TWI404460B - An electronic ballast that senses the brightness of the power line - Google Patents

Description

以電源線感測調控亮度之電子安定器

本發明係有關於電子安定器，特別是關於以電源線感測調控亮度之電子安定器。

在對發光裝置像日光燈或冷陰極射線螢光燈或緊湊型螢光燈供電時，一般乃採用電子安定器以保持燈管電流穩定。

圖1展示了習知一具有日光燈亮度調控功能之電子安定器之典型架構。如圖1所示，該電子安定器主要具有一全橋整流器101、一V_CC 起動電路102、一電子安定器控制器103、NMOS電晶體104~105及一分壓電路106。

在該架構中，該全橋整流器101係用以對一交流電源整流以產生一主輸入電壓V_IN 。該V_CC 起動電路102，耦接至該主輸入電壓V_IN ，係用以起動一直流電壓V_CC 之產生。該電子安定器控制器103係用以反應於其DIM輸入接腳3之電壓而產生一高側驅動信號V_HS 以驅動該NMOS電晶體104及一低側驅動信號V_LS 以驅動該NMOS電晶體105而遞送一電流I_LMP 至該日光燈。該等NMOS電晶體104~105係用以產生一方波至一LC諧振網路。該LC諧振網路接著將該方波轉成該電流I_LMP 以驅動該日光燈。

該分壓電路106耦接至一1~10V DIM輸入端以在該電子安定器控制器103之該DIM輸入接腳3處產生一DIM控制電壓。該1~10V DIM輸入端係該電子安定器之一額外連接埠。在習知技藝中，該1~10V DIM輸入端一般乃耦接至一額外的盤式開關(設於牆面之調光開關)或一遙控裝置，致使使用者必須在一既存翹板開關之外操作該額外的盤式開關或遙控裝置以觸發該電子安定器而調整該日光燈之亮度。

經由在該DIM輸入端設定一電壓值，該等NMOS電晶體104~105即會分別被該高側驅動信號V_HS 及該低側驅動信號V_LS 週期性地導通、關閉，而使輸入電能由該主輸入電壓V_IN 轉換成該電流信號I_LMP 以驅動該燈管，其中該電流信號I_LMP 之均方根值乃對應於該DIM輸入端之電壓值。

然而，由於習知的調光做法必須利用一額外的盤式開關或一遙控裝置，其無法在既存之日光燈開關上完成對該DIM輸入端之設定，而使使用者必須為該額外的盤式開關或遙控裝置付額外的費用。再者，因為該額外的盤式開關可能須安裝在牆面上，該盤式開關與該安定器間之接線亦會帶來困擾。至於該遙控裝置，由於其傳送器與接收器間之通信需要電能，而當該遙控裝置之電池電能用光時，除非更換電池，否則即無法對日光燈實施調光。

因此，亟需提供一解決方案，其可在較低成本及不需額外設置盤式開關或遙控裝置之條件下實現一具調光功能之電子安定器。有鑒於此瓶頸，本發明提出一新穎的電子安定器架構，其可依一對應之日光燈開關之開、關次數調控日光燈管之亮度，無需任何額外的盤式開關或遙控裝置。

本發明之一目的在於提供一種以電源線感測調控亮度之電子安定器，其不需任何額外的盤式開關或遙控裝置來調整日光燈之亮度。

本發明之另一目的在於提供一具調光功能之電子安定器，其係依一對應之日光燈開關之開、關次數調控日光燈管之亮度。

本發明又一目的在於提供全然整合於單一晶片內、具精簡架構之一電子安定器，其可依一對應之日光燈開關之開、關次數調控日光燈之亮度。

為達到前述諸目的，本發明提出一種以電源線感測調控亮度之電子安定器，其適用於日光燈，該電子安定器具有：一電源線開、關感測電路，其係用以對一直流電壓施行一電壓比較運算以產生一開、關感測信號，及用以偵測一經濾波直流電壓其下降至低於一重置臨界準位之時點以產生一重置信號，其中該直流電壓及該經濾波直流電壓係得自一主輸入電壓，而該主輸入電壓係由一電源線整流而得，且該重置臨界準位係高於該電子安定器之最小工作電壓；一振盪信號閘控單元，其係用以依一脈衝信號閘控一振盪信號以產生一經閘控振盪信號，其中該脈衝信號之脈衝寬度係依該開、關感測信號而產生，且該脈衝寬度在該重置信號作用下具有一預設值，而該經閘控振盪信號具有由該脈衝信號決定之一活動期間及一靜止期間；以及一不重疊驅動器，其係用以依該經閘控振盪信號產生一高側驅動信號及一低側驅動信號，其中該高側驅動信號及該低側驅動信號只在該經閘控振盪信號之該活動期間有作用。

為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。

請參照圖2，其繪示本發明電子安定器一較佳實施例之方塊圖。如圖2所示，該電子安定器具有一電源線開、關感測電路201、一振盪信號閘控單元202及一不重疊驅動器203。

該電源線開、關感測電路201係用以對一直流電壓施行一第一電壓比較運算以產生一開、關感測信號V_CNT ，及用以計數一電源線之關閉時間或對一經濾波直流電壓施行一第二電壓比較運算以產生一重置信號RESET，其中該直流電壓及該經濾波直流電壓係得自一主輸入電壓V_IN ，且該第一電壓比較運算可藉一比較器或一施密特觸發器而實現。

該振盪信號閘控單元202係用以依一脈衝信號(未示於圖2中)閘控一振盪信號V_OSC1 以產生一經閘控振盪信號V_OSC2 ，其中該脈衝信號之脈衝寬度係依該開、關感測信號V_CNT 而產生，且該脈衝寬度在該重置信號RESET一狀態之作用下具有一預設值，而該經閘控振盪信號V_OSC2 具有由該脈衝信號決定之一活動期間及一靜止期間。

該不重疊驅動器203係用以依該經閘控振盪信號V_OSC2 產生一高側驅動信號V_HS 及一低側驅動信號V_LS ，其中該高側驅動信號V_HS 及該低側驅動信號V_LS 只在該經閘控振盪信號V_OSC2 之該活動期間有作用。

請參照圖3，其繪示本發明電子安定器另一較佳實施例之方塊圖。如圖3所示，該電子安定器具有一電源線開、關感測電路301、一計數器302、一數位類比轉換器303、一鋸齒波信號產生器304、一比較器305、一振盪器306、一及閘307以及一不重疊驅動器308。

該電源線開、關感測電路301係用以對一直流電壓施行一第一電壓比較運算以產生一開、關感測信號V_CNT ，及用以計數一電源線之關閉時間或對一經濾波直流電壓施行一第二電壓比較運算以產生一重置信號RESET，其中該直流電壓及該經濾波直流電壓係得自一主輸入電壓V_IN ，且該第一電壓比較運算可藉一比較器或一施密特觸發器而實現。

該計數器302係用以依該開、關感測信號V_CNT 產生一數位計數值B_n B_n-1 …B₁ B₀ 且該計數器302係藉由該重置信號RESET重置。該數位類比轉換器303係用以依該數位計數值B_n B_n-1 …B₁ B₀ 產生一控制電壓V_C 。該鋸齒波信號產生器304係用以產生一鋸齒波信號V_SAW 。該比較器305係用以依該控制電壓V_C 及該鋸齒波信號V_SAW 產生一脈衝信號V_P 。該振盪器306係用以產生該振盪信號V_OSC1 。

該及閘307係用以對該脈衝信號V_P 及該振盪信號V_OSC1 施行邏輯及運算以產生一經閘控振盪信號V_OSC2 。對應於一調光準位而產生之V_P ,V_OSC1 及V_OSC2 之波形乃示於圖6。如圖6所示，該脈衝信號V_P 之脈衝寬度為2.5ms，其對應至50%之工作比，而依該開、關感測信號V_CNT 計數值之變動，其工作比亦可為25%、75%或100%。該振盪信號V_OSC1 於圖6中之脈衝寬度為12.5μs，而該經閘控振盪信號V_OSC2 具有一活動期間2.5ms及一靜止期間2.5ms。

該不重疊驅動器308係用以依該經閘控振盪信號V_OSC2 產生一高側驅動信號V_HS 及一低側驅動信號V_LS ，其中該高側驅動信號V_HS 及該低側驅動信號V_LS 只在該經閘控振盪信號V_OSC2 之該活動期間有作用。由該高側驅動信號V_HS 及該低側驅動信號V_LS 所造成之燈管電流(未示於圖3中)乃示於圖7。如圖7所示，對應於一調光準位之燈管電流I_LMP 之波形具有一活動期間t_on ，其係對應於該經閘控振盪信號V_OSC2 之該活動期間。

請參照圖4a，其繪示本發明圖3中電源線開、關感測電路一較佳實施例之方塊圖。如圖4a所示，本發明該較佳實施例至少包括一電容401、電阻402~403及比較器404~405。

該電容401係用以濾除該主輸入電壓V_IN 之雜訊。該等電阻402~403係用作一分壓電路以依該主輸入電壓V_IN 產生一直流電壓V_X 。

該比較器404係用以依一感測臨界電壓V_TH 及該直流電壓V_X 產生該開、關感測信號V_CNT 。該感測臨界電壓V_TH 較佳為，例如但不限於11V。圖4c繪示了V_IN 、V_X 及V_CNT 信號於日光燈開關被接連開、關時之波形圖。如圖4c所示，當V_X 掉至該感測臨界電壓V_TH 以下，該開、關感測信號V_CNT 即由低電位改變狀態至高電位；當V_X 爬升至該感測臨界電壓V_TH 之上，該開、關感測信號V_CNT 即由高電位改變狀態至低電位。

該比較器405係用以依一重置臨界電壓V_LOW 及供電給該比較器405之一經濾波直流電壓V_CC 產生該重置信號RESET，其中該重置臨界電壓V_LOW ，例如但不限於6V，係、高於該電子安定器控制器之最小工作電壓。當該日光燈開關被關閉，該主輸入電壓即被拉低，而在此同時，該經濾波直流電壓V_CC 卻可因著一濾波電容所儲存之電荷而漸漸下降。因此，當該日光燈開關被關閉，該經濾波直流電壓V_CC 只有在關閉時間超過一預定時間，例如1sec後才會低於該重置臨界電壓V_LOW ，其中該預定時間與該濾波電容值有關。

請參照圖4b，其繪示本發明圖3中電源線開、關感測電路另一較佳實施例之方塊圖。如圖4b所示，本發明該較佳實施例至少包括一電容401、電阻402~403、一比較器404、一延遲單元406及一及閘407。

該電容401係用以濾除該主輸入電壓V_IN 之雜訊。該等電阻402~403係用作一分壓電路以依該主輸入電壓V_IN 產生一直流電壓V_X 。

該比較器404係用以依一感測臨界電壓V_TH 及該直流電壓V_X 產生該開、關感測信號V_CNT 。該感測臨界電壓V_TH 較佳為，例如但不限於11V。圖4c繪示了V_IN 、V_X 及V_CNT 信號於日光燈開關被接連開、關時之波形圖。如圖4c所示，當V_X 掉至該感測臨界電壓V_TH 以下，該開、關感測信號V_CNT 即由低電位改變狀態至高電位；當V_X 爬升至該感測臨界電壓V_TH 之上，該開、關感測信號V_CNT 即由高電位改變狀態至低電位。

該延遲單元406係用以延遲該開、關感測信號V_CNT 該預定時間以產生一經延遲信號V_CNTD 。

該及閘407係用以依該開、關感測信號V_CNT 及該經延遲信號V_CNTD 產生該重置信號RESET。當該開、關感測信號V_CNT 之脈衝寬度小於該預定時間，該重置信號RESET會保持在低電位；當該開、關感測信號V_CNT 之脈衝寬度大於該預定時間，該重置信號RESET會改變狀態至高電位。

圖5a繪示本發明圖3中電源線開、關感測電路又一較佳實施例之方塊圖。如圖5a所示，本發明該較佳實施例至少包括一V_CC 起動電路501、一濾波電容502、一比較器503、電阻504~505及一比較器506。

該V_CC 起動電路501係用以依該主輸入電壓V_IN 產生該經濾波直流電壓V_CC 。該濾波電容502係用以濾除該經濾波直流電壓V_CC 之雜訊。

該比較器503、電阻504~505係用以實現一施密特觸發器以依該經濾波直流電壓V_CC 產生該開、關感測信號V_CNT 。該施密特觸發器之低臨界電壓係依一UVLO(Under Voltage Lock Out-欠壓鎖定)關閉準位V_{UVLO_OFF} 而設，其值為例如但不限於9V，而該施密特觸發器之高臨界電壓係依一UVLO導通準位V_{UVLO_ON} 而設，其值為例如但不限於13V。圖5c繪示了V_IN 、V_CC 及V_CNT 信號於日光燈開關被接連開、關時之波形圖。當V_CC 掉至該UVLO關閉準位V_{UVLO_OFF} 以下，該開、關感測信號V_CNT 即由低電位改變狀態至高電位；當V_CC 爬升至該UVLO導通準位V_{UVLO_ON} 之上，該開、關感測信號V_CNT 即由高電位改變狀態至低電位。

該比較器506係用以依一重置臨界電壓V_LOW 及該經濾波直流電壓V_CC 產生該重置信號RESET，其中該重置臨界電壓V_LOW ，例如但不限於6V，係高於電子安定器控制器之最低操作電壓。當該日光燈開關被關閉，該主輸入電壓V_IN 即被拉低，而在此同時該經濾波直流電壓V_CC 卻可因著該濾波電容502所儲存之電荷而漸漸下降。因此，當該日光燈開關被關閉，該經濾波直流電壓V_CC 只有在關閉時間超過一預定時間，例如1sec後才會低於該重置臨界電壓V_LOW ，其中該預定時間與該濾波電容502之電容值有關。

圖5b繪示本發明圖3中電源線開、關感測電路又一較佳實施例之方塊圖。如圖5b所示，本發明該較佳實施例至少包括一V_CC 起動電路501、一濾波電容502、一比較器503、電阻504~505、一延遲單元507及一及閘508。

該V_CC 起動電路501係用以依該主輸入電壓V_IN 產生該經濾波直流電壓V_CC 。該濾波電容502係用以濾除該經濾波直流電壓V_CC 之雜訊。

該比較器503、電阻504~505係用以實現一施密特觸發器以依該經濾波直流電壓V_CC 產生該開、關感測信號V_CNT 。該施密特觸發器之低臨界電壓係依一UVLO(Under Voltage Lock Out-欠壓鎖定)關閉準位V_{UVLO_OFF} 而設，其值為例如但不限於9V，而該施密特觸發器之高臨界電壓係依一UVLO導通準位V_{UVLO_ON} 而設，其值為例如但不限於13V。圖5c繪示了V_IN 、V_CC 及V_CNT 信號於日光燈開關被接連開、關時之波形圖。當V_CC 掉至該UVLO關閉準位V_{UVLO_OFF} 以下，該開、關感測信號V_CNT 即由低電位改變狀態至高電位；當V_CC 爬升至該UVLO導通準位V_{UVLO_ON} 之上，該開、關感測信號V_CNT 即由高電位改變狀態至低電位。

該延遲單元507係用以延遲該開、關感測信號V_CNT 該預定時間以產生一經延遲信號V_CNTD 。該及閘508係用以依該開、關感測信號V_CNT 及該經延遲信號V_CNTD 產生該重置信號RESET。當該開、關感測信號V_CNT 之脈衝寬度小於該預定時間，該重置信號RESET會保持在低電位；當該開、關感測信號V_CNT 之脈衝寬度大於該預定時間，該重置信號RESET會改變狀態至高電位。

所以經由本發明之實施，即可呈現一全然整合之單一晶片電子安定器，其係藉由感測一日光燈開關之開、關次數以調控一日光燈之亮度，故具精簡架構之本發明確實克服了習知電路之缺點。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請　貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

101．．．全橋整流器

102、501．．．V_CC 起動電路

103．．．電子安定器控制器

104~105．．．NMOS電晶體

106．．．分壓電路

201、301．．．電源線開、關感測電路

202．．．振盪信號閘控單元

203、308．．．不重疊驅動器

302．．．計數器

303．．．數位類比轉換器

304．．．鋸齒波信號產生器

305、404~405、503、506．．．比較器

306．．．振盪器

307、407、508．．．及閘

401、502．．．電容

402~403、504~505．．．電阻

406、507．．．延遲單元

圖1為一示意圖，其繪示習知一具有日光燈亮度調控功能之電子安定器之典型架構。

圖2為一示意圖，其繪示本發明電子安定器一較佳實施例之方塊圖。

圖3為一示意圖，其繪示本發明電子安定器另一較佳實施例之方塊圖。

圖4a為一示意圖，其繪示本發明圖3中電源線開、關感測電路一較佳實施例之方塊圖。

圖4b為一示意圖，其繪示本發明圖3中電源線開、關感測電路另一較佳實施例之方塊圖。

圖4c為一示意圖，其繪示本發明圖4a及圖4b中之V_X 及V_CNT 信號於交流電源接連被開、關時之波形圖。

圖5a為一示意圖，其繪示本發明圖3中電源線開、關感測電路又一較佳實施例之方塊圖。

圖5b為一示意圖，其繪示本發明圖3中電源線開、關感測電路又一較佳實施例之方塊圖。

圖5c為一示意圖，其繪示本發明圖5a及圖5b中之V_CC 及V_CNT 信號於交流電源接連被開、關時之波形圖。

圖6為一示意圖，其繪示本發明圖3中之V_P ,V_OSC1 及V_OSC2 信號對應於一亮度值之波形圖。

圖7為一示意圖，其繪示燈管電流信號I_LMP 對應於一亮度值之波形圖。

301．．．電源線開、關感測電路

302．．．計數器

303．．．數位類比轉換器

304．．．鋸齒波信號產生器

305．．．比較器

306．．．振盪器

307．．．及閘

308．．．不重疊驅動器

Claims (7)

1. 一種以電源線感測調控亮度之電子安定器，適用於日光燈，該電子安定器具有：一電源線開、關感測電路，其係用以對一直流電壓施行一電壓比較運算以產生一開、關感測信號，及用以偵測一經濾波直流電壓其下降至低於一重置臨界準位之時點以產生一重置信號，其中該直流電壓及該經濾波直流電壓係得自一主輸入電壓，而該主輸入電壓係由一電源線整流而得，且該重置臨界準位係高於該電子安定器之最小工作電壓；一振盪信號閘控單元，其係用以依一脈衝信號閘控一振盪信號以產生一經閘控振盪信號，其中該脈衝信號之脈衝寬度係依該開、關感測信號而產生，且該脈衝寬度在該重置信號作用下具有一預設值，而該經閘控振盪信號具有由該脈衝信號決定之一活動期間及一靜止期間；以及一不重疊驅動器，其係用以依該經閘控振盪信號產生一高側驅動信號及一低側驅動信號，其中該高側驅動信號及該低側驅動信號只在該經閘控振盪信號之該活動期間有作用。
2. 如申請專利範圍第1項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該電源線開、關感測電路具有：一電容，其係用以濾除該主輸入電壓之雜訊；一分壓電路，其係用以依該主輸入電壓產生該直流電壓；一第一比較器，其係用以依該直流電壓及一感測臨界電壓產生該開、關感測信號；以及一第二比較器，其係用以依該經濾波直流電壓及一重置臨界電壓產生該重置信號，其中該重置臨界電壓之準位係對應於該經濾波直流電壓在該電源線被關閉達一預定時間後之準位。
3. 如申請專利範圍第1項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該電源線開、關感測電路具有：一電容，其係用以濾除該主輸入電壓之雜訊；一分壓電路，其係用以依該主輸入電壓產生該直流電壓；一比較器，其係用以依該直流電壓及一感測臨界電壓產生該開、關感測信號；一延遲單元，其係用以延遲該開、關感測信號該預定時間以產生一經延遲信號；以及一及閘，其係用以依該開、關感測信號及該經延遲信號產生該重置信號。
4. 如申請專利範圍第1項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該電源線開、關感測電路具有：一起動電路，其係用以依該主輸入電壓產生該經濾波直流電壓；一電容，其係用以濾除該經濾波直流電壓之雜訊；一施密特觸發電路，其係用以依該經濾波直流電壓產生該開、關感測信號，其中該施密特觸發電路具有一高臨界電壓，其係對應於一UVLO導通準位，及一低臨界電壓，其係對應於一UVLO關閉準位；以及一比較器，其係用以依該經濾波直流電壓及一重置臨界電壓產生該重置信號，其中該重置臨界電壓之準位係對應於該經濾波直流電壓在該電源線被關閉達一預定時間後之準位。
5. 如申請專利範圍第1項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該電源線開、關感測電路具有：一起動電路，其係用以依該主輸入電壓產生該經濾波直流電壓；一電容，其係用以濾除該經濾波直流電壓之雜訊；一施密特觸發電路，其係用以依該經濾波直流電壓產生該開、關感測信號，其中該施密特觸發電路具有一高臨界電壓，其係對應於一UVLO導通準位，及一低臨界電壓，其係對應於一UVLO關閉準位；一延遲單元，其係用以延遲該開、關感測信號該預定時間以產生一經延遲信號；以及一及閘，其係用以依該開、關感測信號及該經延遲信號產生該重置信號。
6. 如申請專利範圍第1項之以電源線感測調控亮度之電子安定器，其中該振盪信號閘控單元具有：一脈衝寬度調變器，其係用以依該開、關感測信號產生該脈衝信號，其中該脈衝信號之脈衝寬度係依該開、關感測信號之計數值決定；一振盪器，其係用以產生該振盪信號；以及一及閘，其係用以對該脈衝信號及該振盪信號施行邏輯及運算以產生該經閘控振盪信號。
7. 一種以電源線感測調控亮度之電子安定器，適用於日光燈，其中該電子安定器係整合成單一晶片，該電子安定器具有：一電源線開、關感測電路，其係用以對一直流電壓施行一電壓比較運算以產生一開、關感測信號，其中該直流電壓係得自一主輸入電壓，而該主輸入電壓係由一電源線整流而得；一脈衝寬度調變器，其係用以依該開、關感測信號及一振盪信號產生一脈衝信號，其中該脈衝信號之脈衝寬度係依該開、關感測信號之計數值決定；一振盪器，其係用以產生該振盪信號；一及閘，其係用以對該脈衝信號及該振盪信號施行邏輯及運算以產生一經閘控振盪信號，其中該經閘控振盪信號具有由該脈衝信號決定之一活動期間及一靜止期間；以及一不重疊驅動器，其係用以依該經閘控振盪信號產生一高側驅動信號及一低側驅動信號，其中該高側驅動信號及該低側驅動信號只在該經閘控振盪信號之該活動期間有作用。