TWI602471B - Bistable optical power control system - Google Patents

Description

雙穩定光功率控制系統

本發明係與一種系統及裝置有關，特別是指一種雙穩定光功率控制系統。

習知的光功率控制裝置，適用於接收一呈直流的輸入電壓Vin，並產生一工作電流來驅動一發光二極體LED，其中，若該輸入電壓Vin維持固定，則該工作電流的大小也維持固定，但是習知的光功率控制裝置有以下缺點：受溫度影響較嚴重、無法維持該發光二極體的發光功率以及無法維持所期望的色溫和演色性，因此，本案發明人於早先開發出一種維持發光功率的光功率控制系統以及光功率控制裝置，並獲得中華民國核准之發明專利第I461875號，該專利主要係利用發光二極體之溫度對電壓電流曲線特性做補償之機制，而能在不同的溫度環境下，自動調整維持電功率穩定，進而能達到維持光功率穩定之目的。

然而，上述前案的光功率控制裝置並未考量到發光二極體的光衰現象，發光二極體在長期使用下，會逐漸降低光輸出和效率損失，且晶核成長過程中的差排可能導致光輻射在差排的結合形成使得活性區域衰減的機制，這意味著晶格中有存在缺陷，並經由熱、高的電流 密度及光的放射來加速其發生，是以，本案發明人於觀察到上述缺點後，認為現有自動光功率控制方法仍有近一步改進之必要，而遂有本創作之產生。

本發明之主要目的係在於提供一種雙穩定光功率控制系統，其係可以在光衰情形下穩定光輸出峰值，也可以穩定電功率的輸出。

為達上述目的，本發明所提供之雙穩定光功率控制系統，其係包含有：一固態發光元件，其係可受一驅動電流驅動而發光，並提供一順向偏壓，該順向偏壓會隨環境溫度變化而反向增減；以及一定電流控制電路，其係電性連接於該固態發光元件，可提供該驅動電流以驅動該固態發光元件；以及一第一光功率控制單元，其係電性連接於該固態發光元件與該定電流控制電路，其中，該第一光功率控制單元係具有一電壓感測器，其係電性連接於該固態發光元件之陽極與陰極，可供偵測該固態發光元件之順向偏壓，藉此讓該第一光功率控制單元可依據該順向偏壓之變化，控制該定電流控制電路調整該驅動電流之大小，以穩定該固態發光元件之光功率；還有一第二光功率控制單元，其係電性連接於該固態發光元件與該定電流控制電路，其中，該第二光功率控制單元係具有一光感測器，其係設於鄰近該固態發光元件，可供感測該固態發光元件之光功率值，並將光功率值產生電流，再將電流經過轉阻放大器轉換成電壓，藉此讓該第二光功率控制單元 可依據該電壓之變化，控制該定電流控制電路調整該驅動電流之大小，以穩定該固態發光元件之光功率。

本發明所提供之雙穩定光功率控制系統，該第一光功率控制單元可透過該電壓感測器偵測該固態發光元件之順向偏壓，並依據該順向偏壓之變化控制該定電流控制電路調整該驅動電流之大小，而該第二光功率控制單元則可透過該光感測器感測該固態發光元件之光功率值，並將光功率值產生電流，再將電流經過轉阻放大器轉換成電壓，以讓該第二光功率控制單元可依據該電壓之變化控制該定電流控制電路調整該驅動電流之大小，藉此，使本發明得以該固態發光元件原本溫度對電壓電流曲線特性做補償之機制，在不同的溫度環境下，能維持電功率穩定，以獲得第一階段的光功率穩定，然後再搭配該光感測器，一方面可以偵測該固態發光元件光衰的現象，並藉該光感測器輸出光穩定的技巧，以獲得第二階段光功率輸出鋒值之穩定，進而可達到雙重穩定光功率之目的。

100‧‧‧雙穩定光功率控制系統

10‧‧‧固態發光元件

20‧‧‧定電流產生器

30‧‧‧第一光功率控制單元

31‧‧‧電壓感測器

32‧‧‧電流感測器

33‧‧‧乘法器

34‧‧‧差動放大器

35‧‧‧脈波產生器

36‧‧‧脈波寬度可調變電路

37‧‧‧開關控制電路

40‧‧‧第二光功率控制單元

41‧‧‧光感測器

42‧‧‧放大器

43‧‧‧差動放大器

44‧‧‧脈波產生器

45‧‧‧脈波寬度可調變電路

46‧‧‧開關控制電路

第1圖係本發明之較佳實施例之電路圖。

第2圖係本發明之較佳實施例之第一光功率控制單元電路圖。

第3圖係本發明之較佳實施例之第二光功率控制單元電路圖。

請參閱第1圖所示，係為本發明較佳實施例之電路圖，其係揭露有一種雙穩定光功率控制系統100，該雙穩定光功率控制系統100包含有：一固態發光元件10，係可為一發光二極體或雷射二極體，於本實施例中，該固態發光元件10係為一發光二極體，且該固態發光元件10係可受一驅動電流驅動而發光，並提供一順向偏壓，該順向偏壓會隨環境溫度變化而反向增減。

一定電流控制電路20，其係電性連接於該固態發光元件10，可提供該驅動電流以驅動該固態發光元件10。

一第一光功率控制單元30，其係電性連接於該固態發光元件10與該定電流控制電路20，可供偵測該固態發光元件10之順向偏壓，並依據該順向偏壓之變化，調整該定電流控制電路20所輸出之驅動電流大小，以穩定該固態發光元件10之光功率。

一第二光功率控制單元40，其係電性連接於該固態發光元件10與該定電流控制電路20，可供感測該固態發光元件10之光功率值，並將光功率值產生電流，再將電流經過轉阻放大器轉換成電壓，然後再依據該電壓之變化，調整該定電流控制電路20所輸出之驅動電流大小，以穩定該固態發光元件10之光功率。

請再參閱第2圖所示，係本發明之較佳實施例之第一光功率控制單元之電路圖，該第一光功率控制單元30係具有：一電壓感測器31，其係電性連接於該固態發光元件10之陽極與陰極，可供偵測該固態發光元件10之順向偏壓。

一電流感測器32，其係電性連接於該定電流控制電路20，可供感測該驅動電流，並對應該驅動電流之變化輸出一回授電壓。

一乘法器33，其係電性連接於該電壓感測器31與該電流感測器32，可供接收該順向偏壓與該回授電壓，並將該順向偏壓與該回授電壓相乘取得一電壓乘積。

一差動放大器34，其係電性連接於該乘法器33與該定電流控制電路20，可供接收該電壓乘積與一外部參考電壓，並將該電壓乘積與該外部參考電壓混合運算得到一補償電壓，再將該補償電壓提供給該定電流控制電路20，以調整該驅動電流之大小。

一脈波產生器35，其係電性連接於該定電流控制電路20，可提供一脈波訊號給該定電流控制電路20，以進行脈流控制。

一脈波寬度可調變電路36，其係電性連接於該定電流控制電路20與該脈波產生器35間，可供調整該脈波訊號之任務周期(duty cycle)。

一開關控制電路37，其係電性連接於該定電流控制電路20與該脈波寬度可調變電路36間，可作為該脈波訊號之開關控制。

請參閱第3圖所示，係本發明之較佳實施例之第二光功率控制單元電路圖，該第二光功率控制單元40係具有：一光感測器41，其係設於鄰近該固態發光元件10處，可供感測該固態發光元件10之光功率值，並將光功率值產生電流，再將電流經過轉阻放大器轉換成電壓。

一放大器42，其係電性連接於該光感測器41，可供接收該電壓，並經放大輸出一放大電壓。

一差動放大器43，其係電性連接於該放大器42與該定電流控制電路20，可供接收該放大電壓與一外部參考電壓，並將該放大電壓與該外部參考電壓混合運算得到一補償電壓，再將該補償電壓提供給該定電流控制電路20，以調整該驅動電流之大小。

一脈波產生器44，其係電性連接於該定電流控制電路20，可提供一脈波訊號給該定電流控制電路20，以進行脈流控制。

一脈波寬度可調變電路45，其係電性連接於該定電流控制電路20與該脈波產生器44間，可供調整該脈波訊號之任務周期(duty cycle)。

一開關控制電路46，其係電性連接於該定電流控制電路20與該脈波寬度可調變電路45間，可作為該脈波訊號之開關控制。

為供進一步瞭解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明使用方式加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述：請繼續參閱第2圖所示，當使用者啟動該雙穩定光功率系統100後，該定電流控制電路20會開始提供該驅動電流以驅動該固態發光元件10進行發光，此時該電壓感測器31會偵測該固態發光元件10之順向偏壓變化並提供給該乘法器33，而該電流感測器32則會同時對應該驅動電流之變化輸出該回授電壓至該乘法器33，該乘法器在接收該順向偏壓與該回授電壓後，會將該順向偏壓與該回授電壓相乘取得該 電壓乘積，並進一步輸出至該差動放大器34，該差動放大器34在接收該電壓乘積後，會再接收該外部參考電壓，並將該電壓乘積與該外部參考電壓混合運算得到該補償電壓，再將該補償電壓提供給該定電流控制電路20，以調整該驅動電流之大小，藉此，使本發明得以該固態發光元件10原本溫度對電壓電流曲線特性做補償之機制，在不同的溫度環境下，能維持電功率穩定，以獲得第一階段的光功率穩定。

請再繼續參閱第3圖所示，於該第一光功率控制單元30作動的同時，該第二光功率控制單元40之光感應器41會偵測該固態發光元件10之亮度值變化，並將光訊號轉換成電訊號得到該電壓，再將該電壓提供給該放大器42，該放大器42在接收該電壓後，會放大輸出成該放大電壓，並提供給該差動放大器43，該差動放大器43在接收該放大電壓後，會再接收該外部參考電壓，並將該放大電壓與該外部參考電壓混合運算得到該補償電壓，再將該補償電壓提供給該定電流控制電路20，以調整該驅動電流之大小，藉此，使本發明另一方面可以偵測該固態發光元件10之光衰現象，並藉該光感測器32輸出光穩定的技巧，以獲得第二階段光功率輸出峰值之穩定。

茲，再將本發明之特徵及其可達成之預期功效陳述如下：本發明所提供之雙穩定光功率控制系統100，得以該固態發光元件10原本溫度對電壓電流曲線特性做補償之機制，在不同的溫度環境下，能維持電功率穩定，以獲得第一階段的光功率穩定，然後再搭配該光感測器，一方面可以偵測該固態發光元件10光衰的現象，並 藉該光感測器輸出光穩定的技巧，以獲得第二階段光功率輸出鋒值之穩定，進而可達到雙重穩定光功率之目的。

綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。

惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

100‧‧‧雙穩定光功率控制系統

10‧‧‧固態發光元件

20‧‧‧定電流控制電路

30‧‧‧第一光功率控制單元

40‧‧‧第二光功率控制單元

Claims (6)

1. 一種雙穩定光功率控制系統，其係包含有：一固態發光元件，其係可受一驅動電流驅動而發光，並提供一順向偏壓，該順向偏壓會隨環境溫度變化而反向增減；一定電流控制電路，其係電性連接於該固態發光元件，可提供該驅動電流以驅動該固態發光元件；一第一光功率控制單元，其係電性連接於該固態發光元件與該定電流控制電路，其中，該第一光功率控制單元係具有一電壓感測器，其係電性連接於該固態發光元件之陰極與陽極，可供偵測該固態發光元件之順向偏壓，藉此讓該第一光功率控制單元可依據該順向偏壓之變化，控制該定電流控制電路調整該驅動電流之大小，以穩定該固態發光元件之光功率；一第二光功率控制單元，其係電性連接於該固態發光元件與該定電流控制電路，其中，該第二光功率控制單元係具有一光感測器，其係設於鄰近該固態發光元件處，可供感測該固態發光元件之光功率值，並將光功率值產生電流，再將電流經過轉阻放大器轉換成電壓，藉此讓該第二光功率控制單元可依據該電壓之變化，控制該定電流控制電路調整該驅動電流之大小，以穩定該固態發光元件之光功率，以及該第二光功率控制單元係具有一放大器，其係電性連接於該光感測器，可供接收該電壓，並經放大輸出一放大電壓，以及該第二光功率控制單元係具有一差動放大器，其係電性連接於該放大器與該定電流控制電路，可供接收該放大電壓與一外部參 考電壓，並將該放大電壓與該外部參考電壓混合運算得到一補償電壓，再將該補償電壓提供給該定電流控制電路，以調整該驅動電流之大小。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之光功率之雙穩定控制系統，其中，該第一光功率控制單元係進一步具有：一電流感測器，其係電性連接於該定電流控制電路，可供感測該驅動電流，並對應該驅動電流之變化輸出一回授電壓；一乘法器，其係電性連接於該電壓感測器與該電流感測器，可供接收該順向偏壓與該回授電壓，並將該順向偏壓與該回授電壓相乘取得一電壓乘積；一差動放大器，其係電性連接於該乘法器與該定電流控制電路，可供接收該電壓乘積與一外部參考電壓，並將該電壓乘積與該外部參考電壓混合運算得到一補償電壓，再將該補償電壓提供給該定電流控制電路，以調整該驅動電流之大小。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之光功率之雙穩定控制系統，其中，該第一光功率控制單元係進一步具有電性連接於該定電流控制電路之一脈波產生器、一脈波寬度可調變電路與一開關控制電路，可供提供一脈波訊號給該定電流控制電路，以進行脈流控制。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之光功率之雙穩定控制系統，其中，該第二光功率控制單元係進一步具有電性連接於該定電流控制電路之一脈波產生器、一脈波寬度可調變電路與一開關控制電路，可供提供一脈波訊號給該定電流控制電路，以進行脈流控制。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之光功率之雙穩定控制系統，其中，該固態發光元件係為發光二極體。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之光功率之雙穩定控制系統，其中，該固態發光元件係為雷射二極體。