本發(fā)明涉及用于后沿相位控制調(diào)光器電路的過零檢測(cè)電路。

具體地，但非唯一地，本發(fā)明涉及一種用于控制電容性負(fù)載的后沿相位控制調(diào)光器電路的過零檢測(cè)電路，電容性負(fù)載例如是用于LED燈的驅(qū)動(dòng)器。

背景技術(shù)：

調(diào)光器電路通常用于控制到諸如光源的負(fù)載的電力，特別是交流(AC)電源電力(mains power)。在一種現(xiàn)有方法中，可以使用相位控制調(diào)光來調(diào)光光源，由此通過改變?cè)贏C的周期期間連接負(fù)載到電源電力的開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間量(即，改變占空時(shí)間)來控制提供給負(fù)載的電力。具體地，在交流的每半個(gè)周期期間將到負(fù)載的AC電力切換為導(dǎo)通(ON)和關(guān)斷(OFF)，并且根據(jù)相對(duì)于每半個(gè)周期的關(guān)斷時(shí)間的導(dǎo)通時(shí)間量來提供負(fù)載的調(diào)光量。

相位控制調(diào)光器電路通常操作為后沿或前沿調(diào)光器電路，并且這兩個(gè)電路適合于不同的應(yīng)用。在前沿電路中，在每半個(gè)周期開始時(shí)切斷電力。在后沿電路中，在每半個(gè)周期后部(例如，朝向每半個(gè)周期的結(jié)束)切斷電力。前沿調(diào)光器電路通常更好地適于控制到感應(yīng)負(fù)載的電力，諸如小風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)和鐵芯低壓照明變壓器。另一方面，后沿調(diào)光器電路通常更好地適于控制到電容性負(fù)載的電力，電容性負(fù)載諸如用于發(fā)光二極管(LED)燈的驅(qū)動(dòng)器。

然而，相位控制調(diào)光器電路可以在接通和切斷到負(fù)載的電力時(shí)產(chǎn)生導(dǎo)致電磁干擾(EMI)發(fā)射的線路傳導(dǎo)諧波，特別地，例如，在接通和切斷到諸如緊湊型熒光照明(CFL)和LED燈驅(qū)動(dòng)器的復(fù)雜負(fù)載的電力時(shí)。更具體地，這些調(diào)光器電路包括開關(guān)電路和開關(guān)控制電路，該開關(guān)控制電路用于通過在導(dǎo)通狀態(tài)(導(dǎo)通時(shí)段)下向負(fù)載傳導(dǎo)電力而在關(guān)斷狀態(tài)(非導(dǎo)通時(shí)段)下不向負(fù)載傳導(dǎo)電力來控制向負(fù)載傳遞AC電力。在AC的每半個(gè)周期的關(guān)斷狀態(tài)期間，電力可用于調(diào)光器電路操作。

在一些示例性的現(xiàn)有技術(shù)調(diào)光器電路中，開關(guān)控制電路包括過零檢測(cè)電路，其被配置為檢測(cè)AC的過零點(diǎn)，以在理想調(diào)光器電路中限定導(dǎo)通時(shí)段和非導(dǎo)通時(shí)段。然而，實(shí)際上，許多示例性現(xiàn)有調(diào)光器電路(例如，2線后沿相位控制調(diào)光器電路)顯示半周期導(dǎo)通時(shí)段開始在真的過零之前十分之幾毫秒；因此，階梯電壓被施加到負(fù)載，這可以引起電流脈沖和EMI發(fā)射，特別是對(duì)于諸如LED或CFL燈驅(qū)動(dòng)器的電容性電子負(fù)載類型。

首先由整流器對(duì)在非導(dǎo)通時(shí)段中提供給調(diào)光器電路的AC(線)電力進(jìn)行整流。整流的調(diào)光器電壓(例如經(jīng)由全波整流器整流)是通常具有等于線頻率的兩倍的重復(fù)率的脈沖形式。然而，整流產(chǎn)生寄生電容，并且需要相對(duì)高的過零電壓以減輕寄生電容的過濾效應(yīng)。

因此，對(duì)于一些電容性輸入和低功率因數(shù)負(fù)載類型，非零的過零電壓閾值的效應(yīng)可以導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)段開始的顯著進(jìn)步，特別是當(dāng)示例性調(diào)光器電路在更高的工作導(dǎo)通角工作時(shí)。在這些情況中，這些負(fù)載類型的結(jié)果可以是在最大調(diào)光器設(shè)定下可實(shí)現(xiàn)的亮度的明顯減小，和/或非導(dǎo)通時(shí)段的不對(duì)稱的開始，這可能導(dǎo)致由負(fù)載驅(qū)動(dòng)的LED燈的閃爍的非期望的效果。這兩種效果都是由于：在由負(fù)載類型拓?fù)湓斐傻囊恍┣闆r下，與由提前的過零引起的對(duì)應(yīng)線路電壓相比，調(diào)光器電壓的減小的幅度。

如上所述，不準(zhǔn)確的過零檢測(cè)的主要原因之一可歸因于與整流的調(diào)光器電壓相關(guān)聯(lián)的分量寄生電容的影響。這種電容用于部分地平滑整流的調(diào)光器電壓并且引起過零的一些滯后相移，其中電壓最小值不達(dá)到零。因此，為了最小化這些過濾效應(yīng)，示例性現(xiàn)有技術(shù)的后沿相位控制調(diào)光器電路需要較低(耗散)阻抗。然而，該較低的阻抗導(dǎo)致較高的調(diào)光器損耗，進(jìn)而不是令人滿意的最小化有害過濾效應(yīng)的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

相應(yīng)地，在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于控制到負(fù)載的交流(AC)電力的后沿相位控制調(diào)光器電路的過零檢測(cè)電路，其中后沿相位控制調(diào)光器電路包括：開關(guān)電路，其用于通過在導(dǎo)通狀態(tài)下向負(fù)載傳導(dǎo)電力而在關(guān)斷狀態(tài)下不向負(fù)載傳導(dǎo)電力來控制向負(fù)載傳遞AC電力，其中導(dǎo)通狀態(tài)是導(dǎo)通時(shí)段，并且關(guān)斷狀態(tài)是非導(dǎo)通時(shí)段；開關(guān)控制電路，其用于在AC的每個(gè)周期控制開關(guān)電路的切斷和接通，以控制開關(guān)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)的切換；以及整流器，其用于在非導(dǎo)通時(shí)段中對(duì)AC電力進(jìn)行整流，以產(chǎn)生要提供給調(diào)光器電路的整流的調(diào)光器電壓，其中過零檢測(cè)電路包括：電流阱電路(current sink circuit)，電流阱電路包括被連接到限流晶體管的集電極的串聯(lián)電阻器和被連接到限流晶體管的發(fā)射極的發(fā)射極電阻器，其中電流阱電路在低瞬時(shí)AC電壓下具有低阻抗，以減少與整流器相關(guān)聯(lián)的寄生電容的過濾效應(yīng)；以及比較器電路，其被配置為檢測(cè)串聯(lián)電阻器和發(fā)射極電阻器上的整流的調(diào)光器電壓的第一閾值的過零點(diǎn)，其中比較器電路還被配置為當(dāng)整流的調(diào)光器電壓低于第一閾值時(shí)啟動(dòng)開關(guān)電路以操作并開始導(dǎo)通時(shí)段之一。

過零檢測(cè)電路經(jīng)由電流阱電路在低瞬時(shí)AC(線)電壓處提供低阻抗。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，低瞬時(shí)AC(線)電壓是接近例如240V的AC(線)電壓的0V的電壓。例如，低瞬時(shí)AC電壓約為0至10V。還應(yīng)當(dāng)理解，低阻抗指示約10KΩ至50KΩ的阻抗值，而高阻抗指示幾百KΩ及以上。低阻抗降低過濾效果，并且使得整流的調(diào)光器電壓降到接近零伏電平，以更精確地控制導(dǎo)通角開始。此外，應(yīng)當(dāng)理解，從DC電壓角度(例如，整流的調(diào)光器電壓)，電流阱電路的特征可以為具有與施加的電壓成比例的阻抗；因此在接近第一閾值的幅度的整流的調(diào)光器電壓處的阻抗最低。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，理想的后沿相位控制調(diào)光器理論上在AC(線)電壓過零點(diǎn)處開始半周期導(dǎo)通。此外，將理解，電流阱電路(或取決于電路的動(dòng)作的電流源電路)是用于與諸如240V的高電壓AC電壓一起使用的高電壓電流阱電路。

優(yōu)選地，比較器電路還包括參考閾值滯后電路，以建立大于第一閾值的第二閾值。在該實(shí)施例中，比較器電路還被配置為當(dāng)整流的調(diào)光器電壓高于第二閾值時(shí)，啟動(dòng)開關(guān)電路以開始非導(dǎo)通時(shí)段之一。也就是說，為了抗噪聲目的，本實(shí)施例的比較器電路包括滯后，以將過零檢測(cè)閾值提高到第二閾值，并產(chǎn)生適合于短路切斷功能的較高閾值。

在實(shí)施例中，比較器電路的滯后實(shí)現(xiàn)雙電平過零檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)固有的短路切斷功能。也就是說，過零檢測(cè)電路的比較器電路被配置為當(dāng)整流的調(diào)光器電壓低于第一閾值時(shí)啟動(dòng)開關(guān)電路以開始導(dǎo)通時(shí)段之一，并且當(dāng)整流的調(diào)光器電壓高于第二閾值時(shí)啟動(dòng)開關(guān)電路以提前終止導(dǎo)通時(shí)段之一，以為后沿相位控制調(diào)光器電路提供短路保護(hù)。該實(shí)施例的細(xì)節(jié)通過參考名為《具有短路保護(hù)的相位控制調(diào)光器電路》(a phase control dimmer circuit with short-circuit protection)的共同待審的澳大利亞臨時(shí)申請(qǐng)而并入本文。

在實(shí)施例中，調(diào)光器電路是2線后沿相位控制調(diào)光器電路，并且電流阱電路是高壓恒定電流阱。使用電流阱電路主要是減輕歸因于由寄生電容和高阻抗電阻分壓導(dǎo)致的不利過濾效應(yīng)的整流的調(diào)光器電壓波形失真效應(yīng)。過零檢測(cè)第一(低)閾值對(duì)應(yīng)于在電流阱晶體管的飽和之后的整流的調(diào)光器電壓電平，其中串聯(lián)電阻器(例如電流感測(cè)電阻器)上的電壓低于指示第一閾值的比較器關(guān)斷狀態(tài)參考電壓。

在實(shí)施例中，電流阱電路還包括被連接到限流晶體管的基極的控制晶體管。當(dāng)比較器電路檢測(cè)到整流的調(diào)光器電壓低于第一閾值時(shí)，限流晶體管達(dá)到飽和模式。比較器電路然后增加對(duì)限流晶體管的驅(qū)動(dòng)以禁用電流限制操作，(并且當(dāng)整流的調(diào)光器電壓低于第二閾值時(shí))然后保持電流阱電路的電阻阻抗。

在實(shí)施例中，比較器電路包括用以實(shí)現(xiàn)確定整流的調(diào)光器電壓是否低于第一閾值的比較器功能的晶體管對(duì)，以及用以輸出過零檢測(cè)電路的狀態(tài)的輸出晶體管。具體地，當(dāng)整流的調(diào)光器電壓低于第一閾值時(shí)，比較器電路輸出導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)整流的調(diào)光器電壓最初高于第一閾值時(shí)，比較器電路輸出關(guān)斷狀態(tài)。一旦處于導(dǎo)通狀態(tài)，比較器電路維持該狀況，直到整流的調(diào)光器電壓超過第二閾值。比較器電路導(dǎo)通狀態(tài)表示導(dǎo)通時(shí)段的開始(和持續(xù)時(shí)間)，并且關(guān)斷狀態(tài)表示當(dāng)整流的調(diào)光器電壓在幅度上減小時(shí)(即，接近AC零點(diǎn))的非導(dǎo)通時(shí)段的開始(和持續(xù)時(shí)間)。

在實(shí)施例中，比較器電路包括具有選擇的電阻的分壓器電阻器，以提供比較器參考電壓，其中晶體管對(duì)將整流的調(diào)光器電壓與比較器參考電壓進(jìn)行比較，以確定整流的調(diào)光器電壓是否低于第一閾值。也就是說，比較器參考電壓是上述比較器關(guān)斷狀態(tài)參考電壓。例如，比較器關(guān)斷狀態(tài)參考電壓為0.7V，并且過零第一(低)閾值為4.5V。

此外，串聯(lián)電阻器具有選擇的電阻，使得當(dāng)限流晶體管達(dá)到飽和模式時(shí)，到晶體管Q3的基極的輸入電壓下降，導(dǎo)致比較器電路的輸出使到控制晶體管和輸出晶體管Q5的驅(qū)動(dòng)停止，其增加到限流晶體管的驅(qū)動(dòng)。例如，串聯(lián)電阻器是10KΩ電阻器。也就是說，作為比較器電路改變到導(dǎo)通狀態(tài)的結(jié)果，電流阱同時(shí)保持在飽和狀態(tài)；因此，串聯(lián)電阻器確定晶體管集電極電流。電流阱結(jié)合相對(duì)較低的串聯(lián)電阻以限定最低阻抗，然后結(jié)合分壓器電阻器，建立絕對(duì)過零檢測(cè)閾值。在過零檢測(cè)時(shí)，比較器輸出同時(shí)向電流阱晶體管提供額外的偏置以禁用電流限制操作；因此，保持在低整流的調(diào)光器電壓電平處的電阻性阻抗。因此，在調(diào)光器半周期導(dǎo)通時(shí)段，過零檢測(cè)電路中的電流與整流的調(diào)光器電壓成比例地上升。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，過零檢測(cè)電路的部件是被配置為承受例如240V的AC電壓的高電壓部件。例如，上述電流阱電路、限流晶體管、控制晶體管和串聯(lián)電阻器是高壓部件。

在另一實(shí)施例中，比較器電路包括具有選擇的電阻的另外的分壓器電阻器以提供另一比較器參考電壓。在該實(shí)施例中，由另一比較器參考電壓確定從控制晶體管的基極到發(fā)射極的控制晶體管的偏置電壓，由此檢測(cè)到的偏置電壓的下降指示整流的調(diào)光器電壓低于第一閾值。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖僅通過示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中：

圖1是示出包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過零檢測(cè)電路的后沿相位控制調(diào)光器電路的一些電路的框圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于后沿相位控制調(diào)光器電路的過零檢測(cè)電路；以及

圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于后沿相位控制調(diào)光器電路的過零檢測(cè)電路。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的2線后沿相位控制調(diào)光器電路10的一些電路，其被配置為控制到負(fù)載的電力。更具體地，圖1示出了被配置為與過零檢測(cè)電路12相關(guān)聯(lián)地操作的那些電路。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，調(diào)光器電路10的許多電路不影響過零檢測(cè)電路12的操作，因此本文不再詳細(xì)討論。

如上所述，圖1的實(shí)施例中所示的調(diào)光器電路10包括AC開關(guān)電路18，其用于通過在導(dǎo)通狀態(tài)下向負(fù)載傳導(dǎo)電力而在關(guān)斷狀態(tài)下不向負(fù)載傳導(dǎo)電力來控制向負(fù)載傳遞AC電力。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，導(dǎo)通狀態(tài)是導(dǎo)通時(shí)段，并且關(guān)斷狀態(tài)是非導(dǎo)通時(shí)段，它們被配置為持續(xù)時(shí)間以在負(fù)載是LED燈驅(qū)動(dòng)器的情況下控制例如LED燈的調(diào)光。AC開關(guān)電路18被連接到柵極驅(qū)動(dòng)電路16，柵極驅(qū)動(dòng)電路16具有用于在AC的每半個(gè)周期控制AC開關(guān)電路18的切斷和接通的多個(gè)電路，以控制開關(guān)電路18的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)的切換。此外，調(diào)光器電路10包括用于在非導(dǎo)通時(shí)段中整流AC電力的整流器20，以產(chǎn)生要提供給調(diào)光器電路10的整流的調(diào)光器電壓。

如上所述，過零檢測(cè)電路12被配置為檢測(cè)AC的過零，并且檢測(cè)整流的調(diào)光器電壓的第一閾值以及在具有滯后的實(shí)施例中第二閾值的相交。過零檢測(cè)電路12被連接到導(dǎo)通時(shí)段定時(shí)電路14，導(dǎo)通時(shí)段定時(shí)電路14被配置為基于過零檢測(cè)電路12的輸出來確定導(dǎo)通時(shí)段和改變導(dǎo)通時(shí)段。此外，導(dǎo)通時(shí)段定時(shí)電路14被連接到柵極驅(qū)動(dòng)電路16以接通和切斷AC開關(guān)電路12，從而提供導(dǎo)通和非導(dǎo)通時(shí)段。

當(dāng)在半周期的兩個(gè)極性之間AC線電壓等于零時(shí)，發(fā)生AC的過零。如上所述，實(shí)踐中，導(dǎo)通和非導(dǎo)通時(shí)段之間的交叉通常不會(huì)正好發(fā)生在AC線路電壓過零處。例如，第一閾值被選擇為4.5V的低閾值電壓，以及第二閾值是6.5V的高閾值。

在圖2和圖3中更詳細(xì)地示出了調(diào)光器電路10的過零檢測(cè)電路12的實(shí)施例。具體地，圖2示出了過零檢測(cè)電路12的一個(gè)實(shí)施例，并且圖3示出了過零檢測(cè)電路12'的替代實(shí)施例。

在圖2中，調(diào)光器電路10的過零檢測(cè)電路12包括以高壓電流阱(或源)形式的電流阱電路22，其包括高壓限流晶體管Q2和控制晶體管Q1。過零檢測(cè)電路12還包括比較器電路24，其具有用于提供第二閾值的遲滯電路部件，包括晶體管差分對(duì)Q3和Q4，以及輸出晶體管Q5、Q6和Q7。

比較器電路24包括提供比較器電壓參考的分壓器電阻器R7和R8。在示例中，比較器電壓參考被設(shè)定為約0.7V，R7是1MΩ電阻器，以及R8是47KΩ電阻器。如所討論的，比較器電路24將參考電壓與整流的調(diào)光器電壓進(jìn)行比較，以確定整流的調(diào)光器電壓是否已經(jīng)低于第一閾值。在高整流的調(diào)光器電壓條件下，由于控制晶體管Q1的作用，該參考電壓連同限流晶體管Q2的發(fā)射極電阻器R3一起，限定高壓電流阱晶體管Q2中的恒定電流量約0.37mA。在示例中，R3是1.8KΩ電阻器。此外，在這些高整流的調(diào)光電壓條件下，輸出晶體管Q5被驅(qū)動(dòng)以將過零檢測(cè)電路12的過零輸出ZC保持在低狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，過零檢測(cè)電路12的輸出ZC類似于過零檢測(cè)電路12的比較器電路24的輸出。

上述高壓電流阱串聯(lián)電阻器R2具有在本實(shí)施例中設(shè)定在約4.5V處的過零第一(低)閾值處的初始效應(yīng)，其中限流晶體管Q2達(dá)到飽和模式。例如，R2是10KΩ電阻器。這允許比較器輸入電壓在晶體管Q3基極處下降，導(dǎo)致比較器電路24輸出同時(shí)停止對(duì)控制晶體管Q1和輸出晶體管Q5的驅(qū)動(dòng)。該動(dòng)作導(dǎo)致對(duì)高壓電流阱晶體管Q2的驅(qū)動(dòng)增加；因此，保持和增強(qiáng)飽和狀態(tài)。另外，ZC輸出的高狀態(tài)的改變將比較器參考電壓增加到約1.0V，其然后確定約6.5V的過零高閾值。由于這種比較器電路滯后，整流的調(diào)光器電壓必須超過過零第二(高)閾值，以便ZC輸出再次返回到低(關(guān)斷)狀態(tài)。

在圖3中，調(diào)光器電路10的過零檢測(cè)電路12'包括具有另一高電壓電流阱形式的電流阱電路22'，電流阱電路22'包括高電壓限流晶體管Q1'和另一控制晶體管Q2'。過零檢測(cè)電路12'還包括也具有所述遲滯電路的比較器電路24'。圖3的過零檢測(cè)電路12'通過消除差分對(duì)比較器電路(Q3和Q4)簡(jiǎn)化了圖2所示的過零檢測(cè)電路12的實(shí)施例。在圖3的實(shí)施例中，使用另一電流阱控制晶體管Q2'來實(shí)現(xiàn)比較器功能。電阻器R3'為另一限流晶體管Q1'提供基極偏置電流，其中在高整流的調(diào)光器電壓條件下，過量的可用驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)由另一控制晶體管Q2'被傳導(dǎo)到另一輸出晶體管Q3'，以保持ZC輸出信號(hào)在低狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)。

通過另外的干線(rail)分壓器電阻器R5'和R6'并結(jié)合限流晶體管Q1'發(fā)射極電阻器R2'一起建立另一控制晶體管Q2'的約0.7V的偏置電壓，以確定約0.37mA的標(biāo)稱阱電流。在該示例中，發(fā)射極電阻器R2'是1.8KΩ電阻器。過零第一(低)閾值再次對(duì)應(yīng)于小于約4.5V的整流的調(diào)光器電壓，其中另一限流晶體管Q1'進(jìn)入飽和模式，這導(dǎo)致另一控制晶體管Q2'發(fā)射極電壓的下降和對(duì)另一輸出晶體管Q3'的驅(qū)動(dòng)的損失，從而使ZC輸出信號(hào)呈現(xiàn)高狀態(tài)。具有電阻器R8'的ZC輸出緩沖晶體管Q4'被用于提供參考電壓滯后，因此產(chǎn)生用于除所述短路切斷閾值功能之外的抗噪聲目的的過零導(dǎo)通狀態(tài)第二(高)閾值。

應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的配置也可以有其它變形和修改，其也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。