CN102316625B

CN102316625B - 照明装置与其光源控制电路

Info

Publication number: CN102316625B
Application number: CN201010225819.XA
Authority: CN
Inventors: 陈国祚
Original assignee: OPTROMAX CORP
Current assignee: OPTROMAX CORP
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN102316625A

Abstract

本发明提供一种照明装置与其光源控制电路，适于驱动相互串联的多个第一发光二极管。光源控制电路包括多个开关单元、反馈单元及控制单元。这些开关单元与这些第一发光二极管一对一对应，且这些开关单元分别与其对应的第一发光二极管并联连接。反馈单元与这些第一发光二极管串接在系统电压与接地电压之间，并且反馈单元提供反馈电压。控制单元连接这些开关单元与反馈单元。控制单元依据反馈电压从多个控制区段选取其一，并据此控制这些开关单元的导通数目。

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，且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，可以应用于大电压范围。

本发明提供一种照明装置，可通过简单的线路提高光源管理的效能。

本发明提供一种光源控制电路，适于驱动相互串联的多个第一发光二极管。光源控制电路包括多个开关单元、反馈单元及控制单元。这些开关单元与这些第一发光二极管一对一对应，且这些开关单元分别与其对应的第一发光二极管并联连接。反馈单元与这些第一发光二极管串接在系统电压与接地电压之间，并提供反馈电压。控制单元连接这些开关单元与反馈单元。控制单元依据反馈电压从多个控制区段选取其一，并据此控制这些开关单元的导通数目。

本发明提供一种照明装置，包括多个第一发光二极管及光源控制电路。这些第一发光二极管相互串联。光源控制电路包括多个开关单元、反馈单元及控制单元。这些开关单元与这些第一发光二极管一对一对应，且这些开关单元分别与其对应的第一发光二极管并联连接。反馈单元与这些第一发光二极管串接在系统电压与接地电压之间，并提供反馈电压。控制单元连接这些开关单元与反馈单元，控制单元依据反馈电压从多个控制区段选取其一，并据此控制这些开关单元的导通数目。

在本发明的一实施例中，当反馈电压大于第一参考电压时，控制单元选择这些控制区段中的第一控制区段，且控制单元减少这些开关单元的导通数目，以使通过电流的发光二极管数目增加。

在本发明的一实施例中，当反馈电压大于第二参考电压且小于等于第一参考电压时，控制单元选择这些控制区段中的第二控制区段，且控制单元维持这些开关单元的导通数目。并且，控制单元通过依序移位这些开关单元的导通状态来使各个开关单元的平均导通时间相接近或是相等，并可使各个发光二极管的平均能源负载相接近。

在本发明的一实施例中，当反馈电压小于等于第二参考电压时，控制单元选择这些控制区段中的第三控制区段，且控制单元增加这些开关单元的导通数目，以使通过电流的发光二极管数目减少。

在本发明的一实施例中，照明装置还包括多个第二发光二极管，所述多个第二发光二极管与这些第一发光二极管及反馈单元串接。

基于上述，本发明的照明装置与其光源控制电路，其于第一发光二极管串列中的每一颗发光二极管并联一个开关单元，并且控制单元依据反馈电压控制每一开关单元导通与否。因此，本发明可施加大电压范围于发光二极管串列，并可提高发光二极管的控制效能。并且，由于控制单元有多个控制区段，因此可避免反馈电压产生振荡，进而抑制发光二极管闪烁。

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2为本发明另一实施例的照明装置的电路示意图。

图3为本发明另一实施例的开关单元130_1的电路示意图。

主要附图标记说明：

50：照明装置； 100、200：光源控制电路；

110：控制单元； 120：反馈单元；

130_1～130_n：开关单元； V_CC：系统电压；

V_f：反馈电压； D₁～D_n：第一发光二极管；

LD₁～LD_x：第二发光二极管； SW₁～SW_n：开关；

CS1：第一电流源； CS2：第二电流源；

I₁：第一电流； M₁～M_n：晶体管；

I₂：第二电流； ZD₁：齐纳二极管；

R：电阻。

具体实施方式

现详细参考本发明的实施例，在附图中说明所述实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/符号代表相同或类似部分。

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，在本实施例中，照明装置50包括串联的第一发光二极管D₁～D_n与第二发光二极管LD₁～LD_x及光源控制电路100，其中第一发光二极管D₁接收系统电压V_CC，并且系统电压V_CC可以为直流或交流，此可依据设计需求而调整。

光源控制电路100包括控制单元110、反馈单元120及开关单元130_1～130_n，其中开关单元130_1～130_n在此以开关SW₁～SW_n为例。开关SW₁～SW_n分别并联连接第一发光二极管D₁～D_n，即开关SW₁与第一发光二极管D₁相互并联，开关SW₂与第一发光二极管D₂相互并联，其余则以此类推。反馈单元120与第一发光二极管D₁～D_n及第二发光二极管LD₁～LD_x串接在系统电压V_CC与接地电压之间，并提供反馈电压V_f(可视为一反馈信号)至控制单元110，其中反馈电压V_f相关于流经反馈单元120的电流。

控制单元110连接开关SW₁～SW_n，并具有多个控制区段。控制单元110依据反馈电压V_f选择多个控制区段的其中之一，并依据所选择的控制区段分别控制开关SW₁～SW_n的导通与否。其中，当开关SW₁～SW_n导通时，相互串接的第一发光二极管D₁～D_n会被短路而无法发光。换言之，当开关SW₁导通时，第一发光二极管D₁会被短路而无法发光；当开关SW₁不导通时，电流会流经第一发光二极管D₁，进而致使第一发光二极管D₁得以发光。当开关SW₂导通时，第一发光二极管D₂会被短路而无法发光；当开关SW₂不导通时，电流会流经第一发光二极管D₂，进而致使第一发光二极管D₂得以发光。并且，依据上述，第一发光二极管D₃～D_n可分别依据开关SW₃～SW_n的导通与否而呈现不发光或是发光。因此，控制单元110可通过控制开关SW₁～SW_n的导通与否，调整第一发光二极管D₁～D_n的串接个数，以调整流经反馈单元120的电流。

举例来说，假设控制单元110具有三个控制区段。当反馈电压V_f大于1.5伏特(即第一参考电压)时，控制单元110会选择第一控制区段。当反馈电压V_f小于等于1.5伏特且大于1伏特(即第二参考电压)时，控制单元110会选择第二控制区段。当反馈电压V_f小于1伏特时，控制单元110会选择第三控制区段。当控制单元110选择第一控制区段时，代表流经反馈单元120的电流过大，此时应增加第一发光二极管D₁～D_n的串接个数，以降低流经反馈单元120的电流。因此，控制单元110会减少开关SW₁～SW_n的导通数目(即增加开关SW₁～SW_n中断开的数目)，进而增加第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目。其中，控制单元110可以随机增加断开的开关，或者依据特定规则，例如依序增加断开的开关、先奇数后偶数依序增加断开的开关，且不以此限制本发明的实施例。

当控制单元110选择第二控制区段时，代表流经反馈单元120的电流为可容许范围，此时控制单元110会维持开关SW₁～SW_n的导通数目，也就是维持第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目。并且，控制单元110可通过依序移位开关SW₁～SW_n的导通状态，来致使开关SW₁～SW_n的平均导通时间相接近或是相等，并因此依序移位第一发光二极管D₁～D_n的发光状态。因此，除了可保持第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目，并使第一发光二极管D₁～D_n都有发光的机会之外，以此可达到视觉均匀的效果。以n＝5为例，假设开关SW₁～SW₅的状态在当下为“开关开关关”，则在下一个显示期间可以为“关开关开关”，再来则切换为“关关开关开”，其余则可以此类推，其中“开”为表示开关的状态为导通，“关”为表示开关的状态为断开。

当控制单元110选择第三控制区段时，代表流经反馈单元120的电流过小，此时应降低第一发光二极管D₁～D_n的串接个数，以增加流经反馈单元120的电流。因此，控制单元110会增加开关SW₁～SW_n的导通数目(即减少开关SW₁～SW_n中断开的数目)，进而降低第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目。其中，开关SW₁～SW_n中增加导通的开关的机制可参照增加断开的开关的机制，在此则不再赘述。

另一方面，由于控制单元110是依据反馈电压V_f来调整第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目，因此可通过调整反馈单元120所输出的反馈电压V_f即可调整第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目，以调整第一发光二极管D₁～D_n的发光功率。并且，由于第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目可调整，因此系统电压V_CC可以使用大电压范围。此外，由于本实施例通过开关SW₁～SW_n调整第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目，因此可简化第一发光二极管D₁～D_n的控制线路，并据此提升第一发光二极管D₁～D_n控制的效能。

值得一提的是，在本实施例中，反馈单元120为配置于第二发光二极管LD_x与接地电压之间，但于其他实施例中，反馈单元120可配置于任两发光二极管之间或配置于系统电压V_CC与第一发光二极管D₁之间。并且，在本实施例中，第一发光二极管D₁～D_n与第二发光二极管LD₁～LD_x分开为两个串列，但于其他实施例中，第一发光二极管D₁～D_n与第二发光二极管LD₁～LD_x可以交叉串接。此外，虽然本实施例是将第二发光二极管LD₁～LD_x配置在第一发光二极管D₁～D_n的下方，但于其他实施例中，第二发光二极管LD₁～LD_x也可配置在第一发光二极管D₁～D_n的上方、穿插在第一发光二极管D₁～D_n之中、或是配置在反馈单元120与接地电压之间。其中，当第二发光二极管LD₁～LD_x配置在第一发光二极管D₁～D_n的上方时，系统电压V_CC会先通过第二发光二极管LD₁～LD_x产生电压差，之后再提供电压给第一发光二极管D₁～D_n，故有助于第一发光二极管D₁～D_n的控制。当第二发光二极管LD₁～LD_x配置在反馈单元120与接地电压之间时，第二发光二极管LD₁与电阻R之间的节点电压将回传给控制单元110，以作为区域性的接地基准点。再者，在实际应用上，也可省略第二发光二极管LD₁～LD_x。

图2为本发明另一实施例的照明装置的电路示意图。请参照图2，在本实施例中，光源控制电路200是以晶体管M₁～M_n实现开关单元130_1～130_n，并且以电阻R实现反馈单元120。晶体管M₁的漏极连接第一发光二极管D₁的阳极，晶体管M₁的源极连接第一发光二极管D₁的阴极，晶体管M₁的栅极连接控制单元110。晶体管M₂的漏极连接第一发光二极管D₂的阳极，晶体管M₂的源极连接第一发光二极管D₂的阴极，晶体管M₂的栅极连接控制单元110。晶体管M₃～M_n与第一发光二极管D₃～D_n可参照上述，在此则不在赘述。电阻R连接于第一发光二极管D_n的阴极与接地电压之间。当要导通晶体管M₁～M_n时，控制单元110会施加高电压(例如系统电压V_CC)至要导通的晶体管的栅极。当要断开晶体管M₁～M_n时，控制单元110会施加低电压(例如接地电压)至要断开的晶体管的栅极。因此，控制单元110可利用施加至晶体管M₁～M_n的栅极的电压控制晶体管M₁～M_n为导通或断开。并且，可通过移位施加至晶体管M₁～M_n的栅极的电压达到移位晶体管M₁～M_n的状态，以移位第一发光二极管D₃～D_n的状态。

在本实施例中，反馈电压V_f相关于电阻R的电阻值及流经电阻R的电流，即可通过调整电阻R的电阻值调整反馈电压V_f的大小。因此，可通过调整电阻R的电阻值调整第一发光二极管D₁～D_n中发光的数目，以调整第一发光二极管D₁～D_n的发光功率。

虽然上述各个实施例列举了以单一元件来实现开关单元，但本发明并不仅以此为限。图3为本发明另一实施例的开关单元130_1的电路示意图。请参照图1及图3，在此仅以开关单元130_1的电路作为说明，而开关单元130_2～130_n的电路可参照开关单元130_1的说明而自行理解，在此则不再赘述。

在本实施例中，开关单元130_1包括第一电流源CS1、第二电流源CS2、开关SW₁、晶体管M₁、及齐纳二极管(zener diode)ZD₁。第一电流源CS1提供第一电流I₁。第二电流源CS2提供第二电流I₂，其中第二电流I₂大于第一电流I₁。开关SW₁连接于第一电流源CS1及第二电流源CS2之间。晶体管M₁的栅极(即控制端)连接第一电流源CS1及开关SW₁，晶体管M₁的漏极(即第一端)连接第一发光二极管D₁的阳极，晶体管M₁的源极(即第二端)连接第一发光二极管D₁的阴极。齐纳二极管ZD₁的阴极连接晶体管M₁的栅极，齐纳二极管ZD₁的阳极连接晶体管M₁的源极。

当开关SW₁为不导通时，齐纳二极管ZD₁会受第一电流I₁的影响呈现逆向偏压，导致晶体管M₁栅极的电压会大于其源极的电压，进而导致晶体管M₁导通。此时，开关单元130_1也会呈现导通的状态。另一方面，当开关SW₁为导通时，由于第二电流I₂大于第一电流I₁，故齐纳二极管ZD₁为呈现顺向偏压，以将电流汇集至第二电流源CS2。相对地，受到齐纳二极管ZD₁为顺向偏压的影响，晶体管M₁的栅极的电压会小于其源极的电压，进而导致晶体管M₁不导通。此时，开关单元130_1也会呈现不导通的状态。

值得一提的是，在图3所示的开关单元130_1中，开关SW₁并非直接连接至第一发光二极管D₁，因此控制单元110可利用小电压信号来控制开关SW₁。换言之，尽管晶体管M₁的漏极及源极间被施加大电压，控制单元110依旧可利用小电压信号来控制晶体管M₁的导通与否，进而控制开关单元130_1的导通状态。并且，虽然图3实施例中的晶体管M₁是以N型晶体管为例，但在其他实施例中晶体管M₁可以为P型晶体管，且此时的齐纳二极管ZD₁的阳极连接晶体管M₁的栅极，齐纳二极管ZD₁的阴极连接晶体管M₁的源极。

综上所述，本发明实施例的照明装置与其光源控制电路，其于发光二极管串列中的每一颗第一发光二极管并联一个开关单元，并且控制单元依据反馈电压控制每一开关单元导通与否。因此，本发明可施加大电压范围于发光二极管串列，并可通过简单的线路提高第一发光二极管的控制效能。并且，由于控制单元具有多个控制区段，因此可避免反馈电压产生振荡，进而抑制第一发光二极管闪烁。再者，本发明可通过调整反馈电压(即调整电阻的电阻值)即可调整第一发光二极管的发光功率。

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

1.一种光源控制电路，适于驱动相互串联的多个第一发光二极管，其特征在于，该光源控制电路包括：

多个开关单元，与所述第一发光二极管一对一对应，且所述开关单元分别与其对应的第一发光二极管并联连接；

一反馈单元，与所述第一发光二极管串接在一系统电压与一接地电压之间，并提供一反馈电压；以及

一控制单元，连接所述开关单元与该反馈单元，该控制单元依据该反馈电压从多个控制区段选取其一，并据此控制所述开关单元的导通数目，该控制单元通过依序移位所述开关单元的导通状态来致使所述开关单元的平均导通时间相等，其中当该反馈电压大于一第一参考电压时，该控制单元选择所述控制区段中的一第一控制区段，且该控制单元减少所述开关单元的导通数目，当该反馈电压大于一第二参考电压且小于等于该第一参考电压时，该控制单元选择所述控制区段中的一第二控制区段，且该控制单元维持所述开关单元的导通数目，当该反馈电压小于等于该第二参考电压时，该控制单元选择所述控制区段中的一第三控制区段，且该控制单元增加所述开关单元的导通数目。

2.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中该第一参考电压为该第二参考电压的1.2倍到2.0倍之间。

3.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中所述开关单元分别包括一第一晶体管。

4.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中所述开关单元分别包括一第一开关。

5.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中所述开关单元分别包括：

一第一电流源，提供一第一电流；

一第二电流源，提供一第二电流，其中该第二电流大于该第一电流；

一第二开关，连接于该第一电流源及该第二电流源之间；

一第二晶体管，该第二晶体管的控制端连接该第一电流源及该第二开关，该第二晶体管的第一端连接对应的第一发光二极管的阳极，该第二晶体管的第二端连接对应的第一发光二极管的阴极；以及

一齐纳二极管，该齐纳二极管的阴极连接该第二晶体管的控制端，该齐纳二极管的阳极连接该第二晶体管的第二端。

6.根据权利要求1所述的光源控制电路，其特征在于，其中该反馈单元包括一电阻。

7.一种照明装置，其特征在于，该照明装置包括：

多个第一发光二极管，所述第一发光二极管相互串联；以及

一光源控制电路，包括：

多个开关单元，与所述第一发光二极管一对一对应，且所述开关单元分别与其对应的第一发光二极管并联连接；一反馈单元，与所述第一发光二极管串接，并提供一反馈电压；以及

8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中该第一参考电压为该第二参考电压的1.2倍到2.0倍之间。

9.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中所述开关单元分别包括一第一晶体管。

10.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中所述开关单元分别包括一第一开关。

11.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中所述开关单元分别包括：

一第一电流源，提供一第一电流；

一第二开关，连接于该第一电流源及该第二电流源之间；

12.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，其中该反馈单元包括一电阻。

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，其中所述第二发光二极管与所述第一发光二极管及该反馈单元串接。