耦合在交流电源和负载之间的切相调光器，以控制从所述电源传送到所述负载的功率量，包括：调光器开关，用于打开和关闭从电源到负载的电流；所述调光器开关是由反串联连接的第一MOSFET和第二MOSFET形成的交流开关；所述MOSFET的两个源电极连接在一起以形成公共源极端，同时所述MOSFET的两个栅极连接在一起以形成开关控制端；线路滤波器，其在所述电源频率旁路电流非常的低；整流器，将来自所述电源的交流电压转换为脉动直流电压，所述脉冲直流电压耦合到所述调光器开关；非常低功率单极零点检测器，从所述脉动直流电压提取零标记信号；所述单极零检测器包括电压控制泄放器阻抗，比较器，脉冲发生器，其中所述电压控制泄放阻抗耦合到所述脉动直流电压端，由此所述泄放阻抗与所述电压的瞬时值成比例地控制；通过所述比较器将所述脉动直流电压与接近零电平的参考进行比较，当所述电压低于所述参考时，触发所述脉冲发生器以产生所述零标记信号；非常低功率的可调定时器，与零标记信号同步地控制调光器开关。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相切调光控制和保护
本专利技术一般地涉及用于相切交流功率控制的装置和方法，特别是用于相切调光系统的控制和保护。
技术介绍
在交流功率控制的过程中，开关经常被部署以打开及关闭在一个方向或另一方向的电流。因此，以它们在任一方向上处理流动的能力，我们将这些开关称为交流开关。特别是对于诸如调光器的相切功率控制，交流开关通常由晶闸管或反串联连接的MOSFET或IGBT对来实现。晶闸管也可以用作交流开关，但是具有如下属性：一旦其被栅极信号触发，则将很难通过栅极控制来关断晶闸管。它将保持打开，直到电流下降到低于称为其保持电流的特定值的水平。另一方面，由一对MOSFET或IGBT形成的交流开关可以通过栅极信号容易地导通和截止。因此，晶闸管在前沿调光器中工作良好，而在后沿调光器中难于工作，因为对于这些调光器，有需要在任何相位角处关闭交流开关。另一方面，由一对MOSFET或IGBT形成的交流开关並设有这样的限制。图1描绘了作为交流电源控制系统现有技术的相切调光器DIMM的操作。如图所示，调光器DimLOAD的负载，例如照明设备，以所谓的双线配置连接在交流电源电压VAC和调光器DIMM之间。调光器被示出在其三个主要组件中，即低通滤波器FIL，调光控制器DimCon和交流开关ACSW。滤波器FIL用于阻止交流电源/负载与调光器之间的高频EMI(电磁干扰)的传输。EMI引起交流电压的波形失真，并且因此可能影响过零检测的精度，这又导致调光控制的相位同步的问题。不同类型的滤波器，包括电感器，电容器，甚至电阻器，以及不同的配置，可作为无数选择的设计。无论使用何种设计，通常会有一些电源频率电流“泄漏”，在图中标记为Ifil，通过滤波器和通过负载回到交流电源。这种“泄漏”不受调光器的控制，因此如果“泄漏”与正常负载电流相比稍大，则不是所希望见到的。通过物理连接，调光器控制器DimCon从交流开关ACSW的两个端子T1和T2接收电力和同步信号从DimCon产生开关控制信号ONsw，以通过可调节调光控制信号Dim确定的占空比与交流电源同步地接通和断开交流开关ACSW。如图所示，调光控制器DimCon从交流开关ACSW的两个端子T1和T2吸取电流Iaux。因此，从图1的框图中，可以看出负载电流为Iac，其中Iac＝Ifil+Iacf＝Ifil+Iaux+Isw，Isw是通过交流开关ACSW的电流。现在Isw是唯一由调光器控制的部分。任何时候，即使交流开关ACSW在最大调光条件下完全关断，电流Ifil和Iaux仍然流过负载DimLOAD。因此，由于存在不可控电流Ifil和Iaux，我们见到一个不期望的情况，即不能将作为负载的灯光调暗到我们所希望的低水平。当照明负载小时，例如小型高效率LED灯，问题变得严重。假设灯在220V时的额定功率为3W，並假设单位功率因数为1，LED灯的理论满载电流则为13.6mA。如果不可控电流Ifil+Iaux等于3mA，那么LED灯的最低功率可以被调低到0.66W，即仅为全额定功率的22％。这是非常令人不满意的，但事实上它却是现有市场的常态。大多数市场上的调光器最小负载规定为10W或更高至50W。这远远不能满足市场对于许多额定值低于10W的LED灯的需要。因此，非常希望开发出非常低功耗的光调制器，即如图1所示的低IFil和Iaux，以便照顾低功率灯的调光器的应用范围。有需要将调光器控制单元的每个部件的功率需求逐个检查，以便朝着该目标进行改进。例如，如果我们希望将3W220V光调暗到1％的最小水平，即0.03W，然后我们预期调光器在0.03W/110V＝273μA的电流下在电源电压的一半处消耗最多0.03W。这被视为允许调光器将3W灯调暗到1％的电流Ifil加上Iaux的最大电平。相切调光器的设计者还有另一个挑战，即在加电时或在故障或过温度条件下的大瞬态电流。为了解决这些问题，存在许多现有技术的电路，例如冲击电流抑制器，过电流，短路和过温保护器等。然而，其中许多是复杂的，昂贵的和更糟糕的是，消耗相当大的功率，因此不适用于为低功率灯而设的双线调光器。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是开发一种结构简单且非常有效的调光器，其消耗非常小的功率使得在二线配置中，对于低功率负载诸如那些现今在市场上流行的高效率小LED灯，调光器仍然可以工作。同时，设计应有过流和过温保护能力，而不会提高调光器本身的总功耗。在本专利技术的优选实施例中，所述相切调光装置包括由第一MOSFET和反串联连接的第二MOSFET形成的交流开关，每个MOSFET具有分别反向并联到漏极和源极的本征体二极管；所述MOSFET的两个源极连接在一起以形成公共源极端；跨越交流开关的整流后交流电压的单极性零电平转换低功率检测电路，由此产生零标记信号作为定时参考；用于设置调光器的切相定时的定时器，所述定时器是与所述零标记信号同步的低功率单稳态多谐振荡器；所述相切定时可由作为所述调光控制装置的可变电阻器控制；低通滤波器，用于去除与输入到调光器的线路电压相关联的高频噪声，所述滤波网络绕过很少的电流；低功率检测器电路，包括执行以下多种功能的单个晶体管：1通过监视MOSFET相对于公共源极端的负漏极电压来检测交流开关的过电流状况；2通过监视MOSFET相对于公共源极端的正漏极电压来检测交流开关的过热状态；3在与MOSFET的电路交互中，一旦其在最小保持漏极电压下被触发，则将交流开关锁定断开；和宽输入范围和低功耗电压调节器，从交流开关两端的电压降提供直流电源。注意，通过与形成交流开关的两个MOSFET相关联的本征二极管的整流作用，对于公共源极端，作用于MOSFET的漏极电极和控制电路上的电压总是正的(即术语所称“单极性”)。因此，对于调光器电路内的相位同步，“过零”的直接检测，即横穿正极性和负极性之间的零电压电平是不可行的。然而，电源电压“过零”的时刻，整流电压将总是显示朝向零电平的“下降”，尽管“下降”可能被耦合到整流输出电路的电容存储的电荷所模糊。通过去除接近“过零点”时刻的电荷，“下降”点可以被清楚地显示以用作相位同步。然后，整流器输出端的“无电荷”电压被监视，检视到或从零电平的转移而显示出“过零点”。在本专利技术的详细描述中，作为本专利技术的实施例的检测器电路将被称为“单极零检测器”，简称为UZD。图2是示出作为本专利技术的实施例的切相调光器的主要部件的框图。调光器控制是通过由反串联连接的两个MOSFETQ1和Q2形成的交流开关ACSW，每个MOSFET具有分别与漏极和源极反并联连接的本征体二极管D1和D2。两个可选电阻器R1和R2插入在源电极和公共地之间。应当理解，这些对于调光器的性能不是必需的，但是一个可以简单地提供用于调节(增加)过电流保护电流感测灵敏度的可选方式。注意，替代通过交流开关(其可以被称为交流开关调光器)的切相调光器，在现有技术中存在首先对交流线输入执行全波整流，然后通过诸如单个MOSFET的直流开关进行相切的设计。通过这种设计(其可以被称为直流开关调光器)，以四个整流器二极管的成本节省了一个MOSFET，但同时由于二极管上的电压降而导致额外的功率耗散。无论如何，对于交流同步，单极零点检测仍然是需要的。然而，本专利技术的所有优点同样适用于交流和直流开关调光器，后者如图10的本文档来自技高网...
【技术保护点】
耦合在AC电源和负载之间的相位调光器，用于控制从电源向负载传送的功率量，包括：一个调光开关，用于打开和关闭从电源到负载的电流；将来自电源的交流电压转换成连接到调光开关的脉动直流电压的整流器；一个非常低功率的单极零点检测器，从脉动直流电压中提取零标记信号；和一个非常低功率可调定时器，与零标记信号同步地控制调光开关。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.31 US 62/031,232;2014.08.13 US 62/036,642;1.耦合在AC电源和负载之间的相位调光器，用于控制从电源向负载传送的功率量，包括：一个调光开关，用于打开和关闭从电源到负载的电流；将来自电源的交流电压转换成连接到调光开关的脉动直流电压的整流器；一个非常低功率的单极零点检测器，从脉动直流电压中提取零标记信号；和一个非常低功率可调定时器，与零标记信号同步地控制调光开关。2.根据权利要求1所述的调光器，其中：该定时器是包括第一NPN晶体管，第二NPN晶体管，PNP晶体管和串联电容器-电阻器对的单稳态多谐振荡器；第一NPN晶体管用作第一反相器，第二NPN晶体管和连接在一起的集电极的PNP晶体管用作第二反相器；第一反相器和第二反相器级联耦合以提供多谐振荡器所需的环路增益；电容-电阻对耦合在第一反相器的输入端和第二反相器的输出端之间；单稳态的定时可通过改变电容-电阻对的电阻来调节；和部署的所有电阻都具有高阻抗值。3.根据权利要求1所述的调光器，还包括非常低待机电流的电压调节器，从跨过所述调光开关的宽电压范围向所述调光器提供DC电力。4.根据权利要求1所述的调光器，其中所述电压调节器由具有高输入阻抗的功率放大装置实现。5.根据权利要求1所述的调光器，其中所述单极零检测器包括：第一比较器，第二比较器，可控泄放阻抗和脉冲发生器，其中：将脉动直流电压与第一比较器的第一参考值进行比较，当电压低于第一参考值时，使可控泄放阻抗变低；脉冲直流电压与第二比较器的第二参考值进行比较，当电压低于第二参考值时触发脉冲发生器产生零标记信号；和第二个参考值接近零并且低于第一个参考。6.根据权利要求1所述的调光器，其中所述单极零检测器包括：上电启动单元，第一定时器，第二定时器，可控泄放阻抗，比较器和脉冲发生器，其中：上电启动单元在上电时将可控泄放阻抗设置为低电平，启动前几个半周期的单极零点检测序列；第一定时器在第一过零信号触发；在为第一定时器设置的第一时间段结束时，当可控泄放阻抗变低时，第二定时器触发第二时间段；通过比较器将脉动直流电压与接近零电平的参考值进行比较，当电压低于参考值时，触发脉冲发生器产生零标记信号；和第一时间段是接近但比半周期短，而第二时间段比第一时间段短得多。7.根据权利要求1所述的调光器，其中所述单极零检测器包括：电压控制泄放阻抗，比较器，脉冲发生器，其中：电压控制泄放阻抗耦合到脉动直流电压，由此泄放阻抗被控制成与电压的瞬时值成比例；和通过比较器将脉动直流电压与接近零电平的参考值进行比较，当电压低于参考值时，触发脉冲发生器产生零标记信号。8.根据权利要求1所述的调光器，还包括耦合在所述调光器的输入处的低通线滤波器，其中所述滤波器绕过所述线路频率处的非常低的电流。9.根据权利要求8所述的调光器，其中所述线路滤波器包括具有高电感/电容比的电感和电容元件。10.一种AC开关，包括：连接反串联的第一个MOSFET和第二个MOSFET；MOSFET的两个源电极连接在一起以形成公共源极端子，并且MOSFET的两个栅电极连接在一起以形成开关控制端子；和一个非常低的电源保护电路，分别监视漏电极处的负电压和正电压，并在交换机的过电流或过温状态下关闭交流开关。11.根据权利要求10所述的交流开关，其中：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯经权，
申请(专利权)人：侯经权，
类型：发明
国别省市：中国香港,81
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。