JP5762404B2 - マイクロコントローラをプログラミングする方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、マイクロコントローラ又は同様のもの等に含まれる制御装置を有する電源により電力を供給される機器に関する。

特定の実施形態では、本発明は、例えばＬＥＤ又はガス放電ランプのような光源を駆動するドライバに関する。以下では、本発明は、特にこのようなドライバについて説明されるが、本発明の要点は多くの他の状況に適用されうることに留意すべきである。

図１は、光源２を駆動する電子ドライバ１を示す概略的なブロック図である。ドライバは電源から給電されている。特に、ドライバ１は、電源に接続するための入力端子３、４、及びランプ２に接続するための出力端子８、９を有する。当業者に知られているように、このような電子ドライバの幾つかの実施が可能である。このようなドライバは広く知られているので、ドライバの正確な設計は本発明の実施に関係なく、ドライバの設計の詳細な説明は本願明細書では省略される。しかしながら、基本的に、ドライバ１は該ドライバの動作を制御する制御装置１０を有する。また、このような制御部は、プログラミングされることが可能である（つまり、ソフトウェア及び／又はメモリに格納されたパラメータの変更が可能である）。制御装置は、例えばＣＰＵ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ等として実施されてもよく、以下では単に制御部として表される。

ドライバ１が正確に機能するように、制御部１０は設定され及び調整されるべきである。これは、通常製造者の試験設備内で行われる。設定及び調整の過程は、人間により行われてもよいが、コンピュータ（ＰＣ、ラップトップ）で実行するソフトウェア・アプリケーションとして実施されうる調整機器により行われてもよい。何れの場合の過程も、制御部に向かう及び制御部から戻ってくるデータの通信を必要とする。

制御部１０が未だドライバ内に組み込まれていないならば、制御部との通信は比較的容易である。しかしながら、制御部が内蔵状態になると、制御部と通信することは一層困難になる。外部から制御部にアクセスすることを可能にするためには、特別なピンを用いて制御部に物理的に接触することが必要であり、及び／又はドライバ１に別個のコネクタを設ける必要があってよい。しかしながら、これらの解決策は比較的コストがかかる。

国際公開第９８／２１８０３号パンフレット

本発明の目的は、上述の問題のための解決策を提供することである。

制御部へ向かう通信チャネルの必要性が基本的にドライバの製造段階でのみ必要であることを考慮すると、本発明の特別な目的は、ドライバの可能な限り少ない変更で、制御部と通信する簡易且つ安価な方法を提供することである。

一態様では、本発明は、周波数の操作可能なＡＣ電圧を提供できる制御可能な電源を提供する。特許文献１は、全国的にエネルギ消費システムを制御するために、幹線電源の周波数が操作されるシステムを記載している。このシステムは、１つの個別の電子ドライバを設定するのに適していないことが明らかである。可能な周波数変化は、最低限しかなく、信号の期間は非常に長くビット当たり数秒程度である。

第２の態様では、本発明は、このような制御可能な電源を備えられた試験設備を提供する。該設備では、「操作可能な」幹線を有するドライバに電力を供給することが可能である。つまりＡＣ電源電圧の周波数が変調される。周波数の変調はデータ転送の可能性を提供することが当業者に明らかである。

第３の態様では、本発明は、周波数変調された幹線を復調可能なドライバを提供する。 第４の態様では、本発明は、電圧源から電力を受信する装置へ該電圧源から情報をダウンロードする方法を提供する。

更に望ましくは、制御部は、特別な通信線を必要とせずに、プログラミング装置と逆方向の通信が可能である。従って、第５の態様では、本発明は、電圧源から引き出された電流を変調するように設計された制御部を有する電子ドライバを提供する。

第６の態様では、本発明は、変調された電流を検出する電流センサを有する試験設備を提供する。

第７の態様では、本発明は、電圧源から電力を受信する装置から該電圧源へ情報をアップロードする方法を提供する。

第８の態様では、本発明は、電源線を介した２方向通信のための方法を提供する。

更なる有利な詳細は、従属請求項で言及される。

本発明の上述の及び他の態様、特徴及び利点は、図を参照して１又は複数の好適な実施形態の以下の記載を通じ更に説明される。図中の同一の参照符号は同一又は類似の部分を示す。

電源から電力を供給される電子ドライバを示す概略的なブロック図である。 電子ドライバのためのプログラミング装置を概略的に示す。 プログラミング装置の出力電圧を時間の関数として示すグラフである。 本発明による電子ドライバを説明するブロック図である。 電源から引き出される電流を時間の関数として示すグラフである。

図２は、電子ドライバのためのプログラミング装置１００を概略的に示す。プログラミング装置１００は、プログラム制御装置２０及び通常の幹線の代わりに電子ランプ・ドライバのために電源電圧Ｖｓを供給するのに適した電圧源３０を有する。従って、例えば、電圧源は、プログラミング装置１００の出力端子１０８、１０９に接続される出力端子３８、３９で、約３３０Ｖの大きさを有する交流電圧を供給可能である。ランプ・ドライバ（又はこの電圧を受信する他の装置）の入力段では、入力電圧は先ず例えばダイオード・ブリッジにより整流され、当業者に明らかなようにランプ・ドライバ（又は他の装置）の適正な機能はＡＣ入力電圧の周波数に殆ど又は全く依存しない。共通の電源及び特に通常の幹線では、この電源周波数は実質的に一定（つまり、欧州では５０Ｈｚ）である。本発明の特定の態様は、データをランプ・ドライバ（又は他の装置）へ転送するために電源電圧周波数が変調されることである。この目的のために、電圧源３０は制御入力３１を有し、プログラム制御装置２０は制御入力３１に結合された制御出力２１を有し、電圧源３０は自身の制御入力３１で受信した制御信号に従って自身の出力周波数を設定するように設計される。

周波数変調は、当業者に知られているように多くの方法で実行され、本発明を実施するとき、基本的に全ての変調方式が適用されうる。しかしながら、本発明は、図３を参照して説明される非常に簡単な変調方式も提案する。この方式では、電圧源３０は、３つの異なる動作状態で動作しうる。これらの状態は異なる出力周波数により互いに区別される。第１の状態は、通常状態として示され、如何なるデータも転送されない。この状態では、出力電圧は第１の周波数、例えば５０Ｈｚを有する。第２の状態は、第１のデータ状態として示され、第１の値（例えば「１」）を有する１ビットのデータが転送される。この状態では、出力電圧は第１の周波数と明らかに区別可能な第２の周波数、例えば１２５Ｈｚを有する。第３の状態は、第２のデータ状態として示され、第２の値（例えば「０」）を有する１ビットのデータが転送される。この状態では、出力電圧は、第１及び第２の周波数と明らかに区別可能な第３の周波数、例えば２５０Ｈｚを有する。

通信を目的として、共通の同一の長さの連続的な時間フレームを定めること、及び時間フレーム当たりの出力周波数を設定することが可能である。しかしながら、これはタイミング及び同期を必要とする。単純な実施形態では、データ・ユニットの長さは、ゼロ交差で開始しゼロ交差で終了する期間として、場合によっては間に所定数のゼロ交差を有する期間として定められる。従って、データ・ユニットは、３６０°の電圧信号に対応する時間期間を有してもよい。しかし、現在の好適な実施形態では、データ・ユニットは１８０°の電圧信号に対応する。これは、大きなデータ・レートを提供するだけでなく、デコードが容易であるという利点も提供する。

図３は、例である状況において、出力電圧Ｖｓを時間の関数として示すグラフである。最初に、プログラム制御装置２０は如何なるデータも送信しない。電圧源３０に対するプログラム制御装置２０の制御信号Ｖｃは、第１の値を有し、電圧源３０を第１の状態で動作させ、出力電圧Ｖｓが第１の周波数、例えば５０Ｈｚを有するようにする。時間ｔ０で、プログラム制御装置２０がデータを送信したいと仮定する。プログラム制御装置２０は、データ・ビット「１」を示す第２の値を有する電圧源３０のための制御信号Ｖｃを生成する。それに応答して、電圧源３０は、時間ｔ１で次のゼロ交差で開始するのだが、第２の状態への遷移を行う。第２の状態では、電圧源３０は第２の周波数、例えば１２５Ｈｚで出力電圧Ｖｓを生成する。電圧源３０は、時間ｔ２の次のゼロ交差まで、第２の状態のままである。従って、出力電圧Ｖｓは第２の周波数で半周期又は１８０°の位相を示す。これは、本例では、時間ｔ１及びｔ２の２つのゼロ交差の間の間隔が４ｍｓに等しいことを意味する。時間ｔ２の後、電圧源３０は、プログラム制御装置２０からの次のコマンドに従う準備ができている。

送信されるべきデータは、制御信号Ｖｃの第３の値により示される第２のビット「０」を有すると仮定する。それに応答して、電圧源３０は、時間ｔ２のゼロ交差で開始して、第３の状態への遷移を行う。第３の状態では、電圧源３０は第３の周波数、例えば２５０Ｈｚで出力電圧Ｖｓを生成する。電圧源３０は、次のゼロ交差まで、第２の状態のままである。従って、出力電圧Ｖｓは第３の周波数で半周期又は１８０°の位相を示す。これは、本例では、２つのゼロ交差の間の間隔が２ｍｓに等しいことを意味する。

以上は全てのデータ・ビットに対して続けられる。図は、プログラム制御装置２０が時間ｔ３で準備され、電源３０が第１の状態で動作し続け、１０ｍｓに等しいゼロ交差間の時間間隔を有することを示す。１つのデータ・ビットの長さは、ｎ＊１８０°に対応してもよいことが明らかである。ここでｎは任意の実数である。

使用される周波数は必ずしも非常に正確にされる必要がないことが明らかである。例えば上述の例では、５ｍｓ又はそれより長い時間間隔に対応する１００Ｈｚ又はそれより低い範囲の周波数は「如何なるデータもない」ことを示してもよく、時間間隔５ｍｓ乃至２．５ｍｓの間の時間間隔に対応する１００Ｈｚ乃至２００Ｈｚの間の範囲の周波数はデータ「１」を示してもよく、２．５ｍｓ又はそれより長い時間間隔に対応する２００Ｈｚ及びそれより高い範囲の周波数はデータ「０」を示してもよい。

更に、データ・レートを増大させるために、２つより多くの異なるデータ周波数を用いることが可能である。例えば、４つの可能なデータ周波数から選択して用いることは、２つのデータ・ビットを同時に送信することを可能にする。

図４は、図１に相当するブロック図であり、本発明による電子ドライバ２００を示す。図４は、ドライバ２００がプログラミング装置１００の電圧源３０により供給される電源電圧Ｖｓを受信することを示している。ドライバ２００は、整流器２１０、例えばダイオード・ブリッジを有する。整流器２１０は、ドライバ入力端子３、４に接続されＡＣ電源電圧Ｖｓを受信する入力端子２１１、２１２、及びドライバ２００内で電源線２０５、２０６に接続された出力端子２１８、２１９を有する。制御部１０は、場合によっては周波数成分を除去する平滑フィルタ（示されない）の後で整流された電源電圧を受信する前記電源線２０５、２０６に接続された電源端子１５、１６を有する。

制御部１０は殆どの共通制御部にとって標準的であるアナログ・データ入力１１を有するとする。整流された電源電圧に相当する測定信号は、このアナログ・データ入力１１に供給される。この測定信号は、電源線２０５、２０６の間に接続された２つの抵抗器２２１、２２２の直列構成により構成された抵抗性分圧器により提供される。制御部１０は、適切なソフトウェア・プログラミングにより、自身の入力１１で適切な高いサンプリング周波数で信号をサンプリングするよう、及びこの情報を処理して、例えば先ずゼロ交差間の時間間隔を導き出すことにより電源電圧により伝達されるデータを得るよう設計される。換言すると、制御部１０は、周波数変調された電源電圧を復調するよう設計される。更に、制御部１０は、当業者に明らかなように、このように受信されたデータを処理して自身の設定及び／又は構成を適応させるよう設計される。

代替として、例えば制御部が如何なるアナログ・データ入力も有さない場合には、ドライバ２００は追加データ・処理ユニットを有し、該追加データ・処理ユニットがアナログ入力で整流された幹線を受信し、データ・ビットを導き出し及びデータ・ビットを制御部のデジタル入力に供給することが可能である。しかし、これは追加のハードウェア構成要素を必要とするので一層高価である。一方で、上述の好適な実施形態は、制御部のソフトウェアで簡単に実施されうるという利点を有する。

本発明の１つの可能な実施形態では、制御部１０のプログラミングは、制約がない、つまり確認応答のようなフィードバックを有さない。好適な実施形態では、制御部１０はプログラミング装置１００への逆方向通信、及び電源線を用いることが可能である。通信は、単純な確認応答を含んでもよいが、状態報告又は現在の設定のリストを含んでもよい。如何なる場合も、電子ドライバ２００は通信設備を有するべきである。

勿論、電子ドライバ２００は特定の高周波数の通信信号を電源電圧Ｖｓに重畳させる装置を設けられることが可能である。このような信号は、プログラミング装置１００により受信され処理されうる。しかしながら、これは複雑でありコストがかかる。これを回避するため、本発明は、制御部１０のソフトウェアで実施されることが可能であるという魅力を有する解決策を提案する。この実施では、電子ドライバ２００の出力８、９は適切な負荷、例えばランプ２に接続され、従って電子ドライバ２００は出力電流を供給しその結果としてプログラミング装置から入力電流を引き出し、一方で更に制御部１０がこの入力電流を変調するよう設計される。ドライバの入力電流のこの変調を検出できるように、プログラミング装置１００は、電流センサ４０を設けられてもよい。電流センサ４０は、プログラミング装置の出力１０８、１０９に供給される出力電流を検知し、プログラム制御装置２０の電流検知入力２４に測定信号を供給する。プログラム制御装置２０は、電流センサ４０からの測定信号を処理して、制御部１０により伝達されたデータを引き出すよう設計される（ソフトウェアでありうる）ことが、当業者に明らかである。

電流変調に関する限り、制御部１０は、負荷２に供給されるべき瞬間的な電流の大きさを決定する制御信号Ｓｃを供給する出力１９を有することに留意すべきである。標準的には、電子ドライバ２００は、この制御信号を受信し更なる電流制御を引き受ける力率較正器２３０を有する。このような力率較正器はそれ自体知られているので、更なる説明はここでは必要ない。以下の議論のため、制御信号Ｓｃは、通常、一定の平均電流レベルを示す一定値を有する信号であるとする。

電流変調は、望ましくは振幅変調である。振幅変調は、当業者に知られているように多くの方法で実行され、本発明を実施するとき、基本的に全ての変調方式が適用されうる。しかしながら、本発明は、図５を参照して説明される非常に簡単な変調方式も提案する。この方式では、変調は、十分に高い抑制周波数、例えば５００Ｈｚで電流を抑制することを含む。これは、５００Ｈｚの方形波の乗算と考えられてもよい。情報の各ビットは、電源電圧の２分の１周期、つまり２つの連続するゼロ交差の間の期間に対応する。ビット毎に、高周波数抑制信号は、存在したりしなかったりする。これは、容易に認識可能な１つのデータ・ビットに対する２つの異なる値に対応する。

図５は、電圧源３０から引き出された電流を時間の関数として示すグラフである。説明のための例として、プログラミング装置１００は電子ドライバ２００にデータを送信していないとする。従って電流は５０Ｈｚの公称周波数を有する。電流のゼロ交差は、ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３等で示される。連続するゼロ交差の間の時間間隔は、時間フレームとして示される。ｔ０乃至ｔ３の間の時間フレームで、制御部１０はプログラミング装置１００に如何なるデータも送信していない。従って電流波形は乱されていない。ｔ３乃至ｔ４の間の時間フレームでは、制御部１０は電流パルスを生成することにより１ビットの情報（「０」）を送信している。このビットは、開始ビットとして解釈され、所定のビット数のシーケンスを開始する。ｔ４乃至ｔ５の間の時間フレームでは、制御部１０は電流パルスを生成しないことにより１つのデータ・ビット（「１」）を送信している。一方でｔ５乃至ｔ６の間の時間フレームでは、制御部１０は電流パルスを生成することにより、１つのデータ・ビット（「０」）を送信している。

纏めると、本発明は、電子ドライバ２００内の制御部１０をプログラミングするプログラミング装置１００を提供する。プログラミング装置１００は、電圧源３０を制御するために、オフグリッドで電子ドライバ２００及びプログラミング制御部２０に電力を供給するのに適したＡＣ電源電圧を生成する制御可能な電源３０を有する。プログラミング装置１００は、電子ドライバ２００に電力を供給するため及び電子ドライバ２００にプログラミング・データを送信するために、電源周波数を変調するように設計される。

本発明は図面及び上述の説明で詳細に説明されたが、このような図面及び説明は説明及び例であり、本発明を限定するものではないことが当業者に明らかである。本発明は、開示された実施形態に限定されず、むしろ特許請求の範囲に定められた本発明の保護範囲の中で幾つかの変形及び変更が可能である。

開示された実施例の他の変形は、図面、詳細な説明、及び請求項を読むことにより、当業者に理解され請求項に記載された発明を実施する際に実施されうる。請求項の中の用語「有する」は他の要素又は段階を排除しない。単数を表す語は複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他の部分は、請求項に記載された複数の要素の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項で引用されることは、これら手段の組み合わせが効果的に利用できないことを示すものではない。請求項の如何なる参照符号も、本発明の範囲を制限しない。

以上では、本発明は、本発明による装置の機能ブロックを図示するブロック図を参照して本願明細書に説明された。当該機能ブロックの１つ以上はハードウェアで実施されてもよく、当該機能ブロックの機能は個々のハードウェア構成要素により実行され、当該機能ブロックの１つ以上は代案としてソフトウェアで実施されてもよく、従って当該機能ブロックの機能はコンピュータ・プログラム又はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ等のようなプログラム可能な装置の１つ以上のプログラム行により実行されることが理解されるべきである。

Claims (17)

1. ＡＣ電圧源からＡＣ電圧電源線を介して消費装置にデータを送信する方法であって、
   所定の基本周波数でＡＣ電圧を生成する段階、
   周波数変調を用いて前記基本周波数を変調し、変調周波数で前記ＡＣ電圧を生成する段階、
   前記変調周波数を用いて生成したＡＣ電圧により前記消費装置に前記データを送信する段階、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記消費装置は光源のためのドライバである、請求項１に記載の方法。
3. １ビットの情報は、前記ＡＣ電圧とゼロ電圧とが交差する２つのゼロ交差の間の時間間隔に対応し、
   前記基本周波数は、前記２つのゼロ交差の間で一定に保たれ、
   前記基本周波数の値は、前記時間間隔の始めに選択される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記２つのゼロ交差は、連続するゼロ交差である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記基本周波数は、デ―タ・ビットの２つの可能な値を示す少なくとも２つの可能な周波数値のセットから選択され、
   前記方法は、
   （ａ）前記基本周波数の前記可能な周波数値のセットは、如何なる情報も送信されていないことを示す少なくとも１つの周波数値を有する、
   （ｂ）２つの可能な周波数値の間の比は、１．１よりも常に高い、
   のうちの１又は複数の特徴を有する請求項３に記載の方法。
6. 各ゼロ交差で、前記基本周波数の値は、次のゼロ交差までの前記時間間隔の間に少なくとも１ビットの情報を送信するために、少なくとも２つの周波数値のセットから選択される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
7. 前記方法は、
   少なくとも３つの異なる電源周波数、つまり公称周波数（ｆｎ）、該公称周波数（ｆｎ）より大きい第１のデータ周波数（ｆ１）及び該公称周波数（ｆｎ）より大きく且つ該第１のデータ周波数（ｆ１）より大きい第２のデータ周波数（ｆ２）で定める段階；
   を有し、
   ｆ１／ｆｎ≧１．１且つｆ２／ｆ１≧１．１であり、
   前記方法は、
   −通常動作中、公称周波数（ｆｎ）で正弦波電源電圧を供給する段階；
   −第１のゼロ交差と第２のゼロ交差との間のゼロ交差の数はゼロに等しく、第１の値を有するデータ・ビットを送信するために、該第１のゼロ交差から該第２のゼロ交差まで、前記第１のデータ周波数（ｆ１）で正弦波電源電圧を供給する段階；
   −第１のゼロ交差と第２のゼロ交差との間のセロ交差の数はゼロに等しく、第２の値を有するデータ・ビットを送信するために、該第１のゼロ交差から該第２のゼロ交差まで、前記第２のデータ周波数（ｆ２）で正弦波電源電圧を供給する段階；
   を有する請求項３に記載の方法。
8. 消費装置からＡＣ電圧電源線を介してＡＣ電圧源にデータを送信する方法であって、
   前記電圧源から電流を引き出す段階、
   前記電圧源から引き出された電流の振幅を変調し、振幅変調された電流を生成する段階、
   前記振幅変調された電流を用いて前記電圧源に前記データを送信する段階、
   を有することを特徴とする方法。
9. 前記消費装置は光源のためのドライバである、請求項８に記載の方法。
10. 前記変調する段階は、電流パルスを有しない少なくとも１つの時間期間を生成する段階を有する、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記変調する段階は、前記ＡＣ電圧源から出力されるＡＣ電圧とゼロ電圧とが交差する２つの連続するゼロ交差の間の時間間隔の間に、電流に高周波数方形波ブロック信号を乗算する段階を有する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. ＡＣ電圧源と消費装置との間のＡＣ電圧電源線を介した２方向通信のための方法であって、前記方法は、
    請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法を用いて前記ＡＣ電圧源から前記消費装置へデータを送信し、一方で同時に、請求項８乃至１１の何れか一項に記載の方法を用いて前記消費装置から前記ＡＣ電圧源へデータを送信する段階、
    を有する方法。
13. 電子ドライバ内の制御部をプログラミングするプログラミング装置であって、
    当該プログラミング装置は、
    前記電子ドライバに電力を供給するのに適したＡＣ電源電圧を生成する制御可能な電圧源、
    前記電圧源を制御するプログラミング制御部、
    を有し、
    前記プログラミング装置は、前記電子ドライバに電力を供給し且つ前記電子ドライバにデータを送信するために、請求項１に記載の方法を実行するようにされる、
    ことを特徴とするプログラミング装置。
14. 前記電圧源から引き出された電流を検知する電流センサ、
    を更に有し、
    前記電流センサは、前記プログラミング制御部の検知入力に結合された出力を有し、
    前記プログラミング制御部は、前記電流センサの出力信号から振幅変調された情報を復調するようにされる、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のプログラミング装置。
15. 電子ドライバであって、
    請求項１３に記載のプログラミング装置から周波数変調された電源電圧を受信する入力端子、
    を有し、
    前記電子ドライバは：
    −内部電源線に接続された電源入力端子を有し、データ入力端子を有する制御部；
    −前記変調されたデータに相当する信号を前記変調された電源電圧から引き出すために、前記内部電源線に結合された引き出す手段；
    を有し、
    前記引き出す手段は、前記制御部の前記データ入力端子に結合された出力を有する、
    ことを特徴とする電子ドライバ。
16. 前記引き出す手段は、抵抗性分圧器を有し、
    前記制御部は、入力信号を変調するために、自身の入力で前記信号をサンプリングするようプログラミングされる、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電子ドライバ。
17. 前記電子ドライバの出力端子に結合された負荷、
    を有し、
    前記制御部は、前記入力端子から引き出された電流を制御するようにされ、
    前記制御部は、請求項８に記載の方法を実行するようにされ、
    前記制御部は、前記電源電圧と同期して電流パルスを生成するようにされる、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電子ドライバ。

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