TWI533746B - 調光控制器、光源驅動電路及調光控制方法 - Google Patents

調光控制器、光源驅動電路及調光控制方法 Download PDF

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TWI533746B
TWI533746B TW102121793A TW102121793A TWI533746B TW I533746 B TWI533746 B TW I533746B TW 102121793 A TW102121793 A TW 102121793A TW 102121793 A TW102121793 A TW 102121793A TW I533746 B TWI533746 B TW I533746B
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凹凸科技國際股份有限公司
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light emitting diodes [LED]
    • H05B45/10Controlling the intensity of the light

Description

調光控制器、光源驅動電路及調光控制方法
本發明係有關一種控制器,特別是一種調光控制器、光源驅動電路及調光控制方法。
近年來,發光二極體(LED)等光源經由在材料和製程技術之進步而隨之改良。LED具有高效率、長壽命、顏色鮮豔等特點,可以應汽車、電腦、電信、軍事和日用品等領域。比如,LED燈可以替代習知的白熾燈作為照明光源。
圖1所示為一種習知的LED驅動電路100的示意圖。LED驅動電路100利用LED鏈(LED string)106作為光源。LED鏈106包含一組串聯的LED。電力轉換器102將輸入的直流電壓Vin轉換成期望的直流輸出電壓Vout,以對LED鏈106供電。與電力轉換器102耦接的開關104能致能或除能給LED鏈106的輸入電壓Vin,以導通或關斷LED燈。電力轉換器102接收來自電流偵測電阻Rsen的回授信號並調節輸出電壓Vout以使LED鏈106產生期望的亮度。該習知方案的缺點之一是,該期望亮度是預先設定好的。在操作中,LED鏈106的亮度輸出被設定為一預設值,使用者無法調節。
圖2所示為另一種習知的LED驅動電路200的示意圖。電力轉換器102將輸入的直流電壓Vin轉換成期望的直流輸出電壓Vout,以對LED鏈106供電。與電力轉換器102耦接的開關104能致能或除能給LED鏈106的輸入電壓Vin,以導通或關斷LED燈。LED鏈106與線性LED電流調節器208耦接。線性LED電流調節器 208中的運算放大器210比較參考信號REF和來自電流偵測電阻Rsen的電流監測信號,並產生控制信號,以線性的模式調節電晶體Q1的阻抗。因此,流經LED鏈106的電流可據此調節。在此方案中,為控制LED鏈106的亮度輸出,使用者需要利用某專用裝置,例如一個專門設計之具有調節按鈕或是能接收遙控控制信號的開關,來調節參考信號REF。
本發明的目的為提供一種調光控制器,包括:一電壓控 制接腳,提供一驅動信號,控制與一第一發光元件連接的一控制開關,其中當該調光控制器工作在一第一模式時,該驅動信號控制該控制開關交替地工作在一第一狀態和一第二狀態,將流經該第一發光元件的一第一電流調節到一目標電流值;當該調光控制器工作在一第二模式時,該驅動信號控制該控制開關工作在該第二狀態以切斷該第一電流;以及一高壓接腳,耦接至該電壓控制接腳,透過一控制電路與一第二發光元件連接,當該調光控制器工作在該第二模式時,該高壓接腳導通流經該控制電路和該第二發光元件的一第二電流,以接通該第二發光元件。
本發明還提供一種光源驅動電路,控制包含一第一發光 元件和一第二發光元件之一光源的亮度,包括:一調光控制器,檢測一調光請求信號,並根據該調光請求信號選擇工作在一第一模式或一第二模式;一升-降壓轉換器,耦接該調光控制器,當該調光控制器工作在該第一模式時,接通該第一發光元件;以及一控制電路,耦接該調光控制器,當該調光控制器工作在該第二模式時,接通該第二發光元件,其中,當該調光控制器工作在該第一模式時,該調光控制器控制該控制電路斷開該第二發光元件,並調節流經該第一發光元件的一第一電流;當該調光控制器工作在該第二模式時,該調光控制器導通流經該控制電路和該第二發光元件的一第二電流,以接通該第二發光元件,並切斷該第一電流。
本發明還提供一種控制光源調光的方法,包括:接收指 示一電源開關的一導通狀態的一開關監測信號,該電源開關與一電源連接;根據該開關監測信號,選擇工作模式為一第一模式或一第二模式;當工作在該第一模式時,控制一控制開關交替地工作在一第一狀態和一第二狀態,從而將流經第一發光元件的一第一電流調節到一目標電流值,並切斷流經該第二發光元件的一第二電流;以及當工作在該第二模式時,導通流經該第二發光元件的該第二電流,切斷流經該第一發光元件的該第一電流。
100‧‧‧LED驅動電路
102‧‧‧電力轉換器
104‧‧‧開關
106‧‧‧LED鏈
200‧‧‧LED驅動電路
208‧‧‧線性LED電流調節器
210‧‧‧運算放大器
300‧‧‧光源驅動電路
304‧‧‧電力開關
306‧‧‧交流/直流(AC/DC)轉換器
308‧‧‧調光控制器
310‧‧‧電力轉換器
312‧‧‧LED鏈
314‧‧‧電流監測器
400‧‧‧光源驅動電路
502‧‧‧調光器
504‧‧‧脈衝信號產生器
506‧‧‧觸發監測單元
508‧‧‧啟動及欠電壓鎖定(UVL)電路
510‧‧‧運算放大器
512、514、515‧‧‧金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)
516、518‧‧‧比較器
520、522‧‧‧SR正反器
524‧‧‧及閘
526‧‧‧計數器
528‧‧‧數位類比(D/A)轉換器
530‧‧‧脈波寬度調變(PWM)信號產生器
532‧‧‧電流源
534‧‧‧比較器
536‧‧‧脈衝信號
538‧‧‧控制信號
540、541、542‧‧‧開關
602‧‧‧LED電流
900‧‧‧流程圖
902、904、906、908‧‧‧步驟
1000‧‧‧光源驅動電路
1008‧‧‧調光控制器
1102‧‧‧調光器
1104‧‧‧時脈產生器
1106‧‧‧觸發監測單元
1126‧‧‧計數器
1204‧‧‧負緣
1206‧‧‧正緣
1208‧‧‧負緣
1210‧‧‧正緣
1300‧‧‧流程圖
1302、1304、1306、1308、1310‧‧‧步驟
1400‧‧‧光源驅動電路
1408‧‧‧調光控制器
1450‧‧‧開關監測信號
1452‧‧‧開關控制信號
1454‧‧‧感應信號
1480‧‧‧元件
1502‧‧‧調光器
1504‧‧‧計數器
1506‧‧‧參考信號產生器
1508‧‧‧PWM信號產生器
1510‧‧‧致能信號
1800‧‧‧流程圖
1802、1804、1806、1808‧‧‧步驟
1900‧‧‧光源驅動電路
1908‧‧‧調光控制器
1952‧‧‧脈衝信號
1954‧‧‧控制信號
2002‧‧‧調光器
2004‧‧‧模式選擇模組
2006‧‧‧電流源
2008‧‧‧開關
2010‧‧‧驅動器
2012‧‧‧開關控制信號
2220‧‧‧方法流程圖
2202~2212‧‧‧步驟
2300‧‧‧光源驅動電路
2301‧‧‧控制電路
2304‧‧‧濾波器
2308‧‧‧調光控制器
2310‧‧‧電力轉換器
2311‧‧‧第二LED鏈
2312‧‧‧第一LED鏈
2314‧‧‧電流監測器
2352‧‧‧驅動信號
2401‧‧‧第一控制信號
2402‧‧‧調光器
2403‧‧‧重設信號產生器
2405‧‧‧誤差放大器
2406‧‧‧比較器
2407‧‧‧鋸齒波信號產生器
2408‧‧‧脈衝寬度調變信號產生器
2409‧‧‧第二控制信號
2410‧‧‧驅動器
2418‧‧‧啟動及低壓鎖定電路
2421‧‧‧計數器
2422‧‧‧模式選擇單元
2600‧‧‧方法流程圖
2604~2614‧‧‧步驟
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述,以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中:圖1所示為一種習知的LED驅動電路的電路圖;圖2所示為另一種習知的LED驅動電路的電路圖;圖3所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的例示性方塊圖;圖4所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的例示性電路圖;圖5所示為根據本發明一實施例圖4中的調光控制器的例示性架構圖;圖6所示為根據本發明一實施例類比調光模式下的例示性信號波形圖;圖7所示為根據本發明一實施例驟變調光模式下的例示性信號波形圖;圖8所示為根據本發明一實施例闡釋包含圖5所示之調光控制器的光源驅動電路之操作示意圖;圖9所示為根據本發明一實施例的對光源調節電力的方法流 程圖;圖10所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的例示性電路圖;圖11所示為根據本發明一實施例圖10中的調光控制器的例示性架構圖;圖12所示為根據本發明一實施例闡釋包含圖11所示之調光控制器的光源驅動電路之操作示意圖;圖13所示為根據本發明一實施例的對光源調節電力的方法流程圖。
圖14A所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路之電路圖。
圖14B所示圖14A中的電力開關之示意圖。
圖15所示為圖14A中的調光控制器的電路示意圖。
圖16所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的信號示意圖。
圖17所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的信號示意圖。
圖18所示為根據本發明一實施例控制LED光源的調光方法流程圖。
圖19所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路電路圖。
圖20所示為根據本發明一實施例的調光控制器的結構示意圖。
圖21所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的信號示意圖。
圖22所示為根據本發明一實施例的由調光控制器(執行的控制LED光源調光的方法流程圖。
圖23A所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的方塊示意圖。
圖23B所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的電路示意圖。
圖24所示為根據本發明實施例之示於圖23B中的調光控制器的結構示意圖。
圖25所示為根據本發明一實施例的包含圖24中所示的調光控制器的光源驅動電路的信號波形圖。
圖26所示為根據本發明一實施例的控制光源調光的方法流程圖。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述,但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地,本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
此外,在以下對本發明的詳細描述中,為了提供針對本發明的完全的理解,提供了大量的具體細節。然而,於本技術領域中具有通常知識者將理解,沒有這些具體細節,本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中,對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述,以便於凸顯本發明之主旨。
圖3所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路300的方塊圖。在一實施例中,光源驅動電路300包括把來自電源的交流輸入電壓Vin轉換為直流輸出電壓Vout的交流/直流(AC/DC)轉換器306,耦接於電源和交流/直流轉換器306之間選擇性將電源耦接至光源驅動電路300的電力開關304,與交流/直流轉換器306耦接為LED鏈312提供調節後電力的電力轉換器310,與電力轉換器310耦接接收表示電力開關304操作的開關監測信號、並根據開關監測信號調節來自電力轉換器310調節後電力的調光控制器308,以及監測流經LED鏈312的LED電流的電流監測器314。在一實施例中,電力 開關304是固接於牆上的導通/關斷(on/off)開關。
在操作中,交流/直流轉換器306將輸入交流電壓Vin轉換為直流輸出電壓Vout。電力轉換器310接收直流電壓Vout並為LED鏈312提供調節後的電力。電流監測器314產生電流監測信號,其表示流經LED鏈312的LED電流位準。調光控制器308監測電力開關304的操作,接收來自電流監測器314的電流監測信號,並回應電力開關304的操作控制電力轉換器310以調節LED鏈312的電力。在一實施例中,調光控制器308操作於類比(analog)調光模式,透過調節一個表示LED電流峰值的參考信號來調節LED鏈312的電力。在另一實施例中,調光控制器308工作於驟變(burst)調光模式,透過調節一脈波寬度調變(PWM)信號的工作週期來調節LED鏈312的電力。透過調節LED鏈312的電力,LED鏈312的亮度輸出能夠相應地被調節。
圖4所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路400的電路圖。圖4將結合圖3進行描述。圖4中與圖3編號相同的元件具有類似功能,為簡明起見在此不重複描述。
光源驅動電路400包括電力轉換器310(如圖3所示),其耦接至電源和LED鏈312,接收來自電源的電力並為LED鏈312提供調節後電力。在圖4的實例中,電力轉換器310可為包括電感L1、二極體D4和控制開關Q16的降壓(buck)轉換器。在圖4中所示的實施例中,控制開關Q16位於調光控制器308之外。在其他的實施例中,控制開關Q16可以整合於調光控制器308之中。
調光控制器308接收表示電力開關(例如耦接於電源和光源驅動電路之間的電力開關304)的操作的開關監測信號,並根據該開關監測信號控制與LED鏈312串聯耦接的控制開關Q16,以調節來自電力轉換器310(包括電感L1、二極體D4和控制開關Q16)的調節後的電力。光源驅動電路400進一步包括交流/直流轉換器306,將交流輸入電壓Vin轉換成直流輸出電壓Vout,以及電流監測器314,監測流經LED鏈312的LED電流。在圖4所示的實例中, 交流/直流轉換器306可為包括二極體D1、D2、D7、D8、D10和電容C9的橋式整流器。電流監測器314可包括電流偵測電阻R5。
在一實施例中,調光控制器308的端點包括:HV_GATE、SEL、CLK、RT、VDD、CTRL、MON和GND。端點HV_GATE經由電阻R3與開關Q27耦接,控制與LED鏈312耦接的開關Q27的導通狀態(如導通/關斷的狀態)。電容C11耦接於端點HV_GATE和地之間,調節開關Q27的閘極電壓。
使用者可以選擇藉由把端點SEL經由電阻R4連接到地(如圖4所示)或者把端點SEL直接連接到地,而選擇一調光模式,例如類比調光模式或驟變調光模式。
端點CLK經由電阻R3耦接至交流/直流轉換器306,且經由電阻R6耦接到地。端點CLK接收一個表示電力開關304操作的開關監測信號。在一實施例中,開關監測信號在電阻R3和電阻R6之間的一個共同節點(common node)上產生。電容C12與電阻R6並聯耦接,過濾不期望的雜訊。端點RT經由電阻R7與地耦接,確定由調光控制器308產生的脈衝信號的頻率。
端點VDD經由二極體D9與開關Q27耦接,為調光控制器308供電。在一實施例中,一個能量單元(如電容C10)耦接於端點VDD和地之間,當電力開關304關斷時為調光控制器308供電。在另一實施例中,能量單元整合於調光控制器308內部。端點GND與地耦接。
端點CTRL與控制開關Q16耦接。控制開關Q16與LED鏈312以及開關Q27串聯耦接,並經由電流監測電阻R5耦接到地。調光控制器308使用經由端點CTRL的控制信號控制控制開關Q16的導通狀態(如導通與斷開狀態),以調節來自電力轉換器310的調節後電力。端點MON與電流監測電阻R5耦接,接收表示流經LED鏈312的LED電流的電流監測信號。當開關Q27導通時,調光控制器308藉由控制控制開關Q16來調節流經LED鏈312的LED電流。
在操作中,當電力開關304導通時,交流/直流轉換器 306將輸入交流電壓Vin轉換為直流輸出電壓Vout。端點HV_GATE上的預設電壓經由電阻R3施加於開關Q27上,以導通開關Q27。
如果調光控制器308導通控制開關Q16,直流電壓Vout會對LED鏈312供電並對電感L1充電。LED電流流經電感L1、LED鏈312、開關Q27、控制開關Q16以及電阻R5到地。如果調光控制器308關斷控制開關Q16,則LED電流流經電感L1、LED鏈312和二極體D4。電感L1放電以對LED鏈312供電。因此,調光控制器308可以藉由控制控制開關Q16而調節來自電力轉換器310的調節後電力。
當電力開關304關斷,電容C10放電以對調光控制器308供電。電阻R6兩端的電壓下降到0,因此一個指示電力開關304關斷操作的開關監測信號可經由端點CLK被調光控制器308監測到。類似的,當電力開關304導通,電阻R6兩端的電壓升至一預設電壓值,因此一個指示電力開關304導通操作的開關監測信號可經由端點CLK被調光控制器308監測到。如果監測到關斷操作,調光控制器308可以藉由把端點HV_GATE上的電壓下拉到0以關斷開關Q27,進而使得LED鏈31在電感L1完成放電後被斷電。回應關斷操作,調光控制器308調節一個指示LED鏈312的期望亮度輸出的參考信號。因此,當電力開關304下次導通時,LED鏈312能夠根據調節後的期望亮度輸出產生亮度輸出。換言之,LED鏈312的亮度輸出能夠由調光控制器308回應電力開關304的關斷操作而被調節。
圖5所示為根據本發明一實施例圖4中的調光控制器308的例示性架構圖。圖5將結合圖4進行描述。圖5中與圖4編號相同的元件具有類似的功能,為簡明起見在此不重複描述。
調光控制器308包含觸發監測單元506、調光器502和脈衝信號產生器504。觸發監測單元506經由齊納二極體ZD1連接到地。觸發監測單元506經由端點CLK接收指示外部電力開關304的操作的開關監測信號,且當外部電力開關304的操作在端點CLK被監測到時,產生驅動信號以驅動計數器526。觸發監測單元506還進 一步控制開關Q27的導通狀態。調光器502產生參考信號REF,以類比調光的模式調節LED鏈312的電力,或產生控制信號538,調節脈波寬度調變信號PWM1的工作週期以調節LED鏈312的電力。脈衝信號產生器504產生脈衝信號,其可導通控制開關Q16。調光控制器308還包括與端點VDD耦接的啟動及欠電壓鎖定(Under Voltage Lockout,UVL)電路508,根據不同的電力狀況選擇性地導通調光控制器308內部的一個或多個元件。
在一實施例中,當端點VDD上的電壓高於第一預設電壓,則啟動及欠電壓鎖定電路508將導通調光控制器308中所有的元件。當電力開關304關斷,如果端點VDD上的電壓低於第二預設電壓,啟動及欠電壓鎖定電路508將關閉調光控制器308中除了觸發監測單元506和調光器502以外的其他元件以節省能量。當端點VDD上的電壓低於第三預設電壓,啟動及欠電壓鎖定電路508將進一步關閉觸發監測單元506和調光器502。在一實施例中,第一預設電壓高於第二預設電壓,第二預設電壓高於第三預設電壓。因為調光控制器308能夠經過端點VDD由電容C10供電,所以即使電力開關304關斷後,觸發監測單元506和調光器502還可以工作一段時間。
在調光控制器308中,端點SEL與電流源532耦接。使用者可以藉由配置端點SEL(例如把端點SEL直接與地耦接,或是將端點SEL經由一個電阻與地耦接)來選擇調光模式。在一實施例中,調光模式透過測量端點SEL上的電壓來決定。如果端點SEL直接與地耦接,則端點SEL上的電壓近似於0。一控制電路(圖中未示出)可以導通開關540,關斷開關541和542。因此,調光控制器308可以工作於類比調光模式,並且藉由調節參考信號REF來調節LED鏈312的電力。在一實施例中,如果端點SEL經由具有一個預設阻值的電阻R4耦接到地(如圖4中所示),則端點SEL上的電壓大於0。該控制電路依序關斷開關540、導通開關541和導通開關542。因此,調光控制器308工作於驟變調光模式,並藉由調節脈波寬度調變信號PWM1的工作週期來調節LED鏈312的電力。換言之,經由控制開 關540、541、542的導通狀態,可以選擇不同的調光模式。而開關540、541、542的導通狀態由端點SEL上的電壓決定。
脈衝信號產生器504經由端點RT以及電阻R7耦接到地,產生導通開關Q16的脈衝信號536。脈衝信號產生器504可以有不同的配置,並不限於圖5中所示的配置。
在脈衝信號產生器504中,運算放大器510的非反相輸入端接收預設電壓V1。因此運算放大器510的反相輸入端電壓也為V1。電流IRT透過端點RT和電阻R7流到地。流經金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)514和MOSFET 515的電流I1與電流IRT相等。由於MOSFET 514和MOSFET 512構成電流鏡,因此流經MOSFET 512的電流I2也與電流IRT相等。比較器516的輸出和比較器518的輸出分別與SR正反器520的S輸入端和R輸入端耦接。比較器516的反相輸入端接收預設電壓V2。比較器518的非反相輸入端接收預設電壓V3。在一實施例中,V2大於V3且V3大於0。電容C4耦接於MOSFET 512和地之間,且有一端與比較器516非反相輸入端和比較器518反相輸入端輸入之間的共同節點耦接。SR正反器520的Q輸出端與開關Q15及SR正反器522的S輸入端耦接。開關Q15與電容C4並聯。開關Q15的導通狀態(例如:導通/關斷)由SR正反器520的Q輸出端決定。
電容C4兩端的初始電壓近似為0,小於V3。因此SR正反器520的R輸入端接收比較器518輸出的數位信號1。SR正反器520的Q輸出端被設置為數位信號0,其關斷開關Q15。當開關Q15關斷,隨著電容C4由電流I2充電,電容C4兩端的電壓升高。當電容C4兩端電壓大於V2,SR正反器520的S輸入端接收比較器516輸出的數位信號1。SR正反器520的Q輸出端被設置為數位信號1,其導通開關Q15。當開關Q15導通,隨著電容C4經由開關Q15放電,電容C4兩端的電壓降低。當電容C4兩端的電壓下降到低於V3,比較器518輸出數位信號1,且SR正反器520的Q輸出端被設置為數位信號0,其關斷開關Q15。接著電容C4又由電流I2充電。 如此,經由上述過程,脈衝信號產生器504產生脈衝信號536,其包括在SR正反器520的Q輸出端上一系列的脈衝。脈衝信號536被傳送至SR正反器522的S輸入端。
觸發監測單元506透過端點CLK監測電力開關304的操作,且當電力開關304的操作在端點CLK被監測到,產生一個驅動信號以驅動計數器526。在一實施例中,當電力開關304被導通,端點CLK上的電壓上升至等於電阻R6(圖4所示)兩端電壓的位準。當電力開關304被關斷,端點CLK上的電壓下降到0。因此,指示電力開關304操作的開關監測信號可以在端點CLK被監測到。在一實施例中,當一個關斷操作在端點CLK被監測到時,觸發監測單元506產生驅動信號。
觸發監測單元506還透過端點HV_GATE控制開關Q27的導通狀態。當電力開關304被導通,齊納二極體ZD1兩端的崩潰電壓經由電阻R3施加至開關Q27。因此,導通開關Q27。觸發監測單元506可以藉由將端點HV_GATE的電壓下拉到0而關斷開關Q27。在一實施例中,當端點CLK上監測到電力開關304的關斷操作,觸發監測單元506就關斷開關Q27,且當端點CLK上監測到電力開關304的導通操作,觸發監測單元506就導通開關Q27。
在一實施例中,調光器502包含與觸發監測單元506耦接、對電力開關304的操作進行計數的計數器526,及與計數器526耦接的數位類比(D/A)轉換器528。調光器502還包括與數位類比轉換器528耦接的脈波寬度調變(PWM)信號產生器530。計數器526由觸發監測單元506產生的驅動信號所驅動。具體來講,在一實施例中,當電力開關304關斷,觸發監測單元506在端點CLK上監測到一個負緣(negative edge),並產生一個驅動信號。計數器526的計數值回應該驅動信號被增加(比如加1)。數位類比轉換器528從計數器526中讀取計數值,並根據計數值產生調光信號(例如控制信號538或參考信號REF)。調光信號可以用來調節電力轉換器310的目標電力值,因而調節LED鏈312的亮度輸出。
在驟變調光模式下,開關540關斷,開關541和542導通。比較器534的反相輸入端接收參考信號REF1,其為具有預設實質恆定電壓的直流信號。REF1的電壓決定了LED電流峰值,因此也決定了LED鏈312的最大亮度輸出。調光信號可以是施加於脈波寬度調變信號產生器530上的控制信號538,以調節脈波寬度調變信號PWM1的工作週期。透過調節PWM1的工作週期,LED鏈312的亮度可調節為不大於由REF1所決定的最大亮度。比如,如果PWM1的工作週期為100%,則LED鏈312具有最大亮度輸出。如果PWM1的工作週期小於100%,則LED鏈312的亮度輸出低於最大亮度輸出。
在類比調光模式下,開關540導通,開關541和542關斷。調光信號可為具有可調節的電壓的類比參考信號REF。數位類比轉換器528根據計數器526的計數值調節REF的電壓。REF的電壓決定了LED電流峰值,因此也決定了LED電流的平均值。因此,透過調節REF,LED鏈312的亮度輸出可以得到調節。
在一實施例中,數位類比轉換器528降低REF的電壓以回應計數值的增加。比如,如果計數值為0,則數位類比轉換器528調節REF的電壓為V4。如果當觸發監測單元506在端點CLK監測到電力開關304的關斷操作,計數值增加到1,則數位類比轉換器528調節REF的電壓為V5,且V5小於V4。在另一實施例中,數位類比轉換器528增加REF的電壓以回應計數值的增加。
在一實施例中,當計數器526達到其最大計數值後,計數值被重置為0。例如,如果計數器526是一個2位元計數器,計數值將從0開始依次增加到1、2、3,然後在第四個關斷操作被監測到後回到0。據此,LED鏈312的亮度輸出從第一位準被依次調節到第二位準、第三位準、第四位準,然後又回到第一位準。
比較器534的反相輸入端可以選擇性地接收參考信號REF和參考信號REF1。例如,在類比調光模式下,比較器534的反相輸入端經由開關540接收參考信號REF,而在驟變調光模式下,比較器534的反相輸入端經由開關541接收參考信號REF1。比較器534 的非反相輸入端經由端點MON與電阻R5耦接,以接收來自電流監測電阻R5的電流監測信號SEN。電流監測信號SEN的電壓可表示當開關Q27和Q16導通時流經LED鏈312的LED電流。
比較器534的輸出端與SR正反器522的R輸入端耦接。SR正反器522的Q輸出端和AND閘524耦接。脈波寬度調變信號產生器530產生的脈波寬度調變信號PWM1施加至AND閘524。AND閘524輸出控制信號,經由端點CTRL控制控制Q16。
如果選擇了類比調光模式,開關540導通,開關541和542關斷。開關Q16由SR正反器522控制。在操作中,當電力開關304導通,齊納二極體ZD1兩端的崩潰電壓使得開關Q27導通。回應脈衝信號產生器504產生的脈衝信號536,SR正反器522在Q輸出端產生數位信號1以導通控制開關Q16。LED電流流經電感L1、LED鏈312、開關Q27、控制開關Q16、電流監測電阻R5到地。因為電感L1阻止LED電流的突變(sudden change),LED電流會逐漸增大。因此,電流監測電阻R5兩端的電壓(即電流監測信號SEN的電壓)會隨之增大。當SEN的電壓大於參考信號REF的電壓,比較器534產生數位信號1到SR正反器522的R輸入端,以使SR正反器522產生數位信號0而關斷控制開關Q16。控制開關Q16關斷後,電感L1放電以對LED鏈312供電。流經電感L1、LED鏈312和二極體D4的LED電流逐漸減小。當SR正反器522在S輸入端再度接收到一個脈衝時,控制開關Q16導通,LED電流再度經由電流監測電阻R5流到地。當電流監測信號SEN的電壓大於參考信號REF的電壓,控制開關Q16被SR正反器522關斷。如上述該,參考信號REF決定了流經LED電流的峰值,也決定了LED鏈312的亮度輸出。藉由調節REF,LED鏈312的亮度輸出得以調節。
在類比調光模式下,如果電力開關304被關斷,電容C10(圖4所示)放電以對調光控制器308供電。當觸發監測單元506在端點CLK監測到電力開關304的關斷操作時,計數器526的計數值加1。回應電力開關304的關斷操作,觸發監測單元506關斷開關 Q27。回應計數值的改變,數位類比轉換器528把參考信號REF的電壓從第一位準調節到第二位準。因此,當電力開關304導通時,LED鏈312的亮度輸出可根據參考信號REF的調節而調節。
如果選擇驟變調光模式,開關540關斷,開關541和524導通。比較器534的反相輸入端接收具有預設電壓的參考信號REF1。控制開關Q16由SR正反器522和脈波寬度調變信號PWM1二者經由AND閘524控制。參考信號REF1決定了LED電流的峰值電流,也決定了LED鏈312的最大亮度輸出。脈波寬度調變信號PWM1的工作週期決定了控制開關Q16的導通/關斷時間。脈波寬度調變信號PWM1為邏輯1時,控制開關Q16的導通狀態由SR正反器522的Q輸出端決定。當脈波寬度調變信號PWM1為邏輯0時,控制開關Q16關斷。藉由調節脈波寬度調變信號PWM1的工作週期,可以據此調節LED鏈312的電力。所以,參考信號REF1和脈波寬度調變信號PWM1之結合決定LED鏈312的亮度輸出。
在驟變調光模式下,當電力開關304關斷,該關斷操作在端點CLK被觸發監測單元506監測到。觸發監測單元506關斷Q27並產生驅動信號。回應驅動信號,計數器526的計數值增加(比如加1)。數位類比轉換器528產生控制信號538,使得脈波寬度調變信號PWM1的工作週期從第一位準調節為第二位準。因此,當電力開關304下次導通時,LED鏈312的亮度輸出將根據由參考信號REF1和脈波寬度調變信號PWM1所決定的目標亮度輸出進行調節。
圖6所示為類比調光模式下的例示性信號波形圖,其中包括流經LED鏈312的LED電流602、脈衝信號536、表示SR正反器522輸出的V522、表示AND閘524輸出的V524以及開關Q16的導通/關斷狀態。圖6將結合圖4和圖5進行描述。
在操作中,脈衝信號產生器504產生脈衝信號536。回應脈衝信號536的每一個,SR正反器522在Q輸出端產生數位信號1。而在SR正反器522的Q輸出端上的數位信號1會使得控制開關Q16導通。當控制開關Q16導通,電感L1電流斜波上升(ramp up), LED電流602增大。當LED電流602達到峰值Imax,亦即電流監測信號SEN的電壓與參考信號REF的電壓實質相等時,比較器534產生數位信號1至SR正反器522的R輸入端,使得SR正反器522在Q輸出端產生數位信號0。當SR正反器522的Q輸出端上為數位信號0,控制開關Q16關斷。當控制開關Q16關斷,電感L1放電為LED鏈312供電,且LED電流602減小。在類比調光模式下,藉由調節參考信號REF,LED平均電流可據此調節,因此LED鏈312的亮度輸出得以調節。
圖7所示為驟變調光模式下的例示性信號波形圖,其中包括流經LED鏈312的電流602、脈衝信號536、表示SR正反器522輸出的V522、表示AND閘524輸出的V524、控制開關Q16的導通/關斷狀態以及脈波寬度調變信號PWM1。圖7將結合圖4和圖5進行描述。
當PWM1為數位信號1時,LED電流602、脈衝信號536、V522、V524和控制開關Q16的導通/關斷狀態之間的相互關係與圖6相似。當PWM1為數位信號0時,AND閘524的輸出變為數位信號0。因此,開關Q16關斷而LED電流602減小。如果PWM1保持數位信號0的狀態足夠久,LED電流602會減小到0。在此驟變調光模式下,藉由調節PWM1的工作週期,LED平均電流可據此調節,因此LED鏈312的亮度輸出也得以調節。
圖8所示為根據本發明一實施例闡釋光源驅動電路之操作示意圖。圖8將結合圖5進行描述。
在圖8所示的實例裡,每當觸發監測單元506監測到電力開關304的關斷操作,計數器526的計數值就會加1。計數器526是一個2位元計數器,最大計數值為3。
在類比調光模式下,數位類比轉換器528從計數器526中讀取計數值,並回應計數值的增加而降低參考信號REF的電壓。參考信號REF的電壓決定了LED電流的峰值Imax,也決定了LED平均電流值。在驟變調光模式下,數位類比轉換器528從計數器526中 讀取計數值,並回應計數值的增加而降低脈波寬度調變信號PWM1的工作週期(比如每次調低25%)。計數器526在達到最大計數值(如3)後被重置。
圖9所示為根據本發明一實施例的對光源調節電力的方法流程圖。圖9將結合圖4和圖5進行描述。
在步驟902中,電力轉換器(如電力轉換器310)提供的調節後的電力對光源(如LED鏈312)進行供電。在步驟904中,接收開關監測信號(比如由調光控制器308接收)。該開關監測信號指示耦接於電源和電力轉換器之間的電力開關(如電力開關304)的操作。在步驟906中,根據開關監測信號產生調光信號。在步驟908中,根據該調光信號控制與光源串聯耦接的開關(如控制開關Q16),以調節來自電力轉換器的調節後電力。在一實施例中,在類比調光模式中,藉由比較調光信號和表示光源的光源電流大小的回授電流監測信號來調節來自電力轉換器的的調節後電力。在另一實施例中,在驟變調光模式中,藉由以該調光信號控制一個脈波寬度調變信號的工作週期來調節來自電力轉換器的的調節後電力。
據此,根據本發明的實施例提供了一種光源驅動電路,其可根據指示電力開關(如固定在牆上的電力開關)操作的開關監測信號來調節光源的電力。該光源的電力由電力轉換器提供,並由調光控制器經由控制與光源串聯耦接的開關來進行調節。有利之處在於,如先前所述,使用者可以透過對普通電力開關的操作(如關斷操作)來調節光源的亮度輸出。因此,無須使用額外的裝置(如外接調光器或專門設計的具有調光按鈕的開關),因此降低成本。
圖10所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路1000的電路圖。圖10將結合圖3進行描述。圖10中與圖3及圖4編號相同的元件具有類似的功能。
光源驅動電路1000包括與電源和LED鏈312耦接的電力轉換器310,接收來自電源的電力並為LED鏈312提供調節後的電力。調光控制器1008藉由監測端點CLK上的電壓來監測耦接於電源 和光源驅動電路1000之間的電力開關304的操作。調光控制器1008接收指示電力開關304的第一複數個操作之調光請求信號和指示電力開關304的第二複數個操作之調光終止信號。調光控制器1008經由端點CLK接收調光請求信號和調光終止信號。如果接收到調光請求信號,調光控制器1008還可連續調節來自電力轉換器310的調節後電力,且如果接收到調光終止信號,停止調節來自電力轉換器310的調節後電力。換言之,一旦監測到電力開關304的第一複數個操作,調光控制器1008連續調節來自電力轉換器310的調節後電力,直到監測到電力開關304的第二複數個操作。在一實施例中,調光控制器1008藉由控制與LED鏈312串聯耦接的控制開關Q16來調節來自電力轉換器310的調節後電力。
圖11所示為根據本發明一實施例圖10中的調光控制器1008的例示性架構圖。圖11將結合圖10進行描述。圖11中與圖4、圖5及圖10編號相同的元件具有類似的功能。
在圖11的實例中,調光控制器1008的架構與圖5中調光控制器308的架構類似。不同之處在於調光器1102和觸發監測單元1106。在圖11中,觸發監測單元1106經由端點CLK接收調光請求信號和調光終止信號,並產生信號EN來致能或除能時鐘產生器1104。觸發監測單元1106還控制與LED鏈312耦接的開關Q27的導通狀態。
在類比調光模式下,調光器1102產生參考信號REF來調節LED鏈312的電力,或在驟變調光模式下,調光器1102產生控制信號538來調節脈波寬度調變信號PWM1的工作週期,以調節LED鏈312的電力。在圖11的實例中,調光器1102包括與觸發監測單元1106耦接的產生時鐘信號的時鐘產生器1104、由時鐘信號驅動的計數器1126,以及與計數器1126耦接的數位類比(D/A)轉換器528。調光器1102還進一步包括與數位類比(D/A)轉換器528耦接的脈波寬度調變(PWM)信號產生器530。
在操作中,當電力開關304導通或關斷,觸發監測單元 1106能夠在端點CLK分別監測到電壓正緣或負緣。比如,當電力開關304關斷,電容C10放電為調光控制器1108供電。電阻R6兩端的電壓下降到0。因此,觸發監測單元1106可以在端點CLK上監測到一個電壓負緣。類似的,當電力開關304導通,電阻R6兩端的電壓上升至一個預設的電壓。因此,觸發監測單元1106可以在端點CLK上監測到一個電壓正緣。如前所述,藉由監測端點CLK上的電壓,觸發監測單元1106可以監測到電力開關304的操作,如導通操作或關斷操作。
在一實施例中,當電力開關304的第一複數個操作被監測到時,觸發監測單元1106經由端點CLK接收到調光請求信號。當電力開關304的第二複數個操作被監測到時,觸發監測單元1106經由端點CLK接收到調光終止信號。在一實施例中,電力開關304的第一複數個操作包括第一關斷操作和其後的第一導通操作。在一實施例中,電力開關304的第二複數個操作包括第二關斷操作和其後的第二導通操作。
如果觸發監測單元1106接收到調光請求信號,調光控制器1108開始連續調節來自電力轉換器310的調節後電力。在類比調光模式下,調光控制器1108調節參考信號REF的電壓以調節來自電力轉換器310的調節後電力。在驟變調光模式下,調光控制器1108調節脈波寬度調變信號PWM1的工作週期以調節來自電力轉換器310的調節後電力。
如果觸發監測單元1106接收到調光終止信號,調光控制器1108停止調節來自電力轉換器310的調節後電力。
圖12所示為根據本發明一實施例的包括圖11中的調光控制器1108之光源驅動電路的操作示意圖。圖12將結合圖10以及圖11進行描述。
假設初始時刻電力開關304關斷。在操作中,在一實施例中,當電力開關304被使用者導通,LED鏈312由來自電力轉換器310的調節後電力供電,產生一個初始亮度輸出。在類比調光模式下, 該初始亮度輸出由參考信號REF的初始電壓決定。在驟變調光模式下,該初始亮度輸出由脈波寬度調變信號PWM1的初始工作週期(如:100%)決定。在一實施例中,參考信號REF和脈波寬度調變信號PWM1由數位類比(D/A)轉換器528根據計數器1126的計數值產生。因此,REF的初始電壓和PWM1的初始工作週期由計數器1126的初始計數值(如:0)決定。
為了調節LED鏈312的亮度,使用者可以對電力開關304施加第一複數個操作。一旦偵測到電力開關304的第一複數個操作,產生調光請求信號。在一實施例中,第一複數個操作包括第一關斷操作和其後的第一導通操作。如此一來,觸發監測單元1106在端點CLK監測和接收到包含電壓負緣1204和其後的正緣1206的調光請求信號。回應調光請求信號,觸發監測單元1106產生具有高位準的EN信號。因此,致能時鐘產生器1104以產生時鐘信號。由時鐘信號驅動的計數器1126可回應時鐘信號的每個時鐘脈衝而改變計數值。在圖12的實例中,計數值回應時鐘信號而增加。在一實施例中,當計數器1126達到其預設的最大計數值後,計數值被重置為0。在另一實施例中,計數值增加直到計數器1126達到預設最大計數值,然後計數值減少直到計數器1126達到預設最小計數值。
在類比調光模式下,數位類比(D/A)轉換器528從計數器1126中讀取計數值,並回應於計數值的增加而降低參考信號REF的電壓。在驟變調光模式下,數位類比(D/A)轉換器528從計數器1126中讀取計數值,並回應計數值的增加而降低脈波寬度調變信號PWM1的工作週期(例如每次降低10%)。據此,因為來自電力轉換器310的調節後電力是由參考信號REF的電壓決定(在類比調光模式下)或是由脈波寬度調變信號PWM1的工作週期決定(驟在變調光模式下),所以LED鏈312的亮度可以調節。
一旦達到期望的亮度輸出,使用者藉由對電力開關304施加第二複數個操作來終止亮度。一旦監測到第二複數個操作,產生調光終止信號。在一實施例中,第二複數個操作包括第二關斷操作和 其後的第二導通操作。如此一來,觸發監測單元1106在端點CLK監測到包含電壓負緣1208和其後的正緣1210之調光終止信號。一旦偵測到調光終止信號,觸發監測單元1106產生具有低位準的EN信號。因此,除能時鐘產生器1104,以使得計數器1126保持其計數值不變。據此,在類比調光模式下,參考信號REF的電壓將保持在期望的位準。在驟變調光模式下,脈波寬度調變信號PWM1的工作週期將保持為期望值。因此,LED鏈312的亮度輸出將維持為期望的亮度輸出。
圖13所示為根據本發明一實施例的調節一光源的電力的方法流程圖1300。圖13將結合圖10以及圖11進行描述。
在步驟1302中,以來自電力轉換器(如電力轉換器310)的調節後的電力對光源(如LED鏈312)進行供電。
在步驟1304中,接收調光請求信號(如由調光控制器1108接收)。該調光請求信號指示耦接於該電源和該電力轉換器之間的電力開關(如電力開關304)的第一複數個操作。在一實施例中,電力開關的第一複數個操作包括第一關斷操作和其後的第一導通操作。
在步驟1306中,連續調節來自電力轉換器的調節後的電力(如利用調光控制器1108進行調節)。在一實施例中,致能時鐘產生器1104來驅動計數器1126。根據計數器1126的計數值產生調光信號(如控制信號538或參考信號REF)。在類比調光模式下,藉由比較參考信號REF和指示流經光源的光源電流之回授電流監測信號來調節來自該電力轉換器的調節後電力。REF的電壓由計數值決定。在驟變調光模式下,藉由控制信號538改變脈波寬度調變信號PWM1的工作週期以調節來自該電力轉換器的調節後電力。PWM1的工作週期由計數值決定。
在步驟1308中,接收調光終止信號(如由調光控制器1108接收)。該調光終止信號指示耦接於該電源和該電力轉換器之間的電力開關(如電力開關304)的第二複數個操作。在一實施例中,電力開關的第二複數個操作包括第二關斷操作和其後的第二導通操 作。
在步驟1310中,如果接收到調光終止信號,則停止調節來自該電力轉換器的調節後電力。在一實施例中,除能時鐘產生器1104以使得計數器1126保持其計數值不變。如此一來,在類比調光模式下,參考信號REF的電壓保持在期望的位準。在驟變調光模式下,脈波寬度調變信號PWM1的工作週期將保持為期望值。因此,電源將維持期望的亮度輸出。
圖14A所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路1400的電路圖。圖14A將結合圖4進行描述。圖14中與圖3和圖4編號相同的元件具有類似的功能。光源驅動電路1400透過電力開關304耦接於電源VIN(例如:110/120伏交流電,60赫茲),並耦接至LED鏈312。圖14B所示圖14A中的電力開關304的一個實施例。在一個實施例中,電力開關304是置於牆面上的ON/OFF開關。透過將元件1480切換至ON端和OFF端,電力開關304的狀態可由使用者控制為導通或斷開。
如圖14A所示,光源驅動電路1400包括交流/直流轉換器306、電力轉換器310和調光控制器1408。交流/直流轉換器306將輸入交流電壓VIN轉換為輸出直流電壓VOUT。電力轉換器310耦接於交流/直流轉換器306,接收輸出直流電壓VOUT,並提供輸出電能給LED鏈312。調光控制器1408耦接於交流/直流轉換器306和電力轉換器310,監測電力開關304,並根據電力開關304的動作調節電力轉換器310的輸出電能,進而控制LED鏈312的光亮度。
在一個實施例中,電力轉換器310包括電感L1、二極體D4、控制開關Q16、開關Q27和電流感應器。在一實施例中,電流感應器為一電阻R5。調光控制器1408包括多個端點,例如:端點HV_GATE、端點CLK、端點VDD、端點CTRL、端點MON以及端點GND。調光控制器1408的端點和圖4中描述的調光控制器308的對應端點具有類似的功能。
在操作中,調光控制器1408的端點CLK接收開關監測 信號1450,以監測電力開關304。開關監測信號1450表示電力開關304的導電狀態(例如,ON/OFF狀態)。因此,調光控制器1408透過端點HV_GATE控制開關Q27,並透過端點CTRL控制開關Q16,進而控制LED鏈312的調光。
更具體的說,在一個實施例中,當電力開關304導通時,調光控制器1408在端點HV_GATE上產生信號(例如,邏輯高電位)以導通開關Q27,並在端點CTRL產生開關控制信號1452,以導通和斷開控制開關Q16。在一個實施例中,控制開關Q16工作在開關導通狀態和開關斷開狀態。當控制開關Q16處於開關導通狀態時,開關控制信號1452交替地導通和斷開控制開關Q16。此外,調光控制器1408透過端點MON接收表示流經LED鏈312的電流ILED的感應信號1454。當感應信號1454表示電流ILED上漲至電流臨限值ITH時,調光控制器1408斷開控制開關Q16。因此,當控制開關Q16導通時,電流ILED逐漸變大;當控制開關Q16斷開時,電流ILED逐漸變小。以這種方式,調光控制器1408決定電流ILED的峰值,並由藉此控制電流ILED的平均值IAVERAGE。當控制開關Q16處於開關斷開狀態時,開關控制信號1452維持控制開關Q16斷開,以切斷電流ILED。在一實施例中,調光控制器1408決定開關之導通狀態和開關斷開狀態之間的時間比,以控制電流ILED的平均值IAVERAGE
在一個實施例中,當電力開關304斷開時,調光控制器1408在端點HV_GATE上產生信號(例如,邏輯低電位)以斷開開關Q27。因此,流經LED鏈312的電流ILED下降到實質為零安培,以熄滅LED鏈312。
在一個實施例中,調光控制器1408透過端點CLK接收表示電力開關304的導電狀態的開關監測信號1450。據此,調光控制器1408識別電力開關304的動作,並提供表示該動作的調光請求信號。在一個實施例中,調光控制器1408在識別出電力開關304的斷開動作時,提供調光請求信號。或者,調光控制器1408在識別出電力開關304的導通動作時提供調光請求信號。調光控制器1408工作 在類比調光模式、突發調光模式(burst dimming mode)或者混合調光模式以回應調光請求信號,透過調整控制開關Q16的導通/斷開來控制LED鏈312的調光。例如,在類比調光模式中,調光控制器1408決定電流ILED的峰值,並保持開關導通狀態和開關斷開狀態之間的時間比不變。在突發調光模式中,調光控制器1408決定開關導通狀態和開關斷開狀態之間的時間比,並維持電流ILED的峰值不變。在混合調光模式中,調光控制器1408決定開關導通狀態和開關斷開狀態之間的時間比,並決定電流ILED的峰值。因此,當開關Q27再次導通時(表示電力開關304再次導通),調光控制器1408調整電流ILED的峰值和/或開關導通狀態及開關斷開狀態的持續時間。結果,調整了流經LED鏈312的平均電流IAVERAGE,以控制LED鏈312的亮度。
優點在於,透過調整電流ILED和開關導通狀態和開關斷開狀態之間的持續時間,平均電流IAVERAGE的調整可具有相對較寬的範圍。例如,如果IMAX表示平均電流IAVERAGE的最大值,則根據本發明的實施例,平均電流IAVERAGE可以在IMAX的4%至100%X的範圍內變化。而在現有技術中,平均電流IAVERAGE僅僅能在IMAX的20%至100%變化。因此,LED鏈312可在更大範圍內實現調光,因此,可應更節能的燈應用中,例如,小夜燈。
圖15所示為圖14A中的調光控制器1408的電路示意圖。圖15將結合圖5、圖6、圖7和圖14A進行描述。圖15中與圖5和圖14A編號相同的元件具有類似的功能。
在圖15的實施例中,調光控制器1408包括啟動及欠電壓鎖定(UVL)電路508、脈衝信號產生器504,觸發監測單元506、調光器1502、比較器534、SR正反器522和及閘524。調光器1502包括參考信號產生器1506,產生參考信號REF。調光器1502還包括PWM信號產生器1508,產生脈波寬度調變信號PWM1。結合圖5的描述,比較器534比較感應信號1454和參考信號REF,以產生比較信號COMP。脈衝信號產生器504產生具有週期性脈衝波形的脈衝信號536。在一個實施例中,當脈衝信號536是邏輯1時,SR正反器 522將脈衝信號V522設為邏輯1;當比較信號COMP是邏輯1時(即當感應信號1454上升至參考信號REF時),SR正反器522將脈衝信號V522重設為邏輯0。及閘524接收脈衝信號V522和脈波寬度調變信號PWM1,並據此產生開關控制信號1452,以控制控制開關Q16。
假設開關Q27導通,調光控制器1408以類似於圖6和圖7中描述的調光控制器308的工作方式控制電流ILED。在一個實施例中,當脈波寬度調變信號PWM1處於第一狀態時(例如:PWM1為邏輯1),及閘524根據脈衝信號V522交替地導通和斷開控制開關Q16。由此,控制開關Q16工作在開關導通狀態。在開關導通時,電流ILED在控制開關Q16導通時逐漸上升,並在控制開關Q16斷開時逐漸下降。由於控制開關Q16在感應信號1454上升至參考信號REF時斷開,參考信號REF決定了電流ILED的峰值。當脈波寬度調變信號PWM1處於第二狀態時(例如:PWM1為邏輯0),及閘524根據保持斷開控制開關Q16。此時,控制開關Q16工作在開關斷開狀態,以切斷電流ILED
因此,參考信號REF決定電流ILED的峰值,且脈波寬度調變信號PWM1的責任週期決定開關導通狀態和開關斷開狀態之間的時間比。也就是說,流經LED鏈312的平均電流IAVERAGE根據參考信號REF和脈波寬度調變信號PWM1的責任週期發生變化。例如,當參考信號REF的電壓值VREF上升時,IAVERAGE增加;當VREF下降時,IAVERAGE減小。此外,當脈波寬度調變信號PWM1的責任週期DPWM1變大時,IAVERAGE增加;當DPWM1變小時,IAVERAGE減小。
調光器1502還包括計數器1504,提供計數值VALUE_1504。在一個實施例中,參考信號產生器1506耦接於計數器1504,並根據計數值VALUE_1504決定參考信號REF的電壓值VREF。PWM信號產生器1508耦接於計數器1504,並根據計數值VALUE_1504決定脈波寬度調變信號PWM1的責任週期DPWM1
表1和表2所示為計數值VALUE_1504、電壓VREF和責任週期DPWM1之間比例的實施例。在一個實施例中,計數器1504是2位元計數器,因此,計數值VALUE_1504為0、1、2或3。VMAX表示參考信號REF的最大值。如表1所示,當計數值VALUE_1504為0、1、2和3時,參考信號REF分別具有電壓值VMAX、50% * VMAX、20% * VMAX和20% * VMAX,且責任週期DPWM1分別為100%、100%、100%和20%。如表2所示,當計數值VALUE_1504為0、1、2和3時,參考信號REF分別具有電壓值VMAX、50% * VMAX、30% * VMAX和20% * VMAX,且責任週期DPWM1分別為100%、60%、40%和20%。計數值VALUE_1504、電壓VREF和責任週期DPWM1之間的比例關係可具有其他關係,並不局限於表1和表2所示之實施例。
在一個實施例中,如果接收到調光請求信號,例如:表示電力開關304執行了斷開操作,觸發監測單元506產生致能信號1510。計數器1504接收致能信號1510,並據此增加或減小計數值VALUE_1504。因此,參考信號產生器1506決定參考信號REF,例如:根據表1或表2。PWM信號產生器1508決定PWM1的責任週期,例如:根據表1或表2。
因此,調光控制器1408有選擇的工作於類比調光模 式、突發調光模式和混合調光模式。在類比調光模式中,調光控制器1408根據計數器1504的計數值決定參考信號REF的值,以調整電流ILED的平均值IAVERAGE;此時,PWM1的責任週期保持不變。在突發調光模式中,調光控制器1408根據計數器1504的計數值決定PWM1的責任週期,以調整電流ILED的平均值IAVERAGE;此時,參考信號REF的值保持不變。在混合調光模式中,調光控制器1408根據計數器1504的計數值同時決定PWM1的責任週期和參考信號REF的值,以調整電流ILED的平均值IAVERAGE。由此,調整了LED鏈312的亮度。調光控制器1408的操作將在圖16和圖17進一步描述。調光控制器1408可具有其他結構,且不局限於圖15所示的實施例。
圖16所示為包含圖15中的調光控制器1408的光源驅動電路的信號示意圖。圖16將結合圖14 A和圖15進行描述。圖16描述了端點CLK上的電壓VCLK、計數器1504計數值VALUE_1504、脈波寬度調變信號PWM1的電壓VPWM1、脈波寬度調變信號PWM1的責任週期DPWM1、參考信號REF的電壓值VREF、感應信號1454的電壓VSENSE、電流ILED的平均值IAVERAGE。在圖16的實施例中,調光控制器1408根據表1中的實施例設置電壓值VREF和責任週期DPWM1
在t0時刻,電力開關30斷開。計數值VALUE_1504為0。根據表1,責任週期DPWM1是100%,且電壓值VREF具有最大值VMAX。由於電力開關304和開關Q27都斷開,則切斷了電流ILED,因此平均電流IAVERAGE為零安培。
在t1時刻,電壓VCLK的正緣表示電力開關304的導通動作。調光控制器1408導通開關Q27。因此,根據控制開關Q16的導電狀態控制電流ILED。在t1至t2的時間間隔,責任週期DPWM1是100%,且電壓值VREF具有最大值VMAX。控制開關Q16工作在開關導通狀態,以交替地導通和斷開。如圖16所示,當控制開關Q16導通時,電壓VSENSE逐漸上升;當控制開關Q16斷開時,電壓VSENSE逐漸下降。由於電壓VSENSE的峰值等於參考信號REF的最大值VMAX,平均電流IAVERAGE具有最大值IMAX
在t2時刻,電壓VCLK的負緣表示電力開關304的斷開動作。開關Q27斷開,以切斷電流ILED。因此,在t2至t3的時間間隔中,電壓VSENSE下降至實質零伏特,且平均電流IAVERAGE下降至實質零安培。
在一個實施例中,由於在t2時刻檢測到電力開關304的斷開動作,則產生調光請求信號。計數值VALUE_1504從0增加為1。基於表1的實施例,調光控制器1408切換至類比調光模式,以將電壓VREF調節為50% * VMAX並保持責任週期DPWM1為100%。
在t3時刻,開關Q27再次導通。因此,在t3至t4的時間間隔,調光控制器1408根據參考信號REF和脈波寬度調變信號PWM1控制控制開關Q16的導通和斷開。因此,將平均電流IAVERAGE調節為50% * IMAX
在t4時刻,電壓VCLK的負緣表示電力開關304的斷開動作。開關Q27斷開,以切斷電流ILED。因此,在t4至t5的時間間隔中,電壓VSENSE下降至實質零伏特,且平均電流IAVERAGE下降至實質零安培。
在一個實施例中,由於在t4時刻檢測到電力開關304的斷開動作,則產生調光請求信號。計數值VALUE_1504從1增加為2。根據表1,調光控制器1408工作於類比調光模式,以將電壓VREF調節為20% * VMAX並保持責任週期DPWM1為100%。因此,在t5至t6的時間間隔中,平均電流IAVERAGE調節為20% * IMAX
在t6時刻,電壓VCLK的負緣表示電力開關304的斷開動作。開關Q27斷開,以切斷電流ILED。因此,在t6至t7的時間間隔中,電壓VSENSE下降至實質零伏特,且平均電流IAVERAGE下降至實質零安培。
在一個實施例中,由於在t6時刻檢測到電力開關304的斷開動作,則產生調光請求信號。計數值VALUE_1504從2增加為3。根據表1,調光控制器1408工作於突發調光模式,以保持電壓VREF為20% * VMAX並將責任週期DPWM1減小至20%。因此,在t7至t8的 時間間隔中,電力開關304導通。此時,當電壓VPWM1具有第一狀態(例如:邏輯高電位)時,電壓VSENSE斜線上升和斜線下降;當電壓VPWM1具有第二狀態(例如:邏輯低電位)時,電壓VSENSE下降至零伏特。因此,在t7至t8的時間間隔中,平均電流IAVERAGE調整為4% * IMAX
因此,在圖16的實施例中,調光控制器1408先工作在類比調光模式中將平均電流IAVERAGE從100% * IMAX調整至20% * IMAX,然後工作在突發調光模式中將平均電流IAVERAGE從20% * IMAX調整至4% * IMAX。優點在於,透過調節脈波寬度調變信號PWM1的責任週期DPWM1和參考信號REF的電壓值VREF,實現了平均電流IAVERAGE在100% * IMAX和4% * IMAX的範圍內調整。因此,實現了LED鏈312在更寬範圍內調光。此外,在相對寬的範圍內調光的過程中,電壓VREF保持大於一個電壓臨限值(例如:15% * VMAX),責任週期DPWM1保持大於一個責任週期臨限值(例如:10%)。由此,脈波寬度調變信號PWM1和參考信號REF的精度不會受到如雜訊之類的不利因素的影響,進而提高了光源驅動電路1400的調光精度。
圖17所示為包含圖15中的調光控制器1408的光源驅動電路的信號示意圖。圖17將結合圖14A至圖16進行描述。圖17描述了端點CLK上的電壓VCLK、計數器1504計數值VALUE_1504、脈波寬度調變信號PWM1的電壓VPWM1、脈波寬度調變信號PWM1的責任週期DPWM1、參考信號REF的電壓值VREF、感應信號1454的電壓VSENSE、電流ILED的平均值IAVERAGE。在圖17的實施例中,調光控制器1408根據表2中的實施例設置電壓值VREF和責任週期DPWM1
在t0’和t2’之間的時間間隔中,調光控制器1408具有圖16中描述的在t0和t2之間類似的操作。例如,在t0’至t2’的時間間隔中,計數值VALUE_1504為0。根據表2,責任週期DPWM1是100%,且電壓值VREF具有最大值VMAX。因此,在t1’和t2’之間,電壓VSENSE的峰值等於參考信號REF的最大值VMAX,平均電流IAVERAGE具有最大值IMAX
在t2’時刻,電壓VCLK的負緣表示電力開關304的斷開動作。開關Q27斷開,以切斷電流ILED。因此,在t2’至t3’的時間間隔中,電壓VSENSE下降至實質零伏特,且平均電流IAVERAGE下降至實質零安培。
在一個實施例中,由於在t2’時刻檢測到電力開關304的斷開動作,則產生調光請求信號。計數值VALUE_1504從0增加為1。基於表2的實施例,調光控制器1408切換至混合調光模式,以將電壓VREF調節為50% * VMAX並將責任週期DPWM1調節為60%。因此,在t3’至t4’的時間間隔,當電壓VPWM1具有第一狀態(例如,邏輯高電位)時,控制開關Q16工作在開關導通狀態,以交替地導通和斷開。電壓VSENSE的峰值等於參考信號REF的電壓值VREF(即50% * VMAX)。此外,當電壓VPWM1具有第二狀態(例如,邏輯低電位)時,控制開關Q16工作在開關斷開狀態,以切斷電流ILED。因此,電流ILED的平均值IAVERAGE等於30% * IMAX
在t4’時刻,電壓VCLK的負緣表示電力開關304的斷開動作。開關Q27斷開,以切斷電流ILED。因此,在t4’至t5’的時間間隔中,電壓VSENSE下降至實質零伏特,且平均電流IAVERAGE下降至實質零安培。
在一個實施例中,由於在t4’時刻檢測到電力開關304的斷開動作,產生了調光請求信號。計數值VALUE_1504從1增加為2。根據表2,調光控制器1408工作於混合調光模式,以將電壓VREF調節為30% * VMAX並保持責任週期DPWM1為40%。因此,在t5’至t6’的時間間隔中,平均電流IAVERAGE調節為12% * IMAX
在t6’時刻,電壓VCLK的負緣表示電力開關304的斷開動作。開關Q27斷開,以切斷電流ILED。因此,在t6’至t7’的時間間隔中,電壓VSENSE下降至實質零伏特,且平均電流IAVERAGE下降至實質零安培。
在一個實施例中,由於在t6’時刻檢測到電力開關304的斷開動作,產生了調光請求信號。計數值VALUE_1504從2增加為 3。根據表2,調光控制器1408工作於混合調光模式,以調整電壓VREF為20% * VMAX並將責任週期DPWM1減小至20%。因此,在t7’至t8’的時間間隔中,平均電流IAVERAGE調整為4% * IMAX
因此,在t1’和t7’之間,當計數值VALUE_1504變化時,調光控制器1408工作在混合調光模式。優點在於,透過調節脈波寬度調變信號PWM1的責任週期DPWM1和參考信號REF的電壓值VREF,實現了平均電流IAVERAGE在100% * IMAX和4% * IMAX的範圍內調整。因此,實現了LED鏈312在更寬範圍內調光。此外,在相對寬的範圍內調光的過程中,電壓VREF保持大於一個電壓臨限值(例如,15% * VMAX),責任週期DPWM1保持大於一個責任週期臨限值(例如,10%)。由此,脈波寬度調變信號PWM1和參考信號REF的精度不會受到如雜訊之類的不利因素的影響,進而提高了光源驅動電路1400的調光精度。
圖18所示為根據本發明一實施例控制LED光源的調光方法流程圖1800。圖18將結合圖14A至圖17進行描述。圖18所涵蓋的具體步驟僅僅作為示例。也就是說,本發明適其他合理的流程或對圖18進行改進的步驟。
在步驟1802中,比較表示流經LED光源的電流的感應信號(例如,感應信號1454)和參考信號(例如,參考信號REF),以產生一脈衝信號(例如,脈衝信號V522)。在步驟1804中,當脈波寬度調變信號(例如,PWM1)處於第一狀態時,根據脈衝信號控制流經LED光源的電流。在步驟1806中,當脈波寬度調變信號處於第二狀態時,切斷流經LED光源的電流。
在步驟1808中,根據調光請求信號調節參考信號的值和脈波寬度調變信號的責任週期。在一實施例中,根據調光請求信號調節計數器的計數值。根據計數器的計數值決定參考信號的值和脈波寬度調變信號的責任週期。如果計數值從第一數值變為第二數值,則選擇第一模式(例如,類比調光模式)、第二模式(例如,突發調光模式)或第三模式(例如,混合調光模式)。在第一模式中,調節參 考信號的值並保持脈波寬度調變信號的責任週期不變。在第二模式中,調節脈波寬度調變信號的責任週期並保持參考信號的值不變。在第三模式中,調節參考信號的值並調節脈波寬度調變信號的責任週期。
圖19所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路1900電路圖。圖19中與圖3和圖4編號相同的元件具有類似的功能。圖19將結合圖3和圖4進行描述。光源驅動電路190之一端透過電力開關304耦接至電源VIN,另一端耦接至LED鏈312。如圖14B所述,電力開關304是置於牆面上的ON/OFF開關。電力開關304的導電狀態可由使用者控制為導通或斷開。
光源驅動電路1900包含AC/DC轉換器306、電力轉換器310和調光控制器1908。AC/DC轉換器306將輸入交流電壓VIN轉換成輸出直流電壓VOUT。在圖19的例子中,AC/DC轉換器306包含具有二極體D1、D2、D7和D8的橋式整流器、包含具有二極體D10和電容C9的濾波器。電力轉換器310耦接至AC/DC轉換器306,接收輸出直流電壓VOUT,並為LED鏈312提供輸出電力。在一個實施例中,電力轉換器310包含電感L1、二極體D4、開關Q27、控制開關Q16和電流感應器R5。調光控制器1908耦接於AC/DC轉換器306和電力轉換器310之間。調光控制器1908監測電力開關304的工作狀態,如導通或斷開,並相應的控制輸出到LED鏈312的電壓,以控制LED鏈312的亮度。調光控制器1908包含多個接腳,例如,接腳HV_GATE、接腳CLK、接腳VDD、接腳GND、電壓控制接腳CTRL、接腳RT、接腳MON和電流控制接腳CS。其中接腳VDD、接腳GND、接腳RT和接腳MON與圖14中的調光控制器1408的相應接腳工作原理類似。
在一個實施例中,調光控制器1908在接腳CLK接收指示電力開關304導通狀態(導通或斷開)的開關監測信號1450。在一個實施例中,調光控制器1908根據開關監測信號1450控制開關Q27。具體來說,當開關監測信號1450指示電力開關304斷開時,調光控制器1908在接腳HV_GATE產生一個信號(例如,邏輯低電位信號),以斷開開關Q27。因此, 流經LED鏈312的電流ILED降到實質0安培。當開關監測信號1450指示電力開關304導通,調光控制器1908在接腳HV_GATE產生一個信號(例如,邏輯高電位信號),以導通開關Q27。然後,調光控制器1908根據接腳CTRL和接腳CS的信號控制流經LED鏈312的電流ILED
在一個實施例中,調光控制器1908根據開關監測信號1450檢測指示電力開關304工作狀態的調光請求信號。在一個實施例中,當開關監測信號1450指示電力開關304斷開時,調光控制器1908接收調光請求信號。當電力開關304被重新導通時,根據調光請求信號,調光控制器1908調節流經LED鏈312的平均電流以調節LED鏈312的亮度。
調光控制器1908能工作在第一模式和第二模式,進而調節LED鏈312的平均電流。如下所述,電流ILED代表流經LED鏈312的電流。在第一模式下,電流ILED由ILED1表示。在第二模式下,電流ILED由ILED2表示。
當調光控制器1908工作在第一模式下時,調光控制器1908的電壓控制接腳CTRL提供脈衝信號1952,以控制控制開關Q16交替地工作在第一狀態(例如,導通狀態)和第二狀態(例如,斷開狀態)。因此,流經LED鏈312的電流ILED1,根據控制開關Q16的狀態改變。在一個實施例中,在控制開關Q16導通期間,電流ILED1流經LED鏈312、開關Q16、電阻R5到地,所以電流ILED1增加。在開關Q16斷開期間,電流ILED1流經LED鏈312和二極體D4,所以電流ILED1减小。因此,流經LED鏈312的平均電流可以在類比調光模式下、脈衝調光模式下或組合調光模式下透過控制開關Q16調節。具體的調光方法將在圖20中詳細描述。
當調光控制器1908工作在第二模式時,調光控制器1908在接腳CTRL提供控制信號1954(例如,數位0),使控制開關Q16維持在斷開狀態。因此,電流ILED1被切斷。另外,調光控制器1908接通流經LED鏈312和電流控制接腳CS的電流ILED2
有利的是,透過選擇至少工作在第一模式和第二模式,調光控制器1908達到了相對寬的調光範圍。例如,若IMAX指示平均電流IAVERAGE的最大值,調光控制器1908可以工作在第一模式,以調節電流ILED1的平均 電流IAVERAGE在4%*IMAX到100%*IMAX範圍內變化。另外,調光控制器1908也能工作在第二模式下,以將平均電流IAVERAGE調到一個更低的值。例如,調光控制器1908設置電流ILED2為恒定值1%*IMAX。換言之,LED鏈312在第二模式下比第一模式下更暗。因此在節能應用中(例如,夜燈),會更有優勢。另外,第二模式下的電流ILED2是一個實質恒定的值,它不會因為開關Q16的導通或斷開而變化。所以,LED鏈312發出的光不會受到開關Q16開關雜訊的影響,從而增强了LED鏈312的穩定性。
圖20所示為根據本發明一實施例的調光控制器1908的結構示意圖。圖20將結合圖15和圖19進行描述。與圖15和圖19編號相同的元件具有類似的功能。在圖20的例子中,調光控制器1908包含啟動及欠電壓鎖定電路508、脈衝信號產生器504、觸發監測單元506、調光器2002、驅動器2010、開關2008和電流源2006。
在一個實施例中,觸發監測單元506透過接腳CLK接收到開關監測信號1450。觸發監測單元506根據開關監測信號1450,確定指示電力開關304斷開操作的調光請求信號。若接收到調光請求信號,觸發監測單元506產生致能信號1510。
調光器2002包含計數器1504、參考信號產生器1506、脈波寬度調變(PWM)信號產生器1508和模式選擇模組2004。計數器1504提供根據致能信號1510改變的計數值VALUE_1504。在一個實施例中,計數器1504根據致能信號1510增加計數值VALUE_1504。在一個可替代的實施例中,計數器1504根據致能信號1510减小計數值VALUE_1504。
模式選擇模組2004根據計數值VALUE_1504選擇調光控制器1908的工作在第一模式和第二模式。在一個實施例中,計數值VALUE_1504指示LED鏈312的需求亮度值。需求亮度值對應於LED鏈312的平均電流IAVERAGE的目標電流值ITARGET。參考表3和表4所示,計數器1504的計數值VALUE_1504,目標電流值ITARGET及調光控制器1908的工作模式的對應關係。在表3的例子中,計數值VALUE_1504可以為0、1和2,分別指示目標電流值為100% * IMAX、30% * IMAX and 1% * IMAX,其中,IMAX代表平均電流IAVERAGE的最大值。在圖4的例子中,計數值VALUE_1504可以為0、1和2,分別指示目標電流值為1% * IMAX、30% * IMAX and 100% * IMAX
模式選擇模組2004比較計數值VALUE_1504和臨限值,以選擇工作模式。例如,根據表3和表4的例子,臨限值設為1。在表3的例子中,當計數值VALUE_1504等於或小於1時,模式選擇模組2004選擇第一模式,當計數值VALUE_1504大於1時,模式選擇模組2004選擇第二模式。在表4的例子中,當計數值VALUE_1504等於或大於1時,模式選擇模組2004選擇第一模式,當計數值VALUE_1504小於1時,模式選擇模組2004選擇第二模式。因此,在表3和表4的實施例中,當平均電流IAVERAGE的目標電流值ITARGET相對高時(如30% * IMAX和100 * IMAX),選擇第一模式。另外,當平均電流IAVERAGE的目標電流值ITARGET相對低時(如1% * IMAX),選擇第二模式。
根據選中的工作模式,模式選擇模組2004控制開關2008、參考信號產生器1506和脈波寬度調變信號產生器1508,以調節平均電流IAVERAGE。更具體的,在一個實施例中,電流源2006產生一個實質恒定的電流ILED2。工作在第一模式時,模式選擇模組2004斷開開關2008以切斷電流ILED2,控制參考信號產生器1506產生參考信號REF,和控制脈波寬度調 變信號產生器1508產生脈波寬度調變信號PWM1。在一個實施例中,參考信號REF和脈波寬度調變信號PWM1經驅動器2010產生脈衝信號1952,以控制開關Q16。
在一個實施例中,驅動器2010包含比較器534、SR正反器522、和及閘524。工作在第一模式時,驅動器2010工作原理與圖15中的調光控制器1408中的相應組件相似。如圖15所述,比較器534比較感應信號1454與參考信號REF,以產生比較信號COMP。脈衝信號產生器504產生具有週期脈衝波形的脈衝信號536。在一個實施例中,當脈衝信號536為數位1時,SR正反器522將脈衝信號V522設為數位1。當比較信號COMP為數位1時(即當感應信號1454達到參考信號REF時),SR正反器將脈衝信號V522設為數位0。及閘524接受脈衝信號V522和脈波寬度調變信號PWM1,並在接腳CTRL上產生脈衝信號1952,以控制開關Q16。因此,當脈波寬度調變信號PWM1在第一狀態(例如,數位1)時,脈衝信號1952與脈衝信號V522相等,即根據比較信號COMP在數位1和數位0之間切換。當脈波寬度調變信號PWM1在第二狀態(例如,數位0)時,脈衝信號1952保持為數位0。根據圖15的相關描述,參考信號REF决定電流ILED1的峰值。脈波寬度調變信號PWM1的責任週期决定了開關Q16導通時間和斷開時間的比率。所以,透過調節參考信號REF和/或脈波寬度調變信號PWM1的責任週期,調光器2002能工作在類比調光模式、脈衝調光模式或組合調光模式,以調節平均電流IAVERAGE
根據表3中的例子,當計數值VALUE_1504為0時,調光控制器1908工作在第一模式,參考信號REF的值為VREF0,脈波寬度調變信號的值為DPWM0。當計數值VALUE_1504從0變為1時,調光控制器1908保持工作在第一模式,平均電流IAVERAGE的目標電流值從100% * IMAX變為30% * IMAX。若調光器2002工作在類比調光模式,則參考信號REF的值調節到30% * VREF0,脈波寬度調變信號PWM1的責任週期保持為DPWM0。若調光器2002工作在脈衝調光模式,則參考信號REF的值保持為VREF0,脈波寬度調變信號PWM1的責任週期調節為30% * DPWM0。若調光器2002工作在組合調光模式,參考信號REF和脈波寬度調變信號PWM1的責任週期 都會發生改變,比如,參考信號REF的值調節為50% * VREF0,脈波寬度調變信號PWM1的責任週期調節為60% * DPWM0。在所有的三種情況下,平均電流IAVERAGE從100% * IMAX變為30% * IMAX,以完成第一模式下的調光控制。
當調光控制器1908工作在第二模式時,如根據表3所示,當計數值VALUE_1504從1變為2時,調光控制器1908在CTRL接腳產生控制信號1954,以斷開開關Q16。更具體的,模式選擇模組2004控制脈波寬度調變信號產生器1508,使脈波寬度調變信號PWM1保持在第二狀態(例如,數位0)。及閘524保持接腳CTRL的電壓為低電位,以產生控制信號1954(例如,數位0)。因此,流過LED鏈312的電流ILED1被切斷。
另外,在一個實施例中,電流源2006產生實質恒定的電流ILED2。模式選擇模組2004產生開關控制信號2012以導通開關2008。若電力開關304導通後接通了開關Q27,則電流ILED2的回路被接通。因此,電流ILED2流過LED鏈312,電流控制接腳CS,開關2008到地。其中,“實質恒定的電流ILED2”意思是電流ILED2的值可以在一定的範圍內改變,因此由電路組件產生的非理想的電流漣波可以被忽略。有利的是,由於電流ILED2不受一個或多個開關(如電力開關304和/或開關Q16)的影響,能减少或消除LED鏈312的電路干擾。因此,提高了光源驅動電路1900的調光穩定性。調光控制器1908可以有其他的結構而不侷限於圖20的例子。
圖21所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路的信號示意圖。圖21將結合圖19、圖20和圖21進行描述,圖21顯示了接腳CLK的電壓VCLK、計數器1504的計數值VALUE_1504、脈波寬度調變信號PWM1的電壓VPWM1、脈波寬度調變信號PWM1的責任週期DPWM1、流過LED鏈312的電流ILED、和電流ILED的平均電流IAVERAGE。在圖19的例子中,調光控制器1908根據表3確定工作模式,並控制LED鏈312的平均電流。
在t0”時刻,電力開關304斷開。調光控制器1908切斷開關Q27。計數值VALUE_1504為0。根據表3,模式選擇模組2004選擇第一模式,平均電流IAVERAGE的目標電流值為100%*IMAX。因此,脈波寬度調變 信號產生器1508調節責任週期DPWM1為100%,參考信號產生器1506控制參考信號REF,以調節電流ILED的峰值為IPEAK(峰值電流的最大值)。在t1”時刻,接腳CLK的電壓VCLK具有一個指示電力開關304導通操作的正緣,平均電流IAVERAGE被逐步調節到100%*IMAX。在t1”到t2”期間,平均電流IAVERAGE保持在100%*IMAX
在t2”時刻,電壓VCLK具有一個指示電力開關304斷開操作的負緣。斷開開關Q27以切斷電流ILED。因此,在t2”到t3”期間,電流ILED降到實質0安培,平均電流IAVERAGE降到實質0安培。
在一個實施例中,在t2”時刻,電力開關304檢測到斷開操作時,接收到調光請求信號。計數值VALUE_1504從0增加到1。根據表3,在t2”到t4”期間,模式選擇模組2004保持在第一模式,平均電流IAVERAGE的目標電流值調整為30%*IMAX。在圖21的例子中,調光器2002工作在組合模式,脈波寬度調變信號產生器1508調節責任週期DPWM1為60%,參考信號產生器1506控制參考信號REF,以調節電流ILED的峰值為50%*IPEAK。在t3”時刻,接腳CLK的電壓VCLK具有一個指示電力開關304導通操作的正緣,平均電流IAVERAGE調節為30%*IMAX。在t3”到t4”期間,平均電流IAVERAGE保持在30%*IMAX
在t4”時刻,電壓VCLK具有一個指示電力開關304斷開操作的負緣,接收到調光請求信號。相應的,計數值VALUE_1504從1增加到2。根據表3,平均電流IAVERAGE的目標電流值調整為1%*IMAX,模式選擇模組2004選擇第二模式。因此,模式選擇模組2004產生開關控制信號2012以導通開關2008。在t4”到t5”期間,因為電力開關304和開關Q27都斷開,所以電流ILED和平均電流IAVERAGE都為0安培。
在t5”時刻,接腳CLK的電壓VCLK具有一個指示電力開關304導通操作的正緣。因為在電力開關304導通之後接通開關Q27,並且開關2008在t4”時刻導通,電流ILED2的通路被接通。在一個實施例中,電流ILED2等於1%*IMAX。因此,在t5”到t6”期間,平均電流IAVERAGE保持在1%*IMAX
因此,在t1”到t6”期間,調光控制器1908根據計數值 VALUE_1504選擇工作模式為第一模式和第二模式。有利的是,調光控制器1908可以獲得一個相對寬的調光範圍,如從100%*IMAX到1%*IMAX。調光控制器1908的工作原理和工作方式不侷限於圖21的例子。在另一個實施例中,在第二模式期間,調光控制器1908能提供另一個電流(例如,一個更小的恒定電流值0.01 * IMAX)流經LED鏈312和接腳CS。因此,LED鏈312的亮度可以更低,以達到更寬的調光範圍。另外,電流ILED2為一個實質恒定的值,不會根據開關Q16的導通和斷開動作而變化。因此,LED鏈312不會受到開關Q16雜訊的影響,增加了LED鏈312的穩定性。
圖22所示為根據本發明一實施例的由調光控制器(例如,調光控制器1908)執行的控制LED光源調光的方法流程圖2200。圖22將結合圖19-圖21進行描述。圖18所涵蓋的具體步驟僅僅作為示例。也就是說,本發明適其他合理的流程或對圖18進行改進的步驟。
在步驟2202中,功率轉換器(例如,電力轉換器310),為光源(例如,LED鏈312)提供調節後的電壓。
在步驟2204中,接受開關監測信號。開關監測信號指示連接在電源和功率轉換器之間電源開關(例如,電力開關304)的導通狀態。
在步驟2206中,根據開關監測信號選擇工作模式為第一模式或第二模式。在一個實施例中,當接收到指示電源開關斷開的開關監測信號時,計數器的計數值從第一數值變為第二數值。將計數值與臨限值(例如,1)進行比較,並根據比較結果選擇工作模式。
在步驟2208中,當工作模式選擇為第一模式時,控制開關(例如,開關Q16)根據脈衝信號(例如,脈衝信號1952),工作在第一狀態(例如,導通狀態)和第二狀態(例如,斷開狀態)。在一個實施例中,在控制開關處於第一狀態時,流經光源的第一電流(例如,電流ILED1)增加。在一個實施例中,當工作模式選擇為第一模式時,接收到參考信號(例如,參考信號REF)和脈波寬度調變信號(例如,脈波寬度調變信號PWM1)。在第一模式下,將指示流經光源的第一電流的感應信號與參考信號進行比較。在脈波寬度調變信號處於第一狀態(例如,數位1)時,控制開關根據比較結果導通和斷開。在脈波寬度調變信號處於第二狀態(例如, 數位0)時,斷開控制開關。在一個實施例中,在第一模式下,當計數值從第三數值變為第四數值時,調節參考信號的值和脈波寬度調變信號的責任週期,以調節光源的亮度。
在步驟2210中,當工作模式選擇為第二模式時,根據控制信號(例如,控制信號1954)切斷第一電流(例如,電流ILED1)。在一個實施例中,在第二模式下,脈波寬度調變信號保持在第二狀態(例如,數位0),產生控制信號(例如,數位0)以切斷第一電流。
在步驟2212中,當工作模式選擇為第二模式時,流過LED鏈312的電流為一個實質恒定的電流(例如,電流ILED2)。在一個實施例中,電流ILED2由電流源(例如,電流源2006)提供。當選擇第二模式時,模式選擇模組2004產生開關控制信號2012,以導通串聯在電流源2006上的開關2008。
因此,本發明的實施例公開了一種控制光源調光的控制器和方法、以及對光源供電的驅動電路。控制器包括電壓控制接腳和電流控制接腳。當調光控制器工作在第一模式時提供脈衝信號,該脈衝信號控制控制開關工作在第一狀態或第二狀態,當控制開關工作在第一狀態時,流經光源的第一電流增加,當控制開關工作在第二狀態時,第一電流减小,其中,當調光控制器工作在第二模式時,電壓控制接腳為控制開關提供控制信號,切斷第一電流;當調光控制器工作在第二模式時產生流過光源的第二電流。本發明優點在於,實現了對光源更寬範圍的調光,以提高能量利用效率,並提高了光源的調光穩定性。
圖23A所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路2300的方塊示意圖。在一個實施例中,光源包含第一發光元件(如,第一LED鏈2312)和第二發光元件(如,第二LED鏈2311)。在一個實施例中,電源開關304耦接於電源和光源驅動電路2300之間,用於將電源選擇性地耦接至光源驅動電路2300。光源驅動電路2300包括用於將來自電源的交流輸入電壓VIN轉換為直流輸出電壓VOUT的交流/直流轉換器306、與交流/直流轉換器306相連的電力轉換器2310,用於為第一LED鏈2312提供調節後的電能、與交流/直流轉換 器306相連的控制電路2301,用於控制第二LED鏈2311的狀態、與電力轉換器2310和控制電路2301相連的調光控制器2308,用於接收指示電源開關304的動作之開關監測信號,並根據開關監測信號控制電力轉換器2310和控制電路2301、以及用於監測流經第一LED鏈2312的電流的電流監測器2314。在一個實施例中,電源開關304是安裝於牆面上的電源開關。
圖23A與圖3中標號相同的元件具有相似的功能。例如,在操作中,交流/直流轉換器306將交流輸入電壓VIN轉換為直流輸出電壓VOUT。電力轉換器2310接收直流輸出電壓VOUT並為第一LED鏈2312提供一調節後電能。在圖23A的實施例中,交流/直流轉換器306還與控制電路2301連接,並為第二LED鏈2311提供電能。電流監測器2314產生電流監測信號,指示流經第一LED鏈2312的第一電流的大小。調光控制器2308透過接收開關監測信號監測電源開關304的動作,並接收來自電流監測器2314的電流監測信號,以及根據電源開關304的動作,控制電力轉換器2310以調節第一LED鏈2312的亮度並進一步控制控制電路2301以閉合或斷開第二LED鏈2311。
圖23B所示為根據本發明一實施例的光源驅動電路2300的電路示意圖。電源VIN(例如110/120V,60Hz的交流電源)透過電源開關304對光源驅動電路2300進行供電。在一個實施例中,圖23B中的交流/直流轉換器306與圖4中的具有相同的結構。交流/直流轉換器306與電力轉換器2310和控制電路2301連接,並為第一LED鏈2312和第二LED鏈2311提供電能。如圖14B所述,電源開關304是安裝於牆面上的電源開關,電源開關304的導通狀態(如接通或斷開的狀態)可由使用者進行控制。
在圖23B的實施例中,電力轉換器2310是升-降壓轉換器,包含電感L23、二極體D23、控制開關Q23和電容C23。電力轉換器2310接收輸入電壓(即交流/直流轉換器306的直流輸出電壓VOUT)並產生輸出電壓,輸出電壓可以高於或低於輸入電壓。有利的 是,透過使用升-降壓轉換器,光源驅動電路2300能根據不同的負載需求靈活地調節電力轉換器2310的輸出電壓。另外,使用升-降壓轉換器的光源驅動電路2300具有相對低的諧波失真和相對高的功率因數。
與交流/直流轉換器306連接的控制電路2301,接收直流輸出電壓VOUT,並控制第二LED鏈2311的狀態。調光控制器2308與交流/直流轉換器306、電力轉換器2310和控制電路2301連接。調光控制器2308監測電源開關304的動作,如閉合或斷開動作,並控制電力轉換器2310和控制電路2301以分別驅動第一LED鏈2312和第二LED鏈2311。調光控制器2308包含多個接腳,比如高壓接腳HV、監測接腳CLK、接腳VDD、接腳GND、電壓控制接腳DRV、接腳COMP和接腳CS。接腳VDD、接腳GND和監測接腳CLK與圖19中的調光控制器1908的對應接腳工作原理相似。電壓控制接腳DRV用於提供驅動信號2352,以控制與第一LED鏈2312連接的控制開關Q23。高壓接腳HV與電壓控制接腳DRV耦接,並透過控制電路2301與第二LED鏈2311連接。
在一個實施例中,調光控制器2308的監測接腳CLK與電壓控制接腳DRV和高壓接腳HV耦接,用於接收指示電源開關304的導通狀態(如接通或斷開的狀態)的開關監測信號1450。在一個實施例中,調光控制器2308根據開關監測信號1450控制第一LED鏈2312和第二LED鏈2311。更具體的,在一個實施例中,當開關監測信號1450指示電源開關304斷開時,調光控制器2308控制電力轉換器2310切斷流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1,並控制控制電路2301切斷流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2。當開關監測信號1450指示電源開關304在斷開之後閉合時,調光控制器2308控制電力轉換器2310和控制電路2301根據調光控制器2308(以下將描述)的工作模式分別接通第一LED鏈2312或第二LED鏈2311。
在一個實施例中,調光控制器2308根據開關監測信號1450檢測調光請求信號。在一個實施例中,當開關監測信號1450指 示電源開關304正在執行或已經執行斷開操作時,調光控制器2308檢測到調光請求信號。當電源開關304再次閉合時,調光控制器2308根據調光請求信號選擇性地工作在第一模式或第二模式,以相應地接通第一LED鏈2312或第二LED鏈2311,進而控制LED光源的亮度。因為第二LED鏈2311和第一LED鏈2312具有不同的顏色,所以調光控制器2308可以進一步調節LED光源的顏色。
調光控制器2308工作在第一模式或第二模式以調節LED光源的亮度和顏色。在一個實施例中,第一LED鏈2312在第一模式時接通,第二LED鏈2311在第二模式時接通。更具體的,當調光控制器2308工作在第一模式時,調光控制器2308控制電力轉換器2310接通第一LED鏈2312,並控制控制電路2301斷開第二LED鏈2311。當調光控制器2308工作在第二模式時,調光控制器2308控制控制電路2301以接通第二LED鏈2311,並控制電力轉換器2310斷開第一LED鏈2312。
當調光控制器2308工作在第一模式時,流經二極體D23的電流I2和流經電感L23的電流I1根據控制開關Q23的導通狀態而變化。更具體的而言,在第一模式下,調光控制器2308在電壓控制接腳DRV產生驅動信號2352(如,PWM信號)以控制控制開關Q23交替地工作在第一狀態(如閉合狀態)和第二狀態(如斷開狀態),從而將流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1調節到目標電流值。當控制開關Q23閉合時,電流I1流經控制開關Q23、電感L23、二極體D3、電容CDD到地。電容CDD連接在接腳VDD和地之間,由電流I1充電。由於二極體D23被反向偏置,流經二極體D23的電流I2基本為零。在控制開關Q23的閉合期間,電流I1根據方程式(1)增加:△I1=VOUT * TON/L23 (1)
其中,TON表示控制開關Q23閉合的持續時間(即閉合時間),△I1表示電流I1的變化量,L23表示電感L23的電感值,並忽略控制開關Q23上的電壓降。在一個實施例中,調光控制器2308控制驅動信號2352在控制開關Q23的每個開關週期內,保持閉合時間 TON是恒定的。因此,控制開關Q23的每個開關週期的閉合期間內電流I1的變化量△I1與整流後的直流輸出電壓VOUT成比例。
在每個開關週期中,控制開關Q23在閉合TON的時間之後斷開。當控制開關Q23斷開時,電流流經電感L23、第一LED鏈2312、二極體D23和電流監測器2314。在一個實施例中,電流監測器2314是電阻,但也可以是其他類型的元件而不局限於電阻。相應的,流經二極體D23的電流I2根據方程式(2)減小:△I2=△I1=VLED1 * TOFF/L23 (2)
其中,TOFF表示控制開關Q23斷開的持續時間(即斷開時間),△I2表示電流I2的變化量,VLED1表示第一LED鏈2312上的電壓,並忽略二極體D23和電流監測器2314上的電壓降。根據方程式(1)和(2),第一LED鏈2312上的電壓VLED1可以根據方程式(3)算出:VLED1=VOUT * TON/TOFF (3)
其中,TON/TOFF表示驅動信號2352的責任週期。因此,提供給第一LED鏈2312的電能由驅動信號2352的責任週期決定。
在一個實施例中,電力轉換器2310還包含電容C23。電容C23可以是容量相對大的電容。因此,流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1表示電流I2的平均值。接腳CS透過濾波器2304(包括電阻R10和電容C10)與電流監測器2314連接,用於接收指示流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1的電流監測信號。在一個實施例中,在第一模式下,調光控制器2308接收電流監測信號並透過調節驅動信號2352的責任週期以調節流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1到目標電流值,從而將第一LED鏈2312的亮度調節到目標亮度。
當調光控制器2308工作在第二模式時,高壓接腳HV導通流經控制電路2301和第二LED鏈2311的電流,耦接於第二LED鏈2311的控制電路2301導通流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2。在一個實施例中,第二LED鏈2311和第一LED鏈2312具有不同的亮度和/或顏色。在第二模式下,驅動信號2352保持恒定值(如 邏輯0)以控制控制開關Q23工作在第二狀態(如斷開狀態),從而切斷流經第一LED鏈的第一電流ILED1,因此當電流I2降到零時第一LED鏈2312斷開。在一個實施例中,控制電路2301包含與第二LED鏈2311耦接的第一電阻(如電阻R6)、與第二LED鏈2311耦接的第二電阻(如電阻R7)以及與第一電阻(如電阻R6)耦接的電容C12。電阻R6、電容C12和第二LED鏈2311彼此並聯連接。當調光控制器2308工作在第二模式時,電流I4流經交流/直流轉換器306,並分流成流經電阻R6的電流I3和流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2,最後經過電阻R7流到調光控制器2308的高壓接腳HV。電阻R7將流經高壓接腳HV的電流I4限制在預設值,如1.5毫安培。可替代的,電阻R7也可以由其他的限流裝置代替,本發明並不以此為限。在第二模式下,電容C12被充電,第二電流ILED2流經第二LED鏈2311,電容C12上的電壓與第二LED鏈2311上的電壓相同。然而,當調光控制器2308工作在第一模式時,控制電路2301切斷流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2。具體而言,當調光控制器2308工作在第一模式時,流經高壓接腳HV的電流被切斷,電容C12透過電阻R6放電,流過第二LED鏈2311的第二電流ILED2為零,從而第二LED鏈2311被斷開。
有利之處在於,因為第一LED鏈和第二LED鏈具有不同的亮度和/或顏色,使用者能透過普通電源開關的動作(如斷開操作)來同時調節光源的亮度和顏色。例如,若普通電源開關的動作指示調光控制器工作在第一模式,調光控制器控制LED光源具有第一亮度和第一顏色。若普通電源開關的動作指示調光控制器工作在第二模式,調光控制器控制LED光源具有第二亮度和第二顏色。因此,不必使用額外的用於調光和調色的元件(如外部調光器或者專門設計的具有調光按鈕的開關),進而降低了成本。
圖24所示為根據本發明實施例之示於圖23B中的調光控制器2308的結構示意圖。圖24將結合圖20和圖23B進行描述。與圖20和圖23B中標號相同的元件具有相似的功能。在圖24的實施 例中,調光控制器2308包含啟動及低壓鎖定電路2418、觸發監測單元506、調光器2402和驅動器2410。
啟動及低壓鎖定電路2418耦接於調光器2402,用於當調光器2402選擇第一模式時控制控制電路2301斷開第二LED鏈2311,以及當調光器2402選擇第二模式時控制控制電路2301接通第二LED鏈2311。在一個實施例中,啟動及低壓鎖定電路2418與高壓接腳HV和接腳VDD連接。當調光控制器2308啟動時,啟動及低壓鎖定電路2418從高壓接腳HV接收電能,並為連接在接腳VDD上的電容CDD充電。一旦接腳VDD上的電壓達到足以驅動調光控制器2308的臨限值電壓VDDON(如15伏特),啟動及低壓鎖定電路2418停止對電容CDD充電。在啟動階段,電流流經圖23B中所示的電容C12(流經電阻R6的電流可以忽略)、高壓接腳HV、啟動及低壓鎖定電路2418、接腳VDD和電容CDD。因此,電容C12上的總電量與電容CDD上的電量基本相等,可以得出方程式(4):C 12 V 12=C DD V DD (4)
其中,V12表示電容C12上的電壓,C12表示電容C12的電容值,CDD表示電容CDD的電容值,VDD表示接腳VDD上的電壓值。在一個實施例中,在啟動階段,接腳VDD上的電壓值VDD從零增加到臨限值電壓VDDON,而電容C12上的電壓始終低於驅動第二LED鏈2311的臨限值電壓VTH(如用於驅動第二LED鏈2311的最小臨限值電壓),因此第二LED鏈2311在啟動階段不會點亮。所以電容C12的電容值由驅動第二LED鏈2311的臨限值電壓VTH決定,可以根據方程式(5)得出:
在一個實施例中,調光控制器2308一旦啟動,將開始選擇工作模式以調節LED光源的亮度。
在一個實施例中,圖24中的觸發監測單元506與圖20中的觸發監測單元506具有相似的功能。觸發監測單元506透過監測接腳CLK接收開關監測信號1450。觸發監測單元506根據開關監測 信號1450檢測調光請求信號。在一個實施例中,當開關監測信號1450指示電源開關304執行斷開操作時,觸發監測單元506檢測到調光請求信號。若檢測到調光請求信號,觸發監測單元506產生致能信號1510。
調光器2402透過觸發監測單元506與監測接腳CLK耦接,用於根據調光請求信號選擇調光控制器2308的工作模式為第一模式或第二模式。具體而言,調光器2402接收致能信號1510並輸出第一控制信號2401和第二控制信號2409,以選擇工作模式。在一個實施例中,調光器2402包含計數器2421和模式選擇單元2422。計數器2421用於提供根據調光請求信號而變化的計數值。具體而言,計數器2421根據致能信號1510增加或減少計數值。當計數器2421達到最大計數值之後,計數值被重設為零。在一個實施例中,計數器2421具有兩個計數值,如計數器2421是一位元數目器,當開關監測信號1450指示電源開關304執行斷開操作時,計數器2421的計數值從第一數值變為第二數值,例如從0增加到1,然後在監測到第二個斷開操作時又重置為0。相應的,模式選擇單元2422根據該計數值選擇工作模式為第一模式或第二模式。例如,在一個實施例中,當計數值為1時,模式選擇單元2422選擇第一模式,並輸出第一控制信號2401以致能驅動器2410,輸出第二控制信號2409以除能啟動及低壓鎖定電路2418。在一個實施例中,當計數值為0時,模式選擇單元2422選擇第二模式,並輸出第一控制信號2401以除能驅動器2410,輸出第二控制信號2409以致能啟動及低壓鎖定電路2418。
驅動器2410耦接於調光器2402,用於根據調光控制器2308的工作模式,在電壓控制接腳DRV產生驅動信號2352以控制控制開關Q23。例如,當調光控制器2308工作在第一模式時,驅動信號2352是PWM信號,具有第一狀態(數位1)和第二狀態(數位0),以控制控制開關Q23交替地閉合和斷開。驅動器2410調節驅動信號2352的責任週期,從而將流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1調節到目標電流值。當調光控制器2308工作在第二模式時,驅動信號 2352保持第二狀態(數位0),因此控制開關Q23保持斷開狀態。
在一個實施例中,驅動器2410包含誤差放大器2405、比較器2406、鋸齒波信號產生器2407、重設信號產生器2403和脈衝寬度調變信號產生器2408。誤差放大器2405根據參考信號REF和電流監測信號IAVG產生誤差信號VEA。參考信號REF指示流經第一LED鏈2312的目標電流值。接腳CS接收的電流監測信號IAVG,指示流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1。誤差信號VEA用來將流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1調節到目標電流值。鋸齒波信號產生器2407產生鋸齒波信號SAW。與誤差放大器2405和鋸齒波信號產生器2407連接的比較器2406,比較誤差信號VEA和鋸齒波信號SAW,並產生輸出信號到脈衝寬度調變信號產生器2408。重設信號產生器2403產生重設信號RESET,重設信號RESET作用到鋸齒波信號產生器2407和脈衝寬度調變信號產生器2408。控制開關Q23因回應於重設信號RESET而閉合。在一個實施例中,重設信號為具有恒定頻率的脈衝信號。脈衝寬度調變信號產生器2408與比較器2406和重設信號產生器2403連接,並根據比較器2406的輸出信號和重設信號RESET產生驅動信號2352,以控制控制開關Q23的狀態。
在一個實施例中,當調光控制器2308工作在第一模式時,模式選擇單元2422產生第一控制信號2401以致能驅動器2410,並產生第二控制信號2409以除能啟動及低壓鎖定電路2418。因此,控制電路2301和高壓接腳HV之間的電流通路被切斷。電容C12透過電阻R6放電,流過第二LED鏈2311的第二電流ILED2為零,因此第二LED鏈2311被斷開。驅動器2410被致能,脈衝寬度調變信號產生器2408響應於重設信號RESET而產生PWM信號,以作為驅動信號2352控制控制開關Q23。在一個實施例中,驅動信號2352的責任週期由誤差信號VEA決定。例如,當信號IAVG的電壓值大於參考信號REF的電壓值時,誤差放大器2405降低誤差信號VEA的電壓值,以此減小驅動信號2352的責任週期。相應的,流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1減小,直到信號IAVG的電壓值下降到與參考 信號REF的電壓值相同。當信號IAVG的電壓值小於參考信號REF的電壓值時,誤差放大器2405增加誤差信號VEA的電壓值,以此增加驅動信號2352的責任週期。相應的,流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1增加,直到信號IAVG的電壓值增加到與參考信號REF的電壓值相同。
在一個實施例中,當調光控制器2308工作在第二模式時,第一控制信號2401除能驅動器2410,驅動信號2352處於第二狀態以斷開控制開關Q23。第二控制信號2409致能啟動及低壓鎖定電路2418,因此流經控制電路2301、第二LED鏈2311和高壓接腳HV的電流通路被導通。電流I4分流成流經電阻R6的電流I3和流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2。在一個實施例中,第二電流ILED2具有相對小的電流值(例如,1毫安培),因此第二LED鏈2311上的電壓與臨限值電壓VTH基本相等。電阻R6的阻值可由方程式(6)估算:
其中,ILED2表示當調光控制器2308工作在第二模式時流經第二LED鏈2311的電流值。因此,電阻R6的阻值為由第二電流ILED2決定的預設值。在一個實施例中,流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2可以透過調節電阻R6的阻值而調節為其他值。
圖25所示為根據本發明一實施例的包含圖24中所示的調光控制器2308的光源驅動電路2300的信號波形圖。圖25將結合圖23B和圖24進行描述。
在t0時刻,電源開關304斷開。計數器2421的計數值為0。相應的,模式選擇單元2422選擇第二模式。例如,模式選擇單元2422輸出第一控制信號2401以除能驅動器2410,並輸出第二控制信號2409以致能啟動及低壓鎖定電路2418。
在t1時刻,監測接腳CLK上的電壓VCLK具有指示電源開關304閉合操作的正緣,因此啟動及低壓鎖定電路2418被啟動,從而導通流經控制電路2301和第二LED鏈2311,並流至調光控制器2308的電流。第二電流ILED2流經第二LED鏈2311。因此,調光控制 器2308工作在第二模式,驅動信號2352處於第二狀態以斷開控制開關Q23,流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1逐漸減為0,並最終斷開第一LED鏈2312。
在t2時刻,電壓VCLK具有指示電源開關304斷開操作的負緣。在一個實施例中,一旦檢測到電源開關304的斷開操作(如t2時刻),計數器2421的計數值從0增加到1。相應的,模式選擇單元2422選擇第一模式。例如,模式選擇單元2422輸出第一控制信號2401以致能驅動器2410,並輸出第二控制信號2409以除能啟動及低壓鎖定電路2418。
在t3時刻,電壓VCLK具有指示電源開關304閉合操作的正緣。在一個實施例中,當模式選擇單元2422選擇第一模式後,一旦檢測到電源開關304的閉合操作(如t3時刻),重設信號產生器2403產生重設信號RESET。因為啟動及低壓鎖定電路2418被除能,控制電路2301到高壓接腳HV之間的電流通路被切斷,電容C12透過電阻R6放電,因此流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2基本為0,從而第二LED鏈2311被斷開。在t3時刻至t7時刻的時間段內,調光控制器2308工作在第一模式,並根據電壓控制接腳DRV的驅動信號2352控制控制開關Q23交替地閉合和斷開。
具體的,在t3時刻至t7時刻的時間段內,脈衝寬度調變信號產生器2408響應於重設信號RESET的脈衝而產生具有邏輯高電位的驅動信號2352,以閉合控制開關Q23。鋸齒波信號產生器2407產生的鋸齒波信號SAW響應於重設信號RESET的脈衝,從初始值開始增加。當鋸齒波信號SAW的電壓值增加到誤差信號VEA的電壓值時,脈衝寬度調變信號產生器2408產生具有邏輯低電位的驅動信號2352,以斷開控制開關Q23。當鋸齒波信號產生器2407接收到重設信號RESET的下一個脈衝時,鋸齒波信號SAW重定到初始值,並響應於重設信號RESET的下一個脈衝重新從初始值開始增加。
在一個實施例中,驅動信號2352的責任週期由誤差信號VEA決定。當信號IAVG的電壓值低於參考信號REF的電壓值時, 誤差放大器2405增加誤差信號VEA的電壓值,以增加驅動信號2352的責任週期。相應的,流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1增加,直到信號IAVG的電壓值增加到參考信號REF的電壓值。當信號IAVG的電壓值高於參考信號REF的電壓值時,誤差放大器2405減小誤差信號VEA的電壓值,以減小驅動信號2352的責任週期。相應的,流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1減小,直到信號IAVG的電壓值下降到與參考信號REF的電壓值相等。因此,在調光控制器2308工作在第一模式時,流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1可以保持在與目標電流值基本相等。
圖26所示為根據本發明一實施例的控制光源調光的方法流程圖2600。圖26將結合圖23A至圖25進行描述。圖26所涵蓋的具體步驟僅僅作為示例。也就是說,本發明同樣適用於各種其他步驟或圖26中所示步驟的變形。
在步驟2604中,調光控制器2308透過監測接腳CLK接收指示與電源(如交流電源)連接的電源開關(如電源開關304)的導通狀態的開關監測信號。
在步驟2606中,根據開關監測信號,選擇工作模式為第一模式或第二模式。在一個實施例中,當開關監測信號指示電源開關304斷開時,調光控制器2308中計數器2422的計數值從第一數值變為第二數值(如從第一數值增加到第二數值)。調光控制器2308的工作模式根據計數值進行選擇。
在步驟2608中,當工作在第一模式時,控制開關(如控制開關Q23)根據驅動信號(如驅動信號2352)交替地工作在第一狀態(如開關閉合狀態)和第二狀態(如開關斷開狀態)。當調光控制器2308工作在第一模式時,驅動器2410被致能以產生驅動信號2352,透過調節驅動信號2352的責任週期,從而將流經第一發光元件(如第一LED鏈2312)的第一電流(如第一電流ILED1)調節到目標電流值。在一個實施例中,驅動器2410中的誤差放大器2405接收參考信號REF和指示第一電流ILED1的電流監測信號IAVG,並比較電 流監測信號IAVG和參考信號REF,產生誤差信號VEA。比較器2406比較誤差信號VEA和鋸齒波信號產生器2407產生的鋸齒波信號SAW,並根據比較結果產生輸出信號。脈衝寬度調變信號產生器2408根據比較器2406的輸出信號產生驅動信號2352。驅動信號2352控制控制開關Q23交替工作在第一狀態和第二狀態。
在步驟2610中,當工作在第一模式時,與第二發光元件(如第二LED鏈2311)連接的控制電路2301切斷流經第二發光元件(如第二LED鏈2311)的第二電流(如第二電流ILED2)。在一個實施例中,第二LED鏈2311透過控制電路2301與高壓接腳HV連接。控制電路2301包含電阻R6、與電阻R6並聯連接的電容C12、電阻R7。當調光控制器2308工作在第一模式時,調光控制器2308中與高壓接腳HV連接的啟動及低壓鎖定電路2418被除能,控制電路2301和調光控制器2308之間的電流通路被切斷,如流經電阻R7到調光控制器2308的電流通路被切斷。電容C12透過電阻R6放電,流過第二LED鏈2311的第二電流ILED2為零。因此,流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2被切斷,第二LED鏈2311斷開。
在步驟2612中,當工作在第二模式時,控制電路2301導通流經第二發光元件(如第二LED鏈2311)的第二電流(如第二電流ILED2)。更具體的,當工作在第二模式時,調光控制器2308致能啟動及低壓鎖定電路2418,電流流經電阻R6和電阻R7,並透過高壓接腳HV流入調光控制器2308。並且,流經第二LED鏈2311的第二電流ILED2也被導通,因此,當調光控制器2308工作在第二模式時,第二LED鏈2311被接通。
在步驟2614中,當工作在第二模式時,驅動信號2352保持在第二狀態(如邏輯低電位),以切斷流經第一發光元件(如第一LED鏈2312)的第一電流ILED1。例如,驅動信號2352在第二狀態下控制控制開關Q23斷開,流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1逐漸減小到零,所以流經第一LED鏈2312的第一電流ILED1被斷開。
以上關於圖23A至圖26的描述是基於LED鏈的實施 例舉例說明。然而,根據本發明的實施例還可以應用到其他類型的光源。換言之,本發明的實施例可應用於其他發光元件,並不以LED鏈為限。
因此,本發明的實施例公開了一種控制光源調光的控制器和方法、以及光源驅動電路。使用者可以透過對普通電源開關的動作(如斷開動作)來調節光源的亮度和顏色,而不必使用額外的用於調光和調色的元件(如外部調光器或者專門設計的具有調光按鈕的開關),從而節省成本。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然,在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發明精神和保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本技術領域中具有通常知識者應該理解,本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此,在此披露之實施例僅說明而非限制,本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法均等物界定,而不限於先前之描述。
304‧‧‧電力開關
306‧‧‧交流/直流(AC/DC)轉換器
2300‧‧‧光源驅動電路
2301‧‧‧控制電路
2308‧‧‧調光控制器
2310‧‧‧電力轉換器
2311‧‧‧第二LED鏈
2312‧‧‧第一LED鏈
2314‧‧‧電流監測器

Claims (22)

  1. 一種調光控制器,包括:一電壓控制接腳,提供一驅動信號,控制與一第一發光元件連接的一控制開關,其中,當該調光控制器工作在一第一模式時,該驅動信號控制該控制開關交替地工作在一第一狀態和一第二狀態,將流經該第一發光元件的一第一電流調節到一目標電流值;當該調光控制器工作在一第二模式時,該驅動信號控制該控制開關工作在該第二狀態以切斷該第一電流;一高壓接腳,耦接該電壓控制接腳,透過一控制電路與一第二發光元件連接,當該調光控制器工作在該第二模式時,該高壓接腳導通流經該控制電路和該第二發光元件的一第二電流,以接通該第二發光元件;一監測接腳,耦接該電壓控制接腳和該高壓接腳,接收指示一電源開關的一導通狀態的一開關監測信號,其中,該電源開關與一電源連接;一調光器,耦接該監測接腳,根據該開關監測信號選擇該調光控制器工作在該第一模式或該第二模式;一驅動器,耦接該調光器,根據該調光控制器的工作模式,在該電壓控制接腳產生該驅動信號;以及一啟動及低壓鎖定電路,耦接該調光器,當該調光器選擇工作在該第一模式時,控制該控制電路斷開該第二發光元件,以及當該調光器選擇工作在該第二模式時,控制該控制電路接通該第二發光元件。
  2. 如申請專利範圍第1項的調光控制器,其中,該控制電路包 括耦接該第二發光元件的一第一電阻,其中,該第一電阻的一阻值由流經該第二發光元件的該第二電流決定。
  3. 如申請專利範圍第2項的調光控制器,其中,該控制電路還包括耦接該第一電阻的一電容,其中,當該調光控制器工作在該第一模式時,該電容透過該第一電阻放電,該電容的一電容值由驅動該第二發光元件的一臨限值電壓決定。
  4. 如申請專利範圍第1項的調光控制器,其中,該控制電路包括耦接該第二發光元件的一第二電阻,其中,該第二電阻限制流經該高壓接腳的一電流。
  5. 如申請專利範圍第1項的調光控制器,其中,該驅動器包括:一誤差放大器,根據一參考信號和指示該第一電流的一電流監測信號產生一誤差信號;一比較器,比較該誤差信號和一鋸齒波信號,並產生一輸出信號;以及一脈衝寬度調變信號產生器,根據該比較器的該輸出信號和一重設信號產生該驅動信號。
  6. 如申請專利範圍第1項的調光控制器,其中,該調光器輸出一第一控制信號和一第二控制信號,其中,當該調光控制器工作在該第一模式時,該第一控制信號致能該驅動器,以接通該第一發光元件,該第二控制信號除能該啟動及低壓鎖定電路,以斷開該第二發光元件;當該調光控制器工作在該第二模式時,該第一控制信號除能該驅動器,以斷開該第一發光元件,該第二控制信號致能該啟動及低壓鎖定電路,以接通該第二發光元件。
  7. 如申請專利範圍第1項的調光控制器,其中,該驅動器包括: 一計數器,提供根據該開關監測信號而變化的一計數值;以及一模式選擇單元,根據該計數值選擇該調光控制器的該工作模式。
  8. 如申請專利範圍第7項的調光控制器,其中,當該開關監測信號指示一電源開關執行斷開操作時,該計數器的該計數值從一第一數值變成一第二數值。
  9. 如申請專利範圍第1項的調光控制器,其中,該第一發光元件和該第二發光元件為LED鏈。
  10. 一種光源驅動電路,控制包含一第一發光元件和一第二發光元件之一光源的亮度,包括:一調光控制器,檢測一調光請求信號,並根據該調光請求信號選擇工作在一第一模式或一第二模式;一升-降壓轉換器,耦接該調光控制器,當該調光控制器工作在該第一模式時,接通該第一發光元件;以及一控制電路,耦接該調光控制器,當該調光控制器工作在該第二模式時,接通該第二發光元件,其中,該調光控制器包括:一觸發監測單元,接收指示一電源開關的一導通狀態的一開關監測信號;一調光器,耦接該觸發監測單元,根據該調光請求信號選擇該調光控制器的工作模式為該第一模式或該第二模式;一驅動器,耦接該調光器,產生一驅動信號,其中,當該調光控制器工作在該第一模式時,該驅動信號控制該控制開關交替地工作在一第一狀態和一第二狀態,從而將流經該第一 發光元件的一第一電流調節到一目標電流值;以及一啟動及低壓鎖定電路,耦接該調光器,當該調光器選擇工作在該第一模式時,控制該控制電路斷開該第二發光元件,以及當該調光器選擇工作在該第二模式時,控制該控制電路接通該第二發光元件,並切斷該第一電流。
  11. 如申請專利範圍第10項的光源驅動電路,其中,該控制電路包括耦接該第二發光元件的一第一電阻,其中,該第一電阻的一阻值由流經該第二發光元件的一第二電流決定。
  12. 如申請專利範圍第11項的光源驅動電路,其中,該控制電路還包括耦接該第一電阻的一電容,其中,該電容的一電容值由驅動該第二發光元件的一臨限值電壓決定。
  13. 如申請專利範圍第10項的光源驅動電路,其中,該第一發光元件與該第二發光元件具有不同的亮度。
  14. 如申請專利範圍第10項的光源驅動電路,其中,該第一發光元件與該第二發光元件具有不同的顏色。
  15. 如申請專利範圍第10項的光源驅動電路,其中,該控制電路包括耦接該第二發光元件的一第二電阻,其中該第二電阻限制流經該第二電阻到該調光控制器的一電流。
  16. 如申請專利範圍第10項的光源驅動電路,其中,該調光控制器進一步包括:一計數器,提供根據該調光請求信號變化一的計數值;以及一模式選擇單元,根據該計數值選擇該工作模式。
  17. 如申請專利範圍第16項的光源驅動電路,其中,該模式選擇單元輸出一第一控制信號和一第二控制信號,其中,當該調光控制器工作在該第一模式時,該第一控制信號致能該驅 動器,以接通該第一發光元件,該第二控制信號除能該啟動及低壓鎖定電路,以斷開該第二發光元件;當該調光控制器工作在該第二模式時,該第一控制信號除能該驅動器,以斷開該第一發光元件,該第二控制信號致能該啟動及低壓鎖定電路,以接通該第二發光元件。
  18. 如申請專利範圍第10項的光源驅動電路,其中,當該開關監測信號指示該電源開關執行斷開操作時,該觸發監測單元檢測到該調光請求信號,並產生一致能信號至該調光器,以選擇該調光控制器的工作模式為該第一模式或該第二模式。
  19. 一種控制光源調光的方法,包括:接收指示一電源開關的一導通狀態的一開關監測信號,該電源開關與一電源連接;根據該開關監測信號,選擇工作模式為一第一模式或一第二模式;根據選擇的工作模式產生一驅動信號,以控制與一第一發光元件連接的一控制開關;當工作模式為該第一模式時,該驅動信號控制該控制開關交替地工作在一第一狀態和一第二狀態,從而將流經該第一發光元件的一第一電流調節到一目標電流值,並切斷流經該第二發光元件的一第二電流;以及當工作模式為該第二模式時,透過一控制電路導通流經該第二發光元件的該第二電流,並且該驅動信號控制該控制開關工作在該第二狀態以切斷流經該第一發光元件的該第一電流。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法,其中,當工作在該第一模 式時,控制該控制開關交替地工作在該第一狀態和該第二狀態的步驟包括:接收一參考信號和指示該第一電流的一電流監測信號;比較該電流監測信號和該參考信號,並產生一誤差信號;以及比較該誤差信號和一鋸齒波信號,並根據一比較結果產生該驅動信號,以控制該控制開關交替地工作在該第一狀態和該第二狀態。
  21. 如申請專利範圍第19項的方法,其中,選擇工作模式為該第一模式或該第二模式的步驟包括:提供一計數值,當該開關監測信號指示該電源開關執行斷開操作時,該計數值從一第一數值變為一第二數值;以及根據該計數值,選擇工作模式為該第一模式或該第二模式。
  22. 如申請專利範圍第19項的方法,其中,切斷流經該第二發光元件的該第二電流的步驟包括:透過一第一電阻對一電容放電,以切斷流經該第二發光元件的該第二電流,其中,該電容並聯耦接該第一電阻和該第二發光元件。
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