TWI757769B - 訊號偵測器、訊號轉換器、電源控制器與訊號轉換方法 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種訊號偵測器，能應用於訊號轉換器與電源控制器中，以供訊號轉換器執行一訊號轉換方法，其中，訊號偵測器主要利用晶體組連接訊號源與參考電位，於訊號源高準位或低準位時分別形成短路與截止之電路狀態，於訊號源未連接時則受到參考電位造成的電流作用形成導通之電路狀態，使訊號轉換器能判斷訊號源各別腳位或位元是否有訊號，進而決定輸出調變訊號或輸出電源的解析度，而能適用於多種訊號源及負載裝置，提高電源控制器的相容性。

Description

訊號偵測器、訊號轉換器、電源控制器與訊號轉換方法

本創作提供一種訊號轉換器，能接收數位訊號並據以控制電力輸出。

現今在脈波寬度調變(PWM)技術成熟以及普及化的情況下，數位式電力控制器已廣泛運用於各種電力設備中，惟電力控制器所供予電力的負載種類繁多，各種負載各自需要不同的電壓及功率規格，在調整功率時所需達成的解析度亦高低有別，造成電力控制器必須依負載以及對應的數位控制訊號源定製，在不同的訊號源與負載等設備之間的相容性低，難以共通使用，使研發、設計與生產成本難以降低。

有鑑於此，本創作的其中一項目的在於提供一種電源控制器，具有較高的相容性，而能適用於不同的訊號源與負載。

為達成上述目的，本創作提供一種訊號偵測器，適於連接一訊號源，並判斷該訊號源為未連接、高準位及低準位中的何者，該訊號偵測器包括訊號端口、參考端口與晶體組，訊號端口供連接訊號源，參考端口供輸入一參考電位，參考電位介於訊號源的高準位與低準位之間，參考端口與訊號端口並聯，晶體組包括控制側與操作側，控制側與訊號端口及參考端口串聯，操作側具有輸入端口與輸出端口，操作側依控制側的電流值而令輸入端口與輸出端口之間在截止、導通與短路之間切換。

為達成上述目的，本創作還提供一種訊號轉換器，適於接收數位訊號並依該數位訊號輸出調變訊號，供電力轉換器依調變訊號輸出與數位訊號相應的功率，訊號轉換器包括控制器與若干訊號偵測器，訊號偵測器分別連接於控制器，其中，控制器依訊號偵測器之操作側的截止及短路的數量決定調變訊號的解析度，並依訊號偵測器之操作側的截止及短路的序列控制調變訊號。

為達成上述目的，本創作還提供一種電源控制器，包括訊號偵測器與電力轉換器，電力轉換器連接於控制器，電力轉換器接收調變訊號並依調變訊號輸出電力。

在上述的訊號偵測器中，晶體組例如是光電晶體型光耦合器。

為達成上述目的，本創作還提供一種訊號轉換方法，適於依數位訊號輸出調變訊號，供電力轉換器依調變訊號輸出與數位訊號相應的功率，訊號轉換方法係偵測數位訊號的各個位元，依數位訊號中為連接的位元數決定調變訊號的解析度，並依數位訊號的值控制調變訊號。

利用上述裝置與方法，本創作能偵測訊號源的數位訊號，判斷數位訊號的位元數以決定向下游輸出的調變訊號及調變後的電源的解析度，從而能適用於多種數位訊號及其對應的負載，提高電源控制器的相容性。

請參考圖1，本創作提供一種訊號轉換器1，連接於數位訊號的訊號源2與電力轉換器3，訊號轉換器1能從訊號源2接收數位訊號，偵測數位訊號後向電力轉換器3輸出與數位訊號對應的調變訊號，電力轉換器3則依調變訊號輸出對應的電壓與電流，向下游連接的負載4供應電力，其中，訊號源2具有若干腳位(bin)，數位訊號具有與各腳位對應的若干位元，每一位元的值(1/0)由各對應腳位的電壓以高準位(high)或低準位(low)來表示，舉例而言，本實施例中訊號源的數位訊號具有三個位元，由訊號源三個腳位(3 bins)各自的高低電壓組合，能表示出0、7及其間的整數計八種訊號。

請參考圖2，本創作訊號轉換器包括控制器11以及第一訊號偵測器12、第二訊號偵測器13、第三訊號偵測器14，第一訊號偵測器12、第二訊號偵測器13及第三訊號偵測器14分別連接於控制器11，其中各別訊號偵測器彼此間為相同或相似構造，以下僅以單一訊號偵測器為代表說明，在本創作其他可能的實施例中，訊號偵測器的數量亦可依訊號源的腳位數、位元數及成本控制的需求調整變更。

請參考圖3，訊號偵測器包括訊號端口121、參考端口122與晶體組123，訊號端口121能電連接訊號源的其中一個腳位，而能從訊號源接收高準位或低準位之電壓訊號，代表數位訊號的其中一個位元，參考端口122另電連接一參考電位，參考電位為介於高準位與低準位之間的電壓值，可由控制器連接提供或以外部電源連接提供，舉例而言，高準位例如是+12V，低準位例如是0V，參考電位則可以是0V至+12V之間的任意電壓值，例如是+8V。參考端口122與訊號端口121並聯，晶體組123與訊號端口121及參考端口122串聯，較佳者，訊號端口121與參考端口122分別串聯一電阻124、125。

晶體組123例如是光電晶體型光耦合器，具有控制側126與操作側127，控制側127為發光二極體，串聯於訊號端口121與參考端口122，能受從訊號端口121或參考端口122流入的電流驅動而發光，操作側127為光電晶體，具有輸入端口128與輸出端口129，操作側127與控制側126光耦合而能受到控制側126的光作用，改變操作側127輸入端口128與輸出端口129之間的電路特性，當控制側的電流為低、中與高時，控制側127的發光亮度分別為低、中與高，操作側127受到控制側的光作用，會在截止區、線性操作區與飽和區之間操作，而使輸入端口128與輸出端口129之間呈截止、導通或短路之電路狀態，其中需要說明的是，輸入端口128與輸出端口129之間呈導通狀態時，操作側127操作在線性操作區，輸入端口128與輸出端口129之間具有電阻性，如同電阻。

請參考圖2與圖3，控制器11連接於訊號偵測器的輸出端口129，訊號偵測器操作側的輸入端口128則可連接於控制器11或外部電源，提供例如是電壓為+12V的操作電壓，當訊號偵測器的操作側127的電路狀態在截止、導通與短路之間變化時，控制器11能從輸出端口129偵測到不同的電壓，從而判斷得知操作側為截止、導通或是短路，進一步得知訊號源的對應腳位為低準位、未連接或是高準位。

詳言之，當訊號端口121連接的腳位為低準位時，參考端口122的電壓大部分在電阻125發生壓降，較低或者沒有電流流經控制側126，控制側不發光或發光強度低，操作側127受到無光線或低亮度光線作用影響而操作在截止區，使輸入端口128與輸出端口129之間呈現截止(即斷路)之電路狀態，輸出端口129電壓值為零；當訊號端口121連接的腳位為高準位時，高準位的電壓能引發電流由訊號端口121經電阻124流入控制側126，再由控制側126流出後接地，控制側126受到較高電壓與電流影響，發光強度高，操作側127受到高亮度光線照射而操作在飽和區，使輸入端口128與輸出端口129之間呈現短路之電路狀態，操作側127的電路特性如同直接以導線直接連接，輸出端口129的電壓值會等於或十分接近操作電壓；當訊號端口121未連接腳位或連接的腳位電路上游為開路時，參考端口122的參考電位能引發電流，由參考端口122經電阻125流入控制側126，驅動控制側126而使控制側126發光且發光強度較訊號端口121連接的腳位為高準位時低，操作側127受到光線照射但未操作在飽和區，而在線性操作區，令輸入端口128與輸出端口129之間呈現導通之電路狀態，操作側127的電路特性如同電阻，輸入端口128接收的操作電壓會在操作側127發生局部壓降，輸出端口129的電壓值會介於零與操作電壓之間。

控制器11由各訊號偵測器得知各個訊號偵測器的操作側127的電路狀態後，得知訊號源各個腳位為高準位、低準位或是未連接後，能依操作側127為截止及短路的數量，亦即腳位為高準位及低準位的數量，進一步得知數位訊號的位元數，亦即向電力轉換器輸出調變訊號的解析度，舉例而言，訊號源有三個各具低準位或高準位的腳位，使三個訊號偵測器的操作側均各自為截止或短路，控制器則得知訊號源具有三個位元數，即可決定解析度為二的三次方，即8，能表示0/7、1/7、2/7、3/7、4/7、5/7、6/7、7/7等八種數值。

請參考第3圖與第4圖，控制器11由各訊號偵測器得知各個訊號偵測器的操作側的電路狀態，依操作側127為截止及短路的序列，控制輸出的調變訊號，舉例而言，第一訊號偵測器12、第二訊號偵測器13與第三訊號偵測器14的操作側依序為短路、截止與短路，可得知訊號源三個腳位為高準位、低準位與高準位，能對應為數值101，依二進位編碼轉換可知其代表數值5，即輸出工作週期(duty cycle)為七分之五的脈波寬度調變訊號(PWM)。

電力轉換器3連接於控制器11，接收調變訊號並依其輸出對應的電壓與電流，舉例而言，如電力轉換器3輸出至下游負載4的全載電壓是+5V，控制器11輸出工作週期為七分之五的脈波寬度調變訊號(PWM)，電力轉換器3則供應下游負載4全載電壓七分之五的電壓值，為+3.57V；又例如訊號源三個腳位為低準位、高準位與低準位，對應為數值010，依二進位編碼轉換可知其代表數值2，控制器11輸出工作週期為七分之二的脈波寬度調變訊號，電力轉換器3則供應負載4全載電壓七分之二的電壓值，為+1.43V。

控制器11另外具有一至若干迴授端口111與一設定端口112，電力轉換器3所輸出的電壓及電流可進一步連接迴授端口111並輸出予控制器11，使控制器11與電力轉換器3能形成回授控制迴路，令電力轉換器3輸出的電壓與電流確實符合或至少貼近預定的輸出目標，另外能進一步將一設定訊號連接設定端口112並輸入予控制器11，向控制器11設定電力轉換器3預定的輸出目標，例如工作週期為100%全載時的全載電壓或電流等。

利用上述裝置，訊號轉換器能與電力轉換器連接而成為電源控制器，可由訊號偵測器的訊號端口121接收訊號源的數位訊號，再依此控制輸出予下游負載的電壓與電流，達成電源控制。

其次，當訊號源因規格差異或電路異常而僅具較少腳位時，例如僅具兩個腳位時，訊號轉換器能藉由訊號偵測器偵測各個腳位為高準位、低準位或未連接，而會得知訊號源僅有兩個具高準位或低準位的腳位，能依訊號源連接的腳位數量決定解析度，例如為二的二次方即4，再依高準位與低準位腳位的序列，決定數位訊號所傳遞的數值，自動依訊號源的內容調整輸出訊號，例如電力轉換器3輸出至下游負載4的工作週期為100%全載時全載電壓是+5V，訊號源僅有二個腳位，電力轉換器3則供應負載4的電壓值僅有0、1/3全載電壓、2/3全載電壓、全載電壓，即0、+1.67V、+3.33V、+5V等4種電壓值。

在上述實施例中，晶體組是光電晶體型光耦合器，能在訊號源與控制器之間提供電氣隔離作用，惟若改以電晶體作為晶體組使用，亦可達成上述實施例相似的使用效果。

綜上所述，本創作的訊號轉換器能依訊號源腳位數或位元數的多寡，自動調整輸出的調變訊號，從而提高對於不同裝置、控制器的相容性，再調整輸出電力的解析度時，也能平均分配功率的調整幅度，能適應多種負載需求，為相關電力、動力控制業者所企盼，惟以上實施例僅在於說明並闡述本創作的技術內容，而非將本創作狹義地限制於上述實施例，在不超出本創作精神及以下申請專利範圍所做之種種變化實施例，皆屬於本創作之範圍。本專利的專利範圍應以後述的申請專利範圍為準。

訊號轉換器1 控制器11 迴授端口111 設定端口112 第一訊號偵測器12 訊號端口121 參考端口122 晶體組123 電阻124 電阻125 控制側126 操作側127 輸入端口128 輸出端口129 第二訊號偵測器13 第三訊號偵測器14 訊號源2 電力轉換器3 負載4

圖1為本創作之系統示意圖。 圖2為本創作訊號轉換器及電力轉換器之示意圖。 圖3為本創作訊號偵測器之電路圖。 圖4為本創作訊號轉換器及電力轉換器之電路示意圖。

訊號端口121 參考端口122 晶體組123 電阻124 電阻125 控制側126 操作側127 輸入端口128 輸出端口129

Claims (7)

1. 一種訊號偵測器，適於連接一訊號源，並判斷該訊號源為未連接、高準位及低準位中的何者，該訊號偵測器包含：一訊號端口，供連接該訊號源；一參考端口，供輸入一參考電位，該參考電位介於該高準位與該低準位之間，該參考端口與該訊號端口並聯；一晶體組，包括一控制側與一操作側，該控制側與該訊號端口及該參考端口串聯，該操作側具有一輸入端口與一輸出端口，該操作側依該控制側的電流值而令該輸入端口與該輸出端口之間在截止、導通與短路之間切換。
2. 如請求項1所述的訊號偵測器，其中該晶體組為光電晶體型光耦合器。
3. 一種訊號轉換器，適於接收一數位訊號並依該數位訊號輸出一調變訊號，供一電力轉換器依該調變訊號輸出與該數位訊號相應的功率，該訊號轉換器包括：一控制器；複數個如請求項1所述的訊號偵測器，該些訊號偵測器分別連接於該控制器；其中，該控制器依該些訊號偵測器之操作側的截止及短路的數量決定該調變訊號的解析度，並依該些訊號偵測器之操作側的截止及短路的序列控制該調變訊號。
4. 如請求項3所述的訊號轉換器，其中該晶體組為光電晶體型光耦合器。
5. 一種電源控制器，包含如請求項3所述的訊號轉換器，更包含一電力轉換器，該電力轉換器連接於該控制器，該電力轉換器接收該調變訊號並依該調變訊號輸出電力。
6. 如請求項5所述的電源控制器，其中該晶體組為光電晶體型光耦合器。
7. 一種訊號轉換方法，適於依一數位訊號輸出一調變訊號，供一電力轉換器依該調變訊號輸出與該數位訊號相應的功率，該訊號轉換方法係利用如請求項1或2所述之訊號偵測器偵測該數位訊號的各個位元，依該數位訊號中為連接的位元數決定該調變訊號的解析度，並依該數位訊號的值控制該調變訊號。

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