TWI436685B - 照明控制電路與照明系統 - Google Patents

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Description

照明控制電路與照明系統
本揭示內容是有關於一種照明控制電路，且特別是有關於一種具有調光功能的照明控制電路。
近年來隨著光電技術發展，業界開發了許多種新穎的照明設備，例如，氣體放電式的螢光燈管(fluorescent lamp)與發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)燈管皆受到廣泛的關注。
其中，LED燈管的發光效率優於傳統白熾燈泡，因為LED燈管所消耗的能量中極高比例被轉化為可見光，LED的光電轉換效率遠較其他種類的燈管高，產生的廢熱較少。因此，同一亮度下的發光二極體燈管的操作溫度比白熾傳統燈泡要低，且發光效率較佳，符合節能趨勢經常可見於各種照明應用當中。
習知的傳統白熾燈泡為電阻性負載經常搭配矽控調光器(TRIAC dimmer)使用，方便使用者可自行調整所需的亮度，避免亮度過高而使眼睛不適且造成電能浪費。一般來說，矽控調光器包含一可變電阻，使用者可自行調整(例如透過旋鈕旋轉)可變電阻之阻值，控制矽控調光器輸出導通之角度，進而改變矽控調光器的輸出波形。
矽控調光器係利用相位截斷方式進行調光，請參閱第1圖，其繪示習知矽控調光器產生之調光訊號波型示意圖。經矽控調光器調光後產生之波型為相位截斷，其調光強度大小與相位截斷之導通角大小有關。
然而，LED燈管本身為一直流負載，無法直接套用矽控調光器進行調光。若採用矽控調光器調光後之波型直接驅動，將使LED燈管發生高頻閃爍。此外，當設定之調光亮度愈低時，LED燈管閃爍情形將更為嚴重，進而使LED燈管以矽控調光器調光的可調整對比範圍受到限制。
目前市面上習知的LED照明設備中，係透過特定的LED驅動電路將市電轉換為固定的直流電壓訊號，進而驅動LED發光元件進行照明，其直流電壓訊號為定電壓，因此，照明亮度無法便利進行微調。為了配合節能的趨勢與使用者的需求，開發具有調光功能的LED照明設備實有必要。
為解決上述問題，本揭示文件提出一種照明控制電路以及照明系統，於一實施例中照明控制電路包含調光模組可用來調整照明燈具的發光亮度，且包含多個信號處理電路對調光模組產生之調光信號取樣，產生穩定度高的直流電壓訊號來驅動照明燈具，且照明控制電路具有箝位功能，當直流電壓訊號之準位過低時，進行電壓箝位將照明燈具關閉，避免照明燈具閃爍或在低壓工作下受損。
本揭示內容之一態樣是在提供一種照明控制電路，其耦接於一市電輸入與一照明燈具之間，該照明控制電路包含調光模組、取樣保持電路、差動電路、積分電路以及箝位電路。調光模組與該市電輸入耦接，用以調變該市電輸入之一交流輸入訊號而產生一調光訊號，該調光訊號包含複數個波型脈衝。取樣保持電路與該調光模組耦接，用以對該調光訊號中該等波型脈衝進行連續性取樣，並由經取樣的多個波型脈衝得到一平均波型脈衝。差動電路與該取樣保持電路耦接，用以提取該平均波型脈衝之一高低電壓差。積分電路與該差動電路耦接，用以根據該高低電壓差對取樣後的該平均波型脈衝進行積分，進而產生一直流電壓訊號。箝位電路耦接於該積分電路與該照明燈具之間，該箝位電路具有一門檻電壓準位，當該直流電壓訊號之一電壓準位超過該門檻電壓準位時，該箝位電路將該直流電壓訊號導通至該照明燈具以驅動該照明燈具發光。
根據本揭示內容之一實施例，調光訊號所包含的該等波型脈衝分別具有一導通角度，調光訊號之該等波型脈衝的該等導通角度為可調整的。
根據本揭示內容之一實施例，導通角度、該直流電壓訊號之該電壓準位以及該照明燈具之發光亮度具有正比關係。
根據本揭示內容之一實施例，當該直流電壓訊號未達該門檻電壓準位時，該箝位電路阻隔該直流電壓訊號以關斷該照明燈具。
本揭示內容之另一態樣是在提供一種照明系統，其與市電輸入耦接，該照明系統包含照明燈具以及照明控制電路。照明燈具根據流經該照明燈具之一工作電流之大小而產生不同發光亮度。照明控制電路與該市電輸入耦接，該照明控制電路包含調光模組、取樣保持電路、差動電路、積分電路以及箝位電路。調光模組與該市電輸入耦接，用以調變該市電輸入之一交流輸入訊號而產生一調光訊號，該調光訊號包含複數個波型脈衝。取樣保持電路與該調光模組耦接，用以對該調光訊號中該等波型脈衝進行連續性取樣，並由經取樣的多個波型脈衝得到一平均波型脈衝。差動電路與該取樣保持電路耦接，用以提取該平均波型脈衝之一高低電壓差。積分電路與該差動電路耦接，用以根據該高低電壓差對取樣後的該平均波型脈衝進行積分，進而產生一直流電壓訊號。箝位電路耦接於該積分電路與該照明燈具之間，該箝位電路具有一門檻電壓準位，當該直流電壓訊號之一電壓準位超過該門檻電壓準位時，該箝位電路將該直流電壓訊號導通至該照明燈具以驅動該照明燈具發光，其中依據該直流電壓訊號之該電壓準位不同而使流經該照明燈具之該工作電流相對應改變。
根據本揭示內容之一實施例，調光訊號所包含的該等波型脈衝分別具有一導通角度，其中該調光訊號之該等波型脈衝的該等導通角度為可調整的。
根據本揭示內容之一實施例，導通角度、該直流電壓訊號之該電壓準位以及該照明燈具之發光亮度具有正比關係。
根據本揭示內容之一實施例，其中當該直流電壓訊號未達該門檻電壓準位時，該箝位電路阻隔該直流電壓訊號以關斷該照明燈具。
根據本揭示內容之一實施例，照明燈具進一步包含一開關單元、一燈具驅動器以及一發光負載，其中該開關單元之一第一端耦接至該箝位電路，該開關單元之一第二端耦接至該發光負載，該燈具驅動器耦接於該開關單元之一第三端與該發光負載之間，該開關單元選擇性地將該第一端導通至該第二端或該第三端。
根據本揭示內容之一實施例，於一調光模式下該開關單元將該第一端耦接至該第二端，將該直流電壓訊號施加於該發光負載上，於一非調光模式下該開關單元將該第一端耦接至該第三端，使該直流電壓訊號施加至該燈具驅動器，藉由該燈具驅動器產生一具有固定電流值的工作電流至該發光負載。
請參閱第2圖，其繪示根據本發明之第一具體實施例中一種照明控制電路100的功能方塊圖。如第2圖所示，照明控制電路100耦接於市電輸入200與照明燈具220之間，照明控制電路100包含調光模組120、取樣保持電路140、差動電路160、積分電路180以及箝位電路190。
其中，調光模組120與市電輸入200耦接，實際應用中，市電輸入200提供的通常為交流輸入訊號(如110V或220V之交流電壓訊號)，調光模組120用以調變市電輸入200之交流輸入訊號而產生調光訊號。於此實施例中，調光模組120可為一矽控調光器，矽控調光器係利用相位截斷方式進行調光。經矽控調光器調光後產生之波型為相位截斷，其調光強度大小與相位截斷之導通角大小有關。
請一併參閱第3圖以及第4圖，第3圖繪示於理想情況下調光模組120產生之調光訊號的波型示意圖。第4圖繪示於實際情況下調光模組120產生之調光訊號的波型示意圖。
如第3圖與第4圖所示，調光訊號所包含的該等波型脈衝P1,P2,P3,P4分別具有導通角度θ1,θ2,θ3,θ4，其中調光訊號之該等波型脈衝P1,P2,P3,P4的該等導通角度θ1,θ2,θ3,θ4為可調整的。如使用者可調整調光模組120之旋鈕，提高調光亮度設定，此時波型脈衝的導通角度將加大。
如第3圖之理想情況下，調光模組120產生之調光訊號包含多個波型脈衝。如第3圖所示，當使用者已將調光模組120設置至特定亮度時(例如將調光旋鈕旋轉至特定角度)，調光模組120產生之調光訊號所包含的多個連續性的波型脈衝P1,P2,P3,P4應具有一致的導通角度，如第3圖所示，波型脈衝P1,P2,P3,P4之導通角度等為θ1。
然而，真實情況下，即使在調光亮度設定不變時，因實際製程上的限制，市面上的調光模組120所產生之多個連續性的波型脈衝P1,P2,P3,P4仍會有微小的波動差距，如第4圖所示，在第4圖中繪示的是，在調光亮度設定不變時，多個連續性的波型脈衝P1,P2,P3,P4所對應之導通角度仍各自不同，如導通角度θ1、導通角度θ2、導通角度θ3以及導通角度θ4。
接著，請同時參閱第2圖及第4圖，於此實施例中，照明控制電路100中與調光模組120耦接的取樣保持電路140用以對該調光訊號中波型脈衝P1,P2,P3,P4(如第4圖所示)進行連續性取樣，並由經取樣的多個波型脈衝得到平均波型脈衝。
舉例來說，於此例中，取樣保持電路140可取樣對第4圖中的波型脈衝P2與波型脈衝P3，並藉此產生一平均波型脈衝，請參閱第5圖，其繪示取樣保持電路140取樣產生之平均波型脈衝Pa的示意圖，但本發明並不以取樣連續的2個波型脈衝為限，於另一實施例中亦可取樣連續的3個以上的波型脈衝，或是以間隔方式取樣多個波型脈衝。藉此，取樣保持電路140可對調光模組120產生之調光訊號進行取樣並將其維持在較穩定的波型狀態下。
本實施例中，差動電路160與取樣保持電路140耦接，差動電路160用以提取平均波型脈衝Pav之高低電壓差Vd(如第5圖所示)。
積分電路180與該差動電路160耦接，用以根據高低電壓差Vd對取樣後的平均波型脈衝Pav進行積分，進而產生直流電壓訊號。此一直流電壓訊號便可用來驅動照明燈具220發光。當直流電壓訊號之電壓準位愈高時，照明燈具220之發光亮度愈亮，藉此達到調光的效果。
基本上，於此實施例中，直流電壓訊號之電壓準位與平均波型脈衝Pav的高低電壓差Vd具有正比關係，進一步來說，直流電壓訊號之電壓準位與調光模組120所產生之波型脈衝的導通角度亦具有正比關係。也就是說，導通角度、直流電壓訊號之電壓準位以及照明燈具220之發光亮度具有正比關係。照明燈具220之發光亮度主要是由調光模組120所產生之波型脈衝的導通角度而決定的。
於此實施例中，照明燈具220可包含發光二極體，其具有高光電轉換效率、低廢熱與使用壽命長等優點。然而，實際應用中，發光二極體在低驅動電壓下可能發生高頻閃爍、亮度不穩定或容易損壞等問題。於此實施例中，照明燈具220可為商用編號為MR16的LED燈具，但本發明並不以此為限。
於此實施例中，照明控制電路100中具有箝位電路190耦接於積分電路180與照明燈具220之間，箝位電路190具有門檻電壓準位(threshold voltage level)，當直流電壓訊號之電壓準位超過門檻電壓準位時，箝位電路190便將直流電壓訊號導通至照明燈具220，進而以驅動照明燈具220發光。
另一方面，當直流電壓訊號未達門檻電壓準位時，箝位電路190阻隔直流電壓訊號，例如將直流電壓訊號接地或以切換開關進行隔離，進而以關斷照明燈具220。如此一來，當直流電壓訊號之電壓準位相對低(未達門檻電壓準位)時，箝位電路190便可關斷照明燈具220，避免照明燈具220中的發光二極體在低驅動電壓下閃爍或在低壓工作下受損。
接著，請參閱第6圖，其繪示根據本發明之一實施例中一種照明系統300的功能方塊示意圖。
如第6圖所示，照明系統300其與市電輸入400耦接，照明系統300包含照明燈具330以及照明控制電路310。照明燈具330根據流經照明燈具330之工作電流IL 之大小而產生不同發光亮度。
照明控制電路310與市電輸入400耦接，照明控制電路310包含調光模組320、取樣保持電路340、差動電路360、積分電路380以及箝位電路390。有關照明控制電路310中各個模組與電路的詳細功能與作動關係，與先前實施例大致相同，可對照參考第2圖至第5圖中的照明控制電路100及其相關說明，在此不另贅述。
須注意的是，當積分電路380產生之直流電壓訊號之電壓準位超過箝位電路390之門檻電壓準位時，箝位電路390將直流電壓訊號導通至照明燈具330以驅動照明燈具330發光，其中依據直流電壓訊號之電壓準位不同而使流經照明燈具330之工作電流IL 之大小相對應改變。
於此實施例中，調光訊號中波型脈衝的導通角度、直流電壓訊號之電壓準位、工作電流IL 之大小以及照明燈具330之發光亮度具有正比關係。
此外，如第6圖所示，照明燈具330進一步包含開關單元332、燈具驅動器334以及發光負載336。於實際應用中，發光負載336可為發光二極體。
開關單元332之第一端T1耦接至箝位電路390，開關單元332之第二端T2耦接至發光負載336，燈具驅動器334耦接於開關單元332之第三端T3與發光負載336之間，開關單元332選擇性地將第一端T1導通至第二端T2或第三端T3。
於此實施例中，於調光模式下開關單元332將第一端T1耦接至第二端T2，也就是說，將照明控制電路310產生的直流電壓訊號施加於照明燈具330的發光負載336上。此時，隨著照明控制電路310的控制，可使發光負載336具有不同的亮度。
當使用者不需要調光時，也就是在非調光模式下，開關單元332可將第一端T1耦接至第三端T3，使直流電壓訊號施加至燈具驅動器334，藉由燈具驅動器334產生具有固定電流值的工作電流Id至照明燈具330的發光負載336。藉由，燈具驅動器334產生之工作電流Id為固定電流值，使照明燈具330產生恆定的發光亮度，關閉調光功能。於此實施例中，照明燈具330可為商用編號為MR16的LED燈具，燈具驅動器334可為MR16的LED燈具所內建的燈具驅動電路，但本發明並不以此為限。
綜上所述，本揭示文件提出一種照明控制電路以及照明系統，於一實施例中照明控制電路包含調光模組可用來調整照明燈具的發光亮度，且包含多個信號處理電路對調光模組產生之調光信號取樣，產生穩定度高的直流電壓訊號來驅動照明燈具，且照明控制電路具有箝位功能，當直流電壓訊號之準位過低時，進行電壓箝位將照明燈具關閉，避免照明燈具閃爍或在低壓工作下受損。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,310．．．照明控制電路
200,400．．．市電輸入
220,330．．．照明燈具
120,320．．．調光模組
140,340．．．取樣保持電路
160,360．．．差動電路
180,380．．．積分電路
190,390．．．箝位電路
332．．．開關單元
334．．．燈具驅動器
336．．．發光負載
300．．．照明系統
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖繪示習知矽控調光器產生之調光訊號波型示意圖；
第2圖繪示根據本發明之第一具體實施例中一種照明控制電路的功能方塊圖；
第3圖繪示於理想情況下調光模組產生之調光訊號的波型示意圖；
第4圖繪示於實際情況下調光模組產生之調光訊號的波型示意圖；
第5圖繪示取樣保持電路取樣產生之平均波型脈衝的示意圖；以及
第6圖繪示根據本發明之一實施例中一種照明系統的功能方塊示意圖。
300．．．照明系統
310．．．照明控制電路
400．．．市電輸入
330．．．照明燈具
320．．．調光模組
340．．．取樣保持電路
360．．．差動電路
380．．．積分電路
390．．．箝位電路
332．．．開關單元
334．．．燈具驅動器
336．．．發光負載

Claims (10)

  1. 一種照明控制電路，耦接於一市電輸入與一照明燈具之間，該照明控制電路包含：一調光模組，與該市電輸入耦接，用以調變該市電輸入之一交流輸入訊號而產生一調光訊號，該調光訊號包含複數個波型脈衝；一取樣保持電路，與該調光模組耦接，用以對該調光訊號中該等波型脈衝進行連續性取樣，並由經取樣的多個波型脈衝得到一平均波型脈衝；一差動電路，與該取樣保持電路耦接，用以提取該平均波型脈衝之一高低電壓差；一積分電路，與該差動電路耦接，用以根據該高低電壓差對取樣後的該平均波型脈衝進行積分，進而產生一直流電壓訊號；以及一箝位電路，耦接於該積分電路與該照明燈具之間，該箝位電路具有一門檻電壓準位，當該直流電壓訊號之一電壓準位超過該門檻電壓準位時，該箝位電路將該直流電壓訊號導通至該照明燈具以驅動該照明燈具發光。
  2. 如請求項1所述之照明控制電路，其中該調光訊號所包含的該等波型脈衝分別具有一導通角度，其中該調光訊號之該等波型脈衝的該等導通角度為可調整的。
  3. 如請求項2所述之照明控制電路，其中該導通角度、該直流電壓訊號之該電壓準位以及該照明燈具之發光亮度具有正比關係。
  4. 如請求項1所述之照明控制電路，其中當該直流電壓訊號未達該門檻電壓準位時，該箝位電路阻隔該直流電壓訊號以關斷該照明燈具。
  5. 一種照明系統，與一市電輸入耦接，該照明系統包含：一照明燈具，根據流經該照明燈具之一工作電流之大小而產生不同發光亮度；以及一照明控制電路，與該市電輸入耦接，該照明控制電路包含：一調光模組，與該市電輸入耦接，用以調變該市電輸入之一交流輸入訊號而產生一調光訊號，該調光訊號包含複數個波型脈衝；一取樣保持電路，與該調光模組耦接，用以對該調光訊號中該等波型脈衝進行連續性取樣，並由經取樣的多個波型脈衝得到一平均波型脈衝；一差動電路，與該取樣保持電路耦接，用以提取該平均波型脈衝之一高低電壓差；一積分電路，與該差動電路耦接，用以根據該高低電壓差對取樣後的該平均波型脈衝進行積分，進而產生一直流電壓訊號；以及一箝位電路，耦接於該積分電路與該照明燈具之間，該箝位電路具有一門檻電壓準位，當該直流電壓訊號之一電壓準位超過該門檻電壓準位時，該箝位電路將該直流電壓訊號導通至該照明燈具以驅動該照明燈具發光，其中依據該直流電壓訊號之該電壓準位不同而使流經該照明燈具之該工作電流相對應改變。
  6. 如請求項5所述之照明系統，其中該調光訊號所包含的該等波型脈衝分別具有一導通角度，其中該調光訊號之該等波型脈衝的該等導通角度為可調整的。
  7. 如請求項6所述之照明系統，其中該導通角度、該直流電壓訊號之該電壓準位以及該照明燈具之發光亮度具有正比關係。
  8. 如請求項5所述之照明系統，其中當該直流電壓訊號未達該門檻電壓準位時，該箝位電路阻隔該直流電壓訊號以關斷該照明燈具。
  9. 如請求項5所述之照明系統，其中該照明燈具進一步包含一開關單元、一燈具驅動器以及一發光負載，其中該開關單元之一第一端耦接至該箝位電路，該開關單元之一第二端耦接至該發光負載，該燈具驅動器耦接於該開關單元之一第三端與該發光負載之間，該開關單元選擇性地將該第一端導通至該第二端或該第三端。
  10. 如請求項9所述之照明系統，其中於一調光模式下該開關單元將該第一端耦接至該第二端，將該直流電壓訊號施加於該發光負載上，於一非調光模式下該開關單元將該第一端耦接至該第三端，使該直流電壓訊號施加至該燈具驅動器，藉由該燈具驅動器產生一具有固定電流值的工作電流至該發光負載。
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