TWI446829B - A drive device, a transmission device and a lighting system - Google Patents

A drive device, a transmission device and a lighting system Download PDF

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Description

驅動裝置、傳送裝置及照明系統
本發明是有關於一種照明系統，特別是指一種透過電力線驅動發光二極體(LED，Light Emitting Diode)的照明系統。
許多照明應用中，傳送端會透過電力線遠端操控位於接收端的白色LED，且控制方法多是傳送端對一個在高電位與低電位間切換的控制信號進行調變，然後耦合到電力線上，接著再由接收端從電力線信號中分離出該控制信號，以改變LED導通狀態而使人眼感受到LED點亮或熄滅等兩種變化。
不過，LED的點滅變化，並不能滿足一些例如舞台或商品展示的燈光布置，所以產業界致力於提出多樣驅動方法，使其能不同程度地發光。
因此，本發明之目的，即在提供一種照明系統，透過電力線遠端控制發光元件，使發出期望程度的光。
於是，本發明照明系統適用於根據一電力線信號來驅動N個發光元件，且該電力線信號載有一訊框，該訊框包括一起始碼、一控制碼和一結束碼，並且該控制碼具有N個分別用以控制該N個發光元件的資訊，N≧1，該照明系統包含：一接收裝置，用以接收該電力線信號，並據以解析出一還原信號；一驅動裝置，包括：一資料判別器，存 有該起始碼和該結束碼，當該資料判別器從該還原信號中偵測到該起始碼，便判斷開始接收一還原控制碼，且直到又偵測到該結束碼，便判斷該還原控制碼接收完畢，其中，該還原控制碼會呼應該控制碼而具有N個分別用以控制該N個發光元件的還原資訊；及N個電流調整器，分別電連接該N個發光元件，每一電流調整器基於對應的還原資訊，調整提供給對應發光元件的一驅動電流。
而本發明用於一照明系統的傳送裝置，適用於透過一電力線遠端控制N個發光元件，N≧1，包括：一調變器，具有：一震盪電路，用以產生一震盪信號；一編碼電路，產生一訊框，該訊框具有一起始碼、一控制碼和一結束碼，且該控制碼載有用以控制該N個發光元件的資訊；及一結合電路，合成該震盪信號和該訊框；一線驅動器，用以加強該調變器所輸出信號的功率；及一線耦合器，根據該線驅動器的輸出信號進行感應，以耦合到該電力線上。
且本發明驅動裝置，適用於根據一電力線信號來驅動N個發光元件，且該電力線信號載有一訊框，該訊框包括一起始碼、一控制碼和一結束碼，並且該控制碼具有N個分別用以控制該N個發光元件的資訊，N≧1，包含：一資料判別器，存有該起始碼和該結束碼，當該資料判別器從該電力線信號中偵測到該起始碼，便判斷開始接收一還原控制碼，且直到又偵測到該結束碼，便判斷該還原控制碼接收完畢，其中，該還原控制碼會呼應該控制碼而具有N個分別用以控制該N個發光元件的還原資訊；及N個電流調 整器，分別電連接該N個發光元件，每一電流調整器基於對應的還原資訊，調整提供給對應發光元件的一驅動電流。
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。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明照明系統100之較佳實施例包含一驅動裝置1及與其電連接的N個發光元件2，N>1。並且，該照明系統100還包含一傳送裝置3、一接收裝置5，以及一條跨接於此兩裝置的電力線6，其中接收裝置5更電連接到驅動裝置1。
傳送裝置3接收一控制信號，載有N個分別用以控制該N個發光元件2的資訊。該傳送裝置3根據該控制信號處理成一耦合信號，使耦合到電力線6上，然後經由電力線6傳遞給接收裝置5。接收裝置5則根據電力線6傳來的信號(下稱電力線信號)解析出一個呼應該控制信號的還原信號。最後，驅動裝置1基於該還原信號為每一個發光元件2提供一個驅動電流，使其發出對應程度的光。
以下分別介紹各元件的詳細組成。
參閱圖2，傳送裝置3包括依序電連接的一調變器31、一線驅動器32及一線耦合器33。調變器31利用一震盪 信號，對該控制信號進行調變。線驅動器32則用以放大調變後信號的功率，然後線耦合器33再根據放大後信號感應出該耦合信號，使承載到電力線6上。
詳細來說，調變器31採用OOK(on-off keying，開關鍵控)調變方式，具有一震盪電路311、一編碼電路312和一個結合電路313。震盪電路311用以產生該震盪信號，且本例是使震盪頻率為125KHz。而編碼電路312會根據該控制信號產生多個接續的訊框，每一訊框具有一起始碼、一控制碼和一結束碼，其中每個訊框長度較佳地為254×18μs，且控制碼是根據控制信號所產生而具有多個位元，這些位元代表著N個分別用以控制該等發光元件2的資訊。最後，結合電路313會合成震盪信號和該等訊框，由於訊框頻率遠小於震盪信號頻率，所以此合成動作會起調變作用。
參考圖3，較佳地，結合電路313是一個及(AND)閘，當訊框內容為高電位，調變後信號會追隨震盪信號；當訊框內容為低電位，調變後信號會呈現低電位。
且較佳地，震盪電路311為一個如圖所示的CMOS(互補金氧半導體，complementary metal oxide semiconductor)無穩態震盪電路，是將第一反相器N1串接第二反相器N2，並將一電阻R1串接一電容C1之後再與第二反相器N2並聯，且使電阻R1與電容C1的相接處電連接到第一反相器N1的輸入端。其中，震盪電路311是從第二反相器N2的輸出端送出該震盪信號，且反相器N1~2是以CMOS電路實現。
參閱圖4，線驅動器32具有串接在一起的二個CMOS放大器321，會對調變後信號的功率進行二階段式放大，以強化信號強度，使信號即使經過電力線6的遠距離傳送仍可以被接收裝置5辨識。較佳地，本例的線驅動器32是以TelCom Semiconductor所製造的元件來實現，名稱為TC4226 1.5A DUAL HIGH-SPEED POWER MOSFET DRIVERS。
接下來，介紹接收裝置5部分。
參閱圖5，接收裝置5包括依序電連接的一線解耦合器51、一帶通濾波器52、一增益調整器53、一解調變器54及一比較器55。線解耦合器51從電力線信號中分離出一解耦合信號。帶通濾波器52保留解耦合信號中位於震盪頻率125KHz附近的成分。且增益調整器53會調整濾波後信號的增益，以其電壓幅值趨近於一預定值。然後，解調變器54進行OOK解調處理，從增益調整器53傳來的信號中解析出其中的包絡線(envelope)部分並移除其中的較高頻部分，即震盪頻率125KHz。最後，比較器55再使解調後信號相比一參考電壓，來決定出呈數位形式的該還原信號。較佳地，還原信號會趨近於傳送裝置3依據控制信號所編碼得到的該等訊框。
詳細來說，帶通濾波器52具有如圖6所示的一低通濾波器521和一高通濾波器522。由於信號經電力線6傳送的過程中可能會受到雜訊干擾，所以接收裝置5會藉由帶通 濾波器52將信號較低頻部分和較高頻部分濾除，僅留下相當於經過OOK調變後的信號頻率範圍，也就是震盪頻率125KHz的鄰近範圍。
至於增益調整器53，較佳地本例是以ANALOG DEVICE公司型號AD603ARZ的晶片來實現，詳細電路可參考該晶片的產品文件說明”AD603-Low Noise,90MHz,Variable Gain Amplifier”。
接下來，介紹驅動裝置1的部分。
參閱圖7，驅動裝置1包括一資料判別器11，以及分別與其電連接的N個電流調整器12。每一電流調整器12具有彼此耦接的一PWM(pulse-width modulation，脈寬調變)信號產生器121、一緩衝器122和一電流控制電路123。其中，驅動裝置1會藉由這N個電流控制電路123分別電連接到該N個發光元件2。
資料判別器11存有相同於傳送裝置3使用的起始碼和結束碼，且會以串列方式接收該還原信號。當資料判別器11從該還原信號中偵測到起始碼，便判斷開始接收一個待處理的還原控制碼，且直到又偵測到結束碼，便判斷還原控制碼接收完畢。較佳地，還原控制碼會呼應控制碼而具有多個位元，這些位元代表著N個分別用以控制該等發光元件2的『還原資訊』。然後，資料判別器11會將屬於還原控制碼的多個位元以並列方式送出。
就每一電流調整器12來說，PWM信號產生器121會接收其中幾個還原控制碼位元，並據以調整一PWM信號的 工作週期(duty cycle)。基本上，所接收位元集合後的值越大，工作週期會隨之擴張。以表一為例：當接收的四個位元為”0001”，工作週期6.7%；若為”1010”，則工作週期擴張到66.7%。當然，在其他範例中，工作週期調整方式不限於此。
該緩衝器122具有如圖8之二個串接在一起的CMOS放大器，負責將PWM信號產生器121送出的PWM信號加以放大。
而每一電流控制電路123則會基於PWM信號的工作週期，控制送給對應發光元件2的驅動電流大小。通常，工作週期越大，送出的電流越大，發光元件2越顯明亮。本例中，電流控制電路123如圖8所示而具有一運算放大器A0、一電阻R0和一電晶體M0。電晶體M0以第一端電連接發光元件2，以第二端電連接電阻R0和運算放大器A0的第一輸入端，且以控制端電連接運算放大器A0的輸出端。
值得注意的是，PWM信號產生器121的輸出信號為電流式，故輸出電壓會隨著負載阻抗變動，而無法準確控制提供給發光元件2的電流。因此，本實施例特別加上該緩衝器122，先將PWM信號產生器121送出的電流式信號轉換成電壓式，以固定電壓送入運算放大器A0，這樣發光元件2的電流只會受控於電阻R0，所以發光元件2的亮度得以有效地反映PWM信號的工作週期。
以下舉圖9的範例說明驅動裝置1的資料流，並假設驅動裝置1是以具有C=12位元的還原控制碼來操控分別會發出紅光、綠光、藍光的N=3個發光元件。其中，每一PWM信號產生器121會並列接收其中P=C/N=4個位元，且根據這P個位元集合後的十進位值DECP ，使PWM信號工 作週期調整為
在此例中，還原控制碼的12個位元為”101011001001”。對應紅光發光元件的PWM信號產生器121收到位元”1010”，且據以調整工作週期為62.5%。對應綠光發光元件的PWM信號產生器121收到”1100”，使工作週期調整為75%。對應藍光發光元件的PWM信號產生器121接收”1001”，且使工作週期調整為56.25%。因此，本範例可以分別調整不同顏色發光元件2的電流，達到調光調色的效果。
值得注意的是，本發明的N個發光元件2可以是N個獨立的LED，也可以是封裝在一起的N個LED，例如：RGB單一封裝的二極體。在這樣的情況下，RGB單一封裝二極體所具有的三種LED會受控於獨立的驅動電流而發出一混合光，且混合光色彩會因為驅動電流而改變。
並且，在另一實施態樣中，發光元件2也可以只有一個，且控制信號只載有針對該發光元件2的控制資訊。驅動裝置1會隨著還原出的控制資訊調整驅動電流值，使發光元件2發出不同程度的光。例如：當發光元件2是一個白光LED，就會產生對應的灰階亮度。
綜上所述，本較佳實施例利用電力線6傳送控制資訊，且以還原出的控制資訊決定流入發光元件2的電流大小，使發光元件2不僅僅只是點亮或熄滅，更能對應地改變發光程度，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。
100‧‧‧照明系統
1‧‧‧驅動裝置
11‧‧‧資料判別器
12‧‧‧電流調整器
121‧‧‧PWM信號產生器
122‧‧‧緩衝器
123‧‧‧電流控制電路
2‧‧‧發光元件
3‧‧‧傳送裝置
31‧‧‧調變器
311‧‧‧震盪電路
312‧‧‧編碼電路
313‧‧‧結合電路
32‧‧‧線驅動器
321‧‧‧CMOS放大器
33‧‧‧線耦合器
5‧‧‧接收裝置
51‧‧‧線解耦合器
52‧‧‧帶通濾波器
521‧‧‧低通濾波器
522‧‧‧高通濾波器
53‧‧‧增益調整器
54‧‧‧解調變器
55‧‧‧比較器
6‧‧‧電力線
A0‧‧‧運算放大器
C1‧‧‧電容
M0‧‧‧電晶體
N1‧‧‧第一反相器
N2‧‧‧第二反相器
R0‧‧‧電阻
R1‧‧‧電阻
圖1是一方塊圖，說明照明系統之較佳實施例；圖2是一方塊圖，說明傳送裝置；圖3是一電路圖，說明傳送裝置的震盪電路；圖4是一電路圖，說明傳送裝置的線驅動器；圖5是一方塊圖，說明接收裝置；圖6是一電路圖，說明接收裝置的帶通濾波器；圖7是一方塊圖，說明驅動裝置；圖8是一電路圖，說明驅動裝置電連接發光元件；及圖9是一示意圖，說明PWM信號工作週期的變化。
100‧‧‧照明系統
1‧‧‧驅動裝置
2‧‧‧發光元件
3‧‧‧傳送裝置
5‧‧‧接收裝置
6‧‧‧電力線

Claims (8)

  1. 一種照明系統，適用於根據一電力線信號來驅動N個發光元件，且該電力線信號載有一訊框，該訊框包括一起始碼、一控制碼和一結束碼，並且該控制碼具有N個分別用以控制該N個發光元件的資訊，N≧1，該照明系統包含：一接收裝置，用以接收該電力線信號，並據以解析出一還原信號；一驅動裝置，包括：一資料判別器，存有該起始碼和該結束碼，當該資料判別器從該還原信號中偵測到該起始碼，便判斷開始接收一還原控制碼，且直到又偵測到該結束碼，便判斷該還原控制碼接收完畢，其中，該還原控制碼會呼應該控制碼而具有N個分別用以控制該N個發光元件的還原資訊；及N個電流調整器，分別電連接該N個發光元件，每一電流調整器基於對應的還原資訊，調整提供給對應發光元件的一驅動電流；各個還原資訊是以多個位元來表示，且每一電流調整器包括一脈寬調變信號產生器，該脈寬調變信號產生器代表對應還原資訊的P個位元，且根據該P個位元集合後的十進位值DECP ，使一脈寬調 變信號工作週期調整為，以改變對應驅 動電流值。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中，每一電流調整器更包括：一緩衝器，具有串接的二個互補金氧半導體放大器，用以放大該脈寬調變信號；一電流控制電路，具有一運算放大器、一電阻和一電晶體，該電晶體以一第一端電連接對應的發光元件，以一第二端電連接該電阻和該運算放大器的一第一輸入端，且以一控制端電連接該運算放大器的一輸出端，並且該運算放大器的一第二輸入端會接收該緩衝器的輸出信號。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中，該等位元集合後的值越大，該脈寬調變信號產生器越擴張該脈寬調變信號的工作週期。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中，該資料判別器是以串列方式接收並偵測該還原信號，且以並列方式為每一電流調整器送出用以表示對應還原資訊的該等位元。
  5. 一種用於一照明系統的傳送裝置，適用於透過一電力線遠端控制N個發光元件，N≧1，包括：一調變器，具有：一震盪電路，用以產生一震盪信號；一編碼電路，產生一訊框，該訊框具有一起始碼、一控制碼和一結束碼，且該控制碼載有用以控制該N個發光元件的資訊；及 一結合電路，合成該震盪信號和該訊框；一線驅動器，用以加強該調變器所輸出信號的功率；及一線耦合器，根據該線驅動器的輸出信號進行感應，以耦合到該電力線上。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述之傳送裝置，其中，該線驅動器具有串接在一起的二個互補金氧半導體放大器。
  7. 一種驅動裝置，適用於根據一電力線信號來驅動N個發光元件，且該電力線信號載有一訊框，該訊框包括一起始碼、一控制碼和一結束碼，並且該控制碼具有N個分別用以控制該N個發光元件的資訊，N≧1，包含：一資料判別器，存有該起始碼和該結束碼，當該資料判別器從該電力線信號中偵測到該起始碼，便判斷開始接收一還原控制碼，且直到又偵測到該結束碼，便判斷該還原控制碼接收完畢，其中，該還原控制碼會呼應該控制碼而具有N個分別用以控制該N個發光元件的還原資訊；及N個電流調整器，分別電連接該N個發光元件，每一電流調整器基於對應的還原資訊，調整提供給對應發光元件的一驅動電流；各個還原資訊是以多個位元來表示，且每一電流調整器包括一脈寬調變信號產生器，該脈寬調變信號產生器接收代表對應還原資訊的的P個位元，且根據該P個位元集合後的十進位值DECP ，使一脈寬調變信號工作週 期調整為
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之驅動裝置，其中，每一電流調整器還包括：一緩衝器，具有串接的二個互補金氧半導體放大器，用以放大該脈寬調變信號；及一電流控制電路，根據該緩衝器的輸出信號，調整提供給對應發光元件的驅動電流；其中，該電流控制電路具有一運算放大器、一電阻和一電晶體，該電晶體以一第一端電連接對應的發光元件，以一第二端電連接該電阻和該運算放大器的一第一輸入端，且以一控制端電連接該運算放大器的一輸出端，並且該運算放大器的一第二輸入端會接收該緩衝器的輸出信號。
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