TWI420974B - 電源供應單元、發光裝置及調光方法 - Google Patents

Description

電源供應單元、發光裝置及調光方法

本發明是有關於一種發光裝置及其電源供應單元(power supply unit，PSU)，且特別是有關於一種具有調光功能(dimming function)的發光裝置及其電源供應單元。

近來，由於發光二極體的發光亮度與發光效率持續地提昇，同時高亮度的白光發光二極體也被成功地量產，所以逐漸有白光發光二極體被使用於照明裝置中，如室內的燈光照明以及戶外的路燈照明等。然而，以戶外之路燈為例，這些發光二極體路燈在設計上通常僅具有單純的照明功能，並未對用路人或是管理者帶來其他的附加價值。

詳細而言，許多路燈裝置皆設計有調光功能(dimming)，以因應不同的環境提供不同的光線。以夜間調光(nighttime dimming)功能為例，設置於路燈裝置的光源在夜間時可獨立地被開啟或關閉，如圖1所示。圖1繪示一傳統路燈裝置100的示意圖。請參考圖1，路燈裝置100的電源系統110提供訊號N、L1、L2及FG至電源供應單元120、130。在接收訊號N、L1、L2及FG之後，電源供應單元120、130分別驅動路燈面板122、132發光。在此種架構的路燈裝置100之下，當電源供應單元120被訊號N、L1及FG關閉時，路燈面板122也會被關閉。類似地，當電源供應單元130被訊號N、L2及FG關閉時，路燈面 板132也會被關閉。此外，當電源供應單元120、130皆被開啟時，路燈面板122、132也都會被開啟。相反地，當電源供應單元120、130皆被關閉時，路燈裝置100將不會提供任何的光源輸出。

因此，傳統的路燈裝置100僅具有兩種模式，不是全開就是全關，而無調光比例(dimming ratio)，故使得此種路燈裝置在應用上會有很多的限制，且其所使用的電能較需求者為多。

本發明提供一種具有調光功能的電源供應單元，其可被程式化，以設定不同的調光比例，降低電能的浪費。

本發明提供一種發光裝置，其包括上述具有調光功能的電源供應單元。發光裝置的電源供應單元可被程式化，以設定不同的調光比例，降低電能的浪費。

本發明提供一種調光方法。藉此，電源供應單元可被程式化，以設定不同的調光比例，降低電能的浪費。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提供一種具有調光功能的電源供應單元，其適於一發光裝置，其中發光裝置包括一電源系統。電源供應單元包括至少一輸出通道、一功率級、一偵測單元以及一控制單元。功率級用以接收電源系統之一第一輸出並提 供一第一訊號。偵測單元用以偵測電源系統之一第二輸出並提供一第二訊號。控制單元用以接收第一訊號及第二訊號，並控制至少一輸出通道。控制單元依據第一訊號及第二訊號被程式化，以為輸出通道設定一調光比例。

本發明之另一實施例提供一種具有調光功能的發光裝置，其包括一電源系統、一電源供應單元以及至少一光源。電源系統用以提供一第一輸出及一第二輸出。電源供應單元用以接收第一輸出及第二輸出電源供應單元包括至少一輸出通道、一功率級、一偵測單元以及一控制單元。功率級用以接收電源系統之一第一輸出並提供一第一訊號。偵測單元用以偵測電源系統之一第二輸出並提供一第二訊號。控制單元用以接收第一訊號及第二訊號，並控制至少一輸出通道。控制單元依據第一訊號及第二訊號被程式化，以為至少一輸出通道設定一調光比例。

本發明之另一實施例提供一種調光方法，其適於一發光裝置。其中，發光裝置包括一電源系統、一電源供應單元及至少一光源。所述調光方法包括如下步驟。接收一第一輸出及一第二輸出。其中，第一輸出及第二輸出由電源系統所提供。依據一第一訊號及一第二訊號，為電源供應單元設定一調光比例。其中，第一訊號對應第一輸出，且第二訊號對應第二輸出。依據調光比例，藉由電源供應單元，驅動至少一光源發光。

在本發明之一實施例中，上述之功率級包括一變壓器、一輸出電路、一開關單元以及一輔助功率單元。變壓 器用以將電能由變壓器之一次側轉換至變壓器之二次側。輸出電路耦接至變壓器，並將變壓器之二次側電能傳遞至至少一輸出通道。開關單元耦接於控制單元及變壓器之間，並受控於控制單元，以處理輸出至變壓器之一次側之一輸出。輔助功率單元耦接至變壓器，並提供一電源及第一訊號至控制單元。

在本發明之一實施例中，上述之控制單元包括一微控制單元(micro controller unit，MCU)。

在本發明之一實施例中，上述之電源供應單元更包括一電磁干擾濾波器(electromagnetic interface filter，EMI filter)、一橋式整流器以及一功率因數校正器(power factor correction，PFC)。電磁干擾濾波器用以降低電源系統之第一輸出之一交流雜訊。橋式整流器耦接至電磁干擾濾波器，並將第一輸出由一交流電轉換為一直流電。功率因數校正器耦接至橋式整流器，並修正第一輸出之功率因數，且輸出修正後的第一輸出至功率級。

在本發明之一實施例中，上述之偵測單元包括一限流電阻以及一轉換單元。限流電阻用以限制電源系統之第二輸出之一電流值。轉換單元用以將具有一類比形式的第二輸出轉換為具有一數位形式的第二輸出。

在本發明之一實施例中，上述之轉換單元包括一比較器或一類比數位轉換器。

在本發明之一實施例中，上述之第一訊號及第二訊號具有一第一狀態或一第二狀態。控制單元根據第一訊號及 第二訊號之狀態而被程式化，以設定調光比例為介於0%至100%之間的一比例。

在本發明之一實施例中，當第一訊號及第二訊號具有相同狀態時，微控制單元被程式化，以設定調光比例為100%或0%。

在本發明之一實施例中，當第一訊號及第二訊號具有不同狀態時，微控制單元被程式化，以設定調光比例為介於0%至100%之間的一比例，或者設定調光比例為0%。

基於上述，在本發明之實施例中，電源供應單元可被程式化，以設定不同的調光比例及輸出通道。電源供應單元之繞線容易且適於原來發光裝置所具有的電源系統。此外，不需改變電源系統的架構，本發明之實施例的調光方法即可達成設定不同的調光比例之目的。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

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較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。因此，實施例及圖式中相同的標號用來說明或代表相同或相似的部分，並非用來限制本發明。

在底下的實施例中，將以路燈裝置及發光二極體光面板做為發光裝置及光源的範例實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者當知路燈裝置及發光二極體光面板並非 用以限定本發明的發光裝置及光源。舉凡任何具有調光功能的發光裝置皆為本發明所欲保護之範疇。

圖2繪示本發明一實施例之路燈裝置200的示意圖。請參考圖2，在本實施例中，路燈裝置200包括一電源系統210、一電源供應單元(power supply unit，PSU)220以及至少一光源。在此，係以兩個路燈面板222及224作為至少一光源的範例實施例。在另一實施例中，該至少一光源也可包括一發光二極體光板(light board)。本實施例之電源供應單元220可被程式化，以為路燈面板222、224設定一調光比例，進而藉由降低路燈裝置200的光源輸出來降低電能的浪費。

詳細而言，電源系統210提供訊號N、L1、L2及FG至電源供應單元220。接著，在接收訊號N、L1、L2及FG之後，電源供應單元220依據調光比例分別藉由驅動訊號D1、D2及D3、D4驅動路燈面板222、232發光，其中該調光比例已預先程式化(pre-programmed)於0%至100%之間。

圖3依據本發明一實施例繪示圖2之電源供應單元的方塊圖。請參考圖2及圖3，在本實施例中，具有調光功能的電源供應單元220包括至少一輸出通道、一功率級228、一偵測單元224以及一微控制單元(micro controller unit，MCU)226。在此，係以多個光引擎通道230a~230d作為至少一輸出通道的範例實施例，其分別輸出驅動訊號D1~D4，以驅動路燈面板222、232發光。

功率級228接收電源系統210所提供的訊號N、L1及FG。偵測單元224偵測電源系統210所提供的訊號L2。微控制單元226控制光引擎通道230a~230d，並依據第一訊號及第二訊號(未繪示)被程式化，以為光引擎通道230a~230d設定一調光比例，其中第一訊號對應第一輸出L1，且第二訊號對應第二輸出L2。因此，光引擎通道230a~230d依據調光比例分別藉由驅動訊號D1、D2及D3、D4驅動路燈面板222、232發光。

在本實施例中，電源供應單元220的輸出參數可個別地為每一光引擎通道230a~230d而被程式化，以依據預先程式化的調光比例增加或減少圖2的路燈裝置200的光源輸出。例如，光引擎通道於驅動街道照明裝置時，可降低其亮度，而光引擎通道於驅動行人道照明裝置時，其亮度可保持不變。

圖4依據本發明另一實施例繪示圖2之電源供應單元的方塊圖。請參考圖2至圖4，相較於圖3的電源供應單元，本實施例的電源供應單元420更包括一電磁干擾濾波器(electromagnetic interface filter，EMI filter)432、一橋式整流器434以及一功率因數校正器(power factor correction，PFC)436。此外，多個光引擎通道例如是設定為N個光引擎通道430_1~430_N。

EMI濾波器432用以降低電源系統210的訊號N、L1及FG的交流雜訊。橋式整流器434耦接至EMI濾波器432，並將訊號N、L1及FG由一交流電轉換為一直流電。 PFC 436耦接至橋式整流器434，並修正訊號N、L1及FG之功率因數，且輸出修正後的該等訊號至功率級428。

在本實施例中，功率級428包括一變壓器444、一輸出電路442、一開關單元438以及一輔助功率單元440。變壓器444用以將電能由其一次側轉換至二次側。輸出電路442耦接至變壓器444，並將變壓器444之二次側電能傳遞至光引擎通道430_1~430_N的至少其中之一。開關單元438耦接於微控制單元426及變壓器444的一次側之間，並受控於微控制單元426，以處理輸出至變壓器444之一次側的一輸出。輔助功率單元440耦接至變壓器444，並提供一電源及第一訊號S1至微控制單元426。

在本實施例中，微控制單元426接收第一訊號S1及第二訊號S2，其中第二訊號S2由偵測單元424所提供。微控制單元426藉由第一訊號S1及第二訊號S2控制光引擎通道430_1~430_N的電壓及電流。第一訊號S1由功率級428的輔助功率單元440所提供，而第二訊號S2由偵測單元424所提供，其中第一訊號S1對應第一輸出L1，且第二訊號S2對應第二輸出L2。因此，微控制單元426可被程式化，以設定一調光比例及光引擎通道430_1~430_N。該調光比例可同時地或獨立地針對光引擎通道430_1~430_N的至少其中之一由0%設定至100%。

詳細而言，在本實施例中，第一訊號S1及第二訊號S2具有一第一狀態或一第二狀態(例如1或0)，如下表所示。

在上表的第2列中，當第一訊號S1及第二訊號S2皆具有第一狀態1時，微控制單元426被程式化，以設定調光比例為100%。其代表光引擎通道430_1~430_N依據100%的調光比例驅動路燈裝置的光源，因此此時的路燈裝置具有最大亮度。

此外，當第一訊號S1及第二訊號S2皆具有第二狀態0時，微控制單元426完全不具有功率，且其結果為所有的輸出訊號之調光比例皆被設定為0%，因此此時的路燈裝置不提供任何的光輸出。

也就是說，當第一訊號S1及第二訊號S2具有相同狀態時(例如皆為狀態1或狀態0)，微控制單元被程式化，以設定調光比例為100%或0%。

此外，當第一訊號S1具有第二狀態0，而第二訊號S2具有第一狀態1時，微控制單元426也被程式化而設定其調光比例為0%。因此此時的路燈裝置也不提供任何的光輸出。相反地，在本實施例中，當第一訊號S1具有第一狀態1，而第二訊號S2具有第二狀態0時，微控制單元426例如是被程式化而設定其調光比例為50%。其代表光 引擎通道430_1~430_N依據50%的調光比例驅動路燈裝置的光源，而此時的路燈裝置的亮度為最大亮度的一半。

應注意的是，在本實施例中，調光比例被設定為50%以及調光比例與上表中訊號狀態的對應關係僅為一範例實施例，並不用以限定本發明。例如，當第一訊號S1具有第二狀態0，而第二訊號S2具有第一狀態1時，微控制單元426可被程式化而設定其調光比例為50%，而當第一訊號S1具有第一狀態1，而第二訊號S2具有第二狀態0時，微控制單元426被程式化而設定其調光比例為0%。又例如，當第一訊號S1具有第一狀態1，而第二訊號S2具有第二狀態0時，微控制單元426被程式化而設定其調光比例為80%，而當第一訊號S1具有第二狀態0，而第二訊號S2具有第一狀態1時，微控制單元426可被程式化而設定其調光比例為40%等。

換句話說，根據第一訊號及第二訊號之狀態，微控制單元被程式化，以設定調光比例為介於0%至100%之間的一比例，或者設定調光比例為0%或100%。

圖5依據本發明一實施例繪示圖4之偵測單元的方塊圖。請參考圖5，在本實施例中，偵測單元424包括一保險絲510、一限流電阻520以及一轉換單元530。在此，轉換單元包括一比較器或一類比數位轉換器。

保險絲510保護偵測單元424，以避免其電路被燒毀。限流電阻520限制電源系統所輸出的訊號L2之電流值。轉換單元530將具有一類比形式的訊號L2轉換為具有一 數位形式的訊號。

圖6為本發明一實施例之調光方法的步驟流程圖。請參考圖2、圖4及圖6，調光方法例如是適於上述發光裝置。所述調光方法包括如下步驟。在步驟S600中，接收由電源系統所提供的一第一輸出及一第二輸出(例如訊號L1、L2)。接著，在步驟S602中，依據一第一訊號及一第二訊號(例如訊號S1、S2)，為電源供應單元設定一調光比例。其中，第一訊號對應第一輸出，且第二訊號對應第二輸出。之後，在步驟S604中，依據調光比例，藉由電源供應單元，驅動至少一光源發光。

另外，本發明之實施例的調光方法可以由圖2~圖5實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

綜上所述，在本發明上述的範例實施例中，電源供應單元可被程式化，以設定不同的調光比例及輸出通道。電源供應單元之繞線容易且適於原來發光裝置所具有的電源系統。此外，不需改變電源系統的架構，本發明之實施例的調光方法即可達成設定不同的調光比例之目的。因此，藉由本發明的範例實施例所提供之具有調光功能的電源供應單元，可降低電能的浪費，以達到環境保護的目的。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200‧‧‧路燈裝置

110、210‧‧‧電源系統

120、130、220、420‧‧‧電源供應單元

122、132、222、232‧‧‧路燈面板

224、424‧‧‧偵測單元

226、426‧‧‧微控制單元

228、428‧‧‧功率級

432‧‧‧電磁干擾濾波器

434‧‧‧橋式整流器

436‧‧‧功率因數校正器

438‧‧‧開關單元

440‧‧‧輔助功率單元

442‧‧‧輸出電路

444‧‧‧變壓器

230a~230d、430_1~430_N‧‧‧光引擎通道

510‧‧‧保險絲

520‧‧‧限流電阻

530‧‧‧轉換單元

N、FG‧‧‧訊號

D1、D2、D3、D4‧‧‧驅動訊號

S1‧‧‧第一訊號

S2‧‧‧第二訊號

L1‧‧‧第一輸出

L2‧‧‧第二輸出

S600、S602、S604‧‧‧調光方法的步驟

圖1繪示一傳統路燈裝置的示意圖。

圖2繪示本發明一實施例之路燈裝置的示意圖。

圖3依據本發明一實施例繪示圖2之電源供應單元的方塊圖。

圖4依據本發明另一實施例繪示圖2之電源供應單元的方塊圖。

圖5依據本發明一實施例繪示圖4之偵測單元的方塊圖。

圖6為本發明一實施例之調光方法的步驟流程圖。

220‧‧‧電源供應單元

224‧‧‧偵測單元

226‧‧‧微控制單元

228‧‧‧功率級

230a~230d‧‧‧光引擎通道

N、FG‧‧‧訊號

D1、D2、D3、D4‧‧‧驅動訊號

L1‧‧‧第一輸出

L2‧‧‧第二輸出

Claims (23)

1. 一種具有調光功能的電源供應單元，適於一發光裝置，其中該發光裝置包括一電源系統，該電源供應單元包括：至少一輸出通道；一功率級，接收該電源系統之一第一輸出，並提供一第一訊號，其中該功率級包括：一變壓器，將電能由該變壓器之一次側轉換至該變壓器之二次側；一輸出電路，耦接至該變壓器，並將該變壓器之二次側電能傳遞至該至少一輸出通道；一開關單元，耦接於該控制單元及該變壓器之間，並受控於該控制單元，以處理輸出至該變壓器之一次側之一輸出；以及一輔助功率單元，耦接至該變壓器，並提供一電源及該第一訊號至該控制單元；一偵測單元，偵測該電源系統之一第二輸出，並提供一第二訊號；以及一控制單元，接收該第一訊號及該第二訊號，並控制該至少一輸出通道，且依據該第一訊號及該第二訊號被程式化，以為該至少一輸出通道設定一調光比例。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應單元，其中該控制單元包括一微控制單元(micro controller unit，MCU)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應單元，更包括：一電磁干擾濾波器，降低該電源系統之該第一輸出之一交流雜訊；一橋式整流器，耦接至該電磁干擾濾波器，並將該第一輸出由一交流電轉換為一直流電；以及一功率因數校正器，耦接至該橋式整流器，並修正該第一輸出之功率因數，且輸出修正後的該第一輸出至該功率級。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應單元，其中該偵測單元包括：一限流電阻，限制該電源系統之該第二輸出之一電流值；以及一轉換單元，將具有一類比形式的該第二輸出轉換為具有一數位形式的該第二輸出。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電源供應單元，其中該轉換單元包括一比較器或一類比數位轉換器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應單元，其中該第一訊號及該第二訊號具有一第一狀態或一第二狀態，且該控制單元根據該第一訊號及該第二訊號之狀態而被程式化，以設定調光比例為介於0%至100%之間的一比例。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應單元，其中當該第一訊號及該第二訊號具有相同狀態時，該控制單元被程式化，以設定該調光比例為100%或0%。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應單元，其中當該第一訊號及該第二訊號具有不同狀態時，該控制單元被程式化，以設定該調光比例為介於0%至100%之間的一比例，或者設定該調光比例為0%。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應單元，其中該發光裝置更包括至少一發光二極體光板，且該至少一輸出通道依據該調光比例驅動該至少一發光二極體光板發光。
10. 一種具有調光功能的發光裝置，包括：一電源系統，提供一第一輸出及一第二輸出；一電源供應單元，接收該第一輸出及該第二輸出，該電源供應單元包括：至少一輸出通道；一功率級，接收該第一輸出，並提供一第一訊號，其中該功率級包括：一變壓器，將電能由該變壓器之一次側轉換至該變壓器之二次側；一輸出電路，耦接至該變壓器，並將該變壓器之二次側電能傳遞至該至少一輸出通道；一開關單元，耦接於該控制單元及該變壓器之間，並受控於該控制單元，以處理輸出至該變壓器之一次側之一輸出；以及一輔助功率單元，耦接至該變壓器，並提供一電源及該第一訊號至該控制單元； 一偵測單元，偵測該第二輸出，並提供一第二訊號；以及一控制單元，接收該第一訊號及該第二訊號，並控制該至少一輸出通道，且依據該第一訊號及該第二訊號被程式化，以為該至少一輸出通道設定一調光比例；以及至少一光源，其中該至少一輸出通道依據該調光比例驅動該至少一光源發光。
11. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，其中該控制單元包括一微控制單元(micro controller unit，MCU)。
12. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，其中該電源供應單元更包括：一電磁干擾濾波器，降低該電源系統之該第一輸出之一交流雜訊；一橋式整流器，耦接至該電磁干擾濾波器，並將該第一輸出由一交流電轉換為一直流電；以及一功率因數校正器，耦接至該橋式整流器，並修正該第一輸出之功率因數，且輸出修正後的該第一輸出至該功率級。
13. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，其中該偵測單元包括：一限流電阻，限制該電源系統之該第二輸出之一電流值；以及一轉換單元，將具有一類比形式的該第二輸出轉換為 具有一數位形式的該第二輸出。
14. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該轉換單元包括一比較器或一類比數位轉換器。
15. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，其中該第一訊號及該第二訊號具有一第一狀態或一第二狀態，且該控制單元根據該第一訊號及該第二訊號之狀態而被程式化，以設定調光比例為介於0%至100%之間的一比例。
16. 如申請專利範圍第15項所述之發光裝置，其中當該第一訊號及該第二訊號具有相同狀態時，該控制單元被程式化，以設定該調光比例為100%或0%。
17. 如申請專利範圍第15項所述之發光裝置，其中當該第一訊號及該第二訊號具有不同狀態時，該控制單元被程式化，以設定該調光比例為介於0%至100%之間的一比例，或者設定該調光比例為0%。
18. 如申請專利範圍第10項所述之發光裝置，其中該至少一光源包括至少一發光二極體光板，且該至少一輸出通道依據該調光比例驅動該至少一發光二極體光板發光。
19. 一種調光方法，適於一發光裝置，其中該發光裝置包括一電源系統、一電源供應單元及至少一光源，該調光方法包括：接收一第一輸出及一第二輸出，其中該第一輸出及該第二輸出由該電源系統所提供；藉由該電源供應單元的一功率級與一偵測單元分別接收該第一輸出與偵測該第二輸出，並提供一第一訊號及 一第二訊號，其中該功率級包括一變壓器、一輸出電路、一開關單元以及一輔助功率單元，該變壓器將電能由該變壓器之一次側轉換至該變壓器之二次側，該輸出電路耦接至該變壓器，並傳遞該變壓器之二次側電能，該開關單元耦接於該變壓器，以處理輸出至該變壓器之一次側之一輸出，而該輔助功率單元耦接至該變壓器，並提供一電源及該第一訊號；依據該第一訊號及該第二訊號，為該電源供應單元設定一調光比例，其中該第一訊號對應該第一輸出，且該第二訊號對應該第二輸出；以及依據該調光比例，藉由該電源供應單元，驅動該至少一光源發光。
20. 如申請專利範圍第19項所述之調光方法，其中該第一訊號及該第二訊號具有一第一狀態或一第二狀態，在設定該調光比例的該步驟中，根據該第一訊號及該第二訊號之狀態，設定該調光比例為介於0%至100%之間的一比例。
21. 如申請專利範圍第20項所述之調光方法，其中當該第一訊號及該第二訊號具有相同狀態時，設定該調光比例為100%或0%。
22. 如申請專利範圍第20項所述之調光方法，其中當該第一訊號及該第二訊號具有不同狀態時，設定該調光比例為介於0%至100%之間的一比例，或者設定該調光比例為0%。
23. 如申請專利範圍第19項所述之調光方法，其中該至少一光源包括至少一發光二極體光板。