。此外,本文所述的用于对输入电容器(例如,输入电容器CIN)充电的电路和方 法可以用于可以从相位控制信号(例如,如本文所述的前向相位控制信号或控制热信号)接 收电力的任何双线负载控制设备(例如,LED驱动器)中以在每个半周期在激发时刻减小对 输入电容器充电所需的充电电流的幅值。
[0291] 图45是用于负载控制设备(例如图43中所示的数字调光镇流器3310的电源3364) 的另一示例电源3570的简化示意图。电源3570接收可能由升压转换器(例如,升压转换器 3430)生成的总线电压V,鐵。电源3570包括降压转换器,该降压转换器在操作上类似于图44 中所示的电源3470的降压转换器。但是,电源3570包括反馈电路3590,反馈电路3590接收跨 电源电容器3480的DC电源电压Vcc和表不跨升压转换器3430的输入电容器Cin的输入电压Vin 的幅值的输入电压反馈信号VIN-fb。反馈电路3590包括第三可控制开关3592和缓冲器电路 3594。微处理器3460生成反馈电路控制信号VFB-CNTL,用于控制第三可控制开关3592 (S卩,控 制在第一和第二位置之间的开关)。
[0292] 当电源3570在对电源电容器C3480充电时,微处理器3460闭合第一可控制开关 3488并且控制第三可控制开关3592到第一位置,使得电源电压Vcc耦合到二极管D3495并且 反馈信号Vps-fb的幅值约等于电源电压Vcc的幅值。当控制热电压Vch的幅值约为0伏时,微处 理器3460断开第一可控制开关3488,使得输入电容器Cin可操作用于从通过电感器L3484导 通的电流充电。此时,微处理器3460还控制第三可控制开关3592到第二位置以将缓冲器电 路3594的输出耦合到二极管D3592,使得反馈信号Vps-fb的幅值表示跨输入电容器Cin的输入 电压Vin的幅值。因此,降压控制电路3489将试图将输入电压Vin的幅值调节到预先确定的幅 值。
[0293] 尽管已经参照图1、20、22和24中所示的单相位电力系统描述了本发明,但本发明 的通信技术还能够应用于双相位和三相位电力系统。
[0294] 本申请与共同转让的、提交于2012年1月27日、题为“DIGITAL LOAD⑶NTROL SYSTEM PROVIDING POWER AND COMMUNICATION VIA EXISTING POWER WIRING” 的美国专利 申请13/359,722相关,其全部公开内容通过引用被并入本文。
[0295] 尽管本发明已经关于其特定实施例进行了描述,对于本领域技术人员来说,许多 其它变型和修改以及其它使用将变得显而易见。因此,优选的是,本发明不由本文的特定公 开内容所限定,而仅由所附权利要求来限定。

Claims (13)

1. 一种装置,包括: 整流器电路,所述整流器电路被配置为接收相位控制电压并在输出处产生整流电压; 电力转换器,所述电力转换器被配置为在输入处接收所述整流电压; 输入电容器,所述输入电容器跨所述整流器电路的所述输出和所述电力转换器的所述 输入被親合; 总线电容器,所述总线电容器跨所述电力转换器的所述输出被耦合,其中所述电力转 换器被配置为生成跨所述总线电容器的总线电压;和 电源,所述电源被配置为接收所述总线电压并且在所述相位控制电压的不导通部分期 间对所述输入电容器充电。
2. 根据权利要求1所述的装置,进一步包括: 负载调节电路,所述负载调节电路被配置为接收所述总线电压并且控制递送到电负载 的电量;和 控制电路,所述控制电路被配置为控制所述负载调节电路来控制递送到所述电负载的 电量。
3. 根据权利要求2所述的装置,其中,所述电源被进一步配置为对电源电容器充电以生 成用于对控制电路供电的电源电压。
4. 根据权利要求3所述的装置,其中,所述电源被配置为当跨所述输入电容器的所述整 流电压的幅值超过预先确定的阈值时终止对所述输入电容器的充电,并且对所述电源电容 器充电,直到所述相位控制电压的幅值在所述相位控制电压的当前半周期的结束处约为O 伏。
5. 根据权利要求4所述的装置,其中,所述电源包括降压转换器和用于控制所述降压转 换器的操作的降压控制电路。
6. 根据权利要求5所述的装置,其中,所述电源进一步包括反馈电路,所述反馈电路能 够操作以向所述降压控制电路提供反馈信号,所述降压控制电路控制所述降压转换器的操 作以对所述输入电容器充电,直到所述整流电压的幅值超过所述预先确定的阈值,并且在 所述整流电压的幅值超过所述预先确定的阈值之后对所述电源电容器充电,直到所述相位 控制电压的幅值在所述相位控制电压的当前半周期的结束处约为〇伏。
7. 根据权利要求6所述的装置,其中,当所述降压控制电路正在对所述电源电容器充电 时,所述反馈信号的幅值表示所述电源电压的幅值,而当所述降压控制电路正在对所述输 入电容器充电时,所述反馈信号的幅值表示所述整流电压的幅值。
8. 根据权利要求6所述的装置,其中,当所述降压控制电路正在对所述电源电容器充电 时,所述反馈信号的幅值约等于所述电源电压,而当所述降压控制电路正对所述输入电容 器充电时,所述反馈信号的幅值小于所述电源电压的幅值。
9. 根据权利要求3所述的装置,其中所述电源被配置为,当跨所述输入电容器的电压小 于所述相位控制电压的幅值时,在所述相位控制电压的导通部分期间对所述电源电容器充 电。
10. 根据权利要求2所述的装置,进一步包括: 第二电源,所述第二电源被配置为对电源电容器充电以生成电源电压。
11. 根据权利要求10所述的装置,其中所述第二电源被配置为,当跨所述输入电容器的 电压小于所述相位控制电压的幅值时,在所述相位控制电压的导通部分期间对所述电源电 容器充电。
12. 根据权利要求1所述的装置,其中,电负载包括气体放电灯,并且所述装置包括电子 镇流器。
13. 根据权利要求1所述的装置,其中,电负载包括LED光源,并且所述装置包括LED驱动 器。
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