CN101171890A - 使用双向可控硅调光器进行调光的方法和电路 - Google Patents

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Abstract

为了对一个节能灯，特别是一个气体放电灯进行调节，使用一个标准双向可控硅(TRIAC)调光器电路，当该TRIAC处于非导通状态时产生一个大的附加电流，并且当该TRIAC处于导通状态时，产生一个小的附加电流。一个电流控制电路可连接在该电源电压和该灯的镇流电路之间用于产生所述附加电流。该电流控制电路包括两个开关和用于提供大阻抗或小阻抗的多个电阻器。在一个实施例中，产生电流的电流量用该电流控制电路中的附加电路来控制而不是由阻抗来控制。

Description

使用双向可控硅调光器进行调光的方法和电路
本申请涉及一种由电子镇流器操作的气体放电灯，特别涉及一种使用双向可控硅(TRIAC)调光器电路、电流控制电路和包括所述电流控制电路的灯镇流器电路对气体放电灯进行调光的方法。
通常的标准调光器电路使用TRIAC形成交流供电电压(supply voltage)，比如民用电压(mains voltage)。当交流供电电压(如民用电压)处于零交叉点时，并且因此电流处于零交叉点时，该TRIAC处于不导通的状态。当供电电压增加时，与该调光器电路关联的负载产生电流。在由该TRIAC调光器电路的定时电路确定的一段时间之后，该TRIAC变为导通并且该灯被提供电压和相应的电流。电流保持该TRIAC处于导通状态直到该供电电流再一次接近零位。所述由该TRIAC调光器电路确定的时间段可通过该TRIAC调光器电路的附加电路由用户进行调整。
一个由电子镇流器操作的放电灯，通常应用为一个节能灯，由于在电子镇流器中存在缓冲电容器，因此只在交流电压的峰值处从电源取得电流。但是，普通的TRIAC调光器电路只适用于电阻负荷。为了使得该TRIAC调光器电路正常运行，在交流电压的整个周期中，该负荷应从该电压源取得电流。因此，TRIAC调光器电路通常用于调光白炽灯。因此，使用TRIAC调光器电路来调节电子节能气体放电灯通常不能正常地运行。
US6452343提出提供一种具有阻抗特性的电路，如在气体放电灯的镇流器电路的输入端间的电阻器。从而，TRIAC调光器电路提供有阻抗负载并能正常运行。但是，另一方面，由于在任何时候总有电流流过该阻抗电路，也产生了大量的电力损耗。此外，当TRIAC导通时，只需要产生一个小电流来保持TRIAC处于其导通状态，然而当电压接近其峰值时，一个大电流通过该阻抗电路。
本发明的目的在于提供一种用于操作电子气体放电灯的方法和电路，以便该灯可使用一个低电力损耗的TRIAC调光器电路来进行调光。
此目的由权利要求1的方法和权利要求3的电流控制电路来实现。
当该电子气体放电灯和其电子镇流器不产生电流时，该方法和电路有利地产生相对的大电流，用以给定时电路充电并将该TRIAC变为导通状态，以及当只需要一个小电流来保持该调光器电路的TRIAC处于导通状态时，产生一个较小的电流。
当该交流供电电源电压和电流在一个周期的开始由零开始增加时，该TRIAC处于非导通状态。为了将TRIAC变为导通状态，该负载将产生电流来给该TRIAC的定时电路充电。由于该电子气体放电灯不能在该交流电压和电流的该周期的这个阶段产生电流，因此该电流控制电路被设计为产生电流，例如，在该气体放电灯和其镇流器电路不产生电流时，通过提供电阻负载产生电流。
当该TRIAC变为导通时，只需要一个小电流来保持该TRIAC处于其导通状态。因此，例如该负载阻抗可以被增加。本发明中的电流控制电路设计为在一个平行电路的两个分支之间进行切换，每个分支具有一个预定的阻抗。该开关由供电电压的电压电平来控制。当该电压电平低于预定电压电平时，切换导通具有低阻抗的分支。当电压电平高于该预定电压电平时，切换导通具有高阻抗的分支。如果该电源电压是230V/50Hz的供电电压，则一个适当的预定电压电平可大致为50V。
如果该气体放电灯和其中的该电子镇流器能产生充足的电流来保持该TRIAC处于其导通状态，那么不需要附加电路来产生任何电流。因此，在一个实施例中，该电流控制电路被设计为控制由该灯和该阻抗电路产生的总电流，例如，当该气体放电灯和电子镇流器的组合产生足够的电流时，通过阻止电流通过该阻抗电路来控制总电流。
在一实施例中，所述开关为电子开关，如晶体管。在那个实施例中，该晶体管的控制端可操作地连接于该供电电压。因此，供电电压的水平决定了开关的状态。
在另一实施例中，提供一第三晶体管。该第三晶体管串联连接到上述平行电路。提供一个包含电容器和稳压二极管的平行电路，该平行电路连接到该第三晶体管的控制端和电压源。在这个实施例中，当供电电压低于预定电压时提供一第一预定电流水平，当供电电压高于预定电压时提供一第二预定电流水平。
本发明的这些及其他方面通过以下描述的实施例将被阐明并且显而易见。
该附图表示非限制性的示例性实施例，其中：
图1示出了一常用的TRIAC调光器电路；
图2示出了一个用于操作包括根据本发明的电流控制电路的灯的镇流器电路实施例；
图3示出了根据本发明的该电流控制电路的另一实施例的图；和
图4示意性地示出了一个包括电流控制电路的TRIAC调光器电路和一个常用的节能灯的组合。
在该附图中，同样的参考标记表示类似元件或具有类似功能的元件。
附图1示出了适于用本发明的方法和电路操作的常用TRIAC调光器电路。该TRIAC调光器电路1包括具有可调阻抗的电阻器2、电容器3、DIAC 4和TRIAC5。负载6(如一个灯)可连接于接线端7和8之间。该负载6和该TRIAC调光器电路1串联连接到AC电源9。应注意，如在本领域公知的，该电阻器2可包括具有静态电阻的电阻器和具有用户可调电阻的电阻器。
如所示出的，该电容器3和该电阻器2串联连接在该TRIAC调光器电路1的接线端之间。该TRIAC 5并联连接到该电阻器2和该电容器3的串联连接点。该DIAC 4连接在该TRIAC 5的一控制门(control gate)与电容器3和电阻器2之间的节点之间。该电阻器2和该电容器3组成该TRIAC调光电路1的定时电路。
在操作中，当该电源6的电压为零时，该DIAC 4和该TRIAC 5处于非导通状态。随着该AC电源6提供的电压的增加，该电容器3上的电压增大。当电容器3上的电压达到该DIAC 4的转折电压(breakover voltage)时，该电容器3由该DIAC 4部分地被放电进入该TRIAC闸门(gate)。提供给所述TRIAC闸门电流的结果为，该TRIAC 5变为导通。只要有电流通过该TRIAC 5，该TRIAC 5就保持导通。当该电源6供应的电压再次达到零时，该TRIAC 5再次变为非导通。
通过以上对于操作的描述，本领域技术人员容易了解该负载需要从该TRIAC调节器电路1，也就是，通过该电阻器2和该电容器3的串联连接，取得电流，以便当该TRIAC 5不导通时给电容器3充电，以使该TRIAC 5进入导通状态。
附图2示出了一电子镇流器电路，其包括整流器电路10(如二极管桥式整流器电路)、电流控制电路20和倒相电路(inverter circuit)30。该整流器电路10的两个输入端11、12可连接到一个低频交流电源电压，如230V/50Hz的供电电压。该整流器电路10接收电源电压并输出一个经整流的电源电压。
该电流控制电路20包括第一电阻器R1、第二电阻器R2、第一晶体管T1和第二晶体管T2。更进一步，分别提供第三和第四电阻器R3、R4用于形成一个分压器。该第三和第四电阻器R3、R4之间的节点连接到该第一晶体管T1的控制端(基极)。该第一晶体管T1的集电极连接到该第一电阻器R1，R1还连接到电源电压的正极端。该第一晶体管T1的发射极连接到该第二电阻器R2，该R2还连接到电源电压的负极端。第二电子晶体管T2的发射极连接于晶体管T1的集电极，并且它的基极连接到该第一晶体管T1的发射极。稳压二极管D2连接在该电阻器R2、电子晶体管T2的集电极和该电源电压的负极端之间。
缓冲电容器Cb将该整流器电路10输出的整流电压变得平缓。倒相电路30被提供该经整流和变平的电源电压，并操作于该整流电源电压，以便该倒相电路30的输出电流适于操作一个气体放电灯L，如，节能小型荧光灯。
当该缓冲电容器Cb、倒相电路30和气体放电灯L不从电源中取得电流时，为了能使用一个普通的商用的TRIAC调光器电路来进行该气体放电灯L的调光，提供根据本发明的电流控制电路20来从电源中取得电流。
在该电压源和该输入接线端11、12之间，提供一个用于调节该气体放电灯L的调光器电路。为了能使用一个普通的商用的TRIAC调光器电路，当该负载上的电源电压低时，需要产生一个为该定时电路充电的电流。因为该缓冲电容器Cb的存在，当该交流电源电压高时，该倒相电路30仅仅从该电源取得电流，因此在交流电压的周期开始时，不会产生电流或者只产生少量的电流。因此，将没有足够的电流产生来为该TRIAC调光器电路的定时电路充电从而使得该TRIAC进入导通状态。
当在该电阻器R3和R4之间的节点上的电压为高时，即，高于一个由该稳压二极管D2的稳压电压决定的预定水平，该第一晶体管T1将导通并且将产生一个由该晶体管T1的集电极流至发射极的电流并因此流经该第一和该第二电阻器R1、R2。
当在该电阻器R3和R4之间的节点上的电压为低时，即低于预定水平，该第一晶体管T1不导通。当该第一晶体管T1不导通时，该第二晶体管T2导通。由于该第二晶体管T2的集电极(通过该二极管D2)连接于该电源电压的该负极端，因此一个电流将流过该第二晶体管T2并且由此仅仅流过电阻器R1。在这种情况下，因为该总阻抗低，将流过一个大的电流。
为了该电路的正常操作，在缓冲电容器Cb和电流控制电路20之间连接二极管D3。当提供的电压，即整流器电路10的输出电压，比该缓冲电容器Cb上的电压低时，该二极管D3阻止由该缓冲电容器Cb产生电流。进一步地，为了正常操作，该稳压二极管D2可连接在电压源的负极端和电阻R2/T2的集电极之间，以在电子晶体管T1的发射极上提供一个参考电压，从而在该电阻器R3和R4之间的节点的电压变化导致该晶体管T1的状态的切换。
因此，为该电阻器R1、R2、R3和R4的阻抗和该稳压二极管D2选择合适的值，来确保在整流器电路10和电源之间连接的TRIAC调光器电路能正常工作。
为了保证产生一个预定量的电流，该电流控制电路20可被提供附加电路。附图3描述了这样一个实施例。附图3示出了电流控制电路20，仅具有用来接收整流电源电压的输入端子21和22以及用来提供所述的电源电压给如图2所示倒相电路30的输出端子23和24。
附图3示出了如图2中示出的电路，其包括第一和第二晶体管T1、T2和该第一、第二、第三和第四电阻器R1-R4。在该电源电压的正极端和电阻器R1之间连接一个第三晶体管T3(MOSFET)。将该晶体管T3的一个控制端连接至一个第五电阻器R5和电压源V1。更进一步，第一稳压二极管D1和第一电容器C1的并联电路连接至该第三晶体管T3的控制端。第二稳压二极管D2和第二电容器C2的第二并联电路连接在该电源电压的负极端和该第二电阻器R2、该第二电子晶体管T2之间，该第一并联电路包括第一稳压二极管D1和第一电容器C1。
在图3所示的实施例中，第一电容器C1由该电压电源V1通过该第五电阻器R5进行充电，直到该稳压二极管D1限制该电压。因此，在晶体管T3的控制端和电阻器R2的负极端和电子晶体管T2的发射极之间产生一个预定电压。该预定电压等于该稳压二极管D1的稳压电压，例如可为12V。
包括第一和该第二晶体管T1和T2的电路，与图2实施例中的功能类似。该第一和该第二晶体管T1和T2的导通状态由该电阻器R3和R4之间的节点的电压和该稳压二极管D2的稳压电压来决定。因此，当该电阻器R3和R4之间的节点的电压为低时，该第二晶体管T2导通并且产生的电流基本上等于，二极管D1的稳压电压除以在电阻器R1的阻抗(I＝VD1/R1)。当在该电阻器R3和R4之间的节点的电压高时，第一晶体管T1导通，并且产生的电流基本上等于，二极管D1的稳压电压除以电阻器R1的阻抗和电阻器R2的阻抗之和(I＝VD1/(R1+R2))。
在一个使用230V/50Hz的供电电压的实施例中，二极管D1的稳压电压可为12V，电阻器R1的阻抗可为180ohm，第二电阻器R2的阻抗可为2200ohm。在这个实施例中，当电源电压超过预定电压电平时，将产生一个大约为5mA(12V/2380ohm)的电流，并且当该电源电压低于预定电压电平时，将产生一个大约为66mA(12V/180ohm)的电流。需要说明的是，一个电流也流过包括该电阻器R3和R4的分压器。但是，通过选择电阻器R3和R4的阻抗为较高，这个电流可以选择为相比于通过电阻器R1和R2的电流较小，可忽略。
提供二极管D3来防止由缓冲电容器Cb产生电流而不是由电压源产生电流，具体地，TRIAC调光器电路与所述电源串联的，连接到端子21和22。
在一个实施例中，该电电源V1可被省略并被一个从连接到该电流控制电路的该倒相电路接收的电压来取代。例如，使用缓冲电容器Cb向该倒相电路提供一个扁平半正弦波整流电压。连接电阻器R5至如此一个扁平DC电压，可提供一个合适的电压。
图4示例性的示出了一个TRIAC调光器电路组件A，其连接至一个电子气体放电灯B。该电子气体放电灯B包括一电子镇流器电路，其具有整流器电路10、缓冲电容器Cb和连接至气体放电灯L的倒相电路30。该TRIAC调光器电路组件A包括用于调节具有阻抗特性的灯的标准常用TRIAC调光器电路C、整流器电路10、电流控制电路20和二极管D3。
如图4所示的该电子气体放电灯B是一个常用的节能灯，其可以直接连接到民用电压(mains voltage)而不是可使用一个标准TRIAC调光电路进行调节的。该TRIAC调光电路组件A包括这样一个标准TRIAC调光电路C，并更进一步包括一个根据本发明的电流控制电路20，例如如图2或图3所示的。为了该电流控制电路20的正常操作，还要在该TRIAC调光器电路组件A中提供一个整流器电路10和二极管D3。从而，可提供一个简单的TRIAC调光器电路组件A，通过使用该TRIAC调光器电路组件A可调节具有电子镇流器电路的常用节能灯B。
本领域技术人员容易认识到，包含在该电子气体放电灯B中的该整流器电路10在图4中的电路组件中是冗余的，因为提供给该灯组件B的电压已被该调光器组件A的该整流器电路10进行了整流。因此，本领域技术人员也同样能认识到，该调光器电路组件A也可应用于结合一个具有不带整流器电路10的电子镇流器的节能灯B。

Claims (8)

1.一种用于操作电子气体放电灯的方法，该方法使用TRIAC调光器电路(1)来进行该气体放电灯的调节，该方法包括：
当TRIAC(5)处于非导通状态时，通过该调光器电路(1)取得一个相对大的电流，从而使TRIAC(5)进入导通状态；其特征在于该方法还包括：
当TRIAC(5)处于导通状态时，减小所述通过该调光器电路(1)取得的电流。
2.如权利要求1中所述的方法，其中，通过在输出端子(7，8)之间连接小阻抗来从该调光器电路(1)产生相对大的电流，通过在输出端子(7，8)之间连接大阻抗来减小该电流。
3.电流控制电路(20)，用于控制从电压电源(6)取得的电流，该电路包括第一串联连接电路，其包括第一阻抗电路(R1)和一个并联电路，该并联电路包括：
第一开关(T2)；和
第二串联连接电路，其包括第二开关(T1)和第二阻抗电路(R2)，
该第一和第二开关(T1，T2)由电压电源(6)提供的电压进行控制，以便当该电源电压低于预定水平时，该第一开关(T2)导通，以及当该电源电压高于预定水平时，该第二开关(T1)导通。
4.如权利要求3所述的电流控制电路，其中，该第一和该第二开关(T1，T2)为晶体管，该晶体管(T1，T2)的一控制端可操作地连接到所述电源电压。
5.如权利要求4所述的电流控制电路，其中，提供第三晶体管(T3)，该第三晶体管(T3)串联连接于该第一串联连接电路，并且由电容器(C1)和稳压二极管(D1)组成的并联电路连接到该第三晶体管(T3)的控制端和电压电源(V1)。
6.用于操作气体放电灯的镇流器电路，该镇流器电路包括：整流器电路(10)，用于接收一个低频交流电压；倒相电路(30)，用于提供一个高频灯电流；和一个如权利要求3、4或5所述的电流控制电路(20)，连接在该整流器电路(10)和该倒相电路(30)之间；缓冲电容器(Cb)，连接在该倒相电路(30)的输入端子之间；和二极管(D3)，该二极管连接在该电流控制电路(20)的一输出端和该缓冲电容器(Cb)的一端之间，来阻止该缓冲电容器(Cb)产生电流。
7.组件，其包括气体放电灯(L)和如权利要求6所述的镇流器电路。
8.调光器电路，用于调节电子气体放电灯(L)，该调光器电路包括：TRIAC调光器电路(1)；根据权利要求3、4或5所述的电流控制电路(20)；和整流器电路(10)，其连接于该TRIAC调光器电路(1)和该电流控制电路(20)之间。
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