TWI459858B - 照明系統及發光二極體組件之控制單元 - Google Patents

照明系統及發光二極體組件之控制單元 Download PDF

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Description

照明系統及發光二極體組件之控制單元
本發明是有關於一種控制單元，且特別是有關於一種照明系統及發光二極體組件之控制單元。
於現今時代中，越來越多採用發光二極體之固態照明被利用在有關建築及娛樂的應用中。單個或多個發光二極體(Light Emitting Diode，LED)單元具有多個優於傳統白熾光源(Incandescent Light)之優點，像是高光電轉換效率、快速與能更準確控制光強度及顏色。為了實現從微暗至明亮之光輸出的光強度與顏色之準確控制，需要對流過LED之正向電流進行準確的控制。
為了提供此流過一個或多個LED之正向電流，可利用一個轉換器(或者一調節器，此調整器像是線性調節器)。在一些例子中，轉換器例如係為降壓式(Buck)、升壓式(Boost)、降壓-升壓式(Buck-Boost)轉換器。此些轉換器亦可被稱作交換式電源。此些電源能夠供應一實質上為固定之電流至LED單元。當此LED單元包括不同發光顏色之LED時，LED單元提供之顏色係可藉由改變此些LED之光強度來進行修正。一般來說，此修正係藉由改變不同的LED之工作週期(Duty Cycle)來完成。藉由在時間上選擇性地提供電流至LED，可實現小於100%工作週期之LED操作，也就是說，提供給LED係多個電流脈衝而非連續的電流。
在越來越多使用鹵素燈或燈泡的傳統式照明系統被採用發光二極體的照明系統所取代的情況下，如何操作此類應用發光二極體的照明系統，以縮小對應之電源消耗是事關重大的。一般來說，照明系統用來操作於多個照度(或亮暗)條件之範圍中(例如照明系統之亮度可被設定在一特定範圍)。若僅考慮照明系統在例如一個正常操作點上之電源效率，而非對其之操作區間整體或部份進行考慮，則已知照明系統在操作於特定操作條件(例如是相較於標稱亮度之降低亮度)之電源損耗則可能變得重要。因此，根據本發明之第一方面之目的係改善採用LED之照明系統之效率。
經由相關於時間(Time Based)之調變技術來驅動多個LED之技術係已經被揭露，此些調變技術例如為脈衝寬度調變(pulse width modulation)、工作週期調變(duty cycle modulation)演算法等。於此，LED可分離為多個群組，其中多個群組中各別的LED群組例如具有其所屬之發光顏色，各別的LED群組可藉由適當的調變技術於特定工作週期中來驅動。因此，在歐洲專利公開案號WO2006107199 A2中所提出之一例子中，多個LED或LED群組係以串聯方式來連接，此些LED或LED群組中之各別的LED或LED群組配置一其所屬之開關裝置，此開關裝置係以並聯方式連接至各別的LED群組或LED。電流源產生通過串聯的LED或LED群組的電流。關閉並聯的開關將會旁路LED或LED群組，以便將LED或LED群組進行關閉。
在較低的光強度下，工作週期之增加或減少對於光強 度的改變相對較大。舉例來說，假定從FFFF(16進位法)至FFFE(16進位法)減少的16進位工作週期資訊提供一小的下降百分比，於此能夠線性調光；然而從(0009)16 至(0008)16 減少的16進位工作週期資訊提供一大的下降百分比。這個效應可經由人眼的感光靈敏度來凸顯，人眼之感光靈敏度一般是假定為具有對數或相似的特性。因此，相對於高工作週期，在低光強度位準與低工作週期的操作下，工作週期之增加或減少將造成較為顯著的改變。因此，相較於光強度較高之操作，在光強度較低之操作中可能具有較低平滑度之強度改變。於此，根據本發明之第二方面之一目的係用以於多個較低的光強度下提供一較高的調光解析度。
根據本發明之第一方面，係提出一種控制單元，此控制單元適用於發光二極體(Light Emitting Diode，LED)組件。LED組件包括第一、第二LED單元，第一、第二LED單元係以串聯之方式連接，LED組件係藉由一交換式電源供應器來供應電源。控制單元係用來：接收代表LED組件之期望輸出特性之一輸入信號；決定分別對應至第一及第二LED單元之一第一工作週期及一第二工作週期以提供此期望輸出特性，此第一、第二LED單元係相關於交換式電源供應器之一標稱電流(Nominal Current)；決定第一及第二工作週期中之一最大工作週期；至少根據最大工作週期來決定一降低電流；根據降低電流或最大工作週期，調 整分別對應於第一及第二LED單元之第一及第二工作週期；以及根據此些調整後的第一、第二工作週期與此降低電流，提供LED組件與交換式電源供應器之一輸出資料。
在本發明中，可以了解LED單元係包含一個LED或多個LED。假定此LED單元具有大於一個以上之LED，此些LED彼此係可透過串聯或並聯之方式予以連接，或是此些LED可透過串聯搭配並聯之方式的組合來互相連接。可以了解的是，LED組件例如可包含數個LED。
根據本發明之控制單元係用來接收一輸入信號，此輸入信號係代表LED組件之一期望特性。此輸入信號可例如為一類比信號或一數位信號。此信號例如可由一使用者介面來產生，此使用者介面例如為一調光器(Dimmer)或一按鈕。在任何適合的方法中，係可對LED組件之期望特性進行定義，此些方法例如為光學方法或電學方法，LED組件之期望特性例如為期望亮度/光強度或期望顏色。
根據本發明之控制單元可應用於包括多個LED單元的LED組件，尤其，此些LED單元係以串聯之方式來連接。此些以串聯方式連接的LED單元例如由交換式電源供應器來供應電源，此交換式電源供應器例如係為降壓式轉換器(Buck Converter)或升壓式轉換器(Boost Converter)，或為其他類型之交換式電源供應器。此電源供應器例如可供應一電流至以串聯方式連接的LED單元。
控制單元分別地驅動各LED單元，以便同時地操作一個或多個LED。根據本發明之控制單元更可用來決定LED單元之所需工作週期，以取得LED組件的期望特性、 電源供應器之一給定的標稱電流。LED單元之工作週期可以提供至LED單元之一電流的時間百分比或分數(例如為百分比50%或分數0.5)來表示。
為了使LED組件操作在亮度降低的情況中，已知的控制單元僅能降低LED組件中之不同LED單元的工作週期。於此，交換式電流供應器之電流位準為保持在其所屬的標稱位準中。將交換式電流供應器之電流位準保持在其所屬的標稱位準，於亮度之特定位準下會導致交換式電源供應器操作在相對較低之電源效率的情況中。根據本發明，交換式電源供應器之電流(或其他有關的輸出特性)係可在供應一輸出電流之方式中來進行調整，此輸出電流係用來滿足LED組件的環境條件。
舉例來說，當電流保持在其所屬之標稱位準時，根據先前技術，降低LED單元之輸出功率係可由降低的工作週期來實現，LED單元係在降低工作週期來被驅動。根據本發明，然而，交換式電源供應器以及/或其他複雜元件之工作條件在更多電源效率中，依據交換式電源供應器之電流與工作週期所選擇之一數值，會產生期望亮度(或其他有關的輸出特性)。由於多個LED單元係以串聯之方式來連接，為了操作各LED單元，可供應一相同電流至各LED單元以對其進行操作。因此，操作電流(或者其他有關的輸出特性)可考量由不同LED所需之數值來決定。此外，可將電源供應器設定至一位準以提供一輸出電流(或其他相關的輸出特性)，此輸出電流具有足夠高之數值以使其能夠驅動需要此數值的LED單元。
對於各LED單元而言，可選擇或修改各LED單元目前的工作週期以反映出交換式電源供應器之改變的輸出電流(或其他相關的輸出特性)。上述可由一簡單例子來進行說明如下：假定有三個LED單元係由電源供應器來驅動，且此些LED單元係以串聯之方式來連接。此些LED單元在電源供應器之標稱操作電流下，係將第一、第二與第三LED單元之工作週期分別假設為10%、1%與1%。藉由降低電源供應器之輸出電流至其所屬之標稱數值的1/10th 、以及透過係數10來增加LED單元的工作週期係可獲得相同的亮度位準。於此，電源供應器在低電流中進行操作仍可實現更多符合需求的電源效率。
一般來說，藉由係數N來降低電源供應器之電流係可結合透過此相同係數N來增加各LED單元的工作週期。係數N係由多個LED單元中的最大工作週期來決定。降低電源供應器之輸出電流(或其他有關的輸出特性)可由操作一特定操作範圍中之歩階值或連續值來實現。
一般來說，可設定此降低的電流以將需要最大工作週期之LED單元的工作週期保持在低於或等於100%的數值中。依照此實施例，最大效率可由實質上對應至乘上最大工作週期之標稱電流之降低的電流來實現。因此，需要此最大工作週期的LED單元可在實質上為100%之工作週期中進行操作。工作週期可被稱為任何時間形式之週期性部分，例如為連續時間、時槽等等。可將100%工作週期解釋為包括100%的連續時間或100%之任何的(例如重複出現的)時槽。由控制單元來進行操作的歩階值(steps)可在任 何適當的時間中來執行。
舉例來說，當調整後的工作週期例如係基於最大工作週期來決定時，可相同地應用基於至少一最大工作週期中來決定之降低電流之的歩階值。當LED組件及電源供應器係基於降低電流與調整後的工作週期，而不是標稱電流及與降低電流有關之工作週期來進行操作時，由LED組件之LED單元或其具有之電源供應器中可以得知所改善的效率，茲舉一例詳細說明如下。
應用在本發明之控制單元可例如包括可程式化裝置，例如微處理器、微控制器或其他處理單元。可程式化裝置可以適合的程式命令來進行編程(Programmed)，以提供本揭露書中之上述功能。更多的實作方法係可想像得到，例如類比硬體或電子電路。由控制單元提供之輸出資料以取得期望特性之方式係可應用在任何適當的形式中，例如為資料匯流排上的資料串、任何數位格式的資料串、對應於工作週期以及電源供應器的分離式信號(Separate Signal)(例如為脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation)信號)、類比電壓位準、或任何其他資訊。輸出資料可包括單一信號或多個信號。在此揭露書中可應用單一或多個信號，可以了解的是，輸出資料包含了任何形式的資料。
根據本發明之第二方面，提出一種控制單元，此控制單元適用於一LED組件。LED組件包括一第一LED單元與第二LED單元，第一LED單元與第二LED單元係以串聯之方式連接，第一LED單元與第二LED單元係透過一 交換式電源供應器來供應電源。控制單元係用來；接收代表LED組件之一期望輸出特性的一輸入信號；從接收後的輸入信號決定交換式電源供應器之一電源供應電流；從決定後的電源供應電流與輸入信號，決定分別對應至第一LED單元及第二LED單元之一第一工作週期及一第二工作週期，第一工作週期與第二工作週期之結合以及被設定的電源供應電流係用來提供期望輸出特性；以及根據決定後的第一工作週期與第二工作週期以及決定後的電源供應電流，提供LED組件與交換式電源供應器之一輸出資料。
因此，除了依據從先前技術中以知的方式來調整工作週期外，係可有效的利用更多用以調整工作週期的機制。於此，在低光強度中，以調整工作週期的解析度會受到亮度解析度的牽制，於是降低電源供應電流以提供一較大的工作週期，因此來提供一較高的亮度解析度。更進一步來說，係可利用上述之方式來增加電源效率。
一照明系統包括LED組件與控制單元，LED組件包括第一LED單元與第二LED單元，控制單元用來控制LED組件。照明系統更包括一反饋電路，用以饋送代表電源供應電流之一信號至該交換式電源供應器之一反饋輸入，反饋電路包括至少一數位電位計(Digital Potentiometer)以及一控制單元。控制單元具有連接至數位電位計之一控制輸出以控制電源供應電流。例如在反饋電路中的放大器(Amplifier)、位準調節器(Resistive Level Shifter)、電阻衰減器(Resistive Attenuator)或其他類似之電路中，當操控具 有一控制單元的介面以控制電源供應電流時，藉由使用(微處理器、控制器)數位電位計可獲得具有準確、快速且低成本的電流控制。
電源供應之電流更可透過控制供應至第一數值與第二數值中的電源供應電流來進行控制，此第一數值係於一循環時間之第一部分中，此第二數值係於此循環時間之一第二部分中，因此在第一數值與第二數值之間可獲得有效的電源供應電流，於此，在亮度解析度中提供額外的增加。
根據本發明之更另一方面，提出一種控制單元，控制單元用來控制包括多個LED單元之LED組件，其中各LED單元係透過分離的電源供應器來供應電源。多個LED單元中之電源供應器例如係以並聯之方式連接，並且透過共用直流母線電壓(Common DC Bus Voltage)來供應其所需之電源。如此，根據本發明，提出一控制單元，適用於LED組件。此LED組件包括多個LED單元，此些LED單元係透過分離的電源供應器來供應電源，控制單元係用來：接收代表LED組件之期望輸出特性的輸入信號；基於分離的電源供應器之一效率特性與輸入信號來決定對應於各LED單元之工作週期，以取得期望輸出特性，於此來最大化操作於效率特性之最大效率中之LED單元的數量。控制單元使得包括多個LED單元之LED組件能夠操作改善後的最佳效率中，各LED單元具有分離的電源供應器。
在一實施例中，控制單元更可用來：基於工作週期提供對應於LED組件及電源供應器之輸出資料，以控制LED組件與電源供應器。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
為了使包括一個發光二極體(Light Emitting Diode，LED)單元之照明系統具有特定的期望特性(Desired Characteristic)，多種變異因素係可有效的被應用來決定此期望特性。舉例來說，當LED單元透過一交換式電源供應器進行供電時，可透過提供具有一特定工作週期之電流I至LED單元，以決定前述期望特性。此交換式電源供應器例如為降壓式轉換器(Buck Converter)。假定經由調整工作週期來決定此期望特性，此期望特性亦可藉由選擇一較小電流並對應地配合較長之工作週期來實現。前述情形如第1圖所示。在一個假想情況中，我們提供具有工作週期t1 /T(比如25%)之電流I1 ，使LED單元具有一期望特性(例如是LED單元之一預定亮度)，如第1圖之上半部所示。假定期望特性與電流之間係為線性關係，則前述期望特性亦可藉由提供具有工作週期t2 之電流I2 來實現，其中電流I2 =I1 /2，而工作週期t2 =2×t1 。若提供至LED單元的電流與對應之期望特性間之關係為非線性，為了實現相同的期望特性，可能需要對此電流或此電流之工作週期來進行校正。可由不同方式來實現出在特定工作週期中，提供電流I至LED單元之技術。舉例來說，當LED單元由降壓轉換器(Buck Converter)來供應電源時，特定工作週期可由切換此降壓轉換器產生之特定開啟時間與關閉時間來實現。如 此，工作週期可定義為開啟時間百分比。
或者，具有特定工週期之電流I亦可透過由電源供應器提供之一實質上固定之電流，以及控制與LED單元並聯之開關來實現，此電源供應器例如係為降壓式轉換器。當此開關係為導通時，由轉換器所提供之電流係被改變流向，而從LED單元流至已導通之開關。本發明之可同時應用前述兩種方法來提供電流I至LED單元之照明系統係描繪於第2圖中。
請參照第2圖，其繪示根據本發明之照明系統之一實施例的示意圖。第2圖繪示包括控制單元400與LED組件之照明系統，控制單元400用以控制交換式電源供應器300，LED組件包括三個LED單元70.1、70.2及70.3。LED組件更包括分別相關於各個LED單元的多個開關80.1、80.2及80.3(例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET))，以控制流過LED單元之電流。
為了使LED組件具有期望輸出特性，各LED單元係以特定的工作週期來驅動。控制單元400用來接收可代表LED組件之期望特性(例如一特定亮度或特定顏色)的輸入信號110。交換式電源供應器300例如為降壓式轉換器，且交換式電源供應器300包括開關元件2(例如是MOSFET)、電感元件3以及二極體4。控制器6例如基於參考輸入信號5與LED組件之反饋信號，來控制開關元件2之開啟或關閉。於LED組件之電阻90上的電壓例如被應用為由電源供應器提供之輸出電流7的反饋信號。控制 單元400更可用來提供一輸出信號120至電源供應器300，以控制電源供應器之輸出。標號1係代表電源供應器之供應電壓(例如16伏特或24伏特)，標號8係代表電源供應器之輸出電壓，輸出電壓8實質上係對應多個LED單元上之電壓總合，輸出電壓8亦可稱為在多個LED單元上之順向電壓。
依照本發明，控制單元400係用來提供控制信號至LED組件。以控制單元而言，多個開關80.1~80.3可被控制且不同的LED單元可操作在特定工作週期中。
為了說明不同的LED單元如何可操作在特定工作週期中，第3圖係透過以時間為函數之曲線10.1~10.4，來繪示對應於4個LED單元100.1~100.4設定之開啟(Open)時間及關閉(Closed)時間的示意圖。舉例來說，曲線10.1可表示LED單元100.1之開啟時間40，關閉時間係如為時間30與時間40之差值，而曲線10.2~10.4係代表LED單元100.2~100.4的開啟時間與關閉時間。其中對應於曲線10.1之工作週期可表示為於時間30中的開啟時間40。在開啟時間中，電流可提供至LED單元；在關閉時間中，電流係被改變流向，以流至與LED單元之並聯開關。由此可見，在一例子中，第2圖中之開關80.2可用來短路LED單元70.2。於開啟時間中，開關80.2可為開路，於關閉時間中，開關80.2係可為導通。第3圖更簡要地描繪曲線20，此曲線20係代表串聯之4個LED單元上的順向電壓200。
參考第2圖，此順向電壓實質上對應於第2圖所指示 之電源供應器300之輸出電壓8(忽略電阻90上的電壓)。在第2圖所示之情況中，於相同時間上，多個LED單元中僅有一個LED單元被閉啟或關閉。於此，4個串聯之LED單元上之順向電壓將會被調整，此順向電壓例如調整為3~4伏特之間。
假定如第3圖中所示之多個LED單元的工作週期係對應至電源供應器之標稱電流的應用，第4圖係繪示LED單元在電流降低的情況中所需的工作週期。為了使LED組件具有相同的輸出特性，可能需要增加LED單元之工作週期，例如比較第3圖與第4圖中，時間40與時間30之比例而得知。因此，從代表串聯多個LED單元上之順向電壓200的曲線20可以得知，順向電壓200實質上變大。
參照本發明，可以得知的是，透過應用降低電流(相較於電源供應器之標稱電流)結合增加工作週期，以驅動照明系統之LED組件中之多個LED單元可能是有助益的。如第3圖與第4圖所示，若應用降低電流來進行驅動，則需要配合調整後的工作週期，此調整後的工作週期往往大於在以標稱電流驅動之情形下對應需之工作週期。在以降低電流以及對應增加後之工作週期來驅動LED組件中，LED單元的操作實例中，可具有以下一個或多個優點如下(其中之參考標號係對應至第2圖)：
- 當降低電流時，發生在交換式電源供應器300之開關元件2之損耗係可被降低。為了提供所需電流(降低的電流)至LED組件，電源供應器之開關元件2將操作在特定工作週期(更被稱為DCSW (未繪 示))中。假若以串聯之方式連接的多個LED單元上之順向電壓因為應用降低電流進行驅動的關係而提升，則特定工作週期DCsw 係可變大(相較於應用標稱電流的情況中)。於開關元件中的損耗係與此特定工作週期DCsw 成正比關係，而此損耗亦與提供之電流的平方成比例關係。於此，應用降低電流可減少能量損耗。
假定開關元件2係處於為開啟狀態，電源供應器之輸出電流7流過二極體4，在二極體中產生一損耗。一般來說，此損耗係正比於流過此二極體之電流，且正比於電流流過二極體之時間，亦即時間(1-DCsw )。因此，假定應用降低電流導致特定工作週期DCsw 對應之延長，則因為時間(1-DCsw )之降低與流過二極體之電流的降低，使得二極體4中所產生的損耗可對應降低。
- 相關於LED組件，我們亦可觀察到相似之特點；因為使用降低電流，LED單元中所產生的耗損可被降低(此耗損係與電流的平方成比例關係)，即便配合之工作週期需要增加。同樣地，於第2圖中之多個開關80.1~80.3中所產生的損耗亦可被降低：隨著LED單元之工作週期的增加，此些開關將在較短的部分時間中為導通，此外，流過開關之電流將減少為降低電流，亦即此降低電流係小於標稱電流。
在本發明之實施例中，此降低電流實質上對應於乘以 最大工作週期之標稱電流。於此，將可取得接近於100%的調整後的工作週期，作為LED單元對應之最大工作週期。LED單元之工作週期不能超過100%，於上述方式所取得之降低電流為使LED組件具有期望特性的情況下最小電流。
於上述段落中所描述的電流降低係假定LED單元之輸出與電流之間符合線性關係。假定LED單元之輸出與電流之間並不符合此線性關係，可對降低電流進行校正，以確保LED組件可滿足對應之期望特性。前述操作繪示於第5A圖中。請參照第5A圖，其繪示發光二極體之亮度與電流關係之圖表。亮度(B)特性關係指示亮度(B)為流過LED單元之電流的函數。於圖表中所示之亮度Bnom係對應標稱電流Inom。假定亮度與電流(曲線200)係符合線性關係，當應用電流I1來取代標稱電流Inom時，將可產生對應之降低亮度Br。假定亮度與電流關係的真實特性係符合曲線210，電流I1對應之亮度將低於亮度Br。於此，需要電流I2來對應至亮度Br。假定LED單元之最大工作週期(基於標稱電流所計算)對應於Br/Bnom，由標稱電流Inom降低至電流I1的電流降低量將產生一降低亮度，此降低亮度無法透過增加工作週期來完全地補償，因為需要大於100%之工作週期才能完全地補償。如此，根據LED單元之亮度與電流關係之特性(例如可藉由多個實驗來決定)，可將標稱電流降低至I2來進行降低亮度的補償。應用電流I2及增加後之工作週期(藉由係數Bnom/Br來增加工作週期Br/Bnom)可產生相同於亮度Br之亮度特性。
本發明之控制單元可有效的地被應用來控制LED組件，此LED組件包括兩個或多個LED單元，此些LED單元係以串聯的方式連接。如以上段落所述，應用本發明之控制單元來決定多個LED單元之工作週期，可能可改善供應電源至LED單元之電源供應器之效率。一般來說，以上段落所述之調整LED之工作週期之操作會產生較大之工作週期，以補償使用降低電流造成之影響。由此可見，使LED單元具有較大工作週期之技術更具有可降低閃爍之優點。LED組件可以視覺上的閃爍或非視覺上的閃爍之其一的形式發生，後者之閃爍例如會引起暈眩。相較於例如為10%的工作週期，當LED單元係例如操作在90%的工作週期時，使用者觀測到閃爍情形可能較少。
根據其他目的，本發明提供改善後之供應電源至LED組件之方法，LED組件包括多個LED單元，此些LED單元係以並聯的方式連接，各LED單元係由不同的或分離的電源供應器(例如是交換式電源供應器)來供應電源，此交換式電源供應器例如是降壓式或升壓式轉換器(Boost Converter)。此改善後之供應電源至LED組件之方法(一般來說操作在一控制單元中)可被應用在控制單元中，來對包括多個LED單元(各LED單元包括一個或多個LED)之LED組件進行控制。其中，各LED單元可由分離的電源供應器來供應電源，此電源供應器例如為交換式電源供應器。為了說明改善後之供應電源至LED組件之方法，假設LED組件包括兩個相互並聯的LED，各LED單元配有一交換式電流供應器以提供一電流至對應之LED。由這兩個 LED所發射的光線具有實質上相同之顏色。在此例子中，為了使LED整體來說具有特定之期望亮度，傳統方法係以相同的方式來調整各LED的工作週期。於此，標稱亮度之50%的期望亮度可透過控制兩個LED實質上具有50%之工作週期來實現。於第5A圖中所討論之校正同樣地亦可應用於此。
於以上段落所述，可以將LED單元操作於降低之工作週期之方法(例如應用與LED單元並聯之開關來進行相關操作)來在供電效能小於100%的情況下對LED單元進行操作或供電。藉由短路開關可將LED或LED單元關閉。在另一個選擇中，可透過降低流至LED單元之電流來在供電效能小於100%的情況下對LED單元進行操作或供電。假定LED組件包括多個LED單元，各LED單元係由分離的電源供應器來供應電源，如此，各LED單元可被不同的電流驅動及/或操作在不同的工作週期。
由此可見，基於供應電源負載(亦即LED或LED單元)或操作條件(例如供應之電流及供應電源負載的工作週期)之不同，交換式電源的效率呈現多樣化。如上述，電源供應器中之開關元件或二極體中所產生的損耗於上述情況中會產生變化。本發明係提出將電源供應器之真實效率特性納入考量之方式，而非在實質上相同之方法中對不同的LED單元進行控制(亦即使LED單元操作在相同之工作週期下)。於上述例子中，使所有的LED單元中之一操作於100%之工作週期，並使其他LED單元操作於0%之工作週期等效地實現出50%的亮度。由於在50%工作週期中供應 電源至LED單元之效率係低於在100%工作週期中供應電源至LED單元之效率，如此以不同工作週期來操作LED單元被證明為有利的。假定電源供應器之供電效率特性係為已知，控制單元可用來決定多個工作週期之結合，以在效率最佳的情況下驅動LED組件，使其對應於LED組件之一給定期望特性。電源供應器之效率特性例如可由實驗或基於理論來決定。
下列圖示更用以說明如上述中對LED或LED單元供應電源的方法，此些LED或LED單元係分別由分離的電源供應器來供應電源，此電源供應器例如係為交換式電源供應器。假定LED組件包括4個LED單元，各LED單元係由具有第5B圖所示之效率特性之電源供應器來供應電源。一般來說，4個電源供應器可由共同輸入電源來供應電源，於此，以讓並聯連接之LED單元可進行操作。電源供應器例如係為交換式電流供應器，交換式電流供應器例如係為升壓式轉換器或降壓式轉換器。共同輸入電源例如係直流母線(DC bus)。然而，根據本發明之供應電源之方法不侷限多個電源供應器以並聯方式連接，其亦可獨立地供應電源至此些LED單元。如第5B圖所示，電源供應器之效率(η)特性具有非線性形狀，由於當電源輸出功率效能自100%降低至75%時，僅導致從95%降低至90%之效率降低，可得知此非線性形狀在高功率輸出P(為百分比標稱電源)具有相對較小之斜率，而在低功率輸出P具有相對較大之斜率。
假定在調光範圍自0%到100%中，4個LED單元係 操作於實質上相同的工作週期，如此在此技術領域中具有通常知識者可以了解，4個電源供應器之整體電源效率具有相同於第5B圖所示之特性。由下列之手段，可使電源供應器整體得到改善之電源效率。在決定LED單元操作之工作週期，以決定其期望特性時，此提出之手段將電源供應器之效率特性納入考量，以確保整體的效率為最佳化，而非在相同的工作週期中驅動所有不同的LED單元。假定4個LED單元之電源供應器具有如第5B圖所示之效率特性，可以推論的是，電源供應器之整體效率可透過維持盡可能多個LED單元在其之最大功率輸出(即是其操作在100%工作週期中)的方式來進行最佳化，而非同時降低所有LED單元的工作週期。前述之結論是起因於電源供應器在其100%功率輸出的情況下對應至其之最佳效率(可由效率特徵曲線得知)。舉例來說，LED組件之80%的調光位準係可由將3個LED單元操作在100%的工作週期或100%的電流(可實現LED組件之75%的光輸出)，且將1個LED單元操作在20%的工作週期或20%的標稱電流(貢獻LED組件額外5%的光輸出)來實現。
LED組件之75%的調光位準係可將第1個至第3個LED單元操作在100%的工作週期及關閉第4個LED單元來實現。當需要LED組件之調光位準更進一步降低時(調光位準介於50%至75%之間)，可將2個LED單元維持操作在100%的工作週期、關閉1個LED單元、以及將其他剩餘的LED單元操作在適當的工作週期或電流中，以取得LED組件所需之調光位準。於此，可實現對電源供應器整 體效率之改善。第5C圖繪示應用本發明之方法時，代表供應電源至LED組件之多個電源供應器之整體效率(η)之曲線230(每一個電源供應器係假定具有如第5B圖所示之效率特性)。假定對應至所有LED單元之工作週期與電流係以實質上相同之數量來進行降低，以降低LED組件光輸出，則可得到效率特性240。由此可見，可透過應用上述之供應電源之方法，來改善供應電源至LED組件的效率。更特定的說，當操作在相對較低之光輸出位準(例如是正常輸出的10%至25%位準)時，假若電源供應器效率特性係如第5B圖所示，則可實現一顯著的效率增益(>25%)。於此，若前述技術實現於LED組件之控制單元中，則此LED組件中之控制單元可用來：接收代表LED組件之期望輸出特性之輸入信號，且基於供應電源至LED組件之LED單元之電源供應器的效率特性與對應於各此些LED單元的輸入信號，決定各LED單元之工作週期以取得期望之特性，因此可讓操作於效率特性中最高效率之LED單元的數量最大化。透過讓操作於最高效率之LED單元的數量最大化，可使整體效率得到改善。如上述，亦可以操作於不同的電流位準中的LED單元來實現前述操作於不同工作週期中的LED單元。請參考第5B圖中之效率特性曲線可知，最大效率之操作係對應至將電源供應器操作在標稱電流(對應於100%的輸出功率)上之操作。於此，若將電源供應器操作在一較低電流中，將產生一降低的效率。如此，控制單元亦可用來：接收代表LED組件之期望輸出特性之輸入信號；以及基於供應電源至LED組件之LED單 元的電源供應器之效率特性與輸入信號，決定各LED單元之電流位準，來取得期望輸出特性，藉此，讓操作於效率特性中最高效率之LED單元的數量最大化。
假定應用於不同的LED群組之工作週期或電流間存在較大差異，則交替提供不同工作週期或電流，來對多個LED群組中之各個LED群組進行驅動之手段為較為有利之驅動手段，其中前述不同工作週期或電壓之交替頻率例如可使各LED單元整體上顯示出相同的亮度輸出。假定各此些LED單元包括相同數量之實質上相同的LED，可將前述切換以不同工作週期或電流來對各LED單元進行驅動之手段應用於各LED單元中。假定LED單元包括具有不同的輸出特性之LED，此些輸出特性係可被予以考量。
假定在照明系統中應用上述之優化電源效率之方法，則儘管我們應用不同之工作週期或電流來驅動不同的LED單元，我們仍可應用前述方法中來安排或配置LED單元中之一個或多個LED，以取得有利的相對均勻的光分佈。照明系統亦可配置一光學元件，以取得此相對均勻的光分佈。
第6圖繪示一時序圖以說明根據先前技術之LED單元的工作週期。水平軸係代表時間t；而垂直軸係代表由電源供應器所提供之LED電流ILED (此LED電流例如由第2圖所示之之電源供應器300所提供之電流)。在傳統用來進行亮度控制之LED的工作週期供應中，在開啟時間40中固定之標稱電流Inom係流過LED，且在關閉時間中，流過LED之標稱電流Inom將被阻斷，根據第2圖所示之照明系統之配 置，標稱電流例如可由關閉並聯於LED單元的開關來改變流向。平均亮度係與如第6圖所示之面積B1與面積B2成正比關係。在給定的標稱電流Irom中，平均亮度係與係數t/T成正比關係。在第6圖所給定的兩個例子中，第1個例子係描述於第6圖之左半邊，其中係數t1/T=0.25，第2個例子係描述於第6圖之右半邊，其中係數t2/T=1。於此所描述之例子中，一個LED或多個LED之開啟時間係由單一脈衝來產生。或者，開啟時間時段亦可由多個較短時間時段來實現，而此些較短時間時段係共同來提供期望工作週期。
第7圖繪示LED電流與時間關係之時序圖。然而，在工作週期低於由第6圖所提供之工作週期中，從而說明根據先前技術之工作週期中之一解析度限制。一般來說，工作週期由多個尺度來進行調整，此些尺度例如表示為16位元數。因此，一最小工作週期步階單位可由位元數與工作週期時間來表示。在工作週期較小時，將工作週期調整此最小工作週期步階單位，例如係將工作週期從時間t3至時間t4，將對平均亮度造成相對較大之影響。於第7圖中，從時間t3至時間t4，將對亮度造成比例為A/B3之降低，如此，將在亮度百分比上造成一個明顯地下降，如此將，形成對使用者來說明顯且突然的亮度降低。在此工作週期調整的概念中，亮度解析度將會受到工作週期解析度之限制。
第8圖繪示LED電流對應於時間之時序圖，其用以表示出如何經由降低LED電流之方式來實現出較高之解析度。相同亮度(由上述第7圖中之面積B3及面積B4所描述)亦可由降低標稱電流Inom以及增加t/T(工作週期) 來實現，其中t/T係受到經由一個參數來增加，此參數實質上對應至工作週期之降低。在工作週期較大而對應之標稱電流Inom較小之操作例子中，會因為工作週期可以較小的步階單位來進行調整，使得亮度解係度提升。於此，因為較大工作週期使得在較大解析度中來降低工作週期成為可能，此亮度可具有相同於對應至上述t3-t4之工作週期的較高解析度。
上述之例子可由一個簡單例子來說明：假如在以標稱電源供應電流的情況下，驅動時間t3對應至位元0003(十六進位)，而驅動時間t4對應至位元0002(十六進位)。如此，若以工作週期之最小步階單位0001(十六進位)來對應地降低驅動時間，將使工作週期減少33%的工作週期，並使亮度之最小步階單位為33%。假定電流經由係數4來降低(為1/4)，如此工作週期相對應地經由係數4來提升(為4倍)。這樣一來，將使得時間t3對應至一新的數值：4×0003(十六進位)，即是000C(十六進位)，如此，將使得亮度(與工作期間)增加或減少之最小步階單位為接近8%，以提供較為平滑的亮度調整。
一般而言，取決於配置(Configuration)、實施(Implementation)、尺寸以及其他因素，透過結合工作週期調變來調整LED之概念，以及降低電源供應電流係會提供下列所述之多個影響之其一：平滑的亮度調變可提供數量相對較少的雜訊與閃爍、雜訊、電磁干擾效應(Electro Magnetic Interference，EMI)、閃爍及未被注意的顏色偏移(Unnoticeable Color Shift)。
就雜訊方面來說，相較於僅使用時間工作週期之方法，透過此方法可產生較低的雜訊數量。雜訊可能係由電子元件在不同跨壓下或流過其之電流的內部感應所引起，此些電子元件例如係電容與線圈。本方法中是以較低電流來進行驅動(在一個較高的時間比例中流過LED)，因此將產生較低之雜訊，其中較高的時間比例可能會引起不同頻率部份來補償此驅動電流。此些頻率部份之振幅可使雜訊變得更低。又在較低亮度的情況下電流值可對應地降低，如此將減弱相關元件(例如是線圈)產生雜訊的機制。
就EMI的方面來說，因為較高頻元件之較低容量，EMI可變小。
就以閃爍情形的方面來說，如此說明書中之其他說明，在本方法中，部份之亮度調整機制改以調整電流大小的方式來實現，如此，相較於以不連續的電流導通及截止切換來進行亮度調整之傳統機制，本方法將可望能降低視覺上的閃爍情形。更進一步來說，因為本方法提供額外的參數調整空間，在考量驅動時間脈波寬度(對應至工作期間)、電流脈波寬度及電流絕對值的數值時，可望找到更好的最佳化結果。
就未被注意的顏色偏移方面來說，因為各顏色具有較為平滑的亮度配置，使得整體顏色可望被設定得更為精確，且顏色變化可望變得更為平滑。
第9圖繪示流經LED之電流對時間的時序圖，用以再一次說明如何利用時間方面較小的工作期間步階單位，來達到較高的亮度解析度。在標稱電流Inom較低的 情況下，對應地產生較小的解析度步階單位，如此，在前述圖式中繪示之面積A將縮減為本圖式(第9圖)中之面積a，因此可控制亮度具有較佳的解析度。
第10圖繪示流經LED之電流對時間的時序圖，用以說明如何在應用標稱電流進行驅動下，應用對應至0%至100%之工作週期來提供對應至各工作週期步階單位之多樣的亮度步階單位。結合人眼對數特性的感測靈敏度，我們在較低亮度中提供較小之亮度步階單位。接下來將詳細說明：經由在低亮度設定點之低數值至高亮度設定點之高數值之間以6位元或8位元之解析度來切換標稱電流Inom的數值，並將工作週期控制在0%至100%，可以經由結合例如16位元之工作週期解析度與例如4位元之電流解析度，來控制亮度具有例如20位元之高解析度。第10圖繪示關於2位元電流解析度的一個例子，於此對應之標稱電流具有4個不同電流數值。在第10圖最左邊標示有時間t8及時間t9的部分(例如第1部分)，電源供應電流被降低至Inom/4，以允許亮度範圍從最小工作週期(由時間t8表示)至最大工作週期(由時間t9表示)之調整。接續第10圖中之第2個部分，在標稱電流被降地至Inom/2的情況下，增加工作週期再一次提供相似的工作週期調整範圍，而第10圖中之第3部份(標稱電流被降低為Inom3/4)及第4部分(標稱電流等於Inom)的情況下，亦具有相似的工作週期調整範圍。於此，對應至各電流數值及各工作週期之時間長度，可對應地提供一個亮度調整範圍值。在所選擇的結合16位元之工作週期調變以及2位元之電流調變情形 中，此些工作週期範圍將會疊加，產生總合為18位元之亮度調整範圍。
第11圖繪示概念性的電路圖，用來說明傳統之電流控制機制。電流ILED 被饋送以流經LED及並聯電阻R1~R3，其中電流ILED 係根據供應電壓Vsup之降壓轉換器實現之電流源所提供。電阻R1至電阻R3上之跨壓係迴授至作為電流源之降壓轉換器的迴授輸入端FB，從而實現對電流之振幅的控制。工作週期係由並聯於各LED或LED群組之微控制器來控制，微控制器回應於設定點(Setpoint)上之設定，控制連接至各LED單元或LED群組之開關(例如是開關電晶體)。為了考量可能的電壓變化，開關係由微控制器，透過各別的位準轉換器(Level Converter)來進行控制。
如上述，此例子中之電流源係透過將輸入端FB之電壓控制至一固定值，來控制其輸出電流。藉由改變電阻R1~R3之總電阻值(例如使電阻R2或/和電阻R3具有不同電阻值，或移除其全部)，使得在輸入端FB提供相同電壓的情況下設定不同的電流值。在此方法中，可在例如對應不同應用之情況下，將標稱電流Inom設定為不同之數值。
第12圖繪示概念性之電路圖，用來說明以一電位計來取代前述圖式(第11圖)中反饋電阻(典型地可僅由焊接來改變)之設計原理。在此例子中，電位計之電路連接用以將串聯電阻Rs上之部分跨壓提供至輸入端FB。於此，可控制輸入端FB上之反饋電壓，以控制LED電流ILED 之數值。
數位電位計可由微控制器(像是由虛線所指示)與適 當的軟體程式來控制，且可能可以在微控制器中可實施整體亮度與顏色控制演算法。舉例來說，此彈性化之演算法設定可為歐盟專利申請案號WO2006107199 A2中之演算法。利用使用此些演算法，當標稱電流Inom改變(且必然地改變時間工作週期設定)時，可實現非常平滑之曲線(Take-over profiles)。
典型地電阻Rs係非常的小，且一般地電位計具有較大數值。多個實用之配置將詳細說明如下。在第13圖中之概念性之電路圖提供一實用配置(雖其仍為概要性的原則)。在此處所描述之電路中，於串聯電阻Rs(可能具有非常低的歐姆值)上的跨壓係由放大電路來放大，以及由連接於放大電路之輸出與參考電壓(第13圖中所示之3V3)之間的電位計P1來產生位準偏移，其中在一個例子中，此放大器包括運算放大器及做為電壓反饋網路之電位計P2。於此，此參考電壓(即是第13圖中所示之3V3)之放大以及位準偏移操作可利用電位計P1及電位計P2來進行設定。在先前技術領域中具有通常知識者得以了解，多個運算放大器電路拓撲可被應用來使此電路最佳化，舉例來說，用來實現獨立的位準以及振幅控制，或者來求得電阻Rs最佳化之數值。甚至，可經由選擇適當的反饋電路來影響以高頻操作之電流控制電路的運作。電位計P1亦可由數位/類比轉換器來取代，以提供微控制器控制電壓或電流至反饋電路，此數位/類比轉換器例如係為多位元轉換器或透過低通濾波器進行過濾之數位工作週期信號。
上述之多個手段，係可經由選擇性地過利用兩個電 路、共享微控制器、共享微控制器與電流源等等其中之一，來應用於多個LED電路上。第14圖繪示一個例子的概念性電路圖。在第14圖中，一個電流源被應用來提供電流至一個LED群組(例如LED單元)，各LED群組例如用以提供不同之顏色，如此，對應提供各顏色之LED群組之驅動電流以及對應之工作週期可獨立地進行設定。於此，由於對應至各顏色之LED群組的電流可獨立地進行設定，對多個顏色中之其一進行之亮度調整及對應之驅動電流調整，將不會影響其他顏色之工作週期。
於第14圖中，各控制迴路分別包括對應之運算放大電路來放大各別的串聯反饋電阻上的跨壓，各別的電源供應電流流過各此些反饋電阻。各運算放大電路之輸出係連接至各轉換器之各輸入端FB。運算放大器之電壓放大係數可由各設定之電位計來決定，以設定對應之各個電源供應電流。於此，相較於上述之電路，本設定可更獨立地對各此些顏色之亮度進行控制，由於對電流之改變僅會對對應之顏色產生影響，從而避免其他顏色之即時發生的亮度改變(然而在與此些其他顏色對應之工作週期發生改變時，則需對應地進行考量)。特別是在以相同電源供應電流來同時驅動不同顏色(之LED單元)的情況中，由於控制器因應電流之改變來調整對應至其他顏色之驅動工作週期需要花費一段時間，其他顏色會產生我們所不要的短暫的顏色變化(可由人眼或檢視機具所感測到)。
換句話說，可提供多個並聯之分支電路，各並聯分支電路包括至少一個LED單元、交換式電源供應器與控制單 元。基於對應於各此些LED單元之期望輸出特性，控制單元用來決定各此些交換式電源供應器之電源供應電流，且以提供對應於各此些電源供應器之輸出資料。
第15圖繪示LED電流對時間的時序圖，用來說明如何提供較高之解析度。此外，係應用「電流工作週期」之概念。又，在此例子中，使用具有高解析度之電位計，例如可在電流中提供256個步階單位之8位元電位計。於此，舉例來說，可在標稱電流Inom=350mA中提供以1.4mA(350/256=1.4)為步階單位的電流解析度。在第15圖中，對於100mA電流而言，一最小尺度於基本設定上係選定為1mA。透過在時間ta 中具有之101mA的電流以及在時間T-ta 中具有之100mA的電流，當時間ta 為週期T的十分之一時，平均電流係為100.1mA。
選定係數ta /T或者「電流工作週期」(相對於歐盟專利申請案號WO2006107199 A2中所揭露之時間工作週期或脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation)演算法)，可精細調整平均電流以提供更高的解析度。於此，解析度可由增加並聯開關之時間工作週期的解析度、電流位準解析度以及電流工作週期解析度來提升。利用上述手段除了可以達到解析度之增加，亦可達到其他諸如降低閃爍、雜訊以及/或電磁干擾的效應。於外，額外之自由度更可應用來使效率、顏色顯示、軟體複雜度(由此微處理器需要進行運算之電源)或其他適用之參數(例如雜訊、電磁干擾、閃爍等等)達到最佳化。
第16圖繪示為LED電流對時間的時序圖，以用來說明 即便標稱電流無法被設定低於一特定臨界值的情況下，此機制能夠實現高亮度解析度，此特定臨界值係由電流穩定度與顏色偏移指定(在一特定範圍中，利用顏色偏移甚至可用來細調顏色設定)。在第16圖中，可以表示出，對於給定之一特定平均LED參數(例如亮度)，可選擇不同之設定來實現平均亮度。舉例來說，可選擇以利用第15圖中之數值(100,101,10%)，或利用第16圖中之數值(100,104,2.5%)來實現100.1mA的平均電流。舉例來說，繪示於第16圖中之電流亦可應用來同步化照相機之影像擷取率。
前述在參數設定之彈性可應用來在諸如避免可視頻率(Visible Frequency)、控制的平滑度、電路花費以及其他限制之間進行權衡考量以取得平衡，此些限制例如為軟體複雜度、電磁干擾、雜訊等等情形。(舉例來說，在給定相同週期T的情況下，於2.5%的脈衝中之高頻成分通常係高於在10%的脈衝中之高頻成分)。
第17圖繪示LED電流對應時間的時序圖，用來說明在非常低電源供應電流驅動下所引起之效應。在第1個效應中，由於直流轉直流(DC/DC)轉換器的不穩定性，使得電源供應電流上發生漣波效應。第2個效應，其中LED在非常低之電流中所運作之狀態，可能發生亮度曲線中之是轉折(Knee Point)，導致LED色譜發生偏移、無法預測的狀態或其他的影響。第18圖繪示LED輸出色譜之頻譜圖，且第18圖表示出對於不同LED電流之第一色譜與偏移後之第二色譜。
第19圖繪示LED電流對時間的時序圖。第19圖用以說 明如何經由在時間週期T中之第一部份T-t中控制電流源提供高於最小電流之電流，並在時間週期T中之第二部份t中控制電流源截止的方式，使得電流源提供之平均電流值實質上小於最小電流。
於此，由於在工作期間T-t中之瞬時電流被維持在高於最小電流的水平，可能在一些極端的亮度解析度的情形中，仍可在避免上述顏色偏移或不穩定之問題的情況下實現出有效地低驅動電流。關閉電流係可由適當地設定電位計比例(在適合的反饋電路配置中)，或於工作週期時間之特定部份中關閉並聯開關來實現。因為電流值具有較高的步階單位，而提升了在視覺上的閃爍及對於選擇時間週期T與時間t之間平衡的重要性。現在所給定的有效變量：工作週期調變、電流調變、電流工作週期等等，許多變量係可利用來獲得更好的權衡結果。
第20圖繪示LED電流對時間的時序圖。在本實施例中，係將電流設定為足夠大以使對應於各紅光、綠光、藍光與白光中之時間工作週期不需要大於25%。於此，因為只要在對應之1/4時間區間中對預定要控制之顏色進行控制，目前之演算法(如同揭露在國際申請案WO2006171199A2中之技術，其中各顏色在其一個週期中對應之1/4時間區間(即是對應之1/4個期間)受到控制)可被大大的簡化。由於在各個1/4時間區間中只有對應之一個顏色處在被驅動之操作狀態，其他顏色均處在未被驅動之狀態，如此，可避免對應至各個特定顏色之驅動操作與其他顏色發生交互影響(Cross Effect)。
在此電路配置中，甚至可於週期時間之各時間部分中改變電流之數值，使此改變後之電流數值符合各此些LED單元在當前的時間部份中欲顯示出之期望輸出特性。於此，假定欲使紅光R、綠光G與藍光B顯示出低亮度位準，並使白光W顯示出高亮度位準，電流可在對應於紅光R、綠光G與藍光B的時間部分中被設定為低數值，從而允許在此週期時間中仍以相對較高之工作週期來對對應之LED單元，而在對應至白光W之時間部份中，電流則被設定為對應至較高之電源供應電流。
如此，亦可避免在嘗試應用前述傳統演算法(應用最大標稱電流Inom進行驅動)來實現高亮度解析度時，可能產生之低頻部份(例如是以8092微秒(Microsecond，μs)為基礎頻率，其中包括8個1024μs之時間部份。例如利用上述在最大標稱電流Inom中已知的演算法來實現高亮度解析度，意味著例如將對於紅光之7個1024μs中之工作週期設定至128μs/128μs，而在第8個1024μs週期之其一中將其設定至125.5/130.5。這樣將產生較低之亮度來達成較高的亮度解析度，然而，這樣導致亮度漣波(即是125Hz頻率成分)，換言之，即是在8個1024μs之時間區間中僅有一個時間區間中LED被驅動具有不同之亮度。
藉由降低標稱電流Inom(透過降低電流或在各時間週期中以提供以工作週期切換之電流)以及在各1024us時間區間中將LED電流運作狀態保持為相同，以避免上述於低頻中所引起的效應。可以了解的是，人眼之靈敏度在非常高亮度下變較小，而在接近100%亮度之情況下，低頻部 份所造成之影響係較為輕微。
於此，上述之多個實施例及參考第6~20圖提供經由改變電源供應器之電流來增加在較低亮度中的解析度之技術，此技術係可正確且具有成本效率地使用例如數位電位計來達成，其中數位電位器即是低成本及由微控制器控制之電子元件。部份手段係敘述在不同的附屬項或獨立項中，其並不表示包含在前述附屬項及獨立項中之手段之結合無法被應用來進行相關之改良。
綜上所述，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。本發明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，當可作各種之更動與潤飾。因此，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。
400‧‧‧控制單元
300‧‧‧交換式電源供應器
200‧‧‧順向電壓
210~230、10.1~10.4‧‧‧曲線
240‧‧‧效率特性
120‧‧‧輸出信號
110、5‧‧‧輸入信號
100.1~100.4‧‧‧發光二極體單元
90、R1~R3、Rs‧‧‧電阻
70.1~70.3‧‧‧發光二極體單元
80.1~80.3‧‧‧開關
30、40、t、t1~t4、t8、t9、ta 、T-ta 、tb 、T-tb ‧‧‧時間
8‧‧‧輸出電壓
7‧‧‧輸出電流
6‧‧‧控制器
5‧‧‧輸入信號
4‧‧‧二極體元件
3‧‧‧電感元件
2‧‧‧開關元件
1‧‧‧供應電壓
T‧‧‧工作週期
B、Bnom、Br‧‧‧亮度
Inom‧‧‧標稱電流
I1 、I2 、I1、I2‧‧‧電流
P‧‧‧功率輸出
B1~B6、A、a‧‧‧面積
FB‧‧‧輸入端
ILED ‧‧‧發光二極體電流
P1、P2‧‧‧電位計
Setpoint‧‧‧設定點
η‧‧‧效率
第1圖繪示對應於習知照明系統產生一低亮度之情況的示意圖。
第2圖繪示根據本發明之照明系統之一實施例的示意圖。
第3圖繪示當提供標稱電流時所對應至期望特性之發光二極體單元之工作週期的示意圖。
第4圖繪示當應用降低電流時對應至期望特性之發光二極體單元之調整後的工作週期的示意圖。
第5A圖繪示乃發光二極體單元之亮度與電流之關係之圖表。
第5B圖繪示乃對應於發光二極體單元之電源供應器之效率特性的示意圖。
第5C圖繪示乃應用本發明之方法時之發光二極體組件之發光二極體單元之效率特性的示意圖。
第6圖繪示乃以說明根據先前技術之發光二極體單元之工作週期的時序圖。
第7圖繪示乃以說明根據先前技術之發光二極體單元之工作週期的時序圖。
第8圖繪示乃二極體電流對應於時間之時序圖。
第9圖繪示乃流經二極體之電流對時間之時序圖。
第10圖繪示乃流經二極體之電流對時間之時序圖。
第11圖繪示乃以傳統之電流控制機制的電路圖。
第12圖繪示乃以電位計來取代第11圖中之反饋電阻之設計原理的電路圖。
第13圖繪示乃提供一實用配置的電路圖。
第14圖繪示乃應用一電流源來提供電流發光二極體群組之電路圖之一例。
第15圖繪示乃發光二極體電流對時間的時序圖。
第16圖繪示乃發光二極體電流對時間的時序圖。
第17圖繪示乃發光二極體電流對時間的時序圖。
第18圖繪示乃發光二極體頻譜之頻譜圖。
第19圖繪示乃發光二極體電流對時間的時序圖。
第20圖繪示乃發光二極體電流對時間的時序圖。
400‧‧‧控制單元
300‧‧‧交換式電源供應器
200‧‧‧順向電壓
120‧‧‧輸出信號
110、5‧‧‧輸入信號
90‧‧‧電阻
70.1~70.3‧‧‧發光二極體單元
80.1~80.3‧‧‧開關
8‧‧‧輸出電壓
7‧‧‧輸出電流
6‧‧‧控制器
5‧‧‧輸入信號
4‧‧‧二極體元件
3‧‧‧電感元件
2‧‧‧開關元件
1‧‧‧供應電壓

Claims (19)

  1. 一種控制單元，適用於一發光二極體(Light Emitting Diode，LED)組件，該LED組件包括一第一LED單元及一第二LED單元，該第一及該第二LED單元係以串聯之方式連接，該LED組件係由一交換式電源供應器來供應電源，該控制單元係包括；一接收手段，用以接收一輸入信號，該輸入信號係代表該LED組件之一期望輸出特性；一第一判斷手段，該第一及該第二LED單元相關於該交換式電源供應器之一標稱電流(Nominal Current)，決定分別對應至該第一及該第二LED單元之一第一工作週期及一第二工作週期，以提供該期望輸出特性；一第二判斷手段，用以決定該第一及該第二工作週期中之一最大工作週期；一第三判斷手段，用以至少根據該最大工作週期來決定一降低電流；一調整手段，用以根據該降低電流或該最大工作週期，調整分別對應於該第一及該第二LED單元之該第一及該第二工作週期；以及一輸出手段，用以根據該調整後的第一工作週期、該調整後的該第二工作週期與該降低電流，提供該LED組件與該交換式電源供應器之一輸出資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制單元，其中該降低電流實質上係對應於乘以該最大工作週期之該標稱電流。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之控制單元，其中該降低電流係以該第一、第二LED單元之一亮度特性為基礎。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之控制單元，其中該降低電流係以該第一、第二LED單元之一亮度特性為基礎。
  5. 一種照明系統，包括一LED組件以及根據申請專利範圍第1項至第4項之任一項所述之一控制單元，該LED組件包括一第一LED單元及一第二LED單元，該控制單元用以控制該LED組件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之照明系統，更包括一交換式電源供應器，以供應電源至該LED組件。
  7. 如申請專利範圍之第6項所述之照明系統，其中該交換式電源供應器包括一降壓式轉換器(Buck Converter)。
  8. 一種控制單元，適用於一發光二極體(Light Emitting Diode，LED)組件，該LED組件包括一第一LED單元、一第二LED單元，該第一及該第二LED單元係以串聯之方式連接，該第一及該第二LED單元係透過一交換式電源供應器來供應電源，該控制單元係包括；一接收手段，用以接收一輸入信號，該輸入信號係代表該LED組件之一期望輸出特性；一第一判斷手段，從該接收後的輸入信號決定交換式電源供應器之一電源供應電流；一第二判斷手段，從該決定後的電源供應電流與該輸 入信號，決定分別對應至該第一LED單元及該第二LED單元之一第一工作週期及一第二工作週期，該第一工作週期與第二工作週期之結合以及被設定的該電源供應電流用以來提供該期望輸出特性；以及一輸出手段，用以根據該決定後的第一工作週期與第二工作週期以及該決定後的電源供應電流，提供該LED組件與該交換式電源供應器之一輸出資料。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之控制單元，其中該控制單元係用來控制該電源供應電流至一第一數值與一第二數值，該第一數值係於一循環時間之一第一部分中，該第二數值係於該循環時間之一第二部分中。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之控制單元，其中該控制單元用來提供該輸出資料，以致連續操作各別的該第一LED單元與第二LED單元於一循環時間之一各別的部分，並且控制單元來設定在該循環時間中之複數個部分中之各別的部分，該交換式電源供應器之該電源供應電流至匹配該各別的LED單元之該期望輸出特性之一數值，各別的該第一LED單元及該第二LED單元係於該循環時間之該些部分中被操作。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之控制單元，其中該控制單元用來提供該輸出資料，以致連續操作各別的該第一LED單元與第二LED單元於一循環時間之一各別的部分，並且控制單元來設定在該循環時間中之複數個部分中之各別的部分，該交換式電源供應器之該電源供應電流至匹配該各別的LED單元之該期望輸出特性之一數值，各別 的該第一LED單元及該第二LED單元係於該循環時間之該些部分中被操作。
  12. 一種照明系統，包括一LED組件與根據申請專利範圍第8項至第11項之任一項所述之控制單元，該LED組件包括一第一LED單元及一第二LED單元，該控制單元用以控制該LED組件。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之照明系統，更包括一反饋電路，用以饋送代表該電源供應電流之一信號至該交換式電源供應器之一反饋輸入，該反饋電路包括至少一數位電位計(Digital Potentiometer)，該控制單元具有一控制輸出，該控制單元連接至該至少一數位電位計，該反饋電路係控制該數位電位計，從而控制該電源供應電流。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之照明系統，包括：複數個並聯支路，該些並聯支路中之各別的並聯支路包括至少一LED單元；以及複數個交換式電源供應器，該些交換式電源供應器中之各別的交換式電源供應器分別對應至該些並聯支路中之各別的並聯支路，該控制單元用以決定分別對應至複數個電源供應器中之各別的電源供應器之複數個電源供應電流，以及提供分別對應至該些交換式電源供應器中之各別的交換式電源供應器的一輸出資料，該些交換式電源供應器中之各別的交換式電源供應器係與該至少一LED單元之該期望輸出特性相關。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之照明系統，包括：複數個並聯支路，該些並聯支路中之各別的並聯支路 包括至少一LED單元；以及複數個交換式電源供應器，該些交換式電源供應器中之各別的交換式電源供應器分別對應至該些並聯支路中之各別的並聯支路，該控制單元用以決定分別對應至複數個電源供應器中各別的電源供應器之複數個電源供應電流，以及提供分別對應至該些交換式電源供應器中各別的交換式電源供應器的一輸出資料，該些交換式電源供應器中之各別的交換式電源供應器係依賴於該至少一LED單元之該期望輸出特性。
  16. 一種控制單元，適用於一LED組件，該LED組件包括複數個LED單元，該些LED單元中之各別的LED單元係透過一分離的電源供應器來供應電源，該控制單元係包括：一接收手段，用以接收一輸入信號，該輸入信號係代表該LED組件之一期望輸出特性；一第一判斷手段，用以根據該分離的電源供應器之一效率特性與該輸入信號，決定該些LED單元中之各別的LED單元之一工作週期來取得該期望輸出特性，從而最大化操作在該效率特性之一最大效率的該些LED單元之數量。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之控制單元，其中對應至該些LED單元中之各別的LED單元的複數個工作週期係交替地被應用於該些LED單元中之各別的LED單元中。
  18. 一種照明系統，包括一LED組件，該LED組件 包括複數個LED單元與根據申請專利範圍第16項所述之一控制單元，該控制單元係用來控制該LED組件。
  19. 一種照明系統，包括一LED組件，該LED組件包括複數個LED單元與根據申請專利範圍第17項所述之一控制單元，該控制單元係用來控制該LED組件。
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