用於數字電子調光鎮流器的通信電路的製作方法

2023-04-30 08:25:36 1

專利名稱：用於數字電子調光鎮流器的通信電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及可操作成(有效地)耦合到通信鏈路的電子調光鎮流 器，具體地，涉及用於電子調光鎮流器的通信電路，該通信電路提供 高壓錯接(miswire)保護和發射數位訊號的改善的上升和下降時間。
背景技術：
典型的負載控制系統有效地控制從交流(AC)電源傳遞到諸如照 明負載或電機負載的電氣負載的功率量。用於螢光燈的照明控制系統 包括多個電子調光鎮流器，該多個電子調光鎮流器有效地經由數字通 信鏈路來進行通信。例如，該鎮流器可以使用工業標準的數字可尋址 照明接口 (DALI)通信協議來進行通信。DALI協議允許對照明控制 系統中的每個鎮流器指配唯一的數字地址、通過配置信息(例如，預 設的照明亮度)來編程該鎮流器，以及響應於跨接在該通信鏈路兩端 所發射的命令來控制螢光燈。
標準的DALI照明控制系統包括鏈路電源，該鏈路電源生成直流 (DC)鏈路電壓VuNK，該鏈路電源對DALI通信鏈路供電。DALI通 信鏈路包括兩個導體(即，兩根導線)，並且該DALI通信鏈路被耦合 到鎮流器的每一個，使得每個鎮流器接收鏈路電源的DC鏈路電壓 VLINK。該鎮流器還被耦合到AC電源，以接收用於對螢光燈供電的線 路電壓(例如，120或277 VAC)。為了簡化安裝，經常將DALI通信 鏈路的兩個導體安裝在與高壓AC配線(即，線路電壓)相同的通道或導線管中。因此，DALI通信鏈路的導體常常被歸類為"高壓"導體。
每個DALI鎮流器都包括微處理器，該微處理器用於處理與其它 DALI鎮流器的通信和用於控制電路的操作，該電路控制連接的燈的亮 度。DALI鎮流器的每一個中的通信電路將該微處理器耦合到DALI通 信鏈路。該通信電路優選地包括至少兩個光耦合器，該光耦合器用於 將接收的數字消息提供給微處理器，並且用於提供要在DALI通信鏈路 上發射的數字消息。該光耦合器提供了在DALI通信鏈路的導體和微處 理器之間的隔離。
根據DALI協議，DALI鎮流器使用曼徹斯特編碼來對在通信鏈路 上發射的數字消息進行編碼。通過曼徹斯特編碼，在通信鏈路上的信 號跳變(即，邊沿)中對數字消息的位(即，邏輯0值或邏輯1值的 任何一個)進行編碼。當沒有消息在通信鏈路上發射時，鏈路在空閒 狀態中浮置於高電平。為了發射邏輯l值，每個DALI鎮流器的通信電 路有效地"短路"通信鏈路(即，電氣地連接鏈路的兩個導體)，以 使通信鏈路從空閒狀態(即，18VDC)改變成短路狀態(即，"高-到-低"跳變)。相反地，為了發射邏輯0值，通信電路有效地使通信鏈 路從短路狀態跳變到空閒狀態(即，"低-到-高"跳變)。
在共同受讓的未決的2004年4月14日提交的標題為 "MULTIPLE-INPUT ELECTRONIC BALLAST WITH PROCESSOR (具有處理器的多輸入電子鎮流器)"的美國專利申請No. 10/824,248 和2004年12月14日提交的標題為"DISTRIBUTED INTELLIGENCE BALLAST SYSTEM AND EXTENDED LIGHTING CONTROL PROTOCOL (分布式智能鎮流器系統和擴展的照明控制協議)"的美 國專利申請No. 11/011,933中更加詳細地描述了有效地耦合到通信鏈 路和多個其它輸入源的數字電子調光鎮流器的示例。這兩個申請的全 部公開內容通過引用併入這裡。
10， 具體地，是通過依據IEC標準60929 A來標準化的，其定義了 DALI 鎮流器的通信電路的許多必需的操作特性。該技術標準對DALI鎮流器 的電流牽弓l(draw)進行了限制。例如，當通信鏈路空閒時(即，18VDC)， 通信電路一定不能牽引大於2 mA的電流。當通信電路正在發射時(即， 使鏈路短路)，DALI鎮流器一定要牽引至少250 mA的電流並且必須 在通信鏈路的導體之間提供不大於4 V的電壓。該正C標準還將數據 信號的邊沿的上升和下降時間限定在10 ^和100 ns之間。
使用光耦合器來在DALI通信鏈路上發射數字消息常常使由DALI 鎮流器發射的數字消息容易受到長的上升和下降時間的影響。儘管光 耦合器的製造商保證光耦合器的一些特性，諸如電流傳輸比(CTR)， 但是通常僅在特定的操作條件下指定上升和下降時間。因此，例如， 當使用光耦合器來驅動DALI通信鏈路時，除非出現相同的操作條件， 否則無法保證光耦合器的上升和下降時間。為了減小數據信號的上升 和下降時間的長度以滿足IEC標準，常常需要使用較大的電流來驅動 光耦合器。然而，當鏈路空閒時，這些驅動電流不能超過最大空閒電 流限制(即，2mA)。
由於DALI通信鏈路的兩個導體常常沿著鎮流器的高壓配線並排 延伸(run)，因此DALI通信鏈路的兩個導體可能被錯接到高壓配線。 許多現有技術的DALI鎮流器的通信電路還沒有受到保護不受高壓 (即，線路電壓)錯接的影響。 一些現有技術的鎮流器已經將所有高 壓額定組件簡單地包括在通信電路中。然而，如果這樣的通信電路在 高壓錯接期間短路通信電路，則該通信電路容易受到由於生成的高電 流而導致的損壞的影響。
因此，需要一種DALI通信電路，該DALI通信電路能夠可靠地發 射具有在由IEC標準所定義的範圍內的上升和下降時間的數字消息， 同時還滿足IEC標準的電流牽引限制。而且，需要一種DALI通信電路，該DALI通信電路能夠在任何環境下被錯接到諸如120或277Vac 的高壓電源電壓(mains voltage)，而不會損壞組件。

發明內容
根據本發明， 一種用於負載控制器件的通信電路，包括接收電 路、發射電路和故障保護電路。該負載控制器件有效地被耦合到具有 兩個導體的通信鏈路。通過在空閒狀態和活動狀態之間改變通信鏈路， 該負載控制器件有效地發射數字消息，其中，在空閒狀態中，在跨接 通信鏈路的導體上產生第一電壓；在活動狀態中，通信鏈路的導體處 於基本上相同的電勢。該接收電路被耦合在通信鏈路的導體之間，並 且該發射電路被耦合在通信鏈路的導體之間。該發射電路包括光耦 合器，該光耦合器具有用於提供輸出的光電電晶體；電壓鉗，該電壓 鉗有效地在空閒狀態中鉗住跨光耦合器的輸出的電壓；可控導電器件， 該可控導電器件對光耦合器的輸出作出響應，以便當光耦合器的輸出 導通時將通信鏈路的導體電氣地耦合在一起；以及電流源，該電流源 有效地向該光耦合器的光電電晶體提供剩餘電流，使得當光電電晶體 導通時，將光電電晶體保持在工作區中。該故障保護電路被有效地耦 合在通信鏈路的導體之間，並且有效地保護該接收和發射電路。該故 障保護電路包括耦合在該接收和發射電路以及通信鏈路的導體的第二 個之間的可控導電器件。當在跨接通信鏈路的導體上提供了第一電壓 時，使該可控導電器件導通，並且當在跨接第一和第二端子上提供了 第二電壓時，使該可控導電器件不導通。該第一電壓具有小於預定閾 值的強度，而該第二電壓具有大於該預定閾值的強度。
根據本發明的另一個實施例， 一種用於負載控制器件的通信電路 包括接收電路和發射電路。該負載控制器件有效地被耦合到具有兩個 導體的通信鏈路，並且有效地通過在空閒狀態和活動狀態之間交替變 化使通信鏈路發射數字消息，其中，在空閒狀態中，在跨接通信鏈路 的導體上產生鏈路電壓，並且在活動狀態中，通信鏈路的導體處於基 本上相同的電勢。該接收電路被耦合在通信鏈路的導體之間、並且當通信鏈路處於空閒狀態時有效地傳導空閒電流。發射電路被耦合在通 信鏈路的導體之間，並且包括光耦合器、電壓鉗、可控導電器件以 及電流源。該光耦合器具有輸入和輸出，該輸出包括光電電晶體，並 且當通過輸入電流來驅動輸入時該輸出有效地變成為導通的。在成為 導通的之後，該光耦合器的輸出立刻有效地傳導空閒電流。該電壓鉗 跨接光耦合器的輸出而耦合，並且在空閒狀態中有效地鉗住跨接光耦 合器的輸出的電壓。該可控導電器件對光耦合器的輸出作出響應，以 便當光耦合器的輸出導通時將通信鏈路的導體電氣地耦合在一起、 而當該輸出不導通時停止電氣地連接通信鏈路的導體。該電流源被耦 合到光耦合器的光電電晶體，並且當可控導電器件將通信鏈路的導體 電氣地耦合在一起時，該電流源有效地生成源電流。在活動狀態中， 光耦合器的輸出有效地傳導源電流的第一部分，並且電壓鉗有效地傳 導源電流的第二部分，使得光耦合器的光電電晶體保持在操作的工作 區中。本發明進一步提供了一種用於保護負載控制器件的通信電路的高 壓故障保護電路。該負載控制器件經由第一和第二端子被耦合到數字 通信鏈路。該故障保護電路被操作地耦合到負載控制器件的第一和第 二端子。該故障保護電路包括可控導電器件，該可控導電器件具有 兩個主負載端子和控制輸入。該可控導電器件的主負載端子以串聯的 電氣連接被耦合在通信電路和負載控制器件的第二端子之間。當在跨 第一和第二端子上提供了具有小於預定閾值的強度的第一電壓時，使 該可控導電器件導通。當在跨第一和第二端子上提供了具有大於該預 定閾值的強度的第二電壓時，該可控導電器件有效地變成為不導通， 並且斷開通信電路和第二端子的連接。該可控導電器件優選地是高壓 場效應電晶體。此外，本發明提供了一種經由具有兩個導體的通信鏈路從通信電 路發射數字消息的方法。該方法包括下述步驟(1)當通信鏈路處於 空閒狀態中時牽引空閒電流；(2)提供具有輸入和輸出的光耦合器，該輸出包括光電電晶體；(3)限制在跨光耦合器的輸出上所產生的電 壓；(4)驅動光耦合器的輸入，使得光耦合器的輸出有效地傳導驅動 電流；(5)響應於驅動光耦合器的輸入的步驟，電氣地連接通信鏈路 的兩個導體，以將通信鏈路從空閒狀態變為短路狀態；(6)當光電晶 體管正在傳導驅動電流時，向光電電晶體提供源電流以使光電電晶體 保持在操作的工作區中；以及(7)停止驅動光耦合器的輸入，使得光 耦合器的輸出停止傳導該驅動電流。
根據本發明的另一個方面， 一種保護負載控制器件的通信電路的 方法，包括下述步驟(1)經由兩個端子將通信電路耦合到數字通信 鏈路；(2)提供可控導電器件，該可控導電器件被有效地耦合在通信 電路和兩個端子的一個之間；(3)確定該兩個端子之間所產生的電壓 是否超過預定的閾值；以及(4)響應於確定步驟，使可控導電器件變 成不導通，以將通信電路從兩個端子的一個斷開。
從參考附圖的下面的本發明的描述中，本發明的其它特徵和優點 將變得明而易見。


圖1是根據本發明的用於控制多個螢光燈的亮度的照明控制系統 的簡化框圖； —
圖2是根據本發明的圖1的照明控制系統的數字電子調光鎮流器 的簡化框圖；以及
圖3是根據本發明的圖2的調光鎮流器的通信電路的簡化示意圖。
具體實施例方式
當結合附圖閱讀時，可以更好地理解前述的概述以及下文的優選 實施例的詳細描述。為了說明本發明的目的，在附圖中示出了目前優 選的實施例，其中，在貫穿附圖的若干視圖中，相同的附圖標記表示 類似的部件，然而，應當理解，本發明不限於所公開的特定方法和手段。
圖1是根據本發明的用於控制多個螢光燈105的亮度的螢光照明控制系統100的簡化框圖。螢光照明控制系統100包括數字鎮流器通信鏈路110 (例如，DALI通信鏈路)。該數字通信鏈路110被耦合到兩個數字電子調光鎮流器120 (例如，DALI鎮流器)和鏈路電源130。鎮流器120每一個都被耦合到交流(AC)幹線電壓，並且控制傳遞到燈105的功率量，以因此控制燈的亮度。每個鎮流器120有效地從例.如感應(occupancy)傳感器140、紅外(IR)接收器142和小鍵盤144接收多個輸入，並且響應於此隨後控制燈105的亮度。DALI電源130可以被耦合到更多的鎮流器120，例如，多達64個鎮流器。
螢光照明控制系統100的鎮流器120和鏈路電源130優選地根據DALI標準來操作。鏈路電源130接收線路電壓，並且生成用於數字鎮流器通信鏈路110的DC鏈路電壓VuNK (即，18 VDC)。鎮流器120使用曼徹斯特編碼來在通信鏈路110上與其它鎮流器進行通信。為了發射邏輯1值，鎮流器120短路(即，電氣地連接)通信鏈路110的導體，以使通信鏈路從空閒狀態跳變到短路狀態(即，活動狀態)。為了發射邏輯0值，鎮流器120使通信鏈路110從短路狀態變換到空閒狀態。因此，鎮流器120可操作成通過使數字鎮流器通信鏈路110在短路狀態和空閒狀態之間交替來發射數字消息。
圖2是根據本發明的數字電子調光鎮流器120的簡化框圖。如圖2所示，鎮流器120並行驅動三個螢光燈L1、 L2、 L3。電子鎮流器典型地可以被分析為包括前端210和後端220。前端210典型地包括用於從AC幹線電壓生成整流電壓的整流器230，以及用於對整流電壓進行濾波以產生直流(DC)總線電壓的濾波器電路，例如填谷式(valley-fill)電路240。該填谷式電路240通過二極體242被耦合到整流器230，並且包括一個或多個能量存儲器件(例如，電容器)，該能量存儲器件選擇性地充電和放電，以便於填充連續的整流電壓的峰值之間的谷，以產生大體上的DC總線電壓。該DC總線電壓是整流後的電壓或者跨在填谷式電路240中的能量存儲器件上的電壓兩者中較大的一個。
後端220典型地包括逆變器250和輸出電路260,該逆變器250用於將DC總線電壓轉換成高頻AC電壓，該輸出電路260包括用於將高頻AC電壓耦合到燈電極的諧振儲能電路。與三個燈L1、 L2、 L3串聯地提供平衡電路265來平衡通過燈的電流，並且防止任何燈比其它燈更亮或更暗地發光。在共同受讓的2004年1月6日公開的標題為"ELECTRONIC BALLAST (電子鎮流器)"的美國專利No. 6,674,248中更加詳細地描述了鎮流器120的前端210和後端220，其全部內容通過引用併入這裡。
控制電路270生成驅動信號來控制逆變器250的操作，以便於向燈L1、 L2、 L3提供期望的負載電流。例如，控制電路270優選地包括微處理器，但是可以包括任何適當類型的控制器，諸如可編程邏輯器件(PLD)、微處理器或者專用集成電路(ASIC)。跨接在整流器230的輸出上來連接電源272，以提供DC供電電壓Vcc，該DC供電電壓用於對控制電路270供電。通信電路280被耦合到控制電路270，並且允許控制電路270在數字鎮流器通信鏈路110上與其它鎮流器120進行通信。鎮流器120進一步包括多個輸入2卯，該多個輸入290具有感應傳感器輸入292、日光傳感器294、 IR輸入296以及壁式站(wallstation)輸入298。將控制電路270耦合到多個輸入290，使得控制電路270對DALI照明控制系統的感應傳感器140、日光傳感器(未示出)、IR接收器142和小鍵盤144作出響應。
圖3是根據本發明的通信電路280的簡化示意圖。通信電路280包括接收電路310，該接收電路310用於檢測數字鎮流器通信鏈路110何時被短路，並且用於向控制電路270提供接收到的數字消息。通信電路280還包括發射電路320，該發射電路320用於響應於控制電路270來將通信鏈路110的兩個導體短路。最後，通信電路280包括高壓故障保護電路330，該高壓故障保護電路330通過全波橋式整流器340和端子E1、 E2被耦合到通信鏈路110。
接收電路310包括用於向控制電路270提供接收到的數字消息的光耦合器UIO。當數字鎮流器通信鏈路110空閒時(即，浮置高在18VDC)，電流流通電阻器R12 (其優選地具有100 kQ的電阻)，並且流入NPN雙極結型電晶體(BJT) Q14的基極。將齊納二極體Z16與光耦合器U10的光電二極體(即，輸入)和電晶體Q14的集電極-射極結串聯耦合。齊納二極體Z16具有3.6伏的導通電壓，使得當跨在通信鏈路110上的電壓大於約6V (即，鏈路空閒)時，接收電路310傳導空閒電流IroLE通過齊納二極體Z16、光耦合器U10的光電二極體、電晶體Q14、電阻器R18和發射電路320的兩個二極體D20、 D22。當光耦合器U10的光電二極體導通時，光電電晶體(即，光耦合器的輸出)也導通，因此，向控制電路270提供通信鏈路UO空閒的指示。
當跨在電阻器R18上所產生的電壓超過NPN雙極結型電晶體Q24的所要求的基極-射極電壓時，電晶體Q24開始導通。由於電阻器R18優選地具有511 Q的電阻，並且電晶體Q24的基極-射極電壓約為0.6V，因此通過接收電路310的空閒電流In3LE被限制為大約1.2 mA。由於接收電路310的空閒電流IroLE的強度小於2mA，因此當數字鎮流器通信鏈路IIO空閒時，鎮流器120滿足最大電流牽引的IEC標準(即，DALI標準)。
當鎮流器120的一個將數字鎮流器通信鏈路110的導體短路時，跨在橋式整流器305上的DC輸出端子的電壓下降到約3 V。由於跨在接收電路310上的電壓現在小於齊納二極體Z16的導通電壓(即，3.6V)，因此齊納二極體Z16停止傳導電流通過光耦合器U10的光電二極體。因此，通過變成非導通的，光耦合器U10的光電電晶體向控制電路270提供通信鏈路110已被短路的指示。發射電路320包括光耦合器U26，該光耦合器U26從控制電路270接收要在數字鎮流器通信鏈路110上發射的數字消息。光耦合器U26優選地是由Fairchild Semiconductor Corporation (仙童半導體公司)製造的型號為HMHA2801C的部件。光耦合器U26的電流傳輸比(CTR)優選地是100%，但是它可以在50%到100%範圍中變化。響應於控制電路270驅動光耦合器U26的光電二極體(即，輸入)，發射電路320有效地利用PNP雙極結型電晶體Q28來"短路"通信鏈路110。該PNP雙極結型電晶體Q28可選地可以包括任何適當類型的可控導電器件，諸如，雙向晶閘管、場效應電晶體(FET)、絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)或者其它類型的半導體開關。當控制電路270沒有驅動光耦合器U26的光電二極體時，光電電晶體(即，輸出)也是不導通的，並且不使電晶體Q28受控短路通信鏈路110。
當數字鎮流器通信鏈路110空閒時，二極體D20、 D22傳導接收電路310的空閒電流ImLE，並且跨在光電電晶體的集電極-射極結上產生基本上等於兩個二極體壓降的電壓。這裡，將"二極體壓降"定義為當二極體導通時，從典型的二極體的陽極到陰極產生的正向電壓，例如，在室溫下約為0.6 V。當通信鏈路110空閒時，二極體D20、 D22作為電壓鉗來操作，以將跨在光耦合器U26的光電電晶體上所產生的電壓限制為約1.2V。替代地，齊納二極體可以取代該兩個串聯連接的二極體D20、 D22。
當控制電路270通過輸入電流Iw驅動光耦合器U26的光電二極體時，光電電晶體開始傳導輸出電流IouT通過接收電路310，並且進入NPN雙極結型電晶體Q30的基極。隨後，電晶體Q30傳導電流通過二極體D34和電阻器R32，使電晶體Q28成為導通的，並且短路通信鏈路110。電阻器R32優選地具有lkQ的電阻。
控制電路270使用具有例如2 mA的強度的輸入電流IiN來驅動光耦合器U26的光電二極體。由於光耦合器U26具有50%到100%的CTR，
18因此通過光電電晶體的輸出電流Ioirr可操作成具有高達2 mA的強度。當光耦合器U26的光電電晶體初始地開始導通時，光電電晶體牽引電流通過接收電路310。因此，輸出電流IouT的強度初始地基本上等於空閒電流In^E的強度，並且基本上沒有電流流過二極體D20、 D22。
由於電晶體Q30的基極-射極電壓約為0.6 V，並且將兩個二極體D20、 D22從光耦合器U26的光電電晶體的集電極耦合到電路公共端，因此當短路通信鏈路110時，跨在光電電晶體的集電極-射極結上的電壓約為0.6V(即， 一個二極體壓降)。因此跨在光耦合器U26的輸出上的電壓僅從當通信鏈路IIO空閒時的約1.2V擺動到當發射電路320短路該鏈路時的0.6 V。跨在光耦合器U26的光電電晶體的集電極-射極結上的小的電壓擺幅(即，僅大約0.6 V)有助於改善通信電路280的定時參數，例如，以減少發射的數字消息的邊沿的上升和下降時間。
PNP雙極結型電晶體Q36被耦合到光耦合器U26的光電電晶體的集電極，並且當通信鏈路110空閒時保持不導通。儘管電晶體Q28短路通信鏈路IIO，但是電晶體Q36和兩個電阻器R38、 R40作為電流源來操作，以為光耦合器U26的光電電晶體提供剩餘電流。具體地，當電晶體Q36導通時，跨在電阻器R38、電晶體Q36的射極-基極結和電阻器R40上的電壓約等於兩個二極體的壓降，即，跨電晶體Q28的射極-基極結和二極體D34的電壓。優選地，電晶體Q36的增益約為150，並且電阻器R38和R40分別具有33 Q和12 kQ的電阻，使得通過電阻器R38和電晶體Q36的射極-集電極結的源電流IsoTOCE具有約5 mA的強度。
因此，約5 mA的源電流IsouRCE被提供給光耦合器U26的光電電晶體的集電極。由於光耦合器U26優選地具有100°/。的CTR，並且通過2 mA的電流來該驅動光耦合器的光電二極體，因此在電晶體Q36開始導通之後，通過光電電晶體的輸出電流IouT具有約2 mA的強度。使光耦合器U26的光電電晶體在工作區中進行操作，並且防止該光電電晶體在當發射電路320短路通信鏈路110時飽和。剩餘電流(即， 源電流 "OURCE
和輸出電流IouT之間的差)約為3mA、並且被傳導通過 兩個二極體D20、 D22。總而言之，傳導源電流IS0URCE的第一部分(即， 約2 mA)通過光耦合器U26的光電電晶體，同時傳導源電流IS0URCE 的第二部分(即，約3mA)通過兩個二極體D20、 D22。
通過電晶體Q28的電流受具有NPN雙極結型電晶體Q42和電阻 器R44的限流電路的限制。如果通過電晶體Q28並且因此通過電阻器 R44的電流過高，則跨在電阻器R44兩端的電壓超過電晶體Q42的適 當的基極-射極電壓，這將電晶體Q30的基極拉到電路公共端。因此， 電晶體Q30和Q28成為不導通的。電阻器R44優選地具有2 Q的電阻， 使得通過電晶體Q28的電流被限制為大約300 mA。
當控制電路270停止驅動光耦合器U26的光電二極體時，電晶體 Q23停止短路通信鏈路110。電阻器R46和電容器C48被耦合到光耦 合器U26的光電電晶體的射極和電晶體Q30的基極，並且確定了發射 的數字消息的上升沿的上升時間。由於光耦合器U26的光電電晶體被 保持在工作區中，因此光電電晶體有效地比當該光電電晶體飽時更快
地變成不導通。過剩源電流IsouRCE輔助最小化所發射的數字消息的上
升沿的上升時間。優選地，電阻器R46具有2kQ的電阻，並且電容器 C48具有220pF的電容，使得上升時間約為15-20 psec。
在經由端子E1、E2的數字鎮流器通信鏈路110的導體處的髙壓錯 接情況下，高壓故障保護電路330保護接收電路310和發射電路320。 故障保護電路330包含串聯連接的可控導電器件，例如，高壓場效應 電晶體(FET) Q50。該FETQ50具有兩個主負載端子，該兩個主負載 端子被串聯地耦合在發射電路320的電路公共端和橋式整流器340的 負DC端子之間。FET Q50優選地是Fairchild Semiconductor Corporation (仙童半導體公司)製造的型號為FQD6N50的部件(其額定最大電壓 為500 V)，但是可以包括任何適當類型的可控導電器件，諸如繼電器
20開關或半導體開關。當跨在通信鏈路iio上出現正確的鏈路電壓時(即， 約18 VDC) ， FETQ50導通。當跨在通信鏈路的導體上的電壓超過例 如30V的預定的錯接閾值電壓V謹w漢E時，FET Q50有效地變為不導 通的，並且將接收電路310和發射電路320與通信鏈路110斷開。
故障保護電路330包括接通電路，該接通電路包括電阻器R52、 二極體D54、電容器C56和齊納二極體Z58。當跨在通信鏈路110上 的電壓處於正確的鏈路電壓時，電流流過電阻器R52和二極體D54， 以對電容器C56進行充電，並且生成驅動電壓VDRIVE。在跨電容器C56 所產生的驅動電壓VDwvE受齊納二極體Z58的限制，該齊納二極體Z58 優選地具有IOV的導通電壓。將跨在電容器C56上的驅動電壓VDRIVE 提供給FET Q50的柵極，使得當通信鏈路110處於正確的鏈路電壓(即， 約18 VDC)時使FET Q50導通。電容器C56使FET Q50在通信鏈路 IIO短路時保持導通。優選地，電阻器R52具有300 kQ的電阻，並且 電容器C56具有220 nF的電容。
故障保護電路330還包括關斷電路，該關斷電路包括NPN雙極結 型電晶體Q60、齊納二極體Z62和兩個電阻器R64、 R66 (其優選地分 別具有450 kQ和100 kQ的電阻)。跨接電容器C56來耦合電晶體Q60， 並且當鏈路電壓處於18VDc的正確值時該電晶體Q60是不導通的。然 而，當跨在通信鏈路110上的電壓超過預定錯接閾值，S卩，齊納二極 管Z62的導通電壓(例如，優選地為24V)時，齊納二極體Z62開始 傳導電流通過電阻器R64、 R66。當跨在電阻器R66所產生的電壓超過 電晶體Q60的適當的基極-射極電壓時，電晶體Q60開始導通，因此短 路電容器C56並且使得FET Q50不導通。
該關斷電路有效地在接通電路使FET Q50導通之前使電晶體Q60 導通，從而在高壓錯接的情況下保護接收電路310和發射電路320。接 通電路的電阻器R52和電容器C56確定從當將電壓施加到通信鏈路280 的端子El、 E2時到當使FET Q50導通時的時間延遲。當將高於預定閾值的電壓施加到端子E1、 E2時，關斷電路的齊納二極體Z62使電晶體 Q60在電容器C56充電到接通FETQ50的適當的電壓之前成為導通的。
如果發射電路320短路通信鏈路110， g卩，當將高壓錯接施加到 通信電路280的端子El、 E2時電晶體Q28導通，則發射電路320的限 流電路保護了電晶體Q28。特定地，在高壓錯接的情況下，當電晶體 Q28導通時，電晶體Q42通過電阻器R44將電流限制為約300毫安。 因此，當故障保護電路330使發射電路320從端子E2斷開連接時，跨 在集電極-射極上的電壓隨後增加。
儘管本發明的鎮流器120優選地是用於與DALI通信鏈路一同使 用的DALI鎮流器，但是本發明的通信電路還可以與被耦合到使用不同 於DALI協議的通信協議的其它類型的通信鏈路的控制器件一同使用。 而且，故障保護電路330可以用於保護任何類型的控制電路或通信電 路不受高壓錯接的影響。
儘管已經參考本發明的特定實施例描述了本發明，但是對於本領 域的技術人員而言，許多其它的變化和修改以及其它用途將變得顯而 易見。因此，優選的是，本發明不由這裡的具體公開來限定，而是僅 由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種用於負載控制器件的通信電路，所述負載控制器件有效地被耦合到具有兩個導體的通信鏈路，通過使所述通信鏈路在空閒狀態和活動狀態之間交替變化使所述負載控制器件有效地發射數字消息，其中，在所述空閒狀態中，跨所述通信鏈路上的所述導體兩端產生鏈路電壓；在所述活動狀態中，所述通信鏈路的所述導體處於基本上相同的電勢，所述通信電路包括接收電路，所述接收電路被耦合在所述通信鏈路的所述導體之間，當所述通信鏈路處於所述空閒狀態時，所述接收電路有效地傳導空閒電流；以及發射電路，所述發射電路被耦合在所述通信鏈路的所述導體之間，所述發射電路包括光耦合器，所述光耦合器具有輸入和輸出，所述輸出包括光電電晶體，並且當由輸入電流來驅動所述輸入時所述輸出有效地成為導通的，在成為導通之後所述輸出有效地立刻傳導所述空閒電流；電壓鉗，所述電壓鉗跨接所述光耦合器的所述輸出，所述電壓鉗有效地在所述空閒狀態中鉗住跨在所述光耦合器的所述輸出上的電壓；可控導電器件，所述可控導電器件響應於所述光耦合器的所述輸出，以便當所述光耦合器的所述輸出導通時將所述通信鏈路的所述導體電氣地耦合在一起、並且當所述輸出不導通時停止電氣地連接所述通信鏈路的所述導體；以及電流源，所述電流源被耦合到所述光耦合器件的所述光電電晶體，當所述可控導電器件將所述通信鏈路的所述導體電氣地耦合在一起時，所述電流源有效地生成源電流；其中，在所述活動狀態中，所述光耦合器的所述輸出有效地傳導所述源電流的第一部分，並且所述電壓鉗有效地傳導所述源電流的第二部分，使得所述光耦合器的所述光電電晶體保持在操作的工作區。
2. 根據權利要求l所述的通信電路，其中，所述電壓鉗將跨在所 述光耦合器的所述輸出上的電壓限制為大約兩個二極體的壓降。
3. 根據權利要求2所述的通信電路，其中，所述發射電路進一步 包括NPN雙極結型電晶體，所述NPN雙極結型電晶體使基極耦合到 所述光電電晶體的射極，以並聯的電氣連接的方式將所述光電電晶體 的集電極-射極結和所述NPN電晶體的基極-射極結的串聯組合與所述 電壓鉗相耦合，當所述光耦合器的所述光電電晶體導通時所述NPN晶 體管有效地變成導通，當所述NPN電晶體導通時，所述可控導電器件 響應於所述NPN電晶體變成導通。
4. 根據權利要求3所述的通信電路，其中，所述可控導電器件包 括第一 PNP雙極結型電晶體，並且所述發射電路進一步包括二極體， 所述二極體的陰極耦合到所述NPN電晶體的集電極、而陽極耦合到所 述第一PNP電晶體的基極，使得當所述NPN電晶體導通時，電流傳導 通過所述第一 PNP電晶體的所述基極。
5. 根據權利要求4所述的通信電路，其中，以串聯的電氣連接的 方式將所述光耦合器的所述輸出和所述電流源的串聯組合耦合在所述 通信鏈路的所述導體之間。
6. 根據權利要求5所述的通信電路，其中，所述電流源包括第 二 PNP雙極型電晶體，所述第二 PNP雙極型電晶體的集電極耦合到所 述光耦合器的所述光電電晶體的集電極；第一電阻器，所述第一電阻 器被耦合到所述第二PNP電晶體的射極；以及第二電阻器，所述第二 電阻器被串聯地耦合在所述第二 PNP電晶體的基極和所述二極體的陰 極之間，以並聯的電氣連接的方式將所述第一電阻器、所述第二 PNP 電晶體的射極-基極結和所述第二電阻器的串聯組合與所述第一PNP晶 體管的射極-基極結和所述二極體的串聯組合相耦合。
7. 根據權利要求6所述的通信電路，其中，所述源電流由所述第 一電阻器生成，並且當所述第一 PNP電晶體導通時，通過所述第二 PNP 電晶體將所述源電流提供給所述光耦合器的所述光電電晶體。
8. 根據權利要求7所述的通信電路，其中，所述源電流約為5毫 安，並且通過所述光耦合器的所述光電電晶體所傳導的所述源電流的 所述第一部分約為2毫安。
9. 根據權利要求3所述的通信電路，其中，當所述光電電晶體導 通時，跨在所述光耦合器的所述輸出上的電壓等於約一個二極體的壓 降。
10. 根據權利要求9所述的通信電路，其中，跨在所述光耦合器 的所述輸出上的所述電壓約等於兩個二極體的壓降，使得跨在所述光 耦合器的所述輸出上的所述電壓擺幅約等於一個二極體的壓降。
11. 根據權利要求2所述的通信電路，其中，所述電壓鉗包括兩 個串聯連接的二極體。
12. 根據權利要求1所述的通信電路，其中，所述可控導電器件 包括半導體開關。
13. 根據權利要求12所述的通信電路，其中，所述半導體開關包 括雙極結型電晶體。
14. 根據權利要求1所述的通信電路，其中，所述電壓鉗包括齊 納二極體。
15. 根據權利要求1所述的通信電路，其中，所述數字消息的上 升時間約為10-15 psec。
16. —種用於保護負載控制器件的通信電路的高壓故障保護電 路，所述負載控制器件的通信電路經由第一和第二端子被耦合到數字 通信鏈路，所述故障保護電路有效地耦合到所述負載控制器件的所述 第一和第二端子，所述故障保護電路包括-可控導電器件，所述可控導電器件具有兩個主負載端子和控制輸 入，以串聯的電氣連接的方式將所述主負載端子耦合在所述通信電路 和所述負載控制器件的所述第二端子之間，當跨在所述第一和第二端 子上提供了具有小於預定閾值的強度的第一電壓時，使所述可控導電 器件導通；當跨在所述第一和第二端子上提供了具有大於所述預定閾 值的強度的第二電壓時，所述可控導電器件有效地變成不導通的，並 且斷開所述通信電路和所述第二端子的連接。
17. 根據權利要求16所述的故障保護電路，進一步包括 接通電路，所述接通電路被耦合在所述第一端子和所述可控導電器件的所述控制輸入之間，當跨在所述第一和第二端子上提供了所述 第一電壓時，所述接通電路有效地向所述可控導電器件的所述控制輸 入提供驅動電壓；以及關斷電路，所述關斷電路被耦合在所述第一端子和所述可控導電 器件的所述控制輸入之間，當跨在所述第一和第二端子上提供了所述 第二電壓時，所述關斷電路有效地防止將所述驅動電壓傳遞到所述可 控導電器件的所述控制輸入。
18. 根據權利要求17所述的故障保護電路，其中，所述接通電路 包括電阻器、電容器和齊納二極體，所述電容器被耦合到所述可控導 電器件的所述控制輸入，使得跨所述電容器產生所述驅動電壓，以並 聯的電氣連接的方式將所述齊納二極體與所述電容器相耦合，以限制 所述驅動電壓的強度。
19. 根據權利要求18所述的故障保護電路，其中，所述關斷電路包括電晶體，所述電晶體被耦合到所述可控導電器件的所述控制輸 入；以及齊納二極體，所述齊納二極體被耦合在所述第一端子和所述 電晶體的基極之間，使得當跨在所述第一和第二端子上提供了所述第 二電壓時，所述齊納二極體有效地傳導電流進入所述電晶體的所述基 極，由此所述電晶體成為導通的，以從所述可控導電器件的所述控制 輸入移除所述驅動電壓。
20. 根據權利要求16所述的故障保護電路，其中，所述可控導電 器件包括半導體開關。
21. 根據權利要求20所述的故障保護電路，其中，所述半導體開關包括高壓場效應電晶體。
22. —種用於負載控制器件的通信電路，所述負載控制器件有效 地被耦合到具有兩個導體的通信鏈路，通過使所述通信鏈路在空閒狀 態和活動狀態之間改變使所述負載控制器件有效地發射數字消息，其 中，在所述空閒狀態中，跨在所述通信鏈路的所述導體上產生第一電 壓；在所述活動狀態中，所述通信鏈路的所述導體處於基本上相同的 電勢，所述通信電路包括接收電路，所述接收電路被耦合在所述通信鏈路的所述導體之間， 所述接收電路有效地傳導空閒電流；發射電路，所述發射電路被耦合在所述通信鏈路的所述導體之間， 所述發射電路包括光耦合器，所述光耦合器具有用於提供輸出的光 電電晶體；電壓鉗，在所述空閒狀態中所述電壓鉗有效地鉗住跨在所 述光耦合器的輸出上的電壓；可控導電器件，所述可控導電器件對所 述光耦合器的所述輸出作出響應，以便當所述光耦合器的所述輸出導 通時將所述通信鏈路的所述導體電氣地耦合在一起；以及電流源，所 述電流源有效地向所述光耦合器的所述光電電晶體提供剩餘電流，使 得當所述光電電晶體導通時，將所述光電電晶體保持在工作區中；以 及故障保護電路，所述故障保護電路被有效地耦合在所述通信鏈路 的所述導體之間，並且有效地保護所述接收和發射電路，所述故障保 護電路包括可控導電器件，所述可控導電器件被耦合在所述接收和 發射電路以及所述通信鏈路的導體的第二個之間，當跨在所述通信鏈 路的所述導體上提供了所述第一電壓時，使所述可控導電器件導通， 當跨在第一和第二端子上提供了第二電壓時，使所述可控導電器件不 導通，所述第一電壓具有小於預定閾值的強度，所述第二電壓具有大 於所述預定閾值的強度。
23. 根據權利要求22所述的通信電路，其中，所述發射電路進一 步包括限流電路，所述限流電路用於限制通過所述可控導電器件的電 流的強度。
24. 根據權利要求23所述的通信電路，其中，如果所述可控導電 器件導通並且跨在所述第一和第二端子上提供了所述第二電壓，則所 述限流電路限制通過所述可控導電器件的電流的強度，跨所述可控導 電器件的電壓增加，並且所述故障保護電路隨後將所述發射電路與所 述通信鏈路的所述導體的第二個斷開連接。
25. —種經由具有兩個導體的通信鏈路從通信電路發射數字消息 的方法，所述方法包括下述步驟當所述通信鏈路處於空閒狀態時，牽引空閒電流； 提供具有輸入和輸出的光耦合器，所述輸出包括光電電晶體； 限制跨在所述光耦合器的所述輸出上所產生的電壓； 驅動所述光耦合器的所述輸入，使得所述光耦合器的所述輸出有效地傳導驅動電流；響應於所述驅動所述光耦合器的所述輸入的步驟，電氣地連接所述通信鏈路的所述兩個導體，以使所述通信鏈路從空閒狀態改變為短路狀態；當所述光電電晶體正在傳導所述驅動電流時，向所述光電電晶體提供源電流，以使所述光電電晶體保持在操作的工作區中；以及停止驅動所述光耦合器的所述輸入，使得所述光耦合器的所述輸 出停止傳導所述驅動電流。
26. 根據權利要求25所述的方法，其中，所述驅動電流具有基本 上與所述空閒電流的強度相同的初始強度。
27. 根據權利要求25所述的方法，其中，所述源電流的強度大於 所述驅動電流的強度，所述方法進一步包括下述步驟為等於所述源電流和所述驅動電流之間的差的剩餘電流提供電流 通路。
28. —種保護負載控制器件的通信電路的方法，所述負載控制器 件有效地經由兩個端子被耦合到數字通信鏈路，所述方法包括下述步 驟經由所述兩個端子將所述通信電路耦合到所述數字通信鏈路； 提供可控導電器件，所述可控導電器件被有效地耦合在所述通信電路和所述兩個端子的一個之間；確定所述兩個端子之間所產生的電壓是否超過預定闔值；以及 響應於所述確定步驟，使所述可控導電器件變成不導通，以將所述通信電路與所述兩個端子的一個斷開。
全文摘要
一種用於電子調光鎮流器的通信電路，提供高壓錯接保護和發射的數位訊號的改善的上升和下降時間。該電子調光鎮流器包括控制電路，該控制電路經由通信電路被耦合到數字通信鏈路，例如，DALI通信鏈路。該通信電路包括接收電路，該接收電路用於檢測何時短路數字鎮流器通信鏈路，以及用於向控制電路提供接收到的數字消息。該通信電路還包括發射電路，該發射電路用於響應於該控制電路來短路通信鏈路。該通信電路還包括高壓故障保護電路，該高壓故障保護電路用於保護通信電路的電路不受在通信電路的高壓電源電壓時的影響。該通信電路可操作成可靠地發射具有改善的上升和下降時間的數字消息。當該通信電路交替處於空閒狀態和活動狀態時，該通信電路牽引可接受的電流量。
文檔編號H05B37/02GK101663920SQ200880012675
公開日2010年3月3日 申請日期2008年4月8日 優先權日2007年4月18日
發明者埃利克·德沃爾金, 德拉甘·韋斯科維奇, 文卡特什·基塔 申請人:盧特龍電子公司