專利名稱：正弦波調(diào)光器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制正弦波調(diào)光器的方法，以便通過電感調(diào)光器輸出濾波器來實(shí)現(xiàn)可靠操作和有效功率傳輸。
背景技術(shù)：
可通過調(diào)光器向照明器供電，以便能以可變的、選定的光強(qiáng)級(jí)別來操作照明器。例如，經(jīng)常通過調(diào)光器向用于劇場(chǎng)、建筑物以及其它應(yīng)用的照明設(shè)備提供工作功率。用于這些用途的相角調(diào)光器是眾所周知的，并且典型地包括諸如可控硅(SCR)的固態(tài)開關(guān)，用于將AC電源與照明器負(fù)載相互連接。來自電源的交流電壓是正弦波。相位控制電路使固態(tài)開關(guān)在正弦波的半個(gè)周期內(nèi)的一點(diǎn)導(dǎo)通，該點(diǎn)被選擇以向照明器提供具有期望功率量的照明器操作脈沖，以便產(chǎn)生期望的光強(qiáng)級(jí)別。相角調(diào)光器中的可控硅在低頻執(zhí)行開關(guān)操作，例如在每秒五十或六十個(gè)周期的每個(gè)電源周期中執(zhí)行一次或兩次。
使用相角調(diào)光器，電源的半個(gè)周期期間的突然低頻開關(guān)和作為結(jié)果發(fā)生的供給照明設(shè)備的電流的突然幅度改變可以導(dǎo)致需要大量濾波的電噪聲和機(jī)械燈絲噪聲。在某些調(diào)光器應(yīng)用中，即使使用濾波，相角調(diào)光所易發(fā)生的噪聲仍不能接受。此外，相角調(diào)光器具有能夠?qū)⒅C波失真反射到系統(tǒng)供電中的缺點(diǎn)。
為了避免低頻相角調(diào)光的潛在問題，已經(jīng)提出了使用具有在高頻下操作的固態(tài)開關(guān)的脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)。通過這類被稱作開關(guān)模式或PWM電源的調(diào)光器電源，通過改變脈寬調(diào)制占空比來改變光強(qiáng)。在經(jīng)輸出負(fù)載濾波器濾波后，輸出能夠具有形狀與電源波形相似但幅度衰減的波形。典型地，輸入電源和衰減的輸出均為正弦波。因此，脈寬調(diào)制調(diào)光器也被稱作正弦波調(diào)光器。
異步正弦波調(diào)光器是眾所周知的。這類調(diào)光器使用脈寬調(diào)制技術(shù)來控制串聯(lián)在電源和輸出濾波器以及負(fù)載之間的開關(guān)器件的高頻開關(guān)。該輸出濾波器包括電感元件，當(dāng)串聯(lián)開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，在該電感元件中存儲(chǔ)能量?？缃虞敵鰹V波器和負(fù)載的鉗位部分防止不期望的電壓尖峰，并且當(dāng)串聯(lián)開關(guān)器件不導(dǎo)通時(shí)為存儲(chǔ)在輸出濾波器中的能量提供到達(dá)負(fù)載的路徑。
典型的異步正弦波調(diào)光器的鉗位部分在具有反并聯(lián)快速開關(guān)二極管的電路中包括并聯(lián)開關(guān)器件。該二極管提供開關(guān)功能，用于與電源波形同步地接通并聯(lián)鉗位開關(guān)器件，使得一個(gè)鉗位開關(guān)在正電源半周期內(nèi)導(dǎo)通，而另一個(gè)鉗位開關(guān)在負(fù)電源半周期內(nèi)導(dǎo)通。
該異步方法具有缺點(diǎn)。維持接近電源過零點(diǎn)的鉗位開關(guān)部分的精確控制是一個(gè)問題。當(dāng)負(fù)載是電抗性的，或者負(fù)載相對(duì)于輸出濾波器電感較小且電源電壓和電流不同相時(shí)，會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)困難。當(dāng)今應(yīng)用中的調(diào)光器需要控制多類電抗性負(fù)載，諸如用于氣體放電和熒光燈的電源。美國(guó)專利5,424,618；5,500,576；5,714,847和6,346,778的描述了這種類型的異步正弦波調(diào)光器。
典型異步正弦波調(diào)光器的一種替代是同步調(diào)光器，在其中鉗位部分被控制與PWM信號(hào)同步而不是與電源波形同步。在該方法中，通過反相的PWM信號(hào)來操作鉗位開關(guān)，以便當(dāng)串聯(lián)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，互補(bǔ)鉗位開關(guān)不導(dǎo)通；而當(dāng)串聯(lián)開關(guān)不導(dǎo)通時(shí)，互補(bǔ)鉗位開關(guān)導(dǎo)通。同步調(diào)光器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其對(duì)電阻性負(fù)載和電容性負(fù)載均有效操作。
同步調(diào)光器的一個(gè)潛在問題源自于交替的串聯(lián)開關(guān)和鉗位開關(guān)次序。例如，如果使鉗位開關(guān)在串聯(lián)開關(guān)達(dá)到其不導(dǎo)通狀態(tài)之前導(dǎo)通，則存在直接經(jīng)過電源延伸的低阻電流通路。這將導(dǎo)致過量電流及熱量，并且損害包括開關(guān)的電路元件。如果使串聯(lián)開關(guān)在鉗位開關(guān)達(dá)到其不導(dǎo)通狀態(tài)之前導(dǎo)通，則將存在類似的情況。
通過將每個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通延遲足夠長(zhǎng)的時(shí)間段以確?；パa(bǔ)開關(guān)的不導(dǎo)通，則可以避免串聯(lián)開關(guān)和鉗位開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通的潛在問題。但是，這會(huì)引入一個(gè)時(shí)間段，在該時(shí)間段內(nèi)，串聯(lián)開關(guān)和鉗位開關(guān)均不導(dǎo)通。在該時(shí)間段內(nèi)，缺少電流通過輸出濾波器的通路將導(dǎo)致電壓尖峰，以及對(duì)電路元件壽命和輸出功率波形的不良影響。需要提供一種通過精確控制串聯(lián)開關(guān)和鉗位開關(guān)的交替開關(guān)來操作同步正弦波調(diào)光器的方法。
美國(guó)專利5,045,774公開了一種已知的同步調(diào)光器的實(shí)施例。在該裝置中，通過由基于微處理器的控制經(jīng)隔離區(qū)應(yīng)用到功率和并聯(lián)開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)，來交替操作雙向串聯(lián)功率開關(guān)和雙向并聯(lián)或鉗位開關(guān)。該專利中公開的調(diào)光器不包括任何特定用于阻止開關(guān)導(dǎo)通重疊或開關(guān)同時(shí)不導(dǎo)通的裝置。在該類電路中，認(rèn)為交替開關(guān)定時(shí)序列源自于電路元件內(nèi)在的或確定的上升/下降/延遲時(shí)間特性，而不是因?yàn)槿魏尉_控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是，提供一種用于控制同步正弦波調(diào)光器的改進(jìn)方法。其它目的是，提供一種改進(jìn)的正弦波調(diào)光器控制方法，該方法通過輸出濾波器和負(fù)載提供有效的功率耦合，其中該負(fù)載為電阻性負(fù)載和電抗性負(fù)載；提供一種改進(jìn)的正弦波調(diào)光器控制方法，用于精確控制串聯(lián)和鉗位開關(guān)器件的交替開關(guān)順序；提供一種改進(jìn)的正弦波調(diào)光器控制方法，該方法最大化傳輸?shù)截?fù)載的有效功率并且最小化不期望的電壓瞬變；提供一種改進(jìn)的正弦波調(diào)光器控制方法，該方法避免了串聯(lián)和鉗位開關(guān)器件的重疊導(dǎo)通；提供一種改進(jìn)的正弦波調(diào)光器控制方法，該方法避免了串聯(lián)和鉗位開關(guān)器件同時(shí)不導(dǎo)通；以及提供一種正弦波調(diào)光器控制方法，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)方法所遇到的困難。
簡(jiǎn)言之，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于操作正弦波調(diào)光器以便從具有變化波形的電源提供功率輸出信號(hào)的方法，該功率輸出信號(hào)與電源具有相同波形但更小的幅度。該方法包括提供脈寬調(diào)制信號(hào)，該調(diào)制信號(hào)具有對(duì)應(yīng)于期望輸出信號(hào)幅度的占空比。電源和集成濾波器之間的串聯(lián)電路開關(guān)器件和與集成濾波器并聯(lián)的鉗位電路開關(guān)器件交替切換到導(dǎo)通狀態(tài)。該切換操作包括根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)使串聯(lián)電路開關(guān)器件導(dǎo)通，以及根據(jù)反相的脈寬調(diào)制信號(hào)使鉗位電路開關(guān)器件導(dǎo)通。串聯(lián)電路開關(guān)器件和鉗位電路開關(guān)器件的每個(gè)交替導(dǎo)通狀態(tài)被分隔一個(gè)停滯時(shí)間，在該停滯時(shí)間內(nèi)，第一和第二電路均不導(dǎo)通。


從下面在附圖中圖解的對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，可以最好地理解本發(fā)明以及上述的和其它的目的及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是同步正弦波調(diào)光器的框圖，采用該同步正弦波調(diào)光器可執(zhí)行本發(fā)明的方法；圖2是表示相角調(diào)光器的脈寬調(diào)制操作的圖；圖3是調(diào)光器的輸入線路濾波器的示意圖；圖4是調(diào)光器的輸出負(fù)載濾波器的示意圖；圖5是調(diào)光器的功率開關(guān)級(jí)的示意圖；圖6是表示在交替的串聯(lián)和鉗位開關(guān)控制信號(hào)之間軟件控制插入停滯時(shí)間的圖；圖7是表示停滯時(shí)間的持續(xù)時(shí)間與負(fù)載功率的關(guān)系的圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明，由調(diào)光器的可編程控制器執(zhí)行的用于控制正弦波調(diào)光器的串聯(lián)和鉗位開關(guān)的程序的簡(jiǎn)易流程圖；以及圖9是調(diào)光器的可編程控制器所執(zhí)行的用于提供圖8的程序所使用的PWM串聯(lián)開關(guān)控制信號(hào)、反相PWM鉗位開關(guān)控制信號(hào)和停滯時(shí)間間隔的程序的簡(jiǎn)易流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，圖1是整體由附圖標(biāo)記20表示的同步正弦波調(diào)光器的簡(jiǎn)易框圖。該調(diào)光器20連接到提供正弦交流電源波形的常規(guī)系統(tǒng)供電22，例如，額定120伏特交流電。該調(diào)光器20向負(fù)載24提供輸出功率。在典型的應(yīng)用中，負(fù)載24可以是諸如白熾燈的電阻性負(fù)載，或是諸如氣體放電燈或熒光燈用電源的電抗性負(fù)載。功率開關(guān)級(jí)26使用脈寬調(diào)制(PWM)來衰減輸入功率并向負(fù)載提供減小的輸出功率。
輸入線路濾波器28濾除可能在電源信號(hào)中出現(xiàn)的噪聲，并且確保向功率開關(guān)級(jí)26提供干凈的交流電。此外，輸入線路濾波器28濾除來自功率開關(guān)級(jí)26的開關(guān)噪聲，并且防止將噪聲傳導(dǎo)回電源22。如圖3所示，輸入線路濾波器28優(yōu)選是高階線路濾波器，其包括共模電感器30、差模電感器32、到中性差模X電容器34的連線、以及到接地共模Y電容器36的連線/中線。
輸出負(fù)載濾波器38濾除功率開關(guān)級(jí)26的PWM開關(guān)頻率，并且重建輸出電壓波形為與電源正弦波具有相同頻率的線路頻率、可變幅度正弦波。如圖4所示，輸出負(fù)載濾波器典型地可包括電容器40所表示的旁路電容器。負(fù)載濾波器的核心是與負(fù)載24串聯(lián)的輸出電感器42，該電感器存儲(chǔ)能量并平滑輸出波形。為了容納寬范圍的負(fù)載值，電感器42優(yōu)選是變感抗電感器。例如，電感器42可以在輸出電流為0.25安培時(shí)具有10毫亨的電抗，在輸出電流為10安培時(shí)具有1毫亨的電抗，在輸出電流為20安培時(shí)具有0.5毫亨的電抗。
功率開關(guān)級(jí)26包括串聯(lián)開關(guān)部分44，該串聯(lián)開關(guān)部分44串聯(lián)在電源22以及串聯(lián)連接的負(fù)載24和負(fù)載電感器42之間。功率開關(guān)級(jí)26還包括鉗位開關(guān)部分46，該鉗位開關(guān)部分46并聯(lián)跨接串聯(lián)連接的負(fù)載24和負(fù)載電感器42。通過具有為提供期望的輸出功率級(jí)而選擇的占空比的PWM信號(hào)，使串聯(lián)開關(guān)部分44在高頻下交替地導(dǎo)通和不導(dǎo)通。通過反相的PWM信號(hào)，使鉗位開關(guān)部分46交替地不導(dǎo)通和導(dǎo)通，使得當(dāng)串聯(lián)開關(guān)部分44導(dǎo)通時(shí)鉗位開關(guān)部分46不導(dǎo)通，而當(dāng)鉗位開關(guān)部分46導(dǎo)通時(shí)串聯(lián)開關(guān)部分44不導(dǎo)通。優(yōu)選在至少20千赫茲(優(yōu)選采用大約50千赫茲)的高頻下操作功率開關(guān)級(jí)26。
圖2圖示了功率開關(guān)級(jí)26的操作。圖2中所示的操作頻率非常低，并不代表實(shí)際高頻PWM操作，但是可以圖示地表示PWM操作。曲線48表示輸入的正弦ac波形。曲線50表示用于使串聯(lián)開關(guān)部分44以50％的占空比交替地導(dǎo)通和不導(dǎo)通的控制信號(hào)。曲線52表示用于使鉗位開關(guān)部分46交替地不導(dǎo)通和導(dǎo)通的互補(bǔ)控制信號(hào)。曲線54表示由串聯(lián)開關(guān)部分44對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行限幅、由輸出負(fù)載濾波器38進(jìn)行平滑所獲得的輸出負(fù)載信號(hào)。通過50％的占空比，輸出波形幅度近似為電源波形幅度的一半。
如圖1所示，通過提供如圖2中所示的那些開關(guān)控制信號(hào)，基于微處理器的可編程控制器56控制串聯(lián)開關(guān)部分44和鉗位開關(guān)部分46的操作。控制器56包括程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或者具有訪問其的途徑，并且可以通過以從數(shù)據(jù)輸入-輸出總線或器件58接收的數(shù)據(jù)的形式載入到程序存儲(chǔ)器中的指令編程。適合于本發(fā)明實(shí)施的可編程控制器的一個(gè)示例是由freestyle semiconductor，Inc.(摩托羅拉)銷售并且記載在06/03/2003第四版的56F803評(píng)估模塊硬件用戶手冊(cè)中的Model56F803混合數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和控制器，在此通過引用而并入。
在軟件控制下，控制器56經(jīng)過光隔離電路60和驅(qū)動(dòng)電路62向串聯(lián)開關(guān)部分44提供高頻PMW串聯(lián)開關(guān)控制信號(hào)。類似的，在軟件控制下，控制器56經(jīng)過光隔離電路64和驅(qū)動(dòng)電路66向鉗位開關(guān)部分46提供高頻反相PMW串聯(lián)開關(guān)控制信號(hào)。
控制器56經(jīng)過指示負(fù)載電壓和負(fù)載電流的連線68接收反饋信號(hào)。在軟件控制下可以使用這些信號(hào)來調(diào)整PWM控制信號(hào)和反相PWM控制信號(hào)，以便精確調(diào)節(jié)輸出負(fù)載信號(hào)。此外，如下面所述，根據(jù)本發(fā)明，這些信號(hào)可用于控制調(diào)光器20，以便最大化傳輸?shù)截?fù)載24的有效功率。
在連線70，控制器56接收指示電源電壓的反饋信號(hào)。該信號(hào)可在軟件控制下用于功率信號(hào)過零檢測(cè)，并用于調(diào)整PWM控制信號(hào)和反相PWM控制信號(hào)，以便精確調(diào)節(jié)輸出負(fù)載信號(hào)。與功率開關(guān)級(jí)26相關(guān)的傳感器72提供可以例如用于過高溫度功率減少或關(guān)斷性能的操作溫度反饋信號(hào)。
圖5中更詳細(xì)地表示了功率開關(guān)級(jí)26。串聯(lián)開關(guān)部分44包括金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(MOSFET)互補(bǔ)對(duì)68和70，其用作串聯(lián)連接在電源端72和負(fù)載輸出端74之間的高速、高功率、雙向開關(guān)，其中，電源端72連接到線路輸入濾波器28，負(fù)載輸出端74連接到輸出負(fù)載濾波器38的電感器42。高頻PWM控制信號(hào)使MOSFET68和70同時(shí)導(dǎo)通或不導(dǎo)通，該高頻PWM控制信號(hào)由控制器56提供，并且經(jīng)過跨接?xùn)趴剌斎攵?6和接地端77的光隔離電路60和驅(qū)動(dòng)電路62施加。連接在地和MOSFET68和70的源極之間的電流感應(yīng)電阻器78向端子80提供由控制器56用于過流保護(hù)等的信號(hào)。電阻器82用作泄流電阻器，并且穩(wěn)定連接到MOSFET68和70的柵極端的串聯(lián)電阻器。雙向齊納管84提供瞬態(tài)保護(hù)。
鉗位開關(guān)部分46包括MOSFET互補(bǔ)對(duì)86和88，其用作串聯(lián)在負(fù)載輸出端74和負(fù)載中性端90之間的高速、高功率、雙向開關(guān)。采用高頻反相PWM控制信號(hào)，使MOSFET86和88同時(shí)不導(dǎo)通或?qū)ǎ摳哳l反相PWM控制信號(hào)由控制器56提供，并且經(jīng)過跨接?xùn)趴剌斎攵?2和接地端94的光隔離電路64和驅(qū)動(dòng)電路66施加。電阻器96用作泄流電阻器，并且穩(wěn)定連接到MOSFET86和88的柵極端的串聯(lián)電阻器。雙向齊納管98提供瞬態(tài)保護(hù)。
雖然諸如IGBT的其它類型的高功率固態(tài)開關(guān)器件可用于串聯(lián)開關(guān)部分44和鉗位開關(guān)部分46，但因?yàn)镸OSFET出眾的高速度和高功率開關(guān)特性，優(yōu)選MOSFET。此外，MOSFET的雙向性能以及快速開關(guān)速度，使其優(yōu)選適用于具有串聯(lián)高速開關(guān)和鉗位高速開關(guān)的同步調(diào)光器。
根據(jù)本發(fā)明，軟件控制控制器56，以便在串聯(lián)和鉗位控制信號(hào)之間插入精確確定的停滯時(shí)間。在圖6中，這是總體圖解的，并且未按照比例繪制。曲線100表示一對(duì)串聯(lián)開關(guān)PWM“on”控制信號(hào)102，該信號(hào)用于使串聯(lián)開關(guān)部分44導(dǎo)通。這些信號(hào)被分隔“off”間隔，在該“off”間隔中，串聯(lián)開關(guān)部分44不導(dǎo)通。曲線104表示鉗位開關(guān)反相PWM“on”控制信號(hào)106，該信號(hào)用于使鉗位開關(guān)部分46導(dǎo)通。曲線104的“on”信號(hào)106位于曲線100的“off”間隔內(nèi)。
圖6的曲線108圖解停滯時(shí)間間隔110，該停滯時(shí)間間隔開始于每個(gè)串聯(lián)開關(guān)PWM“on”控制信號(hào)102的結(jié)束并且終止于每個(gè)反相PWM“on”控制信號(hào)106的開始。在該停滯時(shí)間間隔內(nèi)，串聯(lián)開關(guān)部分44和鉗位開關(guān)部分46均未接收“on”信號(hào)102或106。選擇足夠長(zhǎng)的停滯時(shí)間間隔110，使得能夠可靠地完成串聯(lián)開關(guān)部分44的開關(guān)，并避免串聯(lián)開關(guān)部分44和鉗位開關(guān)部分46同時(shí)導(dǎo)通的狀況。此外，選擇盡可能短的停滯時(shí)間間隔，即，不長(zhǎng)于為了可靠地完成開關(guān)操作所需的時(shí)間。因此，在使串聯(lián)開關(guān)部分44不導(dǎo)通后，盡快使鉗位開關(guān)部分46導(dǎo)通，以建立經(jīng)過負(fù)載24充分耗散存儲(chǔ)在輸出負(fù)載濾波器的電感器42中的能量的電路。這避免了可使期望的正弦波輸出波形失真并且導(dǎo)致電路元件損壞的不期望的電壓尖峰。
曲線108還圖解了另一停滯時(shí)間間隔112，該停滯時(shí)間間隔開始于每個(gè)反相PWM“on”控制信號(hào)106的結(jié)束并且終止于每個(gè)串聯(lián)開關(guān)PWM“on”控制信號(hào)102的開始。選擇足夠長(zhǎng)的停滯時(shí)間間隔112，使得能夠可靠地完成鉗位開關(guān)部分46的開關(guān)，并避免串聯(lián)開關(guān)部分44和鉗位開關(guān)部分46同時(shí)導(dǎo)通的狀況。如果電路特性或功率耗散要求允許，停滯時(shí)間間隔110和停滯時(shí)間間隔112有可能具有不同的長(zhǎng)度，但是，目前優(yōu)選它們具有相同的長(zhǎng)度。
在軟件控制下，由基于可編程微處理器的控制器56來提供停滯時(shí)間間隔110和112。因而，停滯時(shí)間間隔110和112具有不依賴于電路元件的復(fù)雜確定的上升、下降或延遲時(shí)間的精確值。因此，最大化有效開關(guān)和傳輸?shù)截?fù)載24的功率。如圖6中所示，通過50千赫茲的優(yōu)選PWM開關(guān)頻率，如果停滯時(shí)間間隔110和112使用固定的時(shí)間長(zhǎng)度，那么優(yōu)選的停滯時(shí)間間隔為150納秒。
固定停滯時(shí)間間隔提供了操作可靠且有效的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榭赡茈S著負(fù)載功率增加而減少停滯時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間而打折扣。根據(jù)本發(fā)明的特征，可以程序控制控制器56基于負(fù)載功率而提供可變停滯時(shí)間110和112。例如，如圖7所示，停滯時(shí)間110和112可以從在極低負(fù)載或無負(fù)載狀況下的最大值170納秒，線性地變化到輸出負(fù)載為2500瓦特時(shí)的較短持續(xù)時(shí)間110納秒?？勺兺r(shí)間甚至能夠進(jìn)一步最大化調(diào)光器20的控制效率。
在圖8的簡(jiǎn)化流程圖中圖解了可編程控制器56所執(zhí)行的用于操作串聯(lián)開關(guān)部分44和鉗位開關(guān)部分46的程序。該程序開始于塊114。在塊116，控制器發(fā)送串聯(lián)開關(guān)“on”信號(hào)102(見圖6)，使串聯(lián)開關(guān)部分44的MOSEFET68和70導(dǎo)通，允許電流從電源22通過調(diào)光器20流到負(fù)載24。信號(hào)102的持續(xù)時(shí)間存儲(chǔ)在控制器56的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，并且是輸出期望的正弦輸出負(fù)載波形到負(fù)載24所需的PWM占空比的結(jié)果。在串聯(lián)開關(guān)“on”信號(hào)102的結(jié)束，串聯(lián)開關(guān)部分44的MOSFET68和70返回到其不導(dǎo)通的狀態(tài)，中斷流到輸出負(fù)載濾波器的電感器42和負(fù)載24的電流。
在塊118，控制器等待等于停滯時(shí)間間隔110的時(shí)間段。該時(shí)間間隔存儲(chǔ)在控制器56的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。在該停滯時(shí)間間隔110內(nèi)，可靠地完成串聯(lián)開關(guān)部分44的開關(guān)操作。
在停滯時(shí)間間隔的結(jié)束，在塊120，控制器發(fā)送鉗位開關(guān)“on”信號(hào)106(見圖6)，使鉗位開關(guān)部分46的MOSEFET86和88導(dǎo)通。這使存儲(chǔ)在輸出負(fù)載濾波器的電感器42中的能量能產(chǎn)生在電感器42和負(fù)載24中流動(dòng)的電流。信號(hào)106的持續(xù)時(shí)間存儲(chǔ)在控制器56的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，并且是輸出期望的正弦負(fù)載波形到負(fù)載24所需的反相PWM占空比的結(jié)果。在鉗位開關(guān)“on”信號(hào)106的結(jié)束，鉗位開關(guān)部分46的MOSFET86和88返回到其不導(dǎo)通的狀態(tài)，中斷在輸出負(fù)載濾波器的電感器42和負(fù)載24之間流動(dòng)的鉗位電流。
在塊122，控制器56等待等于停滯時(shí)間間隔112的時(shí)間段。該時(shí)間間隔存儲(chǔ)在控制器56的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。如果停滯時(shí)間間隔110和112使用單個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度，則在編程器56的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中只需要存儲(chǔ)單個(gè)停滯時(shí)間值。在停滯時(shí)間間隔112內(nèi)，可靠地完成鉗位開關(guān)部分46的開關(guān)操作。
包括判定塊124，表示例如在調(diào)光器20關(guān)斷或類似的反饋響應(yīng)中斷的情況下，控制器向串聯(lián)開關(guān)部分44和鉗位開關(guān)部分46不連續(xù)地發(fā)送控制信號(hào)的方式。如果調(diào)光器開關(guān)操作結(jié)束，則該程序在塊126終止，如果未結(jié)束，則重復(fù)該程序。
圖9圖解用于獲得或者計(jì)算控制信號(hào)102和106以及停滯時(shí)間間隔110和112，然后存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的簡(jiǎn)化周期性程序。該程序開始于塊127。通過借助于數(shù)據(jù)總線或器件58向控制器56輸入數(shù)據(jù)，調(diào)光器20的用戶可以選擇例如對(duì)應(yīng)于照明器負(fù)載的光強(qiáng)的輸出負(fù)載幅度。在判定塊130中，檢查該輸入數(shù)據(jù)以觀察是否要求輸出負(fù)載幅度的變化。如果沒有要求，則該程序終止于末尾塊131。在此情況下，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的控制信號(hào)和停滯時(shí)間的值保持不變。
如果要求新的輸出功率幅度，則在塊132和134建立新的PWM和反相PWM占空比。存在各種可以執(zhí)行這些步驟的方法?？刂破?6能夠根據(jù)輸入數(shù)據(jù)來計(jì)算占空比和反相占空比，并且推導(dǎo)出相應(yīng)的串聯(lián)開關(guān)和鉗位開關(guān)控制信號(hào)值102和106。替代地，可以在控制器的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)查找表，以提供串聯(lián)開關(guān)和鉗位開關(guān)控制信號(hào)值102和106。在任何情況下，在塊134和136，把串聯(lián)開關(guān)和鉗位開關(guān)控制信號(hào)值102和106的持續(xù)時(shí)間存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，供圖8的程序在塊116和120訪問。
如果使用固定的停滯時(shí)間間隔，則當(dāng)經(jīng)總線或器件58輸入數(shù)據(jù)時(shí)，可在控制器56的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)該停滯時(shí)間間隔。接著可在存儲(chǔ)器中得到該停滯時(shí)間間隔，供控制器56在圖8的程序中在塊118和122使用。在此情況下，可以在塊136后的塊131結(jié)束程序。
如果使用可變停滯時(shí)間間隔，則圖9的程序還包括塊138-142。在塊138中，控制器56獲得反饋線68(圖1)所提供的負(fù)載電流和負(fù)載電壓值。在塊140中，可以基于負(fù)載電流和電壓值來計(jì)算或確定負(fù)載功率。在塊142中，通過計(jì)算或者通過訪問控制器存儲(chǔ)器中的查找表來建立停滯時(shí)間間隔。例如，可以把基于圖7的圖的查找表載入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。在該塊中，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)停滯時(shí)間110和112，或者單個(gè)停滯時(shí)間值，供圖8的程序在塊118和122使用。
雖然參考在附圖中表示的本發(fā)明實(shí)施方式的細(xì)節(jié)描述了本發(fā)明，這些細(xì)節(jié)并不傾向限制如在所附權(quán)利要求書中所要求的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于操作正弦波調(diào)光器以便從具有變化波形的電源提供功率輸出信號(hào)的方法，所述方法包括提供脈寬調(diào)制信號(hào)，該脈寬調(diào)制信號(hào)具有對(duì)應(yīng)于輸出功率信號(hào)的期望幅度比例的占空比；將電源和集成濾波器之間的串聯(lián)電路開關(guān)器件和與所述集成濾波器并聯(lián)的鉗位電路開關(guān)器件交替切換到導(dǎo)通狀態(tài)；所述切換包括根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)使串聯(lián)電路開關(guān)器件導(dǎo)通，以及根據(jù)反相脈寬調(diào)制信號(hào)使鉗位電路開關(guān)器件導(dǎo)通；以及通過停滯時(shí)間間隔來分隔串聯(lián)電路開關(guān)器件和鉗位電路開關(guān)器件的每個(gè)交替導(dǎo)通狀態(tài)，在該停滯時(shí)間間隔內(nèi)，第一和第二電路均不導(dǎo)通。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述功率輸出信號(hào)和電源具有正弦波形。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，由具有存儲(chǔ)器的基于微處理器的可編程控制器來執(zhí)行所述切換和分隔步驟，并且其中，在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)所述停滯時(shí)間間隔。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述串聯(lián)電路開關(guān)導(dǎo)通后的所述停滯時(shí)間間隔與鉗位電路開關(guān)導(dǎo)通后的所述停滯時(shí)間間隔具有相等長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述脈寬調(diào)制頻率高于約20千赫茲。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述脈寬調(diào)制頻率為約50千赫茲。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述停滯時(shí)間間隔處于約100到約180納秒的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述停滯時(shí)間間隔約為150納秒。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述停滯時(shí)間間隔是固定的。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括向所述控制器反饋輸出功率信息，以及根據(jù)反饋輸出功率信息的變化來改變控制器中的停滯時(shí)間間隔。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，當(dāng)反饋輸出功率減小時(shí)，所述停滯時(shí)間間隔增加。
12.一種用于操作正弦波調(diào)光器以便從具有變化波形的電源提供功率輸出信號(hào)的方法，所述方法包括提供脈寬調(diào)制信號(hào)，該脈寬調(diào)制信號(hào)具有對(duì)應(yīng)于輸出功率信號(hào)的期望幅度比例的占空比；將電源和集成濾波器之間的串聯(lián)電路開關(guān)器件和與所述集成濾波器并聯(lián)的鉗位電路開關(guān)器件交替切換到導(dǎo)通狀態(tài)；所述切換包括根據(jù)脈寬調(diào)制信號(hào)使串聯(lián)電路開關(guān)器件導(dǎo)通，以及根據(jù)反相脈寬調(diào)制信號(hào)使鉗位電路開關(guān)器件導(dǎo)通；以及在串聯(lián)電路開關(guān)器件的每個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)后跟隨停滯時(shí)間間隔，在所述停滯時(shí)間間隔內(nèi)，第一和第二電路均不導(dǎo)通；在具有存儲(chǔ)器的基于微處理器的可編程控制器中執(zhí)行所述切換和后續(xù)步驟，并且在所述控制器的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)所述停滯時(shí)間間隔。
13.一種同步正弦波調(diào)光器，與負(fù)載和具有交流電源信號(hào)的電源一起使用，所述同步正弦波調(diào)光器包括連接到電源的輸入線路濾波器；具有與負(fù)載串聯(lián)的輸出負(fù)載電感器的輸出負(fù)載濾波器；在所述輸入線路濾波器和所述輸出負(fù)載濾波器之間的功率開關(guān)級(jí)，所述功率開關(guān)級(jí)具有與所述輸出負(fù)載濾波器和負(fù)載串聯(lián)的串聯(lián)開關(guān)部分以及與所述輸出負(fù)載濾波器和負(fù)載并聯(lián)的鉗位開關(guān)級(jí)；具有輸入和存儲(chǔ)器的基于微處理器的可編程控制器，所述控制器基于在所述輸入接收的負(fù)載功率信息來提供串聯(lián)和鉗位控制信號(hào)，用于利用脈寬調(diào)制占空比來交替操作所述串聯(lián)和鉗位開關(guān)級(jí)到導(dǎo)通狀態(tài)；以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并由所述控制器用來分隔所述串聯(lián)和鉗位控制信號(hào)的停滯時(shí)間間隔。
14.如權(quán)利要求13所述的同步正弦波調(diào)光器，其中，所述停滯時(shí)間間隔是固定的。
15.如權(quán)利要求14所述的同步正弦波調(diào)光器，其中，所述停滯時(shí)間間隔約為150納秒。
16.如權(quán)利要求13所述的同步正弦波調(diào)光器，還包括負(fù)載和所述控制器之間的輸出功率反饋連接，并且所述控制器根據(jù)輸出功率的變化來改變所述停滯時(shí)間間隔。
17.如權(quán)利要求13所述的同步正弦波調(diào)光器，所述功率開關(guān)級(jí)和所述鉗位開關(guān)級(jí)均包括互補(bǔ)的MOSFET對(duì)。
全文摘要
輸入線路濾波器(28)將交流正弦電源(22)與具有串聯(lián)開關(guān)部分(44)和鉗位開關(guān)部分(46)的功率開關(guān)級(jí)(26)分隔。串聯(lián)開關(guān)部分(44)和鉗位開關(guān)部分(46)均包括高功率和高速M(fèi)OSFET對(duì)(68－70和86－88)。串聯(lián)開關(guān)部分(44)串聯(lián)連接在輸入線路濾波器(28)和功率開關(guān)級(jí)(26)和負(fù)載(24)之間的輸出負(fù)載濾波器(38)的電感器(42)之間。連接鉗位開關(guān)部分(46)與電感器(42)和負(fù)載(24)并聯(lián)。通過在高脈寬調(diào)制頻率下交替操作串聯(lián)(44)和鉗位開關(guān)部分(46)到導(dǎo)通狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)同步操作。選擇占空比以便提供具有期望幅度的正弦輸出波形。基于微處理器的可編程控制器(56)提供交替導(dǎo)通串聯(lián)(44)和鉗位開關(guān)部分(46)的控制信號(hào)(102，106)。存儲(chǔ)在控制器(56)的存儲(chǔ)器中的停滯時(shí)間間隔(110，112)分隔控制信號(hào)(102，106)用于可靠和有效操作。停滯時(shí)間間隔(110，112)可以是常數(shù)，或者可以根據(jù)負(fù)載功率變化而變化。
文檔編號(hào)H05B41/16GK101049050SQ200580031435
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月21日
發(fā)明者約漢·P.·塞科, 埃里克·W.·索米, 埃里克·G.·拉斯姆森 申請(qǐng)人:電子影劇院控制公司