CN106413176A - 照明设备的调光 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明设备的调光。照明设备、尤其是LED灯应该会可以在前沿相位运行中有效地被调光。为此，提供了一种用于对交变电流驱动的照明设备进行功率控制的调光设备，所述调光设备具有用于借助于前沿相控来驱动照明设备的控制装置，其中所述控制装置具有带有两个开关装置的双向开关，用于将供电交变电压施加到照明设备上。所述控制装置被构造用于在供电交变电压的每个半波中共同地接通所述两个开关装置以及用于在要期望的电流过零点之前切断所述两个开关装置之一。测量装置被连接到控制装置上，以便测量在被切断的开关装置上的电压。此外，所述控制装置还被构造为依据所测量的电压确定针对前沿相控的电流过零点。

Description

照明设备的调光

本申请要求于2015年7月31日在德国专利商标局提交的DE 10 2015 214 633.2的权益，其公开内容通过引用而全文结合于此。

技术领域

本发明涉及一种用于对交变电流驱动的照明设备进行功率控制的调光设备，所述调光设备具有用于借助于前沿相控（Phasenanschnittsteuerung）来驱动照明设备的控制装置，其中所述控制装置具有带有两个开关装置的双向开关，用于将供电交变电压施加到照明设备上。除此之外，本发明还涉及一种用于对交变电流驱动的照明设备进行功率控制的方法。

背景技术

调光器或调光设备用于改变照明设备的功率。这种功率改变可以通过前沿相控或者后沿相控（Phasenabschnittsteuerung）来进行。在前沿相控（参见图1）中，电流在交变电压的过零点之后有延迟地被接通并且流动直至下个过零点。而在后沿相控（参见图2）中，电流在过零点之后立即被接通并且在下个过零点之前又被关断。

作为照明设备的LED灯大多借助于前沿相位或者后沿相位是可调光的。利用所谓的通用调光器（Universaldimmer），不仅前沿相位而且后沿相位都可能用于对这种可调光的LED灯（LED芯片加镇流器）进行调光。根据相应的LED灯型的输入电容和内部放电，电荷量在调光时停留在LED灯的输入电容上，如果所述电荷量不主动地通过通用调光器被放电，那么所述电荷量影响LED灯的亮度。该电荷量作为在LED灯的输入端子上的电压是可测量的，所述电压只缓慢地通过内部的放电被构造。该效应的结果是：LED灯上的输入电压和借此LED灯的亮度比对应于当前的调光值的输入电压和亮度更高地失效。在这种情况下，LED灯可以只最小地被向下调光（abdimmen）。

现在，后沿相位运行和前沿相位运行的效应与图1和图2相关地详细地被解释。在图1中示出了作为正弦波的电网电压或供电交变电压的曲线20。在每个电网半波中，在从位于前面的电流过零点起的延迟时间Δt1之后操控（ansteuern）负载。按照图1的曲线21，在电阻负载的情况下，在延迟时间Δt1之后得到电压的直接升高。于是，该电压按照供电电压的曲线20变化。不同于在电阻负载的情况下，LED灯的输入电压按照曲线22在超过峰值之后不遵循电网电压。在LED灯上的电压由于微小的放电而比供电电压明显降低得更慢。

图2示出了在后沿相位运行中的效应。最上方的曲线20重新示出了供电电压。在每个半波中，负载在电网电压过零点被接通并且在延迟Δt2之后又被关断。在按照曲线23的电阻负载的情况下，电压在延迟时间Δt2之后立即下降到零。而在LED灯中，按照曲线24，电压在切断之后只缓慢地降低。

然而，因为实现后沿相位运行会是花费很高的，所以本发明被限于前沿相位运行。

在掌控两种运行方式的通用调光器中，前沿相位运行被用于对电感性负载调光，因为后沿相位运行使得能够在电流过零点切断负载。在每个电网半波中，在值不等于零时切断负载电流在调光器上产生高的并且可能危险的电压脉冲。准确地探测电流过零点是前沿相位运行或前沿相控的作用的重要前提。

传统的简单的调光器大多具有三端双向可控硅开关元件（Triac）末级，而且在前沿相位运行中工作。三端双向可控硅开关元件双向地切换并且在电流过零点关灭（loeschen）。利用被点燃的三端双向可控硅开关元件，LED灯的输入电压被箝位到电网电压的当前值上，使得在当前的电网电压上的电压没有停留在LED灯上。因为三端双向可控硅开关元件在无电流的状态下关灭，所以用于探测电流过零点的特定的电路变得不是必要的。

除此之外，前面所提到的通用调光器供支配，所述通用调光器在反串联的晶体管（大多MOSFET）的情况下操控两个MOSFET（参见图3：MOSFET 6和7），而且借此形成双向开关，所述双向开关将LED灯的输入电压箝位到当前的电网电压上。然而，MOSFET并不像三端双向可控硅开关元件那样在电流过零点关灭。在所述调光器的情况下，例如必须花费高地通过电流测量来确定电流过零点。

发明内容

本发明的任务在于：以简单的方式可靠地确定针对前沿相控的电流过零点。

按照本发明，该任务通过一种用于对交变电流驱动的照明设备进行功率控制的调光设备来解决，所述调光设备具有：

－ 控制装置，用于借助于前沿相控来驱动照明设备，

其中，

－ 所述控制装置具有带有两个开关装置的双向开关，用于将供电交变电压施加到照明设备上，

其中，

－ 所述控制装置被构造用于在供电交变电压的每个半波中共同地接通所述两个开关装置以及用于在要期望的电流过零点之前切断所述两个开关装置之一，

－ 测量装置被连接到控制装置上，用于测量在被切断的开关装置上的电压，并且

－ 所述控制装置被构造用于依据所测量的电压确定针对前沿相控的电流过零点。

除此之外，按照本发明提供了一种用于通过如下方式对交变电流驱动的照明设备进行功率控制的方法：

－ 借助于具有两个开关装置的双向开关将供电交变电压施加到照明设备上，并且

－ 借助于前沿相控来驱动照明设备，

－ 在供电交变电压的每个半波中共同地接通所述两个开关装置，并且

－ 在要期望的电流过零点之前切断所述两个开关装置之一，

－ 测量在被切断的开关装置上的电压，

－ 依据所测量的电压确定针对前沿相控的电流过零点。

因此，以有利的方式在前沿相控时首先接通所述开关装置中的每个。由此，供电电压附在负载或照明设备上。由于双向的特性，在照明设备（例如LED灯）上的电压遵循供电电压。通过相对应的附加的放电，也大约在供电电压的半波结束时达到电流过零点。借此，对照明设备进行调光在宽的范围内是可能的。现在，为了准确地确定电流过零点而确定在负载支路中的器件上的电压。所述开关中的在要期望的电流过零点之前被切断的一个适合于此。现在，在被切断的开关装置上测量的电压适合于确定所述被切断的开关装置应在其处又被切换的电流过零点。通过所述在电流过零点的切换，在调光设备的器件上不产生过压，而且也不发生高的无线电干扰。

优选地，调光设备具有：相线端子和作为供电电压的输入端的中性线端子以及用于连接照明装置的负载端子，其中所述中性线端子是用于照明装置的另一接线端子。借此，除了供电路径之外，该调光设备也具有可控制的负载路径。

根据扩展方案，所述两个开关装置在相线端子与负载端子之间串联。因此，开关装置与负载或照明装置串行地处于负载路径中。借此，通过负载的电流是可改变的，由此可以实现功率控制。

所述开关装置中的每个都具有场效应晶体管，其中所述两个场效应晶体管优选地反串联。借此，得到双向开关，利用所述双向开关可能将完整的交变电压施加到照明装置上。

在变型方案中，测量装置可以量取在所述两个场效应晶体管中的至少一个的漏极－源极段上的电压。接着，在场效应晶体管的截止状态下，该电压对应于截止电压。

可替换地，测量装置接着可以量取在所述两个开关装置的中间抽头与中性线端子之间的用于确定电流过零点的电压。该电压也包含在照明装置上的电压，使得可以从中确定电流过零点。

特定地，照明设备可包括被连接到调光设备上的LED灯。借此，可以以高的效率将前沿相控用于LED灯的调光。

按照另一构建方案，控制装置可以被设计为根据最后被确定的电流过零点来触发所述一个开关装置的关断。电流过零点可以这样精确地被用作切断的基础。

除此之外，该控制装置还可以被设计为根据供电电压的电压过零点来触发所述一个开关装置的切断。接着，为了确定电流过零点而近似地选择供电电压的电压过零点，这是很有意义的近似。

附图说明

本发明依据随附的附图进一步被解释，其中：

图1示出了按照现有技术的前沿相位运行；

图2示出了根据现有技术的后沿相位运行；

图3示出了按照本发明的具有照明设备的调光设备的原理电路图；和

图4示出了按照本发明的用于对交变电流驱动的照明设备进行功率控制的方法的示意图。

具体实施方式

随后进一步被描绘的实施例是本发明的优选的实施形式。在此，要注意的是：各个特征不仅可以以所描绘的组合，而且可以单独地或者以其它的在技术上有意义的组合来被实现。

在图3中示出了用于对交变电流驱动的照明设备1进行功率控制的示例性的调光设备5。该调光设备5具有相线端子2，用于连接到交变电压***的相线L上。除此之外，该调光设备5还具有中性线端子4，这里利用所述中性线端子4，所述调光设备5被连接到或可以被连接到交变电压***的中性线N上。供电电压（例如电网电压）附在相线L与中性线N之间。

除此之外，调光设备5还拥有负载端子3，负载或照明设备1可以在所述负载端子3上被接在接线柱上（anklemmen）。照明设备1的另一极与中性线N或中性线端子4相连。

该调光设备5基本上具有：控制装置，所述控制装置例如具有图3的部件6、7、8、9和13；和测量装置，所述测量装置具有部件10、11和/或12。在具体的例子中，该控制装置具有两个开关装置，所述两个开关装置这里可以分别被实现为MOSFET。这里，所述两个MOSFET反串联，而且所述两个MOSFET的中间抽头分别以源极端子相连。该中间抽头形成了用于调光设备5的电路的接地GND。所述MOSFET具有分别与漏极－源极段并行的被集成的寄生二极管。所述两个寄生二极管以它们的相应的阳极指向所述两个MOSFET的中间抽头或指向接地GND。

开关装置6的MOSFET的栅极由驱动器8来控制，所述驱动器8自身例如可以由操控电路13或微控制器来控制。第二开关装置7的MOSFET的栅极以相同的方式由驱动器9来控制，所述驱动器9就它而言再度由操控电路13来操控。

在一实施形式中，电流过零探测器10被接到第二开关装置7的MOSFET的漏极－源极段上，也就是说被接在接地GND与负载端子3之间。这种电流过零探测器10例如探测正半波的电流过零点。所述电流过零探测器10将它的测量或探测结果供应给操控电路13。负半波的电流过零点或者通过操控电路13根据在前的电流过零点被算出，或者该电流过零点利用附加的、未被绘出的在MOSFET 6的漏极接线端子与源极接线端子之间的电流过零探测器来探测，而且探测结果同样被供应给操控电路13。

按照第一选项，可以设置探测器11，用于探测电网电压过零点。该探测器11探测在中性线N与接地GND之间的电压过零点。为此，该探测器11例如被箝位到所述两个开关装置6和7的中间抽头以及中性线端子4上。

按照第二选项，用于探测电网电压过零点的探测器12被接在相线L与中性线N之间。特定地，该探测器12可以被连接到相线端子2和中性线端子4上。所述两个探测器11和12同样将它们的测量结果供应给操控电路13。

随后详细地解释调光设备的运行，其中LED灯例如被用作照明设备1。调光设备例如被实现为通用调光器，利用所述通用调光器，前沿相位和前沿相位是可能的。该通用调光器被置于前沿相位运行中。在调光时，在每个半波中共同地接通反串联的MOSFET 6和7。由此，所述反串联的MOSFET 6和7形成了双向开关，所述双向开关将LED灯1的输入电压箝位到当前的电网电压上。为了使得能够简单地探测到基于在反向驱动的晶体管上的相应的截止电压的出现的电流过零点，在要期望的电流过零点之前将反向驱动的MOSFET关断。接着，在反向驱动的MOSFET中的电流继续流过被集成的寄生二极管直至电流过零点。在电流过零点之后，由于被截止的、反向驱动的MOSFET，电流不能以相反的极性继续流动。从电流过零点的时间点起直至重新接通，通过被截止的MOSFET形成利用简单的电路是可探测的截止电压。

在电网电压或供电电压的正半波中，首先将所述两个反串联的MOSFET 6和7接通。电流从相线L经过MOSFET 6和7和负载或照明设备1流到中性线N。在临近要期望的电流过零点之前关断MOSFET 7。电流继续流过MOSFET 7的寄生二极管和MOSFET 6直至过零点。紧接在电流过零点之后，形成在MOSFET 7上的截止电压，所述在MOSFET 7上的截止电压可以借助于简单的电路10来探测。

可以以两种不同的方式实现在要期望的电流过零点之前切断反向驱动的MOSFET。在第一变型方案中，从最后被探测到的已经由探测器10检测到的电流过零点起，例如以被触发的方式在时间延迟Δt1（参见图1）之后进行切断。该时间延迟Δt1应该会被设定得最小在半个周期持续时间之下，而且以有意义的方式由微控制器或操控电路13来控制。由此，该时间延迟Δt1可以相对应地被认为是可变的。

按照第二变型方案，在供电电压或电网电压的过零点切断反向驱动的MOSFET。借助于简单的电子电路使关于电网电压过零点的时间点的信息供支配。该电子电路例如可以是在电路的中性线N与接地GND之间的探测器11。可替换地，该电子电路可以是被布置在相线L与中性线N之间的探测器12。

图4以其方法步骤示出了按照本发明的方法。在此，对如比方说LED灯那样的交变电流驱动的照明设备进行功率控制。该方法利用图3的电路是可实现的。在第一方法步骤S1（方法步骤的顺序不重要）中，借助于具有两个开关装置6、7的双向开关将供电交变电压（例如电网电压）施加到照明设备1上。按照第二步骤S2，借助于前沿相控来驱动照明设备1。在步骤S3中，在供电交变电压的每个半波中共同地接通所述两个开关装置6、7。步骤S4对应于：在要期望的电流过零点之前将所述两个开关装置6、7之一切断。在步骤S5中，执行对在被切断的开关装置上的电压的测量。最后，在步骤S6中，依据所测量的电压确定针对前沿相控的电流过零点。接着，所确定的电流过零点又被用于按照步骤S2的前沿相控。

按照上述结构的通用调光器（例如LED灯）可以以有利的方式通过双向操控在前沿相位运行中在所有可能的范围内进行调光。在临近电流过零点之前切断反向驱动的MOSFET使得能够简单地并且精确地探测电流过零点。在电流过零点切断MOSFET是电感性负载的低干扰运行的前提。

参考符号列表

1 照明设备

2 相线端子

3 负载端子

4 中性线端子

5 调光设备

6 开关装置

7 开关装置

8 驱动器

9 驱动器

10 电流过零探测器

11 探测器

12 探测器

13 操控电路

S1-S6 方法步骤

Claims (10)

1.用于对交变电流驱动的照明设备进行功率控制的调光设备，其具有：

－ 控制装置（6至9和13），用于借助于前沿相控来驱动照明设备（1），

其中

－ 所述控制装置（6至9和13）具有带有两个开关装置（6、7）的双向开关，用于将供电交变电压施加到所述照明设备（1）上，

其特征在于：

－ 所述控制装置（6至9和13）被构造用于在供电交变电压的每个半波中共同地接通所述两个开关装置（6、7）以及用于在要期望的电流过零点之前切断所述两个开关装置（6、7）之一，

－ 测量装置（10至12）被连接到所述控制装置（6至9和13）上，用于测量在被切断的开关装置上的电压，并且

－ 所述控制装置（6至9和13）被构造用于依据所测量的电压确定针对前沿相控的电流过零点。

2.根据权利要求1所述的调光设备，所述调光设备具有：相线端子（2）和作为供电电压的输入端的中性线端子（4）以及用于连接照明装置（1）的负载端子（3），其中所述中性线端子（4）是用于照明装置（1）的另一接线端子。

3.根据权利要求2所述的调光设备，其中，所述两个开关装置（6、7）被串联在相线端子（2）与负载端子（3）之间。

4.根据上述权利要求之一所述的调光设备，其中，开关装置（6、7）中的每个都具有场效应晶体管，而且所述两个场效应晶体管反串联。

5.根据权利要求4所述的调光设备，其中，所述测量装置（10至12）量取在所述两个场效应晶体管中的至少一个的漏极－源极段上的电压。

6.根据权利要求2至4之一所述的调光设备，其中，所述测量装置（10至12）量取在所述两个开关装置（6、7）的中间抽头与中性线端子（4）之间的电压。

7.根据上述权利要求之一所述的调光设备，其中，所述照明设备（1）包括被连接到所述调光设备上的LED灯。

8.根据上述权利要求之一所述的调光设备，其中，所述控制装置（6至9和13）被设计为根据最后被确定的电流过零点来触发一个开关装置（6、7）的切断。

9.根据上述权利要求之一所述的调光设备，其中，所述控制装置（6至9和13）被设计为根据供电电压的电压过零点来触发一个开关装置的切断。

10.用于通过如下方式对交变电流驱动的照明设备（1）进行功率控制的方法：

－ 借助于具有两个开关装置（6、7）的双向开关将供电交变电压施加到照明设备（1）上，并且

－ 借助于前沿相控来驱动照明设备（1），

其特征在于：

－ 在供电交变电压的每个半波中共同地接通所述两个开关装置（6、7），并且

－ 在要期望的电流过零点之前切断所述两个开关装置（6、7）之一，

－ 测量在被切断的开关装置（6、7）上的电压，并且

－ 依据所测量的电压确定针对前沿相控的电流过零点。