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，该电路包括：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输送AC电力；以及开关控制电路，其用于在AC的每个周期控制开关电路的切断和接通，以控制开关电路的导通和关断状态的切换，其中开关控制电路控制开关电路的切断包括控制开关电路在开关电路的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，以及其中开关控制电路还包括用于通过将由开关电路产生的至少一些dv/dt反馈电流返回到开关电路来控制切断过渡曲线的dv/dt反馈电路，切断过渡曲线指示切断过渡的开关电路的漏极电压和选择的切断过渡时间，由此dv/dt反馈电路被配置为在切断过渡期间控制所述至少一些dv/dt反馈电流，以便减小切断过渡曲线的至少初始区域的变化率，从而使由开关电路产生的谐波最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相位控制调光器电路
本专利技术涉及一种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，本专利技术涉及一种用于控制电容性负载的具有MOSFET(场效应管)开关电路的后沿相位控制调光器电路，电容性负载诸如LED灯的驱动器。
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电源切换为导通(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。然而，相位控制调光器电路可以在接通和切断到负载的电力时产生导致电磁干扰(EMI)发射的传导谐波(conductedharmonics)。相应地，现有的示例性相位控制调光器电路已被配置为在开关电路的导通和非导通状态之间产生更平缓的过渡，以使这些EMI发射最小化。例如，在现有的后沿调光器电路中，开关在每半个周期的切断过渡时间增加，使得到负载的电力更加平缓地切断，以减小所产生的引起EMI发射的相关联射频(RF)谐波的幅度，并从而最小化线路传导的EMI发射。在后沿调光器电路中，由于在AC的过零处执行切换接通，所以开关电路的切断提供比接通更大的EMI发射。而且，本领域的技术人员将理解的是，开关的切断是在切断过渡时间上执行的，并且开关的接通是在接通过渡时间上执行的。本领域的技术人员将理解的是，在理想的后沿调光器中，在AC的过零处的接通意指没有相关联的过渡时间。实际上，具有上述后沿调光器电路的调光器目前已在许多国家销售，其符合电磁兼容性(EMC)和EMI的某些监管标准。尽管如此，上述在增加的切断过渡时间内将到负载的电力逐渐切断导致调光器电路开关器件的附加电力耗散。该附加电力通常由开关器件作为热量而耗散，其可能对采用这种调光器电路的调光器的操作和寿命有害。另外，增加的开关损耗降低了调光器的可实现的最大负载容量。图1和图2中示出了现有技术的后沿相位控制调光器电路的示例。具体地，图1示出了现有技术的后沿相位控制调光器电路10，其具有用于控制AC电力到负载的输送(例如接通和切断)的开关电路12以及用于控制开关电路12的切换的开关控制电路14。图2示出了另一现有技术的后沿相位控制调光器电路16，其具有用于控制开关电路12的切换的开关控制电路18。图2的开关控制电路18还包括添加用于进一步控制开关电路12的切换的dv/dt反馈电路20。如图1和图2所示，开关电路12包括开关元件Q4和Q5，其是MOSFET开关器件。具体地，MOSFETQ4和Q5是用于控制输送到负载的电力量的高电压(600V)N沟道MOSFET(例如，FCPF11N60)。MOSFETQ4和Q5被配置为使得它们交替地控制在AC电力的不同极性的半周期内到负载的电力输送。也就是说，MOSFETQ4和Q5在AC的每个周期相应地接通和切断开关电路12，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12被切断的时间量成比例地调暗。图1的开关控制电路14和图2的开关控制电路18提供MOSFETQ4和Q5的栅极驱动控制。在这些示例中，开关控制电路14、18利用MOSFET的固有特性“米勒效应”电容来控制切断MOSFETQ4和Q5的总切换时间，即，控制MOSFETQ4和Q5的切断过渡时间。适合于后沿调光器电路的典型的功率MOSFET，像示例性功率MOSFETFCPF11N60，表现出小于最佳漏极-栅极电容对漏极电压特性，这导致由于电容的快速下降在切断过渡上所提供的漏极电流的一些显著的非线性。本领域技术人员将理解，切断过渡发生在切断例如MOSFETQ4和Q5所需的时间，以下称为“切断过渡时间”。还将理解，在切断过渡期间，在下文中将由例如MOSFETQ4和Q5提供的MOSFET漏极电压的改变称为“切断过渡曲线”。为了实现低谐波含量和最小化EMI发射，切断过渡曲线的斜率的变化率将在切断过渡期间被最小化。然而，这种方式通常采用比用于电力耗散的最佳整体切断过渡时间更长的时间，如由图1和图2所示的示例性电路所提供的，以确保后沿相位控制调光器电路符合线路传导EMI限制。图1的示例性开关控制电路14以及图2的开关控制电路18，使用晶体管Q1和Q2来实现MOSFET栅极驱动控制。在所示的示例中，晶体管Q1和Q2是BC856PNP晶体管。在电阻器R1输入端的晶体管Q1基极驱动被拉高，以经由电阻器R2对MOSFETQ4和Q5的MOSFET栅极电容充电，从而保持MOSFETQ4和Q5处于导通状态条件。在图1的示例性电路中，R1是100KΩ电阻器，而R2是1KΩ电阻器。二极管D1和齐纳二极管ZD1用于将MOSFETQ4和Q5导通状态栅极电压钳位在适当的电平，从而获得适当的偏置。在图1和图2的示例中，D1是4148高速二极管，而ZD1是7V5齐纳二极管。在R1输入端的晶体管Q2基极驱动被拉低，以经由电阻器R3使MOSFET栅极电容放电，电阻器R3的值是为了提供MOSFETQ4和Q5的期望的切断过渡时间而选择的。在图1的开关控制电路14中R3被选择为56KΩ电阻器，以便例如提供MOSFETQ4和Q5的所需切断过渡时间，从而符合EMI要求。使用56KΩ电阻器R3的由图1的开关控制电路14提供的切断过渡时间相对较慢，并且在图4中在分析调光器电路10的操作的示波器的显示器40中示出。如所讨论的，相对慢的切断过渡时间导致高过渡相关的电力耗散。图4的显示器40示出了负载电流42(每分区0.5A)和MOSFETQ4和Q5栅极电压44(每分区2V)。本领域技术人员将理解，负载电流指示当负载具有某些阻抗特性时的开关电路漏极电压。具体地，在该示例中，负载是电阻负载类型(例如，白炽灯)，使得所示的负载电流42指示MOSFETQ4和Q5漏极电压。在图4中，可以看出，负载电流42(指示漏极电流)通过开关控制电路14在大约75μs的切断过渡时间内从导通状态过渡到关断状态。还可以看出，切断过渡上的负载电流42形成具有非线性斜率的曲线，其指示图1中示例的现有技术电路的调光器电路10的切断过渡曲线。在图2的示例性电路中，开关控制电路18被配置为通过选择22KΩ电阻器作为R3来减小切断过渡时间。本领域技术人员将理解，可以缩短切断过渡时间以减少与过渡相关的电力耗散，但是这通常需要切断过渡曲线的更尖锐的初始切断和/或更尖锐的最终切断区域，这可能导致引起谐波输出的过度EMI。作为分析该调光器电路的操作的示波器的显示器46，在图5中指示由具有22KΩ的电阻器R3的开关控制电路14提供的切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种后沿相位控制调光器电路，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输送AC电力；以及开关控制电路，其用于控制在所述AC的每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，其中所述开关控制电路控制所述开关电路的切断包括：控制所述开关电路在所述开关电路的所述导通状态和所述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，以及其中所述开关控制电路进一步包括dv/dt反馈电路，其用于通过将由所述开关电路产生的至少一些dv/dt反馈电流返回到所述开关电路来控制切断过渡曲线，所述切断过渡曲线指示所述切断过渡的所述开关电路的漏极电压和所述选择的切断过渡时间，由此所述dv/dt反馈电路被配置为控制所述切断过渡上的所述至少一些dv/dt反馈电流，以便减小所述切断过渡曲线的至少初始区域的变化率，从而使由所述开关电路产生的谐波最小化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.22 AU 20149019231.一种后沿相位控制调光器电路，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输送AC电力；以及开关控制电路，其用于控制在所述AC的每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，其中所述开关控制电路控制所述开关电路的切断包括：控制所述开关电路在所述开关电路的所述导通状态和所述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，以及其中所述开关控制电路进一步包括dv/dt反馈电路，其用于通过将由所述开关电路产生的至少一些dv/dt反馈电流返回到所述开关电路来控制切断过渡曲线，所述切断过渡曲线指示所述切断过渡的所述开关电路的漏极电压和所述选择的切断过渡时间，由此所述dv/dt反馈电路被配置为控制所述切断过渡上的所述至少一些dv/dt反馈电流，以便减小所述切断过渡曲线的至少初始区域的变化率，从而使由所述开关电路产生的谐波最小化。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，以便在所述AC的每半个周期分别控制切断和接通，以及其中所述开关控制电路提供所述MOSFET的栅极驱动控制，以控制所述MOSFET的所述切断过渡。3.根据权利要求2所述的后沿调光器电路，其中，所述切断过渡时间与所述MOSFET的MOSFET栅极电容的放电时间成比例。4.根据权利要求3所述的后沿调光器电路，其中，所述开关控制电路包括晶体管Q2，其被配置为被拉低以使所述MOSFET栅极电容经由电阻器R3放电，所述电阻器R3具有为选择所述MOSFET栅极电容的放电时间而选择的电阻。5.根据权利要求4所述的后沿调光器电路，其中，所述电阻器R3是22KΩ电阻器。6.根据权利要求4和5中的任一项所述的后沿调光器电路，其中，所述dv/dt反馈电路包括晶体管Q3，以便当具有选择的电阻的电阻器R4两端的足够电压出现在所述开关控制电路中时，将所述至少一些dv/dt反馈电流通过具有选择的电容的电容器C1引导到所述MOSFET的栅极，其中所述至少一些dv/dt反馈电流改变所述MOSFET栅极电容的所述放电的变化率，以减小所述切断过渡曲线的至少初始区域的变化率。7.根据权利要求6所述的后沿调光器电路，其中，所述至少一些dv/dt反馈电流降低所述切...

【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