专利名称：用于感性负载的电源控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及到用于感性负载的电源的控制，更具体地说，涉及提供一种节能的可靠的日光灯的调光电源的电路。
相关的其它申请二个以本发明者的名字申请的其它专利申请，并已转让给目前的受让人，标题分别为“具有最小功率消耗的凹口切断电路”和“时间延迟起动电路”，已与本发明同日申请，披露并要求保护和本发明共同使用的电路。
现有技术的描述在以L.S.阿瑟顿(Atherton)，R.A.布莱克(Black)，Jr.和A.D.克姆波里(Kompelien)名字于1986年8月21日申请的，并转让给本发明受让人的待审申请No898，569号中，描述了一种电路，借助产生“凹口”，并控制凹口在给日光灯供电的电源的交流波形中的宽度和位置提供日光灯的调光。在待审申请中，供给日光灯感性镇流器的电源在其正负半周里被短时切断，从而在每半周提供一具有“凹口”的电压波形。改变凹口的位置和宽度，从而改变供给镇流器的功率，并提供所需的调光。为了在供给负载的功率被切断的凹口期间内给存贮在感性负载中的电能提供一电流通路，采用一并联开关，它在凹口期间工作，从而允许存贮能量连续流通并放电。该并联开关表示在上述待审申请的图5b中，一般由一对跨接在负载上并与一对二极管并联的可控硅整流器(SCR)组成。二极管和SCR的极性连接方式能防止正常运行期间使电源短路，而在凹口期间却提供电流通路。SCR由来自电源的信号控制，使得一只SCR在正半周处于“on”状态，而另一只在负半周处于“on”状态。这种电路的缺点是，来自交流电源的逻辑指令，在整个电源的半个周期内，给每个SCR供给驱动功率，以便在凹口期间提供负载电流通路。因为SCR控制驱动消耗大量能量，而SCR实际上仅仅在凹口期间处于“on”状态，这就存在相当多的能量浪费。此外，利用SCR，通过电源的异常反向电压浪涌有可能使SCR错误地翻转为“on”状态，从而提供了一跨接在负载两端的不希望的短路通路。
发明综述本发明利用与一对二极管相并联的跨接在感性负载上的一对可关断晶闸管(GTO)，以独特的不同于上述待审申请所述方式，为存贮在感性负载中的能量提供通路，GTO具有可转向“on”或“off”的优点，因此，除了在每个凹口期间它们处于“on”状态之外，其余时间都处于“off”状态。由于它们在电源供电周期的大部分时间为“off”，实现了相当大的能量节约。并且通过电源的强大的反向浪涌电压不会偶然地使其翻转为“on”状态，因而防止了短路的情况。GTO的控制极由一新颖的电路激励，从而使合适的GTO在凹口开始时为“on”状态，在凹口结束时转为“off”状态。
附图的简要说明
图1表示所要求的负载电压波形，它包括向日光灯镇流器提供调光的凹口;
图2是一简化的开关电路，表示为控制供给感性负载的功率所要求的操作;
图3是现有技术电路的简图，在凹口期间为存贮的能量提供一电流通路;
图4所示为与图3类似的，但利用GTO的本发明的电路;
图5表示一新颖的用以控制图4中GTO的控制电路。
最佳实施例的详细说明图1中，所示正弦电压波形10，它可以从用以供给日光灯感性镇流器的电源获得，日光灯的亮度可被控制。如以上同时申请的待审申请中所描述的，日光灯的调光控制可由产生象在波形中12和14的凹口以及调节凹口中沿横轴的位置和宽度来提供，用这种方式减少供给镇流器的功率，提供日光灯的调光。通过参照图2可得到工作的简要说明，其中感性负载20代表日光灯的镇流器，它通过第一开关24与电源22相连，该开关借助于一控制电路的控制(控制电路未画出，可为上述待审申请中及与本申请同时申请的上述参考申请中的类似电路)，以便在需要产生凹口12和14的期间内，切断电源流向感性负载20的电流。
第二开关26与负载20并联，用来在开关24打开的期间内，为感性负载20中存贮的能量提供一放电通路。相应地，仅在开关24打开的期间内，开关26才由一装置(在此未画出)激励到闭合位置。用这种方法，显然在开关24接通期间，存贮在感性负载20中的能量，在开关24断开期间，通过开关26具有一释放通路。
在图3中，如同上述待审申请中所描述的，提供存贮能量的导电通路的一种简化的开关布置被示出。在图3中，负载20再次被表示成通过第一开关24由电源22供电。一对二极管30和32的阳极连接在公共线34上，公共线34一般通过端子36连接信号的地，二极管的阴极分别跨接在感性负载20的端点38和40上。
一对单向开关，最好是SCR，它的端点50和52跨接在感性负载20上，它们的阴极接公共线34，它们的阳极分别连接端点38和40。SCR50和52的控制极分别与端点54、56相连，接收来自电路的信号(在此未示出，可为上述待审申请中以及上述同日提交的作为本申请参考的申请中所示的电路)。如此，在电源22供电的负半周的适当时间触发SCR50到导通状态，在正半周的适当时间触发SCR52到导通状态。因此，实际上在整个正半周期间，SCR50不允许电流从端点38流出，因为它处于截止状态，同样，在整个负半周期间，SCR52不允许电流从端点40向上流动，因为它处于截止状态。不过，在上述电路中，整个正半周期内，一个驱动信号加到端点56，即SCR52的控制极上，使它准备在凹口时间内导通。如此，在这半周期间，产生一从感性负载20的底部通过端点40的电流流动通路，向上穿过SCR52，通过公共线34及通过二极管30、端点38到感性负载20的上部。同样，在负半周期间，一个驱动信号加到端点54上，即SCR50的控制极，使它准备在负半周出现凹口时导通。此时，在这半周里形成一仅从感性负载20的顶端，通过公共线34，穿过二极管32，端点40到感性负载20的底部的电流通路。显然，每当开关24打开时，便提供了感性负载20的贮能释放通路。图3的电路和前述与其相关的控制电路所发现的缺点是，SCR50和52在每半周的大部分期间有门信号功率。并因此在不需要时也有相当多的功率被消耗。利用这些SCR，对于大的冲击电压，在电源的半个周期内导致SCR误导通并引起电源短路的可能性也是存在的。
与图5中所示控制电路相连的图4中的电路表示了本发明，它解决了功率消耗和电源短路问题。一对单向开关60、62，最好是GTO，代替了图3中的SCR50和52。虽然SCR和GTO为本发明所采用的单向开关的最好的器件，其它开关元件象绝缘栅晶体管、双极晶体管及场效应晶体管也可采用，但实际效果较差。与其它元件相比，GTO有较低的功率消耗，并能向导通和截止两个状态转换，而且，就申请人所知，SCP是目前唯一能在两个方向上阻塞反向电压的开关。图4中其它所有元件和图3中的一样，并采用同样的标号。GTO60和62的控制极表示成分别与控制端54和56相连的双向箭头，从而表示GTO60、62可以向导通和截止两个方向翻转。尤其是，借助于结合图5将被描述的电路，GTO62将在图1中凹口12开始时，或稍微提前一点，转向导通，而在凹口12结束时转向截止。同样，GTO60在图1中凹口14开始时或稍微提前一点转向导通，而在凹口14结束时转向截止。借此，提供了图3中所描述的释放存贮在感性负载20中的能量的通路，并由于仅在凹口存在的短时间内提供GTO导通的驱动信号，没有功率的浪费。凹口开在正负半周中是可取的，否则会产生一直流偏流信号，导致日光灯不希望的闪烁。
现在看图5，它描述了用于控制GTO60和62导通和截止状态的电路。图5中，电源被表示成具有一跨接在交流电源72上的初级线圈70和一具有端点76和78及中间抽头80的次级线圈74的变压器。一个光电耦合器电路，由虚线82表示，它同在上述同时待审的申请中所描述的相同，被表示成具有一联到变压器次级线圈74的公共中间分接头80的第一端子和通过限流电阻84接到连接点86的第二端子。
所示一个npn型晶体管90，它的基极连接二极管90的阴极，二极管的阳极和接点82相连，电阻94连在变压器次级线圈74的尾端76及晶体管90的基极之间。晶体管90的发射极连在端点76和二极管96的阳极上，二极管96的阴极连接-pnp型晶体管98的发射极。三极管90的集电极通过电阻99连接三极管98的基级，电阻100连在三极管98发射极和基极之间。
所示另一个二极管102，它的阳极连接接点86，它的阴极连接第二个npn型三极管104的基极。三极管104的基板通过电阻106连接变压器次级线圈74的末端78。三极管104的发射极连接末端78和二极管110的阳极，二极管110的阴极连接第二个npn型三极管114的发射极。三极管104的集电极通过电阻115连接三极管114的基板，电阻116连接在三极管114发射极和基板之间。
一对电容120和122具有一边连接变压器次级线圈74的中间抽头80的第一电极和分别与三极管98和114的发射极相连的第二电极。电阻126跨接在电容器120和122之间。
一对电阻130和132，每一个具有一与端点134相连的一端并有另外分别与三极管98和114的集电极相连的另一端。一对二极管140和142，具有一边与端点134相连的阳极和与变压器线圈74末端76和78分别相连的阴极。电容146连接在端点134和变压器次级线圈74的中间抽头80之间。
图4所示的端点54、36和56也表示在图5右端中，端点36连接次级线圈74的中间抽头80，端点54和56分别连接三极管98和114的集电极。
在运行中，在来自发电机72的信号的正半周期间，变压器次级线圈74的端点76、80和78呈现输出，因此点76的电位相对点80的电位为正，点80的电位相对点78的电位为正。提供了从端点76经二极管96和电容120到端点80的电流通路，以此使上部电极为正，给电容器120充电。也在正半周内，电容146由从中间抽头80通过电容146和二极管142，回到次级线圈74的低末端78的电流充电，使得它的上端为正。
在正半周期间，当需要产生图1中的凹口12时的预定时刻，由电路82产生一光电信号，从而在端点86产生一正信号(相对于末端78)，这将产生一电流，经二极管102和电阻106给三极管104加偏压到导通状态，三极管90保留在截止状态。当三极管104导通时，提供一偏流给三极管114使其转向导通。存在于电容122中的正电压(来自前一半周，这将要解释)现在可经三极管114，电阻132，公共接点134和二极管142回到变压器次级线圈74的尾端78放电。同时，随着电容器122放电，有一经过电阻132的电流维持通路，它从变压器线圈74的端部76经二极管96、电阻126、三极管114、然后经电阻132及二极管142回到变压器线圈末端78。这产生一位于端点56的正信号，并且，图4中GTO62转向导通状态。在实际过程中，位于端点86来自光电耦合电路82的信号稍微先于图1中凹口12和14的起始边，使得图4中的GTO62在凹口开始稍微提前一点转向导通，从而确保在开关24打开时它处于导通状态。负载20上存贮的电量现在可经端点40、GTO62、公共端点34、二极管30、端点38回到负载20的上端放电。
在凹口12结束时，接点86上来自光电耦合电路82的信号消失，相应地，象三极管114那样，三极管104停止导通。
回想一下在运行的正半周期间，电容146上端充电为正，它的下端为负，并且公共端134上的负电压通过电阻132驱动GFO62的控制极56，转向截止。因而，仅在图1中凹口12期间内，GTO62保持在导通状态。
在运行的负半周期间，末端78相对于中间抽头80为正，中间抽头80相对于尾端76为正。在这些条件下，电流从端点78经二极管110和电容122向中间抽头78流动，借此给电容器122充电，使其下端为正。电流也可以从中间抽头80经电容器146向公共端134并经二极管140回到次级线圈74的上端76流动，从而电容146再充电回到上端为正的状态。
在凹口被要求出现稍微之前一点，来自光电耦合电路82的信号在接点86上提供一正信号(相对于变压器次级线圈74的上端76)接点86上的正信号经二极管92和电阻94提供一电流，该电流偏置三极管90到导通状态。三极管104将保持截止状态。随着三极管90导通，三极管98将对偏置到导通状态，并且电流将从电容120中流出，从而使电容保持上周的正充电，经三极管98、电阻130、公共接点134和二极管140回到现在的变压器次级线圈74的负电压端76。同样，当电容120放电时，有一经电阻130的电流流动的保持通路，从变压器线圈74的端部78，经二极管110、电阻126、三极管98、然后经电阻130、二极管140回到变压器线圈的末端76。产生在端点54的正电压将使图4中GTO转到导通状态，并且图4中负载20的贮能现在也可经接点38、GTO60、公共端34、二极管32、接点40回到负载20的下端释放。
在凹口结束时，来自光电耦合电路82的信号从端点86中消失，三极管90和98转向截止。电容器146下端的负信号经电阻130，驱动端点54和GTO60的控制极到负电位，借此使GTO60呈截止状态。相应地，GTO60仅在凹口14期间内为导通状态。
因而可以看出，我们提供了这样的电路，它仅在凹口期间产生一感性负载的放电通路，而不是在电源供电的整个半周期间内。更进一步，因为GTO能被转到截止状态，并在它们必须截止时有一转向截止的信号，电力线路暂态将不会偶然地使它们错误地翻转为导通状态，从而防止了不希望的短路。
虽然参照最佳实施例本发明已被描述，本领域的熟练人员将认识到，不脱离本发明的思想和范围，可在形式和细节上作出变更。
权利要求
1.一种用于感性负载的装置，该负载具有第一端子和第二端子，并通与第一端子和第二端子相连的电源供给交流电，但在所供电流的正负半周期间的预定时间间隔内，所述负载被切断与电源的连接，该装置用来仅在预定的时间间隔内为负载上存贮的电量提供一电流通路，该装置包括第一和第二单向导电元件，每个元件的连接使得从其输入端到输出端导通电流；第一和第二单向开关，每一个单向开关具有一控制端，所述控制端根据接收到的控制信号的控制，从而使开关翻转为导通或截止状态，每个开关的连接方式，使得仅在当由控制端上的控制信号的控制转到导通状态时，从输入端到输出端导通电流；可操作的控制装置，用来仅在电源供给电流的正半周的预定时间内产生第一输出，仅在电源供给电流的负半周的预定时间内产生第二个输出；以及连接装置，分别把第一和第二导电元件的输出端及第一开关、第二开关的输入端连接在负载的第一、第二端子上，将第一、第二导电元件的输入端连接在负载的第一、第二端子上，将第一、第二导电元件的输入端与第一、第二开关的输出相连，将第一、第二开关的控制端与控制装置相连，控制装置的第一输出端提供一控制信号，翻转第二开关到导通状态，控制装置的第二输出端提供一控制信号，翻转第一开关到导通状态。
2.按照权利要求1的装置，其中感性负载包括日光灯装置，所述预定时间间隔用来调节灯的亮度。
3.按照权利要求1的装置，其中单向性导通元件为二极管。
4.按照权利要求1的装置，其中单向性开关为GTO。
5.按照权利要求1的装置，其中来自控制装置的第一、第二输出是电信号，它们在接近预定时间间隔开始的时刻出现，在接近预定时间间隔结束时消失。
6.按照权利要求5的装置，其中控制装置包括与电源感应耦合的变压器副边，它具有第一、第二端子和一中间抽头;在电源供给电流的正部分期间存贮正信号的第一容性装置;在电源供给电流的负部分期间存贮正信号的第二容性装置;第一开关装置，它在接近预定时间间隔开始时起动，并在接近预定时间间隔结束时复位，其操作用来连接第一电容器装置，从而供给第一输出;以及第二开关装置，它在接近预定时间间隔开始时起动，并在接近预定时间间隔结束时复位，其操作用来连接第二电容器装置，给出第二输出。
7.按照权利要求6的装置，其中第一、第二开关由三极管组成。
8.按照权利要求7的装置，进一步包括光学装置，它在接近预定时间间隔开始时产生光学信号，在接近预定时间间隔结束时熄灭;以及响应光学信号，用来产生偏置信号，翻转三极管为导通状态的装置。
9.按照权利要求8的装置，其中响应光学信号的装置包括分别连接到第一、第二开关上的第三、第四开关。
10.一种用于由交层电压源供电的日光灯的控制系统，电源相对于一参考电位具有正负半周，该系统响应发生在预定时间的输入信号，从而产生使日光灯调光的控制信号，当在正半周出现输入信号时，在第一端产生一控制信号，而当在负半周出现输入信号时，在第二端产生一控制信号，它包括与电源相连用以存贮控制信号的存贮装置;与电源相连并仅在正半周期间由输入信号激励，从而连接存贮装置到第一端，并从而提供控制信号的第一开关装置;与电源相连并仅在负半周期间由输入信号激励，从而连接存贮装置到第一端，并从而提供控制信号的第二开关装置。
11.按照权利要求10的装置，其中电源包括相反极性的输出端，存贮装置包括连接到输出端的容性装置。
12.按照权利要求11的装置，其中输出端为变压器次级线圈的第一、第二抽头，参考电位从第一、第二抽头之间的次级线圈中间抽头获得。
13.按照权利要求12的装置，其中容性装置包括每个具有第一、第二电极的第一、第二电容器，还包括分别连接中间抽头到第一电极，连接第一、第二抽头到第二电极的连接装置。
14.按照权利要求13的装置，其中连接装置包括连接在第一、第二抽头之间，并与第一、第二电极相连的单向导电元件。
15.按照权利要求14的装置，进一步包括连接在第一电容器的第二电极和第二电容器的第二电极之间的电阻装置。
16.按照权利要求10的装置，其中第一、第二开关装置包括每个具有基极的第一、第二晶体管装置，其基极的连接方式使得能接收输入信号。
17.按照权利要求16的装置，进一步包括具有与参考电位相连的开关输入及开关输出的第三开关装置，以及分别连接开关输出到第一、第二晶体管装置基极的第一连接装置，用以提供输入信号，
18.按照权利要求17的装置，其中第一连接装置包括第一、第二单向导电装置，其连接方式使得电流从开关输出分别流到第一、第二晶体管装置的基极。
19.按照权利要求18的装置，其中第一、第二PnP型晶体管，每个具有分别与第一、第二抽头之一相连的发射极，且每个具有集电极。
20.按照权利要求19的装置，其中第一、第二晶体管装置包括每个具有分别与第一、第二晶体管的集电极相连的基板的第三、第四晶体管。
21.按照权利要求20的装置，其中第三、第四晶体管每个具有发射极和集电极，第二连接装置分别使发射极与第一、第二抽头相连，并分别把集电极与第一、第二端相连。
22.按照权利要求21的装置，其中第二连接装置包括第三、第四单向导电装置，其连接使得能提供分别从第一、第二抽头流向第三、第四晶体管的发射极的电流。
23.按照权利要求22的装置，其中存贮装置包括每个具有第一、第二电极的第一、第二电容器，以及连接第一电极到参考电位和分别连接第二电极到第三、第四晶体管的发射极的第三连接装置。
24.在交变周期的正负部分期间，在预定的时间内，在第一、第二端产生相对于参考电位的输出信号的电路装置，使得1)当在周期的正部分期间预定时间出现时，该电路装置产生一输出，该输出的第一端相对于参考电位为正，第二端则相对于参考电位为负，2)当在周期的负部分期间预定时间出现时，该电路装置产生一输出，该输出的第二端相对于参考电位为正，而第一端相对于参考电位为负，包括变压器装置，它具有一作为参考电位的中间抽头及第一、第二端子，用来产生交流电，二极管装置，其阳极在公共接点连在一起，其阴极经第一、第二电阻分别与第一、第二端子相连;第一npn型晶体管装置，其基极与第一二极管的阴极与第一电阻阻的接点相连，其发射极与第一端子相连，并有一集电极;具有与第二二极管阴极和第二电阻的接点相连的基极，与第二端子相连的发射极。并有一集电极的第二npn型晶体管装置;具有与第一npn型晶体管装置的集电极相连的基极，及与其阳极连接第一端子的第三二极管的阴极相连的发射极，还有与第二端子相连的集电极的第一pnp型晶体管装置;具有与第二npn型晶体管装置的集电极相连的基极，及与其阳极连接第二端子的第四二极管的阴极相连的发射极，以及与第一端子相连的集电极的第二pnp型晶体管;具有与中间抽头连接的公共接点的第一、第二电容装置，每个具有分别与第三、第四二极管的阴极连接的第二端;具有连接其阳极的公共接点的第五、第六二极管，每个具有与第一、第二端子分别相连的阴极;第三、第四电阻，每个有一与第五、第六二极管的公共接点相连的第一端，及分别与第一、第二端子相连的第二端;具有与中间抽头相连的第一端和与第五、第六二极管的公共接点相连的第二端的第三电容装置;连接在中间抽头及第一、第二二极管公共接点之间的控制装置，在预定时间内将中间抽头和公共接点电气相连。
全文摘要
一种用于日光灯调光控制的电路，其中凹口被产生和定位，从而改变输入感性镇流器的功率，该电路包括一对可关断晶闸管，它仅在凹口期间给感性镇流器内的贮能提供放电通路。
文档编号H02M1/08GK1041078SQ89107768
公开日1990年4月4日 申请日期1989年8月31日 优先权日1988年8月31日
发明者小罗伯特·布莱克, 阿龙·D·康普利恩 申请人:霍尼韦尔有限公司