CN109996365B - 调光控制器与相关的调光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种调光方法，适用于对发光元件进行调光。该调光方法包含有：接收调光信号，其可为第一型态或是第二型态；识别该调光信号为该第一型态或是该第二型态；当该调光信号为该第二型态时，转换该调光信号以产生第一信号，其具有该第一型态，并传递该第一信号至驱动器，据以驱动该发光元件；以及，当该调光信号为该第一型态时，传递该调光信号至该驱动器，据以驱动该发光元件，且不传递该第一信号至该驱动器。

Description

调光控制器与相关的调光方法
技术领域
本发明涉及一种调光控制器以及相关的调光方法，尤涉其及可以接受不同型态的调光信号的调光控制器以及相关的调光方法。
背景技术
良好的发光效率、精简的元件体积以及长久的元件寿命，使得发光二极管(LED)广受照明或背光业界所采用。举例来说，计算机或电视屏幕中的背光模块，大多数已经从传统的冷阴极管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)模块，转换成LED模块。
LED模块往往需要有调整屏幕亮度的功能，因此，LED模块多半具有调光控制器。一般业界有两种调光方式：脉冲宽度调制(pulse-width-modulation，PWM)调光(PWMdimming)以及模拟调光(analog dimming)。PWM调光也被称为数字调光。PWM调光采用在逻辑值0与1之间跳跃的PWM信号，来决定了LED模块处于发光时间对整个循环时间的比例，也就是工作周期(duty cycle)；且在发光时间时，LED模块的发光亮度为固定值；发光时间外的不发光时间，LED模块大致不发光。相对的，采用模拟调光(也有作电阻式调光)的LED模块，其发光是持续不间断的，但是其亮度则是由直流(direct-current，DC)信号所控制。直流信号也称为模拟(analog)信号。
调光控制器最好可以接收直流信号，也可以接收PWM信号，如此可以让调光控制器获得较广泛的应用。
发明内容
本发明实施例提供一种调光控制器，适用于对发光元件进行调光。该调光控制器包含有调光输入端、信号识别器、型态转换器以及选择器。该调光输入端可接收调光信号，其可为第一型态或是第二型态。该信号识别器连接至该调光输入端，用以识别位于该调光输入端上的该调光信号为该第一型态或是该第二型态。该型态转换器连接于该调光输入端，依据该调光信号，提供第一信号，具有该第一型态。该选择器受控于该信号识别器，具有二输入，分别接收该第一信号以及该调光信号。该选择器选择该调光信号或是该第一信号其中之一，传递至驱动器，据以驱动该发光元件。当该调光信号为该第二型态时，该选择器选择该第一信号；当该调光信号为该第一型态时，该选择器选择该调光信号。
本发明实施例还提供一种调光方法，适用于对发光元件进行调光。该调光方法包含有：接收调光信号，其可为第一型态或是第二型态；识别该调光信号为该第一型态或是该第二型态；当该调光信号为该第二型态时，转换该调光信号以产生第一信号，其具有该第一型态，并传递该第一信号至驱动器，据以驱动该发光元件；以及，当该调光信号为该第一型态时，传递该调光信号至该驱动器，据以驱动该发光元件，且不传递该第一信号至该驱动器。
附图说明
图1示出一种根据本发明所实施的调光控制器。
图2示出调光控制器，可适用于图1中。
图3示出直流转为数字PWM的控制转换单元，举例示出调光信号SDIM、锯齿波SSAW与PWM信号SPWM的波形。
图4示出调光信号SDIM具有两个下降缘FA1与FA2以及一个上升缘RA1。
图5举例示出图2的调光控制器所采用的调光方法。
图6示出另一种调光控制器，可适用于图1中。
图7举例示出图6的调光控制器所采用的调光方法。
具体实施方式
在本说明书中，有一些相同的符号，其表示具有相同或是类似的结构、功能、原理的元件，且为本领域技术人员可以依据本说明书的教导而推知。为说明书的简洁度考虑，相同的符号的元件将不再重述。
图1示出一种根据本发明所实施的调光控制器10，通过控制功率晶体管MNDRV，适用来于对发光元件LT进行调光。
功率晶体管MNDRV可以是NMOS晶体管，而发光元件LT可以是一个或是数个发光二极管(light-emitting diode，LED)串联或并联在一起。调光控制器10通过驱动端DRV，提供驱动信号SDRV，来控制功率晶体管MNDRV。驱动信号SDRV可能是PWM信号，也可能是DC信号。流经发光元件LT的电流，经过电流检测电阻RCS，产生电流检测信号VCS，通过电流检测端CS，由调光控制器10所接收。调光控制器10从调光输入端DIM，接收调光信号SDIM，据以产生驱动信号SDRV。
如同图1所示，调光控制器10可以接受外界三个不同的信号输入方式，来进行调光。第一种是外界提供直流信号VDC至调光输入端DIM，作为调光信号SDIM，而直流信号VDC的电压电平代表了发光元件LT应产生的平均亮度。第二种是连接可变电阻RDIM于调光输入端DIM与接地线GND之间，稍后将说明可变电阻RDIM的电阻值会转变为调光输入端DIM上直流信号的电压电平，其代表了发光元件LT的平均亮度。第三种是外界提供PWM信号SDIM-PWM至调光输入端DIM，作为调光信号SDIM，而PWM信号SDIM-PWM的工作周期代表了发光元件LT的平均亮度。
换言之，调光信号SDIM可能是直流信号，也可能是PWM信号。调光信号SDIM可能是两种型态其中之一，而这两种型态是直流与PWM。
图2示出调光控制器10a，在一实施例中，可以作为图1中的调光控制器10。调光控制器10a包含有信号识别器12、直流转PWM转换器16、选择器17a、LED驱动器14a以及恒定电流源31。
直流转PWM转换器16是一种型态转换器。如果调光信号SDIM是直流信号，直流转PWM转换器16可以将其转换，提供相对应的PWM信号SPWM。图2中，直流转PWM转换器16包含有信号产生器20、运算放大器24以及比较器22。请同时参阅图3。图3示出调光信号SDIM大约为直流信号经过直流转为数字PWM的控制转换单元。举例常用电路如运算放大器24架构为单位增益缓冲器(Unity-Gain Buffer)，把调光信号SDIM的电压电平重现于比较器22的非反向输入端。信号产生器20产生锯齿波SSAW，提供至比较器22的反向输入端。比较器22比较调光信号SDIM与锯齿波SSAW，以产生PWM信号SPWM，即如同图3所示的功能。
信号识别器12连接至调光输入端DIM，用以识别位于调光输入端DIM上的调光信号SDIM为直流还是PWM，据以产生选择信号SSEL，其控制选择器17a。在图2的实施例中，选择信号SSEL为逻辑上的1时，表示信号识别器12认为调光信号SDIM是PWM信号；相反的，当信号识别器12认为调光信号SDIM是直流信号时，选择器17a使选择信号SSEL为逻辑上的0。
在一实施例中，信号识别器12依据调光信号SDIM的信号缘来决定选择信号SSEL。请参阅图4，其中示出调光信号SDIM具有两个下降缘FA1与FA2以及一个上升缘RA1。信号识别器12可以依据在预定时间内，是否有足够多个下降缘与上升缘，其斜率绝对值都大于一预定值，来产生该选择信号。举例来说，如果信号识别器12发现在8ms中，有超过4个以上的下降缘与上升缘，其斜率绝对值都大于0.1V/us，那就认定调光信号SDIM是PWM信号，使选择信号SSEL为逻辑上的1。相反的，如果在8ms中，没有超过4个斜率绝对值都大于0.1V/us的下降缘与上升缘，那就认定调光信号SDIM是直流信号，使选择信号SSEL为逻辑上的0。
举例来说，图4中，信号识别器12将调光信号SDIM低到跨过参考电压VREF-H时，视为下降缘FA1的开始。然后比较在预定延迟TDELAY后的调光信号SDIM与参考电压VREF-L，藉以判别下降缘FA1的斜率绝对值是否大于(VREF-H–VREF-L)/TDELAY。类似的道理，信号识别器12将调光信号SDIM高到跨过参考电压VREF-L时，视为上降缘RA1的开始。然后比较在预定延迟TDELAY后的调光信号SDIM与参考电压VREF-H，藉以判别上升缘RA1的斜率绝对值是否大于(VREF-H–VREF-L)/TDELAY。在另一个实施例中，信号识别器12也可以依据调光信号SDIM从参考电压VREF-H变化到参考电压VREF-L的下降时间，是否大于预定延迟TDELAY，来识别下降缘是否陡到足以代表PWM信号的下降缘。类似的，信号识别器12也可以依据调光信号SDIM从参考电压VREF-L变化到参考电压VREF-H的上升时间，是否大于预定延迟TDELAY，来识别上降缘是否陡到足以代表PWM信号的上降缘。
图2中的选择器17a，受控于信号识别器12，具有二输入，分别接收PWM信号SPWM以及调光信号SDIM。选择器17a包含有数字缓冲器18与多路复用器(multiplexer)26。当信号识别器12认为调光信号SDIM是直流信号时，选择器17a选择PWM信号SPWM，传递至LED驱动器14a。当信号识别器12认为调光信号SDIM是PWM信号时，调光信号SDIM经过数字缓冲器18传递到多路复用器26，被其所选择并传递到LED驱动器14a。换言之，多路复用器26的输出，如果不是PWM的调光信号SDIM，就是代表直流调光信号SDIM的PWM信号SPWM。
图2所示的选择信号SSEL仅仅控制选择器17a，但本发明不限于此。举例来说，在一实施例中，当信号识别器12认为调光信号SDIM是PWM信号时，信号识别器12，通过选择信号SSEL，使得直流转PWM转换器16整个关闭，以节省电能。类似的，当信号识别器12认为调光信号SDIM是直流信号时，数字缓冲器18也可以选择性的被关闭，以节省不必要的耗能。
LED驱动器14a依据多路复用器26的输出，来控制功率晶体管MNDRV，藉以控制流经发光元件LT的电流。当多路复用器26的输出为逻辑上的1时，电压电平转换器28输出参考电压VREF，所以运算放大器30控制功率晶体管MNDRV，使发光元件LT的电流大约为VREF/RCS，其中RCS为电流检测电阻RCS的电阻值。当多路复用器26的输出为逻辑上的0时，电压电平转换器28输出0V，使发光元件LT的电流大约为0。
恒定电流源31提供恒定电流ISET，其流经调光输入端DIM，可以用以产生直流调光信号SDIM。如果有可变电阻RDIM于调光输入端DIM与接地线GND之间，恒定电流ISET可以流经可变电阻RDIM，在调光输入端DIM产生直流电压，作为调光信号SDIM。当外界直接提供直流信号VDC或是PWM信号SDIM-PWM来作为调光信号SDIM时，恒定电流ISET大致不会影响直流信号VDC或是PWM信号SDIM-PWM。
图5举例示出图2的调光控制器10a所采用的调光方法60a。
在步骤62，调光控制器10a通过调光输入端DIM接收调光信号SDIM，其可以是PWM信号或是直流信号。
步骤64接续步骤62。信号识别器12识别位于调光输入端DIM上的调光信号SDIM为直流还是PWM，据以产生选择信号SSEL，其控制选择器17a。
步骤68a接续在信号识别器12认为调光信号SDIM为直流信号后。直流转PWM转换器16转换调光信号SDIM，提供相对应的PWM信号SPWM。
步骤70a接续步骤68a。选择器17a选择PWM信号SPWM，并传递至LED驱动器14a，用以驱动发光元件LT。此时，调光信号SDIM通过数字缓冲器18到LED驱动器14a之间的信号路径被打断。
步骤72a接续在信号识别器12认为调光信号SDIM为PWM信号后。选择器17a选择调光信号SDIM，并通过数字缓冲器18与多路复用器26，传递至LED驱动器14a，用以驱动发光元件LT。此时，选择器17a不传递PWM信号SPWM至LED驱动器14a。
图2的调光控制器10a以及图5的调光方法60a有以下的优点。当调光信号SDIM为直流信号时，可以产生相对应的PWM信号SPWM给LED驱动器14a，用以驱动发光元件LT。当调光信号SDIM为PWM信号时，调光信号SDIM直接送给LED驱动器14a，可以忠实且精准的反应真正所需要的调光状态。换言之，不论调光信号SDIM为直流信号或是PWM信号，调光控制器10a都可以适当地驱动发光元件LT。
图6示出调光控制器10b，在一实施例中，可以作为图1中的调光控制器10。调光控制器10b包含有信号识别器12、PWM转直流转换器19、选择器17b、LED驱动器14b以及恒定电流源31。第6图中，有一些装置已经公开于第2图中，其操作可以通过先前图2的相关解说得知，不再累述。
PWM转直流转换器19是一种型态转换器。如果调光信号SDIM是PWM信号，PWM转直流转换器19可以将其转换，提供相对应的直流信号SDC。图6中，PWM转直流转换器19包含有数字缓冲器18、电阻R1以及电容C1。数字缓冲器18把调光信号SDIM的逻辑值重现，提供给电阻R1。电阻R1与电容C1构成低通滤波器，可以产生直流信号SDC，其大约代表了调光信号SDIM的工作周期。
图6中的选择器17b，受控于信号识别器12，具有二输入，分别接收直流信号SDC以及调光信号SDIM。选择器17b包含有运算放大器24与多路复用器26。当信号识别器12认为调光信号SDIM是直流信号时，运算放大器24，作为单位增益缓冲器，把调光信号SDIM传递至多路复用器26，其接续传递调光信号SDIM至LED驱动器14b。当信号识别器12认为调光信号SDIM是PWM信号时，选择器17b选择直流信号SDC，并传递到LED驱动器14b。换言之，多路复用器26的输出，如果不是直流的调光信号SDIM，就是代表PWM调光信号SDIM的直流信号SDC。
LED驱动器14b依据多路复用器26的输出，来控制功率晶体管MNDRV，藉以控制流经发光元件LT的电流。举例来说，当多路复用器26的输出的电压电平为VOUT时，运算放大器30控制功率晶体管MNDRV，使得发光元件LT的电流大约为VOUT/RCS。
图7举例示出图6的调光控制器10b所采用的调光方法60b。调光方法60b有一些步骤跟调光方法60a一样或是相似，可通过先前调光方法60a或调光控制器10a的说明得知，不再累述。
步骤72b接续在信号识别器12认为调光信号SDIM为直流信号后。选择器17b传递调光信号SDIM至LED驱动器14b，其据以驱动发光元件LT。
步骤68b接续在信号识别器12认为调光信号SDIM为PWM信号后。PWM转直流转换器19转换调光信号SDIM，提供相对应的直流信号SDC。
步骤70b接续步骤68b。选择器17b选择直流信号SDC，并传递至LED驱动器14b，用以驱动发光元件LT。此时，调光信号SDIM通过运算放大器24到LED驱动器14b之间的信号路径被打断。
图6所示的选择信号SSEL仅仅控制选择器17b，但本发明不限于此。举例来说，在一实施例中，当信号识别器12认为调光信号SDIM是PWM信号时，信号识别器12，通过选择信号SSEL，使得运算放大器24禁能或是关闭，以节省电能。类似的，当信号识别器12认为调光信号SDIM是直流信号时，数字缓冲器18也可以选择性的被关闭，以节省不必要的耗能。
图6的调光控制器10b以及图7的调光方法60b有以下的优点。当调光信号SDIM为直流信号时，可以大约忠实地直接传递给LED驱动器14b，用以驱动发光元件LT。当调光信号SDIM为PWM信号时，PWM转直流转换器19产生相对应的直流信号SDC给LED驱动器14b，用以驱动发光元件LT。因此，不论调光信号SDIM为直流或是PWM，调光控制器10b都可以提供适当的直流信号给LED驱动器14b。
本发明并不限于仅仅驱动LED，在其他实施例中，也可以驱动其他发光装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【符号说明】
10、10a、10b 调光控制器
12 信号识别器
14a、14b LED驱动器
16 直流转PWM转换器
17a、17b 选择器
18 数字缓冲器
19 PWM转直流转换器
20 信号产生器
22 比较器
24 运算放大器
26 多路复用器
28 电压电平转换器
30 运算放大器
31 恒定电流源
60a、60b 调光方法
62、64、68a、68b、70a、70b、72a、72b 步骤
C1 电容
CS 电流检测端
DIM 调光输入端
DRV 驱动端
FA1、FA2 下降缘
GND 接地线
ISET 恒定电流
LT 发光元件
MNDRV 功率晶体管
RA1 上升缘
RCS 电流检测电阻
R1 电阻
RDIM 可变电阻
SDC 直流信号
SDIM 调光信号
SDIM-PWM PWM信号
SDRV 驱动信号
SPWM PWM信号
SSAW 锯齿波
SSEL 选择信号
TDELAY 预定延迟
VCS 电流检测信号
VDC 直流信号
VREF、VREF-L、VREF-H 参考电压

Claims (10)

1.一种调光控制器，适用于对发光元件进行调光，包含有：
调光输入端，可接收调光信号，其为第一型态或是第二型态；
信号识别器，连接至该调光输入端，用以识别位于该调光输入端上的该调光信号为该第一型态或是该第二型态；
型态转换器，连接于该调光输入端，依据该调光信号，提供第一信号，具有该第一型态；以及
选择器，受控于该信号识别器，具有二输入，分别接收该第一信号以及该调光信号，其中，该选择器选择该调光信号或是该第一信号其中之一，传递至驱动器，据以驱动该发光元件，其中，当该调光信号为该第二型态时，该选择器选择该第一信号；当该调光信号为该第一型态时，该选择器选择该调光信号，并且所述信号识别器关闭所述型态转换器。
2.如权利要求1所述的调光控制器，其中，该第一型态为直流(direct-current)与脉冲宽度调制(pulse-width-modulation，PWM)其中之一，该第二型态为直流与PWM中的另一种。
3.如权利要求1所述的调光控制器，其中，该第一型态为PWM，该第二型态为直流，且该型态转换器为直流转PWM转换器。
4.如权利要求1所述的调光控制器，其中，该信号识别器系依据该调光信号的信号缘来产生选择信号，以控制该选择器。
5.如权利要求4所述的调光控制器，其中，在预定时段内，该调光信号具有数个信号缘，该信号识别器依据所述信号缘的斜率绝对值是否都大于一预定值，来产生该选择信号。
6.如权利要求1所述的调光控制器，还包含有：
恒定电流源，连接至该调光输入端，用以提供恒定电流流经该调光输入端。
7.一种调光方法，适用于对发光元件进行调光，包含有：
接收调光信号，其为第一型态或是第二型态；
识别该调光信号为该第一型态或是该第二型态；
当该调光信号为该第二型态时，转换该调光信号以产生第一信号，其具有该第一型态，并传递该第一信号至驱动器，据以驱动该发光元件；以及
当该调光信号为该第一型态时，传递该调光信号至该驱动器，据以驱动该发光元件，并且关闭执行所述转换该调光信号以产生第一信号的电路。
8.如权利要求7所述的调光方法，包含有：
依据该调光信号的信号缘来产生选择信号，据以选择该调光信号与该第一信号其中之一，传递至该驱动器。
9.如权利要求7所述的调光方法，其中，在预定时段内，该调光信号具有数个信号缘，该调光方法包含有：
依据所述信号缘的斜率绝对值是否都大于一预定值，来产生选择信号。
10.如权利要求7所述的调光方法，其中，该第一型态为PWM，该第二型态为直流。
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