專利名稱：控制ac電源開關(guān)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于用于控制AC電源線路中的開關(guān)的設(shè)備，具體說(但不排他地)用于白熾、鹵素?zé)艉蜔晒鉄糁小?br> 在用于照明的公知電氣布線圖中，鑒于實(shí)用性、方便和經(jīng)濟(jì)的原因通常單獨(dú)將LIVE線(帶電線)導(dǎo)引到墻上的開關(guān)盒。墻壁開關(guān)盒中不存在有NEUTRAL線(中線)排除了借助常用的變壓器通過同一開關(guān)盒位置內(nèi)的LIVE線由AC電源獲得DC電源的可能性，此DC電源可被用來向這些電子電路供電，包括控制電路，遙控接收器，環(huán)境光控制，RF控制接收器，定時器控制和運(yùn)動檢測控制。
在先有技術(shù)中已出現(xiàn)在周期地切換AC電源到所連接的照明負(fù)荷時由LIVE線取得DC電壓的開關(guān)電路。此方法采用與一固態(tài)開關(guān)并聯(lián)和沿LIVE線與所述負(fù)荷相串聯(lián)的DC電壓導(dǎo)出電路。這樣的開關(guān)電路市售有Inc(USA)的X-10。要使此開關(guān)電路動作，要求此照明負(fù)荷為處于歐姆范圍內(nèi)的純電阻以便能使所獲得的DC電壓具有能操作此電子電路的足夠高電平，而同時維持功率低于不致使電子電路發(fā)生過量熱耗散的安全水平。這種固有的缺點(diǎn)從而將此開關(guān)電路的應(yīng)用局限于對純阻性照明負(fù)荷例如白熾或白熱絲燈的電子控制切換。
本發(fā)明的目的是提供一改善開關(guān)電路。
按照本發(fā)明的第一個方面，所提出的開關(guān)電路包括AC電源切換裝置和用于激發(fā)所述AC電源切換裝置的觸發(fā)電路，此觸發(fā)電路包括有用于響應(yīng)一開關(guān)控制信號提供觸發(fā)信號的電流傳感裝置和用于響應(yīng)該觸發(fā)信號延遲AC電源切換裝置的激發(fā)的觸發(fā)器延遲裝置。
可取的是，此AC電源切換裝置包括一可與照明負(fù)荷作串行連接的功率triac(三端雙向可控硅開關(guān)元件)和該觸發(fā)電路包括一光耦triac驅(qū)動器或一triac和一隔離變壓器。最好此觸發(fā)器延遲裝置包括一可連接在此優(yōu)選功率triac的觸發(fā)器輸入端的電阻器。
還提供一包括多個上述電路的多開關(guān)電路。
按照本發(fā)明的第二個方面，提出的DC電壓限定電路，包括PC蓄能器、電壓參考裝置和充電電流中斷裝置，其中，所述DC蓄能器與電壓校驗(yàn)裝置間的電壓差被與預(yù)定的電壓電平加以比較來激發(fā)充電電流中斷裝置。
最好，此DC電壓限定電路包括一電解電容器，一齊納二極管和一提供受控DC電源的晶體管。此晶體管夾斷對DC蓄能器的充電電流。
在本發(fā)明一例中，此DC電壓限定電路還包括另一個被配置為與第一晶體管構(gòu)成一達(dá)林頓晶體管對的晶體管。
但在本發(fā)明一優(yōu)選例中，此DC電壓限定電路還包括一耦合在此晶體管基極與AC電源切換裝置間的電容器和一與此電容器并聯(lián)的放電裝置。利用一電容器的優(yōu)點(diǎn)在于它修正充電電流波形以有助于保證較之采用達(dá)林頓晶體管對更可靠的切換。
典型地，與此電容器并聯(lián)的放電裝置包括一晶體管。
此第二方面的特點(diǎn)是可與第一方面結(jié)合應(yīng)用。
現(xiàn)在參照附圖舉例說明本發(fā)明的實(shí)施例，所列附圖為

圖1為與單一照明負(fù)荷一起應(yīng)用的本發(fā)明第一實(shí)施例的電路圖；圖2為與多個照明負(fù)荷一起應(yīng)用的本發(fā)明第二實(shí)施例的電路圖；圖3為說明用于阻性負(fù)荷的圖1的實(shí)施例DC導(dǎo)出電路的AC主電源電壓和充電電流的波形的圖形；圖4為說明由通常的接觸開關(guān)切換的感性照明負(fù)荷中AC電流與AC電壓間的相位差(此時電流滯后于電壓)的圖形；圖5為說明用于感性負(fù)荷的圖1實(shí)施例的DC導(dǎo)出電路的AC主電源電壓和充電電流的波形的圖形；圖6為說明用于區(qū)分阻性和感性照明負(fù)荷下的圖2的雙開關(guān)實(shí)施方案中的電壓和電流波形的圖形；圖7表示為對用于熒光燈的大電流消耗控制電路供電的圖1和2實(shí)施例的DC導(dǎo)出電路的改型；圖8為表明本發(fā)明第三實(shí)施例的電路圖；圖9為說明用于白熾燈負(fù)荷和熒光燈負(fù)荷的圖1的電流波形的圖形；圖10為說明用于白熾燈負(fù)荷和熒光燈負(fù)荷的圖8的電流波形的圖形；和圖11表示替代圖8中所示的并行切換電路的串行切換電路的示例。
圖1表示本發(fā)明一實(shí)施例，它包括一由二極管3、4、5、6組成的橋式整流器，此整流器與功率triac 2并行設(shè)置，一功率triac觸發(fā)電路包括激發(fā)LED 14A和光耦合triac 14B、PNP晶體管15和偏置電阻18、19，和一包括電解DC蓄能電容器7、達(dá)林頓晶體管對9和10、齊納二極管11和電阻12的蓄能電容器充電電路。此電路執(zhí)行第一功能來獲得一DC電壓以對控制電路供電，和執(zhí)行第二功能來按需要將功率triac 2觸發(fā)成導(dǎo)通/非導(dǎo)通狀態(tài)，后面稱之為ON/OFF狀態(tài)。
參看本發(fā)明所述實(shí)施例的第一功能以獲得DC電壓來向控制電路供電，在照明負(fù)荷1被斷開的情況下，功率triac 2將不被觸發(fā)并將保持為開路即非導(dǎo)通(OFF)狀態(tài)。因而二極管3、4、5、6的橋式整流器及其有關(guān)電路組件(圖1中作為包含在二極管3、4、5、6的橋式整流器的布局內(nèi)的所有組件所表明的)將呈現(xiàn)為沿LIVE線與照明負(fù)荷1相串聯(lián)而導(dǎo)致AC主電源電壓被加在照明負(fù)荷1和二極管3、4、5、6的橋式整流器的二端。這樣，由二極管3、4、5、6的橋式整流器的全波整流輸出通過被照明負(fù)荷1阻抗和充電電阻8限定的充電電流20(ICHARGE)對DC蓄能電容器7充電。此DC蓄能電容器7還通過達(dá)林頓晶本管結(jié)構(gòu)中配置的晶體管9、10被充電至齊納二極管11達(dá)到被擊穿時的電平，在此擊穿點(diǎn)來自電容器7的任何超量電壓均反向偏置地被加到晶體管9、10的基一射結(jié)。當(dāng)電容器7二端的電壓上升得更高時，晶體管9、10將反向偏置得更大和充電電流通過晶體管9、10被夾斷。這樣跨接電容器7的電壓Vc被限制為Vc＝Vz-2VBE(斷開)。作為一例，對于要求5V的DC電源和VBE的典型值為0.4V，則VZ應(yīng)被選為5.8V。這一VZ值可依靠一實(shí)際或適當(dāng)額定電壓齊納二極管與單一或多個各自具有0.6v前向壓降的二極管作串行組合的結(jié)構(gòu)來得到。當(dāng)跨接電容器7的電壓達(dá)到極限電壓時，達(dá)林頓晶體管對9、10截止而僅有少量電流流經(jīng)齊納二極管11、基極電阻12和最后流經(jīng)照明負(fù)荷1。圖1中電路的這種穩(wěn)態(tài)電流在1mA(RMS)的范圍。對于白熾和鹵素?zé)?，這種小電流將不會使照明負(fù)荷1點(diǎn)亮或造成明顯的功率消耗。在照明負(fù)荷1為熒光燈的情況下，這一電流將使得用于點(diǎn)火熒光燈所需的輝光管啟動器稍許發(fā)光。但通過使之發(fā)光的輝光管啟動器電流將不會高到足以閉合輝光管啟動器觸頭來啟動點(diǎn)火。一般地，用于230V熒光燈系統(tǒng)的輝光管啟動器只有在流經(jīng)它的電流超過約4mA(RMS)時才會閉合其觸頭。
在照明負(fù)荷1需要供給電源的情況下，功率triac 2將被連續(xù)不斷地觸發(fā)成為閉合電路或?qū)?ON)狀態(tài)以便使得主電源電壓完全加到照明負(fù)荷1并因而在二極管3、4、5、6的橋式整流器二端不會產(chǎn)生電壓。隨之，蓄能電容器7將停止充電并由于電流放電，DC電壓將下降。為防止DC電壓降低，功率triac 2在每半個周期的起始被關(guān)斷一定時間以便將主電源電壓轉(zhuǎn)移到二極管3、4、5、6橋式整流器。功率triac 2切換到OFF狀態(tài)是由在AC電流零交叉點(diǎn)的自行計(jì)算來實(shí)現(xiàn)，也就是沒有電流流過所述功率triac 2所造成的它自己的解鎖。在功率triac 2的自行計(jì)算后，在每半周期的起始應(yīng)用觸發(fā)信號到功率triac 2的柵輸入端以將所述功率triac 2鎖定為ON狀態(tài)被延遲一毫秒范圍內(nèi)的短暫時間。此觸發(fā)延遲通過對功率triac 2柵輸入端加進(jìn)電阻13來實(shí)現(xiàn)，而在當(dāng)柵電壓升高到足以注入大于閥值柵電流的柵電流時發(fā)生所述觸發(fā)。此觸發(fā)延遲使得能在延遲期間進(jìn)行DC電壓蓄能電容器7的充電以便足以能將DC電壓蓄能電容器7充電到額定的所需電平。這就使得DC電壓源在照明負(fù)荷1被提供電源的整個期間維持恒定。所述期間內(nèi)功率triac 2的延遲觸發(fā)將不會造成照明負(fù)荷1中功率的明顯降低。例如說，1ms的延遲將僅僅造成負(fù)荷中0.6％的下降而這不會轉(zhuǎn)化成照明強(qiáng)度上可覺察到的減弱。
現(xiàn)參考本發(fā)明所述實(shí)施例第二功能將功率triac 2觸發(fā)到ON/OFF狀態(tài)，功率triac觸發(fā)電路由一光耦合triac驅(qū)動器14構(gòu)成，該驅(qū)動器輸入LED 14A配置成與DC電壓蓄能電容器7相串聯(lián)，而其輸出triac 14B被配置成與在功率triac 2的柵極的電阻13串聯(lián)。
當(dāng)功率triac 2要被斷開時，與輸入LED 14A并聯(lián)的分流晶體管15被導(dǎo)通。這通過對由分流晶體管15和電阻18、19構(gòu)成的分流電路的輸入端加以控制信號21來實(shí)現(xiàn)。此控制信號21可源自于任何電子控制或傳感器電路。隨著分流晶體管15導(dǎo)通，充電電流20即會從triac驅(qū)動LED 14A被分流，而triac驅(qū)動器14將被截止從而阻止功率triac 2的觸發(fā)。當(dāng)功率triac 2的觸發(fā)被禁止時，功率triac2將處于非導(dǎo)通或OFF狀態(tài)，照明負(fù)荷1就將被關(guān)斷。電路運(yùn)行的其余部分如以上所述。
現(xiàn)在參照圖3功率triac 2要被接通而照明負(fù)荷1為白熾或燈絲照明燈，首先將分流晶體管15關(guān)斷由此來使主電源電壓能被加到照明負(fù)荷1和功率triac 2兩端。由于最初功率triac 2為非導(dǎo)通或OFF狀態(tài)，所以跨接它的電壓也被加到與功率triac 2并行連接的二極管3、4、5、6橋式整流器的二端。結(jié)果，經(jīng)全波整流的DC電流由橋式整流器3、4、5、6的輸出端流出以對DC電壓蓄能電容器7進(jìn)行充電。因?yàn)榉至骶w管15通過被控制信號21而截止，充電電流20被迫流過triac驅(qū)動器輸入LED 14A，將triac驅(qū)動器14觸發(fā)到接通，它進(jìn)而在時刻55將功率triac 2觸發(fā)到ON即導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)功率triac 2被接通時，跨接在所述裝置的電壓(也即跨接二極管3、4、5、6橋式整流器的同一電壓)立即降落至接近為零。充電電流20停止流通和triac驅(qū)動器LED 14A被截?cái)?，從而截止輸出triac 14B，進(jìn)而功率triac 2。但是，功率triac 2將繼續(xù)導(dǎo)通，因?yàn)樗焰i定使得在此半周期的其余期間負(fù)荷電流流過功率triac 2。這樣繼續(xù)直至電流到達(dá)在時刻56的AC零交叉點(diǎn)，在此點(diǎn)功率triac 2解鎖/自行計(jì)算由此返回到它的非導(dǎo)通或OFF狀態(tài)?，F(xiàn)在主電源電壓53反轉(zhuǎn)極性而且它在功率triac 2和二極管3、4、5、6橋式整流器的兩端作正弦上升。在此電壓升高時，充電電流20將開始流動因而在下半個周期的時刻57觸發(fā)triac驅(qū)動器14和隨后觸發(fā)功率triac 2。如上所述，功率triac 2的觸發(fā)不是緊接AC電流零交叉點(diǎn)后，而是在一微小時間延遲54(接近一毫秒)之后以使得能充電DC蓄能電容器7。此延遲量可由改變柵極電阻13的電阻值加以控制。當(dāng)功率triac 2要被接通和照明負(fù)荷1為感性的公知鹵素?zé)?正常采用降壓變壓器)時，此照明負(fù)荷1將具有小于1的功率因子，其中負(fù)荷電流與電壓將具有相位差。圖4中說明電流58滯后電壓59時的電流和電壓波形示例。參看圖5，通過功率triac 2的電流將在正和負(fù)半周期之間交替變化，和在時刻60的電流零交叉點(diǎn)功率triac 2作自我計(jì)算。在此例中，一非零上升電壓將會突然加到功率triac 2和二極管3、4、5、6橋式整流器的二端，因?yàn)樗与妷涸谙辔簧铣坝陔娏鳌＿@將促使充電電流20流通并隨后在電流波形的每半周期的起始在所述時間延遲54之后觸發(fā)功率triac 2到導(dǎo)通即ON狀態(tài)。
當(dāng)要將功率triac 2接通而照明負(fù)荷1為感性的熒光燈時，最好以三個不同階段來說明該電路的運(yùn)行(A)燈滅狀態(tài)階段；(B)燈亮階段；和(C)燈點(diǎn)亮階段。為便于說明，將在燈點(diǎn)亮階段之前說明燈亮狀態(tài)的運(yùn)行。
(A)燈滅狀態(tài)階段在此階段期間，如前節(jié)所說明的，僅有很小電流流過照明負(fù)荷1。但是，這一電流不流經(jīng)熒光管因?yàn)樗幱诜菍?dǎo)通狀態(tài)。這一電流將代之以流經(jīng)由帶有包括鎮(zhèn)流器和輝光管啟動器的相關(guān)點(diǎn)火電路的熒光燈組成的燈夾具內(nèi)的輝光管啟動器。只要流經(jīng)輝光管啟動器的電流不大于4mA(RMS)(為在典型的230V輝光管啟動器中閉合觸頭的典型值)其觸頭就不會閉合。這一階段運(yùn)行的其余部分與前節(jié)中與起照明負(fù)荷1作用的鎮(zhèn)流器串聯(lián)的輝光管啟動器的相同。
(B)燈亮狀態(tài)階段。
在這一階段期間，照明負(fù)荷1包括與鎮(zhèn)流器串聯(lián)的熒光管。此燈此燈基本上處于游離狀態(tài)因而以相當(dāng)?shù)碗娮鑼?dǎo)通。因而總的照明負(fù)荷為感性的而電路運(yùn)行如以上對感性照明負(fù)荷所說明的那樣。
(C)燈點(diǎn)火階段在這一階段期間，輝光管啟動器將隨機(jī)地和重復(fù)地打開(后面稱之為OPEN)和閉合(后面稱之為CLOSE)數(shù)秒鐘以便加熱熒光管燈絲以及產(chǎn)生一高電壓來點(diǎn)火熒光管。典型的OPEN期間為十分之幾毫秒而CLOSE期間則為數(shù)百毫秒。對輝光管啟動器所述打開和閉合操作的說明如下(1)在輝光管啟動器由OPEN改變到CLOSE的情況下，總照明負(fù)荷阻抗將由輝光管啟動器觸頭處于OPEN位置時的鎮(zhèn)流器阻抗+啟動器阻抗構(gòu)成的阻抗改變到輝光管啟動器觸頭在CLOSE位置時的鎮(zhèn)流器阻抗+熒光管燈絲阻抗構(gòu)成的阻抗。在OPEN位置時帶有輝光管啟動器的照明負(fù)荷1的阻抗可能相當(dāng)于如在白熾或燈絲燈情況中的阻性照明負(fù)荷1，因而操作可能非常類似于白熾或燈絲燈。在CLOSE位置中照明負(fù)荷1的阻抗可能相當(dāng)于如在鹵素?zé)羟闆r中的感性燈負(fù)荷1而其操作已在前節(jié)說明過；(2)在啟動器由CLOSE改變到OPEN的情況下，由鎮(zhèn)流器在啟動器觸頭打開瞬間產(chǎn)生一高感應(yīng)電壓。雖然這一感應(yīng)電壓是由負(fù)荷電流中斷所生成的，這在正常運(yùn)行期間將如在AC電流零交叉情況那樣使功率triac 2進(jìn)入非導(dǎo)通狀態(tài)，但這一感應(yīng)電壓將不會被功率triac 2阻斷。其原因在于功率triac 2為一緩慢裝置而所生成的感應(yīng)電壓將是瞬變的，功率triac 2不能響應(yīng)和解鎖亦或進(jìn)入其非導(dǎo)通狀態(tài)來阻斷它。因此，這一感應(yīng)電壓將由功率triac 2無阻礙地完整地傳送到熒光管用于點(diǎn)火。
本發(fā)明還可以與多個開關(guān)一起使用以控制所連接的照明負(fù)荷，而不管各個照明負(fù)荷的功率因子如何。圖2說明本發(fā)明第二實(shí)施例及其用于一雙開關(guān)系統(tǒng)的電路。如圖2表明的所述雙開關(guān)系統(tǒng)電路的基本操作類似于前述的單一開關(guān)系統(tǒng)的第一優(yōu)選實(shí)施例的操作。
此雙開關(guān)系統(tǒng)接收二獨(dú)立的邏輯信號控制二個相互獨(dú)立地分開的照明負(fù)荷。應(yīng)指出的特點(diǎn)是二照明負(fù)荷為不同阻抗類型，其中一個為純阻性(白熾燈)而另一個為感性(鹵素或熒光燈)。此二照明電路中的電流波形將具有某種相位差。使用純阻型照明負(fù)荷1和感性型照明負(fù)荷22為例，圖6中說明電流和電壓波形。電流34(由照明負(fù)荷1而產(chǎn)生)與主電源電壓同相，而電流35(因照明負(fù)荷22產(chǎn)生)滯后于主電源電壓?？紤]二照明所負(fù)荷均為接通時的情況，相應(yīng)的充電電流或觸發(fā)電流脈沖如圖6中所示。在AC電流34到達(dá)零交叉點(diǎn)的時刻37，充電電流20將流通，由此準(zhǔn)確地將功率triac 2觸發(fā)到ON狀態(tài)，同時，充電電流20還將觸發(fā)功率triac 23。但在此例中，因?yàn)殡娏?5滯后于電流34，功率triac 23仍然為導(dǎo)通方式，因而充電電流20對功率triac 23不起作用。在AC電流35到達(dá)其零交叉點(diǎn)時的時刻38，充電電流36將流通而這將準(zhǔn)確地觸發(fā)功率triac23到ON狀態(tài)。同時充電電流36還將觸發(fā)功率triac 2。但在此例中，AC電流34超前AC電流35和功率triac 2已成為導(dǎo)通方式，因此充電電流36對功率triac 2不起作用。
考慮另一種照明負(fù)荷2被接通和照明負(fù)荷22被斷開時的情況。在時刻37，充電電流20將功率triac 2準(zhǔn)確地觸發(fā)到ON狀態(tài)。但在此照明負(fù)荷22被關(guān)斷的情況中，分流晶體管28被接通從而將充電電流20由LED 27A轉(zhuǎn)移開。這樣功率triac 23將不會被充電電流20觸發(fā)而保持照明負(fù)荷22斷開。
由圖2的電路配置可看到，以對圖1所示本發(fā)明第一實(shí)施例的全波橋式整流器插入與DC電壓蓄能電容器充電電流相串聯(lián)的一激發(fā)LED及相關(guān)分流和構(gòu)成一半橋的一對二極管，提供在對應(yīng)電流波形的零交叉處產(chǎn)生不同的triac觸發(fā)電流脈沖來準(zhǔn)確地觸發(fā)對應(yīng)的功率triac的裝置。不管帶有不同負(fù)荷類型的系統(tǒng)中開關(guān)單元的數(shù)量多少，各功率triac均將在對應(yīng)電流波表的零交叉點(diǎn)被準(zhǔn)確地觸發(fā)。由于其他照明負(fù)荷電路所產(chǎn)生的所有其他觸發(fā)電流脈沖均不會影響任一功率triac的正確觸發(fā)操作。
圖1中電路是針對電流耗費(fèi)小于數(shù)毫安的控制電路中總電流消耗很小的應(yīng)用。在特定控制電路要求較高的電流例如大于4mA而欲加控制的照明負(fù)荷為白熾燈的情況中，可能出現(xiàn)問題。由于DC電源是通過使電流連續(xù)不斷地通經(jīng)照明負(fù)荷獲得的，高DC消耗使得熒光燈配置中的輝光管啟動器斷開時流經(jīng)它很高電流。如以上提到過的，典型的閉合電流在4mA(RMS)左右而如果由DC蓄能電容器引出更高電流，將需要更高的充電電流。這導(dǎo)致可能超過其閉合電流的更高的電流流經(jīng)輝光管起動器。在發(fā)生這種情況時，其效果類似于點(diǎn)火階段，即就是，當(dāng)輝光管啟動器閉合和打開時將產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓。由于三個主要原因這是極不希望的(1)重復(fù)地閉合和打開很可能促使輝光啟動器過早失效；(2)當(dāng)輝光管啟動器閉合時，照明負(fù)荷所提供的阻抗僅僅是鎮(zhèn)流器的阻抗。這樣主電源電壓的大部分將會突然加到晶體管9、10。這將造成對晶體管9、10的較高的熱和電壓強(qiáng)度；(3)當(dāng)輝光管啟動器閉合和打開時，可能產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓。這種高感應(yīng)電壓可能損壞晶體管9、10或者由于出現(xiàn)在功率triac 2兩端高dv/dt而使得功率triac 2意外地接通。
在照明負(fù)荷為熒光型的情況中，通過輝光管啟動器的電流必定要被維持在輝光管啟動器的閉合電流之下。對于要求較高DC電流的應(yīng)用場合，采用如圖7中所示的對DC電壓導(dǎo)出電路的修正來提供二級DC電源電路。第一級將提供一較高的DC電壓51，對于該電壓蓄能電容器產(chǎn)生低于輝光管啟動器閉合電流。通過一轉(zhuǎn)換降壓DC變換器50來取得具有較高電流能力的第二和較低的DC電壓52。
圖8為表示本發(fā)明第三實(shí)施例的電路圖。如圖1那樣此實(shí)施例企圖用于單一的照明負(fù)荷。
圖1為一包括基本功能電路部分的電路，這些電路部分提供措施來(I)控制切換負(fù)荷的ON/OFF；(ii)在接近零交叉點(diǎn)時觸發(fā)功率triac 2和(iii)為電子電路導(dǎo)出一穩(wěn)定的低DC電壓。
圖8中表示一改善電路。這一電路在兩方面改善電路運(yùn)行性能。
首先，ON/OFF切換以二晶體管115、154而不是圖1實(shí)施例中的單一晶體管115來更明確的確定。
其次，在圖1中控制充電電流的晶體管開關(guān)由達(dá)林頓晶體管對9、10提供。利用達(dá)林頓晶體管對9、10是由于二電路運(yùn)行性能需求(a)在ON狀態(tài)期間，充電電流必須足夠高以便能迅速充電蓄能電容器7；和(b)在OFF狀態(tài)期間，通過達(dá)林頓晶體管對9、10的電流必須足夠小以避免過熱。因此，這二個需求需要電阻12相對很大(例如100KΩ)。
相反，在圖8中，達(dá)林頓晶體管對9、10被一晶體管109、二極管150、電阻151(典型為1KΩ)、電容器152(典型為10nF)和一晶體管153所替代。電阻151和電容器152改變充電電流(Icharge)120波形。
這方面通過比較分別在圖1和8中所示電路Icharge120如何隨時間變化的圖9和10來加以說明。在圖9和10中，上部波形210、310針對白熾燈負(fù)荷，和下部波形220、320為針對一熒光燈負(fù)荷。
由圖9與10的比較，可看到圖10中二波形310、320(1)在每一半周期的起始具有較高的dIcharge/dt，以便使波形310、320向著此半周期的起點(diǎn)偏斜并因而在各半周期的起始取峰值；和(ii)具有高于圖9中的對應(yīng)波形210、220的峰值電流(Icharge)值的峰值電流(Icharge)值。
這些效果(i)和(ii)具有二個好處。效果(i)有助于保證在各半周期的起始進(jìn)行觸發(fā)；和效果(ii)有助于保證可靠觸發(fā)triac驅(qū)動器114A。
例如，如果triac驅(qū)動器114A的觸發(fā)閥值為3mA，圖9中的電流波形210、220(它的Icharge具有接近2mA的峰值)將不能觸發(fā)triac驅(qū)動器114A。但是，圖10中電流波形310、320(它的Icharge具有接近4mA的峰值)將能觸發(fā)triac驅(qū)動器114A。
考慮到這些效果的圖8電路的操作可由如下理解。
充電電流Icharge120與晶體管109的基極電流成比例。此基極電流很大程度上由流進(jìn)電容器114的電流(i114)確定，其中i114＝C.dv/dt，和dv/dt為跨接晶體管114的電壓上升速率。在OFF狀態(tài)中，跨接晶體管114的dv/dt值非常接近主電源的dv/dt值。主電源電壓，因?yàn)樗钦也?，在每半周期的起?亦即在零電壓交叉點(diǎn))具有dv/dt值的最大值。因此i114在每半周期的起始為最大(即峰值)。這一峰值效果在采用熒光燈負(fù)荷的電路中更顯著，如可由波形320看到的。
在Icharge向每半周期的末尾減小期間晶體管153為電容器152提供放電途徑。
圖11表示替代圖8中虛線框所標(biāo)明的開關(guān)電路350的開關(guān)電路360的另一形式。開關(guān)電路350為并行開關(guān)電路，而開關(guān)電路360則為一串行開關(guān)電路。采用一串行開關(guān)電路例如電路360具有獲得更可靠的切換的優(yōu)點(diǎn)。采用開關(guān)電路350，如果存在高充電電流(例如由于一高負(fù)荷)，晶體管115有可能無法分流全部電流。因此，可能發(fā)生切斷失敗。采用一串行開關(guān)電路例如開關(guān)電路360簡化這一問題。
所述的本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)被解釋為限制性的。例如，光耦合triac驅(qū)動器14可由包括一triac和一隔離變壓器的triac驅(qū)動器電路所替換。在這樣的實(shí)施方案中，隔離變壓器的初級線圈將代替光耦合triac驅(qū)動器14的輸入LED 14A來檢測充電電流20，和隔離變壓器的次級線圈將被連接到一triac的柵輸入端以形成一個電路來執(zhí)行與輸出triac 14B將功率triac 2觸發(fā)到ON即導(dǎo)通狀態(tài)的相同功能的電路。
權(quán)利要求
1.一開關(guān)電路，包括AC電源切換裝置；用于激發(fā)所述AC電源切換裝置的觸發(fā)電路；該觸發(fā)電路包括有用于響應(yīng)一開關(guān)控制信號提供觸發(fā)信號的電流傳感裝置和用于響應(yīng)該觸發(fā)信號延遲AC電源切換裝置的激發(fā)的觸發(fā)延遲裝置。
2.權(quán)利要求1中所述電路，其特征是該AC電源切換裝置包括一可與負(fù)荷串行連接的功率triac。
3.權(quán)利要求2中所述電路，其特征是該觸發(fā)延遲裝置包括在此功率triac的柵輸入端的電阻。
4.權(quán)利要求1至3中任一個所述電路，其特征是該觸發(fā)電路包括一光耦合triac驅(qū)動器，形成所述電流傳感裝置的驅(qū)動器的輸入LED。
5.權(quán)利要求1至3中任一個所述電路，其特征是該觸發(fā)電路包括一triac和一隔離變壓器，此隔離變換壓器的初級線圈形成所述電流傳感裝置。
6.前述權(quán)利要求中任一個所述電路，其特征是此觸發(fā)電路還包括響應(yīng)所述開關(guān)控制信號的斷開狀態(tài)分流電流傳感裝置的電流旁路裝置。
7.前述權(quán)利要求中任一個所述電路，其特征是還包括一DC電壓導(dǎo)出電路，與AC電源切換裝置并聯(lián)，用于向提供開關(guān)控制信號的輔助電路供電。
8.權(quán)利要求7中所述電路，其特征是DC電壓導(dǎo)出電路包括一橋式電路進(jìn)行全波整流。
9.權(quán)利要求7或8中所述電路，其特征是DC電壓導(dǎo)出電路包括DC蓄能器；電壓基準(zhǔn)裝置；和充電電流中斷裝置，其中，為激發(fā)充電電流中斷裝置把DC蓄能器與電壓基準(zhǔn)裝置間的電壓差與一預(yù)定電壓電平相比較。
10.權(quán)利要求9中所述電路，其特征是DC蓄能器包括一電解電容。
11.權(quán)利要求9或10中所述電路，其特征是電壓基準(zhǔn)裝置包括在擊穿狀態(tài)下運(yùn)行作為電壓基準(zhǔn)二極管的齊納二極管。
12.權(quán)利要求9至11中任一個所述電路，其特征是充電電流中斷裝置包括用于夾斷至DC蓄能器的充電電流的達(dá)林頓晶體管對。
13.權(quán)利要求9至11中任一個所述電路，其特征是充電電流中斷裝置包括一晶體管，一耦合在晶體管的基極與AC電源切換裝置之間的電容器和與該電容器并聯(lián)的放電裝置，該晶體管夾斷至DC蓄能器的充電電流。
14.權(quán)利要求13中所述電路，其特征是放電裝置包括一晶體管。
15.權(quán)利要求9至14中任一個所述電路，其特征是DC電壓導(dǎo)出電路還包括降壓切換DC變換器以提供二級DC電壓電源。
16.一多開關(guān)電路，包括多個前述權(quán)利要求中任一個所述的電路。
17.一DC電壓限定電路，包括DC蓄能器；電壓基準(zhǔn)裝置；和充電電流中斷裝置，其中，為激發(fā)充電電流中斷裝置把DC蓄能器與電壓基準(zhǔn)裝置間的電壓差與一預(yù)定電壓電平相比較。
18.權(quán)利要求17中所述電路，其特征是DC蓄能器包括一電解電容器。
19.權(quán)利要求17或18所述電路，其特征是電壓基準(zhǔn)裝置包括一在擊穿條件下運(yùn)行作為電壓基準(zhǔn)二極管的齊納二極管。
20.權(quán)利要求17至19中任一個所述電路，其特征是充電電流中斷裝置包括用于夾斷至DC蓄能器的充電電流的達(dá)林頓晶體管對。
21.權(quán)利要求17至19中任一個所述電路，其特征是充電電流中斷裝置包括一晶體管，一耦合在此晶體管基極與AC電流切換裝置之間的電容器和與電容器并聯(lián)的放電裝置，該晶體管夾斷至DC蓄能器的充電電流。
22.權(quán)利要求21中所述電路，其特征是放電裝置包括一個晶體管。
23.權(quán)利要求17至22中任一個所述電路，其特征是DC電壓限定電路還包括一降壓切換DC變換器以提供二級DC電壓電源。
全文摘要
揭示一種用于控制AC電源開關(guān)的設(shè)備,其中借助功率triac(三端雙向可控硅開關(guān)元件)(2)可在在一照明負(fù)荷(1)和一個電路之間切換該AC電源,該電路為通過利用橋電路和限壓電路將AC電源電壓變換到DC電壓用于對輔助控制電路供電。一響應(yīng)切換控制信號(21)激發(fā)功率triac(2)的觸發(fā)電路包括一光耦合triac驅(qū)動器(14)。該設(shè)備還適用于對多個照明負(fù)荷進(jìn)行AC電源切換。
文檔編號H03K17/72GK1244311SQ9718126
公開日2000年2月9日 申請日期1997年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月7日
發(fā)明者許益宗 申請人:許益宗