专利名称：正弦波调光控制方法及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种调光方法及装置，特别是涉及一种以交流电压来控制灯泡亮度变
化的正弦波调光控制方法及其控制装置。
背景技术：
—般用于灯具上的调光装置，大多以闸流晶体相位控制方式，利用闸流晶体本身 优越的特性及条件，以相位控制的方法去改变导电角的大小，以达控制灯光亮度的目的。此 种方式因闸流晶体属于半永久性组件，故障率低，故目前仍被广泛的使用。
参考图l，为公知调相式调光控制电路示意图。图1所示，是由闸流晶体(硅控整 流器(SCR)/三极交流开关(TRIAC))所组成的调光器电路1控制加于负载2两端输出电压 Vout的导电角。图2所示为公知输出电压Vout波形，在图2中，调光器电路1可以调整控 制输出电压Vout的导电角21，进而达到调光的效果。 然而，前述调相式调光控制电路是通过SCR作正相位调光，此种调光方式属于简 单且有效的控制，但因为使用相位控制方式会产生很大的电流涌浪(inrush current)，而 造成灯泡产生振动杂音，且会降低灯泡寿命。除此之外，此调光方式亦会产生高频干扰， 而会对电源系统产生不良的影响，再者此调光方式也使得负载的功率因子(PowerFactor ; PF)下降，而无法将输入的交流电压做有效的使用，而导致能源的浪费。
因此目前调光方式亦有通过隔离栅双极性晶体管(Insulated GateBipolar Transistor, IGBT)来作为逆向调光控制，以降低电流涌浪来减少对灯泡寿命的影响，但此 种控制方式仍属于相位控制，同样存在有干扰严重、电源效率无法提升、功率因子偏低等的 问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于提供一种正弦波调光控制方法及其控制装置， 以解决公知调光方式所造成功率因子偏低且电源效率无法有效提升的问题。因此本发明的 目的是直接提供正弦波给灯泡，并借由控制正弦波的电压幅度来控制灯泡的发光亮度，以 使得功率因子可以明显提升。 为了解决上述技术问题，根据本发明的一种方案，提供一种正弦波调光控制方法， 用以控制一灯泡的光源，该方法包括提供一交流电压；整流交流电压以得到一第一脉动 直流；以一脉冲宽度调变(P丽)的方式调变第一脉动直流而得到一调变波；对调变波滤波 以得到一第二脉动直流；以及通过一切换单元来切换第二脉动直流的输出以得到一调光交 流电压给灯泡使用；其中该切换单元是以交替方式来使第二脉动直流分别流经一第一导通 路径及一第二导通路径而来输出成为调光交流电压，以及第一导通路径及第二导通路径之 间是以相反的方向让第二脉动直流流经灯泡。 为了解决上述技术问题，根据本发明的一种方案，提供一种正弦波调光控制装置， 用以控制一灯泡的光源，包括一整流单元、一调变单元、一滤波单元、一切换单元及一控制单元。其中整流单元是用以对一交流电压进行整流而输出一第一脉动直流；调变单元是耦 接于整流单元且对第一脉动直流以脉冲宽度调变(P丽)的方式进行调变而输出一调变波； 滤波单元是耦接于调变单元且对调变波进行滤波而以输出一第二脉动直流；切换单元是耦 接于滤波单元，且切换单元提供有一第一导通路径及一第二导通路径来对第二脉动直流进 行切换以输出一调光交流电压给灯泡使用；控制单元是耦接切换单元，控制单元是控制该 切换单元以交替方式来供第二脉动直流分别流经第一导通路径及第二导通路径而来输出 成为调光交流电压，且第一导通路径及第二导通路径之间是以相反的方向让第二脉动直流 流经该灯泡。 因此通过上述实施方式，本发明通过切换单元的方式来将第二脉动直流切换成调 光交流电压，而此调光交流电压即为一正弦波，因此灯泡即可工作在正弦波，而达到功率因 子提升的技术效果。 以上概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达到预定 目的所采取的方式、手段及技术效果。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及 附图中加以阐述。
图1为公知调相式调光控制电路示意图；图2为图1中的输出电压Vout波形图；图3为本发明较佳实施例的一正弦波调光控制方法的流程图；图4为通过图3的方法来对一交流电压进行调光控制的示意图；图5为通过图3的方法来对一交流电压进行调光控制的另一示意图；图6为本发明较佳实施例的一的正弦波调光控制装置的示意图；以及图7为本发明较佳实施例的另一正弦波调光控制装置的示意图。主要元件标记
l调光器电路2负载21导电角40 、50整流单元42、52调变单元44、54滤波单元46、56切换单元48、58控制单元421 、521脉宽调变驱动电路S301 S311流程图步骤说明
具体实施例方式
本发明提供一种具有高功率因子(power factor ;pf)的正弦波调光控制方法及 其控制装置，用来对一灯泡的光源亮度作调整，且本发明诉求的重点在于直接提供正弦波 来供灯泡使用，并借由改变正弦波的电压幅度高低来达到调光效果。
请参阅图3，其为本发明较佳实施例的一正弦波调光控制方法的流程图。本实施例
所述正弦波调光控制方法是用来对一灯泡的发光亮度作调整，包括有下列步骤 首先从一电源输出端取得一交流电压(如步骤S301)，此电源输出端可以为一市
电供电端； 接下来对此交流电压进行整流以得到第一脉动直流(first pulseDC)的信号输出 (如步骤S303); 之后对此第一脉动直流进行调变而得到一调变波输出(如步骤S305)，此步骤的 调变方式是以高频脉冲宽度调变(Pulse WidthModulation ;P丽)来对此第一脉动直流进 行调变，以使第一脉动直流的电压幅度高低可以由高频脉冲宽度的工作周期(duty cycle) 来决定； 而此调变波再经过滤波处理来得到一第二脉动直流输出(secondpulse DC)(如步 骤S307)，由于调变波是以高频脉冲宽度调变方式对第一脉动直流进行调变而得到，因此在 调变波中是夹带着高频成分的信号波，故此滤波方式是通过低通滤波手段来滤除此调变波 中的高频信号； 接着将此第二脉动直流通过直流/交流的转换处理来得到一调光交流电压输出 (如步骤S309)，而此调光交流电压是属于正弦波(sinewave); 最后此调光交流电压是直接供给灯泡使用(如步骤S311)，以使灯泡可以根据此 调光交流电压来工作发亮，且灯泡发亮的亮度是跟随着调光交流电压的电压幅度大小做变 化。 其中前述步骤S309所述直流/交流的转换处理是通过一切换单元来对第二脉动 直流的输出方式作切换，并在第二脉动直流的每一半波周期时以交替方式来供第二脉动直 流分别流经一第一导通路径及一第二导通路径而来输出成为该调光交流电压，且第一导通 路径及第二导通路径之间是以相反的方向让第二脉动直流流经灯泡。 为了更清楚说明图3执行时各步骤所得的波形，可分别参阅图4及图5，其中图4 是以全波整流的方式来说明图3各步骤执行所得的波形，而图5是以半波整流的方式来说 明图3各步骤执行所得的波形。 首先请参阅图4并一并配合图3，在图4中交流电压A是经过全波整流方式来得到 一第一脉动直流B，而此第一脉动直流B是属于一全波脉动直流，之后此第一脉动直流是经 由高频脉冲宽度调变处理而得到一调变波C，此调变波C再经由低通滤波处理之后得到一 第二脉动直流D，之后再将此第二脉动直流D以直流/交流的转换处理来得到一调光交流电 压E，而此调光交流电压是属于正弦波且直接供灯泡使用。 接着请再参阅图5并一并配合图3，图5中交流电压A'是经过半波整流方式来得 到正、负半周分离的一第一脉动直流B'，之后此第一脉动直流B'是经由高频脉冲宽度调变 处理而得到正、负半周分离的一调变波C'，此调变波C'再经由低通滤波处理之后得到正、 负半周分离的一第二脉动直流D'，之后再将此第二脉动直流D'以直流/交流的转换处理来 得到一调光交流电压E'，而此调光交流电压是属于正弦波且直接供灯泡使用。
接下来请参阅图6，其是为本发明较佳实施例的一的正弦波调光控制装置的示意 图。正弦波调光控制装置包括有一整流单元40、一调变单元42、一滤波单元44、一切换单元 46及一控制单元48。其中整流单元40是接收一交流电压输入，并将此交流电压整流成一
6第一脉动直流输出，在本实施例中整流单元40是以全波整流电路(如桥式整流电路)来实 施。 调变单元42耦接于整流单元40的输出端，用来接收此第一脉动直流，并通过高频 脉冲宽度调变的方式来将此第一脉动直流调变成一可以控制电压幅度的调变波输出。本实 施例的调变单元42是由一功率开关IGBT1及一脉宽调变驱动电路421组成，脉宽调变驱动 电路421是以高频的方式控制功率开关IGBT1的导通或截止，而来对第一脉动直流以截流 方式来产生电压幅度可变的调变波。 滤波单元44耦接于调变单元42的输出端，用来接收调变波，并以低通滤波的方式 滤除调变波中的高频信号而得到一第二脉动直流输出。本实施例的滤波单元44为低通滤 波电路。 切换单元46耦接于滤波单元44的输出端，用以将第二脉动直流通过开关切换的 方式转换成调光交流电压给灯泡(lamp)使用。切换单元46于本实施例中是提供有多个切 换开关，以形成不同的导通路径供第二脉动直流流通灯泡。以图6所示切换单元46是包括 有切换开关SW1 SW4，其中切换开关SW1与SW2串联，切换开关SW3与SW4串联，且灯泡是 耦接于切换开关SW1 SW4之间。而当切换开关SW1及SW4导通时形成一第一导通路径，得 以让第二脉动直流依序流通于切换开关SW1、灯泡、切换开关SW4 ;而当切换开关SW2及SW3 导通时形成一第二导通路径，得以让第二脉动直流依序流通于切换开关SW3、灯泡、切换开 关SW2。而前述第一导通路径及第二导通路径是以相反的方向让第二脉动直流流经灯泡，换 言之通过切换单元46即可以将第二脉动直流转换成正弦波供灯泡使用。
控制单元48耦接于切换单元46与调变单元42之间，控制单元48主要是用来控 制切换单元46与调变单元42的运作。控制单元48工作时根据一输入电压Vset而输出一 P丽l控制信号给脉宽调变驱动电路421 ，此输入电压Vset是用来调整供给灯泡使用的正弦 波的电压幅度高低，而控制输入电压Vset的调整方式可通过按键或旋钮设计的方式来实 施。举例来说当输入电压Vset可以在0 IOOVAC之间输入调整时，若输入电压为50VAC， 则控制单元48所输出的P丽l控制信号为工作周期50%的脉冲。 再者，为了让供给灯泡使用的正弦波的电压幅度高低可以精准符合所设定的输入 电压Vset，控制单元48是采用反馈控制的机制来达到。控制单元48是以反馈方式而从灯 泡端取得一反馈电压，并将此反馈电压与输入电压Vset做比较，当反馈电压大于输入电压 Vset时，则降低P丽l控制信号的工作周期；相反的当反馈电压小于输入电压Vset时，则提 高P丽1控制信号的工作周期。而至于控制单元48如何得到此反馈电压，此技术属于此领 域技术人员应当知悉的技术，例如可以通过在灯泡两端并接一变压器T1来取得灯泡两端 的电压。 此外，控制单元48也进一步对切换单元46提供了控制，例如控制单元48是通过 控制切换开关SW1 SW4的导通时间，而让第二脉动直流可以交替通过第一导通路径及第 二导通路径流过灯泡。更进一步来说，控制单元从Vin输入取得交流电压，当在交流电压的 正半周周期时控制单元48控制切换开关SW1及SW4导通，而切换开关SW2及SW3截止；反之 当在交流电压的负半周周期时控制单元48控制切换开关SW2及SW3导通，而切换开关SW1 及SW4截止。 接下来请再参阅图7，其为本发明较佳实施例的一的另一正弦波调光控制装置的示意图。正弦波调光控制装置包括有一整流单元50、 一调变单元52、 一滤波单元54、 一切换 单元56及一控制单元58。其中整流单元50是接收一交流电压输入，并将此交流电压整流 成正、负半周分离的一第一脉动直流输出。在本实施例中整流单元50是以半波整流电路来 实施，此半波整流电路包括有二极管D2构成的正半周半波整流电路以及二极管D3构成的 负半周半波整流电路。 调变单元52耦接于整流单元50的输出端，用来接收此第一脉动直流，并通过高频 脉冲宽度调变的方式来将此第一脉动直流调变成一可以控制电压幅度的调变波输出。本实 施例的调变单元52是由二个功率开关IGBT2、IGBT3及一脉宽调变驱动电路521组成，脉宽 调变驱动电路521因此，所以高频的方式分别控制功率开关IGBT2、IGBT3的导通或截止，并 通过两个功率开关IGBT2、 IGBT3分别来对正、负半周分离的第一脉动直流以截流方式来产 生电压幅度可变的调变波。 滤波单元54耦接于调变单元52的输出端，用来接收正、负半周分离的调变波，并 以低通滤波的方式滤除调变波中的高频信号而得到正、负半周分离的一第二脉动直流输 出。本实施例的滤波单元54包括有两组低通滤波电路以分别对正、负半周分离的调变波进 行滤波。 切换单元56耦接于滤波单元54的输出端，用以将正、负半周分离的第二脉动直流 通过开关切换的方式转换成调光交流电压给灯泡使用。切换单元56于本实施例中是通过 切换开关而来提供不同的导通路径供第二脉动直流流通灯泡。以图7所示切换单元56是包 括有切换开关SW5、SW6，且灯泡耦接切换单元56的输出导通路径上。而当切换开关SW5导 通时形成一第一导通路径，得以让第二脉动直流中的正半周部份依序流通于切换开关SW5、 灯泡；而当切换开关S怖导通时形成一第二导通路径，得以让第二脉动直流的负半周部份 依序流通于灯泡及切换开关SW6。而前述第一导通路径及第二导通路径是以相反的方向让 第二脉动直流流经灯泡，换言之通过切换单元56即可以将正、负半周分离的第二脉动直流 转换成正弦波供灯泡使用。 控制单元58耦接于切换单元56与调变单元52之间，控制单元58主要是用来控 制切换单元56与调变单元52的运作。控制单元58是根据一输入电压Vset而输出两个控 制信号P丽2、P丽3给脉宽调变驱动电路521，此输入电压Vset用来调整供给灯泡使用的正 弦波的电压幅度高低。 再者，为了让供给灯泡使用的正弦波的电压幅度高低可以精准符合所设定的输入 电压，控制单元58是采用反馈控制的机制来达到，此反馈控制方式与前述图6的方式相同， 在此不再赘述。另外，控制单元58也进一步对切换单元56提供了控制，当在交流电压的正 半周周期时控制单元58是控制切换开关SW5导通，而切换开关S怖截止；以及当在交流电 压的负半周周期时控制单元58是控制切换开关S怖导通，而切换开关SW5截止。
前述提及的功率开关可以为隔离栅双极性晶体管(Insulated GateBipolar Transistor, IGBT)或金氧半场效晶体管(M0SFET)。切换开关可以为硅控整流器(Silicon Controlled Rectifier ;SCR)。控制单元可以通过微处理器(micro-processor)、微控制器 (MCU)或单芯片(SOC)，在此对功率开关、切换开关及控制单元的说明仅作为举例之用，并 非用以限制本发明的范围，凡是可通过其它电子组件达到这些功能操作，均是属于本发明 的权力要求范围之内。
借由前述说明，本发明所述的正弦波调光控制方法经过图3所述的步骤处理之后 是直接提供正弦波给灯泡使用，并借由调变单元来控制此正弦波的电压幅度大小。因此通 过本发明所述的方式即可完全消除对灯泡的涌浪电流(inrush current)，且可彻底消除灯 泡因公知采相位控制调光所产生的机械杂音及电力线的高频干扰。所以本发明的调光方式 可以让功率因子保持在98%以上，且可以达到最高的电源效率。 但是，上述所揭露的附图、说明，仅为本发明的实施例而已，非因此即局限本发明 的专利保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效结构变化，均同理包含于 本发明的保护范围内，特此说明。
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权利要求
一种正弦波调光控制方法，其特征在于，用以控制一灯泡的光源，该方法包括提供一交流电压；对该交流电压进行整流以得到一第一脉动直流；以一脉冲宽度调变的方式对该第一脉动直流进行调变而得到一调变波；对该调变波进行滤波而得到一第二脉动直流；以及提供一切换单元来对该第二脉动直流进行切换而得到一调光交流电压给该灯泡使用；其中该切换单元是以交替方式来供该第二脉动直流分别流经一第一导通路径及一第二导通路径而来输出成为该调光交流电压，且该第一导通路径及该第二导通路径之间是以相反的方向让该第二脉动直流流经该灯泡。
2. 如权利要求1所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中对该交流电压进行整 流是通过一全波整流电路来进行。
3. 如权利要求1所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中对该交流电压进行整 流是通过一正半周半波整流电路及一负半周半波整流电路来进行。
4. 如权利要求1所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中对该第一脉动直流所 进行的调变是通过一脉宽调变驱动电路来控制至少一功率开关的导通，而该第一脉动电流 流经该功率开关来得到该调变波。
5. 如权利要求4所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中该脉宽调变驱动电路 所使用的一工作周期的调整是根据一控制单元的控制。
6. 如权利要求5所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中该控制单元根据一输 入电压及该灯泡的一反馈电压来调整该工作周期。
7. 如权利要求6所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中当该反馈电压大于该 输入电压时，该控制单元调低该工作周期。
8. 如权利要求6所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中当该反馈电压小于该 输入电压时，该控制单元调高该工作周期。
9. 如权利要求6所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中该第一导通路径及该 第二导通路径的导通是由该控制单元进行控制。
10. 如权利要求1所述的正弦波调光控制方法，其特征在于，其中对该调变波进行滤波 是通过一低通滤波电路。
11. 一种正弦波调光控制装置，其特征在于，用以控制一灯泡的光源，包括 一整流单元，用以对一交流电压进行整流以输出一第一脉动直流； 一调变单元，耦接于该整流单元，对该第一脉动直流以脉冲宽度调变的方式进行调变以输出一调变波；一滤波单元，耦接于该调变单元，对该调变波进行滤波以输出一第二脉动直流； 一切换单元，耦接于该滤波单元，该切换单元提供有一第一导通路径及一第二导通路 径来对该第二脉动直流进行切换以输出一调光交流电压给该灯泡使用；以及一控制单元，耦接该切换单元，该控制单元控制该切换单元以交替方式来供该第二脉 动直流分别流经该第一导通路径及该第二导通路径而来输出成为该调光交流电压，且该第 一导通路径及该第二导通路径之间是以相反的方向让该第二脉动直流流经该灯泡。
12. 如权利要求11所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该整流单元为一全 波整流电路。
13. 如权利要求11所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该整流单元包括有 一正半周半波整流电路及一负半周半波整流电路。
14. 如权利要求11所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该调变单元包括有一脉宽调变驱动电路及至少一功率开关，其中该脉宽调变驱动电路是控制该功率开关的导通，以对流经该功率开关的该第一脉动直流进行截流来得到该调变波；其中该控制单元耦接于该调变单元，且该脉宽调变驱动电路所使用的一P丽控制信号 的工作周期的调整是受该控制单元的控制。
15. 如权利要求14所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该功率开关为隔离 栅双极性晶体管或金氧半场效晶体管。
16. 如权利要求14所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该控制单元是根据 一输入电压及该灯泡的一反馈电压来调整该工作周期，而当该反馈电压大于该输入电压 时，该控制单元调低该P丽控制信号的工作周期，以及当该反馈电压小于该输入电压时，该 控制单元调高该P丽控制信号的工作周期。
17. 如权利要求11所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该控制单元控制该 第一导通路径在该交流电压的正半周导通以及控制该第二导通路径在该交流电压的负半 周导通。
18. 如权利要求11所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该切换单元是具有 多个切换开关，该控制单元通过控制该些切换开关的导通来形成该第一导通路径及该第二 导通路径。
19. 如权利要求18所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该切换开关为为硅 控整流器。
20. 如权利要求11所述的正弦波调光控制装置，其特征在于，其中该滤波单元为一低 通滤波电路。
全文摘要
本发明公开了一种正弦波调光控制方法及其控制装置，用来控制灯泡的亮度，所述方法包括如下步骤首先提供一交流电压；之后对交流电压进行整流以得到一第一脉动直流；再对第一脉动直流进行调变而得到一调变波；然后对调变波进行滤波而得到一第二脉动直流；最后通过一切换单元来对第二脉动直流进行切换而得到一调光交流电压给该灯泡使用。本发明通过切换单元的方式来将第二脉动直流切换成调光交流电压，而此调光交流电压即为一正弦波，因此灯泡即可工作在正弦波，而达到功率因子提升的技术效果。
文档编号H05B39/04GK101742760SQ200810180118
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者徐锟柏 申请人:咏真实业股份有限公司