TWI504314B - 閘流體起動電路 - Google Patents

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Laurence P Sadwick
William B Sackett
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Description

閘流體起動電路 相關申請案之相互參考
本申請案主張建檔於2009年4月11日且標題為“低電流TRIAC為基礎之調光”之美國暫定專利申請第61/168576號案的優先權，並且同時也主張建檔於2009年5月29日且其標題為“低電流TRIAC為基礎之調光”之美國暫定專利申請第61/182680號案的優先權，其整體內容併入此處作為所有目的之參考。
發明領域
本發明係有關於一種閘流體起動電路。
 發明背景
調光器通常被使用於照明和其他應用上以控制至一負載，例如，燈之電壓及/或電流位準。許多習見的調光器使用閘流體，例如，一雙向三極閘流體(TRIAC)或矽控整流器(SCR)以控制輸出電壓及/或電流。一般，該調光器被設計以僅導通一交流(AC)電源供應之各個半週期的一部份。雙向三極閘流體(TRIAC)可能無法可靠地藉由非電阻性負載而導通，因此以更具能量效益之燈(例如，發光二極體)取代白熾燈光，並非經常是可行或造成傳統TRIAC為基礎之調光器電路之非所需及/或不可接受之性能。當負載電流是低時，例如，當使用一LED燈時，例如，使用一切換電源供應/驅動器，調光器中之TRIAC可能無法如預期地導通、或可能閃爍、快閃或其他非所需之方式的行為。當以LED取代白熾光時，取代調光器之需要依情況而可能是昂貴及/或困難。
更進一步地，比較於一旦開始則需要持續導通之維持電流，閘流體可能需要較高的起動或觸發電流以啟始地開始導通。換言之，通過閘流體之電流可能需要啟始地達到一較高的起動電流位準並且接著可被降低至維持電流或在其上之位準。實際上，這意謂著一閘流體基礎調光器，在其可暗淡下來至所需之較弱的照明之前，通常必需被調升到一較亮的位準以導通燈光。當一閘流體基礎之燈調光器被設定至一昏暗位準時，供應電源之波動同時也可使得通過閘流體之電流降到最低之維持電流並關閉該燈光。
 發明概要
此處揭示用以起動一閘流體之各種裝置和方法。例如，一些實施例提供用以起動一閘流體之裝置，該裝置包括一閘流體、一開關、一連接到該閘流體和該開關之負載、以及連接到該開關的一控制輸入之一控制器。該控制器是適用於操作該開關，以在當電力首先被施加至閘流體時，則施加負載至閘流體而經一預定週期。
在用以起動一閘流體之裝置的一實施例中，該預定週期包括一預定的時間長度。
在用以起動一閘流體之裝置的一實施例中，該預定週期包括一週期，在該週期之期間該控制器中之一感測電路檢測該閘流體是否在一起動狀態中。
在用以起動一閘流體之裝置的一實施例中，該控制器同時也包括一感測輸入，並且在該控制器中之感測電路是適用於檢測該感測輸入的一電氣特性以決定該閘流體是否在起動狀態中。
在用以起動一閘流體之裝置的一實施例中，該感測電路是適用於量測通過閘流體之電流位準並且當電流位準是在一預定電流臨界值之下時，決定該閘流體是否在起動狀態中。
在用以起動一閘流體之裝置的一實施例中，該閘流體是一TRIAC或一SCR。
用以起動一閘流體之裝置的實施例同時也包括在該閘流體和該開關之間的一整流器。
在用以起動一閘流體之裝置的實施例中，控制器包括連接在該開關一控制輸入和一低電壓參考節點之間的第二開關。
在用以起動一閘流體之裝置的實施例中，該控制器同時也包括一連接在閘流體一輸出和第二開關的控制輸入之間的電阻器，以及一第二電阻器，其連接在第二開關的控制輸入和低電壓參考節點之間。該控制器同時也包括一電容器，其連接到第二開關之控制輸入。
在用以起動一閘流體之裝置的實施例中，該控制器同時也包括一稽納二極體，其連接至第二開關之控制輸入。
在用以起動一閘流體之裝置的實施例中，該控制器可以是一微處理機、一微控制器、一比較器、一定時器、一單擊電路、一特定應用積體電路、一場可編程閘陣列、或一運算放大器電路。
用以起動一閘流體之裝置的實施例同時也包括連接到該閘流體之一調光器控制信號。
用以起動一閘流體之裝置的實施例同時也包括連接在閘流體的一輸出和第二開關的控制輸入之間的一電阻器，以及一第二電阻器，其連接在開關的控制輸入和低電壓參考節點之間。
用以起動一閘流體之裝置的實施例同時也包括一連接到開關的控制輸入之稽納二極體。
一些實施例提供起動一閘流體之方法，該方法包括下列步驟：當電源首先被施加至閘流體時，則連接一負載至該閘流體，使該負載連接到該閘流體而經一預定週期，並且在該預定週期之後，自該閘流體將該負載斷開。
該方法之一實施例同時也包括當電源首先被施加至閘流體時則充電一RC電路，其中在RC電路被充電至一臨界電壓位準之後，將該負載自該閘流體斷開。
該方法之一實施例同時也包括檢測通過閘流體之電流位準，其中該預定週期是基於該RC電路之充電。
該方法之一實施例同時也包括監控通過閘流體之電流，其中當通過閘流體之電流達到一臨界電流位準時該預定週期被結束。
該方法之一實施例同時也包括檢測在閘流體的一信號之電氣特性，其中該預定週期是取決於該感應電氣特性，並且其中該電氣特性是選自含有電壓、電流、電力、以及相位角度之族群。
一些實施例提供一調光器，其具有連接至交流電電源的一TRIAC、連接到該TRIAC之一調光器控制信號、以及連接到該TRIAC的一整流器。該調光器同時也包括經由整流器與該TRIAC並聯連接的一負載、與負載串列連接的一電晶體、一連接在TRIAC一輸出和電晶體一控制輸入之間的電阻器、以及一連接在電晶體的控制輸入以及一低電壓參考節點之間的第二電阻器。
該調光器同時也包括連接到電晶體之控制輸入的一稽納二極體、一連接在TRIAC的輸出和第二電晶體的一控制輸入之間的第三電阻器、以及一連接在第二開關的控制輸入和低電壓參考節點之間的第四電阻器。該調光器同時也包括一連接到第二電晶體之控制輸入的電容器，以及一連接到第二電晶體之控制輸入的第二稽納二極體。
這概要僅提供一些特定實施例之一般概要。許多其他目的、特點、優點以及其他實施例將自下面的詳細說明、附加之申請專利範圍以及附圖而成為更明顯地。
圖式簡單說明
各種實施例之進一步了解將可參考圖形而被實現，該等圖形將在說明之其餘部份中被描述。圖形中，相同之參考號碼可在全文圖形中被使用以指示相同之構件。
第1圖是使用一閘流體起動電路之系統的方塊圖。
第2圖是使用一閘流體起動電路之系統的方塊圖。
第3圖是使用一閘流體起動電路之系統的方塊圖。
第4圖是使用具有全波整流器連接之一RC時間常數延遲的閘流體起動電路之分解圖展示。
第5圖是使用具有半波整流器連接之一RC時間常數延遲的閘流體起動電路之分解圖展示。
第6圖是具有檢測控制器之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第7圖是具有檢測控制器之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第8圖是具有檢測控制器之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第9圖展示一電阻負載，其並聯地連接一LED電源供應、驅動器或其他系統。
第10圖展示一切換式電阻負載，其可切換地並聯連接一LED電源供應、驅動器或其他系統。
第11圖展示一LED電源供應、驅動器或其他系統，因為其可經由一變壓器被連接至一調光器。
第12圖展示在基座中具有電阻負載之一燈光插座轉接器。
第13圖是閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路之分解圖展示。
第14圖是閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路之分解圖展示。
第15圖是具有變壓器連接控制之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第16圖是經由參考電壓控制以及具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第17圖是經由參考電壓控制以及具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第18圖是經由參考電壓及時間常數控制並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第19圖是經由參考電壓以及時間常數控制並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第20圖是經由參考電壓以及時間常數控制並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第21圖是以低電壓或電流被致動並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第22圖是以高的或低的電流被致動並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第23圖是以高的或低的電流被致動並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第24圖是以低的輸入電流或低的負載電流被致動並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第25圖是用以起動一閘流體的範例操作的流程圖。
 較佳實施例之詳細說明
一般而言，圖形及說明揭示用以起動或點火一閘流體之各種裝置和方法，以及用以跨越一閘流體基礎調光器而連接一負載的各種裝置和方法，以保護該閘流體以不是全然地具有電阻性的一主要負載在全部時間以及當需要時恰當地操作。此處揭示之裝置和方法因此是可調適用於在下列情況施加一負載至一閘流體：在起動時，或當一檢測器檢測需要時或在所有的時間，或任何的這些組合。此處使用之技術名詞“閘流體”是指示一雙穩態半導體裝置，雙向的或單向的，其可使用相位角控制或類似控制機構以調整輸出，其非限定性範例為TRIAC(用於交流電之三極管，或雙向作用三極管閘流體)以及SCR(矽控整流器)。此處使用之技術名詞“起動電路”是指示一電路，其暫時地施加一負載至該閘流體以協助確保通過該閘流體之電流達到最小起動電流。在一預定的時間量之後，或當該系統中之一電壓或電流位準達到一預定位準時，或取決於任何其他適當的感測器量測或控制系統判定，負載藉由起動電路自閘流體被斷開。應注意到，當該閘流體基礎調光器首先導通時，或如在閘流體基礎調光器操作期間所需的任何時候，該起動電路可被施加以引動低電流閘流體基礎之調光。同時當沒有調光器時，則此處揭示之電路也是可操作的，亦即，如果不使用調光器時，它們也不妨礙一般的負載或驅動器電路之正常運作。
接著參看至第1圖，使用一閘流體起動電路之系統的方塊圖被展示。一閘流體基礎調光器10被連接到一AC(交流)輸入12，例如，標準110V之住宅電源插座。閘流體基礎調光器10被設計，例如，以藉由截斷或關閉輸入電壓波形上之每個週期的一部份之輸出電壓，而降低輸出14之電壓。閘流體基礎調光器10可包括一旋鈕、滑鈕或允許使用者選擇所需的輸出位準之其他控制。於習見的應用，閘流體基礎調光器10之輸出14直接地被連接至一個或多個燈光16，使得使用者能夠選擇所需的燈光照明位準。閘流體基礎調光器10同時也可連接到其他型式之負載16或連接到其他型式之燈光，例如，LED或螢光燈，的驅動器電路。但是，如上面之討論，在閘流體基礎調光器10中之閘流體可能無法以非電阻性的負載16或當調光器以非常低的位準被操作時以電阻負載而恰當地操作。閘流體起動電路20被連接到閘流體基礎調光器10以施加一電阻或其他適當的負載至該閘流體基礎調光器10中之閘流體以引動適當的操作。閘流體起動電路20可被串接在閘流體基礎調光器10和負載16之間，如第1圖之展示。在其他實施例中，閘流體起動電路20可與負載16並聯地連接到閘流體基礎調光器10，如第2圖之展示。閘流體起動電路20同時也可被整合進入驅動器電路16，如第3圖之展示。雖然第1-3圖展示通過閘流體基礎調光器10之AC輸入12的二個線路，但該閘流體基礎調光器10可串列地被安置在AC輸入12之一導線中。
接著參看至第4圖，閘流體起動電路20可經由整流器22被連接到閘流體基礎調光器10之輸出14，以保護閘流體起動電路20不受來自閘流體基礎調光器10之負電壓半週期之影響。整流器22可包括任何適當的裝置以供調整在閘流體基礎調光器10之輸出14的電壓，例如，二極體電橋。如果需要的話，則另外的過濾構件，例如，一電容器(不被展示)亦可被連接越過整流器22。
負載24可切換地通過整流器22跨越閘流體調光器輸出14被連接。例如，開關26，例如，一電晶體可跨越閘流體調光器輸出14而串列地連接負載24。開關26可包括一N通道金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、一雙接合電晶體(BJT)或任何由矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)或任何其他適當的材料組成之其他適當的切換裝置。當開關26被閉合時則負載24連接到閘流體基礎調光器10，並且當開關26打開時則負載24自閘流體基礎調光器10被斷開。負載24可包括簡單的電阻器或任何另其他適當的負載以導致閘流體正確地起動。負載24同時也可以是當連接時進行有用的功能之裝置，例如，小型白熾燈光、加熱器等等。在此處，負載24同時也被稱為次要負載，以與主要負載區分，例如，一LED或利用調光器供應電力之其他型式的燈光或非電阻性的燈光。一般，由於通過閘流體之電流隨負載24較低的電阻而增加，故次要負載24之電阻愈低，則閘流體將更容易起動。重要地應注意到，主要負載以及次要負載之名詞是不相關於被使用於此處揭示的一些實施例中之變壓器的主要以及次要繞組。因此，例如，主要負載名詞並不表示連接至同時也被使用於該電路中之一變壓器的任何一個主要繞組或次要繞組。
被使用作為開關26之電晶體可被額定以至少處理跨越閘流體調光器輸出14呈現之峰值電壓。開關26之閘極30被供應電力，例如，藉由連接在供應節點52和返回節點42之間的一對電阻器32和34。閘極30同時也可藉由一稽納二極體36或其他電壓限制裝置或電路被保護，該稽納二極體36或其他電壓限制裝置或電路被連接在閘極30和源極40之間，該源極40連接到返回節點42。稽納二極體36可被選擇以維持開關26上之閘極至源極的電壓在其最大額定值VGS 或在該最大額定值VGS 之下。
開關26藉由第二開關44被控制，該第二開關44連接在開關26的閘極30和返回節點42之間。第二開關44同時也可包括一N通道金屬氧半場效電晶體(MOSFET)或任何其他適當型式的切換裝置。當開關44被閉合時，開關26之閘極30利用電阻器32和34被拉升，而導通開關26並且連接負載24至閘流體基礎調光器10。當第二開關44被導通時，開關26之閘極30經由第二開關44被拉降，而切斷開關26並且將負載24自閘流體基礎調光器10斷開。
第二開關44可利用一些不同控制器被控制。在第4圖之實施例中，一RC電路被使用以控制第二開關44。一對電阻器46和50利用連接到第二開關44之閘極54的共用節點而被連接在供應節點52和返回節點42之間。電阻器46和50之數值被選擇以當供應節點52是在全功率時可安全地導通第二開關44。注意到，第二開關44僅需要額定的VDS 電壓，其是等於如利用稽納二極體36被設定之開關26的最大閘極電壓。第二開關44之閘極54藉由連接在第二開關44的閘極54和源極60之間的稽納二極體56或其他電壓限制器而被保護。電容器62同時也被連接在第二開關44的閘極54和源極60之間，因而當電源首先被施加至系統時，在閘極54之電壓逐漸地上升至藉由電阻器46、50以及稽納二極體56設定的位準。
用於電阻器46、50以及電容器62之數值被選擇以提供所需的RC時間常數，以至於負載24在所需的時間量被連接到閘流體基礎調光器10。這時間量可取決於閘流體基礎調光器10中之特定閘流體的特性、負載16之特性、AC輸入12之電壓位準和穩定性以及其他因素。一相對長的或保守的時間量可被選擇以確保該閘流體將在所有的情況中起動，雖然在理想情況中，負載24可使用小量的外部能源，比所需要地被施加較久些。例如，如果時間常數是適用於連接負載24約半秒或甚至幾秒鐘，則利用施加負載24將有60至240個的半週期達到閘流體。一較短的時間量可被選擇以使電力利用最小化，其風險是在特定不良環境的第一時間無法起動。時間常數可以調適以連接負載24至閘流體基礎調光器10，例如，較少數之半週期，例如，10或30。(再次地，這些時間常數僅是作為範例且不應被視為限制。)
次要負載24可包括低數值電阻器，例如，500Ω或1千Ω電阻器或如所需要或所需求之較高或較低者。電阻器(例如，32和34、46和50)可包括能適當地用於提供參考電壓之任何電路或裝置，例如，電阻式分壓器、電容式或感應式分壓器、RC網路、帶隙參考電壓電路等等。例如，在一實施例中，電阻器32和34、46和50具有相對高的數值以限制整流輸入52上之汲取電流。開關26和44可以是任何適當型式的電晶體，例如，N通道或P通道場效電晶體、增強或消耗模式電晶體、雙極性電晶體等等，該等電晶體可以是由包括那些依據矽、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽、矽絕緣體(SOI)、藍寶石矽(SOS)等等之任何型式材料所組成者，當在供應節點52的整流輸入是在低電壓位準或低電流位準時或在建議在閘流體基礎調光器10中的一閘流體可受益於次要負載24之應用的任何其他狀態時，閘流體起動電路20之邏輯運算因此調適以連接次要負載24跨越閘流體調光器輸出14。
如第5圖之展示，閘流體起動電路20可另外地包括一半橋整流器，該整流器包括二個二極體64和66，此兩二極體皆在閘流體起動電路20中面向相同方向，因而負載24僅在AC輸入12的每個週期之正半週期中被施加至閘流體基礎調光器10。
接著參看至第6圖，感測器電路70可被使用以控制開關26而連接且斷開負載24與閘流體基礎調光器10。感測器電路70可被供應電力，例如，通過供應節點52以及返回節點42藉由閘流體調光器輸出14被供電。感測器電路70具有控制輸出72，其連接到電晶體閘極30以控制開關26。感測器電路70使用感測信號74以決定負載24是否應被連接或被斷開。感測器電路70可以調適於任何多種感測信號74的使用。例如，感測信號74可被使用以決定通過閘流體基礎調光器10之電壓及/或電流。於此情況中，當經由閘流體基礎調光器10之低電壓及/或電流被檢測時，感測器電路70被調適以閉合開關26以及連接負載24。感測器電路70可調適於各種非限定實施例中，以使用布爾代數(亦即，NAND、NOR、AND、OR、XOR(互斥OR)、等等)電路、數位邏輯電路，包括反相器、比較器、觸發器、計數器、單擊器、狀態機器、場可編程邏輯閘陣列(FPGA)、微控制器、微處理機等等，類比電路，例如，運算放大器、電流鏡、時間常數、積分器、電壓對頻率及/或頻率對電壓之轉換器、類比至數位轉換器、數位置類比轉換器、乘法器、對數及逆對數電路、類比復用器、混合信號電路等等，以任何組合或形式以連結一個或多個感測輸入(例如，74)。
於一實施例中，感測器電路70包括僅連接負載24的一微控制器或其他的邏輯，如果調光器10是致動的，例如，利用量測平均電壓，並且僅如果在AC線路12上的平均電壓是較少於預期的平均電壓時，則允許負載24被連接，或藉由量測在閘流體調光器輸出14之波形工作週期以判定其是否已被一致動的閘流體基礎調光器10所截斷。
如第7圖之展示，如果需要的話，檢測信號74可利用分壓器80和82被量度。例如，電阻器80和82可被串接在供應節點52和返回節點42之間。稽納二極體84可被使用以限制在感測器電路70之檢測輸入之電壓。跨越供應節點52以及返回節點42之整流電壓可利用電容器86被過濾。時間常數可利用電容器90與電阻器80和82一起操作而被施加至檢測信號74，如第8圖之展示，以確保負載24保持連接到閘流體基礎調光器10至少一些持續時間。
接著參看至第9圖，一負載10同時也可跨越閘流體基礎調光器10全時地被連接以確保閘流體與不完全是電阻性之主要負載16適當地操作，例如，LED及/或LED驅動器電路之系統。負載16同時也可包括適當地用於自AC輸入12供應電力至LED燈的任何電路。例如，對於被閘流體基礎調光器10相位截斷之所給予的大約110V之AC電壓輸入12，LED電源供應16可包括整流器以及電流調整器以如所需地提供低直流電以供應電力至一LED燈。負載24可包括小型的電阻負載，例如，電阻器、白熾燈光、風扇等等。負載24可與負載16並聯而切換地被連接跨越閘流體調光器輸出14，如第10圖之展示以及說明。開關26可利用脈波信號或利用電流或電壓檢測電路被控制，當通過LED電源供應或來自調光器之電流或電壓是在低位準時則導通。
接著參看至第11圖，系統可包括在閘流體基礎調光器10和負載16之間的變壓器92，藉由變壓器92施加足夠之電阻負載至閘流體基礎調光器10，因而調光器10中之閘流體適當地作用。
此處說明之電路(例如，20)，包括在各種實施例中之電阻負載、感測以及切換電路，其可被安置在一轉接器94中以供用於愛迪生電燈插座或燈座，例如，E26、E27、GU-10、MR16、PAR30等等，如第12圖之展示。在轉接器內部之電阻負載並聯地連接於負載，且可具有固定或可變電阻，並且可被切換或全時地工作。
並聯LED燈或電源供應器被置放的電阻負載可以是任何的小電阻負載，例如，應用於115-125V之4瓦負載，其將具有大約1-2千歐姆之電阻。該小電阻負載可以是透過熱消散電能之簡單的電阻器，或可以是進行一些有用的功能而提供足夠之電阻負載以供調光器10中之閘流體所用之裝置。例如，一小型夜燈的白熾燈光，可並聯地被使用於一LED照明系統之電阻負載。白熾燈可被屏障並且被隱藏著，或可以是可為消費者或終端使用者所覆蓋，或可以使其為可見的以提供全面性之照明。如果使其為可見的，則白熾燈之色彩可使用鄰接該燈之色彩過濾器被調整。玻璃或塑膠窗口可部份地或全然地圍住該白熾燈光。可被進行而同時增加電阻負載之有用功能的其他範例可包括用於一電氣儲存裝置之充電器，例如，電池充電器或手持電話充電器、風扇、離子空氣清香器等等。
此處揭示用以與一LED照明系統並聯而增加電阻負載之系統可包括每個LED照明系統可增加一電阻負載24或一個電阻負載同時並聯於多數個平行負載。例如，給予跨越一調光器10的200組1W或2W之LED燈，僅需要有一個並聯的電阻負載24跨越調光器10。這使得使用者在一吊燈的一個插座中之燈座轉接器94中包括單一閘流體起動電路20或並聯負載24，而LED驅動器及/或燈器連接到所有其他插座。該單一閘流體起動電路20或並聯負載24使閘流體基礎調光器10可操作吊燈以適當地使所有的LED驅動器和燈器作用。
接著參看至第13圖，用於低電流閘流體基礎調光之負載電路100可以是感測器為基礎的，以當供應節點52下降在預定臨界電壓之下時則施加負載24跨越閘流體調光器輸出14。調光器之交流電輸出14在整流器22中被整流。一電晶體被使用作為開關26，而以數位導通/切斷形式或一類比形式施加負載24跨越閘流體調光器輸出14。電晶體26之閘極30依據整流輸入52利用一對102電阻器32和34、或利用一網路電容器、或任何其他適當的電壓供應器被供應電力。電晶體26之閘極30可利用稽納二極體36或其他電壓限制裝置或電路被保護以避免來自一對電阻器102之高電壓。電晶體26利用另一開關或電晶體44被控制，同時也被來自整流輸入52利用一對104電阻器46和50被偏壓並且利用稽納二極體56被保護並且被協助。在這實施例中以及在此討論的其他實施例中或其變化之實施例中，導通開關26以及施加負載24所需的時間可利用時間常數被控制，例如，藉由包括在閘極30以及返回節點42之間的一電容器106。時間常數、濾波器或延遲同樣地也可以任何其他適當的方式被添加，包括類比方法以及數位方法，例如，數位延遲。
控制電晶體44利用該對104電阻器46和50被偏壓，以至於其在整流輸入52上低電壓時被切斷並且當整流輸入52達到一預定電壓位準且在其上時時被導通。切換電晶體26利用該對102電阻器32和34被偏壓以至於其對於跨越整流輸入52之預期操作電壓範圍通常被導通。但是，當在調光器輸出14和整流輸入52之電壓是高時，控制電晶體44被導通，使切換電晶體26之閘極短路並且切斷該切換電晶體26。這隔離次要負載24因而其不呈現跨越調光器輸出14。當在調光器輸出14和整流輸入52之電壓是低時，控制電晶體44被切斷，而允許切換電晶體26閘極利用該對102電阻器32和34被提升偏壓並且導通切換電晶體26。這連接次要負載24而跨越調光器輸出14。應注意，電阻器32、34、46、以及50被選擇，以至於當供應節點52是在低電壓時，第二開關44被偏壓而切斷且開關26被偏壓而導通。但是當閘流體基礎調光器10可能需要次要負載24以恰當地操作時，當電力被施加至調光器電路時，這低電壓出現在供應節點52。在負載24可被施加的電壓範圍可依據線路電壓、閘流體基礎調光器10設計、各種型式之負載等等而在不同情況中廣泛地變化，並且因此在此處不予提供特定的電壓範圍。藉由以低電壓位準可切換地連接次要負載24跨越閘流體基礎調光器10，調光器10可靠地以低電流或負載操作。
接著轉到第14圖，於一實施例中，整流器22可包括一個二極體電橋或任何其他適當的電路或裝置以調整調光器10之AC輸出14。次要負載24可包括低數值電阻器，例如，500Ω或1千Ω電阻器或如所需要的或所需求之較高或較低者。電阻器32、34、46、和50，以及稽納二極體36和56可包括任何適當地用於提供參考電壓之電路或裝置，例如，電阻式分壓器、電容式或電感式分壓器、RC網路、帶隙參考電壓電路等等，例如，在一實施例中，電阻器32、34、46、和50包括相對高數值之電阻器以限制通過電阻器32、34、46、和50在整流輸入52上之電流汲取。電晶體26和44可以是任何適當型式的電晶體，例如，N通道或P通道場效應電晶體，增強或消耗模式電晶體、雙極性電晶體等等，該等電晶體可以是由包括那些依據矽、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽、矽絕緣體(SOI)、藍寶石矽(SOS)等等之任何型式材料所組成者，當整流輸入52是在低電壓位準或低電流位準時或在建議在閘流體基礎調光器10中的一閘流體(例如TRIAC或SCR)可受益於次要負載24之應用的任何其他狀態時，電路之邏輯運算因此調適以連接次要負載24跨越閘流體調光器輸出14。
接著轉向第15圖，切換次要負載24之電晶體26可利用運算放大器或比較器110被控制而不是控制電晶體44以及電阻器46和50。於這實施例中，通過整流輸入52之電流使用一裝置(例如，感測電阻器112)被檢測。感測電阻器可被安置在輸入電流路線中的任何地方，例如，在主要切換電晶體120下面的一位置上，如展示地，在第15圖中，雖然在輸入電流路線中之其他任何地方同時也可從其他被選擇的位置被使用並且被感測。當電流是較低於利用一參考電壓114所建立的一預定臨界值時，比較器110導通電晶體26以連接次要負載24。電阻器116可被包括以當比較器110之輸出被切斷時則下拉電晶體26之閘極以確保其斷電。如上面之討論，次要負載24可依據通過調光器輸出14之低電流、低電壓的判定或任何其他適當狀態之指示被切換。在各種非限定實施例中可使用布爾代數(亦即，NAND、NOR、AND、OR、XOR等等)電路、數位邏輯，包括反相器、比較器、觸發器、計數器、單擊、狀態機器、FPGA、微控制器、微處理機、等等，類比電路，例如，運算放大器、電流鏡、時間常數、積分器、電壓對頻率及/或頻率對電壓轉換器、類比至數位轉換器、數位至類比轉換器、乘法器、對數以及逆對數電路、類比復用器、混合信號電路等等，以任何組合或形式而可連結一個或多個檢測輸入、節點等等。例如，當輸入感測電壓太低或電流太低並且適當地回應時，一OR閘可被使用以檢測。在另一範例中，一AND閘可被使用以檢測電流太低以及電壓太低。應了解，有多種多樣的方式以應用此等布爾代數、數位邏輯、類比以及數位電路、FPGA等等於本發明上，並且所有的這些多種多樣方式、方法、電路等等將被視為本發明之部份並且於此被納入本發明中。
雖然引動低電流或低電壓的電路是不受限定於任何特定的主要負載、負載驅動電路、或負載安置，第15圖展示一範例。於這範例中，切換電晶體120使經由變壓器122之電流導通與關閉。電流利用變壓器122之次要繞組被供應至主要負載124。用於電晶體120之控制電路和驅動器同時也可被連接在變壓器122和電晶體120之間。部份的控制電路和驅動器可如所需地被參考至變壓器122之主要或次要繞組，藉由在變壓器122次要繞組和電晶體120之間被使用之隔離電路以完成在主要參考電路以及第二參考電路之間的轉移。
一更特定之實施例被展示在第16圖中。在這實施例中，第二變壓器122提供電力至主要負載124，例如，一LED，至負載124之電壓依所需利用元件(例如，電容器130以及二極體132)而調整。通過負載124之電流可跨越一感測電阻器134被量測，或任何其他適當回授資訊可依所需被使用，以控制通過變壓器122提供電力至負載124之電晶體120。來自感測電阻器134或其他適當來源的回授可位準被移位或被隔離在一個位準移位電路136中，例如，使用一光電隔離器或光電耦合器。位準移位之回授可被脈波產生器140或其他控制電路所使用以驅動電晶體120之閘極。電晶體120可以任何適當的方式被驅動以控制至負載124之電壓及/或電流。如第17圖之展示，被使用以控制電晶體120之驅動器或控制電路可如所需的參考至變壓器122之主要或次要繞組或其兩者。換言之，驅動器或控制電路可完全或部分地被安置在位準移位器136的任一側上。驅動器或控制電路可包括用以控制電晶體120之任何適當的電路，例如，任何適當型式的一震盪器、脈波寬度調變電路、脈波產生器、控制脈波產生器、或微控制器或微處理機。
接著轉至第18圖，被使用以控制電晶體26之時序可被在任何適當的電路位置中使用任何適當電路施加時間常數142而調適。例如，一RC網路可被使用在比較器110之輸入或輸出上以控制電晶體26狀態改變之時序。
可切換式連接次要負載24是不受限定於配合任何特定的調光器電路使用。一實施例被展示在第19圖中，於其中，一AC輸入12之電壓因藉由調光器控制電路150被控制之TRIAC 146或其他型式的閘流體而變化。次要負載24是經由整流器22而可切換地被串接至TRIAC 146。如第20圖之展示，電力調整電容器152以及EMI濾波器154可如所需地被包含。
在其他實施例中，類比及/或數位控制電路156達成關於電壓、電流的狀態或系統中的其他狀態之另外的決定以控制電晶體26。例如，如第21圖之展示，電晶體26被一OR閘160所控制，該OR閘160連接到來自控制電路156之關於電流是太低的一個第一指示以及關於電壓是太低的一個第二指示之信號。如果任一情況是為真，則OR閘160將導通電晶體26並且連接次要負載24。被控制電路156所使用之輸入可以是如所需地被調適。例如，如果需要的話，電流情況可利用先前實施例的比較器110或利用直接連接至感測電阻器112頂部具有適當地放大以及信號調整而被量測。在整流輸入52之電壓情況可如所需地利用適當電路162被量測、被調整並且被過濾。
如上面之指示，被使用以可切換地連接次要負載24之情況以及在那些情況上被使用以檢測且作用之邏輯或其他控制電路可以是如所需地調適。例如，如第22圖之展示，當利用比較器110所量測之電流情況是在指定範圍之內時，亦即，如比較器電路170所決定是不太高或太低，則電晶體26可利用一AND閘166被導通。如第23圖之展示，這可被實作，其是藉由確保電流位準是較大於如比較器電路172所決定的一較低的電流設定點(設定點1)並且較低於一較高之電流設定點(設定點2)而被實作。再次，電流可在系統中之任何適當的點被量測且可使用任何適當的裝置或電路元件被量測。此電路同時也可部分地或以相同形式被使用以調變或切斷主切換電晶體至主要負載，以便消除任何非所需的運作、性能等等。同時，主要和次要電路之電路的實施例，包括電路是否包含電感器及/或變壓器以及被展示且被包括在這文件之內的許多電感器及/或變壓器，也僅是為了展示本發明並且不是限定本發明於任何的方式或形式。本發明是不受限定於任何特定的主要電路實體架構型態，並且一般可被應用至單級以及多級拓樸架構，其包括但不是限定於降壓、升壓、降升壓、升降壓、CUK、前傳、回掃等等以及這些和其他電路拓樸架構之任何組合或來自於不能提供閘流體或關於調光器10或相關電路所需要之適當負載的任何負載。
被使用以檢測且作用於系統的條件以可切換地連接次要負載24之電路可包括微控制器或微處理機、布林邏輯(例如，反相器、AND、OR、NAND、NOR、XOR、或其他邏輯元件)、比較器及/或運算放大器。相乘電路可被使用，即，例如，乘法器，其採用輸入電壓和輸入電流相乘以決定輸入功率是否是太低。該電路同時也可包括放大器，例如，儀器、相加、差量、或誤差放大器。對數和逆對數以及對數/逆對數電路可被使用。該電路同時也可包括PID、加法器、積分器、以及微分器等等。磁滯同時也可被包括在被使用而檢測以及作用在系統中之情況以可切換地連接次要負載24的電路中。
接著參看至第24圖，開關26同時也可依據經由負載124之電壓及/或電流位準的量測，選擇地配合於在整流輸入52之電壓及/或電流位準的量測，而被控制。例如，在如第24圖中之具有變壓器連接負載124的一實施例中，通過負載124之電流使用感測電阻器134被量測，該結果利用位準移位電路136(例如，一光電隔離器或光電耦合器)被位準移位，並且該結果被使用以導通開關26以及控制脈波產生器140與電流控制電晶體120。在其他實施例中，分別的位準移位電路136可被提供用於這二種功能。通過負載124之電壓及/或電流量測同時也可選擇地與整流輸入52的電壓及/或電流量測在一OR閘160中一起組合，如第24圖之展示，或開關26可藉由省略該OR閘160以及比較器110而僅僅依據負載電壓及/或電流被控制。
應注意到，此處之分解圖展示被簡化以說明本發明之功能，並且可省略各種信號情況、位準移位、偏壓、以及尺度成份等等。例如，各種電晶體、AND閘、OR閘等等被展示，而無在正確地被說明的輸入和輸出之邏輯位準所需的偏壓構件。所需的特定之另外構件是取決於被使用在電路中之邏輯型式、電晶體型式以及其他構件等等，並且為本技術中所可容易地被了解且此處將不更詳細地說明。
接著參看至第25圖，一種起動一閘流體之方法包括下列步驟：當電力首先被施加至閘流體時則連接一負載至閘流體(方塊200)，使該負載連接至閘流體而經一預定週期(方塊202)，並且在該預定週期之後將該負載自閘流體斷開(方塊204)。
用以起動或點火一閘流體以及用以連接一負載跨越閘流體基礎調光器之裝置和方法可實現有效照明技術之使用，例如，配合現有之閘流體基礎調光器使用的LED燈。該電路可在燈座轉接器中、在LED驅動器電路中或在任何一些其他方便的位置中被實作。該電路同時也可配合傳統白熾燈或其他負載使用以改進具有低輸出電壓及/或電流之低設置值的閘流體基礎調光器之性能。
雖然此處已詳細說明所展示之實施例，但應了解，此處揭示之概念可以各種不同的方法被實施以及被使用。在此被設定的各種實施例中之構件組態、配置以及型式僅作為展示的實施例，並且不應被視為限定或視為涵蓋可為熟習本技術者所進行而同時保持在本發明申請專利範圍範疇內之所有可能的變化。
10．．．閘流體調光器
12．．．AC輸入
14．．．閘流體調光器輸出
16．．．閘流體驅動器及/或負載
20．．．閘流體起動電路
22．．．整流器
24．．．次要負載
26．．．開關
30．．．閘極
32、34．．．電阻器
36．．．稽納二極體
40．．．源極
42．．．返回節點
44．．．第二開關
46、50．．．電阻器
52．．．供應節點
54．．．閘極
56．．．稽納二極體
60．．．源極
62．．．電容器
64、66．．．二極體
70．．．感測器電路
72．．．控制輸出
74．．．感測信號
80、82．．．電阻器
84．．．稽納二極體
86、90．．．電容器
92．．．變壓器
94．．．轉接器
100．．．負載電路
102．．．電阻器組對
104．．．電阻器組對
106．．．電容器
110．．．比較器
112．．．感測電阻器
114．．．參考電壓
116．．．電阻器
120．．．主要切換電晶體
122．．．變壓器
124．．．主要負載
130．．．電容器
132．．．二極體
134．．．感測電阻器
136．．．位準移位電路
140．．．脈波產生器
142．．．時間常數
146．．．TRIAC
150．．．調光器控制電路
152．．．電容器
154．．．EMI濾波器
156．．．類比及/或數位控制電路
160．．．OR閘
162．．．電路
166．．．AND閘
170．．．比較器電路
172．．．比較器電路
200-204．．．步驟
第1圖是使用一閘流體起動電路之系統的方塊圖。
第2圖是使用一閘流體起動電路之系統的方塊圖。
第3圖是使用一閘流體起動電路之系統的方塊圖。
第4圖是使用具有全波整流器連接之一RC時間常數延遲的閘流體起動電路之分解圖展示。
第5圖是使用具有半波整流器連接之一RC時間常數延遲的閘流體起動電路之分解圖展示。
第6圖是具有檢測控制器之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第7圖是具有檢測控制器之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第8圖是具有檢測控制器之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第9圖展示一電阻負載，其並聯地連接一LED電源供應、驅動器或其他系統。
第10圖展示一切換式電阻負載，其可切換地並聯連接一LED電源供應、驅動器或其他系統。
第11圖展示一LED電源供應、驅動器或其他系統，因為其可經由一變壓器被連接至一調光器。
第12圖展示在基座中具有電阻負載之一燈光插座轉接器。
第13圖是閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路之分解圖展示。
第14圖是閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路之分解圖展示。
第15圖是具有變壓器連接控制之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第16圖是經由參考電壓控制以及具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第17圖是經由參考電壓控制以及具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第18圖是經由參考電壓及時間常數控制並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第19圖是經由參考電壓以及時間常數控制並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第20圖是經由參考電壓以及時間常數控制並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第21圖是以低電壓或電流被致動並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第22圖是以高的或低的電流被致動並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第23圖是以高的或低的電流被致動並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第24圖是以低的輸入電流或低的負載電流被致動並且具有變壓器連接負載之閘流體起動電路及/或控制閘流體負載電路的分解圖展示。
第25圖是用以起動一閘流體的範例操作的流程圖。
14．．．閘流體調光器輸出
20．．．閘流體起動電路
22．．．整流器
24．．．次要負載
26．．．開關
30．．．閘極
32、34．．．電阻器
36．．．稽納二極體
40．．．源極
42．．．返回節點
44．．．第二開關
46、50．．．電阻器
52．．．供應節點
54．．．閘極
56．．．稽納二極體
60．．．源極
62．．．電容器

Claims (10)

  1. 一種用以起動一閘流體之裝置，該裝置包括：一閘流體；一開關；一連接到該閘流體和該開關之負載；以及一連接到該開關之一控制輸入之控制器，該控制器係適於操作該開關以當電力首先被施加至該閘流體時施加該負載至該閘流體經一預定期間。
  2. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中該預定期間包括一預定時間長度。
  3. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中該預定期間包括一期間，在該期間該控制器中之一感測電路檢測該閘流體係在一起動狀態。
  4. 依據申請專利範圍第3項之裝置，該控制器進一步地包括一感測輸入，其中在該控制器中之該感測電路係適於檢測該感測輸入之一電氣特性以決定該閘流體是否在該起動狀態。
  5. 依據申請專利範圍第3項之裝置，其中該感測電路係適於量測通過該閘流體之一電流位準且當該電流位準低於一預定電流臨界值時決定該閘流體是在該起動狀態。
  6. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中該閘流體包括一選自於由一雙向三極閘流體(TRIAC)及一矽控整流器(SCR)所組成之群組的元件。
  7. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其進一步地包括在該 閘流體和該開關之間的一整流器。
  8. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中該控制器包括一連接在該開關的一控制輸入以及一低電壓參考節點之間的第二開關。
  9. 依據申請專利範圍第8項之裝置，該控制器進一步地包括一連接在該閘流體的一輸出及該第二開關的控制輸入之間的電阻器，以及一連接在該第二開關的該控制輸入和該低電壓參考節點之間的第二電阻器，該控制器進一步地包括一連接到該第二開關之該控制輸入的電容器。
  10. 依據申請專利範圍第9項之裝置，該控制器進一步地包括一連接到該第二開關之該控制輸入的稽納(Zener)二極體。
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