TWI420969B - 具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具 - Google Patents

Description

具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具

本發明係關於一種具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具，尤其是關於一種根據電源供應端之啟閉頻率而調整其輸出訊號的控制模組。

市面上的LED(light－emitting diode；發光二極體)，由於發光效率佳、使用壽命長、耗電量少，故以被大量應用於各種電子產品，例如家用燈源、LED電視、紅綠燈、手電筒、車頭燈...等。

請參照第1圖所示，其係繪示中華民國公告第M376097號「亮度調整電路」專利案所揭示之一種習用燈具及其所採用的調光控制方式。該燈具9利用一分壓電路91提供一驅動電壓輸出給一發光模組92，且該燈具9另具有一控制電路93可透過控制該分壓電路91所輸出的驅動電壓之大小，以使該發光模組92能根據不同驅動電壓而相對產生不同亮度。然而，此一先前技術所揭露的控制方式勢必需要另設有一控制件電性連接至該控制電路93，以供使用者透過該控制件操作該控制電路93而調整該發光模組92之光線亮度，然而此先前技術利用該些分壓電阻調光所造成的就是浪費電能，意味著效率因此降低，且透過類比(電阻)調光方式最大的缺點在於發射光色溫會因為LED電流函數而不同造成LED顏色轉移。基於上述之原因，本發明提出一種能有效改善上述缺失之具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具。

本發明之目的乃改良上述之缺點，係提供一種具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具，以利用一控制模組根據一供電單元之供電狀態控制一燈具之亮度，以使本發明具有多段亮度調整之功能。

本發明之另一目的提供一種具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具，利用一儲能單元所儲備之電能，以持續提供電能維持一運算元件進行運作之機制者。

為達到前述發明目的，本發明之具供電偵測功能之燈具，其包含：一供電單元、一控制模組及一發光模組。該供電單元係提供一直流電力；該控制模組係電性連接至該供電單元以接收且儲存該供電單元之直流電力，且該控制模組根據該供電單元之供電狀態產生一控制訊號；該發光模組分別電性連接該供電單元及控制模組，以接收該直流電力並根據該控制訊號調整亮度。

本發明另提供一種具供電偵測功能之控制模組，其包含：一儲能單元、一偵測單元及一監控單元。該儲能單元係接收且儲存一直流電力；該偵測單元係根據該直流電力之供電狀態產生一偵測訊號；該監控單元係分別電性連接至該儲能單元及該偵測單元，以接收該儲能單元之電力及該偵測訊號，並根據該偵測訊號產生一控制訊號。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第2圖所示，其揭示本發明之具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具。該燈具包含一供電單元1、一控制模組2及一發光模組3。該供電單元1提供一直流電源且電性連接至該控制模組2及發光模組3；該控制模組2係電性連接該發光模組3並供輸出一控制訊號至該發光模組3；該發光模組3係根據該控制訊號調整亮度。

更詳言之，該供電單元1較佳包含一整流電路，以便將一交流電源整流成一直流電源並輸出至該控制模組2及發光模組3。其中，如第2圖所示，該供電單元1所包含之整流電路較佳係為一全橋式整流電路。

該控制模組2具有一儲能單元21、一偵測單元22及一監控單元23，其中該儲能單元21及偵測單元22分別電性連接於該供電單元1及監控單元23之間，以便該儲能單元21在該供電單元1正常供電時儲存電力並傳送電力至該監控單元23，並在該供電單元1未輸出電力之情況下提供該監控單元23進行運作所需之電力。而該偵測單元22係根據該供電單元1之供電狀態產生一偵測訊號送至該監控單元23。該監控單元23係連接至該發光模組3，以便該監控單元23由該偵測訊號判斷產生該控制訊號之後，將該控制訊號傳送至該發光模組3使其發光。

詳言之，該儲能單元21較佳包含相互串聯連接於該供電單元1及一接地點之間的一儲能電容211及一二極體212，且該二極體212較佳係電性串聯於該儲能電容211及該供電單元1之間。該偵測單元22較佳為依序串聯連接於該供電單元1及接地點之間的一第一分壓電阻221及一第二分壓電阻222所構成，且該第二分壓電阻222之電阻值較佳小於該第一分壓電阻221之電阻值，以使該偵測訊號相較於該供電單元1所輸出的電力訊號具有較小的電壓振幅。該監控單元23具有一運算元件231，且該運算元件231係具有一電源端231a、一感測端231b及一命令端231c，其中該電源端231a係供連接至該儲能單元21以接收該儲能單元21所提供之電力，且該電源端231a較佳係連接至該儲能電容211及該二極體212之間的串聯接點；該感測端231b係供連接至該偵測單元22以接收該偵測訊號，且該感測端231b較佳係連接至該二分壓電阻221、222之間的串聯接點；而該命令端231c係供連接至該發光模組3，以便傳送該控制訊號。其中，該運算元件231係可選擇為一驅動晶片(IC Chip)、一微處理器(MCU)、一場域可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array；FPGA)、一複雜可程式邏輯元件(Complex Programmable Logic Device；CPLD)或一特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC)。此外，該監控單元23較佳另具有一基納二極體232，該基納二極體232係連接於該電源端231a及該接地點之間，藉以提供一過電壓保護，防止超過該基納二極體232之崩潰電壓的過大電壓破壞該運算元件231。請另參照第3圖所示，其係繪示本發明之偵測單元22的另一種實施方式，其中係以一光敏電阻構成該第一分壓電阻221或該第二分壓電阻222的其中之 一，且在此較佳係選擇構成該第二分壓電阻222；且其係另繪示該運算元件231為一驅動晶片(IC Chip)。

請再參照第2圖所示，該發光模組3包含串接於該供電單元1及接地點之間的一驅動電路31及一發光單元32。該驅動電路31係供連接至該運算元件231之命令端231c，以接收該控制訊號，進而控制通過該發光單元32的電流。詳言之，該驅動電路31較佳係具有一電力電子開關311，且該電力電子開關311之閘極端(gate)即耦接至該之命令端231c，以便由該控制訊號之電壓準位控制該電力電子開關311之導通狀態。此外，該驅動電路31較佳另包含一第三電阻312及一第四電阻313，該第三電阻312係電性連接於該閘極端及命令端231c之間，該第四電阻313則電性連接於該電力電子開關311之源極端，以便該二電阻312、313提供一過電流保護以防止電流過大擊穿該電力電子開關311。該發光單元32係於該供電單元1所提供之電流通過時發光，且該發光單元32較佳係由一發光二極體(LED)元件321所構成；或者，如第4至7圖所示，亦可由該LED元件321及一降壓(Buck)電路、一升壓(Boost)電路、一返馳(Flyback)電路或一順向(Forward)電路構成其他形式之發光單元33、34、35或36。

詳言之，請參照第4圖所示，藉由該發光單元33之降壓電路之電容器331電性並聯該LED元件321且電性連接至一電感器332，並透過該發光單元33之降壓電路之二極體333單方向電流之導通，可達成輸出電壓壓降之目的。再參照第5圖所示，該發光單元34之升壓電路與前述 之降壓電路的差異點在於，該發光單元34之LED元件321除與該升壓電路之電容器341電性並聯之外，且串聯連接一二極體342及一電感器343，藉以利用該電感器343所釋放之能量而達成輸出提升電壓準位之目的。其中，由於上述型態之發光單元33、34的輸入、輸出沒有進行隔離，因此其較適用於輸入與輸出沒有絕緣要求的情況。相較於此，請再參照第6圖所示，該發光單元35之返馳電路之第一電容器351係電性並聯該LED元件321，該發光單元35之返馳電路之第一二極體352係串接至該LED元件321，且該發光單元35之返馳電路之一第二二極體353係電性串聯一電阻器354及一第二電容器355的並聯電路，且該第二二極體353之順偏端電性連接至該發光單元35之驅動電路31，故可透過該發光單元35之返馳電路之一次側感應一電壓至二次側而達到升壓或降壓之目的，且具有輸入、輸出隔離之功用。另，請參照第7圖所示，該發光單元36之順向電路與前述之返馳電路不同的地方在於，該LED元件321與一電感器362的串聯電路係並聯一二極體361，以便進一步利用該二極體361減少該順向電路之損失，其中該二極體361較佳係選擇一蕭特基二極體以增加該順向電路之效率。

承上所述，請同時參照第2及3圖，該具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具之作動原理詳述如下： 當該供電單元1正常供電時，該偵測單元22以該二分壓電阻221、222所產生之該偵測訊號係呈一標準電壓準位(例如：2.5v)；而當該供電單元1停止供電時，該偵測 單元22以該二分壓電阻221、222所產生之該偵測訊號則呈一低電壓準位(例如：0v)。藉此，該運算元件231係由該感測端231b測知該偵測訊號由該標準電壓準位切換至該低電壓準位之時間點，以及由該低電壓準位切換至該標準電壓準位之時間點，以便進一步決定該控制訊號之電壓值的大小、頻率及責任周期比的其中至少一個，其中該控制訊號係依其電壓值的大小、頻率或責任周期比分為數種切換段位。此外，如第3圖所示，當該控制模組2由所述之另一種實施方式完成時，係可僅藉由阻斷該光敏電阻之光源進行操作，而不需透過控制該供電單元1正常或停止供電調整亮度。亦即，若該光敏電阻受到光源照射，該偵測訊號係呈該標準電壓準位(例如：2.5v)；而若該光敏電阻之光源受到阻斷以致提高該光敏電阻之電阻值，則該偵測訊號呈一高電壓準位(例如：5v)。與先前所述之實施例不同的是該運算元件231係由該感測端231b測知該偵測訊號由該標準電壓準位切換至該高電壓準位之時間點，以及由該高電壓準位切換至該標準電壓準位之時間點。

詳言之，當該控制訊號係為該數種切換段位的其中之一，且該偵測訊號在一切換時間點由該標準電壓準位切換至該低電壓準位時(或由該標準電壓準位切換至該高電壓準位時)，該運算元件231即偵測該偵測訊號在該切換時間點之後的一段預設時間內是否由該低電壓準位切換至該標準電壓準位(或由該高電壓準位切換至該標準電壓準位)。若該偵測訊號在該預設時間內進行切換，該運算元件231係將該控制訊號調整為下一切換段位；否則即維持在同一 切換段位。藉此，即可利用此控制訊號控制該發光模組3的亮度。

舉例而言，預設該控制訊號可類分為四個切換段位，該四個切換段位分別對應於該發光模組3的最大亮度之25%、50%、75%及100%的發光量，且該預設時間係為1秒。若該控制訊號的原切換段位對應於50%的發光量，且若該偵測訊號在該切換時間點之後的1秒內即由該低電壓準位切換至該標準電壓準位(或由該高電壓準位切換至該標準電壓準位)，則該控制訊號係改變為下一切換段位以使該發光模組3的發光量為其最大亮度的75%；而若該在該切換時間點之後的1秒內未由該低電壓準位切換至該標準電壓準位(或由該高電壓準位切換至該標準電壓準位)，則該控制訊號仍維持為原切換段位(即對應於該發光模組3的最大亮度之50%的發光量)。藉此，本發明之燈具即可具有多段亮度調整之功能。

當依該控制訊號之電壓值的責任周期比區分該數種切換段位時，該運算元件231係輸出脈寬調制(Pulse width modulation；PWM)信號決定該驅動電路31的導通時間比例，進而達成以可調整的功率電流輸出推動該發光單元32。

綜上所述，本發明之具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具，主要是以該該儲能單元21維持該監控單元23的持續運作，並利用該偵測單元22提供該偵測訊號，以便該監控單元23根據該偵測訊號判斷該供電單元1之供電狀況，進而調整該控制單元以使本發明之燈具具有多段 亮度調整之功能。

本發明之具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具，其利用一控制模組根據一供電單元之供電狀態控制一燈具之亮度，以使本發明具有多段亮度調整之功效。

本發明之具供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具，利用一儲能單元所儲備之電能，以持續提供電能維持一運算元件進行運作之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

〔本發明〕

1‧‧‧供電單元

2‧‧‧控制模組

21‧‧‧儲能單元

211‧‧‧儲能電容

212‧‧‧二極體

22‧‧‧偵測單元

221‧‧‧第一分壓電阻

222‧‧‧第二分壓電阻

23‧‧‧監控單元

231‧‧‧運算元件

231a‧‧‧電源端

231b‧‧‧感測端

231c‧‧‧命令端

232‧‧‧基納二極體

3‧‧‧發光模組

31‧‧‧驅動電路

311‧‧‧電力電子開關

312‧‧‧第三電阻

313‧‧‧第四電阻

32‧‧‧發光單元

321‧‧‧LED元件

33‧‧‧發光單元

331‧‧‧電容器

332‧‧‧電感器

333‧‧‧二極體

34‧‧‧發光單元

341‧‧‧電容器

342‧‧‧二極體

343‧‧‧電感器

35‧‧‧發光單元

351‧‧‧第一電容器

352‧‧‧第一二極體

353‧‧‧第二二極體

354‧‧‧電阻器

355‧‧‧第二電容器

36‧‧‧發光單元

361‧‧‧二極體

362‧‧‧電感器

〔習知〕

9‧‧‧燈具

91‧‧‧分壓電路

92‧‧‧發光模組

93‧‧‧控制電路

第1圖：習用燈具及其所採用的調光控制方式之電路示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之供電偵測功能之控制模組及其構成之燈具之電路示意圖。

第3圖：本發明較佳實施例之控制模組另一實施方式之電路示意圖。

第4圖：本發明較佳實施例之具有降壓電路之發光單元之電路圖。

第5圖：本發明較佳實施例之具有升壓電路之發光單元之電路圖。

第6圖：本發明較佳實施例之具有返馳電路之發光單元之電路圖。

第7圖：本發明較佳實施例之具有順向電路之發光單元之電路圖。

1．．．供電單元

2．．．控制模組

21．．．儲能單元

211．．．儲能電容

212．．．二極體

22．．．偵測單元

221．．．第一分壓電阻

222．．．第二分壓電阻

23．．．監控單元

231．．．運算元件

231a．．．電源端

231b．．．感測端

231c．．．命令端

232．．．基納二極體

3．．．發光模組

31．．．驅動電路

311．．．電力電子開關

312．．．第三電阻

313．．．第四電阻

32．．．發光單元

321．．．LED元件

Claims (14)

1. 一種具供電偵測功能之燈具，其包含：一供電單元，其提供一直流電力；一控制模組，其電性連接至該供電單元以接收且儲存該供電單元之直流電力，且該控制模組根據該供電單元之供電狀態產生一控制訊號，該控制模組具有一儲能單元、一偵測單元及一監控單元，該儲能單元係分別電性連接至該供電單元及監控單元，以接收且儲存該供電單元之電力並供電至該監控單元，該儲能單元包含相互串聯連接之一儲能電容及一二極體，該儲能電容及二極體連接於該供電單元及一接地點之間，且該儲能電容及二極體之間的串聯接點連接至該監控單元，該偵測單元係根據該供電單元之供電狀態產生一偵測訊號，該監控單元係電性連接至該偵測單元接收該偵測訊號，並根據該偵測訊號產生該控制訊號；及一發光模組，其分別電性連接該供電單元及控制模組，以接收該直流電力並根據該控制訊號調整亮度。
2. 一種具供電偵測功能之燈具，其包含：一供電單元，其提供一直流電力；一控制模組，其電性連接至該供電單元以接收且儲存該供電單元之直流電力，且該控制模組根據該供電單元之供電狀態產生一控制訊號，該控制模組具有一儲能單元、一偵測單元及一監控單元，該儲能單元係分別電性連接至該供電單元及監控單元，以接收且儲存該供電單 元之電力並供電至該監控單元，該偵測單元係根據該供電單元之供電狀態產生一偵測訊號，該偵測單元包含互串聯連接之一第一分壓電阻及一第二分壓電阻，該二分壓電阻連接於該供電單元及一接地點之間，且該二分壓電阻之間的串聯接點連接至該監控單元，該監控單元係電性連接至該偵測單元接收該偵測訊號，並根據該偵測訊號產生該控制訊號；及一發光模組，其分別電性連接該供電單元及控制模組，以接收該直流電力並根據該控制訊號調整亮度。
3. 依申請專利範圍第2項所述之具供電偵測功能之燈具，其中該第一分壓電阻及第二分壓電阻之一為一光敏電阻。
4. 一種具供電偵測功能之燈具，其包含：一供電單元，其提供一直流電力；一控制模組，其電性連接至該供電單元以接收且儲存該供電單元之直流電力，且該控制模組根據該供電單元之供電狀態產生一控制訊號，該控制模組具有一儲能單元、一偵測單元及一監控單元，該儲能單元係分別電性連接至該供電單元及監控單元，以接收且儲存該供電單元之電力並供電至該監控單元，該偵測單元係根據該供電單元之供電狀態產生一偵測訊號，該監控單元係電性連接至該偵測單元接收該偵測訊號，並根據該偵測訊號產生該控制訊號，該監控單元包含一運算元件，且該運算元件具有一電源端、一感測端及一命令端，其中該電源端連接至該儲能單元，該感測端連接至該偵測單元， 該命令端連接至一發光模組，該監控單元另具有一基納二極體連接於該電源端及一接地點之間；及該發光模組，其分別電性連接該供電單元及控制模組，以接收該直流電力並根據該控制訊號調整亮度。
5. 依申請專利範圍第1、2或4項所述之具供電偵測功能之燈具，其中該發光模組包含串接於該供電單元及接地點之間的一驅動電路及一發光單元。
6. 依申請專利範圍第5項所述之具供電偵測功能之燈具，其中該發光單元係包含一發光二極體元件，以及一降壓電路、一升壓電路、一返馳電路或一順向電路。
7. 依申請專利範圍第4項所述之具供電偵測功能之燈具，其中該運算元件係可選擇為一驅動晶片、一微處理器、一場域可程式邏輯閘陣列、一複雜可程式邏輯元件或一特殊應用積體電路。
8. 依申請專利範圍第1、2或4項所述之具供電偵測功能之燈具，其中該控制模組能夠調變所輸出之控制訊號的電壓值之大小、頻率及責任周期比的其中至少一個。
9. 一種具供電偵測功能之控制模組，其包含：一儲能單元，係接收且儲存一直流電力；一偵測單元，係根據該直流電力之供電狀態產生一偵測訊號，該偵測單元包含互串聯連接之一第一分壓電阻及一第二分壓電阻，且該二分壓電阻之間的串聯接點連接至該監控單元；及一監控單元，係分別電性連接至該儲能單元及該偵測單元，以接收該儲能單元之電力及該偵測訊號，並根據該 偵測訊號產生一控制訊號。
10. 依申請專利範圍第9項所述之具供電偵測功能之控制模組，其中該第一分壓電阻及第二分壓電阻之一為一光敏電阻。
11. 一種具供電偵測功能之控制模組，其包含：一儲能單元，係接收且儲存一直流電力，該儲能單元包含相互串聯連接之一儲能電容及一二極體，且該儲能電容及二極體之間的串聯接點連接至一監控單元；一偵測單元，係根據該直流電力之供電狀態產生一偵測訊號；及該監控單元，係分別電性連接至該儲能單元及該偵測單元，以接收該儲能單元之電力及該偵測訊號，並根據該偵測訊號產生一控制訊號。
12. 一種具供電偵測功能之控制模組，其包含：一儲能單元，係接收且儲存一直流電力；一偵測單元，係根據該直流電力之供電狀態產生一偵測訊號；及一監控單元，係分別電性連接至該儲能單元及該偵測單元，以接收該儲能單元之電力及該偵測訊號，並根據該偵測訊號產生一控制訊號，該監控單元包含一運算元件，且該運算元件具有一電源端、一感測端及一命令端，其中該電源端連接至該儲能單元，該感測端連接至該偵測單元以接收該偵測訊號，該命令端輸出該控制訊號，該監控單元另具有一基納二極體連接於該電源端及一接地點之間。
13. 依申請專利範圍第12項所述之具供電偵測功能之控制模組，其中該運算元件係可選擇為一驅動晶片、一微處理器、一場域可程式邏輯閘陣列、一複雜可程式邏輯元件或一特殊應用積體電路。
14. 依申請專利範圍第9、11或12項所述之具供電偵測功能之控制模組，其中該監控單元能夠調變所輸出之控制訊號的電壓值之大小、頻率及責任周期比的其中至少一個。