TWI519202B - 驅動裝置及發光系統 - Google Patents

Description

驅動裝置及發光系統

本發明係有關於一種驅動裝置，特別是有關於一種用以驅動發光裝置的驅動裝置。

隨著科技的進步，發光裝置的種類也愈來愈多。近年來，由於發光二極體的功耗及體積小，逐漸成為市場上的主流。一般習知技術係利用一定電流驅動發光二極體。然而，發光二極體的順向偏壓(forward voltage)易受到溫度的影響。當發光二極體周圍的晶片溫度上升時，發光二極體的順向偏壓將會下降。因此，若繼續以定電流方式驅動發光二極體時，將造成發光二極體的操作功率下降，因而影響發光二極體的亮度。

本發明提供一種驅動裝置，用以提供一驅動電源予一發光裝置，並包括一電源轉換模組、一感測模組、一處理模組、一穩壓模組以及一控制模組。電源轉換模組根據一控制信號，將一外部電源轉換成驅動電源以及輔助電源。感測模組耦接發光裝置，用以偵測驅動電源以產生一第一電壓信號以及一第二電壓信號。處理模組耦接感測模組以根據第一電壓信號及第二電壓信號，計算出發光裝置的一操作功率，並將操作功 率與一預設功率進行比較，用以產生一回授信號。穩壓模組耦接電源轉換模組，用以限制輔助電源的最大值並產生一工作電源。控制模組耦接處理模組、穩壓模組與電源轉換模組，接收工作電源，並根據回授信號產生控制信號，進而調整驅動電源的大小。發光裝置根據驅動電源操作於定功率模式下。

本發明另提供一種發光系統，其包括一發光裝置以及一驅動裝置。發光裝置根據一驅動電源而發光，並具有至少一發光元件。驅動裝置提供驅動電源，並包括一電源轉換模組、一感測模組、一處理模組、一穩壓模組以及一控制模組。電源轉換模組根據一控制信號，將一外部電源轉換成驅動電源以及輔助電源。感測模組耦接發光裝置，用以偵測驅動電源以產生一第一電壓信號以及一第二電壓信號。處理模組耦接感測模組以根據第一電壓信號及第二電壓信號，計算出發光裝置的一操作功率，並將操作功率與一預設功率進行比較，用以產生一回授信號。穩壓模組耦接電源轉換模組，用以限制輔助電源的最大值並產生一工作電源。控制模組耦接處理模組、穩壓模組與電源轉換模組，接收工作電源，並根據回授信號產生控制信號，進而調整驅動電源的大小。發光裝置根據驅動電源操作於定功率模式下。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧發光系統

110‧‧‧發光裝置

120‧‧‧驅動裝置

121‧‧‧供電模組

122‧‧‧電源轉換模組

123‧‧‧感測模組

124‧‧‧處理模組

125‧‧‧穩壓模組

126‧‧‧控制模組

131、132‧‧‧電壓感測單元

133‧‧‧處理單元

134‧‧‧放大單元

135‧‧‧回授單元

310‧‧‧整流器

320‧‧‧變壓器

330‧‧‧開關

321‧‧‧一次側線圈

322‧‧‧二次側線圈

323‧‧‧輔助線圈

136‧‧‧轉換單元

137、138‧‧‧濾波單元

V_DR‧‧‧驅動電源

LB₁~LB_n‧‧‧發光串

GND‧‧‧接地電源

S_C‧‧‧控制信號

V_AC‧‧‧外部電源

V_CC‧‧‧輔助電源

I_DR‧‧‧驅動電流

V_LED、V_ILED‧‧‧電壓信號

S_F‧‧‧回授信號

V_CC2‧‧‧工作電源

V_REF‧‧‧參考電壓

V_S‧‧‧轉換信號

SW‧‧‧開關

V_DC‧‧‧直流電源

R1-R2、R4-R6‧‧‧電阻

R3‧‧‧阻抗元件

S_PWM‧‧‧脈寬調變信號

C1-C3‧‧‧電容

V_P1、V_P2‧‧‧處理信號

第1圖為本發明之發光系統之一可能方塊圖。

第2圖為本發明之發光裝置之一可能實施例。

第3圖為本發明之發光系統之一可能實施例。

第1圖為本發明之發光系統之一可能方塊圖。如圖所示，發光系統100包括一發光裝置110以及一驅動裝置120。發光裝置110根據一驅動電源V_DR而發光，並具有至少一發光元件。本發明並不限定發光元件的種類及數量。在一可能實施例中，發光元件係為發光二極體(LED)。在另一可能實施例中，發光裝置110具有複數發光串(light bar)LB₁~LB_n，如第2圖所示。發光串LB₁~LB_n耦接於驅動電源V_DR與接地電源GND之間。每一發光串LB₁~LB_n係由複數發光元件串聯而成，並且發光串LB₁~LB_n彼此並聯。

請參考第1圖，驅動裝置120提供驅動電源V_DR，並包括一電源轉換模組122、一感測模組123、一處理模組124、一穩壓模組(voltage stabilizing)125以及一控制模組126。

電源轉換模組122根據一控制信號S_C，將一外部電源V_AC轉換成驅動電源V_DR以及一輔助電源V_CC。在一可能實施例中，外部電源V_AC係由一供電模組121所提供。在本實施例中，電源轉換模組122係為一交流至直流轉換器(AC/DC converter)，用以將外部電源V_AC由交流型態轉換成直流型態。另外，電源轉換模組122更產生一驅動電流I_DR予發光裝置110。

感測模組123耦接發光裝置110，並偵測驅動電源V_DR，用以產生電壓信號V_LED及V_ILED。在本實施例中，感測模組123包括電壓感測單元131及132。電壓感測單元131偵測發光 裝置110的驅動電源V_DR，用以產生電壓信號V_LED。電壓感測單元132耦接於電源轉換模組122與發光裝置110之間，用以根據驅動電流I_DR，提供電壓信號V_ILED。

處理模組124耦接感測模組123，並根據電壓信號V_LED及V_ILED，計算出發光裝置110的一操作功率，並將操作功率與一預設功率進行比較，用以產生一回授信號S_F。本發明並不限定處理模組124的電路架構。只要能夠得知發光裝置110的功率值的電路架構，均可作為處理模組124。

在本實施例中，處理模組124包括一處理單元133、一放大單元134以及一回授單元135。放大單元134放大電壓信號V_ILED，用以產生一參考電壓V_REF。處理單元133根據參考電壓V_REF及電壓信號V_LED，計算出發光裝置110的操作功率並將操作功率與一預設功率進行比較，再根據比較結果，產生一轉換信號V_S。回授單元135根據轉換信號V_S及參考電壓V_REF，產生回授信號S_F。

穩壓模組125耦接電源轉換模組122，用以限制輔助電源V_CC的最大值並產生一工作電源V_CC2。在一可能實施例中，當輔助電源V_CC位於一範圍內時，穩壓模組125將輔助電源V_CC調整至一固定值，如工作電源V_CC2。舉例而言，輔助電源V_CC可能為12V或24V，但工作電源V_CC2維持在12V。在另一可能實施例中，工作電源V_CC2可作為處理模組124的操作電源。

控制模組126耦接處理模組124、穩壓模組125與電源轉換模組122，接收工作電源V_CC2，並根據回授信號S_F產生控制信號S_C，用以調整驅動電源V_DR的大小。因此，發光裝置 110可根據驅動電源V_DR操作於定功率模式下。

舉例而言，當發光系統100開始動作時，發光系統100的內部溫度將逐漸升高。由於發光裝置110的發光元件的順向作壓很容易受到溫度的影響，因此發光元件的順向偏壓將會降低，進而使得發光裝置110的操作功率下降。然而，處理模組124根據感測模組123的偵測結果，可計算得知發光裝置110的操作功率下降，再根據計算得知的操作功率，產生回授信號S_F。控制模組126根據回授信號S_F，調整電源轉換模組122所產生的驅動電流I_DR，用以增加發光裝置110的操作功率，使其維持在一固定值。因此，發光裝置110可稱為操作於定功率模式下。

第3圖為本發明之發光系統之一可能實施例。如圖所示，供電模組121提供外部電源V_AC。開關SW耦接於供電模組121與電源轉換模組122之間，用以傳送外部電源V_AC。在一可能實施例中，開關SW係由使用者控制。當使用者導通開關SW時，便可點亮發光裝置110。本發明並不限定開關SW的種類。在一可能實施例中，開關SW係為機械式或電子式開關。

在本實施例中，電源轉換模組122包括一整流器310、一變壓器320以及一開關330。整流器310轉換外部電源V_AC，用以產生一直流電源V_DC。在一可能實施例中，整流器310係為一橋式整流器(bridge rectifier)，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，只要能將外部電源V_AC由交流型態轉換成直流型態的電路架構，均可作為整流器310。

變壓器320具有一次側線圈321、二次側線圈322以 及輔助線圈323。當一次側線圈321接收直流電源V_DC時，二次側線圈322產生第一感應電壓信號，並且輔助線圈323產生第二感應電壓信號。在本實施例中，第一感應電壓信號作為驅動電源V_DR，第二感應電壓信號作為輔助電源V_CC。

開關330根據控制信號S_C，致能變壓器320。在一可能實施例中，控制信號S_C係為一脈寬調變信號。當開關330導通時，變壓器320便根據直流電源V_DC，產生兩感應電壓信號。當開關330不導通時，變壓器320停止動作。本發明並不限定開關330的種類。在一可能實施例中，開關330係為一電晶體。

感測模組123包括電壓感測單元131及132。在本實施例中，電壓感測單元131具有電阻R1及R2。電阻R1及R2串聯於驅動電源V_DR與接地電源GND之間，並構成一分壓電路。電阻R1及R2根據發光裝置110的驅動電源V_DR，產生電壓信號V_LED。

電壓感測單元132具有一阻抗元件R3。阻抗元件R3耦接於電源轉換模組122與發光裝置110之間。當驅動電流I_DR流經阻抗元件R3時，阻抗元件R3的跨壓將發生變化。因此，藉由測量阻抗元件R3的跨壓(即V_ILED)便可推得驅動電流I_DR。在一可能實施例中，阻抗元件R3係為一電阻。

在本實施例中，處理模組124包括一處理單元133、一放大單元134、一回授單元135以及一轉換單元136。處理單元133根據參考電壓V_REF及電壓信號V_LED，計算出發光裝置110的操作功率並將操作功率與一預設功率進行比較，用以產生一脈寬調變信號S_PWM。在一可能實施例中，處理單元133係根據 工作電源V_CC2及接地電源GND而動作。在另一可能實施例中，處理單元133係為一微控制器(micro-controller)。

轉換單元136轉換脈寬調變信號S_PWM，用以產生一轉換信號V_S。在本實施例中，轉換單元136係由電阻R6及電容C1所構成，用以將脈寬調變信號S_PWM轉換成一電壓信號(即轉換信號V_S)。回授單元135比較轉換信號V_S及參考電壓V_REF，用以產生回授信號S_F。

在一可能實施例中，當發光裝置110的操作功率大於一預設功率時，處理單元133降低脈寬調變信號S_PWM之導通時間。因此，轉換信號V_S變小。當轉換信號V_S小於參考電壓V_REF時，回授單元135輸出高位準，表示發光裝置110的操作功率上升。此時，控制模組126根據回授信號S_F，產生控制信號S_C，用以降低開關330導通的時間，進而降低驅動電流I_DR，使得發光裝置110的操作功率下降。

相反地，當發光裝置110的操作功率低於預設功率時，處理單元133升高脈寬調變信號S_PWM之導通時間。因此，轉換信號V_S變大。當轉換信號V_S大於參考電壓V_REF時，回授單元135輸出低位準，表示發光裝置110的操作功率降低。控制模組126根據回授信號S_F，產生控制信號S_C，用以增加開關330導通的時間，進而增加驅動電流I_DR，使得發光裝置110的操作功率上升。

由於處理單元133根據發光裝置110的操作功率產生相對應的脈寬調變信號，用以調整控制信號S_C。電源轉換模組122根據控制信號S_C產生適當的驅動電流I_DR。因此，發光裝 置110的操作功率可維持在一固定值，並且不受溫度的影響。

在其它實施例中，當發光裝置110的操作功率大於一預設功率時，處理單元133增加脈寬調變信號S_PWM之導通時間。因此，轉換信號V_S變大。當轉換信號V_S大於參考電壓V_REF時，回授單元135輸出低位準。此時，控制模組126根據回授信號S_F，產生控制信號S_C，用以降低開關330導通的時間。相反地，當發光裝置110的操作功率低於預設功率時，處理單元133減少脈寬調變信號S_PWM之導通時間。因此，轉換信號V_S變小。當轉換信號V_S小於參考電壓V_REF時，回授單元135輸出高位準。控制模組126根據回授信號S_F，產生控制信號S_C，用以增加開關330導通的時間，進而增加驅動電流I_DR，使得發光裝置110的操作功率上升。

在本實施例中，處理模組124更包括濾波單元137及138。濾波單元137處理電壓信號V_LED，用以濾除高頻成分，並產生一處理信號V_P1。濾波單元138處理參考電壓V_REF，用以濾除高頻成分，並產生一處理信號V_P2。處理單元133計算處理信號V_P1及V_P2，用以得知發光裝置110的操作功率。

綜上所述，由於發光裝置110的發光元件的順向偏壓係隨著發光系統100內的溫度上升而降低，因而造成發光裝置110的操作功率下降，導致發光亮度變低。然而，藉由感測模組123偵測發光裝置110，處理模組124再根據感測模組123的感測結果，計算得知發光裝置110的操作功率，並根據計算得知的操作功率與一預設功率的差值，產生脈寬調變信號S_PWM。回授單元135根據脈寬調變信號S_PWM產生控制信號S_C，用以增 加驅動電流I_DR，進而增加發光裝置110的操作功率，使得發光裝置110的發光亮度維持在一固定值。

當發光裝置110的發光二極體的數量改變時，直流電源V_DC也必須對應發光二極體的數量而改變。在一可能實施例中，當直流電源V_DC變大時，輔助電流V_CC也隨之變大。若直接將輔助電流V_CC提供予控制模組126，可能燒毀控制模組126。然而，藉由穩壓模組125轉換輔助電流V_CC，用以產生一固定值的工作電壓V_CC2，便可確保控制模組126正常工作。

除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可作些許之更動與潤飾，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。

100‧‧‧發光系統

110‧‧‧發光裝置

120‧‧‧驅動裝置

121‧‧‧供電模組

122‧‧‧電源轉換模組

123‧‧‧感測模組

124‧‧‧處理模組

125‧‧‧穩壓模組

126‧‧‧控制模組

131、132‧‧‧電壓感測單元

133‧‧‧處理單元

134‧‧‧放大單元

135‧‧‧回授單元

V_DR‧‧‧驅動電源

S_C‧‧‧控制信號

V_AC‧‧‧外部電源

V_CC‧‧‧輔助電源

I_DR‧‧‧驅動電流

V_LED、V_ILED‧‧‧電壓信號

S_F‧‧‧回授信號

V_CC2‧‧‧工作電源

V_REF‧‧‧參考電壓

V_S‧‧‧轉換信號

Claims (17)

1. 一種驅動裝置，用以提供一驅動電源予一發光裝置，包括：一電源轉換模組，根據一控制信號，將一外部電源轉換成該驅動電源以及一輔助電源；一感測模組，耦接該發光裝置，用以偵測該驅動電源以產生一第一電壓信號以及一第二電壓信號；一處理模組，耦接該感測模組以根據該第一電壓信號及該第二電壓信號，計算出該發光裝置的一操作功率，並將該操作功率與一預設功率進行比較，用以產生一回授信號；一穩壓模組，耦接該電源轉換模組，用以限制該輔助電源的最大值並產生一工作電源；以及一控制模組，耦接該處理模組、該穩壓模組與該電源轉換模組，接收該工作電源，並根據該回授信號產生該控制信號，進而調整該驅動電源的大小，其中該發光裝置根據該驅動電源操作於定功率模式下，其中該處理模組包括：一放大單元，放大該第二電壓信號，用以產生一參考電壓；一處理單元，根據該參考電壓及該第一電壓信號，計算出該操作功率，並將該操作功率與該預設功率進行比較，用以產生一脈寬調變信號； 一轉換單元，轉換該脈寬調變信號，用以產生一轉換信號；以及一回授單元，比較該轉換信號及該參考電壓，用以產生該回授信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該處理模組更包括：一第一濾波單元，處理該第一電壓信號，用以產生一第一處理信號；以及一第二濾波單元，處理該參考電壓，用以產生一第二處理信號，其中該處理單元計算該第一及第二處理信號，用以得知該操作功率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中當該操作功率大於該預設功率時，降低該脈寬調變信號之導通週期時間；當該操作功率低於該預設功率時，升高該脈寬調變信號之導通週期時間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該控制信號係為一脈寬調變信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該電源轉換模組包括：一變壓器，具有一一次側線圈、一二次側線圈以及一輔助線圈；一整流器，轉換該外部電源，用以產生一直流電源；以及 一開關，根據該控制信號，提供該直流電源予該一次側線圈，當該一次側線圈接收該直流電源時，該二次側線圈產生一第一感應電壓信號並且該輔助線圈產生一第二感應電壓信號，該第一感應電壓信號作為該驅動電源，該第二感應電壓信號作為該輔助電源。
6. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該感測模組包括：一第一電壓感測單元，偵測該發光裝置的驅動電源，用以產生該第一電壓信號；以及一第二電壓感測單元，耦接於該電源轉換模組與該發光裝置之間，用以提供該第二電壓信號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之驅動裝置，其中該第一電壓感測單元具有一分壓電路，該第二電壓感測單元係為一阻抗元件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中該穩壓模組提供該工作電源予該處理模組。
9. 一種發光系統，包括：一發光裝置，根據一驅動電源而發光，並具有至少一發光元件；以及一驅動裝置，提供該驅動電源，並包括：一電源轉換模組，根據一控制信號，將一外部電源轉換成該驅動電源以及一輔助電源；一感測模組，耦接該發光裝置，用以偵測該驅動電源以產生一第一電壓信號以及該一第二電壓信號； 一處理模組，耦接該感測模組以根據該第一電壓信號及第二電壓信號，計算出該發光裝置的一操作功率，並將該操作功率與一預設功率進行比較，用以產生一回授信號；一穩壓模組，耦接該電源轉換模組，用以限制該輔助電源的最大值並產生一工作電源；以及一控制模組，耦接該處理模組、該穩壓模組與該電源轉換模組，接收該工作電源，並根據該回授信號產生該控制信號，進而調整該驅動電源的大小，其中該發光裝置根據該驅動電源操作於定功率模式下，其中該處理模組包括：一放大單元，放大該第二電壓信號，用以產生一參考電壓；一處理單元，根據該參考電壓及該第一電壓信號，計算出該操作功率並將該操作功率與該預設功率進行比較，用以產生一脈寬調變信號；一轉換單元，轉換該脈寬調變信號，用以產生一轉換信號；以及一回授單元，比較該轉換信號及該參考電壓，用以產生該回授信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光系統，其中該處理模組更包括：一第一濾波單元，處理該第一電壓信號，用以產生一第一處理信號；以及 一第二濾波單元，處理該參考電壓，用以產生一第二處理信號，其中該處理單元計算該第一及第二處理信號，用以得知該操作功率。
11. 如申請專利範圍第9項所述之發光系統，其中當該操作功率大於該預設功率時，降低該脈寬調變信號之導通時間；當該操作功率低於該預設功率時，升高該脈寬調變信號之導通時間。
12. 如申請專利範圍第9項所述之發光系統，其中該控制信號係為一脈寬調變信號。
13. 如申請專利範圍第9項所述之發光系統，其中該電源轉換模組包括：一變壓器，具有一一次側線圈、一二次側線圈以及一輔助線圈；一整流器，轉換該外部電源，用以產生一直流電源；以及一開關，根據該控制信號，提供該直流電源予該一次側線圈，當該一次側線圈接收該直流電源時，該二次側線圈產生一第一感應電壓信號並且該輔助線圈產生一第二感應電壓信號，該第一感應電壓信號作為該驅動電源，該第二感應電壓信號作為該輔助電源。
14. 如申請專利範圍第9項所述之發光系統，其中該感測模組包括：一第一電壓感測單元，偵測該發光裝置的驅動電源，用以產生該第一電壓信號；以及 一第二電壓感測單元，耦接於該電源轉換模組與該發光裝置之間，用以提供該第二電壓信號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之發光系統，其中該第一電壓感測單元具有一分壓電路，該第二電壓感測單元係為一阻抗元件。
16. 如申請專利範圍第9項所述之發光系統，其中該穩壓模組提供該工作電源予該處理模組。
17. 如申請專利範圍第9項所述之發光系統，其中該發光元件係為一發光二極體。