传统的壁挂式负载控制设备安装在一个标准的电力壁盒中，并且耦合至 交流电(AC)电源(典型的是50或60赫兹的线电压交流电干线)与电力 负载之间。标准的负载控制设备(比如调光器和调光器开关)是用一个或多个 半导体开关，特别是双向半导体开关(比如三端双向可控硅开关元件或场效 应管(FET))，来控制输送至负载的电流，从而控制照明负载的发光强度。 通常地，半导体开关被串联耦合在电源及照明负载之间。使用一种相位控制 调光器技术，该调光器就可以使该半导体开关在每个线半周期部分导通，向 照明负载通电；并使得半导体开关在另外的线半个周期部分不导通，不向照 明负载通电。导通时间(半导体开关导通期间)与不导通时间(半导体开关 不导通期间)的比例决定照明负载发出的光的亮度。
通常地，壁挂式调光器开关包括具有诸如线性滑块、旋钮或者摇臂开关 之类的调节负载光强的装置的用户界面。调光器开关通常也包括允许负载从 关(即，没有向负载供电)至开(即，向该负载供电)的按钮或开关，反之 亦然。
许多人想要节能。对于调光器，一种节能的方式是调节该调光器的高位 状态来限制该调光器输送至照明负载的最大电量。高位状态是指一个调光器 可以输送至照明负载的最大电量。该高位状态取决于半导体开关的最大可能 导通时间。相反地，低位状态是指当调光器工作时，调光器可以输送至照明 负载的最小电量。低位状态取决于当半导体开关导通时的最小可能导通时 间。
现有技术的调光器开关通常具有固定的高位状态，并没有为用户提供可 以改变高位状态的用户可控装置。这对于双线模拟调光器开关而言尤其是如 此。因此，这就需要一种简单、低成本、双线、模拟的具有用户可选择较低 高位状态的装置的调光器。

在本发明的一个实施例中，一种具有可调节高位状态的负载控制设备， 该装置包括用于将负载控制设备的高位状态从第一个水平降低为低于第一 水平的第二水平的用户可控装置，该用于降低高位状态水平的用户可控装置 对负载控制设备的低位状态基本上没有影响。
根据本发明的另一个实施例，一种用于控制从交流电源输送至电力负载 的电量的负载控制设备，该设备包括半导体开关、触发电路、计时电路、以 及用户可控调节器。半导体开关用来串联地电耦合在电源与负载之间。半导 体开关具有用于控制该半导体开关的控制输入端。触发电路使半导体开关在 交流电压源的每个半周期导通。计时电路与半导体开关并联电耦合。计时电 路具有用于提供放电电压信号的输出端。触发电路与计时电路的输出端耦 合，并响应于放电电压信号来控制半导体开关。计时电路还包括用于在第一 个时间段内将放电电压信号由大致0伏增加至预定电压以便半导体开关在交 流电压源的每个半周期的第一个时刻导通的第一电路，以及用于在第二个时 间段内将放电电压信号由大致0伏增加至预定电压以便半导体开关在交流电 压源的每个半周期的第二个时刻导通的第二电路。用户可控调节器与计时电 路耦合，以选择性地促使半导体开关在交流电压源的每个半周期的第一时刻 或第二时刻导通。
本发明还提供了一种允许调节负载控制设备的高位状态的计时电路。该 计时电路用于产生放电电压信号，而且该负载控制设备用于响应于该放电电 压信号来控制从交流电源输送至电力负载的电量。该计时电路包括电容器， 该电容器用于导通来自电源的充电电流，从而在该电容器两端产生放电电压 信号；第一电路，用于使放电电压信号在第一个时间段内从大致0伏增加至 预定电压；以及第二电路，用于使放电电压信号在大于第一时间段的第二个 时间段内从大致0伏增加至预定电压。
另外，本发明提供了一种调节负载控制设备的高位状态的方法，所述负 载控制设备用于控制输送至电力负载的电能。该方法包括以下步骤：(1)将 输送至电力负载的电能控制在第一高位状态；(2)调节用户可控的高位状态 调节器；(3)根据调节步骤来将输送至电力负载的电能控制在与第一高位状 态水平不同的第二高位状态水平。
本发明的其他特征及优点将通过以下对本发明附图的描述清楚地说明。

图1是具有可调节高位状态的调光器开关的用户界面的透视图；
图2是图1的用户界面的另一个透视图；
图3是根据本发明的第一个实施例的图1所示的调光器开关的简要示意 图；
图4是在普通模式和节能模式下输送至由图1所示的调光器开关控制的 照明负载的电能与该调光器开关的滑动调节器位置关系的示意图；
图5是根据本发明的第二个实施例的调光器开关的简要的电路图；
图6是根据本发明的第三个实施例的调光器开关的简要的电路图；
图7是根据本发明的第四个实施例的调光器开关的简要的电路图；
图8是根据本发明的第五个实施例的调光器开关的简要的电路图；
图9是根据本发明的第六个实施例的具有可调节高位状态的调光器开关 的用户界面的透视图；
图10是图9用户界面的另一个透视图。

前面的概述以及以下对优选实施例的详细描述如果结合附图一起看将 会更加便于理解。为了阐释本发明，在附图中示出了目前优选的实施例，在 其中贯穿附图的几个视图中，相同的数字代表相同的部分，然而，要注意本 发明不仅仅限于已披露的特定的方法和手段。
图1和图2是具有可调节高位状态的调光器开关10的用户界面的透视 图。调光器开关10包括摇臂开关12、滑动调节器14(即，亮度调节器)、 以及用户可控高位状态调节器16。滑动调节器14允许开/关相连的照明负载， 比如电灯(例如，图3中所示的照明负载108)。该滑动调节器14允许将照 明负载108的亮度从最低的亮度(即，低位状态水平)调节至最高的亮度(即， 高位状态水平)。调光器开关10还包括附着于安装托架22的前端表面20的 前盖18，以及内置于调光器开关10中的印刷电路板24。前盖18可适合置 于面板(图中未示出)的开口中。
高位状态调节开关允许用户在普通操作模式与节能模式之间切换调光 器开关10。当调光器开关10处于普通操作模式时，高位状态被设定在普通 高位状态水平。当调光器开关10处于节能模式时，高位状态被设定在一个 较低的高位状态水平。因此，当该调光器开关处于节能模式下时，调光器开 关10使用较少的能量并且延长了灯的寿命。
高位状态调节器16通过连接元件28与置于印刷电路板24之上的机械 开关26相连。该机械开关26包括一个调制钮30，该调制钮置于连接元件中 的凹槽中。相应的，高位状态调节器16置于安装托架22的开口32中，从 而用户就可以通过调光器开关10的用户界面改变高位状态。优选地，调节 器16这样放置：当面板安装至调光器开关10时看不到调节器，但是当面板 移开时可以控制调节器。
图3是根据本发明第一实施例的调光器开关10的简化电路图。调光器 开关10包括连接至交流电源104的热接线端102，连接至照明负载108(例 如，电灯)的可调热接线端106。调光器开关10包括连接至热接线端102 的开关S1、与开关S1串联连接的扼流圈L1、以及串联连接在扼流圈L1和 可调热接线端106之间的三端双向可控硅开关元件110。三端双向可控硅开 关元件110可以用任何适合的双向开关替代，例如，在整流器电桥中的场效 应管(FET)或者绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、反向串联的两个场效应管 (FET)、反向串联的两个IGBT或一对可控硅整流器。开关S1是调光器开 关10的用户界面的摇臂开关12的电路表示。当开关S1断开时，没有电能 输送至照明负载108。当开关S1闭合时，调光器开关10可以控制输送至照 明负载108的电量。扼流圈L1用作电磁干扰(EMI)滤波器。
计时电路120与三端双向可控硅开关元件110的主端子并联连接。两端 交流开关元件130串联连接在计时电路120的输出端与三端双向可控硅开关 元件110的控制端(即，门极)之间。两端交流开关元件130可以由任何适 合的触发电路或触发装置替代，例如，硅双向开关(SBS)。
计时电路120包括电阻器R1，连接在扼流圈L1与三端双向可控硅开关 元件110的第一个主端子的连接点上，而且电容器C1连接在电阻器R1与可 调热接线端106和三端双向可控硅开关元件110的第二个主引线的连接点之 间。优选地，电阻器R1的电阻值为5.6千欧，电容器C1的电容为0.1微法。 电位器R2的滑动端(或可调臂)与电阻器R1和电容器C1的连接点相连。 优选地，电位器R2的电阻值可以从最小值(大约0欧)调至最大值约300 千欧。电位器R2耦合至滑动调节器14，并且可以允许用户将所连接的照明 负载的亮度由最小的亮度调节至最大的亮度。
电位器R2的第二端连接至瞬态电压抑制器Z1的第一端及电阻器R3的 第一端，电阻器R3的电阻值优选为31.6千欧。瞬态电压抑制器Z1可以包 括：例如，一对反向串联的稳压二极管或者TransZorb瞬态电压抑制器(由 穆迪调升(Vishay Intertechnology)制造)。优选地，瞬态电压抑制器Z1的 击穿电压Vz为33.3伏。瞬态电压抑制器Z1的第二端连接至电阻器R4的第 一端，电阻器R4的电阻值优选为100欧。电阻器R4的第二端耦合至一个 常开单刀单掷开关S2的第一端。开关S2是用户可控机械开关26的电路表 示，机械开关26通过高位状态调节器16来调节。开关S2的第二端与电阻 器R3的第二端相连。开关S2的第二端、电阻器R3的第二端以及电容器 C2的第一端的连接点构成了与两端交流开关元件130的第一端相连的计时 电路120的输出端。电容器C2的第二端连接至电容器C1的第二端、三端 双向可控硅开关元件110的第二主端子与可调热接线端106的连接点。两端 交流开关元件130的第二端与三端双向可控硅开关元件110的控制端相连。
在操作中，计时电路120设定一个放电电压，该电压即为电容器C2两 端的电压，用于在每个线电压半周期内选择的相位角之后导通三端双向可控 硅开关元件110。电容器C2的充电时间根据电位器R2的电阻值的改变而改 变，从而改变所选择的相位角(在该相位角下三端双向可控硅开关元件110 开始导通)。优选地，电容器C2的电容为0.1微法。
两端交流开关元件130与三端双向可控硅开关元件110的控制端串联， 并用作触发装置。两端交流开关元件130具有击穿电压VBR(例如，30伏)， 并且仅当电容器C2上的放电电压大致超过了两端交流开关元件130的击穿 电压VBR时，将电流导入和导出所述三端双向可控硅开关元件的控制端。门 电流将在线电压的正半周流入三端双向可控硅开关元件110的控制端，并在 线电压的负半周流出三端双向可控硅开关元件110的控制端。
当开关S2闭合时，调光器开关10在具有额定的高位状态水平的普通模 式中工作。当电位器R2处于最小电阻值且开关S2闭合时，在第一个时间周 期内(即以第一速度)，计时电路120输出端的放电电压从大致0伏增至预 定电压，即两端交流开关元件130的击穿电压VBR。因此，电容器C2在两 端交流开关元件130放电前的第一个时间周期内充电。
相反地，当开关S2断开时，调光器开关10在具有调低的高位状态水平 的节能模式中工作。当电位器R2处于最小电阻值且开关S2闭合时，在第二 个时间周期内(即以第二速度)，计时电路120输出端的放电电压从大致0 伏增至预定电压，即两端交流开关元件130的击穿电压VBR。因此，电容器 C2在在两端交流开关元件130放电前的第二个时间周期内充电。无论是在 普通模式还是节能模式下，调光器开关10的使用者均可以通过滑动调节器 14改变放电相角来减少输送至照明负载108的电量。
当开关S2闭合时，瞬态电压抑制器Z1和电阻器R4的串联组合与电阻 器R3并联。当电阻器R3两端所产生的电压大致超过瞬态电压抑制器Z1的 击穿电压Vz时，瞬态电压抑制器Z1导通。那么电阻器R3将有效短路(因 为电阻器R4的电阻值与R3相比非常小，即100欧)。电容器C2的充电电 路中的总电阻值减小，因此缩短了电容器C2充电至两端交流开关元件130 的击穿电压VBR所需的时间。这样，三端双向可控硅开关元件110开始导通 的时间要早于开关S2断开的情况下的开始导通的时间，因此将高位状态提 升至比开关S2断开的情况下更高的水平，即具有额定的高位状态水平。
当两端交流开关元件130放电时，两端交流开关元件两端的电压降低至 回弹电压VBB，例如，25伏。由于在三端双向可控硅开关元件110的控制输 入端与第二主端子之间的电压大致为0伏，因此电容器C2两端的电压将大 致降至两端交流开关元件130的回弹电压VBB，即，大约降低5伏。因此， 瞬态电压抑制器Z1、电阻器R4及开关S2组成的串联组合两端的电压按这 个差值增加，即大约5伏。电阻器R4通过限制在此时通过瞬态电压抑制器 的电流来保护瞬态电压抑制器Z1。请注意电阻器R4并非一个必要元件。作 为替代，可使用一个有更大电流额定值的瞬态电压抑制器。
因此，调光器开关10具有一个用户可控的可调高位状态——该可调高 位状态可在开关S2闭合时的额定的高位状态水平与开关S2断开时的调低的 高位状态水平之间调节。低位状态并不受开关S2的状态影响，因为在低端， 电位器R2的电阻值足够高以至于通过电容器C2的充电电流保持足够小， 从而使得电阻器R3两端产生的电压永远不会超过瞬态电压抑制器Z1的击穿 电压Vz。
图4是在普通模式和节能模式下输送至照明负载108的电能与调光器开 关10的滑动调节器14的位置的示意图。当调光器开关10处于节能模式时， 在100％处(即处于高端)输送至照明负载108的电能小于当调光器开关处 于普通模式时在高端处输送至照明负载的电能。如图4所示，当调光器开关 在节能模式或是普通模式下工作时，在0％(即，低端)处，输送至照明负 载的电能都是大致相同的。
图5是根据本发明的第二个实施例的调光器开关200的简化电路图。该 调光器开关200包括用于调节高位状态的电位器R5，而不包括开关S2。电 位器R5具有连接至电阻器R4第二端的滑动端，以及连接至电阻器R3、电 容器C2以及两端交流开关元件130的连接点的第二端。优选地，电位器R5 包含诸如滑块控制或旋钮之类的可调元件，可调元件置于托架22的开口中 或者前盖18与托架22之间(例如，图1和图2中示出的开口32)。电位器 R5的电阻值优选地，可以从最小电阻值(例如，大约0欧)变化至大约1 兆欧的最大值。当电位器R5的电阻值大致为0欧时，调光器开关200在第 一额定的高位状态水平工作(如同图3中的调光器开关10在开关S2闭合时 那样)。随着电位器R5的电阻值增加，通过瞬态电压抑制器Z1、电阻器R4 以及电位器R5的串联组合的电流减小。这样，调光器开关200的可调高位 状态随着电位器R5的电阻值的增大而不断降低(反之亦然)。当电位器R5 处于最大电阻值时，可调高位状态处于最小的调低的高位状态水平。
图6是根据本发明的第三个实施例调光器开关300的简化电路图。调光 器开关300包含具有四(4)个档位A、B、C、D的多档位开关S2′。三个 电阻器R6A、R6B、R6C耦合在瞬态电压抑制器Z1与多档位开关S2′之间。 当开关S2′分别处于第一档位A、第二档位B、第三档位C时，瞬态电压抑 制器Z1分别与第一个电阻器R6A、第二个电阻器R6B、第三个电阻器R6C 相串联。当开关S2′位于第四档位D时，瞬态电压抑制器Z1与电阻器R4的 串联组合就简单地与电阻器R3并联。例如，第一电阻器R6A的第一电阻值 为63千欧。第二电阻器R6B的第二电阻值略低于第一电阻值，为56千欧。 第三电阻器R6C的第三电阻值略低于第二电阻值，为45千欧。第四电阻器 R4的第四电阻值略低于第三电阻值。
当多档位开关S2′处于D档时，调光器开关300以额定的高位状态水平 工作(如同图3中的调光器开关10在开关S2闭合时那样)。当多档位开关 S2′处于C档时，调光器开关300以低于额定的高位状态水平的第一调低高 位状态水平工作。当多档位开关S2′处于B档时，调光器开关300以低于所 述第一调低高位状态水平的第二调低高位状态水平工作。当多档位开关S2′ 处于A档时，调光器开关300以低于所述第二调低高位状态水平的第三调低 (最小)高位状态水平工作。
图7是根据本发明的第四个实施例的调光器开关400的简化电路图。调 光器开关400包含三个独立的瞬态电压抑制器Z2A、Z2B、Z2C，分别与电 阻器R6A、R6B、R6C串联。就像图6中调光器开关300一样，当多档位开 关S2′处于D档时，调光器开关400以额定的高位状态水平工作。当多档位 开关S2′分别处于A、B、C档时，调光器开关400以多个调低的高位状态水 平之一工作。多个调低的高位状态水平中的每一个分别取决于瞬态电压抑制 器Z2A、Z2B、Z2C的击穿电压VZ以及与档位A、档位B、档位C串联的 电阻器R6A、R6B、R6C的电阻值。例如，第一个瞬态电压抑制器Z2A的 击穿电压VZ为60伏。第二个瞬态电压抑制器Z2B的击穿电压VZ为51伏。 第三个瞬态电压抑制器Z2C的击穿电压VZ为42伏。
图8为根据本发明的第五个实施例的调光器开关500的简化电路图。调 光器开关500包括单刀双掷(SPDT)开关S2″和限流电路550。SPDT开关 S2″有一个与电阻器R3相连的可移动触点，以及与电位器R2和限流电路550 相连的两个固定触点。限流电路550包括一个NPN双极结型晶体管Q1、两 个电阻器R7、R8以及一个分流稳压二极管Z3。
当开关S2″处于第一档位时，电位器R2简单与电阻器R3串联。当开关 S2″处于第二档位时，限流电路550串联耦合在与电位器R2与电阻器R3之 间。当电压加载在限流电路550两端时，电流通过电阻器R7(优选地具有 33千欧的电阻值)，并且进入晶体管Q1的基极，从而使得受限电流ILIMIT通 过晶体管的主端子。分流二极管Z3优选地具有耦合到晶体管Q1的发射极 的分流接头(shunt connection)，从而限制受限电流ILIMIT的大小。受限电流 ILIMIT的大小取决于分流二极管Z3的参考电压及电阻器R8的电阻值。优选 地，分流二极管Z3的参考电压为1.8伏，电阻器R8的电阻值为392欧。
当开关S2″处于第二档位上时，受限电流ILIMIT使得电容器C2以一个比 开关S2″处于第一档位时较慢的速度充电。因此，三端双向可控硅开关元件 110比开关S2″处于第一档位上时较迟开始导通。从而，当开关S2″处于第一 档位时，调光器开关500以额定的高位状态水平工作，当开关S2″处于第二 档位时，调光器开关500以调低的高位状态水平工作。
图9和图10是根据本发明的第六个实施例具有可调高位状态的调光器 开关600的用户界面透视图。调光器开关600包括一个高位状态调节器610， 其位于安装托架22的开口620中。由于高位状态调节器610仅仅包含一个 置于印刷电路板24上的机械开关630，因此调光器开关10(图1和图2中 所示)的连接元件28就不需要了。请注意，机械开关630可以包括任何开 关S2、S1′或S2″(图3、图6、图7、图8中所示)。调节器610应处于这样 的位置：当调光器开关600装上面板时不会看到调节器，但是当面板被移除 时可以控制该调节器。
虽然本发明根据多个特定实施例描述，但是许多其他变化或修改及其他 用法对本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本发明并不受限于这里 详细的披露，而仅仅受限于后附的权利要求书。
相关申请
本申请要求2006年6月8日提交的名为“DIMMER WITH ADJUSTABLE HIGH-END TRIM”的共同转让的美国临时专利申请60/812,337的优先权， 其全部公开内容作为引用而被结合于此。