TWI608761B - 供電控制系統及方法 - Google Patents

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Description

供電控制系統及方法
本案涉及供電領域，尤其涉及一種供電控制系統及方法。
在交流燈具應用中，現有之調光模式包括可控矽調光、無線通訊調光以及開關調光三種方式。現有之上述調光控制系統均含有一個調光控制器和一個調光接收模組。
可控矽調光方式採用斬波之方式來改變電網之有效輸出電壓來調光；開關調光方式通過現有電力開關之切換動作來發送調光指令；而無線通訊調光方式通過在調光控制器中增加無線發射單元，燈具中增加無線接收單元，採用傳統之無線通訊協定(ZigBee、WIFI、Bluetooth等)實現調光功能。
其中可控矽調光方案優點有：支持燈具亮度調節；線路工程改造成本低以及可實現燈具之無級亮度調節。其缺點在於調光相容性差且不同調光器調光效果不一樣；另外，調光過程對電網存在一定程度之污染。
無線通訊調光方案優點包括：可無級調光以及可組網、可單燈控制。其缺點在於控制複雜、實現成本高且控制信號容易受幹擾。
開關調光方案優點有控制簡單且成本低廉其缺點在於調光過程存在滅燈現象，難以做到多組燈具同步調光。
綜上所述，現有之三種方式在現有之調光方式普遍存在著通訊距離短，實現成本高、調光相容性差等缺點。
為改進現有技術中多種調光方案之缺陷，本案提供一種供電控制系統，包括受控設備，通過一供電電壓提供電力；波形控制單元，用於接收該供電電壓並改變該供電電壓之波形，以形成控制信號；以及電力偵測及控制單元，用於接收並解析該控制信號以輸出一控制命令，並依靠該控制命令控制該受控設備。
可選的，該受控設備為燈具，該控制命令用於控制該燈具之開啟、關閉、亮度調節或色溫調節。
可選的，該控制信號為數位信號、類比信號或二者之組合。
可選的，該波形控制單元包括波形改變單元，用於接收該供電電壓與一指令信號，並改變該供電電壓之波形；相位電路，用於偵測該供電電壓並形成相位信號；以及第一控制單元，接受該相位信號，並形成該指令信號。
可選的，該相位電路包括採樣電路和過零判斷電路，通過對該供電電壓進行採樣和過零判斷，以形成該相位信號。
可選的，該波形改變單元為半導體開關，通過該半導體開關之開合動作改變該供電電壓之波形。
可選的，該半導體開關為MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體)器件。
可選的，該電力偵測及控制單元包括波形檢測單元，用於接收並檢測該控制信號之波形；波形處理單元，用於對比檢測到之控制信號波形與一約定協定，以及第二控制單元，用於根據上述對比結果形成該控制命令。
可選的，該控制信號之波形為正弦波，該波形檢測單元將該正弦波轉化為方波並傳給該波形處理單元。
可選的，該約定協議通過波形之時間間隔表示。
可選的，該控制命令為通用電壓信號或PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製)信號。
本案還提供一種供電控制方法，包括一供電電壓為一受控設備提供電力；同時，波形控制單元接收該供電電壓並改變該供電電壓之波形，以形成控制信號；電力偵測及控制單元接收並解析該控制信號以輸出一控制命令，並依靠該控制命令控制該受控設備。
本案之供電控制系統包括受控設備、波形控制單元以及電力偵測及控制單元，供電電壓給受控設備供電之同時，被波形控制單元改變波形形成控制信號，電力偵測及控制單元接收並解析上述控制信號以輸出一控制命令，並依靠該控制命令控制該受控設備。基於上述供電控制系統，本案還提供一種供電控制方法，可以作為智慧調光系統從而實現開燈、關燈、調光和調節色溫之遠程遙控。本案之技術方案滿足了智慧燈具系統之遠端遙控要求、提高可靠 性、降低了成本，具有良好之經濟效益，減少了材料消耗之同時也具有環保價值。
10‧‧‧受控設備
20‧‧‧電力偵測及控制單元
21‧‧‧波形檢測單元
22‧‧‧波形處理單元
24‧‧‧輔助電源
25‧‧‧電源驅動電路
30‧‧‧波形控制單元
31‧‧‧Q管
32‧‧‧採樣電路
33‧‧‧過零判斷電路
34‧‧‧驅動電路
35‧‧‧輔助電源
23、36‧‧‧MCU
37‧‧‧按鍵電路
100‧‧‧供電模組
圖1為本案一實施例之供電控制系統之結構示意圖；圖2為本案一實施例之供電控制系統中波形控制單元之結構示意圖；圖3為本案一實施例之供電控制系統中電力偵測及控制單元之結構示意圖；圖4為本案一實施例之供電控制系統中波形控制單元將正弦波截掉一個週期內之上半軸波形或下半軸波形後之波形圖；圖5為本案一實施例之供電控制系統中波形檢測單元將丟掉半軸之正弦波轉化為方波後之波形圖；圖6為本案一實施例之供電控制系統中不同控制命令之波形圖；圖7為本案一實施例之供電控制方法之流程圖。
以下結合附圖和具體實施例對本案作進一步詳細說明。根據下面說明和申請專利範圍，本案之優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化之形式且均使用非精准之比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本案實施例之目的。
如圖1所示，本案提供一種供電控制系統，包括受控設備10，通過一供電電壓提供電力；波形控制單元30，用於接收該供電電壓並改變該供電 電壓之波形，以形成控制信號；以及電力偵測及控制單元20，用於接收並解析該控制信號以輸出一控制命令，並依靠該控制命令控制該受控設備10。
在本實施例中，供電模組100連接該波形控制單元30，其用於提供供電電壓。波形控制單元30連接電力偵測及控制單元20，電力偵測及控制單元20連接至受控設備10。在此結構中，供電電壓通過波形控制單元30和電力偵測及控制單元20後，為該受控設備10提供電力；同時，供電電壓經過波形控制單元30改變波形形成控制信號，並由電力偵測及控制單元20接收並解析該控制信號以輸出一控制命令，依靠該控制命令控制該受控設備10。
優選方案中，受控設備10具體為燈具，該控制命令用於控制該燈具之開啟、關閉、亮度調節或色溫調節。電力偵測及控制單元20和受控設備10集成於一個結構中，形成一個可控燈具結構。如圖1所示，本實施例中上述可控燈具結構有複數個，均連接於波形控制單元30。
在交流供電之燈具系統中，供電模組100可提供正常工作電壓為220Vac之正弦波，受控設備10(燈具)由於多採用儲能裝置進行電力驅動，供電電壓在一定程度之波動(如±20%)下仍能正常工作。220Vac之正弦波丟失10mS之半波仍不影響設備之正常工作。
波形控制單元30包括波形改變單元，用於接收該供電電壓與一指令信號並改變該供電電壓之波形；相位電路，用於偵測該供電電壓並形成相位信號；以及第一控制單元，接收該相位信號，並形成該指令信號，該指令信號由該波形改變單元接收並改變該供電電壓之波形以形成控制信號。
優選的波形控制單元30內部結構圖如圖2所示，在本實施例中，該第一控制單元為MCU36。波形控制單元30(原開關面板位置)之波形改變單 元為半導體開關(Q管31)，通過Q管31之開合動作改變該供電電壓之波形。優選的，該Q管31為MOS或IGBT器件。相位電路包括採樣電路32和過零判斷電路33，通過對供電電壓進行採樣和過零判斷，以形成該相位信號。具體方法是，通過控制Q管31之動作，對通過波形控制單元30之供電電壓做波形轉換。波形控制單元30內部之相位電路同步偵測供電電壓波形，捕捉供電電壓之過零點，同時MCU36偵測按鍵電路37信號，等待按鍵電路37之處理命令。
除了上述Q管31、採樣電路32、過零判斷電路33之外，波形控制單元30還包括驅動電路34，連接該Q管31和MCU36之間，用於驅動該Q管31；以及輔助電源35，用於為該MCU36供電。
如圖3所示，供電控制系統之電力偵測及控制單元20包括波形檢測單元21，用於接收並檢測該控制信號之波形；波形處理單元22，用於對比檢測到之控制信號波形與一約定協定；以及第二控制單元，用於根據上述對比結果形成該控制命令。在本實施例中，電力偵測及控制單元20之第二控制單元為MCU23，電力偵測及控制單元20還包括輔助電源24，用於為該MCU23供電。優選的，該MCU23輸出之控制命令為通用電壓信號或PWM信號，在本實施例中為0V-10V調光控制信號或PWM調光控制信號。在一些實施例中，控制單元還包括一電源驅動電路25，該電源驅動電路25為給燈具提供值定電流或恒定電壓之控制裝置。
本實施例中，該波形控制單元30輸出之控制信號之波形為正弦波，該波形檢測單元21將該正弦波轉化為方波並傳給該波形處理單元22。具體之過程是，電力偵測與控制單元20進行命令處理時，波形控制單元30之MCU36根據相位電路之信號將供電電壓之正弦波截掉正弦波一個週期內(頻率50hz， 週期20mS)之上半軸波形或是下半軸波形(10mS)。如圖4所示，去掉了半軸波形之正弦波由交流供電線路傳送到燈具端之電力偵測及控制單元20，電力偵測及控制單元20內之波形檢測電路21對正弦波之上半軸與下半軸作檢測。未做波形變換時候電力線傳送完整之正弦波形，波形檢測電路21輸出之是20mS完整之方波；當丟掉半軸之波形被波形檢測電路21檢測到後，波形檢測單元21將該丟掉半軸之正弦波轉化為方波並傳給該波形處理單元22，如圖5所示，電路輸出則為不完成之方波。同時，此波形被發送給電力偵測及控制單元20之MCU23，以作為控制命令。
電力偵測及控制單元20通過即時偵測供電電壓之手段，將供電線路波形變化情況通過波形檢測單元21之半波檢測電路得到方波丟失之變化並輸出控制信號波形，並通過波形處理單元22對比檢測到之控制信號波形與一約定協定，解析出供電線路中控制命令之內容，並轉成通用信號，例如0-10V(如0V關燈命令，10V為開燈命令)，或PWM(如占空比為0時，為關燈命令，占空比為100%時為開燈命令)信號，以形成控制命令，並予以執行開燈、關燈、調光或調節色溫命令，從而實現開燈、關燈、調光和調節色溫之遠程遙控。
優選的，如圖6所示，可以以100ms之時間間隔作為一個控制命令，也可以其他時間間隔作為其他控制命令，如100ms之時間間隔作為開燈命令，200ms之時間間隔作為關燈命令，300ms之時間間隔為調光命令，400ms之時間間隔為調節色溫命令。圖6中僅示出100ms-300ms之控制命令。
本案之控制信號可為類比方式、數位元方式或二者之組合等。控制信號可為時間間隔編碼、計數編碼、正負半波編碼或三者之組合。信號傳輸 之方式不只限於燈具之應用，其他用電網供電之場合均可應用，如室內家用電器之控制，戶外交流供電之智慧設備等。
本案中信號傳遞命令之內容不僅僅限於開關燈、調光和調色溫之場合。即0-10V或PWM之命令資訊不僅為0-10V(0V關燈命令，10V為開燈命令)，或PWM(如占空比為0時，為關燈命令，占空比為100%時為開燈命令)，也可以其他之方式進行組合成調光和調色溫之命令。
如圖7所示，本案還提供一種供電控制方法，包括一供電電壓為一受控設備提供電力；同時，波形控制單元接收該供電電壓並改變該供電電壓之波形，以形成控制信號；電力偵測及控制單元接收並解析該控制信號以輸出一控制命令，並依靠該控制命令控制該受控設備。
上述供電控制方法即為本案之供電控制系統之工作過程，具體供電控制方法之實現過程在前述對供電控制系統之描述中已有詳細的記載，此處不再贅述。
本案之供電控制系統可以作為智慧調光系統，其包括波形控制單元30，接受市電並改變供電電壓波形；電力偵測及控制單元20，接受波形控制單元30之命令，依照既定之通信協議格式，將命令轉換成類比或數位信號並輸出。通過波形控制單元30改變電網供電電壓波形，並利用電力偵測及控制單元20即時偵測輸入電壓波形之手段，解析出供電線路中控制命令之內容並予以執行，從而實現開燈、關燈、調光和調節色溫之遠程遙控。
首先這個方案能夠將開燈、關燈、調光之遙控命令準確傳遞到每個受控設備(燈具)。其次無需做線路改造，替換開關現有面板與燈具就可以，大幅降低了工程改造成本。對於新老燈具、可調光和非調光燈具都可以相容使用， 應用範圍擴寬。本案之技術方案滿足了智慧燈具系統之遠端遙控要求、提高可靠性、降低了成本，具有良好之經濟效益。減少了材料消耗，也具有環保價值。
顯然，本領域之技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本案之精神和範圍。這樣，倘若本案之這些修改和變型屬於本案申請專利範圍及其等同技術之範圍之內，則本案也意圖包括這些改動和變形在內。
10‧‧‧受控設備
20‧‧‧電力偵測及控制單元
30‧‧‧波形控制單元
100‧‧‧供電模組

Claims (11)

  1. 一種供電控制系統，其特徵在於，包括：一受控設備，通過一供電電壓提供電力；一波形控制單元，用於接收該供電電壓並改變該供電電壓之波形，以形成一控制信號；以及一電力偵測及控制單元，用於接收並解析該控制信號以輸出一控制命令，並依靠該控制命令控制該受控設備；其中，該波形控制單元包括：一波形改變單元，用於接收該供電電壓與一指令信號，並改變該供電電壓之波形；一相位電路，用於偵測該供電電壓並形成一相位信號；以及一第一控制單元，接受該相位信號，並形成該指令信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之供電控制系統，其中，該受控設備為一燈具，該控制命令用於控制該燈具之開啟、關閉、亮度調節或色溫調節。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之供電控制系統，其中，該控制信號為一數位信號、一類比信號或二者之組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之供電控制系統，其中，該相位電路包括一採樣電路和一過零判斷電路，通過對該供電電壓進行採樣和過零判斷，以形成該相位信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之供電控制系統，其中，該波形改變單元為一半導體開關，通過該半導體開關之開合動作改變該供電電壓之波形。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之供電控制系統，其中，該半導體開關為一金屬氧化物半導體或一絕緣柵雙極型電晶體器件。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之供電控制系統，其中，該電力偵測及控制單元包括：一波形檢測單元，用於接收並檢測該控制信號之波形；一波形處理單元，用於對比檢測到之該控制信號波形與一約定協定；以及一第二控制單元，用於根據上述對比結果形成該控制命令。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之供電控制系統，其中，該控制信號之波形為正弦波，該波形檢測單元將該正弦波轉化為方波並傳給該波形處理單元。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之供電控制系統，其中，該約定協定通過波形之時間間隔表示。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之供電控制系統，其中，該控制命令為一通用電壓信號或一脈衝寬度調製信號。
  11. 一種供電控制方法，其特徵在於，包括：一供電電壓為一受控設備提供電力，同時，波形控制單元接收該供電電壓並改變該供電電壓之波形，以形成一控制信號；以及一電力偵測及控制單元接收並解析該控制信號以輸出一控制命令，並依靠該控制命令控制該受控設備；其中，該波形控制單元包括：一波形改變單元，用於接收該供電電壓與一指令信號，並改變該供電電壓之波形；一相位電路，用於偵測該供電電壓並形成一相位信號；以及一第一控制單元，接受該相位信號，並形成該指令信號。
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