TWI636703B - 負載電流控制電路 - Google Patents

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薩瓦托瑞 巴塔里亞
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Abstract

揭示的是操作一或更多個發光裝置的系統和方法。於一範例，回應於來自一或更多個發光裝置的電流回饋而調整該一或更多個發光裝置所提供之光的強度。

Description

負載電流控制電路
本發明乃關於具有調節電流的照明系統。
固態照明裝置在工業應用上有許多用途。紫外光(ultraviolet，UV)照明裝置已變成極常用於固化例如披覆(包括油墨、黏著劑、防腐劑……)的光敏介質。這些光敏介質的固化時間可以經由調整導向光敏介質的光強度或者光敏介質暴露於來自固態照明裝置之光的時間量而加以控制。固態照明裝置典型使用較少電力、花費較少並且可以比目前的水銀電弧燈裝置容易棄置。
舉例來說，固態照明裝置可以由雷射二極體或發光二極體(light-emitting diode，LED)所構成。該裝置典型具有一陣列或幾個陣列，其安排成提供具有特定輪廓的光，例如長、薄的光區域或較寬、較深的光區域。個別的元件排成陣列，而照明裝置可以由幾個陣列所構成；或者幾個陣列安排成模組，而照明裝置具有幾個模組。如果以變化量的電流來供應給固態照明裝置，或者如果不同群的光敏介質暴露於光而達不同的持續時間，則光敏固化時間可以有所變化或者可能不足以提供想要程度的固化。
發明人在此已體認到上面提及的缺點，並且已發展出操作一 或更多個發光裝置的系統，其包括：電壓調節器，其包括回饋輸入，該電壓調節器是電連通於一或更多個發光裝置；以及電流感測裝置，其定位於電流流過一或更多個發光裝置所經過的電流路徑中。
藉由基於電流回饋而控制流動經過照明陣列的電流，則得以更精確的控制照明陣列的光強度。舉例而言，可以回應於測量流動經過照明陣列的電流而控制流動經過可變電阻裝置的電流。結果，供應到照明陣列的電流和光強度可以收斂於想要的值。於其他範例，可以回應於流動經過照明陣列的電流而調整降壓調節器的電壓輸出。經由改變施加於照明陣列的電壓而調整流動經過照明陣列的電流。以此方式，回應於流動經過照明陣列的電流而調整降壓調節器，如此以提供流動經過照明陣列之電流的閉路回饋控制。
本敘述可以提供幾個優點。特定而言，該做法可以改善照明系統的光強度控制。此外，該做法可以經由提供有效率的電流控制而提供較低的功率消耗。再者，該做法可以經由替代性的不同裝置來提供，如此則設計維持彈性並且具有成本效益。
當以下【實施方式】單獨或連同所附圖式時，將會顯而易知本敘述之以上的優點和其他的優點以及特色。
應該了解提供以上的【發明內容】是要以簡化的形式來介紹進一步敘述於【實施方式】的所選概念。它不是意謂要識別所請標的之關鍵或基本的特色，其範圍是由【實施方式】之後的請求項所獨特界定的。此外，所請標的並不限於解決上述任何缺點的或於本揭示之任何部分的實施例。
10‧‧‧光反應系統
12‧‧‧次系統
18‧‧‧冷卻次系統
20‧‧‧陣列
22‧‧‧耦合電子器件
24‧‧‧輻射輸出
26‧‧‧工件
28‧‧‧返回的輻射
30‧‧‧耦合光學元件
36‧‧‧監視裝置
100‧‧‧發光次系統
102‧‧‧電源
108‧‧‧控制器
110‧‧‧發光裝置
201‧‧‧陽極
202‧‧‧陰極
204‧‧‧電壓調節器
208‧‧‧閉路電流控制電路
220‧‧‧可變電阻器
222‧‧‧驅動電路
230、236、240、242‧‧‧導體或路徑
245‧‧‧電流流動方向
255‧‧‧電流感測電阻器
260‧‧‧接地
264‧‧‧路徑或導體
288‧‧‧輸入和輸出(I/O)
290‧‧‧中央處理單元
292‧‧‧唯讀記憶體
293‧‧‧電壓回饋輸入
294‧‧‧隨機存取記憶體
299‧‧‧輸入
301‧‧‧SLM區域
302‧‧‧導體
304‧‧‧電壓調節器
305‧‧‧輸入側
308‧‧‧開關
310‧‧‧分壓器
313、315‧‧‧電阻器
319‧‧‧導體
321‧‧‧節點
326‧‧‧誤差放大器
328‧‧‧脈衝寬度調變(PWM)產生器
330‧‧‧降壓級
340‧‧‧導體
401‧‧‧計時電路
403‧‧‧電容器
404‧‧‧PNP電晶體
405‧‧‧電容器
406‧‧‧比較器
407‧‧‧電流驅動器
408、409‧‧‧切換裝置
426‧‧‧電感器
428、430、432‧‧‧電容器
451、453‧‧‧輸出
455‧‧‧電壓輸出
473、475‧‧‧放大器
500‧‧‧操作照明系統的方法
502~520‧‧‧方法步驟
圖1顯示照明系統的示意圖；圖2~4顯示範例性電流調節系統的示意圖；以及圖5顯示控制光反應系統之電流的範例性方法。
本敘述乃關於具有調節電流的照明系統。圖1顯示一範例性照明系統，其中提供了調節的電流控制。可以根據如圖2~4所示之範例性電路來提供照明電流控制。然而，提供所述功能或者操作類似於所示電路的替代性電路也包括在本敘述的範圍裡。照明系統可以根據圖5的方法來操作。多樣電路圖的構件之間所示的電交互連接則代表了示範裝置之間的電流路徑。
現在參見圖1，顯示的是依據在此所述的系統和方法之光反應系統10的方塊圖。於此範例，光反應系統10包括次系統12(譬如在本範例中為發光次系統100)、控制器108、電源102、冷卻次系統18。
發光次系統100可以包括多個發光裝置110。舉例而言，發光裝置110可以是LED裝置。所選的多個發光裝置110乃實施成提供輻射輸出24。輻射輸出24乃導向工件26。返回的輻射28可以從工件26導向回到發光次系統100(譬如經由輻射輸出24的反射而發生)。
輻射輸出24可以經由耦合光學元件30而導向工件26。耦合光學元件30如果使用的話則可以做多樣的實施。舉例來說，耦合光學元件可以包括插在提供輻射輸出24的發光裝置110和工件26之間的一或更多 層、材料或其他結構。舉例來說，耦合光學元件30可以包括微透鏡陣列以增進輻射輸出24的收集、會聚、準直或者不然就是品質或有效量。以另一範例來說，耦合光學元件30可以包括微反射器陣列。於採用此種微反射器陣列，提供輻射輸出24的每個半導體裝置可以採一對一的方式而配置於個別的微反射器中。
該等層、材料或其他結構的每一者都可以具有所選的折射率。藉由適當選擇每個折射率，則可以選擇性的控制在輻射輸出24(和/或返回的輻射28)之路徑中的諸層、材料和其他結構之間的介面反射。舉例來說，藉由控制在配置於半導體裝置到工件26之間的所選介面之此種折射率的差異，則在該介面的反射可以減少、消除或減到最少，如此以增進輻射輸出在該介面的穿透以最終傳遞到工件26。
可以為了多樣之目的而採用耦合光學元件30。範例性目的尤其包括單獨或組合而言要保護發光裝置110、要維持冷卻次系統18所關聯的冷卻流體、要收集、會聚和/或準直輻射輸出24、要收集、導向或排拒返回的輻射28、或為了其他目的。再舉例來說，光反應系統10可以採用耦合光學元件30，如此以增進輻射輸出24的有效品質和量，尤其是傳遞到工件26者。
所選的多個發光裝置110可以經由耦合電子器件22而耦合於控制器108，如此以提供資料給控制器108。如底下進一步所述，控制器108也可以實施成控制此種提供資料的半導體裝置，譬如經由耦合電子器件22來為之。
控制器108最好也連接於以及實施成控制電源102和冷卻次 系統18的每一者。再者，控制器108可以接收來自電源102和冷卻次系統18的資料。
控制器108從電源102、冷卻次系統18、發光次系統100當中一或更多者所接收的資料可以有多樣的型態。舉例來說，資料可以分別代表關聯於所耦合之半導體裝置(譬如發光裝置110)的一或更多個特徵。以另一範例來說，資料可以代表關聯於提供資料之個別構件(即12、102、18)的一或更多個特徵。再舉另一範例，資料可以代表關聯於工件26的一或更多個特徵(譬如代表導向工件的輻射輸出能量或(多個)光譜成分)。再者，資料可以代表這些特徵的某種組合。
控制器108在接收任何此種資料時可以實施成回應於該資料。舉例而言，回應於來自任何此種構件的此種資料時，控制器108可以實施成控制電源102、冷卻次系統18、發光次系統100(包括一或更多個此種耦合的半導體裝置)當中一或更多者。舉例來說，回應於來自照明次系統的資料而指出光能量在關聯於工件的一或更多個點是不足時，則控制器108可以實施成：(a)增加電源對一或更多個半導體裝置110的電流和/或電壓供應；(b)經由冷卻次系統18來增加發光次系統100的冷卻(亦即特定的發光裝置如果被冷卻的話則提供更大的輻射輸出)；(c)增加電力供應到此種裝置的時間；或(d)以上的組合。
發光次系統100之個別的發光裝置110(譬如LED裝置)可以由控制器108獨立的控制。舉例而言，控制器108可以控制第一群的一或更多個個別LED裝置以發出第一強度、波長和類似者的光，同時控制第二群的一或更多個個別LED裝置以發出不同強度、波長和類似者的光。第一群 的一或更多個個別LED裝置可以是在發光裝置110之相同的陣列裡，或者可以是來自發光裝置110之多於一個的陣列。發光裝置110的陣列也可以獨立於發光次系統100的發光裝置110之其他陣列而由控制器108所控制。舉例而言，第一陣列的半導體裝置可以控制成發出第一強度、波長和類似者的光，同時第二陣列的半導體裝置可以控制成發出第二強度、波長和類似者的光。
再舉例來說，在第一組條件下(譬如用於特定的工件、光反應和/或一組操作條件)，控制器108可以操作光反應系統10以實施第一控制策略；而在第二組條件下(例如用於特定的工件、光反應和/或一組操作條件)，控制器108可以操作光反應系統10以實施第二控制策略。如上所述，第一控制策略可以包括操作第一群的一或更多個個別半導體裝置(譬如LED裝置)以發出第一強度、波長和類似者的光，同時第二控制策略可以包括操作第二群的一或更多個個別LED裝置以發出第二強度、波長和類似者的光。第一群的LED裝置可以是相同於第二群的一群LED裝置，並且可以跨越LED裝置的一或更多個陣列；或者可以是不同於第二群的一群LED裝置，並且該群LED裝置可以包括異於第二群之次群的一或更多個LED裝置。
冷卻次系統18乃實施成管理發光次系統100的熱行為。舉例而言，冷卻次系統18一般提供此種次系統12的冷卻，更特定而言，是發光裝置110的冷卻。冷卻次系統18也可以實施成冷卻工件26和/或工件26與光反應系統10之間的空間(譬如尤其是發光次系統100)。舉例而言，冷卻次系統18可以是空氣或其他流體(譬如水)冷卻系統。
光反應系統10可以用於多樣的應用。範例包括但不限於固 化應用，其範圍從油墨印刷到製造DVD和微影術。一般而言，採用光反應系統10的應用具有關聯的參數。也就是說，應用可以包括如下的關聯操作參數：提供一或更多種程度的輻射功率、在一或更多個波長、施加達一或更多種時間。為了適當完成關聯於該應用的光反應，光學功率可能須要傳遞到工件或接近工件而在一或更多個預先決定程度的一或多種這些參數(和/或達特定時間、次數或次數範圍)或之上。
為了遵循想要的應用參數，提供輻射輸出24的發光裝置110可以依據關聯於該應用參數的多樣特徵(譬如溫度、光譜分布、輻射功率)來操作。同時，發光裝置110可能具有特定的操作規格，其尤其可以關聯於半導體裝置的製造、可以遵循以便避免損壞和/或提前劣化裝置。光反應系統10的其他構件也可以具有關聯的操作規格。這些規格尤其可以包括操作溫度和施加電力的範圍(譬如最大和最小值)。
據此，光反應系統10支援應用參數的監視。附帶而言，光反應系統10可以提供發光裝置110的監視，包括它們的個別特徵和規格。再者，光反應系統10也可以提供光反應系統10之所選其他構件的監視，包括它們的個別特徵和規格。
提供此種監視可以能夠做到驗證系統的適當操作，如此則可以可靠的評估光反應系統10的操作。舉例而言，系統10可以相對於一或更多個應用參數(譬如溫度、輻射功率……)、關聯於此種參數的任何構件特徵和/或任何構件的個別操作規格而以不想要的方式來操作。提供監視則可以依據控制器108所接收之一或更多個系統構件的資料而加以回應和執行。
監視也可以支援系統操作的控制。舉例而言，可以經由接收 和回應於來自一或更多個系統構件之資料的控制器108而實施控制策略。如上所述，這控制可以直接實施(亦即基於有關構件操作的資料而透過導向該構件的控制訊號以控制該構件來為之)或者間接實施(亦即透過導向的控制訊號而控制該構件的操作以調整其他構件的操作)。舉例來說，可以透過導向電源102的控制訊號(其調整施加於發光次系統100的功率)和/或透過導向冷卻次系統18的控制訊號(其調整施加於發光次系統100的冷卻)，而間接調整半導體裝置的輻射輸出。
可以採用控制策略以啟用和/或增進系統的適當操作和/或應用的效能。於更特定的範例，也可以採用控制以啟用和/或增進陣列的輻射輸出與其操作溫度之間的平衡，如此例如以避免將發光裝置110或發光裝置110的陣列加熱超出其規格，同時也將輻射能量導向工件26而足以適當完成該應用的(多個)光反應。
於某些應用，高輻射功率可以傳遞到工件26。據此，次系統12可以使用發光裝置110的陣列來實施。舉例而言，次系統12可以使用高密度的發光二極體(LED)陣列來實施。雖然在此可以使用並且詳述了LED陣列，但是要了解發光裝置110及其(多個)陣列可以使用其他發光科技來實施，而不偏離本敘述的原理；其他發光科技的範例包括而不限於有機LED、雷射二極體、其他的半導體雷射。
多個發光裝置110可以提供呈陣列20或多個陣列之陣列的形式。可以實施陣列20，如此則一或更多個或者大部分的發光裝置110乃建構成提供輻射輸出。然而在此同時，實施陣列的一或更多個發光裝置110，如此以提供監視所選的陣列特徵。監視裝置36可以選自於陣列20中 的裝置，並且舉例而言，可以具有與其他發光裝置相同的結構。舉例而言，發光和監視之間的差異可以由關聯於特定半導體裝置的耦合電子器件22所決定(譬如於基本形式，LED陣列可以具有監視性LED(耦合電子器件對它們提供逆向電流)和發光性LED(耦合電子器件對它們提供順向電流)。
此外，基於耦合電子器件，陣列20中所選的半導體裝置可以是多重功能裝置和/或多重模式裝置，其中：(a)多重功能裝置能夠偵測多於一個的特徵(例如輻射輸出、溫度、磁場、震動、壓力、加速度、其他機械力或變形)，並且可以依據應用參數或其他決定性因素而在這些偵測功能中切換；以及(b)多重模式裝置能夠做到發射、偵測和某種其他模式(譬如關閉)，並且依據應用參數或其他決定性因素而在諸模式中切換。
參見圖2，顯示的是可以供應變化電流量之第一照明系統電路的示意圖。發光系統100包括一或更多個發光裝置110。於此範例，發光裝置110是發光二極體(LED)。每個LED 110則包括陽極201和陰極202。切換圖1所示的電源102係經由路徑或導體264而供應48伏特直流電給電壓調節器204。電壓調節器204經由導體或路徑242而供應直流電給LED 110的陽極201。電壓調節器204經由導體或路徑240而也電耦合到LED 110的陰極202。電壓調節器204乃顯示成參考於接地260，並且於一範例可以是降壓調節器。控制器108乃顯示成電連通於電壓調節器204。於其他範例，個別離散的輸入產生裝置(譬如開關)可以取代控制器108，如果想要的話。控制器108包括中央處理單元290以執行指令。控制器108也包括輸入和輸出(I/O)288以操作電壓調節器204和其他裝置。非暫態的可執行指令可以儲存於唯讀記憶體292，而變數可以儲存於隨機存取記憶體294。電壓調節 器204供應可調整的電壓給LED 110。
呈場效電晶體(field-effect transistor，FET)形式的可變電阻器220從控制器108或經由另一輸入裝置而接收強度訊號電壓。雖然本範例把可變電阻器描述成FET，不過必須注意該電路可以採用其他形式的可變電阻器。
於此範例，陣列20的至少一元件包括固態發光元件(例如發光二極體(LED)或雷射二極體)以產生光。元件可以建構成基板上的單一陣列、基板上的多重陣列、連接在一起之幾個基板上的單一或多重之幾個陣列……。於一範例，發光元件的陣列可以由Phoseon科技公司所製造的Silicon Light MatrixTM(SLM)所構成。
圖2所示的電路是閉路電流控制電路208。於閉路電路208，可變電阻器220經由穿過驅動電路222的導體或路徑230而接收強度電壓控制訊號。可變電阻器220從驅動器222接收其驅動訊號。可變電阻器220和陣列20之間的電壓乃控制成如電壓調節器204所決定之想要的電壓。想要的電壓值可以由控制器108或另一裝置所供應，並且電壓調節器204將電壓訊號242控制成為陣列20和可變電阻器220之間的電流路徑中提供想要電壓的位準。可變電阻器220控制著從陣列20到電流感測電阻器255的電流流動於箭號245的方向。想要的電壓也可以回應於照明裝置的類型、工件的類型、固化參數、多樣的其他操作條件而加以調整。電流訊號可以沿著導體或路徑236而回饋給控制器108或另一裝置，其調整所提供的強度電壓控制訊號。尤其，如果電流訊號異於想要的電流，則增加或減少通過導體230的強度電壓控制訊號以調整流過陣列20的電流。指出流動經過陣列20 之電流的回饋電流訊號則經由導體236而導向成為電壓位準，其隨著流動經過電流感測電阻器255的電流改變而改變。
於可變電阻器220和陣列20之間的電壓係調整成固定不變之電壓的一範例，經由調整可變電阻器220的電阻而調整流動經過陣列20和可變電阻器220的電流。因此，於此範例，來自可變電阻器220而沿著導體240所承載的電壓訊號不會到陣列20。反而是陣列20和可變電阻器220之間的電壓回饋會沿著導體240而到電壓調節器204。電壓調節器204然後輸出電壓訊號242到陣列20。因而，電壓調節器204調整其輸出電壓以回應於陣列20下游的電壓，並且經由可變電阻器220而調整流動經過陣列20的電流。控制器108可以包括指令以調整可變電阻器220的電阻值來回應於經由導體236所回饋成為電壓的陣列電流。導體240允許LED 110的陰極202、可變電阻器220的輸入299(譬如N通道MOSFET的汲極)、電壓調節器204的電壓回饋輸入293之間有電連通。因此，LED 110的陰極202、可變電阻器220的輸入側299、電壓回饋輸入293是在相同的電位。
可變電阻器可以採取FET、雙極電晶體、數位電位計或任何可電控制之限流裝置的形式。驅動電路可以採取不同的形式，此視所用的可變電阻器而定。操作閉路系統而使輸出電壓調節器204維持約0.5伏特高於操作陣列20的電壓。調節器輸出電壓則調整施加於陣列20的電壓，並且可變電阻器把流動經過陣列20的電流控制成想要的位準。相較於其他做法，本電路可以增加照明系統效率以及減少照明系統所產生的熱。於圖2的範例，可變電阻器220典型產生範圍在0.6伏特的壓降。然而，在可變電阻器220的壓降可以小於或大於0.6伏特，此視可變電阻器的設計而定。
因此，圖2所示的電路提供電壓回饋給電壓調節器以控制跨越陣列20的壓降。舉例而言，由於陣列20的操作導致跨越陣列20的壓降，故電壓調節器204所輸出的電壓是陣列20和可變電阻器220之間想要的電壓再加上跨越陣列20的壓降。如果增加可變電阻器220的電阻以減少流動經過陣列20的電流，則調整電壓調節器的輸出(例如減少)以維持陣列20和可變電阻器220之間想要的電壓。另一方面，如果減少可變電阻器220的電阻以增加流動經過陣列20的電流，則調整電壓調節器的輸出(例如增加)以維持陣列20和可變電阻器220之間想要的電壓。以此方式，可以同時調整跨越陣列20的電壓和流過陣列20的電流以提供從陣列20所輸出之想要的光強度。於此範例，經由所在或定位於陣列20下游(例如在電流流動的方向)和接地參考260上游的裝置(譬如可變電阻器220)而調整流動經過陣列20的電流。
現在參見圖3，顯示的是可以供應變化電流量之第二照明系統電路的示意圖。圖3包括一些與圖2所示之第一照明系統電路相同的元件。圖3與圖2相同的元件乃標以相同的數字代號。為了簡潔起見，省略了圖2和圖3之間相同元件的描述；然而，圖2的元件描述適用於圖3具有相同數字代號的元件。
圖3所示的照明系統包括SLM區域301，其包括陣列20，該陣列則包括LED 110。SLM也包括開關308和電流感測電阻器255。然而，開關308和電流感測電阻器255可以包括於電壓調節器304，或者做為控制器108的一部分，如果想要的話。電壓調節器304包括分壓器310，其由電阻器313和電阻器315所組成。導體340使分壓器310電連通於LED 110的 陰極202和開關308。因此，LED 110的陰極202、開關308的輸入側305(譬如N通道MOSFET的汲極)、電阻器313和315之間的節點321是在相同的電位。開關308僅操作成打開和關閉的狀態，並且它不操作成具有可以線性或成比例調整之電阻的可變電阻器。此外，於一範例，相較於圖2所示的可變電阻器220之0.6伏特Vds，開關308具有0伏特的Vds。
圖3的照明系統電路也包括誤差放大器326，其接收的電壓則指出流過陣列20、經由導體340而由電流感測電阻器255所測量的電流。誤差放大器326經由導體319而也接收來自控制器108或另一裝置的參考電壓。來自誤差放大器326的輸出則供應到脈衝寬度調變(pulse width modulator，PWM)產生器328的輸入。來自PWM產生器的輸出則供應到降壓級330(譬如降壓級調節器級)，並且降壓級330調整供應在調節之直流電源供應器(譬如圖1的102)和陣列20之間而位置在陣列20上游的電流。
於某些範例，可能想要經由位置在陣列20上游(譬如在電流流動的方向)而非圖2所示位置在陣列20下游的裝置來調整通往陣列的電流。於圖3的範例性照明系統，經由導體340所供應的電壓回饋訊號直接到電壓調節器304。經由導體319而從控制器108所供應的強度電壓控制訊號則變成參考訊號Vref，並且它施加於誤差放大器326而非施加於可變電阻器的驅動電路。
電壓調節器304直接控制來自陣列20上游位置的SLM電流。尤其，當打開開關308而禁用SLM時，電阻器分壓網路310使降壓級330操作成傳統的降壓調節器，其監視著降壓級330的輸出電壓。SLM可以從導體302選擇性的接收啟用訊號，其關閉開關308和啟動SLM以提供光。 當SLM啟用訊號施加於導體302時，降壓級330的操作便有所不同。特定而言，不像更典型的降壓調節器，該降壓調節器控制負載電流、通往SLM的電流和多少電流被推過SLM。尤其，當開關308是關閉時，流過陣列20的電流係基於在節點321所展開的電壓而決定。
在節點321的電壓是基於流動經過電流感測電阻器255的電流和流動於分壓器310中的電流。因此，在節點321的電壓乃代表流動經過陣列20的電流。代表SLM電流的電壓則相較於代表流動經過SLM之想要電流的參考電壓。如果SLM電流異於想要的SLM電流，則誤差電壓在誤差放大器326的輸出展開。誤差電壓則調整PWM產生器328的工作週期，並且來自PWM產生器328的脈衝列控制著降壓級330中之線圈的充電時間和放電時間。線圈充放電時間則調整電壓調節器304的輸出電壓。由於陣列20的電阻是固定不變的，故可以經由調整從電壓調節器304所輸出並且供應給陣列20的電壓而調整流動經過陣列20的電流。如果想要有額外的陣列電流，則增加來自電壓調節器304所輸出的電壓。如果想要減少陣列電流，則減少來自電壓調節器304所輸出的電壓。圖4提供圖3所示之照明系統的更詳細敘述。熟於此技藝者則體會圖3的實施例僅呈現依據在此討論之範例的一種可能電路。
現在參見圖4，顯示的是圖3所述之照明系統的詳圖。SLM部分301是在圖的左側。誤差放大器326是在圖的中下方，而PWM產生器328是在圖4的頂部。降壓級330位於圖4的右側。啟用訊號GENABLE可以經由導體302而在開關308提供給SLM。於開關308是FET的一範例，開關308的源極乃電連通於電流感測電阻器255。開關308的汲極乃電連通 於圖3所示陣列20的陰極。
放大器473施加增益到在節點321的電壓，並且將代表流動經過陣列20之電流的電壓輸出到放大器475。放大器475比較流動經過陣列20的電流與想要強度的SLM DRIVE(其指出流動經過陣列20所想要的電流)。放大器475在輸出451輸出電壓，其代表來自SLM DRIVE的強度設定(可以由圖1的控制器108所提供)與如在節點321之電壓所決定的陣列電流之間的差異。因此，誤差放大器326的輸出是代表想要的電流改變之電壓，而想要的電流改變是基於流動經過陣列20的電流與強度位準SLM DRIVE所代表的想要陣列電流之間的差異。從誤差放大器326所輸出的電壓則導向PWM產生器328。
應注意相較於控制跨越陣列的電壓來看，控制流過陣列20的電流以控制光強度則可以提供更有再現性的光強度和改善的照明裝置控制。藉由控制流過陣列20的電流而非跨越陣列20的電壓，則可以改善光強度的控制，此乃因為即使跨越陣列20而施加固定不變的電壓，來自陣列20所輸出的光強度仍可能改變，而這又是因為照明系統構件的電阻或阻抗可以隨著老化、溫度和其他操作條件有所改變而影響了流動經過陣列20的電流。由於光強度可以直接關聯於流動經過陣列20的電流，故為了控制陣列20的光強度，控制流動經過陣列20的電流可以是比控制跨越陣列20的電壓還更有效率的方式。
PWM產生器328包括PNP電晶體404，其供應固定不變的電流量給電容器405。計時電路401操作成經由集極開路電晶體(未顯示)而將電容器405拉向接地(GND)。計時電路401連同PNP電晶體404和電容器 405產生了斜坡訊號，其頻率乃關聯於電容器403的值。於一範例，計時電路401是555計時器。於一範例，計時電路401、電容器405、PNP電晶體404提供350千赫的斜坡訊號輸出到比較器406的反相輸入。比較器406從計時電路401(包括電晶體404和電容器405)接收其反相輸入(譬如-輸入)。比較器406從誤差放大器326的輸出接收其非反相輸入。當在反相輸入的電壓大於在非反相輸入的電壓時，比較器406的輸出453變高。比較器406將具有變化工作週期的脈衝列輸出到降壓級330。脈衝列的工作週期則關於流動經過陣列20的真正電流與流動經過陣列20所想要的電流之間的誤差。PWM產生器328提供之輸出訊號所具有的工作週期乃對應於誤差電壓的位準，該誤差電壓則對應於基於流動經過陣列20的電流之電流流動誤差。如果誤差電壓的直流位準是中等位準，則工作週期是50%。如果直流位準上升，則工作週期將接近100%。
降壓級330包括電流驅動器407，其供應增加量的電流給切換裝置408和409，其可以做為比較器406的來源。於一範例，電流驅動器407包括升壓轉換器以將供應到切換裝置408之閘極的電壓增加為比在切換裝置408之源極的電壓高出12伏特直流電的位準，如此則可以啟動切換裝置408。電流驅動器407交替的操作切換裝置408和409，以經由直流電壓來源(譬如圖1的102)所供應的電壓而將電感器426選擇性的充電和放電。電感器426的輸出則經由電容器428、430、432而加以過濾。自電感器426輸出的調節電壓則降壓到低於自直流電壓來源輸出的電壓。最後，來自降壓級330的電壓輸出455施加於陣列20之LED的節點和施加於分壓器310。
以此方式，監視著流動經過陣列20的電流並且相較於流動 經過陣列20所想要的電流。如果流動經過陣列20的真正電流偏離於所想要的電流，則調整PWM產生器的輸出，藉此變更電感器或線圈426的充電和放電。來自電感器或線圈426所輸出的電壓則回應於流動經過陣列20的真正電流與流動經過陣列20所想要的電流之差異而有所變化，以調整施加於陣列20的電壓和流動經過陣列20的電流。因而，回應於流過陣列20的電流來調整來自降壓級330所輸出的電壓。應注意陣列20代表施加於電壓調節器304的負載；然而，該負載可以是任何類型的電負載。
因此，圖1~4的系統提供用於操作一或更多個發光裝置，該系統包括：電壓調節器，其包括回饋輸入，該電壓調節器是電連通於一或更多個發光裝置；以及電流感測裝置，其定位於電流流過一或更多個發光裝置所經過的電流路徑中。該系統進一步包括電流控制裝置，其定位於電流感測裝置的上游和一或更多個發光裝置的下游之電流路徑中。該系統包括的一種狀況為電流控制裝置是可變電阻器。
於某些範例，該系統包括的一種狀況為可變電阻器是FET。該系統也包括的一種狀況為電壓調節器是降壓調節器。該系統包括的一種狀況為電流感測裝置是直接電連通於回饋輸入。該系統也包括的一種狀況為回饋輸入是直接電連通於定位在一或更多個發光裝置和可變電阻器之間的電節點，以及其中可變電阻器乃定位於電流路徑中而在電流感測裝置的上游。該系統也包括的一種狀況為回饋輸入是電壓輸入，其接收在一或更多個發光裝置之陰極的電壓。
於另一範例，圖1~4的系統提供用於操作一或更多個發光裝置，該系統包括：電流控制的電壓調節器，其包括電流回饋輸入，該電流 控制的電壓調節器是電連通於一或更多個發光裝置；以及電流感測裝置，其定位於電流流過一或更多個發光裝置所經過的電流路徑，該電流感測裝置是直接電連通於電流回饋輸入。該系統包括的一種狀況為電流控制的電壓調節器包括照明裝置陣列的電流誤差放大器。
於某些範例，該系統包括的一種狀況為電流控制的電壓調節器包括脈衝寬度調變產生器。該系統包括的一種狀況為電流控制的電壓調節器包括降壓級，其從直流電壓來源接收供應電壓。該系統包括的一種狀況為照明裝置陣列的電流誤差放大器乃電耦合於脈衝寬度調變產生器，以及其中脈衝寬度調變產生器的輸出乃輸入於降壓級。該系統進一步包括控制器，該控制器包括指令以調整一或更多個發光裝置的光強度。
現在參見圖5，顯示的是操作如圖1~4所述之照明系統的方法。圖5的方法可以儲存於圖1所示之控制器108的非暫態記憶體中而成為可執行的指令。
在502，方法500判斷是否已要求啟動照明系統。於一範例，照明系統是如圖1~4所示。啟動照明系統的要求可以經由操作員命令(例如開關的作動)或經由控制器命令來開始。啟動照明系統的要求可以輸入圖1所示的控制器108。如果方法500判定出現了啟動照明系統的要求，則回答為是，並且方法500前進到504。否則，回答為否，並且方法500前進到離開。
在504，方法500決定照明陣列所想要的強度(譬如流明輸出)。想要的強度可以是基於照明裝置的類型、固化參數、工件條件或其他的操作條件。想要的強度可以對應於流動經過照明陣列的特定電流率。舉 例而言，當Y安培流動經過照明裝置的陣列時，可以提供X流明的照明強度。於一範例，照明強度係用於檢索提供想要照明強度的經驗決定之電流值的表格或函數。在決定了想要的照明強度之後，方法500前進到506。
在506，方法500判斷電流控制的電壓調節器是否出現於照明系統。於一範例，當記憶體中設定了特定位元時，方法500判定電流控制的電壓調節器是在照明系統中。如果方法500判定電流控制的電壓調節器是在該照明系統中，則回答為是，並且方法500前進到516。否則，回答為否，並且方法500前進到508。
在508，方法500調整流動經過照明裝置的陣列(譬如圖1的陣列20)之電流以提供想要的照明強度。於一範例，經由增加代表想要的照明強度之電壓和流動經過照明陣列的電流而增加想要的照明強度。類似而言，可以經由減少代表想要的照明強度之電壓和流動經過照明陣列的電流而減少想要的照明強度。電壓調整成的數值乃代表如在504所決定之想要的照明強度。於一範例，控制器輸出類比電壓，其對應於想要的照明強度和流動經過照明陣列的電流。
想要的光強度電壓乃施加於可變電阻器以調整流動經過照明陣列的電流。流動經過照明陣列的電流可以隨著想要的光強度電壓而線性或成比例的來調整。於一範例，想要的光強度電壓乃根據圖2而經由導體230施加到驅動電路222，並且應用來自驅動電路的輸出以控制可變電阻器220。在調整了流動經過照明陣列的電流之後，方法500前進到510。
在510，方法500決定流動經過照明陣列的電流量。於一範例，電流感測電阻器(譬如圖2所示的電阻器255)係置於來自照明陣列之電 流的電流路徑中。如果電流流動經過照明陣列，則電壓跨越感測電阻器而展開。電壓可以導向控制器(譬如圖1的控制器108)，其基於歐姆定律而將電壓轉換為電流。在決定了流動經過照明陣列的電流之後，方法500前進到512。
在512，方法500調整流動經過照明陣列的電流。於一範例，經由改變與照明陣列和不同位準的電位(譬如接地和V+)所串聯放置之可變電阻器的電阻值而調整流動經過照明陣列的電流。可變電阻器的電阻可以由控制器或放大器來調整。於一範例，控制器經由轉換函數或經驗決定的表格而把在510所決定之流動經過照明陣列的電流轉換成光強度。控制器也比較該光強度和想要的光強度。替代而言，可以使用流動經過照明陣列的電流和流動經過照明陣列所想要的電流以取代光強度。如果光強度異於所想要的光強度，則調整施加於驅動器的控制訊號，如此則調整可變電阻器220的電阻值，使得流動經過照明陣列的電流收斂於流動經過照明陣列所想要的電流。舉例而言，如果想要的照明陣列電流大於真正的照明陣列電流，則減少可變電阻器的電阻值。替代而言，如果想要的照明陣列電流小於真正的照明陣列電流，則增加可變電阻器的電阻值。以此方式，流動經過照明陣列的電流以閉路方式來調整。在調整了流動經過照明陣列的電流之後，方法500前進到514。
在514，方法500調整來自電壓調節器所輸出的電壓，以根據流動經過照明陣列的電流方向而在照明陣列之下游的電路位置維持想要的電壓。於一範例，在照明陣列下游位置的電壓乃輸入到電壓調節器的電壓回饋輸入。電壓調節器調整電壓調節器的輸出以在照明陣列的下游位置 提供想要的電壓。尤其，在照明陣列下游位置的電壓乃相較於所想要的電壓。如果二電壓之間有所差別，則調整電壓調節器的輸出以提供想要的電壓。舉例而言，如果照明陣列下游的電壓小於所想要的，則增加電壓調節器的輸出電壓，直到照明陣列下游的電壓符合所想要的電壓為止。以此方式，調整電壓調節器的輸出，如此則可以藉由改變可變電阻器的值而提供流動經過照明陣列所想要的電流。在調整了電壓調節器的輸出電壓之後，方法500前進到離開。
在516，方法500調整跨越照明陣列所施加的電壓以回應於在504所決定之想要的照明強度。於一範例，調整降壓調節器(譬如見圖4)的電壓輸出以回應於代表想要的光強度之電壓。代表想要的光強度或流動經過照明陣列的電流之電壓則輸入到照明陣列電流誤差級。注意流動經過照明陣列的電流可以關聯於照明強度。照明陣列電流誤差級則比較照明陣列電流與想要的照明陣列電流或照明強度，並且提供用於調整降壓調節器輸出的訊號以調整降壓調節器輸出。在調整了跨越照明陣列所施加的電壓之後，方法500從516前進到518。
在518，方法500決定流動經過照明陣列的電流量，如在510所述。特定而言，基於跨越電流感測電阻器(譬如圖3的255)所展開的電壓而決定了流動經過照明陣列的電流。在決定了流動經過照明陣列的電流之後，方法500前進到520。
在520，方法500經由調整跨越照明陣列所施加的電壓而調整流動經過照明陣列的電流。於此範例，代表流動經過陣列20的電流之電壓乃輸入到供應電力給照明陣列之電壓調節器的照明陣列電流誤差級(譬如 圖3的326)。代表流動經過照明陣列的電流之電壓則減掉流動經過照明陣列所想要的電流或照明強度以產生誤差訊號。誤差訊號輸入脈衝寬度調變產生器以產生脈衝寬度調變電壓輸出，其與照明陣列電流誤差成比例。脈衝寬度調變電壓輸出則輸入到降壓調節器，並且調整降壓調節器的電壓輸出以回應於脈衝寬度調變電壓。此種操作乃敘述於圖3和4。以此方式，降壓調節器是電流控制的，如此以使流動經過照明陣列的電流收斂於所想要的電流和照明強度。在經由增加或減少來自降壓調節器所輸出的電壓而調整了流動經過照明陣列的電流之後，方法500前進到離開。
因此，圖5的方法提供了操作一或更多個發光裝置的方法，其包括：經由電壓調節器而供應電力給一或更多個發光裝置；以及回應於流動經過一或更多個發光裝置的電流而調整流動經過一或更多個發光裝置的電流。該方法包括的一種狀況為流動經過一或更多個發光裝置的電流是經由可變電阻裝置來控制。該方法也包括的一種狀況為調整流動經過一或更多個發光裝置的電流包括調整從電壓調節器所輸出的電壓以回應於流動經過一或更多個發光裝置的電流。
於另一範例，該方法也包括的一種狀況為經由調整來自電壓調節器所輸出的電壓而控制流動經過一或更多個發光裝置的電流。該方法進一步包括調整來自電壓調節器所輸出的電壓以回應於照明陣列電流誤差。該方法進一步包括調整來自電壓調節器所輸出的電壓以回應於脈衝寬度調變產生器的輸出。
如此技藝中具一般技術者所將體會，圖5所述的方法可以代表一或更多個任何數目的處理策略，其例如是由事件驅動的、由中斷驅動 的、多工的、多線程的和類似者。如此，則示範的多樣步驟或功能可以採所示範的順序來進行、平行的進行或者於某些情況下省略的進行。類似而言，未必需要該處理次序來達到在此所述之目的、特色、優點，而是提供以易於示範和描述。雖然未明確示範，但是此技藝中具一般技術者將體認一或更多個示範的步驟或功能可以重複進行，此視所用的特定策略而定。
這結束了本敘述。熟於此技藝者在閱讀時會在心中想到許多更動和修改而不偏離本敘述的精神和範圍。舉例而言，產生不同波長光的照明來源可以利用本敘述。

Claims (18)

  1. 一種操作一或更多個發光裝置的系統，其包括：一電壓調節器，其包括一回饋輸入，該電壓調節器是電連通於一或更多個發光裝置；以及一電流感測裝置，其定位於一電流流過該一或更多個發光裝置所經過的一電流路徑中，其中該回饋輸入是直接電連通於被定位在該一或更多個發光裝置和一可變電阻器之間的一電節點，且其中該可變電阻器被定位於該電流路徑中之該電流感測裝置的上游。
  2. 如申請專利範圍第1項的系統，其進一步包括一電流控制裝置，其定位於該電流感測裝置的上游和該一或更多個發光裝置的下游之該電流路徑中。
  3. 如申請專利範圍第2項的系統，其中該電流控制裝置是一可變電阻器。
  4. 如申請專利範圍第3項的系統，其中該可變電阻器是一場效電晶體(FET)。
  5. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該電壓調節器是一降壓調節器。
  6. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該電流感測裝置是直接電連通於該回饋輸入。
  7. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該回饋輸入是一電壓輸入，其接收在一或更多個發光裝置之一陰極的電壓。
  8. 一種操作一或更多個發光裝置的系統，其包括：一電流控制的電壓調節器，其包括一電流回饋輸入，該電流控制的電壓調節器是電連通於該一或更多個發光裝置；以及一電流感測裝置，其定位於一電流流過該一或更多個發光裝置所經過的一電流路徑中，該電流感測裝置是直接電連通於該電流回饋輸入。
  9. 如申請專利範圍第8項的系統，其中該電流控制的電壓調節器包括一照明陣列電流誤差級。
  10. 如申請專利範圍第9項的系統，其中該電流控制的電壓調節器包括一脈衝寬度調變產生器。
  11. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該電流控制的電壓調節器包括一降壓級，其接收來自一直流電壓來源的一供應電壓。
  12. 如申請專利範圍第11項的系統，其中該照明陣列電流誤差級乃電耦合於該脈衝寬度調變產生器，以及其中該脈衝寬度調變產生器的一輸出乃輸入到該降壓級。
  13. 如申請專利範圍第11項的系統，其進一步包括一控制器，該控制器包括指令以調整該一或更多個發光裝置的一光強度。
  14. 一種操作一或更多個發光裝置的方法，其包括：經由一電壓調節器來供應電力給一或更多個發光裝置，該電壓調節器具有一回饋輸入；以及回應於在一電流路徑中流動經過該一或更多個發光裝置的一電流，以調整流動經過該一或更多個發光裝置的電流，一電流感測裝置被定位於該電流路徑中，其中流動經過該一或更多個發光裝置的該電流是經由一可變電阻裝置來控制，該可變電阻裝置被定位於該電流路徑中之該電流感測裝置的上游，且其中該回饋輸入是直接電連通於被定位在該一或更多個發光裝置和該可變電阻裝置之間的一電節點。
  15. 如申請專利範圍第14項的方法，其中調整流動經過該一或更多個發光裝置的電流包括：回應於流動經過該一或更多個發光裝置的該電流而調整從該電壓調節器所輸出的一電壓。
  16. 如申請專利範圍第14項的方法，其中經由調整從該電壓調節器所輸出的一電壓而控制流動經過該一或更多個發光裝置的該電流。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，其進一步包括：回應於一光陣列電流誤差而調整從該電壓調節器所輸出的該電壓。
  18. 如申請專利範圍第17項的方法，其進一步包括：回應於一脈衝寬度調變產生器的輸出而調整從該電壓調節器所輸出的該電壓。
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