TWI531278B

TWI531278B - Ｌｅｄ調光電路及方法

Info

Publication number: TWI531278B
Application number: TW099118179A
Authority: TW
Inventors: 阮晨杰; 王欽輝; 藍鵬儒
Original assignee: 日隆電子股份有限公司
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2016-04-21
Also published as: TW201146081A

Description

LED調光電路及方法

本發明係有關一種調光(dimming)電路及方法，特別是關於一種發光二極體(LED)的調光電路及方法。

如圖1所示，習知的LED調光電路包括升壓積體電路(IC)10將電池電壓Vbat轉換為驅動電壓Vo給LED及功能IC 12，功能IC 12提供調光信號Dpwm切換與LED串聯的開關M以調節通過LED之電流Iled的平均值，達到明亮(bright)、微暗(dim)及閃爍(flashing)等調光控制。升壓IC 10及功能IC 12的電路及操作都是很成熟的技術，不再贅述。當功能IC 12切斷開關M而中斷電流Iled時，由於沒有接地路徑供釋放電容Cout的電荷，因此驅動電壓Vo將持續上升，一旦驅動電壓Vo大於臨界值，升壓IC 10便進入過電壓保護模式。其後，在功能IC 12打開(turn on)開關M時，儲存在電容Cout的電荷將湧入LED，因此LED承受很大的電壓直到驅動電壓Vo降回原來的準位，這可能導致LED的壽命縮短。雖然此電路讓功能IC 12在LED關閉時仍能繼續工作，但升壓IC 10及功能IC 12都要承受很高的電壓，又功能IC 12易受其電源的影響，故此電路在調光週期期間可能出錯。

圖2係另一習知的LED調光電路，其中功能IC 12的電源係由獨立的電池Vbat2供應，且提供的調光信號Dpwm係致能(enable)及禁能(disable)升壓IC 10以達到調光控制。在LED為亮的期間，功能IC 12致能升壓IC 10使其提供等於LED正常順向偏壓的驅動電壓Vo。在LED為暗的期間，功能IC 12禁能升壓IC 10，因此驅動電壓Vo不會上升導致升壓IC 12進入過電壓保護模式，整個系統比較安全，也不會造成LED的壽命縮短。然而，對大部分的功能IC 12而言，當電池電壓Vbat2低於0.9V時將無法工作，但電池電壓Vbat2低於0.9V時，升壓IC 10也許仍能正常操作，故此電路無法有效利用電池的能量。此外，假設在LED被點亮時，驅動電壓Vo為LED的正常順向偏壓，例如3.6V，在LED變暗時，驅動電壓Vo=Vbat1-VD，因此，當LED由亮變暗或由暗變亮時，其上的電壓將劇烈變化，若Vbat1=1.5V，而VD=0.7V，則LED上的電壓變化量約2.8V。隨著電池電壓Vbat1的下降，此電壓變化量會跟著上升，劇烈的電壓變化會使LED的壽命縮短。

因此，一種延長LED壽命的調光電路及方法，乃為所冀。

本發明的目的之一，在於提出一種LED調光電路及方法。

本發明的目的之一，在於提出一種避免LED遭受劇烈的電壓變化的調光電路及方法。

一種根據本發明的LED調光電路及方法，係根據功能IC提供的調光信號選擇第一電壓設定信號或第二電壓設定信號，進而決定供應給LED的輸出電壓為第一驅動電壓或第二驅動電壓。該輸出電壓亦供應給該功能IC，且不論是該第一驅動電壓或第二驅動電壓，其大小皆足以驅動該功能IC。

因為控制該第一及第二驅動電壓的大小，所以避免LED在由亮變暗或由暗變亮時遭受劇烈的電壓變化，因而延長該LED的壽命。

本發明的調光方法係朝向控制致能及禁能LED的驅動電壓，以避免LED在變亮及變暗時遭受劇烈的電壓變化，例如從接地電壓至順向偏壓。「禁能」一詞係指在人眼中LED不亮。以順向偏壓為3.6V、功率為3W的LED為例，當電壓為2.5V時，該LED的電流Iled完全截止，故可設定2.5V為使該LED變暗的驅動電壓，而3.6V為使該LED變亮的驅動電壓。此外，供給LED的驅動電壓亦可供給功能IC及其他電路。由於在LED變暗時，該驅動電壓仍有2.5V，因此功能IC及其他電路在LED變暗時仍可正常工作。

如圖3所示，根據本發明的LED調光電路包括功能IC 12提供調光信號Dpwm，電壓設定電路22提供兩電壓設定信號EA1及EA2，選擇器20根據調光信號Dpwm從電壓設定信號EA1及EA2選取其中之一給電源供應器24，電源供應器24根據選擇器20的輸出決定其輸出電壓為驅動電壓Vo1或Vo2供給LED及功能IC 12。不論是驅動電壓Vo1或Vo2，其大小皆足以驅動功能IC 12。當調光信號Dpwm為高準位時，選擇器20送出電壓設定信號EA1，因此電源供應器24的輸出電壓為致能LED的驅動電壓Vo1。當調光信號Dpwm為低準位時，選擇器20送出電壓設定信號EA2，因此電源供應器24的輸出電壓為禁能LED的驅動電壓Vo2。驅動電壓Vo2可藉提供給電壓設定電路22的電壓調整信號Sset來設定，電壓調整信號Sset可由外部或內部提供。電源供應器24可以是任何可供應電源的電路，例如降壓式電源供應器、升壓式電源供應器或線性電源供應器，而且電源供應器24也不一定是連接在LED的陽極，也可以連接在LED的陰極。

圖4係圖3中的選擇器20、電壓設定電路22及電源供應器24的實施例。在此實施例中，電源供應器24為非同步升壓式電源供應器，其包括脈寬調變(PWM)比較器28比較鋸齒波Sramp及來自選擇器20的信號產生脈寬調變信號Spwm，正反器26根據脈寬調變信號Spwm及時脈CLK切換電晶體M而產生驅動電壓Vo1或Vo2。電壓設定電路22包括誤差放大器30放大驅動電壓Vo1或Vo2與參考電壓Vref2之間的差值產生電壓設定信號EA2，其中參考電壓Vref2可以因應電壓調整信號Sset而調整，感測電阻Rfb與LED串聯以感測通過LED的電流Iled而產生回授信號Vfb，誤差放大器32放大回授信號Vfb及參考電壓Vref1之間的差值產生電壓設定信號EA1。選擇器20包括開關SW1，當調光信號Dpwm為高準位時，開關SW將電壓設定信號EA1傳送至PWM比較器28，使電源供應器24的輸出電壓為驅動電壓Vo1，進而讓電流Iled穩定在Vref1/Rfb；當調光信號Dpwm為低準位時，開關SW1將電壓設定信號EA2傳送至PWM比較器28，使電源供應器24的輸出電壓穩定在預設的低電壓Vo2=Vref2。

圖5係根據本發明的第二實施例，此LED調光電路與圖 3的電路同樣包括功能IC 12、選擇器20及電源供應器24，此外還包括電流箝制電路40及自動電壓偵測器42。此LED調光電路在啟動時，電流箝制電路40先使其進入短暫的第一階段，在第一階段期間，電流箝制電路40控制電源供應器24提供小電流給LED，例如低於100μA的小電流，同時令自動電壓偵測器42偵測及儲存此時LED的電壓以得到電壓設定信號Vp。在第一階段結束後，電流箝制電路40使LED調光電路進入正常操作的第二階段，在第二階段期間，自動電壓偵測器42不再偵測LED的電壓，而電源供應器24也停止供應該預設的小電流，由選擇器20根據調光信號Dpwm從電壓設定信號Vref及Vp之間選擇一個給電源供應器24，使電源供應器24的輸出電壓為驅動電壓Vo1或Vo2，供給LED及功能IC 12。不論是驅動電壓Vo1或Vo2，其大小皆足以驅動功能IC 12。

圖6係圖5中的選擇器20、電源供應器24及自動電壓偵測器42的實施例。在此實施例中，電源供應器24為線性電源供應器，其包括誤差放大器44、電晶體M、電流源Is、開關SW3及開關SW4。誤差放大器44根據其兩輸入之間的差值控制電晶體M以調節通過電晶體M的電流Io。開關SW3連接在電晶體M及LED之間，受控於來自電流箝制電路40的信號φ 2，開關SW4連接在電流源Is及LED之間，受控於來自電流箝制電路40的信號φ 1。自動電壓偵測器42包括由電容Cs及開關SW2組成的取樣及維持電路，開關SW2受控於信號φ 1。選擇器20包括開關SW1根據調光信號Dpwm將電壓設定信號Vp或Vref傳送給誤差放大器44。在第一階段期間，信號φ 1打開(turn on)開關SW2及SW4，信號φ 2關閉(turn off)開關SW3，由電流源Is供應約10μA的電流給LED，LED因而產生電壓Vp儲存到電容Cs。在第二階段期間，信號φ 1關閉開關SW2及SW4，信號φ 2打開開關SW3，因此停止電流源Is供應電流給LED，自動電壓偵測器42也停止對LED的電壓取樣，開關SW1根據調光信號Dpwm將電壓設定信號Vref或Vp傳送給誤差放大器44，誤差放大器44根據LED的電壓及電壓設定信號Vref或Vp之間的差值調節電流Io，因此電源供應器24的輸出電壓為驅動電壓Vo1或Vo2，供給LED。

10‧‧‧升壓積體電路

12‧‧‧功能積體電路

20‧‧‧選擇器

22‧‧‧電壓設定電路

24‧‧‧電源供應器

26‧‧‧正反器

28‧‧‧PWM比較器

30‧‧‧誤差放大器

32‧‧‧誤差放大器

40‧‧‧電流箝制電路

42‧‧‧自動電壓偵測器

44‧‧‧誤差放大器

圖1係習知的LED調光電路；圖2係另一習知的LED調光電路；圖3係本發明的第一實施例；圖4係圖3中的選擇器、電壓設定電路及電源供應器的實施例；圖5係本發明的第二實施例；以及圖6係圖5中的選擇器、電源供應器及自動電壓偵測器的實施例。

12．．．功能積體電路

20．．．選擇器

22．．．電壓設定電路

24．．．電源供應器

Claims

一種LED調光電路，根據功能IC提供的調光信號供應輸出電壓給LED，該調光電路包括：選擇器連接該功能IC，根據該調光信號從第一電壓設定信號及第二電壓設定信號選取一個輸出；以及電源供應器連接該功能IC及選擇器，根據該選擇器的輸出提供第一驅動電壓或第二驅動電壓作為該輸出電壓，並供應給該功能IC。
如請求項1之調光電路，更包括電壓設定電路連接該選擇器，提供該第一及第二電壓設定信號。
如請求項2之調光電路，其中該電壓設定電路包括：感測電阻感測該LED的電流產生回授信號；第一誤差放大器放大該回授信號及第一參考電壓之間的差值產生該第一電壓設定信號；以及第二誤差放大器放大該輸出電壓及第二參考電壓之間的差值產生該第二電壓設定信號。
如請求項3之調光電路，其中該第二參考電壓受控於電壓調整信號。
如請求項1之調光電路，其中該電源供應器在預設時間內提供預設電流給該LED。
如請求項5之調光電路，更包括：電壓源連接該選擇器，提供參考電壓作為該第一電壓設定信號；以及自動電壓偵測器連接該選擇器及電源供應器，在該預設時間內偵測及儲存該LED的電壓作為該第二電壓設定信號。
如請求項6之調光電路，其中該自動電壓偵測器包括：電容連接該選擇器，儲存及供應該第二電壓設定信號；以及開關連接在該LED及電容之間，在該預設時間內將該LED連接到該電容。
一種LED調光方法，根據功能IC提供的調光信號供應輸出電壓給LED，該調光方法包括：(A)提供第一電壓設定信號及第二電壓設定信號；(B)根據該調光信號從第一電壓設定信號及第二電壓設定信號選取一個；以及(C)根據步驟B的選擇提供第一驅動電壓或第二驅動電壓作為該輸出電壓，並供應給該功能IC。
如請求項8之調光方法，其中該步驟A包括：感測該LED的電流產生回授信號；放大該回授信號及第一參考電壓之間的差值產生該第一電壓設定信號；以及放大該輸出電壓及第二參考電壓之間的差值產生該第二電壓設定信號。
如請求項9之調光方法，更包括調整該第二參考電壓以改變該第二電壓設定信號。
如請求項8之調光方法，其中該步驟A包括：提供參考電壓作為該第一電壓設定信號；以及在預設時間內提供預設電流給該LED，並偵測及儲存該LED的電壓作為該第二電壓設定信號。