CN101371210B - 用于2线调光器的电源 - Google Patents

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Abstract

一种用于调光器装置的电源电路，其包括电压加倍器电路、滤波器电路、开关电源以及线性调节器电路。在一个实施例中，所述电压加倍器电路包括具有第一电容器和第一二极管的第一级，以及具有第二电容器和第二二极管的第二级。所述开关电源可以包括反馈电路，并且可以是非隔离电源。在一个实施例中，所述调光器装置可在关位置与全开位置之间变化，并且在所述调光器装置处于所述全开位置时，所述电路可以提供用于所述开关电源的操作的电力。

Description

用于2线调光器的电源
技术领域
本发明总体上涉及在照明控制应用中使用的电源，更具体来说，涉及用于内部电源调光器电路的电源。
背景技术
双线连接电路的通常应用是为调光器的内部控制供电。双线调光器的常规电源通常基于线性模拟方法，包括带有线性后调节器的不同电容器充电方案。美国专利第4,334,184、4,504,778、4,678,985以及5,600,552中给出了采用该方法的电源示例。这些设计存在许多缺点，包括庞大的部件和低效率，因为它们在装置处于其关状态时会泄漏电流。这些电源有时还需要很高的实现成本。
开关电源可以避免上述问题。开关模式电源通过在饱和(全开)与截断(全关)之间对晶体管进行开关而实现调节。当晶体管接通时，能量被递送给电感器，并且在某些情况下被递送给输出电容器和负载。当晶体管断开时，电感器中存储的能量被递送给输出滤波电容器和负载。晶体管要么在全电流和最低电压下操作，要么在全电压和最小电流下操作，这使得被浪费的电力很少。开关模式电源的效率通常在80％到95％的范围内，在某些情况下甚至更高。开关频率的范围可以是从25kHz到超过1MHz，其中100kHz到400kHz是典型的范围。在离线开关模式电源(50Hz或60Hz的交流干线(AC mains))下，有时需要用于隔离的变压器在上述频率范围(其比50Hz或60Hz要高得多)下利用芯通量进行操作。这会得到与常规电源相比小且轻得多的芯。而且，由于高效率，产生的热少得多，可以使用更小的部件和更小的热沉；在某些电源中，仅仅PC板就可以充当足够的热沉。
开关模式电源的另一优点是输入电压不必比输出电压高。线性调节器只能向下步进，而开关模式电源可以向上或向下步进，并且可以具有负输出电压。此外，线性调节器既不能升压也不能切换极性。
图1示出了使用开关装置的典型调光器的框图。当用于向调光器内部电路19供电时，如图1所示，调光器的开关装置15连接在线路端子11与负载16之间，并且中性端子12连接到负载的另一端。
用于调光器的电源18通常跨开关装置端子而连接。该类型的电源的设计可能是个问题，因为可用AC电源通常将取决于负载的状态。例如，当调光器处于其全开位置时，仅可以在靠近过零点的短时段内使用AC输入；这限制了可供给电路电源18的电力的数量。图2代表了调光器AC波形20的示例，其中开关装置15包括作为开关元件的三端双向可控硅开关(triac)。时段22(T1到T2等)代表负载接通的时间。时段21(T0到T1、T2到T3等)代表负载断开的时间，在此期间AC线路电力是可用的，以向调光器的电源供电。
最低操作电压代表对开关模式电源的开关装置的限制，这对于照明应用来说可能是关键的。如图2所示，当仅可以在过零点附近的短时间间隔内使用AC输入电力时，在负载断开时形成的峰值电压电平对于开关操作来说可能是微不足道的，或者可能提供不了所需电力输出的足够的能量。因此开关电源可能不适合用于照明应用，照明应用通常需要不被阻断的线路接入和输入电压值，该输入电压值对于开关电源的适当的操作来说并不太低。在家庭能量管理系统中会产生类似的问题，在该系统中，将电源开关装置布置成与24V或120V电源以及负载相串联(如美国专利第4,678,985中讨论的)。
发明内容
本发明通过提供一种升高了输入电压电平的开关电源电路而解决了上述问题，从而改进了开关电源的性能。在负载开关装置与到开关电源的输入之间引入了诸如电压加倍器电路的电压倍增器。电压倍增器使得电源设置在低电压下也可以进行稳定的操作。
根据本发明的一个方面，将用于向照明调光器装置的内部电路提供电力的电源电路设计成连接到电势源；电源电路包括电压倍增器、开关电源以及线性后调节器。将所述电压倍增器设计成耦合到所述电势源，以提供所述电势源的至少两倍的输出信号；所述开关电源耦合到所述电压倍增器，以接收倍增后的电压作为输入。将所述线性后调节器插在所述开关电源与所述调光器装置的内部电路之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于连接到照明调光器装置的电源电路，其包括电压加倍器电路、滤波器电路、开关电源以及线性调节器电路。在一个实施例中，所述电压加倍器电路包括具有第一电容器和第一二极管的第一级，以及具有第二电容器和第二二极管的第二级。所述开关电源可以包括反馈电路，并且可以是非隔离电源。在一个实施例中，所述调光器装置可在关位置与全开位置之间变化，并且在所述调光器装置处于所述全开位置时，所述电路可以提供用于所述开关电源的操作的电力。
附图说明
图1是用于向调光器电路供电的常规布置的框图。
图2是示出带有三端双向可控硅开关元件的调光器电路中的AC波形。
图3是根据本发明实施例的开关电源电路的框图。
图4是根据本发明实施例的电源电路的电路图。
具体实施方式
图3示出了根据本发明实施例的开关电源30的框图。在本实施例中，使用诸如电压加倍器的电压倍增器来提高电源的输入电压电平，从而即使调光器处于其全开位置也可以确保电源的合适操作。在开关装置15与到开关电源38的输入之间连接电压加倍器电路31。该布置使得提供其他可选调光器功能(如到远程装置的通信)的调光器的各种部件可以直接接入线路端子11。还可以使用除电压加倍器以外的其他电压倍增电路(例如，3X)。可以有利地在电源38的输出与调光器内部电路19之间布置线性后调节器32。噪声敏感调光器电路尤其可以受益于附加的线性后调节器。
参照图4，示出了实现图3的框图的电路40的电路图。电路40包括用于电涌(surge)保护的金属氧化物变阻器MOV1、提供过流保护的可熔电阻器R1、电压加倍器31以及开关电源38的上游的LC滤波器。二极管D1和电容器C1代表电压加倍器的第一级。在AC周期的正半部分期间(线路电压高并且中性电压低，例如如图2所示的T0到T2)，二极管D1导电并向电容器C1充电。在AC周期的负半部分期间，将电容器C1上存储的DC电压加入AC部件，并通过二极管D2施加给电容器C2。在AC周期的负半部分(例如图2中的T2到T4)期间，二极管D1截止。所得电压由包括电感器L1和电容器C3的LC滤波器来过滤。将LC滤波器的输出馈送给电源开关器U1的输入，在此特定实施例中基于来自Power Integrations公司的
Figure S2006800398845D00041
装置，利用向电源开关器U1提供反馈的二极管D4和电阻器-电容器反馈网络U2，二极管D3、电感器L2以及电容器C4实现了Buck转换器方案。电源的输出17在被施加给调光器电路19之前被馈送到调节器32中。调节器32包括线性电压调节器VR1和输出电容器C5。
在本实施例中，电源38是带有确定输出电压的反馈的非隔离开关电源。可以理解，也可以使用隔离电源。此外，可以将电路40的输入连接到除具有如图4所示的线路和中性端子的AC干线电源以外的AC源。例如，可以由变压器、AC分压器、滤波器或其他电路来提供输入。
尽管按照具体实施例对本发明进行了描述，但是从以上描述来看，显然，本领域的技术人员能够做出多个备选实施例、修改以及变型。因此，本发明旨在涵盖落入本发明和以下权利要求的范围和精神内的所有这种备选实施例、修改以及变型。

Claims (34)

1.一种用于向照明调光器装置的内部电路提供电力的电源电路，所述照明调光器装置被设计成连接到交流电势源，所述电源电路包括：
开关装置，具有被设计成连接到所述交流电势源的线路连接端子和被设计成连接到负载的负载连接端子，其中在接通状态期间所述开关装置经过所述负载导通所述交流电势源，并且在断开状态期间所述开关装置阻止所述交流电势源经过所述负载导通；
电压倍增器，其被设计成耦合到所述交流电势源和所述负载连接端子，以提供输出信号，其中所述电压倍增器在所述开关装置的所述断开状态期间将所述输出信号充电到所述交流电势源在所述开关装置处于所述断开状态期间的峰值电压的至少两倍；
开关电源，其耦合到所述电压倍增器，以从所述电压倍增器接收所述输出信号作为输入电势；以及
线性后调节器，其插在所述开关电源与所述内部电路之间。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述电压倍增器是电压加倍器。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述开关电源是非隔离电源。
4.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述开关电源包括反馈电路。
5.根据权利要求1所述的电源电路，还包括插在所述电压倍增器与所述开关电源之间的滤波电路。
6.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述交流电势源包括线路端子，所述线路端子是可接入的，以直接连接到所述调光器装置的部件。
7.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述交流电势源来自交流干线电源、变压器、交流分压器以及滤波器中的一个。
8.一种用于连接到照明调光器装置的电源电路，包括：
开关装置，具有被设计成连接到交流电势源的线路连接端子和被设计成连接到负载的负载连接端子，其中在接通状态期间所述开关装置经过所述负载导通所述交流电势源，并且在断开状态期间所述开关装置阻止所述交流电势源经过所述负载导通；
电压加倍器电路，其被设计成耦合到所述交流电势源和所述负载连接端子，以提供输出信号，其中所述电压加倍器在所述开关装置的所述断开状态期间将所述输出信号充电到所述交流电势源在所述开关装置处于所述断开状态期间的峰值电压的两倍；
滤波电路，其连接到所述电压加倍器电路并被设计成接收所述输出信号；
开关电源，其连接到所述滤波电路；以及
线性调节器电路，其连接到所述开关电源并耦合到所述调光器装置的内部电路。
9.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述电压加倍器电路包括具有第一电容器和第一二极管的第一级，以及具有第二电容器和第二二极管的第二级。
10.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述滤波电路包括电感器和电容器。
11.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述开关电源包括反馈电路。
12.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述线性调节器电路包括线性电压调节器和电容器。
13.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述交流电势源来自交流干线电源、变压器、交流分压器以及滤波器中的一个。
14.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述开关电源是非隔离电源。
15.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述调光器装置在关位置与全开位置之间是可变的，并且当所述调光器装置处于全开位置时，所述电路可用于提供用于所述开关电源的操作的电力。
16.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述开关装置包括三端双向可控硅开关。
17.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述电压倍增器是电压三倍器。
18.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述负载端子是可接入的，以直接连接到所述调光器装置的部件。
19.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述交流电势源代表脉冲串，并且所述开关电源被用来为除连接到所述交流电势源的调光器以外的其他装置供电。
20.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述开关装置包括FET。
21.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述开关装置包括IGBT。
22.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述交流电势源包括在时刻T0时的过零点并且时刻T1在时间上出现在所述过零点之后，其中所述电压倍增器从时刻T0到至少时刻T1对所述输出信号进行充电。
23.根据权利要求22所述的电源电路，其中所述时刻T1大约出现在所述开关装置从所述断开状态转换到所述接通状态时。
24.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述开关装置处于所述断开状态至少所述交流电势源的一个周期，从而所述电压倍增器在所述交流电势源的所述至少一个周期期间将所述输出信号充电到所述交流电势源的峰值电压的至少两倍。
25.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述电压倍增器选自包括电容器-二极管网络和变压器的组。
26.根据权利要求25所述的电源电路，其中所述电压倍增器是半波序列倍增器。
27.根据权利要求1所述的电源电路，其中所述开关装置被配置成在所述交流电势源的至少一个周期期间使所述交流电势源经过所述负载的所述导通最大化，并且所述交流电势源包括时刻T0时的过零点，其中所述开关装置被配置成在所述时刻T0后的预定时间量之后的时刻T1时从所述断开状态转换到所述接通状态，并且所述电压倍增器基本上在整个所述预定时间量期间驱动所述输出信号。
28.根据权利要求27所述的电源电路，其中在所述开关装置处于所述断开状态期间所述交流电势源的所述峰值电压的所述至少两倍是所述交流电势源在所述时刻T1时的电压的至少两倍，由此所述输出信号被所述电压倍增器充电到所述交流电势源在所述时刻T1时的所述电压的所述至少两倍。
29.根据权利要求27所述的电源电路，其中所述时刻T1大约出现在所述交流电势源是所述开关装置的最小工作电压时，其中所述电压倍增器被设计成将所述输出信号充电到所述交流电势源在所述时刻T1时的电压的至少两倍。
30.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述电压加倍器选自包括电容器-二极管网络和变压器的组。
31.根据权利要求30所述的电源电路，其中所述电压加倍器是半波序列倍增器。
32.根据权利要求8所述的电源电路，其中所述开关装置被配置成在所述交流电势源的至少一个周期期间使所述交流电势源经过所述负载的所述导通最大化，并且所述交流电势源包括时刻T0时的过零点，其中所述开关装置被配置成在所述时刻T0后的预定时间量之后的时刻T1时从所述断开状态转换到所述接通状态，并且所述电压加倍器基本上在整个所述预定时间量期间驱动所述输出信号。
33.根据权利要求32所述的电源电路，其中在所述开关装置处于所述断开状态期间所述交流电势源的所述峰值电压的所述两倍是所述交流电势源在所述时刻T1时的电压的两倍，由此所述电压加倍器将所述输出信号充电到所述交流电势源在所述时刻T1时的所述电压的所述两倍。
34.根据权利要求32所述的电源电路，其中所述时刻T1大约出现在所述交流电势源是所述开关装置的最小工作电压时，其中所述电压倍增器被设计成将所述输出信号充电到所述交流电势源在所述时刻T1时的电压的两倍。
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