专利名称：镇流器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供灯使用的镇流器电路，包括-从主源电压产生高频灯电流的镇流器装置，-利用镇流器装置响应主电源电压的中断控制加在灯上的功率的控制装置。
这样一种镇流器电路可从GB 2151115中得知。在该已知的镇流器电路中，控制装置响应主电源电压的中断，禁止或允许镇流器电路工作。通过中断主电源电压来开关灯也称作“触发(toggle)方法”。该已知镇流器电路的缺点在于当数个灯利用同一个镇流器电路并联工作时，所有的灯都打开或关闭，无法只使部分灯工作。
本发明着眼于克服这个缺点并提供一个有更多功能的镇流器电路。
因此，在开始段落中提到的镇流器电路的特征在于控制装置包括一个在工作过程中与灯串联的开关元件，以及一个响应主电源电压的中断而改变开关元件的导通状态的控制电路。
当根据本发明的镇流器电路是工作在只有一盏灯的情况下，该灯可利用主电源电压的中断而被开启或关闭。利用这种方法，本发明可用于房间里的情况，其中安装的镇流器电路的一部分为根据本发明的镇流器电路，镇流器电路的其余部分并未配备响应主电源电压的中断以控制灯的工作的控制装置。主电源电压的中断使部分灯被开关而其余部分的灯则仍亮着。
然而，当根据本发明的镇流器电路工作在若干并联的灯且开关元件在灯工作过程中只与部分灯串联的情况下，主电源电压的中断将导致该部分的灯被开启或关闭。如果是只用一个镇流器电路来控制房间内所有灯的情况，有可能利用该主开关开启或关闭部分灯。本发明的重要的优点在于这样一个墙壁开关能够控制多个镇流器和/或多盏灯，并且在安装根据本发明的镇流器电路过程中无需额外的电线或额外的开关。这样，本发明为亮度控制提供了低成本方案。
根据本发明的镇流器电路已获得了良好的效果，其中开关元件是三端双向可控硅开关元件。控制电路优选地包括一个触发器、一个晶体管(优选地为金属氧化物场效应晶体管)以及一个施密特触发器。
控制电路优选地仅当主电源电压的中断小于预定的时间间隔时才改变开关元件的导通状态。当预定的时间间隔足够长如5秒钟时，触发可迅速或缓慢地进行，只要整个触发循环在预定的时间内完成。控制电路还优选地包括重新设置装置，在主电源电压的中断长于预定的时间间隔时使开关元件导通。当灯熄灭超过预定的时间间隔后第一次被开启时，所有的灯都被点亮。
本发明将利用附图作进一步的说明。
在这些附图中
图1示出了包括本发明的示范性实施例的照明系统的方块图；图2示出了本发明用于四盏灯迅速启动的电子镇流器的示范性实施例；图3、4、5示出了如何根据本发明的一个方面利用触发器构造一个施密特触发器；以及图6示出了图2本发明实施例的改进型，可用于确保在一半灯关闭时使输入功率减少50％。
图1示出了包括本发明的一个示范性实施例的照明系统的方块图。如图所示，墙壁开关S1控制多个镇流器B1……BN。根据本发明的原理，镇流器B1的输出被作为输入耦合到电源开关PS1和控制单元CU1。作为墙壁开关S1的操作功能，控制单元CU1确定有多少灯L1……L4应该被点亮。电源开关PS1响应来自控制单元的命令和镇流器B1输出端的灯驱动功率的存在与否，使由控制单元CU1确定的数量的灯被点亮。每个镇流器和灯具都可由它们各自的控制单元和电源开关(未示出)独立控制。根据本发明的一个方面，每个控制单元和电源开关可控制它们中的哪些灯被点亮，而与其它任何控制单元或电源开关单元无关，即使这些单元与同一个墙壁开关相连。
图2示出了本发明用于四个灯迅速启动电子镇流器的示范性实施例。在该实施例中，灯L1和L2由镇流器B1的镇流器输出变压器T21经由电容C1OA和C1OB驱动。这样，灯L1和L2的照明状况直接对应于镇流器输出变压器T21处存在的灯驱动功率的输出。然而，根据本发明的一个方面，灯L3和L4的照明由三端双向可控硅开关元件TH101与镇流器变压器T21的输出共同控制。在存在镇流器输出变压器T21提供的输出电压时，当三端双向可控硅开关元件TH101是开启时，灯L3和L4被点亮。否则，灯L3和L4被关闭。注意镇流器输出变压器T21有两个次级绕组。
更详细地说，二极管D103和电容C104提供驱动三端双向可控硅开关元件TH101的直流电压(DC)。电阻R105限制三端双向可控硅开关元件TH101的驱动电流。金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q101控制三端双向可控硅开关元件TH101的触发输入。当MOSFET Q101的栅极具有作为输入的高电压时，MOSFET Q101开启。接着使三端双向可控硅开关元件TH101也开启，使得灯L3和L4点亮。当提供给MOSFET Q101栅极的电压为零时，MOSFET Q101关闭，三端双向可控硅开关元件TH101和灯L3及L4也关闭。这样，MOSFET Q101的栅极电位控制灯L3和L4的照明。
例如，MOSFET Q101由触发器IC1-B驱动，该触发器为双D触发器IC1的一半。MC14013是适合用作IC1的双D触发器。二极管D102和电容C102向双D触发器IC1提供DC电源。当DC电源被提高时，电容C103和电阻R104提供设置触发器IC1-B的Q输出端为高电平的窄脉冲。由于触发器IC1-B的Q输出端控制MOSFET Q101并从而控制三端双向可控硅开关元件TH101，当主电源被打开且在此之前没有足够的DC功率运行IC1时，所有四盏灯都将开启。
驱动MOSFET的优点是几乎不需要电流。与此类似，一个MC14013双D触发器，由于它是CMOS集成电路，消耗的电流很小。这样，IC1的电源供应可维持一段时间，该时间主要是电容C102和电阻R103的数值函数。例如，选择电容C102和电阻R103的数值，使得在镇流器的输入电源被关闭后，提供大约5秒钟足够的直流电以使IC1工作。这意味着IC1能够在开关S1触发时镇流器变压器T21输出端失去电压后的5秒钟窗口内进行正常工作。
由于IC1可在镇流器变压器T21输出端的电源被关闭后的5秒钟内工作，镇流器输出变压器T21的状态能够被用作时钟信号以驱动D触发器IC1B。例如，变压器T21没有输出意味着逻辑“0”，而变压器T21有输出则代表逻辑“1”。如果墙壁开关S1被关闭然后在5秒钟内打开，D触发器IC1-B将改变其输出状态一次，这在从“0”转变到“1”时发生。这么做使三端双向可控硅开关元件TH101和灯L3及L4的开/关状态改变。
尽管使用三端双向可控硅开关元件来控制交流(AC)设备在技术上是已知的，但是这种使用用仅限于低频应用，如在交流电的频率低于400Hz的地方。这是因为如同在技术上所知道的那样，三端双向可控硅开关元件控制高频交流电可能不像所期望的那样工作。例如，在由三端双向可控硅开关元件控制的交流电，即流经该三端双向可控硅开关元件的交流电过零和没有触发信号即不存在三端双向可控硅开关元件的控制信号时，要求三端双向可控硅开关元件自动关闭。然而，控制高频交流电的三端双向可控硅开关元件可能并不是这样。一旦控制高频交流电的三端双向可控硅开关元件开启，当流经三端双向可控硅开关元件且被它控制的电流过零及没有触发信号时，它可能一直导通，即使并不希望它这样。
这种不希望的三端双向可控硅开关元件工作称作“整流失效”。随着电压反向增加，由于三端双向可控硅开关元件关闭时它的一个可控硅的未复合的电荷载流子引起的反向恢复电流起着触发导通三端双向可控硅开关元件中其它可控硅的栅极电流的作用，就会发生整流失效。任何三端双向可控硅开关元件经历整流失效的可能性依赖于反向电压的上升速率(dV/dt)以及导通电流的下降速率(dI/dt)。dI/dt越高，在关闭的一瞬间残余的未复合的电荷载流子就越多。dV/dt越高，这些电荷载流子中的一些载流子就越可能起着触发导通该三端双向可控硅开关元件的栅极电流的作用。
这样，三端双向可控硅开关元件的整流能力，即三端双向可控硅开关元件能够在整流失效发生之前工作的上限，通常由三端双向可控硅开关元件能够在任何节点温度下承受的关闭dI/dt和重新加上的dV/dt指定。对于根据本发明控制灯L3和L4的电流的使用情况，(dI/dt)c＝80A/mS，(dV/dt)c＝170V/μs，这里c表示整流。但对普通的三端双向可控硅开关元件而言，即使是MAC8N，可从Philips半导体公司获得，设计具有高的整流能力，其整流能力也仅为(dI/dt)c＝6.5A/mS，20(dV/dt)c＝18V/μs。显然，在三端双向可控硅开关元件用于控制灯L3和L4的电流所必需的工况时，这样的整流能力是不足以防止整流失效的，不应期望三端双向可控硅开关元件在这种情况下正常工作。
尽管有前面的事实，根据本发明的原理，由三端双向可控硅开关元件TH101控制的交流电的频率，即镇流器输出变压器T21的输出，大于400Hz，如20KHz或更高，且不需要缓冲网络。事实上我们认为，与其它以前的三端双向可控硅开关元件应用不同，当三端双向可控硅开关元件用于根据本发明的灯的控制时，整流失效导致的不希望的三端双向可控硅开关元件行为并不是问题。这是因为，在三端双向可控硅开关元件开启后，在三端双向可控硅开关元件控制的交流电在其它点被另外某个控制，如不同位置上的某个开关关闭之前，再也不用关闭。换句话说，当镇流器的主电源被关闭时，如由墙壁开关S1(图1)的断开引起-或者使所有的灯关闭或作为部分触发-，提供受控制的功率的镇流器输出变压器T21的输出变为零。这接下来使三端双向可控硅开关元件TH101及灯L3和L4关闭，因为再也没有电流流经该三端双向可控硅开关元件。在触发情况下，由于三端双向可控硅开关元件响应墙壁开关的断开而关闭，当墙壁开关再次闭合时-这使得触发信号被去掉且高频交流电重新出现在镇流器输出变压器T21的输出端-，该三端双向可控硅开关元件只需在存在交流电时保持关闭，使灯L3和L4关闭。如此说来，根据本发明的一个方面，在高交流电频率下，所采用的三端双向可控硅开关元件只需满足关闭状态的dV/dt指标。
通常三端双向可控硅开关元件上的电压约为600Vpeak。如此说来，这远低于三端双向可控硅开关元件的一般额定电压，它约为800Vpeak。尽管如此，采用了快恢复二极管D105和D106来保护三端双向可控硅开关元件TH101，以防止任何瞬间电压脉冲尖峰超过其额定电压。这种瞬间电压脉冲尖峰可能在镇流器B1的开启阶段产生。
当IC1以MC14013实现时，其时钟输入具有特殊的要求，即当直流电源的电压为5V时，时钟输入的上升和下降时间不应该超过15微秒。否则，触发器IC1-B可能工作不正常。不幸的是，来自变压器T21的信号希望作为时钟输入信号，它并不符合这个要求。因此，其波形必须在提供给IC1-B的时钟输入之前被整理。
整理慢信号的一般方法是使用一个施密特触发器集成电路，如74HC14。施密特触发器的阈值被用来确保干净的尖输出波形。然而，要使用这种施密特触发器集成电路，需要系统包括第二个集成电路，该集成电路将增加系统的成本。根据本发明的一个方面，我们没有这么做，由于MC14013在一个封装中有两个D触发器，MC14013的另外一个以前没有使用的D触发器被配置用作施密特触发器。图3、4和5示出了如何做到这一点的。
图3示出了MC14013的内部结构。在管脚4和2之间是或非门301和反相器303。如果另外一个输入端即与或非门301的管脚4不相连的管脚维持逻辑“0”，对提供给管脚4的信号而言，或非门301是一个反相器。耦合反相器的最终等效电路示于图4。图4还示出了两个电阻RA和RB，它们被加在管脚2和管脚4之间以产生一个起着施密特触发器功能的电路。最终的施密特触发器电路的输入/输出特性示于图5。注意图2的R106对应于图5的RA，R107对应于图5的RB。
镇流器变压器T21的输出信号相当于墙壁开关S1(图1)的状态，在加到施密特触发器的输入端之前被二极管D101整流并被电容C101滤波。施密特触发器的输出被提供给D触发器IC1-B的时钟输入端。
镇流器变压器的输出一般不是理想的电压源。当输出负载较大时，输出电压将下降。这样，图2所示的本发明的实施例中，如果L3和L4被关闭，灯L1和L2的亮度输出将上升。这意味着在一半灯被关闭时输入到镇流器的主功率并没有减少50％。
当一半灯关闭后要确保输入功率减少50％，可使用本发明图2的实施例的改进方案。本发明的这种改进的实施例示于图6中。具体地说，三端双向可控硅开关元件TH102和电容C101E被加到本发明图2的实施例中。如同三端双向可控硅开关元件TH101一样，三端双向可控硅开关元件TH102也被MOSFET Q101所控制，使三端双向可控硅开关元件TH101和TH102同时被开启和关闭。为向三端双向可控硅开关元件TH101和TH102以基本相同的触发电流，图2的电阻R105被分成图6的电阻R105A和R105B。
当三端双向可控硅开关元件TH101和TH102开启着时，电容C10E被缩小且灯L1、L2、L3和L4中每一个均具有基本相同的驱动电压。当三端双向可控硅开关元件TH101和TH102关闭时，灯L3和L4都关闭且电容C10E与电容C10A和C10B串联。仔细选择C10E的值将满足50％功率减少的要求。
对于快速启动的镇流器，图6的结构可作简化a)移走电阻R105B，b)移走三端双向可控硅开关元件TH101(缩小TH101的阳极和阴极)，以及c)选择适当的电容C10E的值。所有四盏灯都有利地变暗至希望的低亮度等级。TH102开启时这四盏灯为满亮度，否则这四盏灯被变暗至低亮度等级，因为当TH102关闭时电流受C10E的限制。
表1是能够用来实现本发明的示范元件的列表。这些元件与它们相关的引用标记一并列出。
(续表)通过应用本发明的原理和采用了附加的逻辑电路，如计数器、门电路等等，以及附加的三端双向可控硅开关元件和驱动晶体管，本领域的那些普通技术人员将认识到如何建立与单个镇流器相连的灯控制电路，当电源开关触发时，该镇流器在由镇流器驱动的若干灯上显示灯的照明方式的序列。
此外，在改进本发明的灯控制电路中，与单个电源开关相连的数个镇流器可能具有附加的逻辑，使得该电路可编程，如为它们独立的灯照明方式的顺序在每个电路中使用一个或多个跳线。该顺序可通过改变一个或多个灯控制电路的编程而改变。在这样一个实施例中，在完成每个触发后由每个镇流器的电路对所发生的触发数目进行计数，如在模块的基础上，然后每个电路作出独立的确定，关于它点亮的是哪一盏灯，作为触发数量和其跳线设置的的函数。
前面仅示出了本发明的原理。这样对于那些精通本领域的人来说能够设计各种装置，尽管这里并没有详细描述或示出这些装置，这些装置体现了本发明的原理，从而处于其思想和领域内。
权利要求
1.一种供灯使用的镇流器电路，包括-从主电源电压产生高频灯电流的镇流器装置，-利用镇流器装置响应主电源电压的中断控制加在灯上的功率的控制装置。
2.根据权利要求1的镇流器电路，其中该镇流器电路适合供数个并联的灯工作，且在灯工作期间开关元件只与上述这些灯的部分串联。
3.根据权利要求1或2的镇流器电路，其中的控制电路包括一个触发器。
4.根据权利要求1、2或3的镇流器电路，其中控制电路包括一个晶体管。
5.根据权利要求4的镇流器电路，其中的晶体管是一个金属氧化物场效应晶体管。
6.根据前面一项或多项权利要求的镇流器电路，其中控制电路仅在主电源电压的中断短于预定的时间间隔时才改变开关元件的导通状态。
7.根据权利要求6的镇流器电路，其中控制电路包括重新设置装置，以便当主电压的中断超过预定的时间间隔时使开关元件导通。
8.根据前面一项或多项权利要求的镇流器电路，其中控制电路包括一个施密特触发器。
9.根据前面一项或多项权利要求的镇流器电路，其中开关元件为一个三端双向可控硅开关元件。
全文摘要
一个响应电源开关的触发而控制特定灯的照明的照明控制电路。该电路a)只与照明系统的镇流器的高(输出)端相连,b)完全包含在高端上,c)关于触发,仅与单个时间周期有关。该电路可与任何利用输出变压器的镇流器一起使用且无需对原来的镇流器电路进行更改。使用者将发现该电路的工作非常简便。由一个触发器利用驱动晶体管驱动的三端双向可控硅开关元件被用来控制用于驱动灯的高频交流电。一个施密特触发器响应灯开关的触发使镇流器输出变压器产生的信号变尖锐,灯开关被用来改变触发器的输出状态。当电源开关初次导通时,所有由镇流器驱动的灯被点亮。一旦所有的灯被点亮就触发电源开关使得只有预定数量的灯维持点亮。在只有部分灯点亮时触发电源开关使得所有灯再次点亮。切断开关使所有灯关闭。这种触发可迅速或缓慢进行,只要整个触发循环在预定的时间内完成。
文档编号H05B41/36GK1196866SQ97190809
公开日1998年10月21日 申请日期1997年4月30日 优先权日1996年5月10日
发明者Q·R·李, W·F·J·周, 夏永平, R·思普克斯 申请人:菲利浦电子有限公司