TWI658748B - 可接收脈波寬度調變信號與直流信號的調光控制器與相關之調光方法 - Google Patents

可接收脈波寬度調變信號與直流信號的調光控制器與相關之調光方法 Download PDF

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TWI658748B
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李俊欣
Wei Cheng Su
蘇瑋城
Hung Ching Lee
李弘慶
Chung Wei Lin
林崇偉
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light

Abstract

本發明實施例提供一調光方法，適用於對一發光元件進行調光。該調光方法包含有：接收一調光信號，其可為一第一型態或是一第二型態；辨識位於該調光信號為該第一型態或是該第二型態；當該調光信號為該第二型態時，轉換該調光信號以產生一第一信號，其具有該第一型態，並傳遞該第一信號至一驅動器，據以驅動該發光元件；以及，當該調光信號為該第一型態時，傳遞該調光信號至該驅動器，據以驅動該發光元件，且不傳遞該第一信號至該驅動器。

Description

可接收脈波寬度調變信號與直流信號的調光控制器與相關之調光方法
本發明係關於一種調光控制器以及相關之調光方法，尤指可以接受不同型態之調光信號的調光控制器以及相關之調光方法。
良好的發光效率、精簡的元件體積、以及長久的元件壽命，使得發光二極體(LED)廣受照明或背光業界所採用。舉例來說，電腦或電視螢幕中的背光模組，大多數已經從傳統的冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)模組，轉換成LED模組。
LED模組往往需要有調整螢幕亮度的功能，因此，LED模組多半具有調光控制器。一般業界有兩種調光方式：脈波寬度調變(pulse-width-modulation，PWM)調光(PWM dimming)、以及類比調光(analog dimming)。PWM調光也有被稱為數位調光。PWM調光採用在邏輯值0與1之間跳躍的一PWM信號，來決定了LED模組處於發光時間對整個循環時間的比例，也就是工作週期(duty cycle)；且在發光時間時，LED模組的發光亮度為一固定值；發光時間外的不發光時間，LED模組大致不發光。相對的，採用類比調光(也有稱作電阻式調光)的LED模組，其發光是持續不 間斷的，但是其亮度則是由一直流(direct-current，DC)信號所控制。直流信號也有稱為類比(analog)信號。
調光控制器最好可以接收直流信號，也可以接收PWM信號，如此可以讓調光控制器獲得較廣泛的應用。
本發明實施例提供一調光控制器，適用於對一發光元件進行調光。該調光控制器包含有一調光輸入端、一信號辨識器、一型態轉換器、以及一選擇器。該調光輸入端可接收一調光信號，其可為一第一型態或是一第二型態。該信號辨識器連接至該調光輸入端，用以辨識位於該調光輸入端上之該調光信號為該第一型態或是該第二型態。該型態轉換器連接於該調光輸入端，依據該調光信號，提供一第一信號，具有該第一型態。該選擇器受控於該信號辨識器，具有二輸入，分別接收該第一信號以及該調光信號。該選擇器選擇該調光信號或是該第一信號其中之一，傳遞至一驅動器，據以驅動該發光元件。當該調光信號為該第二型態時，該選擇器選擇該第一信號；當該調光信號為該第一型態時，該選擇器選擇該調光信號。
本發明實施例另提供一調光方法，適用於對一發光元件進行調光。該調光方法包含有：接收一調光信號，其可為一第一型態或是一第二型態；辨識位於該調光信號為該第一型態或是該第二型態；當該調光信號為該第二型態時，轉換該調光信號以產生一第一信號，其具有該第一型態，並傳遞該第一信號至一驅動器，據以驅動該發光元件；以及，當該調光信號為該第一型態時，傳遞該調光信號至該驅動器，據以驅動該發光元件，且不傳遞該第一信號至該驅動器。
10、10a、10b‧‧‧調光控制器
12‧‧‧信號辨識器
14a、14b‧‧‧LED驅動器
16‧‧‧直流轉PWM轉換器
17a、17b‧‧‧選擇器
18‧‧‧數位緩衝器
19‧‧‧PWM轉直流轉換器
20‧‧‧信號產生器
22‧‧‧比較器
24‧‧‧運算放大器
26‧‧‧多工器
28‧‧‧電壓位準轉換器
30‧‧‧運算放大器
31‧‧‧定電流源
60a、60b‧‧‧調光方法
62、64、68a、68b、70a、70b、72a、72b‧‧‧步驟
C1‧‧‧電容
CS‧‧‧電流偵測端
DIM‧‧‧調光輸入端
DRV‧‧‧驅動端
FA1、FA2‧‧‧下降緣
GND‧‧‧接地線
ISET‧‧‧定電流
LT‧‧‧發光元件
MNDRV‧‧‧功率電晶體
RA1‧‧‧上升緣
RCS‧‧‧電流偵測電阻
R1‧‧‧電阻
RDIM‧‧‧可變電阻
SDC‧‧‧直流信號
SDIM‧‧‧調光信號
SDIM-PWM‧‧‧PWM信號
SDRV‧‧‧驅動信號
SPWM‧‧‧PWM信號
SSAW‧‧‧鋸齒波
SSEL‧‧‧選擇信號
TDELAY‧‧‧預定延遲
VCS‧‧‧電流偵測信號
VDC‧‧‧直流信號
VREF、VREF-L、VREF-H‧‧‧參考電壓
第1圖顯示一種依據本發明所實施的調光控制器。
第2圖顯示一調光控制器，可適用於第1圖中。
第3圖顯示一直流轉為數位PWM之控制轉換單元，舉例顯示調光信號SDIM、鋸齒波SSAW、與PWM信號SPWM的波形。
第4圖顯示調光信號SDIM具有兩個下降緣FA1與FA2，以及一個上升緣RA1。
第5圖舉例顯示第2圖之調光控制器所採用的調光方法。
第6圖顯示另一調光控制器，可適用於第1圖中。
第7圖舉例顯示第6圖之調光控制器所採用的調光方法。
在本說明書中，有一些相同的符號，其表示具有相同或是類似之結構、功能、原理的元件，且為業界具有一般知識能力者可以依據本說明書之教導而推知。為說明書之簡潔度考量，相同之符號的元件將不再重述。
第1圖顯示一種依據本發明所實施的調光控制器10，透過控制功率電晶體MNDRV，適用來於對發光元件LT進行調光。
功率電晶體MNDRV可以是一NMOS電晶體，而發光元件LT可以是一個或是數個發光二極體(light-emitting diode，LED)串接或並聯在一起。調光控制器10透過驅動端DRV，提供驅動信號SDRV，來控制功率電晶體MNDRV。驅動信號SDRV可能是一PWM信號，也可能是一DC信號。 流經發光元件LT的電流，經過電流偵測電阻RCS，產生電流偵測信號VCS，透過電流偵測端CS，由調光控制器10所接收。調光控制器10從調光輸入端DIM，接收調光信號SDIM，據以產生驅動信號SDRV。
如同第1圖所示，調光控制器10可以接受外界三個不同的信號輸入方式，來進行調光。第一種是外界提供直流信號VDC至調光輸入端DIM，作為調光信號SDIM，而直流信號VDC的電壓準位代表了發光元件LT應產生的平均亮度。第二種是連接一可變電阻RDIM於調光輸入端DIM與一接地線GND之間，稍後將說明可變電阻RDIM的電阻值會轉變為調光輸入端DIM上一直流信號的一電壓準位，其代表了發光元件LT的平均亮度。第三種是外界提供PWM信號SDIM-PWM至調光輸入端DIM，作為調光信號SDIM，而PWM信號SDIM-PWM的工作週期代表了發光元件LT的平均亮度。
換言之，調光信號SDIM可能是一直流信號，也可能是一PWM信號。調光信號SDIM可能是兩種型態其中之一，而這兩種型態是直流與PWM。
第2圖顯示一調光控制器10a，在一實施例中，可以作為第1圖中的調光控制器10。調光控制器10a包含有信號辨識器12、直流轉PWM轉換器16、選擇器17a、LED驅動器14a、以及定電流源31。
直流轉PWM轉換器16是一種型態轉換器。如果調光信號SDIM是一直流信號，直流轉PWM轉換器16可以將其轉換，提供相對應的PWM信號SPWM。第2圖中，直流轉PWM轉換器16包含有信號產生器20、運算放大器24、以及比較器22。請同時參閱第3圖。第3圖顯示調光信號SDIM大約為一直流信號經過一直流轉為數位PWM之控制轉換單元。舉例常用電路 如運算放大器24架構為一單位增益緩衝器(Unity-Gain Buffer)，把調光信號SDIM的電壓準位重現於比較器22的非反向輸入端。信號產生器20產生鋸齒波SSAW，提供至比較器22的反向輸入端。比較器22比較調光信號SDIM與鋸齒波SSAW，以產生PWM信號SPWM，即如同第3圖所示之功能。
信號辨識器12連接至調光輸入端DIM，用以辨識位於調光輸入端DIM上之調光信號SDIM為直流還是PWM，據以產生選擇信號SSEL，其控制選擇器17a。在第2圖的實施例中，選擇信號SSEL為邏輯上的1時，表示信號辨識器12認為調光信號SDIM是一PWM信號；相反的，當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一直流信號時，選擇器17a使選擇信號SSEL為邏輯上的0。
在一實施例中，信號辨識器12依據調光信號SDIM的信號緣來決定選擇信號SSEL。請參閱第4圖，其中顯示調光信號SDIM具有兩個下降緣FA1與FA2，以及一個上升緣RA1。信號辨識器12可以依據在一預定時間內，是否有足夠多個下降緣與上升緣，其斜率絕對值都大於一預定值，來產生該選擇信號。舉例來說，如果信號辨識器12發現在8ms中，有超過4個以上的下降緣與上升緣，其斜率絕對值都大於0.1V/us，那就認定調光信號SDIM是一PWM信號，使選擇信號SSEL為邏輯上的1。相反的，如果在8ms中，沒有超過4個斜率絕對值都大於0.1V/us的下降緣與上升緣，那就認定調光信號SDIM是一直流信號，使選擇信號SSEL為邏輯上的0。
舉例來說，第4圖中，信號辨識器12將調光信號SDIM低到跨過參考電壓VREF-H時，視為下降緣FA1的開始。然後比較在預定延遲TDELAY後的調光信號SDIM與參考電壓VREF-L，藉以判別下降緣FA1的斜率絕對值是否大於(VREF-H-VREF-L)/TDELAY。類似的道理，信號辨識器12將調光信號 SDIM高到跨過參考電壓VREF-L時，視為上降緣RA1的開始。然後比較在預定延遲TDELAY後的調光信號SDIM與參考電壓VREF-H，藉以判別上升緣RA1的斜率絕對值是否大於(VREF-H-VREF-L)/TDELAY。在另一個實施例中，信號辨識器12也可以依據調光信號SDIM從參考電壓VREF-H變化到參考電壓VREF-L的下降時間，是否大於預定延遲TDELAY，來辨識一下降緣是否陡到足以代表一PWM信號的下降緣。類似的，信號辨識器12也可以依據調光信號SDIM從參考電壓VREF-L變化到參考電壓VREF-H的上升時間，是否大於預定延遲TDELAY，來辨識一上降緣是否陡到足以代表一PWM信號的上降緣。
第2圖中的選擇器17a，受控於信號辨識器12，具有二輸入，分別接收PWM信號SPWM以及調光信號SDIM。選擇器17a包含有數位緩衝器18與多工器(multiplexer)26。當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一直流信號時，選擇器17a選擇PWM信號SPWM，傳遞至LED驅動器14a。當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一PWM信號時，調光信號SDIM經過數位緩衝器18傳遞到多工器26，被其所選擇並傳遞到LED驅動器14a。換言之，多工器26的輸出，如果不是PWM的調光信號SDIM，就是代表直流調光信號SDIM的PWM信號SPWM。
第2圖所顯示的選擇信號SSEL僅僅控制選擇器17a，但本發明不限於此。舉例來說，在一實施例中，當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一PWM信號時，信號辨識器12，透過選擇信號SSEL，使得直流轉PWM轉換器16整個關閉，以節省電能。類似的，當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一直流信號時，數位緩衝器18也可以選擇性的被關閉，以節省不必要的耗能。
LED驅動器14a依據多工器26的輸出，來控制功率電晶體MNDRV，藉以控制流經發光元件LT的電流。當多工器26的輸出為邏輯上的1時，電壓位準轉換器28輸出參考電壓VREF，所以運算放大器30控制功率電晶體MNDRV，使發光元件LT的電流大約為VREF/RCS，其中RCS為電流偵測電阻RCS的電阻值。當多工器26的輸出為邏輯上的0時，電壓位準轉換器28輸出0V，使發光元件LT的電流大約為0。
定電流源31提供定電流ISET，其流經調光輸入端DIM，可以用以產生直流調光信號SDIM。如果有可變電阻RDIM於調光輸入端DIM與接地線GND之間，定電流ISET可以流經可變電阻RDIM，在調光輸入端DIM產生直流電壓，作為調光信號SDIM。當外界直接提供直流信號VDC或是PWM信號SDIM-PWM來作為調光信號SDIM時，定電流ISET大致不會影響直流信號VDC或是PWM信號SDIM-PWM。
第5圖舉例顯示第2圖之調光控制器10a所採用的調光方法60a。
在步驟62，調光控制器10a透過調光輸入端DIM接收調光信號SDIM，其可以是一PWM信號或是一直流信號。
步驟64接續步驟62。信號辨識器12辨識位於調光輸入端DIM上之調光信號SDIM為直流還是PWM，據以產生選擇信號SSEL，其控制選擇器17a。
步驟68a接續在信號辨識器12認為調光信號SDIM為一直流信號後。直流轉PWM轉換器16轉換調光信號SDIM，提供相對應的PWM信號SPWM。
步驟70a接續步驟68a。選擇器17a選擇PWM信號SPWM，並傳遞至LED驅動器14a，用以驅動發光元件LT。此時，調光信號SDIM透過數位緩衝器18到LED驅動器14a之間的信號路徑被打斷。
步驟72a接續在信號辨識器12認為調光信號SDIM為一PWM信號後。選擇器17a選擇調光信號SDIM，並透過數位緩衝器18與多工器26，傳遞至LED驅動器14a，用以驅動發光元件LT。此時，選擇器17a不傳遞PWM信號SPWM至LED驅動器14a。
第2圖之調光控制器10a以及第5圖之調光方法60a有以下的優點。當調光信號SDIM為一直流信號時，可以產生相對應的PWM信號SPWM給LED驅動器14a，用以驅動發光元件LT。當調光信號SDIM為一PWM信號時，調光信號SDIM直接送給LED驅動器14a，可以忠實且精準的反應真正所需要的調光狀態。換言之，不論調光信號SDIM為一直流信號或是一PWM信號，調光控制器10a都可以適當地驅動發光元件LT。
第6圖顯示一調光控制器10b，在一實施例中，可以作為第1圖中的調光控制器10。調光控制器10b包含有信號辨識器12、PWM轉直流轉換器19、選擇器17b、LED驅動器14b、以及定電流源31。第6圖中，有一些裝置已經揭露於第2圖中，其操作可以透過先前第2圖之相關解說得知，不再累述。
PWM轉直流轉換器19是一種型態轉換器。如果調光信號SDIM是一PWM信號，PWM轉直流轉換器19可以將其轉換，提供相對應的直流信號SDC。第6圖中，PWM轉直流轉換器19包含有數位緩衝器18、電阻R1以及電容C1。數位緩衝器18把調光信號SDIM的邏輯值重現，提供給電阻R1。 電阻R1與電容C1構成一低通濾波器，可以產生直流信號SDC，其大約代表了調光信號SDIM的工作週期。
第6圖中的選擇器17b，受控於信號辨識器12，具有二輸入，分別接收直流信號SDC以及調光信號SDIM。選擇器17b包含有運算放大器24與多工器26。當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一直流信號時，運算放大器24，作為一單位增益緩衝器，把調光信號SDIM傳遞至多工器26，其接續傳遞調光信號SDIM至LED驅動器14b。當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一PWM信號時，選擇器17b選擇直流信號SDC，並傳遞到LED驅動器14b。換言之，多工器26的輸出，如果不是直流的調光信號SDIM，就是代表PWM調光信號SDIM的直流信號SDC。
LED驅動器14b依據多工器26的輸出，來控制功率電晶體MNDRV，藉以控制流經發光元件LT的電流。舉例來說，當多工器26的輸出之電壓準位為VOUT時，運算放大器30控制功率電晶體MNDRV，使得發光元件LT的電流大約為VOUT/RCS。
第7圖舉例顯示第6圖之調光控制器10b所採用的調光方法60b。調光方法60b有一些步驟跟調光方法60a一樣或是相似，可透過先前調光方法60a或調光控制器10a的說明得知，不再累述。
步驟72b接續在信號辨識器12認為調光信號SDIM為一直流信號後。選擇器17b傳遞調光信號SDIM至LED驅動器14b，其據以驅動發光元件LT。
步驟68b接續在信號辨識器12認為調光信號SDIM為一PWM信號後。PWM轉直流轉換器19轉換調光信號SDIM，提供相對應的直流信號 SDC。
步驟70b接續步驟68b。選擇器17b選擇直流信號SDC，並傳遞至LED驅動器14b，用以驅動發光元件LT。此時，調光信號SDIM透過運算放大器24到LED驅動器14b之間的信號路徑被打斷。
第6圖所顯示的選擇信號SSEL僅僅控制選擇器17b，但本發明不限於此。舉例來說，在一實施例中，當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一PWM信號時，信號辨識器12，透過選擇信號SSEL，使得運算放大器24禁能或是關閉，以節省電能。類似的，當信號辨識器12認為調光信號SDIM是一直流信號時，數位緩衝器18也可以選擇性的被關閉，以節省不必要的耗能。
第6圖之調光控制器10b以及第7圖之調光方法60b有以下的優點。當調光信號SDIM為一直流信號時，可以大約忠實地直接傳遞給LED驅動器14b，用以驅動發光元件LT。當調光信號SDIM為一PWM信號時，PWM轉直流轉換器19產生相對應的直流信號SDC給LED驅動器14b，用以驅動發光元件LT。因此，不論調光信號SDIM為直流或是PWM，調光控制器10b都可以提供適當的直流信號給LED驅動器14b。
本發明並不限於僅僅驅動LED，在其他實施例中，也可以驅動其他發光裝置。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (10)

  1. 一種調光控制器，適用於對一發光元件進行調光，包含有：一調光輸入端，可接收一調光信號，其可為一第一型態或是一第二型態；一信號辨識器，連接至該調光輸入端，用以辨識位於該調光輸入端上之該調光信號為該第一型態或是該第二型態；一型態轉換器，連接於該調光輸入端，依據該調光信號，提供一第一信號，具有該第一型態；以及一選擇器，受控於該信號辨識器，具有二輸入，分別接收該第一信號以及該調光信號，其中，該選擇器選擇該調光信號或是該第一信號其中之一，傳遞至一驅動器，據以驅動該發光元件，其中，當該調光信號為該第二型態時，該選擇器選擇該第一信號；當該調光信號為該第一型態時，該選擇器選擇該調光信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之該調光控制器，其中，該第一型態為直流(direct-current)與脈波寬度調變(pulse-width-modulation，PWM)其中之一，該第二型態為直流電與PWM之另一。
  3. 如申請專利範圍第1項之該調光控制器，其中，該第一型態為PWM，該第二型態為直流，且該型態轉換器為一直流至PWM轉換器。
  4. 如申請專利範圍第1項之該調光控制器，其中，該信號辨識器係依據該調光信號之一信號緣來產生一選擇信號，以控制該選擇器。
  5. 如申請專利範圍第4項之該調光控制器，其中，在一預定時段內，該調光信號具有數個信號緣，該信號辨識器依據該等信號緣的斜率絕對值是否都大於一預定值，來產生該選擇信號。
  6. 如申請專利範圍第1項之該調光控制器，另包含有：一定電流源，連接至該調光輸入端，用以提供一定電流流經該調光輸入端。
  7. 一種調光方法，適用於對一發光元件進行調光，包含有：接收一調光信號，其可為一第一型態或是一第二型態；辨識位於該調光信號為該第一型態或是該第二型態；當該調光信號為該第二型態時，轉換該調光信號以產生一第一信號，其具有該第一型態，並傳遞該第一信號至一驅動器，據以驅動該發光元件；以及當該調光信號為該第一型態時，傳遞該調光信號至該驅動器，據以驅動該發光元件，且不傳遞該第一信號至該驅動器。
  8. 如申請專利範圍第7項之該調光方法，包含有：依據該調光信號之一信號緣來產生一選擇信號，據以選擇該該調光信號與該第一信號其中之一，傳遞至該驅動器。
  9. 如申請專利範圍第7項之該調光方法，其中，在一預定時段內，該調光信號具有數個信號緣，該調光方法包含有：依據該等信號緣的斜率絕對值是否都大於一預定值，來產生該選擇信號。
  10. 如申請專利範圍第7項之該調光方法，其中，該第一型態為PWM，該第二型態為直流。
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