TWI418246B - 燈結構、車燈驅動電路以及車燈驅動方法 - Google Patents

Description

燈結構、車燈驅動電路以及車燈驅動方法

本發明係關於一種燈電路，特別是一種應用於車燈的電路。

近年來，隨著材料和製程的進步，新型光源(例如，發光二極體)之應用日漸廣泛。發光二極體具有高效率、長壽命、顏色鮮豔等特點，可應用於多個領域。其中一種用途使用發光二極體取代傳統的白熾車燈。相較於傳統的白熾燈，發光二極體更輕、更小、壽命更長且更省電。更重要的是，發光二極體的反應速度較白熾燈更快。

對於那些原本設計使用白熾燈為車燈的汽車，要直接將白熾燈置換為發光二極體將有困難。圖1所示為使用傳統白熾燈102之汽車之燈電路100。白熾燈102係由電源108(例如，電池)透過電力線104供電。在一些特定的情況下，汽車需要進行自檢以測試白熾燈102是否正常工作。汽車上的微控制器(圖1中未示出)將產生一測試信號(通常為一方波)，並將測試信號施加於電力線104上。一檢測電路106檢測白熾燈102兩端的電壓。如果測試信號的波形振幅大於一預設值，則此波形能夠被檢測電路106檢測到。如果白熾燈102正常工作，由於白熾燈102內部的燈絲電阻較小，因此白熾燈102上的壓降相對較小。因此，檢測電路106則無法檢測到測試信號的波形。如果白熾燈102壞掉了(例如，處於開路狀態)，則檢測電路106可檢測到測試信號的波形並進而判定白熾燈102損壞，可在儀表板上亮起警示燈以提示駕駛人。

圖2所示為傳統使用發光二極體取代白熾燈之汽車之燈電路200。如圖2所示，發光二極體串202取代了傳統的白熾燈。發光二極體串202包含多個串聯耦接的發光二極體。一般來說，發光二極體串202的電阻大於白熾燈的電阻。因此，當微控制器(圖2中未示出)把測試信號施加在電力線104上時，即使發光二極體串202正常工作，檢測電路106仍可在發光二極體串202的兩端檢測到測試信號的波形，導致產生錯誤的判斷。為避免警報誤動作，一虛擬負載(例如，電阻204)並聯耦接至發光二極體串202的兩端。電阻204具有較小的阻值，因此，電阻204和發光二極體串202並聯起來的總阻值更小。透過為電阻204選擇一合適的阻值，檢測電路106無法在發光二極體串202的兩端檢測到測試信號的波形，因此，避免警報誤動作的發生。這種傳統電路的缺點是，只要車燈打開，電阻204將持續的消耗電力並發熱。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種車燈驅動電路，包括：一電流路徑，其耦接於一電力線和地之間，且包含一虛擬負載；以及一監控單元，耦接至該電力線並監測施加至該電力線的一測試信號，其中，該測試信號測試一車燈是否正常工作，且其中，當監測到該測試信號時，該監控單元導通該電流路徑以致能流經該虛擬負載至地的一電流，進而降低該車燈驅動電路的一總電阻值。

本發明還提供了一種燈結構，包括：一光源；以及一電路，耦接至一電力線且驅動該光源，包含：一第一電容，耦接至該電力線，其中，當測試該光源是否正常的一測試信號被施加於該電力線上時，該第一電容兩端的一電壓大於一臨限值；以及一電流路徑，耦接於該電力線和地之間，其中，當該第一電容兩端的該電壓大於該臨限值時，該電流路徑導通，該電路的一總電阻值降低。

本發明還提供了一種車燈驅動方法，包括：檢測一電力線上的一測試信號，該測試信號測試一車燈是否正常工作；當檢測到該測試信號，則導通介於該電力線和地之間的一電流路徑，以降低一電路的一總電阻值；以及如果沒有檢測到該測試信號，則切斷該電流路徑。

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。

圖3所示為根據本發明一實施例使用發光二極體取代白熾燈之汽車之燈電路300示意圖。在一實施例中，電路300整合在一車燈結構內。燈電路300透過電力線306耦接至一電源314。在一實施例中，電源314可為汽車上的電池。

燈電路300包含一耦接於電力線306和地之間的電流路徑。在一實施例中，電流路徑包含串聯連接的一虛擬負載304和一開關318。一監控單元302耦接至電力線306，並監測電力線306上的測試信號。監控單元302可控制開關318的開/關狀態以選擇性地導通電流路徑。如果監控單元302在電力線306上檢測到測試信號，則監控單元302導通開關318以致能流經虛擬負載304到地的電流，進而降低燈電路300的總電阻。燈電路300還進一步包含一直流/直流轉換器310，耦接至電力線306，以為一光源(例如，發光二極體串312)提供調整後的電力。一電流感應器316可監測流經發光二極體串312的電流，並提供一指示電流的檢測信號給控制器308。控制器308耦接至直流/直流轉換器310以及電流感應器316，並基於電流感應器316所提供的檢測信號控制直流/直流轉換器310。因此，直流/直流轉換器310可提供調整後之電力至發光二極體串312。控制器308也耦接至開關318，並基於流經發光二極體串312的電流，透過控制開關318進而決定電流路徑的導通狀態。

有利之處在於，當汽車執行自我檢測以判斷車燈結構是否能正常工作時，如果發光二極體串312正常工作，燈電路300可防止警報誤動作的發生。當汽車進行自我檢測時，測試信號被持續施加於電力線306上一段時間，例如5秒。在一實施例中，測試信號可為方波。檢測電路320檢測燈電路300兩端的電壓。如果在燈電路300兩端檢測到測試信號的波形，則檢測電路320可判定光源故障，並產生一警報信號使儀表板上的指示燈亮起。如果在燈電路300兩端沒有檢測到測試信號的波形，則檢測電路320判定光源正常工作。

在操作中，監控單元302能夠檢測測試信號並導通開關318以為回應測試信號而導通電流路徑。監控單元302之詳細描述將於圖4中進行說明。如果檢測到測試信號，一電流被致能流經虛擬負載304至地。換言之，當開關318導通時，虛擬負載304並聯耦接至燈電路300，進而使燈電路300的總電阻降低。透過為虛擬負載304選擇合適的電阻值，可降低燈電路300之總電阻。相應地，測試信號的波型之振幅足夠小，使得檢測電路320無法在燈電路300兩端檢測到測試信號的波形。這樣就能避免警報誤動作。當自我檢測完成(電力線306上沒有測試信號)之後，監控單元302可斷開開關318以切斷電流路徑，因此虛擬負載304不再消耗電力。

另外，控制器308可根據流經發光二極體串312的電流檢測發光二極體串312是否出現異常。例如，如果發光二極體串312處於開路狀態，則流經發光二極體串312的電流為零，因此小於一第一預設電流值。如果發光二極體串312處於短路狀態，流經發光二極體串312的電流大於一第二預設電流值。因此，透過比較流經發光二極體串312的電流與一或多個預設電流值，控制器308可判定發光二極體串312是否出現異常。在一實施例中，如果檢測到發光二極體串312出現異常，控制器308斷開開關318以斷開電流路徑。這樣，檢測電路320將會檢測到測試信號的波形並產生警報信號。控制器308還能基於流經發光二極體串312的電流控制直流/直流轉換器310，使直流/直流轉換器310提供調整後之電力至發光二極體串312，進而使發光二極體串312具有期望亮度。

圖4所示為根據本發明一實施例使用發光二極體取代白熾燈之汽車之燈電路300架構圖。圖4中示出了監控單元302的詳細結構。圖4中與圖3具有相同元件標號的元件具有類似的功能。

在圖4的例子中，虛擬負載304包含一電阻416，開關318包含一電晶體412，電流感應器316包含一電阻414。在一實施例中，監控單元302可包含耦接至電力線306的第一電容402、第一二極體404，其陰極耦接至第一電容402且其陽極耦接至地、第二二極體406，其陽極耦接至第一電容402且其陰極透過一第二電容410耦接至地、以及與第二電容410並聯的電阻408。電晶體412的閘極耦接至第二電容410，因此，電晶體412的導通狀態受控於第二電容410兩端的電壓。在一實施例中，電晶體412具有一臨限電壓Vth。如果第二電容410兩端的電壓V₄₁₀ 小於Vth，則電晶體412斷開。如果第二電容410兩端的電壓V₄₁₀ 大於Vth，則電晶體412導通。圖5所示為第二電容410兩端的電壓V₄₁₀ 和電力線306上之測試信號之間的關係示意圖。圖4將結合圖5進行描述。

在操作中，如果汽車沒有進行自我檢測，則電力線306上沒有測試信號。電力線306可為燈電路300提供一直流電力(例如，12V的直流電壓)。直流電壓被第一電容402隔離，因此第二電容410不會被充電，且第二電容410兩端的電壓V₄₁₀ 小於臨限值Vth。因此，電晶體412被斷開，進而電流路徑被切斷。

在操作中，如果汽車進行自我檢測，測試信號(示於圖5)被施加於電力線306上。由於測試信號具有一交流分量，所以測試信號能夠通過第一電容402和第二二極體406，為第二電容410充電。如圖5所示，當測試信號為高電位時，第二電容410被充電，因此V₄₁₀ 增大。當測試信號為低電位時，第二電容410透過電阻408放電，因此V₄₁₀ 降低。

對於第一電容402的電容值、第二電容410的電容值、以及電阻408的電阻值的選取可有不同的方法。在一實施例中，透過選擇適當的第一電容402的電容值、第二電容410的電容值、以及電阻408的電阻值，可使得在測試信號一系列脈衝的作用下，第二電容410兩端的電壓V₄₁₀ 能達到動態平衡。在一實施例中，動態平衡狀態是指當電壓V₄₁₀ 的平均值變得相對穩定時之狀態。在一實施例中，第二電容410的電容值和電阻408的電阻值越大，第二電容410的放電速度越慢。對於頻率較低的測試信號而言，需要第二電容410的放電速度較慢，這樣在測試信號中一系列脈衝的作用下，第二電容410兩端的電壓V₄₁₀ 才能達到動態平衡。

在另一實施例中，透過選擇適當的第一電容402的電容值和第二電容410的電容值，可使得當電力線306上沒有測試信號時，電壓V₄₁₀ 小於電晶體412的臨限電壓Vth，進而使電晶體412斷開。假設電力線306所提供的直流電壓為V_DD 、第一電容402的電容值為C₄₀₂ 、第二電容410的電容值為C₄₁₀ 、第二二極體406兩端的電壓為V_D2 、以及電晶體412的臨限值電壓為Vth，則C₄₀₂ 和C₄₁₀ 可透過方程式(1)和(2)共同決定之：

V ₄₁₀ <Vth 　(2)

圖6所示為根據本發明一實施例為汽車光源供電方法流程圖600。圖6將結合圖3和圖4進行描述。

在步驟602中，監測電力線306上之測試信號。例如，透過燈電路300中的監控單元302進行監測。

在步驟604中，如果監測到測試信號，則導通電流路徑，以致能流經虛擬負載304的一電流，進而降低燈電路300的總電阻值。在一實施例中，測試信號對第二電容410充電。第二電容410兩端的電壓大於開關318的臨限電壓，使得開關318導通，進而導通電流路徑。因此，虛擬負載304並聯耦接至燈電路300，使燈電路300的總電阻值降低。因此，檢測電路320無法在燈電路300之兩端檢測到測試信號的波形，也就不會產生警報誤動作。

在步驟606中，如果沒有在電力線306上檢測到測試信號，則切斷電流路徑。在一實施例中，如果電力線306上沒有測試信號，則第二電容410兩端的電壓小於開關318的臨限電壓，開關318因此斷開進而切斷電流路徑。虛擬負載304便不再消耗電力。

綜上所述，本發明提供了一種驅動車燈的燈電路。燈電路利用發光二極體串作為光源以取代傳統車燈中的白熾燈。有利之處在於，當汽車執行自我檢測且車燈正常運作時，燈電路可導通一電流路徑以防止警報誤動作。更者，當汽車不執行自我檢測時，透過切斷電流路徑以節省電力消耗以及減少熱量的產生。

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。

100．．．燈電路

102．．．白熾燈

104．．．電力線

106．．．檢測電路

108．．．電源

200．．．燈電路

202．．．發光二極體串

204．．．電阻

300．．．燈電路

302．．．監控單元

304．．．虛擬負載

306．．．電力線

308．．．控制器

310．．．直流/直流轉換器

312．．．發光二極體

314．．．電源

316．．．電流感應器

318．．．開關

320．．．檢測電路

402．．．第一電容

404．．．第一二極體

406．．．第二二極體

408．．．電阻

410．．．第二電容

412．．．電晶體

414、416．．．電阻

600．．．流程圖

602、604、606．．．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所示為傳統使用白熾燈之汽車之燈電路。

圖2所示為傳統使用發光二極體取代白熾燈之汽車之燈電路。

圖3所示為根據本發明一實施例使用發光二極體取代白熾燈之汽車之燈電路示意圖。

圖4所示為根據本發明一實施例使用發光二極體取代白熾燈之汽車之燈電路架構圖。

圖5所示為第二電容兩端的電壓和電力線上之測試信號之間的關係示意圖。

圖6所示為根據本發明一實施例為汽車光源供電方法流程圖。

300．．．燈電路

302．．．監控單元

304．．．虛擬負載

306．．．電力線

308．．．控制器

310．．．直流/直流轉換器

312．．．發光二極體

314．．．電源

316．．．電流感應器

318．．．開關

320．．．檢測電路

Claims (21)

1. 一種車燈驅動電路，包括：一電流路徑，其耦接於一電力線和地之間，且包含一虛擬負載；以及一監控單元，耦接至該電力線並監測施加至該電力線的一測試信號，其中，該測試信號測試一車燈是否正常工作，且其中，當監測到該測試信號時，該監控單元導通該電流路徑以致能流經該虛擬負載至地的一電流，進而降低該車燈驅動電路的一總電阻值。
2. 如申請專利範圍第1項的車燈驅動電路，進一步包括：一直流/直流轉換器，耦接至該電力線，提供一調整後電力至該車燈；一電流感應器，耦接至該車燈，提供指示流經該車燈的電流的一檢測信號；以及一控制器，耦接至該電流感應器，基於該檢測信號控制該直流/直流轉換器，並基於該檢測信號決定該電流路徑的一導通狀態。
3. 如申請專利範圍第2項的車燈驅動電路，其中，當該車燈處於一開路狀態，則該控制器切斷該電流路徑。
4. 如申請專利範圍第2項的車燈驅動電路，其中，當該車燈處於一短路狀態，則該控制器切斷該電流路徑。
5. 如申請專利範圍第1項的車燈驅動電路，其中，該虛擬負載包含一電阻。
6. 如申請專利範圍第1項的車燈驅動電路，其中，該監控單元包含一電容，其中，當該測試信號施加於該電力線上時，該電容兩端的一電壓大於一臨限值，進而該電容導通該電流路徑上之一開關。
7. 如申請專利範圍第6項的車燈驅動電路，其中，當該電力線上沒有該測試信號時，則該電容兩端的該電壓小於該臨限值，該開關被斷開。
8. 如申請專利範圍第1項的車燈驅動電路，其中，該監控單元包含一第一電容，耦接至該電力線，傳遞該測試信號且隔離該電力線上的一直流電力。
9. 如申請專利範圍第8項的車燈驅動電路，其中，該監控單元進一步包括：一第一二極體，其陰極耦接至該第一電容，其陽極耦接至地；以及一第二二極體，其陽極耦接至該第一電容，其陰極透過一第二電容耦接至地，其中，該電流路徑包含一開關，該開關的一導通狀態係由該第二電容兩端的一電壓決定之。
10. 一種燈結構，包括：一光源；以及一電路，耦接至一電力線且驅動該光源，包含：一第一電容，耦接至該電力線，其中，當測試該光源是否正常的一測試信號被施加於該電力線上時，該第一電容兩端的一電壓大於一臨限值；以及一電流路徑，耦接於該電力線和地之間，其中，當該第一電容兩端的該電壓大於該臨限值時，該電流路徑導通，該電路的一總電阻值降低。
11. 如申請專利範圍第10項的燈結構，進一步包括：一直流/直流轉換器，耦接至該電力線，提供一調整後電力至該光源；一電流感應器，耦接至該光源，提供指示流經該光源的一電流的一檢測信號；以及一控制器，耦接至該電流感應器，基於該檢測信號控制該直流/直流轉換器，並基於該檢測信號決定該電流路徑的一導通狀態。
12. 如申請專利範圍第11項的燈結構，其中，當該光源處於一開路狀態，則該控制器切斷該電流路徑。
13. 如申請專利範圍第11項的燈結構，其中，當該光源處於一短路狀態，則該控制器切斷該電流路徑。
14. 如申請專利範圍第10項的燈結構，其中，該電流路徑包含一電阻。
15. 如申請專利範圍第10項的燈結構，其中，該光源包含一發光二極體串。
16. 如申請專利範圍第10項的燈結構，其中，該電路進一步包括：一第二電容，耦接至該電力線；一第一二極體，其陰極耦接至該第二電容，其陽極耦接至地；以及一第二二極體，其陽極耦接至該第二電容，其陰極透過該第一電容耦接至地，其中，該電流路徑包含一開關，該開關的一導通狀態係由該第一電容兩端的一電壓決定之。
17. 一種車燈驅動方法，包括：檢測一電力線上的一測試信號，該測試信號測試一車燈是否正常工作；當檢測到該測試信號，則導通介於該電力線和地之間的一電流路徑，以降低一電路的一總電阻值；以及如果沒有檢測到該測試信號，則切斷該電流路徑。
18. 如申請專利範圍第17項的方法，進一步包括：監測流經該車燈的一電流；以及當該車燈處於一開路狀態，切斷該電流路徑。
19. 如申請專利範圍第17項的方法，進一步包括：監測流經該車燈的一電流；以及當該車燈處於一短路狀態，切斷該電流路徑。
20. 如申請專利範圍第17項的方法，進一步包括：利用一直流/直流轉換器轉換來自該電力線的一輸入電力為一調整後電力；基於流經該車燈的一電流控制該直流/直流轉換器；以及利用該調整後電力為該車燈供電。
21. 如申請專利範圍第17項的方法，進一步包括：該測試信號對一電容充電；當該電容兩端的一電壓大於一臨限值，則導通該電流路徑上的一開關，進而導通該電流路徑。