使用雙向可控硅調光器進行調光的方法和電路的制作方法

專利名稱：使用雙向可控硅調光器進行調光的方法和電路的制作方法
使用雙向可控硅調光器進行調光的方法和電路
本申請涉及一種由電子鎮流器操作的氣體放電燈，特別涉及一種使用雙向
可控硅(TRIAC)調光器電路、電流控制電路和包括所述電流控制電路的燈鎮 流器電路對氣體放電燈進行調光的方法。
通常的標準調光器電路iOT TRIAC形成交流供電電壓(supply voltage), 比如民用電壓(mains voltage)。當交流供電電壓(如民用電壓)處于零交叉點 時，并且因此電流處于零交叉點時，該TRIAC處于不導通的狀態。當供電電 壓增加時，與該調光器電路關聯的負載產生電流。在由該TOAC調光器電路 的定時電路確定的一段時間之后，該TRIAC變為導通并且該燈被提供電壓和 相應的電流。電流保持該TRIAC處于導通狀態直到該供電電流再一次接近零 位。所述由該TRIAC調光器電路確定的時間段可通過該TRIAC調光器電路的 附加電路由用戶進行調整。
一個由電，流 作的放電燈，通常應用為一個節能燈，由于在電子鎮 流器中存在緩沖電容器，因此只在交流電壓的峰值處從電源取得電流。但是， 普通的TRIAC調光器電路只適用于電阻負荷。為了使得該TRIAC調光器電路 正常運行，在交流電壓的整個周期中，該負荷應從該電壓源取得電流。因此， TRIAC調光器電路通常用于調光白熾燈。因此，使用TRIAC調光器電路來調 節電子節能氣體放電燈通常不能正常地運行。
US6452343提出提供一種具有阻抗特性的電路，如在氣^J文電燈的鎮流器 電路的輸A^間的電阻器。從而，TRIAC調光器電路i^"阻抗負載并能正常 運行。但是，另一方面，由于在任何時候總有電流 該阻抗電路，也產生了 大量的電力損耗。此外，當TRIAC導通時,只需要產生一個小電流來保持TRIAC
處于其導通狀態，然而當腿艦其峰值時， 一個大電^a過該阻抗電路。
本發明的目的在于提供一種用于操作電子氣體放電燈的方法和電路，以便 該燈可^ffl—^f氏電力損耗的TRIAC調光器電路^ia行調光。
此目的由權利要求l的方法和權利要求3的電流控制電路來實現。
當該電子氣體放電燈和其電子鎮流器不產生電流時，該方法和電路有利地
產生相對的大電流，用以給定時電路充電并將該TRIAC變為導通狀態，以及 當只需要一個小電流來保持該調光器電路的TRIAC處于導通狀態時，產生一 個較小的電流。
當該交流供電電源電壓和電流在一個周期的開始由零開始增加時，該 TRIAC處于非導通狀態。為了將TRIAC變為導通狀態，該負載將產生電流來 給該TRIAC的定時電路充電。由于該電T^t體放電燈不能在該交流電壓和電 流的該周期的這個階段產生電流，因此該電流控制電路被設計為產生電流，例 如，在該氣體放電燈和其鎮流器電路不產生電流時，通過提供電阻負,生電 流。
當該TRIAC變為導通時，只需要一個小電流來保持該TRIAC處于其導通 狀態。因此，例如該負載阻抗可以被增加。本發明中的電流控制電路設計為在 一個平行電路的兩個分支之間進行切換，每個分支具有一個預定的阻抗。該開 關由供電頓的電壓電平雜制。當該電壓電平低于預定電壓電平時，切換導 通具剤氐阻抗的分支。當電壓電平高于該預定電壓電平時，切換導通具有高阻 抗的分支。如果該電源電壓是230V/50Hz的供電電壓，則一個適當的預定電壓 電平可大致為50V。
如果該氣體放電燈和其中的該電子鎮流器能產生充足的電流來保持該 TRIAC處于其導通狀態，那么不需要附加電路來產生任何電流。因此，在一個 實施例中，該電流控制電路被設計為控制由該燈和該阻抗電路產生的總電流， 例如，當該氣體放電燈和電子鎮流器的組合產生足夠的電流時，通過阻止電流 i!31該阻抗電路雜制總電流。
在一實施例中，所述開關為電子開關，如晶體管。在那個實施例中，該晶 體管的控制端可操作地連接于該供電電壓。因此，供電電壓的水平決定了開關 的狀態。
在另一實施例中，皿一第三晶體管。該第三晶體管串聯連接到，平行 電路。提供一個包含電容器和穩壓二極管的平行電路，該平行電路連接到該第 三晶體管的控制端和電壓源。在這個實施例中，當供電電壓低于預定電壓時提 供一第一預定電流水平，當供電電壓高于預定電壓時提供一第二預定電流水平。
本發明的這些及其他方面ffl31以下描述的實施例將被闡明并且顯而易見。
該附圖標非限制性的示例性實施例，其中

圖1示出了一常用的TRIAC調光器電路；
圖2示出了一個用于操作包括根據本發明的電流控制電路的燈的鎮流器電
路實施例；
圖3示出了根據本發明的該電流控制電路的另一實施例的圖；禾口
圖4示意性地示出了一^&括電流控制電路的TRIAC調光器電路和一個 常用的節能燈的組合。
在該附圖中，同樣的參考^i3表示類似元件或具有類似功能的元件。
附圖1示出了適于用本發明的方法和電路操作的常用TOAC調光器電路。 該TRIAC調光器電路1包括具有可調阻抗的電阻器2、電容器3、 DIAC 4和 TRIAC 5。負載6 (如一^h燈)可連接于接線端7和8之間。該負載6和該TRIAC 調光器電路1串聯連接到AC電源9。應注意，如在本領域公知的，該電阻器 2可包括具有靜態電阻的電阻器和具有用戶可調電阻的電阻器。
如所示出的，該電容器3和該電阻器2串聯連接在該TRIAC調光器電路 1的接線端之間。該TRIAC 5并聯連接到該電阻器2和該電容器3的串聯連接 點。該DIAC 4連接在該TRIAC 5的一控制門(control gate)與電容器3和電 阻器2之間的節點之間。該電阻器2和該電容器3組成該TRIAC調光電路1 的定時電路。
在操作中，當該電源6的電壓為零時，該DIAC4和該TRIAC5處于非導 通狀態。隨著該AC電源6提供的電壓的增加，該電容器3上的電壓增大。當 電容器3上的電壓達到該DIAC 4的轉折電壓(breakover voltage)時，該電容 器3由該DIAC 4部分地被放電iSA該TRIAC閘門(gate)。提供給戶腐TRIAC 閘門電流的結果為，該TRIAC 5變為導通。只要有電流ffl31該TRIAC 5，該 TRIAC5就保持導通。當該電源6供應的電壓再次,lj零時，該TRIAC5再次 變為非導通。
通過以上對于操作的描述，本領域技術人員容易了解該負載需要從該
TRIAC調節器電路l，也就是，M該電阻器2和該電容器3的串聯連接，取 得電流，以便當該TRIAC 5不導通時給電容器3充電，以使該TRIAC5iSA
導通狀態。
附圖2示出了一電子鎮流器電路，其包括整流器電路10 (如二極管橋式 整流器電路)、電流控制電路20和倒相電路(inverter circuit) 30。該整流器電 路lO的兩個輸入端ll、 12可連接到一刊氐頻交流電源電壓，如230V/50Hz的 供電電壓。該整流器電路10接收電源電壓并輸出一^K纏流的電源電壓。
該電流控制電路20包括第一電阻器Rl、第二電阻器R2、第一晶體管Tl 和第二晶體管T2。更迸一步，分別提供第三和第四電阻器R3、 R4用于形成一 個分壓器。織三和第四電阻器R3、 R4之間的節點連接到該第一晶體管T 1 的控制端(基極)。該第一晶體管T1的集電^M接到該第一電阻器R1， Rl還 連接到電源電壓的正極端。該第一晶體管T1的發射^3^接到該第二電阻器R2， 該R2皿接到電源電壓的負極端。第二電子晶體管T2的發射極連接于晶體管 Tl的集電極，并且它的基，腿接到織一晶體管T1的鄉極。穩壓二極管D2 連接在該電阻器R2、電子晶體管T2的集電極和該電源電壓的負極端之間。
緩沖電容器Cb將該整流器電路10輸出的整流電壓變得平緩。倒相電路30 被提供該經整流和變平的電源電壓，并操作于該整流電源電壓，以便該倒相電 路30的輸出電流適于操作一^1體放電燈L，如，節能小型熒光燈。
當該緩沖電容器Cb、倒相電路30和氣體放電燈L不從電源中取得電流時， 為了會^OT—^通的商用的TRIAC調光器電路^iSfiH亥氣^J文電燈L的調 光，提供根據本發明的電流控制電路20來從電源中取得電流。
在該電壓源和該輸入接線端11、 12之間，,一個用于調節該氣體放電 燈L的調光器電路。為了能4OT—^W通的商用的TRIAC調光器電路，當該 負載上的電源電壓低時，需要產生一個為該定時電路充電的電流。因為該緩沖 電容器Cb的存在，當該交流電源電壓高時，該倒相電路30僅^3^人該電 得 電流，因此在交流電壓的周期開始時，不會產生電流或者只產生少量的電流。 因此，將沒有足夠的電流產生來為該TRIAC調光器電路的定時電路充電從而 使得該TRIAC進入導通狀態。
當在該電阻器R3和R4之間的節點上的電壓為高時，即，高于一個由該 穩壓二極管D2的穩壓電壓決定的預定7K平，該第一晶體管Tl將導通并且將
產生一個由該晶體管Tl的集電極流至，極的電流并因此^^該第一和該第 二電阻器R1、 R2。
當在該電阻器R3和R4之間的節點上的電壓為低時，即低于預定水平， 該第一晶體管Tl不導通。當該第一晶體管Tl不導通時，該第二晶體管T2導 通。由于該第二晶體管T2的集電極(M31該二極管D2)連接于該電源電壓的 該負極端，因此一個電流將流過該第二晶體管T2并且由此僅僅流過電阻器R1。 在這種情況下，因為該總阻抗低，將流過一個大的電流。
為了該電路的正常操作，在緩沖電容器Cb和電流控制電路20之間連接 二極管D3。當提供的電壓，即整流器電路10的輸出電壓，比該緩沖電容器Cb 上的電壓低時，該二極管D3阻止由該緩沖電容器Cb產生電流。進一步地， 為了正常操作，該穩壓二極管D2可連接在電壓源的負極端和電阻R2/T2的 集電極之間，以在電子晶體管Tl的發射&J:提供一個參考電壓，從而在該電 阻器R3和R4之間的節點的電壓變化導致該晶體管T1的狀態的切換。
因此，為該電阻器R1、 R2、 R3和R4的阻抗和該穩壓二極管D2選擇合 適的值，來確保在整流器電路10和電源之間連接的TRIAC調光器電路能正常 工作。
為了保證產生一個預定量的電流，該電流控制電路20可被提供附加電路。 附圖3描述了這樣一個實施例。附圖3示出了電流控制電路20，僅具有用來接 M流電源電壓的輸入端子21和22以及用來，所述的電源電壓給如圖2所 示倒相電路30的輸出端子23和24。
附圖3示出了如圖2中示出的電路，其包括第一和第二晶體管Tl、 T2和 該第一、第二、第三和第四電阻器R1—R4。在該電源電壓的正極端和電阻器 Rl之間連接一個第三晶體管T3 (MOSFET)。將該晶體管T3的一個控制端連 接至一個第五電阻器R5和電壓源V1。更進一步，第一穩壓二極管D1和第一 電容器C1的并聯電路連接至該第三晶體管T3的控制端。第二穩壓二極管D2 和第二電容器C2的第二并聯電路連接在該電源電壓的負極端和該第二電阻器 R2、 i織二電子晶體管T2之間，該第一并聯電路包括第一穩壓二極管Dl和 第一電容器C1。
在圖3所示的實施例中，第一電容器Cl由該電壓電源VI iffil該第五電 阻器R5進行充電，直到該穩壓二極管D1限制該電壓。因此，在晶體管T3的
控制端和電阻器R2的負極端和電子晶體管T2的發射t及之間產生一個預定電 壓。該預定電壓等于該穩壓二極管D1的穩壓腿，例如可為12V。
包括第一和織二晶體管Tl和T2的電路，與圖2實施例中的功能類似。 i織一和該第二晶體管Tl和T2的導通狀態由該電阻器R3和R4之間的節點 的電壓和該穩壓二極管D2的穩壓電il^決定。因此，當該電阻器R3和R4之 間的節點的電壓為低時，該第二晶體管T2導通并且產生的電 縫本上等于， 二極管D1的穩壓電壓除以在電阻器R1的阻抗(I^V^/R1)。當在該電阻器R3 和R4之間的節點的電壓高時，第一晶體管T1導通，i且產生的電 皿本上等 于，二極管D1的穩壓電壓除以電阻器R1的阻抗和電阻器R2的阻抗之禾口 (I =V / (Rl+R2))。
在一個使用230V/50Hz的供電電壓的實施例中，二極管D1的穩壓電壓可 為12V,電阻器R1的阻抗可為180ohm，第二電阻器R2的阻抗可為2200ohm。 在這個實施例中，當電源電壓超過預定電壓電平時，將產生一個大約為5mA (12V/2380ohm)的電流，并且當該電源電壓低于預定電壓電平時，將產生一 個大約為66mA (12V/180ohm)的電流。需要說明的是， 一個電流也,過包 括該電阻器R3和R4的分壓器。但是，i!3i^擇電阻器R3和R4的阻抗為較 高，這個電流可以選擇為相比于ffiil電阻器Rl和R2的電流較小，可忽略。
衛共二極管D3來防止由緩沖電容器Cb產生電流而不是由電壓源產生電 流，具體地，TRIAC調光器電路與所述電源串聯的，連接到端子21和22。
在一個實施例中，該電電源VI可被省略并被一個從連接到該電流控制電 路的該倒相電路接收的電壓來取代。例如，使用緩沖電容器Cb向該倒相電路 提供一個扁平半正弦波整流電壓。連接電阻器R5至如此一個扁平DC電壓， 可提供一^I的腿。 -
圖4示例性的示出了一個TRIAC調光器電路組件A，其連接至一個電子 氣體放電燈B。該電T^體放電燈B包括一電賴流器電路，其具有整流器電 路10、緩沖電容器Cb和連接至氣體放電燈L的倒相電路30。該TRIAC調光 器電路組件A包括用于調節具有阻抗特性的燈的標準常用TRIAC調光器電路 C、整流器電路IO、電流控制電路20和二極管D3。
如圖4所示的該電T^體放電燈B是一個常用的節能燈，其可以直接連 接到民用電壓(mains voltage)而不是可^ffi—個標準TRIAC調光電路進fiH周
節的。該TRIAC調光電路組件A包括這樣一個標準TRIAC調光電路C，并更 進一步包括一個根據本發明的電流控制電路20，例如如圖2或圖3所示的。 為了該電流控制電路20的正，作，還要在該TRIAC調光器電路組件A中提 供一個整流器電路10和二極管D3。從而，可提供一個簡單的TRIAC調光器 電路組件A， 3M:使用該TRIAC調光器電路組件A可調節具有電，流器電 路的常用節能燈B。
本領域技術人員容易認識到，包含在該電子氣體放電燈B中的該整流器 電路10在圖4中的電路組件中是冗余的，因為提供給該燈組件B的電壓已被 該調光器組件A的該整流器電路10進行了整流。因此，本領域技術人員也同 樣能認識到，該調光器電路組件A也可應用于結合一個具有不帶整流器電路10 的電賴流器的節能燈B。
權利要求
1.一種用于操作電子氣體放電燈的方法，該方法使用TRIAC調光器電路(1)來進行該氣體放電燈的調節，該方法包括當TRIAC(5)處于非導通狀態時，通過該調光器電路(1)取得一個相對大的電流，從而使TRIAC(5)進入導通狀態；其特征在于該方法還包括當TRIAC(5)處于導通狀態時，減小所述通過該調光器電路(1)取得的電流。
2. 如權利要求1中所述的方法，其中，通過在輸出端子(7， 8)之間連接 小阻抗來從該調光器電路(1)產生相對大的電流，通過在輸出端子(7， 8) 之間連接大阻抗來減小該電流。
3. 電流控制電路(20)，用于控制從電壓電源(6)取得的電流，該電路包 括第一串聯連接電路，其包括第一阻抗電路(Rl)和一個并聯電路，該并聯電 ,括第一開關(T2);和第二串聯連接電路，其包括第二開対T1)和第二阻抗電路(R2)， i織一和第二開關(Tl， T2)由電壓電源(6)提供的電壓進行控制，以便當該電源電壓低于預定水平時，該第一開關(T2)導通，以及當該電源電壓高于預定水平時，該第二開關(Tl)導通。
4. 如權利要求3所述的電流控制電路，其中，該第一和i織二開關(Tl， T2)為晶體管，該晶體管(Tl， T2)的一控制端可操作地連接到所述電源電 壓。
5. 如權利要求4所述的電流控制電路，其中，提供第三晶體管(T3)，該 第三晶體管(T3)串聯連接于該第一串聯連接電路，并且由電容器(Cl)和穩 壓二極管(Dl)組成的并聯電路連接到該第三晶體管(T3)的控制端和電壓 電源(VI )。
6. 用于操作氣體放電燈的鎮流器電路，該鎮流器電路包括整流器電路 (10)，用于接收一個低頻交流電壓；倒相電路(30)，用于提供一個高頻燈電 流；和一個如權利要求3、 4或5所述的電流控制電路(20)，連接在該整流器 電路(10)和該倒相電路(30)之間；緩沖電容器(Cb)，連接在該倒相電路 (30)的輸入端子之間；和二極管(D3)，該二極管連接在該電流控制電路(20)的一輸出端和該緩沖電容器(Cb)的一端之間，來阻止該緩沖電容器(Cb) 產生電流。
7. 組件，其包括氣體放電燈(L)禾咖權禾腰求6所述的鎮流器電路。
8. 調光器電路，用于調節電^體放電燈(L)，該調光器電路包括TRIAC 調光器電路(1);根據權利要求3、 4或5所述的電流控制電路(20);和整流 器電路(10)，其連接于該TRIAC調光器電路(1)和該電流控制電路(20) 之間。
全文摘要
為了對一個節能燈，特別是一個氣體放電燈進行調節，使用一個標準雙向可控硅(TRIAC)調光器電路，當該TRIAC處于非導通狀態時產生一個大的附加電流，并且當該TRIAC處于導通狀態時，產生一個小的附加電流。一個電流控制電路可連接在該電源電壓和該燈的鎮流電路之間用于產生所述附加電流。該電流控制電路包括兩個開關和用于提供大阻抗或小阻抗的多個電阻器。在一個實施例中，產生電流的電流量用該電流控制電路中的附加電路來控制而不是由阻抗來控制。
文檔編號H05B41/392GK101171890SQ200680015815
公開日2008年4月30日 申請日期2006年5月8日 優先權日2005年5月9日
發明者J·范穆爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司