TWI501702B - 使用切換式開關之調光方法及相關照明系統 - Google Patents

使用切換式開關之調光方法及相關照明系統 Download PDF

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)

Description

使用切換式開關之調光方法及相關照明系統
本發明相關於一種調光方法及相關照明系統，尤指一種使用切換式開關之調光方法及相關照明系統。
請參考第1圖，第1圖為先前技術中一照明系統100的示意圖。照明系統100包含一開關110、一燈管組120，以及一安定器(ballast)130。開關110一般使用最為常見的傳統切換式開關(toggle switch)，能提供開啟(ON)和關閉(OFF)兩種狀態。當使用者開啟開關110時，市電(例如110V～220V的交流電壓)會被傳送至安定器130，安定器130則可執行點燈動作以開啟燈管組120。先前技術之照明系統100結構簡單，但使用者透過傳統切換式開關110只能選擇開燈和關燈兩種情況，並無法調整燈管組120之亮度。
請參考第2圖，第2圖為先前技術中另一照明系統200的示意圖。照明系統200包含一開關210、一燈管組120，以及一安定器130。開關210為特殊旋轉式開關(rotary switch)，除了能提供開啟和關閉兩種狀態外，亦能提供調光功能。舉例來說，當使用者以順時針方向旋轉開關210時，市電首先被傳送至安定器130，安定器130可執行點燈動作以開啟燈管組120，再依據開關210之旋轉角度來控制燈管組120之亮度。先前技術之照明系統200能提供調光功能，但是需要使用特殊旋轉式開關210。
本發明提供一種調光方法，其依據一切換式開關之狀態來調整一燈管組之亮度，該方法包含當該燈管組於一初始狀態時，判斷此時該切換式開關之一第一狀態；在該切換式開關於一第一時間點從該第一狀態切換至一第二狀態後，從該第一時間點算起之一調光時間內，將該燈管組之亮度由一第一亮度逐漸調至一第二亮度；以及在從該第一時間點算起之該調光時間內，當該切換式開關於一第二時間點從該第二狀態切換至該第一狀態，接著於一第三時間點從該第一狀態切換至該第二狀態，且該第二和第三時間點之間隔不大於一關斷時間時，將該燈管組維持在該第二時間點時之亮度。
本發明另提供一種具有調光功能之照明系統，其包含一電源供應電路，用來將一輸入訊號轉換為一電源訊號；一開關，用來控制該輸入訊號和該電源供應電路之間的訊號傳送路徑；一回饋電路，用來偵測流經一燈管組之電流，進而提供一相對應之回饋訊號；一偵測電路，其依據該開關切換狀態的次數和方式來產生一調光輸入訊號；一控制電路，其依據該電源訊號、該調光輸入訊號和該回饋訊號來產生一驅動訊號；以及一輸出電路，用來依據該驅動訊號來驅動該燈管組。
請參考第3圖，第3圖為本發明中一照明系統300的示意圖。照明系統300包含一開關110、一燈管組120、一電源供應電路330、一控制電路340、一輸出電路350、一回饋電路360，以及一市電偵測電路370。開關110為傳統切換式開關，能讓使用者透過切換開關狀態來開啟和關閉燈管組120。第3圖所示之照明系統300僅包含一組開關110，其提供之開啟(ON)和關閉(OFF)兩種狀態分別對應至開啟和關閉燈管組120的動作。然而在其它應用中，本發明亦可使用多組開關110，讓使用者在不同位置皆能方便地開燈或關燈，此時某一特定開關110之兩種狀態和開啟/關閉燈管組120的動作之間的關係並非絕對，而是視燈管組120之初始狀態來決定。為了說明方便，在說明書後續內容中以「第一狀態」和「第二狀態」來表示開關110之兩種狀態：若燈管組120之初始狀態為關閉，當使用者切換開關110之狀態時(由第一狀態切換至第二狀態或由第二狀態切換至第一狀態)，市電供應之交流訊號VAC (例如110V～220V的交流電壓)會被傳送至電源供應電路330，電源供應電路330再將交流電壓VAC 整流成一高壓直流電源訊號VDC ，進而提供其它元件運作所需之能量以開啟燈管組120；若燈管組120之初始狀態為開啟，當使用者切換開關110之狀態時(由第一狀態切換至第二狀態或由第二狀態切換至第一狀態)，市電供應之交流訊號VAC (例如110V～220V的交流電壓)至電源供應電路330之間的傳送路徑會被切斷，此時燈管組120會被關閉。
市電偵測電路370作用在於採樣市電頻率和檢測開關110切換狀態的次數和方式，再依此判斷交流訊號VAC 的輸入狀況，並以提供和市電交流訊號VAC 頻率相同之調光輸入訊號CLK。在多燈管的應用中，照明系統300可依據調光輸入訊號CLK來實現調光同步。市電偵測電路370之運作在說明書後續內容中會有更詳細的說明。
輸出電路350可採用半橋式設計，包含兩電晶體Q1和Q2、一電容C和一電感L。電晶體Q1和Q2可依據直流電源訊號VDC 來產生一可變頻率之振盪訊號，而經由調整切換電晶體Q1和Q2的頻率，可以決定輸出振盪訊號的頻率。電感L和電容C可將電晶體Q1和Q2所輸出之振盪訊號轉成一高頻交流電流ILAMP 以驅動燈管組120。
回饋電路360可檢測流經燈管組120之電流ILAMP 大小，並產生一相對應之回饋訊號FB至控制電路340，如此控制電路340可依據電流ILAMP 之大小來調整電晶體Q1和Q2之切換頻率，進而實現電流負反饋閉環控制，讓電流ILAMP 之值維持恆定。
控制電路340可為一安定器晶片，其作用在於提供燈管預熱、點火和調光等功能。本發明之控制電路340係依據市電偵測電路370所提供之調光輸入訊號CLK和回饋電路360所提供之回饋訊號FB來控制輸出電路350，進而調整燈管組120之亮度。
請參考第4圖，第4圖為本發明之照明系統300運作時之流程圖。第4圖所示之流程圖包含下列步驟：步驟400：將開關110設於第一狀態以將燈管組120維持在初始狀態時之第一亮度；步驟410：判斷開關110是否從第一狀態切換至第二狀態；若開關110切換狀態，執行步驟420；若開關110未切換狀態，執行步驟400。
步驟420：從開關110由第一狀態切換至第二狀態時之一第一時間點起，在一調光時間TDIM 內將燈管組120之亮度由第一亮度逐漸調至第二亮度；執行步驟430。
步驟430：在調光時間TDIM 內，判斷開關110是否由第二狀態切換至第一狀態；若開關110在調光時間TDIM 內由第二狀態切換至第一狀態，執行步驟440；若開關110在調光時間TDIM 內並未由第二狀態切換至第一狀態，執行步驟470。
步驟440：當開關110在調光時間TDIM 內之一第二時間點T2由第二狀態切換至第一狀態後，判斷開關110在調光時間TDIM 內之一第三時間點T3是否再次從第一狀態切換至第二狀態；若開關110在調光時間TDIM 內再次由第一狀態切換至第二狀態，執行步驟450；若開關110在調光時間TDIM 內並未再次由第一狀態切換至第二狀態，執行步驟400。
步驟450：判斷第二時間點T2和第三時間點T3之間隔是否大於一關斷時間TOFF ；若第二時間點T2和第三時間點T3之間隔不大於TOFF ，執行步驟460；若第二時間點T2和第三時間點T3之間隔大於TOFF ，執行步驟420。
步驟460：將燈管組120維持在時間點T2時之亮度。
步驟470：在超過調光時間TDIM 後將燈管組120維持在第二亮度。
若在步驟400中燈管組120之初始狀態為關燈狀態，此時開關110之第一狀態對應至燈管組120之關閉狀態，開關110之第二狀態對應至燈管組120之開啟狀態，第一亮度對應至燈管組120在初始狀態時的全暗，而第二亮度對應至燈管組120之最大亮度。當使用者透過切換開關110之狀態來開燈時，本發明會執行步驟420以將燈管組120在調光時間TDIM 內由第一亮度逐漸調升至第二亮度(例如由全暗調升至全亮)。若使用者在調光時間TDIM 內並未再次切換開關110之狀態，本發明會執行步驟470，在超過調光時間TDIM 後將燈管組120維持在第二亮度(例如全亮)。在調光時間TDIM 內，使用者可透過再一次切換開關110之狀態來關閉燈管組120，或是透過再度兩次快速地切換開關110之狀態來選擇燈管組120的亮度：當使用者僅在調光時間TDIM 內之第二時間點T2再一次切換開關110之狀態，此時本發明會依序執行步驟430、440和400，因此會在第二時間點T2時關閉燈管組120；當使用者在調光時間TDIM 內之第二時間點T2和第三時間點T3再度兩次切換開關110之狀態，第一種情形可能是想要第二時間點T2關閉燈管組120，而在第三時間點T3再次開啟燈管組120，第二種情形則可能是想要在第二時間點T2調整燈管亮度，因此本發明以關斷時間TOFF 來判斷使用者是否兩次”快速地”切換開關。當使用者在調光時間TDIM 內之第二時間點T2和第三時間點T3再度兩次切換開關110之狀態，且第二時間點T2和第三時間點T3之間隔不大於關斷時間TOFF ，此時本發明會判斷使用者係在第二時間點T2欲透過”兩次快速地切換開關”來調整燈管組之亮度，因此會依序執行步驟430、440、450和460，進而將燈管組120維持在時間點T2時之亮度(例如介於全亮和全暗之間的任意亮度)；當使用者在調光時間TDIM 內之第二時間點T2和第三時間點T3再度兩次切換開關110之狀態，但第二時間點T2和第三時間點T3之間隔大於關斷時間TOFF ，此時本發明會判斷使用者係在第二時間點T2欲關閉燈管組120，而在第三時間點T3欲再次開啟燈管組120，因此會執行步驟420以將燈管組120調升至第二亮度(例如調升至全亮)。換而言之，在開啟燈管組120後，本發明在調光時間TDIM 逐漸調升燈管組120的亮度，同時讓使用者在調光時間TDIM 內能透過快速地兩次切換開關110之狀態來選擇合適亮度，因此本發明之照明系統300能使用傳統切換式開關來提供調光功能，而不需要使用特殊旋轉式開關。
同理，若在步驟400中燈管組120之初始狀態為開燈狀態，此時開關110之第一狀態對應至燈管組120之開啟狀態，開關110之第二狀態對應至燈管組120之關閉狀態，第一亮度對應至燈管組120之最大亮度，而第二亮度對應至燈管組120在初始狀態時的全暗。當使用者透過切換開關110之狀態來關燈時，本發明會執行步驟420以將燈管組120之在調光時間TDIM 內由第一亮度逐漸調降至第二亮度(例如由全亮調降至全暗)。若使用者在調光時間TDIM 內並未再次切換開關110之狀態，本發明會執行步驟470，在超過調光時間TDIM 後將燈管組120維持在第二亮度(例如全暗)。在調光時間TDIM 內，使用者可透過再一次切換開關110之狀態來開啟燈管組120，或是透過再度兩次快速地切換開關110之狀態來選擇燈管組120的亮度：當使用者僅在調光時間TDIM 內之第二時間點T2再一次切換開關110之狀態，此時本發明會依序執行步驟430、440和400，因此會在第二時間點T2時開啟燈管組120；當使用者在調光時間TDIM 內之第二時間點T2和第三時間點T3再度兩次切換開關110之狀態，且第二時間點T2和第三時間點T3之間隔不大於關斷時間TOFF ，此時本發明會依序執行步驟430、440、450和460，以將燈管組120維持在時間點T2時之亮度(例如介於全亮和全暗之間的任意亮度)。換而言之，在關閉燈管組120後，本發明在調光時間TDIM 逐漸調降燈管組120的亮度，同時讓使用者在調光時間TDIM 內能透過快速地兩次切換開關110之狀態來選擇合適亮度，因此本發明之照明系統300能使用傳統切換式開關來提供調光功能，而不需要使用特殊旋轉式開關。
請參考第5圖，第5圖為本發明之照明系統300運作時之流程圖。第5圖所示之流程圖包含下列步驟：
步驟400：將開關110設於第一狀態以將燈管組120維持在初始狀態時之初始亮度；
步驟410：判斷開關110是否從第一狀態切換至一第二狀態；若開關110切換狀態，執行步驟415；若開關110未切換狀態，執行步驟400。
步驟415：將燈管組120亮度調至一第一亮度；執行步驟420。
步驟420：從開關110由第一狀態切換至第二狀態時之第一時間點起，在一調光時間TDIM 內將燈管組120亮度由第一亮度逐漸調至一第二亮度；執行步驟430。
步驟430：在調光時間TDIM 內，判斷開關110是否由第二狀態切換至第一狀態；若開關110在調光時間TDIM 內由第二狀態切換至第一狀態，執行步驟440；若開關110在調光時間TDIM 內並未從第二狀態切換至第一狀態，執行步驟470。
步驟440：當開關110在調光時間TDIM 內之一第二時間點T2由第二狀態切換至第一狀態後，判斷開關110在調光時間TDIM 內之一第三時間點T3是否再次由第一狀態切換至第二狀態；若開關110在調光時間TDIM 內再次由第一狀態切換至第二狀態，執行步驟450；若開關110在調光時間TDIM 內並未再次由第一狀態切換至第二狀態，執行步驟400。
步驟450：判斷第二時間點T2和第三時間點T3之間隔是否大於一關斷時間TOFF ；若第二時間點T2和第三時間點T3之間隔不大於TOFF ，執行步驟460；若第二時間點T2和第三時間點T3之間隔大於TOFF ，執行步驟415。
步驟460：將燈管組120維持在時間點T2時之亮度。步驟470：在超過該調光時間後將燈管組120維持在第二亮度。
第4圖和第5圖所示之流程圖類似，不同之處在於第5圖所示之實施例另包含步驟415。在第4圖所示之實施例中，第一亮度即為燈管組120於初始狀態時之亮度，當開關110首次切換狀態時，本發明在調光時間TDIM 內將燈管組120之亮度由第一亮度逐漸調至第二亮度；在第5圖所示之實施例中，當開關110首次切換狀態時，本發明先將燈管組120之亮度由初始亮度調至第一亮度，接著再於調光時間TDIM 內將燈管組120之亮度由第一亮度逐漸調至第二亮度。換而言之，當燈管組120之初始亮度為全暗時，第一亮度為燈管組120僅次於全暗時之最小亮度，而第二亮度為燈管組120之最大亮度；當燈管組120之初始亮度為全亮時，第一亮度為燈管組120僅次於全亮時之最大亮度，而第二亮度為燈管組120之最小亮度。
在步驟420中，本發明可透過線性遞增/遞減或非線性遞增/遞減的方式，來將燈管組120之亮度由第一亮度逐漸調至第二亮度；或是提供介於第一和第二亮度之間的複數組中間亮度，再透過分段遞增/遞減的方式來將燈管組120之亮度由第一亮度逐漸調至第二亮度。第一亮度、第二亮度、調光時間TDIM 和關斷時間TOFF 之值可依據不同應用場所來決定。燈管組120可包含一組或多組螢光燈管、節能燈管或其它種類的發光元件。
本發明利用市電偵測電路370來檢測交流訊號VAC 的輸入狀況，亦即依據開關110切換狀態的次數和方式來提供相對應的調光輸入訊號CLK。在使用者切換開關110以開燈/關燈後，本發明在調光時間TDIM 內逐漸調升/調降燈管組120的亮度，而使用者在調光時間TDIM 內能透過再度兩次快速地切換開關110之狀態來選擇合適亮度，因此本發明之照明系統300能使用傳統切換式開關來提供調光功能，而不需要使用特殊旋轉式開關。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
120．．．燈管組
130．．．安定器
330．．．電源供應電路
340．．．控制電路
350．．．輸出電路
360．．．回饋電路
370．．．市電偵測電路
C．．．電容
L．．．電感
VAC ．．．交流訊號
VDC ．．．直流訊號
ILAMP ．．．電流
CLK．．．調光輸入訊號
FB．．．回饋訊號
Q1、Q2．．．電晶體
110、210．．．開關
400～470．．．步驟
100、200、300．．．照明系統
第1圖為先前技術中一照明系統之示意圖。
第2圖為先前技術中另一照明系統之示意圖。
第3圖為本發明中一照明系統之示意圖。
第4圖和第5圖為本發明之照明系統運作時之流程圖。
400～470．．．步驟

Claims (9)

  1. 一種調光方法，其依據一切換式開關之狀態來調整一燈管組之亮度，該方法包含：當該燈管組於一初始狀態時，判斷此時該切換式開關之一第一狀態；在該切換式開關於一第一時間點從該第一狀態切換至一第二狀態後，從該第一時間點算起之一調光時間內，將該燈管組之亮度由一第一亮度逐漸調至一第二亮度；以及在從該第一時間點算起之該調光時間內，當該切換式開關於一第二時間點從該第二狀態切換至該第一狀態，接著於一第三時間點從該第一狀態切換至該第二狀態，且該第二和第三時間點之間隔不大於一關斷時間時，將該燈管組維持在該第二時間點時之亮度。
  2. 如請求項1所述之調光方法，其另包含：在從該第一時間點算起之該調光時間內，當該切換式開關於該第二時間點從該第二狀態切換至該第一狀態，接著於該第三時間點從該第一狀態切換至該第二狀態，且該第二和第三時間點之間隔大於該關斷時間時，在該第三時間點將該燈管組維持在該初始 狀態時之亮度，且從該第三時間點算起之該調光時間內將該燈管組之亮度由該第一亮度逐漸調至該第二亮度。
  3. 如請求項1所述之調光方法，其另包含：在從該第一時間點算起之該調光時間內，在該切換式開關於該第二時間點從該第二狀態切換至該第一狀態後，判斷該切換式開關是否從該第二時間點算起之該關斷時間內由該第一狀態切換至該第二狀態。
  4. 如請求項1所述之調光方法，其另包含：當該切換式開關於該第一時間點從該第一狀態切換至該第二狀態後時，將該燈管組之亮度從該初始狀態時之一初始亮度調至該第一亮度。
  5. 如請求項1所述之調光方法，其另包含：判斷該切換式開關是否於從該第一時間點算起之該調光時間內由該第二狀態切換至該第一狀態。
  6. 如請求項5所述之調光方法，其另包含：當該切換式開關在從該第一時間點算起之該調光時間內維持在該第二狀態時，在超過該調光時間後將該燈管組之亮度維持在該第二亮度。
  7. 如請求項1所述之調光方法，其中在從該第一時間點算起之該調光時間內將該燈管組之亮度由該第一亮度逐漸調至該第二亮度係包含：在從該第一時間點算起之該調光時間內將該燈管組之亮度由該第一亮度以線性連續方式逐漸調至該第二亮度。
  8. 如請求項1所述之調光方法，其中在從該第一時間點算起之該調光時間內將該燈管組之亮度由該第一亮度逐漸調至該第二亮度係包含：在從該第一時間點算起之該調光時間內將該燈管組之亮度由該第一亮度以非線性連續方式逐漸調至該第二亮度。
  9. 如請求項1所述之調光方法，其中在從該第一時間點算起之該調光時間內將該燈管組之亮度由該第一亮度逐漸調至該第二亮度係包含：在從該第一時間點算起之該調光時間內將該燈管組之亮度由該第一亮度以分段方式逐漸調至該第二亮度。
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