TWI461095B - 用以控制發光二極體之亮度的方法及裝置 - Google Patents
用以控制發光二極體之亮度的方法及裝置 Download PDFInfo
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Description
本台灣申請案係主張於2009年11月19日申請之美國臨時專利申請案第61/262,582號之優先權,其併於本文中以供參考。
本發明係有關於用以控制發光二極體之亮度的方法及裝置。
本發明係有關一種用以控制發光二極體(LED)之亮度的裝置及方法。
對發光裝置供應電源通常需具有一減光功能。其中一種共同使用之減光器為著名的雙向整流器減光器。一雙向整流器減光器可藉由中斷於每一半週期期間驅動至負載之電流的負載電壓來降低其負載電源。
第1圖顯示一雙向整流器減光器14及一LED光源10之一典型連接。該LED光源10之一端連接至AC電源12之中性線N。該LED光源10之另一端連接至一雙向整流器減光器14,其依次經過一選擇性開關16而連接至AC電源12之活線L。大部分共同的減光器為於每一半週期之傳導從零交叉點延遲的前緣型減光器,使得零交叉後呈現於負載之第一電壓為電壓之前緣。
第2圖之上波形顯示一前緣型雙向整流器減光器14於
一最大亮度設定時之輸出電壓VTD
波形。引燃角,該雙向整流器減光器實施時之電壓相角,為最小。第2圖之下波形顯示該雙向整流器減光器14位於最大時,該LED光源10之輸入電流波形ILS
。
該減光器調整時,引燃角會改變。第3圖顯示引燃角設定為90度(約一半亮度)時該電壓VTD
及電流ILS
波形,而第4圖顯示引燃角設定為最大引燃角(最小亮度)時該電壓VTD
及電流ILS
波形。
然而,大部分減光器若預設為最大引燃角時無法電力開啟。使用者必須將該減光器向上旋轉來作適當電力開啟之後向下減光至所需亮度。此外在最大引燃角時,即使該減光器能夠自行開機,但該減光器之輸出電壓仍然太小而無法按下啟動該LED光源電路。
因此需要一種電源供應器方法及裝置以便不再為該缺點所苦。
考量上述說明,根據本發明之一第一觀點,一種用於驅動一發光二極體(LED)光源之方法,包含下列步驟:提供一具有正向及負向半週期之交流電壓電源;當該正向或負向半週期開始之後已達到一引燃角時,調整一具有該引燃角之減光器以提供電流至該LED;該正向或負向半週期開始之後等待一時間期間;以及於該時間期間末端時降低至該LED之電流,其中該時間期間並不超過該正向或負向半
週期之末端。
另一觀點中,一至該LED之降低電流的期間為一固定的時間期間。
另一觀點中,一至該LED之降低電流的期間為一可變的時間期間。
另一觀點中,該至該LED之降低電流的期間設定為與該減光器之引燃角成比例。
根據本發明之另一觀點,一種用於驅動一發光二極體(LED)之電路,包含有:一交流電壓電源,其包含具有一引燃角之一雙向整流器減光器以及提供電源至該LED之輸出端子;一零交叉檢測器,其檢測該交流電壓電源所提供之交流電壓的一極性改變,以及提供指示零交叉之一零交叉輸出信號;一由該零交叉輸出信號觸發之計時器,其於該計時器之一時間週期期間產生一計時器輸出信號;以及LED電源電路,其根據該計時器輸出信號之計時特性來降低至該發光二極體之電流。
另一觀點中,該電路更包含:一第二電壓檢測器,其用於檢測一減光器電壓並輸出一電壓檢測器輸出;以及邏輯電路,其組配來邏輯性組合該電壓檢測器輸出與該計時器輸出信號,並產生一充電信號來對耦合至該LED電源電路之一計時電容器充電及放電,以便於至該LED之正常及降低電流之間切換。
另一觀點中,該邏輯電路包含:一邏輯閘,其用於接收並邏輯性組合該電壓檢測器輸出與該計時器輸出信號;
用於控制至該計時電容器之充電及放電電流的一或更多電阻器;以及將一充電及放電路徑分開之一或更多二極體。
另一觀點中,該電路更包含一將該計時電容器之電壓轉換為輸出至該LED電源電路之一數位信號的脈衝成形放大器。
該等圖形僅作為舉例解說而不需依標度來繪製。然而,本發明本身可藉由參照該詳細說明以及之後連同該等伴隨圖式來獲得最佳了解,其中:第1圖是一顯示具有一LED光源之一雙向整流器減光器的一習知連接之圖形;第2圖是一顯示第1圖之該習知電路中,該減光器輸出電壓之最小引燃角時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第3圖是一顯示第1圖之該習知電路中,該減光器輸出電壓之一90度引燃角時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第4圖是一顯示第1圖之該習知電路中,該減光器輸出電壓之最大引燃角時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第5圖是一顯示根據本發明之一觀點,該減光器輸出電壓之最大亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第6圖是一顯示根據本發明之一觀點,該減光器輸出電
壓之一半亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第7圖是一顯示根據本發明之一觀點,該減光器輸出電壓之最小亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第8圖是一根據本發明之一觀點的一可減光LED電源供應器之示意圖;第9圖顯示第8圖之該電源供應器中的輸入電壓、驅動電壓、以及模式電壓之波形;第10圖是一顯示根據本發明具有一可變斷電時間之一觀點,該減光器輸出電壓之最大亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第11圖是一顯示根據本發明具有一可變斷電時間之一觀點,該減光器輸出電壓之一半亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第12圖是一顯示根據本發明具有一可變斷電時間之一觀點,該減光器輸出電壓之最小亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第13圖是一根據本發明具有一可變週期函數之另一觀點的一可減光LED電源供應器之圖形;以及第14圖是一顯示根據本發明之一觀點,如第13圖所示之該電源供應器的功能性方塊之信號波形的圖形。
根據本發明之觀點,其提出驅動一LED光源之裝置及方法,使得半週期電壓之相角超過某些預定值時,受驅動LED光源可從減光器汲取一降低電流。一固定的降低電流週期可插入該半週期之拖曳部份中。根據本發明之觀點的驅動方法,取代將該減光器向下調整至最大引燃角,使用者可僅將該減光器旋轉至預定角度以達到最小亮度。於預定角度時,該減光器應可電力開啟而該減光器輸出電壓應夠高足以啟動該LED光源電路。
第5圖繪示根據本發明之一觀點的驅動方法,該亮度設定為最大亮度時的減光器電壓VTD
及電流波形ILS
。如圖所示,該減光器輸出電壓VTD
波形與第2圖的相同。然而,電流波形ILS
不同。電流ILS
之拖曳部分於每個半週期會顯著降低。第6圖顯示根據本發明之一觀點的驅動方法,亮度設定為一半亮度時該減光器電壓VTD
及電流波形ILS
。第7圖顯示根據本發明之一觀點的驅動方法,當亮度設定為最小亮度時該減光器電壓VTD
及電流波形ILS
。由於此降低之電流,故此最小亮度引燃角相較於第4圖的比較小。該減光器輸出電壓VTD
亦高於第4圖。於此最小亮度引燃角時,該減光器應能夠電力開啟而該減光器輸出電壓應夠高足以啟動該LED光源電路。
第8圖顯示一種提供執行本減光方法之方式的可減光LED電源供應器電路100,其中一零交叉檢測器用來檢測AC輸入電壓之極性改變。根據本發明之該實施例的電源供應器電路100包括一AC輸入電壓源102、一雙向整流器減光器
106、一零交叉檢測器104、一計時器108、電源電路112、以及一LED 114。由該零交叉檢測器104所檢測之極性改變可驅動該計時器108,其產生一信號來將電源電路112從正常電流模式切換至降低電流模式。
第9圖顯示針對第8圖之電路的每一功能性方塊之信號波形。根據此電源供應器電路100之使用會造成如第5圖至第7圖之波形所示的降低電流。
根據本發明之另一實施例提出的方法之一變化形態可於該半週期之該拖曳部份中使用一可變的關閉週期而非固定的關閉週期。根據本發明之觀點,該關閉週期可選擇為與雙向整流器減光器之引燃角成比例。若該雙向整流器減光器之引燃角為θ,則該關閉週期期間之角位移為k θ,其中k為一常數。
第10圖至第12圖顯示該亮度個別設定為最大、一半、及最小時,針對本發明之該可變關閉週期實施例的電壓VTD
及電流波形ILS
。
應注意由於本發明之該觀點可變的關閉時間方案,該減光器之引燃角於最小亮度時亦可位移至一較小值。此外,該功率因數於最大亮度時將比上述該固定的關閉時間方案為佳。
第13圖顯示一可減光LED電源供應器電路200,其提供一種執行根據本發明之觀點的可變關閉週期方案之方式。於電路200中,零交叉檢測器204可用來檢測AC電壓源202提供之AC輸入電壓的極性改變。該極性改變可觸發一計時
器208。一第二電壓檢測器210可用來檢測來自該減光器206之電壓。該電壓檢測器210之輸出可使用邏輯電路209與該計時器208之輸出作邏輯性組合。於此電路中,這些二極體用來將充電及放電路徑分開,而電阻器RC
及RD
用來控制充電及放電電流。所生信號用來對一計時電容器CT
充電及放電。電阻器RC
控制充電電流而電阻器RD
控制放電電流。不同的充電及放電電流可以不同的電阻器RC
及RD
值來選擇。接著電容器電壓可藉由脈衝成形放大器211來脈衝成形轉換為一數位信號。接著此信號被餽送至電源電路212以便於一正常及一降低電流模式之間切換。
第14圖繪示第13圖所示之電路的每一功能性方塊之信號波形。使用電路200造成第10圖至第12圖之可變的關閉週期電流波形。
雖然本文已描繪及說明某些特定實施例,但業界熟於此技者應體認在不違背本發明之範疇的情況下,可有各種不同的交替及/或等效實施態樣來替代該等所示及說明之特定實施例。本申請案意欲涵蓋本文說明之該等特定實施例的任何調適或變化型態。因此,本發明意欲僅由該等申請專利範圍及其等效元件來加以限制。
10‧‧‧LED光源
12‧‧‧AC電源
14、106‧‧‧雙向整流器減光器
16‧‧‧選擇性開關
100、200‧‧‧可減光LED電源供應器電路
102、202‧‧‧AC輸入電壓源
104、204‧‧‧零交叉檢測器
108、208‧‧‧計時器
112、212‧‧‧電源電路
114‧‧‧LED
206‧‧‧減光器
209‧‧‧邏輯電路
210‧‧‧第二電壓檢測器
211‧‧‧脈衝成形放大器
CT
‧‧‧計時電容器
ILS
‧‧‧電流波形
L‧‧‧活線
N‧‧‧中性線
RC
、RD
‧‧‧電阻器
VTD
‧‧‧減光器電壓
第1圖是一顯示具有一LED光源之一雙向整流器減光器的一習知連接之圖形;第2圖是一顯示第1圖之該習知電路中,該減光器輸出電壓之最小引燃角時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;
第3圖是一顯示第1圖之該習知電路中,該減光器輸出電壓之一90度引燃角時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第4圖是一顯示第1圖之該習知電路中,該減光器輸出電壓之最大引燃角時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第5圖是一顯示根據本發明之一觀點,該減光器輸出電壓之最大亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第6圖是一顯示根據本發明之一觀點,該減光器輸出電壓之一半亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第7圖是一顯示根據本發明之一觀點,該減光器輸出電壓之最小亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第8圖是一根據本發明之一觀點的一可減光LED電源供應器之示意圖;第9圖顯示第8圖之該電源供應器中的輸入電壓、驅動電壓、以及模式電壓之波形;第10圖是一顯示根據本發明具有一可變斷電時間之一觀點,該減光器輸出電壓之最大亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第11圖是一顯示根據本發明具有一可變斷電時間之一觀點,該減光器輸出電壓之一半亮度時的波形以及該LED光源輸入電流的波形之圖形;第12圖是一顯示根據本發明具有一可變斷電時間之一觀點,該減光器輸出電壓之最小亮度時的波形以及該LED
光源輸入電流的波形之圖形;第13圖是一根據本發明具有一可變週期函數之另一觀點的一可減光LED電源供應器之圖形;以及第14圖是一顯示根據本發明之一觀點,如第13圖所示之該電源供應器的功能性方塊之信號波形的圖形。
100‧‧‧可減光LED電源供應器電路
102‧‧‧AC輸入電壓源
104‧‧‧零交叉檢測器
106‧‧‧雙向整流器減光器
108‧‧‧計時器
112‧‧‧電源電路
114‧‧‧LED
N‧‧‧中性線
Claims (8)
- 一種用於驅動一發光二極體(LED)光源之方法,該方法包含下列步驟:提供一具有正向及負向半週期之交流電壓電源;當該正向或負向半週期開始之後已達到一引燃角時,調整一具有該引燃角之減光器以提供電流至該LED;於該正向或負向半週期開始之後等待一時間期間;以及於該時間期間末端時降低至該LED之電流,其中該時間期間並不超過該正向或負向半週期之末端。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中一至該LED之降低電流的期間為一固定的時間期間。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中一至該LED之降低電流的期間為一可變的時間期間。
- 如申請專利範圍第3項之方法,其中該至該LED之降低電流的期間設定為與該減光器之該引燃角成比例。
- 一種用於驅動一發光二極體(LED)之電路,該電路包含有:一交流電壓電源,其包含具有一引燃角之一雙向整流器減光器以及提供電源至該LED之輸出端子;一零交叉檢測器,其檢測由該交流電壓電源提供之交流電壓的一極性改變,以及提供指示零交叉之一零交叉輸出信號;一由該零交叉輸出信號觸發之計時器,其於該計時 器之一時間週期期間產生一計時器輸出信號;以及LED電源電路,其根據該計時器輸出信號之計時特性來降低至該發光二極體之電流。
- 如申請專利範圍第5項之電路,其更包含:一第二電壓檢測器,其用於檢測一減光器電壓並輸出一電壓檢測器輸出;以及邏輯電路,其組配來邏輯性組合該電壓檢測器輸出與該計時器輸出信號,並產生一充電信號來對耦合至該LED電源電路之一計時電容器充電及放電,以便於至該LED之正常及降低電流之間切換。
- 如申請專利範圍第6項之電路,其中該邏輯電路包含:一邏輯閘,其用於接收並邏輯性組合該電壓檢測器輸出與該計時器輸出信號;用於控制至該計時電容器之充電及放電電流的一或更多電阻器;以及將一充電及放電路徑分開之一或更多二極體。
- 如申請專利範圍第6項之電路,更包含一將該計時電容器之電壓轉換為輸出至該LED電源電路之一數位信號的脈衝成形放大器。
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