專利名稱：具有集成rf接口的鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及具有用于啟動熒光燈的無線通信的一種鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具體涉及一種鎮(zhèn)流器，它包括鎮(zhèn)流器外殼內(nèi)的通信解碼器、燈驅(qū)動器和收發(fā)信機/接收機。
背景技術(shù)：
辦公或商業(yè)建筑物中的照明控制經(jīng)歷了若干發(fā)展階段。傳統(tǒng)的控制方案在鎮(zhèn)流器外部采用獨立的控制盒，如圖1所示。整個建筑物的中央控制管理也能通過網(wǎng)絡(luò)控制照明。
隨著RF和半導(dǎo)體技術(shù)的新近發(fā)展，無線控制在照明工業(yè)中越來越引人注目。目前市場上就可獲得一些無線控制系統(tǒng)。典型的RF無線控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。從此圖中可以看出，圖1中墻式單元與控制盒之間的線路被發(fā)射機和接收機所替代。這樣能去掉垂直引線并具有無線的優(yōu)點。然而，控制盒仍然在鎮(zhèn)流器外部。
現(xiàn)有技術(shù)RF系統(tǒng)的另一問題是隔離。出于安全原因，若是將RF接收機/收發(fā)信機利用線路連接到鎮(zhèn)流器上，就必須具有與高電壓隔離的某種接口。這樣會增加整體系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。圖3表示這種問題。目前的現(xiàn)有技術(shù)采用變壓器或光電隔離。圖3還表示了鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)。數(shù)字解碼器被用于對來自例如能夠是微處理器的控制盒的控制指令進行解碼。燈驅(qū)動器由功率級和控制IC組成。功率級包括高電壓驅(qū)動器、保護電路、蓄能(power storage)和濾波器元件?？刂艻C的現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)是用于控制功率級的基于A1pha的模擬IC。A1pha IC的參考文獻是US5680017和US5559395。
當前的照明控制方案面臨以下挑戰(zhàn)成本增加連接到鎮(zhèn)流器的獨立控制盒會增加成本。
2.節(jié)能如果能從鎮(zhèn)流器反饋功率消耗信息，中央管理能夠容易地改善能量利用。然而，采用模擬鎮(zhèn)流器，不容易在不增加成本的條件下構(gòu)筑雙向通信鏈路。
3.解決上述的高電壓隔離問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是具有無線通信接口的高頻(HF)鎮(zhèn)流器的一種新式結(jié)構(gòu)。這種新式結(jié)構(gòu)將RF無線接口集成在鎮(zhèn)流器內(nèi)。用戶控制器向鎮(zhèn)流器位置上的第二天線發(fā)射RF控制信號，將RF信號提供給啟動熒光燈的鎮(zhèn)流器。鎮(zhèn)流器包括收發(fā)信機/接收機、通信解碼器、功率控制級和功率級。收發(fā)信機/接收機接收RF信號并將其提供給通信解碼器，后者用作對功率級控制器的接口。功率級控制器控制啟動熒光燈的功率級。通信解碼器、功率級控制器(模擬或數(shù)字)、功率級和收發(fā)信機/接收機均位于鎮(zhèn)流器外殼內(nèi)部，這是本發(fā)明的一個重要特征部分。如果功率級控制是數(shù)字的，則它可以與通信解碼器合并在一個微處理器中。通信解碼器可以是串行接口。收發(fā)信機/接收機是RF集成電路。該鎮(zhèn)流器還包括隔離器，以隔離收發(fā)信機/接收機與第二天線。隔離器可以是電容性的。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用鎮(zhèn)流器外部獨立控制盒的傳統(tǒng)控制方案。
圖2表示一種典型的現(xiàn)有技術(shù)RF無線控制結(jié)構(gòu)。
圖3表示現(xiàn)有技術(shù)的帶有隔離的RF無線系統(tǒng)。
圖4表示帶有無線通信接口的高頻(HF)數(shù)字鎮(zhèn)流器的一種新發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
圖4a表示圖4的本發(fā)明結(jié)構(gòu)的操作方框圖。
圖5表示帶有集成RF接口的本發(fā)明鎮(zhèn)流器的一種工作實施方式的功能方框圖。
圖6表示圖5中工作實施方式的一個具體示意圖。
圖7表示印刷電路板上的一種嵌入式天線。
圖8表示RF信號如何穿透塑料鎮(zhèn)流器外殼和塑料燈具外殼。
圖9是用于金屬殼鎮(zhèn)流器的一種半波長隙縫天線。
圖10是用于圖4所示結(jié)構(gòu)的一種手持遙控器的功能方框圖。
具體實施例方式
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用鎮(zhèn)流器外部獨立控制盒的傳統(tǒng)控制方案?？刂坪?0被有線連接到一或多個鎮(zhèn)流器12，它還連接到用作網(wǎng)絡(luò)接口的一個墻式單元14，以便如圖1所示通過有線網(wǎng)絡(luò)6與整個建筑物的中央控制管理器通信。控制盒10一般有內(nèi)帶數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(DAC)20的微處理器18。它能夠接通/關(guān)斷熒光(TL)燈的鎮(zhèn)流器并能使其暗淡(dim)。整個建筑物的中央控制管理還能通過網(wǎng)絡(luò)控制照明。
在圖2中，圖1中墻式單元14和控制盒10之間的線路被發(fā)射機24和接收機26替代。這樣能去掉垂直引線并具有無線控制的優(yōu)點。然而，控制盒28仍然在鎮(zhèn)流器12的外部。
圖3表示現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)下RF無線系統(tǒng)在隔離上的另一個問題。出于安全原因，在圖3中，若是將包含RF接收機26的控制盒28連接到鎮(zhèn)流器30上，就必須具有與燈驅(qū)動器34的高電壓隔離的某種接口。隔離是因為使用了變壓器或光電隔離32，因為通過接口的信號是低頻數(shù)字信號。這樣會增加整個系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。
圖4表示本發(fā)明帶有無線通信接口的高頻(HF)數(shù)字鎮(zhèn)流器的一種新式結(jié)構(gòu)。在這種新式結(jié)構(gòu)中從具有第一天線97的用戶控制器96向第二天線112發(fā)射RF信號。用戶控制器96可以包括墻式單元98和第一天線97或手持遙控器150(圖10)。這種新式結(jié)構(gòu)將RF無線接口集成在鎮(zhèn)流器100內(nèi)。鎮(zhèn)流器包括隔離器102、是RF集成電路(IC)的收發(fā)信機/接收機104、通信解碼器105和燈驅(qū)動器106。燈驅(qū)動器包括功率級107和功率級控制IC 108。通信解碼器105是數(shù)字的。功率級控制IC 108可以是數(shù)字或模擬IC。如果采用數(shù)字的功率級控制IC，通信解碼器105和數(shù)字功率級控制IC 108就能夠組合在一個數(shù)字控制器110例如微處理器或ASIC中。如果功率級控制IC 108是模擬的，則它獨立于通信解碼器105。它們可以在獨立的IC上或是合并在一個混合信號ASIC上。通信解碼器105可以是串行接口。數(shù)字控制器110可以是數(shù)字控制器，例如Philips Research USA in Briarcliff Manor，NY開發(fā)的P6LV IC，或具有所要求的諸如ADC和PWM等外圍設(shè)備的任何其他的微控制器，或允許用戶自身構(gòu)筑這些外設(shè)的任何資源。第二天線112需要與電路的其余部分隔離，因此隔離器102在第二天線112和收發(fā)信機/接收機104之間提供隔離。隔離器102可以是由一對電容組成的電容性網(wǎng)絡(luò)116。可以用簡單的電容性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成隔離，因為這些信號是射頻的。另外，在鎮(zhèn)流器采用塑料外殼并且天線不一定要貼在鎮(zhèn)流器罐(can)外側(cè)的情況下，可以省去這種隔離。這與先前參照現(xiàn)有技術(shù)中收發(fā)信機/接收機在鎮(zhèn)流器外部并且與鎮(zhèn)流器硬件接線的情況不同。在現(xiàn)有技術(shù)的情況下需要在鎮(zhèn)流器和收發(fā)信機/接收機之間提供高電壓隔離，這會增加復(fù)雜性和成本。
收發(fā)信機/接收機104被用作前端，以便對基帶信號執(zhí)行調(diào)制/解調(diào)。它通過通信解碼器105與數(shù)字控制器110接口。由于通信解碼器105和(數(shù)字的)功率級控制IC 108能夠合并在一個微處理器內(nèi)以替代兩個獨立的微處理器，這省去任何額外的部件。P6LV IC是為照明而設(shè)計的基于8051的專用微控制器。它不僅具備標準8051微控制器的能力，還具有控制燈齒輪(gear)所需要的外設(shè)。另一選擇方案是，P8XC51微控制器也來自8051系列。收發(fā)信機/接收機104輸出的基帶信號由數(shù)字控制器IC 110進行處理并提供給功率級107，后者提供高電壓輸出來激勵熒光燈。
這種新式結(jié)構(gòu)具有以下特征所有用于控制的模塊都在一個鎮(zhèn)流器盒118內(nèi)。不需要獨立的控制盒。這樣能顯著降低成本。另外，利用無線控制還能省去接線的成本，并且對不斷翻新的市場提供了一種大大進步的解決方案。也由于通信解碼器和功率級控制器(或數(shù)字控制器110)是在鎮(zhèn)流器內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的控制特征，諸如將一組燈捆綁在一個遙控器中。還可以實現(xiàn)雙向通信。可以實時反饋燈操作的信息，例如功率消耗。這樣能有效利用能源并節(jié)能。另外，可以用一個簡單電容性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑隔離102，因為通過的信號是高頻的。利用RF部分104在鎮(zhèn)流器內(nèi)部，隔離接口能夠大大得以簡化。
圖4a表示圖4的操作方框圖。圖4a的操作框圖包含三部分無線電收發(fā)信機104、微控制器110和燈驅(qū)動器106。無線電收發(fā)信機104通過空中接口從第二天線112接收/發(fā)射數(shù)據(jù)。在接收模式中，它將解調(diào)的數(shù)據(jù)傳送給微控制器110，以便進行處理。在發(fā)射模式中，它調(diào)制來自微控制器110的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)傳送給第二天線112和空中接口。微控制器110控制無線電設(shè)備并且執(zhí)行基帶處理。在通信協(xié)議的頂部，它還包含應(yīng)用程序，指導(dǎo)鎮(zhèn)流器按一定方式來操作燈。微控制器110的其他功能是控制燈驅(qū)動器106，后者驅(qū)動鎮(zhèn)流器的高電壓級。高電壓部分被直接連接到燈(未表示出)。
圖5表示本發(fā)明具有RF接口的一種數(shù)字可尋址鎮(zhèn)流器的實施方案的功能方框圖。它包含兩個板，即主板116和RF接口板118。主板116包含燈驅(qū)動器106(圖4)，后者包括濾波器和整流器120、上變頻器122、半橋124和燈電流檢測電路126。半橋整流器124的輸出提供給熒光燈127。接口板118，即HF-R數(shù)字模塊是由RF收發(fā)信機128、微控制器130和EEPROM132組成的。
圖6表示RF收發(fā)信機128和鎮(zhèn)流器控制器130之間的接口實施方案的具體示意圖和方框圖。如此圖所示，U1(TR1001)是由RFMonolithics生產(chǎn)的無線電收發(fā)信機128，而IS2(P8XC51-QFP)是由Philips Semiconductors生產(chǎn)的微控制器130，它用作鎮(zhèn)流器控制器并且控制RF收發(fā)信機128。來自微控制器130的控制信號(引線9，10，40和43)還被提供給此圖中沒有表示出的燈驅(qū)動器106。此圖中還表示了用于微控制器130的存儲器132。天線被設(shè)置在連接到收發(fā)信機(U1)的R-IO管腳的ANT1和ANT2上。
對于具有集成RF接口的鎮(zhèn)流器，一個重要問題是如何獲得鎮(zhèn)流器外部輻射。具有幾種設(shè)計天線的方案。圖7表示嵌入式天線140，它是布置在印刷電路板(PCB)142上的金屬軌跡。這樣工作是因為RF信號穿過鎮(zhèn)流器100的塑料外殼144和燈具的塑料蓋144，如圖8所示。另一種選擇方案是圖9中所示的一種半波長隙縫天線146。這是針對金屬外殼鎮(zhèn)流器的一種解決方案。
所述的帶有RF接口的鎮(zhèn)流器可以和無線照明控制系統(tǒng)中的手持遙控器配合使用。手持遙控器應(yīng)該包含相同的RF收發(fā)信機，并采用和圖4中的用戶控制器96相同的無線通信協(xié)議與鎮(zhèn)流器進行通信。圖10表示遙控器150的功能框圖。它包括RF收發(fā)信機152、微控制器154或其他類型的數(shù)字控制器IC以及用戶接口156，諸如某種類型的顯示器(例如LCD)中的鍵盤，用于用戶請求，以給出操作狀態(tài)的指示。
盡管以上表示和說明了本發(fā)明的最佳實施例，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以實現(xiàn)許多變更和不同的實施例。因此，本發(fā)明僅僅根據(jù)附帶的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.用于啟動熒光燈的一種設(shè)備，該設(shè)備包括用于接收RF控制信號并將其提供給該設(shè)備中所包括的鎮(zhèn)流器(100)的第一天線(112)，所述鎮(zhèn)流器(100)包括功率級(107)，用于提供高電壓信號以啟動所述熒光燈；功率級控制器(108)，用于控制所述功率級(107)；通信解碼器(105)，用作至所述功率級控制器(108)的接口；收發(fā)信機/接收機(104)，用于接收所述RF控制信號并將所述RF控制信號提供給所述通信解碼器(105)；包括所述通信解碼器(105)、所述功率級控制器(108)、所述功率級(107)和所述收發(fā)信機/接收機(104)的鎮(zhèn)流器盒(118)。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述通信解碼器(105)是串行接口。
3.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述收發(fā)信機/接收機(104)是RF集成電路。
4.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述鎮(zhèn)流器(100)進一步包括隔離器(102)電路以隔離所述收發(fā)信機/接收機(104)和所述第二天線(112)。
5.按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中所述隔離器(102)電路是電容性電路(116)。
6.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，包括從第二天線(97)向所述第一天線(112)發(fā)送RF控制信號的用戶控制(96)。
7.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中功率級控制是數(shù)字功率級控制。
8.按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述RF收發(fā)信機/接收機(104)、所述通信解碼器(105)、所述功率級控制器(108)及所述功率級(107)被集成在一個單一IC內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明是具有無線通信接口的高頻(HF)鎮(zhèn)流器的一種新式結(jié)構(gòu)。這種新式結(jié)構(gòu)將RF無線接口集成在鎮(zhèn)流器內(nèi)。用戶控制器向鎮(zhèn)流器位置上的第二天線發(fā)射RF控制信號，將RF信號提供給啟動熒光燈的鎮(zhèn)流器。鎮(zhèn)流器包括收發(fā)信機/接收機、通信解碼器、功率控制級和功率級。收發(fā)信機/接收機接收RF信號并將其提供給通信解碼器，后者用作對功率級控制器的接口。功率級控制器控制啟動熒光燈的功率級。通信解碼器、功率控制級、功率級和收發(fā)信機/接收機均位于鎮(zhèn)流器外殼內(nèi)部，這是本發(fā)明的一個重要特征部分。如果功率級控制是數(shù)字的，則它能與通信解碼器合并在一個微處理器或例如ASIC的數(shù)字控制器中。通信解碼器可以是串行接口。收發(fā)信機/接收機是RF集成電路。鎮(zhèn)流器還包括一個隔離器，以隔離收發(fā)信機/接收機與第一天線。該隔離器可以是電容性的。
文檔編號H04Q9/00GK1586096SQ02822512
公開日2005年2月23日 申請日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月14日
發(fā)明者I·T·瓦伊克, 汪凌, J·H·維塞斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司