TWI572252B - 可調光式即時啓動安定器調光控制裝置 - Google Patents

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TWI572252B
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周清和
盧永泉
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Description

可調光式即時啟動安定器調光控制裝置
本發明係有關於一種可調光式即時啟動安定器，特別係有關於一種具有廣域的調光幅度之可調光式即時啟動安定器。
目前大多適用於螢光燈管之可調光式即時啟動安定器，調光幅度皆無法低於50%，主要的原因是燈絲的溫度不足以維持正常工作。解決方案是提供燈絲額外的預熱能量，因此目前可調光式安定器大多都是快速啟動(rapid-start)或是程序啟動(programmed-start)，以達到廣域的調光幅度。
此外，由於目前發光二極體燈管能夠直接替換螢光燈管，加上發光二極體燈管相較於螢光燈管具有節省能源的優點，因此我們需要一個能夠同時驅動發光二極體燈管以及螢光燈管並且提供廣域的調光幅度之即時啟動(instant-start)安定器。
有鑑於此，本發明提出一種可調光式即時啟動安 定器，適用於複數發光二極體燈管及/或複數螢光燈管，包括：一隔離式調光介面、一工作週期控制裝置、一調光開關以及一逆變電路。上述隔離式調光介面接收一調光信號而產生一調光電壓。上述工作週期控制裝置根據上述調光電壓而產生一啟閉信號。上述調光開關根據上述啟閉信號，週期性地將一第一節點耦接至一接地端。上述逆變電路接收一整流電壓且耦接至上述第一節點，其中當上述第一節點耦接至上述接地端時，上述逆變電路輸出一燈管電流至上述發光二極體燈管及/或上述螢光燈管。
根據本發明之一實施例，上述調光開關根據上述啟閉信號之一工作週期而週期性地操作於一導通狀態以及一不導通狀態，其中當上述調光開關操作於上述導通狀態時，上述第一節點耦接至上述接地端且上述逆變電路輸出上述燈管電流，當上述調光開關操作於上述不導通狀態時，上述第一節點並未耦接至上述接地端且上述逆變電路並未輸出上述燈管電流，其中上述燈管電流流經上述發光二極體燈管及/或上述螢光燈管產生之一照明亮度，其中上述照明亮度係與上述工作週期成正比關係。
根據本發明之一實施例，上述隔離式調光介面包括：二控制端子、一錯誤接線保護裝置、一第一半波整流器以及一隔離式變壓器。上述控制端子接收一外部調光裝置所產生之上述調光信號。上述錯誤接線保護裝置耦接至上述控制端子，用以提供一錯誤接線保護。上述第一半波整流器耦接至上述接線保護裝置。上述隔離式變壓器包括一初級側以及一次級 側，其中上述初級側接收一第一電流，上述次級側耦接至上述第一半波整流器，其中上述隔離式變壓器將上述初級側之上述第一電流映射至上述次級側，並且將上述次級側之阻抗映射至上述初級側，並於上述初級側產生上述調光電壓。
根據本發明之一實施例，上述外部調光裝置係為一直流電壓源、一電阻性元件或一調光器，其中上述調光信號係為上述直流電壓源之直流電壓值或上述電阻性元件之電阻值。
根據本發明之一實施例，上述工作週期控制裝置包括：一電壓穩壓器、一工作週期控制信號產生器以及一開關驅動電路。上述電壓穩壓器根據上述整流電壓產生一直流供應電壓。上述工作週期控制信號產生器接收上述直流供應電壓，包括：一三角波產生電路、一鉗位電路以及一比較器。上述三角波產生電路用以產生一三角波信號。上述鉗位電路將上述調光電壓整流為一直流調光電壓，並將上述直流調光電壓以及一參考電壓之最大者提供至一比較節點。上述比較器比較上述比較節點之電壓以及上述三角波信號而產生一工作週期控制信號。上述開關驅動電路接收上述直流供應電壓，且根據上述工作週期控制信號輸出上述啟閉信號。
根據本發明之一實施例，上述鉗位電路更包括：一第二半波整流器以及一二極體。上述第二半波整流器將上述調光電壓轉換成上述直流調光電壓，並將上述直流調光電壓提供至上述比較節點。上述二極體接收上述參考電壓，其中當上述參考電壓大於上述直流調光電壓時，上述二極體導通而將上 述參考電壓提供至上述比較節點，使得上述工作週期不小於一既定值，其中當上述參考電壓不大於上述直流調光電壓時，上述二極體不導通。
根據本發明之一實施例，上述隔離式調光介面更包括一壓降元件。上述壓降元件耦接於上述第一半波整流器以及上述次級側之間，用以提高上述直流調光電壓之電壓位準，使得上述照明亮度係與上述調光信號成正比關係。
根據本發明之一實施例，上述逆變電路係為一推挽式並聯諧振轉換器以及一半橋式並聯諧振轉換器之一者。
根據本發明之一實施例，可調光式即時啟動安定器更包括一整流器，其中上述整流器接收一交流電壓而產生上述整流電壓。
本發明更提出一種調光控制裝置，用以控制一逆變電路週期性地輸出一燈管電流至複數發光二極體燈管及/或複數螢光燈管，包括：一隔離式調光介面、一電壓穩壓器、一工作週期控制信號產生器、一開關驅動電路以及一調光開關。上述隔離式調光介面接收一調光信號而產生一調光電壓。上述電壓穩壓器產生一直流供應電壓。上述工作週期控制信號產生器接收上述直流供應電壓，包括：一三角波產生電路、一鉗位電路以及一比較器。上述三角波產生電路產生一三角波信號。上述鉗位電路將上述調光電壓整流為一直流調光電壓，並將上述直流調光電壓以及一參考電壓之最大者提供至一比較節點。上述比較器比較上述比較節點之電壓以及上述三角波信號而產生一工作週期控制信號。上述開關驅動電路接收上述直流 供應電壓，根據上述工作週期控制信號產生一啟閉信號。上述調光開關根據上述啟閉信號，週期性地導通而將上述逆變電路耦接至上述接地端，使得上述逆變電路週期性地輸出上述燈管電流。
根據本發明之一實施例，上述調光開關根據上述啟閉信號而週期性地操作於一導通狀態以及一不導通狀態，其中當上述調光開關操作於上述導通狀態時，上述逆變電路輸出上述燈管電流，當上述調光開關操作於一不導通狀態時，上述逆變電路並未輸出上述燈管電流，其中上述燈管電流流經上述發光二極體燈管及/或上述螢光燈管產生之一照明亮度，其中上述照明亮度係與上述啟閉信號之一工作週期成正比關係。
根據本發明之一實施例，上述隔離式調光介面包括：二控制端子、一錯誤接線保護裝置、一第一半波整流器以及一隔離式變壓器。上述控制端子接收一外部調光裝置所產生之上述調光信號。上述錯誤接線保護裝置耦接至上述控制端子，用以提供一錯誤接線保護。上述第一半波整流器耦接至上述接線保護裝置。上述隔離式變壓器包括一初級側以及一次級側，其中上述初級側接收一第一電流，上述次級側耦接至上述第一半波整流器，其中上述隔離式變壓器將上述初級側之上述第一電流映射至上述次級側，並且將上述次級側之阻抗映射至上述初級側，並於上述初級側產生上述調光電壓。
根據本發明之一實施例，上述外部調光裝置係為一直流電壓源、一電阻性元件或一調光器，其中上述調光信號係為上述直流電壓源之直流電壓值或上述電阻性元件之電阻 值。
根據本發明之一實施例，上述鉗位電路更包括：一第二半波整流器以及一二極體。上述第二半波整流器將上述調光電壓轉換成上述直流調光電壓，並將上述直流調光電壓提供至上述比較節點。上述二極體接收上述參考電壓，其中當上述參考電壓大於上述直流調光電壓時，上述二極體導通而將上述參考電壓提供至上述比較節點，使得上述工作週期不小於一既定值，其中當上述參考電壓不大於上述直流調光電壓時，上述二極體不導通。
根據本發明之一實施例，上述隔離式調光介面更包括一壓降元件。上述壓降元件耦接於上述第一半波整流器以及上述次級側之間，用以提高上述直流調光電壓之電壓位準，使得上述照明亮度係與上述調光信號成正比關係。
100、200‧‧‧可調光式即時啟動安定器
110、210‧‧‧電磁干擾濾波器
120、220‧‧‧整流器
130‧‧‧功因校正器
140、240、310‧‧‧隔離式調光介面
150、250‧‧‧工作週期控制裝置
160、260‧‧‧逆變電路
170、270、370、610‧‧‧調光開關
280‧‧‧電路保護裝置
241‧‧‧第一控制端子
242‧‧‧第二控制端子
243‧‧‧錯誤接線保護裝置
244‧‧‧第一半波整流器
245‧‧‧隔離式變壓器
251‧‧‧電壓穩壓器
252‧‧‧鉗位電路
253‧‧‧三角波產生電路
254‧‧‧比較器
255‧‧‧開關驅動電路
300‧‧‧調光控制裝置
311‧‧‧第一控制端子
312‧‧‧第二控制端子
313‧‧‧錯誤接線保護裝置
3131‧‧‧熱敏電阻
3132‧‧‧第二齊納二極體
314‧‧‧第一半波整流器
3141‧‧‧第二二極體
3143‧‧‧第六電容
3144‧‧‧第七電阻
315‧‧‧隔離式變壓器
316‧‧‧第一齊納二極體
320‧‧‧電壓穩壓器
3201‧‧‧第八電阻
3202‧‧‧第七電容
3203‧‧‧第三二極體
3204‧‧‧第四二極體
3205‧‧‧第三齊納二極體
3206‧‧‧第八電容
330‧‧‧鉗位電路
331‧‧‧第二半波整流器
3311‧‧‧第六二極體
3312‧‧‧第九電容
3313‧‧‧第十二電阻
332‧‧‧第九電阻
333‧‧‧第五二極體
334‧‧‧第十電阻
335‧‧‧第十一電阻
340‧‧‧三角波產生電路
350‧‧‧比較器
360‧‧‧開關驅動電路
361‧‧‧第三雙極性接面電晶體
362‧‧‧第四雙極性接面電晶體
363‧‧‧第十三電阻
370‧‧‧調光開關
400‧‧‧調光曲線圖
401‧‧‧工作週期曲線
402‧‧‧燈管電流曲線
501‧‧‧電壓曲線
600‧‧‧半橋式並聯諧振轉換器
601‧‧‧第一半橋二極體
602‧‧‧第二半橋二極體
10‧‧‧外部調光裝置
20‧‧‧接地端
L‧‧‧火線
N‧‧‧中性線
PE‧‧‧保護性接地線
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
C3‧‧‧第三電容
C4‧‧‧第四電容
C5‧‧‧第五電容
CB‧‧‧隔離電容
CT‧‧‧諧振電容
CX‧‧‧穩壓電容
CY‧‧‧電容
CX1‧‧‧第一穩壓電容
CX2‧‧‧第二穩壓電容
IL‧‧‧燈管電流
I1‧‧‧第一電流
L1‧‧‧第一燈管
L2‧‧‧第二燈管
L3‧‧‧第三燈管
L4‧‧‧第四燈管
LS‧‧‧驅動線圈
LS1‧‧‧第一線圈
LS2‧‧‧第二線圈
D1‧‧‧第一二極體
GND‧‧‧接地位準
VB‧‧‧升壓電壓
VCM‧‧‧比較電壓
VD‧‧‧調光電壓
VR‧‧‧整流電壓
VREF‧‧‧參考電壓
VS‧‧‧直流供應電壓
SD‧‧‧調光信號
SDC‧‧‧工作週期控制信號
SO‧‧‧啟閉信號
SST‧‧‧三角波信號
T1‧‧‧第一變壓器
TX1‧‧‧第一線圈
TX2‧‧‧第二線圈
TX3‧‧‧第三線圈
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
R5‧‧‧第五電阻
R6‧‧‧第六電阻
M1‧‧‧N型金屬氧化物半導體場效電晶體
NCM‧‧‧比較節點
N1‧‧‧第一節點
NI‧‧‧內部節點
Q1‧‧‧第一雙極性接面電晶體
Q2‧‧‧第二雙極性接面電晶體
Q5‧‧‧第五雙極性接面電晶體
Q6‧‧‧第六雙極性接面電晶體
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之可調光式即時啟動安定器之方塊圖；第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之可調光式即時啟動安定器之電路圖；第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之調光控制裝置之電路圖；第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之調光曲線圖；第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之三角波信號SST 之示意圖；以及第6圖係顯示根據本發明第2圖之另一實施例所述之逆變電路之電路圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特例舉一較佳實施例，並配合所附圖式，來作詳細說明如下：
以下將介紹係根據本發明所述之較佳實施例。必須要說明的是，本發明提供了許多可應用之發明概念，在此所揭露之特定實施例，僅是用於說明達成與運用本發明之特定方式，而不可用以侷限本發明之範圍。
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之可調光式即時啟動安定器之方塊圖。如第1圖所示，可調光式即時啟動安定器100包括電磁干擾濾波器110、整流器120、功因校正器130、隔離式調光介面140、工作週期控制裝置150、逆變電路160、調光開關170、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3以及第四電容C4。
可調光式即時啟動安定器100用以接收交流供應電源以及調光控制信號，並根據調光控制信號周期性的提供燈管電流IL至第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4。上述四個燈管分別並聯至可調光式即時啟動安定器100的第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3以及第四電容C4。根據本發明之一實施例，可調光式即時啟動安定器100接收之 交流供應電源係為市電120Vac或277Vac。
根據本發明之一實施例，第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4皆為一螢光燈管。根據本發明之另一實施例，第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4皆為一發光二極體燈管。根據本發明之又一實施例，第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4係為發光二極體燈管以及螢光燈管之任意組合。根據本發明之一實施例，在此第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4僅用於說明解釋之目的，並未以任何形式限定至該數量。
電磁干擾濾波器110接收交流供應電壓，用以降低因可調光式即時啟動安定器100所產生之電磁干擾，整流器120將電磁干擾濾波器110所接收之交流供應電壓，轉換為整流電壓VR。功因校正器130耦接至整流器120，用以改善可調光式即時啟動安定器100的功率因素並將所接收之整流電壓VR產生升壓電壓VB。根據本發明之一實施例，功因校正器130係為一升壓電路，用以將整流電壓VR升壓至升壓電壓VB，並將升壓電壓VB儲存於穩壓電容CX。根據本發明之另一實施例，可調光式即時啟動安定器100亦可省略功因校正器130。
隔離式調光介面140接收外部調光裝置10之調光信號SD而產生調光電壓VD，工作週期控制裝置150根據調光電壓VD而產生啟閉信號SO。根據本發明之一實施例，逆變電路160接收升壓電壓VB且經由調光開關170耦接至接地端20，當調光開關170根據啟閉信號SO週期性地將逆變電路160耦接至接地端20時，逆變電路160將升壓電壓VB，透過逆變電路160 週期性地提供燈管電流IL至第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4，以達到調光的目的。
根據本發明之另一實施例，可調光式即時啟動安定器100並不具有功因校正器130。逆變電路160接收整流器120所產生之整流電壓VR，並根據調光開關170週期性地導通而提供燈管電流IL至第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4。根據本發明之一實施例，逆變電路160係為一推挽式並聯諧振轉換器(push-pull parallel resonant converter)；根據本發明之另一實施例，逆變電路160係為一半橋式並聯諧振轉換器(half-bridge parallel resonant converter)。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之可調光式即時啟動安定器之電路圖。如第2圖所示，可調光式即時啟動安定器200包括電磁干擾濾波器210、整流器220、隔離式調光介面240、工作週期控制裝置250、逆變電路260、調光開關270以及電路保護裝置280。與第1圖相比，可調光式即時啟動安定器200係與第1圖之可調光式即時啟動安定器100相同，只是可調光式即時啟動安定器200並不具有功因校正器。
如第2圖所示，電磁干擾濾波器210接收交流供應電源之火線L以及中性線N所提供之交流電壓，並降低可調光式即時啟動安定器200所產生之電磁干擾後，整流器220將電磁干擾濾波器210所接收之交流供應電壓，轉換為整流電壓VR且儲存於穩壓電容CX中，其中穩壓電容CX耦接至接地端20，接地端20以及保護性接地PE之間係以隔離電容CB隔離。根據本發明之一實施例，整流電壓VR可視為直流電壓。
隔離式調光介面240包括第一控制端子241、第二控制端子242、錯誤接線保護裝置243、第一半波整流器244以及隔離式變壓器245，其中第一控制端子241以及第二控制端子242用以接收第1圖之外部調光裝置10所產生之調光信號SD。根據本發明之一實施例，第1圖之外部調光裝置10係為一直流電壓源，所產生之調光信號SD係為直流電壓0-10V。根據本發明之另一實施例，第1圖之外部調光裝置10係為具有可變電阻值之電阻性元件。根據本發明之另一實施例，第1圖之外部調光裝置10係為一調光器。
根據本發明之一實施例，錯誤接線保護裝置243用以在第一控制端子241以及第二控制端子242耦接至交流供應電源時，提供錯誤接線保護，第一半波整流器244耦接至上述接線保護裝置243。隔離式變壓器245包括初級側以及次級側，隔離式變壓器245之初級側接收由第五電容C5以及第一電阻R1所產生之第一電流I1，隔離式變壓器245之次級側耦接至第一半波整流器244。隔離式變壓器245係將初級側接收之第一電流I1映射至次級側並經由第一半波整流器244整流為直流電流，隔離式變壓器245更將次級側之阻抗映射至初級側，並產生調光電壓VD。下文中將詳細說明隔離式調光介面240之動作。
工作週期控制裝置250包括電壓穩壓器251、鉗位電路252、三角波產生電路253、比較器254、開關驅動電路255、第五電容C5、第一電阻R1以及第二電阻R2。電壓穩壓器251可將整流電壓VR以及第一線圈TX1所產生之直流電壓穩壓，而為直流供應電壓VS，其中直流供應電壓VS用以供應鉗位電路 252、三角波產生電路253、比較器254以及開關驅動電路255。
根據本發明之一實施例，整流電壓VR以及第二電阻R2產生直流供應電壓VS之初始值，用以致能工作週期控制電路250。鉗位電路252將調光電壓VD整流為直流調光電壓，且利用直流供應電壓VS產生參考電壓VREF(第2圖中並未顯示)，且鉗位電路252可將調光電壓VD整流後之直流調光電壓以及參考電壓VREF之最大者提供至比較節點NCM。鉗位電路252以及參考電壓VREF之詳細內容，將於下文中詳細敘述。
三角波產生電路253用以產生三角波信號SST，比較器254用以比較比較節點NCM之比較電壓VCM以及三角波信號SST而產生工作週期控制信號SDC，其中工作週期控制信號SDC具有工作週期D。根據本發明之一實施例，三角波產生電路253係利用電容之充放電所產生之電壓信號，作為三角波信號SST。
開關驅動電路255根據比較器254所產生之工作週期控制信號SDC產生啟閉信號SO，其中啟閉信號SO用以控制調光開關270週期性地操作於導通狀態以及不導通狀態。根據本發明之一實施例，工作週期控制信號SDC以及啟閉信號SO皆具有相同的工作週期D。根據本發明之一實施例，工作週期控制信號SDC以及啟閉信號SO之頻率係大於200Hz。
根據本發明之一實施例，逆變電路260係為一推挽式並聯諧振轉換器。逆變電路260耦接至第一節點N1，且接收第一線圈TX1所產生之固定電流而透過第一變壓器T1輸出燈管電流IL至第1圖之第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以 及第四燈管L4，其中第一節點N1透過調光開關270耦接至接地端20。根據本發明之一實施例，當調光開關270根據啟閉信號SO而操作於導通狀態時，逆變電路260透過第一變壓器T1輸出燈管電流IL至第1圖之第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4。
根據本發明之另一實施例，當調光開關270根據啟閉信號SO而操作於不導通狀態時，逆變電路260並未輸出燈管電流IL。根據本發明之一實施例，燈管電流IL流經第1圖之第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4時，第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4之每一者產生一照明亮度，其中所產生之照明亮度係與工作週期D成正比關係。根據本發明之一實施例，調光開關270導通截止交替切換時會有突波產生，電路保護裝置280可以抑制突波大小，進而達到保護調光開關效果。根據本發明之一實施例，電路保護裝置280係為一突波吸收器(TVS)或一齊納二極體。
逆變電路260更包括第一雙極性接面電晶體Q1、第二雙極性接面電晶體Q2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、驅動線圈LS、第一二極體D1、諧振電容CT以及第一變壓器T1。根據本發明之一實施例，第三電阻R3係用以啟動第一雙極性接面電晶體Q1或第二雙極性接面電晶體Q2。第四電阻R4、第五電阻R5、驅動線圈LS以及第一二極體D1係用以交互驅動第一雙極性接面電晶體Q1以及第二雙極性接面電晶體Q2，透過交互切換第一雙極性接面電晶體Q1以及第二雙極性接面電晶體Q2，可使諧振電容CT以及第一變壓器T1產生諧 振，而產生燈管所需之電流。
調光開關270包括N型金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)M1以及第六電阻R6，第六電阻R6將N型金屬氧化物半導體場效電晶體M1之閘極端耦接至接地端20。根據本發明之一實施例，當N型金屬氧化物半導體場效電晶體M1之閘極端累積過多的電荷時，第六電阻R6提供電荷排除路徑。根據本發明之另一實施例，第六電阻R6作為N型金屬氧化物半導體場效電晶體M1之靜電放電保護(Electrostatic Discharge,ESD)元件。隔離式調光介面240、工作週期控制電路250以及調光開關270之詳細操作，將於下文中詳細敘述。在本實施例中，雖以N型金屬氧化物半導體場效電晶體為開關，但本發明不限於此。上述開關亦可為P型金屬氧化物半導體場效電晶體、雙極性接面電晶體(BJT)或其他可作為開關之電晶體。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之調光控制裝置之電路圖。如第3圖所示，第3圖之調光控制裝置300係為第2圖之隔離式調光介面240、工作週期控制電路250以及調光開關270。根據本發明之一實施例，調光控制裝置300包括隔離式調光介面310、電壓穩壓器320、鉗位電路330、三角波產生電路340、比較器350、開關驅動電路360以及調光開關370。根據本發明之一實施例，鉗位電路330、三角波產生電路340、比較器350以及開關驅動電路360形成一工作週期控制信號產生器。根據本發明之一實施例，電壓穩壓器320、鉗位電路330、三角波產生電路340、比較器350、開關驅動電路360係對應至第2圖之工作週期控制電路250。
隔離式調光介面310包括第一控制端子311、第二控制端子312、錯誤接線保護裝置313、第一半波整流器314、隔離式變壓器315以及第二齊納二極體(Zener Diode)316，其中第一控制端子311以及第二控制端子312接收調光信號SD。根據本發明之一實施例，調光信號SD係為0V-10V之直流電壓；根據本發明之另一實施例，調光信號SD係為電阻性元件之電阻值。以下將針對調光信號SD係為0V-10V之直流電壓之實施例，進行詳細說明。
錯誤接線保護裝置313包括熱敏電阻3131以及第一齊納二極體3132，其中熱敏電阻3131係為正溫度係數，也就是當第一控制端子311以及第二控制端子312接收之電壓過高時，熱敏電阻3131之溫度會增加而使得熱敏電阻3131之電阻值隨之增加，進而限制輸入電流。
第一齊納二極體3132係用以將內部節點NI之電壓值箝制於一既定電壓值，也就是當內部節點NI之電壓值高於既定電壓值時，第一齊納二極體3132隨即導通，避免內部節點NI之電壓值高於既定電壓值。根據本發明之一實施例，第一齊納二極體3132所箝制之既定電壓值係為15V。
第一半波整流器314包括第二二極體3141、第六電容3143以及第七電阻3144，用以將接收之交流電流轉換為內部節點NI之直流電壓。隔離式變壓器315包括初級側以及次級側，初級側耦接至鉗位電路330，次級側耦接至第一半波整流器314。隔離式變壓器315用以將初級側接收之交流電流映射至次級側，並且將次級側之阻抗映射至初級側。第二齊納二極體 316耦接於第一半波整流器314以及隔離式變壓器315之間，其中第二齊納二極體316的用途將於下文中詳細敘述。根據本發明之一實施例，隔離式變壓器315用以將次級端接收之調光信號SD以及第二齊納二極體316之壓降，轉換至初級端之調光電壓VD。
電壓穩壓器320包括第二線圈TX2、第八電阻3201、第七電容3202、第三二極體3203、第四二極體3204、第三齊納二極體3205以及第八電容3206，其中第二線圈TX2係用以感應第一線圈TX1之能量，並透過第八電阻3201、第七電容3202、第三二極體3203、第四二極體3204以及第八電容3206產生直流供應電壓VS，其中第一線圈TX1、第八電阻3201、第七電容3202、第三二極體3203、第四二極體3204以及第八電容3206用以作為電荷泵。第三齊納二極體3205用以限制直流供應電壓VS不超過既定電壓值。根據本發明之一實施例，第三齊納二極體3205用以限制直流供應電壓VS不超過15V。
鉗位電路330包括第二半波整流器331、第九電阻332、第五二極體333、第十電阻334以及第十一電阻335，其中第九電阻332耦接至隔離式變壓器315之初級端，第二半波整流器331包括第六二極體3311、第九電容3312以及第十二電阻3313，用以將隔離式變壓器315之初級端之調光電壓VD轉換為直流調光電壓而提供至比較節點NCM。
直流供應電壓VS透過第十電阻334以及第十一電阻335之分壓，而產生參考電壓VREF，當比較電壓VCM低於參考電壓VREF時，第五二極體333隨即導通而將參考電壓VREF 提供至比較節點NCM，使得比較電壓VCM的最小值係為參考電壓VREF減去第五二極體333之導通電壓。
比較器350用以比較比較電壓VCM以及三角波產生電路340所產生之三角波信號SST而產生工作週期控制信號SDC，其中工作週期控制信號SDC具有工作週期D，用以控制調光開關370操作於導通狀態以及不導通狀態的時間。
開關驅動電路360包括第三雙極性接面電晶體361、第四雙極性接面電晶體362以及第十三電阻363，其中開關驅動電路360根據工作週期控制信號SDC而產生啟閉信號SO。由於比較器350之驅動能力較低，開關驅動電路360用以準確地將調光開關370操作於導通狀態或不導通狀態。第十三電阻363用以限制第三雙極性接面電晶體361以及第四雙極性接面電晶體362之輸出電流。
為了說明本發明之內容，以下將搭配本發明之第1-3圖進行詳細說明。當第3圖之隔離式調光介面310接收之調光信號SD係為1V之直流電壓，使得隔離式變壓器315之次級側最大跨壓為調光信號SD、第二二極體3141以及第二齊納二極體316之和。
根據本發明之一實施例，隔離式變壓器315係為一比一，第二二極體3141以及第六二極體3311之導通電壓係為0.7V，第二齊納二極體316之導通電壓係為3.9V，因此當調光信號SD係為1V時，所產生之比較電壓VCM係為4.9V。比較器350比較比較電壓VCM以及三角波信號SST而產生工作週期控制信號SDC，用以控制調光開關370之N型金屬氧化物半導體場 效電晶體M1導通以及不導通。
根據本發明之一實施例，當N型金屬氧化物半導體場效電晶體M1導通時，第2圖之逆變電路260則透過第一變壓器T1輸出燈管電流IL，用以點亮第1圖之第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4而產生照明亮度，其中產生之照明亮度係與調光信號SD之大小成正比關係。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之調光曲線圖。如第4圖所示，調光曲線圖400之橫軸係為調光信號SD之直流電壓值，縱軸係為百分比，工作週期曲線401代表工作週期控制信號SDC以及啟閉信號SO之工作週期D，燈管電流曲線402代表平均之燈管電流IL。
根據本發明之一實施例，調光信號SD係為0V-10V之直流電壓，因此當調光信號SD係為10V時，工作週期曲線401係為100%，也就是第2圖之調光開關270係為恆常地操作於導通狀態，而燈管電流曲線402亦對應至100%，也就是燈管電流IL恆常地輸出。
根據本發明之另一實施例，當調光信號SD係為開路狀態時，工作週期曲線401以及燈管電流曲線402皆對應至100%，代表第2圖之調光開關270恆常地導通，而燈管電流IL也恆常地輸出。
根據本發明之另一實施例，當調光信號SD係為1V時，工作週期曲線401以及燈管電流曲線402皆對應至10%，代表第2圖之調光開關270僅有10%的時間導通，也就是調光開關270週期性地操作於導通狀態。因此，第2圖之逆變電路260在 調光開關270被導通之10%的時間輸出燈管電流IL，因此燈管電流曲線402所代表之平均燈管電流IL係為恆常輸出之燈管電流IL之10%。
根據本發明之又一實施例，當調光信號SD係為0V時，第3圖之隔離式變壓器315之次級側之最大跨壓係為調光信號SD、第二二極體3141以及第二齊納二極體316之和，也就是4.6V。根據本發明之一實施例，隔離式變壓器315係為一比一，因此映射之調光電壓VD係為4.6V。
根據本發明之一實施例，參考電壓VREF係為5.6V，因此鉗位電路330根據第六二極體3311以及第五二極體333而選擇較高電壓值之參考電壓VREF提供至比較節點NCM。根據本發明之一實施例，5.6V之參考電壓VREF恰好是當調光信號SD係為1V時之最大次級側之跨壓，因此當調光信號SD低於1V時，參考電壓VREF能夠將平均之燈管電流IL維持於10%。根據本發明之另一實施例，設計者可調整參考電壓VREF之大小，用以設定所欲維持之最小照明亮度。
根據本發明之一實施例，第1圖之第1圖之第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4所產生之照明亮度係與平均之燈管電流IL成正比，因此照明亮度亦與工作週期控制信號SDC以及啟閉信號SO之工作週期D成正比關係。
根據本發明之又一實施例，當第3圖之第一控制端子311以及第二控制端子312係為短路狀態時，代表調光信號SD係為0V，也就是第1圖之第1圖之第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4所產生之照明亮度係為持最低亮 度。
根據本發明之一實施例，調光信號SD係為電阻性元件之電阻值，第1圖之第1圖之第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4所產生之照明亮度同樣的與電阻性元件之跨壓成正比關係。
第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之三角波信號SST之示意圖。根據本發明之一實施例，電壓曲線501係為利用電容充電之電壓變化所產生之三角波信號SST，因此三角波信號SST之充電的最高電壓位準係為直流供應電壓VS，放電的最低電壓位準係為接地端20之接地位準GND。
根據本發明之一實施例，第3圖之第二齊納二極體316係用以提高比較電壓VCM之最低電壓位準，並且比較電壓VCM之最高電壓位準亦小於直流供應電壓VS，使得三角波信號SST係位於電容充放電之電壓信號之線性區，並且使得照明亮度與工作週期D成正比關係。
根據本發明之一實施例，當直流供應電壓VS係為15V、第二齊納二極體316之壓降係為3.9V、調光信號SD之電壓幅度係為0-10V、參考電壓VREF係為5.6V以及第二二極體3141、第六二極體3311以及第五二極體333之壓降皆為0.7V時，比較電壓VCM之電壓幅度係為4.9V-13.9V，係小於直流供應電壓VS(15V)至接地位準GND(0V)之範圍。
第6圖係顯示根據本發明第2圖之另一實施例所述之逆變電路之電路圖。根據本發明之另一實施例，第2圖之逆變電路260係為半橋式並聯諧振轉換器600，且半橋式並聯諧振 轉換器600耦接至第一節點N1，其中調光開關610係耦接於第一節點N1以及接地端20之間。如第6圖所示，當第2圖之逆變電路260置換為半橋式並聯諧振轉換器600時，第2圖之穩壓電容CX替換為第一穩壓電容CX1以及第二穩壓電容CX2，且多了一個第三線圈TX3。
當調光開關610操作於導通狀態時，半橋式並聯諧振轉換器600透過第一變壓器T1輸出燈管電流IL至第一燈管L1、第二燈管L2、第三燈管L3以及第四燈管L4；當調光開關610操作於不導通狀態時，半橋式並聯諧振轉換器600則停止輸出燈管電流IL。根據本發明之一實施例，使用者可藉由調整調光開關610之導通週期，進而達到調光的目的。
半橋式並聯諧振轉換器600包括第五雙極性接面電晶體Q5、第六雙極性接面電晶體Q6、電容CY、第一線圈LS1、第二線圈LS2、半橋電容CZ、諧振電容CT、第一變壓器T1、第一半橋二極體601以及第二半橋二極體602。第一線圈LS1、第二線圈LS2以及半橋電容CZ係用以交互驅動第五雙極性接面電晶體Q5以及第六雙極性接面電晶體Q6，透過交互切換第五雙極性接面電晶體Q5以及第六雙極性接面電晶體Q6，加上第一半橋二極體601以及第二半橋二極體602交互導通，可使諧振電容CT以及第一變壓器T1產生諧振，而產生燈管所需之電流。
本發明提供了一種具有廣域的調光幅度之可調光式快速啟動安定器，其中調光幅度能夠達到10%-100%，足以克服以往調光幅度無法低於50%之技術門檻。再者，本發明之 調光控制裝置使用了鉗位電路330，使用者能夠藉由調整參考電壓VREF的方式，調整調光可到達的最低幅度。
以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。
200‧‧‧可調光式即時啟動安定器
210‧‧‧電磁干擾濾波器
220‧‧‧整流器
240‧‧‧隔離式調光介面
241‧‧‧第一控制端子
242‧‧‧第二控制端子
243‧‧‧錯誤接線保護裝置
244‧‧‧第一半波整流器
245‧‧‧隔離式變壓器
250‧‧‧工作週期控制裝置
251‧‧‧電壓穩壓器
252‧‧‧鉗位電路
253‧‧‧三角波產生電路
254‧‧‧比較器
255‧‧‧開關驅動電路
260‧‧‧逆變電路
270‧‧‧調光開關
280‧‧‧電路保護裝置
20‧‧‧接地端
L‧‧‧火線
N‧‧‧中性線
PE‧‧‧保護性接地線
C5‧‧‧第五電容
CB‧‧‧隔離電容
CT‧‧‧諧振電容
CX‧‧‧穩壓電容
IL‧‧‧燈管電流
LS‧‧‧驅動線圈
D1‧‧‧第一二極體
VCM‧‧‧比較電壓
VD‧‧‧調光電壓
VR‧‧‧整流電壓
VREF‧‧‧參考電壓
VS‧‧‧直流供應電壓
SD‧‧‧調光信號
SDC‧‧‧工作週期控制信號
SO‧‧‧啟閉信號
SST‧‧‧三角波信號
T1‧‧‧第一變壓器
TX1‧‧‧第一線圈
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
R5‧‧‧第五電阻
R6‧‧‧第六電阻
NCM‧‧‧比較節點
N1‧‧‧第一節點
Q1‧‧‧第一雙極性接面電晶體
Q2‧‧‧第二雙極性接面電晶體

Claims (14)

  1. 一種可調光式即時啟動安定器，適用於複數發光二極體燈管及/或複數螢光燈管，包括：一隔離式調光介面，接收一調光信號而產生一調光電壓；一工作週期控制裝置，根據上述調光電壓而產生一啟閉信號；一調光開關，根據上述啟閉信號，週期性地將一第一節點耦接至一接地端；以及一逆變電路，接收一整流電壓且耦接至上述第一節點，其中當上述第一節點耦接至上述接地端時，上述逆變電路輸出一燈管電流至上述發光二極體燈管及/或上述螢光燈管，其中上述調光開關根據上述啟閉信號之一工作週期而週期性地操作於一導通狀態以及一不導通狀態，其中當上述調光開關操作於上述導通狀態時，上述第一節點耦接至上述接地端且上述逆變電路輸出上述燈管電流，當上述調光開關操作於上述不導通狀態時，上述第一節點並未耦接至上述接地端且上述逆變電路並未輸出上述燈管電流，其中上述燈管電流流經上述發光二極體燈管及/或上述螢光燈管產生之一照明亮度，其中上述照明亮度係與上述工作週期成正比關係。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可調光式即時啟動安定器，其中上述隔離式調光介面包括： 二控制端子，接收一外部調光裝置所產生之上述調光信號；一錯誤接線保護裝置，耦接至上述控制端子，用以提供一錯誤接線保護；一第一半波整流器，耦接至上述接線保護裝置；以及一隔離式變壓器，包括一初級側以及一次級側，其中上述初級側接收一第一電流，上述次級側耦接至上述第一半波整流器，其中上述隔離式變壓器將上述初級側之上述第一電流映射至上述次級側，並且將上述次級側之阻抗映射至上述初級側，並於上述初級側產生上述調光電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之可調光式即時啟動安定器，其中上述外部調光裝置係為一直流電壓源、一電阻性元件或一調光器，其中上述調光信號係為上述直流電壓源之直流電壓值或上述電阻性元件之電阻值。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之可調光式即時啟動安定器，其中上述工作週期控制裝置包括：一電壓穩壓器，根據上述整流電壓產生一直流供應電壓；一工作週期控制信號產生器，接收上述直流供應電壓，包括：一三角波產生電路，用以產生一三角波信號； 一鉗位電路，將上述調光電壓整流為一直流調光電壓，並將上述直流調光電壓以及一參考電壓之最大者提供至一比較節點；以及一比較器，比較上述比較節點之電壓以及上述三角波信號而產生一工作週期控制信號；以及一開關驅動電路，接收上述直流供應電壓，且根據上述工作週期控制信號輸出上述啟閉信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之可調光式即時啟動安定器，其中上述鉗位電路更包括：一第二半波整流器，將上述調光電壓轉換成上述直流調光電壓，並將上述直流調光電壓提供至上述比較節點；以及一二極體，接收上述參考電壓，其中當上述參考電壓大於上述直流調光電壓時，上述二極體導通而將上述參考電壓提供至上述比較節點，使得上述工作週期不小於一既定值，其中當上述參考電壓不大於上述直流調光電壓時，上述二極體不導通。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之可調光式即時啟動安定器，其中上述隔離式調光介面更包括：一壓降元件，耦接於上述第一半波整流器以及上述次級側之間，用以提高上述直流調光電壓之電壓位準，使得上述照明亮度係與上述調光信號成正比關係。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可調光式即時啟動安定器，其中上述逆變電路係為一推挽式並聯諧振轉換器以 及一半橋式並聯諧振轉換器之一者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之可調光式即時啟動安定器，更包括一整流器，其中上述整流器接收一交流電壓而產生上述整流電壓。
  9. 一種調光控制裝置，用以控制一逆變電路週期性地輸出一燈管電流至複數發光二極體燈管及/或複數螢光燈管，包括：一隔離式調光介面，接收一調光信號而產生一調光電壓；一電壓穩壓器，產生一直流供應電壓；一工作週期控制信號產生器，接收上述直流供應電壓，包括：一三角波產生電路，產生一三角波信號；一鉗位電路，將上述調光電壓整流為一直流調光電壓，並將上述直流調光電壓以及一參考電壓之最大者提供至一比較節點；以及一比較器，比較上述比較節點之電壓以及上述三角波信號而產生一工作週期控制信號；一開關驅動電路，接收上述直流供應電壓，根據上述工作週期控制信號產生一啟閉信號；以及一調光開關，根據上述啟閉信號，週期性地導通而將上述逆變電路耦接至上述接地端，使得上述逆變電路週期性地輸出上述燈管電流。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之調光控制裝置，其中上 述調光開關根據上述啟閉信號而週期性地操作於一導通狀態以及一不導通狀態，其中當上述調光開關操作於上述導通狀態時，上述逆變電路輸出上述燈管電流，當上述調光開關操作於一不導通狀態時，上述逆變電路並未輸出上述燈管電流，其中上述燈管電流流經上述發光二極體燈管及/或上述螢光燈管產生之一照明亮度，其中上述照明亮度係與上述啟閉信號之一工作週期成正比關係。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之調光控制裝置，其中上述隔離式調光介面包括：二控制端子，接收一外部調光裝置所產生之上述調光信號；一錯誤接線保護裝置，耦接至上述控制端子，用以提供一錯誤接線保護；一第一半波整流器，耦接至上述接線保護裝置；以及一隔離式變壓器，包括一初級側以及一次級側，其中上述初級側接收一第一電流，上述次級側耦接至上述第一半波整流器，其中上述隔離式變壓器將上述初級側之上述第一電流映射至上述次級側，並且將上述次級側之阻抗映射至上述初級側，並於上述初級側產生上述調光電壓。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之調光控制裝置，其中上述外部調光裝置係為一直流電壓源、一電阻性元件或一調光器，其中上述調光信號係為上述直流電壓源之直流 電壓值或上述電阻性元件之電阻值。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之調光控制裝置，其中上述鉗位電路更包括：一第二半波整流器，將上述調光電壓轉換成上述直流調光電壓，並將上述直流調光電壓提供至上述比較節點；以及一二極體，接收上述參考電壓，其中當上述參考電壓大於上述直流調光電壓時，上述二極體導通而將上述參考電壓提供至上述比較節點，使得上述工作週期不小於一既定值，其中當上述參考電壓不大於上述直流調光電壓時，上述二極體不導通。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之調光控制裝置，其中上述隔離式調光介面更包括：一壓降元件，耦接於上述第一半波整流器以及上述次級側之間，用以提高上述直流調光電壓之電壓位準，使得上述照明亮度係與上述調光信號成正比關係。
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