用于前沿可调光灯驱动器的双线而无中性的数字调光器以及对其进行操作的方法

文档序号:8089756
用于前沿可调光灯驱动器的双线而无中性的数字调光器以及对其进行操作的方法
【专利摘要】一种调光器开关(110-x,200,400,600,700A,700B,1200),其适于耦合至交变电流(AC)电源和负载以便对从该AC电源输送至负载的功率量进行控制,该调光器开关可以包括:用于AC的三极管(TRIAC)(208,408,612),其耦合在该AC电源和负载之间,并且其在被触发时导通以在该AC电源的一个或多个半周期中的相对应半周期内从该AC电源向负载输送控制量的功率。该调光器开关可以包括第一和第二触发电路(606,608),其被配置为在被启用之后进行充电时触发该TRIAC。一个或多个触发电路可以是自平衡触发电路。该调光器开关可以进一步包括控制器(412,602,1210),其选择并且随后启用第一或第二触发电路中的一个或多个触发电路。
【专利说明】用于前沿可调光灯驱动器的双线而无中性的数字调光器以 及对其进行操作的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双线数字调光器,尤其涉及一种适用于没有中性的电路并且能够 随前沿可调光灯驱动器使用的数字调光器以及对其进行操作的方法。

【背景技术】
[0002] 近年来,出于包括延长的寿命、效率以及提升的照明光谱在内的许多原因,发光二 极管(LED)和荧光灯已经作为天花板和墙壁灯具中的改装灯而流行起来。这些灯经常位 于天花板或墙壁的灯具之中并且通常连接至两种常见类型的电路:开关馈电(FAS)类型或 灯处馈电(FAL)类型。这两种电路类型通常都通过开关而被开启或关闭,该开关诸如安装 在开关盒中的单极开关或调光器开关。这些电路参考图1A和图1B进行说明,其中图1A示 出了 FAL类型的电路而图1B则示出了 FAS类型的电路。参考图1A,火线(L)(例如,带电 线路、源线路或市电线路)和中性(N)导线从市电接线102A延伸至开关盒104A中。从开 关盒104A,中性(N)导线经由墙壁或天花板接线盒106A继续延伸至负载108A。开关110A 与火线(L)导线串连并且对负载108A进行馈电从而使得能够开启或关闭该负载。与之相 t匕,在图1B所示的FAL类型的电路中,火线(L)和中性(N)导线直接从市电接线102B馈送 至墙壁或天花板接线盒106B中,并且火线(L)导线继续形成从其延伸至接线盒104B的开 关回路。开关110B与对负载108B进行馈电的火线(L)串联从而使得能够开启或关闭负载 108B。将接线盒106A和106B进行比较,看出接线盒106B并没有中性(N)导线,并且因此 被称作"无中性"接线盒(NJB)。虽然缺少中性(N)导线管在利用数控开关对白炽灯进行驱 动时通常并不是问题,但是在对利用诸如数控调光器等的数控开关对诸如LED驱动器、荧 光镇流器(例如,其驱动荧光灯)等的电子驱动器进行驱动时,这通常存在问题。因此,常 规的数控调光器在驱动荧光镇流器时无法与NJB相兼容。这是因为荧光镇流器的阻抗在启 动期间通常并不稳定。因此,跨接镇流器的电压可能会经历振幅降低和/或相移。因此,常 规的数字调光器无法通过监视火线(L)和负载(Ld)之间的电压而准确检测到电压过零,而 这对于正确操作而言是必要的。另外,当处于OFF状态时,电子镇流器实质上用作开路并且 仅有非常有限的电流能够通过镇流器。该电流通常能够对于例如从数百微安到数毫安而得 以测量。因此,当开关处于OFF状态时,能够使用该有限电流所生成并提供给耦合至电子镇 流器的双线开关的内部电路的功率同样非常有限,并且经常不足以使得双线开关的内部电 路正常运转。
[0003] 因此,需要一种数控调光器开关,其能够在"无中性"电路中操作并且对诸如荧光 镇流器和灯等的负载进行驱动。


【发明内容】

[0004] 依据本系统的一个方面,公开了一种系统、方法、设备、计算机程序、用户界面和/ 或装置(除非上下文出于清楚的目的另外有所指示,否则它们中的每一个随后都将被统称 为系统),其公开了一种调光器开关,其适于耦合至交变电流(AC)电源和负载以便对从该 AC电源输送至负载的功率量进行控制,该调光器开关包括:可控双向半导体开关(CBSS), 其耦合在该AC电源和负载之间并且具有控制线路,当被触发时,该控制线路配置该CBSS导 通以便在该AC电源相对应的半周期内从该AC电源向负载输送控制量的功率;第一和第二 触发电路,其耦合至该控制线路并且被配置为触发该CBSS ;和控制器,其接收与该AC电源 的特征相关的感测信息,该特征包括与该AC电源的电压波形的一个或多个半周期内的一 个或多个过零相关的信息,基于感测信息、调光器的操作状态和调光选择中的一个或多个 而选择待被启用的该第一或第二触发电路之一,和/或启用所选择的第一或第二触发电路 进行充电,其中当所选择的第一或第二触发电路达到阈值电荷时,所选择的第一或第二触 发电路在该一个或多个半周期中的相对应半周期内触发该CBSS导通并且从该AC电源向负 载输送功率。
[0005] 依据本系统的实施例,预见到基本上在相对应的第一或第二触发电路的充电时间 过去时达到该阈值电荷。另外,预见到该第一和第二触发电路中的每一个的充电时间互不 相同。此外,该调光器开关可以仅包括分别作为该调光器开关的输入和输出的耦合至该AC 电源的电源线路以及耦合至该负载的负载线路。因此,该调光器开关将仅具有单个输入和 单个输出。另外,预见到该调光器开关可以包括连接至该第一和第二触发电路二者的共用 电容器,其中当充电时,该第一和第二触发电路进一步对该共用电容器进行充电。
[0006] 还预见到该控制器可以依据该调光器开关的操作状态而选择该第一或第二触发 电路。另外,预见到该第一和第二触发电路中的一个或多个可以包括自平衡触发电路。
[0007] 依据本系统的又一个方面,公开了一种对调光器开关进行操作的方法,该调光器 开关耦合至交变电流(AC)电源和负载以便对从该AC电源输送至负载的功率量进行控制, 该方法包括由处理器所执行的动作,该动作包括:接收与该AC电源的特征相关的感测信 息,该特征包括与该AC电源的电压波形的一个或多个半周期内的一个或多个过零相关的 信息;基于感测信息、调光器的操作状态和调光选择中的一个或多个而选择该第一或第二 触发电路;和/或启用所选择的第一或第二触发电路进行充电,其中当所选择的第一或第 二触发电路达到阈值电荷时,所选择的第一或第二触发电路在AC电源的相对应半周期内 触发CBSS导通并且从该AC电源向负载输送功率。
[0008] 还预见到基本上在相对应的第一或第二触发电路的充电时间过去时达到该阈值 电荷。另外,该第一和第二触发电路中的每一个的充电时间被设置为互相不同。另外,启用 所选择的第一或第二触发电路进行充电的动作可以进一步包括依据感测信息、调光器的操 作状态以及调光选择中的一个或多个而对该启用进行调制的动作。此外,该方法可以包括 禁用该第一和第二触发电路中并非所选择触发电路的触发电路的动作。预见到,该方法可 以包括依据调光选择而确定第一和第二调光状态中的所选择调光状态的动作。该调光选择 可以由用户输入或者可以从照明控制器接收(例如,使用有线或无线传输方法)。进一步预 见到,该方法可以包括在第一调光状态选择该第一和第二触发电路之一以及在第二调光状 态选择该第一和第二触发电路中的另一个的动作。
[0009] 依据本系统的又另一个方面,公开了一种存储在计算机可读存储介质上的计算机 程序,该计算机程序被配置为对耦合至交变电流(AC)电源和负载的调光器开关进行操作 以便对从该AC电源输送至负载的功率量进行控制,该计算机程序可以包括:程序部分,其 被配置为:接收与该AC电源的特征相关的感测信息,该特征包括与该AC电源的电压波形的 过零相关的信息;基于感测信息、调光器的操作状态和用户输入信息中的一个或多个而选 择该第一或第二触发电路;并且启用所选择的第一或第二触发电路进行充电,其中当所选 择的第一或第二触发电路达到阈值电荷时,所选择的第一或第二触发电路在该AC电源的 相对应半周期内触发CBSS导通并且从该AC电源向负载输送功率。
[0010] 进一步预见到该程序部分可以进一步被配置为从调光器开关的用户接口接收调 光选择。此外,该程序部分可以进一步被配置为依据感测信息、调光器的操作状态以及调光 选择中的一个或多个而对所选择的第一或第二触发电路的启用进行调制。另外,该程序部 分可以进一步被配置为禁用该第一和第二触发电路中并非所选择触发电路的触发电路。该 程序部分还可以被配置为依据调光选择而确定第一和第二调光状态中的所选择调光状态。
[0011] 依据本系统的又一个方面,公开了一种调光器开关,其适于耦合至交变电流(AC) 电源和负载以便对从该AC电源输送至负载的功率量进行控制,该调光器开关可以包括可 控双向半导体开关(CBSS),其耦合在该AC电源和负载之间并且具有控制线路(G),当被触 发时,该控制线路配置该CBSS导通以便在该AC电源的多个半周期的相对应的半周期内从 该AC电源向负载输送所控制数量的功率;第一和第二触发电路,其耦合至该控制线路并且 被配置为触发该CBSS,该第一触发电路是自平衡触发电路,其被配置为在一个或多个半周 期中的相对应半周期内触发该CBSS导通并且当该第一触发电路达到阈值电荷时从该AC电 源向负载输送功率;和/或控制器,其可以接收与该AC电源的特征相关的感测信息,该特征 包括与该AC电源的电压波形相关的信息,依据该感测信息感测该AC电源在多个半周期中 的至少一个半周期内的电压波形的过零,依据该感测信息和调光选择确定多个半周期中的 至少一个半周期内的相位舍弃的延迟时段,确定该延迟时段是否已经过去,当确定该延迟 时段已经过去时启用第二触发电路以在多个半周期中的至少一个半周期内触发该CBSS,和 /或可以有选择地禁用第一触发电路。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 参考附图通过示例对本发明进行更为详细地解释,其中:
[0013] 图1A示出了灯处馈电(FAL)类型的电路;
[0014] 图1B示出了开关馈电(FAS)类型的电路;
[0015] 图2是依据本系统实施例的用于交变电流的模拟三极管(TRIAC)调光器的一部分 的电路图;
[0016] 图3示出了依据本系统实施例的关于图2的TRIAC调光器的火线(L)电压 (V-line)的相位控制的示图;
[0017] 图4示出了依据本系统实施例的三输入微处理器控制的数字调光器的框图;
[0018] 图5A示出了具有作为负载而与之耦合的白炽灯的双线微处理器控制的调光器的 等效电路;
[0019] 图5B示出了具有作为负载而与之耦合的荧光镇流器的双线微处理器控制的调光 器的等效电路;
[0020] 图6示出了依据本系统实施例的双线输入数控调光器的框图;
[0021] 图7A示出了依据本系统实施例的双线输入数控调光器的详细框图;
[0022] 图7B示出了依据本系统实施例的双线数控调光器的详细框图;
[0023] 图8示出了依据本系统实施例的有关启动之后的负载电压(V load)波形的火线 (L)电压(V-line)的示图;
[0024] 图9示出了依据本系统实施例的有关调光状态期间的负载电压(V load)波形的 火线(L)电压(V-line)的示图;
[0025] 图10示出了依据本系统实施例的包括开关的触发电路的一部分;
[0026] 图11A示出了依据本系统实施例的包括开关的触发电路的一部分;
[0027] 图11B示出了依据本系统实施例的包括开关的触发电路的一部分;
[0028] 图12示出了依据本系统实施例的系统的一部分。

【具体实施方式】
[0029] 以下是对于说明性实施例的描述,当结合以下附图进行考虑时,其将论证以上所 提到的以及另外的特征和优势。在以下描述中,出于解释而非限制的目的,给出了诸如架 构、接口、技术、要素属性等之类的细节。然而,对于本领域技术人员将会显而易见的是,脱 离这些细节的其它实施例将仍然被理解为处于所附权利要求的范围之内。此外,出于清楚 的目的,省略了对公知设备、电路、工具、技术和方法的详细描述以免对本系统的描述造成 混淆。应当明确理解的是,附图是出于说明的目的而并非表示本发明的范围。在附图中,不 同附图中的同样附图标记可以指代相似的要素。
[0030] 出于简化本系统的描述的目的,术语"操作耦合"、"耦合"及其构词要素在整理被 用来指代诸如设备和/或其部分之间使得能依据本发明进行操作的电连接和/或机械连接 之类的连接。
[0031] 本发明提供了一种数控调光器,其可以与诸如白炽灯、荧光灯和/或LED类型的灯 的各种灯和/或诸如前沿可调光灯驱动器、荧光镇流器等的灯驱动器相兼容。本系统的数 控调光器可以提供有所提升的操作便利性、控制和/或效率。另外,预见到,本发明的实施 例可以与诸如图1A和1B所示的双线("无中性"类型)和三接线(例如,包括中性(N))照 明电路相兼容。
[0032] 依据本发明的实施例,公开了一种具有模拟相位控制能力的双线数控调光器。该 调光器使用诸如TRIAC的可控双向半导体开关作为主开关并且与负载串联以便向该负载 输送火线(L)电压(例如,交变电流(AC)信号)。当被开启时,该主开关被控制而使得在 正向相位期间切断火线(L)电压以减少送至负载的电压和/或电流从而依据调光设置(全 开、高度调光、低度调光、可变调光等)对负载进行调光。触发电路包括电阻器电容器(RC) 充电器电路,其具有能够关于火线(L)电压的相位而针对主开关的控制时序进行调节的可 调节阻抗。该调光器可以包括可调节电阻类型的开关,诸如电位计和/或滑动器或者滑动 接口类型的开关,以对电阻进行调节并且因此对RC充电器电路的阻抗进行调节。因此,由 于RC充电器电路的阻抗关于火线(L)电压的相位而控制主开关的时序(例如,用于触发), 所以其(即,阻抗)能够进行调节而对调光器针对负载的功率输出进行调节。
[0033] 图2是依据本系统实施例的模拟TRIAC调光器200的一部分的电路图。图3中示 出了图2的调光器(200)的输入电压(例如,火线(L)电压,V line)相对输出电压(例如, V load)的示图。
[0034] 参考图2,调光器200耦合至负载202并且包括控制电路201,该控制电路201具 有一个或多个RC充电器电路218 (此后为了清楚称作充电器电路)、用于AC的双向二极管 (DIAC) 206,以及诸如TRIAC的可控双向半导体开关208。出于清楚的原因,可控双向半导 体开关208随后将被称作TRIAC 208。DIAC 206有选择地将电容器210耦合至TRIAC 208 的栅极以便有选择地触发(例如,启动)TRIAC 208。充电电路218包括互相耦合并耦合至 DIAC 206的电容器210和诸如可调节电阻器(例如,滑动器)212的电阻器。电容器210具 有电容C,并且可调节电阻器212具有可被调节至给定的所期望电阻值的可变电阻Rx。充 电电路218具有RC常数(k),其可以针对Rx的每个数值而基于C和Rx。充电使能(CE)开 关214可以被用来有选择地将电阻器212耦合至火线(L)从而使能充电电路218并且对电 容器210进行充电以触发TRIAC 208。更具体地,当充电电路218被使能时,电阻器212耦 合至火线(L)并且充电电流(icc)可以通过而对电容器210进行充电。电阻器212的电阻 Rx可以被控制以改变电容器210的充电速率。CD开关214可以包括控制线路,其可以接收 控制信号(例如,诸如使能或调光信号的(En))以可控地开启或闭合CE开关214从而有选 择地将充电电路218从火线(L)断开耦合或与之进行耦合。
[0035] 预见到,在本系统的其它实施例中,调光器可以包括多个充电电路,其中每一个可 以包括相对应的耦合至共用电容器(例如,210)和DIAC(例如,206)的电阻器(按照需要 是可调节或固定的)。如将在以下图6的描述中进行描述的,这些充电电路中的每一个可 以依据从系统的处理器所接收的控制信号而被使能(例如,被激励)或无效(例如,被去激 励)。然而,出于清楚的原因,仅是出了单个RC充电电路218。另外,除非上下文另外指出, 否则将假设开关214在本描述期间的所有时刻都处于闭合位置。
[0036] 在操作期间,当开关214闭合时,电容器210开始在火线(L)电压(其是通过火 线(L)接收的AC信号)过零之后的正(或负)半周期期间进行充电。随后,随着电容器充 电,跨接电容器210的电压将会增大直至跨接电容器210的电压等于或大于DIAC 206的导 通电压(也被称作击穿电压)(诸如在诸如tl的充电时间的结尾处出现的)。在此之后以 及在电压高于导通电压时,DIAC 206将会导通并且为电容器210提供将触发电流(It)放 电至TRIAC 208的栅极(G)的路径,该触发电流进而将触发(例如,启动)TRIAC 208导通。 TRIAC 208的导通将负载202 (以及负载端子(Ld))耦合至火线(L),并且因此如图3的示 图300中所示的通过输出电压(V-load)所图示的跨接火线(L)和中性(N)。继续该周期, 只要跨接TRIAC208(例如,从火线(L)到负载610)的主电流下降至其保持数值以下,TRIAC 208就将打开并且负载(L)从火线(L)脱离耦合而完成半个周期。在随后的半个周期期间, 该处理反向进行操作。例如,在下一次过零之后,反向充电电流(例如,-icc)可以在当前 半个周期的充电间隔t2(其中,在该示例中t2 = tl)期间对电容器210进行充电。当跨接 电容器210的电压(的绝对值)等于或大于DIAC 206的电压的导通(或击穿)电压(的 绝对值)时(诸如在当前充电时间t2结束时发生的),DIAC 206将会导通并且如以上所讨 论的为电容器210提供对将触发TRIAC 208的触发电流(It)进行放电的路径。这将再次如 以上所讨论的将负载202耦合至火线(L)并且因此跨接火线(L)和中性(N)。依据本发明 的实施例,TRIAC 208分别在相对应的正或负的半个周期的过零之后在每个充电时间过去 之后(例如,tl或t2)被自动触发,因此为负载202提供了受控的功率量。调光器200的 该部分作为自平衡触发电路进行操作并且不需要注入数字过零检测电路之类的具体过零 检测电路来固定每个周期或半周期的起始点和/或以关于火线(L)电压波形以所期望的相 位触发TRIAC 208。
[0037] 关于充电时间(例如,tl,t2),由于该时间周期与充电电路的RC常数(k)相关,所 以有所增大的Rx将增加充电时间。同样,有所减小的Rx将减少充电时间(tl,t2)。因此, 依据本发明的实施例,为了增加从火线(L)传输至负载(Ld)的功率量,数值Rx可以有所减 小以减少充电时间(tl和t2),这使得TRIAC 208在火线(L)电压的过零之后较早触发。相 反地,为了减少从火线(L)传输至负载(Ld)的功率量,数值Rx可以有所增大以增加充电时 间(tl和t2),这使得TRIAC 208在火线(L)电压的过零之后较晚触发。
[0038] 此外,关于依据本系统实施例的输入,由于调光器200仅需要火线(L)和负载(Ld) 输入,所以其可以被称作双输入或"无中性"调光器。
[0039] 图4示出了依据本系统实施例的三输入微处理器控制的数字调光器400的框图的 一部分。调光器400包括零检测(ZD)电路410、处理器412、诸如TRIAC 408的主开关以及 触发电路406。依据该实施例,触发电路406可以包括两个或更多如这里进一步讨论的触发 电路。调光器400与负载402串行耦合并且接收作为输入的火线(L)(例如,包括AC信号), 以及经由负载端子(Ld)馈送至负载402之中的开关输出。ZD电路410耦合至火线(L)并 且对火线(L)波形诸如电压、相位和/或电流之类的特征进行采样以确定火线(L)波形的 过零并且形成相对应的过零信息(ZCI)。随后,ZD电路410将该ZCI提供至处理器412。处 理器412可以分析该ZCI,并且在检测到过零时,可以等待所确定的延迟时间段(例如,td) 过去(例如,使得可以实现正确的相位舍弃),并且在确定所确定的延迟时间段(例如,td) 已经过去时,可以以信号通知触发电路406(例如,通过传送DM信号)以触发TRIAC 408 而将负载402耦合至火线(L)。处理器412可以依据如可能由用户输入或者有调光器所设 置(例如,启动)的调光设置(例如,50%功率,全功率等)、调光器的当前状态(例如,启 动)和/或相对应触发电路406的延迟时间来确定延迟时间段(td)。处理器412可以针对 火线(L)的AC电压波形的每个周期或半周期重复该过程。以这种配置,与如图2的调光器 200中那样被动地监视电压相反,通过主动监视火线(L)和中性(N)之间的电压而检测过 零。回头参考ZD电路410,该电路可以进一步包括单独电源或者可以通过耦合在火线(L) 和中性(N)输入之间而接收用于调光器的功率。另外,处理器412可以对调光器400的整 体操作进行控制病情可以包括微处理器(用于信号处理)和/或用户接口(诸如按键或开 关(硬或软),其用于从用户接收设置和/或出于便利而向用户呈现信息)。调光器400可 以包括多个触发电路406,它们均具有不同的相对应延迟时间并且可以由处理器410有选 择地使能或无效。
[0040] 与图2的双线"无中性"调光器200相反,调光器400是三接线调光器,并且即使 在关闭时也需要到中性(N)输入的连接。
[0041] 现在将参考图5A和5B对在接线上等同于图2和图6的双线调光器的电路进行讨 论。
[0042] 图5A示出了双线微处理器控制的调光器504的等效电路501A,其具有作为负载 502A而与之f禹合的白炽灯。调光器504A和负载502A串行f禹合而使得调光器504A的开关输 入对负载502A进行驱动。调光器504B具有耦合至火线(L)的输入并且具有阻抗R-dimmer。 负载502Af禹合在调光器504A的开关输出与中性(N)之间并且具有阻抗R-incandescent。 由于包括负载502A的白炽灯的阻抗相对低,所以R-incandescent与阻抗R-dimmer相比非 常小,并且当TRIAC调光器关闭时,跨接调光器502A的电压可以被认为与火线(L)的火线 (L)电压相同(或者基本上相同)。因此,当调光器504A关闭时,与监视火线(L)和中性 (N)之间的电压相反,其处理器可以对火线(L)和负载端子(Lt)之间的电压进行监视。另 夕卜,使用该方法,能够轻易确定火线(L)处的AC信号的振幅和/或相位。
[0043] 图5B示出了具有作为负载502B而与之耦合的荧光镇流器的双线微处理器控制的 调光器504B的等效电路501B。荧光镇流器负载502B的阻抗在负载502B的启动期间通常 并不稳定。因此,该电路会经历跨接调光器504B的电压的振幅减小和/或相位迁移。因此, 调光器504B无法通过在启动时监视火线(L)和负载(Lt)之间的电压而准确检测过零。因 此,调光器504B在准确确定火线(L)电压的振幅和/或相位方面存在困难,而这被本发明 的实施例所解决。
[0044] 图6示出了依据本系统实施例的双线输入数控调光器600的框图。调光器600 可以包括一个或多个处理器602、过零检测(ZC)电路604、诸如TRIAC 612的双向半导体 开关,以及分别为第一和第二触发电路的606和608。每个触发电路¢06,608)耦合至 TRIAC612的栅极(G),并且当被使能时,其将在相对应的半周期期间触发TRIAC 612。调 光器600可以接收火线(L)输入并且具有开关输出,该开关输出对与之串行耦合的负载 610 (诸如突光灯)进行驱动。因此,负载610 f禹合在调光器600的开关输出与中性(N)之 间。
[0045] 处理器602可以对调光器600的整体操作进行控制并且可以包括用于对处理器 602的整体操作进行控制的一个或多个微处理器(μ P),以及诸如摇杆开关、拨动开关和/ 或按钮开关之类的用户接口(UI)。进一步预见到,该Π 可以包括诸如可变化调节开关的 调光选择器,用户可以利用其来设置可选择的调光水平。另外,一见到该调光选择器可以包 括硬或软类型的开关。例如,在一些实施方式中,预见到该调光选择器可以是呈现在Π 的 触摸屏显示器上的软型开关。然而,在再其它的实施例中,预见到该调光选择器可以是诸 如旋转开关、滑动开关等的硬型开关,并且可以与调光器的οη/ο--开关进行整合。该Π 可 以进行操作以接收来自用户的命令,诸如on/off开关命令或调光命令(例如,通过操控摇 杆或按钮开关所输入)并且相应地对该命令进行处理。例如,响应于开启或关闭的命令,处 理器602可以形成相对应的开关(SW)和/或调光(DM)信号并且将这些信号传送至分别 为606和608的第一和第二触发电路中相对应的触发电路,从而使能或无效相对应的触发 电路(606,608)。因此,处理器602可以对从用户所接收的输入(例如,指示所选择的调光 水平)、ZCI和/或电流状态信息进行采样,并且可以形成相对应的开关(SW)和调光(DM) 信号以控制输送至负载610的功率。随后,处理器602可以将SW信号传送至第一触发电路 606,和/或可以将DM信号传送至第二触发电路608。例如,当检测到负载已经被开启时, 由ZC电路604提供至处理器602的ZCI地可以由处理器602进行分析以确定火线(L)电 压波形的相位、频率和/或过零。
[0046] ZC 604可以耦合至火线(L)电压并对其进行采样,并且形成相对应的ZC信息 (ZCI),其可以包括指示火线(L)电压的一个或多个过零、火线(L)电压的频率、火线(L)电 压的相位以及火线(L)电压的振幅(A)的信息。随后,ZC 604可以将该ZCI传送至处理器 602以便进一步处理。ZC 604可以进一步包括电源以提供用于调光器600的内部操作的功 率。例如,该电源可以向处理器602等提供操作电压Vcc。Vcc可以在启动之后马上延迟一 个时间段(例如,这在开关初次从"关闭"设置被"打开"时发生)直至其可以被电源所输 出。因此,处理器602可能无法对过零信号进行采样直至其接收到来自电源的Vcc。因此, 调光器600可以包括诸如第一触发电路606的自平衡触发电路,其可以进行操作以在诸如 启动期间和/或调光器600的操作过渡阶段的某些条件下对TRIAC 612进行触发。
[0047] TRIAC 612耦合在火线(L)和负载610之间。因此,TRIAC 612可切换地将负载610 耦合至火线(L)以在TRIAC 612处于导通状态时(如可能在被触发时发生的)对负载610 进行供电,并且能够在TRIAC 612处于非导通状态时(如其保持电压下降至阈值以下时可 能发生的)(基本上)将负载610从火线(L)电压脱离耦合。因此,当调光器600处于"开 启"状态时,TRIAC 612能够在火线(L)电压的AC信号波形的每半个周期期间对火线(L) 电压开启和关闭从而从火线(L)向负载610提供受控数量的功率;并且当处于"关闭"状态 时,TRIAC 612能够基本上将火线(L)电压从负载610脱离耦合从而关闭到负载610的功 率。
[0048] 分别关于第一和第二触发电路606和608,第一触发电路606可进行操作而以启 动调光水平(例如,以最小功率)触发TRIAC 612,并且第二触发电路608可进行操作而以 诸如可能变化的较高调光水平(例如,以较高功率水平)的其它调光水平触发TRIAC 612。 该启动调光水平可以被设置为阈值(例如,当该系统被配置时或者实时地),或者可以由用 户例如通过调节第一触发电路606的RC充电器电路的电阻并且因此调节其阻抗而进行设 置。另外,虽然仅示出了两个触发电路606和608,但是在再其它的实施例中,预见到可以包 括均并行耦合在火线(L)和负载(Ld)之间的三个或更多的触发电路。
[0049] 图7A示出了依据本系统实施例的双线数控调光器700A的详细框图。如所示出的, 第一和第二触发电路606和608与TRIAC 612的栅极(G)并行耦合。
[0050] 图7B示出了依据本系统实施例的双线输入数控调光器700B的详细框图。调光器 700B与图6和7A的调光器相似,其区别在于第二触发电路708直接耦合至TRIAC 712的栅 极(G)而并不像在调光器中说明性使用的那样使用DIAC。如所示出的,第一和第二触发电 路606和608并行耦合在火线(L)与负载(Ld)之间。
[0051] 返回参考图7A,第一触发电路606包括CE开关622、电阻器624、DIAC 626和电 容器628。开关CE 622、电阻器624和电容器628串行耦合在火线(L)与负载(Ld)之间。 DIAC 626耦合在TRIAC612的控制栅极(G)与电容器628和电阻器624二者之间。CE开关 622可以包括耦合至控制器602的控制线路(SW),该控制器602能够可控地打开或闭合CE 开关622以便有选择地使能或无效第一触发电路606。更具体地,当被使能时,CE开关622 将电阻器624耦合至火线(L)以便从火线(L)接收充电电流(icl),并且当被无效时,CE开 关622将电阻器624从火线(L)脱离耦合。因此,当电阻器624被耦合至火线(L)时,第一 触发电路606被使能,并且当电阻器624从火线(L)脱离耦合时,第一触发电路606被无效。
[0052] 第二触发电路608包括CE开关632、电阻器634、DIAC 626和电容器628。CE开 关632、电阻器634和电容器628串行耦合在火线(L)与负载(Ld)之间。DIAC 626耦合在 TRIAC 612的控制栅极(G)与电容器628和电阻器634二者之间。CE开关632可以包括耦 合至控制器602的控制线路(SW),该控制器602能够可控地打开或闭合CE开关632以便 有选择地使能或无效第二触发电路608。更具体地,当被使能时,CE开关632将电阻器634 耦合至火线(L)以便从火线(L)接收充电电流(ic2),并且当被无效时,CE开关632将电阻 器634从火线(L)脱离耦合。因此,当电阻器634被耦合至火线(L)时,第二触发电路608 被使能,并且当电阻器634从火线(L)脱离耦合时,第二触发电路608被无效。
[0053] 在第一触发电路606中,电阻器622和电容器628可以形成第一 RC充电器电路, 其具有可以基于电容器628的电容(C)以及电阻器622的电阻(R1)的RC常数(kl)。类 似地,在第二触发电路608中,电阻器634和电容器628形成第二RC充电器电路,其具有可 以基于电容器628的电容(C)以及电阻器634的电阻(R2)的RC常数(k2)。由于电容器 628 -般在第一触发电路606和第二触发电路608之间进行共享,所以这些电路的RC数值 (即,分别为kl和k2)分别取决于R1和R2。
[0054] 另外,依据本系统的实施例,RC常数kl可以被设置为使得第一触发电路606的充 电时间(Tel或Λ 1)可以被设置为所确定的时间,例如被设置为大约8ms(在相对应触发电 路被使能时的相对应过零之后),并且RC常数k2被设置为使得第二触发电路608的充电时 间(Tc2或A2)小于Tcl,并且优选地远小于Tcl(Tc2 << Tcl),诸如10μ s,即基本上为即 刻充电。因此,由于Tel取决于R1,所以该电阻应当大于R2而使得Tc2<<Tcl。因此,关 于第二触发电路608,当该电路被处理器602使能时,R2应当被设置为使得电容器628以非 常短的时间间隔(即,几乎为即刻)进行充电,而使得其电压理解超过DIAC 626的击穿电 压,因此导致DIAC 626将触发电流(It)从电容器628导通至TRIAC 612,由此触发TRIAC 612。
[0055] 如可以轻易意识到的,图7B类似于图7A进行操作,其区别在于,由于第二触发电 路708直接耦合至TRIAC 712的栅极(G)所以使得立即开启。
[0056] 现在将关于操作状态对依据本系统实施例的调光器的操作方法进行讨论。在该示 例中,将讨论四种操作状态:(a)关闭,(b)启动,(c)稳定状态,(d)低度调光,和(e)高度 调光。状态(b)至(e)可以被称之为"开启"状态。然而,还预见到其它状态。在每个"开 启"状态期间,第一和/或第二触发电路(例如,606,608,708)进行操作以触发TRIAC 612 导通并且从火线(L)向负载610传输功率。当处于"关闭"状态时,TRAIC 612将不被触发, 并且因此基本上不导通而使得其基本上不从火线(L)向负载(Ld)输送功率。第一和第二 触发电路606和608的操作分别可以由系统的处理器602所控制和/或可以在启动状态期 间使用缺省配置被自动使能。例如,在所预见到的缺省启动和过渡状态期间,第一触发电路 606可以被使能并且第二触发电路608可以被关闭直至处理器602被激活并且接管缺省设 置。然而,其它配置也被预见到并且可以存储在系统的存储器中以供后续使用。
[0057] 关闭状杰
[0058] 在关闭状态期间,两个触发电路都被去激励并且TRIAC 612基本上并不导通从而 基本上不从火线(L)向负载610传输功率。
[0059] 关于在该状态期间所生成的功率,ZC 604的电源可以生成有限功率(例如,有限 的Vcc)并且其可以被用于受限使用,例如用来激活第一触发电路606和/或用于感测过 零。因此,诸如选择和/或使能触发电路¢06,608)和/或检测过零之类的基本操作可以 使用该有限Vcc而被使能。然而,该有限Vcc可能不足以对诸如无线接收器等的某些内部 电路进行操作。然而,电源例如可以在启动之后马上生成正常Vcc (用于调光器电路的完整 操作),例如在负载610开启时生成正常Vcc。
[0060] 启动状杰
[0061] 在启动状态期间,通过闭合第一触发电路606的CE开关622而激活第一触发电路 606。由于第一触发电路606类似于图2所示的充电电路218,所以其将在每个相对应的半 周期期间在火线(L)电压通过零电压时(S卩,在火线(v)电压的每个过零处)自行重置,并 且将触发TRIAC 612导通并向负载610提供功率。由于该触发电路将基本上关于正和负周 期对称地启动/触发TRIAC 612,所以其能够被认为是自平衡触发电路而并不需要任何另 外的过零检测电路来关于火线(L)电压的波形的相位对相位时序进行校正。因此,第一触 发电路606将通过在火线(L)电压在检测到过零之后的每半个周期触发TRIAC 612以预定 相位角(例如,对应于充电时间T1)导通而开启负载610。在负载610被开启之后,负载610 的阻抗将会稳定,并且随后调光器的ZC电路604能够确定准确的过零信息。随后,与过零 相关的信息可以被提供至处理器602以便检测火线电压的过零。只要过零信息被提供至处 理器602,处理器602就检测到过零并且可以激活第二触发电路608而且能够控制第二触发 电路608以所确定的相位角切断火线(L)的AC信号从而控制负载610的调光。该预定相 位角可以由系统和/或用户实时设置。例如,该预定相位角可以由系统依据调光器的调光 水平和电流操作相位进行设置。
[0062] 由于镇流器在启动期间相对高的阻抗以及镇流器在正常操作期间相对低的阻抗, 该调光器的操作可以被划分为两种操作状态。在每个不同状态期间,第一和第二触发电路 中的不同触发电路互相独立地被激活。表1是用于选择第一和第二触发电路的触发电路选 择表。处理器602可以参考该表格进行选择(例如,存储在处理器的存储器中)以便使能 触发电路(606,608)。第一触发电路606可以被称作U1而第二触发电路608可以被称作 U2。
[0063] 表 1
[0064]

【权利要求】
1. 一种调光器开关(11〇1,200,400,600,70(^,70(?,1200),其适于耦合至交变电流 (AC)电源和负载以便对从所述AC电源输送至所述负载的功率量进行控制,所述调光器开 关包括: 可控双向半导体开关(CBSS) (208,408,612),其耦合在所述AC电源和所述负载之间并 且具有控制线路(G),当被触发时,所述控制线路配置所述CBSS导通以便在所述AC电源的 对应的半周期内从所述AC电源向所述负载输送控制量的功率; 第一和第二触发电路(606,608, 708),其耦合至所述控制线路并且被配置为触发所述 CBSS ;和 控制器(412,602,1210),其 接收与所述AC电源的特征相关的感测信息,所述特征包括与所述AC电源的电压波形 的一个或多个半周期内的一个或多个过零相关的信息, 基于所述感测信息、所述调光器的操作状态和调光选择中的一个或多个而选择待被启 用的所述第一或第二触发电路之一,并且 启用所选择的第一或第二触发电路进行充电,其中当所选择的第一或第二触发电路达 到阈值电荷时,所选择的第一或第二触发电路在所述一个或多个半周期中的对应半周期内 触发所述CBSS导通并且从所述AC电源向所述负载输送功率。
2. 根据权利要求1所述的调光器开关,其中基本上在对应的第一或第二触发电路的充 电时间过去时达到所述阈值电荷。
3. 根据权利要求1所述的调光器开关,其中所述第一和第二触发电路中的每一个的充 电时间互相不同。
4. 根据权利要求1所述的调光器开关,其中所述调光器开关仅包括分别作为所述调光 器开关的输入和输出的、耦合至所述AC电源的电源线路以及耦合至所述负载的负载线路。
5. 根据权利要求1所述的调光器开关,进一步包括耦合至所述第一和第二触发电路二 者的电容器,其中当充电时,所述第一和第二触发电路中的至少一个对所述电容器进行充 电。
6. 根据权利要求5所述的调光器开关,其中所述控制器可以依据所述调光器开关的操 作状态而选择所述第一或第二触发电路。
7. 根据权利要求4所述的调光器开关,其中所述第一和第二触发电路中的一个或多个 可以包括自平衡触发电路(218,606)。
8. -种对调光器开关(110-x,200,400,600,700A,700B,1200)进行操作的方法,所述 调光器开关耦合至交变电流(AC)电源和负载以便对从所述AC电源输送至所述负载的功率 量进行控制,所述方法包括由处理器(412,602,1210)所执行的动作,所述动作包括: 接收与所述AC电源的特征相关的感测信息,所述特征包括与所述AC电源的电压波形 的一个或多个半周期内的一个或多个过零相关的信息; 基于所述感测信息、所述调光器的操作状态和调光选择中的一个或多个而选择所述第 一或第二触发电路(606,608, 708);并且 启用所选择的第一或第二触发电路进行充电,其中当所选择的第一或第二触发电路达 到阈值电荷时,所选择的第一或第二触发电路在所述AC电源的对应半周期内触发可控双 向半导体开关(CBSS) (208,408,612)导通并且从所述AC电源向所述负载输送功率。
9. 根据权利要求8所述的方法,其中基本上在对应的第一或第二触发电路的充电时间 过去时达到所述阈值电荷。
10. 根据权利要求8所述的方法,其中所述第一和第二触发电路中的每一个的充电时 间被设置为互相不同。
11. 根据权利要求8所述的方法,其中启用所选择的第一或第二触发电路进行充电的 动作进一步包括依据所述感测信息、所述调光器的操作状态以及调光选择中的一个或多个 而对所述启用进行调制的动作。
12. 根据权利要求8所述的方法,进一步包括禁用所述第一和第二触发电路中并非所 选择触发电路的触发电路的动作。
13. 根据权利要求8所述的方法,进一步包括依据所述调光选择而确定第一和第二调 光状态中的所选择调光状态的动作。
14. 根据权利要求13所述的方法,进一步包括在所述第一调光状态选择所述第一和第 二触发电路之一以及在所述第二调光状态选择所述第一和第二触发电路中的另一个触发 电路的动作。
15. -种存储在计算机可读的非瞬时存储介质上的计算机程序,该计算机程序被配 置为对耦合至交变电流(AC)电源和负载的调光器开关(110-x,200,400,600,700A,700B, 1200)进行操作以便对从所述AC电源输送至所述负载的功率量进行控制,所述计算机程序 包括: 程序部分,其被配置为: 接收与所述AC电源的特征相关的感测信息,所述特征包括与所述AC电源的电压波形 的过零相关的信息; 基于所述感测信息、所述调光器的操作状态和用户输入信息中的一个或多个而选择第 一或第二触发电路(606,608, 708);并且 启用所选择的第一或第二触发电路进行充电,其中当所选择的第一或第二触发电路达 到阈值电荷时,所选择的第一或第二触发电路在所述AC电源的对应半周期内触发可控双 向半导体开关(CBSS) (208,408,612)导通并且从所述AC电源向所述负载输送功率。
16. 根据权利要求15所述的计算机程序,其中所述程序部分进一步被配置为从所述调 光器开关的用户接口 ¢02,1260)接收调光选择。
17. 根据权利要求15所述的计算机程序,其中所述程序部分进一步被配置为依据所述 感测信息、所述调光器的操作状态以及调光选择中的一个或多个而对所选择的第一或第二 触发电路的所述启用进行调制。
18. 根据权利要求15所述的计算机程序,其中所述程序部分进一步被配置为禁用所述 第一和第二触发电路中并非所选择触发电路的触发电路。
19. 根据权利要求15所述的计算机程序,其中所述程序部分进一步被配置为依据所述 调光选择而确定第一和第二调光状态中的所选择调光状态。
20. -种调光器开关,其适于耦合至交变电流(AC)电源和负载以便对从所述AC电源输 送至所述负载的功率量进行控制,所述调光器开关包括: 可控双向半导体开关(CBSS) (712),其耦合在所述AC电源和所述负载之间并且具有控 制线路(G),当被触发时,所述控制线路配置所述CBSS导通以便在所述AC电源的多个半周 期的对应的半周期内从所述AC电源向所述负载输送控制量的功率; 第一和第二触发电路(606,608, 708),其耦合至所述控制线路并且被配置为触发所述 CBSS,所述第一触发电路是自平衡触发电路,其被配置为在所述一个或多个半周期中的对 应半周期内触发所述该CBSS导通并且当所述第一触发电路达到阈值电荷时从所述AC电源 向所述负载输送功率;和 控制器(602,1210),其: 接收与所述AC电源的特征相关的感测信息,所述特征包括与所述AC电源的电压波形 相关的信息, 依据所述感测信息感测所述AC电源在所述多个半周期中的至少一个半周期内的电压 波形的过零, 依据所述感测信息和调光选择确定所述多个半周期中的至少一个半周期内的相位舍 弃的延迟时段, 确定所述延迟时段是否已经过去,并且 当确定所述延迟时段已经过去时启用所述第二触发电路以在所述多个半周期中的至 少一个半周期内触发所述CBSS,并且 有选择地禁用所述第一触发电路。
【文档编号】H05B39/04GK104160788SQ201380007047
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年1月23日 优先权日:2012年1月26日
【发明者】陈尚伍, S·文基塔苏布拉马尼安 申请人:皇家飞利浦有限公司
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