TWI418245B

TWI418245B - 光源調光控制器及光源調光控制方法

Info

Publication number: TWI418245B
Application number: TW99131382A
Authority: TW
Inventors: Jian Liu; Lu-Yang Luo; lian-ping Chen; Ching Chuan Kuo
Original assignee: O2Micro Int Ltd
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2013-12-01
Also published as: TW201215227A

Description

光源調光控制器及光源調光控制方法

本發明係關於一種控制器，特別是一種光源調光控制器。

脈衝調光週期可用於控制光源(例如，發光二極體)的亮度。一個脈衝調光週期包括導通階段和關閉階段。在導通階段有多個電流脈衝流過光源，在關閉階段則沒有電流流過光源。因此，透過調節脈衝調光週期的責任週期可控制光源的亮度。

圖1所示為傳統利用脈衝調光週期控制光源亮度之波形圖。圖1(a)是控制光源亮度的脈衝調光信號110波形圖。脈衝調光信號110在導通階段和關閉階段之間交替地切換。導通階段的時間長度和關閉階段的時間長度可預先設定。圖1(b)是在理想情況下，透過脈衝調光信號110控制的流過光源的平均電流波形圖。光源的平均電流在脈衝調光信號110的導通階段為基本上恒定的，且在脈衝調光信號110的關閉階段為零。然而，在實際應用上，光源可能和一電容並聯。在關閉階段，電容向光源放電，這樣，電容的電壓將快速下降為零。在導通階段，電容電壓則逐漸上升，且沒有電流流過光源直到電容電壓上升至一特定位準。因此，流過光源的電流具有一啟動階段。圖1(c)為實際應用時，受脈衝調光信號110控制的流過光源的平均電流波形圖。如圖1(c)所示，光源的電流逐漸從零上升。在啟動階段，幾乎沒有電流流過光源。不同的實際應用情況，則啟動階段的時間長度有所不同。因此，在脈衝調光信號的導通階段，光源的平均電流的恒定時間長度是不確定的，且在不同的應用狀況時亦有所不同。所以，無法很精確的控制光源亮度，且光源亮度隨應用情況不同而可能改變。

圖2所示為現有脈衝調光驅動電路200示意圖。脈衝調光驅動電路200中包含由電感202、二極體204和開關206所組成的轉換器將輸入電壓V_IN 轉換為輸出電壓V_OUT 以對光源(例如，發光二極體串230)供電，且產生流過發光二極體串230的一電流。脈衝調光驅動電路200還包括一開關220、以及一與發光二極體串230以及開關220並聯耦接之電容240。開關220受控於一控制器210的PWMOUT接腳處的脈衝調光信號。控制器210的PWM接腳接收一脈衝寬度調變信號。根據脈衝寬度調變信號，控制器210在接腳PWMOUT處產生一具有導通階段和關閉階段之脈衝調光信號。在關閉階段，開關220被關閉以斷開發光二極體串230和電容240。因此，電容240的電壓以相對緩慢之速度下降。當導通階段開始，開關220被導通，電容240上的電壓仍在一特定位準上。這樣，相對於圖1的現有技術，可更快地建立流經發光二極體串230之電流。所以，導通階段的精準度被改善。然而，由於額外的PWMOUT接腳和PWM接腳以及開關220，脈衝調光驅動電路200的成本相對較高。

本發明的目的為提供一種光源調光控制器，包括：一檢測器，檢測一光源的一脈衝調光週期的一啟動階段，且當該啟動階段結束時，產生一觸發信號，其中，該脈衝調光週期包括一導通階段和一關閉階段；一調光信號產生器，耦接至該檢測器，觸發時間長度為一預設時間段之該脈衝調光週期的該導通階段，以回應該觸發信號；以及一脈衝產生器，耦接至該調光信號產生器，產生一脈衝信號以控制流經該光源的一電流，其中，在該預設時間段，該脈衝產生器被致能，在該關閉階段，該脈衝產生器被除能。

本發明還提供一種照明系統，包括：一光源；一轉換器，耦接至該光源，根據一控制信號將一輸入電能轉換為一輸出電能，以對該光源供電，該轉換器包括受控於該控制信號的一開關；以及一控制器，耦接至該轉換器和該光源，根據流經該光源的一電流產生該控制信號，其中，該開關交替地在一脈衝調光週期的一預設導通階段被導通，且在該脈衝調光週期的一關閉階段被斷開，且其中，該預設導通階段從該電流的一啟動階段結束時開始。

本發明還提供一種光源調光控制方法，包括：檢測一光源的一脈衝調光週期的一啟動階段，其中，該脈衝調光週期包括一導通階段和一關閉階段；當該啟動階段結束時，觸發時間長度為一預設時間段之該導通階段；利用多個脈衝控制流經該光源的一電流；在該預設時間段致能該多個脈衝；以及在該關閉階段除能該多個脈衝。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

本發明一實施例提供了根據脈衝調光週期控制光源調光的控制器。控制器監測流經光源的電流以檢測脈衝調光週期的啟動階段。一旦脈衝調光週期的啟動階段結束，控制器觸發一預設時間段的脈衝調光週期的導通階段。有利之處在於，脈衝調光週期的導通階段的精準度能獲得改善，進而改善了光源調光控制的精準度。

圖3所示為根據本發明一實施例控制器300示意圖。在圖3的例子中，控制器300包括檢測器320、脈衝調光信號產生器340和脈衝產生器360。檢測器320監測流過光源(圖3中未示)的電流，以檢測脈衝調光週期的啟動階段，且當啟動階段結束時產生一觸發信號302。在一實施例中，啟動階段是指當光源被供電的初始，流過光源的電流從初始值(例如，零)上升至預設電流位準的時間段。光源可包括發光二極體，但本發明不以此為限。

脈衝調光信號產生器340耦接至檢測器320，為回應觸發信號302，可觸發時間長度為一預設時間段之脈衝調光週期的導通階段。脈衝產生器360耦接至脈衝調光信號產生器340，可產生一控制信號306(例如，脈衝信號)以控制光源的調光。更確切的說，脈衝產生器360在脈衝調光週期的導通階段被致能，且在脈衝調光週期的關閉階段被除能。例如，控制器300所產生之控制信號306在導通階段包含多個脈衝，且在關閉階段為低邏輯。

圖4所示為根據本發明一實施例耦接至光源(例如，發光二極體串403)之控制器400示意圖。和圖3相同元件符號的元件具有相似功能。在圖4的例子中，控制器400包括檢測器320、脈衝調光信號產生器340和脈衝產生器360。在一實施例中，控制器400可整合於一積體電路中。

當流經發光二極體串403的電流的啟動階段結束時(例如，當流經發光二極體串403的電流上升至一預設值時)，檢測器320產生一觸發信號302。在圖4的例子中，檢測器320包括感應放大器422和比較器426。電阻401和發光二極體串403串聯。在一實施例中，感應放大器422透過控制器400的ISENP接腳和ISENM接腳接收電阻401兩端的電壓，並輸出和電阻401上的壓降成比例的監測信號V_isen 。這樣，監測信號V_isen 表示流過發光二極體串403的電流。比較器426比較監測信號V_isen 和一參考信號V_set1 ，當監測信號V_isen 和參考信號V_set1 之間之差值超過一臨限值時，比較器426產生一觸發信號302。換言之，當流經發光二極體串403的電流上升至一預設值時，檢測器320產生觸發信號302。

脈衝調光信號產生器340產生一脈衝調光信號490以控制脈衝產生器360。在圖4的例子中，脈衝調光信號產生器340包括導通計時器442、調光週期計時器444、正反器446、反及(NAND)閘448和開關449。在一實施例中，導通計時器442和調光週期計時器444共用一時脈信號CLK。導通計時器442係由比較器426所產生之觸發信號302觸發。正反器446在C端接收導通計時器442的輸出，以及在D端接收一電源供應電壓VDD。調光週期計時器444提供一調光週期控制信號480給導通計時器442的重置端R_n 和正反器446的重置端R_n 。反及閘448接收調光週期控制信號480和正反器446在其輸出端QN的輸出信號。

在圖4的例子中，開關449耦接於脈衝產生器360和地之間，且受控於反及閘448的輸出。在一實施例中，當開關449被導通，脈衝調光信號490被拉低至邏輯低，因此，脈衝產生器360被除能。當開關449被斷開，脈衝調光信號490被上拉至邏輯高，因此，脈衝產生器360被致能。開關449被交替地導通和斷開。脈衝產生器360透過控制器400的GATE接腳產生控制信號306。

圖5a所示為脈衝調光控制信號480、監測信號V_isen 、導通計時器442的輸出、正反器446在QN端的信號、脈衝調光信號490和控制信號306之波形。圖5(a)將結合圖4進行描述。

調光週期計時器444交替地產生具有第一狀態(例如，邏輯高)一時間段和第二狀態(例如，邏輯低)一時間段之調光週期控制信號480。當調光週期控制信號480為第二狀態時，導通計時器442和正反器446被重置，且正反器446的輸出端QN的信號為邏輯高。這樣，反及閘448的兩個輸入分別為邏輯高和邏輯低，因此，反及閘448的輸出信號為邏輯高。所以，開關449被導通，脈衝調光信號490為邏輯低。相應地，當調光週期控制信號480在第二狀態時，脈衝產生器360被除能。

當調光週期控制信號480從第二狀態轉換至第一狀態時，脈衝調光週期開始，這樣，流經發光二極體串403的電流開始增加。檢測器320透過比較表示流過發光二極體串403的電流的監測信號V_isen 和參考信號V_set1 ，檢測脈衝調光週期的啟動階段。導通計時器442不被觸發直至檢測器320檢測到脈衝調光週期的啟動階段結束(例如，監測信號V_isen 和參考信號V_set1 之間的差值超過一臨限值)，且提供觸發信號302給導通計時器442。導通計時器442開始計數以回應觸發信號302，因此，脈衝調光週期的導通階段開始。導通計時器442輸出一致能信號(例如，邏輯低)至正反器446之輸入端C的一預設導通時間段。在預設導通時間段，正反器446的輸出端QN的信號保持為邏輯高。由於調光週期控制信號480處在第一狀態(例如，邏輯高)，反及閘448產生一邏輯低，因此開關449被斷開。所以，脈衝調光信號490為邏輯高，脈衝產生器360被致能一預設導通時間段，並輸出包括脈衝的控制信號306以控制發光二極體串403的調光。

在一實施例中，當導通階段之預設時間段結束時，導通計時器442產生一上升沿(rising edge)給正反器446的輸入端C。為回應上升沿，正反器446的輸出端QN的信號變為邏輯低，因此，反及閘448產生一邏輯高，以導通開關449。所以，脈衝調光信號490為邏輯低且關閉階段開始。相應地，脈衝產生器360被除能。流經發光二極體串403的電流在關閉階段中可能下降至零。當調光週期控制信號480從第一狀態轉換至第二狀態時，脈衝調光週期結束。當調光週期控制信號480從第二狀態轉換至第一狀態時，新的脈衝調光週期開始。基於調光週期控制信號480，脈衝調光信號產生器340產生脈衝調光信號490(例如，脈衝寬度調變信號)致能或除能脈衝產生器360。

在一實施例中，控制器400還包括誤差放大器470。誤差放大器470比較表示流經發光二極體串403的電流的監測信號V_isen 和另一參考信號V_set2 ，以判斷流經發光二極體串403的電流是否達到預設平均電流值。

圖5b所示為監測信號V_isen 的波形以及脈衝產生器360所產生之脈衝信號的責任週期。若平均電流小於預設平均電流值，則誤差放大器470控制脈衝產生器360相應地增加脈衝信號的責任週期。若平均電流大於預設平均電流值，則誤差放大器470控制脈衝產生器360減小脈衝信號的責任週期。

圖6所示為根據本發明另一實施例照明系統600示意圖。在圖6的例子中，照明系統600包括轉換器610、光源620和控制器300。光源可包括發光二極體，但本發明不以此為限。和圖3相同元件符號之元件具有相似功能。

根據控制器300所產生之控制信號306，耦接至光源620的轉換器610將輸入電能P_IN 轉換為輸出電能P_OUT ，以對光源620供電。透過調節控制信號306，輸出電能P_OUT 可被控制進而調節流經發光二極體串403的電流。這樣，光源620的亮度可受到控制。

圖7所示為根據本發明另一實施例照明系統700示意圖。和圖6相同元件符號之元件具有相似功能。在圖7的例子中，控制器300可整合在積體電路中。有利之處在於，相較於圖2，本發明可省去額外之接腳(例如，PWM接腳和PWMOUT接腳)且開關320亦可省去，因此，可降低成本。轉換器610包括開關706、電感702和二極體704。控制器300之接腳ISENP和接腳ISENM可用以感應串聯耦接至光源620之電阻上的壓降，進而感應流經光源620的電流。控制器300可根據感應到之電流，在接腳GATE處產生控制信號306。轉換器610的開關706受控於控制信號306，進而控制光源620的調光。開關706在脈衝調光週期的導通階段被交替地導開通和斷開，且在脈衝調光週期的關閉階段被持續斷開。在一實施例中，開關706可和控制器300一同整合於IC晶片中。

圖8所示為根據本發明一實施例控制光源調光的方法流程圖800。圖8將結合圖3和圖4進行描述。雖然圖8中公佈了具體的步驟，這些步驟為例子。也就是說，本發明也適用於圖8中步驟的變化。

在步驟802中，檢測器320檢測發光二極體串403的脈衝調光週期的啟動階段。在一實施例中，檢測器320中的比較器426比較表示流經發光二極體串403的電流的監測信號V_isen 和一預設值。

在步驟804中，當啟動階段結束時，檢測器320產生觸發信號302給導通計時器442，以觸發時間長度為一預設時間段之脈衝調光週期的導通階段。

在步驟806中，脈衝產生器360產生多個脈衝以控制流經發光二極體串403的電流。

在步驟808中，在脈衝調光週期的導通階段致能多個脈衝。如圖5所述，在導通階段，正反器446的輸出端QN處的信號為邏輯高，調光週期計時器444所輸出的脈衝調光控制信號480為邏輯高。因此，反及閘448的輸出信號為邏輯低，因此開關449被斷開。所以，在導通階段，脈衝產生器360被致能，進而輸出多個脈衝以控制流經發光二極體串403的電流。

在步驟810中，在脈衝調光週期的關閉階段除能多個脈衝，如圖5所述，在關閉階段，正反器446的輸出端QN處的信號為邏輯低，調光週期控制信號480為邏輯高。因此，反及閘448的輸出信號為邏輯高，因此開關449被導通。所以，在關閉階段，脈衝產生器360被除能。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。

110．．．脈衝調光信號

200．．．脈衝調光驅動電路

202．．．電感

204．．．二極體

206．．．開關

210．．．控制器

220．．．開關

230．．．發光二極體串

240．．．電容

300．．．控制器

302．．．觸發信號

306．．．控制信號

320．．．檢測器

340．．．脈衝調光信號產生器

360．．．脈衝產生器

400．．．控制器

401．．．電阻

403．．．發光二極體串

422．．．感應放大器

426．．．比較器

442．．．導通計時器

444．．．調光週期計時器

446．．．正反器

448．．．反及(NAND)閘

449．．．開關

470．．．誤差放大器

480．．．調光週期控制信號

490．．．脈衝調光信號

600．．．照明系統

610．．．轉換器

620．．．光源

700．．．照明系統

702．．．電感

704．．．二極體

706．．．開關

800．．．流程圖

802、804、806、808、810．．．步驟

以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：

圖1所示為傳統利用脈衝調光週期控制光源亮度之波形圖。

圖2所示為現有脈衝調光驅動電路示意圖。

圖3所示為根據本發明一實施例控制器示意圖。

圖4所示為根據本發明一實施例耦接至光源之控制器示意圖。

圖5a所示為脈衝調光控制信號、監測信號V_isen 、導通計時器的輸出、正反器在QN端的信號、脈衝調光信號和控制信號之波形。

圖5b所示為監測信號V_isen 的波形以及脈衝產生器360所產生之脈衝信號的責任週期。

圖6所示為根據本發明一實施例照明系統示意圖。

圖7所示為根據本發明另一實施例照明系統示意圖。

圖8所示為根據本發明一實施例控制光源調光的方法流程圖。