CN1586096A - 具有集成rf接口的镇流器的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明是具有无线通信接口的高频(HF)镇流器的一种新式结构。这种新式结构将RF无线接口集成在镇流器内。用户控制器向镇流器位置上的第二天线发射RF控制信号，将RF信号提供给启动荧光灯的镇流器。镇流器包括收发信机/接收机、通信解码器、功率控制级和功率级。收发信机/接收机接收RF信号并将其提供给通信解码器，后者用作对功率级控制器的接口。功率级控制器控制启动荧光灯的功率级。通信解码器、功率控制级、功率级和收发信机/接收机均位于镇流器外壳内部，这是本发明的一个重要特征部分。如果功率级控制是数字的，则它能与通信解码器合并在一个微处理器或例如ASIC的数字控制器中。通信解码器可以是串行接口。收发信机/接收机是RF集成电路。镇流器还包括一个隔离器，以隔离收发信机/接收机与第一天线。该隔离器可以是电容性的。

Description

具有集成RF接口的镇流器的结构
发明背景
技术领域
本发明涉及具有用于启动荧光灯的无线通信的一种镇流器结构。本发明具体涉及一种镇流器，它包括镇流器外壳内的通信解码器、灯驱动器和收发信机/接收机。
背景技术
办公或商业建筑物中的照明控制经历了若干发展阶段。传统的控制方案在镇流器外部采用独立的控制盒，如图1所示。整个建筑物的中央控制管理也能通过网络控制照明。
随着RF和半导体技术的新近发展，无线控制在照明工业中越来越引人注目。目前市场上就可获得一些无线控制系统。典型的RF无线控制结构如图2所示。从此图中可以看出，图1中墙式单元与控制盒之间的线路被发射机和接收机所替代。这样能去掉垂直引线并具有无线的优点。然而，控制盒仍然在镇流器外部。
现有技术RF系统的另一问题是隔离。出于安全原因，若是将RF接收机/收发信机利用线路连接到镇流器上，就必须具有与高电压隔离的某种接口。这样会增加整体系统的成本和复杂性。图3表示这种问题。目前的现有技术采用变压器或光电隔离。图3还表示了镇流器的结构。数字解码器被用于对来自例如能够是微处理器的控制盒的控制指令进行解码。灯驱动器由功率级和控制IC组成。功率级包括高电压驱动器、保护电路、蓄能(power storage)和滤波器元件。控制IC的现有技术状态是用于控制功率级的基于A1pha的模拟IC。A1pha IC的参考文献是US5680017和US5559395。
当前的照明控制方案面临以下挑战：
成本：增加连接到镇流器的独立控制盒会增加成本。
2.节能：如果能从镇流器反馈功率消耗信息，中央管理能够容易地改善能量利用。然而，采用模拟镇流器，不容易在不增加成本的条件下构筑双向通信链路。
3.解决上述的高电压隔离问题。
发明内容
本发明是具有无线通信接口的高频(HF)镇流器的一种新式结构。这种新式结构将RF无线接口集成在镇流器内。用户控制器向镇流器位置上的第二天线发射RF控制信号，将RF信号提供给启动荧光灯的镇流器。镇流器包括收发信机/接收机、通信解码器、功率控制级和功率级。收发信机/接收机接收RF信号并将其提供给通信解码器，后者用作对功率级控制器的接口。功率级控制器控制启动荧光灯的功率级。通信解码器、功率级控制器(模拟或数字)、功率级和收发信机/接收机均位于镇流器外壳内部，这是本发明的一个重要特征部分。如果功率级控制是数字的，则它可以与通信解码器合并在一个微处理器中。通信解码器可以是串行接口。收发信机/接收机是RF集成电路。该镇流器还包括隔离器，以隔离收发信机/接收机与第二天线。隔离器可以是电容性的。
附图说明
图1是现有技术中采用镇流器外部独立控制盒的传统控制方案。
图2表示一种典型的现有技术RF无线控制结构。
图3表示现有技术的带有隔离的RF无线系统。
图4表示带有无线通信接口的高频(HF)数字镇流器的一种新发明的结构。
图4a表示图4的本发明结构的操作方框图。
图5表示带有集成RF接口的本发明镇流器的一种工作实施方式的功能方框图。
图6表示图5中工作实施方式的一个具体示意图。
图7表示印刷电路板上的一种嵌入式天线。
图8表示RF信号如何穿透塑料镇流器外壳和塑料灯具外壳。
图9是用于金属壳镇流器的一种半波长隙缝天线。
图10是用于图4所示结构的一种手持遥控器的功能方框图。
具体实施方式
图1是现有技术中采用镇流器外部独立控制盒的传统控制方案。控制盒10被有线连接到一或多个镇流器12，它还连接到用作网络接口的一个墙式单元14，以便如图1所示通过有线网络6与整个建筑物的中央控制管理器通信。控制盒10一般有内带数-模转换器(DAC)20的微处理器18。它能够接通/关断荧光(TL)灯的镇流器并能使其暗淡(dim)。整个建筑物的中央控制管理还能通过网络控制照明。
在图2中，图1中墙式单元14和控制盒10之间的线路被发射机24和接收机26替代。这样能去掉垂直引线并具有无线控制的优点。然而，控制盒28仍然在镇流器12的外部。
图3表示现有技术状态下RF无线系统在隔离上的另一个问题。出于安全原因，在图3中，若是将包含RF接收机26的控制盒28连接到镇流器30上，就必须具有与灯驱动器34的高电压隔离的某种接口。隔离是因为使用了变压器或光电隔离32，因为通过接口的信号是低频数字信号。这样会增加整个系统的成本和复杂性。
图4表示本发明带有无线通信接口的高频(HF)数字镇流器的一种新式结构。在这种新式结构中从具有第一天线97的用户控制器96向第二天线112发射RF信号。用户控制器96可以包括墙式单元98和第一天线97或手持遥控器150(图10)。这种新式结构将RF无线接口集成在镇流器100内。镇流器包括隔离器102、是RF集成电路(IC)的收发信机/接收机104、通信解码器105和灯驱动器106。灯驱动器包括功率级107和功率级控制IC 108。通信解码器105是数字的。功率级控制IC 108可以是数字或模拟IC。如果采用数字的功率级控制IC，通信解码器105和数字功率级控制IC 108就能够组合在一个数字控制器110例如微处理器或ASIC中。如果功率级控制IC 108是模拟的，则它独立于通信解码器105。它们可以在独立的IC上或是合并在一个混合信号ASIC上。通信解码器105可以是串行接口。数字控制器110可以是数字控制器，例如Philips Research USA in Briarcliff Manor，NY开发的P6LV IC，或具有所要求的诸如ADC和PWM等外围设备的任何其他的微控制器，或允许用户自身构筑这些外设的任何资源。第二天线112需要与电路的其余部分隔离，因此隔离器102在第二天线112和收发信机/接收机104之间提供隔离。隔离器102可以是由一对电容组成的电容性网络116。可以用简单的电容性网络构成隔离，因为这些信号是射频的。另外，在镇流器采用塑料外壳并且天线不一定要贴在镇流器罐(can)外侧的情况下，可以省去这种隔离。这与先前参照现有技术中收发信机/接收机在镇流器外部并且与镇流器硬件接线的情况不同。在现有技术的情况下需要在镇流器和收发信机/接收机之间提供高电压隔离，这会增加复杂性和成本。
收发信机/接收机104被用作前端，以便对基带信号执行调制/解调。它通过通信解码器105与数字控制器110接口。由于通信解码器105和(数字的)功率级控制IC 108能够合并在一个微处理器内以替代两个独立的微处理器，这省去任何额外的部件。P6LV IC是为照明而设计的基于8051的专用微控制器。它不仅具备标准8051微控制器的能力，还具有控制灯齿轮(gear)所需要的外设。另一选择方案是，P8XC51微控制器也来自8051系列。收发信机/接收机104输出的基带信号由数字控制器IC 110进行处理并提供给功率级107，后者提供高电压输出来激励荧光灯。
这种新式结构具有以下特征：所有用于控制的模块都在一个镇流器盒118内。不需要独立的控制盒。这样能显著降低成本。另外，利用无线控制还能省去接线的成本，并且对不断翻新的市场提供了一种大大进步的解决方案。也由于通信解码器和功率级控制器(或数字控制器110)是在镇流器内，能够实现更多的控制特征，诸如将一组灯捆绑在一个遥控器中。还可以实现双向通信。可以实时反馈灯操作的信息，例如功率消耗。这样能有效利用能源并节能。另外，可以用一个简单电容性网络构筑隔离102，因为通过的信号是高频的。利用RF部分104在镇流器内部，隔离接口能够大大得以简化。
图4a表示图4的操作方框图。图4a的操作框图包含三部分：无线电收发信机104、微控制器110和灯驱动器106。无线电收发信机104通过空中接口从第二天线112接收/发射数据。在接收模式中，它将解调的数据传送给微控制器110，以便进行处理。在发射模式中，它调制来自微控制器110的数据并将该数据传送给第二天线112和空中接口。微控制器110控制无线电设备并且执行基带处理。在通信协议的顶部，它还包含应用程序，指导镇流器按一定方式来操作灯。微控制器110的其他功能是控制灯驱动器106，后者驱动镇流器的高电压级。高电压部分被直接连接到灯(未表示出)。
图5表示本发明具有RF接口的一种数字可寻址镇流器的实施方案的功能方框图。它包含两个板，即主板116和RF接口板118。主板116包含灯驱动器106(图4)，后者包括滤波器和整流器120、上变频器122、半桥124和灯电流检测电路126。半桥整流器124的输出提供给荧光灯127。接口板118，即HF-R数字模块是由RF收发信机128、微控制器130和EEPROM132组成的。
图6表示RF收发信机128和镇流器控制器130之间的接口实施方案的具体示意图和方框图。如此图所示，U1(TR1001)是由RFMonolithics生产的无线电收发信机128，而IS2(P8XC51-QFP)是由Philips Semiconductors生产的微控制器130，它用作镇流器控制器并且控制RF收发信机128。来自微控制器130的控制信号(引线9，10，40和43)还被提供给此图中没有表示出的灯驱动器106。此图中还表示了用于微控制器130的存储器132。天线被设置在连接到收发信机(U1)的R-IO管脚的ANT1和ANT2上。
对于具有集成RF接口的镇流器，一个重要问题是如何获得镇流器外部辐射。具有几种设计天线的方案。图7表示嵌入式天线140，它是布置在印刷电路板(PCB)142上的金属轨迹。这样工作是因为RF信号穿过镇流器100的塑料外壳144和灯具的塑料盖144，如图8所示。另一种选择方案是图9中所示的一种半波长隙缝天线146。这是针对金属外壳镇流器的一种解决方案。
所述的带有RF接口的镇流器可以和无线照明控制系统中的手持遥控器配合使用。手持遥控器应该包含相同的RF收发信机，并采用和图4中的用户控制器96相同的无线通信协议与镇流器进行通信。图10表示遥控器150的功能框图。它包括RF收发信机152、微控制器154或其他类型的数字控制器IC以及用户接口156，诸如某种类型的显示器(例如LCD)中的键盘，用于用户请求，以给出操作状态的指示。
尽管以上表示和说明了本发明的最佳实施例，但对于本领域的技术人员来说可以实现许多变更和不同的实施例。因此，本发明仅仅根据附带的权利要求书来限定。

Claims (8)

1.用于启动荧光灯的一种设备，该设备包括用于接收RF控制信号并将其提供给该设备中所包括的镇流器(100)的第一天线(112)，所述镇流器(100)包括：
功率级(107)，用于提供高电压信号以启动所述荧光灯；
功率级控制器(108)，用于控制所述功率级(107)；
通信解码器(105)，用作至所述功率级控制器(108)的接口；
收发信机/接收机(104)，用于接收所述RF控制信号并将所述RF控制信号提供给所述通信解码器(105)；
包括所述通信解码器(105)、所述功率级控制器(108)、所述功率级(107)和所述收发信机/接收机(104)的镇流器盒(118)。
2.按照权利要求1的设备，其中所述通信解码器(105)是串行接口。
3.按照权利要求1的设备，其中所述收发信机/接收机(104)是RF集成电路。
4.按照权利要求1的设备，其中所述镇流器(100)进一步包括隔离器(102)电路以隔离所述收发信机/接收机(104)和所述第二天线(112)。
5.按照权利要求4的设备，其中所述隔离器(102)电路是电容性电路(116)。
6.按照权利要求1的设备，包括从第二天线(97)向所述第一天线(112)发送RF控制信号的用户控制(96)。
7.按照权利要求1的设备，其中功率级控制是数字功率级控制。
8.按照权利要求1的设备，其中所述RF收发信机/接收机(104)、所述通信解码器(105)、所述功率级控制器(108)及所述功率级(107)被集成在一个单一IC内。
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