CN103329618A - 用于固态负载的triac调光系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于固态负载LED的TRIAC调光系统，该系统基于回扫DC/DC转换器并且包括变压器。变压器包括第一线圈和第二线圈。第一线圈被配置用于基于PWM切换电路的输出接收第一电压。第二线圈被配置用于基于第一电压生成用于向固态负载供电的第一电流。该系统还包括第三线圈。第三线圈被配置用于基于第一电压生成第二供应电压。泄放器模块包括PWM控制的开关并且连接到变压器的次级负载侧。

Description

用于固态负载的TRIAC调光系统
相关申请的交叉引用
本申请要求对2011年6月17日提交的第61/498,376号美国临时申请的优先权。通过全部引用将上述申请的公开内容结合于此。
技术领域
本公开内容涉及用于交流三极管(TRIAC)的调光器。
背景技术
这里提供的背景技术描述是为了一般地呈现公开内容的背景。当前名义的发明人的工作在这一背景技术章节中描述该工作的程度上以及该描述的可以在提交时未另外限定为现有技术的方面既未明确地也未暗示地承认为相对于本公开内容的现有技术。
用于白炽灯的调光器可以包括具有半导体闸流管(thyristor)的输入电路。半导体闸流管在从AC功率源接收的功率信号的每个交流(AC)半周期开始之后的可调时间(或者相位角)接通。接通和关断半导体闸流管影响在白炽灯接收的电压波形。输入电路基于控制输入来控制向白炽灯供应的电流。可以改变控制输入以调整白炽灯的调光水平。
半导体闸流管作为在接收电流触发时导通并且继续在前向偏置状态中之时导通的双稳开关。由于半导体闸流管接通和关断而不是吸收从AC功率源供应的功率的一部分，所以由于半导体闸流管所致的浪费功率数量最小。这不同于将提供的AC功率的一部分吸收(或者转换)为热能的传统变阻器。
作为使用单个半导体闸流管的备选，调光器可以包括TRIAC。TRIAC包括两个半导体闸流管、作为双向开关来操作并且具有具体锁住性质。为了在接通状态中锁住TRIAC，跨TRIAC的端子施加触发电压。触发电压大于预定电压电平以使最小电流(或者锁定电流)流过TRIAC并且在接通状态中锁住TRIAC。锁定电流可以例如是几毫安(mA)至数十mA。锁定电流必须流动持续某一时间段以在接通状态中完全锁住TRIAC。在锁住TRIAC之后，供应预定电平的电流(或者保持电流)以在ON状态中维持TRIAC。保持电流可以少于锁定电流。不同TRIAC具有不同锁定和保持电流电平。
固态照明是指提供来自固态灯的光、比如来自发光二极管(LED)的光。固态灯可以提供与白炽灯相同水平的发光强度而消耗更少的功率。作为例子，LED可以针对给定的发光光强度消耗6瓦特功率，而白炽灯可以针对相同发光强度消耗60瓦特的功率。固态灯的每一使用功率的发光强度的额定值(例如亮度/瓦特额定值)继续随着固态灯的技术改进而增加。因而，固态灯可以在基于低电平的功率和/或电流(少于白炽灯使用的功率和/或电流)操作之时提供高水平的发光强度(至少与白炽灯相同)。
由于固态灯的低功率操作和对应操作电流电平，所以可能难以使用传统TRIAC调光器来维持保持电流。电流电平越小，就越难以维持可持续保持电流。传统TRIAC调光器可以被配置用于具有例如60W的全功率额定值的白炽灯。由于固态灯可以在深度调光(或者低发光强度输出)条件期间具有例如6W的全功率额定值，所以操作功率可以少于1W。因而，经过传统调光器的TRIAC的电流可能减少至比保持电路更少的电平并且TRIAC可能关断。因此，负载应用和调光性能对于传统TRIAC调光器而言有限。
发明内容
提供一种系统并且该系统包括变压器。变压器包括第一线圈和第二线圈。第一线圈被配置用于基于切换电路的输出接收第一电压。第二线圈被配置用于基于第一电压生成用于向固态负载供电的第一电流。该系统也包括第三线圈。第三线圈被配置用于基于第一电压生成第二电压。
在其它特征中，该系统还包括：第一模块，被配置用于基于系统的调光水平生成用于改变第一开关的状态的第一控制信号。
在更多其它特征中，提供一种方法，该方法包括基于切换电路的输出在变压器的第一线圈接收第一电压。基于第一电压经由第二线圈生成用于向固态负载供电的第一电流。基于第一电压经由第三线圈生成第二电压。基于调光水平经由第一开关从第二线圈和第三线圈之一向接地参考泄放电流。
在更多其它特征中，该方法还包括基于调光水平生成用于改变第一开关的状态的第一控制信号。
本公开内容的更多适用领域将从具体实施方式、权利要求书和附图中变得清楚。具体实施方式和具体例子旨在于仅举例说明而并非旨在于限制本公开内容的范围。
附图说明
根据具体实施方式和以下附图，本公开内容将更全面地被理解：
图1是基于TRIAC的调光器电路的示意功能框图；
图2是根据本公开内容的TRIAC调光系统的示意功能框图；
图3是根据本公开内容的示出偏置模块和泄放器模块的元件的另一TRIAC调光系统的示意功能框图；
图4是根据本公开内容的控制模块的功能框图；
图5是用于图3的TRIAC调光系统的信号图；
图6是用于图3的TRIAC调光系统的信号图，该TRIAC调光系统在具有低频泄放器切换的前沿模式中操作；
图7是用于图3的TRIAC调光系统的信号图，该TRIAC调光系统在具有低频泄放器切换的后沿模式中操作；
图8是用于图3的TRIAC调光系统的信号图，该TRIAC调光系统在具有高频泄放器切换的前沿模式中操作；
图9是用于图3的TRIAC调光系统的信号图，该TRIAC调光系统在具有高频泄放器切换的后沿模式中操作；
图10是根据本公开内容的具有次级侧泄放器电流操作的另一TRIAC调光系统的示意功能框图；
图11是根据本公开内容的并入分离偏置和泄放线圈的另一TRIAC调光系统的示意功能框图；并且
图12图示根据本公开内容的操作TRIAC调光系统的方法。
具体实施方式
在图1中示出基于TRIAC的调光器电路10。基于TRIAC的调光器电路10包括AC功率源12、TRIAC模块14、桥接器16、DC到DC转换器18和固态负载(SSL)电路20。TRIAC模块14从AC功率源12接收功率信号。TRIAC模块14可以包括具有控制输入的输入模块22和一个或者多个TRIAC 24。可以调整控制输入以调整SSL电路20的调光水平。
桥接器16对从TRIAC模块14接收的AC输出电压整流以在DC电压总线26上提供第一直流(DC)电压(例如200-700伏特(V))。DC到DC转换器18将第一DC电压转换成第二DC电压(例如少于或者等于30V的电压)。向SSL电路20提供第二DC电压。
基于TRIAC的调光器电路10也可以包括泄放器电阻R1、开关S1和控制模块28。泄放器电阻R1和开关S1串联连接于DC电压总线26与接地参考30之间。提供泄放器电阻R1以例如在低调光条件期间(例如当向SSL电路20供应的电流少于预定电平时)增加TRIAC模块14的电流输出。SSL电路20可以经由线路32检测DC电压总线26的第一DC电压。控制模块28基于第一DC电压控制开关S1的状态。
在操作中，跨泄放器电阻R1的第一DC电压(或者总线电压)在开关S1闭合时从DC电压总线26向接地参考30提供泄放电流。基于第一DC电压和泄放器电阻R1确定泄放电流。泄放器电阻R1辅助维持从TRIAC模块14输出的保持电流。控制模块28根据向SSL电路20供应的电流控制开关S1的状态。作为例子，如果SSL电路20接收大于或者等于与从TRIAC模块14汲取保持电流关联的负载电流的电流电平，则控制模块28将开关S1转变成关断(或者开路)状态。如果SSL电路20接收少于与从TRIAC模块14汲取保持电流关联的负载电流的电流电平，则控制模块28将开关S1转变成接通(或者闭合)状态。在开关S1关断时消除泄放电流损耗。这增加在高负载条件期间的操作效率。
基于TRIAC的调光器电路10在DC到DC转换器18的高电压(或者初级)侧上从DC电压总线26向接地参考30提供泄放电流。DC电压总线26是高电压(例如200-700V)总线。出于这一原因，开关S1被构造成用于操纵在操作期间经历的高电压和对应电流电平。
在图2中示出TRIAC调光系统50。TRIAC调光系统50包括功率串52，该功率串包括AC功率源54、TRIAC模块56(称为TRIAC调光器)、桥接器58、DC到DC转换器60和SSL电路62。TRIAC模块56从AC功率源54接收功率信号。TRIAC模块56可以包括具有控制输入的输入模块64和一个或者多个TRIAC 66(称为双向切换电路)。TRIAC 66可以被配置用于白炽灯和/或固态灯操作并且具有对应的锁定和保持电流电平。可以例如经由变阻器或者其它适当部件提供控制输入以调整TRIAC的接通时间并且因而调整SSL电路62的调光水平。
桥接器58对从TRIAC模块56接收的AC输出电压整流以在DC电压总线68上提供第一DC电压(例如200-700伏特(V))。DC到DC转换器60连接到第一接地参考69并且将第一DC电压转换成第二DC电压(例如少于或者等于30V的电压)。向SSL电路62提供第二DC电压。DC到DC转换器60可以在回扫、升压、降压、降压-升压或者其它适当配置中。在图3、10和11中示出回扫配置的例子。SSL电路62可以例如包括一个或者多个固态灯、比如发光二极管(LED)。
TRIAC调光系统50也可以包括第一电容C1、第一开关Q1和传感器70。第一电容C1连接于DC电压总线68与第二接地参考72之间。第一电容C1辅助维持DC电压总线68上的第一DC电压。第二接地参考不同于第一接地参考71。第二接地参考可以与第一接地参考71隔离并且具有与第一接地参考71不同的电压电势。开关Q1和传感器70串联连接于DC到DC转换器60与第二接地参考72之间。第一开关Q1和传感器70连接于DC到DC转换器60的初级(高电压)侧上。第一开关Q1可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)并且由控制模块74控制。传感器70可以用来检测经过第一开关Q1的电流，该电流可以经由控制模块74转换成SSL电路62的电流电平。传感器70可以例如包括用于检测在第一开关Q1的漏极的电压和/或电流的第一电阻R1或者其它适当部件。第一电阻R1可以与第一开关Q1串联连接并且连接于第一开关Q1与第二接地参考72之间。
控制模块74基于第一DC电压、跨第一电阻R1的电压VR1、穿过第一电阻R1的电流Ids和/或穿过SSL电路62的电流IL生成用于控制第一开关Q1的操作的第一控制信号PWM1。向第一开关Q1的控制端子提供第一控制信号PWM1。提供第一控制信号PWM1以控制初级绕组104接收的电流的电流电平和/或占空比并且因而控制SSL电路62接收的电流的电流电平和/或占空比。控制模块74可以连接到DC电压总线68以经由第三电阻R3检测第一DC电压。第三电阻R3连接于DC电压总线68与控制模块74之间。控制模块74也可以连接到在第一开关Q1与第一电阻R1之间的节点以检测跨第一电阻R1的电压VR1和/或穿过第一电阻R1的电流Ids。控制模块74可以基于第一DC电压、电压VR1和/或电流Ids确定电流IL。控制模块74可以可被编程用于提供不同亮度、泄放电流和调光水平关系。
TRIAC调光系统50还包括偏置模块80和泄放器模块82。偏置模块80作为功率供应来操作并且向控制模块74供应功率。偏置模块80可以基于从DC到DC转换器60接收的功率向控制模块74供应功率。泄放器模块82将电流从偏置模块80转向第二接地参考72。泄放器模块82基于从控制模块74接收的第二控制信号PWM2将电流从偏置模块80转向第二接地参考72。控制模块74基于电压VR1、电流Ids和/或穿过SSL电路62的电流IL生成第二控制信号PWM2。这增加穿过TRIAC模块56的电流，这辅助维持经过TRIAC模块56的保持电流。
在图3中示出另一TRIAC调光系统100。TRIAC调光系统100包括功率串102，该功率串包括AC功率源54、TRIAC模块56、桥接器58、DC到DC转换器60和SSL电路62，该TRIAC模块包括输入模块64和TRIAC 66。虽然在回扫配置中示出DC到DC转换器60，但是DC到DC转换器60可以在升压、降压、降压-升压或者其它适当转换器配置中。DC到DC转换器60包括变压器T1、第一二极管D1和第二电容C2。变压器T1包括初级侧上的初级线圈104和次级侧上的次级线圈106。变压器T1也可以包括从初级线圈104接收次级功率的偏置线圈108。
次级线圈106、第一二极管D1和第二电容C2作为用于SSL电路62的功率供应来操作。第一二极管D11、第二电容C2和SSL电路62连接于变压器T1的次级(低电压)侧上。第一二极管D1与偏置线圈108串联连接并且防止经过次级线圈106的反向电流。经过第一二极管D1的电流表示为Id1。第二电容C2连接于第一二极管D1的输出与第一接地参考110之间并且跨SSL电路62连接。第二电容C2与偏置线圈108并联连接并且辅助维持跨SSL电路62的第二DC电压。经过第二电容C2的电流表示为IC2。SSL电路62可以例如包括串联连接于第二电容C2的端子之间的LED。经过SSL电路62的负载电流表示为IL。
TRIAC调光系统100也包括第一电容C1、第一开关Q1、具有第一电阻R1的传感器70和控制模块74。第一电容C1连接于DC电压总线68与第二接地参考112之间。第二接地参考112可以不同于第一接地参考。第二接地参考112可以与第一接地参考110隔离并且具有与第一接地参考110不同的电压电势。第一开关Q1和传感器70串联连接于初级线圈104与第二接地参考112之间。第一开关Q1和传感器70连接于变压器T1的初级(高电压)侧上。第一开关Q1可以经由第一控制信号PWM1由控制模块74控制。第一电阻R1可以与第一开关Q1串联连接并且连接于第一开关Q1与第二接地参考112之间。
TRIAC调光系统100还包括偏置模块114和泄放器模块116。偏置模块114在变压器T1的负载侧(或者低电压侧)上，因为偏置模块114经过变压器T1接收功率并且未在变压器T1的供应侧(或者高电压侧)上。泄放器模块116也在变压器T1的负载侧上，因为泄放器模块116从偏置模块114接收电流。虽然示出泄放器模块116连接到偏置模块114并且从偏置模块114接收电流，但是泄放器模块116可以备选地或者附加地从次级线圈106接收电流。在图10中示出从变压器的次级线圈接收电流的泄放器模块的例子。无论泄放器模块116是否从次级线圈106、偏置线圈108或者次级线圈106和偏置线圈108二者接收电流，泄放器模块116都连接到变压器T1的负载(或者次级侧)上。
偏置模块114作为功率供应来操作并且向控制模块74供应功率。偏置模块114包括偏置线圈108、第三二极管D3和第三电容C3。偏置线圈108从初级线圈104接收功率并且在向控制模块74供应电流的同时也向泄放器模块116供应电流。第三二极管D3防止经过偏置线圈108的反向电流。第三电容C3辅助维持向控制模块74供应的跨偏置线圈108的偏置电压VBIAS(例如少于或者等于30V)。控制模块74基于偏置电压操作。
泄放器模块116将电流从偏置线圈108转向第二接地参考112。在所示实施方式中，偏置模块114和泄放器模块116共享偏置线圈108，这样偏置线圈108可以称为泄放线圈。泄放器模块116基于从控制模块74接收的第二控制信号PWM2将电流从偏置模块114转向第二接地参考112。控制模块74基于跨第一电阻R1的电压VR1、穿过第一电阻R1的电流Ids和/或穿过SSL电路62的电流IL生成第二控制信号PWM2。
泄放器模块116包括第二二极管D2、第二电阻(或者泄放器电阻)R2和第二开关Q2。第二二极管D2、第二电阻(或者泄放器电阻)R2和第二开关Q2串联连接于(i)第三二极管D3和偏置线圈108与(ii)第二接地参考112之间。第二二极管D2防止经过偏置线圈108的反向电流。泄放器电阻R2用来从变压器T1经由偏置线圈108向第二接地参考112泄放电流。泄放器电阻R2是可选的并且可以在控制模块74外部和/或是控制模块74的集成电路。第二开关Q2可以是MOSFET并且用来基于第二控制信号PWM2控制经过第二电阻R2的泄放电流。
由于第二开关Q2从偏置模块114接收电流并且共享与控制模块74相同的接地参考112，所以可以在控制模块74中并入开关Q2。可以基于向SSL电路62供应的电流控制开关Q2，该电流基于TRIAC模块56的调光水平。可以基于DC电压总线68的第一DC电压确定TRIAC模块56的调光水平。第二开关Q2可以在深度调光条件期间、比如在TRIAC模块56的导通角度低(小于预定角度)时接通。深度调光条件可以指代在调光水平小于预定调光水平时和/或在SSL电路62的发光强度输出小于预定发光强度输出水平时的条件。为了有效泄放功率以保持TRIAC模块56，经过第二二极管D2和第二电阻R2的泄放电流Id2可以高达例如多个安培(A)。作为第一例子，可以例如在电流IL少于电流Ids时提供泄放电流Id2。作为另一例子，可以例如在电流ID1少于电流Ids时提供泄放电流Id2。
可以在控制模块74和/或控制模块74的集成电路中包括第二开关Q2和/或第二电阻R2。第二电阻R2可以在控制模块74外部并且与控制模块74分离和/或是控制模块74的集成电路以允许向外部并且从控制模块74耗散掉第二电阻R2中的热能。这最小化控制模块74的温度。
也参照图4，示出控制模块74。控制模块74可以例如包括功率切换模块150、负载电流模块152、初级切换控制模块154和泄放控制模块156。功率切换模块150控制控制模块74是否从DC电压总线68或者从偏置模块114接收功率。在TRIAC调光系统100的初始启动期间，第一开关Q1关断。控制模块74从DC电压总线68接收包括第一DC电压VDC的功率。控制模块74然后生成用于接通第一开关Q1的第一控制信号PWM1。控制模块74然后可以从偏置模块114接收包括偏置电压VBIAS的功率。功率切换模块150在控制模块74激活时从DC电压总线68向偏置模块114切换功率。控制模块74然后基于来自偏置模块114的功率而不是来自DC电压总线28的功率操作。在基于来自偏置模块114的功率操作之时，控制模块74可以监视DC电压总线68的第一电压。
负载电流模块152确定SSL电路62的负载电流IL。负载电流模块152可以基于对第一DC电压VDC、电压VR1和/或电流IDS的检测和/或确定来间接确定负载电流IL。可以例如经由传感器70和第三电阻R3直接和/或间接确定第一DC电压VDC、电压VR1和/或电流IDS。作为例子，可以基于等式1-5确定负载电流IL，其中：Id3是从偏置线圈108向控制模块74供应的电流；VL是第二DC电压或者跨SSL电路62的电压；RTOTALI1是第二电容C2和SSL电路62的并联组合电阻；RL是SSL电路62的电阻；NS是次级线圈106中的绕组数目；并且NP是初级线圈104中的绕组数目。第一二极管D1的阻抗可以可忽略不计和/或被忽略。
IDS＝Id1+Id2+Id3       (1)
IDS＝IC2+IL+Id2+Id3    (2)
VL＝(IC2+IL)RTOTAL1    (3)
R TOTAL 1 = R L | | 1 jω C 2 - - - ( 4 )
V L = V DC · N s N p - - - ( 5 )
初级开关控制模块154基于第一DC电压VDC生成第一控制信号PWM1。作为例子，第一控制信号PWM1可以是脉宽调制信号。可以基于第一DC电压VDC确定第一控制信号PWM1在作为脉宽调制信号来提供时的频率。作为另一例子，第一控制信号PWM1可以是根据第一DC电压VDC切换成接通状态或者关断状态的恒定(非振荡)电压和/或电流信号。如果第一DC电压VDC大于预定电压，则第一控制信号PWM1可以被切换成接通状态并且保持在接通状态中。如果第一DC电压VDC少于或者等于预定电压，则第一控制信号PWM1可以被切换成关断状态并且保持在关断状态中。
泄放控制模块156控制从偏置线圈108汲取的泄放电流Id2。泄放控制模块156可以基于第一DC电压VDC、电压VR1、电流IDS和/或来自负载电流模块152的负载电流IL设置和/或调整泄放电流Id2。泄放控制模块156可以基于TRIAC 66的特性设置和/或调整泄放电流Id2。TRIAC 66的特性可以例如包括TRIAC 66的锁定和/或保持电流电平。可以调整泄放电流Id2以在锁住或者接通状态中维持TRIAC。可以例如基于等式1-7确定泄放电流Id2，其中：VBIAS是跨偏置线圈108的电压；NBIAS是偏置线圈108中的绕组数目；RTOTAL2是第三电容C3、电阻R2和控制模块74的输入电阻RINPUT的并联组合电阻。二极管D2、D3和第二开关Q2的阻抗可以可忽略不计和/或被忽略。
V BIAS = V P · N S N BIAS - - - ( 6 )
VBIAS＝(Id2+Id3)RTOTAL2  (7)
R TOTAL 2 = R 2 | | 1 jω C 3 | | R INPUT - - - ( 8 )
现在也参照图5，示出用于TRIAC调光系统100的信号图。信号图包括第一控制信号PWM1、经过第一开关Q1的电流IDS、偏置电压VBIAS、第二开关Q2的导通时间、电流Id1和电流Id2的例子。虽然示出第一控制信号PWM1为脉宽调制信号，但是第一控制信号PWM1可以是具有对应接通和关断状态的恒定(非振荡)电压和/或电流信号。
经过初级线圈104的电流IDS在第一控制信号PWM1在脉冲160所示接通(或者高)状态中时增加。电流IDS在第一控制信号PWM1转变成关断(或者低)状态之后减少传播延迟PD。偏置电压VBIAS在电流IDS大于例如零时从空或者零电压状态转变成低状态(在162标示)。偏置电压VBIAS在传播延迟PD之后从低状态转变成高状态(在164标示)。第二开关Q2的导通接通时间(由脉冲166标示)可以出现于偏置电压VBIAS从低状态转变成高状态时。
针对在TRIAC模块56的调光水平少于预定阈值时示出第一和第二二极管电流Id1、Id2。如果调光水平少于预定阈值，则泄放电流Id2如图所示增加并且可以跟随电流Id1。泄放电流Id2可以少于电流Id1。增加泄放电流Id2允许在预定电平以上维持经过初级线圈104的电流。这防止TRIAC 66转变成关断状态并且允许SSL电路62在深度调光条件期间提供低水平的照射。第一和第二二极管电流Id1、Id2可以在偏置电压VBIAS转变成高状态并且第二开关Q2在接通状态中时增加。
在以下图6-9中，公开了关于低频和高频泄放器切换的各种实施方式。可以在这些实施方式中的选择的一个或者多个实施方式中操作TRIAC调光系统、比如这里公开的TRIAC调光系统之一。
在图6中示出用于图3的TRIAC调光系统100的信号图，该TRIAC调光系统在具有低频泄放器切换的前沿模式中操作。信号图包括TRIAC输出电压信号OUT和第二控制信号PWM2。TRIAC输出电压信号OUT是指在TRIAC 66的输出的交流(AC)电压或者在TRIAC与桥接器58之间的点的AC电压。TRIAC输出电压信号OUT在第二控制信号PWM2转变成高状态时增加、然后在第二控制信号PWM2在接通状态中时之时和之后逐渐减少。
在图7中示出用于图3的TRIAC调光系统100的信号图，该TRIAC调光系统在具有低频泄放器切换的后沿模式中操作。信号图包括TRIAC输出电压信号OUT和第二控制信号PWM2。TRIAC输出电压信号OUT是指在TRIAC 66的输出的AC电压或者在TRIAC与桥接器58之间的点的AC电压。TRIAC输出电压信号OUT在第二控制信号PWM2转变成高状态时之前逐渐增加、在第二控制信号PWM2在高状态中之时逐渐增加至最大值、然后在第二控制信号PWM2在接通状态中时之时和之后减少。TRIAC输出电压信号OUT的增加和减少速率依赖于第二控制信号在接通状态中的占空比或者时间量。TRIAC输出电压信号OUT在第二控制信号PWM2转变成低状态时之后在低状态中保持持续预定时间段。
TRIAC输出电压可以如图6和7中所示在第二控制信号PWM2转变成接通状态并且在接通状态中保持持续时间段时增加或者可以如图8和9中所示在第二控制信号PWM2在高频率(大于预定频率的频率)在关断与接通状态之间转变时增加。
在图8中示出用于图3的TRIAC调光系统的信号图，该TRIAC调光系统在具有高频泄放器切换的前沿模式中操作。信号图包括TRIAC输出电压信号OUT和第二控制信号PWM2。TRIAC输出电压信号OUT是指在TRIAC 66的输出的AC电压或者在TRIAC与桥接器58之间的点的AC电压。TRIAC输出电压信号OUT在第二控制信号PWM2转变成高状态时增加、然后在第二控制信号PWM2继续在高频率在关断与接通状态之间转变时之时和之后逐渐减少。
在图9中示出用于图3的TRIAC调光系统100的信号图，该TRIAC调光系统在具有高频泄放器切换的后沿模式中操作。信号图包括TRIAC输出电压信号OUT和第二控制信号PWM2。TRIAC输出电压信号OUT是指在TRIAC 66的输出的AC电压或者在TRIAC与桥接器58之间的点的AC电压。TRIAC输出电压信号OUT在第二控制信号PWM2转变成高状态时之前逐渐增加、在第二控制信号PWM2继续在高频率在关断与接通状态之间转变之时逐渐增加至最大值、然后在第二控制信号PWM2在高频率在关断与接通状态之间转变时之时和之后减少。TRIAC输出电压信号OUT在第二控制信号PWM2在高频率在关断与接通状态之间转变时在低状态中保持持续预定时间段。
在图10中示出具有次级侧泄放器电流操作的TRIAC调光系统200。TRIAC调光系统200包括功率串102，该功率串具有AC功率源54、TRIAC模块56、桥接器58、DC到DC转换器60和SSL电路62，该TRIAC模块包括输入模块64和TRIAC 66。虽然在回扫配置中示出DC到DC转换器60，但是DC到DC转换器60可以在升压、降压、降压-升压或者其它适当转换器配置中。DC到DC转换器60包括变压器T1、第一二极管D2和第二电容C2。变压器T1包括初级线圈104和次级线圈106。变压器T1也可以包括从初级线圈104接收次级功率的偏置线圈108。经过第一二极管D1的电流表示为Id1。经过第二电容C2的电流表示为IC2。经过SSL电路62的负载电流表示为IL。
TRIAC调光系统200也包括第一电容C1、第一开关Q1、具有第一电阻R1的传感器70和控制模块74。第一电容C1连接于DC电压总线68与接地参考112之间。第一开关Q1和传感器70串联连接于初级线圈104与接地参考112之间。第一开关Q1可以经由第一控制信号PWM1由控制模块202控制。控制模块202可以包括控制模块74的模块并且与控制模块74相似地操作、但是可以被配置用于控制从次级线圈106而不是偏置线圈108汲取的泄放电流。
TRIAC调光系统200还包括偏置模块204和泄放器模块206。偏置模块204在变压器T1的负载侧(或者低电压侧)上，因为偏置模块204经过变压器T1接收功率并且未在变压器T1的供应侧(或者高电压侧)上。泄放器模块206也在变压器T1的负载侧上，因为泄放器模块206从次级线圈106接收电流。
偏置模块204作为功率供应来操作并且向控制模块202供应功率。偏置模块204包括偏置线圈108、第三二极管D3和第三电容C3。偏置线圈108从初级线圈104接收功率并且在向泄放器模块206供应电流之时向控制模块202供应电流。第三二极管D3防止经过偏置线圈108的反向电流。第三电容器C3辅助维持向控制模块202供应的跨偏置线圈108的偏置电压VBIAS。控制模块202基于偏置电压VBIAS操作。
泄放器模块206将电流从次级线圈106转向接地参考112。泄放器模块206基于从控制模块202接收的第二控制信号PWM2将电流从次级线圈106转向接地参考112。控制模块202基于跨第一电阻R1的电压VR1、穿过第一电阻R1的电流Ids和/或穿过SSL电路62的电流IL生成第二控制信号PWM2。
泄放器模块206包括第二二极管D2、第二电阻(或者泄放器电阻)R2和第二开关Q2。第二二极管D2、第二电阻(或者泄放器电阻)R2和第二开关Q2串联连接于(i)次级线圈106的输出和第一二极管D1与(ii)接地参考112之间。第二二极管D2防止经过次级线圈106的反向电流。泄放器电阻R2用来从变压器T1经由次级线圈106向接地参考112泄放电流。在图10的实施方式中，次级线圈106由DC到DC转换器60和泄放器模块206共享，这样，次级线圈106可以称为泄放线圈。第二开关Q2用来基于第二控制信号PWM2控制经过第二电阻R2的泄放电流。
第二开关Q2可以从次级线圈106接收电流并且未共享与控制模块74相同的接地参考。第二开关Q2、DC到DC转换器60和SSL电路62可以连接到与控制模块202不同的接地参考(例如图3的接地参考110)。如果第二开关Q2连接到不同接地参考，则第二开关Q2可以经由光耦合器从控制模块202隔离。光耦合器可以连接于控制模块202与第二开关Q2的控制输入之间。光耦合器210可以接收第二控制信号PWM2并且生成第三控制信号PWM3。可以基于向SSL电路62供应的电流生成第二控制信号PWM2，该电流基于TRIAC模块56的调光水平。可以基于DC电压总线68的第一DC电压确定TRIAC模块56的调光水平。
可以在深度调光条件期间、比如在TRIAC模块56的导通角度低(少于预定角度)时接通第二开关Q2。为了有效泄放功率以保持TRIAC模块56，经过第二二极管D2和第二电阻R2的泄放电流Id2可以例如高达多个安培(A)。作为第一例子，可以例如在电流IL少于电流Ids时提供泄放电流Id2。作为另一例子，可以例如在电流ID1少于电流Ids时提供泄放电流Id2。
在图11中示出具有分离偏置和泄放线圈的TRIAC调光系统250。TRIAC调光系统250包括功率串102，该功率串包括AC功率源54、TRIAC模块56，桥接器58、DC到DC转换器60和SSL电路62，该TRIAC模块包括输入模块64和TRIAC 66。虽然在回扫配置中示出DC到DC转换器60，但是DC到DC转换器60可以在升压、降压、降压-升压或者其它适当转换器配置中。DC到DC转换器60包括变压器T1、第一二极管D1和第二电容C2。变压器T1包括初级线圈104和次级线圈106。变压器T1也可以包括从初级线圈104接收次级功率的偏置线圈108和泄放线圈。经过第一二极管D1的电流表示为Id1。经过第二电容C2的电流表示为IC2。经过SSL电路62的负载电流表示为IL。
TRIAC调光系统250也包括第一电容C1、第一开关Q1、具有第一电阻R1的传感器70和控制模块254。控制模块254可以包括与控制模块74的模块并且与控制模块74相似地操作、但是可以被配置用于解决分离偏置和泄放线圈以及对应偏置和泄放器模块。第一电容C1连接于DC电压总线68与第二接地参考112之间。第二接地参考112可以不同于第一接地参考110、与第一接地参考110隔离并且在与第一接地参考110不同的电压电势。第一开关Q1和传感器70串联连接于初级线圈104与第二接地参考112之间。第一开关Q1可以经由第一控制信号PWM1由控制模块74控制。
TRIAC调光系统250还包括偏置模块258和泄放器模块259。偏置模块258在变压器T1的负载侧(或者低电压侧)上，因为偏置模块258经由未在变压器T1的供应侧(或者高电压侧)上的偏置线圈108经过变压器T1接收功率。泄放器模块259也在变压器T1的负载侧上并且经由泄放线圈261经过变压器T1接收电流。虽然示出泄放器模块259为经由泄放器线圈261从初级绕组104接收电流，但是泄放器模块259可以从次级线圈106接收电流。在图10中示出从变压器的次级线圈接收电流的泄放器模块的例子。
偏置模块258作为功率供应来操作并且向控制模块254供应功率。偏置模块258包括偏置线圈108、第三二极管D3和第三电容C3。偏置线圈108从初级线圈104接收功率并且向控制模块254供应电流。
第三二极管D3防止经过偏置线圈108的反向电流。第三电容C3辅助维持向控制模块254供应的跨偏置线圈108的偏置电压。控制模块254基于偏置电压VBIAS操作。
泄放器模块259将电流从次级线圈106和泄放线圈261转向第二接地参考112。泄放器模块259基于从控制模块74接收的第二控制信号PWM2将电流从偏置模块258转向第二接地参考112。控制模块74基于跨第一电阻R1的电压VR1、穿过第一电阻R1的电流Ids和/或穿过SSL电路62的电流IL生成第二控制信号PWM2。泄放器模块259包括泄放线圈261、第二二极管D2、第二电阻(或者泄放电阻)R2和第二开关Q2。泄放线圈261与偏置线圈108分离并且与第二二极管D2、第二电阻R2和第二开关Q2并联连接。第二二极管D2、第二电阻R2和第二开关Q2串联连接于(i)泄放线圈261与(ii)第二接地参考112之间。
可以并入泄放线圈261以增加向泄放器模块116提供的电压和/或减少偏置线圈108中的电流。也可以提供泄放线圈261以防止在偏置线圈108的电压崩溃。在图10的实施方式中，如果控制模块202消耗的电流与泄放电流之和大于预定电流，则电压崩溃可能出现。通过并入泄放线圈261来防止电压崩溃，因为控制模块254从偏置线圈108接收电流并且泄放器模块259从泄放线圈261接收电流。
可以使用许多方法来操作这里公开的TRIAC调光系统，图12的方法提供一种例子方法。在图12中，示出一种操作TRIAC调光系统的方法。虽然主要关于图2-4和10-11的实施方式描述以下任务，但是可以容易修改任务以适用于本公开内容的其它实施方式。可以迭代地执行任务。该方法可以在300开始。
在302，在TRIAC模块从功率源(例如功率源54)接收AC功率信号。在304，TRIAC模块基于TRIAC模块的调光水平或者TRIAC导通角度设置DC总线电压VDC(例如在DC总线68上的电压)。可以如上文描述的那样调整调光水平。在306，桥接器(例如桥接器58)对从TRIAC模块接收的输出信号整流以生成DC总线电压VDC。
在308，控制模块(例如控制模块74、202、254之一)从DC总线接收功率。在310，变压器(例如变压器T1)经由初级和次级线圈将DC总线电压VDC转换成次级电压。
在312，控制模块基于从DC总线接收的包括电流和电压的功率生成第一控制信号PWM1以将第一开关(例如第一开关Q1)转变成接通状态。控制模块基于DC总线电压VDC将第一开关和第一控制信号PWM1转变成接通状态和/或调整第一控制信号PWM1的频率。这向次级线圈提供电流，该次级线圈向SSL电路(例如SSL电路62)提供电流。基于经由次级线圈提供的电流和/或电压操作SSL电路。
在314，可以经由偏置线圈(例如偏置线圈108)将DC总线电压VDC转换成偏置电压。向控制模块提供偏置电压。在316，功率切换模块(例如功率切换模块150)将用于控制模块的功率从DC总线切换成偏置线圈。控制模块然后接收从偏置线圈接收的功率而不是从DC总线接收的功率并且基于该功率操作。
在318，控制模块可以经由连接到DC总线的电阻(例如第三电阻R3)检测DC总线电压VDC。在320，控制模块基于DC总线电压VDC和/或调光水平生成用于改变第一开关的状态和/或频率的第一控制信号PWM1。调光水平与DC总线电压VDC直接有关。控制模块可以基于DC总线电压VDC确定调光水平。控制模块可以基于SSL电路的灯或者LED的导通电平要求来改变第一开关的状态和/或频率。
在322，控制模块确定调光水平是否少于预定阈值。可以基于DC总线电压VDC确定调光水平。如果调光水平少于预定阈值，则可以执行任务324，否则可以执行任务318。
在324，控制模块确定穿过初级线圈的电流(例如电流Ids)、跨第一电阻的或者传感器检测的电压(例如第一电阻R1和传感器70)和/或负载电流(例如电流IL)中的至少一项。控制模块可以基于与跨第一电阻的电压(例如电压VR1)直接有关的调光水平确定穿过初级线圈的电流。
在326，控制模块基于初级线圈、跨第一电阻的或者传感器检测的电压和/或负载电流中的至少一项调整泄放电流。在326A，控制模块生成用于改变第二开关(例如第二开关Q2)的状态的第二控制信号(例如控制信号PWM2)。在326B1，基于第二控制信号(例如PWM2)经由偏置线圈从初级线圈泄放电流。控制模块调整如从偏置线圈汲取的泄放电流。任务326B1与图3的实施方式关联。在326B2，基于第二控制信号从次级线圈泄放电流。控制模块调整如从次级线圈汲取的泄放电流。任务326B2与图10的实施方式关联。在326B3，基于第二控制信号经由泄放线圈(例如泄放线圈261)从初级线圈泄放电流。控制模块调整如从泄放线圈汲取的泄放电流。任务326B3与图11的实施方式关联。
在328，控制模块可以确定TRIAC模块的TRIAC是否在接通状态中。这可以基于DC总线电压VDC来确定。如果TRIAC接通，则可以执行任务318，否则该方法可以在330结束。
上文描述的任务旨在于作为示例例子；可以根据应用来依次、同步、同时、连续、在重叠时间段期间或者按不同顺序执行任务。可以根据事件实施方式和/或序列不执行或者略过任务中的任何任务。
上文公开的实施方式向泄放器模块提供低电压操作。在深度调光条件之下在负载侧上泄放电流。从变压器的负载侧或者次级侧向变压器的初级侧反射回这一电流，这在接通状态中维持TRIAC调光器的TRIAC。因而，在深度调光条件之下在导通状态中维持用于SSL应用的TRIAC调光器。这里公开的TRIAC调光系统与现有TRIAC调光器兼容并且辅助在深度调光条件期间在接通状态中维持TRIAC调光器的TRIAC。由于这里公开的TRIAC调光系统辅助在深度调光条件期间在接通状态中维持TRIAC，所以可以在当前存在TRIAC调光器的SSL应用中实施TRIAC调光系统。例如可以在具有固态LED的灯的电路中实施TRIAC调光系统。然后可以向具有TRIAC调光器的电路中插入灯。TRIAC调光系统然后可以用来在接通状态中维持TRIAC调光器中的TRIAC。
前文描述在性质上仅为示例并且绝非旨在于限制公开内容、它的应用或者使用。可以用多种形式实施公开内容的广义教导。因此，尽管本公开内容包括具体例子，但是不应这样限制公开内容的真实范围，因为其它修改将在研读附图、说明书和所附权利要求书时变得清楚。为了清楚起见，相同标号将在附图中用来标识相似元件。如这里所用，应当理解短语A、B和C中的至少一个意味着使用非排斥逻辑“或者”的逻辑(A或者B或者C)。应当理解，可以按照不同顺序(或者并行)执行方法内的一个或者多个步骤而不改本公开内容的原理。
如这里所用，术语模块可以指代以下各项、是以下各项的部分或者包括以下各项：专用集成电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享、专用或者成组)；提供描述的功能的其它适当部件；或者上述各项中的一些或者全部比如在片上系统中的组合。术语模块可以包括存储处理器执行的代码的存储器(共享、专用或者成组)。
术语代码如上文所用可以包括软件、固件和/或微代码并且可以指代程序、例程、函数、类和/或对象。术语共享如这里所用意味着可以使用单个(共享)处理器来执行来自多个模块的一些或者所有代码。此外，单个(共享)存储器可以存储来自多个模块的一些或者所有代码。术语成组如上文所用意味着可以使用处理器组来执行来自单个模块的一些或者所有代码。此外，可以使用存储器组来存储来自单个模块的一些或者所有代码。
在以下描述中，各种措词用来描述在部件之间的物理关系。当第一元件称为“在”第二元件“上”、“对接到”、“连接到”或者“耦合到”第二元件时，第一元件可以直接在第二元件上、对接、连接、设置、应用或者耦合到第二元件或者可以存在居间元件。对照而言，当元件称为“直接在”另一元件“上”、“直接对接到”、“直接连接到”或者“直接耦合到”另一元件时，可以不存在居间元件。应当以相似方式解释用来描述在元件之间的关系的其它字眼(例如“在……之间”比对“直接在……之间”、“相邻”比对“直接相邻”等)。
虽然措词第一、第二、第三等这里可以用来描述各种电压、电流、线圈、电阻、电容、信号、元件和/或部件，但是这些项目不应受这些措词限制。这些措词可以仅用来区分一个项目与另一项目。措词如“第一”、“第二”和其它数值措词在这里使用时除非上下文另有明示则未暗示序列或者顺序。因此，下文讨论的第一项目可以称为第二项目而未脱离示例实施方式的教导。
一个或者多个处理器执行的一个或者多个计算机程序可以实施这里描述的装置和方法。计算机程序包括在非瞬态有形计算机可读介质上存储的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括存储的数据。非瞬态有形计算机可读介质的非限制例子为非易失性存储器、磁存储装置和光学存储装置。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
变压器，包括：
第一线圈，被配置用于基于切换电路的输出接收第一电压，
第二线圈，被配置用于基于所述第一电压生成用于向固态负载供电的第一电流，以及
第三线圈，被配置用于基于所述第一电压生成第二电压；以及
第一开关，被配置用于基于调光水平从所述第二线圈和所述第三线圈之一向接地参考泄放电流。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：第一模块，被配置用于基于所述系统的所述调光水平生成用于改变所述第一开关的状态的第一控制信号。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括：输入模块，被配置用于接收输入并且基于所述输入设置用来控制所述第一控制信号的状态的所述调光水平。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一模块被配置用于基于所述第一电压生成所述第一控制信号。
5.根据权利要求2所述的系统，还包括：第二开关，被配置用于调整流过所述第一线圈的电流，
其中所述第一模块被配置用于基于流过所述第一线圈的所述电流生成用于改变所述第二开关的状态的第二控制信号。
6.根据权利要求2所述的系统，还包括：第二模块，包括：
所述第三线圈；
二极管，与所述第三线圈串联；以及
电容，与所述第三线圈并联连接，
其中所述第三线圈、所述二极管和所述电容被配置用于向所述第一模块供电。
7.根据权利要求2所述的系统，还包括第二模块，其中所述第二模块包括：
二极管，被配置用于从所述第二线圈和所述第三线圈之一接收所述泄放电流；
电阻，与所述二极管串联连接并且被配置用于从所述二极管接收所述泄放电流；以及
所述第一开关，与所述电阻串联连接。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述二极管被配置用于从所述第二线圈接收所述泄放电流。
9.根据权利要求2所述的系统，还包括第二模块，其中所述第二模块包括：
二极管，被配置用于从所述第三线圈接收所述泄放电流；
所述第三线圈，从所述第一线圈接收所述泄放电流；以及
所述第一开关，使所述泄放电流从所述第三线圈向所述接地参考泄放。
10.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述第一模块包括第二模块；
所述第二模块被配置用于将所述第一模块接收的功率从直流总线切换成所述第三线圈；以及
所述直流总线在所述第一电压。
11.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一模块被配置用于：
确定所述调光水平少于预定阈值；以及
在所述调光水平少于所述预定阈值时将所述第一开关的状态改变成接通状态。
12.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述第一控制信号是脉宽调制信号；以及
所述第一模块基于所述调光水平调整所述第一控制信号的频率。
13.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一模块被配置用于：
基于所述第一电压或者穿过所述第一线圈的电流确定所述固态负载的负载电流；以及
基于所述负载电流生成所述第一控制信号。
14.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述第一模块经由第四线圈接收功率；以及
所述第四线圈从所述第一线圈接收功率。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述切换电路包括用于交流的三极管。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一开关被配置用于从所述第二线圈向所述接地参考泄放电流。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一开关被配置用于从所述第三线圈向所述接地参考泄放电流。
18.一种方法，包括：
基于切换电路的输出在变压器的第一线圈接收第一电压；
基于所述第一电压经由第二线圈生成用于向固态负载供电的第一电流；
基于所述第一电压经由第三线圈生成第二电压；以及
基于调光水平经由第一开关从所述第二线圈和所述第三线圈之一向接地参考泄放电流。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
基于所述调光水平生成用于改变所述第一开关的状态的第一控制信号；
基于所述第一电压或者穿过所述第一线圈的电流确定所述固态负载的负载电流；
基于所述负载电流生成所述第一控制信号；
基于第二开关的状态调整流过所述第一线圈的电流；以及
基于流过所述第一线圈的所述电流生成用于改变所述第二开关的状态的第二控制信号。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
确定所述调光水平是否少于预定阈值；以及
在所述调光水平少于所述预定阈值时将所述第一开关的状态改变成接通状态。
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