TWI397349B - Ｌｅｄ控制電路與方法，以及抗蟲ｌｅｄ燈 - Google Patents

Description

LED控制電路與方法，以及抗蟲LED燈

本發明係有關一種發光二極體(Light Emitting Diode；LED)，特別是關於一種抗蟲LED控制電路及方法。

蒼蠅、蚊子等昆蟲對人類生活品質的危害極大，但最直接的殺蟲劑又對人體及環境有害，因此，捕蠅紙、捕蚊燈等各式各樣針對昆蟲對氣味、溼度、光亮等特性的除蟲產品不斷被研發。光線對於昆蟲的生態有極大的影響力，例如螢火蟲便是依賴其腹部螢光在黑暗中的閃光頻率做為吸引異性交配以及溝通的工具。很多昆蟲可以感知遠高於人眼的閃光頻率，而且某些閃光頻率中的擺動態樣(swing pattern)能夠讓昆蟲焦慮及不舒服。

LED是一種讓電流順向流過半導體p－n接面而發光的器件，通常採用雙異質接面和量子阱結構。在1962年時，奇異(General Electric；GE)公司利用GaAsP首次將紅色LED商品化，最初的紅色LED的光通量為0.11m/W，約是普通燈光的1/150，其發光效率大約每10年提高一個數量級。最近，隨著藍色、綠色LED實用化，具有高功率的白光LED亦出現於市面上，LED從裝飾用途逐漸轉向應用到照明上，朝著取代傳統燈泡的目標前進。除了環保、省電的特性以外，LED還可以受控以極高的頻率閃爍，其開關頻率可達超過MHz的範圍。在習知技藝中，已經有許多利用PWM控制LED光源的亮度的方法。

本發明的目的之一，在於提出一種具有驅逐、混淆或誘捕昆蟲功能的LED控制電路。

本發明的目的之一，在於提出一種具有驅逐、混淆或誘捕昆蟲功能的LED控制方法。

根據本發明，一種抗蟲LED控制電路包括時脈產生器提供責任週期(duty或duty cycle)固定的高頻時脈訊號給LED驅動器，使LED發出責任週期固定的高頻閃光。

根據本發明，一種抗蟲LED控制方法包括產生責任週期固定的高頻時脈訊號給LED驅動器，使LED發出責任週期固定的高頻閃光。

本發明利用人類與昆蟲視覺上對閃光頻率的感知差異，提出一種可以驅逐、混淆或誘捕昆蟲，但對人眼而言僅有照明或裝飾功能的LED光源。

如圖1所示，在責任週期固定之下，人眼可分辨的閃光頻率在f_L 以下，f_L 因人而異，一般約在60Hz附近。當光源的閃光頻率超出人眼感知範圍，即高於f_L 後，人眼會自動對閃光的亮度取平均而視為一個穩定的光源，並且此光源亮度與責任週期成正比而與閃光頻率無關。但昆蟲可以分辨的閃光頻率上限f_H 高於人類，因此，在保持固定責任週期下控制光源以高於f_L 但低於f_H 的頻率閃爍，配合以適當的頻率擺動態樣(swing pattern)，亦即閃爍頻率隨時間做適當的調變如圖1所示，便可以在不影響人類的情況下給予昆蟲刺激而誘發特定的行為，進而達到驅逐、混淆或誘捕昆蟲的效果。

圖2係本發明的第一實施例，責任週期控制器12根據亮度控制訊號VD決定責任週期，並以責任週期訊號D告知時脈產生器16，頻率控制器14根據頻率控制訊號VF決定頻率，並以頻率訊號f告知時脈產生器16，時脈產生器16根據責任週期訊號D和頻率訊號f產生時脈訊號CLK給LED驅動器18的致能輸入端EN或晶片致能輸入端CE，LED驅動器18根據時脈訊號CLK開啟或關閉供應LED陣列20的電流I_LED ，LED陣列20便隨著電流I_LED 之開關而閃爍。在此實施例中，亮度控制訊號VD決定電流I_LED 開關的責任週期D，亦即決定LED的亮度，頻率控制訊號VF決定電流I_LED 開關的頻率f。只要將VD設為定值，而控制VF依特定模式隨時間變化，此電路產生的結果即如圖1所示。藉著亮度控制訊號VD，電流I_LED 的責任週期D可以被設定或規劃(programmed)，但是保持固定直到下次重新調整責任週期，亦即LED陣列20的亮度保持固定直到下次重新調整亮度。藉著擺動頻率控制訊號VF，LED陣列20產生頻率f在f_L 和f_H 之間變動的某種擺動態樣的閃光。

圖3係本發明的第二實施例，LED驅動器和LED陣列與圖2的實施例相同，未在此圖中繪出。在此時脈產生器中，運算放大器30和32的輸出連接到電晶體T5和T6的閘極，運算放大器30和32的負輸入端連接電晶體T5及T6的源極，電壓V1和V2分別連接至運算放大器30和32的正輸入端，組成轉導器以決定流經電晶體T5和T6的電流I₁ 和I₂ 的大小，I₁ ＝V1/R1，I₂ ＝V2/R2。電晶體T1和T2組成電流鏡，鏡射電流I₂ ，因此流經電晶體T6的電流I₂ 決定流經電晶體T2及T3的電流I₃ 。換言之，電壓V2決定電容C的充電電流I₃ 。另一方面，電壓V1則決定電容C的放電電流I₁ 。一磁滯電路如史密斯觸發器(Smith Trigger)34連接在電容C和輸出端CLK之間，受電容C上的電壓變化觸發而產生時脈CLK給LED驅動器，以決定供應LED陣列的切換電流。時脈CLK開啟及關閉的時間分別以t1和t2表示，其責任週期和頻率分別為D＝t1/(t1＋t2)＝R1V2/(R1V2＋R2V1)與f＝1/(t1＋t2)正比於[(R1/V1)＋(R2/V2)]^－1 選擇適當的電壓V1和V2，使責任週期D為固定值，頻率f在f_L 和f_H 之間以某種擺動態樣變動，因此產生亮度固定但調變高頻閃爍的LED燈光。

圖4係本發明的第三實施例，LED驅動器和LED陣列與圖2的實施例相同，未在此圖中繪出。在此時脈產生器中，電晶體T8和T9、電晶體T16和T17、電晶體T14和T15以及電晶體T13和T20分別組成電流鏡，因此，流經電阻R的電流I_R 與電壓VF成正比，電流I_total 等於電流I_R ，電流I_total 經電晶體T11和T12分流成電流I_A 和I_B ，電流I_A 和電流I_B 的比例由電壓VD與VB決定。在本實施例中，電壓VB是一個固定的參考電壓，因此電流I_A 和電流I_B 的比例由電壓VD決定。由於鏡射的關係，電流I₂ 等於電流I_A ，電流I₁ 等於電流I_B 。電流I₁ 對電容C充電，電流I₂ 將電容C放電，因而觸發磁滯電路(史密斯觸發器)34。換言之，電壓VF決定之總電流I_total (＝I_A ＋I_B ＝I₁ ＋I₂ )決定了時脈CLK的頻率(t1＋t2)^－1 ，而電壓VD則決定了電流I₁ 和I₂ 之間的比例，即決定了時脈CLK的責任週期。因此，只要將電壓VD與VB之間的差值固定，改變電壓VF的大小便能產生責任週期固定但頻率變動的時脈CLK，進而產生亮度固定但調變高頻閃爍的LED燈光。

在其他的實施例中，可以根據特定昆蟲的習性，將LED光源閃爍的頻率以特定的方式變動。

圖5係以立錡科技股份有限公司產品編號RT9271組成的LED驅動器為例，說明圖2之LED驅動器18和LED陣列20。LED陣列20包含一串LED(D2、D3、D4)連接至LED驅動器的輸出端V_OUT ，前述具有固定責任週期的高頻時脈CLK連接至晶片RT9271的晶片致能輸入端CE，使得此LED驅動器產生高頻切換的驅動電流I_LED ，供應給LED串D2、D3、D4。此LED驅動器的操作係習知技術，其內部具有PWM電流控制迴路與功率開關，RT9271受控於時脈CLK而送出或停止驅動電流I_LED 。由於LED的亮度係由其驅動電流I_LED 和CLK責任週期決定，因此LED串D2、D3、D4發出亮度固定的LED燈光，但是以CLK之頻率閃爍。由於閃光的頻率高於人眼的感知，因此對人眼而言，此LED燈完全等同於一個固定亮度的光源。但是閃光的頻率在昆蟲可感知的範圍內，因此昆蟲會受到該閃光的擺動態樣干擾而感到焦慮及不舒服。

以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，所舉例器件之有限性能不能限制本發明之可行性與範圍，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。

12．．．責任週期控制器

14．．．頻率控制器

16．．．時脈產生器

18．．．LED驅動器

20．．．LED陣列

30．．．運算放大器

32．．．運算放大器

34．．．磁滯電路(史密斯觸發器)

圖1係人眼與昆蟲感知之閃光頻率範圍關係和欲實施之閃光模式示意圖；圖2係本發明的第一實施例；圖3係本發明的第二實施例；圖4係本發明的第三實施例；以及圖5係說明LED驅動器及LED陣列的範例。

Claims (6)

1. 一種LED控制電路，包括一時脈產生器，根據第一訊號控制責任週期，根據第二訊號控制頻率，並根據該責任週期及頻率產生一時脈，用來提供給LED驅動器驅動LED，使該LED發出頻率受調變而責任週期固定的高頻閃光。
2. 如請求項1之LED控制電路，其中該高頻閃光的頻率在60Hz以上變動。
3. 一種LED控制方法，包括下列步驟：根據第一訊號控制責任週期；根據第二訊號控制頻率；以及根據該責任週期及頻率產生一時脈，用來控制LED驅動電流，使該LED發出頻率受調變而責任週期固定的高頻閃光。
4. 如請求項3之LED控制方法，其中該第二訊號控制該高頻閃光的頻率在60Hz以上變動。
5. 一種LED控制電路，包括：第一電路，根據第一電壓產生第一電流；第二電路，根據第二電壓產生第二電流；一電容，接受該第一電流及該第二電流充放電；以及第三電路，根據該電容上的電壓變化產生一時脈，用來控制LED驅動電流，使該LED發出頻率受調變而責任週期固定的高頻閃光。
6. 如請求項5之LED控制電路，其中該高頻閃光的頻率在60Hz以上變動。