CN101466185A - 调光电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种调光电路与相关的方法。本发明的调光电路包含：输入端，其接受输入讯号；数字调光电路，接收该输入讯号而产生数字讯号；模拟调光电路，接收该输入讯号而产生模拟讯号；以及功率电路，根据该模拟调光电路产生的模拟讯号而将供应电压转换为输出电压。

Description

调光电路与方法

技术领域

本发明涉及一种调光电路与方法，特别是指一种使用单一输入讯号产生模拟和数字调光讯号的装置与方法，以及使用单一接脚提供模拟和数字调光功能及使能功能的装置与方法，其例如可应用于发光二极管控制电路中。

背景技术

如图1所示，现有技术中调整发光二极管亮度的方法是通过数字调光讯号101，根据该讯号的占空比(duty ratio)，来控制流过发光二极管的平均电流，以控制其亮度。

然而，在某些产品中，需要使用模拟方式来调整发光二极管的亮度。在此情况下，单一模拟输入仅能用以调整亮度，并不能做其它功能使用，也无法提供数字功能。举例而言，若欲使用模拟方式来调整发光二极管的亮度，又要进行使能控制(例如开/关发光二极管)，便必须对图1的发光二极管控制电路10提供模拟输入和图标的数字输入EN两个接脚，以及对应的电路。显然，此种作法并不经济。

有鉴于此，本发明提出一种装置与方法，可根据单一输入讯号来产生模拟和数字讯号，以达成例如调光和开关的综合功能。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种调光电路。

本发明的第二目的在于，提出一种使用单一输入讯号产生模拟和数字讯号的装置与方法。

为达上述目的，根据本发明的其中一个观点，提供了一种调光电路，包含：输入端，其接受模拟控制讯号；数字调光电路，接收该模拟控制讯号而产生数字讯号；模拟调光电路，接收该模拟控制讯号而产生模拟讯号；以及功率电路，根据该模拟调光电路产生的模拟讯号而将供应电压转换为输出电压，此功率电路受控于该数字调光电路产生的数字讯号而作动。

为达上述目的，根据本发明的另一个观点，提供了一种使用单一模拟控制讯号产生模拟和数字讯号的方法，包含：(A)接受模拟控制讯号；(B)根据该模拟控制讯号而产生数字讯号；以及(C)根据该模拟控制讯号而产生模拟讯号。

上述方法中，较佳地，进一步包含：(D)根据步骤(C)产生的模拟讯号，驱动一电路；以及(E)根据步骤(B)产生的数字讯号，使能该电路。

此外，上述方法中还进一步包含：(F)使用该电路供电。

为达上述目的，根据本发明的又另一个观点，提供了一种使用单一模拟控制讯号产生模拟和数字讯号的装置，包含：输入端，其接受模拟控制讯号；第一电路，其根据该模拟控制讯号而产生数字讯号；以及第二电路，其根据该模拟控制讯号而产生模拟讯号。

上述装置中，较佳地，进一步包含第三电路，在该第一电路产生的数字讯号的使能下，根据该第二电路产生的模拟讯号而工作。此第三电路可以包括一功率电路，以供电给发光元件。

为达上述目的，根据本发明的又另一个观点，提供了一种调光电路，包含：输入端，其接受输入讯号；数字调光电路，接收该输入讯号而产生数字讯号；模拟调光电路，接收该输入讯号而产生模拟讯号；以及功率电路，根据该模拟调光电路产生的模拟讯号而将供应电压转换为输出电压。

上述电路中，较佳地，该数字调光电路更具有控制软启动的功能。在其中一种实施型态中，该数字调光电路包括：第一比较器，将该输入讯号与第一参考位准相比较；软启动装置，在一节点上产生一电压，该节点与第一比较器的输出电性连接；以及第二比较器，将该节点电压与第二参考位准相比较，输出第一使能讯号。

在其中一种实施型态中，所述软启动装置包含一电流源，对一电容充电而产生前述节点电压，用以产生软启动讯号。当输入讯号低于第一参考位准时，该电容放电使节点电压下降。

为达上述目的，根据本发明的再一个观点，提供了一种调光电路，包含：一输入端，其接受输入讯号；模拟数字调光电路，接收该输入讯号，当该输入讯号位准在一既定上下限范围内时进行模拟调光，当该输入讯号位准在该既定下限范围上下交替时进行数字调光，当该输入讯号位准在该下限之上时，该模拟数字调光电路产生模拟讯号；以及功率电路，根据该模拟数字模拟调光电路产生的模拟讯号而输出相对应的输出电流。

上述调光电路中，该下限值宜大于零。

上述调光电路中，更包含延迟电路，于该输入讯号位准在该下限之下一段既定时间后产生一延迟关闭讯号。

上述调光电路中，更包含软启动控制电路，接收该输入讯号，于该输入讯号位准在该下限之上时关闭软启动功能，而于该输入讯号位准在该下限之下超过一时间长度后启动软启动功能。

下面通过对具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为现有技术中以数字方式控制发光二极管亮度的电路示意图；

图2标出本发明的其中一个实施例；

图3标出本发明的另一个实施例；

图4举例示出数字调光电路的一例；

图5举例示出模拟调光电路的一例；

图6和图7举例示出模拟调光电路的两例；

图8说明使用图5的模拟调光电路时，整体电路的输入电压V_ACTL和输出电流I_LED的关系；

图9说明使用图或图的模拟调光电路时，整体电路的输入电压V_ACTL和输出电流I_LED的关系；

图10A-10G举例说明简化功率级的电路结构；

图11和图12标出本发明的另两个实施例；

图13说明如何根据输入电压V_ACTL进行模拟调光、数字调光与使能功能，及其相互关系；

图14举例示出数字调光电路的另一例。

图中符号说明

10          发光二极管控制电路

21          数字调光电路

22          模拟调光电路

23          误差放大器

24          工作周产生器

25          简化功率级

101         数字调光讯号

211，212       比较器

213，218       二极管

214，217       电流源

215            电容

216            双载子晶体管

ACTL           输入讯号

CP             比较器

D              工作讯号

EN             数字讯号

FB             反馈讯号

I_LED           输出电流

OP             运算放大器

P              接脚

SS             节点

V_ACTL          输入电压

Vin            供应电压

VE             模拟误差讯号

Vout           输出电压

Vref           模拟输出讯号

Vsat           上限电压

具体实施方式

请参考图2，其中以示意电路图的方式显示本发明的其中一个实施例。如图所示，在本发明中，可根据单一输入讯号ACTL，来产生数字讯号EN和模拟讯号Vref。因此，若将LED控制电路制成集成电路，可以仅需要一个接脚P。

详言之，在本实施例中，输入讯号ACTL经过数字调光电路21而产生数字讯号EN，并经过模拟调光电路22而产生模拟讯号Vref。数字调光电路21和模拟调光电路22可综合视为一个模拟数字调光电路20。模拟讯号Vref在误差放大器23中与反馈讯号FB比较，产生模拟误差讯号VE，此误差讯号VE输入工作周产生器(duty generator)24，以产生工作讯号D，驱动简化功率级25，将供应电压Vin转换成输出电压Vout，供应给发光二极管使其发亮。工作周产生器24例如可为脉宽调变(PWM)电路，或以其它方式产生工作周。在其中一种实施型态中，简化功率级25受控于数字讯号EN，仅在数字讯号EN使能时才作动。简化功率级25例如可为降压电路、升压电路、升降压电路、反压电路、返驰电路等，其电路分别举例示于图10A-10G，这些电路为本领域技术人员所熟知，其细节不予赘述。

在某些应用场合中，发光二极管为反接，因此简化功率级25必须输出负电压；图3标出本发明的此种实施例，至于电路的其它部分，则与前一实施例相似，不予赘述。

数字调光电路21的作用在于根据输入讯号ACTL来产生数字讯号EN。其实际作法举一例如图4，输入讯号ACTL与参考位准Vth在比较器CP中相比较，当输入讯号ACTL的位准大于参考位准Vth，比较器CP即输出高位准，反之则输出低位准，如此即可达到目的。

模拟调光电路22的作用在于根据输入讯号ACTL而产生恰当的讯号，以控制误差放大器23产生适当的模拟误差讯号VE。在图2、3的实施例中，模拟调光电路22是接收输入讯号ACTL而产生模拟讯号Vref，并将此讯号连接至误差放大器23的正输入端，但此非唯一实施方式，例如请参考图11和12，可将模拟调光电路22的负输出与反馈讯号FB相加，输入误差放大器23的负输入端，与误差放大器23正输入端的固定参考位准Vrefx相比较，如此亦可达成相似的作用。

以下针对图2、3实施例中模拟调光电路22的安置方式来说明，但本领域技术人员当可举一反三，推知模拟调光电路22在其它安置方式下的电路设计方式。

图5标出模拟调光电路22的其中一种实施方式，本实施例中模拟调光电路22包含一个运算放大器OP，此运算放大器OP的高压为预设的上限电压Vsat。换言之，运算放大器OP构成一个箝止电路，在电压Vsat以下，其输出Vref跟随输入讯号ACTL，但当输入讯号ACTL的电压高于上限电压Vsat时，输出Vref即保持为定值Vsat。

使用图5所示模拟调光电路22时，整体电路的输入电压(亦即输入讯号ACTL的电压，V_ACTL)和输出电流(亦即通过发光二极管的电流，I_LED)的关系如图8所示，当输入电压V_ACTL低于参考位准Vth时，因数字讯号EN为低位准，简化功率级25不作动，故输出电流为零。当输入电压V_ACTL高于参考位准Vth、但低于上限电压Vsat时，输出电流大致正比于输入电压。当输入电压V_ACTL高于上限电压Vsat时，输出电流维持为定值。如此，具有防范输出电流过高的过电流防护功能(over current protection)。

在上述实施方式中，低于参考位准Vth的输入电压，将无法产生模拟调光的作用，亦即发光二极管的亮度在极低范围内是无法调整的。当然对人眼可察觉的应用场合来说，通常并不需要在极低范围内调整亮度。但若有此需要，则模拟调光电路22例如可采用图6或图7所示的电路。

图6所示的模拟调光电路22中，在运算放大器OP和电路输出Vref之间有一段压降V_BE，因此电压Vref的上限为Vsat-V_BE。同理，图7所示电路中，电压Vref的上限为Vsat-V_GS。此时整体电路的输入电压V_ACTL和输出电流I_LED的关系如图9所示，输入电压V_ACTL必须大于V_BE或V_GS(下限值Vmin)，才会产生输出电流I_LED，但由于Vmin大于零，因此若将参考位准Vth设为低于Vmin(本例中的V_BE或V_GS)，即可在极低范围内，仍能调整输出电流I_LED，亦即可以在极低范围内调整发光二极管的亮度。当输入电压V_ACTL高于V_BE或V_GS，但低于上限电压Vsat-V_BE时，输出电流大致正比于输入电压。当输入电压V_ACTL高于上限电压Vsat-V_BE时，输出电流维持为定值。如此，整体电路除了具有过电流防护功能之外，兼具低范围内亮度调整的功能。

以上说明中，从输入讯号ACTL为模拟讯号的角度来描述发明，但从以上说明可知，如输入讯号ACTL为数字调光讯号，则电路可自然达成数字调光功能。以图2的电路为例(其它实施例亦然)，如接脚P所接收的是数字输入讯号，则只要该讯号的低位准低于既定的下限值如图8的Vth或图9的V_BE或V_GS，便可达成数字调光。

详言之，请对照参阅图13与图2，输入讯号ACTL可以是模拟讯号或数字讯号，视控制电路的应用环境而定。当输入讯号ACTL为模拟讯号时，其对于亮度控制的最大有效值为Vmax(此既定的上限值例如为图9的Vsat-(V_BE或V_GS))，对于亮度控制的最低有效值为Vmin(此既定的下限值例如为图9的V_BE或V_GS)，而电路使能的临限值为Vth。当输入讯号ACTL为数字讯号时，则可根据数字输入讯号ACTL的占空比(duty ratio)决定亮度，进行数字调光。当输入电压V_ACTL低于参考位准Vmin时，LED不发亮；当输入电压V_ACTL高于参考位准Vmin时，LED发亮。LED的平均亮度由发亮时的亮度和数字输入讯号ACTL的占空比(duty ratio)来决定。当然，若输入讯号ACTL为数字讯号，则其高位准宜大于Vmax，方能进行全幅调光，否则LED的最大亮度将受输入讯号ACTL的高位准所限制。

图14标出数字调光电路21的再一实施例，本实施例中包含了对软启动(soft start)功能的控制。如图所示，当电路启动时，电流源214对电容215充电，此电容215上通过充电所累积的电荷，即可用来提供软启动功能。例如，在图标实施例中，可将节点SS连接至双载子晶体管216的基极，并将双载子晶体管216的射极与电流源217相连，至于双载子晶体管216的集极则可与整体电路中合适的低阻抗节点相连。如此，通过双载子晶体管216的电位跟随作用，即可将节点SS电位，反应至电路其它部分进行软启动。以上所述仅为应用方式之一，本领域技术人员当可在本发明的教导下做各种应用。

比较器211(其可以是一般比较器或磁滞比较器)将输入讯号ACTL与参考电压Vth相比较。当输入讯号ACTL低于参考电压Vth时，比较器211的输出为低位准，此时电流源214的电流将通过二极管213和比较器211的接地点(未示出)而接地，不再对电容215充电。电容215将通过双载子晶体管216缓慢放电，根据双载子晶体管216的电流放大倍率，放电电流将为电流源217的某一比例，而不会快速放电。当电容215放电到相当程度时，即等于恢复了软启动功能。

电容215的放电，将使节点SS的电压缓慢下降。当节点SS的电压低于参考电压Vref1时，比较器212将输出低位准使能讯号EN1，将LED控制电路关闭(shut down)。参考电压Vref1的值可根据对电路关闭的设计需求来决定，例如假设需要在输入讯号ACTL为低位准的某段时间后关闭LED控制电路，则可根据电容215的电压与放电时间来决定参考电压Vref1的值。亦即电容215、放电路径219和比较器212构成一个延迟电路，当输入讯号ACTL为低位准一段既定时间后，产生延迟的关闭讯号。需说明的是，双载子晶体管216和电流源217为前文举例说明软启动功能而设，在延迟电路中，放电路径219上不必须包含双载子晶体管216和电流源217，电容215以任何方式放电皆可。比较器212可以是一般比较器或磁滞比较器。使能讯号EN1可以作为图2、3、11、12的使能讯号EN，或者，可自比较器211的输出取出使能讯号EN，与使能讯号EN1分别提供不同的作用。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。如前所述，对于本领域技术人员，当可在本发明精神内，立即思及各种等效变化。例如，本发明可应用于任何需要根据单一输入讯号来产生数字讯号和模拟讯号的场合，而不限于调光电路。再如，发光元件亦不限于为发光二极管。又如，所有实施例中所示直接连接的两元件，可在其间插入不影响讯号意义的电路。再如，提供压降的方式，亦不限于采用图6或图7所示的作法，等等。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求书的范围内。

Claims (43)

1.一种调光电路，其特征在于，包含：

输入端，其接受模拟控制讯号；

数字调光电路，接收该模拟控制讯号而产生数字讯号；

模拟调光电路，接收该模拟控制讯号而产生模拟讯号；以及

功率电路，根据该模拟调光电路产生的模拟讯号而将供应电压转换为输出电压，此功率电路受控于该数字调光电路产生的数字讯号而作动。

2.如权利要求1所述的调光电路，其中，该数字调光电路包括一个比较器，将该模拟控制讯号与第一参考位准相比较。

3.如权利要求1所述的调光电路，其中，该模拟调光电路包括一个运算放大器，将该模拟控制讯号与该运算放大器的输出相比较。

4.如权利要求3所述的调光电路，其中，该运算放大器有一预设的工作高压。

5.如权利要求3所述的调光电路，其中，该运算放大器的输出经过压降后作为该模拟调光电路的输出。

6.如权利要求5所述的调光电路，其中，该数字调光电路包括一个比较器，将该模拟控制讯号与第一参考位准相比较，且其中该模拟调光电路内的运算放大器的输出压降高于该第一参考位准。

7.如权利要求1所述的调光电路，其中，该功率电路中包括一个误差放大器，其一输入接收模拟调光电路产生的模拟讯号，另一输入接收与输出电压相关的反馈讯号。

8.如权利要求1所述的调光电路，其中，该功率电路中包括一个误差放大器，其一输入接收第二参考位准，另一输入接收模拟调光电路产生的模拟讯号和与输出电压相关的反馈讯号的差值。

9.一种使用单一模拟控制讯号产生模拟和数字讯号的方法，其特征在于，包含：

接受模拟控制讯号；

根据该模拟控制讯号而产生数字讯号；以及

根据该模拟控制讯号而产生模拟讯号。

10.如权利要求9所述的方法，其中，步骤(B)包括：将该模拟控制讯号与一参考位准相比较。

11.如权利要求9所述的方法，其中，步骤(C)包括：将该模拟控制讯号箝止在预设的上限电压的下。

12.如权利要求9所述的方法，其中，步骤(C)包括：将该模拟控制讯号降压。

13.如权利要求12所述的方法，其中，步骤(B)包括：将该模拟控制讯号与一参考位准相比较；且该参考位准低于该降压值。

14.如权利要求12所述的方法，其中，还包含：

(D)根据步骤(C)产生的模拟讯号，驱动一电路；以及

(E)根据步骤(B)产生的数字讯号，使能该电路。

15.如权利要求14所述的方法，其中，还包含：(F)使用该电路供电。

16.如权利要求15所述的方法，其中，步骤(F)包括：供电给发光二极管。

17.一种使用单一模拟控制讯号产生模拟和数字讯号的装置，其特征在于，包含：

输入端，其接受模拟控制讯号；

第一电路，其根据该模拟控制讯号而产生数字讯号；以及

第二电路，其根据该模拟控制讯号而产生模拟讯号。

18.如权利要求17所述的装置，其中，该第一电路将该模拟控制讯号与一参考位准相比较。

19.如权利要求17所述的装置，其中，该第二电路将该模拟控制讯号箝止在预设的上限电压之下。

20.如权利要求17所述的装置，其中，该第二电路将该模拟控制讯号降压。

21.如权利要求20所述的装置，其中，该第一电路将该模拟控制讯号与一参考位准相比较；且该参考位准低于该降压值。

22.如权利要求20所述的装置，其中，还包含第三电路，在该第一电路产生的数字讯号的使能下，根据该第二电路产生的模拟讯号而工作。

23.如权利要求22所述的装置，其中，该第三电路包括一功率电路，根据该第二电路产生的模拟讯号而将供应电压转换为输出电压。

24.一种调光电路，其特征在于，包含：

输入端，其接受输入讯号；

数字调光电路，接收该输入讯号而产生数字讯号；

模拟调光电路，接收该输入讯号而产生模拟讯号；以及

功率电路，根据该模拟调光电路产生的模拟讯号而将供应电压转换为输出电压。

25.如权利要求24所述的调光电路，其中，该数字调光电路包括一个比较器，将该输入讯号与第一参考位准相比较。

26.如权利要求24所述的调光电路，其中，该模拟调光电路包括一个运算放大器，将该输入讯号与该运算放大器的输出相比较。

27.如权利要求26所述的调光电路，其中，该运算放大器有一预设的工作高压。

28.如权利要求26所述的调光电路，其中，该运算放大器的输出经过压降后作为该模拟调光电路的输出。

29.如权利要求28所述的调光电路，其中，该数字调光电路包括一个比较器，将该输入讯号与第一参考位准相比较，且其中该模拟调光电路内的运算放大器的输出压降高于该第一参考位准。

30.如权利要求24所述的调光电路，其中，该功率电路中包括一个误差放大器，其一输入接收模拟调光电路产生的模拟讯号，另一输入接收与输出电压相关的反馈讯号。

31.如权利要求24所述的调光电路，其中，该功率电路中包括一个误差放大器，其一输入接收第二参考位准，另一输入接收模拟调光电路产生的模拟讯号和与输出电压相关的反馈讯号的差值。

32.如权利要求24所述的调光电路，其中，该数字调光电路包括：

第一比较器，将该输入讯号与第一参考位准相比较；

软启动装置，在一节点上产生一电压，该节点与第一比较器的输出电性连接；以及

第二比较器，将该节点电压与第二参考位准相比较，输出第一使能讯号。

33.如权利要求32所述的调光电路，其中，该第一比较器的输出产生第二使能讯号。

34.如权利要求32所述的调光电路，其中，该软启动装置包括：

第一电流源；以及

电容，接受第一电流源的充电，而产生前述节点电压。

35.如权利要求34所述的调光电路，其中，该软启动装置还包括双载子晶体管，其集极与该电容的一端电连接，其射极提供软启动讯号。

36.如权利要求35所述的调光电路，其中，该软启动装置还包括第二电流源，与该双载子晶体管的射极电连接。

37.一种调光电路，其特征在于，包含：

一输入端，其接受输入讯号；

模拟数字调光电路，接收该输入讯号，当该输入讯号位准在一既定上下限范围内时进行模拟调光，当该输入讯号位准在该既定下限范围上下交替时进行数字调光，当该输入讯号位准在该下限之上时，该模拟数字调光电路产生模拟讯号；以及

功率电路，根据该模拟数字调光电路产生的模拟讯号而输出相对应的输出电流。

38.如权利要求37所述的调光电路，其中，还包含延迟电路，于该输入讯号位准在该下限之下一段既定时间后产生一延迟关闭讯号。

39.如权利要求37所述的调光电路，其中，当该输入讯号位准在该既定下限范围上下交替时，该输入讯号的高位准大于该既定范围上限。

40.如权利要求37所述的调光电路，其中，当该输入讯号位准在该既定下限范围之下时，该功率电路输出零电流。

41.如权利要求40所述的调光电路，其中，该既定下限大于零。

42.如权利要求37所述的调光电路，其中，还包含：软启动控制电路，接收该输入讯号，于该输入讯号位准在该下限之上时关闭软启动功能，而于该输入讯号位准在该下限之下超过一时间长度后启动软启动功能。

43.如权利要求42所述的调光电路，其中，该软启动控制电路包含一电流源与一电容，通过该电流源对该电容充电，提供软启动功能，且当该输入讯号位准在该下限之下时，该电容放电。

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