专利名称：带变压器接口的电子镇流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体放电灯的电子镇流器，特别涉及一种带变压器接口的电子镇流器。
背景技术：
诸如荧光灯之类的气体放电灯需要镇流器来限制灯电流。电子镇流器由于具有众多的优点而得到日益广泛的应用。电子镇流器提供了比磁性镇流器系统高出15％-20％的效率。电子镇流器的发热少，降低了冷却负载的要求，并且工作时更为安静，没有“嗡嗡”声。此外，电子镇流器在设计和控制上提供了更多的灵活性。
电子镇流器必须在不同的供电电压、不同类型的灯和不同数量的灯下都能工作。电网决定了供电电压在世界各地都是不同的，而且一个地点的供电电压也可能是变化的。不同类型的灯可能具有相同的物理尺寸，因此它们可以用于一个灯具内，虽然它们的电气性质是不同的。电子镇流器可以与一个或两个或更多的灯一起工作。电子镇流器在各种条件下都必须稳定、高效地工作。
在外部控制系统与电子镇流器之间提供有效、低成本的接口是一种特别的挑战。该接口必须在允许电子镇流器与外部控制系统之间进行双向通信的同时，又将它们隔离开来。一个通信协议的实例就是数字可寻址照明接口(DALI)协议，其在荧光灯镇流器标准IEC 60929的附录E中作了规定。DALI协议规定了接口标准，因此不同厂商的镇流器可以在一个特定照明系统中使用。
DALI协议对可以连在单个外部控制系统总线(即单个DALI总线)上的电子镇流器的数量有所限制。每个电子镇流器从DALI总线上汲取电流。如果有过多的电子镇流器与一个单DALI总线相连，则电子镇流器汲取的总电流将拖垮总线并导致通信失败。
电子镇流器目前采用至少一对光耦合器提供隔离和双向通信。光耦合器汲取的电流较大，因此在一个单DALI总线上只能安装少量的镇流器。一个光耦合器接口一般汲取1-2毫安的电流，这使得总线上的电子镇流器的数量被限制在64左右。而且光耦合器的价格昂贵，从而增加了制造和零售成本。
需要一种带变压器接口的电子镇流器，该变压器接口克服了上述缺点。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种带变压器接口的电子镇流器，它在提供隔离的同时也提供了双向通信。
本发明的另一个方面提供了一种带变压器接口的电子镇流器，它使用的来自的总线电流较小。
本发明的另一个方面提供了一种带变压器接口的电子镇流器，它使得更多的电子镇流器可与单个总线相连。
本发明的一个方面提供了一种带变压器接口的电子镇流器，它采用单个低成本的隔离部件。
通过结合附图对优选实施例所作的详细描述，本发明的上述和其它特征和优点将变得显而易见。详细描述和附图对本发明仅是示意性质的，并非用来限制其范围的，本发明的范围由所附权利要求及其等效物限定。
本发明的各个实施例由附图示意，其中图1为按照本发明制造的带变压器接口的电子镇流器的框图；图2-4为按照本发明制造的带变压器接口的电子镇流器的示意图；以及图5为流程图，示出了外部控制系统与按照本发明制造的电子镇流器之间的通信方法。
具体实施例方式
图1为按照本发明制造的带变压器接口的电子镇流器的框图。电子镇流器100包括AC/DC转换器122、半桥124、谐振回路126、微处理器128、调整脉宽调制器(PWM)130、高压(HV)驱动器132、误差电路134和灯丝电流感测电路138。AC/DC转换器122接收主电压120，谐振回路126向灯136供电。通信接口电路138与外部控制系统(未画出)之间收发外部信号140。
主电压120是向电子镇流器100提供的交流线电压，例如120伏、127伏、220伏、230伏或277伏。AC/DC转换器122接收主电压120。AC/DC转换器122将交流主电压120转换为直流电压140后提供给半桥124。AC/DC转换器122一般包括EMI滤波器和整流器(未画出)。AC/DC转换器122还可包括提升直流电压的电压(例如从180伏提升到470伏)的升压电路。半桥124将直流电压140转换为高频交流电压142。谐振回路126向灯136提供交流电压。高频交流电压的频率一般在25-60kHz的范围内。
微处理器128控制电子镇流器100的运行。微处理器128存储编程指令并且根据编程指令工作，它检测整个电子镇流器100内的参数以确定所需的工作点。例如，微处理器128根据灯是处于预热、触发还是运行模式，或者根据是否存在灯，将交流电压设定在不同的频率上。微处理器128可以控制AC/DC转换器122的功率转换和电压输出。微处理器128还可控制来自谐振回路126的交流电压的大小和频率，为此其通过调整PWM130和HV驱动器132来控制半桥124的频率和占空比。误差电路134将感测到的灯电流144与期望的灯电流146进行比较，并将灯电流误差信号148提供给调整PWM130，以通过调整PWM130和HV驱动器132来调整灯电流。微处理器128经通信接口电路138与外部控制系统通信，接收、存储指令并按照指令操作，还发送状态信息。
通信接口电路138在电子镇流器与外部控制系统之间通信信号。通信是双向的，因此通信接口电路138可以依靠内部信号150向微处理器128发送来自外部信号140的信息，或者可以依靠外部信号140向外部控制系统(未画出)发送来自内部信号150的信息。在一个实施例中，外部信号140可以遵循DALI协议。本领域内的技术人员将会认识到，通信接口电路138并不局限于使用DALI协议，它可与以一组高低比特来发送信息的任何二进制控制协议一起使用。协议的结构可以具有开始和结束比特、地址字节和数据/命令字节，以满足特定的通信需要。
通信接口电路138包括外侧电路(outboard circuit)160、变压器162和内侧电路(inboard circuit)164。变压器162在外部控制电路与电子镇流器之间提供了隔离。可操作地链接外侧电路160以通过外部信号140与外部控制电路(未画出)进行通信。变压器162可操作地与外侧电路160相连以通过外侧信号166进行通信，并与内侧电路164相连以通过内侧信号168进行通信。内侧电路164可操作地与微处理器128相连以通过内部信号150进行通信。各种信号可根据需要串行或并行发送。例如内部信号150可以包含一条从内侧电路164到微处理器128的信号路径和另一条从微处理器128到内侧电路164的信号路径。
图2-4为按照本发明制造的带变压器接口的电子镇流器示意图。
参见图2，交流/直流转换器(未画出)经高压线200与共接线202向谐振半桥提供直流电。晶体管Q2和Q3在高压线200与共接线202之间串联以形成一个半桥。图3的HV驱动器U4驱动晶体管Q2和Q3，使得它们交替导通。电感器L5和电容器C33构成谐振回路并且使晶体管Q2和Q3之间节点的输出变为平滑的正弦波形。为了与单个灯配合使用，灯206的第一灯丝204跨接在端子T1与T2之间而第二灯丝208跨接在端子T5与T6之间。当两个灯与电子镇流器配合使用时，第一个灯的一个灯丝跨接在端子T1与T2之间而第二个灯的一个灯丝跨接在端子T5与T6之间。每个灯的其它一个灯丝串联或并联在端子T3与T4之间。
参见图3，微处理器U2在工作状态下接收来自电子镇流器内部或外部的输入，并控制镇流器的运行。微处理器U2确定期望的灯工作频率并设定调整PWM U3的振荡频率，HV驱动器U4由PWM U3驱动。HV驱动器U4驱动晶体管Q2和Q3。
微处理器U2从通信接口电路接收线路310上的进入信号并生成给通信接口电路的流出信号312。线路310上的进入信号和线路312上的流出信号提供了与外部控制系统的通信。在一个实施例中，微处理器U2可以是从STM微电子公司获得的ST7LITE2，调整PWM U3可以是从国家半导体公司获得的LM3524D，而HV驱动器U4可以是从STM微电子公司获得的L6387。本领域内的技术人员将会认识到，除了已经描述的示例性部件，还可采用某些部件来达到所需的结果。误差电路在电阻器R58上检测经电容器C37的灯电流。电流运算放大器U8A和高电感超快二极管D18与控制增益的电阻器R60和R58组成半波整流器。检测到的灯电流信号被提供给线路210上的微处理器U2和误差运算放大器U8B。
微处理器U2根据输入和期望的工作条件生成所需的灯电流信号，并沿线路212将所需的灯电流信号返回误差运算放大器U8B。误差运算放大器U8B将检测到的灯电流信号与所需的灯电流信号进行比较，以在线路214上生成提供给调整PWM U3的灯电流误差信号。调整PWM U3响应于灯电流误差信号来调整输出脉宽，其借助HV驱动器U4，利用晶体管Q2和Q3的工作周期来调整灯电流。当在误差运算放大器U8B处所述检测到的灯电流信号等于所需的灯电流信号时，灯电流误差信号将是零输出，而电子镇流器将处于稳态模式下。
电子镇流器工作在预热、触发和运行模式下。预热模式向灯丝提供一个预热时序(preheat sequence)以诱发热离子发射并且提供经过灯的电气路径。触发模式施加高电压以点燃灯。运行模式控制点燃后的灯电流。
图4示出了带变压器接口的电子镇流器的通信接口电路。通信接口电路由外侧电路320、变压器322和内侧电路324组成。外侧电路320可操作地在端子T15和T16与外部控制电路相连以进行通信。内侧电路324可操作地与微处理器U2(图3)相连以通过线路310上的进入信号和线路312上的流出信号进行通信。变压器322在外部控制电路与电子镇流器之间提供隔离。变压器322可操作地与外侧电路320相连以通过线路326上的外侧信号进行通信，并且与内侧电路324相连以通过线路328上的内侧信号进行通信。
外侧电路320包括桥式电路D13、发送电路330、接收电路332和整流器/滤波器334。发送电路330包括晶体管Q5、电阻器R16、齐纳(Zener)二极管Z2和电阻器R17。接收电路332包括晶体管Q6和Q7、电阻器R18、齐纳二极管Z3和电阻器R17、R19、R20和R21。整流器/滤波器334包括电容器C18、电阻器R75、二极管D14、电阻器R22和电容器C19。桥式电路D13借助外部信号实现外部控制系统与外侧电路320之间的通信。桥式电路D13确保通信接口电路具有合适的信号极性，不管外部控制系统在端子T15和T16上的极性如何。
内侧电路324包括交流耦合比较器336和流出开关338。比较器336包括电阻器R23、电容器C20、电阻器R25、电容器C21、电阻器R26、二极管D15、晶体管Q9、电阻器R27、晶体管Q10、电阻器R20和电容器C47。流出开关338包括晶体管Q8和电阻器R24。
变压器322连接在外侧电路320与内侧电路324之间，在外部控制电路与电子镇流器之间提供了隔离。变压器322的次级绕组连接在整流器/滤波器334的两端，其在线路326上提供外侧信号。变压器322的初级绕组串联在比较器336的电阻器R23与流出开关338的Q8之间。
在工作时，通信接口电路可以处于等待状态、系统接收状态或系统发送状态。在等待状态下，没有信号经通信接口电路发送或接收。在系统接收状态下，来自电子镇流器的信号被发送至外部控制系统。在系统发送状态下，来自外部控制系统的信号被发送至电子镇流器。
在等待状态期间，微处理器U2以较低的占空比，在线路312上提供驱动信号。驱动信号使流出开关338的晶体管Q8切换状态。在较低的占空比下，流经变压器322初级绕组的电流在线路326处的次级绕组上产生较低的电压。在一个实施例中，较低的占空比约为33％，较低的电压在C18上约为2.5-3.5伏。通过端子T15和T16来自外部控制电路的外部信号电压较高，使得线路340保持高电压，其经电阻器R19、R20和R17使接收电路332的晶体管Q7导通。在一个实施例中，根据DALI协议在线路340上提供的电压约为16伏。这使晶体管Q6的栅极接地，导致晶体管Q6关断。C18上较低的电压低于发送电路330的齐纳二极管Z2的击穿电压，因此晶体管Q5的栅极经电阻器R16接地并且晶体管Q5被关断。
在系统发送状态期间，通过端子T15和T16来自外部控制电路的外部信号由等待状态下的高电平变为低电平。线路340变为低电平，从而经电阻器R19、R20和R17关断接收电路332的晶体管Q7。这经电阻器R18在晶体管Q6的栅极上提供了电压，从而使晶体管Q6开启，导致变压器322的次级绕组短接。该短接状态经变压器322反映在初级绕组和比较器336上。比较器336的滞后量很大并且在电阻器R25上将来自初级绕组的信号整形为线路310上的可供微处理器U2使用的波形为方波(square up)的进入信号。通过端子T15和T16来自外部控制电路的外部信号交替处于高电平和低电平状态，从而向微处理器U2提供高电平和低电平脉冲。
在系统接收状态期间，在微处理器U2的控制下，线路312上的流出信号从较低占空比切换到较高占空比。流出开关338的晶体管Q8切换变压器322初级绕组内电流，由此改变次级侧的电流，从而使C18上的电压从较低电压变为较高电压。C18上的较高电压超过发送电路330内的齐纳二极管Z2的击穿电压，在晶体管Q5的栅极施加电压，从而接通晶体管Q5。该电压还超过齐纳二极管Z3的击穿电压，从而接通Q7并关断Q6。在一个实施例中，33％左右的较低占空比产生了大约2.5-3.5伏的较低电压，而66％左右的较高占空比产生了大约7-8伏的较高电压，齐纳二极管Z2和Z3的击穿电压都为6.2伏左右。
晶体管Q5使桥式电路D13两端短接，这使得连接到外部控制系统的端子T15和T16短接。由于在等待状态下外部控制系统在端子T15和T16之间保持一定的电压，因此外部控制系统检测这种电压变化引起的短接。线路312上来自微处理器U2的流出信号在较低占空比和较高占空比之间交替变化，从而通过端子T15和T16向外部控制电路提供高电平和低电平脉冲。本领域内的技术人员将会认识到，较高和较低占空比以及较高和较低电压的绝对值是多少并不重要，较高和较低电压仅与齐纳二极管Z2的击穿电压相关，使得晶体管Q5在开启和关断之间切换，从而使与外部控制系统的连接处于短接状态。
本领域内的技术人员将会认识到，可以采用多种不同的电路和部件作为内侧电路和外侧电路以在电子镇流器与外部控制系统之间经隔离变压器实现通信。所述电路并不局限于上述实例。
图5为流程图，示出了外部控制系统与按照本发明制造的电子镇流器之间的通信方法。
在410，从外部控制系统接收外部信号，并在412响应外部信号生成一个外侧信号。在414，发送外侧信号经过变压器以生成一个内侧信号，在416响应内侧信号生成一个内部信号。在418，微处理器利用该内部信号。如果微处理器无需应答所述外部信号，则在418结束该方法。
当微处理器需要向外部控制系统发送信号(例如应答外部信号)时，在420从微处理器接收第二内部信号，并且在422响应第二内部信号生成第二内侧信号。在424，发送第二内侧信号经过变压器以生成第二外侧信号，在426响应第二外侧信号生成第二外部信号。在428，向外部控制系统发送第二外部信号。
虽然这里揭示的发明实施例被认为是优选方式，但是在不偏离本发明精神和范围的前提下可以作出各种变化和修改。本发明的范围由所附权利要求指明，并且所有属于等效物的含义和范围之中的变化都包含在其中。
权利要求
1.一种在一外部控制系统与一电子镇流器之间进行通信的方法，包含从该外部控制系统接收一个外部信号410；响应该外部信号生成一个外侧信号412；发送该外侧信号经过一个变压器以生成一个内侧信号414；响应该内侧信号生成一个内部信号416；以及在一个微处理器内利用该内部信号418。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述响应所述外部信号生成一个外侧信号的步骤包含使所述变压器的一个次级绕组短接。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述响应所述内侧信号生成一个内部信号的步骤包含监视所述变压器的一个初级绕组上的所述内侧信号；以及使所述内侧信号整形为方波。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包含从所述微处理器接收一个第二内部信号420；响应该第二内部信号生成一个第二内侧信号422；发送该第二内侧信号经过所述变压器以生成一个第二外侧信号424；响应该第二外侧信号生成一个第二外部信号426；以及向所述外部控制系统发送该第二外部信号428。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第二内部信号具有一个较高的占空比和一个较低的占空比，并且所述响应该第二内部信号生成一个第二内侧信号的步骤包含在所述变压器的一个初级绕组上使所述第二内部信号在该较高的占空比与该较低的占空比之间切换。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述第二外侧信号具有一个与所述较高的占空比对应的较高电压和一个与所述较低的占空比对应的较低电压。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述响应该第二外侧信号生成一个第二外部信号的步骤包括响应于所述较高电压使得一个与所述外部控制系统的连接处于短接状态。
8.一种在一个外部控制系统与一个电子镇流器之间进行通信的系统，包含用于从该外部控制系统接收一个外部信号的装置；用于响应该外部信号生成一个外侧信号的装置；用于发送该外侧信号经过一个变压器以生成一个内侧信号的装置；用于响应该内侧信号生成一个内部信号的装置；以及用于在一个微处理器内利用该内部信号的装置。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述用于响应该外部信号生成一个外侧信号的装置包含使所述变压器的一个次级绕组短接的装置。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述用于响应该内侧信号生成一个内部信号的装置包含用于监视所述变压器的一个初级绕组上的所述内侧信号的装置；以及用于使所述内侧信号整形为方波的装置。
11.如权利要求8所述的系统，进一步包含用于从所述微处理器接收一个第二内部信号的装置；用于响应该第二内部信号生成一个第二内侧信号的装置；用于发送该第二内侧信号经过所述变压器以生成一个第二外侧信号的装置；用于响应该第二外侧信号生成一个第二外部信号的装置；以及用于向所述外部控制系统发送该第二外部信号的装置。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述第二内部信号具有一个较高的占空比和一个较低的占空比，并且所述用于响应该第二内部信号生成一个第二内侧信号的装置包含用于使所述第二内部信号在所述变压器的一个初级绕组上在该较高的占空比与该较低的占空比之间切换的装置。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述第二外侧信号具有一个与所述较高的占空比对应的较高电压和一个与所述较低的占空比对应的较低电压。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述用于响应该第二外侧信号生成一个第二外部信号的装置包括用于响应于所述较高电压使得一个与所述外部控制系统的连接处于短接状态的装置。
15.一种带变压器接口的电子镇流器，该变压器接口在一个外部控制系统与该电子镇流器之间通信，包括一个外侧电路160，该外侧电路160可操作地与该外部控制系统连接并且通过一个外部信号140与该外部控制系统进行通信；一个变压器162，该变压器162可操作地与该外侧电路160连接并且通过一个外侧信号166与该外侧电路160进行通信；以及一个内侧电路164，该内侧电路164可操作地与该变压器162连接，并且通过内侧信号168与变压器162通信，还通过一个内部信号150与一个微处理器128进行通信。
16.如权利要求15所述的电路，其中所述变压器162包含一个初级绕组和一个次级绕组；所述内侧信号168具有一个较低的占空比和一个较高的占空比；初级绕组上的该较低的占空比在次级绕组上产生所述外侧信号166的较低电压；以及初级绕组上的该较高的占空比在次级绕组上产生所述外侧信号166的较高电压。
17.如权利要求15所述的电路，其中，所述外部信号140遵循数字可寻址照明接口(DALI)协议。
18.如权利要求15所述的电路，其中，所述外侧电路160包含一个发送电路330，向所述外部控制系统提供所述外部信号140；以及一个接收电路332，从所述外部控制系统接收所述外部信号140。
19.如权利要求18所述的电路，其中，所述外侧信号166具有一个第一状态和一个第二状态，并且当所述外侧信号166处于该第一状态时，所述发送电路330响应所述外侧信号166以使一个与所述外部控制系统的连接处于短接状态。
20.如权利要求18所述的电路，其中，所述外部信号140具有一个第一状态和一个第二状态，并且当所述外部信号140处于该第一状态时，所述接收电路332响应所述外部信号140以使所述变压器162的一个次级绕组短接。
21.如权利要求18所述的电路，其中，所述外侧电路160进一步包含一个桥式电路D13，可操作地与所述发送电路330相连以通信所述外部信号140；一个整流器/滤波器334，可操作地与所述接收电路332相连以通信所述外侧信号166。
22.如权利要求15所述的电路，其中，所述内侧电路164包含一个比较器336，向所述微处理器128提供所述内部信号150；以及一个流出开关338，从所述微处理器128接收所述内部信号150。
全文摘要
一种带变压器接口的电子镇流器，变压器接口实现了外部控制系统与该电子镇流器之间的通信，电子镇流器包括一外侧电路(160)，可操作地该外部控制系统相连并且通过外部信号(140)与外部控制系统进行通信；一变压器(162)，可操作地与外侧电路(160)相连并且通过一外侧信号(166)与该外侧电路进行通信；以及一内侧电路(164)，可操作地与该变压器(162)相连，并且通过一内侧信号(168)与该变压器(162)通信，还通过一内部信号(150)与微处理器(128)进行通信。外部信号(140)可采用数字可寻址照明接口(DALI)协议。内侧信号(168)在初级绕组上可具有一较低的占空比和一较高的占空比以在该次级绕组上分别产生一外侧信号(166)的较低电压和较高电压。
文档编号H05B41/36GK1910964SQ200580002841
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月19日 优先权日2004年1月21日
发明者W·L·凯思, G·L·格劳伊, K·E·格劳塞 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司