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电子控制电路

Abstract

一种用来调节要控制的装置的控制电压的电子控制电路,该控制电路包括:一个初级线圈(N1);一根控制总线(1),包括用来调节控制电压、与第一电容器(C1)并联连接的装置(Z1),该并联进一步与第一次级线圈(N2)和一个第一控制二极管(D1)串联连接;及一个控制电压供给电路(2),包括一个串联连接的第二次级线圈(N3)、一个第二控制二极管(D2)及一个第二电容器(C2)。初级线圈(N1)连接在要控制的装置的一个第一节点与一个第二节点之间,并且这样选择连接中的节点,从而在他们之间的电路中的电流至少瞬时达到值零。

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G05F3/18 Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes

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CN1305689A

China

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Inventor
海基·皮耶尼萨里
Current Assignee
Innoware Oy
Worldwide applications
1998 FI 1999 EP WO US CA AU CN DE 2002 HK
Application CN99807280A events
1999-06-10
Application filed by Innoware Oy
2001-07-25
Publication of CN1305689A
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Pending
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电子控制电路
本发明涉及一种用来调节要控制的装置的控制电压的电子控制电路，该控制电路包括：一个初级线圈；一根控制总线，包括一个第一次级线圈、一个第一控制二极管、一个第一电容器及用来调节控制电压的装置，该装置与第一电容器并联连接，该并联连接进一步与第一次级线圈和第一控制二极管串联连接；及一个控制电压供给电路，包括一个串联连接的第二次级线圈、一个第二控制二极管及一个第二电容器。
在本说明书中，术语二极管是指仅在一个方向传导电流并且提供象二极管的效果的任何电子元件。显然对于熟悉本专业的技术人员，通过例如晶体管能实施这点。以相同的方式，在本说明书中，术语电容器是指任何可以与电容器相同方式充电的任何电容性元件。
电子控制回路和电路通常采用一个常常需要与要控制的设备电流隔离的隔离控制单元。电流隔离在不同电子电路之间实现足够的电气隔离，而同时把电压信号从一个电子电路向传送到另一个。电流隔离通过光学或磁性元件实现。
作为控制电压的1至10伏特直流电压的使用，在多种电子控制电路中已经变得越来越普遍，特别是在照明控制系统中。在这种情况下，10V控制电压产生最大亮度级，而1V控制电压产生最小亮度级。最小和最大视度级最好能自由地选择，并且调节控制电压允许亮度级在最小与最大值之间无级变化。通常控制单元的工作电压直接从要控制的装置的电源供给，该电源经一根控制总线向控制单元供电。这种方案使用于控制单元的简单实施成为可能，由此控制单元不必需要外部操作电压。这样一种控制原理通常用在例如荧光灯中的调节电子连接器、相角控制器及电子卤素和氖灯变压器中。
一种控制电路常常通过图1中所示的连接实施。该连接包括一个带有三个线圈N1、N2、及N3的控制变压器T1。N1是变压器的初级线圈，N2是一根控制总线1的次级线圈，及N3是要控制的装置的次级线圈。控制总线1进一步包括一个二极管D1、一个可调节齐纳二极管Z1及一个电容器C1。二极管D1与控制总线1的次级线圈N2串联连接。齐纳二极管Z1和电容器C1并联连接，该并联又与控制总线1的次级线圈N2和二极管D1串联连接。在控制电压供给电路2中，要控制的装置的次级线圈N3与二极D2和电容器C2串联连接。一个开关K1联接到电容器的初级线圈N1上，并且在控制块A的控制下断开和闭合。控制块A的操作本身对于熟悉本专业的技术人员是已知的，并且在这里不需要更详细地讨论。
控制电路的连接是所谓的强制回扫连接。当控制块A闭合开关K1时，励磁电流开始流入变压器T1的初级线圈N1。励磁电流的幅值大体在5与100mA之间变化。控制块A的操作电流一般在3与5mA之间。在变压器T1中的线圈的缠绕方向如此选择，从而当励磁电流流动时，在二极管D1和D2侧的次级线圈N2和N3的末端为负，由此没有电流流入次级线圈N2和N3中。控制电压的值受一个可调节齐纳二极管Z1控制。当控制块A断开开关K1时，存储在变压器T1的铁心中的励磁能量使次级线圈N2和N3中的电流充电电容器C1和C2。跨过电容器C1的电压Uc的幅值由齐纳二极管Z1调节。在这种情况，如果次级线圈N2和N3具有相同匝数，则要控制的装置的控制电压Ue等于电压Uc，即Ue=Uc。这样，通过齐纳二极管Z1调节的、用来控制亮度级的电压电平被磁性传送。
按照先有技术，控制电路连接也能由根据图2的连接实施。图2中的连接是所谓的间歇振荡器，其中与图1中的连接相比，控制块A和开关K1由一个晶体管V1；电阻器R1、R2和R3，及一个电容器C3代替。这些与一个线圈N1一起，以这样一种方式形成一个振荡电路，从而线圈N1连接到晶体管V1的发射极上，电阻器R1和R2、线圈N3及电阻器R3与这些并联连接到操作电压上，及电容器C3与电阻器R1和R2及线圈N4并联连接。滤波电容器C2通过把它与在晶体管V1与线圈N1之间的反向偏置二极管D2相连接而防止被充电。晶体管的基极电流最好能从例如电阻器R1与R2之间得到。
晶体管V1的基极电流流经电阻器R2、线圈N3及电阻器R3，并且把晶体管V1带到饱和状态，由此晶体管V1的操作对应于一个闭合开关，结果线圈N1经晶体管V1联接到操作电压Vcc上。通过线圈N1的电流使得线圈N1相对于N3作为初级线圈工作，由此在N3中的增大电压更牢固地把晶体管V1控制到饱和状态。当通过线圈N1的电流增大到如此高，从而基极电流已不足以把晶体管V1保持在饱和状态时，通过晶体管V1的电流的方向颠倒成相反方向。当跨过线圈N1的电压减小时，基极电流也减小，使晶体管V1成为一个断开的开关。相反电流方向断开二极管D2，由此负控制电压Ue跨过电容器C2充电，并且具有由在线圈N1和N2的匝数之间的关系确定的幅值，即Ue=(-N1/N2)*Uc。
换句话说，在先有技术方案中，初级线圈的励磁电流从要控制的装置的控制电子线路的工作电压得到，该电压一般在10与15V之间。在这种情况下，如果控制电流是1mA，用于控制电流的一个典型值，则输出级相应地是(10-15V)*1mA=10至15mW。图1中的连接效率是约0.5，并且在图2中的连接效率是约0.2。在这种情况下，连接的功率消耗分别是2mA和5mA。另外，在根据图1的连接中，控制块A的消耗电流一般在3与5mA之间。
然而，先有技术方案表现出清楚的缺陷。在以上两种连接中，要控制的装置的电源也都作为控制电路的电源工作，这进一步增大功率消耗。在图1的连接中，控制块A需要单独的工作电流。在两种连接中，与整个控制电路要求的空间相比变压器T1都需要显著大的空间。变压器的尺寸主要受绝缘等级和由线圈占据的空间的影响。而且，当需要多匝时，缠绕工作量也自然增大。从操作的观点看，小环形或E形铁心体的使用例如在约20kHz的频率下是有利的，并且在线圈中要求的匝数分别在图1和图2的连接中为15/10/10和10/10/3(N1/N2/N3)的量级。
本发明的目的在于提供一种避免以上缺陷的控制电路。更准确地说，本发明的控制电路的特征在于，初级线圈连接在要控制的装置的一个第一节点与一个第二节点之间，并且这样选择节点，从而在他们之间的电路中的电流至少瞬时达到零值。本发明的基本想法在于，实现初级线圈励磁电流而不用隔离控制电子线路，但使装置中的电源受控地产生励磁电流。本发明另一个最佳实施例的想法在于，一个初级线圈匝就足够了，因为励磁电流的值较大。
本发明的一个优点在于，在本发明的控制电路中，元件的数量较小，导致连接较简单。初级线圈仅缠绕一匝，并且这是本发明的另一个优点，需要较少的缠绕工作并且使得有可能大大减小变压器尺寸。而且，本发明的方案节约功率，因为励磁电流直接从要控制的装置得到。
在下面，参照附图更详细地描述本发明，其中
图1表示一种作为示范布线图的先有技术控制电路，
图2表示另一种作为示范布线图的先有技术控制电路，
图3表示一种作为示范布线图的本发明控制电路，及
图4表示一种能在本发明中使用的半桥配置的示范布线图。
图3是本发明的控制电路的布线图。该连接包括一个带有三个线圈N1、N2、及N3的控制变压器T1。N1是变压器的初级线圈，N2是一根控制总线1的次级线圈，及N3是要控制的装置的次级线圈。控制总线1进一步包括一个二极管D1、最好是一个可调节齐纳二极管Z1的用来调节控制电压的装置及一个电容器C1。二极管D1与控制总线1的次级线圈N2串联连接。齐纳二极管Z1和电容器C1并联连接，该并联又与控制总线1的次级线圈N2和二极管D1串联连接。在控制电压供给电路2中，要控制的装置的次级线圈N3与二极管D2和电容器C2串联连接。在本发明的方案中，变压器的初级线圈N1连接在要控制的装置的任意两个节点之间，在节点之间的电路中的电流至少瞬时达到零值。把励磁电流引导到初级线圈，该初级线圈存储至变压器T1的励磁能量。当在对其连接初级线圈的电路中电流达到零时，对于次级线圈放出励磁能量。其中电流瞬时达到零或反向的电路一般在所有电源中找到。
本发明的控制电路不需要用来控制励磁电流的初级线圈控制块或任何开关方案。这减小了控制电路元件的数量，简化连接，减小由连接所需要的空间，及提高控制电路的可靠性。电源电流的峰值几乎总是超过0.1A，由此励磁电流变得如此之大，以致于仅需要一个初级线圈匝。这减少缠绕工作，并且使得有可能显著减小变压器T1的尺寸。
本发明的方案也导致功率消耗的减小。本发明的一些实施例能节约多达几乎5mA的电流。如果从电网电压用电阻产生要控制的装置的工作电压，则这特别有意义，由此功率节约能在230V*5mA≈1.2W的量级。
图4表示一种能在本发明中使用的半桥配置的示范布线图。图4的连接能用作例如荧光灯的镇流电路。在该连接中，荧光灯E和电容器C4并联连接，并且并联连接进一步与线圈L1串联连接。当电流连接到电路上时，它首先作为以谐振反抗的LC电路工作。这产生跨过电容器C4的高电压，接通荧光灯E，及在实际中电路开始作为LR电路工作。当荧光灯E趋于断开时，LC电路再开始谐振，并因此防止灯切断。作为K2和K3的电源电压开关能例如由晶体管实现，由此不必需要二极管D3和D4，这依赖于元件。在这种情况下，本发明的控制电路通过把初级线圈连接成电路的任意部分，最好连接成由例如开关K2或K3任一个控制的电路部分而实现。在这种情况下，当开关断开时，电流最好瞬时达到零。
对于熟悉本专业的技术人员来说，很明显本发明能以各种形式实现。例如，为了调节控制电压能使用不同的控制电路，代替齐纳二极管。因而本发明和其实施例不限于以上例子，而是可以在所附权利要求书的范围内变化。

Claims (3)
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1．一种用来调节要控制的装置的控制电压的电子控制电路，包括：
一个初级线圈(N1)；
一根控制总线(1)，包括一个第一次级线圈(N2)、一个第一控制二极管(D1)、一个第一电容器(C1)及用来调节控制电压的装置(Z1)，装置(Z1)与第一电容器(C1)并联连接，该并联进一步与第一次级线圈(N2)和第一控制二极管(D1)串联连接；及
一个控制电压供给电路(2)，包括一个串联连接的第二次级线圈(N3)、一个第二控制二极管(D2)及一个第二电容器(C2)，
其特征在于，初级线圈(N1)连接在要控制的装置的一个第一节点与一个第二节点之间，并且这样选择节点，从而在他们之间的电路中的电流至少瞬时达到值零。
2．根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，初级线圈(N1)是具有一匝缠绕的感性元件。
3．根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，用来调节控制电压的装置(Z1)包括一个可调节齐纳二极管。

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