用于切相调光器和电子变压器的接口设备及照明系统的制作方法

本实用新型涉及照明电路，尤其涉及兼容切相调光器和电子变压器。

背景技术：

目前LED灯具正在替换传统光源。为了在替换过程中与现有光源所安装的环境匹配，例如与现有光源的外部驱动与控制部分匹配，提出了所谓的LED替换(retrofit)灯。例如，由于LED灯的高效率，在输出相同流明的情况下，其功率要低于传统光源，因此其输入功率可能与传统光源的现有外部驱动与控制部分的功率输出/功率要求不匹配，从而引起外部驱动与控制部分或者LED灯工作不正常，所以，需要提供针对LED替换灯的改进设计。

例如，在传统低压灯，例如MR11/MR15/AR111的领域，存在这样的照明系统：切相调光器连接到市电并提供调光输出，电子变压器将调光器输出处理为低压的高频交流信号，低压灯被电子变压器的输出所驱动。当将传统低压灯替换为LED灯时，会出现兼容性问题。电子变压器的基本结构是自激振荡式的半桥电路。由于其具有EMI滤波电容和半桥电路电容，因此在切相调光器关闭的过程中，电子变压器对于切相调光器来说是电容性负载。所以，在切相调光器关闭时，切相调光器输出电压不会立即到零，而是具有一定的浮空电压。前沿切相调光器以及出现的浮空电压如图1所示；后沿切相调光器以及出现的浮空电压的如图3所示。当这个浮空电压超过电子变压器的触发电压，例如30V时，会触发电子变压器启动并开始振荡。当电子变压器启动后，会对电子变压器的内部电容进行放电并向LED灯提供供电，使得LED灯在切相调光器关闭后仍会工作。随着电容放电，当电流衰减到小于保持半桥电路的双极二极管饱和的幅度后，电子变压器会停止振荡和工作。尤其是在深度调光的情况下，导致了随机出现的功率脉冲和LED灯闪烁，或者会导致错误的过零点检测。图2中的非包络波形示出了前沿切相调光器的输出电压(包括浮空电压)，包络波形示出了电子变压器的工作情况，其中可以看出前沿切相调光器的输出电压由前沿中的浮空电压以及前沿导通后的市电正弦输出，并且在浮空电压中电子变压器屡次被误触发。图4中的非包络波形示出了后沿切相调光器的输出电压(包括浮空电压)，包络波形示出了电子变压器的工作情况，其中可以看出后沿切相调光器在过零点后导通并输出市电正弦信号，且在后沿关断后输出电压浮空，电子变压器被触发。

技术实现要素：

为解决以上电子变压器被切相调光器的浮空输出电压所误触发的技术问题，本申请提出在切相调光器与电子变压器一同使用的场合，在切相调光器关断后对切相调光器的输出进行泄放，以将浮空电压拉低从而避免触发电子变压器误启动。

基于以上基本构思，本实用新型的基本方面提供了一种用于切相调光器和电子变压器的接口设备，其特征在于，包括：输入端，用于并联连接到切相调光器的输出和电子变压器的输入；电流源电路，连接到所述输入端并且用于并联在所述切相调光器和所述电子变压器之间，用于从所述切相调光器汲取电流；以及控制电路，用于检测所述切相调光器的输出信号，并在所述切相调光器关断时控制所述电流源电路从所述切相调光器汲取电流，以降低所述切相调光器的输出电压低于所述电子变压器的触发电压。

更具体来说，所述控制电路降低所述切相调光器的输出电压以避免所述切相调光器的输出电压浮空从而避免浮空的所述输出电压触发所述电子变压器。

因而，切相调光器的输出电压在切相调光器关断时被拉低到例如地，而不再是一个较高的浮空电压，因此电子变压器不会被误触发。

在一个进一步的实施方式中，所述电流源电路包括：可控开关，用于汲取电流；反馈电路，用于控制所述可控开关以将流过所述可控开关的电流匹配到一电流参照值。

本实施方式提供了电流源电路的一种简便的实施方式，用较少器件即可可靠地实现。

在一个进一步的实施方式中，所述电流源电路还包括：阻抗电路，串联连接到所述可控开关，用于检测所述电流源电路所汲取的电流，并耦接到所述反馈电路，以将检测到的所述电流以所述阻抗电路上的电压的形式提供给反馈电路；

所述反馈电路包括：电压比较器，用于比较所述阻抗电路上的电压和与一个参照电压，并控制所述可控开关将所述阻抗电路上的电压匹配到所述参照电压。

在该实施方式中，使用阻抗电路产生的电压进行负反馈中的电流检测，并使用电压比较器进行比较，便于实现。

在一个进一步的实施方式中，所述控制电路包括：电压检测电路，用于检测所述切相调光器的输出电压，且连接到所述阻抗电路，用于根据所述切相调光器的输出电压来调整所述阻抗电路的阻抗以改变所述电流参照值，从而实现调光器的输出电压调节。

在该实施方式中，能够通过调节阻抗电路的阻抗来改变电流源电路所汲取的电流，十分简便。

在一个进一步的实施方式中，所述接口设备用于后沿切相调光器，所述控制电路用于：当检测到所述后沿切相调光器的过零时，控制所述电流源电路具有第一阻抗；当检测到所述后沿切相调光器的过零已过时，控制所述电流源电路具有大于所述第一阻抗的第二阻抗；当检测到所述后沿切相调光器的后沿发生时，控制所述电流源电路具有小于所述第二阻抗的第三阻抗，降低所述切相调光器的输出电压以避免所述切相调光器的输出电压浮空从而避免浮空的所述输出电压触发所述电子变压器。

后沿切相调光器在关断时，一般不像前沿切相调光器那样有充电电流的要求，因此一般来说在单独使用时并不需要在关断时汲取电流。但是当后沿切相调光器和电子变压器一同使用时，会出现前述的浮空电压问题。本实施例在后沿切相调光器的后沿发生时，提供一个较低阻抗来从切相调光器汲取电流以拉低浮空电压，很好地解决了后沿切相调光器和电子变压器一起使用时的问题。此外，在过零点附近提供较低阻抗也能够允许较为准确的过零检测以及足够的电流为切相调光器的内部供电来充电。进一步地，在过零已过且后沿未到来时，后沿切相调光器并没有最低电流要求，因此在此期间提供较高的阻抗来减少功耗并保持切相调光器的阻性负载以便于检测即将到来的切相调光器后沿。

在一个进一步的实施例中，该接口设备用于前沿切相调光器，所述控制电路用于：当检测到所述前沿切相调光器的过零且前沿到来之前，控制所述电流源电路具有第四阻抗，降低所述切相调光器的输出电压以避免所述切相调光器的输出电压浮空从而避免浮空的所述输出电压触发所述电子变压器；当检测到所述前沿切相调光器的前沿的预定时间段内，控制所述电流源电路具有小于所述第四阻抗的第五阻抗；当检测到所述前沿切相调光器的前沿的预定时间段后，控制所述电流源电路具有大于所述第五阻抗的第六阻抗。

在该实施方式中，在切相调光器的过零和前沿之前，具有电流源电路具有较低阻抗，一方面可以将切相调光器的浮空输出电压拉低避免触发电子变压器，另一方便可以也可以便于切相调光器的过零检测以及切相调光器的内部定时电路充电。另外，在前沿出现的预定时间段内，具有更低的阻抗，以从切相调光器汲取大量电流，减弱突然出现的前沿电压在后级电路上产生的振荡。而且，在前沿的预定时间段后和过零之前，可以提供较高的阻抗，减少功率消耗。

所述控制电路用于控制所述电流源电路具有小于所述第四阻抗的第五阻抗以减弱前沿引起的电流振荡。进一步，所述控制电路用于控制所述电流源电路具有所述第六阻抗以使得流过所述前沿切相调光器的电流在所述前沿切相调光器的保持电流之上。这保持切相调光器电流大于最低电流要求，避免切相调光器重启。

进一步，所述控制电路包括RC时延电路，且所述第五阻抗所持续的所述预定时间段大于所述前沿调光器的前沿振荡的时间。

作为该接口设备和其他装置的组合，本实用新型还提供了一种照明系统，包括：前述的接口设备；和电子变压器，具有用于连接到所述接口设备的输入端的输入，以及用于连接到光源的输出，其中所述电子变压器是适于驱动卤素或白炽光源的电子变压器。

这种照明系统可以是对现有的电子变压器进行添附而来，以提供对切相调光器和LED灯的兼容特性。

进一步地，所述照明系统还包括：切相调光器，具有用于连接到市电的输入，以及用于连接到所述接口设备的输入端的输出，其中，所述切相调光器是适于卤素或白炽光源的切相调光器；以及LED灯具，用于连接到所述电子变压器的所述输出。

这种照明系统可以是对包括切相调光器、电子变压器的现有系统改造而得，其中将接口设备添附在现有系统中，并将现有系统中的低压灯更换为LED灯具。

本申请还涉及一种现有照明系统的改造方法，具体来说是将前述的接口设备并联地添附在现有照明系统的切相调光器和电子变压器之间，并且将现有照明系统中的传统低压灯改换为LED灯。

本实用新型的以上以及其他特点将会在下文的具体实施方式中参照附图更加详细地描述或被本领域的一般技术人员所理解。

附图说明

在附图中，相似/相同的附图标记通常贯穿不同视图而指代相似/相同的部分。附图并不必按比例绘制，而是通常强调对本实用新型的原理的图示。在附图中：

图1示出了前沿切相调光器以及出现的浮空电压；

图2示出了后沿切相调光器以及出现的浮空电压；

图3示出了前沿切相调光器的输出电压以及电子变压器的工作包络，其中包括前沿切相调光器的浮空电压和电子变压器的误触发工作包络；

图4示出了后沿切相调光器的输出电压以及电子变压器的工作包络，其中包括后沿切相调光器的浮空电压和电子变压器的误触发工作包络；

图5示出了根据本实用新型的照明系统的框图，其中包括接口设备；

图6示出了本实用新型的一个具体的实现电路；

图7示出了本实用新型的实施方式在后沿切相调光器中工作的波形图；

图8示出了本实用新型的实施方式在前沿切相调光器中工作的波形图。

具体实施方式

以下将参考附图对本公开的各个实施例进行详细描述。实施例的一个或多个示例由附图所示出。实施例通过本公开的阐述所提供，并且不旨在作为对本公开的限制。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的特征可能在另一个实施例中被使用以生成又一进一步的实施例。本公开旨在包括属于本公开范围和精神的这些和其他修改和变化。

本实用新型的基本方面提供了一种用于切相调光器和电子变压器的接口设备，其特征在于，包括：输入端，用于并联连接到切相调光器的输出和电子变压器的输入；电流源电路，连接到所述输入端并且用于并联在所述切相调光器和所述电子变压器之间，用于从所述切相调光器汲取电流；以及控制电路，用于检测所述切相调光器的输出信号，并在所述切相调光器关断时控制所述电流源电路从所述切相调光器汲取电流，以降低所述切相调光器的输出电压低于所述电子变压器的触发电压。

图5示出了包括接口电路的照明系统的系统结构，包括切相调光器、电子变压器、接口电路和LED灯，其中切相调光器连接到市电电源，接口电路与电子变压器并联在切相调光器的输出，LED灯连接到电子变压器的输出。

图6示出了根据本实用新型的接口设备的一个具体电路。接口设备的输入端连接到DM Out(调光器输出)。并且接口设备可以优选地包括一个整流桥。整流桥之后是电流源电路和控制电路，电流源电路和控制电路可以并联在整流桥的输出。电流源电路主要是由汲取电流的可控开关M1和控制所述可控开关的反馈电路组成。可控开关例如是一个MOSFET，替代地，也可以使用双极型三极管(BJT)来实现。反馈电路连接到所述可控开关的控制端，以控制可控开关以将流过所述可控开关的电流匹配到一电流参照值，或者说调整电流源电路的阻抗。反馈电路的核心部件是一个电压调节器，它比较输入信号与参考信号，并根据两者的差值来输出，输入信号一般连接到比较器的负输入，参考信号是比较器的正输入。当使用在负反馈式的电流源电路中时，反馈电路的输入连接到指示可控开关汲取的电流的检测器件，反馈电路的输出连接到可控开关。当电流过大时，反馈电路的输出变小，使得可控开关汲取的电流变小；反之亦然。

一般来说，测量可控开关汲取的电流是通过与可控开关串联的阻抗电路来实现，如图6所示，阻抗电路包括电阻R3和R9(通过s信号线并联，其中R9是否产生作用由三极管Q2所决定，下文中将详细描述)。阻抗电路串联连接到可控开关M1的源极，用于检测电流源电路所汲取的电流，在电阻R3的两端的电压反映出电流的大小。R3的上端通过大阻值的限流电阻R4耦接到反馈电路，以将检测到的所述电流以所述阻抗电路上的电压的形式提供给反馈电路电压调节器U2。电压调节器U2连接到所述可控开关M1的控制端(即栅极)，用于比较所述阻抗电路上的电压和与所述参照电压，并控制所述可控开关将所述阻抗电路上的电压匹配到所述参照电压，从而控制可控开关所汲取的电流匹配到电流参照值。如图6所示，这个反馈电路可以使用一个TL431来实现，这是一种控制电流汲取的常用IC。

控制电路包括：电压检测电路，用于检测所述切相调光器的输出电压，且连接到所述阻抗电路，用于根据所述切相调光器的输出电压来调整所述阻抗电路的阻抗，以改变阻抗电路上的电压与所流过的电流的对应关系，则电流源电路所汲取的电流能够被改变，换句话说就是改变前述电流参照值。如图6所示，电压检测电路主要由如图连接的两个三极管Q1和Q2及其附属元件所组成。Q2主要控制阻抗电路的阻抗，Q1可以根据输入电压来控制Q2。其中，R8和R6构成分压电路以检测输入端的电压，当电压较低时，例如调光器正在过零附近或者关断时，Q1关断，Q2能够导通，此时阻抗电路由低阻值电阻R9(其阻值如图所示是25欧姆)和中等阻值的电阻R3(300欧姆)并联而得，因此阻抗电路的阻值较低，使得电流源电路能够汲取较大的电流；当电压较高，例如调光器导通时，Q1导通，Q2关断，此时阻抗电路为低阻值电阻R9，因此阻抗电路的阻值较高，使得电流源电路汲取的电流较小。

下面将结合切相调光器的工作过程来描述接口电路如何工作。

图7示出了后沿切相调光器的输出DM out和接口电路所汲取的电流Ia的波形。其中，后沿切相调光器在时间t2出现后沿，即关断。

在t0至t1(或t3至t4)中，AC火线电压过零且调光器的输出电压较低，前述的控制电路在较低的电压的情况下，控制阻抗电路具有较低的阻抗，使得电流源电路尽量多地从调光器汲取电流，可以看出在t0至t1中，电流Ia呈随电压升高而升高的特性。这个低阻抗路径可以提供正确的过零检测以及为调光器的内部供电进行充电。

在t1至t2(或t4至t5)中，AC火线电压已经度过过零且调光器的输出电压较高，前述的控制电路在较高的电压的情况下，控制阻抗电路具有较高的阻抗，使得电流源电路较少地从调光器汲取电流，较低功耗，并且保持接口电路在调光器的输出端产生电阻阻抗，以利于检测后沿的出现。

在t2至t3(或t5至t6)中，后沿切相调光器在时间t2出现后沿，即关断。由于接口电路具有的电阻阻抗，检测电路能够检测到电压降低，因此控制阻抗电路具有较低的阻抗，使得电流源电路尽量多地从调光器汲取电流，在一瞬间内将调光器输出的浮空电压拉低，电子变压器不会被误触发。调光器也不再有电流流过，所以接口电路所汲取的电流也为零。

图8示出了前沿切相调光器的输出DM out和接口电路所汲取的电流Ia的波形。其中，前沿切相调光器在时间t1出现前沿，即导通。

在t0至t1(或t5至t6)中，AC火线电压过零且调光器未导通，前述的控制电路在较低的电压的情况下，控制阻抗电路具有较低的阻抗，具体地，调光器输出1.4V的浮空电压就足以将三极管Q2导通，使得阻抗电路具有低阻抗，使得电流源电路以较多地进行电流汲取，一方面这保持调光器的浮空电压在低位，小于电子变压器的工作电压；另一方面也使得调光器正常进行过零检测、定时以及内部供电充电。

在t1至t2(或t6至t7)中，调光器导通/产生前沿。虽然接口电路的输入端获得了高电压，但是控制电路中的RC电路(R8、R6、C1)将这一高电压延迟，即在一段时间内控制电路仍然控制阻抗电路具有较低的阻抗，使得电流源电路较多地从调光器汲取电流。延迟的时间取决于该RC电路的时间常数。这一较多的电流汲取避免输入的前沿电压与电子变压器或与调光器自身的LC产生振荡过大而导致振荡电流低于调光器的维持电流。

在t2至t5(或t7至t10)中，调光器已正常工作，RC电路已将高电压提供给三极管Q1，则控制电路将阻抗电路的阻抗调高，电流源电流较少地从调光器汲取电流，使得流过调光器的电流在维持电流以上。

本申请还涉及一种现有照明系统的改造方法，具体来说是将前述的接口设备并联地添附在现有照明系统的适于驱动卤素灯或白炽灯的切相调光器和电子变压器之间，并且将现有照明系统中的传统低压灯改换为LED灯。低压灯例如是MR11/MR16/AR111灯，LED灯是这些灯的替代灯。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本实用新型，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本实用新型不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的实用新型中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本实用新型的范围。