TWI465149B - Automatic color temperature control system, device, circuit and detection module - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種系統、裝置、電路及模組，特別是指一種自動色溫控制系統、裝置、電路及偵測模組。
發光模組包含三個不同原色的發光二極體，分別是一紅光發光二極體、一綠光發光二極體，及一藍光發光二極體，且發光模組之色溫相關於一混色比例，該混色比例相關於該三個不同原色的發光二極體各自的發光功率，又每一發光二極體之順向偏壓(Forward Voltage)會受環境溫度(Ambient Temperature)之影響，當環境溫度上升時將導致該發光二極體之順向偏壓下降，使得發光功率(=順向偏壓×工作電流)隨著環境溫度上升而降低，且由於該三個不同原色的發光二極體各自的發光功率下降程度不一致，而使混色比例改變，導致該發光模組之色溫隨著溫度變化而改變，如圖1所示，該發光模組之色溫隨著環境溫度上升而越高，因此，必須在溫度改變時維持該三個不同原色的發光二極體各自的發光功率，才能使色溫穩定。
如圖2所示，於中華民國專利申請第92107029號「自動功率控制器」中揭露一種習知的光功率控制電路1，適用於光碟驅動裝置中以控制一作為光學頭的發光二極體15的發光功率，且該光功率控制電路1包含：一偵測模組10、一信號源11、一積分模組12，及一驅動模組13。
該偵測模組10用於接收來自該發光二極體15的輸出
光線以偵測其發光功率，並產生一大小正比於該發光功率的偵測電壓V3，其中，該發光功率P=VF×I，參數VF、I分別是該發光二極體15的一順向偏壓和一工作電流，且該偵測模組10包括一光偵測器101和一前端放大器102，又該光偵測器101和該前端放大器102的詳細操作可參閱中華民國專利申請第92107029號，故不重述。
該信號源11用於提供一參考電壓V1，且參考電壓V1的大小可隨著不同的期望發光功率動態地調整。
該積分模組12電連接於該信號源11以接收該參考電壓V1，並電連接於該偵測模組10以接收該偵測電壓V3，且根據該參考電壓V1與該偵測電壓V3之一電壓差進行積分運算以得到一積分電壓V2，其中，當該發光功率減少使偵測電壓V3隨著減少時導致該電壓差增加，該積分電壓V2隨著增加，當該發光功率增加使偵測電壓V3隨著增加時導致該電壓差減少，該積分電壓V2隨著減少。
驅動模組13電連接於該積分模組12和該發光二極體15之間，並從該積分模組12接收該積分電壓V2，並據以輸出該正比於該積分電壓V2的工作電流I以驅動該發光二極體15，且該驅動模組13包括一可切換增益放大器131和一驅動單元132，又該可切換增益放大器131和該驅動單元132的詳細操作可參閱中華民國專利申請第92107029號，故不重述。
當該發光二極體15隨著環境溫度上升而使其順向偏壓VF下降進而導致該發光功率降低時，偵測模組10所產生
的該偵測電壓V3將隨著變小，又該參考電壓V1不變，所以參考電壓V1與該偵測電壓V3之差值V1-V3將增加，使得該積分電壓V2對應增加，進而該工作電流I也增加，因此能藉由增加的工作電流I來補償減少的偏壓電壓VF，以維持發光功率P固定。
由上述可知，習知光功率控制電路1主要是採用該偵測模組10的光偵測器101來從該發光二極體15的輸出光線變化以得知發光功率的變化，再依據偵測電壓V3的變化來調整提供到該發光二極體15的工作電流I，藉此設計以達到使發光功率維持穩定的目的，但是習知光功率控制電路1具有以下缺點：由於該發光二極體15的輸出光線指向性不佳，該光偵測器101與該發光二極體15的距離、位置、環境的光害、光偵測器101的敏感度都會對偵測電壓V3產生影響，所以在發光功率的控制上很容易有誤差，因此上述該等原因會使採用光偵測器101的該光功率控制電路1，於環境溫度變化時難以穩定維持該發光二極體15的發光功率，而具有較差的發光功率維持效果，若用於控制上述的發光模組，因各自發光功率維持效果差，而使混色比例維持效果差，也導致色溫維持效果差。
因此，本發明之第一目的，即在提供一種解決上述問題的自動色溫控制系統。
該自動色溫控制系統，包含：一發光模組，及一自動
色溫控制裝置。該發光模組包括二個不同原色的第一至第二固態發光元件，該第一至第二固態發光元件於定電流驅動下，分別提供二種不同且增減反向於環境溫度變化的順向偏壓，且每一固態發光元件具有一接收一偏壓電壓的陽極及一陰極。該自動色溫控制裝置，包括：一用於偵測溫度的參考固態發光元件，及一自動色溫控制電路。該用於偵測溫度的參考固態發光元件於定電流驅動下提供一增減反向於環境溫度變化的參考順向偏壓，且具有一接收該偏壓電壓的陽極及一陰極。該自動色溫控制電路具有：一偵測模組、第一至第二補償電壓運算模組，及第一至第二電功率控制模組。該偵測模組具有：一電流源，及一第一儀表放大器。該電流源電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極，且提供一呈定值之工作電流以驅動該用於偵測溫度的參考固態發光元件。該第一儀表放大器具有一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陽極的非反相輸入端、一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極的反相輸入端，及一輸出端，且該第一儀表放大器根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該用於偵測溫度的參考固態發光元件之該參考順向偏壓，並據以從該第一儀表放大器之輸出端提供一正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓。該第一至第二補償電壓運算模組皆電連接於該偵測模組以接收該正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓，且皆接收第一及第二參考電壓，且每一補償電壓運算模組根據自身的增益值與所接收的該等電壓進行運算
以對應地得到反向於該參考順向偏壓增減的第一至第二補償電壓。該第一至第二電功率控制模組分別電連接於該第一至第二補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第二補償電壓，且分別電連接於該發光模組的第一至第二固態發光元件之陽極與陰極以對應地偵測該發光模組的第一至第二固態發光元件之該順向偏壓，且該二電功率控制模組各自根據所對應的補償電壓及所偵測的順向偏壓，來分別產生追隨環境溫度上升的第一至第二驅動電流，且將該第一至第二驅動電流分別供應到該發光模組的第一至第二固態發光元件之陰極。
本發明之第二目的，即在提供一種解決上述問題的自動色溫控制裝置。
該自動色溫控制裝置，適用於電連接於一發光模組，該發光模組包括二個不同原色的第一至第二固態發光元件，該第一至第二固態發光元件於定電流驅動下，分別提供二種不同且增減反向於環境溫度變化的順向偏壓，且每一固態發光元件具有一接收一偏壓電壓的陽極及一陰極，且該自動色溫控制裝置包含：一用於偵測溫度的參考固態發光元件，及一自動色溫控制電路。該用於偵測溫度的參考固態發光元件於定電流驅動下提供一增減反向於環境溫度變化的參考順向偏壓，且具有一接收該偏壓電壓的陽極及一陰極。該自動色溫控制電路，具有：一偵測模組、第一至第二補償電壓運算模組，及第一至第二電功率控制模組。該偵測模組具有：一電流源，及一第一儀表放大器。該
電流源電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極，且提供一呈定值之工作電流以驅動該用於偵測溫度的參考固態發光元件。該第一儀表放大器具有一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陽極的非反相輸入端、一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極的反相輸入端，及一輸出端，且該第一儀表放大器根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該用於偵測溫度的參考固態發光元件之該參考順向偏壓，並據以從該第一儀表放大器之輸出端提供一正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓。該第一至第二補償電壓運算模組皆電連接於該偵測模組以接收該正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓，且皆接收第一及第二參考電壓，且每一補償電壓運算模組根據自身的增益值與所接收的該等電壓進行運算以得到反向於該參考順向偏壓增減的第一至第二補償電壓。該第一至第二電功率控制模組分別電連接於該第一至第二補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第二補償電壓，且分別電連接於該發光模組的第一至第二固態發光元件之陽極與陰極以對應地偵測該發光模組的第一至第二固態發光元件之該順向偏壓，且該二電功率控制模組各自根據所對應的補償電壓及所偵測的順向偏壓，來分別產生追隨環境溫度上升的第一至第二驅動電流，且將該第一至第二驅動電流分別供應到該發光模組的第一至第二固態發光元件之陰極。
本發明之第三目的，即在提供一種解決上述問題的自動色溫控制電路。
自動色溫控制電路，適用於電連接於一用於偵測溫度的參考固態發光元件和一發光模組，該發光模組包括二個不同原色的第一至第二固態發光元件，且該參考固態發光元件於定電流驅動下提供一增減反向於環境溫度變化的參考順向偏壓，該第一至第二固態發光元件於定電流驅動下，分別提供二種不同且增減反向於環境溫度變化的順向偏壓，且每一固態發光元件具有一接收一偏壓電壓的陽極及一陰極，且該自動色溫控制電路包含：一偵測模組、第一至第二補償電壓運算模組，及第一至第二電功率控制模組。該偵測模組具有：一電流源，及一第一儀表放大器。該電流源電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極，且提供一呈定值之工作電流以驅動該用於偵測溫度的參考固態發光元件。該第一儀表放大器具有一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陽極的非反相輸入端、一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極的反相輸入端，及一輸出端，且該第一儀表放大器根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該用於偵測溫度的參考固態發光元件之該參考順向偏壓，並據以從該第一儀表放大器之輸出端提供一正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓。該第一至第二補償電壓運算模組皆電連接於該偵測模組以接收該正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓，且皆接收第一及第二參考電壓，且每一補償電壓運算模組根據自身的增益值與所接收的該等電壓進行運算以得到反向於該參考順向偏壓增減的第一至第二補償電壓。該第一至第
二電功率控制模組分別電連接於該第一至第二補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第二補償電壓，且分別電連接於該發光模組的第一至第二固態發光元件之陽極與陰極以對應地偵測該發光模組的第一至第二固態發光元件之該順向偏壓，且該二電功率控制模組各自根據所對應的補償電壓及所偵測的順向偏壓，來分別產生追隨環境溫度上升的第一至第二驅動電流，且將該第一至第二驅動電流分別供應到該發光模組的第一至第二固態發光元件之陰極。
本發明之第四目的，即在提供一種解決上述問題的偵測模組。
該偵測模組，適用於電連接於一用於偵測溫度的參考固態發光元件，該用於偵測溫度的參考固態發光元件於定電流驅動下提供一增減反向於環境溫度變化的參考順向偏壓，且具有一接收一偏壓電壓的陽極及一陰極，且該偵測模組包含：一電流源，及一第一儀表放大器。該電流源電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極，且提供一呈定值之工作電流以驅動該用於偵測溫度的參考固態發光元件。該第一儀表放大器具有一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陽極的非反相輸入端、一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極的反相輸入端，及一輸出端，且該第一儀表放大器根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該用於偵測溫度的參考固態發光元件之該參考順向偏壓，並據以從該第一儀表放大器之輸出端提供一正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
如圖3所示，本發明自動色溫控制系統2之較佳實施例，包含：一發光模組20，及一自動色溫控制裝置3。
該發光模組20包含三個不同原色的第一至第三固態發光元件R、G、B，分別是一紅光發光二極體、一綠光發光二極體，及一藍光發光二極體，且該發光模組20之色溫相關於一混色比例，該混色比例相關於該第一至第三固態發光元件R、G、B各自的發光功率。
該發光模組20的該第一至第三固態發光元件R、G、B於定電流驅動下，分別提供三種不同且增減反向於環境溫度變化的順向偏壓VF1、VF2、VF3，且每一固態發光元件R、G、B具有一接收一偏壓電壓VDD的陽極及一陰極。
該自動色溫控制裝置3適用於電連接於該發光模組20，且補償該發光模組20隨環境溫度變化的發光功率及色溫，且該自動色溫控制裝置3包括：一用於偵測溫度的參考固態發光元件T，及一自動色溫控制電路4。
該用於偵測溫度的參考固態發光元件T於定電流驅動下提供一增減反向於環境溫度變化的參考順向偏壓VF，且具有一接收該偏壓電壓VDD的陽極及一陰極。該用於偵測溫度的參考固態發光元件T和該發光模組20的第一固態發光元件R具有實質上相同的環境溫度對順向偏壓的變化斜
率，也就是VF=VF1。而該用於偵測溫度的參考固態發光元件T和該發光模組20的第二及第三固態發光元件G、B則具有實質上相近的環境溫度對順向偏壓的變化趨勢，也就是說隨溫度上升，其順向偏壓皆會下降但斜率卻不同。在本實施例中，該用於偵測溫度的參考固態發光元件T是一紅光發光二極體。
該自動色溫控制電路4適用於電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件T和該發光模組20，且自動色溫控制電路4包括：一偵測模組5、第一至第三補償電壓運算模組VOP1~VOP3，及第一至第三電功率控制模組PC1~PC3。
<偵測模組>
該偵測模組5具有一電流源IS，及一第一儀表放大器(Instrumentation Amplifier)IA1。
該電流源IS電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件T之陰極，且提供一呈定值之工作電流ILED以驅動該用於偵測溫度的參考固態發光元件T。
該第一儀表放大器IA1具有一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件T之陽極的非反相輸入端(+)、一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件T之陰極的反相輸入端(-)，及一輸出端，且該第一儀表放大器IA1根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該用於偵測溫度的參考固態發光元件T之該參考順向偏壓VF，並據以從該第一儀表放大器IA1之輸出端提供一正比於該參考順向偏壓VF的溫度偵測電壓，在本實施例中，該第一儀表放大器
IA1之增益設定為一倍，使該溫度偵測電壓相同於該參考順向偏壓VF。因此，當環境溫度變化時，則該用於偵測溫度的參考固態發光元件T之參考順向偏壓VF與該發光模組20的第一固態發光元件R之順向偏壓VF1可表示為：VF1=VF=VLED
+△VLED
......式(1)
其中，參數VLED
為環境溫度t℃時，該參考固態發光元件T的參考順向偏壓值，參數△VLED
為參考順向偏壓於環境溫度變化△t℃時所對應的變化量。又在本實施例中，t℃=-30℃。
而該發光模組20的第二至第三固態發光元件G、B之順向偏壓VF2、VF3可分別表示如下：VF2=VLED2
+△VLED2
......式(2)
VF3=VLED3
+△VLED3
......式(3)
其中，參數VLED2
、VLED3
分別為環境溫度t℃時，該第二、第三固態發光元件G、B的順向偏壓值，參數△VLED2
、△VLED3
分別為其順向偏壓於環境溫度變化△t℃時所對應的變化量。
<第一至第三補償電壓運算模組>
該第一至第三補償電壓運算模組VOP1~VOP3皆電連接於該偵測模組5以接收該正比於該參考順向偏壓VF的溫度偵測電壓，且皆接收第一及第二參考電壓Vref1、Vref2，且每一補償電壓運算模組VOP1~VOP3根據自身的增益值G1~G3與所接收的該等電壓進行運算以得到反向於該參考順向偏壓VF增減的第一至第三補償電壓VC1~VC3。
其中，該溫度偵測電壓、第一參考電壓Vref1、第二參考電壓Vref2與該第一補償電壓VC1之間的關係如下所示：VC
1=G
1×(Vref
1-VF)
+Vref
2=G
1×[Vref
1-(VLED
+△VLED
)]+Vref
2......式(4)
其中，在本實施例中，由於該溫度偵測電壓實質上相同於該用於偵測溫度的參考固態發光元件T之參考順向偏壓VF，因此在式(4)中將該溫度偵測電壓以VF來表示。
且該第一參考電壓Vref1預設為該用於偵測溫度的參考固態發光元件T於t℃時的參考順向偏壓VLED
，也就是Vref1=VLED
，因此，可將式(4)化簡如式(5)所示：VC
1=G
1×[VLED
-(VLED
+△VLED
)]+Vref
2=-G
1×△VLED
+Vref
2......式(5)
同上述運算，可分別推得該第二及第三補償電壓VC2、VC3如下所示：VC
2=-G
2×△VLED
+Vref
2......式(6)
VC
3=-G
3×△VLED
+Vref
2......式(7)
其中，參數G1~G3分別是該第一至第三補償電壓運算模組VOP1~VOP3所提供的增益值。
<第一至第三電功率控制模組>
該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3分別電連接於該第一至第三補償電壓運算模組VOP1~VOP3以對應地接收該第一至第三補償電壓VC1~VC3，且分別電連接於該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之陽極與陰極以對應地偵測該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之該順向偏壓VF1~VF3，且該三電功率控制模組PC1~PC3各自根據所對應的補償電壓VC1~VC3及所偵測的順向偏壓VF1~VF3，來分別產生追隨環境溫度上升的第一至第三驅動電流I1~I3，且將該第一至第三驅動電流I1~I3分別供應到該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之陰極。
如圖4所示，每一電功率控制模組PC1~PC3包括：一電壓至電流轉換單元43、一第二儀表放大器IA2、一乘法器MUL，及一第三儀表放大器IA3。
該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的電壓至電流轉換單元43分別電連接於該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之陰極，且分別接收第一至第三驅動電壓，並分別將該第一至第三驅動電壓轉換成第一至第三驅動電流I1~I3，並分別將該第一至第三驅動電流I1~I3提供給該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B，且該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的電壓至電流轉
換單元43更分別提供第一至第三迴授電壓，該第一至第三迴授電壓分別正比於該第一至第三驅動電流I1~I3，且每一電壓至電流轉換單元43具有一電晶體M、一運算放大器OP1，及一電阻RE。
每一電晶體M具有一第一端、一第二端，及一控制端。且該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的電晶體M之第一端分別電連接於該第一至第三固態發光元件R、G、B之陰極，且分別提供該第一至第三驅動電流I1~I3。在本實施例中，該電晶體M是一N型金氧半導體場效電晶體，該第一端是汲極，該第二端是源極，該控制端是閘極。
每一運算放大器OP1具有一反相輸入端(-)、一非反相輸入端(+)，及一輸出端。每一運算放大器OP1的反相輸入端(-)電連接於所對應電晶體M之第二端，每一運算放大器OP1的輸出端電連接於所對應電晶體M之控制端。且該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的運算放大器OP1的非反相輸入端(+)分別接收該第一至第三驅動電壓。
每一電阻RE具有一第一端及一接地的第二端，且具有一電阻值RE
。且每一電功率控制模組PC1~PC3的電阻RE的第一端電連接於所對應的電晶體M之第二端。且該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的電阻RE的第一端分別提供該第一至第三迴授電壓。其中，該第一迴授電壓VRE1=I1×RE
、第二迴授電壓VRE2=I2×RE
、第三迴授電壓VRE3=I3×RE
，且因為運算放大器OP1之反相輸入端(-)
與非反相輸入端(+)的虛短路效應可推得第一至第三驅動電流I1~I3會分別被調整到實質上等於VD1/RE
、VD2/RE
、VD3/RE
，其中，參數VD1~VD3分別是該第一至第三驅動電壓。
該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的第二儀表放大器IA2具有一非反相輸入端(+)、一反相輸入端(-)，及一輸出端。該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的第二儀表放大器IA2的非反相輸入端(+)分別電連接於該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之陽極。該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的第二儀表放大器IA2的反相輸入端(-)分別電連接於該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之陰極。該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的第二儀表放大器IA2分別根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該第一至第三固態發光元件R、G、B之順向偏壓VF1~VF3，並據以從各自輸出端分別提供第一至第三偵測電壓，其中，該第一至第三偵測電壓分別正比於該第一至第三固態發光元件R、G、B之順向偏壓VF1~VF3，在本實施例中，每一第二儀表放大器IA2之增益設定為一倍，使該第一至第三偵測電壓分別實質相同於該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之順向偏壓VF1~VF3。
該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的乘法器MUL分別電連接於所對應的該第二儀表放大器IA2以對應地接收該第一至第三偵測電壓、分別電連接於所對應的該電壓
至電流轉換單元43以對應地接收該第一至第三迴授電壓，並分別根據所接收的該二電壓進行乘法運算以對應地得到第一至第三乘積電壓VMUL1~VMUL3。
其中，該第一偵測電壓、該第一迴授電壓與該第一乘積電壓的關係如式(8)所示：VMUL
1=VF
1×VRE
1=(V LED
+△V LED
)×(I
1×R E
)......式(8)
其中，該第二偵測電壓、該第二迴授電壓與該第二乘積電壓的關係如式(9)所示：VMUL
2=VF
2×VRE
2=(V LED
2
+△V LED
2
)×(I
2×R E
)......式(9)
其中，該第三偵測電壓、該第三迴授電壓與該第三乘積電壓的關係如式(10)所示：VMUL
3=VF
3×VRE
3=(V LED
3
+△V LED
3
)×(I
3×R E
)......式(10)
其中，在本實施例中，由於該第一至第三偵測電壓實質上分別相同於該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之順向偏壓VF1~VF3，因此在式(8)~(10)中分別將該第一至第三偵測電壓以VF1~VF3來表示。
每一第三儀表放大器IA3具有一非反相輸入端(+)、一反相輸入端(-)，及一輸出端。
該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的第三儀表放
大器IA3之非反相輸入端(+)分別電連接於該第一至第三補償電壓運算模組VOP1~VOP3以對應地接收該第一至第三補償電壓VC1~VC3。該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的第三儀表放大器IA3之反相輸入端(-)分別電連接於所對應的該乘法器MUL以對應地接收該第一至第三乘積電壓。且該第一至第三電功率控制模組PC1~PC3的第三儀表放大器IA3分別根據所接收電壓之壓差來對應地得到該第一至第三驅動電壓，且分別從其輸出端輸出。在本實施例中，每一第三儀表放大器IA3之增益設定為一倍。
其中，該第一補償電壓VC1、該第一乘積電壓VMUL1與該第一驅動電壓VD1的關係如式(11)所示：VD
1=VC
1-VMUL
1=(-G
1×△VLED
+Vref
2)-(V LED
+△V LED
)×(I
1×R E
)......式(11)
其中，該第二補償電壓VC2、該第二乘積電壓VMUL2與該第二驅動電壓VD2的關係如式(12)所示：VD
2=VC
2-VMUL
2=(-G
2×△VLED
+Vref
2)-(V LED
2
+△V LED
2
)×(I
2×R E
)...
...式(12)
其中，該第三補償電壓VC3、該第三乘積電壓VMUL3與該第三驅動電壓VD3的關係如式(13)所示：VD
3=VC
3-VMUL
3=(-G
3×△VLED
+Vref
2)-(V LED
3
+△V LED
3
)×(I
3×R E
)......式(13)
將I1=VD1/RE
、I2=VD2/RE
、I3=VD3/RE
分別代入式(11)~(13)整理後，可分別推得：
且由式(14)~(15)可看出當環境溫度上升時，該第一至第三固態發光元件R、G、B的順向偏壓VF1~VF3的變化量△VLED
<0、△VLED2
<0、△VLED3
<0，導致各自的順向偏壓VF1~VF3減少，分別使該第一至第三驅動電流I1~I3增加。當環境溫度下降時，該第一至第三固態發光元件R、G
、B的順向偏壓VF1~VF3的變化量△VLED
>0、△VLED2
>0、△VLED3
>0，導致各自的順向偏壓VF1~VF3增加，使該第一至第三驅動電流I1~I3減少。因此，該第一至第三驅動電流I1~I3可追隨溫度變化來分別維持該發光模組20的第一至第三固態發光元件R、G、B之發光功率，而能維持該發光模組20的混色比例，也就能維持該發光模組20的色溫。
<實驗結果>
如圖5所示，是當環境溫度由-30℃遞增到85℃時，利用本實施例維持該發光模組20之色溫的實驗量測圖。
綜上所述，上述實施例具有以下優點：
利用偵測模組5直接電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件T，並偵測其參考順向偏壓VF隨著溫度的變化，相較於習知的光偵測器接收來自該發光二極體的輸出光線，能改善輸出光線指向性不佳、環境光害及光偵測器敏感度等因素所導致的發光功率控制誤差，而具有較佳的發光功率及色溫維持效果。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2‧‧‧自動色溫控制系統
20‧‧‧發光模組
R‧‧‧第一固態發光元件
G‧‧‧第二固態發光元件
B‧‧‧第三固態發光元件
3‧‧‧自動色溫控制裝置
T‧‧‧參考固態發光元件
4‧‧‧自動色溫控制電路
5‧‧‧偵測模組
IS‧‧‧電流源
IA1‧‧‧第一儀表放大器
VOP1‧‧‧第一補償電壓運算模組
VOP2‧‧‧第二補償電壓運算模組
VOP3‧‧‧第三補償電壓運算模組
PC1‧‧‧第一電功率控制模組
PC2‧‧‧第二電功率控制模組
PC3‧‧‧第三電功率控制模組
43‧‧‧電壓至電流轉換單元
OP1‧‧‧運算放大器
M‧‧‧電晶體
RE‧‧‧電阻
IA2‧‧‧第二儀表放大器
MUL‧‧‧乘法器
IA3‧‧‧第三儀表放大器
VDD‧‧‧偏壓電壓
圖1是一發光模組之色溫隨著溫度變化而改變的示意圖；圖2是一種習知的光功率控制電路的電路圖；
圖3是本發明自動色溫控制系統之較佳實施例的電路圖；圖4是該較佳實施例之每一電功率控制模組的電路圖；及圖5是本實施例維持該發光模組之色溫的實驗量測圖。
2‧‧‧自動色溫控制系統
20‧‧‧發光模組
R‧‧‧第一固態發光元件
G‧‧‧第二固態發光元件
B‧‧‧第三固態發光元件
3‧‧‧自動色溫控制裝置
T‧‧‧參考固態發光元件
4‧‧‧自動色溫控制電路
5‧‧‧偵測模組
IS‧‧‧電流源
IA1‧‧‧第一儀表放大器
VOP1‧‧‧第一補償電壓運算模組
VOP2‧‧‧第二補償電壓運算模組
VOP3‧‧‧第三補償電壓運算模組
PC1‧‧‧第一電功率控制模組
PC2‧‧‧第二電功率控制模組
PC3‧‧‧第三電功率控制模組
VDD‧‧‧偏壓電壓
Claims (14)
- 一種自動色溫控制系統，包含：一發光模組，包括三個不同原色的第一至第三固態發光元件，該第一至第三固態發光元件於定電流驅動下，分別提供三種不同且增減反向於環境溫度變化的順向偏壓，且每一固態發光元件具有一接收一偏壓電壓的陽極及一陰極；及一自動色溫控制裝置，包括：一用於偵測溫度的參考固態發光元件，於定電流驅動下提供一增減反向於環境溫度變化的參考順向偏壓，且具有一接收該偏壓電壓的陽極及一陰極；及一自動色溫控制電路，具有：一偵測模組，具有：一電流源，電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極，且提供一呈定值之工作電流以驅動該用於偵測溫度的參考固態發光元件；及一第一儀表放大器，具有一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陽極的非反相輸入端、一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極的反相輸入端，及一輸出端，且該第一儀表放大器根據其非反相及反相輸入端之壓差來得 到該用於偵測溫度的參考固態發光元件之該參考順向偏壓，並據以從該第一儀表放大器之輸出端提供一正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓；第一至第三補償電壓運算模組，皆電連接於該偵測模組以接收該正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓，且皆接收第一及第二參考電壓，且每一補償電壓運算模組根據自身的增益值與所接收的該等電壓進行運算以對應地得到反向於該參考順向偏壓增減的第一至第三補償電壓；及第一至第三電功率控制模組，分別電連接於該第一至第三補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第三補償電壓，且分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陽極與陰極以對應地偵測該發光模組的第一至第三固態發光元件之該順向偏壓，且該三電功率控制模組各自根據所對應的補償電壓及所偵測的順向偏壓，來分別產生追隨環境溫度上升的第一至第三驅動電流，且將該第一至第三驅動電流分別供應到該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極。
- 依據申請專利範圍第1項所述之自動色溫控制系統，其中，每一電功率控制模組包括： 一電壓至電流轉換單元，該第一至第三電功率控制模組的電壓至電流轉換單元分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極，且分別接收第一至第三驅動電壓，並分別將該第一至第三驅動電壓轉換成該第一至第三驅動電流，並分別將該第一至第三驅動電流提供給該發光模組的該第一至第三固態發光元件，且該第一至第三電功率控制模組的電壓至電流轉換單元更分別提供第一至第三迴授電壓，該第一至第三迴授電壓分別正比於該第一至第三驅動電流；一第二儀表放大器，該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器具有一非反相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端。該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器的非反相輸入端分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陽極。該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器的反相輸入端分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極，且該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器分別根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該第一至第三固態發光元件之順向偏壓，並據以從各自輸出端分別提供第一至第三偵測電壓，其中，該第一至第三偵測電壓分別正比於該第一至第三固態發光元件之順向偏壓；一乘法器，該第一至第三電功率控制模組的乘法器分別電連接於所對應的該第二儀表放大器以對應地接收該第一至第三偵測電壓、分別電連接於所對應的該電壓 至電流轉換單元以對應地接收該第一至第三迴授電壓，並分別根據所接收的該二電壓進行乘法運算以對應地得到第一至第三乘積電壓；及一第三儀表放大器，每一第三儀表放大器具有一非反相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端，該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器之非反相輸入端分別電連接於該第一至第三補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第三補償電壓，該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器之反相輸入端分別電連接於所對應的該乘法器以對應地接收該第一至第三乘積電壓，且該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器分別根據所接收電壓之壓差來對應地得到該第一至第三驅動電壓，且分別從其輸出端輸出。
- 依據申請專利範圍第2項所述之自動色溫控制系統，其中，每一電壓至電流轉換單元包括：一電晶體，每一電晶體具有一第一端、一第二端，及一控制端，且該第一至第三電功率控制模組的電晶體之第一端分別電連接於該第一至第三固態發光元件之陰極，且分別提供該第一至第三驅動電流；一運算放大器，每一運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端，及一輸出端，每一運算放大器的反相輸入端電連接於所對應電晶體之第二端，每一運算放大器的輸出端電連接於所對應電晶體之控制端，且該第一至第三電功率控制模組的運算放大器的非反相輸入端 分別接收該第一至第三驅動電壓；及一電阻，每一電阻具有一第一端及一接地的第二端，且每一電功率控制模組的電阻的第一端電連接於所對應的電晶體之第二端，且該第一至第三電功率控制模組的電阻的第一端分別提供該第一至第三迴授電壓。
- 依據申請專利範圍第3項所述之自動色溫控制系統，其中：該電晶體是一N型金氧半導體場效電晶體，該第一端是汲極，該第二端是源極，該控制端是閘極。
- 依據申請專利範圍第1項所述之自動色溫控制系統，其中，該參考固態發光元件、該第一至第三固態發光元件皆是發光二極體。
- 一種自動色溫控制裝置，適用於電連接於一發光模組，該發光模組包括三個不同原色的第一至第三固態發光元件，該第一至第三固態發光元件於定電流驅動下，分別提供三種不同且增減反向於環境溫度變化的順向偏壓，且每一固態發光元件具有一接收一偏壓電壓的陽極及一陰極，且該自動色溫控制裝置包含：一用於偵測溫度的參考固態發光元件，於定電流驅動下提供一增減反向於環境溫度變化的參考順向偏壓，且具有一接收該偏壓電壓的陽極及一陰極；及一自動色溫控制電路，具有：一偵測模組，具有：一電流源，電連接於該用於偵測溫度的參 考固態發光元件之陰極，且提供一呈定值之工作電流以驅動該用於偵測溫度的參考固態發光元件；及一第一儀表放大器，具有一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陽極的非反相輸入端、一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極的反相輸入端，及一輸出端，且該第一儀表放大器根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該用於偵測溫度的參考固態發光元件之該參考順向偏壓，並據以從該第一儀表放大器之輸出端提供一正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓；第一至第三補償電壓運算模組，皆電連接於該偵測模組以接收該正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓，且皆接收第一及第二參考電壓，且每一補償電壓運算模組根據自身的增益值與所接收的該等電壓進行運算以得到反向於該參考順向偏壓增減的第一至第三補償電壓；及第一至第三電功率控制模組，分別電連接於該第一至第三補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第三補償電壓，且分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陽極與陰極以對應地偵測該發光模組的第一至第三固態發光元件之該順向偏壓，且該三電功率控制模組各自根據所對應的補償 電壓及所偵測的順向偏壓，來分別產生追隨環境溫度上升的第一至第三驅動電流，且將該第一至第三驅動電流分別供應到該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極。
- 依據申請專利範圍第6項所述之自動色溫控制裝置，其中，每一電功率控制模組包括：一電壓至電流轉換單元，該第一至第三電功率控制模組的電壓至電流轉換單元分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極，且分別接收第一至第三驅動電壓，並分別將該第一至第三驅動電壓轉換成該第一至第三驅動電流，並分別將該第一至第三驅動電流提供給該發光模組的該第一至第三固態發光元件，且該第一至第三電功率控制模組的電壓至電流轉換單元更分別提供第一至第三迴授電壓，該第一至第三迴授電壓分別正比於該第一至第三驅動電流；一第二儀表放大器，該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器具有一非反相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端，該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器的非反相輸入端分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陽極，該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器的反相輸入端分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極，且該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器分別根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該第一至第三固態發光 元件之順向偏壓，並據以從各自輸出端分別提供第一至第三偵測電壓，其中，該第一至第三偵測電壓分別正比於該第一至第三固態發光元件之順向偏壓；一乘法器，該第一至第三電功率控制模組的乘法器分別電連接於所對應的該第二儀表放大器以對應地接收該第一至第三偵測電壓、分別電連接於所對應的該電壓至電流轉換單元以對應地接收該第一至第三迴授電壓，並分別根據所接收的該二電壓進行乘法運算以對應地得到第一至第三乘積電壓；及一第三儀表放大器，每一第三儀表放大器具有一非反相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端，該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器之非反相輸入端分別電連接於該第一至第三補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第三補償電壓，該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器之反相輸入端分別電連接於所對應的該乘法器以對應地接收該第一至第三乘積電壓，且該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器分別根據所接收電壓之壓差來對應地得到該第一至第三驅動電壓，且分別從其輸出端輸出。
- 依據申請專利範圍第7項所述之自動色溫控制裝置，其中，每一電壓至電流轉換單元包括：一電晶體，每一電晶體具有一第一端、一第二端，及一控制端，且該第一至第三電功率控制模組的電晶體之第一端分別電連接於該第一至第三固態發光元件之陰 極，且分別提供該第一至第三驅動電流；一運算放大器，每一運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端，及一輸出端，每一運算放大器的反相輸入端電連接於所對應電晶體之第二端，每一運算放大器的輸出端電連接於所對應電晶體之控制端，且該第一至第三電功率控制模組的運算放大器的非反相輸入端分別接收該第一至第三驅動電壓；及一電阻，每一電阻具有一第一端及一接地的第二端，且每一電功率控制模組的電阻的第一端電連接於所對應的電晶體之第二端，且該第一至第三電功率控制模組的電阻的第一端分別提供該第一至第三迴授電壓。
- 依據申請專利範圍第8項所述之自動色溫控制裝置，其中：該電晶體是一N型金氧半導體場效電晶體，該第一端是汲極，該第二端是源極，該控制端是閘極。
- 依據申請專利範圍第6項所述之自動色溫控制裝置，該第一至第三固態發光元件皆是發光二極體，其中，該參考固態發光元件也是發光二極體。
- 一種自動色溫控制電路，適用於電連接於一用於偵測溫度的參考固態發光元件和一發光模組，該發光模組包括三個不同原色的第一至第三固態發光元件，且該參考固態發光元件於定電流驅動下提供一增減反向於環境溫度變化的參考順向偏壓，該第一至第三固態發光元件於定電流驅動下，分別提供三種不同且增減反向於環境溫度 變化的順向偏壓，且每一固態發光元件具有一接收一偏壓電壓的陽極及一陰極，且該自動色溫控制電路包含：一偵測模組，具有：一電流源，電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極，且提供一呈定值之工作電流以驅動該用於偵測溫度的參考固態發光元件；及一第一儀表放大器，具有一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陽極的非反相輸入端、一電連接於該用於偵測溫度的參考固態發光元件之陰極的反相輸入端，及一輸出端，且該第一儀表放大器根據其非反相及反相輸入端之壓差來得到該用於偵測溫度的參考固態發光元件之該參考順向偏壓，並據以從該第一儀表放大器之輸出端提供一正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓；第一至第三補償電壓運算模組，皆電連接於該偵測模組以接收該正比於該參考順向偏壓的溫度偵測電壓，且皆接收第一及第二參考電壓，且每一補償電壓運算模組根據自身的增益值與所接收的該等電壓進行運算以得到反向於該參考順向偏壓增減的第一至第三補償電壓，；及第一至第三電功率控制模組，分別電連接於該第一至第三補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第三補償電壓，且分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陽極與陰極以對應地偵測該發光模組的第一 至第三固態發光元件之該順向偏壓，且該三電功率控制模組各自根據所對應的補償電壓及所偵測的順向偏壓，來分別產生追隨環境溫度上升的第一至第三驅動電流，且將該第一至第三驅動電流分別供應到該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極。
- 依據申請專利範圍第11項所述之自動色溫控制電路，其中，每一電功率控制模組包括：一電壓至電流轉換單元，該第一至第三電功率控制模組的電壓至電流轉換單元分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極，且分別接收第一至第三驅動電壓，並分別將該第一至第三驅動電壓轉換成該第一至第三驅動電流，並分別將該第一至第三驅動電流提供給該發光模組的該第一至第三固態發光元件，且該第一至第三電功率控制模組的電壓至電流轉換單元更分別提供第一至第三迴授電壓，該第一至第三迴授電壓分別正比於該第一至第三驅動電流；一第二儀表放大器，該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器具有一非反相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端，該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器的非反相輸入端分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陽極。該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器的反相輸入端分別電連接於該發光模組的第一至第三固態發光元件之陰極，且該第一至第三電功率控制模組的第二儀表放大器分別根據其非 反相及反相輸入端之壓差來得到該第一至第三固態發光元件之順向偏壓，並據以從各自輸出端分別提供第一至第三偵測電壓，其中，該第一至第三偵測電壓分別正比於該第一至第三固態發光元件之順向偏壓；一乘法器，該第一至第三電功率控制模組的乘法器分別電連接於所對應的該第二儀表放大器以對應地接收該第一至第三偵測電壓、分別電連接於所對應的該電壓至電流轉換單元以對應地接收該第一至第三迴授電壓，並分別根據所接收的該二電壓進行乘法運算以對應地得到第一至第三乘積電壓；及一第三儀表放大器，每一第三儀表放大器具有一非反相輸入端、一反相輸入端，及一輸出端，該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器之非反相輸入端分別電連接於該第一至第三補償電壓運算模組以對應地接收該第一至第三補償電壓，該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器之反相輸入端分別電連接於所對應的該乘法器以對應地接收該第一至第三乘積電壓，且該第一至第三電功率控制模組的第三儀表放大器分別根據所接收電壓之壓差來對應地得到該第一至第三驅動電壓，且分別從其輸出端輸出。
- 依據申請專利範圍第12項所述之自動色溫控制電路，其中，每一電壓至電流轉換單元包括：一電晶體，每一電晶體具有一第一端、一第二端，及一控制端，且該第一至第三電功率控制模組的電晶體 之第一端分別電連接於該第一至第三固態發光元件之陰極，且分別提供該第一至第三驅動電流；一運算放大器，每一運算放大器具有一反相輸入端、一非反相輸入端，及一輸出端，每一運算放大器的反相輸入端電連接於所對應電晶體之第二端，每一運算放大器的輸出端電連接於所對應電晶體之控制端，且該第一至第三電功率控制模組的運算放大器的非反相輸入端分別接收該第一至第三驅動電壓；及一電阻，每一電阻具有一第一端及一接地的第二端，且每一電功率控制模組的電阻的第一端電連接於所對應的電晶體之第二端，且該第一至第三電功率控制模組的電阻的第一端分別提供該第一至第三迴授電壓。
- 依據申請專利範圍第13項所述之自動色溫控制電路，其中：該電晶體是一N型金氧半導體場效電晶體，該第一端是汲極，該第二端是源極，該控制端是閘極。
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2012
- 2012-03-29 US US13/433,774 patent/US8704458B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007201470A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 温度補償機能を有するｌｅｄ駆動装置 |
| TW200935204A (en) * | 2008-02-04 | 2009-08-16 | Nat Chi Nan Cuniversity | Feedback-type automatic power control system |
| US20100066270A1 (en) * | 2008-09-12 | 2010-03-18 | National Central University | Control method for maintaining the luminous intensity of a light-emitting diode light source |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 蔡瑋霖，"光功率自動控制驅動電路系統設計應用於白光發光二極體"，國立暨南國際大學碩士論文，2011年3月 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201316821A (zh) | 2013-04-16 |
| US8704458B2 (en) | 2014-04-22 |
| US20130088167A1 (en) | 2013-04-11 |
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