TWI504316B - 二線式調光開關 - Google Patents

Description

二線式調光開關

本發明係與以調節照明負載之亮度為目的的二線式調光開關相關。

傳統以來，以燈泡之調光為目的，使用雙向三極體等之半導體開關元件的調光開關已獲得實用化。第8圖係使用雙向三極體51之二線式調光開關50的基本電路構成(第1傳統例)。該二線式調光開關50，係串聯於交流電源2及照明負載(燈泡)3。二線式調光開關50，係由雙向三極體51、連結於雙向三極體51之閘極電極用以輸入閘極驅動信號之例如二端交流開關(觸發二極體)52、連結於由使用者所操作之操作構件的可變電阻器53、固定電阻體54、電容器55、以及過濾器元件56等所構成。

二線式調光開關50，導通開關57的話，由交流電源2介由可變電阻器53對電容器55進行充電，電容器55之兩端電壓達到二端交流開關52之轉折電壓的話，導通雙向三極體51。其次，雙向三極體51，在交流電源之電壓零交叉點進行消弧。亦即，交流電源之每半周期，由二端交流開關52重複執行雙向三極體51之觸發(導通)與自消弧(非導通)。藉由調節可變電阻器53之電阻值來進行雙向三極體51之點火期間的相位控制，可進行照明負載3之調光。

第1傳統例之二線式調光開關50，因為係藉由變化可變電阻器53之電 阻值來進行照明負載3之調光，可變電阻器53所造成的損失較大。此外，因為交流電源2之電壓直接施加於可變電阻器53，可變電阻器53本身無法小型化，使得二線式調光開關50之小型化也有其限度。而且，連接於同一交流電源2之其他設備動作的話，交流電源2發生電壓變動，照明負載3之亮度呈現瞬間的變動。

為了解決上述第1傳統例之二線式調光開關50的問題點，日本特開平11-67479號公報提出了，使用微電腦等來控制導通半導體開關元件之時序，亦即，控制輸出閘極驅動信號之時序的調光開關。並且，該調光開關雖然為3線式，然而，第9圖係圖示著將其應用於二線式調光開關的電路構成(第2傳統例)。

第2傳統例之二線式調光開關60，於雙向三極體61之閘極電極，連結著光雙向三極體耦合器62之二次側光雙向三極體63。此外，於雙向三極體61之其他電極間，連結著整流電路65，經由整流電路65實施全波整流之電力被輸入至電源部66。控制部67，由經過電源部66變換之直流電力所驅動。此處，對整流電路65施加交流電源2之電壓，例如，施加交流(AC)100V。另一方面，控制部67，例如，由直流(DC)3~6V所驅動。光雙向三極體耦合器62，使控制部67與半導體開關元件61成為光絕緣。控制部67，以對應連結於由使用者所操作之操作構件的可變電阻器68之電阻值而預先儲存於查詢表的時序，導通電晶體69。電晶體69導通的話，電流流過光雙向三極體耦合器62之一次側的發光二極體64，而導通二次側光雙向三極體63。光雙向三極體耦合器62之二次側光雙向三極體63導通的話，負載電流開始流通，同時，雙向三極體61之閘極電壓上昇。雙向三極體61之閘極電壓成為閾值以上的話，雙向三極體61導通，從交流電源2流過照明負載3之電流，在二線式調光開關60內，從光雙向三極體63轉而流向雙向三極體61，光雙向三極體63成為非導通。

近年來，使用LED(Light Emitting Diode)取代燈泡之LED燈泡已被實用化。同時，LED燈泡中，可調光之物也被實用化。相對於燈泡係電阻體 之物，LED燈泡，如第10圖所示，係由複數之LED元件及其驅動電路所構成。LED驅動電路70，係由進行交流電力之整流的整流電路71、電感器72、以儲存電力為目的之緩衝電容器73、LED陣列77、並聯於LED陣列77之電容器76、以使定電流流過LED陣列77為目的之FET(Field Effect Transistor)75、以及其驅動IC74等所構成。亦即，LED燈泡，負荷係由二極體及IC所構成之電子電路。第11圖(a)係交流電源之1/2周期之燈泡的負載電壓與負載電流之波形，第11圖(b)係LED燈泡之負載電壓與負載電流之波形。燈泡，功率因數為1，電壓與電流係呈現大致相同波形。相對於此，LED燈泡時，負載電流主要係以進行電容器73之充電為目的者，在雙向三極體之導通的同時，呈現瞬間較大之值，然而，立即變成較小。

欲以第1傳統例之二線式調光開關50來對呈現上述特性之LED燈泡進行調光控制的話，有如以下所示之問題。第12圖係以第1傳統例之二線式調光開關50來對LED燈泡進行調光控制時之問題點。如第12圖所示，雙向三極體51導通的話，瞬間有較大之負載電流流過，然而，立即變小。負載電流之值為雙向三極體51之保持電流以下的話，雙向三極體51自消弧而處於非導通。雙向三極體51處於非導通的話，電容器73之電壓下降，驅動IC74以減少流過FET75之電流的方式來進行控制。如此的話，流過LED陣列77之電流減少，LED燈泡之亮度降低。此外，重疊於交流電源2之雜訊的影響，導致負載電流暫時變小，如第13圖所示，連結於同一交流電源2之其他設備的動作導致交流電源2發生電壓變動的話，LED燈泡之亮度降低。

另一方面，第2傳統例之二線式調光開關60時，電流持續流過光雙向三極體耦合器62之二次側之光雙向三極體63的話，可以使負載電流持續流通。然而，因為數mA~數十mA之電流流過光雙向三極體63，要維持長時間導通需要消耗較多電力。尤其是，實質上，因為LED燈泡係如上面所述之電子電路之物，消耗電力較少，二線式調光開關60側消耗較多電力的話，可能陷於無法控制的狀況。

本發明，係以解決上述傳統例之問題為目的之物，其目的在於，即使連結LED燈泡作為照明負載時，提供可以安定LED燈泡之亮度、閃爍及波動較少之二線式調光開關。

本發明之二線式調光開關，係串聯於交流電源及照明負載，其特徵為具備：被輸入交流電力之第1連結端子及第2連結端子；連結於前述第1連結端子與前述第2連結端子之間，以第1半導體開關元件作為主開關元件之主開關電路；連結於前述第1連結端子與前述第2連結端子之間的整流電路；連結於前述整流電路之直流側，確保前述二線式調光開關之內部電源的電源電路；連結於前述整流電路之直流側，輸出以檢測前述交流電源之頻率為目的之特定檢測信號的頻率檢測電路；連結於前述整流電路之直流側或交流側，以第2半導體開關元件作為輔助開關元件，在前述主開關元件未導通時，流過負載電流，並且，輸出以使前述主開關元件或其他半導體開關元件導通為目的之閘極驅動信號的輔助開關電路；由使用者進行操作，用以設定以調節前述照明負載之亮度為目的之調光量的調光量設定電路；以及依據由前述頻率檢測電路所輸出之前述檢測信號，檢測前述交流電源之頻率，推算前述交流電源之電壓零交叉點，以由前述調光量設定電路所設定之調光量及依據推算之電壓零交叉點所決定之第1時序，開始輸出以使前述輔助開關電路導通為目的之驅動信號，針對前述推算之電壓零交叉點之下一推算之電壓零交叉點，以特定時間前之第2時序，停止前述驅動信號之輸出的控制電路。

此外，以更具備：為由前述輔助開關電路所輸出之前述閘極驅動信號所導通，前述輔助開關電路導通後，前述主開關元件未導通時，流過負載電流，並且，輸出以導通前述主開關元件為目的之驅動信號的準主開關電路；為佳。

此外，前述主開關元件係雙向三極體，前述輔助開關電路，以連結於 前述整流電路之直流側的閘流體作為輔助開關元件為佳。

此外，前述主開關元件係雙向三極體，前述輔助開關電路，以連結於前述整流電路之交流側而可依前述交流電源之極性交互導通之2個閘流體作為輔助開關元件為佳。

此外，前述準主開關電路，係以將光雙向三極體耦合器作為開關元件，並將前述光雙向三極體耦合器之二次側之光雙向三極體與前述主開關元件並聯，而且，其中一方之端子連結於前述主開關元件之閘極端子，前述光雙向三極體耦合器之一次側之發光二極體則串聯於前述輔助開關電路，而前述光雙向三極體之保持電流值小於前述雙向三極體之保持電流值為佳。

前述控制電路，以開始前述照明負載之調光控制時，在前述推算之電壓零交叉點附近的特定時序輸出用以導通前述輔助開關電路之最初驅動信號為佳。

依據上述二線式調光開關的話，具備：未導通主開關元件時，流過負載電流，而且，輸出以導通主開關元件或其他半導體開關元件為目的之閘極驅動信號的輔助開關電路；用以導通輔助開關電路之驅動信號，從依據由調光量設定電路設定之調光量及電壓零交叉點所決定之第1時序開始，至特定時間前之第2時序為止之期間，被持續對下一電壓零交叉點進行輸出，輔助開關電路維持於導通狀態。所以，照明負載為LED燈泡，負載電流從輔助開關電路等轉而流向主開關電路後，負載電流值成為主開關元件之保持電流以下，即使主開關電路成為非導通，也可介由輔助開關電路等持續流過負載電流。結果，可以安定LED燈泡之亮度，減少閃爍及波動。

1A、1B、1C、1D‧‧‧二線式調光開關

1a‧‧‧第1連結端子

1b‧‧‧第2連結端子

2‧‧‧交流電源

3‧‧‧照明負載

4‧‧‧調光量設定電路(可變電阻器)

5‧‧‧開關

10‧‧‧主開關電路

11‧‧‧主開關元件(雙向三極體)

12‧‧‧整流電路

13‧‧‧電源電路

13a‧‧‧第1電晶體元件

13b‧‧‧第2電晶體元件

13c‧‧‧齊納二極體

13d‧‧‧電阻體

14‧‧‧定電壓電路

15‧‧‧緩衝電容器

16‧‧‧控制電路

17‧‧‧頻率檢測電路

17a‧‧‧電晶體元件

18、18a、18b‧‧‧輔助開關電路(輔助開關元件、閘流體)

20‧‧‧準主開關電路(光雙向三極體耦合器)

21‧‧‧光雙向三極體

22‧‧‧發光二極體

25a、25b‧‧‧二極體

50、60‧‧‧二線式調光開關

51、61‧‧‧雙向三極體

52‧‧‧二端交流開關

53‧‧‧可變電阻器

54‧‧‧固定電阻體

55、76‧‧‧電容器

56‧‧‧過濾器元件

57‧‧‧導通開關

62‧‧‧光雙向三極體耦合器

63‧‧‧二次側光雙向三極體

64‧‧‧一次側的發光二極體

65‧‧‧整流電路

66‧‧‧電源部

67‧‧‧控制部

68‧‧‧可變電阻器

69‧‧‧電晶體

70‧‧‧LED驅動電路

71‧‧‧整流電路

72‧‧‧電感器

73‧‧‧緩衝電容器

74‧‧‧驅動IC

75‧‧‧FET(Field Effect Transistor)

77‧‧‧LED陣列

第1圖係本發明之第1實施方式之二線式調光開關的構成電路圖。

第2圖係第1實施方式之LED燈泡之負載電壓、負載電流、及以導通輔助開關電路之閘流體為目的之閘極驅動信號的波形圖。

第3圖係呈現第1實施方式之其他設備之負載電流影響之LED燈泡之負載電壓、負載電流、及以導通輔助開關電路之閘流體為目的之閘極驅動信號的波形圖。

第4圖係本發明之第2實施方式之二線式調光開關的構成電路圖。

第5圖係本發明之第3實施方式之二線式調光開關的構成電路圖。

第6圖係本發明之第4實施方式之二線式調光開關的構成電路圖。

第7圖係本發明之第5實施方式之二線式調光開關之控制方法的各部波形圖。

第8圖係第1傳統例之二線式調光開關的構成電路圖。

第9圖係第2傳統例之二線式調光開關的構成電路圖。

第10圖係一般LED燈泡之驅動電路的構成電路圖。

第11(a)~(b)圖係燈泡與LED燈泡之負載電壓及負載電流的差異圖。

第12圖係傳統之二線式調光開關之負載電流值為雙向三極體之保持電流值以下時，雙向三極體自消弧的狀態圖。

第13圖係傳統之二線式調光開關之連結於同一交流電流之其他設備之負載電流導致LED燈泡之負載電壓變動的狀態圖。

(第1實施方式)

針對本發明之第1實施方式之二線式調光開關進行說明。第1圖係第1實施方式之二線式調光開關1A的電路構成。二線式調光開關1A，係與交流電源2及照明負載3進行串聯。也可具備用以控制與二線式調光開關1A之調光用可變電阻器4為一體之照明負載3的點燈及關燈的開關5，開關5也可另行配設。以下之說明時，係以將開關5與二線式調光開關1A分開配設時為例。

二線式調光開關1A之第1連結端子1a及第2連結端子1b，連結於交 流電源2或照明負載3與開關5。於第1連結端子1a與第2連結端子1b之間，連結著以雙向三極體等之第1半導體開關元件作為主開關元件11之主開關電路10。此外，於第1連結端子1a與第2連結端子1b之間，連結著與主開關電路10並聯之整流電路12，於整流電路12，連結著以確保該二線式調光開關1A之內部電力為目的之電源電路13。電源電路13，含有：由達靈頓連結之第1電晶體元件13a及第2電晶體元件13b、及連結於第2電晶體元件13b之基極之齊納二極體13c及電阻體13d等所構成之開關切換電路；以及以對由微處理器等所構成之控制電路16供應直流之定電壓電力為目的之定電壓電路(三端子穩壓器等)14及緩衝電容器15等。

開關5被導通的話，經由整流電路12進行整流之脈動流被輸入至電源電路13，而輸出電壓由齊納二極體13c之齊納電壓所支配的電力則從電源電路被輸出。該電力，對緩衝電容器15進行充電，並且，由定電壓電路14降至至特定電壓(例如，3V)並供應給控制電路16。此處，若電源電路13之電阻體13d的電阻值為流過可使第2電晶體元件13b動作之必要電流程度之高值的話，可以介由齊納二極體13c將流至接地之電流值抑制於較低，進可減少電力損失。

於整流電路12之直流側輸出端子，連結著以檢測交流電源2之頻率為目的的頻率檢測電路17，由頻率檢測電路17所輸出之特定檢測信號被輸入至控制電路16。此外，於整流電路12之直流側輸出端子，連結著在至主開關電路10之主開關元件11導通為止之期間或主開關元件11未導通時，以使電流流過照明負載3為目的之閘流體等之第2半導體開關元件作為輔助開關元件的輔助開關電路18。於控制電路16，連接著由供使用者進行操作之可變電阻器等所構成的調光量設定電路4。並且，以下之說明中，必要時，將主開關元件稱為雙向三極體11，將輔助開關電路或輔助開關元件稱為閘流體18。

頻率檢測電路17，係以將由整流電路12輸出之脈動流輸入電晶體元件17a之基極的方式來構成，依交流電源2之頻率，由頻率檢測電路17對控 制電路16輸入特定之檢測信號。控制電路16，從頻率檢測電路17之檢測信號來進行交流電源2之頻率(50Hz或60Hz)的檢測，並依據其來推算電壓零交叉點。其次，依據檢測之頻率及推算之電壓零交叉點等，對閘流體18之閘極端子輸入閘極驅動信號。第2圖係使用LED燈泡作為照明負載3時之交流電源2之1/2周期之負載電壓、負載電流、及閘極驅動信號的各波形。閘極驅動信號的開始(閘流體18導通之第1時序)，係依據調光量設定電路(可變電阻器)4之電阻值，檢索預先記憶於控制電路16之查詢表來決定。閘極驅動信號之結束(閘流體18非導通之第2時序)，係設定成從交流電源2之電壓零交叉點提早特定時間△t(例如，1ms)。該特定時間△t，例如，控制電路16足夠依據來自頻率檢測電路17之檢測信號來推算下一電壓零交叉點的時間。

其次，針對第1實施方式之二線式調光開關1A的具體動作進行說明。開關5處於斷開之狀態下，緩衝電容器15之電荷幾乎都被放電，控制電路16應處於未發揮機能之狀態。此處，開關5導通的話，由整流電路12，例如，輸出全波整流之脈動流。藉此，緩衝電容器15被充電，而且，由定電壓電路14對控制電路16供應直流電力，控制電路16起動。同時，因為由頻率檢測電路17對控制電路16輸入檢測信號，控制電路16，進行交流電源2之頻率的檢測及推算其電壓零交叉點。其次，控制電路16，以依據調光量設定電路(可變電阻器)4之電阻值的第1時序，開始閘極驅動信號之輸出(開始閘極驅動信號)。閘極驅動信號被輸入閘流體18之閘極端子的話，閘流體18導通，電流開始流過照明負載3。此外，流過閘流體18之電流，因為也流過雙向三極體11之閘極電極，該電壓及電流為雙向三極體11之閘極電壓閾值及接通電流以上的話，雙向三極體11導通，負載電流從閘流體18轉而流向雙向三極體11。雙向三極體11導通的話，幾乎沒有電流流過整流電路12，閘流體18、電源電路13、及頻率檢測電路17幾乎沒有電流流過。電源電路13沒有電流流過的話，緩衝電容器15開始電力之放電，藉此，確保控制電路16之驅動電力。此時，田為來自控制電路16之閘極驅動信號持續被輸入閘流體18之閘極電極，閘流體18處於導通狀態。

照明負載3為LED燈泡時，如前面所述，在閘流體18或雙向三極體11導通的同時，負載電流呈現瞬間較大之值，然而，立即變小。其次，負載電流之值為雙向三極體11之保持電流以下的話，雙向三極體11自消弧而處於非導通，然而，因為閘流體18導通，負載電流通過閘流體18持續流通。其次，控制電路16，於交流電源2之電壓零交叉點提早特定時間△t之第2時序，停止閘極驅動信號之輸出(停止閘極驅動信號)。於該階段，幾乎沒有負載電流流通，即使閘流體18非導通，照明負載3之亮度幾乎不會發生變化。閘流體18非導通的話，因為由整流電路12輸出之脈動流，從閘流體18轉向流通至電源電路13及頻率檢測電路17，控制電路16，可以依據來自頻率檢測電路17之檢測信號推算交流電源2之下一電壓零交叉點，而以推算之電壓零交叉點為基準，來控制下一閘極驅動信號之輸出的開始時序。

如此，因為二線式調光開關1A，具備至主開關電路10之主開關元件(雙向三極體)11導通為止之期間、或主開關元件11未導通時，以使電流流過照明負載3為目的之輔助開關電路(閘流體)18，負載電流之值為雙向三極體11之保持電流以下，即使雙向三極體11處於非導通，閘流體18也處於導通，負載電流持續通過閘流體18流動。結果，LED燈泡之亮度安定，幾乎不會發生肉眼可察覺的閃爍或波動。此外，即使負載電流之最大值為雙向三極體11之保持電流以下時，也可介由輔助開關電路(閘流體)18持續使負載電流流通。而且，藉由於從交流電源2之電壓零交叉點提早特定時間△t之第2時序停止對閘流體18之閘極電極輸入之閘極驅動信號，可以正確地推算交流電源2之下一電壓零交叉點。此外，如第3圖所示，即使連結於同一交流電源2之其他設備正在執行動作，因為介由閘流體18持續流通負載電流，照明負載3之亮度幾乎不會變化。此外，負載電壓波形也幾乎沒有變化。並且，雙向三極體11當然也可選擇使用其保持電流值較小者。

(第2實施方式)

針對本發明之第2實施方式的二線式調光開關進行說明。第4圖，係第2實施方式之二線式調光開關1B的電路構成。二線式調光開關1B，係 於上述第1實施方式之二線式調光開關1A，追加了作為準主開關電路之光雙向三極體耦合器20者。光雙向三極體耦合器20之二次側光雙向三極體21係並聯於主開關電路(雙向三極體)11，一次側發光二極體22則係串聯於輔助開關部(閘流體)18。其他構成相同。該光雙向三極體21，係選擇其保持電流值小於主開關電路之雙向三極體11的保持電流值者。

其次，針對第2實施方式之二線式調光開關1B的具體動作，以差異處為中心來進行說明。於交流電源2之電壓零交叉點，雙向三極體11及光雙向三極體21消弧的話，電流流過整流電路12，其後，在特定之第1時序，閘極驅動信號被輸入閘流體18之閘極端子，閘流體18導通，負載電流流通於閘流體18。此時，光雙向三極體耦合器20之一次側發光二極體22發光，二次側光雙向三極體21之閘極端子被輸入閘極驅動信號，光雙向三極體21導通。光雙向三極體21導通的話，負載電流，轉而流向光雙向三極體21。此處，負載電流值較小，為主開關電路之雙向三極體11之保持電流值以下時，主開關電路之雙向三極體11不導通，負載電流直接流通於其準主開關電路之光雙向三極體21。另一方面，負載電流值較大，為主開關電路之雙向三極體11之保持電流值以上的話，主開關電路之雙向三極體11導通，負載電流轉而流向雙向三極體11。照明負載3為LED燈泡時，負載電流之值為雙向三極體11之保持電流以下的話，雙向三極體11自消弧而成為非導通，然而，閘流體18導通，負載電流暫時轉而流向閘流體18。其次，光雙向三極體耦合器20之一次側發光二極體22發光，二次側光雙向三極體21導通，負載電流轉而流向光雙向三極體21。光雙向三極體21之保持電流值，如上面所述，因為小於雙向三極體11之保持電流值，負載電流可安定地持續流通。

第2實施方式之二線式調光開關1B，相較於第1實施方式之二線式調光開關1A，因為追加了作為準主開關電路之光雙向三極體耦合器20，構造上，複雜若干，該部分成為成本上升的要因。然而，即使在雙向三極體11非導通後，負載電流，因為流過比整流電路12更上游側(交流側)的光雙向三極體21，亦即，因為負載電流不通過二極體電橋，不會因為二極體電橋 而發生損失。結果，LED燈泡之亮度的變化非常小，幾乎不會發生肉眼可察覺的閃爍或波動。

(第3實施方式)

針對本發明之第3實施方式的二線式調光開關進行說明。第5圖係第3實施方式之二線式調光開關1C的電路構成。二線式調光開關1C，係於上述第1實施方式之二線式調光開關1A，配設2個輔助開關電路(閘流體)18a及18b，並分別將閘流體之陽極及陰極連結於整流電路12之交流側、及整流電路12之直流側負端子者。由控制電路16輸出之閘極驅動信號，以二極體25a及25b進行分歧，並輸入各閘流體18a及18b之閘極端子。亦即，依交流電源2之極性，將2個閘流體18a及18b之其中任一作為輔助開關電路來使用。其他構成及動作，與第1實施方式之二線式調光開關1A相同。

第3實施方式之二線式調光開關1C，相較於第1實施方式之二線式調光開關1A，因為追加了用以構成輔助開關電路之閘流體、電阻、及電容器，構造上，複雜若干，該部分成為成本上升的要因。然而，即使在雙向三極體11非導通後，負載電流，因為流過構成整流電路12之1個二極體1，減少了該部分的損失。照明負載3為LED燈泡時，因為負載電流值非常小，二極體1個份的損失愈小，可以使LED燈泡的閃爍或波動更小。

(第4實施方式)

針對本發明之第4實施方式的二線式調光開關進行說明。第6圖係第4實施方式之二線式調光開關1D的電路構成。二線式調光開關1D，係由第2實施方式之二線式調光開關1B及第3實施方式之二線式調光開關1C之特徵組合而成，具備作為準主開關電路之光雙向三極體耦合器20、及2個輔助開關電路(閘流體)18a及18b。第4實施方式之二線式調光開關1D時，與第3實施方式之二線式調光開關1C相同，因為負載電流流過閘流體18a或18b時，通過構成之整流電路12的1個二極體，而減少了該部分之損失。所以，相較於第2實施方式之二線式調光開關1B，負載電流從閘流體18a或18b轉而流向光雙向三極體21時之電壓變動較小，而可對照明負載3安 定地供應電力。結果，LED燈泡之亮度的變化更小，幾乎不會發生閃爍或波動。

(第5實施方式)

上述第1至第4實施方式，係與二線式調光開關之構造相關者，第5實施方式，則係與上述任一二線式調光開關1A~1D之控制方法相關。二線式調光開關1A~1D及第10圖所示之LED燈泡的驅動電路70，皆具有將交流電力變換成直流電力，並將電力蓄積於緩衝電容器之電路構成。所以，例如，開關5長時間斷開時，應為各緩衝電容器皆放電而無電力殘留。開關5導通的話，藉由二線式調光開關1A~1D起動，控制電路16輸出閘極驅動信號，而開始對照明負載3供應電力。照明負載3為LED燈泡時，即使開始供應電力，驅動電路70也不會起動，所以呈現與正常點燈時不同的動作及阻抗特性。亦即，開始對LED燈泡之驅動電路70供應電力的話，首先，緩衝電容器73被充電。所以，LED燈泡之起動時，該緩衝電容器73之電容成份呈現支配性的阻抗特性。其次，交流電源2之電壓較高時，電流開始流過LED燈泡之驅動電路70的話，緩衝電容器73被急速充電，於二線式調光開關1A~1D與LED燈泡之驅動電路70之間，產生較大之功率因數差異。

於功率因數差異較大之阻抗之間，分別施加之電壓的相位與交流電源2之相位不同，例如，交流電源2之電壓為100V時，負載電壓為-30V的話，二線式調光開關1A~1D之連結端子1a與1b之間的電壓(開關間電壓)為130V。亦即，交流電源2之電壓零交叉點與二線式調光開關1A~1D之開關間之電壓零交叉點不同。二線式調光開關1A~1D，原本是以交流電源2之電壓零交叉點作為基準來進行控制為目的者，然而，上述控制電路16係由頻率檢測電路17之輸出來推算開關間電壓零交叉點並進行調光控制。所以，以與交流電源2之電壓零交叉點不同之時序來執行控制(輸出閘極驅動信號)的話，可能無法實現原本安定之調光控制。

第7圖係第5實施方式之控制方法的各部波形。至開始調光為止，交 流電源2之電壓波形之相位與二線式調光開關1A~1D之開關間電壓波形的相位一致。第5實施方式之控制方法，在照明負載3之調光控制開始時，係於由頻率檢測電路17之輸出所推測之開關間電壓零交叉點附近(例如，相對於開關間電壓零交叉點之±數ms以內)輸出由控制電路16朝輔助開關電路之閘流體18對閘極端子輸入之最初的閘極驅動信號。輸出最初之閘極驅動信號的時序，無需為電壓零交叉點之前，也可以為超過電壓零交叉點再實施。藉此，可以從交流電源2之電壓的低電平開始實施LED燈泡之驅動電路70之緩衝電容器73的充電。如此，藉由從電壓零交叉點(0V)附近開始對LED燈泡之驅動電路70供應電力，二線式調光開關1A~1D與LED燈泡之驅動電路70之阻抗不會呈現激烈變化，可以二線式調光開關1A~1D與LED燈泡之驅動電路70分合交流電源2之1/2周期的電力。此外，因為二線式調光開關1A~1D與LED燈泡之驅動電路70之間不會發生較大之功率因數差異，而可執行安定之調光控制。

並且，上述說明，主開關元件係以單一之雙向半導體開關元件之雙向三極體為例，然而，並未受限於此，只要為與雙向三極體相同之使電流雙向流通之構造即可，例如，也可以為逆向並聯IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極電晶體)或FET(場效電晶體)者。

1A‧‧‧二線式調光開關

1a‧‧‧第1連結端子

1b‧‧‧第2連結端子

2‧‧‧交流電源

3‧‧‧照明負載

4‧‧‧調光量設定電路(可變電阻器)

5‧‧‧開關

10‧‧‧主開關電路

11‧‧‧主開關元件(雙向三極體)

12‧‧‧整流電路

13‧‧‧電源電路

13a‧‧‧第1電晶體元件

13b‧‧‧第2電晶體元件

13c‧‧‧齊納二極體

13d‧‧‧電阻體

14‧‧‧定電壓電路

15‧‧‧緩衝電容器

16‧‧‧控制電路

17‧‧‧頻率檢測電路

17a‧‧‧電晶體元件

18‧‧‧輔助開關電路(輔助開關元件、閘流體)

Claims (8)

1. 一種二線式調光開關，串聯於交流電源及照明負載，其特徵為具備：第1連結端子及第2連結端子，被輸入交流電力；主開關電路，連結於該第1連結端子與該第2連結端子之間，以第1半導體開關元件作為主開關元件；整流電路，連結於該第1連結端子與該第2連結端子之間；電源電路，連結於該整流電路之直流側，確保該二線式調光開關之內部電源；頻率檢測電路，連結於該整流電路之直流側，輸出檢測該交流電源之頻率用之特定檢測信號；輔助開關電路，連結於該整流電路之直流側或交流側，以第2半導體開關元件作為輔助開關元件，在該主開關元件未導通時，使負載電流流過，並輸出用以導通該主開關元件或其他半導體開關元件之閘極驅動信號；調光量設定電路，由使用者進行操作，以設定用來調節該照明負載之亮度的調光量；以及控制電路，其係依據由該頻率檢測電路輸出之該檢測信號，進行該交流電源之頻率的檢測，推算該交流電源之電壓零交叉點，在依據由該調光量設定電路所設定之調光量、及所推算之電壓零交叉點而決定之第1時序，開始輸出用來導通該輔助開關電路之驅動信號，並在相對於該推算之電壓零交叉點之下一推算電壓零交叉點提早特定時間前之第2時序，停止該驅動信號之輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之二線式調光開關，其中：更具備準主開關電路，其係藉由自該輔助開關電路輸出之該閘極驅動信號來導通，在該輔助開關電路導通後，於該主開關元件未導通時，流通負載電流，並輸出用來使該主開關元件導通之驅動信號。
3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之二線式調光開關，其中：該主開關元件係雙向三極體，該輔助開關電路，係以連結於該整流電路之直流側的閘流體作為輔助 開關元件。
4. 如申請專利範圍第1或2項所記載之二線式調光開關，其中：該主開關元件係雙向三極體，該輔助開關電路，係以連結於該整流電路之交流側、並依該交流電源之極性交互導通之2個閘流體作為輔助開關元件。
5. 如申請專利範圍第2項所記載之二線式調光開關，其中：該準主開關電路，係以光雙向三極體耦合器作為開關元件，該光雙向三極體耦合器之二次側之光雙向三極體係並聯於該主開關元件，且其中一方之端子係連結於該主開關元件之閘極端子，該光雙向三極體耦合器之一次側之發光二極體係串聯於該輔助開關電路，該光雙向三極體之保持電流值，係小於該雙向三極體之保持電流值。
6. 如申請專利範圍第1或2項所記載之二線式調光開關，其中：該控制電路，在開始該照明負載之調光控制時，以該推算之電壓零交叉點附近的特定時序，輸出用來導通該輔助開關電路之最初驅動信號。
7. 如申請專利範圍第1項所記載之二線式調光開關，其中：更具備準主開關電路，其係藉由自該輔助開關電路輸出之該閘極驅動信號來導通，在該輔助開關電路導通後，於該主開關元件未導通時，流通負載電流，並輸出用來使該主開關元件導通之驅動信號；該主開關元件係雙向三極體，該輔助開關電路，係以連結於該整流電路之直流側的閘流體作為輔助開關元件；該準主開關電路，係以光雙向三極體耦合器作為開關元件，該光雙向三極體耦合器之二次側之光雙向三極體係並聯於該主開關元件，且其中一方之端子係連結於該主開關元件之閘極端子，該光雙向三極體耦合器之一次側之發光二極體係串聯於該輔助開關電路，該光雙向三極體之保持電流值，係小於該雙向三極體之保持電流值。
8. 如申請專利範圍第1項所記載之二線式調光開關，其中：更具備準主開關電路，其係藉由自該輔助開關電路輸出之該閘極驅動信號來導通，在該輔助開關電路導通後，於該主開關元件未導通時，流通負載電流，並輸出用來使該主開關元件導通之驅動信號；該主開關元件係雙向三極體，該輔助開關電路，係以連結於該整流電路之交流側、並依該交流電源之極性交互導通之2個閘流體作為輔助開關元件；該準主開關電路，係以光雙向三極體耦合器作為開關元件，該光雙向三極體耦合器之二次側之光雙向三極體係並聯於該主開關元件，且其中一方之端子係連結於該主開關元件之閘極端子，該光雙向三極體耦合器之一次側之發光二極體係串聯於該輔助開關電路，該光雙向三極體之保持電流值，係小於該雙向三極體之保持電流值。