[发明专利]包括开关模式功率变换器的光传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光传感器电路，具体而言涉及用于光线级别开关控制的光传感器电路。

背景技术

光控制器是响应于环境光线级别而将电装置自动接通与关断的装置。它们例如用于街灯，以便在白天期间和在夜晚将其自动关断与接通。它们还用于广告牌照明系统，以便将广告牌灯在夜晚早些时候接通、在夜晚晚些时候在低车辆交通期期间关断、在清晨高峰期期间在高交通水平恢复时又接通并且然后在白天期间关断。光控制器还可反过来使用，例如以便将高尔夫球场饮水机在白天期间接通并且在夜晚关断。

包括光控制器的多种装置可利用功率变换器来将相对高压交流变换为相对低压直流，如在许多常规电子装置中所使用那样。一些常规功率变换器利用大型高压电阻器来降低电压。但是，这些电阻器一般效率低下，且生成高热量。从这些电阻器生成的热量可要求将电阻器容纳在大型封装中，并且包括例如散热器的散热元件。此外，这些电阻器生成的高热量可在电阻器中以及在位于电阻器附近的其它电子组件中带来可靠性与寿命问题。

功率变换的另一常规方法是使用开关模式功率变换器。开关模式功率变换器一般要求六个晶体管或者微控制器来实现。对多个晶体管或者微控制器的要求可在一些应用中、例如在光控制器中使开关模式功率变换器的实现成本极高。

在美国专利No.6903942(“’942专利”)中描述了一种小型低成本有效率的开关模式功率变换器，因此通过引用将该专利整体如同所提出的那样合并于此。’942专利的开关模式功率变换器在图1中示出。图1所示的电路是开关模式功率调节器，其实现功率线(line)同步脉宽调制(发射角调制)。该电路包括功率电路和控制电路。功率电路包括包含晶体管Q3的输出级。该晶体管的集电极电路包括继电器K1和与继电器K1并联的称为缓冲器二极管的二极管D6。

该电路还包括耦合到晶体管Q3基极的第一电容器C6、与第一电容器C6串联耦合的第一电阻器R4以及与第一电阻器R4串联耦合的第二电阻器R8。所示电路还包括与第二电阻器R8并联耦合的第一二极管D7。该电路还包括与第一晶体管Q3基极耦合的第三电阻器R5以及阴极连接到第一电容器C6和第二二极管D5并且阳极连接到第三电阻器R5的齐纳(Zener)二极管D1。

该电路还包括与第三二极管D5串联耦合的第四电阻器R6、与第四电阻器R6串联耦合的继电器K1、与继电器K1串联耦合的第三二极管D6、与第四电阻器R6耦合的第二电容器C5、与第二电容器C5串联耦合的第五电阻器R7；以及包括负载、中性和线的插头，其中负载耦合到继电器K1，中性耦合到晶体管Q3的发射极并且线耦合到可变电阻器。

晶体管Q3利用脉宽调制调节继电器线圈K1两端的平均电压。在所示实施例中，晶体管Q3包括双极晶体管，但是作为替代晶体管Q3可为场效应晶体管(FET)或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)，如果阴极到漏极以及阳极到源极放置二极管的话。

晶体管Q3在功率线周期开始(0度)处开始导通，并且继续导通直到足够电流已流过以便将继电器电压维持在预期水平。在晶体管Q3关断时，将通过磁感应在继电器线圈K1两端感应电压。该电压受到二极管D6部分抑制，以便阻止晶体管Q3由于过电压而出故障。

图1所示的电路利用半波整流。半波整流比全波整流费用更低，并且要求更少的组件。由于继电器K1高度电感性，所以它不要求特别干净的DC信号。例如，DC信号可包括大量的纹波，这不会影响继电器K1的工作。半波整流允许该电路工作在正负两种模式。在正半周(half)期间，晶体管Q3生成电流脉冲，该脉冲受继电器K1两端的平均电压调节。这个过程为脉宽调制。

图1所示的控制电路包括脉冲发生器，其脉冲宽度与二极管D1的齐纳电压与继电器K1两端的平均电压之差成比例地变化。在功率线周期开始(0度)处，电流将开始流过二极管D7、电阻器R4、电容器C6以及晶体管Q3基极。该电流将使晶体管Q3接通，从而开始脉冲。

二极管D7与电阻器R8提供半波功率整流。电阻器R8应用在功率整流器D7两端，从而在线周期的负半周期间应用负电流。电阻器R8允许应用小的负电流。电阻器R8提供在线周期的负半周期间接通晶体管Q3的负电流。经R8传导的那个负电荷必须超过经电容器C6传导的电荷以便确保晶体管Q3将接通。负电流接通整流器D6并且接通晶体管Q3，从而经由电阻器R7在电容器C5的低电压侧间提供电流路径。