CN1939098B - 具有处理器的多输入电子镇流器 - Google Patents

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Abstract

通过四个输入控制具有嵌入其中的微处理器的镇流器。镇流器包括由调光器和红外(IR)接收器提供的高压相位控制的信号，镇流器通过调光器和红外(IR)接收器可从IR发送器接收数据信号。镇流器也可从其他镇流器或比如DALI协议链路的串行数字通信链路上的主控制接收命令。第四个输入是模拟信号，它是在值从预定的下限到预定的上限，相应于负载的0％到100％调光范围的线性范围的简单的DC信号。镇流器的输出平台包括一个或多个FET，使用FET控制电流流向灯。基于这些输入，微处理器在负载的强度级别上作出决定并且在输出平台中直接驱动FET。

Description

具有处理器的多输入电子镇流器
相关申请的交叉引用
本申请要求对2004年2月13日提交的题为“Multiple-InputElectronic Ballast With Processor”(具有处理器的多输入电子镇流器)的美国临时申请No.60/544,479的优先权，并将其全文包括在此作为参考。
技术领域
本发明一般涉及电子镇流器，并且特别涉及其中具有用于响应多个输入而控制气体放电灯的处理器的镇流器。
背景技术
常规的镇流器控制系统，比如符合国际电工委员会文件IEC 60929的中定义的数字可寻址照明接口(DALI)标准的系统，包括用于控制系统中镇流器的硬件控制器。典型地，通过单一数字串行接口将控制器连接至系统中的镇流器，其中根据DALI协议传输数据。这样的单一接口的缺点在于接口的带宽限制了在控制器和镇流器之间可合理流通的消息通信量。这也会产生对命令的响应时间的延迟。此外，典型的DALI兼容的镇流器控制系统被限制为在通信链路上具有64个镇流器。这产生如下缺点，需要额外的控制器来适应具有64个以上镇流器的系统。具有单一控制器的镇流器控制系统的另一缺点在于，该控制器是单点故障的。
即，如果控制器出现故障，整个系统无法工作。这在偏远地区建立的照明系统中尤其令人困扰。
通常以轮询结构配置这些系统，轮询结构需要镇流器在镇流器可以传输之前首先从控制器接收传输。这会引起响应时间延迟，特别是在庞大的系统中。此外，这些系统还不允许除DALI兼容接口之外的设备对镇流器寻址，从而限制了控制系统的尺寸和灵活性。
此外，诸如非DALI系统之类的许多常规镇流器控制系统不允许对单个镇流器或系统内的镇流器组进行分别的控制。而确实提供这种能力的系统通常需要用于每个区域的单独控制线、专用计算机、和用于执行系统的初始设置或以后的重新分区的复杂软件。
许多常规镇流器包括大规模的模拟电路，用于接收并翻译控制输入，以管理电源电路的操作并检测和响应故障状态。这种模拟电路需要大量增加成本并降低可靠性的部件。另外，由这种电路所完成的单独的功能经常互相依赖。这种互相依赖使得难以设计、分析、修改和测试电路。这进一步增加了每一镇流器设计的开发成本。
这些现有技术的系统缺乏用于控制镇流器和灯的简单的解决方案或设备。因此，期望这样的电子镇流器电路，其包含更少部件以减少成本并增加可靠性，提供灵活性和成长性，并且不需要专用于控制整个系统的控制器。
发明内容
根据本发明的具有用于控制气体放电灯的处理器的多输入镇流器包括处理器，比如微处理器或数字处理器(DSP)，用于接收多个输入并响应输入控制放电灯。灯包括简易的和常规的气体放电灯。多处理器输入终端都是同时有效的。镇流器处理器连同指示内部镇流条件的反馈信号一起使用这些输入，以确定期望的灯具亮度级。提供给处理器的输入信号包括模拟电压电平信号(比如常规的0-10V模拟信号)，尽管应理解也可使用其他电压范围或电流信号、包括但不限于那些符合数字可寻址照明接口(DALI)标准的数字通信信号、相位控制信号、红外传感器信号、光传感器信号、温度传感器信号、从有线和/或无线的外部设备得到的感测信号，和提供比如AC电源(例如线路)和灯的电流和电压的属于电气参数的信息的感测信号。镇流器也可从其他镇流器或比如DALI协议链路的数字通信链路上的主控制器接收命令。此通信链路优选地是双向的，允许镇流器发送命令、关于镇流器的设置的信息、和诊断的反馈给通信链路上的其他镇流器。多输入镇流器不需要外部的、专用的控制器控制灯。可以将多输入镇流器的系统配置为分布式系统，不需要控制器，并且从而不产生像控制器中心的系统中的单点故障。然而，如果需要，可以配置多输入镇流器的系统以包括控制器。每个镇流器处理器包含存储器。在其他设备中，使用处理器存储器以存储并找回设置点算法、或程序，用于根据通过镇流器输入信号接收的命令的优先级和序列控制灯。
多输入镇流器包含驱动一个或多个输出开关的倒相电路，比如场效应晶体管(FET)，其控制传递至负载(灯)的电流的量。镇流器处理器通过直接控制倒相电路中的开关控制照明负载的强度。
根据本发明的一个方面，提供用于气体放电灯的镇流器，其包括：处理器，其用于经由反相器控制镇流器输出信号的级别；和所述反相器用于产生高频驱动电压，以驱动所述气体放电灯中的灯电流，所述驱动电压具有操作频率和操作占空比；所述处理器电连接到所述反相器用于直接控制所述反相器，从而控制所述灯电流，所述处理器用于向所述反相器提供输出信号，使得所述驱动电压的所述操作频率和所述操作占空比与所述输出信号的频率和操作占空比实质相同；以及与所述微处理器电气通信的端口，用于从所述处理器发送包括至少一个命令的第一消息，和用于从所述处理器发送包括至少一个镇流器配置的第二消息到通信链路上，所述通信链路用于将所述电子镇流器连接到与所述通信链路连接的至少一个其它电子镇流器，其中：所述处理器用于将所述第一消息发送到所述至少一个其它电子镇流器以控制所述至少一个其它电子镇流器的操作，并且将所述第二消息发送到所述至少一个其它电子镇流器以通知所述至少一个其它电子镇流器其配置能够使得所述至少一个其它电子镇流器使用所述镇流器配置消息调整其操作。
根据本发明的另一方面，提供一种分布式镇流器系统，其包括：通过双向接口连结在一起的分布式的多个镇流器，每个镇流器包括：处理器，其用于经由反相器控制镇流器输出信号的级别；和所述反相器用于产生高频驱动电压，以驱动所述气体放电灯中的灯电流，所述驱动电压具有操作频率和操作占空比；所述处理器电连接到所述反相器用于直接控制所述反相器，从而控制所述灯电流，所述处理器用于向所述反相器提供输出信号，使得所述驱动电压的所述操作频率和所述操作占空比与所述输出信号的频率和操作占空比实质相同；以及与所述微处理器电气通信的端口，用于从所述处理器发送包括至少一个命令的第一消息，和用于从所述处理器发送包括至少一个镇流器配置的第二消息到通信链路上，所述通信链路用于将所述电子镇流器连接到与所述通信链路连接的至少一个其它电子镇流器，其中：所述处理器用于将所述第一消息发送到所述至少一个其它电子镇流器以控制所述至少一个其它电子镇流器的操作，并且将所述第二消息发送到所述至少一个其它电子镇流器以通知所述至少一个其它电子镇流器其配置能够使得所述至少一个其它电子镇流器使用所述镇流器配置消息调整其操作。
附图说明
当结合附图考虑下面的描述时，将更好地理解本发明，然而应理解，本发明不限于所公开的特定方法和手段。在附图中：
图1是根据本发明的示例性实施例的具有处理器的多输入镇流器的结构图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例通过处理器终端提供至处理器的各种示例性信号的结构图；
图3A是根据本发明的示例性实施例的连接至处理器的倒相电路的简化示意图；
图3B是根据本发明的替代实施例的连接至处理器的倒相电路的简化示意图；
图4是描述根据本发明的示例性实施例的各种处理器控制的镇流器的状态的视图；
图5是根据本发明的示例性实施例的分布式镇流器系统的视图；
图6是根据本发明的示例性实施例利用所选的设置点算法控制具有处理器控制的镇流器的气体放电灯的过程的流程图；
图7是根据本发明的示例性实施例的为两个房间的应用而配置的处理器控制的镇流器系统的视图；和
图8是根据本发明的示例性实施例的设置点程序的流程图。
图9是根据本发明的示例性实施例的用于模拟到数字的采样方法的时序图。
图10A和10B是根据本发明的示例性实施例的用于控制输入采样的过程的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明的示例性实施例的具有处理器30的多输入镇流器12的结构框图。如图1中所示，镇流器12包含整流电路14、填谷式电路16、倒相电路18、输出电路20、猫耳电路24、可选感测电路22、26、28、29，和处理器30。镇流器12根据镇流器输入信号34和各种感测信号38、42、46、47通过镇流器输出信号52控制气体放电灯32。尽管图1中示为单个灯32，但镇流器12也能够控制多个灯。为了更好地理解镇流器32，下面参考图1提供了镇流器12的概述。在转让给本申请的受让人的于2001年12月5日提交的题为“Single SwitchElectronic Dimming Ballast”(单开关电子调光镇流器)的专利申请号10/006,036且专利公开号US 2003/0107332的公开专利申请中、以及同样转让给本申请的受让人的2001年6月22日提交的题为“ElectronicBallast”(电子镇流器)的专利申请号09/887,848且专利公开号US2003/0001516的公开专利申请中，提供了对镇流器的各部分的更详细的描述，将两份申请整体包括在此并作为参考。
如图1中的示例性实施例中所示，镇流器12的整流电路14能够被连接至AC(交流)电源。典型地，AC电源在50Hz或60Hz的特定的线路频率下提供AC线路电压，不过镇流器12的应用不限于此。整流电路14将AC线路电压转换为全波整流电压信号54。将全波整流电压信号54提供到填谷式电路16。应理解，无论何时将信号提供至、连接至、耦合至、在电路关系中耦合至、或可连接至另一设备，均可以以通过例如无线的方式(比如通过IR或RF链路)间接耦合信号，通过电线直接连接信号，或通过以串联和/或并联的方式配置的诸如(但不限于)电阻、二极管和/或可控制的传导设备之类的设备来连接。也应理解，消息(例如，以信号来具体体现的信息)可以采取数字命令、模拟电平、pwm(脉冲宽度调制)波形等的形式。
填谷式电路16选择性地充电和放电能量储存设备，以产生填谷式电压信号56。填谷式电压信号56被提供至倒相电路18。倒相电路18将填谷式电压信号56转换为高频AC电压信号58。如下面具体描述的，倒相电路18根据经由处理器输出信号62提供的信息来执行这一转换。将高频AC电压信号58提供至输出电路20。输出电路20滤波高频AC电压信号58，提供电压增益，并且增加输出阻抗，从而产生镇流器输出信号52。镇流器输出信号52能够将电流(例如，灯电流)提供给比如气体放电灯32的负载。将猫耳电路24耦合至全波整流电压信号54。
猫耳电路24通过猫耳信号50为处理器30提供辅助电源，并帮助对从输入电源信号60引出的并提供给填谷式电路16的电流波形进行整形，以减少镇流器输入电流的总谐波失真。各感测电路22、26、28、29分别通过感测电路输入信号36、40、44、45感测电器参数，比如电流和/或电压，并将指示所感测的参数的信号提供给处理器30。图1中未示出的其他感测电路是可适用的，例如用于感测镇流器12的温度并将指示镇流器温度的温度感测信号提供给处理器30的温度感测电路。特定的感测电路的应用是可选的。在一个实施例中：(1)感测电路22是用于从输入信号60或全波整流电压信号54感测电流值并将指示所感测的电流值的感测信号38提供给处理器30的电流感测电路；(2)感测电路26是用于感测填谷式电压信号56的电压值并将指示所感测的电压值的感测信号42提供给处理器30的电压感测电路；和(3)感测电路28是用于从镇流器输出信号52感测电流值并且将指示所感测的电流值的感测信号46提供给处理器30的电流感测电路；(4)感测电路29是用于从镇流器输出信号52感测电压值并将指示所感测的电压值的感测信号47提供给处理器30的电压感测电路。应理解图1和以上描述的感测电路的特定配置是示例性的，并且镇流器12不限于此。
处理器30可以包括任何适当的处理器，比如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、通用处理器、专用集成电路(ASIC)、专用处理器、专用硬件、通用软件例程、专用软件，或它们的组合。微处理器的示例性实施例包括电子电路，比如能够根据存储程序中包含的二进制指令执行计算和/或逻辑算法的大规模半导体集成电路的，所处存储程序驻留在内部或外部存储设备中。微处理器可以是通用微处理器、微控制器、DSP(数字信号处理器)、嵌入在ASIC或现场可编程器件中的微处理器或状态机的形式，或者其他形式的固定的或可配置的电子逻辑和存储器。此外，可以将程序存储在位于微处理器内的内存、连结至微处理器的外部存储器、或它们的组合中。程序可包括可由微处理器识别为指令的二进制字等的序列，以执行特定逻辑操作。
在一个实施例中，处理器30响应于镇流器12的状态来执行功能。镇流器12的状态指镇流器12的当前状态，包括但不限于开/关状态、连续工作时间、从上次灯改变之后的连续工作时间、调光水平、工作温度、包括故障状态持续时间在内的某些故障状态、电源电平、和故障状态。处理器30包括存储器，其包括非易失性存储器，用于存储和存取用来控制灯32并帮助镇流器12的工作的数据和软件。处理器30通过各个处理器30上的处理器终端(图1中未示出终端)接收镇流器输入信号34和各种感测信号(例如，感测信号38、42、46、47)。处理器30处理所接收的信号，并将处理器输出信号62提供给倒相电路18用于控制气体放电灯32。在一个实施例中，镇流器输入信号34和感测信号总是有效的，从而允许镇流器输入信号34和感测信号被处理器30实时地接收。处理器30可以使用感测信号的当前和过去值的组合以及计算的结果来确定镇流器的当前工作状态。然而，处理器30可被配置为仅允许仅所选的处理器终端有效。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的经由处理器终端提供给处理器30的各种示例性信号的框图。为清楚起见，将图1中所示的一些电路合起来表示为图2中的其他镇流器电路51。仍是为了清楚起见，仅相应于图1中示出的镇流器输入信号34标注出处理器终端的一个子集(34a、34b、34c、34d)。镇流器输入信号34可以包括用于控制灯32的任何适当信号。如图2中所示，示例性的镇流器输入信号包括连结至处理器终端34a的相位控制的输入信号、连结至处理器终端34b的通信信号、连结至处理器终端34c的模拟电压信号、和来自于与处理器终端34d连接的红外线(IR)接收器的电信号。所强调的是图2中示出的镇流器输入信号是示例性的。镇流器输入信号的其他类型和数目也是可用的，例如，处理器可以被连结至多个IR信号、多个模拟电压或电流信号、电源线路载波信号、和双状态信号，该双状态信号包括但不限于来自占有传感器的接点闭合信号。
例如，可以通过调光器提供相位控制信号以调节灯32的输出亮度级。在示例性实施例中，相位控制信号接口包括3线相位控制接口。通信信号例如可包括数字通信信号、模拟通信信号、串行通信信号、并行通信信号，或它们的组合。在示例性实施例中，通过双向的数字串行数据接口提供通信信号。该双向接口允许处理器30发送和接收消息，比如镇流器控制信息、系统控制信息、状态请求、和状态报告。模拟信号处理器终端(例如34c)能够接收模拟信号。可以从上述的任何传感器获取此模拟信号。此外，可以将模拟终端连结至各种传感器或可将多个模拟终端连结至传感器的组合。例如，可以将模拟终端34c连结至光传感器68用于接收光感测信号70，并且可以将其他模拟终端(图2中未标注)连结至温度传感器64用于接收温度感测信号66，或采用它们的组合。可以将IR终端(例如34d)连结至红外探测器用于从IR手持远距离发射器接收串行编码的指令。镇流器12可包含用于将手持远距离发射器发送的红外线的光束引导至镇流器内的红外探测器的装置，并且该红外探测器被连结至处理器30的IR终端34d。替代地，也可以将该装置附加至镇流器，或将其整合到由电线连接至镇流器12的单独模块中。通过红外探测器提取出通过IR光束的调制所表示的数据图样，并从而将其提供给处理器30。处理器30解码该图样以取出数据流中编码的信息，比如灯光亮度级命令、工作参数，和寻址信息。
处理器30能够接收感测信号。感测信号可包括用于控制灯32和/或辅助镇流器12工作的任何适当的信号。感测信号的实例包括指示镇流器12的电器参数的感测信号(例如，38、42、46、47)，温度感测信号(比如由温度传感器64提供的温度感测信号66)，由光传感器68提供的光感测信号70，或它们的组合。在示例性的实施例中，利用接口电路(图2中未示出)处理提供给处理器30的信号。接口电路可执行包括电压电平移动、衰减、滤波、电绝缘、信号调节、缓冲、或其组合的功能。
图3A是根据本发明的示例性实施例的连结至处理器30的倒相电路18的简化示意图。处理器30接收控制和感测输入信号，并提供用于控制倒相电路18中的可控传导器件74(例如，开关)的处理器输出信号62，以最终控制至少一个气体放电灯。可控传导器件74的示例性实施例包括，但不限于，电源MOSFET、三端双向可控硅开关元件、双极结晶体管、绝缘栅双极晶体管、以及可借助于第三电极上的信号控制两个电流运输电极之间的电导性的其他电子器件。通过整流电路14和填谷式电路16将电源提供给倒相电路18。倒相电路18将填谷式电路16提供的电压转换为高频AC电压。倒相电路18包括变压器76、开关74、和二极管78。变压器76包括至少两个绕组。为清楚起见，在图3A中将变压器18描绘为具有三个绕组80、82、84。图3A中的绕组86的描述实际上是磁化电感而不是物理绕组(后面描述)。开关74能够使填谷式电压信号56转换为高频AC电压信号58。将高频AC电压信号58提供给输出电路20以驱动灯电流通过至少一个气体放电灯。
在工作中，处理器30通过处理器输出信号62提供控制信息以控制开关74的传导状态。开关74关闭时(在传导状态中)，填谷式电压信号56被提供给变压器76的绕组82。为清楚起见，将变压器76的磁化电感示为单独的绕组86，尽管它物理上不是单独绕组。施加给绕组82的电压允许电流流经绕组82，从而对磁化电感86充电。当开关74关闭时，根据绕组82和84的匝比将施加给绕组82的电压感应到绕组84中。这产生具有提供给输出电路20的第一极性的电压。同样，当开关74被关闭时，电压被感应到绕组80中。然而，由于变压器76的绕组规定，二极管78在此状态期间被反向偏置，所述绕组规定在图3A中是通过点规定来表示的。开关74保持在传导状态(关闭)中，直到处理器30通过处理器输出信号62命令改变开关74的状态为止。
在第二状态中，处理器30通过处理器输出信号62命令开关74断开(非传导)。当其发生时，流经绕组82的电流被禁止。然而，流经磁化电感86的电流无法立即停止流动，而是根据流经绕组82的电流的改变速率来修正这一电流(即，V＝L dl/dt)。这迫使磁化电感86成为驱动变压器76的电压源，其具有与开关74关闭(传导)时的极性相反的极性。当开关74断开时在非传导状态期间，由磁化电感86引起的绕组82上的电压的极性反转在绕组80和84上驱动相似的反转。通过此极性反转，绕组84为输出电路20提供高频AC电压信号58，该高频AC电压信号58具有极性与传导状态(开关74关闭)时相反的电压。现在，第二状态(开关74断开)的极性反转以具有能够正向偏置二极管78的极性的电压来驱动绕组80。如果绕组80上的电压值大于填谷式电压信号56的电压值，则二极管78被正向偏置。当二极管78被正向偏置时，绕组80上的电压被限制为填谷式电压信号56的电压值。因此，绕组80作为变压器76的钳位绕组来工作。绕组80上的电压限制对变压器76的所有绕组产生相应的限制效果。变压器76的绕组82上的电压限制具有如下优越效果：在该第二状态期间无损耗地限制开关74上的电压应力。绕组84上的电压限制具有如下优越效果：在该第二状态期间将受到更佳限定的电压施加给输出电路20。倒相电路18在完成非传导状态之后返回传导状态，并且在两个状态中都对施加给输出电路20的电压进行了约束和限制。
在图3B中示出了反相器及其与输出电路的连接的替代性实施例，其中在开关74和绕组82之间的公共点处的反相器输出被直接连接至电感85的一端，其包括了输出电路的积分部分。当开关74被命令断开时，磁化电感86的充电与上文所述相同。同样，以与上述相同的方式进行绕组80和二极管78的钳位行为。
在本发明的一个实施例中，处理器30通过提供对反相开关的瞬时开/关状态进行控制的数字信号来直接控制反相器18。此信号的占空系数和频率实质上与结果得到的反相器的占空系数和频率相同。然而应理解，这不暗示着控制设备直接驱动反相器中的开关。通常，在控制设备和开关之间具有缓冲器或驱动器。驱动器的目的是提供放大和/或电平移动。在示例性的实施例中，驱动器不会显著地改变占空系数或频率。
当倒相开关74关闭并且磁化电流开始线性地增加时，理想的是在电流达到规定的阈值电平时断开开关74并且中断流经开关的电流。然而，由于除了待测的电流之外还存在若干流经倒相开关74的电流分量，并不是总能够通过直接测量流经开关74的电流来测量磁化电流。在本发明的实施例中，处理器30利用磁化电感的计算模型对处理器控制信号62的脉冲宽度进行调制，以控制倒相开关74的断开和关闭，从而确定何时获得期望的阈值电平。计算磁化电流的值，并且预测所计算的磁化电流将达到阈值的估计时间。处理器30通过感测信号38接收全波整流电压信号54(或者也可以是输入电源信号60)的瞬时电压值的指示。处理器30利用这一瞬时电压值(或与实际的瞬时电压值成比例的值)，并结合上述的计算模型，来计算流经开关74的电流达到期望阈值的时间。
在本发明的示例性实施例中，该计算以如下方式进行。每当处理器计算灯电流控制回路中的修正项y(n)时，将根据以下等式计算另一项：
PW ( n ) = K * y ( n ) V VF
其中PW(n)与倒相开关的脉冲宽度或占空比成比例，K是缩放常数，VVF是填谷式总线电压的采样值，并且n是指示y的多个序列值之一和关联的PW值的整数下标。
处理器30按照镇流器控制回路设置的占空比、并在根据处理器的30时钟振荡器频率导出的频率下，对开关74进行控制。
除了控制倒相开关74以控制至少一个气体放电灯的输出亮度级之外，处理器30还执行若干功能。这些功能中的一些包括：采样输出信号、滤波输入信号、监管镇流器工作和帮助进行镇流器的状态转换、检测镇流器故障状态、响应故障状态、对通过双向通信接口提供的数据进行接收和解码，和通过双向通信接口编码并发送数据。处理器30还根据在提供给控制输入终端的每个镇流器输入信号上命令的相应级别、镇流器输入信号的相对优先级、和镇流器输入信号的生效顺序，来确定灯电流级别。
通过在处理器30上实现的数字滤波器，按照为得到镇流器控制电路的期望瞬时响应所需要的，对输入信号比如镇流器输入信号34进行采样和滤波。每个数字滤波器对下述模拟滤波器的性能进行模拟：该模拟滤波器已被证实在所要求的工作条件下提供了气体放电灯的稳定工作。数字滤波器的利用提供了为不同的工作条件和负载而对镇流器控制回路的性能进行适应性调整的能力。通过存储在处理器30的存储器中的数字系数来控制关键的滤波器参数。这些滤波器系数是可变的，允许对滤波器特性进行修正。例如，在一个实施例中，对模拟相位控制镇流器输入信号进行采样，以提供数字信号。使用二阶数字滤波器来对模拟相位控制信号的这一数字信号表示进行数字滤波，所述二阶数字滤波器的性能特性与用来执行相当功能的模拟滤波器相似。
在本发明的实施例中，处理器30以数字比特流的形式从IR信号中接收数据。通过接口电路和/或处理器30来调整该比特流，使其具有与处理器30的输入要求相适应的电压幅度和电平。处理器30对IR镇流器输入信号中编码的数据进行处理。所编码的数据包括如下的命令：开灯、关灯、降低灯的输出亮度级，和选择预置的输出亮度级。在第5,637,964号、第5,987,205号、第6,037,721号、第6,310,440号和第6,667,578号美国专利中公开了采用接收IR信号的镇流器的系统范例。这些专利在此被整体引入以供参考，并且它们均被转让给本申请的受让人。
处理器30通过通信接口以数字比特流的方式接收并发送数据，其在示例性实施例中符合数字可寻址照明接口(DALI)标准。DALI标准是使用数字的8位码传送调光和工作指令的工业标准数字接口系统。应理解，也可使用DALI协议的非标准扩展和/或其他串行数字格式。
图4是描述根据本发明的示例性实施例的各种处理器控制的镇流器的状态的视图。处理器30通过运行被称为“镇流器状态机”的部分处理器驻留软件来执行镇流器监管功能。镇流器状态机程序控制加热气体放电灯灯丝(预热状态)、在所编程的间隔内增加施加至灯的电压(爬升状态)以触发电弧(触发状态)的启动顺序。运行镇流器状态机程序的处理器30通过来自电流感测电路28的感测信号46来确定灯是否已经打开。在适当地触发电弧之后，镇流器处于正常运行状态。在正常运行状态期间，处理器30的镇流器状态机程序通过来自所装备的各传感器的感测信号(例如，感测信号38、42、46、47)来确定灯和控制电路是否正常工作或是否存在故障情况。如果确定了存在故障情况，镇流器状态机程序根据故障类型来确定合适的动作。由处理器30监控的故障情况的例子包括：灯电压过高、灯电压过低、灯电流的DC成分过大、对于所施加的电压的灯返回电流过低、供应电压过高、供应电压过低、以及镇流器的内部温度过高。
图5是根据本发明的示例性实施例的分布式镇流器系统500的视图。系统500包括其中具有各自的处理器30的至少两个镇流器12。为清楚起见，仅镇流器#1被标注标识号。每个镇流器12和每个处理器30均如上所述。通过通信接口连结的多个处理器30也如上所述。在本发明的一个实施例中，通信接口是能够根据DALI标准传输数据的串行数字通信链路。
串行数字通信接口(链路)是双向的，并且输入信号可包括使镇流器通过串行数字通信接口发送与镇流器工作的当前状态或历史有关的数据的命令。镇流器也可使用串行数字通信接口将信息或命令发送到与该镇流器连接的其他镇流器。通过最初使用该镇流器的能力向其他镇流器发送命令，可以以分布式结构来连结多个镇流器。例如，镇流器#1可通过镇流器#1的IR接口从IR发射器33接收命令，从而关掉系统500的所有灯。这一命令是通过通信接口发送到系统500中的其他镇流器。在另一个实施例中，可以以主从结构来连结系统500的镇流器，其中主镇流器从中央控制器或从本地控制设备接收一个或多个信号，并且将一条或多条命令发送到其他照明负载以控制其他照明负载的工作，或使其他照明负载与其自身同步。主镇流器也可将有关其配置的命令和/或信息发送到其他控制设备，比如中央控制器或本地控制器。例如，主镇流器可将包含它的配置的信息发送到其他控制器和/或镇流器指示它将它的亮度输出功率降低了50％。此消息的接收方(例如，从设备、本地控制器、中央控制器)可独立地决定也将他们各自的亮度输出功率降低50％。短语亮度负载包括镇流器、其他可控光源、和比如自动百叶窗的可控窗口处理。镇流器和其他可控的光源控制空间中的人工照明的量，而可控窗口处理控制空间中的自然光的量。中央控制器可以是专用的照明控制，或者也可以包括建筑物管理系统、A/V控制器、HVAC系统、最高负荷(peak demand)控制器和能量控制器。
在系统500的示例性实施例中，为每个镇流器分配唯一的地址，其使得其他镇流器和/或控制器能够向特定的镇流器发出命令。每个镇流器的每个处理器上的有红外线能力的终端可被用于接收被直接加载到镇流器中的数字地址，或可以用作向镇流器“通知”它应获得并保留正在在数字端口上接收的地址的装置。一般来讲，端口包括允许外部设备“连接”至处理器的接口硬件。端口可包括但不限于数字线路驱动器、光电耦合器、IR接收器/发送器、RF接收器/发送器。如现有技术中已知的，IR接收器是一种能够接收红外辐射(典型地以已调制的光束的形式)、检测射来的红外辐射、从射来的红外辐射中提取信号、并将该信号发送至另一设备的设备。同样地，如现有技术中已知的，RF接收器可包括电子设备使得当其暴露于至少一定能量级别的已调制的射频信号时，其可以通过提取调制信息或信号对所接收的信号作出响应，并且通过到其他设备或电路的电子连接发送它。
如上所述，每个处理器30的多个控制输入的每一个能够为包含该处理器30的镇流器12和系统500中的其他镇流器独立地控制工作参数。在一个实施例中，处理器30执行涉及设置点算法的软件例程，以使用通过每个输入终端接收到的信息、它们各自的优先级、和接收命令的顺序。设想了各种设置点算法。
图6是根据本发明的示例性实施例利用所选的设置点算法控制气体放电灯的过程的流程图，所述气体放电灯具有处理器控制的镇流器。在步骤612，镇流器的处理器接收镇流器输入信号。在步骤614处，以已知的方式(例如，采样、量化、数字化)处理所接收到的信号。如果之前尚未选择设置点程序(算法)，在步骤616处选择一个。如果已经选择了设置点程序，则步骤616将该过程引导到所选的设置点程序。在步骤618处遵循所选的设置点程序并且在步骤620处根据所选的设置点程序控制镇流器和灯。范例设置点算法包括：(1)将通过每个镇流器输入信号接收到的指示级别相乘在一起以获得目标级别(所需的灯亮度级别)；(2)将经由每个镇流器输入信号接收到的指示级别中的最低级别选为目标级别；(3)选择最近改变的镇流器输入信号作为最高优先级设置目标级别；和(4)为特定的处理器终端分配最高优先级，比如通过通信接口接收到的信号，并根据上述的设置点算法之一处理剩余的输入。可以依据优先级和顺序的其他组合对处理器30编程。在本发明的实施例中，在处理器30的存储器中存储多个设置点算法。在制造、出售、安装、和/或操作期间选择多个设置点算法之一。
图7是处理器控制的镇流器系统700的视图，该镇流器系统700是根据本发明的示例性实施例为两个房间的应用场合配置的。为清楚起见，系统700绘出两个房间；然而系统700可适用于任意数目的房间。系统700包括八个镇流器，每个镇流器包括处理器。镇流器和房间经由通信接口712互相连结。可选的控制器714也通过通信接口712连结至镇流器。如上所述，每个镇流器可响应本地命令(用于特定镇流器的命令)、全局命令(用于所有镇流器的命令)、群组命令(用于群组中的所有镇流器的命令)，或其组合。每个房间具有墙壁调光器718和光传感器722。每个镇流器具有红外探测器720。由IR远距离发送器716通过IR探测器720可单独控制各镇流器。
可以通过可选的控制器，经由单独的镇流器输入信号或其组合来控制镇流器，并因此控制灯。在示例性实施例中，每个房间由其各自的墙壁调光器718单独控制，并且当将房间连结在一起时，由可选控制器控制。在另一个实施例中，可选控制器的代表是经由通过DALI可兼容通信接口712连结到处理器控制的镇流器系统的建筑物管理系统，用于控制建筑物中的所有房间。例如，建筑物管理系统可以发布关于负载脱落(load shedding)和/或下班后(after-hours)场景的命令。
可以在公共数字链路上没有专用的中央控制器的情况下，在该链路上进行多个镇流器和其他照明负载的安装。接受传感器或控制输入的任何镇流器可以临时变成数字总线的“主控器”，并发布对该链路上的所有的镇流器和其他照明负载的状态进行控制(例如，使之同步)的命令。为确保可靠的通信，可以使用公知的数据冲突检测和重试技术。
图8是根据本发明的示例性实施例的设置点程序的流程图。如上所述，根据在镇流器输入信号上包含信息的优先级和顺序的所选程序(被称为设置点算法)来控制灯具。在步骤812处，处理器确定由通信输入信号所指示的命令是否已经改变。如果所指示的改变是从开灯到关灯，则在步骤814处，镇流器进入睡眠状态并且关闭灯，直到在步骤816处由IR输入信号或相位控制输入信号指示命令中的改变。然而，如果经IR输入信号或相位控制输入信号的命令指示灯将被关闭(步骤818)，在步骤820处忽略此改变，因为在此刻灯已经被关闭。返回步骤812，如果所指示的命令改变是从关灯到开灯，则在步骤822处，通过将灯的级别设置为由模拟输入信号指示的级别乘由最近的命令变化指示的级别，所述最近的命令变化是通过IR输入信号或相位控制输入信号指示出的。
在示例性场景中，系统700被设置为处于一天中的部分时间期间(例如，下午6点到上午6点)的下班后模式中。当处于下班后模式中，镇流器的处理器可以通过通信接口接收命令以关闭灯。即使通过通信信号提供的命令指示灯将被关闭，随后仍可以打开灯，并通过IR输入信号以IR远距离发送器调节灯，或通过相位控制输入信号以墙壁调光器调节灯。灯保持在由相位控制或IR输入信号的最近改变所设置的级别，直到发生其他改变，或直到经由通信信号发布的命令不再是关灯。
在示例性的工作模式中(不同于下班模式)，最近经由通信接口接收的指示级别设置灯电弧电流的上限。因此，通信接口的指示级别中的改变对照明级别进行调整。如果已经使用了IR输入信号将灯设置在不同的级别，则当通过通信接口调整级别时，这些灯具保持相互的相对不同。可以使用IR输入单独地调亮或调暗各镇流器/灯组合，即设备。相位控制输入信号中的后继改变使IR输入信号命令的级别失效，并且该房间中的所有设备达到由上限和模拟输入指示的通信信号调整后的相位控制输入信号所命令的级别。连结至模拟输入信号处理器终端的光传感器(例如，722)将灯亮度级别控制在光传感器的设置点，除非通信接口所命令的级别与相位控制输入信号或IR输入信号相结合，将灯设置在一个使模拟输入信号不能将其升至光传感器设置点的亮度级别。在该情况中，将模拟输入信号限制在其上限，并且由其他输入信号控制该级别。
其中具有处理器的用于根据本发明控制气体放电灯的多输入镇流器在镇流器内组合了系统级别控制和个人级别控制。这使得能够将灯具安装设计为在镇流器中组合照明的全局控制和本地、私人控制。这减少了响应延迟，并提供了适应性调整后的控制输入和提高的系统设计灵活性。多输入镇流器的处理器使用设置灯电弧电流级别的软件/固件例程，来作为由多输入信号提供的倍增和变化命令的功能。此可编程方法使得能够灵活设计设置点算法和实现复杂性。此可编程方法还能够发展为包括设置点算法的更大集合。同样可以将程序设计为对故障动态作出反应，并执行内置测试和诊断校验。
此外，可以在现场改变和/或选择设置点算法。不同的设置点算法可能对不同的应用是最优化的。例如，在一种应用中，给定的控制输入可被用于本地或私人控制，而在不同的应用中，同样的控制输入可被用于建筑物范围或更大区域的控制。借助于在输入之一上的唯一命令，可以在处理器的存储器中设置参数或标志以选择合适的设置点算法。替代地，也可以使用数字串行接口为每个应用加载所需的程序。
在典型的现有技术的包含有效功率因子校正前端的这类镇流器中，施加给倒相电路的电压实质上是DC。结果，控制倒相器的控制电路可以相对慢，因为它仅需要补偿由于比如温度和老化的因素造成的组件中的变化和灯具动态中的改变。
在本发明的示例性实施例中，填谷式电路16将填谷式电压信号56提供至倒相电路18。对于填谷式电压信号56而言，具有显著的AC波动并不普遍。为了控制倒相器18，处理器30改变可控传导开关74的导电时间以补偿填谷式电压信号56上的显著波动。为了补偿该波动，处理器通过感测电路26非常快地采样填谷式电压信号，使得所使用的采样和实际电压之间的误差相对很小。在示例性实施例中，利用大概10KHz的采样率。
在镇流器12的一个示例性实施例中，处理器30包括一个模数转换器(ADC)。这样的处理器的一个例子是由Microchip Technology Inc.(Chandler，AZ)公司制造的PIC18F1320微处理器。在ADC中安装用于采样模拟输入的PIC18F1320。根据已知理论，为在例如10KHz处采样比如填谷式电压信号56的信号，优选地每隔100秒进行一次采样。除了通过感测电路26和感测信号42采样填谷式总线电压56之外，也采样各种其他感测信号(例如，感测信号38、46、47)和镇流器输入信号34。这些信号中的一部分是数字的并且可以施加到PIC18F1320的通用目的端口，然而一些信号是模拟的并且使用了ADC。PIC18F1320具有多个数字输入，但仅有一个模数转换器由所有输入共享。所以，一次仅可采样一个模拟输入。如现有技术中已知的，模数转换器需要有限的时间量来采样模拟电压并提供该电压的数字表示。PIC18F1320需要大概32秒执行一次转换。PIC18F1320最多可以在大概100秒内采样3路模拟输入。这意味着不可能在100秒的采样周期内采样所有的期望模拟信号。
图9是描述根据本发明的示例性实施例的信号的交替采样的时序图。图9中示出的时序图的采样周期是104秒。如所示，在一个采样周期期间，经由感测信号42对灯电流感测信号46和填谷式电压信号56进行采样。留下一个在其他模拟信号之间共享的采样点。在示例性实施例中，此第三采样点在采样灯电压感测信号47和模拟镇流器输入信号34c之间交替。在此实施例中，在大概10kHz处，经由感测信号42采样填谷式电压信号56，并采样灯电流感测信号46；并且在大概5kHz处采样灯电压感测信号47和模拟输入信号34c。当然可能在第三采样点处将额外的信号添加到循环中。如果所有循环的信号在循环中正好出现一次，这些信号的采样率将是10kHz除以循环信号的数目。当然所循环的信号在循环中必须仅出现一次是没有道理的。例如，如果有三个信号A、B和C，则循环可以是ABAC，以致以两倍于信号B或C的速率采样信号A。
在如图9中所示的实施例中，实际的采样周期是104秒。此周期足够允许每周期三次模数采样。另外，由于DALI协议的半比特周期是416秒，因此该采样周期便于接收DALI命令。每104秒采样周期采样DALI端口一次，每半比特总共得到4个样本，因而是每比特总共得到8个样本。每比特多次采样是有利的，因为DALI通信链路和镇流器控制回路未被同步。
在示例性实施例中，用于IR镇流器输入信号(例如，信号34d)的所需的采样周期是572秒。然而，572秒不是控制回路采样周期104秒的整数倍。一条途径是每第5或第6次经过控制回路采样时刻时，交替地采样IR镇流器输入信号。这产生了572秒的平均采样时间。
图10A和图10B是根据本发明的示例性实施例的中断服务例程的流程图。PIC18F1320中的计时器被设置为每104秒触发一次中断。当此中断发生时，调用中断服务例程。图10A和10B示出此中断服务例程的流程图。在示例性实施例中，此服务例程控制图9中示出的采样，并且还对经由通信信号(端口34b)和IR信号(端口34d)发送和接收DALI比特进行管理。
步骤210处是例程的进入点。在步骤212处，处理器从模数转换器(ADC)取得并存储最后的样本。此样本是电流感测信号46的样本。取得此信号之后，处理器配置并启动ADC以便经由感测信号42读取填谷式信号。如前所述，在大约32秒期间无法获得此样本，使得处理器有时间执行其他任务。在下一步骤214中，处理器使用电流感测信号46和填谷式电压感测信号42的最新样本更新灯电流反馈回路。使用熟知的数字控制方法实现此控制回路。在步骤216中，处理器更新相位控制输入滤波器。此滤波器以数字低通滤波器形式实现。此滤波器的输出代表相位控制输入的占空因数。如下确定相位控制输入滤波器的输入。在104秒中断例程每次读取ADC值时，它还读取相位控制输入34a的状态。此输入将是1或0。在104秒中断期间第一次采样此输入时，为它施加权重47，并为随后的两个采样施加权重40。这些权重基于自从上次读取端口已过去了多长时间而得到的。在第一次经过了104秒中断的结束点，这些加权样本的和在0和127之间。在第二次经过了104秒中断的结束点，来自当前和先前104秒中断的所有加权样本的和将在0和254之间。此和被提供给相位控制输入滤波器。
在步骤218处，处理器查看DALI消息是否处于正在发送的过程中。如果是，处理器转到步骤220，其确定DALI输出端口的适当状态。在步骤224处处理器查看最近的ADC样本是否准备好。如果尚未准备好样本，处理器继续到步骤222，执行一序列低优先级任务中的一个。完成低优先级任务之后它返回步骤224重新查看ADC的状态。只要ADC未准备好，处理器继续这样的循环：在步骤222处执行一系列低优先级任务中的一个，然后在步骤224处重新检查ADC。一旦确定了新的ADC样本已准备好，处理器移动到步骤226，取出此新样本，并将它保存为填谷式电压信号42的最近样本。然后，处理器进行设置，然后启动下一个ADC样本。如前所述，此下一个样本可以是输入循环中的一个。在示例性实施例中，此采样点在灯电压感测信号47和模拟输入信号34c之间交替。开始此变换之后，处理器进行到步骤228，检查DALI端口的故障。接下来在步骤230处处理器读取并存储DALI输入端口上的当前状态。然后它使用此样本并结合先前的样本，一起来识别输入信息。在步骤332处处理器查看是否是采样IR输入信号34d的时候。如前所述，不在每次经过104秒采样周期时都读取IR端口，而是在它每第5或第6次到达此步骤时才交替地读取。如果是采样该输入的时候，进行采样并在存储器中存储样本。在步骤236处，处理器查看最近的ADC样本是否已准备好。如果样本已准备好，则它移动至步骤238。如果样本未准备好，它继续进行到步骤234，并且系统以为步骤224和222描述的相同顺序类型来操作，其中低优先级任务时在ADC样本的状态检查之间执行的。在步骤238处，取出最近的ADC样本，并将其存储在与循环中的当前输入相对应的存储器位置。然后设置并启动ADC以采样电流感测信号46。在下一次经过中断服务例程的步骤212中将取得该结果样本。在步骤240处，处理在步骤238中取得的此最近的循环样本，然后在步骤242处，处理器退出中断服务例程。
其中具有处理器的多输入镇流器在镇流器和其他设备之间提供双向的通信，所述其他设备比如是镇流器、其他照明负载及控制器。这使得镇流器能够向其他设备发起未被请求的传输。此外，通过通信终端，镇流器处理器可与利用DALI通信协议的现有系统兼容，使得镇流器能够处于主控或从属的地位。同样，多输入镇流器是可由IR或其他处理器输入终端寻址的。
尽管在此参考一些特定实施例说明和描述，本发明却不意图受所示细节的限制。而是，在权利要求的等价物的范围内和不脱离本发明的情况下可以具体作出各种修改。

Claims (21)

1.用于气体放电灯的镇流器，其包括：
处理器，其用于经由反相器控制镇流器输出信号的级别；和
所述反相器用于产生高频驱动电压，以驱动所述气体放电灯中的灯电流，所述驱动电压具有操作频率和操作占空比；
所述处理器电连接到所述反相器用于直接控制所述反相器，从而控制所述灯电流，所述处理器用于向所述反相器提供输出信号，使得所述驱动电压的所述操作频率和所述操作占空比与所述输出信号的频率和操作占空比实质相同；以及
与所述微处理器电气通信的端口，用于从所述处理器发送包括至少一个命令的第一消息，和用于从所述处理器发送包括至少一个镇流器配置的第二消息到通信链路上，所述通信链路用于将所述电子镇流器连接到与所述通信链路连接的至少一个其它电子镇流器，其中：
所述处理器用于将所述第一消息发送到所述至少一个其它电子镇流器以控制所述至少一个其它电子镇流器的操作，并且将所述第二消息发送到所述至少一个其它电子镇流器以通知所述至少一个其它电子镇流器其配置能够使得所述至少一个其它电子镇流器使用所述镇流器配置消息调整其操作。
2.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述镇流器控制所述气体放电灯的亮度级别。
3.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述反相器包括可控传导设备，并且所述处理器用于在传导和非传导状态之间控制所述可控传导设备以产生所述驱动电压。
4.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述处理器用于接收多个镇流器感测信号。
5.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述处理器控制预热和触发所述气体放电灯。
6.如权利要求5所述的镇流器，其中，所述镇流器配置包括所述镇流器的亮度输出级别。
7.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述端口适配为耦合到数字通信链路。
8.如权利要求7所述的镇流器，其中，所述数字通信链路包括DALI协议链路。
9.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述端口包括至少一个红外发射器或无线频率发射器。
10.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述处理器调制所述控制信号的脉冲宽度以控制所述反相器。
11.一种分布式镇流器系统，其包括：
通过双向接口连结在一起的分布式的多个镇流器，每个镇流器包括：
处理器，其用于经由反相器控制镇流器输出信号的级别；和
所述反相器用于产生高频驱动电压，以驱动所述气体放电灯中的灯电流，所述驱动电压具有操作频率和操作占空比；
所述处理器电连接到所述反相器用于直接控制所述反相器，从而控制所述灯电流，所述处理器用于向所述反相器提供输出信号，使得所述驱动电压的所述操作频率和所述操作占空比与所述输出信号的频率和操作占空比实质相同；以及
与所述微处理器电气通信的端口，用于从所述处理器发送包括至少一个命令的第一消息，和用于从所述处理器发送包括至少一个镇流器配置的第二消息到通信链路上，所述通信链路用于将所述电子镇流器连接到与所述通信链路连接的至少一个其它电子镇流器，其中：
所述处理器用于将所述第一消息发送到所述至少一个其它电子镇流器以控制所述至少一个其它电子镇流器的操作，并且将所述第二消息发送到所述至少一个其它电子镇流器以通知所述至少一个其它电子镇流器其配置能够使得所述至少一个其它电子镇流器使用所述镇流器配置消息调整其操作。
12.如权利要求11所述的系统，其中，每个镇流器的所述多个镇流器输入控制信号是通过所述双向接口传送的双向信号。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述反相器包括可控传导设备，并且所述处理器用于在传导和非传导状态之间控制所述可控传导设备以产生所述驱动电压。
14.如权利要求11所述的系统，其中，由所述多个镇流器的至少一个镇流器控制至少一个气体放电灯的亮度级别。
15.如权利要求11所述的系统，其中，所述多个镇流器输入信号包括数字控制信号、红外信号、串行通信信号、0-10伏信号、指示所述镇流器温度的信号、镇流器电路感测信号，和相位控制信号中的至少一个。
16.如权利要求11所述的系统，其中，所述处理器用于接收多个镇流器感测信号。
17.如权利要求16所述的系统，其中，对于每个镇流器，所述处理器控制预热和触发各自的气体放电灯。
18.如权利要求11所述的系统，其中，对于每个镇流器，所述镇流器配置包括所述镇流器的亮度输出级别。
19.如权利要求11所述的系统，其中，对于每个镇流器，所述端口适配为耦合到数字通信链路。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述数字通信链路包括DALI协议链路。
21.如权利要求18所述的系统，其中，对于每个镇流器所述处理器调制所述控制信号的脉冲宽度以控制所述反相器。
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