TWI602473B - Parallel modular LED lighting control system - Google Patents

Description

並聯模組式LED燈具調節控制系統

本發明係關於一種燈具；更詳而言之，特別係指一種並聯模組式LED燈具調節控制系統。

LED(Light-Emitting-Diode，中文意思為發光二極體)是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體。LED照明是最近幾年發展起來的新興產業，堪稱19世紀白熾燈問世以來的又一次照明革命，被稱為是繼第一代白熾燈、第二代氣體放電光源(包括螢光燈、節能燈、鈉燈等)後的第三代照明源。它改變了傳統白熾燈鎢絲發光與節能燈三基色螢光粉發光的原理，而採用電場常溫低電壓發光。相比傳統的照明源，LED照明燈具有高效、節能、環保、壽命長等一系列的優點，尤其是在節能和環保方面非常突出：在節能方面，相比白熾燈，LED照明燈的功耗僅為白熾燈的10~20%，一個兩瓦的LED燈相當於一個15瓦的普通白熾燈燈泡的照明效果；在環保方面，LED光譜集中，沒有多餘紅外、紫外等光譜，不含汞有害物質，熱量、輻射很少，屬於典型的綠色照明光源，而且廢棄物可回收，沒有污染。

目前，在市電輸入的日常照明場合，常採用包含適配器 和驅動器兩部分來驅動LED點亮的電路，適配器的功能是實現輸入功率因數校正(PFC)和交流直流轉換(AC-DC)，為後級提供電壓，而驅動器由LED專用驅動晶片組成，為高亮度LED的穩定工作提供恆定電流。

理論上LED都一樣，都是能發光的二極體，而實際上所有LED的電性能都是有差異的：每個廠家的生產工藝是不一致的，甚至相差很大，就是同一廠家的不同時間的工藝都是有差異的；同時生產發光二極體的半導體材料的純度要求非常高，不同廠家使用的半導體原材料的純度是有差異的，這就使LED的發光強度與驅動電流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐過電流能力和發熱的差異也就自然而然的不同了；由於封裝工藝和封裝材料的不同，使得整體的散熱能力是不一樣的。由此不難看出LED發光二極體存在個體之間的很大的差異，如果每個燈只用一個LED，那是很好控制的，而且是真正的長壽命，例如電視機、DVD上的電源指示燈就是如此；而當用LED製作照明燈具時，就不是用單個的LED，而是用多個，或上百上千個LED排成陣列接入電路，再者，需要的亮度就不是指示燈所能做到的，而電流大了、小了亮度都要減弱，且會使壽命大打折扣，甚而致於未出廠就壞掉了；因LED的差異性總是存在的，在多個LED組成的連路中，當有幾個壞掉時，通常是短路，會使電流增大而損壞其他的LED，這就是不一致性帶來的後果，也是制約LED產業發展的因素。

且一般LED驅動方式採串連驅動控制，同一串電流固定，每一顆燈珠亮度容易統一，缺點是不容易模組化生產，變換不同瓦數，就需要調整燈珠的顆粒數，與調整或置換驅動IC，另外AC轉DC如果電壓擾動太大也容易造成閃爍等問題。而且串聯有一個壞處，就是一顆燈珠壞 掉，整串就沒辦法點亮，並聯可以解決相關問題，可是卻產生另一個問題，每塊模組的亮度會不一樣，因此造成量產的困難。

綜上所述，由於單個LED光源是低電壓、恆電流驅動器件，其發光強度由流過LED的電流大小決定，電流過強會引起LED光的衰減，電流過弱會影響LED的發光強度，因此，LED的驅動需要提供恆流電源，以保證大功率LED使用的安全性，同時達到理想的發光強度。此外，在LED照明領域，要體現出節能和長壽命的特點，選擇好LED驅動電源至關重要，沒有好的驅動電源的匹配，LED照明的優勢無法發揮出來。因此如何實現LED驅動電源對LED晶片的自我調整和智慧化管理，是解決LED應用中由於其自身的不一致性與量產的考量而造成的缺陷是目前急需解決的技術問題。

有鑒於上述問題，本發明之主要目的係來解決LED亮度不一的問題，使其在量產上可以模組化，並且降低因為電壓不穩造成的閃爍。

為達成上述目的，本發明之技術手段提供一種並聯模組式LED燈具調節控制系統，該系統包括：至少二個呈並聯設置之LED驅動與LED發光模組單元，用以組合出不同或相同輸出功率之發光模組；一AC/DC轉換暨控制單元，用以產生定電壓給掛載並聯之每一LED驅動與LED發光模組單元，同時產生參考電壓給每一LED驅動與LED發光模組單元，使不同單元能基於參考電壓而調整產生相同的亮度，並產生同步控制訊號給每一LED驅動與LED發光模組單元，用以控制過大的暫態電流；一AC/DC轉換模組單元，用以將市電220/110V交流電源轉換成40~60V直流電源； 一微控制器單元，用以接受外部通訊控制與產生控制信號給每一LED驅動與LED發光模組單元；一偏壓電路產生單元，用以使該AC/DC轉換暨控制單元的半導體晶片在不同所需電流或電壓要求時，能夠保護電路；一電路保護單元，用以偵測及保護本單元之電路；以及一通信模組單元，用以接收外部控制信號如無線電信號及電源通信訊號，並用以接收調整該AC/DC轉換暨控制單元與該些LED驅動與LED發光模組單元之間的訊號。

本發明提供一種並聯模組式LED燈具調節控制系統，解決LED模組間亮度的差異，使其在量產上可以模組化，並且降低因為電壓不穩造成的閃爍，且因使燈具的量產能模組化，可降低生產成本與備貨週期。本發明之AC/DC轉換暨控制單元，用以產生定電壓給掛載並聯之每一LED驅動與LED發光模組單元，同時產生參考電流給每一LED驅動與LED發光模組單元，使不同單元能基於參考電流而調整產生相同的亮度，並產生同步控制訊號給每一LED驅動與LED發光模組單元，用以控制過大的暫態電流。本發明之LED驅動與LED發光模組單元，用以組合出不同或相同輸出功率之發光模組。本發明之通信模組單元，用以接收調整AC/DC轉換暨控制單元與LED驅動與LED發光模組單元之間的訊號。

為期許本發明之目的、功效、特徵及結構能夠有更為詳盡之了解，茲舉較佳實施例並配合圖式說明如後。

10‧‧‧調節控制系統

11‧‧‧交流電源輸入

20‧‧‧AC/DC轉換暨控制單元

201‧‧‧AC/DC轉換模組單元

202‧‧‧微控制器單元

203‧‧‧偏壓電路產生單元

204‧‧‧電路保護單元

21‧‧‧參考電壓

22‧‧‧控制信號

30‧‧‧LED驅動與LED發光模組單元

40‧‧‧通信模組單元

第1圖：為本發明之並聯模組式LED燈具調節控制系統圖；

請參閱第1圖；在第1圖中，調節控制系統10包括：一AC/DC轉換暨控制單元20、一AC/DC轉換模組單元201、一微控制器單元202、一偏壓電路產生單元203、一電路保護單元204、一參考電壓21、一控制信號22、至少二個呈並聯設置之LED驅動與LED發光模組單元30及一通信模組單元40。

該AC/DC轉換暨控制單元20更包含一AC/DC轉換模組單元201，電性連接於交流電源輸入11，用以將市電220/110V交流電源轉換成40~60V直流電源。

該AC/DC轉換暨控制單元20更包含一微控制器單元202，電性連接於該通信模組單元40，用以接受該通信模組單元40所傳輸的通信訊號而產生一控制信號22給每一LED驅動與LED發光模組單元30。

該AC/DC轉換暨控制單元20更包含一偏壓電路產生單元203，電性連接於該電路保護單元204，用以使該AC/DC轉換暨控制單元20的半導體晶片在不同所需電流或電壓要求時，能夠保護電路。

該AC/DC轉換暨控制單元20更包含一電路保護單元204，電性連接於每一LED驅動與LED發光模組單元30，用以保護每一LED驅動與LED發光模組單元30之過電壓保護、過電流保護及過溫度保護。

該調節控制系統10更包含一通信模組單元40，電性連接於該AC/DC轉換暨控制單元20之微控制器單元202，用以調整該AC/DC轉 換暨控制單元20之微控制器單元202的參數與調整該些LED驅動與LED發光模組單元30的參數或亮度。

該通信模組單元40為電力線通信(Power Line Communication,PLC)模組或RF通信模組。

本發明之並聯模組式LED燈具調節控制系統有下列多種實施態樣：

第一實施態樣為：參考圖1，該AC/DC轉換暨控制單元20產生參考電壓21給並聯掛載的每一LED驅動與LED發光模組單元30，用以產生統一之參考電壓21，而每一LED驅動與LED發光模組單元30能依此修正驅動電流，以產生統一之亮度。

第二實施態樣為：參考圖1，該AC/DC轉換暨控制單元20產生控制信號22給每一LED驅動與LED發光模組單元30，用以調整驅動電流，並產生同步信號，使並聯每一LED驅動與LED發光模組單元30能避免同時切換，產生過大系統電流。

第三實施態樣為：參考圖1，該通信模組單元40用以接收控制信號22，調整該AC/DC轉換暨控制單元20之參數與調整該些LED驅動與LED發光模組單元30之參數或亮度。

本發明提供一種並聯模組式LED燈具調節控制系統，其優點可以解決LED亮度不一的問題，也解決模組間亮度的差異，使其在量產上可以模組化，並且降低因為電壓不穩所造成LED的閃爍問題，又因為可使燈具的量產能模組化，因而降低生產成本與備貨周期。

故，本發明在同類產品中具有極佳之進步性以及實用性，同 時查遍國內外關於此類之技術資料文獻後，確實未發現有相同或近似之構造或技術存在於本案申請之前，因此本案應已符合『發明性』、『合於產業利用性』以及『進步性』的專利要件，爰依法提出申請之。

唯，以上所述者，僅係本發明之較佳實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所揭示精神的所作任何等同變更或修飾者，理應包含在本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧調節控制系統

11‧‧‧交流電源輸入

20‧‧‧AC/DC轉換暨控制單元

201‧‧‧AC/DC轉換模組單元

202‧‧‧微控制器單元

203‧‧‧偏壓電路產生單元

204‧‧‧電路保護單元

21‧‧‧參考電壓

22‧‧‧控制信號

30‧‧‧LED驅動與LED發光模組單元

40‧‧‧通信模組單元

Claims (8)

1. 一種並聯模組式LED燈具調節控制系統，該系統包括：至少二個呈並聯設置之LED驅動與LED發光模組單元；一AC/DC轉換暨控制單元，用以產生定電壓給掛載並聯之每一LED驅動與LED發光模組單元，同時產生參考電壓給每一LED驅動與LED發光模組單元，使不同單元能基於參考電壓而調整產生相同的亮度，並產生控制信號給每一LED驅動與LED發光模組單元，用以控制過大的暫態電流；一AC/DC轉換模組單元，電性連接於交流電源輸入，用以將市電220/110V交流電源轉換成40~60V直流電源；一電路保護單元，電性連接於每一LED驅動與LED發光模組單元，用以保護每一LED驅動與LED發光模組單元之過電壓保護、過電流保護及過溫度保護；一偏壓電路產生單元，電性連接於該電路保護單元，用以使該AC/DC轉換暨控制單元的半導體晶片在不同所需電流或電壓要求時，能夠保護電路；一微控制器單元，用以接受外部通訊控制如通信模組單元所傳輸的通信訊號而產生該控制信號給每一LED驅動與LED發光模組單元；以及一通信模組單元，電性連接於該微控制器單元，用以接收外部控制信號如無線電信號及電源通信訊號，並用以接收調整該AC/DC轉換暨控制單元與該些LED驅動與LED發光模組單元分別之間的訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之調節控制系統，其中，該AC/DC轉換暨控 制單元產生參考電壓給並聯掛載的每一LED驅動與LED發光模組單元，用以產生統一之參考電壓，而每一LED驅動與LED發光模組單元能依此修正驅動電壓，以產生統一之亮度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之調節控制系統，其中，該AC/DC轉換暨控制單元產生該控制信號給每一LED驅動與LED發光模組單元，用以調整驅動電流，該控制信號包含一同步信號，使並聯之每一LED驅動與LED發光模組單元能避免同時切換，產生過大系統電流。
4. 如申請專利範圍第1項所述之調節控制系統，其中，該AC/DC轉換暨控制單元產生之定電壓小於直流60伏特。
5. 如申請專利範圍第1項所述之調節控制系統，其中，該AC/DC轉換暨控制單元產生之該控制信號包含一同步信號為一同步資料封包。
6. 如申請專利範圍第1項所述之調節控制系統，其中，該些LED驅動與LED發光模組單元為不同或相同的功率輸出。
7. 如申請專利範圍第1項所述之調節控制系統，其中，該通信模組單元用以接收外部控制信號，調整該AC/DC轉換暨控制單元之參數與調整該些LED驅動與LED發光模組單元之參數或亮度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之調節控制系統，其中，該通信模組單元為PLC通信模組或RF通信模組。