電子控制裝置的製作方法
2023-06-14 07:24:31
專利名稱：電子控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控制系統，更具體地，本實用新型涉及一種用於控制負載的功率的電子控制裝置。
背景技術：
在照明領域中，目前廣泛採用高效照明。在利用高頻電子鎮流器來進行節能特別在禁止全負載的工作條件下，調光是通常採用的一種功率控制手段。調光系統利用調光器的控制信號通過調節頻率、佔空比、DC總線電壓和諧振阻抗四個參數之一來實現調光功能。調光器的工作原理通常有以下三種1.對輸入交流電壓進行導通相位角控制；2.從外部提供0-10V的低壓直流調光信號；3.在輸入交流電壓上疊加計數脈衝的控制方式。
上述每種方法都有其特點。第一種方法能夠低成本容易地實現同時不需要改變燈的組裝布線，因而被廣泛使用。第二種方法需要附加的兩根引線來獲得0-10V的調光信號。高成本的調光器和複雜的組裝妨礙了該方法在很多領域的應用。第三種方法因其單負載特性而受限制，同時，輸入電流的畸變和噪聲也是該方法存在的問題。
目前，通常採用第一種交流相位控制的方法來調節負載的輸出功率。圖1示出了交流相位控制的框圖。交流相位控制方法包括前沿相位控制方法和後沿相位控制方法，這兩種方法均通過由控制器部分地切掉負載上的電壓來實現相位控制。對於前沿相位控制，控制器在交流零電壓點關斷，並在設定的周期後恢復接通狀態，此時負載獲得功率。後沿控制與此相反，在交流零電壓點控制器首先接通而在設定的周期後恢復關斷狀態。在現有的後沿控制調光方法中，複雜的電路設計導致了相應的較高成本。
在各種類型的電負載中，氣體放電類型的燈及其相關的鎮流器是難於進行調節和控制的電負載類型。這裡所說的氣體放電燈包括具有或不具有單獨加熱器的螢光燈、高強度放電燈以及通常顯示出負電阻特性的任何燈。每當這種燈的標準可得的光輸出不能滿足環境的光要求和所需的光水平時，就需要對燈的功率進行調節。因此需要一種用於對這種燈進行調光以減少能量損耗和燈的相關工作成本的控制系統。
在現有技術中，具有雙向可控矽調光器的前沿相位控制器因其結構簡單、所採用的元器件數量少、成本比電路結構複雜的後沿控制器低，而被廣泛使用。但在具有雙向可控矽調光器的前沿控制器與容性負載一同使用的情況下，每個輸入電壓的交流周期，在對容性負載加電的瞬時都會在容性負載上產生尖銳的衝擊電流脈衝，這對負載和控制電路來說都是不希望出現的現象。零電壓接通的後沿控制電路在與容性負載一同使用時不會產生上述問題，同時採用後沿控制的方法具有更低的總諧波失真和噪聲，因此後沿相位控制器通常更適用於容性負載。
在相位控制電路中，通常有兩種方式提供功率控制電路工作所必需的電源，一種是從外部引入電源，另一種是由控制電路內部的元器件形成電源。從外部引入電源，必須提供額外的電源、引線或接口，這不僅增加了設計複雜性同時增加了電路成本。圖2示出了一種功率控制電路的示意圖。在該控制電路中用主電流在主迴路中的元器件例如電阻器R1和電晶體Q1上產生的電壓降來作為電壓源為其它元件供電。該電路存在的問題在於，為了要達到所需的電壓值，電阻器R1和電晶體Q1必須承受很大的功耗。這導致元器件體積增大、成本增加，並帶來散熱等問題。
因此，本實用新型的目的在於提供一種用常規的分立元件構造的低成本的電子控制裝置。
實用新型內容本實用新型的電子控制裝置實現了上述目的。在根據本實用新型的電子控制裝置中，僅僅在交流零電壓點，電壓過零採樣電路處於關斷狀態並給出一個高電平窄脈衝信號。相位控制電路在此脈衝信號的作用下啟動，同時驅動電路產生強驅動脈衝。此時開關電路以接通狀態工作，負載從電源獲得功率。在設定的時間周期後，相位控制電路的驅動電壓脈衝消失。開關電路進入關斷狀態，負載與電源斷開直到下一個周期的交流零電壓點。由此根據本實用新型的電子控制裝置實現了對負載的功率調節。
在根據本實用新型電子控制裝置中提供一自舉電源，為相位控制電路和驅動電路提供電能。
根據本實用新型，提供一種電子控制裝置，包括一個AC/DC轉換電路；一個開關電路，與所述AC/DC轉換電路耦接，用於在第一狀態將電源電壓施加到負載以及在第二工作狀態將電源電壓從負載移除；一個控制電路，與所述開關電路和AC/DC轉換電路耦接，用於控制所述開關電路在所述第一狀態和第二狀態之間的轉換；一個電壓過零採樣電路，用於為所述控制電路提供時鐘脈衝；其特徵在於，該電子控制裝置還包括一個自舉電源，該自舉電源與所述AC/DC轉換電路耦接，其輸出端與所述開關電路和所述控制電路耦接。
根據本實用新型，提供一種包括上述電子控制裝置的驅動器。
根據本實用新型，提供一種包括電子鎮流器和上述電子控制裝置的燈。
根據本實用新型，實現了以常規的分立元件構造的低成本的電子控制裝置對負載的功率進行調節。
圖1是交流相位控制系統框圖。
圖2是現有技術的驅動器的電路示意圖。
圖3根據本實用新型的電子控制裝置的電路框圖。
圖4是根據本實用新型的電子控制裝置的電路示意圖。
圖5是在根據本實用新型的電子控制裝置的不同測試點處的波形圖。
具體實施方式
圖3示出了根據本實用新型的電子控制裝置的電路框圖。如圖所示，該電子控制裝置100包括AC/DC轉換電路12；用於接通/關斷負載上的電壓的開關電路14；用於對開關電路14的工作狀態進行控制的相位控制和驅動電路16；用於在每個開關周期提供時鐘脈衝的電壓過零採樣電路18；和用於為電子控制裝置中的元器件提供能量的自舉電源20。
在本說明書中，術語「開關周期」是指交流周期中相鄰的兩個電壓過零點之間的周期。
圖4是根據本實用新型的電子控制裝置的電路示意圖。在根據本實用新型的電子控制裝置電路中，二極體D1-D4構成的AC/DC轉換器12與交流供電電源連接，用於將交流電轉換為直流電，以便用由直流元件構成的功率控制電路實現對負載的交流控制。開關電路14包括可控開關，例如MOS電晶體Q1，電晶體Q1的源極和漏極與轉換器12相耦接，用來接通/關斷負載上的交流輸入。包括二極體D7和電容器C4的自舉電源20與AC/DC轉換器12相連，其輸出端與相位控制和驅動電路16的輸入以及可控開關的控制端例如電晶體Q1的柵極相耦接。電壓過零採樣電路18包括電阻器R1、二極體D5、D10、D11、電阻器R2、R7、電容器C2和電晶體Q2。該電壓過零採樣電路18耦接在轉換器12和相位控制及驅動電路之間，在每個開關周期為相位控制和驅動電路提供時鐘脈衝。相位控制和驅動電路16包括電阻器R4、二極體D6、電阻器R3、電容器C3、齊納二極體D8和可控開關例如可控矽開關元件T1，以及電阻器R8、R9、電晶體Q3、齊納二極體D9和電容器C1，其中齊納二極體D9用於保護電晶體Q1避免被過高的柵極電壓損壞。可控矽開關元件T1連接在電晶體Q1的柵極和電晶體Q2的集電極之間，用於在電晶體Q2導通時使電晶體Q1恢復關斷狀態。串聯連接的電阻器R4和電容器C3與可控矽開關元件T1並聯，用於控制電晶體Q1的關斷時刻。
在根據本實用新型的自舉電源中，電容器C4在電晶體Q1關斷的每個周期期間被充電並保持基本恆定的電壓電平，二極體D7用於在轉換器輸出電壓低的時候防止電容器C4出現放電。此外，該自舉電源還包括電阻器R5、R6和電容器C6，電阻器R6是小阻值電阻器用於減小浪湧電流，電阻器R5和電容器C6用於抑制提供給電子控制裝置中其它元器件的DC電壓。
下面將描述本實用新型的電子控制裝置的工作模式。交流電源通過AC/DC轉換器12輸出直流電壓提供給自舉電源20。電容器C4充電後將高電位通過電阻器R8由電容器C1提供給開關電路中電晶體Q1的柵極，電晶體Q1導通。此時轉換器12工作，將交流電施加到負載上，負載開始工作。
僅僅在交流零電壓點，電壓過零採樣電路處於關斷狀態並在電晶體Q2的集電極給出一個高電平窄脈衝信號。在每一個開關周期的起始點即交流電壓過零時，電壓過零採樣電路中的二極體D5、D10和D11兩端電壓降為零。電容器C2通過電阻器R2、二極體D5、D10、D11和電阻器R7放電，電晶體Q2處於關斷狀態。此時可控矽開關元件T1由電晶體Q2恢復為關斷狀態。同時，電容器C5通過電阻器R9充電，之後電晶體Q3進入接通狀態。電容器C4可以直接對電容器C1進行充電。強的驅動脈衝使電晶體Q1可以短時間內變為接通狀態。AC輸入可即刻施加到負載上。
其後，在整流後電壓由過零點開始上升時，二極體D5、D10和D11恢復導通。這些二極體的總導通電壓可以將電容器C2充電到足夠高的電位，以使電晶體Q2變為導通狀態。電阻器R1保證了在電晶體Q2關斷時期內，二極體D5、D10和D11也能通過電阻器R1來採樣交流電壓過零點的信號。當電容器C5由電晶體Q2放電到低電平時，電晶體Q3恢復為關斷狀態。電容器C4通過電阻器R8對電容器C1充電以將電晶體Q1保持在接通狀態。
電晶體Q1導通的同時，即在整流後電壓由過零點開始上升時，控制電路中的電容器C3通過電阻器R4和R8被充電。當電容器C3上的電壓被充電超過齊納二極體D8的耐壓值時，可控矽開關元件T1被觸發導通，由於電晶體Q2在該時刻是導通的，電晶體Q1的柵極電壓被下拉到底基本為零，電晶體Q1轉為關斷狀態。此時AC/DC轉換器不工作，交流電被從負載上移除，負載停止工作。電阻器R4和電容器C3充電迴路的時間常數，即電阻器R4和電容器C3的取值，決定電晶體Q1關斷時刻的快慢。通常，電阻器R4採用阻值可變的一個或多個電阻器，而電容器C3具有固定的電容值。在此情況下，改變電阻器R4的阻值將改變導通脈衝的寬度。電子控制裝置在每一個開關周期中重複地進行的波形切割控制，直接控制了加到負載上的輸入電壓的有效值，即可實現對負載的功率調節。
在本實用新型中，提供由二極體D7和電容器C4構成的自舉電源。該自舉電源採用儲能元件電容器C4作為電壓源，實現了體積小、成本低且電源電路的發熱損耗可以忽略不計的電源電路。
雖然上述內容參照附圖對優選實施方式進行了詳細描述，但應當理解，上述內容是示意性的而非限定性的。在優選實施例中，分別以MOS電晶體和可控矽開關元件為例進行了說明，應當理解，可以將例如絕緣柵電晶體IGBT等的其它開關元件用作可控開關元件。本領域技術人員能夠理解，所述AC/DC轉換器、開關電路及相位控制及驅動電路可以採用其它方式實現而不偏離本實用新型的保護範圍。優選實施例公開了將功率控制電路與例如帶有電子鎮流器的氣體放電燈的容性負載一同使用的情況，可以理解，根據本實用新型的功率控制電路同樣可以應用於在斷電時不會產生有害的反電勢電壓的任何負載。本實用新型的精神和範圍僅由所附權利要求及其等價物限定。
權利要求1.一種電子控制裝置，包括一個AC/DC轉換電路；一個開關電路，與所述AC/DC轉換電路耦接，用於在第一狀態將電源電壓施加到負載以及在第二工作狀態將電源電壓從負載移除；一個控制電路，與所述開關電路和AC/DC轉換電路耦接，用於控制所述開關電路在所述第一狀態和第二狀態之間的轉換；一個電壓過零採樣電路，用於為所述控制電路提供時鐘脈衝；其特徵在於，該電子控制裝置還包括一個自舉電源，該自舉電源與所述AC/DC轉換電路耦接，其輸出端與所述開關電路和所述控制電路耦接。
2.如權利要求1所述的電子控制裝置，其中，所述開關電路包括第一可控開關元件。
3.如權利要求2所述的電子控制裝置，其中，所述自舉電源包括一個二極體和一個第一電容器，該二極體和電容器之間的連接點與所述控制電路的輸入耦接並與所述第一可控開關元件的控制端耦接。
4.如權利要求3所述的電子控制裝置，其中所述控制電路包括一個電阻器和一個第二電容器，以及耦接在第二電容器和第一可控開關元件的控制端之間的第二可控開關元件，用於控制所述開關電路的輸出脈衝的寬度。
5.如權利要求4所述的電子控制裝置，其中所述電壓過零採樣電路包括一個第三可控開關元件，用於僅在電源電壓過零時提供時鐘脈衝。
6.如權利要求5所述的電子控制裝置，其中，所述第三可控開關元件的控制端和第一端分別與AC/DC轉換電路耦接，其第二端與第一可控開關的控制端耦接。
7.如權利要求2之一所述的電子控制裝置，其中，所述第一可控開關為金屬氧化物場效應電晶體。
8.如權利要求4之一所述的電子控制裝置，其中所述電阻器包括阻值可變的一個或一組電阻器。
9.一種驅動器，包括如權利要求1-8之一所述的電子控制裝置。
10.一種燈，包括電子鎮流器和如權利要求1-8之一所述的電子控制裝置。
專利摘要本實用新型提供了一種電子控制裝置，包括一個AC/DC轉換電路；一個開關電路，與所述AC/DC轉換電路連接，用於在第一狀態將電源電壓施加到負載以及在第二工作狀態將電源電壓從負載移除；一個控制電路，與所述開關電路和AC/DC轉換電路連接，用於控制所述開關電路在所述第一狀態和第二狀態之間的轉換；一個電壓過零採樣電路，用於為所述控制電路提供時鐘脈衝；其特徵在於，該電子控制裝置還包括一個自舉電源，該自舉電源與所述AC/DC轉換電路連接，其輸出端與所述開關電路和所述控制電路連接。本實用新型的電子控制裝置以分立元件構成的電路實現了對容性負載的功率調節。
文檔編號H02M5/293GK2935618SQ200520105298
公開日2007年8月15日 申請日期2005年9月8日 優先權日2005年9月8日
發明者李雲峰 申請人:飛利浦(中國)投資有限公司