TWI584683B - Light - emitting diode - based lighting device for segmented driving method and device - Google Patents

Description

基於發光二極體的照明設備之分段驅動方法和裝置

本發明係有關基於發光二極體的照明裝置，尤其是有關於分段驅動多個基於發光二極體的照明單位，來提升照明設備的效率之裝置和方法。

發光二極體(LED)是一種基於半導體的光源，經常被應用在低耗電儀表和家電的指示器，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。

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發光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。例如，美國專利6777891號揭露將多個基於發光二極體的照明單位，形成一個可由電腦控制的燈串，其中每個照明單位在燈串裡形成一個可單獨控制的節點。

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，以提供給一個或多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。

美國專利7781979號提供了一個控制串聯的發光二極體的裝置。其中有兩個或兩個以上的發光二極體串聯連接。當施加電壓時，一串聯的電流即流經發光二極體。其中至少有一個發光二極體被並聯一個或多個可控制的電流路徑，來使串聯的電流部分流經這些可控制的電流路徑，以便不需要電壓轉換裝置即可使用一般較普遍的高電壓電源。因此該裝置可使用如120V或240V的交流電壓。

美國專利公告2010/0308739號揭露了將多個發光二極體互接串聯成多個發光二極體段的裝置，以及多個開關器與此多個發光二極體段互接，來選取控制某一發光二極體段，將其從一個發光二極體串聯電流通路中串聯接入或切隔分出。圖一顯示了該照明裝置的簡化示意圖，其中包含三個發光二極體段各別有一個、二個和四個串接的發光二極體，該照明裝置可以串聯方式連接一到七個發光二極體。

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利用率，並提供穩定性和高亮度，來驅動和連接多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。此外，如何控制連接在一起之基於發光二極體的照明單位，使照明亮度可以根據不同的照明要求，或交流電源電壓的變化，來提供不同的照明模式，也是非常重要的。

本發明係為滿足上述基於發光二極體的照明裝置的應用之需要而創作的，主要目的是提供一種用分段的方式，靈活地連接多個基 於發光二極體的照明單位，而且各別控制每一個基於發光二極體的照明段，使其被串接在照明裝置裏，或被以短路方式繞過。

因此，本發明的照明裝置包括由控制器控制的多個基於發光二極體的照明段。每個基於發光二極體的照明段有一個以上的基於發光二極體的照明單位串聯，並有至少一個串接開關器串聯，而且整串多個基於發光二極體的照明單位又與一個繞接開關器以並聯方式連接。該控制器各別控制每一個照明段，使其與其他的照明段串接，或被以短路方式繞過。輸入電源的電壓連接於第一個基於發光二極體的照明段，以提供電力給本發明的照明裝置，最後一個基於發光二極體的照明段，則經由一個電流控制器連接到地面。

本發明的另一個目的是提供一個根據輸入電源電壓變化，或照明裝置中的電流控制器上的電壓變化，或是這兩者的電壓變化，來控制多個基於發光二極體的照明段之連接的照明裝置。在本發明的優選實施例中，電流控制器可能是一個電流檢測電阻器或可變電流源。在某些優選實施範例中，本發明也將該多個基於發光二極體的照明段再串接一個單獨的基於發光二極體的照明單位。

本發明的又一個目的是為基於發光二極體的照明裝置提供各種分段和驅動方法，藉由串聯一些基於發光二極體的照明段，或者以短路方式繞過一些基於發光二極體的照明段，以提供多種照明模式。在本發明分段方法中的一個例子，可以將該多個基於發光二極體的照明段組合成一個，兩個，…，或所有的基於發光二極體的照明單位串接，從而提供所有可能的照明模式。在本發明分段方法中的另一個例子，雖然無法提供所有可能的照明模式，但仍可以藉由該多個基於發光二極體的照明段組合，從而提供大部分的照明模式。

因此，本發明的照明裝置被分割成多個基於發光二極體的照明段，每個照明段裏有不同數量之基於發光二極體的照明單位串聯。適當的選取分割成的照明段之段數，以及每一照明段裏的照明單位之數量，可以將照明裝置的照明段組合成以串接一個，兩個，…， 或所有的基於發光二極體的照明單位的方式操作，從而提供所有可能的照明模式。

根據本發明的另一實施範例，照明裝置也分割成多個基於發光二極體的照明段，每個照明段裏有一個以上的串聯之基於發光二極體的照明單位。所選取的照明段之段數，以及每一照明段裏的照明單位之數量，使得該照明裝置可能操作的照明模式較為受限，但仍可以將照明裝置的照明段組合成以串接多種數量或所有的基於發光二極體的照明單位的方式操作。

以下是根據本發明幾個優選實施範例，參照附屬的圖式之詳細說明，對於熟悉本技術領域的人，閱讀以下根據本發明的幾個優選實施範例之詳細說明，再參照附屬的圖式，應可很清楚的了解本發明。附圖是為了讓本發明能更進一步的被了解，同時也構成本發明之說明規範的一部分，藉由附屬的圖示來說明本發明的實施範例，並解釋本發明的原則。

如上所述，為了提高基於發光二極體的照明裝置的亮度，多數個包含有一個以上的發光二極體的照明單位通常被串聯，以增加發光強度。因此，提供多種可能的照明模式，以使照明裝置能以不同的發光強度操作，是非常需要的。為達成此目的，最直接的一個方法，是對每一基於發光二極體的照明單位，使用一各別的開關器來控制該照明單位，使其被串接在照明裝置裏，或被以短路方式繞過，可是這種方法需要非常昂貴的硬體成本。

本發明提出一種創新的方法，以最高效率來控制基於發光二極體的照明裝置，此一新方法將照明裝置裏所有的基於發光二極體的照明單位，分割成多數個基於發光二極體的照明段，每一照明段包含有一個以上的串聯之發光二極體的照明單位。照明裝置裏的每一基於發光二極體的照明段，都可以各別控制。為了簡化說明，以下 的範例假設每一基於發光二極體的照明單位，只有一個發光二極體。

根據本發明，經由適當的選取照明段之段數，以及每一照明段裏的發光二極體之數量，可以將一包含多個發光二極體的照明裝置，分割成適當的幾個發光二極體照明段，使其可以組合這些照明段來利用所有的發光二極體，以最多種可能的照明模式操作。每一照明模式的操作，藉由串接或短路繞過某些照明段，來組合照明裝置裏的發光二極體照明段，而達成串聯至少一個的發光二極體。

圖二顯示一個基於發光二極體的照明裝置，操作於M種不同的照明模式下的輸入電源電壓V_IN以及發光二極體上的電壓V_LED。當發光二極體上的電壓V_LED等於發光二極體的正向電壓V_F時，該發光二極體是以最高效率的狀態操作。對於一含有N個發光二極體的照明裝置而言，在每一照明模式下，有些發光二極體以串聯方式連接，有些發光二極體則以短路方式繞過。如果以一最大的固定電流源來驅動該照明裝置，則可以將所有的N個發光二極體，以串聯方式連接。根據圖二，如果要達到發光二極體照明裝置的最高效率，必須將以下的積分式最小化： 其中T_M是以電壓V_M施於發光二極體照明裝置而操作之照明模式-M的時間。

圖三顯示了根據本發明的一優選實施範例，用於控制多數個基於發光二極體的照明段的照明裝置之電路示意圖。該照明裝置包括連接在節點N_A與節點N_C之間的多數個基於發光二極體的照明段101~10k，輸入電源電壓V_IN從節點N_A提供電壓給此多數個基於發光二極體的照明段101~10k，電流檢測電阻器113連接節點N_C至地面。如先前所說，假設每一基於發光二極體的照明單位，只有一個發光二極體，所以每個基於發光二極體的照明段101~10k包括至少有一個或更多的發光二極體以串聯方式連接。此外，至少有一個開關器S串聯照明段裏的一串發光二極體。

從圖三可以看出，每個基於發光二極體的照明段101~10k有一正端和負端，照明段裏最前端的一個發光二極體之正極，係連接在照明段的正端。每個基於發光二極體的照明段101~10k又有將該照明段的正端連接到負端的一個開關器B。圖三中顯示的開關器S，係從照明段裏最後端的一個發光二極體之負極，連接到照明段的負端。事實上，開關器S可以串聯在照明段裏之發光二極體串的任何位置。

參照圖三可以看出，對每一發光二極體的照明段來說，當開關器S接通而開關器B不接通時，該照明段係與其他照明段串聯連接。當開關器B接通時，該照明段則被開關器B短路繞過。

在圖三的範例中，包含有k段基於發光二極體的照明段，在每個照明段裏的發光二極體的數量分別是S₁，S₂，…，和S_k，發光二極體的總數則為N。本發明提供了將所有的發光二極體分割成k段的方法，可以驅動該基於發光二極體的照明裝置在N個不同的照明模式下運作。根據實際的照明應用的需求，每一照明模式分別可以串聯連接1，2，3，…，或N個發光二極體。

按照本發明，為了從包含N個發光二極體的照明裝置中，實現分別可以串聯連接1，2，3，…，或N個發光二極體的照明模式的靈活性，基於發光二極體的照明段之段數和每個照明段的發光二極體之數量，必須滿足下列條件： 舉例來說，11個發光二極體可以分割為4個基於光二極體的照明段，其中S₁=1，S₂=2，S₃=3，和S₄=5。如此分割的基於發光二極體的照明裝置中，可以將基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，得到11種不同的照明模式，M₁，M₂，...，和M₁₁，其中基於發光二極體的照明段之組合如下：M₁：S₁=1，M₂：S₂=2， M₃：S₃=3，M₄：S₁+S₃=4，M₅：S₄=5，M₆：S₁+S₄=6，M₇：S₂+S₄=7，M₈：S₃+S₄=8，M₉：S₁+S₃+S₄=9，M₁₀：S₂+S₃+S₄=10，和M₁₁：S₁+S₂+S₃+S₄=11。

在實際上，基於發光二極體的照明裝置之發光二極體的總數，可由輸入電源的最高電壓V_IN(max)和發光二極體在一最高電流I_MAX下的正向電壓V_F來決定，而達到最高效率，也就是： 其中為數字(V_IN(max)/V_F)的整數部分。如圖三所顯示，由一 個控制器111來監視電流檢測電阻器113上的電壓，以確保流經發光二極體的電流不大於最高電流I_MAX。

如果基於發光二極體的照明裝置之發光二極體的總數大於 ，也就是 則可由控制器111來控制經發光二極體的電流，而不需使用電流檢測電阻器，即可以確保流經發光二極體的電流不大於最高電流I_MAX。基於發光二極體的照明段在控制器111的控制下，當0V_IN V_F時，只將一個發光二極體串聯；當V_F V_IN 2V_F時，至少有兩個發光二極體串聯；當2V_F V_IN 3V_F時，至少有三個發光二極體串聯；以此類推，當(N-2)V_F V_IN (N-1)V_F時，至少有(N-1)個發光二極體串聯；而當(N-1)V_F<V_IN V_IN(max) NV_F時，則有N個發光二 極體串聯。因此，流經發光二極體的電流永遠不會大於最高電流I_MAX。

根據本發明，要實現從包含N個發光二極體的照明裝置中，可以將k段基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，而串聯連接1，2，3，…，或N個發光二極體的照明模式的靈活性，段數k必須滿足下列條件： 其中為數字log₂N的整數部分。

例如，如果照明裝置中使用100伏的整流交流電壓，而發光二極體的正向電壓為3.3伏，發光二極體的總數可以是N=42。如果基於發光二極體的照明段數k是6，那麼條件+1kN是可以符合的。在這種情況下，每個照明段的發光二極體數量可以是S₁=1，S₂=2，S₃=3，S₄=7，S₅=14，和S₆=15，利用這6個基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，可以將1到42個發光二極體串聯連接，而靈活的提供42種不同的照明模式。

另一個例子是，如果照明裝置中使用110伏的整流交流電壓，而發光二極體的正向電壓為3.3伏，發光二極體的總數可以是N=47。如果基於發光二極體的照明段數k是6，那麼條件+1kN仍是可以符合的。在這種情況下，每個照明段的發光二極體數量可以是S₁=1，S₂=2，S₃=3，S₄=7，S₅=14，和S₆=20，利用這6個基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，可以將1到47個發光二極體串聯連接，而靈活的提供47種不同的照明模式。

又另外的一個例子是，如果照明裝置中使用220伏的整流交流電壓，而發光二極體的正向電壓為3.3伏，發光二極體的總數可以是N=94。如果基於發光二極體的照明段數k是7，那麼條件+1kN仍是可以符合的。在這種情況下，每個照明段 的發光二極體數量可以是S₁=1，S₂=2，S₃=3，S₄=7，S₅=14，S₆=28，和S₇=39利用這7個基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，可以將1到94個發光二極體串聯連接，而靈活的提供94種不同的照明模式。

更另外的一個例子是，如果照明裝置中使用240伏的整流交流電壓，而發光二極體的正向電壓為3.3伏，發光二極體的總數可以是N=102。如果基於發光二極體的照明段數k是7，那麼條件log₂N+1kN仍是可以符合的。在這種情況下，每個照明段的發光二極體數量可以是S₁=1，S₂=2，S₃=3，S₄=7，S₅=14，S₆=28，和S₇=47利用這7個基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，可以將1到102個發光二極體串聯連接，而靈活的提供102種不同的照明模式。

應當注意的是，上面例子中的數字，只是用來說明在照明裝置裏，如何分割基於發光二極體的照明段，以及決定其段數的方法和原則。事實上還有其他可能的配置，以不同的照明段數，和每個照明段裡以不同的發光二極體的個數，仍可以提供同樣的靈活性。此外，圖三中的照明裝置，基於發光二極體的照明段數S₁，S₂，...，和S_K的順序，可以任意地重新安排在節點N_A和節點N_C之間，並不影響照明裝置的性能或亮度。

根據本發明，還有另一將照明裝置分割為數個基於發光二極體的照明段的方法，也可以用來連接N個發光二極體中的一部分的發光二極體。該方法因為無法實現一些照明模式，比較起來靈活性略差。然而，仍然可以提供大多數的照明模式，因此照明模式的數量足夠實際應用。在此方法中，基於發光二極體的照明段數k必須滿足以下條件： 其中log₂N為數字log₂N的整數部分。

例如，如果照明裝置中使用100伏的整流交流電壓，而發光二極體的正向電壓為3.3伏，發光二極體的總數可以是N=42。如果 基於發光二極體的照明段數k是5，那麼條件2k是可以符合的。在這種情況下，每個照明段的發光二極體數量可以是S₁=1，S₂=2，S₃=5，S₄=11，和S₅=23，利用這5個基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，可以將42個發光二極體中一部分的發光二極體串聯連接，而靈活的提供幾種不同的照明模式。可以串聯的發光二極體數量有1-3，5-8，11-14，16-19，23-26，28-31，34-37和39-42。

另一個例子是，如果照明裝置中使用110伏的整流交流電壓，而發光二極體的正向電壓為3.3伏，發光二極體的總數可以是N=47。如果基於發光二極體的照明段數k是5，那麼條件2k 仍是可以符合的。在這種情況下，每個照明段的發光二極體數量可以是S₁=1，S₂=2，S₃=5，S₄=12，和S₅=27，利用這5個基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，可以將47個發光二極體中一部分的發光二極體串聯連接，而靈活的提供幾種不同的照明模式。可以串聯的發光二極體數量有1-3，5-8，12-15，17-20，27-30，32-35，39-42和44-47。

又另外的一個例子是，如果照明裝置中使用220伏的整流交流電壓，而發光二極體的正向電壓為3.3伏，發光二極體的總數可以是N=94。如果基於發光二極體的照明段數k是6，那麼條件2k仍是可以符合的。在這種情況下，每個照明段的發光二極體數量可以是S₁=1，S₂=2，S₃=5，S₄=12，S₅=25，和S₆=49，利用這6個基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，可以將94個發光二極體中一部分的發光二極體串聯連接，而靈活的提供幾種不同的照明模式。可以串聯的發光二極體數量有1-3，5-8，12-15，17-20，25-28，30-33，37-40，42-45，49-52，54-57，61-64，66-69，74-77，79-82，86-89和91-94。

更另外的一個例子是，如果照明裝置中使用240伏的整流交流電壓，而發光二極體的正向電壓為3.3伏，發光二極體的總數可以是N=102。如果基於發光二極體的照明段數k是6，那麼條件2 k仍是可以符合的。在這種情況下，每個照明段的發光二極體數量可以是S₁=1，S₂=2，S₃=5，S₄=12，S₅=25，和S₆=57，利用這6個基於發光二極體的照明段，以串聯連接或短路繞過的組合，可以將102個發光二極體中一部分的發光二極體串聯連接，而靈活的提供幾種不同的照明模式。可以串聯的發光二極體數量有1-3，5-8，12-15，17-20，25-28，30-33，37-40，42-45，57-60，62-65，69-72，74-77，82-85，87-90，94-97和99-102。

根據本發明，每個基於發光二極體的照明段101~10k，有兩個不同的操作模式。在第一操作模式下，開關器S接通而開關器B不接通。因此，照明段裏的發光二極體以串聯連接外界，也就是說在第一操作模式下，該照明段係與其他照明段串聯連接。

在第二操作模式下，開關器B接通，從圖三可以看出，該照明段被開關器B短路繞過，因此沒有電流會流經該照明段裏的發光二極體，也就是說在第二操作模式下，該照明段係被短路繞過，其中的發光二極體是不會發光的。

根據本發明之照明裝置，每個基於發光二極體的照明段101~10k都可以被單獨控制，如圖三所示，該裝置還包括一個控制器111，用來發送一組各別的控制信號，到每個基於發光二極體的照明段101~10k之開關器B和開關器S。這兩個控制信號可以控制所屬的基於發光二極體的照明段，使其運作於兩個不同的操作模式之一。因為每個基於發光二極體的照明段101~10k，都可被串聯，或者以短路方式繞過，該照明裝置可藉由控制器111，控制每個基於發光二極體的照明段101~10k，來提供多種照明模式。

在這個優選實施範例中，最後一個基於發光二極體的照明段，在節點N_C與電流檢測電阻器113的一端連接，電流檢測電阻器113的另一端則連接到地面。節點N_C也被連接到控制器111，所以控制器111可以偵測到節點N_C的電壓。因此，控制器111可以根據電流檢測電阻器113在節點N_C上的電壓值，或輸入電源V_IN的電壓值，或是這兩個電壓值，來控制多個基於發光二極體的照明段101~10k。

圖四顯示了圖三的實施範例中控制器111的示意圖。控制器111包括一個A/D轉換器1101用來將輸入電壓V_IN轉換成數位信號，該數位信號被發送到一個狀態機1102。控制器111又包括另一個A/D轉換器1103，用來檢測在節點NC上的電壓值，該A/D轉換器1103也輸出一個數位信號到狀態機1102。在控制器111裡用來控制每個基於發光二極體的照明段101~10k的控制邏輯，就裝置在狀態機1102和儲存記憶元件1104中，以發送控制信號到每個照明段。

根據本發明，在基於發光二極體的照明段101~10k中的發光二極體，是泛指所有類型的發光二極體，如一般半導體發光二極體和有機發光二極體，這些發光二極體可能在各種頻譜發光。本發明的照明裝置，可包括適當段數的基於發光二極體的照明段，每個基於發光二極體的照明段，可包括適當數量的基於發光二極體的照明單位。這些數量都可根據上述範例中的條件，和設備或裝置上實際應用的要求而定。開關器S和開關器B也是泛指一般包含有可以適當接通或關閉一個電路的開關元件，開關器可以是機械式的或電力式的，也可以是用積體電路製造的半導體開關器。

圖五係根據本發明的另一優選實施範例，用於控制多數個基於發光二極體的照明段的照明裝置之電路示意圖。如圖五所示，該照明裝置同樣的包括了多數個基於發光二極體的照明段101~10k在節點N_A與節點N_C之間連接。與圖三不同的是，電流檢測電阻器113被一個可變的電流源115所取代。該照明裝置也包括一個控制器121來控制這個可變的電流源115以及每個基於發光二極體的照明段101~10k。

在此優選實施範例中，可變電流源115在節點N_C的電壓也可由控制器121來偵測。因此，控制器121可以根據可變電流源115在節點N_C上的電壓值，或輸入電源V_IN的電壓值，或是這兩個電壓值，來控制多個基於發光二極體的照明段101~10k。

圖六顯示了圖五的實施範例中控制器121的示意圖。在控制器121裡用來控制多個基於發光二極體的照明段101~10k的控制邏 輯，就裝置在狀態機1102和儲存記憶元件1104中，以發送各別的控制信號到每個基於發光二極體的照明段101~10k之開關器B和開關器S。控制器121包括一個A/D轉換器1101用來將輸入電壓V_IN轉換成數位信號，該數位信號被發送到狀態機1102。控制器121又包括另一個A/D轉換器1103，用來檢測在節點N_C上的電壓值，該A/D轉換器1103也輸出一個數位信號到狀態機1102。控制器121還包括一個電流控制電路1205，以控制可變電流源115。

圖七顯示了圖五的另一實施範例中控制器121的示意圖。在控制器121裡用來控制多個基於發光二極體的照明段101~10k的控制邏輯，就裝置在狀態機1102中，以發送各別的控制信號到每個基於發光二極體的照明段101~10k之開關器B和開關器S。此一實施範例中的控制器121沒有應用儲存記憶元件，控制器121包括一個A/D轉換器1101用來將輸入電壓V_IN轉換成數位信號，該數位信號被發送到狀態機1102。控制器121還包括一個電流控制電路1205，以控制可變電流源115。

圖八係根據本發明的圖五與圖七而稍微變更的優選實施範例，用於控制多數個基於發光二極體的照明段之電路示意圖。此一變更的優選實施範例中，該照明裝置同樣的連接了多數個基於發光二極體的照明段101~103。與圖七不同的是，一個單獨的發光二極體1001將節點N_A連接到第一個基於發光二極體的照明段101之正端。其他的線路都與圖七相似。其中有三個基於發光二極體的照明段，分別包含1，2，和4個發光二極體。該照明裝置可以連接1到8個發光二極體，以提供8種不同的照明模式。

圖九顯示了圖五的另一實施範例中控制器121的示意圖。在控制器121裡用來控制多個基於發光二極體的照明段101~10k的控制邏輯，就裝置在一亮度調節器1301中，以發送各別的控制信號到每個基於發光二極體的照明段101~10k之開關器B和開關器S。不同的調節控制碼，可以載入此一實施範例中的亮度調節器1301，來各別控制每個基於發光二極體的照明段101~10k，根據不同的亮度需 求，以提供不同的照明亮度。控制器121還包括一個電流控制電路1205，以控制可變電流源115。

總之，本發明提供了一種分割，控制和連接多個基於發光二極體的照明段的照明裝置和方法，其中一些基於發光二極體的照明段可以串聯連接，而一些基於發光二極體的照明段則可以短路繞過。每個基於發光二極體的照明段可以包括一個或多個基於發光二極體照明單位串聯，如圖十所示，每個照明單位可以包括一個或多個發光二極體串聯，並聯或者是兩者都有之組合方式連接。這裡應該注意的是，雖然圖十只有顯示三個如何連接發光二極體的例子，熟悉本技術領域的人應該很容易就可看出，本發明的每個照明單位，還可以其他方式來連接多個發光二極體。應用本發明的分段和驅動方法，可以根據不同的亮度需求，靈活的連接發光二極體的數量，而提供多種照明模式。

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。

101~10k‧‧‧基於發光二極體的照明段

111‧‧‧控制器

113‧‧‧電流檢測電阻器

115‧‧‧可變的電流源

121‧‧‧控制器

1001‧‧‧發光二極體

1101‧‧‧A/D轉換器

1102‧‧‧狀態機

1103‧‧‧A/D轉換器

1104‧‧‧儲存記憶元件

1205‧‧‧電流控制電路

1301‧‧‧亮度調節器

201~203‧‧‧基於發光二極體的照明單位

圖一係習用之由多數個發光二極體串接成分段的發光二極體的照明裝置之電路示意圖。

圖二顯示一個基於發光二極體的照明裝置，操作於M種不同的照明模式下的輸入電源電壓V_IN以及發光二極體上的電壓V_LED。

圖三顯示了根據本發明的一優選實施範例，用於控制多數個基於發光二極體的照明段的照明裝置之電路示意圖。

圖四顯示了圖三的實施範例中控制器的示意圖。

圖五係根據本發明的另一優選實施範例，用於控制多數個基於發光二極體的照明段的照明裝置之電路示意圖。

圖六顯示了圖五的實施範例中控制器的示意圖。

圖七顯示了圖五的另一實施範例中控制器的示意圖。

圖八係根據本發明的圖五和圖七而稍微變更的優選實施範例，用於控制多數個基於發光二極體的照明段之電路示意圖。

圖九顯示了圖五的另一實施範例中控制器的示意圖。

圖十說明本發明之基於發光二極體的照明單位中，可能有至少一個或多個發光二極體串聯，並聯或以並聯和串聯組合方式連接。

101~10k‧‧‧基於發光二極體的照明段

111‧‧‧控制器

113‧‧‧電流檢測電阻器

1101‧‧‧A/D轉換器

1102‧‧‧狀態機

1103‧‧‧A/D轉換器

1104‧‧‧儲存記憶元件

Claims (23)

1. 一個基於發光二極體的照明裝置，包括：多個串接之基於發光二極體的照明段，每個照明段有一正端，一負端，一個繞接開關器連接上述正端和負端，和至少一個基於發光二極體的照明單位串聯連接至少一個串接開關器於上述正端和負端之間；一輸入電源連接到上述多個基於發光二極體的照明段；一控制器，用來控制上述多個基於發光二極體的照明段；以及一電流控制器，與上述多個基於發光二極體的照明段串聯連接，其中上述控制器可以各別控制上述多個基於發光二極體的照明段，每個照明段的操作包括一串聯連接模式將該照明段與其他的照明段串聯，和一短路繞接模式將該照明段以短路方式繞過，其中上述控制器包括：第一個A/D轉換器，將上述輸入電源的電壓轉換成被傳送至一個狀態機的第一數位信號；第二個A/D轉換器，將上述電流控制器的電壓轉換成被傳送至上述狀態機的第二數位信號；以及一個連接於上述狀態機的儲存記憶元件；上述控制器各別對每一個基於發光二極體的照明段發送一對控制信號，用來將相對的照明段的繞接開關器接通，使其以上述短路繞接模式操作，或將相對的照明段的串接開關器接通並切斷相對的照明段的繞接開關器，使其以上述串聯連接模式操作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中上述電流控制器是一電流檢測電阻器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中上述電流控制器是被上述控制器控制下的一可變的電流源。
4. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中總共包含有N個基 於發光二極體的照明單位，，其中V_IN(max)為上述輸入 電源的最高電壓，V_F為每個基於發光二極體的照明單位，在被上 述電流控制器限制的一最高電流I_MAX下的正向電壓，為 數字(V_IN(max)/V_F)的整數部分。
5. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中總共包含有N個基 於發光二極體的照明單位，，其中V_IN(max)為上述 輸入電源的最高電壓，V_F為每個基於發光二極體的照明單位，在 被上述控制器控制的一最高電流I_MAX下的正向電壓，為 數字(V_IN(max)/V_F)的整數部分。
6. 如申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中V_IN為上述輸入電源的電壓，上述多個基於發光二極體的照明段在上述控制器的控制下，當0V_IN V_F時，只將一個基於發光二極體的照明單位串聯；當V_F V_IN 2V_F時，至少有兩個基於發光二極體的照明單位串聯；當2V_F V_IN 3V_F時，至少有三個基於發光二極體的照明單位串聯；以此類推，當(N-2)V_F V_IN (N-1)V_F時，至少有(N-1)個基於發光二極體的照明單位串聯；而當(N-1)V_F<V_IN V_IN(max) NV_F時，則有N個基於發光二極體的照明單位串聯。
7. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中總共包含有N個基於發光二極體的照明單位，分割成k個基於發光二極體的照明段，上述k個照明段裏各別有S₁，S₂，…，和S_k個基於發光二極 體的照明單位，其中k是大於3的整數，, log₂N為數字log₂N的整數部分，S₁=1，當2n k，而且。
8. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中總共包含有N個基於發光二極體的照明單位，分割成k個基於發光二極體的照明段，上述k個照明段裏各別有S₁，S₂，…，和S_k個基於發光二極 體的照明單位，其中，log₂N為數字log₂N的整 數部分，而且。
9. 一個基於發光二極體的照明裝置，包括：多個串接之基於發光二極體的照明段，每個照明段有一正端，一負端，一個繞接開關器連接上述正端和負端，和至少一個基於發光二極體的照明單位串聯連接至少一個串接開關器於上述正端和負端之間；一輸入電源連接到上述多個基於發光二極體的照明段；一控制器，用來控制上述多個基於發光二極體的照明段；以及一電流控制器，與上述多個基於發光二極體的照明段串聯連接，其中上述控制器可以各別控制上述多個基於發光二極體的照明段，每個照明段的操作包括一串聯連接模式將該照明段與其他的照明段串聯，和一短路繞接模式將該照明段以短路方式繞過，其中上述控制器包括一個A/D轉換器，將上述輸入電源的電壓轉換成被傳送至一個狀態機的一數位信號；上述狀態機各別對每一個基於發光二極體的照明段發送一對控制信號，用來將相對的照明段的繞接開關器接通，使其以上述短路繞接模式操作，或將相對的照明段的串接開關器接通並切斷相對的照明段的繞接開關器，使其以上述串聯連接模式操作。
10. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中又包括一未被上述控制器控制的基於發光二極體的照明單位，與上述多個基於發光二極體的照明段串聯。
11. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中上述多個基於發光二極體的照明單位之每一照明單位包括一個或多個發光二極體串聯於該照明單位的正極端和負極端之間。
12. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中上述多個基於發光二極體的照明單位之每一照明單位包括多個發光二極體並聯於該照明單位的正極端和負極端之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中上述多個基於發光二極體的照明單位之每一照明單位包括多個發光二極體以並聯和串聯的組合連接於該照明單位的正極端和負極端之間。
14. 一個用來分割與驅動多個基於發光二極體的照明單位之方法，包含下列步驟：將N個基於發光二極體的照明單位分割成串接的k個基於發光二極體的照明段，上述k個照明段裏各別有串接於各別照明段的正端和負端之間的S₁，S₂，…，和S_k個基於發光二極體的照明單位，其中每個基於發光二極體的照明單位在一最高電流I_MAX下之正向電壓為V_F；將一輸入電源連接到上述多個基於發光二極體的照明段，上述輸入電源的最高電壓為V_IN(max)；以及各別對每一個基於發光二極體的照明段發送一對控制信號，用來將相對的照明段以串聯連接，或將相對的照明段以短路繞接； 其中k是大於3的整數，，log₂N為數字 log₂N的整數部分，S₁=1，當2nk，而且S_k
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，又將一電流控制器與上述多個基於發光二極體的照明段串聯連接。
16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中，上述最 高電流I_MAX係被上述電流控制器所限制，為數字 (V_IN(max)/V_F)的整數部分。
17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中，上述 最高電流I_MAX係被上述控制器所控制，為數字 (V_IN(max)/V_F)的整數部分。
18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中V_IN為上述輸入電源的電壓，上述多個基於發光二極體的照明段在上述控制器的控制下，當0V_IN V_F時，只將一個基於發光二極體的照明單位串聯；當V_F V_IN 2V_F時，至少有兩個基於發光二極體的照明單位串聯；當2V_F V_IN 3V_F時，至少有三個基於發光二極體的照明單位串聯；以此類推，當(N-2)V_F V_IN (N-1)V_F時，至少有(N-1)個基於發光二極體的照明單位串聯；而當(N-1)V_F<V_IN V_IN(max) NV_F時，則有N個基於發光二極體的照明單位串聯。
19. 一個用來分割與驅動多個基於發光二極體的照明單位之方法，包含下列步驟：將N個基於發光二極體的照明單位分割成串接的k個基於發光二極體的照明段，上述k個照明段裏各別有串接於各別照明段的正端和負端之間的S₁，S₂，…，和S_k個基於發光二極體的照明單位，其中每個基於發光二極體的照明單位在一最高電流I_MAX下之正向電壓為V_F；將一輸入電源連接到上述多個基於發光二極體的照明段，上述輸入電源的最高電壓為V_IN(max)；以及各別對每一個基於發光二極體的照明段發送一對控制信號，用來將相對的照明段以串聯連接，或將相對的照明段以短路繞接； 其中,為數字(V_IN(max)/V_F)的整數部分，3<k log₂N，log₂N為數字log₂N的整數部分，而且。
20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，又將一電流控制器與上述多個基於發光二極體的照明段串聯連接。
21. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中，上述最 高電流I_MAX係被上述電流控制器所限制，為數字 (V_IN(max)/V_F)的整數部分。
22. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中，上述 最高電流I_MAX係被上述控制器所控制，為數字 (V_IN(max)/V_F)的整數部分。
23. 如申請專利範圍第22項所述之方法，其中V_IN為上述輸入電源的電壓，上述多個基於發光二極體的照明段在上述控制器的控制下，當0V_IN V_F時，只將一個基於發光二極體的照明單位串聯；當V_F V_IN 2V_F時，至少有兩個基於發光二極體的照明單位串聯；當2V_F V_IN 3V_F時，至少有三個基於發光二極體的照明單位串聯；以此類推，當(N-2)V_F V_IN (N-1)V_F時，至少有(N-1)個基於發光二極體的照明單位串聯；而當(N-1)V_F<V_IN V_IN(max) NV_F時，則有N個基於發光二極體的照明單位串聯。