專利名稱：用于數(shù)字電子調(diào)光鎮(zhèn)流器的通信電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可操作成(有效地)耦合到通信鏈路的電子調(diào)光鎮(zhèn)流 器，具體地，涉及用于電子調(diào)光鎮(zhèn)流器的通信電路，該通信電路提供 高壓錯接(miswire)保護和發(fā)射數(shù)字信號的改善的上升和下降時間。
背景技術(shù)：
典型的負載控制系統(tǒng)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。用于熒光燈的照明控制系統(tǒng) 包括多個電子調(diào)光鎮(zhèn)流器，該多個電子調(diào)光鎮(zhèn)流器有效地經(jīng)由數(shù)字通 信鏈路來進行通信。例如，該鎮(zhèn)流器可以使用工業(yè)標準的數(shù)字可尋址 照明接口 (DALI)通信協(xié)議來進行通信。DALI協(xié)議允許對照明控制 系統(tǒng)中的每個鎮(zhèn)流器指配唯一的數(shù)字地址、通過配置信息(例如，預 設的照明亮度)來編程該鎮(zhèn)流器，以及響應于跨接在該通信鏈路兩端 所發(fā)射的命令來控制熒光燈。
標準的DALI照明控制系統(tǒng)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)，并且該DALI通信鏈路被耦合 到鎮(zhèn)流器的每一個，使得每個鎮(zhèn)流器接收鏈路電源的DC鏈路電壓 VLINK。該鎮(zhèn)流器還被耦合到AC電源，以接收用于對熒光燈供電的線 路電壓(例如，120或277 VAC)。為了簡化安裝，經(jīng)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?qū)Ь€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(zhèn)流器都包括微處理器，該微處理器用于處理與其它 DALI鎮(zhèn)流器的通信和用于控制電路的操作，該電路控制連接的燈的亮 度。DALI鎮(zhèn)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(yōu)選地包括至少兩個光耦合器，該光耦合器用于 將接收的數(shù)字消息提供給微處理器，并且用于提供要在DALI通信鏈路 上發(fā)射的數(shù)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(jù)DALI協(xié)議，DALI鎮(zhèn)流器使用曼徹斯特編碼來對在通信鏈路 上發(fā)射的數(shù)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(shù)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(fā)射時，鏈路在空閑 狀態(tài)中浮置于高電平。為了發(fā)射邏輯l值，每個DALI鎮(zhèn)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 使通信鏈路從空閑狀態(tài)(即，18VDC)改變成短路狀態(tài)(即，"高-到-低"跳變)。相反地，為了發(fā)射邏輯0值，通信電路有效地使通信鏈 路從短路狀態(tài)跳變到空閑狀態(tài)(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(zhèn)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(zhèn)流器系統(tǒng)和擴展的照明控制協(xié)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(shù)字電子調(diào)光鎮(zhèn)流器的示例。這兩個申請的全 部公開內(nèi)容通過引用并入這里。
10， 具體地，是通過依據(jù)IEC標準60929 A來標準化的，其定義了 DALI 鎮(zhèn)流器的通信電路的許多必需的操作特性。該技術(shù)標準對DALI鎮(zhèn)流器 的電流牽弓l(draw)進行了限制。例如，當通信鏈路空閑時(即，18VDC)， 通信電路一定不能牽引大于2 mA的電流。當通信電路正在發(fā)射時(即， 使鏈路短路)，DALI鎮(zhèn)流器一定要牽引至少250 mA的電流并且必須 在通信鏈路的導體之間提供不大于4 V的電壓。該正C標準還將數(shù)據(jù) 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(fā)射數(shù)字消息常常使由DALI 鎮(zhèn)流器發(fā)射的數(shù)字消息容易受到長的上升和下降時間的影響。盡管光 耦合器的制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(qū)動DALI通信鏈路時，除非出現(xiàn)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(shù)據(jù)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(qū)動 光耦合器。然而，當鏈路空閑時，這些驅(qū)動電流不能超過最大空閑電 流限制(即，2mA)。
由于DALI通信鏈路的兩個導體常常沿著鎮(zhèn)流器的高壓配線并排 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(xiàn)有技術(shù)的DALI鎮(zhèn)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(xiàn)有技術(shù)的鎮(zhèn)流器已經(jīng)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于生成的高電 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(fā) 射具有在由IEC標準所定義的范圍內(nèi)的上升和下降時間的數(shù)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(huán)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(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明， 一種用于負載控制器件的通信電路，包括接收電 路、發(fā)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。通過在空閑狀態(tài)和活動狀態(tài)之間改變通信鏈路， 該負載控制器件有效地發(fā)射數(shù)字消息，其中，在空閑狀態(tài)中，在跨接 通信鏈路的導體上產(chǎn)生第一電壓；在活動狀態(tài)中，通信鏈路的導體處 于基本上相同的電勢。該接收電路被耦合在通信鏈路的導體之間，并 且該發(fā)射電路被耦合在通信鏈路的導體之間。該發(fā)射電路包括光耦 合器，該光耦合器具有用于提供輸出的光電晶體管；電壓鉗，該電壓 鉗有效地在空閑狀態(tài)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晶體管提供剩余電流，使得當光電晶體管 導通時，將光電晶體管保持在工作區(qū)中。該故障保護電路被有效地耦 合在通信鏈路的導體之間，并且有效地保護該接收和發(fā)射電路。該故 障保護電路包括耦合在該接收和發(fā)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，并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。該第一電壓具有小于預定閾 值的強度，而該第二電壓具有大于該預定閾值的強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例， 一種用于負載控制器件的通信電路 包括接收電路和發(fā)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，并且有效地通過在空閑狀態(tài)和活動狀態(tài)之間交替變 化使通信鏈路發(fā)射數(shù)字消息，其中，在空閑狀態(tài)中，在跨接通信鏈路 的導體上產(chǎn)生鏈路電壓，并且在活動狀態(tài)中，通信鏈路的導體處于基 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、并且當通信鏈路處于空閑狀態(tài)時有效地傳導空閑電流。發(fā)射電路被耦合在通 信鏈路的導體之間，并且包括光耦合器、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，該輸出包括光電晶體管，并 且當通過輸入電流來驅(qū)動輸入時該輸出有效地變成為導通的。在成為 導通的之后，該光耦合器的輸出立刻有效地傳導空閑電流。該電壓鉗 跨接光耦合器的輸出而耦合，并且在空閑狀態(tài)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晶體管，并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(tài)中， 光耦合器的輸出有效地傳導源電流的第一部分，并且電壓鉗有效地傳 導源電流的第二部分，使得光耦合器的光電晶體管保持在操作的工作 區(qū)中。本發(fā)明進一步提供了一種用于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(jīng)由第一和第二端子被耦合到數(shù)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(lián)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于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于該預 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， 并且斷開通信電路和第二端子的連接。該可控導電器件優(yōu)選地是高壓 場效應晶體管。此外，本發(fā)明提供了一種經(jīng)由具有兩個導體的通信鏈路從通信電 路發(fā)射數(shù)字消息的方法。該方法包括下述步驟(1)當通信鏈路處于 空閑狀態(tài)中時牽引空閑電流；(2)提供具有輸入和輸出的光耦合器，該輸出包括光電晶體管；(3)限制在跨光耦合器的輸出上所產(chǎn)生的電 壓；(4)驅(qū)動光耦合器的輸入，使得光耦合器的輸出有效地傳導驅(qū)動 電流；(5)響應于驅(qū)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，以將通信鏈路從空閑狀態(tài)變?yōu)槎搪窢顟B(tài)；(6)當光電晶 體管正在傳導驅(qū)動電流時，向光電晶體管提供源電流以使光電晶體管 保持在操作的工作區(qū)中；以及(7)停止驅(qū)動光耦合器的輸入，使得光 耦合器的輸出停止傳導該驅(qū)動電流。
根據(jù)本發(fā)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(jīng)由兩個端子將通信電路耦合到數(shù)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(chǎn)生的電壓 是否超過預定的閾值；以及(4)響應于確定步驟，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(fā)明的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點 將變得明而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于控制多個熒光燈的亮度的照明控制系統(tǒng) 的簡化框圖； —
圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖1的照明控制系統(tǒng)的數(shù)字電子調(diào)光鎮(zhèn)流器 的簡化框圖；以及
圖3是根據(jù)本發(fā)明的圖2的調(diào)光鎮(zhèn)流器的通信電路的簡化示意圖。
具體實施例方式
當結(jié)合附圖閱讀時，可以更好地理解前述的概述以及下文的優(yōu)選 實施例的詳細描述。為了說明本發(fā)明的目的，在附圖中示出了目前優(yōu) 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(fā)明不限于所公開的特定方法和手段。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于控制多個熒光燈105的亮度的熒光照明控制系統(tǒng)100的簡化框圖。熒光照明控制系統(tǒng)100包括數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路110 (例如，DALI通信鏈路)。該數(shù)字通信鏈路110被耦合到兩個數(shù)字電子調(diào)光鎮(zhèn)流器120 (例如，DALI鎮(zhèn)流器)和鏈路電源130。鎮(zhèn)流器120每一個都被耦合到交流(AC)干線電壓，并且控制傳遞到燈105的功率量，以因此控制燈的亮度。每個鎮(zhèn)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，并且響應于此隨后控制燈105的亮度。DALI電源130可以被耦合到更多的鎮(zhèn)流器120，例如，多達64個鎮(zhèn)流器。
熒光照明控制系統(tǒng)100的鎮(zhèn)流器120和鏈路電源130優(yōu)選地根據(jù)DALI標準來操作。鏈路電源130接收線路電壓，并且生成用于數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路110的DC鏈路電壓VuNK (即，18 VDC)。鎮(zhèn)流器120使用曼徹斯特編碼來在通信鏈路110上與其它鎮(zhèn)流器進行通信。為了發(fā)射邏輯1值，鎮(zhèn)流器120短路(即，電氣地連接)通信鏈路110的導體，以使通信鏈路從空閑狀態(tài)跳變到短路狀態(tài)(即，活動狀態(tài))。為了發(fā)射邏輯0值，鎮(zhèn)流器120使通信鏈路110從短路狀態(tài)變換到空閑狀態(tài)。因此，鎮(zhèn)流器120可操作成通過使數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路110在短路狀態(tài)和空閑狀態(tài)之間交替來發(fā)射數(shù)字消息。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字電子調(diào)光鎮(zhèn)流器120的簡化框圖。如圖2所示，鎮(zhèn)流器120并行驅(qū)動三個熒光燈L1、 L2、 L3。電子鎮(zhèn)流器典型地可以被分析為包括前端210和后端220。前端210典型地包括用于從AC干線電壓生成整流電壓的整流器230，以及用于對整流電壓進行濾波以產(chǎn)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通過二極管242被耦合到整流器230，并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，以便于填充連續(xù)的整流電壓的峰值之間的谷，以產(chǎn)生大體上的DC總線電壓。該DC總線電壓是整流后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。
后端220典型地包括逆變器250和輸出電路260,該逆變器250用于將DC總線電壓轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓，該輸出電路260包括用于將高頻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(lián)地提供平衡電路265來平衡通過燈的電流，并且防止任何燈比其它燈更亮或更暗地發(fā)光。在共同受讓的2004年1月6日公開的標題為"ELECTRONIC BALLAST (電子鎮(zhèn)流器)"的美國專利No. 6,674,248中更加詳細地描述了鎮(zhèn)流器120的前端210和后端220，其全部內(nèi)容通過引用并入這里。
控制電路270生成驅(qū)動信號來控制逆變器250的操作，以便于向燈L1、 L2、 L3提供期望的負載電流。例如，控制電路270優(yōu)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供電電壓用于對控制電路270供電。通信電路280被耦合到控制電路270，并且允許控制電路270在數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路110上與其它鎮(zhèn)流器120進行通信。鎮(zhèn)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(tǒng)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(jù)本發(fā)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用于檢測數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路110何時被短路，并且用于向控制電路270提供接收到的數(shù)字消息。通信電路280還包括發(fā)射電路320，該發(fā)射電路320用于響應于控制電路270來將通信鏈路110的兩個導體短路。最后，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包括用于向控制電路270提供接收到的數(shù)字消息的光耦合器UIO。當數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路110空閑時(即，浮置高在18VDC)，電流流通電阻器R12 (其優(yōu)選地具有100 kQ的電阻)，并且流入NPN雙極結(jié)型晶體管(BJT) Q14的基極。將齊納二極管Z16與光耦合器U10的光電二極管(即，輸入)和晶體管Q14的集電極-射極結(jié)串聯(lián)耦合。齊納二極管Z16具有3.6伏的導通電壓，使得當跨在通信鏈路110上的電壓大于約6V (即，鏈路空閑)時，接收電路310傳導空閑電流IroLE通過齊納二極管Z16、光耦合器U10的光電二極管、晶體管Q14、電阻器R18和發(fā)射電路320的兩個二極管D20、 D22。當光耦合器U10的光電二極管導通時，光電晶體管(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空閑的指示。
當跨在電阻器R18上所產(chǎn)生的電壓超過NPN雙極結(jié)型晶體管Q24的所要求的基極-射極電壓時，晶體管Q24開始導通。由于電阻器R18優(yōu)選地具有511 Q的電阻，并且晶體管Q24的基極-射極電壓約為0.6V，因此通過接收電路310的空閑電流In3LE被限制為大約1.2 mA。由于接收電路310的空閑電流IroLE的強度小于2mA，因此當數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路IIO空閑時，鎮(zhèn)流器120滿足最大電流牽引的IEC標準(即，DALI標準)。
當鎮(zhèn)流器120的一個將數(shù)字鎮(zhèn)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。由于跨在接收電路310上的電壓現(xiàn)在小于齊納二極管Z16的導通電壓(即，3.6V)，因此齊納二極管Z16停止傳導電流通過光耦合器U10的光電二極管。因此，通過變成非導通的，光耦合器U10的光電晶體管向控制電路270提供通信鏈路110已被短路的指示。發(fā)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(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路110上發(fā)射的數(shù)字消息。光耦合器U26優(yōu)選地是由Fairchild Semiconductor Corporation (仙童半導體公司)制造的型號為HMHA2801C的部件。光耦合器U26的電流傳輸比(CTR)優(yōu)選地是100%，但是它可以在50%到100%范圍中變化。響應于控制電路270驅(qū)動光耦合器U26的光電二極管(即，輸入)，發(fā)射電路320有效地利用PNP雙極結(jié)型晶體管Q28來"短路"通信鏈路110。該PNP雙極結(jié)型晶體管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、場效應晶體管(FET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或者其它類型的半導體開關(guān)。當控制電路270沒有驅(qū)動光耦合器U26的光電二極管時，光電晶體管(即，輸出)也是不導通的，并且不使晶體管Q28受控短路通信鏈路110。
當數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路110空閑時，二極管D20、 D22傳導接收電路310的空閑電流ImLE，并且跨在光電晶體管的集電極-射極結(jié)上產(chǎn)生基本上等于兩個二極管壓降的電壓。這里，將"二極管壓降"定義為當二極管導通時，從典型的二極管的陽極到陰極產(chǎn)生的正向電壓，例如，在室溫下約為0.6 V。當通信鏈路110空閑時，二極管D20、 D22作為電壓鉗來操作，以將跨在光耦合器U26的光電晶體管上所產(chǎn)生的電壓限制為約1.2V。替代地，齊納二極管可以取代該兩個串聯(lián)連接的二極管D20、 D22。
當控制電路270通過輸入電流Iw驅(qū)動光耦合器U26的光電二極管時，光電晶體管開始傳導輸出電流IouT通過接收電路310，并且進入NPN雙極結(jié)型晶體管Q30的基極。隨后，晶體管Q30傳導電流通過二極管D34和電阻器R32，使晶體管Q28成為導通的，并且短路通信鏈路110。電阻器R32優(yōu)選地具有l(wèi)kQ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(qū)動光耦合器U26的光電二極管。由于光耦合器U26具有50%到100%的CTR，
18因此通過光電晶體管的輸出電流Ioirr可操作成具有高達2 mA的強度。當光耦合器U26的光電晶體管初始地開始導通時，光電晶體管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于空閑電流In^E的強度，并且基本上沒有電流流過二極管D20、 D22。
由于晶體管Q30的基極-射極電壓約為0.6 V，并且將兩個二極管D20、 D22從光耦合器U26的光電晶體管的集電極耦合到電路公共端，因此當短路通信鏈路110時，跨在光電晶體管的集電極-射極結(jié)上的電壓約為0.6V(即， 一個二極管壓降)。因此跨在光耦合器U26的輸出上的電壓僅從當通信鏈路IIO空閑時的約1.2V擺動到當發(fā)射電路320短路該鏈路時的0.6 V?？缭诠怦詈掀鱑26的光電晶體管的集電極-射極結(jié)上的小的電壓擺幅(即，僅大約0.6 V)有助于改善通信電路280的定時參數(shù)，例如，以減少發(fā)射的數(shù)字消息的邊沿的上升和下降時間。
PNP雙極結(jié)型晶體管Q36被耦合到光耦合器U26的光電晶體管的集電極，并且當通信鏈路110空閑時保持不導通。盡管晶體管Q28短路通信鏈路IIO，但是晶體管Q36和兩個電阻器R38、 R40作為電流源來操作，以為光耦合器U26的光電晶體管提供剩余電流。具體地，當晶體管Q36導通時，跨在電阻器R38、晶體管Q36的射極-基極結(jié)和電阻器R40上的電壓約等于兩個二極管的壓降，即，跨晶體管Q28的射極-基極結(jié)和二極管D34的電壓。優(yōu)選地，晶體管Q36的增益約為150，并且電阻器R38和R40分別具有33 Q和12 kQ的電阻，使得通過電阻器R38和晶體管Q36的射極-集電極結(jié)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的光電晶體管的集電極。由于光耦合器U26優(yōu)選地具有100°/。的CTR，并且通過2 mA的電流來該驅(qū)動光耦合器的光電二極管，因此在晶體管Q36開始導通之后，通過光電晶體管的輸出電流IouT具有約2 mA的強度。使光耦合器U26的光電晶體管在工作區(qū)中進行操作，并且防止該光電晶體管在當發(fā)射電路320短路通信鏈路110時飽和。剩余電流(即， 源電流 "OURCE
和輸出電流IouT之間的差)約為3mA、并且被傳導通過 兩個二極管D20、 D22?？偠灾?，傳導源電流IS0URCE的第一部分(即， 約2 mA)通過光耦合器U26的光電晶體管，同時傳導源電流IS0URCE 的第二部分(即，約3mA)通過兩個二極管D20、 D22。
通過晶體管Q28的電流受具有NPN雙極結(jié)型晶體管Q42和電阻 器R44的限流電路的限制。如果通過晶體管Q28并且因此通過電阻器 R44的電流過高，則跨在電阻器R44兩端的電壓超過晶體管Q42的適 當?shù)幕鶚O-射極電壓，這將晶體管Q30的基極拉到電路公共端。因此， 晶體管Q30和Q28成為不導通的。電阻器R44優(yōu)選地具有2 Q的電阻， 使得通過晶體管Q28的電流被限制為大約300 mA。
當控制電路270停止驅(qū)動光耦合器U26的光電二極管時，晶體管 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的光電晶體管的射極和晶體管Q30的基極，并且確定了發(fā)射 的數(shù)字消息的上升沿的上升時間。由于光耦合器U26的光電晶體管被 保持在工作區(qū)中，因此光電晶體管有效地比當該光電晶體管飽時更快
地變成不導通。過剩源電流IsouRCE輔助最小化所發(fā)射的數(shù)字消息的上
升沿的上升時間。優(yōu)選地，電阻器R46具有2kQ的電阻，并且電容器 C48具有220pF的電容，使得上升時間約為15-20 psec。
在經(jīng)由端子E1、E2的數(shù)字鎮(zhèn)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(fā)射電路320。 故障保護電路330包含串聯(lián)連接的可控導電器件，例如，高壓場效應 晶體管(FET) Q50。該FETQ50具有兩個主負載端子，該兩個主負載 端子被串聯(lián)地耦合在發(fā)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(yōu)選地是Fairchild Semiconductor Corporation (仙童半導體公司)制造的型號為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(guān)或半導體開關(guān)。當跨在通信鏈路iio上出現(xiàn)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，F(xiàn)ET Q50有效地變?yōu)椴粚?通的，并且將接收電路310和發(fā)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、 二極管D54、電容器C56和齊納二極管Z58。當跨在通信鏈路110上 的電壓處于正確的鏈路電壓時，電流流過電阻器R52和二極管D54， 以對電容器C56進行充電，并且生成驅(qū)動電壓VDRIVE。在跨電容器C56 所產(chǎn)生的驅(qū)動電壓VDwvE受齊納二極管Z58的限制，該齊納二極管Z58 優(yōu)選地具有IOV的導通電壓。將跨在電容器C56上的驅(qū)動電壓VDRIVE 提供給FET Q50的柵極，使得當通信鏈路110處于正確的鏈路電壓(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(yōu)選地，電阻器R52具有300 kQ的電阻，并且 電容器C56具有220 nF的電容。
故障保護電路330還包括關(guān)斷電路，該關(guān)斷電路包括NPN雙極結(jié) 型晶體管Q60、齊納二極管Z62和兩個電阻器R64、 R66 (其優(yōu)選地分 別具有450 kQ和100 kQ的電阻)?？缃与娙萜鰿56來耦合晶體管Q60， 并且當鏈路電壓處于18VDc的正確值時該晶體管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(yōu)選地為24V)時，齊納二極管Z62開始 傳導電流通過電阻器R64、 R66。當跨在電阻器R66所產(chǎn)生的電壓超過 晶體管Q60的適當?shù)幕鶚O-射極電壓時，晶體管Q60開始導通，因此短 路電容器C56并且使得FET Q50不導通。
該關(guān)斷電路有效地在接通電路使FET Q50導通之前使晶體管Q60 導通，從而在高壓錯接的情況下保護接收電路310和發(fā)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。當將高于預定閾值的電壓施加到端子E1、 E2時，關(guān)斷電路的齊納二極管Z62使晶體管 Q60在電容器C56充電到接通FETQ50的適當?shù)碾妷褐俺蔀閷ǖ摹?br> 如果發(fā)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時晶體管Q28導通，則發(fā)射電路320的限 流電路保護了晶體管Q28。特定地，在高壓錯接的情況下，當晶體管 Q28導通時，晶體管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(fā)射電路320從端子E2斷開連接時，跨 在集電極-射極上的電壓隨后增加。
盡管本發(fā)明的鎮(zhèn)流器120優(yōu)選地是用于與DALI通信鏈路一同使 用的DALI鎮(zhèn)流器，但是本發(fā)明的通信電路還可以與被耦合到使用不同 于DALI協(xié)議的通信協(xié)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可以用于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。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的特定實施例描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng) 域的技術(shù)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(yōu)選的是，本發(fā)明不由這里的具體公開來限定，而是僅 由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于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閑狀態(tài)和活動狀態(tài)之間交替變化使所述負載控制器件有效地發(fā)射數(shù)字消息，其中，在所述空閑狀態(tài)中，跨所述通信鏈路上的所述導體兩端產(chǎn)生鏈路電壓；在所述活動狀態(tài)中，所述通信鏈路的所述導體處于基本上相同的電勢，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，當所述通信鏈路處于所述空閑狀態(tài)時，所述接收電路有效地傳導空閑電流；以及發(fā)射電路，所述發(fā)射電路被耦合在所述通信鏈路的所述導體之間，所述發(fā)射電路包括光耦合器，所述光耦合器具有輸入和輸出，所述輸出包括光電晶體管，并且當由輸入電流來驅(qū)動所述輸入時所述輸出有效地成為導通的，在成為導通之后所述輸出有效地立刻傳導所述空閑電流；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閑狀態(tài)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于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、并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晶體管，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(tài)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，并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晶體管保持在操作的工作區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)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管的壓降。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信電路，其中，所述發(fā)射電路進一步 包括NPN雙極結(jié)型晶體管，所述NPN雙極結(jié)型晶體管使基極耦合到 所述光電晶體管的射極，以并聯(lián)的電氣連接的方式將所述光電晶體管 的集電極-射極結(jié)和所述NPN晶體管的基極-射極結(jié)的串聯(lián)組合與所述 電壓鉗相耦合，當所述光耦合器的所述光電晶體管導通時所述NPN晶 體管有效地變成導通，當所述NPN晶體管導通時，所述可控導電器件 響應于所述NPN晶體管變成導通。
4. 根據(jù)權(quán)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(jié)型晶體管，并且所述發(fā)射電路進一步包括二極管， 所述二極管的陰極耦合到所述NPN晶體管的集電極、而陽極耦合到所 述第一PNP晶體管的基極，使得當所述NPN晶體管導通時，電流傳導 通過所述第一 PNP晶體管的所述基極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的通信電路，其中，以串聯(lián)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(lián)組合耦合在所述 通信鏈路的所述導體之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的通信電路，其中，所述電流源包括第 二 PNP雙極型晶體管，所述第二 PNP雙極型晶體管的集電極耦合到所 述光耦合器的所述光電晶體管的集電極；第一電阻器，所述第一電阻 器被耦合到所述第二PNP晶體管的射極；以及第二電阻器，所述第二 電阻器被串聯(lián)地耦合在所述第二 PNP晶體管的基極和所述二極管的陰 極之間，以并聯(lián)的電氣連接的方式將所述第一電阻器、所述第二 PNP 晶體管的射極-基極結(jié)和所述第二電阻器的串聯(lián)組合與所述第一PNP晶 體管的射極-基極結(jié)和所述二極管的串聯(lián)組合相耦合。
7. 根據(jù)權(quán)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，并且當所述第一 PNP晶體管導通時，通過所述第二 PNP 晶體管將所述源電流提供給所述光耦合器的所述光電晶體管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的通信電路，其中，所述源電流約為5毫 安，并且通過所述光耦合器的所述光電晶體管所傳導的所述源電流的 所述第一部分約為2毫安。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信電路，其中，當所述光電晶體管導 通時，跨在所述光耦合器的所述輸出上的電壓等于約一個二極管的壓 降。
10. 根據(jù)權(quán)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于兩個二極管的壓降，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于一個二極管的壓降。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的通信電路，其中，所述電壓鉗包括兩 個串聯(lián)連接的二極管。
12. 根據(jù)權(quán)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(guān)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的通信電路，其中，所述半導體開關(guān)包 括雙極結(jié)型晶體管。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信電路，其中，所述電壓鉗包括齊 納二極管。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信電路，其中，所述數(shù)字消息的上 升時間約為10-15 psec。
16. —種用于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(jīng)由第一和第二端子被耦合到數(shù)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(lián)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 子上提供了具有小于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于所述預定閾 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，并 且斷開所述通信電路和所述第二端子的連接。
17. 根據(jù)權(quán)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(qū)動電壓；以及關(guān)斷電路，所述關(guān)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(guān)斷電路有效地防止將所述驅(qū)動電壓傳遞到所述可 控導電器件的所述控制輸入。
18. 根據(jù)權(quán)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、電容器和齊納二極管，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(chǎn)生所述驅(qū)動電壓，以并 聯(lián)的電氣連接的方式將所述齊納二極管與所述電容器相耦合，以限制 所述驅(qū)動電壓的強度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的故障保護電路，其中，所述關(guān)斷電路包括晶體管，所述晶體管被耦合到所述可控導電器件的所述控制輸 入；以及齊納二極管，所述齊納二極管被耦合在所述第一端子和所述 晶體管的基極之間，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，所述齊納二極管有效地傳導電流進入所述晶體管的所述基 極，由此所述晶體管成為導通的，以從所述可控導電器件的所述控制 輸入移除所述驅(qū)動電壓。
20. 根據(jù)權(quán)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(guān)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的故障保護電路，其中，所述半導體開關(guān)包括高壓場效應晶體管。
22. —種用于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閑狀 態(tài)和活動狀態(tài)之間改變使所述負載控制器件有效地發(fā)射數(shù)字消息，其 中，在所述空閑狀態(tài)中，跨在所述通信鏈路的所述導體上產(chǎn)生第一電 壓；在所述活動狀態(tài)中，所述通信鏈路的所述導體處于基本上相同的 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閑電流；發(fā)射電路，所述發(fā)射電路被耦合在所述通信鏈路的所述導體之間， 所述發(fā)射電路包括光耦合器，所述光耦合器具有用于提供輸出的光 電晶體管；電壓鉗，在所述空閑狀態(tài)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晶體管提供剩余電流，使 得當所述光電晶體管導通時，將所述光電晶體管保持在工作區(qū)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，并且有效地保護所述接收和發(fā)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(fā)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于預定閾值的強度，所述第二電壓具有大 于所述預定閾值的強度。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的通信電路，其中，所述發(fā)射電路進一 步包括限流電路，所述限流電路用于限制通過所述可控導電器件的電 流的強度。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的通信電路，其中，如果所述可控導電 器件導通并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，并且所述故障保護電路隨后將所述發(fā)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(jīng)由具有兩個導體的通信鏈路從通信電路發(fā)射數(shù)字消息 的方法，所述方法包括下述步驟當所述通信鏈路處于空閑狀態(tài)時，牽引空閑電流； 提供具有輸入和輸出的光耦合器，所述輸出包括光電晶體管； 限制跨在所述光耦合器的所述輸出上所產(chǎn)生的電壓； 驅(qū)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(qū)動電流；響應于所述驅(qū)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閑狀態(tài)改變?yōu)槎搪窢顟B(tài)；當所述光電晶體管正在傳導所述驅(qū)動電流時，向所述光電晶體管提供源電流，以使所述光電晶體管保持在操作的工作區(qū)中；以及停止驅(qū)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(qū)動電流。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述驅(qū)動電流具有基本 上與所述空閑電流的強度相同的初始強度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述源電流的強度大于 所述驅(qū)動電流的強度，所述方法進一步包括下述步驟為等于所述源電流和所述驅(qū)動電流之間的差的剩余電流提供電流 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(jīng)由兩個端子被耦合到數(shù)字通信鏈路，所述方法包括下述步 驟經(jīng)由所述兩個端子將所述通信電路耦合到所述數(shù)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(chǎn)生的電壓是否超過預定闔值；以及 響應于所述確定步驟，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
一種用于電子調(diào)光鎮(zhèn)流器的通信電路，提供高壓錯接保護和發(fā)射的數(shù)字信號的改善的上升和下降時間。該電子調(diào)光鎮(zhèn)流器包括控制電路，該控制電路經(jīng)由通信電路被耦合到數(shù)字通信鏈路，例如，DALI通信鏈路。該通信電路包括接收電路，該接收電路用于檢測何時短路數(shù)字鎮(zhèn)流器通信鏈路，以及用于向控制電路提供接收到的數(shù)字消息。該通信電路還包括發(fā)射電路，該發(fā)射電路用于響應于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于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(fā)射具有改善的上升和下降時間的數(shù)字消息。當該通信電路交替處于空閑狀態(tài)和活動狀態(tài)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(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)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