TWI432096B - 燈管控制系統、燈管節能系統及其節能方法 - Google Patents

燈管控制系統、燈管節能系統及其節能方法 Download PDF

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Description

燈管控制系統、燈管節能系統及其節能方法
本發明是有關於燈管節能系統，且特別是有關於一種燈管控制系統以及燈管節能系統及其節能方法。
多年來照明產業對於光源之選擇與應用已從早年白熾燈泡、螢光燈(如直管型、緊湊型)、鹵素燈、複金屬燈，乃至於漸漸普遍化之發光二極體(LED)燈等，這些光源均隨著環境空間不同而有所需求，尤以LED光源體積小、亮度強、顏色多樣化，至目前已廣泛為照明業者所推廣使用。
螢光燈必須採用電子安定器，而一般電子安定器為單一種功能控制架構，僅做燈管啟動及點燈限流控制。因為單向功能，節能效益低，不符低耗能照明，不具競爭性。此情形下，螢光燈照明已面臨市場競爭以及技術發展的威脅。
實施例提供有關於燈管控制系統、燈管節能系統和燈管節能系統之節能方法。
根據一實施例，提出一種燈管控制系統。此燈管控制系統，包括：一燈管控制單元和一系統控制單元。燈管控制單元，用以控制一螢光燈。燈管控制單元包括：一電源轉換電路和一預熱及點燈電路。電源轉換電路將一直流信號轉換為一交流信號輸出，電源轉換電路具有一直流信號輸入端及一交流信號輸出端。預熱及點燈電路，耦接該交流信號輸出端及該螢光燈之兩端，用以預熱及啟動該螢光燈，並輸出一回授信號代表通過螢光燈的電流。系統控制單元，回應回授信號，控制預熱及點燈電路。回應回授信號代表螢光燈處於一預熱模式時，系統控制單元令預熱及點燈電路對螢光燈進行預熱。回應回授信號代表螢光燈已點亮時，系統控制單元令預熱及點燈電路停止進行預熱。
根據另一實施例，提出一種燈管節能系統。此燈管節能系統包括一電源管理單元及前述之燈管控制系統。電源管理單元，具有一交流電源輸入端及一直流信號輸出端。其中電源轉換電路之直流信號輸入端耦接電源管理單元之直流信號輸出端。
根據另一實施例，提出一種燈管節能系統之節能方法。此方法包括以下步驟。提供一燈管控制單元以控制一螢光燈，此燈管控制單元包括：一電源轉換電路和一預熱及點燈電路，預熱及點燈電路耦接電源轉換電路及螢光燈之兩端，用以預熱及啟動螢光燈，並輸出一回授信號代表通過螢光燈的電流。當回授信號代表螢光燈處於一預熱模式時，令預熱及點燈電路之一諧振電路藉由預熱及點燈電路之一二極體電橋提供電流路徑以進行預熱。當回授信號代表螢光燈已點亮時，令預熱及點燈電路中之電流路徑截止以停止進行預熱。
為了對上述及其他方面有詳細的瞭解，下文舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
實施例提供有關於燈管控制系統、燈管節能系統和燈管節能系統之節能方法。第1圖示意一種燈管控制系統之實施例的方塊圖。此燈管控制系統，能用以控制一或多個燈管之各種應用之中，例如能據以實作為一安定器，或是據以實現於如第4圖所示意的燈管節能系統之中。燈管例如可以為各種尺寸或型狀的螢光燈，例如T5、T8螢光燈。
第1圖示意的燈管控制系統1包括一燈管控制單元10以及一系統控制單元20。燈管控制單元10，接收一直流信號Vdc，用以控制一螢光燈90。燈管控制單元10更輸出一回授信號Is1，例如為電壓或電流信號，以反映通過螢光燈90之電流。燈管控制單元10，例如包括：一電源轉換電路111和一預熱及點燈電路12。電源轉換電路111，係將直流信號Vdc轉換為一交流信號輸出，其中電源轉換電路111具有一直流信號輸入端N1 及一交流信號輸出端N2 。預熱及點燈電路12，耦接交流信號輸出端N2 及螢光燈90之兩端，用以預熱及啟動螢光燈90，並輸出一回授信號Is1以代表通過螢光燈90的電流。
系統控制單元20，回應回授電流信號Is1，控制燈管控制單元10中的預熱及點燈電路12，使燈管控制單元10可於不同的操作模式中運作。例如，回應回授信號Is1代表螢光燈90處於一預熱模式時，系統控制單元20令預熱及點燈電路12對螢光燈90進行預熱。此外，系統控制單元20回應回授信號Is1代表螢光燈90已點亮時，系統控制單元令預熱及點燈電路12停止進行預熱，以讓螢光燈90正常操作，其中由於停止預熱的運作，進而減少能量的消耗。在其他實施例中，如配合如第4圖之架構所示意的調光控制或偏壓控制的機制，此燈管控制系統1更可於一調光模式，進行預熱或消除調光時產生的駐波。又如配合如第4圖之架構所示意保護控制的機制，燈管控制系統1更可於燈管發生問題時，進入一保護模式以停止運作，以避免危險。故此，依據第1圖之燈管控制系統1，可以不同的實施方式，提供燈管控制上設計的彈性。
請參考第1圖，預熱及點燈電路12例如包括一點燈電路113、一預熱電路115和一電流檢測裝置117。點燈電路113和預熱電路115，皆耦接至電源轉換電路111(藉由交流信號輸出端N2 )和螢光燈90之兩端，用以預熱及開啟螢光燈90。電流檢測裝置117，偵測螢光燈90的電流以輸出一回授電流信號Is1。例如，系統控制單元20回應回授信號Is1代表螢光燈90處於一預熱模式時，系統控制單元20令該預熱電路115於螢光燈90之兩端進行預熱。系統控制單元20回應回授信號Is1代表螢光燈90已點亮時，系統控制單元20控制禁能該預熱電路115，以停止進行預熱，並藉由點燈電路113繼續驅動螢光燈90。
第2圖是為依照第1圖中燈管控制單元10的一實施例。燈管控制單元包括一電源轉換電路111和一預熱及點燈電路200。預熱及點燈電路200包括：一諧振電路210、一二極體電橋BD、一切換裝置和一電流檢測裝置。諧振電路210，耦接於螢光燈90之兩端之一，例如包括一電容Cr1及一電感Lr1，或是其他的諧振電路。二極體電橋BD，具有兩端點分別耦接螢光燈90之兩端，二極體電橋BD的其中一端點藉由諧振電路210耦接至螢光燈90。一切換裝置，例如包括一開關裝置Q。二極體電橋BD更具有另外兩端點，切換裝置耦接於此二極體電橋BD的另外兩端點之間。電流檢測裝置例如比流器CT1 ，偵測螢光燈90的電流以輸出一回授信號Is1。
在此實施例中，前述的系統控制單元20可實施為：回應回授信號Is1，控制此切換裝置，令燈管控制單元10可於不同的操作模式中運作。例如回應回授信號Is1代表螢光燈90處於一預熱模式時，系統控制單元20致能此切換裝置，例如藉由一第一控制信號SC1 代表致能，使切換裝置之開關裝置Q導通，諧振電路210便藉由二極體電橋BD提供之路徑於螢光燈90之兩端進行預熱。在此預熱模式中，從電源轉換電路111輸出的交流信號例如為高頻的方波的電流，透過諧振電路210的濾波而成為弦波，對螢光燈90兩端的燈絲進行預熱。當系統控制單元20回應回授信號Is1代表螢光燈90已點亮時，系統控制單元20禁能該切換裝置，例如藉由第一控制信號SC1 代表禁能，使切換裝置之開關裝置Q不能導通，以停止對螢光燈90進行預熱。此時，從電源轉換電路111輸出的交流信號之電流，透過諧振電路210之電感Lr1，直接進入螢光燈90而發光；又由於電流不再通過經由電容Cr1及二極體電橋BD提供之路徑，故能產生節能的效果。
在另一實施例中，系統控制單元20，回應一調光信號，於螢光燈90已啟動後，致能該切換裝置，令該諧振電路210再次藉由該二極體電橋BD提供之路徑於螢光燈90之兩端進行預熱動作，以穩定螢光燈90在調光模式中的光輸出。在一實施例中，預熱及點燈電路200，更包括一防突波裝置230，例如一電感Lh，防突波裝置230耦接於諧振電路210及二極體電橋BD之間。在調光模式中，諧振電路210於再次進行預熱動作之時，瞬間可能有突波電流產生，而防突波裝置230可以緩和或抑制此突波電流對整體電路的影響。在另一實施例中，預熱及點燈電路200，更包括一隔離電路220，隔離電路200耦接至螢光燈90之兩端其一，隔離電路200係接受如前述之一直流信號Vdc，用以提供一分壓於螢光燈90之一端。例如第2圖所示，隔離電路220包括隔離電容Cb1及Cb2，在節點Nb處提供一約Vdc/2之電壓。又隔離電路220可以其他方式實施，如僅包括單一個隔離電容Cb2。
第3圖是為第2圖之預熱及點燈電路的另一實施例。相較於第2圖的預熱及點燈電路200，第3圖的預熱及點燈電路300更包一電容性電路，例如電容Cr2，耦接於螢光燈90之兩端之間。於預熱模式中，如同前述諧振電路210之作用，此電容性電路亦提供讓預熱電流流經螢光燈90兩端的燈絲，達到柔性啟動。此外，在切換裝置之開關裝置Q禁能時，亦即諧振電路210截止時，此電容性電路可提供一直流偏壓給螢光燈90，使得螢光燈90能夠在足夠的額定電壓下點燈，達到穩定的發光狀態。
而基於上述之燈管控制系統1之實施例，更可增加其他電路元件或單元加以延伸，而視為一燈管節能系統。例如第4圖示意一種燈管節能系統的架構之實施例的方塊圖。燈管節能系統400包括一電源管理單元80、一燈管控制單元10和一系統控制單元40。電源管理單元80，具有一交流電源輸入端及一直流信號輸出端。燈管控制單元10例如是以依第1圖至第3圖所示意的方式實施。燈管控制單元10之直流信號輸入端N1 耦接電源管理單元80之直流信號輸出端。
電源管理單元80例如包括一濾波電路81、一橋式整流電路83和一功因修正電路85，其中濾波電路81耦接一交流(AC)電源，功因修正電路85輸出一高壓的直流信號。濾波電路81例如由電感及電容所組成，主要為過濾AC電源所挾帶之雜訊，降低諧波成分，改善電源品質。橋式整流電路83，例如用以將60赫玆交流電源整流為120赫玆直流電源，以提供系統所需要的電源特性。功因修正電路85，例如用以調整電壓及電流落差相角，以達到同相位，並配合濾波電路81功能，以提升電源效率。
又如第5圖所示，電源管理單元之另一實施例。電源管理單元500包括一第一整流濾波電路510、一升壓電路520、一變壓器530和一第二整流濾波電路540。第一整流濾波電路510，耦接電源管理單元500之交流電源輸入端。升壓電路520，耦接第一整流濾波電路510。變壓器530具有一次側及二次側，其中升壓電路520耦接於變壓器530之一次側及第一整流濾波電路510之一輸出端之間。第二整流濾波電路540，具有一輸入端及一輸出端，其中第二整流濾波電路540之輸入端耦接於變壓器530之二次側，第二整流濾波電路540之輸出端耦接電源管理單元10之直流信號輸入端N1 ，以提供直流信號Vdc，例如：耦接到第4圖之燈管控制單元10之直流信號輸入端N1 。此外，升壓電路520例如利用升壓控制器(boost controller)521來據以實施，例如ST6561、MC33262、MC33265的積體電路。第5圖之電源管理單元500由於利用變壓器530，其具有隔離性及升壓效果，從而提高系統的安全性。例如，第一整流濾波電路510接收60Hz，85V～265V範圍的交流電源，經EMI濾波，橋式整流電路後，再經升壓電路520的功因修正控制以改善電流諧波與電壓電流相位差，進而提升電力品質。繼而透過耦合變壓器530提升電壓位準於二次側輸出，最後第二整流濾波電路540整流濾波得到直流信號Vdc輸出，以使電源零相位差，低諧波的高功因品質，為節能裝置系統提供一穩定電源，例如是400V至430V的直流信號。
依據第4圖之燈管節能系統的架構，以下提出螢光燈的不同的應用實施例。
在一實施例中，系統控制單元40例如包括一第一判定電路41，依據回授信號Is1，輸出一第一控制信號SC1 ，以控制預熱及點燈電路12進行或停止預熱動作。
在一實施例中，燈管節能系統400更包括一調光控制單元50，耦接電源轉換電路111，用以回應於一設定信號Sdc，輸出一調光信號SDim 以及控制電源轉換電路111以進行調光。在一實施例中，系統控制單元40更具有一第二判定電路43，第二判定電路43回應此調光信號SDim ，於螢光燈90已啟動後，透過輸出第一控制信號SC1 致能預熱及點燈電路12中之預熱電路115以對螢光燈90進行預熱；或致能前述切換裝置之開關裝置Q，令諧振電路210藉由二極體電橋BD提供之路徑於螢光燈90之兩端進行預熱。調光控制單元50例如以第6圖的調光控制單元650的方式實施。
在另一實施例中，燈管節能系統400，更包括一偏壓控制電路70，偏壓控制電路70耦接至螢光燈90之兩端之其一，其中系統控制單元40之第二判定電路43，回應調光信號SDim ，於螢光燈90已啟動後，除了致能預熱電路115或切換裝置之開關裝置Q，更透過輸出一第二控制信號SC2 致能偏壓控制電路70，以產生一偏壓信號以消除螢光燈90產生的駐波。
在另一實施例中，燈管節能系統400更包括：一保護控制電路60，耦接電源轉換電路111之一控制端，其中回應於一回授信號Is2代表一過電流事件，保護控制電路60提供一旁路連接此控制端，令電源轉換電路111停止從交流信號輸出端N2 輸出交流信號。保護控制電路60例如為第6圖中的保護控制電路660。
第6圖及第7圖繪示依照第4圖之燈管節能系統的架構之實施例。如第6圖所示，燈管節能系統600包括一燈管控制單元610、一系統控制單元640、調光控制單元650和一保護控制電路660。
燈管控制單元610包括一電源轉換電路611和一預熱及點燈電路620。電源轉換電路611，用以進行直流對交流的電源轉換(DC-to-AC Converter)，例如是第6圖採用一種半橋架構(half-wave bridge configuration)，其電路利用一燈管調光驅動電路612，並配合上下兩個開關裝置(例如兩顆功率晶體Q1 及Q2 相串接形成開關)。燈管調光驅動電路612輸出兩個不同相位的脈波信號，透過電阻Rg1及Rg2，產生交錯的控制信號令兩個開關裝置Q1 及Q2 輪流導通，將直流信號Vdc轉換成高頻的交流信號，以符合螢光燈點燈特性。此外，電源轉換電路611更具有一頻率輸出端(用以輸出頻率信號Vi)、一頻率控制端(用以接收頻率變化信號Vo)以及一控制端(用以輸出信號SG)，其中藉由頻率控制端，可以改變電源轉換電路611所輸出的高頻交流信號的頻率，以符合螢光燈點燈特性，亦可作為調光之用。燈管調光驅動電路612例如是使用STM公司的6574或2028驅動器。
在第6圖中，預熱及點燈電路620採用與第2圖之實施例相似的架構，其中電流檢測裝置，包括了比流器CT1 和CT2 ，而使用兩個比流器的原因是為了避免兩者互相干擾，當然亦可使用一個比流器。預熱及點燈電路620之點燈電路(即諧振電路)係由電感及電容(如Lr1及Cr1)以串並聯方式相接於電源轉換電路611的半橋架構之後，將電源轉換電路611輸出的交流信號(例如40kHz或70-80Khz的方波)濾波並振盪後，輸出一高壓電(弦波)用以啟動螢光燈管。預熱電路包括與電容Cr1串接的電感Lh、二極體電橋BD以及開關裝置Q3 (即預熱電路包含防突波裝置、二極體電橋及切換裝置)。當螢光燈管啟動前，預熱電流流經燈管燈絲，再通過此預熱電路，其目的在於提供電流，以加熱燈管兩端燈絲，達到柔性啟動，避免高壓啟動燈管所導致燈頭黑化，甚至降低燈管使用壽命。
系統控制單元640，包括一第一判定電路641和一第二判定電路643。第一判定電路641包括一比較器I和一整流器二極體D3 。第二判定電路643包括一比較器II、一延遲電路BUF和一二極體D4 。當燈管啟動時，預熱電路先產生預熱電流流經螢光燈燈絲，比流器CT1 感應到螢光燈的電流，並輸出一回授信號Is1至第一判定電路641之比較器I。第一判定電路641之比較器I將回授信號Is1與門檻值Vref1做比較，若大於門檻值Vref1時，比較器I則送出代表致能的第一控制信號Sc1(如高位準邏輯信號)觸發切換裝置，如令開關裝置Q3 導通。又當燈管點亮後，點燈電路所產生預熱電流大部分流入螢光燈，瞬間比流器CT1 感應到螢光燈的電流並輸出回授信號Is1至比較器I與門檻值Vref1做比較，此時比較器I會送出(如高位準邏輯信號)禁能的第一控制信號Sc1，令開關裝置Q3 不導通，使包含Cr1之預熱電路斷路。
調光控制單元650，耦接電源轉換電路611之頻率輸出端和頻率控制端，用以回應於一設定信號(Sdc)，輸出一調光信號(SDim )以及藉由頻率控制端控制電源轉換電路611以進行調光。如第6圖所示，調光控制單元650，包括兩個隔離變壓器T1及T2，其中變壓器T1的二次側一端，接收燈管調光驅動電路612的頻率信號Vi。此頻率信號Vi經由變壓器T1一次側直流信號(DC Signal)調變後，於T1的二次側另一端輸出頻率變化信號Vo用以改變燈管調光驅動電路612的頻率，進而控制點燈電路操作頻率，最終改變螢光燈輸出亮度。而於直流信號調變電路一端，串接一變壓器T2隨時追蹤感應直流信號，即設定信號Sdc的變化情形，並於變壓器T2的二次側一端輸出調光信號SDim 至系統控制單元640的第二判定電路643，如比較器II，作為預熱電路的調光電流補償控制參考。又調光控制單元650可以數位電路方式實施，而設定信號Sdc亦可改為數位信號方式輸入。
此外，在燈管啟動動作完成後，系統進入調光待命中，若非調光狀態下，變壓器T2二次側輸出調光信號SDim 為零。調光信號SDim 藉由比較器II與門檻值Vref2(其中Vref2>Vref1)比較，再經過延遲電路BUF，得到一底位準邏輯信號，此時系統維持原來點燈狀態。若於調光狀態下，變壓器T2二次側輸出調光信號SDim 不為零，經比較器II作比較，再經過延遲電路BUF，得到一致能(如高位準邏輯)信號。此時系統處於調光模式中，此致能信號會觸發開關裝置Q3 導通，使預熱電路再次啟動，進而讓電流流經螢光燈燈絲，作為調光電流補償，以穩定螢光燈的低功率輸出。當開關裝置Q3 瞬間導通，預熱裝置啟動時，瞬間有突波電流湧入電容Cr1，此時串接的電感Lh可抑制吸收，不至於使電容Cr1因電壓瞬間變化而損壞元件或電路。
又第二判定電路643中的延遲電路，例如是緩衝器(Buffer)，是用以暫緩比較器II所輸出的信號，避免與比較器I輸出的信號互相衝突，其延遲時間需設定大於啟動時間(例如約3秒)。亦即燈管啟動完畢後，開關裝置Q3 才接受第二判定電路643所輸出信號的導通控制，以進入調光模式中。
保護控制電路660，耦接電源轉換電路611之控制端(用以輸出信號SG)，其中回應於回授信號Is2代表一過電流事件，保護控制電路660提供一旁路連接控制端，令電源轉換電路611停止輸出交流信號。保護控制電路660包括至少二整流器(如二極體D8 和D9 )、限流器(如電阻R1 )、濾波器(如電容C1 )、位準判定元件(如二極體元件ZD)和保護控制器(如矽控元件SR)。當螢光燈啟動失敗時，有可能出現整流效應，此時電流瞬間會上升，甚至於超過螢光燈管的額定電流。此時比流器CT2 將感測到螢光燈的電流，並輸出回授信號Is2，若在限流器(即電阻R1 )及濾波器(即電容C1 )之間的位準超過位準判定元件(即二極體元件ZD)所設定的門檻值時，將使通過二極體元件ZD且觸發矽控元件SR而導通，進而將電源轉換電路611之控制端的驅動信號SG旁路至接地端，令電源轉換電路611停止運作，即停止輸出交流信號。準位判定元件可選用齊納二極體(Zener)或雙向觸發閘流體(DIAC)。此保護控制器可為三端閘流體觸發元件，且更可選用矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier；SCR)。
此外，當螢光燈移走或未接上致使點燈電路形成開路時，電源轉換電路亦無輸出，此狀態下此燈管節能系統400便形成自動開路保護，以防開路高壓損毀燈管節能系統400。
第7圖繪示依照第4圖之燈管節能系統的架構之另一實施例。相較於第6圖，第7圖的之燈管節能系統700中，預熱及點燈電路720採用與第3圖相似的電路，包括一電容性電路，如電容Cr2，其中電容Cr1大於電容Cr2。此外，預熱及點燈電路720耦接一偏壓控制電路770，偏壓控制電路770耦接至螢光燈90之兩端之一。相較於第6圖，系統控制單元740之第二判定電路743更輸出一第二控制信號SC2 ，以控制偏壓控制電路770。系統控制單元770，回應調光信號SDim ，於螢光燈已啟動後，致能切換裝置之開關裝置Q3 ，並致能偏壓控制電路770，以產生一偏壓信號以消除螢光燈90產生的駐波。系統控制單元770例如包括一電阻Rb及一切換裝置Q4 。
例如，於調光模式時，若螢光燈於低功率光輸出(約低於10%)時，螢光燈內出現駐波，此時切換裝置Q4 接受到第二判定電路743輸出的第二控制信號SC2 致能而導通，以產生一偏壓信號，偏壓信號流過螢光燈以消除駐波現象。
在此實施例中，預熱電路更包括了耦接於螢光燈兩端的電容Cr2(其中電容Cr1遠大於電容Cr2)。當螢光燈啟動前，預熱電流流經螢光燈燈絲，再通過此包括電容Cr1及Cr2的預熱電路，其目的同樣是用於提供電流，以加熱螢光燈兩端燈絲，達到柔性啟動，避免高壓啟動螢光燈所導致燈頭黑化，甚至降低螢光燈使用壽命。再者，當包括電容Cr1的預熱電路被截止時，電容Cr2可提供一直流偏壓給螢光燈，使得螢光燈能夠在足夠的額定電壓下點燈，達到穩定的發光狀態。
再以包括電容Cr1及Cr2的預熱電路作分析如下。當螢光燈啟動時，在預熱模式中，故藉由第一控制信號SC1 代表致能，令開關裝置Q3導通，此時電容Cr2的電路亦有微小電流流過，但可忽略不計。當螢光燈點亮後，藉由第一控制信號SC1 代表禁能，令開關裝置Q3不導通，此時電容Cr2的電路亦有微小電流流過，同樣可忽略不計。
第8圖及第9圖繪示依照第6圖之燈管節能系統的架構之燈管控制單元之其他實施例，其中省略重覆之部分。在第8圖中，燈管節能系統800之燈管控制單元810具有與第6圖之電源轉換電路610相似的結構，惟在燈管的一端，更耦接一偏壓控制電路870，而且其耦接方式亦有別於第7圖之偏壓控制電路770。在第9圖中，燈管節能系統900之燈管控制單元910具有與第6圖之電源轉換電路610相似的結構，而電源轉換電路611和預熱及點燈電路620之間更耦接一偏壓控制電路970。上述的例子亦可適用於預熱及點燈電路720。
第10圖示意一種燈管節能系統的架構之其他實施例的方塊圖。此燈管節能系統1000與前述第4、6及7圖之燈管節能系統之差異在於系統控制單元1040利用處理單元，例如微處理器或微控制器1041來實施，以執行前述之第一及第二判定電路的功能。詳細來說，處理單元(即微控制器1041)依據回授信號Is1，輸出一第一控制信號SC1 ，以控制預熱及點燈電路620進行或停止預熱動作。此外，處理單元(即微控制器1041)也可回應調光信號SDim ，於螢光燈90已啟動後，輸出一第二控制信號SC2 ，以致能偏壓控制電路770，以產生一偏壓信號以消除螢光燈90的駐波。此外，燈管節能系統1000更利用微控制器1041輸出之一驅動信號SL，以控制燈管控制單元1010之電源轉換電路1011，詳細來說即是控制燈管調光驅動電路612。由於其他元件已述於前，故此不再贅述。又調光控制單元650可以數位電路方式實施，而設定信號Sdc亦可改為數位信號方式輸入。在另一實施例中，調光控制單元650可以整合到系統控制單元1040之中，其中系統控制單元1040改為接收代表調光度大小的設定信號(可為數位或電壓信號)，並繼而接收頻率信號Vi以控制燈管調光驅動電路612。
另外，第11圖繪示保護控制電路的另一實施例。此保護控制電路1100與前述之保護控制電路660具有相似的運作方式，並利用低於準位判定元件，如齊納二極體或雙向觸發閘流體，以及利用保護控制器，如為三端閘流體觸發元件或選用矽控整流器。直流電源接於PW端，用以提供偏壓；回授信號連接至TS端，當過電流現象發生時，藉由低於準位判定元件及利用保護控制器，令保護控制電路1100之LC端的電阻下降，從而提供旁路使與之連接的電路停止運作，從而使電路系統不會在過電流的狀態下持續的工作。故前述的保護控制單元並不限於第6圖所示的保護控制電路660，只要能於其中回應於回授信號代表一過電流事件，並提供一旁路連接電源轉換電路之控制端，令電源轉換電路停止輸出交流信號的電路，皆可用以實施保護控制電路。
第12圖是為第10圖的實施例中處理單元的方法流程圖之一實施例。步驟S100所示，在系統啟動時，處理單元作控制參數初始設定，例如是設定對於各個關關裝置，例如Q3 、Q4 的初始值，以及設定燈管調光驅動電路612，令其產生適當的輸出信號以控制Q1 及Q2 作交替開關動作。此外，在系統啟動時，已具有調光信號SDim 或不具有調光信號SDim (即SDim 實質上等於0)時，亦為控制參數初始設定要考慮的事情。步驟S110：進行預熱及點燈控制，其中處理單元控制開關裝置Q3 導通及Q4 不導通使其他電路依據步驟S100的初始設定運作，步驟S110之控制進行後進入步驟S120。在步驟S120中，處理單元讀取螢光燈電流參考值(如回授信號Is1)。步驟S130：判斷是否要令預熱電路截止，其中處理單元比較回授信號與一參考值的大小以作決定。若是，則進入步驟S140，以決定是否有調光信號，例如調光信號SDim 是否大於0。若有調光信號，則進入步驟S150，以進入調光模式。之後，如步驟S160所示，致能預熱電路及偏壓電路。由於第12圖與第6及7圖中的相對應的電路相似，故可參考預熱及點燈電路720和偏壓電路770的實施例，在此不再贅述。
此外，本揭露亦提出一種燈管節能系統之方法，此方法之一實施例，包括：(A)提供一燈管控制單元以控制一螢光燈，燈管控制單元包括：一電源轉換電路和一預熱及點燈電路，預熱及點燈電路耦接電源轉換電路及螢光燈之兩端，用以預熱及啟動螢光燈，並輸出一回授信號代表通過螢光燈的電流。(B)當回授信號代表螢光燈處於一預熱模式時，令預熱及點燈電路之一諧振電路藉由預熱及點燈電路之一二極體電橋提供電流路徑以進行預熱。(C)當回授信號代表螢光燈已點亮時，令預熱及點燈電路中之上述電流路徑截止以停止進行預熱。在一實施例中，此方法更可包括：(D)當一調光信號代表需要調光時，於螢光燈已點亮後，進入一調光模式令預熱及點燈電路之諧振電路藉由二極體電橋提供電流路徑以進行預熱。此方法更可包括：(E)在進入調光模式時，輸入一偏壓信號至螢光燈之兩端之一，以抑制螢光燈產生的駐波。此外，在一實施例中，此方法亦可加入保護機制之步驟，例如更包括：(F)當回授信號代表一過電流事件，提供一旁路連接電源轉換電路之一控制端，令電源轉換電路停止輸出一交流信號給預熱及點燈電路。此方法可應用於上述燈管控制系統以及燈管節能系統之各個實施例，亦可應用於其他電路結構方式實現之實施例。
如上所述，已提供燈管控制系統、燈管節能系統和燈管節能系統之節能方法的多個實施例。在一些實施例中，燈管控制系統能於預熱後對預熱電路進行截止動作，可減少能源消耗。再者，燈管控制系統可以不同的實施方式，提供燈管控制上設計的彈性。例如，一些實施例配合調光控制在調光時，預熱電路再次提供電流予螢光燈，以穩定螢光燈光輸出，延長壽命。又可進一步加上偏壓控制的機制，抑制調光之瞬間駐波現象。又可實施為加入保護控制的機制，燈管控制系統更可於螢光燈發生問題時，進入一保護模式以停止運作，以避免危險。一些實施例中，基於上述燈管控制系統，能實現為燈管節能系統，能達成具整合性、節能效益高之低耗能照明。如此，螢光燈控制的設計能更具彈性，亦利於節省硬體實施之成本，增進螢光燈的市場競爭性而且能推廣應用綠色照明技術於不同場合之中。
綜上所述，雖然以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案之實施方式。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．燈管控制系統
10、610、710、810、910、1010．．．燈管控制單元
12、200、300、620、720．．．預熱及點燈電路
20、40、640、740、1040．．．系統控制單元
111、611、1011．．．電源轉換電路
113．．．點燈電路
115．．．預熱電路
117．．．電流檢測裝置
210．．．諧振電路
220．．．隔離電路
230．．．防突波電路
400、600、700、800、900、1000．．．燈管節能系統
41、641．．．第一判定電路
43、643、743．．．第二判定電路
50、650．．．調光控制單元
510．．．第一整流濾波電路
520．．．升壓電路
521．．．升壓控制器
530．．．變壓器
540．．．第二整流濾波電路
60、660、1100．．．保護控制電路
70、770、870、970．．．偏壓控制電路
80、500．．．電源管理單元
81．．．濾波電路
83．．．橋式整流電路
85．．．功因修正電路
90．．．螢光燈
612．．．燈管調光驅動電路
1041．．．微控制器
BD．．．二極體電橋
CT1 、CT2 ．．．比流器
BUF．．．延遲電路
Q、Q1 、Q2 、Q3 、Q4 ．．．開關裝置
Cr1、Cr2、Cb1、Cb2、C1 、Ct ．．．電容
Lr1、Lh．．．電感
Rg1、Rg2、Rb、R1 、Rt ．．．電阻
D1 ~D9 ．．．二極體
ZD．．．位準判定元件
SR．．．保護控制器
T1 、T2 ．．．變壓器
N1 ．．．直流信號輸入端
N2 ．．．交流信號輸出端
Nb．．．節點
Vcc、Vdd．．．電源
Vdc．．．直流信號
Sdc．．．設定信號
SL、SG．．．驅動信號
Is1、Is2．．．回授信號
SC1 ．．．第一控制信號
SC2 ．．．第二控制信號
SDim ．．．調光信號
Vo．．．頻率變化信號
Vi．．．頻率信號
Vref1、Vref2．．．門檻值
S100-S160．．．步驟
第1圖示意一種燈管控制系統之實施例的方塊圖。
第2圖是為依照第1圖中燈管控制單元的一實施例。
第3圖是為第2圖之預熱及點燈電路的另一實施例。
第4圖示意一種燈管節能系統的架構之實施例的方塊圖。
第5圖是為電源管理單元之一實施例。
第6圖及第7圖繪示依照第4圖之燈管節能系統的架構之實施例。
第8圖及第9圖繪示依照第4圖之燈管節能系統的架構之燈管控制單元之其他實施例。
第10圖示意一種燈管節能系統的架構之其他實施例的方塊圖。
第11圖繪示保護控制電路的另一實施例。
第12圖是為第10圖的實施例中處理單元的方法流程圖之一實施例。
1．．．燈管控制系統
10．．．燈管控制單元
12．．．預熱及點燈電路
20．．．系統控制單元
113．．．點燈電路
115．．．預熱電路
117．．．電流檢測裝置
90．．．螢光燈
Is1．．．回授信號
SC1 ．．．第一控制信號
N1 ．．．直流信號輸入端
N2 ．．．交流信號輸出端
Vdc．．．直流信號

Claims (20)

  1. 一種燈管控制系統，包括：一燈管控制單元，用以控制一螢光燈，該燈管控制單元包括：一電源轉換電路，係將一直流信號轉換為一交流信號輸出，該電源轉換電路具有一直流信號輸入端及一交流信號輸出端；以及一預熱及點燈電路，耦接該交流信號輸出端及該螢光燈之兩端，用以預熱及啟動該螢光燈，並輸出一回授信號代表通過該螢光燈的電流；一系統控制單元，回應該回授信號，控制該預熱及點燈電路；其中回應該回授信號代表該螢光燈處於一預熱模式時，該系統控制單元令該預熱及點燈電路對該螢光燈進行預熱；其中該系統控制單元回應該回授信號代表該螢光燈已點亮時，該系統控制單元令該預熱及點燈電路停止進行預熱。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之燈管控制系統，其中該預熱及點燈電路，包括：一預熱電路，耦接該電源轉換電路以及於該螢光燈之該兩端；一點燈電路，耦接該電源轉換電路以及於該螢光燈之該兩端；一電流檢測裝置，偵測該螢光燈的電流以輸出該回授信號；其中該系統控制單元回應該回授信號代表該螢光燈處於一預熱模式時，該系統控制單元致能該預熱電路，令該預熱電路於該螢光燈之該兩端進行預熱；其中該系統控制單元回應該回授信號代表該螢光燈已點亮時，該系統控制單元控制禁能該預熱電路，以停止進行預熱，並藉由該點燈電路繼續驅動該螢光燈。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之燈管控制系統，其中該預熱及點燈電路包括：一諧振電路，耦接於該螢光燈之該兩端之一；一二極體電橋，具有兩端點分別耦接該螢光燈之該兩端，該二極體電橋的該其中一端點藉由該諧振電路耦接至該螢光燈；一切換裝置，其中該二極體電橋更具有另外兩端點，該切換裝置耦接於該二極體電橋之該另外兩端點之間；以及一電流檢測裝置，偵測該螢光燈的電流以輸出該回授信號；其中回應該回授信號代表該螢光燈處於一預熱模式時，該系統控制單元致能該切換裝置，該諧振電路藉由該二極體電橋提供之路徑於該螢光燈之該兩端進行預熱；其中該系統控制單元回應該回授信號代表該螢光燈已點亮時，該系統控制單元禁能該切換裝置，以停止進行預熱。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之燈管控制系統，其中該預熱及點燈電路，更包括一防突波裝置，該防突波裝置耦接於該諧振電路及該二極體電橋之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之燈管控制系統，其中該預熱及點燈電路，更包括一隔離電路，該隔離電路耦接至該螢光燈之該兩端其一，該隔離電路接受該直流信號，用以提供一分壓給該螢光燈。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之燈管控制系統，其中該預熱及點燈電路，更包括一電容性電路，耦接於該螢光燈之該兩端之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之燈管控制系統，其中該系統控制單元包括一第一判定電路，該第一判定電路依據該回授信號，輸出一第一控制信號，以控制該預熱及點燈電路進行或停止預熱動作。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之燈管控制系統，其中該系統控制單元更包括一第二判定電路，回應一調光信號，於該螢光燈已啟動後，致能該預熱及點燈電路以對該螢光燈進行預熱。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之燈管控制系統，更包括一偏壓控制電路，該偏壓電路耦接至該螢光燈之該兩端之一，其中該系統控制單元之該第二判定電路，回應該調光信號，於該螢光燈已啟動後，輸出一第二控制信號，以致能該偏壓控制電路，以產生一偏壓信號以消除該螢光燈的駐波。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之燈管控制系統，其中該系統控制單元包括一處理單元，依據回授信號，輸出一第一控制信號，以控制該預熱及點燈電路進行或停止預熱動作。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之燈管控制系統，更包括一偏壓控制電路，該偏壓電路耦接至該螢光燈之該兩端之一，其中該處理單元回應一調光信號，於該螢光燈已啟動後，輸出一第二控制信號，以致能該偏壓控制電路，以產生一偏壓信號以消除該螢光燈的駐波。
  12. 一種燈管節能系統，包括：一電源管理單元，具有一交流電源輸入端及一直流信號輸出端；及一燈管控制系統，為前述申請專利範圍第1-11項任一之燈管控制系統，其中該電源轉換電路之該直流信號輸入端耦接該電源管理單元之該直流信號輸出端。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之燈管節能系統，其中該電源管理單元，包括：一第一整流濾波電路，耦接該交流電源輸入端；一升壓電路，耦接該第一整流濾波電路；一變壓器，該變壓器具有一一次側及一二次側，其中該升壓電路耦接於該一次側及該第一整流濾波路之一輸出端之間；以及一第二整流濾波電路，具有一輸入端及一輸出端，其中第二整流濾波之該輸入端耦接於該二次側，該第二整流濾波電路之該輸出端耦接該電源管理單元之該直流信號輸入端。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之燈管節能系統，其中該燈管節能系統更包括一調光控制單元，耦接該電源轉換電路，用以回應於一設定信號，輸出一調光信號以及控制該電源轉換電路進行調光。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之燈管節能系統，其中該電源轉換電路更具有一頻率輸出端以及一頻率控制端；該調光控制單元，耦接該電源轉換電路之該頻率輸出端以及該頻率控制端，用以回應於該設定信號，藉由該頻率控制端控制該電源轉換電路以進行調光。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之燈管節能系統，更包括：一保護控制電路，耦接該電源轉換電路之一控制端，其中回應於該回授信號代表一過電流事件，該保護控制電路提供一旁路連接該控制端，令該電源轉換電路停止從該交流信號輸出端輸出該交流信號。
  17. 一種燈管節能系統之節能方法，包括：提供一燈管控制單元以控制一螢光燈，該燈管控制單元包括：一電源轉換電路和一預熱及點燈電路，該預熱及點燈電路耦接該電源轉換電路及該螢光燈之兩端，用以預熱及啟動該螢光燈，並輸出一回授信號代表通過該螢光燈的電流；當該回授信號代表該螢光燈處於一預熱模式時，令該預熱及點燈電路之一諧振電路藉由該預熱及點燈電路之一二極體電橋提供電流路徑以進行預熱；以及當該回授信號代表該螢光燈已點亮時，令該預熱及點燈電路中之該電流路徑截止以停止進行預熱。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之燈管節能系統之節能方法，更包括：當一調光信號代表需要調光時，於該螢光燈已點亮後，進入一調光模式令該預熱及點燈電路之該諧振電路藉由該二極體電橋提供電流路徑以進行預熱。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之燈管節能系統之節能方法，更包括：在進入該調光模式時，輸入一偏壓信號至該螢光燈之該兩端之一，以抑制該螢光燈的駐波。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之燈管節能系統之節能方法，更包括：當該回授信號代表一過電流事件，提供一旁路連接該電源轉換電路之一控制端，令該電源轉換電路停止輸出一交流信號給該預熱及點燈電路。
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