CN103221879B - 适于驱动电容性或复杂电容电阻性负载的调光器和开关 - Google Patents

Abstract

一种透明度调节系统包括：透明物理元件，其电行为是电容性负载的电行为；以及功率调光器装置，其操作来向透明物理元件提供AC电流以产生包括除了全透明度以外的多个透明度状态的一组透明度状态。包括在本发明的范围中的是在单个步骤中而非逐渐地将负载例如LC膜的状态从透明改变到半透明的系统。

Description

适于驱动电容性或复杂电容电阻性负载的调光器和开关

共同未决的申请的引用

要求标题为“Dimmerandswitchsuitablefordrivingcapacitiveandcomplexcapacitive-resistiveloadsuchasliquidcrystalfilm”且于2010年9月27日提交的美国临时申请号61/386,728的优先权。

发明领域

本发明通常涉及透明物体，且更具体地涉及影响物体的透明度。

发明背景

在下面的公布中尤其描述了关于本发明的某些实施方式的常规技术：

维基百科陈述：“调光器是用于改变光的亮度的设备。通过增加或减小RMS电压和因而增加灯的平均功率，可能改变光输出的强度。虽然可变电压设备用于各种目的，术语“调光器”通常供用来控制电阻性白炽灯、卤素灯和最近的紧凑型荧光（CFL）照明的调光器的目的之用。需要更专业的设备来调节荧光、汞汽、固态和其它弧光照明。

调光器在尺寸上范围从用于家庭照明的正常灯开关的尺寸的小范围单元到在大剧场或建筑照明装置中使用的高功率单元。小的家用调光器通常被直接控制，虽然远程控制系统（例如，X10）是可用的。现代调光器从硅控整流器（SCR）而不是电位计或可变电阻器构建，因为它们具有较高的效率。现代调光器设计使用微处理器来将数字信号直接转换成开关的控制信号。这具有很多优点，给出对调光的较紧密控制，并给出使诊断反馈被数字地发送回照明控制器的机会。”

常规调光器的类型包括Saltwater调光器、Rheostat调光器、自耦变压器调光器和晶闸管调光器。

具有2个状态——透明/不透明——的基于液晶膜的窗口的使用是已知的。例如，LCSmartGlass是Schott的注册商标，并被认为提供例如对屏幕、能量节约窗口、浴室/淋浴隔断、隐私屏幕、顶部照明和投影显示器的解决方案，其从不透明改变到透明并再次改变回来。一般使用常规玻璃层压工艺将LC膜夹在两个玻璃面板之间。

在本说明书中提到的所有公布物和专利文件以及本文引用的公布物和专利文件的公开直接或间接地特此通过引用被并入。

发明概述

本发明的某些实施方式目的在于克服已知的调光器的缺点。更具体地，本发明目的在于提供适合于给纯电容性负载或复杂RC负载例如LC膜提供电力的调光器。

本发明的某些实施方式试图为LC膜提供功率调光器，LC膜串联连接到功率电路和AC电压例如干线。

在本发明的一个实施方式中，功率开关包括功率设备例如MOSFET，其漏极连接到第一二极管桥的正输出，而其源极连接到第一二极管桥的负输出。

本发明的另一实施方式目的还在于提供包括两个功率设备例如MOSFET的功率电路，这两个功率设备反串联地连接到彼此，优选地源极到源极。

本发明的另一实施方式提供实现接通和关断功率开关的适当定时的控制电路。定时一般适合于驱动电容性负载。

本发明的另一实施方式目的还在于提供适合于驱动电容性和电阻性负载的串联-并联组合的控制电路。

根据本发明的实施方式，LC膜与功率开关串联连接到AC电压，例如干线。

根据本发明的实施方式，控制电路包括比较器，比较器的一个输入连接到在下文中被称为参考电压或Vref的DC电压。参考电压可以是不变的，或可以是交替的，以便分别维持施加到LC膜的电压不变或改变施加到LC膜的电压。另一输入连接到分压器，其一般通过另一二极管桥由整流AC电压馈电。

根据本发明的实施方式，比较器通过经由驱动器电路连接到功率开关的控制输入的基于例如光耦合器或光电耦合器的设备的光隔离电路接通和关断功率开关的栅极。

根据本发明的实施方式，控制电路优选地经由电阻器和二极管从第二二极管桥馈电。驱动器电路从LC膜连接到AC电压的节点通过另一二极管和电阻器来馈电。

根据本发明的另一实施方式，比较器执行下面的两个功能中的一个或两个：比较器根据前述参考电压设置施加到LC膜的AC电压的值，以及比较器在零电压交叉下实现功率开关的接通，意味着当功率开关两端的电压降接近零时，功率开关被接通。

根据本发明的另一实施方式，可并联于复杂LC负载来添加电容器。

根据另一实施方式，提供了自此以后被称为“探测器”的零电压交叉探测器电路、两个高通滤波器和存储器设备例如RS锁存器；探测器经由第一高通滤波器使RS锁存器置位，且前述比较器通过连接到前述光隔离电路的第二高通滤波器来使RS锁存器复位，RS锁存器经由前述驱动器电路分别接通和关断功率开关。

根据另一实施方式，并联于复杂RC负载例如LC（液晶）膜来添加电容器，以便增加被施加到负载的AC电压。

因此根据本发明的某些实施方式提供了功率调光器装置，其为纯电容性负载或复杂电容器/电阻器负载例如LC膜提供AC电流，该装置包括与负载和控制电路串联连接的功率开关以实现其中接通和关断功率设备的正确定时，以便驱动负载，施加到负载的输出AC电压被利用，该输出AC电压具有至多非常小量的DC电压分量。

进一步根据本发明的某些实施方式，功率设备配置为两个反串联连接的MOSFET开关与LC膜的串联连接。

仍然进一步根据本发明的某些实施方式，功率设备配置为通过二极管桥与负载串联连接的MOSFET开关。

此外根据本发明的某些实施方式提供了用于提供本文所示和所述的装置的方法。

进一步根据本发明的某些实施方式，施加到负载的AC电压具有准梯形形式。

还根据本发明的某些实施方式提供了用于通过使用截断的周期波信号以控制施加到液晶的电压来控制物体的透明度的装置，该液晶可以或可以不被层压到玻璃中。

此外还根据本发明的某些实施方式提供了如上的装置，其可存在于外壳中。

仍然进一步根据本发明的某些实施方式，透明度是可控制的，例如像调光器一样实现：除了零以外的多个透明度之一；以及零。

此外根据本发明的某些实施方式，物体包括窗口例如但不限于家、办公室、工厂，或交通工具例如但不限于汽车、水上运载工具或飞机。

进一步根据本发明的某些实施方式，上述装置不需要用于实现透明度控制的变压器。

仍然根据本发明的某些实施方式，上述装置操作来通过其中的直接监测或通过它何时出现的间接假设来发现ZVC条件。

此外根据本发明的某些实施方式，装置操作来通过直接监测来发现ZVC条件，且电容器并联于复杂电容性/电阻性负载而被添加。

此外根据本发明的某些实施方式提供了本文所示或所述的实施方式的任何适当组合。

进一步根据本发明的某些实施方式，外壳与电源插座相似。

本发明的某些实施方式试图使负载例如LC膜受到调光器所提供的电压。

本发明的某些实施方式试图提供LC膜，其根据施加到膜的AC电压的水平是选择性地透明的。为LC（液晶）膜提供AC电流的功率调光器包括与LC膜串联连接的功率开关和实现接通和关断功率设备的正确定时的控制电路。为了驱动LC膜，可利用截断的正弦形式的AC电压，而没有DC电压分量或有非常小的DC电压分量（通常在DC电压的几百毫伏例如300毫伏之下）。该功率设备可配置为例如两个反串联的MOSFET开关与LC膜的串联连接，或在另一实施方式中为通过二极管桥与LC膜串联连接的一个MOSFET开关。

本发明一般包括至少下面的实施方式：

实施方式1：透明度调节系统，其包括：

透明物理元件，其可具有无限的多个透明状态，其电行为是电容性负载的电行为；以及

功率调光器装置，其操作来向透明物理元件提供AC电流以产生包括除了全透明度以外的多个透明度状态的一组透明度状态。

实施方式2：根据实施方式1的系统，其中透明物理元件包括液晶（LC）膜。

实施方式3：根据实施方式1的系统，其中该组透明度状态还包括全透明度的状态。

实施方式4：根据实施方式1的系统，其中负载包括复杂电容器/电阻器负载，或可选地包括纯电容性负载。

实施方式5：根据实施方式1的系统，其中功率调光器装置包括：

给负载提供电力的功率开关；以及

控制电路，其控制功率开关来在可选择的时间接通和关断。

实施方式6：根据实施方式5的系统，其中为了驱动负载，输出电压施加到负载，输出电压包括一定量的AC电压，其中DC电压的量（如果有的话）小于AC电压的量的0.5%。

实施方式7：根据实施方式5的系统，其中功率开关与负载串联连接。

实施方式8：根据实施方式2的系统，其中功率开关包括与LC膜串联连接的一对反串联的MOSFET开关。

实施方式9：根据实施方式1的系统，其中功率开关包括：

二极管桥；以及

经由二极管桥与负载串联连接的MOSFET开关。

实施方式10：根据实施方式1的系统，其中施加到负载的AC电压近似为准梯形形式。

实施方式11：根据实施方式1的系统，其中施加到负载的AC电压具有截断的正弦形式。

实施方式12：根据实施方式2的系统，其中液晶膜被层压到玻璃物体中，从而控制玻璃物体的透明度。

实施方式13：根据实施方式12的系统，其中玻璃物体形成窗口或门窗玻璃或门。

实施方式14：根据实施方式13的系统，其中窗玻璃安装在建筑物中。

实施方式15：根据实施方式13的系统，其中窗玻璃安装在交通工具例如汽车、水上运载工具和飞机中。

实施方式16：根据实施方式5的系统，其中施加到负载的AC电压具有截断的正弦形式，其在控制电路所确定并经由功率开关施加的电压水平处被截断。

实施方式17：根据实施方式2的系统，其中为液晶膜定义最大电压水平额定值，且其中功率调光器装置具有不超过液晶膜的最大电压水平额定值的预定最大电压水平。

实施方式18：根据实施方式5的系统，其中功率开关具有包括栅极的输入点，且其中控制电路经由驱动器电路连接到功率开关，驱动器电路控制功率开关的输入点。

实施方式19：根据实施方式5的系统，其中控制电路包括比较器，其操作来接收并比较：

AC电压的输入电平；以及

用户选择的参考电压；

并在AC电压的输入电平达到用户选择的参考电压时产生触发对施加到负载的正弦AC电压进行截断的输出。

实施方式20：根据实施方式18的系统，其中控制电路经由隔离电路连接到驱动器电路。例如，如果电源电压是220，则这可能是有用的，而LC膜可以只“容忍”较小的电压，例如40V或100V。

实施方式21：根据实施方式4的系统，且还包括布置成并联于复杂负载并操作来增加施加到复杂负载的AC电压的电容器。

实施方式22：根据实施方式5的系统，且还包括ZVC（零电压交叉）预测电路，且其中功率开关不被接通，除非非常小的电压（如果有的话）由ZVC（零电压交叉）预测电路预测为存在于功率开关两端。

实施方式23：根据实施方式22的系统，其中ZVC（零电压交叉）预测电路假设LC电压在“浮动”时间间隔期间将不改变。

实施方式24：根据实施方式5的系统，且还包括横跨功率开关连接的ZVC（零电压交叉）探测电路，且其中功率开关未被接通，除非非常小的电压（如果有的话）由横跨功率开关的ZVC探测电路探测到。

实施方式25：根据实施方式22的系统，且其中ZVC探测电路操作来分别测量横跨功率开关的端子P-VDD1和LC-VDD1的正弦输入电压的正半周和负半周。

实施方式26：根据实施方式24的系统，其中电容性负载包括复杂电容器/电阻器负载，该系统还包括与复杂电容性/电阻性负载并联的电容器。

实施方式27：根据实施方式1的系统，其中功率调光器装置能够由用户手动控制。

实施方式28：根据实施方式1的系统，其中功率调光器装置由计算机化系统例如PC或智能家庭系统控制。

实施方式29：透明度调节方法，其包括：

提供透明物理元件，其电行为是电容性负载的电行为；以及

提供功率调光器装置，其操作来向透明物理元件提供AC电流以产生包括除了全透明度以外的多个透明度状态的一组透明度状态。

ZVC探测电路一般连接成使得它可相应地测量横跨功率开关的端子P-VDD1和LC-VDD1的正弦输入电压的正半周和负半周。当ZVC条件（其中没有或有非常小的电压存在于功率开关两端）出现时，功率开关被接通。在ZVC处接通是有利的，以便防止大电流尖峰，其否则将在接通期间出现，且可能引起射频干扰，且在极端情况下破坏功率开关和/或膜。ZVC的定时一般是负载的电容和电阻分量之间的关系的函数。

根据本发明的一些或所有实施方式，任何适当的处理器、显示器和输入装置可用于处理、在计算机屏幕或其它计算机输出设备上显示、存储、并接受信息，例如通过本文所示和所述的方法和装置中的任一个使用或产生的信息；上述处理器、显示器和输入装置包括计算机程序。本文所示和所述的本发明的任何或所有控制功能可由下列设备执行：常规个人计算机处理器、工作台或用于处理的其它通用或专门构造的可编程设备或计算机或电子计算设备；用于显示的计算机显示屏和/或打印机和/或扬声器；机器可读存储器例如光盘、CDROM、磁光盘或其它磁盘；RAM、ROM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡或用于存储的其它卡、以及用于接受的键盘或鼠标。上述设备可经由任何常规有线或无线数字通信装置例如经由有线或蜂窝电话网络或计算机网络例如互联网进行通信。

在接下来的章节中详细描述上面提到的实施方式和其它实施方式。

在正文或附图中出现的任何商标归其所有者所有，并仅在本文出现来解释或说明本发明的实施方式可如何被实现的一个例子。

本文单独列出的元件不需要是不同的部件，且可以可选地是相同的结构。

附图的简要说明

在下面的附图中示出本发明的某些实施方式：

图1是用于控制由AC电压Vac供应的负载L的电路的现有技术电气图。

图2A和2B是结合本发明的某些实施方式有用的功率开关实现的电气图，使得在图2A中，功率开关包括二极管桥和经由二极管桥与负载串联连接的MOSFET开关，而在图2b中，功率开关包括与LC膜串联连接的一对反串联MOSFET开关。

图3是根据第一实施方式构造和操作的透明度调节系统的电气图。

图4包括例如如图3所示的根据本发明的某些实施方式的特征化可存在于调光器中的电压/电流以及电容性负载的波形的曲线A-F；曲线A-E是电压与时间的关系曲线；曲线F是电流与时间的关系曲线。

图5是物理元件的电气等效电路，物理元件例如但不限于像电容性负载例如复杂RC负载一样表现的LC膜，本发明的某些实施方式例如图3、7、10和11的实施方式可适用于这些物理元件。

图6包括例如如图5所示的根据本发明的某些实施方式的特征化可存在于调光器以及LC膜中的电压/电流的波形的曲线A-F；曲线A-E是电压与时间的关系曲线；曲线F是电流与时间的关系曲线。

图7是根据本发明的第二实施方式构造和操作的透明度调节系统的电气图。

图8包括例如如图7所示的根据本发明的某些实施方式的特征化可存在于调光器以及LC膜中的电压/电流的波形的曲线A-I。

图9包括表示在添加外部电容器之前（曲线VI和I1）和之后（曲线V2和I2）根据某些实施方式提供的在LC膜上的电压和穿过功率开关的电流的曲线A和B。

图10是与图3的实施方式类似但包括额外的电容器C37的透明度调节系统的电气图。

图11是与图7的实施方式类似但缺少电容器C37的透明度调节系统的电气图。

某些实施方式的详细描述

将结合附图在特定的实施方式的下面的非限制性描述中详细讨论本发明的各种实施方式的特征和优点。

在不同的附图中使用相同的参考数字表示相同的元件。为了清楚起见，在附图中没有示出对本发明的理解不是强制性的某些电路元件。

本发明的某些实施方式尤其涉及控制由AC电压供应的负载，例如但不限于适合于给LC膜提供电力的功率调光器的领域。这些实施方式可例如基于反串联地组装的开关，或可基于借助于二极管桥连接到负载的单个开关。

调光器可基于三端双向可控硅元件的使用，三端双向可控硅元件的触发在每个AC周期开始时被延迟。这样的调光器不适合于LC膜，其像在下文中被称为“复杂RC负载”的复杂电容性-电阻性负载一样表现。

现有技术的图1示意性示出用于控制由AC电压VAC供应的负载L的常规示例性电路7。两个开关10和20以反平行配置组装在调光器的两个功率端子30和40之间，并与AC电压的两个端子P和N之间的负载L串联连接。每个开关10、20具有其自己的控制电路50和60，其产生控制信号。

在这种类型的常规电路中，正和负正弦半波经由两个不同的开关10和20穿过，并被两个单独的控制电路50和60控制，由于这两个电路的部件的容限，本质上使DC电流穿过负载L。虽然这可能对电感性和电阻性负载例如荧光灯镇流器和钨灯是可接受的，它不适合于LC膜，其可能被相对小量的DC电压损坏。

图2A示出能够传导或阻挡P和LC节点之间的AC电流的功率开关的一个实施方式。功率开关可例如包括被配置为全波二极管桥的4个二极管D4、D5、D7和D8，二极管桥的正极连接到MOSFETQ3的漏极，而二极管桥的负极连接到MOSFETQ3的源极。功率开关可由在节点G和VDD1之间施加的DC电压控制。当DC电压被施加在G和VDD1之间时，功率开关传导AC电流，而零电压被施加在G和VDD1之间时，AC电流被阻挡。

图2B示出能够传导或阻挡P和LC节点之间的AC电流的功率开关的另一实施方式。图2B的功率开关一般包括反串联地连接的两个MOSFET，两个源极和两个栅极被绑定在一起来被控制，如在第一实施方式中的。

在图3中，示出了功率调光器的一个实施方式，功率调光器控制穿过在图示中被表示为“LC”的LC膜的AC电流。

LC膜可串联连接到功率开关1，且这两者都可连接到在输入P和N之间的AC源，例如干线，如所示。功率开关1可由控制电路2控制。一般，通过包括光耦合器U1和电阻器R5的隔离电路3，控制电路2产生电压脉冲，其由驱动器电路4放大并施加到栅极G和VDD1节点之间的功率开关，例如，如前面提到的。

可提供在VCC1和VDD1之间的驱动器电压，其由二极管齐纳D3调节并通过电容器C1变平滑，且驱动器电路从该驱动器电压被馈电。驱动器电压一般但不一定经由二极管D1和电阻器R1从AC输入N得到。

给控制电路馈电的在VCC2和VDD2之间的控制电压可由齐纳D11调节并通过电容器C2变平滑，并可通过电阻器R4和二极管D6从二极管桥得到，例如，如通过所示实施方式中的对输入AC电压整流的二极管D9、D10、D11和D13形成的二极管桥。

驱动器电路可例如被实现，如图3所示，虽然这并非被规定为限制性的，并可以用下面的方式操作：

在光耦合器U1不导通的情况下，FETQ2一般经由电阻器R3被饱和，并经由二极管D2将G输入驱动为低，关断功率开关。

当光耦合器U1导通时，Q2被关断，且功率开关的G输入通过包括晶体管Q1和电阻器R2的发射器跟随器从VCC1充电。

LC膜可包括任何常规LC膜（液晶）、STF（可切换的透明膜）或PDLC（聚合物分散液晶）膜，例如但不限于Citala的P1、V4、V6、G4和G6膜或ABT（AllBrilliantTechnology）的SFT膜。认为下面的市场上可买到的膜加以必要的变更也是对本文描述的LC膜的适当的实现：PolytronTechnologies的Polyvision、从Iglass可得到的LC膜、HanwhaPolydreamer的Art-Vu膜和SaintGobain的PRIVA-LITE。术语“LC膜”或“液晶膜”或“STF膜”用来包括当电压被施加时将透明度从不透明改变到透明的任何膜。这样的膜通常包括下面的层：第一PET膜层、第一导电涂层、具有液晶微粒的聚合物层、第二导电涂层和第二PET膜层。

参考图4的时序图曲线，控制电路可以用下列方式操作：

图4的曲线A描绘例如如图3所示的存在于输入P和N处的输入AC电压。

一般，这样的AC电压例如被二极管桥5整流，且在通过分压器按比例减小例如通过电阻器R6和R7形成之后被施加到比较器U2的一个输入7。比较器U2的另一输入6由参考DC电压Vref馈电。

Vref可以是不变的电压，并可在LC膜由不变的电压提供电力的情况下例如从电压调节器得到。可选地，Vref在调光器的情况下可以是可调节的，并例如从电位计或DAC（数模转换器）得到。

一般，从时间T0起，当AC电压与零交叉时，直到时间t1为止，在比较器U2的正输入7处的电压小于在负输入6处的电压，且输出1在逻辑低状态中，使光耦合器的U1导通，如图4的曲线B所示。U1的导通经由驱动器电路4将高电平施加到功率开关1的G输入（见图4的曲线C），功率开关通过将AC电压增加到值V1来传导LC膜的充电电容，从而通过Vref提供有效编程，例如，如图4的曲线E所示的。从时间t1一直到t2，正输入7占优势，使比较器U2将其状态改变到逻辑高，且作为结果，功率开关1被关断，因而对LC膜的电容的电流充电停止。

没有电流流经的LC膜的电容一般保持累积的电压的水平在时间t2之前不变。这是假设图5中的表示LC膜的电气等效电路的时间常数R9*C3比AC电压时间周期大至少两个数量级的情况。在时间t2，在比较器U2的正输入7处的下降波形等于施加到正输入6的Vref。这使比较器U2改变状态，接通功率开关1，且因此LC膜上的电压开始下降，等于下降的AC电压。因为在t1，AC电压的瞬时值等于LC膜上的电压，且在从t1到t2的时间间隔期间，膜上的电压不改变，在t2，下降的AC电压将再一次等于LC膜电压，所以接通功率开关1在零电压交叉（ZVC）下被有效地执行，意味着在这个时刻在功率开关上的差为零。

在图4的曲线D中，描绘了横跨功率开关1的端子P和LC的电压。在图4的曲线C和D中，显然在t2时刻，当通过被施加到G输入的电压接通功率开关1时，功率开关1两端的电压为零。ZVC有效地防止当接通电容性负载时原本会出现的不希望有的电流瞬变。从时间t2一直到时间t3，功率开关被保持在ON（接通）状态中。因此，LC膜的电容从正V1被再充电到负V2，V2的绝对值等于V1的绝对值。

图4的曲线F描绘流经LC膜的电流。在从t0一直到t1的时间间隔期间，功率开关是接通的，且正电流流经LC膜，其值与LC膜电容和速度成比例，借助该正电流，施加到LC膜的AC电压增加了。在从t1一直到t2的间隔期间，LC膜电压未改变，所以没有电流流经膜。从t2起且一直到t3为止，LC膜上的电压降低，使穿过膜的电流反转。

基于LC电压不改变同时功率开关在关断状态中的假设，图3的实施方式被发现与纯电容性负载工作良好，使得使用比较器U2来用于对调光器电压编程并用于发现前述零电压交叉条件变得可能，在该条件下，功率开关可被接通。

然而，LC膜可以更实际可行地由电容和电阻分量的复杂电容-电阻阻抗组合表示，如图5所示。在图5中，LC膜由分布式电阻R9所旁路的分布式电容和电阻（分别是电容器C3和电阻器R8）的串联连接表示。由于R9，电容器C3所存储的电压一般在功率开关1的关断状态期间被放电到某个程度。

虽然使用用于给LC膜提供电力的图3的实施方式是可行的，通过直接监测这个条件而不是通过使用关于这个条件何时出现的间接假设来发现ZVC条件可能证明是合乎需要的。

在图6的曲线E中，描绘了在具有如图5所示的模型的LC膜上得到的波形。LC膜的电容（图5中的C3）被充电到水平V1（在此期间，功率开关1导通（从t0到t1）），并当功率开关1保持在高阻抗状态中（从t1到t2）时接着经由并联电阻（图5中的R9）在内部被放电到水平V2。当功率开关1在t2时刻被再次接通时，在V1水平处的AC电压高于V2，因而使LC膜电容被快速充电到V3水平（大致等于V1）（见图6的曲线E），并产生明显高于标称I1的瞬变电流I2，如图6的曲线F所示的。

图6的曲线A-D分别示出输入AC电压、比较器U2A的输入、功率开关1的G输入以及横跨功率开关1的P和LC的电压的波形。参考图6的曲线D，认识到功率开关1在仍然受到电压V4时被接通，且因此ZVC条件未被满足。

图7所示的额外实施方式在克服前述缺点时可能是有用的。

在图7中，ZV（零电压）探测电路6被添加，并可例如包括下列部件中的一些或全部：二极管Ｄ16、D17、电阻分压器R10、R11、晶体管Q6、上拉电阻器R13和反相门U3C。二极管桥7在二极管D16、D17周围被构建，并被二极管D6和D7或功率开关1的MOSFET的Q4和Q5的体二极管补充（例如，见图2A和2B）。二极管桥7一般监测施加在功率开关1的P和LC端子之间的AC电压，并通过分压器（例如，电阻器R10、R11）将该AC电压整流和馈送到晶体管Q6的基极。在集电极Q6上的信号由门U3C反转。当功率开关1（端子P和LC）之间的电压几乎下降到零时，晶体管Q6停止导通，且Q6的集电极上升到高。在Q6的集电极上的低到高转变由U3C反转并经由高通滤波器8传输。高通滤波器8是下降沿敏感的，并可例如包括如所示的电阻器R14、电容器C36和二极管D18。下降脉冲在端子Q处将RS锁存器电路10（其可例如包括两个与非门（U3A和U3B））置位到逻辑0电平，因而经由驱动器电路4接通功率开关1，驱动器电路4将高电平施加到功率开关1的输入G。

图8的曲线A示出输入AC电压。在图8的曲线B和C中，描绘了ZV探测电路的输出和相应的SET（置位）信号。

当AC膜上的电压达到由控制电路2编程的电平时，比较器U2A的输出1变低。在U2A的输出1处的高到低转变经由类似于前述高通滤波器8的高通滤波器9传输，并通过隔离电路3使RS锁存器电路复位，RS锁存器电路通过驱动器电路4关断功率开关1。

分别在图8的曲线D和E中，示出U2A的输出和RESET（复位）信号。

图8的曲线F示出功率开关1的控制G输入，其分别由SET和RESET信号置位和复位。

在图8的曲线G中描绘了功率开关1两端的电压。从波形很明显，功率开关在零电压时刻被接通。

分别在图8的曲线H和I中描绘相应的LC膜电压和电流波形。

由于LC膜电容的放电，在一些情况下，添加与LC膜并联连接的外部电容器可能证明是有益的，例如见图7中的C37。该电容器将在功率开关的OFF（关断）时间期间降低电压衰减，以穿过功率开关1的额外的电流为代价。

图9的曲线A和B描绘分别提供和不提供外部电容器的比较波形。在图9的曲线A中，V1和V2分别是有和没有外部电容器C37的情况下在LC膜上的电压的曲线。在图9的曲线B中，I1和I2是分别在有和没有外部电容器C37的情况下穿过功率开关1的电流的曲线。

本发明的某些实施方式的优点包括下列项：首先，LC膜的电流在同一行程中在两个方向上流动。此外，功率开关由单个控制电路控制。这两个特征都确保没有DC电流以及相关的DC电压存在以损坏LC膜，与图1所示的现有技术相反。

本文所示和所述的装置或其部分可以可选地存在于外壳中，外壳例如但不限于电源插座、可安装在墙上的电气开关结构、或用来在不容易接近的位置处放置的盒子。

LC膜可被层压在玻璃板之间，且具有可连接到调光器（透明度控制）电路的两个突出电极或电线。因而产生的层压玻璃可用作例如窗户或门的窗玻璃或具有透明板或部件的任何其它产品。

图3的电路基于预测产生关于ZVC的假设而不是直接监测条件。一般，预测基于在“浮动”期间（在图4E中的时间间隔t1-t2）的LC电压不改变的假设。该预测对于纯电容负载是准确的，但一般对于复杂负载不够好（例如，见图6的曲线E中的t1-t2间隔）。

可以使用或不使用表征某些实施方式的电容器例如图7中的电容器C37，取决于例如LC膜的类型及其几何结构，例如其长度与宽度之间的比例。不考虑电容器C37是否被提供，调光器可如图7中的被实现。

应认识到，本文所示和所述的功率开关到LC膜的串联连接并没有被规定为限制性的。例如，本发明的范围包括调光器（其可只起接通/关断开关的作用，如果需要），其适合于电容性负载（例如但不限于液晶（LC）膜）的调节（以及仅仅接通和关断）。这样的调光器可使用比如在工业中公知的逆变器及其衍生物实现，衍生物可以但不需要串联连接到负载。这样的逆变器一般更复杂，因此比如本文所示和所述的与负载串联连接的调光器更昂贵。

一般，用户按下按钮或旋转旋钮，或PC例如智能家庭系统发起用作图3、7、10或11的输入的信号。控制电路将这个输入转换成定时，功率开关根据该定时在每个线频率周期内被接通和关断，例如在欧洲50Hz或在美国60Hz。当功率开关被接通时，电压经由功率开关施加到负载。施加到负载的电压的量取决于功率开关被接通的持续时间。

一般，LC膜不能容忍直流，并实质上只由AC提供电力而实质上没有DC。

应认识到，如果需要，本文所示和所述的任一功率调光器可以起接通/关断开关而不是调光器（调光器具有很多ON状态，而ON/OFF开关只有一个接通状态）的作用，例如用于浴室，改变服装店中的房间，等等。当需要接通/关断开关操作模式时，连接到DC参考电压Vref（例如，如图3所示）的控制电路的比较器输入一般具有一个固定值，例如5V或零，其在被设置为高或低时分别使负载例如LC膜呈现相对例如完全透明或完全不透明的状态。可选地，当需要调节功能时，Vref在低值和高值之间交替，以便调节LC膜。

更一般地，用于通过施加截断的周期波信号来控制物体的透明度以便控制施加到液晶的装置可设计成实现可控制的多个透明度和不透明状态例如像调光器一样，或可设计成只实现两个透明度状态：即，最大透明度和不透明状态。

图10是类似于图3的实施方式但有添加的电容器C37的本发明的另一实施方式的图示。应认识到，如图10所示，电容器C37到图3的装置的添加可进一步增加图6F所示的电流峰值。

图11是类似于图7的实施方式的本发明的另一实施方式的图示，除了电容器C37被省略以外。

在图3、7、10和11的实施方式中，应认识到，参考电压VREF可经由任何适当的一般手动操纵的设备例如电位计或适当的数字设备例如DAC或通过PC或通过适当的装置例如但不限于“智能家庭”软件被用户控制。应认识到，本文所示和所述的一些或全部电路可集成到一个或多个集成电路中。

应认识到，可变变压器例如自耦变压器可用于有效地机械“调节”或控制LC膜的透明度，然而，这是相对麻烦的和不令人满意的布置。

应认识到，为了驱动负载，施加到负载的输出电压理想地仅仅是AC电压，且特别可包括非常小的通常不期望的DC电压分量，其量一般小于AC电压的量的1%或小于0.5%或小于0.3%或小于0.1%。

类似地，关于ZVC（零电压交叉）预测和探测电路，功率开关一般不被接通，除非（期望地）零或（较不期望地）仅仅非常小的电压例如一般小于AC电压的量的1%或小于0.5%或小于0.3%或小于0.1%由ZVC（零电压交叉）预测电路预测为存在于功率开关两端。

本发明可能有本领域技术人员容易想到的各种变更、修改和改进。

这样的变更、修改和改进被规定为本公开的部分，并被规定为在本发明的精神和范围内。因此，前述描述仅作为例子且没有被规定为限制性的。

将认识到，术语例如“强制性的”、“所需的”、“需要”和“必须”指在为了清楚在本文描述且没有被规定为限制性的特定实现或应用的上下文内进行的实现选择，因为在可选的实现中，相同的元件可被定义为不是强制性的和不需要的，或可能甚至被一起消除。

应认识到，如果需要，包括程序和数据的本发明的软件部件例如上面提到的“智能家庭”软件可以在ROM（只读存储器）形式——包括CD-ROM、EPROM和EEPROM——中实现，或可存储在任何其它适当的一般非临时计算机可读介质例如但不限于各种磁盘、各种卡和RAM中。如果需要，在本文被描述为软件的部件可以可选地使用常规技术全部或部分地在硬件中实现。相反，如果需要，在本文被描述为硬件的部件可以可选地使用常规技术全部或部分地在软件中实现。本发明的范围不限于在本文特别描述的结构和功能，且也用于包括具有产生本文所述的结构或执行本文所述的功能的能力的设备，使得即使设备的用户不使用该能力，他们也能够修改设备以得到该结构或功能，如果他们这样希望。

也可结合单个实施方式提供在单独的实施方式的上下文中描述的本发明的特征。相反，为了简洁起见在单个实施方式中或以某个顺序描述的本发明的特征——包括方法步骤——可被单独地或以任何适当的自组合或以不同的顺序被提供。在本文在特定例子的意义上使用“例如”，其并没有被规定为限制性的。应认识到，在本文所示和所述的描述和附图中，被描述或示为系统及其子单元的功能也可被提供为方法和其步骤，且被描述或示为方法和其步骤的功能也被提供为系统及其子单元。用于示出附图中的各种元件的标度仅仅是示例性的和/或适合于介绍的清楚，且没有被规定为限制性的。

Claims (30)

1.一种透明度调节系统，包括：

透明物理元件，其电行为是电容性负载的电行为；以及

功率调光器装置，其操作来向所述透明物理元件提供AC电流以产生包括多个不同于全透明度的透明度状态的一组透明度状态，其中所述功率调光器装置包括：

功率开关，其给所述负载提供电力；以及

控制电路，其控制所述功率开关以在可选择的时间接通和关断，

所述控制电路包括比较器，所述比较器操作来接收并比较：

AC电压的输入电平；以及

用户选择的参考电压；

并在AC电压的所述输入电平达到所述用户选择的参考电压时，相应地操作来控制输出电压。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述透明度物理元件包括液晶LC膜。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述一组透明度状态还包括全透明度的状态。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述负载包括复杂电容器/电阻器负载。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述比较器操作来产生一输出，该输出触发对施加到所述负载的正弦AC电压的截断。

6.如权利要求1所述的系统，其中为了驱动所述负载，被施加到所述负载的输出电压包括AC电压，使得DC电压，如果有的话，至多是AC电压的量的0.5％。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述功率开关与所述负载串联连接。

8.如权利要求2所述的系统，其中所述功率开关包括与所述液晶LC膜串联连接的一对反串联的MOSFET开关。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述功率开关包括：

二极管桥；以及

MOSFET开关，其经由所述二极管桥与所述负载串联连接。

10.如权利要求1所述的系统，其中施加到所述负载的AC电压具有准梯形形式。

11.如权利要求1所述的系统，其中施加到所述负载的AC电压具有截断的正弦形式。

12.如权利要求2所述的系统，其中所述液晶膜被层压到玻璃物体中，从而控制所述玻璃物体的透明度。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述玻璃物体形成窗玻璃或门玻璃。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述窗玻璃安装在建筑物中。

15.如权利要求13所述的系统，其中所述窗玻璃安装在交通工具中。

16.如权利要求1所述的系统，其中施加到所述负载的AC电压具有截断的正弦形式，所述截断的正弦形式在所述控制电路所确定并经由所述功率开关施加的电压水平处被截断。

17.如权利要求2所述的系统，其中为所述液晶LC膜定义最大电压水平额定值，且其中所述功率调光器装置具有不超过所述液晶膜的最大电压水平额定值的预定最大电压水平。

18.如权利要求1所述的系统，其中所述功率开关具有包括栅极的输入点，且其中所述控制电路经由驱动器电路连接到所述功率开关，所述驱动器电路控制所述功率开关的输入点。

19.如权利要求1所述的系统，其中所述控制电路包括比较器，所述比较器操作来接收并比较：

AC电压的输入电平；以及

用户选择的参考电压；

并在AC电压的所述输入电平达到所述用户选择的参考电压时产生一输出，该输出触发对施加到所述负载的正弦AC电压的截断。

20.如权利要求18所述的系统，其中所述控制电路经由隔离电路连接到所述驱动器电路。

21.如权利要求4所述的系统，且还包括与所述复杂电容器/电阻器负载并联布置并操作来增加施加到所述复杂电容器/电阻器负载的AC电压的电容器。

22.如权利要求1所述的系统，且还包括零电压交叉ZVC预测电路，且其中所述功率开关不被接通，除非零电平或存在时最大值小于一预定小电平的电压的由所述零电压交叉ZVC预测电路预测为存在于所述功率开关两端。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述零电压交叉ZVC预测电路假设LC电压在“浮动”时间间隔期间将不改变。

24.如权利要求1所述的系统，且还包括横跨所述功率开关连接的零电压交叉ZVC探测电路，且其中所述功率开关不被接通，除非非常小的电压，如果有的话，由横跨所述功率开关的所述ZVC探测电路探测到。

25.如权利要求24所述的系统，且其中所述ZVC探测电路操作来分别测量横跨所述功率开关的端子P-VDD1和LC-VDD1的正弦输入电压的正半周和负半周。

26.如权利要求21所述的系统，其中所述电容性负载包括复杂电容器/电阻器负载，所述系统还包括与所述复杂电容性/电阻性负载并联的电容器。

27.如权利要求1所述的系统，其中所述功率调光器装置能够由用户手动控制。

28.如权利要求1所述的系统，其中所述功率调光器装置由计算机化系统控制。

29.如权利要求1所述的系统，其在单个步骤中而非逐渐地将所述物理元件的状态从透明改变到半透明。

30.一种透明度调节方法，包括：

提供透明物理元件，所述透明物理元件的电行为是电容性负载的电行为；以及

提供功率调光器装置，所述功率调光器装置操作来向所述透明物理元件提供AC电流以产生包括多个不同于全透明度的透明度状态的一组透明度状态，其中所述功率调光器装置包括：

功率开关，其给所述负载提供电力；以及

控制电路，其控制所述功率开关以在可选择的时间接通和关断，

所述控制电路包括比较器，所述比较器操作来接收并比较：

AC电压的输入电平；以及

用户选择的参考电压；

并在AC电压的所述输入电平达到所述用户选择的参考电压时，相应地操作来控制输出电压。