TW201618600A - 用於發光二極體行駛燈控制及狀態的裝置及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種發光二極體(LED)行駛燈，其包括一電流槽及複數個經串聯耦合的LED區塊單元；該複數個LED區塊單元之各者包括一LED及至該電流槽之一旁路電路，其中當一電壓源增大達該串聯耦合串中之每一LED之至少開啟電壓的加性電壓增量時，每一經串聯耦合的LED循序地開啟(燈)，直至所有LED開啟(點亮)為止。該電流槽維持通過該等LED之一所要電流值，且亦可用以出於診斷與時序目的而提供波形。
Description
本申請案主張2014年8月28日申請之共同擁有之美國臨時專利申請案第62/043,221號之優先權；因此該案出於所有目的而以引用的方式併入本文中。
本發明係關於用於發光二極體(LED)之驅動器電路，且特定言之，本發明係關於用於汽車LED行駛燈轉向指示器單元之一控制概念。
汽車行駛發光二極體(LED)轉向信號正變得普及，此係因為其增強此安全關鍵信號之視覺感知。在2013年後期開始，近來已藉由全世界之各種產品對不同的汽車模型導入LED轉向信號技術。
因此，需要較低成本及簡化安裝汽車發光二極體(LED)行駛燈轉向信號指示器單元。
根據一實施例，一種發光二極體(LED)行駛燈可包括：複數個串聯耦合LED區塊單元；該複數個LED區塊單元之各者可包括一LED及一旁路電路，該旁路電路耦合在LED之一陰極與一電流槽之間，其中當在LED之一陽極處之一電壓可能大於一特定電壓值時，該旁路電路將該LED之陰極與電流槽解除耦合。
根據又一實施例，一第一LED之一陽極可連接至一電壓源且複數個串聯耦合LED區塊單元之最後一LED之一陰極可連接至電流槽。根據又一實施例，電流槽可為具有一電壓參考輸入以判定一灌電流之一可調整電流槽。根據又一實施例，可藉由一齊納二極體擊穿電壓判定特定電壓值。
根據又一實施例，旁路電路可包括：一第一電晶體，其耦合在LED之陰極與電流槽之間；一齊納二極體，其耦合在LED之陽極與一第一電阻器之一末端之間，該第一電阻器之另一末端耦合至一電力供應器共同；及一第二電晶體，其具有耦合至齊納二極體與第一電阻器之一接面的一輸入端，與耦合至第一電晶體之一輸入端的一輸出端，其中跨第一電阻器之一電壓開啟第二電晶體，其接著關閉第一電晶體，藉此將LED之陰極與電流槽解除耦合。
根據又一實施例，第一電晶體與第二電晶體可選自由雙極接面電晶體(BJT)與場效應電晶體(FET)組成之群組。根據又一實施例，電流槽可為一恆定電流槽。根據又一實施例，一分色(binning)電路可經組態以提供一值至電流槽，以產生複數個LED區塊單元之各者中之LED的一特定總亮度。根據又一實施例，具有一輸出電壓之一可控輸出電壓源可耦合至複數個串聯耦合LED區塊單元。根據又一實施例，可藉由改變至該可控輸出電壓源中之一類比回鎖環路的一誤差放大器的一參考電壓來調整來自該可控輸出電壓源之輸出電壓。根據又一實施例，可藉由程式化所要值至用於該可控輸出電壓源之一切換模式電力供應器的一數位補償器中來調整來自該可控輸出電壓源之輸出電壓。
根據又一實施例，一微控制器可耦合至電流槽與可控輸出電壓源，其中該微控制器控制來自可控輸出電壓源之輸出電壓、提供電壓參考輸入至電流槽且量測來自電流槽之LED電流。
根據又一實施例，電流槽可包括一電晶體，其中一參考電壓控制通過該電晶體之電流。根據又一實施例，該電晶體可選自由一雙極接面電晶體(BJT)與一場效應電晶體(FET)組成之群組。根據又一實施例，LED行駛燈可提供一轉向信號指示器。根據又一實施例，該轉向信號指示器可包括複數個線性配置LED燈條。根據又一實施例，該轉向信號指示器可包括一光學擴散透鏡後之複數個LED。
根據另一實施例，一種用於循序控制一發光二極體(LED)行駛燈之方法可包括下列步驟：串聯耦合複數個LED區塊單元；將一可調整電壓施加至該複數個LED區塊單元之一第一者的一第一節點；及在該可調整電壓可能超出特定各自電壓值時，將各自LED區塊單元中之LED之第二節點與一電流槽解除耦合。
根據該方法之又一實施例，其可包括下列步驟：偵測來自連接至複數個LED區塊單元之電流槽之一波形的負轉變邊緣；及將所偵測負轉變邊緣用於一時序控制環路之一間隔觸發。
根據其另一實施例，一種用於診斷一發光二極體(LED)行駛燈中之問題之方法可包括下列步驟：計數來自連接至複數個串聯耦合LED之一電流槽之一波形的許多負轉變邊緣；及比較負轉變邊緣之數目與一預期數目，其中若計數數目可能等於預期數目，則所有LED可係操作中，且若計數數目可能小於預期數目，則至少一LED可被短接。
根據該方法之又一實施例，其可包括量測來自一故障狀態信號波形之一控制基(control pedestal)之一控制回饋波形的一電壓偏移位準以判定許多非工作LED之步驟。根據該方法之又一實施例，其可包括量測來自一故障狀態信號波形之一控制回饋波形之一斜升偏移位準以判定一非工作LED的一位置之步驟。
200‧‧‧並聯發光二極體(LED)陣列
202a‧‧‧發光二極體(LED)
202b‧‧‧發光二極體(LED)
202c‧‧‧發光二極體(LED)
202d‧‧‧發光二極體(LED)
204a‧‧‧電晶體開關
204b‧‧‧電晶體開關
204c‧‧‧電晶體開關
204d‧‧‧電晶體開關
206‧‧‧旁路輸入/輸出(I/O)控制區塊
300‧‧‧串聯組態發光二極體(LED)行駛燈陣列
302a‧‧‧發光二極體(LED)
302b‧‧‧發光二極體(LED)
302c‧‧‧發光二極體(LED)
302d‧‧‧發光二極體(LED)
302e‧‧‧發光二極體(LED)
304a‧‧‧控制機構
304b‧‧‧控制機構
304c‧‧‧控制機構
304d‧‧‧控制機構
304e‧‧‧控制機構
306‧‧‧電流源
308‧‧‧電壓斜升產生器/控制信號源
402‧‧‧發光二極體(LED)
402a‧‧‧發光二極體(LED)
402b‧‧‧發光二極體(LED)
402c‧‧‧發光二極體(LED)
402d‧‧‧發光二極體(LED)
402e‧‧‧發光二極體(LED)
404a‧‧‧控制電路
404b‧‧‧控制電路
404c‧‧‧控制電路
404d‧‧‧控制電路
404e‧‧‧控制電路
406‧‧‧電壓源/電力供應器電壓/輸入電壓VIN
408‧‧‧靜態低電壓參考信號
500‧‧‧發光二極體(LED)區塊單元
500a‧‧‧發光二極體(LED)區塊單元
500b‧‧‧發光二極體(LED)區塊單元
500c‧‧‧發光二極體(LED)區塊單元
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504‧‧‧N通道型旁路電晶體
506‧‧‧發光二極體(LED)旁路電阻器
508‧‧‧齊納二極體
510‧‧‧電流限制電阻器
512‧‧‧電流限制電阻器
514‧‧‧N通道型閘極驅動電晶體
515‧‧‧濾波電容器
600‧‧‧電流槽/線性電流調節器
620‧‧‧分路電阻器
724‧‧‧分色電阻器
1030‧‧‧電流槽電壓
1132‧‧‧輸入電壓
1134‧‧‧輸入電流
1136‧‧‧發光二極體(LED)電流
1250‧‧‧峰值偏移
1252‧‧‧邊緣
1254‧‧‧電壓偏移位準
1360‧‧‧微控制器
1362‧‧‧可控可變輸出電壓切換模式電力供應器
1580‧‧‧光學擴散透鏡
可藉由結合隨附圖式參考下列描述來獲得本發明之一更完整的
理解，其中：圖1繪示根據本發明之教示之習知白熾燈泡(燈)及靜態與行駛LED之亮度特性的示意曲線圖；圖2繪示根據先前技術之用於行駛燈之一並聯組態LED陣列之一示意圖；圖3繪示根據先前技術之用於行駛燈之一串聯組態LED陣列之一示意圖；圖4繪示根據本發明之特定實例實施例之用於行駛燈之一串聯/並聯組態LED陣列之一示意圖；圖5繪示根據本發明之特定實例實施例之一單一LED區塊單元之一示意圖；圖6繪示根據本發明之特定實例實施例之一線性電流槽之一示意圖；圖7繪示根據本發明之特定實例實施例之一分色電路之一示意圖；圖8繪示根據本發明之教示與特定實例實施例之針對複數個不同批次LED之光通量之一示意圖、曲線圖及一圖表；圖9繪示根據本發明之特定實例實施例之針對行駛燈應用所配置之複數個LED區塊單元與關聯電流槽之一示意圖；圖10繪示根據本發明之特定實例實施例可用來針對每一功能LED指示一開啟事件之一電流槽之正向電壓之一示意曲線圖；圖11繪示根據本發明之教示與特定實例實施例之針對如圖5與圖8中所展示之一串十六個LED區塊之電壓與電流波形的示意曲線圖；圖12繪示根據本發明之教示與特定實例實施例之用於診斷如圖5與圖8中所展示之該串十六個LED區塊之波形的示意曲線圖；圖13繪示根據本發明之特定實例實施例之一微控制器、可控輸
出電壓切換模式電力供應器，及圖5至圖7中所展示之LED行駛燈模組之一示意系統方塊圖；圖14繪示根據本發明之一特定實例實施例之LED行駛信號燈的示意正視圖；且圖15繪示根據本發明之另一特定實例實施例之一LED行駛信號燈之一示意正視圖。
雖然本發明易受各種修改與替代性形式之影響，但其特定實例實施例已在圖式中展示且在本文中詳細描述。然而，應瞭解，本文中特定實例實施例之描述並非旨在將本發明限制於本文所揭示之特定形式。
根據本發明之各種實施例，一種發光二極體(LED)行駛燈可包括一電流槽及複數個經串聯耦合的LED區塊單元；該複數個LED區塊單元之各者包括一LED及至電流槽之一旁路電路，其中當一電壓源增大達串聯耦合串中之每一LED之至少開啟電壓的加性電壓增量時，每一串聯耦合LED循序地開啟(燈)，直至所有LED開啟(點亮)為止。電流槽維持通過LED之一所要電流值，且亦可用以出於診斷與時序目的而提供波形。
可由整合在一LED行駛燈板上之LED驅動器提供複雜的LED(發光二極體)照明型樣及/或感知之燈亮度的改變，該LED行駛燈板係一轉向信號總成的部分。然而，在具有細長設計之尾燈中，可能不存在用於複雜LED驅動器之空間。因此，LED驅動器板可能必須與LED行駛燈板分開。根據各種實施例，LED控制介面與控制信號產生可在相當大的程度上被簡化，同時以一非常具成本效率之方式提供安全關鍵應用(例如，汽車轉向信號)所要求之一高度的穩健性及診斷能力。根據各種實施例，藉由提供與一LED串中之每一LED相關聯之一自驅動
電路，並使用施加至經串聯連接之LED串之一電壓斜升，將導致跨該LED串之一開啟序列。
如本文所使用之一「LED行駛燈」可被定義為複數個LED，其可被循序開啟以提供來自一燈透鏡之一長度漸增光條(線)或一漸增發光強度。LED行駛燈在啟動時有效地攫取該經啟動LED行駛燈之視覺範圍中之其他汽車駕駛者的注意。
轉向信號係一安全關鍵系統且係在一事故發生之後法律辯論中之一重要主題。因此，廣泛診斷係強制的且穩健性、可靠性及長壽命係主要設計目標。本發明之特定實例實施例提供在一LED行駛燈總成之複雜性與成本方面之一縮減而超越當前技術LED行駛燈總成。在細長尾燈應用中，較少的板上組件與簡化介面係非常有益的。根據本發明之特定實例實施例可提供一自動調適可變電壓源及智慧與同步監測/診斷能力。
現在參考圖式，示意性地繪示實例實施例之細節。圖式中之相同元件將藉由相同數字表示，且類似元件將藉由具有一不同的小寫字母後綴之相同數字表示。
參考圖1，描繪根據本發明教示之習知白熾燈泡(燈)及靜態與行駛LED之亮度特性的示意曲線圖。圖1展示習知白熾燈泡(燈)、習知LED燈與LED行駛燈特性之圖解比較。習知白熾燈泡轉向信號可在約100毫秒內上下「發光(glow)」。因此，幾乎不能遺漏一白熾燈轉向信號之此「開啟/關閉」事件。白熾燈僅在非常短的一段時間內達到其標稱亮度且並非與LED之亮度一樣顯著，然而，即使白熾燈之有效「開啟事件」已被遺漏，亮度之改變仍引起注意。
與白熾燈泡相反，LED轉向指示器信號燈在微秒內開啟與關閉。若LED開啟/關閉事件已被遺漏，則LED亮度對於眼睛而言係靜止的。LED在被直視時係明亮且清晰可見的，然而，LED在出現於一駕駛者
之眼睛周邊時可能無法引起足夠注意。為增加一LED開啟(例如，轉向信號)更像一白熾燈之顯見性，可提供一漸增明亮發光強度(流明)輸出至一LED行駛燈。該LED行駛燈將在時間Trise內增加其發光強度，直至達到其最大亮度為止，該最大亮度可被維持一特定時間Ton。以此方式，一LED行駛燈可更近地匹配一白熾燈之顯見性。因此，一LED行駛燈轉向信號組合白熾燈與LED技術二者之優點以藉由更容易地被另一汽車中之一駕駛者注意而獲得最大安全。
參考圖2，描繪根據先前技術之用於行駛燈之一並聯組態LED陣列的一示意圖。圖2展示用在一習知行駛燈系統中之一並聯LED陣列，其通常由數字200表示。一電源耦合至每一LED 202之陽極，且電晶體開關204耦合在LED 202陰極與共同電力供應器(例如，接地)之間。電晶體開關204亦提供通過每一各自連接LED 202之電流限制。VREF設定通過每一LED 202之電流量。旁路輸入/輸出(I/O)控制區塊206選擇性地啟用與停用電晶體開關204之每一者。當一電晶體開關204被啟用時，其將允許各自連接LED 202之陰極以藉由VREF所判定之一固定電流值耦合至共同電力供應器。當一電晶體開關204被停用時，無電流可出現通過LED 202，此有效關閉連接至其之LED 202(無來自其之光)。
此並聯LED陣列200配置之優點係用作一電壓源之一簡單驅動器拓撲(僅降壓轉換器)及實施多個光型樣之一非常靈活的方式。挑戰係高數目之控制線要求微處理器置放在LED板上(未展示)或更高數目之線與大連接器。此外，歸因於LED 202之並聯組態，存在針對每一LED 202之挑戰性電流控制與單個控制分級以及電力供應線上之高電流的處置。LED轉向信號行駛燈通常將一控制線用於包括行駛燈轉向信號之LED 202之各者。因此，並聯受控行駛LED轉向信號要求至其之複數個控制連接增加總成複雜性與製造成本。
參考圖3，描繪根據先前技術之用於行駛燈之一串聯組態LED陣列的一示意圖。圖3展示具有LED 302之簡單控制及平衡通過其之電流之優點的一習知行駛燈系統。此串聯組態LED行駛燈陣列(通常藉由數字300表示)與普通類比電流源306一起工作，且具有使用一3線介面之適應性時序及LED診斷的可能性。然而，此串聯連接LED行駛燈陣列300要求來自一電壓斜升產生器308之一高控制電壓VRAMP必須隨著作用LED 302之數目增加而增加起動電壓值。電流源306之輸出電壓無法被用作一偏壓參考，此係因為其起動電壓起初將為低且最後當所有LED被點亮時為高，而控制信號源308之輸出起動時將為高且當跨串之掃掠已完成時為低。因此，一第二降壓/升壓轉換器必須被用作電壓斜升產生器308，其可為一設計挑戰且增加成本及複雜性。
串聯連接LED行駛燈陣列300如下操作：當控制電壓308 VRAMP最大時，閉合控制機構304之所有開關且繞過所有LED 302。控制機構304中之控制開關各自具有將閉合其之一不同電壓。最左側控制開關將具有最高閉合電壓且最右側控制開關將具有最低閉合電壓。當控制電壓低於控制開關之閉合電壓時，該控制開關將斷開，藉此使旁路二極體及其與LED 302之並聯連接切斷連接。當旁路二極體與LED 302並聯連接時(控制開關閉合)，電流將流過旁路二極體而非LED 302，此係因為控制機構304中之旁路二極體經選擇以具有比LED 302更低的一導通電壓Vforward。由於LED旁路輔助電路之各者要求不同的電壓位準用於斷開及閉合旁路，故LED區塊之各者必須根據其在串內之位置而單個組態，其增加設計與生產複雜性。
參考圖4，描繪根據本發明之特定實例實施例之用於行駛燈之一串聯/並聯組態LED陣列的一示意圖。圖4展示提供最佳化自驅動行駛燈及其控制之一串聯/並聯LED陣列的一方塊圖。此電路之優點係：僅要求一可控電壓源406。僅要求一靜態、低電壓參考信號408 VREF
用於設定通過LED 402之電流。每一LED區塊由具有同樣組件之一同樣輔助電路組成，藉此每一區塊在整個串內之相對位置變得不相關。此系統提供獨立、可調整電流控制、適應性時序、易於實施診斷及僅一可控電壓源406。可使用包含診斷之一簡單3線介面。元件符號410表示電流槽電壓且將詳述如下。
參考圖5，描繪根據本發明之特定實例實施例之一單一LED區塊單元之一示意圖。圖5展示一單一可控LED區塊單元之一示意圖細節，其通常藉由數字500表示且用於圖4之電路配置中的複數個LED區塊單元500。該LED區塊單元500可包括與每一LED 402相關聯之一自驅動電子電路。LED 402表示至少一或多個串聯連接LED之一LED總成。自驅動電子電路可包括一齊納二極體508、N通道型閘極驅動電晶體514、N通道型旁路電晶體504、LED旁路電阻器506、電流限制電阻器510與電流限制電阻器512及濾波電容器515。不同的電壓與電力位準可要求不同的組件值或額外的濾波電容器。在一未供電狀態中，齊納二極體508將既不被反向偏壓亦未導通，因此電路內之所有剩餘電壓將為浮動的。當電壓源406開始從零上升時，一電壓VGATE將開始通過旁路電阻器506而積累在電晶體504之閘極/基極處。當電晶體504之閘極/基極臨限電壓被超出時，電晶體將開始導通、允許電流通過LED 402至電流槽600之輸入端上並藉此同時繞過下游LED 402。一旦至電路之輸入電壓VIN超出LED 402之正向電壓VFWD_LED及跨電流槽600之壓降VSINK，LED即將開始導通且發射光。電晶體504之最小可用閘極/基極臨限電壓將藉由所使用LED類型之正向電壓VFWD_LED進行判定且可改變。因此，開關之類型可為具有或不具有邏輯位準閘極電壓臨限值之一雙極接面電晶體(BJT)或一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。
一旦超出齊納二極體之擊穿電壓VZENER，其即將開始逆著共同電
力供應器(例如，接地)導通，且電流將流動通過電流限制電阻器512。為正確起作用，齊納二極體之最小擊穿電壓係VZENER>VFWD_LED+VSINK。因此，跨電阻器512之電壓將開始積累在電晶體514之基極(VBE)處，直至超出其基極射極電壓為止，且閘極驅動電晶體514將拉低旁路電晶體504之閘極而開始導通。電阻器510將隨著電壓持續增加而限制基極電流。當閘極驅動電晶體514完全導通時，旁路電晶體504之閘極/基極將被拉至共同電力供應器(例如，接地)，且該電晶體504將關閉。此時，電路之輸出電壓VIN*(LED 402a之陰極側)將被施加至接續LED區塊b，其中VIN*=VIN-VFWD_LED。接著，穩定漸增電力供應器電壓406將通過旁路電阻器506b而閉合下一旁路電晶體504b，現在將兩個LED(402a與402b)連接至電流源600，直至二者皆以一串組態完全導通為止，而其餘下游LED 402則仍被繞過。當區塊a之輸出電壓VIN*超出其中齊納二極體508b之擊穿電壓VZENER時，閘極驅動電晶體514b將使旁路電晶體504b之閘極耦合至接地，且LED區塊b之VIN*將被施加至LED區塊c。
此對於其餘下游LED 402持續，直至達到一電壓控制基(圖11)為止，其中所有閘極驅動開關514被閉合、控制電路404中之所有旁路開關504被斷開，且所有串聯連接LED 402正以一串組態將電流傳導至電流槽600。因此藉由調高來自電壓源406之電壓，LED 402可被循序點亮，且來自其之流明亮度相應地增加。
參考圖6，描繪根據本發明之特定實例實施例之一線性電流槽之一示意圖。如圖6中所展示，可藉由將LED區塊單元500之作用(導通-點亮)串部分的輸出端VOUT連接至一線性電流調節器(通常由數字600表示)來將串聯連接LED 402正向電流控制至一所要電流值。線性電流調節器600可受控於一參考輸入408(VREF)且經由與電晶體616之射極耦合的電阻器622提供一LED正向電流回饋信號ILED，其中該電流回饋
信號ILED可用來實施閉合環路電流調節控制。線性電流槽600可包含與電晶體616之基極耦合且接收參考電壓408之電阻器618，閘極可經由電容器624耦合至接地。電晶體616之射極經由電阻器620耦合至接地。
閉合環路電流調整對於支援LED分色而言係必要的。在生產期間，LED將在色彩、通量與正向電壓方面不同，且這對於來自相同批次之產品而言亦為正確的。差異係明顯的，且因此LED被量測並遞送至稱為BIN(亮度指數編號)之子集或群組中的市場，且此分離LED之程序被稱為分色。故一特定分色格(bin)可含有發射一定波長範圍、一定通量值範圍及亦正向電壓之範圍內之光的LED，其中該正向電壓可被安全地施加至LED。例如，一分色格可僅含有具有587至584.5奈米範圍中之最大-最小主波長的LED(例如，2.5奈米之範圍，藉此保證色彩一致性)，及發射6.3至8.2流明範圍中之通量的LED(藉此確保分色格中之LED具有類似亮度)。
線性電流調節器600亦可藉由僅對恆定電流調節而自動補償跨LED 402之全部操作溫度範圍之正向電壓的改變。不必在操作期間修改輸入電壓斜升。應注意，為簡化一自驅動LED總成之控制介面，根據一些實施例，線性電流調節器600可被挪開以供電壓驅動器模組使用，用於節省至多兩條線及關聯連接器空間。當要求分色與詳細診斷時，這將幫助節省製造LED行駛燈總成的成本。
參考圖7與圖8，描繪根據本發明之特定實例實施例之一分色電路之一示意圖。如圖7中所展示，在許多LED驅動器中，用於分色之一電路對根據跨LED資料規格表單中所給出之所有分色類別的電流額定來正確地調整LED的總亮度而言係必要的。圖8根據本發明之教示與一特定實例實施例重複圖7之示意圖及針對複數個不同批次LED之光通量之一曲線圖與圖表。
對應於所使用LED批次之經選擇分色電阻器724可由LED行駛燈驅動器讀取，該驅動器可接著將LED 402正向電流調整至一所要總光輸出(亮度)。基於針對相對光通量之圖表，一閉合環路電流調整可用來自動適應特定LED類型。LED電流調整相對亮度高度取決於應用，且當LED類型被中斷或出於其他原因必須被替換時可在生產期間改變。
通常運用特別經選擇電阻器值來編碼所使用LED類型之分色類別。量測此電阻之最普通方法之一者係在分色電阻器(bin resistor)連接至接地時，在某一已知供應電壓與該分色電阻器之間放置一已知參考電阻器。此總成形成一分壓器(圖7)。分壓可使用一類比轉數位轉換器進行讀取且微控制器可接著參考相對於ADC讀數的正向電流之已知值。類比恆定電流控制電路可根據LED資料規格表單直接使用分色電阻器來調整至恆定電流控制電路之參考信號，從而調整LED正向電流。
由於輔助控制電路500僅可執行一相對簡單、自驅動開啟/關斷功能，故LED串之作用部分之LED正向電流的有效電流調節純粹藉由電流槽600執行。該電流槽可由一電晶體組成，該電晶體藉由比較跨分路電阻器620積累之回饋電壓與參考電壓408而被用作一線性調節器。可藉由一反相誤差放大器(運算放大器)來閉合控制環路、一積體線性調節器電路或藉由使用一微控制器之一類比轉數位轉換器及數位轉類比轉換器來達成電流調節。當不存在流動通過過電流槽600的電流且因此電流誤差將為最大時，可要求使用一微控制器來解決設計挑戰。使用併入一反相誤差放大器之一純粹類比回饋環路將導致起動期間之大的電流過調量(current overshoot)，此係因為運算放大器將使其輸出電壓增加至其最大值(未展示)。此等電流過調量可導致LED之有限壽命以及閃爍或色溫失真。允許運用整個電路之開啟/關閉事件來同步
開啟/關閉誤差放大器之一完全數位回饋環路或數位受控類比回饋環路將防止此等過調量且確保可靠操作、LED之最大壽命及單元之最穩定光輸出。
許多其他電路設計與組件值可被置換並用於圖5至圖7中所展示之電路係預期的且在本發明之範疇內，且電子電路設計與本發明之優點之一般技術者可容易地設計此等電路。例如，電晶體504及/或電晶體514可為具有其正確操作所必需之適當電阻器值與電路配置的場效應電晶體(FET)及/或雙極接面電晶體(BJT)。
參考圖9，描繪根據本發明之特定實例實施例之針對行駛燈應用所配置之複數個LED區塊單元與關聯電流槽的一示意圖。圖9展示圖4中所展示實施例之一更詳細的電路圖。根據一實施例，電流槽600可被放置在LED板總成(未展示)上，但在替代例中，若需簡化LED板介面(例如，減少至其之連接/線之數目)，則可被移動至LED驅動器(未展示)。展示十六個LED區塊單元500，但可根據本發明之特定實施例使用更多或更少LED區塊單元500係所要的且在本發明之範疇內。
參考圖10，描繪根據本發明之特定實例實施例之可用來指示每一功能性LED之一開啟事件的一電流槽之正向電壓的一示意曲線圖。圖10中所展示鋸齒波形之每一垂直邊緣表示一LED之開啟。出於診斷目的，可計數此等垂直邊緣。針對適應性時序調整，此等垂直邊緣亦可被用作具有一時序環路之間隔觸發。使用邊緣偵測，兩個連續LED 402之間之切換間隔△tedge可經量測並調節以達成一適當開啟時間，從而建立符合在圖1中所展示此操作之示意時序圖中標注為「行駛LED亮度」的全部時序要求之一持續掃掠。可藉由較快或較慢地增加輸入電壓VIN 406來達成開啟事件(垂直邊緣)之間的時序調整。特定言之針對汽車轉向信號，VIN斜升時序必須可調整至至少1至2赫茲之信號頻率及30%與80%之間的開啟時間(圖1)。
參考圖11，描繪根據本發明之教示與特定實例實施例之針對如圖5與圖8中所展示之一十六個LED區塊串之電壓及電流波形的示意曲線圖。為較好的視覺清晰度，展示LED電流1136、輸入電流1134、輸入電壓1132及電流槽電壓1030連同其等基線偏移。電壓斜升1132以一快速軟起動斜升開始直至第一LED之開啟臨限值。從這點上，斜升可以一恆定dVIN/dt比增加，但亦將允許任何其他斜升形式建立任何類型之掃掠時序特徵，其包含從零至最大輸入電壓VIN之脈衝步進(共同靜態閃光信號或恆定開啟狀態)或非線性增量或減量。根據本發明之教示與特定實例實施例，運用漸增中之輸入電壓VIN 406，LED 402之上游部分將循序點亮。每次LED區塊500之一者斷開其旁路開關504，正向電壓依一個LED正向電壓VFWD_LED下降，此建立最終導致圖10中所展示全鋸齒波形之一垂直邊緣。在最後LED已開啟之後，輸入電壓VIN可被進一步增加至高於所有LED 402正向電壓VFWD_LED與電流槽600正向電壓VSINK之加總的總正向電壓位準。可要求此斜升電壓輔助操作以補償關於溫度、電流額定與不同LED類型之總正向電壓中之變動。如圖11中所展示，此最終電壓位準VCPED(控制基)可進一步用於增強的診斷。在整個掃掠期間，LED正向電流1136保持恆定，此係因為其將藉由電流槽600持續地調整。輸入電流1134可在掃掠時序內恆定或些微上升，此係因為驅動器電路500內之內部漏電流可能合計。
參考圖12，描繪根據本發明之教示與特定實例實施例之用於如圖5與圖8中所展示之十六個LED區塊串之診斷之波形的示意曲線圖。每一邊緣1252指示LED 402之一者之一開啟事件。出於診斷目的，可計數此等邊緣。針對適應性時序調整，此等邊緣亦可被用作用於時序控制環路之間隔觸發器。LED故障可在三個位準上進行偵測：缺失邊緣1252指示行駛燈串中之一或多個LED被短接。來自控制基VCPED(見圖10)之一電壓偏移位準1254指示行駛燈串中之至少一或多個LED被
短接。一壞的LED 402(開路條件)將防止自驅動電路正確運行。由於至電流槽600上之導通路徑被中斷，故一斷開LED 402將引起跨LED 402串之掃掠停止，其將藉由回饋信號1030立即下降至零來指示。一短接LED 402將使其LED區塊500之輸入電壓VIN短接至接續LED區塊500，繞過其附接LED控制區塊500。代替短接LED 402n，接續LED 402n+1將開啟。短接LED 402之正向電壓通常接近零。故跨LED 402與電流槽600之總正向電壓減少達一個LED正向電壓VFWD_LED。此缺失正向電壓分量將加至控制基VCPED且將作為預期電壓位準VCPED之一偏移而變得可見。此電壓偏移將取決於短接LED之數目而處於零(無故障)與至多LED 402正向電壓之倍數n×VFWD_LED之間。為正確偵測偏移，控制基VCPED必須已知且未受到溫度或組件相依之影響所影響。因此，最終輸入電壓VIN應高於總正向電壓VFWD_LED+VSINK。因此，驅動器甚至能夠在一完全短路或開路條件出現之前偵測LED缺陷且損壞的LED可仍在發射光。在此階段期間，具有經減少正向電壓VFWD_LED之LED 402亦將在回饋信號1030鋸齒峰值1250上產生一些偏移。針對增強的診斷，此峰值偏移1250可用來將損壞的LED 402定位在總串內。
參考圖13，描繪根據本發明之特定實例實施例之一微控制器1360、可控可變輸出電壓切換模式電力供應器1362及圖5至圖7中所展示LED行駛燈模組500、600與724之一示意系統方塊圖，該電力供應器1362允許產生從0伏至控制基VCPED之所要位準之一範圍中的一自由可程式化、受控輸出電壓。一微控制器1360可控制一切換模式電力供應器(SMPS)1362以運用或不運用邊緣對邊緣時序控制來產生一直流(DC)斜升電壓，從而按順序在LED區塊單元500上而。該微控制器1360亦可提供通過LED 402之電流控制及其狀態與故障偵測。亦可藉由調整/調變一類比回饋環路之一誤差放大器之參考或程式化所要值
至一切換模式電力供應器的一數位補償器中(例如，經由程式軟體)來控制輸出電壓。
參考圖14，描繪根據本發明之一特定實例實施例之一LED行駛信號燈之一示意正視圖。圖14展示一可行的外殼形狀及其中複數個LED區塊單元500之放置。LED之循序開啟可為從左至右，或從右至左，同時仍在操作模式上保持恆定，其可操作於PWM調暗模式中。LED區塊單元500可連同圖5至圖7中所展示之其它電子組件一起安裝在一硬或軟的印刷電路板(未展示)上，或可被安裝在分開但串列互連印刷電路板上。除跨LED區塊單元500之循序掃掠之外，亦可藉由增加或減少LED 402之正向電流來調整總發射亮度。在特定應用(諸如汽車尾燈)中，可藉由組合掃掠控制與可變正向電流(例如，尾燈(低電流、靜態開啟)、刹車燈(高電流、靜態開啟)與轉向信號(中等強度電流、掃掠)之組合)合併多個燈功能。或者，刹車燈與尾燈之間之亮度調整可藉由施加PWM調暗執行，同時電路以最大輸入電壓操作。
參考圖15，描繪根據本發明之另一特定實例實施例之一LED行駛信號燈之一示意正視圖。圖15展示一可行的外殼形狀及其中複數個LED區塊單元500之放置。LED可位在一光學擴散透鏡1580後，其將開啟LED之漸增強度光外觀整合為一視覺影像。LED區塊單元500可連同圖5至圖7中所展示之其他電子組件一起安裝在一印刷電路板(未展示)上。
402a‧‧‧發光二極體(LED)
402b‧‧‧發光二極體(LED)
402c‧‧‧發光二極體(LED)
402d‧‧‧發光二極體(LED)
402e‧‧‧發光二極體(LED)
404a‧‧‧控制電路
404b‧‧‧控制電路
404c‧‧‧控制電路
404d‧‧‧控制電路
404e‧‧‧控制電路
406‧‧‧電壓源/電力供應器電壓/輸入電壓VIN
408‧‧‧靜態低電壓參考信號
500‧‧‧發光二極體(LED)區塊單元
600‧‧‧電流槽/線性電流調節器
Claims (22)
- 一種發光二極體(LED)行駛燈，其包括：複數個串聯耦合LED區塊單元；該複數個LED區塊單元之各者包括：一LED；及一旁路電路，其經耦合於該LED之一陰極與一電流槽之間，其中當該LED之一陽極處之一電壓大於一特定電壓值時，該旁路電路將該LED之該陰極與該電流槽解除耦合。
- 如請求項1之LED行駛燈，其中一第一LED之一陽極經連接至一電壓源，且該複數個串聯耦合LED區塊單元之最後一LED之一陰極經連接至該電流槽。
- 如請求項1之LED行駛燈，其中該電流槽係具有一電壓參考輸入以判定一灌電流之一可調整電流槽。
- 如請求項1之LED行駛燈，其中藉由一齊納二極體擊穿電壓來判定該特定電壓值。
- 如請求項1之LED行駛燈，其中該旁路電路包括：一第一電晶體，其經耦合於該LED之該陰極與該電流槽之間；一齊納二極體，其經耦合於該LED之該陽極與一第一電阻器之一末端之間，該第一電阻器之另一末端經耦合至一共同電力供應器；及一第二電晶體，其具有經耦合至該齊納二極體與該第一電阻器之一接面之一輸入端，及經耦合至該第一電晶體之一輸入端之一輸出端，其中跨該第一電阻器之一電壓而開啟該第二電晶體，其接著關閉該第一電晶體，藉此將該LED之該陰極與該電流槽解除耦合。
- 如請求項5之LED行駛燈，其中該第一電晶體與該第二電晶體係選自由雙極接面電晶體(BJT)與場效應電晶體(FET)組成之群組。
- 如請求項1之LED行駛燈，其中該電流槽係一恆定電流槽。
- 如請求項1之LED行駛燈，進一步包括一分色電路，該分色電路經組態以提供一值至該電流槽，以產生該複數個LED區塊單元之各者中之該等LED之一特定總亮度。
- 如請求項1之LED行駛燈，進一步包括一可控輸出電壓源，該電壓源具有經耦合至該複數個串聯耦合LED區塊單元之一輸出電壓。
- 如請求項9之LED行駛燈，其中藉由改變至該可控輸出電壓源中之一類比回饋環路之一誤差放大器之一參考電壓來調整來自該可控輸出電壓源之該輸出電壓。
- 如請求項9之LED行駛燈，其中藉由程式化所要值至用於該可控輸出電壓源之一切換模式電力供應器之一數位補償器中來調整來自該可控輸出電壓源之該輸出電壓。
- 如請求項9之LED行駛燈，進一步包括：一微控制器，其經耦合至該電流槽與該可控輸出電壓源，其中該微控制器控制來自該可控輸出電壓源之該輸出電壓，提供該電壓參考輸入至該電流槽，且量測來自該電流槽之LED電流。
- 如請求項1之LED行駛燈，其中該電流槽包括一電晶體，其中一參考電壓控制通過該電晶體之電流。
- 如請求項13之LED行駛燈，其中該電晶體係選自由一雙極接面電晶體(BJT)與一場效應電晶體(FET)組成之該群組。
- 一種車輛，其包括如請求項1之至少兩個LED區塊單元，其中該 LED行駛燈提供一轉向信號指示器。
- 如請求項15之車輛，其中該轉向信號指示器包括複數個線性配置LED燈條。
- 如請求項15之車輛，其中該轉向信號指示器包括一光學擴散透鏡後之複數個LED。
- 一種用於循序控制一發光二極體(LED)行駛燈之方法，該方法包括下列步驟：串聯地耦合複數個LED區塊單元；將一可調整電壓施加至該複數個LED區塊單元之一第一者之一第一節點；及當該可調整電壓超出特定各自電壓值時，將各自LED區塊單元中之LED之第二節點與一電流槽解除耦合。
- 如請求項18之方法，進一步包括下列步驟：偵測來自經連接至該複數個LED區塊單元之該電流槽之一波形的負轉變邊緣；及將該等所偵測負轉變邊緣用於一時序控制環路之一間隔觸發。
- 一種用於診斷一發光二極體(LED)行駛燈中之問題之方法，該方法包括下列步驟：計數來自經連接至複數個串聯耦合LED之一電流槽之一波形的許多負轉變邊緣；及比較負轉變邊緣之數目與一預期數目，其中若該計數數目等於該預期數目，則所有LED係操作中，且若該計數數目小於該預期數目，則至少一LED被短接。
- 如請求項20之方法，進一步包括量測來自一故障狀態信號波形之一控制基之一控制回饋波形之一電壓偏移位準以判定許多非 工作LED的步驟。
- 如請求項21之方法，進一步包括量測來自一故障狀態信號波形之一控制回饋波形之一斜升偏移位準以判定一非工作LED之一位置的步驟。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US201462043221P | 2014-08-28 | 2014-08-28 | |
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| TW201618600A true TW201618600A (zh) | 2016-05-16 |
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