TW201338615A - 透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種在串聯之照明開關處透過修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，其包含有一可編碼的調光模組及一受調光模組編碼控制的光源模組，該調光模組依受使用者設定其亮度及定址數值，令一交流矽控器輸出不同的電源截波至光源模組解碼，藉以控制數個照明裝置的亮度，其中該電源截波係僅針對該交流電源裡多數個循環時間中單一個循環時間內修剪部分波形，藉使控制模組依此部分波形解碼，達到調整照明裝置亮度之效果。由於非常態性修剪部分波形，即可解決傳統功率因子不當惡化的問題。

Description

透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置

本發明係關於一種調光裝置，尤指一種透過修剪極少數且局部的電源波形，據以視為調光訊號的照明調光裝置。

近年來，因地球各處發生多起重大的天然災害，且多數係因極端氣候所造成，又隨著地球資源慢慢耗盡的狀況下，各國環保團體無不因此呼籲節約能源，且許多國家也因此相繼提出相對應的政策或方法。

節約電能係屬重要方法之一，因現今人民的生活中，有許多電子產品係需使用電源，其中電燈於日常生活中係最為常見的電子產品之一，然近年來，國人為因應節約電能，紛紛開始透過發光二極體(LED)照明裝置取代過去傳統較為耗電的燈管或燈泡等照明裝置，以響應政府的政策。

又現有許多場合中，運用調光器進行亮度調整，更是普遍受到消費者及公共場所需要的配備，現有可調整亮度之技術中，請參閱圖9，其包含有一雙向導通元件DIAC、一交流矽控器TRIAC、一可變電阻VR1，其中透過可變電阻VR1與相關的電阻電容所形成的延遲時間，藉以驅動並改變雙向導通元件DIAC導通的時間，與進一步控制該交流矽控器TRIAC延遲導通，因此分別藉由上述雙向導通元件DIAC及交流矽控器TRIAC的導通後，可改變該正弦波的交流電源波形使形成為一截波(波形被切割)的形式。

上述調光方式主要係透過雙向導通元件DIAC及交流矽控器TRIAC調整其輸出波形的型態，如導通時間愈短，其所輸出的電源截波則被截掉的愈多，如此一來可使驅動器90輸出的平均能量下降，連接在上面的照明裝置91就亮度愈暗，反之亦然，該截波被截掉的波形愈少，則驅動器90輸出的平均能量愈高，則照明燈的亮度愈亮。

然前述調光方式係沿用傳統調光器達成，無論對於電阻性的燈泡而言，或對於具容抗及感抗的主動照明如LED燈而論，電源波形的截波變化，會導致功率因子(Power Factor)極度惡化，能源運用率顯然不佳。鑑於上述問題，如何在不改變既有的室內配線下仍能維持良好的功率因子，實有必要進一步檢討，並謀求可行的解決方案。

此外傳統裝置由於使用類比處理，只能透過可變電阻輸入調光，不能使用更先進的人機介面，或遠程操控調光。對多單元照明系統也無法有效要求個別單元做個別調光。這些都是新世代智慧照明的訴求，也應謀求可行方案。

鑑於前述現有技術的缺點，本發明主要目的係提供一種透過改變極少數且局部的電源波形即可進行照明裝置調光，藉此維持電源的功率因子，且可減少虛功的消耗與節省電能。

為達成上述目的所採取的技術手段係令前述調整照明裝置的調光裝置包含有：一調光模組，係設有一編碼器及一受控於編碼器的交流矽控器；一個以上的光源模組，內設有一解碼器、一受控於解碼器的驅動器及一受控於驅動器的發光單元；依照上述構造所構成的照明裝置之調光裝置，主要藉由交流電源輸入至調光模組，使用者透過調整調光模組之人機介面，以達到設定調光模組的亮度及定址值，藉此令調光模組之編碼器輸出一對應的調整訊號，改變該交流矽控器的導通時間，使調光模組輸出一局部修剪之電源截波波形。光源模組內的解碼器取得電源截波波形後，輸出一對應的解碼訊號至驅動器，使驅動器可藉此驅動對應的發光單元發出對應的亮度；而本發明的重點在於：該電源截波僅對於交流電源於多數個循環時間中之單一循環時間內有所變化，意即非屬傳統連續切割的截波調光方式，而為一種常態維持交流電源的原始波形，而設定亮度瞬間盡量不破壞電源波的做法，藉此避免功率因子惡化。並且可透過原室內配線施行，安裝及施工方式與傳統方式完全相同，更換或加裝更屬簡便。

關於本發明之一實施例中，請參閱圖1，其包含有一設置在牆面開關面板處的調光模組10及一與調光模組串聯並設於天花板的光源模組20(例如：LED燈)，其中：該調光模組10(如圖2所示)於本實施例中包含有一整流器11、一穩壓器12、一轉換器13、一量化器14、一濾波器15、一編碼器16、一波形產生器17、一交流矽控器18及一零電位偵測器19；該整流器11兩端連在原本牆面開關兩線間，其係取得市電交流電，以輸出一直流漣波至穩壓器12，藉以透過穩壓器12輸出一穩定的直流電壓至轉換器13，該轉換器13係受控於二可變電阻VR1、VR2以輸出一相對應的轉換訊號至下一級的量化器14，另該可變電阻VR1、VR2係與前述開關面板上的調整裝置連動，故使用者透過該開關面板可調整可變電阻VR1、VR2以控制轉換器的轉換訊號；該量化器14係輸出一與依前述轉換訊號相對應的量化訊號至濾波器15，以透過濾波器15將前述量化訊號的雜訊濾除後以輸出至該編碼器16，此時編碼器16取得前述量化訊號後，依內建的資料庫輸出一相對應的編碼訊號至波形產生器17，則波形產生器17可因此輸出一相對應的驅動方波至交流矽控器18，藉以控制交流矽控器18的延遲導通時間，依此方式可將輸入端的市電之波形產生變形，進而可輸出一對應編碼訊號的電源截波。

該光源模組20(如圖3所示)於本實施例中，依序串聯有一整流器21、一類比數位轉換器22、一濾波器23、一解碼器24、一脈波寬度調整器25、一驅動器26及一發光單元27，另於類比數位轉換器22及解碼器24之間另設有一數位鎖相單元28；上述光源模組20的整流器21取得該電源截波後，藉由類比數位轉換器22及濾波器23轉換為數位訊號並濾除雜訊後，再送入至解碼器24進行解碼，此解碼器24可依電源截波的高電位或低電位而分別透過解碼為”1”或”0”，藉此將定義為具有開始碼、定址碼、資料碼及同位元檢查碼的電源截波(如圖4C)輸出一對應的解碼訊號至脈波寬度調整器25，使脈波寬度調整器25輸出對應的解碼方波至驅動器26，另該數位鎖相單元28係輸入該經由類比數位轉換器22轉換後的數位訊號，藉此供解碼器24同步之用。

上述圖2的調光模組10中，該整流器11的輸出端並連接到零電位偵測器19，藉以輸出提供編碼器16與交流電源同步資訊。此外該穩壓器12亦提供調光模組所需電源。又使用者透過設定該轉換器13的人機介面(例如可變電阻VR1/VR2產生的電位信號，或其他介面設備的信號)送到量化器14。

依照上述構造所構成的調光裝置，主要係透過使用者轉動調光模組10的轉換器13(例如可變電阻VR1/VR2，藉可變電阻VR1/VR2電阻變化輸出相對電壓)，經由量化器14轉為數字，令編碼器16對應至內建的資料庫，使編碼器16輸出端得以輸出編碼訊號(圖4B)進而控制該交流矽控器18輸出該電源截波(圖4C)，因此該光源模組20接收該電源截波後，經由該解碼器24解碼以輸出該解碼訊號至脈波寬度調整器25，使脈波寬度調整器25得以輸出對應的方波至驅動器26及發光單元27，達到調整照明裝置的亮度，其中請參閱圖5所示，該照明裝置的亮度係其資料碼而決定，於本實施例中，此調光裝置係具可調控出32種亮度，當有多數個調光模組10分別透過室內配線與多數光源模組20直接並聯連接(如圖6所示)時，如前述各調光模組10之量化器可被設定不同的定址碼(ID)，而僅對相應ID的光源模組20作用，意即單一調光模組10係可同時控制具有相同ID的光源模組20，故若有多數個調光模組10，即可分別控制其所對應ID的光源模組20，可達分組或群組化的效果，尤具變化性；如此一來，透過該電源截波係僅對於交流電源於多數個循環時間中之單一循環時間內有所變化，意即非屬傳統連續切割的截波調光方式，而儘量維持交流電源的原始波形，故在約呈不破壞電源波形情況下，藉此避免功率因子惡化，且可透過原配線模式下即可達到調整照明裝置亮度的目的。

關於本發明之另一實施例，此實施例不同之處為電源截波形成的態樣，請參閱圖式7，其交流電源訊號(如圖7A所示)經由調光模組10後輸出的驅動方波(如圖7B所示)係可控制該交流矽控器18使其全導通或部分導通，意即該交流矽控器18透過導通時間的長短可輸出完整波形或波形被截斷的態樣，其中該完整波形於光源模組20的解碼器24係可解釋為”1”的訊號(如圖7C所示)，而不完整波形的則被解釋為”0”的訊號，此截斷的波形較前一實施例為少，故可更維持更高的功率因子，進一步降低功率損耗。

本發明之又一實施例，請參閱圖8，使該電源截波的波形區分為多種相位角度，而不同的相位角度則分別解讀為不同的資料碼，如當波形被截一半時，視為全亮的百分之五十，又如波形僅被截掉八分之一相位時，亮度調整為全亮度的八分之七，如此一來，藉由僅修正單一波形的相位角度，達到調整亮度的目的，其中因僅截掉單一波形的相位，意即被截掉的能量較前述兩實施例更少，功率因子得以更為接近原始狀態，且此方式可因被截掉的能量變少。

10．．．調光模組

11．．．整流器

12．．．穩壓器

13．．．轉換器

14．．．量化器

15．．．濾波器

16．．．編碼器

17．．．波形產生器

18．．．交流矽控器

19．．．零電位偵測器

20．．．光源模組

21．．．整流器

22．．．類比數位轉換器

23．．．濾波器

24．．．解碼器

25．．．脈波寬度調整器

26．．．驅動器

27．．．發光單元

28．．．數位鎖相單元

圖1：係為本發明之一架構圖。

圖2：係為本發明之調光模組詳細架構圖。

圖3：係為本發明之光源模組詳細架構圖。

圖4A：係為本發明之市電波形示意圖。

圖4B：係為本發明之驅動方波波形示意圖。

圖4C：係為本發明之電源截波波形示意圖。

圖5：係為本發明之資料碼詳細意義圖。

圖6：係為本發明之多個調光模組搭配多個光源模組式意圖。

圖7A：係為本發明之市電波形示意圖。

圖7B：係為本發明之另一實施例驅動方波波形示意圖。

圖7C：係為本發明之另一實施例電源截波波形示意圖。

圖8：係為本發明之又一實施例電源截波之波形示意圖。

圖9：係為現有技術中調光電路架構圖。

10．．．調光模組

20．．．光源模組

Claims (9)

1. 一種透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，其係由一調光模組及與之連接的光源模組所構成，其中：該調光模組包含有：一轉換器，可接受外部各類介面輸入信號，可將人或儀器調光及定址的要求轉為電信號輸出；一量化器，可轉換輸入信號成亮度及定址數值；一編碼器，接收亮度及定址值，轉換成局部截波型態的編碼訊號；一交流矽控器，係受控於前述編碼訊號，並依其編碼訊號而決定其導通時間，使輸出一種於多數週期中僅改變單一週期中之局部的半波，形成具有亮度編碼的電源截波；該光源模組包含有：一解碼器，係取得前述電源截波，並依電源截波所代表的編碼訊號進行解碼，輸出一代表亮度值的驅動及定址訊號；一驅動器，與該解碼器輸出端連接，係受控於解碼訊號，並依定址訊號決定對應的驅動訊號；一發光單元，與驅動器連接，依前述驅動訊號，送出對應的亮度。
2. 如請求項1所述之透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，該量化器的輸入端係接收轉換器輸出的電信號，轉換為數位訊號並輸出。該調光模組進一步設有一波形產生器，係將編碼器輸出轉成觸發或開關電壓波形，用以驅動交流矽控器導通電源波形。
3. 如請求項2所述之透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，該調光模組又進一步包含有一整流器及一穩壓器；該整流器、光源模組與室內電源串聯，整流器輸出為一直流漣波；該穩壓器與整流器一輸出端連接，藉以取得前述的直流漣波，另穩壓器的輸出提供調光模組工作之穩定電源。
4. 如請求項1或3所述之透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，該調光模組又更進一步包含有一濾波器及一零電位偵測器；該濾波器係設於亮度及定址量化器及編碼器之間，以供濾除雜訊之用；該零電位偵測器係設於整流器及編碼器之間，藉以同步室內電源訊號之用。
5. 如請求項1所述之透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，該光源模組進一步設有一類比數位轉換器及一脈波寬度調整器；該類比數位轉換器的輸入端係接收該電源截波，藉以將輸入訊號轉為數位型態至解碼器；該脈波寬度調整器的輸入端係與解碼器輸出端連接，且其輸出端係輸出至驅動器。
6. 如請求項5所述之透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，該光源模組模組又進一步包含有一整流器；該整流器的輸入端係接收前述電源截波，藉以將電源截波轉為直流漣波狀態。
7. 如請求項6所述之透透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，該光源模組更進一步包含有一濾波器及一數位鎖相單元；該濾波器係設於類比數位轉換器及解碼器之間，以供濾除雜訊之用；該數位鎖相單元係設於類比數位轉換器及解碼器之間，藉以同步訊號之用。
8. 如請求項1所述之透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，該代表編碼訊號的電源截波係包含有一開始碼、一定址碼、一資料碼及一同位元檢查碼，接收該電源截波的各光源模組可設定在不同的定址碼，僅受控於相應定址碼的調光模組。
9. 如請求項1項所述之透過串聯開關修剪電源波形進行編解碼之照明調光裝置，該電源截波的局部半波型態可為：直接去除半波、切割半波或改變相角的半波等。