TWI531279B - 用於高流明維持及壽命終止適配之以知識為基礎之驅動器裝置 - Google Patents

用於高流明維持及壽命終止適配之以知識為基礎之驅動器裝置 Download PDF

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TWI531279B
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凱文 卡爾 佩尼
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Description

用於高流明維持及壽命終止適配之以知識為基礎之驅動器裝置
本發明所揭示實施例係關於用於維持恆定流明輸出及壽命終止(EOL)適配之固態光源驅動器及驅動器控制。
在用於照亮建築、道路之多種應用中、其他區域照明應用中以及多種標識及光學顯示應用中採用照明器件。通常藉由針對可根據調光等級及類似物之客戶適配而改變之經控制照明等級之需要來驅動此等應用。許多固態光源遭受流明輸出衰減(lumen output depreciation)，其中即使以恆定電流位準驅動，由器件提供的照明亦隨時間而減小。當光源接近其壽命終止時，此等器件亦遭受經降級之效能。用於解決此等問題之先前技術包含使用光電感測器以偵測器件之光輸出之直接光學回饋，其中封閉迴路控制修改驅動電流以嘗試維持一恆定流明輸出。然而，此種光學回饋系統增加了封裝大小及系統成本，且光學感測器之機械位置對提供精確光輸出量測同時避免離散光及其他附屬問題而言係關鍵。因此，仍需要用於維持恆定流明輸出及壽命終止(EOL)適配之經改良固態光源驅動器及驅動器控制。
本揭示內容提供用於供電給固態光源(諸如，發光二極體(LED)、有機LED(OLED)等等)之驅動器裝置。提供一種驅動器裝置，其包含一恆定電流源，該電流源具有用以接收輸入電力之一輸入端及用以將驅動電流提供至一或多個固態光源之一輸出端。該驅動器包含儲存固態光源隨時間之一每安培流明(L/A)效能特性及一每安培伏特(V/A)效能特性之一記憶體。此外，該驅動器裝置包含一控制器，該控制器自電源接收回饋並且將一電流設定點信號或值提供至該電源。在正常操作中，該控制器提供一操作電流設定點值或信號以使該電源在一對應輸出電流位準驅動光源。
該控制器係可以一測試模式進一步操作以實施正常模式操作電流設定點之以知識為基礎適配。在某些實施例中，該控制器經組態以週期性地進入該測試模式，且亦可基於一定事件進入該測試模式。在該測試模式中，該控制器將一測試模式電流設定點提供至電源以在一對應預定測試電流位準驅動光源並且自該電源接收一電壓回饋值。該控制器使用V/A效能特性自該電壓回饋判定光源之經估計降級，並且使用L/A效能特性基於該經估計之降級而更新電流設定點。以此方式，該控制器調適電源之恆定電流輸出以符合固態照明器件之流明輸出衰減老化特性，且因此可促進恆定流明操作而無需外部光學感測及回饋組件且無相關聯的成本及精確度問題。
在各種實施例中，將L/A效能特性及V/A效能特性儲存為查詢表，且控制器使用每安培伏特效能查詢表基於電壓回饋值而判定經估計之光源降級，並且使用每安培流明效能查詢表基於該經估計之降級而更新電流設定點值或信號。在一些實施例中，記憶體將該L/A效能特性及該V/A效能特性儲存為公式參數，且控制器使用V/A公式參數基於電壓回饋值而判定經估計之降級，並且使用L/A效能公式參數基於該經估計之降級而更新電流設定點。
此外，在各種實施例中，提供用於錯誤識別及特殊錯誤模式操作之驅動器裝置，其中在正常操作模式中，控制器自電源接收及存取一電壓回饋值，且若偵測到電壓回饋之一快速改變，則該控制器進入一錯誤模式。在該錯誤模式中，該控制器可(諸如)藉由短暫地過驅動光源來實施一矯正措施以嘗試清除所偵測的錯誤狀況，且若清除該錯誤，則可恢復正常模式操作。在該錯誤模式中，該控制器亦可(諸如)藉由使光源閃光來實施一通知措施以嘗試對一使用者通知該經偵測之錯誤狀況。
在一些實施例中，該控制器以測試模式進行操作以至少部分基於光源之經估計降級而偵測光源之一壽命終止(EOL)狀況，且若偵測到一EOL狀況，則可進入一EOL模式。在該EOL模式中，該控制器可(諸如)藉由過驅動光源來實施一EOL措施以修改光源之控制以嘗試提供光源之恆定流明操作，及/或該控制器可實施一EOL通知措施，諸如使電源讓光源閃光以嘗試對一使用者通知該經偵測之壽命終止狀況。
以下詳細描述及圖式中闡明一或多項例示性實施例。
現參考圖式，其中貫穿該等圖式，相同的參考符號係用以指相同的元件，且其中各種特徵不必按比例繪製，圖1繪示用於供電給一固態光源108之一驅動器裝置100，其包 含一恆定電流電源110、一控制器120及一記憶體130。該恆定電流電源110可為任何適當的電力轉換電路，其具有用於接收輸入電力之一輸入端104及可耦合至一或多個固態光源108之一輸出端106。雖然繪示為驅動一單一光源108，然可將該驅動器裝置100耦合至呈串聯或並聯組態之任意數目個固態光源108，其中電源輸出端106提供電輸出電流以驅動該(該等)光源108用於照明應用。控制器120經組態以將一或多個設定點提供至電源110，包含一電流設定點ISP(其可為由控制器120與電源110之任何適當互連提供之一或多個信號及/或一或多個值)。該電源110使用該(該等)所提供的設定點以操作該輸出端106以在一對應輸出電流位準驅動該(該等)光源108。此外，該電源110係一恆定電流器件，且可包含用以基於經接收之設定點ISP而將輸出電流控制於一恆定值之各種控制電路(諸如輸出電流及/或電壓感測器及封閉迴路調節器)。此外，該電源110將一或多個回饋值提供至控制器120，包含一電壓回饋信號或值VFB(其表示在光源108之操作期間，跨輸出終端106之電壓)。
亦參考圖2至圖4，記憶體130儲存用於控制器120之操作之程式指令及資料(包含固態光源108隨時間之一每安培流明(L/A)效能特性132以及固態光源108隨時間之一每安培伏特(V/A)效能特性134)。該記憶體130可經組態以依任何適當地形式儲存該特性132及該特性134以：允許控制器120至少部分基於來自電源110之一電壓回饋值VFB而自該 V/A效能特性134判定一經估計之器件降級；及允許控制器120使用該L/A效能特性132基於該經估計之降級而更新一操作電流設定點ISP，以實施光源108之恆定流明控制而無需光學回饋。如圖1之實例中所示，記憶體130可將一L/A效能特性132a及一V/A效能特性134a儲存為查詢表，在測試模式中，控制器120可對該查詢表編索引以使用V/A表134a基於該電壓回饋值VFB而判定光源108之經估計降級136。控制器120可視情況地將該經估計之降級136儲存於記憶體130中，且可使用每安培流明效能查詢表132a基於該經估計之降級136而更新該電流設定點ISP。該記憶體130分別可二者選其一或組合地儲存L/A效能特性132b及V/A效能特性134b之函數或公式參數。在此等實施方案中，控制器120使用該等V/A參數134b基於回饋VFB而判定經估計之降級136，且使用該等L/A參數132b基於該經估計之降級136而更新設定點ISP(諸如藉由求解對應等式、函數或公式(例如，曲線擬合多項式))。
圖2繪示展示一例示性固態光源108(例如，OLED)之一每安培流明(L/A)曲線152之一圖表150，該曲線152隨時間以大體上非線性之方式趨於降低，包含一旦器件已到達TEOL時之一壽命終止(EOL)狀況時之一陡峭降低。圖3中之一圖表160展示作為相同光源108之一時間函數之一每安培伏特(V/A)特性曲線162，該曲線162隨時間非線性地增加。在實務中，曲線152及曲線162兩者係在相同預定驅動電流ITEST下獲得，其中記憶體130有利地儲存測試電流值 ITEST，且其中儲存於該記憶體130中之效能特性132、134分別表示曲線152、162。注意，一特定驅動器裝置100可經組態具有一個以上光源108之特性132、134，且可組態以使用對應於當前正經驅動之光源108之特性132、134。此外，所儲存的特性132、134及對應測試電流值138可場組態以允許驅動器裝置100待經更新以連接至新類型器件108。
圖4繪示用於使用特性132、134之以知識為基礎之恆定流明控制之關於一給定類型的光源108之光源特性及驅動器裝置100之組態之一例示性程序200。該程序200包含：在210，在一預定電流位準ITEST下特性化光源108之每安培流明效能並且供應所得之特性132給該驅動器裝置100；及在220，亦在該測試電流ITEST下特性化每安培伏特效能並且供應V/A特性134給該驅動器裝置100。在212，在一施加電流ITEST下，(例如，藉由使用一經調節(恆定)電流ITEST驅動一光源108達超過預期壽命終止(例如，針對一給定類型之固態器件及經選擇之測試電流位準，其可為數千小時)之一時間並且使用一光電感測器或其他光學感測構件監測所產生的流明輸出)隨時間特性化器件L/A效能。特性化可同時包含監測V/A特性之跨器件108之對應電壓(例如，在以下描述之222)。特性化可充當一壽命測試操作之部分，且為了以加速方式獲得時間相關資料，其可包含各種時間效應加速技術，諸如升溫。
在214，自資料產生每安培流明效能曲線查詢表項(例如，圖1中之L/A LUT項132a)，及/或在214可使用任何適當的數字方法曲線擬合資料以導出用於一多項式、或其他可解等式、公式或函數之參數(例如，圖1中之L/A參數132b)。接著，在216，將LUT項132a及/或公式參數132b儲存於驅動器裝置100之記憶體130中。在222，在相同預定電流位準ITEST下，將光源108之V/A效能特性化為一時間函數(在212，此可經由同時量測器件電壓及流明輸出加以完成)。在224，將所得之每安培伏特資料處理成查詢表項及/或函數參數並且在226，將此等儲存(作為V/A特性134a、134b)。因此，經由關於一給定類型之固態光源類型108之程序200供應驅動器記憶體130。使用特性132、134，驅動器控制器120可操作以實施一光源108之恆定流明控制。
現參考圖1、圖5及圖6，控制器120(圖1)可為經由適當的可程式化邏輯、軟體/韌體等等組態之任何適當的硬體，其可操作以與記憶體130及電源110耦合以自該電源110接收回饋VFB並且將一電流設定點信號或值ISP提供至該電源110。如圖5及圖6中進一步繪示，控制器120可以多種模式(包含正常模式及測試模式)進行操作，且某些實施例提供如下描述之進一步錯誤模式及EOL模式。圖5中之流程圖240展示針對正常模式、測試模式及錯誤模式之控制器120之操作，且圖6之流程300繪示在驅動器裝置100中之測試模式及EOL模式期間之控制器操作之進一步細節。在圖5中之正常操作模式250中，在252，控制器120根據期望流明輸出(其繼而可自一使用者經由調光控制或其他流明設定點源獲得)將設定點ISP提供至電源110，以使該電源110在一對應輸出電流位準驅動固態光源108。
在所繪示的實施方案中，在252，該控制器120亦自該電源110接收及存取電壓回饋值VFB，且在254，判定是否已存在VFB之一快速改變。若存在(在254為是)，則在262，該控制器120進入一錯誤模式，並且實施下列一者或兩者：嘗試清除光源108之經偵測錯誤狀況之一矯正措施；及嘗試對一使用者通知該經偵測之錯誤狀況之一通知措施。錯誤模式260中之操作可包含在操作電流位準下連續或在一定時段期間繼續操作。作為一實例，在262，控制器120可藉由短暫地過驅動光源108(例如，重新啟動多帶OLED之一照明帶或片段)來實施一矯正錯誤模式措施，且若此清除該錯誤狀況(在264為是)，則控制器120將程序240返回至在252之正常模式。此外，在262之錯誤模式中，該控制器120可藉由使電源110讓光源108閃光(例如，藉由修改所提供的電流設定點值或信號ISP)來實施一通知措施以嘗試對一使用者通知該經偵測之錯誤狀況。
重新參考圖5中之254，若未偵測到錯誤(在254為否)，則在256，控制器120確定是否排程一更新測試，例如，其中該控制器120可操作以週期性地進入測試模式(例如，圖5及圖6中之300)。若否(在256為否)，則該控制器120繼續如上所述之在252之正常模式操作。否則(在256為是)，該控制器120進入在300處之該測試模式以在恢復正常模式之前判定一經更新之設定點ISP。
在圖6中進一步繪示該測試模式操作300，其中在310，該控制器120估計光源降級。在312，該控制器120提供一測試模式電流設定點值或信號ITEST，以使電源110在一對應預定測試電流位準(可儲存於圖1之記憶體130中之ITEST138)驅動固態光源108。注意，該測試電流位準係相同於在以上圖4之特性化程序200中用以特性化光源類型108之測試電流位準。在314，當電源110正以測試電流位準ITEST驅動固態光源108時，該控制器120自該電源110接收一電壓回饋值VFB；且在316，該控制器120使用V/A效能特性134基於該電壓回饋值VFB而判定光源108之一經估計之降級136。在一實例中，使用記憶體130中之一V/A查詢表134a，該控制器120對該V/A查詢表134a編索引以確定對應時間，其中該控制器120可採用內插或其他適當的技術以導出最對應於所量測電壓值之時間值，且接著將該時間值用作為圖6中之316處之該經估計之光源降級136。在另一實例中，使用記憶體130中之V/A參數134b，該控制器120使用參數134b及所接收的電壓回饋值VFB計算一多項式或其他函數以產生該經估計之降級136，接著，可將該經估計之降級136儲存於記憶體130中。
運用在310估計之光源降級，在320，該控制器120判定器件是否已到達壽命終止(以上圖2及圖3中之TEOL)。若未到達(在320為否)，則在330，該控制器使用L/A效能特性132(例如，使用一L/A查詢表132a之索引及內插或使用L/A參數132b之函數評估)基於該經估計之降級136而更新電流 設定點值ISP。在完成ISP更新之情況下，該控制器120返回至正常操作模式(圖5中之252)，其中經更新之電流設定點ISP將經估計之光源降級分解成提供至器件之電流量以調節光源108之實際流明輸出。
仍參考圖6，若該控制器120基於光源108之經估計降級136而偵測到該光源108之一壽命終止狀況(在320為是)，則在340，該控制器120進入一EOL模式並且實施一壽命終止措施以修改該光源108之控制及/或實施一壽命終止通知措施以嘗試對一使用者通知經偵測之壽命終止狀況。在一實例中，在340，該控制器120藉由過驅動該光源108而實施一EOL措施以嘗試提供該光源108之恆定流明操作。在340，該控制器120可以二者選其一或組合地方式藉由使電源110讓該光源108閃光來實施一EOL通知措施以嘗試對一使用者通知該經偵測之EOL狀況。
為關於光源降級之環境考量(例如，特性化隨溫度降低而增加之器件電壓、隨時間降低之器件電容、隨時間增加之器件阻抗及/或隨時間降低之器件電流雜訊)，可使用表或參數139補充L/A及V/A表及/或參數132、134，其中在某些實施例中，該控制器120在結合電壓量測LUT/參數134而確定經估計之器件降級時可考慮一或多個此種LUT/參數139。在此等實施例中，驅動器裝置100可具有溫度及/或老化資訊或可包含板上溫度感測組件(例如，熱電偶、RTD等等)及/或可經程式化或組態以估計或量測器件阻抗及/或電容，並且與此資訊相關以補充降級估計。例如，溫度係控制器120可經由所感測的電壓改變而偵測之一雜訊參數。
以上實例僅繪示本揭示內容之各種態樣之若干可能實施例，其中在閱讀及瞭解本說明書及附加圖式之後，熟習此項技術者將想起等效變更及/或修改。尤其關於藉由上述組件執行之各種功能(總成、器件、系統、電路及類似物)，用以描述此等組件之術語(包含對「構件」之引用)係旨在對應於(除非另有指示)任何組件(諸如硬體、軟體或其等之組合)，即使在結構上不等效於執行本揭示內容之所繪示實施方案中之功能之所揭示結構，該等組件執行所描述組件之特定功能(亦即，在功能上等效)。此外，儘管已僅關於若干實施方案之一者繪示及/或描述本揭示內容之一特定特徵，然如可期望及有利於任何給定或特定應用般，可將此特徵與其他實施方案之一或多個其他特徵組合。此外，除非另有指定，對單一組件或項之引用係旨在包含兩個或兩個以上此等組件或項。同樣，就在詳細描述及/或申請專利範圍中使用的術語「正包含」、「包含」、「正具有」、「具有」、「有」或其等之變體來說，此等術語係旨在以類似於術語「包括」之方式包含。本發明已參考較佳實施例進行描述。顯然，在閱讀及瞭解先前詳細描述之後，他人將想起修改及變更。希望將本發明理解為包含所有此等修改及變更。
100．．．驅動器裝置
104．．．電源之輸入端
106．．．電源之輸出端/輸出終端
108．．．光源
110．．．電源
120．．．控制器
130．．．記憶體
132．．．特性
132b．．．每安培流明(L/A)參數
134．．．特性
134b．．．每安培伏特(V/A)參數
136．．．經估計之降級
139．．．環境考量查詢表(LUT)及/或參數
162．．．特性曲線
200．．．程序
240．．．程序
250．．．正常操作模式
260．．．錯誤模式
圖1係繪示一種以知識為基礎的光驅動器裝置之一示意圖，該驅動器裝置具有：一記憶體，其儲存光源隨時間之每安培流明效能特性及每安培伏特效能特性；及一控制器，其根據使用回饋及效能特性估計之器件降級來調整驅動電流以在無外部光學回饋組件之情況下實施恆定流明控制；
圖2係展示一固態光源隨時間之一每安培流明效能特性之一圖表；
圖3係展示該固態光源隨時間之一每安培電壓效能特性之一圖表；
圖4係繪示用於圖1之驅動器中之以知識為基礎之恆定流明控制之光源特性及驅動器裝置組態之一流程圖；
圖5係繪示圖1之驅動器裝置中之針對正常、測試及錯誤模式之控制器操作之一流程圖；及
圖6係繪示在圖1之驅動器中之測試模式及壽命終止模式期間之控制器操作的進一步細節之一流程圖。
100．．．驅動器裝置
104．．．電源之輸入端
106．．．電源之輸出端/輸出終端
108．．．光源
110．．．電源
120．．．控制器
130．．．記憶體
132b．．．每安培流明(L/A)參數
134b．．．每安培伏特(V/A)參數
136．．．經估計之降級
139．．．環境考量查詢表(LUT)及/或參數

Claims (14)

  1. 一種用於供電給一固態光源之驅動器裝置，該驅動器裝置包括：一恆定電流電源，其具有用以接收輸入電力之一輸入端及可耦合至一固態光源之一輸出端，該輸出端可操作以提供電輸出電流以驅動該固態光源；一記憶體，其儲存該固態光源隨時間之一每安培流明效能特性以及該固態光源隨時間之一每安培伏特效能特性；及一控制器，其可操作以與該記憶體及該恆定電流電源耦合以自該恆定電流電源接收至少一回饋值並且將一電流設定點值或信號提供至該恆定電流電源；該控制器係可以一正常模式操作以提供一操作電流設定點值或信號以使該恆定電流電源在一對應輸出電流位準驅動該固態光源；及該控制器係可以一測試模式操作以：提供一測試模式電流設定點值或信號以使該恆定電流電源在一對應預定測試電流位準驅動該固態光源，在該恆定電流電源正以該測試電流位準驅動該固態光源時，自該恆定電流電源接收一第一電壓回饋值，使用該每安培伏特效能特性至少部分基於該第一電壓回饋值而判定該固態光源之一經估計之降級，及使用該每安培流明效能特性基於該經估計之降級而更新該電流設定點值或信號。
  2. 如請求項1之驅動器裝置，其中該控制器係可以該正常模式進一步操作以：自該恆定電流電源接收一第二電壓回饋值；偵測該第二電壓回饋值之快速改變；及若偵測到該第二電壓回饋值之一快速改變，則進入一錯誤模式，且其中該控制器可以該錯誤模式操作以實施下列至少一者：嘗試清除該固態光源之一經偵測之錯誤狀況之一矯正措施；及嘗試對一使用者通知該經偵測之錯誤狀況之一通知措施。
  3. 如請求項2之驅動器裝置，其中該控制器係可操作以：在該錯誤模式中藉由短暫地過驅動該固態光源來實施一矯正措施；及若清除該錯誤，則選擇性地恢復該正常模式操作。
  4. 如請求項2之驅動器裝置，其中該控制器係可操作以：在該錯誤模式中，藉由使該恆定電流電源讓該固態光源閃光來實施一通知措施以嘗試對一使用者通知該經偵測之錯誤狀況。
  5. 如請求項2之驅動器裝置，其中該記憶體將該固態光源隨時間之該每安培流明效能特性及該每安培伏特效能特性儲存為查詢表，且其中該控制器係可以該測試模式操作以：使用該每安培伏特效能查詢表基於該第一電壓回饋值而判定該固態光源之該經估計之降級；及使用該每安培流明效能查詢表基於該經估計之降級而更新該電流設定點值或信號。
  6. 如請求項2之驅動器裝置，其中該記憶體將該固態光源 隨時間之該每安培流明效能特性及該每安培伏特效能特性儲存為公式參數，且其中該控制器係可以該測試模式操作以：使用該等每安培伏特效能公式參數基於該第一電壓回饋值而判定該固態光源之該經估計之降級；及使用該等每安培流明效能公式參數基於該經估計之降級而更新該電流設定點值或信號。
  7. 如請求項1之驅動器裝置，其中該記憶體將該固態光源隨時間之該每安培流明效能特性及該每安培伏特效能特性儲存為查詢表，且其中該控制器係可以該測試模式操作以：使用該每安培伏特效能查詢表基於該第一電壓回饋值而判定該固態光源之該經估計之降級；及使用該每安培流明效能查詢表基於該經估計之降級而更新該電流設定點值或信號。
  8. 如請求項1之驅動器裝置，其中該記憶體將該固態光源隨時間之該每安培流明效能特性及該每安培伏特效能特性儲存為公式參數，且其中該控制器係可以該測試模式操作以：使用該等每安培伏特效能公式參數基於該第一電壓回饋值而判定該固態光源之該經估計之降級；及使用該等每安培流明效能公式參數基於該經估計之降級而更新該電流設定點值或信號。
  9. 如請求項1之驅動器裝置，其中該控制器係可操作以週期性地進入該測試模式。
  10. 如請求項1之驅動器裝置，其中該控制器係可以該測試模式操作以：至少部分基於該固態光源之該經估計之降 級來偵測該固態光源之一壽命終止狀況；及若偵測到該壽命終止狀況，則進入一壽命終止模式，且其中該控制器係可以該壽命終止模式操作以實施下列至少一者：修改該固態光源之控制之一壽命終止措施；及嘗試對一使用者通知該經偵測之壽命終止狀況之一壽命終止通知措施。
  11. 如請求項10之驅動器裝置，其中該控制器係可操作以在該壽命終止模式中藉由過驅動該固態光源來實施該壽命終止措施以嘗試提供該固態光源之恆定流明操作。
  12. 如請求項10之驅動器裝置，其中該控制器係可操作以藉由使該恆定電流電源讓該固態光源閃光來實施該壽命終止通知措施以嘗試對一使用者通知該經偵測之壽命終止狀況。
  13. 如請求項10之驅動器裝置，其中該控制器係可以該正常模式進一步操作以：自該恆定電流電源接收一第二電壓回饋值；偵測該第二電壓回饋值之快速改變；及若偵測到該第二電壓回饋值之一快速改變，則進入一錯誤模式，且其中該控制器可以該錯誤模式操作以實施下列至少一者：嘗試清除該固態光源之一經偵測之錯誤狀況之一矯正措施；及嘗試對一使用者通知該經偵測之錯誤狀況之一通知措施。
  14. 如請求項1之驅動器裝置，其中該記憶體儲存至少一環境效能特性，且其中該控制器係可以該測試模式操作以：判定該固態光源之至少一環境特性；及使用該環境 效能特性至少部分基於該環境特性而判定該固態光源之該經估計之降級。
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