CN101653044A - 控制电功率的调光电路 - Google Patents

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Abstract

一种包括独立DC电压源的调光电路，该独立DC电压源选择性地耦合到一开关，功率通过该开关从源供给至负载。在公开的示例中，开关包括两个MOSFET。独立DC电压源选择性地直接耦合到MOSFET的栅极和源极，以使它们处于工作状态，从而给负载供电。控制器控制另一个开关，该开关用于选择性地控制独立DC电压源何时耦合到开关。

Description

控制电功率的调光电路
技术领域
本发明涉及控制至负载的电功率(electrical power)。更具体地，本发明涉及一种用于控制至负载的电功率的调光电路(dimming circuit)。
背景技术
用于控制至负载(诸如灯)的电功率的装置是众所周知的。最基本的是允许个人打开或关闭灯(或其它装置)的开关。一些开关包括允许个人定制供给灯的功率量以实现期望照度的调光功能。例如，一些开关含有允许个人选择灯亮度的手动调节器。
业已公开了各种调光器开关(dimmer switch)构造。一些调光器用于控制可通过常规壁上插座(wall socket)得到的功率。这类调光器开关的一个使用示例是提供房间内的光控制，而无需在分离的电路上提供专用光源和开关。但是，建造者有时会提供灯可插入其中的可调光壁上插座，作为一种提供房间内可调光的方式。这比提供分离的照明电路和开关更便宜。
虽然这类装置的各种配置是已知的，但是本领域技术人员一直努力做出改进。期望改进的一个方面是期望降低这类装置的花费和复杂性。许多这类设备包括含有按已知方式配置的两个MOSFET开关的反相控制电路。在整个AC电流周期上控制MOSFET是困难的。业已提出包括RC电路用来控制施加到MOSFET开关的栅极和源极的电压。全波整流器的引入降低了整个电路的效率。因而期望得到一种更加经济的替换方式。
发明内容
一个示例性调光电路包括选择性地耦合到MOSFET开关的栅极和源极的独立DC电压源，其中MOSFET开关控制对负载的供电。
在一个示例中，控制模块控制一开关，所述开关选择性地将独立DC电压源耦合到MOSFET开关的栅极和源极，以此控制通过MOSFET开关供给负载的功率量。
本发明的各个特征和优点通过以下的详细描述对于本领域技术人员来说将会变的显而易见。如下将简要描述伴随详细描述的附图。
附图说明
图1是整个电功率控制系统的框图。
图2是根据本发明一个实施例设计的调光器电路的示意图。
具体实施方式
图1示出用于建筑物的照明控制电路20。多个调光器开关22A、22B通过无线连接与多频道接收器24通信。接收器24的一个例子包括商用部件。一个例子灵可从Enocean购得的产品RCM130C。无线接收器和无线开关的使用不对本发明产生限制，只是作为系统的一种可能类型而被提及。在开关22和接收器24之间的无线连接允许开关远离接收器24定位。例如，接收器24可以位于所选房间内的插座(electrical outlet)处或附近，而开关可以位于该房间内或该房间附近的任何方便的其他位置。
接收器24和微控制器26通信，微控制器26又与调光器电路28通信。调光器电路28控制若干个灯30A、30B的亮度。示出的调光器电路28包括定时电路40、调光器部分42和传动系(power train)部分44。示出的例子还包括过载保护部分和热处理部分。
图2中示出了调光器电路28的一个实施例。微控制器28提供定时控制信号输入到定时部分40。该定时控制信号在一个例子中包括脉宽调制控制信号。定时控制信号控制调光部分42何时激励传动系部分44的MOSFET开关46，以控制供给负载50的功率量。微控制器26确定如何基于用户选择的设置(如期望的调光水平)来设置定时控制信号。在一个实施例中，微控制器26使用现有技术提供脉宽调制输入以实现相应的期望调光量。
在示出的例子中，传动系部分44包括MOSFET46，因为MOSFET46对于特定功率值(例如，上至约600W)有效。另一示例对于更高功率值有效，并且包括取代MOSFET 46的IGBT。
负载50的一个例子是一个电灯泡。控制灯泡光强是使用所示装置的一个例子。在此例中，负载50插入壁上插座，壁上插座具有图示为52和54的端子(terminal)。
在一例中，MOSFET 46在每个MOSFET 46的栅极和源极耦合到足以将该MOSFET 46设置成工作状态(例如导通)的电压时根据已知的反相控制策略来工作，从而供给负载50来自源56的功率(例如线AC)。在这个反相控制的例子中，MOSFET 46在0伏导通而在高电压下关断。在另一例中使用正相控制策略，其中MOSFET 46在高电压下导通在0伏关断。另一个例子包括MOSFET 46在一非零电压下导通而在另一非零电压下关断。
调光部分42在传动系部分44导通的情况下进行控制，并由此控制提供给负载50的功率量。举例来说，控制提供给电灯泡的功率量以控制灯泡的发光强度。
在此例中，独立DC电压源60选择性地直接耦合到MOSFET 46的栅极和源极，以设置其引导传递给负载的功率。独立DC电压源60具有浮动地62。开关64响应于来自微控制器26的定时控制信号输入，并且进入工作状态(例如导通)以将独立DC电压源60耦合到MOSFET 46。在示出的例子中，开关64包括光耦合器部件。其他例子还包括延迟开关或者变压器部件，用以将独立DC电压源60选择性地耦合到MOSFET 46。
在一例中，独立DC电压源60提供12伏的电压。在另一例中则使用更低的电压。选择独立DC电压源60的电压以使其足以将MOSFET 46导通至饱和区。
一个例子包括使用独立DC-DC转换器以实现该独立DC电压源60。另一个例子则包括二阶变压器。从这些描述中获益的本领域技术人员会认识到在具体实施例中什么部件将会最佳地适于包括独立DC电压源。
示出的例子包括压控部件，用于控制到达MOSFET 46的栅极和源极的电压。示出的例子包括电阻器66和68和齐纳二极管70。电阻器66设置导通速度和导通MOSFET 46需要的时间。电阻器66和68设置关断速度和关断MOSFET46需要的时间。在一例中，电阻器68的电阻要比电阻器66的电阻大很多，以使电阻器68能够有效设置MOSFET 46的关断时间。选择关断速度和导通速度，以避免MOSFET 46的振荡，并且避免由于MOSFET 46处于线型工作区太久而产生热量。
例如，齐纳二极管70提供过压保护以防止MOSFET免受电压尖脉冲和噪声的影响。用已知方式将齐纳二极管70配置为维持提供给MOSFET栅极和源极输入的电压等于或者低于二极管的反向击穿电压。一个例子则不包括齐纳二极管。
所公开示例的一个优点是MOSFET能够在完整的AC周期内被完全控制，而不需要整流器。与依赖于RC电路和整流器控制MOSFET的其他电路相比，所公开的示例是一个更加有效的电路配置。
以上描述在本质上是示例性而非限制性的。本领域技术人员会认识到不离开本发明本质的对公开示例的某些修改。应学习所附权利要求，以确定本发明真正的范围和内容。

Claims (14)

1、一种调光器电路，包括：
被配置为放置在电源和负载之间的至少一个开关；和
选择性地耦合到所述至少一个开关用以设置所述开关将功率从源提供给负载的独立DC电压源。
2、如权利要求1所述的调光器电路，其中所述至少一个开关包括两个MOSFET，并且所述独立DC电压源选择性地耦合到MOSFET的棚极和源极。
3、如权利要求1所述的调光器电路，包括：
位于独立DC电压源和所述至少一个开关之间的第二开关，所述第二开关具有其中独立DC电压源耦合到所述至少一个开关的第一工作状态以及其中独立DC电压源未连接到所述至少一个开关的第二工作状态。
4.如权利要求3所述的调光器电路，其中第二开关包括光耦合器。
5.如权利要求3所述的调光器电路，包括：
提供定时控制信号的控制器，该定时控制信号控制第二开关的工作状态，以将独立DC电压源选择性地耦合到所述至少一个开关。
6、如权利要求5所述的调光器电路，其中定时控制信号包括脉宽调制信号，该脉宽调制信号被配置为实现通过所述至少一个开关传递到负载的期望功率量。
7、如权利要求1所述的调光器电路，包括位于独立DC电压源和至少一个开关之间的至少一个压控部件，用于限制施加到所述至少一个开关的电压。
8、如权利要求7所述的调光器电路，其中所述至少一个压控部件包括齐纳二极管。
9、如权利要求7所述的调光器电路，其中所述至少一个压控部件包括可操作用于控制所述至少一个开关的导通时间的第一电阻器以及可操作用于控制所述至少一个开关的关断时间的第二电阻器。
10、一种控制调光器电路的方法，包括以下步骤：
选择性地将独立DC电压源耦合到至少一个开关，其中通过该开关将功率从源提供到负载。
11、如权利要求10所述的方法，包括：
选择性地控制位于独立DC电压源和所述至少一个开关之间的第二开关，以使第二开关控制独立DC电压源何时耦接所述至少一个开关。
12、如权利要求10所述的方法，包括：
限制由独立DC电压源提供给所述至少一个开关的电压，以保持提供的电压等于和低于所选值。
13、如权利要求10所述的方法，其中所述至少一个开关包括两个MOSFET。
14、如权利要求13所述的方法，包括使用两个MOSFET用于反相控制。
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