TWI418242B - 應用於發光二極體燈具的編碼裝置、燈具及控制照明系統 - Google Patents

Description

應用於發光二極體燈具的編碼裝置、燈具及控制照明系統

本發明是有關於一種編碼裝置、燈具及控制系統，特別是指一種應用於發光二極體燈具的編碼裝置、燈具及控制照明系統。

參閱圖1，習知控制發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱LED)照明的方式是將二對雙絞線分別電連接到LED燈具61的二輸入埠(圖未示)，以藉由該二對雙絞線來分別提供所需電源和控制信號。而一般照明應用中，常以大量LED來實現，因此，由該等對雙絞線所建構出的網路系統62相形複雜，同時提高了配線難度。

美國專利號6,292,901 參閱圖2，美國專利號6,292,901的習知控制系統採用一電源/資料協定(Power/Data Protocol)，將所需電源和控制信號合成，使得每一LED燈具8僅需包含一輸入埠(圖未示)，且藉由單一傳輸線即可達到控制LED 82發光色彩的目的，並能有效降低線路複雜度。

該習知控制系統適用於控制一內建於一燈具8的LED82的發光色彩，並電連接一將交流電源轉換為直流電源的轉接器(adapter)63。該習知控制系統包含一編碼裝置71及一內建於該燈具8的解碼裝置81。參閱圖3與圖5，該編碼裝置71包括一RS－485接收器711、一電壓調整器(Voltage Regulator)712及一脈衝寬度調變(pulse width modulation)驅動器713。該RS－485接收器711將載有控制信號的差分對轉換為一數位信號。該電壓調整器712將直流電源調整後，供應給該脈衝寬度調變驅動器713使維持其運作。該脈衝寬度調變驅動器713合成該數位信號與調整後電源，以輸出一交流的方波信號。

參閱圖4與圖5，該解碼裝置81包括一分壓器811，透過該傳輸線接收該交流的方波信號，並將其轉換為一呈數位形式的分壓信號，以供電腦辨識使相關LED 82呈現特定色彩。

美國專利號6,069,457 參閱圖6，美國專利號6,069,457的習知控制系統透過單一傳輸線來控制一內建於一燈具的氣體放電燈94的發光程度，並電連接一交流電源93。該習知控制系統包含一調光切換裝置91及一內建於該燈具的解碼裝置92。該調光切換裝置91包括二開關SW1、SW2，該等開關SW1、SW2受使用者控制而令該調光切換裝置91輸出一載有該交流電源93的調整信號。其中，該調整信號具有如圖7所示的四種可能波形，由上而下依序代表使該氣體放電燈94的亮度維持、調升、調降和關閉。

該解碼裝置92經由該傳輸線接收該調整信號，並分析該調整信號的波形是屬於上述何者(維持、調升、調降或關閉)，以對應控制氣體放電燈94的亮度，但無法調整發光色彩。

至此可知，美國專利號6,292,901與6,069,457均可以 單一傳輸線實現控制燈具照明，而本發明提出另一架構來編碼該控制信號與所需電源，使傳輸線所載送的波形不同於前述，但仍可達成相同功效。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以簡化燈具、降低線路用量，並縮短照明網路裝配時程的應用於發光二極體燈具的編碼裝置、燈具及控制照明系統。

於是，本發明應用於發光二極體燈具的編碼裝置適用於接收一交流電壓源及一與發光狀態相關的顯示資料，包括：一整流器，將該交流電壓源整流成一整流信號；及一編譯器，基於該整流信號和該顯示資料而產生一編碼信號，該編碼信號的振幅與該整流信號的大小相關，且該編碼信號的波形與該顯示資料相關，而該編碼信號具有複數個接續且時間長度相同的第一區間或第二區間，而於該第一區間時，該編碼信號的波形呈一交流弦波的正半週，而於該第二區間時，該編碼信號的波形呈低電位。

本發明燈具適用於接收一編碼信號，且該編碼信號帶有電源成分及與發光狀態相關的信號成分，包括：一發光二極體單元；及一解碼裝置，具有：一直流轉換器，自該編碼信號中分離出一直流電壓；一偵測電路，自該編碼信號中分離出一呈數位形式的檢波信號；一處理器，基於該偵測電路分離出的檢波信號，產生一與該發光二極體單元之發光狀態相關的解碼資料；及一驅動器，基於該直流轉換器輸出的直流電壓及該處理器輸出的解碼資料來驅動該 發光二極體單元。

本發明控制照明系統適用於接收一交流電壓源及一與發光狀態相關的顯示資料，包含：一編碼裝置，適用於接收一交流電壓源及一與發光狀態相關的顯示資料，包括：一整流器，將該交流電壓源整流成一整流信號；及一編譯器，基於該整流信號和該顯示資料而產生一編碼信號，該編碼信號的振幅與該整流信號的大小相關，且該編碼信號的波形與該顯示資料相關，而該編碼信號具有複數個接續且時間長度相同的第一區間或第二區間，而於該第一區間時，該編碼信號的波形呈一交流弦波的正半週，而於該第二區間時，該編碼信號的波形呈低電位；及一燈具，包括：一發光二極體單元；及一解碼裝置，具有：一直流轉換器，自該編碼信號中分離出一直流電壓；一偵測電路，自該編碼信號中分離出一呈數位形式的檢波信號；一處理器，基於該偵測電路分離出的檢波信號，產生一與該發光二極體單元之發光狀態相關的解碼資料；及一驅動器，基於該直流轉換器輸出的直流電壓及該處理器輸出的解碼資料來驅動該發光二極體單元。

本發明藉由該編譯器產生有效整合該交流電壓源和該顯示資料的編碼信號，使得使用者只需由該編碼裝置拉出單一傳輸線，且將其連接到燈具的一輸入埠，即可實現控制照明，故確實能達成本發明之功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖8與圖9，本發明控制照明系統之較佳實施例適用於接收一交流電壓源5與一與發光狀態相關的顯示資料，包含一應用於發光二極體燈具的編碼裝置1及一燈具。該燈具包括一解碼裝置2和一發光二極體單元3，且該發光二極體單元3具有至少一LED，而LED的數目決定該交流電壓源5的幅值。在本較佳實施例中，控制照明是指控制該LED的發光色彩，但也可以是控制該LED的發光強度，且不以此為限。

編碼裝置 參閱圖8與圖10，該編碼裝置1基於該顯示資料產生一編碼信號。該顯示資料具有複數位元，且每N(N大於1)位元代表指定LED呈現對應期望色彩，或是代表無指令傳送。例如，”1100”是通知LED更改為呈現黃色，”1101”是通知LED更改為綠色，”1111”是通知LED保持原發光色。

該編碼裝置1包括一整流器11、一零交越(zero－crossing)偵測電路12、一直流穩壓器13、一編譯器14及一電阻器15。

本較佳實施例的該整流器11是一全波整流器，接收該交流電壓源5，並根據其進行全波整流而產生一載有該交流電壓源5的整流信號。

該整流信號的波形實質上具有複數個接續且時間長度相同的的區間，而每一區間是一交流弦波的正半週。且該 整流信號的幅值取決於該交流電壓源5，當該交流電壓源5的幅值變大時，該整流信號幅值增加。

該零交越偵測電路12根據該交流電壓源5進行零電位偵測而產生一第一觸發信號。當該交流電壓源5的幅值為零時，該零交越偵測電路12令該第一觸發信號為高電位，而當該交流電壓源5的幅值不為零時，該零交越偵測電路12令該第一觸發信號為低電位。由於該交流電壓源5呈一交流弦波，所以該第一觸發信號具有複數脈衝，且每一脈衝對應該交流電壓源5的半個交流弦波。

該直流穩壓器13根據該整流信號進行穩壓處理而輸出一直流電壓。該編譯器14具有一控制電路141和一切換開關142。該控制電路141藉由該直流電壓來提供電力以維持運作，並根據該顯示資料和該第一觸發信號產生一控制信號。該切換開關142受該控制信號控制而選擇性地遵循該整流信號以得到一編碼信號，而該編碼信號相當於該電阻器15的跨壓。

更詳細地來說，該編碼信號的振幅與交流電壓源5相關，該編碼信號的波形與該顯示資料相關。該編碼信號的波形實質上具有複數個接續且時間長度相同的第一區間或第二區間，而每一第一區間的波形呈一交流弦波的正半週，每一第二區間的波形呈低電位。

當該顯示資料的數位值為1時，該編碼信號呈現出該第一區間的波形，且第一區間的信號振幅會隨該交流電壓源5幅值的增加而變大。當該顯示資料的數位值為0時， 該編碼信號呈現出該第二區間的波形。

該編譯器14的一實施態樣是：該編譯器14每接收該第一觸發信號的一脈衝，便處理顯示資料的一位元。若是顯示資料位元為1，該控制信號遵循該第一觸發信號，若是顯示資料位元為0，則維持低電位。且該切換開關142是一個單向閘流體的矽控整流器(Silicon Control Rectifier，簡稱SCR)。當該切換開關142受該控制信號觸發後，該編碼信號會遵循該整流信號，直到該整流信號為零值或是該切換開關142再次受該控制信號觸發。

參閱圖11，該編譯器14的另一實施態樣是：該編譯器14每接收該第一觸發信號的一脈衝，便處理顯示資料的一位元。若是顯示資料位元為1，該控制信號會在該第一觸發信號的對應相鄰兩脈衝間呈現高電位，而若是顯示資料位元為0，則呈現低電位。且該切換開關142是一致能器(enabler)，當該控制信號為高電位，則該編碼信號會遵循該整流信號，當該控制信號為低電位，則維持低電位。

由於該編碼信號的振幅與該交流電壓源5相關，該編碼信號的波形與該顯示資料相關，所以，該編碼信號能有效表現該交流電壓源5和該顯示資料。這也意味著，使用者只需由該編碼裝置1拉出單一傳輸線，且將其連接到燈具的一輸入埠，即可達到控制照明的目的，而不需如習知技術利用二對雙絞線來分別提供所需電源和控制信號。

解碼裝置 參閱圖9與圖10，該解碼裝置2從該編碼信號還原出 一直流電壓與一解碼資料，包括一隔離電路21、一直流轉換器22、一偵測電路23、一處理器24及一驅動器25。

該隔離電路21根據該編碼信號進行雜訊隔離處理。而該直流轉換器22將雜訊隔離後的信號轉換為一直流電壓，以維持該處理器24與該驅動器25的運作。

該偵測電路23是一零交越偵測電路，根據該編碼信號進行零電位偵測而產生一數位形式的檢波信號。當該編碼信號的幅值為零時，該偵測電路23令該檢波信號為高電位，而當該編碼信號的幅值不為零時，該偵測電路23令該檢波信號為低電位。

該處理器24以一第二觸發信號來偵測該檢波信號的位準，以獲取一具有複數位元的還原資料。其中，該第二觸發信號的頻率相同於該第一觸發信號，且與該第一觸發信號保持適當時延，以提高該還原資料的正確性。本較佳實施例中，該第二觸發信號是由一內建振盪器所產生，但也可以是由一內建的時脈回復(clock recovery)電路根據該第一觸發信號而得，或是自外部接收，且不以此為限。

當該第二觸發信號處於上升緣時，若該檢波信號為高電位，則該處理器24得到該還原資料的一位元為1，若該檢波信號為低電位，則該處理器24得到該還原資料的另一位元為0。本較佳實施例，是在第二觸發信號的上升緣時執行偵測動作，但也可以是下降緣，或是高電位時，且不以此為限。

而該處理器24具有一反相器241，用以將該還原資料 反相以得到一與該LED顯色有關的解碼資料。該驅動器25除了接收該直流電壓，更接收該解碼資料並據以驅動LED，使展現指定發光色彩或是維持原發光色彩。

值得注意的是，上述實施例中的編碼裝置1和燈具可獨立出於本發明控制照明系統。

綜上所述，本發明應用於發光二極體燈具的編碼裝置、燈具及控制照明系統藉由該編譯器14產生有效整合該交流電壓源5和該顯示資料的編碼信號，使得使用者只需由該編碼裝置1拉出單一傳輸線，且將其連接到燈具的一輸入埠，即可實現控制照明。此外，該編碼裝置1直接接收該交流電壓源5，更是省去轉接器的使用。因此，本發明能有效簡化燈具、降低線路用量，並縮短照明網路裝配時程等要求，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧編碼裝置

11‧‧‧整流器

12‧‧‧零交越偵測電路

13‧‧‧直流穩壓器

14‧‧‧編譯器

141‧‧‧控制電路

142‧‧‧切換開關

15‧‧‧電阻器

2‧‧‧解碼裝置

21‧‧‧隔離電路

22‧‧‧直流轉換器

23‧‧‧偵測電路

24‧‧‧處理器

241‧‧‧反相器

25‧‧‧驅動器

3‧‧‧發光二極體單元

4‧‧‧編碼裝置

44‧‧‧編譯器

441‧‧‧控制電路

442‧‧‧切換開關

5‧‧‧交流電壓源

圖1是一示意圖，說明習知控制LED照明的方式是由二對雙絞線來分別提供所需電源和控制信號；圖2是一方塊圖，說明習知控制系統採用電源/資料協定來控制LED的照明；圖3是一習知控制系統之編碼裝置的方塊圖；圖4是一習知控制系統之解碼裝置的方塊圖； 圖5是一時序圖，說明習知控制系統之主要信號的相對關係；圖6是另一習知控制系統的方塊圖；圖7是一時序圖，說明另一習知控制系統所送出的調整信號；圖8是一方塊圖，說明本發明控制照明系統之較佳實施例的編碼裝置；圖9是一方塊圖，說明本較佳實施例的燈具；圖10是一時序圖，說明本較佳實施例採用編譯器之一實施態樣時的主要信號；及圖11是一時序圖，說明本較佳實施例採用編譯器之另一實施態樣時的主要信號。

1‧‧‧編碼裝置

11‧‧‧整流器

12‧‧‧零交越偵測電路

13‧‧‧直流穩壓器

14‧‧‧編譯器

141‧‧‧控制電路

142‧‧‧切換開關

15‧‧‧電阻器

5‧‧‧交流電壓源

Claims (20)

1. 一種應用於發光二極體燈具的編碼裝置，適用於接收一交流電壓源及一與發光狀態相關的顯示資料，該編碼裝置包括：一整流器，將該交流電壓源整流以產生一整流信號；及一編譯器，從該整流信號和該顯示資料而產生一編碼信號，該編碼信號的振幅與該整流信號的大小相關，且該編碼信號的波形與該顯示資料相關，而該編碼信號具有複數個接續且時間長度相同的信號區間，每一信號區間具有第一狀態及第二狀態之一者，具有該第一狀態的該信號區間的波形呈一交流弦波的正半週，具有該第二狀態的該信號區間的波形呈低電位波形；該顯示資料包含複數個位元，其中該編碼裝置進一步包含一零交越偵測電路，用於偵測在該交流電壓源中的零電壓點，並用於產生具有對應於該等零電壓點的複數脈衝的一第一觸發信號，每次該編譯器接收該第一觸發信號的該等脈衝之一者，該編譯器處理該顯示資料的該等位元之一者；其中該編譯器包含：一控制電路，其根據被處理的該顯示資料的該位元，選擇該第一觸發信號及該低電位波形之一者以用於輸出作為一控制信號，及一開關，由該控制信號控制，使得該編碼信號的該等信號區間之一者的波形之狀態對應於被處理的該顯示資 料的該位元。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之編碼裝置，其中，該整流器輸出的整流信號振幅隨該交流電壓源的振幅增加而增加，且具有該第一狀態的該編碼信號之信號區間的一振幅隨該整流信號的該振幅增加而增加。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之編碼裝置，其中，當該顯示資料的數位值為1時，與該編碼信號的該等信號區間對應之一者的波形具有該第一狀態，當該顯示資料的數位值為0時，與該編碼信號的該等信號區間對應之一者的波形具有該第二狀態。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之編碼裝置，其中，該整流器輸出的整流信號具有複數個接續且時間長度相同的區間，該整流信號的該等區間之每一者的波形是一交流弦波的正半週，且該編譯器是選擇性地輸出該整流信號的該波形之該等區間來產生該編碼信號。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之編碼裝置，更包括一直流穩壓器，用以穩壓該整流信號以產生提供至該編譯器的一直流電壓。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之編碼裝置，其中該開關是一矽控整流器。
7. 一種用於一發光二極體燈具的編碼裝置，該編碼裝置適於接收一交流電壓源及與一發光操作相關的顯示資料，該編碼裝置包含：一整流器，用於將該交流電壓源整流為一整流信號；及 一編譯器，基於從該整流信號和該顯示資料而產生一編碼信號，該編碼信號具有與該整流信號相關的一振幅，及與該顯示資料相關的一波形，該編碼信號具有複數個接續且時間長度相同的信號區間，每一信號區間具有第一狀態及第二狀態之一者，具有該第一狀態的該信號區間的波形呈一交流弦波的正半週，具有該第二狀態的該信號區間的波形呈一低電位波形；該顯示資料包含複數個位元，其中該編碼裝置進一步包含一零交越偵測電路，該零交越偵測電路用於偵測在該交流電壓源中的零電壓點，並用於產生具有對應於該等零電壓點的複數脈衝的一第一觸發信號，每次該編譯器接收該第一觸發信號的該等脈衝之一者，該編譯器處理該顯示資料的該等位元之一者；其中該編譯器包含：一控制電路，其根據被處理的該顯示資料的該位元，在跨越該第一觸發信號的對應相鄰兩脈衝的一時間週期內輸出一高電位波形或一低電位波形，作為一控制信號，及一開關，其由該控制信號所控制，使得該等編碼信號的該等信號區間之一者的波形之狀態對應於被處理的該顯示資料的該位元。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之編碼裝置，其中，該開關是一致能器。
9. 一種控制照明系統，適用於接收一交流電壓源及一與發 光狀態相關的顯示資料，該控制照明系統包含：一編碼裝置，包括：一整流器，將該交流電壓源整流成一整流信號；及一編譯器，從該整流信號和該顯示資料而產生一編碼信號，該編碼信號的振幅與該整流信號的大小相關，且該編碼信號的波形與該顯示資料相關，而該編碼信號具有複數個接續且時間長度相同的信號區間，每一信號區間具有第一狀態及第二狀態之一者，而於具有該第一狀態的該信號區間之波形呈一交流弦波的正半週，而於具有該第二狀態的該信號區間的波形呈低電位波形；及一燈具，包括一發光二極體單元；及一解碼裝置，該解碼裝置具有：一直流轉換器，自該編碼信號中分離出一直流電壓；一偵測電路，自該編碼信號中分離出一呈數位形式的波信號；一處理器，基於該偵測電路分離出的波信號，產生一與該發光二極體單元之發光狀態相關的解碼資料；及一驅動器，基於該直流轉換器輸出的直流電壓及該處理器輸出的解碼資料來驅動該發光二極體單元；該顯示資料包含複數個位元，其中該編碼裝置進一步包含一零交越偵測電路，用於偵測在該交流電壓源中的零電壓點，並用於產生具有對應於該等零電壓點的複數脈衝的一第一觸發信號，每次該編譯器接收該第一觸發信號的該等脈衝之一者，該編譯器處理該顯示資料的該 等位元之一者；其中該編譯器包含：一控制電路，其根據被處理的該顯示資料的該位元，選擇該第一觸發信號及該低電位波形之一以用於輸出作為一控制信號，及一開關，由該控制信號控制，使得該編碼信號的該等信號區間之一者的波形之狀態對應於被處理的該顯示資料的該位元。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中當該交流電壓源的幅值變大時，該整流器輸出的整流信號幅值增加，且具有該第一狀態的該編碼信號之該等信號區間的幅值會隨該整流信號幅值增加而變大。
11. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中當該顯示資料的數位值為1時，該編碼信號的該等信號區間的對應之一者的波形呈該第一狀態，當該顯示資料的數位值為0時，該編碼信號的該等信號區間的對應之一者的波形呈第二狀態。
12. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中該整流器輸出的整流信號具有一波形，該波形具有複數個接續且時間長度相同的區間，而該整流信號的該等區間的每一者是一交流弦波的正半週，且該編譯器是選擇性地輸出該整流信號的該波形之該等區間，以產生該編碼信號。
13. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中該 編碼裝置進一步包含一直流穩壓器，用於穩壓該整流信號以產生提供至該編譯器的一直流電壓。
14. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中該開關是一矽控整流器。
15. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中該處理器產生的該解碼資料與該發光二極體單元的發出的顏色有關。
16. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中該偵測電路是一零交越偵測電路，該零交越偵測電路用於偵測在該編碼信號中的零電壓點，並用於根據該等零電壓點產生該波信號。
17. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中該處理器偵測該波信號的一位準，並根據一第二觸發信號產生還原資料，該處理器包含用於將該還原資料反相的一反向器，以獲得該解碼資料。
18. 依據申請專利範圍第9項所述之控制照明系統，其中該解碼裝置進一步包含隔離電路，在由該直流轉換器接收該解碼信號之前，將該編碼信號進行雜訊隔離。
19. 一種控制照明系統，其適於接收一交流電壓源及與一發光狀態相關的顯示資料，該控制照明系統包含：一編碼裝置，包括：一整流器，將該交流電壓源整流成一整流信號；及一編譯器，從該整流信號和該顯示資料而產生一編碼信號，該編碼信號的振幅與該整流信號的大小相關，且 該編碼信號的波形與該顯示資料相關，而該編碼信號具有複數個接續且時間長度相同的信號區間，每一信號區間具有第一狀態及第二狀態之一者，而於具有該第一狀態的該信號區間之波形呈一交流弦波的正半週，而於具有該第二狀態的該信號區間的波形呈低電位波形；及一燈具，包括一發光二極體單元，及一解碼裝置，該解碼裝置具有：一直流轉換器，自該編碼信號中分離出一直流電壓；一偵測電路，自該編碼信號中分離出一呈數位形式的波信號；一處理器，基於該偵測電路分離出的波信號，產生與該發光二極體單元之發光狀態相關的解碼資料，及一驅動器，基於該直流轉換器輸出的直流電壓及該處理器輸出的該解碼資料來驅動該發光二極體單元；該顯示資料包含複數個位元，其中該編碼裝置進一步包含一零交越偵測電路，用於偵測在該交流電壓源中的零電壓點，並用於產生具有對應於該等零電壓點的複數脈衝的一第一觸發信號，每次該編譯器接收該第一觸發信號的該等脈衝之一者，該編譯器處理該顯示資料的該等位元之一者；其中該編譯器包含：一控制電路，用於根據被處理的該顯示資料的該位元，在跨越該第一觸發信號的對應相鄰兩脈衝的一時間週期內輸出一高電位波形或一低電位波形，作為一控制 信號，及一開關，其由該控制信號所控制，使得該等編碼信號的該等信號區間之一者的波形之狀態對應於被處理的該顯示資料的該位元。
20. 依據申請專利範圍第19項所述之控制照明系統，其中，該開關是一致能器。