TWI525281B - Adjustable color and brightness of the dimming device and lighting system - Google Patents

Description

可調整顏色與亮度之調光裝置與照明系統

本發明是一種照明系統，特別是指可調整顏色與亮度之調光裝置與照明系統。

調光器是已知用於調整燈具亮度的裝置，請參考圖7所示，調光器可包含有一旋鈕40，該旋鈕40可設置在牆壁上的開關面板41上，該旋鈕40上設有一最低點MIN與一最高點MAX。該調光器一般內含有三極交流開關(TRIAC)或矽控整流器(SCR)，用來調整輸出給一燈具的電壓波形。

請參考圖8A至圖8D所示，該調光器是根據旋鈕40所在位置而調整輸出給該燈具的電壓波形，當旋鈕40的位置在最高點MAX時，調光器所輸出的電壓波形為完整的弦波(如圖8A)，使該燈具可呈現最亮的狀態；隨著旋鈕40往最低點MIN方向旋轉，當調光器所輸出的電壓波形如圖8B時，此時燈具亮度為原始亮度的75%；當調光器所輸出的電壓波形如圖8C時，此時燈具亮度為原始亮度的50%；當調光器所輸出的電壓波形如圖8D時，此時燈具亮度為原始亮度的25%。該旋鈕40係改變電壓波形的導通角，使得該燈具的亮度逐漸變暗。

隨著燈具種類越來越多樣化，燈具已可呈現各種色彩與色溫效果，由於已知的調光器僅能調整亮度，對於燈具的色彩與色溫無法調整；是以，為了要調整燈具的色彩與色溫，現有一種多功能調光控制器，用以分別調整該燈具 的亮度、色彩與色溫。

請參考圖9所示，該多功能調光控制器包含有一操作面板50，該操作面板50中包含有複數個設定鍵501~516，分別為五個亮度設定鍵501~505、四個色溫設定鍵506~509與七個色彩設定鍵510~516。其中，該些亮度設定鍵501~505分別調整燈具的亮度為100%、50%、25%、10%與1%，該些色溫設定鍵506~509分別調整燈具的色溫為5500K、4000K、3300K與2700K，該些色彩設定鍵510~516分別調整燈具的色彩為紅、澄、黃、綠、藍、靛、紫等色彩。

由上述可知，該操作面板50中設定鍵501~516的數量繁多，其操作的步驟繁雜，因此多功能調光控制器操作起來相當不直觀，使用者必須研讀說明書或經由專業的技術人員的指導後才可順利的進行操作，因此已知的調光控制器對於使用者來說是不便於使用的。

本發明的主要目的是提供一種可調整顏色與亮度之調光裝置與照明系統，該照明系統具有簡單的構造，讓使用者可以很輕易地調照明系統的亮度與顏色，其中所調整的顏色包含色彩與色溫，大幅改善因複雜的設定鍵結構所造成之使用上的困擾。

本發明可調整顏色與亮度之調光裝置包含有：一電源輸入端，係供連接一輸入電源；一整流電路，對該輸入電源進行整流，而由輸出端輸出一輸出電源； 至少兩個調光元件，分別根據在最低點與最高點之間的位置而產生第一調光信號與第二調光信號；一電壓感知器，其輸入端連接該整流電路之輸出端，並根據該整流電路之輸出電源大小輸出一信號；一調光編碼器，電連接該電壓感知器與該些調光元件，並執行一調光方法，該調光方法包含：接收來自該至少兩個調光元件的調光信號；判斷所接收到的調光信號是否為第一調光信號；若該調光信號不是該第一調光信號，即判斷該調光信號為第二調光信號；以及根據所接收到的該第一調光信號或該第二調光信號而產生一調光編碼信號，並根據該電壓感知器所產生的該信號而輸出該調光編碼信號，其中，當該第一調光信號作為調整亮度使用，則該第二調光信號作為調整顏色使用，當該第一調光信號作為調整顏色使用，則該第二調光信號作為調整亮度使用；一電源開關切換器，其輸入端電連接該整流電路與該調光編碼器，以將該輸出電源與該調光編碼信號調變成包含有電源與調光編碼信號之一調光輸出電源；以及一電源暨信號輸出端，藉由電力線將該調光輸出電源對外傳輸。

本發明的照明系統具有前述的調光裝置並進一步包含有至少一照明裝置，該照明裝置具包含有：至少一發光單元；一電源暨信號輸入端，供連接該調光裝置的電源暨信 號輸出端以接收該調光輸出電源；一電源供應器，係經由該電源暨信號輸入端接收該調光輸出電源，並據此產生一直流電源，供應本照明裝置所需之直流電源；一電源切換解碼器，係經由該電源暨信號輸入端接收該調光輸出電源，並擷取該調光輸出電源中之調光編碼信號；一控制電路，係根據該電源切換解碼器所擷取的調光編碼信號產生一控制信號；以及一光源驅動電路，電連接該電源供應器、該控制電路與該發光單元，係經由該電源供應器接收該直流電源，並根據該控制電路所輸出的控制信號而驅動該發光單元呈現特定的發光變化效果。

綜上所述，該兩個調光元件是供使用者操作使用，當使用者調整調光元件時，調光元件會產生調光信號，該調光裝置即可根據調光元件的調光信號而對應調控該照明裝置的亮度與顏色；因此對於使用者而言，使用者所要操作的元件僅有該兩個調光元件而已，相對於先前技術，所要操作的元件是大幅減少，係有效減輕使用上的負擔。

請參考圖1與圖2所示，本發明之照明系統包含有一調光裝置10與至少一照明裝置20。

該調光裝置10包含有一電源輸入端100、一整流電路11、至少兩個調光元件15、16、一電壓感知器13、一調光編碼器14、一電源開關切換器12與一電源暨信號輸出 端102。

該電源輸入端100係供連接一輸入電源，該輸入電源可為一般市電提供之交流電源Vac，其波形可參考圖4A所示。於本較佳實施例中，該電源輸入端100為插頭式，但本發明並不僅侷限此種電源連接介面，舉凡插座式、出線式、電源端子式，皆可適用於本發明。

該整流電路11對該輸入電源進行整流，而由輸出端輸出一輸出電源。於本較佳實施例中，該整流電路11為一橋式整流器，其輸入端係連接該電源輸入端100，以對輸入電源進行整流後而由輸出端輸出一全波直流電壓Vp，該全波直流電壓Vp的波形可參考圖4B所示。其中，該整流電路11與該電源輸入端100之間可連接一總開關101，當該總開關101導通時，該調光裝置10才可使用該交流電源Vac。

所述調光元件15、16用於產生調光信號，各調光元件15、16可為一可調式被動元件，例如可變電阻元件，數位旋扭開關元件(Rotary Switch)或觸控元件等；本實施例中包含有兩個調光元件15、16，分別為一第一調光元件15與一第二調光元件16，分別產生一第一調光信號與一第二調光信號，以調整該照明裝置20的亮度與顏色。該第一調光信號與第二調光信號分別用以調控該照明裝置20的亮度或顏色，舉例來說，當第一調光信號用於調整亮度時，該第二調光信號用於調整顏色；或當第一調光信號用於調整顏色時，該第二調光信號用於調整亮度，其中所調整的顏色包含有色彩與色溫。

該調光元件15、16可為自旋鈕式、長形推拉式、一般開關式、觸控開關式等各式可調元件，本較佳實施例中，該些調光元件15、16是以自旋鈕式的可變電阻元件為例，調光元件15、16係根據使用者的調整操作而改變本身的電阻值大小，而調光元件15、16的電阻值作為調光信號。請參考圖1所示，該總開關101與調光元件15、16可設置在一個開關面板103上。

各調光元件15、16上設有一最低點MIN與一最高點MAX，該照明裝置20的狀態係依調光元件15、16的位置而任意調整，假設最低點MIN對應到調光元件15、16的位置為0%，則最高點MAX對應到調光元件15、16的位置為100%。

舉例來說，若第一調光元件15是用於調整亮度，則第一調光元件15在0%的位置時可代表照明裝置20為最暗狀態而在100%時代表照明裝置20為最亮狀態，該照明裝置20的亮度可隨著第一調光元件15的位置而在最暗與最亮的狀態之間任意調整。由此可見，使用者可以很直觀的直接調整第一調光元件15的位置而改變該照明裝置20的亮度。

同理，若第二調光元件16是用於調整色溫，則第二調光元件16在0%時可代表色溫2700K，而在100%時可代表色溫6500K，該照明裝置20的色溫可在2700K與6500K之間任意調整，例如第二調光元件16在50%時代表色溫4000K，在90%時代表色溫5000K；若第二調光元件16是用於調整RGB色彩，則該照明裝置20的色彩可 依第二調光元件16而調整，例如第二調光元件16在0%時可代表紅色，在33%時代表綠色，在66%時代表藍色，在100%時代表白色。

該電壓感知器13於實際電路使用時，可以用電壓比較器或是光耦合器等元件來檢知電壓的大小，請參考圖3之電壓感知器13是以電壓比較器元件來說明，該電壓感知器13具有兩輸入端與一輸出端，其中之一個輸入端連接該整流電路11的輸出端，而另一輸入端連接一參考電壓Vref。當該電壓感知器13從該整流電路11接收到該全波直流電壓Vp，該電壓感知器13進行比對該全波直流電壓Vp與該參考電壓Vref的相對大小，並根據全波直流電壓Vp與參考電壓Vref之相對大小於輸出端輸出一信號。

請參考圖4B與4C所示，假設在市電110V系統下，其電壓之波峰為155V，此時將電壓感知器13的參考電壓Vref可設定為100V。在該全波直流電壓Vp的一個週期中，其電壓值是從0V遞增到峰值155V，再從峰值155V遞減到0V；當該全波直流電壓Vp之電壓值大於該參考電壓Vref，該電壓感知器13於該輸出端產生高電位(5V)，當全波直流電壓Vp之電壓值低於該參考電壓Vref，該電壓感知器13於該輸出端產生低電位(0V)；是以，請參考圖4C所示，該電壓感知器13的輸出端所輸出的信號波形包含有高電位區間(如Z區間)與低電位區間(如y區間)，該高電位區間代表該全波直流電壓Vp的電壓值大於該參考電壓的Vref狀態。

該調光編碼器14係根據該些調光元件15、16所產生 的調光信號而產生一調光編碼信號Vs，並在該電壓感知器13比較結果信號於高電位區間時才對外輸出該調光編碼信號Vs，該調光編碼信號Vs是用於控制該照明裝置20的亮度與顏色，其中該調光編碼信號Vs之格式可為最通用之UART通用非同步收發格式，其波形可參考圖4D所示。

倘若該調光編碼器14不在該比較結果信號於高電位區間時才對外輸出該調光編碼信號Vs，可能會導致該調光編碼信號Vs失敗。其原因在於，若不在該比較結果信號於高電位區間，會遇到全波直流電壓Vp為0V的狀態，此時該調光編碼器14所產生之調光編碼信號Vs在調變全波直流電壓Vp時，輸出信號都是0V，造成調光編碼信號Vs的遺失。

請參考圖5所示的流程圖，在該調光編碼器14產生調光編碼信號Vs的過程中，該調光編碼器14會從該第一調光元件15或第二調光元件16接收到調光信號，如步驟(31)。

當該調光編碼器14接收到調光信號時，該調光編碼器14判斷所接收到的調光信號是否為第一調光信號，如步驟(32)。

若是，該調光編碼器14根據該第一調光信號而進行調變調光編碼信號Vs以調整亮度，如步驟(33)；若否，該調光編碼器14即認定所接收到的調光信號為第二調光信號，如步驟(34)。

當該調光編碼器14認定調光信號為第二調光信號， 該調光編碼器14根據該第二調光信號而調變該調光編碼信號Vs以調整顏色，如步驟(35)。

該電源開關切換器12係連接該調光編碼器14及該整流電路11，以分別接收該全波直流電壓Vp與該調光編碼信號Vs，並將該全波直流電壓Vp與該調光編碼信號Vs整合為一調光輸出電源Vps，其中該調光輸出電源Vps的波形可參考圖4E所示。

該電源開關切換器12內含一電子開關，該電子開關係根據該調光編碼信號Vs而進行快速開關動作，以控制該全波直流電壓Vp快速的導通與關閉，使得該調光輸出電源Vps內含該調光編碼信號Vs。前述中，該電子開關可選自固態繼電器、P型場效電晶體(P-MOS)、N型場效電晶體(N-MOS)、NPN電晶體、PNP電晶體、IGBT、SCR、TRIAC等元件其中之一。請參考圖3所示，本發明之實施例中係選用N型場效電晶體(N-MOS)作為電子開關。

該電源暨信號輸出端102係連接該電源開關切換器12而輸出該調光輸出電源Vps。於本較佳實施例中，該電源暨信號輸出端102為插座式，但本發明並不僅侷限此種電源連接介面，舉凡插頭式、出線式、電源端子式，皆可適用於本發明。

請參考圖6所示，該照明裝置20包含有至少一發光單元26與一可調光電源電路。

該發光單元26受該可調光電源電路的控制而發出不同波長之光線，如紅、綠、藍三原色光及其混色光，亦可 為藍光加黃色螢光粉所發出之冷白光或暖白光等不同色溫之白光。其中該發光單元26可為一般發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)或高分子發光二極體(PLED)。

該可調光電源電路包含有一電源暨信號輸入端200、一電源供應器21、一電源切換解碼器24、一控制電路25與一光源驅動電路22。

該電源暨信號輸入端200可透過電力線電連接到前述的電源暨信號輸出端102，該電源暨信號輸入端200可為插頭式、插座式、出線式、電源端子式、E27、E12、E14、E17、E26、E39、E40、MR11、MR16、GU10、B22、T5、T8、G24等連接介面其中之一。

該電源供應器21的輸入端電連接該電源暨信號輸入端200，而輸出端電連接該電源切換解碼器24、該控制電路25與該光源驅動電路22。該電源供應器21係通過該電源暨信號輸入端200而從該調光裝置10接收該調光輸出電源Vps。該電源供應器21可由橋式整流器210及穩壓電路211所組成，以通過該穩壓電路211輸出平穩之直流工作電壓，而將該直流工作電壓供應給該電源切換解碼器24、該控制電路25與該光源驅動電路22。

該電源切換解碼器24可以為一光耦合器或一訊號隔離器等元件組成，本發明之實施例中係選用光耦合器為例說明，該光耦合器係經由電源暨信號輸入端200接收該調光輸出電源Vps，並擷取該調光輸出電源Vps中之調光編碼信號Vs，而由一輸出端輸出該調光編碼信號Vs。

該控制電路25的輸入端連接該電源切換解碼器24的 輸出端以接收該調光編碼信號Vs，該控制電路25係根據該調光編碼信號Vs而產生一控制信號。

該光源驅動電路22電連接該電源供應器21與該控制電路25，並連接到該發光單元26。該光源驅動電路22係從該電源供應器21接收該直流電源，並根據該控制電路25所輸出的控制信號而驅動該發光單元26呈現特定的發光變化效果。

綜上所述，根據該調光裝置10所產生的調光輸出電源Vps，因該調光輸出電源Vps中包含有調光編碼信號Vs，又調光編碼信號Vs是根據第一調光信號與第二調光信號而產生，因此藉由調整各調光元件15、16即可達到調整該發光單元26的亮度與顏色效果。

請參考圖1所示，每一組照明裝置20皆可配置一個開關面板103，該開關面板103上設有該總開關101、第一調光元件15與第二調光元件16，該開關面板103可對應控制一個調光裝置10。使用者僅須透過該些調光元件15、16就能達到控制該照明裝置20的明滅與顏色效果，使用起來相當直觀與方便。

本發明以傳統簡單的操作習慣，來達到高科技的調光效果，讓人們的生活不在侷限於亮與不亮，而是可以利用調光營造各種生活情趣與氛圍，係確實具有產業利用性、新穎性及進步性等專利要件，爰依法具文提出申請專利。

本發明所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效結構變化，均同理包含於本發明之範圍內，合予 陳明。

10‧‧‧調光裝置

100‧‧‧電源輸入端

101‧‧‧總開關

102‧‧‧電源暨信號輸出端

103‧‧‧開關面板

11‧‧‧整流電路

12‧‧‧電源開關切換器

13‧‧‧電壓感知器

14‧‧‧調光編碼器

15‧‧‧第一調光元件

16‧‧‧第二調光元件

20‧‧‧照明裝置

200‧‧‧電源暨信號輸入端

21‧‧‧電源供應器

210‧‧‧橋式整流器

211‧‧‧穩壓電路

22‧‧‧光源驅動電路

24‧‧‧電源切換解碼器

25‧‧‧控制電路

26‧‧‧發光單元

40‧‧‧旋鈕

41‧‧‧開關面板

50‧‧‧操作面板

501~505‧‧‧亮度設定鍵

506~509‧‧‧色溫設定鍵

510~516‧‧‧色彩設定鍵

圖1：本發明照明系統的使用狀態參考圖。

圖2：本發明照明系統的電路方塊圖。

圖3：本發明中調光裝置的電路示意圖。

圖4A~4E：本發明中調光裝置的電壓波形示意圖。

圖5：本發明的調光方法流程圖。

圖6：本發明中照明裝置的電路示意圖。

圖7：已知開關面板示意圖。

圖8A~8D：已知調光器所產生的電壓波形圖。

圖9：已知多功能調光編碼器的示意圖。

10‧‧‧調光裝置

100‧‧‧電源輸入端

101‧‧‧總開關

102‧‧‧電源暨信號輸出端

15‧‧‧第一調光元件

16‧‧‧第二調光元件

20‧‧‧照明裝置

200‧‧‧電源暨信號輸入端

11‧‧‧整流電路

12‧‧‧電源開關切換器

13‧‧‧電壓感知器

14‧‧‧調光編碼器

Claims (9)

1. 一種可調整顏色與亮度之調光裝置，包含有：一電源輸入端，係供連接一輸入電源；一整流電路，對該輸入電源進行整流，而由輸出端輸出一輸出電源；至少兩個調光元件，分別根據在最低點與最高點之間的位置而產生第一調光信號與第二調光信號；一電壓感知器，其輸入端連接該整流電路之輸出端，並根據該整流電路之輸出電源大小輸出一信號；一調光編碼器，電連接該電壓感知器與該些調光元件，並執行一調光方法，該調光方法包含：接收來自該至少兩個調光元件的調光信號；判斷所接收到的調光信號是否為第一調光信號；若該調光信號不是該第一調光信號，即判斷該調光信號為第二調光信號；以及根據所接收到的該第一調光信號或該第二調光信號而產生一調光編碼信號，並根據該電壓感知器所產生的該信號而輸出該調光編碼信號，其中，當該第一調光信號作為調整亮度使用，則該第二調光信號作為調整顏色使用，當該第一調光信號作為調整顏色使用，則該第二調光信號作為調整亮度使用；一電源開關切換器，其輸入端電連接該整流電路與該調光編碼器，以將該輸出電源與該調光編碼信號調變成包含有電源與調光編碼信號之一調光輸出電源；以及一電源暨信號輸出端，藉由電力線將該調光輸出電源 對外傳輸。
2. 如請求項1所述之調光裝置，該電源輸入端與該整流電路之間連接一總開關。
3. 如請求項1所述之調光裝置，該調光元件係選自旋鈕式、長形推拉式、開關式或觸控開關式之可調元件中的一種。
4. 如請求項1所述之調光裝置，該電源開關切換器係選自固態繼電器、P型場效電晶體、N型場效電晶體、NPN電晶體、PNP電晶體、IGBT、SCR或TRIAC中的一種。
5. 如請求項1所述之調光裝置，該電源輸入端及電源暨信號輸出端的規格係選自插座式、出線式、電源端子式其中之一。
6. 一種具有如請求項1至5中任一項所述調光裝置的照明系統，進一步包含至少一照明裝置，其中該照明裝置具包含有：至少一發光單元；一電源暨信號輸入端，供連接該調光裝置的電源暨信號輸出端以接收該調光輸出電源；一電源供應器，係經由該電源暨信號輸入端接收該調光輸出電源，並據此產生一直流電源，供應本照明裝置所需之直流電源；一電源切換解碼器，係經由該電源暨信號輸入端接收該調光輸出電源，並擷取該調光輸出電源中之調光編碼信號； 一控制電路，係根據該電源切換解碼器所擷取的調光編碼信號產生一控制信號；以及一光源驅動電路，電連接該電源供應器、該控制電路與該發光單元，係經由該電源供應器接收該直流電源，並根據該控制電路所輸出的控制信號而驅動該發光單元呈現特定的發光變化效果。
7. 如請求項6所述之照明系統，該發光單元係選自發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)、高分子發光二極體(PLED)其中之一。
8. 如請求項6或7所述之照明系統，該電源暨信號輸入端係選自插座式、出線式、電源端子式、E27、E12、E14、E17、E26、E39、E40、MR11、MR16、GU10、B22、T5、T8、G24等連接介面其中之一。
9. 如請求項6或7所述之照明系統，該發光單元供發出不同波長之色光。