適於驅動電容性或複雜電容電阻性負載例如液晶膜的調光器和開關的製作方法

2023-07-14 05:48:26

專利名稱：適於驅動電容性或複雜電容電阻性負載例如液晶膜的調光器和開關的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及透明物體，且更具體地涉及影響物體的透明度。
背景技術：
在下面的公布中尤其描述了關於本發明的某些實施方式的常規技術:維基百科陳述:「調光器是用於改變光的亮度的設備。通過增加或減小RMS電壓和因而增加燈的平均功率，可能改變光輸出的強度。雖然可變電壓設備用於各種目的，術語「調光器」通常供用來控制電阻性白熾燈、滷素燈和最近的緊湊型螢光(CFL)照明的調光器的目的之用。需要更專業的設備來調節螢光、汞汽、固態和其它弧光照明。調光器在尺寸上範圍從用於家庭照明的正常燈開關的尺寸的小範圍單元到在大劇場或建築照明裝置中使用的高功率單元。小的家用調光器通常被直接控制，雖然遠程控制系統(例如，Xio)是可用的。現代調光器從矽控整流器(SCR)而不是電位計或可變電阻器構建，因為它們具有較高的效率。現代調光器設計使用微處理器來將數位訊號直接轉換成開關的控制信號。這具有很多優點，給出對調光的較緊密控制，並給出使診斷反饋被數字地發送回照明控制器的機會。」常規調光器的類型包括Saltwater調光器、Rheostat調光器、自稱變壓器調光器和晶閘管調光器。具有2個狀態——透明/不透明——的基於液晶膜的窗口的使用是已知的。例如，LC SmartGlass是Schott的註冊商標,並被認為提供例如對屏幕、能量節約窗口、浴室/淋浴隔斷、隱私屏幕、頂部照明和投影顯示器的解決方案，其從不透明改變到透明並再次改變回來。一般使用常規玻璃層壓工藝將LC膜夾在兩個玻璃面板之間。在本說明書中提到的所有公布物和專利文件以及本文引用的公布物和專利文件的公開直接或間接地特此通過引用被併入。發明概述本發明的某些實施方式目的在於克服已知的調光器的缺點。更具體地，本發明目的在於提供適合於給純電容性負載或複雜RC負載例如LC膜提供電力的調光器。本發明的某些實施方式試圖為LC膜提供功率調光器，LC膜串聯連接到功率電路和AC電壓例如幹線。在本發明的一個實施方式中，功率開關包括功率設備例如M0SFET，其漏極連接到第一二極體橋的正輸出，而其源極連接到第一二極體橋的負輸出。
本發明的另一實施方式目的還在於提供包括兩個功率設備例如MOSFET的功率電路，這兩個功率設備反串聯地連接到彼此，優選地源極到源極。本發明的另一實施方式提供實現接通和關斷功率開關的適當定時的控制電路。定時一般適合於驅動電容性負載。本發明的另一實施方式目的還在於提供適合於驅動電容性和電阻性負載的串聯-並聯組合的控制電路。根據本發明的實施方式，LC膜與功率開關串聯連接到AC電壓,例如幹線。根據本發明的實施方式，控制電路包括比較器，比較器的一個輸入連接到在下文中被稱為參考電壓或Vref的DC電壓。參考電壓可以是不變的，或可以是交替的，以便分別維持施加到LC膜的電壓不變或改變施加到LC膜的電壓。另一輸入連接到分壓器，其一般通過另一二極體橋由整流AC電壓饋電。根據本發明的實施方式，比較器通過經由驅動器電路連接到功率開關的控制輸入的基於例如光耦合器或光電耦合器的設備的光隔離電路接通和關斷功率開關的柵極。根據本發明的實施方式，控制電路優選地經由電阻器和二極體從第二二極體橋饋電。驅動器電路從LC膜連接到AC電壓的節點通過另一二極體和電阻器來饋電。根據本發明的另一實施方式，比較器執行下面的兩個功能中的一個或兩個:比較器根據前述參考電壓設置施加到LC膜的AC電壓的值，以及比較器在零電壓交叉下實現功率開關的接通，意味著當功率開關兩端的電壓降接近零時，功率開關被接通。根據本發明的另一實施方式，可並聯於複雜LC負載來添加電容器。根據另一實施方式，提供了自此以後被稱為「探測器」的零電壓交叉探測器電路、兩個高通濾波器和存儲器設備例如RS鎖存器；探測器經由第一高通濾波器使RS鎖存器置位，且前述比較器通過連接到前述光隔離電路的第二高通濾波器來使RS鎖存器復位，RS鎖存器經由前述驅動器電路分別接通和關斷功率開關。根據另一實施方式，並聯於複雜RC負載例如LC (液晶)膜來添加電容器，以便增加被施加到負載的AC電壓。因此根據本發明的某些實施方式提供了功率調光器裝置，其為純電容性負載或複雜電容器/電阻器負載例如LC膜提供AC電流，該裝置包括與負載和控制電路串聯連接的功率開關以實現其中接通和關斷功率設備的正確定時，以便驅動負載，施加到負載的輸出AC電壓被利用，該輸出AC電壓具有至多非常小量的DC電壓分量。進一步根據本發明的某些實施方式，功率設備配置為兩個反串聯連接的MOSFET開關與LC膜的串聯連接。仍然進一步根據本發明的某些實施方式，功率設備配置為通過二極體橋與負載串聯連接的MOSFET開關。此外根據本發明的某些實施方式提供了用於提供本文所示和所述的裝置的方法。進一步根據本發明的某些實施方式，施加到負載的AC電壓具有準梯形形式。還根據本發明的某些實施方式提供了用於通過使用截斷的周期波信號以控制施加到液晶的電壓來控制物體的透明度的裝置，該液晶可以或可以不被層壓到玻璃中。此外還根據本發明的某些實施方式提供了如上的裝置，其可存在於外殼中。仍然進一步根據本發明的某些實施方式，透明度是可控制的，例如像調光器一樣實現:除了零以外的多個透明度之一；以及零。此外根據本發明的某些實施方式，物體包括窗口例如但不限於家、辦公室、工廠，或交通工具例如但不限於汽車、水上運載工具或飛機。進一步根據本發明的某些實施方式，上述裝置不需要用於實現透明度控制的變壓器。仍然根據本發明的某些實施方式，上述裝置操作來通過其中的直接監測或通過它何時出現的間接假設來發現ZVC條件。此外根據本發明的某些實施方式，裝置操作來通過直接監測來發現ZVC條件，且電容器並聯於複雜電容性/電阻性負載而被添加。此外根據本發明的某些實施方式提供了本文所示或所述的實施方式的任何適當組合。進一步根據本發明的某些實施方式，外殼與電源插座相似。本發明的某些實施方式試圖使負載例如LC膜受到調光器所提供的電壓。本發明的某些實施方式試圖提供LC膜，其根據施加到膜的AC電壓的水平是選擇性地透明的。為LC (液晶)膜提供AC電流的功率調光器包括與LC膜串聯連接的功率開關和實現接通和關斷功率設備的正確定時的控制電路。為了驅動LC膜，可利用截斷的正弦形式的AC電壓，而沒有DC電壓分量或有非常小的DC電壓分量(通常在DC電壓的幾百毫伏例如300毫伏之下)。該功率設備可配置為例如兩個反串聯的MOSFET開關與LC膜的串聯連接，或在另一實施方式中為通過二極體橋與LC膜串聯連接的一個MOSFET開關。本發明一般包括至少下面的實施方式:實施方式1:透明度調節系統，其包括:透明物理元件，其可具有無限的多個透明狀態，其電行為是電容性負載的電行為；以及功率調光器裝置，其操作來向透明物理元件提供AC電流以產生包括除了全透明度以外的多個透明度狀態的一組透明度狀態。實施方式2:根據實施方式I的系統，其中透明物理元件包括液晶(LC)膜。實施方式3:根據實施方式I的系統，其中該組透明度狀態還包括全透明度的狀態。實施方式4:根據實施方式I的系統,其中負載包括複雜電容器/電阻器負載，或可選地包括純電容性負載。實施方式5:根據實施方式I的系統，其中功率調光器裝置包括:給負載提供電力的功率開關；以及控制電路，其控制功率開關來在可選擇的時間接通和關斷。實施方式6:根據實施方式5的系統,其中為了驅動負載,輸出電壓施加到負載，輸出電壓包括一定量的AC電壓,其中DC電壓的量(如果有的話)小於AC電壓的量的0.5%。實施方式7:根據實施方式5的系統,其中功率開關與負載串聯連接。實施方式8:根據實施方式2的系統，其中功率開關包括與LC膜串聯連接的一對反串聯的MOSFET開關。實施方式9:根據實施方式I的系統，其中功率開關包括:
二極體橋；以及經由二極體橋與負載串聯連接的MOSFET開關。實施方式10:根據實施方式I的系統，其中施加到負載的AC電壓近似為準梯形形式。實施方式11:根據實施方式I的系統，其中施加到負載的AC電壓具有截斷的正弦形式。實施方式12:根據實施方式2的系統，其中液晶膜被層壓到玻璃物體中，從而控制玻璃物體的透明度。實施方式13:根據實施方式12的系統,其中玻璃物體形成窗口或門窗玻璃或門。實施方式14:根據實施方式13的系統,其中窗玻璃安裝在建築物中。實施方式15:根據實施方式13的系統，其中窗玻璃安裝在交通工具例如汽車、水上運載工具和飛機中。實施方式16:根據實施方式5的系統,其中施加到負載的AC電壓具有截斷的正弦形式，其在控制電路所確定並經由功率開關施加的電壓水平處被截斷。實施方式17:根據實施方式2的系統，其中為液晶膜定義最大電壓水平額定值，且其中功率調光器裝置具有不超過液晶膜的最大電壓水平額定值的預定最大電壓水平。實施方式18:根據實施方式5的系統，其中功率開關具有包括柵極的輸入點，且其中控制電路經由驅動器電路連接到功率開關，驅動器電路控制功率開關的輸入點。實施方式19:根據實施方式5的系統，其中控制電路包括比較器，其操作來接收並比較:AC電壓的輸入電平；以及用戶選擇的參考電壓；並在AC電壓的輸入電平達到用戶選擇的參考電壓時產生觸發對施加到負載的正弦AC電壓進行截斷的輸出。實施方式20:根據實施方式18的系統，其中控制電路經由隔離電路連接到驅動器電路。例如，如果電源電壓是220，則這可能是有用的，而LC膜可以只「容忍」較小的電壓，例如40V或100V。實施方式21:根據實施方式4的系統，且還包括布置成並聯於複雜負載並操作來增加施加到複雜負載的AC電壓的電容器。實施方式22:根據實施方式5的系統，且還包括ZVC (零電壓交叉)預測電路，且其中功率開關不被接通，除非非常小的電壓(如果有的話)由ZVC (零電壓交叉)預測電路預測為存在於功率開關兩端。實施方式23:根據實施方式22的系統，其中ZVC (零電壓交叉)預測電路假設LC電壓在「浮動」時間間隔期間將不改變。實施方式24:根據實施方式5的系統，且還包括橫跨功率開關連接的ZVC (零電壓交叉)探測電路，且其中功率開關未被接通，除非非常小的電壓(如果有的話)由橫跨功率開關的ZVC探測電路探測到。實施方式25:根據實施方式22的系統，且其中ZVC探測電路操作來分別測量橫跨功率開關的端子P-VDDl和LC-VDDl的正弦輸入電壓的正半周和負半周。
實施方式26:根據實施方式24的系統,其中電容性負載包括複雜電容器/電阻器負載，該系統還包括與複雜電容性/電阻性負載並聯的電容器。實施方式27:根據實施方式I的系統，其中功率調光器裝置能夠由用戶手動控制。實施方式28:根據實施方式I的系統，其中功率調光器裝置由計算機化系統例如PC或智能家庭系統控制。實施方式29:透明度調節方法，其包括:提供透明物理元件，其電行為是電容性負載的電行為；以及提供功率調光器裝置，其操作來向透明物理元件提供AC電流以產生包括除了全透明度以外的多個透明度狀態的一組透明度狀態。ZVC探測電路一般連接成使得它可相應地測量橫跨功率開關的端子P-VDDl和LC-VDDl的正弦輸入電壓的正半周和負半周。當ZVC條件(其中沒有或有非常小的電壓存在於功率開關兩端)出現時，功率開關被接通。在ZVC處接通是有利的，以便防止大電流尖峰，其否則將在接通期間出現，且可能引起射頻幹擾，且在極端情況下破壞功率開關和/或膜。ZVC的定時一般是負載的電容和電阻分量之間的關係的函數。根據本發明的一些或所有實施方式，任何適當的處理器、顯示器和輸入裝置可用於處理、在計算機屏幕或其它計算機輸出設備上顯示、存儲、並接受信息，例如通過本文所示和所述的方法和裝置中的任一個使用或產生的信息；上述處理器、顯示器和輸入裝置包括電腦程式。本文所示和所述的本發明的任何或所有控制功能可由下列設備執行:常規個人計算機處理器、工作檯或用於處理的其它通用或專門構造的可編程設備或計算機或電子計算設備；用於顯示的計算機顯示屏和/或印表機和/或揚聲器；機器可讀存儲器例如光碟、CDR0M、磁光碟或其它磁碟；RAM、ROM、EPROM、EEPR0M、磁卡或光卡或用於存儲的其它卡、以及用於接受的鍵盤或滑鼠。上述設備可經由任何常規有線或無線數字通信裝置例如經由有線或蜂窩電話網絡或計算機網絡例如網際網路進行通信。在接下來的章節中詳細描述上面提到的實施方式和其它實施方式。在正文或附圖中出現的任何商標歸其所有者所有，並僅在本文出現來解釋或說明本發明的實施方式可如何被實現的一個例子。本文單獨列出的元件不需要是不同的部件，且可以可選地是相同的結構。附圖的簡要說明在下面的附圖中示出本發明的某些實施方式:

圖1是用於控制由AC電壓Vac供應的負載L的電路的現有技術電氣圖。圖2A和2B是結合本發明的某些實施方式有用的功率開關實現的電氣圖，使得在圖2A中，功率開關包括二極體橋和經由二極體橋與負載串聯連接的MOSFET開關，而在圖2b中，功率開關包括與LC膜串聯連接的一對反串聯MOSFET開關。圖3是根據第一實施方式構造和操作的透明度調節系統的電氣圖。圖4包括例如如圖3所示的根據本發明的某些實施方式的特徵化可存在於調光器中的電壓/電流以及電容性負載的波形的曲線A-F ;曲線A-E是電壓與時間的關係曲線；曲線F是電流與時間的關係曲線。圖5是物理元件的電氣等效電路，物理元件例如但不限於像電容性負載例如複雜RC負載一樣表現的LC膜,本發明的某些實施方式例如圖3、7、10和11的實施方式可適用於這些物理元件。圖6包括例如如圖5所示的根據本發明的某些實施方式的特徵化可存在於調光器以及LC膜中的電壓/電流的波形的曲線A-F ;曲線A-E是電壓與時間的關係曲線；曲線F是電流與時間的關係曲線。圖7是根據本發明的第二實施方式構造和操作的透明度調節系統的電氣圖。圖8包括例如如圖7所示的根據本發明的某些實施方式的特徵化可存在於調光器以及LC膜中的電壓/電流的波形的曲線A-1。圖9包括表示在添加外部電容器之前(曲線VI和II)和之後(曲線V2和12)根據某些實施方式提供的在LC膜上的電壓和穿過功率開關的電流的曲線A和B。圖10是與圖3的實施方式類似但包括額外的電容器C37的透明度調節系統的電氣圖。圖11是與圖7的實施方式類似但缺少電容器C37的透明度調節系統的電氣圖。某些實施方式的詳細描述將結合附圖在特定的實施方式的下面的非限制性描述中詳細討論本發明的各種實施方式的特徵和優點。在不同的附圖中使用相同的參考數字表示相同的元件。為了清楚起見，在附圖中沒有示出對本發明的理解不是強制性的某些電路元件。本發明的某些實施方式尤其涉及控制由AC電壓供應的負載，例如但不限於適合於給LC膜提供電力的功率調光器的領域。這些實施方式可例如基於反串聯地組裝的開關，或可基於藉助於二極體橋連接到負載的單個開關。調光器可基於三端雙向可控矽元件的使用，三端雙向可控矽元件的觸發在每個AC周期開始時被延遲。這樣的調光器不適合於LC膜，其像在下文中被稱為「複雜RC負載」的複雜電容性-電阻性負載一樣表現。現有技術的圖1示意性示出用於控制由AC電壓VAC供應的負載L的常規示例性電路7。兩個開關10和20以反平行配置組裝在調光器的兩個功率端子30和40之間，並與AC電壓的兩個端子P和N之間的負載L串聯連接。每個開關10、20具有其自己的控制電路50和60，其產生控制信號。在這種類型的常規電路中，正和負正弦半波經由兩個不同的開關10和20穿過，並被兩個單獨的控制電路50和60控制，由於這兩個電路的部件的容限，本質上使DC電流穿過負載L。雖然這可能對電感性和電阻性負載例如螢光燈鎮流器和鎢燈是可接受的，它不適合於LC膜，其可能被相對小量的DC電壓損壞。圖2A示出能夠傳導或阻擋P和LC節點之間的AC電流的功率開關的一個實施方式。功率開關可例如包括被配置為全波二極體橋的4個二極體D4、D5、D7和D8，二極體橋的正極連接到MOSFET Q3的漏極，而二極體橋的負極連接到MOSFET Q3的源極。功率開關可由在節點G和VDDl之間施加的DC電壓控制。當DC電壓被施加在G和VDDl之間時，功率開關傳導AC電流，而零電壓被施加在G和VDDl之間時，AC電流被阻擋。圖2B示出能夠傳導或阻擋P和LC節點之間的AC電流的功率開關的另一實施方式。圖2B的功率開關一般包括反串聯地連接的兩個M0SFET，兩個源極和兩個柵極被綁定在一起來被控制，如在第一實施方式中的。
在圖3中，示出了功率調光器的一個實施方式，功率調光器控制穿過在圖示中被表示為「LC」的LC膜的AC電流。LC膜可串聯連接到功率開關1，且這兩者都可連接到在輸入P和N之間的AC源，例如幹線，如所示。功率開關I可由控制電路2控制。一般，通過包括光耦合器Ul和電阻器R5的隔離電路3，控制電路2產生電壓脈衝，其由驅動器電路4放大並施加到柵極G和VDDl節點之間的功率開關，例如，如前面提到的。可提供在VCCl和VDDl之間的驅動器電壓，其由二極體齊納D3調節並通過電容器Cl變平滑，且驅動器電路從該驅動器電壓被饋電。驅動器電壓一般但不一定經由二極體Dl和電阻器Rl從AC輸入N得到。給控制電路饋電的在VCC2和VDD2之間的控制電壓可由齊納Dll調節並通過電容器C2變平滑，並可通過電阻器R4和二極體D6從二極體橋得到，例如，如通過所示實施方式中的對輸入AC電壓整流的二極體D9、DIO、Dll和D13形成的二極體橋。驅動器電路可例如被實現，如圖3所示，雖然這並非被規定為限制性的，並可以用下面的方式操作:在光耦合器Ul不導通的情況下，FET Q2—般經由電阻器R3被飽和，並經由二極體D2將G輸入驅動為低，關斷功率開關。當光耦合器Ul導通時，Q2被關斷，且功率開關的G輸入通過包括電晶體Ql和電阻器R2的發射器跟隨器從VCCl充電。LC膜可包括任何常規LC膜(液晶)、STF (可切換的透明膜)或I3DLC (聚合物分散液晶)膜，例如但不限於 Citala 的P1、V4、V6、G4和G6膜或ABT(A11 Brilliant Technology)的SFT膜。認為下面的市場上可買到的膜加以必要的變更也是對本文描述的LC膜的適當的實現:Polytron Technologies 的Polyvision、從 Iglass可得到的LC膜、Hanwha Polydreamer的Art-Vu膜和Saint Gobain的PRIVA-LITE。術語「LC膜」或「液晶膜」或「STF膜」用來包括當電壓被施加時將透明度從不透明改變到透明的任何膜。這樣的膜通常包括下面的層:第一 PET膜層、第一導電塗層、具有液晶微粒的聚合物層、第二導電塗層和第二 PET膜層。參考圖4的時序圖曲線，控制電路可以用下列方式操作:圖4的曲線A描繪例如如圖3所示的存在於輸入P和N處的輸入AC電壓。一般，這樣的AC電壓例如被二極體橋5整流，且在通過分壓器按比例減小例如通過電阻器R6和R7形成之後被施加到比較器U2的一個輸入7。比較器U2的另一輸入6由參考DC電壓Vref饋電。Vref可以是不變的電壓，並可在LC膜由不變的電壓提供電力的情況下例如從電壓調節器得到。可選地，Vref在調光器的情況下可以是可調節的，並例如從電位計或DAC(數模轉換器)得到。一般，從時間TO起，當AC電壓與零交叉時，直到時間tl為止，在比較器U2的正輸入7處的電壓小於在負輸入6處的電壓，且輸出I在邏輯低狀態中，使光耦合器的Ul導通，如圖4的曲線B所示。Ul的導通經由驅動器電路4將高電平施加到功率開關I的G輸入(見圖4的曲線C)，功率開關通過將AC電壓增加到值Vl來傳導LC膜的充電電容，從而通過Vref提供有效編程，例如，如圖4的曲線E所示的。從時間tl 一直到t2，正輸入7佔優勢，使比較器U2將其狀態改變到邏輯高，且作為結果，功率開關I被關斷，因而對LC膜的電容的電流充電停止。沒有電流流經的LC膜的電容一般保持累積的電壓的水平在時間t2之前不變。這是假設圖5中的表示LC膜的電氣等效電路的時間常數R9*C3比AC電壓時間周期大至少兩個數量級的情況。在時間t2，在比較器U2的正輸入7處的下降波形等於施加到正輸入6的Vref0這使比較器U2改變狀態，接通功率開關1，且因此LC膜上的電壓開始下降，等於下降的AC電壓。因為在tl，AC電壓的瞬時值等於LC膜上的電壓，且在從tl到t2的時間間隔期間，膜上的電壓不改變，在t2，下降的AC電壓將再一次等於LC膜電壓，所以接通功率開關I在零電壓交叉(ZVC)下被有效地執行，意味著在這個時刻在功率開關上的差為零。在圖4的曲線D中，描繪了橫跨功率開關I的端子P和LC的電壓。在圖4的曲線C和D中，顯然在t2時刻，當通過被施加到G輸入的電壓接通功率開關I時，功率開關I兩端的電壓為零。ZVC有效地防止當接通電容性負載時原本會出現的不希望有的電流瞬變。從時間t2 —直到時間t3，功率開關被保持在ON (接通)狀態中。因此，LC膜的電容從正Vl被再充電到負V2，V2的絕對值等於Vl的絕對值。圖4的曲線F描繪流經LC膜的電流。在從t0—直到tl的時間間隔期間，功率開關是接通的，且正電流流經LC膜，其值與LC膜電容和速度成比例，藉助該正電流，施加到LC膜的AC電壓增加了。在從tl 一直到t2的間隔期間，LC膜電壓未改變，所以沒有電流流經膜。從t2起且一直到t3為止，LC膜上的電壓降低，使穿過膜的電流反轉。基於LC電壓不改變同時功率開關在關斷狀態中的假設，圖3的實施方式被發現與純電容性負載工作良好，使得使用比較器U2來用於對調光器電壓編程並用於發現前述零電壓交叉條件變得可能，在該條件下，功率開關可被接通。然而，LC膜可以更實際可行地由電容和電阻分量的複雜電容-電阻阻抗組合表示，如圖5所示。在圖5中，LC膜由分布式電阻R9所旁路的分布式電容和電阻(分別是電容器C3和電阻器R8)的串聯連接表示。由於R9，電容器C3所存儲的電壓一般在功率開關I的關斷狀態期間被放電到某個程度。雖然使用用於給LC膜提供電力的圖3的實施方式是可行的，通過直接監測這個條件而不是通過使用關於這個條件何時出現的間接假設來發現ZVC條件可能證明是合乎需要的。在圖6的曲線E中，描繪了在具有如圖5所示的模型的LC膜上得到的波形。LC膜的電容(圖5中的C3)被充電到水平Vl (在此期間，功率開關I導通(從t0到tl))，並當功率開關I保持在高阻抗狀態中(從tl到t2)時接著經由並聯電阻(圖5中的R9)在內部被放電到水平V2。當功率開關I在t2時刻被再次接通時，在Vl水平處的AC電壓高於V2，因而使LC膜電容被快速充電到V3水平(大致等於VI)(見圖6的曲線E)，並產生明顯高於標稱Il的瞬變電流12，如圖6的曲線F所示的。圖6的曲線A-D分別不出輸入AC電壓、比較器U2A的輸入、功率開關I的G輸入以及橫跨功率開關I的P和LC的電壓的波形。參考圖6的曲線D，認識到功率開關I在仍然受到電壓V4時被接通，且因此ZVC條件未被滿足。圖7所示的額外實施方式在克服前述缺點時可能是有用的。在圖7中，ZV (零電壓)探測電路6被添加，並可例如包括下列部件中的一些或全部:二極體D 16、D17、電阻分壓器R10、R11、電晶體Q6、上拉電阻器R13和反相門U3C。二極體橋7在二極體D16、D17周圍被構建，並被二極體D6和D7或功率開關I的MOSFET的Q4和Q5的體二極體補充(例如，見圖2A和2B)。二極體橋7 —般監測施加在功率開關I的P和LC端子之間的AC電壓，並通過分壓器(例如，電阻器RIO、Rll)將該AC電壓整流和饋送到電晶體Q6的基極。在集電極Q6上的信號由門U3C反轉。當功率開關I (端子P和LC)之間的電壓幾乎下降到零時，電晶體Q6停止導通，且Q6的集電極上升到高。在Q6的集電極上的低到高轉變由U3C反轉並經由高通濾波器8傳輸。高通濾波器8是下降沿敏感的，並可例如包括如所示的電阻器R14、電容器C36和二極體D18。下降脈衝在端子Q處將RS鎖存器電路10 (其可例如包括兩個與非門(U3A和U3B))置位到邏輯O電平，因而經由驅動器電路4接通功率開關1，驅動器電路4將高電平施加到功率開關I的輸入G。圖8的曲線A示出輸入AC電壓。在圖8的曲線B和C中，描繪了 ZV探測電路的輸出和相應的SET (置位)信號。當AC膜上的電壓達到由控制電路2編程的電平時，比較器U2A的輸出I變低。在U2A的輸出I處的高到低轉變經由類似於前述高通濾波器8的高通濾波器9傳輸，並通過隔離電路3使RS鎖存器電路復位，RS鎖存器電路通過驅動器電路4關斷功率開關I。分別在圖8的曲線D和E中，示出U2A的輸出和RESET (復位)信號。圖8的曲線F示出功率開關I的控制G輸入，其分別由SET和RESET信號置位和復位。在圖8的曲線G中描繪了功率開關I兩端的電壓。從波形很明顯，功率開關在零電壓時刻被接通。分別在圖8的曲線H和I中描繪相應的LC膜電壓和電流波形。由於LC膜電容的放電，在一些情況下，添加與LC膜並聯連接的外部電容器可能證明是有益的，例如見圖7中的C37。該電容器將在功率開關的OFF (關斷)時間期間降低電壓衰減，以穿過功率開關I的額外的電流為代價。圖9的曲線A和B描繪分別提供和不提供外部電容器的比較波形。在圖9的曲線A中，Vl和V2分別是有和沒有外部電容器C37的情況下在LC膜上的電壓的曲線。在圖9的曲線B中，Il和12是分別在有和沒有外部電容器C37的情況下穿過功率開關I的電流的曲線。本發明的某些實施方式的優點包括下列項:首先，LC膜的電流在同一行程中在兩個方向上流動。此外，功率開關由單個控制電路控制。這兩個特徵都確保沒有DC電流以及相關的DC電壓存在以損壞LC膜，與圖1所示的現有技術相反。本文所示和所述的裝置或其部分可以可選地存在於外殼中，外殼例如但不限於電源插座、可安裝在牆上的電氣開關結構、或用來在不容易接近的位置處放置的盒子。LC膜可被層壓在玻璃板之間，且具有可連接到調光器(透明度控制)電路的兩個突出電極或電線。因而產生的層壓玻璃可用作例如窗戶或門的窗玻璃或具有透明板或部件的任何其它產品。圖3的電路基於預測產生關於ZVC的假設而不是直接監測條件。一般，預測基於在「浮動」期間(在圖4E中的時間間隔tl-t2)的LC電壓不改變的假設。該預測對於純電容負載是準確的，但一般對於複雜負載不夠好(例如，見圖6的曲線E中的tl-t2間隔)。可以使用或不使用表徵某些實施方式的電容器例如圖7中的電容器C37，取決於例如LC膜的類型及其幾何結構，例如其長度與寬度之間的比例。不考慮電容器C37是否被提供，調光器可如圖7中的被實現。應認識到，本文所示和所述的功率開關到LC膜的串聯連接並沒有被規定為限制性的。例如，本發明的範圍包括調光器(其可只起接通/關斷開關的作用，如果需要)，其適合於電容性負載(例如但不限於液晶(LC)膜)的調節(以及僅僅接通和關斷)。這樣的調光器可使用比如在工業中公知的逆變器及其衍生物實現，衍生物可以但不需要串聯連接到負載。這樣的逆變器一般更複雜，因此比如本文所示和所述的與負載串聯連接的調光器更昂
蟲
貝ο一般，用戶按下按鈕或旋轉旋鈕，或PC例如智能家庭系統發起用作圖3、7、10或11的輸入的信號。控制電路將這個輸入轉換成定時，功率開關根據該定時在每個線頻率周期內被接通和關斷，例如在歐洲50Hz或在美國60Hz。當功率開關被接通時，電壓經由功率開關施加到負載。施加到負載的電壓的量取決於功率開關被接通的持續時間。—般，LC膜不能容忍直流，並實質上只由AC提供電力而實質上沒有DC。應認識到，如果需要，本文所示和所述的任一功率調光器可以起接通/關斷開關而不是調光器(調光器具有很多ON狀態，而0N/0FF開關只有一個接通狀態)的作用，例如用於浴室，改變服裝店中的房間，等等。當需要接通/關斷開關操作模式時，連接到DC參考電壓Vref (例如，如圖3所示)的控制電路的比較器輸入一般具有一個固定值，例如5V或零，其在被設置為高或低時分別使負載例如LC膜呈現相對例如完全透明或完全不透明的狀態。可選地，當需要調節功能時，Vref在低值和高值之間交替，以便調節LC膜。更一般地，用於通過施加截斷的周期波信號來控制物體的透明度以便控制施加到液晶的裝置可設計成實現可控制的多個透明度和不透明狀態例如像調光器一樣，或可設計成只實現兩個透明度狀態:即，最大透明度和不透明狀態。圖10是類似於圖3的實施方式但有添加的電容器C37的本發明的另一實施方式的圖示。應認識到，如圖10所示，電容器C37到圖3的裝置的添加可進一步增加圖6F所示的電流峰值。圖11是類似於圖7的實施方式的本發明的另一實施方式的圖示，除了電容器C37被省略以外。在圖3、7、10和11的實施方式中，應認識到，參考電壓VREF可經由任何適當的一般手動操縱的設備例如電位計或適當的數字設備例如DAC或通過PC或通過適當的裝置例如但不限於「智能家庭」軟體被用戶控制。應認識到，本文所示和所述的一些或全部電路可集成到一個或多個集成電路中。應認識到，可變變壓器例如自耦變壓器可用於有效地機械「調節」或控制LC膜的透明度，然而，這是相對麻煩的和不令人滿意的布置。應認識到，為了驅動負載，施加到負載的輸出電壓理想地僅僅是AC電壓，且特別可包括非常小的通常不期望的DC電壓分量，其量一般小於AC電壓的量的1%或小於0.5%或小於0.3%或小於0.1%。類似地，關於ZVC (零電壓交叉)預測和探測電路，功率開關一般不被接通，除非(期望地)零或(較不期望地)僅僅非常小的電壓例如一般小於AC電壓的量的1%或小於0.5%或小於0.3%或小於0.1%由ZVC (零電壓交叉)預測電路預測為存在於功率開關兩端。
本發明可能有本領域技術人員容易想到的各種變更、修改和改進。這樣的變更、修改和改進被規定為本公開的部分，並被規定為在本發明的精神和範圍內。因此，前述描述僅作為例子且沒有被規定為限制性的。將認識到，術語例如「強制性的」、「所需的」、「需要」和「必須」指在為了清楚在本文描述且沒有被規定為限制性的特定實現或應用的上下文內進行的實現選擇，因為在可選的實現中，相同的元件可被定義為不是強制性的和不需要的，或可能甚至被一起消除。應認識到，如果需要，包括程序和數據的本發明的軟體部件例如上面提到的「智能家庭」軟體可以在ROM (只讀存儲器)形式——包括CD-ROM、EPROM和EEPROM——中實現，或可存儲在任何其它適當的一般非臨時計算機可讀介質例如但不限於各種磁碟、各種卡和RAM中。如果需要，在本文被描述為軟體的部件可以可選地使用常規技術全部或部分地在硬體中實現。相反，如果需要，在本文被描述為硬體的部件可以可選地使用常規技術全部或部分地在軟體中實現。本發明的範圍不限於在本文特別描述的結構和功能，且也用於包括具有產生本文所述的結構或執行本文所述的功能的能力的設備，使得即使設備的用戶不使用該能力，他們也能夠修改設備以得到該結構或功能，如果他們這樣希望。也可結合單個實施方式提供在單獨的實施方式的上下文中描述的本發明的特徵。相反，為了簡潔起見在單個實施方式中或以某個順序描述的本發明的特徵一包括方法步驟——可被單獨地或以任何適當的自組合或以不同的順序被提供。在本文在特定例子的意義上使用「例如」，其並沒有被規定為限制性的。應認識到，在本文所示和所述的描述和附圖中，被描述或示為系統及其子單元的功能也可被提供為方法和其步驟，且被描述或示為方法和其步驟的功能也被提供為系統及其子單元。用於示出附圖中的各種元件的標度僅僅是示例性的和/或適合於介紹的清楚，且沒有被規定為限制性的。
權利要求
1.一種透明度調節系統，包括: 透明物理元件，其電行為是電容性負載的電行為；以及 功率調光器裝置，其操作來向所述透明物理元件提供AC電流以產生包括多個不同於全透明度的透明度狀態的一組透明度狀態。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述透明度物理元件包括液晶LC膜。
3.如權利要求1所述的系統，其中所述一組透明度狀態還包括全透明度的狀態。
4.如權利要求1所述的系統，其中所述負載包括複雜電容器/電阻器負載。
5.如權利要求1所述的系統，其中所述功率調光器裝置包括: 功率開關，其給所述負載提供電力；以及 控制電路，其控制所述功率開關以在可選擇的時間接通和關斷。
6.如權利要求5所述的系統，其中為了驅動所述負載，被施加到所述負載的輸出電壓包括AC電壓，使得DC電壓，如果有的話，至多是AC電壓的量的0.5%。
7.如權利要求5所述的系統，其中所述功率開關與所述負載串聯連接。
8.如權利要求2所述的系統，其中所述功率開關包括與所述LC膜串聯連接的一對反串聯的MOSFET開關。
9.如權利要求1所述的系統，其中所述功率開關包括: 二極體橋；以及 MOSFET開關，其經由所述二極體橋與所述負載串聯連接。
10.如權利要求1所述的系統，其中施加到所述負載的AC電壓具有準梯形形式。
11.如權利要求1所述的系統，其中施加到所述負載的AC電壓具有截斷的正弦形式。
12.如權利要求2所述的系統，其中所述液晶膜被層壓到玻璃物體中，從而控制所述玻璃物體的透明度。
13.如權利要求12所述的系統，其中所述玻璃物體形成窗玻璃、窗口、玻璃門窗玻璃和玻璃門之一。
14.如權利要求13所述的系統，其中所述窗玻璃安裝在建築物中。
15.如權利要求13所述的系統，其中所述窗玻璃安裝在交通工具例如汽車、水上運載工具和飛機中。
16.如權利要求5所述的系統，其中施加到所述負載的AC電壓具有截斷的正弦形式，所述截斷的正弦形式在所述控制電路所確定並經由所述功率開關施加的電壓水平處被截斷。
17.如權利要求2所述的系統，其中為所述液晶膜定義最大電壓水平額定值，且其中所述功率調光器裝置具有不超過所述液晶膜的最大電壓水平額定值的預定最大電壓水平。
18.如權利要求5所述的系統，其中所述功率開關具有包括柵極的輸入點，且其中所述控制電路經由驅動器電路連接到所述功率開關，所述驅動器電路控制所述功率開關的輸入點。
19.如權利要求5所述的系統，其中所述控制電路包括比較器，所述比較器操作來接收並比較: AC電壓的輸入電平；以及 用戶選擇的參考電壓； 並在AC電壓的所述輸入電平達到所述用戶選擇的參考電壓時產生一輸出，該輸出觸發對施加到所述負載的正弦AC電壓的截斷。
20.如權利要求18所述的系統，其中所述控制電路經由隔離電路連接到所述驅動器電路。
21.如權利要求4所述的系統，且還包括與所述複雜負載並聯布置並操作來增加施加到所述複雜負載的AC電壓的電容器。
22.如權利要求5所述的系統，且還包括零電壓交叉ZVC預測電路，且其中所述功率開關不被接通，除非零電平或存在時最大值小於一預定小電平的電壓的由所述零電壓交叉ZVC預測電路預測為存在於所述功率開關兩端。
23.如權利要求22所述的系統，其中所述零電壓交叉ZVC預測電路假設LC電壓在「浮動」時間間隔期間將不改變。
24.如權利要求5所述的系統，且還包括橫跨所述功率開關連接的零電壓交叉ZVC探測電路，且其中所述功率 開關不被接通，除非非常小的電壓，如果有的話，由橫跨所述功率開關的所述ZVC探測電路探測到。
25.如權利要求22所述的系統，且其中所述ZVC探測電路操作來分別測量橫跨所述功率開關的端子P-VDDl和LC-VDDl的正弦輸入電壓的正半周和負半周。
26.如權利要求24所述的系統，其中所述電容性負載包括複雜電容器/電阻器負載，所述系統還包括與所述複雜電容性/電阻性負載並聯的電容器。
27.如權利要求1所述的系統，其中所述功率調光器裝置能夠由用戶手動控制。
28.如權利要求1所述的系統，其中所述功率調光器裝置由計算機化系統例如PC或智能家庭系統控制。
29.—種透明度調節方法，包括: 提供透明物理元件，所述透明物理元件的電行為是電容性負載的電行為；以及提供功率調光器裝置，所述功率調光器裝置操作來向所述透明物理元件提供AC電流以產生包括多個不同於全透明度的透明度狀態的一組透明度狀態。
30.如權利要求1所述的系統，其在單個步驟中而非逐漸地將所述物理元件的狀態從透明改變到半透明。
全文摘要
一種透明度調節系統包括透明物理元件，其電行為是電容性負載的電行為；以及功率調光器裝置，其操作來向透明物理元件提供AC電流以產生包括除了全透明度以外的多個透明度狀態的一組透明度狀態。包括在本發明的範圍中的是在單個步驟中而非逐漸地將負載例如LC膜的狀態從透明改變到半透明的系統。
文檔編號G02F1/1334GK103221879SQ201180045770
公開日2013年7月24日 申請日期2011年9月26日 優先權日2010年9月27日
發明者迪米特裡·多布仁克, 阿德裡安·洛費爾, 伊亞爾·比索 申請人:高茲公司