技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于對交變電流驅(qū)動的照明設(shè)備進(jìn)行功率控制的調(diào)光設(shè)備，所述調(diào)光設(shè)備具有用于借助于前沿相控（Phasenanschnittsteuerung）來驅(qū)動照明設(shè)備的控制裝置，其中所述控制裝置具有帶有兩個開關(guān)裝置的雙向開關(guān)，用于將供電交變電壓施加到照明設(shè)備上。除此之外，本發(fā)明還涉及一種用于對交變電流驅(qū)動的照明設(shè)備進(jìn)行功率控制的方法。

背景技術(shù)：

調(diào)光器或調(diào)光設(shè)備用于改變照明設(shè)備的功率。這種功率改變可以通過前沿相控或者后沿相控（Phasenabschnittsteuerung）來進(jìn)行。在前沿相控（參見圖1）中，電流在交變電壓的過零點(diǎn)之后有延遲地被接通并且流動直至下個過零點(diǎn)。而在后沿相控（參見圖2）中，電流在過零點(diǎn)之后立即被接通并且在下個過零點(diǎn)之前又被關(guān)斷。

作為照明設(shè)備的LED燈大多借助于前沿相位或者后沿相位是可調(diào)光的。利用所謂的通用調(diào)光器（Universaldimmer），不僅前沿相位而且后沿相位都可能用于對這種可調(diào)光的LED燈（LED芯片加鎮(zhèn)流器）進(jìn)行調(diào)光。根據(jù)相應(yīng)的LED燈型的輸入電容和內(nèi)部放電，電荷量在調(diào)光時停留在LED燈的輸入電容上，如果所述電荷量不主動地通過通用調(diào)光器被放電，那么所述電荷量影響LED燈的亮度。該電荷量作為在LED燈的輸入端子上的電壓是可測量的，所述電壓只緩慢地通過內(nèi)部的放電被構(gòu)造。該效應(yīng)的結(jié)果是：LED燈上的輸入電壓和借此LED燈的亮度比對應(yīng)于當(dāng)前的調(diào)光值的輸入電壓和亮度更高地失效。在這種情況下，LED燈可以只最小地被向下調(diào)光（abdimmen）。

現(xiàn)在，后沿相位運(yùn)行和前沿相位運(yùn)行的效應(yīng)與圖1和圖2相關(guān)地詳細(xì)地被解釋。在圖1中示出了作為正弦波的電網(wǎng)電壓或供電交變電壓的曲線20。在每個電網(wǎng)半波中，在從位于前面的電流過零點(diǎn)起的延遲時間Δt1之后操控（ansteuern）負(fù)載。按照圖1的曲線21，在電阻負(fù)載的情況下，在延遲時間Δt1之后得到電壓的直接升高。于是，該電壓按照供電電壓的曲線20變化。不同于在電阻負(fù)載的情況下，LED燈的輸入電壓按照曲線22在超過峰值之后不遵循電網(wǎng)電壓。在LED燈上的電壓由于微小的放電而比供電電壓明顯降低得更慢。

圖2示出了在后沿相位運(yùn)行中的效應(yīng)。最上方的曲線20重新示出了供電電壓。在每個半波中，負(fù)載在電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)被接通并且在延遲Δt2之后又被關(guān)斷。在按照曲線23的電阻負(fù)載的情況下，電壓在延遲時間Δt2之后立即下降到零。而在LED燈中，按照曲線24，電壓在切斷之后只緩慢地降低。

然而，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)后沿相位運(yùn)行會是花費(fèi)很高的，所以本發(fā)明被限于前沿相位運(yùn)行。

在掌控兩種運(yùn)行方式的通用調(diào)光器中，前沿相位運(yùn)行被用于對電感性負(fù)載調(diào)光，因?yàn)楹笱叵辔贿\(yùn)行使得能夠在電流過零點(diǎn)切斷負(fù)載。在每個電網(wǎng)半波中，在值不等于零時切斷負(fù)載電流在調(diào)光器上產(chǎn)生高的并且可能危險的電壓脈沖。準(zhǔn)確地探測電流過零點(diǎn)是前沿相位運(yùn)行或前沿相控的作用的重要前提。

傳統(tǒng)的簡單的調(diào)光器大多具有三端雙向可控硅開關(guān)元件（Triac）末級，而且在前沿相位運(yùn)行中工作。三端雙向可控硅開關(guān)元件雙向地切換并且在電流過零點(diǎn)關(guān)滅（loeschen）。利用被點(diǎn)燃的三端雙向可控硅開關(guān)元件，LED燈的輸入電壓被箝位到電網(wǎng)電壓的當(dāng)前值上，使得在當(dāng)前的電網(wǎng)電壓上的電壓沒有停留在LED燈上。因?yàn)槿穗p向可控硅開關(guān)元件在無電流的狀態(tài)下關(guān)滅，所以用于探測電流過零點(diǎn)的特定的電路變得不是必要的。

除此之外，前面所提到的通用調(diào)光器供支配，所述通用調(diào)光器在反串聯(lián)的晶體管（大多MOSFET）的情況下操控兩個MOSFET（參見圖3：MOSFET 6和7），而且借此形成雙向開關(guān)，所述雙向開關(guān)將LED燈的輸入電壓箝位到當(dāng)前的電網(wǎng)電壓上。然而，MOSFET并不像三端雙向可控硅開關(guān)元件那樣在電流過零點(diǎn)關(guān)滅。在所述調(diào)光器的情況下，例如必須花費(fèi)高地通過電流測量來確定電流過零點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于：以簡單的方式可靠地確定針對前沿相控的電流過零點(diǎn)。

按照本發(fā)明，該任務(wù)通過一種用于對交變電流驅(qū)動的照明設(shè)備進(jìn)行功率控制的調(diào)光設(shè)備來解決，所述調(diào)光設(shè)備具有：

－ 控制裝置，用于借助于前沿相控來驅(qū)動照明設(shè)備，

其中，

－ 所述控制裝置具有帶有兩個開關(guān)裝置的雙向開關(guān)，用于將供電交變電壓施加到照明設(shè)備上，

其中，

－ 所述控制裝置被構(gòu)造用于在供電交變電壓的每個半波中共同地接通所述兩個開關(guān)裝置以及用于在要期望的電流過零點(diǎn)之前切斷所述兩個開關(guān)裝置之一，

－ 測量裝置被連接到控制裝置上，用于測量在被切斷的開關(guān)裝置上的電壓，并且

－ 所述控制裝置被構(gòu)造用于依據(jù)所測量的電壓確定針對前沿相控的電流過零點(diǎn)。

除此之外，按照本發(fā)明提供了一種用于通過如下方式對交變電流驅(qū)動的照明設(shè)備進(jìn)行功率控制的方法：

－ 借助于具有兩個開關(guān)裝置的雙向開關(guān)將供電交變電壓施加到照明設(shè)備上，并且

－ 借助于前沿相控來驅(qū)動照明設(shè)備，

－ 在供電交變電壓的每個半波中共同地接通所述兩個開關(guān)裝置，并且

－ 在要期望的電流過零點(diǎn)之前切斷所述兩個開關(guān)裝置之一，

－ 測量在被切斷的開關(guān)裝置上的電壓，

－ 依據(jù)所測量的電壓確定針對前沿相控的電流過零點(diǎn)。

因此，以有利的方式在前沿相控時首先接通所述開關(guān)裝置中的每個。由此，供電電壓附在負(fù)載或照明設(shè)備上。由于雙向的特性，在照明設(shè)備（例如LED燈）上的電壓遵循供電電壓。通過相對應(yīng)的附加的放電，也大約在供電電壓的半波結(jié)束時達(dá)到電流過零點(diǎn)。借此，對照明設(shè)備進(jìn)行調(diào)光在寬的范圍內(nèi)是可能的?，F(xiàn)在，為了準(zhǔn)確地確定電流過零點(diǎn)而確定在負(fù)載支路中的器件上的電壓。所述開關(guān)中的在要期望的電流過零點(diǎn)之前被切斷的一個適合于此?，F(xiàn)在，在被切斷的開關(guān)裝置上測量的電壓適合于確定所述被切斷的開關(guān)裝置應(yīng)在其處又被切換的電流過零點(diǎn)。通過所述在電流過零點(diǎn)的切換，在調(diào)光設(shè)備的器件上不產(chǎn)生過壓，而且也不發(fā)生高的無線電干擾。

優(yōu)選地，調(diào)光設(shè)備具有：相線端子和作為供電電壓的輸入端的中性線端子以及用于連接照明裝置的負(fù)載端子，其中所述中性線端子是用于照明裝置的另一接線端子。借此，除了供電路徑之外，該調(diào)光設(shè)備也具有可控制的負(fù)載路徑。

根據(jù)擴(kuò)展方案，所述兩個開關(guān)裝置在相線端子與負(fù)載端子之間串聯(lián)。因此，開關(guān)裝置與負(fù)載或照明裝置串行地處于負(fù)載路徑中。借此，通過負(fù)載的電流是可改變的，由此可以實(shí)現(xiàn)功率控制。

所述開關(guān)裝置中的每個都具有場效應(yīng)晶體管，其中所述兩個場效應(yīng)晶體管優(yōu)選地反串聯(lián)。借此，得到雙向開關(guān)，利用所述雙向開關(guān)可能將完整的交變電壓施加到照明裝置上。

在變型方案中，測量裝置可以量取在所述兩個場效應(yīng)晶體管中的至少一個的漏極－源極段上的電壓。接著，在場效應(yīng)晶體管的截止?fàn)顟B(tài)下，該電壓對應(yīng)于截止電壓。

可替換地，測量裝置接著可以量取在所述兩個開關(guān)裝置的中間抽頭與中性線端子之間的用于確定電流過零點(diǎn)的電壓。該電壓也包含在照明裝置上的電壓，使得可以從中確定電流過零點(diǎn)。

特定地，照明設(shè)備可包括被連接到調(diào)光設(shè)備上的LED燈。借此，可以以高的效率將前沿相控用于LED燈的調(diào)光。

按照另一構(gòu)建方案，控制裝置可以被設(shè)計為根據(jù)最后被確定的電流過零點(diǎn)來觸發(fā)所述一個開關(guān)裝置的關(guān)斷。電流過零點(diǎn)可以這樣精確地被用作切斷的基礎(chǔ)。

除此之外，該控制裝置還可以被設(shè)計為根據(jù)供電電壓的電壓過零點(diǎn)來觸發(fā)所述一個開關(guān)裝置的切斷。接著，為了確定電流過零點(diǎn)而近似地選擇供電電壓的電壓過零點(diǎn)，這是很有意義的近似。

附圖說明

本發(fā)明依據(jù)隨附的附圖進(jìn)一步被解釋，其中：

圖1示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的前沿相位運(yùn)行；

圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的后沿相位運(yùn)行；

圖3示出了按照本發(fā)明的具有照明設(shè)備的調(diào)光設(shè)備的原理電路圖；和

圖4示出了按照本發(fā)明的用于對交變電流驅(qū)動的照明設(shè)備進(jìn)行功率控制的方法的示意圖。

具體實(shí)施方式

隨后進(jìn)一步被描繪的實(shí)施例是本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式。在此，要注意的是：各個特征不僅可以以所描繪的組合，而且可以單獨(dú)地或者以其它的在技術(shù)上有意義的組合來被實(shí)現(xiàn)。

在圖3中示出了用于對交變電流驅(qū)動的照明設(shè)備1進(jìn)行功率控制的示例性的調(diào)光設(shè)備5。該調(diào)光設(shè)備5具有相線端子2，用于連接到交變電壓系統(tǒng)的相線L上。除此之外，該調(diào)光設(shè)備5還具有中性線端子4，這里利用所述中性線端子4，所述調(diào)光設(shè)備5被連接到或可以被連接到交變電壓系統(tǒng)的中性線N上。供電電壓（例如電網(wǎng)電壓）附在相線L與中性線N之間。

除此之外，調(diào)光設(shè)備5還擁有負(fù)載端子3，負(fù)載或照明設(shè)備1可以在所述負(fù)載端子3上被接在接線柱上（anklemmen）。照明設(shè)備1的另一極與中性線N或中性線端子4相連。

該調(diào)光設(shè)備5基本上具有：控制裝置，所述控制裝置例如具有圖3的部件6、7、8、9和13；和測量裝置，所述測量裝置具有部件10、11和/或12。在具體的例子中，該控制裝置具有兩個開關(guān)裝置，所述兩個開關(guān)裝置這里可以分別被實(shí)現(xiàn)為MOSFET。這里，所述兩個MOSFET反串聯(lián)，而且所述兩個MOSFET的中間抽頭分別以源極端子相連。該中間抽頭形成了用于調(diào)光設(shè)備5的電路的接地GND。所述MOSFET具有分別與漏極－源極段并行的被集成的寄生二極管。所述兩個寄生二極管以它們的相應(yīng)的陽極指向所述兩個MOSFET的中間抽頭或指向接地GND。

開關(guān)裝置6的MOSFET的柵極由驅(qū)動器8來控制，所述驅(qū)動器8自身例如可以由操控電路13或微控制器來控制。第二開關(guān)裝置7的MOSFET的柵極以相同的方式由驅(qū)動器9來控制，所述驅(qū)動器9就它而言再度由操控電路13來操控。

在一實(shí)施形式中，電流過零探測器10被接到第二開關(guān)裝置7的MOSFET的漏極－源極段上，也就是說被接在接地GND與負(fù)載端子3之間。這種電流過零探測器10例如探測正半波的電流過零點(diǎn)。所述電流過零探測器10將它的測量或探測結(jié)果供應(yīng)給操控電路13。負(fù)半波的電流過零點(diǎn)或者通過操控電路13根據(jù)在前的電流過零點(diǎn)被算出，或者該電流過零點(diǎn)利用附加的、未被繪出的在MOSFET 6的漏極接線端子與源極接線端子之間的電流過零探測器來探測，而且探測結(jié)果同樣被供應(yīng)給操控電路13。

按照第一選項(xiàng)，可以設(shè)置探測器11，用于探測電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)。該探測器11探測在中性線N與接地GND之間的電壓過零點(diǎn)。為此，該探測器11例如被箝位到所述兩個開關(guān)裝置6和7的中間抽頭以及中性線端子4上。

按照第二選項(xiàng)，用于探測電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)的探測器12被接在相線L與中性線N之間。特定地，該探測器12可以被連接到相線端子2和中性線端子4上。所述兩個探測器11和12同樣將它們的測量結(jié)果供應(yīng)給操控電路13。

隨后詳細(xì)地解釋調(diào)光設(shè)備的運(yùn)行，其中LED燈例如被用作照明設(shè)備1。調(diào)光設(shè)備例如被實(shí)現(xiàn)為通用調(diào)光器，利用所述通用調(diào)光器，前沿相位和前沿相位是可能的。該通用調(diào)光器被置于前沿相位運(yùn)行中。在調(diào)光時，在每個半波中共同地接通反串聯(lián)的MOSFET 6和7。由此，所述反串聯(lián)的MOSFET 6和7形成了雙向開關(guān)，所述雙向開關(guān)將LED燈1的輸入電壓箝位到當(dāng)前的電網(wǎng)電壓上。為了使得能夠簡單地探測到基于在反向驅(qū)動的晶體管上的相應(yīng)的截止電壓的出現(xiàn)的電流過零點(diǎn)，在要期望的電流過零點(diǎn)之前將反向驅(qū)動的MOSFET關(guān)斷。接著，在反向驅(qū)動的MOSFET中的電流繼續(xù)流過被集成的寄生二極管直至電流過零點(diǎn)。在電流過零點(diǎn)之后，由于被截止的、反向驅(qū)動的MOSFET，電流不能以相反的極性繼續(xù)流動。從電流過零點(diǎn)的時間點(diǎn)起直至重新接通，通過被截止的MOSFET形成利用簡單的電路是可探測的截止電壓。

在電網(wǎng)電壓或供電電壓的正半波中，首先將所述兩個反串聯(lián)的MOSFET 6和7接通。電流從相線L經(jīng)過MOSFET 6和7和負(fù)載或照明設(shè)備1流到中性線N。在臨近要期望的電流過零點(diǎn)之前關(guān)斷MOSFET 7。電流繼續(xù)流過MOSFET 7的寄生二極管和MOSFET 6直至過零點(diǎn)。緊接在電流過零點(diǎn)之后，形成在MOSFET 7上的截止電壓，所述在MOSFET 7上的截止電壓可以借助于簡單的電路10來探測。

可以以兩種不同的方式實(shí)現(xiàn)在要期望的電流過零點(diǎn)之前切斷反向驅(qū)動的MOSFET。在第一變型方案中，從最后被探測到的已經(jīng)由探測器10檢測到的電流過零點(diǎn)起，例如以被觸發(fā)的方式在時間延遲Δt1（參見圖1）之后進(jìn)行切斷。該時間延遲Δt1應(yīng)該會被設(shè)定得最小在半個周期持續(xù)時間之下，而且以有意義的方式由微控制器或操控電路13來控制。由此，該時間延遲Δt1可以相對應(yīng)地被認(rèn)為是可變的。

按照第二變型方案，在供電電壓或電網(wǎng)電壓的過零點(diǎn)切斷反向驅(qū)動的MOSFET。借助于簡單的電子電路使關(guān)于電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)的時間點(diǎn)的信息供支配。該電子電路例如可以是在電路的中性線N與接地GND之間的探測器11?？商鎿Q地，該電子電路可以是被布置在相線L與中性線N之間的探測器12。

圖4以其方法步驟示出了按照本發(fā)明的方法。在此，對如比方說LED燈那樣的交變電流驅(qū)動的照明設(shè)備進(jìn)行功率控制。該方法利用圖3的電路是可實(shí)現(xiàn)的。在第一方法步驟S1（方法步驟的順序不重要）中，借助于具有兩個開關(guān)裝置6、7的雙向開關(guān)將供電交變電壓（例如電網(wǎng)電壓）施加到照明設(shè)備1上。按照第二步驟S2，借助于前沿相控來驅(qū)動照明設(shè)備1。在步驟S3中，在供電交變電壓的每個半波中共同地接通所述兩個開關(guān)裝置6、7。步驟S4對應(yīng)于：在要期望的電流過零點(diǎn)之前將所述兩個開關(guān)裝置6、7之一切斷。在步驟S5中，執(zhí)行對在被切斷的開關(guān)裝置上的電壓的測量。最后，在步驟S6中，依據(jù)所測量的電壓確定針對前沿相控的電流過零點(diǎn)。接著，所確定的電流過零點(diǎn)又被用于按照步驟S2的前沿相控。

按照上述結(jié)構(gòu)的通用調(diào)光器（例如LED燈）可以以有利的方式通過雙向操控在前沿相位運(yùn)行中在所有可能的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)光。在臨近電流過零點(diǎn)之前切斷反向驅(qū)動的MOSFET使得能夠簡單地并且精確地探測電流過零點(diǎn)。在電流過零點(diǎn)切斷MOSFET是電感性負(fù)載的低干擾運(yùn)行的前提。

參考符號列表

1 照明設(shè)備

2 相線端子

3 負(fù)載端子

4 中性線端子

5 調(diào)光設(shè)備

6 開關(guān)裝置

7 開關(guān)裝置

8 驅(qū)動器

9 驅(qū)動器

10 電流過零探測器

11 探測器

12 探測器

13 操控電路

S1-S6 方法步驟