CN2935618Y

CN2935618Y - 电子控制装置

Info

Publication number: CN2935618Y
Application number: CN 200520105298
Authority: CN
Inventors: 李云峰
Original assignee: Philips China Investment Co Ltd
Current assignee: Philips China Investment Co Ltd
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2015-09-08

Abstract

本实用新型提供了一种电子控制装置，包括：一个AC/DC转换电路；一个开关电路，与所述AC/DC转换电路连接，用于在第一状态将电源电压施加到负载以及在第二工作状态将电源电压从负载移除；一个控制电路，与所述开关电路和AC/DC转换电路连接，用于控制所述开关电路在所述第一状态和第二状态之间的转换；一个电压过零采样电路，用于为所述控制电路提供时钟脉冲；其特征在于，该电子控制装置还包括一个自举电源，该自举电源与所述AC/DC转换电路连接，其输出端与所述开关电路和所述控制电路连接。本实用新型的电子控制装置以分立元件构成的电路实现了对容性负载的功率调节。

Description

电子控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种控制***，更具体地，本实用新型涉及一种用于控制负载的功率的电子控制装置。

背景技术

在照明领域中，目前广泛采用高效照明。在利用高频电子镇流器来进行节能特别在禁止全负载的工作条件下，调光是通常采用的一种功率控制手段。调光***利用调光器的控制信号通过调节频率、占空比、DC总线电压和谐振阻抗四个参数之一来实现调光功能。调光器的工作原理通常有以下三种：

1.对输入交流电压进行导通相位角控制；

2.从外部提供0-10V的低压直流调光信号；

3.在输入交流电压上叠加计数脉冲的控制方式。

上述每种方法都有其特点。第一种方法能够低成本容易地实现同时不需要改变灯的组装布线，因而被广泛使用。第二种方法需要附加的两根引线来获得0-10V的调光信号。高成本的调光器和复杂的组装妨碍了该方法在很多领域的应用。第三种方法因其单负载特性而受限制，同时，输入电流的畸变和噪声也是该方法存在的问题。

目前，通常采用第一种交流相位控制的方法来调节负载的输出功率。图1示出了交流相位控制的框图。交流相位控制方法包括前沿相位控制方法和后沿相位控制方法，这两种方法均通过由控制器部分地切掉负载上的电压来实现相位控制。对于前沿相位控制，控制器在交流零电压点关断，并在设定的周期后恢复接通状态，此时负载获得功率。后沿控制与此相反，在交流零电压点控制器首先接通而在设定的周期后恢复关断状态。在现有的后沿控制调光方法中，复杂的电路设计导致了相应的较高成本。

在各种类型的电负载中，气体放电类型的灯及其相关的镇流器是难于进行调节和控制的电负载类型。这里所说的气体放电灯包括具有或不具有单独加热器的荧光灯、高强度放电灯以及通常显示出负电阻特性的任何灯。每当这种灯的标准可得的光输出不能满足环境的光要求和所需的光水平时，就需要对灯的功率进行调节。因此需要一种用于对这种灯进行调光以减少能量损耗和灯的相关工作成本的控制***。

在现有技术中，具有双向可控硅调光器的前沿相位控制器因其结构简单、所采用的元器件数量少、成本比电路结构复杂的后沿控制器低，而被广泛使用。但在具有双向可控硅调光器的前沿控制器与容性负载一同使用的情况下，每个输入电压的交流周期，在对容性负载加电的瞬时都会在容性负载上产生尖锐的冲击电流脉冲，这对负载和控制电路来说都是不希望出现的现象。零电压接通的后沿控制电路在与容性负载一同使用时不会产生上述问题，同时采用后沿控制的方法具有更低的总谐波失真和噪声，因此后沿相位控制器通常更适用于容性负载。

在相位控制电路中，通常有两种方式提供功率控制电路工作所必需的电源，一种是从外部引入电源，另一种是由控制电路内部的元器件形成电源。从外部引入电源，必须提供额外的电源、引线或接口，这不仅增加了设计复杂性同时增加了电路成本。图2示出了一种功率控制电路的示意图。在该控制电路中用主电流在主回路中的元器件例如电阻器R1和晶体管Q1上产生的电压降来作为电压源为其它元件供电。该电路存在的问题在于，为了要达到所需的电压值，电阻器R1和晶体管Q1必须承受很大的功耗。这导致元器件体积增大、成本增加，并带来散热等问题。

因此，本实用新型的目的在于提供一种用常规的分立元件构造的低成本的电子控制装置。

实用新型内容

本实用新型的电子控制装置实现了上述目的。在根据本实用新型的电子控制装置中，仅仅在交流零电压点，电压过零采样电路处于关断状态并给出一个高电平窄脉冲信号。相位控制电路在此脉冲信号的作用下启动，同时驱动电路产生强驱动脉冲。此时开关电路以接通状态工作，负载从电源获得功率。在设定的时间周期后，相位控制电路的驱动电压脉冲消失。开关电路进入关断状态，负载与电源断开直到下一个周期的交流零电压点。由此根据本实用新型的电子控制装置实现了对负载的功率调节。

在根据本实用新型电子控制装置中提供一自举电源，为相位控制电路和驱动电路提供电能。

根据本实用新型，提供一种电子控制装置，包括：

一个AC/DC转换电路；

一个开关电路，与所述AC/DC转换电路耦接，用于在第一状态将电源电压施加到负载以及在第二工作状态将电源电压从负载移除；

一个控制电路，与所述开关电路和AC/DC转换电路耦接，用于控制所述开关电路在所述第一状态和第二状态之间的转换；

一个电压过零采样电路，用于为所述控制电路提供时钟脉冲；

其特征在于，该电子控制装置还包括一个自举电源，该自举电源与所述AC/DC转换电路耦接，其输出端与所述开关电路和所述控制电路耦接。

根据本实用新型，提供一种包括上述电子控制装置的驱动器。

根据本实用新型，提供一种包括电子镇流器和上述电子控制装置的灯。

根据本实用新型，实现了以常规的分立元件构造的低成本的电子控制装置对负载的功率进行调节。

附图说明

图1是交流相位控制***框图。

图2是现有技术的驱动器的电路示意图。

图3根据本实用新型的电子控制装置的电路框图。

图4是根据本实用新型的电子控制装置的电路示意图。

图5是在根据本实用新型的电子控制装置的不同测试点处的波形图。

具体实施方式

图3示出了根据本实用新型的电子控制装置的电路框图。如图所示，该电子控制装置100包括AC/DC转换电路12；用于接通/关断负载上的电压的开关电路14；用于对开关电路14的工作状态进行控制的相位控制和驱动电路16；用于在每个开关周期提供时钟脉冲的电压过零采样电路18；和用于为电子控制装置中的元器件提供能量的自举电源20。

在本说明书中，术语“开关周期”是指交流周期中相邻的两个电压过零点之间的周期。

图4是根据本实用新型的电子控制装置的电路示意图。在根据本实用新型的电子控制装置电路中，二极管D1-D4构成的AC/DC转换器12与交流供电电源连接，用于将交流电转换为直流电，以便用由直流元件构成的功率控制电路实现对负载的交流控制。开关电路14包括可控开关，例如MOS晶体管Q1，晶体管Q1的源极和漏极与转换器12相耦接，用来接通/关断负载上的交流输入。包括二极管D7和电容器C4的自举电源20与AC/DC转换器12相连，其输出端与相位控制和驱动电路16的输入以及可控开关的控制端例如晶体管Q1的栅极相耦接。电压过零采样电路18包括电阻器R1、二极管D5、D10、D11、电阻器R2、R7、电容器C2和晶体管Q2。该电压过零采样电路18耦接在转换器12和相位控制及驱动电路之间，在每个开关周期为相位控制和驱动电路提供时钟脉冲。相位控制和驱动电路16包括电阻器R4、二极管D6、电阻器R3、电容器C3、齐纳二极管D8和可控开关例如可控硅开关元件T1，以及电阻器R8、R9、晶体管Q3、齐纳二极管D9和电容器C1，其中齐纳二极管D9用于保护晶体管Q1避免被过高的栅极电压损坏。可控硅开关元件T1连接在晶体管Q1的栅极和晶体管Q2的集电极之间，用于在晶体管Q2导通时使晶体管Q1恢复关断状态。串联连接的电阻器R4和电容器C3与可控硅开关元件T1并联，用于控制晶体管Q1的关断时刻。

在根据本实用新型的自举电源中，电容器C4在晶体管Q1关断的每个周期期间被充电并保持基本恒定的电压电平，二极管D7用于在转换器输出电压低的时候防止电容器C4出现放电。此外，该自举电源还包括电阻器R5、R6和电容器C6，电阻器R6是小阻值电阻器用于减小浪涌电流，电阻器R5和电容器C6用于抑制提供给电子控制装置中其它元器件的DC电压。

下面将描述本实用新型的电子控制装置的工作模式。交流电源通过AC/DC转换器12输出直流电压提供给自举电源20。电容器C4充电后将高电位通过电阻器R8由电容器C1提供给开关电路中晶体管Q1的栅极，晶体管Q1导通。此时转换器12工作，将交流电施加到负载上，负载开始工作。

仅仅在交流零电压点，电压过零采样电路处于关断状态并在晶体管Q2的集电极给出一个高电平窄脉冲信号。在每一个开关周期的起始点即交流电压过零时，电压过零采样电路中的二极管D5、D10和D11两端电压降为零。电容器C2通过电阻器R2、二极管D5、D10、D11和电阻器R7放电，晶体管Q2处于关断状态。此时可控硅开关元件T1由晶体管Q2恢复为关断状态。同时，电容器C5通过电阻器R9充电，之后晶体管Q3进入接通状态。电容器C4可以直接对电容器C1进行充电。强的驱动脉冲使晶体管Q1可以短时间内变为接通状态。AC输入可即刻施加到负载上。

其后，在整流后电压由过零点开始上升时，二极管D5、D10和D11恢复导通。这些二极管的总导通电压可以将电容器C2充电到足够高的电位，以使晶体管Q2变为导通状态。电阻器R1保证了在晶体管Q2关断时期内，二极管D5、D10和D11也能通过电阻器R1来采样交流电压过零点的信号。当电容器C5由晶体管Q2放电到低电平时，晶体管Q3恢复为关断状态。电容器C4通过电阻器R8对电容器C1充电以将晶体管Q1保持在接通状态。

晶体管Q1导通的同时，即在整流后电压由过零点开始上升时，控制电路中的电容器C3通过电阻器R4和R8被充电。当电容器C3上的电压被充电超过齐纳二极管D8的耐压值时，可控硅开关元件T1被触发导通，由于晶体管Q2在该时刻是导通的，晶体管Q1的栅极电压被下拉到底基本为零，晶体管Q1转为关断状态。此时AC/DC转换器不工作，交流电被从负载上移除，负载停止工作。电阻器R4和电容器C3充电回路的时间常数，即电阻器R4和电容器C3的取值，决定晶体管Q1关断时刻的快慢。通常，电阻器R4采用阻值可变的一个或多个电阻器，而电容器C3具有固定的电容值。在此情况下，改变电阻器R4的阻值将改变导通脉冲的宽度。电子控制装置在每一个开关周期中重复地进行的波形切割控制，直接控制了加到负载上的输入电压的有效值，即可实现对负载的功率调节。

在本实用新型中，提供由二极管D7和电容器C4构成的自举电源。该自举电源采用储能元件电容器C4作为电压源，实现了体积小、成本低且电源电路的发热损耗可以忽略不计的电源电路。

虽然上述内容参照附图对优选实施方式进行了详细描述，但应当理解，上述内容是示意性的而非限定性的。在优选实施例中，分别以MOS晶体管和可控硅开关元件为例进行了说明，应当理解，可以将例如绝缘栅晶体管IGBT等的其它开关元件用作可控开关元件。本领域技术人员能够理解，所述AC/DC转换器、开关电路及相位控制及驱动电路可以采用其它方式实现而不偏离本实用新型的保护范围。优选实施例公开了将功率控制电路与例如带有电子镇流器的气体放电灯的容性负载一同使用的情况，可以理解，根据本实用新型的功率控制电路同样可以应用于在断电时不会产生有害的反电势电压的任何负载。本实用新型的精神和范围仅由所附权利要求及其等价物限定。

Claims

1.一种电子控制装置，包括：

一个AC/DC转换电路；

2.如权利要求1所述的电子控制装置，其中，所述开关电路包括第一可控开关元件。

3.如权利要求2所述的电子控制装置，其中，所述自举电源包括一个二极管和一个第一电容器，该二极管和电容器之间的连接点与所述控制电路的输入耦接并与所述第一可控开关元件的控制端耦接。

4.如权利要求3所述的电子控制装置，其中所述控制电路包括一个电阻器和一个第二电容器，以及耦接在第二电容器和第一可控开关元件的控制端之间的第二可控开关元件，用于控制所述开关电路的输出脉冲的宽度。

5.如权利要求4所述的电子控制装置，其中所述电压过零采样电路包括一个第三可控开关元件，用于仅在电源电压过零时提供时钟脉冲。

6.如权利要求5所述的电子控制装置，其中，所述第三可控开关元件的控制端和第一端分别与AC/DC转换电路耦接，其第二端与第一可控开关的控制端耦接。

7.如权利要求2之一所述的电子控制装置，其中，所述第一可控开关为金属氧化物场效应晶体管。

8.如权利要求4之一所述的电子控制装置，其中所述电阻器包括阻值可变的一个或一组电阻器。

9.一种驱动器，包括如权利要求1-8之一所述的电子控制装置。

10.一种灯，包括电子镇流器和如权利要求1-8之一所述的电子控制装置。