[发明专利]调光器保护

说明书

技术领域

本发明涉及控制到负载的电流的领域。更具体地说，但不是排他地，本发明涉及用于控制提供给照明负载(例如一个或多个白炽灯泡或荧光管)的电压的调光器(dimmer)开关的领域。更具体地说，但不是排他地，本发明涉及保护照明设施的方法，该照明设施包括调光器，该调光器包括可用来接通和切断到照明负载的电流的半导体开关。

背景技术

调光器开关的早期设计使用可变电阻器来控制传递在负载两端的电压。那个方法的缺点是，未传递到负载的能量而是转换成可变电阻器中的热量，这导致开关效率低下以及潜在的危险。

更新式的调光器通过每秒接通和断开到照明负载的电流很多次来降低负载两端的rms电压进行工作。电网(mains)AC电路提供从正峰值电压通过零电压到负峰值电压正弦改变的电压。新式调光器通过将AC信号正弦波的每个周期切成负载接通的部分和负载断开的部分进行工作。一种方法是，无论何时AC电流通过零电流(即，无论何时电路中的电流换向)都断开到负载的电流，并且然后在由控制按钮等设置确定的电压下将其回复接通。另一种方法是，无论何时AC电流通过零电流都接通到负载的电流，并且然后在由控制按钮等设置确定的电压下将其断开。在任一情况下，提供给负载的能量的量都随着负载接通达AC周期的更多或更少而增大或减小；换句话说，对于照明负载，光的亮度随着接通光的交流电源正弦波的比例(占空比)的改变而变化。

期望开关行为例如可通过提供按钮控制的可变电阻器和点火(firing)电容器来实现，该电阻器和电容器组合起来控制半导体开关，其中当电容器两端的电压超过阈值时切换半导体开关，并且达到阈值电压所花的时间由可变电阻器控制。由此，例如，在一些现有技术调光器中，半导体开关是三端双向可控硅开关元件(triac)，并且三端双向可控硅开关元件的栅极连接在点火电容器与可变电阻器之间。

为了通过控制占空比来实现调光，通常有必要使用能够以类似于AC电网频率(例如50Hz或60Hz)的频率切换的开关。为了那个目的，通常使用半导体开关。半导体开关的最常见选择是三端双向可控硅开关元件，但是还已知的是使用场效应晶体管(FET)，例如金属氧化物半导体FET(MOSFET)。许多照明控制系统中的调光器使用MOSFET开关，因为它们相比电压降大约为2V的其它器件诸如IGBT、晶闸管以及BJT，具有最低的电压降；MOSFET两端的电压降是负载电流乘以MOSFET导通时的漏-源电阻。具有50毫欧的漏-源电阻的MOSFET很容易以低价获得。这种MOSFET中的1KW负载的低功率损耗小于2.5瓦。

不过，在MOSFET开关两端存在有限电压降，并且当传递到灯或其它负载的电流流过开关达每个周期的至少一部分时，所得到的功率作为热量耗散，导致开关的温度升高。当负载增大超过额定值时，开关的温度可能超出安全限度。安装期间不正确的接线可引起MOSFET负载的短路，并且一些负载(例如卤素灯)可能无法进入短路模式。因此，在一些环境下，MOSFET可以遇到其两端施加有AC电网的短路负载，并且在这种故障期间生成的电流可能非常大，并且可能很容易损坏MOSFET。

为了保护MOSFET免于由于负载短路而遭受过大电流，有必要在电流和热耗散变得不安全之前切断MOSFET。实现切断的现有技术设计，其通常使用集成电路和电流感测元件，是相当复杂和昂贵的。

WO03/005550A1描述了一种允许两线或三线操作的电子控制系统中的设备。过电流电路感测何时通过MOSFET的电流已经超过预定电流阈值，并且然后断开MOSFET，因此它们未超过MOSFET的安全操作区曲线。锁存电路用来保持保护电路有效，甚至在已经清除了故障状况以后。保护电路输出被说成期望配置成使得它能够旁路并越过(override)正常断开阻抗，并充当MOSFET栅极和源极两端的较低电阻。通过感测在感测电阻器两端的电压，并将所生成的电压与两个晶体管的基极-发射极电压相比较以发起电流限制动作，来提供电流保护。WO03/005550A1电路使用基于集成电路(IC)的比较器，该比较器需要偏置电源(具有附带功率需要)和参考。

本发明设法减轻上面提到的问题。备选地或附加地，本发明设法提供一种用于控制例如照明设备的设备的改进调光器。

发明内容

根据第一方面，本发明提供一种连接到由AC电源供电的负载的调光器，所述AC电源具有AC周期，所述AC周期具有时间段，所述调光器包括：