TWI410175B - An electronic ballast that senses the brightness of the power line - Google Patents

Description

以電源線感測調控亮度之電子安定器

本發明係有關於電子安定器，特別是關於以電源線感測調控亮度之電子安定器。

在對氣體放電燈像日光燈或冷陰極射線螢光燈或緊湊型螢光燈供電時，一般乃採用電子安定器以保持燈管電流穩定。

圖1展示了習知一具有日光燈亮度調控功能之電子安定器之典型架構。如圖1所示，該電子安定器主要具有一全橋整流器101、一V_CC 起動電路102、一電子安定器控制器103、NMOS電晶體104~105及一分壓電路106。

在該架構中，該全橋整流器101係用以對一交流電源整流以產生一主輸入電壓V_IN 。該V_CC 起動電路102，耦接至該主輸入電壓V_IN ，係用以起動一直流電壓V_CC 之產生。該電子安定器控制器103係用以反應於其DIM輸入接腳3之電壓而產生一高側驅動信號V_HS 以驅動該NMOS電晶體104及一低側驅動信號V_LS 以驅動該NMOS電晶體105而遞送一電流I_LMP 至該日光燈。該等NMOS電晶體104~105係用以產生一方波至一LC諧振網路。該LC諧振網路接著將該方波轉成該電流I_LMP 以驅動該日光燈。

該分壓電路106耦接至一1~10V DIM輸入端以在該電子安定器控制器103之該DIM輸入接腳3處產生一DIM控制電壓。該1~10V DIM輸入端係該電子安定器之一額外連接埠。在習知技藝中，該1~10V DIM輸入端一般乃耦接至一額外的盤式開關(設於牆面之調光開關)或一遙控裝置，致使使用者必須在一既存翹板開關之外操作該額外的盤式開關或遙控裝置以觸發該電子安定器而調整該日光燈之亮度。

經由在該DIM輸入端設定一電壓值，該等NMOS電晶體104~105即會分別被該高側驅動信號V_HS 及該低側驅動信號V_LS 週期性地導通、關閉，而使輸入電能由該主輸入電壓V_IN 轉換成該電流信號I_LMP 以驅動該燈管，其中該電流信號I_LMP 之均方根值乃對應於該DIM輸入端之電壓值。

然而，由於習知的調光做法必須利用一額外的盤式開關或一遙控裝置，其無法在既存之日光燈開關上完成對該DIM輸入端之設定，而使使用者必須為該額外的盤式開關或遙控裝置付額外的費用。再者，因為該額外的盤式開關可能須安裝在牆面上，該盤式開關與該安定器間之接線亦會帶來困擾。至於該遙控裝置，由於其傳送器與接收器間之通信需要電能，而當該遙控裝置之電池電能用光時，除非更換電池，否則即無法對日光燈實施調光。

因此，亟需提供一解決方案，其可在較低成本及不需額外設置盤式開關或遙控裝置之條件下實現一具調光功能之電子安定器。有鑒於此瓶頸，本發明提出一新穎的電子安定器架構，其可依一對應之日光燈開關的開、關次數決定一定頻方波信號之工作比(duty ratio)，以調控日光燈管之亮度，而無需任何額外的盤式開關或遙控裝置。

本發明之一目的在於提供一種以電源線感測調控亮度之電子安定器，其不需任何額外的盤式開關或遙控裝置來調整日光燈之亮度。

本發明之另一目的在於提供一具調光功能之電子安定器，其係依一對應之日光燈開關的開、關次數決定一定頻方波信號之工作比，以調控日光燈管之亮度。

本發明又一目的在於提供全然整合於單一晶片內、具精簡架構之一電子安定器，其可依一對應之日光燈開關的開、關次數決定一定頻方波信號之工作比，以調控日光燈之亮度。

為達到前述諸目的，本發明提出一種以電源線感測調控亮度之電子安定器，其適用於日光燈，該電子安定器具有：一控制電壓產生器，其係用以依一電源線之一開、關計數值產生一控制電壓；一振盪器，其係用以產生一第一振盪信號及一第二振盪信號，其中該第一振盪信號為一固定頻率信號，其具有一上升電壓部份及一下降電壓部份，而該第二振盪信號為一方波信號，其頻率係該第一振盪信號頻率之一半；一比較器，其係用以依該第一振盪信號及該控制電壓之電壓比較以產生一第一高側閘控信號；以及一及閘，其係用以依該第一高側閘控信號及該第二振盪信號產生一高側閘控信號。

為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。

請參照圖2，其繪示本發明單晶片電子安定器一較佳實施例之方塊圖。如圖2所示，該電子安定器具有一電源線開、關感測電路201、一計數器202、一數位類比轉換器203、一振盪器204、一比較器205、一及閘206、一結合器207及一反相器208。

該電源線開、關感測電路201係用以對一直流電壓執行一第一電壓比較運算以產生一開、關感測信號V_CNT ，及用以計數一電源線之關閉時間或對一經濾波直流電壓執行一第二電壓比較運算以產生一重置信號RESET，其中該直流電壓及該經濾波直流電壓係得自一主輸入電壓V_IN ，且該第一電壓比較運算可藉一比較器或一施密特觸發器而實現。

該計數器202係用以依該開、關感測信號V_CNT 產生一數位計數值B_n B_n-1 …B₁ B₀ 且該計數器202係藉由該重置信號RESET重置。

該數位類比轉換器203係用以依該數位計數值B_n B_n-1 …B₁ B₀ 產生一第一控制電壓V_C1 。該數位類比轉換器203連同該計數器202形成一控制電壓產生器，其係用以依該開、關感測信號V_CNT 之數位計數值B_n B_n-1 …B₁ B₀ 產生該第一控制電壓V_C1 ，且該控制電壓產生器在該電源線關閉超過一預定時間時會被該重置信號RESET重置。

該振盪器204係用以產生一鋸齒波信號V_SAW 及一振盪信號V_OSC ，其中該鋸齒波信號V_SAW ，具有一上升電壓部份及一下降電壓部份，係一固定頻率信號，其頻率為例如但不限於45Kh_Z ，而該振盪信號V_OSC 係一對稱方波信號，其頻率為該鋸齒波信號V_SAW 頻率之一半。

該比較器205、該及閘206、該結合器207及該反相器208係用以依該鋸齒波信號V_SAW 、該振盪信號V_OSC 及該第一控制電壓V_C1 產生一高側閘控信號V_HS2 及一低側閘控信號V_LS ，其中該比較器205係用以依該鋸齒波信號V_SAW 及一第二控制信號V_C2 之電壓比較以產生一第一高側閘控信號V_HS1 ；該及閘206係用以依該振盪信號V_OSC 及該第一高側閘控信號V_HS1 之邏輯-及結果以產生該高側閘控信號V_HS2 ；該結合器207係用以使該第一控制電壓V_C1 減去一偏壓電壓V_b 而產生該第二控制信號V_C2 ；以及該反相器208係用以依該高側閘控信號V_HS2 產生該低側閘控信號V_LS 。

該第二控制信號V_C2 之電壓，其具有複數個可能之離散值，係用以決定該第一高側閘控信號V_HS1 之一工作比，其方式為：當該第二控制信號V_C2 之電壓被提升至一較高之準位，該第一高側閘控信號V_HS1 及該高側閘控信號V_HS2 之工作比會降至一較低之比值(例如從50%降至40%)，因而將日光燈調控至一較暗之亮度。該偏壓電壓V_b 係用以修改該高側閘控信號V_HS2 之工作比數值以提供一不同之亮度值組合。例如，令該計數器202之數位計數值以二位元代表，則該日光燈會有一第0級、一第1級、一第2級與一第3級之可用調光等級，及令調光等級、亮度與該第二控制信號V_C2 間之關係如下表：

，則利用該偏壓電壓V_b 之一電壓值即可降低V_C2 之電壓而提供一組不同之亮度分佈。

圖2電子安定器其對應於一調光等級之相關信號的波形乃示於圖5中。如圖5所示，V_SAW 之頻率固定而V_OSC 之頻率為V_SAW 頻率之一半。該鋸齒波信號V_SAW ，具有一上升電壓部份與一下降電壓部份，係用以與該第二控制信號V_C2 比較，且V_OSC 為一對稱方波。當V_SAW 超越V_C2 ，該第一高側閘控信號V_HS1 會處於高電位而呈現一工作比。該高側閘控信號V_HS2 係V_OSC 與V_HS1 之邏輯-及結果，而該低側閘控信號V_LS 係依該高側閘控信號V_HS2 而產生。

請參照圖3a，其繪示本發明圖2中電源線開、關感測電路一較佳實施例之方塊圖。如圖3a所示，本發明該較佳實施例至少包括一電容301、電阻302~303及比較器304~305。

該電容301係用以濾除該主輸入電壓V_IN 之雜訊。

該等電阻302~303係用作一分壓電路以依該主輸入電壓V_IN 產生一直流電壓V_X 。

該比較器304係用以依一感測臨界電壓V_TH 及該直流電壓V_X 產生該開、關感測信號V_CNT 。該感測臨界電壓V_TH 較佳為，例如但不限於11V。圖3c繪示了V_IN 、V_X 及V_CNT 信號於日光燈開關被接連開、關時之波形圖。如圖3c所示，當V_X 掉至該感測臨界電壓V_TH 以下，該開、關感測信號V_CNT 即由低電位改變狀態至高電位；當V_X 爬升至該感測臨界電壓V_TH 之上，該開、關感測信號V_CNT 即由高電位改變狀態至低電位。

該比較器305係用以依一重置臨界電壓V_LOW 及供電給該比較器305之一經濾波直流電壓V_CC 產生該重置信號RESET，其中該重置臨界電壓V_LOW ，例如但不限於6V，係高於該電子安定器控制器之最小工作電壓。當該日光燈開關被關閉，該主輸入電壓即被拉低，而在此同時，該經濾波直流電壓V_CC 卻可因著一濾波電容所儲存之電荷而漸漸下降。因此，當該日光燈開關被關閉，該經濾波直流電壓V_CC 只有在關閉時間超過一預定時間，例如1sec後才會低於該重置臨界電壓V_LOW ，其中該預定時間與該濾波電容值有關。

請參照圖3b，其繪示本發明圖2中電源線開、關感測電路另一較佳實施例之方塊圖。如圖3b所示，本發明該較佳實施例至少包括一電容301、電阻302~303、一比較器304、一延遲單元306及一及閘307。

該電容301係用以濾除該主輸入電壓V_IN 之雜訊。該等電阻302~303係用作一分壓電路以依該主輸入電壓V_IN 產生一直流電壓V_X 。

該比較器304係用以依一感測臨界電壓V_TH 及該直流電壓V_X 產生該開、關感測信號V_CNT 。該感測臨界電壓V_TH 較佳為，例如但不限於11V。圖3c繪示了V_IN 、V_X 及V_CNT 信號於日光燈開關被接連開、關時之波形圖。如圖3c所示，當V_X 掉至該感測臨界電壓V_TH 以下，該開、關感測信號V_CNT 即由低電位改變狀態至高電位；當V_X 爬升至該感測臨界電壓V_TH 之上，該開、關感測信號V_CNT 即由高電位改變狀態至低電位。

該延遲單元306係用以延遲該開、關感測信號V_CNT 該預定時間以產生一經延遲信號V_CNTD 。

該及閘307係用以依該開、關感測信號V_CNT 及該經延遲信號V_CNTD 產生該重置信號RESET。當該開、關感測信號V_CNT 之脈衝寬度小於該預定時間，該重置信號RESET會保持在低電位；當該開、關感測信號V_CNT 之脈衝寬度大於該預定時間，該重置信號RESET會改變狀態至高電位。

圖4a繪示本發明圖2中電源線開、關感測電路又一較佳實施例之方塊圖。如圖4a所示，本發明該較佳實施例至少包括一V_CC 起動電路401、一濾波電容402、一比較器403、電阻404~405及一比較器406。

該V_CC 起動電路401係用以依該主輸入電壓V_IN 產生該經濾波直流電壓V_CC 。該濾波電容402係用以濾除該經濾波直流電壓V_CC 之雜訊。

該比較器403、電阻404~405係用以實現一施密特觸發器以依該經濾波直流電壓V_CC 產生該開、關感測信號V_CNT 。該施密特觸發器之低臨界電壓係依一UVLO(Under Voltage Lock Out-欠壓鎖定)關閉準位V_{UVLO_OFF} 而設，其值為例如但不限於9V，而該施密特觸發器之高臨界電壓係依一UVLO導通準位V_{UVLO_ON} 而設，其值為例如但不限於13V。圖4c繪示了V_IN 、V_CC 及V_CNT 信號於日光燈開關被接連開、關時之波形圖。當V_CC 掉至該UVLO關閉準位V_{UVLO_OFF} 以下，該開、關感測信號V_CNT 即由低電位改變狀態至高電位；當V_CC 爬升至該UVLO導通準位V_{UVLO_ON} 之上，該開、關感測信號V_CNT 即由高電位改變狀態至低電位。

該比較器406係用以依一重置臨界電壓V_LOW 及該經濾波直流電壓V_CC 產生該重置信號RESET，其中該重置臨界電壓V_LOW ，例如但不限於6V，係高於電子安定器控制器之最低操作電壓。當該日光燈開關被關閉，該主輸入電壓V_IN 即被拉低，而在此同時該經濾波直流電壓V_CC 卻可因著該濾波電容402所儲存之電荷而漸漸下降。因此，當該日光燈開關被關閉，該經濾波直流電壓V_CC 只有在關閉時間超過一預定時間，例如1sec後才會低於該重置臨界電壓V_LOW ，其中該預定時間與該濾波電容402之電容值有關。

圖4b繪示本發明圖2中電源線開、關感測電路又一較佳實施例之方塊圖。如圖4b所示，本發明該較佳實施例至少包括一V_CC 起動電路401、一濾波電容402、一比較器403、電阻404~405、一延遲單元407及一及閘408。

該V_CC 起動電路401係用以依該主輸入電壓V_IN 產生該經濾波直流電壓V_CC 。

該濾波電容402係用以濾除該經濾波直流電壓V_CC 之雜訊。

該比較器403、電阻404~405係用以實現一施密特觸發器以依該經濾波直流電壓V_CC 產生該開、關感測信號V_CNT 。該施密特觸發器之低臨界電壓係依一UVLO(Under Voltage Lock Out-欠壓鎖定)關閉準位V_{UVLO_OFF} 而設，其值為例如但不限於9V，而該施密特觸發器之高臨界電壓係依一UVLO導通準位V_{UVLO_ON} 而設，其值為例如但不限於13V。圖4c繪示了V_IN 、V_CC 及V_CNT 信號於日光燈開關被接連開、關時之波形圖。當V_CC 掉至該UVLO關閉準位V_{UVLO_OFF} 以下，該開、關感測信號V_CNT 即由低電位改變狀態至高電位；當V_CC 爬升至該UVLO導通準位V_{UVLO_ON} 之上，該開、關感測信號V_CNT 即由高電位改變狀態至低電位。

該延遲單元407係用以延遲該開、關感測信號V_CNT 該預定時間以產生一經延遲信號V_CNTD 。

該及閘408係用以依該開、關感測信號V_CNT 及該經延遲信號V_CNTD 產生該重置信號RESET。當該開、關感測信號V_CNT 之脈衝寬度小於該預定時間，該重置信號RESET會保持在低電位；當該開、關感測信號V_CNT 之脈衝寬度大於該預定時間，該重置信號RESET會改變狀態至高電位。

所以經由本發明之實施，即可呈現一全然整合之單晶片電子安定器，其係藉由感測一日光燈開關之開、關次數以調控一日光燈之亮度，故具精簡架構之本發明確實克服了習知電路之缺點。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請　貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

101．．．全橋整流器

102、401．．．V_CC 起動電路

103．．．電子安定器控制器

104~105．．．NMOS電晶體

106．．．分壓電路

201．．．電源線開、關感測電路

202．．．計數器

203．．．數位類比轉換器

204．．．振盪器

205、304~305、403、406．．．比較器

206、307、408．．．及閘

207．．．結合器

208．．．反相器

301、402．．．濾波電容

302~303、404~405．．．電阻

306、407．．．延遲單元

圖1為一示意圖，其繪示習知一具有日光燈亮度調控功能之電子安定器之典型架構。

圖2為一示意圖，其繪示本發明電子安定器一較佳實施例之方塊圖。

圖3a為一示意圖，其繪示本發明圖2中電源線開、關感測電路一較佳實施例之方塊圖。

圖3b為一示意圖，其繪示本發明圖2中電源線開、關感測電路另一較佳實施例之方塊圖。

圖3c為一示意圖，其繪示本發明圖3a及圖3b中之V_X 及V_CNT 信號於交流電源接連被開、關時之波形圖。

圖4a為一示意圖，其繪示本發明圖2中電源線開、關感測電路又一較佳實施例之方塊圖。

圖4b為一示意圖，其繪示本發明圖2中電源線開、關感測電路又一較佳實施例之方塊圖。

圖4c為一示意圖，其繪示本發明圖4a及圖4b中之V_CC 及V_CNT 信號於交流電源接連被開、關時之波形圖。

圖5為一示意圖，其繪示圖2電子安定器中對應於一調光準位之相關信號的波形圖。

201．．．電源線開、關感測電路

202．．．計數器

203．．．數位類比轉換器

204．．．振盪器

205．．．比較器

206．．．及閘

207．．．結合器

208．．．反相器

Claims (7)

1. 一種以電源線感測調控亮度之電子安定器，適用於日光燈，該電子安定器具有：一控制電壓產生器，其係用以依一電源線之一開、關計數值產生一控制電壓；一振盪器，其係用以產生一第一振盪信號，其中該第一振盪信號為一固定頻率信號，其具有一上升電壓部份及一下降電壓部份；以及一比較器，其係用以依該第一振盪信號與該控制電壓之電壓比較而產生一高側閘控信號；其中該控制電壓產生器具有：一電源線開、關感測電路，其係用以感測該電源線之電壓以產生一電源線開、關感測信號；一計數器，其係用以依該電源線開、關感測信號產生一數位計數值；以及一數位類比轉換器，其係用以依該數位計數值產生該控制電壓；其中該電源線開、關感測電路具有：一電容，其係用以濾除該主輸入電壓之雜訊；一分壓電路，其係用以依該電源線產生一直流電壓；以及一比較器，其係用以依該直流電壓及一感測臨界電壓產生該電源線開、關感測信號。
2. 如申請專利範圍第1項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該電源線開、關感測電路具有：一起動電路，其係用以依該電源線產生一經濾波直流電壓；一電容，其係用以濾除該經濾波直流電壓之雜訊；以及一施密特觸發電路，其係用以依該經濾波直流電壓產生該電源線開、關感測信號，其中該施密特觸發電路具有一高臨界電壓，其係對應於一UVLO導通準位，及一低臨界電壓，其係對應於一 UVLO關閉準位。
3. 一種以電源線感測調控亮度之電子安定器，適用於日光燈，其中該電子安定器係整合成單一晶片，該電子安定器具有：一控制電壓產生器，其係用以依一電源線之一開、關計數值產生一控制電壓；一振盪器，其係用以產生一第一振盪信號及一第二振盪信號，其中該第一振盪信號為一固定頻率信號，其具有一上升電壓部份及一下降電壓部份，而該第二振盪信號係一方波信號，其頻率為該第一振盪信號頻率之一半；一比較器，其係用以依該第一振盪信號與該控制電壓之電壓比較而產生一第一高側閘控信號；以及一及閘，其係用以依該第一高側閘控信號與該第二振盪信號產生一高側閘控信號。
4. 如申請專利範圍第3項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該控制電壓產生器具有：一電源線開、關感測電路，其係用以感測該電源線之電壓以產生一電源線開、關感測信號；一計數器，其係用以依該電源線開、關感測信號產生一數位計數值；以及一數位類比轉換器，其係用以依該數位計數值產生該控制電壓。
5. 如申請專利範圍第3項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其進一步具有一反相器，其係用以使該高側閘控信號反相以產生一低側閘控信號。
6. 如申請專利範圍第3項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該控制電壓產生器具有：一電源線開、關感測電路，其係用以感測該電源線之電壓以產生一電源線開、關感測信號； 一計數器，其係用以依該電源線開、關感測信號產生一數位計數值；一數位類比轉換器，其係用以依該數位計數值產生一第一控制電壓；以及一結合器，其係用以結合該第一控制電壓與一偏壓電壓以產生該控制電壓。
7. 如申請專利範圍第3項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該第一振盪信號為一鋸齒波信號。