TWI526121B - 可隨時間自動調整之照明裝置 - Google Patents

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TWI526121B
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吳恩銘
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    • H05B47/16—Controlling the light source by timing means

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Description

可隨時間自動調整之照明裝置
本發明是有關於一種照明裝置，且特別是有關於一種可隨時間自動調整之照明裝置。
照明為人類不可缺的基本需求，而不同的人工光源的強度及顏色皆會影響人產生不同的心理層面感受。因此，目前照明產業廣泛地運用調光技術於人因照明系統當中。
目前坊間照明系統的調光技術有三極交流開關(Tri-Electrode AC Switch,TRIAC)調光、脈波調變(Pulse Width Modulation)調光以及開關式調光。然而，上述調光方式皆為被動式調光，需透過使用者以手動方式來調整光源。換言之，傳統之調光方式並無法依照一般人類生活作息來調整照明系統的之亮度及/或色溫。
因此，如何提供一種可配合人類生活作息而隨時間自動調整之照明裝置，乃目前業界所致力的課題之一。
本發明係有關於一種照明裝置，可隨時間的不同而發出對應之情境光線。
根據本發明之一方面，提出一種可隨時間自動調整之照明裝置，其包括一計時模組、一控制模組以及一第一電源轉換模組。計時模組可設定成N個時段，並依據當時時間所對應的第i時段，產生一第i時間訊號，其中i、N為自然數且i≦N。控制模組用以自該計時模組讀取該第i時間訊號，並對應地輸出一第i調控訊號。第一電源轉換模組耦接一交流電源、該控制模組及一第一光源，用以將其所接收到的一交流電源訊號轉換成一直流電源訊號輸出至該控制模組，並且在接收該控制模組所輸出之該第i調控訊號後，對應地輸出一第i直流驅動訊號，以驅動該第一光源發出第i情境的光線。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100、300‧‧‧照明裝置
102、302‧‧‧計時模組
104、304‧‧‧控制模組
106、306‧‧‧第一電源轉換模組
108、308‧‧‧交流電源
110、310‧‧‧第一光源
112、312‧‧‧開關模組
114、314‧‧‧開關偵測模組
116、316‧‧‧輔助電源模組
222、322‧‧‧第一放大單元
242、342‧‧‧處理單元
262、362‧‧‧第一比較單元
282、382‧‧‧第一調控單元
292、392、3922‧‧‧全波整流器
294、394、3942‧‧‧低通濾波器
3062‧‧‧第二電源轉換模組
3102‧‧‧第二光源
3222‧‧‧第二放大單元
3622‧‧‧第二比較單元
3822‧‧‧第二調控單元
PA‧‧‧交流電源訊號
PD‧‧‧直流電源訊號
Ti‧‧‧第i時間訊號
Di、Di’‧‧‧第i直流驅動訊號
Dc‧‧‧驅動電流
SVi、SVi’‧‧‧第i感測電壓訊號
LVi、LVi’‧‧‧第i光源電壓訊號
RLi、RLi’‧‧‧第i參考位準訊號
FBi、FBi’‧‧‧第i回饋訊號
Ci、Ci’‧‧‧第i調控訊號
Cp‧‧‧控制訊號
Rs‧‧‧感測電阻
Vcc‧‧‧電壓
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
第1圖繪示依據本發明之一實施例之照明裝置之方塊圖。
第2圖繪示依據本發明之一實施例之照明裝置之電路圖。
第3圖繪示依據本發明之另一實施例之照明裝置之電路圖。
請參考第1圖，其繪示依據本發明之一實施例之照明裝置之方塊圖。如第1圖所示，照明裝置100包括計時模組 102、控制模組104以及第一電源轉換模組106。計時模組102可設定成N個時段，並依據當時時間所對應的第i時段，產生第i時間訊號Ti，其中i、N為自然數且i≦N。控制模組104自計時模組102讀取第i時間訊號Ti，並對應地輸出第i調控訊號Ci。第一電源轉換模組106耦接交流電源108、控制模組104及第一光源110，用以將其所接收到的交流電源訊號PA轉換成直流電源訊號PD輸出至控制模組104，並且在接收控制模組104所輸出之第i調控訊號Ci後，對應地輸出第i直流驅動訊號Di，以驅動第一光源110發出第i情境的光線。
以N等於3為例，即計時模組102被設定成3個時段，分別為第1時段(例如06：00~18：00)、第2時段(例如18：00~24：00)及第3時段(例如24：00~06：00)，當時間為早上8點(對應第1時段)，計時模組102係輸出對應於第1時段之第1時間訊號T1至控制模組104。控制模組104係自第一電源轉換模組106所輸出之直流電源訊號PD獲得電能，接著依據第1時間訊號T1產生對應之第1調控訊號C1。第一電源轉換模組106於接收第1調控訊號C1後，據以調整輸出至第一光源110之第1直流驅動訊號D1之大小並輸出至第一光源110，使其發出第1情境光線。依照同樣的操作原理，當時間落於第2時段或第3時段，控制模組104可對應地輸出第2或第3調控訊號C2、C3至第一電源轉換模組106，使其驅動第一光源110發出第2情境光線或第3情境光線。然本發明並不限於此，N之大小可依應用場合的 不同而設計為其它值，例如可定義更多個時間段，使第一光源110所發出之情境光線隨著時間推移而作變化。
第一光源110可以是發光二極體(Light Emitting Diode,LED)、有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)或其它固態光源，而各個第i情境光線可具有不同色溫及/或亮度。以上述之第1至第3情境光線為例，其可依照對應時間的人類生活作息來設計。舉例來說，第1時段(06：00~18：00)為一般人的工作時段，因此可設定第1情境光線具有高色溫(如6500K)以及高亮度(如100%亮度輸出)，使人注意力集中，進而提升工作效率。第2時段為一般人的休息時段，因此可設定第2情境光線具有低色溫(如3000K~4500K)以及中等亮度(如80%亮度輸出)，使人感到輕鬆及溫暖並達到休息放鬆的效果。第3時段為一般人的睡眠時段，因此可設定第3情境光線具有低色溫(如3000K~4500K)以及低亮度(如10%亮度輸出)，產生如同小夜燈的效果。
請繼續參考第1圖，照明裝置100更可包括開關模組112、開關偵測模組114以及輔助電源模組116。開關模組112耦接於交流電源108和第一電源轉換模組106之間，讓使用者可控制是否交流電源108所產生之交流電源訊號PA輸出至第一電源轉換模組106，以切換照明裝置100於開啟(turn on)狀態或關閉(turn off)狀態。換言之，透過開關模組112的切換，可控制是否提供電能以驅動第一光源110。開關模組112例如是各種習知形 式的開關，可透過機械方式或電子方式來切換其導通狀態。
開關偵測模組114係耦接於開關模組112和控制模組104之間，用以偵測開關模組112於一期間T內之切換次數。當使用者於期間T內開啟(ON)開關模組112後，立即關閉(OFF)開關模組112並立即再度開啟(ON)開關模組112時(開關模組作作ON→OFF→ON之切換)，控制模組104將停止讀取計時模組102所輸出之第i時間訊號Ti，並依據該切換次數對應產生一個切換訊號SW，使得控制模組104依據切換訊號SW輸出一對應於預定照明情境之控制訊號Cp至第一電源轉換模組106，並使第一電源轉換模組106對應地輸出驅動電流Dc給第一光源110。當第一光源110由驅動電流Dc所驅動，係使第一光源110發出具有最大亮度的光線。
於一例子中，開關偵測模組114係耦接至開關模組112之一端點，並偵測該端點上之電壓/電流變化以判別開關模組112之切換次數，進而決定是否輸出切換訊號SW。舉例來說，當使用者開啟開關模組112，開關偵測模組114係偵測包含此之後的期間T(例如3秒)內，該端點上的電壓/電流變化是否符合預定條件(例如作ON→OFF→ON之切換)，若是，則輸出切換訊號SW使控制模組104停止讀取第i時間訊號並產生控制訊號Cp，以使第一電源轉換模組106輸出驅動電流Dc並驅動第一光源110照明。如此一來，使用者可透過切換開關模組112以控制照明裝置100操作於自動調光模式(隨時間自動調整第一光源110)或預設照 明模式(使第一光源110發出與時間無關之預定色差及/或預定亮度的光線)。然上述之例示並非用以限制本發明，凡是藉由偵測開關的切換以輸出對應的切換訊號來控制其它模組或元件，皆可作為本發明之開關偵測模組114。
輔助電源模組116耦接於計時模組102，用以提供計時模組102電能。輔助電源模組116例如是鋰電池或其它可長時間提供電能之儲能元件。藉由輔助電源模組116，即便照明裝置100未與交流電源108連接或開關模組112為關閉，計時模組102依然可獲得電能並運作。
請參考第2圖，其繪示依據本發明之一實施例之照明裝置100之電路圖之一例。如第2圖所示，控制模組104與第一光源110耦接於第一節點N1，當第i直流驅動訊號Di流經第一光源110後，係於第一節點N1產生第i感測電壓訊號SVi。於此例中，第一節點N1係與一接地的感測電阻Rs耦接，當第i直流驅動訊號Di流經此感測電阻Rs至接地端，即在第一節點N1產生第i感測電壓訊號SVi。第i感測電壓訊號SVi例如是小於1伏特的電壓訊號。
控制模組104包括第一放大單元222、處理單元242、第一比較單元262以及第一調控單元282。第一放大單元222耦接第一節點N1，用以放大第i感測電壓訊號SVi以產生第i光源電壓訊號LVi。第一放大單元222可透過如第2圖中所示的放大電路來實現，然本發明並不限於此。
處理單元242用以自計時模組102讀取第i時間訊號Ti，並依據第i時間訊號Ti判別第i時段，以對應地輸出第i參考位準訊號RLi。舉例來說，處理單元240可包括一資料庫，用以儲存複數筆調整資料，處理單元240依據所判別出之第i時段以及該些調整資料來選擇第i參考位準訊號RLi。於一例子中，處理單元240為多點控制單元(Multipoint Control Unit,MCU)，讓設計者可藉由撰寫MCU程式來控制讀取第i時間訊號Ti所對應的第i參考位準訊號RLi。計時模組102例如是實時時鐘(Real Time Clock,RTC)模組。此外，上述之資料庫可以查閱表(Look-up Table)的形式來實現。
第一比較單元262耦接第一放大單元222以及處理單元242，用以接收第i光源電壓訊號LVi以及第i參考位準訊號RLi，並對應地輸出第i回饋訊號FBi。於此實施例中，第一比較單元262包括運算放大器，其兩輸入端分別接收第i光源電壓訊號LVi以及第i參考位準訊號RLi，如此一來，當第一比較單元262為穩態，第i光源電壓訊號LVi之位準係與第i參考位準訊號RLi之位準實質上相同。因此，藉由調整第i參考位準訊號RLi之大小，可間接地控制第i直流驅動訊號Di的輸出。
第一調控單元282耦接第一比較單元262，用以依據第i回饋訊號FBi產生對應之脈波調變訊號(Pulse Width Modulation signal,PWM)作為第i調控訊號Ci。第i調控訊號Ci之工作週期長度係與第一光源110之亮度呈正向關。進一步說， 依據第i調控訊號Ci之工作週期(duty cycle)的不同，可控制第一電源轉換模組106所產生之第i直流驅動訊號Di之大小，進而達到調整第一光源110之效果。於一例子中，第一調控單元282可以是控制積體電路(Control Integrated Circuit)，亦可和處理單元242整合在一起。
請繼續參考第2圖，第一電源轉換模組106至少包括全波整流器(full-wave rectifier)292以及低通濾波器(low pass filter)294。全波整流器292例如是橋式全波整流電路或其它具備全波整流功能之電路。低通濾波器294例如是電容器或其它習知之低波濾波電路。當開關模組112開啟後，全波整流器292自開關模組112接收交流電源訊號PA並對其進行整流，低通濾波器294接著對整流後之電源訊號進行低通濾波操作，以產生直流電源訊號PD。
控制模組104自第一電源轉換模組106接收直流電源訊號PD並獲得電能(如電壓Vcc)後，係產生第i調控訊號Ci。第一電源轉換模組106再依據第i調控訊號Ci來調整輸出至第一光源110之電能(即第i直流驅動訊號Di)之大小，以控制第一光源110所發出光線之亮度及/或色溫。
於第2圖的例子中，開關偵測模組114係以串聯之電阻串來實現，此電阻串之一端耦接於開關模組112之一端，而切換訊號SW係擷取自此電阻串間的一節點，以反映開關模組112之該端之電壓或電流變化。
請參考第3圖，其繪示依據本發明之另一實施例之照明裝置300之電路圖。照明裝置300與第2圖中的照明裝置100之不同處在於，照明裝置300更包括第二電源轉換模組3062。第二電源轉換模組3062具有與第2圖之第一電源轉換模組106相似之電路結構。且如第3圖所示，第二電源轉換模組3060透過開關模組312耦接交流電源308，並耦接控制模組304及第二光源3102。第二電源轉換模組3062在接收控制模組304所輸出之對應於第i時間訊號Ti之第i調控訊號Ci’後，對應地輸出第i直流驅動訊號Di’，以驅動第二光源3102。
於本實施例中，第二光源3102與第一光源310例如為發光二極體，且第二光源3102與第一光源310分別具有於不同之色溫。如此一來，藉由第二光源3102與第一光源310的混光，可產生所欲達到的色溫。然本發明並不限於此，照明裝置可包括更多的電源轉換模組，以各別驅動對應之光源並達混光之效果。此外，第一及第二光源310、3102亦可是其它習知形式的光源。
類似於第2圖之電路結構，控制模組304與第二光源3102耦接於第二節點N2，第i直流驅動訊號Di’流經第二光源後320，係於第二節點N2產生第i感測電壓訊號SVi’(透過感測電阻Rs)，處理單元304更依據第i時間訊號Ti對應地輸出第i參考位準訊號RLi’。處理單元340例如包括一資料庫，用以儲存複數筆調整資料，處理單元340依據所判別出之第i時段以及該 些調整資料，選擇第i參考位準訊號RLi以及RLi’。
如第3圖所示，控制模組304除了第一放大單元322、處理單元342、第一比較單元362以及第一調控單元382，更包括第二放大單元3222、第二比較單元3622以及第二調控單元3822。第二放大單元3222耦接第二節點N2，用以放大第i感測電壓訊號SVi’以產生第i光源電壓訊號LVi’。第二比較單元3622耦接第二放大單元3222以及處理單元342，用以接收第i光源電壓訊號LVi’以及第i參考位準訊號RLi’，並對應地輸出第i回饋訊號FBi’。第二調控單元3822用以依據第i回饋訊號FBi’產生對應之脈波調變訊號作為第i調控訊號Ci’。上述之第二放大單元3222、第二比較單元3622以及第二調控單元3822之電路結構係相似於第2圖之第一放大單元222、第一比較單元262以及第一調控單元282，然並不以此限制本發明。
綜上所述，本發明實施例之照明裝置可依照人的一般作息時間自動調整光源之亮度及/或色溫，使照明裝置更具人性化。此外，本發明實施例之照明裝置亦可利用開關模組的切換以決定操作於自動調光模式或正常照明模式，提供使用者更具彈性的操作。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，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‧‧‧照明裝置
102‧‧‧計時模組
104‧‧‧控制模組
106‧‧‧第一電源轉換模組
108‧‧‧交流電源
110‧‧‧第一光源
112‧‧‧開關模組
114‧‧‧開關偵測模組
116‧‧‧輔助電源模組
PA‧‧‧交流電源訊號
PD‧‧‧直流電源訊號
SW‧‧‧切換訊號
Ti‧‧‧第i時間訊號
Di‧‧‧第i直流驅動訊號
Dc‧‧‧驅動電流
Ci‧‧‧第i調控訊號
Cp‧‧‧控制訊號

Claims (14)

  1. 一種可隨時間自動調整之照明裝置，包括：一計時模組，可設定成N個時段，並依據當時時間所對應的第i時段，產生一第i時間訊號，其中i、N為自然數且i≦N；一控制模組，用以自該計時模組讀取該第i時間訊號，並對應地輸出一第i調控訊號；一第一電源轉換模組，耦接一交流電源、該控制模組及一第一光源，用以將其所接收到的一交流電源訊號轉換成一直流電源訊號輸出至該控制模組，並且在接收該控制模組所輸出之該第i調控訊號後，對應地輸出一第i直流驅動訊號，以驅動該第一光源發出第i情境的光線；以及一開關偵測模組，耦接於一開關模組和該控制模組之間，用以偵測該開關模組於一期間內之切換次數，當使用者於該期間內開啟該開關模組後，立即關閉該開關模組並立即再度開啟該開關模組時，該控制模組將停止讀取該計時模組所輸出之該第i時間訊號，並依據該切換次數對應產生一個切換訊號，使得該控制模組依據該切換訊號輸出一對應於一預定照明情境之控制訊號至該第一電源轉換模組，並使該第一電源轉換模組對應地輸出一驅動電流給該第一光源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中每一各該第i情境光線具有不同色溫及/或亮度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之照明裝置，其中該開關模組 耦接於該交流電源和該第一電源轉換模組之間，該開關模組回應於該使用者的操作，以控制是否將該交流電源所產生之該交流電源訊號輸出至該第一電源轉換模組，以選擇性地開啟或關閉該照明裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中當該第一光源由該驅動電流所驅動，該第一光源發出具有最大亮度的光線。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該控制模組與該第一光源耦接於一第一節點，該第i直流驅動訊號流經該第一光源後，係於該第一節點產生一第i感測電壓訊號，該控制模組包括：一第一放大單元，耦接該第一節點，用以放大該第i感測電壓訊號以產生一第i光源電壓訊號；一處理單元，用以自該計時模組讀取該第i時間訊號，並依據該第i時間訊號判別該第i時段，以對應地輸出一第i參考位準訊號；一第一比較單元，耦接該第一放大單元以及該處理單元，用以接收該第i光源電壓訊號以及該第i參考位準訊號，並對應地輸出一第i回饋訊號；以及一第一調控單元，耦接該第一比較單元，用以依據該第i回饋訊號產生一第i脈波調變訊號(pulse width modulation signal)作為該第i調控訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中該第一比較 單元係使該第i光源電壓訊號與該第i參考位準訊號之位準實質上相同。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中該照明裝置更包括：一第二電源轉換模組，耦接該交流電源、該控制模組及一第二光源，該第二電源轉換模組在接收該控制模組所輸出之一對應於該第i時間訊號之另一第i調控訊號後，對應地輸出另一第i直流驅動訊號，以驅動該第二光源。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中該第二光源與該第一光源分別具有於不同之色溫。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中該控制模組與該第二光源耦接於一第二節點，該另一第i直流驅動訊號流經該第二光源後，係於該第二節點產生另一第i感測電壓訊號，該處理單元更依據該第i時間訊號對應地輸出另一第i參考位準訊號，其中該控制模組更包括：一第二放大單元，耦接該第二節點，用以放大該另一第i感測電壓訊號以產生另一第i光源電壓訊號；一第二比較單元，耦接該第二放大單元以及該處理單元，用以接收該另一第i光源電壓訊號以及該另一第i參考位準訊號，並對應地輸出另一第i回饋訊號；以及一第二調控單元，用以依據該另一第i回饋訊號產生另一第i脈波調變訊號作為該另一第i調控訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之照明裝置，其中該處理單元包括：一資料庫，用以儲存複數筆調整資料，該處理單元依據所判別出之該第i時段以及該些調整資料，選擇該第i參考位準訊號以及該另一第i參考位準訊號。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中該第二光源為發光二極體。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中該第一電源轉換模組以及該第二電源轉換模組各包括一全波整流器(full-wave rectifier)以及一低通濾波器(low pass filter)。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，更包括：一輔助電源模組，耦接於該計時模組，用以提供該計時模組電能。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該第一光源為發光二極體。
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