本发明涉及到一种在交流电源供给负载的信号波形上形成槽口（阶梯曲线波形）的装置，这里所述的负载特别是指那种包含有可使荧光灯变暗的电感镇流器的负载。 本发明人的其它两件专利申请已由本发明人在同一日期申请，并已转让给本申请受让人的同一受让人，它们的名称分别为：“感应型负载的功率控制”和“延时预置电路”。这两件专利申请中所披露并请求专利保护的电路可和本发明的电路结合使用。
L.S.Atherton，R.A.Black，Jr.和A.D.Kompelien于1986年8月21日申请了一件流水号为898569的专利申请，这是一件尚在审查中的专利申请，它亦已转让给本申请受让人。这件申请公开了一种用于荧光灯系统的电路，该电路能够以在交流电源供电信号的波形上形成“槽口”的方式，使荧光灯变暗。通过选择“槽口”的位置和宽度，可以减少供给荧光灯镇流器的电能，并使荧光灯变暗。
在这件尚在审查中的专利申请中，一对功率二极管的阴极分别和电源和负载相连，它们的阳极均和一公共结点相连。一对-比如说，“短形脉冲断开”型半导体开关元件（以下简称为GTO）-单向开关也连接在电源和负载之间。第一GTO连接在电源和上述公共结点之间，以便在交流电源供电波型的正半周时且第一GTO处于“导通”状态时，使电流能自电源流至公共结点。第二GTO连接在负载和上述公共结点之间，以便在交流电源供电波形地负半周时且第二GTO处于“导通”状态时，使电流能自负载流至公共结点。在交流电源输出波形的一个周期内的大部分时间里，控制电路把正向控制信号施加到这一对GTO的输入级或称门极上，以使这一对GTO处于“导通”状态。因此，在正半周开始的时候，来自电源的电流经第一单向开关到达公共结点，并从公共结点经第一功率二极管到达负载;在负半周开始的时候，电流自负载经第二单向开关到达公共结点，并从公共结点经第一功率二极管到达电源。
若需要在这一波形上形成“槽口”时，可在这一对单向开关的控制极或称门极施加负向信号，以使这一对GTO处于“截止”状态，使得上述通路中和负载上不再有电流流过。
因为GTO不消耗大量的开关能量就不能恢复为“导通”状态，故已有的电路还要包括有一对可控硅整流器（SCR），这对整流器连接在电源与公共结点之间和公共结点与负负载之间。当在每一个可控硅整流器的门极施加控制信号，使其处于“导通”状态时，电流流经的通路和一对GTO处于“导通”状态时的一样，即自电源或负载流至公共结点，然后流过功率二极管。因此，在“槽口”的末端，给第一可控硅整流器施加控制信号，以使在正半周的剩余部分中，电流能通过该整流器至公共结点并流经功率二极管流至负载。在到达波形的零交叉点处时，可控硅整流器自动转变为“截止”状态，但在这时，相应的GTO恢复为“导通”状态，因而在到达下一个“槽口”之前，一直有电流流经该开关和功率二极管。在位于负半周的这一“槽口”的末端，使第二可控硅整流器转变为“导通”状态，以使在负半周的剩余部分中，电流能够自负载经这一整流器至公共结点，并从公共结点经功率二极管流至电源。最好是在正、负半周中分别形成“槽口”，因为不这样的话，产生的直流偏压信号会使荧光灯总是闪个不停。
上述电路存在有一个问题，即在槽口形成过程结束以后，可控硅整流器在该半个周期的剩余时间中持续导通，且所有的电流将流经功率二极管，从而会消耗大量的电能并产生过多的热量。
本发明解决了这个问题，本发明是将可控硅整流器连接在输入端和输出端之间，使得当可控硅整流器处于“导通”状态时，电流不流经功率二极管，因此，只有当单向开关“导通”时，才有电流流过功率二极管，而这段时间只占整个周期很小的一部分。
图1是本发明的原理示意图;
图2表示的是由图1所示电路产生的负载电压的波形和用来使单向开关处于“导通”和“截止”状态而使用的各种控制信号。
如图1所示，输入端子12与交流电源13相连，输出端子14与用虚线表示的电感型负载16相连，电感型负载16的另一端在端子18处与交流电源13相连。
在输入端子12和端点22之间连接有高阻抗变阻器20，以抑制交流电源的瞬变高电压的影响。图1还示出了一个“缓冲器”电路23，它位于输入端子12和端点22之间，并与可变电阻器20相并接。电路23是一种由电阻器、电容器和二极管组合而成的常规电路，用以抑制实质上是相当迅速的高电压摆动。在端点22和负载端子14之间还连接有扼流圈滤波器24。
在图1中，第一单向开关取为GTO30，其阳极与输入端子12相连，其阴极与公共结点线32相连，它的门极与输入端子34相连，以使相对于结点线32的电压E1为第一控制电压，并将其加到该开关的门极上。该控制电压E1可由前述的尚在审查中的专利申请所公开的电路或相类似的电路提供。
第二单向开关取为GTO40，其阳极与端点22相连，阴极与公共结点线32相连，它的门极与输入端子44相连，以使第二控制电压E2加到该开关的门板上。控制电压E2亦可由前述的尚在审查中的专利申请中所公开的电路或相类似的电路提供。电压E1和E2的波形将结合图2在下面加以说明。
当端点34处的电压为正向电压时，GTO30就处于“导通”状态，若输入的电源波形为正半周，则来自交流电源的电流就能够由输入端子12、GTO30流至公共结点线32。当端点44处的电压为正向电压时，GTO40就处于“导通”状态，若输入的电源波形为负半周，则电流就能够自负载16经端点22、GTO40流至公共结点线32。
一对功率二极管50和52的阳极均与公共结点线32相连，其阴极分别与端子12和22相连。不难看出，当电流的波形为正半周时且GTO30处于“导通”状态时，电流能够自端子12起，经GTO30、公共结点线32、功率二极管52和端点22流至负载16;在电流的波形为负半周时且当GTO40处于“导通”状态时，电流能够自负载16经端点22、GTO40、公共结点线32和功率二极管50流至端子12。如果端子34和44处的信号一直是正向信号，那么，由电源供给流经负载16的电流就一直是交流电流。这种情况就是当并不需要使荧光灯变暗时出现的那种情况。
当需要使荧光灯变暗时，就要象如前述的尚在审查中的专利申请中所述的那样，在交流信号波形上形成“槽口”。在本申请中，是用在交流周期中的某所需的时刻首先使GTO30、GTO40处于“截止”状态，并使这一状态延续某一预定的时间间隔的方式形成槽口。最好是用在适当的时候在GTO30、GTO40的门极上施加负向信号以开始形成“槽口”的方式来形成“槽口”。所用的负向信号可由前述的尚在审查中的专利申请所公开的电路或相类似的电路在端点34和44处分别产生，下面将结合图2对此进一步加以说明。
在GTO30、GTO40处于“截止”状态的期间里，没有电流流过负载16，即形成了一个槽口。当需要使电流再次流过负载16时，如前所述，最好是不再使用GTO30和GTO40，因为那样作将会在波形那个部分中消耗掉相当多的开关能量和导电损耗。可控硅整流器的导电损耗是相对较低的。如图1所示，一对可控硅整流器60和62被连接在端子12和22之间，且使它们的可流通电流的极性彼此相反。更具体地讲就是，可控硅整流器62的阳极与输入端子12相连，阴极与端点22相连，而可控硅整流器60的阳极与端点22相连，阴极与输入端子12相连。当在电源波形为正半周时，若在整流器62的门极施加一个控制信号使整流器62“导通”，则电流自端子12流经整流器62、端点22流至负载16。同理，当在电源波形为负半周时，若在整流器60的门极施加一个控制信号使整流器60“导通”，则电流自负载16流经端点22、整流器60流至输入端子12。遗憾的是，可控硅整流器没有由“导通”状态再次转变为“截止”状态的能力，一直到输入电压波形到达零点前，它一直保持为“导通”状态，在输入电压通过零点时，它将自动改变为“截止”状态。
为了在槽口形成结束时使整流器60和62变为“导通”状态，可向输入端子65施加一个相对于结点线32的电压为E3的第三控制信号，以便能经过导线68在端点70上出现一个正向信号。端点70上的这一正向信号通过电阻器72，加到第三单向开关80的门极上，开关80也可以是一个GTO。GTO80的阳极和电阻器81的一端相连，阴极通过导线82和公共结点线32相连。一个噪声抑制电路由电阻器83和电容器84组成，它的一端与电阻器72相连。
与电阻器81另一端相连的有1）二极管86的阴极，它的阳极与端点22相连，2）二极管88的阴极，它的阳极与端子12相连。端点70还通过电阻器90与一对二极管92和94的阳极相连。二极管94的阴极与可控硅整流器62的控制极或称门极相连，而二极管92的阴极与可控硅整流器60的控制极或称门极相连。如图1所示，一个由电阻器95和电容器96组成的噪声抑制电路连接在二极管94的阴极和端点22之间，一个由电阻器97和电容器98组成的噪声抑制电路连接在92的阴极和输入端子12之间。
在端点65施加一个正向信号可使得GTO80变为“导通”状态，由此可在正半周时，自端子12到公共结点线32之间，经由二极管88、电阻器81、GTO80和导线82，形成一条通路，并且自公共结点线32向下经二极管52至端点22也形成一条通路。端子65处的信号还通过电阻器90和二极管94使可控硅整流器62处于“导通”状态。由于公共结点线32相对于整流器62的阳极和阴极是“悬浮”的，所以，包含GTO80在内的电路必须建立一个参考点，以便使整流器62的门极接收的是明确的正向信号，由此确保当端子65处的信号为正向信号时整流器62处于“导通”状态。类似的，在负半周时，若在端子65处施加正向信号使GTO80处于“导通”状态时，可自负载16至端子12之间，经由二极管86、电阻器81、GTO80、公共结点线32并向上经过二极管50，形成一条通路。在端子65处施加的正向信号，还将通过电阻器90和二极管92，使可控硅整流器60处于“导通”状态。由于自端子65经由电阻器90、二极管92至整流器60的门极形成有一条通路，因而使其处于“导通”状态。由于公共结点线32相对于整流器60也是“悬浮”的，因而包含GTO80在内的电路亦必须建立一个参考点，以便使整流器60的门极接收的是明确的正向信号，由此确保当端子65处的信号为正向信号时整流器60处于“导通”状态。
由此可见，在正半周期中，当整流器62处于“导通”状态时，来自交流电源的信号经由输入端子12、可控硅整流器62到达端点22和负载16，这样便按所需方式绕过了二极管52，节省了能源。同样，在负半周期中，当整流器60处于“导通”状态时，信号自负载16经由端点22和可控硅整流器60到达端子12，这样亦按所需方式绕过了二极管50，节省了能源。
现在来看图2，图中所示的计时信号所产生的各种情况可结合图1中的电路进行说明。在图2中，上面的曲线100表示的是交流电压源所提供的信号波形，但其上已形成有槽口102和104。如图2所示，在起始时刻t0，波形100向上移出“零交叉点”的位置，如前所述，此时端子34处的信号（由符号E1表示）是正的。因此电流可以自端子12流经GTO30到达公共结点线32，并流经功率二极管52至负载16。如图所示，此时端子44处的信号（由符号E2表示）也是正的，但因为GTO40处于反向偏压而不能导通。在时刻t1，信号E2变为负向信号，从而使GTO40变为“截止”状态。在时刻t2，即当需要开始形成“槽口”时，端子34处信号E1亦变为负，由此而切断了从端子12到负载16间的信号。在端子34处信号持续为负时应保持为上述状态。然而在时刻t3，即当需要结束形成槽口并重新将电能施加至负载时，端子65处的信号（符号E3表示）变为正信号，从而使得GTO80导通，使可控硅整流器62处于“导通”状态。因此，自时刻t3直到下一个位于点105处的零交叉点时，来自交流电源13的信号将由端子12经整流器62流至负载16。在整流器62变为“导通”状态后不久，即在时刻t4，端子65处的信号变为负信号，但一直到下一个零交叉点105之前，可控硅整流器62将保持为“导通”状态。
在时刻t5，即在零交叉点105的前面一点，在端子34、44处分别形成正向信号E1、E，使GTO30、GTO40变为“导通”状态。在这里，GTO30和GTO40是在交流电压波形的较低的点开始“导通”的，这样，开关能量的损耗要比它们早一点开始“导通”的情况要小。当整流器62在时刻t6变为“截止”状态时，GTO40已处于“导通”状态，从而使电流能够自负载16经端点22、GTO40和功率二极管50流至输入端子12。GTO30因处于反向偏压而不能导通。这种状态从时刻t6持续到时刻t8，但在这期间的时刻t7时，端子34处的信号E1变为负信号，而在时刻t8，端子44处的信号E2亦变为负信号。因为端子44处的信号是负信号，使GTO40变为“截止”状态，所以在时刻t8至时刻t9间，没有电流自负载16流出。这样便形成了如图2所示的“槽口”104。在时刻t9，端子65处出现的另一个正向信号E3，使GTO80处于“导通”状态，从而使可控硅整流器60亦处于“导通”状态。在负半周直到零点108之前的这段余下的时间里，整流器60的导通使得电流可以自负载16经端点22、可控硅整流器60流至输入端子12。在时刻t10，端子65处的信号消失，使GTO80变为“截止”状态。然而整流器60的“导通”状态将持续到下一个零交叉点。在时刻t11，即在相应于零交叉点的时刻t12的前面一点，端子34和44处的正向信号E1、E2将使GTO30、GTO40再次变为“导通”状态，从而进入下一个周期。
由此可见，本发明提供了一种电路，它通过最少使用能耗较大的二极管50、52的方式来形成槽口102和104，从而可以节省能源。
虽然本发明是参考最佳实施例进行说明的，但是熟悉本领域的技术人员知道，可以不脱离本发明实质和范围而对本发明进行某些形式上和细节上的改变。