專利名稱：自適應(yīng)電流限制器和包括該自適應(yīng)電流限制器的調(diào)光器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及電流限制器電路，并且更具體地，涉及適用于具有電磁干擾(EMI) 濾波器電路的舍相調(diào)光器電路的自適應(yīng)電流限制器。
背景技術(shù)：
當白熾燈以低于標稱電壓的電壓工作時，其被調(diào)光，所述白熾燈是關(guān)于標稱電壓設(shè)計的。當所施加的電壓降低時，燈的功率和光強也相應(yīng)地減低。按照慣例，調(diào)光器是固態(tài)開關(guān)設(shè)備，其以與所施加的電源的頻率有關(guān)的速率來開燈和關(guān)燈。在美國，標準的交流(AC) 供電電壓以每秒60次(或60赫茲)的速率振蕩，因此調(diào)光器電路被設(shè)計成以兩倍于供電頻率的速率開燈和關(guān)燈(即，120赫茲的頻率)。白熾燈燈絲的組合的熱質(zhì)量和電阻使脈沖平滑。因為燈絲發(fā)光的亮度依賴于流過燈絲的電流量，所以人類的眼睛看到較亮的或較暗的光，這依賴于接通時間相對于斷開時間的比例。換句話說，輸入電壓在減少了被傳輸?shù)綗襞莸钠骄妷旱南辔稽c上被接通，這被稱為舍相調(diào)光。存在兩種類型的舍相調(diào)光向前舍相調(diào)光和逆向舍相調(diào)光。在向前舍相調(diào)光時，電路控制被施加給燈的電力，使得燈在每電力線半周期中的最后部分期間被通電。這種向前舍相調(diào)光電路是廉價的，相對強健的，并且適用于大多數(shù)負載電路，所述向前舍相調(diào)光電路包括標準的白熾燈和磁性變壓器，以及氖、冷陰極、和一些類型的熒光調(diào)光鎮(zhèn)流器。在逆向舍相調(diào)光時，電路控制到燈的電力，使得燈在每電力線半周期中的開始部分期間被通電。逆向舍相調(diào)光一般是較昂貴的，因為其使用了更復(fù)雜的電子設(shè)備。然而，當使用逆向舍相調(diào)光器電路時，一些負載，比如電子變壓器工作得更好，并且產(chǎn)生較少能聽得到的噪聲(比如嗡嗡聲或者響鈴聲)。在這兩種情況下，實際的發(fā)光負載以電力線頻率工作。開關(guān)頻率能夠?qū)е仑撦d電路發(fā)出能聽到的噪聲。有時，降噪設(shè)備，比如去嗡嗡聲的線圈被用于降低或消除這些系統(tǒng)生成的雜聲。一種類型的舍相調(diào)光器電路被稱為三端雙向可控硅(TRIAC)電路或TRIAC調(diào)光器。TRIAC調(diào)光器能夠被并入光開關(guān)以提供調(diào)光功能。TRIAC調(diào)光器控制到負載(比如燈泡)的電力，這通過基于向前類型的或者逆向類型的調(diào)光中的任何一個來開啟(gate)來自電流源的、所施加的正弦AC波形。特別是，TRIAC調(diào)光器在AC供電的半周期上接通，并且在每半周期結(jié)束處斷開，調(diào)制被傳輸?shù)截撦d的電力。TRIAC調(diào)光器的接通-斷開周期在工作期間重復(fù)以驅(qū)動負載，并且對TRIAC調(diào)光器的接通的定時控制了所提供能量的量。一般來說，當TRIAC調(diào)光器被配置成在AC供電波形的峰值處接通時，TRIAC調(diào)光器將峰值供電傳輸?shù)截撦d。這種TRIAC調(diào)光器在許多住宅的、商業(yè)的、和工業(yè)的環(huán)境中使用，以提供可調(diào)節(jié)的發(fā)光。常規(guī)的TRIAC調(diào)光器被設(shè)計為控制被提供至電阻性負載比如標準的白熾燈或鹵素燈的電力。諸如小型熒光燈和發(fā)光二極管燈的燈泡的最近的開發(fā)提供了增強的效率和壽命；然而，從TRIAC調(diào)光器的透視圖可知，這種設(shè)備不一定作為電阻性負載工作。相應(yīng)地，在這種較新的發(fā)光解決方案中，常規(guī)TRIAC調(diào)光器電路可能不正確發(fā)揮作用和/或完全不工作。 代替對燈進行調(diào)光，這種TRIAC調(diào)光器電路可導(dǎo)致燈閃爍或者可能完全不工作。


圖1是由連接到圖2中的電路的常規(guī)TRIAC調(diào)光器所產(chǎn)生的電流相對于時間的時序圖。圖2是包括用于常規(guī)TRIAC調(diào)光器的常規(guī)電磁干擾(EMI)濾波器電路的系統(tǒng)的代表性示例的框圖。圖3是具有自適應(yīng)電流限制器的舍相調(diào)光器系統(tǒng)的實施方式的框圖。圖4是顯示了電路細節(jié)的圖3中的舍相調(diào)光器系統(tǒng)的電路圖。圖5是關(guān)于圖4中的舍相調(diào)光器系統(tǒng)的電流相對于時間的時序圖。在下面的說明書中，在不同附圖中使用相同的參考數(shù)字來指示相似的或相同的項。
具體實施例方式下面公開了系統(tǒng)的實施方式，其包括的自適應(yīng)電流限制器被配置成限制來自 TRIAC調(diào)光器開關(guān)的突發(fā)供電步驟，防止在相關(guān)EMI濾波器中的響鈴，并且作為時間函數(shù)且基于來自EMI濾波器的反饋電流來增加電流限制。通過限制突發(fā)供電步驟以防止高變化率信號的通過，自適應(yīng)電流限制器提供更一致的負載，其維持了正確的TRIAC的工作，甚至當與LED或者與不對系統(tǒng)呈現(xiàn)出電阻性負載的其他類型的燈一起使用時也是如此。由常規(guī)的 TRIAC調(diào)光器系統(tǒng)所產(chǎn)生的電流信號在下面關(guān)于圖1進行了描述。圖1是由常規(guī)的舍相調(diào)光器系統(tǒng)比如TRIAC調(diào)光器電路所產(chǎn)生的、電流相對于時間的時序圖100。在時序圖100內(nèi)，縱軸代表單位為安培的電流，并且橫軸代表單位為毫秒的時間。在102，舍相調(diào)光器電路在來自電源的交流(AC)供電的負部分中的半周期上接通。 假設(shè)一特定負載，在102，負電流尖峰具有大約負0. 95安培的峰值電流。在峰值電流尖峰之后，電流電平減低至與負載電路的有效電流消耗(一般在104指明)相關(guān)的電平。有效電流消耗電平104具有近似負0. 2A的電流電平。有效電流消耗通過四分之一周期的剩余部分來降低。在106，TRIAC調(diào)光器電路在下一個四分之一周期期間斷開。在108，正電流尖峰還具有大約0.95安培的峰值，其一般由水平線114指明。正電流尖峰108在AC供電的正部分的半周期與舍相調(diào)光器電路的接通相關(guān)。在正電流尖峰 108之后，電流電平在110降低至工作電流電平，其代表大約0. 2A的峰值電流，并且其在半周期的剩余部分放電。在112，舍相調(diào)光器電路保持斷開直到下一個半周期為止。這種信號圖案被無限期地重復(fù)，直到舍相調(diào)光器電路斷開為止。舍相調(diào)光器電路一般包括調(diào)節(jié)機構(gòu)(比如滑動物或其他用戶可使用元件)，其可用于通過改變舍相調(diào)光器電路接通或斷開的時間量來對相關(guān)光進行調(diào)光，由此相對于AC供電相位改變輸出脈沖的定時和持續(xù)時間。時序圖100是對峰值電流的說明，但是未表示最差情況，其出現(xiàn)在較高電壓，比如在230伏特AC和277伏特AC時，其中峰值步驟的電壓能夠超過400伏特，這里電流將明顯更高。這些高峰值電壓和相關(guān)峰值電流尖峰增加了損耗并且給電路元件施加了過度的壓力。此外，這些峰值電流能夠在電磁干擾(EMI)電路，比如EMI電路的組件之間共振，其將關(guān)于在圖2中指明的系統(tǒng)200進行討論，這產(chǎn)生了能夠干擾舍相調(diào)光器電路的工作的振蕩電流。當出現(xiàn)這些振蕩電流時，在舍相調(diào)光器電路接通時或者在一周期內(nèi)的任何時間上，不足的電流能夠?qū)е律嵯嗾{(diào)光器電路意外關(guān)斷。例如，在正電流尖峰108與工作電流電平110之間的轉(zhuǎn)換處，電流能夠超過或未超過工作電流電平110(正如一般在116指明的)，其超過或未超過能夠?qū)е码娏麟娖铰渲帘３蛛娏?即，工作電流電平110)以下，導(dǎo)致開關(guān)意外地關(guān)斷。需要一定量的保持電流來將舍相調(diào)光器電路維持在“接通”狀態(tài)，以提供正確的工作。振蕩電流能夠減弱電流電平，導(dǎo)致電流電平落至保持電流電平以下，意外地關(guān)斷舍相調(diào)光器電路。舍相調(diào)光器電路的這種意外關(guān)斷能夠在電子燈(LED或小型熒光燈)中產(chǎn)生閃爍。一種用于防止這種閃爍的技術(shù)包括汲取額外的電流以實現(xiàn)足以防止舍相調(diào)光器電路關(guān)斷的保持電流電平。被配置成維持 TRIAC調(diào)光器保持電流的常規(guī)的電路的實施方式在下面關(guān)于圖2進行描述。由TRIAC接通所產(chǎn)生的電流尖峰的幅度是在系統(tǒng)的電源與電容器之間的瞬時電壓差的函數(shù)。如果TRIAC在接近輸入半周期的開始或結(jié)束時接通，則瞬時電壓差將會變小， 并因此電流尖峰將變低。激活接近輸入電力波形的峰值的TRIAC的延遲周期引入高瞬時電壓差，產(chǎn)生高幅值電流尖峰。圖2是系統(tǒng)200的代表性示例的框圖，所述系統(tǒng)200包括輸入濾波器電路，用于在舍相調(diào)光器電路比如TRIAC調(diào)光器電路與電阻性負載之間提供電磁干擾(EMI)濾波。系統(tǒng) 200包括輸入202和208，用于接收來自TRIAC調(diào)光器電路(未顯示)的交流電。保險絲 204和電阻器210分別將輸入202和208連接至共模感應(yīng)器電路206。公共模式的感應(yīng)器電路206包括第一端子，其連接到被并聯(lián)地布置的感應(yīng)器212 的第一端子和電阻器214的第一端子。感應(yīng)器212包括第二端子，其連接到電容器216的第一電極。電阻器214還包括第二端子，其連接到電容器216的第一電極。共模感應(yīng)器電路206還包括第二端子，其連接到電容器216的第二電極。共模感應(yīng)器電路206的第二端子還連接到被并聯(lián)連接的電阻器218的第一端子和感應(yīng)器220的第一端子。電阻器218包括第二端子，其連接到全波整流電橋(二極管電橋)。感應(yīng)器220還包括第二端子，其連接到全波整流電橋。全波整流電橋包括二極管222、224、2沈和228。二極管222包括連接到感應(yīng)器212 的第二端子和電阻器214的陽極，并且包括連接到正供電端子223的陰極。二極管2 包括連接到負供電端子225的陽極、和連接到二極管222陽極的陰極。二極管2 包括連接到負供電端子225的陽極、和連接到電阻器218和感應(yīng)器220的第二端子的陰極。二極管 224包括連接到二極管228的陰極的陽極、和連接到正供電端子223的陰極。此外，二極管電橋包括瞬態(tài)電壓浪涌保護器236，其具有連接到二極管2 的陰極和二極管222的陽極的第一端子，并具有連接到二極管228的陰極和二極管224的陽極的第二端子。系統(tǒng)200還包括電阻器230，其具有連接到正供電端子223的第一端子、和連接到電容器232的一個電極的第二端子，所述電容器232包括連接到負供電端子225的第二電極。電容器234包括連接到正供電端子223的第一電極、和連接到負供電端子225的第二電極?？缃与娙萜?34的電壓電勢被提供作為到負載電路的輸出電壓。在工作時，共模感應(yīng)器電路206、感應(yīng)器212和220、電阻器214、218和230、以及電
6容器216、232和234協(xié)作，以提供用于附近電路的EMI降噪。電阻器210被選擇來限制峰值電流，并且共模感應(yīng)器電路206使用兩個耦合的感應(yīng)器，用于EMI濾波并且?guī)椭鷾p小浪涌電流。此外，EMI濾波器包括相對巨大的電感性-電阻性-電容性(LRC)濾波器，其包括電阻器214、218和230、以及電容器216、232和234，從而提供額外的保持電流以補償電流響鈴，并汲取額外保持電流以防止連接到輸入202和208的舍相調(diào)光器電路不慎斷開。來自舍相調(diào)光器電路的輸入電流能夠包括在如圖1之前所述的在“接通”轉(zhuǎn)換處的大電流尖峰。在一些例子中，來自這些電流尖峰的浪涌從電路元件產(chǎn)生可聽到的噪聲 (有時稱為“嗡嗡聲”或“響鈴”)。這種噪聲是不期望出現(xiàn)的，特別是在安靜的住宅背景中是不期望出現(xiàn)的。此外，較高的供電電壓加劇了在EMI電路中的振蕩電流的電流尖峰和相關(guān)問題，特別是對于230伏特AC和工業(yè)277伏特AC的環(huán)境。此外，過度的電流峰值能夠使舍相調(diào)光器電路本身處于受力狀態(tài)。這些舍相調(diào)光器電路一般具有特定的電流額定值，并且非生產(chǎn)性的電流峰值限制了舍相調(diào)光器電路的有用負載額定值。較低的峰值電流允許更多燈具連接到舍相調(diào)光器電路。因此，產(chǎn)生振蕩的高峰值電流需要被管理，以確保正確的性能，以允許用于更多燈具，并且避免舍相調(diào)光器工作的崩潰。降低電流還能夠降低組件壓力和聲學(xué)噪聲。降低來自這樣一個舍相調(diào)光器電路的峰值電流尖峰的電路的例子在下面關(guān)于圖3進行了描述。圖3是舍相調(diào)光器系統(tǒng)300的實施方式的框圖，所述舍相調(diào)光器系統(tǒng)300包括舍相或TRIAC調(diào)光器電路302和自適應(yīng)電流限制器308，其被配置成為各種負載電路提供一致的TRIAC工作。舍相調(diào)光器系統(tǒng)300包括AC供電304，其具有連接到TRIAC調(diào)光器電路302 的第一端子，其具有連接到EMI濾波器的第一輸入和全波整流器305的輸出。AC供電304 包括第二端子，其連接到EMI濾波器和全波整流器305的第二輸入。EMI濾波器和全波整流器305包括第一端子，其連接到功率轉(zhuǎn)換器306的第一端子(比如變壓器或直流(DC)到DC 轉(zhuǎn)換器，和相關(guān)的功率控制電路)，并且包括第二端子，其連接到自適應(yīng)電流限制器308。自適應(yīng)電流限制器包括耦合到功率轉(zhuǎn)換器306的第二端子的端子。功率轉(zhuǎn)換器306包括輸出端子，其連接到LED或其他負載電路310，比如LED燈、小型熒光燈、馬達、或其他負載電路。在這個特定示例中，如圖2中所指明的，EMI濾波器和全波整流器305包括二極管整流電橋，其包括二極管222、224、2沈和228以及瞬態(tài)浪涌保護器236。此外在圖2中指明，EMI濾波器和全波整流器305包括共模感應(yīng)器電路206、電阻器210和218、感應(yīng)器220、 以及電容器232和234。在可供選擇的實施方式中，能夠使用不同類型的EMI濾波器電路。自適應(yīng)電流限制器308包括電流通過元件318，其包括第一電流電極(current electrode)，其連接到功率轉(zhuǎn)換器306的第二端子；第二電流電極，其連接到感測元件312 的第一端子；以及，控制電極。感測元件312包括第二端子，其連接到EMI濾波器和全波整流器305的第二端子。感測元件312將與流過感測元件312的電流成比例的感測電壓(sense voltage)提供至差分放大器314的負輸入。差分放大器314包括連接到參考發(fā)生器316的正輸入、和連接到電流通過元件318的控制電極的輸出。電流通過元件318可以是功率場效應(yīng)晶體管(FET)或配置成相應(yīng)于控制信號來控制電流的其他設(shè)備。參考發(fā)生器316將時變信號提供至差分放大器314的正輸入。差分放大器314響應(yīng)對感測電壓和時變信號的接收生成控制信號，其本身是時變的。時變控制信號控制流過電流通過元件318的電流，允許電流響應(yīng)時變控制信號隨著時間推移增加。
在一個例子中，參考發(fā)生器316能夠包括電容器和/或其他電路，其被配置成隨預(yù)定的時間推移自動生成時變信號。在一些實施方式中，參考發(fā)生器316是可編程的，比如通過主機系統(tǒng)(未顯示)。在特定的例子中，參考發(fā)生器316能夠通過生成了時變信號的系統(tǒng)來實現(xiàn)，所述時變信號能夠通過引腳連接被提供至放大器314的正輸入。時變信號可以是具有關(guān)于預(yù)定時間周期的實質(zhì)上線性的部分的斜坡信號，可以是在預(yù)定時間周期上指數(shù)變化的信號，或者可以是能夠被用于在預(yù)定時間上增加電流限制的一些其他的信號。預(yù)定的時間能夠被配置成與電流尖峰的時間相對應(yīng)，所述電流尖峰的時間與相關(guān)的舍相調(diào)光器電路的接通時間有關(guān)。電流通過元件318能夠控制電流，以響應(yīng)于由放大器314所產(chǎn)生的時變控制信號在預(yù)定的時間周期上被實質(zhì)上線性地、實質(zhì)上指數(shù)式地、或者以其他受控方式來增加。放大器314響應(yīng)于來自參考發(fā)生器316的時變信號并且響應(yīng)來自感測元件312的感測電壓來產(chǎn)生時變控制信號。在工作時，自適應(yīng)電流限制器308將由TRIAC調(diào)光器電路302的開關(guān)所產(chǎn)生的電力浪涌限制到一改變速率，該改變速率適于使用降低的峰值電流來給EMI濾波器和全波整流器305中的EMI濾波器部分通電。特別是，通過控制或限制峰值電流，自適應(yīng)電流限制器 308允許在TRIAC調(diào)光器電路302接通之后，以受控速率增加電流，提供為EMI濾波器電容器充電的時間，避免來自被過度存儲的能量的振蕩，以及防止對正確的TRIAC工作的干擾。 自適應(yīng)電流限制器308逐漸地增加電流限制，該電流限制作為感測到的通過感測元件312 的反饋電流的接通時間的函數(shù)。自適應(yīng)電流限制器308控制流過電流通過元件318的電流，最初限制電流并且在預(yù)定的時間周期上逐漸增加被允許的電流，避免最初的浪涌，并隨后允許全工作電流流動。 在最初的浪涌期間，自適應(yīng)電流限制器308使浪涌能量消散。通過感測元件312的反饋電流的幅度允許盡快對EMI濾波器電路充電以最小化功率損耗。因此，自適應(yīng)電流限制器308 限制電流，其作為反饋電流流過感測元件312的時間的函數(shù)(即，TRIAC調(diào)光器電路302接通的時間的量)，并且作為流過感測元件312的反饋電流的函數(shù)。因此，自適應(yīng)電流限制器 308允許電流的幅度作為時間的函數(shù)和反饋電流的函數(shù)來改變，而基本上與輸入電流的幅值無關(guān)。通過這種方式，自適應(yīng)電流限制器308產(chǎn)生可變的電流限制，以較低的限制開始并逐漸地增加，允許EMI濾波器和全波整流器305的EMI濾波器電路中的電容性元件以受控速率充電，并有最小的過充電。時變特征允許相應(yīng)于通過調(diào)光器設(shè)置所引入的可變瞬時電壓差，隨著時間的推移建立電流。電流限制器適應(yīng)電壓差的幅度，其提供受控的電流以對電容器充電而沒有過充電，所述過充電將導(dǎo)致振蕩和對正確系統(tǒng)工作的干擾。時變特征匹配或適應(yīng)于流行的工作條件，對系統(tǒng)負載和調(diào)光器設(shè)置進行補償。在對EMI濾波器電路充電之后，由自適應(yīng)電流限制器308設(shè)定的電流限制將繼續(xù)增加。不迫使額外的電流進入功率轉(zhuǎn)換器306，因為自適應(yīng)電流限制器308控制電流限制， 其作為反饋電流的函數(shù)。自適應(yīng)電流限制器308在TRIAC調(diào)光器電路302接通期間限制峰值電流，降低峰值電流。至此，TRIAC調(diào)光器電路302的接通事件已經(jīng)經(jīng)過每個半周期，自適應(yīng)電流限制器 308已經(jīng)將其限制增加至在負載電路310的有效電流電平或有效電流電平以上的電平，由此降低損耗。此外，參考發(fā)生器316和感測元件312協(xié)作，以控制電流改變的速率，其作為
8TRIAC調(diào)光器電路302的接通時間的函數(shù)，以及跨感測元件312的感測電壓的函數(shù)。參考發(fā)生器316在TRIAC調(diào)光器電路302接通之后的周期內(nèi)被重置，為控制電流改變的速率做準備。因此，舍相調(diào)光器系統(tǒng)300具有電流反饋，并且維持對流過電流通過元件318的電流的有效控制，而無論AC輸入電壓的幅度如何。自適應(yīng)電流限制器308允許大范圍的負載功率用于給定的一組電路組件，使舍相調(diào)光器系統(tǒng)300能容忍供電變動和負載范圍變動，同時限制被提供至功率轉(zhuǎn)換器306的電流，其將導(dǎo)致振蕩和不正確的TRIAC工作。這種容忍允許自適應(yīng)電流限制器308用于標準的TRIAC調(diào)光器電路，以控制LED燈、小型熒光燈、以及非線性的或不是純電阻性的其他負載。自適應(yīng)電流限制器308響應(yīng)于TRIAC調(diào)光器電路302的接通，并且響應(yīng)于由感測元件312所測量的反饋電流，來限制流入功率轉(zhuǎn)換器306的峰值電流。自適應(yīng)電流限制器 308允許電流增加，其作為在輸入源和電容器電壓之間的瞬時電壓的函數(shù)，并且作為反饋電流的函數(shù)。實現(xiàn)自適應(yīng)電流限制器308的電路的例子在下面關(guān)于圖4進行了討論。圖4是實現(xiàn)圖3中的系統(tǒng)的實施方式的電路圖。如圖2中所指明的，系統(tǒng)400包括保險絲204、電阻器210和218、共模感應(yīng)器電路206、感應(yīng)器220、瞬態(tài)浪涌保護器236、 二極管222、224、2洸和228、正負供電端子223和225、以及電容器232和234。與圖2中所指明的系統(tǒng)200不同，系統(tǒng)400包括自適應(yīng)電流限制器308的額外電路實現(xiàn)的細節(jié)。與圖2中的系統(tǒng)200相比，在系統(tǒng)400中，感應(yīng)器212、電阻器214和230、以及電容器232被忽略。在被示出的實施方式中，二極管222、224、2沈和2 協(xié)作，以提供被整流的供電至正負供電端子223和225。此外，自適應(yīng)電流限制器308包括電阻器410和412，其串聯(lián)連接到正供電端子223和雙結(jié)型晶體管(BJT)414的集電極之間。電阻器410和412形成偏置電路，用于將場效應(yīng)晶體管(FET)428的柵極連接到正供電端子223。此外，齊納二極管似6包括連接到FET 4 源極的陽極、和連接到FET 4 柵極的陰極。在一些實施方式中， 雪崩二極管或擊穿二極管可被用于代替齊納二極管426。FET 4 還包括連接到電阻器218 和感應(yīng)器220的漏極、以及連接到感測電阻器420的第一端子的源極，所述感測電阻器420 具有連接到負供電端子225的第二端子。電阻器418和416形成跨感測電阻器420的分壓電路，并且將分割的感測電壓提供至BJT 414的基極，所述BJT 414具有連接到負供電端子 225的發(fā)射極。應(yīng)當清楚的是，在被示出的實施方式中，F(xiàn)ET似8是N溝道M0SFET。然而，在其他實施方式中，另一種類型的晶體管(比如P溝道MOSFET或BJT)可被用于代替FET 428或者代替BJT 414。術(shù)語“電流電極”被用來指晶體管的電流傳導(dǎo)電極，比如BJT的集電極或發(fā)射極，或者FET的源極或漏極。分別地，可傳導(dǎo)少量電流的FET的柵極或BJT的基極被稱為“控制電極”。正供電端子223通過隔離電路比如變壓器電路430，將電力提供至負載電路310。 電容器432包括連接到正供電端子223的第一電極、和連接到功率控制電路436的第二電極。功率FET 438包括連接到隔離變壓器電路430的初級繞組的漏極、連接到功率控制電路436的柵極、和連接到感測電阻器440的源極，感測電阻器440連接到感應(yīng)器220。功率控制電路436還連接到感測電阻器440，以檢測關(guān)于流過隔離變壓器電路430的初級繞組的感測電壓，并且通過控制被施加到功率FET 438的柵極的電壓來控制流過初級繞組的電流。隔離變壓器電路430的初級繞組被電感性地耦合到次級繞組，其包括連接到負載電路 310的輸出端子。在被示出的實施方式中，F(xiàn)ET 428控制流過自適應(yīng)電流限制器308到達負供電端子225的反饋電流。FET 4 提供對流入電容器216和234的電流的次級控制，其提供EMI 濾波，以限制由TRIAC調(diào)光器電路302生成的電流浪涌。在工作時，電阻器410和412消耗來自正供電端子223的少量電流，以驅(qū)動FET 428的柵極，當舍相調(diào)光器電路(比如TRIAC調(diào)光器電路302)在斷開狀態(tài)中時允許電流流過FET 428。該小電流能夠由舍相調(diào)光器電路使用，以管理其接通/斷開的定時。當電流增加(比如當舍相調(diào)光器電路接通)時，電流流經(jīng)電阻器4 并且為電容器422充電，導(dǎo)致 BJT414接通，將FET 4 柵極上的電壓拉低，降低流過FET 4 的漏極至源極的電流。當電容器充電時，流到電容器422的電流降低，并且BJT 414的基極電壓降低，允許在FET 428 柵極上的電壓隨著時間推移增加，因此增加了 FET 4 的電流限制。在一個例子中，當BJT 414基極上的電壓達到近似0.65伏特時，BJT 414接通并且導(dǎo)電，降低在FET 4 柵極上的電壓。FET 4 柵極上被降低的電壓將從漏極通過FET 4 流到源極的電流降低到受控電流電平。電阻器4M和電容器422形成時間依賴網(wǎng)絡(luò)，其將電阻器418旁路一段預(yù)定時間段。當電流限制器被第一次激活并且電容器422放電時，電阻器似4顯示直接與電阻器418 并聯(lián)，增加流過電阻器416的電流，并由此接通BJT 414和降低有效的電流限制點。當電容器422充電時，電流電平降低，減少流過BJT 414的電流，并且允許通過FET 4 的電流限制隨著時間的推移增加。在工作期間，BJT 414基極上的電壓能夠達到一平衡點，在該平衡點處，F(xiàn)ET 4 的電流限制被設(shè)定，直到舍相調(diào)光器斷開為止。在斷開階段期間，電容器422 放電，重新設(shè)定定時。在一個實施方式中，選擇電阻器4M和電容器422的值，以實現(xiàn)一時間常量，其允許電流限制隨著時間的推移按照受控速率增加，以便不過驅(qū)動輸入濾波器。齊納二極管4 充當FET 428中柵極電壓到源極電壓的限制器，將柵極電壓箝位至一電壓電平，其相應(yīng)于齊納二極管4 的擊穿電壓。最大電壓(即，齊納二極管4 的擊穿電壓)被設(shè)定成高得足夠允許FET 428完全接通，但是沒有高到在TRIAC調(diào)光器斷開之后要用過多時間對BJT 414進行增益控制，并隨后在下一個輸入半周期內(nèi)再次接通。在特定實施方式中，電阻器210具有近似2. 2 Ω的電阻，并且保險絲204具有1安培的電流限制。在該實施方式中，電阻器410和412具有近似的電阻，電阻器218具有近似5. 6k Ω的電阻，并且電容器216和234具有近似IOOnF的電容。此外，在該實施方式中，齊納二極管似6具有近似9. 1伏特的擊穿電壓，電阻器418具有IOkQ的電阻并且感測電阻器420具有10 Ω的電阻，并且電阻器416具有近似2. 7k Ω的電阻。此外，電阻器424 具有270 Ω的電阻，并且電容器422具有近似47nF的電容。在這種特定配置中，當線路電流達到近似0. 3安培時，BJT 414將在活動區(qū)域中被偏置。電阻器4M和電容器422形成時間依賴網(wǎng)絡(luò)旁路電阻器418。當電流限制器被第一次激活并且電容器422放電時，電阻器4 顯示與電阻器418并聯(lián)，將電流限制降低至近似 0.066安培，使得近似0.066安培的低電流足以激活BJT 414，控制在FET 4 柵極上的電壓。當電容器422充電時，電流限制電平隨時間推移升至近似0.3安培。特別是，當電容器
10422充電時，在BJT 414基極上的電壓跨電阻器418和416增加，接通集電極到發(fā)射極的電流。因此，電容器422根據(jù)時間常數(shù)來充電，隨著時間的推移增加與時間依賴網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的阻抗，以及隨著時間的推移改變跨電阻器416的電流，由此改變在BJT 414基極中的電流。電阻器似4和電容器422的電阻值和電容值能夠被選擇以產(chǎn)生時間常數(shù)，其被配置成緩慢地增加電流，以允許用于充電EMI濾波器電路(即，共模感應(yīng)器電路206、電容器216和234、 電阻器218、以及感應(yīng)器220)的時間，并且避免過驅(qū)動EMI濾波器電路。因此，系統(tǒng)400限制了電流，在TRIAC調(diào)光器循環(huán)中的接通部分期間減小峰值電流幅值。此外正如下面關(guān)于圖5所描述的，系統(tǒng)400將工作電流汲取維持到足以在剩余的半周期內(nèi)驅(qū)動相關(guān)負載電路的電平，并且重新設(shè)定以在下一個半周期內(nèi)進行工作。圖5是關(guān)于在圖4中所指明的系統(tǒng)400的電流相對時間的時序圖500。與圖1中的時序圖100相比，改變縱軸的刻度以提供更大的分辨率。在502，當舍相調(diào)光器接通時，電流迅速地降低至近似負0. 20A的負峰值電流，其小于由圖1指明的時序圖100的負電流尖峰102(負0.95安培)的四分之一。電流隨后根據(jù)由相關(guān)負載電路消耗的工作電流來緩慢增加(正如一般在504指示的)。在506所指示的周期內(nèi)，舍相調(diào)光器斷開，并且自適應(yīng)電流限制器308被重新設(shè)定。在508，舍相調(diào)光器再次接通，并且電流電平增加至近似0. 20A 的峰值(正如由線514所指示的)，之后是在510的放電周期，并且隨后是在512的舍相調(diào)光器關(guān)斷周期。該循環(huán)隨后重復(fù)。正如之前所討論的，在圖1中的負電流尖峰102和正電流尖峰108代表舍相調(diào)光器電力周期的非生產(chǎn)性部分。正如在圖5中所指明的，圖4中的系統(tǒng)400通過在預(yù)定的時間周期上使電流限制傾斜而在實質(zhì)上消除了電流尖峰，所述預(yù)定的時間周期相應(yīng)于舍相調(diào)光器電路中的接通階段。通過自適應(yīng)地改變電流限制作為時間的函數(shù)和作為跨感測電阻器420的反饋電流的函數(shù)，峰值電流被限制到近似等于工作電流電平的電平(即，大約 0.20A)。因此，自適應(yīng)電流限制器308在實質(zhì)上消除了舍相調(diào)光器電力周期中的非生產(chǎn)性部分，降低功率損耗和舍相調(diào)光器電路和其他相關(guān)電路上所受到的力，以及在實質(zhì)上降低了電流振蕩，其能夠?qū)е码娏麟娖铰涞缴嵯嗾{(diào)光器電路的保持電流以下，從而導(dǎo)致舍相調(diào)光器電路意外斷開。自適應(yīng)電流限制器308能夠用于對LED燈進行調(diào)光。特別是，因為被降低的尺寸， 自適應(yīng)電流限制器308在其中空間很珍貴的LED代替燈泡的應(yīng)用中能夠是有用的。此外，自適應(yīng)電流限制器308能夠與其他電路比如緩沖器電路以及過壓和過流保護電路一起使用， 以壓制瞬態(tài)電力事件同時保護相關(guān)電路。雖然自適應(yīng)電流限制器308使用離散的組件被描述，應(yīng)當理解的是，自適應(yīng)電流限制器308能夠被應(yīng)用在單個或多個管芯上。此外，在一些實施方式中，自適應(yīng)電流限制器 308包括模擬的控制電路，比如電流鏡、電壓補償、或者其他電路，其被配置成提供在較低感測電壓(比如在100-300mV之間而不是在650mV)上的相同功能。在較低的感測電壓上，電路能夠被引入以進一步降低開關(guān)感應(yīng)的功率消耗。在特定實施方式中，F(xiàn)ET 4 和感測電阻器420在自適應(yīng)電流限制器308的外部， 使得調(diào)整關(guān)于特定應(yīng)用的性能成為可能。在特定的例子中，使用控制電路模擬BJT 414、電容器422、電阻器424、齊納二極管426、電阻器410、412、416和418、感測電阻器420以及 FET 4 的自適應(yīng)電流限制器解決方案能夠在相同的封裝中產(chǎn)生。在一些示例中，感測電阻器420是在外部的，并且具有不同電阻值的一個或多個感測電阻器420與自適應(yīng)電流限制器308 —起加以利用。在這樣一個示例中，感測電阻器420的值可選擇成控制特定電流電平。在特定示例中，F(xiàn)ET 4 和感測電阻器420能夠被設(shè)計用于特定電力范圍。在另一個實施方式中，F(xiàn)ET 428和感測電阻器420能夠使用感測FET (SENSEFET)被整體地實現(xiàn)，以監(jiān)控電流。此外，從產(chǎn)品的角度來看，較高程度的集成是有可能的。由二極管222、224、2沈和2 形成的四二極管整流電橋能夠被包括在與自適應(yīng)電流限制器308相同的封裝中，提供有四個引線的小型單部件解決方案，其對空間有限的應(yīng)用是有優(yōu)勢的。雖然以上的討論已經(jīng)把重點放在了自適應(yīng)電流限制器308上，其用于在小型熒光燈和LED等或固態(tài)照明解決方案的調(diào)光解決方案中限制接通電流峰值幅值，應(yīng)當注意的是，自適應(yīng)電流限制器308能夠被用于其他功能。此外，當TRIAC調(diào)光器未連接到輸入時， 自適應(yīng)電流限制器308不會過度干擾對系統(tǒng)工作的操作，使得有可能將自適應(yīng)電流限制器 308并入EMI濾波器，例如，用于在電燈插座內(nèi)使用。當這種設(shè)備被使用而沒有調(diào)光器器時， 自適應(yīng)電流限制器308消耗少量功率，這主要是由于感測電阻器420，并且不會干擾系統(tǒng)功能。此外，自適應(yīng)電流限制器308能夠用于前緣或后緣類型的調(diào)光器。因此，自適應(yīng)電流限制器308能夠用于或不用于外部調(diào)光器電路。連同上面關(guān)于圖3-5所描述的系統(tǒng)和技術(shù)一道，自適應(yīng)電流限制器可控制地調(diào)節(jié)電流限制作為時間的函數(shù)并且作為反饋電流的函數(shù)，基于受控電流來限制峰值電流和允許 EMI電路充電。通過限制峰值接通電流尖峰，在EMI濾波器內(nèi)的振蕩電流實質(zhì)上被消除，并且由于電流浪涌的功率損耗被減少。此外，因為自適應(yīng)電流限制器被配置成限制不依賴輸入電流的峰值電流，為EMI濾波器組件充電提供時間，自適應(yīng)電流限制器能夠被用于適應(yīng)于不同類型的舍相調(diào)光器，以便于各種類型的燈一起工作，減少響鈴和閃爍，所述不同類型的燈包括小型熒光燈、LED燈泡、和其他固態(tài)燈。特別是，通過使用反饋電流，自適應(yīng)電流限制器電路調(diào)節(jié)電流限制作為由負載損耗的電流的函數(shù)并且不基于輸入電壓。在一方面，自適應(yīng)電流限制器包括感測元件，其具有耦合到供電端子的第一感測端子、和第二感測端子。感測元件響應(yīng)于反饋電流生成感測電壓。自適應(yīng)電流限制器還包括電流通過元件，其包括用于接收反饋電流的第一端子、耦合到第二感測端子的第二端子、以及控制端子。此外，自適應(yīng)電流限制器包括控制器，其耦合到感測元件并耦合到控制端子， 所述控制器基于感測電壓和時變電壓信號調(diào)節(jié)由電流通過元件所傳導(dǎo)的反饋電流。在一個特定方面，控制器包括參考發(fā)生器以生成時變電壓信號。在另一個方面，時變電壓信號包括斜坡信號，其在預(yù)定的時間上實質(zhì)上線性地增加。而在另一個方面，時變電壓信號包括斜坡信號，其在預(yù)定的時間周期上實質(zhì)上指數(shù)地增加。在又一個特定的方面，控制器還包括放大器，其包括耦合到感測元件以接收感測電壓的第一輸入、耦合到參考發(fā)生器以接收時變電壓信號的第二輸入、以及耦合到電流通過元件的控制端子的輸出。在另一方面，電流限制器電路包括電流通過元件，其包括適于耦合到負載電路以接收反饋電流的第一電流電極、第二電流電極、以及控制電極。電流限制器電路還包括感測電阻器，其包括適于耦合到供電端子的第一感測端子、和耦合到電流通過元件的第二電流電極的第二感測端子。感測電阻器生成與反饋電流成比例的感測電壓。電流限制器電路還包括控制器，其耦合到感測電阻器并且耦合到控制電極。控制器基于感測電壓和時變信號生成控制信號，以在預(yù)定的時間上可控制地增加由電流通過元件傳導(dǎo)的電流。
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在一個特定方面，控制器包括參考發(fā)生器和放大器，所述參考發(fā)生器用于提供時變信號，所述放大器包括了用于接收時變信號的第一輸入、用于接收感測電壓的第二輸入、 以及耦合到電流通過元件的控制電極的輸出。在另一個特定方面，電流限制器電路包括電阻器和電容器，所述電阻器包括耦合到第二感測端子的第一端子和包括第二端子，所述電容器包括耦合到電阻器的第二端子的第一電極、和第二電極。電流限制器電路還包括晶體管，其包括耦合到電流通過元件的控制電極的第一端子、耦合到電容器的第二電極的控制端子，以及耦合到感測電阻器的第一感測端子的第二端子。電阻器和電容器定義了用于產(chǎn)生被應(yīng)用到晶體管的控制端子的時變信號的時間常數(shù)。在又一個特定方面，控制器包括第二電阻器，其包括耦合到感測電阻器的第二感測端子的第一端子，并包括耦合到晶體管的控制端子的第二端子?？刂破鬟€包括第三電阻器，其包括耦合到晶體管的控制端子的第一端子，并包括耦合到感測電阻器的第一感測端子和耦合到晶體管的第二端子的第二端子。在又一方面，電流限制器電路包括擊穿二極管， 其包括耦合到感測電阻器的第二感測端子的陽極、和耦合到電流通過元件的控制電極的陰極。當在控制電極與電流通過元件的第二電流電極之間的電壓電勢超過擊穿二極管的擊穿電壓時，擊穿二極管適于將電流從陰極傳導(dǎo)至陽極。而在另一方面，舍相調(diào)光器系統(tǒng)包括第一和第二供電端子和舍相調(diào)光器電路，所述舍相調(diào)光器電路適于被耦合到交流(AC)供電用于生成舍相信號。舍相調(diào)光器系統(tǒng)還包括全波整流器，其耦合到舍相調(diào)光器電路，用于生成被整流形式的舍相信號。全波整流器耦合到第一和第二供電端子用于接收被整流的供電。舍相調(diào)光器系統(tǒng)還包括耦合到第一和第二供電端子的電磁干擾(EMI)濾波器，并且包括耦合到第二供電端子和耦合到EMI濾波器的電流限制器電路。電流限制器電路響應(yīng)于反饋電流和時變信號，以在預(yù)定的時間上調(diào)節(jié)反饋電流。在一個特定方面，電流限制器電路在預(yù)定的時間上基本上線性地增加反饋電流。 在另一個特定方面，電流限制器電路包括第一晶體管，其包括用于接收反饋電流的第一電流電極、第二電流電極、和控制電極。電流限制器電路還包括偏置電路，其包括耦合到第一供電端子的第一端子和耦合到晶體管的控制電極的第二端子。電流限制器電路還包括第二晶體管，其包括耦合到第一晶體管的控制電極的第一電流電極、控制電極、以及耦合到第二供電端子的第二電流電極。此外，電流限制器電路包括感測電阻器并包括第一電阻器，所述感測電阻器包括耦合到第一晶體管的第二電流電極的第一感測端子、和耦合到第二供電端子的第二感測端子，所述第一電阻器包括耦合到第二感測端子的第一端子、和耦合到第二晶體管的控制電極的第二端子。電流限制器電路還包括第二電阻器并包括信號發(fā)生器，所述第二電阻器包括耦合到第二晶體管的控制電極的第一端子、和耦合到第二晶體管的第二電流電極的第二端子，所述信號發(fā)生器耦合在感測電阻器的第二感測端子與第二晶體管的控制電極之間，用于提供時變信號。在又一個特定方面，時變信號發(fā)生器包括第三電阻器并包括電容器，所述第三電阻器具有耦合到感測電阻器的第二感測端子的第一端子、和第二端子，所述電容器包括耦合到第三電阻器的第二端子的第一電極、和耦合到第二晶體管的控制電極的第二電極。在又一個特定方面，舍相調(diào)光器系統(tǒng)還包括第一和第二輸出端子以及包括隔離電路，所述第一和第二輸出端子耦合到EMI濾波器，所述隔離電路包括耦合到第一輸出端子的第一端子和耦合到第二輸出端子的第二端子。隔離電路適于被耦合到負載電路，其包括發(fā)光二極管 (LED)燈、小型熒光燈、以及馬達中的一個。 雖然本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于優(yōu)選的實施方式進行了描述，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會認識到，可以在形式和細節(jié)上做出改變而不偏離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)電流限制器，包括感測元件，其包括耦合到供電端子的第一感測端子、以及第二感測端子，所述感測元件響應(yīng)于反饋電流生成感測電壓；電流通過元件，其包括用于接收所述反饋電流的第一端子、耦合到所述第二感測端子的第二端子、和控制端子；以及控制器，其耦合到所述感測元件并且耦合到所述控制端子，所述控制器用于基于所述感測電壓和時變電壓信號來調(diào)節(jié)由所述電流通過元件傳導(dǎo)的所述反饋電流。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電流限制器，其中所述控制器在預(yù)定的時間段上將由所述電流通過元件傳導(dǎo)的所述反饋電流從第一電流電平增加到第二電流電平。
3.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)電流限制器，其中所述電流通過元件包括晶體管，其包括用于接收所述反饋電流的第一電流電極、耦合到所述控制器的控制電極、以及耦合到所述感測元件的第二電流電極。
4.如權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)電流限制器，其中所述控制器包括第二晶體管，其包括耦合到所述晶體管的控制電極的第一電流電極、控制電極、以及耦合到所述供電端子的第二電流電極；第一電阻器，其包括耦合到所述第二感測端子的第一端子、以及耦合到所述第二晶體管的控制電極的第二端子；第二電阻器，其包括耦合到所述第二晶體管的控制端子的第一端子、以及耦合到所述供電端子的第二端子；以及第三電阻器，其包括耦合到所述第二感測端子的第一端子、以及第二端子；以及電容器，其包括耦合到所述第三電阻器的第二端子的第一電極、和耦合到所述第二晶體管的控制端子的第二電極。
5.如權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)電流限制器，其中所述第三電阻器和所述電容器確定所述時變電壓信號。
6.一種電流限制器電路，包括電流通過元件，其包括適于耦合到負載電路以接收反饋電流的第一電流電極、第二電流電極、和控制電極；感測電阻器，其包括適于耦合到供電端子的第一感測端子、和耦合到所述電流通過元件的第二電流電極的第二感測端子，所述感測電阻器用于生成與所述反饋電流成比例的感測電壓；以及控制器，其耦合到所述感測電阻器并耦合到所述控制電極，所述控制器用于基于所述感測電壓和時變信號生成控制信號，以在預(yù)定的時間上可控地增加由所述電流通過元件傳導(dǎo)的電流。
7.如權(quán)利要求6所述的電流限制器電路，其中所述控制器包括 參考發(fā)生器，其用于提供所述時變信號；以及放大器，其包括用于接收所述時變信號的第一輸入、用于接收所述感測電壓的第二輸出、以及耦合到所述電流通過元件的控制電極的輸出。
8.如權(quán)利要求6所述的電流限制器電路，還包括電阻器，其包括耦合到所述第二感測端子的第一端子并包括第二端子；電容器，其包括耦合到所述電阻器的第二端子的第一電極、以及第二電極；以及晶體管，其包括耦合到所述電流通過元件的控制電極的第一端子、耦合到所述電容器的第二電極的控制端子、和耦合到所述感測電阻器的第一感測端子的第二端子；以及由此，所述電阻器和所述電容器定義了用于產(chǎn)生被施加到所述晶體管的控制端子的時變信號的時間常量。
9.一種舍相調(diào)光器系統(tǒng)，包括 第一供電端子和第二供電端子；舍相調(diào)光器電路，其適于被耦合到交流AC供電，用于生成舍相信號； 全波整流器，其耦合到所述舍相調(diào)光器電路，用于生成整流形式的所述舍相信號，所述全波整流器耦合到所述第一供電端子和第二供電端子，用于提供被整流的供電； 電磁干擾EMI濾波器，其耦合到所述第一供電端子和第二供電端子；以及電流限制器電路，其耦合到所述第二供電端子并耦合到所述EMI濾波器，所述電流限制器電路響應(yīng)于反饋電流和時變信號以在預(yù)定的時間上調(diào)節(jié)所述反饋電流。
10.如權(quán)利要求9所述的舍相調(diào)光器系統(tǒng)，其中所述電流限制器電路包括 參考發(fā)生器，其用于生成所述時變信號；感測電阻器，其用于將所述反饋電流轉(zhuǎn)換成感測電壓； 放大器，其響應(yīng)于所述時變信號和所述感測電壓以產(chǎn)生時變控制信號；以及電流通過元件，其包括用于接收所述反饋電流的第一端子、耦合到所述感測電阻器的第二端子、以及控制端子，且所述控制端子耦合到所述放大器并且響應(yīng)于所述控制信號用于限制所述反饋電流。
全文摘要
在一個實施方式中，自適應(yīng)電流限制器包括感測元件、電流通過元件、和控制器。感測元件包括耦合到供電端子的第一感測端子、和第二感測端子。感測元件響應(yīng)于反饋電流生成感測電壓。電流通過元件包括用于接收反饋電流的第一端子、耦合到第二感測端子的第二端子、以及控制端子?？刂破黢詈系礁袦y元件并且耦合到控制端子，用于基于感測電壓和時變電壓信號來調(diào)節(jié)由電流通過元件傳導(dǎo)的反饋電流。
文檔編號H05B41/38GK102347607SQ20111019623
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者J·R·楊 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責任公司