專利名稱：電源系統(tǒng)、燈系統(tǒng)和控制光強度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源系統(tǒng)、 一種光強度可控的電燈系統(tǒng)和一種 控制光強度的方法。
背景技術(shù)：
已知借助相角剪切來實現(xiàn)對電燈光強度的控制。利用這 一 技 術(shù)，供給電燈的交流系統(tǒng)供電電流與系統(tǒng)供電的交流循環(huán)同相地被 周期性切斷和再次接通。根據(jù)期望光強度來選擇切斷供電電流的相角。
在高功率燈如紅外光加熱燈的情況下，這一纟支術(shù)具有如下弊
端它生成強的AC信號諧波，這些諧波可能干擾連接到交流系統(tǒng) 供電的其它設(shè)備的操作。
一種減少由相角剪切生成的諧波的已知方式是將進行交流電 流切斷的周期增加至交流循環(huán)周期的整數(shù)倍。然而，對于電燈而言 這并非總是可接受的，因為這樣的長周期造成人類可視的燈強度閃 爍。
US 6,028,421描述一種具有兩個燈的燈系統(tǒng)。在不同的基本循 環(huán)中接通和關(guān)斷不同燈，其中燈在 哭流系統(tǒng)電源循環(huán)的半循環(huán)期間 接收電流。因此在不生成強諧波的情況下控制了光強度。然而由于 閃爍，該系統(tǒng)并不適合于光能夠被單獨觀看的燈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一個目的特別在于，提供一種功率輸出可控的電源系 統(tǒng)，其中生成的諧波并不強，并且其中避免功率在交流循環(huán)頻率以 下隨子諧波頻率變化。本發(fā)明一個目的特別在于，提供一種光強度可控的燈系統(tǒng)，其 中生成的諧波并不強，并且其中使人類可見閃爍最小化。
提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電源系統(tǒng)。這里，在每個交流 循環(huán)的正半循環(huán)中的可選相位點接通或者關(guān)斷多個負載如燈的第一 半負載，并且以相同方式、但是在晚半個循環(huán)的負半循環(huán)中切換第 二半負載?？梢愿鶕?jù)期望光強度選擇所選相位點。因此諧波生成減 少，具有最少量的閃爍。
在一個實施方式中，該系統(tǒng)包括至少四個負載，并且在對第一 半負載中第一和第二子組進行接通或者關(guān)斷的所選相位點之間有時 間偏移。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這使得可以實現(xiàn)干擾規(guī)范所要求的諧波水平。


本發(fā)明的這些和其它目的以及有利方面將根據(jù)使用以下附圖 的示例實施方式描述變得清楚。
圖1示出了燈系統(tǒng)；
圖2示出了燈系統(tǒng)中的燈電流；
圖3示出了另一燈系統(tǒng)中的燈電流；
圖3a示出了組合電流；
圖4示出了控制電路的一個實施方式。
具體實施例方式
圖1示出了電源系統(tǒng)。通過實例的方式示出了如下燈系統(tǒng)，該 燈系統(tǒng)包括交流電源連接端子10、 11、燈12、開關(guān)14、控制電路 !6和功率控制接口 18。燈12和開關(guān)14布置于相應(yīng)串聯(lián)布置中，每 個串聯(lián)布置包括在交流電源連接端子10、 11之間串聯(lián)電連接的燈12 和開關(guān)。功率控制接口 18可以是功率選擇開關(guān)、遙控單元等。功率 控制接口 18具有耦合到控制電路16的輸出?？刂齐娐?6可以例如 包括編程的微控制器電路或者專用功率控制電路?？刂齐娐?6具有 耦合到交流電源連接端子10、 11的輸入和耦合到開關(guān)14的控制輸入的輸出。開關(guān)14可以例如實施為雙向MOSFET、三端雙向可控石圭 開關(guān)元件(triacs)等。
在操作中，控制電路16控制開關(guān)14的接通/關(guān)斷?？刂齐娐?16從控制接口 18接收功率設(shè)置?？刂齐娐?6在交流電源連接端子 10、 11檢測交流電源電壓的預(yù)定參考相位點。控制電路16控制開關(guān) 14,以在根據(jù)參考相位點檢測的AC循環(huán)中的所選相位點處執(zhí)行接 通和關(guān)斷。控制電路16根據(jù)來自控制接口 18的功率設(shè)置來確定所 選相位點。
圖2在第一條跡線中示出了交流電壓且分別在第二和第三條 跡線B、 C中示出了兩盞燈12中第一組和第二組的燈電流?？梢钥?出，供給第一組中的燈12的電流在交流系統(tǒng)電源循環(huán)的每個正電流 半循環(huán)開始時切斷，而在交流系統(tǒng)電源循環(huán)的正電流半循環(huán)期間的 所選相位點20處恢復(fù)接通。與之相比，供給第二組中的燈12的電 流在交流系統(tǒng)電源循環(huán)的每個負電流半循環(huán)開始時切斷而在交流系 統(tǒng)電源循環(huán)的負電流半循環(huán)期間的所選相位點22處恢復(fù)4妄通。
控制電路16 4吏交流系統(tǒng)電源循環(huán)的正負電流半循環(huán)期間的所 選相位點20、 22彼此相等。燈具有相等電阻。因此沒有凈直流電流 從系統(tǒng)電源端子10、 ll流動。由于在每個半循環(huán)期間僅4妄通燈的一 部分，所以與將同時接通所有燈的情況相比減少了諧波強度。由于 所有燈都是在每個交流系統(tǒng)電源循環(huán)中接通和關(guān)斷，所以不能觀察 到可見閃爍?？梢宰⒁膺@一切換方法可以應(yīng)用于任何偶數(shù)數(shù)目的燈， 例如兩盞燈而不是圖1的系統(tǒng)的四盞燈。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在如圖2中所示標(biāo)準(zhǔn)正常家用系統(tǒng)電源組(16安 培)電流切換中可能的電流極限內(nèi)的最大值仍然可能生成不可接受 的強諧波。例如在3000瓦特的燈系統(tǒng)中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)奇數(shù)九次到十五次 諧波可能超過管理機構(gòu)例如在IEC 61000-3-2規(guī)范中強制的最大值。
圖3示出了針對四盞燈的改進燈電流。與圖2中一樣，使用第 一和第二組燈，供給第 一和第二組中的燈的電流分別在交流系統(tǒng)電 源循環(huán)的每個正半循環(huán)和每個負半循環(huán)的時間間隔期間保持關(guān)斷。然而，圖3的時間間隔有別于圖2的時間間隔，因為同一組燈4妻通 的相位點30a、 30b、 32a、 32b相對于彼此偏移。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過選擇 該偏移的大小可以控制諧波的強度。這使得有可能將諧波的強度減 少至可接受的水平。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這足以實現(xiàn)在IEC 61000-3-2規(guī)范強 制的水平以下的水平。圖3a示出了經(jīng)過不同負載的電流之和這一所 得總電流。
這一功率控制形式例如對于具有IR(紅外)燈的日光浴室尤 其有用。這種燈的高強度對于某些用戶而言可能令人不悅，從而造 成希望控制強度。同時應(yīng)當(dāng)避免來自不同燈的強度之間的可感知差 異和燈的可見閃爍。這可以利用所示燈系統(tǒng)來實現(xiàn)。
應(yīng)當(dāng)注意，相位點可以設(shè)置于交流循環(huán)中的任一處。圖3示出 了其中相位點在90度相位附近的例子，但是這僅為一個例子，還可 以^使用其它相位點。當(dāng)^f吏用三端雙向可控石圭開關(guān)元件作為開關(guān)時， 對每個開關(guān)的關(guān)斷應(yīng)當(dāng)如圖所示出現(xiàn)在零電流經(jīng)過開關(guān)的附近。當(dāng)
使用其它類型的開關(guān)時，關(guān)斷可以出現(xiàn)在任何相位，并且可以在對 不同開關(guān)的關(guān)斷之間使用偏移。
可以使用編程的微控制器來實施控制電路16。在一個實施方 式中，這一微控制器具有一個或者多個計時器和過零檢測器。過零 檢測器在端子IO、 11檢測在系統(tǒng)電源輸入的過零，并且用信號將它 們通知給微控制器。作為響應(yīng)，微控制器執(zhí)行程序部分以關(guān)斷至燈 12第一半的開關(guān)14,并且啟動一個或者多個計時器以對從過零到第 一所選相位點或者第 一 和第二所選相位點的所選時間間隔進行計 數(shù)。該時間間隔根據(jù)期望的功率水平來選擇；可替代地，微控制器 可以執(zhí)行多個指令，指令的數(shù)目根據(jù)期望功率水平來選擇。
當(dāng)計時器用信號通知已經(jīng)達到第 一相位點時，微控制器執(zhí)行程 序部分，以接通至圖2a、圖2b中所示實施方式情況下燈12的第一 半或者圖3中所示實施方式中第一半中的一半的開關(guān)14。在圖3的 實施方式中，微控制器接著在將電流恢復(fù)接通至燈12的第一半中的 其余燈之前執(zhí)行指令，以對偏移進行報數(shù)，或者再次啟動計時器以對偏移進行計數(shù)，或者等待來自第二計時器的信號。在下一過零(變 成相反極性的半循環(huán))之后，微控制器針對燈的第二半進行相同操作。
圖4示出了用于控制燈的專用控制電路的一個實施方式。該電 路包括過零檢測器40、第一和第二控制寄存器42a、 42b、 44a、 44b、 OR門45以及第一和第二延遲電路46、 48。過零4全測器40具有耦 合到交流系統(tǒng)供電端子10、 ll的輸入，以及用于用信號通知交流電 壓在相應(yīng)方向上的過零的第一和第二輸出。過零檢測器40的第一輸 出耦合到第一控制寄存器42a、 42b的復(fù)位輸入。第二輸出耦合到第 二控制寄存器44a、 44b的復(fù)位輸入。第一和第二輸出耦合到OR門 45的輸入，該OR門的輸出耦合到第一延遲電路46的輸入(通過示 例來示出OR門；作為一種替代，過零檢測器40可以具有用于用信 號通知任何方向上的過零的輸出)。
第一延遲電路具有耦合到功率控制接口 18 (未示出)的延遲 控制輸入。第一延遲電路46的輸出耦合到第二延遲電路48的輸入。 延遲電路46的輸出耦合到第 一控制寄存器42a其中之一和第二控制 寄存器44a其中之一的這一組輸入。第二延遲電路46的輸出耦合到 第一控制寄存器42b其中另一個和第二控制寄存器44b其中另一個 的這一組輸入。控制寄存器42a、 42b、 44a、 44b的輸出耦合到開關(guān) 14 (未示出)中的相應(yīng)開關(guān)。
在操作中，控制寄存器42a、 42b、 44a、 44b當(dāng)被設(shè)置時使開 關(guān)(未示出)允許電 流流過燈(未示出)。當(dāng)過零4企測器40才企測到 一個方向上的過零時，它復(fù)位第一控制寄存器42a、 42b的復(fù)位，以 中斷對一半的 燈的交流電流供應(yīng)。在由第一延遲電路46確定的延遲 之后，設(shè)置第一控制寄存器42a其中的第一個第一控制寄存器以恢 復(fù)供給該 一半中的 一盞燈的電流，而利用由第二延遲電路48確定的 附加延遲，設(shè)置第一控制寄存器42b中的第二個第一控制寄存器以 恢復(fù)供給該一半中的另 一盞燈的電流。第一延遲電路46執(zhí)行對供應(yīng) 的功率的控制。第二延遲電路48執(zhí)行用來減少諧波的偏移。當(dāng)過零檢測器40檢測到相反方向上的過零時，針對燈的另 一 半進行相同操作。
通過改變偏移直至發(fā)現(xiàn)使得符合最大可接受諧波水平的值，并 且通過將該值編程到微控制器中或者選擇對應(yīng)延遲電路，可以以實 驗方式選擇偏移。在原理上，相同偏移可以用于所有功率水平，但 是取而代之可以根據(jù)功率來改變偏移，在與交流供應(yīng)電壓的過零更 接近地恢復(fù)接通電流時較少偏移就足夠。
雖然已經(jīng)示出具有四盞燈的一個實施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解可以 使用更大數(shù)目的燈，優(yōu)選為偶數(shù)盞燈。在這一情況下，將燈劃分成 兩組，供給這兩組的電流分別在系統(tǒng)電源交流循環(huán)的正半循環(huán)和負 半循環(huán)中的相應(yīng)時間間隔期間關(guān)斷。如果諧波水平仍要降低，則將 這些組的燈劃分成燈的子組。供給每個子組中的燈的電流在與該子 組對應(yīng)的相位點接通，不同子組的相位點相對于纟皮此偏移?？梢耘c
圖3的例子中一樣使用兩個子組，其中每個子組由一盞燈組成，但_ 是可以使用更大數(shù)目的子組和/或每個子組可以包含更多燈。
例如可以^使用六盞燈，其中在第一組中有三盞(在正半循環(huán)中 的時間間隔期間關(guān)斷)并且在第二組中有三盞(在正半循環(huán)中的時 間間隔期間關(guān)斷)。在這一情況下，供給每個子組中的每盞燈的電 流可以在不同相位點接通，或者供給一組中的兩盞燈的電流可以在 一個相位點接通，而供給該組中的第三盞燈的電流在不同相位點接 通?？梢愿鶕?jù)期望諧波水平進行選擇。類似地，在使用八盞燈的另 一實施方式中，在第一組中有四盞(在正半循環(huán)中的時間間隔期間 關(guān)斷)并且在第二組中有四盞(在正半循環(huán)中的時間間隔期間關(guān)斷)。 在這一情況下，供給每個子組中的每盞燈的電流可以在不同相位點 接通，或者供給一組中的兩盞燈的電流可以在一個相位點接通，而 供給該組中的其它燈的電流在不同相位點接通，等等。
雖然已經(jīng)描述其中燈在過零時關(guān)斷和在根據(jù)期望功率水平選 擇的相位點處接通的實施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，在一個替代實施方 式中，燈的第一半可以在根據(jù)期望功率水平選擇的相位點在每個正極性的半循環(huán)期間關(guān)斷而在下 一 過零時接通。燈的第二半可以在每 個負極性的半循環(huán)中以相同方式來操作。在這一實施方式中，可以 在對所述第 一半中的不同燈的關(guān)斷之間和在對所述第二半中的不同 燈的關(guān)斷之間使用偏移。
優(yōu)選的是，用于每盞燈的成對接通/關(guān)斷點之一與過零重合或 者接近重合(例如，落在與過零相距交流循環(huán)的十分之一內(nèi))。取 而代之，可以使用任何相位點，但是這不必要地增加諧波。
如將理解的那樣，燈系統(tǒng)的控制范圍落在半功率與全功率之
間，因為所有燈將在交流循環(huán)的至少半個周期期間接收電流。如果 這一 范圍過大，則可以使用未通過控制電路來接通和關(guān)斷的附加燈。 盡管已經(jīng)在附圖和前文描述中具體地圖示和描述本發(fā)明，但是
這樣的圖示和描述將視為示例或者舉例而不是限制；本發(fā)明不限于
公開的實施方式。雖然已經(jīng)使用燈系統(tǒng)來給出例子，但是應(yīng)當(dāng)理解， 燈可以由其它類型的負載取代從而使燈系統(tǒng)稱為電源系統(tǒng)。在一個 例子中，負載可以是加熱元件，該系統(tǒng)減少了受控加熱功率隨頻率 在交流頻率以下的加熱變化，具有最小的干擾。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施要求保護的本發(fā)明時根據(jù)對附圖、公開 內(nèi)容和所附權(quán)利要求的研讀可以理解和實現(xiàn)對7>開的實施方式的其 它變化。在權(quán)利要求書中，措辭"包括"并不排除其它單元或者步驟， 而不定冠詞"一/一個，，并不排除多個。單個處理器或者其它單元可以 實現(xiàn)權(quán)利要求中記載的數(shù)項的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中 記載某些措施這僅有的事實并不表明不能有利地運用這些措施的組 合。權(quán)利要求書中的任何標(biāo)號不應(yīng)理解為對范圍的限制。
1權(quán)利要求
1.一種電源系統(tǒng)，包括-交流電源端子(10，11)，用于在周期性交流循環(huán)中接收交流電壓；-多個負載(12)；-開關(guān)(14)，與所述負載(12)串聯(lián)地耦合在所述電源端子(10，11)之間；-控制電路(16)，耦合到所述開關(guān)(14)的控制輸入，并且配置成通過使所述開關(guān)(14)在所述交流循環(huán)的每個正半循環(huán)期間的一個或者多個可選相位點(30a、30b)接通或者關(guān)斷供給所述多個負載(12)中的第一半負載的電流，并且在與所述負載(12)中的所述第一半中的對應(yīng)負載異相的半個交流循環(huán)切換供給所述多個負載(12)中的第二半負載的電流，來控制向所述負載(12)供應(yīng)的能量。
2. —種電源系統(tǒng)，其中所述負載是燈(12)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中所述多個負載(12) 包括至少四個負載(12),所述可選相位點包括相對于彼此有時間 偏移的至少兩個相位點(230a、 230b)，所述控制電^各被配置成在 所述至少兩個相位點(30a、 30b)中的相應(yīng)相位點接通或者關(guān)斷所 述第一半負載中的相應(yīng)子組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或者3所述的電源系統(tǒng)，其中所述控制 電路(16)被配置成在每個正半循環(huán)開始時關(guān)斷供給所述多個負載 中的第一半負載(12)的電流，并且在每個正半循環(huán)中的所述相位 點(30a、 30b)中的所述相應(yīng)相位點接通供給所述子組的相應(yīng)子組 中的負載的電 流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或者4所述的電源系統(tǒng)，其中所述控 制電路(16)被配置成在每個正半循環(huán)中的所述相位點(30a、 30b) 中的所述相應(yīng)相位點關(guān)斷供給所述子組的相應(yīng)子組中的負載(12)的電流，并且在每個正半循環(huán)結(jié)束時接通供給所述多個負載中的所 述第一半負載的電流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，其中每個子組由一個負載(12)組成。
7. —種控制多盞燈(12)的光強度的方法，所述方法包括 -在周期性交流循環(huán)中提供交流電源電壓；-在所述交流循環(huán)的每個正半循環(huán)期間的一個或者多個可選相 位點，接通或者關(guān)斷供給所述多盞燈中的第一半燈(12)的電流；-在與所述燈(12)中的所述第一半中的對應(yīng)燈異相的半個交流 循環(huán)，切換供給所述多盞燈中的第二半燈(12)的電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述多盞燈(12)包括至 少四盞燈(12)，所述可選相位點包括相對于彼此有時間偏移的至 少兩個相位點(30a、 30b),所述方法包括在所述至少兩個相位點(30a、 30b)中的相應(yīng)相位點接通或者關(guān)斷所述第一半燈中的相應(yīng) 子組。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括-在每個正半循環(huán)開始時關(guān)斷供給所述多盞燈(12)中的所述第 一半燈(12)的電流；-在每個正半循環(huán)中的所述相位點(30a、 30b)中的所述相應(yīng)相 位點，接通供給所述子組的相應(yīng)子組中的燈(12)的電流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括-在每個正半循環(huán)中的所述相位點(30a、 30b)中的所述相應(yīng)相 位點，切斷供給所述子組的相應(yīng)子組中的燈(12)的電流；-在每個正半循環(huán)結(jié)束時接通供給所述多盞燈中的所述第一半 燈(12)的電流。
11. 一種燈系統(tǒng)，包括-交流電源端子(10, 11),用于在周期性交流循環(huán)中接收交流 電壓；-多盞燈(12);-開關(guān)(14),與所述燈(12)串聯(lián)地耦合在所述電源端子(10， 11 )之間;-控制電路(16),耦合到所述開關(guān)(14)的控制輸入，并且配 置成通過使所述開關(guān)(14)在所述交流循環(huán)的每個正半循環(huán)期間 的一個或者多個可選相位點(30a、 30b)接通或者關(guān)斷供給所述多 盞燈(12)中的第一半燈的電流，并且在與所述燈(12)中的所述 第一半中的對應(yīng)燈異相的半個交流循環(huán)切換供給所述多盞燈(12) 中的第二半燈的電流來控制所述燈(12)的光強度。
全文摘要
多個負載(12)如燈通過相應(yīng)開關(guān)接收功率?？刂齐娐?16)控制開關(guān)(14)?？刂齐娐吠ㄟ^使開關(guān)(14)在交流循環(huán)的每個正半循環(huán)期間在一個或多個可選相位點(30a，b)處接通或者關(guān)斷供給多個負載(12)中的第一半負載的電流，來控制向負載(12)供應(yīng)的能量?？刂齐娐吩谂c負載(12)第一半中的對應(yīng)負載異相的半個交流循環(huán)切換供給多個負載(12)的第二半負載的電流。在一個實施方式中，有至少四個負載(12)，并且控制電路在相對于彼此有時間偏移的兩個相位點(230a、b)接通在第一半中的燈。
文檔編號H05B39/04GK101622911SQ200880006342
公開日2010年1月6日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者A·布朗, J·迪杰克斯特拉, W·埃特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司