CN102316624B - 照明装置与其光源控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明装置与其光源控制电路，该光源控制电路用以控制串接的N个发光二极管，并包括电流供应单元、电流采集单元以及N个切换单元，N为正整数。电流供应单元提供N个参考电流。电流采集单元提供采集电流，并依据控制电压的电平而调整采集电流的大小。N个切换单元各自具有一传输路径与一电流路径，其中第i个切换单元依据采集电流而导通其所具有的电流路径或是传输路径，以将第i个参考电流传送至电流采集单元或是致使第i个发光二极管无法产生光源，i为整数且1≤i≤N。

Description

照明装置与其光源控制电路

技术领域

本发明涉及一种照明装置与其光源控制电路，尤其涉及一种发光二极管的照明装置与其光源控制电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)具有诸如寿命长、体积小、高抗震性、低热产生及低功率消耗等优点，因此已被广泛应用于家用及各种设备中的指示器或光源。近年来，发光二极管已朝多色彩及高亮度发展，因此其应用领域已扩展至大型户外看板、交通信号灯及相关领域。在未来，发光二极管甚至可能成为兼具省电及环保功能的主要照明光源。

一般来说，发光二极管的控制电路大多都是先将交流电压转换成直流电压或电流，之后再利用稳定的直流电压或电流来控制发光二极管的光源亮度。换而言之，现有发光二极管的控制电路大多内嵌一交流/直流转换器(AC-DCconverter)，或者是必须搭配一变压器，才能通过交流电来予以控制。然而，上述控制电路的线路会过于复杂，并且增加应用于大电压范围时的成本。此外，也可利用串联电阻的方式来控制发光二极管的光源亮度，但此种控制方式的能效太差。

发明内容

本发明提供一种光源控制电路，利用电流采集单元同时操控多个切换单元的状态，以此降低控制线路的复杂度。

本发明提供一种照明装置，利用光源控制电路来提升电路的整体效能。

本发明提供一种光源控制电路，用以控制串接的N个发光二极管，N为正整数，且光源控制电路包括电流供应单元、电流采集单元以及N个切换单元。电流供应单元提供N个参考电流。电流采集单元提供一采集电流，并依据控制电压的电平而调整采集电流的大小。N个切换单元各自具有一传输路径与一电流路径，其中第i个切换单元通过其所具有的传输路径与第i个发光二极管相互并联，并通过其所具有的电流路径与其余的切换单元相互串接。此外，第i个切换单元依据采集电流的大小，导通其所具有的电流路径或是传输路径，以将第i个参考电流传送至电流采集单元或是致使第i个发光二极管无法产生光源，i为整数且1≤i≤N。

在本发明一实施例中，上述的N个切换单元所具有的这些传输路径会随着采集电流的增加而依序被关闭，以致使这些发光二极管逐一产生光源。此外，上述的N个切换单元所具有的这些电流路径会随着采集电流的增加而依序被导通，以致使上述N个参考电流逐一被导向至电流采集单元。

在本发明一实施例中，上述的第i个切换单元包括第一N型晶体管、第一压降器、第二N型晶体管、以及第二压降器。第一N型晶体管的漏极端电性连接第i个发光二极管的阳极端，第一N型晶体管的源极端电性连接第i个发光二极管的阴极端，第一N型晶体管的栅极端电性连接电流供应单元，并接收第i个参考电流。第一压降器的第一端电性连接第一N型晶体管的栅极端，且第一压降器的第二端电性连接第一N型晶体管的源极端。

再者，第二N型晶体管的漏极端电性连接第一N型晶体管的栅极端，第二N型晶体管的栅极端电性连接第一N型晶体管的源极端。第二压降器的第一端电性连接第二N型晶体管的栅极端，第二压降器的第二端电性连接第二N型晶体管的源极端。此外，第i个切换单元通过第一N型晶体管的栅极端以及第二N型晶体管的源极端来与其余的切换单元相互串接。

从另一观点来看，本发明提供一种照明装置，包括N个第一发光二极管与上述的光源控制电路，N为正整数。其中，所述N个第一发光二极管相互串接在一电源电压与一接地端之间。此外，光源控制电路用以控制所述N个第一发光二极管。

基于上述，本发明的光源控制电路是利用电流采集单元同时操控多个切换单元的状态。由此，随着电流采集单元所提供的采集电流的增加，所述多个切换单元将依序进行切换，进而致使多个发光二极管逐一产生光源。如此一来，本发明除了可以降低控制线路的复杂度，并同时兼顾电路的整体效能。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的照明装置的电路示意图。

图2A～图2D分别为本发明的另一实施例的压降器的电路示意图。

主要附图标记说明：

10：照明装置；                         100：光源控制电路；

110：电流供应单元；                    120：电流采集单元；

130_1～130_N：切换单元；               LD₁₁～LD_1N、LD₂₁～LD₂₃：发光二极管；

R_D、R_C、R₁₁～R_1N：电阻；               V_DD：电源电压；

SD₁～SD_N：电流源；                     I₁～I_N：参考电流；

I_C：采集电流；                         V_C：控制电压；

M_C、M₁₁～M_1N、M₂₁～M_2N：N型晶体管；    131_1～131_N、132_1～132_N：压降器；

ZD₁₁～ZD_N1、ZD₁₂～ZD_N2、ZD1～ZD3：齐纳二极管；

P₁₁～P_1N：传输路径；                   P₂₁～P_2N：电流路径；

CD₁₁、CD₁₂、CD₂₁、CD₂₂：电流方向；     D₁₁～D₁₃、D₂₁～D₂₃、D₃₁～D₃₃：二极管；

210、220：二极管串列。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的照明装置的电路示意图。请参照图1，照明装置10包括多个发光二极管LD₁₁～LD_1N与LD₂₁～LD₂₃、一电阻R_D、以及一光源控制电路100。其中，发光二极管LD₁₁～LD_1N、发光二极管LD₂₁～LD₂₃与电阻R_D相互串接在电源电压V_DD与接地端之间。光源控制电路100用以控制发光二极管LD₁₁～LD_1N的导通状态，并通过调整发光二极管LD₁₁～LD_1N与LD₂₁～LD₂₃之间的串接个数。如此一来，照明装置10将可通过光源控制电路100来调整其所发出的光源的强弱。

值得一提的是，在实际应用上，发光二极管LD₁₁～LD_1N与LD₂₁～LD₂₃是用以形成一发光二极管串列。此外，本领域技术人员可依设计所需，通过光源控制电路100来控制发光二极管串列中部分或是全部的发光二极管。举例来说，图1所示的光源控制电路100是用以控制发光二极管串列中部分的发光二极管。然而，在实际应用上，发光二极管串列也可仅由发光二极管LD₁₁～LD_1N所构成。由此，此时的光源控制电路100将用以控制发光二极管串列中全部的发光二极管。

请继续参照图1，光源控制电路100是用以控制串接的N个发光二极管LD₁₁～LD_1N，其中N为正整数。更进一步来看，光源控制电路100包括一电流供应单元110、一电流采集单元120以及N个切换单元130_1～130_N。在此，电流供应单元110用以提供N个参考电流I₁～I_N。举例来说，电流供应单元110包括N个电流源SD₁～SD_N，其中电流源SD₁用以产生参考电流I₁，电流源SD₂用以产生参考电流I₂，其余以此类推。

电流采集单元120用以提供一采集电流I_C，且电流采集单元120依据一控制电压V_C的电平来调整采集电流I_C的大小。举例来说，参照图1，电流采集单元120包括N型晶体管M_C与电阻R_C。其中，N型晶体管M_C的漏极端串接切换单元130_1～130_N，且N型晶体管M_C的栅极端接收控制电压V_C。电阻R_C的第一端电性连接N型晶体管M_C的源极端，且电阻R_C的第二端电性连接至接地端。在实际操作上，当控制电压V_C的电平改变时，N型晶体管M_C的栅-源极端的电压差将随之改变，进而致使N型晶体管M_C产生不同大小的采集电流I_C。

切换单元130_1具有一传输路径P₁₁与一电流路径P₂₁。此外，切换单元130_1通过传输路径P₁₁与发光二极管LD₁₁相互并联，并通过电流路径P₂₁与其余的切换单元130_2～130_N相互串接。在实际操作上，随着采集电流I_C的改变，切换单元130_1会导通传输路径P₁₁或是电流路径P₂₁。当传输路径P₁₁关闭且电流路径P₂₁导通时，切换单元130_1导通发光二极管LD₁₁，进而致使发光二极管LD₁₁发出光源。当传输路径P₁₁导通且电流路径P₂₁关闭时，切换单元130_1会将参考电流I₁传送至电流采集单元120。

举例来说，参照图1，切换单元130_1包括N型晶体管M₁₁与M₂₁、压降器131_1、以及压降器132_1。其中，N型晶体管M₁₁的漏极端电性连接发光二极管LD₁₁的阳极端，N型晶体管M₁₁的源极端电性连接发光二极管的LD₁阴极端，且N型晶体管M₁₁的栅极端电性连接电流供应单元110，并接收参考电流I₁。压降器131_1的第一端电性连接N型晶体管M₁₁的栅极端，且压降器131_1的第二端电性连接N型晶体管M₁₁的源极端。

N型晶体管M₂₁的漏极端电性连接N型晶体管M₁₁的栅极端，且N型晶体管M₂₁的栅极端电性连接N型晶体管M₁₁的源极端。压降器132_1的第一端电性连接N型晶体管M₂₁的栅极端，且压降器132_1的第二端电性连接N型晶体管M₂₁的源极端。此外，切换单元130_1通过N型晶体管M₁₁的栅极端以及N型晶体管M₂₁的源极端来与其余的切换单元130_2～130_N相互串接。

值得一提的是，在本实施例中，压降器131_1包括齐纳二极管ZD₁₁与ZD₁₂。其中，齐纳二极管ZD₁₁的阴极端电性连接N型晶体管M₁₁的栅极端。此外，齐纳二极管ZD₁₂的阳极端电性连接齐纳二极管ZD₁₁的阳极端，且齐纳二极管ZD₁₂的阴极端电性连接N型晶体管M₁₁的源极端。再者，压降器132_1是由一电阻R₁₁所构成。然而，在其它实施例中，压降器132_1的电路架构不以此为限。举例来说，图2A～图2D分别为本发明另一实施例的压降器的电路示意图，其中，如图2A与图2B所示，压降器132_1可由一齐纳二极管ZD₁所构成，或是由反接的两齐纳二极管ZD₂与ZD₃所构成。再者，如图2C与图2D所示，压降器132_1可由串接的多个二极管D₁₁～D₁₃所构成，或是可由相互并联的两二极管串列210与220所构成，其中二极管串列210是由二极管D₂₁～D₂₃串接而成，且二极管串列220是由二极管D₃₁～D₃₃串接而成。

请继续参照图1，在实际操作上，N型晶体管M₁₁将可形成用以控制发光二极管的LD₁导通与否的传输路径P₁₁，而N型晶体管M₂₁则可形成将参考电流I₁导向至电流采集单元120的电流路径P₂₁。在此，切换单元130_1是参照采集电流I_C的大小来导通传输路径P₁₁与电流路径P₂₁的其中之一。

举例来说，一开始，当采集电流I_C约等于0时，如电流方向CD₁₁所示，参考电流I₁会通过压降器131_1导向至发光二极管串列。由此，压降器131_1所产生的电压差将导通N型晶体管M₁₁的漏极端与源极端，进而导通传输路径P₁₁。相对地，当传输路径P₁₁导通时，发光二极管LD₁₁的阳极端与阴极端将短路在一起，进而致使发光二极管LD₁₁无法产生光源。另一方面，此时的N型晶体管M₂₁将维持在不导通的状态，进而关闭电流路径P₂₁。

当采集电流I_C从零逐渐增加至某一额定值时，如电流方向CD₂₁所示，来自发光二极管串列的电流I₁’会被导向至电阻R₁₁。由此，N型晶体管M₁₁将维持在不导通的状态，且电阻R₁₁因电流I₁’所产生的电压差将导通N型晶体管M₂₁。如此一来，传输路径P₁₁将被关闭，进而致使发光二极管LD₁₁产生光源。此外，电流路径P₂₁将被导通，以致使参考电流I₁被传送至电流采集单元120。值得注意的是，当I_C＞(I₁+I₁’)时，切换单元130_1会持续关闭传输路径P₁₁并导通电流路径P₂₁。

再者，相似地，切换单元130_2包括N型晶体管M₁₂与M₂₂、压降器131_2、以及压降器132_2。其中，N型晶体管M₁₂的漏极端电性连接发光二极管LD₁₂的阳极端，N型晶体管M₁₂的源极端电性连接发光二极管的LD₂阴极端，且N型晶体管M₁₂的栅极端电性连接电流供应单元110，并接收参考电流I₂。压降器131_2的第一端电性连接N型晶体管M₁₂的栅极端，且压降器131_2的第二端电性连接N型晶体管M₁₂的源极端。

N型晶体管M₂₂的漏极端电性连接N型晶体管M₁₂的栅极端，且N型晶体管M₂₂的栅极端电性连接N型晶体管M₁₂的源极端。压降器132_2的第一端电性连接N型晶体管M₂₂的栅极端，且压降器132_2的第二端电性连接N型晶体管M₂₂的源极端。此外，切换单元130_2通过N型晶体管M₁₂的栅极端以及N型晶体管M₂₂的源极端来与其余的切换单元130_1、130_3～130_N相互串接。此外，压降器131_2具有与压降器131_1同样的电路架构，且压降器132_1具有与压降器132_2同样的电路架构，故在此不予赘述。

请继续参照图1，在实际操作上，一开始，当采集电流I_C约等于0时，如电流方向CD₁₂所示，参考电流I₂会通过压降器131_2导向至发光二极管串列。此时，传输路径P₁₂将会因压降器131_2所产生的电压差而被导通，且此时的电流路径P₂₂是维持在不导通的状态。当采集电流I_C渐增加至某一额定值时，如电流方向CD₂₂所示，来自发光二极管串列的电流I₂’会被导向至电阻R₁₂。此时，传输路径P₁₂将被关闭时，进而致使发光二极管LD₁₂产生光源。此外，电流路径P₂₂将被导通，以致使参考电流I₂被传送至电流采集单元120。值得注意的是，当I_C＞(I₁+I₁’+I₂+I₂’)时，切换单元130_2会持续关闭传输路径P₁₂并导通电流路径P₂₂。

以此类推，可以得知，一开始，当采集电流I_C约等于0时，切换单元130_1～130_N所具有的传输路径P₁₁～P_1N皆在导通的状态，且切换单元130_1～130_N所具有的电流路径P₂₁～P_2N皆在不导通(关闭)的状态。换言之，一开始，当采集电流I_C很小时，N型晶体管M₁₁～M_1N皆导通，且N型晶体管M₂₁～M_2N皆不导通。此时，光源控制电路100所控制的发光二极管LD₁₁～LD_1N皆无法发出光源。

然而，当采集电流I_C逐渐增加且I_C＞(I₁+I₁’)时，切换单元130_1将进行传输路径P₁₁与电流路径P₂₁的切换，以关闭传输路径P₁₁并导通电流路径P₂₁。此时，发光二极管LD₁₁将因传输路径P₁₁的关闭而产生光源，且参考电流I₁将被导向至电流采集单元120。接着，当采集电流I_C逐渐增加且I_C＞(I₁+I₁’+I₂+I₂’)时，切换单元130_2将进行传输路径P₁₂与电流路径P₂₂的切换，以关闭传输路径P₁₂并导通电流路径P₂₂。此时，发光二极管LD₁₂将因传输路径P₁₂的关闭而产生光源，且参考电流I₂将被导向至电流采集单元120。

以此类推，切换单元130_1～130_N所具有的这些传输路径P₁₁～P_1N会随着采集电流I_C的增加而依序被关闭，以致使发光二极管LD₁₁～LD_1N逐一产生光源。此外，切换单元130_1～130_N所具有的这些电流路径P₂₁～P_2N会随着采集电流I_C的增加而依序被导通，以致使参考电流I₁～I_N逐一被导向至电流采集单元120。值得一提的是，倘若参考电流I_i用以表示第i个参考电流，且电流I_i’用以表示由发光二极管串列导向至第i个切换单元的电流，则第k个切换单元130_k进行传输路径P_1k与电流路径P_2k的切换的条件如式(1)所示：

$I_C>\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(I_i+I_i^{\′})$ 式(1)

换言之，如式(2)所示：

$\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}(I_i+I_i^{\&prime;})<I_C<\underset{i=1}{\overset{k+1}{\mathrm{\&Sigma;}}}(I_i+I_i^{\&prime;})$ 式(2)

当采集电流I_C符合式(2)所示的条件时，第1至第k个切换单元130_1～130_k将进行传输路径与电流路径的切换，而第(k+1)至第N个切换单元130_1～130_k则是将传输路径与电流路径维持在原先的状态，k为不小于1的整数。也就是，此时的传输路径P₁₁～P_1k将被切换至不导通的状态，而传输路径P_1(k+1)～P_1N则将维持在导通的状态。此外，此时的电流路径P₂₁～P_2k将被切换至导通的状态，而电流路径P_2(k+1)～P_2N则将维持在不导通的状态。

综上所述，本发明的光源控制电路是利用电流采集单元同时操控多个切换单元的状态。由此，随着电流采集单元所提供的采集电流的增加，所述多个切换单元将依序进行切换，进而致使多个发光二极管逐一产生光源。如此一来，本发明除了可以降低控制线路的复杂度，并同时兼顾电路的整体效能。

虽然本发明已以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意改动或等同替换，故本发明的保护范围当以本申请权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种光源控制电路，用以控制串接的N个发光二极管，N为正整数，其特征在于，该光源控制电路包括：

一电流供应单元，提供N个参考电流；

一电流采集单元，提供一采集电流，并依据一控制电压的电平而调整该采集电流的大小；以及

N个切换单元，各自具有一传输路径与一电流路径，其中第i个切换单元通过其所具有的该传输路径与第i个发光二极管相互并联，并通过其所具有的该电流路径与其余的切换单元相互串接，且第i个切换单元依据该采集电流的大小，导通其所具有的该电流路径或是该传输路径，以将第i个参考电流传送至该电流采集单元或是致使第i个发光二极管无法产生光源，i为整数且1≦i≦N，其中第i个切换单元包括：

一第一N型晶体管，其漏极端电性连接第i个发光二极管的阳极端，该第一N型晶体管的源极端电性连接第i个发光二极管的阴极端，该第一N型晶体管的栅极端电性连接该电流供应单元，并接收第i个参考电流；

一第一压降器，其第一端电性连接该第一N型晶体管的栅极端，且该第一压降器的第二端电性连接该第一N型晶体管的源极端；

一第二N型晶体管，其漏极端电性连接该第一N型晶体管的栅极端，该第二N型晶体管的栅极端电性连接该第一N型晶体管的源极端；以及

一第二压降器，其第一端电性连接该第二N型晶体管的栅极端，该第二压降器的第二端电性连接该第二N型晶体管的源极端，

其中，该第i个切换单元通过该第一N型晶体管的栅极端以及该第二N型晶体管的源极端来与其余的切换单元相互串接。

2.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中所述切换单元所具有的所述传输路径会随着该采集电流的增加而依序被关闭，以致使所述发光二极管逐一产生光源，且所述切换单元所具有的所述电流路径会随着该采集电流的增加而依序被导通，以致使所述参考电流逐一被导向至该电流采集单元。

3.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中该第一压降器包括：

一第一齐纳二极管，其阴极端电性连接该第一N型晶体管的栅极端；以及

一第二齐纳二极管，其阳极端电性连接该第一齐纳二极管的阳极端，该第二齐纳二极管的阴极端电性连接该第一N型晶体管的源极端。

4.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中该第二压降器为一电阻或是一齐纳二极管，或是该第二压降器由多个二极管串接而成，或是该第二压降器由多个二极管串列并接而成。

5.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中该电流采集单元包括：

一第三N型晶体管，其漏极端串接所述切换单元，该第三N型晶体管的栅极端接收该控制电压；以及

一电阻，其第一端电性连接该第三N型晶体管的源极端，该电阻的第二端电性连接至一接地端。

6.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中该电流供应单元包括：

N个电流源，其中第i个电流源电性连接第i个切换单元，并提供第i个参考电流。

7.一种照明装置，其特征在于，其包括：

N个第一发光二极管，所述第一发光二极管相互串接在一电源电压与一接地端之间，N为正整数；以及

一光源控制电路，控制所述第一发光二极管，且该光源控制电路包括：

一电流供应单元，提供N个参考电流；

一电流采集单元，提供一采集电流，并依据一控制电压的电平而调整该采集电流的大小；以及

N个切换单元，各自具有一传输路径与一电流路径，其中第i个切换单元通过其所具有的该传输路径与第i个发光二极管相互并联，并通过其所具有的该电流路径与其余的切换单元相互串接，且第i个切换单元依据该采集电流的大小，而导通其所具有的该电流路径或是该传输路径，以将第i个参考电流传送至该电流采集单元或是致使第i个发光二极管无法产生光源，i为整数且1≦i≦N其中，第i个切换单元包括：

一第一N型晶体管，其漏极端电性连接第i个发光二极管的阳极端，该第一N型晶体管的源极端电性连接第i个发光二极管的阴极端，该第一N型晶体管的栅极端电性连接该电流供应单元，并接收第i个参考电流；

一第一压降器，其第一端电性连接该第一N型晶体管的栅极端，且该第一压降器的第二端电性连接该第一N型晶体管的源极端；

一第二N型晶体管，其漏极端电性连接该第一N型晶体管的栅极端，该第二N型晶体管的栅极端电性连接该第一N型晶体管的源极端；以及

一第二压降器，其第一端电性连接该第二N型晶体管的栅极端，该第二压降器的第二端电性连接该第二N型晶体管的源极端，

其中，该第i个切换单元通过该第一N型晶体管的栅极端以及该第二N型晶体管的源极端来与其余的切换单元相互串接。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中所述切换单元所具有的所述传输路径会随着该采集电流的增加而依序被关闭，以致使所述发光二极管逐一产生光源，且所述切换单元所具有的所述电流路径会随着该采集电流的增加而依序被导通，以致使所述参考电流逐一被导向至该电流采集单元。

9.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中该第一压降器包括：

一第一齐纳二极管，其阴极端电性连接该第一N型晶体管的栅极端；以及

一第二齐纳二极管，其阳极端电性连接该第一齐纳二极管的阳极端，该第二齐纳二极管的阴极端电性连接该第一N型晶体管的源极端。

10.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中该第二压降器为一电阻或是一齐纳二极管，或是该第二压降器由多个二极管串接而成，或是该第二压降器由多个二极管串列并接而成。

11.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中该电流采集单元包括：

一第三N型晶体管，其漏极端串接所述切换单元，该第三N型晶体管的栅极端接收该控制电压；以及

一电阻，其第一端电性连接该第三N型晶体管的源极端，该电阻的第二端电性连接至该接地端。

12.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中该电流供应单元包括：

N个电流源，其中第i个电流源电性连接第i个切换单元，并提供第i个参考电流。

13.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，该照明装置还包括多个第二发光二极管与一第三电阻，其中所述第二发光二极管、所述第一发光二极管与该第三电阻相互接在该电源电压与该接地端之间。

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