TWI577235B - 調光裝置及使用該調光裝置的照明系統 - Google Patents

Description

調光裝置及使用該調光裝置的照明系統

本揭露內容涉及調光裝置及使用該調光裝置的照明系統，更具體而言，涉及用於對照明負載進行調光的調光裝置以及使用該調光裝置的照明系統。

習知上，已經知道一種調光裝置，該調光裝置藉由使用時分多工傳輸系統而控制照明器具之調光水平(參見例如日本公開專利公報第2000-12241號)。在以上參照文獻中所揭露的調光裝置將調光信號以範圍從0 V到10 V的DC電壓之形式施加到調光信號線。照明器具的調光水平在調光信號為0 V時變為最低，且照明器具的調光水平在調光信號為10 V時變為最高。

近來，LED照明器具正被廣泛地使用。這樣的LED照明器具能夠以較螢光燈更低的照度發光。然而，在低照度，從各LED元件發出的光之亮度發生差異。因此，當以上參照文獻中所揭露之調光裝置將LED照明器具調光到低照度時，視覺品質可能由於亮度的不均勻或者閃爍而變差。另外，當以上參照文獻中所揭露的調光裝置以高照度點亮LED照明器具時，由於LED的發光特性，可能有耀眼或眩光的情況。

鑒於以上，本揭露內容提供了一種調光裝置以及使用該調光裝置的照明系統，該調光裝置在包括了LED之照明負載的調光水平的整個範圍中展現了良好的視覺品質。

根據本發明的一態樣，提供了一種調光裝置，該調光裝置包括控制單元、第一設定部、及第二設定部。該控制單元係用以接收藉由多工傳輸方法而傳輸的控制信號、及回應該控制信號而控制照明負載的調光水平。該照明負載包括發光二極體。該第一設定部係用以設定該照明負載的該調光水平的下限，該下限係可在第一範圍中調整的。該第二設定部係用以設定該照明負載的該調光水平的上限，該上限係可在第二範圍中調整的。該第二範圍中的最小值大於該第一範圍中的最大值。

根據本發明的另一態樣，提供了一種照明系統，該照明系統包括上述的調光裝置、上述的照明負載、及控制器。該調光裝置電氣連接到通信線路。該照明負載係用以由該調光裝置控制。控制器電氣連接到該通信線路、且係用以藉由以該多工傳輸方法將該控制信號傳輸到該調光裝置來控制該調光裝置。

在根據本發明的實施例的調光裝置中，該控制單元設定該照明負載的該調光範圍的該上限及該下限，因此，可以抑制在低照度時在亮度上的不均勻，且在高照度時的LED的耀眼或眩光可為較不易察覺的。簡而言之，該控制單元使得包括LED的該照明負載能夠在遍及該調光水平的全部範圍中展現出良好的視覺品質。

根據本發明之實施例的照明系統包括了上述的調光裝置，因此可以在遍及照明負載(包括了LED)的調光水平的全部範圍中展現出良好的視覺品質。

將參照圖1至6來描述具有根據本揭露內容之調光裝置的照明系統的實施例。本揭露內容之照明系統包括可調光照明負載，且能夠開啟或關閉照明負載。舉例而言，本揭露內容的照明系統係用於營業場所或辦公室中。儘管在此實施例中，為了說明的目的而顯示了具有一調光裝置及一操作裝置的照明系統，但該照明系統可具有複數調光裝置及複數操作裝置。

在根據本實施例的照明系統中，可藉由對安裝在例如牆上的操作裝置進行操作而開啟/關閉照明負載、或設定照明負載的調光水平。照明負載包括例如LED(發光二極體)。照明負載10的數量不限於一，而是可為多於一的。

如圖4中所顯示，照明系統包括控制器11及調光裝置9，控制器11及調光裝置9連接到雙線通信線路L1。照明系統更包括由調光裝置9控制的照明負載10、及透過通信線路L1連接到控制器11的操作裝置12。

操作裝置12充當用以開啟/關閉照明負載10、及/或改變照明負載10之調光水平的操作單元。操作裝置12包括複數開關(未顯示)。在操作開關時，操作裝置12將與開關之操作相對應的多工傳輸信號發送至控制器11。

對控制器11、調光裝置9及操作裝置12各別指派識別資訊(例如，位址)。控制器11藉由使用位址而分別辨識連接到通信線路L1的裝置。控制器11在調光裝置9與操作裝置12之間傳輸多工傳輸信號。

在控制器11的記憶體(未顯示)中，儲存了被分別指派給操作裝置12之開關(未顯示)的位址、及調光裝置9的位址，每一開關的位址與每一調光裝置9的位址相關聯。一旦接收到從操作裝置12發送的傳輸信號時，控制器11基於傳輸信號中所包含之開關的位址來查閱記憶體以獲得相關調光裝置9的位址、並向相關調光裝置9發送控制信號。

若控制器11發送控制信號，則相關調光裝置9接收控制信號、並執行對與控制信號中所包含的位址相對應之照明負載10的控制。亦即，藉由對操作裝置12的開關進行操作，可能控制與開關相對應之照明負載10的照明狀態。

電源22電氣連接到控制器11。電源22將電力供應至電氣連接到通信線路L1的各樣裝置、以及控制器11。

調光裝置9由電線L2電氣連接到照明負載10。電源21電氣連接到調光裝置9。調光裝置9使用由電源21供應之電力而開啟照明負載10。

調光裝置9以功率控制的方式或信號控制的方式對照明負載10執行調光控制。功率控制的方式包括了基於同相的相位控制方案、及基於反相的相位控制方案。在基於反相的相位控制方案中，半導體開關(例如FET(場效電晶體)、TRIAC、或類似裝置)(未顯示)在來自電源的AC電壓之零交越點的時機開啟。因此，與基於同相的相位控制方案相比，在基於反相的相位控制方案中減小了在開關開啟的時候引入的突波電流。本實施例的調光裝置9以基於反相的相位控制方案來控制照明負載10。

如圖1中所顯示，在調光裝置9的主體901中，設置了通信線路L1連接到的一對多工傳輸信號端子95、電源21連接到的一對電源端子97、照明負載10連接到的負載端子98、及設定單元900。

調光裝置9以電源21(例如，AC 100V至277 V的商用電源)所供應的電力開啟照明負載10。

如圖2中所顯示，設定單元900包括用於設定照明負載10的調光範圍的下限之操作部981、及用於設定照明負載10的調光範圍的上限之操作部982。操作部981及操作部982(例如，旋轉式可變電阻器)從主體901的表面突出約5 mm至7 mm，使得操作部981及操作部982得以被手動旋轉。操作部981及操作部982可在約0到300度的範圍內旋轉。或者，可以在操作部981及操作部982的表面上形成凹槽，可將諸如一字螺絲起子或十字螺絲起子之類的工具的尖端插入凹槽中以使操作部981及操作部982旋轉。另外，吾人偏好操作部981及操作部982暴露在主體901的表面上，以使它們可被手動旋轉。然而，操作部981及操作部982可不從主體901的表面突出。

沿操作部981及操作部982的外周，標記了指出設定值的級別。藉由將指標(本實施例中的箭頭的尖端)放置在想要的級別上，吾人決定了一設定值。由於操作部981及操作部982可被以諸如螺絲起子之類的設備及手所操作，因此可輕易地執行對調光範圍的設定。另外，只要可以對調光範圍的上限及下限進行設定，操作部981及操作部982可採用例如DIP開關、滑動開關、觸控面板類型之輸入裝置、及使用紅外線通信或無線電波之無線通信裝置其中任何一者。儘管本實施例的設定單元900具有一組操作部(兩操作部)，但操作部的組的數量不限於一、且可依據調光單元3的數量而適當地決定(參見圖3)。

圖2中所顯示的操作部981(第一設定部)設定連接到負載端子98的照明負載10的調光範圍的下限。圖2中所顯示的操作部982(第二設定部)設定連接到負載端子98的照明負載10的調光範圍的上限。標記在操作部981及操作部982的外圍上的級別之數值(%)以百分比表示了調光水平，其中照明負載10以其滿強度照明時調光水平是100%。

接下來，將參照圖3來描述調光裝置9的電路配置及操作。

調光裝置9包括控制單元2、調光單元3、電源電路6、通信單元8、及設定單元900。調光單元3包括調光電路驅動單元31及調光電路32。

藉由從透過通信線路L1傳輸的控制信號接收操作功率來操作電源電路6。

調光電路32控制著提供至照明負載10的電力，且包括容許交流電流雙向流動的半導體開關(例如，FET或TRIAC)(未顯示)。

調光電路驅動單元31連接到調光電路32、並控制調光電路32以改變照明負載10的調光水平。調光電路驅動單元31控制用以開啟/關閉半導體開關的時機(相對於電力頻率的傳導角)，以便調整向照明負載10提供的電力，藉此對照明負載10進行調光。調光裝置9不僅可以開啟以相位控制方案控制的LED照明負載，亦可以開啟諸如白熾燈的照明負載。

本實施例的調光裝置9包括一調光單元3，但是也可包括複數調光單元。另外，調光單元3可用以對複數照明負載進行調光。

通信單元8透過通信線路L1與控制器11進行通信。一旦接收到從控制器11發送的控制信號，通信單元8就向控制單元2輸出包含在控制信號中的資訊。

控制單元2包括了微電腦(未顯示)及類似裝置。藉由讀出儲存在ROM(未顯示)中的程式及執行該程式來操作控制單元2。控制單元2藉由根據通信單元8所接收之控制信號來控制調光單元3而對照明負載10執行調光控制。

關於這一點，將描述控制單元2的操作，該操作係藉由使用由操作部981及操作部982所設定的設定值而控制照明負載10的調光水平。

LED照明器具具有作為光源的LED元件。LED元件可被調光到相較於螢光燈的低照度。然而，在LED元件以低照度照明時，由於從LED元件所發出之光的大偏差，在亮度上的不均勻或者閃爍變得可見。另外，在LED元件以高照度照明時，由於LED的發光特性，有可能覺察到耀眼或眩光。為了這些理由，藉由旋轉操作部981，將照明負載10的調光範圍的下限設定為從LED元件所發出的光之亮度上的不均勻幾乎不可見的調光水平(在本實施例中為15%)。在另一方面，藉由旋轉操作部982，將照明負載10的調光範圍的上限設定為LED元件的眩光幾乎不可見的調光水平(在本實施例中為75%)。即使使用者對操作裝置12進行操作以使照明負載10以在受限的調光水平範圍之外的調光水平(亦即，低於15%或高於75%的調光水平)點亮，調光裝置9仍控制照明負載10以15%與75%之間的調光水平點亮。因此，即使將照明負載10調光到調光範圍的下限，從各別的LED元件所發出的光之亮度上的不均勻仍是幾乎不可見的，且即使將照明負載10調光到調光範圍的上限， LED元件的耀眼或眩光仍是幾乎不可見的。

在本實施例的調光裝置9中，調光範圍的下限係設定為15%，調光範圍的上限係設定為75%。然而，可依據在從LED元件所發出的光之亮度上的差異、及/或依據照明負載10安裝的環境而將調光範圍的下限及上限的數值改變為適當的值。

如上面所述，本實施例的調光裝置9包括控制單元2、操作部981(第一設定部)及操作部982(第二設定部)。控制單元2接收藉由多工傳輸方法而傳輸的控制信號，且控制包括LED的照明負載10的調光水平。操作部981(第一設定部)設定照明負載10的調光範圍的下限。該下限可於第一範圍內調整。操作部982(第二設定部)設定照明負載10的調光範圍的上限。該上限可於第二範圍內調整。第二範圍中的最小值大於第一範圍中的最大值。

藉由設定照明負載10的調光範圍的上限及下限，控制單元2抑制了在低照度的亮度上的不均勻，且使得在高照度的LED的耀眼或眩光係較不易察覺的。換言之，控制單元2使得包括LED的照明負載10能夠在遍及調光水平的全部範圍中展現出良好的視覺品質。

根據本實施例的照明系統包括調光裝置9、照明負載10、控制器11及操作裝置12。調光裝置9電氣連接到通信線路L1。照明負載10包括LED、且係由調光裝置9控制。控制器11電氣連接到通信線路L1、且藉由使用藉由多工傳輸方法而傳輸的控制信號來控制調光裝置9。

操作裝置12係用以讓使用者得以在第三範圍內為照明負載10的調光水平選擇一期望值、及將所選擇的期望值傳輸到控制器11。控制器11基於該期望值而產生控制信號，並將該控制信號傳輸到調光裝置9。在此，第三範圍中的最小值等於或小於第一範圍中的最小值，且第三範圍中的最大值等於或大於第二範圍中的最大值。

若期望值小於由操作部981設定的下限，則調光裝置9將照明負載10的調光水平設定為所設定的下限。若期望值大於由操作部982設定的上限，調光裝置9將照明負載10的調光水平設定為所設定的上限。

藉由調光裝置9，吾人可能實現在遍及照明負載10(包括了LED)的調光水平的全部範圍中展現出良好視覺品質的照明系統。

在下文中，將參照圖5來描述本實施例的照明系統的變化例。

根據變化例的照明系統的調光裝置9’以信號控制的方式對照明負載10執行控制。照明負載10係用以以從調光裝置9’發送的調光信號所指示的調光水平來點亮LED。

除了調光信號係輸出至照明負載10之外，根據變化例的照明系統的調光裝置9’與根據本實施例的調光裝置9完全相同；且因此，將省略對相同組件及操作的描述。

變化例的調光裝置9’對被以信號控制之方式所控制的LED照明負載(未顯示)執行調光控制。用於對照明負載執行調光控制的信號控制的方式包括了例如使用為PWM(脈寬調變)信號的控制信號之控制方式、使用DC電壓的電壓信號的電壓位準之控制方式、及使用符合照明控制的標準中所定義的DALI(數位可定址照明介面)協定的信號之控制方式。在以下描述中，將描述一範例，在該範例中調光裝置9’將代表了DC電壓之電壓位準的調光信號輸出至照明負載10。

變化例的調光裝置9’包括四調光單元3，每一調光單元3皆輸出一指示調光水平之電壓位準的調光信號。

在調光裝置9’的主體901中，設置了通信線路L1連接到的一對多工傳輸信號端子95、電源21連接到的一對電源端子96、用於向照明負載10輸出調光信號的調光信號端子90、及設定單元900。

以電源21(例如，24V AC的電源)所提供的電力來操作調光裝置9’。

調光信號端子90包括四組的調光信號端子91到94，調光信號端子91到94組分別連接到調光單元3。調光信號端子91到94中其中每一組皆連接到與其相對應的照明負載10。調光信號端子90在此變化例中包括四組的調光信號端子，但亦可包括一或更多組的調光信號端子。

設定單元900包括了用以為四照明負載10其中每一者設定調光範圍之下限的操作部911、操作部921、操作部931及操作部941(第一設定部)。另外，設定單元900包括用以為四照明負載10其中每一者設定調光範圍之上限的操作部912、操作部922、操作部932及操作部942(第二設定部)。

儘管根據此變化例的設定單元900具有四組操作部(八操作部)，但是操作部的組數不受限於四，且可依據調光單元3之數量而適當地決定。另外，設定單元900不限於具有操作部，且只要可以對調光範圍的上限及下限進行設定，則可採用DIP開關、滑動開關、觸摸面板類型之輸入裝置、及使用紅外通信或無線電波之無線通信裝置其中任何一種。

調光裝置9’的控制單元2回應從控制器11接收的控制信號而透過調光單元3向照明負載10輸出DC電壓(例如，0V到10V)。

由圖6中的虛線所指示的線段G2代表了調光裝置9’可以進行調光之調光水平的範圍。一旦透過通信線路L1接收到控制信號，則調光裝置9’依據控制信號的電壓位準(在圖6的垂直軸上)而改變照明負載10的調光水平(圖6的水平軸上)。若控制信號的電壓位準為V0(例如，0V)，則調光裝置9’實質上關閉照明負載10，且若控制信號的電壓位準為V3(例如，10V)，則調光裝置9’以其滿強度開啟照明負載10。

對於根據變化例的調光裝置9’， 照明負載10的調光範圍的下限係藉由旋轉操作部而設定為其滿強度的15%，且照明負載10的調光範圍的上限係藉由旋轉操作部而設定為其滿強度的75%。照明負載10係以在15%與75%之間的調光水平點亮(參見線段G1)。

即使使用者操作操作裝置12以使得將照明負載10調光到受限的調光水平範圍之外(換言之，低於15%或高於75%)，調光裝置9’也將向調光信號端子90輸出的電壓的範圍限制為在V1與V2之間的電壓位準。因此，調光裝置9’將照明負載10調光到在15%與75%之間的調光水平。亦即，藉由調光裝置9’，即使在調光範圍的下限，在從LED元件發出的光的亮度上的不均勻也是幾乎不可見的，且即使在調光範圍的上限， LED元件的耀眼或眩光也是幾乎不可見的。

在根據變化例的照明系統的調光裝置9’中，將調光範圍的下限設定為15%，將調光範圍的上限設定為75%。然而，可以依據在從照明負載10所發出的光的亮度上之差異、及/或依據照明負載10安裝的環境來將調光範圍的下限及上限的數值改變為適當的值。

儘管前文已經描述了所認為的最佳模式及/或其它示例，但是應當理解的是，可以在其中做出各種修改，且可以以各種形式及例子來實現本文所揭露的標的，且可以將其應用於許多應用中，本文僅僅描述了其中的一些。旨在藉由以下的申請專利範圍來要求保護落入本教示的真正範圍內的任何以及全部修改及變化。

2‧‧‧控制單元
3‧‧‧調光單元
6‧‧‧電源電路
8‧‧‧通信單元
9‧‧‧調光裝置
9’‧‧‧調光裝置
10‧‧‧照明負載
11‧‧‧控制器
12‧‧‧操作裝置
21‧‧‧電源
22‧‧‧電源
31‧‧‧調光電路驅動單元
32‧‧‧調光電路
L1‧‧‧通信線路
L2‧‧‧電線
90‧‧‧調光信號端子
91‧‧‧調光信號端子
92‧‧‧調光信號端子
93‧‧‧調光信號端子
94‧‧‧調光信號端子
95‧‧‧多工傳輸信號端子
96‧‧‧電源端子
97‧‧‧電源端子
98‧‧‧負載端子
900‧‧‧設定單元
901‧‧‧主體
911‧‧‧操作部
912‧‧‧操作部
921‧‧‧操作部
922‧‧‧操作部
931‧‧‧操作部
932‧‧‧操作部
941‧‧‧操作部
942‧‧‧操作部
981‧‧‧操作部
982‧‧‧操作部
G1‧‧‧線段
G2‧‧‧線段
V0‧‧‧電壓
V1‧‧‧電壓
V2‧‧‧電壓
V3‧‧‧電壓

圖式僅以舉例的方式而非限制的方式來描繪根據本教示的一或更多實行例。在圖式中，相似的元件符號意指相同或相似的元件。

根據本發明之實施例，圖1為調光裝置的外部視圖；

根據本發明之實施例，圖2為調光裝置之主要部分的放大視圖；

根據本發明之實施例，圖3為調光裝置的示意方塊圖；

根據本發明之實施例，圖4為照明系統的示意方塊圖；

根據本發明之實施例的變化例，圖5為調光裝置的外部視圖；及

根據本發明之實施例的變化例，圖6為用以繪示調光裝置之調光範圍的標繪圖。

9‧‧‧調光裝置

95‧‧‧多工傳輸信號端子

97‧‧‧電源端子

98‧‧‧負載端子

900‧‧‧設定單元

901‧‧‧主體

981‧‧‧操作部

982‧‧‧操作部

Claims (4)

1. 一種調光裝置，包含：一控制單元，用以接收藉由一多工傳輸方法而傳輸的一控制信號、及用以回應該控制信號而控制一照明負載的一調光水平，該照明負載包括發光二極體；一第一設定部，用以設定該照明負載的該調光水平的一下限，該下限係可在一第一範圍中調整的；及一第二設定部，用以設定該照明負載的該調光水平的一上限，該上限係可在一第二範圍中調整的，其中，該第二範圍中之最小值大於該第一範圍中之最大值，其中該第一設定部及該第二設定部係電氣連接至該控制單元，以使該控制單元於一輸入調光水平小於所設定的該下限時將該照明負載的該調光水平控制為所設定的該下限、且該控制單元於該輸入調光水平大於所設定的該上限時將該照明負載的該調光水平控制為所設定的該上限。
2. 一種照明系統，包含：如申請專利範圍第1項之調光裝置，該調光裝置電氣連接到一通信線路；該照明負載，用以被該調光裝置所控制；及一控制器，電氣連接到該通信線路，該控制器係用以藉由以該多工傳輸方法將該控制信號傳輸到該調光裝置而控制該調光裝置。
3. 如申請專利範圍第2項之照明系統，更包含：一操作裝置，用以容許使用者在一第三範圍內為該照明負載的該調光水平選擇一期望值、並將所選擇的該期望值傳輸到該控制器，其中，該控制信號係基於所選擇的該期望值而產生。
4. 如申請專利範圍第3項之照明系統，其中該第三範圍中之最小值等於或小於該第一範圍中之最小值，且該第三範圍中之最大值等於或大於該第二範圍中之最大值。