TWI524812B - 驅動應用高電壓之發光二極體串的裝置 - Google Patents

Description

驅動應用高電壓之發光二極體串的裝置

本發明與基於發光二極體(LED)的照明裝置相關，尤其是一種用於使用高電壓之基於發光二極體的照明設備之驅動裝置。

發光二極體(LED)是一種基於半導體的光源，過去經常被應用在低耗電儀表和家電的指示器，由於提高亮度之技術的進步，應用發光二極體在各種照明裝置也已越來越普遍。例如，高明亮度的發光二極體已被廣泛用於交通信號燈，車輛指示燈，以及剎車燈。近年來，使用高電壓之發光二極體串的照明設備，也被開發來取代傳統的白熱燈泡和螢光燈泡。

發光二極體之電流對電壓(IV)特性曲線類似於一般的普通二極體，當加於發光二極體的電壓小於二極體的正向電壓時，只有非常小的電流通過發光二極體。當電壓超過正向電壓時，通過發光二極體的電流則大幅增加。一般來說，在大多數的操作範圍，基於發光二極體的照明裝置之發光強度是和通過的電流成正比，但操作在高電流時則不如此。通常為基於發光二極體的照明裝置設計之驅動裝置，都是以提供一個恆定的電流為主，以便能發出穩定的光和延長發光二極體的壽命。

為了提高基於發光二極體的照明裝置之亮度，通常是將多數個發光二極體串聯在一起，形成一個基於發光二極體的照明單位，而且多數個基於發光二極體的照明單位可以更進一步串聯在一起，形成一個照明裝置。每個照明裝置所需要的工作電壓，通常是取決於照明單位裡的發光二極體之正向電壓，每個照明單位裡有多少個發光二極體，每個照明單位 是如何相互接聯的，以及每個照明單位在照明裝置裡，是如何接收來自電源的電壓。

因此，在大多數的應用中，都需要某種類型的電源電壓轉換 裝置，來將一般較普遍的高電壓電源，轉換成較低的電壓，以提供給一個或複數個基於發光二極體的照明單位。因為需要這樣的一個電壓轉換裝置，造成基於發光二極體的照明設備效率減低，成本增高，也難以減小其體積。

為了提高基於發光二極體的照明裝置之效率和縮小其體 積，許多技術都已經被開發，以使基於發光二極體的照明裝置可以不需要一個電壓轉換裝置，就可使用如120V或240V的交流電。一般來說，基於發光二極體的照明裝置裡的發光二極體，被區分成複數個發光二極體段。 每一發光二極體段可以在相關的開關器或電流源之控制下，而選擇性的隨著交流電壓之增加或減少，而接通和關閉。照明裝置裡之所有的開關器或電流源則由一控制器來控制。

在先前的技術裡，大部分使用高電壓之基於發光二極體的照 明裝置，都利用偵測輸入交流電源的電壓值，或是流經照明裝置的電流值，來控制開關器或電流源，從而選擇性的接通和關閉發光二極體段。譬如，美國專利6989807號和8324840號，以及美國專利公告2011/0089844號，都有一可偵測輸入電壓的電壓值之整體控制器，來控制連接在發光二極體的開關器或電流源。美國專利公告2012/0056559號和2012/0217887號，則用一整體控制器，根據偵測到的局部電流，來控制電流限制器或是開關器。

因為已有越來越多的基於發光二極體的照明單位，被應用在 使用高電壓之高亮度的照明設備上，如何使用牆上現有的交流電源，靈活和有效地提高發光二極體的使用率，減少功率耗損，並提供穩定性和高亮度，來驅動和連接複數個基於發光二極體的照明單位之設計方法和裝置，已經形成一種不可或缺的需求。

本發明係為提供一能使用高電壓，有效率的驅動發光二極體 串之裝置而製作。根據本發明提供的裝置，包含有多數個發光二極被區分成複數個互相串聯的發光二極體段，並與一切換電壓偵測器和一電流限制器串聯。

每一發光二極體段和一開關器並聯，該裝置裡並有一開關控 制器輸出二進位碼或非二進位碼，來各別接通或切斷每一個並聯的開關器，進而使基於發光二極體的照明裝置，可隨著輸入電壓之電壓值的變化，而改變其操作模式。

本發明的第一優選實施例中，切換電壓偵測器係連接於最尾 端的發光二極體段，而電流限制器則連接於切換電壓偵測器與地之間。切換電壓偵測器包含一偵測輸入電壓變化的壓差檢測器，以及當輸入電壓變化時產生模式變化信號的模式變化信號產生器。

本第一優選實施例中，壓差檢測器包含三個N型之電壓控 制的電流限制器，每一N型之電壓控制的電流限制器含三個端點。在壓差檢測器的第一型制作例中，第一和第二個電壓控制的電流限制器之第一端點間，連接有一個或多個的發光二極體。在第二和第三個電壓控制的電流限制器之第一端點間，也連接有一個或多個的發光二極體。

每一N型之電壓控制的電流限制器之第二端點連接到一偏 壓電壓，第三端點則經由一電流感應器連接到一共同節點。模式變化信號產生器有兩個比較器連接到該三個電流感應器，以及一控制信號產生器接收該兩個比較器之輸出，並根據輸入電壓之變化而產生兩個模式變化信號。

在壓差檢測器的第二型制作例中，每一N型之電壓控制的 電流限制器的第一端點，係連接到各別的電流感應器之一端，而在每兩相鄰的電流感應器的另一端之間，則連接有一個或多個的發光二極體。每一N型之電壓控制的電流限制器之第二端點連接到一偏壓電壓，第三端點則連接到一共同節點。

有三個差動放大器各別連接在三個電流感應器之兩端，模式 變化信號產生器有兩個比較器連接三個差動放大器的輸出，以及一控制信號產生器接收該兩個比較器之輸出，並根據輸入電壓之變化而產生兩個模式變化信號。

本發明的第二優選實施例中，切換電壓偵測器係連接於最領 先的發光二極體段，而電流限制器則連接於輸入電壓與切換電壓偵測器之間。切換電壓偵測器包含一偵測輸入電壓變化的壓差檢測器，以及當輸入電壓變化時產生模式變化信號的模式變化信號產生器。

本第二優選實施例中，壓差檢測器包含三個P型之電壓控制 的電流限制器，每一P型之電壓控制的電流限制器含三個端點。在壓差檢測器的第一型制作例中，第一和第二個電壓控制的電流限制器之第一端點間，連接有一個或多個的發光二極體。在第二和第三個電壓控制的電流限制器之第一端點間，也連接有一個或多個的發光二極體。

每一P型之電壓控制的電流限制器有一電壓源連接在其第 二端點與輸入電壓之間，第三端點則經由一電流感應器連接到一共同節點。模式變化信號產生器有兩個比較器連接到該三個電流感應器，以及一控制信號產生器接收該兩個比較器之輸出，並根據輸入電壓之變化而產生兩個模式變化信號。

在壓差檢測器的第二型制作例中，每一P型之電壓控制的電 流限制器的第三端點直接連接到一共同節點，第二端點則經由一電壓源連接到輸入電壓，第一端點係連接到各別的電流感應器之一端，而在每兩個相鄰的電流感應器的另一端之間，則連接有一個或多個的發光二極體。

與第一優選實施例中的壓差檢測器之第二型制作例相似，第 二優選實施例中的壓差檢測器之第二型制作例，也有三個差動放大器各別連接在三個電流感應器之兩端。模式變化信號產生器有兩個比較器連接三個差動放大器的輸出，以及一控制信號產生器接收該兩個比較器之輸出，並根據輸入電壓之變化而產生兩個模式變化信號。

100：800‧‧‧發光二極體段

110：810‧‧‧開關器

120：820‧‧‧開關控制器

130：830‧‧‧切換電壓偵測器

140：840‧‧‧電流限制器

141：841‧‧‧電阻

301‧‧‧漣波計數器

302‧‧‧開關驅動器

401‧‧‧記憶元件

501：501’：901：901’‧‧‧壓差檢測器

502：902‧‧‧模式變化信號產生器

511：512：513：911：912：913‧‧‧電流感應器

521：523：921：923‧‧‧偏壓電壓開關器

531：533：931：933‧‧‧繞接開關器

541：542：941：942‧‧‧比較器

551：552：553：951：952：953‧‧‧電流感應器

561：562：563：961：962：963‧‧‧差動放大器

圖一顯示根據本發明的第一優選實施例，以高電壓來驅動發光二極體串之裝置的方塊圖。

圖二顯示本發明中基於發光二極體的照明裝置，利用經整流的交流電 源，操作於M種不同照明模式下的輸入電壓之電壓值V_IN。

圖三顯示了包含一以漣波計數器產生二進位碼的一開關控制器之範例。

圖四顯示了包含一以漣波計數器產生二進位碼，以及一將二進位碼轉換成非二進位碼的記憶器之一開關控制器的另一範例。

圖五A顯示本發明之第一優選實施例中的切換電壓偵測器之第一型制作例之方塊圖。

圖五B顯示本發明之第一優選實施例中的切換電壓偵測器之第二型制作例之方塊圖。

圖六顯示第一優選實施例中，用於切換電壓偵測器內之壓差檢測器中之N型的三個端點之電壓控制的電流限制器之電流對電壓(I-V)的特性。

圖七顯示第一優選實施例中，模式變化信號產生器內，幾個信號的信號波形。

圖八顯示根據本發明的第二優選實施例，以高電壓來驅動發光二極體串之裝置的方塊圖。

圖九A顯示本發明之第二優選實施例的切換電壓偵測器之第一型制作例之方塊圖。

圖九B顯示本發明之第二優選實施例的切換電壓偵測器之第二型制作例之方塊圖。

圖十顯示第二優選實施例中，用於切換電壓偵測器內之壓差檢測器中之P型的三個端點之電壓控制的電流限制器之電流對電壓(I-V)的特性。

圖十一顯示第二優選實施例中，模式變化信號產生器內，幾個信號的信號波形。

本說明書提供附圖，使本發明更能進一步的被理解，同時附圖也構成本說明書的一部分。該附圖顯示出了本發明的實施例，並與說明書一起，用來解釋本發明的原理。

圖一顯示根據本發明的第一優選實施例，以高電壓來驅動發 光二極體串之裝置的方塊圖，該實施例的裝置，包含有複數個互相串聯的發光二極體被區分成複數個互相串聯的發光二極體段100，每一發光二極體段100有一正端和一負端，各自連接到領先其前的一發光二極體段之負端和跟隨其後的一發光二極體段之正端。

如圖一所示，每一發光二極體段100各有一開關器110與其 並聯，有一開關控制器120供給複數個切換控制信號，以控制這些開關器110。最尾端的一發光二極體段之負端，連接到一切換電壓偵測器130，一電流限制器140則連接於切換電壓偵測器130與地之間，該電流限制器140也可由一電阻141來取代。

一輸入高電壓V_IN連接到最領先的一發光二極體段與開關控 制器120，以提供電壓給整個裝置，來驅動所有的發光二極體。切換電壓偵測器130偵測一隨著輸入電壓V_IN變化而變動的電壓，從而產生兩個模式變化信號UP_P和DN_P來控制開關控制器120。當輸入電壓V_IN上升時，模式變化信號UP_P產生一系列的模式變化脈衝，以改變開關控制器120的狀態。相類似的，當輸入電壓V_IN下降時，模式變化信號DN_P產生一系列的模式變化脈衝，以改變開關控制器120的狀態。

圖二顯示本發明中，以兩個模式變化信號UP_P和DN_P將 基於發光二極體的照明裝置控制於M種不同操作模式下的輸入電壓V_IN的電壓值。該輸入電壓是經過整流的交流電壓，而每一操作模式中有不同數量的發光二極體段相串聯。該兩個模式變化信號UP_P和DN_P觸發開關控制器120，使其改變狀態，而令基於發光二極體的照明裝置操作於不同的操作模式。

如圖二所示，當輸入電壓值V_IN在時間T_i與T_i+1之間從V_i增 加到V_i+1時，該基於發光二極體的照明裝置操作於模式-i。當經過整流的輸入電壓值到達最高值V_IN(MAX)後，電壓值開始減低。當輸入電壓值在V_M與V_IN(MAX)之間時，該基於發光二極體的照明裝置操作於模式-M，而當輸入電壓值降到V_i與V_i+1之間時，則又操作於模式-i。電壓值V_i與V_i+1之間的差異為模式區分電壓ΔV。

圖三顯示本發明中，第一優選實施例中開關控制器120的一 範例。在此一範例裡，開關控制器120包含一產生二進位碼的漣波計數器301。漣波計數器301的輸出，則連接到複數個開關驅動器302，以驅動圖一中所顯示的複數個開關器110。因此，圖一之基於發光二極體的照明裝置，可以根據漣波計數器301產生的二進位碼而改變操作模式。

圖四顯示本發明中，第一優選實施例中開關控制器120的另 一範例。如圖四所示，在此一範例裡，包含有一記憶元件401連接到漣波計數器301的輸出，將漣波計數器301產生的二進位碼，先轉換成非二進位碼，再連接到複數個開關驅動器302。因此，圖一之基於發光二極體的照明裝置，可以根據存儲在記憶元件401內的編碼對應，而利用非二進位碼來改變操作模式。

如圖五A所示，根據本發明的第一優選實施例而製作的切 換電壓偵測器130之第一型制作例，包含一壓差檢測器501和模式變化信號產生器502。壓差檢測器501包含三個N型的電壓控制的電流限制器M₁、M₂、和M₃，每一N型電壓控制的電流限制器有三個端點。在M₁和M₂的第一端點之間，有一個或多個的發光二極體互相串聯。這些發光二極體也可由有類似的電流對電壓特性之二極體來替代。相類似的，在M₂和M₃的第一端點之間，也有一個或多個的發光二極體互相串聯。

根據本發明，N型之含三端點之電壓控制的電流限制器，可 以由各類的半導體元件來製作。雖然圖五A顯示的是以N通道的金屬氧化物半導體(NMOS)場效電晶體來製作，NPN型雙極接面電晶體(BJT)和N型絕緣閘雙極電晶體(IGBT)也都可用來製作N型的電壓控制的電流限制器。

圖六顯示本發明中，N型之含三個端點之電壓控制的電流限 制器之電流對電壓(I-V)的特性。當電流限制器之第二端點和第三端點(端點b和c)間的電壓V_bc，小於或等於N型之電流限制器的閥值電壓V_th時，電流限制器是關閉的，而流經電流限制器的電流I_a為零。

當電流限制器之第二端點和第三端點(端點b和c)間的電壓 V_bc，大於電流限制器的閥值電壓V_th，而且電流限制器之第一端點和第三端點(端點a和c)間的電壓V_ac，小於該N型之電流限制器的飽合電壓V_sat時， 電流限制器有如一電阻器。換句話說，流經電流限制器的電流I_a與電壓V_ac是成線性正比的。

從圖六可看出，當電壓V_bc大於電流限制器的閥值電壓V_th， 而且電壓V_ac也大於該電流限制器的飽合電壓V_sat時，該N型之含三個端點之電壓控制的電流限制器即形成一個固定的電流源，而且電流I_a是電壓V_bc的函數，也就是說I_a=f(V_bc)。值得注意的是電流限制器的飽合電壓V_sat，也是與電壓V_bc成正比的。

如圖五A所示，三個N型之電壓控制的電流限制器的第二 端點，各別連接到三個偏壓電壓V₁、V₂、和V₃，當M₁、M₂、和M₃有相同的特性時，較佳的偏壓電壓應該符合V₁<V₂<V₃的條件。M₁、M₂、和M₃的第三端點，經由三個各別的電流感應器511、512、和513連接到一共同節點。要注意的是，M₁和M₃的偏壓電壓V₁和V₃係由偏壓電壓開關器521和523分別控制。

在壓差檢測器501裡，電流感應器用來決定基於發光二極體 的照明裝置的操作模式是否需要根據輸入電壓V_IN之電壓值改變。當只有M₂有電流通過時，不需要切換控制，操作模式保持不變。

當流經M₃的電流比流經M₂大時，表示輸入電壓V_IN已增加 到必須有更多的發光二極體相串聯來承受較高的電壓。因此，模式變化信號產生器502的模式變化信號UP_P必須產生一模式變化脈衝，以改變基於發光二極體的照明裝置的操作模式。此外，模式變化信號產生器502也產生一等待信號，以將繞接開關器533短路，使得沒有電流經過M₃，而只有M₂有電流流經，直到操作模式變化之後所需要的發光二極體段已經被串聯。

相反的，當流經M₁的電流比流經M₂大時，表示輸入電壓 V_IN，已降低到必須使用較少的發光二極體串聯。因此，模式變化信號產生器502的模式變化信號DN_P必須產生一模式變化脈衝，以改變基於發光二極體的照明裝置的操作模式。

模式變化信號產生器502也產生一等待信號，以將繞接開關 器531短路，使得沒有電流經過M₁，而只有M₂有電流流經，直到操作模式變化之後所需要的發光二極體段已經被串聯。要注意的是，在共同節點的 電壓值V_com，是隨著輸入電壓V_IN而變化的。

如上所提的，M₁和M₃的偏壓電壓V₁和V₃係由偏壓電壓開 關器521和523分別控制。從圖五A可看出，在操作模式變化之後，所需要的發光二極體段已經被串聯，必須再偵測輸入電壓值的變化時，模式變化信號產生器502產生一偵測信號，將偏壓電壓V₁和V₃連接到M₁和M₃。

在模式變化信號產生器502裡，第一比較器541有兩個輸 入，各別連接到電流感應器511和512。第二比較器542有兩個輸入，各別連接到電流感應器513和512。如圖五A所示，模式變化信號產生器502，又包含一由兩RS觸發器、三個延遲電路、和幾個邏輯閘所組成的信號產生器。

在模式變化信號產生器502裡的信號產生器，接收兩個比較 器的輸出，而產生等待信號、偵測信號、和兩個模式變化信號UP_P和DN_P。 圖七顯示了模式變化信號產生器502裡，幾個信號的信號波形。從圖五A可看出在壓差檢測器501裡，M₁的第一端點係連接到最後的一發光二極體段，而共同節點V_com則連接到一整個裝置裡的電流限制器140。

根據本發明的第一優選實施例，圖五B顯示切換電壓偵測 器130之第二型制作例，其中壓差檢測器501’包含三個N型的電壓控制的電流限制器M₁、M₂、和M₃，三個電流感應器551、552、和553的第一端各別連接到三個N型的電壓控制的電流限制器M₁、M₂、和M₃的第一端點。 每兩個相鄰的電流感應器的第二端之間，有一個或多個的發光二極體互相串聯。

與第一型制作例相類似，在第二型制作例的壓差檢測器中， 三個N型之電壓控制的電流限制器之第二端點，各別連接到三個偏壓電壓V₁、V₂、和V₃，每一N型之電壓控制的電流限制器的第三端點，直接連接到共同節點。有三個差動放大器561、562、和563各別連接在三個電流感應器551、552、和553之第二端到第一端。

如圖五B所顯示，第一比較器541接收差動放大器561和 562的輸出，第二比較器542接收差動放大器563和562的輸出。圖五B所示的第二型制作例的模式變化信號產生器502與圖五A的第一型制作例相 同，同時壓差檢測器501’的工作原理也類似，所以不再重複說明。

圖八顯示根據本發明的第二優選實施例，以高電壓來驅動發 光二極體串之裝置的方塊圖，該實施例的裝置，包含有複數個互相串聯的發光二極體被區分成複數個互相串聯的發光二極體段800，每一發光二極體段800有一正端和一負端，各自連接到領先其前的一發光二極體段之負端和跟隨其後的一發光二極體段之正端。

如圖八所示，每一發光二極體段800各有一開關器810與其 並聯，有一開關控制器820供給複數個切換信號，以控制這些開關器810。 在第二優選實施例裡，最尾端的一發光二極體段之負端，連接到地。

一輸入高電壓V_IN提供電壓，以驅動所有的發光二極體。一 電流限制器840，連接在輸入電壓V_IN和偵測輸入電壓V_IN的電壓值之切換電壓偵測器830之間，並產生兩模式變化信號UP_P和DN_P，以控制開關控制器820。該電流限制器840也可由一電阻841來取代。

當輸入電壓V_IN上升時，模式變化信號UP_P產生一系列的 模式變化脈衝，以改變開關控制器820的狀態。相類似的，當輸入電壓V_IN下降時，模式變化信號DN_P產生一系列的模式變化脈衝，以改變開關控制器820的狀態。

在本發明中，第一優選實施例裡的開關控制器120，也可以 用來作為第二優選實施例裡的開關控制器820。與第一優選實施例類似，開關控制器820可以一漣波計數器產生二進位碼，或者是以一漣波計數器和一編碼對應記憶器，來產生非二進位碼。

如圖九A所示，根據本發明的第二優選實施例而製作的切 換電壓偵測器830之第一型制作例，包含一壓差檢測器901和模式變化信號產生器902。壓差檢測器901包含三個P型的電壓控制的電流限制器M₁、M₂、和M₃，每一P型電壓控制的電流限制器有三個端點。在M₁和M₂的第一端點之間，有一個或多個的發光二極體互相串聯。相類似的，在M₂和M₃的第一端點之間，也有一個或多個的發光二極體互相串聯。

雖然圖九A顯示的是以P通道的金屬氧化物半導體(PMOS) 場效電晶體來製作P型的電壓控制的電流限制器，PNP型雙極接面電晶體 (BJT)和P型絕緣閘雙極電晶體(IGBT)也都可用來製作P型的電壓控制的電流限制器。

圖十顯示本發明中，P型之含三個端點之電壓控制的電流限制器之電流對電壓(I-V)的特性。當電流限制器之第三端點和第二端點(端點c和b)間的電壓V_cb，小於或等於P型之電流限制器的閥值電壓V_th時，電流限制器是關閉的，而流經電流限制器的電流I_a為零。

當電流限制器之第三端點和第二端點(端點c和b)間的電壓V_cb，大於電流限制器的閥值電壓V_th，而且電流限制器之第三端點和第一端點(端點c和a)間的電壓V_ca，小於該P型之電流限制器的飽合電壓V_sat時，電流限制器有如一電阻器。換句話說，流經電流限制器的電流I_a與電壓V_ca是成線性正比的。

從圖十可看出，當電壓V_cb大於電流限制器的閥值電壓V_th，而且電壓V_ca也大於該電流限制器的飽合電壓V_sat時，該P型之含三個端點之電壓控制的電流限制器即形成一個固定的電流源，而且電流I_a是電壓V_cb的函數，也就是說I_a=f(V_cb)。值得注意的是電流限制器的飽合電壓V_sat，也是與電壓V_cb成正比的。

如圖九A所示，輸入電壓V_IN與三個P型之電壓控制的電流限制器的第二端點之間，各別連接有三個電壓源V₁、V₂、和V₃，當M₁、M₂、和M₃有相同的特性時，較佳的電壓源應該符合V₁<V₂<V₃的條件。M₁、M₂、和M₃的第三端點，經由三個各別的電流感應器911、912、和913連接到一共同節點。

從圖九A可看出，電壓源V₁和V₃與M₁和M₃的連接，係各別經由偏壓電壓開關器921和923。而且，在此制作裡，加於三個PMOS的偏壓電壓，各別是輸入電壓V_IN和電壓源V₁，V₂和V₃的電壓差。

與第一優選實施例相似，第二優選實施例中，P型之有三個端點之電壓控制的電流限制器M₁和M₃，也有繞接開關器931和933連接在各別的第二端點和共同節點之間。

在模式變化信號產生器902裡，第一比較器941有兩個輸入，各別連接到電流感應器912和911。第二比較器942有兩個輸入，各別 連接到電流感應器912和913。如圖九A所示，模式變化信號產生器902，又包含一由兩RS觸發器、三個延遲電路、和幾個邏輯閘所組成的信號產生器，用以產生等待信號、偵測信號、和兩個模式變化信號UP_P和DN_P。

熟悉本發明領域者，從以上的說明，應該已了解在第二優選 實施例中的壓差檢測器901，以及模式變化信號產生器902的工作原理，和第一優選實施例中的壓差檢測器501，以及模式變化信號產生器502非常相似，所以不在此重覆說明。圖十一顯示了模式變化信號產生器902裡，幾個信號的信號波形。

根據本發明的第二優選實施例，圖九B顯示切換電壓偵測 器830之第二型制作例，其中壓差檢測器901’包含三個P型的電壓控制的電流限制器M₁、M₂、和M₃，每一P型之電壓控制的電流限制器的第三端點，直接連接到共同節點。與第一型制作例相似，輸入電壓V_IN與三個P型之電壓控制的電流限制器的第二端點之間，各別連接有三個電壓源V₁、V₂、和V₃。

在第二型制作例中，三個電流感應器951、952、和953的第 一端各別連接到三個P型的電壓控制的電流限制器M₁、M₂、和M₃的第一端點。每兩個相鄰的電流感應器的第二端之間，有一個或多個的發光二極體互相串聯。有三個差動放大器961、962、和963各別連接在三個電流感應器951、952、和953之第一端到第二端。

如圖九B所顯示，第一比較器941接收差動放大器961和 962的輸出，第二比較器942接收差動放大器963和962的輸出。圖九B所示的第二型制作例的模式變化信號產生器902與圖九A的第一型制作例相同，同時壓差檢測器901’的工作原理也類似，所以不再重複說明。

雖然以上只藉由幾個優選的實施範例來描述本發明，然而熟悉本技術領域的人，很明顯的可以了解，仍有許多未描述的變通及修改，都在不偏離以下所定義之本發明的申請專利範圍之內。

100‧‧‧發光二極體段

110‧‧‧開關器

120‧‧‧開關控制器

130‧‧‧切換電壓偵測器

140‧‧‧電流限制器

141‧‧‧電阻

Claims (20)

1. 一種驅動複數個發光二極體之裝置，包括：複數個發光二極體，區分成串聯的複數個發光二極體段，其中每一發光二極體段有一正端，一負端，和一開關器並聯於該正端與該負端之間；一輸入電壓連接在上述複數個發光二極體段中最領先的一發光二極體段之正端；一切換電壓偵測器有第一端連接到上述複數個發光二極體段中最尾端的一發光二極體段之負端，並在上述輸入電壓上升時產生第一模式變化信號，以及在上述輸入電壓下降時產生第二模式變化信號；一電流限制器，其第一端連接到上述切換電壓偵測器的第二端，而其第二端接地；以及一開關控制器接收上述輸入電壓，上述第一和第二模式變化信號，並產生複數個切換控制信號，來各別控制上述複數個發光二極體段，其中上述切換電壓偵測器又包括一壓差檢測器，其中壓差檢測器包含：第一電壓控制的電流限制器，其中有第一端點，有第二端點經由第一偏壓電壓開關器連接到第一偏壓電壓，有第三端點經由第一電流感應器連接到一共同節點，和連接在該第二端點和該共同節點間的一繞接開關器；第二電壓控制的電流限制器，其中有第一端點，有第二端點連接到第二偏壓電壓，有第三端點經由第二電流感應器連接到上述共同節點；第三電壓控制的電流限制器，其中有第一端點，有第二端點經由第三偏壓電壓開關器連接到第三偏壓電壓，有第三端點經由第三電流感應器連接到上述共同節點，和連接在該第三電壓控制的電流限制器的第二端點和上述共同節點間的一繞接開關器；一或多個發光二極體串聯在上述第一和第二電壓控制的電流限制器的第一端點之間；和一或多個發光二極體串聯在上述第二和第三電壓控制的電流限制器的第一端點之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中上述的電流限制器係一電阻。
3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中上述的開關控制器又包含：一漣波計數器接收上述第一和第二模式變化信號，並產生複數個計數器輸出；以及複數個開關驅動器接收上述複數個計數器輸出，並產生上述複數個切換控制信號；其中上述複數個計數器輸出係為二進位碼。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中上述的開關控制器又包含：一漣波計數器接收上述第一和第二模式變化信號，並產生第一組複數個輸出；一記憶元件接收上述第一組複數個輸出，並將上述第一組複數個輸出轉換成第二組複數個輸出；以及複數個開關驅動器接收上述第二組複數個輸出，並產生上述複數個切換控制信號；其中上述第一組複數個輸出係為二進位碼，而第二組複數個輸出係為非二進位碼。
5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中上述切換電壓偵測器又包括一模式變化信號產生器，上述模式變化信號產生器包含：第一比較器有第一輸入端連接到上述第一電壓控制的電流限制器的第三端點，有第二輸入端連接到上述第二電壓控制的電流限制器的第三端點，並產生第一比較器輸出；第二比較器有第一輸入端連接到上述第三電壓控制的電流限制器的第三端點，有第二輸入端連接到上述第二電壓控制的電流限制器的第三端點，並產生第二比較器輸出；和一控制信號產生器接收上述第一和第二比較器輸出，並產生上述第一和第二模式變化信號；其中上述第一電壓控制的電流限制器的第一端點，連接到上述最尾端的發光二極體段之負端，上述共同節點連接到上述電流限制器之第一端，而且上述模式變化信號產生器，產生一等待信號來控制上述壓差檢測器內 的兩個繞接開關器，產生一檢測信號來控制上述壓差檢測器內的兩個偏壓電壓開關器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中上述的開關控制器又包含：一漣波計數器接收上述第一和第二模式變化信號，並產生複數個計數器輸出；以及複數個開關驅動器接收上述複數個計數器輸出，並產生上述複數個切換控制信號；其中上述複數個計數器輸出係為二進位碼。
7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中上述的開關控制器又包含：一漣波計數器接收上述第一和第二模式變化信號，並產生第一組複數個輸出；一記憶元件接收上述第一組複數個輸出，並將上述第一組複數個輸出轉換成第二組複數個輸出；以及複數個開關驅動器接收上述第二組複數個輸出，並產生上述複數個切換控制信號；其中上述第一組複數個輸出係為二進位碼，而第二組複數個輸出係為非二進位碼。
8. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中上述第一，第二和第三電壓控制的電流限制器是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體，NPN型雙極接面電晶體，或N型絕緣閘雙極電晶體。
9. 一種驅動複數個發光二極體之裝置，包括：複數個發光二極體，區分成串聯的複數個發光二極體段，其中每一發光二極體段有一正端，一負端，和一開關器並聯於該正端與該負端之間；一輸入電壓連接在上述複數個發光二極體段中最領先的一發光二極體段之正端；一切換電壓偵測器有第一端連接到上述複數個發光二極體段中最尾端的一發光二極體段之負端，並在上述輸入電壓上升時產生第一模式變化信號，以及在上述輸入電壓下降時產生第二模式變化信號； 一電流限制器，其第一端連接到上述切換電壓偵測器的第二端，而其第二端接地；以及一開關控制器接收上述輸入電壓，上述第一和第二模式變化信號，並產生複數個切換控制信號，來各別控制上述複數個發光二極體段，其中上述切換電壓偵測器又包括一壓差檢測器，和一模式變化信號產生器，其中壓差檢測器包含：第一電壓控制的電流限制器，其中有第一端點連接到第一電流感應器的第一端，有第二端點經由第一偏壓電壓開關器連接到第一偏壓電壓，有第三端點連接到一共同節點，和連接在該第二端點和該共同節點間的一繞接開關器；第二電壓控制的電流限制器，其中有第一端點連接到第二電流感應器的第一端，有第二端點連接到第二偏壓電壓，有第三端點連接到上述共同節點；第三電壓控制的電流限制器，其中有第一端點連接到第三電流感應器的第一端，有第二端點經由第三偏壓電壓開關器連接到第三偏壓電壓，有第三端點連接到上述共同節點，和連接在該第三電壓控制的電流限制器的第二端點和上述共同節點間的一繞接開關器；第一差動放大器，有兩輸入端各別連接到上述第一電流感應器的第二端和第一端；第二差動放大器，有兩輸入端各別連接到上述第二電流感應器的第二端和第一端；第三差動放大器，有兩輸入端各別連接到上述第三電流感應器的第二端和第一端；一或多個發光二極體串聯在上述第一和第二電流感應器的第二端之間；和一或多個發光二極體串聯在上述第二和第三電流感應器的第二端之間；而且上述模式信號產生器包含：第一比較器有第一輸入端連接到上述第一差動放大器的輸出端，有第二輸入端連接到上述第二差動放大器的輸出端，並產生第一比較器輸出； 第二比較器有第一輸入端連接到上述第三差動放大器的輸出端，有第二輸入端連接到上述第二差動放大器的輸出端，並產生第二比較器輸出；和一控制信號產生器接收上述第一和第二比較器輸出，並產生上述第一和第二模式變化信號；其中上述第一電流感應器的第二端，連接到上述最尾端的發光二極體段之負端，上述共同節點連接到上述電流限制器之第一端，而且上述模式變化信號產生器，產生一等待信號來控制上述壓差檢測器內的兩個繞接開關器，產生一檢測信號來控制上述壓差檢測器內的兩個偏壓電壓開關器。
10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中上述第一，第二和第三電壓控制的電流限制器是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體，NPN型雙極接面電晶體，或N型絕緣閘雙極電晶體。
11. 一種驅動複數個發光二極體之裝置，包括：一輸入電壓；複數個發光二極體，區分成串聯的複數個發光二極體段，其中每一發光二極體段有一正端，一負端，和一開關器並聯於該正端與該負端之間；一電流限制器，有第一端連接到上述輸入電壓，和有第二端；一切換電壓偵測器有第一端連接到上述電流限制器的第二端，有第二端連接到上述複數個發光二極體段中最領先的一發光二極體段之正端，並在上述輸入電壓上升時產生第一模式變化信號，以及在上述輸入電壓下降時產生第二模式變化信號；以及一開關控制器接收上述輸入電壓，上述第一和第二模式變化信號，並產生複數個切換控制信號，來各別控制上述複數個發光二極體段，其中上述切換電壓偵測器又包括一壓差檢測器，其中壓差檢測器包含：第一電壓控制的電流限制器，其中有第一端點，有第二端點經由第一偏壓電壓開關器連接到第一電壓源，有第三端點經由第一電流感應器連接到一共同節點，和連接在該第二端點和該共同節點間的一繞接開關器，該第一電壓源係連接在上述輸入電壓和該第一偏壓電壓開關器之間； 第二電壓控制的電流限制器，其中有第一端點，有第二端點連接到第二電壓源，有第三端點經由第二電流感應器連接到上述共同節點，該第二電壓源係連接在上述輸入電壓和該第二電壓控制的電流限制器之第二端點之間；第三電壓控制的電流限制器，其中有第一端點，有第二端點經由第三偏壓電壓開關器連接到第三電壓源，有第三端點經由第三電流感應器連接到上述共同節點，和連接在該第三電壓控制的電流限制器的第二端點和上述共同節點間的一繞接開關器，該第三電壓源係連接在上述輸入電壓和該第三偏壓電壓開關器之間；一或多個發光二極體串聯在上述第二和第一電壓控制的電流限制器的第一端點之間；和一或多個發光二極體串聯在上述第三和第二電壓控制的電流限制器的第一端點之間。
12. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中上述的電流限制器係一電阻。
13. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中上述的開關控制器又包含：一漣波計數器接收上述第一和第二模式變化信號，並產生複數個計數器輸出；以及複數個開關驅動器接收上述複數個計數器輸出，並產生上述複數個切換控制信號；其中上述複數個計數器輸出係為二進位碼。
14. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中上述的開關控制器又包含：一漣波計數器接收上述第一和第二模式變化信號，並產生第一組複數個輸出；一記憶元件接收上述第一組複數個輸出，並將上述第一組複數個輸出轉換成第二組複數個輸出；以及複數個開關驅動器接收上述第二組複數個輸出，並產生上述複數個切換控制信號；其中上述第一組複數個輸出係為二進位碼，而第二組複數個輸出係為非 二進位碼。
15. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中上述切換電壓偵測器又包括一模式變化信號產生器，上述模式變化信號產生器包含：第一比較器有第一輸入端連接到上述第二電壓控制的電流限制器的第三端點，有第二輸入端連接到上述第一電壓控制的電流限制器的第三端點，並產生第一比較器輸出；第二比較器有第一輸入端連接到上述第二電壓控制的電流限制器的第三端點，有第二輸入端連接到上述第三電壓控制的電流限制器的第三端點，並產生第二比較器輸出；和一控制信號產生器接收上述第一和第二比較器輸出，並產生上述第一和第二模式變化信號；其中上述第一電壓控制的電流限制器的第一端點，連接到上述最領先的發光二極體段之正端，上述共同節點連接到上述電流限制器之第二端，而且上述模式變化信號產生器，產生一等待信號來控制上述壓差檢測器內的兩個繞接開關器，產生一檢測信號來控制上述壓差檢測器內的兩個偏壓電壓開關器。
16. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中上述的開關控制器又包含：一漣波計數器接收上述第一和第二模式變化信號，並產生複數個計數器輸出；以及複數個開關驅動器接收上述複數個計數器輸出，並產生上述複數個切換控制信號；其中上述複數個計數器輸出係為二進位碼。
17. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中上述的開關控制器又包含：一漣波計數器接收上述第一和第二模式變化信號，並產生第一組複數個輸出；一記憶元件接收上述第一組複數個輸出，並將上述第一組複數個輸出轉換成第二組複數個輸出；以及複數個開關驅動器接收上述第二組複數個輸出，並產生上述複數個切換 控制信號；其中上述第一組複數個輸出係為二進位碼，而第二組複數個輸出係為非二進位碼。
18. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中上述第一，第二和第三電壓控制的電流限制器是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體，PNP型雙極接面電晶體，或P型絕緣閘雙極電晶體。
19. 一種驅動複數個發光二極體之裝置，包括：一輸入電壓；複數個發光二極體，區分成串聯的複數個發光二極體段，其中每一發光二極體段有一正端，一負端，和一開關器並聯於該正端與該負端之間；一電流限制器，有第一端連接到上述輸入電壓，和有第二端；一切換電壓偵測器有第一端連接到上述電流限制器的第二端，有第二端連接到上述複數個發光二極體段中最領先的一發光二極體段之正端，並在上述輸入電壓上升時產生第一模式變化信號，以及在上述輸入電壓下降時產生第二模式變化信號；以及一開關控制器接收上述輸入電壓，上述第一和第二模式變化信號，並產生複數個切換控制信號，來各別控制上述複數個發光二極體段，其中上述切換電壓偵測器又包括一壓差檢測器，和一模式變化信號產生器，其中壓差檢測器包含：第一電壓控制的電流限制器，其中有第一端點連接到第一電流感應器的第一端，有第二端點經由第一偏壓電壓開關器連接到第一電壓源，有第三端點連接到一共同節點，和連接在該第二端點和該共同節點間的一繞接開關器，該第一電壓源係連接在上述輸入電壓和該第一偏壓電壓開關器之間；第二電壓控制的電流限制器，其中有第一端點連接到第二電流感應器的第一端，有第二端點連接到第二電壓源，有第三端點連接到上述共同節點，該第二電壓源係連接在上述輸入電壓和該第二電壓控制的電流限制器之第二端點之間；第三電壓控制的電流限制器，其中有第一端點連接到第三電流感應器的 第一端，有第二端點經由第三偏壓電壓開關器連接到第三電壓源，有第三端點連接到上述共同節點，和連接在該第三電壓控制的電流限制器的第二端點和上述共同節點間的一繞接開關器，該第三電壓源係連接在上述輸入電壓和該第三偏壓電壓開關器之間；第一差動放大器，有兩輸入端各別連接到上述第一電流感應器的第一端和第二端；第二差動放大器，有兩輸入端各別連接到上述第二電流感應器的第一端和第二端；第三差動放大器，有兩輸入端各別連接到上述第三電流感應器的第一端和第二端；一或多個發光二極體串聯在上述第一和第二電流感應器的第二端之間；和一或多個發光二極體串聯在上述第二和第三電流感應器的第二端之間；而且上述模式信號產生器包含：第一比較器有第一輸入端連接到上述第一差動放大器的輸出端，有第二輸入端連接到上述第二差動放大器的輸出端，並產生第一比較器輸出；第二比較器有第一輸入端連接到上述第三差動放大器的輸出端，有第二輸入端連接到上述第二差動放大器的輸出端，並產生第二比較器輸出；和一控制信號產生器接收上述第一和第二比較器輸出，並產生上述第一和第二模式變化信號；其中上述第一電流感應器的第二端，連接到上述最領先的發光二極體段之正端，上述共同節點連接到上述電流限制器之第二端，而且上述模式變化信號產生器，產生一等待信號來控制上述壓差檢測器內的兩個繞接開關器，產生一檢測信號來控制上述壓差檢測器內的兩個偏壓電壓開關器。
20. 如申請專利範圍第19項所述之裝置，其中上述第一，第二和第三電壓控制的電流限制器是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體，PNP型雙極接面電晶體，或P型絕緣閘雙極電晶體。