CN107258109A - 有源阻尼电路 - Google Patents

Abstract

公开了一种有源阻尼电路和包括该有源阻尼电路的系统。有源阻尼电路包括第一电阻器，第二电阻器，第三电阻器，第一晶体管，第二晶体管，电容器和微控制器。第一电阻器连接到第一晶体管的基极，以及连接到微控制器输出。第二电阻器连接到正电压，并连接到第一晶体管的集电极和第二晶体管的栅极。第三电阻器连接到逻辑地以及连接到第二晶体管的源极。电容器连接到第一晶体管的集电极、第二电阻器和第二晶体管的栅极。第二晶体管的漏极、第一电容器和第二电容器，以及微控制器输出也连接到逻辑地。第一晶体管的发射极连接到地。

Description

有源阻尼电路

相关申请的交叉引用

本申请是于2015年2月25日提交的并且题为“ACTIVE DAMPING CIRCUIT（有源阻尼电路）”的美国临时申请No. 62/120，646的国际申请并且要求该美国临时申请的优先权，该美国临时申请的整体内容被通过引用合并于此。

本申请涉及具有律师签号No. 2014P00679WO的、于同一天提交并且题为“ACTIVEDAMPING CIRCUIT（有源阻尼电路）”的PCT申请，该PCT申请的整体内容被通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及电子器件，并且更具体地涉及有源阻尼电路。

背景技术

传统的光源典型地是使用切相调光器来调光的，切相调光器例如包括或者基于用于交流电流的三极管（TRIAC）。传统的基于TRIAC的切相调光器在固态光源的情况下并不很好地起作用。为了起作用，固态光源典型地需要驱动器（还被称为电源）。这些典型地包括用以减小电磁干扰（EMI）的组件，诸如电感器或电容器。这样的组件可能创建扰乱传统的基于TRIAC的切相调光器的操作的谐振。切相调光器或基于TRIAC的调光器在被触发之后要求有最小的保持电流。如果电流下降而低于该水平或者在一定时间内变成负值，则TRIAC调光器将被关断并且将尝试重新启动。驱动器上的典型的输入EMI滤波器的谐振性质以及线路电感可能容易地导致线路电流的反转，引起TRIAC在触发之后不久就失去导通。这可能造成TRIAC在每个半行周期期间重复地接通和关断，将闪烁引入到由驱动器操作的（多个）固态光源。

发明内容

为了解决由于在用于固态光源的驱动器的情况下使用常规的TRIAC或切相调光器而可能地引入的闪烁，典型地使用阻尼电路（还被称为阻尼器电路）。阻尼电路被插入在调光器和驱动器之间，或者被集成到驱动器的前端EMI滤波器中。阻尼电路然后对至驱动器的输入电流进行阻尼作用，防止其变成负值。阻尼电路可以是无源的或有源的。无源阻尼电路典型地包括电阻器电容器（RC）电路或电阻器电容器二极管（RCD）电路，因为它们甚至在调光器的接通完成时接收电能，所以其产生更高的功率损耗。有源阻尼电路仅仅在调光器的接通的短时段期间在需要时进行操作。

特别是用于照明负载的常规的有源阻尼电路由于低的组件数量而可以提供低的成本，但是遭受各种其它缺陷。例如，这样的常规的阻尼电路经常地具有高的功率损耗，并且把控制逻辑与通过线路电压进行的MOSFET的栅极-源极电压控制逻辑分离。这样的常规的阻尼电路由于在电路中存在地而还要求两个线路电压电阻器分压器。进一步地，常规的有源阻尼电路一般地将电阻器和电容器暂时地插入到主功率电路中并且与驱动器的EMI滤波器的电感或线路电感组合以形成电阻器电感器电容器（RLC） 电路。对电阻器的值进行适配可以对电路的LC部分的谐振进行阻尼作用。然而，当输入电压高时，谐振很可能更高，这意味着所选取的阻尼电阻器可能针对低输入电压而不是高输入电压工作。这对于在120 伏或277伏的所谓的通用输入电压下操作的驱动器而言是特别真实的。

实施例提供了一种由微控制器驱动的有源阻尼电路。除了其它方面之外，这样的实施例还只要求单个逻辑地，这连同低的总谐波失真、没有输入电流失真以及改进的效率一起是在微控制器的情况下容易实现的。

在实施例中，提供了一种有源阻尼电路。该有源阻尼电路包括：第一电阻器，包括第一引线和第二引线; 第二电阻器，包括第一引线和第二引线，其中，第一引线连接到正电压; 第三电阻器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到逻辑地; 第一晶体管，包括基极、发射极和集电极，其中，基极连接到第一电阻器的第一引线，发射极连接到地，并且集电极连接到第二电阻器的第二引线; 第二晶体管，包括栅极、源极和漏极，其中栅极连接到第二电阻器的第二引线和第一晶体管的集电极，源极连接到第三电阻器的第二引线，并且漏极连接到逻辑地; 第一电容器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到第一晶体管的集电极、第二电阻器的第二引线以及第二晶体管的栅极，并且第二引线连接到逻辑地；以及微控制器，包括连接到第一电阻器的第二引线的输出，以及对逻辑地的连接。

在相关的实施例中，有源阻尼电路可以进一步包括连接到第二晶体管的源极和第三电阻器的第二引线的第一输入。在进一步相关的实施例中，第一输入可以接收已经被滤波器电路滤波的输入信号。在进一步相关的实施例中，输入信号在被滤波之前可以通过切相调光器电路。在进一步相关的实施例中，有源阻尼电路可以进一步包括控制输入，控制输入被耦合到微控制器的输出和第一电阻器的第二引线。

在进一步相关的实施例中，微控制器可以被配置为检测在被滤波之前的输入信号的相位，并且作为响应，可以被配置为经由控制输入将高电平输出到第一电阻器以关断第二晶体管，第二晶体管将第三电阻器耦接到具有第一电容器的输入电压回路，将输入电流的振铃阻尼成负值以防止切相调光器电路被关断。

在另一进一步相关的实施例中，可以根据检测到的输入信号的相位状态来控制针对第二晶体管的关断时段。

在另一相关的实施例中，有源阻尼电路可以被配置为在120 伏或277伏的输入电压的情况下工作。

在另一实施例中，提供了一种系统。该系统包括：输入电压源；调光器电路，连接到输入电压源并且被配置为输出切相信号; 被配置为接收切相信号并提供输出的桥；电磁滤波器，连接到桥并且被配置为接收桥的输出并对桥的输出滤波; 以及有源阻尼电路，连接电磁滤波器，该有源阻尼电路包括：第一电阻器，包括第一引线和第二引线；第二电阻器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到正电压；第三电阻器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到逻辑地; 第一晶体管，包括基极、发射极和集电极，其中基极连接到第一电阻器的第一引线，发射极连接到地，并且集电极连接到第二电阻器的第二引线；第二晶体管，包括栅极、源极和漏极，其中栅极连接到第二电阻器的第二引线和第一晶体管的集电极，源极连接第三电阻器的第二引线，并且漏极连接到逻辑地; 第一电容器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到第一晶体管的集电极、第二电阻器的第二引线以及第二晶体管的栅极，并且第二引线连接到逻辑地；以及微控制器，包括连接到第一电阻器的第二引线的输出和到逻辑地的连接。

在相关的实施例中，电磁滤波器可以包括滤波器电容器，其包括第一引线和第二引线，第一引线可以连接到第三电阻器的第二引线和第二晶体管的源极。在进一步相关的实施例中，系统可以进一步包括直流（DC）到直流（DC）转换器，DC到DC转换器包括：连接到滤波器电容器的第二引线的第一输入；连接到逻辑地的第二输入；以及输出，该DC到DC转换器可以被配置为在输出处提供DC电压。在进一步相关的实施例中，电磁滤波器可以进一步包括滤波器电感器，滤波器电感器包括第一引线和第二引线，第一引线可以连接到DC到DC转换器的第一输入和滤波器电容器的第二引线。在进一步相关的实施例中，调光器电路可以包括连接到输入电压源的切相调光器电路。在进一步相关的实施例中，微控制器可以被配置为检测桥的输出的相位，并且作为响应，微控制器可以被配置为将高电平输出到第一电阻器以关断第二晶体管，第二晶体管将第三电阻器耦接到具有第一电容器的输入电压回路，将输入电流的振铃阻尼成负值以防止切相调光器电路被关断。在进一步相关的实施例中，可以根据所检测到的桥的输出的相位状态来控制针对第二晶体管的关断时段。

在另一相关的实施例中，有源阻尼电路可以被配置为在输入电压源的输入电压为120伏或277伏的情况下工作。

附图说明

根据如在随附附图中图示的对在此公开的特定实施例的以下描述，在此公开的前述的和其它的目的、特征和优点将是明显的，在附图中同样的参照记号贯穿不同的视图提及相同的部分。附图未必是成比例的，相反重点被放在图示在此公开的原理上。

图 1 示出根据在此公开的实施例的微处理器驱动的有源阻尼电路；

图 2示出根据在此所公开的实施例的整流线路电压、来自微控制器的“导通”信号以及通过阻尼电阻器的电流的线图。

具体实施方式

图 1示出系统100，其包括有源阻尼电路101，有源阻尼电路101由于低的组件总数而是低成本的。有源阻尼电路101由微控制器106驱动，微控制器106被用于预测切相信号的边沿。这样的切相信号从例如通过基于TRIAC的调光器102/切相调光器102的交流源AC的输出得到。切相信号还通过桥104，桥104在一些实施例中是全二极管桥，并且在一些实施例中是全波整流器，并且在一些实施例中是任何已知的整流器电路。

有源阻尼电路 101包括第一电阻器 122、第二电阻器116、第三电阻器120、电容器126、第一晶体管124以及第二晶体管118，有源阻尼电路 101还连同上述这些一起而包括驱动有源阻尼电路101的微控制器106、地128、控制输入127和输入111。系统100还包括滤波器电路110、112，VCC电压114，DC到DC转换器108和输出Vout。DC到DC转换器108具有第一输入108a和第二输入108b。

微控制器106连接到桥104的输出，并且因此接收切相调光器102的切相信号。微控制器106还经由控制输入127连接到第一电阻器122并且连接到地128。在一些实施例中，地128是由微控制器106提供的逻辑地。第一电阻器122还连接到第一晶体管124的基极。第一晶体管124还包括连接到地128的发射极以及包括集电极。第一晶体管124的集电极连接到电容器126、第二电阻器116和第二晶体管118的栅极。电容器126还连接到地128。第二电阻器116还连接到VCC电压114。第二晶体管118还包括连接到地128的漏极和连接到输入111的源极。输入111还连接到第三电阻器120，第三电阻器120还连接到地128。

滤波器电路110、112可以是并且在一些实施例中是本领域中已知的任何滤波器电路。在图1中，滤波器电路110、112包括滤波器电感器110和滤波器电容器112。滤波器电感器110连接在桥104和DC到DC转换器108之间，并且更具体地，连接到DC到DC转换器108的第一输入108a。滤波器电容器还连接到DC到DC转换器108的第一输入108a，并且连接到有源阻尼电路101的输入111。DC到DC转换器108的第二输入108b连接到地128。在一些实施例中，如图1中所示，微控制器106在滤波器电路110、112之前（并且在图1中，在滤波器电感器110之前）连接到桥104。然而，在其它实施例中，微控制器106连接到输入111并且在切相信号已经被滤波器电路110、112滤波之后接收切相信号。

在操作中，第三电阻器120作为阻尼电阻器 120起作用，第二晶体管118 是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）开关 118，并且第一晶体管124是双极结型晶体管（BJT）开关 124。阻尼电阻器120是跨MOSFET开关118的源极和漏极耦接的。 MOSFET开关118被驱动以使得它将是被 BJT开关124与第一电阻器122和电容器126结合地来关断的。电容器126连接在MOSFET开关118的栅极和地128之间。BJT开关 124的集电极还连接到MOSFET开关118的栅极。BJT开关124的发射极连接到地128，并且BJT开关124的基极连接到第一电阻器122，第一电阻器122经由控制输入127连接到微控制器106。MOSFET开关118被驱动以使得它将是通过第二电阻器116接通的，第二电阻器116连接到MOSFET开关118的栅极和VCC电压114。

微控制器 106 使用边沿检测电路（在此未示出，但是在本领域中是已知的）以检测由交流源AC输出的输入信号（在该输入信号通过切相调光器102（和桥104）之后）的相位。微控制器106将高电平输出到第一电阻器122以经由BJT开关124关断MOSFET开关118，MOSFET开关118将阻尼电阻器120耦接到具有滤波器电路110、112（并且具体地，滤波器电容器112）的输入电压回路，将输入电流的振铃阻尼成负值以防止切相调光器102被关断。连同其它相关的电路工作状况一起而（或者除了其它相关的电路工作状况以外还）根据所检测到的由交流源AC输出的输入信号（在该输入信号通过切相调光器102（和桥104）之后）的相位状态来控制针对MOSFET开关118的关断时段。

图2示出在前沿切相调光器的情况下（诸如图1的有源阻尼电路101和切相调光器102）有源阻尼电路的操作的线图200。线图 200示出被整流的线路电压220，诸如但不限制于图1的桥104的输出。线图200还示出通过阻尼电阻器240（诸如但不限制于图1的第三（阻尼）电阻器120）的电流，以及来自有效地控制阻尼电阻器260的微控制器（诸如但不限制于图1的微控制器106）的“导通”信号。

在此描述的方法和系统不限制于特定的硬件或软件配置，并且可以在许多计算或处理环境中找到适用性。方法和系统可以以硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。方法和系统可以以一个或多个计算机程序来实现，其中计算机程序可以被理解为包括一个或多个处理器可执行的指令。（多个）计算机程序可以在一个或多个可编程处理器上执行，并且可以被存储在由处理器可读取的一个或多个存储介质（包括易失性的和非易失性的存储器和/或存储元件）、一个或多个输入设备和/或一个或多个输出设备之上。因此，处理器可以访问一个或多个输入设备以获得输入数据，并且可以访问一个或多个输出设备以传送输出数据。输入和/或输出设备可以包括以下中的一个或多个：随机存取存储器（RAM）、独立磁盘冗余阵列（RAID）、软盘驱动器、CD、DVD、磁盘、内部硬盘驱动器、外部硬盘驱动器、存储器棒或能够由如在此提供的处理器访问的其它存储设备，其中这样的前面提到的示例不是穷举的，并且是用于说明而不是限制。

（多个）计算机程序可以是使用一个或多个高级过程或面向对象编程语言来实现的，以与计算机系统通信; 然而，如果想要的话，（多个）程序可以是以汇编或机器语言实现的。该语言可以被编译或解释。

如在此所提供的那样，（多个）处理器因此可以被嵌入在如下的一个或多个设备中：所述设备可以在联网环境中被独立地或一起地操作，其中网络可以包括例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或可以包括内联网和/或互联网和/或另外的网络。（多个）网络可以是有线的或无线的或它们的组合，并且可以使用一个或多个通信协议来促进在不同处理器之间的通信。处理器可以被配置用于分布式处理，并且在一些实施例中可以根据需要利用客户机—服务器模型。相应地，方法和系统可以利用多个处理器和/或处理器设备，并且可以在这样的单处理器或多处理器/设备当中划分处理器指令。

集成有（多个）处理器的（多个）设备或计算机系统可以包括例如（多个）个人计算机，（多个）工作站（例如，Sun，HP），（多个）个人数字助理（（多个）PDA），诸如（多个）蜂窝电话或（多个）智能手机的（多个）手持式设备，（多个）膝上型计算机，（多个）手持式计算机或者能够与可以如在此提供的那样操作的（多个）处理器集成的（多个）另外的设备。相应地，在此提供的设备不是穷举的并且被提供以用于说明而不是限制。

对“微处理器”和“处理器”或者“该微处理器”和“该处理器”的引用可以被理解为包括可以在单机和/或（多个）分布式环境中通信的一个或多个微处理器，并且因此可以被配置为经由有线或无线通信与其它处理器进行通信，其中这样的一个或多个处理器可以被配置为在可以是类似的或不同的设备的一个或多个处理器控制的设备上进行操作。这样的“微处理器”或“处理器”术语的使用因此还可以被理解为包括中央处理单元，算术逻辑单元，应用专用集成电路（IC）和/或任务引擎，其中这样的示例被提供以用于说明而不是限制。

更进一步地，除非另外指明，否则对存储器的引用可以包括一个或多个处理器可读取的和可访问的存储器元件和/或组件，其可以在处理器控制的设备的内部、在处理器控制的设备的外部和/或可以是使用各种通信协议而经由有线或无线网络来访问的，并且除非另外指明，否则可以被布置以包括外部的和内部的存储器设备的组合，其中这样的存储器可以基于应用而是邻接的和/或被分区的。相应地，对数据库的引用可以被理解为包括一个或多个存储器关联，其中这样的引用可以包括商业上可获得的数据库产品（例如，SQL，Informix，Oracle）以及还有私有数据库，并且还可以包括用于对存储器进行关联的其它结构，诸如链接、队列、图表、树，其中这样的结构被提供以用于说明而不是限制。

除非另外提供，否则对网络的引用可以包括一个或多个内联网和/或互联网。根据以上，在此对微处理器指令或微处理器可执行指令的引用可以被理解为包括可编程的硬件。

除非另外声明，否则词语“实质上”的使用可以被解释为包括精确的关系、条件、布置、定向和/或其它特征、以及如由本领域普通技术人员所理解的在如下的程度上的从精确的关系、条件、布置、定向和/或其它特征的偏差：这样的偏差并不实质地影响所公开的方法和系统。

贯穿本公开的整体，用以修饰名词的量词“一”和/或“一个”和/或代词“这个”的使用可以被理解为是为了方便而使用的，并且除非另外具体声明，否则被理解为包括一个或多于一个的所修饰的名词。术语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的并且意味着可以存在除所列出的要素之外的附加要素。

除非在此另外规定，否则被描述和/或另外被通过各图描画为与另外的事物通信、与另外的事物关联和/或基于另外的事物的元件、组件、模块和/或其部分可以被理解为以直接和/或间接方式来如此与另外的事物通信、与另外的事物关联和或基于另外的事物。

虽然已经相对于本方法和系统的具体实施例描述了本方法和系统，但是它们并不限制于此。明显地，根据上面的教导，许多修改和变化可以变得明显。可以由本领域技术人员作出在在此描述和图示的各部分的细节、材料和布置上的许多附加的改变。

Claims (16)

1.一种有源阻尼电路，包括：

第一电阻器，包括第一引线和第二引线;

第二电阻器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到正电压;

第三电阻器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到逻辑地;

第一晶体管，包括基极、发射极和集电极，其中，基极连接到第一电阻器的第一引线，发射极连接到地，并且集电极连接到第二电阻器的第二引线;

第二晶体管，包括栅极、源极和漏极，其中栅极连接到第二电阻器的第二引线和第一晶体管的集电极，源极连接到第三电阻器的第二引线，并且漏极连接到逻辑地;

第一电容器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到第一晶体管的集电极、第二电阻器的第二引线以及第二晶体管的栅极，并且第二引线连接到逻辑地；和

微控制器，包括连接到第一电阻器的第二引线的输出，以及到逻辑地的连接。

2.根据权利要求1所述的有源阻尼电路，进一步包括第一输入，其中第一输入连接到第二晶体管的源极和第三电阻器的第二引线。

3.根据权利要求2所述的有源阻尼电路，其中第一输入接收输入信号，其中输入信号已经被滤波器电路滤波。

4.根据权利要求3所述的有源阻尼电路，其中输入信号在被滤波之前通过切相调光器电路。

5.根据权利要求4所述的有源阻尼电路，进一步包括控制输入，其中控制输入耦合到微控制器的输出和第一电阻器的第二引线。

6.根据权利要求5所述的有源阻尼电路，其中微控制器被配置为检测在被滤波之前的输入信号的相位，并且作为响应，被配置为经由控制输入将高电平输出到第一电阻器以关断第二晶体管，第二晶体管将第三电阻器耦接到具有第一电容器的输入电压回路，将输入电流的振铃阻尼成负值以防止切相调光器电路被关断。

7.根据权利要求5所述的有源阻尼电路，其中，根据检测到的输入信号的相位状态来控制针对第二晶体管的关断时段。

8.根据权利要求1所述的有源阻尼电路，其中，有源阻尼电路被配置为在120 伏或277伏的输入电压的情况下工作。

9.一种系统，包括：

输入电压源;

调光器电路，连接到输入电压源并被配置为输出切相信号;

桥，被配置为接收切相信号并提供输出;

电磁滤波器，连接到桥并被配置为接收桥的输出，并且对桥的输出进行滤波;和

连接电磁滤波器的有源阻尼电路，有源阻尼电路包括：

第一电阻器，包括第一引线和第二引线；

第二电阻器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到正电压;

第三电阻器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到逻辑地;

第一晶体管，包括基极、发射极和集电极，其中，基极连接到第一电阻器的第一引线，发射极连接到地，并且集电极连接到第二电阻器的第二引线;

第二晶体管，包括栅极、源极和漏极，其中栅极连接到第二电阻器的第二引线和第一晶体管的集电极，源极连接到第三电阻器的第二引线，并且漏极连接到逻辑地;

第一电容器，包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到第一晶体管的集电极、第二电阻器的第二引线以及第二晶体管的栅极，并且第二引线连接到逻辑地；和

微控制器，包括连接到第一电阻器的第二引线的输出和到逻辑地的连接。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，电磁滤波器包括滤波器电容器，其包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到第三电阻器的第二引线和第二晶体管的源极。

11.根据权利要求 10 所述的系统，进一步包括直流（DC）到直流（DC）转换器，DC到DC转换器包括连接到滤波器电容器的第二引线的第一输入、连接到逻辑地的第二输入、以及输出，其中，DC到DC转换器被配置为在输出处提供DC电压。

12.根据权利要求 11所述的系统，其中，电磁滤波器进一步包括滤波器电感器，其包括第一引线和第二引线，其中第一引线连接到 DC到DC转换器的第一输入和滤波器电容器的第二引线。

13.根据权利要求 12 所述的系统，其中，调光器电路包括连接到输入电压源的切相调光器电路。

14.根据权利要求 13 所述的系统，其中，微控制器被配置为检测桥的输出的相位，并且作为响应，微控制器被配置为将高电平输出到第一电阻器以关断第二晶体管，第二晶体管将第三电阻器耦接到具有第一电容器的输入电压回路，将输入电流的振铃阻尼成负值以防止切相调光器电路被关断。

15.根据权利要求 14所述的系统，其中，根据所检测到的桥的输出的相位状态来控制针对第二晶体管的关断时段。

16.根据权利要求 9 所述的系统，其中有源阻尼电路被配置为在输入电压源的输入电压为120伏或277伏的情况下工作。