TWI446827B - 調光裝置及其信號調整裝置 - Google Patents

Description

調光裝置及其信號調整裝置

本發明係有關於一種照明裝置，且特別是有關於一種用於調光裝置之信號調整裝置。

三極交流開關(Triode for Alternating Current,Triac)是常見於日光燈或球泡燈內的調光器，然而，三極交流開關卻不適用於一般發光二極體的調光。

上述不適用的狀況，是由於發光二極體的特性與傳統燈源特性有極大的不同，若將使用於日光燈或球泡燈內的調光器應用於發光二極體的調光，會使發光二極體產生閃爍、調光不良或無法調光的問題。

由此可見，上述現有的方式，顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。因此，如何能改善將使用於日光燈或球泡燈內的調光器應用於發光二極體的調光時，會使發光二極體產生閃爍、調光不良或無法調光的問題，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

本發明內容之一目的是在提供一種調光裝置及其信號調整裝置，藉以改善將使用於日光燈或球泡燈內的調光器應用於發光二極體的調光時，會使發光二極體產生閃爍、調光不良或無法調光的問題。

為達上述目的，本發明內容之一技術態樣係關於一種信號調整裝置。信號調整裝置包含波形檢測電路、積分電路以及取樣電路。波形檢測電路用以偵測弦波信號的導通角度，並根據弦波的導通角度將弦波信號轉換為方波信號。積分電路用以接收方波信號，並對方波信號進行積分以產生中間信號。取樣電路用以接收中間信號，並對中間信號進行取樣以產生直流準位信號而驅動發光元件。

根據本發明一實施例，中間信號週期性地呈現三段期間，中間信號的期間包含放電期間、充電期間以及維持期間。

根據本發明另一實施例，信號調整裝置更包含比較電路。比較電路用以接收直流準位信號，並將直流準位信號與鋸齒波信號進行比較以產生脈衝寬度調變控制信號而驅動發光元件。

根據本發明再一實施例，信號調整裝置更包含切相調光電路。切相調光電路用以對輸入交流電壓進行相位調整而產生弦波信號。

根據本發明又一實施例，信號調整裝置更包含整流電路。整流電路電性耦接於切相調光電路，用以對弦波信號進行整流。

根據本發明另再一實施例，波形檢測電路包含比較器。

根據本發明另又一實施例，積分電路包含電容以及運算放大器的其中至少一者。

根據本發明再另一實施例，取樣電路包含電容。

為達上述目的，本發明內容之另一技術態樣係關於一種調光裝置。調光裝置包含切相調光電路、波形檢測電路、積分電路、取樣電路以及比較電路。切相調光電路用以對輸入交流電壓進行相位調整而產生調相弦波信號。波形檢測電路用以偵測調相弦波信號的導通角度，並根據弦波的導通角度將弦波信號轉換為方波信號。積分電路用以接收方波信號，並對方波信號進行積分以產生中間信號。取樣電路用以接收中間信號，並對中間信號進行取樣以產生直流準位信號。比較電路用以接收直流準位信號，並將直流準位信號與鋸齒波信號進行比較以產生脈衝寬度調變控制信號而驅動發光元件。

根據本發明一實施例，中間信號週期性地呈現三段期間，該中間信號的該期間包含一放電期間、一充電期間以及一維持期間。

因此，根據本發明之技術內容，本發明實施例藉由提供一種調光裝置及其信號調整裝置，藉以改善將使用於日光燈或球泡燈內的調光器應用於發光二極體的調光時，會使發光二極體產生閃爍、調光不良或無法調光的問題。

為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。

其中圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

第1圖係依照本發明一實施例繪示一種信號調整裝置100的電路方塊示意圖。如第1圖所示，信號調整裝置100包含波形檢測電路130、積分電路140以及取樣電路150。

於操作上，波形檢測電路130用以偵測弦波信號Vr的導通角度，並根據弦波的導通角度將弦波信號Vr轉換為方波信號Vw。積分電路140用以接收方波信號Vw，並對方波信號Vw進行積分以產生中間信號Vi。取樣電路150用以接收中間信號Vi，並對中間信號Vi進行取樣以產生直流準位信號Vs而驅動發光元件(例如：發光二極體)。

如上所述，本發明實施例之信號調整裝置100用以將原本不適合用於發光二極體調光之三極交流開關的波形(例如：弦波信號Vr)，轉換成可用於發光二極體調光的直流準位信號(例如：直流準位信號Vs)，達成連續電流輸出之調光特性，有效解決發光二極體閃爍以及無法良好調光的問題，並具有高線性調光和快速調光的優點。

此外，由於上述信號調整裝置100的偵測與取樣是呈現與輸入週期時間相同，在隨著調光角度快速變化時，能有效且快速反應在輸出上。

詳細而言，中間信號Vi週期性地呈現三段期間，中間信號Vi的期間包含放電期間、充電期間以及維持期間。

在一實施例中，信號調整裝置100更包含比較電路160。比較電路160用以接收直流準位信號Vs，並將直流準位信號Vs與鋸齒波信號進行比較以產生脈衝寬度調變控制信號而驅動發光元件。

進一步而言，本發明實施例之信號調整裝置100用以將原本不適合用於發光二極體調光之三極交流開關的波形(例如：弦波信號Vr)，轉換成適合發光二極體調光的脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)控制信號，達成連續電流輸出之調光特性，有效解決發光二極體閃爍以及無法良好調光的問題，並具有高線性調光和快速調光的優點。

在任選的一實施例中，信號調整裝置100更包含切相調光電路110。切相調光電路110用以對輸入交流電壓V_source 進行相位調整而產生調相弦波信號Vt。

在另一實施例中，信號調整裝置100更包含整流電路120。整流電路120電性耦接於切相調光電路110，用以對調相弦波信號Vt進行整流。

於製作上，波形檢測電路130可包含比較器，亦即波形檢測電路130得以比較器來實現。此外，積分電路140可包含電容以及運算放大器的其中至少一者，亦即積分電路140得以電容來實現，或者，積分電路140得以運算放大器配合電容與電阻來實現。再者，取樣電路150可包含電容，亦即取樣電路150得以電容來實現，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可選擇性地採用適當的電子元件來實現波形檢測電路130、積分電路140或者取樣電路150。

請參照第1圖，在本發明的另一技術態樣中，調光裝置100包含切相調光電路110、波形檢測電路130、積分電路140、取樣電路150以及比較電路160。

於操作上，切相調光電路110用以對輸入交流電壓V_source 進行相位調整而產生調相弦波信號Vt。波形檢測電路130用以偵測調相弦波信號Vt的導通角度，並根據弦波的導通角度將調相弦波信號Vt轉換為方波信號Vw。積分電路140用以接收方波信號Vw，並對方波信號Vw進行積分以產生中間信號Vi。取樣電路150用以接收中間信號Vi，並對中間信號Vi進行取樣以產生直流準位信號Vs。比較電路160用以接收直流準位信號Vs，並將直流準位信號Vs與鋸齒波信號進行比較以產生脈衝寬度調變控制信號而驅動發光元件(例如：發光二極體)。

在一實施例中，中間信號Vi週期性地呈現三段期間，中間信號Vi的期間包含放電期間、充電期間以及維持期間。

第2A圖係依照本發明另一實施例繪示一種切相調光電路110的輸出波形示意圖。如圖所示，輸入交流電壓V_source 經切相調光電路110對其進行相位調整，而產生調相弦波信號Vt。

請參照第2B圖，其係依照本發明再一實施例繪示一種整流電路120的輸出波形示意圖。如圖所示，切相調光電路110所輸出的調相弦波信號Vt，經整流電路120對其進行整流後，而產生弦波信號Vr。

第2C圖係依照本發明又一實施例繪示一種波形檢測電路130的輸出波形示意圖。如圖所示，整流電路120所產生的弦波信號Vr，經波形檢測電路130偵測其導通角度後，根據其導通角度將其轉換為方波信號Vw。

如第2D圖所示，其係依照本發明另再一實施例繪示一種積分電路140的輸出波形示意圖。如圖所示，波形檢測電路130所產生的方波信號Vw，經積分電路140進行積分後，輸出中間信號Vi。

在此需說明的是，由第2D圖可以看出中間信號Vi週期性地呈現三段期間，分別包含電壓由高位準轉換成低位準的放電期間、電壓由低位準經由對方波信號Vw開始積分而逐漸提升至高位準的充電期間以及將電壓維持在高位準的維持期間。

第2E圖係依照本發明再另一實施例繪示一種取樣電路150的輸出波形示意圖。如圖所示，積分電路140所產生的中間信號Vi，經取樣電路150對其進行取樣後，輸出直流準位信號Vs。

如第2A至第2E圖所示，本發明實施例之信號調整裝置100可用以將經切相調光電路110調光後，仍具有弦波性質的輸入波形(例如：調相弦波信號Vt或弦波信號Vr)轉換成可用於發光二極體調光的直流準位信號(例如：直流準位信號Vs)，達成連續電流輸出之調光特性，有效解決發光二極體閃爍以及無法良好調光的問題，並具有高線性調光和快速調光的優點。

第3圖係依照本發明再又一實施例繪示一種信號調整裝置100的部分電路示意圖。如圖所示，信號調整裝置100的部分電路包含積分電路140、取樣電路150以及比較電路160。

詳細而言，積分電路140可包含控制器142、第一電晶體T1、第二電晶體T2以及積分電容C_set ，取樣電路150可包含第三電晶體T3以及取樣電容C_sample ，而比較電路160可包含比較器，然其並非用以限定本發明，僅例示性地說明本發明其中一種實現方式。

於操作上，控制器142可由波形檢測電路130接收方波信號Vw，而輸出第一控制信號C1、第二控制信號C2以及第三控制信號C3。

首先，在放電期間，控制器142輸出第一控制信號C1、第二控制信號C2以及第三控制信號C3，用以控制第一電晶體T1與第三電晶體T3關閉，且第二電晶體T2開啟，使得積分電容C_set 進行放電，此時係對中間信號Vi放電。

接著，在充電期間，控制器142輸出第一控制信號C1、第二控制信號C2以及第三控制信號C3，用以控制第一電晶體T1開啟、且第二電晶體T2與第三電晶體T3關閉，使得積分電容C_set 開始進行充電。

於積分完成後，進入維持期間，控制器142輸出第一控制信號C1、第二控制信號C2以及第三控制信號C3，用以控制第一電晶體T1、第二電晶體T2與第三電晶體T3關閉，使得積分電容C_set 維持中間信號Vi。

然後，控制器142依據接收方波信號VW而輸出第一控制信號C1、第二控制信號C2以及第三控制信號C3，用以控制第一電晶體T1與第二電晶體T2關閉，且第三電晶體T3開啟，使得取樣電容C_sample 進行取樣以產生直流準位信號Vs。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點。本發明實施例藉由提供一種調光裝置及其信號調整裝置，藉以改善將使用於日光燈或球泡燈內的調光器應用於發光二極體的調光時，會使發光二極體產生閃爍、調光不良或無法調光的問題。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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．．．信號調整裝置

110．．．切相調光電路

120．．．整流電路

130．．．波形檢測電路

140．．．積分電路

142．．．控制器

150．．．取樣電路

160．．．比較電路

為讓本發明之上述和其他目的、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圖係繪示依照本發明一實施例的一種信號調整裝置之電路方塊示意圖。

第2A圖係繪示依照本發明另一實施例的一種切相調光電路的輸出波形示意圖；第2B圖係繪示依照本發明再一實施例的一種整流電路之輸出波形示意圖；第2C圖係繪示依照本發明又一實施例的一種波形檢測電路之輸出波形示意圖；第2D圖係依照本發明另再一實施例繪示一種波形積分電路之輸出波形示意圖；第2E圖係繪示依照本發明再另一實施例的一種取樣電路之輸出波形示意圖。

第3圖係繪示依照本發明再又一實施例的一種信號調整裝置之部分電路示意圖。

100．．．信號調整裝置

110．．．切相調光電路

120．．．整流電路

130．．．波形檢測電路

140．．．積分電路

150．．．取樣電路

160．．．比較電路

Claims (10)

1. 一種信號調整裝置，包含：一波形檢測電路，用以偵測一弦波信號的一導通角度，並根據該弦波的該導通角度將該弦波信號轉換為一方波信號；一積分電路，用以接收該方波信號，並對該方波信號進行積分以產生一中間信號；以及一取樣電路，用以接收該中間信號，並對該中間信號進行取樣以產生一直流準位信號而驅動一發光元件。
2. 如請求項1所述之信號調整裝置，其中該中間信號週期性地呈現三段期間，該中間信號的該期間包含一放電期間、一充電期間以及一維持期間。
3. 如請求項1所述之信號調整裝置，更包含：一比較電路，用以接收該直流準位信號，並將該直流準位信號與一鋸齒波信號進行比較以產生一脈衝寬度調變控制信號而驅動該發光元件。
4. 如請求項1所述之信號調整裝置，更包含：一切相調光電路，用以對一輸入交流電壓進行相位調整而產生該弦波信號。
5. 如請求項4所述之信號調整裝置，更包含：一整流電路，電性耦接於該切相調光電路，用以對該弦波信號進行整流。
6. 如請求項1所述之信號調整裝置，其中該波形檢測電路包含一比較器。
7. 如請求項1所述之信號調整裝置，其中該積分電路包含一電容以及一運算放大器的其中至少一者。
8. 如請求項1所述之信號調整裝置，其中該取樣電路包含一電容。
9. 一種調光裝置，包含：一切相調光電路，用以對一輸入交流電壓進行相位調整而產生一調相弦波信號；一波形檢測電路，用以偵測該調相弦波信號的一導通角度，並根據該弦波的該導通角度將該弦波信號轉換為一方波信號；一積分電路，用以接收該方波信號，並對該方波信號進行積分以產生一中間信號；以及一取樣電路，用以接收該中間信號，並對該中間信號進行取樣以產生一直流準位信號；以及一比較電路，用以接收該直流準位信號，並將該直流準位信號與一鋸齒波信號進行比較以產生一脈衝寬度調變控制信號而驅動一發光元件。
10. 如請求項9所述之調光裝置，其中該中間信號週期性地呈現三段期間，該中間信號的該期間包含一放電期間、一充電期間以及一維持期間。