TWI361966B - - Google Patents

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1361*966 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種功率控制系統，特別是扑—種用 於電子元件之回授型自動發光功率控制系統。 【先前技術】 如圖丄所示，為-發光二極體在不同元件溫度下的發 光功率與工作電流的關係圖，該發光二極體與雷射二極體 等半導體元件在運作時，發光功率會隨著元件溫度上升而 降低，因此單純使用發光二極體而不進行功率控=時，很 容易導致發光功率不穩定的情形。 如圖2所示，因此一般發光二極體15會採用例如中華 民國專利中請第921〇7〇29號「自動功率控制器」所揭露的 電路10,藉以達成穩定發光功率的目的，該電路W主要 是採用一光偵測器14以偵測該發光二極體15的發光功率 ，再依據偵測信號的變化來調整提供到該發光二極體Η的 電壓或電流，藉此設計用以達到使發光功率維持穩定的目 的。 然而，由於該發光二極體15的輸出光線指向性不佳， 該光偵測器14與該發光二極體15的距離、位置、環境的 光害、光傾測H 14 #靈敏度都會對谓測信號產生影響，所 以在發光功率的控制上很容易有誤差’此外，該光^測器 14對不同波長的發光二極體15所輸出的偵測信號結果也不 相同’該發光二極體15與該光偵測n 14在搭配不同型號 時，發光功率的控制效果都會受到影響，因此上述該等原 5 因會使採用光偵湛14 &現行技術難以穩定維持該發光二 極體15的發光功率，造成效果不佳。 【發明内容】 因此，本發明的目的，是在於提供一種不需要透過光 線偵測’而能直接以電信號偵測進行功率控制的用於電子 元件之回授型自動發光功率控制系統。 /於是’本發明用於電子元件之回授型自動發光功率控 制系統，適用於控制一電子元件，該電子元件包含二電極 ’該系統包含一乘法單元、一控制單元，及—調節單元。 4乘法單7L包括二乘法輸人端及—乘法輸出端，該等 乘法輸入端的其中—者是接收一對應於該等電極之電壓差 的工作電愿值，另-者是接收一對應於該電子元件之工作 電流的回授電壓值，該乘法輸出端是輸出—對應於該電子 疋件功率的量測電壓值，該量測電麼值是該工作電壓值乘 以該回授電壓值。 該控制.單元包括二控制輸入端及—控制輪出端，該等 :制輸入化的其中一者是接收該量測電麼值，另—者是接 收一設定電屢值，該控制輸出端是輸出一控制電壓，=控 制電壓是對應於該量測電麼值與該設定電磨值的差值變化 〇 該調節單元是電連接於該電子元件與該控制翠元之間 子並：括-與該電子元件串聯的量測電阻串聯於該電 =件與該量測電阻之間的電晶體，及一第三放大器，該 第二放大器具有一電連接於該量測電阻的反相輸入端、一 6 晶體的 出電壓 接收該控制電壓的非反相輸入端’及一電連接該電 輸出端，該電晶體的工作狀態是隨著該輸出端的輪 改變。 执本發月的有益效果在於：由於本系統的乘法單元 异時，該工作電壓值是直接對應該等電極之電壓差 授電壓值是直接對應該電子^件的卫作電流，所以能= 地得到該電子元件的消耗功率，再依據該消耗功率變：， 透，該控制單元與該調節單S自動調整對該電子元件的供 電Ϊ ’就可以有效達到使發光功率維持穩定的功能。A 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚 的呈現。 圖3所不，本發明用於電子元件之回授型自動發光 功率控制系統的較佳實施例適用於控制—電子元件％ 的使用電功率，該電子元件90包含二電# A、K，在本實 、^中該電子几件9g是採用發光二極體，實際應用時也可 、^用田射一極體’該系統200包含-分壓單a 20、-放 大早元 30、一 ^ S Λ 早70 40、一控制單元50，及一調節單元 60 〇 ^ Λ刀遷單元20包括四個分磨電阻R1、R2、R3、R4， —兩個刀；t電阻形成—分潑模組Μ、Μ，該等電極α、κ 上的電壓是分別經由 βη ，’田该等分壓模組.21、22而輸入到該放大 早元3 0中。 該放大單元30包括一第一放 第一放大器31的第一 ^敕 及一電連接於該 幻弟調整電阻Ren’該第—放大目女 二輸入端及一輸出媳r*± 放大态31具有 翰出端該等輸入端是分別電連接於 壓模組21、22，該輪屮迪β认， 引兒連接於該專分 之雷壓# ' 疋輸出一對應於該等電極A、Κ 之電壓差的工作電壓值V _ ^

led，5亥弟一調整電阻R 用者進行該第-放大器31 _山一 GlT讓使 的輸出'曰进調整，而該工作電壓 ^隨著元件溫度變化時會產生—電壓變化，因 此“件溫度變化時該工作電壓值表示為：

Vled + △ Vled 該乘法單元40包括二乘法輸人端χι、γι及__乘㈣ 出端w’該等乘法輸人端χι、γι㈣中—者χι是接收一 對應於3亥等電極Α、κ之電壓差的工作電壓值να。，另一 者疋接收一對應於該電子元件90之工作電流變化的回 授電壓值VRE，該乘法輸出$ w是輸出—對應於該電子元 件二0之功率變化的量測電壓值Vp，當元件溫度變化使工作 電壓VLED產生一 △ Vled時，該量測電壓值Vp是該工作電 壓值Vled+ AVled乘以該回授電壓值vRE，以方程式表示 為：

Vp—VreX (Vled+ △ V.LED ) 該控制單元50包括一第二放大器51、二形成於該第二 放大器51的控制輸入端、一形成於該第二放大器51的控 制輸出端’及一電連接於該第二放大器51的第二調整電阻 R〇2’該第二放大器51是採用運算放大器，該等控制輸入端 是指該運算放大器的非反相輸入端與反相輸入端，該反相 輸入端是接收該量測電|值Vp，_非反相輸人端是接收一 設定带愿伯 ΛΤ 电 REF’該控制輪出端是輸出一控制電壓vc，該 控制電I vc是對應於該量測電壓值Vp與該設定電塵值 ’的差值變^，該設定電麼值VREF為使用者可調整的定 值’用以改變該量測電壓值VP與該設定電壓值Vref的差值 大小’該第二調整電阻KM是用以讓使用者能迅速調整該第 一放大器51的一增益值G，藉以適用於不同波長、型號、 種類的電子元彳9G使用，該控制電壓Ve以方程式表示為

Vc—Gx (Vref—Vp) 該調節.單元60是電連接於該電子元件90與該控制單 το 50之間，並包括一與該電子元件9〇串聯的量測電阻Re 、一串聯於該電子元件90與該量測電阻Re之間的電晶體q ，及一第三放大器61，該第三放大器61具有一電連接於該 量測電阻re的反相輸入端、一接收該控制電壓Vc的非反 相辦入端’及一電連接該電晶體q的輸出端，該電晶體q 的工作狀態是隨著該輸出端的輸出電壓改變，在本實施例 中’該調郎單元60的電晶體Q是採用場效應電晶體（fet ) ，該第三放大器61的輸出端是電連接到該電晶體q的閘極 ’該乘法單元40的一乘法輸入端γι是電連接於該量測電 阻Re ’該回授電壓值是取自於該量測電阻re 一端的電壓 VRE 〇 綜合上述方程式的描述，進一步演算可得知本系統2〇〇 的開迴路增益為： 1361966 GM⑼= ^0χ& GM(O)為開迴路系統導納，Αν0為該第三放大器61開迴 路增益，gm為該電晶體Q的導納值。 再考慮該量測電阻RE可得：

GM GM(〇)_ = ___三丄 f 1+GM ⑼ l+(4〇xgjH GMf為閉迴路系統增益，由此可知，輸出電流只與該量 測電阻RE有關，與主動元件該電晶體Q無關，因此可以將 該電晶體Q的非理想參數影響降到最低，最後就可以得到 流經該電子元件90的電流I LED 為： _ 厂c _ GiVj^p· _ [V^ X (VL£D - AVL£D)]} _ — Vm x VLED) ^ Gx x VLED = j

Re Re Re Re

因此，本發明可以藉由該設定電壓值V REF 與該量測電 阻RE的調整，適度調整流經該電子元件90的電流因元件溫 度改變而產生的對應電流變化△I，用以達到維持發光二極 體穩定功率輸出的目的，而使用時，如果該發光二極體受 溫度影響導致該工作電壓VLED降低，則該乘法單元40所接 收的電壓值也隨著降低，於是輸出的該量測電壓值VP會下 降並輸入到該第二放大器51的反相輸入端，在該設定電壓 值VrEF固定時’該量測電壓值Vp與該設定電壓值VreF差 值所形成的該控制電壓vc會上升，進而就能增加該電晶體 Q的閘極電場’使得通過該發光二極體的電流Iled增加’ 於是已增加後的電流ILED配合受溫度影響而降低的工作電 壓VLED，能使發光二極體的功率自動維持穩定，達到本發 明的使用目的。 10 1361966 配合圖4、5、6所示，分別說明本發明應用於使用藍 光、綠光、紅光三種材料的發光二極體，且本發明的該第 二放大器51的增益值G分別為2倍、4倍、6倍時，隨著 元件溫度的升高’本發明控制後的發光功率對應溫度的變 化曲線。經實驗證明在本系，统運作下能控制發光功率 相當平穩，由於在控制方面由於不需要透過一光偵測器偵 測，所以量測結果不受到發光二極體輸出光線指向性不佳 、光偵測器與發光二極體的距離、位置、環境光害、光偵 測器的靈敏度等因素的影響；只要依據發光二極體為發出 不同波長光線而使用不同發光材料，對應所需不同的工作 電壓值VLED或不同的發光二極體型號進行適度調整該^ 值G或該設定電壓值VREF就可以㈣自動維持發光功= 定的目的。 —綜合上述說明可知，由於本线的乘法單元在 運异時，該工作電壓值Vled是直接對應該等電極A、K之 電磨差’該回授電壓值Vre是直接對應該電子元件如的工 作電流變化Ι+ΔΙ，所以能精準地得到該電子元件％的消 耗功率變化，再依據該消耗功率變化，透過該控制單元；〇 與該調節單元60自動調整對該電子元件9〇的供電量，就 可以有效達到使發光功率自動維持穩定的目的。 ▲惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍’即大凡依本發明申請：利 範圍及說明書内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬 本發明專利涵蓋之範圍内。 11 1361966 【圖式簡單說明】 圖1是一曲線圖’說明一發光二極體在不 下，發光功率與工作電流的關係曲線； 同元件溫度 圖2是一示意圖，說明以往一控制電路的設計 圖3是一電路圖，說明本發明用於電子元件 自動發光功率控制系統的較佳實施例；及 之回授型

圖4、.圖5 佳實施例應用於 使用情形。 圖6，都是一曲線圖，分別說明上述該較 藍光、—綠光、一紅光的發光二極體的 12 1361966

【主要元件符號說明】 200…… •回授型自動功 W........ •輸出端 率控制系統 Vp........ •量測電壓值 20........ •分壓單元 50........ •控制單元 21........ •分壓模組 51........ •第二放大器 22........ •分壓模組 RG2...... •第二調整電阻 R1 ....... •電阻 V ref..... •設定電壓值 R2 ....... •電阻 Vc…… •控制電壓 R3 ....... •電阻 60........ •調節單元 R4....... •電阻 61........ •第三放大器 30········ •放大單元 Re •量測電阻 31........ •第一放大器 V RE...... -回授電壓值 Rgi...... •第一調整電阻 Q.......... •電晶體 Vled+ Δ V LED…工作電壓值 90......... •電子元件 40........ •乘法單元 A ' K ··· _電極 XI ....... •輸入端 1+ △ I — •工作電流 Y1 ....... •輸入知 13

Claims (1)

1361966 十、申請專利範圍： 统，適 該系统 一種用於電子元件之回授型自動發光功率控制系 用於控制一電子元件，該電子元件包含二電極， 包含： 一乘法單元，包括二乘法輸入端及—乘法輸出蠕， 該等乘法輸入端㈣中-者是接收一對應於該等電極之 電壓差的工作電壓值，另一者是接收一對應於該；子: 件之工作電流的回授電壓值，該乘法輸出端是輸出一= 應於該電子元件功率的量測電壓值，該量測電壓值是該 工作電壓值乘以該回授電壓值； δ 控制單，包括二控制輸入端及—控制輪出端， 該等控制輸入端的其中一者是接收該量測電壓值，另一 者是接收-設定電壓冑，該控制輸出端是輸出_控制電 壓，該控制電壓是對應於該量測電壓值與該設定電壓值 的差值變化；及 一調節單元，{電連接於$電子元件與該控制單元 之間，並包括一與該電子元件串聯的量測電阻、一串聯 於該電子元件與該量測電阻之間的電晶體，及一第三放 大器’該第三放大器具有—電連接於該量測電阻的反相 輸入端、一接收該控制電壓的非反相輸入端，及一電連 接該電晶體的輪出端，該電晶體的工作狀態是隨著該輸 出端的輸出電壓改變。 2.依據中請專利範圍第丨項所述的用於電子元件之回授型 自動發光功率㈣线，其中，該乘法單元的其中一乘 14 1361966 法輸入端是電連接於該量測電阻，該回授電壓值是取自 於該ΐ測電阻一端的電壓。 3·依據中請專利範圍第2項所述的心電子元件之回授型 自動發光功率控制系統，還包含_放大單元該放大單 元包括-第-放大器&一電連接於該第一放大器的第一 調整電阻’該工作電壓值是由該第一放大器輸出。 4. 依據中請專職圍第3項所述的騎電子元件之回授型 自動發光功率控制系％ ’還包含—分壓單元，該分壓單 元包括四個/7壓電阻，每兩個分壓電阻形成—分壓模組 該等电極上的電壓是分別經由該等分壓模組而輸入到 該第一放大器中。 5. 依據中請專利範圍第4項所述的用於電子元件之回授型 自動發光功率控制系統，其中，該控制單元還包括一第 一放大态及一電連接於該第二放大器的第二調整電阻， 該等控制輸人端及該控制輸出端是形成於㈣二放大器 上》 6. 依據申料利範圍帛5钱述的用於電子元件之回授型 自動發光功率控制系統，其中，該調節單元的電晶體是 採用場效應電晶體’該第三放大器的輪出端是電連接到 該電晶體的一閘極。 7·依據申請專利範圍第丨項所述的用於電子元件之回授型 自動發光功率控制系統’其中，該控制單元還包括一第 一放大器&電連接於該第二放大器的第二調整電阻， 該等控制輸人端及該控制輸出端是形成於該第二放大器 15. 1361966 上。 8.依據申請專利範圍第1項所述的用於電子元件之回授型 自動發光功率控制系統，其中，該調節單元的電晶體是 採用場效應電晶體，該第三放大器的輸出端是電連接到 該電晶體的一閘極。

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