TWI701971B - 低耗電之級聯式發光二極體燈串 - Google Patents

Abstract

一種低耗電之級聯式發光二極體燈串，包含母燈串與至少一子燈串。母燈串接收載波發光信號控制發光二極體模組進行發光。子燈串級聯母燈串。子燈串的信號強化器增強該載波發光信號，以驅動發光二極體模組進行發光。當載波發光信號的電壓小於低準位電壓，該發光二極體模組進入低耗電模式。

Description

低耗電之級聯式發光二極體燈串

本發明係有關一種發光二極體燈串，尤指一種低耗電之級聯式發光二極體燈串。

由於發光二極體(light-emitting diode,LED)具有發光效率高、低耗電量、壽命長、響應速度快、可靠度高…等的優點，因此，發光二極體已廣泛地以燈條(light bar)或燈串(light string)的串聯、並聯或串並聯的連接方式，應用於照明用燈具或裝飾用發光，例如聖誕樹燈飾、運動鞋發光特效…等。

以節慶燈飾為例，完整的發光二極體燈具基本上包含發光二極體燈串(具有複數個燈)與驅動該燈的驅動單元。驅動單元與該燈串電性連接，並且透過對該燈提供所需電力以及具有發光資料的控制信號，以點控的方式或者同步的方式控制，實現發光二極體燈具多樣化的燈光輸出效果與變化。隨著技術的進步，具有發光資料的控制信號可透過載波的方式，將發光信號搭載於電力線上，可實現以相同的電路架構提供電力與資料傳輸的功能，以簡化佈線設計、縮小電路體積，且有利於控制線路的設計。

然而，當多個(條)燈串以級聯的方式成串時，由於後級的燈串容易因為線路較長導致前級的資料信號往後級傳送時造成信號的衰減，而造成後級的燈串所接收到的資料信號無法辨識或者判斷為雜訊的問題，導致後級的燈串無法正確地呈現其發光行為(方式)，例如色彩變化、亮滅(暗)方式、亮滅頻率。

再者，由於為確保能夠正確地辨識發光控制信號為低準位的電壓，因此常見地會透過快速放電電路，控制發光控制信號快速地降低其電壓準位，或者線路的總寄生電容較小的發光二極體燈串易使發光控制信號快速地降低其電壓準位。惟當發光控制信號快速地降低，很容易發生發光控制信號低於可辨識的低準位電壓後，又繼續快速地降低，使得發光控制信號觸及重置電壓，使得電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組的異常判斷與誤動作。

本發明之目的在於提供一種低耗電之級聯式發光二極體燈串，解決前述的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的低耗電之級聯式發光二極體燈串包含一母燈串與至少一子燈串。母燈串包含發光二極體燈串、輸出控制開關以及控制器。發光二極體燈串具有複數個發光二極體模組。輸出控制開關耦接發光二極體燈串。控制器耦接輸出控制開關，接收載波發光信號，且透過控制輸出控制開關以驅動發光二極體模組進行發光。子燈串級聯母燈串。子燈串包含發光二極體燈串、輸出控制開關以及信號強化器。發光二極體燈串具有複數個發光二極體模組。輸出控制開關耦接發光二極體燈串。信號強化器耦接輸出控制開關，接收載波發光信號，且增強載波發光信號，透過控制輸出控制開關以驅動發光二極 體模組進行發光。當載波發光信號的電壓小於低準位電壓，發光二極體模組進入低耗電模式。

在一實施例中，母燈串更包含輸出連接器。輸出連接器具有正電壓端子、負電壓端子以及資料端子。子燈串更包含輸入連接器。輸入連接器具有電源接腳與資料接腳。電源接腳分別耦接正電壓端子與負電壓端子，且資料接腳耦接資料端子。

在一實施例中，子燈串更包含輸出連接器，耦接另一子燈串的輸入連接器。

在一實施例中，信號強化器包含控制開關與電源轉換器。電源轉換器耦接控制開關。當控制開關導通時，電源轉換器接收載波發光信號，且增強載波發光信號。

在一實施例中，資料端子耦接於發光二極體模組中的最後兩個之間。

在一實施例中，發光二極體模組包含電壓比較單元。當載波發光信號的電壓小於低準位電壓，電壓比較單元輸出控制信號控制發光二極體模組進入休眠狀態的低耗電模式。

在一實施例中，發光二極體模組包含電流偵測單元。當載波發光信號的電壓小於低準位電壓，電流偵測單元輸出控制信號控制發光二極體模組進入節能狀態的低耗電模式。

在一實施例中，進入節能狀態的低耗電模式後的時間區間內，發光二極體模組進行信號偵測與辨識的操作；結束時間區間後，控制信號控制發光二極體模組進入休眠狀態的低耗電模式。

在一實施例中，發光二極體模組更包含振盪器，在節能狀態的低耗電模式中，振盪器接收控制信號，且振盪器透過控制信號控制，以低功率進行振盪工作。

在一實施例中，發光二極體模組更包含鎖存單元與振盪器，在節能狀態的低耗電模式中，鎖存單元與振盪器接收控制信號，且振盪器透過控制信號控制，停止振盪工作，鎖存單元透過控制信號控制，提供計時操作。

在一實施例中，鎖存單元為包含電阻與電容的充放電電路。

在一實施例中，鎖存單元為計時電路。

藉由所提出的低耗電之級聯式發光二極體燈串，解決由於長距離的燈串在信號傳送的過程所造成的衰減，而造成後級的燈串所接收到的資料信號無法辨識或者判斷為雜訊的問題，以及透過縮短資料端子至發光二極體燈串的接線距離，使得控制開關能夠不受線路長度影響電壓的衰減而能夠被足夠大的控制電壓所驅動，使控制開關能夠正常地被導通與關斷，進而信號強化器能夠正常地動作。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得到深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100:控制器

10:電源轉換電路

20:控制電路

30:發光二極體燈串

31,32,…,3n:發光二極體模組

Sec:發光控制資料

311:發光控制單元

312:位址信號處理單元

313:位址燒錄單元

41:穩壓器

42:振盪器

43:位址與資料辨識器

44:邏輯控制器

45:位移暫存器

46:輸出緩衝暫存器

47:驅動電路

48:位址暫存器

49:位址比較器

50:位址記憶體

51:位址燒錄控制器

52:燒錄信號偵測器

53:信號濾波器

54:放電單元

55:電流偵測器

56:電壓比較單元

57:鎖存單元

60:電力電容

70:輸出連接器

71:輸入連接器

80:信號強化器

81:電源轉換器

90:母燈串

91:子燈串

FUSE:保險絲

VAR:壓敏電阻

R10:輸入電阻

C11:輸入電容

D11~D14:二極體

CONR:控制單元

Qsw:輸出控制開關

R22,R23:電阻

C21:電容

Dz:齊納二極體

P1,P2:接點

V+:正電壓端子

V-:負電壓端子

Do:資料端子

Sc:控制信號

Ro:電阻

Co:電容

R31,R32,R33,R34:電阻

In11~In22:反相器

Vlow:低準位電壓

Vreset:重置電壓

Vd:發光驅動信號

Vth:參考電壓值

Vdis:放電電壓

Vlatch:鎖存電壓

Slatch:鎖存判斷信號

Vac:交流電源

Vdc:直流電源

Cv1:第一波形

Cv2:第二波形

t11~t14、t21~t23:時間點

t1~t3:時間點

T:時間區間

圖1：為本發明低耗電之級聯式發光二極體燈串之母燈串的電路示意圖。

圖2：為本發明級聯式發光二極體燈串之母燈串的詳細電路示意圖。

圖3：為本發明級聯式發光二極體燈串之子燈串的詳細電路示意圖。

圖4：為本發明母燈串與子燈串之級聯方式的示意圖。

圖5：為本發明發光二極體模組第一實施例的電路方塊圖。

圖6：為本發明發光二極體模組第二實施例的電路方塊圖。

圖7：為本發明電壓比較單元的電路圖。

圖8：為本發明發光驅動信號的波形示意圖。

圖9：為本發明發光二極體模組第三實施例的電路方塊圖。

圖10：為本發明發光二極體模組第四實施例的電路方塊圖。

圖11：為本發明發光驅動信號的波形示意圖。

圖12：為本發明振盪器的電路示意圖。

圖13：為本發明鎖存單元操作的波形示意圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖1所示，為本發明低耗電之級聯式發光二極體燈串之母燈串的電路示意圖。所述級聯式發光二極體燈串之母燈串90(以下簡稱母燈串90)主要包含控制器100、輸出控制開關Qsw、發光二極體燈串30以及輸出連接器70。

控制器100耦接交流電源Vac與輸出控制開關Qsw，藉以轉換交流電源Vac以提供足以驅動發光二極體燈串30以及控制輸出控制開關Qsw導通或關斷的電力。

輸出連接器70具有正電壓端子V+、負電壓端子V-以及資料端子Do。其中正電壓端子V+與負電壓端子V-分別耦接經由控制器100所轉換輸出的直流電源的正、負電壓。資料端子Do則接收控制各該發光二極體模組31,32,…,3n燈光輸出效果與變化的載波發光信號(包含發光資料與位址資料)。如此可實現以相同的電路架構提供電力與資料傳輸的功能，以簡化佈線設計、縮小電路體積，且有利於控制線路的設計。

請參見圖2所示，為本發明級聯式發光二極體燈串之母燈串的詳細電路示意圖，具體地，圖2所示為控制器100的詳細電路。電源轉換電路10與控制電路20係可整合為控制器100，具體地其可為包含電源轉換電路10與控制電路20的實體電路控制盒所實現。電源轉換電路10接收交流電源Vac，並且轉換交流電源Vac為直流電源Vdc，其中直流電源Vdc係可產生於跨接在電源轉換電路10的輸出兩端的輸出電容上。

控制電路20接收直流電源Vdc，以提供控制電路20與發光二極體燈串30所需之直流電源供應。控制器100通過電源線耦接交流電源Vac與發光二極體燈串30。發光二極體燈串30包含複數個發光二極體模組(或稱發光二極體燈)31,32,…,3n，該些發光二極體模組31,32,…,3n係以串聯方式連接，並且與輸出控制開關Qsw電性耦接。在本實施中，發光二極體燈串30為具有燒錄功能之燈串，因此各該發光二極體模組31,32,…,3n具有各自對發光資料、位址資料進行燒錄處理的數位與類比線路。

請參見圖3所示，為本發明級聯式發光二極體燈串之子燈串的詳細電路示意圖。所述級聯式發光二極體燈串之子燈串91(以下簡稱子燈串91)主 要包含輸入連接器71、信號強化器80、輸出控制開關Qsw、發光二極體燈串30以及輸出連接器70。其中，輸出控制開關Qsw、發光二極體燈串30以及輸出連接器70的操作與動作與母燈串90相同，在此不再贅述。輸入連接器71對應母燈串90(或前一級子燈串91)之輸出連接器70的正電壓端子V+、負電壓端子V-以及資料端子Do而具有三個接腳，使得當子燈串91插接母燈串90(或者前一級子燈串91)時，能夠對應地接上正電壓端子V+、負電壓端子V-以及資料端子Do，而將電力與資料往子燈串91傳送。

信號強化器80包含兩分壓電阻網路、控制開關Qc以及電源轉換器81。兩分壓電阻網路分別由電阻R31、R32以及電阻R33、R34所組成，其中電阻R31、R32耦接於控制開關Qc的控制端(例如閘極)，電阻R33、R34耦接於控制開關Qc的電源端(例如汲極)，以提供分壓的處理。進一步地，透過控制開關Qc的導通，使得驅動電源轉換器81能夠將前一級所傳送的資料信號強化(增強)，藉此能夠解決由於長距離的燈串在信號傳送的過程中所造成的衰減，而造成後級的燈串所接收到的資料信號無法辨識或者判斷為雜訊的問題。

請參見圖4所示，為本發明母燈串與子燈串之級聯方式的示意圖。 如圖4所示意將一母燈串90與複數個子燈串91級聯，意即透過將第一個子燈串91的輸入連接器71插接母燈串90的輸出連接器70，將第二個子燈串91的輸入連接器71插接第一個子燈串91的輸出連接器70，以此類推，可以得到級聯式發光二極體燈串。再者，透過前述每一個子燈串91的信號強化器80，可增強前一級所傳送的資料信號，如此可使用後級的子燈串91所接收到的資料信號都是可正確辨識的。值得一提，配合參見圖1(母燈串90)或圖3(子燈串91)所示，並且以母燈串90級聯子燈串91為例，為了能夠使得子燈串91之信號強化器80的控制開關Qc能夠被足夠大的控制電壓所驅動，除了可特別設計電阻R31、R32的電阻值外，也可透過將資料端子Do耦接於最後一個發光二極體模組3n與倒 數第二個發光二極體模組3n-1之間的接點P1，或者將資料端子Do耦接於倒數第二個發光二極體模組3n-1與倒數第三個發光二極體模組3n-2之間的接點P2，藉由縮短資料端子Do至發光二極體燈串30的接線距離，使得控制開關Qc能夠不受線路長度影響電壓的衰減而能夠被足夠大的控制電壓所驅動，使控制開關Qc能夠正常地被導通與關斷，進而信號強化器80能夠正常地動作。

請參見圖5所示，其係為本發明發光二極體模組第一實施例的電路方塊圖。承前所述，發光二極體燈串30為具有燒錄功能之燈串，因此各該發光二極體模組31,32,…,3n具有各自對發光資料、位址資料進行燒錄處理的數位與類比線路，例如負責發光控制的發光控制單元311、負責位址信號處理的位址信號處理單元312以及負責位址燒錄的位址燒錄單元313。如圖5所示的具有燒錄功能之發光二極體模組31為例(其餘發光二極體模組32,…,3n具有同樣的電路方塊，不另贅述)，發光二極體模組31(即發光二極體燈)包含穩壓器41、振盪器42、位址與資料辨識器43、邏輯控制器44、位移暫存器45、輸出緩衝暫存器46、驅動電路47、位址暫存器48、位址比較器49、位址記憶體50、位址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52、信號濾波器53、放電單元54、電流偵測器55以及電壓比較單元56。

圖5所示的發光二極體模組係應用串聯方式連接，因此需要使用穩壓器41作為電壓調節與穩壓之用。再者，圖5所示的發光二極體模組係採用點控的操作方式，因此發光二極體模組具有對位址資料處理(包含判斷、記憶、燒錄…等操作)的位址信號處理單元312與位址燒錄單元313，即包含位址暫存器48、位址比較器49、位址記憶體50、位址燒錄控制器51以及燒錄信號偵測器52。換言之，若發光二極體模組係採用同步的操作方式，則可省略位址信號處理單元312與位址燒錄單元313，只需要有發光資料處理的發光控制單元311即可。

在上述電路中，依信號特性的差異可區分為類比電路(analog circuit)部分與數位電路(digital circuit)部分。其中，穩壓器41、振盪器42、位址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52以及放電單元54係屬於類比電路部分，其他的則可歸類於數位電路部分。然，在不同的實施例中，位址燒錄控制器51與燒錄信號偵測器52亦可兼具類比電路與數位電路所實現。相對於數位電路的低耗電特性，類比電路(如穩壓器41、振盪器42、發光控制單元311、位址信號處理單元312、位址燒錄單元313以及放電單元54)則屬發光二極體模組31中較為耗電的電路元件。

請參見圖6所示，其係為本發明發光二極體模組第二實施例的電路方塊圖。承前所述，由於圖6所示的發光二極體模組係應用並聯方式連接，因此第二實施例與圖5所示的第一實施例最主要的差異在於前者(即第二實施例)無須額外使用穩壓器41作為電壓調節與穩壓之用。其餘的電路操作原理與動作皆與圖5所記載的內容相同，因此在此不再詳加贅述。

承前所述，為實現有效地降低類比電路的耗電，並且兼顧維持發光二極體模組31正常的運作，發光二極體模組31更包含一比較單元，用以作為電壓比較的電壓比較單元56。以發光驅動信號為電壓信號為例，電壓比較單元56接收發光驅動信號Vd與預設的參考電壓值Vth。配合圖7所示，在本實施例中，電壓比較單元56可用運算放大器電路作為比較器使用，其中將所接收到的發光驅動信號Vd輸入至比較器的非反相輸入端，另將參考電壓值Vth輸入至比較器的反相輸入端。透過將發光驅動信號Vd與參考電壓值Vth進行比較，當發光驅動信號Vd大於參考電壓值Vth時，則輸出高準位的控制信號Sc；反之，當發光驅動信號Vd小於參考電壓值Vth時，則輸出低準位的控制信號Sc。然不以此為限制，亦可將發光驅動信號Vd與參考電壓值Vth分別輸入至比較器的反相輸入端與非反相輸入端，則經比較後，可得到與上述準位相反的控制信號Sc， 同樣可達到對發光驅動信號Vd的判斷。此外，對於發光驅動信號Vd的判斷，可不限制使用運算放大器電路實現，舉凡可用以作為電壓比較之用的電路皆應包含於本發明之範疇中。

配合圖8所示，其係為本發明發光驅動信號的波形示意圖。承前所述，當控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為關斷時，發光二極體燈串30以放電的方式降低電壓，以提供驅動發光二極體燈串30的各該發光二極體模組31,32,…,3n的發光驅動信號Vd的低準位電壓。或者，透過控制各發光二極體模組31,32,…,3n內的快速放電電路，快速地降低發光信號電壓產生電路所產生之電壓，以提供驅動發光二極體燈串30的各該發光二極體模組31,32,…,3n的發光驅動信號Vd的低準位電壓。並且，透過電壓比較單元56對於發光驅動信號Vd與參考電壓值Vth的比較，可解決因快速放電操作導致發光驅動信號Vd快速降低而觸及重置電壓Vreset，使得電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組31的異常判斷與誤動作。

具體地，如第二波形Cv2所示，在時間點t1時，控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為關斷，此時，發光驅動信號Vd即快速地降低。在時間點t2，當到達參考電壓值Vth時，由於發光驅動信號Vd小於(亦可為小於或等於)參考電壓值Vth，因此如圖7所示的電壓比較單元56經比較兩電壓後，輸出低準位的控制信號Sc。此時，為防止因快速放電造成發光驅動信號Vd再進一步地快速降低，因此，電壓比較單元56所產生的控制信號Sc則控制發光二極體模組31中較為耗電的電路，例如但不限制為類比電路，如圖5所示的穩壓器41、振盪器42、發光控制單元311、位址信號處理單元312、位址燒錄單元313以及放電單元54進入休眠模式(sleep mode)或可稱為節能模式(eco mode)，以大幅地減少發光二極體模組31的耗電，從而使得發光驅動信號Vd降低的速度驟降。附帶一提，為簡潔圖5與圖6之示意，其中繪示輸入至穩壓器41、振盪器42、位 址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52以及放電單元54的控制信號Sc實際上係為電壓比較單元56分別耦接至穩壓器41、振盪器42、位址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52以及放電單元54，且提供所輸出的控制信號Sc至該些電路單元。

如圖8所示的時間點t2後，當發光驅動信號Vd小於參考電壓值Vth，則因為上述該些類比電路進入休眠模式，使得發光驅動信號Vd衰減的速度減緩，以避免觸及重置電壓Vreset。附帶一提，可透過設計辨識發光驅動信號Vd的低準位電壓為參考電壓值Vth或者較參考電壓值Vth略小但大於重置電壓Vreset的電壓值，使得達到快速放電偵測、有效地降低耗電，以及正確地判斷(辨識)發光驅動信號Vd的低準位電壓，從而使發光二極體模組31能正常地驅動運作。舉例來說，重置電壓Vreset可設計為0.7伏特，參考電壓值Vth可設計為1.1伏特，而發光驅動信號Vd的低準位電壓可設計為1.1伏特，或者略小的0.8~1.0伏特，可配合整體電路響應或動作的需求予以適當地設計與調整。

直到時間點t3時，控制單元CONR導通輸出控制開關Qsw，以恢復(提高)輸出至發光二極體燈串30的輸出電壓，並且根據所接收到的發光控制資料Sec產生發光驅動信號，使得發光二極體燈串30根據發光驅動信號進行發光模式的運作。因此，由於發光驅動信號Vd大於參考電壓值Vth，使得電壓比較單元56所產生的控制信號Sc由低準位轉換為高準位，使得控制信號Sc控制穩壓器41、振盪器42、發光控制單元311、位址信號處理單元312、位址燒錄單元313以及放電單元54離開休眠模式，以恢復該些電路單元的正常操作。同樣地，其餘發光二極體模組32,…,3n則由發光驅動信號Vd後續的週期提供控制，同樣的操作在此不再詳加贅述。藉此，完成發光二極體燈串30的所有發光二極體模組31,32,…,3n的驅動與發光控制。

請參見圖9所示，其係為本發明發光二極體模組第三實施例的電路方塊圖。相較於圖5，原本由電壓比較單元56產生的控制信號Sc改由電流偵測器55所產生，因此第三實施例並無電壓比較單元56的需要。配合圖11所示，當控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為關斷時，發光二極體燈串30以放電的方式降低電壓，以提供驅動發光二極體燈串30的各該發光二極體模組31,32,…,3n的發光驅動信號Vd的低準位電壓。或者，透過控制各發光二極體模組31,32,…,3n內的快速放電電路，快速地降低發光信號電壓產生電路所產生之電壓，以提供驅動發光二極體燈串30的各該發光二極體模組31,32,…,3n的發光驅動信號Vd的低準位電壓。值得一提，本發明對各該發光二極體模組31,32,…,3n的控制採行三種模式：第一種為工作模式、第二種為節能模式(eco mode)以及第三種為休眠模式(sleep mode)，藉此，使得各該發光二極體模組31,32,…,3n能夠在正常的操作下，亦兼具低耗電的需求。

工作模式係指各該發光二極體模組31,32,…,3n的內部電路(包括類比電路與數位電路)皆處於正常所需的操作。當為達到低耗電目的時，則先採行節能模式，亦後再採行休眠模式。節能模式主要作為先關閉較為耗電的類比電路，惟又考慮到振盪器與數位電路的密切配合，因此節能模式可透過先關閉除了振盪器以外的類比電路或者包含振盪器的類比電路，使得大幅地降低較耗電的來源，並且維持數位電路的正常操作，使得信號偵測與辨識能夠正常地運作。在節能模式中，振盪器可採行低功率的操作，而無須關閉。然後在完成信號偵測與辨識的動作後，再關閉振盪器，而進入休眠模式。藉此，可解決因快速放電操作導致發光驅動信號Vd快速降低而觸及重置電壓Vreset，使得電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組31的異常判斷與誤動作。

具體地，如圖11所示的波形所示，在時間點t11之前，控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通，因此，各該發光二極體模組31,32,…,3n 為工作模式的操作。在時間點t11時，控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為關斷，此時，發光驅動信號Vd即快速地降低。在時間t12時，發光驅動信號Vd達到低準位電壓Vlow，而辨識出發光驅動信號Vd為對該些發光二極體模組31,32,…,3n(後文以一個發光二極體模組31說明)控制的驅動信號。然而，為避免發光驅動信號Vd在驅動發光二極體模組31的過程中逐漸降低而觸及重置電壓Vreset，使得電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組31的異常判斷與誤動作，因此，在時間點t12時，進入節能模式，先關閉除了振盪器以外的類比電路或者包含振盪器的類比電路，大幅地降低較耗電的來源。並且，為維持數位電路與振盪器的正常操作，因此，在一時間區間T內完成信號偵測與辨識的動作，然後在時間點t13時，進入休眠模式，以大幅地減少發光二極體模組31的耗電。上述的時間區間T即為時間點t12至時間點t13之間的時間區間，例如但不限制為數個(3~4個)時脈週期的時間長度。因此，在時間點t13之後，可透過完全關閉振盪器，使發光二極體模組31的耗電降至最低，如此不僅可達到降低功耗的最佳化功效外，同時可避免發光驅動信號Vd降低而觸及重置電壓Vreset所造成的異常狀況。在時間點t14時，由於控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通，因此發光驅動信號Vd的電壓準位恢復。因為發光驅動信號Vd的電壓準位大於低準位電壓Vlow，因此，離開(解除)休眠模式的操作，而進入下一個週期的操作，再次恢復工作模式的操作。

圖11另外示意較窄時間(例如1微秒，但不以此為限制)的發光驅動信號Vd。相似於時間點t11~時間點t14所示意的較寬時間(例如3微秒，但不以此為限制)的發光驅動信號Vd，兩者的差異在於較窄時間的發光驅動信號Vd在時間區間T尚未結束前，即尚未進入休眠模式前，則因為控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通，因此發光驅動信號Vd的電壓準位恢復，再次恢復 工作模式的操作。在此情況下，同樣可達到避免發光驅動信號Vd降低而觸及重置電壓Vreset所造成的異常狀況。

因此，本實施例的特點乃側重於在節能模式與休眠模式操作能夠有效地降低該些類比電路的耗電，同時兼顧維持發光二極體模組31仍能正常的驅動運作，具體的電路操作可配合參見圖5，在此不再贅述。

請參見圖10所示，其係為本發明發光二極體模組第四實施例的電路方塊圖。相較於圖9所示的第三實施例，發光二極體模組更包含鎖存單元57，其餘電路單元皆與圖9相同。鎖存單元57耦接於發光二極體模組31內部的輸入側與輸出側之間，用以提供在休眠模式操作時，取代振盪器42之功能，使發光二極體模組31能夠持續地進行信號偵測與辨識的動作。在一實施例中，鎖存單元57可為具有電阻、電容所組成具有充、放電功能的充放電類比電路。

以下，將針對本發明如何達到降低耗電達到節能的技術手段進行說明。配合參見圖11，當偵測到發光驅動信號Vd達到低準位電壓Vlow時(例如圖11所示的時間點t12或時間點t22)，電流偵測器55產生控制信號Sc，此時，發光二極體模組31中較為耗電的類比電路，例如穩壓器41、振盪器42、位址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52以及放電單元54，透過控制信號Sc控制而進入節能模式，以降低主要的耗電來源，此節能模式可視為降低耗電的第一階段控制模式。惟因數位電路的控制與振盪器42息息相關，因此，為確保數位電路能夠完成其必要的運作，所採取控制類比電路的振盪器42進入休眠模式則視為降低耗電的第二階段控制模式。具體地，本發明係提出兩種解決方案，實現在節能模式中，對振盪器42低耗電的控制：第一種方案為：使振盪器42操作在低功率的振盪；第二種方案為：以充、放電電路取代振盪器42的振盪操作。

請參見圖12所示，其係為本發明振盪器的電路示意圖，並且配合圖9所示。以控制的準確度而言，透過振盪器42作為時脈基準的控制方式，是 最理想的方式。惟為能夠同時兼具準確的控制以及低耗電的需求，因此，採用的第一種方案係透過對振盪器42提供特定的設計，以實現低功率的振盪工作。圖12所示的振盪器42係具有複數個反相器In11~In22以及電阻Ro與電容Co，其電路連接方式僅為示意之用，非以限制本發明，只要能夠產生系統時脈的振盪器電路，皆應包含於本發明之範疇中。其中，複數個反相器In11~In22係為CMOS電晶體電路反相器，可透過設計不同的電晶體尺寸，並且透過致能與禁能的控制，實現準確控制與低耗電的需求。舉例來說，但不能此為限制，設計反相器In12與反相器In22的電晶體尺寸分別小於反相器In11與反相器In21的電晶體尺寸，並且透過控制信號Sc控制反相器In11與反相器In21。

當振盪器42為正常操作時，即發光二極體模組31操作在工作模式下(如圖11所示的時間點t12之前)，反相器In11~In22皆為致能狀態，因此，振盪器42能夠以全功率的運作，提供時脈訊號。當偵測到發光驅動信號Vd達到低準位電壓Vlow時(如圖11所示的時間點t12)，電流偵測器55所產生控制信號Sc控制反相器In11與反相器In21為禁能狀態(此時，反相器In12與反相器In22仍為致能狀態)，但不以此為限制，亦可控制反相器In12與反相器In22為禁能狀態，而反相器In11與反相器In21為致能狀態，因此，振盪器42尚能夠以低功率運作，提供時脈訊號，以維持數位電路能夠完成其必要的運作，並且同時達到振盪器42的低耗電操作，直到發光二極體模組31在圖11所示的時間點t12至時間點t13之間的時間區間T內完成信號偵測與辨識的動作，則可完全地關閉振盪器42，進入時間點t13之後的休眠模式。然上述反相器的連接方式、數量、尺寸以及控制信號的控制方式僅為示意之用，非以限制本發明。

請參見圖13所示，其係為本發明鎖存單元操作的波形示意圖，並且配合圖10所示。為了因應更寬時間(例如6~8微秒，但不以此為限制)的發光驅動信號Vd，例如作為結束終止辨識的鎖存信號(latch signal)的正確操作，以避 免過早地停止振盪器42的工作，導致數位電路失序而誤動作。但又為了能夠使較為耗電的振盪器42能夠及早地關閉以達到低耗電的需求，因此，如圖10所示，增設具有充、放電功能的鎖存單元57，例如以電阻-電容充放電電路實現，可以取代振盪器42的計時功能。承前所述，對於時間寬度為3微秒或1微秒的發光驅動信號Vd而言(如圖13所示的前兩個週期的信號)，由於其並非鎖存信號，因此，透過鎖存單元57的電容的放電操作(不以此為限制，亦可為充電操作)，由於其放電電壓Vdis高於預先設定的鎖存電壓Vlatch，因此，鎖存判斷信號Slatch為低準位。在此狀態下，振盪器42可以在節能模式中透過前述低功率振盪的方式，以及在休眠模式中關閉振盪操作，實現低耗電的節能操作。

當發光驅動信號Vd為時間寬度為6~8微秒的鎖存信號時(如圖13所示的第三個週期的信號)，由於鎖存單元57的電容的放電時間較久，因此使得在時間點t1時，放電電壓Vdis等於或低於鎖存電壓Vlatch，此時鎖存判斷信號Slatch由低準位轉態為高準位。並且，透過鎖存單元57的電容的持續放電，以確保關閉振盪器42後仍能夠維持發光驅動信號Vd為鎖存信號的正常偵測與控制。直到時間點t2時，由於控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通，因此發光驅動信號Vd的電壓準位恢復。因為發光驅動信號Vd的電壓準位大於低準位電壓Vlow，因此，鎖存判斷信號Slatch由高準位轉態為低準位，離開(解除)休眠模式的操作，而進入下一個週期的操作，再次恢復工作模式的操作。

然而，對於鎖存信號的正常偵測與控制不以上述的放電電壓Vdis與鎖存電壓Vlatch的比較為限制，亦可利用預設的時間長度來進行鎖存單元57的鎖存動作，例如鎖存單元57可為一計時電路來實現，因此，當達到或超過預設的時間長度時，則啟動鎖存單元57的鎖存操作，同樣可達到低耗電的需求。

綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：

1、可透過驅動電源轉換器將前一級所傳送的資料信號強化(增強)，藉此能夠解決由於長距離的燈串在信號傳送的過程所造成的衰減，而造成後級的燈串所接收到的資料信號無法辨識或者判斷為雜訊的問題。

2、可透過縮短資料端子至發光二極體燈串的接線距離，使得控制開關能夠不受線路長度影響電壓的衰減而能夠被足夠大的控制電壓所驅動，使控制開關能夠正常地被導通與關斷，進而信號強化器能夠正常地動作。

3、可實現在相同的線路架構下，可傳送發光驅動信號與供電電源至發光二極體燈串的功效。

4、可透過各發光二極體模組的快速放電電路，提供快速放電控制發光驅動信號快速地降低其電壓準位，以確保所有串聯的發光二極體皆能夠得到完整的發光控制。

5、精簡應用線路並解決發光控制信號的電壓因快速降低導致觸及重置電壓，造成發光二極體模組異常判斷與誤動作的問題。

6、有效地降低發光二極體模組中該些類比電路的耗電，同時兼顧維持發光二極體模組能正常的驅動運作。

7、發光二極體模組可採用點控的操作方式，亦可採用同步的操作方式，不僅可提高控制電路設計的彈性與便利性，同時能夠實現發光二極體燈具多樣化的燈光輸出效果與變化。

8、透過對振盪器電路的特定設計，使得振盪器在進入休眠模式之前，以低功率的振盪，提供時脈訊號，進而維持數位電路能夠完成其必要的運作，達到振盪器的低耗電操作。

9、透過鎖存單元的充、放電時間設計或預設時間的設計，以確保關閉振盪器後仍能夠維持發光驅動信號為鎖存信號的正常辨別與偵測，並且達到振盪器的低耗電操作。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之 申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例， 皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

Vac:交流電源

100:控制器

30:發光二極體燈串

90:母燈串

91:子燈串

70:輸出連接器

71:輸入連接器

Claims (12)

1. 一種低耗電之級聯式發光二極體燈串，包含：一母燈串，包含：一發光二極體燈串，具有複數個發光二極體模組；一輸出控制開關，耦接該發光二極體燈串；及一控制器，耦接該輸出控制開關，接收一載波發光信號，且透過控制該輸出控制開關以驅動該些發光二極體模組進行發光；至少一子燈串，級聯該母燈串，各該至少一子燈串包含：一發光二極體燈串，具有複數個發光二極體模組；一輸出控制開關，耦接該發光二極體燈串；及一信號強化器，耦接該輸出控制開關，接收該載波發光信號，且增強該載波發光信號，透過控制該輸出控制開關以驅動該些發光二極體模組進行發光；其中，當該載波發光信號的電壓小於一低準位電壓，各該發光二極體模組進入一低耗電模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中：該母燈串更包含一輸出連接器，該輸出連接器具有一正電壓端子、一負電壓端子以及一資料端子；及該子燈串更包含一輸入連接器，該輸入連接器具有兩電源接腳與一資料接腳；其中，該兩電源接腳分別耦接該正電壓端子與該負電壓端子，且該資料接腳耦接該資料端子。
3. 如申請專利範圍第2項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中該子燈串更包含一輸出連接器，耦接另一子燈串的該輸入連接器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，該信號強化器包含：一控制開關；及一電源轉換器，耦接該控制開關；其中，當該控制開關導通時，該電源轉換器接收該載波發光信號，且增強該載波發光信號。
5. 如申請專利範圍第2項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，該資料端子耦接於各該發光二極體模組中的最後兩個之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，各該發光二極體模組包含一電壓比較單元；其中，當該載波發光信號的電壓小於該低準位電壓，該電壓比較單元輸出一控制信號控制各該發光二極體模組進入休眠狀態的該低耗電模式。
7. 如申請專利範圍第1項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，各該發光二極體模組包含一電流偵測單元；其中，當該載波發光信號的電壓小於該低準位電壓，該電流偵測單元輸出一控制信號控制各該發光二極體模組進入節能狀態的該低耗電模式。
8. 如申請專利範圍第7項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，進入節能狀態的該低耗電模式後的一時間區間內，各該發光二極體模組進行信號偵測與辨識的操作；結束該時間區間後，該控制信號控制各該發光二極體模組進入休眠狀態的該低耗電模式。
9. 如申請專利範圍第7項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，各該發光二極體模組更包含一振盪器，在節能狀態的該低耗電模式中，該振盪器接收該控制信號，且該振盪器透過該控制信號控制，以低功率進行振盪工作。
10. 如申請專利範圍第7項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，各該發光二極體模組更包含一鎖存單元與一振盪器，在節能狀態的該低耗電模式中，該鎖存單元與該振盪器接收該控制信號，且該振盪器透過該控制信號控制，停止振盪工作，該鎖存單元透過該控制信號控制，提供計時操作。
11. 如申請專利範圍第10項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，該鎖存單元為包含一電阻與一電容的一充放電電路。
12. 如申請專利範圍第10項所述之低耗電之級聯式發光二極體燈串，其中，該鎖存單元為一計時電路。

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