TWI442822B - 多重調光輸入電路 - Google Patents

Description

多重調光輸入電路

本揭示內容是有關於一種多重調光輸入電路，且特別是有關於一種具有多種輸入模式的調光輸入電路。

目前，照明燈具已成為生活必需品，可以在夜間提供燈光，或作為指標、安全警示等等用途。隨著社會經濟發展，現今大城市不論日夜都是燈火通明，大量的照明裝置逐漸對電力供應上造成負擔。

一般情況下的照明燈具經常是固定在最高能耗最高亮度下運作，不論使用人數多寡、使用用途為何、周圍環境明暗，這樣會帶來很多的能源浪費、折損燈泡壽命並產生較多的廢熱。

最近，多數的節能燈具可搭配調光控制器改變輸出亮度。使用者透過操作調光控制器，照明燈具可根據使用者的需求提供不同的亮度級方案。然而，因為製造廠商不同或電路設計的考量不一，調光控制器的輸出訊號也具有各種不同的輸出規格。

因應上述不同種類的調光控制器，調光驅動電路經常需要相對應調整的不同的電路輸入設計，方能接收到不同種類的輸入控制訊號，進而以不同的電力設定驅動發光源(如LED燈)，調光控制器與燈具上的驅動電路無法對應時，將可能使調光功能失效或導致電路毀損。

因此，為了解決上述問題，本發明提出一種多重調光輸入電路，其設計的目的在於，將多種類型(如類比電壓輸入、脈寬調變輸入、可變電阻)的輸入信號，轉換為類比電壓輸出，以作為燈具上調光驅動電路的調光控制訊號。並且，輸出的類比電壓類比須為線性且正比於類比電壓輸入之輸入電壓、脈寬調變訊號之占空比或可變電阻阻值之電阻值。

因此，本發明內容之一態樣是在提供一種多重調光輸入電路，其用以產生一類比電壓輸出至一調光驅動電路。其中該多重調光輸入電路包含輸入端、輸出端、定電流源、電壓調整單元、濾波單元以及輸出緩衝單元。輸入端耦接至輸入節點。輸出端用以輸出類比電壓輸出。定電流源耦接至輸入節點。電壓調整單元耦接於輸入節點與接地端之間。濾波單元耦接於該輸入節點與接地端之間。輸出緩衝單元耦接於濾波單元與輸出端之間。

其中，當該輸入端輸入一類比電壓輸入時，該類比電壓輸出正比於該類比電壓輸入之一電壓準位，或當該輸入端輸入一脈寬調變輸入時，該類比電壓輸出正比於該脈寬調變輸入之一占空比(duty cycle)，或當該輸入端與一接地端之間耦接一可變電阻時，該類比電壓輸出正比於該可變電阻之一電阻阻值。

根據本發明內容之一實施例中，其中該輸出緩衝單元包含一運算放大器，該運算放大器形成一電壓隨耦器。

根據本發明內容之另一實施例中，其中該濾波單元包含一濾波電阻以及一濾波電容，該濾波電阻耦接於該輸入節點與該輸出緩衝單元之間，該濾波電容之一端電性連接於該濾波電阻與該輸出緩衝單元之間，該濾波電容之另一端電性連接至一接地端。

根據本發明內容之另一實施例中，當該輸入端輸入該脈寬調變輸入時，該濾波單元對該脈寬調變輸入進行濾波，並產生正比於該脈寬調變輸入之該占空比(duty cycle)之該類比電壓輸出。

根據本發明內容之另一實施例中，其中該電壓調整單元包含一積納二極體，當該輸入端輸入該脈寬調變輸入時，該電壓調整單元用以將該脈寬調變輸入之一電壓最大值處理至該積納二極體之一崩潰電壓。

根據本發明內容之另一實施例中，進一步包含一限流電阻以及一輸入濾波電容，該限流電阻耦接於該輸入端與該輸入節點之間，該輸入濾波電容之一端電性連接於該輸入端與該限流電阻之間，該濾波電容之另一端電性連接至一接地端。其中，該輸入濾波電容之一電容值約為1000pF。

根據本發明內容之另一實施例中，當該輸入端與一接地端之間耦接該可變電阻時，該定電流源產生一定電流，該定電流通過該可變電阻並於該輸入端上形成一可變輸入電壓。

根據本發明內容之另一實施例中，多重調光輸入電路進一步包含一燈光關斷線路，該燈光關斷線路之一端耦接於該濾波單元與該輸出緩衝單元之間。其中該燈光關斷線路另耦接於一回授電路與一系統電壓端之間，當該輸入端之一電壓準位小於一基準值時，該燈光關斷線路將該回授電路關斷。

由於製造廠商不同或電路設計的考量不一，市面上調光控制器的輸出訊號也具有各種不同的輸出規格。目前常見的調光控制器產生之控制訊號主要分為下列三種：

(1)　類比電壓輸入：

通常為1V~10V(或0V~10V)的類比電壓輸入，利用電壓準位的大小代表不同的亮度級，由於輸出信號也是採用類比方式，因此輸入若採用1-10V輸入，電路只需做放大或衰減、緩衝即可。在設計上並無太大問題；

(2)　脈寬調變(pulse width modulation,PWM)輸入：

通常為12V~24V之間的PWM訊號，利用PWM輸入訊號所帶有不同占空比(duty cycle)代表不同的亮度級。採用PWM輸入訊號時，類比電壓輸出須正比於PWM輸入訊號的duty比率，因此可以採用RC濾波器將PWM輸入訊號濾為類比信號。習知的調光控制器的PWM輸入訊號採用12-24V的系統，因此若採用電阻-電容濾波須排除PWM輸入訊號其電壓準位的影響；以及

(3)　直接可變電阻調整：

採用可調整的可變電阻器，利用可變電阻器之電阻阻值代表不同的亮度級，此方式為直接連接一顆可變電阻(通常為100K歐姆，線性型)，不需額外信號、電源就可以調光。一般常用電阻分壓方式來設計，但隨著可變電阻阻值不同，類比電壓輸出呈現非線性，會導致燈光亮度變化也呈現非線性。

於是，本發明提出一種多重調光輸入電路，其設計的目的在於，將多種類型的輸入信號，轉換為線性的類比電壓輸出，以作為燈具上調光驅動電路的調光控制訊號。

請參閱第1圖，其繪示根據本發明之一實施例中一種多重調光輸入電路100的示意圖。如第1圖所示，多重調光輸入電路100包含輸入端IN1、輸出端OUT1、定電流源120、電壓調整單元140、濾波單元160以及輸出緩衝單元180。此外，於此實施例之多重調光輸入電路100中可進一步包含燈光關斷線路190，但本發明並不以此為限。

如第1圖所示，輸入端IN1耦接至輸入節點N1。輸出端OUT1用傳送類比電壓輸出至後續的調光驅動電路(未繪示)。定電流源120耦接至輸入節點N1。電壓調整單元140耦接於輸入節點N1與接地端之間。濾波單元160耦接於輸入節點N1與接地端之間。輸出緩衝單元180耦接於濾波單元160與輸出端OUT1之間。燈光關斷線路190之一端耦接於濾波單元160與輸出緩衝單元180之間，並且，燈光關斷線路190另耦接於回授電路200與系統電壓端Vcc之間。

請一併參閱第2圖，其繪示多重調光輸入電路100對應類比電壓輸入Va或脈寬調變輸入Vpwm時的電路示意圖。

如第2圖所示，於此實施例中，輸出緩衝單元180包含一運算放大器OP1，於此實施例中，運算放大器OP1主要用以形成電壓隨耦器作為輸出緩衝之用。

於此實施例中，濾波單元160包含濾波電阻R1以及濾波電容C1，濾波電阻R1耦接於輸入節點N1與輸出緩衝單元180之間，濾波電容C1之一端電性連接於濾波電阻R1與輸出緩衝單元180之間，濾波電容C1之另一端電性連接至接地端。

於此實施例中，電壓調整單元140包含積納二極體(zener diode)，於此實施例中可採用崩潰電壓為11V的積納二極體。

於此實施例中，多重調光輸入電路100進一步包含一限流電阻R2以及輸入濾波電容C2，限流電阻R2耦接於輸入端IN1與輸入節點N1之間，輸入濾波電容C2之一端電性連接於輸入端IN1與限流電阻R2之間，濾波電容C2之另一端電性連接至接地端，實際應用中，輸入濾波電容C2一電容值可大致約為1000pF，但本發明並不以此為限。

當輸入端IN1連接的是類比電壓輸入Va(如1-10V的定電壓輸入)時，此時，直流定電壓的類比電壓輸入Va可將輸入節點N1之電壓準位提升至類比電壓輸入Va的電壓準位，隨後經過輸出緩衝單元180中運算放大器OP1的等增益(uni-gain)處理，並形成經類比電壓輸出至輸出端OUT1。也就是說，此實施例中的輸出端OUT1上的類比電壓輸出大致上與原類比電壓輸入Va相等，如此一來，類比電壓輸出即正比於類比電壓輸入Va之電壓準位。

當輸入端IN1連接的是脈寬調變輸入Vpwm(如12-24V的PWM輸入)時，此時，脈寬調變輸入Vpwm受到電壓調整單元140中積納二極體的崩潰電壓(於此例中為11V)限制，脈寬調變輸入Vpwm的訊號電壓先經電壓調整單元140(即本實施例中，崩潰電壓為11V的積納二極體)處理至約11V後，再經由濾波單元160中濾波電阻R1以及濾波電容C1組成的RC濾波器，將其轉換為正比於脈寬調變之占空比(duty cycle)的類比電壓輸出。

此外，請參閱第3圖，其繪示多重調光輸入電路100對應可變電阻Ra時的電路示意圖。如第3圖所示，輸入端IN1與接地端之間耦接可變電阻Ra。

當輸入端IN1耦接可變電阻Ra時，為了習知技術中採用電阻分壓方式產生的類比電壓輸出與可變電阻Ra之阻值呈現非線性問題。本發明透過定電流源120對應可變電阻Ra進行電壓取樣，定電流源120產生的定電流Ic通過可變電阻Ra並於輸入端IN1上形成可變輸入電壓，透過歐姆定律V=I*R可知，輸入端IN1上形成的可變輸入電壓大小為Ic*Ra。由此可知，當Ic為定電流時，可變輸入電壓 與可變電阻Ra之阻值呈線性關係。

實際應用中，可變電阻Ra可採用100K歐姆的可變電阻，若要在可變電阻Ra二端產生0-10V的電壓，此定電流須為100uA，於此例中可利用參考電壓端Vref提供2.5V電壓來產生定電流，但本發明並不此為限。請參閱第4圖，其繪示定電流源120分別在不同可變電阻Ra阻值下的定電流特性模擬圖。

如第4圖所示，定電流源120的輸出電流可保持在100uA+/-0.5uA左右。在可變電阻Ra二端會產生0-10V電壓，即輸入端IN1上的可變輸入電壓。接著，可變輸入電壓便經過輸出緩衝單元180於輸出端OUT1上形成類比電壓輸出，其形成類比電壓輸出之路徑與流程，即與前述段落中所揭露採用類比電壓輸入Va時相似，請參考第2圖與有關採用類比電壓輸入Va時的詳細說明，在此不另贅述。

此外，當輸入端IN1為開路(floating)時，定電流源120會流向輸入濾波電容C2與濾波電容C1，使電容電壓提高，同時積納二極體的端電壓也會提高，最終至積納二極體的崩潰電壓11V。因此，此電路若採用無源(open collector)方式的脈寬調變輸入，也可以在輸入端產生脈寬調變輸入電壓波形，之後就以脈寬調變輸入形式處理。其中要注意的是，當輸入濾波電容選用過大時，定電流120對輸入濾波電容C2充電的時間會增加，造成非理想的脈寬調變波形。實際應用中，輸入濾波電容C2的選用可以1000pF為參考值。

此外，本發明的多重調光輸入電路100除了對類比電壓輸入、脈寬調變輸入、可變電阻均呈線性調整之外，另一方面，對應輸入端IN1為短路(short)或極低電壓時，則進一步加入將燈光關斷的功能，藉此，可實現透過調光控制直接關燈的功能、節省能耗、並避免燈管在低電壓驅動下發生惱人亮暗閃爍的情形。於此實施例中，當該輸入端IN1之電壓準位小於基準值(例如0.6V)時，該燈光關斷線路190便可導通，將回授電路200關斷。

接著，請參照第5A圖至第5D圖，其繪示在不同輸入模式下本發明的多重調光輸入電路的類比電壓輸出與各種輸入之間關係的實驗結果圖。由第5A圖至第5D圖可知，各種不同輸入方式輸出電壓均與輸入(電壓、電阻、duty)呈線性關係。以此線性的類比信號做為調光模組或驅動電路的參考命令，即可實現多重輸入的調光功能，實際應用中，可廣泛應用於發光二極體(light emitting diode,LED)的調光電路上。

綜上所述，本發明提出之多重調光輸入電路其設計的目的在於，將多種類型的輸入信號轉換為類比電壓輸出，以作為燈具上調光驅動電路的調光控制訊號。並且，輸出的類比電壓輸出須為線性且正比於類比電壓輸入之輸入電壓、脈寬調變訊號之占空比或可變電阻阻值之電阻值。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．多重調光輸入電路

120．．．定電流源

140．．．電壓調整單元

160．．．濾波單元

180．．．輸出緩衝單元

190．．．燈光關斷單元

200．．．回授電路

N1．．．輸入節點

IN1．．．輸入端

OUT1．．．輸出端

Va．．．類比電壓輸入

Vpwm．．．脈寬調變輸入

Vdd．．．系統電壓端

Vref．．．參考電壓端

OP1．．．運算放大器

R1．．．濾波電阻

C1．．．濾波電容

R2．．．限流電阻

C2．．．輸入濾波電容

Ra．．．可變電阻

Ic．．．定電流

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖繪示根據本發明之一實施例中一種多重調光輸入電路的示意圖；

第2圖繪示多重調光輸入電路對應類比電壓輸入或脈寬調變輸入時的電路示意圖；

第3圖繪示多重調光輸入電路對應可變電阻時的電路示意圖；

第4圖繪示定電流源分別在不同可變電阻阻值下的定電流特性模擬圖；

第5A圖繪示在可變電阻或類比電壓輸入模式下相對類比電壓輸出關係的實驗結果圖；

第5B圖繪示在無源脈寬調變輸入模式下相對類比電壓輸出關係的實驗結果圖；

第5C圖繪示在脈寬調變輸入模式下相對類比電壓輸出關係的實驗結果圖；以及

第5D圖繪示在另一種脈寬調變輸入模式下相對類比電壓輸出關係的實驗結果圖。

100．．．多重調光輸入電路

120．．．定電流源

140．．．電壓調整單元

160．．．濾波單元

180．．．輸出緩衝單元

190．．．燈光關斷單元

200．．．回授電路

N1．．．輸入節點

IN1．．．輸入端

OUT1．．．輸出端

Claims (9)

1. 一種多重調光輸入電路，用以產生一類比電壓輸出至一調光驅動電路，其中該多重調光輸入電路包含：一輸入端，耦接至一輸入節點；一輸出端，用以傳送該類比電壓輸出；一定電流源，耦接至該輸入節點；一電壓調整單元，耦接於該輸入節點與一接地端之間；一濾波單元，耦接於該輸入節點與一接地端之間；以及一輸出緩衝單元，耦接於該濾波單元與該輸出端之間；其中，當該輸入端輸入一類比電壓輸入時，該類比電壓輸出正比於該類比電壓輸入之一電壓準位，或當該輸入端輸入一脈寬調變輸入時，該類比電壓輸出正比於該脈寬調變輸入之一占空比(duty cycle)，或當該輸入端與一接地端之間耦接一可變電阻時，該定電流源產生一定電流，該定電流通過該可變電阻並於該輸入端上形成一可變輸入電壓，該類比電壓輸出正比於該可變電阻之一電阻阻值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多重調光輸入電路，其中 該輸出緩衝單元包含一運算放大器，該運算放大器形成一電壓隨耦器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多重調光輸入電路，其中該濾波單元包含一濾波電阻以及一濾波電容，該濾波電阻耦接於該輸入節點與該輸出緩衝單元之間，該濾波電容之一端電性連接於該濾波電阻與該輸出緩衝單元之間，該濾波電容之另一端電性連接至一接地端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多重調光輸入電路，當該輸入端輸入該脈寬調變輸入時，該濾波單元對該脈寬調變輸入進行濾波，並產生正比於該脈寬調變輸入之該占空比(duty cycle)之該類比電壓輸出。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多重調光輸入電路，其中該電壓調整單元包含一積納二極體，當該輸入端輸入該脈寬調變輸入時，該電壓調整單元用以將該脈寬調變輸入之一電壓最大值處理至該積納二極體之一崩潰電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多重調光輸入電路，進一步包含一限流電阻以及一輸入濾波電容，該限流電阻 耦接於該輸入端與該輸入節點之間，該輸入濾波電容之一端電性連接於該輸入端與該限流電阻之間，該濾波電容之另一端電性連接至一接地端。
7. 如申請專利範圍第6項所述之多重調光輸入電路，其中該輸入濾波電容之一電容值約為1000pF。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多重調光輸入電路，進一步包含一燈光關斷線路，該燈光關斷線路之一端耦接於該濾波單元與該輸出緩衝單元之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之多重調光輸入電路，其中該燈光關斷線路另耦接於一回授電路與一系統電壓端之間，當該輸入端之一電壓準位小於一基準值時，該燈光關斷線路將該回授電路關斷。