TW201834506A

TW201834506A - 發光二極體驅動裝置及其信號調整模組

Info

Publication number: TW201834506A
Application number: TW106108051A
Authority: TW
Inventors: 彭文琦
Original assignee: 矽誠科技股份有限公司
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2018-09-16
Also published as: TWI611727B

Abstract

一種信號調整模組，應用於一發光二極體驅動裝置中並包含ㄧ輸入端點、ㄧ輸出端點、一開關控制單元及一開關；開關控制單元電連接於輸入端點並接收一發光控制信號，開關電連接於輸入端點、輸出端點及開關控制單元。開關控制單元於發光控制信號的位準達到一第一臨界位準時驅使開關導通，並於發光控制信號的位準達到一第二臨界位準時驅使開關截止，以降低該發光控制信號由上限位準轉換至下限位準之一信號轉換時間。

Description

發光二極體驅動裝置及其信號調整模組

本創作是關於驅動裝置其信號調整模組，且特別是有關於用以驅動發光二極體燈串產生光色變化之驅動裝置及其信號調整模組。

發光二極體(light emitting diode；簡稱LED)為一種半導體元件，主要透過半導體化合物將電能轉換為光能以達到發光效果，因此具有壽命長、穩定性高及低耗電量等優點，而廣泛地應用於室內外照明、裝飾照明及廣告照明。

一般來說，以發光二極體作為光源的燈具(以下簡稱發光二極體燈具)可包含一驅動電路及至少一發光二極體燈串，驅動電路電連接於發光二極體燈串，並提供包含高電壓及低電壓的驅動信號來驅動發光二極體燈串；發光二極體燈串包含串聯連接的複數發光二極體。在發光二極體燈串中，串接的發光二極體愈多，用以連接發光二極體的連接線越粗及長，這使得發光二極體燈串的寄生容抗增加，增加了錯誤解讀發光信號信號的機會；若要有效地避免發光二極體燈串錯誤解讀發光控制信號，就必須放慢發光控制信號在高電壓及低電壓轉換的速度(即延長發光控制信號的在高電壓或低電壓的寬度)；然如此卻導致發光二極體燈串能夠推動的燈數較少或是光色變化速度變慢，也因而增加了成本。

本創作的目的在於解決發光二極體驅動裝置的發光控制信號無法很快轉換的問題。

本發明之一目的在於提供一種信號調整模組，其應用於一發光二極體驅動裝置中，用以調整一發光控制信號之一信號轉換時間；信號調整模組包含ㄧ輸入端點、ㄧ輸出端點、一開關控制單元及一開關。開關控制單元電連接於輸入端點並接收發光控制信號；其中發光控制信號為具有一上限位準及一下限位準之一脈衝寬度調變信號。開關電連接於輸入端點及輸出端點之間並電連接於該開關控制單元；開關控制單元於發光控制信號的位準達到一第一臨界位準時驅使開關導通，並於發光控制信號的位準達到一第二臨界位準時驅使開關截止，以降低發光控制信號由該上限位準轉換至該下限位準之一信號轉換時間，第一臨界位準大於第二臨界位準。

本發明另提供一種發光二極體驅動裝置，其接收一發光控制信號以控制複數發光二極體燈串的光色變化，發光控制信號為具有一上限位準及一下限位準之一脈衝寬度調變信號；發光二極體驅動裝置包含前段所述的信號調整模組、穩壓器及驅動模組；穩壓器電連接於輸入端點及輸出端點之間，驅動模組電連接於信號調整模組及發光二極體燈串。

透過前述技術方案，可以有效地縮減發光控制信號由上限位準轉換至下限位準的信號轉換時間，進而可加快發光控制信號在高電壓及低電壓轉換的速度。

請參見圖1，其繪示依照本創作第一實施方式之發光二極體燈具之電路方塊圖。發光二極體燈具1電連接於一交流電源VAC，並包含一電源轉換電路10、一控制電路12及複數發光系統14；每個發光系統14包含至少一發光二極體燈串16及一發光二極體驅動裝置18。使用者可透過電腦3將用以控制發光系統14之控制資料輸入控制電路12，來控制發光系統14的光色變化。

電源轉換電路10電連接於交流電源VAC，其接收交流電源VAC並將其轉換成一直流電源；直流電源供給控制電路12及發光系統14。控制電路12可將電腦3提供的控制資料轉換為一發光控制信號，以利傳送；其中，發光控制信號為一脈波寬度調變信號，且直流電源及發光控制信號透過相同的傳輸線傳送至發光系統14。

請參見圖2，其繪示依照本創作第一實施方式之發光二極體驅動裝置之電路方塊圖。在圖2中，發光二極體驅動裝置18具有輸入端點IN及輸出端點OUT；輸入端點IN為可接收來自於前級電路之直流電源及發光控制信號之端點，輸出端點OUT為輸出直流電源及發光控制信號之端點。更具體言之，對圖1所示的第一個發光系統14來說(即連接於控制電路的發光系統14)，輸入端點IN可接收來自於控制電路12之直流電源及發光控制信號；對於第二個發光系統14來說，輸入端點IN可接收來自前一個發光系統14之直流電源及發光控制信號，以此類推。輸出端點OUT表示傳送電力及發光控制信號至下一個發光系統14之端點。

請再次參見圖2；發光二極體驅動裝置18包含一穩壓器180、一信號調整模組181、一驅動模組189及一振盪器190。輸入端點IN通過穩壓器180電連接至輸出端點OUT。直流電源由輸入端點IN傳遞至穩壓器180，穩壓器180據此以提供發光二極體驅動裝置18中各模組及構件一直流電壓。

信號調整模組181包含一定電壓產生器182、一位準比較單元184、一開關驅動單元186及一開關188；其中，定電壓產生器182、位準比較單元184及開關驅動單元186還配合形成一開關控制單元(未另標號)以控制開關188的狀態(即閉合或開啟)。定電壓產生器182電連接於穩壓器180；定電壓產生器182接收穩壓器180提供的直流電壓並產生一第一臨界電壓VH及一第二臨界電壓VL；其中，第一臨界電壓VH的位準(以下稱第一臨界位準)高於第二臨界電壓VL的位準(以下稱第二臨界位準)。

位準比較單元184電連接於輸入端點IN、穩壓器180及定電壓產生器182，位準比較單元184將發光控制信號與第一臨界電壓VH、第二臨界電壓VL進行比較，並於發光控制信號的位準達到第一臨界位準時產生一第一信號，於發光控制信號的位準達到第二臨界位準時產生一第二信號。

請參見圖3，其繪示依照本創作第一實施方式之位準比較單元的電路圖。為了方便說明，圖3中同時繪示出輸入端點IN、定電壓產生器182、開關驅動單元186及開關188。位準比較單元184包含一第一電阻器R1、一第二電阻器R2、一第一運算放大器OP1及一第二運算放大器OP2；第一運算放大器OP1及第二運算放大器OP2的反向輸入端除了通過一第一電阻器R1電連接至輸入端IN以接收發光控制信號之外，還通過第二電阻器R2電連接至地端；第一運算放大器OP1及第二運算放大器OP2的輸出端皆連接至開關驅動單元186，開關驅動單元186電連接於開關188。第一運算放大器OP1的非反向輸入端電連接於定電壓產生器182，以接收定電壓產生器182輸出之第一臨界電壓VH；第二運算放大器OP2的非反向輸入端電連接於定電壓產生器182，以接收定電壓產生器182輸出的第二臨界電壓VL。開關188為一n通道電晶體開關。

請參見圖4A，其繪示一發光控制信號之波形圖。由圖4A可知，發光控制信號為具有一上限位準及一下限位準的脈衝寬度調變信號；在單一週期中，脈衝寬度調變信號始於上限位準轉換為下限位準的時序，終於下限位準轉換為上限位準的時序。此外，在圖4A中，發光控制信號的下限位準非為零位準。在過去，當發光二極體燈串16具有大量串接的發光二極體時，發光二極體的容抗會延長發光控制信號由上限位準轉換至下限位準的時間；為了解決前述問題，本創作於輸入端點IN及輸出端點OUT之間加入開關控制單元及開關188，且開關控制單元在發光控制信號界於第一臨界位準及第二臨界位準之間時，驅使開關188導通，以增加發光控制信號的位準的下降速度(即使發光控置信號快速放電)，藉此有效地降低發光控制信號由上限位準轉換至下限位準的信號轉換時間。

更具體言之，圖3所繪示的第一運算放大器OP1比較發光控制信號的位準及第一臨界位準，並於發光控制信號的位準達到第一臨界位準時產生一第一信號VHP，如圖4A中t1點所示；開關驅動單元186接收第一信號VHP並產生呈高位準的開關驅動信號DCH來驅使開關188導通；如此一來，發光控制信號的位準會快速地降低。

第二運算放大器OP1比較發光控制信號的位準及第二臨界位準，並於發光控制信號的位準達到第二臨界位準時產生一第二信號VLP，如圖4A中t2點所示。開關驅動單元186接收第二信號VLP並產生呈低位準的開關驅動信號DCH(如圖4A時間點t2所示)以驅使開關188截止，停止發光控制信號快速放電，進而節省耗電。

總言之，在圖4A所示t1~t2之間，由輸入端點IN進入發光二極體驅動裝置18的發光控制信號的位準因開關188導通而快速地降低(如圖4B所示)，可有效地縮減發光控制信號由上限位準轉換為下限位準的信號轉換時間；如此一來，也可以縮減發光控制信號在上限位準及下限位轉間的轉換速度。

復參閱圖2；驅動模組189電連接於信號調整模組181及振盪器190，接收信號調整模組181輸出的發光控制信號，並據此以驅使連接於輸出端點R、G、B之發光二極體燈串16產生光色變化；振盪器190更電連接於穩壓器180及開關驅動單元186。

請參見圖5，其繪示依照本創作第二實施方式之發光二極體驅動裝置之電路方塊圖。發光二極體驅動裝置18包含一穩壓器180、一信號調整模組181、一驅動模組189及一振盪器190；信號調整模組181包含一電壓減法器183、複數緩衝器1840和1842、一開關驅動單元186及一開關188。電壓減法器183電連接於輸入端點IN及穩壓器180；電壓減法器183接收發光控制信號及穩壓器180提供之一直流電壓，並產生一第一臨界電壓VH及一第二臨界電壓VL。緩衝器1840和1842設置在電壓減法器183及開關驅動單元186之間，並電連接在電壓減法器183及開關驅動單元186，以個別地將第一臨界電壓VH及第二臨界電壓VL傳遞至開關驅動單元186。

電壓減法器183可於發光控制信號的位準達到第一臨界電壓VH的位準時輸出如圖4A所示的第一信號VHP予開關驅動單元186，使開關驅動單元186輸出高位準的開關驅動信號DCH來驅使開關188導通，使發光控制信號加快放電。之後，當發光控制信號的位準達到第二臨界電壓VL的位準時，電壓減法器185可輸出如圖4A所示的第二信號VLP予開關驅動單元186，以讓開關驅動單元186輸出低位準的開關驅動信號DCH來讓開關188截止，以停止讓發光控制信號加快放電，達到省電的效果；其中第一臨界電壓VH的位準大於第二臨界電壓VL的位準。藉此，可以有效地縮減發光控制信號由上限位準轉換為下限位準的信號轉換時間。

圖5所繪示的穩壓器180、驅動模組189及振盪器190的功能及連接方式皆與圖2相同，在此不予墜述；圖5所繪示的發光二極體驅動裝置18至少可以達到如圖2所示之發光二極體驅動裝置18相同的功能。

請參見圖6，其繪示依照本創作第三實施方式之發光二極體驅動裝置之電路方塊圖。在圖6中，發光二極體驅動裝置18包含一輸入端點IN、一輸出端點OUT、一穩壓器180、一信號調整模組181、一驅動模組189及振盪器190。輸入端點IN通過一二極體D及穩壓器180電連接至輸出端點OUT。一電容器C的一端通過二極體D電連接於輸入端點IN，另一端連接於輸出端點OUT。二極體D的陽極連接於輸入端點IN，陰極連接於穩壓器180及電容器C。振盪器190連接於二極體D的陰極。

信號調整模組181包含一開關控制單元187及一開關188，開關188電連接於輸入端點IN、輸出端點OUT及開關控制單元187。開關控制單元187從輸入端點IN接收一發光控制信號，並進一步調整該發光控制信號的波形；發光控制信號為具有一上限位準及一下限位準之一脈衝寬度調變信號，發光控制信號之下限位準可如圖7A所示為零位準。

於發光控制信號的位準達到如圖7A所示之一第一臨界電壓VH的位準時，開關控制單元187輸出高位準的開關驅動信號DCH(如圖7A中t1點所示)來驅使開關188導通；之後，當發光控制信號的位準達到第二臨界電壓VL的位準時，開關控制單元187輸出低位準的開關驅動信號DCH(如圖7A中t2點所示)來讓開關188截止；其中，第一臨界電壓VH的位準大於第二臨界電壓VL的位準。藉此，可以有效地縮減發光控制信號由上限位準轉換為下限位準的信號轉換時間。圖6所繪示的穩壓器180、驅動模組189及振盪器190的功能及連接方式皆與圖2相同，在此不予墜述；圖6所繪示的發光二極體驅動裝置18至少可以達到如圖2所示之發光二極體驅動裝置18相同的功能。

雖然本創作已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧發光二極體燈具

10‧‧‧電源轉換電路

12‧‧‧控制電路

14‧‧‧發光系統

16‧‧‧發光二極體燈串

18‧‧‧發光二極體驅動裝置

180‧‧‧穩壓器

181‧‧‧信號調整模組

182‧‧‧定電壓產生器

183‧‧‧減法器

184‧‧‧位準比較單元

1840、1842‧‧‧緩衝器

186‧‧‧開關驅動單元

187‧‧‧開關控制單元

188‧‧‧開關

189‧‧‧驅動模組

190‧‧‧振盪器

3‧‧‧電腦

B、G、R‧‧‧輸出端點

C‧‧‧電容器

D‧‧‧二極體

DCH‧‧‧開關驅動信號

IN‧‧‧輸入端點

OP1‧‧‧第一運算放大器

OP2‧‧‧第二運算放大器

OUT‧‧‧輸出端點

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

VAC‧‧‧交流電源

VH‧‧‧第一臨界電壓

VHP‧‧‧第一信號

VLP‧‧‧第二信號

VL‧‧‧第二臨界電壓

圖1繪示依照本創作第一實施方式之發光二極體燈具之電路方塊圖；

圖2繪示依照本創作第一實施方式之發光二極體驅動裝置之電路方塊圖；

圖3繪示依照本創作第一實施方式之位準比較單元之電路圖；

圖4A繪示發光控制信號、第一信號、第二信號及開關驅動信號之波形圖；

圖4B繪示發光控制信號之波形圖；

圖5繪示依照本創作第二實施方式之發光二極體驅動裝置之電路方塊圖；

圖6繪示依照本創作第三實施方式之發光二極體驅動裝置之電路方塊圖；

圖7A繪示發光控制信號、第一信號、第二信號及開關驅動信號之波形圖；以及

圖7B繪示發光控制信號之波形圖。

Claims

一種信號調整模組，應用於一發光二極體驅動裝置中，該信號調整模組包含：ㄧ輸入端點；ㄧ輸出端點；一開關控制單元，電連接於該輸入端點並接收一發光控制信號，其中該發光控制信號為具有一上限位準及一下限位準之一脈衝寬度調變信號；一開關，電連接於該輸入端點、該輸出端點及該開關控制單元，其中，該開關控制單元於該發光控制信號的位準達到一第一臨界位準時驅使該開關導通，並於該發光控制信號的位準達到一第二臨界位準時驅使該開關截止，以降低該發光控制信號由該上限位準轉換至該下限位準之一信號轉換時間，該第一臨界位準大於該第二臨界位準。
如請求項第1項所述之信號調整模組，其中該開關控制單元更包含：一開關驅動單元，電連接於該開關；以及一電壓減法器，電連接於該開關驅動單元，並供產生該第一臨界位準及該第二臨界位準。
如請求項第2項所述之信號調整模組，其中該開關控制單元更包含複數緩衝器，分別連接於該電壓減法器及該開關驅動單元之間，以將該第一臨界位準及該第二臨界位準個別地傳遞至該開關驅動單元。
如請求項第1項所述之信號調整模組，其中該開關控制單元更包含：一開關驅動單元，電連接於該開關；一定電壓產生器，電連接於該輸入端點，並供產生該第一臨界位準及該第二臨界位準；以及一位準比較單元，電連接於該輸入端點及該定電壓產生器以接收該發光控制信號、該第一臨界位準及該第二臨界位準，該位準比較單元於該發光控制信號達到該第一臨界位準時輸出一第一信號予該開關驅動單元，並於該發光控制信號達到該第二臨界位準時輸出一第二信號予該開關驅動單元，其中，該開關驅動單元接收該第一信號並驅使該開關導通，該開關驅動單元接收該第二信號並驅使該開關截止。
如請求項第4項所述之信號調整模組，其中該位準比較單元包含：一第一電阻器，電連接於該輸入端點並接收該發光控制信號；一第二電阻器，與該第一電阻器串聯連接；一第一運算放大器，該第一運算放大器之一輸入端電連接於該定電壓產生器並接收該第一臨界電壓，另一輸出端電連接該第一電阻器及該第二電阻器之間；以及一第二運算放大器，該第二運算放大器之一輸入端電連接於該定電壓產生器並接收該第二臨界電壓，另一輸入端電連接於該第一電阻器及該第二電阻器之間，其中，該第一運算放大器之一輸出端連接於該開關驅動單元，並於該發光控制信號的位準達到該第一臨界電壓時輸出該第一信號，該第二運算放大器之一輸出端連接於該開關驅動單元，並於該發光控制信號的位準達該到第二臨界電壓時輸出該第二信號。
如請求項第1項所述之信號調整模組，其中該開關為n型電晶體開關。
一種發光二極體驅動裝置，接收一發光控制信號以控制複數發光二極體燈串的光色變化，該發光控制信號為具有一上限位準及一下限位準之一脈衝寬度調變信號，該發光二極體驅動裝置包含：一如請求項第1項至第6項中任一項所述之信號調整模組；一穩壓器，電連接於該輸入端點及該輸出端點之間；以及一驅動模組，電連接於該信號調整模組及該等發光二極體燈串。
如請求項第7項所述之發光二極體驅動裝置，更包含：一振盪器；一二極體，電連接於該輸入端點、該振盪器、該穩壓器及該驅動模組；以及一電容器，該輸入端點通過該電容器電連接於該輸出端點。