CN100397273C - 具有自动低电池功率减小电路的pwm控制器和结合该控制器的照明设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制从电源(100)施加给负载的电压的控制器包括方波产生电路(300)，用于在电路中与电池和灯进行连接。方波产生电路(300)产生可变占空度的方波，用于响应于控制输入处的电压根据方波的占空度来控制对负载的功率施加。电压改变电路被连接于电源以便于产生选择性可变的电压，其被馈送给方波产生电路的控制输入以便于选择性地调节方波的占空度。低电压检测电路(400)被连接于电源并被耦合于方波产生电路的控制输入以便于自动产生一个电压，该电压在电池电压降低到预定电平或以下时降低方波的占空度。

Description

具有自动低电池功率减小电路的PWM控制器和结合该控制器的照明设备
相关申请的交叉参考
本申请是提交于2002年10月22日的U.S.专利申请序列号10/277,087(代理人备案No.32405-182199)的连续部分，该专利申请具有与本申请相同的标题，并且在此全部引入作为参考。此外，本申请基于提交于2002年4月26日且题为“PWM Lamp Controller for Spotlightswith Automatic Low Battery Power Reduction Circuit”的U.S.临时专利申请No.60/375,450，并且要求其优先权，该申请在此全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种在电池供电设备中有用的PWM控制电路。更具体而言，本发明涉及一种具有电池保留特征的PWM控制电路。本发明进一步涉及一种结合这种PWM控制电路的电池供电的光源，其中电池可以是可再充电电池。
背景技术
调节提供功率给设备的电池的输出功率是已知的，所述设备是诸如聚光灯、台灯或其它这样的光源。例如，考虑照明设备的情况，一种已知的电路结合了脉冲宽度调制(PWM)以在电池电压降低时自动增加提供功率给灯的信号的占空度，从而维持恒定的功率供应和光强度。在电池电压降低时手动降低占空度以减小光的强度亦是已知的。这种控制电路的实例被描述在授予Mallory的U.S.专利No.4,499,525和授予Schmidt等的U.S.专利No.6,040,660中，这些专利在此引入作为参考。注意，在前者的情况下，光强度是以电池为代价而维持的。如果存在这样一种设备则将是有用的，其允许手动调节电池运转的灯的光强度，并且在电池的电压降低时自动减小灯从电池提取的功率以延长电池寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置，通过它允许用户手动调节设备的强度并且在电源所拥有的功率降低时，它自动减小从该电源提取的功率。
本发明的另一个目的是提供这样一种装置，用于改变可被手动调节的电池运转的灯的光强度，以及这样一种装置，用于在电池的电压降低时自动减小灯从电池提取的功率。
以上和其它目的是依照本发明通过提供依照基于PWM的控制器来实现的，所述控制器用于控制从电源被提供给设备的电压。该控制器包括方波产生电路，其产生用于施加电压给设备的可变占空度的方波。电压改变电路被包括，用于产生选择性可变的电压，其被馈送给方波产生电路的控制输入以便于控制可变占空度的方波的占空度。所述控制器进一步包括低电压检测电路，其监视电源并亦被耦合于方波产生电路的控制输入；低电压检测电路自动产生一个电压，该电压在电源的电压降低到预定电平以下时降低可变占空度的方波的占空度。
在本发明另外的实施例中，发明的控制器被提供为灯的一部分，用于控制从在电路中与灯连接的电池施加给该灯的电压。在子实施例中，该灯可被配备有单独的冷阴极荧光灯电路(CCFL)。
附图说明
当结合附图而考虑时，从对本发明的以下详述来看，本发明的另外目的、优点和好处将变得显而易见，在附图中：
图1是依照本发明实施例的控制电路的方块图；
图2是处于局部方块电路形式的电路示意图，其示出了依照本发明第一实施例的灯控制器情况下的控制电路；
图3是处于局部方块电路形式的电路示意图，其示出了依照本发明第二实施例的控制电路；
图4是处于局部方块电路形式的电路示意图，其示出了依照本发明第三实施例的控制电路；
图5A和5B一起包括处于局部方块电路形式的电路示意图，其示出了依照本发明第四实施例的控制电路；
图6示出对包括所添加的冷阴极荧光灯的灯的描述；
图7示出处于局部方块电路形式的电路示意图，其示出了被包括在图6所示的本发明实施例中冷阴极荧光灯电路；并且
图8描述处于局部方块电路形式的电路示意图，其示出了依照本发明第五实施例的控制电路。
具体实施方式
本发明的脉冲宽度调制(PWM)控制器逐渐并且自动地降低负载例如光发射电阻性负载的输出强度，由此增加电池寿命，而与此同时允许用户自动调节负载的强度。依照本发明，这是通过以下来实现的：将电池的DC输出转换成可控制的PWM信号并允许用户手动调节脉冲宽度以便于选择性地改变强度，并且连续感测电池的电压并当电池的电压降低时降低PWM控制器的占空度。
图1描述了这种控制器的方块图。尽管手动控制被包括在控制器中，但它未在图1中明确示出。图1示出了电源100，其将功率提供给三角波振荡器200。三角波振荡器200的输出被提供给方波发生器300。方波发生器300可被控制以调节方波输出的占空度。低电压检测电路400监视电源100的输出并提供控制输出给方波振荡器300。该控制输出依赖于电源100的所检测的输出并且被用于控制方波振荡器300的方波输出的占空度。亦控制方波振荡器300的输出的占空度的手动控制输入(未示出)亦被提供给方波发生器300；其可被直接或通过低电压检测电路400提供给方波发生器300。方波振荡器300的输出被提供给负载500。在许多应用中，方波振荡器300的方波输出将被用于控制开关电路(例如，被配置成切换到开或关的晶体管)以根据方波输出的占空度来打开和关断负载，并且由此根据方波输出的占空度来改变负载的强度。
图2示出了依照第一实施例的PWM控制器的电路图，该控制器具有采用本发明原理的自动低电池功率减小。例如，电池1通过“开/关”开关2提供功率给本发明的电路。比较器3被连接于电阻器4、5、6、7和8以及电容器9以构成三角波振荡器。比较器3具有正输入3a，其被连接于电阻器4和5之间的公用结点，所述电阻器形成电池1的正端子和地(或者对应地，电池的负端子)之间的分压器。比较器3的输出通过电阻器6反馈给正输入3a并通过电阻器8反馈给负输入3b，该电阻器亦通过电容器9而连接于地。作为该配置的结果，三角电压被产生于电容器9上。该三角电压被馈送给比较器10的非反相(正)输入。比较器10具有反相(负)输入10b，其通过电阻器13而连接于电位器11的手动可变抽头11a，该电位器被连接于电池1的正端子和晶体管12的集电极12a之间，该晶体管的发射极12b被连接于地。在工作中，固定频率、可变占空度的方波被产生于比较器10的输出处(即当正输入10a处的电压超过负输入10b处的电压时，电压由比较器10输出，否则这样的电压不被输出，由此产生方波)。该方波的占空度可使用电位器11的手动可变抽头11a来手动控制。从比较器10输出的方波然后通过电阻器馈送到场效应晶体管(FET)15的栅中。普通的NPN型晶体管可取代FET 15而被使用。偏置电阻器21可被连接于电池1的正端子和电阻器14之间以调节被施加给FET 15的基极的电压。电容器16被连接于电阻器14和FET 15与地之间。电容器16的目的是为了减小电磁和/或射频干扰(EMI/RFI)。FET 15的源被接地，并且负载(例如灯)17被直接连接于FET 15的漏。负载17的另一侧被连接到电池1的正端子。以上描述的电路导致从0％到100％完全可变的负载的“开时间”。如果负载的“开时间”是小于100％的任何持续时间，则负载从电池提取的功率被减小。具体而言，在50％占空度时，来自电池的耗用功率被有效地减小了相同的百分比，从而导致处于减小的输出(例如，在灯的情况下，减小的光束烛光输出)的较长可用运行时间。
依照本发明另外的方面，电池1的寿命可通过以下来延长：当电池的电压被减小到某个电平，例如其最大电平的80％时，自动且连续地减小比较器10的PWM输出的占空度。为此，提供了一种低电压检测电路，当电池电压被消耗到某个电平时，该电路逐渐关断晶体管12；就是说，在电池电压降低到预定电平以下时，由晶体管12提供给电位器11的电压将被逐渐增加，如以下将进一步描述的。
在图2中，低电压检测电路包括电阻器18和19，其被串联连接于电池1的正端子和地之间，而电容器20被连接于地和电阻器18和19的公用端子22之间。晶体管12的基极亦被连接于公用端子22。电阻器18和19的值被选择成当电池1的电压被消耗到某个电平，例如其额定值的80％时，晶体管12的基极电压被减小到晶体管12开始关断的点。逐渐关断晶体管12将逐渐升高电位器11的滑臂(wiper arm)处的电压，从而减小比较器10的输出处的输出占空度(即通过增加负输入10b处的比较器阈电压)，由此减小给负载的输出功率。在电池电压衰减到更低电平，例如其额定电压电平的10％时，晶体管12完全关断并将比较器10的输出减小到零(0)占空度。
图3描述了依照本发明第二实施例的电路图。类似于第一实施例，该第二实施例亦结合了自动变暗和关断，而添加了附加的功率节省特征。在图3中，元件R1-R5、A1和C1分别对应于元件4-8、3和9，并因此构成三角波振荡器。类似地，图3的元件R8、R9和A2分别对应于图2的元件13、21和10，并因此构成方波发生器，其接收三角波振荡器的输出作为输入。晶体管Q2对应于图2的晶体管15并实施相同的功能。晶体管Q2的基极由分压器的输出来馈送，该分压器由电阻器R10和R11形成，这些电阻器帮助调整正被施加的电压。注意，单独的开-关开关，即图2中的部件2，未在图3中示出，但可被插入于电源(未示出)和电路的其余部分之间。
图2和3的实施例之间的主要差异在于控制电路，其在图3中以IC1为中心。在优选实施例中，IC1包括十进制计数器，例如4017B十进制计数器。IC1中包含的电路的各种功能从以下讨论来看将变得清楚。4017B十进制计数器将在以下被用在描述电路及其操作的过程中；然而，本领域技术人员将理解，根据需要，其它集成电路可替换4017B十进制计数器，其中可对电路进行适当的修改。
如图3中所示，对放大器A1和A2的输入由晶体管Q1来控制。晶体管Q1被配置成使其集电极被耦合于电池电压(可能通过如在图2中的开关)并且其发射极被耦合于电阻器R1的一端、电阻器R4的一端、电阻器R8的一端和电阻器R9的一端。电池电压亦通过电阻器R7耦合于Q1的基极。该基极通过电阻器R6进一步耦合于IC1的插脚3。如由此所配置的，Q1起到开关的作用并且不论何时当IC1的插脚3的输出为低电平时(即不论何时当电路不是关时)是通的。当IC1被复位时，这起到减小备用功率消耗的作用；结果，当IC1被复位时，功耗处于微安的量级。当IC1的插脚3变为高电平时，或者当IC1被复位时(见以下)，晶体管Q1被使得不导通，这样，信号不从Q1的发射极被输出，并且负载L1被关断。
与在图2中一样，图3的实施例亦提供了可实现手动控制的方式。在图2中，这种方式是由电位器11来提供的。在图3中，这样的方式是通过组合IC1与晶体管Q3-Q5和电阻器R12-17，进一步组合选择器开关SW1来提供的。电阻器R12-R14分别被耦合于晶体管Q3-Q5的集电极。晶体管Q3-Q5的基极分别通过电阻器R17-R15而分别耦合于IC1的插脚2、4和7。在该配置中，在IC1的控制下，在任何给定时间处，仅一个晶体管将是导通的。结果，分压器电路由电阻器R12-R14之一组合电阻器R8来形成，这取决于晶体管Q3-Q5的哪个是导通的。由于电阻器R12-R14具有不同的值，提供比较器电路的阈电压的分压器的输出根据晶体管Q3-Q5的哪个是导通的而变化，所述比较器电路形成包括放大器A2的方波发生器。用户采用选择器开关SW1来选择晶体管Q3-Q5的哪一个是导通的。
具体而言，选择器开关SW1被耦合于电源(+Vbatt)和IC1的插脚14之间，该插脚表示4017B十进制计数器的时钟输入。插脚14通过电容器C4和电阻器R19进一步耦合于地。IC1通过将高电平信号依次设置在其十个输出插脚上来工作。作为用户依次推动选择器开关SW1的结果，在时钟脉冲被施加给插脚14时，插脚2、4和7以其顺序变为高电平。当这些插脚之一变为高电平时，它所耦合的晶体管(Q5、Q4或Q3)将导通，并且对应的电阻器(R14、R13或R12)将与电阻器R8一起形成分压器，如以上所讨论的，由此以离散的方式改变给放大器A2的阈电压(负输入)(由此以离散的方式改变输出方波的占空度)。
在图3中，晶体管Q6提供对应于图2中的晶体管12的功能性。具体而言，晶体管Q6的集电极被耦合于晶体管Q3-Q5的发射极。与图2的晶体管12一样，晶体管Q6实施改变由放大器A2提供的输出方波的占空度的功能，而不管晶体管Q3-Q5的哪个正在导通，由此提供自动功率减小。
具体而言，晶体管Q6的基极通过电阻器R20和齐纳二极管D3而耦合于电源。它亦通过电阻器R21耦合于地。晶体管Q6的发射极亦被耦合于地。除了被耦合于晶体管Q3-Q5的发射极以外，晶体管Q6的集电极亦通过电容器C2耦合于地。它通过二极管D2进一步耦合于IC1的插脚15；该连接将在以下被进一步讨论。
给定晶体管Q6的配置，当供电电压在可通过设置电阻器R20和R21的值而设置的预定电平之上时，Q6处于导通状态。在供电电压下降到预定电平以下时，Q6被使得逐渐不导通，直到在某个预定点处Q6完全关断(即变成不导通的)。与图2的晶体管12一样，这具有以下效果：增加了给放大器A2的负输入处的电压电平，导致较短的占空度，直到电压电平变得足够高，从而使占空度被减小到零。晶体管Q6由此用于提供自动减小并最终抑制负载L1的输出(例如在负载L1是灯的情况下，它被逐渐变暗并最终熄灭)的低电压检测电路。
IC1进一步包括插脚15处的复位输入。如以上提及的，插脚15通过二极管D2连接于晶体管Q6的集电极。它进一步通过二极管D1连接于IC1的插脚10并通过电阻器R18连接于地。最后，它通过电容器C3连接于供电电压。当IC1在插脚15处接收复位信号时，它转到初始状态(在以下进一步讨论)，其对应于把电路置于功率保存(“睡眠”)模式。因此，在晶体管Q6逐渐关断时，其集电极处的电压增加，直到它达到使复位信号被产生于插脚15处的电平，从而将电路送入其功率保存模式。
除了当供电电压变得过低时，还可以以两种方式在插脚15处产生复位信号。首先，电容器C3(结合电阻器R18)在加电时使其发生。第二，用户可通过使用选择器开关而导致插脚10(在插脚2、4和7之后，它是按顺序要变为高电平的接下来的插脚)处的高电平输出。当IC1被复位时，负载L1被关断。这是因为一旦被复位，则插脚3变为高电平(这亦是插脚3的初始加电状态)，并且Q1不在其发射极处输出电压，如以上所讨论的。
在图3实施例的示例实施中，其中负载L1是灯并且自动变暗被设置成当供电电压变为其标称值的80％以下时开始，所示的电阻器和电容器可具有以下值：
R1：56kΩ
R2：56kΩ
R3：56kΩ
R4：2.2kΩ
R5：56kΩ
R6：10kΩ
R7：10kΩ
R8：10kΩ
R9：2.2kΩ
R10：1kΩ
R11：220kΩ
R12：12kΩ
R13：7.5kΩ
R14：1kΩ
R15：10kΩ
R16：10kΩ
R17：10kΩ
R18：56kΩ
R19：56kΩ
R20：2.7kΩ
R21：1kΩ
C1：0.1μF
C2：10μF
C3：0.1μF
C4：100pF
注意，与图2的电路一样，FET可与BJT互换，NPN型BJT可与PNP型BJT互换，并且N沟道型FET可与P沟道型FET互换，其中可在伴随的电路中进行伴随的改变。此外，尽管图3示出提供离散电平输出的仅三个晶体管-电阻器对(即Q3和R12、Q4和R13以及Q5和R14)，任何理想数量的这种对可被提供。
图4描述了依照本发明第三实施例的电路图。类似于第一实施例，该第三实施例亦结合了自动变暗和关断，而添加了附加的功率节省特征。类似于第二实施例，第三实施例亦结合了多重离散功率水平。
在图4中，与图3一样的部件已被给予了相同的参考标记。与在图3中一样，电阻器R1-R5、电容器C1和放大器A1形成三角波振荡器。三角波输出被馈送给放大器A2的正输入，与在图3中一样，放大器A2与电阻器R9一起被配置为比较器。阈电压被提供给放大器A2的负端子以便于设置通过电阻器R10馈送给晶体管Q2的控制端子的放大器A2的方波输出的占空度。同样，当晶体管Q2被使得导通时，负载L1被打开，而当晶体管Q2被使得不导通时被关断。Q2被使得导通或不导通取决于通过电阻器R10从放大器A2提供的控制电压。Q6形成低电压监视电路的核心并且类似于在图3中而起作用。
同样，电路的控制以集成电路IC1为中心，其优选为十进制计数器，例如4017B十进制计数器。与以上一样，4017B十进制计数器将在以下被用在描述电路及其操作的过程中；然而，熟练技工将理解，根据需要，其它集成电路可替换4017B十进制计数器，其中可对电路进行适当的修改。
放大器A2的负输入处的阈电压由包括电阻器R23-R25的分压器电路形成。二极管D4和D5如图4中所示被插入以提供对分别被耦合于电阻器R24和R23的IC1的插脚2和3的输出的隔离。电阻器R23和R24具有不同的电阻值，从而导致不同的分压器输出，这取决于在特定时间处插脚2和3的哪个是激活的。阈电压通过电阻器R26耦合于放大器A2的负输入。
在图4中，选择器开关SW1被插入于电源(+Vbatt)和到放大器A1和A2并且到IC1的使能输入(插脚13)和电阻器R27的输入之间，该电阻器被连接于晶体管Q6的集电极。在示例的实施例中，如果选择器开关SW1被实施为按钮，则功率不通过到A1和A2的输入而提供，除了当按钮被按压并保持时(即在该示例实施例中，为了向负载L1提供功率，钮必须被压住)。就是说，当所述钮不被保持按压时，晶体管Q2保持其“断”(不导通)状态。
IC1被示出为以下降沿触发模式被配置。就是说，插脚14处的CLOCK输入被直接连接于电源(按现状是插脚16，功率输入)，从而使它被维持在高电平。插脚13处的ENABLE输入是这样的，当到插脚13的输入是低电平时IC1被使能，并且当它是高电平时被禁止(就是说，如果插脚13仅仅被用作ENABLE输入，则不论何时当到插脚13的输入被保持低电平时，IC1被使能，在4017B的情况下，这可仅仅通过不提供输入给插脚13来实现，如图3中所示)。因此，当给插脚13的输入信号从高电平过渡到低电平时，当到插脚14的输入被保持为高电平时，插脚13起到时钟输入的作用，当输入信号转到低电平时触发。如所示，到插脚13的输入被配置成以电容器C5和电阻器R22并联耦合于地。
在可替换的实施例中，IC1可以以其上升沿触发模式被采用，如图3中所示，其中插脚14被用作时钟输入；电路中伴随的变化对本领域的技术人员将是显而易见的。
如结合图3所讨论的，插脚3、4和7是IC1的输出。作为十进制计数器，IC1具有十个输出，在施加时钟脉冲时它们依次变为高电平。插脚3表示加电或另一个复位状况时的初始高电平输出，如将在以下讨论的。插脚4表示在高电平插脚3输出之后一个时钟脉冲的输出，而插脚7表示在高电平插脚4输出之后两个时钟脉冲的输出。
IC1的插脚15是RESET输入，当它接收高电平信号时，它将IC1置于其初始状态(即插脚3为高电平)。在图4中，插脚15通过电容器C3耦合于电源，通过电阻器R18耦合于地，并通过二极管D2耦合于插脚7。当最初被连接于电源时，插脚15接收通过电阻器R18和电容器C3提供的短暂电压脉冲，其复位IC1。类似地，当插脚7变为高电平时，亦引出复位状况。
当插脚3变为高电平时，插脚3的输出被馈送经过由电阻器R23和R25(二极管D4被插入于其中)形成的分压器，而经分割的电压被提供给放大器A2的负输入作为阈电压。然而，除非选择器开关SW1被压住，没有功率被提供给放大器A2，因此晶体管Q2不被控制成导通，并且负载L1保持为断。然后当选择器开关被推动并且被压住时，IC1不变到其接下来的输出状态(即插脚2)，而是功率被提供给放大器A1和A2，并且功率在晶体管Q2的控制下被提供给负载L1，该晶体管受放大器A2的方波输出的控制，只要选择器开关被压住。
然后当选择器开关SW1被释放时，IC1增量，并且插脚2变成高电平输出。给放大器A2的阈电压然后被提供为由电阻器R24和R25(二极管D5被插入于其中)形成的分压器的输出；如以上所讨论的，由于电阻器R23和R24具有不同的电阻值，当插脚2为高电平时分压器所产生的电压与当插脚3为高电平时分压器所产生的电压不同。然而，没有功率被提供给放大器，因此负载L1保持为断。然后当选择器开关SW1被按压并且保持时，功率再次被提供给放大器并最终提供给负载L1。
由于当插脚3为高电平时分压器所产生的电压与当插脚2为高电平时分压器所产生的电压不同，被提供给放大器A2的阈电压是不同的，这取决于插脚2或插脚3是高电平。因此，当插脚2为高电平时放大器A2的方波输出的占空度与当插脚3为高电平时放大器A2的方波输出的占空度不同。因此，在这两种情况下，负载L1的输出将是不同的。如果L1是灯，则这对应于不同的亮度水平。
当选择器开关被释放时，在插脚2高电平状况之后，IC1增量至其接下来的输出状态(未示出)。该接下来的输出状态不被连接到电路的任何部分。结果，任何当选择器开关SW1被推动并压住时，被提供给放大器A2的阈电压将是零，并且放大器A2的方波输出的占空度将是100％。在此情况下，负载L1以其最高强度水平被保持为开，只要选择器开关SW1被压住。
当选择器开关SW1再次被释放时，IC1增量至其接下来的输出状态，其使插脚7变为高电平，由此将复位脉冲发送给插脚15并且使IC1复位回到其初始状态(插脚3为高电平)。插脚7变为高电平和IC1复位之间的时间处于纳秒的量级。
注意，图4中所示的实施考虑了三个强度水平；然而，IC1的附加输出可与被连接于电阻器R25的二极管和各种值的电阻器(由此增加分压器的分支数)一起被使用以提供附加的阈电压电平(以及对应的占空度和强度水平)。例如，如果将插脚4(插脚2之后接下来的高电平输出)连接于被连接于电阻器25的二极管和电阻器并且通过二极管D2将插脚15连接于插脚10而不是插脚7，则第四强度水平是可用的。此外，与IC1相同类型的两个或多个集成电路可被级联(并且其输出被类似地连接于分压器)以提供更多的阈电压电平。
如以上提及的，Q6再次与电阻器R20、R27和R28，电容器C2以及齐纳二极管D3一起形成低电压检测电路的核心。与在图3的实施例中一样，当选择器开关SW1被压住时，电源电压电平通过由这些部件形成的电路来检测。只要电源电压电平处于晶体管Q6的发射极-基极电压降以及二极管D3上的电压降的值以上，晶体管Q6将保持处于其“开”(导通)状态，而其集电极处的电压将接近于零。同样，通过二极管D6而连接于放大器A2负输入的集电极电压将不影响正被提供给放大器A2的阈电压。然而在电源电压降低时，晶体管Q6开始关断，并因此其集电极电压将上升。与在图3的实施例中一样，这将逐渐增加阈电压，并因此减小放大器A2的方波输出的占空度。最后，在电源电压继续降低时，晶体管将完全关断，并且其集电极电压然后将维持放大器A2处的阈电压，从而使输出方波的占空度将为零。在此情况下负载L1将被关断。
应指出，电容器C4被提供于电源和地之间。电容器C4用作噪声过滤器并且给电路添加稳定性。
在图4实施例的示例实施中，其中负载L1是灯，所示的电阻器和电容器可具有以下值：
R1：56kΩ
R2：56kΩ
R3：56kΩ
R4：2.2kΩ
R5：56kΩ
R9：1kΩ
R10：1kΩ
R18：56kΩ
R20：2.2kΩ
R22：56kΩ
R23：10kΩ
R24：15kΩ
R25：15kΩ
R26：10kΩ
R27：2.2kΩ
R28：2.2kΩ
C1：0.1μF
C2：1μF
C3：0.1μF
C4：100μF
C5：100pF
图5A和5B描述了本发明的第四实施例。图5A中所示的电路类似于并且在操作上类似于图4中所示的电路；因此，对图5A的详述将被省略。具体而言，图5A仅在以下方面不同于图4：(1)添加了电阻器R11、R29和R38；(2)添加了电容器C6；并且(3)改变了二极管D6的位置。图5A亦明确描述了作为提供Vbatt的电源的电池B1并包括经标记的节点，这些标记结合图5B而被使用。
如以上所讨论的，第三和第四实施例之间的变化的存在部分地是为了容纳充电电路。如所示，该充电电路被示出于图5B中并被连接于图5A中的节点A和B。电压源被提供于再充电连接器RC处。这种电压源的实例包括AC适配器和汽车点烟器插头。电阻器R30和R31可被用于限制电压和电流(在示例的实施例中，结果可用电流是近似300mA)，可替换的是，其可以以具有所需特性的单个电阻器的形式被实施(例如在示例的实施例中，R30和R31是56Ω、3W的电阻器，其组合给出28Ω、6W的总和)。结果电流被馈送给晶体管Q7的发射极，并且输出通过二极管D9从Q7的集电极带到电池B1(在图5A中)以对电池B1充电。当没有充电源被连接时，二极管D9用于防止电流流回到充电器中。电阻器R32将R30和R31的组合的一个端子与晶体管Q7的基极连接。晶体管Q7通过电阻器R33和晶体管Q8而“开启”。当晶体管Q8“开启”时，晶体管Q7允许电荷在其发射极和集电极之间流动。晶体管Q8通过电阻器R34而偏置为“开启”，并且当晶体管Q9被打“开启”时，被偏置为“关断”。晶体管Q9通过可变电阻器VR1和齐纳二极管D8的组合而打“开启”和“关断”。当通过电池B1到达所需电池电压时，齐纳二极管D8变成被偏置，并且足够的电压变得存在于可变电阻器VR1处以将晶体管D9偏置为“开启”。反过来，晶体管Q8被偏置为“关断”，并且充电器的输出电流减小到保持电池B1处的所需电压所需要的水平。电阻器R35和电容器C7用来提供稳定性和防止振荡。电阻器R37和二极管D7的组合用来防止充电过程中负载L1(见图5A)的操作。
在图5A和5B的实施例的示例实施中，其中负载L1是灯，所示的电阻器和电容器可具有以下值：
R1：56kΩ
R2：56kΩ
R3：56kΩ
R4：2.2kΩ
R5：56kΩ
R9：1kΩ
R10：1kΩ
R10：220kΩ
R18：56kΩ
R20：2.2kΩ
R22：56kΩ
R23：56kΩ
R24：100kΩ
R25：100kΩ
R26：10kΩ
R27：2.2kΩ
R28：2.2kΩ
R29：22Ω
R30：56Ω
R31：56Ω
R32：470Ω
R33：1kΩ
R34：10kΩ
R35：470kΩ
R36：10kΩ
R37：4.7kΩ
R38：4.7kΩ
C 1：0.1μF
C2：10μF
C3：0.1μF
C4：100μF
C5：0.1μF
C6：2200pF
C7：0.1μF
图8描述了实施本发明第五实施例的电路图。该电路图以集成电路IC8为中心，其优选为计时器电路，例如图8中所示的555计时器电路。在该实施例中，IC8替换了先前实施例中的波形发生放大器电路，并且用作受控方波发生器，其输出控制经过负载L8(其在一个实施例中可以是灯)的电流流动。
具体而言，图8中的计时器电路IC8被安排成自激振荡器，并且其输出通过电阻器R88从插脚3带到晶体管Q83，该晶体管控制经过负载L8的电流流动。晶体管83在图8中被示出为双极晶体管，但可替换的是，它可被实施为场效应晶体管。计时器电路IC8的示出是一个方波，其占空度部分地由插脚5处的电压来确定，即输入到计时器电路IC8的控制电压。该电压可通过使用可变电阻器VR8(其将被耦合于调节器、滑动触头等以便于用户控制)来手动调节。
晶体管Q81和Q82与其周围的电阻器和电容器一起被安排以形成低电池检测电路。当电池B8的电压衰减到齐纳二极管ZD8的阈以下时，晶体管Q81开始关断，由此减小给由电阻器R82、可变电阻器VR8和电阻器R817形成的分压器网络的电压。这又减小了计时器电路IC8的插脚5处的控制电压输入，从而导致插脚3处的输出方波的减小的占空度。随着电池电压的衰减，插脚5处的电压将接近于零，因此输出方波的占空度将接近于零。这有效地关断了电路，由此节省了电池的总衰减。晶体管Q82用于较突然地“拉断(snap off)”晶体管Q81，由此使关断具有较小的线性度。
图8的左手侧由电压调整电池充电电路组成。该电池充电电路包括晶体管Q84、Q85和Q86以及周围的部件。输入(充电)电压从DC插头P8获得。该电池充电电路的输出电压是包括电阻器R814和R815的分压器所产生的电压的函数，该电压被用于打开和关断晶体管Q85。恒定的点滴式电荷是通过电阻器R813和二极管D81来获得的。
以上描述的低电压检测电路实现了本发明的两个目的。首先，在电池放电时，负载功率被自动减小到较低的水平，由此增加“运行时间”。第二，防止电池完全放电，在可再充电电池的情况下，这可防止电池被完全再充电到其额定值。
如以上所讨论的，可通过使用诸如负载L1的适当照明元件使用任何上述控制电路实施例来实施灯。图6描述了这种灯的另外实施例，其包括附加的冷阴极荧光灯(CCFL)。如图6中所示，除了灯L1以外，还有CCFLL2。CCFL L2是使用开关SW2来打开和关断的，在优选实施例中，该开关是按钮型开关，但可包括任何其它适当的开关。
图7描述了支持图6中所示实施例的电路的实施例。如所示，电池B1被连接于(L1)灯电路(即上述实施例之一)，但通过开关SW2进一步连接以提供DC功率。当开关SW2被按压(或相反激励)以打开CCFL时，DC功率被提供给反相器In1，其将所述功率转换成相对高频、高电压、低电流的AC信号。灯L2是CCFL。CCFL典型地被填充有气体，该气体在180V和800V之间的电压处激活以发光。反相器In1起作用以提供处于低电流电平的这种电压(在一个实施中，该电流被测量为325mA)。
尽管作为优选实施例，图7示出了被插入于电池B1和反相器In1之间的开关SW2，可替换的是，开关SW2可被插入于反相器In1和CCFL L2之间。
在本说明书中说明和讨论的实施例仅旨在向本领域的技术人员讲述进行和使用本发明的发明人已知的最佳方式。本说明书中的任何内容不应被认为限制了本发明的范围。如本领域的技术人员根据以上所讲而理解的，可在本发明的范围内修改或改变本发明的上述实施例。因此应理解，本发明可在权利要求及其等效形式的范围内被实践而不是如具体描述的那样。

Claims (36)

1.一种用于负载的控制电路，包括：
方波发生器，其产生方波输出，该方波输出的占空度可由方波发生器的控制输入来控制，该方波输出被耦合于负载；
低电压检测电路，用于监视电源的电压电平并提供控制信号给方波发生器的控制输入，以由此当电源的电压电平降低到预定电平以下时降低所述方波输出的占空度。
2.一种基于脉冲宽度调制(PWM)的灯控制电路，包括：
方波发生器，其产生方波输出，该方波输出的占空度可由方波发生器的控制输入来控制，该方波输出被耦合于灯；
低电压检测电路，用于监视电源的电压电平并提供控制信号给方波发生器的控制输入，以由此当电源的电压电平降低到预定电平以下时降低所述方波输出的占空度。
3.权利要求1或2的控制电路，其中方波发生器包括比较器电路，其具有由控制输入设置的阈电平。
4.权利要求3的控制电路，进一步包括：
三角波振荡器，其产生三角波信号，其中三角波信号作为输入被提供给方波发生器以便于通过比较器电路而比较于所述阈电平。
5.权利要求1或2的控制电路，进一步包括：
手动控制装置，用于改变输入到方波发生器的控制输入的控制信号。
6.权利要求5的控制电路，其中手动控制装置包括电位器。
7.权利要求5的控制电路，其中手动控制装置包括：
多个晶体管；
多个电阻器装置，其在数量上对应于所述多个晶体管，每个都具有不同的值，并且每个都被耦合于所述多个晶体管的不同的一个；以及
选择器开关，其被耦合成从所述多个晶体管中选择一个导通或不选择任何一个导通。
8.权利要求7的控制电路，进一步包括：
集成电路，其被耦合于选择器开关，其中所述多个晶体管之一或没有一个晶体管通过响应于使用选择器开关而产生的集成电路的输出被使能导通。
9.权利要求8的控制电路，其中集成电路包括十进制计数器。
10.权利要求8的控制电路，其中集成电路包括复位输入，其被耦合成基于加电、低电源电压和使用选择器开关的任何一个来复位集成电路以关断负载，其中对集成电路的复位导致给负载的功率被切断并且控制电路进入功率保存模式。
11.权利要求5的控制电路，其中手动控制装置包括：
选择器开关；以及
集成电路，其被耦合于选择器开关以在多个离散的电平中改变输入到方波振荡器的控制输入的控制信号。
12.权利要求11的控制电路，其中手动控制装置进一步包括：
至少两个电平电阻器，每个都具有第一端子，其被耦合于集成电路的对应的不同输出，每个电平电阻器都具有与其它电平电阻器的每个不同的电阻；以及
公用电阻器，其具有被耦合于每个电平电阻器的第二端子的一个端子，另一个端子被耦合于地；
其中电平电阻器被耦合于公用电阻器的点亦被耦合于方波发生器的控制输入，并且其中，通过选择所述集成电路的输出中被耦合到电平电阻器之一或不被耦合到电平电阻器的一个输出，所述集成电路对输入到方波发生器的控制输入的控制信号的电平进行控制。
13.权利要求12的控制电路，进一步包括：
多个二极管，其在数量上等于所述至少两个电平电阻器，其中每个电平电阻器通过所述二极管中相应的一个耦合到公用电阻器。
14.权利要求11的控制电路，其中集成电路包括复位输入，其被耦合成基于加电、低电源电压和使用选择器开关的任何一个来复位电路以关断负载，其中复位模式导致给负载的功率被切断并且集成电路进入初始状态。
15.权利要求1或2的控制电路，其中低电压检测电路包括控制晶体管，其中在电源的电压电平降低到预定电平以下时，控制晶体管被逐渐关断。
16.权利要求1或2的控制电路，进一步包括开关装置，方波输出被提供给它以由此控制对负载的功率施加。
17.权利要求16的控制电路，其中开关装置包括晶体管。
18.权利要求1或2的控制电路，进一步包括晶体管，其被耦合于方波发生器并被安排成允许和关断对方波发生器的输入。
19.权利要求18的控制电路，进一步包括：
集成电路，其具有一个输出，该输出被耦合于晶体管以控制晶体管允许和关断对方波发生器的输入。
20.权利要求19的控制电路，进一步包括：
选择器开关，其被耦合于所述集成电路；
其中集成电路包括复位输入；并且
其中复位输入被连接成当低功率状况、加电状况或手动关断状况的至少一个发生时，使集成电路复位。
21.权利要求20的控制电路，其中当集成电路复位时，被耦合于晶体管的集成电路输出使得晶体管关断到方波发生器的输入。
22.权利要求1或2的控制电路，其中电源包括电池。
23.权利要求1或2的控制电路，其中电源包括可再充电电池。
24.权利要求1或2的控制电路，其中方波发生器包括计时器电路。
25.权利要求1或2的控制电路，其中所述占空度的降低包括：
在低于所选电平的所述电源的电压电平范围的大部分上占空度的逐渐降低。
26.权利要求1或2的控制电路，其中所述预定电平小于100％。
27.权利要求26的控制电路，其中所述预定电平小于或等于80％。
28.一种DC供电的灯，其包括根据权利要求2的控制电路，并进一步包括：
冷阴极荧光灯，其被独立于权利要求2的控制电路而控制。
29.一种控制负载的方法，包括以下步骤：
产生可控制可变占空度的方波，用于根据方波的占空度来控制对负载的功率施加；以及
检测电源的电压何时降低到预定电平，并且基于这样的检测，自动产生一个降低用于对负载的功率施加进行控制的方波的占空度的电压。
30.权利要求29的方法，进一步包括以下步骤：
手动控制方波的占空度以控制负载的强度。
31.权利要求29的方法，其中产生可控制可变占空度的方波的步骤包括以下步骤：
提供固定频率三角波；以及
将该三角波比较于阈电压，由此产生方波。
32.权利要求31的方法，其中在检测步骤中产生的降低方波占空度的电压确定阈电压。
33.权利要求32的方法，进一步包括以下步骤：
手动调节在检测步骤中产生的降低方波占空度的电压以手动调节阈电压。
34.权利要求29的方法，其中所述预定电平小于100％。
35.权利要求34的方法，其中所述预定电平小于或等于80％。
36.权利要求29的方法，其中所述的自动产生一个降低用于对负载的功率施加进行控制的方波的占空度的电压包括：
自动产生一个电压，在低于所选电平的所述电源的电压范围的大部分上，该电压产生用于对负载的功率施加进行控制的方波的占空度的逐渐降低。
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