一种应用于交流照明系统的调光装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种应用于交流照明系统的调光装置，该装置串联在交流火线上，位于电源开关和灯具之间。该装置包括开关管M1、M2、二极管D1、D2和相应的控制电路。在交流正半周，交流电压通过零点后，控制电路关闭M2，经延时后，开启M1，电流经M1、D2流入灯具，直到正半周结束；在交流负半周，交流电压通过零点后，控制电路关闭M1，经延时后，开启M2，电流经M2、D1流出灯具，直到负半周结束。该装置属于前沿相位调光类型，能兼容现有的大部分可调光灯具。该装置采用MOS管作为交流开关，其导通状态不需要维持电流，不会出现因维持电流不足，交流开关关断的状况。
【专利说明】
一种应用于交流照明系统的调光装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于电子、电气技术领域，涉及一种前沿相位调光装置，具体涉及一种 应用于交流照明系统的调光装置。
【背景技术】
[0002] 相位调光技术，又称"斩波"式调光技术，被广泛应用在交流照明系统中。典型的相 位调光系统的结构如图1(a)所示，相位调光装置串接在交流火线上，位于电源开关和灯具 之间。用户通过调光装置上的调光旋钮来调节调光装置在半周期内的导通角Φ，即交流电 在半周期内施加在灯具上的时间，从而调节灯具的亮度。
[0003] 根据导通角在交流电半周期中所处的位置，可以把相位调光装置分为前沿相位调 光装置和后沿相位调光装置。采用前沿相位调光装置时，灯具两端电压VUMP的波形如图1 (b)所示，采用后沿相位调光装置时，灯具两端电压vl? P的波形如图1(c)所示。
[0004] 早期的相位调光装置采用晶闸管作为开关元件，因此又称作晶闸管调光装置。晶 闸管调光装置是一种前沿相位调光装置，它的基本结构如图2所示，包括双向晶闸管 (TRIAC)、双向触发二极管(DIAC)、电阻Rl和电容Cl。交流电的电压过零时，晶闸管处于关断 状态。此时，流过灯具的电流非常小，交流电压集中在调光装置两端。交流电通过电阻Rl给 电容Cl充电，电容两端的电压上升。当电容两端的电压上升到双向触发二极管的转折电压 时，二极管导通。此时，相当于在晶闸管的控制极施加一触发电流，使晶闸管导通。由于晶闸 管的导通具有自锁的特性，这一导通过程将维持到半周结束。
[0005] 晶闸管调光装置具有效率高、体积小、重量轻等优点，因而获得了广泛的应用。但 这种调光装置的缺点也很明显，主要体现在，晶闸管的导通需要足够大的电流来维持，当流 过晶闸管的电流小于维持电流，晶闸管就会关断，导致调光装置的调光范围变窄。
[0006] 为了解决晶闸管调光装置的缺陷，人们又提出了后沿相位调光装置，如专利 CN100499342C《功率调节器》提出的调光装置等。这类调光装置采用MOS管作为开关元件，因 此又被称作MOS调光装置。MOS调光装置的结构如图3所示，包括过电源电路、过零检测电路， 0-1 Oms延时电路和MOS管。延时电路中设有可调电阻，用来调节延迟时间。当过零检测电路 检测到过零点时，延时电路复位，输出高电平，开启MOS管。同时，延时电路开始计时，经过设 定的时间后，延时电路输出低电平，关闭MOS管。
[0007] MOS调光装置有效地解决了晶闸管调光装置的缺陷，但是却造成了兼容性问题。因 为晶闸管调光装置虽然存在上述原理上的缺陷，但是经过几十年的应用，已经占有了广泛 的市场，可以说已经成为了事实上的工业标准。大多数可调光灯具都是配合晶闸管调光装 置工作，当这些灯具与属于后沿相位调光类型的MOS调光装置匹配时，往往会出现兼容性问 题。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型为了解决上述技术问题，提出了一种前沿相位调光装置，具体为应用 于交流照明系统的调光装置，解决了现有晶闸管调光装置的不足，与现有的可调光灯具有 很好的兼容性。
[0009] 本实用新型是通过以下技术方案来实现：
[0010] -种应用于交流照明系统的调光装置，串联在交流火线上，位于电源开关和灯具 之间，包括电阻則、1?2、1?、1?4、电容(：1、二极管01、02、03、04、稳压管21、匪03开关管組、]\12和 控制电路；电阻R3接在调光装置的输入端和二极管D3的阳极之间，二极管D3的阴极接调光 装置的内部电源端VDD，电阻R4接在调光装置的输出端和二极管D4的阳极之间，二极管D4的 阴极接调光装置的内部电源端VDD，稳压管Zl的阴极接调光装置的内部电源端VDD，稳压管 Zl的阳极接调光装置的内部公共端，电容Cl并联在稳压管Zl两端，控制电路的S端接二极管 D3的阳极，R端接二极管D4的阳极，电阻Rl接在控制电路中的与门U3的输出端和NMOS开关管 Ml的栅极之间，电阻R2接在控制电路中的与门U4的输出端和匪OS开关管M2的栅极之间， 匪OS开关管Ml的漏极接调光装置的输入端，源极接调光装置的内部公共端，NMOS开关管M2 的漏极接调光装置的输出端，源极接调光装置内部公共端，二极管Dl的阳极接调光装置的 内部公共端，阴极接调光装置的输入端，二极管D2的阳极接调光装置内部公共端，阴极接调 光装置的输出端。
[0011] 所述的控制电路包括RS触发器Ul、单稳电路U2和与门U3、U4; RS触发器Ul的S端接 二极管D3的阳极，R端接二极管D4的阳极，单稳电路U2的触发端Tl接RS触发器Ul的输出端Q， 单稳电路U2的触发端T2接RS触发器Ul的输出端泛，与门U3的输入端分别接单稳电路U2的输 出端和RS触发器Ul的输出端Q，与门U4的输入端分别接单稳电路U2的输出端和RS触发器Ul 的输出端泛，电阻Rl接在与门U3的输出端和匪OS开关管Ml的栅极之间，电阻R2接在与门U4 的输出端和NMOS开关管M2的栅极之间。
[0012] 所述RS触发器Ul为上升沿触发：当RS触发器Ul的输入端R的电平由低变高时，RS触 发器Ul复位，Q = 0,〇 =1 .当RS触发器Ul的输入端S的电平由低变高时，RS触发器Ul置位，Q = 1，泛=0〇
[0013] 所述单稳电路U2为上升沿触发：当单稳电路U2的触发端Tl或T2的电平由低变高 时，单稳电路U2由稳态进入暂态，单稳电路U2的输出电平由高变低，经过延时后，单稳电路 U2由暂态恢复为稳态，单稳电路U2的输出电平由低变高。
[0014] 所述RS触发器Ul由反相器Ull、U12和与非门U13、U14构成；反相器Ull的输入端是 RS触发器Ul的输入端S，反相器U12的输入端是RS触发器Ul的输入端R，与非门U13的输出端 是RS触发器Ul的输出端Q，与非门U14的输出端是RS触发器Ul的输出端0，与非门Ul3的输入 端分别接反相器Ull的输出端和与非门U14的输出端，与非门U14的输入端分别接反相器U12 的输出端和与非门U13的输出端。
[0015] 所述单稳电路U2包括电阻R5、可调电阻VR1、电容C2、反相器似1、1]23、1]26、1]27、与 门U22、U24和或非门U25;反相器U21的输入端是单稳电路U2的输入端T1，反相器U23的输入 端是单稳电路U2的输入端T2,与门U22的两个输入端分别接反相器U21的输入端和输出端， 与门U24的两个输入端分别接反相器U23的输入端和输出端，或非门U25的3个输入端分别接 与门U22的输出端、与门U24的输出端和反相器U26的输出端，电容C2接在或非门U25的输出 端和反相器U26的输入端之间，可调电阻VRl和电阻R5串联在VDD和反相器U26的输入端之 间，反相器U27的输入端接反相器U26的输出端，反相器U27的输出端是单稳电路U2的输出 端。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
[0017] 1、本实用新型所述的调光装置，属于前沿相位调光类型，能兼容现有的大部分可 调光灯具。
[0018] 2、本实用新型所述的调光装置采用由NMOS管作为交流开关，导通状态不需要维 持电流，不会出现因维持电流不足，交流开关关断的状况。
【附图说明】
[0019] 图I (a)是现有技术中相位调光系统的结构图；
[0020]图1(b)是现有技术中采用前沿相位调光装置时灯具两端电压的波形图；
[0021]图1(c)是现有技术中采用后沿相位调光装置时灯具两端电压的波形图；
[0022]图2是现有技术中晶闸管调光装置的结构图；
[0023] 图3是现有技术中MOS调光装置的结构图；
[0024] 图4是本实用新型提出的调光装置的结构图；
[0025] 图5是本实用新型实施例的电路图；
[0026] 图6是本实用新型实施例中主要电参数的波形图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型 的解释而不是限定。
[0028] 参见图4-6,一种应用于交流照明系统的调光装置，串联在交流火线上，位于电源 开关和灯具之间，其特征在于，包括电阻1?1、1?2、1?3、1?4、电容(：1、二极管01、02、03、04、稳压管 Z1、NM0S开关管M1、M2、RS触发器U1、单稳电路U2、与门U3、U4,各元件的连接关系如图4所示： 电阻R3接在调光装置的输入端和二极管D3的阳极之间，二极管D3的阴极接调光装置的内部 电源端VDD，电阻R4接在调光装置的输出端和二极管D4的阳极之间，二极管D4的阴极接调光 装置的内部电源端VDD，稳压管Zl的阴极接调光装置的内部电源端VDD，阳极接调光装置的 内部公共端，电容Cl并联在稳压管Zl两端，RS触发器Ul的S端接二极管D3的阳极，R端接二极 管D4的阳极，单稳电路U2的触发端T1接RS触发器Ul的输出端Q，触发端T2接RS触发器U1的 输出端P 7，与门U3的输入端分别接单稳电路U2的输出端和RS触发器Ul的输出端Q，与门U4的 输入端分别接单稳电路U2的输出端和RS触发器Ul的输出端O，电阻Rl接在与门U3的输出端 和开关管Ml的栅极之间，电阻R2接在与门U4的输出端和开关管M2的栅极之间，开关管Ml的 漏极接调光装置的输入端，源极接调光装置的内部公共端，开关管M2的漏极接调光装置的 输出端，源极接调光装置内部公共端，二极管Dl的阳极接调光装置的内部公共端，阴极接调 光装置的输入端，二极管D2的阳极接调光装置内部公共端，阴极接调光装置的输出端。 [0029] 所述RS触发器Ul为上升沿触发：当RS触发器Ul的输入端R的电平由低变高时，RS触 发器Ul复位，Q = 〇，0=l:当RS触发器Ul的输入端S的电平由低变高时，RS触发器Ul置位，Q = l,Q -0〇
[0030]所述单稳电路U2为上升沿触发：当单稳电路U2的触发端Tl或T2的电平由低变高 时，单稳电路U2由稳态进入暂态，单稳电路U2的输出电平由高变低，经过延时tD后，单稳电 路U2由暂态恢复为稳态，单稳电路U2的输出电平由低变高。延时时间t D与阻容网络的时间 常数成正比，调节阻容网络中可变电阻VRl的阻值，可以改变延时tD的大小，延时时间t D的调 节范围为O-IOms。
[0031] 进一步，所述RS触发器Ul由反相器U11、U12、与非门U13、U14构成，各元件的连接关 系如图5所示:反相器Ull的输入端是RS触发器Ul的输入端S，反相器U12的输入端是RS触发 器Ul的输入端R，与非门U13的输出端是RS触发器Ul的输出端Q，与非门U14的输出端是RS触 发器Ul的输出端Q，与非门U13的输入端分别接反相器Ull的输出端和与非门U14的输出端， 与非门U14的输入端分别接反相器U12的输出端和与非门U13的输出端。
[0032] 所述单稳电路U2由电阻R5、可调电阻VR1、电容C2、反相器似1、1]23、1]26、1]27、与门 U22、U24、或非门U25组成，各元件的连接关系如图5所示:反相器U21的输入端是单稳电路U2 的输入端Tl，反相器U23的输入端是单稳电路U2的输入端T2,与门U22的两个输入端分别接 反相器U21的输入端和输出端，与门U24的两个输入端分别接反相器U23的输入端和输出端， 或非门U25的3个输入端分别接与门U22的输出端、与门U24的输出端、反相器U26的输出端， 电容C2接在或非门U25的输出端和反相器U26的输入端之间，可调电阻VRl和电阻R5串联在 VDD和反相器U26的输入端之间，反相器U27的输入端接反相器U26的输出端，反相器U27的输 出$而是单稳电路U2的输出$而。
[0033]参见图6,所述调光装置的工作原理如下：
[0034] 在交流正半周，交流电压vac由负向正通过零点时，RS触发器Ul处于0状态，RS触发 器U1的输出Q = 0，0 = 1，单稳电路U2处于稳态，单稳电路U2的输出M = 1，与门U3的输出Y1 = Q · M=0,与门U4的输出Γ2二二1。开关管Ml关断，二极管Dl反偏，流过灯具的电流被关 断，交流电压集中在调光装置两端，调光装置两端的电压vmn = VAC。由于开关管M2导通，调光 装置的输出端与调光装置的内部公共端短路，调光装置的输出端与调光装置的内部公共端 之间的电压 VNQ = 〇。调光装置的输入端相对于调光装置的内部公共端之间的电压_ =彻-(-VNQ )= VAC-0 = VAC。RS触发器UI S端的电压 VS = VMQ = VAC，RS触发器UIR端的电压 VR = VNQ = 0。 随着交流电压VAC的上升，当vs>VTH时，RS触发器Ul由0状态翻转为1状态，RS触发器Ul的输出 Q = 1，泛=〇 :，其中Vth为门电路的阈值电压。同时，RS触发器UlQ端的上升沿触发单稳电路 U2,单稳电路U2由稳态进入暂态，单稳电路U2的输出M = 0。与门U3的输出Yl=Q · M=I · 0 = 0，与门U4的输出Γ2 = f · M = 0 · 〇 = 0，开关管Ml关断，开关管M2关断，流过灯具的电流仍保 持关断。经延时tD后，单稳电路U2由暂态恢复为稳态，单稳电路U2的输出M=I。与门U3的输 出Yl = Q · M=I · 1 = 1，与门U4的输出}^2 = ρ·Μ=0 1=0,开关管Ml开通，开关管M2关断。 流过灯具的电流开启，电流依次经过电源开关、开关管M1、二极管D2、灯具，直到正半周结 束。
[0035] 在交流负半周，交流电压vac由正向负通过零点时，RS触发器Ul处于1状态，RS触发 器U1的输出Q = 1，ρ = 0，单稳电路U2处于稳态，单稳电路U2的输出M = 1，与门U3的输出Y1 = Q · M=l，与门U4的输出Γ2 =泛·Μ = 0。开关管M2关断，二极管D2反偏，流过灯具的电流被 关断，交流电压集中在调光装置两端，调光装置两端的电压vmn = VAC。由于开关管Ml导通，调 光装置的输入端与调光装置的内部公共端短路，调光装置的输入端与调光装置的内部公共 端之间的电压vmo = 0。调光装置的输出端相对于调光装置的内部公共端之间的电压彻=-(VMN-VMQ )= - ( VAC-O )= -VAC。RS触发器Ul S端的电压VS = VMQ = O，RS触发器UIR端的电压 VR = VNO = -VAC。随着交流电压m的降低，当VR>VTH时，RS触发器Ul由1状态翻转为0状态，RS触发器 U1的输出Q = 0，a = 1，其中Vth为门电路的阈值电压。同时，RS触发器Ul泛端的上升沿触发 单稳电路U2，单稳电路U2由稳态进入暂态，单稳电路U2的输出M = 0。与门U3的输出Yl = Q · M =0 · 0 = 0,与门U4的输出Κ2 = ρ·Λ/ = 1_0 = 0,开关管Ml关断，开关管M2关断，流过灯具的 电流仍保持关断。经延时tD后，单稳电路U2由暂态恢复为稳态，单稳电路U2的输出M= 1。与 门U3的输出Yl=Q · M = O · 1 = 0,与门U4的输出F2 =泛.M = 14=1，.开关管Ml关断，开关 管M2导通。流过灯具的电流开启，电流依次经过灯具、开关管M2、二极管D1、电源开关，直到 负半周结束。
[0036] 所述调光装置的主要电参数的波形如图6所示。
[0037] 本实用新型提供的应用于交流照明系统的调光装置。该装置串联在交流火线上， 位于电源开关和灯具之间。该装置包括开关管M1、M2、二极管D1、D2和相应的控制电路。在交 流正半周，交流电压通过零点后，控制电路关闭M2，经延时后，开启Ml，电流经Ml、D2流入灯 具，直到正半周结束;在交流负半周，交流电压通过零点后，控制电路关闭Ml，经延时后，开 启M2,电流经M2、D1流出灯具，直到负半周结束。该装置属于前沿相位调光类型，能兼容现有 的大部分可调光灯具。该装置采用MOS管作为交流开关，其导通状态不需要维持电流，不会 出现因维持电流不足，交流开关关断的状况。
[0038]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1. 一种应用于交流照明系统的调光装置，该装置串联在交流火线上，位于电源开关和 灯具之间，其特征在于，包括电阻1?1、1?2、1?3、1?4、电容(：1、二极管01、02、03、04、稳压管21、 NMOS开关管M1、M2和控制电路；电阻R3接在调光装置的输入端和二极管D3的阳极之间，二极 管D3的阴极接调光装置的内部电源端VDD，电阻R4接在调光装置的输出端和二极管D4的阳 极之间，二极管D4的阴极接调光装置的内部电源端VDD，稳压管Z1的阴极接调光装置的内部 电源端VDD，稳压管Z1的阳极接调光装置的内部公共端，电容C1并联在稳压管Z1两端，控制 电路的S端接二极管D3的阳极，R端接二极管D4的阳极，电阻R1接在控制电路中的与门U3的 输出端和NMOS开关管Ml的栅极之间，电阻R2接在控制电路中的与门U4的输出端和NMOS开关 管M2的栅极之间，NMOS开关管Ml的漏极接调光装置的输入端，源极接调光装置的内部公共 端，NMOS开关管M2的漏极接调光装置的输出端，源极接调光装置内部公共端，二极管D1的阳 极接调光装置的内部公共端，阴极接调光装置的输入端，二极管D2的阳极接调光装置内部 公共端，阴极接调光装置的输出端。2. 根据权利要求1所述的应用于交流照明系统的调光装置，其特征在于，所述的控制电 路包括RS触发器U1、单稳电路U2和与门U3、U4; RS触发器U1的S端接二极管D3的阳极，R端接 二极管D4的阳极，单稳电路U2的触发端T1接RS触发器U1的输出端Q，单稳电路U2的触发端T2 接RS触发器U1的输出端泛，与门U3的输入端分别接单稳电路U2的输出端和RS触发器U1的输 出端Q，与门U4的输入端分别接单稳电路U2的输出端和RS触发器U1的输出端泛.电阻R1接在 与门U3的输出端和NMOS开关管Ml的栅极之间，电阻R2接在与门U4的输出端和NMOS开关管M2 的栅极之间。3. 根据权利要求2所述的应用于交流照明系统的调光装置，其特征在于，所述RS触发器 U1为上升沿触发：当RS触发器U1的输入端R的电平由低变高时，RS触发器U1复位，Q = 0， 泛=1;当RS触发器U1的输入端S的电平由低变高时，RS触发器U1置位，Q= 1，泛=〇。4. 根据权利要求2所述的应用于交流照明系统的调光装置，其特征在于，所述单稳电路 U2为上升沿触发：当单稳电路U2的触发端T1或T2的电平由低变高时，单稳电路U2由稳态进 入暂态，单稳电路U2的输出电平由高变低，经过延时后，单稳电路U2由暂态恢复为稳态，单 稳电路U2的输出电平由低变高。5. 根据权利要求2所述的应用于交流照明系统的调光装置，其特征在于，所述RS触发器 U1由反相器U11、U12和与非门U13、U14构成；反相器U11的输入端是RS触发器U1的输入端S， 反相器U12的输入端是RS触发器U1的输入端R，与非门U13的输出端是RS触发器U1的输出端 Q，与非门U14的输出端是RS触发器U1的输出端泛，与非门U13的输入端分别接反相器U11的 输出端和与非门U14的输出端，与非门U14的输入端分别接反相器U12的输出端和与非门U13 的输出端。6. 根据权利要求2所述的应用于交流照明系统的调光装置，其特征在于，所述单稳电路 U2包括电阻R5、可调电阻VR1、电容C2、反相器似1、1]23、1]26、1]27、与门1]22、1]24和或非门1]25; 反相器U21的输入端是单稳电路U2的输入端T1，反相器U23的输入端是单稳电路U2的输入端 T2，与门U22的两个输入端分别接反相器U21的输入端和输出端，与门U24的两个输入端分别 接反相器U23的输入端和输出端，或非门U25的3个输入端分别接与门U22的输出端、与门 U24的输出端和反相器U26的输出端，电容C2接在或非门U25的输出端和反相器U26的输入端 之间，可调电阻VR1和电阻R5串联在VDD和反相器U26的输入端之间，反相器U27的输入端接 反相器U26的输出端，反相器U27的输出端是单稳电路U2的输出端。
【文档编号】H05B37/02GK205491379SQ201620078284
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月27日
【发明人】樊娜
【申请人】樊娜