專利名稱：具有自動低電池功率減小電路的pwm控制器和結(jié)合該控制器的照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在電池供電設(shè)備中有用的PWM控制電路。更具體而言，本發(fā)明涉及一種具有電池保留特征的PWM控制電路。本發(fā)明進一步涉及一種結(jié)合這種PWM控制電路的電池供電的光源，其中電池可以是可再充電電池。
背景技術(shù)：
調(diào)節(jié)提供功率給設(shè)備的電池的輸出功率是已知的，所述設(shè)備是諸如聚光燈、臺燈或其它這樣的光源。例如，考慮照明設(shè)備的情況，一種已知的電路結(jié)合了脈沖寬度調(diào)制(PWM)以在電池電壓降低時自動增加提供功率給燈的信號的占空度，從而維持恒定的功率供應(yīng)和光強度。在電池電壓降低時手動降低占空度以減小光的強度亦是已知的。這種控制電路的實例被描述在授予Mallory的U.S.專利No.4,499,525和授予Schmidt等的U.S.專利No.6,040,660中，這些專利在此引入作為參考。注意，在前者的情況下，光強度是以電池為代價而維持的。如果存在這樣一種設(shè)備則將是有用的，其允許手動調(diào)節(jié)電池運轉(zhuǎn)的燈的光強度，并且在電池的電壓降低時自動減小燈從電池提取的功率以延長電池壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種裝置，通過它允許用戶手動調(diào)節(jié)設(shè)備的強度并且在電源所擁有的功率降低時，它自動減小從該電源提取的功率。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一種裝置，用于改變可被手動調(diào)節(jié)的電池運轉(zhuǎn)的燈的光強度，以及這樣一種裝置，用于在電池的電壓降低時自動減小燈從電池提取的功率。
以上和其它目的是依照本發(fā)明通過提供依照基于PWM的控制器來實現(xiàn)的，所述控制器用于控制從電源被提供給設(shè)備的電壓。該控制器包括方波產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生用于施加電壓給設(shè)備的可變占空度的方波。電壓改變電路被包括，用于產(chǎn)生選擇性可變的電壓，其被饋送給方波產(chǎn)生電路的控制輸入以便于控制可變占空度的方波的占空度。所述控制器進一步包括低電壓檢測電路，其監(jiān)視電源并亦被耦合于方波產(chǎn)生電路的控制輸入；低電壓檢測電路自動產(chǎn)生一個電壓，該電壓在電源的電壓降低到預(yù)定電平以下時降低可變占空度的方波的占空度。
在本發(fā)明另外的實施例中，發(fā)明的控制器被提供為燈的一部分，用于控制從在電路中與燈連接的電池施加給該燈的電壓。在子實施例中，該燈可被配備有單獨的冷陰極熒光燈電路(CCFL)。


當結(jié)合附圖而考慮時，從對本發(fā)明的以下詳述來看，本發(fā)明的另外目的、優(yōu)點和好處將變得顯而易見，在附圖中圖1是依照本發(fā)明實施例的控制電路的方塊圖；圖2是處于局部方塊電路形式的電路示意圖，其示出了依照本發(fā)明第一實施例的燈控制器情況下的控制電路；
圖3是處于局部方塊電路形式的電路示意圖，其示出了依照本發(fā)明第二實施例的控制電路；圖4是處于局部方塊電路形式的電路示意圖，其示出了依照本發(fā)明第三實施例的控制電路；圖5A和5B一起包括處于局部方塊電路形式的電路示意圖，其示出了依照本發(fā)明第四實施例的控制電路；圖6示出對包括所添加的冷陰極熒光燈的燈的描述；圖7示出處于局部方塊電路形式的電路示意圖，其示出了被包括在圖6所示的本發(fā)明實施例中冷陰極熒光燈電路；并且圖8描述處于局部方塊電路形式的電路示意圖，其示出了依照本發(fā)明第五實施例的控制電路。
具體實施例方式
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器逐漸并且自動地降低負載例如光發(fā)射電阻性負載的輸出強度，由此增加電池壽命，而與此同時允許用戶自動調(diào)節(jié)負載的強度。依照本發(fā)明，這是通過以下來實現(xiàn)的將電池的DC輸出轉(zhuǎn)換成可控制的PWM信號并允許用戶手動調(diào)節(jié)脈沖寬度以便于選擇性地改變強度，并且連續(xù)感測電池的電壓并當電池的電壓降低時降低PWM控制器的占空度。
圖1描述了這種控制器的方塊圖。盡管手動控制被包括在控制器中，但它未在圖1中明確示出。圖1示出了電源100，其將功率提供給三角波振蕩器200。三角波振蕩器200的輸出被提供給方波發(fā)生器300。方波發(fā)生器300可被控制以調(diào)節(jié)方波輸出的占空度。低電壓檢測電路400監(jiān)視電源100的輸出并提供控制輸出給方波振蕩器300。該控制輸出依賴于電源100的所檢測的輸出并且被用于控制方波振蕩器300的方波輸出的占空度。亦控制方波振蕩器300的輸出的占空度的手動控制輸入(未示出)亦被提供給方波發(fā)生器300；其可被直接或通過低電壓檢測電路400提供給方波發(fā)生器300。方波振蕩器300的輸出被提供給負載500。在許多應(yīng)用中，方波振蕩器300的方波輸出將被用于控制開關(guān)電路(例如，被配置成切換到開或關(guān)的晶體管)以根據(jù)方波輸出的占空度來打開和關(guān)斷負載，并且由此根據(jù)方波輸出的占空度來改變負載的強度。
圖2示出了依照第一實施例的PWM控制器的電路圖，該控制器具有采用本發(fā)明原理的自動低電池功率減小。例如，電池1通過“開/關(guān)”開關(guān)2提供功率給本發(fā)明的電路。比較器3被連接于電阻器4、5、6、7和8以及電容器9以構(gòu)成三角波振蕩器。比較器3具有正輸入3a，其被連接于電阻器4和5之間的公用結(jié)點，所述電阻器形成電池1的正端子和地(或者對應(yīng)地，電池的負端子)之間的分壓器。比較器3的輸出通過電阻器6反饋給正輸入3a并通過電阻器8反饋給負輸入3b，該電阻器亦通過電容器9而連接于地。作為該配置的結(jié)果，三角電壓被產(chǎn)生于電容器9上。該三角電壓被饋送給比較器10的非反相(正)輸入。比較器10具有反相(負)輸入10b，其通過電阻器13而連接于電位器11的手動可變抽頭11a，該電位器被連接于電池1的正端子和晶體管12的集電極12a之間，該晶體管的發(fā)射極12b被連接于地。在工作中，固定頻率、可變占空度的方波被產(chǎn)生于比較器10的輸出處(即當正輸入10a處的電壓超過負輸入10b處的電壓時，電壓由比較器10輸出，否則這樣的電壓不被輸出，由此產(chǎn)生方波)。該方波的占空度可使用電位器11的手動可變抽頭11a來手動控制。從比較器10輸出的方波然后通過電阻器饋送到場效應(yīng)晶體管(FET)15的柵中。普通的NPN型晶體管可取代FET 15而被使用。偏置電阻器21可被連接于電池1的正端子和電阻器14之間以調(diào)節(jié)被施加給FET 15的基極的電壓。電容器16被連接于電阻器14和FET 15與地之間。電容器16的目的是為了減小電磁和/或射頻干擾(EMI/RFI)。FET 15的源被接地，并且負載(例如燈)17被直接連接于FET 15的漏。負載17的另一側(cè)被連接到電池1的正端子。以上描述的電路導致從0％到100％完全可變的負載的“開時間”。如果負載的“開時間”是小于100％的任何持續(xù)時間，則負載從電池提取的功率被減小。具體而言，在50％占空度時，來自電池的耗用功率被有效地減小了相同的百分比，從而導致處于減小的輸出(例如，在燈的情況下，減小的光束燭光輸出)的較長可用運行時間。
依照本發(fā)明另外的方面，電池1的壽命可通過以下來延長當電池的電壓被減小到某個電平，例如其最大電平的80％時，自動且連續(xù)地減小比較器10的PWM輸出的占空度。為此，提供了一種低電壓檢測電路，當電池電壓被消耗到某個電平時，該電路逐漸關(guān)斷晶體管12；就是說，在電池電壓降低到預(yù)定電平以下時，由晶體管12提供給電位器11的電壓將被逐漸增加，如以下將進一步描述的。
在圖2中，低電壓檢測電路包括電阻器18和19，其被串聯(lián)連接于電池1的正端子和地之間，而電容器20被連接于地和電阻器18和19的公用端子22之間。晶體管12的基極亦被連接于公用端子22。電阻器18和19的值被選擇成當電池1的電壓被消耗到某個電平，例如其額定值的80％時，晶體管12的基極電壓被減小到晶體管12開始關(guān)斷的點。逐漸關(guān)斷晶體管12將逐漸升高電位器11的滑臂(wiper arm)處的電壓，從而減小比較器10的輸出處的輸出占空度(即通過增加負輸入10b處的比較器閾電壓)，由此減小給負載的輸出功率。在電池電壓衰減到更低電平，例如其額定電壓電平的10％時，晶體管12完全關(guān)斷并將比較器10的輸出減小到零(0)占空度。
圖3描述了依照本發(fā)明第二實施例的電路圖。類似于第一實施例，該第二實施例亦結(jié)合了自動變暗和關(guān)斷，而添加了附加的功率節(jié)省特征。在圖3中，元件R1-R5、A1和C1分別對應(yīng)于元件4-8、3和9，并因此構(gòu)成三角波振蕩器。類似地，圖3的元件R8、R9和A2分別對應(yīng)于圖2的元件13、21和10，并因此構(gòu)成方波發(fā)生器，其接收三角波振蕩器的輸出作為輸入。晶體管Q2對應(yīng)于圖2的晶體管15并實施相同的功能。晶體管Q2的基極由分壓器的輸出來饋送，該分壓器由電阻器R10和R11形成，這些電阻器幫助調(diào)整正被施加的電壓。注意，單獨的開-關(guān)開關(guān)，即圖2中的部件2，未在圖3中示出，但可被插入于電源(未示出)和電路的其余部分之間。
圖2和3的實施例之間的主要差異在于控制電路，其在圖3中以IC1為中心。在優(yōu)選實施例中，IC1包括十進制計數(shù)器，例如4017B十進制計數(shù)器。IC1中包含的電路的各種功能從以下討論來看將變得清楚。4017B十進制計數(shù)器將在以下被用在描述電路及其操作的過程中；然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，根據(jù)需要，其它集成電路可替換4017B十進制計數(shù)器，其中可對電路進行適當?shù)男薷摹?br> 如圖3中所示，對放大器A1和A2的輸入由晶體管Q1來控制。晶體管Q1被配置成使其集電極被耦合于電池電壓(可能通過如在圖2中的開關(guān))并且其發(fā)射極被耦合于電阻器R1的一端、電阻器R4的一端、電阻器R8的一端和電阻器R9的一端。電池電壓亦通過電阻器R7耦合于Q1的基極。該基極通過電阻器R6進一步耦合于IC1的插腳3。如由此所配置的，Q1起到開關(guān)的作用并且不論何時當IC1的插腳3的輸出為低電平時(即不論何時當電路不是關(guān)時)是通的。當IC1被復(fù)位時，這起到減小備用功率消耗的作用；結(jié)果，當IC1被復(fù)位時，功耗處于微安的量級。當IC1的插腳3變?yōu)楦唠娖綍r，或者當IC1被復(fù)位時(見以下)，晶體管Q1被使得不導通，這樣，信號不從Q1的發(fā)射極被輸出，并且負載L1被關(guān)斷。
與在圖2中一樣，圖3的實施例亦提供了可實現(xiàn)手動控制的方式。在圖2中，這種方式是由電位器11來提供的。在圖3中，這樣的方式是通過組合IC1與晶體管Q3-Q5和電阻器R12-17，進一步組合選擇器開關(guān)SW1來提供的。電阻器R12-R14分別被耦合于晶體管Q3-Q5的集電極。晶體管Q3-Q5的基極分別通過電阻器R17-R15而分別耦合于IC1的插腳2、4和7。在該配置中，在IC1的控制下，在任何給定時間處，僅一個晶體管將是導通的。結(jié)果，分壓器電路由電阻器R12-R14之一組合電阻器R8來形成，這取決于晶體管Q3-Q5的哪個是導通的。由于電阻器R12-R14具有不同的值，提供比較器電路的閾電壓的分壓器的輸出根據(jù)晶體管Q3-Q5的哪個是導通的而變化，所述比較器電路形成包括放大器A2的方波發(fā)生器。用戶采用選擇器開關(guān)SW1來選擇晶體管Q3-Q5的哪一個是導通的。
具體而言，選擇器開關(guān)SW1被耦合于電源(+Vbatt)和IC1的插腳14之間，該插腳表示4017B十進制計數(shù)器的時鐘輸入。插腳14通過電容器C4和電阻器R19進一步耦合于地。IC1通過將高電平信號依次設(shè)置在其十個輸出插腳上來工作。作為用戶依次推動選擇器開關(guān)SW1的結(jié)果，在時鐘脈沖被施加給插腳14時，插腳2、4和7以其順序變?yōu)楦唠娖健．斶@些插腳之一變?yōu)楦唠娖綍r，它所耦合的晶體管(Q5、Q4或Q3)將導通，并且對應(yīng)的電阻器(R14、R13或R12)將與電阻器R8一起形成分壓器，如以上所討論的，由此以離散的方式改變給放大器A2的閾電壓(負輸入)(由此以離散的方式改變輸出方波的占空度)。
在圖3中，晶體管Q6提供對應(yīng)于圖2中的晶體管12的功能性。具體而言，晶體管Q6的集電極被耦合于晶體管Q3-Q5的發(fā)射極。與圖2的晶體管12一樣，晶體管Q6實施改變由放大器A2提供的輸出方波的占空度的功能，而不管晶體管Q3-Q5的哪個正在導通，由此提供自動功率減小。
具體而言，晶體管Q6的基極通過電阻器R20和齊納二極管D3而耦合于電源。它亦通過電阻器R21耦合于地。晶體管Q6的發(fā)射極亦被耦合于地。除了被耦合于晶體管Q3-Q5的發(fā)射極以外，晶體管Q6的集電極亦通過電容器C2耦合于地。它通過二極管D2進一步耦合于IC1的插腳15；該連接將在以下被進一步討論。
給定晶體管Q6的配置，當供電電壓在可通過設(shè)置電阻器R20和R21的值而設(shè)置的預(yù)定電平之上時，Q6處于導通狀態(tài)。在供電電壓下降到預(yù)定電平以下時，Q6被使得逐漸不導通，直到在某個預(yù)定點處Q6完全關(guān)斷(即變成不導通的)。與圖2的晶體管12一樣，這具有以下效果增加了給放大器A2的負輸入處的電壓電平，導致較短的占空度，直到電壓電平變得足夠高，從而使占空度被減小到零。晶體管Q6由此用于提供自動減小并最終抑制負載L1的輸出(例如在負載L1是燈的情況下，它被逐漸變暗并最終熄滅)的低電壓檢測電路。
IC1進一步包括插腳15處的復(fù)位輸入。如以上提及的，插腳15通過二極管D2連接于晶體管Q6的集電極。它進一步通過二極管D1連接于IC1的插腳10并通過電阻器R18連接于地。最后，它通過電容器C3連接于供電電壓。當IC1在插腳15處接收復(fù)位信號時，它轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)(在以下進一步討論)，其對應(yīng)于把電路置于功率保存(“睡眠”)模式。因此，在晶體管Q6逐漸關(guān)斷時，其集電極處的電壓增加，直到它達到使復(fù)位信號被產(chǎn)生于插腳15處的電平，從而將電路送入其功率保存模式。
除了當供電電壓變得過低時，還可以以兩種方式在插腳15處產(chǎn)生復(fù)位信號。首先，電容器C3(結(jié)合電阻器R18)在加電時使其發(fā)生。第二，用戶可通過使用選擇器開關(guān)而導致插腳10(在插腳2、4和7之后，它是按順序要變?yōu)楦唠娖降慕酉聛淼牟迥_)處的高電平輸出。當IC1被復(fù)位時，負載L1被關(guān)斷。這是因為一旦被復(fù)位，則插腳3變?yōu)楦唠娖?這亦是插腳3的初始加電狀態(tài))，并且Q1不在其發(fā)射極處輸出電壓，如以上所討論的。
在圖3實施例的示例實施中，其中負載L1是燈并且自動變暗被設(shè)置成當供電電壓變?yōu)槠錁朔Q值的80％以下時開始，所示的電阻器和電容器可具有以下值R156kΩR256kΩR356kΩR42.2kΩR556kΩR610kΩR710kΩR810kΩR92.2kΩR101kΩR11220kΩ
R1212kΩR137.5kΩR141kΩR1510kΩR1610kΩR1710kΩR1856kΩR1956kΩR202.7kΩR211kΩC10.1μFC210μFC30.1μFC4100pF注意，與圖2的電路一樣，F(xiàn)ET可與BJT互換，NPN型BJT可與PNP型BJT互換，并且N溝道型FET可與P溝道型FET互換，其中可在伴隨的電路中進行伴隨的改變。此外，盡管圖3示出提供離散電平輸出的僅三個晶體管-電阻器對(即Q3和R12、Q4和R13以及Q5和R14)，任何理想數(shù)量的這種對可被提供。
圖4描述了依照本發(fā)明第三實施例的電路圖。類似于第一實施例，該第三實施例亦結(jié)合了自動變暗和關(guān)斷，而添加了附加的功率節(jié)省特征。類似于第二實施例，第三實施例亦結(jié)合了多重離散功率水平。
在圖4中，與圖3一樣的部件已被給予了相同的參考標記。與在圖3中一樣，電阻器R1-R5、電容器C1和放大器A1形成三角波振蕩器。三角波輸出被饋送給放大器A2的正輸入，與在圖3中一樣，放大器A2與電阻器R9一起被配置為比較器。閾電壓被提供給放大器A2的負端子以便于設(shè)置通過電阻器R10饋送給晶體管Q2的控制端子的放大器A2的方波輸出的占空度。同樣，當晶體管Q2被使得導通時，負載L1被打開，而當晶體管Q2被使得不導通時被關(guān)斷。Q2被使得導通或不導通取決于通過電阻器R10從放大器A2提供的控制電壓。Q6形成低電壓監(jiān)視電路的核心并且類似于在圖3中而起作用。
同樣，電路的控制以集成電路IC1為中心，其優(yōu)選為十進制計數(shù)器，例如4017B十進制計數(shù)器。與以上一樣，4017B十進制計數(shù)器將在以下被用在描述電路及其操作的過程中；然而，熟練技工將理解，根據(jù)需要，其它集成電路可替換4017B十進制計數(shù)器，其中可對電路進行適當?shù)男薷摹?br> 放大器A2的負輸入處的閾電壓由包括電阻器R23-R25的分壓器電路形成。二極管D4和D5如圖4中所示被插入以提供對分別被耦合于電阻器R24和R23的IC1的插腳2和3的輸出的隔離。電阻器R23和R24具有不同的電阻值，從而導致不同的分壓器輸出，這取決于在特定時間處插腳2和3的哪個是激活的。閾電壓通過電阻器R26耦合于放大器A2的負輸入。
在圖4中，選擇器開關(guān)SW1被插入于電源(+Vbatt)和到放大器A1和A2并且到IC1的使能輸入(插腳13)和電阻器R27的輸入之間，該電阻器被連接于晶體管Q6的集電極。在示例的實施例中，如果選擇器開關(guān)SW1被實施為按鈕，則功率不通過到A1和A2的輸入而提供，除了當按鈕被按壓并保持時(即在該示例實施例中，為了向負載L1提供功率，鈕必須被壓住)。就是說，當所述鈕不被保持按壓時，晶體管Q2保持其“斷”(不導通)狀態(tài)。
IC1被示出為以下降沿觸發(fā)模式被配置。就是說，插腳14處的CLOCK輸入被直接連接于電源(按現(xiàn)狀是插腳16，功率輸入)，從而使它被維持在高電平。插腳13處的ENABLE輸入是這樣的，當?shù)讲迥_13的輸入是低電平時IC1被使能，并且當它是高電平時被禁止(就是說，如果插腳13僅僅被用作ENABLE輸入，則不論何時當?shù)讲迥_13的輸入被保持低電平時，IC1被使能，在4017B的情況下，這可僅僅通過不提供輸入給插腳13來實現(xiàn)，如圖3中所示)。因此，當給插腳13的輸入信號從高電平過渡到低電平時，當?shù)讲迥_14的輸入被保持為高電平時，插腳13起到時鐘輸入的作用，當輸入信號轉(zhuǎn)到低電平時觸發(fā)。如所示，到插腳13的輸入被配置成以電容器C5和電阻器R22并聯(lián)耦合于地。
在可替換的實施例中，IC1可以以其上升沿觸發(fā)模式被采用，如圖3中所示，其中插腳14被用作時鐘輸入；電路中伴隨的變化對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。
如結(jié)合圖3所討論的，插腳3、4和7是IC1的輸出。作為十進制計數(shù)器，IC1具有十個輸出，在施加時鐘脈沖時它們依次變?yōu)楦唠娖健２迥_3表示加電或另一個復(fù)位狀況時的初始高電平輸出，如將在以下討論的。插腳4表示在高電平插腳3輸出之后一個時鐘脈沖的輸出，而插腳7表示在高電平插腳4輸出之后兩個時鐘脈沖的輸出。
IC1的插腳15是RESET輸入，當它接收高電平信號時，它將IC1置于其初始狀態(tài)(即插腳3為高電平)。在圖4中，插腳15通過電容器C3耦合于電源，通過電阻器R18耦合于地，并通過二極管D2耦合于插腳7。當最初被連接于電源時，插腳15接收通過電阻器R18和電容器C3提供的短暫電壓脈沖，其復(fù)位IC1。類似地，當插腳7變?yōu)楦唠娖綍r，亦引出復(fù)位狀況。
當插腳3變?yōu)楦唠娖綍r，插腳3的輸出被饋送經(jīng)過由電阻器R23和R25(二極管D4被插入于其中)形成的分壓器，而經(jīng)分割的電壓被提供給放大器A2的負輸入作為閾電壓。然而，除非選擇器開關(guān)SW1被壓住，沒有功率被提供給放大器A2，因此晶體管Q2不被控制成導通，并且負載L1保持為斷。然后當選擇器開關(guān)被推動并且被壓住時，IC1不變到其接下來的輸出狀態(tài)(即插腳2)，而是功率被提供給放大器A1和A2，并且功率在晶體管Q2的控制下被提供給負載L1，該晶體管受放大器A2的方波輸出的控制，只要選擇器開關(guān)被壓住。
然后當選擇器開關(guān)SW1被釋放時，IC1增量，并且插腳2變成高電平輸出。給放大器A2的閾電壓然后被提供為由電阻器R24和R25(二極管D5被插入于其中)形成的分壓器的輸出；如以上所討論的，由于電阻器R23和R24具有不同的電阻值，當插腳2為高電平時分壓器所產(chǎn)生的電壓與當插腳3為高電平時分壓器所產(chǎn)生的電壓不同。然而，沒有功率被提供給放大器，因此負載L1保持為斷。然后當選擇器開關(guān)SW1被按壓并且保持時，功率再次被提供給放大器并最終提供給負載L1。
由于當插腳3為高電平時分壓器所產(chǎn)生的電壓與當插腳2為高電平時分壓器所產(chǎn)生的電壓不同，被提供給放大器A2的閾電壓是不同的，這取決于插腳2或插腳3是高電平。因此，當插腳2為高電平時放大器A2的方波輸出的占空度與當插腳3為高電平時放大器A2的方波輸出的占空度不同。因此，在這兩種情況下，負載L1的輸出將是不同的。如果L1是燈，則這對應(yīng)于不同的亮度水平。
當選擇器開關(guān)被釋放時，在插腳2高電平狀況之后，IC1增量至其接下來的輸出狀態(tài)(未示出)。該接下來的輸出狀態(tài)不被連接到電路的任何部分。結(jié)果，任何當選擇器開關(guān)SW1被推動并壓住時，被提供給放大器A2的閾電壓將是零，并且放大器A2的方波輸出的占空度將是100％。在此情況下，負載L1以其最高強度水平被保持為開，只要選擇器開關(guān)SW1被壓住。
當選擇器開關(guān)SW1再次被釋放時，IC1增量至其接下來的輸出狀態(tài)，其使插腳7變?yōu)楦唠娖?，由此將?fù)位脈沖發(fā)送給插腳15并且使IC1復(fù)位回到其初始狀態(tài)(插腳3為高電平)。插腳7變?yōu)楦唠娖胶虸C1復(fù)位之間的時間處于納秒的量級。
注意，圖4中所示的實施考慮了三個強度水平；然而，IC1的附加輸出可與被連接于電阻器R25的二極管和各種值的電阻器(由此增加分壓器的分支數(shù))一起被使用以提供附加的閾電壓電平(以及對應(yīng)的占空度和強度水平)。例如，如果將插腳4(插腳2之后接下來的高電平輸出)連接于被連接于電阻器25的二極管和電阻器并且通過二極管D2將插腳15連接于插腳10而不是插腳7，則第四強度水平是可用的。此外，與IC1相同類型的兩個或多個集成電路可被級聯(lián)(并且其輸出被類似地連接于分壓器)以提供更多的閾電壓電平。
如以上提及的，Q6再次與電阻器R20、R27和R28，電容器C2以及齊納二極管D3一起形成低電壓檢測電路的核心。與在圖3的實施例中一樣，當選擇器開關(guān)SW1被壓住時，電源電壓電平通過由這些部件形成的電路來檢測。只要電源電壓電平處于晶體管Q6的發(fā)射極-基極電壓降以及二極管D3上的電壓降的值以上，晶體管Q6將保持處于其“開”(導通)狀態(tài)，而其集電極處的電壓將接近于零。同樣，通過二極管D6而連接于放大器A2負輸入的集電極電壓將不影響正被提供給放大器A2的閾電壓。然而在電源電壓降低時，晶體管Q6開始關(guān)斷，并因此其集電極電壓將上升。與在圖3的實施例中一樣，這將逐漸增加閾電壓，并因此減小放大器A2的方波輸出的占空度。最后，在電源電壓繼續(xù)降低時，晶體管將完全關(guān)斷，并且其集電極電壓然后將維持放大器A2處的閾電壓，從而使輸出方波的占空度將為零。在此情況下負載L1將被關(guān)斷。
應(yīng)指出，電容器C4被提供于電源和地之間。電容器C4用作噪聲過濾器并且給電路添加穩(wěn)定性。
在圖4實施例的示例實施中，其中負載L1是燈，所示的電阻器和電容器可具有以下值R156kΩR256kΩR356kΩR42.2kΩR556kΩR91kΩR101kΩR1856kΩR202.2kΩ
R2256kΩR2310kΩR2415kΩR2515kΩR2610kΩR272.2kΩR282.2kΩC10.1μFC21μFC30.1μFC4100μFC5100pF圖5A和5B描述了本發(fā)明的第四實施例。圖5A中所示的電路類似于并且在操作上類似于圖4中所示的電路；因此，對圖5A的詳述將被省略。具體而言，圖5A僅在以下方面不同于圖4(1)添加了電阻器R11、R29和R38；(2)添加了電容器C6；并且(3)改變了二極管D6的位置。圖5A亦明確描述了作為提供Vbatt的電源的電池B1并包括經(jīng)標記的節(jié)點，這些標記結(jié)合圖5B而被使用。
如以上所討論的，第三和第四實施例之間的變化的存在部分地是為了容納充電電路。如所示，該充電電路被示出于圖5B中并被連接于圖5A中的節(jié)點A和B。電壓源被提供于再充電連接器RC處。這種電壓源的實例包括AC適配器和汽車點煙器插頭。電阻器R30和R31可被用于限制電壓和電流(在示例的實施例中，結(jié)果可用電流是近似300mA)，可替換的是，其可以以具有所需特性的單個電阻器的形式被實施(例如在示例的實施例中，R30和R3 是56Ω、3W的電阻器，其組合給出28Ω、6W的總和)。結(jié)果電流被饋送給晶體管Q7的發(fā)射極，并且輸出通過二極管D9從Q7的集電極帶到電池B1(在圖5A中)以對電池B1充電。當沒有充電源被連接時，二極管D9用于防止電流流回到充電器中。電阻器R32將R30和R31的組合的一個端子與晶體管Q7的基極連接。晶體管Q7通過電阻器R33和晶體管Q8而“開啟”。當晶體管Q8“開啟”時，晶體管Q7允許電荷在其發(fā)射極和集電極之間流動。晶體管Q8通過電阻器R34而偏置為“開啟”，并且當晶體管Q9被打“開啟”時，被偏置為“關(guān)斷”。晶體管Q9通過可變電阻器VR1和齊納二極管D8的組合而打“開啟”和“關(guān)斷”。當通過電池B1到達所需電池電壓時，齊納二極管D8變成被偏置，并且足夠的電壓變得存在于可變電阻器VR1處以將晶體管D9偏置為“開啟”。反過來，晶體管Q8被偏置為“關(guān)斷”，并且充電器的輸出電流減小到保持電池B1處的所需電壓所需要的水平。電阻器R35和電容器C7用來提供穩(wěn)定性和防止振蕩。電阻器R37和二極管D7的組合用來防止充電過程中負載L1(見圖5A)的操作。
在圖5A和5B的實施例的示例實施中，其中負載L1是燈，所示的電阻器和電容器可具有以下值R156kΩR256kΩR356kΩR42.2kΩR556kΩR91kΩR101kΩR10220kΩR1856kΩR202.2kΩR2256kΩR2356kΩR24100kΩ
R25100kΩR2610kΩR272.2kΩR282.2kΩR2922ΩR3056ΩR3156ΩR32470ΩR331kΩR3410kΩR35470kΩR3610kΩR374.7kΩR384.7kΩC10.1μFC210μFC30.1μFC4100μFC50.1μFC62200pFC70.1μF圖8描述了實施本發(fā)明第五實施例的電路圖。該電路圖以集成電路IC8為中心，其優(yōu)選為計時器電路，例如圖8中所示的555計時器電路。在該實施例中，IC8替換了先前實施例中的波形發(fā)生放大器電路，并且用作受控方波發(fā)生器，其輸出控制經(jīng)過負載L8(其在一個實施例中可以是燈)的電流流動。
具體而言，圖8中的計時器電路IC8被安排成自激振蕩器，并且其輸出通過電阻器R88從插腳3帶到晶體管Q83，該晶體管控制經(jīng)過負載L8的電流流動。晶體管83在圖8中被示出為雙極晶體管，但可替換的是，它可被實施為場效應(yīng)晶體管。計時器電路IC8的示出是一個方波，其占空度部分地由插腳5處的電壓來確定，即輸入到計時器電路IC8的控制電壓。該電壓可通過使用可變電阻器VR8(其將被耦合于調(diào)節(jié)器、滑動觸頭等以便于用戶控制)來手動調(diào)節(jié)。
晶體管Q81和Q82與其周圍的電阻器和電容器一起被安排以形成低電池檢測電路。當電池B8的電壓衰減到齊納二極管ZD8的閾以下時，晶體管Q81開始關(guān)斷，由此減小給由電阻器R82、可變電阻器VR8和電阻器R817形成的分壓器網(wǎng)絡(luò)的電壓。這又減小了計時器電路IC8的插腳5處的控制電壓輸入，從而導致插腳3處的輸出方波的減小的占空度。隨著電池電壓的衰減，插腳5處的電壓將接近于零，因此輸出方波的占空度將接近于零。這有效地關(guān)斷了電路，由此節(jié)省了電池的總衰減。晶體管Q82用于較突然地“拉斷(snap off)”晶體管Q81，由此使關(guān)斷具有較小的線性度。
圖8的左手側(cè)由電壓調(diào)整電池充電電路組成。該電池充電電路包括晶體管Q84、Q85和Q86以及周圍的部件。輸入(充電)電壓從DC插頭P8獲得。該電池充電電路的輸出電壓是包括電阻器R814和R815的分壓器所產(chǎn)生的電壓的函數(shù)，該電壓被用于打開和關(guān)斷晶體管Q85。恒定的點滴式電荷是通過電阻器R813和二極管D81來獲得的。
以上描述的低電壓檢測電路實現(xiàn)了本發(fā)明的兩個目的。首先，在電池放電時，負載功率被自動減小到較低的水平，由此增加“運行時間”。第二，防止電池完全放電，在可再充電電池的情況下，這可防止電池被完全再充電到其額定值。
如以上所討論的，可通過使用諸如負載L1的適當照明元件使用任何上述控制電路實施例來實施燈。圖6描述了這種燈的另外實施例，其包括附加的冷陰極熒光燈(CCFL)。如圖6中所示，除了燈L1以外，還有CCFLL2。CCFL L2是使用開關(guān)SW2來打開和關(guān)斷的，在優(yōu)選實施例中，該開關(guān)是按鈕型開關(guān)，但可包括任何其它適當?shù)拈_關(guān)。
圖7描述了支持圖6中所示實施例的電路的實施例。如所示，電池B1被連接于(L1)燈電路(即上述實施例之一)，但通過開關(guān)SW2進一步連接以提供DC功率。當開關(guān)SW2被按壓(或相反激勵)以打開CCFL時，DC功率被提供給反相器In1，其將所述功率轉(zhuǎn)換成相對高頻、高電壓、低電流的AC信號。燈L2是CCFL。CCFL典型地被填充有氣體，該氣體在180V和800V之間的電壓處激活以發(fā)光。反相器In1起作用以提供處于低電流電平的這種電壓(在一個實施中，該電流被測量為325mA)。
盡管作為優(yōu)選實施例，圖7示出了被插入于電池B1和反相器In1之間的開關(guān)SW2，可替換的是，開關(guān)SW2可被插入于反相器In1和CCFL L2之間。
在本說明書中說明和討論的實施例僅旨在向本領(lǐng)域的技術(shù)人員講述進行和使用本發(fā)明的發(fā)明人已知的最佳方式。本說明書中的任何內(nèi)容不應(yīng)被認為限制了本發(fā)明的范圍。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)以上所講而理解的，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)修改或改變本發(fā)明的上述實施例。因此應(yīng)理解，本發(fā)明可在權(quán)利要求及其等效形式的范圍內(nèi)被實踐而不是如具體描述的那樣。
權(quán)利要求
1.一種用于負載的控制電路，包括方波發(fā)生器，其產(chǎn)生方波輸出，該方波輸出的占空度可由控制輸入來控制，該方波輸出被耦合于負載；低電壓檢測電路，用于監(jiān)視電源的電壓電平并提供控制信號給方波振蕩器的控制輸入，以由此當電源的電壓電平降低到預(yù)定電平以下時降低所述方波輸出的占空度。
2.權(quán)利要求1的控制電路，其中方波發(fā)生器包括比較器電路，其具有由控制輸入設(shè)置的閾電平。
3.權(quán)利要求2的控制電路，進一步包括三角波振蕩器，其產(chǎn)生三角波信號，其中三角波信號作為輸入被提供給方波發(fā)生器以便于通過比較器電路而比較于所述閾電平。
4.權(quán)利要求1的控制電路，進一步包括手動控制裝置，用于改變輸入到方波振蕩器的控制輸入的控制信號。
5.權(quán)利要求4的控制電路，其中手動控制裝置包括電位器。
6.權(quán)利要求4的控制電路，其中手動控制裝置包括多個晶體管；多個電阻器裝置，其在數(shù)量上對應(yīng)于所述多個晶體管，每個都具有不同的值，并且每個都被耦合于所述多個晶體管的不同的一個；以及選擇器開關(guān)，其被耦合成從所述多個晶體管中選擇一個導通或不選擇任何一個導通。
7.權(quán)利要求6的控制電路，進一步包括集成電路，其被耦合于選擇器開關(guān)，其中所述多個晶體管之一或沒有一個晶體管通過響應(yīng)于使用選擇器開關(guān)產(chǎn)生的集成電路的輸出被使能導通。
8.權(quán)利要求7的控制電路，其中集成電路包括十進制計數(shù)器。
9.權(quán)利要求7的控制電路，其中集成電路包括復(fù)位輸入，其被耦合成基于加電、低電源電壓和使用選擇器開關(guān)任何一個復(fù)位集成電路以關(guān)斷負載，其中對集成電路的復(fù)位導致給負載的功率被切斷并且控制電路進入功率保存模式。
10.權(quán)利要求4的控制電路，其中手動控制裝置包括選擇器開關(guān)；以及集成電路，其被耦合于選擇器開關(guān)以在多個離散的電平中改變輸入到方波振蕩器的控制輸入的控制信號。
11.權(quán)利要求10的控制電路，其中手動控制裝置進一步包括至少兩個電平電阻器，每個都具有第一端子，其被耦合于集成電路的對應(yīng)的不同輸出，每個電平電阻器都具有與其它電平電阻器的每個不同的電阻；以及公用電阻器，其具有被耦合于每個電平電阻器的第二端子的一個端子，另一個端子被耦合于地；其中電平電阻器被耦合于公用電阻器的點亦被耦合于方波振蕩器的控制輸入，并且其中集成電路通過選擇被耦合于電平電阻器之一或不被耦合于電平電阻器的輸出來控制輸入到方波振蕩器的控制輸入的控制信號的電平。
12.權(quán)利要求11的控制電路，進一步包括許多二極管，其在數(shù)量上等于所述至少兩個電平電阻器，其中每個電平電阻器都通過所述二極管之一耦合于公用電阻器。
13.權(quán)利要求10的控制電路，其中集成電路包括復(fù)位輸入，其被耦合成基于加電、低電源電壓和使用選擇器開關(guān)任何一個來復(fù)位電路以關(guān)斷負載，其中復(fù)位模式導致給負載的功率被切斷并且集成電路進入初始狀態(tài)。
14.權(quán)利要求1的控制電路，其中低電壓檢測電路包括控制晶體管，其中在電源的電壓電平降低到預(yù)定電平以下時，控制晶體管被逐漸關(guān)斷。
15.權(quán)利要求1的控制電路，進一步包括開關(guān)裝置，方波輸出被提供給它以由此控制對負載的功率施加。
16.權(quán)利要求15的控制電路，其中開關(guān)裝置包括晶體管。
17.權(quán)利要求1的控制電路，進一步包括晶體管，其被耦合于方波發(fā)生器并被安排成允許和關(guān)斷對方波發(fā)生器的輸入。
18.權(quán)利要求17的控制電路，進一步包括集成電路，其具有一個輸出，該輸出被耦合于晶體管以控制晶體管允許和關(guān)斷對方波發(fā)生器的輸入。
19.權(quán)利要求18的控制電路，進一步包括選擇器開關(guān)，其被耦合于所述集成電路；其中集成電路包括復(fù)位輸入；并且其中復(fù)位輸入被連接成當?shù)凸β薁顩r、加電狀況或手動關(guān)斷狀況的至少一個發(fā)生時，使集成電路復(fù)位。
20.權(quán)利要求19的控制電路，其中當集成電路復(fù)位時，被耦合于晶體管的集成電路輸出導致晶體管關(guān)斷對方波發(fā)生器的輸入。
21.權(quán)利要求1的控制電路，其中負載包括從電源接收功率的燈。
22.權(quán)利要求1的控制電路，其中電源包括電池。
23.權(quán)利要求1的控制電路，其中電源包括可再充電電池。
24.權(quán)利要求1的控制電路，其中方波發(fā)生器包括計時器電路。
25.一種控制負載的方法，包括以下步驟產(chǎn)生可控制可變占空度的方波，用于根據(jù)方波的占空度來控制對負載的功率施加；以及檢測電源的電壓何時降低到預(yù)定電平并且基于這樣的檢測自動產(chǎn)生一個電壓，該電壓降低用于控制對負載的功率施加的方波的占空度。
26.權(quán)利要求25的方法，進一步包括以下步驟手動控制方波的占空度以控制負載的強度。
27.權(quán)利要求25的方法，其中產(chǎn)生可控制可變占空度的方波的步驟包括以下步驟提供固定頻率三角波；以及將該三角波比較于閾電壓，由此產(chǎn)生方波。
28.權(quán)利要求27的方法，其中在檢測步驟中產(chǎn)生的降低方波占空度的電壓確定閾電壓。
29.權(quán)利要求28的方法，進一步包括以下步驟手動調(diào)節(jié)在檢測步驟中產(chǎn)生的降低方波占空度的電壓以手動調(diào)節(jié)閾電壓。
30.一種基于脈沖寬度調(diào)制(PWM)的控制電路，包括方波發(fā)生器，其產(chǎn)生方波輸出，該方波輸出的占空度可由控制輸入來控制，該方波輸出被耦合于燈；低電壓檢測電路，用于監(jiān)視電源的電壓電平并提供控制信號給方波振蕩器的控制輸入，以由此當電源的電壓電平降低到預(yù)定電平以下時降低所述方波輸出的占空度。
31.權(quán)利要求30的控制電路，其中方波發(fā)生器包括比較器電路，其具有由控制輸入設(shè)置的閾電平。
32.權(quán)利要求31的控制電路，進一步包括三角波振蕩器，其產(chǎn)生三角波信號，其中三角波信號作為輸入被提供給方波發(fā)生器以便于通過比較器電路而比較于所述閾電平。
33.權(quán)利要求30的控制電路，進一步包括手動控制裝置，用于改變輸入到方波振蕩器的控制輸入的控制信號。
34.權(quán)利要求33的控制電路，其中手動控制裝置包括電位器。
35.權(quán)利要求33的控制電路，其中手動控制裝置包括多個晶體管；多個電阻器裝置，其在數(shù)量上對應(yīng)于所述多個晶體管，每個都具有不同的值，并且每個都被耦合于所述多個晶體管的不同的一個；以及選擇器開關(guān)，其被耦合成從所述多個晶體管中選擇一個導通或不選擇任何一個導通。
36.權(quán)利要求35的控制電路，進一步包括集成電路，其被耦合于選擇器開關(guān)，其中所述多個晶體管之一或沒有一個晶體管通過響應(yīng)于使用選擇器開關(guān)而產(chǎn)生的集成電路的輸出而被使能導通。
37.權(quán)利要求36的控制電路，其中集成電路包括十進制計數(shù)器。
38.權(quán)利要求36的控制電路，其中集成電路包括復(fù)位輸入，其被耦合成基于加電、低電源電壓和使用選擇器開關(guān)任何一個來復(fù)位集成電路以關(guān)斷負載，其中對集成電路的復(fù)位導致給負載的功率被切斷并且控制電路進入功率保存模式。
39.權(quán)利要求33的控制電路，其中手動控制裝置包括選擇器開關(guān)；以及集成電路，其被耦合于選擇器開關(guān)以在多個離散的電平中改變輸入到方波振蕩器的控制輸入的控制信號。
40.權(quán)利要求39的控制電路，其中手動控制裝置進一步包括至少兩個電平電阻器，每個都具有第一端子，其被耦合于集成電路的對應(yīng)的不同輸出，每個電平電阻器都具有與其它電平電阻器的每個不同的電阻；以及公用電阻器，其具有被耦合于每個電平電阻器的第二端子的一個端子，另一個端子被耦合于地；其中電平電阻器被耦合于公用電阻器的點亦被耦合于方波振蕩器的控制輸入，并且其中集成電路通過選擇被耦合于電平電阻器之一或不被耦合于電平電阻器的輸出來控制輸入到方波振蕩器的控制輸入的控制信號的電平。
41.權(quán)利要求40的控制電路，進一步包括許多二極管，其在數(shù)量上等于所述至少兩個電平電阻器，其中每個電平電阻器都通過所述二極管之一耦合于公用電阻器。
42.權(quán)利要求39的控制電路，其中集成電路包括復(fù)位輸入，其被耦合成基于加電、低電源電壓和使用選擇器開關(guān)任何一個來復(fù)位電路以關(guān)斷負載，其中復(fù)位模式導致給負載的功率被切斷并且集成電路進入初始狀態(tài)。
43.權(quán)利要求30的控制電路，其中低電壓檢測電路包括控制晶體管，其中在電源的電壓電平降低到預(yù)定電平以下時，控制晶體管被逐漸關(guān)斷。
44.權(quán)利要求30的控制電路，進一步包括開關(guān)裝置，方波輸出被提供給它以由此控制對負載的功率施加。
45.權(quán)利要求44的控制電路，其中開關(guān)裝置包括晶體管。
46.權(quán)利要求30的控制電路，進一步包括晶體管，其被耦合于方波發(fā)生器并被安排成允許和關(guān)斷對方波發(fā)生器的輸入。
47.權(quán)利要求46的控制電路，進一步包括集成電路，其具有一個輸出，該輸出被耦合于晶體管以控制晶體管允許和關(guān)斷對方波發(fā)生器的輸入。
全文摘要
一種用于控制從電源(100)施加給負載的電壓的控制器包括方波產(chǎn)生電路(300)，用于在電路中與電池和燈進行連接。方波產(chǎn)生電路(300)產(chǎn)生可變占空度的方波，用于響應(yīng)于控制輸入處的電壓根據(jù)方波的占空度來控制對負載的功率施加。電壓改變電路被連接于電源以便于產(chǎn)生選擇性可變的電壓，其被饋送給方波產(chǎn)生電路的控制輸入以便于選擇性地調(diào)節(jié)方波的占空度。低電壓檢測電路(400)被連接于電源并被耦合于方波產(chǎn)生電路的控制輸入以便于自動產(chǎn)生一個電壓，該電壓在電池電壓降低到預(yù)定電平或以下時降低方波的占空度。
文檔編號H05B41/285GK1659492SQ03813585
公開日2005年8月24日 申請日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者邁克爾·克里格, 布魯斯·倫道夫, 亨利·沈 申請人:維克多產(chǎn)品公司