CN105340363A - 用于轻型非线性负载的调光器的泄放器电路 - Google Patents

用于轻型非线性负载的调光器的泄放器电路 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种实现用于调光器(2)中的泄放器电路(1)，所述调光器(2)包括用于对到轻型非线性负载(L)的供电电压(LINE)进行开关的主AC开关(20)，所述泄放器电路(1)包括实现用以向主AC开关(20)提供操作辅助的泄放器负载(11)；其中所述泄放器负载(11)基于所述主AC开关(20)的开关信号(T20)而启用。本发明进一步描述了一种包括这种泄放器电路(1)的调光器(2)。本发明还描述了一种包括轻型非线性负载(L)和这种调光器(2)的电器。本发明进一步描述了对轻型非线性负载(L)进行调光的方法。

Description

用于轻型非线性负载的调光器的泄放器电路
技术领域
本发明描述一种用于轻型非线性负载的调光器的泄放器电路。本发明还描述了一种调光器、电器、以及用于对轻型非线性负载进行调光的方法。
背景技术
术语“调光”可以大体上理解为在低于其额定功率的功率驱动负载。在灯的情况下，这种功率上的降低立即被觉察为光输出的降低，因此成为术语“调光”的起源。其他的电器同样可以被“调光”，例如电动机可以通过旋转“调光器”旋钮或开关来在较低的功率上被驱动。这种旋钮或开关可以被并入电器或灯中，例如桌面灯可以具有其自身的调光器旋钮。顶棚灯具可以通过实现为该照明灯具的墙壁开关的一部分的可旋转的旋钮来进行调光。手持电器的功率可以通过并入在该电器的壳体中的旋钮来进行调节。已知的用在电器中来运行市电源的调光器通常包括诸如相位控制的三端双向可控硅的AC开关组件，并且通常被称为“前沿调光器”或“前向相位”调光器。这种调光器通过在特定相位角触发三端双向可控硅来有效地抑制到负载的AC电压的每个正弦半波的前部分。调光水平大致上通过诸如其动作被转换为用于三端双向可控硅的触发器信号的可旋转的旋钮的用户输入来控制。
取代三端双向可控硅，可以利用适当的控制信号使用诸如交变器或者硅控整流器(SCR)的组件作为AC开关。三端双向可控硅或交变器是当被触发时在两个方向上都可以传导电流的半导体组件。硅控整流器SCR是当被触发时仅仅在一个方向上传导电流的相似设备。对于AC操作，两个SCR布置为反向并联的配置。三端双向可控硅/交变器和反向并联的SCR在功能上等同并且在下面被统称为“AC开关”。对于要开始导通的AC开关来说，在触发器脉冲的结束之前负载电流必须超过“闭锁电流”。一旦被闭锁，AC开关将保持在导通状态一直到负载电流再次降到低于“保持电流”水平。闭锁电流和保持电流值对于每个AC开关来说为特定的并且典型地为数十毫安的数量级。
前沿调光器传统上用于对白炽灯进行的调光，白炽灯对于调光器呈现为固有电阻性负载。这种类型的负载具有单位功率因数并且通常汲取足够的电流来确保在整个调光范围上的稳定的AC开关操作。电阻性或者线性负载与近乎完美的AC开关换向、即非导通和导通状态之间的迁变相关联，其反过来又确保了在整个调光范围上的平滑操作。当被调光时即使低功率的白炽灯也汲取足够的电流因此即使负载电流将降到低于保持电流水平，任何失真都是觉察不到的。类似地，在诸如用于对低压卤素灯进行供电的磁性变压器的电感性负载的情况下，也是如此。在这种情况下，负载电流在市电源电压零交叉点之后可能降到零。
然而，在诸如电子LED(发光二极管)驱动器或转换器的轻型电容性或非线性负载的情况下，情境更为复杂。可能会产生各种不希望的问题，例如丢失的周期、在输出电压或电流中的突然改变、在市电源周期的结束处不规则的AC开关关闭等，并且导致无法接受的系统性能。问题的类型将在很大程度上取决于负载的属性、电源阻抗、AC开关触发方法以及各种其他电路参数。
对于这种无法接受的性能的权变措施是添加额外的负载，通常称为“泄放器”、“最小负载”或“虚负载”从而确保正确的AC开关换向。泄放器电路通过弥补负载电流和闭锁/保持电流之间的任何差值并且通过补偿负载的电抗属性来辅助调光器操作。泄放器可以是线性或非线性的，并且可以包括具有各种复杂性水平的电子电路。线性泄放器的优势在于其简单性以及低成本，但是其产生相对较为大量的热，典型地为25W-60W，其可能在一些应用中成为问题。维护的费用同样高昂，例如当具有有限寿命的白炽灯用作额外的负载时。现有技术的泄放器利用了在调光器输出处的电压或电流，因此泄放器实现在包括调光器、负载和泄放器的布置的负载侧。通常，现有技术泄放器电路在物理上并入负载中，因此调光器本身为电气连接到组合的负载和泄放器但是与其物理上相分离的实体。这在可调光的电器的设计和制造中增加了复杂度和成本。这种调光器电路例如在US2011/0291583中有所描述。这种调光器电路包括AC市电源和整流器之间的调光器。DC信号被提供到负载。在整流器和负载之间提供有泄放器和相位检测电路。该相位检测电路检测调光器生成的整流后输出信号的相位角。可编程的微控制器耦合到相位检测电路并且还接收由调光器生成的输出信号。该微控制器生成控制信号来打开/关闭泄放器。
还已知为“有源负载”的非线性泄放器的设计是基于这样一个前提，即仅当AC开关电流降到低于保持电流水平时才需要额外的负载。与线性泄放器进行比较，功能上等同的有源负载可以降低功率消耗在幅值上达到一个数量级。有源负载通常还免于维护。然而，有源负载明显地更为复杂并且因此较之其线性对应物而言更为昂贵。另一种类型的非线性泄放器是“开关电阻器泄放器”，其较之线性泄放器而言性能更佳并且较之有源负载而言较不复杂。当市电源电压降到低于一定阈值水平时开关电阻器泄放器有效地对跨越调光器输出的功率电阻器进行开关。额外的负载仅当其需要时才添加到调光器的输出，因此当与线性泄放器进行比较时整体的功率消耗较少。即使开关电阻器在构造上相对简单，其典型地较之功能上等同的有源负载来说消耗更多的功率。
发光二极管变得更为普及，并且更为经常用于替代白炽灯和卤素光源。如今在市面上可以获得的许多LED灯为针对现有的白炽灯而改型的。由于其更高的照明效率，LED光源的功率仅仅约为同等白炽灯的五分之一，因此LED灯可以被认为是“轻型负载”，而术语“轻型”在这个上下文中指代其低功率消耗(与可以被视为是“重型”负载的诸如70W的灯泡的白炽灯形成对比)。然而，当仅仅有数个这种低功率LED灯由调光器进行控制时，低功率消耗典型地导致在市电半周期的两端处的闭锁问题。例如，调光器的AC开关可能“过冲”，即其可能在电压零交叉点之上继续导通。这种过冲是不希望的，因为其可能被感知为扰乱的灯闪烁并且可能在负载并且因此还在市电中产生不希望的DC电流。进一步，LED灯通常总是需要一些种类的电子驱动器。每个LED驱动器的一部分为功率转换器，通常为开关模式的功率转换器，因此LED灯实际上是非线性的负载。因此，从调光器的视角来看，LED灯实际上代表了“轻型非线性负载”。
因此，本发明的一个目的在于提供一种对轻型非线性负载进行调光的改进的方法，避免了上面所提及的问题。
发明内容
本发明的目的通过权利要求1的泄放器电路、权利要求12的调光器、权利要求13的电器以及权利要求15的方法来实现。
根据本发明，实现一种用于调光器中的泄放器电路，所述调光器包括用于对到轻型非线性负载的供电电压进行开关的主AC开关，所述泄放器电路包括实现用以向主AC开关提供操作辅助的泄放器负载，并且所述泄放器电路包括泄放器负载启用装置。该泄放器负载启用装置依赖于主AC开关的开关信号。术语“泄放器负载”应当在其可接受并且成立的上下文中进行理解，即在需要的地方用来提供额外电流的负载。因此，在本发明权利要求1的上下文中，泄放器负载用来提供对主AC开关的操作、即为了确保调光器主AC开关可以正确地换向而进行辅助的额外电流。由于泄放器负载还用来消耗功率，其还可以被称为“功率消耗设备”。
主AC开关的开关信号被理解为仅仅在调光器内部使用的信号，其与可以由外部设备使用的例如调光器输出电压或电流的信号相比而言。主AC开关的开关信号因此为“内部”开关信号并且实际上对于诸如跨调光器输出进行连接的负载的任何外部设备而言不可获得。
在本发明的上下文中，术语“轻型非线性负载”应当被理解为仅仅消耗少量功率的负载，并且其从调光器的角度来看显现为非线性。例如，在介绍中所提及的，基于LED的灯的LED仅仅消耗少量的功率，并且其电子驱动器导致从调光器“看来”灯为非线性负载。其他的电器可能落入“轻型并且非线性”的类别中，例如手持电器的小型电动机。在此以及在后面，术语“轻型非线性负载”和“负载”可以互换使用。术语“负载”被理解为在上面所描述的意义上来说可调光的电气设备，即用于在低于额定功率水平上的操作，并且不应当与术语“有源负载”相混淆，后者是用于“泄放器电路”的另一个术语。术语“主AC开关”被理解为调光器的AC开关，即通常使用在诸如前沿调光器的调光器中的AC开关。术语“主AC开关”和“调光器AC开关”因此在下面可以互换使用。“主AC开关”可以包括任何例如用于传统前沿调光器中的诸如三端双向可控硅、交变器(alternistor)或反向并联的SCR等的组件。
根据本发明的泄放器电路(或仅为“泄放器”)的优势在于泄放器负载基于主AC开关的内部开关信号而被启用或者激活。换句话说，仅需要调光器的内部信号来控制泄放器，并且泄放器可以因此具有优势地完全实现在包括调光器、非线性负载和泄放器的布置的调光器侧。这与现有技术的有源负载泄放器形成了对比，其依赖于在调光器输出处的电压或电流，并且其因此要求将泄放器实现在布置的负载侧。正如已经提及的，现有技术泄放器电路并入在负载中(例如作为连接到分离的调光器的输出的LED照明装置的部分)，因此调光器本身为电气连接到组合的负载和泄放器但是与其物理上分离的实体。与此不同，根据本发明的整个泄放器电路可以集成进调光器，由于不再需要调光器和轻型非线性负载之间的外部组件，由此降低了整体安装成本和复杂度。利用诸如调光器主AC开关触发器信号的信号而不是调光器输出电压信号的优势在于根据本发明的泄放器电路的泄放器负载可以完美地与调光器AC开关同步。这同样极大地降低了泄放器电路的复杂度。
根据本发明，调光器包括这种泄放器电路，其中所述泄放器电路并入进调光器。
根据本发明的调光器的优势在于泄放器电路部分的复杂度水平相对低，从而组合的调光器/泄放器可以以相对低的成本来制造并且可以连同任何类型的轻型非线性负载来使用。因此负载本身并不需要设计为已经包括了泄放器。进一步，根据本发明的调光器也可以连同线性负载(例如，白炽灯)来使用而不会对其操作具有任何有害作用。
根据本发明，电器包括轻型非线性负载和根据本发明的调光器，后者跨轻型非线性负载而布置，其中所述电器包括照明装置、电动机、电动阀门、电磁体等中的任意个。
如上面所指示的这种电器的优势在于负载本身并不需要被设计为并入泄放器，而是可以简单地连接到并入了调光器和泄放器电路二者的单一设备。
根据本发明，对轻型非线性负载进行调光的方法包括步骤：将调光器连接在供电电压和轻型非线性负载之间，该调光器包括用于对到轻型非线性负载的供电电压进行开关的主AC开关；通过泄放器电路的泄放器负载向主AC开关提供操作辅助；并且基于主AC开关的开关信号对泄放器负载进行启用。
从属权利要求和下面的描述公开了本发明具有优势的实施例和特征。实施例的特征可以适当地进行合并。在一个权利要求类别的上下文中描述的特征可以同样地应用到其他权利要求类别中。
在下面，但是不以任何方式限制本发明地，可以假设所使用的负载来自市电电源或家用电源。术语“电源”、“市电”或“家用功率”都被理解为意味着诸如在50Hz处的230V电源或在60Hz处的120V电源的市电电源等。
正如在介绍中所提及的，使用具有轻型负载的前沿调光器的问题是在调光器的输出处的电压可能展现不希望的零交叉过冲。当轻型非线性负载为例如基于LED的灯的灯时，这种过冲可能导致可见并且恼人的闪烁。
在下面，但是不以任何方式限制本发明地，可以为了描述目的而假设轻型非线性负载包括诸如具有一个或多个LED的基于LED灯的电器或设备。当然，任何其他适合的低功率设备可以用作跨并入了根据本发明的泄放器电路的调光器的输出的负载。
在本发明的上下文中，术语“主负载电流”应当理解为由轻型非线性负载在操作期间所汲取的电流。术语“保持电流”应当理解为为了确保调光器的主AC开关保持在导通状态所需要的最小电流。
通常，通过使用诸如用于触发调光器AC开关的短脉冲的触发器信号来操作前沿调光器，从而允许其开始导通。调光器AC开关于是将有效地在该半周期的剩余部分保持为导通。直到半周期的结束，调光器的AC开关才要求辅助以便正确地换向并且避免过冲。泄放器负载可以实现为利用这种触发脉冲进行工作。然而，由于触发脉冲可能在任何时间出现，至少在市电周期的第一个四分之一中，泄放器负载的实现可能需要复杂的电路从而确保其仅仅在接近半周期的结束处提供操作辅助，即额外的电流。因此，在本发明尤其优选的实施例中，泄放器电路包括泄放器负载启用装置，其实现为对泄放器负载进行启用，并且其中所述泄放器负载启用装置基于主AC开关的开关信号进行开关。泄放器启用装置可以是这样的任何组件或者电路，其可以被控制从而在需要时启用泄放器负载来提供其操作辅助。
泄放器负载可以利用适当的组件以任何适合的方式来实现。例如，泄放器负载的一个实施例可以包括可以利用包括在二极管桥内的诸如MOSFET的晶体管的电路来启用的功率消耗设备。然而，这种开关拓扑结构可能需要复杂的驱动电路并且可能可观地增加泄放器电路的整体成本。因此，在本发明尤其优选的实施例中，泄放器负载启用装置包括AC开关。为了避免与主AC开关或调光器AC开关相混淆，泄放器电路的AC开关在本发明的上下文中被称为“辅助AC开关”。
在本发明尤其优选的实施例中，辅助AC开关以及泄放器负载实现为当轻型非线性负载的负载电流降到低于主AC开关的保持电流水平，则提供操作辅助，即附加电流。以这种方式，输出电压(即，到轻型非线性负载的电压)的不希望的零交叉过冲可以实质上被消除。这确保了泄放器电路实质上仅仅对于负载电流和主AC开关的保持电流之间的差进行弥补从而保持主AC开关为导通直到供电电压半周期的结束。
如上面所提及的，辅助AC开关可以基于主AC开关的开关信号而开关。优选地，到辅助AC开关的触发信号从调光器主AC开关的触发信号获得。以这种方式，泄放器负载可以具有优势地与主AC开关同步。主AC开关触发通常通过将诸如调光器旋钮的位置的输入信号转换为触发脉冲来产生，该触发脉冲被发出以与市电半波的适当的相位角相吻合。每个市电电压半波被调光器开关信号有效地“斩波”，即，如果负载将被调光，每个市电电压半波被抑制直到调光器开关信号出现。由于调光器开关信号有效地触发主AC开关，其在此被称为“主触发信号”。例如，如果负载仅仅被轻微地调光，主触发信号将靠近市电半波的开始处出现。通过对主触发信号进行定时以在周期的稍后、即在AC市电源的半波的稍后出现，获得更多的调光。当主触发信号接近市电半波的结束处时获得最大的调光水平。例如，如果轻型非线性负载为灯，“最大的调光水平”导致对于该灯可以获得的最低的光输出水平。
如上面所描述的，主触发信号用“启用”市电电压半波的希望的剩余部分。从辅助AC开关的角度来看，主触发的相关属性为其前沿，因为这指示着主AC开关的导通状态的开始。然而，主触发信号的前沿可以基本上在市电半周期期间的任何时候出现，但是仅在朝向半周期的结束时需要操作辅助。在本发明的一个优选实施例中，泄放器电路可以包括一些用于将短触发脉冲(为通常用在现有技术的前沿调光器中的类型)转换为可以用来在朝向市电半周期的结束处的临界时间期间启用泄放器负载的信号。因此，在本发明的优选实施例中，泄放器电路包括实现为将主触发信号转换为触发例如辅助AC开关的泄放器负载启用装置的脉冲的触发电路。然而，在本发明尤为优选的实施例中，触发电路实现为与主触发信号相结合进行操作，该主触发信号的前沿指示着主AC开关的导通状态的开始，并且其后沿指示着其中需要操作辅助的临界时间的开始。这种更为“有用”的主触发信号可以通过调光器的相关控制电路来相对容易地生成，并且确保了泄放器电路可以利用由主触发信号提供的相关信息来启用泄放器负载从而其可以恰好在需要时并且与市电源周期同步地提供操作辅助。在本发明的优选实施例中，触发电路包括用于从主触发后沿获取泄放器负载启用装置的触发脉冲的微分器电路。换句话说，该微分器将主触发的后沿转换为触发例如辅助AC开关的泄放器负载启用装置的脉冲。在下面，为了简明起见，可以假设泄放器负载启用装置包括AC开关，被简称为“辅助AC开关”。
微分器电路的“输出”将需要一些时间来设置，取决于使用的组件的大小或容量。为了确保泄放器电路的这部分总是正确地执行，在本发明的优选实施例中，触发电路包括用于降低其用于微分器来“重置”的时间的二极管。该二极管用于在辅助AC开关触发信号变低时对微分器的电容器进行放电，并且使得微分器电路准备或重置就绪以用于下一个输入、例如主AC开关触发信号。二极管有效地避免了当对电容器进行放电时光电三端双向可控硅的LED上的负向偏置。
同样地，辅助AC开关触发信号可以从诸如外部控制电路的外部源来提供，该外部源例如为辅助AC开关例如形式为脉冲宽度调制信号的触发信号。这里，术语“外部控制电路”应当被理解为没有直接并入调光器。这种外部控制电路可以将辅助AC开关触发信号作为直接控制输入发送到辅助AC开关，因此辅助AC开关被切换从而启用泄放器负载。这种辅助AC开关触发信号还可以被认为是调光器的内部开关信号，由于其仅仅由调光器在内部使用并且对于跨调光器的输出连接的诸如负载的外部设备而言不可获得。
大体上，主AC开关触发信号将来源于由调光器的驱动器电路供电的相对低的DC电压轨，例如来自12VDC轨。等同地，如果外部控制器用来提供辅助AC开关触发信号，这可以从此低压DC轨来提供。另一方面，泄放器负载连接到调光器的AC供电电压侧。因此，在本发明的优选实施例中，辅助AC开关实现为提供触发电路和泄放器负载之间的电隔离，由此保持“DC侧”与“AC侧”相分离并且确保电流不能在这些电路部分之间流动。为了达到这个目的，在本发明尤为优选的实施例中，AC开关包括光电三端双向可控硅。这种光电三端双向可控硅优选地选择为具有高dV/dt的额定值从而避免围绕电压零交叉点的假触发。
在常规操作中，跨泄放器负载的电压在市电源电压的10％-15％数量级上。然而，如果辅助AC开关不起作用或发生故障，泄放器负载可能临时或者永久地暴露于全市电电压。如果泄放器负载基于对于线性电阻器的使用，在泄放器负载中的功率消耗可能会经历100倍的增加，因为其与跨电阻器而施加的电压的平方成比例。这种功率消耗上的大量增加可能导致对于泄放器负载以及同样对于泄放器电路的永久损伤。为了防止这种损伤，需要保护性电路，然而其可能是复杂而且昂贵的。因此，在本发明的优选实施例中，泄放器负载包括有限的功率设备。在这种情况下的泄放器电路的优选实施例的例子可能包括具有一个或多个正温度系数(PTC)热敏电阻的泄放器负载。例如，泄放器负载可以包括并联的多个PTC热敏电阻。使用泄放器负载而不是线性电阻器是优选的，因为其在辅助AC开关不起作用或发生故障的情况下改善安全性。PTC热敏电阻优选地选择来提供自限制消耗。当暴露于市电电压时，PTC热敏电阻器的电阻快速地增加并且在明确定义且安全的水平上到达关于功率消耗和温度增加的平衡。另一个优势在于当发生瞬态干扰的情况下，只要热敏电阻器已经冷却下来，调光器的常规操作可以继续。泄放器的这个实施例可以被认为是特别设计用以辅助主AC开关在轻型非线性负载被连接到调光器的输出时进行关闭的开关电阻器泄放器的变形。
在负载和调光器的操作期间，短暂的不期望的电压浪涌可能从负载电压输入传递到泄放器电路。这种小故障或瞬变可以损坏敏感的电路组件。因此，在本发明的优选实施例中，泄放器电路包括布置用于保护例如光电三端双向可控硅的辅助AC开关免于电压瞬变的瞬变抑制器。
根据本发明的泄放器电路优选地实现为用在市电电源和轻型负载之间，该轻型负载实现为消耗在0W和调光器的额定负载之间的任何量的功率。例如，通过对根据本发明的泄放器电路的组件的适当的选择，可以实现用于对诸如包括一个或多个在当今所研发并制造的非常高效的低功率LED的照明单元的低功率负载进行调光的调光器。在优选实施例中，泄放器电路可以实现为用于可以基于家用电源进行操作的调光器中。
在根据本发明的调光器的本发明的优选实施例中，调光器包括用于生成主触发信号的装置，所述主触发信号的前沿指示着主AC开关的导通状态的开始，并且其后沿相对于结束处的市电半周期而定时从而指示着其中需要根据本发明的泄放器电路进行操作辅助的区域。这实现了泄放器电路尤为简洁的设计，由于主触发信号的后沿可以相对容易地转换为可以用来在朝向半周期的结束处的临界时间期间启用泄放器负载的信号。
从下面结合附图来考虑的详细描述中，本发明的其他目的和特征将变得明显。然而，应当理解的是附图仅设计用于描述的目的而非作为对本发明的限制的定义。
附图说明
图1示出了用于前沿调光器的电压信号和主触发；
图2示出了从现有技术前沿调光器产生的输出电压波形和负载电流波形；
图3描述了与调光器相关的电压水平和电流水平之间的关系；
图4示出了现有技术调光器和有源负载布置；
图5示出了根据本发明第一实施例的调光器；
图6示出了根据本发明第二实施例的调光器；
图7示出了由根据本发明的泄放器电路的实施例生成的各种触发脉冲；
图8示出了根据本发明实施例的泄放器电路的信号。
在附图中，贯穿始终相同的标号指代相同的对象。在图中的对象并非按照比例绘制。
具体实施方式
图1示出了用于使用了诸如三端双向可控硅的AC开关的现有技术前沿调光器的简化的电压信号LINE、VL和触发T30。为了简化起见，图中示出了对应于电阻性负载的相位控制调光的信号。图中示出了触发定时和被传递到连接至调光器的输出的负载的输出电压VL之间的关系。在相位控制中，触发脉冲T30(在此处示出为激活高脉冲)可以在AC电源电压LINE的任何点处或者相位角处施加，从而实现对提供到负载的电流的控制。调光器的输出电压VL为零，直到出现触发脉冲T30。一旦施加了触发脉冲T30，调光器的AC开关开始导通因此市电供电周期的一部分可以跨负载而施加。在这种类型的调光器中，触发脉冲T30的前沿是标志着调光器AC开关的导通状态的开始的事件。负载电流必须在触发脉冲T30的结束之前超过闭锁电流水平201从而保持调光器AC开关在触发脉冲T30结束后保持在导通状态，由此定义对于触发脉冲T30的最小脉冲持续时间。一旦被闭锁，调光器AC开关将停留在导通状态直到负载电流降到低于AC开关的保持电流水平202。在这些时间之间，市电电压半周期的剩余部分出现在调光器输出处(即，处于连接到调光器的负载的输入处)。闭锁电流和保持电流值对于每个AC开关来说是特定的。理想地，AC开关不应当在由箭头所指示出的点，即市电半周期的零交叉点ZC之前换向。
图2示出了当与诸如电子驱动器/转换器的非线性负载一同使用时从现有技术前沿调光器产生的输出电压波形和负载电流波形VL、IL。在此，过冲问题-在市电半周期的零交叉点之后换向-已经清楚地示出在输出电压波形的圆圈区域中。灯电流波形具有与AC开关触发事件相重合的独特的峰值。这种峰值由对灯驱动器中的电容器进行充电所导致并且有助于对AC开关进行闭锁。在电容器被充电之后，电流降到较低得多的水平并且停留在该处直到AC开关关闭。然而，由于诸如电感器/电容器过滤器特性、负载电容和AC开关特性的各种因素，AC开关在电压零交叉之点上持续导通。这种“过冲”是不希望的，因为其可能导致调光曲线的失真以及灯上的可见闪烁。
图3示出了用于代表诸如白炽灯的电阻性负载的电器的电压波形和电流波形VL、IL，以及用于传统前沿调光器的主AC开关的闭锁电流水平和保持电流水平201、202。图中仅仅示出了全周期的部分。由电阻性负载汲取的电流IL很容易足够大到隐藏由负载电流IL和保持电流202之间的差所导致的失真。然而，如果这种调光器与轻型、非线性负载一起使用，在负载电流和保持电流202之间的差将导致上面的图2所描述的失真。理想地，有源负载应当仅仅对于主负载电流和保持电流202之间的差进行弥补从而保持AC开关为导通直到市电半周期的结束，例如在图中所示出的阴影区域期间。传统的泄放器连接到传统的调光器的输出处，并且必须依赖于调光器输出电压作为控制参数从而确定何时将其泄放器负载切换为“开”或“关”，如图4所描述的，其示出了包括已知开关电阻泄放器的现有技术实施例的简化电路图。此处，泄放器100和调光器101有效地实施为分离的实体。负载L连接到调光器101的输出。在这个布置和创新性调光器之间的主要差别在于开关电阻器泄放器100利用了调光器输出电压作为控制参数从而启用负载电阻器RLOAD。只要调光器输出电压低于由分配器RDIV1、RDIV2和参考电压VREF定义的阈值，比较器103将晶体管104打开，从而启用负载电阻器RLOAD。当调光器输出电压超过阈值，晶体管104关闭。另一个区别在于这种现有技术布置需要包括二极管桥102和晶体管104的DC开关从而控制通过负载电阻器RLOAD的电流。这种电路较之创新性的电路而言更为复杂并且昂贵。
根据本发明的泄放器电路提供了改进的调光装置，特别地当与轻型非线性负载一同使用时，正如将在后面所阐释的：
图5示出了根据本发明第一实施例的调光器2。调光器2包括电路，其并入了根据本发明的泄放器1的实施例。负载L可以跨调光器输出而连接，因此调光器2连同泄放器1有效地布置在市电电源LINE和负载L之间。调光器电路2包括在布置中的对于本领域的技术人员来说是已知的各种元件20、21、22，利用诸如三端双向可控硅20的主AC开关20来调节到负载L的电压供应VL；光电三端双向可控硅21来提供递送主AC开关触发信号的DC电路部分和AC电路部分之间的电隔离；熔丝22来保护调光器免于电流浪涌等。调光器2包括递送决定调光水平的主AC开关触发T20的驱动器(此处未示出)。在本发明的这个实施例中泄放器1布置在主触发信号T20和调光器输出之间。泄放器1包括触发电路12、辅助AC开关10以及泄放器负载11，在这种情况下为有限功率泄放器负载11。主触发T20为激活低信号，其后沿由触发电路12-在这种情况下为微分器12-转换为触发AC开关10的触发脉冲T10。此处，AC开关10为光电三端双向可控硅(optotrac)10。泄放器负载11为包括并联的数个热敏电阻器的PTC开关电阻器组件。为了避免由于主AC开关20打开时的尖峰所导致的损害，与光电三端双向可控硅10相并联地布置瞬态电压抑制器13。
微分器电路12的“输出”将需要一些时间来衰退，取决于所使用的组件的大小或容量。为了确保泄放器电路1的这部分总是正确地执行，触发电路12包括用于降低其用于微分器电路12进行“重置”的时间的二极管120。二极管120用来当主触发信号T10变低时对微分器12的电容器进行放电并且将微分器12准备或重置就绪以用于下一个主触发信号T20，从该主触发信号T20获得辅助触发信号T10。二极管120有效地避免了在对电容器的放电时光电三端双向可控硅10的LED上的负向偏置。二极管120可以将重置时间有效地降低一半。虽然较长的重置时间可以接受，但是较短的重置时间在过高的市电供电频率的情况下，例如由小型发电机供电时，提供了更大的裕度。
图6示出了根据本发明第二个实施例的调光器2。此处，电路大部分与图4中的一样，但是到光电三端双向可控硅10的触发脉冲T10由泄放器电路外部并且在调光器内部的控制电路(此处未示出)提供。例如，用来生成主触发T20的调光器的相同电路同样可以用来生成触发脉冲T10。一种实现可以预见为将触发电路(例如图5中描述的)包括进入调光器电路部分，因此在生成了主触发T20之后，这可以用来生成辅助AC开关触发脉冲T10。
图7示出了在根据本发明的泄放器电路1和调光器2的实施例中产生的各种信号。连同其前沿响应于调光器2的主AC开关20的开关的主触发信号T20(在这个例子中，激活低信号)示出了“斩波”的市电半周期VL。主触发信号T20的后沿被转换为用来触发辅助AC开关10从而启用泄放器负载11的辅助AC开关触发T10。示出了在现有技术前沿调光器中使用的并且在图1中描述的较短主触发信号T30的激活低版本以用于比较(虚线)。辅助AC开关触发T10可以由图5的微分器12生成。否则，辅助AC开关触发T10可以由如图6所描述的外部控制器来提供，其可以确保当负载电流可能无法达到主AC开关20的保持电流水平时，在朝向半周期的结束处的临界部分处提供辅助AC开关触发T10。
图8示出了在图5的泄放器电路的操作期间所测量的信号。此处，由微分器12生成的触发信号T10触发了辅助AC开关10，其利用光电三端双向可控硅10来实现。所得到的通过光电三端双向可控硅10的短暂的电流尖峰I10基本上与辅助AC开关触发T10相重合，并且产生通过泄放器负载11的PTC电阻器的电流I11。这个附加的电流I11提供了对于调光器主AC开关20的操作辅助，因此当调光器与轻型非线性负载一同使用时防止了过冲。
虽然在优选实施例及其变形的形式中公开了本发明，将理解的是可以对其作出许多附加的修改和变形而不会背离本发明的范围。
为了清楚起见，应当理解的是贯穿本申请的“一”或“一个”的使用并不排除多个，并且“包括”并不排除其他步骤或元素。

Claims (15)

1.一种实现用于调光器(2)中的泄放器电路(1)，所述调光器(2)包括用于对到轻型非线性负载(L)的供电电压(LINE)进行开关的主AC开关(20)，所述泄放器电路(1)包括实现用以提供对所述主AC开关(20)的操作辅助的泄放器负载(11)，其中所述泄放器电路(1)包括泄放器负载启用装置(10)并且其中所述泄放器负载启用装置(10)依赖于所述主AC开关(20)的开关信号(T20)。
2.根据权利要求1的泄放器电路，其中所述泄放器负载启用装置(10)为基于所述主AC开关(20)的所述开关信号(T20)而可开关的。
3.根据权利要求2的泄放器电路，其中所述泄放器负载启用装置(10)包括AC开关(10)。
4.根据前述任一权利要求的泄放器电路，实现为当所述轻型非线性负载(L)的负载电流(IL)降到低于所述主AC开关(20)的保持电流水平(202)时向所述主AC开关(20)提供操作辅助。
5.根据前述任一权利要求的泄放器电路，包括触发电路(12)，其实现为从主AC开关触发信号(T20)获取泄放器负载启用装置触发信号(T10)。
6.根据权利要求5的泄放器电路，其中所述触发电路(12)包括用于生成所述泄放器负载启用装置触发信号(T10)的微分器电路(12)。
7.根据前述任一权利要求的泄放器电路，其中所述泄放器负载启用装置触发信号(T10)从所述主AC开关触发信号(T20)的后沿获取。
8.根据权利要求2-7中任一项的泄放器电路，其中所述泄放器负载启用装置(10)包括光电三端双向可控硅(10)。
9.根据前述任一权利要求的泄放器电路，其中所述泄放器负载(11)包括多个正温度系数热敏电阻器(110)。
10.根据前述任一权利要求的泄放器电路，包括用于保护辅助AC开关(10)免于电压瞬变的瞬变抑制器(13)。
11.根据权利要求1-10中任一项的泄放器电路，被实现为用于市电电源和轻型非线性负载(L)之间，所述轻型非线性负载(L)实现为消耗0W和所述调光器(2)的额定负载之间的任何功率量。
12.一种调光器(2)，包括根据权利要求1-11中任一项所述的泄放器电路(1)，所述泄放器电路(1)并入所述调光器(2)。
13.一种包括轻型非线性负载(L)和根据权利要求12所述的调光器(2)的电器，所述调光器(2)布置为向所述轻型非线性负载(L)提供市电电压(LINE)，其中所述电器包括照明装置(L)、电动机(L)、电磁体(L)、电动阀门(L)中的任意一个。
14.根据权利要求13所述的电器，其中所述电器为LED灯，并且所述轻型非线性负载(L)包括具有一个或多个发光二极管的LED照明装置。
15.一种对轻型非线性负载(L)进行调光的方法，所述方法包括步骤：
将调光器(2)连接在供电电压(LINE)和所述轻型非线性负载(L)之间，所述调光器(2)包括用于对到所述轻型非线性负载(L)的所述供电电压(LINE)进行开关的主AC开关(20)；
基于所述主AC开关(20)的开关信号(T20)对泄放器负载(11)进行启用从而提供对所述主AC开关(20)的操作辅助。
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