JP2009201050A - 交流電力線を通信媒体として使用する電子バラストのデジタル制御 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子バラストのデジタル制御に関する。
【解決手段】 中央照明制御器と一連の電子調光バラスト間の通信を確立するためのシステムは通信媒体として交流電力ラインを使用している。制御回路により切替えられるＭＯＳＦＥＴは電力線信号の整流型が交流電力線でノッチを生成するためゼロクロスに接近する電力信号を示す場合に選択的に交流電力線を短絡させる。各バラストの簡単な受信器が電力信号のノッチの有無を検出し、その結果を各バラストのための所望の調光レベルを示すデジタルデータとして解釈する。従って、バラストは自身の光出力を調整する。
【選択図】 図３

Description

従来技術において知られた電力線（ライン）を介して通信する種々の方法が存在する。電力ラインを介して通信するためのこれらの従来技術での努力は外乱をパワーサイクル当たりに１回電力ラインに単に適用することから電力ラインの高周波搬送波で通信することに及んでいる。これらの通信構成の多くは機能的であるが、実用において不適当にする多くの技術的及び経済的欠点を免れなかった。例えば、米国特許第４，３４８，５８２号は図１の回路に記載された電力ライン通信システムを提案している。交流ライン１０の電力（パワー）信号４にノッチ２を発生させるために、１組の制御回路８により制御されるシリコン制御整流器（サイリスタ）６（ＳＣＲ）は交流電圧が正から負へゼロクロスする前に短時間、ほぼ１ミリ秒間ゲート制御される。ＳＣＲ６が導通状態である間、負荷１２に印加された電圧はゼロの近傍にある。これにより負荷１２に与えられている図２に示されるように交流電源信号４にノッチが生じる。負荷１２の受信器回路はノッチの有無を検出し、デジタルデータとして解釈する。

上記の解決法はいくつかの欠点を有する。まず、伝送速度はノッチが正から負への半サイクルにのみ導入されるので単に６０ビット／秒である。ＳＣＲはそのゲート信号により遮断できない。ＳＣＲがゼロクロス直後に導通すると、電力ラインはフューズを解放し且つ回路の機能能力を直ちに消滅させる電力信号の半サイクル間にＳＣＲを介して短絡される。

従って、通信媒体として交流電力ラインを使用する新規で、改良された方法が必要とされる。

電子バラストは典型的には比較的多数で製造され且つ購入される低コスト製品である。従って、電子バラスト（安定器）で使用するためのどの電力ライン通信システムも個別のバラストのコストを劇的に増加させないことが重要である。

本発明の実施例は通信媒体として交流電力ラインを使用して中央制御器と少なくとも１つの電子バラスト間で通信を提供するためのシステムに向けられている。本システムは整流電力ライン信号を発生するため交流電力ラインに伝播する交流電力ライン信号を整流するためのブリッジ整流器を含んでいる。短絡部材は活性化されると交流電力ラインに短絡回路条件を発生する。制御回路はブリッジ整流器の出力をモニターし、出力に基いて短絡部材を活性化するための時期を決定するための位相検出回路を含んでいる。短絡手段は好ましくはＭＯＳＦＥＴである。電子バラストの受信器は短絡回路を検出する。電子バラストの調光機能は受信器により検出された多数の短絡回路条件に基いて制御される。短絡回路条件は好ましくは交流電力ライン信号が電力ライン信号の最大電圧電位の１０％以下であり交流電力ライン信号によるゼロクロス直前である電圧電位を有する場合のみに生成される。

本発明の他の実施例は電力を少なくとも１つの電子バラストに供給している交流電力信号を有する交流電力ラインを通じて電子バラスト制御器と少なくとも１つの電子バラスト間の通信を可能にするための装置に向けられる。本装置は交流電力信号が伸張ゼロクロスを生成するため負から正極性へ又は正から負極性に変化する場合に近似的に交流電力ラインを選択的に短絡するように構成された制御器を含んでいる。好ましくは、ＭＯＳＦＥＴは交流電力ラインを選択的に短絡し、伸張ゼロクロスを発生するために使用される。制御器は交流電力信号を整流するためのブリッジ整流器と、交流電力ラインを短絡する時期を決定するためブリッジ整流器の出力をモニタするための位相検出回路を含んでいる。交流電力ラインは好ましくは交流電力信号の極性変化の直前に短絡される。少なくとも１つのバラストに位置決めされた受信器は電力ライン信号が極性を変化するとき伸張ゼロクロスの有無を検出するように構成される。伸張ゼロクロスの有無はバラストの調光機能を制御するためバラストにより使用される。

本発明の更に他の実施例は電力を少なくとも１つの電子バラストに供給する交流電力ラインで制御器と少なくとも１つの電子バラスト間の通信を可能にする方法に向けられる。本方法に従って、制御器は交流電力ラインの電力信号が正から負極性へ又は負から正極性へ変移するときに生じるゼロクロスを選択的に伸張するように使用される。電力信号は整流され、整流された電力信号はゼロクロス伸張の発生を制御するために使用される。ゼロクロス伸張は交流電力ラインを選択的に短絡することにより生成される。選択的短絡は交流電力信号の極性変化の直前に生じる。交流電力ラインは好ましくはＭＯＳＦＥＴで短絡される。電力ライン信号が極性を変化する時のゼロクロス伸張の有無は少なくとも１つの電子バラストで検出される。ゼロクロス伸張部の有無は制御器と少なくとも１つの電子バラスト間の通信を可能にするため所定のコードに従って解釈される。好ましくは、ゼロクロス伸張部は所望の調光量を少なくとも１つの電子バラストに伝送するために使用される。このような実施例において、伸張ゼロクロスと非伸張ゼロクロス間の比率は情報を制御器から少なくとも１つの電子バラストに伝送するために使用される。

本発明は制御モジュールと少なくとも１つの電子バラスト間の通信能力を提供するための電力ライン通信システムに向けられる。特に、本発明の好ましい実施例は中央制御器とエネルギー管理システムに従って動作される１組の電子調光バラスト間の通信を可能にする工程に向けられる。これらの通信は照明ブランチ回路の交流電力ラインを介してデジタルデータを伝送する電力ライン通信制御器と、交流電源信号からのデータを濾波する電子バラストにより有効にされる。電力ライン通信システムの制御器に対するバラストの比率は好ましくは２０／１から最大６０／１の範囲にあり、コストはこのようなシステムの市場性で主要な要素であるので、この好ましいシステムは比較的安価な回路で容易に検出される電力ラインでの外乱を含んでいる。本発明の実施例は伝送データをバラストのための調光データに変換する有効な通信プロトコルも備えている。

図３を参照すると、本発明による電力ライン通信回路が示される。本回路は負荷２０を提供する交流ライン入力部１８に接続されたブリッジ整流器１６からなる。１組の制御回路２４により制御されるＭＯＳＦＥＴ２２は電力信号にノッチを発生させるために使用される。特に、電力通信システムのためのノッチは以下の方法で電源ラインに誘起される。制御回路２４は図４に示されるようにブリッジ整流器１６の出力電圧２６をモニタする位相検出回路を含んでいる。整流電圧２６がゼロ電圧クロスに近ずくと、ＭＯＳＦＥＴ２２は導通する。ＭＯＳＦＥＴ２２は貫通する電流がゼロに戻るまでオン状態である。ＭＯＳＦＥＴ２２の導電中に、負荷２０に対する供給電圧はゼロ近くに維持される。これにより所望の伸張ゼロクロス即ち情報を電力ラインでデジタル的に伝送するために使用されるノッチを生成する。図３の回路は交流波形の半サイクルごとに１ビットの情報の伝達を可能にする。このようにして、６０ヘルツ標準電力信号がデータの１２０ビット／秒を伝送するために使用できる。

分離誘導子（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｔｏｒ）２８は好ましくは交流ライン入力部１８とノッチ発生回路１６、２２及び２４間に位置決めされる。分離誘導子２８は負荷２０に供給される電力信号に発生するノッチが電力ラインを交流ライン入力部１８に伝播するのを防止し、それにより電力供給網の意図しない枝路に障害を発生させるのを防止する。誘導子２８は互いに独立し且つ互いに分離されたいくつかの異なる通信システムを構築するのを可能にする。

図５の底部波形３２は交流電力ライン電圧４２の立ち上がり端部３８及び立下がり端部４０のノッチ外乱を示す本発明による実施例に従って構成された検出回路の出力電圧波形である。ＭＯＳＦＥＴを使用することにより、ノッチ発生回路のオンオフ制御を可能にする。受信器の検出回路はパルス幅がノッチ３４又は非ノッチ３６を示すかを決定する一連のパルス３２としてノッチを解釈する。好ましくは、より広いパルス３４はノッチの存在に相当し且つより狭いパルス３６はノッチの欠如に相当する。

電子調光バラストシステムに向けられた本発明の実施例において、各バラストは電力ライン通信システム誘起ノッチの有無のために交流電力信号をモニタする検出回路を有する。バラスト内のマイクロ制御器はパルス幅を計測し、ノッチの有無を決定する。当業者は一連のパルスが解読され且つデジタルデータに変換されるのに無数の方法があることを理解するであろう。本発明の特に好ましい実施例において、非ノッチに対するノッチの比率は電子調光バラストの所望の輝度レベルに相当する。例えば、もし非ノッチが伝送されると、ノッチに基づく通信を受信するブランチ回路のバラストの各々は全輝度に設定される。ノッチが半サイクルごとに誘起されると、各バラストは全薄暗さに設定される。他の半サイクルがノッチを有すると、バラストは５０％輝度に設定される。

上記に記載された本発明の実施例は従来技術にいくつかの改良を提供する。まず、ブリッジ整流器の使用は半サイクルごとにノッチの発生を可能にし、１２０ビット／秒のデータ伝送、即ち、従来技術回路の２倍を可能にする。第２に、電力ライン通信回路における短絡半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴの使用は短絡装置のオンオフ動作を制御するための能力を提供し、それにより、短絡回路条件に障害をもたらす可能性を防止できる。第３に、分離誘導子の使用により、誘起ノッチが他のブランチに供給される供給電圧を中断させることなく、回路の各ブランチで電力ライン通信回路の使用が可能になる。

新規且つ有益な「通信媒体として交流電力ラインを使用した電子バラストのデジタル制御」の特有な実施例が記載されたが、特許請求の範囲で規定される場合を除いて、このような参照が本発明の範囲を限定するものとして解釈されることは意図していない。

図１は交流電力信号にノッチを発生させるための従来技術の回路である。 図２は交流電力信号の正から負への遷移でノッチを有する従来技術の電力線通信信号である。 図３は本発明の実施例を示す回路図である。 図４は本発明の実施例に従って構成された電力線通信回路のブリッジ整流器の出力のグラフである。 図５は本発明の実施例に従って構成された電力線通信回路により生成された電圧波形のグラフである。

符号の説明

２、３４ ノッチ
４ 電力（パワー）信号
６ サイリスタ
８、２４ 制御回路
１０ 交流ライン
１２、２０ 負荷
１６ ブリッジ整流器
２２ ＭＯＳＦＥＴ
２６ 出力電圧
２８ 分離誘導子
３２ パルス

Claims (16)

1. 交流電力ラインを介して通信するため交流電力ラインに伝播する交流電力信号にノッチを生成するためのシステムにおいて、
   整流電力ライン信号を発生させるため前記電力ラインの前記交流電力ライン信号を整流するための整流器と；
   前記交流電力ラインに接続され、スイッチ装置を活性化させると前記交流電力ラインを短絡させるスイッチ装置と；
   前記整流器に接続され、前記整流電力ライン信号が基準信号に達すると前記スイッチ装置を活性化させるように適合され、前記交流電力ライン信号にノッチを生成する制御回路と；
   を具備していることを特徴とするシステム。
2. 前記交流電力ラインに接続された少なくとも１つの電子バラストを更に具備し、前記電子バラストの調光機能が前記交流電力ライン信号のノッチにより制御されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記制御回路が前記整流信号が前記基準電圧に到達する時期を決定するため前記整流信号をモニタするための位相検出回路を更に具備することを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 前記位相検出回路が前記電力信号の極性の変化を決定できるように前記位相検出回路に接続された整流器を更に具備することを特徴とする請求項３記載のシステム。
5. 前記交流電力ライン信号を受信するための交流入力端子と；
   前記交流ライン信号を前記負荷に伝送するための負荷出力端子と；
   前記交流入力端子に接続され、且つ前記整流器、前記スイッチ及び前記制御回路を有する第１回路経路と；
   前記交流入力端子と前記負荷出力端子に接続された第２回路経路と；
   を更に具備することを特徴とする請求項１記載のシステム。
6. 前記システムが前記交流電力信号のノッチを検出するための受信器を更に具備することを特徴とする請求項１記載のシステム。
7. 前記スイッチ装置がＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
8. 前記基準電圧が前記電力ライン信号の最大電圧電位の１０％以下であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
9. 前記整流信号が前記電力ライン信号によりゼロクロス直前に基準電圧に到達することを特徴とする請求項１記載のシステム。
10. 少なくとも１つの電子バラストに電源を供給する交流電力ライン上で制御器と前記少なくとも１つの電子バラスト間の通信を可能にする方法において、
    前記交流電力ラインの交流電力信号を整流し、整流電力ライン信号を生成する工程と；
    前記交流電力ラインを短絡させるスイッチを活性化できる前記制御器に前記整流電力ライン信号を送る工程と；
    前記整流電力ライン信号が前記整流電力ライン信号のゼロクロスに到達し、前記交流電力ラインの前記交流信号が正から負の極性へ又は負から正の極性へ変化するときに生じるゼロクロスを伸張させる場合に前記スイッチを活性化するために前記制御器を使用する工程と；
    前記交流電力ライン信号が前記少なくとも１つの電子バラストで極性を変化させるとゼロクロス伸張部の有無を検出し、前記制御器と前記少なくとも１つの電子回路間の通信を可能にするため所定のコードに従って前記ゼロクロス伸張部の有無を解釈する工程と；
    を具備することを特徴とする方法。
11. 前記電力信号を整流し且つ前記ゼロクロス伸張部の発生を制御するため前記整流電力信号を使用する工程を更に具備することを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 前記ゼロクロス伸張部が前記交流ラインを選択的に短絡させることにより生成されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
13. 前記選択的短絡が前記交流電力信号の極性の変化の直前で生じることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 所望の調光量を前記少なくとも１つの電子バラストに伝達するために前記ゼロクロス伸張を使用する工程を更に具備することを特徴とする請求項１０記載の方法。
15. 前記ゼロクロスを選択的に伸張する工程が前記ＭＯＳＦＥＴで前記交流電力ラインを短絡させる工程を更に具備することを特徴とする請求項１０記載の方法。
16. 前記制御器から前記少なくとも１つの電子回路に情報を伝達するため、伸張されたゼロクロスと非伸張ゼロクロス間の比率を使用する工程を更に具備することを特徴とする請求項１０記載の方法。

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