TWI412295B - 負載控制器 - Google Patents

Description

負載控制器

本發明是關於一種串聯於一AC電源及例如是一發光元件或類似物件之類的一負載之間的雙線負載控制器。

用於照明裝置並利用非接觸式開關元件的負載控制器，例如常用的有三端雙向可控矽開關(triac)或閘流體(thyristor)。為了使連線簡單，上述的負載控制器通常是雙線式並串聯於AC電源和負載之間。然而，上述串聯於AC電源和負載之間的負載控制器中，確保其本身的電路電力變成一項需解決的重要課題。

圖13中所示的一第一習知範例的負載控制器50串聯於AC電源2及負載3之間且包括主要斷路/通路單元51、整流器52、控制電路53、用以提供穩定電力給控制電路53的一第一電源54、用以當負載3未被供電而提供電力給第一電源54的第二電源55、用以當負載3被供電而提供電力給第一電源54的第三電源56、用以傳導微小電流給負載3的輔助斷路/通路單元57。主要斷路/通路單元51的開關元件51a是由一種三端雙向可控矽開關所構成。

負載控制器50處於OFF狀態，負載3未被供電，從AC電源2被施加至負載控制器50的一電壓透過整流器52而被提供給第二電源55。第二電源55是一固定電壓電路，其包括一電阻及一齊納二極體(zener diode)。在OFF狀態中，流過負載的電流是一微小電流，所以負載3不可能故 障，且控制電路53消耗的電流被設為維持於微小電流，而第二電源55的阻抗被設為維持於高阻抗。

另一方面，負載控制器50處於ON狀態，負載3被供電，第三電源56被來自控制電路53的控制信號所開啟且負載控制器50的阻抗被降低，因此流過負載3的電流的大小被增加。流過第三電源56的電流亦流過第一電源54，並開始對緩衝電容59充電。當緩衝電容59的已充(charged)電壓增加至高於一預設(predetermined)臨界值，包括於第三電源56的齊納二極體56a崩潰(break down)且電流開始流至輔助斷路/通路單元57的一閘(gate)，因此使輔助斷路/通路單元57導通(conductive)(已通的狀態)。因此，從整流器52流至第三電源56的電流開始流過輔助斷路/通路單元57且亦流至主要斷路/通路單元51的開關元件51a的一閘，因此使主要斷路/通路單元51導通(已通的狀態)。因此，幾乎所有的電力被供應給負載3。

一旦主要斷路/通路單元51被導通(已通的狀態)，電流持續流動。然而，當一交流電流達到一零交點(zero-cross point)，開關元件51a自我接地(self-grounded)或熄滅(extinguished)(亦即，自我關閉)且主要斷路/通路單元51變成非導通(非導通)。當主要斷路/通路單元51變成非導通(斷路狀態)，電流再度從整流器52經由第三電源56而流入第一電源54且負載控制器50執行操作以確保其自身的電路電力。也就是，負載控制器50確保其自身的電路電力的一種操作，及使輔助斷路/通路單元57及主要斷路/通路 單元51導通的操作每交流電流的1/2週期會被重複。

圖14中所示的一第二習知範例的負載控制器60串聯於AC電源2及負載3之間且包括主要斷路/通路單元61、整流器62、控制電路63及用以提供穩定電力給控制電路63的第一電源64、用以當負載3未被供電時提供電力給第一電源64的第二電源65、用以當負載3被供電時提供電力給第一電源64的第三電源66、用以偵測負載電流的零交點的零交偵測器67。主要斷路/通路單元61的開關元件61a包括兩個MOSFET而一白熾燈泡被當作被控制的一負載來使用。

當電力被供應給負載3，主要斷路/通路單元61的開關元件61a變成導通一段時間，其根據一外部照明度水平(level)來決定。具體而言，開關元件61a在零交偵測器67偵測到電壓的零交點的時候變成導通(已通)，而且，經過上述的一段時間之後，開關元件61a變成非導通(斷路狀態)。當主要斷路/通路單元61為非導通，就像第一習知範例中，負載控制器60確保其本身的電路電力。當主要斷路/通路單元61為非導通，零交偵測器67偵測零交點而使開關元件61a導通的操作會在每交流電流的1/2週期被重複。

若如第一習知範例的負載控制器50中，主要斷路/通路單元51的開關元件為三端雙向可控矽開關或閘流體，則當電路被供應給負載3，需要濾波器以降低所產生的雜訊並避免由於當至負載3的電力供應被停止時，從電源2傳來的雜訊所造成的故障。然而，由於包括於濾波器的線圈 58的大小及由線圈58所產生的熱，要將負載控制器的尺寸縮小並不容易。

為了降低由於負載控制器中無濾波器時所造成的雜訊，負載控制器(第三習知範例)，例如，其被揭露於專利文件1且包括主要斷路/通路單元的開關元件(第一開關單元)和具有一導通電阻(turn-on resistance)比第一開關單元的導通電阻大的第二開關單元，其中在第二開關單元被導通之後，第一開關單元被導通。然而，上述第三習知範例中，由於開關元件的增加的數目及電路組態的複雜度，導通時間的控制變複雜。

此外，若如第二習知範例的負載控制器60中，主要斷路/通路單元61的開關元件61a為一電晶體，但負載須限制於上述的白熾燈泡負載，其中一負載電流和一負載電壓為同相(in-phased)狀態(功率因數=1)。

此外，很常見的是，被當作主要斷路/通路單元的開關元件的三端雙向可控矽開關或電晶體是由Si製成且為一種垂直類型，電流在元件的垂直方向中流動。三端雙向可控矽開關中，由於p-n接面存在於一傳導路徑，在電性傳導期間，克服此屏障會導致一損耗出現。電晶體中，由於需要兩個元件以反向方式連接，且被當作耐電壓保持層的低載子濃度層的阻抗為高阻抗，電性傳導中出現一損耗。由於開關元件本身導致大量熱耗散，其因此需要一大尺寸的熱槽(sink)，達到大容量並將負載控制器的尺寸縮小並不容易。一般而言，上述負載控制器被設置在金屬箱或在牆 上的類似物件。然而，習知負載控制器在縮小尺寸方面有其限制，要將負載控制器與其他感測器、開關和類似物件結合於一般用途的箱子中並不容易。因此，為了在一般大小的箱子中使用與其他感測器、開關和類似物件結合的負載控制器，需要進一步的縮減負載控制器的尺寸。

專利文件

日本專利特許公開申請案第2006-92859號

如上所述，本發明提供一種負載控制器，其藉由電力傳導至負載時所產生的熱量的減少以達到縮減尺寸和高容量，而不限於負載的功率因數，該負載例如可以是日光燈，白熾燈泡，或類似的物件。

依照本發明之一第一方面，一種負載控制器包括一主要斷路/通路單元，其具有一電晶體結構的一開關元件，並控制至一負載的電力供應，一輔助斷路/通路單元，其具有一閘流體結構的一開關元件，並當主要斷路/通路單元為非導通時控制至負載的電力供應，以及一控制電路，其控制主要斷路/通路單元和輔助斷路/通路單元的斷路/通路。

依照本發明之負載控制器更包括一第一電源，其透過一整流器以接收來自主要斷路/通路單元的雙端的電力，並提供穩定的電力給控制電路，一第二電源，其透過一整流器接收來自主要斷路/通路單元的雙端的電力，並當負載未被供電時提供電力給第一電源，以及一第三電源，當電力被供應給負載且主要斷路/通路單元或輔助斷路/通路單元 處於被斷路的狀態，則第三電源提供電力給第一電源。

此外，依照本發明之負載控制器包括一電壓偵測器，其偵測被輸出至第三電源的電壓，其中當電壓偵測器偵測到被輸出至第三電源的電壓達到一電壓臨界值，該控制電路使主要斷路/通路單元導通一第一時段，當主要斷路/通路單元變為非導通，該控制電路使輔助斷路/通路單元導通一第二時段。

藉由上述的組態，由於當電壓偵測器偵測到被輸出至第三電源的電壓達到一電壓臨界值，控制電路使主要斷路/通路單元導通一第一時段，當主要斷路/通路單元變為非導通且經過第一時段之後，控制電路使輔助斷路/通路單元導通一第二時段，使電力從主要斷路/通路單元被提供至負載可持續於商用電源的半週期的大部分時間中進行。

之後，當一電力傳導電流變得較小，電力從輔助斷路/通路單元被提供至負載。基於負載電流，上述操作被執行。因此，即使利用電晶體結構的開關元件來組態主要斷路/通路單元，有可能的是，實現適用於日光燈和白熾燈泡兩者的雙線負載控制器，而不限於具有功率因數為1的負載。

此外，由於在負載控制器的操作期間被產生的雜訊水平可被抑制在一低水平，有可能的是，實現具有大範圍可適性負載的小尺寸負載控制器。

依照本發明之一第一方面的負載控制器更包括一用以偵測流過輔助斷路/通路單元的電流的電流偵測器，其中 當超過一電流臨界值的電流流過輔助斷路/通路單元，控制電路使主要斷路/通路單元導通，而當主要斷路/通路單元變成非導通，控制電路使輔助斷路/通路單元導通。

藉由上述的組態，當電流偵測器偵測流過輔助斷路/通路單元的電流且若流過輔助斷路/通路單元的電流超過一能被輔助斷路/通路單元接受的電流值，由於主要斷路/通路單元再次變成導通而持續一段短暫時間，則有可能的是，避免輔助斷路/通路單元的開關元件被損壞。此外，由於可利用小尺寸的開關元件來建構輔助斷路/通路單元，有可能的是，縮小負載控制器和提升對多種商用電源和超載的反應性。

依照本發明之一第一方面的負載控制器更包括用以偵測在負載被供電之前被供應至負載的電力的一頻率的一頻率偵測電路，其中，在頻率的偵測之後，頻率偵測電路被從用以負載控制的一電路中移除，且當負載被供電時，基於偵測到的電力頻率，該控制電路調整主要斷路/通路單元變成導通的第一時段。

藉由上述的組態，有可能的是，例如，在電力開始被輸入之前的一段時間或當電力失效後電力被恢復的時間中使至負載的供電停止時，可藉由頻率偵測電路來偵測電源(商用電源)的頻率。因此，至負載的電力傳導主要是因為主要斷路/通路單元具有大量的電力傳導容量，且除了主要斷路/通路單元之外，在不增加電容損耗的情況下，能縮減負載控制器的尺寸。

此外，在偵測頻率之後，頻率偵測電路被從用以負載控制的電路中移除，可避免由於頻率偵測電路而使負載控制器的電力消耗增加。尤其，單一負載控制器可被用於商用電源的不同頻率(50Hz或60Hz)。

依照本發明之一第一方面的負載控制器中，主要斷路/通路單元的開關元件由一橫向電晶體元件構成，橫向電晶體元件可被雙向控制，橫向電晶體元件包括分別被連接至一電源和一負載的兩電極，以及排列於兩電極的一中間部分的一控制電極。

藉由上述的組態，一低水平信號被從控制電路施加至控制電極，控制電極具有一電位，其比主要斷路/通路單元的最低電位所高出的電位對應於整流器的一個二極體的電位。在此，若用來判斷”何時將於主要斷路/通路單元的傳導/非傳導之間切換”的臨界值充分地大於該二極體的電位，則能可靠地維持非電力傳導。因此，由具有數個伏特的控制信號所驅動的控制電路可直接控制具有一高電壓的商用電源。有可能的是，可實現雙線負載控制器的尺寸縮減和高容量。

依照本發明之一第一方面的負載控制器中，主要斷路/通路單元的開關元件具有一橫向電晶體結構，橫向電晶體包括一第一和一第二電極，其分別串聯於一AC電源和一負載，且形成於一基板的一表面，一中間電位部分，其具有介於第一電極的一電位和第二電極的一電位之間的一中間電位，且中間電位部分的至少一部分被形成於基板的表 面，以及一控制電極，執行對中間電位部分控制的一種控制，且控制電極的至少一部分被連接於中間電位部分的頂端，其中該中間電位部分和控制電極被排列於一相對於第一和第二電極而能使預設的耐電壓被維持的位置處。

由上述的組態，藉由形成中間電位部分於相對於第一和第二電極的一位置，其能使預設耐電壓被維持著，則開關元件能被可靠地導通/關閉，且即使當施加於控制電極G的一信號的臨界值電壓被降低至一最低所需水平，一低導通阻抗能被實現。

此外，藉由設定一控制信號的一參考電位(GND)等於中間電位部分的電位，一高電壓商用電源可直接被控制電路13所控制，且被數個伏特的控制信號驅動。

此外，主要斷路/通路單元不受整流器的二極體的電壓壓降的影響。因此，即使若能使主要斷路/通路單元在電力傳導和非電力傳導之間切換的臨界值電壓被降低，非電力傳導仍能被可靠地維持。此外，在利用形成於異值介面並被當作通道層的二維電子氣層的橫向電晶體元件中，用以使元件非導通的一臨界值電壓與電力傳導的導通電阻有一關係。因此，降低臨界值電壓能夠降低該導通電阻，其讓尺寸縮減和高電容的負載控制器變得可能。

依照本發明之一第二方面的負載控制器，一種負載控制系統包括多個負載控制器，其如依照本發明之第一方面之負載控制器，以及一總控制單元，其發送一控制信號，此控制信號包括給每一負載控制器的一位址信號，位址信 號被發送至對應的一負載控制器。

藉由上述的組態，利用發送該控制信號，其包括給每個負載控制器的位址信號，而位址信號從總控制單元發送至對應的負載控制器，則被連接至負載控制器的負載可被獨立控制。尤其，對於商用的負載控制系統，藉由電子控制式負載控制器，多個負載可被獨立地或共同地控制。

(第一實施例)

以下將說明依照本發明的一第一實施例的一負載控制器。圖1繪示為依照本發明之第一實施例之負載控制器1A的一組態的電路圖，而圖2繪示為負載控制器1A的多個部分的信號波形的時序圖。

圖1中所示的第一實施例的負載控制器1A串聯於AC電源2及負載3之間且包括用以控制至負載3的電力供應的主要斷路/通路單元11、整流器12、用以整體上控制負載控制器1A的控制電路13、用以提供穩定電力給控制電路13的一第一電源14、用以當至負載3的供電被停止而提供電力給第一電源14的第二電源15、用以當負載3被供電而提供電力給第一電源14的第三電源16、用以傳導微小電流給負載及類似的物件的輔助斷路/通路單元17。第三電源16亦被提供給一電壓偵測器18以偵測被輸入至第三電源16的電壓。主要斷路/通路單元11具有一電晶體結構的開關元件11a，而輔助斷路/通路單元17具有閘流體結構的開關元件17a。

即使負載控制器1A處於OFF狀態，負載3亦未被供電，電流從電源2，經過整流器12，流入第二電源15，一微小電流流過負載3。然而，上述電流被抑制在一低水平而不會導致負載故障而第二電源15的阻抗被維持在高阻抗。

當負載3被供電時，第三電源16的阻抗為低阻抗且電流流過負載控制器1A中的一電路，一緩衝電容29開始充電。如上所述，第三電源16提供電壓偵測器(充電監控單元)18以偵測被輸入至其中的電壓。當電壓偵測器18偵測被輸入至第三電源16的電壓達到一預設臨界值，則電壓偵測器18輸出一預設偵測信號。

接收來自電壓偵測器18的偵測信號之後，控制電路13使主要斷路/通路單元11導通(已通)一第一時段。圖1繪示為一示範性組態，其中，利用專用IC或類似物件的硬體來組態的一第一脈衝輸出單元19，基於來自電壓偵測器18的偵測信號，直接輸出一第一脈衝信號，且第一脈衝輸出單元19為控制電路13的一部份。此外，不限於所示的組態，可被組態為，來自電壓偵測器18的輸出被輸入至主要控制單元20，例如CPU或類似的物件，且由軟體輸出第一脈衝信號。主要斷路/通路單元11被導通的第一時段適合被設為比商用頻率電源的半週期(half cycle)稍短的時段。

然後，經過第一時段後，當主要斷路/通路單元11變成非導通(斷路狀態)時，該控制電路13使輔助斷路/通路單 元17導通(已通)一第二時段(例如，數百μ秒)。藉由讓輔助斷路/通路單元17非導通(斷路狀態)的時間稍晚於主要斷路/通路單元11，則可實現此操作。圖1繪示為一範例，其中輸出持續第二時段的第二脈衝信號的第二脈衝輸出單元21為控制電路13的一部份，在偵測到主要斷路/通路單元11變成非導通(斷路狀態)之後，輔助斷路/通路單元17變成於第二時段導通。第一及第二時段的總和的最大值適合被設為比半週期稍短。

此外，比被輸出至主要斷路/通路單元11的第一脈衝信號多出第二時段的脈衝信號可被從主要控制單元20輸出至輔助斷路/通路單元17。另外，一個二極體或一電容可用作一延遲電路。

請參照圖2，在緩衝電容29完成充電之後，上述操作被實現，因此，在電力從主要斷路/通路單元11被提供至負載3持續達商用電源的半週期的大部分時間之後，當電力傳導電流減少，則電力從輔助斷路/通路單元17被供應至負載3。由於輔助斷路/通路單元17具有閘流體結構的開關元件17a，當電流值變成0(零交點)的時候，輔助斷路/通路單元17變成非導通(斷路狀態)。當輔助斷路/通路單元17變成非導通(斷路狀態)時，電流再次流入第三電源16且上述的操作每隔商用電源的半週期都被重複。

上述操作基於負載電流而被執行。因此，即使利用電晶體結構的開關元件來組態主要斷路/通路單元11，有可能的是，可實現適用於日光燈和白熾燈泡兩者的雙線負載 控制器，而不限於具有功率因數為1的負載3。圖3A繪示為功率因數為1的波形，而圖3B繪示為功率因數不為1的波形。

(第二實施例)

以下將說明依照本發明之第二實施例的負載控制器。圖4繪示為依照本發明之第二實施例的負載控制器1B的一組態的電路圖。比較圖4和圖1，第二實施例的負載控制器1B具有與第一實施例的負載控制器1A相同的組態，不同之處是第二實施例的負載控制器1B包括用以偵測流過該輔助斷路/通路單元17的電流的電流偵測器22。

如圖14的第二習知範例所述，輔助斷路/通路單元本質上用來偵測一種電流的零交點，並不是用來提供大量的電力傳導，因此，輔助斷路/通路單元被預期由小尺寸的開關元件來組構。然而，若商用電源頻率發生漂移或變化，或需要使負載控制器操作於50Hz和60Hz，則從主要斷路/通路單元變成非導通之後到電流的零交點的時段變長，導致在負載電流變成微小電流之前，輔助斷路/通路單元變成導通。此外，若一超載(overload)被當作負載而被連接，即使當主要斷路/通路單元的電力傳導時間相同，電力傳導損耗亦會增加。因此，有可能使輔助斷路/通路單元的開關元件損壞。

因此，第二實施例中，電流偵測器22偵測流過輔助斷路/通路單元17的電流，且若流過此輔助斷路/通路單元17的電流超過一能被輔助斷路/通路單元17接受的臨界 值，電流偵測器22發出一導通信號以經過一或閘(OR gate)80而至主要斷路/通路單元11，因此主要斷路/通路單元11再次變成導通而持續一段短暫時間。之後，當主要斷路/通路單元11變成非導通(例如，藉由在一短暫時間過後，電流偵測器22發出一關閉信號即可實現)，輔助斷路/通路單元17再次變成導通。

藉由重複使主要斷路/通路單元11及輔助斷路/通路單元17導通，此外，以此方式，當第一脈衝輸出單元19發出一關閉信號經過或閘80至開關元件11a，有可能的是，避免輔助斷路/通路單元17的開關元件受損且提升對多種商用電源和超載的反應性(responsiveness)。圖5繪示為依照第二實施例之負載控制器1B的操作的波形圖。

(第三實施例)

以下將說明依照本發明的第三實施例的負載控制器。圖6繪示為依照本發明的第三實施例的負載控制器1C的組態的電路圖。比較圖6和圖4，除了第三實施例的負載控制器1C包括一頻率偵測電路23，第三實施例的負載控制器1C與第二實施例的負載控制器1B具有相同的組態，當負載控制器1C處於OFF狀態，負載3未被供電，頻率偵測電路23偵測電源(商用電源)2的頻率，且在頻率偵測完成之後，主要控制單元20未再引用該頻率偵測電路23。例如，主要控制單元20的開關82被關閉，因此，一旦完成頻率偵測，則停止頻率偵測電路23的操作。

具體而言，基於由頻率偵測電路23得到的頻率資訊， 主要控制單元20調整當負載3被供電而主要斷路/通路單元11變成導通的時段(第一時段)。這讓主要斷路/通路單元11的一電力傳導時間的最佳化取決於商用電源的頻率(50Hz或60Hz)。因此，負載3的電力傳導能被建立，主要是因為主要斷路/通路單元11具有大量的電力傳導容量，且除了主要斷路/通路單元11之外，在不增加電容損耗的情況下，能縮減負載控制器1C的尺寸。尤其，單一負載控制器可被用於商用電源的不同頻率(50Hz或60Hz)。

在電力開始被輸入前或在電力失效後電力被恢復，由頻率偵測電路23執行的頻率偵測和主要控制單元20暫時運作；之後，藉由移除，亦即，不使用頻率偵測電路23，避免負載控制器1C的電力消耗增加。這對需要低電力消耗的雙線負載控制器來說特別重要。例如，利用提供偵測頻率的時間和當電流被其他功能，例如LED顯示，消耗的時間之間的時間差，有可能的是，避免由於雙線負載控制器的電力消耗所造成的負載故障。

(第四實施例)

以下將說明依照本發明之第四實施例的一負載控制器。圖7繪示為依照本發明之第四實施例的一負載控制器1D的組態的一電路圖。基本上，第四實施例的負載控制器1D與第一至第三實施例的負載控制器1A~1C具有相同的組態，不同之處為第四實施例的負載控制器1D中，主要斷路/通路單元11的開關元件11b由圖8所示的一橫向(lateral)電晶體所構成，其可被雙向控制。圖7依照圖6中 所示的第三實施例的負載控制器1C的組態，但不限於此，圖7中所示的第四實施例的負載控制器1D可與圖1中所示的第一實施例的負載控制器1A或圖4中所示的第二實施例的負載控制器1B具有相同的組態。

圖8繪示為橫向電晶體元件的一般組態，其能被雙向控制。上述橫向電晶體，被稱為高電子移動率電晶體(High Electron Mobility Transistor,HEMT)，包括形成於一AlGaN/GaN異值介面(hetero-interface)並被當作通道層的二維電子氣(gas)層；分別串聯至電源2和負載3的電極D1和D2；以及用以當電力傳導關閉時維持用於電極D1和D2的一耐高電壓的控制電極(閘)G。例如，一肖特基(Schottky)電極被當作控制電極G來使用。

當主要斷路/通路單元11變成非導通，一低水平信號被從控制電路13施加至控制電極G，控制電極G具有一電位，其比主要斷路/通路單元11的最低電位高出對應於整流器12的一個二極體的電位值。若用來判斷主要斷路/通路單元11何時切換於傳導/非傳導之間的臨界值充分地大於一個二極體的電位，則能可靠地維持非電力傳導。同時，主要斷路/通路單元11變成導通，與第一至第三實施例的操作相同的操作被執行。因此，由具有數個伏特的控制信號所驅動的控制電路13可直接控制具有一高電壓的商用電源。此外，利用具有高電子移動性的HEMT，有可能的是，可實現雙線負載控制器的尺寸縮減和高容量。

(第五實施例)

以下將說明依照本發明之第五實施例的一負載控制器。圖9繪示為依照本發明之第五實施例的一負載控制器1E的組態的一電路圖。基本上，第五實施例的負載控制器1E與第三和第四實施例的負載控制器1C和1D具有相同的組態，不同之處在於第五實施例的負載控制器1E中，主要斷路/通路單元11的開關元件11C由圖8所示的一新穎的橫向(lateral)電晶體所構成，其可被雙向控制。

圖9依照圖6中所示的第三實施例的負載控制器1C或圖7中所示的第四實施例的負載控制器1D的組態，但不限於此，圖9中所示的第五實施例的負載控制器1E可與圖1中所示的第一實施例的負載控制器1A或圖4中所示的第二實施例的負載控制器1B具有相同的組態。

圖10繪示為開關元件11c的一組態的一平面圖，而圖11繪示為圖10中沿著XI-XI線的一剖面圖。如圖11中所示，開關元件11c的基板120包括導體層120a，以及以此順序形成於導體層120a的GaN層120b和AlGaN層120c。開關元件11c中，形成於一AlGaN/GaN異值介面的二維電子氣層被當作通道層來使用。如圖10中所示，形成於基板120的表面120d的是分別串聯至電源2和負載3的電極D1和D2，以及具有在第一電極D1的電位和第二電極D2的電位之間的電位的中間電位部分S。

此外，一控制電極(閘)G形成於中間電位部分S上。一肖特基電極被當作控制電極G來使用，例如，第一電極D1和第二電極D2分別具有第一組的多個電極部分111、 112、113、…，及第二組的多個電極部分121、122、123、…。每個第一和第二組的電極部分被平行地配置成互相面對面而成梳齒狀排列，電極部分的第一和第二組相對排列。中間電位部分S和控制電極G被設置於多個電極部分111、112、113、…，以及121、122、123、…之間，成梳齒狀排列且具有一種形狀(近似於魚背骨狀)，其符合形成於電極之間的空間的平面形狀。

以下將說明開關元件11c的橫向電晶體的結構。如圖10中所示，第一電極D1的電極部分111和第二電極D2的電極部分121被排列成中央線的寬度方向中的中央線彼此一致，第一電極D1的電極部分111和第二電極D2的電極部分121對中間電位部分S和控制電極G的對應部分被平行排列。在寬度方向，從第一電極D1的電極部分111和第二電極D2的電極部分121到中間電位部分S和控制電極G的對應部分的距離被設定，讓預設的耐電壓能於其間被維持著。

上述關係亦平均地被施加於與寬度方向垂直的一方向，也就是，第一電極D1的電極部分111和第二電極D2的電極部分121的長度方向。此外，這些關係平均地被施加於電極部分112/122、113/123、…的剩餘配對(pairs)。也就是，相對於第一電極D1及第二電極D2，中間電位部分S和控制電極G被排列於一能使預設的耐電壓被維持的位置處。

如上所述，相對於第一電極D1及第二電極D2，具有 在第一電極D1和第二電極D2的電位之間的中間電位的中間電位部分S和用以控制此中間電位部分S的控制電極G被排列於一能使預設的耐電壓能被維持的位置處。因此，若第一電極D1處於高電位而第二電極D2處於低電位且雙向開關元件11c關閉(亦即，當0伏特的信號被施加於控制電極G)，至少在第一電極D1和控制電極G/中間電位部分S之間有電流被阻擋(在控制電極(閘)G的正下方有電流被阻擋)。

另一方面，當雙向開關元件11c為開啟狀態，亦即，當超過一預設臨界值的電壓信號被施加於控制電極G，如圖10中的箭頭所指，則電流從第一電極D1(電極部分111、112、113、...)經過中間電位部分S流至第二電極D2(電極部分121、122、123、...)。這亦能夠平均地被施加於相反的情況。

如上所述，藉由，形成中間電位部分S和控制電極G於一相對於第一電極D1及第二電極D2而能使預設的耐電壓被維持的位置處，則開關元件11c能被可靠地導通/關閉，且即使當施加於控制電極G的一信號的臨界值電壓被降低至一最低所需水平，一種低的導通阻抗亦能被實現。此外，當利用新穎的開關元件11c來建構主要斷路/通路單元11，藉由設定一控制信號的一參考電位(GND)等於中間電位部分S的電位，則一高電壓商用電源可直接被控制電路13控制，且該控制電路13被數伏特的控制信號驅動。

此外，與第四實施例相比，第五實施例的負載控制器 1E不受整流器12的二極體的電壓壓降的影響。因此，即使若能使主要斷路/通路單元11介於電力傳導和非電力傳導之間切換的臨界值電壓被降低，非電力傳導仍能被可靠地維持。此外，在利用形成於異值介面並被當作通道層的二維電子氣層的橫向電晶體元件中，用以使元件非導通的一臨界值電壓與電力傳導的導通電阻有一關係。因此，降低臨界值電壓能夠降低該導通電阻，其讓尺寸縮減和高電容的負載控制器1E變得可能。

(第六實施例)

以下將說明依照本發明之第六實施例的一負載控制系統。圖12繪示為依照本發明之第六實施例的一負載控制系統的組態的方塊圖。第六實施例的負載控制系統30包括多個負載控制器1A及用以遠端控制多個負載控制器1A的總控制單元31。連接至總控制單元31的負載控制器1A的數量可被適當地設定。

每個負載控制器1A可利用有線或無線的方式被連接至總控制單元31。每個負載控制器1A接收發送自總控制單元31的控制信號並基於控制信號來控制被連接至負載控制器1A的負載3。總控制單元31發送控制信號至每個負載控制器1A的主要控制單元20。發送自總控制單元31的控制信號包括對應於負載控制器1A之一的位址信號。

每個負載控制器1A，在接收包括給它自己的位址信號的一控制信號之後，控制該負載3以回應於該控制信號。圖12繪示為第一實施例的負載控制器1A，如同被連 接至總控制單元31的負載控制器的一範例，但不限於此，本實施例的負載控制器可為第二至第五實施例的負載控制器1B至1E的任一種。另外，這些負載控制器1A至1E的適當的組合可被連接至總控制單元31。

如上所述，藉由發送控制信號，其包括給每個負載控制器1A的位址信號，而位址信號從總控制單元31發送至對應的負載控制器1A，被連接至負載控制器1A的負載可被獨立控制。尤其，對於商用的負載控制系統，藉由電子式控制的負載控制器1A，多個負載3可被獨立地或共同地控制。

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，故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。

1A、1B、1C、1D、1E、50、60‧‧‧負載控制器

2‧‧‧AC電源

3‧‧‧負載

11、51、61‧‧‧主要斷路/通路單元

11a、11b、11c、17a、51a、61a‧‧‧開關元件

12、52、62‧‧‧整流器

13、53、63‧‧‧控制電路

14、15、16、54、55、56、64、65、66‧‧‧電源

17、57、67‧‧‧輔助斷路/通路單元

18‧‧‧電壓偵測器

19、21‧‧‧脈衝輸出單元

20‧‧‧主要控制單元

22‧‧‧電流偵測器

23‧‧‧頻率偵測電路

29‧‧‧緩衝電容

30‧‧‧負載控制系統

31‧‧‧總控制單元

56a‧‧‧齊納二極體

58‧‧‧線圈

80‧‧‧或閘

111、112、113、121、122、123‧‧‧電極部分

120‧‧‧基板

120d‧‧‧表面

120a‧‧‧導體層

120b‧‧‧GaN層

120c‧‧‧AlGaN層

D1、D2、G‧‧‧電極

S‧‧‧中間電位部分

圖1繪示為依照本發明之第一實施例之一負載控制器的一組態的電路圖。

圖2繪示為依照本發明之第一實施例之一負載控制器的多個部分的信號波形的時序圖。

圖3A和圖3B繪示依照本發明之第一實施例之一負載控制器的一操作的信號波形，圖3A繪示當功率因數為1時的波形，圖3B繪示當功率因數不為1時的波形。

圖4繪示為依照本發明之第二實施例之一負載控制器的一組態的電路圖。

圖5繪示依照本發明之第二實施例之一負載控制器的一操作的信號波形。

圖6繪示為依照本發明之第三實施例之一負載控制器的一組態的電路圖。

圖7繪示為依照本發明之第四實施例之一負載控制器的一組態的電路圖。

圖8繪示為依照本發明之第四實施例之使用於一負載控制器的一主要斷路/通路單元的一開關元件的一組態的橫截面圖。

圖9繪示為依照本發明之第五實施例之一負載控制器的一組態的電路圖。

圖10繪示為依照本發明之第五實施例之使用於一負載控制器的一主要斷路/通路單元的一開關元件的一組態的平面圖。

圖11繪示為圖10中沿著XI-XI線的剖面圖。

圖12繪示為依照本發明之第六實施例之一負載控制系統的一組態的電路圖。

圖13繪示為依照第一習知範例之一負載控制器的一組態的電路圖。

圖14繪示為依照第二習知範例之一負載控制器的一組態的電路圖。

1A‧‧‧負載控制器

2‧‧‧AC電源

3‧‧‧負載

11‧‧‧主要斷路/通路單元

11a‧‧‧開關元件

12‧‧‧整流器

13‧‧‧控制電路

14、15、16‧‧‧電源

17‧‧‧輔助斷路/通路單元

18‧‧‧電壓偵測器

19、21‧‧‧脈衝輸出單元

20‧‧‧主要控制單元

29‧‧‧緩衝電容

Claims (6)

1. 一種負載控制器，包括：一主要斷路/通路單元，具有電晶體結構的一開關元件，並控制至一負載的電力供應；一輔助斷路/通路單元，具有閘流體結構的一開關元件，並當該主要斷路/通路單元為非導通時控制至該負載的電力供應；一控制電路，控制該主要斷路/通路單元和該輔助斷路/通路單元的斷路/通路；一第一電源，透過一整流器以接收來自該主要斷路/通路單元的二端的電力，並提供穩定的電力給該控制電路；一第二電源，透過一整流器以接收來自該主要斷路/通路單元的二端的電力，並當該負載未被供電時提供電力給該第一電源；一第三電源，當電力被供應給該負載且該主要斷路/通路單元或該輔助斷路/通路單元處於被關閉的狀態，則該第三電源提供電力給該第一電源；以及一電壓偵測器，偵測被輸入至該第三電源的電壓，其中當該電壓偵測器偵測到被輸入至該第三電源的該電壓達到一電壓臨界值，該控制電路使該主要斷路/通路單元導通一第一時段，當主要斷路/通路單元變為非導通，該控制電路使該輔助斷路/通路單元導通一第二時段。
2. 如申請專利範圍第1項所述之負載控制器，更包括用以偵測流過該輔助斷路/通路單元的電流的一電流偵測 器，其中當超過一電流臨界值的電流流過該輔助斷路/通路單元，該控制電路使該主要斷路/通路單元導通，然後，當主要斷路/通路單元變成非導通，該控制電路使該輔助斷路/通路單元導通。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之負載控制器，更包括一頻率偵測電路，用以偵測在該負載被供電之前被供應至該負載的電力的頻率，其中，在頻率的該偵測之後，該頻率偵測電路被從用以作負載控制的一電路中移除，且當該負載被供電時，基於偵測到的電力頻率，該控制電路調整該主要斷路/通路單元變成導通時的該第一時段。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之負載控制器，其中該主要斷路/通路單元的該開關元件由一橫向電晶體元件構成，該橫向電晶體元件可被雙向控制，該橫向電晶體元件包括：二個電極，其分別被連接至一電源和一負載，以及排列於該二個電極的中間部分的一控制電極。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之負載控制器，其中該主要斷路/通路單元的該開關元件具有一橫向電晶體結構，該橫向電晶體結構包括：一第一和一第二電極，分別串聯於一AC電源和一負載，且形成於一基板的一表面；一中間電位部分，具有介於該第一電極的電位和該第二電極的電位之間的中間電位，且該中間電位部分的至少 一部分被形成於該基板的該表面；以及一控制電極，執行對該中間電位部分的控制，且該控制電極的至少一部分被連接於該中間電位部分的頂端，其中該中間電位部分和該控制電極被排列於一相對於該第一和該第二電極而能使預設的耐電壓被維持的位置處。
6. 一種負載控制系統，包括：多個負載控制器，如申請專利範圍第1項或第2項所述之負載控制器；以及一總控制單元，發送一控制信號，該控制信號包括給每一負載控制器的位址信號，該位址信號被發送至對應的負載控制器。