TWI589183B - 具有低耐壓元件的發光裝置 - Google Patents

Description

具有低耐壓元件的發光裝置

本發明係關於一種發光裝置，尤其是關於一種以發光二極體提供光源的發光裝置。

發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱LED)具有壽命長、體積小、高抗震性、低熱產生及低功率消耗等優點，因此近年來被廣泛應用於各種設備中的指示器或光源。此外，發光二極體更已朝多彩與高亮度發展，因此其應用領域已擴展至大型戶外看板、交通號誌燈及相關領域。在未來，發光二極體極有可能成為兼具省電及環保功能的主要照明光源。

然而過往以發光二極體串列提供光源的發光裝置往往以特定的順序點亮發光二極體串列，而使得與各發光二極體對應的各元件承受較高的跨壓。因此，過往以發光二極體串列提供光源的發光裝置通常都需要採用具有高耐壓的元件，高耐壓元件的工作電流較低，需要更多或更大的元件，不但侷限了電路設計，更提高了發光裝置的製造成本。

鑑於上述，本發明旨在揭露一種使用低耐壓元件的發光裝置，以降低發光裝置的製造成本。

本發明提供了一種具有低耐壓元件的發光裝置。發光裝置包含發光二極體串列、M個第一控制單元、偵測單元與電流控制單元。發光二極體串列包含互相串聯的M個第一發光二極體，每一第一控制單元包含第一開關元件。發光二極體串列的一端耦接至一輸入電壓。電流 控制單元耦接第M個第一控制單元與偵測單元。第一開關元件並聯對應的第一發光二極體，用以選擇性地提供旁通電流路徑。偵測單元用以偵測通過發光二極體及其並聯的開關元件的總電流值，以產生電流偵測訊號。電流控制單元依據電流偵測訊號，控制第M個第一控制單元是否提供預設電壓至第M個第一控制單元中的第一開關元件以選擇性地提供旁通電流路徑。其中當第M個第一控制單元中的第一開關元件不提供旁通電流路徑時，第M個第一控制單元更依據輸入電壓的電壓值，選擇性地控制第M-1個第一控制單元提供預設電壓至第M-1個第一控制單元中的第一開關元件。M為大於1的正整數。

在一實施例中，當第i個第一控制單元中的第一開關元件不提供旁通電流路徑時，第i個第一控制單元更依據通過發光二極體及其並聯的開關元件的總電流值，選擇性地控制第i-1個第一控制單元提供預設電壓至第i-1個第一控制單元中的第一開關元件，i為大於1但不大於M的正整數。此外，第i個第一控制單元更包含定電流源、第一電阻與第二開關元件。定電流源耦接於輸入電壓與第一節點之間。第一電阻兩端分別耦接第一節點與第二節點。第二開關元件耦接第一節點與第i-1個第一控制單元的第一節點，並受控於第二節點的電壓而選擇性地導通第一節點與第i-1個第一控制單元的第一節點，以選擇性地導通分流路徑。而且，當輸入電壓分壓至第i個第一控制單元的第二節點的電壓大於對應的預設閥值時，第i個第一控制單元導通分流路徑。電流控制單元依據電流偵測訊號對應地引導第i-1個第一控制單元的輸出電流流至第i-1條分流路徑。

本發明還提供了一種具有低耐壓元件的發光裝置。發光裝置包含發光二極體串列與M個第一控制單元。發光二極體串列包含M個第一發光二極體、第二發光二極體以及第三發光二極體。每一第一控制單元包含第一開關元件。第一發光二極體依序串聯，第二發光二極體 耦接第M個第一發光二極體，第三發光二極體耦接第1個第一發光二極體與輸入電壓之間。第一開關元件並聯對應的第一發光二極體，用以依據對應的第一控制單元的指示而選擇性地提供旁通電流路徑。其中，當輸入電壓大於第一預設閥值時，第二發光二極體與第三發光二極體依據輸入電壓所產生的電流而發光。當輸入電壓大於第二預設閥值時，M個第一控制單元選擇性地提供M條旁通電流路徑。第一預設閥值小於第二預設閥值，且M為大於一的正整數。

在一實施例中，具有低耐壓元件的發光裝置更包含偵測單元與電流控制單元。偵測單元用以偵測通過發光二極體及其並聯的開關元件的總電流值，以產生電流偵測訊號。電流控制單元耦接第M個第一控制單元與偵測單元，依據電流偵測訊號，控制第M個第一控制單元是否導通第M個第一控制單元中的第一開關元件以選擇性地提供旁通電流路徑。此外，當第i個第一控制單元中的第一開關元件不提供旁通電流路徑時，第i個第一控制單元更依據輸入電壓的電壓值選擇性地控制第i-1個第一控制單元提供預設電壓至第i-1個第一控制單元中的第一開關元件，i為大於1但不大於M的正整數。而且，第i個第一控制單元更包含定電流源、第一電阻與第二開關元件。定電流源耦接於輸入電壓與第一節點之間。第一電阻兩端分別耦接第一節點與第二節點。第二開關元件耦接第一節點與第i-1個第一控制單元的第一節點，並受控於第二節點的電壓而選擇性地導通第一節點與第i-1個第一控制單元的第一節點，以選擇性地形成分流路徑。並且，當輸入電壓分壓至第i個第一控制單元的第二節點的電壓大於對應的預設閥值時，第i個第一控制單元導通分流路徑，而且電流控制單元依據電流偵測訊號對應地引導第i-1個第一控制單元的輸出電流流至第i-1條分流路徑。

綜上所述，本發明提供了一種發光裝置，此發光裝置偵測流經發光二極體串列中之電流，以控制一可控電流源，進而從低電壓端 往高電壓端導通發光二極體串列中的各發光二極體。藉此，降低發光裝置中多個開關元件的跨壓，從而得以使用低耐壓的元件，進而降低了發光裝置的製造成本。

以上關於本發明的內容及以下關於實施方式的說明係用以示範與闡明本發明的精神與原理，並提供對本發明的申請專利範圍更進一步的解釋。

1、2、3、3’‧‧‧發光裝置

12、22、32‧‧‧發光二極體串列

122a、122b、122c、222a、222b、222c、322a、322b、322c‧‧‧第一發光二極體

14a、14b、14c、24a、24b、24c、34a、34b、34c‧‧‧第一控制單元

142a、142b、142c、242a、242b、242c、342a、342b、342c‧‧‧第一開關元件

244a、244b、244c、344a、344b、344c‧‧‧定電流源

246a、246b、246c、346a、346b、346c‧‧‧第一電阻

248b、248c、348b、348c‧‧‧第二開關元件

16、26、36‧‧‧偵測單元

18、28、38‧‧‧電流控制單元

282、382‧‧‧壓控電流源

384‧‧‧電壓疊加器

42‧‧‧第二電阻

44‧‧‧第二控制單元

442‧‧‧第三開關元件

444‧‧‧第二控制單元的定電流源

446‧‧‧第二控制單元的第一電阻

46‧‧‧第二發光二極體

54‧‧‧第三發光二極體

56‧‧‧溫度偵測模組

562‧‧‧溫度偵測單元

564‧‧‧稽納二極體

58‧‧‧補償模組

62‧‧‧過電壓保護模組

621‧‧‧稽納二極體

622‧‧‧第三開關元件

623‧‧‧第一電阻

624‧‧‧第二電阻

625‧‧‧第四開關元件

626‧‧‧第三電阻

628‧‧‧阻抗

64‧‧‧整流模組

9‧‧‧交流電源

S‧‧‧電壓區段

Icon‧‧‧控制電流

Isys‧‧‧電流

Iset‧‧‧預設電流值

N1a、N1b、N1c‧‧‧第一節點

N2a、N2b、N2c‧‧‧第二節點

Nin1、Nin2‧‧‧節點

T1、T2、...、T9‧‧‧第一時間區間、第二時間區間、...、第九時間區間

V1、V2、...、V4‧‧‧第一電壓準位、第二電壓準位、...第四電壓準位

Vcom‧‧‧補償訊號

Vin‧‧‧輸入電壓

Vsys‧‧‧電流偵測訊號

Vtemp‧‧‧溫度偵測訊號

第1圖係本發明一實施例中發光裝置的功能方塊圖。

第2圖係本發明一實施例中發光裝置的電路示意圖。

第3圖係本發明另一實施例中發光裝置的電路示意圖。

第4圖係本發明一實施例中發光裝置的輸入電壓與發光二極體串列消耗電壓的示意圖。

第5A圖係相對於第2圖流經發光二極體串列之理想電流相對於時間的示意圖。

第5B圖係相對於第2圖流經發光二極體串列之實際電流相對於時間的示意圖。

第6A圖係相對於第2圖流經發光二極體串列之理想電流相對於電壓的示意圖。

第6B圖係相對於第2圖流經發光二極體串列之實際電流相對於電壓的示意圖。

第7圖係本發明一實施例中過電壓保護模組的電路示意圖。

第8圖係本發明更一實施例中發光裝置的電路示意圖。

以下在實施方式中敘述本發明之詳細特徵，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且依據本說明 書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下實施例係進一步說明本發明之諸面向，但非以任何面向限制本發明之範疇。

請參照第1圖，第1圖係本發明一實施例中發光裝置的功能方塊圖。如圖所示，具有低耐壓元件的發光裝置1包含發光二極體串列12、第一控制單元14a~14c、偵測單元16與電流控制單元18。發光二極體串列12包含互相串聯的第一發光二極體122a~122c。第一控制單元14a~14c分別包含第一開關元件142a~142c。發光二極體串列12的一端耦接至輸入電壓Vin。第一開關元件142a~142c分別並聯第一發光二極體122a~122c。電流控制單元18耦接第一控制單元14c與偵測單元16。事實上，具有低耐壓元件的發光裝置1可以包含M個第一發光二極體與對應的M個第一控制單元，其中M為一大於1的正整數。惟在此為求敘述簡明，係以第一發光二極體122a~122c，但第一發光二極體的數量並不以此為限。

第一控制單元14a~14c用以選擇性地提供旁通電流路徑予第一發光二極體122a~122c。更具體地來說，第一控制單元14a~14c選擇性地提供預設電壓給第一開關元件142a~142c，當第一開關元件142a~142c接收到所述的預設電壓時，第一開關元件142a~142c被導通，從而形成所述的旁通電流路徑。如圖所示，第一開關元件142a~142c分別並聯於第一發光二極體122a~122c，因此當第一開關元件142a~142c被導通時，原本流經第一發光二極體122a~122c的電流改為流向對應的旁通電流路徑，而使得第一發光二極體122a~122c不發光。

偵測單元16用以偵測通過發光二極體及其並聯的開關元件的總電流值Isys，以產生電流偵測訊號Vsys。在此實施例中，偵測單元16係根據電流Isys而產生電流偵測訊號Vsys。其中，偵測單元 16例如是一電阻，電流Isys例如是流經發光二極體串列12的電流，電流偵測訊號Vsys例如為電流Isys流經偵測單元16所產生的電壓訊號。事實上所屬技術領域具有通常知識者經詳閱本說明書後當可自由設計偵測單元16的偵測方式，電流偵測訊號Vsys除了是電壓訊號之外亦可被置換為一電流訊號或其他類型的訊號，在此並不加以限制。

電流控制單元18依據電流偵測訊號Vsys控制第一控制單元14c是否提供預設電壓至第一開關元件142c，以選擇性地導通第一開關元件142c而提供旁通電流路徑。

而當第一控制單元14c不以第一開關元件142c提供旁通電流路徑時，第一控制單元14c更依據輸入電壓Vin的電壓值，選擇性地控制第一控制單元14b提供預設電壓至第一開關元件142b，以選擇性地導通對應的旁通電流路徑。更具體地來說，當輸入電壓Vin大於對應的預設閥值時，第一控制單元14c控制第一控制單元14b不導通第一開關元件142b，以不提供相應的旁通電流路徑。如前述地，此時電流流經第一發光二極體122b而使第一發光二極體122b發光。

同理，當第一控制單元14b中的第一開關元件142b不提供旁通電流路徑時，第一控制單元14b更依據輸入電壓Vin的電壓值，選擇性地控制第一控制單元14a提供預設電壓至第一開關元件142a。所屬技術領域具有通常知識者當可理解，在具有低耐壓元件的發光裝置1具有M個第一控制單元與M個第一發光二極體的實施例中，當第i個第一控制單元不提供旁通電流路徑時，第i個第一控制單元更依據輸入電壓Vin的電壓值，選擇性地控制第i-1個第一控制單元提供旁通電流路徑。其中i是為大於1但不大於M的正整數。

請參照第2圖以對發光裝置的電路進行更詳細的介紹，第2圖係本發明一實施例中發光裝置的電路示意圖。如第2圖所示，在具有低耐壓元件的發光裝置2中，第一控制單元24a~24c更包含多個組 件。以第一控制單元24c來說，第一控制單元24c更包含了定電流源244c、第一電阻246c與第二開關元件248c。而電流控制單元28在此實施例中包含一壓控電流源282。

其中，定電流源244c耦接於輸入電壓Vin與第一節點N1c之間。第一電阻246c兩端分別耦接第一節點N1c與第二節點N2c。第二開關元件248c耦接第一節點N1c與第一控制單元24b的第一節點N1b。第二開關元件248c受控於第二節點N2c的電壓而選擇性地導通第一節點N1b與第一節點N1c，以選擇性地導通對應的分流路徑。其中，第二節點N2c的電壓係為於輸入電壓Vin分壓至第二節點N2c的電壓。

此外，第一開關元件242c的兩端分別電性連接第二節點N2c與第一控制單元24b中的第二節點N2b，第一開關元件242c的控制端則耦接至第一節點N1c。且如圖所示，第一發光二極體222c的陰極端耦接至第二節點N2c，而第一發光二極體222c的陽極端耦接至第二節點N2b。因此，第一開關元件242c受控於第一節點N1c的電壓而選擇性地導通第二節點N2c與第二節點N2b成所述的旁通電流路徑。

在第2圖所對應的實施例中，第一發光二極體222a~222c係分別對應於多個預設閥值，當輸入電壓Vin大於對應的預設閥值時，第一發光二極體222a~222c才會對應地被點亮發光。且第一發光二極體222a至222c所分別對應的預設閥值的相對大小係為遞減，因此隨著輸入電壓Vin增加，第一發光二極體222c會先被點亮，接著是第一發光二極體222b，最後是第一發光二極體222a。

更具體地來說，當輸入電壓Vin分壓至第二節點N2c的電壓大於對應的預設閥值時，第一控制單元24c導通對應的分流路徑，而且此時電流控制單元28依據電流偵測訊號Vsys對應地增加控制電流Icon以引導第一控制單元24b的輸出電流流至第一控制單元24c中的分 流路徑。換句話說，此時定電流源244b的輸出電流係被引導至第一控制單元24c中的分流路徑，第一開關元件242b不導通而使發光二極體222b發光。而當第一控制單元24c不導通對應的分流路徑時，第一控制單元24b的定電流源244b的輸出電流流經第一電阻246b並提供預設電壓至第一節點N1b，且導通第一開關元件242b，從而導通旁通電流路徑。此時，第一發光二極體222b不發光。

換句話說，當輸入電壓Vin的電壓值逐漸增大時，除了第一控制單元24c會依據輸入電壓Vin以及控制電流Icon選擇性地提供對應的旁通電流路徑之外，第一控制單元24c、第一控制單元24b依序依據輸入電壓Vin導通對應的分流路徑，電流控制單元28則對應增加分流路徑上的控制電流Icon的電流大小，以對應點亮第一發光二極體222b或第一發光二極體222a。同理，當輸入電壓Vin的電壓值逐漸減小時，第一控制單元24b、第一控制單元24c依序依據輸入電壓Vin斷開對應的分流路徑，電流控制單元28對應降低控制電流Icon的電流大小，並使第一發光二極體222a、222b依序不發光。最後第一控制單元24c會依據輸入電壓Vin以及控制電流Icon提供對應的旁通電流路徑以使第一發光二極體222c不發光。

請接著參照第3圖以說明發光裝置的另一種實施態樣，第3圖係本發明另一實施例中發光裝置的電路示意圖。相較於前述實施例，具有低耐壓元件的發光裝置3更包含第二電阻42、第二控制單元44、第二發光二極體46、第三發光二極體54、溫度偵測模組56、補償模組58、過電壓保護模組62與整流模組64。電流控制單元38除了壓控電流源382之外，更包含電壓疊加器384。須注意的是，於實務上，具有低耐壓元件的發光裝置3可只包含上述各組件中相應的幾個組件，而不必須包含所有的組件方能運作。而在此實施例中，第二控制單元44係具有類似於第一控制單元34a~34c的結構，因此以下僅對第二控制單 元44擇要說明並不再多加贅述。

延續前述，第二電阻42耦接於發光二極體串列32與輸入電壓Vin之間。第二控制單元44耦接第一發光二極體322a。第二控制單元44包含第三開關元件442，第三開關元件442並聯第二電阻42。第二發光二極體46串聯於發光二極體串列32與偵測單元36之間。第三發光二極體54串聯於輸入電壓Vin與第二電阻42之間。溫度偵測模組56耦接於電壓疊加器384與輸入電壓Vin之間。補償模組58並聯第三發光二極體54且耦接電壓疊加器384。電壓疊加器384更耦接壓控電流源382。過電壓保護模組62耦接輸入電壓Vin。整流模組64耦接交流電源9以產生輸入電壓Vin。整流模組64例如是橋式整流器或者是整流升壓電路、整流降壓電路。

請一併參照第4圖以對具有低耐壓元件的發光裝置3的發光方式進行說明，第4圖係本發明一實施例中發光裝置的輸入電壓與發光二極體串列消耗電壓的示意圖，其中橫軸係為時間，縱軸係為電壓大小。在此實施例中係以輸入電壓Vin為一被全波整流過的直流弦波電壓進行示範，但輸入電壓Vin實際上的形式並不以此為限。第4圖中的虛線代表輸入電壓Vin在一個週期中的電壓波形，實線則代表第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54所消耗的電壓。且第4圖上更標示有第一時間區間T1、第二時間區間T2以至第九時間區間T9，第4圖上還標示有第一電壓準位V1、第二電壓準位V2以至第四電壓準位V4。

在第一時間區間T1中，輸入電壓Vin的電壓值小於第一電壓準位V1，此時所有的發光二極體都不發光。而在第二時間區間T2中，輸入電壓Vin的電壓值大於第一電壓準位V1但小於第二電壓準位V2，第二發光二極體46與第三發光二極體54被點亮而發光。在第三時間區間T3中，輸入電壓Vin的電壓值大於第二電壓準位V2但小於 第三電壓準位V3，第一發光二極體322c被點亮而發光。

接著在第四時間區間T4與第五時間區間T5中，隨著輸入電壓Vin逐漸大於第三電壓準位V3與第四電壓準位V4，第一發光二極體322b、322a依序被點亮。其中在第五時間區間T5中，第二控制單元44不提供對應的旁通電流路徑，而讓電流Isys流經第二電阻42。此時，第二電阻42用以消耗如第4圖中標示之區段S所對應的多餘電壓，以保護第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54。而後續在第六時間區間T6以至第九時間區間T9中，輸入電壓Vin係逐漸變小，各發光二極體則依前述的相反順序依序不發光。

因此，如第2圖至第4圖以及上述可知，第二發光二極體46與第三發光二極體54的發光時間涵蓋第一發光二極體322a~322c的發光時間。換句話說，第二發光二極體46與第三發光二極體54比第一發光二極體322a~322c早被點亮，而且比第一發光二極體322a~322c晚被熄滅。因此，在輸入電壓Vin的一個週期的大部分時間中，第二發光二極體46與第三發光二極體54持續地發光。此外，第二發光二極體46與第三發光二極體54的數量並不僅限於一個。換句話說，所屬技術領域具有通常知識者經詳閱本說明書後當可依據實際所需，自行調配第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54的數量比例，以最佳化具有低耐壓元件的發光裝置3的耗能效率，或可調配出所需的頻閃系數(Flicker Index)。

請接著參照第5A圖、第5B圖、第6A圖與第6B圖，第5A圖係相對於第2圖流經發光二極體串列之理想電流相對於時間的示意圖，第5B圖係相對於第2圖流經發光二極體串列之實際電流相對於時間的示意圖，第6A圖係相對於第2圖流經發光二極體串列之理想電流相對於電壓的示意圖，第6B圖係相對於第2圖流經發光二極體串列 之實際電流相對於電壓的示意圖。在第5A圖與第5B圖中，橫軸係為時間，縱軸係為電流大小。在第6A圖與第6B圖中橫軸係為輸入電壓的電壓值，縱軸係為電流大小。

如第5A圖及第6A圖所示，在第二時間區間T2以至第八時間區間T8中，電流Isys的大小理想上應維持為一個定值。或者說即使輸入電壓Vin改變，電流Isys的大小理想上應維持為一個定值。但如第5B圖與第6B圖所示，電流Isys實際上還是會隨著時間或輸入電壓Vin的大小而有所起伏。更確切地來說，電流Isys實際上還是會隨著第一開關元件342a~342c的導通與否而有所波動。詳細來說，在第二時間區間T2時，輸入電壓Vin大於第二發光二極體46與第三發光二極體54的切入電壓，而開始產生電流Isys，並點亮第二發光二極體46與第三發光二極體54。當輸入電壓Vin逐漸增加的時候，更多的發光二極體也依序被對應點亮，因此電流Isys流經路徑的等效阻值隨著輸入電壓Vin逐漸增加而對應上升，使得電流Isys，也就是輸入電壓Vin與等效阻值的比值大致上維持一定值。

更具體地來說，電流Isys實際上會如第5B圖或第6B圖所示地沿著預設電壓值Iset所代表的定值軸向上起伏，而在第5B圖或第6B圖係對應於橫軸參數的不同而有不同的起伏變化，此係為所屬技術領域具有通常知識者依據本說明書及圖式所揭露之相關內容以及電路結構所能合理推得，在此並不予以贅述。基本上，當電流控制單元38依據電流偵測訊號Vsys判斷電流Isys大於預設電流值Iset時，電流控制單元38會加大控制電流Icon的大小，以再點亮下一個發光二極體。因此，電流Isys會先大於預設電流值Iset一點而觸發電流控制單元38。然後在新一個發光二極體被點亮時，電流Isys會下降的比預設電流值Iset小。隨著輸入電壓Vin增加，電流Isys會再逐漸增加，而使具有低耐壓元件的發光裝置3重複前述的行為。

請再參照第3圖，以說明具有低耐壓元件的發光裝置3的其他部件。電壓疊加器384用以將溫度偵測訊號Vtemp與補償訊號Vcom疊加於電流偵測訊號Vsys上。而在第3圖所對應的實施例中壓控電流源382係根據被疊加後的電流偵測訊號Vsys調整控制電流Icon的大小。當電流偵測訊號Vsys的電壓值越大，控制電流Icon的電流值越大。當電流偵測訊號Vsys的電壓值越小，控制電流Icon的電流值越小。因此，電流控制單元38除了依據電流偵測訊號Vsys調整控制電流Icon的電流大小外，更依據溫度偵測訊號Vtemp與補償訊號Vcom調整控制電流Icon的電流大小。在一實施例中，電流控制單元38係依據溫度偵測訊號Vtemp來調整前述預設電流值Iset的大小，藉此校正因為系統溫度變化而飄移的電壓電流值。

溫度偵測模組56包含溫度偵測單元562與稽納二極體564。稽納二極體564的一端耦接輸入電壓Vin，溫度偵測單元562耦接稽納二極體564的另一端與電壓疊加器384。溫度偵測模組56用以偵測系統溫度並據以產生溫度偵測訊號Vtemp。當系統溫度高於預設溫度閥值時，電流控制單元38更依據溫度偵測訊號Vtemp調整控制電流Icon的大小，以控制第一控制單元34a~34c選擇性地提供旁通電流路徑。

補償模組58用以根據第三發光二極體54的端電壓產生補償訊號Vcom。更具體地來說，由於不同的製程條件會影響到發光二極體的切入電壓。因此，補償模組58依據第三發光二極體54的端電壓判斷出第三發光二極體54的切入電壓係小於或大於預期的切入電壓，並據以產生補償訊號Vcom來驅動電流控制單元38調整控制電流Icon的電流大小。

請參照第7圖以說明過電壓保護模組的一種實施態樣，第7圖係本發明一實施例中過電壓保護模組的電路示意圖。過電壓保護模 組62具有稽納二極體621、第一電阻623、第二電阻624、第三電阻626、第三開關元件622、第四開關元件625與阻抗628。各元件的耦接關係係如圖8所示。當輸入電壓Vin的電壓準位小於稽納二極體621之崩潰電壓加上第四開關元件625之導通電壓的和值時，第四開關元件625不導通，第三開關元件622因而被導通。此時，輸入電壓Vin經由節點Nin1、Nin2被提供給後續電路，後續電路得以正常作動。而當輸入電壓Vin的電壓準位大於稽納二極體621之崩潰電壓加上第四開關元件625之導通電壓的和值時，第四開關元件625導通，第三開關元件622因而被導通。此時，輸入電壓Vin並不被提供給後續電路。其中第三開關元件622例如為N型金屬氧化物半導體電晶體，第四開關元件625例如為雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)，阻抗628例如為金屬氧化物壓敏電阻(Metal Oxide Varistor,MOV)。

請參照第8圖，第8圖係本發明更一實施例中發光裝置的電路示意圖。在第8圖所對應的實施例中，發光裝置3’相較於第3圖中的發光裝置3更包含了電容C1~C5、電阻R1~R5、RD2~RD4與二極體D2~D4。

電容C1、電阻R1與第二發光二極體46彼此並聯。電容C5、電阻R5與第三發光二極體54彼此並聯。而電容C2~C4、電阻R2~R4與第一發光二極體322a~322c分別彼此並聯。更詳細地來說，電容C2、電阻R2與第一發光二極體322c彼此並聯，電容C3、電阻R3與第一發光二極體322b彼此並聯，電容C4、電阻R4與第一發光二極體322a彼此並聯。從另一個角度來說，電容C1~C5、電阻R1~R5與其並聯的發光二極體分別形成彼此電性連接的多個發光單元，例如電容C5、電阻R5與第三發光二極體54形成其中一個發光單元。所屬技術領域具有通常知識者當可依此類推其他發光單元的組成。

電阻RD2~RD4與二極體D2~D4彼此串聯並串聯於前述 的發光單元。從一種角度來說，電阻RD2~RD4與串聯的二極體D2~D4形成一個保護單元。舉例來說，電阻RD2串聯於二極體D2並形成一個保護單元。保護單元與發光單元彼此串聯，第7圖中僅為一示範例，並不以此限制保護單元與發光單元的串聯順序或方式。

對應如上述，電容C1~C5係用以緩解第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54的頻閃現象。更詳細地來說，如前述地，當輸入電壓Vin逐漸加大而大於或等於第二發光二極體46與第三發光二極體54的導通電壓之總合時，第二發光二極體46與第三發光二極體54被導通，且電容C1、C5分別儲存有第二發光二極體46與第三發光二極體54的導通電壓值。

而當輸入電壓Vin大於或等於第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54的導通電壓之總合時，第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54都被導通。且此時電容C1~C5分別儲存有所並聯之第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54的導通電壓值。

而當輸入電壓Vin逐漸變小而小於第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54的導通電壓之總合時，第一開關元件342a被導通而提供旁通電流路徑給第一發光二極體322a、電容C4與電阻R4所組成的發光單元。此時，電容C4提供電能給第一發光二極體322a，以避免第一發光二極體322a在第一開關元件342a提供旁通電流路徑時立即地停止發光。同理可知，電容C1~C3、C5也應具有類似的作動方式以及功效，於此則不再贅述。

此外，電容C1~C5還具有穩壓的功效，以避免第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54的跨壓隨著第一開關元件342a、342b、342e或第三開關元件442的導通而快速 的上升或下降而直接影響到第一發光二極體322a~322c、第二發光二極體46與第三發光二極體54的發光亮度。電阻R1~R5則係用以消耗電容C1~C5儲存的多餘電能。

對應於上述，二極體D2~D4則係用以防止電容C2~C4釋放的電能流經第一開關元件342a、342b、342c所提供的旁通路徑。而電阻RD2~RD4則用以預防電源甫開啟時所造成的大電流傷害到電路元件。

綜上所述，本發明提供了一種發光裝置，此發光裝置偵測流經發光二極體串列中之電流，並據以一可控電流源。所述的可控電流源更用以驅動多個與各發光二極體對應的控制模組，以選擇性地提供旁通電流路徑給各發光二極體，從而從低電壓端往高電壓端導通發光二極體串列中的各發光二極體。因此，相較於以往導通發光二極體串列的方式，本發明所提供的發光裝置得以降低各開關元件的跨壓，從而得以使用低耐壓的元件，進而降低了發光裝置的製造成本。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1‧‧‧發光裝置

12‧‧‧發光二極體串列

122a、122b、122c‧‧‧第一發光二極體

14a、14b、14c‧‧‧第一控制單元

142a、142b、142c‧‧‧第一開關元件

16‧‧‧偵測單元

18‧‧‧電流控制單元

Isys‧‧‧電流

Vsys‧‧‧電流偵測訊號

Vin‧‧‧輸入電壓

Claims (19)

1. 一種具有低耐壓元件的發光裝置，包含：一發光二極體串列，包含互相串聯的M個第一發光二極體，該發光二極體串列的一端耦接至一輸入電壓；M個第一控制單元，每一該第一控制單元包含一第一開關元件，該第一開關元件並聯對應的該第一發光二極體，用以選擇性地提供一旁通電流路徑；一偵測單元，用以偵測該輸入電壓的流經該些發光二極體的電流值，以產生一電流偵測訊號；一電流控制單元，耦接第M個第一控制單元與該偵測單元，依據該電流偵測訊號，控制第M個第一控制單元是否提供一預設電壓至該第M個第一控制單元中的該第一開關元件以選擇性地提供該旁通電流路徑；其中當該第M個第一控制單元中的該第一開關元件不提供該旁通電流路徑時，該第M個第一控制單元更依據該輸入電壓的電壓值，選擇性地控制該第M-1個第一控制單元提供該預設電壓至該第M-1個第一控制單元中的該第一開關元件，M為大於1的正整數；其中當該M個中的第i個第一控制單元中的該第一開關元件不提供該旁通電流路徑時，該第i個第一控制單元更依據該輸入電壓的電壓值，選擇性地控制該第i-1個第一控制單元提供該預設電壓至該第i-1個第一控制單元中的該第一開關元件，i為大於1但不大於M的正整數。
2. 如請求項1所述的具有低耐壓元件的發光裝置，其中該第i個第一控制單元更包含：一定電流源，耦接於該輸入電壓與一第一節點之間；一第一電阻，兩端分別耦接該第一節點與一第二節點；以及一第二開關元件；其中，該第i個第一控制單元的該第一開關元件耦接該第i個第一控制單元的該第二節點與第i-1個第一控制單元的該第二節點，並受控於該第i個第一控制單元的該第一節點的電壓而選擇性地將該第i-1個第一控制單元的該第二節點導通至該第i個第一控制單元的該第二節點；且其中，該第i個第一控制單元的該第二開關元件耦接該第i個第一控制單元的該第一節點與第i-1個第一控制單元的該第一節點，並受控於該第i個第一控制單元的該第二節點的電壓而選擇性地將該第i-1個第一控制單元的該第一節點導通至該第i個第一控制單元的該第一節點。
3. 如請求項2所述的具有低耐壓元件的發光裝置，其中當該第i個第一控制單元的該第二節點的電壓大於對應的預設閥值時，該第i個第一控制單元的該第二開關元件被導通，而且該電流控制單元依據該電流偵測訊號引導該第i-1個第一控制單元的該定電流源的輸出電流經由該第i個第一控制單元的該第二開關元件流至該電流控制單元； 其中，該M個第一控制單元的該第二節點的電壓係關聯於該輸入電壓。
4. 如請求項2所述的具有低耐壓元件的發光裝置，其中當該第i個第一控制單元的該第二節點的電壓不大於對應的預設閥值時，該第i個第一控制單元的該第二開關元件不導通，該第i-1個第一控制單元的該定電流源的輸出電流流經該第i-1個第一控制單元的該第一電阻而提供該預設電壓至該第i-1個第一控制單元的該第一節點。
5. 如請求項1所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含：一第二電阻，耦接於該發光二極體串列與該輸入電壓之間；以及一第二控制單元，耦接該第1個第一發光二極體且包含一第三開關元件，該第三開關元件並聯該第二電阻，當該第1個第一發光二極體不發光時，該第二控制單元導通該第三開關元件以提供另一旁通電流路徑，該另一旁通電流路徑並聯該第二電阻。
6. 如請求項1所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含一第二發光二極體，該第二發光二極體串聯於該發光二極體串列與該偵測單元之間。
7. 如請求項1所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含一第三發光二極體，該第三發光二極體串聯於該輸入電壓與該發光二極體串列之間。
8. 如請求項7所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含一補償模組，耦接該第三發光二極體與該電流控制單元，該補償模組用 以根據該第三發光二極體的端電壓產生一補償訊號，該電流控制單元更根據該補償訊號控制該M個第一控制單元選擇性地提供該旁通電流路徑。
9. 如請求項1所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含一溫度偵測模組，耦接該電流控制單元，該溫度偵測模組用以偵測一系統溫度並據以產生一溫度偵測訊號，當該系統溫度高於一預設溫度閥值時，該電流控制單元更依據該溫度偵測訊號控制該M個第一控制單元選擇性地提供該旁通電流路徑。
10. 如請求項1所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含一過電壓保護模組，耦接該輸入電壓，當該輸入電壓高於一預設閥值，該過電壓保護模組將該輸入電壓耦接至一低電壓準位。
11. 一種具有低耐壓元件的發光裝置，包含：一發光二極體串列，包含M個第一發光二極體，該些第一發光二極體依序串聯；一第二發光二極體，直接連接該第M個第一發光二極體；一第三發光二極體，直接連接該第1個第一發光二極體與一輸入電壓之間；以及M個第一控制單元，每一該第一控制單元包含一第一開關元件，該第一開關元件並聯對應的該第一發光二極體，用以依據對應的該第一控制單元的指示而選擇性地提供一旁通電流路徑；一偵測單元，用以偵測該輸入電壓流經該些發光二極體的電流值，以產生一電流偵測訊號；以及 一電流控制單元，耦接該第M個第一控制單元與該偵測單元，依據該電流偵測訊號，控制該第M個第一控制單元是否提供一預設電壓至該第M個第一控制單元中的該第一開關元件以選擇性地提供該旁通電流路徑；其中，當該輸入電壓大於一第一預設閥值時，該第二發光二極體與該第三發光二極體同時發光，當該輸入電壓大於一第二預設閥值時，該M個第一控制單元依序斷開對應的該旁通電流路徑，該M個第一發光二極體對應地依序發光，且該第一預設閥值小於該第二預設閥值，M為大於一的正整數，當該第M個第一控制單元中的該第一開關元件不提供該旁通電流路徑時，該第M個第一控制單元更依據該輸入電壓的電壓值，選擇性地控制該第M-1個第一控制單元選擇性地提供該預設電壓至該第M-1個第一控制單元中的該第一開關元件，M為大於1的正整數。
12. 如請求項11所述的具有低耐壓元件的發光裝置，其中當M個中的該第i個第一控制單元中的該第一開關元件不提供該旁通電流路徑時，該第i個第一控制單元更依據該輸入電壓的電壓值選擇性地控制該第i-1個第一控制單元提供該預設電壓至該第i-1個第一控制單元中的該第一開關元件，i為大於1但不大於M的正整數。
13. 如請求項12所述的具有低耐壓元件的發光裝置，其中該第i個第一控制單元更包含：一定電流源，耦接於該輸入電壓與一第一節點之間； 一第一電阻，兩端分別耦接該第一節點與一第二節點；以及一第二開關元件；其中，該第i個第一控制單元的該第一開關元件耦接該第i個第一控制單元的該第二節點與第i-1個第一控制單元的該第二節點，並受控於該第i個第一控制單元的該第一節點的電壓而選擇性地將該第i-1個第一控制單元的該第二節點導通至該第i個第一控制單元的該第二節點；且其中，該第i個第一控制單元的該第二開關元件耦接該第i個第一控制單元的該第一節點與該第i-1個第一控制單元的該第一節點，並受控於該第i個第一控制單元的該第二節點的電壓而選擇性地將該第i-1個第一控制單元的該第一節點導通至該第i個第一控制單元的該第一節點。
14. 如請求項13所述的具有低耐壓元件的發光裝置，其中當該第i個第一控制單元的該第二節點的電壓大於對應的預設閥值時，該第i個第一控制單元的該第二開關元件被導通，而且該電流控制單元依據該電流偵測訊號引導該第i-1個第一控制單元的該定電流源的輸出電流經由該第i個第一控制單元的該第二開關元件流至該電流控制單元；其中，該M個第一控制單元的該第二節點的電壓係關聯於該輸入電壓。
15. 如請求項13所述的具有低耐壓元件的發光裝置，其中當該第i個第一控制單元的該第二節點的電壓不大於對應的預設閥值時，該第i個第一控制單元的該第二開關元件不被導通，該第i-1個第一控 制單元的該定電流源的輸出電流流經該第i-1個第一控制單元的該第一電阻而提供該預設電壓至該第i-1個第一控制單元的該第一節點。
16. 如請求項11所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含：一第二電阻，耦接於該發光二極體串列與該輸入電壓之間；以及一第二控制單元，耦接該第1個第一發光二極體且包含一第三開關元件，該第三開關元件並聯該第二電阻，當該第1個第一發光二極體不發光時，該第二控制單元導通該第三開關元件以提供另一旁通電流路徑，該另一旁通電流路徑並聯該第二電阻。
17. 如請求項11所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含一補償模組，耦接該第三發光二極體與該電流控制單元，該補償模組用以根據該第三發光二極體的端電壓產生一補償訊號，該電流控制單元更根據該補償訊號控制該M個第一控制單元選擇性地提供該旁通電流路徑。
18. 如請求項11所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含一溫度偵測模組，耦接該電流控制單元，該溫度偵測模組用以偵測一系統溫度並據以產生一溫度偵測訊號，當該系統溫度高於一預設溫度閥值時，該電流控制單元更依據該溫度偵測訊號控制該M個第一控制單元選擇性地提供該旁通電流路徑。
19. 如請求項11所述的具有低耐壓元件的發光裝置，更包含一過電壓保護模組，耦接該輸入電壓，當該輸入電壓高於一預設閥值，該過電壓保護模組將該輸入電壓耦接至一低電壓準位。