TWM503710U - 電器控制系統 - Google Patents

Description

電器控制系統

本創作係與產生波形控制有關；特別是指一種生不同波形以進行控制的電器控制系統.

一般建築物的室內配線方式，會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)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。

然而，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，本創作之目的在於提供一種電器控制系統，以控制負載有不同的動作。

緣以達成上述目的，本創作所提供的電器控制系統，用以控制至少一負載，包括有：至少一波形控制模組，用以電性連接一交流電源以及至少一波形驅動模組。該波形控制模組包括有一開關，當該開關導通時，該波形控制模組輸出一原始波形，當該開關截止時，該波形控制模組輸出一變形波形，其中該變形波形的正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓小於該原始波形相對應的半週之峰值電壓。該波形驅動模組電性連接該波形控制模組，該波形驅動模組接收該波形控制模組輸出之電能，且於該變形波形產生時控制該負載進行對應之動作。

本創作之效果在於，波形控制模組將交流電源的正弦波訊號以原始波形或變形訊號輸出，波形驅動模組再依據變形訊號控制負載。相較於傳統的控制訊號的方式，本 創作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。

100‧‧‧電器控制系統

110‧‧‧波形控制模組

SW1‧‧‧開關

ZD1‧‧‧穩壓二極體

120‧‧‧波形驅動模組

122‧‧‧驅動電路

124‧‧‧波形偵測電路

130‧‧‧變形波形

-V2‧‧‧變形波形負半週之峰值電壓

140‧‧‧原始波形

-V1‧‧‧原始波形負半週之峰值電壓

t1‧‧‧時間

t2‧‧‧時間

200‧‧‧電器控制系統

210‧‧‧波形控制模組

D2‧‧‧PN接面二極體

SW2‧‧‧開關

ZD2‧‧‧穩壓二極體

230‧‧‧變形波形

-V3‧‧‧變形波形負半週之峰值電壓

240‧‧‧原始波形

-V1‧‧‧原始波形負半週之峰值電壓

300‧‧‧電器控制系統

310‧‧‧波形控制模組

R3‧‧‧電阻

SW3‧‧‧開關

I‧‧‧最大電流

330‧‧‧變形波形

V4‧‧‧變形波形正半週之峰值電壓

-V4‧‧‧變形波形負半週之峰值電壓

340‧‧‧原始波形

V1‧‧‧原始波形正半週之峰值電壓

-V1‧‧‧原始波形負半週之峰值電壓

400‧‧‧電器控制系統

410‧‧‧波形控制模組

D4‧‧‧PN接面二極體

R4‧‧‧電阻

SW4‧‧‧開關

I‧‧‧最大電流

430‧‧‧變形波形

-V5‧‧‧變形波形負半週之峰值電壓

440‧‧‧原始波形

-V1‧‧‧原始波形負半週之峰值電壓

500‧‧‧電器控制系統

511‧‧‧第一波形控制模組

SW51‧‧‧開關

ZD51‧‧‧穩壓二極體

512‧‧‧第二波形控制模組

SW52‧‧‧開關

ZD52‧‧‧穩壓二極體

513‧‧‧第三波形控制模組

SW53‧‧‧開關

ZD53‧‧‧穩壓二極體

600‧‧‧電器控制系統

610‧‧‧波形控制模組

D6‧‧‧PN接面二極體

SW6‧‧‧開關

630‧‧‧變形波形

640‧‧‧原始波形

910‧‧‧發光二極體模組

PSW‧‧‧電源開關

S‧‧‧交流電源

圖1為本創作第一實施例之電器控制系統方塊圖。

圖2為第一實施例之波形圖。

圖3為本創作第二實施例之電器控制系統方塊圖。

圖4為第二實施例之波形圖。

圖5為本創作第三實施例之電器控制系統方塊圖。

圖6為第三實施例之波形圖。

圖7為本創作第四實施例之電器控制系統方塊圖。

圖8為第四實施例之波形圖。

圖9為本創作第五實施例之電器控制系統方塊圖。

圖10為本創作第六實施例之電器控制系統方塊圖。

圖11為第六實施例之波形圖。

為能更清楚地說明本創作，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後。圖1為本創作第一實施例之電器控制系統方塊圖。該電器控制系統100包括有一波形控制模組110以及一波形驅動模組120。

該波形控制模組110係裝設於建築物的牆面上，包括有一開關SW1並聯一穩壓二極體ZD1。該穩壓二極體ZD1逆向崩潰電壓的壓降使該波形控制模組110輸出電能之正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓減少而形成該一變形波形。在實施上，該開關SW1可為按鈕開關(button switch)或切換開關，而在本實施例中，該開關SW1 為常閉式的按鈕開關，該開關SW1在使用者按壓時呈開路狀態。該穩壓二極體ZD1之一第一端透過一電源開關PSW電性連接該交流電源S。該電源開關PSW為切換開關結構。該穩壓二極體ZD1之一第二端電性連接該波形驅動模組120。該穩壓二極體ZD1之第一端為陽極，第二端為陰極。

請同時參閱圖2，該交流電源S輸出的波形為一正弦波，在本實施例中，該交流電源S的電壓峰值為155.5伏特。當該開關SW1導通時，由交流電源S發出的正弦波，完整的經由開關SW1傳送至該波形驅動模組120，使該波形控制模組110輸出一原始波形140，該原始波形140即是該交流電源S發出的正弦波。

當該開關SW1截止時，由交流電源S發出的波形會改由穩壓二極體ZD1傳送至該波形驅動模組120。當正弦波之正半週經由該穩壓二極體ZD1時，對穩壓二極體ZD1為順向偏壓，因此正弦波之正半週不會有任何變化。當正弦波之負半週經由該穩壓二極體ZD1時，對穩壓二極體ZD1為逆向偏壓，因此，在達到該穩壓二極體ZD1的逆向崩潰電壓前(即在時間t1內，在本實施例中逆向崩潰電壓為5伏特)，不會有任何波形訊號傳送至該波形驅動模組120。當達到該穩壓二極體ZD1的逆向崩潰電壓時，該交流電源S之波形就會經由該穩壓二極體ZD1而傳送至該波形驅動模組120(即在時間t2內)。因為穩壓二極體ZD1的逆向崩潰電壓的壓降影響，交流電源S所發出的正弦波之負半週與傳送至波形驅動模組120的負半週波形會有一電壓差(該電壓差為|-V1-(-V2)|；-V1為-155.5伏特，-V2為-150.5伏特)，該電壓差即為穩壓二極體ZD1的逆向崩潰電壓。藉此，於開關SW1截止時，該波形控制模組110輸出該變形波形130。

該波形驅動模組120包括一驅動電路122及一 波形偵測電路124。該驅動電路122電性連接該波形控制模組110，用以接收該波形控制模組110所輸出之電能，並轉換成該一以發光二極體模組910為例的負載所需之電能。該發光二極體模組910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。該驅動電路122係可受控制地改變該發光二極體模組910的開、關狀態及亮度。於本實施例中，該驅動電路122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910之電訊號的時脈寬度。當然在實際實施上，該驅動電路122亦可為調整電訊號大小或其他調整電訊號之電路設計。

該波形偵測電路124電性連接該波形控制模組110，該波形偵測電路124且於該原始波形140及該變形波形130產生時控制該發光二極體模組910進行對應之動作。例如：當該波形控制模組110輸出該原始波形140時，該波形偵測電路124輸出一最大亮度訊號至該驅動電路122，該驅動電路122在依據該最大亮度訊號控制該發光二極體模組910產生最大亮度。當該波形控制模組110輸出該變形波形130時，該波形偵測電路124偵測到該變形波形130，以判斷該開關SW1受按壓。而後該波形偵測電路124輸出一預設亮度訊號，該驅動電路122在依據該預設亮度訊號控制該發光二極體模組910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。實務上，該波形偵測電路124所輸出的訊號不以前述之預設亮度訊號為限，亦可依據該開關SW1受按壓的時間，而控制該驅動電路122進行對應的動作，例如，該開關SW1持續受按壓後一預定時間後，使該發光二極體模組910之發光二極體的亮度在最大亮度值與最小亮度值之間循環變化，放開該 開關SW1後，使發光二極體的亮度固定於當下的亮度值。

圖3為本創作第二實施例之電器控制系統方塊圖。第二實施例之電器控制系統200與第一實施例的電器控制系統100差異在於波形控制模組210還包括一PN接面二極體D2。該PN接面二極體D2並聯該開關SW2，且該PN接面二極體D2之一第一端電性連接該交流電源S，該第一端為陽極。該PN接面二極體D2之一第二端電性連接該波形驅動模組120，該第二端為陰極。請同時參閱圖4，當該開關截止，該波形控制模組210會輸出一變形波形230，原始波形140與變形波形負半週波形會有一電壓差(|-V1-(-V3)|)，該電壓差即為穩壓二極體ZD2的逆向崩潰電壓。其特別在於，當交流電源S發出的波形為正半週時，波形及電流會由穩壓二極體ZD2及PN接面二極體D2傳送至該波形驅動模組120，特別在電流的傳輸上，可同時藉由穩壓二極體ZD2及PN接面二極體D2傳輸至波形驅動模組120，可減少穩壓二極體ZD2上的電流量，以增加使用壽命，此外因為同時使用穩壓二極體ZD2及PN接面二極體D2，可增加傳輸至該波形驅動模組120上的電流，使該波形驅動模組120能驅動較大消耗功率的發光二極體模組910。

圖5為本創作第三實施例之電器控制系統300方塊圖。第三實施例之電器控制系統300與第一實施例的電器控制系統100差異在於，該波形控制模組310包括有一開關SW2並聯一電阻R3。該電阻R3之一第一端透過電源開關PSW電性連接該交流電源S，該電阻R3之一第二端電性連接該波形驅動模組120。

請同時參閱圖6，當該開關SW3截止時，由交流電源S發出的波形會經由電阻R3，以形成變形波形330，且該變形波形330以正弦波的形態傳送至該波形驅動模組 120。因電阻R3之壓降使該波形控制模組310輸出電能之正半週與負半週的峰值電壓減少而形成該變形波形340。變形波形330的正半週的峰值電壓V4為流經電阻R3的最大電流I乘於電阻值(即V4=I×R3)，半週的峰值電壓為-V4=-I×R3。第三實施例的設計除了能有效的將交流電源S發出的波形改變成變形波形330之外，其變形波形330也還能維持平均電壓值為零的正弦波，可方便波形驅動模組120對變形波形進行信號處理。

圖7為本創作第四實施例之電器控制系統方塊圖。第四實施例之電器控制系統400與第三實施例的電器控制系統300差異在於波形控制模組410還包括一PN接面二極體D4。該PN接面二極體D4並聯該開關，且該PN接面二極體D4之一第一端電性連接該交流電源S，該第一端為陽極。該PN接面二極體D4之一第二端電性連接該波形驅動模組120，該第二端為陰極。

請同時參閱圖8，當該開關SW4導通時，該交流電源S發出之正弦波訊號會直接經由開關SW4而傳送至該波形驅動模組120，經由開關SW4後的正弦波訊號即是原始波形440。當該開關SW4截止時，該交流電源S發出之正弦波之正半週會經由PN接面二極體傳送至該波形驅動模組120。該交流電源S發出之正弦波之負半週，則會經由電阻R4傳送至該波形驅動模組120。由PN接面二極體及該電阻而傳送至該波形驅動模組120的波形即為變形波形430。因電阻R4的設計，變形波形430的負半週會小於該原始波形440的負半週，且變形波形430的負半週的峰值電壓-V5為流經電阻R4的最大電流I乘於電阻值(即-V5=-I×R4)。第四實施例的設計能有效的將交流電源S發出的正弦波改變成變形波形430之外，變形波形430的正半週是由通過PN接 面二極體而形成，因此比較不會有能源的損失，可提供較大的電能給波形驅動模組120，使波形驅動模組120能驅動較大功率的發光二極體模組910。

圖9為本創作第五實施例之電器控制系統方塊圖。第五實施例的電器控制系統500與第一實施例的電器控制系統100的差異在於，該電器控制系統500包括有複數個該波形控制模組，且該些波形控制模組以串連的方式電性連接於該交流電源S與該波形驅動模組120之間而共同輸出該變形波形，其中各該波形控制模組之開關分別截止時，使該變形波形的正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓各不相同。在本實施例中，以串連三個第一實施例的波形控制模組為例，但在其他實施例中，該波形控制模組也可使用第二實施例、第三實施例或第四實施例的波形控制模組或混合第一~四實施例的波形控制模組。

每一波形控制模組與第一實施例的波形控制模組相同，其結構而不在贅述。其中，該些波形控制模組之第一者(即為第一波形控制模組511)之開關SW51的第一端通過電源開關PSW電性連接該交流電源S。該第一波形控制模組511之開關SW51的第二端電性連接下一階之該波形控制模組(即第二波形控制模組512)之開關SW52的第一端。該些波形控制模組之最後一者(即第三波形控制模組513)之開關SW53的第一端電性連接第二波形控制模組之開關SW52的第二端。

該些穩壓二極體的逆向崩潰電壓在本實施例中都不相同，例如第一穩壓二極體ZD51的逆向崩潰電壓為5伏特，第二穩壓二極體ZD52的逆向崩潰電壓為7伏特，第三穩壓二極體ZD53的逆向崩潰電壓為10伏特。當按壓不同開關時，第三波形控制模組511輸出的變形波形的負半 週具有不同的峰值電壓。

該些波形驅動模組120電性連接第三波形控制模組513之開關SW53的第二端，以接收由第三波形控制模組輸出的原始波形或變形波形。該些波形驅動模組120分別電性連接一發光二極體模組910，用以依據該原始波形或該變形波形的不同之峰值電壓而控制所電性連接之該發光二極體模組910。在本實施例中，使用三個波形控制模組，除了原始波形之外，會因為按壓的開關不同而有7種不同態樣的變形波形。該些波形驅動模組120可跟據不同態樣的變形波形而控制發光二極體模組910有不同的動作，可靈活的操作發光二極體模組910。實務上，波形驅動模組120的數量亦可為一個、二個或三個以上，由波形驅動模組120依據變形波形之峰值電壓的不同，而相應控制所連接的發光二極體模組910。上述中的第一實施例至第五實施例所輸出的變形波形的正半週與負半週之峰值電壓都不為零。

此為，本創作還包括第六實施例的電器控制系統。如圖10所示，為本創作第六實施例之電器控制系統方塊圖。第六實施例之電器控制系統600與第一實施例的電器控制系統100差異在於，該波形控制模組610包括有一開關SW6並聯一PN接面二極體D6。該PN接面二極體D6之一第一端透過電源開關PSW電性連接該交流電源S。該PN接面二極體D6之一第二端電性連接該波形驅動模組120。該PN接面二極體D6之第一端為陽極，第二端為陰極。該開關SW6在本實施例中為切換開關，實務上亦可採用按鈕開關。

請同時參閱圖11，當該開關SW6截止時，由交流電源S發出的波形會由PN接面二極體D6傳送至該波形驅動模組120。當正弦波之正半週經由該PN接面二極體D6時，對PN接面二極體D6為順向偏壓，因此正弦波之正 半週不會有任何變化。當正弦波之負半週經由該PN接面二極體D6時，對PN接面二極體D6為逆向偏壓，因此，正弦波之負半週並不會通過PN接面二極體D6，使變形波形630呈現為半波正流形態之波形，使該變形波形的負半週為零伏特。第六實施例與前述第一~五實施例的差異在於，第六實施例的變形波形630之負半週為零伏特，因此原始波形640與變形波形630有較大的差異，以避免日後因外在環境或元件老化等因素，而導致波形驅動模組120對於波形的判斷錯誤。此外第六實施例使用的開關SW6為切換開關，在使用上，使用者在按壓開關SW6後，就能直接離去，不需一直待在開關附近。第五實施例的波形控制模組也能使用第六實施例的波形控制模組610。

在上述中各實施例利用發光二極體模組作為負載，僅是用以說明本創作之電器控制系統，除了應用於發光二極體模組外，本創作亦可應用於其它的負載，例如馬達的控制，利用波形驅動模組，以控制馬達的啟動、停止及轉速。此外，本創作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。

綜上所述，本創作的電器控制系統，利用穩壓二極體、PN接面二極體或電阻，再配合開關，將交流電源呈正弦波之原始波形變成變形波形，波形驅動模組再依據變形波形控制負載。相較於傳統的控制訊號的方式，本創作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。此外，變形波形之峰值電壓相較於原始波形之峰值電壓之降低很小，因此，波形驅動模組所接收的電能之能量不致衰減過多而影響負載之特性。利用穩壓二極體、PN接面二極體或電阻就可達變形波形的目的，有效減少電器控制系統的製造成本。

以上所述僅為本創作較佳可行實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本創作之專利範圍內。

100‧‧‧電器控制系統

110‧‧‧波形控制模組

SW1‧‧‧開關

ZD1‧‧‧穩壓二極體

120‧‧‧波形驅動模組

122‧‧‧驅動電路

124‧‧‧波形偵測電路

910‧‧‧負載

PSW‧‧‧電源開關

S‧‧‧交流電源

Claims (12)

1. 一種電器控制系統，用以控制至少一負載，包括有：至少一波形控制模組，用以電性連接一交流電源，該波形控制模組包括有一開關，當該開關導通時，該波形控制模組輸出一原始波形，當該開關截止時，該波形控制模組輸出一變形波形，其中該變形波形的正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓小於該原始波形相對應的半週之峰值電壓；以及至少一波形驅動模組，電性連接該波形控制模組，該波形驅動模組接收該波形控制模組輸出之電能，且於該變形波形產生時控制該負載進行對應之動作。
2. 如請求項1所述之電器控制系統，其中該波形控制模組包括有一穩壓二極體並聯該開關，其中該穩壓二極體之一第一端電性連接該交流電源，該穩壓二極體之一第二端電性連接該波形驅動模組，當該開關截止時，該穩壓二極體逆向崩潰電壓的壓降使該波形控制模組輸出電能之正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓減少而形成該變形波形。
3. 如請求項2所述之電器控制系統，其中該波形控制模組更包括有一PN接面二極體，並聯該開關，其中該PN接面二極體之一第一端電性連接該交流電源，該PN接面二極體之一第二端電性連接該波形驅動模組。
4. 如請求項1所述之電器控制系統，其中該波形控制模組包括有一電阻並聯該開關，其中該電阻之一第一端電性連接 該交流電源，該電阻之一第二端電性連接該波形驅動模組，當該開關截止時，該電阻之壓降使該波形控制模組輸出電能之正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓減少而形成該變形波形。
5. 如請求項4所述之電器控制系統，其中該波形控制模組更包括有一PN接面二極體，並聯該開關，其中該PN接面二極體之一第一端電性連接該交流電源，該PN接面二極體之一第二端電性連接該波形驅動模組。
6. 如請求項1所述之電器控制系統，其中該開關為一切換開關，該波形控制模組包括有一PN接面二極體並聯該切換開關，其中該PN接面二極體之一第一端電性連接該交流電源，該PN接面二極體之一第二端電性連接該波形驅動模組。
7. 如請求項1所述之電器控制系統，其中該至少一波形控制模組的數量為複數個，且該些波形控制模組以串連的方式電性連接於該交流電源與該波形驅動模組之間而共同輸出該變形波形，其中各該波形控制模組之開關分別截止時，使該變形波形的正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓各不相同；該波形驅動模組依據該變形波形的不同之峰值電壓控制該負載。
8. 如請求項7所述之電器控制系統，其中該些波形控制模組之至少一者包括有一穩壓二極體並聯該開關，該穩壓二極體逆向崩潰電壓的壓降使該變形波形之正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓減少。
9. 如請求項8所述之電器控制系統，其中該波形控制模組之至少該者更包括有一PN接面二極體，並聯該穩壓二極體。
10. 如請求項7所述之電器控制系統，其中該些波形控制模組之至少一者包括有一電阻並聯該開關，該電阻之壓降使該變形波形之正半週與負半週的其中至少一者之峰值電壓減少。
11. 如請求項10所述之電器控制系統，其中該波形控制模組之至少該者更包括有一PN接面二極體並聯該電阻。
12. 如請求項7所述之電器控制系統，其中該波形控制模組之至少一者之該開關為一切換開關，該波形控制模組包括有一PN接面二極體並聯該切換開關。