TWI493832B - 負載控制裝置 - Google Patents

Description

負載控制裝置

本發明是有關於一種負載控制裝置，且特別是有關於一種用以控制供應至負載之電源的負載控制裝置。

一般而言，各類型的電器設備，例如：照明裝置、空調模組、風扇、...等，在使用上都會透過一負載控制裝置來控制供應至電器設備的電源，並進而操控電器設備的狀態。例如，就照明裝置而言，負載控制裝置可利用恆流或是穩壓的方式來控制供應至照明裝置中的電源，以致使照明裝置中的發光元件(例如：串接的發光二極體)可以正常地被驅動。

然而，當以恆流的方式來進行供電控制時，對於具有低順向電壓的串接發光二極體來說，現有的負載控制裝置可以確保發光二極體被點亮的時間，但卻會造成負載控制裝置本身的功率消耗過大，進而增加負載控制裝置的操作溫度。此外，當以穩壓的方式來進行供電控制時，現有的負載控制裝置通常必須設置以變壓器為主體結構的電源轉換器(power converter)，進而導致負載控制裝置之生產成本的增加。另一方式是以全橋整流後直接以一大電容存外電最高準位電壓，再以此電容供電給負載之方式；此一方法的成本低，但會因為功率因子太差，只在近電壓高點的瞬間向供電系統取電，造成電流極端不均而造成供電系統的 巨大負擔。

因此，如何降低負載控制裝置的功率消耗與生產成本，已是負載控制裝置在設計上極需解決的問題。

本發明提供一種負載控制裝置，利用儲能元件與負載的串並切換，來回收負載沒有使用到的能量，進而降低負載控制裝置的功率消耗與生產成本。

本發明提出一種負載控制裝置，包括第一控制器、切換單元以及第一儲能單元。第一控制器偵測電源訊號的準位，並依據偵測結果產生控制訊號。切換單元透過第一配線電性連接至負載的第一端。此外，切換單元依據控制訊號而決定是否將第二配線導通至負載的第二端，並據以切換第二配線所傳送之操作電流的電流方向。第一儲能單元包括第一儲能元件，並響應於操作電流之電流方向的切換，而致使第一儲能元件與負載並聯或是串聯在第一配線與第二配線之間。

在本發明之一實施例中，上述之切換單元包括第一電晶體與第二電晶體。此外，切換單元依據控制訊號控制第一電晶體，並藉此導通第一電晶體與第二電晶體之其中之一。再者，第二配線會隨著第二電晶體的導通而導通至負載的第二端。

在本發明之一實施例中，上述之負載控制裝置更包括N個第二儲能單元。其中，所述N個第二儲能單元各自包 括一第二儲能元件，並各自具有一第一至一第四端。此外，所述N個第二儲能單元的第一端與第二端分別電性連接第一配線與第二配線，所述N個第二儲能單元更透過其第三端與第四端串接在負載的第二端與第一儲能單元之間，且所述N個第二儲能單元響應於操作電流之電流方向的切換，而致使所述N個第二儲能元件並聯在第一配線與第二配線之間或是串接在負載的第二端與第一儲能元件之間，N為正整數。

在本發明之一實施例中，上述之負載控制裝置更包括N個開關與第二控制器。其中，第i個開關的第一端電性連接至第i個第二儲能單元的第三端，且第i個開關的第二端電性連接至第i個第二儲能單元的第四端，i為整數且1≦i≦N。第二控制器偵測電源訊號的準位，並依據偵測結果逐一開啟或是關閉所述N個開關。

基於上述，本發明是透過切換單元來切換負載與儲能元件的連接狀態，進而致使負載可隨著電源訊號之準位的高低串接或是並接至少一儲能元件。此外，透過負載與儲能元件的串並切換，負載控制裝置將可進一步地回收到負載沒有使用到的能量，進而降低負載控制裝置的功率消耗。此外，與現有技術相較之下，負載控制裝置無需額外設置電源轉換器，就可提供一相對穩定的電壓給負載，進而降低負載控制裝置的生產成本。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為依據本發明之一實施例之負載控制裝置的示意圖。參照圖1，負載控制裝置100接收並調節一電源訊號VS，並將調節過的電源訊號VS傳送至負載101，以藉此控制負載101的供電。其中，負載控制裝置100包括第一控制器110、切換單元120與第一儲能單元130。

在本實施例中，電源訊號VS可例如是經過全波整流後的交流訊號。此外，第一控制器110會偵測電源訊號VS的準位，並在電源訊號VS的準位大於一預設電壓時，產生具有第一準位(例如：邏輯1)的控制訊號CT。相對地，當電源訊號VS的準位不大於所述預設電壓時，第一控制器110將產生具有第二準位(例如：邏輯0)的控制訊號CT。

切換單元120包括N型電晶體MN1、N型電晶體MN2、電阻R1與齊納二極體ZD1。其中，電阻R1的第一端接收電源訊號VS並電性連接至第一配線L1，且第一配線L1電性連接至負載101的第一端T1。N型電晶體MN2的第一端(例如：汲極)電性連接負載101的第二端T2，且N型電晶體MN2的控制端(例如：閘極)電性連接電阻R1的第二端與齊納二極體ZD1的陰極，且N型電晶體MN2的第二端(例如：源極)電性連接齊納二極體ZD1的陽極與第二配線L2。N型電晶體MN1的第一端(例如：汲極)電性連接齊納二極體ZD1的陰極，N型電晶體MN1的控制端(例如：閘極)接收控制訊號CT，且N型電晶體MN1的第二端(例如：源極)電性連接至接地端。

在操作上，當切換單元120接收到具有第一準位(例如：邏輯1)的控制訊號CT時，N型電晶體MN1將導通，進而將N型電晶體MN2的控制端下拉至接地端。此外，此時的齊納二極體ZD1將維持在順向偏壓下，進而確保N型電晶體MN2維持在不導通的狀態下。相對地，第二配線L2將無法導通至負載101的第二端T2。再者，隨著齊納二極體ZD1的順偏與N型電晶體MN1的導通，第二配線L2所傳送的操作電流將被導引至第一電流方向211。

另一方面，當切換單元120接收到具有第二準位(例如：邏輯0)的控制訊號CT時，N型電晶體MN1將無法導通，進而促使齊納二極體ZD1維持在逆向偏壓下。隨著齊納二極體ZD1的逆偏，N型電晶體MN2將被切換至導通狀態，進而將第二配線L2導通至負載101的第二端T2。藉此，第二配線L2所傳送的操作電流將會被導引至第二電流方向212。換言之，切換單元120會依據控制訊號CT而決定是否將第二配線L2導通至負載101的第二端T2，並據以切換第二配線L2所傳送之操作電流的電流方向。

第一儲能單元130包括二極體D1、二極體D2與第一電容C1(亦即第一儲能元件)。其中，二極體D1的陰極電性連接第一配線L1，且二極體D1的陽極透過第一電容C1電性連接至第二配線L2。二極體D2的陽極電性連接負載101的第二端T2，且二極體D2的陰極電性連接二極體D1的陽極。

在操作上，當切換單元120依據控制訊號CT導通N 型電晶體MN1並關閉N型電晶體MN2時，亦即當第二配線L2所傳送的操作電流被導引至第一電流方向211時，二極體D1將偏壓在逆向偏壓下，且二極體D2將偏壓在順向偏壓下。亦即，此時的二極體D1將無法導通，且二極體D2將導通。藉此，負載101與第一電容C1將串聯在第一配線L1與第二配線L2之間。換言之，當電源訊號VS的準位夠高時，例如，當電源訊號VS的準位大於預設電壓時，負載控制裝置100會將電源訊號VS供應至負載101，並同時對第一電容C1進行充電。值得注意的是，第一電容C1是接收來自負載101的電源，因此第一電容C1可以說是利用負載101沒有使用到的能量來進行充電。

另一方面，當切換單元120依據控制訊號CT關閉N型電晶體MN1並導通N型電晶體MN2時，亦即當第二配線L2所傳送的操作電流被導引至第二電流方向212時，二極體D1將導通，且二極體D2將無法導通。藉此，負載101與第一電容C1將並聯在第一配線L1與第二配線L2之間。如此一來，當電源訊號VS的準位較低時，例如，當電源訊號VS的準位不大於預設電壓時，第一電容C1將對負載101進行放電。換言之，第一儲能單元130是會響應於操作電流之電流方向的切換，而致使第一電容C1與負載101並聯或是串聯在第一配線L1與第二配線L2之間。

總體而言，透過第一電容C1與負載101的串並切換，負載控制裝置100將可進一步地回收負載101沒有使用到 的能量，進而降低負載控制裝置100的功率消耗。此外，透過第一電容C1的充放電，負載控制裝置100將可提供一相對穩定的電壓給負載101。換言之，負載控制裝置100無需設置以變壓器為主體結構的電源轉換器，就可提供一相對穩定的電壓給負載101，因此可降低負載控制裝置100的生產成本。

此外，在其它較佳實施例中，更可在負載控制裝置100中進一步地設置限流電路或是穩壓電路，而致使負載控制裝置100相當於一電源供應器。例如，在一較佳實施例中，負載控制裝置100更包括一限流電路(未繪示出)，且所述限流電路與負載101相互串接。藉此，此時的負載控制裝置100將相當於可用以提供一穩定電流的電源供應器。再者，在另一較佳實施例中，負載控制裝置100更包括一穩壓電路(未繪示出)，且所述穩壓電路與負載101相互並接。藉此，此時的負載控制裝置100將相當於可用以提供一穩定電壓的電源供應器。

值得一提的是，圖1實施例中的負載控制裝置100是利用單顆電容(第一電容)來與負載101進行串並的切換。然而，在實際應用上，負載控制裝置100也可利用多個電容來與負載101進行串並的切換。舉例來說，圖2為依據本發明之另一實施例之負載控制裝置的示意圖。請同時參照圖1與圖2來看，其中兩實施例主要不同之處在於，圖2中的負載控制裝置200更包括第二儲能單元210。其中，第二儲能單元210具有第一端T31、第二端T32、第三端 T33與第四端T34，並包括第二電容C2(亦即第二儲能元件)以及二極體D3~D5。

在電性連接上，第二儲能單元210的第一端T31與第二端T32分別電性連接第一配線L1與第二配線L2，且第二儲能單元210更透過其第三端T33與第四端T34串接在負載101的第二端T2與第一儲能單元130之間。更進一步來看，二極體D3的陰極電性連接第二儲能單元210的第一端T31，且二極體D3的陽極電性連接二極體D4的陰極與第二電容C2的第一端。二極體D4的陽極電性連接第二儲能單元210的第三端T33。第二電容C2的第二端電性連接第二儲能單元210的第四端T34與二極體D5的陰極。二極體D5的陽極電性連接第二儲能單元210的第二端T32。

在操作上，當N型電晶體MN1導通且N型電晶體MN2關閉時，亦即第二配線L2所傳送的操作電流被導引至第一電流方向211時，二極體D3、D5與D1將無法導通，且二極體D4與D2將導通。藉此，負載101、第二電容C2與第一電容C1將串聯在第一配線L1與第二配線L2之間，進而對第二電容C2與第一電容C1進行充電。此外，當N型電晶體MN1關閉且N型電晶體MN2導通時，亦即當第二配線L2所傳送的操作電流被導引至第二電流方向212時，二極體D3、D5與D1將導通，且二極體D4與D2將無法導通。藉此，負載101、第二電容C2與第一電容C1將並聯在第一配線L1與第二配線L2之間，進而致 使第二電容C2與第一電容C1對負載101進行放電。

換言之，第二儲能單元210會響應於操作電流之電流方向的切換，而致使第二電容C2並聯在第一配線L1與第二配線L2之間或是串聯在負載101的第二端T2與第一電容C1之間。藉此，負載控制裝置200將可利用2顆電容(第一電容與第二電容)來與負載101進行串並的切換。此外，在其它實施例中，也可以藉由增加第二儲能單元210的個數，而致使負載控制裝置200利用3顆以上的電容來與負載101進行串並的切換。

舉例來說，圖3為依據本發明之另一實施例之負載控制裝置的示意圖。請同時參照圖2與圖3來看，其中兩實施例主要不同之處在於，圖3中的負載控制裝置300包括多個第二儲能單元，例如：第二儲能單元210_1~210_2。其中，圖3與圖2中的第二儲能單元210、210_1~210_2具有相同的電路結構，故以相同的符號標示第二儲能單元210、210_1~210_2中的元件。此外，在電性連接上，所述多個第二儲能單元210_1~210_2各自透過其第一端T31與第二端T32電性連接第一配線L1與第二配線L2，且所述多個第二儲能單元210_1~210_2各自透過其第三端T33與第四端T34逐級串接在負載101的第二端T2與第一儲能單元130之間。

在操作上，當N型電晶體MN1導通且N型電晶體MN2關閉時，亦即當第二配線L2所傳送的操作電流被導引至第一電流方向211時，所述多個第二儲能單元 210_1~210_2中的多個第二電容C2將串接在負載101的第二端T2與第一電容C1之間，進而致使負載101、多個第二電容C2與第一電容C1串聯在第一配線L1與第二配線L2之間。

此外，當N型電晶體MN1關閉且N型電晶體MN2導通時，亦即當第二配線L2所傳送的操作電流被導引至第二電流方向212時，所述多個第二儲能單元210_1~210_2中的多個第二電容C2皆並聯在第一配線L1與第二配線L之間，且此時的負載101與第一電容C1也是並聯在第一配線L1與第二配線L2之間。因此，所述多個第二電容C2與第一電容C1將對負載101進行放電。如此一來，負載控制裝置300將可利用多個電容來與負載101進行串並的切換。此外，在上述作動中，負載控制裝置300是一次性地對多個第二電容C2進行充電。然而，在另一較佳實施例中，負載控制裝置300也可透過多個開關的切換，來對所述多個第二電容C2進行階段性地充電。

舉例來說，如圖3所示，在另一較佳實施例中，負載控制裝置300更可包括多個開關SW31~SW33與第二控制器310。其中，開關SW31~SW33相互串接。此外，每一開關對應一個第二儲能單元，並且與相應之第二儲能單元相互並接。例如，開關SW31對應第二儲能單元210_1，因此開關SW31的兩端與第二儲能單元210_1的第三端T33與第四端T34相互並接。

在操作上，第二控制器310也會偵測電源訊號VS的 準位，並依據偵測結果逐一開啟(turn on)或是關閉(turn off)開關SW31~SW33。藉此，在電源訊號VS逐漸上升的期間內，當電源訊號VS的準位大於預設電壓時，第一控制器110會先透過切換單元120將負載101、所述多個第二電容C2與第一電容C1皆串接在一起。然而，由於此時的開關SW31~SW33皆是處在導通的狀態，因此流經負載101的電流將不會被導向至串接的第二電容C2，而是直接透過導通的開關SW31~SW33傳送至第一電容C1。因此，此時的負載控制裝置300無法對任何一個第二電容C2進行充電。

接著，在電源訊號VS從預設電壓逐漸上升至峰值電壓的期間內，第二控制器310會逐一關閉開關SW31~SW33。如此一來，隨著開關SW31的關閉，流經負載101的電流將可被導向至第二儲能單元210_1中的第二電容C2，進而對單一的第二電容C2進行充電。相似地，隨著開關SW31與SW32的關閉，流經負載101的電流將可被導向至第二儲能單元210_1~210_2中兩串接的第二電容C2，進而對兩串接的第二電容C2進行充電。以此類推，在電源訊號VS從預設電壓逐漸上升至峰值電壓的期間內，原先皆處在導通狀態的開關SW31~SW33將逐一被切換至不導通的狀態，進而致使負載控制裝置300可以階段性地對所述多個第二電容C2進行充電。

此外，在電源訊號VS從峰值電壓下降至預設電壓的期間內，第二控制器310會逐一開啟開關SW31~SW33。例如，一開始，在電源訊號VS之峰值電壓的附近，開關 SW31~SW33皆已被切換至不導通的狀態。當電源訊號VS開始下降後，第二控制器310會先開啟開關SW33，並接著依序開啟其餘的開關SW31~SW32。藉此，隨著電源訊號VS的下降，第二電容C2的充電個數也將逐一地減少。此外，當電源訊號VS下降至預設電壓的附近時，第二控制器310將已全數導通開關SW31~SW33。之後，隨著電源訊號VS的準位小於預設電壓，第一控制器110會透過切換單元120，將負載101、所述多個第二電容C2與第一電容C1皆並接在第一配線L1與第二配線L2之間，進而致使所述多個第二電容C2與第一電容C1對負載101進行放電。

值得注意的是，雖然圖1至圖3實施例列舉了切換單元120、第一儲能單元130與第二儲能單元210、210_~210_2的實施型態，但其並非用以限定本發明。舉例來說，就圖1至圖3中的切換單元120而言，切換單元120主要是由兩電晶體(例如：N型電晶體MN1與MN2)組合而成。此外，在操作上，切換單元120是利用控制訊號CT控制其中一個電晶體(N型電晶體MN1)，進而致使兩電晶體之其一導通。然而，在電路實現上，切換單元120中的兩電晶體也可以置換成兩P型電晶體、一P型電晶體與一N型電晶體、或是一N型電晶體與一P型電晶體。

為了致使本領域具有通常知識者能更了解本發明，以下將針對上述三種不同的實施型態做更進一步的說明。舉例來說，圖4A與圖4B為依據本發明之另一實施例之負載 控制裝置的示意圖，其中切換單元120中的兩電晶體是由兩P型電晶體MP1與MP2所組成。

請同時參照圖1與圖4A來看，當圖1中的兩N型電晶體MN1與MN2置換成兩P型電晶體MP1與MP2時，依舊可利用兩電晶體MP1與MP2、一電阻R1與一齊納二極體ZD1來組成切換單元120，但必須對應地更改切換單元120中各構件的偏壓方式。因此，圖4A中的負載控制裝置401將近似於將圖1中的負載控制裝置100倒接在電源訊號VS與接地端之間。換言之，就圖1中的負載控制裝置100而言，第一配線L1的電壓準位將大於位在第二配線L2的電壓準位，而對圖4A中的負載控制裝置401而言，第一配線L1的電壓準位則小於位在第二配線L2的電壓準位。

再者，就圖4A與圖1中的切換單元120來看，兩者相似處在於，R1電阻與電晶體(MP1或是MN1)相互串接，且電晶體(MP2或是MN2)、齊納二極體ZD1與電晶體(MP1或是MN1)相互串接。此外，就圖4A中的切換單元120來看，電阻R1的第一端電性連接至接地端與第一配線L1。P型電晶體MP2的第一端(例如：汲極)電性連接負載101的第二端T2，P型電晶體MP2的控制端(例如：閘極)電性連接電阻R1的第二端與齊納二極體ZD1的陽極，且P型電晶體MP2的第二端(例如：源極)電性連接齊納二極體ZD1的陰極與第二配線L2。P型電晶體MP1的第一端(例如：汲極)電性連接齊納二極體ZD1的陽極，P型電晶體 MP1的控制端(例如：源極)接收控制訊號CT，且P型電晶體MP1的第二端(例如：源極)接收電源訊號VS。

此外，綜合圖4A與圖1中的第一儲能單元130來看，二極體D1與第一電容C1是串接在第一配線L1與第二配線L2之間，且二極體D2與第一電容C1是串接在負載101的第二端T2與第二配線L2之間。再者，當第一配線L1的電壓準位小於位在第二配線L2的電壓準位時，第一儲能單元130中的二極體D1、二極體D2與第一電容C1的連接方式將如圖4A所示。亦即，當第一配線L1的電壓準位小於位在第二配線L2的電壓準位時，二極體D1的陽極電性連接第一配線L1，且二極體D1的陰極透過第一電容C1電性連接二配線L2。二極體D2的陰極電性連接負載101的第二端，且二極體D2的陽極電性連接二極體D1的陰極。

在操作上，與圖1實施例相似地，當P型電晶體MP1導通且P型電晶體MP2關閉時，亦即當第二配線L2所傳送的操作電流被導引至第一電流方向211時，二極體D1將無法導通，且二極體D2將導通。藉此，負載101與第一電容C1將串聯在第一配線L1與第二配線L2之間。此外，當P型電晶體MP1關閉且P型電晶體MP2導通時，亦即當第二配線L2所傳送的操作電流被導引至第二電流方向212時，二極體D1將導通，且二極體D2將無法導通。藉此，負載101與第一電容C1將並聯在第一配線L1與第二配線L2之間。

此外，與圖2、圖3實施相似地，可以在圖4A之負載控制裝置401中額外設置一至多個第二儲能單元，以致使負載控制裝置401可利用2個以上的電容來與負載101進行串並的切換。舉例來說，與圖4A之負載控制裝置401相較之下，圖4B中的負載控制裝置402更包括多個第二儲能單元，例如：210_1~210_2。

綜合圖4B與圖3中的第二儲能單元210_1~210_2來看，二極體D3與二極體D4串接在第一配線L1與第二儲能單元的第三端之間，且二極體D3與第二電容C2串接在第一配線L1與第二儲能單元的第四端之間，且二極體D5串接在第二儲能單元的第四端與第二端之間。再者，當第一配線L1的電壓準位小於位在第二配線L2的電壓準位時，第二儲能單元210_1~210_2中二極體D3~D5與第二電容C2的連接方式將如圖4B所示。

亦即，對第二儲能單元210_1~210_2而言，如圖4B所示，當第一配線L1的電壓準位小於位在第二配線L2的電壓準位時，二極體D3的陽極電性連接第二儲能單元的第一端，且二極體D3的陰極電性連接二極體D4的陽極與第二電容C2的第二端。二極體D4的陰極電性連接第二儲能單元的第三端。第二電容C2的第一端電性連接第二儲能單元的第四端與二極體D5的陽極。二極體D5的陰極電性連接第二儲能單元的第二端。

請繼續參照圖4B。在操作上，與圖3實施例相似地，當電源訊號VS的準位大於預設電壓時，第一控制器110 會先致使負載101、所述多個第二電容C2與第一電容C1皆串接在一起。此外，在電源訊號VS從預設電壓逐漸上升至峰值電壓的期間內，第二控制器310會逐一關閉開關SW31~SW33。此外，在電源訊號VS從峰值電壓下降至預設電壓的期間內，第二控制器310會逐一開啟開關SW31~SW33。藉此，隨著開關SW31~SW33的逐一切換，負載控制裝置401將可對所述多個第二電容C2進行階段性地充電。之後，當電源訊號VS的準位小於預設電壓時，第一控制器110會透過切換單元120，將負載101、所述多個第二電容C2與第一電容C1皆並接在第一配線L1與第二配線L2之間，進而致使所述多個第二電容C2與第一電容C1對負載101進行放電。

圖5A與圖5B為依據本發明之再一實施例之負載控制裝置的示意圖，其中切換單元120中的兩電晶體是由一P型電晶體MP3與一N型電晶體MN3所組成。此外，此時的切換單元120是由兩電晶體MP3、MN3以及3個電阻R3~R4組合而成。

在電性連接上，如圖5A與圖5B所示，P型電晶體MP3的第二端(例如：源極)接收電源訊號VS，P型電晶體MP3的控制端(例如：閘極)接收控制訊號CT，且P型電晶體MP3的第一端(例如：汲極)電性連接第一配線L1與電阻R2的第一端。N型電晶體MN3的第一端(例如：汲極)電性連接負載101的第二端T2，N型電晶體MN3的控制端(例如：閘極)電性連接電阻R2的第二端與電阻R3的第 一端，且N型電晶體MN3的第二端(例如：源極)電性連接第二配線L2與電阻R4的第一端。電阻R3與電阻R的第二端皆電性連接至接地端。此外，由於此時第一配線L1的電壓準位大於位在第二配線L2的電壓準位，因此圖5A之第一儲能單元130中二極體D1~D2與第一電容C1的連接方式是與圖1-3之第一儲能單元130相同，且圖5B之第二儲能單元210_1~210_2中二極體D3~D5與第二電容C2的連接方式是與圖3之第二儲能單元210_1~210_2相同。

就圖5A實施例之負載控制裝置501而言，在操作上，切換單元120會依據控制訊號CT導通P型電晶體MP3與N型電晶體MN3之其中之一。此外，當P型電晶體MP3導通且N型電晶體MN3關閉時，第二配線L2所傳送的操作電流將被導引至第一電流方向211，且第一儲能單元130中的二極體D2將導通，進而致使負載101與第一電容C1串聯在第一配線L1與第二配線L2之間。再者，當P型電晶體MP3關閉且N型電晶體MN3導通時，第二配線L2所傳送的操作電流將被導引至第二電流方向212，且第一儲能單元130中的二極體D1將導通，進而致使負載101與第一電容C1並聯在第一配線L1與第二配線L2之間。此外，圖5B之負載控制裝置502的操作機制與圖3、圖4B實施例相似，故在此不予贅述。

圖6A與圖6B為依據本發明之又一實施例之負載控制裝置的示意圖，其中切換單元120中的兩電晶體是由一N型電晶體MN4與一P型電晶體MP4所組成。此外，與圖 5A~5B實施例相似地，此時的切換單元120是由兩電晶體MN4、MP4以及3個電阻R3~R4組合而成。

在電性連接上，圖6A中的負載控制裝置601將近似於將圖5A中的負載控制裝置501倒接在電源訊號VS與接地端之間。因此，就圖6A與圖5A中的切換單元120來看，兩者相似處在於，電阻R2、電阻R3與電晶體(MN4或是MP3)相互串接，且電阻R4與電晶體(MP4或是MN3)相互串接。此外，就圖6A中的切換單元120來看，N型電晶體MN4的第二端(例如：源極)電性連接至接地端，N型電晶體MN4的控制端(例如：閘極)接收控制訊號CT，且N型電晶體MN4的第一端(例如：汲極)電性連接第一配線L1與電阻R2的第一端。

此外，P型電晶體MP4的第一端(例如：汲極)電性連接負載101的第二端T2，P型電晶體MP4的控制端(例如：閘極)電性連接電阻R2的第二端與電阻R3的第一端，且P型電晶體MP4的第二端(例如：源極)電性連接第二配線L2與電阻R4的第一端。電阻R3與電阻R4的第二端皆用以接收電源訊號VS。再者，由於此時第一配線L1的電壓準位小於位在第二配線L2的電壓準位，因此圖6A之第一儲能單元130中二極體D1~D2與第一電容C1的連接方式是與圖4A之第一儲能單元130相同，且圖6B之第二儲能單元210_1~210_2中二極體D3~D5與第二電容C2的連接方式是與圖4B之第二儲能單元210_1~210_2相同。

就圖6A實施例之負載控制裝置601而言，在操作上， 切換單元120會依據控制訊號CT導通N型電晶體MN4與P型電晶體MP4之其中之一。此外，當N型電晶體MN4導通且P型電晶體MP4關閉時，第二配線L2所傳送的操作電流將被導引至第一電流方向211，且第一儲能單元130中的二極體D2將導通，進而致使負載101與第一電容C1串聯在第一配線L1與第二配線L2之間。再者，當N型電晶體MN4關閉且P型電晶體MP43導通時，第二配線L2所傳送的操作電流將被導引至第二電流方向212，且第一儲能單元130中的二極體D1將導通，進而致使負載101與第一電容C1並聯在第一配線L1與第二配線L2之間。此外，圖6B之負載控制裝置602的操作機制與圖3、圖4B、圖5B實施例相似，故在此不予贅述。

另值得注意的是，雖然圖1至圖6實施例所列舉之切換單元中的電晶體MN1~MN4、MP1~MP4均使用金氧半導體電晶體(Metal Oxide Semiconductor transistor)來實現，但其並非用以限定本發明。舉例來說，其中之一或所有的N型電晶體均可以NPN雙載子電晶體(bipolar transistor)取代之，或是其中之一或所有的P型電晶體均可以PNP雙載子電晶體取代之。

另一值得注意的是，雖然圖1至圖6實施例皆以電容C1、C2來實現第一儲能元件與第二儲能元件，但其並非用以限定本發明。舉例來說，其中之一或所有的電容C1、C2均可以電池取代之。

另一值得注意的是，圖1至圖6實施例所列舉之切換 單元中的電阻R1~R4皆可分別以一電流源來取代之。舉例來說，圖1-3、4A、4B中的電阻R1可以一第一電流源取代之。此時，圖1-3、4A、4B中的切換單元120將包括兩電晶體(例如：MN1與MN2、或是MP1與MP2)、第一電流源與齊納二極體ZD1。其中，如圖1-3、4A、4B所示，當電阻R1被第一電流源取代時，兩電晶體中的第一電晶體(例如：MN1或是MP1)的控制端接收控制訊號CT，且第一電晶體與第一電流源相互串接。此外，兩電晶體中的第二電晶體(例如：MN2或是MP2)的第一端電性連接負載101的第二端T2，且第二電晶體(例如：MN2或是MP2)的控制端電性連接第一電流源，且齊納二極體ZD1電性連接在第二電晶體(例如：MN2或是MP2)的第二端與控制端之間。

相似地，圖5A、5B、6A、6B中的電阻R2~R4可以一第二電流源至一第四電流源取代之。此時，圖5A、5B、6A、6B中的切換單元120將包括兩電晶體(例如：MP3與MN3、或是MN4與MP4)、以及第二電流源至第四電流源。其中，如圖5A、5B、6A、6B所示，兩電晶體中的第一電晶體(例如：MP3或是MN4)的控制端接收控制訊號CT，且第一電晶體(例如：MP3或是MN4)、第二電流源與第三電流源相互串接。此外，兩電晶體中的第二電晶體(例如：MN3或是MP4)的第一端電性連接負載101的第二端T2，第二電晶體(例如：MN3或是MP4)的控制端電性連接第二電流源，且第二電晶體(例如：MN3或是MP4)的第二端電 性連接第四電流源。

綜上所述，本發明是透過切換單元來切換負載與儲能元件(例如：電容、電池)的連接狀態，進而致使負載可隨著電源訊號之準位的高低串接或是並接至少一儲能元件。此外，透過負載與儲能元件的串並切換，負載控制裝置將可進一步地回收到負載沒有使用到的能量，進而降低負載控制裝置的功率消耗。此外，透過儲能元件對負載的充放電，負載控制裝置將無需額外設置電源轉換器，就可提供一相對穩定的電壓給負載，進而降低負載控制裝置的生產成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100、200、300、401、402、501、502、601、602‧‧‧負載控制裝置

101‧‧‧負載

T1‧‧‧負載的第一端

T2‧‧‧負載的第二端

110‧‧‧第一控制器

120‧‧‧切換單元

130‧‧‧第一儲能單元

MN1、MN2‧‧‧N型電晶體

R1‧‧‧電阻

ZD1‧‧‧齊納二極體

D1~D5‧‧‧二極體

C1‧‧‧第一儲能元件

L1‧‧‧第一配線

L2‧‧‧第二配線

VS‧‧‧電源訊號

CT‧‧‧控制訊號

211‧‧‧第一電流方向

212‧‧‧第二電流方向

210、210_1~210_2‧‧‧第二儲能單元

T31‧‧‧第二儲能單元的第一端

T32‧‧‧第二儲能單元的第二端

T33‧‧‧第二儲能單元的第三端

T34‧‧‧第二儲能單元的第四端

C2‧‧‧第二儲能元件

SW31~SW33‧‧‧開關

310‧‧‧第二控制器

圖1為依據本發明之一實施例之負載控制裝置的示意圖。

圖2為依據本發明之另一實施例之負載控制裝置的示意圖。

圖3為依據本發明之另一實施例之負載控制裝置的示意圖。

圖4A與圖4B為依據本發明之另一實施例之負載控制裝置的示意圖。

圖5A與圖5B為依據本發明之再一實施例之負載控制裝置的示意圖。

圖6A與圖6B為依據本發明之又一實施例之負載控制裝置的示意圖。

100‧‧‧負載控制裝置

101‧‧‧負載

T1‧‧‧負載的第一端

T2‧‧‧負載的第二端

110‧‧‧第一控制器

120‧‧‧切換單元

130‧‧‧第一儲能單元

MN1、MN2‧‧‧N型電晶體

R1‧‧‧電阻

ZD1‧‧‧齊納二極體

D1、D2‧‧‧二極體

C1‧‧‧第一儲能元件

L1‧‧‧第一配線

L2‧‧‧第二配線

VS‧‧‧電源訊號

CT‧‧‧控制訊號

211‧‧‧第一電流方向

212‧‧‧第二電流方向

Claims (19)

1. 一種負載控制裝置，包括：一第一控制器，偵測一電源訊號的準位，並依據偵測結果產生一控制訊號；一切換單元，透過一第一配線電性連接至一負載的第一端，且該切換單元依據該控制訊號而決定是否將一第二配線導通至該負載的第二端，並據以切換該第二配線所傳送之一操作電流的電流方向；以及一第一儲能單元，包括一第一儲能元件，並響應於該操作電流之電流方向的切換，而致使該第一儲能元件與該負載並聯或是串聯在該第一配線與該第二配線之間，其中該切換單元包括一第一電晶體與一第二電晶體，且該切換單元依據該控制訊號控制該第一電晶體，並藉此導通該第一電晶體與該第二電晶體之其中之一，且該第二配線會隨著該第二電晶體的導通而導通至該負載的第二端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之負載控制裝置，其中該第一電晶體與該第二電晶體均為金氧半導體電晶體或是雙載子電晶體，或是該第一電晶體與該第二電晶體是由一金氧半導體電晶體與一雙載子電晶體所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之負載控制裝置，其中該切換單元更包括一第一電阻與一齊納二極體，且該第一電阻與該第一電晶體相互串接，且該第二電晶體、該齊納二極體與該第一電晶體相互串接。
4. 如申請專利範圍第3項所述之負載控制裝置，其中該第一電晶體與該第二電晶體分別為一第一N型電晶體與一第二N型電晶體，且該第一電阻的第一端接收該電源訊號並電性連接該第一配線，該第二N型電晶體的第一端電性連接該負載的第二端，該第二N型電晶體的控制端電性連接該第一電阻的第二端與該齊納二極體的陰極，該第二N型電晶體的第二端電性連接該齊納二極體的陽極與該第二配線，該第一N型電晶體的第一端電性連接該齊納二極體的陰極，該第一N型電晶體的控制端接收該控制訊號，該第一N型電晶體的第二端電性連接至該接地端。
5. 如申請專利範圍第3項所述之負載控制裝置，其中該第一電晶體與該第二電晶體分別為一第一P型電晶體與一第二P型電晶體，且該第一電阻的第一端電性連接該接地端與該第一配線，該第二P型電晶體的第一端電性連接該負載的第二端，該第二P型電晶體的控制端電性連接該第一電阻的第二端與該齊納二極體的陽極，該第二P型電晶體的第二端電性連接該齊納二極體的陰極與該第二配線，該第一P型電晶體的第一端電性連接該齊納二極體的陽極，該第一P型電晶體的控制端接收該控制訊號，該第一P型電晶體的第二端接收該電源訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之負載控制裝置，其中該切換單元更包括一第二至一第四電阻，且該第二電阻、該第三電阻與該第一電晶體相互串接，且該第四電阻與該第二電晶體相互串接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之負載控制裝置，其中該第一電晶體與該第二電晶體分別為一第三P型電晶體與一第三N型電晶體，且該第三P型電晶體的第一端電性連接該第一配線與該第二電阻的第一端，該第三P型電晶體的第二端接收該電源訊號，該第三P型電晶體的控制端接收該控制訊號，該第三N型電晶體的第一端電性連接該負載的第二端，該第三N型電晶體的控制端電性連接該第二電阻的第二端與該第三電阻的第一端，該第三N型電晶體的第二端電性連接該第二配線與該第四電阻的第一端，該第三電阻與該第四電阻的第二端皆電性連接該接地端。
8. 如申請專利範圍第6項所述之負載控制裝置，其中該第一電晶體與該第二電晶體分別為一第四N型電晶體與一第四P型電晶體，其中該第四N型電晶體的第一端電性連接該第一配線與該第二電阻的第一端，該第四N型電晶體的第二端電性連接至該接地端，該第四N型電晶體的控制端接收該控制訊號，該第四P型電晶體的第一端電性連接該負載的第二端，該第四P型電晶體的控制端電性連接該第二電阻的第二端與該第三電阻的第一端，該第四P型電晶體的第二端電性連接該第二配線與該第四電阻的第一端，該第三電阻與該第四電阻的第二端皆用以接收該電源訊號。
9. 如申請專利範圍第1項所述之負載控制裝置，其中該第一電晶體與該第二電晶體均為N型電晶體或是P型電晶體，且該切換單元更包括一第一電流源與一齊納二極 體，其中該第一電晶體的控制端接收該控制訊號，且該第一電晶體與該第一電流源相互串接，該第二電晶體的第一端電性連接該負載的第二端，該第二電晶體的控制端電性連接該第一電流源，該齊納二極體電性連接在該第二電晶體的第二端與控制端之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之負載控制裝置，其中該第一電晶體與該第二電晶體是由一N型電晶體與一P型電晶體所構成，且該切換單元更包括一第二至一第四電流源，其中該第一電晶體的控制端接收該控制訊號，且該第一電晶體、該第二電流源與該第三電流源相互串接，該第二電晶體的第一端電性連接該負載的第二端，該第二電晶體的控制端電性連接該第二電流源，該第二電晶體的第二端電性連接該第四電流源。
11. 如申請專利範圍第1項所述之負載控制裝置，其中該第一儲能單元更包括一第一二極體與一第二二極體，該第一二極體與該第一儲能元件串接在該第一配線與該第二配線之間，該第二二極體與該第一儲能元件串接在該負載的第二端與該第二配線之間，其中該第一儲能單元響應於該操作電流之電流方向的切換而導通該第一二極體與該第二二極體之其中之一。
12. 如申請專利範圍第11項所述之負載控制裝置，其中位在該第一配線的電壓準位大於位在該第二配線的電壓準位，且該第一二極體的陰極電性連接該第一配線，該第一二極體的陽極透過該第一儲能元件電性連接至該第二配 線，該第二二極體的陽極電性連接該負載的第二端，該第二二極體的陰極電性連接該第一二極體的陽極。
13. 如申請專利範圍第11項所述之負載控制裝置，其中位在該第一配線的電壓準位小於位在該第二配線的電壓準位，且該第一二極體的陽極電性連接該第一配線，該第一二極體的陰極透過該第一儲能元件電性連接該二配線，該第二二極體的陰極電性連接該負載的第二端，該第二二極體的陽極電性連接該第一二極體的陰極。
14. 如申請專利範圍第1項所述之負載控制裝置，更包括：N個第二儲能單元，各自包括一第二儲能元件，並各自具有一第一至一第四端，其中所述N個第二儲能單元的第一端與第二端分別電性連接該第一配線與該第二配線，所述N個第二儲能單元更透過其第三端與第四端串接在該負載的第二端與該第一儲能單元之間，且所述N個第二儲能單元響應於該操作電流之電流方向的切換，而致使所述N個第二儲能元件並聯在該第一配線與該第二配線之間或是串連在該負載的第二端與該第一儲能元件之間，N為正整數。
15. 如申請專利範圍第14項所述之負載控制裝置，更包括：N個開關，其中第i個開關的第一端電性連接至第i個第二儲能單元的第三端，且第i個開關的第二端電性連接至第i個第二儲能單元的第四端，其中i為整數且1≦i ≦N；以及一第二控制器，偵測該電源訊號的準位，並依據偵測結果逐一開啟或是關閉所述N個開關。
16. 如申請專利範圍第14項所述之負載控制裝置，其中第i個第二儲能單元更包括一第三至一第五二極體，且該第三二極體與該第四二極體串接在該第一配線與第i個第二儲能單元的第三端之間，且該第三二極體與該第二儲能元件串接在該第一配線與第i個第二儲能單元的第四端之間，且該第五二極體串接在第i個第二儲能單元的第四端與第二端之間，i為整數且1≦i≦N。
17. 如申請專利範圍第16項所述之負載控制裝置，其中位在該第一配線的電壓準位大於位在該第二配線的電壓準位，且該第三二極體的陰極電性連接第i個第二儲能單元的第一端，該第三二極體的陽極電性連接該第四二極體的陰極與該第二儲能元件的第一端，該第四二極體的陽極電性連接第i個第二儲能單元的第三端，該第二儲能元件的第二端電性連接第i個第二儲能單元的第四端與該第五二極體的陰極，該第五二極體的陽極電性連接第i個第二儲能單元的第二端。
18. 如申請專利範圍第16項所述之負載控制裝置，其中位在該第一配線的電壓準位小於位在該第二配線的電壓準位，且該第三二極體的陽極電性連接第i個第二儲能單元的第一端，該第三二極體的陰極電性連接該第四二極體的陽極與該第二儲能元件的第二端，該第四二極體的陰極 電性連接第i個第二儲能單元的第三端，該第二儲能元件的第一端電性連接第i個第二儲能單元的第四端與該第五二極體的陽極，該第五二極體的陰極電性連接第i個第二儲能單元的第二端。
19. 如申請專利範圍第14項所述之負載控制裝置，其中該第一儲能元件與該第二儲能元件是分別由一電容或是一電池所構成。