TWI406594B - 發光模組的定頻調光方法及定頻調光電路 - Google Patents

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Description

發光模組的定頻調光方法及定頻調光電路
本發明係關於一種亮度調整方法，特別是一種發光模組的定頻調光方法及定頻調光電路。
近年來，半導體發光元件之一的發光二極體(Light Emitting Diode；LED)之製造技術急速進步。尤其自成功開發出藍光LED以來，由於光之3原色LED齊備，故可藉由組合3原色LED作出各種波長光。因此LED的應用範圍急速擴大。
在操作特性上，發光二極體的亮度會因為電流的大小而改變。高電流流過發光元件將獲得高亮度的發光效果，反之，若是減少流過的電流，則發光元件的亮度將相對的減弱。
於習知技術上，可利用磁滯控制方式來調變發光二極體的驅動電流的大小，藉以達到改變發光二極體的亮度。換句話說，利用磁滯式直流對直流(DC/DC)轉換器控制發光二極體的驅動電流的位準。
磁滯控制方式的關係方程式如下列公式一。
其中，Fs 係代表振盪頻率，Vin 係代表輸入電壓，Vout 係代表輸出電壓，D係代表輸入電壓/輸出電壓，Iset 係代表輸出電流(即，發光二極體的驅動電流)，L係代表電感值，而HysAmp 係代表磁滯振盪寬度。
在實現輸出電流的位準調變時，由於輸入電壓、輸出電壓、電感值及磁滯振盪寬度均會維持定值，因而導致電路的振盪頻率隨著輸出電流的位準而變。換言之，降低輸出電流會造成振盪頻率等比例上昇。
然而，當振盪頻率會隨著輸出電流的位準而變時，在進行EMI(Electromagnetic Interference；電磁干擾)的防護設計上較為困難。再者，一般在直流對直流的轉換上，都存在有轉換損失。而當振盪頻率上昇時，轉換損失則會增加，因此轉換效率則會降低。
鑒於以上的問題，本發明在於提供一種發光模組的定頻調光方法及定頻調光電路，藉以解決先前技術所存在之電路振盪頻率隨著輸出位準而變的問題。
為達上述目的，本發明所揭露之發光模組的定頻調光方法，用以利用磁滯控制電路控制發光模組的發光亮度。
於此，將發光模組與電感元件串聯於磁滯控制電路的偵測端與開關端之間，並將阻抗元件連接於磁滯控制電路的電壓輸入端和偵測端之間。
並且，將磁滯控制電路的磁滯寬度的上限電壓值與下限電壓值之間的電壓差維持在一定值。
然後，透過改變上限電壓值或下限電壓值來改變流經發光模組的驅動電流，藉以調整發光模組的發光亮度。
其中，可利用一受控電流源來改變上限電壓值或下限電壓值。抑或是，利用一受控電壓源來提供可調整之上限電壓值或可調整之下限電壓值。
本發明所揭露之發光模組的定頻調光電路，用以控制發光模組的發光亮度。
此發光模組的定頻調光電路包括磁滯控制電路、電感元件和阻抗元件。
磁滯控制電路具有一電壓輸入端、一偵測端、一開關端、一上限電壓端和一下限電壓端。
發光模組與電感元件串聯於磁滯控制電路的偵測端與開關端之間。
阻抗元件連接於磁滯控制電路的電壓輸入端和偵測端之間。
其中，磁滯控制電路的上限電壓端和下限電壓端之間的電壓差為一定值。於此，可於上限電壓端或下限電壓端提供一可變電壓值，藉以改變流經發光模組的驅動電流，進而改變發光模組的發光亮度。
於此，此發光模組的定頻調光電路可更包括定電流源、受控電流源、第一分壓電阻和第二分壓電阻。
於一實施例中，定電流源連接至上限電壓端，而受控電流源則連接至下限電壓端。
第一分壓電阻連接於上限電壓端與下限電壓端之間，而第二分壓電阻連接於下限電壓端與接地之間。
於此，由定電流源提供固定電流以維持磁滯高低位準的參考電壓，即維持上限電壓端和下限電壓端之間的電壓差的恆定。
然後，由受控電流源提供可變電壓值於下限電壓端，以調整輸出位準(即，發光模組的驅動電流)，藉以改變發光模組的發光亮度。
再者，於另一實施例中，受控電流源連接至上限電壓端，而定電流源連接至下限電壓端。
第一分壓電阻連接於上限電壓端與下限電壓端之間，而第二分壓電阻連接於上限電壓端與定電壓源之間。
於此，由定電流源提供固定電流以維持磁滯高低位準的參考電壓，即維持上限電壓端和下限電壓端之間的電壓差的恆定。
然後，由受控電流源提供可變電壓值於上限電壓端，以調整輸出位準(即，發光模組的驅動電流)，藉以改變發光模組的發光亮度。
綜上所述，根據本發明之發光模組的定頻調光方法及定頻調光電路，其係利用磁滯控制電路控制發光模組的發光亮度。其中，磁滯控制電路的磁滯寬度的上限電壓值與下限電壓值之間的電壓差維持固定值，並透過改變上限電壓值或下限電壓值來改變流經發光模組的驅動電流。因此，磁滯控制電路的磁滯振盪寬度隨著輸出位準(即，驅動電流的位準)線性改變，進而使磁滯控制電路的振盪頻率保持恆定。如此一來，可利用單一元件來達到EMI(Electromagnetic Interference；電磁干擾)的防護。再者，由於振盪頻率保持恆定，因此則可保持固定的轉換效率。
以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
於本發明中，利用磁滯控制電路控制發光模組的發光亮度。其中，磁滯控制電路的磁滯寬度的上限電壓值與下限電壓值之間的電壓差維持固定值，並透過改變上限電壓值或下限電壓值來改變流經發光模組的驅動電流。
「第1圖」係為根據本發明一實施例的發光模組的定頻調光電路。以下各實施例中所述的「連接」為電性連接關係。
參照「第1圖」，發光模組的定頻調光電路包括磁滯控制電路200、電感元件L和阻抗元件Rsen。
磁滯控制電路200具有一電壓輸入端Pcc、一偵測端Psen、一開關端Psw、一上限電壓端Pvh和一下限電壓端Pvl。
上限電壓端Pvh具有一上限電壓值VH，而下限電壓端Pvl具有一下限電壓值VL。
發光模組100與電感元件L依序串聯於磁滯控制電路200的偵測端Psen與開關端Psw之間。其中，發光模組100可包括有連接於偵測端Psen和電感元件L之間的至少一發光二極體。當發光模組100具有多個發光二極體時，此些發光二極體可相互並聯和/或串聯於偵測端Psen和電感元件L之間。
阻抗元件Rsen連接於磁滯控制電路200的電壓輸入端Pcc和偵測端Psen之間。
於磁滯控制電路200的電壓輸入端Pcc和開關端Psw之間連接有保護電路，例如：蕭特基二極體D。
換言之，阻抗元件Rsen、發光模組100與電感元件L依序串聯，而蕭特基二極體D與串聯之阻抗元件Rsen、發光模組100與電感元件L並聯。
於此，磁滯控制電路200的上限電壓端Pvh和下限電壓端Pvl之間提供一磁滯寬度。此磁滯寬度的上限電壓值VH與下限電壓值VL之間的電壓差係維持在一定值。即，上限電壓端Pvh和下限電壓端Pvl之間的的電壓差Vd為固定之電壓值。
並且，一可變電壓值提供至磁滯控制電路200的下限電壓端Pvl。
於此，輸入電流Ig由磁滯控制電路200的電壓輸入端Pcc輸入，即輸入電流Ig連接至阻抗元件Rsen相對於連接發光模組100的另一端。然後，輸入電流Ig與磁滯寬度的上限電壓值VH與下限電壓值VL分別做比較，以控制開關端Psw的電流流通時間，進而使驅動電流Id限制在磁滯寬度的上限與下限之內。
當欲改變流經發光模組100的驅動電流Id時，只需透過調變提供至磁滯控制電路200的下限電壓端Pvl的可變電壓值(即，改變下限電壓端Pvl的下限電壓值VL)即可達成。其中，可於磁滯控制電路200的下限電壓端Pvl連接一受控電壓源300，以提供可變電壓值給下限電壓端Pvl。
參照「第2圖」，可連接一受控電流源310於下限電壓端Pvl，以改變下限電壓值VL。
定電流源320連接至上限電壓端Pvh。第一分壓電阻R1連接於上限電壓端Pvh與下限電壓端Pvl之間。第二分壓電阻R2連接於下限電壓端Pvl與接地之間。
於此，由定電流源320提供固定電流以維持磁滯控制電路200的磁滯高低位準的參考電壓，即維持上限電壓端Pvh和下限電壓端Pvl之間的電壓差的恆定。
然後，由受控電流源310提供可變電壓值(VL)於下限電壓端Pvl，以調整輸出位準(即，發光模組100的驅動電流Id)，藉以改變發光模組100的發光亮度。
磁滯控制電路200包括第一比較器210、第二比較器220、正反器230、驅動電路240和開關元件M1。
第一比較器210的正輸入端(＋)連接至上限電壓端Pvh，且第一比較器210的負輸入端(-)經由第三分壓電阻R3連接至電壓輸入端Pcc。而第一比較器210的輸出端連接至正反器230的第一輸入端(S)。
第二比較器220的正輸入端(＋)連接至第一比較器210的負輸入端(-)，且經由第三分壓電阻R3連接至電壓輸入端Pcc。第二比較器220的負輸入端(-)連接至下限電壓端Pvl。而第二比較器220的輸出端連接至正反器230的第二輸入端(R)。
第四分壓電阻R4連接於第一比較器210的負輸入端(-)和接地之間，且連接於第二比較器220的正輸入端(＋)和接地之間。
正反器230的輸出端(Q)連接至驅動電路240的輸入端，且驅動電路240的輸出端連接至開關元件M1的控制端。
開關元件M1連接於開關端Psw和接地之間。
其中，第三分壓電阻R3和第四分壓電阻R4之間可連接有開關元件M2，且開關元件M2的控制端連接至運算放大器250的輸出端。運算放大器250的正輸入端(＋)連接至偵測端Psen，而運算放大器250的負輸入端(-)連接至第三分壓電阻R3和開關元件M2的接點。
輸入電流Ig由電壓輸入端Pcc輸入後，流經第三分壓電阻R3和第四分壓電阻R4而形成輸入電壓VA於第一比較器210的負輸入端(-)和第二比較器220的正輸入端(＋)。
第一比較器210比較輸入電壓VA與上限電壓值VH，以產生控制信號VS。第二比較器220比較輸入電壓VA與下限電壓值VL相比較，以產生控制信號VR。
再由正反器230依據二控制信號VS、VR輸出控制信號VQ，以控制開關元件M1的導通時間和截止時間。
於開關元件M1的導通時間區間，流經發光模組100的驅動電流Id線性上升至磁滯寬度的上限。當驅動電流Id上升至大於磁滯寬度的上限時，開關元件M1由導通狀態切換成截止狀態。
於開關元件M1的截止時間區間，驅動電流Id則會線性下降至磁滯寬度的下限。並且，當驅動電流Id下降至小於磁滯寬度的下限時，開關元件M1則由截止狀態切換成導通狀態。
透過開關元件M1的導通狀態和截止狀態的交替切換，因而可將驅動電流Id限制在磁滯寬度的上限與下限之內。
於此，定電流源320輸出一固定電流，以維持上限電壓端Pvh與下限電壓端Pvl之間的電壓差的恆定。因此，當調變受控電流源310的輸出電流時，可改變下限電壓端PVl的下限電壓值VL，並且上限電壓端Pvh的上限電壓值VH則以恆定的電壓差隨之改變。
此外，參照「第3圖」，亦可透過調變提供至磁滯控制電路200的上限電壓端Pvh的可變電壓值(即，改變上限電壓端Pvh的上限電壓值VH)來改變流經發光模組100的驅動電流Id。
其中，可於磁滯控制電路200的上限電壓端Pvh連接一受控電壓源300，以提供可變電壓值給上限電壓端Pvh。
參照「第4圖」，定電流源320連接於下限電壓值VL與接地之間。而受控電流源310則連接於上限電壓端Pvh與接地之間，以改變上限電壓值VH。第一分壓電阻R1連接於上限電壓端Pvh與下限電壓端Pvl之間。第二分壓電阻R2連接於定電壓源與上限電壓端Pvh之間。
於此，由定電流源320提供固定電流以維持磁滯控制電路200的磁滯高低位準的參考電壓，即維持上限電壓端Pvh和下限電壓端Pvl之間的電壓差的恆定。
由受控電流源310提供可變電壓值(VH)於上限電壓端Pvh，以調整輸出位準(即，發光模組100的驅動電流Id)，藉以改變發光模組100的發光亮度。
其中，當調變受控電壓源310的輸出電流時，可改變上限電壓端Pvh的上限電壓值VH，並且下限電壓端Pvl的下限電壓值VL則以恆定的電壓差隨之改變。
於此，磁滯控制電路200的磁滯振盪寬度隨著輸出位準(即，驅動電流Id的位準)線性改變，因而可使磁滯控制電路200的振盪頻率保持恆定。如此一來，可利用單一元件來達到EMI(Electromagnetic Interference；電磁干擾)的防護。再者，由於振盪頻率保持恆定，因此則可保持固定的轉換效率。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
100．．．發光模組
200．．．磁滯控制電路
210．．．第一比較器
220．．．第二比較器
230．．．正反器
240．．．驅動電路
250．．．運算放大器
300．．．受控電壓源
310．．．受控電流源
320．．．定電流源
L．．．電感元件
Rsen．．．阻抗元件
D．．．蕭特基二極體
Ig．．．輸入電流
Id．．．驅動電流
Pcc．．．電壓輸入端
Psen．．．偵測端
Psw．．．開關端
Pvh．．．上限電壓端
Pvl．．．下限電壓端
VH．．．上限電壓值
VL．．．下限電壓值
Vd．．．電壓差
R1．．．第一分壓電阻
R2．．．第二分壓電阻
R3．．．第三分壓電阻
R4．．．第四分壓電阻
M1．．．開關元件
M2．．．開關元件
＋．．．正輸入端
-．．．負輸入端
S．．．第一輸入端
R．．．第二輸入端
Q．．．輸出端
VA．．．輸入電壓
VS．．．控制信號
VR．．．控制信號
VQ．．．控制信號
第1圖係為根據本發明第一實施例之發光模組的定頻調光電路的概要示意圖；
第2圖係為根據本發明第二實施例之發光模組的定頻調光電路的概要示意圖；
第3圖係為根據本發明第三實施例之發光模組的定頻調光電路的概要示意圖；以及
第4圖係為根據本發明第四實施例之發光模組的定頻調光電路的概要示意圖。
100．．．發光模組
200．．．磁滯控制電路
300．．．受控電壓源
L．．．電感元件
Rsen．．．阻抗元件
D．．．蕭特基二極體
Ig．．．輸入電流
Id．．．驅動電流
Pcc．．．電壓輸入端
Psen．．．偵測端
Psw．．．開關端
Pvh．．．上限電壓端
PVl．．．下限電壓端
VH．．．上限電壓值
VL．．．下限電壓值
Vd．．．電壓差

Claims (7)

  1. 一種發光模組的定頻調光方法，用以利用一磁滯控制電路控制一發光模組的發光亮度，包括：串聯該發光模組與一電感元件於該磁滯控制電路的一偵測端與一開關端之間；連接一阻抗元件於該磁滯控制電路的一電壓輸入端和該偵測端之間；維持該磁滯控制電路的一磁滯寬度的一上限電壓值與一下限電壓值之間的電壓差在一定值；以及透過改變該上限電壓值和該下限電壓值中之一改變流經該發光模組的一驅動電流，進而該磁滯控制電路的磁滯振盪寬度隨著該驅動電流的位準線性改變，以使該磁滯控制電路的振盪頻率保持恆定。
  2. 如請求項1所述之發光模組的定頻調光方法，其中該透過改變該上限電壓值和該下限電壓值中之一改變流經該發光模組的一驅動電流的步驟包括：利用一受控電流源改變該上限電壓值和該下限電壓值中之一。
  3. 如請求項1所述之發光模組的定頻調光方法，其中該透過改變該上限電壓值和該下限電壓值中之一改變流經該發光模組的一驅動電流的步驟包括：利用一受控電壓源提供該上限電壓值和該下限電壓值中之一。
  4. 一種發光模組的定頻調光電路，用以控制一發光模組的發光亮度，包括： 一磁滯控制電路，具有一電壓輸入端、一偵測端、一開關端、一上限電壓端和一下限電壓端，其中該上限電壓端和該下限電壓端之間的電壓差為一定值，且該上限電壓端和該下限電壓端中之一被提供有一可變電壓值；一電感元件，與該發光模組串聯於該磁滯控制電路的該偵測端與該開關端之間；以及一阻抗元件，連接於該電壓輸入端和該偵測端之間，其中，透過改變該可變電壓值改變流經該發光模組的一驅動電流，進而該磁滯控制電路的磁滯振盪寬度隨著該驅動電流的位準線性改變，以使該磁滯控制電路的振盪頻率保持恆定。
  5. 如請求項4所述之發光模組的定頻調光電路，更包括：一定電流源，連接至該上限電壓端；一受控電流源，連接至該下限電壓端；一第一分壓電阻，連接於該上限電壓端與該下限電壓端之間；以及一第二分壓電阻，連接於該下限電壓端與一接地之間。
  6. 如請求項4所述之發光模組的定頻調光電路，更包括：一定電流源，連接至該下限電壓端；一受控電流源，連接至該上限電壓端；一第一分壓電阻，連接於該上限電壓端與該下限電壓端之間；以及一第二分壓電阻，連接於該上限電壓端與一定電壓源之間。
  7. 如請求項4所述之發光模組的定頻調光電路，其中該磁滯控制電路包括：一第一比較器，該第一比較器的正輸入端連接至該上限電壓端，且該第一比較器的負輸入端連接至該電壓輸入端；以及一第二比較器，該第二比較器的正輸入端連接至該第一比較器的該負輸入端，且該第二比較器的負輸入端連接至該下限電壓端。
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