CN1133356C - 后沿相位控制调光器 - Google Patents
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Abstract
本发明是采用后沿相位控制的灯用调光器，由调光控制器、电子后沿相位控制器、有源开关、过载保护电路和封装外壳组成。采用MOSFET或IGBT作为有源开关的后沿相位控制调光器，又称MOS或IGBT调光器。MOS-1、MOS-2和MOS-3型分别适合在220～277V和100～277V电网上使用。本调光器不但能对白炽灯进行调光，而且对呈现容性阻抗的电子节能灯、电子镇流器荧光灯和电子射灯等进行调光，是取代可控硅调光器的高新技术产品。
Description
技术领域
本发明属光源电子学领域，是一种灯用调光器。
背景技术
目前常用的可控硅(SCR)调光器属于前沿相位控制的调光器，一般只能用于对白炽灯进行调光，不能对呈现容性阻抗的电子节能灯、电子镇流器荧光灯和电子变压器低压卤钨灯(电子射灯)等进行稳定可靠地调光。
发明内容
本发明的目的在于提出一种不仅能对白炽灯进行调光，而且也能对呈现容性阻抗的电子节能灯、电子镇流器荧光灯和电子射灯等进行稳定可靠调光的调光器。
本发明提出的调光器由调光控制器、电子后沿相位控制器、有源开关、过载保护电路和封装外壳经电路连接组成，构成一个整体。
上述调光控制器可以是一个电位器，实现无级连续调光；也可以用数字电位器，实现数字化调光。
电子后沿相位控制器由齐纳稳压电源和后沿相位控制电路组成。齐纳稳压电源由电阻R5、电容C1和三极管Q1组成。可选用9013作为Q1，利用其齐纳击穿时极陡的击穿特性，可以实现微电流稳压，其稳定电压为VCC＝7.8V左右，作为后沿相位控制器的直流电源。后沿相位控制电路由施密特触发电路和同步取样电路组成。施密特触发电路可以用一个555IC时基电路Q2构成(也可用与之功能相同的其它电路)。同步取样电路由二极管D1～D4、电阻R1、R2、R4和调光控制器R3经电路连接组成。该调光器的调光原理如下：
当同步取样讯号VR3≤1/3VCC时，Q2脚3输出高电平，有源开关Q3饱和导通，灯点亮。当VR3≥2/3VCC时，Q2脚3输出低电平，Q3截止，灯熄灭。Q3输出高电平的脉冲宽度由电阻R1～R4取得同步讯号幅度VR3大小所决定。当VR3＜1/3VCC时，Q2脚3输出始终为高电平，Q3饱和导通，灯亮度为100％。当VR3＝1/3VCC时，Q2脚3输出低电平，Q3截止，灯熄灭，在市电一个周期内刚好一半时间灯亮度为100％，一半时间灯熄灭，平均亮度为50％。VR3越高，Q2脚3输出高电平脉冲宽度越窄，灯亮度被越调越暗。所以当调节R3时，Q3导通角α先从180°→90°和360°→270°之间实现第一级调节，灯的亮度从100％一下子调到50％，然后在90°到0°和270°到180°之间实现无级连续变化，灯的亮度从50％到＜10％之间连续可调。
为了使调光器稳定地工作，Q3的导通角必须与输入市电Vi的正负半周保持同步，为比专门设计了与50Hz市电正负半周同步的取样电路。该同步讯号由D1～D4全波整流后产生的100Hz正向脉动电压再经R1与R2分压后由调光控制器R3中心头获得VR3，用以触发Q2555 IC施密特触发器2、6脚，灯被点亮的时间长短由VR3幅度大小进行后沿相位控制所决定。
过载保护电路由可控硅SCR、电阻R8和R9、电容C4连接组成。当正常负载时，流过Q3的电流IDSO在R9上的压降VR9＝IDSO R9，经R8与C4延迟滤波后加在SCR触发极的电压刚好小于其触发导通电压，SCR截止。当过载时，流过Q3的电流IDS＞IDSO，SCR就触发导通，把Q2脚4优先置“0”(VCC也同时置“0”)，3脚输出低电平，迅速关闭Q3，达到过载保护目的。关闭电源排除过载以后，重新接通电源就可恢复正常工作。R8、C4起阻容延迟作用，在电子节能灯预热启动短时间超载时，过载保护电路不动作，5秒后如仍过载，则过载保护电路就把Q2输出置“0”，起保护作用。
图1给出了本发明调光器的一种电原理图，即220V MOS-1型调光器电原理图。
图2所示的是220V MOS-2型调光器电原理图，与MOS-1型主要差别为Q2设计为单稳态触发电路，当Q2脚2同步触发讯号低于1/3VCC时，从Q2脚3输出高电平，使Q3饱和导通，灯点亮。与此同时，VCC通过R3和R4向C2充电，当VC2≥2/3VCC时，从Q2脚3输出低电平，关闭Q3，灯熄灭。Q2脚3输出高电平的脉冲宽度为：
Td＝1.1(R3+R4)C2......(1)为了保证调光器稳定可靠地工作，Td应适当选取。而R3+R4由(1)式计算出来，当R4＝0时，
R3＝Td/1.1C2......(2)
所以当调节R3时，Q3导通角α可以在180°到0°和360°到180°之间连续变化，灯也就可在最亮(100％)到最暗(＜10％)之间连续可调。
图3所示的是适用于100～277V电网的MOS-3型调光器电原理图，这电路在后沿相位控制器与有源开关之间设计了一个由D7～D10组成的桥式自动换向开关和隔离电路，此隔离电路可以是光电耦合器Q4，也可以是与之功能相同的其它隔离电路。与此同时，齐纳稳压电源要设计成VCC＝DC 8V，至少能流出60mA电流，用以供后沿相位控制器使用。此电路的特点是通过负载RL(灯)的电流是交流。当市电为正半周时，电流从a→RL→D8→Q3→R9→D10→b；当市电为负半周时，电流从b→D7→Q3→R9→D9→RL→a。所以MOS-3型调光器也可对100～127V低电压电网中使用的倍压型电子镇流器的节能灯进行调光。其它部分工作原理与MOS-2型相同，这里不再叙述。
本发明采用一个555集成化时基电路Q2(或与之功能相同的其它电路)和一个有源开关器件Q3构成了后沿相位控制的调光器。Q3可以采用MOSFET或IGBT，相应调光器又称MOS调光器或IGBT调光器。
本调光器的特点是：
1.应用范围广：本调光器不但对白炽灯可以进行调光，而且对呈现容性阻抗的电子节能灯、电子镇流器荧光灯和电子射灯等进行稳定可靠地调光，结束了这些灯在使用时不能使用调光器(如SCR调光器)进行调光的历史，进一步开拓了这些灯的应用范围。
2.调光性能好：调光范围广，其后沿相位在市电正半周180°至0°和负半周360°至180°之间连续可调，能稳定可靠地调到眼睛最舒服的照度，可以减少疲劳，提高工作效率。
3.节约能源：大功率电子节能灯、电子镇流器荧光灯和电子射灯的使用越来越多，当不需要太高亮度的时侯，可以使用本调光器把灯的亮度调下来，达到节电效果。
4.使用方便：只要把市电接入本调光器的输入端，其输出端接被调灯，灯可以独立装到任何想装的地方。
5.干扰小：由于本调光器采用后沿相位控制原理进行调光，电源电流从较大的导通电流突降至零(而SCR调光器电源电流从零突升到较大的导通电流)，对呈现容性阻抗的电子灯不会产生大的浪涌电流。所以本调光器对电子节能灯、电子镇流器荧光灯和电子射灯等进行调光时产生干扰较小。
6.成本较低：本发明设计新颖，巧用一个555时基集成电路和一个MOSFET及其它较少外围元器件，成本低，出厂价与SCR调光器相近，具有很高的性能价格比和市场竞争力。
附图说明
图1为220V MOS-1调光器电原理图。
图2为220V MOS-2调光器电原理图。
图3为100～277V MOS-3调光器电原理图。
具体实施方式
220V MOS-1调光器为例，其电原理图如图1所示，元器件取值为：Vi：220V 50Hz C1：CD11 100μF/16Fs：1A/250V C2：CH111 47nF/63D1～D4：1N4007 C3：CH111 10nF/63R1：RT14 0.25W 240KΩ C4：CD11 47μF/16R2：RT14 0.25W 22KΩ Q1：S9013R3+R2：WXD3-13 22KΩ Q2：NE555R5：2只1W 100KΩ并联 Q3：(1)IRF82 0(60W) (2)IRF830(100W)R6、R8：RT14 0.25W 5.1KΩ (3)IRF840(200W) (4)IGBT(1000W)R7：RT14 0.25W 360KΩ SCR：BT169(VAK＞50V)R9：RT14 0.25W 0.5～2ΩRL：被调光灯泡
(1)≤60W (2)≤100W
(3)≤200W (4)≤1000W
按一般方式进行安装后即得到220V MOS-1型调光器。
Claims (8)
1.一种灯用后沿相位控制调光器，由调光控制器、电子后沿相位控制器、有源开关、过载保护电路和封装外壳经电路连接组成，其特征在于电子后沿相位控制器由齐纳稳压电源和后沿相位控制电路组成，由电阻R5、电容C1和三极管Q1组成齐纳稳压电源，其稳定电压VCC作为后沿相位控制器的直流电源，电子后沿相位控制电路由施密特触发电路和同步取样电路经电路连接组成，同步取样电路由二极管D1～D4、电阻R1、R2、R4和调光控制器R3经电路连接组成。
2.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于所述的施密特触发电路采用555 IC时基电路Q2。
3.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于所述的电子后沿相位控制电路由一个采用555 IC时基电路Q2构成的单稳态触发电路组成。
4.根据权利要求1至3所述的调光器，其特征在于过载保护电路由可控硅SCR、电阻R8和R9、电容C4经电路连接组成。
5.根据权利要求1至3所述的调光器，其特征在于调光控制器R3是一个普通电位器。
6.根据权利要求1至3所述的调光器，其特征在于调光控制器R3采用一个数字电位器。
7.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于后沿相位控制电路与有源开关之间设计有一个由二极管D7～D10组成的桥式自动换向开关和隔离电路。
8.根据权利要求7所述的调光器，其特征在于所说的隔离电路为一个光电耦合器，或与之功能相同的其它隔离电路。
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