专利名称：一种两线调光器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电路领域，特别涉及一种两线调光器及其控制方法。
背景技术：
现有的两线调光器，通常连接在电网(Hot)和负载端(DimmedHot)之间，由于调光器和电网及负载端的接线只有两根，因此命名为两线调光器。两线调光器内部通常可采用MOSFET管，IGBT，或者可控硅等半导体功率器件作为斩波开关。通过控制斩波开关的通断可实现对电网电压的控制，斩波角度的大小代表调光信号的大小。后沿调光器是利用可控关断器件(如MOSFET，IGBT等)作为斩波开关进行后沿相角斩波的调光技术。在后沿调光器中，控制电路能够精确控制斩波电压的相位角，但前提是 必须接收到通过交流电压的过零信号，即从交流电压的过零时刻开始，经过控制信号设定的时间后，开始关断斩波开关，直至下一个过零时刻为止，实现后沿斩波。参见图1，该图为现有后沿调光器(两线后沿调光器)的一种电路框图。在两线后沿调光器中，一般通过检测斩波开关两端的电压确定交流电压的过零点，如图I中过零检测电路的两个输入端分别连接斩波开关的两端。若斩波开关一直处于饱和导通状态，斩波开关两端的压降很小，过零检测电路难以通过检测斩波开关两端电压找到过零时刻。在现有技术中，为了方便的找到交流电压的过零时刻，需要试探性斩波，即在交流电压的任意时刻关断斩波开关，这种试探性斩波方式有可能将半个交流周期斩掉；而对于后级电路是纯阻性负载，或者是单级PFC电路构成的LED驱动器，半个交流周期的丢失会造成很大的输出纹波电流，引起灯的闪烁。因此，如何提供一种两线调光器及其控制方法，如何找到正确的交流电源的过零点，控制斩波开关正确斩波，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种两线调光器及其控制方法，用于找到交流电源的正确过零点，控制斩波开关正确斩波。为解决上述问题，本发明提供一种两线调光器控制方法，两线调光器连接在交流电源和负载端之间，所述两线调光器通过驱动器与所述负载端相连，所述方法包括在指定的非斩波周期内，控制所述斩波开关工作在线性状态；采样所述斩波开关工作在线性状态时两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，获得交流电源的过零时刻或峰值时刻，并输出过零信号或峰值信号；根据该过零信号或峰值信号，输出信号控制所述斩波开关的通断。优选地，所述指定的非斩波周期，在斩波周期开始时刻之前。优选地，所述指定的非斩波周期为连续周期。
优选地，所述斩波开关，在非指定的非斩波周期内，工作在饱和状态。优选地，所述指定的非斩波周期的个数为N/2个，其中，N为正整数。本发明还提供一种两线调光器，连接在交流电源和负载端之间，所述两线调光器通过驱动器与所述负载端相连，所述两线调整器包括斩波开关、过零检测电路、控制电路；斩波开关，在斩波周期前的指定的非斩波周期内，通过所述控制电路控制所述斩波开关工作在线性状态，在其余的非斩波周期内，所述斩波开关工作在饱和状态；过零检测电路，当所述斩波开关工作在线性状态时，所述斩波开关两端电压为交流正弦波，采样所述斩波开关两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，获得交流电源的过零时刻或峰值时刻，并输出过零信号或峰值信号给控制电路；
控制电路，接收过零检测电路输出的过零信号或峰值信号，根据该过零信号或峰值信号，输出信号控制所述斩波开关的通断。优选地，所述指定的非斩波周期的个数为N/2个，其中，N为正整数。优选地，所述驱动器为不控整流电路，或单级功率因数电路，或有源/无源功率因数电路，或两级电路。优选地，所述斩波开关包括第一开关管Ql和第二开关管Q2，所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管Dl和第二二极管D2 ;第一二极管Dl和第二二极管D2的阳极连接到第一开关管Ql和第二开关管Q2的两端；第一二极管Dl和第二二极管D2的阴极连接有第一电阻R1、第二电阻R2，第一电阻R1、第二电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压比较。优选地，所述斩波开关包括第一开关管Q1，所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管Dl ;第一二极管Dl的阳极连接到第一开关管Ql的一端，第一二极管Dl的阴极连接有第一电阻R1、第二电阻R2，第一电阻R1、第二电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压比较。优选地，所述斩波开关为整流桥和第一开关管Ql组成的双向开关，所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2，第一开关管Ql两端连接整流桥输出端，整流桥输出端还连接有第一电阻Rl和第二电阻R2，第一电阻R1、第二电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压比较。与上述现有技术相比，本发明实施例所述两线调光器控制方法，包括在指定的非斩波周期内，控制所述斩波开关工作在线性状态；采样所述斩波开关工作在线性状态时两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，可以方便地获得交流电源的过零时刻或峰值时刻，并输出过零信号或峰值信号；根据该过零信号或峰值信号，就可以实现准确控制所述斩波开关的通断了。本发明实施例所述两线调光器及其控制方法相对现有技术，具有以下技术效果I、当需要斩波前的几个交流周期(指定的非斩波周期)内时，控制斩波开关工作在线性状态，调光器内部控制电路利用斩波开关两端的电压，不仅很方便找到交流电压的峰值位置(90度)或者过零位置，而且斩波开关两端电压很低(10V左右)，不影响后级驱动器的工作状态。2、两线调光器控制斩波开关工作在正确的斩波状态，同时保证后级驱动电路能检测到正确的斩波信号。
图I是现有所述两线调光器的电路框图；图2是本发明所述两线调光器控制方法第一实施例流程图；图3是本发明所述两线调光器第一实施例电路图；图4是本发明所述两线调光器的电压Vo、斩波开关两端电压Vs和过零检测电路输出电压Vdo的关系图；
图5是本发明所述两线调光器第二实施例电路图；图6是本发明所述两线调光器第三实施例电路图。
具体实施例方式本发明提供一种两线调光器及其控制方法，用于找到交流电源的正确过零点，控制斩波开关正确斩波。为描述方便，定义调光器输出斩波电压的周期为斩波周期，不输出斩波电压的周期为非斩波周期。其中，斩波电压为在调光器的输入交流电源的半个周期内，有持续的零电平的电压。斩波开关在斩波周期前的预定数的非斩波周期内，控制斩波开关工作在线性状态，在其余的非斩波周期内，斩波开关工作在饱和状态。为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。参见图2，该图是本发明所述两线调光器控制方法第一实施例流程图。两线调光器连接在交流电源和负载端之间，所述两线调光器通过驱动器与所述负载端相连。本发明第一实施例所述两线调光器控制方法包括S100、在指定的非斩波周期内，控制所述斩波开关工作在线性状态。所述指定的非斩波周期，具体是在斩波周期开始时刻之前。在步骤SlOO之前还可以包括在非指定的非斩波周期内，控制所述斩波开关工作在饱和状态。S200、采样所述斩波开关工作在线性状态时两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，获得交流电源的过零时刻或峰值时刻，并输出过零信号或峰值信号；S300、根据该过零信号或峰值信号，输出信号控制所述斩波开关的通断。所述指定的非斩波周期为连续周期。连续的非斩波周期内，采样斩波开关两端电压，得到连续的方波信号，取多个低电平中心时刻(或高电平中心时刻)，以获得较为精准的过零时刻(或峰值时刻)。所述指定的非斩波周期的个数(具体可以为N/2个，其中，N为正整数)交流周期内(图4中为2个交流周期)，控制斩波开关工作在线性状态。当两线调光器中的斩波开关，在控制电路的控制下完全导通，即工作在饱和状态时，斩波开关两端压降很小，近似于零，两线调光器输出电压与输入的交流电源电压近似相等；当斩波开关在控制电路的控制下工作在线性状态时，斩波开关两端电压为与输入交流电源同相位的交流电压，两线调光器输出电压为输入的交流电源电压与斩波开关两端电压之差；当斩波开关在控制电路的控制下关断时，两线调光器输出零电压。由于所述斩波开关工作在线性状态时，其两端压降与输入的交流电源的电压同相位，因此，检测出斩波开关两端电压的过零时刻(过零点)或峰值时刻(峰值点)，则该过零时刻或峰值时刻也是输入交流电源的过零时刻或峰值时刻。为了从斩波开关两端电压中精确的获得过零时刻或峰值时刻，因此，将斩波开关两端的电压通过比较电路，转换为方波信号，从方波信号中能够精确的获得过零时刻或峰值时刻。本发明实施例所述两线调光器控制方法，由于在斩波周期前的预定个数的非斩波周期(指定的非斩波周期)内，控制所述斩波开关工作在线性状态，在其余的非斩波周期内，所述斩波开关工作在饱和状态；当所述斩波开关工作在线性状态时，所述斩波开关两端电压为交流正弦波，采样所述斩波开关两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，可以方便地获得交流电源的过零时刻或峰值时刻，并输出过零信号或峰值信号；根据该过零信号或峰值信号，就可以实现准确控制所述斩波开关的通断了。 参见图3和图4，图3是本发明所述两线调光器第一实施例电路图；图4是本发明所述两线调光器的电压Vo、斩波开关两端电压Vs和过零检测电路输出电压Vdo的关系图。本发明第一实施例所述两线调光器，连接在输入交流电源和负载端之间。所述两线调光器通过驱动器与所述负载端相连。所述两线调光器包括斩波开关、过零检测电路、控制电路。斩波开关，在斩波周期前的预定个数的非斩波周期内，通过所述控制电路控制所述斩波开关工作在线性状态，在其余的非斩波周期内，所述斩波开关工作在饱和状态。过零检测电路，当所述斩波开关工作在线性状态时，所述斩波开关两端电压为交流正弦波，采样所述斩波开关两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，获得交流电源的过零时刻或峰值时刻。控制电路，接收过零检测电路输出的过零信号或峰值信号，根据该过零信号，输出信号控制所述斩波开关的通断。在斩波周期开始前的指定的非斩波周期的个数(具体可以为N/2个，N为正整数)交流周期内(图4中为2个交流周期)，控制斩波开关工作在线性状态，交流输入电压Vin与输出电压Vo之差为斩波开关两端的压降Vs。图4中Vo波形图中虚线为Vin ；Vs为正弦波。如图4中所示，在斩波周期开始之前的两个非斩波周期内，控制所述的斩波开关工作在线性状态，而在其余的非斩波周期内，控制斩波开关工作在饱和状态。本发明的指定的非斩波周期，在本实施例中，为前述的、斩波周期开始前、两个连续的非斩波周期；非指定的非斩波周期，为除了该两个非斩波周期的、其余非斩波周期。可以看出，本发明优选的指定非斩波周期，为斩波周期开始前的N/2个交流周期，N为正整数。在过零检测电路中与一电平信号Vref比较，比较得到的过零信号为方波信号，即在Vin的过零时刻为低电平，其余时刻为高电平。如图4所示，方波的高电平中点即为峰值点，方波的低电平中点即为过零点。寻找过零点的方法可以有多种，如以下三种方式I、在半个交流周期内，取方波高电平的中点，以该点的时刻为峰值时刻，从峰值时刻起经过1/4个交流周期的时刻为过零时刻。2、在ー个交流周期内，取方波低电平的中点，以该点的时刻为过零时刻，从过零时刻起经过半个交流周期的时刻，为下ー个周期开始的过零时刻。3、在多个交流周期内连续取方波高电平的中点(或低电平的中点)，每相邻两个中点之间的时刻为过零时刻(或峰值时刻)。当斩波开关需要工作在斩波状态时，两线调光器内部控制电路需要检测到交流电压过零信号，从而根据需要的斩波角的大小，发出斩波控制信号来控制斩波开关关断。
第一歩在非斩波周期开始时，控制电路控制斩波开关工作在完全导通状态，即饱和状态。第二步在斩波周期前的预定数(如I 2个或多个)的非斩波周期内，控制电路控制斩波开关在工作在导通状态的线性区(如斩波开关的导通压降在IOV左右)，通过采样斩波开关两端的电压，经过转换获得方波信号，找到交流电压的峰值位置(90度位置)或者
过零位置。第三步在找到交流电压的峰值位置(90度)或过零位置后，在下一周期，根据控制信号指示的斩波角度，从过零时刻起在经过斩波角度对应的时间后，或从峰值时刻起在经过斩波角度对应的时间后，控制斩波开关关断。例如斩波角度A为45度，交流电源(50Hz)的周期T为20ms，半个交流周期为IOms,则45度的后沿斩波角度，对应的斩波电压为零的时间t = y 为2. 5ms,，则从过
零时刻起经过(10ms-2. 5ms),即7. 5ms后控制斩波开关关断,直至下ー个过零时刻。在驱动器内部还可以包括以下步骤第四步驱动器内部控制电路检测到斩波角度变化，确认斩波开关工作在斩波状态，在再下ー个或几个交流周期中，在最大斩波角内，控制阻抗匹配电路工作在低阻杭。第五步调光器内部控制电路根据精确的交流电压的过零点控制斩波开关工作在合适的斩波状态。本发明实施例所述的两线调光器可带任何电路拓扑的后级驱动器电路，如不控整流方式，单级PFC电路，有源/无源PFC电路，两级电路(PFC电路+DC/DC电路)等。如图3所示，本发明第一实施例所述两线调光器，斩波开关包括第一开关管Ql和第二开关管Q2，所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一ニ极管Dl和第二ニ极管D2。第一ニ极管Dl和第二ニ极管D2的阳极连接到第一开关管Ql和第二开关管Q2的两端；第一ニ极管Dl和第二ニ极管D2的阴极连接有第一电阻R1、第二电阻R2，第一电阻R1、第二电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压Vref比较。第一开关管Ql和第二开关管Q2具体为MOS管Ql和Q2，过零检测电路通过ニ极管Dl和D2的阳极连接到斩波开关Ql和Q2的两端，当斩波开关在斩波周期前的预定数的非斩波周期内工作在线性状态时，通过第一ニ极管Dl或第二ニ极管D2，将MOS管Ql或Q2两端的压降检测出来，并通过第一电阻Rl和第二电阻R2的分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压Vref相比较后，输出过零信号(方波)Vdo，将该过零信号送到控制电路中，控制电路根据控制信号和过零信号，精确控制斩波开关的关断时刻，以达到精确控制斩波相角的目的。由于第一电阻Rl和第二电阻R2，通过第一ニ极管Dl或第二ニ极管D2，并联在斩波开关的第一开关管Ql或第二开关管Q2两端，因此，斩波开关Ql或Q2两端的压降，在其工作在线性状态时，随着交流电源的变化而变化，也即与输入的交流电源同相位。通过第一电阻Rl和第二电阻R2的分压之后，将与交流电源同相位的采样信号输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电平信号Vref比较，在比较器ICl的输出端可得到ー个方波信号。在本实施例中，该方波信号的低电平中心时刻为交流电源的过零时刻，高电平时刻为交流电源的峰值时刻。当斩波开关工作在线性状态时的压降很低时，第一电阻Rl可以省略。參见图5，该图是本发明所述两线调光器第二实施例电路图。本发明所述两线调光器第二实施例相对第一实施例的区别在于，所述斩波开关为ー个单向开关管，对应的过零检测电路只有一个ニ极管D1。本发明所述两线调光器的斩波开关包括第一开关管Q1，所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一ニ极管D1。第一ニ极管Dl的阳极连接到第一开关管Ql的一端，第一ニ极管Dl的阴极连接有第一电阻R1、第二电阻R2，第一电阻R1、第二电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压Vref比较。经比较器ICl比较后，输出过零信号(方波)Vdo，将该过零信号送到控制电路中，控制电路根据控制信号和过零信号，精确控制斩波开关的关断时刻，以达到精确控制斩波相角的目的。当斩波开关工作在线性状态时的压降很低时，第一电阻Rl可以省略。參见图6，该图是本发明所述两线调光器第三实施例电路图。本发明所述两线调光器第三实施例相对第二实施例的区别在于，所述斩波开关为整流桥和单向开关管组成的双向开关。由于有整流桥的作用，因此过零检测电路不需要ニ极管。本发明第三实施例所述两线调光器的斩波开关为整流桥和第一开关管Ql组成的双向开关。
所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2。第一开关管Ql两端连接整流桥输出端，整流桥输出端还连接有第一电阻Rl和第二电阻R2，第一电阻R1、第ニ电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压比较。经比较器ICl比较后，输出过零信号(方波)Vdo，将该过零信号送到控制电路中，控制电路根据控制信号和过零信号，精确控制斩波开关的关断时刻，以达到精确控制斩波相角的目的。当斩波开关工作在线性状态时的压降很低时，第一电阻Rl可以省略。以上所述仅是本发明所述两线调光器及其控制方法的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种两线调光器控制方法，两线调光器连接在交流电源和负载端之间，所述两线调光器通过驱动器与所述负载端相连，其特征在于，所述方法包括 在指定的非斩波周期内，控制所述斩波开关工作在线性状态； 采样所述斩波开关工作在线性状态时两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，获得交流电源的过零时刻或峰值时刻，并输出过零信号或峰值信号； 根据该过零信号或峰值信号，输出信号控制所述斩波开关的通断。
2.根据权利要求I所述的两线调光器控制方法，其特征在于，所述指定的非斩波周期，在斩波周期开始时刻之前。
3.根据权利要求I所述的两线调光器控制方法，其特征在于，所述指定的非斩波周期为连续周期。
4.根据权利要求I所述的两线调光器控制方法，其特征在于，所述斩波开关，在非指定的非斩波周期内，工作在饱和状态。
5.根据权利要求I所述的两线调光器控制方法，其特征在于，所述指定的非斩波周期的个数为N/2个，其中，N为正整数。
6.一种两线调光器，连接在交流电源和负载端之间，所述两线调光器通过驱动器与所述负载端相连，其特征在于，所述两线调整器包括斩波开关、过零检测电路、控制电路； 斩波开关，在斩波周期前的指定的非斩波周期内，通过所述控制电路控制所述斩波开关工作在线性状态，在其余的非斩波周期内，所述斩波开关工作在饱和状态； 过零检测电路，当所述斩波开关工作在线性状态时，所述斩波开关两端电压为交流正弦波，采样所述斩波开关两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，获得交流电源的过零时刻或峰值时刻，并输出过零信号或峰值信号给控制电路； 控制电路，接收过零检测电路输出的过零信号或峰值信号，根据该过零信号或峰值信号，输出信号控制所述斩波开关的通断。
7.根据权利要求6所述的两线调光器，其特征在于，所述指定的非斩波周期的个数为N/2个，其中，N为正整数。
8.根据权利要求6所述的两线调光器，其特征在于，所述驱动器为不控整流电路，或单级功率因数电路，或有源/无源功率因数电路，或两级电路。
9.根据权利要求6所述的两线调光器，其特征在于，所述斩波开关包括第一开关管Ql和第二开关管Q2，所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管Dl和第二二极管D2 ;第一二极管Dl和第二二极管D2的阳极连接到第一开关管Ql和第二开关管Q2的两端；第一二极管Dl和第二二极管D2的阴极连接有第一电阻R1、第二电阻R2，第一电阻R1、第二电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压比较。
10.根据权利要求6所述的两线调光器，其特征在于，所述斩波开关包括第一开关管Q1，所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管Dl ;第一二极管Dl的阳极连接到第一开关管Ql的一端，第一二极管Dl的阴极连接有第一电阻R1、第二电阻R2，第一电阻R1、第二电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压比较。
11.根据权利要求6所述的两线调光器，其特征在于，所述斩波开关为整流桥和第一开关管Ql 组成的双向开关，所述过零检测电路包括比较器IC1、第一电阻R1、第二电阻R2，第一开关管Ql两端连接整流桥输出端，整流桥输出端还连接有第一电阻Rl和第二电阻R2，第一电阻R1、第二电阻R2分压后输入到比较器ICl的反相输入端，与正相输入端的基准电压比较。
全文摘要
本发明公开了一种两线调光器控制方法，两线调光器连接在交流电源和负载端之间，所述两线调光器通过驱动器与所述负载端相连，所述方法包括在指定的非斩波周期内，控制所述斩波开关工作在线性状态；采样所述斩波开关工作在线性状态时两端的电压，转换为方波信号，通过所述方波信号，获得交流电源的过零时刻或峰值时刻，并输出过零信号或峰值信号；根据该过零信号或峰值信号，输出信号控制所述斩波开关的通断。本发明提供一种两线调光器及其控制方法，用于找到交流电源的正确过零点，控制斩波开关正确斩波。
文档编号H05B37/02GK102752901SQ20111009945
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者姚晓莉, 葛良安 申请人:英飞特电子(杭州)股份有限公司