具有柵極電流檢測電路的負載控制裝置的製作方法

2023-07-19 14:30:11 1

專利名稱：具有柵極電流檢測電路的負載控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於控制從交流(AC)電源傳輸到電負載的功率量的負載控制電路。 特別地，本發明涉及用於確定雙向半導體開關是否將負載電流傳導到電負載的柵極電流檢 測電路。
背景技術：
傳統的壁掛式負載控制裝置安裝於標準電器接線盒，並且耦接於交流(AC)電源 (一般為50或60Hz交流電源線電壓)與電負載之間。例如調光器和電機調速控制器的標 準負載控制裝置使用例如三端雙向可控矽開關元件的雙向半導體開關或一個或多個場效 應電晶體(FETs)以控制傳輸到電負載的電流，從而控制發光負載的發光強度或電機轉速。 一般的電負載控制裝置具有耦接到交流電源的線路端(或熱端)和耦接到電負載的負載端 (例如調光熱端或熱交換端)，從而使得半導體開關串聯在電源和電負載之間。使用相位控 制調光技術，調光器在每個線路半周期的一部分使半導體開關傳導以向發光負載供電，以 及在線路半周期的另一部分使半導體開關非傳導從而斷開負載的電。例如「智能」調光器的一些負載控制裝置包括用於為終端用戶提供先進的控制功 能和反饋選項的微處理器或其它處理裝置。智能調光器的先進功能可包括例如受保護或鎖 定的發光預設、調光和整個強度的雙抽頭。為了驅動微處理器，智能調光器包括電源供應 器，當半導體開關不傳導時，每半周期電源供應器通過發光負載獲取小量電流。電源供應器 一般使用該小量電流來為存貯電容器充電，並形成直流(DC)電壓以驅動微處理器。在共同 轉讓的、1993年9月28日授權的、名稱為「LIGHTING CONTROL DEVICE(照明控制裝置)」的 第5，248，919號美國專利中公開了智能調光器的一種實施例，其全部內容通過引用併入本 文。為負載控制裝置的微處理器確定電負載的狀態(例如負載為接通或斷開)通常是 期望的。一般現有技術的負載控制裝置在負載端處檢測電氣特性(即，電壓)從而確定負 載的狀態。然而，在負載端產生的電壓依賴於電負載的特性。因此，產生於負載端處的電壓 可因負載類型的不同而不同。例如，具有不同瓦特數的白熾燈泡具有不同的電阻。而且，例 如電子低電壓(ELV)發光裝置和電子鎮流器的有些發光負載類型的特徵是大電容，其影響 著在負載控制裝置的負載端產生的電壓。這樣，需要這樣一種負載控制裝置，其具有的檢測電路可操作以檢測負載端處的 電氣特性、但較少依賴於負載端處的電壓以及負載控制裝置控制的電負載的類型。

發明內容
本發明提供適於耦接到雙向半導體開關的控制輸入端的柵極驅動電路，所述雙向 半導體開關可操作以響應於通過控制輸入端傳導的柵極電流從非傳導狀態轉換為傳導狀態。柵極驅動電路包括觸發電路和檢測電路。觸發電路適於與雙向半導體開關的控制輸入 端串聯地電連接，以傳導柵極電流。檢測電路具有適於與雙向半導體開關的控制輸入端串 聯的輸入。檢測電路可操作以產生表示柵極電流大小的控制信號。另外，本發明提供用於控制從交流(AC)電源傳輸到電負載的功率量的負載控制 電路。負載控制電路包括可控傳導裝置和控制器。可控傳導裝置適於串聯在電源和電負載 之間。可控傳導裝具有傳導狀態和非傳導狀態。可控傳導裝具有控制輸入端，並且可操作 以響應於通過控制輸入端傳導的柵極電流進入傳導狀態。控制器可操作以驅動可控傳導裝 置以在交流電源的交流線電壓的每半周期將其從非傳導狀態轉換到傳導狀態。控制器可操 作以響應於通過可控傳導裝置的控制輸入端的柵極電流大小，確定可控傳導裝置是否正在 傳導電流到電負載。本發明還提供控制從電源傳輸到電負載的功率量的方法。所述方法包括以下步 驟(1)將可控傳導裝置串聯於電源和電負載之間，所述可控傳導裝置具有傳導狀態和非 傳導狀態；(2)傳導柵極電流通過控制輸入端，以使得可控傳導裝置進入傳導狀態；(3)監 測柵極電流；以及(4)響應於監測柵極電流的步驟，確定可控傳導裝置是否正在傳導電流 到負載。通過下面參照附圖對本發明進行描述，本發明的其它功能和有意效果將變得更清 晰可見。


圖1為根據本發明第一實施方式的包括智能三向調光器的三向照明控制系統的 簡化結構圖；圖2A為圖1中智能調光器的用戶界面的透視圖；圖2B為概括圖1中照明控制系統的運作的狀態圖；圖3為示出圖1中智能調光器的電流檢測電路的簡化示意圖；圖4A和4B為示出圖1中智能調光器的運作波形的簡化圖；圖5為由圖1中智能調光器的控制器所執行的按鈕處理的簡化流程圖；圖6為由圖1中智能調光器的控制器所執行的零交叉處理的簡化流程圖；圖7A為由圖1中智能調光器的控制器所執行的「ON」處理的簡化流程圖；圖7B為由圖1中智能調光器的控制器所執行的「OFF」處理的簡化流程圖；圖8A為包括耦接到系統線路側的、根據本發明第二實施方式的智能開關的三向 系統的簡化結構圖；圖8B為帶有耦接到系統負載側的智能開關的、圖8A中三向系統的簡化結構圖；圖9A和9B為示出圖8A中智能開關的操作波形的簡化圖；圖IOA和IOB為由圖8A中智能開關的控制器所執行的零交叉處理的簡化流程圖；圖11為包括根據本發明第三實施方式的智能調光器的照明控制系統的簡化結構 圖；圖12為由圖11中智能調光器的控制器所執行的按鈕處理的簡化流程圖；圖13為由圖11中智能調光器的控制器所執行的零交叉處理的簡化流程圖；圖14為包括根據本發明第四實施方式的多個負載控制裝置的照明控制系統的簡化結構圖；以及圖15為包括根據本發明第五實施方式的雙重負載控制裝置的照明控制系統的簡 化結構圖。
具體實施例方式當結合附圖來閱讀時，能夠更好地理解前面的發明內容與以下優選實施方式的具 體說明。為了說明本發明，在附圖中示出了目前優選的實施方式，其中在附圖的幾個視圖中 相似的數字代表相似的部分。然而應該理解，本發明不局限於所公開的具體方法和手段。圖1為根據本發明第一實施方式包括智能三向調光器102的三向照明控制系統 100的簡化結構圖。調光器102和標準三向開關104被串聯在交流電源106和發光負載108 之間。三向開關104由於具有三個端子而得名，並更通常被稱為單刀雙擲(SPDT)開關，不 過在本文中稱作「三向開關」。應該注意，在有些國家將上述三向開關稱為「雙向開關」。調光器102包括熱端子H和兩個調光熱端子DHl、DH2，熱端子H聯接到交流電源 106以接收交流線電壓，兩個調光熱端子DH1、DH2被聯接到三向開關104的兩個固定的觸頭 上。三向開關104的可移動接觸器聯接到發光負載108上。作為一種選擇，調光器102可 聯接在系統100的負載側，而三向開關104在線路側。可安裝調光器102以替換現存的三 向開關，而無需更換其它現存的三向開關104，且無需改變被替換的三向開關的布線。調光 器102的端子H、DH1、DH2可為螺紋端子、絕緣線或「飛線(flying leads) 」、插入端子或將 調光器聯接到交流電源106和發光負載108的其它適當的裝置。智能雙線調光器102包括兩個可控傳導裝置，例如兩個雙向半導體開關110、 114。半導體開關110、114可包括半導體閘流管，例如三端雙向可控矽元件或可控矽整流器 (SCRs)。此外，每個半導體開關110、114都可包括其它類型的半導體開關電路，例如全波整 流橋中的場效應電晶體(FET)、反串聯連接中的兩個場效應電晶體、或一個或多個絕緣柵雙 極電晶體(IGBTs)。如圖1所示，每個半導體開關110、114都被實施為三端雙向可控矽元 件。第一三端雙向可控矽元件110的兩個主負載端串聯在熱端H與第一調光熱端DHl之 間。第一三端雙向可控矽元件110的柵極(或控制輸入端)耦接到第一柵極驅動電路112。 第二三端雙向可控矽元件114的兩個主負載端串聯在熱端H與第二調光熱端DH2之間，並 且其柵極耦接到第二柵極驅動電路116。第一和第二柵極驅動電路112、116分別串聯在對 應的三端雙向可控矽元件110、114的柵極和一個主負載端之間。響應於柵極電流傳導通過 對應的三端雙向可控矽元件的柵極，第一和第二三端雙向可控矽元件510、514呈現傳導狀 態。調光器102還包括耦接到柵極驅動電路112、116的控制器118，以控制三端雙向可 控矽元件110、114在每半周期的導電時間。控制器118優選地實施為微控制器，但可為任 何適當的處理裝置，例如可編程邏輯裝置(PLD)、微處理器或應用專用集成電路(ASIC)。控 制器118驅動三端雙向可控矽元件110、114以使得三端雙向可控矽元件在交流電源106的 交流線電壓的每半周期的一部分導通。如本文中所限定，「驅動」是指把控制信號運用到半導體閘流管(例如三端雙向可 控矽元件或可控矽整流器)的柵極以使柵極電流能夠在半導體間流管的柵極中傳導，從而 使得半導體閘流管導通。當半導體閘流管導通時，柵極電流流過半導體閘流管的柵極並且半導體閘流管可操作以傳導負載電流。負載電流被定義為比半導體閘流管的閉鎖電流更大 的電流。如果通過半導體閘流管的主負載端的電流超過半導體閘流管的閉鎖電流(當半導 體閘流管被驅動時)，那么半導體閘流管則傳導負載電流並且被定義為在「傳導」。如本領域的普通技術人員所熟知的，使用標準的前向相位控制技術，控制器118 可操作以控制發光負載108的強度。在前向相位控制調光中，控制器118使得三端雙向可 控矽元件110、114中之一在每個交流線電壓半周期內的某點可傳導。受控的三端雙向可控 矽元件110、114 一直可傳導直到通過三端雙向可控矽元件的負載電流下降到大約0安培， 這一般在接近半周期的末尾時發生。前向相位控制調光經常用來控制提供至電阻負載或電 感負載的能量，上述負載例如可包括磁性低壓變壓器或白熾燈。調光器102還包括供電電源120，其生成直流電壓Vcc以驅動控制器118。供電電 源120通過第一二極體122從熱端H耦接到第一調光熱端DHl，通過第二二極體124從熱端 H耦接到第二調光熱端DH2。這使得當三向開關104在位置A時，供電電源120將電流牽 引通過第一調光熱端DHl ；當三向開關104在位置B時，供電電源120將電流牽引通過第二 調光熱端DH2。當三端雙向可控矽元件110、114都不導通並且在調光器102上具有電壓電 位時，供電電源120能夠充電。調光器102還包括零交叉檢測器126，其分別通過二極體122、124在熱端H與調光 熱端DH1、DH2之間耦接。零交叉被定義為在每半周期之初交流電源電壓從正極向負極或從 負極向正極轉換時的時間。零交叉檢測器126為控制器118提供識別交流電源電壓的零交 叉的控制信號。通過從交流電源電壓的每個零交叉開始計時，控制器118確定每半周期在 何時接通三端雙向可控矽元件110、114。用戶界面128耦接到控制器118，並且使用戶可將發光負載108的強度控制到期望 的照明度(或狀態)。用戶界面128提供多個用於接收用戶輸入的促動器。例如，如圖2A 中所示，用戶界面128可包括例如抽頭開關的切換按鈕200和例如滑動控制項的強度促動器 210。響應於切換按鈕200的促動，通過如下文所詳述的改變兩個三端雙向可控矽元件110、 114中的哪一個在傳導，控制器118使調光器102切換發光負載108的狀態(即由開啟到 斷開和由斷開到開啟)。作為一種選擇，用戶界面128可包括分開的開啟按鈕和斷開按鈕， 分別使發光負載108接通或/和斷開。強度促動器210的移動使調光器102控制發光負載 108的強度。此外，用戶界面128可包括用於為用戶提供發光負載108或調光器102的狀態反 饋信息的視頻顯示器。該視頻顯示器可包括例如多個發光二極體(LEDs)，這多個發光二極 管可通過控制器118選擇性地發光。視頻顯示器在先前引用的第5，248，919號美國專利中 已有詳述。調光器100還包括用於通過通信鏈路發送和接收數字消息的通信電路130。響應於通過通信電路130接收到的數字消息，控制器118可切換發光負載108的狀態或控制發 光負載的強度。而且，控制器118可通過通信電路130發送包含反饋信息(例如發光負載 108或調光器102的狀態)的數字消息。通信鏈路可包括例如有線串行通信鏈路、電力線載 波(PLC)通信鏈路、或例如紅外(IR)或射頻(PF)通信鏈路的無線通信鏈路。射頻照明控 制系統的實施例在共同轉讓的、於1999年5月18日授權的、名為「METHOD AND APPARATUS F0RC0NTR0LLING AND DETERMINING THE STATUS OFELECTRICAL DEVICES FROM REMOTELOCATIONS(用於遠程控制和確定電子設備狀態的方法與裝置)」的第5，905，442號美國專利中有說明，其全部公開內容通過引用而併入本文。控制器118在互補的基礎上驅動三端雙向可控矽元件110、114，從而使得兩個三 端雙向可控矽元件中只有一個在同一時間內可操作以將負載電流傳導到發光負載108。以 這種方式，通過響應於切換開關200的促動使負載電流傳導通過第一調光熱端DHl或者第 二調光熱端DH2，調光器102的操作類似於標準的單刀雙擲開關。當三向開關104在位置A並且發光負載108的期望狀態為接通狀態時，控制器118 在每半周期的一部分將第一三端雙向可控矽元件110開啟，同時使第二三端雙向可控矽元 件114保持非傳導狀態。如果三向開關104從位置A切換到B，由於第二三端雙向可控矽 元件114不傳導，電流則不傳導到發光負載108。因此，發光負載沒有被照亮。作為一種選 擇，如果三向開關104在位置A，發光負載108則為接通狀態，並且用戶界面128的切換開 關200被促動，那麼控制器118使第一三端雙向可控矽元件110停止傳導並且使第二三端 雙向可控矽元件114開始傳導。因為控制器118驅動第二三端雙向可控矽元件114同時三 向開關104在位置A，所以發光負載108被斷開。如果用戶界面128的切換按鈕200被再次 促動，控制器118則停止驅動第二三端雙向可控矽元件114並且促動第一三端雙向可控矽 元件110開始傳導，從而使發光負載108再次發光。類似地，當三向開關104在位置B並且發光負載108的期望狀態為接通時，控制器 118在每個半周期的一部分開啟第二三端雙向可控矽元件114，同時使第一三端雙向可控 矽元件110保持非傳導狀態。如果三向開關104被切換到位置A，到發光負載108的電流路 徑則被中斷並且發光負載被斷開。同樣，如果三向開關104在位置B，發光負載108則為接 通狀態，並且用戶界面128的切換開關200被促動，控制器118使第二三端雙向可控矽元件 114停止傳導並且使第一三端雙向可控矽元件110開始傳導。因為第一三端雙向可控矽元 件110在傳導並且三向開關104在位置B，所以發光負載108被斷開。供電電源120優選地具有足夠大的存儲電容器，以在三向開關104從位置A轉換 到B和從位置B轉換到A期間為控制器118供電。例如，當三向開關104被切換時，電流由 於活動觸頭轉換而暫時不傳導通過調光熱端DH1、DH2中的任何一個，供電電源120僅憑藉 內部存儲電容器為控制器118提供電力。三向開關104轉換時供電電源120需要提供的電 量依賴於活動觸頭從一個固定接觸頭向另一個固定接觸頭移動所需要的轉換時間。然而，三向開關104在兩個位置之間轉換期間，並不能總是保證供電電源120將能 夠為控制器118和其它低電壓電路提供電力。由於在掛牆式負載控制裝置中的空間限制， 在供電電源120中不可能簡單地包括特別大的存儲電容器以在轉換期間提供電力。而且， 由於轉換時間依賴於用戶施加於三向開關104的促動器上的力量，因此每次轉換的轉換時 間可能大不相同。所有的三向開關104都包括「死區(deadtraVel)」，g卩，當三向開關的活 動觸頭大約處於位置A和B之間的中間位置並且沒有接觸固定觸點中的任何一個時。有時 三向開關104可能持續位於死區，從而使得電流在不確定的時期內不會傳導通過供電電源 120。因此，調光器102包括能夠使調光器102返回到適當狀態的存儲器132，即，如果當 三向開關104轉換時調光器102的電力暫時喪失，存儲器132能夠使調光器102控制兩個 三端雙向可控矽元件110、114中合適的一個。存儲器132耦接到控制器118。每當用戶界面128的切換按鈕200被促動時，控制器118就在存儲器132中存入三端雙向可控矽元件 110、114中的哪一個當前正被控制的信息。以這種方式，如果調光器102暫時喪失電力並且 直流電壓Vcc降到低於能夠使控制器118正常運行的水平以下，控制器將從存儲器132讀 出三端雙向可控矽元件110、114中的哪一個將控制為「加電(power up) 」，S卩，當直流電壓 Vcc回升到高於確保控制器的正常運行的水平。圖2B示出了概述圖1中照明控制系統100的運作的狀態圖250。在示出的兩個狀態252、254中，由於三向開關504在適當的位置以完成通過傳導的三端雙向可控矽元件的 電路，因此發光負載108將處於開啟狀態。例如，在狀態210，當三向開關104在位置A時， 第一三端雙向可控矽元件110能夠傳導電流從而控制發光負載108。狀態圖250還包括兩 個狀態256、258，其中由於三向開關104的位置不能將電流傳導通過能夠傳導的三端雙向 可控矽元件，因此發光負載108將斷開。兩種狀態之間的轉換可通過以下三種行為之一來 促成三向開關104從位置A到B的切換(圖1中通過B指定)、三向開關104從位置B到 A的切換(通過A指定)、以及用戶界面128的切換按鈕200的促動(通過T指定)。參照前面的圖1，調光器102還包括用於為檢修發光負載而在交流電源106和發光 負載108之間提供實際氣隙中斷的隔離開關134，以及用於提供電磁幹擾(EMI)過濾的電感
ο第一柵極驅動電路112包括響應於控制器118的觸發電路140，和為控制器提供低 電平柵極電流(GC)控制信號的電流檢測電路142。第一三端雙向可控矽元件110的柵極通 過電阻器146耦接到觸發電路140，並通過電阻器148耦接到第二主負載端。電阻器146、 148優選地都具有220 Ω電阻。通過控制觸發電路140將柵極電流傳導通過第一三端雙向 可控矽元件110的柵極從而使第一三端雙向可控矽元件在交流電源106的交流線電壓的每 半周期內的預設時間可傳導，控制器118可操作以驅動第一三端雙向可控矽元件110。柵 極電流(GC)控制信號通過電流檢測電路142而產生，並且包括表示柵極電流的強度的直流 電壓。響應於柵極電流(GC)控制信號，控制器118可操作以確定柵極電流是否傳導通過第 一三端雙向可控矽元件110的柵極。第二柵極驅動電路116具有與第一柵極驅動電路112相似的結構，包括觸發電路 150和電流檢測電路152。第二三端雙向可控矽元件114的柵極通過電阻器156 (如220 Ω ) 耦接到觸發電路150，通過電阻器158(如220Ω)耦接到第二主負載端。響應於由電流檢測 電路152提供的柵極電流控制信號，控制器118可操作以確定柵極電流是否流過第二三端 雙向可控矽元件114的柵極。電阻器160連接在調光熱端DH1、DH2之間以使得柵極電流不 管連接的三向開關104的位置如何都流過柵極驅動電路112、116。圖3為詳細示出電流檢測電路142、152的簡化示意圖。第一柵極驅動電路112 的觸發電路140包括光電可控矽(opto-triac)，其具有耦接在控制器118與電路公共端 (circuit common)之間的輸入端(如光電二極體)和與第一三端雙向可控矽元件110的柵 極串聯的輸出端(如光電可控矽)。電流檢測電路142包括光耦，其具有與第一三端雙向可 控矽元件110的柵極和光電可控矽的光可控矽(photo-triac)串聯的輸入端(如兩個光二 極管)。光耦還包括耦接在控制器118和電路公共端之間的輸出端(如光電電晶體)。當 柵極電流不流過光耦的光二極體中的任何一個時，光電電晶體不傳導並且為控制器118提 供的輸出端通過電阻器144被拉高至基本為直流電壓Vcc。然而，當柵極電流流過時，光電電晶體將到控制器118的輸出拉高基本至電路公共端(即，近似零伏)。第二柵極驅動電路116具有與第一柵極驅動電路112相似的結構。當柵極電流具有大約ImA或更大的強度 時，第一和第二柵極驅動電路112、116能夠使得電流檢測電路142、152向控制器118發出 柵極電流在傳導(即拉低柵極電流控制信號)的信號。圖4A為示出當智能調光器102耦接到系統100的線路側、控制器118驅動第一三 端雙向可控矽元件110、並且三向開關104在位置A、從而使得發光負載108發光時，智能調 光器102的運作波形的簡化圖。第一三端雙向可控矽元件110的柵極電流流過交流電源 106、第一三端雙向可控矽元件110、觸發電路140、電流檢測電路142、三向開關104以及發 光負載108。依賴於發光負載108的期望照明度，控制器118使得三端雙向可控矽元件110 在每半周期的發動時間tFIKE為傳導的。在第一三端雙向可控矽元件110被啟動之後，柵極 電流流進第一三端雙向可控矽元件的柵極一段時間，直至通過第一三端雙向可控矽元件的 主端的負載電流超過閉鎖電流額定值並且變為傳導。當柵極電流如圖4A中所示流動時，由 電流檢測電路142產生的柵極電流控制信號被拉低到電路公共端。圖4B為示出當智能調光器耦接到系統100的線路側、控制器118驅動第一三端雙 向可控矽元件110、但三向開關104在位置B、從而使得發光負載108斷開時，智能調光器 102的運作波形的簡化圖。由於三向開關104在位置B，因此第一三端雙向可控矽元件110 的柵極電流流過交流電源106、第一三端雙向可控矽元件110、觸發電路140、電流檢測電路 142、電阻器160、三向開關104以及發光負載108。電阻器160優選地具有IlOk Ω的電阻， 從而防止柵極電流的強度超過三端雙向可控矽元件110的額定閉鎖電流。由於第一三端雙 向可控矽元件110不會變為傳導，因此柵極電流繼續流動並且在每半周期的基本整個長度 上都具有大於零的強度。因此，在控制器118試圖驅動第一三端雙向可控矽元件110之後， 柵極電流控制信號在半周期的剩餘部分被拉弱到電路公共端，用信號表明第一三端雙向可 控矽元件不傳導負載電流。將電阻器160的電阻旋轉為使得柵極電流大於大約1mA，並且當 柵極電流流過時電流檢測電路142、152將柵極電流控制信號拉低。作為對柵極驅動電路112、116各自的電流檢測電路142、152的響應，控制器118 可操作以確定發光負載108的狀態。在使三端雙向可控矽元件110、112中的一個傳導之後， 控制器118對由可控三端雙向可控矽元件的電流檢測電路142、152提供的柵極電流控制信 號進行檢查。優選地，如圖4A和4B所示，控制器118在通過適當的觸發電路140、150開始 驅動三端雙向可控矽元件之後的時間tSAM^對柵極電流控制信號進行採樣。如果柵極電流 未在抽樣時間tSAMaE流過(即，柵極電流的強度基本為0伏並且柵極電流控制信號為高)， 控制器118則確定三端雙向可控矽元件傳導負載電流並且發光負載108處於開啟狀態。如 果柵極電流在抽樣時間tSAmE流過(即，柵極電流的強度基本大於0伏並且柵極電流控制信 號為低)，控制器118則確定受控的三端雙向可控矽元件不傳導負載電流並且發光負載108 斷開。圖5為由控制器118周期性地(例如每10毫秒一次)執行的按鈕處理500的簡化 流程圖，所述按鈕處理用於確定是否用戶界面128的切換按鈕200是否正被按壓。控制器 118使用變量BUT_C0UNT來記錄切換按鈕已經被按壓多長時間。具體來說，變量BUT_C0UNT 記錄當切換按鈕200被按壓時按鈕處理500被執行的連續次數。參照圖5，控制器118首先在步驟110中檢查由用戶界面128提供的輸入以確定用戶界面的切換按鈕200是否被按壓。如果在步驟512中切換按鈕200沒有被按壓，在步驟 514中控制器118則清除變量BUT_COUNT。然而，如果在步驟512中切換按鈕200被按壓， 在步驟516中，控制器118則為變量BUT_COUNT加一。如果在步驟518中變量BUT_COUNT 不等於最大值(例如2)，按鈕處理1800則簡單地退出。如果在步驟518中變量BUT_C0UNT等於2 (即，切換按鈕200已經被持續按壓按 鈕處理500的兩個連續執行周期)，那麼在步驟520中，則確定控制器118當前是否正控制 第一三端雙向可控矽元件110。如果是，在步驟522中的每半周期，控制器118開始控制第 二三端雙向可控矽元件114(如下文所詳述)。如果在步驟520中控制器118沒有控制第 一三端雙向可控矽元件110，那麼，在步驟524中的每半周期，控制器開始控制第二三端雙 向可控矽元件114。最後，在步驟526中將變量BUT COUNT清除並且按鈕處理500退出。圖6為由控制器118響應於接收來自零交叉檢測器126的零交叉指示周期性地執 行(即，交流電源106的交流線電壓的每半周期執行一次)的零交叉處理600的簡化流程 圖。在步驟610中的每半周期零交叉之後，控制器118首先使第一和第二三端雙向可控矽 元件110、114中之一在零交叉之後適當的發動時間tFIKE導通。具體來說，如果控制器118 在步驟612控制第一三端雙向可控矽元件110，那麼在步驟614中，控制器則通過第一柵極 驅動電路112在發動時間tFIKE時驅動第一三端雙向可控矽元件。如果控制器118在步驟 612控制第二三端雙向可控矽元件114，那麼在步驟616中，控制器則通過第二柵極驅動電 路116在發動時間tFIKE驅動第二三端雙向可控矽元件。在步驟618中，控制器118繼續驅 動適當的三端雙向可控矽元件110、114 一段時間(例如200 μ s)。在步驟618的一段時間結束之後，控制器118檢查來自電流檢測電路142、152的 柵極電流控制信號之一以確定發光負載108的狀態。如果在步驟620中控制器118控制第 一三端雙向可控矽元件110，在步驟622中控制器則對第一柵極驅動電路112的電流檢測 電路142的柵極控制信號進行採樣。否則，在步驟624中控制器118對第二柵極驅動電路 116的電流檢測電路152的柵極控制信號進行採樣。如果在步驟626中適當的柵極電流控 制信號的抽樣表明在抽樣時間tSAmE沒有柵極電流流過，那麼控制器118執行ON(接通)程 序700，其將在下文中參照附圖7A進一步詳述。ON程序700提供一定程度的數字濾波以確 保由控制器118所確定的發光負載108的狀態不會太經常改變。在控制器118確定發光負 載108接通之前，零交叉處理600必須在預設數量的連續半周期期間(例如大約12個連續 半周期)執行ON程序700。如果在步驟626中有柵極電流流過，控制器118則執行OFF程序750，其將在下文 中參照附圖7B進一步詳述。類似於ON程序700，OFF程序750保證由控制器118所確定的 發光負載108的狀態不太經常改變，這通過確保控制器118在確定發光負載108斷開之前 檢測出在預設數量的連續半周期(例如大約12個連續半周期)內都有柵極電流流過可控 三端雙向可控矽元件的柵極而實現。最後，在步驟628中控制器118停止驅動適當的三端 雙向可控矽元件110、114並且退出程序600。 圖7A和7B分別為ON程序700和OFF程序750的簡化流程圖，這兩個程序都從零 交叉處理600中調用。控制器118使用兩個變量0N_C0UNT和0FF_C0UNT分別記錄零交叉 處理600已執行ON程序700和0FF(斷開)程序750多少個連續半周期。優選地，在控制 器118的啟動過程期間，將變量0N_C0UNT和0FF_C0UNT初始化為0。
在ON程序700期間，在步驟710中將變量0FF_C0UNT清零(即設為0)並且在步驟 712中將變量0N_C0UNT力卩1。如果在步驟714中變量0N_C0UNT小於11，ON程序200則簡 單地退出。如果在步驟714中變量0N_C0UNT大於11 ( S卩，大於或等於12)，在步驟716中控 制器118則確定發光負載108處於接通狀態並且退出ON程序700。相比之下，在OFF程序 750期間，在步驟760中將變量0N_C0UNT清零(即，設為0)並且在步驟762中將變量0FF_ COUNT加1。當在步驟764中變量0FF_C0UNT大於11時，在步驟766中控制器1618確定發 光負載108為斷開。當使用零交叉處理600確定了發光負載108的狀態之後，控制器118能夠控制用 戶界面128的視頻顯示器提供發光負載108的狀態的反饋信息並且通過通信電路134報告 發光負載108的狀態。圖8A為根據本發明第二實施方式包括智能開關802的三向系統800的簡化結構 圖。智能開關802包括耦接到交流電源104的中性連接的中性線端N。和第一實施方式的 智能調光器102—樣，三端雙向可控矽元件110、114通過控制器818以互補的方式被控制。 第一零交叉檢測器826耦接在第一開關式熱端SHl和中性線端N之間，並且第二零交叉檢 測器827耦接在第二開關式熱端SH2和中性線端N之間。控制器818從第一和第二零交叉 檢測器826、827接收表示交流電源106的交流線電壓的零交叉的信息。智能開關802包括耦接在熱端H和中性端N之間的供電電源820，從而使得不會為 了給供電電源充電而有電流通過發光負載108。供電電源820產生用於驅動控制器818的 直流電壓。直流電壓Vcc參照的是電路公共端，即中性線端N。與圖1中智能調光器102—樣，控制器818可操作為控制柵極驅動電路112、116 的觸發電路140、150分別啟動三端雙向可控矽元件110、114。控制器118還可操作以確定 柵極電流是否響應於柵極電路112、116各自的電流檢測電路142、152而流過。智能開關 802還包括線電壓檢測(LVD)電路860，其耦接在熱端H和中性線端N之間。線電壓檢測電 路860為控制器818提供低電平有效LVD控制信號。控制器818可操作以確定熱端H處是 否存在交流線電壓以作為對線電壓檢測電路860的響應。線電壓檢測電路860允許控制器 818確定當調光器802耦接到系統800的負載側(如圖8B所示)時發光負載108是否處於 接通狀態。因此，響應於電流檢測電路142、152和線電壓檢測電路860，控制器818可操作 以確定三向開關104和發光負載108的狀態。圖9A為示出當智能開關802耦接到系統800的線路側(如圖8A所示)、控制器 818驅動第一三端雙向可控矽元件110、並且三向開關104在位置A、從而使得發光負載108 接通時，智能開關802的運作波形的簡化圖。由於在熱端H中具有交流線電壓信號，因此線 電壓檢測電路860使線電壓檢測(LVD)控制信號變低至交流線電壓峰值附近，用信號向控 制器118表明存在交流線電壓。控制器118不能根據線電壓檢測控制信號確定發光負載 108的狀態，但是必須檢查柵極電流控制信號中之一。第一三端雙向可控矽元件110的柵極電流經過交流電源106、第一三端雙向可控矽元件110、觸發電路140、電流檢測電路142以及第一零交叉檢測器826通向中性線端N。 在交流線電壓的每次零交叉之後，控制器118立即驅動觸發電路140啟動第一三端雙向可 控矽元件110。因此，柵極電流流進第一三端雙向可控矽元件的柵極一段時間，直至通過三 端雙向可控矽元件的主端子的負載電流超過閉鎖電流額定值並且三端雙向可控矽元件變為傳導的。然後，三端雙向可控矽元件110上的電壓降到基本為低的電壓(如大約為IV)並且柵極電流停止流動。因此，當三端雙向可控矽元件成功啟動時，柵極電流以脈衝電流的 形態而存在。當具有柵極電流時，通過電流檢測電路142產生的柵極控制信號為低(即基 本為0伏)；當不具有柵極電流(如圖9A所示)時，柵極控制信號為高(即基本為直流電 壓 Vcc)。圖9B為示出當智能開關耦接到系統800的線路側、控制器818驅動第一三端雙向 可控矽元件110、但是三向開關104在位置B、從而使得發光負載108斷開時，智能開關802 的運作波形的簡化圖。在這種情況下，由於通過三端雙向可控矽元件的主端子的電流不會 超過額定的閉鎖電流，因此第一三端雙向可控矽元件110沒有變為傳導的。零交叉檢測器 826的電阻抗(例如大約為IlOkQ)將柵極電流的強度調到低於第一三端雙向可控矽元件 110的額度閉鎖電流。由於第一三端雙向可控矽元件110沒有變為傳導的，因此柵極電流繼 續流動並且在基本每半周期的長度內具有基本大於0安培(即零交叉檢測器826的電阻抗 確定大約為ImA或更大)的強度。因此，柵極電流信號在基本每半周期的長度內被拉低到 電路公共端(即大約為0伏)，用信號表示第一三端雙向可控矽元件112未傳導負載電流。當智能開關802耦接到系統800的線路側時(如圖9A所示)，控制器818可操作 以響應於電流檢測電路142、152確定發光負載108的狀態。具體來說，控制器818在交流 線電壓的峰值附近的採樣窗期間監測與當前正在被驅動的三端雙向可控矽元件的柵極串 聯的電流檢測電路142、152的輸出數據。如果沒有柵極電流(即柵極電流具有基本為0安 培的強度)，控制器818則確定該三端雙向可控矽元件為傳導的並且發光負載108是接通 的。如果具有柵極電流(即柵極電流具有基本大於0安培的強度)，控制器818則確定該三 端雙向可控矽元件未傳導電流到負載並且發光負載108是斷開的。優選地，採樣窗為以時間Tpeak為中心、時間長度為Twinmw(例如大約為1. 5毫秒)的 一段時間，Tpeak對應於如圖9A和9B所示的交流線電壓的峰值。採樣窗以交流線電壓的峰 值為中心以確保控制器818不會在零交叉附近對柵極電流控制信號進行採樣。在零交叉附 近，第一和第二柵極驅動電路112、114的觸發電路140、150的光電可控矽可能不具有充足 的電流流過光可控矽以保持傳導。這可導致電流檢測電路142、152的光耦使柵極電流控制 信號為高(即與三端雙向可控矽元件110、114已經變為傳導並且柵極電流已經停止傳導時 一樣的狀況)。當智能開關802耦接到系統800的負載側(如圖8B所示)時，控制器818不能僅 根據電流檢測電路142、152確定發光負載108的狀態。控制器818還必須使用線電壓檢測 電路860來確定發光負載108的狀態。如果控制器118不驅動與三向開關104的目前位置 串聯的三端雙向可控矽元件110、114，線電壓檢測電路860上則不存在交流線電壓。線電壓 檢測電路860為控制器818提供適當的控制信號，使發光負載108斷開。如果交流線電壓 存在於線電壓檢測電路860上並且柵極電流流過控制器818所驅動的三端雙向可控矽元件 的柵極，控制器則確定發光負載108是接通的。圖IOA和IOB為由控制器818響應於從零交叉檢測器826、827中任何一個接收到 零交叉指示，周期性地(即交流電源106的交流線電壓的每半周期一次)執行的零交叉處 理1000的簡化流程圖。控制器818還周期性地(例如大約每10毫秒一次)執行圖5的按 鈕處理500以確定控制三端雙向可控矽元件110、114中的哪一個。參照附圖10A，當控制器818每半周期在步驟1010中接收到零交叉指示時，首先，控制器818基本在零交叉之後立即使第一和第二三端雙向可控矽元件110、114中之一傳導(即，一旦交流線電壓的強度足 夠高以使三端雙向可控矽元件110、114可被啟動)。具體來說，如果在步驟1012中控制器 818在控制第一三端雙向可控矽元件110，那麼在步驟1014中控制器通過第一柵極驅動電 路112驅動第一三端雙向可控矽元件。作為一種選擇，如果在步驟1012中控制器818在控 制第二三端雙向可控矽元件114，那麼在步驟1016中控制器則通過第二柵極驅動電路116 驅動第二三端雙向可控矽元件。如果在步驟1018中控制器818確定目前的半周期為負的 半周期，那麼在步驟1032中控制器則等待該半周期的結束，然後在步驟1034中停止驅動適 當的三端雙向可控矽元件1510、1514。如果在步驟1018中確定目前的半周期為正的半周期，那麼在步驟1012中控制器 818則確定交流線電壓是否已經進入採樣窗，即如圖9A和9B中所示交流線電壓的峰值附 近1. 5毫秒的一段時間內。在步驟1020中控制器818等候直到交流線電壓處於採樣窗內， 此時，控制器開始周期性地對線電壓檢測控制信號和柵極電流控制信號進行採樣以分別確 定在熱端H是否存在交流線電壓以及柵極電流是否流過第一和第二三端雙向可控矽元件 110、114中之一的柵極。優選地，控制器818大約每隔250 μ s對控制信號進行採樣，從而使 得控制器在採樣窗期間獲得每個控制信號的大約6個採樣。控制器818使用兩個變量LVD_ COUNT和GC_C0UNT來分別記錄在採樣窗期間對線電壓檢測控制信號的六個抽樣中的多少 個為高和柵極電流控制信號的六個抽樣中的多少個為低。優選地，在控制器818的啟動過 程期間，變量LVD_C0UNT和GC_C0UNT被置初值為0。參照附圖10B，在步驟1022中控制器818檢查來自線電壓檢測電路860的線電壓 檢測控制信號以確定在熱端H是否有交流線電壓。如果在步驟1024中沒有檢測到交流線 電壓，那麼在步驟1026中控制器818則將變量LVD_C0UNT加一。如果在步驟1028中變量 LVD_C0UNT等於最大值，例如2，(即，在採樣窗期間LVD控制信號的六個抽樣中的兩個為 高)，控制器818則執行圖7B的OOF程序750，並且，如果在十二個連續半周期內沒有檢測 到交流線電壓，那麼最終確定發光負載108斷開。執行OFF程序750之後，在步驟1030中 控制器818將變量LVD_C0UNT和GC_C0UNT清零。在步驟1032中半周期的末尾，控制器818 在步驟1034停止驅動適當的三端雙向可控矽元件110、114並且退出程序1000。如果在步驟1024中沒有檢測到交流線電壓或者如果在步驟1028中LVD_C0UNT不 等於2，控制器818則確定柵極電流是否流過第一和第二三端雙向可控矽元件110、114中 之一的柵極。具體來說，如果在步驟1036中控制器818當前正驅動第一三端雙向可控矽元 件110，在步驟1038中控制器則監控第一柵極驅動電路112的第一電流檢測電路142的輸 出以確定柵極電流是否正流過第一三端雙向可控矽元件110的柵極。如果在步驟1036中 控制器818當前正驅動第二三端雙向可控矽元件114，在步驟1040中控制器則監控第二柵 極驅動電路116的第二電流檢測電路152的輸出以確定柵極電流是否正流過第二三端雙向 可控矽元件114的柵極。如果在步驟1042中柵極電流在採樣窗期間沒有流過第一三端雙 向可控矽元件110的柵極或第二三端雙向可控矽元件114的柵極，那麼在步驟1044控制器 818則將變量GC_C0UNT加一。如果在步驟1046中變量GC_C0UNT等於最大值(例如2)，控 制器818則執行圖7A的ON程序700，並且，如果在12個連續半周期內沒有柵極電流流過， 則最終確定發光負載108接通。然後，在步驟1030中控制器818將變量LVD_C0UNT和GC_COUNT清零，並且在步驟1034中半周期的末尾停止驅動適當的三端雙向可控矽元件110、 114，然後退出程序1000。如果在步驟1042在採樣窗期間有柵極電流流過三端雙向可控矽元件110、114的 任一柵極，或者如果在步驟1046中變量GC_C0UNT不等於2，那麼在步驟1048中控制器818 則確定交流線電壓是否已經到達採樣窗的末尾。如果不是，控制器818則在步驟1050等候， 然後對線電壓檢測控制信號和柵極電流控制信號再次採樣，以使控制信號大約每隔250 μ s 被採樣。如果在步驟1050中交流線電壓已經到達採樣窗的末尾，控制器818則執行OFF程 序750並且在步驟1030中將變量LVD_C0UNT和GC_C0UNT清零，然後在步驟1034停止驅動 適當的三端雙向可控矽元件110、144。最後，退出程序1000。圖11為根據本發明第三實施方式包括智能調光器1102的照明控制系統1100的 簡化結構圖。智能調光器102僅包括一個三端雙向可控矽元件110，其簡單地耦接在交流 電源106和發光負載108之間。響應於對通過用戶界面128和通信電路134接收的輸入數 據，控制器1118可操作以控制三端雙向可控矽元件110以接通和斷開發光負載108並且控 制發光負載的強度。響應於柵極驅動電路112的柵極電流檢測電路142，控制器1118可操 作以確定中發光負載108是否存在(即，安裝在系統1100中)或是否有故障(S卩，斷電)。 電阻器1160耦接在調光熱端DH和中性連接N之間以使柵極電流在沒有發光負載108或發 光負載有故障的情況下流過。圖12為由控制器1118周期性地(例如每10毫秒一次)執行的按鈕 處理1200的 簡化流程圖，該處理用以確定用戶界面128的切換按鈕200是否正被按壓。按鈕處理1200 非常類似於圖5的按鈕處理500。然而，在步驟518中變量BUT_C0UNT等於2之後，在步驟 1220中控制器1118確定發光負載108當前是否正被控制為接通。如果是，則在步驟1222 中由控制器1118每半周期停止驅動三端雙向可控矽元件110以斷開發光負載108。如果在 步驟1220中發光負載108當前為斷開的，在步驟1224中控制器1118則在每半周期適當的 時間開始驅動三端雙向可控矽元件114以接通發光負載108。圖13為由控制器1118響應於接收來自零交叉檢測器826的零交叉指示周期性地 執行的零交叉處理1300的簡化流程圖，所述周期性地執行即交流電源106的交流線電壓的 每半周期執行一次。在步驟1310中接收零交叉的指示之後，在步驟1312中控制器1118確 定三端雙向可控矽元件110是否應該被控制從而使得發光負載108接通。如果在步驟1312 中發光負載108為斷開的，程序1300則簡單地退出。否則，在步驟1314中由控制器1118 在適當的啟動時間tFIKE驅動三端雙向可控矽元件110。在步驟1314驅動三端雙向可控矽元件110之後，控制器1118在步驟1316等待 200 μ S0在步驟1316中的採用時間tSAmE之後，在步驟1318中控制器1118檢查由柵極電 流檢測電路142提供的柵極電流控制信號以確定是否柵極電流正在流過。如果在步驟1320 中柵極電流沒有流過，控制器1118則執行ON程序700，並且如果在12個連續半周期沒有柵 極電流流過，那麼最終確定發光負載108為接通的(即，發光負載運作正常)。如果在步驟 1320中柵極電流正流過，那麼控制器1118執行OFF程序750，並且，如果柵極電流在12個連 續半周期流過，則最終確定發光負載108斷開。如果在步驟1322中發光負載108為斷開的 (即，三端雙向可控矽元件在應該傳導時不傳導)，那麼控制器1118確定沒有發光負載108 或發光負載有故障。因此，在步驟1324中控制器1118在用戶界面128的視頻顯示器上顯示錯誤提示。作為一種選擇，在步驟1324中控制器1118可通過通信電路132傳送表示錯誤提示的數字消息。最後，在步驟1326中控制器停止驅動三端雙向可控矽元件110。圖14為根據本發明第四實施方式包括多個負載控制裝置1402的照明控制系統 1400的簡化結構圖。多個負載控制裝置1402可操作以獨立地控制傳送到如圖14所示的兩 個發光負載108、109的電量。多個負載控制裝置1402包括兩個三端雙向可控矽元件1410、 1414，這兩個三端雙向可控矽元件分別串聯在熱端H和兩個調光熱端DH1、DH2之間。如果 簡單提供與三端雙向可控矽元件1410、1414並聯的另外的三端雙向可控矽元件，多個負載 控制裝置1402則可控制另外的發光負載的強度。多個負載控制裝置1402可包括例如創藝 目艮(GRAFIKEye )控制元件，其由本申請的受讓人製造並且在1999年9月7日授權的、 名稱為"WALL MOUNTABLE CONTROL SYSTEM WITHVIRTUALLY UNLIMITED ZONE CAPACITY(具 有幾乎無限區域容量的掛牆式控制系統)」、第5，949，200號美國專利中有更詳盡的說明， 該專利文件的全部公開內容通過引用而併入本文。控制器1418可操作以控制柵極驅動電路1412、1416的觸發電路1440、1450以使 三端雙向可控矽元件1410、1414每半周期傳導。響應於柵極驅動電路1412、1416的柵極電 流檢測電路1442、1452，控制器1418可操作以確定發光負載108、109中每一個是否不存在 或有故障。兩個電阻器1460、1470分別耦接在調光熱端DH1、DH2和中性連接N之間，以使 如果發光負載108、109的任何一個不存在或有故障，就會有柵極電流流過。如果發光負載 108、109的任何一個不存在或有故障，控制器1418則可提供用戶界面128的視頻顯示器的 錯誤提示。響應於確定發光負載108、109中任何一個不存在或有故障，控制器1418可以啟 用或禁止多個負載控制裝置1402的功能，或可決定照亮或不照亮視頻顯示器的部分。圖15為根據本發明第五實施方式包括雙負載控制裝置1502的照明控制系統1500 的簡化結構圖。雙負載控制裝置1502可操作以獨立控制傳送到兩個照明負載108、109的 功率量。雙負載控制裝置1502不包括中性端。響應於對柵極驅動電路1412、1416的柵極 電流檢測電路1442、1452，控制器1518可操作以使得三端雙向可控矽元件1410、1414在每 半周期傳導並且確定照明負載108、109中之一是否不存在或有故障。電阻器1560耦接在 調光熱端DH1、DH2之間，以使得如果照明負載108、109中之一不存在或有故障，則有柵極電 流流過。在 2006 年 11 月 12 日提交的、名稱為「WALL-MOUNTABLE SMARTDUAL LOAD CONTROL DEVICE (掛牆式智能雙重負載控制裝置)，，的、申請號為11/598，460的美國專利申請中，對 雙負載控制有更詳盡的說明，其全部公開內容通過引用而併入本文。儘管使用了單詞〃 device"(裝置)和〃 unit"(元件)被用來描述本發明的 照明控制系統的組件，應該注意本文中描述的每個"device"(裝置)和"unit"(元 件)無須全部包含在單一的機箱或結構中。例如，圖1的調光器102可包括壁掛式機箱中 的多個按鈕和包含在分離位置中的控制器。並且，一個"device"(裝置)可包含在另外 的"device"裝置中。例如，半導體開關(即，可控傳導裝置)為本發明的調光器的一部 分。本申請與共同轉讓的、未決的、代理人案號為P/10-979CIP(05-12150_P2CP3)、與 本申請同一天遞交的、名稱為 「LOAD C0NTR0LDEVICE FOR USE WITH LIGHTING CIRCUITS HAVINGTHREE-WAY SWITCHES(用於使用具有三向開關的照明電路的負載控制裝置)」的美國 專利申請相關，其全部公開內容通過引用而併入本文。
儘管本發明已經對其具體實施方式
進行了說明，但許多其它的變更、修改以及其它用法對本領域技術人員都將變得清晰可見。因此，優選地，本發明不受本文中具體公開的 內容所限制，而僅受附加的權利要求書的限制。
權利要求
一種負載控制電路，控制從產生交流線電壓的交流電源傳輸到電負載的功率量，所述負載控制電路包括可控傳導裝置，適於電串聯於所述電源和所述電負載之間，所述可控傳導裝置具有傳導狀態和非傳導狀態，所述可控傳導裝置具有控制輸入端，並且操作為響應於傳導通過所述控制輸入端的柵極電流進入傳導狀態；以及控制器，操作為在所述交流線電壓的每半周期驅動所述可控傳導裝置以使所述可控傳導裝置由非傳導狀態變為傳導狀態，所述控制器能夠操作為響應於通過所述可控傳導裝置的所述控制輸入端的所述柵極電流的強度確定所述可控傳導裝置是否正在向所述負載傳導電流。
2.如權利要求1所述的負載控制電路，還包括檢測電路，具有可操作地耦接於所述可控傳導裝置的所述控制輸入端的輸入端、和可 操作地耦接到所述控制器的輸出端，所述檢測電路可操作為向所述控制器提供表示所述柵 極電流的強度的控制信號。
3.如權利要求2所述的負載控制電路，還包括 適於耦接於所述交流電源的熱側的線路端； 適於耦接於所述電負載的負載端；以及適於耦接於所述交流電源的中性側的中性端； 其中，柵極電流通過所述中性端傳導。
4.如權利要求2所述的負載控制電路，其中，所述控制器可操作以確定如果所述柵極 電流具有基本為O安培的強度，所述可控傳導裝置則正在向所述負載傳導負載電流。
5.如權利要求4所述的負載控制電路，其中，所述控制器可操作以確定如果所述柵極 電流具有基本大於O安培的強度，所述可控傳導裝置則未向所述負載傳導負載電流。
6.如權利要求5所述的負載控制電路，其中，所述控制器可操作以確定如果所述柵極 電流大於大約1毫安，所述可控傳導裝置則未向所述負載傳導負載電流。
7.如權利要求3所述的負載控制電路，還包括 適於耦接於第二電負載的第二負載端；以及適於電串聯在所述電源和所述第二電負載之間的第二可控傳導裝置，所述第二可控傳 導裝置具有傳導狀態和非傳導狀態，所述第二可控傳導裝置具有控制輸入端並且可操作以 響應於第二柵極電流傳導通過該控制輸入端而進入傳導狀態；其中，所述控制器可操作以在所述交流線電壓的每半周期驅動所述第二可控傳導裝置 以使所述第二可控傳導裝置由非傳導狀態變為傳導狀態，所述控制器可操作以響應於通過 所述第二可控傳導裝置的控制輸入端的所述第二柵極電流的強度確定所述第二可控傳導 裝置是否正在傳導電流到負載。
8.如權利要求7所述的負載控制電路，其中，所述控制器可操作以獨立地控制傳輸到 所述電負載的功率量。
9.如權利要求7所述的負載控制電路，還包括耦接在所述第一負載端和所述中性端之間的第一電阻器； 耦接在所述第二負載端和所述中性端之間的第二電阻器；其中，所述第一和第二電阻器具有的電阻的大小能夠防止所述第一和第二柵極電流超過所述可控傳導裝置的額定閉鎖電流。
10.如權利要求7所述的負載控制電路，還包括耦接在所述第一和第二負載端之間的電阻器，所述電阻器具有的電阻大小能夠防止所 述第一和第二柵極電流超過所述可控傳導裝置的額定閉鎖電流。
11.如權利要求3所述的負載控制電路，還包括耦接在所述負載端和所述中性端之間的電阻器，所述電阻器具有的電阻大小能夠防止 所述柵極電流超過所述可控傳導裝置的額定閉鎖電流。
12.如權利要求2所述的負載控制電路，其中，所述檢測電路包括電流檢測電路。
13.如權利要求12所述的負載控制電路，還包括與所述可控傳導裝置的控制輸入端和所述檢測電路的輸入端電串聯的觸發電路，所述 觸發電路響應於所述控制器的控制。
14.如權利要求2所述的負載控制電路，其中，當所述控制器驅動所述可控傳導裝置 時，所述控制器可操作以確定如果在交流線電壓的峰值附近時所述柵極電流未流過，所述 可控傳導裝置則正在將負載電流傳導到所述負載。
15.如權利要求14所述的負載控制電路，其中，當所述控制器驅動所述可控傳導裝置 時，所述控制器可操作以確定如果在交流線電壓的峰值附近時所述第一柵極電流流過，所 述可控傳導裝置則未將負載電流傳導到所述負載。
16.如權利要求2所述的負載控制電路，其中，所述控制器可操作以在交流線電壓的每 半周期的預定時間驅動所述可控傳導裝置，並且在所述可控傳導裝置由所述控制器驅動後 經過了預設的時間量之後對來自所述檢測電路的所述控制信號進行監控。
17.如權利要求2所述的負載控制電路，其中，所述控制器可操作以基本在所述交流線 電壓的半周期的開始時驅動所述可控傳導裝置，並且在該半周期內對應於所述交流線電壓 的峰值電壓的時間附近對來自所述檢測電路的所述控制信號進行監控。
18.如權利要求1所述的負載控制電路，其中，所述可控傳導裝置包括雙向半導體開關。
19.如權利要求18所述的負載控制電路，其中，所述雙向半導體開關包括三端雙向可 控矽元件。
20.如權利要求1所述的負載控制電路，還包括適於傳送數字消息的通信電路，其中，響應於對所述可控傳導裝置當前未傳導電流到所述負載的確定，所述控制器可 操作以通過所述通信電路傳送所述數字消息。
21.如權利要求1所述的負載控制電路，還包括用於為所述負載控制裝置的用戶提供反饋的視頻顯示器；其中，響應於對所述可控傳導裝置當前未傳導電流到所述負載的確定，所述控制器可 操作以使所述視頻顯示器提供所述反饋。
22.一種適於耦接到雙向半導體開關的控制輸入端的柵極驅動電路，所述雙向半導體 開關可操作為響應於通過所述控制輸入端傳導的柵極電流從非傳導狀態變為傳導狀態，所 述柵極驅動電路包括觸發電路，其適於與所述雙向半導體開關的所述控制輸入端電串聯地耦接以傳導所述柵極電流；檢測電路，其具有適於與所述雙向半導體開關的所述控制輸入端串聯的輸入端，並且 可操作以產生表示所述柵極電流的強度的控制信號。
23.如權利要求22所述的柵極驅動電路，其中，所述控制信號包括以第一強度和第二 強度提供的直流電壓，所述第一強度在所述柵極電流具有基本為O安培的強度時提供，所 述第二強度在所述柵極電流具有基本大於O安培的強度時提供。
24.如權利要求23所述的柵極驅動電路，其中，當所述柵極電流具有大於大約1毫安的 強度時，所述控制信號被提供為所述第二強度。
25.如權利要求22所述的柵極驅動電路，其中，所述檢測電路包括電流檢測電路。
26.如權利要求25所述的柵極驅動電路，其中，所述電流檢測電路包括光耦。
27.如權利要求22所述的柵極驅動電路，其中，所述觸發電路包括光電可控矽。
28.—種控制從電源傳輸到電負載的功率量的方法，所述方法包括以下步驟將可控傳導裝置電串聯地耦接於所述電源和所述電負載之間，所述可控傳導裝置具有 傳導狀態和非傳導狀態；將柵極電流傳導通過所述控制輸入端，以使所述可控傳導裝置進入傳導狀態； 監控所述柵極電流；以及響應於監控所述柵極電流的步驟，確定所述可控傳導裝置是否正在傳導電流到所述負載。
29.如權利要求28所述的方法，其中，所述確定步驟還包括如果所述柵極電流具有基本為O安培的強度，則確定所述可控傳導裝置正在將負載電 流傳導到所述負載。
30.如權利要求29所述的方法，還包括如果所述柵極電流具有大於基本0安培的強度，則確定所述可控傳導裝置當前未將所 述負載電流傳導到所述負載。
31.如權利要求30所述的方法，其中，確定所述可控傳導裝置未傳導的步驟還包括 如果所述柵極電流具有大於大約1毫安的強度，則確定所述可控傳導裝置當前未將所述負載電流傳導到所述負載。
32.如權利要求28所述的方法，還包括以下步驟在交流線電壓的每半周期的預設時間驅動所述可控傳導裝置； 其中，所述確定步驟包括，在驅動所述可控傳導裝置的步驟之後經過了預設時間之後， 確定所述可控傳導裝置是否正在傳導電流。
33.如權利要求28所述的方法，還包括以下步驟在交流線電壓的半周期的基本開始時驅動所述可控傳導裝置； 其中，所述確定步驟包括在該半周期內對應於交流線電壓的峰值電壓的時間附近確 定所述可控傳導裝置是否正在傳導電流。
34.一種適於耦接到電路的負載控制裝置，所述電路包括交流電源、負載和單刀雙擲三 向開關，所述交流電源產生為所述負載供電的交流線電壓，所述負載控制裝置包括第一、第二和第三電負載端子；具有傳導狀態和非傳導狀態的第一可控傳導裝置，所述第一可控傳導裝置電耦接在所述第一負載端子和所述第二負載端子之間，從而使得當所述第一可控傳導裝置在傳導狀態 並且所述負載控制裝置耦接到所述電路時，負載電流可操作以在所述第一負載端子和所述 第二負載端子之間流動，所述第一可控傳導裝置具有第一控制輸入端，並且可操作以響應 於傳導通過所述第一控制輸入端的第一柵極電流進入傳導狀態；具有傳導狀態和非傳導狀態的第二可控傳導裝置，所述第二可控傳導裝置電耦接在所 述第一負載端子和所述第三負載端子之間，從而使得當所述第二可控傳導裝置在傳導狀態 並且所述負載控制裝置耦接到所述電路時，負載電流可操作以在所述第一負載端子和所述 第三負載端子之間流動，所述第二可控傳導裝置具有第二控制輸入端，並且可操作以響應 於傳導通過所述第二控制輸入端的第二柵極電流進入傳導狀態；控制器，可操作以控制所述第一和第二可控傳導裝置從而控制所述負載在接通狀態和 斷開狀態之間轉換，所述控制器可操作以在交流線電壓的每半周期驅動所述第一可控傳導 裝置從非傳導狀態轉變為傳導狀態，所述控制器可操作以響應於通過所述第一可控傳導裝 置的所述第一控制輸入端的所述第一柵極電流的強度確定所述第一可控傳導裝置是否正 在將電流傳導到所述負載。
35.如權利要求34所述的負載控制裝置，其中，所述控制器還可操作以驅動所述第二 可控傳導裝置，從而使得所述第二可控傳導裝置可操作以從非傳導狀態變為傳導狀態，所 述控制器可操作以響應於通過所述第二可控傳導裝置的所述第二控制輸入端的所述第二 柵極電流的強度確定所述第二可控傳導裝置是否正在將電流傳導到所述負載。
36.如權利要求35所述的負載控制裝置，還包括第一檢測電路，其具有可操作地耦接到所述第一可控傳導裝置的所述控制輸入端的輸 入端、和可操作地耦接到所述控制器的輸出端，所述第一檢測電路可操作以將表示所述第 一柵極電流的強度的第一控制信號提供至所述控制器；以及第二監測電路，其具有可操作地耦接到所述第二可控傳導裝置的所述控制輸入端的輸 入端、和可操作地耦接到所述控制器的輸出端，所述第二檢測電路可操作以將表示所述第 二柵極電流的強度的第二控制信號提供至所述控制器。
37.如權利要求36所述的負載控制裝置，其中，如果所述第一和第二柵極電流中之一 具有基本為O安培的強度，所述控制器則可操作以確定所述負載處於接通狀態。
38.如權利要求37所述的負載控制裝置，其中，如果所述第一和第二柵極電流中之一 具有基本大於O安培的強度，所述控制器則可操作以確定所述負載處於斷開狀態。
39.如權利要求38所述的負載控制裝置，其中，所述控制器可操作為當所述控制器驅動所述第一可控傳導裝置時，如果所述第一柵極電流的大小基本大於 O安培，則確定所述負載處於斷開狀態；以及當所述控制器驅動所述第二可控傳導裝置時，如果所述第二柵極電流的大小基本大於 O安培，則確定所述負載處於斷開狀態。
40.如權利要求39所述的負載控制裝置，其中，所述控制器可操作以當所述控制器驅動所述第一可控傳導裝置時，如果所述第一柵極電流的大小基本大於 1毫安，則確定所述負載處於斷開狀態；以及當所述控制器驅動所述第二可控傳導裝置時，如果所述第二柵極電流的大小基本大於 1毫安，則確定所述負載處於斷開狀態。
41.如權利要求37所述的負載控制裝置，其中，所述控制器可操作以當所述控制器驅動所述第一可控傳導裝置時，如果所述第一柵極電流的大小基本為O 安培，則確定所述負載處於接通狀態；以及當所述控制器驅動所述第二可控傳導裝置時，如果所述第二柵極電流的大小基本為O 安培，則確定所述負載處於接通狀態。
42.如權利要求36所述的負載控制裝置，還包括線電壓檢測電路，其操作地耦接於所述第一端子，以檢測交流線電壓在所述第一端子 處的存在。
43.如權利要求42所述的負載控制裝置，其中，如果在所述第一端子處存在所述交流 線電壓，所述控制器則可操作以確定所述負載處於斷開狀態。
44.如權利要求43所述的負載控制裝置，其中，如果所述第一和第二柵極電流的大小 基本為O安培，所述控制器則可操作以確定所述負載處於接通狀態。
45.如權利要求42所述的負載控制裝置，還包括 中性端，其中，所述線電壓檢測電路耦接於所述第一端子和所述中性端之間。
46.如權利要求36所述的負載控制裝置，其中，所述第一和第二檢測電路包括第一和 第二電流檢測電路。
47.如權利要求46所述的負載控制裝置，還包括第一觸發電路，其與所述第一可控傳導裝置的所述第一控制輸入端及所述第一檢測電 路的輸入端電串聯地耦接；以及第二觸發電路，其與所述第二可控傳導裝置的所述第二控制輸入端及所述第二檢測電 路的輸入端電串聯地耦接；其中，所述第一和第二觸發電路響應於所述控制器。
48.如權利要求47所述的負載控制裝置，其中，所述第一和第二觸發電路包括光電可控矽。
49.如權利要求46所述的負載控制裝置，其中，所述第一和第二電流檢測電路包括光華禹。
50.如權利要求36所述的負載控制裝置，其中，所述控制器可操作以當所述控制器驅動所述第一可控傳導裝置時，如果在所述交流線電壓的峰值附近時沒 有所述第一柵極電流流過，則確定所述負載處於接通狀態；以及當所述控制器驅動所述第一可控傳導裝置時，如果在所述交流線電壓的峰值附近時沒 有所述第二柵極電流流過，則確定所述負載處於接通狀態。
51.如權利要求50所述的負載控制裝置，其中，所述控制器可操作以當所述控制器驅動所述第一可控傳導裝置時，如果在所述交流線電壓的峰值附近時具 有所述第一柵極電流，則確定所述負載處於斷開狀態；以及當所述控制器驅動所述第二可控傳導裝置時，如果在所述交流線電壓的峰值附近時具 有所述第二柵極電流，則確定所述負載處於斷開狀態。
52.如權利要求36所述的負載控制裝置，其中，所述控制器可操作以在每個半周期的 預定時間驅動所述第一可控傳導裝置，以及在所述第一可控傳導裝置被所述控制器驅動後經過了預定時間之後對來自所述第一檢測電路的所述第一控制信號進行監控。
53.如權利要求36所述的負載控制裝置，其中，所述控制器可操作以基本在半周期的 開端時驅動所述第一可控傳導裝置，以及在該半周期期間對應於所述交流線電壓的峰值電 壓的時間附近對來自所述第一檢測電路的所述第一控制信號進行監控。
54.如權利要求35所述的負載控制裝置，還包括中性端，其中，柵極電流流過所述中性端。
55.如權利要求54所述的負載控制裝置，還包括第一零交叉檢測器，耦接於所述第二端子和所述中性端之間；以及第二零交叉檢測器，耦接於所述第三端子和所述中性端之間，其中，所述第一柵極電流通過所述第一零交叉檢測器流到所述中性端，以及所述第二 柵極電流通過所述第二零交叉檢測器流到所述中性端。
56.如權利要求54所述的負載控制裝置，還包括電源，耦接於所述第一端子和所述中性端之間，所述電源可操作以為所述控制器提供功率。
57.如權利要求55所述的負載控制裝置，其中，所述第一和第二可控傳導裝置包括雙 向半導體開關。
58.如權利要求57所述的負載控制裝置，其中所述雙向半導體開關包括三端雙向可控 矽元件。
59.如權利要求35所述的負載控制裝置，還包括通信電路，適於傳輸包括反饋信息的消息，所述反饋信息表示第一和第二可控傳導裝 置的狀態以及所述第一和第二檢測裝置的輸出。
60.如權利要求35所述的負載控制裝置，還包括用於為所述負載控制裝置的用戶提供反饋的可視顯示器。
61.如權利要求35所述的負載控制裝置，其中，所述控制器可操作以互補地驅動所述 第一和第二可控傳導裝置，從而使得當所述第一可控傳導裝置傳導時，所述第二可控傳導 裝置為非傳導的，以及當所述第二可控傳導裝置傳導時，所述第一可控傳導裝置為非傳導 的。
62.一種用於控制電路中負載的方法，所述電路包括電源、負載、負載控制裝置以及單 刀雙擲三路開關，所述方法包括在調光器開關上提供第一、第二和第三電負載端子；將第一可控傳導裝置電耦接在所述第一負載端子和所述第二負載端子之間，所述第一 可控傳導裝置具有傳導狀態和非傳導狀態，所述第一可控傳導裝置被設置為當所述第一可 傳導裝置處於傳導狀態時使負載電流可操作地在所述第一負載端子和所述第二負載端子 之間流過，所述第一可控傳導裝置具有第一控制輸入端；將第一柵極電流傳導通過所述第一控制輸入端，以使得所述第一可控傳導裝置進入傳 導狀態；將第二可控傳導裝置電耦接於所述第一負載端子和所述第三負載端子之間，所述第二 可控傳導裝置具有傳導狀態和非傳導狀態，所述第二可控傳導裝置被設置為當所述第二可傳導裝置處於傳導狀態時使負載電流可操作地在所述第一負載端子和所述第三負載端子 之間流過，所述第二可控傳導裝置具有第二控制輸入端；將第二柵極電流傳導通過所述第二控制輸入端，以使得所述第二可控傳導裝置進入傳 導狀態；監控所述第一和第二柵極電流；以及響應於監控所述第一和第二柵極電流的步驟，確定各可控傳導裝置是否正在向所述負 載傳導電流。
63.如權利要求62所述的方法，其中，所述監控步驟還包括監控所述第一和第二柵極電流的大小。
64.如權利要求63所述的方法，還包括如果所述柵極電流當前的大小基本為O安培，則確定所述負載處於接通狀態。
65.如權利要求64所述的方法，還包括如果所述柵極電流當前的大小基本大於O安培，則確定所述負載處於斷開狀態。
66.如權利要求64所述的方法，還包括檢測所述第一端子上線電壓的存在；以及響應於檢測線電壓的存在的步驟，確定所述負載處於斷開狀態。
67.如權利要求66所述的方法，還包括如果所述柵極電流當前的大小基本為O安培，則確定所述負載處於接通狀態。
68.如權利要求62所述的方法，其中，傳導第一柵極電流的步驟包括在半周期中的預 定時間驅動所述第一可控傳導裝置，以及所述監控的步驟包括在驅動所述第一可控傳導裝 置之後的預定時間之後對來自所述第一監測電路的第一控制信號進行監控。
69.如權利要求62所述的方法，其中，傳導第一柵極電流的步驟包括基本在半周期的 開端時驅動所述第一可控傳導裝置，以及所述監控步驟包括在該半周期期間對應於所述交流線電壓的峰值電壓的時間附近監控來自所述第一監 測電路的第一控制信號。
70.如權利要求62所述的方法，還包括傳輸包括反饋信息的消息，所述反饋信息表示所述第一和第二可控傳導裝置的狀態、 檢測到的第一電特性、以及檢測到的第二電特性。
71.如權利要求62所述的方法，還包括通過可視顯示器為所述調光器開關的用戶提供反饋。
72.一種用於控制從產生交流線電壓的交流電源傳輸到電負載的功率量的負載控制系 統，包括單刀雙擲(SPDT)三路開關，包括第一固定接觸端、第二固定接觸端、以及適於耦接到 所述電源或所述負載的可移動的接觸端，所述單刀雙擲三路開關具有第一狀態和第二狀 態，在所述第一狀態下所述可移動的接觸端與所述第一固定接觸端接觸，在所述第二狀態 下所述可移動的接觸端與所述第二固定接觸端接觸；以及負載控制裝置，包括第一負載端子，耦接到未與所述單刀雙擲三路開關耦接的所述電源或所述負載；第二負載端子，耦接到所述單刀雙擲三路開關的所述第一固定接觸端；第三負載端子，耦接到所述單刀雙擲三路開關的所述第二固定接觸端； 第一可控傳導裝置，具有傳導狀態和非傳導狀態，所述第一可控傳導裝置具有第一控 制輸入端，並且可操作以響應於傳導通過所述第一控制輸入端的第一柵極電流而進入傳導 狀態；第二可控傳導裝置，具有傳導狀態和非傳導狀態，所述第二可控傳導裝置具有第二控 制輸入端，並且可操作以響應於傳導通過所述第二控制輸入端的第二柵極電流而進入傳導 狀態；以及控制器，可操作以控制所述第一可控傳導裝置和第二可控傳導裝置，所述控制器可操 作以響應於通過所述第一可控傳導裝置的所述第一控制輸入端的所述第一柵極電流的強 度，確定所述第一可控傳導裝置是否正在傳導電流到所述負載；其中，當所述單刀雙擲三路開關處於所述第一狀態時，所述控制器可操作以當所述第一可控傳導裝置處於傳導狀態時，控制所述第一可控傳導裝置以使得負載電流可操作流過 所述第二負載端子；以及當所述單刀雙擲三路開關處於所述第二狀態時，所述控制器可操 作以當所述第一可控傳導裝置處於傳導狀態時，控制所述第一可控傳導裝置以使得負載電 流可操作流過所述第三負載端子；以及其中，所述控制器可操作以響應於通過所述第一可控傳導裝置的所述第一控制輸入端 的所述第一柵極電流的強度確定所述第一可控傳導裝置是否正在傳導電流到負載，所述控 制器進一步可操作以響應於通過所述第二可控傳導裝置的所述第二控制輸入端的所述第 二柵極電流的強度，確定所述第二可控傳導裝置是否正在傳導電流到負載。
全文摘要
用於例如三端雙向可控矽元件的可控傳導裝置的柵極驅動電路，包括將柵極電流傳導通過可控傳導裝置的控制輸入端的觸發電路、和可操作以生成表示柵極電流的大小的控制信號的檢測電路。可控傳導裝置適於串聯在交流電源和電負載之間，以控制傳輸到電負載的功率量。可控傳導裝置可操作為響應於柵極電流傳導通過控制輸入端而從非傳導狀態變為傳導狀態。控制器可操作為通過柵極驅動電路控制可控傳導裝置，並響應於通過可控傳導裝置的控制輸入端的電流大小確定可控傳導裝置當前是否正向負載傳導電流。
文檔編號H05B39/04GK101822128SQ200880110914
公開日2010年9月1日 申請日期2008年8月8日 優先權日2007年8月9日
發明者克里斯多福·M·羅幹, 唐納德·莫斯布魯克, 賈米耶·J·斯蒂弗列, 馬修·羅伯特·布萊克利 申請人:路創電子公司