TWI504182B - A method of transmitting a signal using a power waveform - Google Patents

Description

利用電源波形傳輸訊號之方法

本發明係與訊號傳輸有關，更詳而言之是指一種利用電源波形傳輸訊號之方法。

按，一般建築物的室內配線方式係在天花板上的電氣盒與壁面上的電氣盒之間預留兩條供連接開關的電線。在安裝電器設備(如燈具或電扇等負載)時，將電器設備裝設於天花板上，且將市電的其中一端連接於電器設備，市電的另一端透過預留的電線串接一開關，再接回該電器設備上，以形成一個電源迴路。透過切換該開關，即可控制電器設備的啟閉。

隨著科技的進步，電器設備的功能愈來愈多，以發光二極體照明系統為例，現今的發光二極體照明系統除了單純的控制啟閉外，更具備有調整亮度、色度的功能，因此，除了原本的電源迴路外，也必須要有額外的控制線路才能將控制訊號由壁面上的控制面板傳送到裝設於天花板上的發光二極體模組。

因此，要裝設具備有亮度、色度的調整功能的發光二極體照明系統時，則必須另外再配接控制線路，利用控制線路傳送控制訊號，以控制照明系統的發光二極體模組。然，額外配接控制線路，將會使得房屋的修繕及裝潢施工成本增加。

另有二種方式可在不額外配接控制線路的情況下傳送控制訊號，其一為無線傳輸，其二為載波傳輸。無線 傳輸方式係在發光二極體模組及壁面的控制面板分別加裝無線接收器與發射器，以無線傳輸的方式傳送控制訊號控制發光二極體模組。載波傳輸方式係利用調變器將控制訊號調變成調頻訊號或調幅訊號，利用電力線載波，再以解調器還成原來的控制訊號後控制發光二極體模組。

然，前述兩種方式的設備成本昂貴，且在建築物壁面之發射器及調變器均須另外配接電源線外，配接電源線亦是額外的困擾。再者，無線或載波所傳輸的訊號易受其它無線訊號干擾，要通過各國EMI和EMS安規更是徒增困擾。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種利用電源波形傳輸訊號之方法，可利用電源迴路之配線傳送訊號。

緣以達成上述目的，本發明所提供之利用電源波形傳輸訊號之方法，係應用於一負載控制系統，該負載控制系統包含有相互電性連接的一相角控制模組與一驅動模組，該相角控制模組電性連接一交流電源與一輸入介面，該驅動模組電性連接一負載，該方法包含有下步驟：A.該相角控制模組偵測該輸入介面的狀態；B.該相角控制模組依據步驟A中所偵測的狀態，改變該交流電源的波形，使該交流電源之波形的其中一半波周期具有一延遲導通角後輸出；C.該驅動模組接收該相角控制模組輸出的電能，並在判斷該相角控制模組輸出的電能之波形中具有該延遲導通角存在後，依據該延遲導通角判斷該輸入介面之狀態；以及D.該驅動模組依據步驟C所判斷的該輸入介面之狀態，輸出一對應該輸入介面之狀態的電訊號至該 負載。

藉此，透過該利用電源波形傳輸訊號之方法，利用電源迴路之配線即可傳輸訊號，無需額外增加控制線路的配線，有效減少配線的成本。

1‧‧‧發光二極體照明系統

10‧‧‧發光二極體模組

12‧‧‧輸入介面

122‧‧‧開關

14‧‧‧相位訊號傳送裝置

16‧‧‧相角控制模

18‧‧‧驅動模組

182‧‧‧電源轉換電路

184‧‧‧控制單元

184a‧‧‧相角偵測電路

184b‧‧‧處理器

2‧‧‧發光二極體照明系統

20‧‧‧切換開關

3‧‧‧發光二極體照明系統

22‧‧‧輸入介面

222、242‧‧‧開關

4‧‧‧發光二極體照明系統

24‧‧‧輸入介面

242~246‧‧‧開關

262~266‧‧‧驅動模組

282~286‧‧‧發光二極體模組

29‧‧‧三路開關

5‧‧‧發光二極體照明系統

30‧‧‧切換開關

32‧‧‧輸入介面

322‧‧‧可變電阻

34‧‧‧相角控制模組

36‧‧‧驅動模組

362‧‧‧處理器

364‧‧‧相角偵測電路

366‧‧‧電源轉換電路

38‧‧‧發光二極體模組

S‧‧‧交流電源

圖1為本發明第一較佳實施例的照明系統之方塊圖；圖2為本發明第二較佳實施例的照明系統之方塊圖；圖3為本發明第三較佳實施例的照明系統之方塊圖；圖4為本發明第四較佳實施例的照明系統之方塊圖；圖5為第一較佳實施例的照明系統之另一實施態樣；圖6為第二較佳實施例的照明系統之另一實施態樣；圖7為第三較佳實施例的照明系統之另一實施態樣；圖8為第四較佳實施例的照明系統之另一實施態樣；以及圖9為為本發明第五較佳實施例的照明系統之方塊圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉下列實施例並配合圖示詳細說明如后。以下係以發光二極體照明系統為例的負載控制系統說明本發明利用電源波形傳輸訊號之方法。

圖1所示者為本發明第一較佳實施例之發光二極體照明系統1，包含有一以發光二極體模組10為例的負載、一輸入介面12、一相位訊號傳送裝置14。

該發光二極體模組10具有複數個發光二極體，用以接收電訊號以產生亮光提供照明。該輸入介面12包含有一開關122，該開關122為常開式的按壓開關，該開關122在 使用者按壓時呈短路狀態。

該相位訊號傳送裝置14包含有一相角控制模組16與一驅動模組18。其中：

該相角控制模組16電性連接一交流電源S與該開關122，該相角控制模組16用以偵測該開關122的狀態，並在該開關122受按壓而導通時，該相角控制模組16改變該交流電源S的波形，使該交流電源S之波形的正半波周期產生一延遲導通角後輸出；而在該開關122未為受按壓時，該開關122則自動復歸呈開路狀態，且該相角控制模組16不改變該交流電源S的波形，亦即該相角控制模組16所輸出的波形中無該延遲導通角存在。該延遲導通角的角度以小於或等於90度為佳，以減少該交流電源的諧波及減少功率因數降低的程度。

該驅動模組18包含有相互電性連接的一電源轉換電路182與一控制單元184。其中，該電源轉換電路182電性連接該相角控制模組16及該發光二極體模組10，用以接收該相角控制模組16所輸出之電能，並轉換成該發光二極體模組10所需之電能，該電源轉換電路182係可受控制地改變該發光二極體模組10的開、關狀態及亮度。於本實施例中，該電源轉換電路182係以脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)電路為基礎進行設計，並透過脈衝寬度調變之方式來調整供予該發光二極體模組10之電訊號的時脈寬度。當然在實際實施上，該電源轉換電路182亦可為調整電訊號大小或其他調整電訊號之電路設計。

該控制單元184包含有一相角偵測電路184a與一處理器184b。該相角偵測電路184a電性連接該相角控制模組16，用以偵測該相角控制模組16輸出的電能之波形中是否具有該延遲導通角以及偵測該延遲導通角的角度，並將偵測結果傳遞予該處理器184b。該處理器184b內建有複數種控制模 式，該些控制模式包括一全亮照明模式、一預設照明模式與一亮度調整模式，並以其中一種控制模式控制該電源轉換電路182輸出之電訊號，藉以驅動該發光二極體模組10產生亮光，並利用該相角偵測電路184a所偵測該延遲導通角的結果判斷該開關122的狀態，以做為控制模式切換之依據。其中：

該全亮照明模式係控制該電源轉換電路182驅動該發光二極體模組10產生額定功率下最大亮度值之亮光。

該預設照明模式係控制該電源轉換電路182驅動該發光二極體模組10產生一預設亮度值的亮光，在本實施例中，該預設亮度值初始設定為最大亮度值的一半，而在亮度調整模式中係可更新該預設亮度值。

該亮度調整模式係控制該電源轉換電路182驅動該發光二極體模組10產生的亮光反覆於一第一亮度值與一第二亮度值之間變化，直到該處理器184b判斷該開關122的狀態改變時，停止控制亮度的變化，並記錄該發光二極體模組10當下所產生之亮光的亮度值，且將記錄之亮度值取代該預設照明模式原先之預設亮度值，並驅動該發光二極體模組10產生具有新的預設亮度值的亮光。在本實施例中，該第一亮度值為最大亮度值，該第二亮度值為最小亮度值，藉此，在亮度調整模式時，該發光二極體模組10的亮光即在最大亮度與最小亮度之間變化。

由於該開關122被按壓的期間，該相角控制模組16輸出的電能之波形中每一個周期皆會有該延遲導通角存在，因此該處理器184b可依據具有該延遲導通角的周期數計算該開關122被壓下的時間長度，據以進行控制模式切換。

在初始狀態(交流電源S剛接通時)且該開關122未按壓前，該相角控制模組16未改變該交流電源S的波形，該相角偵測電路184a所偵測的波形未具有該延遲導通角，此時，該處理器184b控制該電源轉換電路182阻斷供予該發光 二極體模組10的電能，使該發光二極體模組10為熄滅的狀態。

在該開關122按壓後，該相角偵測電路184a偵測到該相角控制模組16輸出的電能之波形中具有該延遲導通角，而該處理器184b判斷該開關122被按壓的一按壓時間，並進行相對應的控制。

在該按壓時間小於一預定時間(本實施例中設為1.2秒)時，該處理器184b切換至該全亮照明模式，使該發光二極體模組10產生具有最大亮度值的亮光。

再按壓一次該開關122後，且按壓時間小於該預定時間，該處理器184b切換至該預設照明模式，使該發光二極體模組發出具有該預設亮度值的亮光。

再按壓一次該開關122後，且按壓時間小於該預定時間，該處理器184b控制該電源轉換電路182阻斷供予該發光二極體模組10的電能，使該發光二極體模組10為熄滅的狀態。

當使用者需要改變該預設亮度值時，按壓該開關122超過該預定時間，該處理器184b即切換至該亮度調整模式，以供使用者改變設定的預設亮度值。

藉由上述之結構，該發光二極體照明系統1應用於建築物時，可將該開關122及該相角控制模組16裝設於建築物之壁面上(即裝設於一控制端)，而將該驅動模組18及該發光二極體模組10裝設於建築物之壁面或天花板(即裝設於一負載端)。如此，該相角控制模組16與該驅動模組18之間只需用兩條連接交流電源S的電線連接，換言之，利用建築物原有的配線即可傳輸對應該開關122狀態的波形至該驅動模組18，而該驅動模組18即可判斷該開關122的狀態，並送出相應的電訊號控制該發光二極體模組10。

前述之裝設方式僅是一應用例而已，並不以此為 限，可依實際的需求調整各構件裝設的位置。

在實務上，該發光二極體模組10可包含有複數個第一發光二極體及複數個第二發光二極體，且該些第一發光二極體之光色不同於該些該第二發光二極體之光色。舉例而言，該些第一發光二極體之光色為冷光色系(如白光、藍光等)，而該些第二發光二極體之光色為暖光色系(如黃光、紅光等)。

該驅動模組18之電源轉換電路182則可個別控制該些第一發光二極體及該些第二發光二極體的亮度比例，而所述之亮度比例是指該第一、第二發光二極體所產生之亮光的亮度值佔該最大亮度值或該預設亮度值之比例，利用該些第一發光二極體與第二發光二極體之亮度比例的搭配，可達到調整該發光二極體模組10產生之亮光的色溫。

該處理器184b的控制模式中，該全亮照明模式包括有一第一亮度比例資訊，該第一亮度比例資訊係記錄該全亮照明模式時，該些第一、第二發光二極體的亮度比例。該預設照明模式包括有一第二亮度比例資訊，該第二亮度比例資訊係記錄該預設照明模式時，該些第一、第二發光二極體的亮度比例。

該處理器184b的控制模式更包含有一色度調整模式，供調整該第一比例資訊或第二比例資訊。當該處理器184b操作於該全亮照明模式或該預設照明模式時，使用者持續按壓該開開關122超過另一設定時間(本實施例中為4秒)，該處理器的操作模式則切換至該色度調整模式。其中：

該色度調整模式係控制該電源轉換電路182驅動該發光二極體模組10產生亮光，並在亮度值(即最大亮度值或預設亮度值)不變之情況下，反覆地改變該發光二極體模組10的該些第一發光二極體以及該些第二發光二極體之亮度比例，直到該處理器184b判斷該開關122的狀態改變時，停 止控制該些第一、第二發光二極體亮度比例的變化，並記錄該當下該第一、第二發光二極體之亮度比例，且將記錄之亮度比例取代該全亮照明模式原先的第一亮度比例資訊或取代該預設照明模式原先的第二亮度比例資訊，並驅動該些第一、第二發光二極體產生具有新的亮度比例的亮光。

藉此，使用者僅需透過該開關122按壓時間之長短即可進行亮度的切換，以及調整亮度或調整色度之選擇。

以下再提供其它較佳可行之實施例，同樣具有相同上述之效果。

圖2所示者為本發明第二較佳實施例之發光二極體照明系統2，其係以上述第一實施例之結構為基礎，更增設一切換開關20，分別電性連接該交流電源S與該相角控制模組16。該切換開關20供開啟及關閉該發光二極體模組10的亮光。

在本實施例中，該切換開關20導通時，該驅動模組18的處理器184b操作於該全亮照明模式，使該發光二極體模組10的亮光為最亮。同樣地，透過按壓該開關122的按壓時間長短，即可在該預設照明模式、該全亮照明模式之間切換，而且同樣可切換至該亮度調整模式或該色度調整模式。

圖3所示者為本發明第三較佳實施例之發光二極體照明系統3，其係以上述第二實施例之結構為基礎，不同的是本實施例的輸入介面22包含有二開關222,224，該二開關222,224電性連接該相角控制模組16。各該開關222,224被按壓而呈短路狀態時，該相角控制模組16使該交流電源S之波形的正半波周期產生該延遲導通角後輸出，且按壓各該開關222,224所產生的該延遲導通角的角度各不相同。藉此，該處理器184b即可利用該相角偵測電路184a所偵測的該延遲導通角的角度對應該些開關222,224的按壓狀態，以進行在該些控制模式之間切換。

舉例而言，利用短按該開關222(即按壓時間小於該設定時間)作為該全亮照明模式與該預設照明模式之間的切換；長按該開關222(即按壓時間大於該設定時間)，則切換至該亮度調整模式。

而該處理器184b更可內建複數個預設色度，各該預設色度係對應一種該些第一、第二發光二極體的亮度比例。在該全亮照明模式或該預設照明模式時，利用短按該開關224，以切換其中一該預設色度，並將該預設色度取代原先儲存之第一亮度比例資訊或第二亮度比例資訊，並驅動該些第一、第二發光二極體產生具有新的亮度比例的亮光。

此外，在該全亮照明模式或該預設照明模式時，利用長按該開關224，則切換至該色度調整模式，以進行該發光二極體模組10的色度調整。

圖4所示者為本發明第四較佳實施例之發光二極體照明系統4，其具有大致相同於上述第二實施例之結構，不同的是，本實施例的輸入介面24包含有三開關242,244,246，該三開關242,244,246電性連接該相角控制模組16。按壓各該開關242,244,246時，該相角控制模組16則產生對應各該開關242,244,246的特定角度之該延遲導通角。此外，本實施例的發光二極體照明系統4包含有三組驅動模組262,264,266，及發光二極體模組282,284,286，每一該驅動模組262,264,266係對應判斷一個特定角度的該延遲導通角，藉此，各該驅動模組262,264,266即可對應偵測各該開關242,244,246的按壓狀態，進而控制各該發光二極體模組282,284,286。

舉例而言，該開關242被按壓時，該驅動模組262偵測到相對應的該延遲導通角的角度並計算按壓時間，以對該發光二極體模組282進行控制。

當然，本實施例輸入介面24的開關之數量不以 三個為限，亦可設置三個上以，且在負載端相對應地設置相同數量的驅動模組及發光二極體模組，同樣可以達到在控制端操控多組發光二極體模組之目的。

此外，為配合建築物的格局，上述第一實施例之發光二極體照明系統亦可設計成如圖5所示之連接方式，並將二組該相角控制模組16及該開關122設於建築物中的不同位置，藉此，使用者即可在不同的位置控制發光二極體模組10。依據相同的構思，第二、第三、第四實施例的發光二極體照明系統亦可分別設計成如圖6至圖8所示之連接方式，將二組三路開關29、該相角控制模組16及輸入介面12,22,24設於建築物中的不同位置，使用者即可在不同的位置控制發光二極體模組。

圖9所示者為本發明第五較佳實施例之發光二極體照明系統5，包含有一切換開關30、一輸入介面32、一相角控制模組34、一驅動模組36與一發光二極體模組38。該輸入介面32包含有一可變電阻322，且該相角控制模組34電性連接該可變電阻322，並依據該可變電阻322的電阻值，產生對應該可變電阻322電阻值之角度的該延遲導通角。本實施例中，該可變電阻322的電阻值愈大，對應該延遲導通角的角度則愈大；反之，電阻值愈小則該延遲導通角的角度愈小，即使該可變電阻322的電阻值調整到0歐姆，該延遲導通角的角度大於零度，亦即該相角控制模組34輸出的電能之波形中仍有該延遲導通角存在。

而該驅動模組36的處理器362則依據相角偵測電路364所偵測的該延遲導通角的角度，計算該可變電阻322的電阻值。並利用電阻值的變化相對應控制電源轉換電路366輸出對應的電訊號至該發光二極體模組38，以進行控制。例如，可利用電阻值的變化調整該發光二極體模組38的亮度，或是調整該發光二極體模組38的色度。

在上述中各實施例的發光二極體照明系統僅是用以說明本發明之電源波形傳輸訊號之方法，除了應用於發光二極體照明系統外，本發明亦可應用於其它的負載控制系統，例如馬達控制系統，利用相位訊號傳送裝置將控制端的輸入介面的狀態傳送到負載端，以控制馬達的啟動、停止及轉速。此外，本發明亦可應用於控制浴室暖風機、抽風機、吊扇等各類電氣產品之負載。

據上所述，本發明利用相角控制模組與驅動模組構成的相位訊號傳送裝置，將輸入介面的狀態透過電源波形的延遲導通角，由控制端傳送到負載端，以輸出對應輸入介面狀態的電訊號控制負載，亦即利用交流電源的波形傳送訊號。相較於傳統的訊號傳輸方式，本發明無需增加額外的配線或是以無線訊號傳輸裝置傳輸訊號，有效減少配線的成本。

以上所述僅為本發明較佳可行之實施例而已，並非本發明之所有可實施態樣。舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及方法之變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧發光二極體照明系統

10‧‧‧發光二極體模組

12‧‧‧輸入介面

122‧‧‧開關

14‧‧‧相位訊號傳送裝置

16‧‧‧相角控制模組

18‧‧‧驅動模組

182‧‧‧電源轉換電路

184‧‧‧控制單元

184a‧‧‧相角偵測電路

184b‧‧‧處理器

S‧‧‧交流電源

Claims (9)

1. 一種利用電源波形傳輸訊號之方法，係應用於一負載控制系統，該負載控制系統包含有相互電性連接的一相角控制模組與一驅動模組，該相角控制模組電性連接一交流電源與一輸入介面，該驅動模組電性連接一負載，該方法包含有下步驟：A.該相角控制模組偵測該輸入介面的狀態；B.該相角控制模組依據步驟A中所偵測的狀態，改變該交流電源的波形，使該交流電源之波形的其中一半波周期具有一延遲導通角後輸出；C.該驅動模組接收該相角控制模組輸出的電能，並在判斷該相角控制模組輸出的電能之波形中具有該延遲導通角存在後，依據該延遲導通角判斷該輸入介面之狀態；以及D.該驅動模組依據步驟C所判斷的該輸入介面之狀態，輸出一對應該輸入介面之狀態的電訊號至該負載；其中，該輸入介面包含有一開關，該開關受按壓時係而呈短路狀態，未受按壓時呈開路狀態，於步驟A中，係按壓該開關使該開關由開路狀態改變為短路狀態，且於步驟C中係依據該延遲導通角的存在與否判斷該開關是否被按壓。
2. 如請求項1所述利用電源波形傳輸訊號之方法，其中該輸入介面包含有複數個該開關，步驟A中係按壓其中一該開關；步驟B中，所產生的延遲導通角之角度係對應被按壓 的該開關；步驟C中更包含偵測該延遲導通角之角度，並依據該延遲導通角之角度判斷所對應的該開關；於步驟D中，係將步驟C中所對應的該開關相應之電訊號傳送至該負載。
3. 如請求項1所述利用電源波形傳輸訊號之方法，其中該相角控制模組與該輸入介面位於一控制端，該驅動模組與該負載位於一負載端。
4. 如請求項1所述利用電源波形傳輸訊號之方法，其中該延遲導通角係產生於該交流電源之波形的正半波。
5. 如請求項1所述利用電源波形傳輸訊號之方法，其中該延遲導通角的最大角度為90度。
6. 如請求項1所述利用電源波形傳輸訊號之方法，其中步驟C中包含有將該交流電源之電能轉換成該負載所需之電能。
7. 如請求項1所述利用電源波形傳輸訊號之方法，其中該負載為一發光二極體模組。
8. 一種利用電源波形傳輸訊號之方法，係應用於一負載控制系統，該負載控制系統包含有相互電性連接的一相角控制模組與一驅動模組，該相角控制模組電性連接一交流電源與一輸入介面，該驅動模組電性連接一負載，該方法包含有下步驟：A.該相角控制模組偵測該輸入介面的狀態； B.該相角控制模組依據步驟A中所偵測的狀態，改變該交流電源的波形，使該交流電源之波形的其中一半波周期具有一延遲導通角後輸出；C.該驅動模組接收該相角控制模組輸出的電能，並在判斷該相角控制模組輸出的電能之波形中具有該延遲導通角存在後，依據該延遲導通角判斷該輸入介面之狀態；以及D.該驅動模組依據步驟C所判斷的該輸入介面之狀態，輸出一對應該輸入介面之狀態的電訊號至該負載；其中，該輸入介面包含有一可變電阻，該可變電阻係可受控制而改變其電阻值之狀態；步驟B中，該延遲導通角的角度係對應該可變電阻之電阻值；於步驟C中係依據該延遲導通角的角度判斷該可變電阻之電阻值；於步驟D中係將對應該可變電阻之電阻值的電訊號傳送至該負載。
9. 如請求項8所述利用電源波形傳輸訊號之方法，其中該可變電阻的電阻值為零時，該延遲導通角的角度大於零度。