专利名称：实现两种操作状态的电路和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作负栽的电路和方法，尤其是涉及一种用 于实现两种操作状态的电路和方法。
背景技术：
能量消耗是人们日常生活中所必需的，但由于现今社会中能量的 缺乏，节能越来越受到关注。照明占据能耗中的相当比例，因此，为 了节约能量，常常研发新照明材料或新照明技术。可调光技术作为照 明节能的方法已越来越流行，但在许多可调光电路中，例如分步可调 光电路通常将集成电路用作控制器，或者连续调光电路需要对镇流器 电路使用额外的调光器，这些镇流器调光方案的成本相对昂贵，并且 对于大多数普通用户来说是比较难接受的。此外，在某些情况下，用 户甚至需要改变其墙壁开关来得到可调光的功能，这非常不方便。
现在，已研发出一种简单的、低成本的和便利的方法来解决这些 问题。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于实现两种操作状态的电路和方法。 该电路和方法通过将频率发生器电路与小信号控制电路集成在一起， 使得在频率发生器电路正常工作时得到第一操作频率，而在关断电源 之后并又在设定的数秒内再次接通电源时，由小信号控制电路使得频 率发生器电路以第二操作频率重新运行.
根据本发明的一方面，频率发生器电路是通用半桥振荡电路，其
具有两个开关元件和两个LC振荡网络，并且具有由电阻器、电容器、 二极管、双向触发二极管构成的起动网络。
根据本发明的一方面，小信号控制电路包括RC控制电路、触发开 关电路和频率控制电路。RC控制电路由电阻器、电解电容器以及开关 元件构成，用于控制半桥振荡电路的起动网络中的二极管的阳极电 压。触发开关电路包括电阻器、电容器、二极管、齐纳二极管以及可控硅整流器，其触发电压来自RC控制电路中的开关元件的发射极上的 电阻两端的电压。频率控制电路包括电阻器、电容器以及开关元件。
在本发明的解决方案中，当接通电源后，半桥振荡电路以第一操 作频率运行，当关断电源之后并在设定的数秒内重新接通电源，RC控 制电路首先为触发开关电路提供触发电压，以得到控制电压来改变频 率控制电路的状态，从而使得通用半桥振荡电路以第二操作频率重新 运行。由此得到两种不同的操作频率，实现两种不同的操作状态。
根据本发明的电路和方法优选地在低压放电灯中结合墙壁开关能 实现两步调光模式。并且其操作非常方便，用户甚至不需要改变墙壁 开关。
根据本发明的电路和方法的显著优点是简单、便利和廉价。
下面参考图1至图5解释本发明的具体示例性实施例。在此所描
重要的。
图1示出一电路实例，该电路实例图解说明，小信号控制电路与 通用半桥振荡电路集成在一起，以实现两种不同的操作状态，其中， 该控制电路包括RC控制电路、触发开关电路和频率控制电路。
图2示出一电路实例，该电路实例除了触发器部分不同以外均对 应于图1的电路。
图3示出一电路实例，该电路实例除了晶体管Q3的基极的连接以 及增加电解电容器和齐纳二极管以外均对应于图1的电路。
图4示出一电路实例，该电路实例除了将晶体管Q3改变为可控硅 整流器SCR2以外均对应于图1的电路。
图5示出一电路实例，该电路实例除了产生触发电压的方法以外 均对应于图l的电路。
具体实施例方式
图1至5分别示出用于低压放电灯中的独立的示例性实施例，这 些实施例在控制电路的布局和结构方面相互区别。
图1示出两个电路 一个电路是通用半桥振荡电路，而另一个电
路是简单的小信号控制电路。但是，本发明不限于将低压放电灯作为 负载或者不限于通用半桥振荡电路。
在图1中，整流过的电源电压(脉动直流电压)由VDC表示。电 阻器Rl、电容器Cl、 二极管Dl、双向触发二极管DB3构成半桥振荡 电路的起动电路。半桥振荡电路具有串联连接的两个晶体管Ql、 Q2, 并且具有由电感器Ll-a、 Ll-b、电阻器R2、 R5以及电容器C2、 C3分 别构成的两个LC振荡网络。在起动电路中，电阻器R1和电容器C1串 联在电源电压VDC与参考电势(地)之间，电阻器R1的一端连接到电 源电压VDC，而电容器Cl的一端连接到参考电势.二极管Dl的阳极连 接到电阻器Rl和电容器Cl的连接点，该连接点在下文被称为结点1。 而二极管Dl的阴极连接到半桥振荡电路中的晶体管Q2的发射极。同 时，双向触发二极管DB3也连接在结点1与晶体管Q2的基极之间。当 用户将墙壁开关切换到"开"状态，施加VDC电压，电容器C1通过电 阻器Rl以指数方式来充电。当电容器Cl两端的电压达到双向触发二 极管DB3的触发值时，该双向触发二极管DB3接通，电容器C1在晶体 管Q2的基极发射极网络中放电，从而接通晶体管Q2。然后，电容器 Cl通过二极管Dl和晶体管Q2放电，避免双向触发二极管DB3再次接 通，此时结点l的电压相对低，该结点1的电压被假设为V0。
小信号控制电路包含RC控制电路、触发开关电路和频率控制电路。
RC控制电路包括电阻器R3、 R6、 R7、 R8、电解电容器C4、晶体 管Q3和Q4。在RC控制电路中，电阻器R3和电解电容器C4串联在电 源电压与参考电势之间，电阻器R3的一端连接到电源电压VDC，而电 解电容器C4的负极连接到参考电势。电阻器R6连接在电阻器R3和电 解电容器C4的连接点与晶体管Q4的基极之间。晶体管Q4的集电极连 接到通用半桥振荡电路中的二极管Dl的阳极。晶体管Q4的发射极通 过电阻器R8连接到参考电势。电阻器R7连接在晶体管Q4的基极与参 考电势之间。晶体管Q3的集电极连接到电阻器R3和电解电容器C4的 连接点，而其发射极连接到参考电势。
触发开关电路包括电阻器R4、 R9、 RIO、电容器C7、 二极管D4、 齐纳二极管D2以及可控硅整流器SCR1.在触发开关电路中，可控硅整 流器SCR1的阳极通过电阻器R4连接到电源电压VDC。而可控硅整流
器SCR1的阴极通过电阻器R9和R10的串联电路连接到参考电势。齐 纳二极管D2的阴极连接到晶体管Q4的发射极，而其阳极连接到二极 管D4的阳极。二极管D4的阴极与可控硅整流器SCR1的栅极相连，该 二极管D4用来稳定可控硅整流器SCR1被触发导通之后电阻器R9、R10 两端的电压。在可控硅整流器SCR1的栅极与参考电势之间接有电容器 C7，该电容器C7用来防止可控硅整流器SCR1误触发。同时，RC控制 电路中的晶体管Q3的基极连接到电阻器R9与电阻器MO的连接点，
频率控制电路包括电阻器Rll、 R12、 R13、电容器C5以及晶体管 Q5。在该频率控制电路中，晶体管Q5的基极通过电阻器Rll连接到可 控硅整流器SCR1的阴极。晶体管Q5的发射极连接到参考电势。而晶 体管Q5的集电极连接到通用半桥振荡电路中的晶体管Q2的基极。电 阻器R13和电容器C5并联在晶体管Q5的基极与发射极之间。而电阻 器1U2连接在电阻器R13和晶体管Q5的基极的连接点与LC振荡网络 中的电感器Ll-a和电阻器R5的连接点2之间。
当用户将墙壁开关切换到"开"状态时，因为电解电容器C4的容 量比电容器Cl的容量大很多，所以电解电容器C4的充电速度相对电 容器C1的充电速度来说非常慢。因此，在半桥振荡电路第一次起动之 前，电解电容器C4不能充电到驱动晶体管Q4饱和导通的给定电压值， 也就不能拉低结点1的电压。此时DB3被击穿导通，半桥振荡电路开 始以第一频率运行，正常运行之后，节点1的电压因为电容器C1通过 二极管Dl和晶体管Q2放电而变低.所以电阻器R8两端的电压也相对 低，并且假设电阻器R8两端的电压是V2。但是因为V2低于齐纳二极 管D2的击穿电压，所以没有触发电流来触发可控硅整流器SCR1。由于 可控硅整流器SCR1不能导通，因此没有控制电压改变频率控制电路的 操作状态，并且没有控制电压来驱动晶体管Q3。假设在这个状态(被 称为第一状态)下，输出功率为P1，并且振荡电路的操作频率为fl。
在半桥振荡电路起动之后，电解电容器C4被充电到另一给定电压 电平(假设该给定电压值为VI )。如果用户想得到较低的输出功率P2， 则用户将墙壁开关切换到"关"状态，但是必须在设定时间(x秒)内 将墙壁开关切换回"开"状态，然后在这种状态(被称为笫二状态) 下得到输出功率P2。其具体过程为在用户将墙壁开关从"开，，状态 切换到"关"状态的这段时间内，电解电容器C4通过晶体管Q4的基
极发射极网络放电。但是在设定的数秒(假设为X秒)内，电解电容
器C4放电到电压电平V3。当将墙壁开关再次切换到"开"状态时，电 压V3仍能驱动晶体管Q4导通，以使结点1的电压成为V4，但是电压 V4能被设置到低于双向触发二极管DB3的击穿电压的值，且该值比电 压V0大很多。所以RC控制电路仍能控制节点1的电压，使其电压不 能达到双向触发二极管DB3的击穿电压。因此，在这种状态下，半桥 振荡电路由于起动网络不工作而不能起动，但是，电阻器R8两端的电 压已变为电压电平V5。电压电平V5大于齐纳二极管D2的击穿电压， 因此，齐纳二极管D2被击穿并且为可控硅整流器SCR1的栅极产生触 发电流，以导通可控硅整流器SCR1。电阻器R9和R10两端的电压因 此被施加到晶体管Q5的基极。电阻器R9两端的电压使晶体管Q3饱和 导通，从而降低晶体管Q4的基极电压，使晶体管Q4离开饱和导通状 态，结点1的电压增加并击穿双向触发二极管DB3，半桥振荡电路重新 工作。但此时，晶体管Q5的基极电压已改变，其开关速度将增加，以 使得半桥振荡电路的操作频率改变为f2 (f2〉fl)，从而产生输出功 率P2 (P2<P1)。
图2示出工作原理类似于图1的电路实例，但是用三端双向可控 硅开关元件来代替可控硅整流器SCR1。
在图3中，晶体管Q3从晶体管Q4的发射极得到驱动电压，并且 增加齐纳二极管D3和电解电容器C6。在图3所示的电路中，电阻器 R8和R10串联连接在晶体管Q4的发射极与参考电势之间，晶体管Q3 的基极通过齐纳二极管D3连接到电阻器R8和R10的连接点。齐纳二 极管D3的阳极连接到晶体管Q3的基极。而可控硅整流器SCR1的阴极 通过电阻器R9连接到参考电势。齐纳二极管D3的功能是阻止晶体管 Q3得到第一状态下的基极电压和电流。而电解电容器C6则连接在晶体 管Q3的基极与发射极之间，以延迟晶体管Q3饱和导通，从而确保半 桥振荡电路在可控硅整流器SCR1被触发之后才能重新起动。其中，电 解电容器C6的正极连接到晶体管Q3的基极。还可用三端双向可控硅 开关元件代替可控硅整流器SCR1，用可控硅整流器代替晶体管Q3。
图4示出一电路实例，该电路实例除了将晶体管Q3改变为可控硅 整流器SCR2以外均对应于图1的电路'但是该电路与图1的电路有以 下区别在第二状态下，可控硅整流器SCR2将继续降低晶体管Q4的基极电压。
在图5中，利用金属氧化物半导体场效应晶体管Q6来代替齐纳二 极管D2产生触发电压。其中，金属氧化物半导体场效应晶体管Q6的 栅极连接到晶体管Q4的发射极，而其漏极通过电阻器R15连接到参考 电势并通过二极管D4连接到可控硅整流器SCR1的栅极，其源极通过 电阻器R14连接到电源电压VDC。众所周知，金属氧化物半导体场效应
晶体管是压控部件，其具有栅极阈值电压。因此，金属氧化物半导体 场效应晶体管Q6在这两种状态下做出不同的响应。在第一状态下，金 属氧化物半导体场效应晶体管Q6不能导通。而在笫二状态下，金属氧 化物半导体场效应晶体管Q6能被导通来产生触发电压。
尽管结合附图所示的实例对本发明进行了以上的描述，但是显然 本发明不是局限于此，而是在随附的权利要求所公开的范围之内以多 种方式进行修改。
权利要求
1.一种用于实现两种操作状态的电路，该电路具有频率发生器电路和小信号控制电路，其特征在于，该频率发生器电路与该小信号控制电路集成在一起，以便在频率发生器电路正常工作时得到第一操作频率，而在关断电源后并又在设定的数秒内再次接通电源时，由小信号控制电路使得频率发生器电路以第二操作频率重新运行。
2. 根据权利要求l所述的电路，其特征在于，频率发生器电路是 通用半桥振荡电路，而小信号控制电路包括RC控制电路、触发开关电 路和频率控制电路；当接通电源后，半桥振荡电路以第一操作频率运 行，当关断电源之后并在设定的数秒内重新接通电源，RC控制电路首 先为触发开关电路提供触发电压，以得到控制电压来改变频率控制电 路的状态，从而使得通用半桥振荡电路以不同的第二操作频率重新运 行。
3. 根据权利要求2所述的电路，其特征在于，通用半桥振荡电路 具有两个开关元件Q1、 Q2和两个LC振荡网络，通用半桥振荡电路还具 有由电阻器R1、电容器C1、 二极管D1、双向触发二极管DB3构成的起动网络。
4. 根据权利要求3所述的电路，其特征在于，RC控制电路包括电 阻器R3、 R6、 R7、 R8、电解电容器C4、开关元件Q3以及Q4，其中，电 解电容器C4的负极连接到参考电势，开关元件Q4的集电极连接到通用 半桥振荡电路中的二极管D1的阳极，开关元件Q4的发射极通过电阻器 R8连接到参考电势，开关元件Q3的集电极连接到电阻器R3和电解电容 器C4的连接点并且其发射极连接到参考电势。
5. 根据权利要求4所述的电路，其特征在于，触发开关电路包括 电阻器R4、 R9、 RIO、电容器C7、 二极管D4、齐纳二极管D2以及可控珪 整流器SCR1，其中，可控硅整流器SCR1的阳极通过电阻器R4连接到电 源电压(VDC)，而可控硅整流器SCR1的阴极通过电阻器R9和R10的串 联电路连接到参考电势，齐纳二极管D2的阴极连接到开关元件Q4的发 射极，而其阳极连接到二极管D4的阳极，二极管D4的阴极与可控硅整 流器SCR1的栅极相连，在SCR1的栅极与参考电势之间连接有电容器 C7，开关元件Q3的基极连接到电阻器R9和电阻器R10的连接点。
6. 根据权利要求5所述的电路，其特征在于，可控硅整流器SCR1 可利用三端双向可控硅开关元件来代替。
7. 根据权利要求5所述的电路，其特征在于，增加齐纳二极管D3 和电解电容器C6，其中，电阻器R8和R10串联连接在开关元件Q4的发射 极与参考电势之间，开关元件Q3的基极通过齐纳二极管D3连接到电阻 器R8和R10的连接点，齐纳二极管D3的阳极连接到开关元件Q3的基极， 而可控硅整流器SCR1的阴极通过电阻器R9连接到参考电势，电解电容 器C6的正极连接到开关元件Q3的基极，而电解电容器C6的负极连接到 开关元件Q3的发射极。
8. 根据权利要求7所述的电路，其特征在于，利用金属氧化物半 导体场效应晶体管Q6来代替齐纳二极管D2。
9. 根据权利要求4-8之一所述的电路，其特征在于，开关元件Q3 是晶体管或者可控硅整流器，开关元件Q1、 Q2、 Q4是晶体管。
10. 根据权利要求4-8之一所述的电路，其特征在于，频率控制 电路包括电阻器Rll、电阻器R12、电阻器R13、电容器C5以及开关元件 Q5，其中，开关元件Q5的基极通过电阻器R11连接到可控硅整流器SCR1 的阴极，开关元件Q5的发射极连接到参考电势，而开关元件Q5的集电 极连接到通用半桥振荡电路中的开关元件Q2的基极，电阻器R13和电容 器C5并联在开关元件Q5的基极与发射极之间，而电阻器R12连接在电阻 器R13和开关元件Q5的基极的连接点与振荡电路中的电感器Ll-a和电 阻器R5的连接点之间。
11. 根据权利要求10所述的电路，其特征在于，开关元件Q5是晶 体管。
12. —种用于实现两种操作状态的方法，其特征在于，将频率发 生器电路与小信号控制电路集成在一起，从而在频率发生器电路正常 工作时得到第一操作频率，而在关断电源之后并又在设定的数秒内再 次接通电源时，由小信号控制电路使得频率发生器电路以第二操作频 率重新运行。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，频率发生器电路 是通用半桥振荡电路，而小信号控制电路包括RC控制电路、触发开关 电路和频率控制电路；当接通电源后，半桥振荡电路以笫一操作频率 运行，当关断电源之后并在设定的数秒内重新接通电源，RC控制电路 首先为触发开关电路提供触发电压，以得到控制电压来改变频率控制 电路的状态，从而使得通用半桥振荡电路以不同的第二操作频率重新运行。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，该方法在低 压放电灯中能结合墙壁开关实现两步调光。
全文摘要
本发明涉及一种用于实现两种操作状态的电路和方法。通过将频率发生器电路与小信号控制电路集成在一起，从而在频率发生器电路正常工作时得到第一操作频率，而在关断电源之后并又在设定的数秒内再次接通电源时，由小信号控制电路使得频率发生器电路以第二操作频率重新运行。由此，能实现两种不同的操作状态。该解决方案在低压放电灯中能结合墙壁开关实现两步调光。
文档编号H02M1/08GK101369772SQ20071014168
公开日2009年2月18日 申请日期2007年8月17日 优先权日2007年8月17日
发明者杜超洪, 罗志刚 申请人:奥斯兰姆有限公司