TWI730425B - 免電壓偵測之快速啟動系統 - Google Patents

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TWI730425B TW108134653A TW108134653A TWI730425B TW I730425 B TWI730425 B TW I730425B TW 108134653 A TW108134653 A TW 108134653A TW 108134653 A TW108134653 A TW 108134653A TW I730425 B TWI730425 B TW I730425B
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林義雄
楊世學
郭俊杰
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Abstract

本發明提供一種免電壓偵測之快速啟動系統，包括一驅動電路、一電流控制開關、以及一控制器。該驅動電路饋入電流至負載以及對應該負載設置的濾波電容。該電流控制開關連接至該驅動電路的輸出，經由接收到的訊號啟閉迴路以控制該負載以及該濾波電容的輸入功率。該控制器係連接至該電流控制開關，該控制器係記錄前次電容放電相關性參數，以獲取到達LED工作電壓參數的等效充電期間，並依據該等效充電期間傳送控制訊號至該電流控制開關以切換該負載以及該濾波電容的該輸入功率。

Description

免電壓偵測之快速啟動系統
本發明係有關於一種LED的快速啟動系統，特別是指一種免電壓偵測之快速啟動系統。
隨著技術的發展，白光LED技術的突破，現今發光二極體已經普及應用於各式家用照明的裝置上。由於發光二極體燈本身是一種高效能的照明光源，近年來正逐漸地取代傳統的白熾燈與螢光燈，成為照明市場的主流。
為了提升發光二極體的輸出穩定性，目前發光二極體的驅動電路上於輸出級會掛載一大電容，如輸出為低調光(低電流)的狀態時，會因為電容充電時間過長導致LED亮燈需要過長的時間才會啟動，導致使用者誤判LED燈是否能正常工作。而此問題主因在於LED的工作電壓特性所導致，在電容充電電壓尚未到達LED的工作電壓時，LED燈雖然已經過電但電壓不足仍停留在LED燈的截止區，導致LED無法亮燈。
本發明的主要目的，在於提供一種免電壓偵測之快速啟動系統，包括一驅動電路、一電流控制開關、以及一控制器。該驅動電路饋入電流至負載以及對應該負載設置的濾波電容。該電流控制開關連接至該驅動電路的輸出，經由接收到的訊號啟閉迴路以控制該負載以及該濾波電容的輸入功率。該控制器係連接至該電流控制開關，該控制器係記錄前次電容放電相關性參數， 以獲取到達LED工作電壓參數的等效充電期間，並依據該等效充電期間傳送控制訊號至該電流控制開關以切換該負載以及該濾波電容的該輸入功率。
本發明的另一目的，在於提供一種免電壓偵測之快速啟動方法，包括：控制器記錄前次電容放電相關性參數；該控制器依據該電容放電相關性參數獲取LED工作電壓參數的等效充電期間；以及該控制器依據該等效充電期間傳送控制訊號至該電流控制開關以切換驅動電路輸入至負載以及濾波電容的輸入功率。
是以，本發明係比起習知技術具有以下技術功效：
1.本發明所提供的系統及方法在光驅動電路由關閉轉為開啟時，可以快速的對濾波電容充電，以達到低調光狀態下快速啟動燈源的效果。
2.本發明因不需要讀取電壓，可以減少IC(例如控制器)所需的腳位、無須分壓電阻、沒有常態損號，因此待機功耗較低、且電路也較為簡單。
100:免電壓偵測之快速啟動系統
10:驅動電路
20:電流控制開關
30:高速放電模組
31:第一控制器
32:第二控制器
33:邏輯閘
34:計數器
35:放電單元
40:控制器
50:LED
CF:濾波電容
A1:恆流源
R1:電阻
S01-S03:步驟
圖1，本發明免電壓偵測之快速啟動系統的方塊示意圖。
圖2，本發明中高速放電模組的方塊示意圖。
圖3，本發明第一實施例的電路示意圖。
圖4，本發明第二實施例的電路示意圖。
圖5，本發明免電壓偵測之快速啟動方法的流程示意圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本發明之範圍，在此先行敘明。
請參閱「圖1」，係本發明免電壓偵測之快速啟動系統的方塊示意圖，如圖所示： 本發明的免電壓偵測之快速啟動系統100，主要配置於LED發光裝置上，用於高速驅動LED以在短時間內到達LED工作電壓。所述的免電壓偵測之快速啟動系統100主要包括一驅動電路10、一電流控制開關20、一高速放電模組30、以及一連接至該驅動電路10、該電流控制開關20、以及該高速放電模組30的控制器40。
所述的驅動電路10饋入電流至負載50以及對應該負載50(LED)設置的濾波電容CF，用以對該濾波電容CF充電，並供應該負載50運作所需的電源。該驅動電路10於一可行的實施例中包括電源供應器(可以為交流電源或直流電源)、變壓器、整流器、濾波器、或其他類似的電路或裝置，於本發明中不予以限制。
所述的電流控制開關20連接至該驅動電路10的輸出，經由該控制器40接收到的訊號啟閉迴路以控制該負載50以及該濾波電容CF的輸入功率。具體而言，該電流控制開關20係可以經由脈衝調變(PWM)作為輸入控制開關的週期及頻率，藉以決定輸出至該負載50以及該濾波電容CF的輸出功率。
所述的高速放電模組30係連接於該負載50以及該濾波電容CF，該高速放電模組30可以快速的切換負載50的迴路至地端，經由恆流假性負載的設計，將濾波電容CF的能量線性放電輸出，減少放電時間。有關於高速放電模組30的具體實施方式，後面將有詳細的說明。
所述的控制器40係連接至該驅動電路10、該電流控制開關20、以及該高速放電模組30，以控制該等電路及模組的運作。該控制器40例如可以為但不限定於中央處理器(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)或其他類似裝置或這些裝置的組合。於一可行的實施例中，該控制器40係可以 配合儲存單元設置，或與儲存單元共構為單晶片，用以永久性或半永久性的儲存部分資訊(例如查找表或工作參數等)，以便將相關的工作參數預存後經由下次執行時存取使用。該控制器40係記錄前次高速放電模組30經由濾波電容CF的放電相關性參數，以獲取突破LED(負載50)工作電壓參數的等效充電期間，並依據該等效充電期間傳送控制訊號至該電流控制開關20以切換該負載50以及該濾波電容CF的該輸入功率。在控制邏輯中，當該控制器40於該等效充電期間係傳送第一控制訊號至該電流控制開關20以輸出高功率充電電流對該濾波電容CF進行充電，並於該等效充電期間經過後傳送第二控制訊號至該電流控制開關20以切換輸出為常規充電電流以對該負載以及該濾波電容CF進行常規供電。
有關於具體的計算方式後面將有詳細的說明。
請先一併參閱「圖2」，為本發明中高速放電模組的方塊示意圖，如圖所示：所述的高速放電模組30主要包括連接至驅動電路10輸出的第一控制器31、連接至該濾波電容CF輸出的第二控制器32、連接至該第一控制器31及該第二控制器32的邏輯閘33、設置於該第一控制器31與該邏輯閘33之間計數器34、以及並聯於該負載50的放電單元35。這邊須特別說明的是，該第一控制器31及該第二控制器32可以作為個別的單晶片實施，或是可以共構或與該控制器40共構為單晶片實施，於本發明中不予以限制。此外，該邏輯閘33可以為及閘(AND Gate)、或閘(OR Gate)、反及閘(NAND Gate)、反或閘(NOR Gate)等，依據實際需求配置，亦可以透過修改電路設計(例如增加邏輯閘數量、反向器、修改計數器的觸發條件等)的方式變更該邏輯閘34的種類，此部分非屬本發明所欲限制的範圍。
於驅動電路10過電時(開關開啟)，第一控制器31係將該驅動電路10的電壓與預設電壓準位進行比較，於啟動狀態時該驅動電路10的電壓大於預 設電壓準位，第一控制器31將輸出高準位電壓，輸出的高準位電壓經由施密特觸發器將振盪至高準位輸出至該計數器34。該計數器34於接收到高準位輸出時，係持續重置計數並輸出第一邏輯參數至該邏輯閘33的第一輸入，此時該第二控制器32因為濾波電容CF充能至高準位，輸出一第二邏輯參數至該邏輯閘33的第二輸入，經由邏輯閘33輸出一控制訊號至該放電單元35使該放電單元35保持開路狀態。此時驅動電路10的輸出係對該濾波電容CF及該負載50過電。
於電路開關關閉的瞬間，第一控制器31係將該驅動電路10的輸出電壓與預設電壓準位進行比較，由於驅動電路10於關閉狀態時輸出電壓小於預設電壓準位，第一控制器31將輸出低準位電壓，輸出的低準位電壓經由施密特觸發器將振盪至低準位輸出至該計數器34。此時由於計數器34的復歸腳位由高準位變更為低準位，該計數器34將持續疊加數值，依據時脈疊加輸出數值，當輸出數值到達設定值時，計數器34將輸出第三邏輯參數至該邏輯閘33的第一輸入。與上面的電路同時進行，由於濾波電容CF在計數時能量尚未釋放，第二控制器32因為濾波電容CF充能至高準位的輸出仍是高準位電壓，將保持輸出第二邏輯參數，此時經由邏輯閘33，兩輸入分別為第二邏輯參數及第三邏輯參數的狀態，邏輯閘33將輸出另一控制訊號至該放電單元35，使放電單元35開啟(接地)，將濾波電容CF的能量導引至地，直到濾波電容CF的能量釋放至低準位。
其中，該計數器34於最終疊加的數值將儲存於儲存單元中，作為電容放電相關性參數使用。基於該電容放電相關性參數，控制器40可以在無須擷取電壓回授的情況下估算濾波電容CF所需的充電時間。基於電容放電相關性參數，依據電路設計的不同可以調整計算公式，以下針對本發明的兩種不同實施例進行說明：請一併參閱「圖3」，為本發明第一實施例的電路示意圖，如圖所示： 於一可行的實施例中，於電流控制開關20的回路上掛載恆流源A1的實施例中，在第一次完成放電後可以確認以下的參數：電容放電相關性參數
Figure 108134653-A0305-02-0008-1
，其中S th 是計數器34於放電狀態時的最終疊加數值，F sw 是電源轉換切換頻率；在電路環境設定上，以下參數是可確定的：V C 為LED障壁電壓，X為充電終點比例，I in 為充電電流，I L 為該恆流源的電流，C為濾波電容容值。
於起始計算時，必須先確定充電的終點電壓V target ，即濾波電容CF到達工作狀態時的目標電壓。V target 可以由以下計算獲得：V target =V C ×X
接著計算電容放電相關性參數，在此定義為濾波電容CF放電至低於LED障壁電壓的時間T Ron 。T Ron 可以由以下計算獲得：
Figure 108134653-A0305-02-0008-2
其中時間T Ron 可以由其他特徵參數替代，非以上面式子為限；接著計算電容充電時間T Ron 的電壓V C,TRon 。V C,TRon 可以由以下計算獲得：
Figure 108134653-A0305-02-0008-4
接著計算時間T Ron 的電壓V C,TRon 充電到終點電壓V target 所需要的時間T Roff ：
Figure 108134653-A0305-02-0008-5
總合以上計算，最終推導出該等效充電期間T可以經由以下式子獲得：
Figure 108134653-A0305-02-0008-6
藉此，最終可獲得濾波電容CF所需的充電時間。
請一併參閱「圖4」，為本發明第二實施例的電路示意圖，如圖所示：於另一可行的實施例中，於電流控制開關20的回路上掛載電阻R1的實施例中，在第一次完成放電後可以確認以下的參數：電容放電相關性參數
Figure 108134653-A0305-02-0009-13
，其中S th 是計數器34於放電狀態時的最終疊加數值，F sw 是電源轉換切換頻率；在電路環境設定上，以下參數是可確定的：V C 為LED障壁電壓，X為充電終點比例，I in 為充電電流，C為濾波電容容值，R為電阻阻值。
於起始計算時，必須先確定充電的終點電壓V target ，即濾波電容CF到達工作狀態時的目標電壓。V target 可以由以下計算獲得：V target =V C ×X
接著計算電容放電相關性參數，在此定義為濾波電容CF放電至低於LED障壁電壓的時間T Ron 。T Ron 可以由以下計算獲得：
Figure 108134653-A0305-02-0009-7
同上，T Ron 可以由其他特徵參數替代，非以上面式子為限；接著計算電容充電時間T Ron 的電壓V C,TRon 。V C,TRon 可以由以下計算獲得：
Figure 108134653-A0305-02-0009-12
接著計算時間T Ron 的電壓V C,TRon 充電到終點電壓V target 所需要的時間T Roff ：
Figure 108134653-A0305-02-0009-10
總合以上計算，最終推導出該等效充電期間T可以經由以下式子 獲得：
Figure 108134653-A0305-02-0010-14
基於上面第一實施例及第二實施例的演算式，控制器40可以在不需電壓回授的情況下，即可經由計算方式推算出濾波電容CF所需的充電時間。基於該充電時間，控制器40可以在兩種不同的供電模式下運作，於該等效充電期間以高功率充電電流對該濾波電容CF進行充電，並於該等效充電期間經過後切換為常規充電電流以對該負載50以及該濾波電容CF進行常規供電，藉此達到LED快速啟動的效果。
本發明於另一實施例中，係配合上面的電路架構提供一種快速啟動方法，以對應設置於LED的驅動系統上。以下針對本發明的快速啟動方法進行說明，請一併參閱「圖5」，本發明免電壓偵測之快速啟動方法的流程示意圖，如圖所示：於本發明的快速啟動方法係可以作為軟體或韌體安裝於處理器並經由處理器執行，或是直接由複數個晶片配合電路而實現，此部分非屬本發明所欲限制的範圍。所述的方法包括：控制器40於前次電源關閉時，記錄電容放電相關性參數(步驟S01)；該電容放電相關性參數可以為濾波電容CF放電的時間、或是計數器34的次數、或是其他任意與濾波電容CF放電時間具有正相關的參數等，於本發明中不予以限制。
該控制器40依據該濾波電容CF的電容放電相關性參數獲取達到該濾波電容CF終止工作參數的等效充電期間(步驟S02)；該等效充電期間，係配合電路的型態不同在計算方式上可能略有不同，本案的重點在於經由記錄電容 放電相關性參數而獲得濾波電容CF終止工作參數的等效充電期間，於上面實施例所述的公式，僅用於作為例示，並非用於限制本發明的範圍。
該控制器40依據該等效充電期間傳送控制訊號至該電流控制開關以切換驅動電路10輸入至負載50以及濾波電容CF的輸入功率(步驟S03)；於步驟S03中，該控制器40將於兩種不同的供電模式中切換；於該等效充電期間，該控制器40係傳送第一控制訊號至該電流控制開關20以輸出高功率充電電流對該濾波電容CF進行充電；該控制器40於該等效充電期間經過後傳送第二控制訊號至該電流控制開關20以切換輸出為常規充電電流以對該負載50以及該濾波電容CF進行常規供電。基於上述的切換模式，本發明係可以於相當短的時間內讓濾波電容CF充電至工作電壓，藉以達到快速點燈的效果。
綜上所述，本發明所提供的系統及方法在光驅動電路由關閉轉為開啟時，可以快速的對濾波電容充電，以達到低調光狀態下快速啟動燈源的效果。此外，本發明因不需要讀取電壓，可以減少IC(例如控制器)所需的腳位、無須分壓電阻、沒有常態損浩，因此待機功耗較低、且電路也較為簡單。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。
100‧‧‧免電壓偵測之快速啟動系統
10‧‧‧驅動電路
20‧‧‧電流控制開關
30‧‧‧高速放電模組
40‧‧‧控制器
50‧‧‧負載
CF‧‧‧濾波電容

Claims (10)

  1. 一種免電壓偵測之快速啟動系統，包括：一驅動電路，饋入電流至LED以及對應該LED設置的濾波電容；一電流控制開關，連接至該驅動電路的輸出，經由接收到的訊號啟閉迴路以控制該LED以及該濾波電容的輸入功率；以及一控制器，係連接至該電流控制開關，該控制器係記錄前次電容放電相關性參數，以獲取到達LED工作電壓參數的等效充電期間，並依據該等效充電期間傳送控制訊號至該電流控制開關以切換該LED以及該濾波電容的該輸入功率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的免電壓偵測之快速啟動系統，其中該控制器於該等效充電期間係傳送第一控制訊號至該電流控制開關以輸出高功率充電電流對該濾波電容進行充電，並於該等效充電期間經過後傳送第二控制訊號至該電流控制開關以切換輸出為常規充電電流以對該LED以及該濾波電容進行常規供電。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的免電壓偵測之快速啟動系統，其中該電流控制開關的回路上係掛載有恆流源。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的免電壓偵測之快速啟動系統，其中該控制器係依據以下計算公式獲得該等效充電期間：
    Figure 108134653-A0305-02-0013-15
     其中，T為等效充電期間，M為電容放電相關性參數，V C 為LED障壁電壓，X為充電終點比例，I in 為充電電流，I L 為該恆流源的電流，C為濾波電容容值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的免電壓偵測之快速啟動系統，其中該電流控制開關的回路上係掛載有電阻。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的免電壓偵測之快速啟動系統，其中該控制器係依據以下計算公式獲得該等效充電期間：
    Figure 108134653-A0305-02-0014-16
     其中，T為等效充電期間，M為電容放電相關性參數，V C 為LED障壁電壓，X為充電終點比例，I in 為充電電流，C為濾波電容容值，R為電阻阻值。
  7. 一種免電壓偵測之快速啟動方法，包括：控制器記錄前次電容放電相關性參數；該控制器依據該電容放電相關性參數獲取達到一濾波電容終止工作參數的等效充電期間；以及該控制器依據該等效充電期間傳送控制訊號至一電流控制開關以切換驅動電路輸入至LED以及該濾波電容的輸入功率。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的免電壓偵測之快速啟動方法，其中：該控制器於該等效充電期間係傳送第一控制訊號至該電流控制開關以輸出高功率充電電流對該濾波電容進行充電；該控制器於該等效充電期間經過後傳送第二控制訊號至該電流控制開關以切換輸出為常規充電電流以對該LED以及該濾波電容進行常規供電。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的免電壓偵測之快速啟動方法，其中該控制器係依據以下計算公式獲得該等效充電期間：
    Figure 108134653-A0305-02-0015-18
     其中，T為等效充電期間，M為電容放電相關性參數，V C 為LED障壁電壓，X為充電終點比例，I in 為充電電流，I L 為掛載於該電流控制開關的回路上之恆流源的電流，C為濾波電容容值。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的免電壓偵測之快速啟動方法，其中該控制器係依據以下計算公式獲得該等效充電期間：
    Figure 108134653-A0305-02-0015-17
     其中，T為等效充電期間，M為電容放電相關性參數，V C 為LED障壁電壓，X為充電終點比例，I in 為充電電流，C為濾波電容容值，R為電阻阻值。
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