CN101346026B

CN101346026B - 调光器及调光控制电路

Info

Publication number: CN101346026B
Application number: CN2008101356944A
Authority: CN
Inventors: 泷村亘; 向井达哉; 森志朗; 秋成芳范; 福尾尚纪; 三宅智裕
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: JP2009021035A; TWI396461B; CN101346026A; TW200913762A

Abstract

一种调光器及调光控制电路，该调光控制电路包括：三端双向可控硅开关元件，其通过灯负载连接到交流电源，其中，三端双向可控硅开关元件具有栅极，并且由输入到所述栅极的触发信号开启；以及第一可变电阻器，其具有可调节的电阻值，其中，通过以下方式来调节灯负载的亮度：改变第一可变电阻器的电阻值，改变所述触发信号相对于交流电压波形的相位，延长或缩短所述三端双向可控硅开关元件的开启时间段，从而改变了提供给所述灯负载的电流。该调光控制电路还包括第二可变电阻器，其用于独立于第一可变电阻器来改变触发信号的相位。

Description

调光器及调光控制电路

技术领域

本发明涉及一种调光器及调光控制电路，其用于控制诸如白炽灯等的灯的亮度。

背景技术

用于调节诸如白炽灯等的灯的亮度的调光器设计为通过转动调光旋钮来改变灯的照明亮度。例如，在日本专利特许公开No.S51-116068中公开了一种调光控制电路，其构建在调光器中。该调光控制电路包括由灯负载、照明开关、以及连接到商用交流电源上的三端双向可控硅开关元件(triac)组成的串联电路，以及与三端双向可控硅开关元件并联的相位控制电路。

在相位控制电路中，包括可变电阻器和电容器的串联电路与该三端双向可控硅开关元件并联，将触发器件(二极管AC开关)连接到位于可变电阻器到电容器的连接节点与三端双向可控硅开关元件的栅极之间的点上，由此能够通过对调光旋钮的操作来改变可变电阻器的电阻值。

如果在调光控制电路中开启照明开关，则为相位控制电路提供交流电。响应于此，从触发器件向三端双向可控硅开关元件输出触发信号，其中，该触发信号的时序是基于由可变电阻器和电容器所确定的时间常数来决定的。然后，将三端双向可控硅开关元件“开启”直到半个波长周期，就是说，从触发信号的输入时刻开始直到交流电电压变为0时的时刻，在此期间，提供电流以开启灯负载。在操作调光旋钮时，可变电阻器的电阻值被改变，以便相对于交流电电压的波形而改变触发信号的相位，从而延长或缩短三端双向可控硅开关元件保持“开启”的时间长度。

由此，改变提供给灯负载的负载电流，进而导致改变灯的亮度。

在以上所述的调光控制电路中，通常，采用使用电容器和线圈的噪声抑制电路，来去除交流电源的电源噪声。然而，噪声抑制电路的应用导致负载电流在三端双向可控硅开关元件被“开启”时发生谐振。特别是，如果将灯负载的亮度设定为最小强度附近，则负载电流的谐振幅度变为很大，以至于负载电流可能会变为0.

对于三端双向可控硅开关元件的类型而言，存在平面型三端双向可控硅开关元件和台面型三端双向可控硅开关元件，并且平面型三端双向可控硅开关元件在负载电流由于谐振而变为0时关闭。由此，可能发生的是，三端双向可控硅开关元件在最小强度时刻突然关闭，并且由此使得灯变得很暗。

以上所提及的问题不会出现在台面型三端双向可控硅开关元件中，这是因为台面型三端双向可控硅开关元件被配置为即使是负载电流由于谐振而变为0，也会保持开启。然而，在开启三端双向可控硅开关元件的定时上存在延迟。因此，由于在最小强度时，尤其是在三端双向可控硅开关元件的点弧角变为约180度(或者360度)并且在没有发出触发信号的情况下三端双向可控硅开关元件“开启”时，负载电流的降低速率增大，从而导致发生电流换相失效。

因此，在该控制失效的情况下，三端双向可控硅开关元件开启长达半个波长周期，这导致所谓的闪烁(flicker)状态，在该状态中，灯仅在半个波长周期内被明亮地点亮。

由于该问题在最小强度时尤其频繁发生，并且受到诸如可变电阻器等的电路元件的个体差异的显著影响，因此该调光就在产品之间存在较大差异。因此，急迫的问题是开发一种装置，其能够在不受产品间差异影响的情况下执行正常调光操作。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供了一种调光控制电路和一种调光器，其能够执行不受产品间差异影响的正常调光操作。

根据本发明，提供了一种调光控制电路，其包括：三端双向可控硅开关元件，其通过灯负载连接到交流电源，其中，所述三端双向可控硅开关元件具有栅极，并且由输入到所述栅极的触发信号开启；第一可变电阻器，其具有可调节的电阻值，其中，通过以下方式来调节所述灯负载的亮度：改变所述第一可变电阻器的电阻值，以改变所述触发信号相对于交流电压波形的相位，这就引起了所述三端双向可控硅开关元件的开启时间段的延长和缩短，从而改变了提供给所述灯负载的电流；以及第二可变电阻器，其用于独立于所述第一可变电阻器来改变所述触发信号的相位。

在本发明中，除了所述第一可变电阻器之外，还提供了用于改变触发信号的相位的第二可变电阻器，所述第一可变电阻器用于通过改变电阻值并由此改变触发信号的相位，从而执行调光操作。

采用该结构，有可能的是，例如在使用足以延迟触发信号的相位的最小强度来进行调光操作期间，(台面型)三端双向可控硅开关元件可能突然开启，并且由于调光控制电路的各种电路元件之间的个体差异所造成的无法换相，导致可能发生闪烁现象。

还有可能的是，在使用最小强度来进行调光操作期间，(平面型)三端双向可控硅开关元件可能突然关闭，并且灯负载的照明可能变得很暗。通过调节第二可变电阻器的电阻值并且由此改变触发信号的相位，就能够避免这些问题。这使得可以在不受产品间差异影响的情况下执行正常调光操作。

优选地，所述第二可变电阻器与所述第一可变电阻器并联连接。

在本发明中，由于第二可变电阻器与第一可变电阻器并联连接，因此第二可变电阻器的电阻值的改变所造成的第一和第二电阻器的组合电阻值的变化较小。这使得可以通过使用第二可变电阻器来微调触发信号的相位。在以最大强度(通过该最大强度使第一可变电阻器的电阻值变得较小)进行调光操作的情况下，可以避免在第二可变电阻器中的剧烈电压降，并且可以增大在使用最大强度进行调光操作期间可利用的亮度。这是因为所述第二可变电阻器与所述第一可变电阻器并联连接。

可以将正极彼此连接的至少一对齐纳二极管组成的串联电路与所述第一可变电阻器并联连接。

在本实施例中，由于正极彼此连接的至少一对齐纳二极管组成的串联电路与第一可变电阻器并联连接，因此可以将施加到第一可变电阻器上的电压限定为小于等于一个预定电压值。这就可以使用小尺寸的电阻器作为所述第一可变电阻器。

根据本发明，提供了一种包含以上所述的任意一种调光控制电路的调光器。

在本发明中，由于调光器包含以上所述的任意一种调光控制电路，因此可以提供一种能够在不受产品间差异影响的情况下执行正常调光操作的调光器。

使用本发明，可以提供一种调光控制电路和一种调光器，其能够在不受产品间差异影响的情况下执行正常调光操作。

附图说明

按照以下结合附图所给出的各个实施例的描述，本发明的目的和特征将会变得显而易见，在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的调光控制电路的电路图；

图2示出了在各种调光操作期间，可在调光控制电路的不同点上获得电压和电流的波形图；以及

图3是包含根据本发明实施例的调光控制电路的调光器的分解透视图。

具体实施方式

以下，针对图1到图3中所示的实施例来描述本发明，所述实施例构成了本发明的一部分。

图1示出了包括根据本发明实施例的调光控制电路的调光器。调光器10包括一对外部连接端子Ta和Tb，调光控制电路11构建在调光器10中，并且其通过外部连接端子Ta和外部连接端子Tb连接到由诸如商用交流电源等的交流电源1以及诸如交流电型白炽灯等的灯负载2组成的串联电路上。

由照明开关SW1、三端双向可控硅开关元件TRC(在本实施例中为台面型三端双向可控硅开关元件)、用于去除电源噪声的扼流圈L以及温度保险丝12组成的串联电路连接在外部连接端子Ta和外部连接端子Tb之间。在去除电源噪声时与扼流圈L一起使用的电容器C1连接在照明开关SW1的后端与外部连接端子Tb之间。由两个电阻器R1和R2与发光二极管13组成的串联电路与照明开关SW1并联。二极管D1与发光二极管13反向并联。相位控制电路14连接到三端双向可控硅开关元件TRC的相对的两个端子T1和T2上。

在相位控制电路14中，由并联的两个电阻器R3和R4、可变电阻器VR1(第一可变电阻器)以及电容器C2组成的串联电路连接在三端双向可控硅开关元件TRC的端子T1与端子T2之间。在该连接中，可变电阻器VR1和照明开关SW1位于电阻调节器25中，这将在稍后介绍。

电阻调节器25被设计为，响应于操作旋钮26的旋转，将照明开关SW1从关闭状态转换为开启状态，并且还改变可变电阻器VR1的电阻值，从而使得来自灯负载2的光的亮度能够从最小强度状态变为最大强度状态。在三端双向可控硅开关元件TRC的栅极与可变电阻器VR1和电容器C2的连接节点N1之间，串联有电阻器R5和触发器件，例如硅双向开关(SBS)15。

在触发器件15的栅极与电阻器R3和电阻器R4和可变电阻器VR1的连接节点N2之间，串联有二极管D2和电阻器R6。二极管D2的正极连接到该连接节点N2。齐纳二极管ZD1和齐纳二极管ZD2按照两级来布置。齐纳二极管ZD1的负极连接到该连接节点N2。类似地，齐纳二极管ZD3和齐纳二极管ZD4按照两级来布置。齐纳二极管ZD4的负极连接到三端双向可控硅开关元件TRC的端子T2。齐纳二极管ZD2和齐纳二极管ZD3的正极彼此相连。电阻器R7和半可变电阻器VR2(第二可变电阻器)在连接节点N2与N1之间串联。

在以上构造的调光控制电路11中，如果照明开关SW1保持关闭，则没有电流从交流电源1提供给灯负载2，并且因此，灯负载2保持在熄灭状态。同时，发光二极管13由从交流电源1提供的电流点亮。

如果照明开关SW1开启，则发光二极管13熄灭，交流电源1的交流电压被施加在端子T1和端子T2之间，并被施加给相位控制电路14。在相位控制电路14中，将触发信号(见图2)输出到三端双向可控硅开关元件TRC的栅极，该触发信号的时序是由可变电阻器VR1和电容器C2所确定的时间常数来决定的。在该情况下，如果通过转动操作旋钮26而改变了可变电阻器VR1的电阻值，则触发信号相对于交流电源1的电压波形的相位发生改变。随着可变电阻器VR1的电阻值变大，触发信号的相位被延迟。

此外，由于借助于齐纳二极管ZD1到齐纳二极管ZD4使可变电阻器VR1上的电压被限定为小于等于一个预定电压值，使得可以使用小尺寸的电阻器作为可变电阻器VR1。

三端双向可控硅开关元件TRC被开启达半个波长周期，就是说，从触发信号输入的时刻起直到交流电压变为0时为止，在该期间内，提供交流电流来点亮灯负载2。如果可变电阻器VR1的电阻值改变了，则触发信号相对于交流电压波形的相位发生改变，从而延长或缩短三端双向可控硅开关元件TRC的开启时间段。

更具体而言，如果可变电阻器VR1的电阻值减小，则如图2中的(a)所示，触发信号的相位前进，并且三端双向可控硅开关元件TRC的点弧角从180度(或者360度)偏移，因此延长了三端双向可控硅开关元件TRC的开启时间段。如果可变电阻器VR1的电阻值增大，则如图2中的(b)和(c)所示，触发信号的相位延迟，并且三端双向可控硅开关元件TRC的点弧角更加接近180度(或者360度)，最终缩短了三端双向可控硅开关元件TRC的开启时间段。

通过采用以上方式延长或缩短三端双向可控硅开关元件TRC的开启时间段，来改变施加给灯负载2的负载电流，并且调节灯负载2的亮度。随着灯负载2的亮度被调节为接近最小强度值(在该处，三端双向可控硅开关元件TRC的点弧角接近180度(或者360度))，用于去除噪声的扼流圈L和电容器C1所导致的负载电流的谐振幅度变得越来越大。

如果将操作旋钮26转动到最小强度位置，则可变电阻器VR1的电阻值充分增大，并且如图2中的(d)所示，触发信号的相位延迟约180度(或者360度)。因此，三端双向可控硅开关元件TRC的开启时间段显著缩短，并且换相失效(在没有任何触发信号的情况下保持在“开启”状态的现象)易于在使用台面型三端双向可控硅开关元件的本发明中发生，所述换相失效可能是闪烁现象的一个成因。

因此，在调光器10中，由于在诸如可变电阻器VR1等的电路元件之间的个体差异可能导致换相失效，在该调光器10中，在检测调光器10的安装后初始状态的过程中，调节与可变电阻器VR1并联的半可变电阻器VR2的电阻值。

换而言之，可以通过改变半可变电阻器VR2的电阻值来改变由电容器C2和半可变电阻器VR2所确定的时间常数，从而改变了触发信号的相位。因此，调节半可变电阻器VR2的电阻值，以确保触发信号的相位超前于不受任何闪烁现象影响的相位。通过例如将可变电阻器VR1变为最小强度位置，然后调节半可变电阻器VR2的电阻值直到灯负载2变为不受闪烁现象影响为止，来执行该调节。

在该情况下，可以对半可变电阻器VR2的电阻值进行微调，因为半可变电阻器VR2与可变电阻器VR1并联，从而使半可变电阻器VR2和可变电阻器VR1相对于电容器C2充当了一个组合电阻。

此外，由于半可变电阻器VR2与可变电阻器VR1并联，因此即使是在以最大强度(通过该最大强度使得可变电阻器VR1的电阻值变小)进行调光操作的情况下，在半可变电阻器VR2上也不会发生剧烈的电压降。这就可以提高在以最大强度进行调光操作时可利用的亮度。

参考图3，本发明的调光器10包括一对盒子状的外壳20和21，其中，它们中的每一个都有一表面敞开，调光电路部件22容纳在外壳20和21内，调光电路部件22由调光控制电路11构成。在该调光电路部件22中，以“L”形布置了一对电路板23，通常为“U”形的散热板24位于电路板23之间。充当热源的三端双向可控硅开关元件TRC直接附着到散热板24上。电阻调节器25也固定到散热板24上，该电阻调节器25结合了用于执行调光操作的可变电阻器VR1以及照明开关SW1。电阻调节器25包括旋转轴25a，其用于改变可变电阻器VR1的电阻值。

操作旋钮26连接到旋转轴25a，并且从外壳20的开口20a部分地暴露到外部。发光二极管13和具有线圈L和外部连接端子Ta和外部连接端子Tb的终端部分27布置在各个电路板23的特定位置上。用于进行微调的半可变电阻器VR2布置在散热板24内部。该结构的调节器10可以附着到例如室内的墙壁上，从而能够通过旋转操作旋钮26来调节室内的灯负载2的亮度。

接下来，将描述本实施例的典型的操作效果。

(1)在本实施例中，除了通过改变其电阻值来改变触发信号的相位从而执行调光操作的可变电阻器VR1(第一可变电阻器)之外，还提供了用于改变触发信号的相位的半可变电阻器VR2(第二可变电阻器)。

采用这种结构，例如在使用足以延迟触发信号的相位的最小强度来进行调光操作期间，三端双向可控硅开关元件TRC(本实施例中为台面型三端双向可控硅开关元件)可能突然开启，并且由于形成调光控制电路11的诸如可变电阻器VR1等电路元件之间的个体差异造成的换相失效，从而可能发生闪烁现象。

可以通过调节半可变电阻器VR2的电阻值并且由此改变触发信号的相位，来避免该问题。这样就可以提供能够在不受产品间差异影响的情况下执行正常调光操作的调光器(调光控制电路)10。即使是随着时间进展而发生闪烁现象，也可以通过再次调节半可变电阻器VR2的电阻值来消除闪烁现象。

(2)在本实施例中，由于半可变电阻器VR2与可变电阻器VR1并联连接，因此半可变电阻器VR2的电阻值的改变所造成的电阻器VR1和VR2的组合电阻值的变化较小。

这样就可以通过使用半可变电阻器VR2来微调触发信号的相位。在以最大强度(通过该最大强度使可变电阻器VR1的电阻值变得较小)进行调光操作的情况下，可以避免在半可变电阻器VR2中的剧烈电压降，并且可以增大在使用最大强度进行调光操作期间可利用的亮度。这是因为半可变电阻器VR2与可变电阻器VR1并联连接。

(3)在本实施例中，由于通过其正极彼此相连的两级齐纳二极管ZD1到ZD4组成的串联电路与可变电阻器VR1并联连接，因此可以将施加到可变电阻器VR1上的电压限定为小于等于一个预定电压值。这样就可以使用尺寸较小的电阻器作为该可变电阻器VR1。

可以如下对本实施例进行修改。

虽然在本实施例中采用的三端双向可控硅开关元件TRC是台面型的，但也可以用平面型三端双向可控硅开关元件替代。在该情况下，可以消除平面型三端双向可控硅开关元件中的固有问题，即，在例如使用足以延迟触发信号的相位的最小强度进行调光操作期间，三端双向可控硅开关元件突然关闭并且灯负载的照明变得很暗的问题。

虽然在以上实施例中半可变电阻器VR2(第二可变电阻器)与可变电阻器VR1(第一可变电阻器)并联连接，但可以将半可变电阻器VR2与可变电阻器VR1串联连接。

虽然在本实施中将由4个齐纳二极管ZD1到ZD4组成的串联电路与可变电阻器VR1并联连接并限制了施加给可变电阻器VR1的电压，但也可以改变齐纳二极管的数量，并且使用齐纳二极管之外的其他元件来限制施加给可变电阻器VR1的电压。作为备选方案，可以省略齐纳二极管ZD1到ZD4，并且采用不限制施加给可变电阻器VR1的电压的结构。

可以用其他器件来代替三端双向可控硅开关元件TRC和包括SBS的触发器件15。例如，触发器件15可以包括二极管AC开关。

虽然在本实施例中灯负载2涉及白炽灯，但也可以使用能够通过改变负载电流调节亮度的其他灯负载。

虽然已经针对实施例示出并描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离附带的权利要求所定义的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

Claims

1. 一种调光控制电路，包括：

三端双向可控硅开关元件，其通过灯负载连接到交流电源，其中，所述三端双向可控硅开关元件具有栅极，并且由输入到所述栅极的触发信号开启；

第一可变电阻器，其具有可调节的电阻值，其中，通过以下方式来调节所述灯负载的亮度：改变所述第一可变电阻器的电阻值，以改变所述触发信号相对于交流电压波形的相位，这引起了所述三端双向可控硅开关元件的开启时间段的延长或缩短，从而改变了提供给所述灯负载的电流；以及

第二可变电阻器，其用于独立于所述第一可变电阻器来改变所述触发信号的相位。

2. 如权利要求1所述的调光控制电路，其中，所述第二可变电阻器与所述第一可变电阻器并联连接。

3. 如权利要求1或2所述的调光控制电路，其中，将至少一对齐纳二极管组成的串联电路与所述第一可变电阻器并联连接，所述至少一对齐纳二极管的正极彼此相连接。

4. 一种调光器，其包括如权利要求1或2所述的调光控制电路。

5. 一种调光器，其包括如权利要求3所述的调光控制电路。