专利名称：具电源控制的电路的制作方法
技术领域：
本发明是与电子电路有关，特别是指一种具电源控制的电路，可用来控制作用于一负载上的电能。
背景技术：
现有的技术中，有多种型态的电路可用来限制在一回路中的电能，例如，调光电路在灯光的应用上可用来调整光源的亮度。例如美国第5686799，5798617，以及5955841号专利，是为电源控制、调光或回授电路的典型例子，于此一并做为参考。
然而，现有的电源控制/调光电路，在非线性负载时，传统上会有大量的效能衰减，有某些现有电路具有负载的回授可产生大量的电磁干扰(EMC)，此会使电路的效能衰减，并且限制了回授的使用。
图1显示一典型的现有调光电路10，具有一二极管交流开关D(DIAC)，耦接于一双向硅控体(TRIAC)TR的闸极，一电阻R与一分压器P耦接，一黑线端BLK耦接于该电阻R以及该双向硅控体TR，一白线端WH耦接于一负载LD，该负载LD耦接于该分压器P以及该双向硅控体TR。
图2显示出，当该电位计两端的电压达到预定位准VT时，该二极管交流开关D击发，且该双向硅控体TR即致能该电路成为导通状态。一输入信号IS根据该二极管交流开关D击发时间点的不同而分别具有一导通区间CR以及一非导通区间NCR。
虽然此种电路设计对该线性负载而言可能是有效益的，非线性负载则可能使该电路不稳定，此外，储存电容以及其他电能储存装置将会充电至一电压位准而对应于该输入信号的峰值Vp，亦即，该非线性负载准决定了充电的电压位准，再者，电流突波并未产生在最佳时间点，会导致电路效能的衰减。
因此，克服前揭各项缺点即为须解决的课题。
发明内容
本发明的主要目的即在提供一种具电源控制的电路，其可避免充电储存元件于峰值充电，通过此，一非线性负载可在稳定且有效率的状态下充电，当本发明主要应用于点灯电路时，即可适用于提供低电压位准的需求，而可使负载通电，进而具有调光，或过压及电流突波的保护功能。
一方面，本发明所提供的一种具电源控制的电路，包含有第一及第二开关元件跨接于该第一及第二轨，用以对一负载供电，一第一电源控制电路耦接于该第一开关元件，其中该第一电源控制电路在AC信号的半周期中的一部分周期中，将第一开关元件偏压至一非导通状态，进而对该负载通电，且在该部分周期中具有一AC信号的半周期的峰值电压，会发生在该第一及第二轨间的电压大于预定临界电压的时候。在一个实施例中，该第一开关元件在非导通状态的一段区间的中点对称于该AC信号的峰值。通过由此种结构，电能储存元件即充电至一位准而与该预定临界电压一致，而非传统电路中的峰值电压，此是由于该预定电压代表了峰值电压。
在另一方面，本发明所提供的一种具电源控制的电路，包含有一电流感测电路耦接于该第一开关元件，用以提供电流突波保护。
图1是现有壁式调光电路的结构示意图；图2是图1所示的电路的电压波形图；图3是本发明的具电源控制的电路的结构示意图；图4是图3所示电路的一实施例；图4A是概同于图4所示的电路，而更具有元件的数值；图5A是一波形图，显示图4所示的电路所产生出的电压波形；图5B是一波形图，显示图4所示的电路所产生出的电流波形；图5C是一波形图，显示本发明的过电压保护的状态；图6是一实施例概同于图4所示的电路，而更具有电流限制功能；图7是本发明的具电源控制的电路的一实施例；图8是一实施概同于图7所示的电路，而更具有电流限制功能；图9是本发明的具电源控制的电路的另一实施例；图10是本发明的具电源控制的电路的另一实施例；图11是本发明的具电源控制的电路的另一实施例；以及图12是本发明的具电源控制的电路的另一实施例。
具体实施例方式
为了详细说明本发明的构造及特点所在，兹举以下若干实施例并配合图式说明如后请参阅图3，本发明一较佳实施例所提供的一种具电源控制的电路100，具有第一及第二开关元件102，104以半桥架构耦接，用以对一负载106供电，一第一电源控制电路108耦接于一第一轨110，该第一开关元件102以及一第二电源控制电路112耦接于该第二开关元件104与一第二轨114之间，相互耦接的第一及第二电感L1-1，L1-2以及一电容C1，可提供对由第一及第二端BLK，WHT所输入的信号进行EMC的过滤。在一实施例中，该第一输入端BLK是与一传统黑线一致，该第二输入端WHT与传统白线一致，而提供标准120V的AC信号。
一般而言，该等电源控制电路108，112决定了该等开关元件102，104的导通及非导通区间，通过此，即使在有非线性负载的情形下，电能储存装置(例如大容量电容)亦会被充电至预定位准，亦即，消除了电容的在电压的最高点充电的状态(即所谓的峰值充电)。此外，较诸传统电路，本发明可大量减小突波电流。
图4显示图3的实际实施电路结构，其中，相似的参考图号指出相似的参考元件，由其中可知，该第一及第二电源控制电路108，112可在该负载106上的AC信号为负半波时被启动。由此更可推知，一个电源控制电路即可通过由其动作来解译另一电源控制电路的动作。此外，虽然第一及第二电源控制电路均出现于图中，其中一电源控制电路是用来控制一开关元件。
该第一及第二开关元件102，104是以MOSFET为例，分别具有闸极Q11G，Q01G，源极Q11S，Q01S，以及汲极Q11D，Q01D。该第一开关元件102的源极Q11S耦接于该第一轨110，该汲极Q11D耦接于该第一负载端106b而连接于该负载，该闸极Q11G耦接于该第一电源控制电路108，该第二开关元件104的汲极Q01D耦接于一第二负载端106a，该源极Q01S耦接于该第二轨114，该闸汲Q01G则耦接于该第二电源控制电路112。
虽然该等开关装置以BJT晶体管以及FET晶体管呈现，然而熟知此项技术者可以多种等效的开关装置代替，通过以符合个别应用的需求。另外，虽然本发明以半桥架构举例，然而其他种架构，例如全桥架构，亦可等效使用于本发明。
参阅图4的右下角，该第二电源控制电路112包含了一第一控制开关元件Q02，是以一双极晶体管为例，具有一基极B，一集极C，以及一射极E，该集极C是耦接于该第二开关元件的104闸极Q01G，该射极E耦接于该第二轨114。一第一分压器P01具有一第一端耦接于该第二轨114，一第二端耦接于该基极B，并通过由一电阻RR1以及一二极管DR1耦接于该第一轨110。
一第一电容C01，一第一电阻R01，以及一第一二极管D01彼此串接而整体跨接于该第一及第二轨110，114，第二及第三电阻R02，R03彼此串接且耦接于该闸极Q01G以及一点之间，该点是位于该第一电容C01以及该第一电阻R01之间。一电容CD耦接于该第二轨以及一点之间，该点是位于该第二及第三电阻之间。
在操作时，如同操作本电路对该负载106供电，该第二开关元件104被作用于该闸极Q01G上的一位准偏压至导通状态，而该位准原来是储存于该第一电容C01，其是经由该第一二极管D01以及该第一电阻R01充电。该第一电容所储存的电能维持该第二开关元件104的导通状态。该第一电源控制电路108将该第一开关元件102偏压至导通状态通过以提供一AC信号至该负载106。控制该二开关元件102，104分别于一半周期偏压，该二开关元件的相反的导通状态乃是通过由现有的第一及第二飞轮二极管FW1，FW2所达成的，该二飞轮二极管跨接于各该晶体管。
当该第一分压器P01的电压大于一预定临界电压Vth时，该位准是施于该第一控制开关元件Q02的基极B，致使该第一控制开关元件转换为导通状态。在该第一控制开关元件Q02变为导通状态时，该第二开关元件104的闸极Q01G是耦接于该第二轨，通过以将该第二开关元件关闭。于是，该分压器P01即“导引”该第一轨、第二轨、该电阻RR1以及该二极管DR1间的电压，使可被调整而决定该二轨110，114间的该预定临界电压Vth，而可有效率的启动该第一控制开关元件Q02(导通状态)，并进而关闭该第二开关元件104(非导通状态)。
在一实施例中，该第一及第二电源控制电路108，112以相对的操作模式对应于各个分压器，通过此该第一及第二开关元件102，104在AC负载波形中，是于实体上相同的时间点关闭。
图4A显示图4的电路，并加上元件的特定值，此数值仅用于举例，并非用来限制本发明于该特定值，熟习此技术者可任意变化其值来符合特定需求。
参阅图5A及图4，点PNC1，PNC2是该第一及第二开关元件102，104关闭(非导通)的时间点，点PC1，PC2则是第一及第二开关元件启动(导通)的时间点，对每个半周期而言，均会有一非导通区域NCR1，NCR2表示该等开关元件102，104处于非导通状态。由图中可看出，当该分压器P01的电压达到临界电压Vth，而与该峰值充电电压Vc一致时，在该半周期中已启动(导通)的开关元件102，104在点PNC1至对应点PC1间是关闭的；当在第一及第二轨间的信号降至低于临界电压Vth时，该开关元件102或104即恢复成导通状态。在该分压器上的临界电压Vth是与该二轨110，114间的电压Vc一致，而可低于该AC负载信号的峰值电压Vp。
图5B显示电流突波CS1-4，对应于图5A中的各该变化点PNC1，PNC2，PCI，PC2。如图所示，每一周期有四电流突波CS1-4，而与现有电路具有二电流突波不同，该等电流突波的频率是两倍于输入信号。例如，该电流突波频率可能约为120Hz而非60Hz，通过此可减少可见光的闪烁以及噪音。此外，该四电流突波CS1-4的大小是远小于现有电路中AC信号的峰值大小，通过此可大幅降低电路中各元件的负荷。
另外，电能储存元件，例如大容量电容，充电至AC信号的变化点PC1，PNC1，PC2，PNC2的电压位准。因此，该储存电容充电至电压位准Vc，即可通过由调整该电源控制电路112的分压器P1来决定。而该第二电源控制电路112的各元件以及作动方式亦可适用于该第一电源控制电路108以及该第一开关元件102。再者，该非导通区域NCR1，NCR2可调整其大小来符合特定应用的需求，例如调光。举例而言，光源的亮度可与储存元件充电的电压位准Vc(图5A)同步，而直接控制该电源电路的DC电压。
图5C显示一实施例，其中该分压器P01的临界电压Vth是设定用来限制充电电压Vc于一位准，该位准是略该于AC信号的预期峰值电压Vp。若有突波产生，该AC信号电压即被嵌位于该Vc，且在该第一及第二轨110，114间的电压高于该预期峰值电压Vp的这段时间内，即会形成一个非导通区间。因此，通过由嵌位该电压位准即可提供过电压保护。
图6显示一具电源控制的电路100，，具有电流突波保护功能。乃是针对图4所示的电路再加入部分功能，相同的元件则使用相同的编号，在一实施例中，该第一电源控制电路112’包含一感测电阻RF01耦接于该第二开关元件的源极Q01S以及该第二轨114。一二极管DF01耦接于该源极Q01S以及该第一控制开关元件Q02的基极B。一电容CF01耦接于该基极B以及该第二轨114，通过此该感测电阻RF01，电容CF01，以及二极管DF01即与该第二开关元件Q02间形成一电流限制机制。
若电流通过该第二开关元件104所产生的电压大于一预定电压，而足以透过该基极B将该第一控制开关元件Q02偏压至导通状态时，该第二开关元件104即被关闭。因此，通过该第二开关元件104的电流即被限制在一预定位准。通过此，该电容CF01的阻抗即可用来在预定的时间间隔内维持该第一控制开关元件Q02于导通状态，而可与所需要的AC信号的周期一致。
图7显示本发明另一实施例的一具电源控制的电路200，该电路200具有一第一控制电路202以及一第二控制电路204位于一负载206的两侧，该负载206可为一非线性负载，四电阻RC1-4与一分压器P1彼此串接且跨接于第一及第二轨208，210。
该第一控制电路202具有第一及第二开关元件Q11，Q21，于此是为BJT晶体管，耦接于达令敦架构，用以对该负载供电。一第三开关元件Q31，亦为BJT晶体管，具有一射极E耦接于该第一轨208，一基极耦接于该第一及第二电阻RC1，RC2间的一点，以及一集极耦接于该达令敦对(Darlington pair)的第二开关元件Q21的基极。一二极管D11耦接于该第一轨208以及该负载206，用以在黑白输入端BLK，WHT的AC信号位于负半周期时驱动该电路。
操作时，当该第一及第二轨208，210间的电压大于一预定临界电压时，该第三开关元件Q31即被偏压至导通状态。在该第三开关元件Q31导通的同时，该达令敦对(Darlington pair)的第二及第一开关元件Q21，Q11即被关闭。用来作用于该负载的AC信号则类似于图5A所示，其中该电压是嵌位于一预定位准Vc。该电路的嵌位电压取决于该分压器P1所决定的电阻。由此可知，该嵌位电压可控制在低于预期峰值信号电压Vp的状态下，而可适用于调光的应用，或者是，在大于该预期峰值信号电压Vp时，可提供过电压保护。
图8显示本发明的电路，其较图7所示的更多出突波电流保护的功能，该第一控制电路202具有一感测电阻RF耦接于第一轨208与该第一电阻RC1之间，若该负载电流大于该分压器P1所设定的一预定量时，该感测电阻RF上的电压即会将该第三开关元件Q31偏压至导通状态，进而将该达令敦对(Darlingtopn pair)Q21，Q11关闭。
图9显示本发明的又一具电源控制的电路300，而仅参考到单一轨，由图中可知该电路结构以及操作是概同于图7示，该电路300具有一第一轨入端BLK以及一第二输入端WHT，而耦接于一负载LD。
该电路300具有一分压器P1，一大电阻RSC，以及该负载端(具有该第二输入端WHT)彼此串接。该分压器P1提供一电压，用以当该负载电压增加至高于该分压器所设定的一预定量时，将各该控制开关元件Q31，Q32偏压至导通状态。当该等控制开关元件Q31，Q32导通时，该等达令敦对(Darlington pair)Q12，Q22，以及Q21，Q11即关闭，通过以提供非导通状态的预定区间。
如图10所示，本发明另一实施例中，该大电阻RSC的值约在1MQ，通过以维持电流于一可应用的安全标准位准之内，例如UL(UnderwritersLaboratories)。本发明的电路元件的值是显示于图中。由此可知，对本实施例或本发明的其他实施例而言，该等元件的值仅是用以举例说明，而可易的被熟知此项技术者所更换。此外，本实施例的结构亦非常有用，例如，本实施例有一端(即该白线WHT)是不易存取的。
图10显示一实施例的具电源控制的电路400概同于图9，其中该电路是参考对地。由图中可知，该白线端WHT以及地线GND间的电压是相对为小，此是由于该电压与流过该大电阻RSC的电流有关，例如，120V/1MΩ＝120μA，此值可完全符合UI的安全规范。
图11显示一实施例400’概同于图10所示，而更具有电流限制的功能，其包含一第一及第二感测电阻RF1，RF2。若流经该负载的电流大于该分压器P1所设定的预定临界电压时，该二感测电阻RF1，RF2上的电压即可将该第一及第二控制开关元件Q31，Q32偏压至导通状态，通过以将该电路关闭。
图12显示本发明另一实施例的具电源控制的电路500，其中，在第一及第二输入端BLK，WHT的输入波会被一全桥整流器D1，D2，D3，D4所整流。该电路500更具有第一及第二开关元件Q1，Q2，于本实施例中是为BJT电晶体形成的达令敦架构，用以对一负载LD供电。该二开关元件Q1，Q2的集极C1，C2是耦接于一第一轨RL1，通过此该等开关元件在正常状态时是处于饱合状态。该第一开关元件Q1的射极E是通过由一感测电阻RF耦接于一第二轨RL2。一双向硅控体TR是跨接于该第一及第二轨RL1，RL2，且其闸极G耦接于一二极管DPM1。一感测电容CF耦接于该双向硅控体TR的闸极G以及该第二轨RL2之间。一电阻RC是并于该感测电容CF。
当该电感测电阻RF上的电压增至大于一预定位准时，该双向硅控体的闸极G上的电位即可将该双向硅控体偏压至导通状态，通过以将该第一及第二开关元件Q1，Q2关闭到下一个零交叉(zero crossing)为止。储存于该感测电容CF内的电能可用来维持该双向硅控体于导通状态，通过以提供负载周期的控制。亦即，该电路可在预定的AC周期内维持在关闭状态。本电路可做为一个自我重设的电子保险丝。
前述本发明的具电源控制的电路具有多种可变性及应用性，惟并不限制于电路保护、电压规范、以及电压保险丝等。
权利要求
1.一种具电源控制的电路，其特征在于包含有第一及第二开关元件跨接于第一及第二轨，用以对一负载供电；一第一电源控制电路耦接于该第一开关元件，其中该第一电源控制电路在AC信号的半周期中的一部分周期中，将第一开关元件偏压至一非导通状态，进而对该负载通电，且在该部分周期中具有一AC信号的半周期的峰值电压，会发生在该第一及第二轨间的电压大于预定临界电压的时候。
2.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该第一开关元件在非导通状态的区间，是以该AC信号的半周期的峰值电压为中心。
3.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该第一电源控制电路包含一分压器跨接于该第一及第二轨，用以设定预定临界电压。
4.依据权利要求3所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有一控制开关元件，耦接于该分压器，用以当该分压器两端的电压大于该预定临界电压时，将该第一开关元件偏压至非导通状态。
5.依据权利要求4所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有一储存电容，用以将该第一开关元件偏压至导通状态。
6.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该预定临界电压是高于AC信号的半周期的预期峰值，用以提供过电压保护。
7.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该预定临界电压低于AC信号的半周期的预期峰值。
8.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有一控制开关元件耦接于该第一开关元件，一感测电阻耦接于该第一轨以及该第一开关元件之间，当该第一开关元件的电流大于一预定的临界电流时，该控制开关元件即将该第一开关元件偏压至非导通状态。
9.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有一大容量电容，用以充电至预定临界电压。
10.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该第一开关元件形成一部分的达令敦对。
11.依据权利要求10所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该达令敦对中，该负载以及该第二开关元件是端对端连接且跨接于该第一及第二轨。
12.依据权利要求11所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该负载是位于第一及第二开关元件之间。
13.依据权利要求10所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有一第一二极管跨接于该第一开关元件，一第二二极管跨接于该第二开关元件。
14.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有于一单轨上的参考电压位准。
15.依据权利要求14所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该单轨是与一传统黑线端同步，一第二白线端则对应相关而无法连接。
16.依据权利要求14所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有一高阻抗电阻，用以耦接于该负载，以使接地的误电流最小化。
17.依据权利要求1所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有于接地端的参考电压位准。
18.依据权利要求17所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有传统白及黑输入端，用以接收一AC输入信号，其中该白端是用以连接于该负载。
19.依据权利要求18所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有一高阻抗电阻，用以接地，其中在接地端以及该白端间的位准差是与该高阻抗电阻上的电流同步。
20.一种具电源控制的电路，其特征在于具有第一及第二开关元件跨接于第一及第二轨，用以对一负载供电；一第一电源控制电路用以控制该第一开关元件于导通状态；一第二电源控制电路用以控制该第二开关元件于导通状态；其中该第一电源控制电路包含有一控制装置耦接于该第一及第二轨之间，且连接于一控制开关元件，通过此该控制装置可将该控制开关元件偏压至导通状态，当该第一及第二轨间的电压大于该控制装置所定义的一预定临界电压时，该第一开关元件即被偏压至非导通状态。
21.依据权利要求20所述的具电源控制的电路，其特征在于所述该第一电源控制电路包含有一感测电阻耦接于该第一开关元件，用以将该控制开关元件偏压至导通状态，通过以使该感测电阻上的电流大于一预定的临界电流。
22.一种具电源控制的电路，其特征在于具有第一及第二输入端，用以接收一输入AC信号；第一及第二二极管彼此串接且整体跨接于第一及第二轨，通过以第一输入端耦接于该第一及第二二极管间的一点；一开关电路具有至少一开关元件通过由一感测电阻跨接于该第一及第二轨；一嵌位开关元件具有第一、第二、以及第三端，第一及第二端是跨接于该第一及第二轨，该第一端耦接于该第一开关电路，该第三端耦接于感测电阻，其中该感测电阻将该嵌位开关元件偏压至导通状态，当该感测电阻两端的电压大于一预定临界电压时，该开关电路即被偏压至非导通状态。
23.依据权利要求22所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有一电容跨接于该感测电阻，用以维持该嵌位开关元件于非导通状态。
24.依据权利要求22所述的具电源控制的电路，其特征在于包含有第三及第四二极管彼此串接且整体跨接于该第一及第二轨，其中该负载耦接于该第二端与一点之间，而该点是位于该第三及第四二极管之间。
25.一种在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有决定一临界电压可使一AC信号被嵌位，通过此，用来对一负载通电的一开关元件即可在该AC信号高于该临界电压时，被偏压至非导通状态。
26.依据权利要求25所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有使该开关元件在非导通状态的时间中点对称于该AC信号的峰值。
27.依据权利要求25所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有对一储存电容充电至临界电压位准。
28.依据权利要求25所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有对该AC信号的每一周期产生四电流突波。
29.依据权利要求25所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有当该开关元件上的电流大于一预定临界电流时，将该开关元件偏压至非导通状态。
30.依据权利要求25所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有使用一分压器决定出临界电压。
31.依据权利要求25所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有设定该临界电压使其高于AC信号的预期峰值电压，用以提供过电压保护。
32，依据权利要求25所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有通过由修正该临界电压来提供对一灯具的调光功能。
33.一种在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有提供第一及第二开关元件跨接于第一及第二轨，用以对一负载供电；一第一控制电路耦接于该第一开关元件，一第二控制电路耦接于该第二开关元件；一分压器跨接于该第一及第二轨；以及一控制开关元件耦接于该分压器，当该第一及第二轨间的电压值大于该分压器所决定的一预定临界电压时，该分压器便将该控制开关元件偏压，而使该第一开关元件偏压至非导通状态。
34.依据权利要求33所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有将一感测电阻耦接于该第一开关元件以及该控制开关元件，当该感测电阻上的电流大于一预定电流时，该感测电阻便将该控制开关元件偏压，而使该第一开关元件偏压至非导通状态，通过以提供电流突波保护。
35.依据权利要求33所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有选择该临界电压使其高于该AC信号的预期峰值电压，用以对该负载供电并提供过电压保护。
36.依据权利要求33所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有使该第一开关元件在非导通状态的时间中点对称于该AC信号的峰值，用以对该负载供电。
37.依据权利要求33所述的在电路中控制电源的方法，其特征在于包含有通过由调整该临界电压来提供对一灯具的调光功能。
全文摘要
本发明是有关于一种具电源控制的电路，包含有第一及第二电源控制电路用以分别控制第一及第二开关元件通过以对一负载供电，该等电源控制电路决定该等开关元件的导通时间间隔，通过以定义出本发明的电压充电位准。
文档编号H02M5/22GK1684353SQ20041003292
公开日2005年10月19日 申请日期2004年4月13日 优先权日2004年4月13日
发明者密希尔·莫森 申请人:密希尔·莫森