TWI299639B - - Google Patents

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1299639 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種正弦波調光裝置，尤指一種利用調 整開關切換週期與飛輪效應來調整正弦波電壓，進而達到 調光果效的調光裝置。 【先前技術】 一般用於燈具上的調光裝置，大多以閘流晶體相位控 制方式，利用閘流晶體本身優越的特性及條件，以相位控 制之方法去改變導電角的大小，以達控制燈光亮度之目 的。此種方式因閘流晶體屬於半永久性元件，故障率低， 甚至於可以不必更換，故目前仍被廣泛的使用。 參考第一圖，為習知調相式調光裝置電路示意圖。第 一圖所示，係由閘流晶體（矽控整流器（SCR) /三極交流 開關（TRIAC))所組成之調光器電路1控制加於負載2兩 端輸出電壓Vout之導電角。第二圖所示為習知輸出電壓 Vout波形，在第二圖中，調光器電路1可以調整控制輸出 電壓Vout的導電角3，進而達到調光的效果。 然而，習知調相式調光裝置電路控制不連續之變形的 輸出電壓Vout來提供負載用電，這會使得負載的功因 (Power Fector; PF)下降，而無法將輸入的交流電AC 110V 做有效的使用，而導致能源的浪費。同時，調相式調光裝 置電路控制輸出非正弦波而產生雜訊。 【發明内容】 有鑑於此，本發明使用一種正弦波調光裝置，藉由調 整開關切換週期與利用其飛輪效應，將一輸入正弦電壓按 1299639 著所I要的發光亮度，得以調整輸出正弦波電壓以提供給 燈具使用，進而達到調光功效。由於本發明輸出到燈具的 電壓波形為正弦波，其與輸入正弦電壓僅為振幅大小的差 * 異。因此，使用本發明正弦波調光裝置來調整燈具的發光， 係可得到較高功因PF，而將能源做有效的使用。 本發明是一種正弦波調光裝置，受控於一微處理器， 係調整一正弦波電壓以提供一發光單元使用，包括有··一 儲能單元，連接於該發光單元；一正半週切換單元連接於 該儲能單元，受控於該微處理器，並於該正弦波電壓之正 半週期間進行切換動作；一負半週切換單元連接於該儲能 單元，受控於該微處理器，並於該正弦波電壓之負半週期 間進行切換動作；一正半週飛輪單元連接於該儲能單元與 該發光單元，受控於該微處理器在該正弦波電壓之正半週 期間導通；及一負半週飛輪單元連接於該儲能單元與該發 光單元，受控於該微處理器在該正弦波電壓之負半週期間 導通。 以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為 了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其 他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。 【實施方式】 請參考第三圖，為本發明較佳實施例電路方塊示意 圖。本發明正弦波調光裝置1，受控於一微處理器12，係 將一正弦波電壓AC調整輸出給一發光單元15使用，包括 有：一儲能單元13連接於該發光單元15 ; —正半週切換 單元14連接於該儲能單元13，受控於該微處理器12，並 於該正弦波電壓AC之正半週期間進行切換動作；一負半週 6 1299639 切=單元16連接於該儲能單元⑶ 亚於該正弦波電壓AC之負半週期間進二=處理器12, ，飛輪單元Π連接於該儲能單元 光力作;—正半 控於該微處理器12在該正弦波電壓之正;^早受 Γ5=㈣單元18連__單幻==通」及 :叉控於該微處理器12在該正弦波電壓之 本發明正弦波調光裝置丨進一步包 ==發:單元15。在上面敘述中，該以以 Η係由二::;:，13為一電感器;該正半週切換單元 成；該正ίΐΓί 體連接一正半週切換開關組 nmw Λ刀換開關係為一絕緣閘雙極性電晶r 」負半a:半週切換單元係由一負半週整紅 器^^= Γ );紅半週飛輪單元料―利空整流 ^ ^、半週飛輪單元係為一矽控整流器（SCR)。 合弟二圖’參考第四圖’係為本發明較佳實施例 弦波調光裝置1包括有：-電感器L連接 私Γ 1先早ad。—具有—控制端G、—集極端C及一 ^極端E之第—絕緣閘雙極性電晶體（IGBT) Q1，其控制 接ί該微處理器12 ,該射極端£連接於該電感器L 糕。第一絕緣閘雙極性電晶體（IGBT)奶中更具有一 順極體D3連接於集極端C與射極端E之間。-具有-j端與-負端之正半週整流二極體D1，其負端連接於該第 一絕緣間雙極性電晶體（腿）Q1之集極端c，其正端接 收該正弦波電壓AC。—具有―正端…負端及—觸發端之 1299639 電晶A :二TR1隹其正端連接於該第一絕緣閘雙極性 二i山'集極端C，其負端連接 ，、觸叙ir而連接於该微處理器1 2。 老w UGBT) Q2，其控制端G連接於該微 =2〇;其Γ亟端/連5於該第二絕緣間雙極性獅

q 2中更呈有之m二絕緣閘雙極性電晶體（1哪) 之^目: 體D4連接於集極端G與射極端E ，、有〃正立而與一負端之負半週整流二極體D2，其 山=、接於該第二絕緣閘雙極性電晶體⑽τ)收之射極 鳊，其負端接收該正弦波電壓AC。一具有—正沪、一負 令而及-觸發端G2之第二⑪控整流器SGR2 料二絕緣閘雙極性電晶體（㈣）Q2之射極端而；^負 ^連接於該^光單^ Load ’其觸發端G2連接於該微處理 ^ 黾合益C〇連接於該發光單元Load，作為濟波使 用，以提供正弦之輸出電壓給該發光單元L〇ad為心 配合第四圖，請參考第五圖，係為本發明所使用之控 ，波形示意圖。第五圖中，本發明所使用之控制波形係由 第三圖中所示的微處理器12所提供。微處理器12係取得 正弦波電壓AC的零交越訊號（zero—crossing)，並依照一 調光訊號，得以調整輸出一 p丽控制訊號Bl、B2的責任週 期（duty-cycle)與觸發訊號Gl、G2。利用PWM控制訊號 B1、B2責任週期（duty-cycle)大小的調整與觸發訊號G1、 G2的產生，係可以調整電容器c〇上正弦之輸出電壓Cav 到該發光單元Load，以達到調光效果。 配合第四圖與第五圖，請參考第六A到第六B圖，係 1299639 為本發明於正半週的弦波電壓下之電職作示意圖。當正 =波電f電壓AC處於正半週時（即時間ΤΙ-T2)，在此階 段中，微處理器12輸出PWM控制訊號B1到第一絕緣閘雙 極=晶體（IGBT) Q1，輪出觸發訊號G2控制導通第二石夕 控整流器SCR2°在時間ΤΙ-T10，PWM控制訊號B1控制第 :絕緣間雙極性電晶體（IGBT)Ql導通，此時，正弦波電 壓AC之正半週即經由正半週整流二極體w、第一絕緣閘 雙極性電晶體（IGBT) Q卜電感器L到電容器Co與發光單 =L〇ad形成迴路，如第六A圖所示。在時間T10-Til，PWM 抆制虎B1控制第一絕緣閘雙極性電晶體（qi截 f此日守儲存於電感器L中的能量會經由電容器c〇與發光 單兀Load、第二矽控整流器SCR2及順向二極體％ 路，如第六β圖所示。 、配合第四圖與第五圖，請參考第六C到第六1)圖，係 為本Ϊ明於貞半週的弦波電壓下之電路動作示意、圖。當正 ，波電壓AC處於負半週時（即時間Τ2-Τ3)，在此階段中， ，，理器12輸出PWM控制訊號肋到第二絕緣閘雙極性電 j體（IGBT)Q2，輸出觸發訊號G1控制導通第二矽控整流 器SCR1。在時間T2—T2〇，p丽控制訊號β2控制第二絕緣 閘又極('生電晶體（IGBT)收導通，此時，正弦波電壓AC 之負半週即經由負半週整流二極體D2、第二絕緣閘雙極性 電晶體（IGBT)Q2、電感器L到電容器c◦與發光單元L〇ad 形成迴路，如第六c圖所示。在時間T20-T21，PWM控制訊 $ B2控制第二絕緣閘雙極性電晶體（IGBT) Q2截止，此 呀儲存=電感器L中的能量會經由電容器c〇與發光單元 Load、第二矽控整流器SCR1及順向二極體㈧形成迴路， 9 1299639 如第六D圖所示。 請復參考第五圖，微處理器12依照一調光訊號，得以 調整輸出PWM控制訊號B1、B2的責任週期（duty—cycle) 與觸發訊號G1、G2。利用PWM控制訊號B1、B2責任週期 (dUty-cycle)大小的調整與觸發訊號G1、q的產生，係 可以調整電容器Co上正弦之輸出電壓Cav到該發光單元 Load，以決定輸出功率的高低而達到調光效果。 綜上所述，本發明一種正弦波調光裝置，藉由調整開 關切換週期與利用雜整流器（SCR)其飛輪效庫 入正弦電壓按著所需要的發光亮度，輸皮 :壓以提供給燈具使用，進而達到調光功效 壓波形為正弦波，其與輪入正弦電壓僅為 因此Μ吏用本發明正弦波調光裝置來 係可得_高功因PF，而將 ‘》':公 =:以改善習知調相式調光裝置因為::不二且 、交形的輸出電壓Vout給負恭佔田t杈仏不連、、、貝且

Fector ; pF)下降盥能、 ，斤¥致負载功因（Power 牛一月匕源浪費的缺點。 惟，以上所述，僅為本 彳土 詳細說明與圖式，惟本:取T —的具體實施例之 以限制本發明，本發明^ 4寸徵並不侷限於此，並非用 圍為準，凡合於本發明申^謙以下述之申請專利範 類似變化 藝者在本發明之領域内，=之範Β壽中，任何熟悉該項技. 蓋在以下本案之專利範° &易思及之變化或修飾皆可涵 【圖式簡單說明】i 10 1299639 第一圖為習知調相式調光裝置電路示意圖； 第二圖為習知輸出電壓Vout波形； 第三圖為本發明較佳實施例電路方塊示意圖； 第四圖為本發明較佳實施例電路示意圖； 第五圖為本發明所使用之控制波形示意圖； 第六A到第六B圖為本發明於正半週的弦波電壓下之電路 動作示意圖；及 第六C到第六D圖為本發明於負半週的弦波電壓下之電路 動作示意圖。 【主要元件符號說明】 習知： 調光器電路1 負載2 導電角3 本發明： 正弦波調光裝置1 > 濾波單元11 微處理器12 儲能單元13 正半週切換單元14 發光單元15 負半週切換單元16 正半週飛輪單元17 負半週飛輪單元18 11

正弦波電壓AC 第一絕緣閘雙極性電晶體（IGBT) Q1 電感器L 順向二極體D 3 正半週整流二極體D1 第一矽控整流器SCR1 發光單元Load 第二絕緣閘雙極性電晶體（IGBT) Q2 順向二極體D4 負半週整流二極體D2 第二矽控整流器SCR2 電容器Co PWM控制訊號Bl、B2 觸發訊號Gl、G2

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Claims (1)

1299639 十、申請專利範圍： 1. 一種正弦波調光裝置，受控於一微處理器，係將一正弦 波電壓調整輸出給一發光單元使用，包括有： 一儲能單元，連接於該發光單元； 一正半週切換單元，連接於該儲能單元，受控於該微 處理器，並於該正弦波電壓之正半週期間進行切換 動作； 一負半週切換單元，連接於該儲能單元，受控於該微 處理器，並於該正弦波電壓之負半週期間進行切換 動作； 一正半週飛輪單元，連接於該儲能單元與該發光單 元，受控於該微處理器，在該正弦波電壓之正半週 期間導通；及 一負半週飛輪單元，連接於該儲能單元與該發光單 元，受控於該微處理器，在該正弦波電壓之負半週 期間導通。 2. 如申請專利範圍第1項所述之正弦波調光裝置，進一步 包括有一濾波單元連接於該發光單元。 3. 如申請專利範圍第2項所述之正弦波調光裝置，其中該 濾波單元為一電容器。 4. 如申請專利範圍第1項所述之正弦波調光裝置，其中該 儲能單元為一電感器。 5. 如申請專利範圍第1項所述之正弦波調光裝置，其中該 正半週切換單元係由一正半週整流二極體連接一正半週 切換開關組成。 13 1299639 6. 如申請專利範圍第5項所述之正弦波調光裝置，其中該 正半週切換開關係為一絕緣閘雙極性電晶體（IGBT)。 7. 如申請專利範圍第1項所述之正弦波調光裝置，其中該 * 負半週切換單元係由一負半週整流二極體連接一負半週 ， 切換開關組成。 . 8.如申請專利範圍第7項所述之正弦波調光裝置，其中該 負半週切換開關係為一絕緣閘雙極性電晶體（IGBT ) ◦ 9. 如申請專利範圍第1項所述之正弦波調光裝置，其中該 鲁 正半週飛輪單元係為一秒控整流器（SCR)。 10. 如申請專利範圍第1項所述之正弦波調光裝置，其中該 負半週飛輪單元係為一矽控整流器（SCR)。 11. 一種正弦波調光裝置，受控於一微處理器，係將一正弦 - 波電壓調整輸出給一發光單元使用，包括有： . 一電感器，連接於該發光單元； 一第一絕緣閘雙極性電晶體（IGBT)’係具有一控制 端、一集極端及一射極端，該控制端連接於該微處 φ 理器，該射極端連接於該電感器之一端； / 一正半週整流二極體，具有一正端與一負端，該負端 連接於該第一絕緣閘雙極性電晶體（IGBT)之該集 極端，該正端接收該正弦波電壓； 一第一矽控整流器，具有一正端、一負端及一觸發端， . 該第一矽控整流器之正端連接於該第一絕緣閘雙極 : 性電晶體（IGBT)之集極端，負端連接於該發光單 元，該觸發端連接於該微處理器； 一第二絕緣閘雙極性電晶體（IGBT)’係具有一控制 14 1299639 端、一集極端及一射極端，該第二絕緣閘雙極性電 晶體（IGBT)之控制端連接於該微處理器，該集極 端連接於該第二絕緣閘雙極性電晶體（IGBT)之射 - 極端； ， 一負半週整流二極體，具有一正端與一負端，該負半 ， 週整流二極體之正端連接於該第二絕緣閘雙極性電 晶體（IGBT)之射極端，該負端接收該正弦波電壓； 及 鲁 一第二矽控整流器，具有一正端、一負端及一觸發端， 該第二矽控整流器之正端連接於該第二絕緣閘雙極 性電晶體（IGBT)之射極端，負端連接於該發光單 元，該觸發端連接於該微處理器。 ， 12.如申請專利範圍第11項所述之正弦波調光裝置，進一 步包括有一電容器連接於該發光單元。

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