[发明专利]环境调节设备的控制

说明书

技术领域

本发明涉及环境调节设备领域，如灯、加热器、空调器或类似设备。尤其是，但不完全是，本发明涉及用于控制向照明负载(如白炽灯泡或荧光灯管)提供的电能的调光器开关领域。尤其是，但不完全是，本发明涉及一种保护照明设备的方法，该照明设备包括调光器，该调光器包括可在工作时用于在每个交流电源循环期间至少一次打开和关闭一个或多个灯的半导体开关。

背景技术

老式的调光器开关使用可变电阻器来控制传递到照明负载两端的电压。这种做法的一个缺点是没有传递到该照明负载的能量反而在该可变电阻器中转变为热量，导致这种开关效率低并且具有潜在的危险。

现代调光器是通过每秒钟多次打开和关闭照明负载来减少该照明负载两端的均方根电压来工作的。这种占空比的控制方式被称为相控调光。交流电源电路提供从波峰正压经过零电压再到波谷负电压的按正弦曲线变化的电压。现代调光器是通过将交流信号的正弦波的每一周期分成照明负载被打开的部分和照明负载被关闭的部分来工作的。一种方法是每当交流电流通过零电流时(即每当该电路中的电流逆转方向时)关闭照明负载，然后在通过控制旋钮或类似装置的设置而确定的电压时打开该照明负载。另一种方法是每当交流信号通过0V时打开该照明负载，然后在通过控制旋钮或类似装置的设置而确定的电压时关闭该照明负载。在任一种情况下，随着灯在该交流周期的更长或更短时间内被打开，提供给该灯的能量数量增加或减少；换而言之，该灯的亮度与让灯被打开的交流电源的正弦波(占空比)成比例地变化。

所需的开关性能能够例如通过以下方式实现：提供由旋钮控制的可变电阻器和点火电容器，二者组合地控制半导体开关，当该电容器两端的电压超过阈值时该半导体开关进行切换，(达到该阈值电压所花费的时间由可变电阻器来控制)。因此，例如在一些现有的调光器中，半导体开关是三端双向可控硅开关元件，并且该三端双向可控硅开关元件的栅极连接在所述点火电容器和所述可变电阻器之间。

为了通过控制占空比来实现调光，通常需要使用能够以与交流电源频率相似的频率(如50Hz或60Hz)进行切换的开关。出于这个目的通常使用半导体开关。半导体开关的最常见的选择是三端双向可控硅开关元件，但使用场效应晶体管(FET)也是公知的，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

然而由于半导体开关的阻抗，在该半导体开关两端会出现有限的电压降。传递给照明负载的电流在每个周期的至少一部分期间流经该开关，所产生的功率以热量形式被消耗，从而导致开关温度的升高。当负载增长超过额定值时，该开关的温度就会超出安全范围，迟早会导致该开关的损坏。典型的调光器具有过载保护，使得当负载超过设定值时，比方说150％，该负载被切断。然而，负载超过100％但低于过载切断阈值时，仍将对该开关构成压力。此外，150％的过载电流将导致功耗是额定电流运行时所导致的功耗的225％，这样具有潜在的危险。

在许多设备中，调光器只能获得有限的空间，因此几乎没有空间可用来提供额外的保护电路。额外的电路也将带来更高的成本和更低的可靠性。

本发明的目的是缓解上述问题。替换或补充地，本发明的目的是提供一种用于控制照明负载的改进型调光器。

发明内容

根据第一个方面，本发明提供一种保护照明设备的方法，该照明设备包括(a)具有亮度、由交流电源供电的照明负载，该交流电源具有周期为t的循环；及(b)调光器，其包括在操作中接通和关闭给该照明负载的电流的半导体开关；其中在正常运行中，该开关打开该照明负载和关闭该照明负载，而该照明负载的亮度通过改变打开或关闭从而使该照明负载在周期t的更长或更短的部分x期间被打开而改变；该方法进一步包括：

监测通过该开关而流向所述照明负载的负载电流，并且当被监测的电流超过第一阈值时，减少周期t中所述照明负载被打开的部分x，使得在该开关中消耗的功率也被减少。

因此，通过利用该占空比的控制(周期t中向负载提供电流的部分x)进行减光和增亮，本发明的照明设备可以保持调光器半导体开关在安全电流(因此也在功率)限制之内，甚至对否则使该开关明显超载的负载也一样。

该开关可在每个周期内至少一次打开所述照明负载和关闭所述照明负载。该开关可在每半周期内至少一次打开所述照明负载和关闭所述照明负载。该开关可以在每半周期的开始关闭所述照明负载。该开关可以在每半周期的开始打开所述照明负载。

照明负载的亮度可以通过改变占空比来改变，例如通过增加或减少在打开/关闭照明负载和关闭/打开照明负载之间的延迟。