TWI442824B - 照明裝置及其方法 - Google Patents

Description

照明裝置及其方法

一種照明裝置及方法，尤其是指一種發光二極體之照明裝置及方法。

由於發光二極體具有低耗電、高亮度與壽命長的特點，因此發光二極體已逐漸廣泛應用於各式各樣的照明裝置中。請參閱圖1，其為照明裝置之示意圖。此照明裝置包括有整流電路90、發光組92與電流源94，發光組92為由多顆發光二極體串聯組成。整流電路90在此係以全波整流電路作說明，因此交流電源經過整流電路90是可得到脈動直流，此脈動直流即作為供應發光二極體的輸入電源。當多顆串聯的發光二極體導通時，電流源94可提供穩定的電流給發光組92中的各發光二極體。

為了增加照明裝置的亮度，一般的做法是如發光組92所述串聯多顆發光二極體，但相對的也提高了發光組92的導通電壓。因此在脈動直流的一周期內，發光組92導通時間只有在脈動直流電源高於發光組92的導通電壓的時間範圍內。更具體的說，發光組92過低的導通時間，將使得照明裝置的頻閃現象更為明顯。

本發明在於提供一種照明裝置及方法，以解決上述之問題。

本發明的一實施例是提供一種照明裝置，接收一輸入電源，所述輸入電源為脈動直流，裝置包括：發光單元、偵測單元以及控制單元。發光單元具有多個發光組及開關單元，開關單元用以使該些發光組串聯及/或並聯；偵測單元用於偵測輸入於發光單元的輸入電源的狀態；以及控制單元耦接於偵測單元與開關單元，並根據偵測單元的偵測結果控制開關單元，以使發光單元的導通電壓隨輸入電源變化。

本發明的另一實施例是提供一種照明裝置，接收一輸入電源，所述輸入電源為脈動直流，裝置包括：發光單元、偵測單元以及控制單元。發光單元具有複數個相互耦接的發光二極體模組，並且每一發光二極體模組包括：第一發光組、第二發光組以及開關電路。第一發光組由複數個第一發光二極體串聯組成。第二發光組由複數個第二發光二極體串聯組成。開關電路耦接於第一發光組與第二發光組之間，並用於控制第一發光組與第二發光組串聯或並聯。偵測單元用於偵測輸入於發光單元的輸入電源的狀態。控制單元耦接於偵測單元與開關電路，並根據偵測單元的偵測結果控制開關電路，以使發光單元的導通電壓隨輸入電源變化。

本發明的再一實施例是提供一種照明方法，用於控制發光單元，發光單元具有多個發光組及開關單元，開關單元用以使該些發光組串聯及/或並聯。照明方法包括：偵測輸入於發光單元的一輸入電源的狀態，所述輸入電源為脈動直流；以及根據輸入電源的偵測結果，控制開關單元以使發光單元的導通電壓隨輸入電源變化。

因此本發明透過上述的實施例，將具有下述功效：對於照明裝置而言，可以調整其導通電壓，以使得發光單元在輸入電源的一週期時間內的導通時間得以延長，藉以降低發光單元發亮時的頻閃。

以上之概述與接下來的實施例，皆是為了進一步說明本發明之技術手段與達成功效，然所敘述之實施例與圖式僅提供參考說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明係關於一種照明裝置及其方法，所指的照明裝置是針對多個發光二極體所組成的照明陣列，且透過改變多個發光二極體之間的串/並聯關係，使得照明陣列的導通電壓可以調整。例如當輸入電壓無法所使所有串聯的發光二極體導通時，可以將部份或所有發光二極體並聯以降低照明陣列的導通電壓，以延長照明裝置在一輸入電源的一周期內的導通時間。

(第一實施例)

請參閱圖2，其係為本發明第一實施例之照明裝置之方塊示意圖。照明裝置1可包括偵測單元11、發光單元13及控制單元15。控制單元15耦接於偵測單元11與發光單元13之間。

偵測單元11用於偵測供發光單元13使用的輸入電源Vin之狀態，例如偵測單元11可以得知輸入電源Vin的相位變化或是電壓變化。更具體來說偵測單元11可以是相位偵測電路或是電壓偵測電路，但本發明並不以此為限。此輸入電源可以是脈動直流，例如交流電源經過整流之後即可得到此脈動直流。更進一步說，此脈動直流端可以是全波或半波的脈動直流。而以下的說明將以全波的脈動直流作解釋。

照明單元13可包括多個發光組131及開關單元133。所述發光組131是指由多個發光二極體串聯組成的燈串，且發光組131可以接收輸入電源Vin而呈現順向導通。開關單元133則可以用來改變多個發光組131之間的電路連接關係。開關單元133可以包括多個開關元件及/或相關電路元件(如單向導通元件)。

在一實施例中，開關單元133可建立多個發光組131相互之間的各種串/並聯的電路連接關係。舉例來說，透過開關單元133的控制，一個發光組131可以與另一個或多個發光組131形成串聯及/或並聯，或者是將多個發光組131分成多個群組，且每一群組內是包括相互串聯及/或並聯的多個發光組131，並且多個群組之間亦可以相互串聯及/或並聯。需注意的是，上述各發光組131之間的電路連接關僅是舉例說明，本發明並不以此為限。

控制單元15根據偵測單元11的偵測結果以作為控制開關單元133的依據，藉以讓發光單元13中各發光組131之間的電路連接關可以依據輸入電源的狀態(例如電壓或相位)進行對應調整而讓發光單元13導通。舉例來說，當輸入電源Vin的電壓準位高於一組發光組131導通壓降或是多組發光組133串聯導通壓降時，則控制單元15可以透過偵測單元11得知此結果，並透過對開關單元133的控制以使發光組131可以透過並聯或是串聯以導通發亮。在一實施例中，控制單元15是可以設定一組或多組預設值以作為調整開關單元133的判斷條件，此預設值可以是電壓值或是時間值，但並不以此為限。

在一實施例中，照明裝置1更包括一電流源17。此電流源17耦接於發光單元13，並在發光單元13中的發光組131導通時提供穩定的電流源。而在另一實例中，此電流源17亦可以根據控制單元15的控制以提供可調的電流源，以根據發光組131之間的串聯及/或並聯時的導通壓降不同而相對提供不同的導通電流源。例如當發光單元13的導通壓降較低時，則可能代表著發光組131間並聯數量較多，故電流源17相對需要較大的導通電流；反之當發光單元13的導通壓降較高時，則可能代表著發光組131間串聯數量較多，故電源流17可以相對提供較小的導通電流。

(第二實施例)

請參閱圖3，其係為本發明第二實施例之照明方法之流程圖。在說明圖3流程時亦請配合參閱圖2所示之照明裝置，圖3流程包括如下步驟：控制單元15透過偵測單元11偵測輸入電源(如步驟S301)，以得知輸入電源的狀態，如輸入電源的電壓狀態或是目前輸入電源的相位位置。根據偵測單元11的偵測結果，控制單元15判斷是否有符合預設值的設定條件，以決定開關單元133的控制方式(如步驟S303)。當有符合預設值條件時，控制單元15根據此預設值下所對應發光單元13的導通壓降，進而控制開關單元133以控制各發光組131之間的連接關係(如步驟S305)，並使各發光組131可以在此導通壓降下維持導通發亮。之後並依此方式不斷重複執行上述步驟。

(第三實施例)

請參閱圖4，其係為本發明第三實施例之照明裝置結合電源供應之方塊示意圖。照明裝置2可包括整流單元10、偵測單元11、穩壓單元12、發光單元14、控制單元15及電流源17。整流單元10分別與偵測單元11、穩壓單元12、發光單元14耦接。控制單元15分別與偵測單元11、穩壓單元12及發光單元14耦接。

在一實施例中，整流單元10可為全波整流電路，以將交流電源的波形整流為可供發光單元14使用的輸入電源，此輸入電源為全波的脈動直流。需注意的是整流單元10在此並不以為限，亦可以是半波整流電路。

偵測單元11用於對輸入電源的狀態進行偵測。在一實施例中，偵測單元11可以是相位偵測電路或是電壓偵測電路。

穩壓單元12用於將輸入電源透過電源穩壓處理以輸出固定電壓的直流電源以供控制單元15使用。

發光單元14包括複數個相互串聯的發光二極體模組141，且每一個發光二極體模組141中更包括多個發光組及開關電路1412。在一實施例中，此發光二極體模組141中的多個發光組是以第一發光組1411及第二發光組1413的兩組數量舉例說明。第一發光組1411與第二發光組1413分別包括複數個相互串聯且數量相同的發光二極體，且每一個發光組是可以接收輸入電源並於輸入電源的電壓超過此發光組的導通壓降時而順向導通發亮。

開關電路1412更包括第一開關元件S1、第二開關元件S2及單向導通元件D1。第一開關元件S1耦接於第一發光組1411的一端，第二開關元件S2耦接於第二發光組1413的一端，單向導通元件D1耦接於第一發光組1411與第二發光組1413之間。第一開關元件S1及第二開關元件S2可以是機械式開關或電子式開關。，若第一開關元件S1及第二開關元件S2為電子式開關可由達靈頓電路所組成，。向導通元件D1可以是二極體。但上述元件的說明並非用以限制本發明。

開關電路1412的動作方式說明如下。當第一開關元件S1及第二開關元件S2皆為不導通時，則第一發光組1411單向導通元件D1與第二發光組1412是依序串聯且可供導通。而當第一開關元件S1及第二開關元件S2皆為導通時，則第一發光組1411與第二發光組1413並聯，且單向導通元件D1不導通。需注意的是，上述開關電路1412架構僅是舉例說明發光單元14中使用的開關單元，並非用以限制本發明。

更具體來說，各發光二極體模組141中可以透過開關電路1412的控制，以使第一發光組1411與第二發光組1413串聯或並聯。也就是說，發光單元14的導通壓降是可以在最低導通壓降及最高導通壓降之間調整。舉例來說，以圖4的發光單元14而言，當各發光二極體模組141中的第一發光組1411與第二發光組1413皆為並聯時，發光單元14的最低導通壓降即為於n×單一發光組的導通壓降即可，上述n為發光單元14中發光二極體模組141的數量。發光單元14的最高導通壓降即為於2n×單一發光組的導通壓降。

控制單元15則是依據偵測單元11的結果，以對各開關電路1412進行控制。所述開關電路1412的控制方式可以例如是所有第一開關元件S1及第二開關元件S2均導通或不導通，或是部份發光二極體模組141中的第一開關元件S1及第二開關元件S2導通或不導通，但本發明並不此為限。在一實施例中，控制單元15可以在發光單元14之最低導通壓降及最高導通壓降之間設定一組以上的預設值，且每一預設值對應有一種開關電路1412的控制方式。故控制單元15於實際運作時，可以先根據偵測單元11的偵測結果得知輸入電源的狀態，並判斷是否有對應預設值符合，若有符合則根據此預設值對應的開關電路1412之控制方式以調整發光單元14中的導通壓降可以在目前輸入電源的電壓下導通。

另一方面，控制單元15透過開關電路1412調整發光單元14的導通壓降時，還可進一步配合調整供應發光單元14的電流源17之電流大小。

(第四實施例)

請參閱圖5，其係為本發明第四實施例之照明方法之流程圖。在說明圖5流程時亦請配合參閱圖4及圖6，為了方便下述舉例說明，圖4中發光二極體模組141的數量是以2組以及偵測單元11是以相位偵測電路作為下述舉例說明。

圖6係為輸入電源的波形圖。在執行圖5之前，照明裝置2可以透過相位偵測電路偵測或是根據輸入電源的規格(如電壓及頻率)以計算方式得知輸入電源在一週期時間，或是預先設定輸入電源一週期時間於控制單單元15內。之後即可在此輸入電源的一週期時間內配合發光單元14所需的導通電壓(如V1、V2)計算出多組預設值(如T1、T2、T3、T4)。此預設值係為用以控制發光單元14中開關電路1412控制第一發光組1411與第二發光組1413為串聯或並聯的控制時間值。

圖5流程包括如下步驟，另外為了方便解釋，各發光二極體模組141中的第一發光組1411與第二發光組1413的初始連接狀態為並聯。

控制單元15透過相位偵測電路偵測輸入電源的相位(如步驟S501)。根據S501的偵測結果判斷輸入電源的相位是否在觸發啟動點(如步驟S503)。在一實施例中此觸發啟動點是輸入電源的零相位，如圖6所示在T0時間位置即為輸入電源零相位。

當S503判斷為是，則控制單元15自圖6中T0位置開始計時並判斷是否計時至圖6所示的第一串聯控制時間T1(如步驟S505)。當步驟S505判斷為是，則控制單元15控制第一組發光二極體模組141為串聯(如步驟S507)，亦即控制單元15控制第一組發光二極體模組141中的第一及第二開關元件S1及S2為不導通，以使第一組發光二極體模組141中的第一發光組1411與第二發光組1413串聯。而此時發光單元14的導通電壓即為V1。

控制單元15繼續計時並判斷是否計時至如圖6所示的第二串聯控制時間T2(如步驟S509)。當步驟S509判斷為是，則控制單元15控制第二組發光二極體模組141為串聯(如步驟S511)，亦即控制單元15控制第二組發光二極體模組141中的第一及第二開關元件S1及S2為不導通，以使第二發光二極體模組141中的第一發光組1411與第二發光組1412串聯。而此時發光單元14的導通電壓即為V2。

控制單元15繼續計時並判斷是否計時至如圖6所示的第一並聯控制時間T3(如步驟S513)。當步驟S513判斷為是，則控制單元15控制第一組發光二極體模組141為並聯(如步驟S515)，亦即控制單元15控制第一組發光二極體模組141中的第一及第二開關元件S1及S2為導通，以使第一組發光二極體模組141的第一發光組141與第二發光組1413並聯。而此時發光單元14的導通電壓即為V2。

控制單元15繼續計時並判斷是否計時至圖6所示的第二並聯控制時間T4(如步驟S517)。當步驟S517判斷為是，則控制單元15控制第二組發光二極體模組141為並聯(如步驟S519)，亦即控制單元15控制第二組發光二極體模組141中的第一及第二開關元件S1及S2為導通，以使第二組發光二極體模組141中的第一發光組1411與第二發光組1413並聯。而此時發光單元14的導通電壓即為V1。

上述S501~S519是以輸入電源的一個週期(即輸入電源相位零度到一百八十度)作舉例說明。而接下來輸入電源的每一個週期即以此方式不斷重複執行。

另外值得一提，當S507及S511執行時，控制單元15可以一併控制電流源17提供給發光單元14的電流減小至維持發光單元14發光所需的最小電流。以及當S515及S519執行時，控制單元15可以一併控制電流源17提供給發光單元14的電流增加至維持發光單元14發光所需的最小電流。

因此透過上述圖5的舉例說明，可以得知在輸入電源的一個週期中，當在輸入電源V3峰值之前的時間，隨著輸入電源的電壓是由小到大的變化，發光單元14中的第一發光組1411與第二發光組1413串聯的數量亦跟著變多，以使發光單元14的導通電壓增加。反之當在輸入電源V3峰值之後時間，隨著輸入電源的電壓是由大到小的變化，發光單元14中的第一發光組1411與第二發光組1413並聯的數量亦跟著變多，以使發光單元14的導通電壓減小。另外需特別注意的是上述圖6中發光單元14的導通電壓V1、V2是由發光單元14中的發光二極體串聯及/或並聯數量決定。

此外上述圖5說明中控制單元15是以計時方式來判斷各發光二極體模組141中第一發光組1411與第二發光組1412的串聯或並聯的時間是否到達。但在本發明的另一實施例中，控制單元15也可以透過判斷輸入電源的電壓來判斷各發光二極體模組141中第一發光組1411與第二發光組1412是否串聯或並聯。例如當偵測單元11為電壓偵測電路時，控制單元15即可得知圖6中各T1、T2、T3、T4的對應電壓，並可根據此偵測結果以相對控制各發光二極體模組141中第一發光組1411與第二發光組1412為串聯或並聯。

請參閱圖7，其係為本發明發光導通時間與傳統發光導通時間之比較圖。圖7中是假設本發明與習知的照明裝置均具有相同數量的發光二極體，而習知照明裝置的發光二極體均為串聯。其中波形P1是輸入電源在一週期時間T11的波形圖，波形P2是本發明在此週期時間T11內的發光導通時間T12的波形圖，波形P3是習知照明裝置在此週期時間T11內的發光導通時間T13的波形圖。由於本發明照明裝置中的發光單元之導通電壓可以調整，故本發明照明裝置中的發光單元之導通時間可以調整得比習知長。

(第五實施例)

請參閱圖8，其係為本發明第五實施例之照明裝置之方塊示意圖。圖8所示之照明裝置相較於圖4所示之照明裝置除了發光二極體模組141之間可以透過開關電路143串聯或並聯，其餘部分則相同，在此即不予以贅述。

(實施例的可能功效)

綜上所述，本發明透過調整發光單元中的導通電壓，以使得發光單元的導通時間可以變長，如此可以有效減少發光單元的頻閃現象。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

1、2、3．．．照明裝置

10．．．整流單元

11．．．偵測單元

12．．．穩壓單元

13、14、16．．．發光單元

131．．．發光組

133．．．開關單元

141．．．發光二極體模組

1411．．．第一發光組

1412、143．．．開關電路

1413．．．第二發光組

15．．．控制單元

17．．．電流源

90．．．整流電路

92．．．發光組

94．．．電流源

S301~S305．．．流程圖步驟說明

S501~S519．．．流程圖步驟說明

圖1為照明裝置之示意圖；

圖2為本發明第一實施例之照明裝置之方塊示意圖；

圖3為本發明第二實施例之照明方法之流程圖；

圖4為本發明第三實施例之照明裝置結合電源供應之方塊示意圖；

圖5為本發明第四實施例之照明方法之流程圖；

圖6為本發明實施例之輸入電源與發光單元導通電壓之波形圖；

圖7為本發明照明裝置發光導通時間與傳統照明裝置發光導通時間之比較圖；以及

圖8為本發明第五實施例之照明裝置之方塊示意圖。

1‧‧‧照明裝置

11‧‧‧偵測單元

13‧‧‧發光單元

131‧‧‧發光組

133‧‧‧開關單元

15‧‧‧控制單元

17‧‧‧電流源

Claims (18)

1. 一種照明裝置，接收一輸入電源，該輸入電源為脈動直流，包括：一發光單元，具有多個發光組及一開關單元，該開關單元用以使該些發光組串聯及/或並聯；一偵測單元，用於偵測輸入於該發光單元的該輸入電源的狀態；以及一控制單元，耦接於該偵測單元與該開關單元，並根據該偵測單元的偵測結果控制該開關單元，以使該發光單元的導通電壓隨該輸入電源變化；其中該控制單元透過該偵測單元得知該輸入電源的一週期時間，並且在該週期時間內設定多組預設時間值，且每一組預設時間值係對應有該開關單元的一電路控制方式，該控制單元則自該週期時間的一觸發啟動點開始計時，並分別於計時時間計時至符合多組該預設時間值的每一預設時間值時，根據符合計時時間的該組預設時間值對應的該電路控制方式對該開關單元進行控制。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中每一該發光組是包括多顆串聯的發光二極體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之照明裝置，其中該偵測單元為相位偵測電路。
4. 如申請專利範圍第2項所述之照明裝置，其中該觸發啟動點為該輸入電源的零相位。
5. 如申請專利範圍第2項所述之照明裝置，更包括：一電流源，耦接於該發光單元，以在該發光單元導通發亮時提夠穩定的電流。
6. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中該控制單元係根據該發光單元的導通電壓由小到大變化時相對應控制該電流源的電流由大到小變化。
7. 一種照明裝置，接收一輸入電源，該輸入電源為脈動直流，包括：一發光單元，具有複數個相互耦接的發光二極體模組，且每一該發光二極體模組包括：一第一發光組，由複數個第一發光二極體串聯組成；一第二發光組，由複數個第二發光二極體串聯組成；一開關電路，耦接於該第一發光組與該第二發光組之間，該開關電路用於控制該第一發光組與該第二發光組串聯或並聯；一偵測單元，用於偵測輸入於該發光單元的該輸入電源的狀態；以及一控制單元，耦接於該偵測單元與該開關電路，並根據該偵測單元的偵測結果控制該開關電路，以使該發光單元的導通電壓隨該輸入電源變化；其中該偵測單元係為一相位偵測電路，該控制單元透過該相位偵測電路得知該輸入電源的一週期時間，並且在該週期時間內設定多組預設時間值，且每一組預設時間值係對應有該開關電路的一電路控制方式，該控制單元則自該輸入電源的零相位開始計時，並於分別於計時時間計時至符合多組預設期時間的每一預設時間值時，根據符合計時時間的該組預設時間值對應的該電路控制方式對該開關電路進行控制。
8. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中該偵測單元係 為一相位偵測電路。
9. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中該觸發啟動點為該輸入電源的零相位。
10. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中該開關電路包括：一第一開關元件，耦接於該第一發光組；一第二開關元件，耦接於該第二發光組；以及一單向導通元件，耦接於該第一開關元件與該第二開關元件之間；其中當該第一開關元件與該第二開關元件導通時，該第一發光組與該第二發光組並聯；其中當該第一開關元件與該第二開關元件不導通時，該第一發光組與該第二發光組串聯，且該單向導通元件為導通。
11. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，更包括：一電流源，耦接於該發光單元，以在該發光單元導通亮時提夠穩定的電流。
12. 如申請專利範圍第11項所述之照明裝置，其中該控制單元係根據該發光單元的導通電壓由小到大變化時相對應控制該電流源的電流由大到小變化。
13. 如申請專利範圍第7項所述之照明裝置，其中該些發光二極體模組之間更耦接有至少一開關電路，以控制該些發光二極體模組之間為串聯或並聯。
14. 一種照明方法，控制一發光單元，該發光單元具有多個發光組及一開關單元，該開關單元用以使該些發光組串聯及/或並聯，方法包括： 偵測輸入於該發光單元的一輸入電源的狀態，該輸入電源為脈動直流；以及根據該輸入電源的偵測結果，控制該開關單元以使該發光單元的導通電壓隨該輸入電源變化；其中當偵測得知該輸入電源的一週期時間時，自該週期時間的一觸發啟動點開始計時，判斷在該週期時間內是否計時至符合一組預設時間值時，若判斷為有則以該組預設時間值對應的一電路控制方式對該開關單元進行控制。
15. 如申請專利範圍第14項所述之照明方法，其中偵測得知該輸入電源的一週期時間是透過一相位偵測電路進行偵測。
16. 如申請專利範圍第14項所述之照明方法，其中該觸發啟動點為該輸入電源的零相位。
17. 如申請專利範圍第14項所述之照明方法，更包括：根據該輸入電源的偵測結果，調整一電流源的大小，該電流源係為供應給該發光單元導通亮發時的電流。
18. 如申請專利範圍第17項所述之照明方法，其中當該發光單元的導通電壓由小到大變化時相對應調整該電流源的電流由大到小變化。