CN101359038B - 可模拟led特性的电子负载装置及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种电子负载装置，适用于模拟发光二极管(LED)对电源供应器进行电力测试，该负载装置包括一测量器、一LED模拟运算单元及一输出器；一外部电源供应器将所供应的电压导入测量器中，测量器测量电源供应器的电压值，LED模拟运算单元将电源供应器的电压值扣除相当于LED所需的顺向偏压之后，则可根据欧姆定律，在定电阻模式下所拉载的电流，将随着电压作线性的变化，最后由输出器输出该电子负载装置对电源供应器经拉载的电流，电流随着电压作线性变化，不同大小的电流将造成LED产生不同亮度；因此，使用者可根据LED照明设备所需的亮度选择适合的电源装置。

Description

可模拟LED特性的电子负载装置及其模拟方法 

技术领域

本发明是关于一种可模拟LED特性的电子负载装置及其模拟方法，特别是指一种适用于模拟发光二极管(LED)对外部电源供应器进行电力测试的电子负载装置，及其相关的模拟方法。 

背景技术

电源装置在日常生活中被广泛使用，其应用范围涵盖一般信息、通讯、消费性电子、运输设备、工业设备及军事领域，其功能为驱动各个电路单元及维持电压位准，是维持系统正常运作的重要因素。因此，电源装置设计的主要考虑因素，除了降低成本之外，首重高可靠度。 

电子负载装置为电源装置开发与制造过程中，基本且重要的仪器设备。其可替代实际电阻、电容的组合，协助模拟电源装置输出端的负载状态，以提供相关的研发、品管及生产线测试应用，以发光二极管(LED)为例，LED相较于相同功率的一般发光设备亮度高，因此部分照明设备采用LED为目前的趋势，然而LED的亮度与其导通电流极为相关，当电流过低则亮度不足，电流过高则LED有烧毁的危险，因此，供应LED的电源须有特殊的设计，利用电子负载装置来模拟LED产品可达到测试其供应电源的目的；而目前的电子负载装置提供四种模拟电路单元的模式，其中包括定电流模式、定电压模式、定功率模式及定电阻模式。然而，定电流模式、定电压模式及定功率模式难以模拟出一般电路单元启动时对电源装置电力拉载的情形，因此，目前多以定电阻模式模拟电路单元的启动状态。 

在定电阻模式下，电子负载装置所拉载的电流值，随着电压值作线性变化，然而，供应LED的电源为特殊设计，此电源的电压极易因电流负荷因素 而变动，当电压改变时，以LED为负载的电流变化比以电阻为负载的电流变化为大，而使部分合乎LED负载应用的电源在测试时被判定为不合格；由于LED并非纯电阻的构成，使得电源的电压变动时电流并非随着电压作线性的变化，故定电阻模式并不能对所有为此类负载所设计的电源作正确的判定，且以电流模式、定电压模式、定功率模式也无法达成测试此类电源的目的。 

发明内容

本发明的一目的在于提供一种电子负载装置，用于模拟发光二极管(LED)对外部电源供应器进行电力测试的电子负载装置，目的是提升电源装置的设计正确性。 

本发明的又一目的在于提供一种电子负载装置，其可以提升电源装置的设计正确性，并进而降低电源装置的成本及节能。 

本发明揭示一种电子负载装置，适用于模拟发光二极管(LED)对外部电源供应器进行电力测试的电子负载装置。此电子负载装置包括一测量器、一LED模拟运算单元以及一输出器，而对一外部电源供应器1作测试。 

测量器电性连接于外部电源供应器，用以测量外部电源供应器的电压值；LED模拟运算单元电性连接于测量器，可进行模拟发光二极管的特性模拟运算单元输出的电压值的运算，且所述的LED模拟运算单元模拟运算出的电压值包括一非线性值以及一线性值，所述的非线性值是指LED的顺向偏压；输出器电性连接于LED模拟运算单元，可输出所述的电子负载装置对外部电源供应器经拉载的电流。 

外部电源供应器导入测量器中，用以测量外部电源供应器的电压值，LED模拟运算单元将所述的外部电源供应器的电压值扣除LED模拟运算单元模拟运算出的电压值的非线性值之后，则可根据欧姆定律，在定电阻模式下所拉载的电流，将随着电压作线性的变化，最后由输出器输出所述的电子负载装置对外部电源供应器经拉载的电流。LED的亮度与其导通电流极为相关，扣 除LED顺向偏压的非线性部分后，电流随着电压作线性变化，不同大小的电流将造成LED产生不同亮度；因此，使用者可根据LED照明设备所需的亮度选择适合的电源装置。 

本发明还揭示一种电子负载装置的模拟方法，适用于模拟发光二极管(LED)对外部电源供应器进行电力测试的电子负载装置。首先，通过将外部电源供应器供应的电压导入一测量器中，测量所述的外部电源供应器的电压值；再将所述的外部电源供应器的电压值扣除一LED模拟运算单元模拟运算出的电压中的非线性值，也指扣除相当于LED的顺向偏压，使电流随着电压作线性变化，接着判别其电压差值是否为正值，若为负值，代表所述的外部电源供应器供应的电压不足，则意味着必须重新提供所述的外部电源的一新电压值，若为正值，则输出器将上述得到的差值进行增益，并输出所述的电子负载装置对外部电源供应器经拉载的电流，最后测试结束。 

通过本发明所揭示的电子负载装置及其模拟方法，电子负载装置可准确地模拟出所述的LED对电源装置的电力拉载的阻抗特性，是可运用于电源装置的设计过程，使设计者针对负载的电力需求，设计出合乎规格与低成本的产品，并可提升产品品管检测的可靠度。相较于现有技术，因无法正确模拟负载对电源装置拉载的情形，而使用功率较高的电源装置，通过本发明，可达到节约能源，与降低成本的功效。 

图1为现有技术LED电流与电压的关系图； 

图2a为本发明的电子负载装置的第一实施例系统架构示意图； 

图2b为本发明的电子负载装置的第一实施例流程图； 

图3a为本发明的电子负载装置的第二实施例系统架构示意图； 

图3b为本发明的电子负载装置的第二实施例流程图； 

图4a为本发明的电子负载装置的第三实施例系统架构示意图；及 

  图4b为本发明的电子负载装置的第三实施例流程图。 

附图标号 

0 电子负载装置                  0’电子负载装置 

0” 电子负载装置                1 外部电源供应器 

1’ 外部电源供应器              1” 外部电源供应器 

2 测量器                        2’ 测量器 

2” 测量器                      3 LED模拟运算单元 

3’ LED模拟运算单元             4 输出器 

4’ 输出器                      4” 输出器 

5’ 可程序化放大器              5” 可程序化放大器 

6” 读取器                      7” 运算器 

A 标示点                        B 标示点 

S1～S8 各个步骤编号 

具体实施方式

关于本发明所述的电子负载装置及其模拟方法，可以通过以下发明详述 及附图，得到进一步的了解。 

在设计供应LED的电源时，为避免电源提供过多的电流而导致LED烧毁，大致上电源都可能有最高电流限制，使输出电流被抑制以保护LED；电源空载时，电源的电压远超过LED的顺向电压，而在接上LED后，电源为驱动LED而提供电流，当电源达到电流限制时，电压即下降以至于平衡。 

LED为一受压驱动的发光产品，在超越LED的顺向偏压后，其导通电流大小决定其亮度，若电流超过，可能造成LED烧毁。其电压与电流的关系如图1所示，若将LED转换电路模型，在超越LED的顺向偏压后，LED在达到一定电流后其电阻可视为定值。本发明利用LED该项特性设计出的发明，以下将详细叙述。 

在电子负载的设计上只要将定电阻模式的作法做些许更改，即可符合LED测试用。首先，请先参阅图2a，其为本发明设计的基本概念，也为本发明的电子负载装置的第一实施例系统架构示意图，该电子负载装置0包括一测量器2、一LED模拟运算单元3以及一输出器4，而对一外部电源供应器1作测试。 

该测量器2电性连接于外部电源供应器1，用以测量该电源供应器的电压值；LED模拟运算单元3电性连接于测量器2，可进行电压值的运算，且该电压值包括一非线性值以及一线性值，该非线性值是指LED的顺向偏压，LED是利用电能直接转化为光能的原理，在半导体内正负极二个端子施加电压，当电流通过，使电子与电洞相结合时，剩余能量便以光的形式释放，顺向电压则是指于正负极二个端子所施加的最小电压；输出器4电性连接于LED模拟运算单元3，可输出该电子负载装置0对电源供应器经拉载的电流。 

外部电源供应器1导入电压至测量器2中，用以测量该电源供应器的电压值，LED模拟运算单元3将该电压值扣除非线性值之后，则可根据欧姆定律，在定电阻模式下所拉载的电流，将随着电压作线性的变化，最后由输出器4输出该电子负载装置0对电源供应器1经拉载的电流。LED的亮度与其 导通电流极为相关，扣除LED顺向偏压的非线性部分后，电流随着电压作线性变化，不同大小的电流将造成LED产生不同亮度；因此，使用者可根据LED照明设备所需的亮度选择适合的电源装置。 

请参阅图2b，其为本发明的电子负载装置的第一实施例流程图，包括以下步骤：测试开始(步骤S1)，首先，通过将外部电源供应器供应的电压导入一测量器中，用以测量该电源供应器的电压值(步骤S2)；再将该电压值扣除一LED模拟运算单元其电压值的非线性值(步骤S3)，也指扣除相当于LED的顺向偏压，使电流随着电压作线性变化，接着判别其差值是否为正值(步骤S4)，若为负值，代表该外部电源供应器供应的电压不足，此时可程序化放大器应输出为零电位，或无法驱动输出器的负电压，此时输出器的输出值为零；并进入步骤S1，即需要重新提供外部电源供应器供应的电压，若为是，则输出器将上述得到的差值进行增益，并输出该电子负载装置对电源供应器经拉载的电流(步骤S5)，最后测试结束(步骤S6)。 

请参阅图3a，其为本发明的电子负载装置的第二实施例系统架构示意图，该电子负载装置0’包括一测量器2’、一LED模拟运算单元3’、一可程序化放大器5’以及一输出器4’，而对一外部电源供应器1’作测试。 

该测量器2’电性连接于外部电源供应器1’，用以测量该电源供应器1’之电压值；LED模拟运算单元3’电性连接于测量器2’，可进行电压值的运算，且该电压值包括一非线性值以及一线性值，该非线性值指LED的顺向偏压；可程序化放大器5’电性连接于LED模拟运算单元3’，用以设定LED模拟运算单元3’的阻抗，且进行数字至模拟信号之转换；输出器4’系电性连接于可程序化放大器5’，可输出该电子负载装置0’对电源供应器1经拉载之电流。 

外部电源供应器1导入电压至测量器2’中，用以测量该电源供应器1之电压值，LED模拟运算单元3’将该电压值扣除非线性值之后，则可根据欧姆定律，在定电阻模式下所拉载之电流，将随着电压作线性的变化，可程序化放大器5’可通过程序设定LED模拟运算单元3’，模拟出不同数量之LED所 需之阻抗，且将该数字信号转换为模拟信号，最后由输出器4’输出该电子负载装置0’对电源供应器1’经拉载的电流。LED的亮度与其导通电流极为相关，扣除LED顺向偏压的非线性部分后，电流随着电压作线性变化，不同大小的电流将造成LED产生不同亮度；因此，使用者可根据LED照明设备所需的亮度选择适合的电源装置。 

请参阅图3b，其为本发明的电子负载装置的第二实施例流程图，包括以下步骤：测试开始(步骤S1)，首先，通过将外部电源供应器供应的电压导入一测量器中，用以测量该电源供应器的电压值(步骤S2)；再将该电压值扣除一LED模拟运算单元其电压值的非线性值(步骤S3)，也指扣除相当于LED的顺向偏压，使电流随着电压作线性变化，接着判别其差值是否为正值(步骤S4)，若其差值为负值，代表该外部电源供应器供应的电压不足，此时可程序化放大器应输出为零电位，或无法驱动输出器的负电压，此时输出器的输出值为零；并进入步骤S1，即需要重新提供外部电源供应器供应的电压，若为正值，则可程序化放大器设定LED模拟运算单元的阻抗，且进行数字至模拟信号的转换(步骤S5)，接着输出器将上述得到的差值进行增益，并输出该电子负载装置对电源供应器经拉载的电流(步骤S6)，最后测试结束(步骤S7)。 

请参阅图4a，其为本发明的电子负载装置的第三实施例系统架构示意图，该电子负载装置0”包括一测量器2”、一可程序化放大器5”、一读取器6”、一运算器7”以及一输出器4”，而对一外部电源供应器1”作测试。 

该测量器2”电性连接于外部电源供应器1”，用以测量该电源供应器1”的电压值；读取器6”电性连接于测量器2”，用以读取增益后的电压值信号，且将该电压模拟信号转换为数字信号，运算器7”电性连接于读取器6”，可进行电压值的运算，且该电压值包括一非线性值以及一线性值，该非线性值指LED的顺向偏压；可程序化放大器5”电性连接于运算器7”，用以调整该电压的增益值，且进行数字至模拟信号的转换；输出器4”电性连接于可程序化放大器5”，可输出该电子负载装置0”对电源供应器1经拉载的电流。 

外部电源供应器1”导入电压至测量器2”中，用以测量该电源供应器1”的电压值，读取器6”读取该增益后的电压值信号，且将该模拟电压信号转换为数字信号，运算器7”将该数字电压值扣除该非线性值之后，则可根据欧姆定律，在定电阻模式下所拉载的电流，将随着电压作线性的变化，可程序化放大器5”调整该电压的增益值，模拟出不同数量的LED所需的阻抗，且将该数字信号转换为模拟信号，最后由输出器4”输出该电子负载装置0”对电源供应器1”经拉载的电流。LED的亮度与其导通电流极为相关，扣除LED顺向偏压的非线性部分后，电流随着电压作线性变化，不同大小的电流将造成LED产生不同亮度；因此，使用者可根据LED照明设备所需的亮度选择适合的电源装置。 

请参阅图4b，其为本发明的电子负载装置的第三实施例流程图，包括以下步骤：测试开始(步骤S1)，首先，通过将外部电源供应器供应的电压导入一测量器中，用以测量该电源供应器的电压值(步骤S2)；读取器读取该增益后的电压值信号，且进行模拟至数字信号的转换(步骤S3)，运算器再将该电压值扣除一非线性值(步骤S4)，也指扣除相当于LED的顺向偏压，使电流随着电压作线性变化，接着判别其差值是否为正值(步骤S5)，若为负值，代表该外部电源供应器供应的电压不足，此时可程序化放大器应输出为零电位，此时可程序化放大器应输出为零电位，或无法驱动输出器的负电压，此时输出器的输出值为零；并进入步骤S1，即需要重新提供外部电源供应器供应的电压，若为正值，则可程序化放大器调整该电压的增益值，且进行数字至模拟信号的转换(步骤S6)，接着输出器将上述得到的差值进行增益，并输出该电子负载装置对电源供应器经拉载的电流(步骤S7)，最后测试结束(步骤S8)。 

通过上述本发明所揭示的电子负载装置及其模拟方法的说明实例，本案所述的电子负载装置可准确地模拟出不同亮度以及不同数量的LED所须的电力，因此对电源装置产品的设计、品管均有所裨益，可达到提高电源装置产品的可靠度与降低产品成本等诸多功效。 

本发明虽以较佳实例阐明如上，然而其并非用以限定本发明的精神与发明实体仅止于上述实施例。因此，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包括在权利要求范围内。 

Claims (10)

1.一种模拟发光二极管的电子负载装置，包括：

一测量器，电性连接于一外部电源供应器，测量所述的外部电源供应器的电压值；

一发光二极管LED模拟运算单元，电性连接于该测量器，进行模拟LED的特性模拟运算输出电压值的运算，所述的模拟LED的特性模拟运算输出的电压值包括一非线性值以及一线性值；以及

一输出器，电性连接于所述的LED模拟运算单元，输出所述的电子负载装置对外部电源供应器经拉载的电流；

所述的外部电源供应器导入所述的测量器中，得到所述的外部电源供应器电压值，所述的LED模拟运算单元将所述的外部电源供应器的电压值扣除所述LED模拟运算单元模拟运算出的电压值的非线性值之后得到一电压差值，由所述的输出器输出所述的电子负载装置对所述外部电源供应器经拉载的电流。

2.如权利要求1所述的电子负载装置，其中所述的LED模拟运算单元的非线性值相当于发光二极管的顺向偏压值。

3.如权利要求1所述的电子负载装置，其中所述的LED模拟运算单元与所述的输出器之间设有一可程序化的放大器。

4.权利要求3所述的电子负载装置，其中所述的可程序化的放大器用以设定所述的LED模拟运算单元的阻抗，且将所述电压差值进行数字至模拟信号的转换。

5.一种模拟发光二极管的电子负载装置，包括：

一测量器，电性连接于一外部电源供应器，测量所述的外部电源供应器的电压值，并增益外部电源供应器的电压值；

一读取器，电性连接于所述的测量器，用以读取所述的增益后的外部电源供应器的电压值信号，且将增益后的外部电源供应器的电压值进行模拟至 数字信号的转换，以得到外部电源供应器的数字电压值；

一运算器，电性连接于所述的读取器，进行模拟LED的特性模拟运算输出电压值的运算，所述的模拟LED的特性模拟运算输出的电压值包括一非线性值以及一线性值，并将该外部电源供应器的数字电压值扣除所述模拟运算出的非线性值，以得到一电压差值；

一可程序化的放大器，用以调整所述的电压差值的增益值，且将所述电压差值进行数字至模拟信号的转换；以及

一输出器，电性连接于所述的可程序化的放大器，输出所述的电子负载装置对外部电源供应器经拉载的电流；

所述的外部电源供应器导入所述的测量器中，得到所述的外部电源供应器的电压值，所述测量器并增益该外部电源供应器的电压值，所述的读取器读取所述的增益后的外部电源供应器的电压值信号，且将增益后的外部电源供应器的电压值进行模拟至数字信号的转换，以得到外部电源供应器的数字电压值，所述的运算器将所述的外部电源供应器的数字电压值扣除所述的模拟运算出的非线性值之后，以得到一电压差值，由所述的可程序化的放大器调整所述的电压差值的增益值，且将所述的电压差值进行数字至模拟信号的转换，最后所述的输出器输出所述的电子负载对外部电源供应器经拉载的电流。

6.如权利要求5所述的电子负载装置，其中所述的非线性值相当于发光二极管的顺向偏压值。

7.一种模拟发光二极管的电子负载装置的模拟方法，包括以下步骤：

(a)开始；

(b)通过将外部电源供应器供应的电压导入一测量器中，用以测量一外部电源供应器的电压值；

(c)将所述的外部电源供应器的电压值扣除一LED模拟运算单元模拟运算出的电压值的非线性值； 

(d)判别其电压差值是否为正值，若为正值，则进入下一步骤，若为负值，代表所述的外部电源供应器供应的电压不足，并进入步骤(a)；

(e)输出器将上述得到的电压差值进行增益，并输出所述的电子负载装置对外部电源供应器经拉载的电流；以及

(f)结束。

8.如权利要求7所述的模拟方法，其中所述的LED模拟运算单元模拟输出的电压值包括一非线性值以及一线性值，且所述的非线性值相当于发光二极管的顺向偏压值。

9.如权利要求7所述的模拟方法，其中所述的步骤(d)之后，由一可程序化的放大器设定所述的LED模拟运算单元的阻抗，且将该电压差值进行数字至模拟信号的转换。

10.一种模拟发光二极管的电子负载装置的模拟方法，包括以下步骤：

(a)开始；

(b)通过将外部电源供应器供应的电压导入一测量器中，测量一外部电源供应器的电压值，并增益外部电源供应器的电压值信号；

(c)读取器读取所述的增益后的外部电源供应器的电压值信号，且将增益后的外部电源供应器的电压值信号进行模拟至数字信号的转换，以得到外部电源供应器的数字电压值；

(d)将所述的外部电源供应器的数字电压值扣除一模拟LED的特性模拟运算输出的电压的非线性值，以得到一电压差值；

(e)判别其电压差值是否为正值，若为正值，则进入下一步骤，若为负值，代表所述的外部电源供应器供应的电压不足，此时提供输出器的驱动电压并无法驱动输出器拉载电流，并进入步骤(a)；

(f)调整所述的电压差值的增益值，且将该电压差值进行数字至模拟信号的转换，以得到模拟差值；

(g)输出器将上述得到的模拟差值进行增益，并输出所述的电子负载装置 对外部电源供应器经拉载的电流；以及

(h)结束。 

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