CN1407842A - 小型荧光灯的调光器 - Google Patents

Abstract

一种用于控制提供给发光负载的交流功率的调光器，通过在线路电流的每一个过零点处启动电子开关的导电来提供一个领先功率因数。该调光器以一个脉冲序列的方式将电流提供给发光负载，其中每一个脉冲对应于一个交流半波的一部分。一个用于改变提供给集成电路的电压信号的可变电阻允许使用者决定每一个脉冲的持续时间，并且因此改变提供给发光负载的功率。该调光器设有过电流保护。

Description

小型荧光灯的调光器

技术领域

本发明涉及对提供给荧光灯具的功率的控制，以达到可变的光输出，更具体地，涉及对提供给具有一个电子镇流器的小型荧光灯具的交流功率的控制。

背景技术

在许多用于包括家庭、办公室、剧院等在内的设备中，可调光是所希望的。可调光使光强在一个特定空间内是可变的，以适应该室内的即时需要。各种实现可变光水平的方法在过去多年已得到发展。其中多种方法是基于发光负载的照度正比于提供给该负载的功率量而变化的原理。

最公知的现有技术的系统由交流功率整流电路组成，其中提供给负载的交流功率通过一个连接在交流电源和负载之间的电子开关(例如，闸流晶体管，触发晶体管或半导体控制整流器)的控制而被整流。这些系统通常通过将与电子开关在交流功率周期的每一个半周期间被触发为导电状态的过零点相关的时间提前或推迟而使提供给负载的功率量发生变化。于是，该器件在减小功率的周期延迟导通，在增加功率的周期提前导通。电子开关一经启动，在流过该器件的电流降至零时通常会自动关断，由此在供电电流处于反向时阻隔向负载提供的电流。为了较小或增加提供给负载的功率，将触发相位角提前或推迟，并且通过电子开关提供给负载的交流输入功率的每一个半波部分因此而减小或增加。这些公知的现有技术的交流功率控制电路也被称为相位控制调光器。

这种类型的功率整流电路主要是在交流功率的每一个半周的较后部分处于导电状态。这些电路的负面效果包括：

1.一个感应(滞后)功率因数；

2.谐波失真；

3.反射到电源线路中的噪声尖峰；

4.降低的电源线路效率。

这种滞后功率因数经常导致用电器的用电率的增加。因为在电子开关关断期间，电流不从交流电源流出，大量的谐波失真和噪声被反射到电源线路中，这会对敏感的电子设备的操作造成干扰。此外，在每一个交流半周的大部分期间，从交流电源线路流向负载的电流被中断，这会导致大的电涌电流。大的电涌电流可使镇流器温度过度上升，从而导致较早的故障和实际的击穿，并产生刺激性的烟雾。

上述有关最公知的现有技术的调光电路的问题使之不能与许多小型荧光灯具兼容。小型荧光灯的镇流器被称为反应式负载，即，抗拒快速改变的电流的负载。大多数这种荧光灯具被标为“非可调光的”。

而荧光灯具已广泛用于大的用光空间，即办公室和仓库，许多住宅的灯具是围绕白炽灯泡而构造的。家庭主人喜欢白炽灯具的暖光、低成本、可调光性能和小型的尺寸。

有两种趋势汇合在一起，使得为直接取代白炽灯泡而构造的小型荧光灯的使用不断增加。首先，与荧光灯具相关的缺点，即看上去冷的光、闪烁、不方便的尺寸和高程度的噪声已显著地消失。现代的小型荧光灯泡是方便且可靠的，并且构造为适用于大多数灯和灯具。其次，由于电变得越来越贵，荧光灯中的效率变得越来越重要。小型荧光灯的最公知的形式包括“非可调光的”镇流器。

为了生产可调光的荧光灯具，已进行了许多的尝试。大多数现有技术的可调光的荧光灯具包括复杂的镇流器，该镇流器对控制信号起反应以增加或减小提供给磁镇流器的功率。基本上基于相同的原理而工作的电子镇流器也是可用的。更昂贵的“可调光的”电子镇流器也是可用的。组合的和/或电子的镇流器对于灯具应是适用的，其中荧光灯本身的替换与镇流器无关。但是，在大多数的小型荧光灯中，镇流器被制造为灯的一部分，可调光的电子镇流器增加了每一个小型荧光灯的成本，因为每一个所用的小型荧光灯中设置了昂贵的镇流器。

在本领域中存在着提供一种兼容于“非可调光的”小型荧光灯的交流功率控制的选择形式的需求。这种交流功率控制应可理想地兼容于所有小型荧光灯和白炽灯。

发明内容

根据本发明的一种用于小型荧光灯的调光器的一个实施例包括一个电子电路，该电路包括一个用于触发一个电子开关以向该小型荧光灯提供交流电流脉冲的过零(zero-cross)检测器。该调光器包括一个限制提供给小型荧光灯的电流量的电流感测电路。一个低通滤波器抑制了由电子开关产生的开关噪声，并且使流向小型荧光灯的镇流器的电流平滑。

根据本发明的一种调光器是一种对用于传统的相位-控制调光器开关的直接替换，不需要附加的连接线。一个可变电阻允许使用者调节每一个电流脉冲的持续时间。长的电流脉冲向小型荧光灯的镇流器提供较多的功率并且产生较亮的光，而较短的电流脉冲则提供较少的功率并且产生较少的光输出。

该调光器通过在过零点启动导电状态而提供一个领先(leading)功率因数。在每一个交流半周的过零点启动导电状态，使得在镇流器中逐渐地建立电流。这防止了大的电涌电流和镇流器的损坏。

本发明的一个目的是提供一种新的和改进的调光器，它兼容于小型荧光灯的“非可调光的”镇流器。

本发明的另一个目的是提供一种新的和改进的调光器，它用于小型荧光灯，不需要特殊的连接线或复杂的安装。

本发明的再一个目的是提供一种新的和改进的调光器，它用于小型荧光灯，其成本低廉并且具有有效的结构。

本领域的普通技术人员通过结合附图来阅读优选实施例的说明，将逐渐明白本发明的这些和其它的目的、特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的一种用于小型荧光灯的调光器的电路示意图；

图2是用于在IC1的管脚3产生一个输出的电路的逻辑流程图；

图3图解地说明与交流线路相比较的IC1的管脚3的输出。

具体实施方式

参见附图，其中所有附图中相同的标号指示相同的部分，图1是根据本发明的一种用于小型荧光灯的调光器的电路示意图，该调光器通常由标号10指定。用于调光器10的电路包括一个电源20、一个过零检测器30、一个脉宽调制器40、过电流保护部分50、固态开关60、一个二极管桥90、和低通滤波器80，设置为改变提供给小型荧光灯70的交流功率。

二极管D5、电阻R2和R3、电容器C1、和齐纳二极管ZD1构成一个简单的电压源20。该电压源向调光器10的电子部件提供经过整流的12伏直流电流(DC)。

过零检测器30包括一个降压电阻R1，它通过二极管D1-D4提供线路电压。二极管D1-D4连接为使得每一个交流半波的上升电流部分被提供至光耦合器OPT1。OPT1的输出通过一个阻容网络R4、C2被整形并且被提供给一个低功率通用计时器IC1的触发端(管脚2)。

当接收到一个触发信号时，IC1的管脚3的电位升高并且通过电阻R8使MOSFET开关Q1导通。导电的MOSFET开关Q1允许电源电流流过二极管桥90(D6-D9)和小型荧光灯70。提供至IC1的管脚7的一个可变电压决定了用于使管脚3保持高电位以使MOSFET开关Q1导电的持续时间。根据提供给管脚7的电压，MOSFET开关Q1将导电达每一个交流半周的10％和100％之间。于是，可变电阻VR1、VR2和计时器IC1结合地起到MOSFET开关Q1的作用，以将可变持续时间的电流脉冲提供给小型荧光灯70的镇流器。

图2是用于在IC1的管脚3产生可变长度脉冲的电路的逻辑流程图。由过零检测器30产生的过零触发信号被输入至IC1的管脚2。当在管脚2接收到触发信号，IC1使O/P管脚3的电位升高。电路根据由过电流检测电路50产生的一个过载信号而立即使O/P管脚3的电位降低。如果没有检测到过电流，IC1用管脚7的可变电压输入来决定电流脉冲的长度。一个包括可变电阻VR1、VR2、固定电阻R5、R6和电容器C3的阻容网络产生该可变电压。IC1最好是一个ICM7555计时器芯片，它根据管脚7的输入而保持管脚3高电位达一个对应于可变电压值的时间的长度。当由可变电压值设置的时间一到，IC1使O/P管脚3变为低电位。

该电路在管脚3产生一个如图3所示的IC O/P。图3图解地说明了交流线路电流和管脚3的O/P之间的关系。在每一个交流半波的开始处，管脚3的电位升高。管脚3的高电位通过R8使MOSFET开关60导通。管脚3的低电位通过R8使MOSFET开关60关断。以这种方式表示线路电流的可变长度脉冲被提供至小型荧光灯的镇流器。

调光器设有一个过电流检测电路，它包括晶体管Q2、感测电阻R10和上拉电阻R7。IC1的管脚4通常由上拉电阻R7保持高电位。Q2保持关断和非导电状态，直到流经电阻R10的电流使晶体管Q2的基极电压升高至大约0.7伏。当一个预先建立的电流(大约1安培)流经R10时，晶体管Q2导通，使得IC1的管脚4的电位被拉低。管脚4的低电位输入使IC1通过将管脚3的输出减小为一个低电压而使MOSFET开关Q1关断。

电容器C7和C8与电阻R11结合在一起构成一个低通滤波器，以抑制由MOSFET开关Q1喊声的开关噪声，并且使流经小型荧光灯70的镇流器的电流稳定。

图示的用于小型荧光灯10的调光器的实施例通过向小型荧光灯(或其它发光负载)提供具有一个领先功率因数的功率而克服了现有技术的缺点。这是通过将每一个交流半波的第一部分提供给小型荧光灯的镇流器来完成的。在感应磁镇流器中，在每一个交流半波的第一部分中较慢地建立电流，由此防止突然的电涌电流和镇流器的过热。低通滤波器80还使流经小型荧光灯的电流稳定。通过提供与公知的小型荧光灯的磁镇流器兼容的可变的交流功率，用于小型荧光灯10的调光器消除了现有技术所要求的特殊的连接线、发送器和接收器的需要。

上述发明的优选实施例的描述用于说明目的，上述说明不应被认为是对本发明的限制。因此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种修改、适应和选择。

Claims (10)

1.一种用于控制提供给一个发光负载的交流功率的调光器，所述交流功率包括一个交变的正负行进半波的连续流，所述调光器包括：

过零检测装置，用于检测电源电流的方向改变并且产生一个对应于每一个所述方向改变的触发信号；

电压除法器装置，用于产生一个可调整的电压信号，所述电压除法器装置包括一个电阻电压除法器网络，其中包括至少一个可变电阻，其中所述可调整的电压信号的幅度取决于所述可变电阻的变化；

过电流检测装置，用于检测流经所述发光负载的电流并且根据超过一个预先建立的最大值的电流流动而产生一个过电流信号；

电子开关装置，用于将对应于每一个所述半波的一部分的一个交流电流脉冲提供给所述发光负载；和

集成电路装置，用于启动和停止流经所述电子开关装置的电流，

其中，所述集成电路装置根据每一个所述触发信号来启动流经所述电子开关装置的电流，所述集成电路装置根据所述可调整的电压信号的值来停止流经所述电子开关装置的电流，使得交流电流的每一个脉冲具有一个对应于所述可调整的电压信号的幅度的持续时间，并且，所述集成电路装置根据所述过电流信号来停止流经所述电子开关装置的电流。

2.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于，还包括用于使流经所述发光负载的电流稳定的低通滤波器。

3.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于，所述集成电路装置包括一个低功率通用计时器。

4.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于，所述电子开关装置包括一个MOSFET。

5.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于，每一个交流半波具有一个持续时间，并且通过所述电子开关提供给所述发光负载的交流电流的每一个所述脉冲的持续时间在每一个所述交流半波的持续时间的10％至100％之间是可调整的。

6.一种用于控制提供给一个发光负载的交流功率的调光器，所述交流功率包括一个交变的正负行进半波的连续流，每一个半波以线路电流方向的改变而开始，所述调光器包括：

一个电子开关，它将线路电流的脉冲提供给所述发光负载，每一个所述线路电流的脉冲具有一个持续时间；

一个过电流检测电路，它响应于流经所述电子开关的电流超过一个预先建立的最大值而产生一个过电流信号；和

一个可变电阻，它产生一个可变电压信号；和

一个集成电路，它包括一个产生用于接通和关断所述电子开关以产生所述线路电流的脉冲的输出的计时器芯片，

其中，所述输出与所述线路电流方向的改变同步，使得所述线路电流的脉冲与每一个所述正负行进半波的初始部分保持一致，并且，所述集成电路根据所述过电流信号来关断所述电子开关，并且，所述集成电路根据所述可变电压信号来改变所述线路电流的脉冲的持续时间。

7.根据权利要求6所述的调光器，其特征在于，所述电子开关包括一个MOSFET。

8.根据权利要求6所述的调光器，其特征在于，还包括用于使流向所述发光负载的电流平滑的低通滤波器。

9.根据权利要求6所述的调光器，其特征在于，所述集成电路包括一个低功率通用计时器。

10.根据权利要求6所述的调光器，其特征在于，每一个交流半波具有一个持续时间，并且，提供给所述发光负载的每一个所述线路电流的脉冲的持续时间根据所述可变电压信号的改变在每一个所述交流半波的持续时间的10％至100％之间是可调整的。

Images