專利名稱：改善的調(diào)光器電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制提供給負(fù)載的功率的電路裝置，特別是用于控制如燈亮度或風(fēng)扇速度的調(diào)光器電路。
背景技術(shù)：
調(diào)光器電路用于控制從如電力源等電源提供給如燈或電動(dòng)機(jī)等負(fù)載的功率。這種電路經(jīng)常使用稱為相控調(diào)光的技術(shù)。這使得可以通過改變把負(fù)載連接到電源的開關(guān)在給定周期內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間量來控制提供給負(fù)載的功率。
例如，如果電源提供的電壓能被表示為正弦波，那么如果把負(fù)載連接到電源的開關(guān)在所有時(shí)間內(nèi)接通，就提供給負(fù)載最大的功率。這樣，電源的所有能量傳送到負(fù)載。如果開關(guān)在每個(gè)周期的一部分關(guān)閉(既可正的又可負(fù)的)，那么正弦波成比例的量就有效地與負(fù)載隔離，從而減小提供給負(fù)載的平均功率。例如，如果開關(guān)接通并在每個(gè)周期的一半斷開，則只有一半的功率傳送給負(fù)載。因?yàn)檫@些類型的電路經(jīng)常與電阻性負(fù)載而不是感性負(fù)載一起使用，所以重復(fù)地接通和斷開電源的效果不明顯，這是由于電阻性負(fù)載對它具有固有的惰性。例如在燈的情況下，總的效果將是平滑的調(diào)光動(dòng)作，導(dǎo)致對燈的亮度的控制。該技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
這種電路通常包括兩部分，第一部分是在每個(gè)電力源半周期控制負(fù)載電壓上升的速度的部分。第二部分用于通過使用控制開關(guān)來控制提供給負(fù)載的負(fù)載電流。
多種手段用于同步這兩部分間的動(dòng)作，一些手段比其他的更復(fù)雜。傳統(tǒng)上，同步是通過中央控制塊完成的，它感測第一部分的多種參數(shù)，確定何時(shí)第二部分應(yīng)該動(dòng)作，然后在該確定之后，提供控制信號給第二部分來控制開關(guān)。該電路裝置在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上都有些復(fù)雜。
在大批量生產(chǎn)的設(shè)備中，設(shè)計(jì)的簡單性能導(dǎo)致明顯的制造期間成本節(jié)約和最終產(chǎn)品功能的增大的可靠性。
對電路每一部分的相似考慮也適用，任何電路塊的任何簡化都能導(dǎo)致相似的益處。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種導(dǎo)致簡化的設(shè)計(jì)的調(diào)光器電路裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于控制向負(fù)載傳送功率的調(diào)光器電路，該調(diào)光器電路包括用于控制第一開關(guān)的第一控制電路；用于控制第二開關(guān)的第二控制電路；其中上述的第一控制電路也控制上述的第二控制電路的運(yùn)行。
優(yōu)選地，第一開關(guān)和第二開關(guān)被整流電路隔開。
優(yōu)選地，第一控制電路通過整流電路控制第二控制電路。
優(yōu)選地，第二控制電路通過自動(dòng)檢測越過上述整流電路的電壓從第一控制電路獲取控制信號。
優(yōu)選地，第二控制電路自動(dòng)檢測到上述的電壓下降至低于預(yù)先設(shè)置的電壓門限后緊接著被激活。
優(yōu)選地，上述的預(yù)先設(shè)置的電壓門限由雪崩二極管確定。
優(yōu)選地，預(yù)先設(shè)置的電壓門限被設(shè)置超過上述的第一開關(guān)的導(dǎo)通電壓電平。
可供選擇地，第二控制電路通過自動(dòng)檢測經(jīng)過整流電路的電流從第一控制電路獲取控制信號。
優(yōu)選地，第二控制電路自動(dòng)檢測到電流上升至高于預(yù)先設(shè)置的電流門限后緊接著被激活。
優(yōu)選地，第一開關(guān)是IGBT功率半導(dǎo)體器件。
優(yōu)選地，第二開關(guān)是雙向三極管開關(guān)。
優(yōu)選地，第一控制電路控制第一開關(guān)以控制負(fù)載電壓在每個(gè)半周期的上升速度。
優(yōu)選地，第二控制電路控制第二開關(guān)以控制提供給負(fù)載的負(fù)載電流。
優(yōu)選地，調(diào)光器電路是前沿相位控制調(diào)光器電路。


圖1顯示了本發(fā)明的調(diào)光器電路的第一實(shí)施例；圖2顯示了另一種圖1的雙向三極管開關(guān)控制電路部分的裝置；圖3顯示了可用作圖1和2的電壓開關(guān)控制電路的可供選項(xiàng)的電流開關(guān)控制電路；圖4顯示了圖1的電路的簡化方框圖；以及圖5顯示了另一種圖1的電阻抗負(fù)載不穩(wěn)定性檢測器部分的裝置。
具體實(shí)施例方式
雙線、前沿相位控制燈調(diào)光器/風(fēng)扇速度控制器的優(yōu)選電路設(shè)計(jì)如圖1所示。圖1所示的設(shè)計(jì)在電磁兼容(EMI適應(yīng))上特別有效。這參看電路產(chǎn)生的電磁干涉(EMI)的量。調(diào)光電路由于電路的高頻開關(guān)產(chǎn)生的輻射的量被嚴(yán)格控制，該電路一定不能超過EMI的控制電平。
圖1的電路設(shè)計(jì)控制由電路通過在每個(gè)電力源半周期上對負(fù)載電壓上升速度的主動(dòng)控制而產(chǎn)生的EMI電平。IGBT形式的功率半導(dǎo)體器件用于該功能。IGBT和相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)控制電路連接到二極管電橋的DC端以允許對電源電壓的極性的控制。
一旦EGBT已經(jīng)執(zhí)行了要求的慢開關(guān)功能，功率雙向三極管開關(guān)就用于處理負(fù)載電流。這把功率消散減小至最小，因?yàn)樗哂械陀贗GBT/電橋的導(dǎo)通電壓的開態(tài)電壓。
圖1的IGBT電路能被分成下面的塊——低電壓DC功率軌道
——主電壓零交叉檢測器——供電驅(qū)動(dòng)限制——控制定時(shí)——IGBT柵極驅(qū)動(dòng)器IGBT控制電路的功率通過負(fù)載得自電源，在IGBT運(yùn)行開始之前的時(shí)期內(nèi)的每個(gè)半周期，即，當(dāng)電源電壓穿過調(diào)光器出現(xiàn)?？偟碾娏飨拈L度足以允許R1、R2、R4和R5提供的相對低消散的電阻排的使用。平滑電容器C9存儲了在每個(gè)半周期處提供的充分的電荷以在剩余期間提供給電路電流，具有相對低的波紋電壓。額外的供給電流被壓控雪崩二極管DZ1和15伏標(biāo)稱DC功率軌道的組合加以分流。該裝置提供上面提到的低電壓DC功率軌道塊。
電源電壓零交叉檢測器在負(fù)載電流開始后的每個(gè)半周期重置控制定時(shí)電路(下面將更詳細(xì)地描述)。當(dāng)電源電壓在跟隨的半周期內(nèi)重新出現(xiàn)在電路時(shí)，定時(shí)被允許再次開始。對電阻性負(fù)載這將對應(yīng)于電源電壓零交叉。但是，對電感性負(fù)載，這對應(yīng)于發(fā)生在電源電壓零交叉之后的負(fù)載電流零交叉。
具有連接到DC軌道的發(fā)射極的晶體管Q2，具有被上面描述的電源電壓降壓電阻排驅(qū)動(dòng)的基極。無論何時(shí)當(dāng)穿過調(diào)光器電路的電壓低于DC軌道電壓時(shí)，集電極拉高“同步”。相反地，當(dāng)電源電壓穿過調(diào)光器電路存在時(shí)，晶體管Q2基極-發(fā)射極結(jié)電壓反向偏置，防止集電極拉高。在此期間饋電電流通過基極-發(fā)射極分流二極管D4傳遞到DC軌道。
受控定時(shí)電容C7的重置由被限流電阻期R21從Q2的“同步”輸出端驅(qū)動(dòng)的放電晶體管Q12執(zhí)行。晶體管Q12具有基極-發(fā)射極分路電阻器R22和電容C6以減小截止態(tài)泄漏和增強(qiáng)EFT不敏感性。
供電驅(qū)動(dòng)限制塊的功能是通過暫時(shí)地分路控制定時(shí)電容C7的充電電流以在供電時(shí)最初的幾個(gè)電力源半周期限制調(diào)光電路的運(yùn)行。這要求啟動(dòng)軟起動(dòng)機(jī)制的正確運(yùn)行，該機(jī)制依賴于已建立的涉及該功能的DC電壓。一個(gè)有效地連接到DC軌道的小電容C1通過二極管D3提供電流，以在供電時(shí)軌道上升期間驅(qū)動(dòng)放電晶體管Q12。一旦C1在供電事件后變成完全充電，二極管D3就把C1從Q12驅(qū)動(dòng)電路隔離。阻斷電阻器R8其后服務(wù)于把C1維持在充分充電狀態(tài)，另外在斷電時(shí)提供放電路徑。
控制定時(shí)塊用于提供給調(diào)光器電路對電源電壓波紋注入的不敏感性。
在每個(gè)電力源半周期開始時(shí)，定時(shí)電容通過電源/負(fù)載經(jīng)由電流限流電阻器R6和R7充電。雪崩二極管DZ4確定的、來源于電阻器R39的參考電壓用作終止定時(shí)過程的充電門限電平。在C7陽極端的電壓必須總是達(dá)到兩個(gè)二極管落差大約高于該參考電平的電平，如串聯(lián)連接的二極管D5和晶體管Q4所確定的，以便于啟動(dòng)IGBT的運(yùn)行。在預(yù)先定義的門限電壓，定時(shí)電容充電電流被轉(zhuǎn)向到晶體管Q4，以便于運(yùn)行IGBT驅(qū)動(dòng)控制級?？刂朴|發(fā)角的調(diào)整由于連接到定時(shí)電容陰極端的可變控制電壓源而便利。該控制電壓得自雪崩二極管的使用主調(diào)光器控制電位計(jì)VR1的參考電壓。由R28和C13構(gòu)成的RC濾波器在供電時(shí)提供了由于零起始電容電壓條件的軟起動(dòng)屬性。經(jīng)濾波的控制電壓的緩存由級聯(lián)的晶體管QS3和Q15執(zhí)行，以提供低電阻抗源電壓。電阻器R36分路晶體管Q15的發(fā)射極以減小泄漏效應(yīng)。
在最大控制電壓(用于最大調(diào)光器導(dǎo)通角)，要求的定時(shí)電容充電電壓位于它的最低點(diǎn)。要求的最小定時(shí)電容器充電電壓等于如二極管D5所確定的一個(gè)前向電壓二極管壓降，除穿過電阻器R11的小電壓之外。該電平與雪崩二極管DZ4的參考電壓的絕對值無關(guān)。因此，最大導(dǎo)通角是內(nèi)在受限的，很大程度上獨(dú)立于元件參數(shù)，從而確保充分的電流用于供給DC軌道。電阻器R11被包含在內(nèi)以更進(jìn)一步地限制最大調(diào)光器導(dǎo)通角。
PTC1與VRZ串聯(lián)(在參考電壓端)放置，如果調(diào)光器由于產(chǎn)品過載引起溫度過高，它就提供導(dǎo)通角的自動(dòng)減小。Trimpot VR2與VR1串聯(lián)(電路公共端)放置以通過提高最小控制電壓允許最小導(dǎo)通角的調(diào)整。
IGBT柵極驅(qū)動(dòng)控制電路由晶體管Q16、Q17和Q5提供。該電路以不可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)形式運(yùn)轉(zhuǎn)，并為IGBT提供可控們驅(qū)動(dòng)電流以獲得理想的慢開關(guān)產(chǎn)物。連接到DC軌道的晶體管Q5，通過定時(shí)電阻器R38擔(dān)當(dāng)源IGBT柵極電流開啟的開關(guān)。連接到電路公共端的晶體管Q17擔(dān)當(dāng)IGBT柵極電荷快速放電關(guān)閉的開關(guān)。
輸入晶體管Q16的基極驅(qū)動(dòng)電流來源于來自控制定時(shí)電路的Q4?；鶚O-發(fā)射極被電阻器R27和和電容C4分路以減小放電狀態(tài)泄漏和增強(qiáng)EFT不敏感性。當(dāng)晶體管Q16未被驅(qū)動(dòng)，晶體管Q17通過電阻器R3、R13、R35和R48充分偏置，所以集電極把IGBT柵極維持在放電狀態(tài)。這種狀態(tài)下，晶體管Q5未被充分偏置來運(yùn)行。當(dāng)晶體管Q16被驅(qū)動(dòng)，電阻器R35提供充分的偏置以運(yùn)行晶體管Q5，它通過RZ網(wǎng)絡(luò)R37和C8為晶體管Q16提供再生的基極驅(qū)動(dòng)。這導(dǎo)致了單穩(wěn)態(tài)動(dòng)作(大約300微妙輸出持續(xù)時(shí)間)。在此活性狀態(tài)期間，偏置從晶體管Q17去除。
IGBT串聯(lián)門限流電阻器R38和并聯(lián)的柵極電容柵極C14的組合提供了要求的IGBT開啟時(shí)EMC控制的慢啟動(dòng)特性。選定的值特定地適合于IGBT的習(xí)慣，該情況下是IRG4BC20S。
圖1中所示的雙向三極管開關(guān)二極管電橋的AC端的電路塊中。該電路的首要功能是，一旦IGBT完成慢開關(guān)EMC輻射減小操作就基于每個(gè)半周期觸發(fā)雙向三極管開關(guān)Q23。一個(gè)根本上對稱的電路用于在象限1和3提供給雙向三極管開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)脈沖(柵極驅(qū)動(dòng)極性遵循電源極性)。
雙向三極管開關(guān)控制電路執(zhí)行的另外的功能包括過電流保護(hù)和調(diào)光器過電壓保護(hù)。這些狀態(tài)的任何一個(gè)將導(dǎo)致緊接的雙向三極管開關(guān)觸發(fā)。在過電流條件期間(例如白熾沖擊電流)，雙向三極管開關(guān)從IGBT分流。在過電壓條件期間(例如電源瞬變)，雙向三極管開關(guān)的分流作用將瞬變電位傳遞到負(fù)載。
雙向三極管開關(guān)控制電路通過負(fù)載從電源得到它的功率，在IGBT運(yùn)行開始前的期間內(nèi)的每個(gè)半周期內(nèi)，那是電源電壓穿過調(diào)光器出現(xiàn)的時(shí)間。平均電流消耗的長度足以允許由R16、R17、R18和R19構(gòu)成的相對低消散的電阻鏈的使用。在每個(gè)電源半周期內(nèi)，電阻鏈提供的電流用于把C10充電至一個(gè)由電源決定極性的電壓。穿過電容C10產(chǎn)生的電壓在每個(gè)極性上被限制在大約20伏，如分流雪崩二極管DZ2和DZ3定義的。每個(gè)半周期極性的驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)行次序如下——當(dāng)電源電壓呈現(xiàn)時(shí)，存儲電容C10被充電。
——在調(diào)光器電壓由于IGBT運(yùn)行而降至低于大約20伏時(shí)，100微秒時(shí)延電路(R24和C3)被起動(dòng)。
——在時(shí)間延遲末，雙向三極管開關(guān)SQ23柵極由通過限流電阻器R41來自電容C10的電流供給。
在正的電源半周期，存儲電容C10由電源通過限流電阻器R16、R17和R18經(jīng)由晶體管Q18的基極-發(fā)射極結(jié)充電至大約20伏。當(dāng)調(diào)光器端點(diǎn)壓降至低于20伏門限時(shí)，晶體管Q6經(jīng)由限流電阻器R24為時(shí)延電容C3提供充電電流。當(dāng)穿過C3的電壓達(dá)到大約0.6伏時(shí)，晶體管Q13運(yùn)行，它依次經(jīng)由限流電阻器R10為輸出晶體管Q1提供基極電流驅(qū)動(dòng)。經(jīng)由電阻器R12從晶體管Q1的集電極到晶體管Q13的基極的一些再生反饋加速了開關(guān)動(dòng)作。晶體管Q1的集電極經(jīng)由控向二極管D7A和門限流電阻器R41驅(qū)動(dòng)雙向三極管開關(guān)柵極。二極管D7A的功能是在存儲電容C10在負(fù)的半電源半周期內(nèi)充電期間隔離雙向三極管開關(guān)柵極電流。這是必須的，因?yàn)檩敵鼍w管Q1的基極-集電極結(jié)在此期間是正向偏置。
電容C3具有另外的在電阻器R26減小晶體管泄漏時(shí)增強(qiáng)晶體管Q13的EFT不敏感性。相似地，電阻器R9減小輸出晶體管Q1的泄漏，從而影響C3的定時(shí)期間。
負(fù)的電源半周期電路的運(yùn)行和上面描述的相同，只是使用了鏡像元件組。
利用隔離的對調(diào)光器電平的PWM控制要求IGBT(Q22)和雙向三極管開關(guān)(Q23)以及相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路都永久性地連接到電源。這不同于手動(dòng)控制的雙線模塊的調(diào)光器應(yīng)用，其中串聯(lián)的電源通斷開關(guān)總是用于的通/斷控制。
一般在調(diào)光器電路設(shè)計(jì)中，雙向三極管開關(guān)在調(diào)光器端電壓由于IGBT的運(yùn)行而降至低于門限電平時(shí)開始觸發(fā)操作。
該運(yùn)行方法要求對具有永久性的電源連接的隔離的控制接口調(diào)光器的改造。這種情況下必須禁用雙向三極管開關(guān)的觸發(fā)，否則它將在接近每個(gè)電源半周期末被起動(dòng)。雖然負(fù)載有效地處于截止態(tài)，但由于非常低的通行的雙向三極管開關(guān)導(dǎo)通角和因此的負(fù)載電壓，導(dǎo)致的傳導(dǎo)EMC輻射電平的線路將由于該雙向三極管開關(guān)的運(yùn)行而非常大。
要處理這種情況，已合并了附加電路，以區(qū)分電源電壓由于IGBT運(yùn)行在調(diào)光期間的變換速度，和當(dāng)IGBT沒有經(jīng)由隔離的控制接口被激活時(shí)由于正常電源電壓波形的變換速度。
在調(diào)光操作中，雙向三極管開關(guān)通常被禁用，僅在檢測到負(fù)載端電壓由于IGBT運(yùn)行的相對快速變化后的短時(shí)期內(nèi)激活。在負(fù)載截止態(tài)條件期間，雙向三極管驅(qū)動(dòng)電路未被電源電壓在每個(gè)半周期末附近相對低速的下降激活。
對該附加電路的一些重要的設(shè)計(jì)考慮在于對電源瞬變的高不敏感性，維持了電源波紋控制信號。
圖2顯示了如上所示的圖1的雙向三極管開關(guān)控制電路的改造的電路，其中共同的部件據(jù)此被確定。
緊接著是對關(guān)于圖2的一個(gè)電源半周期極性的電路操作的描述。鉗位晶體管Q300用于通過分流雙向三極管開關(guān)的觸發(fā)時(shí)間延遲電容C3的充電電流從運(yùn)行中禁用雙向三極管開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。濾波電容C300通常經(jīng)由電阻分配部件從±20V軌道充電，R300和R301具有該極性以維持對鉗位晶體管的偏置。
在IGBT，Q22運(yùn)行期間，導(dǎo)致的電橋電壓dv/dt產(chǎn)生足夠的穿過小的電源耦合電容C301的電流，以快速地對濾波電容放電以便于反向偏置鉗位晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)。由于濾波電容/偏置電阻器時(shí)間的常數(shù)，鉗位晶體管保持偏置截止足夠長以允許雙向三極管觸發(fā)時(shí)間延遲電容的正常充電。對電源波紋入射的不敏感性通過電容和偏置電阻器的低通濾波作用獲得。
與電源電壓波形相關(guān)聯(lián)的相對低的dv/dt在沒有IGBT運(yùn)行時(shí)不足以去除濾波電容上的偏置電壓。那么鉗位晶體管繼續(xù)分流雙向三極管開關(guān)的觸發(fā)延遲電容的充電電流，以防止雙向三極管開關(guān)運(yùn)行的可能。
串聯(lián)的電阻器部件R302在電源電涌/瞬變條件下為電源耦合電容提供限流保護(hù)。
反向連接的二極管D300被要求穿過鉗位晶體管Q300的集電極-發(fā)射極結(jié)，以便于防止晶體管干擾相關(guān)聯(lián)的在相反半周期的晶體管Q301的正確運(yùn)行。在相反半周期，Q300的集電極-發(fā)射極結(jié)變成正向偏置，且能夠提供充分的偏置電流來運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的晶體管Q301。并聯(lián)的二極管D300A的工作把集電極電壓限制在僅一個(gè)正向二極管壓降，從而把相關(guān)聯(lián)的晶體管Q301的基極驅(qū)動(dòng)電壓限制在大約0伏。
上面的電壓驅(qū)動(dòng)雙向三極管開關(guān)控制電路可等同地被圖3所示的電流驅(qū)動(dòng)雙向三極管開關(guān)控制電路替代。再次，該電路的首要功能是一旦IGBT已完成慢開關(guān)EMC輻射減小操作就基于每個(gè)半周期觸發(fā)雙向三極管開關(guān)。該電路是根本上對稱的，用于在象限1和3提供雙向三極管開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)脈沖(柵極驅(qū)動(dòng)極性遵循電源極性)。
運(yùn)行中，電流感測電阻器R32用于獲得整個(gè)雙向三極管開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電位。達(dá)到定義的負(fù)載電流門限后，對雙向三極管柵極的要求是充分的，額外的電流被串聯(lián)連接的二極管D3和D4分流。產(chǎn)生的感測電壓開始為電阻器R33和電容C9構(gòu)成的時(shí)間延遲網(wǎng)絡(luò)充電。一旦定時(shí)電路輸出電壓達(dá)到門限電平，比較器晶體管Q14就經(jīng)由電阻器R35被驅(qū)動(dòng)。該電平除了被晶體管Q14的基極-發(fā)射極結(jié)電壓外，還被電壓分配電阻R34和R37(由起動(dòng)感測電壓提供源)。
晶體管Q14的運(yùn)行導(dǎo)致了同時(shí)發(fā)生的經(jīng)由各自的限流電阻R26和R28的晶體管Q10和Q11的基極驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。晶體管Q11引用感測電壓，繼續(xù)經(jīng)由電阻器R36驅(qū)動(dòng)晶體管Q15。晶體管Q15的運(yùn)行通過降低晶體管Q14的發(fā)射極電位減小了比較門限電壓。該正反饋過程反饋加速開關(guān)動(dòng)作。雙向三極管柵極驅(qū)動(dòng)電流是經(jīng)由輸出晶體管Q10和限流電阻器R41。電阻器R27和R28被要求防止來自泄漏和晶體管Q10、Q11、Q15的可能的不良效應(yīng)。
負(fù)的電源半周期電路的運(yùn)行和上面描述的相同，使用了鏡像元件組。
在IGBT過電流條件期間，充分的電壓穿過電流感測電阻器R40產(chǎn)生以偏置晶體管Q18。這依次為向上的晶體管Q10提供基極電流驅(qū)動(dòng)，直接地運(yùn)行雙向三極管開關(guān)把電流從IGBT電路轉(zhuǎn)移開。電阻器R39把Q18的基極電流驅(qū)動(dòng)限制在在這些條件下的安全電平。這提供了嵌入電路保護(hù)機(jī)制。
在調(diào)光器過電壓電流，雙向三極管開關(guān)柵極被串聯(lián)的tranzorb(硅二極管的名稱、類型或型號)BZ1和BZ2直接驅(qū)動(dòng)。電容C10被置于穿過雙向三極管開關(guān)柵極-MT1終端，以便于增強(qiáng)雙向三極管開關(guān)對來自電源瞬變的觸發(fā)dv/dt的不敏感性。電感L1限制負(fù)載電流從IGBT電路到雙向三極管開關(guān)的傳遞速度以便于控制線路傳導(dǎo)的EMI輻射電平。該功能要求的感測系數(shù)的量與雙向三極管開關(guān)的開態(tài)電壓和就在雙向三極管開關(guān)運(yùn)行前的穿過IGBT電路電流的電壓間的差別有關(guān)。IGBT電路電流路徑中電流感測電阻器R32的呈現(xiàn)引入了附加的電壓差分，從而影響了要求的感測系數(shù)的量。另外一種控制線路傳導(dǎo)EMI輻射電平的方法是經(jīng)由分流電容C11，該電容與L1協(xié)調(diào)工作形成一個(gè)二階低通濾波器。
本電路的一個(gè)特定的優(yōu)點(diǎn)是雙向三極管開關(guān)電路由IGBT電路直接控制的能力，而不是如現(xiàn)有系統(tǒng)的經(jīng)由第三集中式控制塊。
在電壓驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路情況下，本電路在運(yùn)行的IGBT的控制下從根本上監(jiān)控二極管電橋電壓，以便于確定雙向三極管開關(guān)觸發(fā)應(yīng)何時(shí)發(fā)生。雙向三極管開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)要求的必要的充電在IGBT導(dǎo)通開始前的半周期期間從可用的電源電壓處累積。雙向三極管開關(guān)在二極管電橋電壓減小至低于最小設(shè)置門限時(shí)從根本上被觸發(fā)。該最小設(shè)置門限被雪崩二極管DZ2和DZ3確定，在本例中，上述的最小門限是20伏(對正的和負(fù)的周期)。二極管電橋處的電壓被晶體管Q6和電阻器網(wǎng)絡(luò)R17、R16、R18和R19感測，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。最小電壓門限被使用的元件(該情況下是雪崩二極管DZ2和DZ3)且一般設(shè)置為超過IGBT電路的導(dǎo)通電壓一個(gè)合適的余量。
在電流驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路情況下，本電路在運(yùn)行的IGBT的控制下從根本上監(jiān)控二極管電橋電流，以便于確定雙向三極管開關(guān)觸發(fā)應(yīng)何時(shí)發(fā)生。雙向三極管開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)要求的必要的電流得自IGBT導(dǎo)通的半周期內(nèi)導(dǎo)致的負(fù)載電流。再次，雙向三極管開關(guān)當(dāng)二極管電橋電流上升至高于該情況下被電阻器R32設(shè)置的最小門限時(shí)被觸發(fā)。
這樣，電路結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比要求隔離的集中式控制塊的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)簡單，集中式控制塊監(jiān)控IGBT電路的電參數(shù)并參考那些感測的參數(shù)確定雙向三極管開關(guān)應(yīng)何時(shí)被觸發(fā)，提供控制信號給雙向三極管開關(guān)控制電路?？晒┻x擇的，集中式控制塊有時(shí)基于預(yù)先設(shè)置的參數(shù)給IGBT和雙向三極管開關(guān)控制電路均彼此獨(dú)立地提供控制信號。
該電路裝置的簡化方框圖如圖4所示，其中部件10表示第一控制電路(IGBT控制)，部件20表示第一開關(guān)(IGBT)，部件30表示整流電路(例如，二極管電橋)，以及部件40表示第二控制電路(雙向三極管開關(guān)控制)，它經(jīng)由整流電路30從第一控制電路10獲取它的控制信號。部件50表示被第二控制電路控制的第二開關(guān)(雙向三極管開關(guān))，以及部件60表示負(fù)載。
實(shí)際中，電壓驅(qū)動(dòng)雙向三極管開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制電路比電流驅(qū)動(dòng)雙向三極管開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路更合適。但是，每種都有優(yōu)勢和缺陷。電壓驅(qū)動(dòng)雙向三極管開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路允許EMC濾波元件的最小尺寸，這導(dǎo)致了最高的總的生產(chǎn)效率。但是，電壓驅(qū)動(dòng)電路要求電壓壓降部件從電源獲得電源，因此引入本地功率消散問題(僅在低導(dǎo)通角設(shè)置，其中總的消散是低的)。而且，當(dāng)沒有出現(xiàn)IGBT驅(qū)動(dòng)來完成截止態(tài)條件時(shí)(僅對沒有串聯(lián)的手動(dòng)操作開關(guān)的應(yīng)用要求)，要求附加元件來禁用雙向三極管開關(guān)驅(qū)動(dòng)。
相反，電流驅(qū)動(dòng)電路不要求連接到電源的電源，因此沒有遇到本地功率消散問題。而且，雙向三極管開關(guān)在沒有IGBT驅(qū)動(dòng)來完成截止態(tài)時(shí)百分之百地被禁用(這僅對沒有串聯(lián)的手動(dòng)操作的開關(guān)的應(yīng)用來說是優(yōu)勢)。但是，電流驅(qū)動(dòng)電路遭遇了這樣的缺陷電流感測元件的出現(xiàn)使更大的EMC濾波元件成為必需，且更低的總的效率是可完成的。
另一種電路塊提供了對可能從IGBT的運(yùn)行而出現(xiàn)的過電流條件的電路保護(hù)。在該條件期間，充分的電壓穿過電流感測電阻R42產(chǎn)生以偏置晶體管Q14。這依次為輸出晶體管Q1提供了基極電流驅(qū)動(dòng)，直接地運(yùn)行雙向三極管開關(guān)以把電流從位于二極管電橋的DC端的IGBT電路轉(zhuǎn)移開。電阻器R40在這些條件下把晶體管Q14的基極電流驅(qū)動(dòng)限制到安全電平。
當(dāng)調(diào)光器過電壓發(fā)生時(shí)，雙向三極管開關(guān)柵極經(jīng)由串聯(lián)的tranzorbD1和D2和限流電阻器R20被直接驅(qū)動(dòng)。電容C11被置于穿過雙向三極管開關(guān)柵極MT1終端，以便于增強(qiáng)雙向三極管開關(guān)對來自電源瞬變的dv/dt觸發(fā)的不敏感性。
在該調(diào)光器設(shè)計(jì)拓?fù)渲?，不必合并電感來完成要求的RF輻射電平限制。但是，相對小的電感可被要求以在IGBT過電流條件期間為雙向三極管開關(guān)提供一定程度的di/dt保護(hù)。在正常的運(yùn)行中，穿過雙向三極管開關(guān)且就在觸發(fā)之前出現(xiàn)的電壓是少數(shù)電壓的數(shù)量級，根據(jù)實(shí)際的負(fù)載電流量級。該電壓是IGBT飽和電壓和二極管電橋正向電壓特征的功能。在這么低的運(yùn)行電壓電平，雙向三極管開關(guān)的開關(guān)動(dòng)作比標(biāo)準(zhǔn)高電壓雙向三極管開關(guān)應(yīng)用中更漸進(jìn)。這導(dǎo)致了具有低的相關(guān)聯(lián)的RF輻射電平的電流從IGBT到雙向三極管開關(guān)的固有的平滑傳遞。但是，添加了電感L1，稍微增大了與電流從IGBT到雙向三極管開關(guān)的傳遞相關(guān)聯(lián)的RF輻射元件。這對應(yīng)于在IGBT電流降至0時(shí)引入的小的電流波形的不連續(xù)性。
另外，在雙向三極管開關(guān)自然地轉(zhuǎn)換掉的每個(gè)電源半周期末，RF猝發(fā)輻射由于負(fù)載電流波形的不連續(xù)性而出現(xiàn)。該輻射的衰減由穿過調(diào)光器終端放置的電容C15完成。該電容的一個(gè)重要的附加作用是改善整個(gè)調(diào)光器電路對EFT的不敏感性。
另一個(gè)電路塊是電感性負(fù)載不穩(wěn)定性檢測器。該電路塊的功能是在過度地非對稱運(yùn)行中關(guān)閉調(diào)光器控制，該非對稱運(yùn)行可能是連接到無載的鐵芯LV照明變壓器的結(jié)果。如果穿過調(diào)光器終端的平均電壓在正的和負(fù)的半周期內(nèi)不相似，則暫停調(diào)光操作。
再參考圖1，兩個(gè)由電阻器R43、R44、R29和R45構(gòu)成的電阻器分配鏈用于分別感測出現(xiàn)在活性端和負(fù)載終端的電源電壓。當(dāng)參照電橋公共(負(fù)的)端時(shí)，這些電壓表示穿過調(diào)光器的電源電壓的相反的極性。每個(gè)鏈的分配結(jié)連接到電容C12的相反端，產(chǎn)生與半周期電壓的差別成比例的差分電壓。如果差分電壓超過了大約為0.6伏的門限，兩個(gè)晶體管Q9和Q10用于產(chǎn)生公共參考信號。由晶體管Q11和Q20和電阻器R32和R34構(gòu)成的鎖存器電路具有被不穩(wěn)定性檢測器的輸出驅(qū)動(dòng)的輸入。被布線為低泄漏二極管的晶體管Q21把鎖存器的輸出從晶體管Q11的集電極指引到“同步”，即驅(qū)動(dòng)定時(shí)控制分路晶體管Q12。
晶體管Q21作為阻斷二極管動(dòng)作，以防止零交叉檢測器的任何鎖存操作?；鶚O-發(fā)射極分路電阻器R31和R33被要求最小化各自的晶體管的泄漏。相似地，電容C5和C6的出現(xiàn)是為了增強(qiáng)鎖存器電路的EFT不敏感性。另外，電容C5為任何高頻信號元件從不穩(wěn)定性檢測器的輸出提供入射。
當(dāng)操作電感性負(fù)載時(shí)，調(diào)光器電路合并適度敏感的雙向三極管開關(guān)輔助裝置以獲得可以接收的執(zhí)行水平，特別是在對稱地操作最差情況的負(fù)載類型方面，即低值VA，高電感性負(fù)載，如排氣扇電動(dòng)機(jī)。
在正常的調(diào)光操作中，IGBT最初的運(yùn)行后在固定的時(shí)間延遲后跟隨著雙向三極管開關(guān)的觸發(fā)。在此預(yù)先的雙向三極管開關(guān)延遲時(shí)間期間，電感性負(fù)載電流有在量級上發(fā)展的機(jī)會。該延遲時(shí)間因此也增大了雙向三極管開關(guān)對這么困難的負(fù)載。
但是在非常低的導(dǎo)通角設(shè)置，可能沒有充分的對可靠的雙向三極管開關(guān)鎖存可用的負(fù)載電流。在這種情況下，低電平負(fù)載DC元件將被與非線性負(fù)載感測系數(shù)相結(jié)合的調(diào)光器所支持。在這些條件下，沒有由于相對較低的均方根電流量級而損傷負(fù)載的危險(xiǎn)。如果負(fù)載DC元件電平變得過度，不穩(wěn)定性檢測器的運(yùn)行將自動(dòng)地關(guān)閉調(diào)光器控制。
一般，電容式輸入電子LV變壓器由于其導(dǎo)致的附加的調(diào)光器功率消散一般不適合前沿相位控制調(diào)光器。高電容充電電流脈沖增大了線路傳導(dǎo)EMC輻射電平，可能在電源電壓波形上產(chǎn)生重復(fù)的高頻沖擊猝發(fā)。
圖1的調(diào)光器電路合并了在IGBT導(dǎo)通時(shí)期內(nèi)適用的負(fù)載過電流感測。調(diào)光器到這種電容式負(fù)載的連接導(dǎo)致了過電流機(jī)制的持續(xù)運(yùn)行，產(chǎn)生更高的EMC輻射電平。另外，通常在最初的幾百微妙內(nèi)出現(xiàn)的高頻和幅度沖擊電流波形可導(dǎo)致雙向三極管開關(guān)的換向。如果該條件占優(yōu)勢，該不穩(wěn)定性的保護(hù)器可促使調(diào)光器控制關(guān)閉。對有最大額定負(fù)載連接的電子變壓器，該條件遠(yuǎn)不可能發(fā)生。
現(xiàn)在對如上面描述的圖1的電感性負(fù)載不穩(wěn)定性檢測器的可供選擇的電路裝置參照圖5加以描述，該圖顯示了圖1的IGBT控制的可供選擇的電路裝置。
不穩(wěn)定性檢測過程的一般運(yùn)行描述如下。用于表示導(dǎo)通時(shí)間的電容被重復(fù)地從零充電至由占優(yōu)勢的半周期導(dǎo)通時(shí)期確定的電平。在該“導(dǎo)通時(shí)間檢測”電容產(chǎn)生的電壓用于為第二電容設(shè)置峰值電壓，以表示峰值導(dǎo)通時(shí)間。該“峰值導(dǎo)通時(shí)間”電容同時(shí)被固定的dc電流槽充電。導(dǎo)致的“峰值導(dǎo)通時(shí)間”電容電壓波形包括兩個(gè)成分。(1)具有與半周期導(dǎo)通時(shí)期成比例的量級而存在的dc成分。(2)以鋸齒形式存在的AC成分，其量級由固定的參數(shù)確定，即電容值、dc電流槽的量級和重復(fù)頻率(2×電力源頻率)。
如果充分的差別在交替極性的半周期導(dǎo)通期間存在，導(dǎo)致的與“峰值導(dǎo)通時(shí)間”相關(guān)聯(lián)的AC電壓波形在僅一半的重復(fù)頻率(電源頻率)上具有兩倍于正常幅度的幅度。具有dc阻斷性質(zhì)的簡單的幅度門限檢測器用于激活鎖存電路，以便于在檢測到穩(wěn)恒態(tài)條件時(shí)禁用調(diào)光器的運(yùn)行。
參照實(shí)際元件的更詳細(xì)的描述包含在下面在調(diào)光周期的負(fù)載導(dǎo)通時(shí)期內(nèi)，晶體管Q2的集電極能經(jīng)由限流電阻器R203為“導(dǎo)通時(shí)間檢測”電容C201提供源電流。當(dāng)調(diào)光器轉(zhuǎn)換到非導(dǎo)通態(tài)時(shí)，在每個(gè)半周期末，二極管D200隔離任何與主定時(shí)電容C7的充電相關(guān)聯(lián)的電流。
晶體管Q200用于在每個(gè)半周期導(dǎo)通時(shí)期開始重置C201為0伏。相關(guān)聯(lián)的Q200的脈沖基極驅(qū)動(dòng)由與電阻器R201串聯(lián)的電容C200提供。二極管D201與電阻器R200協(xié)調(diào)工作為C200提供必要的放電路徑，為下一個(gè)電源半周期事件做準(zhǔn)備。電阻器R202分路Q200的基極-發(fā)射極以在C201的充電時(shí)期內(nèi)減小設(shè)備的截止態(tài)泄漏。
晶體管Q201被配置為射極跟隨器，這樣穿過C202的電壓在Q201基極-發(fā)射極輸入正向偏置的短暫時(shí)期內(nèi)必須跟隨C201的峰值電壓。晶體管Q202與偏置電阻器R204、R205和R206協(xié)調(diào)工作被配置為C202的電流槽。
穿過C202的鋸齒電壓波形是經(jīng)由二極管D202/D203和電容C203耦合到“門限檢測”晶體管Q203的基極的AC。串聯(lián)連接的二極管D203行使提供足夠的信號電壓壓降的功能，所以Q203在對稱的調(diào)光器運(yùn)行條件下不被驅(qū)動(dòng)，其中幅度通常較低。電阻器R207除了為C203提供反向充電電流外，還減小Q203設(shè)備的截止態(tài)泄漏。二極管D202也形成C203反向充電路徑的一部分。
在非對稱調(diào)光器運(yùn)行條件下，Q203運(yùn)行在低占空比脈沖模式。包括R208和C204的RZ網(wǎng)絡(luò)用于為導(dǎo)致的脈沖序列提供平均功能。晶體管Q204形成當(dāng)穿過C204的電壓達(dá)到臨界電平時(shí)觸發(fā)的鎖存器電路的一部分——該電平如電壓分配電阻器R209和R210與Q204基極-發(fā)射極門限電位協(xié)調(diào)工作定義的。晶體管Q205和電阻器R211和R212協(xié)調(diào)工作形成鎖存電路剩下的部分。
在電力源開啟或在PWM調(diào)光器控制驅(qū)動(dòng)初始激活時(shí)，必須確保鎖存電路被清零至在許多完整的電源周期內(nèi)為非鎖存狀態(tài)。該功能由包括R213和C205的RZ網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行，該網(wǎng)絡(luò)最初把Q2005的基極驅(qū)動(dòng)電壓保持在小于發(fā)射極參考電平的電平。
應(yīng)該理解，上面是已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，許多變形和修改是可能的，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。
權(quán)利要求
1.一種用于控制到負(fù)載的功率傳遞的調(diào)光器電路，調(diào)光器電路包括用于控制第一開關(guān)的第一控制電路；以及用于控制第二開關(guān)的第二控制電路；其中上述的第一控制電路還控制上述的第二控制電路的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的調(diào)光器電路，其中上述的第一開關(guān)和上述的第二開關(guān)被整流電路隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的調(diào)光器電路，其中上述的第一控制電路經(jīng)由上述的整流電路控制上述的第二控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的調(diào)光器電路，其中上述的第二控制電路通過感測跨上述整流電路的電壓從上述的第一控制電路獲取控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的調(diào)光器電路，其中上述的第二控制電路在感測到上述的電壓下降至低于預(yù)先設(shè)置的電壓門限后被啟動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的調(diào)光器電路，其中上述的預(yù)先設(shè)置的電壓門限由雪崩二極管確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的任何一個(gè)的調(diào)光器電路，其中上述的預(yù)先設(shè)置的電壓門限被設(shè)置為超過上述第一開關(guān)的導(dǎo)通電壓電平。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的調(diào)光器電路，其中上述的第二控制電路通過感測穿過上述的整流電路的電流從上述的第一控制電路獲取控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的調(diào)光器電路，其中上述的第二電路在感測到上述的電流上升至高于預(yù)先設(shè)置的電流門限后被啟動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任何一個(gè)的調(diào)光器電路，其中上述的第一開關(guān)是IGBT功率半導(dǎo)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的任何一個(gè)的調(diào)光器電路，其中上述的第二開關(guān)是雙向三極管開關(guān)。
12.根據(jù)任何一個(gè)前述的權(quán)利要求的調(diào)光器電路，其中上述的第一控制電路控制上述的第一開關(guān)以控制在每個(gè)半周期內(nèi)負(fù)載電壓上升的速度。
13.根據(jù)任何一個(gè)前述的權(quán)利要求的調(diào)光器電路，其中上述的第二控制電路控制上述的第二開關(guān)以控制提供給負(fù)載的負(fù)載電流。
14.根據(jù)任何一個(gè)前述的權(quán)利要求的調(diào)光器電路，其中調(diào)光器電路是前沿相位控制調(diào)光器電路。
全文摘要
公開了一種調(diào)光器電路裝置，包含了用于控制傳遞電流到負(fù)載(60)的雙向三極管開關(guān)(50)的運(yùn)行的第二控制電路(40)，和用于控制控制負(fù)載電壓上升速度的IGBT功率半導(dǎo)體開關(guān)(20)的運(yùn)行的第一控制電路(10)。第一控制電路也控制第二控制電路的運(yùn)行。
文檔編號H05B39/08GK1650674SQ03809530
公開日2005年8月3日 申請日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25日
發(fā)明者詹姆斯·羅伯特·溫德森 申請人:奇勝集成系統(tǒng)控股有限公司