可反转极性的布线系统的制作方法

本申请要求2017年1月3日提交的美国临时专利申请no.62/441,880(“ambi-polarwiring”)和2018年1月3日提交的美国专利申请no.15/861,637的优先权，上述优先权申请通过引用的方式整体并入本文。

背景技术：

用于照明器材(包括led照明器材)的照明控制系统需要在互连布线部件时基于极性的正确匹配进行安装和组装。对极性匹配的要求使得这种互连不可互换，并且使导致操作失败的不匹配的可能性增加。

附图说明

图1示出了双极性功率控制模块的示例；

图2示出了与诸如利用图1描述的双极性功率控制模块一起使用的调光器电路的示例。

图3示出了双通道过零检测电路的示例。

图4示出了用于利用双极性功率控制模块的设备的微控制器和模拟前端的示例。

图5示出了用于控制负载设备的电子设备的示例。

具体实施方式

本发明可以以多种方式实现，包括作为过程、设备、系统、物质组成、诸如计算机可读存储介质的计算机可读介质，或计算机网络，其中程序指令通过光通信链路或电子通信链路发送。在本说明书中，这些实现方式或其中可采用本发明的示例的任何其他形式可被称为技术。通常，可以在本发明的范围内改变所公开的过程的步骤顺序。

下面提供本发明的一个或多个实施例的详细描述。结合这些实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围不受这些实施例的限制，并且本发明涵盖许多替换、修改和等同方案。在以下描述中阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。提供这些细节是出于示例的目的，并且可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本发明。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术资料，以便不会不必要地模糊本发明。

示例包括一种用于控制汲取电负载的设备的系统，例如一个照明部件或一组部件。该系统可包括一组连接线路、功率控制模块和负载接口部件。功率控制模块响应于交流电源被连接到第一连接线路或第二连接线路中的一个，提供经调节的电压信号输出。负载接口部件接收经调节的电压信号输出以控制负载设备。

举例来说，负载设备可对应于照明部件或设备，并且负载接口设备可被实现为开关和/或调光器。

更进一步地，一些示例包括可反转极性的照明控制系统，其具有输入至联接到电源模块的输入线路的第一输入、联接到输入线路并由电源模块供电的调光控制电路、输入至联接到调光控制电路的负载线路的第二输入，以及联接到负载线路的ac照明负载，其中第一输入和第二输入能够互换以执行ac照明负载的调光。

除了其他益处之外，所描述的一些示例允许安装照明控制系统，例如用于照明器材，其中互连(例如，线路和负载导线)是能够互换的，而与极性无关。这样，所描述的示例允许以减少操作失败的发生的方式进行安装。

可用于实现双极性控制器系统的各种各样的设备使得描述本公开中的所有可能性变得不切实际。双极性控制器系统可包括在本公开范围内的电流和/或电压感测的任何组合。光学隔离被示为跨越安全隔离屏障进行桥接的手段，但也可以是其他形式的隔离，例如磁性隔离。一些群组的功率二极管可以用2-二极管阵列或4-二极管桥式整流器代替。举例来说，提供了具有电压和电流(功率)测量能力的单通道调光控制器。相关领域的普通技术人员将理解本公开的普遍性并且知道如何设计不同的实现方式。所有这些都在本公开和权利要求的范围内。

图1示出了根据一个或多个示例的用于电气设备的双极性功率控制模块的示例。功率控制模块100可以响应于通过两条(或更多条)连接线路151、152中的任何一条提供的ac电源(例如，主线电源)。因此，在图1中，通过由中性线路153和连接线路151或152表示的导线供电。功率二极管101至106对在主连接线路151或152上提供的输入交流电(ac)进行整流，以便给大容量旁路电容器110提供经整流的交流信号。通过这种方式，功率二极管101至106执行普通桥式整流器的功能，其中两个附加的二极管允许通过连接线路151或152中的任何一个提供线路电压。

被示为离线开关控制器ic120的开关部件驱动回扫变压器130，该回扫变压器的输出在导轨131、132上提供。在一些示例中，可以为控制器ic120提供偏置绕组。二极管143和旁路电容器145调节相应的第一和第二导轨131、133中的每一个上的信号(例如，调节到12v)。第一导轨131可包括传输由变压器130产生的第一输出信号的第一输出线路156。第一导轨131还可包括传输由调节器121(例如，线性调节器)后调节的第二输出信号的第二输出线路157。在一示例中，第一导轨131在第一输出线路156上传输12v以为例如调光器供电，并且在第二输出线157上传输5v以为调光器控制器供电。第二导轨133可延伸第三输出信号159以为例如图形用户界面前面板(未示出)供电。第一和第二导轨131、133中的每一个可包括用于相应输出信号156/157和159的相应接地158、160。

图2示出了与诸如利用图1描述的双极性功率控制模块一起使用的调光器电路的示例。在图2中，基于fet的调光器电路200包括n沟道功率fet201、202。fet201、202可包括与预定标准匹配的电压、电流和导通电阻额定值。调光器fet201、202的源极可连接到小数值的电流感测电阻器211，该电流感测电阻器211位于由连接线路151或152提供的源-电流路径上。可以使用电流感测电阻器211的任一侧作为调光器控制和功率测量电路的接地参考，如下所述。根据示例，由连接线路151、152表示的两条“线路”导线中的任一条可以任意地连接到主线，意味着电流感测电阻器211两端的电压可以相对于线路电压反转，这取决于哪条连接线路151、152连接到主线。如下面利用图4的示例描述的，功率测量固件可被配置成通过例如检测异相电流并且以编程方式反转测量的符号来补偿线路151、152的反转连接。

进一步参考图2的示例，电流感测电阻器211的一端可接地(例如，接地158)。由于电流极性基于外部导线(如连接线路151、152所示的)的连接方式是任意的，所以电流感测电阻器211的接地端的选择也是任意的。在图2的示例中，接地158可以与输出接地隔离，因为它通常与ac中性电压相连。在一个示例中，每个fet201、202的漏极连接在一起并由fet栅极驱动器221驱动。驱动器221将电流从低电流、低电压信号251电平移位并升高到高电流、12v的fet栅极驱动信号。电阻器211的两端被开尔文连接(kelvin-connected)到放大器，该放大器将在图4中讨论。如图所示，信号线路158和253可以在电阻器211处电连接在一起，但是被分开布线，以最小化接地回路环引起的电压误差。

图3示出了双通道过零检测电路的示例。如所描述的，双通道过零检测电路300可用于为调光fet201/202提供过零时序。过零时序使得调光fet201/202能够在相对于主连接线路151或152的ac周期的正确时间(例如，以正确的相位角)接通和断开。电路300的这方面使得能够支持具有严格时序要求的设备，例如led照明器材。由于两条导线中的任一条(如连接线路151或152所表示的)可以连接到ac主线(另一条线路连接到负载)，所以示例包括用于每个相应的调光fet201/202和相应的连接线路151/152的单独的过零检测器电路。每个过零检测器电路可产生相应的过零信号，该过零信号使得对应的fet201/202能够相对于主线的ac电流的周期同相地接通和断开。

连接线路151和152可以与中性线路153单独地比较并且被转换成相应的数字信号351和352，这些信号以接地信号158为参考。需要低电流(～1ma)电源来为电压比较器331和332以及光耦合器321和322中的led供电。在一个示例中，电源由二极管301和302、分路调节器341、大容量存储电容器321和电阻器311提供。

电容器343是大容量存储器，且分路调节器341调节电源电压350(5v标称值)。分路调节器341可以被实现为集成电路或齐纳二极管。本领域普通技术人员将注意到产生这种低电流电源的其他可能方式，例如通过使用电容器电流馈送而不是电阻器，或者使用图1中的回扫变压器130上的附加绕组。

在图3的示例中，比较器331和332可使用cmos施密特触发器反相器来实现。在若干变型中，可以使用其他类型的比较器，例如模拟比较器。电阻器312和313(1-2兆欧)可被实现为限制输入到比较器331、332和二极管303至306的输入电流。钳位二极管303至306可用于调节电压并防止电压损坏比较器的输入。电阻器314和315可被用于将光耦合器的led电流调节到预定阈值(例如，每个500微安)。光耦合器的特征在于用于低电流应用(例如，低led电流)的制造商规格。如前所述，光耦合器的输出参考“接地”信号158。施密特触发器反相器333和334也可以缓冲光耦合器的输出。

通过利用冗余过零电路，示例确保即使在调光器关闭时有至少一个过零电路连接到ac线路。在加电时，微控制器可以检查信号351和352两者，并在调光器关闭时确定哪一个具有适当的时序。从那时起，微控制器将忽略另一个信号，因为它报告负载侧过零，这是不可靠的。

图4示出了用于利用双极性功率控制模块的设备的微控制器和模拟前端的示例。微控制器420可提供例如使用ac输入线路151或152从主线供电的设备的智能和功能。微控制器420可以是各种类型中的任何一种(例如，atmelatmega168pb-au)。在一些变型中，微控制器420可包括内部模数转换器(adc)，以测量电压和电流。在变型中，可以使用外部adc。在整个说明书中，术语“微控制器”可被用于指代单个微控制器或微处理器(例如，arm微处理器，在一些实施例中其可以运行诸如linux的操作系统)，或者在一些实施例中可指代串联工作的多个微控制器和/或微处理器。例如，在一个实施例中，微控制器可捕获触摸信息并将其发送到微处理器，微处理器可根据识别的手势执行手势识别和执行动作，而在另一个实施例中，微控制器可捕获触摸信息并执行手势识别，并且将识别的手势发送至微处理器，该微处理器可根据识别的手势执行动作。

如图4的示例所示，ic部件421提供低噪声、严格调节的电压参考信号450(例如，4.096v)。在若干变型中，可使用其他电压参考信号，包括微控制器的电源，只要所选择的电压信号被良好地调节且平稳。

仪表放大器422可以将低电压信号252/253从电流感测电阻器升压，以在最大负载水平下接将近满量程的信号452驱动到adc。根据诸如最大负载、adc范围和负载感测电阻器的值等因素，所需的放大可取决于设计。在一个示例中，电阻器211是5毫欧并且仪表放大器的增益是16，使得adc处的信号等于每安培80mv。

可以提供电阻分压器413/414以将线路电压衰减到adc可读的范围。当调光器fet201/202接通时，该电压可以是准确的。当调光器fet201和202接通时，“接地”参考158可连接到主连接线路151或152，并且信号线路451的参考电压可高于相应的ac线路的2.048v(即，参考电压451以+2.048v的偏移跟随ac线路电压)。分压器413/414的一端连接到信号线路451(当调光器接通时ac线路加2.048v)而另一端连接到153(ac中性)，线路453上的信号可以具有峰-峰值电压摆幅，该摆幅与ac线路电压峰-峰值一致地成比例。在图4的示例中，电阻器413/414提供100的分压比，使用10k/990k欧姆的相应值。在这样的示例中，提供给微控制器420的adc428的电压可以基于ac电压除以100并且偏移20.48mv(2.048v除以100)。当存在有源负载时，当调光器fet201/202接通时，提供给adc428的电压可能仅是可读的。

图5示出了用于控制负载设备的电子设备的示例。如所描述的，电子设备500包括双极性功率控制模块510、负载接口部件520和负载设备530。举例来说，设备500可对应于灯开关设备，负载接口部件可对应于调光器部件，且负载设备可对应于一个照明部件、一组照明部件或照明系统。因此，作为灯开关设备，设备500可以集成并电连接到住宅的电源插座，以作为开关来操作以控制住宅的照明。在这样的示例中，灯开关设备和照明部件可以连接到公共电路面板以接收电力。作为灯开关设备，设备500可以包括壳体，该壳体符合与适合与支撑标准电气开关的插座一起使用的形状因数。

在一个示例中，可使用诸如利用图1的示例来描述的功率控制模块100来实现双极性功率控制模块510。负载接口部件520可使用诸如利用图2所示的示例来描述的调光器电路200来实现。类似地，负载接口部件520还可利用诸如通过图3的示例所示的过零检测电路300。作为补充或变型，设备500可利用微控制器来启用诸如用户界面之类的特征。

功率控制模块510可提供经调节的电压信号输出，负载接口部件520可利用该电压信号输出来控制负载设备530。如其他示例所述的，功率控制模块510可从任一极性的ac电流线路接收输入。除了其他益处之外，设备500可以便于安装，并且减少安装错误的倾向(例如，在安装期间反转线路和负载)，这种安装错误可能对具有敏感部件的开关设备尤其有害。

尽管为了清楚理解的目的已经在一些细节上描述了前述实施例，但是本发明不限于所提供的细节。存在许多实现本发明的替代方式。所公开的实施例是例示说明性的而非限制性的。