電源線的調光接口的製作方法
2023-05-10 22:06:01 1
專利名稱：電源線的調光接口的製作方法
電源線的調光接口
背景技術：
本申請涉及電子照明。更具體地，它涉及電源線的調光接口並且會具體參考電源線的調光接口來描述它。要理解的是，本接口還能夠用於其他照明應用和/或其他電源線應用，並且不限於上述應用。在過去，可調光鎮流器系統通常是由多個分立的鎮流器組成。為了達到更低的光輸出，一個或更多的鎮流器會被斷路。相反，當期望更大的光輸出時，啟用更多的鎮流器。 這一方案具有只能夠產生分立等級的光輸出的缺陷。由於每個鎮流器只能夠產生單個光輸出，聚合的輸出受限於存在的鎮流器的各種組合所能夠產生的輸出。此外，這一設置還要求多個燈用於要被照明的同一空間，導致空間的低效使用。可調光照明應用中的另一個方案是通過改變單個鎮流器的工作電壓來使得鎮流器調光，也就是，通過改變用於給燈供電的高頻信號的電壓。這種系統中的一個缺陷是隨著高頻信號的電壓被減小，燈的陰極冷卻。這能夠造成燈熄滅，以及對陰極不必要的損害。為了避免這一問題，這類系統應用了外部陰極加熱。雖然這解決了過早熄滅的問題，但是鎮流器正汲取不是正用於給燈供電的電力。這降低了鎮流器的總效率。另一個選擇是將範圍從全光輸出減少到更低的光輸出，但是沒有足夠低到要求外部陰極加熱。在T8燈中，這相當於能夠將燈電流從高鎮流器因數等級(factor level)(通常是265mA的弧電流)變更到只有140mA的低鎮流器因數等級的鎮流器。這提供了調光範圍，在其中，大量的能量能夠被節省，而沒有犧牲太多的光。與這一高低鎮流器因數方案關聯的是電源線和鎮流器控制輸入之間的接口，其確定光等級(light level)。傳統的調光接口具有2個輸出等級高鎮流器因數，此時輸出全功率，和低鎮流器因數，此時輸出少於全功率。傳統的調光接口的缺陷是它們受制於由耦合到電路的非調光鎮流器造成的電容性加載，其能夠使得調光接口失靈。以下描述提供克服了上面提到的由其他調光或非調光鎮流器造成的電容性加載引起的問題的新的系統和方法。
發明內容
外部電源包括帶第一開關的第一輸入電源線Li、帶第二開關的第二輸入電源線 L2以及中性輸入電源線N，鎮流器連接到該外部電源。接口電路包括二極體橋，第一輸入電源線經由第一開關耦合到二極體橋；第二輸入電源線經由第二開關耦合到二極體橋；以及中性電源線直接耦合到二極體橋。接口電路還包括光電電晶體，當第一和第二開關是閉合的時候光電電晶體處於斷開狀態使得第一和第二輸入線連接到二極體橋，並且當只有第一和第二開關之一是閉合的時候光電電晶體處於導通狀態。根據另一個方面，用於控制電設備的調光接口電路的控制電路包括源極耦合到第一電阻器以及漏極耦合到第二電阻器的M0SFET，其中，當MOSFET是打開的時候第二電阻器被從電路中排除，並且其中，當MOSFET是閉合的時候第二電阻器被包括在電路中，與第一電阻器並聯。
根據又一個方面，使得一個或更多燈調光的方法包括提供第一和第二可開關的輸入電源線Ll和L2以及中性電源線N，並且閉合可開關的輸入電源線Ll或L2之一以使得接口電路中的光電電晶體變成導通，這使得控制電路中的MOSFET處於打開的狀態，在這期間耦合到控制電路的至少一個燈處於暗淡狀態。該方法還包括閉合可開關的輸入電源線Ll 和L2 二者以使得光電電晶體變成斷開，這使得MOSFET處於閉合的狀態，在這期間上述至少一個燈處于非闇淡狀態。
圖1鎮流器電路，例如即時啟動鎮流器或諸如此類，其可以與本文描述的調光接口電路一起被採用。圖2示出調光接口電路，其是對由耦合到公共電源線的一個或更多非調光鎮流器引起的電容性負載不敏感的。圖3示出根據本文描述的一個或更多方面的、受接口電路影響的PFC和逆變器電路中的控制電路的簡化圖。
具體實施例方式以下涉及電源線的調光接口或鎮流器。調光鎮流器減輕由耦合到同一電源線的非調光接口或鎮流器引起的電容性加載。所描述的調光鎮流器是對由非調光鎮流器引起的電容性加載不敏感的。參考圖1，鎮流器電路10，例如即時啟動鎮流器或諸如此類，其可以與本文描述的調光接口電路92 —起被採用。鎮流器電路包括逆變器電路12、諧振電路或網絡14以及箝位電路16。經由從正電壓端子20延伸的正極母線軌道(bus rail)將DC電壓供給逆變器 12。DC電壓源自PFC級。電路10在連接到接地或公共端子M的公共導體22結束。高頻母線沈由下面更詳細地描述的諧振電路14生成。第一、第二、第三直到第η個燈觀、30、 32,34經由第一、第二、第三和第η個鎮流電容器36、38、40、42耦合到高頻母線26。因此， 如果移除一個燈，則其他燈繼續工作。預期的是，任何數量的燈都能夠連接到高頻母線26。 例如，燈觀、30、32、34經由關聯的鎮流電容器36、38、40、42耦合到高頻母線26。逆變器12包括類似的上部和下部一也就是第一和第二一開關44和46，例如，兩個 η溝道MOSFET器件(如圖所示)，在導體18和22之間串聯連接，以激勵諧振電路14。會理解的是，其他類型的電晶體，例如P溝道M0SFET、其他場效應電晶體或雙極型結型電晶體也可以被這樣配置。高頻母線26由逆變器12和諧振電路14生成並且包括諧振電感器48 和等效的諧振電容，等效的諧振電容包括第一、第二和第三電容器50、52、Μ以及還防止DC 電流流經燈觀、30、32、34的鎮流電容器36、38、40、42的等效。雖然它們確實對諧振電路有所貢獻，但是鎮流電容器36、38、40、42主要用作鎮流電容器。開關44和46合作以在公共第一結點56提供方波來激勵諧振電路14。第一和第二門驅動電路，一般分別指60和62，包括第一和第二驅動電感器64、66， 它們是相互耦合到諧振電感器48的次級繞組，以引發驅動電感器64、66中與諧振電路14 中的瞬時電流變化率成比例的電壓。第一和第二次級電感器68、70串聯連接到第一和第二驅動電感器64、66以及開關44和46的柵極。門驅動電路60、62用於控制相應的上部和下部開關44、46的工作。更具體地，門驅動電路60、62維持上部開關44 「接通」第一個半周期並且維持下部開關46 「接通」第二個半周期。方波在結點56生成並且用於激勵諧振電路。第一和第二雙向電壓箝位電路71、73分別與次級電感器68、70並聯連接，每個包括一對背對背的穩壓二極體。雙向電壓箝位電路71、73起將柵極到源極電壓的正和負偏移箝位到由背對背的穩壓二極體的額定電壓所確定的相應的限制的作用。每個雙向電壓箝位電路 71,73與相應的第一或第二次級電感器68、70合作，使得諧振電路14上的電壓的基頻分量和諧振電感器48中的AC電流之間的相位角在燈點火期間接近零。上部和下部電容器72、74與相應的第一和第二次級電感器68、70串聯連接。在啟動的過程中，從電壓端子18向電容器72充電。電容器72兩端的電壓最初是零，並且在啟動的過程期間，串聯連接的電感器64和68實質上充當短路，這是由於用於對電容器72充電的相對長的時間常數。當電容器72被充電到開關44的柵極到源極電壓的閾值電壓(例如2-3伏)時，開關44變成接通，這導致流經開關44的小的偏置電流。所得到的電流在公共漏極中偏置開關44-A類放大器配置。這產生有充足的增益的放大器，這樣，諧振電路14 和門控制電路60的組合產生再生作用，該再生作用啟動逆變器進入振蕩，接近包括電容器 72和電感器68的網絡的諧振頻率。生成的頻率是在諧振電路14的諧振頻率之上。這產生諧振電流，其滯後於在公共結點56產生的電壓的基頻，從而允許逆變器12在使得燈點火之前工作在軟開關模式。因此，逆變器12開始工作在線性模式並且轉變進入開關D類模式。 然後，隨著經過諧振電路14的電流增大，高頻母線沈的電壓增加使得燈點火，同時維持軟開關模式，經過點火併且進入燈的導電的、弧模式。在鎮流器電路10的穩態工作期間，在公共結點56的電壓一是方波一大約是正極端子20的電壓的一半。曾存在於電容器72上的偏置電壓減小。工作頻率使得包括電容器 72和電感器68的第一網絡76以及包括電容器74和電感器70的第二網絡78是等效感應的。也就是，工作頻率是在同樣的第一和第二網絡76、78的諧振頻率之上。這導致門電路的適當相移以允許流經電感器48的電流滯後於在公共結點56產生的電壓的基頻。因此， 在穩態工作期間維持逆變器12的軟開關。逆變器12的輸出電壓由箝位電路16中的串聯連接的箝位二極體80、82箝位以限制為啟動燈觀、30、32、34而生成的高電壓。箝位電路16還包括第二和第三電容器52、54， 它們實質上相互並聯連接。每個箝位二極體80、82連接在關聯的第二或第三電容器52、54 兩端。在燈啟動之前，燈的電路是打開的，這是因為每個燈觀、30、32、34的阻抗被視為非常高的阻抗。諧振電路14是由電容器36、38、40、42、50、52和討以及諧振電感器48組成。諧振電路14被驅動在諧振附近。隨著在公共結點56的輸出電壓增加，箝位二極體80、82開始箝位，從而防止第二和第三電容器5254兩端的電壓變更符號並且將輸出電壓限制到不使得逆變器12的組成部分過熱的值。當箝位二極體80、82箝位第二和第三電容器5254時， 諧振電路14變得由鎮流電容器36、38、40、42和諧振電感器48組成。也就是，當箝位二極體80、82不是導電的時候達到諧振。當燈點火，阻抗快速降低。在公共結點52的電壓相應地降低。隨著鎮流器10進入穩態工作，箝位二極體80、82停止箝位第二和第三電容器52、 M。諧振再次由電容器36、38、40、42、50、52和M以及諧振電感器48支配。在上述方式中，逆變器12在公共結點56提供高頻母線沈，同時為開關44、46維持軟開關情形。當剩餘燈被點亮時，逆變器12能夠啟動單個燈，這是因為在高頻母線有充足的電壓以允許點火。接口電感器90耦合到電感器68和70。接口電感器90在接口電路92 和逆變器12之間提供接口。調光接口電路92耦合到控制引線94 (例如，電源線)。圖2示出調光接口電路92，其是對由耦合到公共電源線的一個或更多非調光鎮流器引起的電容性負載不敏感的。眾所周知，即時啟動鎮流器可以具有到電源線的、控制光輸出的接口。本文描述的接口具有三個輸入導線，其中之一是中性導線-N。其他兩個輸入線-Ll和L2-控制調光狀態。如果Ll或L2連接到電源線(例如，通過相應的開關100或 102)，那麼鎮流器電路10將燈點亮到少於全亮度(例如，50-60%或某個其他預先確定的亮度等級)。當兩個開關100、102都閉合時，Ll和L2都連接到電源線，並且鎮流器將燈驅動到全亮度。因此，當只有線Ll和L2之一連接到電源時，鎮流器使得照明負載落到調光等級 (例如，50-60%或某個其他預先確定的亮度等級)，並且當兩個線Ll和L2都連接到電源時，將燈驅動到全亮度。會理解的是，L1、L2以及外部開關是在鎮流器的外部。在一個例子中，開關100、102是牆壁開關。Ll和L2是到電源線的連接。如果其他鎮流器(例如非調光鎮流器)連接到開關100、102，由於橋接網絡104， 它們不禁止接口電路92的工作。橋104包括耦合到Ll且耦合到二極體108的陰極的母線 106，二極體108與電容器110並聯地耦合到母線106。母線106還耦合到二極體112的陽極。橋104還包括以類似方式耦合到L2且耦合到二極體116的陰極的母線114，二極體116 與電容器118並聯地耦合到母線114。母線114還耦合到二極體120的陽極。橋104還包括以類似方式耦合到中性線N且耦合到二極體124的陰極的母線122，二極體IM與電容器126並聯地耦合到母線122。母線122還耦合到二極體128的陽極。二極體112、120和 128的陰極耦合到公共母線129。除了耦合到母線130的相應的電容器110、118和126以外，二極體108、116和124的陽極也耦合到公共母線130。母線106耦合到電阻器131，並且母線114耦合到電容器132。電阻器131和電容器132耦合到包括兩個發光二極體(LED) 136和138以及光電電晶體140的光隔離器134。 電阻器131耦合到二極體136的陰極且耦合到LED 138的陽極，並且電容器耦合到二極體 136的陽極且耦合到LED 138的陰極。LED 136和138連接成反並聯連接一陽極對陰極。隨著電源線電壓變更極性，每個半周期，電流能夠流經每個LED，由此將在電容器144兩端出現的信號的頻率加倍。因此，電源線的兩半都能夠將光電電晶體140導通。光電電晶體140耦合到線Si，並且耦合到電阻器142，電阻器142還耦合到Vcc。 光電電晶體140的發射極耦合到接地。電容器144耦合在線Sl和S2之間，它們又耦合到功率因數校正(PFC)和逆變器電路146。PFC和逆變器電路146耦合到一個或更多燈148。 在一個例子中，PFC和逆變器電路146包括圖1的鎮流器10，雖然它並不限於此並且可以包括附加的關於圖3描述的PFC電路。一個或更多非調光鎮流器150a-150n可以耦合到線L1、L2和N，如圖所示，每個非調光鎮流器150具有耦合在到中性線N的連接和到線Ll和L2的連接之間的相應的電容器 152。正是電容器(一個或多個)150對能夠引起傳統的調光接口或鎮流器故障的電容性負載有貢獻。但是，本文描述的接口 92的橋104和光隔離器134使得接口對這一電容性加載不敏感，由此準許調光接口適當地運行，甚至在這類非調光鎮流器也耦合到線L1、L2和N的時候。在一個例子中，二極體108、112、116、120、IM和1 是S2J (通用半導體)二極體。電阻器。電阻器142可以是IOOkQ電阻器。光隔離器1；34可以是飛兆O^airchild)半導體F0D814。會理解的是，前述例子被提供用於說明性目的並且主題創新不限於其中呈現的特定值或值的範圍。反而，主題創新可以採用或另外地包括任何合適的值或值的範圍，這會由本領域的技術人員理解。繼續參考圖2，圖3示出根據本文描述的一個或更多方面的、受接口電路92影響的 PFC和逆變器電路146中的鎮流器控制電路158的簡化圖。控制電路158包括串聯耦合的電容器160、電阻器162和電阻器164，其中，電容器160還耦合到圖1的母線26。電阻器 164耦合到電阻器166和電阻器168。電阻器168耦合到例如MOSFET 170 (或任何其他合適類型的開關)的門的漏極，而電阻器166耦合到MOSFET 170的源極。MOSFET 170的柵極耦合到穩壓二極體172的陽極、耦合到電容器173以及耦合到電阻器174。電容器173和電阻器174又耦合到MOSFET 170的源極、耦合到電阻器166以及耦合到開關S2。開關Sl耦合到穩壓二極體172的陰極。控制電路158還包括電阻器176，電阻器176耦合到電阻器164、166和168中的每個以及耦合到MOSFET 178的柵極和電容器180。穩壓二極體182的陰極耦合到MOSFET 178的源極，並且穩壓二極體182的陽極耦合到電阻器166、M0SFET 170的源極、電容器173 以及電阻器174，它們全部都耦合到S2。穩壓二極體182的陽極還耦合到二極體184和186 的陽極。MOSFET 178的漏極耦合到電容器180並且耦合到二極體188和190的陰極。二極體188的陽極和二極體184的陰極相互耦合併且耦合到Cl (圖1)，而二極體190的陽極和二極體186的陰極相互耦合併且耦合到C2(圖1)。當連接Ll或L2的時候，圖2的光電電晶體140處於導通狀態，並且達到低調光。 當光電電晶體140是導通時，MOSFET是斷開(例如，打開的)，並且電阻器168被從控制電路中剔除。但是，當連接Ll和L2的時候(當開關100和102都是閉合的時候)，到光隔離器的電流變為零，並且光電電晶體140變成斷開。這使得MOSFET 170變成導通(例如，閉合的)，這使得電阻器168與電阻器166並聯，從而使得耦合到PFC和逆變器電路156的燈變為高(例如，以全亮度輸出光)。當再次切斷與Ll或L2的連接的時候，光電電晶體140 變回導通並且MOSFET 170變成斷開，從而將電阻器168從電路中移除並且使得燈暗淡。在一個例子中，電容器(一個或多個)160，可以是IOOpF電容器。電阻器162、164 可以是1ΜΩ電阻器，並且電阻器166可以是200kQ電阻器。MOSFET 170、178可以是BSS138 M0SFET，並且穩壓二極體172、182可以是1Ν5232穩壓二極體。為了進一步說明這一例子，電容器173可以具有值1 μ F，電阻器174可以是IOOkQ電阻器，並且電阻器174可以具有值 IOkQ。電容器180可以是IOnF電容器，並且二極體184、186、188以及190可以是1Ν4148 二極體。會理解的是，前述例子(一個或多個)被提供用於說明性目的並且主題創新不限於其中呈現的特定值或值的範圍。反而，主題創新可以採用或者另外地包括任何合適的值或值的範圍，這會由本領域的技術人員理解。已參考優選的實施例來描述本發明。顯然，在閱讀和理解前面的詳細描述之後，其他人會想到修改和更改。旨在將本發明解釋為包括所有這類修改和更改。
權利要求
1.一種調光接口電路，包括帶第一開關的第一輸入電源線Ll ； 帶第二開關的第二輸入電源線L2 ； 中性輸入電源線N， 二極體橋所述第一輸入電源線經由所述第一開關耦合到所述二極體橋； 所述第二輸入電源線經由所述第二開關耦合到所述二極體橋；以及所述中性電源線直接耦合到所述二極體橋；以及光電電晶體，當所述第一和第二開關是閉合的時候，所述光電電晶體處於斷開狀態使得所述第一和第二輸入線連接到所述二極體橋，並且當只有所述第一和第二開關之一是閉合的時候，所述光電電晶體處於導通狀態。
2.如權利要求1中所述的接口電路，耦合到包括耦合到門的第一電阻器和第二電阻器的控制電路，其中，當所述光電電晶體處於導通狀態時所述門是打開的，從而使得耦合到所述控制電路的至少一個燈處於暗淡狀態，並且其中，當所述光電電晶體處於斷開狀態時所述門是閉合的，從而使得所述至少一個燈處於全亮度狀態。
3.如權利要求2中所述的接口電路，其中，所述門是M0SFET。
4.如權利要求3中所述的接口電路，其中，閉合所述第一開關和所述第二開關之一使得所述光電電晶體進入所述導通狀態。
5.如權利要求3中所述的接口電路，其中，閉合所述第一開關和所述第二開關二者使得所述光電電晶體進入所述斷開狀態。
6.如權利要求2中所述的接口電路，其中，當所述門是打開的時候，將所述第二電阻器從所述控制電路中排除。
7.如權利要求1中所述的接口電路，其中，當所述門是閉合的時候，所述第二電阻器被包括在所述控制電路中，與所述第一電阻器並聯。
8.如權利要求1中所述的接口電路，其中，所述光電電晶體被包括在光隔離器中。
9.如權利要求8中所述的接口電路，其中，所述二極體橋包括耦合到第一和第二二極體、耦合到所述第一輸入電源線Ll以及經由電阻器耦合到所述光隔離器的第一母線。
10.如權利要求9中所述的接口電路，其中，所述二極體橋包括耦合到第三和第四二極體、耦合到所述第二輸入電源線L2以及經由電容器耦合到所述光隔離器的第二母線。
11.如權利要求10中所述的接口電路，其中，所述二極體橋包括耦合到第五和第六二極體以及耦合到所述中性電源線N的第三母線。
12.一種用於控制電設備的調光接口電路的控制電路，包括源極耦合到第一電阻器、第一電容器和開關S2以及漏極耦合到第二電阻器的MOSFET ； 其中，當所述門是打開的時候，所述第二電阻器被從所述電路中排除；以及其中，當所述MOSFET是閉合的時候，所述第二電阻器被包括在所述電路中，與所述第一電阻器並聯。
13.如權利要求12中所述的控制電路，耦合到帶光電電晶體的接口電路，其中，當所述光電電晶體處於導通狀態時所述門是打開的，並且當所述光電電晶體處於斷開狀態時所述門是閉合的。
14.如權利要求13中所述的控制電路，其中，所述光電電晶體被包括在耦合到二極體橋且耦合到所述控制電路的光隔離器中。
15.如權利要求14中所述的控制電路，其中，所述二極體橋包括耦合到第一和第二二極體、耦合到第一輸入電源線Ll以及經由電阻器耦合到所述光隔離器的第一母線；耦合到第三和第四二極體、耦合到第二輸入電源線L2以及經由電容器耦合到所述光隔離器的第二母線；以及耦合到第五和第六二極體以及耦合到中性電源線N的第三母線。
16.如權利要求15中所述的控制電路，其中，所述第一和第二輸入電源線分別通過第一和第二開關耦合到電源，並且其中，當所述第一和第二開關之一是閉合的時候所述光電電晶體處於導通狀態，以及當所述第一和第二開關二者都是閉合的時候所述光電電晶體處於斷開狀態。
17.如權利要求12中所述的控制電路，其中，所述門是M0SFET。
18.一種使得一個或更多燈調光的方法，包括提供第一和第二可開關的輸入電源線Ll和L2，以及中性電源線N ；閉合所述可開關的輸入電源線Ll或L2之一以使得接口電路中的光電電晶體變成導通，這使得控制電路中的MOSFET處於打開的狀態，在這期間耦合到所述控制電路的至少一個燈處於暗淡狀態；以及閉合所述可開關的輸入電源線Ll和L2 二者以使得光電電晶體變成斷開，這使得所述 MOSFET處於閉合的狀態，在這期間所述至少一個燈處於全亮度狀態。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，閉合所述MOSFET使得第二電阻器被包括在所述控制電路中，與第一電阻器呈並聯配置，由此減少所述控制電路中的電阻並且準許所述至少一個燈工作在全亮度。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括將一個或更多非調光鎮流器電路耦合到輸入電源線Ll和L2，以及耦合到所述輸入中性電源線N。
全文摘要
燈鎮流器的接口電路包括帶第一和第二相應開關的第一和第二輸入電源線L1和L2，以及中性電源線N，它們全部都耦合到二極體橋。閉合第一或第二輸入電源線L1或L2之一使得耦合到二極體橋的光隔離器中的光電二極體變成導通，這又使得控制電路中的MOSFET處於打開的狀態。當處於打開的狀態時，耦合到MOSFET的源極的第一電阻器被包括在控制電路中並且使得連接到控制電路的燈工作在暗淡狀態。當兩個輸入電源線開關都是閉合的時候，L1和L2都耦合到二極體橋並且因此使得光電電晶體處於斷開狀態，這使得MOSFET閉合，由此在控制電路中包括耦合到MOSFET的漏極的、與第一電阻器並聯的第二電阻器。這又使得燈工作在全亮度。
文檔編號H05B41/392GK102362556SQ201080014037
公開日2012年2月22日 申請日期2010年2月16日 優先權日2009年3月25日
發明者L·R·內羅涅 申請人:通用電氣公司