用于轻型非线性负载的调光器的泄放器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明描述一种用于轻型非线性负载的调光器的泄放器电路。本发明还描述了一种调光器、电器、以及用于对轻型非线性负载进行调光的方法。
【背景技术】
[0002]术语“调光”可以大体上理解为在低于其额定功率的功率驱动负载。在灯的情况下，这种功率上的降低立即被觉察为光输出的降低，因此成为术语“调光”的起源。其他的电器同样可以被“调光”，例如电动机可以通过旋转“调光器”旋钮或开关来在较低的功率上被驱动。这种旋钮或开关可以被并入电器或灯中，例如桌面灯可以具有其自身的调光器旋钮。顶棚灯具可以通过实现为该照明灯具的墙壁开关的一部分的可旋转的旋钮来进行调光。手持电器的功率可以通过并入在该电器的壳体中的旋钮来进行调节。已知的用在电器中来运行市电源的调光器通常包括诸如相位控制的三端双向可控硅的AC开关组件，并且通常被称为“前沿调光器”或“前向相位”调光器。这种调光器通过在特定相位角触发三端双向可控硅来有效地抑制到负载的AC电压的每个正弦半波的前部分。调光水平大致上通过诸如其动作被转换为用于三端双向可控硅的触发器信号的可旋转的旋钮的用户输入来控制。
[0003]取代三端双向可控硅，可以利用适当的控制信号使用诸如交变器或者硅控整流器(SCR)的组件作为AC开关。三端双向可控硅或交变器是当被触发时在两个方向上都可以传导电流的半导体组件。硅控整流器SCR是当被触发时仅仅在一个方向上传导电流的相似设备。对于AC操作，两个SCR布置为反向并联的配置。三端双向可控硅/交变器和反向并联的SCR在功能上等同并且在下面被统称为“AC开关”。对于要开始导通的AC开关来说，在触发器脉冲的结束之前负载电流必须超过“闭锁电流”。一旦被闭锁，AC开关将保持在导通状态一直到负载电流再次降到低于“保持电流”水平。闭锁电流和保持电流值对于每个AC开关来说为特定的并且典型地为数十毫安的数量级。
[0004]前沿调光器传统上用于对白炽灯进行的调光，白炽灯对于调光器呈现为固有电阻性负载。这种类型的负载具有单位功率因数并且通常汲取足够的电流来确保在整个调光范围上的稳定的AC开关操作。电阻性或者线性负载与近乎完美的AC开关换向、S卩非导通和导通状态之间的迀变相关联，其反过来又确保了在整个调光范围上的平滑操作。当被调光时即使低功率的白炽灯也汲取足够的电流因此即使负载电流将降到低于保持电流水平，任何失真都是觉察不到的。类似地，在诸如用于对低压卤素灯进行供电的磁性变压器的电感性负载的情况下，也是如此。在这种情况下，负载电流在市电源电压零交叉点之后可能降到零。
[0005]然而，在诸如电子LED (发光二极管)驱动器或转换器的轻型电容性或非线性负载的情况下，情境更为复杂。可能会产生各种不希望的问题，例如丢失的周期、在输出电压或电流中的突然改变、在市电源周期的结束处不规则的AC开关关闭等，并且导致无法接受的系统性能。问题的类型将在很大程度上取决于负载的属性、电源阻抗、AC开关触发方法以及各种其他电路参数。
[0006]对于这种无法接受的性能的权变措施是添加额外的负载，通常称为“泄放器”、“最小负载”或“虚负载”从而确保正确的AC开关换向。泄放器电路通过弥补负载电流和闭锁/保持电流之间的任何差值并且通过补偿负载的电抗属性来辅助调光器操作。泄放器可以是线性或非线性的，并且可以包括具有各种复杂性水平的电子电路。线性泄放器的优势在于其简单性以及低成本，但是其产生相对较为大量的热，典型地为25W-60W，其可能在一些应用中成为问题。维护的费用同样高昂，例如当具有有限寿命的白炽灯用作额外的负载时。现有技术的泄放器利用了在调光器输出处的电压或电流，因此泄放器实现在包括调光器、负载和泄放器的布置的负载侧。通常，现有技术泄放器电路在物理上并入负载中，因此调光器本身为电气连接到组合的负载和泄放器但是与其物理上相分离的实体。这在可调光的电器的设计和制造中增加了复杂度和成本。这种调光器电路例如在US2011/0291583中有所描述。这种调光器电路包括AC市电源和整流器之间的调光器。DC信号被提供到负载。在整流器和负载之间提供有泄放器和相位检测电路。该相位检测电路检测调光器生成的整流后输出信号的相位角。可编程的微控制器耦合到相位检测电路并且还接收由调光器生成的输出信号。该微控制器生成控制信号来打开/关闭泄放器。
[0007]还已知为“有源负载”的非线性泄放器的设计是基于这样一个前提，即仅当AC开关电流降到低于保持电流水平时才需要额外的负载。与线性泄放器进行比较，功能上等同的有源负载可以降低功率消耗在幅值上达到一个数量级。有源负载通常还免于维护。然而，有源负载明显地更为复杂并且因此较之其线性对应物而言更为昂贵。另一种类型的非线性泄放器是“开关电阻器泄放器”，其较之线性泄放器而言性能更佳并且较之有源负载而言较不复杂。当市电源电压降到低于一定阈值水平时开关电阻器泄放器有效地对跨越调光器输出的功率电阻器进行开关。额外的负载仅当其需要时才添加到调光器的输出，因此当与线性泄放器进行比较时整体的功率消耗较少。即使开关电阻器在构造上相对简单，其典型地较之功能上等同的有源负载来说消耗更多的功率。
[0008]发光二极管变得更为普及，并且更为经常用于替代白炽灯和卤素光源。如今在市面上可以获得的许多LED灯为针对现有的白炽灯而改型的。由于其更高的照明效率，LED光源的功率仅仅约为同等白炽灯的五分之一，因此LED灯可以被认为是“轻型负载”，而术语“轻型”在这个上下文中指代其低功率消耗(与可以被视为是“重型”负载的诸如70W的灯泡的白炽灯形成对比)。然而，当仅仅有数个这种低功率LED灯由调光器进行控制时，低功率消耗典型地导致在市电半周期的两端处的闭锁问题。例如，调光器的AC开关可能“过冲”，即其可能在电压零交叉点之上继续导通。这种过冲是不希望的，因为其可能被感知为扰乱的灯闪烁并且可能在负载并且因此还在市电中产生不希望的DC电流。进一步，LED灯通常总是需要一些种类的电子驱动器。每个LED驱动器的一部分为功率转换器，通常为开关模式的功率转换器，因此LED灯实际上是非线性的负载。因此，从调光器的视角来看，LED灯实际上代表了 “轻型非线性负载”。
[0009]因此，本发明的一个目的在于提供一种对轻型非线性负载进行调光的改进的方法，避免了上面所提及的问题。
【发明内容】
[0010]本发明的目的通过权利要求1的泄放器电路、权利要求12的调光器、权利要求13的电器以及权利要求15的方法来实现。
[0011]根据本发明，实现一种用于调光器中的泄放器电路，所述调光器包括用于对到轻型非线性负载的供电电压进行开关的主AC开关，所述泄放器电路包括实现用以向主AC开关提供操作辅助的泄放器负载，并且所述泄放器电路包括泄放器负载启用装置。该泄放器负载启用装置依赖于主AC开关的开关信号。术语“泄放器负载”应当在其可接受并且成立的上下文中进行理解，即在需要的地方用来提供额外电流的负载。因此，在本发明权利要求1的上下文中，泄放器负载用来提供对主AC开关的操作、即为了确保调光器主AC开关可以正确地换向而进行辅助的额外电流。由于泄放器负载还用来消耗功率，其还可以被称为“功率消耗设备”。
[0012]主AC开关的开关信号被理解为仅仅在调光器内部使用的信号，其与可以由外部设备使用的例如调光器输出电压或电流的信号相比而言。主AC开关的开关信号因此为“内部”开关信号并且实际上对于诸如跨调光器输出进行连接的负载的任何外部设备而言不可获得。
[0013]在本发明的上下文中，术语“轻型非线性负载”应当被理解为仅仅消耗少量功率的负载，并且其从调光器的角度来看显现为非线性。例如，在介绍中所提及的，基于LED的灯的LED仅仅消耗少量的功率，并且其电子驱动器导致从调光器“看来”灯为非线性负载。其他的电器可能落入“轻型并且非线性”的类别中，例如手持电器的小型电动机。在此以及在后面，术语“轻型非线性负载”和“负载”可以互换使用。术语“负载”被理解为在上面所描述的意义上来说可调光的电气设备，即用于在低于额定功率水平上的操作，并且不应当与术语“有源负载”相混淆，后者是用于“泄放器电路”的另一个术语。术语“主AC开关”被理解为调光器的AC开关，即通常使用在诸如前沿调光器的调光器中的AC开关。术语“主AC开关”和“调光器AC开关”因此在下面可以互换使用。“主AC开关”可以包括任何例如用于传统前沿调光器中的诸如三