具有改进的过零检测的两线调光器的制造方法
【专利说明】具有改进的过零检测的两线调光器
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求于2012年9月14日提交的美国临时专利申请N0.61/700,964以及2013年3月11日提交的美国专利申请N0.13/793，245的优先权。
【背景技术】
[0003]负载控制装置和系统控制从交流电流(AC)电源传递到电负载的功率量，例如，诸如照明负载。这种照明控制系统通常采用可控导通装置，例如，诸如晶闸管或双向晶闸管，用于控制照明负载的强度。该可控导通装置响应于在控制输入接收的触发信号在AC电源的每个半周期期间的相位角被导通。这样，在每半周期，建立功率被传递到负载的导通周期和功率没有被传递到负载的非导通周期。
[0004]在典型的正向相位控制系统中，触发信号的产生与AC线路电压同步。在检测到AC线路电压的过零之后的一段时间，产生触发信号，并且可控导通装置被导通。可控导通装置在AC半周期的其余部分保持导通。在检测过零和生成触发信号之间的时间间隔期间，可控导通装置是不导通的。此时间间隔也可以被称为系统的相位角或触发角。通过改变此时间间隔，传递到负载的有效功率改变。通常，响应于用户调整调光旋钮或滑块和/或响应于调光信号电平，改变该时间间隔。
[0005]图1A-1D描绘了对可控导通装置测量的示例AC电压波形。当可控导通装置是不导通的，显示装置的完整AC电压波形，如图1中所示。在相对低的光度级，如图1B所示，可控导通装置在半周期的第一持续时间102(即，从AC电压波形的当前半周期的过零到半周期内的点)是不导通的。生成触发信号(示为点“A”)。然后，可控导通装置在半周期的第二持续时间104是导通的。图1C和ID分别示出了 50%光度级和相对高的光度级的波形。
[0006]在低水平传输功率，如在图1B中描绘，即使相位角(以及因此的导通期间)的小变化，通常在传递到负载的总RMS功率的百分比中表示相对大的变化。在这些低功率水平，AC周期之间或时间段上相位角的任何变化可能表现为恼人和不能接受的强度变化，包括光源的可见闪烁。由于相位角依赖过零的检测，因此过零检测的准确性和可靠性是至关重要的。但是，AC线路状态很少是理想的。并且，小于理想状态会导致过零检测不准确，具有随之而来的强度变化和/或抖动，以及其它问题，特别是在低水平传输功率时。可能会导致强度变化和/或闪烁的一种情况是AC线路上的间歇性和/或周期性的电噪声。
[0007]图2A-2C示出具有噪声的示例AC电压波形。例如，如图2A所示，可以在AC线路上施加电压峰值，当如大型电机负载的重型设备被接通和断开时可能发生。AC线路上的电噪声，如这些尖峰，可能会被调光电路错误地解释为AC线路路电压的一个或多个过零。这样的错误解释可能导致照明负载中不稳定的强度变化和/或闪烁。AC线路上的电噪声的另一个共同特征可以包括不平或波状变形，如图2B所示，这也可能导致错误的过零检测。AC线路上的AC基波的谐波的存在是另一个可能会导致错误的过零检测的情况。谐波的存在可以将AC线路电压波形的形状从纯正弦波改变为大致正弦波形，具有扁平的峰，而不是圆形的峰，如图2C所示。
[0008]一种减轻噪声对AC线路的影响的方法包括:执行过零检测之前对AC线路电压滤波。例如，实时照明稳定系统(RTISS)使用滤波器，以提高调光系统的性能。在共同转让的2000年7月18日公开的美国专利N0.6，091，205以及2002年4月30日公开的美国专利N0.6，380，692中描述了该RTISS技术，两者均题为具有有源滤波器的相控调光系统，用于防止闪烁和不期望的强度变化，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。
[0009]三线调光系统及两线调光系统都可以采用RTISS技术。图3A示出三线调光系统300的示例。图3B示出两线调光系统302的示例。这两种调光系统都具有电耦接在AC电源308和电负载310之间的调光器开关304、306。调光器开关304、306通过第一线312 (也被称为“热”线)连接到AC电源308，并且通过第二线314 (也被称为“调光热”线)负载310。然而，三线调光器开关304还具有第三线316 (也被称为“中性”线)，它提供返回到AC电源308的返回侧的路径。两线调光器开关306不连接到中性线316。
[0010]三线调光器开关304具有两种可用波形。完整的(即，不切换)AC线路电压波形318借助第三线316可用于三线调光器304。从第一线312和第二线314测量的调光电压波形320也可用于三线调光器304。三线调光器开关304能够使用完整的AC线路电压波形318用于滤波，以确定AC电源308的AC线路电压波形的过零，并生成AC负载电压波形322 (例如，从第二线314以及第三线316测量的调光热电压)。另一方面，两线调光器开关306在没有返回到AC电源308的返回侧的路径的情况下，仅有调光电压波形320供其使用，而不没有完整的AC线路电压波形318。
[0011]在两线调光系统中，与滤波相关的相位延迟(例如，从滤波器的输入到输出)的变化可能会影响调光系统的稳定性和/或过零检测的误差量。仅调光电压波形320可用于滤波以确定的AC线路电压的过零，两线调光器开关306可以经历通过滤波器的相位延迟根据可控导通装置的触发角而实质变化。为了说明，图4提供了曲线图402，示出如何通过低通滤波器的相位延迟根据两线调光器开关的触发角而变化。例如，如所示，相对大的触发角(即，相对小的导通期间)可对应于相对大的相位延迟。随着触发角减小(例如，从大约7毫秒至2毫秒，如示出)和导通期间增加，相位延迟大大降低(例如，从大约5.5毫秒到3晕秒)。
[0012]相位延迟的变化可能会影响系统稳定性和/或过零检测的误差量。过零检测的误差可能进一步恶化通过滤波器的相位延迟问题，随之增加随后的过零检测的误差。此正反馈效应可能导致系统不稳定，例如，以失控状态的形式。
【发明内容】
[0013]如本文所公开，一种两线照明控制装置可以包括可控导通装置、信号生成电路和滤波器。可控导通装置响应于控制信号将AC线路电压供给负载。在AC线路电压的半周期内，可控导通装置可以在第一持续时间内导通并且在第二持续时间内不导通。信号生成电路可生成非零信号。滤波器可以在第一持续时间期间接收来自可控导通装置的信号(例如，表示跨所述可控导通装置的电压的信号)，以及在第二持续时间期间接收来自信号生成电路的非零信号。实际上，非零信号可以填充或补充来自可控导通装置的信号，并且通过该非零信号的存在可以减轻通过滤波器的根据可控导通装置的触发角的任何延迟改变。
[0014]将AC线路电压可以供给负载。可以按照这样的方式提供AC线路电压:在AC线路电压的半周期内的第一持续时间内AC线路电压不导通地连接到负载，在该半周期内的第二持续时间内AC线路电压导通地连接到负载。例如，在第一持续时间期间可以测量跨负载控制装置生成的电压，并且在第二持续时间期间可以生成非零幅度信号。非零幅度信号可以表示第二持续时间期间跨负载生成的电压幅度。可以组合测量的第一持续时间期间跨负载控制装置生成的电压与非零幅度信号，以生成表示AC线路电压的组合信号。例如，可以使用低通滤波器对组合信号进行滤波。滤波的组合信号可以用于过零检测。
[0015]一种照明控制装置可以包括可控导通装置和信号生成电路。可控导通装置可以响应于控制信号将AC线路电压供给负载。可控导通装置可以在第一持续时间内不导通，并且在第二持续时间内导通。第一持续时间和第二持续时间在AC线路电压的相同半周期内。信号生成电路可以生成非零幅度信号。非零幅度信号可以是正弦波形，以补充跨所述可控导通装置的电压。照明控制装置还可以包括处理电路。处理电路可以在第一持续时间期间接收来自可控导通装置的信号，并且在第二持续时间期间接收非零幅度信号。
【附图说明】
[0016]图1A-D描绘在正向相位控制调光系统中跨可控导通装置产生的示例交流(AC)电压波形。
[0017]图2A-C示出具有噪声的示例AC电压波形。
[0018]图3A和3B分别示出示例三线调光系统和两线调光系统。
[0019]图4是示出通过滤波器的相位延迟与两线调光系统的触发角之间的关系的曲线图。
[0020]图5是示例两线调光系统的功能框图。
[0021]图6A-6E示出具有示例非零幅度信号波形的各种组合信号。
[0022]图7是用于生成非零幅度信号的具有数字-模拟转换器的两线照明控制装置的一部分的框图。
[0023]图8是通过图7的照明控制装置的控制电路周期性地执行的过零程序的简化流程图。
[0024]图9是通过图7的照明控制装置的控制电路执行的调光定时器程序的简化流程图。
[0025]图1OA是使用脉宽调制生成非零幅度信号的两线照明控制装置的一部分的框图；图1OB和1C呈现相对应的信号图。
[0026]图11是通过用于生成非零幅度信号的图1OA的照明控制装置的控制电路周期地执行的bin(仓)设置程序的简化流程图。
[0027]图12是通过用于生成非零幅度信号的图1OA的照明控制装置的控制电路执行的bin重置程序的简化流程图。
[0028]图13是示例两线照明控制装置的一部分的简化示意图。
[0029]图14是通过图13的照明控制装置的控制电路周期性地执行的采样程序的简化示意图。
【具体实施方式】
[0030]两线照明控制装置，可以通过生成和应用非零幅度信号(例如，填充信号)到滤波器的输入端减轻通过滤波器的相位延迟的变化。为了说明，图5是示例两线调光系统500的功能框图。系统500可以包括与AC电源504和电负载506 (诸如照明负载)串联连接的两线照明控制装置502 (例如，调光器开关或调光单元)。
[0031]两线照明控制装置502可以包括在AC电源504和电负载506之间串联电耦接的可控导通装置508，诸如晶闸管，例如，双向晶闸管。可控导通装置508可以可选地包括在整流桥的场效应晶体管(FET)，在反串联连接的两个FET，一个或多个绝缘栅双极结晶体管(IGBT)，背到背硅可控整流器(SCR)，或任何合适的双向半导体开关。
[0032]通过控制电路510 (例如，控制器)控制可控导通装置508，用于使可控导通装置508导通或不导通。控制电路510可以直接控制可控导通装置508或通过驱动电路512控制可控导通装置508，如图5所示。驱动电路512可以包括电路，该电路将来自控制电路510的控制信号转换成适合使可控导通装置508导通或不导通的信号。可控导通装置508导通或不导通的定时可以由控制电路510来建立，并且设置以在负载506中建立所期望的调光级别。例如，控制电路510可以根据计算机程序和/或用户手动设置的操作来设定可控导通装置508的定时。
[0033]控制电路510可以包括微处理器、微控制器、可编程逻辑器件(PLD)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何合适的控制电路。控制电路510可以包括适于控制可控导通装置508的硬件、固件、软件和/或硬件、固件和/或软件的组合。控制电路510可以包括和/或与存储器514(即，存储器可以在控制电路的内部或外部)相接口。