TW202042592A - 低耗電之載波控制發光二極體燈與具有該發光二極體燈之發光二極體燈串 - Google Patents

Abstract

一種低耗電之載波控制發光二極體燈，包含至少一發光二極體及驅動單元。驅動單元耦接發光二極體，接收載波發光信號控制發光二極體進行發光。驅動單元包含發光控制單元。發光控制單元根據載波發光信號之發光命令內容用以驅動發光二極體之發光行為。當該載波發光信號的電壓小於一低準位電壓，該發光控制單元進入一節能模式，且在一時間區間內，該發光控制單元進行信號偵測與辨識的操作；結束該時間區間後，該發光控制單元進入一休眠模式。

Description

低耗電之載波控制發光二極體燈與具有該發光二極體燈之發光二極體燈串

本發明係有關一種發光二極體燈與發光二極體燈串，尤指一種低耗電之載波控制發光二極體燈與具有該發光二極體燈之發光二極體燈串。

由於發光二極體(light-emitting diode, LED)具有發光效率高、低耗電量、壽命長、響應速度快、可靠度高…等的優點，因此，發光二極體已廣泛地以燈條(light bar)或燈串(light string)的串聯、並聯或串並聯的連接方式，應用於照明用燈具或裝飾用發光，例如聖誕樹燈飾、運動鞋發光特效…等。

以節慶燈飾為例，完整的發光二極體燈具基本上包含發光二極體燈串(具有複數個燈)與驅動該燈的驅動單元。驅動單元與該燈串電性連接，並且透過對該燈提供所需電力以及具有發光資料的控制信號，以點控的方式或者同步的方式控制，實現發光二極體燈具多樣化的燈光輸出效果與變化。

隨著技術的進步，具有發光資料的控制信號可透過載波的方式，將發光信號搭載於電力線上，可實現以相同的電路架構提供電力與資料傳輸的功能，以簡化佈線設計、縮小電路體積，且有利於控制線路的設計。

驅動單元主要提供具有高電壓準位與低電壓準位的發光控制信號對發光二極體燈串進行驅動。對燈串的驅動來說，通常該燈串包含所串聯的發光二極體燈數越多時，由於連接發光二極體的連接線越粗及長，使得發光二極體燈串的寄生容抗增加，使得系統對信號處理的速度不夠快，因而增加了誤判發光信號的可能性。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，然而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。

請參見圖1所示，其係為相關技術的發光二極體燈串之發光控制信號波形示意圖。圖1包含兩個發光控制信號波形，分別為第一波形Cv1與第二波形Cv2。另外，橫座標表示時間t，縱座標表示輸入電壓Vin，並且標示有低準位電壓Vlow與重置電壓Vreset，其中低準位電壓Vlow為辨識發光控制信號為低準位的電壓，重置電壓Vreset為重置發光二極體的電壓。以第二波形Cv2為例，其為發光控制信號自然放電的示意，因此其存在的問題為：當線路的寄生電容太大時，則放電時間較久，導致在進入下一個週期時，仍無法達到低準位電壓Vlow，使得無法識別(辨識)發光控制信號為低準位，即持續判斷為高準位電壓。在此狀況下，惟有增加兩週期之間的寬度，使得自然放電能夠達到低準位電壓Vlow，而達到低準位電壓Vlow的辨識。但這樣的控制方式，只適合於燈串所串聯的燈數較少時才能夠達到較佳的控制效果，也就是說，因為無法以快速放電提供完整的發光控制信號，因此這樣的控制方式無法適用於串聯的燈數較多(例如百顆以上的燈數)，即無法確保所有串聯的燈數皆能夠收到完整的發光控制信號。

基於此，可透過快速放電電路控制發光控制信號快速地降低其電壓準位或者線路的總寄生電容較小的發光二極體燈串易使發光控制信號快速地降低其電壓準位，如第一波形Cv1所示。惟當發光控制信號快速地降低，很容易發生發光控制信號低於可辨識的低準位電壓Vlow後(如時間點t2)，又繼續快速地降低，使得發光控制信號觸及重置電壓Vreset(如時間點t3)，使得電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組的異常判斷與誤動作。

先前的技術利用控制電路上的一組信號電壓產生電路箝位住電壓，讓電壓不致於降到重置電壓Vreset。但終究線路較為複雜，因此，如何設計出一種低耗電之載波控制發光二極體燈與具有該發光二極體燈之發光二極體燈串，解決發光控制信號的電壓因寄生容抗過小導致觸及重置電壓，造成發光二極體模組異常判斷與誤動作的問題，又能更為精簡的線路乃為本案發明人所欲行克服並加以解決的一大課題。

本發明之目的在於提供一種低耗電之載波控制發光二極體燈，精簡應用線路並解決發光控制信號的電壓因快速降低導致觸及重置電壓，造成發光二極體模組異常判斷與誤動作的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的低耗電之載波控制發光二極體燈包含至少一發光二極體與驅動單元。驅動單元耦接發光二極體，驅動單元接收載波發光信號控制發光二極體進行發光。驅動單元包含發光控制單元。發光控制單元根據載波發光信號之發光命令內容用以驅動發光二極體之發光行為。當載波發光信號的電壓小於低準位電壓，發光控制單元進入節能模式，且在時間區間內，發光控制單元進行信號偵測與辨識的操作；結束時間區間後，發光控制單元進入休眠模式。

在一實施例中，在休眠模式之前，當載波發光信號的電壓大於低準位電壓，發光控制單元進入工作模式。

在一實施例中，在休眠模式之後，當載波發光信號的電壓大於低準位電壓，發光控制單元離開休眠模式。

在一實施例中，驅動單元更包含振盪器。振盪器耦接發光控制單元。在節能模式中，振盪器接收控制信號，且振盪器透過控制信號控制，以低功率進行振盪工作。

在一實施例中，驅動單元更包含鎖存單元與振盪器。鎖存單元耦接發光二極體燈內部的輸入側與輸出側之間。振盪器耦接發光控制單元與鎖存單元。在節能模式中，鎖存單元與振盪器接收控制信號，且振盪器透過控制信號控制，停止振盪工作，鎖存單元透過控制信號控制，提供計時操作。

在一實施例中，驅動單元更包含電流偵測單元。電流偵測單元耦接發光控制單元，產生控制信號。

在一實施例中，鎖存單元為包含電阻與電容的充放電電路。

在一實施例中，鎖存單元為計時電路。

在一實施例中，驅動單元更包含位址信號處理單元。位址信號處理單元耦接發光控制單元，且記憶發光位址，位址信號處理單元接收從發光控制單元傳送的位址信號進行比較，當位址信號與發光位址相符，發光控制單元根據載波發光信號之發光命令內容驅動發光二極體發光。

在一實施例中，驅動單元更包含位址燒錄單元。位址燒錄單元耦接位址信號處理單元。載波發光信號包含燒錄啟動信號與燒錄位址信號。當位址燒錄單元接收到燒錄啟動信號時，位址燒錄單元根據燒錄位址信號之燒錄命令內容將發光位址寫入位址信號處理單元內。

在一實施例中，驅動單元更包含放電單元。放電單元耦接電流偵測單元。當放電單元接收到電流偵測單元傳送的載波發光信號時，放電單元開始對直流工作電力進行放電。

在一實施例中，驅動單元更包含電力電容。電力電容耦接發光控制單元、鎖存單元以及發光二極體。

藉由所提出的低耗電之載波控制發光二極體燈，能夠有效地降低發光二極體模組中類比電路的耗電，同時兼顧維持發光二極體模組能正常的驅動運作。

本發明之另一目的在於提供一種低耗電之載波控制發光二極體燈串，精簡控制線路並解決發光控制信號的電壓因快速降低導致觸及重置電壓，造成發光二極體模組異常判斷與誤動作的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的載波控制之發光二極體燈串包含電源線、控制器以及至少一發光二極體燈。控制器耦接電源線。發光二極體燈通過電源線耦接控制器，且通過電源線接收控制器傳遞的直流工作電力與載波發光信號。

在一實施例中，控制器包含整流單元、開關以及控制單元。整流單元耦接電源線用以提供直流工作電力。開關連接電源線與發光二極體燈。控制單元耦接整流單元與開關。控制單元控制開關導通時，直流工作電力通過電源線形成對發光二極體燈供電的供電迴路。當控制單元欲產生載波發光信號時，控制單元根據載波發光信號之發光命令內容持續切換開關的導通與截止，使電源線之直流工作電力形成複數脈波以組合成載波發光信號，且通過電源線傳送至發光二極體燈。

在一實施例中，控制器更包含放電線路。放電線路耦接電源線與控制單元，當開關截止時，控制器驅動放電線路接收直流工作電力，且開始對直流工作電力進行放電。

在一實施例中，控制器更包含電壓調整電容。電壓調整電容耦接電源線，當開關截止時，電壓調整電容對發光二極體燈提供直流工作電力。

藉由所提出的載波控制之發光二極體燈串，能夠有效地降低發光二極體模組中類比電路的耗電，同時兼顧維持發光二極體模組能正常的驅動運作。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得到深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖2A所示，其係為本發明低耗電之載波控制發光二極體燈串的驅動系統之第一實施例電路方塊圖。所述第一實施例的驅動系統包含電源轉換電路10、控制電路20以及發光二極體燈串30。其中，電源轉換電路10與控制電路20係可整合為控制器100，具體地其可為包含電源轉換電路10與控制電路20的實體電路控制盒所實現。電源轉換電路10接收交流電源Vac，並且轉換交流電源Vac為直流電源Vdc，其中直流電源Vdc係可產生於跨接在電源轉換電路10的輸出兩端的輸出電容(未標示)上。

控制電路20接收直流電源Vdc，以提供控制電路20與發光二極體燈串30所需之直流電源供應。控制器100通過電源線Lp耦接交流電源Vac與發光二極體燈串30。廣義地，電源線Lp不以圖2A的標示處為限制，只要能夠作為傳遞交流電源Vac或直流電源Vdc所提供電源的線路，皆應屬於電源線Lp的範圍，例如交流電源Vac與電源轉換電路10的電連接處、控制電路20與發光二極體燈串30的陽極端的電連接處或者、控制電路20與發光二極體燈串30的陰極端的電連接處。在本實施例中，發光二極體燈串30包含複數個發光二極體模組(或稱發光二極體燈)31,32,…,3n，該些發光二極體模組31,32,…,3n係以串聯方式連接，並且與控制電路20電性連接。在本實施中，發光二極體燈串30為具有燒錄功能之燈串，因此各該發光二極體模組31,32,…,3n具有各自對發光資料、位址資料進行燒錄處理的數位與類比線路，容後說明。

控制電路20可透過有線(wired)或無線(wireless)的方式，除本身已內置的發光資料亦可從外部接收發光控制資料Sec，使得控制電路20可根據發光控制資料的內容對發光二極體燈串30的各該發光二極體模組31,32,…,3n進行發光控制。舉例來說，使用者可透過操作電腦的方式，以有線的方式將發光控制資料Sec傳送至控制電路20，使控制電路20根據發光控制資料Sec進行發光控制。或者，使用者可透過操作手機或穿戴式裝置的方式，以無線的方式將發光控制資料Sec傳送至控制電路20，使控制電路20根據發光控制資料Sec進行發光控制。然不以上述傳送發光控制資料Sec的方式以及操作的使用者裝置限制本發明。

請參見圖2B所示，其係為本發明低耗電之載波控制發光二極體燈串的驅動系統之第二實施例電路方塊圖。第二實施例與圖2A所示的第一實施例最主要的差異在於前者(即第二實施例)發光二極體燈串30的該些發光二極體模組31,32,…,3n係以並聯方式連接，並且與控制電路20電性連接。在該實施例中，由於該些發光二極體模組31,32,…,3n係以並聯方式連接，因此，控制電路20與該些發光二極體模組31,32,…,3n係直接透過一直流電源Vdc供電，例如但不限制為電池單元，亦即，相較於圖2A的第一實施例，省去了電源轉換電路10對交流電源Vac進行轉換為直流電源Vdc的操作。同樣地，發光二極體燈串30為具有燒錄功能之燈串，因此各該發光二極體模組31,32,…,3n具有各自對發光資料、位址資料進行燒錄處理的數位與類比線路，容後說明。

請參見圖3A與圖3B所示，其係分別為圖2A與圖2B中電源轉換電路與控制電路詳細的電路圖。電源轉換電路10包含保險絲FUSE、壓敏電阻VAR、輸入電阻R10、並聯連接輸入電阻R10的輸入電容C11以及由複數二極體D11~D14組成的全橋整流器。保險絲FUSE與壓敏電阻VAR分別提供電源轉換電路10的過電流與過電壓保護。輸入電阻R10與輸入電容C11耦接於保險絲FUSE、壓敏電阻VAR與全橋整流器之間，可透過將多餘的能量由輸入電容C11所吸收，以調整提供給發光二極體燈串30的總電壓大小。交流電源Vac經由全橋整流器整流後，輸出為直流電源Vdc且跨接在電源轉換電路10的輸出兩端的輸出電容C2上。

控制電路20包含控制單元CONR、輸出控制開關Qsw以及控制單元CONR工作電壓產生電路。控制單元CONR耦接輸出控制開關Qsw與控制單元CONR工作電壓產生電路。輸出控制開關Qsw接收直流電源Vdc，並且由控制單元CONR所控制，以導通或關斷直流電源Vdc傳送至發光二極體燈串30。在本實施例中，輸出控制開關Qsw係耦接於發光二極體燈串30的陽極端，且其係為p通道的金屬氧化物半導體場效電晶體(p-channel MOSFET)，透過電阻R23耦接控制單元CONR。然，在其他實施例中，輸出控制開關Qsw亦可耦接於發光二極體燈串30的陰極端，且其係為n通道的MOSFET(n-channel MOSFET)，透過電阻R23耦接控制單元CONR，可達到電路的等效特性。

在本實施例中，控制單元CONR工作電壓產生電路包含電阻R22、電容C21以及齊納二極體Dz。電容C21與齊納二極體Dz並聯連接，再與電阻R22連接，然不以此為限制本發明。齊納二極體Dz經由電阻R22接收直流電源Vdc，並且箝制直流電源Vdc在預設的固定電壓值，以提供給控制單元CONR所需的工作電壓。惟本發明不以圖3A所示控制單元CONR工作電壓產生電路的架構為限制，只要能夠達到工作電壓的產生之功能的電路架構，皆應包含於本發明之範疇中。

配合參見圖3C，其係為圖2A中電源轉換電路與控制電路的另一實施例詳細的電路圖。相較於圖3A，控制電路20更包含電壓調整單元24，所述電壓調整單元24可為快速放電電路，用以調整提供給發光二極體燈串30的直流工作電力的快速放電，或者電壓調整單元24可為電壓調整電容，用以調整提供給發光二極體燈串30的直流工作電力的減緩放電。

若電壓調整單元24為電壓調整電容，則電壓調整單元24係並聯耦接發光二極體燈串30的兩端，根據其所提供電容值(容抗值)的大小，對提供給發光二極體燈串30的直流工作電力的減緩放電。

若電壓調整單元24為快速放電電路，則電壓調整單元24係耦接輸出控制開關Qsw、發光二極體燈串30以及控制單元CONR，且由控制單元CONR所控制。當控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為關斷(turned off)時，控制單元CONR以放電的方式降低輸出至發光二極體燈串30的電壓(或稱輸出電壓)，或者控制快速放電電路(電壓調整單元24)，或者透過控制各發光二極體模組31,32,…,3n內的快速放電電路(圖未示)，以快速地降低輸出至發光二極體燈串30的直流工作電力的電壓。控制單元CONR依照設定的時間導通輸出控制開關Qsw，以恢復(提高)輸出至發光二極體燈串30的輸出電壓，並且根據所接收到的發光控制資料Sec產生發光驅動信號，使得發光二極體燈串30根據發光驅動信號進行發光模式的運作。

反之，當沒有要傳送發光驅動信號至發光二極體燈串30時，控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通(turned on)狀態，使得電源轉換電路10所輸出的直流電源Vdc(即直流工作電力)經由輸出控制開關Qsw對發光二極體燈串30供電。藉此，只要透過控制輸出控制開關Qsw為關斷或導通，即可實現發光驅動信號與供電電源在相同的電路架構下皆可傳送至發光二極體燈串30的功效。

請參見圖4所示，其係為本發明發光驅動信號的波形示意圖。承前所述，當控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為關斷時，發光二極體燈串30以放電的方式降低電壓，以提供驅動發光二極體燈串30的各該發光二極體模組31,32,…,3n的發光驅動信號Vd的低準位電壓。或者，透過控制各發光二極體模組31,32,…,3n內的快速放電電路，快速地降低發光信號電壓產生電路所產生之電壓，以提供驅動發光二極體燈串30的各該發光二極體模組31,32,…,3n的發光驅動信號Vd的低準位電壓。值得一提，本發明對各該發光二極體模組31,32,…,3n的控制採行三種模式：第一種為工作模式、第二種為節能模式(eco mode)以及第三種為休眠模式(sleep mode)，藉此，使得各該發光二極體模組31,32,…,3n能夠在正常的操作下，亦兼具低耗電的需求。

工作模式係指各該發光二極體模組31,32,…,3n的內部電路(包括類比電路與數位電路)皆處於正常所需的操作。當為達到低耗電目的時，則先採行節能模式，亦後再採行休眠模式。節能模式主要作為先關閉較為耗電的類比電路，惟又考慮到振盪器與數位電路的密切配合，因此節能模式可透過先關閉除了振盪器以外的類比電路或者包含振盪器的類比電路，使得大幅地降低較耗電的來源，並且維持數位電路的正常操作，使得信號偵測與辨識能夠正常地運作。在節能模式中，振盪器可採行低功率的操作，而無須關閉。然後在完成信號偵測與辨識的動作後，再關閉振盪器，而進入休眠模式。藉此，可解決因快速放電操作導致發光驅動信號Vd快速降低而觸及重置電壓Vreset，使得電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組31的異常判斷與誤動作。

具體地，如圖4所示的波形所示，配合參見圖3A，在時間點t11之前，控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通，因此，各該發光二極體模組31,32,…,3n為工作模式的操作。在時間點t11時，控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為關斷，此時，發光驅動信號Vd即快速地降低。在時間t12時，發光驅動信號Vd達到低準位電壓Vlow，而辨識出發光驅動信號Vd為對該些發光二極體模組31,32,…,3n(後文以一個發光二極體模組31說明)控制的驅動信號。然而，為避免發光驅動信號Vd在驅動發光二極體模組31的過程中逐漸降低而觸及重置電壓Vreset，使得電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組31的異常判斷與誤動作，因此，在時間點t12時，進入節能模式，先關閉除了振盪器以外的類比電路或者包含振盪器的類比電路，大幅地降低較耗電的來源。並且，為維持數位電路與振盪器的正常操作，因此，在一時間區間T內完成信號偵測與辨識的動作，然後在時間點t13時，進入休眠模式，以大幅地減少發光二極體模組31的耗電。上述的時間區間T即為時間點t12至時間點t13之間的時間區間，例如但不限制為數個(3~4個)時脈週期的時間長度。因此，在時間點t13之後，可透過完全關閉振盪器，使發光二極體模組31的耗電降至最低，如此不僅可達到降低功耗的最佳化功效外，同時可避免發光驅動信號Vd降低而觸及重置電壓Vreset所造成的異常狀況。在時間點t14時，由於控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通，因此發光驅動信號Vd的電壓準位恢復。因為發光驅動信號Vd的電壓準位大於低準位電壓Vlow，因此，離開(解除)休眠模式的操作，而進入下一個週期的操作，再次恢復工作模式的操作。

圖4另外示意較窄時間(例如1微秒，但不以此為限制)的發光驅動信號Vd。相似於時間點t11~時間點t14所示意的較寬時間(例如3微秒，但不以此為限制)的發光驅動信號Vd，兩者的差異在於較窄時間的發光驅動信號Vd在時間區間T尚未結束前，即尚未進入休眠模式前，則因為控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通，因此發光驅動信號Vd的電壓準位恢復，再次恢復工作模式的操作。在此情況下，同樣可達到避免發光驅動信號Vd降低而觸及重置電壓Vreset所造成的異常狀況。

請參見圖5所示，其係為本發明發光二極體模組第一實施例的電路方塊圖。承前所述，發光二極體燈串30為具有燒錄功能之燈串，因此各該發光二極體模組31,32,…,3n具有各自對發光資料、位址資料進行燒錄處理的數位與類比線路，例如負責發光控制的發光控制單元311、負責位址信號處理的位址信號處理單元312以及負責位址燒錄的位址燒錄單元313。如圖5所示的具有燒錄功能之發光二極體模組31為例(其餘發光二極體模組32,…,3n具有同樣的電路方塊，不另贅述)，發光二極體模組31(即發光二極體燈)包含穩壓器41、振盪器42、位址與資料辨識器43、邏輯控制器44、位移暫存器45、輸出緩衝暫存器46、驅動電路47、位址暫存器48、位址比較器49、位址記憶體50、位址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52、信號濾波器53、放電單元54、電流偵測器55以及鎖存單元56。

其中，放電單元54可透過功率開關的導通與關斷控制，實現放電的功能。電流偵測器55可為分壓電阻網路，透過對所接收的電壓分壓所得到的電壓值，對應地達成電流大小的偵測。附帶一提，發光控制單元311包含上述的位址與資料辨識器43、邏輯控制器44以及位移暫存器45。發光控制單元311係根據載波發光信號之發光命令內容用以驅動發光二極體之發光行為。其中，發光命令內容係對應於發光二極體之發光行為(方式)，例如色彩變化、亮滅(暗)方式、亮滅頻率…等等的特定識別的編碼內容。位址信號處理單元312包含上述的位址暫存器48、位址比較器49以及位址記憶體50。位址燒錄單元313包含上述的位址燒錄控制器51與燒錄信號偵測器52。

附帶一提，圖5所示的發光二極體模組係應用於圖2A、圖3A的串聯方式連接，因此需要使用穩壓器41作為電壓調節與穩壓之用。此外，若發光二極體模組係應用於圖2B、圖3B的並聯方式連接，則與圖5最主要的差異在於無須額外使用穩壓器41作為電壓調節與穩壓之用。其餘的電路操作原理與動作皆與圖5所記載的內容相同。圖5所示的發光二極體模組係採用點控的操作方式，因此發光二極體模組具有對位址資料處理(包含判斷、記憶、燒錄…等操作)的位址信號處理單元312與位址燒錄單元313，即包含位址暫存器48、位址比較器49、位址記憶體50、位址燒錄控制器51以及燒錄信號偵測器52。換言之，若發光二極體模組係採用同步的操作方式，則可省略位址信號處理單元312與位址燒錄單元313，只需要有發光資料處理的發光控制單元311即可。

在上述電路中，依信號特性的差異可區分為類比電路(analog circuit)部分與數位電路(digital circuit)部分。其中，穩壓器41、振盪器42、位址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52以及放電單元54係屬於類比電路部分，其他的則可歸類於數位電路部分。然，在不同的實施例中，位址燒錄控制器51與燒錄信號偵測器52亦可兼具類比電路與數位電路所實現。相對於數位電路的低耗電特性，類比電路(如穩壓器41、振盪器42、發光控制單元311、位址信號處理單元312、位址燒錄單元313以及放電單元54)則屬發光二極體模組31中較為耗電的電路元件。因此，本發明的創作特點乃側重於在節能模式與休眠模式操作能夠有效地降低該些類比電路的耗電，同時兼顧維持發光二極體模組31仍能正常的驅動運作，說明如下。

穩壓器41接收輸入電壓，並且對其提供電壓的調節與控制，使提供的輸出電壓維持穩定。振盪器42產生週期性的時脈信號，作為維持發光控制單元311、位址信號處理單元312以及位址燒錄單元313能夠正常地、有序地運作的時間基準。位址與資料辨識器43耦接振盪器42；邏輯控制器44耦接位址與資料辨識器43；位移暫存器45耦接邏輯控制器44；輸出緩衝暫存器46耦接位移暫存器45，並且耦接驅動電路47。驅動電路47則耦接複數個發光二極體。

位址暫存器48耦接邏輯控制器44；位址比較器49耦接邏輯控制器44與位址暫存器48；位址記憶體50耦接位址比較器49。位址燒錄控制器51耦接位址記憶體50；燒錄信號偵測器52耦接位址記憶體50與位址燒錄控制器51。信號濾波器53耦接位址與資料辨識器43、穩壓器41以及振盪器42。

控制電路20所產生的發光驅動信號傳送至發光二極體模組31，並且經由信號濾波器53濾波後，提供至位址與資料辨識器43進行辨識。經辨識後，位址與資料辨識器43將發光驅動信號中的位址資料(資訊)與發光資料(資訊)分別辨識出來，並且位址與資料辨識器43將位址資料與發光資料傳送至邏輯控制器44。邏輯控制器44將位址資料傳送至位址暫存器48。然不以此為限，位址資料亦可在位址與資料辨識器43辨識出來後，由位址與資料辨識器43將位址資料傳送至位址暫存器48。

位址比較器49接收位址暫存器48的位址資料，同時亦接收儲存於位址記憶體50中的本機位址資料，然後將位址資料與本機位址資料進行比較。若位址資料與本機位址資料相同，表示目前邏輯控制器44所接收到的發光資料，即為該發光二極體模組31的發光控制資料，此時，位址比較器49則通知邏輯控制器44，將發光資料透過位移暫存器45與輸出緩衝暫存器46傳送至驅動電路47，以供驅動該些發光二極體之用。反之，若位址資料與本機位址資料不同，則表示目前邏輯控制器44所接收到的發光資料非為該發光二極體模組31的發光控制資料，而是其他的發光二極體模組32,…,3n其中一者的發光控制資料。

當燒錄信號偵測器52偵測到燒錄啟動信號時，燒錄信號偵測器52通知位址燒錄控制器51。此時，位址燒錄控制器51開始接收燒錄位址資料，並且將燒錄位址資料燒錄進位址記憶體50，使得位址記憶體50儲存本機位址資料。

請參見圖6所示，其係為本發明發光二極體模組第二實施例的電路方塊圖。相較於圖5所示的第一實施例，發光二極體模組更包含鎖存單元56，其餘電路單元皆與圖5相同。鎖存單元56耦接於發光二極體模組31內部的輸入側與輸出側之間，用以提供在休眠模式操作時，取代振盪器42之功能，使發光二極體模組31能夠持續地進行信號偵測與辨識的動作。在一實施例中，鎖存單元56可為具有電阻、電容所組成具有充、放電功能的充放電類比電路。

以下，將針對本發明如何達到降低耗電達到節能的技術手段進行說明。配合參見圖4，當偵測到發光驅動信號Vd達到低準位電壓Vlow時(例如圖4所示的時間點t12或時間點t22)，電流偵測器55產生控制信號Sc，此時，發光二極體模組31中較為耗電的類比電路，例如穩壓器41、振盪器42、位址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52以及放電單元54，透過控制信號Sc控制而進入節能模式，以降低主要的耗電來源，此節能模式可視為降低耗電的第一階段控制模式。惟因數位電路的控制與振盪器42息息相關，因此，為確保數位電路能夠完成其必要的運作，所採取控制類比電路的振盪器42進入休眠模式則視為降低耗電的第二階段控制模式。具體地，本發明係提出兩種解決方案，實現在節能模式中，對振盪器42低耗電的控制：第一種方案為：使振盪器42操作在低功率的振盪；第二種方案為：以充、放電電路取代振盪器42的振盪操作。

請參見圖7所示，其係為本發明振盪器的電路示意圖，並且配合圖5所示。以控制的準確度而言，透過振盪器42作為時脈基準的控制方式，是最理想的方式。惟為能夠同時兼具準確的控制以及低耗電的需求，因此，採用的第一種方案係透過對振盪器42提供特定的設計，以實現低功率的振盪工作。圖7所示的振盪器42係具有複數個反相器In11~In22以及電阻Ro與電容Co，其電路連接方式僅為示意之用，非以限制本發明，只要能夠產生系統時脈的振盪器電路，皆應包含於本發明之範疇中。其中，複數個反相器In11~In22係為CMOS電晶體電路反相器，可透過設計不同的電晶體尺寸，並且透過致能與禁能的控制，實現準確控制與低耗電的需求。舉例來說，但不能此為限制，設計反相器In12與反相器In22的電晶體尺寸分別小於反相器In11與反相器In21的電晶體尺寸，並且透過控制信號Sc控制反相器In11與反相器In21。

當振盪器42為正常操作時，即發光二極體模組31 操作在工作模式下(如圖4所示的時間點t12之前)，反相器In11~In22皆為致能狀態，因此，振盪器42能夠以全功率的運作，提供時脈訊號。當偵測到發光驅動信號Vd達到低準位電壓Vlow時(如圖4所示的時間點t12)，電流偵測器55所產生控制信號Sc控制反相器In11與反相器In21為禁能狀態(此時，反相器In12與反相器In22仍為致能狀態)，但不以此為限制，亦可控制反相器In12與反相器In22為禁能狀態，而反相器In11與反相器In21為致能狀態，因此，振盪器42尚能夠以低功率運作，提供時脈訊號，以維持數位電路能夠完成其必要的運作，並且同時達到振盪器42的低耗電操作，直到發光二極體模組31在圖4所示的時間點t12至時間點t13之間的時間區間T內完成信號偵測與辨識的動作，則可完全地關閉振盪器42，進入時間點t13之後的休眠模式。然上述反相器的連接方式、數量、尺寸以及控制信號的控制方式僅為示意之用，非以限制本發明。

請參見圖8所示，其係為本發明鎖存單元操作的波形示意圖，並且配合圖6所示。為了因應更寬時間(例如6~8微秒，但不以此為限制)的發光驅動信號Vd，例如作為結束終止辨識的鎖存信號(latch signal)的正確操作，以避免過早地停止振盪器42的工作，導致數位電路失序而誤動作。但又為了能夠使較為耗電的振盪器42能夠及早地關閉以達到低耗電的需求，因此，如圖6所示，增設具有充、放電功能的鎖存單元56，例如以電阻-電容充放電電路實現，可以取代振盪器42的計時功能。承前所述，對於時間寬度為3微秒或1微秒的發光驅動信號Vd而言(如圖8所示的前兩個週期的信號)，由於其並非鎖存信號，因此，透過鎖存單元56的電容的放電操作(不以此為限制，亦可為充電操作)，由於其放電電壓Vdis高於預先設定的鎖存電壓Vlatch，因此，鎖存判斷信號Slatch為低準位。在此狀態下，振盪器42可以在節能模式中透過前述低功率振盪的方式，以及在休眠模式中關閉振盪操作，實現低耗電的節能操作。

當發光驅動信號Vd為時間寬度為6~8微秒的鎖存信號時(如圖8所示的第三個週期的信號)，由於鎖存單元56的電容的放電時間較久，因此使得在時間點t1時，放電電壓Vdis等於或低於鎖存電壓Vlatch，此時鎖存判斷信號Slatch由低準位轉態為高準位。並且，透過鎖存單元56的電容的持續放電，以確保關閉振盪器42後仍能夠維持發光驅動信號Vd為鎖存信號的正常偵測與控制。直到時間點t2時，由於控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通，因此發光驅動信號Vd的電壓準位恢復。因為發光驅動信號Vd的電壓準位大於低準位電壓Vlow，因此，鎖存判斷信號Slatch由高準位轉態為低準位，離開(解除)休眠模式的操作，而進入下一個週期的操作，再次恢復工作模式的操作。

然而，對於鎖存信號的正常偵測與控制不以上述的放電電壓Vdis與鎖存電壓Vlatch的比較為限制，亦可利用預設的時間長度來進行鎖存單元56的鎖存動作，例如鎖存單元56可為一計時電路來實現，因此，當達到或超過預設的時間長度時，則啟動鎖存單元56的鎖存操作，同樣可達到低耗電的需求。

綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：

1、可實現在相同的線路架構下，可傳送發光驅動信號與供電電源至發光二極體燈串的功效。

2、可透過各發光二極體模組的快速放電電路，提供快速放電控制發光驅動信號快速地降低其電壓準位，以確保所有串聯的發光二極體皆能夠得到完整的發光控制。

3、精簡應用線路並解決發光控制信號的電壓因快速降低導致觸及重置電壓，造成發光二極體模組異常判斷與誤動作的問題。

4、有效地降低發光二極體模組中該些類比電路的耗電，同時兼顧維持發光二極體模組能正常的驅動運作。

5、發光二極體模組可採用點控的操作方式，亦可採用同步的操作方式，不僅可提高控制電路設計的彈性與便利性，同時能夠實現發光二極體燈具多樣化的燈光輸出效果與變化。

6、透過對振盪器電路的特定設計，使得振盪器在進入休眠模式之前，以低功率的振盪，提供時脈訊號，進而維持數位電路能夠完成其必要的運作，達到振盪器的低耗電操作。

7、透過鎖存單元的充、放電時間設計或預設時間的設計，以確保關閉振盪器後仍能夠維持發光驅動信號為鎖存信號的正常辨別與偵測，並且達到振盪器的低耗電操作。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

100:控制器

10:電源轉換電路

20:控制電路

30:發光二極體燈串

31,32,…,3n:發光二極體模組

Sec:發光控制資料

FUSE:保險絲

VAR:壓敏電阻

R10:輸入電阻

C11:輸入電容

D11~D14:二極體

CONR:控制單元

Qsw:輸出控制開關

R22,R23:電阻

C21:電容

Dz:齊納二極體

311:發光控制單元

312:位址信號處理單元

313:位址燒錄單元

41:穩壓器

42:振盪器

43:位址與資料辨識器

44:邏輯控制器

45:位移暫存器

46:輸出緩衝暫存器

47:驅動電路

48:位址暫存器

49:位址比較器

50:位址記憶體

51:位址燒錄控制器

52:燒錄信號偵測器

53:信號濾波器

54:放電單元

55:電流偵測器

56:鎖存單元

60:電力電容

24:電壓調整單元

Sc:控制信號

Lp:電源線

Ro:電阻

Co:電容

In11~In22:反相器

Vlow:低準位電壓

Vreset:重置電壓

Vd:發光驅動信號

Vdis:放電電壓

Vlatch:鎖存電壓

Slatch:鎖存判斷信號

Vac:交流電源

Vdc:直流電源

Cv1:第一波形

Cv2:第二波形

t11~t14、t21~t23:時間點

t1~t2:時間點

T:時間區間

圖1係為相關技術的發光二極體燈串之發光控制信號波形示意圖。

圖2A係為本發明低耗電之載波控制發光二極體燈串的驅動系統之第一實施例電路方塊圖。

圖2B係為本發明低耗電之載波控制發光二極體燈串的驅動系統之第二實施例電路方塊圖。

圖3A係為圖2A中電源轉換電路與控制電路的一實施例詳細的電路圖。

圖3B係為圖2B中電源轉換電路與控制電路詳細的電路圖。

圖3C係為圖2A中電源轉換電路與控制電路的另一實施例詳細的電路圖。

圖4係為本發明發光驅動信號的波形示意圖。

圖5係為本發明發光二極體模組第一實施例的電路方塊圖。

圖6係為本發明發光二極體模組第二實施例的電路方塊圖。

圖7係為本發明振盪器的電路示意圖。

圖8係為本發明鎖存單元操作的波形示意圖。

31:發光二極體模組

311:發光控制單元

312:位址信號處理單元

313:位址燒錄單元

41:穩壓器

42:振盪器

43:位址與資料辨識器

44:邏輯控制器

45:位移暫存器

46:輸出緩衝暫存器

47:驅動電路

48:位址暫存器

49:位址比較器

50:位址記憶體

51:位址燒錄控制器

52:燒錄信號偵測器

53:信號濾波器

54:放電單元

55:電流偵測器

56:鎖存單元

60:電力電容

Lp:電源線

Sc:控制信號

Claims (16)

1. 一種低耗電之載波控制發光二極體燈，包含： 至少一發光二極體；及 一驅動單元，耦接該發光二極體，該驅動單元接收一載波發光信號控制該發光二極體進行發光，該驅動單元包含一發光控制單元，該發光控制單元根據該載波發光信號之發光命令內容用以驅動該發光二極體之發光行為； 其中當該載波發光信號的電壓小於一低準位電壓，該發光控制單元進入一節能模式，且在一時間區間內，該發光控制單元進行信號偵測與辨識的操作；結束該時間區間後，該發光控制單元進入一休眠模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中在該休眠模式之前，當該載波發光信號的電壓大於該低準位電壓，該發光控制單元進入一工作模式。
3. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中在該休眠模式之後，當該載波發光信號的電壓大於該低準位電壓，該發光控制單元離開該休眠模式。
4. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該驅動單元更包含： 一振盪器，耦接該發光控制單元； 其中在該節能模式中，該振盪器接收一控制信號，且該振盪器透過該控制信號控制，以低功率進行振盪工作。
5. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該驅動單元更包含： 一鎖存單元，耦接該發光二極體燈內部的一輸入側與一輸出側之間；及 一振盪器，耦接該發光控制單元與該鎖存單元； 其中在該節能模式中，該鎖存單元與該振盪器接收一控制信號，且該振盪器透過該控制信號控制，停止振盪工作，該鎖存單元透過該控制信號控制，提供計時操作。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該驅動單元更包含： 一電流偵測單元，耦接該發光控制單元，產生該控制信號。
7. 如申請專利範圍第5項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該鎖存單元為包含一電阻與一電容的一充放電電路。
8. 如申請專利範圍第5項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該鎖存單元為一計時電路。
9. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該驅動單元更包含： 一位址信號處理單元，耦接該發光控制單元，且記憶一發光位址，該位址信號處理單元接收從該發光控制單元傳送的一位址信號進行比較，當該位址信號與該發光位址相符，該發光控制單元根據該載波發光信號之發光命令內容驅動該發光二極體發光。
10. 如申請專利範圍第9項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該驅動單元更包含： 一位址燒錄單元，耦接該位址信號處理單元；其中該載波發光信號包含一燒錄啟動信號與一燒錄位址信號；當該位址燒錄單元接收到該燒錄啟動信號時，該位址燒錄單元根據該燒錄位址信號之燒錄命令內容將該發光位址寫入該位址信號處理單元內。
11. 如申請專利範圍第6項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該驅動單元更包含： 一放電單元，耦接該電流偵測單元；當該放電單元接收到該電流偵測單元傳送的該載波發光信號時，該放電單元開始對該直流工作電力進行放電。
12. 如申請專利範圍第5項所述之低耗電之載波控制發光二極體燈，其中該驅動單元更包含： 一電力電容，耦接該發光控制單元、該鎖存單元以及該發光二極體。
13. 一種載波控制之發光二極體燈串，包含： 一電源線； 一控制器，耦接該電源線；及 至少一發光二極體燈，該發光二極體燈係如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之該低耗電之載波控制發光二極體燈；該發光二極體燈通過該電源線耦接該控制器，且通過該電源線接收該控制器傳遞的該直流工作電力與該載波發光信號。
14. 如申請專利範圍第13項所述之載波控制之發光二極體燈串，其中該控制器包含： 一整流單元，耦接該電源線用以提供該直流工作電力； 一開關，連接該電源線與該發光二極體燈；及 一控制單元，耦接該整流單元與該開關，其中該控制單元控制該開關導通時，該直流工作電力通過該電源線形成對該發光二極體燈供電的供電迴路； 其中，當該控制單元欲產生該載波發光信號時，該控制單元根據該載波發光信號之發光命令內容持續切換該開關的導通與截止，使該電源線之該直流工作電力形成複數脈波以組合成該載波發光信號，且通過該電源線傳送至該發光二極體燈。
15. 如申請專利範圍第14項所述之載波控制之發光二極體燈串，其中該控制器更包含： 一放電線路，耦接該電源線與該控制單元，當該開關截止時，該控制器驅動該放電線路接收該直流工作電力，且開始對該直流工作電力進行放電。
16. 如申請專利範圍第14項所述之載波控制之發光二極體燈串，其中該控制器更包含： 一電壓調整電容，耦接該電源線，當該開關截止時，該電壓調整電容對該發光二極體燈提供該直流工作電力。

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