CN117796154A - 用于照明控制总线的电源的过压保护限流器 - Google Patents

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CN117796154A CN202280054058.7A CN202280054058A CN117796154A CN 117796154 A CN117796154 A CN 117796154A CN 202280054058 A CN202280054058 A CN 202280054058A CN 117796154 A CN117796154 A CN 117796154A
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Abstract

公开了一种用于照明控制总线(6)的电源(2)的限流器(1)。该限流器(1)包括串联布置在该照明控制总线(6)的电流路径中的第一开关(12)。该第一开关(12)被配置为根据照明控制总线(6)的施加到第一开关(12)的控制端子的电压(V)来对照明控制总线(6)的电流(I)进行门控。限流器(1)还包括与电流路径并联连接的分压器(15,16)。该限流器(1)还包括插置在该第一开关(12)的控制端子和分压器(15,16)的外部端子之间的第二开关(17)。该第二开关(17)被配置为根据流入第二开关(17)的控制端子中的电流(IB)来对施加到第一开关(12)的控制端子的电压进行分流。该限流器(1)还包括插置在第二开关(17)的控制端子和分压器(15；16)的内部端子之间的齐纳二极管(18)。该齐纳二极管(18)被配置为根据分压器(15,16)的内部端子和外部端子之间的电压降超过齐纳二极管(18)的反向击穿电压而对流入第二开关(17)的控制端子中的电流(IB)进行门控。这实现了第一开关(12)和限流器(1)的过压保护。

Description

用于照明控制总线的电源的过压保护限流器
技术领域
本公开整体涉及照明技术，并且具体地涉及用于照明控制总线的电源的限流器、包括限流器的电源以及包括电源的用于至少一个LED的驱动器。
背景技术
根据数字可寻址照明接口(DALI)规范的照明控制总线使用单对导线进行通信和供电。通过短暂地将总线短接到低电压电平来发送信号，其中需要照明控制总线的电源容忍这种情况，借助于限流器电路将电流限制到250mA。
为了迅速响应总线的短接，此类限流器电路通常布置在照明控制总线和用于该照明控制总线的电源之间，并且包括模拟电路，该模拟电路包括用于低温漂移的基准二极管和用于在附接到照明控制总线的任何装置(例如，驱动器、传感器、控件)通信的情况下限制照明控制总线上的电流流动的场效应晶体管(FET)。
诸如由数字照明接口联盟(DiiA)结合其D4i认证所规定的用于照明控制总线的电源的堆叠、即并联连接，引入了多个电源连接到照明控制总线的情况下相互反向极性的可能性。
在此类情况下，限流器的前述FET可能经受过量DC电压，这可能最终毁坏FET。
发明内容
鉴于上述缺点和限制，本公开旨在改进背景技术的限流器。一个目的是提供一种过压保护限流器。
该目的通过如由所附独立权利要求中限定的实施方案来实现。优选实施方案在从属权利要求以及下面的说明书和附图中阐述。
本公开的第一方面涉及一种用于照明控制总线的电源的限流器。限流器包括串联布置在照明控制总线的电流路径中的第一开关。该第一开关被配置为根据照明控制总线的施加到第一开关的控制端子的电压来对照明控制总线的电流进行门控。该限流器还包括与电流路径并联连接的分压器。该限流器还包括插置在第一开关的控制端子和分压器的外部端子之间的第二开关。该第二开关被配置为根据流入第二开关的控制端子中的电流来对施加到第一开关的控制端子的电压进行分流。该限流器还包括插置在第二开关的控制端子和分压器的内部端子之间的齐纳二极管。该齐纳二极管被配置为根据分压器的内部端子和外部端子之间的电压降超过齐纳二极管的反向击穿电压而对流入第二开关的控制端子中的电流进行门控。
该第一开关的控制端子可连接到照明控制总线的高侧轨；并且该第一开关可插置在照明控制总线的低侧轨中。
照明控制总线可包括DALI总线。
第一开关可包括场效应晶体管(FET)。
第二开关可包括NPN双极结式晶体管(BJT)。
齐纳二极管与第二开关的射极二极管可相反定向。
齐纳二极管可被设计用于至少9V的反向击穿电压。
本公开的第二方面涉及照明控制总线的电源。该电源包括接口DC/DC转换器，该接口DC/DC转换器被配置为从外部提供的逻辑电源DC电压向照明控制总线供电；和根据第一方面或其具体实施中的任一具体实施所述的限流器，该限流器插置在接口DC/DC转换器和照明控制总线之间。
电源还可包括被配置为操作接口DC/DC转换器的接口控制电路。
接口DC/DC转换器可包括流电隔离。
接口DC/DC转换器可包括反激转换器或谐振转换器。
本公开的第三方面涉及一种用于至少一个LED的驱动器。该驱动器包括功率因数校正PFC AC/DC转换器，该PFC AC/DC转换器被配置为从AC市电电源向DC总线供电；第一DC/DC转换器，该第一DC/DC转换器被配置为从DC总线向至少一个LED供电；第二DC/DC转换器，该第二DC/DC转换器被配置为从DC总线提供逻辑电源DC电压；和根据第二方面或其具体实施中的任一具体实施所述的电源，该电源被配置为从由第二DC/DC转换器提供的逻辑电源DC电压向能够连接到驱动器的照明控制总线供电。
该驱动器还可包括通信接口实体，该通信接口实体被配置为经由照明控制总线进行通信；和驱动器控制实体，该驱动器控制实体被配置为根据能够由通信接口实体接收的照明控制指令来操作第一DC/DC转换器。
本公开的第四方面涉及一种照明控制系统。该照明控制系统包括根据第三方面或其具体实施中的任一具体实施所述的用于至少一个LED的驱动器。该驱动器连接到照明控制总线并且被配置为根据能够经由照明控制总线接收的照明控制指令来驱动至少一个LED。照明控制系统还包括至少一个总线参与者，该至少一个总线参与者连接到照明控制总线并且被配置为经由照明控制总线发出用于驱动器的照明控制指令。
有益效果
本公开提供一种用于照明控制总线、具体地DALI总线的电源的过压保护限流器，其中用于过流保护件的第一FET型开关由第二BJT型开关进行过压保护。当照明控制总线上的过量DC电压触发连接到第二开关的控制端子的反向偏置齐纳二极管的反向击穿时，第二开关变为导通(闭合、开启、接通)。这对施加到第一开关的控制端子的电压(该电压从照明控制总线的高侧轨到照明控制总线的低侧轨导出)进行分流(短接、短路、热线)，使得第一开关变为非导通(断开、关断)。因此，第一FET型开关被第二BJT型晶体管关断/保护。
保护通常是防止过热/过载，不仅仅是防止电源的错误极性。
过压保护限流器可能产生较少的客户抱怨(当电源被错误地安装时)。
尽管采用了低成本BJT晶体管，该保护也是温度稳定的功能。
上述与限流器相关的技术效果和优点同样适用于包括限流器的电源、以及包括电源的驱动器。
附图说明
现在将参考附图来解释上述方面和具体实施，在附图中，相同或类似附图标号指代相同或类似元件。
除非另外特别说明，否则这些方面和具体实施的特征可彼此组合。
附图应被视为示意图，并且附图中示出的元件不一定按比例绘制。相反，各种元件被表示为使得它们的功能和一般目的对于本领域技术人员是显而易见的。
图1示出了包括电源的驱动器，该电源包括限流器，所有这些都根据本公开；并且
图2更详细地示出了图1的限流器。
图3甚至更详细地示出了图2的限流器。
具体实施方式
图1示出了包括电源2的驱动器3，该电源包括限流器1，所有这些都根据本公开。
用于至少一个LED 5的驱动器3包括PFC AC/DC转换器31，该PFC AC/DC转换器被配置为从AC市电电源4向示意性示出的双轨DC总线32供电；第一DC/DC转换器33，该第一DC/DC转换器被配置为从DC总线32向至少一个LED 5供应负载电源DC电压，诸如400V；第二DC/DC转换器34，该第二DC/DC转换器被配置为从DC总线32提供逻辑电源DC电压，诸如12V；和根据第二方面或其具体实施中的任一具体实施所述的电源2。电源2被配置为从由第二DC/DC转换器34提供的逻辑电源DC电压向能够连接到驱动器3的照明控制总线6诸如DALI总线供电。
驱动器3还可包括通信接口实体35，诸如DALI通信接口，其被配置为经由照明控制总线6双向通信；和驱动器控制实体36，诸如微控制器，其被配置为根据能够由通信接口实体35接收的照明控制指令来操作第一DC/DC转换器33。例如，驱动器控制实体36可被配置为根据从一个或多个传感器7或一个或多个控件8(诸如串行调光器通信(S-DIM)控件或DALI控件)接收的此类照明控制指令来使至少一个LED 5变暗。
除了上述驱动器3之外，类似驱动器3可连接到同一照明控制总线6。
连接到照明控制总线6的驱动器3可形成照明控制系统的一部分，然而至少一个总线参与者(例如传感器7和/或控件8)连接到照明控制总线6并且被配置为经由照明控制总线6向驱动器3发出照明控制指令。
电源2包括接口DC/DC转换器22，该接口DC/DC转换器被配置为从外部提供的逻辑电源DC电压(诸如由驱动器3的第二DC/DC转换器34提供的逻辑电源DC电压)向照明控制总线6供电；和插置在接口DC/DC转换器22和照明控制总线6之间的根据第一方面或其具体实施中的任一具体实施所述的限流器1。
电源2还可包括被配置为操作接口DC/DC转换器22的接口控制电路21，诸如集成电路(IC)。
驱动器控制实体36和接口控制电路21可被组合为执行两种功能的一个联合控制实体，例如，被组合为一个集成电路。
接口DC/DC转换器22可包括流电隔离，并且具体地包括反激转换器或谐振转换器。
图2更详细地示出了图1的限流器1。
该限流器1包括布置在照明控制总线6的电流路径中的第一开关12。第一开关12可包括FET。第一开关12的控制端子可连接到照明控制总线6的高侧轨；并且第一开关12可插置在照明控制总线6的低侧轨中。
第一开关12被配置为根据照明控制总线6的施加到第一开关12的控制端子的电压V来对照明控制总线6的电流I进行门控。这也可指所述电压V的一部分，如可借助于设置在开关12的控制端子处的一个或多个电阻器(未示出)两端的电压降从电压V导出的。
如本文所用，“门极”可指根据某一其他参数用门极控制(电流/电压的)经过或流经。
如本文所用，高侧轨可指电源(诸如电源2)和负载(诸如连接到照明控制总线6的传感器7或控件8)之间的一对电连接中具有该对的更高电势的特定一个电连接，并且低侧轨可指该对中的具有该对的更低电势的另一个电连接。
限流器1还可包括与第一开关12串联布置的电阻器11。电阻器11可被配置为将由第一开关12门控的电流I感测为电阻器11两端的电压降。
限流器1还可包括基准二极管13，诸如TL431可调节分流调节器电路。简单来说，基准二极管13被配置为充当温度补偿可变/可调节齐纳二极管。基准二极管13的控制端子可连接到电阻器11和第一开关12的公共端子；并且基准二极管13可插置在电阻器11的另一端子和开关12的控制端子之间。限流器1被配置为根据电阻器11两端的电压降来对施加到开关12的控制端子的电压V进行分流。
因此，如果连接到照明控制总线6的装置(即，传感器7、控件8或驱动器3)中的任何装置通过短暂地将照明控制总线6的高侧轨和低侧轨短接到低电压电平进行通信，则电流I受限流器1限制。
限流器1还可包括与基准二极管13并联连接以用于缓和第一开关12的开关行为的电容器14。
尤其如果包括相应电源2的多个驱动器3连接到照明控制总线6，则可能存在相互反向极性的可能性。在此类情况下，限流器1的第一开关12可能经受如下的过量DC电压：
一个驱动器3的电源2可将总线电源电压调节到例如15V的值。如果另一驱动器3的电源2以15V的反向极性连接到照明控制总线6，则必须在第一开关12(以及串联的电阻器1)两端下降总共几乎30V。因此，第二开关12可能最终被毁坏。
可如下实现限流器1的过压保护(包括防止错误极性的保护)。
限流器1还包括与电流路径并联连接的分压器15、16。
限流器1还包括插置在第一开关12的控制端子和分压器15、16的外部端子之间的第二开关17。第二开关17可包括NPN BJT。第二开关17被配置为根据流入第二开关17的控制端子中的电流IB来对施加到第一开关12的控制端子的电压进行分流。限流器1还包括插置在第二开关17的控制端子和分压器15、16的内部端子之间的齐纳二极管18。齐纳二极管18被配置为根据分压器15、16的内部端子和外部端子之间的电压降超过齐纳二极管18的反向击穿电压而对流入第二开关17的控制端子中的电流IB进行门控。
换句话讲，分压器15、16的电阻器15两端的电压降超过连接到第二开关17的控制端子的反向偏置齐纳二极管18的反向击穿电压触发齐纳二极管18的反向击穿。齐纳二极管18可被设计用于至少9V的反向击穿电压。
响应于齐纳二极管18的反向击穿，流入第二开关17的控制端子中的电流IB急剧增加，使得第二开关17变为导通(闭合、开启、接通)并且对从照明控制总线的高侧轨导出到照明控制总线的低侧轨的施加到第一开关的控制端子的电压进行分流(短接、短路、热线)，使得第一开关变为非导通(断开、关断)。因此，第一FET型开关12受第二BJT型晶体管17保护。
齐纳二极管18与第二开关17的射极二极管可相反定向。在此类情况下，齐纳二极管18的温度系数(TC)补偿BJT基极-发射极结的TC。因此，尽管部署了低成本BJT 17，过压保护也是温度稳定的功能。
图3甚至更详细地示出了图2的限流器。
在该具体实施中，接口DC/DC转换器22可包括隔离转换器，诸如反激转换器或谐振转换器。图3的具体示例提出了反激转换器的次级/负载侧，其包括隔离变压器的次级绕组/电感221、整流二极管222和平滑电容器223。图3还示出了上述接口控制电路21。
此外，限流器1包括在照明控制总线6的电流路径中(更具体地，在照明控制总线6的低侧电流路径中)的功率二极管19，并且被配置为允许获取照明控制总线6的电流I。
根据上述D4i认证，可将最多四个电源2连接到照明控制总线6，从而引入电源2的相互反向极性的可能性。
在没有反向极性的情况下，多个电源2，更具体地相应的接口DC/DC转换器22，根据例如15V的公共电源电压彼此独立地调节它们的(相同)电源电压。
在多个电源2中的单个电源2被反转(即，具有反向极性)的情况下，所得效果取决于多个电源2的总数。对于总共四个电源2，正确极性的多个电源2(即，明显多数)分别检测例如15V的正确电源电压，然而对于总共三个电源2，可不再建立明显多数。在任何情况下，反向电源2的接口DC/DC转换器22的电感221将被反射到接口DC/DC转换器22的初级侧，并且接口DC/DC转换器22的接口控制电路21将试图维持例如15V的电源电压，即平滑电容器223两端的电压Vps。这将导致跨反向电源2的开关12的电流路径的约28V的相对高电压，反向电源2的后续临时停用，诸如例如持续14秒的时间段，以及反向电源2的可能地后续永久停用，除非跨开关12的相对高的电压在该时间段内消失。
在图3的具体实施的情况下，接口DC/DC转换器22的接口控制电路21可通过观察功率控制参数的极值来间接地检测限流器1的活动(即，无电流供应/消耗)以及因此需要对电源2去激活，其中功率控制参数取决于接口DC/DC转换器22的操作模式。在连续导电模式(CCM)操作的情况下，对接口DC/DC转换器22进行频率控制，并且可通过切换频率的极值来检测限流器1的活动，然而在不连续导电模式(DCM)操作的情况下，对接口DC/DC转换器22进行占空比控制(恒定频率)，并且可通过占空比的极值来检测限流器1的活动。

Claims (14)

1.一种用于照明控制总线(6)的电源(2)的限流器(1)，所述限流器(1)包括
第一开关(12)，所述第一开关布置在所述照明控制总线(6)的电流路径中；所述第一开关(12)被配置为根据所述照明控制总线(6)的施加到所述
第一开关(12)的控制端子的电压(V)来对所述照明控制总线(6)的电流(I)进行门控；
分压器(15,16)，所述分压器与所述电流路径并联连接；
第二开关(17)，所述第二开关插置在所述第一开关(12)的所述控制端子和所述分压器(15,16)的外部端子之间，所述第二开关(17)被配置为根据流入所述第二开关(17)的控制端子中的电流(IB)来对施加到所述第一开关(12)的所述控制端子的所述电压进行分流；和
齐纳二极管(18)，所述齐纳二极管插置在所述第二开关(17)的所述控制端子和所述分压器(15；16)的内部端子之间，所述齐纳二极管(18)被配置为根据所述分压器(15,16)的所述内部端子和所述外部端子之间的电压降超过所述齐纳二极管(18)的反向击穿电压而对流入所述第二开关(17)的所述控制端子中的所述电流(IB)进行门控。
2.根据权利要求1所述的限流器(1)，
所述第一开关(12)的所述控制端子连接到所述照明控制总线(6)的高侧轨；并且
所述第一开关(12)插置在所述照明控制总线(6)的低侧轨中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的限流器(1)，
所述照明控制总线(6)包括DALI总线。
4.根据前述权利要求中任一项所述的限流器(1)，
所述第一开关(12)包括FET。
5.根据前述权利要求中任一项所述的限流器(1)，
所述第二开关(17)包括NPN BJT。
6.根据权利要求5所述的限流器(1)，
所述齐纳二极管(18)与所述第二开关(17)的射极二极管相反定向。
7.根据前述权利要求中任一项所述的限流器(1)，
所述齐纳二极管(18)被设计用于至少9V的所述反向击穿电压。
8.一种照明控制总线(6)的电源(2)，所述电源(2)包括
接口DC/DC转换器(22)，所述接口DC/DC转换器被配置为从外部提供的逻辑电源DC电压向所述照明控制总线(6)供电；和
根据前述权利要求中任一项所述的限流器(1)，所述限流器插置在所述接口DC/DC转换器(22)和所述照明控制总线(6)之间。
9.根据权利要求8所述的电源(2)，所述电源还包括
接口控制电路(21)，所述接口控制电路被配置为操作所述接口DC/DC转换器(22)。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的电源(2)，
所述接口DC/DC转换器(22)包括流电隔离。
11.根据权利要求10所述的电源(2)，
所述接口DC/DC转换器(22)包括反激转换器或谐振转换器。
12.一种用于至少一个LED(5)的驱动器(3)，所述驱动器(3)包括
功率因数校正PFC AC/DC转换器(31)，所述PFC AC/DC转换器被配置为从AC市电电源(4)向DC总线(32)供电；
第一DC/DC转换器(33)，所述第一DC/DC转换器被配置为从所述DC总线(32)向所述至少一个LED(5)供电；
第二DC/DC转换器(34)，所述第二DC/DC转换器被配置为从所述DC总线(32)提供逻辑电源DC电压；和
根据权利要求8至11中任一项所述的电源(2)，所述电源被配置为从由所述第二DC/DC转换器(34)提供的所述逻辑电源DC电压向能够连接到所述驱动器(3)的照明控制总线(6)供电。
13.根据权利要求12所述的驱动器(3)，所述驱动器还包括
通信接口实体(35)，所述通信接口实体被配置为经由所述照明控制总线(6)进行通信；和
驱动器控制实体(36)，所述驱动器控制实体被配置为根据能够由所述通信接口实体(35)接收的指令来操作所述第一DC/DC转换器(33)。
14.一种照明控制系统，包括
根据权利要求12或权利要求13所述的用于至少一个LED(5)的驱动器(3)，所述驱动器连接到照明控制总线(6)并且被配置为根据能够经由所述照明控制总线(6)接收的照明控制指令来驱动所述至少一个LED(5)；和
至少一个总线参与者(7,8)，所述至少一个总线参与者连接到所述照明控制总线(6)并且被配置为经由所述照明控制总线(6)发出用于所述驱动器(3)的所述照明控制指令。
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