CN105430830B - 发光二极管控制器及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种发光二极管控制器及其方法，在发光二极管串联并联数量未知时，使用者仅需在电源供应器间耦接本发明的控制器，控制器可提供一驱动电压，该驱动电压逐渐地增加，并自动侦测该些发光二极管的每次驱动电压增幅后的总电流，利用每次增幅驱动电压与每次侦测的总电流计算目前该些发光二极管全部导通的工作电压。
Description
技术领域
本发明是关于驱动发光二极管灯具的控制器及其控制方法。
背景技术
在现今环保意识高涨时代，能源的开发及消耗已被更加重视。为延长人类活动时间及增加工作环境，照明设备为日常中不可或缺的物，目前常用照明以灯泡或灯管为主要光源，惟该些装置即使经多次改良仍有其缺点，其中灯泡以钨丝发光，光电转换效率低，多数能量更消耗在热能，故耗电量高，反应慢或容易损坏，而灯管中为使电子相互撞击产生光，需要填充汞气体，惟汞对环境所造成污染众所皆知，不适于环保议题的讨论。取代灯泡或灯管的主流技术，以发光二极管(Light-Emitting Diode:LED)呼声最高，其利用电子在半导体材料能阶中移动产生光的特性，具有耗电量低且效率高，又不似传统灯泡以灯丝发光，因此使用寿命长且不易损坏，或填充汞气体对环境造成重大污染，广泛使用发光二极管取代传统灯具指日可待。
目前多数灯座规格诸如皆由多数厂商统一制定，为使发光二极管在使用者无需另行更换照明设备情况下，发光二极管的研发主要配合习知灯座规格，将多数发光二极管以串联或并联方式，设置于灯座上，形成一灯具。又各家厂商依其使用目的与环境，于每颗灯具内部设置发光二极管串或并联数量为不一致。例如，目前一颗发光二极管额定电压约3～4伏特，厂商可能将多个发光二极管串联或并联成一灯具，或是灯具可串联或并联使的适用家庭110伏特的额定电压。如此一来，每个厂商出产灯具所需消耗的电压即不同，使得不同样式或不同数量的发光二极管形成的灯具，所需电压不同，使用者如欲同时使用不同灯具，则需各种灯具的电源供应器，若电源供应器不当应用，可能造成灯具烧毁，或照明亮度不足等情况。此时，因此，须分别携带不同需求的电源供应器，对于在不同地点或随时移动使用该些灯具的使用者来说是一大负担。
为解决上述问题，习知技术中，提供一种灯具，设置一发光灯条，发光灯条包括多个发光二极管，此灯具包括：一驱动模块、一壳体、一灯罩及灯座。驱动模块包括一驱动单元及一规格辨识单元，驱动单元对应规格辨识单元获得的一规格数据提供特定电子特性的电子环境予发光灯条，使得发光灯条发光。发光灯条是设置于壳体及灯罩之间，并经由灯座电性连接驱动模块，其中，前述规格数据由规格辨识单元自发光灯条所获得。藉由设置于灯具中的规格辨识单元，取得储存于发光灯条的规格储存单元中的一规格数据，以辨识出发光灯条及/或其内的发光组件的电子特性，从而提供符合发光灯条所用的电子特性的电子环境，使得发光灯条发光。惟此种方法倚靠规格辨识单元辨识不同规格的灯具，需另外设置规格储存单元，造成额外的耗电量或灯具空间。
另一习知技术是一种发光二极管控制电路，适用于控制一发光二极管灯管，该发光二极管灯管包含复数发光二极管灯串，其中该发光二极管灯管较佳的最大输入电压不超过70伏特且发光二极管灯串的灯串数目较佳限制于4串以内。该发光二极管控制电路包含复数二极管、一保护电路、复数定电流电路及一切换开关。每一二极管的正极连接单一发光二极管灯串的输出端。保护电路连接于每一二极管的负极，当该发光二极管灯管的输入端电压高于一临界值或是该发光二极管灯管中有发光二极管出现短路时，该保护电路输出一切换信号。每一定电流电路连接单一发光二极管灯串的输出端，并依据一开关控制信号控制该定电流电路是否工作以进而控制该发光二极管灯管是否工作，且依据一调光控制信号控制该发光二极管灯管的亮度。切换开关在未接收到该切换信号时不影响该开关控制信号，并在接收到该切换信号时通过该开关控制信号控制该发光二极管灯管不工作。上述方法利用定电流电路，使每个发光二极管灯串都可以工作，并控制亮度，惟该方法为避免电压过大损毁，其限制灯串最大电压为不超过70伏特，如此一来，若使用者需要更多的灯串，使用超过70伏特，此方法即不可行。
综上，当使用者需要不同规格的发光二极管灯具时，即需要携带多数个适用于各种额定电压的驱动装置，以驱动该些灯具，对使用者来说，极不便利且不经济。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种发光二极管控制器及其方法，利用该驱动装置，使用者仅需一个电源供应器，即可驱动适用不同额定电压的发光二极管灯具。
本发明的次要目的在于提供一种发光二极管控制器及其方法，该驱动装置可自动侦测该些发光二极管的工作电压，使驱动电压适于发光二极管工作点。
当使用者欲使用不同额定电压的发光二极管灯具时，仅需在电源供应器与发光二极管灯具间耦接该驱动装置，即可驱动该些发光二极管灯具。
为达到上述所指称的各目的与功效，本发明揭露一种发光二极管控制器及其方法，在发光二极管串联并联数量未知时，使用者仅需在电源供应器间耦接本发明的控制器，控制器可提供一驱动电压，该驱动电压逐渐地增加，并自动侦测该些发光二极管的每次驱动电压增幅后的总电流，利用每次增幅驱动电压与每次侦测的总电流计算目前该些发光二极管全部导通的工作电压，确定该工作电压后，该控制器即停止对驱动电压增幅，使后端发光二极管不致应驱动电压过大而损毁。此外，本发明控制器，具有多个输出埠或可手动切换适用额定电压不同的发光二极管灯具，欲使用额定电压不同的发光二极管灯具时，使用者耦接该些发光二极管灯具于各输出端口，额定电压在同一范围内的发光二极管耦接同一输出埠，避免该些发光二极管因驱动电压过大而损毁，或驱动电压过低而明亮度不足。
本发明在一实施例中，该发光二极管控制器，其包含：一控制单元，具有电压输入端，及电压输出端，电压输出端输出一驱动电压供给多个发光二极管；以及一侦测单元，侦测该些发光二极管的一总电流；其中，控制单元依据该总电流调整该驱动电压。
本发明在另一较佳实施例中，该发光二极管控制器的控制单元，更包含一运算电路，计算该驱动电压与该总电流的斜率。
本发明在另一较佳实施例中，该发光二极管控制器的控制单元，更包含一驱动电路，可逐渐地增幅该驱动电压。
本发明在另一较佳实施例中，该些发光二极管适用相同额定电压。
本发明在一实施例中，该发光二极管控制方法，其包含：产生一驱动电压，供给多个发光二极管；逐渐地增幅该驱动电压，侦测每次增幅后该些发光二极管的一总电流；计算每次增幅该驱动电压与该总电流的一斜率；以及判断该斜率，决定是否继续增幅。
附图说明
图1：其为本发明ㄧ较佳实施例的发光二极管控制器示意图；
图2：其为发光二极管的顺向偏压的特性曲线；
图3：其为本发明另ㄧ较佳实施例的发光二极管控制器流程图；
图4：其为本发明另一较佳实施例的发光二极管控制器示意图；
图5：其为本发明运算电路的计算斜率示意图；
图6：其为本发明另一实施例示意图。
【图号对照说明】
10 发光二极管控制器
100 控制单元
101 运算电路
102 驱动电路
200 侦测单元
D 发光二极管
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
参照图1，其为本发明的ㄧ较佳实施例的发光二极管控制器示意图。如图所示，本发明发光二极管控制器10，其包含：一控制单元100；以及一侦测单元200。
本发明的发光二极管的控制器10，其控制单元100具有，一电压输入端Vin耦接电源供应器，及电压输出端Vo输出一驱动电压供给多个发光二极管D，以及一侦测单元200侦测该些发光二极管D的一总电流，并将该总电流数据予控制单元100，控制单元100依据总电流调整驱动电压。
请一并参照图2，其为发光二极管的顺向偏压的特性曲线。如图所示，本发明发光二极管控制器的控制单元，依据习知单一发光二极管操作时，如曲线C1所示，具有一切入电压Vcut，驱动电压小于该切入电压Vcut时，发光二极管为未导通状态，工作电流非常微小，且趋近于0，但是当驱动电压大于切入电压Vcut时，发光二极管为导通状态，工作电流急速上升。同理可推，多数个相同发光二极管串联，如曲线C2所示，当串联数越多时，切入电压Vcut则会越大；多数个相同发光二极管并联，当并联数越多，工作电流增加速度会越快，如曲线C3所示；若为相同发光二极管同时串联及并联时，则切入电压Vcut增加，同时工作电流也一并增加。
本发明的发光二极管的控制器，其包含：一控制单元100，该控制单元100可控制驱动电压，该驱动电压驱动多个发光二极管D，以及一侦测单元200，该侦测单元200侦测该些发光二极管D的总电流，并将该总电流信号回传予控制单元100，控制单元100依该总电流调整驱动电压。由于该些发光二极管串联或并联数量为未知，控制单元100利用侦测单元200侦测的总电流取得该些发光二极管D全部导通的工作电压，并控制该驱动电压，使该驱动电压等于工作电压。
藉由上述装置及方法，电源供应器透过本发明的发光二极管的控制器10，当输出端耦接发光二极管D串联或并联数量未知时，该控制器可取得全部发光二极管导通的工作电压，并控制驱动电压等于工作电压，而不需要额外携带适用该些发光二极管的驱动装置。
请参照图3，其为本发明一较佳实施例的发光二极管的控制器流程图。如图所示，依据前述发光二极管控制器10，其步骤说明如下，在步骤S10，控制单元100输出端产生一驱动电压；步骤S20，侦测单元200侦测该些发光二极管D的总电流；步骤S30，控制单元100增幅该驱动电压；步骤S40：侦测单元200侦测该些发光二极管D的总电流；步骤S50：控制单元100计算驱动电压与总电流的斜率；步骤S60：依据该斜率，决定该些发光二极管全部导通的工作电压；步骤S70：若该些发光二极管皆为全部导通，即产生一工作讯号，使控制单元100不再继续增幅该驱动电压。
透过上述方法流程，可取得该些发光二极管完全导通的一工作电压，并且利用控制器将驱动电压维持在工作电压，使该些发光二极管不致因电压过大而毁损。
请参照图4，其为本发明另一较佳实施例的发光二极管控制器示意图。如图所示，本发明的发光二极管的控制器10，其中该控制单元100更包含：一运算电路101，一驱动电路102。该运算电路101具有两输入端，其中一端接收驱动电压，另一端接收由侦测单元200得到的总电流讯号，该驱动电路102具有一输入端耦接电源供应器，输出端输出驱动电压，该驱动电路102以逐渐地增幅该驱动电压，使驱动电压由初始值开始，每次时间区间增加一微小伏特，该微小伏特值可视使用者所需调整，例如可调整范围从10-5mV到10-1mV，当分辨率需求越大时，则驱动电压每次增加幅度越小。运算电路101的一输入端接收驱动电压时，另一输入端即可得到一总电流，当驱动电压每次增加一微小伏特，就得到另一总电流，此时，运算电路101依据增幅前的驱动电压及总电流与增幅后的驱动电压与总电流，计算电压电流斜率，透过该斜率即可判断目前所使用发光二极管的工作电压，当运算电路101得到目前所使用发光二极管D的工作电压，即将一工作讯号传送予驱动电路102，驱动电路102接收工作讯号时，即停止继续增幅驱动电压，使驱动电压不再继续增加，此时驱动电压等于工作电压。
藉由上述装置及方法，电源供应器透过本发明的发光二极管的控制器10，当输出端耦接相同发光二极管数量未知时，可得到目前需要工作电压，增幅该驱动电压使该些发光二极管皆为工作状态。
请参照图5，其为本发明运算电路的计算斜率示意图。如图所示，该图局部放大发光二极管特性曲线C，其中驱动电路每次增幅的驱动电压为Vn、Vn+1、Vn+2及Vn+3，驱动电压Vn及Vn+1小于Vcut，驱动电压Vn+2及Vn+3大于Vcut。当驱动电压为Vn时具有一总电流In，当驱动电压增幅至Vn+1时，具有另一总电流In+1，此时，运算电路101由驱动电压Vn及总电流In，与驱动电压Vn+1及总电流In+1，可得一斜率S1，计算公式为：
当驱动电压增幅至Vn+2时，具有一总电流In+2，此时，运算电路101由驱动电压Vn+1及总电流In+1，与驱动电压Vn+2极总电流In+2，可得一斜率S2，计算公式为：
以此类推当驱动电压Vn+3时，运算电路101亦可得一总电流In+3以及一斜率S3。由此可得，当驱动电压逐渐增幅时，发光二极管上电压及电流斜率会越大，当驱动电压等于Vn或Vn+1时，发光二极管可能尚未完全导通，在驱动电压Vn+1所得到斜率S1非常小；当驱动电压为Vn+2或Vn+3时，所有发光二极管可能全部导通状态，在驱动电压Vn+2及Vn+3所得到斜率S2及S3非常大。注意的是，此处尚未完全导通及可能全部导通的意思，指虽为规格相同的发光二极管，切入电压仍有现实上些微差距，例如10-5mV甚至更小，当驱动电压过于接近每颗发光二极管的切入电压，使得并非所有发光二极管未导通或已经导通。此部分的解决方法可藉由驱动电压增幅的分辨率解决，其中分辨率的调整已如前述。此外，经由该斜率决定工作电压，并将工作讯号传送予驱动电路，该斜率大小可视使用者所需调整，例如使用者只想使该些发光二极管工作，而不需以给予满载额定电压，则设定斜率值越小，但使其所有发光二极管工作，反之则设定斜率值越大，但不使所有发光二极管损毁。
请参照图6，其为本发明另一实施例示意图。如图所示，本发明的发光二极管的控制器及其方法，亦可适用在同时驱动不同规格的灯具，惟不同灯具所需工作电压不同，为避免其中的一灯具因电压过小无法工作，或因电压过大而损毁。本发明的发光二极管的控制器及方法，可具有多个输出埠，同时侦测不同范围额定电压的发光二极管，欲使用不同规格的发光二极管，使用者耦接该些发光二极管于各输出埠，将适用同一额定电压的该些发光二极管耦接同一输出埠，如此可避免该些发光二极管因电压过大而损毁，或电压过低而明亮度不足。本发明的控制器可为手动切换其适用的灯具电压范围，例如：3～5伏特为一个范围、20～23伏特为一个范围。
本发明利用二极管工作特性，完成一种发光二极管控制器及方法，该发光二极管控制器具有一控制单元输出驱动电压，及一侦测单元，侦测该些发光二极管的一总电流，控制单元依据该总电流计算目前发光二极管的工作电压，并将该驱动电压维持在工作电压。透过本发明的发光二极管的控制器，使用者无需携带各种型式的驱动装置，即可驱动各种规格的发光二极管灯具，且不论该发光二极管串联并联数量皆可稳定工作。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种发光二极管的控制方法，其特征在于，该控制方法包含：
输出一驱动电压予多个发光二极管；
逐渐地增幅该驱动电压，侦测该驱动电压每次增幅后该些发光二极管的一总电流；
计算每次增幅该驱动电压与该总电流的一斜率；以及
依据该斜率，决定该些发光二极管导通时的工作电压。
2.如权利要求1所述的发光二极管的控制方法，其特征在于，其中该斜率计算是以增幅电压与该总电流增幅前后差的比值。
3.如权利要求1所述的发光二极管的控制方法，其特征在于，其中增幅电压范围为10- 5mV到10-1mV。
4.如权利要求1所述的发光二极管的控制方法，其特征在于，其中该些发光二极管适用相同额定电压。
5.如权利要求1所述的发光二极管的控制方法，其特征在于，其中该些发光二极管为串联。
6.如权利要求1所述的发光二极管的控制方法，其特征在于，其中该些发光二极管为并联。
7.一种发光二极管的控制器，其特征在于，该控制器其包含：
一控制单元，输出一驱动电压供给多个发光二极管；以及
一侦测单元，侦测该些发光二极管的一总电流，将该总电流回传予该控制单元，其中该控制单元依据该总电流调整该驱动电压；
其中该控制单元更包含：
一运算电路，计算该驱动电压与该总电流的斜率；
一驱动电路，逐渐地增幅该驱动电压。
8.如权利要求7所述的发光二极管的控制器，其特征在于，其中该些发光二极管适用相同额定电压。
9.如权利要求7所述的发光二极管的控制器，其特征在于，其中该些发光二极管为串联。
10.如权利要求7所述的发光二极管的控制器，其特征在于，其中该些发光二极管为并联。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180206 |