TWI455651B - 發光二極體失效偵測電路 - Google Patents

Description

發光二極體失效偵測電路

本發明係關於一LED失效偵測電路，其用於偵測一有缺陷的LED及輸出一相應的偵測信號。

例如在汽車應用中，必須具有一警告系統以指示駕駛員一照明系統之燈係有缺陷的，尤其係尾部照明及/或刹車照明。響應該警示，駕駛員可替換該有缺陷的燈。

已知先前技術系統需要一測試方式或其相似類。舉例而言，每次照明系統被開啟或當汽車起動時，檢查該照明系統。然而，如果燈在使用期間損壞，則無信號產生。此外，為了偵測有缺陷的燈，已知先前技術系統使用複雜及昂貴的電路。

此外，一已知先前技術警告系統不適合連同LED一起使用。特定言之，當一LED被調光時(舉例而言，藉由一使用脈衝寬度調變(PWM)調光之DC－DC轉換器電路予以驅動)，則該已知先前技術系統不適合偵測一有缺陷的LED。

本發明之一項目標係提供一種簡單的、有成本效益的LED失效偵測電路，其適合於連同一可調光之LED一起使用。

以上目標係在根據請求項1之失效偵測電路中實現。

根據本發明之失效偵測電路包括一峰值電壓偵測器。該峰值電壓偵測器耦合至該LED以用於偵測橫跨該LED之電 壓。當一電流流過該LED時，亦即該LED運行且無缺陷，則橫跨該LED之電壓具有一預先確定的值。如果該LED有缺陷，則該LED可以是一斷路，導致橫跨該LED之電壓，其實質上等於供給電壓，當無缺陷時，供給電壓通常實質上高於橫跨該LED之電壓。該峰值電壓偵測器偵測橫跨該LED之電壓，亦即，相對低的操作電壓或相對高的供給電壓。

應注意，該峰值電壓偵測器決定一最大電壓，亦即一峰值電壓。因此，如果使用一PWM驅動方法對LED進行調光，則該偵測電壓實質上等於該最大供給電壓，其實質上獨立於該供給電壓之作用時間循環。因此，如果該LED無缺陷，則該峰值電壓偵測器可輸出一相對低的峰值電壓信號，如果該LED有缺陷，則該峰值電壓偵測器可輸出一相對高的峰值電壓信號。

藉由該峰值電壓偵測器輸出之該峰值電壓信號被供應至一差動放大器作為第一輸入信號。該差動放大器進一步接收一參考電壓作為第二輸入信號。因此，該差動放大器經組態以基於該參考電壓與該峰值電壓信號之間的差異而輸出一失效偵測信號。舉例而言，如果該峰值電壓信號實質上等於該相對低的操作電壓，則該失效偵測信號可具有一低電壓；如果該峰值電壓信號實質上等於該相對高的供給電壓，則該失效偵測信號可具有一高電壓。

在一項實施例中，該峰值電壓偵測器包括一個二極體及一電容器之串聯且峰值電壓終端係提供於該二極體與該電 容器之間的一節點上。在操作中，該電容器被充電達到橫跨該LED之最大電壓，而該二極體在橫跨該LED之電壓低於橫跨該電容器之電壓期間阻止該電容器之放電。這尤其適合於與脈衝寬度調變(PWM)調光結合使用。

在一項實施例中，該差動放大器包括一差動對電晶體，該第一輸入信號被施加於第一電晶體之基極且該第二輸入信號被施加於第二電晶體之基極，其中該輸出終端耦合至該第二電晶體之集極。

在一項實施例中，該差動放大器包括一運算放大器裝置，該運算放大器裝置經組態以放大該第一輸入信號與該第二輸入信號之間的電壓差並輸出一電壓差信號，該失效偵測電路進一步包括一電晶體，該電晶體之基極耦合至該運算放大器裝置以用於接收該電壓差信號，該差動放大器之輸出終端耦合至該電晶體之集極。

在圖式中，相同的元件符號指代相同的元件。

圖1顯示一根據本發明之失效偵測電路10之第一實施例。該失效偵測電路10包括一峰值電壓偵測器20及一差動放大器30。該峰值電壓偵測器20耦合至一LED D1。該LED D1被監測且一失效偵測信號應表明該LED D1之狀態。一電感器L1耦合橫跨該LED D1。該電感器L1係用於提供電力至該LED D1之DC－DC轉換器的一部分。該電感器L1不是必要的。也可應用其他任何DC－DC轉換器拓樸。

該峰值電壓偵測器20包括一充電二極體D2、一限流電阻 器R3、一電容器C1及一放電電阻器R4。該充電二極體D2、該限流電阻器R3及該電容器C1被串聯連接跨越該LED D1。該放電電阻器R4被並聯連接至該電容器C1。該限流電阻器R3及該放電電阻器R4也發揮分壓器之作用。

在操作中，假定該LED D1無缺陷，一電流被提供穿過該電感器L1及流過該LED D1至一共同終端。因此，產生一操作電壓橫跨該LED D1。舉例而言，該操作電壓可為3.5 V。當該操作電壓橫跨該LED D1時，該電容器C1係透過該充電二極體D2及該限流電阻器R3予以充電直到達該操作電壓。橫跨該電容器C1之電壓被施加以為該峰值電壓偵測器20之輸出終端Tout之峰值電壓信號。

現假定該LED D1有缺陷且因此該LED D1發揮一斷路之作用，一實質上等於提供至該DC－DC轉換器之供給電壓之電壓係橫跨該斷路LED D1存在。因此，該電容器C1被充電直到達該供給電壓，其可被假定為實質上高於該LED操作電壓。舉例而言，該放電電阻器R4移除由雜訊引起之任何電壓脈衝。

該放電電阻器R4具有一相對大的電阻且對於正確的操作非係必要的。舉例而言，該放電電阻器R4之電阻可關於操作(例如脈衝寬度調變操作)而選擇。該放電電阻器R4可用於設定該放電電阻器R4及電容器C1之並聯電路之時間常數，使得相對快速的電壓改變(例如雜訊)，尤其係高於該參考電壓的電壓峰值可被實質上忽略。此外，該放電電阻器R4可被提供以允許在意外環境中該電容器C1之放電。

如果該LED D1係是使用一PWM電流操作，該操作電壓僅在第一時段期間橫跨該LED D1存在，而在第二時段期間，無電壓(或一更低電壓)產生橫跨該LED D1。(該第一及該第二時段呈交替)。在該第一時段期間，該電容器C1可如上描述被充電。在該第二時段期間，該充電二極體D2防止該電容器C1透過該LED D1被放電。因此，該峰值電壓偵測器20適合與PWM調光結合使用。

該差動放大器30包括一對第一電晶體Q1及第二電晶體Q2。每個電晶體Q1、Q2之集極分別經由第一及第二電阻器R1、R2耦合至一供給電壓Vs。在該第二電阻器R2與該第二電晶體Q2之集極之間連接一第三二極體D3。該第三二極體D3可防止由於電壓或電流逆轉引起的損壞。然而，該第三二極體D3可省略而不影響該失效偵測電路10之正確操作。

該第一及該第二電晶體Q1、Q2之射極被連接，且一電流源電阻器R_E 被連接於一共同終端與該兩個電晶體Q1、Q2之該等射極之間。該電流源電阻器R_E 可藉由其他任何適當類型的電流源予代替，而不影響該失效偵測電路之操作。

該第一電晶體Q1之基極連接至該峰值電壓偵測器20之輸出終端Tout。該第二電晶體Q2之基極連接至一參考電壓終端。因此一參考電壓Vref被施加於該第二電晶體Q2之基極上。

在該第二電晶體Q2之集極及該第二電阻器R2之間的節 點處，一輸出終端Vout經組態以用於輸出一失效偵測信號。

該參考電壓Vref可被適當地選擇。舉例而言，該參考電壓Vref可實質上高於該操作電壓。在此一實施例中，該第二電晶體Q2在該LED D1之正確操作期間係導電的，然而由於與該第二電晶體Q2比較，該第一電晶體Q1具有一實質上較低的基極射極電壓，於是該第一電晶體Q1不導電。因為該第二電晶體Q2係導電的，在該輸出終端處之電壓相對低，尤其實質上等於橫跨該電流源電阻器R_E 之電壓、橫跨該第二電阻器Q2之飽和電壓及橫跨該第三二極體D3之電壓之總和，舉例而言，其可總計達到大約1V。

當該LED D1有缺陷時，在該第一電晶體Q1之基極的電壓實質上等於該DC－DC轉換器之供給電壓(這可等於該供給電壓Vs，但其不必相等)。由於一適當地選擇之參考電壓Vref、該第一電晶體Q1之基極之相對高的電壓，使該第一電晶體Q1導電，而該第二電晶體Q2則係不導電的。因而，如上所述，由該電流源電阻器R_E 產生之電流現在流過該第一電阻器R1及該第一電晶體Q1，而非流過該第二電阻器R2及該第二電晶體Q2。因此，在該輸出終端Vout處之電壓實質上等於該供給電壓Vs。因此，當該LED D1有缺陷時，一實質上較高的電壓存在於該輸出終端Vout。

應注意，該輸出終端Vout可變更為連接於該第一電阻器R1與該第一電晶體Q1之間。在此一實施例中，當該LED D1無缺陷時該失效偵測信號為高，而當該LED D1無缺陷 時則為低。

圖2顯示第二實施例，其實質上相似於如圖1所示之第一實施例而操作。與該第一實施例比較，該第一電晶體係由一運算放大器裝置OA予以代替。該運算放大器裝置OA發揮一差動放大器之作用。另外，該運算放大器裝置OA連接至該峰值電壓偵測器輸出終端Tout以用於接收該峰值電壓信號且連接至一參考電壓Vref。該運算放大器裝置OA比較該峰值電壓信號與該參考電壓信號Vref。該運算放大器裝置OA之輸出係經由一與該第二電晶體Q2之基極連接之電阻器R5。如果該運算放大器裝置之輸出為高，則該第二電晶體Q2係導電的，導致該失效偵測信號終端Tout處之低電壓。如果該運算放大器裝置之輸出為低，則該第二電晶體Q2係不導電的，導致該失效偵測信號終端Tout處之高電壓(實質上等於該供給電壓Vs)。

適當地選擇該參考電壓Vref確保該參考電壓Vref高於該LED操作電壓，導致一高的運算放大器裝置輸出且因此導致該輸出終端Vout之低的失效偵測信號。此外，一適當地選擇之參考電壓Vref使得該參考電壓Vref等於或低於該DC－DC轉換器之供給電壓，導致一低的運算放大器裝置輸出且因此導致該輸出終端Vout之高的失效偵測信號。

圖3顯示與圖2中所示實質上相同之電路。然而，根據圖3之電路適合於偵測一有缺陷的LED，當有缺陷時該LED變為一短路。另外，該峰值電壓信號及該參考電壓與該運算放大器裝置OA、或類似的比較裝置之連接相互交換，且 該參考電壓係選擇為低於一預期的LED操作電壓。

圖4顯示與圖2中所示實質上相似之電路，其中已引進一遲滯。另外，第一遲滯電阻器R6及第二遲滯電阻器R7之串聯連接已被連接於該運算放大器裝置OA之輸出終端與第三遲滯電阻器R8之間，第三遲滯電阻器R8已被引入於該運算放大器裝置OA之輸入終端與該參考電壓Vref之輸入終端之間。此外，提供介於下列兩個節點之間的連接：(1)該第三遲滯電阻器R8與該運算放大器裝置OA之間的節點；及(2)該第一遲滯電阻器R6與該第二遲滯電阻器R7之間的節點。此一遲滯電路在此項技術中已被熟知，因而在此處省略其操作之詳細論述。如果一LED將顯示不穩定的操作(舉例而言，一有缺陷的狀態與一操作狀態之間的交替)，由於該遲滯而防止失效偵測信號交替。

應注意，與圖2比較，在圖3及4中呈現之不同的電路變更也可被引入於如圖1所示之電路配置中。此外，應注意，為了使得能用單一偵測電路偵測兩種有缺陷的LED，可結合用於一斷路有缺陷的LED之偵測電路(舉例而言，如在圖1及2中呈現)及一用於一短路有缺陷的LED之偵測電路(舉例而言，如在圖3中呈現)。舉例而言，該峰值電壓偵測電路20可被結合且該峰值電壓信號可被提供至兩個分開的差動放大器電路。此外，根據本發明之失效偵測電路意欲與一LED結合使用。然而，該失效偵測電路也是適合與當有缺陷時其變為一短路或短路的任何其他種類的燈或裝置結合使用。

雖然已在本文中揭示本發明之詳細實施例，但應瞭解揭示之實施例僅是本發明之例證，其可用多種形式表現。因此，本文揭示之特定結構性的及功能性的細節不應解釋為限制性的，而僅為請求項之基礎及用於提倡熟習此項技術者在近乎任何適當地詳細結構中不同地使用本發明之代表性的基礎。

此外，本文使用之術語及短語不意為限制性的；而是提供本發明之可理解的描述。如本文中使用之術語"一"或"一個"係定義為一個或多於一個。如本文中使用之術語另一個係定義為至少第二個或更多。如本文中使用之術語包含及/或具有係定義為包括(亦即開放語言)。如本文中使用之術語耦合係定義為連接，雖然不一定係直接地，且不一定係依賴金屬線。

在上文中，本發明係參考顯示無限制性之實施例之附圖得以闡明。

10‧‧‧失效偵測電路

20‧‧‧峰值電壓偵測器

30‧‧‧差動放大器

C1‧‧‧電容器

D1‧‧‧LED

D2‧‧‧充電二極體

D3‧‧‧第三二極體

L1‧‧‧電感器

OA‧‧‧運算放大器裝置

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

R3‧‧‧限流電阻器

R4‧‧‧放電電阻器

R5‧‧‧電阻器

R6‧‧‧第一遲滯電阻器

R7‧‧‧第二遲滯電阻器

R8‧‧‧第三遲滯電阻器

RE‧‧‧電流源電阻器

Q1‧‧‧第一電晶體

Q2‧‧‧第二電晶體

Tout‧‧‧輸出終端

Vout‧‧‧輸出終端

Vref‧‧‧參考電壓終端

Vs‧‧‧供給電壓

圖1顯示一根據本發明之失效偵測電路之第一實施例的電路圖；圖2顯示一根據本發明之失效偵測電路之第二實施例的電路圖；圖3顯示一根據本發明之失效偵測電路之第三實施例的電路圖；圖4顯示一根據本發明之失效偵測電路之第四實施例的電路圖。

10‧‧‧失效偵測電路

20‧‧‧峰值電壓偵測器

30‧‧‧差動放大器

C1‧‧‧電容器

D1‧‧‧LED

D2‧‧‧充電二極體

D3‧‧‧第三二極體

L1‧‧‧電感器

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

R3‧‧‧限流電阻器

R4‧‧‧放電電阻器

RE‧‧‧電流源電阻器

Q1‧‧‧第一電晶體

Q2‧‧‧第二電晶體

Tout‧‧‧輸出終端

Vout‧‧‧輸出終端

Vref‧‧‧參考電壓終端

Vs‧‧‧供給電壓

Claims (5)

1. 一種用於偵測一有缺陷LED之失效(outage)偵測電路，該LED耦合至一DC-DC轉換器(converter)電路以接收一電力(power)信號，該失效偵測電路包括：一峰值電壓(top voltage)偵測器，其耦合至該LED以偵測橫跨該LED之電壓，該峰值電壓偵測器具有一峰值電壓終端以用於提供一峰值電壓信號；一差動放大器(differential amplifier)，其耦合至該峰值電壓終端以接收該峰值電壓信號作為一第一輸入信號，且耦合至一參考電壓終端，該參考電壓終端經組態以提供一參考電壓作為一第二輸入信號，該差動放大器包括一輸出終端以用於提供一失效偵測信號，其中該峰值電壓偵測器包括一個二極體及一電容器之一串聯連接，且其中該峰值電壓終端係提供於該二極體與該電容器之間的一節點處。
2. 如請求項1之失效偵測電路，其中一電阻器並聯耦合至該電容器。
3. 如請求項1之失效偵測電路，其中該差動放大器包括一差動對電晶體，該第一輸入信號被施加於一第一電晶體之一基極且該第二輸入信號被施加於一第二電晶體之一基極，其中該輸出終端耦合至該第二電晶體之一集極。
4. 如請求項1之失效偵測電路，其中該差動放大器包括一運算放大器裝置，該運算放大器裝置經組態以放大該第一輸入信號與該第二輸入信號之間的一電壓差並輸出一 電壓差信號。
5. 如請求項3之失效偵測電路，該失效偵測電路進一步包括一電晶體，該電晶體之一基極耦合至該運算放大器裝置以接收該電壓差信號，該差動放大器之該輸出終端耦合至該電晶體之集極。