專利名稱：包括電流放大器的光傳感器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳感器電路，并且更具體地，涉及用于亮度級切換控制的光傳感器電路。
背景技術(shù)：
光控制器是響應(yīng)于環(huán)境亮度級自動接通或關(guān)斷電裝置的裝置。它們用在例如路燈上以在白天自動關(guān)斷并且在夜晚自動接通它們。它們也用在廣告牌照明系統(tǒng)上以在傍晚接通廣告牌燈，在深夜低車流量期間關(guān)斷，在恢復(fù)高流量水平的清晨高峰期間再次接通，并且然后在白天時間期間關(guān)斷。光控制器也可反過來使用，以例如在白天期間接通高爾夫球場嗔泉并且在晚上關(guān)斷。包括光控制器的多種裝置當在許多常規(guī)的電子裝置中使用時可使用功率轉(zhuǎn)換器來將相對高電壓的交流轉(zhuǎn)換成相對低電壓的直流。一些常規(guī)的功率轉(zhuǎn)換器使用大的高電壓電阻器來使電壓下降。然而，這些電阻器典型地是低效的并且生成高的熱。從電阻器生成的熱可需要電阻器容置在大的封裝里并且包括熱耗散元件，例如散熱片。而且，由電阻器生成的高的熱可以導(dǎo)致電阻器以及位于電阻器附近的其他電子組件的可靠性和壽命方面的問題。用于功率轉(zhuǎn)換的另一個常規(guī)的方法是使用開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器。該開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器典型地需要六個晶體管或微控制器來實現(xiàn)。需要多個晶體管或微控制器可使在一些應(yīng)用(例如在光控制器)中實現(xiàn)開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器成本高昂。小的低成本的高效開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器在美國專利號6，903，942 ( “’ 942專利”)中描述，其特此通過引用而并入本文就好像全文闡述一樣?！?942專利的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器在圖I中圖示。在圖I中示出的電路是開關(guān)模式功率調(diào)節(jié)器，其實現(xiàn)電力線同步脈寬調(diào)制(觸發(fā)角調(diào)制)。電路包括功率電路和控制電路。該功率電路包括輸出級，其包括晶體管Q3。該晶體管的集電極電路包括繼電器Kl和二極管D6(稱為緩沖二極管，其與繼電器Kl并聯(lián))。電路進一步包括第一電容器C6,其稱合于晶體管Q3的基極；第一電阻器R4,其串聯(lián)耦合到該第一電容器C6 ;和第二電阻器R8，其串聯(lián)耦合到第一電阻器R4。示出的電路進一步包括與第二電阻器R8并聯(lián)耦合的第一二極管D7。電路進一步包括耦合于第一晶體管Q3的基極的第三電阻器R5和齊納二極管Dl，Dl的陰極連接到第一電容器C6和第二二極管D5，并且Dl的陽極連接到第三電阻器R5。電路還包括第四電阻器R6，其與第三二極管D5串聯(lián)耦合；繼電器K1，其與該第四電阻器R6串聯(lián)耦合；第三二極管D6，其與該繼電器Kl并聯(lián)耦合；第二電容器C5，其耦合于該第四電阻器R6，第五電阻器R7，其與第二電容器C5串聯(lián)耦合；以及插頭，其包括負載(load)、中性(neutral)、和線(line),其中負載稱合于繼電器Kl,中性稱合于晶體管Q3的發(fā)射極，并且線耦合于可變電阻器MOVl。晶體管Q3憑借脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)跨繼電器線圈Kl的平均電壓。在示出的實施例中，晶體管Q3包括雙極晶體管，然而，假如二極管被放置成陰極到漏極和陽極到源極，晶體管Q3可替代地是場效應(yīng)晶體管(FET)，或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。晶體管Q3在電力線周期開始(O度)時開始接通并且持續(xù)接通直到足夠的電流流動以使繼電器電壓維持在期望的水平。當晶體管Q3關(guān)斷時，將通過磁感應(yīng)跨繼電器線圈Kl感應(yīng)電壓。該電壓部分受到二極管D6抑制以便防止晶體管Q3由于過電壓而失效。在圖I中示出的電路利用半波整流。半波整流沒有全波整流昂貴并且需要更少的組件。因為繼電器Kl是高度感應(yīng)的，它不需要特別純凈的DC信號。例如，DC信號可包括大量的紋波，這將不影響繼電器Kl的操作。半波整流允許電路采用兩個模式操作，正的和負的。在正半個周期(positive half)期間，晶體管Q3生成電流脈沖，通過跨繼電器Kl的平均電壓調(diào)節(jié)該電流脈沖。該過程是脈寬調(diào)制。在圖I中示出的控制電路包括脈沖調(diào)節(jié)器，其的脈沖寬度與二極管Dl的齊納電壓和跨繼電器Kl的平均電壓之間的差成比例地變化。在電力線周期開始(O度)時，電流將 開始流過二極管D7、電阻器R4、電容器C6、和晶體管Q3的基極。該電流將使晶體管Q3接通，從而發(fā)起脈沖。二極管D7和電阻器R8提供半波電力整流?？绻β收髌鱀7施加電阻器R8，從而在線周期的負半個周期(negative half)期間施加負電流。電阻器R8允許施加小的負電流。電阻器R8提供負電流，其在線周期的負半個周期期間使晶體管Q3接通。通過R8傳導(dǎo)的負電荷必須超過通過電容器C6傳導(dǎo)的電荷來確保晶體管Q3將接通。負電流使整流器D6接通并且使晶體管Q3接通，從而通過電阻器R7在電容器C5的低電壓側(cè)之間提供電流通路。在示出的實施例中，沒有電阻器R7，晶體管Q3在電流脈沖期間將不飽和，從而使多余的功率在晶體管Q3中耗散。晶體管Q3集電極電壓將下降直到二極管D5將接通，從而使來自晶體管Q3的基極電流轉(zhuǎn)向并且防止晶體管Q3飽和。在晶體管Q3電流脈沖期間，跨電阻器R7生成電壓，其將使二極管D5保持接通并且防止晶體管Q3飽和。為了防止二極管D5在線周期的正半個周期期間接通，至少電容器C6的紋波電壓的電壓必須跨電阻器R7下降。晶體管Q3直到瞬時線電壓是二極管Dl的齊納電壓的近似兩倍才開始接通。電容器C5對跨繼電器Kl的電壓濾波。如果C5的電壓太小，繼電器線圈電流將在加電期間間歇振蕩從而使繼電器接觸點震顫(chatter)。因此，示出的電容器C5是足夠大的值來防止繼電器觸點的該震顫。電容器C6預(yù)先設(shè)置成輸出電壓并且提供定時功能性。在線周期的正半個周期期間，電流流過電阻器R4到電容器C6 (從而使它開始充電)，并且通過晶體管Q3的基極，這將使晶體管Q3接通。只要電流流過電容器C6，晶體管Q3保持接通。使電容器C6的值增加具有增加調(diào)節(jié)器電路的反饋環(huán)路的增益的正效應(yīng)。然而，使該值增加還使要關(guān)斷晶體管Q3的電流脈沖所花費的時間減緩(這使晶體管Q3中的換向損失增加)，并且使調(diào)節(jié)器電路在啟動時穩(wěn)定的時間增加。當該電流流動時，跨電容器C6的電壓增加。當跨電容器C6的電壓加上晶體管Q3的基極到發(fā)射極電壓達到二極管Dl的齊納電壓時，流過電容器C6的電流因為電流轉(zhuǎn)向齊納二極管而終止。齊納二極管Dl提供參考電壓，繼電器線圈電壓將被調(diào)節(jié)到該參考電壓。當通過電容器C6的電流終止時，沒有電流流到晶體管Q3的基極，從而將其關(guān)斷并且結(jié)束脈沖。在線周期的負半個周期期間，電流流過電阻器R8、二極管D6、晶體管Q3的集電極和基極、以及電阻器R5。該電流將使晶體管Q3接通。而且，在電力線周期的負半個周期期間，電阻器R5提供部分的電流通路，電容器C6通過其向C5放電。在電流脈沖結(jié)束的線周期的正半個周期期間，電阻器R5使晶體管Q3更快速地關(guān)斷，從而減少在晶體管Q3換向期間的能量損失。電阻器R5將使電流中的一些分流，其否則將在晶體管Q3基極電流脈沖期間通過晶體管Q3的基極。如果被分流的電流太多，晶體管Q3的基極電流將不足以使晶體管Q3完全接通。電容器C6現(xiàn)在將向電容器C5放電直到它們的電壓相等?？珉娙萜鰿5的電壓等于跨繼電器線圈Kl的平均電壓。二極管D7在電力線周期的負半個周期期間斷開，從而確保繼電器電流是直流。如此，電容器C6向電容器C5的放電確定晶體管Q3操作的脈沖寬度， 這進而允許電流流動來建立繼電器線圈Kl的平均值電壓。在圖I中示出的電路還包括電壓平均電路，其進一步包括電阻器R6、電容器C5、和電阻器R7。該平均電路基本上測量跨繼電器線圈Kl的平均電壓?？珉娙萜鰿5的平均電壓是電路要調(diào)節(jié)到的電壓。除形成平均電路的部分外，電阻器R7的目的是還保證二極管D5在電力線的正半個周期期間將不接通。到電阻器R8的電流流過二極管D6，從而將其接通，并且然后電流流過晶體管Q3的集電極，從而使其接通。當晶體管Q3接通時，它在晶體管Q3的發(fā)射極和電容器C5的負端之間創(chuàng)建基極電流。當電流開始流動時，二極管D5開始接通，這使電容器C6放電直到處于與電容器C5相同的電壓。電容器在平均輸出電壓處達到相等的電壓。輸出電壓到脈沖形成電路的該反饋確定晶體管Q3將接通的每個周期有多長。(反饋環(huán)路如下。繼電器線圈Kl電壓的平均電壓 > 電容器C5的電壓 > 電容器C6的電壓 > 晶體管Q3換向的占空比〉繼電器線圈Kl電壓的平均電壓)。如果跨繼電器線圈Kl的平均電壓太低，跨電容器C6的電壓將小于二極管Dl的齊納電壓，從而導(dǎo)致晶體管Q3較長的接通時間，這將使平均繼電器線圈電壓增加。如果跨繼電器線圈Kl的平均電壓太高，跨電容器C6的電壓將接近二極管Dl的齊納電壓，從而導(dǎo)致晶體管Q3較短的接通時間，這將使平均繼電器線圈電壓減小。在圖I中示出的電路還包括插頭Jl、J2、J3。插頭J1、J2、J3可以是扭鎖Hubble型連接器，用于連接線電壓、中性電壓、和負載。電路還包括金屬氧化物可變電阻器MOVl。MOVl對于電路操作不是必需的。它提供保護水平，從而消除如可能來自雷擊的高電壓瞬變。裝置，例如包括功率轉(zhuǎn)換電路(例如在圖I中圖示的)的光控制電路，一般期望具有的壽命對應(yīng)于它們用于控制的路燈/燈的壽命。這是期望的，以允許與燈同時地更換光控制電路。之前，這樣的燈的期望壽命是大約兩至三年。然而，在街道照明等中使用的現(xiàn)代的燈可具有多達二十年的壽命。然而，圖I的電路一般使用鋁電解電容器，特別對于電容器C5，其典型地將電路的壽命限制在三年(電容器的期望壽命)。美國專利申請?zhí)?2/255，881 ( “’ 881申請”)(其特此通過引用而并入本文就好像被全文闡述一樣)描述了可通過改變輸出級設(shè)計而允許圖I的電容器C5的電容值減小的光控制電路，如稍后在本文進一步論述的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供光傳感器電路，其包括配置成控制具有線周期的正半個周期和負半個周期的交流(AC)電源施加到負載的繼電器線圈。該光傳感器電路進一步包括脈寬調(diào)制器電路，其配置成生成具有響應(yīng)于跨繼電器線圈的平均電壓而變化的脈沖寬度的脈寬調(diào)制信號。該脈寬調(diào)制器包括電壓平均電路，其包括與繼電器線圈并聯(lián)耦合的電容器。驅(qū)動晶體管耦合于繼電器線圈和中性總線之間，該驅(qū)動晶體管響應(yīng)于脈寬調(diào)制信號控制跨繼電器線圈的平均電壓。光傳感器電路的光控制電路配置成響應(yīng)于檢測的亮度級控制脈寬調(diào)制信號施加到驅(qū)動晶體管。耦合于電源的半波整流器配置成在AC電源線周期的半個周期中的一個期間提供功率信號給脈寬調(diào)制器電路和光控制電路。光控制電路包括光電晶體管，其具有I禹合于功率信號的第一端子和響應(yīng)于由該光電晶體管檢測的亮度的級別輸出電流的第二端子。光控制電路進一步包括耦合于光電晶體管的第二端子的低通濾波器電路，其對光電晶體管的輸出電流濾波來提供亮度級信號電壓；和選擇晶體管，其在AC電源線周期的半個周期中的一個期間響應(yīng)于具有選擇的電平的該亮度級信號電壓使脈寬 調(diào)制信號耦合于驅(qū)動晶體管。脈寬調(diào)制器電路進一步包括電流放大器，其耦合于電壓平均電路和選擇晶體管之間。該電流放大器可在AC電源的負半個周期期間使從電壓平均電路的電容器向驅(qū)動晶體管的基極放電的電流放大以在AC電源的負半個周期期間減少從電壓電路的電容器放電的電流的量。在其它實施例中，脈寬調(diào)制器電路進一步包括占空比電容器，其在AC電源的正半個周期期間使電流放電到驅(qū)動晶體管的基極。電流放大器耦合于電壓平均電路的電容器和占空比電容器之間。脈寬調(diào)制器電路可進一步包括整流二極管，其耦合于電壓平均電路和電流放大器之間。該整流二極管可耦合于電壓平均電路的電容器的第一端子和電流放大器的基極之間并且電壓平均電路的電容器的第二端子可耦合于驅(qū)動晶體管的集電極。占空比電容器可耦合于電流放大器的集電極和發(fā)射極之間。占空比電容器可以是并聯(lián)耦合的多個電容器。在另外的實施例中，脈寬調(diào)制器電路進一步包括耦合于電流放大器的基極和集電極之間的第二二極管。在其他實施例中，脈寬調(diào)制器電路進一步包括耦合于電流放大器的基極和集電極之間的電容器。在又一些實施例中，電流放大器是PNP雙極晶體管。與繼電器線圈并聯(lián)耦合的電容器可以是陶瓷電容器。在其他實施例中，光傳感器電路是街道照明光控制裝置并且負載包括街道照明。光傳感器電路可配置成比關(guān)斷街道照明更快地接通街道照明。在另外的實施例中，低通濾波器電路包括延遲電阻器，其具有耦合于光傳感器的第一端子的第一端子；和延遲電容器，其耦合于延遲電阻器的第二端子和中性總線之間，該延遲電阻器和延遲電容器配置成向低通濾波器電路提供不對稱延遲，從而對負載提供不同的關(guān)斷和接通時間。在又一些實施例中，街道照明電路包括光傳感器電路，該光傳感器電路包括繼電器線圈，其配置成控制具有線周期的正半個周期和負半個周期的交流(AC)電源施加到路燈。脈寬調(diào)制器電路配置成生成脈寬調(diào)制信號，其具有響應(yīng)于跨繼電器線圈的平均電壓而變化的脈沖寬度。脈寬調(diào)制器包括電壓平均電路，其包括與繼電器線圈并聯(lián)耦合的陶瓷電容器。驅(qū)動晶體管耦合于繼電器線圈和中性總線之間，該驅(qū)動晶體管響應(yīng)于脈寬調(diào)制信號控制跨繼電器線圈的平均電壓。光控制電路配置成響應(yīng)于檢測的亮度級控制脈寬調(diào)制信號施加到驅(qū)動晶體管。耦合于電源的半波整流器配置成在AC電源線周期的半個周期中的一個期間提供功率信號給脈寬調(diào)制器電路和光控制電路。光控制電路包括光電晶體管。該光電晶體管具有稱合于功率信號的第一端子和響應(yīng)于由光電晶體管檢測的亮度的級別輸出電流的第二端子。耦合于光電晶體管的第二端子的低通濾波器電路對光電晶體管的輸出電流濾波來提供亮度級信號電壓。選擇晶體管在AC電源線周期的半個周期中的一個期間響應(yīng)于具有選擇的電平的亮度級信號電壓使脈寬調(diào)制信號耦合于驅(qū)動晶體管。脈寬調(diào)制器電路進一步包括耦合于電壓平均電路和選擇晶體管之間的雙極電流放大器。該電流放大器在AC電源的負半個周期期間使從電壓平均電路的陶瓷電容器向驅(qū)動晶體管的基極放電的電流放大以在AC電源的負半個周期期間減少從電壓電路的電容器放電的電流的量。整流二極管耦合于電壓平均電路的電容器的第一端子和電流放大器的基極之間。電壓平均電路的陶瓷電容器的第二端子耦合于驅(qū)動電容器的集電極。脈寬調(diào)制器電路進一步包括占空比電容器，其耦合于電流放大器的集電極和發(fā)射極之 間，該占空比電容器在AC電源的正半個周期期間使電流放電到驅(qū)動晶體管的基極。電流放大器耦合于電壓平均電路的陶瓷電容器和占空比電容器之間。


圖I是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的功率調(diào)節(jié)器的電路圖。圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光控功率調(diào)節(jié)器的電路圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的功率調(diào)節(jié)器的電路圖。圖4是在2008年10月22日提交的共同待審的美國專利申請?zhí)?2/255，881中描述的光傳感器電路的電路圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的光傳感器電路的電路圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的其他實施例的光傳感器電路的電路圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的光傳感器電路的電路圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文中參照附圖(其中示出本發(fā)明的說明性實施例)更充分地描述本發(fā)明。在圖中，區(qū)域或特征的相對大小可為了清晰而被放大。然而本發(fā)明可采用許多不同的形式體現(xiàn)并且不應(yīng)解釋為對本文闡述的實施例的限制；更確切地，提供這些實施例使得本公開將是全面和完整的，并且將使本發(fā)明的范圍充分傳達給本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員。將理解盡管術(shù)語第一、第二等可在本文中使用來描述多種元件、組件、區(qū)域、層和/或分段，這些元件、組件、區(qū)域、層和/或分段不應(yīng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)別一個元件、組件、區(qū)域、層或分段與另一個區(qū)域、層或分段。從而，下文論述的第一元件、組件、區(qū)域、層或分段可以稱作第二元件、組件、區(qū)域、層或分段而不偏離本發(fā)明的教導(dǎo)?？臻g上相關(guān)的術(shù)語，例如“在下方”、“在下面”、“較低的”、“在上面”、“較高的”等，可為了便于描述而在本文中使用來描述如在圖中圖示的一個元件或特征與另一個元件或特征的關(guān)系。將理解空間上相關(guān)的術(shù)語意在包含除在圖中描繪的取向之外還在使用或操作中的裝置的不同取向。例如，如果調(diào)轉(zhuǎn)圖中的裝置，描述為在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件然后將在其他元件或特征“上面”取向。從而，示范性術(shù)語“在下面”可以包含在上面和在下面兩個取向。裝置可用另外的方式取向(旋轉(zhuǎn)90° [度]或在其他方位)并且相應(yīng)地解釋本文使用的空間上相關(guān)的描述符。如本文使用的，單數(shù)形式“一”和“該”意在也包括復(fù)數(shù)形式，除非另外明確地陳述。將進一步理解術(shù)語“包括”、“包含”、“其包括”和/或“其包含”當在本說明書中使用時，規(guī)定陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們組成的組的存在或附加。將理解當元件稱為正“連接”或“耦合”于另一元件時，它可以直接連接或耦合于其他元件或其間的元件可是存在的。此夕卜，如本文使用的“連接”或“耦合”可包括無線連接或耦合。如本文使用的，術(shù)語“和/或”包括關(guān)聯(lián)列出的項目中的一個或多個中的任何和所有組合。除非另外限定，本文使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有和本發(fā)明所屬的領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員通常理解的相同的意思。將進一步理解例如在常用的字典中限 定的那些等術(shù)語應(yīng)解釋為具有與在本說明書和相關(guān)領(lǐng)域的上下文中的它們的意思一致的意思，并且不在理想化或過度正式的意義上解釋，除非本文明確地這樣限定。如在’942專利中描述的，在圖I中圖示的功率調(diào)節(jié)器可在如在圖2的電路圖中示出的照明控制系統(tǒng)中使用。在圖2中示出的電路使開關(guān)在黃昏時閉合并且在黎明時斷開，例如用于控制路燈。示出的電路的電力線電壓可在近似87VAC至305VAC范圍并且具有50Hz或60Hz的電力線頻率。該靈活性可允許光控制能在幾乎任何的交流應(yīng)用中使用。為了有助于穩(wěn)定的操作，控制電路作為施密特觸發(fā)器(Schmitt trigger)操作,從而在閾值電壓處將輸出切換為負的并且不切換回直到電壓降到更低的閾值電壓。繼電器線圈Kl處的電壓從交流轉(zhuǎn)換成直流并且被調(diào)節(jié)以提供繼電器Kl的正確操作。如上文指出的，因為繼電器線圈Kl的感應(yīng)特性，它的電壓可以具有大的紋波分量并且它仍將正常操作。在圖I中示出的調(diào)節(jié)的電力供應(yīng)電路向繼電器線圈Ki供應(yīng)該調(diào)節(jié)的直流。在圖2中，晶體管Q2提供開關(guān)來接通或關(guān)斷調(diào)節(jié)的電力供應(yīng)電路以便開啟或關(guān)斷到繼電器線圈Kl的電壓并且因此接通或關(guān)斷燈等。最大漏極到源極V將等于二極管Dl的齊納電壓15V。最大漏電流等于流過電阻器R4的最大電流。光電晶體管Ql的電流隨環(huán)境光照強度的增加而增加并且隨環(huán)境光照強度的減小而減小。來自光電晶體管Ql的電流穿過電阻器Rl和R2并且引起跨電阻器Rl和R2的電壓。該電壓與環(huán)境亮度級成比例并且稱為光信號。當光電晶體管Ql的輸出是電流時，電阻器R2用于將電流變換成電壓。Rl起到將由D2、D3和C2組成的電荷泵生成的反饋電流轉(zhuǎn)換成電壓的作用。通過調(diào)整Rl的電阻值，可以調(diào)整反饋的量。該電阻器可叫作磁滯控制。在街道照明中使用的大部分光控制電路中，關(guān)斷亮度級是接通亮度級的兩倍，這是期望的。Rl的值可以變化直到實現(xiàn)接通與關(guān)斷亮度級的該比例。因為光電晶體管可變化，通常調(diào)整R2來將靈敏性歸一化到期望的水平。R2可叫作“增益電阻器”。電容器Cl對光信號濾波，從而去除高頻噪聲分量，其可由照明、無線電干擾、或其他原因誘導(dǎo)。如果該電路免受外部電磁感應(yīng)(例如如由閃電引起的無線電干擾或電磁脈沖)影響，Cl可不是必需的。低通濾波器或延時電路(其包括電阻器R3和電容器C3)，使光信號延遲近似I. 5秒。延遲一般防止使燈閃爍的短持續(xù)時間、瞬時光源，例如經(jīng)過的汽車的前燈或照明閃光燈。低通濾波器的輸出施加到光電晶體管Q2的柵極，其通過光信號而接通或關(guān)斷地換向，從而接通或關(guān)斷調(diào)節(jié)的功率供應(yīng)電路以便接通或關(guān)斷到繼電器線圈Kl的電壓并且因此接通或關(guān)斷燈等?？商峁┡c電阻器R3并聯(lián)的二極管來提供不對稱延遲，從而允許對于街道照明等的關(guān)斷和接通時間不同。齊納二極管D4確保光電晶體管Ql具有跨其的正電壓。盡管在圖2中圖示二極管D4，如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員清楚的，這不是必需的。例如，可以用短路代替二極管D4，并且電路應(yīng)該繼續(xù)合適地起作用。電容器C4有助于使電路耐受無線電干擾、閃電放電、和其他干擾。與電容器Cl類似，如果該電路免受例如如由閃電引起的無線電干擾或電磁脈沖等外部電磁干擾，則C4可不是必需的。二極管D2和D3和電容器C2形成電荷泵電路。該電荷泵電路將跨電阻器R5找到 的峰-峰值交流電壓轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生正反饋所需要的極性的直流。該電荷泵電路提供與繼電器電流(輸出)成比例的正反饋來形成施密特觸發(fā)器。到光電晶體管Ql的施密特觸發(fā)器輸入有助于提供穩(wěn)定性。晶體管Q3使功率換向到繼電器，從而允許只添加一個晶體管到電路來提供光控制。正電壓源于電阻器R4的低電壓端。另外的光傳感器電路在2008年4月21日提交、題為“Photosensor CircuitsIncluding a Switch Mode Power Converter(包括開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的光傳感器電路)”的共同待審的美國專利申請?zhí)?2/102,631中描述，其公開通過引用合并于此就好像被全文闡述一樣。美國專利申請?zhí)?2/102，631的圖5圖示光傳感器電路，其中圖2的電路的電荷泵電路沒有用于正反饋，從而允許電路的組件減少和相關(guān)的成本節(jié)約，并且其中晶體管代替二極管用于使圖2的電路的低通濾波電容器放電來對負載提供不同的接通和關(guān)斷時間。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器在圖3中圖示。在圖3中示出的電路，與在圖I中看到的類似，是開關(guān)模式功率調(diào)節(jié)器，其實現(xiàn)電力線同步脈寬調(diào)制(觸發(fā)角調(diào)制)。電路包括功率電路和控制電路。圖3的電路包括電流放大器Q1，示出為PNP雙極晶體管，在圖I的電路中未找到。當用作圖I中的二極管D5的實用二極管將大體上在相反的方向中傳導(dǎo)一些電流時，二極管D2在圖3的電路中示出，其在一些實施例中可保護電流放大器Ql的基極。因為從包括圖3的組件R6、R7和C5的電壓平均電路抽取的電流將減少了電流放大器晶體管Ql的電流增益B，所以R6和R7的電阻值可以增加到B倍并且C5的電容值可以減小到B倍而不改變平均電路的時間常數(shù)。利用平均電路的電容器C5的電容值的該減小(這之前典型地需要是具有大體上短的壽命的鋁電解型電容器)，電容器C5可以是比鋁電解型電容器壽命更長的陶瓷型電容器。如上文論述的，’ 881申請公開了還可允許在平均電路中使用更長壽命的陶瓷電容器的電路。包括常閉繼電器的示例光傳感器在圖4中示出，其對應(yīng)于’ 881申請的圖7。圖4的電路與圖2的不同之處在于在圖2中示出的單個NPN晶體管Q3被NPN晶體管Q5、Q6的達林頓對(Darlington pair)Q3所取代。如此，圖4的電路可使電路的電流增益增加并且使繼電器線圈Kl電流換向所需要的電流的量減小。換句話說，圖3的實施例通過插入電流放大器而減少在線周期的負半個周期期間從電容器C5流動的非期望電流，而圖4的電路使驅(qū)動驅(qū)動晶體管Q3(因為它在圖4中是達林頓對)上的基極所需要的電流減少，從而允許C6的電容值減少，從而減少C6對在負周期期間從C5流動的電流的影響，來允許對C5使用較低的電容值。然而，達林頓對Q3的高增益和圖4中電容器C6的小的電容值可使電路比使用如參照圖3描述的電流放大器的本發(fā)明的實施例更易受電磁干擾影響。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例、包括開關(guān)模式功率調(diào)節(jié)器(其包括電流放大器)的光傳感器電路現(xiàn)在將參照圖5-7描述。圖5的實施例是不包括放大的光電晶體管的光傳感器電路，而圖6-7的實施例包括放大的光電晶體管。就2008年4月21日提交的共同待審的美國專利申請?zhí)?2/102,631中描述的電路而言，圖5-7的電路不包括圖2的電路的電荷泵電路，而包括二極管D2和D3以及電容器C2。在圖2的電路中，電荷泵電路的目的是形成創(chuàng)建施密特觸發(fā)器響應(yīng)所必需的正反饋。相 比之下，圖5-7的電路從通過光電晶體管Ql傳導(dǎo)的交流紋波獲得期望的正反饋。如在圖5-7中看到的，圖示的光傳感器電路每個包括常閉繼電器線圈K1。繼電器線圈Kl控制交流(AC)電源LINE/J1 (其帶有線周期的正半個周期和負半個周期兩者)施加到負載LOAD/J2，例如路燈。還提供第二參考極性NEUTRAL/J3。圖示的繼電器線圈Kl操作常閉開關(guān)使得街道照明的默認狀態(tài)是接通的并且施加足夠的平均電壓到繼電器線圈Kl使圖5-7的圖示電路中的街道照明關(guān)斷。然而，將理解本發(fā)明的一些實施例可配置有常開繼電器線圈。如在上文參照圖I論述的，脈寬調(diào)制器電路(其包括組件C6、R6、R7、R8和R9)，生成具有響應(yīng)于跨繼電器線圈Kl的平均電壓而變化的脈沖寬度的脈寬調(diào)制信號。該脈寬調(diào)制器包括電壓平均電路C5、R8、R9，其包括與繼電器線圈Kl并聯(lián)耦合的電容器C5。耦合于繼電器線圈Kl和中性總線NEUTRAL/J3之間的驅(qū)動晶體管Q5響應(yīng)于輸入到晶體管Q5的柵極的脈寬調(diào)制信號而控制跨繼電器線圈Kl的平均電壓。對于在圖5-7中圖示的電路，光控制電路包括在內(nèi)，其響應(yīng)于檢測的亮度級而控制脈寬調(diào)制信號施加到驅(qū)動晶體管Q5。半波整流器(其包括組件D7和R10)耦合于電源并且在AC電源LINE/J1線周期的半個周期中的一個期間提供功率信號給脈寬調(diào)制器電路和光控制電路。如在圖5-7中看到的，光控制電路包括光電晶體管Q1。光電晶體管Ql具有耦合于功率信號的第一端子和響應(yīng)于由光電晶體管Ql檢測的亮度的級別而輸出電流的第二端子。低通濾波器電路R5、C4稱合于光電晶體管Ql的第二端子，其對光電晶體管Ql的輸出電流濾波來提供高水平的電壓信號。低通濾波器電路包括延遲電阻器R5(其具有耦合于光傳感器Ql的第二端子的第一端子)和延遲電容器C4，該延遲電容器C4耦合于延遲電阻器R5的第二端子和中性總線NEUTRAL/J3之間。電阻器R5結(jié)合電容器C4形成延時電路，其可用于限制或防止光控制在發(fā)光閃光或由光電晶體管Ql檢測到的其他瞬間光源期間關(guān)斷/接通。另外，對于圖6-7的實施例，來自光電晶體管Ql的信號由晶體管Q2放大。R5、C4他們可用于向低通濾波電路提供不對稱延遲，從而結(jié)合二極管D2對負載提供不同的關(guān)斷或接通時間。
選擇晶體管Q4使脈寬調(diào)制信號在由二極管D7響應(yīng)于具有到晶體管Q4柵極的選擇水平的輸入的亮度級信號電壓而經(jīng)歷的AC電源LINE/J1線周期的整流的半個周期期間耦合于驅(qū)動晶體管Q5的基極。來自光電晶體管Ql的交流反饋信號由二極管D2轉(zhuǎn)換成直流號。另外，如參照圖3描述的，在圖5-7的電路中，脈寬調(diào)制電路進一步包括電流放大器Q3，其耦合于電壓平均電路C5、R8、R9和選擇晶體管Q4之間。該電流放大器Q3在AC電源的負半個周期期間放大從電壓平均電路的電容器C5放電到驅(qū)動晶體管Q5的基極的電流，以減少在AC電源的負半個周期期間從電壓電路的電容器C5放電的電流的量。圖5-7的脈寬調(diào)制電路進一步包括占空比電容器C6，其在AC電源的正半個周期期 間使電流放電到驅(qū)動晶體管Q5的基極。電流放大器Q3耦合于電壓平均電路的電容器C5和占空比電容器C6之間。更具體地，占空比電容器C6耦合于電流放大器Q3的集電極和發(fā)射極之間。如在圖5和6的實施例中看到的，占空比電容器C6提供為多個并聯(lián)耦合的電容器C6、C7、CS。與圖7中的單個1500納法電容器相比，這樣的設(shè)置提供了使用更小的電容器，示出為圖5-6中的470納法電容器。圖5-7的脈寬調(diào)制器電路進一步包括整流二極管D5，其耦合于電壓平均電路和電流放大器Q3之間。整流二極管D5耦合于電壓平均電路的電容器C5的第一端子和電流放大器Q3的基極之間。電壓平均電路的電容器C5的第二端子通過電阻器R9耦合于驅(qū)動晶體管Q5的集電極。圖5-7的脈寬調(diào)制器電路還包括第二二極管D4，其耦合于電流放大器Q3的基極和集電極之間。提供二極管D4來保護電流放大器Q3免于受到由二極管D5的反向泄漏引起的發(fā)射極到基極電壓擊穿的損壞。圖7的實施例進一步包括電容器C10，其耦合于電流放大器Q3的基極和集電極之間。提供電容器ClO來限制或甚至防止電噪聲(例如由無線電干擾引起的)影響光傳感器電路的操作。在一些實施例中，電流放大器Q3是PNP雙極晶體管。在其他實施例中，與繼電器線圈Kl并聯(lián)I禹合的電容器C5是長壽命的陶瓷電容器。占空比電容器C6也可以是長壽命的陶瓷電容器。因此，圖5-7的實施例可提供長壽命的、高效、高負載容量且不昂貴的光控制。在圖5-7中看到的光傳感器電路可以是街道照明光控制裝置并且負載可以是街道照明。光傳感器電路可配置成比其關(guān)斷街道照明更快地接通街道照明。如上文論述的，由于街道照明技術(shù)發(fā)展，正引入更高效且壽命更長的燈。盡管之前典型的路燈在更換之前一般持續(xù)三年是必需的，新的路燈持續(xù)長達20年。因此，可以擔保具有20年壽命的光控制也可以是期望的。這樣的延長的壽命可由在圖5-7中圖示的實施例提供。相比之下，典型的常規(guī)可用的光控制包含鋁電解電容器。這樣的鋁電解電容器大體上具有5000小時(208天)的額定壽命。這大體上還將利用鋁電解電容器的任何光控制的壽命限制在小于5000小時(208天)。通過在比它們的最大額定值低得多的電壓和溫度操作鋁電解電容器，它們的壽命和利用它們的光控制的壽命可以延長至三年而不是期望的20年。通過允許實際使用長壽命的電容器，例如陶瓷型電容器，電路壽命因為陶瓷電容器典型地持續(xù)極端時間長度而可以明顯增加。此外，因為新的LED型燈在功率上趨于更低，光控制電路自身的功率耗散組件變成照明的總效率方程的較大的百分比。如此，光控制電路的能量消耗的減少也是有益的。 前述是本發(fā)明的說明并且將不解釋為其限制。盡管已經(jīng)描述本發(fā)明的幾個示范性實施例，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易意識到在該示范性實施例中許多修改是可能的而實質(zhì)上沒有偏離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)勢。因此，所有這樣的修改規(guī)定為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如在權(quán)利要求中限定的。在權(quán)利要求中，“裝置+功能”從句意在涵蓋如執(zhí)行列舉的功能的本文描述的結(jié)構(gòu)并且不僅結(jié)構(gòu)等同物還有等同結(jié)構(gòu)。因此，將理解前述是本發(fā)明的說明并且不將解釋為對公開的特定實施例的限制，并且對公開的實施例以及其他實施例的修改意在包括在附上的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。本發(fā)明由下列權(quán)利要求限定，其中權(quán)利要求的等同物 包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種光傳感器電路，包括 繼電器線圈，其配置成控制具有線周期的負半個周期和正半個周期的交流(AC)電源施加到負載； 脈寬調(diào)制器電路，其配置成生成具有響應(yīng)于跨所述繼電器線圈的平均電壓而變化的脈沖寬度的脈寬調(diào)制信號，所述脈寬調(diào)制器包括電壓平均電路，其包括與所述繼電器線圈并聯(lián)率禹合的電容器； 驅(qū)動晶體管，其耦合于所述繼電器線圈和中性總線之間，所述驅(qū)動晶體管響應(yīng)于所述脈寬調(diào)制信號控制跨所述繼電器線圈的所述平均電壓； 光控制電路，其配置成響應(yīng)于檢測的亮度級控制所述脈寬調(diào)制信號施加到所述驅(qū)動晶體管；以及 半波整流器，其耦合所述電源，所述半波整流器配置成在所述AC電源的所述線周期的所述半個周期中的一個期間提供功率信號給所述脈寬調(diào)制器電路和所述光控制電路； 其中所述光控制電路包括 光電晶體管，所述光電晶體管具有稱合于所述功率信號的第一端子和響應(yīng)于由所述光電晶體管檢測的亮度的級別輸出電流的第二端子； 低通濾波器電路，其耦合于所述光電晶體管的所述第二端子，所述低通濾波器電路對所述光電晶體管的所述輸出電流濾波來提供亮度級信號電壓；以及 選擇晶體管，其在所述AC電源的所述線周期的所述半個周期中的所述一個期間響應(yīng)于具有選擇的電平的所述亮度級信號電壓使所述脈寬調(diào)制信號耦合于所述驅(qū)動晶體管，并且其中所述脈寬調(diào)制器電路進一步包括電流放大器，其耦合于所述電壓平均電路和所述選擇晶體管之間。
2.如權(quán)利要求I所述的光傳感器電路，其中，所述電流放大器在所述AC電源的所述負半個周期期間使從所述電壓平均電路的所述電容器向所述驅(qū)動晶體管的基極放電的電流放大，以在所述AC電源的所述負半個周期期間減少從所述電壓電路的所述電容器放電的電流的量。
3.如權(quán)利要求2所述的光傳感器電路，其中，所述脈寬調(diào)制器電路進一步包括占空比電容器，其在所述AC電源的所述正半個周期期間使電流放電到所述驅(qū)動晶體管的所述基極，并且其中所述電流放大器耦合于所述電壓平均電路的所述電容器和所述占空比電容器之間。
4.如權(quán)利要求3所述的光傳感器電路，其中，所述光傳感器電路包括街道照明光控制裝置，并且所述負載包括街道照明。
5.如權(quán)利要求4所述的光傳感器，其中，所述光傳感器電路配置成比其關(guān)斷所述街道照明更快地接通所述街道照明。
6.如權(quán)利要求3所述的光傳感器電路，其中，所述脈寬調(diào)制器電路進一步包括耦合于所述電壓平均電路和所述電流放大器之間的整流二極管。
7.如權(quán)利要求6所述的光傳感器電路，其中，所述整流二極管耦合于所述電壓平均電路的所述電容器的第一端子和所述電流放大器的基極之間，并且其中所述電壓平均電路的所述電容器的第二端子耦合于所述驅(qū)動晶體管的集電極。
8.如權(quán)利要求7所述的光傳感器電路，其中，所述占空比電容器耦合于所述電流放大器的集電極和發(fā)射極之間。
9.如權(quán)利要求8所述的光傳感器電路，其中，所述占空比電容器包括多個并聯(lián)耦合的電容器。
10.如權(quán)利要求8所述的光傳感器電路，其中，所述脈寬調(diào)制器電路進一步包括耦合于所述電流放大器的所述基極和所述集電極之間的第二二極管。
11.如權(quán)利要求10所述的光傳感器電路，其中，所述脈沖調(diào)制器電路進一步包括耦合于所述電流放大器的所述基極和所述集電極之間的電容器。
12.如權(quán)利要求I所述的光傳感器電路，其中，所述電流放大器包括PNP雙極晶體管。
13.如權(quán)利要求I所述的光傳感器電路，其中，與所述繼電器線圈并聯(lián)耦合的所述電容器包括陶瓷電容器。
14.如權(quán)利要求I所述的光傳感器電路，其中，所述光傳感器電路包括街道照明光控制裝置并且所述負載包括街道照明。
15.如權(quán)利要求14所述的光傳感器，其中，所述光傳感器電路配置成比其關(guān)斷所述街道照明更快地接通所述街道照明。
16.如權(quán)利要求I所述的光傳感器電路，其中，所述低通濾波器電路包括延遲電阻器，其具有耦合于所述光傳感器的所述第一端子的第一端子；和延遲電容器，其耦合于所述延遲電阻器的第二端子和所述中性總線之間，所述延遲電阻器和所述延遲電容器配置成向所述低通濾波器電路提供不對稱延遲，從而對所述負載提供不同的關(guān)斷和接通時間。
17.一種包括光傳感器電路的街道照明電路，包括 繼電器線圈，其配置成控制具有線周期的正半個周期和負半個周期的交流(AC)電源施加到路燈； 脈寬調(diào)制器電路，其配置成生成脈寬調(diào)制信號，所述脈寬調(diào)制信號具有響應(yīng)于跨所述繼電器線圈的平均電壓而變化的脈沖寬度，所述脈寬調(diào)制器包括電壓平均電路，其包括與所述繼電器線圈并聯(lián)耦合的陶瓷電容器； 驅(qū)動晶體管，其耦合于所述繼電器線圈和中性總線之間，所述驅(qū)動晶體管響應(yīng)于所述脈寬調(diào)制信號控制跨所述繼電器線圈的平均電壓； 光控制電路，其配置成響應(yīng)于檢測的亮度級控制所述脈寬調(diào)制信號施加到所述驅(qū)動晶體管；以及 半波整流器，其耦合于所述電源，所述半波整流器配置成在所述AC電源的所述線周期的所述半個周期中的一個期間提供功率信號給所述脈寬調(diào)制器電路和所述光控制電路； 其中所述光控制電路包括 光電晶體管，所述光電晶體管具有稱合于所述功率信號的第一端子和響應(yīng)于由所述光電晶體管檢測的亮度的級別輸出電流的第二端子； 低通濾波器電路，其耦合于所述光電晶體管的所述第二端子，所述低通濾波器電路對所述光電晶體管的所述輸出電流濾波來提供亮度級信號電壓；以及 選擇晶體管，其在所述AC電源的所述線周期的所述半個周期中的所述一個期間響應(yīng)于具有選擇的電平的所述亮度級信號電壓使所述脈寬調(diào)制信號耦合于所述驅(qū)動晶體管，并且 其中所述脈寬調(diào)制器電路進一步包括雙極電流放大器，其耦合于所述電壓平均電路和所述選擇晶體管之間，其中所述電流放大器在所述AC電源的所述負半個周期期間使從所述電壓平均電路的所述陶瓷電容器向所述驅(qū)動晶體管的基極放電的電流放大，以在所述AC電源的所述負半個周期期間減少從所述電壓電路的所述電容器放電的電流的量，并且其中整流二極管耦合于所述電壓平 均電路的所述電容器的第一端子和所述電流放大器的基極之間，并且其中所述電壓平均電路的所述陶瓷電容器的第二端子耦合于所述驅(qū)動晶體管的集電極，并且其中所述脈寬調(diào)制器電路進一步包括占空比電容器，其耦合于所述電流放大器的集電極和發(fā)射極之間，所述占空比電容器在所述AC電源的所述正半個周期期間使電流放電到所述驅(qū)動晶體管的所述基極，并且其中所述電流放大器耦合于所述電壓平均電路的所述陶瓷電容器和所述占空比電容器之間。
全文摘要
光傳感器電路，包括配置成控制交流(AC)電源施加到負載的繼電器線圈。該電路包括脈寬調(diào)制器電路，其配置成生成具有響應(yīng)于跨繼電器線圈的平均電壓而變化的脈沖寬度的脈寬調(diào)制信號，該脈寬調(diào)制器電路包括平均電路的電容器，其與繼電器線圈并聯(lián)耦合。驅(qū)動晶體管耦合于繼電器線圈和中性總線之間，該驅(qū)動晶體管響應(yīng)于脈寬調(diào)制信號控制跨繼電器線圈的平均電壓。包括選擇晶體管的光控制電路配置成響應(yīng)于檢測的亮度級控制脈寬調(diào)制信號施加到驅(qū)動晶體管。脈寬調(diào)制器電路進一步包括電流放大器，其耦合于電壓平均電路和選擇晶體管之間。該電流放大器可在AC電源的負半個周期期間使從電壓平均電路的電容器向驅(qū)動晶體管的基極放電的電流放大，以在AC電源的負半個周期期間減少從電壓電路的電容器放電的電流的量。
文檔編號H05B37/02GK102823329SQ201180017905
公開日2012年12月12日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者R.C.弗拉赫蒂 申請人:泰科電子有限公司