CN102958240A - 光源装置及其调光控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光源装置及其调光控制电路。调光控制电路包括一三角波产生器以及一比较器。其中三角波产生器用以产生一三角波讯号。比较器用以比较三角波讯号与调光讯号以产生一驱动讯号。本发明的光源装置及其调光控制电路，可提供较高的调光比以及较大的调光频率范围。

Description

光源装置及其调光控制电路

技术领域

本发明涉及一种光源装置及其调光控制电路，且特别涉及一种二极管的光源装置及其调光控制电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的体积小、省电且耐用，而且随着工艺的成熟，价格下降，近来以发光二极管做为光源的产品越来越普遍。而且随着在节能减碳的科技趋势下，发光二极管逐渐成为新一代的光源。发光二极管工作电压低、能主动发光且有一定亮度，亮度可用电压或电流调节，同时具备耐冲击、抗振动、寿命长(10万小时)的特点。所以发光二极管在各种终端设备中被广泛使用，从汽车前照灯、交通信号灯、文字显示器、看板及大荧幕视频显示器，到普通级建筑照明和LCD背光等领域。

传统的灯具可利用调光器(Triac)来进行调光，在居家内部的调光器可与灯具分开设置，例如设置在墙上，让使用者可以方便调整灯光强度。由于调光器仅适合用来调整电阻式的灯泡，并不适合直接用于调整LED的亮度。因此利用LED灯具直接取代传统灯具时会因为传统灯具与LED灯具的驱动方式不同而产生闪烁的情况。

如图1所示的现有的发光二极管的调光电路100，其包括电阻R1～R3以及电容C1～C3。通过电阻R1～R3以及电容C1～C3所组成的低通滤波器，可将一调光讯号dim_in转换为驱动讯号dim_out，以对发光二极管进行调光。由于调光电路100具有截止频率的限制，当调光讯号dim_in的频率超出截止频率时，调光电路100所产生的驱动讯号dim_out因此受到影响，而使发光二极管无法发出预期的亮度。此外，调光电路100还具有调光比(dimming ratio)较小的问题(其调光比约为100∶1)。

发明内容

本发明提供一种光源装置及其调光控制电路，可提供较高的调光比以及较大的调光频率范围。

本发明提出一种调光控制电路，包括一三角波产生器以及一比较器。其中三角波产生器用以产生一三角波讯号。比较器的正输入端接收一调光讯号，比较器的负输入端耦接三角波产生器，比较器用以比较三角波讯号与调光讯号以产生一驱动讯号。

本发明还提出一种光源装置，包括一发光二极管单元、一电感以及一调光模块。其中发光二极管单元的一端耦接一输入电压。电感的一端耦接发光二极管单元的另一端。调光模块耦接电感的另一端，调整发光二极管单元的亮度。调光模块包括一开关单元以及一调光控制电路。其中开关单元耦接于电感的另一端与一接地之间。调光控制电路耦接开关单元，依据一调光讯号产生一驱动讯号以控制开关单元的导通状态，进而调整发光二极管单元的亮度。调光控制电路包括一三角波产生器以及一比较器。其中三角波产生器用以产生一三角波讯号。比较器的正输入端接收调光讯号，比较器的负输入端耦接三角波产生器，比较三角波讯号与调光讯号以产生驱动讯号。

在本发明的一实施例中，上述的光源装置，还包括一电阻，其耦接于输入电压与发光二极管单元之间，调光控制电路还依据流经电阻的电流控制开关单元的导通状态。

在本发明的一实施例中，上述的光源装置，还包括一缓冲单元，其耦接调光讯号与调光控制电路，用以缓冲调光讯号。

在本发明的一实施例中，上述的光源装置，还包括一第二比较器，其正输入端耦接电阻与发光二极管单元的共同接点，第二比较器的负输入端耦接一参考电压，依据电阻与发光二极管单元的共同接点上的电压以及参考电压输出一电流侦测讯号。

在本发明的一实施例中，上述的光源装置，还包括一分压单元以及一第三比较器。其中分压单元耦接于输入电压与接地之间，分压输入电压以产生一分压电压。第三比较器的正输入端耦接一参考电压，第三比较器的负输入端耦接分压电压，依据参考电压与分压电压输出一电压过低锁定讯号，以在输入电压过低时禁能调光控制电路。

在本发明的一实施例中，上述的调光讯号为一直流讯号，且调光讯号的电压准位介于三角波讯号的波峰电压准位与波谷电压准位之间。

在本发明的一实施例中，上述的调光讯号为一脉冲宽度调变讯号，且脉冲宽度调变讯号的高电压准位大于三角波讯号的波峰电压准位，脉冲宽度调变讯号的低电压准位小于三角波讯号的波谷电压准位。

基于上述，本发明通过三角波产生器以及比较器来产生驱动讯号控制开关单元的导通状态，如此不但可获得较高的调光比、增加发光二极管单元的调光精准度，且调光讯号频率不会如现有技术般受到截止频率的影响。

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，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为现有的发光二极管调光电路。

图2为本发明一实施例的光源装置的示意图。

图3A为发明一实施例的模拟调光的示意图。

图3B为发明一实施例的数位调光的示意图。

图4A～图6B为本发明实施例的流经发光二极管单元的电流的波形示意图。

图7为本发明另一实施例的光源装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100：调光电路

200、700：光源装置

202：发光二极管单元

204：调光模块

206：调光控制电路

208：三角波产生器

702：缓冲器

704：分压单元

R1～R3、Rs、RA、RB：电阻

C1～C3：电容

dim_in：调光讯号

dim_out：驱动讯号

L1：电感

Vin：输入电压

SW1：开关单元

M1：晶体管

SD1：驱动讯号

OP1、OP2、OP3：比较器

S1：三角波讯号

Vh：波峰电压准位

Vl：波谷电压准位

UVLO1：电压过低锁定讯号

Z1：萧特基(Shottky)二极管

Vrf：参考电压

CS1：电流侦测讯号

Vd：分压电压

具体实施方式

图2为本发明一实施例的光源装置的示意图。请参照图2，光源装置200包括一发光二极管单元202、一电感L1以及一调光模块204。其中发光二极管单元202耦接于一输入电压Vin与电感L1之间，电感L1耦接于发光二极管单元202与调光模块204之间，调光模块204用以调整发光二极管单元202的亮度。进一步来说，调光模块204可包括一开关单元SW1与一调光控制电路206。在本实施例中，开关单元SW1为利用一晶体管M1来实施，然不以此为限。其中晶体管M1的漏极耦接电感L1，晶体管M1的源极耦接至接地，晶体管M1的栅极则耦接调光控制电路206。

调光控制电路206用以依据一调光讯号Vdim产生一驱动讯号SD1以控制开关单元SW1的导通状态，进而调整发光二极管单元202的亮度。调光控制电路206包括一三角波产生器208以及一比较器OP1。其中比较器OP1的正输入端接收调光讯号Vdim，比较器OP1的负输入端耦接三角波产生器208，比较器OP1的输出端则耦接开关单元SW1。三角波产生器208用以产生一三角波讯号S1，比较器OP1用以比较三角波讯号S1与调光讯号Vdim以产生驱动讯号SD1。其中调光讯号Vdim可例如为直流讯号或是脉冲宽度调变讯号，且三角波讯号S1的波峰电压准位为Vh，而波谷电压准位为Vl。

值得注意的是，当调光讯号Vdim为直流讯号时，调光讯号Vdim的电压准位须介于三角波讯号S1的波峰电压准位Vh与波谷电压准位Vl之间。如图3A的模拟调光的示意图所示，通过比较器OP1比较调光讯号Vdim与三角波讯号S1，当调光讯号Vdim的电压准位高于三角波讯号S1的电压准位时，比较器OP1输出高电压准位的驱动讯号SD1，使开关单元SW1导通。此时从输入电压Vin供应的电流便可经由发光二极管单元202、电感L1以及开关单元SW1流向接地，进而使发光二极管单元202发光。此时电感L1同时累积能量。

而当调光讯号Vdim的电压准位低于三角波讯号S1的电压准位时，比较器OP1输出低电压准位的驱动讯号SD1，使开关单元SW1断开。此时则通过电感L1所累积的能量来供应发光二极管单元202进行发光。如此通过调整调光讯号Vdim的电压准位即可改变驱动讯号SD1的工作周期，亦即当调光讯号Vdim的电压准位越高时，驱动讯号SD1的工作周期越高，而当调光讯号Vdim的电压准位越低时，驱动讯号SD1的工作周期越低。其中驱动讯号SD1的工作周期将会影响流经发光二极管单元202的电流大小，亦即驱动讯号SD1的工作周期越高时，流经发光二极管单元202的电流越大，发光二极管单元202的亮度越强。相反地，若驱动讯号SD1的工作周期越低，流经发光二极管单元202的电流越小，发光二极管单元202的亮度越弱。

此外，通过调整三角波讯号S1的频率可调整驱动讯号SD1的频率。当三角波讯号S1的频率变高时，将使得驱动讯号SD1的频率变高，进而使得开关单元SW1的切换频率升高，而使得发光二极管单元202的调光更为精准。

图4A与图4B为本发明实施例的流经发光二极管单元的电流的波形示意图。在图4A与图4B的实施例中，三角波讯号S 1的波峰电压Vh为2.5伏特(V)，波谷电压Vl则为0.6V。其中图4A为调光讯号Vdim的电压值为0.6V时，流经发光二极管单元202的电流的波形，而图4B为调光讯号Vdim的电压值为2.4V时，流经发光二极管单元202的电流的波形。如图4A与图4B所示，当调光讯号Vdim的电压值为0.6V与2.4V时，流经发光二极管单元202的电流的平均值分别为2.67毫安培(mA)以及1安培(A)，因此本实施例的调光比可达到1A∶2.67mA＝375∶1，显然大于现有技术的调光电路100所能达到的调光比。

图3B为发明一实施例的数位调光的示意图，请参照图3B。在本实施例中，调光讯号Vdim为脉冲宽度调变讯号，调光讯号Vdim的高电压准位大于三角波讯号S 1的波峰电压准位Vh，调光讯号Vdim的低电压准位小于三角波讯号S1的波谷电压准位Vl。类似地，当调光讯号Vdim的电压准位高于三角波讯号S1的电压准位时，比较器OP1输出高电压准位的驱动讯号SD1，开关单元SW1导通，进而使发光二极管单元202发光。此时电感L1同时累积能量。而当调光讯号Vdim的电压准位低于三角波讯号S1的电压准位时，开关单元SW1断开。此时电感L1所累积的能量供应发光二极管单元202进行发光。

如此一来，驱动讯号SD1的工作周期便可随着调光讯号Vdim的工作周期而变化，而当调光讯号Vdim的工作周期越高时，驱动讯号SD1的工作周期越高，流经发光二极管单元202的电流越大，发光二极管单元202的亮度越强。相反地，当调光讯号Vdim的工作周期越低时，驱动讯号SD1的工作周期越低，流经发光二极管单元202的电流越小，发光二极管单元202的亮度越弱。

图5A与图5B为本发明实施例的流经发光二极管单元的电流的波形示意图。在图5A与图5B的实施例中，调光讯号Vdim的频率为20K赫兹(Hz)。其中图5A为调光讯号Vdim的工作周期为4％时，流经发光二极管单元202的电流的波形，而图5B为调光讯号Vdim的工作周期为100％时，流经发光二极管单元202的电流的波形。如图5A与图5B所示，当调光讯号Vdim的工作周期为4％与100％时，流经发光二极管单元202的电流的平均值分别为18.2mA以及1A，因此本实施例的调光比可达到1A∶18.2mA＝55∶1。

图6A与图6绘示为本发明实施例的流经发光二极管单元的电流的波形示意图。在图6A与图6B的实施例中，调光讯号Vdim的频率为100Hz。其中图6A为调光讯号Vdim的工作周期为0.02％时，流经发光二极管单元202的电流的波形，而图6B为调光讯号Vdim的工作周期为100％时，流经发光二极管单元202的电流的波形。如图6A与图6B所示，当调光讯号Vdim的工作周期为0.02％与100％时，流经发光二极管单元202的电流的平均值分别为55微安培(uA)以及1A，因此本实施例的调光比可达到1A∶55uA＝18000∶1。由此可知，调光控制电路206不论在低频或高频皆可准确有效地对发光二极管单元202进行调光。

如上所述，通过调光控制电路206中的三角波产生器208以及比较器OP1来产生驱动讯号，不但可获得较高的调光比、增加发光二极管单元202的调光精准度，且调光讯号Vdim的频率不会如现有技术般受到截止频率的影响。

图7为本发明另一实施例的光源装置的示意图。请参照图7，本实施例的光源装置700与光源装置200的不同之处在于，本实施例的光源装置700还包括一电阻Rs、一萧特基(Shottky)二极管Z1、一缓冲器702、比较器OP2、OP3以及一分压单元704。其中电阻Rs耦接于发光二极管单元202与输入电压Vin之间。萧特基(Shottky)二极管Z1耦接于电感L1与输入电压Vin之间。比较器OP2的正输入端耦接电阻Rs与发光二极管单元202的共同接点，比较器OP2的负输入端耦接一参考电压Vrf，比较器OP2的输出端则耦接调光控制电路206。比较器OP3的正输入端耦接参考电压Vrf，比较器OP3的负输入端耦接分压单元704，比较器OP3的输出端则耦接调光控制电路206。另外，分压单元704耦接于输入电压Vin与接地之间。

缓冲单元702用以缓冲调光讯号Vdim。比较器OP2比较参考电压Vrf与电阻Rs与发光二极管单元202的共同接点上的电压，以侦测流经电阻Rs的电流，亦即侦测流经发光二极管单元202的电流，并据以输出一电流侦测讯号CS1至调光控制电路206。如此一来，调光控制电路206便可依据电流侦测讯号CS1调整驱动讯号SD1的工作周期，以对发光二极管单元202进行调光。其中调光控制电路206对发光二极管单元202进行调光的详细作动，已揭露于上述实施例中，因而在此不再赘述。

另外，分压单元704用以对输入电压Vin进行分压以得到一分压电压Vd。在本实例中，分压单元704包括电阻RA与电阻RB，其串接于输入电压Vin与接地之间。比较器OP3比较参考电压Vrf与分压电压Vd，以输出一电压过低锁定(UnderVoltage LockOut，UVLO)讯号UVLO1，以在输入电压Vin过低时禁能调光控制电路206。

综上所述，本发明通过调光控制电路中的三角波产生器以及比较器来产生驱动讯号，如此不但可获得较高的调光比、增加发光二极管单元的调光精准度，且调光讯号的频率不会如现有技术般受到截止频率的影响。使用者可依实际应用情形自由调整调光讯号的频率，以避免发光二极管单元出现闪烁的情形，抑或是避免调光讯号的频率落入人耳可辨识的范围，而使使用者听到杂讯。另外，由于调光讯号可为直流讯号或是脉冲宽度调变讯号，因此在硬体设计上只需一个外接脚位，可降低生产成本。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种调光控制电路，其特征在于，包括：

一三角波产生器，产生一三角波讯号；以及

一比较器，其正输入端接收一调光讯号，该比较器的负输入端耦接该三角波产生器，比较该三角波讯号与该调光讯号以产生一驱动讯号。

2.如权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，该调光讯号为一直流讯号，且该调光讯号的电压准位介于该三角波讯号的波峰电压准位与波谷电压准位之间。

3.如权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，该调光讯号为一脉冲宽度调变讯号，且该调光讯号的高电压准位大于该三角波讯号的波峰电压准位，该调光讯号的低电压准位小于该三角波讯号的波谷电压准位。

4.一种光源装置，其特征在于，包括：

一发光二极管单元，其一端耦接一输入电压；

一电感，其一端耦接该发光二极管单元的另一端；以及

一调光模块，耦接该电感的另一端，调整该发光二极管单元的亮度，该调光模块包括：

一开关单元，耦接于该电感的另一端与一接地之间；以及

一调光控制电路，耦接该开关单元，依据一调光讯号产生一驱动讯号以控制该开关单元的导通状态，进而调整该发光二极管单元的亮度，该调光控制电路包括：

一三角波产生器，产生一三角波讯号；以及

一比较器，其正输入端接收该调光讯号，该比较器的负输入端耦接该三角波产生器，比较该三角波讯号与该调光讯号以产生该驱动讯号。

5.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于，还包括：

一电阻，耦接于该输入电压与该发光二极管单元之间，该调光控制电路还依据流经该电阻的电流控制该开关单元的导通状态。

6.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，还包括：

一缓冲单元，耦接该调光讯号与该调光控制电路，缓冲该调光讯号。

7.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，还包括：

一第二比较器，其正输入端耦接该电阻与该发光二极管单元的共同接点，该第二比较器的负输入端耦接一参考电压，依据该电阻与该发光二极管单元的共同接点上的电压以及该参考电压输出一电流侦测讯号。

8.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于，还包括：

一分压单元，耦接于该输入电压与该接地之间，分压该输入电压以产生一分压电压；以及

一第三比较器，其正输入端耦接一参考电压，该第三比较器的负输入端耦接该分压电压，依据该参考电压与该分压电压输出一电压过低锁定讯号，以在该输入电压过低时禁能该调光控制电路。

9.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于，该调光讯号为一直流讯号，且该调光讯号的电压准位介于该三角波讯号的波峰电压准位与波谷电压准位之间。

10.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于，该调光讯号为一脉冲宽度调变讯号，且该脉冲宽度调变讯号的高电压准位大于该三角波讯号的波峰电压准位，该脉冲宽度调变讯号的低电压准位小于该三角波讯号的波谷电压准位。

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