CN105191497A - 带有近似整功率因数的电子交流电线路调光电路 - Google Patents

Abstract

本公开的特征在于连接到AC线路的调光电路，所述调光电路包括调光调节器电路、调光控制电路和变压器电路。调光调节器电路包括调光水平调节器并被配置成成生成表明调光水平调节器的设置的追踪信号。调光控制电路耦合到调光调节器电路。调光控制电路被配置成接收追踪信号并生成调光信号。变压器电路耦合到调光控制电路。变压器电路被配置成接收调光信号并响应于调光信号向照明组件提供功率。

Description

带有近似整功率因数的电子交流电线路调光电路

技术领域

本公开涉及在交流电(AC)线路上使用的调光器控制。

发明内容

本公开的至少一些方面的特征在于连接到AC线路的调光电路，其包括调光调节器电路、调光控制电路，以及变压器电路。调光调节器电路连接到AC线路。调光调节器电路包括调光水平调节器并被配置成生成表明调光水平调节器的设置的追踪信号。追踪信号总体上跟随AC线路的线路电压。调光控制电路耦合到调光调节器电路。调光控制电路被配置成接收追踪信号并生成调光信号。变压器电路耦合到调光控制电路。变压器电路被配置成接收调光信号并响应于调光信号向照明组件提供功率。变压器电路包括回扫变压器。

附图说明

附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，并连同具体实施例解释本发明的优点和原理。在附图中，

图1示出调光电路的示例性实施例的方框图；

图2A和图2B是用于耦合到照明组件的调光电路的一个实施例的例示性电路图；以及

图3是示出功率因数性能的图表。

具体实施方式

本公开的至少一些方面涉及用于照明器的AC线路调光。目前的AC线路相切调光器，例如，基于TRIAC的调光器，具有用于低功率设置的差功率因数性能。这由公式(1)演示，所述公式将功率因数PF与标准化的时间平均传输功率<p>相联系。带T一个AC循环的时期和带0≤τ₁<τ₂≤T，然后给出PF和<p>之间的关系：

$\begin{array}{c}PF=\frac{<P>}{V_{rms}{I}_{rms}}=\frac{\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}{V}_p{\mathrm{sin\&omega;tI}}_{p}sin\mathrm{\&omega;}tdt}{\frac{V_p}{\sqrt{2}}\sqrt{\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}{I}_p{\mathrm{sin\&omega;tI}}_{p}sin\mathrm{\&omega;}tdt}}\\ \frac{\frac{V_p{I}_p}{T}\underset{{\mathrm{\&tau;}}_1}{\overset{{\mathrm{\&tau;}}_2}{\&Integral;}}{\sin }^2\mathrm{\&omega;}tdt}{\sqrt{\frac{V_p{I}_p}{2}}\sqrt{\frac{V_p{I}_p}{T}\underset{{\mathrm{\&tau;}}_1}{\overset{{\mathrm{\&tau;}}_2}{\&Integral;}}{\sin }^2\mathrm{\&omega;}tdt}}\\ =\frac{\sqrt{\frac{V_p{I}_p}{T}\underset{{\mathrm{\&tau;}}_1}{\overset{{\mathrm{\&tau;}}_2}{\&Integral;}}{\sin }^2\mathrm{\&omega;}tdt}}{\sqrt{\frac{V_p{I}_p}{2}}}=\frac{\sqrt{<P>}}{\frac{V_p{I}_p}{2}}\\ =\sqrt{<P>}\end{array},---\left(1\right)$

其中rms表示均方根，t是以秒为单位变化的时间，ω是角频率2π/T，V_p是峰值电压，I_p是峰值电流，V是线路电压并等于V_psinω，I是线路电流，P是功率＝VI，并且<P>是时间平均功率。本公开的至少一些方面涉及不依靠相切的调光方法。

本公开的至少一些方面涉及实施振幅调光的调光电路，其可具有良好的功率因数性能。在一些实施例中，调光电路可包括允许用户调节调光水平的调光调节器电路、调光控制电路和变压器电路。在一些情况下，调光电路可跟随AC线路的线路电压并提供线路绝缘使得可实现谐波调光。在一些具体实施中，调光电路可将调光器的一部分用作发光二极管(LED)照明组件。

图1示出耦合到照明组件140的调光电路100的示例性实施例的方框图。在一些实施例中，调光电路100可包括调光调节器电路110、调光控制电路120和变压器电路130。调光调节器电路110可连接到AC线路并包括调光水平调节器。调光调节器电路110被配置成生成表明调光水平调节器的设置的追踪信号。此外，追踪信号总体上跟随AC线路的线路电压。调光控制电路120耦合到调光调节器电路并被配置成接收追踪信号。调光控制电路120还被配置成生成调光信号。变压器电路130耦合到调光控制电路并被配置成接收调光信号。变压器电路130还被配置成响应于调光信号向照明组件提供功率。在一些实施例中，变压器电路包括回扫变压器。

在一些情况下，调光电路100可任选地具有与照明组件140的外壳不同的外壳105。调光调节器电路110、调光控制电路120，和/或变压器电路130可设置在外壳105中。在一些具体实施中，至少部分调光调节器电路110能够通过外壳105触及，例如，外壳外表面上的旋钮、开关或按钮。在一些情况下，调光电路100具有大于0.8的功率因数。然而在另一些情况下，调光电路100具有大于0.9的功率因数。

图2A是用于耦合到照明组件240的调光电路200A的一个实施例的例示性电路图。如该实施例所示，调光电路200A包括调光调节器电路210、调光控制电路220A和变压器电路230A。调光调节器电路210可包括电阻器R₁和电位计R₂。调光调节器电路210耦合到AC线路并被配置成生成追踪信号。在该实施例中，追踪信号是AC线路的线路电压的一部分，而该部分能够通过调节R₂值控制。在该实施例中，R₂充当调光水平调节器。在一些情况下，追踪信号与R₂的电阻值成正比。调光控制电路220A可包括开关模式电源(SMPS)控制225A，其包括比较部件226和逻辑部件227。比较部件226从变压器电路230A接收追踪信号和反馈信号并比较这两个信号。逻辑部件227基于追踪信号和反馈信号的比较产生调光信号。在图2A所示的实施例中，变压器电路230A可包括变压器T₁、晶体管Q₁和电阻器R_s。在一些情况下，变压器T₁是回扫变压器并且晶体管Q₁耦合到回扫变压器T₁的初级线圈电感。由逻辑部件227产生的高频切换允许比例如低频60Hz自耦变压器调光更小的变压器T₁。图2A中的照明组件240可包含LED并可能包含其他电子部件。

在一些具体实施中，比较部件226是带有模拟输入和数位输出的比较仪。例如，比较部件226的输出在反馈信号振幅超过追踪信号振幅时变低。如果逻辑部件227实施此类逻辑，从而导致变压器电路230A电流的输入变为0，逻辑部件227的输出可变低。但是然后反馈信号电流振幅也变为0。如果反馈回路中没发生别的事情，比较部件226的输出将立即变高以设法恢复通过变压器电路的电流。但是该电流恢复在强制关机时间过程中(例如，约8μs)受到逻辑部件227阻止。仅在该关机时间后逻辑输出经允许变高，其后过程重复。

图2B是用于耦合到照明组件240的调光电路200B的另一例示性电路图。如该实施例所示，调光电路200B包括调光调节器电路210、调光控制电路220B和变压器电路230B。调光调节器电路210可包括电阻器R₁和电位计R₂。调光调节器电路210耦合到AC线路并被配置成生成追踪信号。在该实施例中，追踪信号是AC线路的线路电压的一部分，而该部分能够通过调节R₂值控制。调光控制电路220B可包括SMPS芯片225B，其是集成电路(IC)芯片。

SMPS芯片225B从变压器电路230B接收追踪信号和反馈信号并比较这两个信号。SMPS芯片225B基于追踪信号和反馈信号的比较产生调光信号。在图2B示出的实施例中，变压器230B可包括变压器T₁、晶体管Q₁、电阻器R_s、电容器C₁和开关D₁。对于图2B所示的调光电路200B，可示出，由SMPS芯片225B提供的开-关占空比D和峰值AC线路电压V_p，传送到变压器T₁的平均功率<P>等于：

因此，R₂可用于调光并且固定的R_s的选择可设置调光器额定功率。在一些情况下，调光方法适用于LED照明组件，因为例如10W或100W的功率水平可用R₁、R₂和R_s的实际值获得。

在一些情况下，变压器T₁是回扫变压器并且晶体管Q₁耦合到回扫变压器T₁的初级线圈电感。开关D₁可耦合到回扫变压器T₁的次级线圈电感。电容器C₁可耦合到D₁以过滤高频电流暂态。在一些情况中，变压器电路230B包括开关D₁以维持回扫操作。在一些具体实施中，如图2B所示，开关D₁为整流二极管。在一些其他具体实施中，当期望全波AC功率转移时，开关D₁为同步双向开关。该双向开关可由逻辑部件227和额外绝缘电路***一起控制。

本公开的至少一些实施例可为用于LED照明组件的调光电路。例如，图2B所示的电路图中的SMPS芯片225B可以是LED驱动器芯片，例如LM3444(购自德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司(TexasInstruments,Dallas,TX))、HV9910(购自加利福尼亚州桑尼维尔的超科公司(Supertex,Inc.Sunnyvale,CA))、L6561(购自瑞士日内瓦的意法半导体公司(STMicroelectronics,Geneva,Switzerland))或类似的市售SMPS芯片。图3是示出相比使用公式(1)计算的相切调光电路的功率因数性能，关于类似于图2B中的电路设计的电路***的功率因数性能的图表。图3示出用于类似于图2B中的电路设计的调光电路的功率因数PF通常大于0.8并大部分大于0.9。

示例性实施例

实施例1。一种连接到AC线路的调光电路，包括：

连接到AC线路的调光调节器电路，所述调光调节器电路包括调光水平调节器并被配置成生成表明所述调光水平调节器的设置的追踪信号，所述追踪信号总体上跟随AC线路的线路电压，

耦合到所述调光调节器电路的调光控制电路，所述调光控制电路被配置成接收所述追踪信号并生成调光信号，以及

耦合到所述调光控制电路的变压器电路，所述变压器电路被配置成接收所述调光信号并响应于所述调光信号向照明组件提供功率，所述变压器电路包括回扫变压器。

实施例2。根据实施例1所述的调光电路，还包括：

与所述照明组件的外壳不同的外壳，所述外壳容纳所述调光调节器电路、调光控制电路和变压器电路。

实施例3。根据实施例1或实施例2所述的调光电路，其中所述调光电路具有大于0.8的功率因数。

实施例4。根据实施例1至实施例3中任一项所述的调光电路，其中所述调光控制电路包括开关模式电源(SMPS)控制。

实施例5。根据实施例1至实施例4中任一项所述的调光电路，其中所述变压器电路包括耦合到所述回扫变压器的次级线圈电感的开关。

实施例6。根据实施例5所述的调光电路，其中所述开关包括二极管。

实施例7。根据实施例5所述的调光电路，其中所述开关包括同步的开关。

实施例8。根据实施例1至实施例7中任一项所述的调光电路，其中所述变压器电路包括耦合到所述回扫变压器的初级线圈电感的晶体管。

实施例9。根据实施例1至实施例8中任一项所述的调光电路，其中所述调光水平调节器包括电位计。

本发明不应被认为限于上述特定示例和实施例，因为详细描述此类实施例是为了方便说明本发明的各个方面。相反，本发明应该被理解为覆盖本发明的所有方面，包括落入由所附权利要求限定的本发明的实质和范围内的各种修改、等同形式和替代形式。

Claims (9)

1.一种连接到AC线路的调光电路，包括：

连接到所述AC线路的调光调节器电路，所述调光调节器电路包括调光水平调节器并被配置成生成表明所述调光水平调节器的设置的追踪信号，所述追踪信号跟随所述AC线路的线路电压，

耦合到所述调光调节器电路的调光控制电路，所述调光控制电路被配置成接收所述追踪信号并生成调光信号，以及

耦合到所述调光控制电路的变压器电路，所述变压器电路被配置成接收所述调光信号并响应于所述调光信号向照明组件提供功率，所述变压器电路包括回扫变压器。

2.根据权利要求1所述的调光电路，还包括：

与所述照明组件的外壳不同的外壳，所述外壳容纳所述调光调节器电路、所述调光控制电路和所述变压器电路。

3.根据权利要求1所述的调光电路，其中所述调光电路具有大于0.8的功率因数。

4.根据权利要求1所述的调光电路，其中所述调光控制电路包括开关模式电源(SMPS)控制。

5.根据权利要求1所述的调光电路，其中所述变压器电路包括耦合到所述回扫变压器的次级线圈电感的开关。

6.根据权利要求5所述的调光电路，其中所述开关包括二极管。

7.根据权利要求5所述的调光电路，其中所述开关包括同步的开关。

8.根据权利要求1所述的调光电路，其中所述变压器电路包括耦合到所述回扫变压器的初级线圈电感的晶体管。

9.根据权利要求1所述的调光电路，其中所述调光水平调节器包括电位计。