专利名称：自适应电流限制器和包括该自适应电流限制器的调光器系统的制作方法
技术领域：
本公开一般涉及电流限制器电路，并且更具体地，涉及适用于具有电磁干扰(EMI) 滤波器电路的舍相调光器电路的自适应电流限制器。
背景技术：
当白炽灯以低于标称电压的电压工作时，其被调光，所述白炽灯是关于标称电压设计的。当所施加的电压降低时，灯的功率和光强也相应地减低。按照惯例，调光器是固态开关设备，其以与所施加的电源的频率有关的速率来开灯和关灯。在美国，标准的交流(AC) 供电电压以每秒60次(或60赫兹)的速率振荡，因此调光器电路被设计成以两倍于供电频率的速率开灯和关灯(即，120赫兹的频率)。白炽灯灯丝的组合的热质量和电阻使脉冲平滑。因为灯丝发光的亮度依赖于流过灯丝的电流量，所以人类的眼睛看到较亮的或较暗的光，这依赖于接通时间相对于断开时间的比例。换句话说，输入电压在减少了被传输到灯泡的平均电压的相位点上被接通，这被称为舍相调光。存在两种类型的舍相调光向前舍相调光和逆向舍相调光。在向前舍相调光时，电路控制被施加给灯的电力，使得灯在每电力线半周期中的最后部分期间被通电。这种向前舍相调光电路是廉价的，相对强健的，并且适用于大多数负载电路，所述向前舍相调光电路包括标准的白炽灯和磁性变压器，以及氖、冷阴极、和一些类型的荧光调光镇流器。在逆向舍相调光时，电路控制到灯的电力，使得灯在每电力线半周期中的开始部分期间被通电。逆向舍相调光一般是较昂贵的，因为其使用了更复杂的电子设备。然而，当使用逆向舍相调光器电路时，一些负载，比如电子变压器工作得更好，并且产生较少能听得到的噪声(比如嗡嗡声或者响铃声)。在这两种情况下，实际的发光负载以电力线频率工作。开关频率能够导致负载电路发出能听到的噪声。有时，降噪设备，比如去嗡嗡声的线圈被用于降低或消除这些系统生成的杂声。一种类型的舍相调光器电路被称为三端双向可控硅(TRIAC)电路或TRIAC调光器。TRIAC调光器能够被并入光开关以提供调光功能。TRIAC调光器控制到负载(比如灯泡)的电力，这通过基于向前类型的或者逆向类型的调光中的任何一个来开启(gate)来自电流源的、所施加的正弦AC波形。特别是，TRIAC调光器在AC供电的半周期上接通，并且在每半周期结束处断开，调制被传输到负载的电力。TRIAC调光器的接通-断开周期在工作期间重复以驱动负载，并且对TRIAC调光器的接通的定时控制了所提供能量的量。一般来说，当TRIAC调光器被配置成在AC供电波形的峰值处接通时，TRIAC调光器将峰值供电传输到负载。这种TRIAC调光器在许多住宅的、商业的、和工业的环境中使用，以提供可调节的发光。常规的TRIAC调光器被设计为控制被提供至电阻性负载比如标准的白炽灯或卤素灯的电力。诸如小型荧光灯和发光二极管灯的灯泡的最近的开发提供了增强的效率和寿命；然而，从TRIAC调光器的透视图可知，这种设备不一定作为电阻性负载工作。相应地，在这种较新的发光解决方案中，常规TRIAC调光器电路可能不正确发挥作用和/或完全不工作。 代替对灯进行调光，这种TRIAC调光器电路可导致灯闪烁或者可能完全不工作。
图1是由连接到图2中的电路的常规TRIAC调光器所产生的电流相对于时间的时序图。图2是包括用于常规TRIAC调光器的常规电磁干扰(EMI)滤波器电路的系统的代表性示例的框图。图3是具有自适应电流限制器的舍相调光器系统的实施方式的框图。图4是显示了电路细节的图3中的舍相调光器系统的电路图。图5是关于图4中的舍相调光器系统的电流相对于时间的时序图。在下面的说明书中，在不同附图中使用相同的参考数字来指示相似的或相同的项。
具体实施例方式下面公开了系统的实施方式，其包括的自适应电流限制器被配置成限制来自 TRIAC调光器开关的突发供电步骤，防止在相关EMI滤波器中的响铃，并且作为时间函数且基于来自EMI滤波器的反馈电流来增加电流限制。通过限制突发供电步骤以防止高变化率信号的通过，自适应电流限制器提供更一致的负载，其维持了正确的TRIAC的工作，甚至当与LED或者与不对系统呈现出电阻性负载的其他类型的灯一起使用时也是如此。由常规的 TRIAC调光器系统所产生的电流信号在下面关于图1进行了描述。图1是由常规的舍相调光器系统比如TRIAC调光器电路所产生的、电流相对于时间的时序图100。在时序图100内，纵轴代表单位为安培的电流，并且横轴代表单位为毫秒的时间。在102，舍相调光器电路在来自电源的交流(AC)供电的负部分中的半周期上接通。 假设一特定负载，在102，负电流尖峰具有大约负0. 95安培的峰值电流。在峰值电流尖峰之后，电流电平减低至与负载电路的有效电流消耗(一般在104指明)相关的电平。有效电流消耗电平104具有近似负0. 2A的电流电平。有效电流消耗通过四分之一周期的剩余部分来降低。在106，TRIAC调光器电路在下一个四分之一周期期间断开。在108，正电流尖峰还具有大约0.95安培的峰值，其一般由水平线114指明。正电流尖峰108在AC供电的正部分的半周期与舍相调光器电路的接通相关。在正电流尖峰 108之后，电流电平在110降低至工作电流电平，其代表大约0. 2A的峰值电流，并且其在半周期的剩余部分放电。在112，舍相调光器电路保持断开直到下一个半周期为止。这种信号图案被无限期地重复，直到舍相调光器电路断开为止。舍相调光器电路一般包括调节机构(比如滑动物或其他用户可使用元件)，其可用于通过改变舍相调光器电路接通或断开的时间量来对相关光进行调光，由此相对于AC供电相位改变输出脉冲的定时和持续时间。时序图100是对峰值电流的说明，但是未表示最差情况，其出现在较高电压，比如在230伏特AC和277伏特AC时，其中峰值步骤的电压能够超过400伏特，这里电流将明显更高。这些高峰值电压和相关峰值电流尖峰增加了损耗并且给电路元件施加了过度的压力。此外，这些峰值电流能够在电磁干扰(EMI)电路，比如EMI电路的组件之间共振，其将关于在图2中指明的系统200进行讨论，这产生了能够干扰舍相调光器电路的工作的振荡电流。当出现这些振荡电流时，在舍相调光器电路接通时或者在一周期内的任何时间上，不足的电流能够导致舍相调光器电路意外关断。例如，在正电流尖峰108与工作电流电平110之间的转换处，电流能够超过或未超过工作电流电平110(正如一般在116指明的)，其超过或未超过能够导致电流电平落至保持电流(即，工作电流电平110)以下，导致开关意外地关断。需要一定量的保持电流来将舍相调光器电路维持在“接通”状态，以提供正确的工作。振荡电流能够减弱电流电平，导致电流电平落至保持电流电平以下，意外地关断舍相调光器电路。舍相调光器电路的这种意外关断能够在电子灯(LED或小型荧光灯)中产生闪烁。一种用于防止这种闪烁的技术包括汲取额外的电流以实现足以防止舍相调光器电路关断的保持电流电平。被配置成维持 TRIAC调光器保持电流的常规的电路的实施方式在下面关于图2进行描述。由TRIAC接通所产生的电流尖峰的幅度是在系统的电源与电容器之间的瞬时电压差的函数。如果TRIAC在接近输入半周期的开始或结束时接通，则瞬时电压差将会变小， 并因此电流尖峰将变低。激活接近输入电力波形的峰值的TRIAC的延迟周期引入高瞬时电压差，产生高幅值电流尖峰。图2是系统200的代表性示例的框图，所述系统200包括输入滤波器电路，用于在舍相调光器电路比如TRIAC调光器电路与电阻性负载之间提供电磁干扰(EMI)滤波。系统 200包括输入202和208，用于接收来自TRIAC调光器电路(未显示)的交流电。保险丝 204和电阻器210分别将输入202和208连接至共模感应器电路206。公共模式的感应器电路206包括第一端子，其连接到被并联地布置的感应器212 的第一端子和电阻器214的第一端子。感应器212包括第二端子，其连接到电容器216的第一电极。电阻器214还包括第二端子，其连接到电容器216的第一电极。共模感应器电路206还包括第二端子，其连接到电容器216的第二电极。共模感应器电路206的第二端子还连接到被并联连接的电阻器218的第一端子和感应器220的第一端子。电阻器218包括第二端子，其连接到全波整流电桥(二极管电桥)。感应器220还包括第二端子，其连接到全波整流电桥。全波整流电桥包括二极管222、224、2沈和228。二极管222包括连接到感应器212 的第二端子和电阻器214的阳极，并且包括连接到正供电端子223的阴极。二极管2 包括连接到负供电端子225的阳极、和连接到二极管222阳极的阴极。二极管2 包括连接到负供电端子225的阳极、和连接到电阻器218和感应器220的第二端子的阴极。二极管 224包括连接到二极管228的阴极的阳极、和连接到正供电端子223的阴极。此外，二极管电桥包括瞬态电压浪涌保护器236，其具有连接到二极管2 的阴极和二极管222的阳极的第一端子，并具有连接到二极管228的阴极和二极管224的阳极的第二端子。系统200还包括电阻器230，其具有连接到正供电端子223的第一端子、和连接到电容器232的一个电极的第二端子，所述电容器232包括连接到负供电端子225的第二电极。电容器234包括连接到正供电端子223的第一电极、和连接到负供电端子225的第二电极。跨接电容器234的电压电势被提供作为到负载电路的输出电压。在工作时，共模感应器电路206、感应器212和220、电阻器214、218和230、以及电
6容器216、232和234协作，以提供用于附近电路的EMI降噪。电阻器210被选择来限制峰值电流，并且共模感应器电路206使用两个耦合的感应器，用于EMI滤波并且帮助减小浪涌电流。此外，EMI滤波器包括相对巨大的电感性-电阻性-电容性(LRC)滤波器，其包括电阻器214、218和230、以及电容器216、232和234，从而提供额外的保持电流以补偿电流响铃，并汲取额外保持电流以防止连接到输入202和208的舍相调光器电路不慎断开。来自舍相调光器电路的输入电流能够包括在如图1之前所述的在“接通”转换处的大电流尖峰。在一些例子中，来自这些电流尖峰的浪涌从电路元件产生可听到的噪声 (有时称为“嗡嗡声”或“响铃”)。这种噪声是不期望出现的，特别是在安静的住宅背景中是不期望出现的。此外，较高的供电电压加剧了在EMI电路中的振荡电流的电流尖峰和相关问题，特别是对于230伏特AC和工业277伏特AC的环境。此外，过度的电流峰值能够使舍相调光器电路本身处于受力状态。这些舍相调光器电路一般具有特定的电流额定值，并且非生产性的电流峰值限制了舍相调光器电路的有用负载额定值。较低的峰值电流允许更多灯具连接到舍相调光器电路。因此，产生振荡的高峰值电流需要被管理，以确保正确的性能，以允许用于更多灯具，并且避免舍相调光器工作的崩溃。降低电流还能够降低组件压力和声学噪声。降低来自这样一个舍相调光器电路的峰值电流尖峰的电路的例子在下面关于图3进行了描述。图3是舍相调光器系统300的实施方式的框图，所述舍相调光器系统300包括舍相或TRIAC调光器电路302和自适应电流限制器308，其被配置成为各种负载电路提供一致的TRIAC工作。舍相调光器系统300包括AC供电304，其具有连接到TRIAC调光器电路302 的第一端子，其具有连接到EMI滤波器的第一输入和全波整流器305的输出。AC供电304 包括第二端子，其连接到EMI滤波器和全波整流器305的第二输入。EMI滤波器和全波整流器305包括第一端子，其连接到功率转换器306的第一端子(比如变压器或直流(DC)到DC 转换器，和相关的功率控制电路)，并且包括第二端子，其连接到自适应电流限制器308。自适应电流限制器包括耦合到功率转换器306的第二端子的端子。功率转换器306包括输出端子，其连接到LED或其他负载电路310，比如LED灯、小型荧光灯、马达、或其他负载电路。在这个特定示例中，如图2中所指明的，EMI滤波器和全波整流器305包括二极管整流电桥，其包括二极管222、224、2沈和228以及瞬态浪涌保护器236。此外在图2中指明，EMI滤波器和全波整流器305包括共模感应器电路206、电阻器210和218、感应器220、 以及电容器232和234。在可供选择的实施方式中，能够使用不同类型的EMI滤波器电路。自适应电流限制器308包括电流通过元件318，其包括第一电流电极(current electrode)，其连接到功率转换器306的第二端子；第二电流电极，其连接到感测元件312 的第一端子；以及，控制电极。感测元件312包括第二端子，其连接到EMI滤波器和全波整流器305的第二端子。感测元件312将与流过感测元件312的电流成比例的感测电压(sense voltage)提供至差分放大器314的负输入。差分放大器314包括连接到参考发生器316的正输入、和连接到电流通过元件318的控制电极的输出。电流通过元件318可以是功率场效应晶体管(FET)或配置成相应于控制信号来控制电流的其他设备。参考发生器316将时变信号提供至差分放大器314的正输入。差分放大器314响应对感测电压和时变信号的接收生成控制信号，其本身是时变的。时变控制信号控制流过电流通过元件318的电流，允许电流响应时变控制信号随着时间推移增加。
在一个例子中，参考发生器316能够包括电容器和/或其他电路，其被配置成随预定的时间推移自动生成时变信号。在一些实施方式中，参考发生器316是可编程的，比如通过主机系统(未显示)。在特定的例子中，参考发生器316能够通过生成了时变信号的系统来实现，所述时变信号能够通过引脚连接被提供至放大器314的正输入。时变信号可以是具有关于预定时间周期的实质上线性的部分的斜坡信号，可以是在预定时间周期上指数变化的信号，或者可以是能够被用于在预定时间上增加电流限制的一些其他的信号。预定的时间能够被配置成与电流尖峰的时间相对应，所述电流尖峰的时间与相关的舍相调光器电路的接通时间有关。电流通过元件318能够控制电流，以响应于由放大器314所产生的时变控制信号在预定的时间周期上被实质上线性地、实质上指数式地、或者以其他受控方式来增加。放大器314响应于来自参考发生器316的时变信号并且响应来自感测元件312的感测电压来产生时变控制信号。在工作时，自适应电流限制器308将由TRIAC调光器电路302的开关所产生的电力浪涌限制到一改变速率，该改变速率适于使用降低的峰值电流来给EMI滤波器和全波整流器305中的EMI滤波器部分通电。特别是，通过控制或限制峰值电流，自适应电流限制器 308允许在TRIAC调光器电路302接通之后，以受控速率增加电流，提供为EMI滤波器电容器充电的时间，避免来自被过度存储的能量的振荡，以及防止对正确的TRIAC工作的干扰。 自适应电流限制器308逐渐地增加电流限制，该电流限制作为感测到的通过感测元件312 的反馈电流的接通时间的函数。自适应电流限制器308控制流过电流通过元件318的电流，最初限制电流并且在预定的时间周期上逐渐增加被允许的电流，避免最初的浪涌，并随后允许全工作电流流动。 在最初的浪涌期间，自适应电流限制器308使浪涌能量消散。通过感测元件312的反馈电流的幅度允许尽快对EMI滤波器电路充电以最小化功率损耗。因此，自适应电流限制器308 限制电流，其作为反馈电流流过感测元件312的时间的函数(即，TRIAC调光器电路302接通的时间的量)，并且作为流过感测元件312的反馈电流的函数。因此，自适应电流限制器 308允许电流的幅度作为时间的函数和反馈电流的函数来改变，而基本上与输入电流的幅值无关。通过这种方式，自适应电流限制器308产生可变的电流限制，以较低的限制开始并逐渐地增加，允许EMI滤波器和全波整流器305的EMI滤波器电路中的电容性元件以受控速率充电，并有最小的过充电。时变特征允许相应于通过调光器设置所引入的可变瞬时电压差，随着时间的推移建立电流。电流限制器适应电压差的幅度，其提供受控的电流以对电容器充电而没有过充电，所述过充电将导致振荡和对正确系统工作的干扰。时变特征匹配或适应于流行的工作条件，对系统负载和调光器设置进行补偿。在对EMI滤波器电路充电之后，由自适应电流限制器308设定的电流限制将继续增加。不迫使额外的电流进入功率转换器306，因为自适应电流限制器308控制电流限制， 其作为反馈电流的函数。自适应电流限制器308在TRIAC调光器电路302接通期间限制峰值电流，降低峰值电流。至此，TRIAC调光器电路302的接通事件已经经过每个半周期，自适应电流限制器 308已经将其限制增加至在负载电路310的有效电流电平或有效电流电平以上的电平，由此降低损耗。此外，参考发生器316和感测元件312协作，以控制电流改变的速率，其作为
8TRIAC调光器电路302的接通时间的函数，以及跨感测元件312的感测电压的函数。参考发生器316在TRIAC调光器电路302接通之后的周期内被重置，为控制电流改变的速率做准备。因此，舍相调光器系统300具有电流反馈，并且维持对流过电流通过元件318的电流的有效控制，而无论AC输入电压的幅度如何。自适应电流限制器308允许大范围的负载功率用于给定的一组电路组件，使舍相调光器系统300能容忍供电变动和负载范围变动，同时限制被提供至功率转换器306的电流，其将导致振荡和不正确的TRIAC工作。这种容忍允许自适应电流限制器308用于标准的TRIAC调光器电路，以控制LED灯、小型荧光灯、以及非线性的或不是纯电阻性的其他负载。自适应电流限制器308响应于TRIAC调光器电路302的接通，并且响应于由感测元件312所测量的反馈电流，来限制流入功率转换器306的峰值电流。自适应电流限制器 308允许电流增加，其作为在输入源和电容器电压之间的瞬时电压的函数，并且作为反馈电流的函数。实现自适应电流限制器308的电路的例子在下面关于图4进行了讨论。图4是实现图3中的系统的实施方式的电路图。如图2中所指明的，系统400包括保险丝204、电阻器210和218、共模感应器电路206、感应器220、瞬态浪涌保护器236、 二极管222、224、2洸和228、正负供电端子223和225、以及电容器232和234。与图2中所指明的系统200不同，系统400包括自适应电流限制器308的额外电路实现的细节。与图2中的系统200相比，在系统400中，感应器212、电阻器214和230、以及电容器232被忽略。在被示出的实施方式中，二极管222、224、2沈和2 协作，以提供被整流的供电至正负供电端子223和225。此外，自适应电流限制器308包括电阻器410和412，其串联连接到正供电端子223和双结型晶体管(BJT)414的集电极之间。电阻器410和412形成偏置电路，用于将场效应晶体管(FET)428的栅极连接到正供电端子223。此外，齐纳二极管似6包括连接到FET 4 源极的阳极、和连接到FET 4 栅极的阴极。在一些实施方式中， 雪崩二极管或击穿二极管可被用于代替齐纳二极管426。FET 4 还包括连接到电阻器218 和感应器220的漏极、以及连接到感测电阻器420的第一端子的源极，所述感测电阻器420 具有连接到负供电端子225的第二端子。电阻器418和416形成跨感测电阻器420的分压电路，并且将分割的感测电压提供至BJT 414的基极，所述BJT 414具有连接到负供电端子 225的发射极。应当清楚的是，在被示出的实施方式中，FET似8是N沟道M0SFET。然而，在其他实施方式中，另一种类型的晶体管(比如P沟道MOSFET或BJT)可被用于代替FET 428或者代替BJT 414。术语“电流电极”被用来指晶体管的电流传导电极，比如BJT的集电极或发射极，或者FET的源极或漏极。分别地，可传导少量电流的FET的栅极或BJT的基极被称为“控制电极”。正供电端子223通过隔离电路比如变压器电路430，将电力提供至负载电路310。 电容器432包括连接到正供电端子223的第一电极、和连接到功率控制电路436的第二电极。功率FET 438包括连接到隔离变压器电路430的初级绕组的漏极、连接到功率控制电路436的栅极、和连接到感测电阻器440的源极，感测电阻器440连接到感应器220。功率控制电路436还连接到感测电阻器440，以检测关于流过隔离变压器电路430的初级绕组的感测电压，并且通过控制被施加到功率FET 438的栅极的电压来控制流过初级绕组的电流。隔离变压器电路430的初级绕组被电感性地耦合到次级绕组，其包括连接到负载电路 310的输出端子。在被示出的实施方式中，FET 428控制流过自适应电流限制器308到达负供电端子225的反馈电流。FET 4 提供对流入电容器216和234的电流的次级控制，其提供EMI 滤波，以限制由TRIAC调光器电路302生成的电流浪涌。在工作时，电阻器410和412消耗来自正供电端子223的少量电流，以驱动FET 428的栅极，当舍相调光器电路(比如TRIAC调光器电路302)在断开状态中时允许电流流过FET 428。该小电流能够由舍相调光器电路使用，以管理其接通/断开的定时。当电流增加(比如当舍相调光器电路接通)时，电流流经电阻器4 并且为电容器422充电，导致 BJT414接通，将FET 4 栅极上的电压拉低，降低流过FET 4 的漏极至源极的电流。当电容器充电时，流到电容器422的电流降低，并且BJT 414的基极电压降低，允许在FET 428 栅极上的电压随着时间推移增加，因此增加了 FET 4 的电流限制。在一个例子中，当BJT 414基极上的电压达到近似0.65伏特时，BJT 414接通并且导电，降低在FET 4 栅极上的电压。FET 4 栅极上被降低的电压将从漏极通过FET 4 流到源极的电流降低到受控电流电平。电阻器4M和电容器422形成时间依赖网络，其将电阻器418旁路一段预定时间段。当电流限制器被第一次激活并且电容器422放电时，电阻器似4显示直接与电阻器418 并联，增加流过电阻器416的电流，并由此接通BJT 414和降低有效的电流限制点。当电容器422充电时，电流电平降低，减少流过BJT 414的电流，并且允许通过FET 4 的电流限制随着时间的推移增加。在工作期间，BJT 414基极上的电压能够达到一平衡点，在该平衡点处，FET 4 的电流限制被设定，直到舍相调光器断开为止。在断开阶段期间，电容器422 放电，重新设定定时。在一个实施方式中，选择电阻器4M和电容器422的值，以实现一时间常量，其允许电流限制随着时间的推移按照受控速率增加，以便不过驱动输入滤波器。齐纳二极管4 充当FET 428中栅极电压到源极电压的限制器，将栅极电压箝位至一电压电平，其相应于齐纳二极管4 的击穿电压。最大电压(即，齐纳二极管4 的击穿电压)被设定成高得足够允许FET 428完全接通，但是没有高到在TRIAC调光器断开之后要用过多时间对BJT 414进行增益控制，并随后在下一个输入半周期内再次接通。在特定实施方式中，电阻器210具有近似2. 2 Ω的电阻，并且保险丝204具有1安培的电流限制。在该实施方式中，电阻器410和412具有近似的电阻，电阻器218具有近似5. 6k Ω的电阻，并且电容器216和234具有近似IOOnF的电容。此外，在该实施方式中，齐纳二极管似6具有近似9. 1伏特的击穿电压，电阻器418具有IOkQ的电阻并且感测电阻器420具有10 Ω的电阻，并且电阻器416具有近似2. 7k Ω的电阻。此外，电阻器424 具有270 Ω的电阻，并且电容器422具有近似47nF的电容。在这种特定配置中，当线路电流达到近似0. 3安培时，BJT 414将在活动区域中被偏置。电阻器4M和电容器422形成时间依赖网络旁路电阻器418。当电流限制器被第一次激活并且电容器422放电时，电阻器4 显示与电阻器418并联，将电流限制降低至近似 0.066安培，使得近似0.066安培的低电流足以激活BJT 414，控制在FET 4 栅极上的电压。当电容器422充电时，电流限制电平随时间推移升至近似0.3安培。特别是，当电容器
10422充电时，在BJT 414基极上的电压跨电阻器418和416增加，接通集电极到发射极的电流。因此，电容器422根据时间常数来充电，随着时间的推移增加与时间依赖网络相关的阻抗，以及随着时间的推移改变跨电阻器416的电流，由此改变在BJT 414基极中的电流。电阻器似4和电容器422的电阻值和电容值能够被选择以产生时间常数，其被配置成缓慢地增加电流，以允许用于充电EMI滤波器电路(即，共模感应器电路206、电容器216和234、 电阻器218、以及感应器220)的时间，并且避免过驱动EMI滤波器电路。因此，系统400限制了电流，在TRIAC调光器循环中的接通部分期间减小峰值电流幅值。此外正如下面关于图5所描述的，系统400将工作电流汲取维持到足以在剩余的半周期内驱动相关负载电路的电平，并且重新设定以在下一个半周期内进行工作。图5是关于在图4中所指明的系统400的电流相对时间的时序图500。与图1中的时序图100相比，改变纵轴的刻度以提供更大的分辨率。在502，当舍相调光器接通时，电流迅速地降低至近似负0. 20A的负峰值电流，其小于由图1指明的时序图100的负电流尖峰102(负0.95安培)的四分之一。电流随后根据由相关负载电路消耗的工作电流来缓慢增加(正如一般在504指示的)。在506所指示的周期内，舍相调光器断开，并且自适应电流限制器308被重新设定。在508，舍相调光器再次接通，并且电流电平增加至近似0. 20A 的峰值(正如由线514所指示的)，之后是在510的放电周期，并且随后是在512的舍相调光器关断周期。该循环随后重复。正如之前所讨论的，在图1中的负电流尖峰102和正电流尖峰108代表舍相调光器电力周期的非生产性部分。正如在图5中所指明的，图4中的系统400通过在预定的时间周期上使电流限制倾斜而在实质上消除了电流尖峰，所述预定的时间周期相应于舍相调光器电路中的接通阶段。通过自适应地改变电流限制作为时间的函数和作为跨感测电阻器420的反馈电流的函数，峰值电流被限制到近似等于工作电流电平的电平(即，大约 0.20A)。因此，自适应电流限制器308在实质上消除了舍相调光器电力周期中的非生产性部分，降低功率损耗和舍相调光器电路和其他相关电路上所受到的力，以及在实质上降低了电流振荡，其能够导致电流电平落到舍相调光器电路的保持电流以下，从而导致舍相调光器电路意外断开。自适应电流限制器308能够用于对LED灯进行调光。特别是，因为被降低的尺寸， 自适应电流限制器308在其中空间很珍贵的LED代替灯泡的应用中能够是有用的。此外，自适应电流限制器308能够与其他电路比如缓冲器电路以及过压和过流保护电路一起使用， 以压制瞬态电力事件同时保护相关电路。虽然自适应电流限制器308使用离散的组件被描述，应当理解的是，自适应电流限制器308能够被应用在单个或多个管芯上。此外，在一些实施方式中，自适应电流限制器 308包括模拟的控制电路，比如电流镜、电压补偿、或者其他电路，其被配置成提供在较低感测电压(比如在100-300mV之间而不是在650mV)上的相同功能。在较低的感测电压上，电路能够被引入以进一步降低开关感应的功率消耗。在特定实施方式中，FET 4 和感测电阻器420在自适应电流限制器308的外部， 使得调整关于特定应用的性能成为可能。在特定的例子中，使用控制电路模拟BJT 414、电容器422、电阻器424、齐纳二极管426、电阻器410、412、416和418、感测电阻器420以及 FET 4 的自适应电流限制器解决方案能够在相同的封装中产生。在一些示例中，感测电阻器420是在外部的，并且具有不同电阻值的一个或多个感测电阻器420与自适应电流限制器308 —起加以利用。在这样一个示例中，感测电阻器420的值可选择成控制特定电流电平。在特定示例中，FET 4 和感测电阻器420能够被设计用于特定电力范围。在另一个实施方式中，FET 428和感测电阻器420能够使用感测FET (SENSEFET)被整体地实现，以监控电流。此外，从产品的角度来看，较高程度的集成是有可能的。由二极管222、224、2沈和2 形成的四二极管整流电桥能够被包括在与自适应电流限制器308相同的封装中，提供有四个引线的小型单部件解决方案，其对空间有限的应用是有优势的。虽然以上的讨论已经把重点放在了自适应电流限制器308上，其用于在小型荧光灯和LED等或固态照明解决方案的调光解决方案中限制接通电流峰值幅值，应当注意的是，自适应电流限制器308能够被用于其他功能。此外，当TRIAC调光器未连接到输入时， 自适应电流限制器308不会过度干扰对系统工作的操作，使得有可能将自适应电流限制器 308并入EMI滤波器，例如，用于在电灯插座内使用。当这种设备被使用而没有调光器器时， 自适应电流限制器308消耗少量功率，这主要是由于感测电阻器420，并且不会干扰系统功能。此外，自适应电流限制器308能够用于前缘或后缘类型的调光器。因此，自适应电流限制器308能够用于或不用于外部调光器电路。连同上面关于图3-5所描述的系统和技术一道，自适应电流限制器可控制地调节电流限制作为时间的函数并且作为反馈电流的函数，基于受控电流来限制峰值电流和允许 EMI电路充电。通过限制峰值接通电流尖峰，在EMI滤波器内的振荡电流实质上被消除，并且由于电流浪涌的功率损耗被减少。此外，因为自适应电流限制器被配置成限制不依赖输入电流的峰值电流，为EMI滤波器组件充电提供时间，自适应电流限制器能够被用于适应于不同类型的舍相调光器，以便于各种类型的灯一起工作，减少响铃和闪烁，所述不同类型的灯包括小型荧光灯、LED灯泡、和其他固态灯。特别是，通过使用反馈电流，自适应电流限制器电路调节电流限制作为由负载损耗的电流的函数并且不基于输入电压。在一方面，自适应电流限制器包括感测元件，其具有耦合到供电端子的第一感测端子、和第二感测端子。感测元件响应于反馈电流生成感测电压。自适应电流限制器还包括电流通过元件，其包括用于接收反馈电流的第一端子、耦合到第二感测端子的第二端子、以及控制端子。此外，自适应电流限制器包括控制器，其耦合到感测元件并耦合到控制端子， 所述控制器基于感测电压和时变电压信号调节由电流通过元件所传导的反馈电流。在一个特定方面，控制器包括参考发生器以生成时变电压信号。在另一个方面，时变电压信号包括斜坡信号，其在预定的时间上实质上线性地增加。而在另一个方面，时变电压信号包括斜坡信号，其在预定的时间周期上实质上指数地增加。在又一个特定的方面，控制器还包括放大器，其包括耦合到感测元件以接收感测电压的第一输入、耦合到参考发生器以接收时变电压信号的第二输入、以及耦合到电流通过元件的控制端子的输出。在另一方面，电流限制器电路包括电流通过元件，其包括适于耦合到负载电路以接收反馈电流的第一电流电极、第二电流电极、以及控制电极。电流限制器电路还包括感测电阻器，其包括适于耦合到供电端子的第一感测端子、和耦合到电流通过元件的第二电流电极的第二感测端子。感测电阻器生成与反馈电流成比例的感测电压。电流限制器电路还包括控制器，其耦合到感测电阻器并且耦合到控制电极。控制器基于感测电压和时变信号生成控制信号，以在预定的时间上可控制地增加由电流通过元件传导的电流。
12
在一个特定方面，控制器包括参考发生器和放大器，所述参考发生器用于提供时变信号，所述放大器包括了用于接收时变信号的第一输入、用于接收感测电压的第二输入、 以及耦合到电流通过元件的控制电极的输出。在另一个特定方面，电流限制器电路包括电阻器和电容器，所述电阻器包括耦合到第二感测端子的第一端子和包括第二端子，所述电容器包括耦合到电阻器的第二端子的第一电极、和第二电极。电流限制器电路还包括晶体管，其包括耦合到电流通过元件的控制电极的第一端子、耦合到电容器的第二电极的控制端子，以及耦合到感测电阻器的第一感测端子的第二端子。电阻器和电容器定义了用于产生被应用到晶体管的控制端子的时变信号的时间常数。在又一个特定方面，控制器包括第二电阻器，其包括耦合到感测电阻器的第二感测端子的第一端子，并包括耦合到晶体管的控制端子的第二端子。控制器还包括第三电阻器，其包括耦合到晶体管的控制端子的第一端子，并包括耦合到感测电阻器的第一感测端子和耦合到晶体管的第二端子的第二端子。在又一方面，电流限制器电路包括击穿二极管， 其包括耦合到感测电阻器的第二感测端子的阳极、和耦合到电流通过元件的控制电极的阴极。当在控制电极与电流通过元件的第二电流电极之间的电压电势超过击穿二极管的击穿电压时，击穿二极管适于将电流从阴极传导至阳极。而在另一方面，舍相调光器系统包括第一和第二供电端子和舍相调光器电路，所述舍相调光器电路适于被耦合到交流(AC)供电用于生成舍相信号。舍相调光器系统还包括全波整流器，其耦合到舍相调光器电路，用于生成被整流形式的舍相信号。全波整流器耦合到第一和第二供电端子用于接收被整流的供电。舍相调光器系统还包括耦合到第一和第二供电端子的电磁干扰(EMI)滤波器，并且包括耦合到第二供电端子和耦合到EMI滤波器的电流限制器电路。电流限制器电路响应于反馈电流和时变信号，以在预定的时间上调节反馈电流。在一个特定方面，电流限制器电路在预定的时间上基本上线性地增加反馈电流。 在另一个特定方面，电流限制器电路包括第一晶体管，其包括用于接收反馈电流的第一电流电极、第二电流电极、和控制电极。电流限制器电路还包括偏置电路，其包括耦合到第一供电端子的第一端子和耦合到晶体管的控制电极的第二端子。电流限制器电路还包括第二晶体管，其包括耦合到第一晶体管的控制电极的第一电流电极、控制电极、以及耦合到第二供电端子的第二电流电极。此外，电流限制器电路包括感测电阻器并包括第一电阻器，所述感测电阻器包括耦合到第一晶体管的第二电流电极的第一感测端子、和耦合到第二供电端子的第二感测端子，所述第一电阻器包括耦合到第二感测端子的第一端子、和耦合到第二晶体管的控制电极的第二端子。电流限制器电路还包括第二电阻器并包括信号发生器，所述第二电阻器包括耦合到第二晶体管的控制电极的第一端子、和耦合到第二晶体管的第二电流电极的第二端子，所述信号发生器耦合在感测电阻器的第二感测端子与第二晶体管的控制电极之间，用于提供时变信号。在又一个特定方面，时变信号发生器包括第三电阻器并包括电容器，所述第三电阻器具有耦合到感测电阻器的第二感测端子的第一端子、和第二端子，所述电容器包括耦合到第三电阻器的第二端子的第一电极、和耦合到第二晶体管的控制电极的第二电极。在又一个特定方面，舍相调光器系统还包括第一和第二输出端子以及包括隔离电路，所述第一和第二输出端子耦合到EMI滤波器，所述隔离电路包括耦合到第一输出端子的第一端子和耦合到第二输出端子的第二端子。隔离电路适于被耦合到负载电路，其包括发光二极管 (LED)灯、小型荧光灯、以及马达中的一个。 虽然本发明已经关于优选的实施方式进行了描述，但本领域中的技术人员将会认识到，可以在形式和细节上做出改变而不偏离本发明的范围。
权利要求
1.一种自适应电流限制器，包括感测元件，其包括耦合到供电端子的第一感测端子、以及第二感测端子，所述感测元件响应于反馈电流生成感测电压；电流通过元件，其包括用于接收所述反馈电流的第一端子、耦合到所述第二感测端子的第二端子、和控制端子；以及控制器，其耦合到所述感测元件并且耦合到所述控制端子，所述控制器用于基于所述感测电压和时变电压信号来调节由所述电流通过元件传导的所述反馈电流。
2.如权利要求1所述的自适应电流限制器，其中所述控制器在预定的时间段上将由所述电流通过元件传导的所述反馈电流从第一电流电平增加到第二电流电平。
3.如权利要求1所述的自适应电流限制器，其中所述电流通过元件包括晶体管，其包括用于接收所述反馈电流的第一电流电极、耦合到所述控制器的控制电极、以及耦合到所述感测元件的第二电流电极。
4.如权利要求3所述的自适应电流限制器，其中所述控制器包括第二晶体管，其包括耦合到所述晶体管的控制电极的第一电流电极、控制电极、以及耦合到所述供电端子的第二电流电极；第一电阻器，其包括耦合到所述第二感测端子的第一端子、以及耦合到所述第二晶体管的控制电极的第二端子；第二电阻器，其包括耦合到所述第二晶体管的控制端子的第一端子、以及耦合到所述供电端子的第二端子；以及第三电阻器，其包括耦合到所述第二感测端子的第一端子、以及第二端子；以及电容器，其包括耦合到所述第三电阻器的第二端子的第一电极、和耦合到所述第二晶体管的控制端子的第二电极。
5.如权利要求4所述的自适应电流限制器，其中所述第三电阻器和所述电容器确定所述时变电压信号。
6.一种电流限制器电路，包括电流通过元件，其包括适于耦合到负载电路以接收反馈电流的第一电流电极、第二电流电极、和控制电极；感测电阻器，其包括适于耦合到供电端子的第一感测端子、和耦合到所述电流通过元件的第二电流电极的第二感测端子，所述感测电阻器用于生成与所述反馈电流成比例的感测电压；以及控制器，其耦合到所述感测电阻器并耦合到所述控制电极，所述控制器用于基于所述感测电压和时变信号生成控制信号，以在预定的时间上可控地增加由所述电流通过元件传导的电流。
7.如权利要求6所述的电流限制器电路，其中所述控制器包括 参考发生器，其用于提供所述时变信号；以及放大器，其包括用于接收所述时变信号的第一输入、用于接收所述感测电压的第二输出、以及耦合到所述电流通过元件的控制电极的输出。
8.如权利要求6所述的电流限制器电路，还包括电阻器，其包括耦合到所述第二感测端子的第一端子并包括第二端子；电容器，其包括耦合到所述电阻器的第二端子的第一电极、以及第二电极；以及晶体管，其包括耦合到所述电流通过元件的控制电极的第一端子、耦合到所述电容器的第二电极的控制端子、和耦合到所述感测电阻器的第一感测端子的第二端子；以及由此，所述电阻器和所述电容器定义了用于产生被施加到所述晶体管的控制端子的时变信号的时间常量。
9.一种舍相调光器系统，包括 第一供电端子和第二供电端子；舍相调光器电路，其适于被耦合到交流AC供电，用于生成舍相信号； 全波整流器，其耦合到所述舍相调光器电路，用于生成整流形式的所述舍相信号，所述全波整流器耦合到所述第一供电端子和第二供电端子，用于提供被整流的供电； 电磁干扰EMI滤波器，其耦合到所述第一供电端子和第二供电端子；以及电流限制器电路，其耦合到所述第二供电端子并耦合到所述EMI滤波器，所述电流限制器电路响应于反馈电流和时变信号以在预定的时间上调节所述反馈电流。
10.如权利要求9所述的舍相调光器系统，其中所述电流限制器电路包括 参考发生器，其用于生成所述时变信号；感测电阻器，其用于将所述反馈电流转换成感测电压； 放大器，其响应于所述时变信号和所述感测电压以产生时变控制信号；以及电流通过元件，其包括用于接收所述反馈电流的第一端子、耦合到所述感测电阻器的第二端子、以及控制端子，且所述控制端子耦合到所述放大器并且响应于所述控制信号用于限制所述反馈电流。
全文摘要
在一个实施方式中，自适应电流限制器包括感测元件、电流通过元件、和控制器。感测元件包括耦合到供电端子的第一感测端子、和第二感测端子。感测元件响应于反馈电流生成感测电压。电流通过元件包括用于接收反馈电流的第一端子、耦合到第二感测端子的第二端子、以及控制端子。控制器耦合到感测元件并且耦合到控制端子，用于基于感测电压和时变电压信号来调节由电流通过元件传导的反馈电流。
文档编号H05B41/38GK102347607SQ20111019623
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年7月28日
发明者J·R·杨 申请人:半导体元件工业有限责任公司