具有短路保护的相位控制调光器电路制造技术

用于控制到负载的交流(AC)电力的后沿相位控制调光器电路，其具有短路保护，其中开关控制电路包括过零检测电路，该过零检测电路被配置为检测AC的过零以及检测整流的调光器电压的第一阈值和第二阈值的交叉，以及其中过零检测电路还被配置为当整流的调光器电压低于第一阈值时启动开关电路以开始导通时段中的一个导通时段，以及当整流的调光器电压高于第二阈值时启动开关电路以提前终止导通时段中的一个导通时段以便为后沿相位控制调光器电路提供短路保护。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有短路保护的用于控制到负载的交流(AC)电力的相位控制调光器电路。特别地，但非唯一地，本专利技术涉及具有短路保护的用于控制电容性负载(诸如用于LED灯的驱动器)的具有MOSFET开关电路的后沿相位控制调光器电路。
技术介绍
调光器电路通常用于控制到诸如光源的负载的电力，特别是交流(AC)电源电力(mainspower)。在一种现有方法中，可以使用相位控制调光来调光光源，由此通过改变在AC的周期期间连接负载到电源电力的开关导通的时间量(即，改变占空时间)来控制提供给负载的电力。具体地，在交流的每半个周期期间将到负载的AC电力切换为导通(ON)和关断(OFF)，并且根据相对于每半个周期的关断时间的导通时间量来提供负载的调光量。相位控制调光器电路通常操作为后沿或前沿调光器电路，并且这两个电路适合于不同的应用。在前沿电路中，在每半个周期开始时切断电力。在后沿电路中，在每半个周期后部(例如，朝向每半个周期的结束)切断电力。前沿调光器电路通常更好地适于控制到感应负载的电力，诸如小风扇电动机和铁芯低压照明变压器。另一方面，后沿调光器电路通常更好地适于控制到电容性负载的电力，电容性负载诸如用于发光二极管(LED)灯的驱动器。相位控制调光器电路通常采用高电压对负载接通和切断AC电力。通常，调光器电路和负载与AC电力串联连接。因此，如果负载电路中或负载本身出现缺陷，则调光器电路将短路视为负载，其可能导致损坏负载和/或调光器电路的高电流的突然浪涌。相应地，示例性现有技术的相位控制调光器电路采用各种技术来提供短路保护，以防止负载故障，例如负载电路的不正确走线。更具体地，在MOSFET开关调光器电路的现有示例中，短路事件或过电流条件可以通过以下来确定：监测串联电流感测电阻器元件上的电压降，监测MOSFET的本征二极管上(当本征二极管正向偏置时在AC半周期极性中)的电压降，或者监测MOSFET沟道电阻两端的电压降(当本征二极管反向偏置时在AC半周期极性中)。在监测MOSFET沟道电阻两端的电压降的示例中，需要附加比较器电路。本领域技术人员将理解，MOSFET沟道电阻是MOSFET开关调光器电路的导通状态电阻的分量。例如，在最高工作温度下MOSFET的导通状态电阻为1Ω。在该示例中，调光器电路是后沿相位控制调光器电路，其具有用于控制传送AC电力到负载的MOSFET开关电路以及用于控制切换MOSFET的开关控制电路。MOSFET被配置为使得它们在AC电力的不同极性半周期内交替地控制到负载的电力传送。也就是说，MOSFET在AC的每个周期分别接通和切断开关电路，使得负载(例如，用于LED下射灯的驱动器)与每个周期中开关电路被切断的时间量成比例地变暗。示例性开关电路的MOSFET具有由若干电阻分量组成的ON状态(导通状态)电阻，包括：MOSFET源极扩散电阻、沟道电阻、累积电阻、“JFET”部件电阻、漂移区电阻和衬底电阻。在示例中，附加比较器电路用于将MOSFET导通状态电压降与参考电压进行比较，以确定在示例性调光器电路和/或负载中是否发生短路状况。如果MOSFET导通状态电压降大于参考电压，则比较器电路激活断电(cut-out)电路以从MOSFET去除栅极驱动。本领域技术人员将理解，MOSFET导通状态电压降指示负载电流。负载电流的大小的增加表示发生短路状况，并且MOSFET的栅极电压随后被修改以切断MOSFET。然而，当MOSFET在非导通状态下被切断时，比较器电路必须具有经选择以承受MOSFET两端的高电压的组件，这增加了示例性调光器电路的附加复杂性和成本。
技术实现思路
相应地，在一个方面，本专利技术提供了一种具有短路保护的用于控制到负载的交流(AC)电力的后沿相位控制调光器电路，电路包括：开关电路，其用于通过在导通状态下向负载传导电力而在关断状态下不向负载传导电力来控制向负载传送AC电力，其中，导通状态是导通时段，关断状态是非导通时段；开关控制电路，其用于控制在AC的每半个周期开关电路的切断和接通，以控制开关电路的导通状态和关断状态的切换；以及整流器，其用于在非导通时段中对AC电力进行整流，以产生要提供给调光器电路的整流的调光器电压，其中开关控制电路包括过零检测电路，过零检测电路被配置为：检测AC的过零以及检测整流的调光器电压的第一阈值和第二阈值的交叉，其中过零检测电路还被配置为：当整流的调光器电压低于第一阈值时启动开关电路以开始导通时段中的一个导通时段，以及当整流的调光器电压高于第二阈值时启动开关电路以提前终止导通时段中的一个导通时段，用于为后沿相位控制调光器电路提供短路保护。在实施例中，开关电路包括两个MOSFET，用于在AC的每半个周期分别控制切断和接通到关断和导通状态。开关控制电路因此提供MOSFET的栅极控制，以控制MOSFET的切断和接通。在其它实施例中，开关电路包括其它开关器件，诸如其它场效应晶体管，以在AC的每半个周期控制切断和接通。替代地，开关电路包括代替FET的IGBT开关器件。在实施例中，MOSFET具有栅极驱动锁存器，栅极驱动锁存器在过零检测电路检测到整流的调光器电压低于第一阈值时，在AC的每半个周期将MOSFET锁存到导通状态。此外，MOSFET栅极驱动锁存器在导通时段结束时在AC的每半个周期将MOSFET解锁到关断状态，并且MOSFET栅极驱动锁存器在过零检测电路检测到整流的调光器电压高于第二阈值时将MOSFET解锁到关断状态。也就是说，调光器电路被配置为在每半个周期过零处有效地锁存到导通时段中，并且随后在预先确定的半周期导通时段结束时被解锁，或者如果检测到短路状况在预先确定的半周期导通时段之前被提前解锁。此外，本实施例采用MOSFET导通状态电阻作为实现短路切断的电流感测元件。MOSFET被布置为锁存功能的一部分，其在过零较低阈值事件时锁存到导通状态。MOSFET从关断状态改变到导通状态，保持过零检测器输出处于有源状态，其为了保持MOSFET处于导通状态而导通，从而实现锁存的导通状态条件。在半周期导通时段中的短路负载条件下，MOSFET导通状态电压与导通状态电阻和短路电流大小的乘积成正比地上升。优选地，基于MOSFET导通状态电阻(即，当热时)的最坏情况条件和期望电流阈值来选择整流的调光器电压的第二阈值。例如，对于具有1Ω的最大导通状态电阻和15A的目标电流切断阈值的MOSFET，所选择的用于过零检测电路的第二阈值为15V。应当理解，期望的是，较低性能的MOSFET(例如，具有较高导通状态电阻的MOSFET)将需要使用较低的第二(例如，断电)阈值来运行，以避免在持续的短路负载条件下过度的温度上升。另外，第二断电阈值需要具有比在调光器电路的正常操作条件下经历的峰值电流更高的足够余量。例如，针对2A额定调光器，这对于电阻性负载可以是大约3A，但是在考虑诸如用于例如电容性负载的负载涌入电流的问题时可以超过10A。此外，开关控制电路控制MOSFET在导通状态和关断状态之间的切断过渡，延伸达到所选择的切断过渡时间，以及控制MOSFET在导通状态和关断状态之间的接通过渡，延伸达到所选择的切断过渡时间。切断过渡时间与MOSFET的MOSFET栅极电容的放电时间成比例。本领域技术人员将理解，M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种后沿相位控制调光器电路，其具有短路保护，用于控制到负载的交流(AC)电力，所述电路包括：开关电路，其用于通过在导通状态下向所述负载传导电力而在关断状态下不向所述负载传导电力来控制向所述负载传送AC电力，其中所述导通状态是导通时段，所述关断状态是非导通时段；开关控制电路，其用于控制在所述AC的每半个周期所述开关电路的切断和接通，以控制所述开关电路的所述导通状态和关断状态的切换；以及整流器，其用于在所述非导通时段中对所述AC电力进行整流，以产生要提供给所述调光器电路的整流的调光器电压，其中，所述开关控制电路包括过零检测电路，所述过零检测电路被配置为：检测所述AC的过零以及检测所述整流的调光器电压的第一阈值和第二阈值的交叉，以及其中所述过零检测电路进一步被配置为：当所述整流的调光器电压低于所述第一阈值时启动所述开关电路以开始所述导通时段中的一个导通时段，以及当所述整流的调光器电压高于所述第二阈值时启动所述开关电路以提前终止所述导通时段中的一个导通时段，用于为所述后沿相位控制调光器电路提供短路保护。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.22 AU 20149019251.一种后沿相位控制调光器电路，其具有短路保护，用于控制到负载的交流(AC)电力，所述电路包括：开关电路，其用于通过在导通状态下向所述负载传导电力而在关断状态下不向所述负载传导电力来控制向所述负载传送AC电力，其中所述导通状态是导通时段，所述关断状态是非导通时段；开关控制电路，其用于控制在所述AC的每半个周期所述开关电路的切断和接通，以控制所述开关电路的所述导通状态和关断状态的切换；以及整流器，其用于在所述非导通时段中对所述AC电力进行整流，以产生要提供给所述调光器电路的整流的调光器电压，其中，所述开关控制电路包括过零检测电路，所述过零检测电路被配置为：检测所述AC的过零以及检测所述整流的调光器电压的第一阈值和第二阈值的交叉，以及其中所述过零检测电路进一步被配置为：当所述整流的调光器电压低于所述第一阈值时启动所述开关电路以开始所述导通时段中的一个导通时段，以及当所述整流的调光器电压高于所述第二阈值时启动所述开关电路以提前终止所述导通时段中的一个导通时段，用于为所述后沿相位控制调光器电路提供短路保护。2.根据权利要求1所述的后沿调光器电路，其中，所述开关电路包括两个MOSFET，用于在所述AC的每半个周期分别控制切断和接通到所述关断和导通状态。3.根据权利要求2所述的后沿调光器电路，其中，所述MOSFET具有栅极驱动锁存器，所述栅极驱动锁存器在所述过零检测电路检测到所述整流的调光器电压低于所述第一阈值时，在所述AC的每半个周期将所述MOSFET锁存到所述导通状态。4.根据权利要求3所述的后沿调光器电路，其中，所述MOSFET栅极驱动锁存器在所述导通时段结束时在所述AC的每半个周期将所述MOSFET解锁到所述关断状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·范德赞，
申请(专利权)人：杰拉德照明控股私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU