TWI396461B - 調光器及調光控制電路 - Google Patents

Description

調光器及調光控制電路

本發明是關於一種調光器及調光控制電路，且特別是，用於控制諸如白熾燈等的燈的亮度。

用於調節諸如白熾燈等的燈的亮度的調光器設計為通過轉動調光旋鈕來改變燈的照明亮度。例如，在日本專利特許公開第S51－116068號中公開了一種調光控制電路，其構建在調光器中。該調光控制電路包括由燈負載、照明開關、以及連接到商用交流電源上的三端雙向可控矽開關元件(triac)組成的串聯電路，以及與三端雙向可控矽開關元件並聯的相位控制電路。

在相位控制電路中，包括可變電阻器和電容器的串聯電路與三端雙向可控矽開關元件並聯，將觸發裝置(二極體AC開關)連接到位於可變電阻器到電容器的連接節點與三端雙向可控矽開關元件的閘極之間的點上，由此能夠通過對調光旋鈕的操作來改變可變電阻器的電阻值。

如果在調光控制電路中導通照明開關，則為相位控制電路提供交流電。回應於此，從觸發裝置向三端雙向可控矽開關元件輸出觸發信號，其中，觸發信號的時序是基於由可變電阻器和電容器所確定的時間常數來決定的。然後，將三端雙向可控矽開關元件“導通”直到半個波長週期，就是說，從觸發信號的輸入時刻開始直到交流電電壓變為0時的時刻，在此期間，提供電流以導通燈負載。在 操作調光旋鈕時，可變電阻器的電阻值被改變，以便相對於交流電電壓的波形而改變觸發信號的相位，從而延長或縮短三端雙向可控矽開關元件保持“導通”的時間長度。

由此，改變提供給燈負載的負載電流，進而導致改變燈的亮度。

在以上所述的調光控制電路中，通常，採用使用電容器和線圈的雜訊抑制電路，來去除交流電源的電源雜訊。然而，雜訊抑制電路的應用導致負載電流在三端雙向可控矽開關元件被“導通”時發生諧振。特別是，如果將燈負載的亮度設定為最小強度附近，則負載電流的諧振幅度變為很大，以至於負載電流可能會變為0。

對於三端雙向可控矽開關元件的類型而言，存在平面型三端雙向可控矽開關元件和臺面型三端雙向可控矽開關元件，並且平面型三端雙向可控矽開關元件在負載電流由於諧振而變為0時斷開。由此，可能發生的是，三端雙向可控矽開關元件在最小強度時刻突然斷開，並且由此使得燈變得很暗。

以上所提及的問題不會出現在臺面型三端雙向可控矽開關元件中，這是因為臺面型三端雙向可控矽開關元件被配置為即使是負載電流由於諧振而變為0，也會保持導通。然而，在導通三端雙向可控矽開關元件的定時上存在延遲。因此，由於在最小強度時，尤其是在三端雙向可控矽開關元件的點弧角變為約180度(或者360度)並且在沒有發出觸發信號的情況下三端雙向可控矽開關元件“導 通”時，負載電流的降低速率增大，從而導致發生電流換相失效。

因此，在該控制失效的情況下，三端雙向可控矽開關元件導通長達半個波長週期，這導致所謂的閃爍(flicker)狀態，在此狀態中，燈僅在半個波長週期內被明亮地點亮。

由於上述的問題在最小強度時尤其頻繁發生，並且受到諸如可變電阻器等的電路元件的個體差異的顯著影響，因此該調光就在產品之間存在較大差異。因此，急迫的問題是開發一種裝置，其能夠在不受產品間差異影響的情況下執行正常調光操作。

鑒於上述情況，本發明的目的是提供了一種調光控制電路和一種調光器，其能夠執行不受產品間差異影響的正常調光操作。

本發明提出一種調光控制電路，在一實施例中其包括：三端雙向可控矽開關元件，其通過燈負載連接到交流電源，其中，所述三端雙向可控矽開關元件具有閘極，並且由輸入到所述閘極的觸發信號而導通；第一可變電阻器，其具有可調節的電阻值，其中，通過以下方式來調節所述燈負載的亮度：改變所述第一可變電阻器的電阻值，以改變所述觸發信號相對於交流電壓波形的相位，這就引起了所述三端雙向可控矽開關元件的導通時間段的延長和縮短，從而改變了提供給所述燈負載的電流；以及第二可變電阻器，其用於獨立於所述第一可變電阻器來改變所述 觸發信號的相位。

上述之調光控制電路，在一實施例中，除了所述第一可變電阻器之外，還提供了用於改變觸發信號的相位的第二可變電阻器，所述第一可變電阻器用於通過改變電阻值並由此改變觸發信號的相位，從而執行調光操作。

採用上述之調光控制電路的結構，有可能的是，例如在使用足以延遲觸發信號的相位的最小強度來進行調光操作期間，(臺面型)三端雙向可控矽開關元件可能突然導通，並且由於調光控制電路的各種電路元件之間的個體差異所造成的無法換相，導致可能發生閃爍現象。

還有可能的是，在使用最小強度來進行調光操作期間，(平面型)三端雙向可控矽開關元件可能突然斷開，並且燈負載的照明可能變得很暗。通過調節第二可變電阻器的電阻值並且由此改變觸發信號的相位，就能夠避免這些問題。這使得可以在不受產品間差異影響的情況下執行正常調光操作。

上述之調光控制電路，優選地，所述第二可變電阻器與所述第一可變電阻器並聯連接。

在本發明的實施例中，由於第二可變電阻器與第一可變電阻器並聯連接，因此第二可變電阻器的電阻值的改變所造成的第一和第二電阻器的組合電阻值的變化較小。這使得可以通過使用第二可變電阻器來微調觸發信號的相位。在以最大強度(通過該最大強度使第一可變電阻器的電阻值變得較小)進行調光操作的情況下，可以避免在第 二可變電阻器中的劇烈電壓降，並且可以增大在使用最大強度進行調光操作期間可利用的亮度。這是因為所述第二可變電阻器與所述第一可變電阻器並聯連接。

可以將正極彼此連接的至少一對齊納二極體組成的串聯電路與所述第一可變電阻器並聯連接。

在本發明的實施例中，由於正極彼此連接的至少一對齊納二極體組成的串聯電路與第一可變電阻器並聯連接，因此可以將施加到第一可變電阻器上的電壓限定為小於等於一個預定電壓值。這就可以使用小尺寸的電阻器作為所述第一可變電阻器。

從另一觀點來看，本發明另提出一種包含以上所述的任意一種調光控制電路的調光器。

在本發明的實施例中，由於調光器包含以上所述的任意一種調光控制電路，因此可以提供一種能夠在不受產品間差異影響的情況下執行正常調光操作的調光器。

使用本發明的實施例，可以提供一種調光控制電路和一種調光器，因而能夠在不受產品間差異影響的情況下執行正常調光操作。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

以下，針對圖1到圖3中所示的實施例來描述本發明，所述實施例構成了本發明的一部分。

圖1繪示了包括根據本發明實施例的調光控制電路的調光器。調光器10包括一對外部連接端子Ta和Tb，調光控制電路11構建在調光器10中，並且調光控制電路11通過外部連接端子Ta和外部連接端子Tb連接到由諸如商用交流電源等的交流電源1以及諸如交流電型白熾燈等的燈負載2組成的串聯電路上。

由照明開關SW1、三端雙向可控矽開關元件TRC(在本實施例中為臺面型三端雙向可控矽開關元件)、用於去除電源雜訊的抗流線圈(choke coil)L以及溫度保險絲12組成的串聯電路連接在外部連接端子Ta和外部連接端子Tb之間。在去除電源雜訊時與抗流線圈L一起使用的電容器C1連接在照明開關SW1的後端與外部連接端子Tb之間。由兩個電阻器R1和R2與發光二極體13組成的串聯電路與照明開關SW1並聯。二極體D1與發光二極體13反向並聯。相位控制電路14連接到三端雙向可控矽開關元件TRC的相對的兩個端子T1和T2上。

在相位控制電路14中，由並聯的兩個電阻器R3和R4、可變電阻器VR1(第一可變電阻器)以及電容器C2組成的串聯電路連接在三端雙向可控矽開關元件TRC的端子T1與端子T2之間。在此連接中，可變電阻器VR1和照明開關SW1位於電阻調節器25中，這將在稍後介紹。

電阻調節器25被設計為，回應於操作旋鈕26的旋轉，將照明開關SW1從斷開狀態(off－state)轉換為導通狀態(on－state)，並且還改變可變電阻器VR1的電阻值，從而 使得來自燈負載2的光的亮度能夠從最小強度狀態變為最大強度狀態。在三端雙向可控矽開關元件TRC的閘極與可變電阻器VR1和電容器C2的連接節點N1之間，串聯有電阻器R5和觸發裝置15，觸發裝置15例如可以是矽雙向開關(silicon bidirectional switch,SBS)。

電阻器R3和電阻器R4和可變電阻器VR1有一共同的連接節點N2，而在觸發裝置15的閘極與連接節點N2之間串聯有二極體D2和電阻器R6。二極體D2的正極連接到連接節點N2。齊納二極體ZD1和齊納二極體ZD2按照兩級來佈置。齊納二極體ZD1的負極連接到連接節點N2。類似地，齊納二極體ZD3和齊納二極體ZD4按照兩級來佈置。齊納二極體ZD4的負極連接到三端雙向可控矽開關元件TRC的端子T2。齊納二極體ZD2和齊納二極體ZD3的正極彼此相連。電阻器R7和半可變(semi－variable)電阻器VR2(第二可變電阻器)在連接節點N2與N1之間串聯。

在以上構造的調光控制電路11中，如果照明開關SW1保持斷開(turn off)，則沒有電流從交流電源1提供給燈負載2，並且因此，燈負載2保持在熄滅狀態。同時，發光二極體13由從交流電源1提供的電流點亮。

如果照明開關SW1導通(turn on)，則發光二極體13熄滅，交流電源1的交流電壓被施加在端子T1和端子T2之間，並被施加給相位控制電路14。在相位控制電路14中，將觸發信號(參見圖2)輸出到三端雙向可控矽開關 元件TRC的閘極，此觸發信號的時序是由可變電阻器VR1和電容器C2所確定的時間常數來決定的。在這情況下，如果通過轉動操作旋鈕26而改變了可變電阻器VR1的電阻值，則觸發信號相對於交流電源1的電壓波形的相位發生改變。隨著可變電阻器VR1的電阻值變大，觸發信號的相位被延遲。

此外，由於借助於齊納二極體ZD1到齊納二極體ZD4使可變電阻器VR1上的電壓被限定為小於等於一個預定電壓值，使得可以使用小尺寸的電阻器作為可變電阻器VR1。

三端雙向可控矽開關元件TRC被導通達半個波長週期，就是說，從觸發信號輸入的時刻起直到交流電壓變為0時為止，在該期間內，提供交流電流來點亮燈負載2。如果可變電阻器VR1的電阻值改變了，則觸發信號相對於交流電壓波形的相位發生改變，從而延長或縮短三端雙向可控矽開關元件TRC的導通時間段。

更具體而言，如果可變電阻器VR1的電阻值減小，則如圖2中的(a)所示，觸發信號的相位前進，並且三端雙向可控矽開關元件TRC的點弧角(firing angle)從180度(或者360度)偏移，因此延長了三端雙向可控矽開關元件TRC的導通時間段。如果可變電阻器VR1的電阻值增大，則如圖2中的(b)和(c)所示，觸發信號的相位延遲，並且三端雙向可控矽開關元件TRC的點弧角更加接近180度(或者360度)，最終縮短了三端雙向可控矽開關元 件TRC的導通時間段。

通過採用以上方式延長或縮短三端雙向可控矽開關元件TRC的導通時間段，來改變施加給燈負載2的負載電流，並且調節燈負載2的亮度。隨著燈負載2的亮度被調節為接近最小強度值(在此處，三端雙向可控矽開關元件TRC的點弧角接近180度(或者360度))，用於去除雜訊的抗流線圈L和電容器C1所導致的負載電流的諧振幅度變得越來越大。

如果將操作旋鈕26轉動到最小強度位置，則可變電阻器VR1的電阻值充分增大，並且如圖2中的(d)所示，觸發信號的相位延遲約180度(或者360度)。因此，三端雙向可控矽開關元件TRC的導通時間段顯著縮短，並且換相失效(在沒有任何觸發信號的情況下保持在“導通”狀態的現象)易於在使用臺面型三端雙向可控矽開關元件的本發明的實施例中發生，所述換相失效可能是閃爍現象的一個成因。

為此，在調光器10中，由於在諸如可變電阻器VR1等的電路元件之間的個體差異可能導致換相失效，在該調光器10中，在檢測調光器10的安裝後初始狀態的過程中，調節與可變電阻器VR1並聯的半可變電阻器VR2的電阻值。

換而言之，可以通過改變半可變電阻器VR2的電阻值來改變由電容器C2和半可變電阻器VR2所確定的時間常數，從而改變了觸發信號的相位。因此，調節半可變電阻 器VR2的電阻值，以確保觸發信號的相位超前於不受任何閃爍現象影響的相位。通過例如將可變電阻器VR1變為最小強度位置，然後調節半可變電阻器VR2的電阻值直到燈負載2變為不受閃爍現象影響為止，來執行該調節。

在上述的情況下，可以對此半可變電阻器VR2的電阻值進行微調，因為半可變電阻器VR2與可變電阻器VR1並聯，從而使半可變電阻器VR2和可變電阻器VR1相對於電容器C2充當了一個組合電阻(combined resistance)。

此外，由於半可變電阻器VR2與可變電阻器VR1並聯，因此即使是在以最大強度(通過該最大強度使得可變電阻器VR1的電阻值變小)進行調光操作的情況下，在半可變電阻器VR2上也不會發生劇烈的電壓降。這就可以提高在以最大強度進行調光操作時可利用的亮度。

請參考圖3，本發明實施例的調光器10包括一對盒子狀的外殼20和21，其中，它們中的每一個都有一表面敞開，調光電路構件22容納在外殼20和21內，調光電路構件22由調光控制電路11構成。在此調光電路構件22中，以“L”形佈置了一對電路板23，通常為“U”形的散熱板24位於電路板23之間。充當熱源的三端雙向可控矽開關元件TRC直接附著到散熱板24上。電阻調節器25也固定到散熱板24上，電阻調節器25結合了用於執行調光操作的可變電阻器VR1以及照明開關SW1。電阻調節器25包括旋轉軸25a，旋轉軸25a用於改變可變電阻器VR1的電阻值。

操作旋鈕26連接到旋轉軸25a，並且從外殼20的開口20a部分地暴露到外部。發光二極體13和具有線圈L和外部連接端子Ta和外部連接端子Tb的終端部分27佈置在各個電路板23的特定位置上。用於進行微調的半可變電阻器VR2佈置在散熱板24內部。此結構的調節器10可以附著到例如室內的牆壁上，從而能夠通過旋轉操作旋鈕26來調節室內的燈負載2的亮度。

接下來，將描述本實施例的典型的操作效果。

(1)在本實施例中，除了通過改變其電阻值來改變觸發信號的相位從而執行調光操作的可變電阻器VR1(第一可變電阻器)之外，還提供了用於改變觸發信號的相位的半可變電阻器VR2(第二可變電阻器)。

採用這種結構，例如在使用足以延遲觸發信號的相位的最小強度來進行調光操作期間，三端雙向可控矽開關元件TRC(本實施例中為臺面型三端雙向可控矽開關元件)可能突然導通，並且由於形成調光控制電路11的諸如可變電阻器VR1等電路元件之間的個體差異造成的換相失效，從而可能發生閃爍現象。

可以通過調節半可變電阻器VR2的電阻值並且由此改變觸發信號的相位，來避免上述的問題。這樣就可以提供能夠在不受產品間差異影響的情況下執行正常調光操作的調光器(調光控制電路)10。即使是隨著時間進展而發生閃爍現象，也可以通過再次調節半可變電阻器VR2的電阻值來消除閃爍現象。

(2)在本實施例中，由於半可變電阻器VR2與可變電阻器VR1並聯連接，因此半可變電阻器VR2的電阻值的改變所造成的電阻器VR1和VR2的組合電阻值的變化較小。

這樣就可以通過使用半可變電阻器VR2來微調觸發信號的相位。在以最大強度(通過該最大強度使可變電阻器VR1的電阻值變得較小)進行調光操作的情況下，可以避免在半可變電阻器VR2中的劇烈電壓降，並且可以增大在使用最大強度進行調光操作期間可利用的亮度。這是因為半可變電阻器VR2與可變電阻器VR1並聯連接。

(3)在本實施例中，由於通過其正極彼此相連的兩級齊納二極體ZD1到ZD4組成的串聯電路與可變電阻器VR1並聯連接，因此可以將施加到可變電阻器VR1上的電壓限定為小於等於一個預定電壓值。這樣就可以使用尺寸較小的電阻器作為該可變電阻器VR1。

可以如下對本實施例進行修改。

雖然在本實施例中採用的三端雙向可控矽開關元件TRC是臺面型的，但也可以用平面型三端雙向可控矽開關元件替代。在這情況下，可以消除平面型三端雙向可控矽開關元件中的固有問題，即，在例如使用足以延遲觸發信號的相位的最小強度進行調光操作期間，三端雙向可控矽開關元件突然斷開並且燈負載的照明變得很暗的問題。

雖然在以上實施例中半可變電阻器VR2(第二可變電阻器)與可變電阻器VR1(第一可變電阻器)並聯連接， 但可以將半可變電阻器VR2與可變電阻器VR1串聯連接。

雖然在本實施中將由4個齊納二極體ZD1到ZD4組成的串聯電路與可變電阻器VR1並聯連接並限制了施加給可變電阻器VR1的電壓，但也可以改變齊納二極體的數量，並且使用齊納二極體之外的其他元件來限制施加給可變電阻器VR1的電壓。作為備選方案，可以省略齊納二極體ZD1到ZD4，並且採用不限制施加給可變電阻器VR1的電壓的結構。

可以用其他裝置來代替三端雙向可控矽開關元件TRC和包括SBS的觸發裝置15。例如，觸發裝置15可以包括二極體AC開關。

雖然在本實施例中燈負載2涉及白熾燈，但也可以使用能夠通過改變負載電流調節亮度的其他燈負載。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧交流電源

2‧‧‧燈負載

10‧‧‧調光器

11‧‧‧調光控制電路

12‧‧‧溫度保險絲

13‧‧‧發光二極體

14‧‧‧相位控制電路

15‧‧‧觸發裝置

20‧‧‧外殼

20a‧‧‧開口

21‧‧‧外殼

22‧‧‧調光電路構件

23‧‧‧一對電路板

24‧‧‧散熱板

25‧‧‧電阻調節器

25a‧‧‧旋轉軸

26‧‧‧操作旋鈕

27‧‧‧終端部分

C1、C2‧‧‧電容器

D1、D2‧‧‧二極體

L‧‧‧抗流線圈

N1、N2‧‧‧連接節點

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7‧‧‧電阻器

SW1‧‧‧照明開關

T1、T2‧‧‧端子

Ta、Tb‧‧‧外部連接端子

TRC‧‧‧三端雙向可控矽開關元件

VR1‧‧‧可變電阻器

VR2‧‧‧半可變電阻器

ZD1、ZD2、ZD3、ZD4‧‧‧齊納二極體

按照以下結合附圖所給出的各個實施例的描述，本發明的目的和特徵將會變得顯而易見，在附圖中：圖1是繪示根據本發明實施例的調光控制電路的電路圖；圖2繪示了在各種調光操作期間，可在調光控制電路 的不同點上獲得電壓和電流的波形圖；以及圖3是包含根據本發明實施例的調光控制電路的調光器的分解透視圖。

1‧‧‧交流電源

2‧‧‧燈負載

10‧‧‧調光器

11‧‧‧調光控制電路

12‧‧‧溫度保險絲

13‧‧‧發光二極體

14‧‧‧相位控制電路

15‧‧‧觸發裝置

25‧‧‧電阻調節器

C1、C2‧‧‧電容器

D1、D2‧‧‧二極體

L‧‧‧抗流線圈

N1、N2‧‧‧連接節點

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7‧‧‧電阻器

SW1‧‧‧照明開關

T1、T2‧‧‧端子

Ta、Tb‧‧‧外部連接端子

TRC‧‧‧三端雙向可控矽開關元件

VR1‧‧‧可變電阻器

VR2‧‧‧半可變電阻器

ZD1、ZD2、ZD3、ZD4‧‧‧齊納二極體

Claims (5)

1. 一種調光控制電路，包括：三端雙向可控矽開關元件，其通過燈負載連接到交流電源，其中，該三端雙向可控矽開關元件具有閘極，並且由輸入到該閘極的觸發信號而導通該三端雙向可控矽開關元件；第一可變電阻器，其具有可調節的電阻值，其中，通過以下方式來調節該燈負載的亮度：改變該第一可變電阻器的電阻值，以改變該觸發信號相對於交流電壓波形的相位，這引起了該三端雙向可控矽開關元件的導通時間段的延長或縮短，從而改變了提供給該燈負載的電流；以及第二可變電阻器，其用於獨立於該第一可變電阻器來改變該觸發信號的相位。
2. 如申請專利範圍第1項所述之調光控制電路，其中，該第二可變電阻器與該第一可變電阻器並聯連接。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之調光控制電路，其中，將至少一對齊納二極體組成的串聯電路與該第一可變電阻器並聯連接，該至少一對齊納二極體的正極彼此相連接。
4. 一種調光器，其包括如申請專利範圍第1項或第2項所述之調光控制電路。
5. 一種調光器，其包括如申請專利範圍第3項所述之調光控制電路。