專利名稱：用于諸如鹵素燈的光源的供電設備和相關方法
技術領域：
本公開涉及用于向諸如例如低壓鹵素燈的光源供電的技術。在本公開應用于那些適于執行光源的強度調節功能(所謂的“調光”)的供電設備的特別關注下設計了本公開。
背景技術：
對于諸如鹵素燈的光源(例如具有低供電電壓的鹵素燈)的供電，使用電子變壓器，其可以對光源執行強度調節功能，即所謂的“調光”功能。該功能的實現方案利用如下事實這些光源的光強度取決于流過光源的電流的 (平均)強度。可以這么說，強度調節設備(出于簡化被稱為“調光器”)通過經由相位切割操作來“切割”通常已經歷整流的正弦波形而進行操作。該功能可以在正弦(半)波的上升沿和下降沿執行。因此被稱為“相位切割調光器”的設備可以被分類為兩組-在正弦(半)波的上升沿或者前部，即在IOOHz情況下在周期的起點處起作用的設備(明顯參照已經歷半波整流的50Hz下的正弦波形)，-在IOOHz情況下在正弦(半)波的下降沿或者在尾部起作用的設備。被稱為“前沿調光器”的第一類設備目前較為普遍，這是因為它們生產起來是更經濟的。當前用在目前考慮的應用中的電子變壓器通常包括自振蕩半橋拓撲，其適于適當地與先前考慮類型的相位切割調光器一起工作。在具有相當高的功率(例如300W的輸入功率)的電子變壓器的情況中，自振蕩拓撲的使用較困難。這是因為需要輸入和輸出電流以及輸出電壓的適當的控制，特別是在啟動期間和防止異常操作條件(過載、過熱、超溫)的保護級中。為了適當地控制功率級，于是有可能提供與外部驅動器組合的諸如數字微控制器的處理單元。處理單元(微控制器)和驅動器均需要恒定供電電壓，其通常約為幾伏特 (Vcc)。出于節能需要的原因(具體地，為了減少待機模式中的消耗)，該電壓通過開關模式供電級(SMPS)獲得。圖1是示出對應于先前已描述的內容的解決方案的框圖。具體地，在圖1的框圖中，附圖標記10表示包括例如，兩個電子開關(例如功率 MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管))的功率級，這兩個電子開關適于交替地接通和關斷(即，使其導通的和不導通)，以自振蕩半橋布置與各自的電容器14關聯，適于驅動變壓器16的初級繞組16a。變壓器16的次級繞組16b向作為一個或多個燈的負載L(當然， 盡管在圖中示出，但是它們自身不是供電電路的一部分)饋電。在圖1中考慮的示例中，從電源M向功率級10饋電是通過輸入濾波器18和二極管橋整流器20實現的，來自電源的饋電線路21從此處分支，其具有適于向功率級10饋電的“總線”電壓Vbus。附圖標記22表示驅動級或驅動器，其基于從諸如微控制器M的處理單元接收到的控制，交替地接通和關斷功率級10中的開關12。附圖標記沈表示連接到來自電源的饋電線路21的供電級(開關模式供電級或 SMPS)。在級沈的輸出上呈現直流電壓Vcc，其適于用作驅動器22和微控制器處理單元M 的供電電壓。最后，附圖標記觀表示相位切割調光器(假設其置于電源電壓M的輸入和輸入濾波器18之間)，其通過根據公知的標準操作，對電源供電的波形執行“切割1能；在外部調光控制(根據公知的標準和構件產生)的作用下，調光器觀因此可以有選擇地在如下兩個狀態之間切換-導通狀態(其中電源供電流向設備)以及-不導通狀態(其中中斷對設備的電源供電)，
以便于允許或中斷從電源對設備的供電。圖1中示出的電路拓撲自身將被視為已知的，這使得在這里不必提供其詳細描述。而且，將認識到，為了解決下文解釋的技術問題，圖1的電路布置必須被概括地視為用于光源的供電設備的拓撲的示例，其中該設備包括-來自電源的通過對來自電源的供電波形執行“切割”功能的相位切割調光器的饋電線路(例如線路21)，該調光器可以在導通狀態(其中來自電源的供電流向設備)和不導通狀態(其中中斷從電源對設備的供電)之間有選擇地切換，以便于允許或中斷從電源對設備的供電，-用于從來自電源的所述饋電線路向至少一個光源饋電的功率級，-用于功率級的驅動級，以及-用于驅動級的供電級，所述供電級連接到來自電源的所述饋電線路。
發明內容
本發明人已觀察到在諸如圖1中示出的布置中(并且在相似或等同的拓撲中)，當在調光動作期間調光器切割超過某個電平的輸入電壓(并且因此切割線路21上的供電) 時，向驅動器和處理單元供電的級的饋電不足，并且從而不再能夠將供電電壓饋送到驅動器和處理單元；結果，在燈供電中呈現了可以清楚感知的閃爍或閃光效果。最不利的條件出現在“前沿”調光器的情況中，“前沿”調光器對供電波形的上升沿執行切割功能，從而每當功率級將被激活的時刻，發生針對驅動器和處理單元的供電電壓下降。本發明人因此認識到由諸如微控制器的商用單元控制的電子變壓器不能使用“相位切割”調光器令人滿意地操作；當調光水平增加時，即當發光強度減小到某個水平以下時，控制處理單元和功率級驅動器供電不足，并且光源經歷閃爍或閃光效果。本發明的目的在于克服前述缺陷。根據本發明，通過具有所附權利要求中具體闡述的特征的設備實現了該目的。本發明還涉及相關方法。權利要求是這里提供的本發明的技術教導的整體組成部分。
根據本發明的一個實施例，提供了一種用于諸如鹵素燈的光源的供電設備，從電源經由相位切割調光器可以向其供電，相位切割調光器可以有選擇地在導通狀態和不導通狀態之間切換以便于允許或中斷從電源對該設備的饋電。該設備包括用于向至少一個光源饋電的功率級、用于功率級的驅動級以及用于驅動級的供電級。傳感器構件被提供用于檢測調光器何時不導通以及何時再次導通。驅動級耦合到傳感器構件以在傳感器構件指示調光器不導通時禁止功率級的驅動，并且在傳感器構件指示所述調光器再次導通時使能功率級的驅動。由此確保供電級的饋電并且避免光源的閃爍和閃光。優選地，驅動級包括微控制器，其在調光器不導通時切換到低消耗待機狀態。在這些條件中，調光器連接到假負載， 其適于使調光器返回到其正常導通狀態。根據本發明的另一實施例，提供了一種操作用于光源的供電設備的方法，該供電設備包括用于對至少一個光源饋電的功率級，用于功率級的驅動級，以及用于驅動級的供電級，該方法包括通過允許或中斷從電源對設備的饋電進行的相位切割調光操作，其包括 檢測何時中斷或允許饋電，當檢測到饋電的中斷時禁止功率級的驅動并且當檢測到允許饋電時使能功率級的驅動。各種實施例使它們的操作基于如下原理當調光器“開路”，即不導通時，減少整體能耗。在其中不進行對電子變壓器的功率級的供電的這些條件中，本發明提出了不對電子變壓器供電(特別是不向電子變壓器提供供電電壓)。這樣有可能防止生成供電電壓的級上的輸出電壓的下降，因此防止由此供電的集成電路的故障。
現將參照附圖，僅借助于非限制性示例描述本發明，在附圖中圖1已在前文中進行了描述，圖2是表示實施例的框圖，以及圖3和4示出了實施例的進一步的細節。
具體實施例方式在下面的描述中，給出了許多特定細節以提供實施例的透徹理解。實施例可以在沒有一個或多個這些特定細節的情況下實施，或者可以通過其他方法、部件、材料等實施。 在其他情形中，未詳細示出或描述公知的結構、材料或操作以避免使實施例的方面模糊。在本說明書通篇中提到的“一個實施例”或“實施例”意味著結合實施例描述的特定的特征、結構或特性包括在至少一個實施例中。因此，在本說明書中通篇各處出現的用于 “在一個實施例中”或“在實施例中”不一定都指的是同一實施例。此外，特定的特征、結構或特性可以以任何適當的方式組合在一個或多個實施例中。這里提供的標題僅為了方便，而非解釋實施例的范圍或意義。下面將參照圖2至4描述各種可能的實施例。在這些圖中，與已參照圖1描述的零件、元件或部件相同或等效的零件、元件或部件由相同的附圖標記表示；因此，為了簡化， 在下文中將不再重復它們的描述。在圖2的一般示圖中，通過提供適于檢測調光器觀何時不導通，即何時切割供電波形的感測元件或檢測器30來補充先前已參照圖1描述的電路拓撲。
就此而言，將認識到，調光器觀不一定是根據本公開的供電設備的一部分。在各種實施例中，元件30可以包括感測來自調光器觀的波形的任何設備，并且由于調光器正在“切割”來自電源M的正弦波形，因此該元件30適于檢測該波形何時過零。在各種實施例中，該設備可以基本上包括所謂的過零檢測器(Z⑶)。在各種實施例中，檢測器30被布置在輸入濾波器18的輸出處。然而，該布置不是強制性的，ZCD也可能被布置在另一位置，例如直接布置在調光器觀的輸出處。當檢測器30檢測到對設備的供電的零電平時，其向處理單元24(為了簡化，在下文中被簡單地稱為“微控制器” 24)輸出信號。當來自檢測器30的信號指示對應于調光器觀中斷對設備的供電的零電平時，微控制器M通過如下方式進行操作-禁止對功率級10的輸出，中斷來自電源的饋電線路21對該級的供電(即“關斷” 相關的半橋電路)，-將假負載32激活到來自整流器20的電壓Vbus，以及-自動地設定到低消耗待機模式。由于調光器28正在“切割”來自電源M的波形并且在此刻開路，因此在電路自身不接收來自電源的供電的狀態中，第一和第三命令/操作旨在使電路的能耗最小。第二命令/操作旨在使調光器觀在通過恢復從電源M向電子變壓器的電壓供電來使其閉合時，即在調光器觀再次變為導通時正確操作。檢測器級34感測來自電源M的饋電線路21上的電壓Vbus的電平，并且因此能夠向微控制器M發送指示該電壓已超過預定閾值電平的信號，可以這么說，其表明調光器觀已再次“接通”轉換器。假負載32被設計為考慮最小地吸收調光器觀引入的功率的需要，以便于避免閃爍和閃光。事實上，當調光器觀閉合時，即變為導通并且因此再次將來自電源的電壓施加到電路時，電流流過負載32，因此允許調光器適當地操作。同時，檢測器級34向微控制器 24發送相應的信號，其指示調光器觀已恢復向設備供電。因此，微控制器M通過如下方式進行操作-從低吸收待機模式恢復正常操作條件；-再次使能對驅動器22的輸出，即再次使能從來自電源的饋電線路21對功率級 10的供電，以及-使假負載32無效，以便于使電子變壓器的效率最大，同時防止負載32在不再需要其存在的狀態中保持激活以確保調光器觀的操作。在各種實施例中，即使在高調光水平的情況中，即當使燈處于低亮度狀態(低至幾乎完全關斷)時，級26的輸出電壓Vcc (盡管后面的級連接到來自電源的饋電線路21) 未遭受下降，因此即使對于配備有諸如微控制器M的處理單元的電子變壓器，仍允許使用特定的相位切割類型的調光器。在各種實施例中，例如在高功率變壓器的情況中，有可能使用電子變壓器來替換操作于50Hz的標準電磁變壓器。在圖3和4中示出的實施例中，零電平檢測器30包括作為兩個分壓器操作的兩個 RC網絡，其中上支路(電阻器Rlc和R3c)連接到濾波器18的兩個輸出線路，并且其中下支路(分別與電阻器R2c和電容器Clc并聯以及與電阻器Mc和電容器C2c并聯)在分壓器/濾波器rc的中點和地之間操作，將電容器Clc和C2c的電荷電壓轉移到兩個雙極型晶體管Qlc和Q2c (例如npn晶體管)的基極端子。兩個晶體管Qlc和Q2c的發射極接地，并且相關的集電極相互連接，向微控制器M提供“過零”信號。兩個雙極型晶體管Qlc、Q2c由供電電壓的線路和中線相位驅動。在實踐中，例如由于電容器Clc和C2c的存在，所述信號不僅指示瞬時過零，而且還表明調光器觀的輸出在某個時間段(根據調光水平而更長或更短)中保持為零，這是因為調光器觀正在“切割”來自電源的波形，因此中斷對設備的供電。附圖標記R5表示偏置電阻器，其被置于電壓Vcc和晶體管Qlc的集電極之間。在圖3的實施例中，假負載32簡單地包括連接在線路Vbus和電子開關之間的電阻器1 ，該電子開關包括例如，MOSFET Mb,該MOSFET Mb的棚極由微控制器M驅動。當開關Mb閉合時，電阻器Rb被置于電壓Vbus和地之間，并且因此表示相關電壓的負載。當開關Mb斷開時，電阻器Rb從地斷開連接并且是浮動的，因此不表示負載。在所示出的實施例中，以如下方式設計負載32:微控制器M驅動開關Mb，例如 MOSFET N，從而開關在每個過零點處通電，并且一旦調光器觀導通并且使能功率級即斷電。因此通過使用電壓Vbus作為針對降壓轉換器的輸入電壓，轉換級沈可以被設計為具有“降壓”拓撲。在圖3的實施例中，檢測器級34被設計為具有基本上類似于分壓器的結構，其被置于線路21(電壓Vbus)和地之間，該分壓器包括第一電阻器Rld和第二電阻器R2d，此外該分壓器的下支路包括與電阻器R2d并聯連接的齊納二極管Dz，該齊納二極管Dz的陰極耦合到分壓器的中點并且耦合到微控制器的相應的輸入。級34中的齊納二極管Dz對高電壓值執行“箝位”功能。相應的分壓器的輸出跟隨線路21 (電壓Vbus)的狀態，從而當線路21上的電壓 Vbus達到高于使能閾值的“高”電平時，微控制器M離開待機模式，激活功率級并且禁止負載32。在圖4的實施例中，根據已參照圖3描述的標準設計檢測器30。對于級34，圖4的實施例具有分壓器布置，具有先前參照圖3描述的齊納二極管 Dz，通過電子開關Md (再一次包括例如M0SFET)的存在對該分壓器布置進行補充，該電子開關Md有選擇地將配備有齊納二極管Dz的分壓器的輸出連接到接地電阻器R3d，該接地電阻器R3d與所關注的開關串聯連接，針對微控制器M的連接線路鏈接到電子開關Md和電阻器R3d之間的中點。在該實施例中，開關Md的柵極通過分壓器連接到電壓Vcc，有可能由齊納二極管對所述柵極電壓進行“箝位”。開關Md的源極電壓連接到微控制器24，以便于提供用于激活的信號。由Vs表示的所述源極電壓等于Vbus直至電阻器R3d的值比MOSFET Md的電阻 Rds_on(即接通狀態電阻)高很多，從而滿足如下關系Vg-Vbus 彡 Vth — Vbus 彡 Vg-Vth其中Ve是MOSFET Md的柵極電壓，Vth是MOSFET Md的閾值電壓。一旦不再滿足該條件，則Vs，即MOSFET的源極電壓等于Ve-VTH。這樣，較之圖3的實施例，提供給微控制器 24的信號具有更銳利和更精確的邊沿。
在圖4的實施例中，假負載32實際上嵌入在級沈中，其在該示例中被實現為轉換器，具有當前被稱為SEPIC(單端初級電感轉換器)的拓撲。SEPIC轉換器因此包括二極管沈0，其陽極耦合到電壓Vbus并且其陰極連接到接地電容器沈2。附圖標記264和266表示兩個(互感)電感器，它們典型地具有SEPIC拓撲。具體地，第一電感器264可以被視為包括在第一Π形結構中，其連接到地的側支路分別由先前描述的電容器262和諸如MOSFET 268的電子開關構成，而電感器264是字母 Π的水平支路。相反，第二電感器266可以被視為與先前的Π形結構級聯(電容器270置于它們之間)的另一Π形結構的一部分。第二Π形結構包括第二電感器266和另一電容器272作為連接到地的側支路或豎直支路，在電容器272的末端施加輸出電壓Vcc，并且第二Π形結構的水平支路包括二極管274，其陽極連接到電感器266并且其陰極連接到電容器272，并且其陰極因此連接到電壓Vcc。SEPIC轉換器另外允許輸出電壓高于、低于或等于輸入電壓；事實上，SEPIC轉換器的輸出由控制開關(圖示實施例中的MOSFET沈8)的占空周期控制。因此SEPIC轉換器類似于傳統的降壓-升壓轉換器，除了輸入和輸出之間的隔離(由串聯的電容器270提供)和完全停機的可能之外，具有由于具有非反相輸出(輸出電壓具有與輸入電壓相同的符號)帶來的附加的優點；當開關268關斷時，輸出是零。采取這種具有電壓調節的SEPIC拓撲允許同時執行用于調光器的假負載的功能。在正常操作條件下(沒有調光)，SEPIC拓撲的輸出電壓被設置到值Vcc，并且電子開關(MOSFET)沈8的占空周期根據輸入電壓的值變化。當調光器被激活時，微控制器M關斷驅動器22并且切換到待機模式。隨后由控制回路使SEPIC拓撲的MOSFET維持接通(假設電壓Vcc不下降)，從而在電壓Vbus和地之間獲得了等效網絡，其包括串聯連接到SEPIC MOSFET的SEPIC拓撲的輸入電感器沈4。這樣，基本上由SMPS轉換器創建了假負載，不需要提供適于作為假負載操作的分立的和離散的級。當電壓Vbus返回高時，由于調光器已恢復到導通，因此SEPIC級再次開始正常操作，執行其調節電壓Vcc的功能。當然，在不違背本發明的基本原理的情況下，在不偏離如所附權利要求限定的本發明的范圍的情況下，細節和實施例可以相對于已經描述的僅作為示例的內容變化，即使是略微變化。
權利要求
1.一種用于光源(L)的供電設備，所述設備包括來自電源(M)的經由相位切割調光器 (28)的饋電線路(21)，所述相位切割調光器08)能夠有選擇地在導通狀態和不導通狀態之間切換，以允許或中斷從電源(M)對所述設備的饋電，所述設備包括-功率級(10)，用于從來自電源(M)的所述饋電線路對至少一個光源(L)饋電，-用于所述功率級(10)的驅動級Q2J4)，以及-用于所述驅動級02 J4)的供電級( )，所述供電級06)連接到來自電源(M)的所述饋電線路01)，其特征在于-所述設備包括傳感器構件(30、34)，用于檢測所述調光器08)何時不導通以及所述調光器08)何時導通，以及-所述驅動級(22、24)耦合到所述傳感器構件(30、34)以在所述傳感器構件(30、34) 指示所述調光器08)不導通時禁止所述功率級00)的驅動，并且在所述傳感器構件(30、 34)指示所述調光器08)導通時使能所述功率級00)的驅動。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述驅動級(22、24)包括至少一個控制模塊 (M)，其能夠在所述傳感器構件(30、34)指示所述調光器08)不導通時的低功率吸收待機條件和所述傳感器構件(30、34)指示所述調光器08)導通時的所述功率級00)的操作驅動條件之間切換。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中所述傳感器構件(30、34)包括零電平檢測器 (30)，其對來自所述調光器08)的波形敏感，以向所述驅動級(22、24)提供指示所述調光器08)不導通的信號。
4.根據前面任一項權利要求所述的設備，其中所述傳感器構件(30、34)包括分壓器 (34)，其對來自所述調光器08)的波形敏感，以向所述驅動級(22、24)提供指示所述調光器08)導通的信號。
5.根據權利要求4所述的設備，包括整流器(20)，其作用于來自所述調光器08)的波形，并且其中所述分壓器(34)對由所述整流器00)整流的波形(Vbus)敏感。
6.根據權利要求4或5所述的設備，其中所述分壓器(34)包括用于對來自所述分壓器 (34)的輸出電壓箝位的齊納二極管(Dz)。
7.根據權利要求4至6任一項所述的設備，其中所述分壓器(34)耦合到電子輸出開關 (Md)，所述電子輸出開關(Md)由所述分壓器驅動以向所述驅動級(22、24)提供指示所述調光器08)導通的信號。
8.根據前面任一項權利要求所述的設備，包括假負載(32)，當所述傳感器構件(30、 34)指示所述調光器08)不導通時以及當所述傳感器構件(30、34)指示所述調光器08) 導通時，所述假負載(3 優選地經由所述驅動級(22、24)相對于所述調光器08)的輸出有選擇地(Mb)分別被耦合和解耦。
9.根據前面任一項權利要求所述的設備，其中用于所述驅動級0244)的所述供電級 (26)是降壓轉換器。
10.根據權利要求8所述的設備，其中用于所述驅動級Q2、M)的所述供電級06)是 SEPIC轉換器，其具有置于所述SEPIC轉換器的兩個電感器Q64J66)之間的單獨的電子開關068)，所述單獨的電子開關適于在所述傳感器構件(30、34)指示所述調光器08)不導通時通過將所述SEPIC轉換器中的第一電感器(沈4)連接到地來導通，由此實現所述假負載。
11. 一種操作用于光源(L)的供電設備的方法，所述供電設備包括 -功率級(10)，用于對至少一個光源(L)饋電， -用于所述功率級(10)的驅動級Q2J4)，以及 -用于所述驅動級02 J4)的供電級06)，所述方法包括通過允許或中斷從電源(M)對所述設備的饋電進行的相位切割調光操作(觀)，其特征在于其包括-檢測(30、34)何時中斷或允許所述饋電，-當檢測(30、34)到所述饋電的中斷時禁止所述功率級OO)的驅動并且當檢測(30、 34)到允許所述饋電時使能所述功率級OO)的驅動。
全文摘要
本發明公開了一種用于諸如鹵素燈的光源(L)的供電設備，從電源(M)經由相位切割調光器(28)可以向其供電，相位切割調光器(28)可以有選擇地在導通狀態和不導通狀態之間切換以便于允許或中斷從電源對該設備的饋電。該設備包括用于向至少一個光源(L)饋電的功率級(10)、用于功率級(10)的驅動級(22、24)以及用于驅動級(22、24)的供電級(26)。傳感器構件(30、34)被提供用于檢測調光器(28)何時不導通以及何時再次導通。驅動級(22、24)耦合到傳感器構件(30、34)以在傳感器構件(30、34)指示調光器(28)不導通時禁止功率級(20)的驅動，并且在傳感器構件(30、34)指示所述調光器(28)再次導通時使能功率級(20)的驅動。
文檔編號H05B39/04GK102238786SQ20111009106
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月6日 優先權日2010年4月6日
發明者拉法埃萊·皮瓦 申請人:奧斯蘭姆有限公司