CN101682965A - 用于调光电路的灯泡类型检测器及电阻与短路检测 - Google Patents

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Abstract

一种灯泡检测电路与用于照明系统的调光电路关联。该灯泡检测电路可操作检测在电灯插头中接纳有白炽灯泡还是荧光灯泡。插头可以硬连线到电路,或者可以插到电插座中。灯泡检测电路可以使用通过查看RC电路时间常数来测量电阻的单独创造性方法。此外,灯泡检测电路还可以使用通过再次查看RC电路时间常数来识别短路的单独创造性方法。

Description

用于调光电路的灯泡类型检测器及电阻与短路检测 技术领域
本申请涉及包括调光电路的照明控制系统,该系统识别连接到调 光电路的灯泡类型。此外,灯泡检测电路依赖于确定电阻的独立创造 性方法和确定短路或开路的独立创造性方法。
背景技术
照明控制系统是已知的,而且可以包括调光电路。正如已知的, 调光电路以某种方式限制灯泡的光强度。
在当代建筑中,有白炽灯泡和荧光灯泡。从历史上讲,住宅照明 更多地由白炽灯泡提供,但是,荧光灯泡也是政府规章允许的。
到目前为止,现有技术还没有提供识别特定插座的灯泡是白炽灯 泡还是荧光灯泡的方法。
此外,尽管已知几种确定电子部件的电阻和确定电路一部分是短 路或开路的方法,但那些已知的方法是相当昂贵、复杂和不一定有效 的。
发明内容
在本发明的一方面中,提供了具有灯泡检测电路的调光电路。在 一种实施方式中,当将低电压施加到负载时,灯泡检测电路查看负载
上的电阻。通过监视灯泡检测电路中RC电路的时间常数,灯泡检测 电路可以最初地识别电插座中的灯泡可能是白炽灯或者负载有短路。 在第二步,通过再次查看RC电路的时间常数,灯泡检测电路可以确 定负载是开路还是荧光灯。这种确定的结果提供给用于调光电路的控 制器,其中这种确定可以在每次打开照明电路时执行。依赖灯泡的类 型,调光电路可以利用适当的控制算法操作。利用RC电路的时间常数来测量电阻的方法是用于任何应用的测 量电阻的独立创造性方法。此外,通过查看RC的时间常数检测短路 或开路也是用于任何应用的独立创造性的。
通过以下说明和附图,本发明的这些和其它特征可以最好地理 解,以下是对附图的简单描述。
附图说明
图l是整体照明系统的示意图。
图2是用于电灯的调光电路的示意图。
图3例示了根据本发明一个实施例的电路。
图4是识别灯泡类型的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了用于建筑物的照明控制电路20。如所示出的,多个开 关22A、 22B等通过到多通道接收器24的无线连接来通信。这种接收 器可以从Enocean获得,并且例如可以在其产品号RCM130C下获得。 无线接收器与无线开关的使用不是对本发明的限制,仅仅是作为一种 可能的系统类型提到的。
接收器24与微控制器26通信,微控制器26又与调光电路28通 信。调光电路28 (只示出了一个)控制灯30A、 30B等的强度。
图2示意性地示出了调光电路,如图l所示的主电路28。来自诸 如微控制器26的微控制器的脉宽调制控制传送到调光电路28,以控 制提供给插座线35的电力。插座线35传送到负载36。电感性负载感 测电路34也与电源线35通信。调光电路28可以是任何合适的电路, 或者可以是如下所述的。
调光电路的一个示例实施例在图2中得以例示。微控制器26向 定时部分340提供定时控制信号输入。在一个示例中,定时控制信号 包括脉宽调制控制信号32。定时控制信号控制调光部分342什么时候 激活传动系(power train )部分344的MOSFET开关346,以控制提供给负载36的电力量。微控制器26确定如何基于用户所选的"i殳置(例 如,期望什么调光等级)来设置定时控制信号。在一个示例中,微控 制器26使用已知的用于提供脉宽调制输入的技术来实现期望的对应 调光量。
在一个示例中,当每个MOSFET 346的栅极和源极耦合以足够 的电压时,MOSFET346根据已知的反转相位控制策略操作,以便将 MOSFET 346设置成工作状态(例如,导通MOSFET 346),使得 MOSFET 346允许来自电源356 (例如,线AC )的电力提供给负载 36。在反转相位控制示例中,MOSFET 346在0伏导通,而在高电压 截止。在另一个示例中,使用前馈(forward)相位控制策略,其中 MOSFET 346在高电压导通,而在0伏截止。另一个示例包括在一个 非零电压导通MOSFET 346,而在另 一个非零电压使得MOSFET 346 截止。
调光部分342控制传动系部分344何时打开,并由此控制提供给 负载36的电力量。控制提供给灯泡的电力量控制例如由灯泡发射的光 强度。
在这个示例中,隔离的DC电压源360有选择地直接耦接到 MOSFET 346的栅极和源极,用于设置它们导通,以^t将电力传输到 负载。隔离的DC电压源360具有关联的浮地(floating ground ) 362。 开关364响应来自微控制器326的定时控制信号输入并进入工作状态 (例如,导通),以便将隔离的DC电压源360耦接到MOSFET 346。 在所例示的示例中,开关364包括光耦部件。其它示例包括中继开关 或变压器部件,用于有选择地将隔离的DC电压源360耦接到 MOSFET 346。
在一个示例中,隔离的DC电压源360提供12伏。在另一个示 例中,使用低电压。隔离的DC电压源360的电压选择成足以导通 MOSFET 346到饱和区域。 一个示例包括使用隔离的DC-DC转换器 来实现隔离的DC电压源360。另一个示例包括二级变压器。将受益 于本发明的本领域技术人员会理解,在他们特定的实施例中对于包括
8隔离的DC电压源采用什么部件最好。
所例示的示例包括用于控制到达MOSFET 346栅极和源极的电 压的电压控制部件。所例示的示例包括电阻器366和368及齐纳二极 管370。电阻器366设置用于导通MOSFET 346的导通速度或时间。 电阻器366和368设置用于使得MOSFET 346截止的截止速度或时 间。在一个示例中,与电阻器366相比,电阻器368具有更高的电阻, 使得电阻器368有效地设置MOSFET 346的截止时间。如果MOSFET 346停留在线性工作区域太长时间,则选择截止速度和导通速度使得 可以避免MOSFET 346的振荡并避免发热。
齐纳二极管370提供过电压保护,以保护MOSFET不受例如电 压尖峰(spike)和噪声损害。齐纳二极管370配置成以已知的方式维 持提供给MOSFET栅极和源极输入的电压处于或低于二极管的反向 击穿电压。 一个示例不包括齐纳二极管。
所公开示例的一个优点是MOSFET可以在整个AC循环中完全 得到控制,而不需要整流器。与其它依赖RC电路和整流器来控制 MOSFET的示例相比,所公开的例子是更有效的电路布置。
电感性负载传感器电路不一定需要结合到调光电路中。如果包括 这种电路,则它可以是任何类型的电感性负载传感器。以下描述一种 可靠的电路。
调光电路的输出35朝向负载36传递。负载36可以是插到电插 座端子的灯。另一方面,负载可以是硬连线的。电感性负栽传感器确 定何时在负载处有除灯以外的东西。在这种情况下,可能期望阻止任 何调光。
一对二极管450和452 ( TVS )与负载36并联地位于线480上。 TVS 450优选地具有高阻抗,直到满足低压限制。低压限制可以是5 伏左右,但是,可以使用任何其它电压。TVS 452具有高阻抗,直到 遇到高得多的电压限制,例如几百伏左右。同样,特定的电压不应当 是对本发明的限制,但是在一个实施例中,它在用于120伏AC电力 的200伏的区域中。只要没有从负载36逆向向上游接收到电压尖峰,则通过输出447 引导的功率的调光就应当正常发生。线480有效地钳制功率。如果诸 如真空吸尘器电动机的电感性负载插到负载36中,则当负载被"调光" 时,将有反向的EMF脉冲,产生电压尖峰。
当电压尖峰超过TVS 450和TVS 452的电压限制的总和时,TVS 450的电压值将向下游提供到信号电路中,并通过光耦合器454和电 阻器463。电容器456和电阻器458的目的是提供低通滤波。电阻器 463、电阻器458和电容器456 —起对到达输出指示器线460的输出提 供时间常数控制。提供电阻器461来限制电流。
来自TVS 二极管450的电压被耦合到电阻器463,并在线460 上产生信号。
例如如方冲医340中所示,线460可以反向传送到电阻器465和467 的交叉中。但这仅仅是实现断开调光电路的一种途径,使得当信号放 置到输出线460上时,全部电力传输到输出447。任何其它使用线460 上的信号来停止调光的方法都可以使用。
负载36可以是硬连线的灯插头,或者可以是可接收插入式灯的 电插座。如以上所提到的,在当代照明中,常常使用白炽灯泡,但也 使用荧光灯泡。微控制器26可以具有用于控制白炽灯泡和荧光灯泡的 调光的独立的控制策略。因此,提供了灯泡检测电路38来检测负载 36上的灯泡类型。灯泡检测电路38的输出到达至微控制器26的线40 。
在一种推荐的调光控制中,为了相对其它类型灯泡来调光一种类 型的灯泡,可以使用软件中不同的控制算法和参数。作为示例,如果 识别出荧光灯泡,则可以将脉宽调制信号控制成使得起始电压和能量 足够高,以便开启灯泡。而且,由于与白炽灯泡相比,荧光灯泡需要 更长时间来开启以及需要更长时间从一个亮度级变到另一个亮度级, 因此为了实现软开启或软断开,可能需要时间常数控制参数的不同设 置。作为示例,为了荧光灯泡的柔和光线,亮度级可以维持在最低允 许等级至少一段时间(例如, 一秒),然后软开启。软开启和断开过 程中用于每个亮度级的时间常数可以相对短(例如,16ms或更长)。各种牌子的荧光灯泡可能有推荐的最小能量等级,而且低于该最小等 级的调光是不建议的。因此,作为示例,脉宽调制电压只向下调到低
等级(例如,22%)。
一般来说,要调光的灯组件可以包括具有其自己的镇流器的荧光 灯泡。但是,也可以有镇流器结合到本发明的控制电路中。
如图3所示, 一种样本灯泡检测电路38包括与电容器42 —起放 置的电阻器44和电阻器46。 二极管48确保只有正电压将流过RC电 路。光耦合器50示出为将来自RC电路的信号向下游耦合到插座线 140和控制器126。电阻器52放置成离开插座线140。控制器126和 负载136可以是与图2实施例中相同的负载36和26。但是,本发明 可操作检测负载136是否存在或者是否是短路。因此,除图2灯泡负 载之外的其它负载将受益于电路38。即,尽管电路38称为灯泡检测 电路,但其具有远远超出灯泡类型检测的好处。此外,在负载136处 提供的电阻也可以利用电路38相当精确地测量。这种电阻测量可以用 在任何应用中。
现在将解释识别灯泡类型的电路38的使用。灯泡类型是由其电 阻来区别的。将电阻变换成RC电路的放电时间测量。在许多应用中, 例如图2的调光电路,在电路工作过程中很难直接测量电流或电阻, 而且实现起来是很昂贵的。
为了确定负载136上的灯泡类型,由例如30处的脉宽调制输入 控制的低电压施加到负载。该电压施加短时间T (T>R44*C42),且该 电压足够低以致荧光灯泡在这个电压下根本不能启动。然后,切断所 施加的电压,并且电容器42开始放电。电阻器46的电阻比电阻器44 的电阻大得多(例如,R46>10*R44),且电阻器44的电阻通常是大约 几千欧姆。
如果负载是白炽灯泡,则放电时间应当大约等于R44*C42,因为 R46»R44且R白炽灯《R"。
如果负载是荧光灯泡或者如果根本没有负载,则放电时间应当是 大约R46*C42。这是成立的,因为还未启动的荧光灯泡的输入电阻比R"大得多。通过将时间常数设置为议44*<:42和&6*<:42之间的预定等
级或者阈值,电路可以识别在负载136是否接纳有白炽灯泡。信号向 下游传递通过光耦合器,到达控制器126。
如果没有指出是白炽灯,则下一步是确定在负载136中是根本没 有负载还是有荧光灯泡。
电压再次由脉宽调制信号30施加到负载。这个电压足够高且施 加足够长时间,以便荧光灯泡将开始发光。所施加的电压在峰值处被 切断,且电容器42开始放电。如果没有负载,则放电时间常数应当是 大约1146*<:42。如果负载中有荧光灯泡,则C42将通过R"快得多地放 电,直到焚光灯泡由于低电压输入而再变得断开。然后,<:42将通过 R"放电。因此,在这种情况下整体的放电时间将比1146*<:42短得多。 通过设置接近R46*C42的时间常数阔值,可以识别负栽上是否为开路 或者是荧光灯泡。
光耦合器和电阻器52将放电时间测量值变换成脉宽调制输出信 号。测量精度可以通过与电容器42并联放置大的电阻R (例如, R>10*R46)来提高。
这种基本的测试方法在图4的流程图中得以例示。尽管公开了一 种电路,但用于灯泡检测的任何方法与电路都将在本发明的范围之内。
短路检测可以通过以下描述来概述。当负载被短路时,电容器42 将不再被充电,或者如果电容器42在电路短路时具有初始电压,则它 将通过电阻器44放电。当电压施加到负载时,在最大延迟1144*<:42之 后应当有逻辑高信号出现在插座140上。如果在将电压施加到负载达 时间常数R44*C42之后没有看到这种信号,则可以识别出短路。通过
选择R"和C42的值使得时间常数比受保护部件可能遭受短路损害的
时段短,可以有效地保护诸如MOSFET的电子部件。
尽管二极管48和光耦合器50中的二极管示出为用于检测正电压
循环,但通过反转二极管的方向,该电路可以反转成检测负电压循环。 对除灯泡检测之外的其它目的,象电路38的电路还可以用于测
量电阻。类似地,无论在负载136上有什么,电路38可以在任何电路应用中识别短路的存在。
作为测量电阻的方法,该电路在直接电阻测量难以实现或者实现 起来很昂贵的情况下提供了间接的测量途径。作为通用的短路检测器, 响应时间可以比其它方法例如快速反应熔丝快得多。这种方法在直接 电阻或电流监视很困难或昂贵或者对短路的响应时间必须非常快的情
况下可以有广泛的应用。 一个示例可以是诸如调光应用中的MOSFET 短路保护。当有短路时,甚至快速反应熔丝有时候也可能太慢,而不 能保护MOSFET。对于任何短路保护,控制可以切断电力,以保护电 路或者其任何部分。
尽管已经公开了本发明的实施例,但本领域普通技术人员将理解 在本发明的范围内可以进行一定的修改。为此,应当考虑以下权利要 求,以确定本发明的真正范围与内容。

Claims (31)

1、一种照明控制电路,包括: 调光电路,用于对与该调光电路关联的灯进行调光;及 灯泡检测电路,用于确定与调光电路关联的负载处的灯泡的类型。
2、 如权利要求1所述的照明控制电路,其中灯泡检测电路能够 识别在负载中是否接纳有白炽灯。
3、 如权利要求2所迷的照明控制电路,其中灯泡检测电路还能 够识别在负载中是否接纳有荧光灯。
4、 如权利要求3所述的照明控制电路,其中如果既没有识别出 白炽灯也没有识别出焚光灯,则识别短路和开路中的一个。
5、 如权利要求1所述的照明控制电路,其中在电压施加到负载 后,测量RC电路时间常数,且该RC电路时间常数用于识别在负载 中所接納的灯泡类型。
6、 如权利要求5所述的照明控制电路,其中电压最初施加到负 载,且RC电路时间常数用于估计负载的电阻。
7、 如权利要求6所述的照明控制电路,其中如果在RC时间常 数之后电容器不能被充电,则识别出短路;如果电容器能够被充电且 放电时间常数被识别为低于阈值,则灯泡检测电路确定在负载处接纳 有白炽灯泡。
8、 如权利要求7所述的照明控制电路,其中如果RC电路时间 常数不低于预定阈值,则将更高的电压施加到负载,且电路确定RC 时间常数是否高于第二阈值,如果RC电路时间常数低于第二阈值, 则在负载中识别出荧光灯泡,而如果RC电路时间常数高于第二阈值, 则识别出开路。
9、 如权利要求8所述的照明控制电路,其中RC电路包括位于 负载和一个电容器之间的第一电阻器,以及与所述第一电阻器和一个 电容器形成T形连接的第二电阻器。
10、 如权利要求9所述的照明控制电路,其中第二电阻器的电阻大于第一电阻器的电阻。
11、 一种识别短路的方法,包括以下步骤: (l)将电压施加到负载,并通过RC电路,以及在一个时间常数之后识别电容器是否能够被充电,如果不能被充电,则识别出短路。
12、 如权利要求11所述的方法,其中短路识别用于保护部件, 且RC电路被设计成提供足够快的检测以保护部件。
13、 如权利要求11所述的方法,其中RC电路包括位于负栽和 一个电容器之间的第一电阻器,以及与所述第一电阻器和一个电容器 形成T形连接的第二电阻器,以便向下游传递时间常数信号。
14、 一种测量电阻的方法,包括以下步骤:(1)提供与负载关联的RC电路,并在负载上施加电压,以及 测量RC电路的时间常数,该时间常数与负栽上的电阻关联。
15、 如权利要求14所述的方法,其中RC电路包括位于负栽和 一个电容器之间的第一电阻器,以及与所述第一电阻器和一个电容器 形成T形连接的第二电阻器,以便向下游传递时间常数信号。
16、 如权利要求15所述的方法,其中第二电阻器的电阻大于第 一电阻器的电阻。
17、 一种操作照明控制电路的方法,包括以下步骤:(1) 提供调光电路,用于对与该调光电路关联的灯进行调光;及(2) 确定与受调光电路控制的负载关联的灯泡的类型。
18、 如权利要求17所述的方法,其中灯泡检测电路识别在负载 中是否接納有白炽灯泡。
19、 如权利要求18所述的方法,其中灯泡检测电路还识别在负 载中是否接纳有荧光灯。
20、 如权利要求19所述的方法,其中如果既没有识别出白炽灯 也没有识别出焚光灯,则识别短路和开路中的一个。
21、 如权利要求18所述的方法,其中在电压施加到负载后,测 量RC电路时间常数,且该RC电路时间常数用于识别在负载中所接 纳的灯泡类型。
22、 如权利要求21所述的方法,其中电压最初施加到负载,且 RC电路时间常数用于估计负载的电阻。
23、 如权利要求22所述的方法,其中如果在RC时间常数之后 电容器不能被充电,则识别出短路;如果电容器能够被充电且RC电 路时间常数被识别为低于阈值,则灯泡检测电路确定在负载处接納有 白炽灯泡。
24、 如权利要求23所述的方法,其中如果RC电路时间常数不 低于预定阈值,则将更高的电压施加到负载,且电路确定RC时间常 数是否高于第二阈值,如果RC电路时间常数低于第二阈值,则在负 载中识别出荧光灯泡,而如果RC电路时间常数高于第二阈值,则识 别出开路。
25、 如权利要求24所述的方法,其中RC电路包括位于负载和 一个电容器之间的第一电阻器,以及与所述第一电阻器和一个电容器 形成T形连接的第二电阻器,且第二电阻器的电阻大于第一电阻器的 电阻。
26、 一种能够识别短路的控制器,包括: 电压输入端;及RC电路,该RC电路的充电或放电时间被发送到控制器,所述 控制器比较该时间与阈值,并基于比较识别短路。
27、 如权利要求26所述的控制器,其中RC电路包括位于负载 和一个电容器之间的第一电阻器,以及与所述第一电阻器和一个电容 器形成T形连接的第二电阻器。
28、 如权利要求26所述的控制器,其中如果RC电路中的电容 器在一个时间常数后不能被充电,则识别出短路。
29、 一种能够测量电阻的电路,包括: 电压输入端;及与负栽关联的RC电路,该RC电路的时间常数被发送到控制器, 所述控制器将该时间常数与负载上的电阻关联。
30、 如权利要求29所述的电路,其中RC电路包括位于负载和 一个电容器之间的第一电阻器,以及与所述第一电阻器和一个电容器形成T形连接的第二电阻器,以便向下游传递时间常数信号。
31、如权利要求30所述的电路,其中第二电阻器的电阻大于第 一电阻器的电阻。
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