兩線反激調(diào)光器及其操作方法
【專利摘要】一種向無(wú)中性兩線電子控制開(kāi)關(guān)提供功率的低壓電源裝置（900A），其包括具有電子耦合于整流器橋（906）和第一反激轉(zhuǎn)換器（991）的第一DC總線（910+，910-）的第一電源（901）。整流器橋從AC源接收AC信號(hào)并在第一DC總線處提供第一DC電壓，第一反激轉(zhuǎn)換器接收DC電壓并輸出第一低壓信號(hào)（Vout）。第二電源（905）具有電子耦合于可控整流器橋（966）和第二反激轉(zhuǎn)換器（971）的第二DC總線（909+，909-）。可控整流器橋從AC源接收AC信號(hào)并在第二DC總線處提供第二DC電壓。第二反激轉(zhuǎn)換器接收第二DC電壓并輸出第二低壓信號(hào)（Vout）。
【專利說(shuō)明】?jī)删€反激調(diào)光器及其操作方法
[0001]本系統(tǒng)涉及兩線數(shù)字調(diào)光器裝置，并且更特別地涉及適用于在沒(méi)有中性線的電路中操作的數(shù)字調(diào)光器，及其操作方法。
[0002]典型地，諸如開(kāi)關(guān)和/或調(diào)光器(為清晰起見(jiàn)，本文以下將通常將二者稱為調(diào)光器，除非上下文另外指示)的電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)要求低壓電源供應(yīng)低壓功率以操作其內(nèi)部低壓電路，諸如控制器、無(wú)線收發(fā)器、傳感器等。利用可用的線路((L)或黑色)和中性((N)或白色)連接，容易使用“離線”電源(PS)集成電路(IC)來(lái)生成低壓功率，該“離線”電源(PS)集成電路(IC)以低成本在商業(yè)上可用并可集成于調(diào)光器中。然而，這些“離線”P(pán)S IC要求電連接至線路(L)和中性(N)導(dǎo)體(線)二者以對(duì)它們的內(nèi)部電路供電。因此，使用這些“離線”P(pán)S IC的調(diào)光器典型地稱為三線調(diào)光器，因?yàn)樗鼈円筮B接至線路(L)、中性(N)和切換熱(switched hot)(紅色(R)或切換線路)導(dǎo)體。然而，用于墻壁開(kāi)關(guān)的許多接線盒(JB)被設(shè)計(jì)用于單刀單擲開(kāi)關(guān)，并且因此包括僅具有可用的線路(L)和切換熱(R)導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)環(huán)路。這些JB通常已知為兩線JB并且不具有中性(N)導(dǎo)體。因此，要求連接至每個(gè)線路(L)、中性(N)和切換熱(R)導(dǎo)體的三線調(diào)光器可能與這些JB不兼容，除非這些JB利用中性(N)導(dǎo)體改型。不幸地，這要求中性(N)導(dǎo)體接線到兩線JB中，這可能是昂貴的。
[0003]盡管三線調(diào)光器可操作在某些電壓和負(fù)載條件下而無(wú)需中性(N)連接(例如，如安裝于兩線JB中)，如用于AC(TRIAC)型調(diào)光器的大多數(shù)機(jī)械單刀開(kāi)關(guān)或三極管的情形那樣，但是難以在所有操作電壓和/或負(fù)載條件下(例如，在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)期間)生成穩(wěn)定的低壓功率以合適地操作而無(wú)需中性(N)連接。進(jìn)一步地，當(dāng)在沒(méi)有中性(N)連接的情況下操作三線調(diào)光器時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)操作高度依賴于負(fù)載類型。例如，當(dāng)三線調(diào)光器僅耦合于負(fù)載(L)和切換熱(R)導(dǎo)體時(shí)，三線調(diào)光器可合適地操作以驅(qū)動(dòng)電阻式負(fù)載(例如，白熾燈)，然而當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感式負(fù)載(例如，緊湊型熒光燈(CFL)或馬達(dá)(例如，吊扇馬達(dá)))時(shí)其可能不會(huì)合適地操作。盡管生成用于兩線調(diào)光器的內(nèi)部電路的低壓功率的方法在美國(guó)專利號(hào)7，728，564B2，7，564，227和7，423，413中公開(kāi)，其每一個(gè)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文，但這些兩線調(diào)光器不提供絕緣，其從干擾和/或安全角度上可能是期望的。
[0004]依照本系統(tǒng)的一方面，公開(kāi)了一種系統(tǒng)、方法、設(shè)備、計(jì)算機(jī)程序、用戶接口和/或裝置(為清晰起見(jiàn)，其每一個(gè)在下文通常將被稱為系統(tǒng)，除非上下文另外指示)，其提供了電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)裝置，該裝置被適配成耦合于交流(AC)源和負(fù)載以便控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量，ECS具有導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，并且包括:第一電源，其具有電子耦合于整流器橋和第一反激轉(zhuǎn)換器的第一直流(DC)總線，整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第一 DC總線處提供第一 DC電壓，第一反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收DC電壓并輸出第一低壓信號(hào)；第二電源，其具有電子耦合于可控整流器橋和第二反激轉(zhuǎn)換器的第二直流(DC)總線，可控整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第二DC總線處提供第二DC電壓，第二反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收第二 DC電壓并輸出第二低壓信號(hào)；和/或控制部，其被配置成在ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)控制第一反激轉(zhuǎn)換器輸出第一低壓信號(hào)，并被進(jìn)一步配置成在ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)控制第二反激轉(zhuǎn)換器輸出第二低壓信號(hào)。
[0005]開(kāi)關(guān)裝置可為“無(wú)中性”開(kāi)關(guān)(例如，不具有到中性(N)的連接)并僅可耦合于兩個(gè)外部導(dǎo)體，所述兩個(gè)外部導(dǎo)體包含線路(L)導(dǎo)體和切換線路(R)導(dǎo)體。還可預(yù)見(jiàn)，當(dāng)ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，基本上沒(méi)有AC功率被傳送至負(fù)載，并且當(dāng)ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第二電源由控制器控制以控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量。進(jìn)一步地，可控整流器橋可包括串聯(lián)連接的第一二極管和第一金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)以及串聯(lián)連接的第二二極管和第二 M0SFET。還可預(yù)見(jiàn)，當(dāng)ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，控制器被配置成控制可控整流器橋的第一和第二MOSFET中的一個(gè)或多個(gè)以傳導(dǎo)。此外，控制器可選擇性地控制可控整流器橋的第一和第二 MOSFET中的一個(gè)或多個(gè)以傳導(dǎo)，以便控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量。還可預(yù)見(jiàn)，ECS可被配置成使用第一或第二低壓信號(hào)以用于內(nèi)部操作功率。ECS可進(jìn)一步包括無(wú)線接收器，其在ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)使用第一低壓信號(hào)操作并在ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)使用第二低壓信號(hào)操作。無(wú)線接收器可接收控制指令(例如，導(dǎo)通或關(guān)斷命令、時(shí)間輸入等)并可提供該信息至控制器，其因此可配置第一和/或第二電源。
[0006]依照本系統(tǒng)的又一方面，公開(kāi)了一種用于向電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)提供功率的低壓電源裝置，ECS被配置成耦合于交流(AC)源和負(fù)載以便控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量，ECS具有導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，所述低壓電源可包括:第一電源，其具有電子耦合于整流器橋和第一反激轉(zhuǎn)換器的第一直流(DC)總線，整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第一 DC總線處提供第一 DC電壓,第一反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收DC電壓并輸出第一低壓信號(hào)；第二電源，其具有電子耦合于可控整流器橋和第二反激轉(zhuǎn)換器的第二直流(DC)總線，可控整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第二 DC總線處提供第二 DC電壓，第二反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收第二 DC電壓并輸出第二低壓信號(hào)；以及控制部，其被配置成在ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)控制第一反激轉(zhuǎn)換器輸出第一低壓信號(hào)，并被進(jìn)一步配置成在ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)控制第二反激轉(zhuǎn)換器輸出第二低壓信號(hào)。
[0007]依照本系統(tǒng)進(jìn)一步的一方面，公開(kāi)了一種電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)裝置，其被適配成耦合于交流(AC)源和負(fù)載以便控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量，ECS具有導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，并可包括:電源，其具有電子耦合于整流器橋和反激轉(zhuǎn)換器的第一直流(DC)總線，整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第一 DC總線處提供DC電壓，反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收DC電壓并輸出第一低壓信號(hào)，整流器橋具有第一和第二 AC端子以及第一和第二 DC端子，第一 AC端子耦合于AC源的線路(L)輸出并且第二 AC端子耦合于負(fù)載；以及可控雙向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(CBSS)，其耦合在整流器橋的AC端子之間并具有控制門(mén)，當(dāng)ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述控制門(mén)在被觸發(fā)時(shí)配置CBSS傳導(dǎo)以便針對(duì)AC源的對(duì)應(yīng)半周期將受控量的功率從AC源傳送到負(fù)載。CBSS可包括用于交流的三極管(TRIAC)。進(jìn)一步地，ECS可包括控制器，其耦合于CBSS的控制門(mén)并且在ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)觸發(fā)CBSS傳導(dǎo)。此外，當(dāng)CBSS基本上非傳導(dǎo)時(shí)，電源可輸出低壓信號(hào)。進(jìn)一步地，CBSS可包括內(nèi)部電阻，例如在基本上不傳導(dǎo)時(shí)約1，000千歐。然而，還可預(yù)見(jiàn)電阻的其它電阻值和/或范圍。
[0008]進(jìn)一步詳細(xì)地并且參考附圖以示例的方式解釋本發(fā)明，其中:
圖1示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的包括絕緣反激供應(yīng)的電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)的電路的一部分；
圖2A示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS的電路的一部分；
圖2B示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的處于關(guān)斷狀態(tài)的圖2A的ECS的等價(jià)電路圖示；
圖2C示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的處于導(dǎo)通狀態(tài)的圖2A的ECS的等價(jià)電路圖示； 圖3示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的反激開(kāi)關(guān)的電壓特性；
圖4為依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS的示意性圖示；
圖5A示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的圖2A的ECS的測(cè)試結(jié)果；
圖5B示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的圖2A的ECS的測(cè)試結(jié)果；
圖5C示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的圖2A的ECS的測(cè)試結(jié)果；
圖6A示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS的電路的一部分；
圖6B為圖6A中所示的電路的升壓轉(zhuǎn)換器的示意圖；
圖7A示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS的切相模擬的模擬結(jié)果的曲線圖；
圖7B示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS的切相模擬的模擬結(jié)果的曲線圖；
圖8A示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS的電壓和電流波形的曲線圖；
圖8B示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的用于在升壓和不升壓的情況下驅(qū)動(dòng)800W負(fù)載的ECS的實(shí)施例的電壓和電流波形的曲線圖；
圖9A為依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的絕緣ECS的部分的示意圖；
圖9B為依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的非絕緣ECS的部分的示意圖；
圖1OA示出了說(shuō)明依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的非絕緣反激轉(zhuǎn)換器的電壓和電流波形的曲線圖；
圖1OB示出了說(shuō)明依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的非絕緣反激轉(zhuǎn)換器的電壓和電流波形的曲線圖；
圖1OC示出了說(shuō)明依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的圖9A的絕緣反激轉(zhuǎn)換器的電壓和電流波形的曲線圖；
圖1OD示出了說(shuō)明依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的圖9A的絕緣反激轉(zhuǎn)換器的電壓和電流波形的曲線圖；
圖1OE示出了說(shuō)明依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的非絕緣反激轉(zhuǎn)換器的電壓和電流波形的曲線圖；
圖1OF示出了說(shuō)明依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的圖9A的絕緣反激轉(zhuǎn)換器的電壓和電流波形的曲線圖；
圖11示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖9A的關(guān)斷轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷轉(zhuǎn)換器的一部分；
圖12A示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)表8中示出的開(kāi)關(guān)負(fù)載的ECS的啟動(dòng)波形的曲線圖；
圖12B示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)表8中示出的開(kāi)關(guān)負(fù)載的ECS的曲線圖；
圖13為依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖9A的絕緣供應(yīng)900A的導(dǎo)通轉(zhuǎn)換器的一部分； 圖14A示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的表9中描述的ECS的曲線圖和啟動(dòng)波形的曲線圖；
圖14B示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的表9中描述的ECS的曲線圖和啟動(dòng)波形的曲線圖；
圖15示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的從關(guān)斷轉(zhuǎn)換器到導(dǎo)通轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)變并回到表9中描述的ECS負(fù)載組合的曲線圖；以及圖16示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的系統(tǒng)(例如，對(duì)等體、服務(wù)器等)的一部分。
[0009]如下是說(shuō)明性實(shí)施例的描述，其在結(jié)合如下附圖進(jìn)行時(shí)將展示以上提到的特征和優(yōu)點(diǎn)，以及進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)。在如下描述中，出于解釋而非限制的目的，諸如架構(gòu)、接口、技術(shù)、元件屬性等的說(shuō)明性細(xì)節(jié)被提出。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)，脫離這些細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例仍應(yīng)理解為在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。此外，為清晰起見(jiàn)，熟知設(shè)備、電路、工具、技術(shù)和方法的詳細(xì)描述被省略，以免混淆本系統(tǒng)的描述。應(yīng)當(dāng)明確理解，所包括的附圖是用于說(shuō)明性目的并且不代表本系統(tǒng)的范圍。在附圖中，不同附圖中的相同參考數(shù)字可指示相同元件。
[0010]為簡(jiǎn)化本系統(tǒng)的描述的目的，如本文中所利用的術(shù)語(yǔ)“操作性地耦合”、“耦合”及其詞形變化指代一種連接，諸如允許依照本系統(tǒng)的操作的設(shè)備和/或其部分之間的電連接和/或機(jī)械連接。
[0011]依照本系統(tǒng)的實(shí)施例，電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)可作為開(kāi)關(guān)(例如，雙刀開(kāi)關(guān))、調(diào)光器開(kāi)關(guān)和/或負(fù)載控制設(shè)備起作用以使用兩線“無(wú)中性”配置向諸如白熾(電阻式)燈、鎮(zhèn)流器(例如，功率因數(shù)(PF )校正或非PF校正的鎮(zhèn)流器，諸如熒光燈鎮(zhèn)流器)、馬達(dá)(例如，風(fēng)扇或其它電感式負(fù)載)等的負(fù)載供電。進(jìn)一步地，本系統(tǒng)的ECS可包括低壓(LV)電源，其可生成用于諸如ECS的控制電路的內(nèi)部LV電路的LV功率。進(jìn)一步地，可以預(yù)見(jiàn)，本系統(tǒng)的實(shí)施例可包括獨(dú)立電路，其可與兩線無(wú)中性反激轉(zhuǎn)換器合并以在ECS處于關(guān)斷的操作狀態(tài)時(shí)(諸如在燈關(guān)閉時(shí))生成LV功率(絕緣或非絕緣的)。進(jìn)一步地，可以預(yù)見(jiàn)，利用本系統(tǒng)的實(shí)施例，LV功率可被生成為絕緣直流(例如，3.3或5伏DC，然而也可預(yù)見(jiàn)其它值和/或范圍)并可被提供至可能要求用于操作的LV DC功率的ECS的電路。
[0012]圖1示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的包括絕緣反激供應(yīng)103的ECS 100的電路的一部分。交流(AC)源102可向可包括二極管Dl至D4的整流器橋106的輸入端子ACl和AC2提供AC電壓。然后整流器橋106可將AC電壓整流為DC電壓并跨端子110+和110-以及跨總線電容器117輸出該DC電壓(Vdc)。更特別地，反激供應(yīng)103可包括變壓器116、主開(kāi)關(guān)112和輸出環(huán)路173。主開(kāi)關(guān)112 (例如，可控開(kāi)關(guān)，諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)等)可跨端子110+和110-(例如，DC總線)與變壓器116的主線圈131串聯(lián)耦合。主開(kāi)關(guān)112可由控制器151控制進(jìn)入傳導(dǎo)或(基本上)非傳導(dǎo)狀態(tài)，以使得流過(guò)變壓器116的主線圈131的電流I1可被控制。更特別地，電流I1僅可在主開(kāi)關(guān)112傳導(dǎo)時(shí)流動(dòng)。變壓器116可包括輔助側(cè)線圈133，其可在輸出環(huán)路173中與二極管120和電阻器122串聯(lián)耦合。低壓(Vl)可在端子Vl+和Vl-處跨電阻器122輸出。依照本系統(tǒng)的實(shí)施例，如果需要，電容器可與電阻器122并聯(lián)耦合?？刂破?51可接收感測(cè)信息，其指示反激供應(yīng)103的信號(hào)特性，諸如關(guān)于輸入和/或輸出功率水平(例如，分別為Vdc和VI)的信息；并且可因此控制主開(kāi)關(guān)112，以使得Vl可保持在ECS 100的電路可能要求的期望水平下(例如，在本示例中為5V)。
[0013]主開(kāi)關(guān)130可耦合于AC源102的線路(L)輸出并可以可控制地向負(fù)載124提供功率。控制器151可控制主開(kāi)關(guān)130斷開(kāi)(例如，不傳導(dǎo))或閉合(例如，傳導(dǎo))。例如，如果ECS 100作為具有導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)的簡(jiǎn)單雙刀導(dǎo)通/關(guān)斷開(kāi)關(guān)操作，則在處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，控制器151可控制主開(kāi)關(guān)閉合并從線路(L)經(jīng)由切換熱(R)導(dǎo)體向負(fù)載124提供功率。相反，當(dāng)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，控制器151可控制開(kāi)關(guān)130斷開(kāi)，并且因此防止功率從線路(L)流到負(fù)載124。因此，在這些實(shí)施例中，主開(kāi)關(guān)130可包括簡(jiǎn)單的繼電器。然而，如果ECS 100作為電子調(diào)光器操作，則主開(kāi)關(guān)130可包括TRIAC，其可由控制器151控制以基本上傳導(dǎo)或基本上不傳導(dǎo)，以便取決于ECS 100的期望操作狀態(tài)(例如，關(guān)斷、導(dǎo)通和調(diào)光水平)來(lái)向負(fù)載124傳輸所期望的功率量。
[0014]控制器151可包括絕緣光耦合器，其可從反激供應(yīng)103的輸出提供反饋信號(hào)，諸如輸出環(huán)路173中的電流的電壓和/或電流特性。
[0015]負(fù)載124可包括鎮(zhèn)流器，諸如可由并聯(lián)耦合的電阻器149和電容器147 (例如，以形成RC電路)中的一個(gè)或多個(gè)提供并可跨切換熱(R)和中性導(dǎo)體(N)和/或?qū)嶋H負(fù)載(例如，白熾燈、熒光燈鎮(zhèn)流器等)耦合以用于控制合適的燈。
[0016]在所示實(shí)施例中，整流器橋106耦合于源102的線路(L)和中性(N)端子二者并被視為三線配置?，F(xiàn)將參考圖2A示出兩線配置。
[0017]圖2A示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS 200A的電路的一部分。ECS 200A可類似于ECS 100,并包括整流器橋206，其具有二極管Dl至D4并可在端子ACl和AC2處接收來(lái)自AC源202的AC電壓。其后，整流器橋206可將輸入到它的AC電壓整流為DC電壓(Vdc)并在端子210+和210-處輸出DC電壓(Vdc)。然而，不同于ECS 100，主開(kāi)關(guān)231 (例如，TRIAC)跨整流器橋206的端子ACl和AC2耦合。
[0018]絕緣反激供應(yīng)203可類似于絕緣反激供應(yīng)103，并跨端子210+和210-接收DC電壓輸入并跨端子Voutl和Vout2輸出將由ECS 200A的內(nèi)部電路使用的絕緣輸出電壓Vout(例如，諸如5伏等的低壓)?？刂破骺煽刂品醇す?yīng)203的總體操作，并可接收關(guān)于輸出電壓(例如，Vout)和/或電流的信號(hào)特性的反饋(FDBK)信息并因此切換反激供應(yīng)203的主開(kāi)關(guān)以便控制Vout。進(jìn)一步地，當(dāng)ECS 200A確定處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，控制器251可控制主開(kāi)關(guān)231從線路(L)向負(fù)載224傳導(dǎo)功率。相反，當(dāng)ECS確定處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，控制器251可控制主開(kāi)關(guān)231基本上不傳導(dǎo)。
[0019]負(fù)載224可耦合在切換熱(R)和中性導(dǎo)體之間并與主開(kāi)關(guān)231串聯(lián)耦合。負(fù)載224可類似于負(fù)載123，并可包括電容器221和電阻器223中的一個(gè)或多個(gè)，其可依照所期望的電壓和/或電流值和/或范圍來(lái)選擇以便跨電阻器223輸出電壓Vout。
[0020]開(kāi)關(guān)231可包括具有控制線路(G)的TRIAC，其在(例如，通過(guò)控制器251)被觸發(fā)時(shí)配置CBSS傳導(dǎo)以便從AC源202向負(fù)載224傳送受控量的功率，以使得所期望的輸出電壓Vout波形可在負(fù)載224處獲取。在操作中，一旦被觸發(fā)，TRIAC就將傳導(dǎo)直到在TRIAC內(nèi)流過(guò)的電流落至最小保持電流以下，此時(shí)TRIAC將斷開(kāi)(并且基本上不傳導(dǎo))直到被再次觸發(fā)。
[0021]ECS 200A可具有兩個(gè)或更多個(gè)操作狀態(tài)，例如導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。處于關(guān)斷狀態(tài)的ECS 200A的等價(jià)電路圖200B如圖2B中所示。類似地，處于導(dǎo)通狀態(tài)的ECS 200A的等價(jià)電路圖200C如圖2C中所示。
[0022]參考處于關(guān)斷狀態(tài)的圖2B，主開(kāi)關(guān)231斷開(kāi)并且因此基本上不傳導(dǎo)。基本上AC源的全部AC電壓被提供至整流器橋206。因此，反激供應(yīng)203可操作以生成低壓功率Vout，其可跨反激供應(yīng)208的輸出端子Vl+和Vl-可用。因此，操作諸如控制電路等的低壓電路所需要的絕緣低壓功率可由反激供應(yīng)208提供。
[0023]圖2C示出了圖2A的反激開(kāi)關(guān)200A的一部分，其中TRIAC 230處于閉合位置(例如，傳導(dǎo))。因此，假設(shè)主開(kāi)關(guān)231具有很小的電阻或沒(méi)有電阻，則當(dāng)TRIAC 230閉合(例如，導(dǎo)通或傳導(dǎo))時(shí)，可假設(shè)基本上沒(méi)有AC電壓落在跨整流橋206，因?yàn)槎俗覦Cl和DC2處于基本上相同的電勢(shì)。然而,如果主開(kāi)關(guān)(例如,TRIAC)具有閾值內(nèi)部電阻(例如，當(dāng)處于傳導(dǎo)狀態(tài)時(shí))，該閾值內(nèi)部電阻可被用來(lái)阻止AC源電壓的一小部分(例如，跨主開(kāi)關(guān)230)并生成足夠的功率以用于操作反激供應(yīng)203。該閾值內(nèi)部電阻可大于例如1000千歐。然而，可以預(yù)見(jiàn)，閾值電阻在該實(shí)施例和/或其它實(shí)施例中可具有其它值。
[0024]進(jìn)一步地，如果必要，ECS 200A可包括阻止電路以限制從源202至負(fù)載224的功率傳遞。此外，如果期望，控制器可控制TRIAC以在負(fù)載224處獲取期望的調(diào)光水平。
[0025]圖3示出了依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的反激開(kāi)關(guān)200A的電壓特性。更特別地，曲線圖300A說(shuō)明了作為相位(度)的函數(shù)的AC源202的AC輸出電壓。曲線圖300B說(shuō)明了在TRIAC處于關(guān)斷狀態(tài)(例如基本上不傳導(dǎo))時(shí)主開(kāi)關(guān)231的TRIAC的輸入電壓(例如，開(kāi)關(guān)輸入)。曲線圖300C說(shuō)明了其中切相開(kāi)啟的主開(kāi)關(guān)231的TRIAC的輸入電壓。曲線圖300D說(shuō)明了切相開(kāi)啟時(shí)的負(fù)載224的輸入電壓。切相可例如由控制主開(kāi)關(guān)231的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的控制器251來(lái)控制。
[0026]圖4為依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS 400的示意性圖示。ECS 400可類似于圖2C的ECS 200C并僅連接于兩個(gè)主導(dǎo)體:線路和切換線路。ECS 400可從可包括線路和中性導(dǎo)體的AC源402接收AC電壓。
[0027]依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的圖2A的ECS 200A的測(cè)試結(jié)果如圖5A、5B和5C中所示。在測(cè)試期間，依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的諸如ECS 200A的ECS操作于無(wú)中性兩線配置中。因此，ECS 200僅使用兩線配置分別與線路(L)和切換熱導(dǎo)體(R)連接以作為AC輸入和AC輸出。然后ECS被用來(lái)驅(qū)動(dòng)多種負(fù)載(例如224)，如下文將描述的那樣。這些負(fù)載在備用(例如，關(guān)斷)操作期間被設(shè)置成給定0.6W的電阻。
[0028]參考曲線圖500A，該曲線圖的測(cè)量是在關(guān)斷且處于108V的主開(kāi)關(guān)(231 )，以及40W的白熾燈負(fù)載的情況下獲取?？梢?jiàn)，低壓(LV)供應(yīng)(例如，反激供應(yīng)的端子Vl+和Vl-處約5伏的Vout)是穩(wěn)定的?？缰鏖_(kāi)關(guān)的電壓被表不為V開(kāi)關(guān)。
[0029]參考曲線圖500B，其中單個(gè)32W的熒光燈鎮(zhèn)流器(例如，處于108V)作為負(fù)載，LV供應(yīng)開(kāi)始緩慢下沉。因此，鎮(zhèn)流器電容(例如，在負(fù)載224中)可被增加以控制LV下沉。
[0030]參考曲線圖500C，其為與以上參考曲線圖500B所述的相同電路，除了已經(jīng)跨鎮(zhèn)流器添加電容，并且現(xiàn)在可見(jiàn)LV供應(yīng)是穩(wěn)定的。在本示例，470nF電容器與負(fù)載的電容器(例如224，其具有200nF內(nèi)部電容)并聯(lián)耦合。因此，可見(jiàn)負(fù)載224可能需要最小電容。
[0031 ] 參考曲線圖500D，其為與以上參考曲線圖500C所述的相同電路，其中如上述那樣單個(gè)32W的熒光燈作為負(fù)載，并具有277V (AC)的開(kāi)關(guān)電壓(V開(kāi)關(guān))且主開(kāi)關(guān)(231)關(guān)斷。如從曲線圖可見(jiàn)，LV供應(yīng)是穩(wěn)定的。
[0032]曲線圖500E至500G說(shuō)明了主開(kāi)關(guān)(231)處于導(dǎo)通狀態(tài)(例如，TRIAC處于傳導(dǎo)狀態(tài))的示例。
[0033]參考曲線圖500E，其中具有40W的白熾燈負(fù)載，當(dāng)主開(kāi)關(guān)導(dǎo)通且以最小相位角操作時(shí)，LV供應(yīng)開(kāi)始向下下沉，因此，相位角可被增加以降低或防止LV供應(yīng)的下沉。
[0034]參考曲線圖500F，其中具有40W的白熾燈負(fù)載，LV供應(yīng)在47.5°的最小相位角下是穩(wěn)定的。
[0035]參考曲線圖500G，其中1uF電容器被添加至反激供應(yīng)203的輸入(例如跨圖2A的電容器C2)并且與電容器117并聯(lián)，當(dāng)主開(kāi)關(guān)(231)導(dǎo)通時(shí)，最小相位角被降低至45°以用于5V的穩(wěn)定LV波形。
[0036]關(guān)于切相電壓來(lái)測(cè)試依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的包括反激供應(yīng)的ECS的操作。因此，模擬被執(zhí)行以確定通過(guò)對(duì)應(yīng)ECS的反激供應(yīng)傳送250、500和100mW的LV功率所要求的切相。圖7A示出了用于依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS的切相模擬的模擬結(jié)果的曲線圖700A至700C。類似地，圖7B示出了用于依照本系統(tǒng)的實(shí)施例的ECS的切相模擬的模擬結(jié)果的曲線圖700D至700F?？梢?jiàn)，最壞情況發(fā)生在108V的低線路(L)電壓(例如，由AC源提供)處，其被輸入到反激轉(zhuǎn)換器中。用于白熾燈負(fù)載的測(cè)試結(jié)果在以下表1中說(shuō)明，其用于1.0ff的低壓(LV)負(fù)載。LV負(fù)載為由反激供應(yīng)的輸出供電的負(fù)載。更特別地，參考曲線圖700A至700F。曲線圖四進(jìn):為跨40W照明負(fù)載的負(fù)載電壓(例如，在紅色(R)和中性線(N)處測(cè)量)的繪圖。曲線圖700B為跨總線電容器(例如參見(jiàn)圖1的117)的電壓(V (總線))的繪圖以及跨反激轉(zhuǎn)換器的輸入的電壓(例如，V (總線入，紅色)的繪圖。曲線圖700C為低壓(LV)負(fù)載中的瞬時(shí)功率(例如，V (總線)*I (R供應(yīng)))的繪圖。曲線圖700D為跨40W照明負(fù)載的負(fù)載電壓(V (紅色，中性)的繪圖。曲線圖700E為跨總線電容器的電壓(V (總線))的繪圖以及跨反激供應(yīng)的輸入的電壓(V (總線入，紅色)的繪圖。曲線圖700F為低壓(LV)負(fù)載中的瞬時(shí)功率(V (總線)*I (R供應(yīng)))的繪圖。
[0037]反激供應(yīng)操作所要求的最小輸入線路(L)電壓尚未被考慮。然而，對(duì)于最小線路(L)輸入電壓操作，切相可能更高。
[0038]復(fù)1
【權(quán)利要求】
1.一種電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)裝置(100，400，90(^，90(?，1100，1300)，其被適配成耦合于交流(AC)源(902)和負(fù)載(924)以便控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量，所述ECS具有導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)并包括: 第一電源(901，1100)，其具有電子耦合于整流器橋(906)和第一反激轉(zhuǎn)換器(991)的第一直流(DC)總線(910+，910-)，所述整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第一 DC總線處提供第一 DC電壓，所述第一反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收DC電壓并輸出第一低壓信號(hào); 第二電源(905，1300)，其具有電子耦合于可控整流器橋(966，1366)和第二反激轉(zhuǎn)換器(971，1371)的第二直流(DC)總線(909+，909-)，所述可控整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第二 DC總線處提供第二 DC電壓，所述第二反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收第二 DC電壓并輸出第二低壓信號(hào)；以及 控制部(1377，U4,1600)，其被配置成在所述ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)控制所述第一反激轉(zhuǎn)換器輸出第一低壓信號(hào)，并且被進(jìn)一步配置成在所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)控制所述第二反激轉(zhuǎn)換器輸出第二低壓信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述開(kāi)關(guān)裝置為無(wú)中性開(kāi)關(guān)，其僅耦合于兩個(gè)外部導(dǎo)體，所述兩個(gè)外部導(dǎo)體包括線路(L)導(dǎo)體和切換線路(R)導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中當(dāng)所述ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，基本上沒(méi)有AC功率被傳送至負(fù)載，并且當(dāng)所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述第二電源由所述控制器控制以控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述可控整流器橋包括串聯(lián)連接的第一二極管(9D1，13D1)和第一金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) (963，1363)，以及串聯(lián)連接的第二二極管(9D2，13D2)和第二 MOSFET (965，1365)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中當(dāng)所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述控制器被配置成控制所述可控整流器橋的第一和第二 MOSFET中的一個(gè)或多個(gè)以傳導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中所述控制器選擇性地控制所述可控整流器橋的第一和第二MOSFET中的一個(gè)或多個(gè)以傳導(dǎo)，以便控制從AC源傳送至第二直流(DC)總線的功率量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述ECS被配置成使用第一或第二低壓信號(hào)以用于內(nèi)部操作功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括無(wú)線接收器，其在所述ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)使用第一低壓信號(hào)操作并在所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)使用第二低壓信號(hào)操作。
9.一種用于向電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)提供功率的低壓電源裝置(100，400，900A，900B,1100，1300)，所述ECS被適配成耦合于交流(AC)源(902)和負(fù)載(924)以便控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量，所述ECS具有導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，所述低壓電源包括: 第一電源(901，1100)，其具有電子耦合于整流器橋(906)和第一反激轉(zhuǎn)換器(991)的第一直流(DC)總線(910+，910-)，所述整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第一 DC總線處提供第一 DC電壓，所述第一反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收DC電壓并輸出第一低壓信號(hào); 第二電源(905，1300)，其具有電子耦合于可控整流器橋(966，1366)和第二反激轉(zhuǎn)換器(971，1371)的第二直流(DC)總線(909+，909-)，所述可控整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第二 DC總線處提供第二 DC電壓，所述第二反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收第二 DC電壓并輸出第二低壓信號(hào)；以及 控制器(1377，U4,1600)，其被配置成在所述ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)控制所述第一反激轉(zhuǎn)換器輸出第一低壓信號(hào)，并且被進(jìn)一步配置成在所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)控制所述第二反激轉(zhuǎn)換器輸出第二低壓信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述ECS為“無(wú)中性”開(kāi)關(guān)，其僅耦合于兩個(gè)外部導(dǎo)體，所述兩個(gè)外部導(dǎo)體包括線路(L)導(dǎo)體和切換線路(R)導(dǎo)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中當(dāng)所述ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，基本上沒(méi)有AC功率被傳送至負(fù)載，并且當(dāng)所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述第二電源由所述控制器控制以控制從AC源傳送至第二直流(DC)總線的功率量。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述可控整流器橋包括串聯(lián)連接的第一二極管(9D1，13D1)和第一金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) (963，1363)，以及串聯(lián)連接的第二二極管(9D2，13D2)和第二 MOSFET (965，1365)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中當(dāng)所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述控制器被配置成控制所述可控整流器橋的第一和第二 MOSFET中的一個(gè)或多個(gè)以傳導(dǎo)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述控制器選擇性地控制所述可控整流器橋的第一和第二 MOSFET中的一個(gè)或多個(gè)以傳導(dǎo)，以便控制從AC源傳送至第二直流(DC)總線的功率量。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述ECS被配置成使用第一或第二低壓信號(hào)以用于內(nèi)部操作功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，進(jìn)一步包括無(wú)線接收器，其耦合于所述第一和第二電源，并且在所述ECS處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)使用第一低壓信號(hào)操作并在所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)使用第二低壓信號(hào)操作。
17.一種電子控制開(kāi)關(guān)(ECS)裝置(600)，其被適配成耦合于交流(AC)源(602)和負(fù)載(624)以便控制從AC源傳送至負(fù)載的功率量，所述ECS具有導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)并包括: 電源，其具有電子耦合于整流器橋和反激轉(zhuǎn)換器(645)的第一直流(DC)總線，所述整流器橋被配置成從AC源接收AC信號(hào)并在第一 DC總線處提供DC電壓，所述反激轉(zhuǎn)換器被配置成接收DC電壓并輸出第一低壓信號(hào)(Vout)，所述整流器橋具有第一和第二AC端子(分別為ACl和AC2)以及第一和第二 DC端子(610+, 610-),所述第一 AC端子稱合于AC源的線路(L)輸出并且所述第二 AC端子耦合于負(fù)載；以及 可控雙向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(CBSS)(631)，其耦合在所述整流器橋的AC端子之間并具有控制門(mén)(G)，當(dāng)所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，所述控制門(mén)在被觸發(fā)時(shí)配置CBSS傳導(dǎo)以便針對(duì)AC源的對(duì)應(yīng)半周期將受控量的功率從AC源傳遞至負(fù)載。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，進(jìn)一步包括控制器(1600)，其耦合于所述CBSS的控制門(mén)并且在所述ECS處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)觸發(fā)所述CBSS傳導(dǎo)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中所述電源在所述CBSS基本上非傳導(dǎo)時(shí)輸出低壓信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中所述CBSS在基本上不傳導(dǎo)時(shí)包括100千歐的最小電阻。
【文檔編號(hào)】H05B39/08GK104205598SQ201380015423
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月20日
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