专利名称：脉冲宽度调变控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及脉冲宽度调变(Pulse-Width Modulation,PWM)控制装置，特别指一种应用于三极交流开关(TRIode Alternating Current, TRIAC)调光器的PWM控制装置。
背景技术：
一般来说，一灯具的亮度通常可通过控制流经灯管的电压大小来决定，利用可变 电阻或变压器皆为常见的调光方式，然而，这类的亮度控制却具有成本高、调光效率不佳及 无法通过外部进行控制的缺点。因此，目前的调光器大多是利用调整用来供应照明装置的交流电压的工作周期 (duty cycle)来进行亮度的控制，其中，更以在1960至1970年间所发展出的三极交流开关 (Triode Alternating Current, TRIAC)技术的调光器，因其具有设计简单、体积小及成本 低的优点，所以最为市场所接受并广泛作为室内照明或舞台灯光等各种不同场合中使用。虽然TRIAC调光器在白炽灯的应用具有良好的调光效率，但将其应用于如气体 放电灯管(gas discharge lamp)、冷阴极焚光灯管(cold cathodef luorescent lamp, CCFL)、纳米碳管灯管(carbon nanotube lamp,CNL)或白光发光二极管灯管(white light emitting diode lamp, WLED)等需要电子器安定的照明装置上，若没有搭配特别设计的安 定器时，则很有可能造成照明装置本身的损害。另一种常用于调整供应照明装置的电压的工作周期(duty cycle)来进行亮度控 制的调光器则为一脉冲宽度调变(Pulse-Width Modulation,PWM)调光器，该PWM调光器通 过给定一特定工作周期并以适当频率的方式控制灯管的启动或关闭，只要其开关的频率高 于人类眼球所能感受的频率，该PWM调光器便可轻易的调整工作周期来满足各种不同需求 的亮度。但是，若想要一具有PWM安定器的灯具整合至一已有的TRIAC调光器却是需要相 当繁复的设计与难度，尤其是一般现有的TRIAC调光器于交流电环境下所输出的电压太 低，有可能无法驱动该PWM安定器。更进一步地，一被动式荧光灯管安定器若直接接收一由TRIAC调光器所输出的截 切正弦波电压(truncated sinusoidal voltage)，该截切正弦波电压所具有的瞬变电压 (transient voltage)亦可能会导致荧光灯管的损毁。另外，大多数的PWM安定器会将输入的交流电源进行第一次整流以产生一类直流 电源来驱动该灯管，并通过设置一电容器来储存该类直流电源的电能，以确保灯管在被PWM 关闭期间仍可让灯管持续被供电，但如此一来，该电容器也会储存TRIAC调光器所输出的 截切正弦波电压，换言之，该电容器会过滤掉所有TRIAC调光器的调光信息。综上所述，相关的照明装置制造商皆致力于开发一整合有TRAIC调光功能的PWM 安定器，以使得该PWM安定器得以直接适用于现有TRIAC调光器中，可免除重新设计或重新 设置特殊调光器的困扰，进而达到能快速置换灯具与成本降低的功效。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可应用于三极交流开关(TRIodeAlternating Current, TRIAC)调光器的脉冲调变(Pulse-WidthModulation，P丽)控制装置，以使得该 PWM控制装置得以直接应用于TRIAC调光器中，可免除重新设计或重新设置特殊调光器的 困扰，进而达到能快速置换灯具与成本降低的功效。为达上述目的，本发明的PWM控制装置，包括有一负载；一整流器，连接于一外部电源模块来接收一截切正弦波电压，并将该截切正弦波 电压进行整流，以输出一脉冲直流电压；
一 PWM控制模块，连接于该整流器及该电源模块，根据该截切正弦波电压对应产 生一 PWM控制信号，并包括有一升压电路，连接于该整流器，接收并将该脉冲式直流电压转换为一高直流电 压；一比较器，连接于该电源模块，检测该截切正弦波电压于零点的时间，以取得该截 切正弦波电压的工作周期和频率来对应发送一信号；一锁相回路电路，连接于该比较器，并通过接收该比较器的信号作为该截切正弦 波电压频率和相位的依据，以发送一与该截切正弦波电压同步的控制信号；及一工作周期检测器，连接于该外部电源模块和该锁向回路电路，并根据该截切正 弦波电压的占空因子(duty factor)来将该锁相回路电路的控制信号对应转换成一PWM控 制信号，其中，该PWM控制信号与该截切正弦波电压具有相同的占空因子；及一 PWM控制式安定器，连结于该PWM控制模块，并由该高直流电压所驱动及该PWM 控制信号所控制，用来限制流经该负载的电流。
图1为本发明的脉冲调变(Pulse-Width Modulation, PWM)控制装置连结于三极 电流开关的示意图；图2为本发明的电源模块的示意图；图3为本发明的PWM控制模块的示意图；图4为本发明的锁相回路电路的示意图；图5为本发明的工作周期检测器示意图，其中包括将一占空因子转换器设置于一 PWM控制模块。主要元件符号说明1电源模块10交流电源11三极交流开关组件13 旋钮2脉冲调变控制模块20升压电路21比较器
22锁相回路电路221相位频率检测器222电荷帮浦223回路滤波器224压控震荡器225除频器23工作周期检测器231占空因子转换器3脉冲调变控制式安定器4 负载5整流器
具体实施例方式为熟悉、了解本发明的目的，兹配合图式将本发明的较佳实施例详细说明如下。请参考图1至图3所示，本发明的脉冲调变(Pulse-Width Modulation,PWM)控制 装置，应用于三极交流开关式(TRIode Alternating Current, TRIAC)调光器，其包括有一 负载4、一整流器5、一 PWM控制模块2及一 PWM控制式安定器3。该负载4是一种气体放电灯具、一种马达、一种加热装置、一种有机发光二极管 (organic light-emitting diode, 0LED)灯具、一种发光二极管灯具或一种白光发光二极 管灯具。该气体放电灯具可为一具有冷阴极荧光灯管、热阴极荧光灯管、省电灯管(compact fluorescent lamp, CFL)、夕卜部电极焚光灯管(external electrode fluorescent lamp, EEFL)、纳米碳管灯管或高强度放电灯管(high intensity discharge lamp, HID)的灯具。请参考图2及图3所示，该整流器5，连接于一外部电源模块1来接收一截切正弦波电压(truncated sinusoidal voltage)，并将该截切正弦波电压进行整流，以输出一脉 7中直电压(pulsating Direct currentvoltage)。该电源模块1连接于一交流电源10，用来接收该交流电源10的正弦波交流电，并根据该交流电对应产生该截切正弦波电压，其至少包括有三极交流开关组件11。该三极交流开关组件11，以相位控制的方法，于该交流电的各周期中提供一控制 点来改变导电角度的大小，以使得流经负载4的电流改变，来达到调光的目的。该电源模块1还包括有一旋钮13，连接于该三极电流开关组件11，可供一使用者 通过旋转该旋钮13来调整该电源正弦波中的该控制点，进而进行调光的动作。该PWM控制模块2，连结于该整流器5和该电源模块1，并根据该截切正弦波电压 对应产生一 PWM控制信号。该PWM控制式安定器3，连结于该PWM控制模块2，并由该PWM控制信号所控制，来 限制流经该负载4的电流。该PWM控制模块2包括有一升压电路20、一比较器21、一锁相回路电路 (phase-locked loop circuit, PLL circuit) 22 及一工作周期检测器 23。该升压电路20，连结于该整流器5，并接收和提高该脉冲直流电压，以产生一高直 流电压来驱动该PWM控制式安定器3，其中，该高直流电压值约为400伏特，然而，值得注意的是，本发明的升压电路20可为一般其它传统典型具有升压特性的电路，但还可包括有一 小型的电容器来将大量的电能储存的升压电路20，在通过适当的切换设定状况下，本发明 的升压电路20可以具有功率因子校正(Power Factor Correctness, PFC)的功能。该比较器21，连接于该电源模块1，检测该截切正弦波电压于零点的时间，以取得 该截切正弦波电压的工作周期(duty cycle)和频率(frequency)来对应发送一信号。请参考图1至图4所示，该锁相回路电路22连接于该比较器21，并通过接收该比 较器21的信号作为该截切正弦波电压频率和相位的依据，以发送一与该截切正弦波电压 同步的控制信号。该锁相回路电路22包括有一相位频率检测器(phase-frequencydetector)211、 一电荷帮浦(charge pump) 222、一回路滤波器223、一压控震荡器(Voltage Controlled Oscillator) 224 和一除频器(FrequencyDivider) 225。该相位频率检测器221，用于检测该截切正弦波电压的与一回授信号(feedback signal)的相位差。该电荷帮浦222连接于该相位频率检测器221，并根据由该相位频率检测器221的 相位差，发送一控制信号。该回路滤波器223连接于该电荷帮浦222，其为一低通滤波器(lowpass filter) 用于过滤该控制信号中高频的部分。该压控震荡器224由该控制信号所驱动，以发送一震荡信号，该震荡信号的震荡 频率对应于该控制信号。该除频器225，将该压控震荡器224所产生的震荡信号降频后回授至该相位频率 检测器221，该回授的信号为一回授信号。如本发明相关业界具有通常技艺人士所知悉，当一输出信号的频率越高，其具有 频宽越高、信号越稳定及频外噪声越低的特性，另外，若在一个50赫兹交流电的环境下直 接使用TRIAC调光电路对一照明设备进行调光，当调光的控制信号在100赫兹传输速率的 环境下会对电流造成干扰，并有可能产生明显的闪烁现象为人类眼球所感知。请参考图1至图3及图5所示，该工作周期检测器23，连接于该电源模块1和该锁 相回路电路22，并根据该截切正弦波电压的占空因子来将该锁相回路电路22的控制信号 对应转换成一 PWM控制信号，其中，该PWM控制信号与该截切正弦波电压具有相同的占空因 子。另外，该工作周期检测器23还包括有一占空因子转换器(duty factormapping unit) 231，其具有一非线性的转换函数，来改变该工作周期检测器23的PWM控制信号的占 空因子。然而，该占空因子转换器231的转换函数并未限定须要使用哪一种特定的函数，其可依据实际应用需求来调整转换函数的使用；举例来说，当一截切正弦波电压小于足以 驱动灯管所需的电压前，用于调光的一旋钮13角度变化与该截切正弦波电压呈一非线性 关系，而当该截切正弦波电压到达足以驱动灯管所需的电压时，持续旋转该旋钮13，该旋钮 13角度变化则与该截切正弦波电压呈一线性关系，以使得灯管的亮度得以稳定地调整灯管 的亮度。因此，通过设置有一占空因子转换器231的调光装置，于调光的过程中，不会因为该截切正弦波电压过低，导致产生低强度的闪烁现象，另外能增加整体照明的功率因子，来达到更佳的电能使用效率。
权利要求
一种脉冲调变控制装置，其特征在于包括有一负载；一整流器，连接于一外部电源模块来接收一截切正弦波电压，并将该截切正弦波电压进行整流，以输出一脉冲直流电压；一脉冲调变控制模块，连接于该整流器及该电源模块，根据该截切正弦波电压对应产生一脉冲调变控制信号，并包括有一升压电路，连接于该整流器，接收并将该脉冲式直流电压转换为一高直流电压；一比较器，连接于该电源模块，检测该截切正弦波电压于零点的时间，以取得该截切正弦波电压的工作周期和频率来对应发送一信号；一锁相回路电路，连接于该比较器，并通过接收该比较器的信号作为该截切正弦波电压频率和相位的依据，以发送一与该截切正弦波电压同步的控制信号；及一工作周期检测器，连接于该外部电源模块和该锁向回路电路，并根据该截切正弦波电压的占空因子来将该锁相回路电路的控制信号对应转换成一脉冲调变控制信号，其中，该脉冲调变控制信号与该截切正弦波电压具有相同的占空因子；及一脉冲调变控制式安定器，连结于该脉冲调变控制模块，并由该高直流电压所驱动及该脉冲调变控制信号所控制，用来限制流经该负载的电流。
2.如权利要求1所述的脉冲调变控制装置，其特征在于，该工作周期检测器还包括有 一占空因子转换器，其具有一非线性的转换函数，来改变该工作周期检测器的脉冲调变控 制信号的占空因子。
3.如权利要求1所述的脉冲调变控制装置，其特征在于，该电源模块连接于一交流电 源，用来接收该交流电源的正弦波交流电，并根据该交流电对应产生该截切正弦波电压，其 至少包括有三极交流开关组件，其以相位控制的方法，于该交流电的各周期中提供一控制 点来改变导电角度的大小，以使得流经负载的电流改变。
4.如权利要求3所述的脉冲调变控制装置，其特征在于，该电源模块还包括有一旋钮， 连接于该三极电流开关组件，并可供一使用者通过旋转该旋钮来调整该电源正弦波中的该 控制点，进而进行调光的动作。
5.如权利要求1所述的脉冲调变控制装置，其特征在于，该负载为一气体放电灯具、一 马达、一加热装置、一有机发光二极管灯具、、一发光二极管灯具或一白光发光二极管灯具。
6.如权利要求5所述的脉冲调变控制装置，其特征在于，该气体放电灯管为一具有冷 阴极荧光灯管、热阴极荧光灯管、省电灯管、外部电极荧光灯管、纳米碳管灯管或高强度放 电灯的灯具。
7.如权利要求1所述的脉冲调变控制装置，其特征在于，该锁相回路电路包括有 一相位频率检测器，用于检测该截切正弦波电压的与一回授信号的相位差；一电荷帮浦，连接于该相位频率检测器，并根据由该相位频率检测器的相位差，发送一 控制信号；一回路滤波器，连接于该电荷帮浦，用于过滤该控制信号中高频的部分； 一压控震荡器，由该控制信号所驱动，以发送一震荡信号，该震荡信号的震荡频率对应 于该控制信号；及一除频器，将该压控震荡器所产生的震荡信号降频后回授至该相位频率检测器，该回授的信号为一回授信号。
8.如权利要求7所述的脉冲调变控制装置，其特征在于，该回路滤波器为一低通滤波器。
全文摘要
本发明公开了一种脉冲调变控制装置，特别指一种可以使用于三极交流开关式调光器的脉冲调变控制装置，该脉冲调变控制装置包括有一负载、一整流器、一脉冲调变控制模块和一脉冲调变控制式安定器。该整流器连接于一外部电源模块来接收一截切正弦波电压，并将该截切正弦波电压进行整流，以输出一脉冲直流电压，该脉冲调变控制模块产生一脉冲调变控制信号，该脉冲调变控制式安定器由该脉冲调变控制信号控制，来限制流经该负载的电流。
文档编号H02M1/08GK101815379SQ20101012001
公开日2010年8月25日 申请日期2010年2月23日 优先权日2009年2月24日
发明者理察·蓝德立·葛瑞, 蔡博名 申请人:理察·蓝德立·葛瑞