專利名稱：負載控制裝置的電源的制作方法
負載控制裝置的電源
發(fā)明背景發(fā)明領域
本發(fā)明涉及用于控制從交流(AC)電源輸送至電氣負載的功率的負載控制裝置，尤其涉及雙線電子開關，所述雙線電子開關具有當所述負載關閉時僅吸引少量電流經(jīng)過所述負載的電源。
相關技術說明
通常的負載控制裝置可操作用于控制從交流(AC)電源輸送至電氣負載，諸如發(fā)光負載或電動負載的功率量。壁掛負載控制裝置適于安裝至標準電氣壁箱(wallbox)。調(diào)光器開關包括可控導電裝置(例如，雙向半導體開關，諸如三端雙向可控硅開關元件(triac))，所述可控導電裝置串聯(lián)連接在電源和負載之間。可控導電裝置被控制為，在AC電源的半周期部分為導電的和非導電的，從而(例如，使用相位控制調(diào)光器技術)控制輸送至負載的功率量?！爸悄堋闭{(diào)光器開關(即，數(shù)字調(diào)光器開關)包括用于控制半導體開關的微處理器(或類似控制器)以及用于給所述微處理器供電的電源。另外，所述“智能”調(diào)光器開關可包括存儲器、通訊電路、和多個發(fā)光二極管(LED)，它們都由該電源供電。
電子開關(即，數(shù)字開關)包括可控導電裝置(諸如，繼電器或雙向半導體開關)、微處理器以及電源。與智能調(diào)光器開關相反，電子開關的可控導電裝置不是使用相位控制調(diào)光器技術控制，而是被控制為在AC電源的每個半周期內(nèi)為導電的或非導電的，從而使所述電氣負載在開啟和關閉之間切換。通常，壁掛電子開關不需要連接至AC電源的中性側(即，所述電子開關是“雙線”裝置)。當所述電子開關被安裝在改進型裝置(retro-fitinstallation)中時(即，替換電氣壁箱中的沒有中性連接的現(xiàn)有開關或負載控制裝置)，這是特別有用的。
為了充電，雙線電子開關的電源必須在電源的兩端形成電壓量。因而，并不是AC電源的所有AC線電壓可用于給電氣負載供電，且電氣負載可能不適當?shù)夭僮?。例如，如果電氣負載是發(fā)光負載，所述發(fā)光負載可能不是以最大的可能的強度來照明。另外，為了進行充電，電源必須吸引電流經(jīng)過受控電子負載，對于一些類型的電子負載，這可能會造成問題。例如，當電子負載是發(fā)光負載時，電源電流的量值切不可足夠大而導致發(fā)光負載在被控制為關閉時照明或閃爍。另外，一些電子負載，諸如緊湊型熒光燈，不傳導正弦電流，因而，電流在AC電源的線路周期的某些部分期間無法傳導經(jīng)過這些電氣負載。
因而，需要一種具有用于開啟和關閉負載的控制器的電子開關，以及一種以不會造成負載的不適當操作的方式運作的單一電源。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，一種負載控制裝置，適于連接在AC電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述負載控制裝置包括電源，所述電源包括能量存儲電容器和充電泵電路，所述充電泵電路適于傳導輸入充電電流經(jīng)過所述負載并適于傳導輸出充電電流經(jīng)過所述能量存儲電容器，從而在所述能量存儲電容器兩端產(chǎn)生所述DC供給電壓，其中，所述輸出充電電流具有大于所述輸入充電電流的量值。所述負載控制裝置進一步包括可控導電裝置，所述可控導電裝置適于連接在所述電力源和所述負載之間，用來控制輸送至所述負載的功率；以及控制器，可操作連接至所述可控導電裝置的控制輸入，用來使所述可控導電裝置導電和非導電。所述電源與可控導電裝置并聯(lián)連接，用來當所述可控導電裝置非導電時產(chǎn)生給所述控制器供電的DC供給電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種負載控制裝置，適于連接在AC電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述負載控制裝置包括噪聲敏感電路和電源，所述電源包括能量存儲電容器和開關電容器電路，所述開關電容器電路適于以預定切換頻率傳導輸入充電電流經(jīng)過所述負載和傳導放電電流經(jīng)過所述能量存儲電容器，從而在所述能量存儲電容器兩端產(chǎn)生DC供給電壓，其中所述輸入充電電流和所述預定切換頻率的量值大致上都小，以避免在所述噪聲敏感電路中產(chǎn)生噪聲。所述負載控制裝置進一步包括可控導電裝置，所述可控導電裝置適于連接在所述電力源和所述負載之間，用來控制輸送至所述負載的功率；以及控制器，可操作連接至所述可控導電裝置的控制輸入，用來使所述可控導電裝置導電和非導電。所述噪聲敏感電路連接至所述控制器，使得所述控制器對所述噪聲敏感電路響應。所述電源與可控導電裝置并聯(lián)連接，用來當所述可控導電裝置非導電時產(chǎn)生給所述控制器和所述噪聲敏感電路供電的DC供給電壓。
此外，這里還描述了一種雙線負載控制裝置的電源，所述負載控制裝置適于連接在AC電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率。所述電源包括能量存儲電容器，可操作用來存儲DC供給電壓，以及至少兩開關電容器，所述至少兩開關電容器適于在第一半周期內(nèi)電氣串聯(lián)連接，且在第二后續(xù)半周期內(nèi)電氣并聯(lián)連接。所述串聯(lián)連接電容器在所述第一半周期內(nèi)傳導第一充電電流，以及每個所述開關電容器在所述第二半周期內(nèi)傳導各自的放電電流。所述能量存儲電容器在所述第二半周期內(nèi)傳導每個所述開關電容器的放電電流，使得所述能量存儲電容器傳導第二充電電流，所述第二充電電流是所述開關電容器的所述放電電流的總和且具有大于所述第一放電電流的量值的量值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種雙線負載控制裝置的電源，所述雙線負載控制裝置適于連接在AC電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述電源包括用于存儲DC供給電壓的能量存儲電容器，以及第一開關電容器和第二開關電容器，所述第一開關電容器可操作用于在所述AC電力源的正半周期內(nèi)充電，所述第二開關電容器可操作用于在所述AC電力源的負半周期內(nèi)充電。所述能量存儲電容器連接在所述第一開關電容器和所述第二開關電容器之間，使得所述第一開關電容器和所述第二開關電容器可操作用于，在所述負半周期和所述正半周期內(nèi)分別放電至所述能量存儲電容器，以及在所述能量存儲電容器的兩端產(chǎn)生所述DC供給電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種負載控制裝置的電源，所述負載控制裝置適于連接在AC電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述電源包括用于存儲DC供給電壓的能量存儲電容器、開關電容器電路以及電流限制電路。所述開關電容器電路包括開關電容器和開關裝置。所述開關電容器在當所述開關裝置不導電時傳導充電電流經(jīng)過所述負載，以及在當所述開關裝置導電時傳導放電電流至所述能量存儲電容器。所述開關裝置以預定頻率被致使為導電的和非導電的，使得在所述能量存儲電容器兩端產(chǎn)生所述DC供給電壓。所述電流限制電路與所述開關電容器電路串聯(lián)連接，用于限制所述充電電流的量值。
從本發(fā)明下面的參照附圖的說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得明顯。


現(xiàn)在參照附圖，在下面的詳細說明中將更加詳細描述本發(fā)明。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的射頻(RF)發(fā)光控制系統(tǒng)的簡化圖，所述射頻(RF)發(fā)光控制系統(tǒng)包括雙線電子開關和兩個遠程空閑傳感器；
圖2為圖1的雙線電子開關的簡化框圖3為圖2的雙線電子開關的嵌入通態(tài)電源的簡化示意圖4A為說明圖3電源的操作的波形的簡化圖，顯示異步充電電流傳導經(jīng)過電源的輸出電容器；
圖4B為說明圖3電源的操作的波形的簡化圖，顯示同步充電電流傳導經(jīng)過電源的輸出電容器；
圖5為自鎖繼電器、雙向半導體開關、驅動電路以及圖2的雙線電子開關的嵌入通態(tài)電源的簡化示意圖6為圖1的電子開關的簡化示意圖，更詳細地顯示閉態(tài)電源和電流限制電路；
圖7為圖2的電子開關的控制器執(zhí)行的按鈕程序的簡化流程圖8為圖2的電子開關的控制器執(zhí)行的占用檢測程序的簡化流程圖9為圖2的電子開關的控制器執(zhí)行的繼電計時器程序的簡化流程圖10為圖2的電子開關的控制器執(zhí)行的雙向半導體開關(BSS)計時器程序的簡化流程圖。
具體實施方式
前面的發(fā)明內(nèi)容和下面優(yōu)選實施例的詳細說明當結合附圖閱讀時，能夠更好地理解。為了說明本發(fā)明，圖中顯示目前優(yōu)選的一實施例，其中，在附圖的幾個視圖中，相同的附圖標記表示類似地的部分，然而，要理解，本發(fā)明不限于所揭露的特定方法和工具。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的發(fā)光控制系統(tǒng)100的簡化框圖，所述發(fā)光控制系統(tǒng)100包括雙線電子開關110。電子開關110包括熱端子H和開關熱端子SH，且適于電氣串聯(lián)連接在交流(AC)電力源102 (例如，120VAci60Hz或240VAC@50Hz)和發(fā)光負載104之間，用來控制輸送至發(fā)光負載的功率。電子開關110在開關熱端子SH產(chǎn)生開關熱電壓VSH，所述開關熱端子SH連接至發(fā)光負載104。
如圖1所示，電子開關110適于壁掛在標準電氣壁箱中。電子開關110包括面板112和容納在所述面板內(nèi)的開口處的邊框114。電子開關110進一步包括控制致動器116(S卩，控制按鈕)和負載視覺指示器118，所述控制致動器116可由用戶切換(S卩，關閉和開啟)發(fā)光負載104而致動，負載視覺指示器118用于提供發(fā)光負載是開啟還是關閉的反饋?？蛇x地，電子開關110可被實施為適于擰入燈的電氣插座(例如，螺口插座)的可控擰入模塊，或被實施為插入式負載控制裝置，所述插入式負載控制裝置適于插入標準電氣插口來接收功率，及進一步適于具有電氣連接到所述插入式負載控制裝置的插入電氣負載。
電子開關110還操作為占用傳感器，用于響應于在所述電子開關附近存在占用者(即，占用狀態(tài))，開啟發(fā)光負載104，以及響應于不存在占用者(即，空閑條件)，關閉發(fā)光負載104。所述電子開關110包括透鏡120，透鏡120用于將來自于占用者的紅外線能量導向至占用檢測電路230的內(nèi)部檢測器(圖2)，使得電子開關可操作用于檢測占用和空閑條件。電子開關110包括占用視覺指示器122，當所述電子開關已檢測到空間的占用條件時，所述占用視覺指示器122被照射。
可選地，電子開關110可操作為空閑傳感器。當操作為空閑傳感器時，電子開關110將只會操作為，響應于檢測空間中的空閑條件，關閉發(fā)光負載104。電子開關110響應于檢測到占用條件而不開啟發(fā)光負載104。因而，當電子開關操作為空閑傳感器時，發(fā)光負載104必須手動開啟(例如，響應于控制致動器116的手動致動)。占用傳感器和空閑傳感器的例子在2008年9月3日提出、名稱為電池供電的占用傳感器(BATTERY-POWEREDOCCUPANCY SENSOR)的美國專利申請第12/203，500號中更詳細描述，其全部公開以引用方式并入本文中。
圖2是電子開關110的簡化框圖。電子開關110包括可控導電裝置(例如，自鎖繼電器210)，所述可控導電裝置電氣串聯(lián)連接在熱端子H和開關熱端子SH之間。繼電器210在閉合(即，導電)時將負載電流Il從AC電力源102傳導至發(fā)光負載104。取決于發(fā)光負載104的類型，負載電流可具有例如約五安培的量值。電子開關110進一步包括雙向半導體開關212，當發(fā)光負載104首先開啟時，雙向半導體開關212與繼電器210電氣并聯(lián)連接，以最小化傳導經(jīng)過繼電器210的涌入電流(從而，限制可能出現(xiàn)在繼電器觸點的任何電弧)。具體地，當電子開關110正開啟發(fā)光負載104時，雙向半導體開關212被控制為在繼電器210被致使為導電之前導電，且當電子開關110正關閉發(fā)光負載104時，雙向半導體開關212被控制為在繼電器被致使為非導電之后為非導電的。雙向半導體開關212可包括，例如，三端雙向可控硅開關元件(triac)、整流器電橋中的場效應晶體管(FET)、反向串聯(lián)連接的兩FET、一個或多個 硅可控整流器(SCR)、一或多個絕緣柵雙極結晶體管(IGBT)、或任何其他適合類型的雙向半導體開關。
繼電器210和雙向半導體開關212受控制器214獨立控制。例如，控制器214可以是微控制器，但還可以是任何適合的處理裝置，諸如可編程邏輯裝置(PLD)、微處理器、特定應用集成電路(ASIC)、或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。控制器214連接至繼電器210的設置(SET)和重置(RESET)端子(例如，設置和重置線圈)，以分別致使繼電器變?yōu)閷щ姷暮头菍щ姷摹＞唧w地，控制器214產(chǎn)生驅動SET線圈的繼電器設置控制信號VKW_SET，和驅動RESET線圈的繼電器重置控制信號VK _KESET?？刂破?14還經(jīng)由門驅動電路216提供BSS驅動控制信號VBSS_DKIVE至雙向半導體開關212的控制輸入，以致使雙向半導體開關導電。
控制器214接收來自瞬時觸覺(S卩，機械的)開關S225的輸入，瞬時觸覺開關S225響應于電子開關110的控制致動器112的致動而臨時閉合。開關S225和電阻器R226 (例如，具有電阻15kQ)的串聯(lián)組合連接在DC供給電壓Vcc和電路公共端之間。當控制致動器112被致動且開關S225臨時閉合時，控制器214的輸入端口被下拉向電路公共端，因而傳送信號至控制器214:開關S225已被致動。因此，控制器214可操作用于，響應于開關S225的致動，控制繼電器210和雙向半導體開關212來切換發(fā)光負載104開啟和關閉?？刂破?14進一步可操作用于，當發(fā)光負載104開啟時控制視覺指示器114受照射，以及當發(fā)光負載關閉時控制視覺指示器114不受照射?？刂破?14還連接至存儲電子開關110的操作特性的存儲器228。存儲器228可被實施為外部集成電路(IC)或實施為控制器214的內(nèi)部電路。
如前所述，電子開關110包括占用檢測電路230，占用檢測電路230包括內(nèi)部檢測器，例如熱電紅外(PIR)檢測器。內(nèi)部檢測器安裝在電子開關110中，以便接收空間中的占用者經(jīng)過透鏡120的紅外能量。控制器214連接至占用檢測電路230，使得控制器可操作用于處理內(nèi)部檢測器的輸出，例如通過將PIR檢測器的輸出與預定占用電壓閥值比較而確定占用條件或空閑條件目前是否出現(xiàn)在空間中?？蛇x地，內(nèi)部檢測器可包括超聲波檢測器、微波檢測器或PIR檢測器、超聲波檢測器和微波檢測器的任意組合?？刂破?14分別響應于空間中的占用檢測條件或空閑條件操作在“被占用”狀態(tài)或“空閑”狀態(tài)。控制器214可操作用于，響應于占用檢測電路230控制繼電器210和雙向半導體開關212。
電子開關110可進一步包括射頻(RF)收發(fā)器(未顯示)和天線(未顯示)以發(fā)射和接收RF信號?？刂破?14可操作用于，響應于經(jīng)由RF信號接收的數(shù)字消息，控制繼電器210和雙向半導體開關212。壁掛負載控制裝置的RF負載控制裝置和天線的例子在1999年11月9日發(fā)布的、一般分配的美國專利第5，982，103號，和2008年4月22日發(fā)布的、美國專利第7，362，285號中更詳細描述，它們名稱都為緊湊射頻發(fā)射和接收天線以及采用所述緊湊射頻發(fā)射和接收天線的控制裝置(COMPACT RADIO FREQUENCY TRANSMITTING ANDRECEIVING ANTENNA AND CONTROL DEVICE EMPLOYING SAME)，它們的全部內(nèi)容在此以引用方式并入。
電子開關110包括兩電源:通態(tài)(on-state)(嵌入)電源220和閉態(tài)(off-state)電源222。此兩電源220、222操作用于在輸出電容器Qm (例如，能量存儲電容器)兩端產(chǎn)生DC供給電壓VCC (例如，具有約五伏的平均量值)，輸出電容器Cot可具有例如約680 μ F的電容?？刂破?14和電子開關110的其他低壓電路由DC供給電壓V。。供電。雙向半導體開關212與并聯(lián)組合的繼電器210和通態(tài)電源220電氣串聯(lián)連接。如將在下面更詳細描述，通態(tài)電源220操作用于，當繼電器210閉合且發(fā)光負載104開啟時，產(chǎn)生DC供給電壓V。。。閉態(tài)電源222與繼電器210和雙向半導體開關212電氣并聯(lián)連接，且操作用于，當繼電器210開啟且發(fā)光負載104關閉時產(chǎn)生DC供給電壓Vcc。
輸出電容器Cqut也與過流檢測電阻器Rqcd (例如，具有約0.1 Ω的電阻)和正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻Rpt。串聯(lián)連接，如將在下面參照圖5描述，它們考慮到故障條件(例如，電子開關110中的過流或超溫條件)的檢測。例如，PTC熱敏電阻Rprc可包括由EPCOS公司制造的零件編號B59807A0090A062，該零件編號具有約400Ω的最大標稱電阻。故障電壓Vfaim在PCT熱敏電阻Rptc和輸出電容器Ctot的串聯(lián)組合兩端產(chǎn)生，且在正常操作條件下(即，不滿足故障條件時)具有約等于DC供給電壓V。。的量值的量值。
當繼電器210和雙向半導體開關212 (即，電子開關110正控制發(fā)光負載關閉時)，閉態(tài)電源222產(chǎn)生DC供給電壓\c。閉態(tài)電源222僅傳導少量泄漏電流Imii (即，輸入充電電流)經(jīng)過發(fā)光負載104，使得當發(fā)光負載應該關閉時，發(fā)光負載不受照射。閉態(tài)電源222傳導閉態(tài)充電電流即，輸出充電電流)經(jīng)過輸出電容器Cmjt,以給輸出電容器充電。如將在下面更詳細描述，傳導經(jīng)過輸出電容器Cmjt的閉態(tài)充電電流Iqmff的量值大于傳導經(jīng)過發(fā)光負載104的泄漏電流1_的量值。電流限制電路224與閉態(tài)電源222串聯(lián)連接且將泄漏電流1_的量值限制至最大泄漏電流ImK(例如，小于約一 mA)，使得當繼電器210不導電且發(fā)光負載應該關閉時，發(fā)光負載104不受照射。
通態(tài)電源220在當發(fā)光負載104開啟，允許電子開關110大致提供所有AC線電壓至發(fā)光負載104的同時，產(chǎn)生DC供給電壓V。。。當輸出電容器Cqut通過通態(tài)電源220充電時(在繼電器210導電時)，在通態(tài)電源兩端形成的電壓與AC電源102的AC線電壓的峰值電壓相比具有大致幅度小的量值(例如，約為DC供給電壓Vcc，g卩，約為五伏)。換言之，通態(tài)電源220強加與AC電力源102的AC線電壓的峰值電壓相比，大致低的壓降，使得當輸出電容器CottE充電時，提供至發(fā)光負載104的電壓(即，開關熱電壓Vsh)只是略微較小。例如，當AC電力源102的RMS電壓是240Vac時，AC線電壓的峰值電壓約為340伏，而對于AC電力源102的每個半周期的僅 一部分，在通態(tài)電源220兩端形成的電壓約等于DC供給電壓Vcc(即，約五伏)。
通態(tài)電源220傳導通態(tài)充電電流圖3)經(jīng)過輸出電容器COT，以給輸出電容器充電。輸出電容器Qm適于，當繼電器導電時，在AC電力源102的線周期的至少一部分，傳導負載電流込。因此，當繼電器導電時，在AC電力源102的線周期的至少一部分，通態(tài)充電電流Iqmn等于負載電流l.。當發(fā)光負載104是低功率負載時，例如具有降至25W的額定功率(以及240Va。的額定電壓)，通態(tài)電源220能夠適當?shù)夭僮?。換言之，通態(tài)電源220可操作用于，當負載電流込具有低至約IOOmA的量值時，適當?shù)亟o輸出電容器Ctot充電，以保證控制器214被供電。
由于發(fā)光負載104可致使通態(tài)電源220的負載電流込為非正弦電流(例如，如果發(fā)光設備是緊湊型熒光燈)，在AC電力源102的線周期的某些部分內(nèi)，輸出電容器Qm可能不能夠傳導通態(tài)充電電流Iai,經(jīng)過發(fā)光負載。因此，通態(tài)電源220以相對于AC電力源102的AC線電壓的頻率異步的方式，控制輸出電容器Ctot何時能夠充電，使得電源可操作用于在每個半周期內(nèi)的任何時間(即，在半周期的開始和結束之間的任何時間)開始和結束充電。具體地，當DC供給電壓V。。降至最小供給電壓Vrc_MIN(即，約為五伏)時，通態(tài)電源220可操作用于開始給輸出電容器Cmjt充電。然而，輸出電容器Cmjt可以知道輸出電容器Cotjt能夠傳導負載電流k經(jīng)過發(fā)光負載104時才開始充電(即，如果負載電流k是非正弦的)。當DC供給電壓的量值升至最大供給電壓V^max(例如，約為六伏)時，通態(tài)電源220 —直停止充電。當發(fā)光負載104是電阻性負載，諸如白熾燈(例如，負載電流k是正弦的)，通態(tài)電源220的通態(tài)充電電流Ich,可相對于AC線電壓的頻率是異步的(如圖4A所示)?？蛇x地，如果發(fā)光負載104傳導非正弦負載電流Iy通態(tài)充電電流1. 可相對于線電壓頻率是同步的(如圖4B所示)。
為了最小化發(fā)光負載104的可視閃爍，通態(tài)電源220在AC電力源102的每個半周期至少從AC電力源102吸引一次電流。因此，通態(tài)充電電流Ira_w的任意兩個連續(xù)脈沖之間的時段小于半個周期的周期(例如，對于50Hz電源約十毫秒)，因而，通態(tài)充電電流Iqmn的脈沖的頻率大于線電壓頻率的兩倍(例如，約IOOHz)，以避免發(fā)光負載104的可視閃爍。如果通態(tài)充電電流Ich,相對于線電壓頻率是同步的(如圖4B所示)，通態(tài)充電電流Iqmn的任意兩個連續(xù)脈沖之間的時段可約等于半個周期Th。。
控制器214可操作用于監(jiān)視通態(tài)電源220的操作，以便確定執(zhí)行需要從輸出電容器Cott吸收較大量電流的動作的適當時間，所述動作諸如對繼電器210的線圈通電。通態(tài)電源220向控制器214提供反饋控制信號VFB，如將在下面更詳細描述，反饋控制信號Vfb表不輸出電容器Qm是否正充電?？刂破?14可操作用于,在輸出電容器Cotjt停止充電之后，即當DC供給電壓Vrc的量值等于最大供給電壓Vcmm且電壓的最大量可用于給線圈通電時，立即給繼電器210的SET和RESET線圈通電。
圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的嵌入電源220的簡化示意圖。通態(tài)電源220包括雙向半導體開關310，雙向半導體開關310包括例如兩個反串聯(lián)(ant1-series)連接的FETQ312、Q314。通態(tài)電源220還包括全波整流器電橋，所述全波整流器電橋除了兩個二極管D316、D318之外包括兩個FET Q312、Q314的體二極管，所述兩個二極管D316、D318連接至輸出電容器Cqut，用來允許所述輸出電容器通過發(fā)光負載104從AC電力源102充電。整流器電橋具有串聯(lián)連接在開關熱端子SH和繼電器210之間的AC端子，和用于提供整流電壓Veect的DC端子。輸出電容器Cqut串聯(lián)連接在整流器電橋的DC端子之間，使得輸出電容器能夠通過整流器電橋和發(fā)光負載104從AC電力源102充電。反向串聯(lián)連接的FET Q312、Q314與整流器的AC端子電氣并聯(lián)連接，使得當FET導電時，F(xiàn)ET可操作為將來自AC電力源102的負載電流込傳導至發(fā)光負載104，以及當FET不導電時，輸出電容器Cqut可操作為傳送負載電流l.。
通態(tài)電源220包括控制電路320，控制電路320在正常操作期間操作成致使FETQ312、Q314不導電以臨時和短暫地阻擋負載電流込。當繼電器導電時，這允許輸出電容器Qm傳導負載電流〗l，從而為AC電力源102的線周期(line cycle)的至少一部分充電。因此，當雙向半導體開關310是非導電的時，DC供給電壓Vcc的量值增加，而當雙向半導體開關310是導電的時，DC供給電壓V。。的量值減小。具體地，控制電路320在當DC供給電壓Vcc的量值降至最小供給電壓Vee_MIN(即，接近五伏)時致使FET Q312、Q314不導電，且在當DC供給電壓\c的量值升至最大供給電壓Vrc_MX(即，接近六伏)時致使FETQ312、Q314導電。
通態(tài)電源220的控制電路320包括，舉例而言，具有比較器U322的模擬電路，所述比較器U322響應于DC供給電壓Vcc的量值，控制FET Q312、Q314何時導電。包括兩個電阻器R324、R326的電阻分壓器連接在DC供給電壓Vrc和電路公共端之間，并提供定標(scaled)電壓，所述定標電壓表示到比較器U322的正端子的DC供給電壓Vrc的量值。電阻器R324、R326舉例而言可分別具有約40.2kΩ和IlkQ的電阻。
控制電路320包括并聯(lián)穩(wěn)壓器(shunt regulator) D328 (例如,德州儀器制造的部件號TLV431)，并聯(lián)穩(wěn) 壓器D328具有經(jīng)過電阻器R330 (例如，具有電阻約IlkQ)連接到DC供給電壓V。。的陰極。并聯(lián)穩(wěn)壓器D328的陰極連接到并聯(lián)穩(wěn)壓器的參考端子，且連接到比較器U322的負端子，使得在所述負端子處提供固定的參考電壓(例如，約1.24V)。電阻器R332(例如，具有電阻約47ΚΩ)被連接在比較器U322的正端子和輸出端子之間，以在通態(tài)電源220的操作中提供一些磁滯。比較器U322的輸出通過電阻器R334(例如，具有電阻約11ΚΩ)被拉高至DC供給電壓V。。。當在比較器U322的正端子處的定標電壓小于在所述比較器的負端子處的固定參考電壓(即，1.24V)時，比較器U322的輸出端子被驅動為低，以使FET Q312、Q314為非導電的，如將在下面描述。可選地，通態(tài)電源220的控制電路320可包括數(shù)字電路，所述數(shù)字電路例如包括微處理器、PLD、ASIC、FPGA或其他適合類型的集成電路。比較器U322可包括國家半導體公司制造的部件號LM2903。
比較器U322的輸出經(jīng)由電阻器R336(例如，具有電阻約22kQ)連接至NPN雙極結晶體管Q335的基極(base)。晶體管Q335的集電極經(jīng)由兩個電阻器Q338、Q340 (例如，分別具有電阻IOOk Ω和22k Ω )連接至DC供給電壓V。。。PNP雙極結晶體管Q342的基極連接至兩個電阻器Q338、Q340的結。晶體管Q342的集電極經(jīng)由兩個分別的柵極電阻器R344、R346(例如，都具有電阻約8.2k Ω)連接至FET Q312、Q314的柵極。當比較器U322的輸出端子被拉高向DC供給電壓V。。時，晶體管Q335、Q342都致使為導電的。因此，DC供給電壓Vcc，經(jīng)由各自的柵極電阻器R344、R366連接至FET Q312、Q314的柵極，因而，使FET為導電的。當比較器U322的輸出端子驅動為低(即，約在電路公共端)且晶體管Q335、Q342被致使為非導電的時，F(xiàn)ET的柵極的柵電容通過電阻器R348(例如，具有電阻約8.2k Ω )放電，F(xiàn)ET被致使為非導電的。
圖4A是示例波形的簡化圖，該示例波形圖示當發(fā)光負載104是阻性負載諸如白熾燈，且通態(tài)充電電流Iai,相對于AC電力源102的頻率不同步時，通態(tài)電源220的操作。當FET Q312、Q314非導電時，在充電時間Taffie期間，DC供給電壓V。。的幅值增加(從最小電源電壓V_IN到最大電源電壓VCC_MX)。在充電時間Taffie期間，在比較器U322的正端子處的定標電壓(表示DC供給電壓V。。的幅值)小于并聯(lián)穩(wěn)壓器D328在負端子處的參考電壓。當DC供給電壓Ncc的幅值超過最大電源電壓Vrc_MX時，比較器U322的輸出被往高驅動向DC供給電壓V。。，F(xiàn)ET Q312、Q314被致使為導電的(如圖4A中柵極電壓Ve所示)。此時，在比較器U322的正端子處的電壓被拉高向DC供給電壓Vcc。由于FET Q312、Q314是導電的，隨著控制器214和電子開關110的其他低壓電路從輸出電容器Cqut吸收電流，DC供給電壓Vcc的量值和在比較器U322的負端子處的定標電壓的量值開始降低。
當DC供給電壓\c的量值降至最小供電電壓Vrc_MIN時，在比較器U322的正端子處的定標電壓變?yōu)樾∮诓⒙?lián)穩(wěn)壓器D328在負端子處的參考電壓。比較器U322的輸出被往低驅動向電路公共端，F(xiàn)ET Q312、Q314被致使為非導電的，因而允許輸出電容器Cqut充電以及DC供給電壓Vrc的量值在充電時間Taffie期間增加。由于電源220的操作，當輸出電容器Cqut如圖4A所示正充電時，在電源兩端只出現(xiàn)低的壓降(例如，約五伏)以及切換熱電壓Vsh只有小“陷波(notches)”(B卩，量值上的小變化)。注意，最壞的情況下，如果輸出電容器Cqut充電和放電，充電時間Taffie可約等于AC電力源102的半個周期的時段TTC，以使得DC供給電壓\c的量值不超過最大電源電壓Vrc_MX。
圖4B是示例波形的簡化圖，該示例波形圖示當負載電流L為非正弦(例如，發(fā)光負載104是緊湊型熒光燈)時通態(tài)電源220的操作，通態(tài)充電電流ICH_QN相對于AC電力源102的頻率是同步的。如圖4B所示，當DC供給電壓降至最小電源電壓V。。.時，即便柵極電壓Ve被驅動為低且FET Q312、Q314被致使為非導電，充電電流I.不立即開始流動。當發(fā)光負載104開始傳導負載電流L時，通態(tài)充電電流Iai,開始流動，這發(fā)生在每個半周期的幾乎同一時間，使得通態(tài)充電電流Iai,相對于AC電力源102的頻率是對稱的。再一次，當輸出電容器如圖4B所示正充電時，在電源220兩端只出現(xiàn)低的壓降，切換熱電壓Vsh只有小陷波。
回來參照圖3，在晶體管Q335的集電極處產(chǎn)生提供給控制器214的反饋控制信號VFB。因而，反饋控制信號Vfb與圖4A和4B所示柵極電壓Ve相反。當晶體管Q335導電(即，F(xiàn)ET Q312、Q314是導電的且輸出電容器Qm正放電)時，反饋控制信號Vfb被往低驅動向電路公共端(即，邏輯低電平)。當晶體管Q335是非導電(即，F(xiàn)ET Q312、Q314是非導電的，輸出電容器Cqut正放電)時，反饋控制信號Vfb被上拉向DC供給電壓Vcc(即，邏輯高電平)。當控制器214準備致使繼電器210導電或非導電時，在給所述繼電器的SET線圈或RESET線圈通電之前，控制器可等待直到反饋控制信號Vfb從高轉變?yōu)榈?S卩，DC供給電壓V。。的量值是最大電源電壓V^max)。
圖5是簡化示意圖，顯示嵌入通態(tài)電源220針對雙向半導體開關212，如何連接至自鎖繼電器210和驅動電路216，從而向電子開關110提供故障檢測和保護。繼電器210的SET線圈連接在繼電器設置控制信號VKW_SET和DC供給電壓\c之間。當控制器214驅動繼電器設置控制信號至接近電路公共端時，繼電器210的機械開關被致使為導電的。繼電器210的RESET線圈連接在繼電器設置控制信號VK _SET和故障電壓Vfauu之間，在正常操作條件下(即，不存在超溫的條件下)故障電SVfauu具有的量值約等于DC供電電壓V。。。繼電器重置控制信號VK _KESET經(jīng)由二極管D305也連接至DC供給電壓\c。在正常操作條件下，當控制器214驅動繼電器重置控制信號VK _KESET低至接近電路公共端時，繼電器210的機械開關被致使為非導電的。
如果輸出電容器Ctm在自鎖繼電器210導電時沒有短路，通態(tài)電源220的FETQ312、Q314的溫度可增加至不期望的水平。當在通態(tài)電源220的FET312、314中檢測到超溫條件，電子開關110控制自鎖繼電器210 (例如，開啟繼電器)以去除超溫條件。具體地，PTC熱敏電路Rprc熱連接至FET Q312、Q314，使得PTC熱敏電阻的電阻隨超溫條件下FET的組合溫度的增加而增加，因而造成故障電壓Vfauu的量值增加。由于二極管D305和繼電器210的RESET線圈的串聯(lián)組合連接在故障電壓Vfauu和DC供給電壓Vcc之間(即，與輸出PTC熱敏電路Rptc并聯(lián))，隨著PTC熱敏電阻的電阻增加以及故障電壓Vfauu的量值增加，電流開始流經(jīng)RESET線圈。當FET Q312、Q314的組合溫度增大至預定溫度閥值Tfmm (例如，約90° F)，繼電器210被致使為非導電的。換言之，當故障電壓Vfauu增加以使RESET線圈兩端的電壓致使繼電器210非導電時，繼電器210被致使為非導電的。因此，經(jīng)過FET Q312、Q314的電流被控制為零安培，故障條件被去除(S卩，F(xiàn)ET的溫度將降至不期望的水平之下)。繼電器210響應于超溫條件被致使為導電的，而與繼電器重置控制信號Vklmeset的量值無關。此外，在電子開關110的其他電路中，繼電器210可響應于超溫條件而被致使為導電的。
如圖5所示，雙向半導體開關212作為三端雙向可控硅開關元件實施。驅動電路216包括光耦合器U360，光耦合器U360具有與雙向半導體開關212的柵極串聯(lián)連接的輸出光電可控娃(phototriac)。當光I禹合器U360的輸出光電可控娃是導電的,所述輸出光電可控硅在AC電力源102的每個半周期傳導柵極電流經(jīng)過兩個電阻器R362、R364，因而致使雙向半導體開關216在每個半周期是導電的。電阻器R362、R364可都具有例如電阻約100 Ω。
光耦合器U360也具有輸入光電二極管，所述光電二極管具有連接至通態(tài)電源220的整流電壓Vkect的陽極。NPN雙極結晶體管Q365與光電耦合器U360的輸入光電二極管串聯(lián)連接?？刂破?14經(jīng)由電阻器R366(例如，具有電阻約IkQ)連接至晶體管Q365的基極。當晶體管Q365被致使為導電時，晶體管傳導驅動電流經(jīng)過光電稱合器U360的輸入光電二極管以及電阻器R368(例如，具有電阻約330 Ω)，因而致使輸出光電可控硅和雙向半導體開關212導電。
當在嵌入通態(tài) 電源220中檢測到過流條件時，電子開關110使用雙向感到體開關212來去除過流條件。過流條件可由傳導經(jīng)過繼電器210的涌入電流引起，例如，當發(fā)光負載104是電容性負載，諸如擰入式緊湊型熒光燈或電子低壓(ELV)發(fā)光負載。舉例而言，涌入電流可具有如國家電氣制造商協(xié)會(NEMA)公布的NEMA410標準所定義大于約三百安培的量值且持續(xù)約二毫秒。為保護通態(tài)電源220免受過流條件，當經(jīng)過通態(tài)電源220的過流檢測電阻器Rocd的電流超過預定電流閥值Ifauu(例如，約四十安培)時，雙向半導體開關212被致使為導電的。此時，通態(tài)電源220兩端的電壓減小至接近雙向半導體開關212的通態(tài)電壓(例如，約一伏)，這導致電源停止向輸出電容器Qjut充電，并消除過流條件。
回來參照圖5,通態(tài)電源220的過流檢測電阻器Rqcd與光電稱合器U360的輸入光電二極管、二極管D370以及電阻器R372(例如，具有電阻約47Ω)的串聯(lián)組合并聯(lián)連接。當經(jīng)過過流檢測電阻器Rra的電流超過預定電流閥值Ifauu時，在光電耦合器U360的輸入光電二極管、二極管D370以及電阻器R372的串聯(lián)組合兩端產(chǎn)生的電壓使光電耦合器的輸出光電可控硅是導電的。因此，雙向半導體開關212被致使為導電的且過流條件被消除。由于雙向半導體開關212是三端雙向可控硅開關元件，雙向半導體開關在半周期的末尾當經(jīng)過雙向半導體開關的電流降為約零安培時，變?yōu)榉菍щ姷?。若過流條件仍然存在，雙向半導體開關212在下一個半周期內(nèi)將再次致使為導電的。
圖6是電子開關110的簡化示意圖，更詳細地顯示閉態(tài)電源222和電流限制電路224。閉態(tài)電源222包括開關電容器電路(例如，充電泵電路)，所述開關電容器電路具有能夠串聯(lián)充電和并聯(lián)放電的多個電容器。所述開關電容器電路受控為以相對低頻率的預定頻率fsw向電容器充電和放電，使得閉態(tài)電源不產(chǎn)生可干擾電子開關110的噪聲敏感電路的操作的大量噪聲，所述噪聲敏感電路諸如舉例而言，占用檢測電路230或RF收發(fā)器。
具體地，閉態(tài)電源222的開關電容器電路包括能夠在AC電力源102的正半周期內(nèi)充電的第一支線(leg) 350:電容器CIO、C12、C14、C16，以及能夠在負半周期內(nèi)充電的第二支線355:電容器C50、C52、C54、C56。兩支線350、355的電容器C10-C16、C50-C56可各具有電容例如約10 μ F。第一支線350的電容器C10-C16可操作為，通過傳導正半周期充電電流IC-PHC經(jīng)過發(fā)光負載104而在正半周期內(nèi)串聯(lián)充電。此外，輸出電容器Cot在正半周期期間傳導正半周期充電電流I。- 。第一支線350的電容器C10-C16可操作為，在負半周期期間并聯(lián)放電至輸出電容器Qm，使得電容器C10-C16中的每個傳導各自的放電電流，以及輸出電容器Qjut傳導負半周期放電電流Imh。，所述負半周期放電電流Imic是電容器C10-C16中的每個的各個放電電流的總和。
類似地，第二支線355的電容器C50-C56可操作為，(通過傳導負半周期充電電流Ic-NHC經(jīng)過輸出電容器Qm和發(fā)光負載)在負半周期內(nèi)串聯(lián)充電，且在正半周期期間并聯(lián)放電至輸出電容器Cmjt,使得輸出電容器Cotjt傳導正半周期放電電流ID-PHC；，所述正半周期放電電流ID-PH。是電容器C50-C56中的每個的各個放電電流的總和。傳導經(jīng)過發(fā)光負載104的泄漏電流ImK是正半周期充電電流If和負半周期充電電流之和。由于第一支線350的電容器C10-C16可操作為在正半周期內(nèi)充電并在負半周期內(nèi)放電，以及第二支線355的電容器C50-C56可操作為在負半周期內(nèi)充電并在正半周期內(nèi)放電，開關電容器電路的預定切換頻率fsw約等于AC電力源102的線頻率，例如，約120Hz。
由于輸出電容器Cotjt傳導正半周期充電電流Ic-Pffi和負半周期充電電流lee；，以及正半周期放電電流ID-PTC和負半周期放電電流ID-NIK，閉態(tài)充電電流Iqmff是這些電流的總和，即
Ich-off — Ic-phc+ Ic-nhc+ Id-phc+ Id-nhc (等式 I)
由于正半周期放電電流ID_PH。和負半周期放電電流ID-ra。中的每個是每個支線350、355中的電容器的各自各個放電電流的總和，閉態(tài)充電電流Iqmff的量值大于傳導經(jīng)過發(fā)光負載104的泄漏電流ImK的量值。因此，閉態(tài)電源222可描述為作為電流倍增器操作。換言之，閉態(tài)電源222將泄漏電流ImK增長因數(shù)M倍來產(chǎn)生閉態(tài)充電電流Iqmw電流，所述因數(shù)M取決于每個支線350、355中的電容器的數(shù)目。由于輸出電容器Cqut傳導正半周期充電電流If和負半周期充電電流I。-.，以及正半周期放電電流ID-Pre和負半周期放電電流Id.。，輸入電流所增長的倍數(shù)比每個支線350、355中的電容器的數(shù)目大一，即
ICH_0FF = (M+1).Ileak (等式 2)
例如，當如圖6所示每個支線350、355中有四個電容器時，閉態(tài)充電電流Iqmff的量值比泄漏電流ImK的量值大五倍。
如圖6所示，第一支線350的電容器C10-C16與二極管D10-D18串聯(lián)連接，使得每個電容器之間以及在支線的每端處有一個二極管。電容器C10-C16和二極管D10-D18的第一支線350經(jīng)過電阻器R80(例如，具有電阻約56ΚΩ)連接至全波整流器橋的正DC端子(即，至整流電壓VKECT)，所述全波整流器橋由通態(tài)電源220的兩個FET Q312、Q314的體二極管二極管D316、D318形成。在正半周期內(nèi)，電容器C10-C16的第一支線350可操作將正半周期充電電流I。- 從熱端子H傳導經(jīng)過電流限制電路224、二極管D10-D18、電阻器R80、過流檢測電阻器RQm、PTC熱敏電阻Rprc、輸出電容器Cqut以及FET314的體二極管而到開關熱端子SH。因此，電容器C10-C16與輸出電容器Cqut可操作為響應于傳導正半周期充電電 Ic-PHC 而充電。
齊納二極管Z40連接穿過電容器C10-C16的第一支線350且操作為將在所述支線兩端產(chǎn)生的電壓限制為導通(brick-over)電壓Vbk(例如，約40伏)。因此，在正周期期間，第一支線350的電容器C10-C16中的每個可操作為充電上升至最大電容器電壓Vchm(該電壓略小于約10伏)，即
VC_MX= [Vbe-(M-1).Vd]/M,
其中，Vd是二極管D12-D16的前向電壓降，例如，約0.7伏
第一支線350的電容器C10-C16的負端子經(jīng)由各自的二極管D30-D36連接至電路公共端。第一支線350的電容器C10-C16中的每個的正端子，經(jīng)過各自的二極管D20-26、第一開關裝置(例如，PNP雙極結晶體管Q82)以及電阻器R84(例如，具有電阻約22Ω)，連接至由通態(tài)電源220形成的全波整流器橋的正DC端子(即，至整流電壓Vkect)。因此，當晶體管Q82被致使導電時，第一支線350的電容器C10-C16可操作為在負半周期內(nèi)放電至輸出電容器Qm,如將在下面詳細描述。
第二支線355的電容器C50-C56以與第一支線350類似的方式同二極管D50-D58串聯(lián)連接。電容器C50-C56和二極管D50-D58的第二支線355經(jīng)過兩個電阻器R85、R86 (例如，分別具有電阻56k Ω和22kQ)連接至電路公共端。在負半周期期間，電容器C50-C56的第二支線355可操作將負半周期充電電流I。.。從開關熱端子SH傳導經(jīng)過二極管D318、輸出電容器Com、PTC熱敏電阻RPTC、過流檢測電阻器RQm、電阻器R85、R86、二極管D50-D58、電流限制電路224而到熱端子H。齊納二極管Z42連接穿過電容器C50-C56和二極管D50-D58的第二支線350，且具有導通電壓，例如，約40伏，使得所述齊納二極管可操作為限制在所述第二支線兩端產(chǎn)生的電壓，從而將電容器C50-C56中的每個的兩端的電壓限制為最大電容器電壓VC_MX。電容器C50-C56的正端子連接各自二極管D60-D66，而負端子連接至各自二極管D70-D76，使得當晶體管Q94在正半周期內(nèi)被致使為導電時，電容器C50-C56可操作為經(jīng)過第二開關裝置(例如，NPN雙極結晶體管Q94)和電阻器R95 (例如，具有電阻約22 Ω )放電至輸出電容器Cotjt,如將在下面更詳細描述。
電阻器R85連接在NPN雙極結晶體管Q88的基極-發(fā)射極結兩端。晶體管Q88的集電極經(jīng)過電阻器R90(例如，具有電阻約IlSkQ)連接至晶體管Q82的基極。電阻器R92連接在晶體管Q82的基極-發(fā)射極結兩端且具有例如電阻約56k Ω。當電容器C50-C56和二極管D50-D58的第二支線355在負半周期內(nèi)開始傳導負半周期充電電流Ie_NIC經(jīng)過電阻器R85時，晶體管Q88被致使為導電的，使得電流傳導經(jīng)過電阻器R92，且晶體管Q82被致使為導電的。因此，當晶體管Q82在負半周期內(nèi)被致使為導電時，第一支線350的電容器C10-C16可操作為放電至輸出電容器C.。
與電容器C10-C16和二極管D10-D18的第一支線350串聯(lián)連接的電阻器R80連接在PNP雙極結晶體管Q96的基極-發(fā)射極結兩端。晶體管Q96的集電極經(jīng)過電阻器R98 (例如，具有電阻約118kQ)連接至晶體管Q94的基極，同時電阻器R99(例如，具有電阻約56k Ω)連接在晶體管Q94的基極-發(fā)射極結兩端。當電容器C10-C16和二極管D10-D18的第一支線在正半周期內(nèi)將正半周期充電電流Iptc傳導經(jīng)過電阻器R80時，晶體管Q96致使為導電的，因而使晶體管Q94導電并允許第二支線355的電容器C50-C56放電至輸出電容Cqut ο
如前所述，電流限制電路224與閉態(tài)電源222串聯(lián)連接，并限制泄漏電流ImK的量值為最大泄漏電流Ι^χ。電流限制電路224包括全波整流器橋BR380，全波整流器橋BR380具有與電阻器R382(具有電阻約IkQ)串聯(lián)連接的AC端子以傳導泄漏電流ImK。橋BR380的正DC端子經(jīng)過電阻器R386(例如，具有電阻約664k Ω)連接至FET Q384的柵極。在每個半周期開始后不久，F(xiàn)ET Q384致使為導電的且傳導泄漏電流Imii經(jīng)過電阻器R388(例如，具有電阻約5.19k Ω )。電阻器R388連接在NPN雙極結晶體管Q390的基極-發(fā)射極結和齊納二極管Z392(例如，具有導通電壓約3.9伏)的串聯(lián)組合的兩端。齊納二極管Z394連接在FET Q384的柵極和漏極之間，以限制在FET的柵極處的電壓量值，從而保護FET免受因過電壓條件而引起的損害 。當電阻器R388正傳導泄漏電流Imffi時，晶體管Q390被致使為導電的，使得電阻器R388兩端的電壓被限制為接近晶體管Q390的額定基極-發(fā)射極電壓加上齊納二極管Z392的導通電壓(即，約4.6伏)。因此，電流限制電路224的最大泄漏電流I^x可以例如為約0.88毫安。
在確保發(fā)光負載104在繼電器210不導電時不照明的同時，電流限制電路224的最大泄漏電流I^x也助于減小閉態(tài)電源222中產(chǎn)生的噪聲。由于泄漏電路ILEAK只有小量值，閉態(tài)電源222不產(chǎn)生可干擾電子開關110的噪聲敏感電路(即，占用檢測電路230)的操作的大量噪聲。
圖7是電子開關110的控制器214執(zhí)行的按鈕程序400的簡化流程圖，在步驟410按鈕程序400響應于開關S225的被執(zhí)行?？刂破?14使用兩個計時器，例如，繼電器計時器和雙向半導體開關(BSS)計時器來控制繼電器210和雙向半導體開關212何時變?yōu)閷щ姾头菍щ?。當繼電器計時器終止時，若發(fā)光負載104關閉，則控制器214執(zhí)行繼電器計時器程序600來使繼電器210導電，以及若發(fā)光負載開啟則使繼電器非導電(如將在下面參照圖8詳細描述)。當BSS計時器終止時，若發(fā)光負載104關閉，則控制器214執(zhí)行BSS計時器程序700來控制雙向半導體開關212變?yōu)閷щ姡约叭舭l(fā)光負載開啟則使變?yōu)榉菍щ姷?如將在下面參照圖9詳細描述)。控制器214響應于接收開啟命令(當開啟按鈕122被致動時)和關閉命令(當關閉按鈕122被致動時)，執(zhí)行接收的按鍵消息程序(未示出)。
參照圖7，若在步驟412發(fā)光負載104關閉，在步驟414，控制器214將BSS計時器初始化為BSS開啟時間tBSS,，并啟動BSS計時器，所述BSS計時器的值相對于時間減小。接著，在步驟416，控制器214將繼電器計時器初始化為繼電器開啟時間并在按鈕程序400退出之前啟動繼電器計時器，所述繼電器計時器的值相對于時間減小。例如，BBS開啟時間tBSS_w可以近似為O毫秒，繼電器開啟時間，可接近三十毫秒，使得雙向半導體開關212在繼電器210導電之前被致使為導電的。如果發(fā)光負載104在步驟412是開啟的，在步驟418控制器214立即使雙向半導體開關212導電。接著，在步驟420，控制器214將繼電器計時器初始化為繼電器關閉時間，并開啟值隨時間減小的繼電器計時器。最后，在按鈕程序400退出之前，在步驟422，控制器214將BSS計時器初始化為BSS關閉時間tBSS_0FF,并開啟值隨時間減小的BSS計時器。例如，繼電器關閉時間tBSS,F可接近S十毫秒且BSS關閉時間tBSS,F可接近六十毫秒，使得在雙向半導體開關212變?yōu)榉菍щ娭?，將繼電器210致使為非導電。
圖8是不論何時在步驟510占用檢測電路230檢測到占用和空閑狀態(tài)的改變時電子開關110的控制器214執(zhí)行的占用檢測程序500的簡化流程圖。如果在步驟512控制器214操作為占用傳感器以及在步驟514占用檢測電路230剛才已檢測到空間已變?yōu)檎加?，在占用檢測程序500退出之前，在步驟516，控制器通過初始化并開啟BSS計時器(使用BSS開啟時間tBSS_J來開啟發(fā)光負載104，并且在步驟518初始化和啟動繼電器計時器(使用繼電器開啟時間tK ,)。如果在步驟512控制器214操作為占用傳感器以及在步驟520占用檢測電路230剛才已檢測到空間已變?yōu)榭臻e，在占用檢測程序500退出之前，在步驟522，控制器通過立即使雙向半導體開關212導電來控制發(fā)光負載104，在步驟524初始化和啟動繼電器計時器(使用繼電器關閉時間tK _QFF)，并且在步驟526初始化和啟動BSS計時器(使用BSS關閉時間tBSS_WF)。如果在步驟512控制器214操作為占用傳感器，在步驟514當占用檢測電路230已檢測到空間已變?yōu)檎加脮r，控制器不響應。當在步驟512控制器214操作為占用傳感器，控制器響應于在`步驟520占用檢測電路檢測到空間剛才已變?yōu)榭臻e，僅關閉發(fā)光負載104。
圖9是當繼電器計時器在步驟610終止時控制器214執(zhí)行的繼電器計時器程序600的簡化流程圖。首先，控制器214等待直至在步驟612反饋控制信號Vfb從高轉變?yōu)榈?，指示DC供給電壓V。。的量值等于最大電源電壓V^MX。當控制器214檢測到在步驟612反饋控制信號Vfb從高轉變?yōu)榈?，控制器根?jù)發(fā)光負載104的當前狀態(tài)立即使繼電器導電或非導電。如果在步驟614發(fā)光負載104關閉，在步驟616控制器214通過傳導電流經(jīng)過繼電器的設置(SET)線圈而使繼電器210導電，繼電器計時器程序600退出。如果在步驟614發(fā)光負載104關閉，在步驟618控制器214通過傳導電流經(jīng)過重置(RESET)線圈而使繼電器210非導電，繼電器計時器程序600退出。
圖10是BSS計時器在步驟710終止時控制器214執(zhí)行的BSS計時器程序700的簡化流程圖。如果在步驟712發(fā)光負載104關閉，在BSS計時器程序700退出之前，控制器214在步驟714控制驅動電路216來使雙向半導體開關212導電，以及在步驟716照射視覺指示器214。如果在步驟712發(fā)光負載104關閉，在步驟718控制器214控制驅動電路216使得雙向半導體開關212變?yōu)榉菍щ姷?。接著，在步驟720，控制器214控制視覺指示器214關閉，BSS計時器程序700退出。
雖然參照控制輸送至連接發(fā)光負載的功率的電子開關110已描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的思想可被用于負載控制系統(tǒng)的任何類型的控制裝置，諸如舉例而言，用于調(diào)節(jié)發(fā)光負載(諸如，白熾燈、磁低壓發(fā)光負載、電子低壓發(fā)光負載、以及擰入式緊湊型熒光燈)的強度的調(diào)光器開關、遠程控制器、按鍵裝置、視覺顯示裝置、適于插入電插座的可控插入模塊、適于抒入燈的電插座(例如，愛迪生插座)的可控抒入式模塊、突光負載的電子調(diào)光鎮(zhèn)流器、以及發(fā)光二極管(LED)光源的驅動器、電動機速度控制裝置、電動窗口處理、溫度控制裝置、音頻/視頻控制裝置或其他類型發(fā)光負載的調(diào)光器電路，諸如磁低壓發(fā)光負載、電子低壓發(fā)光負載以及擰入式緊湊型熒光燈。
雖然本發(fā)明已就發(fā)明的具體實施例進行了描述，但對本領域技術人員而言許多其它變化和修改和其他用途將變得顯而易見。因而，優(yōu)選地，本發(fā)明不是受文中的特定揭露限定，而是僅受附上的權利要求限定。
權利要求
1.一種負載控制裝置，適于連接在交流電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述負載控制裝置包括: 可控導電裝置，適于連接在所述電力源和所述負載之間，用來控制輸送至所述負載的功率; 控制器，可操作地連接至所述可控導電裝置的控制輸入端，用來使所述可控導電裝置導電和非導電；以及 電源，與可控導電裝置并聯(lián)連接，用來當所述可控導電裝置非導電時產(chǎn)生給所述控制器供電的直流供給電壓，所述電源包括能量存儲電容器和充電泵電路，所述充電泵電路適于傳導輸入充電電流經(jīng)過所述負載并適于傳導輸出充電電流經(jīng)過所述能量存儲電容器，從而在所述能量存儲電容器兩端產(chǎn)生所述直流供給電壓，所述輸出充電電流具有大于所述輸入充電電流的量值。
2.如權利要求1所述的電子開關，其中，所述充電泵電路包括第一開關電容器，所述第一開關電容器可操作用于:通過在第一半周期傳導所述輸入充電電流經(jīng)過所述負載來充電，并在第二后續(xù)半周期放電至所述能量存儲電容器中，使得所述能量存儲電容器傳導所述輸出充電電流。
3.如權利要求2所述的電子開關，其中，所述第一開關電容器可操作用于:在所述交流電力源的正半周期內(nèi)充電，并在負半周期內(nèi)放電至所述能量存儲電容器中。
4.如權利要求3所述的電子開關，其中，所述充電泵電路進一步包括第二開關電容器，所述第二開關電容器可操作用于:在所述負半周期內(nèi)充電，并在所述正半周期內(nèi)放電至所述能量存儲電容器中。
5.如權利要求4所述的電子開關，進一步包括: 第一開關裝置，連接在所述第一開關電容器和所述能量存儲電容器之間，所述第一開關裝置在所述負半周期內(nèi)導電，使得所述第一開關電容器在所述負半周期內(nèi)放電至所述能量存儲電容器中；以及 第二開關裝置，連接在所述第二開關電容器和所述能量存儲電容器之間，所述第二開關裝置在所述正半周期內(nèi)導電，使得所述第二開關電容器在所述正半周期內(nèi)放電至所述能量存儲電容器中。
6.如權利要求4所述的電子開關，其中，所述第二開關裝置響應于所述第一開關電容器在所述正半周期內(nèi)傳導所述輸入充電電流而被致使為導電的。
7.如權利要求2所述的電子開關，其中，所述充電泵電路包括第二開關電容器，所述第二開關電容器在所述交流電力源的所述正半周期內(nèi)與所述第一開關電容器串聯(lián)連接，使得所述第一開關電容器和所述第二開關電容器在所述正半周期內(nèi)傳送所述輸入充電電流。
8.如權利要求7所述的電子開關，其中，所述第一開關電容器和所述第二開關電容器可操作用于在所述負半周期內(nèi)并聯(lián)連接，使得每一個所述電容器傳導放電電流，所述能量存儲電容器可操作用于在所述負半周期內(nèi)傳導每個所述開關電容器的放電電流，使得所述能量存儲電容器傳導所述輸出充電電流，所述輸出充電電流為所述開關電容器的放電電流的總和。
9.如權利要求2所述的電子開關，進一步包括: 開關裝置，所述開關裝置連接在所述第一開關電容器和所述能量存儲電容器之間，所述開關裝置響應于所述第一開關電容器在所述第二半周期內(nèi)傳導所述輸入充電電流而被致使為導電的，使得所述第一開關電容器在所述第二半周期內(nèi)放電至所述能量存儲電容器。
10.如權利要求1所述的電子開關，其中，所述可控導電裝置包括用于開啟和關閉所述負載的繼電器，所述電源可操作用于當所述負載關閉時產(chǎn)生直流供給電壓。
11.如權利要求10所述的電子開關，進一步包括: 電流限制電路，所述電流限制電路與所述充電泵電路串聯(lián)連接，用于限制傳導經(jīng)過所述負載的泄漏電流的量值。
12.如權利要求11所述的電子開關，其中，電氣負載包括發(fā)光負載，以及所述電流限制電路將所述泄漏電流的量值限制為最大泄漏電流，使得當所述繼電器非導電時，所述發(fā)光負載不發(fā)光。
13.如權利要求12所述的電子開關，其中，所述最大泄漏電流小于約一毫安。
14.如權利要求10所述的電子開關，進一步包括: 嵌入電源，與所述繼電器串聯(lián)連接，所述嵌入電源進一步連接至所述能量存儲電容器以控制何時所述能量存儲電容器充電，以便當所述繼電器導電時在所述能量存儲電容器的兩端產(chǎn)生直流供給電壓； 其中，當所述能量存儲電容充電時形成與所述嵌入電源的兩端的電壓，與所述交流電力源的交流線電壓的峰值電壓相比，該電壓具有大致小的量值，當所述繼電器導電時，所述能量存儲電容器在所述交流電力源的至少一部分線周期中適于傳導所述負載電流。
15.如權利要求1所述的電子開關，進一步包括: 占用檢測電路，用于檢測所述電子開關周圍的空間內(nèi)的占用者存在或不存在； 其中，所述控制器可操作用于，響應于所述占用檢測電路檢測所述空間內(nèi)的所述占用者的不存在，關閉所述發(fā)光負載。
16.如權利要求15所述的電子開關，其中，所述控制器可操作用于，響應于所述占用檢測電路檢測所述空間內(nèi)的所述占用者的存在，開啟所述發(fā)光負載。
17.一種用于雙線負載控制裝置的電源，所述雙線負載控制裝置適于連接在交流電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述電源包括: 至少兩開關電容器，適于在第一半周期內(nèi)電氣串聯(lián)連接，使得所述串聯(lián)連接的電容器傳導第一充電電流， 所述開關電容器進一步適于在后續(xù)的第二半周期內(nèi)電氣并聯(lián)連接，使得每個所述電容器傳導各自的放電電流；以及 能量存儲電容器，可操作用于存儲直流供給電壓并在所述第二半周期內(nèi)傳導每個所述開關電容器的所述放電電流，使得所述能量存儲電容器傳導第二充電電流，所述第二充電電流是所述開關電容器的所述放電電流的總和且具有大于所述第一充電電流的量值的量值。
18.如權利要求17所述的電源，進一步包括: 開關裝置，可操作地連接在所述開關電容器和所述能量存儲電容器之間，且在所述第二半周期內(nèi)是導電的，使得當所述開關裝置在所述第二半周期內(nèi)是導電時，所述開關電容器將所述放電電流傳導至所述能量存儲電容器中。
19.如權利要求17所述的電源，其中，所述能量存儲電容器在所述第一半周期內(nèi)與所述開關電容器串聯(lián)連接，以傳導所述第一充電電流。
20.如權利要求17所述的電源，進一步包括: 兩額外開關電容器，適于在所述第二半周期內(nèi)電氣串聯(lián)連接，使得所述額外串聯(lián)連接的電容器傳送第三充電電流，所述額外開關電容器進一步適于在所述第一半周期內(nèi)電氣并聯(lián)連接，以各自傳導放電電流至所述能量存儲電容器；其中，在所述第一半周期內(nèi)，所述能量存儲電容器傳導第四充電電流，所述第四充電電流具有大于所述第一充電電流的量值的量值。
21.一種用于雙線負載控制裝置的電源，所述雙線負載控制裝置適于連接在交流電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述電源包括: 第一開關電容器，可操作用于在所述交流電力源的正半周期內(nèi)充電； 第二開關電容器，可操作用于在所述交流電力源的負半周期內(nèi)充電； 能量存儲電容器，用于存儲直流供給電壓，所述能量存儲電容器連接至所述第一開關電容器和所述第二開關電容器，使得所述第一開關電容器和所述第二開關電容器可操作用于在所述負半周期和所述正半周期內(nèi)分別放電至所述能量存儲電容器，且在所述能量存儲電容器的兩端產(chǎn)生所述直流供給電壓。
22.如權利要求21所述的電源，進一步包括: 第一開關裝置，可操作地連接在所述第一開關電容器和所述能量存儲電容器之間，且在所述負半周期內(nèi)是導電的， 使得所述第一開關電容器可操作用于在所述負半周期內(nèi)放電至所述能量存儲電容器；以及 第二開關裝置，可操作地連接在所述第二開關電容器和所述能量存儲電容器之間，且在所述正半周期內(nèi)為導電的，使得所述第二開關電容器可操作用于在所述正半周期內(nèi)放電至所述能量存儲電容器。
23.如權利要求22所述的電源，其中，所述第二開關裝置響應于所述第一開關電容器在所述正半周期內(nèi)的充電而為導電的。
24.如權利要求22所述的電源，進一步包括: 第三開關電容器，在所述正半周期內(nèi)與所述第一開關電容器串聯(lián)連接，使得所述第一開關電容器和所述第三開關電容器傳導第一充電電流，所述第一開關電容器和所述第三開關電容器進一步適于當所述第一開關裝置在所述負半周期內(nèi)導電時電氣并聯(lián)連接，使得所述第一開關電容器和所述第三開關電容器可操作用于并行放電至所述能量存儲電容器；以及 第四開關電容器，在所述負半周期內(nèi)與所述第二開關電容器電氣串聯(lián)連接，使得所述第二開關電容器和所述第四開關電容器傳導第二充電電流，所述第二開關電容器和所述第四開關電容器進一步適于當所述第二開關裝置在所述正半周期內(nèi)導電時電氣并聯(lián)連接，使得所述第二開關電容器和所述第四開關電容器可操作用于并行放電至所述能量存儲電容器。
25.一種用于負載控制裝置的電源，所述負載控制裝置適于連接在交流電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述電源包括: 能量存儲電容器，用于存儲直流供給電壓； 開關電容器電路，所述開關電容器電路包括開關電容器和開關裝置，所述開關電容器可操作用于:當所述開關裝置不導電時傳導充電電流經(jīng)過所述負載，以及當所述開關裝置導電時傳導放電電流至所述能量存儲電容器，所述開關裝置在預定頻率被致使為導電的和非導電的，使得在所述能量存儲電容器兩端產(chǎn)生所述直流供給電壓； 電流限制電路，所述電流限制電路與所述開關電容器電路串聯(lián)連接，用于限制所述充電電流的量值。
26.如權利要求25所述的電源，其中，所述預定頻率包括所述交流電力源的線頻率。
27.如權利要求26所述的電源，其中，所述開關裝置連接在所述開關電容器和所述能量存儲電容器之間，且在所述交流電力源的所述負半周期內(nèi)為導電的。
28.一種負載控制裝置，所述負載控制裝置適于連接在交流電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述負載控制裝置包括: 可控導電裝置，適于連接在所述電力源和所述負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率; 控制器，可操作地連接至所述可控導電裝置的控制輸入端，用于使所述可控導電裝置為導電的和非導電的； 噪聲敏感電路，連接至所述控制器，使得所述控制器對所述噪聲敏感電路是響應的；以及 電源，與可控導電裝置并聯(lián)連接，用來當所述可控導電裝置非導電時，產(chǎn)生給所述控制器和所述噪聲敏感電路供電的直流供給電壓，所述電源包括能量存儲電容器和開關電容器電路，所述開關電容器電路適于以預定切換頻率傳導輸入充電電流經(jīng)過所述負載，以及傳導放電電流經(jīng)過所述能量存儲電容器，從而在所述能量存儲電容器兩端產(chǎn)生所述直流供給電壓； 其中，所述輸入充電電流和所述預定切換頻率的量值大體上都小，以避免在所述噪聲敏感電路中產(chǎn)生噪聲。
29.如權利要求28所述的電子開關，其中，所述預定頻率包所述交流電力源的線頻率。
30.如權利要求29所述的電子開關，其中，所述輸入充電電流的量值小于約一暈安。
31.如權利要求28所述的電子開關，進一步包括: 電流限制電路，與充電泵電路串聯(lián)連接，用來限制傳導經(jīng)過所述負載的所述泄漏電流的量值。
32.如權利要求28所述的電子開關，其中所述噪聲敏感電路包括占用檢測電路，所述占用檢測電路用于檢 測所述電子開關周圍的空間內(nèi)的占用者存在或不存在，所述控制器可操作用于，響應于所述占用檢測電路檢測所述空間內(nèi)的所述占用者的不存在，關閉所述發(fā)光負載。
全文摘要
一種負載控制裝置，適于連接在交流電力源和電氣負載之間，用于控制輸送至所述負載的功率，所述負載控制裝置包括電源，所述電源具有能量存儲電容器(COUT)和充電泵電路(222)，所述充電泵電路適于傳導輸入充電電流經(jīng)過所述負載并適于傳導輸出充電電流經(jīng)過所述能量存儲電容器，從而在所述能量存儲電容器兩端產(chǎn)生直流供給電壓，其中輸出充電電流具有的量值大于輸入充電電流量值。所述充電泵電路包括開關電容器(C10-C60)，所述開關電容器(C10-C60)可操作為在第一半周期內(nèi)經(jīng)過所述負載充電，并在后續(xù)的第二半周期內(nèi)放電至所述能量存儲電容器中。所述充電泵電路操作在線頻率，且所述輸入充電電流的量值很小以避免在所述負載控制裝置的噪聲敏感電路中產(chǎn)生噪聲。
文檔編號H02M1/08GK103155392SQ201180047827
公開日2013年6月12日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者丹尼爾·F·卡門 申請人:盧特龍電子有限公司