專利名稱：將來自交流電線電壓源的電能傳遞到負(fù)載的雙線調(diào)光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及負(fù)載控制電路，例如，電燈調(diào)光電路，尤其涉及一種用于減小噪聲的改良負(fù)載控制電路，特別與變壓器供電的照明負(fù)載的調(diào)光控制有關(guān)。本發(fā)明也可以被用于控 制電機(jī)的速度，諸如風(fēng)扇、電動窗口處理以及電氣工具如鉆孔機(jī)、研磨機(jī)和磨沙機(jī)。
背景技術(shù)：
低壓照明設(shè)備，例如，鹵素?zé)?，近年來的使用不斷增加。這些電燈在低壓下工作，例 如12V或24V，于是，采用變壓器將正常線電壓減小為操作該電燈所需的低電壓。用戶在操作這種電燈時(shí)關(guān)于噪聲的抱怨有所增加。該噪聲被認(rèn)為源于多種因素， 包括在與發(fā)光體相同的空間中低切面變壓器的使用，環(huán)形變壓器使用的增加(相對“線圈 和線芯”變壓器，如具有EI線芯的變壓器，該變壓器具有由E-形和I-形片制成的疊片鐵 芯)，以及住宅應(yīng)用中的明線或?qū)к壍蛪赫彰髟O(shè)備的使用的增加。主要的，該增加似乎是由 于大型VA(伏-安)環(huán)形變壓器(典型地，在150-600VA的范圍內(nèi))的使用。噪聲一直是伴隨磁低壓(MLV)負(fù)載的問題。與變壓器初級繞組串聯(lián)放置的電燈除 嗡鳴線圈或扼流圈通過增加電流的上升時(shí)間來減小或消除噪聲。盡管如此，鑒于現(xiàn)在上述 因素常常存在于低壓發(fā)光體的實(shí)施方案中，該解決辦法被證明是不夠的?？磥碓肼暤囊粋€(gè) 原因是由于輸入波形中的直流(DC)分量使得變壓器飽和更容易。當(dāng)變壓器具有少許或沒 有氣隙時(shí)，這尤其是個(gè)問題，例如象環(huán)形變壓器也是如此。因此需要一種改進(jìn)的負(fù)載控制電路，具體的說，一種調(diào)光電路，用于低壓發(fā)光體和 具有MLV負(fù)載的應(yīng)用中，以減小噪聲的產(chǎn)生。圖1表示了典型的現(xiàn)有技術(shù)雙線斷相(有時(shí)稱為“相位-控制”)調(diào)光電路100。 調(diào)光電路100被認(rèn)為是一個(gè)雙線調(diào)光器，因?yàn)槲ㄒ恍枰倪B接是熱端(HOT terminal) 102 和調(diào)光熱端(DIMMED HOT terminal) 106，熱端102被連接到行頻交流(AC)電壓104的電源 的第一接線端，調(diào)光熱端106被連接到負(fù)載108的第一接線端。負(fù)載108的第二接線端被 連接到交流(AC)電壓源104的第二接線端，以完成該電路徑。調(diào)光熱端輸出電壓包括斷相 AC電壓波形，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，其中電流在AC波形的每個(gè)半周期的某一相角之后 只被提供到電燈負(fù)載。為了完成這些，采用觸發(fā)三極管110來控制傳遞給負(fù)載108的電壓量。計(jì)時(shí)電 路120包括雙移相電阻器電容器(RC)電路，該雙移相電阻器電容器(RC)電路具有電阻器 R122、電位計(jì)R124以及電容器C126、C128。在每個(gè)半周期中的所選相角之后為了接通觸發(fā) 三極管110，計(jì)時(shí)電路120設(shè)置閾值電壓，該閾值電壓是電容器C128兩端的電壓。電容器 C128的充電時(shí)間響應(yīng)于電位計(jì)R124的電阻變化而變化，以改變觸發(fā)三極管導(dǎo)通時(shí)的所選 相角。雙向觸發(fā)二極管130與觸發(fā)三極管110的控制輸入或柵極串聯(lián)，并被用作觸發(fā)裝置。雙向觸發(fā)二極管130具有轉(zhuǎn)折電壓(例如30V)，以及僅當(dāng)閾值電壓超過雙向觸發(fā)二極管的 轉(zhuǎn)折電壓加上觸發(fā)三極管的柵壓時(shí)，將電流通到觸發(fā)三極管的柵極。現(xiàn)有技術(shù)電路也采用 包括電感器L142、電阻器R144以及電容器C146的輸入噪聲/EMI濾波器級。圖2A中表示了另一現(xiàn)有技術(shù)電路200。該電路采用電壓補(bǔ)償電路250，該電壓補(bǔ) 償電路250包括雙向觸發(fā)二極管252和電阻器R254，用于調(diào)整電位計(jì)R224的電壓，從而補(bǔ) 償線電壓振幅變化。眾所周知，雙向觸發(fā)二極管具有負(fù)阻抗傳輸功能，所以，當(dāng)通過雙向觸 發(fā)二極管的電流減小，該雙向觸發(fā)二極管兩端的電壓增加。隨著調(diào)光器兩端的電壓減小，通 過雙向觸發(fā)二極管252的電流也減小。結(jié)果，雙向觸發(fā)二極管252兩端的電壓增加，導(dǎo)致流 過R224到C228的電流增加，由此導(dǎo)致電容器C228很快充電到閾值電壓。這導(dǎo)致觸發(fā)三極 管210的導(dǎo)通時(shí)間增加，以補(bǔ)償調(diào)光器兩端的減小的電壓，由此保持設(shè)置的亮度級。此外，圖2A中所示的現(xiàn)有技術(shù)電路包括DC電壓校正電路260，該DC電壓校正電 路260包括電容器C264和電阻器R262，用于保持零伏DC的凈平均輸出電壓。在美國專利 4，876，498中，描述了 DC電壓校正電路的工作，在此將其全部引入以供參考，因此在此將不 作進(jìn)一步描述。圖1和圖2A中的現(xiàn)有技術(shù)裝置被認(rèn)為當(dāng)負(fù)載被耦合到調(diào)光器的輸出端時(shí)導(dǎo)致負(fù) 載中，如MLV電燈負(fù)載中過量噪聲的產(chǎn)生，所述MLV電燈負(fù)載包括變壓器供電的低壓燈泡。圖2B表示了由圖2A中的現(xiàn)有技術(shù)電路提供的600VA環(huán)形鐵芯變壓器兩端的電壓 波形。該波形展示了在兩個(gè)半周期中的不對稱。在此使用的不對稱，意味著正半周期、(1 ) 中觸發(fā)三極管的導(dǎo)通時(shí)間與負(fù)半周期t2(NE(;)中觸發(fā)三極管的導(dǎo)通時(shí)間不同。結(jié)果，在正半周 期過程中負(fù)載兩端的電壓曲線以下的面積(用伏秒測量)與負(fù)半周期過程中負(fù)載兩端的電 壓曲線以下的面積(用伏秒測量)不同。該不對稱導(dǎo)致輸出電壓具有凈DC分量。普遍認(rèn) 為，該不對稱導(dǎo)致變壓器飽和，因此增加噪聲。在部分標(biāo)記A中，圖2B所示的過沖電壓表示 由于輸出電壓波形中的不對稱，變壓器被飽和。在此情況下，電燈除嗡鳴線圈或扼流圈將不 能消除來自變壓器的噪聲，該噪聲源于輸出電壓中的不對稱，因?yàn)樵摼€圈或扼流圈沒有消 除凈DC分量。圖3A表示了另一現(xiàn)有技術(shù)電路的示意圖，該電路包括三線調(diào)光器300，所述三線 調(diào)光器300具有用于直接連接到AC電壓源的中線的中性端。該電路具有與圖2A的現(xiàn)有技 術(shù)電路類似的結(jié)構(gòu)，以及包括觸發(fā)三極管310、計(jì)時(shí)電路320、觸發(fā)電路330、電壓補(bǔ)償電路 350以及DC校正電路360。計(jì)時(shí)電路320包括電位計(jì)R324，用于設(shè)置觸發(fā)三極管310的所 需導(dǎo)通時(shí)間，并由此設(shè)置調(diào)光器300的所需輸出電壓，以及充電到閾值電壓的電容器C328。 觸發(fā)電路330包括由二極管D331，D332以及晶體管Q333，Q334構(gòu)成的電流放大器、由電橋 BR335，電阻器R336，R337構(gòu)成的全波橋式整流器、由硅雙向開關(guān)338、光耦合器339以及電 阻器R340、R341構(gòu)成的閾值裝置。光耦合器339在中性端(NEUTRAL)和觸發(fā)三極管310之 間提供電絕緣。電橋BR335允許電流在AC線電壓的兩個(gè)半周期過程中從同一方向流過光 耦合器339的光電二極管339A。硅雙向開關(guān)338只有當(dāng)電容器C328兩端的電壓達(dá)到閾值 時(shí)才允許電流流過光電二極管339A。人們已發(fā)現(xiàn)，與圖1和2A的電路相比，圖3A的電路導(dǎo)致較小的噪聲。圖3B表示了 圖3A的電路的輸出波形，示出如何利用較小DC分量使波形更對稱。圖3A中的三線調(diào)光器 具有更對稱的輸出波形，因?yàn)橹行赃B接的存在允許計(jì)時(shí)電路320被從負(fù)載斷開。三線調(diào)光器的計(jì)時(shí)電路320從熱端(HOTterminal)通過計(jì)時(shí)電路320到中性端(NEUTRAL terminal) 進(jìn)行充電。相反，圖2A的雙線調(diào)光器的計(jì)時(shí)電路220從熱端通過計(jì)時(shí)電路220到調(diào)光熱端 進(jìn)行充電，然后通過負(fù)載到AC電壓源的中性連接。人們已認(rèn)識到，如果雙線負(fù)載控制電路的雙向開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間在正和負(fù)半周期中 是相同的，那么輸出電壓波形顯示出更大的對稱性，并且因此，顯示出減小的DC分量。人們 相信，雙向觸發(fā)二極管和觸發(fā)三極管在它們各自的工作模式中電壓和電流特性曲線的不對 稱有助于輸出波形的不對稱和DC分量。具體地說，不對稱的三種原因已經(jīng)被確定(1)在 第一方向上的雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓與第二(相反)方向上的雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折 電壓不同；(2)在第一方向上導(dǎo)通時(shí)的雙向觸發(fā)二極管的伏-安特性曲線與在第二方向上 導(dǎo)通時(shí)雙向觸發(fā)二極管的伏-安特性曲線不同；以及(3)在第一方向上接通時(shí)進(jìn)入觸發(fā)三 極管的柵極的電流與在第二(相反)方向上接通時(shí)輸出觸發(fā)三極管的柵極的電流不同。參考圖3C，可以看到雙向觸發(fā)二極管的電壓-電流(V-I)特性曲線。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在 第一象限中工作的雙向觸發(fā)二極管的V-I特性曲線很少(如果有過的話)與在第三象限中 工作的相同雙向觸發(fā)二極管的V-1特性曲線對稱。例如，vTO+，是導(dǎo)通的第一(或前向)方 向中的雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓，其大小不可能等于，所述VM_是導(dǎo)通的第二(或反 向)方向中的雙向觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓。轉(zhuǎn)折電壓大小的不相等尤其影響圖2A中雙線 調(diào)光器中所示的電容器C228的充電時(shí)間。第一⑴和第三(III)象限操作中的V-I特性曲線的形狀，特別是，轉(zhuǎn)折電壓的大 小，VBB+和VBB_，影響電容器C228最終放電的級別。如果這些V-1特性曲線不完全對稱，那 么在線周期的每個(gè)半周期未端，電容器C228不可能放電至相同點(diǎn)。這在每個(gè)半周期的開始 時(shí)可能導(dǎo)致電容器C228的初始條件不相同。由此，在從半周期至半周期的相同時(shí)間量中， 電容器C228將不會始終充電至所需的閾值電壓。參考圖3D，在其中可能看到波形，_Ve228，用于電容器C228兩端的電壓，以及圖2A 中的雙線調(diào)光器的觸發(fā)三極管的柵電流的波形，IeATE。在圖3D中，垂直電壓刻度是20V/div， 垂直電流刻度是0. 5A/div,以及水平時(shí)間刻度是2ms/div。在該圖中，為了便于觀察，電容 器電壓Ve228的極性已被反轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，此刻，該觸發(fā)三極管開始導(dǎo)通，當(dāng)觸發(fā)三極管在第 一(或正)方向(對應(yīng)于象限I中的導(dǎo)通)開始導(dǎo)通時(shí)，電流尖峰，& (約0.65A)，流入觸 發(fā)三極管柵極引線中，以及當(dāng)觸發(fā)三極管開始在第二(或負(fù))方向(對應(yīng)于象限III中的 導(dǎo)通)中導(dǎo)通時(shí)，尖峰電流，Sin (約1.1A)，流出觸發(fā)三極管柵引線。因此，可以看到在負(fù)半 周期過程中流出觸發(fā)三極管柵極的電流幾乎為正半周期過程中流入觸發(fā)三極管柵極中的 電流的兩倍大。兩個(gè)方向中的尖峰電流大小的不相等導(dǎo)致在每個(gè)半周期的末端電容器C228 放電至不同的級別，這在隨后的半周期的開始時(shí)，又導(dǎo)致C228的初始條件不同。電容器 C228的初始條件的差異使得一個(gè)半周期的觸發(fā)三極管的導(dǎo)通時(shí)間不同于下一個(gè)半周期。因此，需要一種雙線負(fù)載控制電路為MLV負(fù)載，如變壓器供電的電燈負(fù)載，提供實(shí) 質(zhì)上不具有DC分量的對稱電壓波形。具體地說，需要具有雙向觸發(fā)二極管和觸發(fā)三極管的 雙線調(diào)光器，其中雙向觸發(fā)二極管和觸發(fā)三極管中的不對稱被顯著的減小或消除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的負(fù)載控制電路，例如，減小噪聲的調(diào)光器電路，特別當(dāng)與MLV電燈負(fù)載一起使用時(shí)。本發(fā)明的另一目的是提供一種負(fù)載控制電路以提供實(shí)質(zhì)上不具有DC分量的電壓 輸出波形。本發(fā)明的目的通過一種負(fù)載控制電路來實(shí)現(xiàn)，該負(fù)載控制電路包括用于將交流 源波形的正和負(fù)半周期的至少一部分切換至負(fù)載的雙向半導(dǎo)體開關(guān)，所述雙向半導(dǎo)體開關(guān) 具有控制電極；所述負(fù)載控制電路還包括相角設(shè)置電路，該相角設(shè)置電路包括計(jì)時(shí)電路，當(dāng) 雙向半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，所述計(jì)時(shí)電路在AC源波形的每個(gè)半周期過程中設(shè)置相角；該相角 設(shè)置電路包括與所述開關(guān)的控制電極串聯(lián)連接的電壓閾值觸發(fā)裝置；該相角設(shè)置電路還包 括串聯(lián)連接于計(jì)時(shí)電路的輸出端和半導(dǎo)體開關(guān)的控制電極之間的整流器電橋，該整流器電 橋具有第一對接線端和第二對接線端，所述第一對接線端串聯(lián)連接于計(jì)時(shí)電路的輸出端和 半導(dǎo)體開關(guān)的控制電極之間，所述第二對接線端與電壓閾值觸發(fā)裝置連接，由此與負(fù)載控 制電路串聯(lián)連接的負(fù)載中產(chǎn)生的噪聲被減小。本發(fā)明的目的還通過一種方法來實(shí)現(xiàn)，該方法用于從交流(AC)源波形減小被斷 相負(fù)載控制電路驅(qū)動的電負(fù)載中產(chǎn)生的噪聲，該方法包括當(dāng)雙向半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在 AC源波形的每個(gè)半周期過程中設(shè)置相角，提供與所述開關(guān)的控制電極串聯(lián)連接的電壓閾值 觸發(fā)裝置，由此當(dāng)閾值電壓被超出時(shí)，控制電極電流被提供給所述開關(guān)；還包括提供控制電 極電流給所述開關(guān)，因此控制電極電流僅僅在一個(gè)方向流過電壓閾值觸發(fā)裝置，由此減小 控制電極電流中的不對稱，以及有助于減小負(fù)載中的噪聲。本發(fā)明的目的還通過一種負(fù)載控制電路實(shí)現(xiàn)，該負(fù)載控制電路具有用于與受控負(fù) 載串聯(lián)連接的第一和第二接線端，該負(fù)載控制電路包括用于將交流源波形的正和負(fù)半周期 的至少一部分切換至負(fù)載的雙向半導(dǎo)體開關(guān)，所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)具有控制電極；所述負(fù) 載控制電路還包括相角設(shè)置電路，該相角設(shè)置電路包括計(jì)時(shí)電路，當(dāng)雙向半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通 時(shí)，所述記時(shí)電路在AC源波形的每個(gè)半周期過程中設(shè)置相角，該相角設(shè)置電路包括與所述 開關(guān)的控制電極串聯(lián)連接的電壓閾值觸發(fā)裝置；所述相角設(shè)置電路還包括在計(jì)時(shí)電路和半 導(dǎo)體開關(guān)的控制電極之間連接的第一電路，該第一電路用于確保流過電壓閾值觸發(fā)裝置的 電流僅僅在一個(gè)方向上流動，其中該第一電路具有第一對接線端和第二對接線端，所述第 一對接線端串聯(lián)連接在計(jì)時(shí)電路的輸出端和半導(dǎo)體開關(guān)的控制電極之間，所述第二對接線 端與電壓閾值觸發(fā)裝置連接，由此與負(fù)載控制電路串聯(lián)連接的負(fù)載中產(chǎn)生的噪聲被減小。本發(fā)明的目的還通過一種雙線調(diào)光器來實(shí)現(xiàn)，該雙線調(diào)光器用于將來自交流電即 線電壓源的電能傳遞到負(fù)載，該雙線調(diào)光器包括雙向半導(dǎo)體開關(guān)，用于被耦合于所述電源 和所述負(fù)載之間，所述半導(dǎo)體開關(guān)具有控制輸入端并且可用于提供輸出電壓至所述負(fù)載； 計(jì)時(shí)電路，用于被耦合于所述電源和所述負(fù)載之間并且具有一輸出端，所述計(jì)時(shí)電路用于 產(chǎn)生表示所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的所需導(dǎo)通時(shí)間的信號；觸發(fā)裝置，具有與所述計(jì)時(shí)電路的 所述輸出端串聯(lián)電連接的第一接線端和與所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的所述控制輸入端串聯(lián)電 連接的第二接線端，當(dāng)電流從所述第一接線端流至所述第二接線端時(shí)，所述觸發(fā)裝置具有 第一伏-安特性曲線，以及當(dāng)電流從所述第二接線端流至所述第一接線端時(shí)，所述觸發(fā)裝 置具有第二伏_安特性曲線，其中所述第一伏_安特性曲線實(shí)質(zhì)上與所述第二伏_安特性 曲線一致；以及在所述計(jì)時(shí)電路的所述輸出端和所述半導(dǎo)體開關(guān)的所述控制輸入端之間串 聯(lián)電連接的阻抗，所述阻抗保證流入所述控制輸入端的電流大小實(shí)質(zhì)上與流出所述控制輸入端的電流大小相等。本發(fā)明的其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從以下參考附圖對本發(fā)明所做的詳細(xì)說明中直 觀的得出。


下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)雙線調(diào)光器電路；圖2A示出了另一現(xiàn)有技術(shù)雙線調(diào)光器電路；圖2B示出了圖2A中的調(diào)光器電路的輸出電壓波形；圖3A示出了現(xiàn)有技術(shù)三線調(diào)光器電路；圖3B示出了圖3A中的調(diào)光器電路的輸出波形；圖3C示出了典型的雙向觸發(fā)二極管的V-I特性曲線；圖3D示出了圖2A中的調(diào)光器電路的觸發(fā)三極管柵電流和計(jì)時(shí)電路電容器電壓波 形；圖4A示出了依照根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)負(fù)載控制電路；圖4B示出了圖4A中的負(fù)載控制電路的輸出電壓波形；圖4C示出了圖4A中的負(fù)載控制電路的觸發(fā)三極管柵電流和計(jì)時(shí)電路電容器電壓 波形；圖5示出了依照本發(fā)明的用于風(fēng)扇電機(jī)速度控制的負(fù)載控制電路；圖6示出了本發(fā)明采用電壓補(bǔ)償雙向觸發(fā)二極管的電路；以及圖7示出了用于具有和不具有本發(fā)明元件的負(fù)載控制電路的多種實(shí)施例的輸出 電壓波形的直流(DC)分量相對輸出電壓的有效值(RMS)值的標(biāo)繪圖。本發(fā)明的其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從以下詳細(xì)說明中直觀的得出。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，圖4A表示依照本發(fā)明的改進(jìn)負(fù)載控制電路，具體地說，是用于減 小噪聲的調(diào)光器電路400。交流電源404的高電位側(cè)通常被連接到熱端402，并且驅(qū)動電燈 負(fù)載的變壓器的初級繞組的一側(cè)被典型地連接到調(diào)光熱端406。所述調(diào)光器電路包括噪聲 /EMI濾波器電路，該噪聲/EMI濾波器電路包括電感器L442、電阻器R444以及電容器C446。 電阻器R422、電位計(jì)R424以及電容器C426、C428構(gòu)成雙移相RC計(jì)時(shí)電路420，其中通過電 位計(jì)R424可變地設(shè)置時(shí)間常數(shù)，由此改變電容器C428充電的時(shí)間。一旦觸發(fā)裝置(雙向 觸發(fā)二極管430)的閾值被超出，電容器C428的充電率又將改變雙向半導(dǎo)體開關(guān)(觸發(fā)三 極管410)導(dǎo)通時(shí)交流(AC)波形的相角。依照本發(fā)明，為了減小噪聲，雙向觸發(fā)二極管430被耦合到整流器電橋470中，該 整流器電橋470包括二極管D472、D474、D476和D478。整流器電橋的第一對接線端AC1， AC2與計(jì)時(shí)電路的輸出端(R424和C428的接點(diǎn))和觸發(fā)三極管410的柵極串聯(lián)連接，優(yōu)選 情況下與另一電阻器R480串聯(lián)，之后將說明其功能。雙向觸發(fā)二極管430被并聯(lián)于整流器 電橋的第二或DC輸出端的一對接線端DC+，DC-。整流器電橋470的目的是保證通過雙向觸發(fā)二極管430的電流一直在同一方向上流動。由于正和負(fù)半周期流過雙向觸發(fā)二極管的電流一直在同一方向上，這通過雙向觸發(fā) 二極管430消除正向和反向?qū)ㄖg的任一不對稱。利用正電流流動的慣例，流過雙向觸 發(fā)二極管430的電流用于箭頭432所示方向的兩個(gè)半周期。在正半周期過程中，電流流過 二極管D472、箭頭432方向的雙向觸發(fā)二極管430，然后流過二極管D476。對于負(fù)半周期， 電流流過二極管D474、箭頭432方向的雙向觸發(fā)二極管430，然后流過二極管D478。由此， 在雙向觸發(fā)二極管中由電流相反方向流動引起的任一不對稱被消除。因此，所述雙向觸發(fā)二極管430和整流器電橋470構(gòu)成觸發(fā)裝置，該觸發(fā)裝置具有 與計(jì)時(shí)電路420的輸出端串聯(lián)電連接的第一接線端AC1和與雙向半導(dǎo)體開關(guān)410的控制輸 入端串聯(lián)電連接的第二接線端AC2。此外，當(dāng)電流從第一接線端AC1流到第二接線端AC2 時(shí)，該觸發(fā)裝置具有第一伏_安特性曲線，以及當(dāng)電流從第二接線端AC2流到第一接線端 AC1時(shí)，該觸發(fā)裝置具有第二伏_安特性曲線。因?yàn)樵谡拓?fù)線半周期過程中，所述整流器 電橋470抑制電流在同一方向上流過雙向觸發(fā)二極管430，第一伏-安特性曲線實(shí)質(zhì)上與第 二伏-安特性曲線一致。此外，圖2A中的補(bǔ)償雙向觸發(fā)二極管252已被從圖4A中的電路中消除了，由此消 除不對稱的另一勢源。盡管如此，圖4A中所示的橋式整流器470也可以用于圖2A中的電 路以減小不對稱。這在圖6中有表示，表示了圖4A那樣的電路，但是采用電壓補(bǔ)償雙向觸 發(fā)二極管652。通過以類似于將電橋670裝入雙向觸發(fā)二極管630的方式，在整流器電橋內(nèi) 裝入補(bǔ)償雙向觸發(fā)二極管652，圖6中的負(fù)載控制電路可以進(jìn)一步被修改。電阻器R480用作柵電流限制阻抗。該柵極電阻器限制柵電流，因此在連續(xù)的正和 負(fù)半周期中，觸發(fā)電容器C428的初始條件實(shí)質(zhì)上是相同的。柵極電阻器R480平衡兩個(gè)半 周期中的柵電流，以補(bǔ)償計(jì)時(shí)電路電容器C428的放電，因此在每個(gè)連續(xù)的半周期開始時(shí)的 初始條件實(shí)質(zhì)上是相同的。電阻器R480的優(yōu)選值范圍從大約33歐姆至大約68歐姆。優(yōu) 選情況下，該電阻器R480的值約為47歐姆。盡管柵電流限制阻抗R480已經(jīng)在位于觸發(fā)裝置(包括雙向觸發(fā)二極管430和整 流器電橋470)和雙向半導(dǎo)體開關(guān)410的控制導(dǎo)線之間表示出，阻抗R480可以位于與雙向 半導(dǎo)體開關(guān)410的控制導(dǎo)線串聯(lián)電連接的任何地方。例如，阻抗R480可以位于計(jì)時(shí)電路 420的輸出端和觸發(fā)裝置(雙向觸發(fā)二極管430和電橋470)的輸入端之間。另一例，阻抗 R480可以位于電橋470內(nèi)部，與雙向觸發(fā)二極管430串聯(lián)。圖4B表示了圖4A中的電路的輸出電壓波形。如圖所示，該波形表示了更大的對 稱性，如所示正半周期中觸發(fā)三極管的導(dǎo)通時(shí)間t4(PQS)實(shí)質(zhì)上等于負(fù)半周期中觸發(fā)三極管 的導(dǎo)通時(shí)間t4(NH;)。圖4B中，缺少圖2B中的波形標(biāo)記A的一部分，表示了變壓器負(fù)載不再 飽和，以及圖4B中的波形具有減小的DC分量。通過在調(diào)光器的輸出端和中線之間放置RC 低通濾波器，然后用萬用表在調(diào)光器的輸出端測量直流(DC)電壓，以觀測圖4B中的波形的 DC分量。利用圖4A中的電路，在120Vkms線路上直流分量典型地測得為約40mV至約60mV。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4C，可以看到圖4A中的負(fù)載控制電路的觸發(fā)三極管柵電流和計(jì)時(shí)電 路電容器的電壓波形。在圖4C中，垂直電壓刻度是20V/div，垂直電流刻度是50mA/div，以 及水平時(shí)間刻度是2ms/div。在正半周期中觸發(fā)三極管開始導(dǎo)通時(shí)，約150mA的電流尖峰流 入觸發(fā)三極管的柵極，以及在負(fù)半周期中觸發(fā)三極管開始導(dǎo)通時(shí)，約150mA的電流尖峰流 出觸發(fā)三極管的柵極。(在圖4C的曲線中，為了便于觀察，輸出電壓的極性已經(jīng)被反轉(zhuǎn)。)與現(xiàn)有技術(shù)相比較，不僅觸發(fā)三極管柵電流之間的相對差被減小從約70% (即，約1. 1A相 對約0. 65A之間的差值)至幾乎為零，而且觸發(fā)三極管柵極電流的絕對量也被減小至前一 級別的約14% (即，從約1. 1A減小至約150mA)。盡管圖4A中的實(shí)施例表示了以電橋中的雙向觸發(fā)二極管作為觸發(fā)裝置，其他觸 發(fā)裝置也可以被使用。例如，該觸發(fā)裝置可以是電橋內(nèi)部的硅雙向開關(guān)(SBS)、電橋內(nèi)部的 雙向觸發(fā)開關(guān)或電橋內(nèi)部的齊納二極管。圖5和圖6表示了本發(fā)明的另外兩個(gè)實(shí)施例。圖5表示了適合于控制電機(jī)速度，如 風(fēng)扇電機(jī)的實(shí)施例。圖5中的實(shí)施例和圖4A中的實(shí)施例之間的主要差異是電容器C426的 消除。電容器C426有助于除去用于電燈負(fù)載的調(diào)光器中的“瞬現(xiàn)(pop on)”。這是滯后現(xiàn) 象，當(dāng)從斷開狀態(tài)至所需的低亮度時(shí)，用戶必須首先在電燈開啟之前將亮度提高至超出所 需亮度的級別，然后將該亮度調(diào)暗回所需的低亮度。但是，對于電機(jī)負(fù)載，電壓被用于驅(qū)動 該電機(jī)，即使在最低速度下，電壓也很少降到低于60伏，該電壓是調(diào)光器典型地“瞬現(xiàn)(pop on)”狀態(tài)下的電壓。因此，滯后消除電容器通?？梢詮碾姍C(jī)控制負(fù)載電路中被省略。盡管 如此，當(dāng)“瞬現(xiàn)(pop on)”現(xiàn)象并非問題時(shí)，圖5的實(shí)施例可以與電燈負(fù)載一起使用。圖6表示了圖2A中的現(xiàn)有技術(shù)調(diào)光器電路按照本發(fā)明修改后的電路，該電路在整 流器電橋670內(nèi)部放置觸發(fā)裝置即雙向觸發(fā)二極管630，以及放置與雙向半導(dǎo)體開關(guān)即觸 發(fā)三極管610的柵極串聯(lián)電連接的柵電流限流阻抗即電阻器R680。圖7表示了輸出電壓波形的DC分量相對輸出電壓的RMS值的曲線，該曲線用于具 有和不具有本發(fā)明元件的負(fù)載控制電路的多種實(shí)施例。圖7所示的值通過測量連接到線電 壓源的不同的雙線負(fù)載控制電路結(jié)構(gòu)的DC輸出而獲得，以驅(qū)動120V白熾燈負(fù)載。在圖7中，曲線標(biāo)記diac+和diac-表示基本上橫穿整個(gè)調(diào)光范圍的圖2A中現(xiàn)有 技術(shù)調(diào)光器電路的輸出電壓波形的DC分量，從當(dāng)電燈沒有明顯的發(fā)光量(約20Vkms)時(shí)的 低端至當(dāng)基本上所有可用的線電壓(約115VfflS)都被提供給電燈時(shí)的高端。曲線標(biāo)記diac+表示具有安裝在第一方向的觸發(fā)裝置雙向觸發(fā)二極管的現(xiàn)有技 術(shù)雙線調(diào)光器電路的輸出，曲線標(biāo)記diac-表示具有安裝在第二方向即相反方向的觸發(fā)裝 置雙向觸發(fā)二極管的相同調(diào)光器電路的輸出。曲線標(biāo)記diaC+/47ohm和diaC-/47ohm表示 增加了 47Q的觸發(fā)三極管柵電流限流電阻器的現(xiàn)有技術(shù)雙線調(diào)光器電路的輸出。曲線標(biāo) 記diac w/bridge表示在全波整流器電橋內(nèi)增加了觸發(fā)裝置即雙向觸發(fā)二極管的現(xiàn)有技術(shù) 雙線調(diào)光器電路。最后，曲線標(biāo)記diac w/bridge&47ohm表示圖4A中的負(fù)載控制電路實(shí)施 例的輸出。因此，可以看到，優(yōu)選情況下，輸出電壓的DC分量低于0. 2VDc,更優(yōu)選的情況下， 低于0. lVDc，實(shí)質(zhì)上貫穿負(fù)載控制電路的整個(gè)調(diào)光范圍。盡管本發(fā)明參考特定實(shí)施例描述，但許多變化和改進(jìn)以及其他用途將很容易為本 領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。因此，本發(fā)明不應(yīng)限于此處特定公開內(nèi)容，而僅限于所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
一種用于將來自交流電線電壓源的電能傳遞到負(fù)載的雙線調(diào)光器，該雙線調(diào)光器包括雙向半導(dǎo)體開關(guān)，用于被耦合于所述電源和所述負(fù)載之間，所述半導(dǎo)體開關(guān)具有控制輸入端并且可用于提供輸出電壓至所述負(fù)載；計(jì)時(shí)電路，用于被耦合于所述電源和所述負(fù)載之間并且具有一輸出端，所述計(jì)時(shí)電路可用于產(chǎn)生表示所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的所需導(dǎo)通時(shí)間的信號；觸發(fā)裝置，具有與所述計(jì)時(shí)電路的輸出端串聯(lián)電連接的第一接線端和與所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端串聯(lián)電連接的第二接線端，當(dāng)電流從所述第一接線端流至所述第二接線端時(shí)，所述觸發(fā)裝置具有第一伏-安特性曲線，以及當(dāng)電流從所述第二接線端流至所述第一接線端時(shí)，所述觸發(fā)裝置具有第二伏-安特性曲線，其中所述第一伏-安特性曲線基本上與所述第二伏-安特性曲線一致；以及阻抗，所述阻抗串聯(lián)電連接于所述計(jì)時(shí)電路的輸出端和所述半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端之間，以使所述阻抗保證流入所述控制輸入端的電流大小基本上與流出所述控制輸入端的電流大小相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光器，其中所述觸發(fā)裝置包括整流器電橋，該整流器電橋具有用于接收交流電壓的第一對接線端和用于輸出直流電 壓的第二對接線端，其中所述第一對接線端是所述觸發(fā)裝置的所述第一和第二接線端；以 及耦合于所述整流器電橋的所述第二對接線端之間的雙向觸發(fā)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)光器，其中所述阻抗包括電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)光器，其中所述計(jì)時(shí)電路包括具有電位計(jì)的雙移相電阻器 電容器電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)光器，其中所述計(jì)時(shí)電路還包括電壓補(bǔ)償電路，所述電壓 補(bǔ)償電路包括第二整流器電橋，具有用于接收交流電壓的第一對接線端和用于輸出直流電壓的第二 對接線端；以及第二雙向觸發(fā)二極管，耦合于所述整流器電橋的所述第二對接線端之間； 由此所述電壓補(bǔ)償電路可用于改變與電源的有效電壓成反比關(guān)系的所需導(dǎo)通時(shí)間，從 而在所需級別上基本保持傳遞至所述負(fù)載的電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)光器，其中所述計(jì)時(shí)電路還包括直流補(bǔ)償電路，所述直流 補(bǔ)償電路包括直流補(bǔ)償電容器，串聯(lián)電連接于所述電壓補(bǔ)償電路雙向觸發(fā)二極管和所述負(fù)載之間；以及直流補(bǔ)償電阻器，串聯(lián)電連接于所述電源和所述直流補(bǔ)償電容器與所述電壓補(bǔ)償電路 雙向觸發(fā)二極管的結(jié)點(diǎn)之間；由此所述直流補(bǔ)償電路可用于通過導(dǎo)致所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間在交流半周 期中增加和在互補(bǔ)交流半周期中減少來減小所述輸出電壓的直流分量，從而基本上致使所 述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間在每個(gè)半周期中相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光器，其中所述計(jì)時(shí)電路包括單移相電阻器電容器電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)光器，其中所述計(jì)時(shí)電路包括雙移相電阻器電容器電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的調(diào)光器，其中所述計(jì)時(shí)電路還包括電位計(jì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)光器，其中所述計(jì)時(shí)電路還包括電位計(jì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光器，其中所述計(jì)時(shí)電路還包括電壓補(bǔ)償電路；所述電壓 補(bǔ)償電路可用于耦合以改變與所述電源的有效電壓成反比關(guān)系的所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的 導(dǎo)通時(shí)間，從而在所需級別上基本保持傳遞到所述負(fù)載的電能。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)光器，其中所述電壓補(bǔ)償電路包括雙向觸發(fā)二極管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)光器，其中所述電壓補(bǔ)償電路還包括整流器電橋，所述 整流器電橋具有用于接收交流電壓的第一對接線端和用于輸出直流電壓的第二對接線端； 其中所述雙向觸發(fā)二極管耦合于所述整流器電橋的所述第二對接線端之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的調(diào)光器，其中所述輸出電壓包括交流分量和直流分量；所 述直流分量具有小于0. 1伏的凈值。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光器，其中所述阻抗耦合于所述觸發(fā)裝置的第二接線端 和所述雙向半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光器，其中所述阻抗耦合于所述計(jì)時(shí)電路的輸出端和所 述觸發(fā)裝置的第一接線端之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)光器，其中所述阻抗耦合于所述整流器電橋的第二對接 線端之間，與所述雙向觸發(fā)二極管串聯(lián)電連接。
全文摘要
本申請?zhí)峁┮环N用于將來自交流電線電壓源的電能傳遞到負(fù)載的雙線調(diào)光器，包括雙向半導(dǎo)體開關(guān)，用于被耦合于電源和負(fù)載之間，提供輸出電壓至負(fù)載；計(jì)時(shí)電路，用于被耦合于電源和負(fù)載之間，產(chǎn)生表示雙向半導(dǎo)體開關(guān)的所需導(dǎo)通時(shí)間的信號；觸發(fā)裝置，具有與計(jì)時(shí)電路的輸出端串聯(lián)電連接的第一接線端和與雙向半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端串聯(lián)電連接的第二接線端，電流從第一接線端流至第二接線端時(shí)觸發(fā)裝置具有第一伏-安特性曲線，電流從第二接線端流至第一接線端時(shí)觸發(fā)裝置具有第二伏-安特性曲線；以及阻抗，串聯(lián)電連接于計(jì)時(shí)電路的輸出端和半導(dǎo)體開關(guān)的控制輸入端之間，以使阻抗保證流入控制輸入端的電流大小基本上與流出控制輸入端的電流大小相等。
文檔編號H05B39/04GK101873753SQ20101019168
公開日2010年10月27日 申請日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者R·韋特曼 申請人:路創(chuàng)電子公司