[发明专利]数字控制式AC保护及衰减电路

说明书

本申请描述了数字控制式AC保护及衰减电路。该电路包括：双向开关，被配置为接收信号并且将信号提供至负载；以及系统控制器，被配置为监测信号的特性；当特性超过阈值时，将占空比小于100％的脉冲宽度调制PWM信号提供至双向开关；并且当特性低于所述阈值时，将占空比100％的PWM信号提供至双向开关。

本申请是分案申请，其母案申请的申请号为201080047547.7，申请日 为2010年10月20日，发明名称为“数字控制式AC保护及衰减电路”。

技术领域

本发明涉及用于敏感负载(sensitive load)的保护及衰减电路。更具 体地，本发明涉及针对被设计用于保护敏感AC负载的应用所优化的低成 本、高效、数字控制的AC保护及衰减电路。

背景技术

通常期望(尤其是当经常以或接近额定负载电压或电流运行时)保护 敏感负载使其免受过高的AC电压、电流、频率、温度、机械极限、或可 能导致对负载造成永久损坏的其他情况。还期望使容许AC电压和电流经 过负载而没有显著的衰减、失真、滤波。由于被AC电源驱动的负载的多 样性，电压和电流保护限制变化显著，从而需要能够支持许多不同跳变阈 值(trip threshold，跳闸阈值)的保护电路。扩音器由于以下事实而表现 为经常以或接近其额定AC功率运行的敏感负载并对AC电源保护的技术 提出了挑战：扩音器换能器通常能够处理大功率电平达较短持续时间，处 理降低的功率水平达较长持续时间。换句话说，过度的持续时间对于针对 保护的监测是关键的；功率限制(power limiting)太快则不能充分利用换 能器，而功率限制太迟将导致对换能器的永久损坏。另外，这些持续时间 系数随换能器温度和环境条件而改变。保护敏感负载免受过高的AC功率 可能是困难的任务，并且许多现有技术都未能在使容许电压和电流保持不 变地流过的同时来充分地保护负载免受所有过度的情况。

除了AC保护，还存在着期望对已知负载供电的AC电压进行持续衰 减的情况，诸如降低向扩音器供电的AC信号电平。一些扩音器应用需要 AC功率衰减从而控制扩音器的输出水平。例如，考虑由以并行布线配置 连接的四个扩音器组成的简单音频系统。可能出现期望降低四个扩音器之 一的电平的情况。这可以是分布式多分区应用或需要调低阵列中的若干元 件的线阵列应用。遗憾地是，衰减这些高功率信号是高成本的、低效的， 并且导致信号劣化。持续AC衰减的另一应用是在照明调光器中。用于照 明应用的现有AC衰减器已关注到标准线电压正弦曲线的衰减，即，50Hz 至60Hz的120伏至240伏AC，而没有致力于解决覆盖整个音频带宽(20 Hz至20Khz)的复杂信号。此外，AC调光器没有致力于与保护监测电路 的结合，使得灯或负载没有受到AC过度情况的保护。

被设计为保护敏感负载免受AC功率过度的现有电路已通常使用起 动装置(actuating device)和衰减装置的组合。已经结合了起动装置以在 过电压或过电流情况中起动或改变导电状态，而衰减系统已经被用于衰减 或降低不需要的电压或电流。一些装置由于在满足了特定条件时起动或改 变电气状态以及一旦起动就引入衰减的固有能力，因此这些装置是自起动 及衰减装置。自起动及衰减装置的实例是瞬态电压抑制二极管(TVS，相 当于大齐纳二极管)，其可以用于自整流或起动，并通过将多余电流分流 至地或者中和，有效地将电压箝位于预定阈值。已经特别地开发了双向 TVS二极管用于AC或双极DC系统。金属氧化物变阻器(通常称为MOV) 是另一普遍使用的自起动及衰减装置，其与双向TVS二极管类似地运行。 遗憾地是，诸如TVS二极管、MOV、热敏电阻等的自起动装置是不可调 节的，并且起动阈值根据环境温度和/或生产公差可以有显著变化。通常在 扩音器换能器保护电路中找到的另一起动及衰减装置是灯。如图2B所示， 通常应用在串行配置中，灯被认为是自起动的，原因在于直到流过了足够 电流时灯丝才加热(点亮)。但是，一旦建立了足够电流，灯丝发光，并 且其阻抗增加，因此允许光和热形式的功率衰减/耗散。遗憾地是，灯也有 许多不足，诸如灯丝损坏、插入损耗、标称最大阻抗、光输出、以及过高 热生成。