CN201821272U - 一种三线调光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三线调光器，包括：斩波开关、斩波开关控制电路、阻抗匹配电路和阻抗匹配控制电路；斩波开关控制电路连接斩波开关和阻抗匹配控制电路；斩波开关控制电路控制斩波开关导通时，调光器输出电网电压；同时斩波开关控制电路发送控制信号至阻抗匹配控制电路，以使阻抗匹配控制电路控制阻抗匹配电路呈现高阻抗；斩波开关控制电路控制斩波开关关断时，调光器输出低电平或零电平；同时斩波开关控制电路发送控制信号至阻抗匹配控制电路，以使阻抗匹配控制电路控制阻抗匹配电路呈现低阻抗。该调光器中的阻抗匹配电路位于调光器内部，当一个调光器后级带多个负载时，避免重复叠加阻抗匹配电路，从而减小电路的体积，降低成本和功耗。

Description

一种三线调光器

技术领域

本实用新型涉及调光器技术领域，特别涉及一种三线调光器。

背景技术

调光器是一种用来改变电光源的光通量、调节照度的照明配件。现有相位控制的调光器主要有：后沿调光器和前沿调光器。

后沿调光器是利用可控关断器件(例如MOSFET，IGBT等)作为斩波开关进行后沿相角斩波的调光技术。目前常用的后沿调光器为三线制结构，其中三线制是指火线、零线和调光器输出线。

参见图1，该图为现有技术中美国专利US5038081提供的三线制后沿调光器。

其中第一二极管D1、第二电容C2、第四二极管D4和第五电阻R5构成的辅助源为斩波开关Q1和Q2提供导通驱动电压。电网电压经过调光电阻R6对第五电容C5充电至稳压管D2的稳压值时，光耦IC1导通，Q1和Q2栅极也随之被拉低从而MOS管关断。Q1和Q2关断后其两端承受的电网电压令三极管Q3导通，维持Q1和Q2关断直至电网电压过零。由于电路中的稳压管D2和光耦IC1都采用双向式，因此，在电网电压的正负半周输入下调光器都能正常工作。

理想的后沿调光器输出的电压波形如图2所示。但是实际上，图1所示的调光器应用于开关电源类驱动器负载的情况下，开关电源在交流输入侧通常都有滤波电容，相当于给调光器增加了容性负载。当调光器的斩波开关关断时，开关电源的整流桥不导通或交流侧电流很小时，交流侧滤波电容的放电速度很慢，这种情况下后沿调光器的输出电压的波形如图3所示。图3所示的电压波形难以反映出斩波相角的大小，因此对很多利用交流斩波电压实现调光的开关电源类驱动器是不利的。如果使后沿调光器输出电压的波形接近理想波形，需要增加阻抗匹配电路。

下面介绍在前沿调光器电路中增加阻抗匹配电路的原理。首先介绍下前沿调光器，前沿调光器通常是利用可控硅作为斩波开关进行前沿相角斩波的调光技术。如图4所示，该图为理想的前沿调光器输出电压的波形图。可控硅导通期间，前沿调光器输出电压为电网电压，可控硅关断期间，前沿调光器输出电压为零。但是可控硅作为斩波开关，在导通期间控制极需要最小导通维持电流。因此，前沿调光器连接的负载需要在可控硅导通期间始终提供大于最小维持电流的负载电流，否则将导致可控硅异常关断。同时，可控硅的开路阻抗不是很大，当前沿调光器连接的负载为高阻抗状态时，可控硅在关断状态下前沿调光器输出电压波形不能为低电平。例如前沿调光器连接开关电源类负载时，当开关电源的整流桥不导通时，开关电源交流侧为高阻抗状态，因此与后沿调光器类似，实际的前沿调光器输出电压的波形与理想波形差别很大。

现有技术中美国专利US20070182347A1提供了一种适用于开关电源的前沿调光器。如图5所示，在开关电源驱动器负载内增加阻抗匹配电路120A。该方案也可以用于后沿调光器中。虽然增加了阻抗匹配电阻可以使调光器输出电压的波形接近理想波形，但是该电路存在如下缺点：当调光器后级并联多个驱动器时，每个后级驱动器内均需要添加该阻抗匹配电路，这样将增加驱动器的体积和成本；并且每个驱动器内的阻抗匹配电路重复叠加将增加整个电路的功耗。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种三线调光器，能够使调光器的输出电压的波形接近理想波形，并且不会增加电路成本和功耗。

本实用新型提供一种三线调光器，包括：斩波开关、斩波开关控制电路、阻抗匹配电路和阻抗匹配控制电路；

所述斩波开关控制电路连接所述斩波开关和所述阻抗匹配控制电路；

所述斩波开关控制电路控制所述斩波开关导通时，调光器输出电网电压；同时斩波开关控制电路发送控制信号至阻抗匹配控制电路，以使阻抗匹配控制电路控制所述阻抗匹配电路呈现高阻抗；

所述斩波开关控制电路控制所述斩波开关关断时，调光器输出低电平或零电平；同时斩波开关控制电路发送控制信号至阻抗匹配控制电路，以使阻抗匹配控制电路控制所述阻抗匹配电路呈现低阻抗。

优选地，所述阻抗匹配电路包括整流桥、电阻和第一开关管；

所述整流桥的一个输入端连接斩波开关未接电网的一端，另一个输入端连接调光器的输入输出公共端；所述整流桥的第一输出端通过串联的所述电阻和第一开关管连接整流桥的第二输出端；

所述第一开关管的控制端连接阻抗匹配控制电路的输出端。

优选地，所述阻抗匹配控制电路包括第二开关管、第一电阻和第二电阻；

所述第二开关管的第二端通过所述第二电阻接Vcc，控制端通过第一电阻接Vcc，第二开关管第一端连接所述整流桥的第二输出端，同时第二开关管的第一端连接所述斩波开关控制电路的第一输出端；所述第二开关管的控制端连接所述斩波开关控制电路的第二输出端；

所述斩波开关控制电路控制斩波开关导通时，所述斩波开关控制电路的第二输出端相对于第一输出端为高电平；

所述斩波开关控制电路控制斩波开关关断时，所述斩波开关控制电路的第二输出端相对于第一输出端为低电平。

优选地，所述阻抗匹配电路还包括限流单元，所述限流单元包括：三极管、第四电阻和第五电阻；

所述三极管的基极通过第五电阻连接所述第一开关管的第一端，发射极通过第四电阻连接所述第一开关管的第一端，集电极连接所述第一开关管的控制端。

优选地，当所述调光器为后沿调光器时，所述斩波开关为可控制关断的开关管；当所述调光器为前沿调光器时，所述斩波开关为可控制开通的开关管。

优选地，当所述斩波开关为两个源极相连的MOS管时，所述两个MOS管的栅极连接在一起作为斩波开关的控制端；

或者，当所述斩波开关为两个发射极相连的IGBT时，所述两个IGBT的栅极连接在一起作为斩波开关的控制端；

所述斩波开关控制电路包括控制单元和输出单元；

所述输出单元包括第一光耦和第二光耦；

所述控制单元输出信号给第一光耦和第二光耦的输入端，第一光耦的第一输出端连接斩波开关的控制端，同时通过第三电阻连接Vs；第一光耦的第二输出端接所述MOS管的源极或者接所述IGBT的发射极；第二光耦的第一输出端作为斩波开关控制电路的第二输出端，第二光耦的第二输出端作为斩波开关控制电路的第一输出端。

优选地，当所述调光器为前沿调光器时，所述斩波开关控制电路包括控制单元和输出单元；

所述输出单元包括第三光耦；

所述控制单元输出信号给第三光耦的输入端，同时输出信号给斩波开关的控制端；

所述第三光耦的第一输出端作为斩波开关控制电路的第二输出端，第三光耦的第二输出端作为斩波开关控制电路的第一输出端。

优选地，所述斩波开关为双向可控硅。

优选地，所述第一开关管为MOS管、双极性三极管或IGBT。

优选地，所述第二开关管为MOS管、三极管或IGBT。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的三线调光器，在调光器的内部增加了阻抗匹配电路和阻抗匹配控制电路。斩波开关关断期间，阻抗匹配控制电路控制阻抗匹配电路呈现低阻抗，调光器输出能够保持低电平或零电平，调光器输出电压的波形接近理想波形。斩波开关导通期间，阻抗匹配控制电路控制阻抗匹配电路呈现高阻抗，调光器输出电网电压。由于该调光器中的阻抗匹配电路位于调光器内部，与现有技术中的阻抗匹配电路位于负载驱动器中相比，当一个调光器后级带多个负载时，避免重复叠加阻抗匹配电路，从而减小电路的体积，降低成本和功耗。

附图说明

图1是现有技术中美国专利US5038081提供的三线制后沿调光器；

图2是理想的后沿调光器输出电压的波形图；

图3是实际中后沿调光器的输出电压的波形图；

图4是理想的前沿调光器输出电压的波形图；

图5是美国专利US20070182347A1提供的适用于开关电源的前沿调光器原理图；

图6是本实用新型提供的三线调光器的实施例一结构图；

图7是本实用新型提供的三线调光器的实施例二结构图；

图8是本实用新型提供的三线调光器的实施例三的结构图；

图9是本实用新型提供的阻抗匹配电路的又一实施例结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

参见图6，该图为本实用新型提供的三线调光器的实施例一结构图。

本实施例提供的三线调光器，包括：斩波开关601、斩波开关控制电路602、阻抗匹配控制电路603和阻抗匹配电路604；

所述斩波开关控制电路602连接所述斩波开关601和所述阻抗匹配控制电路603；

所述斩波开关控制电路602控制所述斩波开关601导通时，调光器输出电网电压；同时斩波开关控制电路602发送控制信号至阻抗匹配控制电路603，以使阻抗匹配控制电路603控制所述阻抗匹配电路604呈现高阻抗；

需要说明的是，斩波开关控制电路602可以为模拟电路，也可以为数字电路。

所述斩波开关控制电路602控制所述斩波开关601关断时，调光器输出低电平或零电平；同时斩波开关控制电路602发送控制信号至阻抗匹配控制电路603，以使阻抗匹配控制电路603控制所述阻抗匹配电路604呈现低阻抗。

需要说明的是，本实施例提供的三线调光器适用于前沿调光器和后沿调光器。

本实施例提供的三线调光器，在调光器的内部增加了阻抗匹配电路和阻抗匹配控制电路。斩波开关关断期间，阻抗匹配控制电路控制阻抗匹配电路呈现低阻抗，调光器输出能够保持低电平或零电平，调光器输出电压的波形接近理想波形。斩波开关导通期间，阻抗匹配控制电路控制阻抗匹配电路呈现高阻抗，调光器输出电网电压。由于该调光器中的阻抗匹配电路位于调光器内部，与现有技术中的阻抗匹配电路位于负载驱动器中相比，当一个调光器后级带多个负载时，避免重复叠加阻抗匹配电路，从而减小电路的体积，降低成本和功耗。

下面结合附图首先详细介绍本实用新型实施例提供的后沿调光器。

参见图7，该图为本实用新型提供的三线调光器的实施例二结构图。

本实施例提供的阻抗匹配电路604包括整流桥BD1、电阻Rs和第一开关管S1；

需要说明的是，所述第一开关管S1可以为MOS管、双极性三极管或IGBT，本实施例中仅以S1为MOS管来介绍。

所述整流桥BD1的一个输入端连接斩波开关未接电网的一端Ls，另一个输入端连接调光器的输入输出公共端；所述整流桥BD1的第一输出端通过串联的所述电阻Rs和第一开关管S1连接整流桥BD1的第二输出端；

所述第一开关管S1的控制端Sg连接阻抗匹配控制电路的输出端，即MOS管S1的栅极连接阻抗匹配控制电路。

下面介绍阻抗匹配控制电路的结构。

所述阻抗匹配控制电路603包括第二开关管Q6、第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第二开关管Q6的第二端通过所述第二电阻R2接Vcc，Q6的控制端通过第一电阻R1接Vcc，Q6的第一端连接所述整流桥BD1的第二输出端，同时第二开关管Q6的第一端连接所述斩波开关控制电路的第一输出端Gd；所述第二开关管Q6的控制端连接所述斩波开关控制电路的第二输出端V1；

需要说明的是，所述第二开关管Q6可以为任何可控制开通的开关管，例如Q6可以为MOS管、三极管或IGBT，本实施例中以Q6为三极管来介绍，即三极管的基极是Q6的控制端，集电极是Q6的第二端，发射极是Q6的第一端。

所述斩波开关控制电路602控制斩波开关601导通时，所述斩波开关控制电路602的第二输出端V1相对于第一输出端Gd输出高电平；

所述斩波开关控制电路602控制斩波开关601关断时，所述斩波开关控制电路602的第二输出端V1相对于第一输出端Gd输出低电平。

所述斩波开关控制电路602包括控制单元602a和输出单元602b；

所述输出单元602b包括第一光耦ISO1和第二光耦ISO2；

所述控制单元602a输出信号给第一光耦ISO1和第二光耦ISO2的输入端，第一光耦ISO1的第一输出端连接斩波开关601的控制端，同时通过第三电阻R3连接Vs；第一光耦ISO1的第二输出端接所述MOS管的源极或者接所述IGBT的发射极；第二光耦ISO2的第一输出端作为斩波开关控制电路602的第二输出端V1，第二光耦ISO2的第二输出端作为斩波开关控制电路602的第一输出端Gd。

需要说明的是，后沿调光器中的斩波开关为可控制关断的开关管，本实施例中以两个串联的MOS管为斩波开关601，两个MOS管的栅极连接在一起作为斩波开关601的控制端。

下面说明图7提供的后沿调光器的工作原理。

当控制单元输出信号控制第一光耦ISO1和第二光耦ISO2导通时，斩波开关601关断，Q6的基极电位低于导通门槛值，因此，Q6关断，S1导通，此时，电阻Rs相当于通过整流桥BD1并联在零线N和火线L之间，阻抗匹配电路604呈现低阻抗，使得调光器输出电压迅速降为低电平并保持。

当控制单元输出信号控制第一光耦ISO1和第二光耦ISO2关断时，斩波开关601导通，调光器输出电压为电网电压，同时，Q6导通控制S1关断，使得阻抗匹配电路604呈现高阻态。

需要说明的是，调光器后级的负载可以为开关电源类负载，例如LED一类的固态照明光源的驱动器，也可以为气体放电光源的驱动器。

图7提供的是后沿调光器的结构图，下面结合图8说明本实用新型实施例提供的前沿调光器。

参见图8，该图为本实用新型提供的三线调光器的实施例三的结构图。

本实用新型实施例提供的前沿调光器与后沿调光器的区别是斩波开关和斩波开关控制电路部分不同，而阻抗匹配电路和阻抗匹配控制电路部分相同，相同的部分在此不再赘述。

需要说明的是，前沿调光器中的斩波开关为可控制开通的开关管。本实施例中以双向可控硅为例进行介绍。

本实施例中的斩波开关控制电路602也包括控制单元602a和输出单元；

所述输出单元为第三光耦ISO3；

所述控制单元602a输出信号给第三光耦ISO3的输入端，同时输出信号给斩波开关601的控制端；

所述第三光耦ISO3的第一输出端作为斩波开关控制电路602的第二输出端V1，第三光耦ISO3的第二输出端作为斩波开关控制电路的第一输出端Gd。

需要说明的是，前沿调光器与后沿调光器的工作原理相同，因此在此不再赘述。

本实用新型提供的三线调光器中的阻抗匹配电路604还可以包括限流单元901，参见图9，该图为本实用新型提供的阻抗匹配电路的又一实施例结构图。

所述限流单元901包括：三极管Q5、第四电阻R4和第五电阻R5；

所述三极管Q5的基极通过第五电阻R5连接所述第一开关管S1的第一端，发射极通过第四电阻R4连接所述第一开关管S1的第一端，集电极连接所述第一开关管S1的控制端。

图9提供的阻抗匹配电路适用于图7提供的后沿调光器和图8提供的前沿调光器。

本实用新型实施例提供的阻抗匹配电路仅在斩波开关关断的状态下工作，这样将不必要的功耗降低到最小。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种三线调光器，其特征在于，包括：斩波开关、斩波开关控制电路、阻抗匹配电路和阻抗匹配控制电路；

所述斩波开关控制电路连接所述斩波开关和所述阻抗匹配控制电路；

所述斩波开关控制电路控制所述斩波开关导通时，调光器输出电网电压；同时斩波开关控制电路发送控制信号至阻抗匹配控制电路，以使阻抗匹配控制电路控制所述阻抗匹配电路呈现高阻抗；

所述斩波开关控制电路控制所述斩波开关关断时，调光器输出低电平或零电平；同时斩波开关控制电路发送控制信号至阻抗匹配控制电路，以使阻抗匹配控制电路控制所述阻抗匹配电路呈现低阻抗。

2.根据权利要求1所述的三线调光器，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括整流桥、电阻和第一开关管；

所述整流桥的一个输入端连接斩波开关未接电网的一端，另一个输入端连接调光器的输入输出公共端；所述整流桥的第一输出端通过串联的所述电阻和第一开关管连接整流桥的第二输出端；

所述第一开关管的控制端连接阻抗匹配控制电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的三线调光器，其特征在于，所述阻抗匹配控制电路包括第二开关管、第一电阻和第二电阻；

所述第二开关管的第二端通过所述第二电阻接Vcc，控制端通过第一电阻接Vcc，第二开关管第一端连接所述整流桥的第二输出端，同时第二开关管的第一端连接所述斩波开关控制电路的第一输出端；所述第二开关管的控制端连接所述斩波开关控制电路的第二输出端；

所述斩波开关控制电路控制斩波开关导通时，所述斩波开关控制电路的第二输出端相对于第一输出端为高电平；

所述斩波开关控制电路控制斩波开关关断时，所述斩波开关控制电路的第二输出端相对于第一输出端为低电平。

4.根据权利要求2所述的三线调光器，其特征在于，所述阻抗匹配电路还包括限流单元，所述限流单元包括：三极管、第四电阻和第五电阻；

所述三极管的基极通过第五电阻连接所述第一开关管的第一端，发射极通过第四电阻连接所述第一开关管的第一端，集电极连接所述第一开关管的控制端。

5.根据权利要求1至4任一项所述的三线调光器，其特征在于，当所述调光器为后沿调光器时，所述斩波开关为可控制关断的开关管；当所述调光器为前沿调光器时，所述斩波开关为可控制开通的开关管。

6.根据权利要求5所述的三线调光器，其特征在于，当所述斩波开关为两个源极相连的MOS管时，所述两个MOS管的栅极连接在一起作为斩波开关的控制端；

或者，当所述斩波开关为两个发射极相连的IGBT时，所述两个IGBT的栅极连接在一起作为斩波开关的控制端；

所述斩波开关控制电路包括控制单元和输出单元；

所述输出单元包括第一光耦和第二光耦；

所述控制单元输出信号给第一光耦和第二光耦的输入端，第一光耦的第一输出端连接斩波开关的控制端，同时通过第三电阻连接Vs；第一光耦的第二输出端接所述MOS管的源极或者接所述IGBT的发射极；第二光耦的第一输出端作为斩波开关控制电路的第二输出端，第二光耦的第二输出端作为斩波开关控制电路的第一输出端。

7.根据权利要求5所述的三线调光器，其特征在于，当所述调光器为前沿调光器时，所述斩波开关控制电路包括控制单元和输出单元；

所述输出单元包括第三光耦；

所述控制单元输出信号给第三光耦的输入端，同时输出信号给斩波开关的控制端；

所述第三光耦的第一输出端作为斩波开关控制电路的第二输出端，第三光耦的第二输出端作为斩波开关控制电路的第一输出端。

8.根据权利要求7所述的三线调光器，其特征在于，所述斩波开关为双向可控硅。

9.根据权利要求2所述的三线调光器，其特征在于，所述第一开关管为MOS管、双极性三极管或IGBT。

10.根据权利要求3所述的三线调光器，其特征在于，所述第二开关管为MOS管、三极管或IGBT。

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