專利名稱：高效離線式線性電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源，尤其涉及一種高效離線式線性電源。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及電源。更特別的是，本發(fā)明涉及用于為電子電路提供電能電路的貓耳(catear)電源，并且該貓耳電源跨在設(shè)置在電力線上的電路元件上接收其電能。例如，設(shè)置在交流(AC)線路的火線上的兩線電燈調(diào)光器(two wire lamp dimmer)被用于為電燈負(fù)載提供電能并改變電燈的光強(qiáng)。中性線被直接提供給電燈負(fù)載，并且不被連接到調(diào)光器。這樣，調(diào)光器能夠被單極或多極開關(guān)所取代。在這種情形中會(huì)出現(xiàn)問題，即，如果調(diào)光器包括 附加電路，例如控制電路或在某些更復(fù)雜的系統(tǒng)中的微處理器和用于發(fā)送和接收控制和狀態(tài)信息的射頻電路，就有必要單獨(dú)從火線上為這些電路獲取電能，因?yàn)橹行跃€不提供。這可以通過在火線上設(shè)置降壓電路以常規(guī)方式來做到。然而，這對(duì)負(fù)載具有有害的影響，并且特別是會(huì)降低連接到調(diào)光器的電燈的最大亮度。貓耳電路已發(fā)展到從兩線調(diào)光器結(jié)構(gòu)中的AC火線獲取電流。如圖2所示，在常規(guī)的調(diào)光器中，在AC半周中的特定點(diǎn)接通三端雙向可控硅開關(guān)(未示出)，并在下一次過零之前被斷開。圖2示出了 AC波形(以AC標(biāo)記)和AC波形的全波整流形式兩者，其中，負(fù)半周被全波整流器翻轉(zhuǎn)。經(jīng)過翻轉(zhuǎn)的半波在圖2中以DC標(biāo)記。在第一半周中，三端雙向可控硅開關(guān)通常被斷開時(shí)的區(qū)域以I和3示出。標(biāo)記為2的區(qū)域是三端雙向可控硅開關(guān)被接通時(shí)的區(qū)域。眾所周知，此類型的調(diào)光器被稱為相位控制調(diào)光器，并通過改變?nèi)穗p向可控硅開關(guān)的切入點(diǎn)(cut-in point)而對(duì)電燈負(fù)載的光強(qiáng)進(jìn)行控制，由此改變輸送給負(fù)載的電能量，并因此改變電燈負(fù)載的光強(qiáng)或亮度水平。在三端雙向可控硅開關(guān)接通后(區(qū)域2)，跨在調(diào)光器上的電壓基本上為零，而在缺少任何降壓電路時(shí)，難以在這段時(shí)間從調(diào)光器自身獲得電能，但是出于上面討論的原因，降壓電路是人們所不希望的。然而，在三端雙向可控硅開關(guān)接通前(區(qū)域I)的時(shí)間段內(nèi)，可以從AC線獲取電能，因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，電燈是斷開的。同樣，在三端雙向可控硅開關(guān)斷開后、下一次過零之前(區(qū)域3)，可以從AC線獲得電能。如圖2所示，在三端雙向可控硅開關(guān)接通之前以及在其斷開之后所示出的波形的特殊“貓耳”區(qū)域I和3給賦予了該電路的名稱。正是在這些時(shí)間段內(nèi)，即，在“貓耳”期間，電能可以從AC火線獲得，而不干擾調(diào)光器工作。圖I示出了常規(guī)的貓耳電路。該貓耳電路被接線，用于從整流電路(RECT)接收電能，例如全波整流器，其跨接在調(diào)光器電路的一部分上，以接收經(jīng)過整流的AC電能。因?yàn)楫?dāng)調(diào)光器電路的三端雙向可控硅開關(guān)接通時(shí)，跨在調(diào)光器上的電壓基本為零，所以整流器在貓耳區(qū)域期間基本上僅提供電流。如圖I所示，可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的晶體管Q206在經(jīng)過整流的AC的貓耳部分期間被接通，即，在三端雙向可控硅開關(guān)接通之前和三端雙向可控硅開關(guān)再次斷開之后。晶體管Q206的柵極被提供有足夠大的電壓，以便通過電阻器R210、R212和R220使自身接通。當(dāng)Q206轉(zhuǎn)向接通時(shí)，充電電容器C262通過電阻器R280和二極管D252進(jìn)行充電?？缭陔娙萜鰿262上的輸出被提供給電壓調(diào)節(jié)電路，例如線性調(diào)節(jié)器U203，其提供基本恒定的DC輸出，用于為連接到其的電路供給電能。因此，當(dāng)經(jīng)過整流的線電壓低于所選電壓時(shí)，充電晶體管Q206導(dǎo)通，以允許能量存儲(chǔ)電容器C262的充電。該電容器的充電速度由電阻器R280確定。當(dāng)經(jīng)過整流的線電壓超出預(yù)定值時(shí)，晶體管Q204通過由電阻器R214、R221和R276形成的分壓器被接通。當(dāng)晶體管Q204接通時(shí)，其接通時(shí)間可以由包括電阻器R214和R221的分壓器電路進(jìn)行設(shè)定，以使該接通時(shí)間正好早于調(diào)光器電路的三端雙向可控硅開關(guān)接通的時(shí)間，Q204的集電極電壓基本上趨于電路公共端，由此把Q206的柵極基本上引至電路公共端，并使Q206斷開，從而，Q206在三端雙向可控硅開關(guān)接通的時(shí)間內(nèi)停止對(duì)電容器C262充電。因此，在經(jīng)過整流的AC線電壓的貓耳部分I期間、三端雙向可控硅開關(guān)接通之前 的時(shí)間內(nèi)，利用電容器C262作為電荷存儲(chǔ)元件進(jìn)行充電。在三端雙向可控硅開關(guān)接通(區(qū)域2)期間，用于連接到調(diào)節(jié)器Q203的輸出端的相關(guān)電子電路的電能由存儲(chǔ)電容器C262提供。當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)在圖2的區(qū)域3中斷開時(shí)，Q204的基極電壓將再次低于其導(dǎo)通閾值，而Q206在貓耳區(qū)域3期間將再次為電容器C262提供充電電流。另外，包括晶體管Q252的電路被設(shè)置用于感知過流情況。如果在電阻器R280上檢測(cè)到過流情況，則晶體管Q252接通，由此把晶體管Q206的柵極電壓降低到接近零值，并使其斷開。另外，設(shè)置包括齊納二極管D207和電阻器R275的母線(bus)調(diào)節(jié)電路。如果跨在存儲(chǔ)電容器C262上的電壓升得太高，則齊納二極管D207將發(fā)生雪崩，跨在電阻器R276上的電壓升高并接通Q204，這將因此降低晶體管Q206的柵極電壓，使其斷開。因此，如果C262超過預(yù)定電壓，則Q206將被斷開，在這種情況下也會(huì)停止對(duì)C262充電。常規(guī)貓耳電路帶來的問題在于其效率被降低，這是因?yàn)榫w管Q206在“貓耳”期間的大部分時(shí)間工作在其線性工作模式中，也就是說，它不是飽和的。這是由于驅(qū)動(dòng)電壓(drive voltage)線性升高(rising with the line),以及其他因素。因此,其接通得太慢,這使該開關(guān)FET對(duì)于大部分充電時(shí)間而言工作在線性區(qū)域中，因此在FET自身中消耗電能。因此，人們希望對(duì)現(xiàn)有技術(shù)貓耳電源電路進(jìn)行改善，以提高其效率，并且特別是，通過確保為充電電容器充電的開關(guān)裝置工作在其飽和區(qū)而提高其效率，因此在開關(guān)裝置內(nèi)消耗最少量的電能，并提高貓耳電源的整體效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的上述目的和其他目的通過一種電源電路而實(shí)現(xiàn)，該電源電路包括具有控制端和控制端開關(guān)閥值的第一開關(guān)裝置，所述第一開關(guān)裝置從電壓源把電流充入電荷存儲(chǔ)元件；控制第一開關(guān)裝置的通/斷操作的控制電路，由此，當(dāng)電壓源的電壓低于預(yù)定電平時(shí)接通第一開關(guān)裝置，而當(dāng)電壓源的電壓高于該預(yù)定電平時(shí)斷開開關(guān)裝置；當(dāng)電壓源的電壓低于預(yù)定電壓時(shí)，把基本上超過所述開關(guān)閥值的控制電壓提供給第一開關(guān)裝置的控制端以響應(yīng)控制電路的控制電壓供給電路，由此驅(qū)使開關(guān)裝置在飽和工作區(qū)內(nèi)接通；以及用于提供電源的輸出電壓的電荷存儲(chǔ)元件。
人們希望驅(qū)使第一開關(guān)裝置進(jìn)入飽和狀態(tài)，跨在開關(guān)裝置上的電壓由此被降低到超過其在線性工作區(qū)內(nèi)的電壓降，由此提高電源效率。上述目的和其他目的也可以通過一種貓耳電源電路而實(shí)現(xiàn)，該貓耳電源電路包括第一開關(guān)晶體管，其具有控制端和控制端開關(guān)閾值，第一開關(guān)晶體管從電壓源把電流充入電荷存儲(chǔ)電容器；控制電路，其控制第一開關(guān)晶體管的通/斷操作，由此，當(dāng)電壓源的電壓低于預(yù)定電平時(shí)使第一開關(guān)晶體管能夠被接通，而當(dāng)電壓源的電壓高于該預(yù)定電平時(shí)使第一開關(guān)晶體管斷開；控制電壓供給電路，其提供基本上超過開關(guān)閥值的控制電壓，該控制電壓由控制電路提供給第一開關(guān)晶體管的控制端，使得當(dāng)電壓源的電壓低于預(yù)定電平時(shí)，控制電壓被提供給第一開關(guān)晶體管的控制端，由此驅(qū)使第一開關(guān)晶體管在飽和工作區(qū)內(nèi)接通，而當(dāng)電壓源的電壓高于預(yù)定閾值時(shí)，不把該控制電壓供給控制端，由此使第一開關(guān)晶體管斷開；以及電荷存儲(chǔ)電容器，其用于提供電源的輸出電壓。上述目的和其他目的還通過一種照明調(diào)光器而實(shí)現(xiàn)，該照明調(diào)光器包括為電燈 負(fù)載提供電能的電燈調(diào)光器電路；稱合到電燈調(diào)光器電路的用于為照明調(diào)光器的電子電路提供電能的貓耳電源，該貓耳電源電路包括具有控制端和控制端開關(guān)閾值的開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置從電壓源把電流充入電荷存儲(chǔ)元件；控制開關(guān)裝置的通/斷操作的控制電路，由此，當(dāng)電壓源的電壓低于預(yù)定電平時(shí)接通開關(guān)裝置，而當(dāng)電壓源的電壓高于該預(yù)定電平時(shí)斷開開關(guān)裝置；為開關(guān)裝置的控制端提供控制電壓的控制電壓供給電路，當(dāng)電壓源的電壓低于預(yù)定電平時(shí)，該控制電壓基本上超過開關(guān)閾值，由此驅(qū)使開關(guān)設(shè)備在飽和工作區(qū)中接通；以及用于提供電源的輸出電壓的電荷存儲(chǔ)元件。上述目的和其他目的也通過一種為兩線調(diào)光器中的電子電路提供電能的方法而實(shí)現(xiàn)，該調(diào)光器把AC電網(wǎng)的火線連接到電燈負(fù)載，該方法包括當(dāng)為電燈負(fù)載提供電能的調(diào)光器的相位切(phase cut)開關(guān)裝置基本上斷開時(shí)，在跨在調(diào)光器的一部分電路上所形成的AC波形區(qū)域期間，從兩線調(diào)光器獲取電能；當(dāng)來自在調(diào)光器中由AC波形產(chǎn)生的電壓源的電壓低于預(yù)定電平時(shí)，驅(qū)使為電荷存儲(chǔ)電容器提供充電電流的開關(guān)裝置在飽和工作區(qū)內(nèi)接通，而當(dāng)此電壓高于預(yù)定電平時(shí)，使開關(guān)裝置斷開，并且提供跨在電荷存儲(chǔ)裝置上的電壓作為輸出電壓。雖然在此描述的本發(fā)明是用于電燈負(fù)載的，但是本發(fā)明也可以用于其他負(fù)載，例如電機(jī)和其他負(fù)載。另外，可以采用各種電燈作為負(fù)載，并且本發(fā)明并不限于白熾燈負(fù)載，還可以用于熒光燈以及其他的氣體放電燈，沒有限制。進(jìn)而，本發(fā)明可以用于“非調(diào)光器”或其他應(yīng)用，其中火線和中性線兩者可以使用。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下參照附圖的發(fā)明詳述中變得顯而易見。


在以下參照附圖的詳細(xì)描述中，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的貓耳電源；圖2示出了已整流的和未整流的AC線波形，該波形示出了在三端雙向可控硅開關(guān)斷開期間的貓耳部分；圖2A示意性地示出了本發(fā)明的電源如何被設(shè)置在包括連接到負(fù)載和AC電網(wǎng)的兩線調(diào)光器的電路中；
圖2B示出了圖2A的電源和由該電源提供電能的調(diào)光器的電路；圖3是根據(jù)本發(fā)明的電源的框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的電源的示意性電路圖；圖5A-5E示出了跨在開關(guān)FET上的柵一漏電壓，跨在存儲(chǔ)電容器上的電壓，對(duì)于具有120VAC輸入的各為50mA、75mA、100mA、125mA和150mA的負(fù)載電流而言，給電源的輸入電流以及給開關(guān)FET的柵極電壓，其中，該開關(guān)FET對(duì)存儲(chǔ)電容器充電。
具體實(shí)施例方式參照附圖，圖中，2A示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合電源(PS)的調(diào)光器。如圖所示，調(diào)光器包括相位切開關(guān)裝置，例如三端雙向可控硅開關(guān)及其相關(guān)的調(diào)光器控制電路，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的，以及由電源提供電能的其他電路。如圖2A所示，調(diào)光器被接線 到AC線的火線(H)上，并為包括電燈負(fù)載的負(fù)載提供暗(dimmed)火線(DH)輸出。雖然電燈負(fù)載被示出，但是該電路能夠被用于其它負(fù)載，例如，電機(jī)，在這種情形中電機(jī)的轉(zhuǎn)速是受到控制的。如圖所示，AC線的中性線(N)不被連接到調(diào)光器，所以不可能為直接跨接在AC線上為調(diào)光器中的電路獲取電能，而是如上所述，電源(PS)必須跨接在調(diào)光器電路自身的某些部分上來獲得其電能。圖2B示出了圖2A的電源如何耦合到AC線的火線，并把電能提供給包含在調(diào)光器內(nèi)的多個(gè)低電壓控制電路，例如微處理器uP、射頻電路、多種顯示器和三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光器電路自身。例如，根據(jù)本發(fā)明的電源可以用于包括控制電路的調(diào)光器，該控制電路通過射頻接收和提供控制和狀態(tài)信息。這種系統(tǒng)的實(shí)例是路創(chuàng)射頻可視觸摸(Lutron RFseeTouch)系統(tǒng),而對(duì)于不太復(fù)雜的系統(tǒng)的實(shí)例是路創(chuàng)無線電RA (Lutron RadioRA)系統(tǒng)。在這兩種系統(tǒng)中，在建筑物多個(gè)部分中的照明區(qū)可以從中心位置或其它位置通過射頻信號(hào)進(jìn)行控制。圖3是根據(jù)本發(fā)明的電源的框圖。該電路包括耦合到輸入電壓源的開關(guān)裝置10，提供輸出電壓的電荷存儲(chǔ)元件20，用于控制主開關(guān)裝置10的通/斷操作的控制開關(guān)裝置30，包括高電壓驅(qū)動(dòng)源電路40的控制電壓供給電路，其用于在開關(guān)10被控制接通時(shí)驅(qū)使充電開關(guān)10進(jìn)入飽和狀態(tài)，以及用于控制開關(guān)電路30、以控制開關(guān)裝置10的通/斷狀態(tài)的控制電路50?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，其示出了根據(jù)本發(fā)明的電源的電路圖。開關(guān)電路10包括例如FETQll的電荷存儲(chǔ)開關(guān)晶體管，F(xiàn)ET Qll的漏極連接到電壓源V+，而其源極通過電阻器R9和二極管D17連接到電荷存儲(chǔ)電路20中的電荷存儲(chǔ)電容器C4。電壓源V+可以由全波整流橋(RECT)提供，如圖所示，其跨在調(diào)光器的某些部分上進(jìn)行連接。晶體管Qll的柵極通過電阻器R32、R55和R52耦合到高電壓驅(qū)動(dòng)源電路40。高電壓驅(qū)動(dòng)源電路40包括如圖所示進(jìn)行連接、并耦合在電壓源V+和Vc之間的供給電阻器R49、供給二極管D60、供給電容器C16和供給齊納二極管Zl (即，雪崩裝置)。該高電壓驅(qū)動(dòng)源電路40耦接在電壓源V+和電源電壓之間，而Vc是跨在存儲(chǔ)電容器C4和地之間的電壓。舉例說明，電容器C16可以是O. luf，電阻器R49可以是110千歐，而二極管Zl可以是39伏齊納二極管，所以跨在C16上可以獲得控制供給電壓(即，大約40V)。控制電路50包括控制電路部分50A、50B、50C和50D。50A部分包括分壓器，該分壓器包括電阻器R3和R4。分壓器輸出端連接到晶體管Q14的基極，形成開關(guān)電路30。進(jìn)而，晶體管Q14的基極連接到電路50B，電路50B包括連接在晶體管Q14的基極和二極管D17的陽極之間的母線調(diào)節(jié)電路，其中二極管D17與存儲(chǔ)電容器C4相串聯(lián)。另外，控制電路50還包括過流保護(hù)和限流電路50C以及鎖定(latch)電路50D。電路工作如下。晶體管Qll通過電阻器R9和二極管D17對(duì)電容器C4充電。二極管D17防止在Qll斷開時(shí)電容器C4的放電。通過高電壓驅(qū)動(dòng)源電路40以及電阻器R52、R55和R32為晶體管Qll的柵極(即，控制端)提供柵極電壓(即，控制端電壓)。高電壓驅(qū)動(dòng)源電路40連接在電壓源V+和跨在電容器C4上的電壓Vc之間。由于跨在C4上的電壓(SP，電源電壓Vc)基本上低于母線V+上的電壓，所以當(dāng)在圖2的貓耳區(qū)域I期間經(jīng)過整流的AC電壓增大時(shí)，高電壓驅(qū)動(dòng)源電路40中的電容器C16立即開始通過電阻器R49和二極管D60進(jìn)行充電。因?yàn)辇R納二極管Zl作為從V+汲取電流以快速達(dá)到其雪崩電壓的分流器，所以齊納二極管Zl限制了跨在電容器C16上的電壓，并確保電容器C16快速充電。電容器C16通過二極管D60和電阻器R49快速充電，并且把跨在電容器C16上的電壓與跨在電容器C4上的電壓相加，通過電阻器R52、R55和R32提供給晶體管Qll的柵極，驅(qū)使晶體管Qll極快地進(jìn)入飽和區(qū)。作為示例性實(shí)施例，提供給晶體管Qll的柵極電壓可以是大約15伏，因而快速驅(qū)使晶體管Qll進(jìn)入飽和。設(shè)置齊納二極管Z2，以防止柵極電壓超過用于保護(hù)FETQl I的預(yù)定安全電平，例如，保持柵極電壓低于大約25伏。當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)接通時(shí)，二極管D60防止在電壓V+降至接近零時(shí)電容器C16的放電。一旦晶體管Qll轉(zhuǎn)入接通，就處于其飽和區(qū)內(nèi)，并且電容器C4以晶體管Qll的最小損耗進(jìn)行充電。把跨在電容器C4上的充電電壓(S卩，電源電壓Vc )提供給電壓調(diào)節(jié)器U2，例如常規(guī)的線性調(diào)節(jié)器，與現(xiàn)有技術(shù)中的相似，并且把電壓調(diào)節(jié)器U2的輸出電壓提供用于為多個(gè)電子電路而進(jìn)行供電。晶體管Q14執(zhí)行圖3的框圖中開關(guān)30的功能。一旦電壓V+超過預(yù)定電平，Q14就接通(此后經(jīng)過一段時(shí)間三端雙向可控硅開關(guān)接通)，由此通過電阻器R55和R32驅(qū)使Ql I的柵極為低，并使Qll斷開，防止在調(diào)光器三端雙向可控硅開關(guān)接通的時(shí)間周期內(nèi)充電，由此防止在此時(shí)間內(nèi)從調(diào)光器和電燈負(fù)載中引走電流。通過包含電阻器R3和R4的分壓器電路50A接通晶體管Q14。另外，電路50D包括含有晶體管Q25的鎖定電路。在所不電路中，晶體管Q25為PNP晶體管。Q25起到把晶體管Q14鎖定為接通的功能，并因此使FET Qll斷開。當(dāng)Q14由于V+母線電壓超過預(yù)定電平而接通時(shí)，Q14的集電極電壓下降。Q14的集電極通過電阻器R54連接到PNP晶體管Q25的基極。當(dāng)Q14的集電極降低時(shí)，Q25接通，由此增大跨在電阻器R4上的電壓降，因而確保晶體管Q14鎖定為接通(latches on)。在調(diào)光器的三端雙向可控硅開關(guān)接通之后，母線上的電壓V+下降到基本為零，所以在此期間沒有充電電流被輸送到電荷存儲(chǔ)電容器C4，該段時(shí)間對(duì)應(yīng)于圖2的區(qū)域2。電路50還包括含有母線調(diào)節(jié)電路的電路50B。如果跨在電容器C4上的電壓增大到高于預(yù)定電平，則齊納二極管Z3發(fā)生雪崩，由此使跨在電阻器R4上的電壓增大，并使晶體管Q14接通。這會(huì)發(fā)生在例如輸入波形的貓耳部分(圖2的區(qū)域I和3)期間，既是，當(dāng)電容器C4進(jìn)行充電、如果跨在電容器C4上的充電電壓增大到高于預(yù)定電壓的電平時(shí)。
電路50還包括過流保護(hù)和限流電路50C。電阻器R9始終限制流過FET的電流。另外，晶體管Q26連接到電阻器R9，使得如果跨在電阻器R9上的電壓超過Q26的閾值，晶體管Q26就將接通，由此驅(qū)使晶體管Qll的柵極靠近其源極，從而使晶體管Qll作為雪崩的結(jié)果被斷開。一旦調(diào)光器的三端雙向可控硅開關(guān)斷開，跨在母線上的電壓V+就由圖2的區(qū)域3的貓耳波形確定，并且一旦電壓V+下降到某個(gè)電平以下、使得分壓器50A不能提供足夠的電壓來保持晶體管Q14接通，Q14就斷開，從而使Qll接通，并且在圖2的貓耳區(qū)域3期間再次把電流充入C4。本發(fā)明由此提供一種貓耳型電源，其因?yàn)樵趯?duì)電荷存儲(chǔ)元件進(jìn)行充電的開關(guān)裝置中損耗被減小而具有更高效率，這是通過確保開關(guān)裝置在接通時(shí)在其飽和區(qū)內(nèi)工作來達(dá)到的。相反，現(xiàn)有技術(shù)的貓耳布局(topologies)根據(jù)AC線電壓來接通開關(guān)裝置，其由于FET是不飽和的而工作在其線性區(qū)，導(dǎo)致消耗相當(dāng)多的能量。本發(fā)明規(guī)定FET在低電壓處飽和，這導(dǎo)致更高的效率。 本電路超過其它可能的電源電路的其它優(yōu)點(diǎn)在于，開關(guān)裝置工作于低頻。相反，現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源工作于高頻，其產(chǎn)生干擾本發(fā)明所能運(yùn)行的RF控制電路的相當(dāng)大的RF噪聲，并通常輻射相當(dāng)大的電磁干擾，其必須被屏蔽或者降低。圖5A-5E示出了一組波形，包括跨在FET Qll上的柵一漏電壓波形，跨在電容器C4上的電壓波形，進(jìn)入整流器的輸入電流波形，在FET Qll的柵極和電路公共地連接之間所測(cè)量的FET Qll的柵極電壓波形。每個(gè)波形都是基于120伏AC電網(wǎng)電壓的。圖5A是對(duì)于50mA負(fù)載電流的；圖5B不出了對(duì)于75mA負(fù)載的波形；圖5C不出了對(duì)于IOOmA負(fù)載的波形；圖示出了對(duì)于125mA負(fù)載的波形；而圖5E示出了對(duì)于150mA負(fù)載的波形。從這些波形中可以看出，晶體管Qll的柵極波形具有非常尖銳的上升沿，其電壓快速上升到約15伏，因此驅(qū)使FET Qll非?？斓剡M(jìn)入飽和。柵極電壓上升到足夠高，足以驅(qū)使FET非常快速地進(jìn)入飽和。V+電壓母線范圍是從約50伏向下至約45伏?？缭陔娙萜鰿4上的電容器母線電壓在150mA負(fù)載處的范圍是8. 5到7. 5伏，而輸入電流基本跟隨線電流。雖然本發(fā)明已經(jīng)在此關(guān)于特殊實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是許多其他變化和修改以及其它使用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，本發(fā)明不受限于在此公開的內(nèi)容，而僅由所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種電源電路,其包括 電荷存儲(chǔ)電容器，其具有適于提供電源的電源電壓的第一電容器端和耦合到電路公共端的第二電容器端； 與所述電荷存儲(chǔ)電容器相串聯(lián)的二極管，其防止當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)裝置斷開時(shí)所述電荷存儲(chǔ)電容器的放電； 過流保護(hù)電路，其被耦合到第一開關(guān)裝置以限制充電電流通過第一開關(guān)裝置進(jìn)入電荷存儲(chǔ)電容器； 第一開關(guān)裝置，其具有適于連接到電壓源的第一開關(guān)端、經(jīng)由與所述電荷存儲(chǔ)電容器相串聯(lián)的二極管和所述過流保護(hù)電路連接到該電荷存儲(chǔ)電容器的第一電容器端的第二開關(guān)端和控制端，該第一開關(guān)裝置由控制端開關(guān)閾值電壓表征，該第一開關(guān)裝置適于把從該第一開關(guān)端流向該第二開關(guān)端的充電電流傳導(dǎo)到電荷存儲(chǔ)電容器中； 控制電路，其控制第一開關(guān)裝置的通/斷操作，使得當(dāng)電壓源的電壓的幅值低于預(yù)定電平時(shí)接通第一開關(guān)裝置，而當(dāng)電壓源的電壓的幅值高于該預(yù)定電平時(shí)斷開第一開關(guān)裝置；以及 控制電壓供給電路，連接在該第一開關(guān)裝置的第一開關(guān)端與該電荷存儲(chǔ)電容器的第一電容器端之間，該控制電壓供給電路提供控制供給電壓； 其中，當(dāng)該控制電路控制該第一開關(guān)裝置接通時(shí)，從該控制供給電壓獲得的控制端電壓被提供給該第一開關(guān)裝置的控制端，該控制端電壓具有其超過該開關(guān)閾值電壓的幅值，從而驅(qū)使第一開關(guān)裝置在飽和工作區(qū)中接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源電路，其中，控制電路包括受到電壓源控制的第二開關(guān)裝置，由此，當(dāng)電壓源的電壓超過該預(yù)定電平時(shí)，第二開關(guān)裝置從第一開關(guān)裝置的控制端對(duì)電流進(jìn)行分流，使第一開關(guān)裝置斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源電路，還包括鎖定開關(guān)，其被耦合到第二開關(guān)裝置，以把第二開關(guān)裝置鎖定為接通，用于從第一開關(guān)裝置的控制端對(duì)電流進(jìn)行分流，以保持第二開關(guān)裝置接通，并由此保持第一開關(guān)裝置斷開。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源電路，還包括電荷存儲(chǔ)電容器電壓調(diào)節(jié)電路，其用于把跨在電荷存儲(chǔ)電容器上的電壓保持成低于預(yù)定電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源電路，其中，如果跨在電荷存儲(chǔ)電容器上的電壓超過預(yù)定電平，則電荷存儲(chǔ)電容器電壓調(diào)節(jié)電路接通第二開關(guān)裝置，以從第一開關(guān)裝置的控制端對(duì)電流進(jìn)行分流。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源電路，其中，過流保護(hù)電路包括第三開關(guān)裝置，當(dāng)經(jīng)過第一開關(guān)裝置的充電電流超過預(yù)定電流水平時(shí)，第三開關(guān)裝置接通，以對(duì)來自所述控制端的電流進(jìn)行分流。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源電路，還包括電壓調(diào)節(jié)器，其被耦合到電荷存儲(chǔ)電容器并提供所述電源的輸出電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源電路，其中，控制電壓供給電路包括RC網(wǎng)絡(luò)，該RC網(wǎng)絡(luò)包括供給電阻器和供給電容器，跨在該供給電容器上所產(chǎn)生的電壓被耦合到第一開關(guān)裝置的控制端，以驅(qū)使第一開關(guān)裝置進(jìn)入飽和工作區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源電路，其中，控制電壓供給電路還包括雪崩裝置，其被耦合成跨接供給電容器，以限制跨在供給電容器上所產(chǎn)生的控制供給電壓的幅值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電源電路，其中，該供給電容器被耦合在電壓源與所述電荷存儲(chǔ)電容器之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源電路，還包括齊納二極管，其被耦合到所述第一開關(guān)裝置的控制端，以限制施加到控制端的控制端電壓的幅值。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電源電路，其中，第一開關(guān)裝置包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電源電路，其中，控制電壓供給電路還包括與供給電容器相串聯(lián)的二極管，以防止所述控制電壓供給電路的所述供給電容器對(duì)所述電壓源的放電。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源電路，其中，第二開關(guān)裝置包含與電阻分壓器電路耦合的控制端，該電阻分壓器電路耦合在電壓源和電源電路的電路公共端之間。
15.一種貓耳電源電路，其包括 電荷存儲(chǔ)電容器，其具有適于提供電源的電源電壓的第一電容器端和耦合到電路公共端的第二電容器端； 與所述電荷存儲(chǔ)電容器相串聯(lián)的二極管，其防止當(dāng)所述第一開關(guān)晶體管斷開時(shí)所述電荷存儲(chǔ)電容器的放電； 過流保護(hù)電路，其被耦合到所述第一開關(guān)晶體管，用于限制充電電流通過第一開關(guān)晶體管進(jìn)入電荷存儲(chǔ)電容器； 第一開關(guān)晶體管，其具有適于連接到電壓源的第一開關(guān)端、經(jīng)由與所述電荷存儲(chǔ)電容器相串聯(lián)的二極管和所述過流保護(hù)電路連接到該電荷存儲(chǔ)電容器的第一電容器端的第二開關(guān)端和控制端，該第一開關(guān)晶體管由控制端開關(guān)閾值電壓表征，該第一開關(guān)晶體管把從該第一開關(guān)端流向該第二開關(guān)端的充電電流傳導(dǎo)到電荷存儲(chǔ)電容器中； 控制電路，其控制第一開關(guān)晶體管的通/斷操作，使得當(dāng)電壓源的電壓的幅值低于預(yù)定電平時(shí)使第一開關(guān)晶體管能被接通，而當(dāng)電壓源的電壓的幅值高于該預(yù)定電平時(shí)使第一開關(guān)晶體管斷開；以及 控制電壓供給電路，連接在該第一開關(guān)晶體管的第一開關(guān)端與該電荷存儲(chǔ)電容器的第一電容器端之間，該控制電壓供給電路提供控制供給電壓； 其中，當(dāng)該控制電路控制該第一開關(guān)晶體管接通時(shí)，從該控制供給電壓獲得的控制端電壓被提供給該第一開關(guān)晶體管的控制端，該控制端電壓具有超過開關(guān)閾值電壓的幅值，從而驅(qū)使第一開關(guān)晶體管在飽和工作區(qū)中接通，而當(dāng)該控制電路控制該第一開關(guān)晶體管斷開時(shí)，該控制端電壓未被施加到控制端。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的貓耳電源電路，其中，控制電路包括受到電壓源控制的第二開關(guān)晶體管，由此，當(dāng)電壓源電平超過預(yù)定電平時(shí)，第二開關(guān)晶體管對(duì)來自第一開關(guān)晶體管的控制端的電流進(jìn)行分流，使第一開關(guān)晶體管斷開。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的貓耳電源電路，還包括鎖定晶體管，其被耦合到第二開關(guān)晶體管，以把第二開關(guān)晶體管鎖定為接通，用于對(duì)來自第一開關(guān)晶體管的控制端的電流進(jìn)行分流，以保持第二開關(guān)晶體管接通，并由此保持第一開關(guān)晶體管斷開。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的貓耳電源電路，還包括電荷存儲(chǔ)電容器電壓調(diào)節(jié)電路，其用于把跨在電荷存儲(chǔ)電容器上的電壓保持成低于預(yù)定電平。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的貓耳電源電路，其中，如果跨在電荷存儲(chǔ)電容器上的電壓超過預(yù)定電平，則電荷存儲(chǔ)電容器電壓調(diào)節(jié)電路接通第二開關(guān)晶體管，以對(duì)來自第一開關(guān)晶體管的控制端的電流進(jìn)行分流。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的貓耳電源電路，其中，過流保護(hù)電路包括第三開關(guān)晶體管，當(dāng)經(jīng)過第一開關(guān)晶體管的充電電流超過預(yù)定電流水平時(shí)，第三開關(guān)晶體管接通，以對(duì)來自所述控制端的電流進(jìn)行分流。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的貓耳電源電路，還包括電壓調(diào)節(jié)器，其被耦合到電荷存儲(chǔ)電容器并提供所述電源的輸出電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的貓耳電源電路，其中，控制電壓供給電路包括RC網(wǎng)絡(luò)，該RC網(wǎng)絡(luò)包括供給電阻器和供給電容器，跨在該供給電容器上所產(chǎn)生的電壓被耦合到第一開關(guān)晶體管的控制端，以驅(qū)使第一開關(guān)晶體管進(jìn)入飽和工作區(qū)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的貓耳電源電路，其中，控制電壓供給電路還包括雪崩裝置，其被耦合成跨接供給電容器，以限制跨在該供給電容器上而產(chǎn)生的控制供給電壓的幅值。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的貓耳電源電路，其中，供給電容器被耦合在電壓源與所述電荷存儲(chǔ)電容器之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的貓耳電源電路，還包括齊納二極管，其耦合到第一開關(guān)晶體管的控制端，以限制施加到控制端的控制端電壓的幅值。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的貓耳電源電路，其中，第一開關(guān)晶體管包括FET。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的貓耳電源電路，其中，控制電壓供給電路還包括與供給電容器相串聯(lián)的二極管，以防止所述控制電壓供給電路的所述供給電容器對(duì)所述電壓源的放電。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的貓耳電源電路，其中，第二開關(guān)晶體管具有耦合到電阻分壓器電路的控制端，該電阻分壓器電路被耦合在電壓源和電源電路的電路公共端之間。
29.一種用于控制從電壓源提供給電燈負(fù)載的電能的照明調(diào)光器，其包括 電燈調(diào)光器電路，其控制提供給電燈負(fù)載的電能； 貓耳電源，其被耦合到電燈調(diào)光器電路，用于為照明調(diào)光器的電子電路提供電能，該貓耳電源電路包括 電荷存儲(chǔ)電容器，其具有適于提供電源的電源電壓的第一電容器端和耦合到電路公共端的第二電容器端； 與所述電荷存儲(chǔ)電容器相串聯(lián)的二極管，其防止當(dāng)開關(guān)裝置斷開時(shí)所述電荷存儲(chǔ)電容器的放電； 過流保護(hù)電路，其被耦合到開關(guān)裝置以限制充電電流通過開關(guān)裝置進(jìn)入電荷存儲(chǔ)電容器； 開關(guān)裝置，其具有適于連接到電壓源的第一開關(guān)端、經(jīng)由與所述電荷存儲(chǔ)電容器相串聯(lián)的二極管和所述過流保護(hù)電路連接到該電荷存儲(chǔ)電容器的第一電容器端的第二開關(guān)端和控制端，該開關(guān)裝置由控制端開關(guān)閾值電壓表征，該開關(guān)裝置適于把從該第一開關(guān)端流向該第二開關(guān)端的充電電流傳導(dǎo)到電荷存儲(chǔ)電容器中； 控制電路，其控制開關(guān)裝置的通/斷操作，使得當(dāng)電壓源的電壓的幅值低于預(yù)定電平時(shí)接通開關(guān)裝置，而當(dāng)電壓源的電壓的幅值高于該預(yù)定電平時(shí)斷開該開關(guān)裝置；以及 控制電壓供給電路，連接在該開關(guān)裝置的第一開關(guān)端與該電荷存儲(chǔ)電容器的第一電容器端之間，該控制電壓供給電路提供控制供給電壓； 其中，當(dāng)該控制電路控制該開關(guān)裝置接通時(shí)，從該控制供給電壓獲得的控制端電壓被提供給該開關(guān)裝置的控制端，該控制端電壓具有其超過該開關(guān)閾值電壓的幅值，從而驅(qū)使開關(guān)裝置在飽和工作區(qū)中接通。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的用于控制從電壓源提供給電燈負(fù)載的電能的照明調(diào)光器，其中，電燈調(diào)光器電路包括三端雙向可控硅開關(guān)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的用于控制從電壓源提供給電燈負(fù)載的電能的照明調(diào)光器，其中，電子電路至少包括微處理器和顯示器的至少之一。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的用于控制從電壓源提供給電燈負(fù)載的電能的照明調(diào)光器，其中，電子電路包括射頻電路。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的用于控制從電壓源提供給電燈負(fù)載的電能的照明調(diào)光器，其中，電子電路包括電燈調(diào)光器電路。
34.一種在兩線調(diào)光器中產(chǎn)生電源電壓以便為電燈負(fù)載提供電能的方法，其中該兩線調(diào)光器具有適于耦接在交流AC線的火線側(cè)與電燈負(fù)載之間的相位切開關(guān)裝置， 該方法包括 從AC線的火線側(cè)接收AC波形； 當(dāng)為電燈負(fù)載提供電能的調(diào)光器的相位切開關(guān)裝置基本上斷開時(shí)，在跨在調(diào)光器的一部分電路上所形成的AC波形區(qū)域期間，從兩線調(diào)光器獲取電能； 當(dāng)相位切開關(guān)裝置斷開時(shí)，在AC波形區(qū)域期間，從AC線通過電荷存儲(chǔ)開關(guān)裝置向電荷存儲(chǔ)電容器充電，以產(chǎn)生跨在電荷存儲(chǔ)電容器上的電源電壓； 產(chǎn)生跨在供給電容器上的控制供給電壓，該控制供給電壓以電源電壓為基準(zhǔn)； 通過使用連接在該電荷存儲(chǔ)開關(guān)裝置的漏極端與具有跨在電荷存儲(chǔ)電容器上的電壓的第一端之間的控制端電壓供給電路從控制供給電壓獲得控制端電壓，該控制端電壓具有超過該電荷存儲(chǔ)開關(guān)裝置的控制端閾值電壓的幅值，所述控制端電壓供給電路包括RC網(wǎng)絡(luò)，該RC網(wǎng)絡(luò)包括供給電阻器和供給電容器，跨在該供給電容器上所產(chǎn)生的電壓被耦合到第一開關(guān)裝置的控制端，以驅(qū)使第一開關(guān)裝置進(jìn)入飽和工作區(qū)； 當(dāng)來自在該調(diào)光器中由AC波形所產(chǎn)生的電壓源的電壓低于預(yù)定電平時(shí)，為電荷存儲(chǔ)開關(guān)裝置的控制端提供控制端電壓，以驅(qū)使電荷存儲(chǔ)開關(guān)裝置在飽和工作區(qū)內(nèi)接通； 以電路公共端為基準(zhǔn)的控制端電壓是所述控制端電壓供給電路的輸出電壓與跨在電荷存儲(chǔ)電容器上的電壓之和； 而當(dāng)來自在該調(diào)光器中由AC波形所產(chǎn)生的電壓源的電壓高于預(yù)定電平時(shí)使該電荷存儲(chǔ)開關(guān)裝置斷開；以及 提供跨在電荷存儲(chǔ)電容器上的電源電壓作為輸出電壓。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，產(chǎn)生跨在供給電容器上的控制供給電壓的步驟包括調(diào)節(jié)AC波形以產(chǎn)生整流電壓，提供整流電壓以為供給電容器充電，并限制跨在該供給電容器上的控制供給電壓。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，控制端電壓具有15伏特的幅值。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括調(diào)節(jié)跨在所述電荷存儲(chǔ)電容器的輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效離線式線性電源。一種電源電路，其包括第一開關(guān)晶體管，其具有控制端和控制端開關(guān)閾值，并且把電流從電壓源充入電荷存儲(chǔ)電容器；控制開關(guān)晶體管的通/斷操作的控制電路，由此，當(dāng)電壓源的電壓低于預(yù)定電平時(shí)接通開關(guān)晶體管，而當(dāng)電壓源的電壓高于該預(yù)定電平時(shí)斷開開關(guān)晶體管；把控制電壓提供給開關(guān)晶體管的控制端的控制電壓供給電路，當(dāng)電壓源的電壓低于預(yù)定電壓時(shí)，該控制電壓基本上超過開關(guān)閾值，由此驅(qū)使開關(guān)晶體管在飽和工作區(qū)中接通；以及用于提供電源的輸出電壓的電荷存儲(chǔ)電容器。本發(fā)明提高了電源電路的效率。
文檔編號(hào)H02M7/217GK102916580SQ201210399090
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2004年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月10日
發(fā)明者J·J·施特菲, R·L·布萊克 申請(qǐng)人:路創(chuàng)電子公司