具有改進(jìn)的過零檢測(cè)的兩線調(diào)光器的制造方法
【專利說明】具有改進(jìn)的過零檢測(cè)的兩線調(diào)光器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年9月14日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/700,964以及2013年3月11日提交的美國專利申請(qǐng)N0.13/793，245的優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0003]負(fù)載控制裝置和系統(tǒng)控制從交流電流(AC)電源傳遞到電負(fù)載的功率量，例如，諸如照明負(fù)載。這種照明控制系統(tǒng)通常采用可控導(dǎo)通裝置，例如，諸如晶閘管或雙向晶閘管，用于控制照明負(fù)載的強(qiáng)度。該可控導(dǎo)通裝置響應(yīng)于在控制輸入接收的觸發(fā)信號(hào)在AC電源的每個(gè)半周期期間的相位角被導(dǎo)通。這樣，在每半周期，建立功率被傳遞到負(fù)載的導(dǎo)通周期和功率沒有被傳遞到負(fù)載的非導(dǎo)通周期。
[0004]在典型的正向相位控制系統(tǒng)中，觸發(fā)信號(hào)的產(chǎn)生與AC線路電壓同步。在檢測(cè)到AC線路電壓的過零之后的一段時(shí)間，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，并且可控導(dǎo)通裝置被導(dǎo)通?？煽貙?dǎo)通裝置在AC半周期的其余部分保持導(dǎo)通。在檢測(cè)過零和生成觸發(fā)信號(hào)之間的時(shí)間間隔期間，可控導(dǎo)通裝置是不導(dǎo)通的。此時(shí)間間隔也可以被稱為系統(tǒng)的相位角或觸發(fā)角。通過改變此時(shí)間間隔，傳遞到負(fù)載的有效功率改變。通常，響應(yīng)于用戶調(diào)整調(diào)光旋鈕或滑塊和/或響應(yīng)于調(diào)光信號(hào)電平，改變?cè)摃r(shí)間間隔。
[0005]圖1A-1D描繪了對(duì)可控導(dǎo)通裝置測(cè)量的示例AC電壓波形。當(dāng)可控導(dǎo)通裝置是不導(dǎo)通的，顯示裝置的完整AC電壓波形，如圖1中所示。在相對(duì)低的光度級(jí)，如圖1B所示，可控導(dǎo)通裝置在半周期的第一持續(xù)時(shí)間102(即，從AC電壓波形的當(dāng)前半周期的過零到半周期內(nèi)的點(diǎn))是不導(dǎo)通的。生成觸發(fā)信號(hào)(示為點(diǎn)“A”)。然后，可控導(dǎo)通裝置在半周期的第二持續(xù)時(shí)間104是導(dǎo)通的。圖1C和ID分別示出了 50%光度級(jí)和相對(duì)高的光度級(jí)的波形。
[0006]在低水平傳輸功率，如在圖1B中描繪，即使相位角(以及因此的導(dǎo)通期間)的小變化，通常在傳遞到負(fù)載的總RMS功率的百分比中表示相對(duì)大的變化。在這些低功率水平，AC周期之間或時(shí)間段上相位角的任何變化可能表現(xiàn)為惱人和不能接受的強(qiáng)度變化，包括光源的可見閃爍。由于相位角依賴過零的檢測(cè)，因此過零檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性是至關(guān)重要的。但是，AC線路狀態(tài)很少是理想的。并且，小于理想狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致過零檢測(cè)不準(zhǔn)確，具有隨之而來的強(qiáng)度變化和/或抖動(dòng)，以及其它問題，特別是在低水平傳輸功率時(shí)?？赡軙?huì)導(dǎo)致強(qiáng)度變化和/或閃爍的一種情況是AC線路上的間歇性和/或周期性的電噪聲。
[0007]圖2A-2C示出具有噪聲的示例AC電壓波形。例如，如圖2A所示，可以在AC線路上施加電壓峰值，當(dāng)如大型電機(jī)負(fù)載的重型設(shè)備被接通和斷開時(shí)可能發(fā)生。AC線路上的電噪聲，如這些尖峰，可能會(huì)被調(diào)光電路錯(cuò)誤地解釋為AC線路路電壓的一個(gè)或多個(gè)過零。這樣的錯(cuò)誤解釋可能導(dǎo)致照明負(fù)載中不穩(wěn)定的強(qiáng)度變化和/或閃爍。AC線路上的電噪聲的另一個(gè)共同特征可以包括不平或波狀變形，如圖2B所示，這也可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的過零檢測(cè)。AC線路上的AC基波的諧波的存在是另一個(gè)可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的過零檢測(cè)的情況。諧波的存在可以將AC線路電壓波形的形狀從純正弦波改變?yōu)榇笾抡也ㄐ危哂斜馄降姆?，而不是圓形的峰，如圖2C所示。
[0008]一種減輕噪聲對(duì)AC線路的影響的方法包括:執(zhí)行過零檢測(cè)之前對(duì)AC線路電壓濾波。例如，實(shí)時(shí)照明穩(wěn)定系統(tǒng)(RTISS)使用濾波器，以提高調(diào)光系統(tǒng)的性能。在共同轉(zhuǎn)讓的2000年7月18日公開的美國專利N0.6，091，205以及2002年4月30日公開的美國專利N0.6，380，692中描述了該RTISS技術(shù)，兩者均題為具有有源濾波器的相控調(diào)光系統(tǒng)，用于防止閃爍和不期望的強(qiáng)度變化，該申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。
[0009]三線調(diào)光系統(tǒng)及兩線調(diào)光系統(tǒng)都可以采用RTISS技術(shù)。圖3A示出三線調(diào)光系統(tǒng)300的示例。圖3B示出兩線調(diào)光系統(tǒng)302的示例。這兩種調(diào)光系統(tǒng)都具有電耦接在AC電源308和電負(fù)載310之間的調(diào)光器開關(guān)304、306。調(diào)光器開關(guān)304、306通過第一線312 (也被稱為“熱”線)連接到AC電源308，并且通過第二線314 (也被稱為“調(diào)光熱”線)負(fù)載310。然而，三線調(diào)光器開關(guān)304還具有第三線316 (也被稱為“中性”線)，它提供返回到AC電源308的返回側(cè)的路徑。兩線調(diào)光器開關(guān)306不連接到中性線316。
[0010]三線調(diào)光器開關(guān)304具有兩種可用波形。完整的(即，不切換)AC線路電壓波形318借助第三線316可用于三線調(diào)光器304。從第一線312和第二線314測(cè)量的調(diào)光電壓波形320也可用于三線調(diào)光器304。三線調(diào)光器開關(guān)304能夠使用完整的AC線路電壓波形318用于濾波，以確定AC電源308的AC線路電壓波形的過零，并生成AC負(fù)載電壓波形322 (例如，從第二線314以及第三線316測(cè)量的調(diào)光熱電壓)。另一方面，兩線調(diào)光器開關(guān)306在沒有返回到AC電源308的返回側(cè)的路徑的情況下，僅有調(diào)光電壓波形320供其使用，而不沒有完整的AC線路電壓波形318。
[0011]在兩線調(diào)光系統(tǒng)中，與濾波相關(guān)的相位延遲(例如，從濾波器的輸入到輸出)的變化可能會(huì)影響調(diào)光系統(tǒng)的穩(wěn)定性和/或過零檢測(cè)的誤差量。僅調(diào)光電壓波形320可用于濾波以確定的AC線路電壓的過零，兩線調(diào)光器開關(guān)306可以經(jīng)歷通過濾波器的相位延遲根據(jù)可控導(dǎo)通裝置的觸發(fā)角而實(shí)質(zhì)變化。為了說明，圖4提供了曲線圖402，示出如何通過低通濾波器的相位延遲根據(jù)兩線調(diào)光器開關(guān)的觸發(fā)角而變化。例如，如所示，相對(duì)大的觸發(fā)角(即，相對(duì)小的導(dǎo)通期間)可對(duì)應(yīng)于相對(duì)大的相位延遲。隨著觸發(fā)角減小(例如，從大約7毫秒至2毫秒，如示出)和導(dǎo)通期間增加，相位延遲大大降低(例如，從大約5.5毫秒到3暈秒)。
[0012]相位延遲的變化可能會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和/或過零檢測(cè)的誤差量。過零檢測(cè)的誤差可能進(jìn)一步惡化通過濾波器的相位延遲問題，隨之增加隨后的過零檢測(cè)的誤差。此正反饋效應(yīng)可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，例如，以失控狀態(tài)的形式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]如本文所公開，一種兩線照明控制裝置可以包括可控導(dǎo)通裝置、信號(hào)生成電路和濾波器?？煽貙?dǎo)通裝置響應(yīng)于控制信號(hào)將AC線路電壓供給負(fù)載。在AC線路電壓的半周期內(nèi)，可控導(dǎo)通裝置可以在第一持續(xù)時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通并且在第二持續(xù)時(shí)間內(nèi)不導(dǎo)通。信號(hào)生成電路可生成非零信號(hào)。濾波器可以在第一持續(xù)時(shí)間期間接收來自可控導(dǎo)通裝置的信號(hào)(例如，表示跨所述可控導(dǎo)通裝置的電壓的信號(hào))，以及在第二持續(xù)時(shí)間期間接收來自信號(hào)生成電路的非零信號(hào)。實(shí)際上，非零信號(hào)可以填充或補(bǔ)充來自可控導(dǎo)通裝置的信號(hào)，并且通過該非零信號(hào)的存在可以減輕通過濾波器的根據(jù)可控導(dǎo)通裝置的觸發(fā)角的任何延遲改變。
[0014]將AC線路電壓可以供給負(fù)載?？梢园凑者@樣的方式提供AC線路電壓:在AC線路電壓的半周期內(nèi)的第一持續(xù)時(shí)間內(nèi)AC線路電壓不導(dǎo)通地連接到負(fù)載，在該半周期內(nèi)的第二持續(xù)時(shí)間內(nèi)AC線路電壓導(dǎo)通地連接到負(fù)載。例如，在第一持續(xù)時(shí)間期間可以測(cè)量跨負(fù)載控制裝置生成的電壓，并且在第二持續(xù)時(shí)間期間可以生成非零幅度信號(hào)。非零幅度信號(hào)可以表示第二持續(xù)時(shí)間期間跨負(fù)載生成的電壓幅度?？梢越M合測(cè)量的第一持續(xù)時(shí)間期間跨負(fù)載控制裝置生成的電壓與非零幅度信號(hào)，以生成表示AC線路電壓的組合信號(hào)。例如，可以使用低通濾波器對(duì)組合信號(hào)進(jìn)行濾波。濾波的組合信號(hào)可以用于過零檢測(cè)。
[0015]一種照明控制裝置可以包括可控導(dǎo)通裝置和信號(hào)生成電路?？煽貙?dǎo)通裝置可以響應(yīng)于控制信號(hào)將AC線路電壓供給負(fù)載。可控導(dǎo)通裝置可以在第一持續(xù)時(shí)間內(nèi)不導(dǎo)通，并且在第二持續(xù)時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。第一持續(xù)時(shí)間和第二持續(xù)時(shí)間在AC線路電壓的相同半周期內(nèi)。信號(hào)生成電路可以生成非零幅度信號(hào)。非零幅度信號(hào)可以是正弦波形，以補(bǔ)充跨所述可控導(dǎo)通裝置的電壓。照明控制裝置還可以包括處理電路。處理電路可以在第一持續(xù)時(shí)間期間接收來自可控導(dǎo)通裝置的信號(hào)，并且在第二持續(xù)時(shí)間期間接收非零幅度信號(hào)。
【附圖說明】
[0016]圖1A-D描繪在正向相位控制調(diào)光系統(tǒng)中跨可控導(dǎo)通裝置產(chǎn)生的示例交流(AC)電壓波形。
[0017]圖2A-C示出具有噪聲的示例AC電壓波形。
[0018]圖3A和3B分別示出示例三線調(diào)光系統(tǒng)和兩線調(diào)光系統(tǒng)。
[0019]圖4是示出通過濾波器的相位延遲與兩線調(diào)光系統(tǒng)的觸發(fā)角之間的關(guān)系的曲線圖。
[0020]圖5是示例兩線調(diào)光系統(tǒng)的功能框圖。
[0021]圖6A-6E示出具有示例非零幅度信號(hào)波形的各種組合信號(hào)。
[0022]圖7是用于生成非零幅度信號(hào)的具有數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的兩線照明控制裝置的一部分的框圖。
[0023]圖8是通過圖7的照明控制裝置的控制電路周期性地執(zhí)行的過零程序的簡化流程圖。
[0024]圖9是通過圖7的照明控制裝置的控制電路執(zhí)行的調(diào)光定時(shí)器程序的簡化流程圖。
[0025]圖1OA是使用脈寬調(diào)制生成非零幅度信號(hào)的兩線照明控制裝置的一部分的框圖；圖1OB和1C呈現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)圖。
[0026]圖11是通過用于生成非零幅度信號(hào)的圖1OA的照明控制裝置的控制電路周期地執(zhí)行的bin(倉)設(shè)置程序的簡化流程圖。
[0027]圖12是通過用于生成非零幅度信號(hào)的圖1OA的照明控制裝置的控制電路執(zhí)行的bin重置程序的簡化流程圖。
[0028]圖13是示例兩線照明控制裝置的一部分的簡化示意圖。
[0029]圖14是通過圖13的照明控制裝置的控制電路周期性地執(zhí)行的采樣程序的簡化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]兩線照明控制裝置，可以通過生成和應(yīng)用非零幅度信號(hào)(例如，填充信號(hào))到濾波器的輸入端減輕通過濾波器的相位延遲的變化。為了說明，圖5是示例兩線調(diào)光系統(tǒng)500的功能框圖。系統(tǒng)500可以包括與AC電源504和電負(fù)載506 (諸如照明負(fù)載)串聯(lián)連接的兩線照明控制裝置502 (例如，調(diào)光器開關(guān)或調(diào)光單元)。
[0031]兩線照明控制裝置502可以包括在AC電源504和電負(fù)載506之間串聯(lián)電耦接的可控導(dǎo)通裝置508，諸如晶閘管，例如，雙向晶閘管。可控導(dǎo)通裝置508可以可選地包括在整流橋的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，在反串聯(lián)連接的兩個(gè)FET，一個(gè)或多個(gè)絕緣柵雙極結(jié)晶體管(IGBT)，背到背硅可控整流器(SCR)，或任何合適的雙向半導(dǎo)體開關(guān)。
[0032]通過控制電路510 (例如，控制器)控制可控導(dǎo)通裝置508，用于使可控導(dǎo)通裝置508導(dǎo)通或不導(dǎo)通?？刂齐娐?10可以直接控制可控導(dǎo)通裝置508或通過驅(qū)動(dòng)電路512控制可控導(dǎo)通裝置508，如圖5所示。驅(qū)動(dòng)電路512可以包括電路，該電路將來自控制電路510的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合使可控導(dǎo)通裝置508導(dǎo)通或不導(dǎo)通的信號(hào)?？煽貙?dǎo)通裝置508導(dǎo)通或不導(dǎo)通的定時(shí)可以由控制電路510來建立，并且設(shè)置以在負(fù)載506中建立所期望的調(diào)光級(jí)別。例如，控制電路510可以根據(jù)計(jì)算機(jī)程序和/或用戶手動(dòng)設(shè)置的操作來設(shè)定可控導(dǎo)通裝置508的定時(shí)。
[0033]控制電路510可以包括微處理器、微控制器、可編程邏輯器件(PLD)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或任何合適的控制電路。控制電路510可以包括適于控制可控導(dǎo)通裝置508的硬件、固件、軟件和/或硬件、固件和/或軟件的組合?？刂齐娐?10可以包括和/或與存儲(chǔ)器514(即，存儲(chǔ)器可以在控制電路的內(nèi)部或外部)相接口。