TWI422276B - 發光二極體光源的投影機電力控制方法 - Google Patents

Description

發光二極體光源的投影機電力控制方法

本案係關於投影機，尤指一種使用發光二極體為光源的投影機的電源系統與其控制方法。

請參閱圖1，為習用的發光二極體光源投影機的示意圖。習用的發光二極體光源投影機，其電源通常即來自家用電源，如牆壁電源AC(交流電)，並經過電源供應器2予以變壓整流，以供投影機內所有的設備使用。本案僅討論關於發光二極體的供電問題，因此僅討論電源供應器2輸出電力至驅動器3的部分，其他部分不予考慮。而電源供應器2，通常具有變壓的功能，通常為降壓；另外還可能具有整流、穩壓的功能。牆壁電源AC被輸出至電源供應器2，經處理後電源供應器2又輸出一供應電壓v1至一驅動器3，驅動器3是負責驅動一發光二極體4，因此驅動器3亦輸出一驅動電流A至發光二極體4。如此一投影機的光源部分即可運作。

然而，發光二極體4的製造會有些許誤差，因此使得每個發光二極體的工作電壓都不盡相同，有高有低，故習用技術為了涵蓋最高至最低的工作電壓，通常會讓電源供應器2輸出一較高的供應電壓v1至驅動器3，通常這個供應電壓v1高出發光二極體所能承受的電壓值可能有三分之一的幅度，因此，當驅動器3執行產生定電流的工作時並輸出驅動電流A至發光二極體4，而自然就有一工作電壓v2的出現，然而工作電壓v2與供應電壓v1之間有著一些差距，由此可見，驅動器3吸收了兩者的壓差，為了消耗過高的電壓，驅動器3會以熱能的方式將過多的電能消耗，而其副作用就是產生高熱且導致電力的浪費。

爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，發明出本案「發光二極體光源的投影機電力控制方法與系統」，用以改善上述習用手段之缺失。

本發明之目的在於解決使用發光二極體作為光源的投影機的耗電問題，並藉由解決此耗電問題達到降低投影機發熱的另一效果，進而降低投影機對於散熱功效的需求，並使整體的耗電降低。

為了達到上述之目的，本發明提供一種使用發光二極體光源之投影機的光源電力控制方法，包括下列步驟：提供一發光二極體驅動器與一發光二極體；輸出一供應電壓至該發光二極體驅動器，而該發光二極體驅動器對該發光二極體提供一驅動電流；取得該發光二極體的工作電壓；以及調整該供應電壓。

如上所述的控制方法，其中該供應電壓，是由一電源供應器所供給。

如上所述的控制方法，其中調整該供應電壓，是透過一處理器控制該電源供應器而達成。

如上所述的控制方法，更包括一步驟：提供一處理器，由該處理器執行調整該供應電壓。

如上所述的控制方法，其中該工作電壓是自該發光二極體驅動器取得。

如上所述的控制方法，更包括一步驟：提供一電源供應器，與該處理器及該發光二極體驅動器電連接，該電源供應器是用以輸出該供應電壓至該發光二極體驅動器。

如上所述的控制方法，更包括下列步驟：判斷若輸出至該發光二極體的該供應電壓，大於該發光二極體的該工作電壓加上發光二極體驅動器所應有的壓降(所消耗的電壓)的和，則將該供應電壓予以降低。

為了達到上述之目的，本發明提供一種使用發光二極體光源之投影機的光源電力控制系統，包括一電源供應器，產生一供應電壓；一發光二極體驅動器，電連接至該電源供應器並接受該供應電壓，並輸出一驅動電流；以及一處理器，電連接至該電源供應器及該發光二極體驅動器，其中，該處理器是用以改變該供應電壓。

如前所述的控制系統，其中該處理器是自該發光二極體驅動器獲得一驅動信號。

如前所述的控制系統，其中該驅動信號具有一發光二極體的工作電壓。

如前所述的控制系統，其中該處理器對該電源供應器發送一控制信號。

如前所述的控制系統，其中該控制信號承載該電源供應器對該供應電壓所需改變的幅度。

如前所述的控制系統，其中該電源供應器更包含一整流器，用以將電源的交流電轉換為直流電；一功率因素修正器，用以修正來自該整流器的直流電的功率因素；一變壓器，將來自該功率因素修正器的電壓值，降至該發光二極體驅動器所能接受的電壓值；以及一數位類比轉換器，與該變壓器電連接，將該處理器產生的該控制信號，轉換為一控制電壓，再送到該變壓器，而使該供應電壓改變。

如前所述的控制系統，其中該發光二極體驅動器更包含一電壓電流轉換器(Voltage to Current Converter)，與該電源供應器電連接，將該供應電壓調整成該驅動電流；以及一驅動器控制電路，與該處理器電連接並傳送一驅動信號給該處理器；並與電壓電流轉換器電連接以取得發光二極體的工作電壓。而該驅動信號即發光二極體的工作電壓。

以下針對本發明之一種使用發光二極體光源之投影機的光源電力控制方法與系統的較佳實施例進行描述，請參考附圖，但實際之配置及所採行的方法並不必須完全符合所描述的內容，熟習本技藝者當能在不脫離本案之實際精神及範圍的情況下，做出種種變化及修改。

請參閱圖2，為本發明投影機暨控制系統示意圖。其中基本架構仍然是由外部電源、通常是一家用電源或稱為室內電源、牆壁電源供電給一電源供應器，經過適當的處理後，通常是降壓、整流，再送給發光二極體驅動器，最後再將電力輸送至發光二極體。惟本發明為了達到控制光源電力之目的，更增加了一處理器5，而電源供應器特別使用一切換式電源供應器2’(簡稱供應器2’)，由外部電源供給一交流電AC予供應器2’，而供應器2’則可以改變自身的輸出電壓，並輸出一供應電壓v1予發光二極體驅動器3’，而發光二極體驅動器則是一資訊化電子設備、器材，可以另外輸出信號告知其他元件以表示驅動器3’本身的使用狀態，因此，本發明的控制系統即是具有信號輸出功能的驅動器3’，驅動器3’則為了驅動發光二極體4，將供應器2’的供應電壓v1轉換成定電流，並進而輸出一驅動電流A來驅動發光二極體4發光，因此在發光二極體4與驅動器3’之間產生一工作電壓v2。又，驅動器3’是與處理器5電連接，使得處理器5可以接收來自驅動器3’的驅動信號5a，而處理器5即可知道驅動器3’內由於為了輸出電力至發光二極體4而執行多少的降壓，而本發明之目的即如前述，其一是為了解決使用發光二極體作為光源的投影機的耗電問題，而傳統的驅動器的耗電即因供應電壓v1過高，使得工作電壓v2除了負擔發光二極體4以及驅動器3’的消耗之外，仍有超出的部分，而發光二極體4需要的卻是定電流，因此，驅動器3’為了提供定電流而透過電阻調節，以至於產生了相當的熱量，而這使得驅動器3’產生高熱，除了降低電子元件的壽命之外，而為了避免高熱造成的損害，則投影機就還需要對驅動器進行散熱。相反的，本發明的資訊化的發光二極體驅動器3’會告知處理器5供應電壓v1是否過高，若過高，則處理器5則透過一控制信號5b使供應器2’降低供應電壓v1。

由此可見，透過本發明增設一處理器5，並將之電連接至驅動器3’以及供應器2’，使得控制發光二極體電源供應器2’的供應電壓v1成為可能。也因此，供應器2’所輸出的供應電壓v1在經過本發明的控制之後，大致上是等於驅動器3’的內需電壓與工作電壓v2的加總、即和。故而驅動器3’所生成的熱就僅有自身本身所負擔的電力消耗而自然生成的熱，而沒有因為供應電壓v1過高而生成的熱，也因此達到了本發明的另一目的，即透過解決耗電問題達到降低投影機發熱的另一效果，也由於發熱問題不再困擾著投影機的驅動器，也使得對驅動器散熱的需求降低，更可以降低因為散熱而另外消耗的能源，如取消用於驅動器的散熱風扇。或是至少簡化驅動器的散熱元件的設計。不論如何，本發明除了降低電力消耗外，還可因為散熱需求之降低，而使用成本較低的散熱元件，亦即更進一步的降低投影機的成本。對於末端使用者而言，電費降低即是一重大誘因。

請參閱圖3，為本發明的控制方法的流程圖。其中揭露了的步驟如後。首先是提供電源10，通常此電源即來自家用電源的一百一十伏特或二百二十伏特的電壓，下一步驟是提供電源供應器20，用以將電源的電壓予以變壓、整流，為的是使發光二極體驅動器可以動作，接下的步驟即是提供發光二極體驅動器30，其作用是在於驅動發光二極體；再次一步驟是提供發光二極體40，到此而言，即有電流輸出至發光二極體，而發光二極體40即可發光，電流通過自然就會有電壓施加於發光二極體上，即發光二極體4的工作電壓v2(請配合圖2)。接著次一步驟是取得該發光二極體所需的電壓50，而在得知發光二極體所需的電壓值之後，本發明接下的步驟是調整所述輸出至該發光二極體的電壓51。由於發光二極體是由驅動器所驅動，而驅動器的電力來源是電源供應器，故而前述「調整所述輸出至該發光二極體的電壓51」的步驟，即是改變電源供應器的輸出電壓，亦即將圖2所述的供應電壓v1加以改變。而電源供應器之供應電壓v1的改變動作，則是來自一控制器5(請配合圖2)的操作，至於是否要調整供應電壓v1則是由驅動器提供具本身輸出至該發光二極體的電壓的資訊給控制器5。

圖3所揭露的是比較繁瑣的流程圖，本發明所揭露的使用發光二極體光源之投影機的光源電力控制方法，實際上可以化約成下列三個步驟：首先是輸出一驅動電壓至一發光二極體；取得該發光二極體的所需電壓；以及調整輸出至該發光二極體的該驅動電壓。

更進一步而言，首先，上述的「輸出一驅動電壓至一發光二極體」的步驟，是由一發光二極體驅動器輸出一驅動電流給一發光二極體，而兩者之間即有一電位差，稱為工作電壓。至於發光二極體驅動器的電力來源則是由一電源供應器所供給。其次，上述的「取得該發光二極體的所需電壓」的步驟，更詳細的描述是由一個處理器取得該發光二極體的所需電壓，而由於發光二極體的電力之直接供應者是發光二極體驅動器，因此，該處理器即是由發光二極體驅動器取得、或者說是發光二極體將該所需電壓傳送給該處理器知道。第三，上述的「調整輸出至該發光二極體的該驅動電壓」的步驟，更進一步的來說是將輸出至該發光二極體的該驅動電壓予以調整。由於發光二極體驅動器是由一電源供應器的供應電壓為其電力來源，因此，調整該驅動電壓實際上就是由調整該供應電壓著手，而調整的方式就是透過該處理器傳送信號至該電源供應器，使電源供應器降低其所輸出的供應電壓。若供應電壓太高使得發光二極體驅動器對驅動電壓進行壓降的幅度過大，則降低供應電壓。

通常本發明的方法在實際上供電時，會讓電源供應器提供一個較高的電壓，亦即其供應電壓高出發光二極體的所需電壓達到一個程度，可能是高出五分之一、或是四分之一、甚至是三分之一，由於發光二極體驅動器具有一電壓電流轉換器，因此若電源供應器的供應電壓過高，驅動器，勢必在轉換為電流時強迫的將所述較高的電壓予以降低，以使輸出至發光二極體的電流是其所可接受的最大電流值，也就是可以讓發光二極體全功率輸出者，如此一來，處理器即可透過發光二極體驅動器得知發光二極體的工作電壓，從而以一控制信號傳送至控制電源供應器，使其降低其供應電壓，換言之，就是拉近了供應電壓與工作電壓之間的差異，以減少發光二極體驅動器的負擔。理論上，供應電壓是降低到跟發光二極體的工作電壓相同，但實際上由於仍要經過發光二極體驅動器，而此必然會造成些許壓降，因此供應電壓仍是略高於發光二極體所需電壓。

請參閱圖4，為本發明的切換式電源供應器的電路方塊示意圖。其中切換式電源供應器2’內具有一整流器(整流電路)2’1，用以接收外部電源的交流電AC，並將之轉換為一供應電壓v1而輸出給發光二極體驅動器3’(請看圖5)。電源供應器2’還包括一功率因素修正器2’2，用以修正來自該整流器2’1的直流電的功率因素。圖4中還揭露電源供應器2’還包括一變壓器(變壓電路)2’3，將來自該功率因素修正器2’2的電壓，降至該發光二極體驅動器3’所能接受的大小。此外，電源供應器2’還具有一數位類比轉換器2’4，電連接至變壓器2’3，是用來將處理器5(請看圖5)產生的控制信號5b，轉換為一控制電壓Vctrl，再送到該變壓器2’3，使變壓器2’3得以依據控制信號5b改變自己所輸出的供應電壓v1。

請參閱圖5，為本發明的光源電力控制系統的電路方塊示意圖。其中的處理器5以及切換式電源供應器2’的說明已敘明於上述各段落，於此不在贅述。因此僅就發光二極體驅動器3’作說明。圖5揭露發光二極體驅動器3’還包括了一功率迴路3’1，通常是一類比功率迴路(analog power stage)，透過此一迴路的建立，使得各發光二極體所需的電壓變成可以向外發送的資訊，並透過一驅動器控制電路3’2，通常是一驅動邏輯電路(driver logic)來擔任，將發光二極體的工作電壓以一驅動信號5a傳送到處理器5。

請繼續參閱圖5，更進一步的揭露功率迴路3’1包含了一個或一個以上的電壓電流轉換器(Voltage to Current Converter)(3’10R、3’10G、3’10B)，與該電源供應器2’電連接，將該供應電壓v1調整成該驅動電流A，以使發光二極體(4R、4G、4B)可以全功率輸出但又不至毀損。此外，由於較高階的投影機多是紅綠藍三原光分色處理，因此本發明就已分成三光源的發光二極體(4R、4G、4B)作說明。也因此供應電壓v1則針對了此三個發光二極體而分成第一供應電壓v1R、第二供應電壓v1G、以及第三供應電壓v1B，分別傳送到第一電壓電流轉換器3’10R、第二電壓電流轉換器3’10G、以及第三電壓電流轉換器3’10B。而透過各個電壓電流轉換器的作用，並自其產生一第一驅動電流A-R、第二驅動電流A-G、以及第三驅動電流A-B，並再分別輸出至發光二極體(4R、4G、4B)。且在各個發光二極體與各個電壓電流轉換器之間則即可讀取到一工作電壓v2。

請繼續參閱圖5，其中更進一步的揭露了功率迴路3’1是由所述三個電壓電流轉換器(3’10R、3’10G、3’10B)而各個電壓電流轉換器均可與驅動器控制電路3’2相互傳遞信號，並使驅動器控制電路3’2得到各個電壓電流轉換器於轉換來自電源供應器2’的工作電壓v2，且驅動器控制電路3’2再傳送一驅動信號5a給處理器5，如此一來處理器5即可得知一電壓調整值，亦即供應電壓v1與工作電壓v2之間的差，並判斷第一供應電壓v1R、第二供應電壓v1G、以及第三供應電壓v1B是否過高，之後，處理器5再以一 控制信號5b透過數位類比轉換器2’4產生一控制電壓Vctrl調整變壓器2’3所輸出的第一供應電壓v1R、第二供應電壓v1G、以及第三供應電壓v1B。而處理器5則可透過IIC或SPI這兩種類型的介面連接至驅動器控制電路3’2與數位類比轉換器2’4。

請配合圖5，通常本發明的方法在實際上供電時，再一開始打開投影機的電源時，首先是讓切換式電源供應器2’對發光二極體驅動器3’提供一個較高的電壓，亦即其供應電壓高出各發光二極體(4R、4G、4B)的所需電壓達到一個程度，可能是高出五分之一、或是四分之一、甚至是三分之一，也就是說第一供應電壓v1R、第二供應電壓v1G、以及第三供應電壓v1B是高出各個發光二極體原本所需的電壓到達一特定程度，譬如說發光二極體的所需電壓為4.5伏特，則驅動電壓可能會供給到6伏特。接著發光二極體驅動器3’的各個電壓電流轉換器(3’10R、3’10G、3’10B)為了對發光二極體提供定電流，即第一驅動電流A-R、第二驅動電流A-G、以及第三驅動電流A-B，因而強迫將所述較高的驅動電壓予以降低，降低之後的數值即是發光二極體(4R、4G、4B)與各個電壓電流轉換器之間的工作電壓v2，也就是說到目前為止，驅動器3’是為了對發光二極體提供定電流而強迫的吸收了各驅動電壓與各工作電壓之間的壓降，因而產生大量的熱。於此同時，驅動器控制電路3’2可以將供應電壓至工作電壓的降低幅度透過驅動信號5a通知處理器5，因而處理器5即可判斷各供應電壓究竟 是否過高，如過高，則以一相應的控制信號5b透過數位類比轉換器2’4產生一控制電壓Vctrl來傳送給變壓器2’3，使之降低供應電壓。理論上，供應電壓是降低到跟發光二極體的工作電壓相同，但實際上由於仍要經過發光二極體驅動器，而此必然會造成些許壓降，因此供應電壓仍是略高於發光二極體所需電壓，否則供應電壓在經過驅動器後勢必因為驅動器的消耗而低於發光二極體的工作電壓。話說回來，透過本發明的方法與系統，驅動器3’已不再需要大幅度的降低來自電源供應器2’的供應電壓v1，故而消耗在驅動器3’的電力也大為減少、而驅動器3’因為降壓而產生的熱量也大為降低。

綜上所述，本發明「使用發光二極體光源之投影機的光源電力控制方法與系統」，是透過一處理器的功能，來獲取發光二極體驅動器是否被輸入了過高的電壓，若輸入的電壓過高，則處理器就降低這個輸入至發光二極體驅動器的電壓。如此，即盡可能的降低了「因為輸入之電壓過高而導致的發光二極體驅動器的熱生成」的問題，不但降低了電力的消耗，亦盡可能的避免了相關電子元件因為熱而造成的損壞。而當熱量不再如以往之多時，此代表了投影機耗電量下降，並可以降低其對發光二極體驅動器的散熱需求，亦使得投影機的結構設計可以更簡化，從而降低相關成本。由此觀之，降低耗電與降低成本，對於投影機的製造者或使用者而言，均是十分有利的優勢。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例，雖遭熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

AC．．．牆壁電源

10．．．提供電源

2．．．電源供應器

2’．．．切換式電源供應器

2’0．．．變壓電路

2’1．．．整流器(整流電路)

2’2．．．功率因素修正器

2’3．．．變壓器(變壓電路)

2’4．．．第一數位類比轉換器

20．．．提供電源供應器

3．．．驅動器

30．．．提供發光二極體驅動器

3’．．．發光二極體驅動器

3’1．．．功率迴路

3’10R．．．第一電壓電流轉換器

3’10G．．．第二電壓電流轉換器

3’10B．．．第三電壓電流轉換器

3’2．．．驅動器控制電路

4．．．發光二極體

40．．．提供發光二極體

5．．．處理器

5a．．．驅動信號

5b．．．控制信號

50．．．取得該發光二極體所需的電壓

51．．．調整所述輸出至該發光二極體的電壓

A．．．驅動電流

A-R．．．第一驅動電流

A-B．．．第二驅動電流

A-G．．．第三驅動電流

v1．．．供應電壓

v2．．．工作電壓

Vctrl．．．控制電壓

圖1，為習用的發光二極體光源投影機的示意圖；

圖2，為本發明投影機暨控制系統示意圖；

圖3，為本發明的控制方法的流程圖；

圖4，為本發明的切換式電源供應器的電路方塊示意圖；以及

圖5，為本發明的光源電力控制系統的電路方塊示意圖。

AC．．．牆壁電源

2’．．．切換式電源供應器

3’．．．發光二極體驅動器

4．．．發光二極體

5．．．處理器

5a．．．驅動信號

5b．．．控制信號

A．．．驅動電流

v1．．．供應電壓

v2．．．工作電壓

Claims (13)

1. 一種使用發光二極體光源之投影機的光源電力控制方法，包括下列步驟：提供一發光二極體驅動器與一發光二極體；輸出一供應電壓至該發光二極體驅動器，而該發光二極體驅動器對該發光二極體提供一驅動電流；自該發光二極體驅動器取得該發光二極體的工作電壓；以及調整該供應電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述的控制方法，其中該供應電壓，是由一電源供應器所供給。
3. 如申請專利範圍第2項所述的控制方法，其中調整該供應電壓，是透過一處理器控制該電源供應器而達成。
4. 如申請專利範圍第1項所述的控制方法，更包括一步驟：提供一處理器，由該處理器執行調整該供應電壓。
5. 如申請專利範圍4項所述的控制方法，更包括一步驟：提供一電源供應器，與該處理器及該發光二極體驅動器電連接，該電源供應器是用以輸出該供應電壓至該發光二極體驅動器。
6. 如申請專利範圍第1項所述的控制方法，更包括下列步驟：判斷若輸出至該發光二極體的該供應電壓，大於該發光二極體的該工作電壓加上該發光二極體驅動器所需工作壓降的和，則將該供應電壓予以降低。
7. 如申請專利範圍第6項所述的控制方法，其中該供應電壓，係由一電源供應器供應給該發光二極體驅動器。
8. 一種使用發光二極體光源之投影機的光源電力控制系統，包括：一電源供應器，產生一供應電壓；一發光二極體驅動器，電連接至該電源供應器並接受該供應電壓，並輸出一驅動電流；以及一處理器，電連接至該電源供應器及該發光二極體驅動器，其中，該處理器自該發光二極體驅動器獲得一驅動信號以改變該供應電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述的控制系統，其中該驅動信號具有一發光二極體的工作電壓。
10. 如申請專利範圍第8項所述的控制系統，其中該處理器對該電源供應器發送一控制信號。
11. 如申請專利範圍第10項所述的控制系統，其中該控制信號承載該電源供應器對該供應電壓所需改變的幅度。
12. 如申請專利範圍第10項所述的控制系統，其中該電源供應器更包含：一整流器，用以將電源的交流電轉換為直流電；一功率因素修正器，用以修正來自該整流器的直流電的功率因素；一變壓器，將來自該功率因素修正器的電壓值，降至該發光二極體驅動器所能接受的電壓值；以及一數位類比轉換器，與該變壓器電連接，將該處理器 產生的該控制信號，轉換為一控制電壓，再送到該變壓器，而使該供應電壓改變。
13. 如申請專利範圍第10項所述的控制系統，其中該發光二極體驅動器更包含：一電壓電流轉換器(Voltage to Current Converter)，與該電源供應器電連接，將該供應電壓調整成該驅動電流；以及一驅動器控制電路，與該處理器電連接並傳送一驅動信號給該處理器；並與電壓電流轉換器電連接以取得發光二極體的工作電壓。