TWI422278B - 照明裝置與其光源控制電路 - Google Patents

Description

照明裝置與其光源控制電路

本發明是有關於一種照明裝置與其光源控制電路，且特別是有關於一種發光二極體的照明裝置與其光源控制電路。

發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱LED)具有諸如壽命長、體積小、高抗震性、低熱產生及低功率消耗等優點，因此已被廣泛應用於家用及各種設備中的指示器或光源。近年來，發光二極體已朝多色彩及高亮度發展，因此其應用領域已擴展至大型戶外看板、交通號誌燈及相關領域。在未來，發光二極體甚至可能成為兼具省電及環保功能的主要照明光源。

一般來說，發光二極體的控制電路大多都是將先將交流電壓轉換成直流電壓或電流，之後再利用穩定的直流電壓或電流來控制發光二極體的光源亮度。換而言之，習知發光二極體的控制電路大多內嵌一交流/直流轉換器(AC-DC converter)，或者是必須搭配一變壓器，才能藉由交流的市電來予以控制。然而，上述控制電路的線路會過於複雜，並且增加應用於大電壓範圍時的成本。此外，亦可利用串聯電阻的方式來控制發光二極體的光源亮度，但此種控制方式的能效太差。

本發明提供一種光源控制電路，可以應用於大電壓範圍。

本發明提供一種照明裝置，可透過簡單的線路提高光源管理的效能。

本發明提出一種光源控制電路，適於驅動相互串聯的多個第一發光二極體。光源控制電路包括多個開關單元、回授單元及控制單元。這些開關單元與這些第一發光二極體一對一對應，且這些開關單元分別與其對應的第一發光二極體並聯耦接。回授單元與這些第一發光二極體串接在系統電壓與接地電壓之間，並提供回授電壓。控制單元耦接這些開關單元與回授單元，控制單元依據回授電壓從多個控制區段選取其一，並據此控制這些開關單元的導通數目。

本發明提出另一種照明裝置，包括多個第一發光二極體及光源控制電路。這些第一發光二極體相互串聯。光源控制電路包括多個開關單元、回授單元及控制單元。這些開關單元與這些第一發光二極體一對一對應，且這些開關單元分別與其對應的第一發光二極體並聯耦接。回授單元與這些第一發光二極體串接在系統電壓與接地電壓之間，並提供回授電壓。控制單元耦接這些開關單元與回授單元，控制單元依據回授電壓從多個控制區段選取其一，並據此控制些開關單元的導通數目。

在本發明之一實施例中，當回授電壓大於第一參考電壓時，控制單元選擇這些控制區段中的第一控制區段，且 控制單元減少這些開關單元的導通數目，以使通過電流的發光二極體數目增加。

在本發明之一實施例中，當回授電壓大於第二參考電壓且小於等於第一參考電壓時，控制單元選擇這些控制區段中的第二控制區段，且控制單元維持這些開關單元的導通數目。並且，控制單元藉由依序位移這些開關單元的導通狀態來使各個開關單元的平均導通時間相接近，並可使各個發光二極體的平均能源負載相接近。

在本發明之一實施例中，當回授電壓小於等於第二參考電壓時，控制單元選擇些這控制區段中的第三控制區段，且控制單元增加這些開關單元的導通數目，以使通過電流的發光二極體數目減少。

在本發明之一實施例中，照明裝置更包括多個第二發光二極體，所述多個第二發光二極體與這些第一發光二極體及回授單元串接。

基於上述，本發明的照明裝置與其光源控制電路，其於第一發光二極體串列中的每一顆發光二極體並聯一個開關單元，並且控制單元依據回授電壓控制每一開關單元導通與否。藉此，本發明可施加大電壓範圍於發光二極體串列，並可提高發光二極體的控制效能。並且，由於控制單元則有多個控制區段，因此可避免回授電壓產生振盪，進而抑制發光二極體閃爍。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

現將詳細參考本發明之實施例，在附圖中說明所述實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/符號代表相同或類似部分。

圖1為依據本發明一實施例的照明裝置的電路示意圖。請參照圖1，在本實施例中，照明裝置50包括串聯的第一發光二極體D₁~D_n與第二發光二極體LD₁~LD_x及光源控制電路100，其中第一發光二極體D₁接收系統電壓V_CC，並且系統電壓V_CC可以為直流或交流，此可依據設計需求而調整。

光源控制電路100包括控制單元110、回授單元120及開關單元130_1~130_n，其中開關單元130_1~130_n在此以開關SW₁~SW_n為例。開關SW₁~SW_n分別並聯耦接第一發光二極體D₁~D_n，亦即開關SW₁與第一發光二極體D₁相互並聯，開關SW₂與第一發光二極體D₂相互並聯，其餘則以此類推。回授單元120與第一發光二極體D₁~D_n及第二發光二極體LD₁~LD_x串接在系統電壓V_CC與接地電壓之間，並提供回授電壓V_f(可視為一回授信號)至控制單元110，其中回授電壓V_f相關於流經回授單元120的電流。

控制單元110耦接開關SW₁~SW_n，並具有多個控制區段。控制單元110依據回授電壓V_f選擇多個控制區段的其中之一，並依據所選擇的控制區段分別控制開關SW₁~SW_n的導通與否。其中，當開關SW₁~SW_n導通時， 相互串接的第一發光二極體D₁~D_n會被短路而無法發光。換言之，當開關SW₁導通時，第一發光二極體D₁會被短路而無法發光；當開關SW₁不導通時，電流會流經第一發光二極體D₁，進而致使第一發光二極體D₁得以發光。當開關SW₂導通時，第一發光二極體D₂會被短路而無法發光；當開關SW₂不導通時，電流會流經第一發光二極體D₂，進而致使第一發光二極體D₂得以發光。並且，依據上述，第一發光二極體D₃~D_n可分別依據SW₃~SW_n的導通與否而呈現不發光或是發光。藉此，控制單元110可透過控制開關SW₁~SW_n的導通與否，調整第一發光二極體D₁~D_n的串接個數，以調整流經回授單元120的電流。

舉例來說，假設控制單元110具有三個控制區段。當回授電壓V_f大於1.5伏特(即第一參考電壓)時，控制單元110會選擇第一控制區段。當回授電壓V_f小於等於1.5伏特且大於1伏特(即第二參考電壓)時，控制單元110會選擇第二控制區段。當回授電壓V_f小於等於1伏特時，控制單元110會選擇第三控制區段。當控制單元110選擇第一控制區段時，代表流經回授單元120的電流過大，此時應增加第一發光二極體D₁~D_n的串接個數，以降低流經回授單元120的電流。因此，控制單元110會減少開關SW₁~SW_n的導通數目(亦即增加開關SW₁~SW_n中關斷的數目)，進而增加第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目。其中，控制單元110可以隨機增加關斷的開關，或者依據特定規則，例如依序增加關斷的開關、先奇數後偶數依序 增加關斷的開關，且不以此限制本發明的實施例。

當控制單元110選擇第二控制區段時，代表流經回授單元120的電流為可容許範圍，此時控制單元110會維持開關SW₁~SW_n的導通數目，也就是維持第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目。並且，控制單元110可藉由依序位移開關SW₁~SW_n的導通狀態，來致使開關SW₁~SW_n的平均導通時間相接近，並藉此依序位移第一發光二極體D₁~D_n的發光狀態。因此，除了可保持第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目，並使第一發光二極體D₁~D_n都有發光的機會，以此可達到視覺均勻的效果。以n=5為例，假設開關SW₁~SW₅的狀態在當下為”開關開關關”，則在下一個顯示期間可以為”關開關開關”，再來則切換為”關關開關開”，其餘則可以此類推，其中”開”為表示開關的狀態為導通，”關”為表示開關的狀態為關斷。

當控制單元110選擇第三控制區段時，代表流經回授單元120的電流過小，此時應降低第一發光二極體D₁~D_n的串接個數，以增加流經回授單元120的電流。因此，控制單元110會增加開關SW₁~SW_n的導通數目(亦即減少開關SW₁~SW_n中關斷的數目)，進而降低第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目。其中，開關SW₁~SW_n中增加導通的開關的機制可參照增加關斷的開關的機制，在此則不再贅述。

另一方面，由於控制單元110是依據回授電壓V_f來調整第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目，因此可透過調整 回授單元120所輸出的回授電壓V_f即可調整第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目，以調整第一發光二極體D₁~D_n的發光功率。並且，由於第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目可調整，因此系統電壓V_CC可以使用大電壓範圍。此外，由於本實施例透過開關SW₁~SW_n調整第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目，因此可簡化第一發光二極體D₁~D_n的控制線路，並據此提升第一發光二極體D₁~D_n控制的效能。

值得一提的是，在本實施例中，回授單元120為配置於第二發光二極體LD_x與接地電壓之間，但於其他實施例中，回授單元120可配置於任兩發光二極體之間或配置於系統電壓Vcc與第一發光二極體D₁之間。並且，在本實施例中，第一發光二極體D₁~D_n與第二發光二極體LD₁~LD_x為分開為兩個串列，但於其他實施例中，第一發光二極體D₁~D_n與第二發光二極體LD₁~LD_x可以交叉串接。此外，雖然本實施例是將第二發光二極體LD₁~LD_x配置在第一發光二極體D₁~D_n的下方，但於其他實施例中，第二發光二極體LD₁~LD_x也可配置在第一發光二極體D₁~D_n的上方、穿插在第一發光二極體D₁~D_n之中、或是配置在回授單元120與接地電壓之間。其中，當第二發光二極體LD₁~LD_x配置在第一發光二極體D₁~D_n的上方時，系統電壓V_CC會先透過第二發光二極體LD₁~LD_x產生電壓差，之後再提供電壓給第一發光二極體D₁~D_n，故有助於第一發光二極體D₁~D_n的控制。當第二發光二極體 LD₁~LD_x配置在回授單元120與接地電壓之間時，第二發光二極體LD₁與回授單元120之間的節點電壓將回傳給控制單元110，以作為區域性的接地基準點。再者，在實際應用上，也可省略第二發光二極體LD₁~LD_x。

圖2為依據本發明另一實施例的照明裝置的電路示意圖。請參照圖2，在本實施例中，光源控制電路200是以電晶體M₁~M_n實現開關單元130_1~130_n，並且以電阻R實現回授單元120。電晶體M₁的汲極耦接發光二極體D₁的陽極，電晶體M₁的源極耦接第一發光二極體D₁的陰極，電晶體M₁的閘極耦接控制單元110。電晶體M₂的汲極耦接第一發光二極體D₂的陽極，電晶體M₂的源極耦接第一發光二極體D₂的陰極，電晶體M₂的閘極耦接控制單元110。電晶體M₃~M_n與第一發光二極體D₃~D_n可參照上述，在此則不在贅述。電阻R耦接於第一發光二極體D_n的陰極與接地電壓之間。當要導通電晶體M₁~M_n時，控制單元110會施加高電壓(例如系統電壓V_CC)至要導通的電晶體的閘極。當要關斷電晶體M₁~M_n時，控制單元110會施加低電壓(例如接地電壓)至要關斷的電晶體的閘極。藉此，控制單元110可利用施加至電晶體M₁~M_n的閘極的電壓控制電晶體M₁~M_n為導通或關斷。並且，可透過位移施加至電晶體M₁~M_n的閘極的電壓達到位移電晶體M₁~M_n的狀態，以位移第一發光二極體D₃~D_n的狀態。

在本實施例中，回授電壓V_f相關於電阻R的電阻值及流經電阻R的電流，亦即可透過調整電阻R的電阻值調 整回授電壓V_f的大小。因此，可透過調整調整電阻R的電阻值調整第一發光二極體D₁~D_n中發光的數目，以調整第一發光二極體D₁~D_n的發光功率。

雖然上述各個實施例列舉了以單一元件來實現開關單元，但本發明並不僅以此為限。圖3為依據本發明另一實施例之開關單元130_1的電路示意圖。請參照圖1及圖3，在此僅繪示開關單元130_1的電路作為說明，而開關單元130_2~130_n的電路可參照開關單元130_1的說明而自行理解，在此則不再贅述。

在本實施例中，開關單元130_1包括第一電流源CS1、第二電流源CS2、開關SW₁、電晶體M₁、及齊納二極體(zener diode)ZD₁。第一電流源CS1提供第一電流I₁。第二電流源CS2提供第二電流I₂，其中第二電流I₂大於第一電流I₁。開關SW₁耦接於第一電流源CS1及第二電流源CS2之間。電晶體M₁的閘極(即控制端)耦接第一電流源CS1及開關SW₁，電晶體M₁的汲極(即第一端)耦接第一發光二極體D₁的陽極，電晶體M₁的源極(即第二端)耦接第一發光二極體D₁的陰極。齊納二極體ZD₁的陰極耦接電晶體M₁的閘極，齊納二極體ZD₁的陽極耦接電晶體M₁的源極。

當開關SW₁為不導通時，齊納二極體ZD₁會受第一電流I₁的影響呈現逆向偏壓，導致電晶體M₁閘極的電壓會大於其源極的電壓，進而導致電晶體M₁導通。此時，開關單元130_1也會呈現導通的狀態。另一方面，當開關SW₁ 為導通時，由於第二電流I₂大於第一電流I₁，故齊納二極體ZD₁為呈現順向偏壓，以將電流匯集至第二電流源CS2。相對地，受到齊納二極體ZD₁為順向偏壓的影響，電晶體M₁之閘極的電壓會小於其源極的電壓，進而導致電晶體M₁不導通。此時，開關單元130_1也會呈現不導通的狀態。

值得一提的是，在圖3所示的開關單元130_1中，開關SW₁並非直接耦接至第一發光二極體D₁，因此控制單元110可利用小電壓信號來控制開關SW₁。換言之，儘管電晶體M₁的汲極及源極間被施加大電壓，控制單元110依舊可利用小電壓信號來控制電晶體M₁的導通與否，進而控制開關單元130_1的導通狀態。並且，雖然圖3實施例中的電晶體M₁是以N型電晶體為例，但在其他實施例中電晶體M₁可以為P型電晶體，且此時的齊納二極體ZD₁的陽極耦接電晶體M₁的閘極，齊納二極體ZD₁的陰極耦接電晶體M₁的源極。

綜上所述，本發明實施例的照明裝置與其光源控制電路，其於發光二極體串列中的每一顆第一發光二極體並聯一個開關單元，並且控制單元依據回授電壓控制每一開關單元導通與否。藉此，本發明可施加大電壓範圍於發光二極體串列，並可透過簡單的線路提高第一發光二極體的控制效能。並且，由於控制單元具有多個控制區段，因此可避免回授電壓產生振盪，進而抑制第一發光二極體閃爍。再者，本發明可透過調整回授電壓(亦即調整電阻的電阻 值)即可調整第一發光二極體的發光功率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

50‧‧‧照明裝置

100、200‧‧‧光源控制電路

110‧‧‧控制單元

120‧‧‧回授單元

130_1~130_n‧‧‧開關單元

V_CC‧‧‧系統電壓

V_f‧‧‧回授電壓

D₁~D_n、LD₁~LD_x‧‧‧發光二極體

SW₁~SW_n‧‧‧開關

M₁~M_n‧‧‧電晶體

R‧‧‧電阻

CS1、CS2‧‧‧電流源

I₁、I₂‧‧‧電流

ZD₁‧‧‧齊納二極體

圖1為依據本發明一實施例的照明裝置的電路示意圖。

圖2為依據本發明另一實施例的照明裝置的電路示意圖。

圖3為依據本發明另一實施例之開關單元130_1的電路示意圖。

50‧‧‧照明裝置

100‧‧‧光源控制電路

110‧‧‧控制單元

120‧‧‧回授單元

130_1~130_n‧‧‧開關單元

V_CC‧‧‧系統電壓

V_f‧‧‧回授電壓

D₁~D_n、LD₁~LD_x‧‧‧發光二極體

SW₁~SW_n‧‧‧開關

Claims (15)

1. 一種光源控制電路，適於驅動相互串聯的多個第一發光二極體，該光源控制電路包括：多個開關單元，與該些第一發光二極體一對一對應，且該些開關單元分別與其對應的第一發光二極體並聯耦接，其中該些開關單元分別包括：一第一電流源，提供一第一電流；一第二電流源，提供一第二電流，其中該第二電流大於該第一電流；一第二開關，耦接於該第一電流源及該第二電流源之間；一第二電晶體，該第二電晶體的控制端耦接該第一電流源及該第二開關，該第二電晶體的第一端耦接對應的第一發光二極體的陽極，該第二電晶體的第二端耦接對應的第一發光二極體的陰極；以及一齊納二極體，該齊納二極體的陰極耦接該第二電晶體的控制端，該齊納二極體的陽極耦接該第二電晶體的第二端；一回授單元，與該些第一發光二極體串接在一系統電壓與一接地電壓之間，並提供一回授電壓；以及一控制單元，耦接該些開關單元與該回授單元，該控制單元依據該回授電壓從多個控制區段選取其一，並據此控制該些開關單元的導通數目。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光源控制電路，其中 當該回授電壓大於一第一參考電壓時，該控制單元選擇該些控制區段中的一第一控制區段，且該控制單元減少該些開關單元的導通數目。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光源控制電路，其中當該回授電壓大於一第二參考電壓且小於等於該第一參考電壓時，該控制單元選擇該些控制區段中的一第二控制區段，且該控制單元維持該些開關單元的導通數目。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光源控制電路，其中該控制單元藉由依序位移該些開關單元的導通狀態來致使該些開關單元的平均導通時間相等。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光源控制電路，其中當該回授電壓小於等於該第二參考電壓時，該控制單元選擇該些控制區段中的一第三控制區段，且該控制單元增加該些開關單元的導通數目。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光源控制電路，其中該第一參考電壓為該第二參考電壓的1.2倍到2.0倍之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光源控制電路，其中該回授單元包括一電阻。
8. 一種照明裝置，包括：多個第一發光二極體，該些第一發光二極體相互串聯；以及一光源控制電路，包括：多個開關單元，與該些第一發光二極體一對一對應，且該些開關單元分別與其對應的第一發光二極體並聯 耦接，其中該些開關單元分別包括：一第一電流源，提供一第一電流；一第二電流源，提供一第二電流，其中該第二電流大於該第一電流；一第二開關，耦接於該第一電流源及該第二電流源之間；一第二電晶體，該第二電晶體的控制端耦接該第一電流源及該第二開關，該第二電晶體的第一端耦接對應的第一發光二極體的陽極，該第二電晶體的第二端耦接對應的第一發光二極體的陰極；以及一齊納二極體，該齊納二極體的陰極耦接該第二電晶體的控制端，該齊納二極體的陽極耦接該第二電晶體的第二端；一回授單元，與該些第一發光二極體串接，並提供一回授電壓；以及一控制單元，耦接該些開關單元與該回授單元，該控制單元依據該回授電壓從多個控制區段選取其一，並據此控制該些開關單元的導通數目。
9. 如申請專利範圍第8項所述之照明裝置，其中當該回授電壓大於一第一參考電壓時，該控制單元選擇該些控制區段中的一第一控制區段，且該控制單元減少該些開關單元的導通數目。
10. 如申請專利範圍第9項所述之照明裝置，其中當該回授電壓大於一第二參考電壓且小於等於該第一參考電 壓時，該控制單元選擇該些控制區段中的一第二控制區段，且該控制單元維持該些開關單元的導通數目。
11. 如申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中該控制單元藉由依序位移該些開關單元的導通狀態來致使該些開關單元的平均導通時間相等。
12. 如申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中當該回授電壓小於等於該第二參考電壓時，該控制單元選擇該些控制區段中的一第三控制區段，且該控制單元增加該些開關單元的導通數目。
13. 如申請專利範圍第12項所述之照明裝置，其中該第一參考電壓為該第二參考電壓的1.2倍到2.0倍之間。
14. 如申請專利範圍第8項所述之照明裝置，其中該回授單元包括一電阻。
15. 如申請專利範圍第8項所述之照明裝置，更包括多個第二發光二極體，其中該些第二發光二極體與該些第一發光二極體及該回授單元串接。