WO2013185261A1

WO2013185261A1 - 基于发光二极管的照明设备的分段驱动方法和装置

Info

Publication number: WO2013185261A1
Application number: PCT/CN2012/000830
Authority: WO
Inventors: 朱弘琦; 沈毓仁
Original assignee: 钰瀚科技股份有限公司
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-12-19
Also published as: DE112012005774T5

Abstract

多个基于发光二极管的照明单位被分割成串接的几个基于发光二极管的照明段（101~10k），以提供多种照明模式。每个照明段（101~10k）包含多个照明单位以串联方式连接，又有至少一个串联开关器S串联，而且整串照明单位又与一个绕接开关器B以并联方式连接。照明单位的总数量可由输入电源V_IN的最高电压和照明单位的正向电压来决定，而达到最高效率，根据照明单位的总数量再适当选取分割成的照明段（101~10k）的段数，以及每一照明段（101~10k）里的照明单位的数量。以此设计的基于发光二极管的照明设备，可以根据应用上的实际需要，利用每一照明段（101~10k）里的串接开关器S和绕接开关器B的适当连接，将一个，两个，……，或所有的照明单位串接。

Description

基于发光二极管的照明设备的分段驱动方法和装置技术领域

本发明涉及基于发光二极管的照明装置，尤其是分段驱动多个基于发光二极管的照明单位，来提升照明设备的效率的装置和方法。背景技术

发光二极管（LED) 是一种基于半导体的光源，经常被应用在低耗电仪表和家电的指示器，应用发光二极管在各种照明装置也已越来越普遍。例如，高明亮度的发光二极管已被广泛用于交通信号灯，车辆指示灯，以及剎车灯。

发光二极管的电流对电压（IV)特性曲线类似于一般的普通二极管，当加于发光二极管的电压小于二极管的正向电压时，只有非常小的电流通过发光二极管。当电压超过正向电压时，通过发光二极管的电流则大幅增加。一般来说，在大多数操作范围，基于发光二极管的照明装置的发光强度是和通过的电流成正比，但操作在高电流时则不如此。通常为基于发光二极管的照明装置设计的驱动装置，都是以提供一个恒定的电流为主，以便能发出稳定的光和延长发光二极管的寿命。

为了提高基于发光二极管的照明装置的亮度，通常是将多数个发光二极管串联在一起，形成一个基于发光二极管的照明单位，而且多数个基于发光二极管的照明单位可以更进一步串联在一起，形成一个照明装置。例如，美国专利 6777891号揭露将多个基于发光二极管的照明单位，形成一个可由计算机控制的灯串，其中每个照明单位在灯串里形成一个可单独控制的节点。

每个照明装置所需要的工作电压，通常是取决于照明单位里的发光二极管的正向电压，每个照明单位里有多少个发光二极管，每个照明单位是如何相互接联的，以及每个照明单位在照明装置里，是如何接收来自电源的电压。因此，在大多数的应用中，都需要某种类型的电源电压转换装置，来将一般较普遍的高电压电源，转换成较低的电压，以提供给一个或多个基于发光二极管的照明单位。因为需要这样的一个电压转换装置，造成基于发光二极管的照明设备效率减低，成本增高，也难以减小其体积。

美国专利 7781979号提供了一个控制串联的发光二极管的装置。其中有两个或两个以上的发光二极管串联连接。当施加电压时，一串联的电流即流经发光二极管。其中至少有一个发光二极管被并联一个或多个可控制的电流路径，来使串联的电流部分流经这些可控制的电流路径，以便不需要电压转换装置即可使用一般较普遍的高电压电源。因此该装置可使用如 120V或 240V的交流电压。

美国专利公告 2010/0308739 号揭露了将多个发光二极管互接串联成多个发光二极管段的装置，以及多个开关器与此多个发光二极管段互接，来选取控制某一发光二极管段，将其从一个发光二极管串联电流通路中串联接入或切隔分出。图 1 显示了该照明装置的简化示意图，其中包含三个发光二极管段各别有一个、二个和四个串接的发光二极管，该照明装置可以串联方式连接一到七个发光二极管。

因为已有越来越多的基于发光二极管的照明单位被应用在高亮度的照明设备上，如何使用墙上现有的交流电源，灵活和有效地提高发光二极管的利用率，并提供稳定性和高亮度，来驱动和连接多数个基于发光二极管的照明单位的设计方法和装置，已经形成一种不可或缺的需求。此外，如何控制连接在一起的基于发光二极管的照明单位，使照明亮度可以根据不同的照明要求，或交流电源电压的变化，来提供不同的照明模式，也是非常重要的。发明内容

本发明为满足上述基于发光二极管的照明装置的应用需要而创作的，主要目的是提供一种用分段的方式，灵活地连接多个基于发光二极管的照明单位，而且各别控制每一个基于发光二极管的照明段，使其被串接在照明装置里，或被以短路方式绕过。

因此，本发明的照明装置包括由控制器控制的多个基于发光二极管的照明段。每个基于发光二极管的照明段有一个以上的基于发光二极管的照明单位串联，并有至少一个串接开关器串联，而且整串多个基于发光二极管的照明单位又与一个绕接开关器以并联方式连接。该控制器各别控制每一个照明段，使其与其它的照明段串接，或被以短路方式绕过。输入电源的电压连接于第一个基于发光二极管的照明段，以提供电力给本发明的照明装置，最后一个基于发光二极管的照明段，则经由一个电流控制器连接到地面。

本发明的另一个目的是提供一个根据输入电源电压变化，或照明装置中的电流控制器上的电压变化，或是这两者的电压变化，来控制多个基于发光二极管的照明段的连接的照明装置。在本发明的优选实施例中，电流控制器可能是一个电流检测电阻器或可变电流源。在某些优选实施范例中，本发明也将该多个基于发光二极管的照明段再串接一个单独的基于发光二极管的照明单位。

本发明的又一个目的是为基于发光二极管的照明装置提供各种分段和驱动方法，藉由串联一些基于发光二极管的照明段，或者以短路方式绕过一些基于发光二极管的照明段，以提供多种照明模式。在本发明分段方法中的一个例子，可以将该多个基于发光二极管的照明段组合成一个，两个， …，或所有的基于发光二极管的照明单位串接，从而提供所有可能的照明模式。在本发明分段方法中的另一个例子，虽然无法提供所有可能的照明模式，但仍可以藉由该多个基于发光二极管的照明段组合，从而提供大部分的照明模式。

因此，本发明的照明装置被分割成多个基于发光二极管的照明段，每个照明段里有不同数量的基于发光二极管的照明单位串联。适当的选取分割成的照明段的段数，以及每一照明段里的照明单位的数量，可以将照明装置的照明段组合成以串接一个，两个， …，或所有的基于发光二极管的照明单位的方式操作，从而提供所有可能的照明模式。

. 根据本发明的另一实施范例，照明装置也分割成多个基于发光二极管的照明段，每个照明段里有一个以上的串联的基于发光二极管的照明单位。所选取的照明段的段数，以及每一照明段里的照明单位的数量，使得该照明装置可能操作的照明模式较为受限，但仍可以将照明装置的照明段组合成以串接多种数量或所有的基于发光二极管的照明单位的方式操作。

以下是根据本发明几个优选实施范例，参照附图的详细说明，对于熟悉本技术领域的技术人员，阅读以下根据本发明的几个优选实施范例的详细说明，再参照附图，应可很清楚的了解本发明。附图是为了让本发明能更进一步的被了解，同时也构成本发明的说明规范的一部分，藉由附图来说明本发明的实施范例，并解释本发明的原则。附图说明

图 1为现有的由多数个发光二极管串接成分段的发光二极管的照明装置的电路示意图。

图 1显示一个基于发光二极管的照明装置，操作于 M种不同的照明模式下的输入电源电压 VrN以及发光二极管上的电压 VL_ED。

图 3显示了根据本发明的一优选实施范例，用于控制多数个基于发光二极管的照明段的照明装置的电路示意图。

图 4显示了图 3的实施范例中控制器的示意图。

图 5为根据本发明的另一优选实施范例，用于控制多数个基于发光二极管的照明段的照明装置的电路示意图。

图 6显示了图 5的实施范例中控制器的示意图。

图 Ί显示了图 5的另一实施范例中控制器的示意图。

图 8为根据本发明的图 5和图 7而稍微变更的优选实施范例，用于控制多数个基于发光二极管的照明段的电路示意图。

图 9显示了图 5的另一实施范例中控制器的示意图。

图 10说明本发明的基于发光二极管的照明单位中，可能有至少一个或多个发光二极管串联，并联或以并联和串联组合方式连接。

其中，附图标记说明如下：

101〜10k 基于发光二极管的照明段

111 控制器

113 电流检测电阻器

115 可变的电流源

121 控制器

1001 发光二极管

1101 A D转换器 1102 状态机

1103 A/D转换器

1104 储存存储元件

1205 电流控制电路

1301 亮度调节器

201 203 基于发光二极管的照明单位具体实施方式

如上所述，为了提高基于发光二极管的照明装置的亮度，多数个包含有一个以上的发光二极管的照明单位通常被串联，以增加发光强度。因此，提供多种可能的照明模式，以使照明装置能以不同的发光强度操作，是非常需要的。为达成此目的，最直接的一个方法，是对每一基于发光二极管的照明单位，使用一各别的开关器来控制该照明单位，使其被串接在照明装置里，或被以短路方式绕过，可是这种方法需要非常昂贵的硬件成本。

本发明提出一种创新的方法，以最高效率来控制基于发光二极管的照明装置，此一新方法将照明装置里所有的基于发光二极管的照明单位，分割成多数个基于发光二极管的照明段，每一照明段包含有一个以上的串联的发光二极管的照明单位。照明装置里的每一基于发光二极管的照明段，都可以各别控制。为了简化说明，以下的范例假设每一基于发光二极管的照明单位，只有一个发光二极管。

根据本发明，经由适当的选取照明段的段数，以及每一照明段里的发光二极管的数量，可以将一包含多个发光二极管的照明装置，分割成适当的几个发光二极管照明段，使其可以组合这些照明段来利用所有的发光二极管，以最多种可能的照明模式操作。每一照明模式的操作，藉由串接或短路绕过某些照明段，来组合照明装置里的发光二极管照明段，而达成串联至少一个的发光二极管。

图 2显示一个基于发光二极管的照明装置，操作于 M种不同的照明模式下的输入电源电压 V_1N以及发光二极管上的电压 V_LED。当发光二极管上的电压 V_LED等于发光二极管的正向电压 V_F时，该发光二极管是以最高效率的状态操作。对于一含有 N个发光二极管的照明装置而言，在每一照明模式下，有些发光二极管以串联方式连接，有些发光二极管则以短路方式绕过。如果以一最大的固定电流源来驱动该照明装置，则可以将所有的 N个发光二极管，以串联方式连接。根据图 2，如果要达到发光二极管照明装置的最高效率，必须将以下的积分式最小化：

(V_m -V_LED)dt ,

其中 T_M是以电压 V_M施于发光二极管照明装置而操作的照明模式 -M的时间。

图 3显示了根据本发明的一优选实施范例，用于控制多数个基于发光二极管的照明段的照明装置的电路示意图。该照明装置包括连接在节点 N_A与节点 N_c之间的多数个基于发光二极管的照明段 101〜10k，输入电源电压 V_IN 从节点 N_A提供电压给此多数个基于发光二极管的照明段 101〜10k，电流检测电阻器 113连接节点 N_c至地面。如先前所说，假设每一基于发光二极管的照明单位，只有一个发光二极管，所以每个基于发光二极管的照明段 101 〜10k包括至少有一个或更多的发光二极管以串联方式连接。此外，至少有一个开关器 S串联照明段里的一串发光二极管。

从图 3可以看出，每个基于发光二极管的照明段 101〜 10k有一正端和负端，照明段里最前端的一个发光二极管的正极，连接在照明段的正端。每个基于发光二极管的照明段 101〜10k又有将该照明段的正端连接到负端的一个开关器 B。图 3中显示的开关器 S，从照明段里最后端的一个发光二极管的负极，连接到照明段的负端。事实上，开关器 S可以串联在照明段里的发光二极管串的任何位置。

参照图 3可以看出，对每一发光二极管的照明段来说，当开关器 S接通而开关器 B不接通时，该照明段与其它照明段串联连接。当开关器 B接通时，该照明段则被开关器 B短路绕过。

在图 3的范例中，包含有 k段基于发光二极管的照明段，在每个照明段里的发光二极管的数量分别是 Si， S₂， …，和 S_k，发光二极管的总数则为1^。本发明提供了将所有的发光二极管分割成 k段的方法，可以驱动该基于发光二极管的照明装置在 N个不同的照明模式下运作。根据实际的照明应用的需求，每一照明模式分别可以串联连接 1， 2， 3, …，或 N个发光二极管。按照本发明，为了从包含 N个发光二极管的照明装置中，实现分别可以串联连接 1， 2， 3， …，或 N个发光二极管的照明模式的灵活性，基于发光二极管的照明段的段数和每个照明段的发光二极管的数量，必须满足下列条件：

n-l k-l

Si = l , S_n Si+ 1 当 2 n k，而且 S_k = N - ∑Si。举例来说， 11个发光二极管可以分割为 4个基于发光二极的照明段，其中 _Sl = l， s₂ = 2， S₃ = 3, 和 S₄ = 5。如此分割的基于发光二极管的照明装置中，可以将基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，得到 11种不同的照明模式， Mp M₂, ···，和 Mu，其中基于发光二极管的照明段的组合如下：

在实际上，基于发光二极管的照明装置的发光二极管的总数，可由输入电源的最高电压 Vj^MAX)和发光二极管在一最高电流 Ι_ΜΑχ下的正向电压 V_F 来决定，而达到最高效率，也就是：

V, tN(max)

其中为数字 (V_IN(MAX V_F) 的整数部分。如图 3所显示，由- 控制器 111来监视电流检测电阻器 113上的电压，以确保流经发光

电流不大于最高电流 Ι_ΜΑχ。如果基于发光二极管的照明装置的发光二极管的总数大于

就是

v

N ; + 1，

V_F

则可由控制器 111来控制经发光二极管的电流，而不需使用电流检测电阻器，即可以确保流经发光二极管的电流不大于最高电流 Ι_ΜΑχ。基于发光二极管的照明段在控制器 111的控制下，当 0 VJN V_F时，只将一个发光二极管串联；当 V_F V_]N 2V_F时，至少有两个发光二极管串联；当 2V_F ^ VTN ^ 3 !：时，至少有三个发光二极管串联；以此类推，当 (N-2)V_F VJN （N-1)V_F时，至少有 (N-l)个发光二极管串联；而当 (N-1)V_F < V_IN v _max) ^ NV_F时，则有 N个发光二极管串联。因此，流经发光二极管的电流永远不会大于最高电流 Ι_ΜΑχ。

根据本发明，要实现从包含 Ν个发光二极管的照明装置中，可以将 k段基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，而串联连接 1， 2， 3, …，或 N个发光二极管的照明模式的灵活性，段数 k必须满足下列条件:

L^log₂N」 + 1 k N，

其中 Llog₂N」为数字 log₂N的整数部分。

例如，如果照明装置中使用 100伏的整流交流电压，而发光二极管的正向电压为 3.3伏，发光二极管的总数可以是 N = 42。如果基于发光二极管的照明段数 k是 6，那么条件 |jog₂N」 + 1 k N是可以符合的。在这种情况下，每个照明段的发光二极管数量可以是3₁ = 1， S₂ = 2, S₃ = 3, S₄ = 7, S₅ = 14, 和 S₆ = 15，利用这 6个基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，可以将 1到 42个发光二极管串联连接，而灵活的提供 42种不同的照明模式。

另一个例子是，如果照明装置中使用 110伏的整流交流电压，而发光二极管的正向电压为 3.3伏，发光二极管的总数可以是 N = 47。如果基于发光二极管的照明段数 k是 6，那么条件 Llog₂N」 + 1 k N仍是可以符合的。在这种情况下，每个照明段的发光二极管数量可以是5, = 1， S₂ = 2, S₃ = 3， S₄ = 7， S₅ = 14, 和 S₆ = 20，利用这 6个基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，可以将 1到 47个发光二极管串联连接，而灵活的提供 47种不同的照明模式。

又另外的一个例子是，如果照明装置中使用 220伏的整流交流电压，而发光二极管的正向电压为 3.3伏，发光二极管的总数可以是 N = 94。如果基于发光二极管的照明段数 k是 7，那么条件 Llog₂N」 + 1 k N仍是可以符合的。在这种情况下，每个照明段的发光二极管数量可以是3₁ = 1， S₂ =

2， S₃ = 3, S₄ = 7， S₅ = 14， S₆ = 28，和 S₇ = 39利用这 7个基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，可以将 1到 94个发光二极管串联连接，而灵活的提供 94种不同的照明模式。

更另外的一个例子是，如果照明装置中使用 240伏的整流交流电压，而发光二极管的正向电压为 3.3伏，发光二极管的总数可以是 N = 102。如果基于发光二极管的照明段数 k是 7，那么条件 Llog₂N」 + 1 k N仍是可以符合的。在这种情况下，每个照明段的发光二极管数量可以是5, = 1， S₂ =

2， S₃ = 3, S₄ = 7, S₅ = 14， S₆ = 28, 和 S₇ = 51利用这 7个基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，可以将 1到 102个发光二极管串联连接，而灵活的提供 102种不同的照明模式。

应当注意的是，上面例子中的数字，只是用来说明在照明装置里，如何分割基于发光二极管的照明段，以及决定其段数的方法和原则。事实上还有其它可能的配置，以不同的照明段数，和每个照明段里以不同的发光二极管的个数，仍可以提供同样的灵活性。此外，图 3中的照明装置，基于发光二极管的照明段数 S₂， ···，和 S_K的顺序，可以任意地重新安排在节点 N_A 和节点 N_c之间，并不影响照明装置的性能或亮度。

根据本发明，还有另一将照明装置分割为数个基于发光二极管的照明段的方法，也可以用来连接 N个发光二极管中的一部分的发光二极管。该方法因为无法实现一些照明模式，比较起来灵活性略差。.然而，仍然可以提供大多数的照明模式，因此照明模式的数量足够实际应用。在此方法中，基于发光二极管的照明段数 k必须满足以下条件：

其中 Llog₂N」为数字 l_0g2N的整数部分。例如，如果照明装置中使用 100伏的整流交流电压，而发光二极管的正向电压为 3.3伏，发光二极管的总数可以是 N = 42。如果基于发光二极管的照明段数 k是 5，那么条件 2 ^ k ^ Llog₂N」是可以符合的。在这种情况下，每个照明段的发光二极管数量可以是 = 1， S₂ = 2, S₃ = 5， S₄ = l l，和 = 23，利用这 5个基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，可以将 42个发光二极管中一部分的发光二极管串联连接，而灵活的提供几种不同的照明模式。可以串联的发光二极管数量有 1-3， 5-8, 11-14, 16-19, 23-26， 28-31 , 34-37和 39-42。

另一个例子是，如果照明装置中使用 110伏的整流交流电压，而发光二极管的正向电压为 3.3伏，发光二极管的总数可以是 N = 47。如果基于发光二极管的照明段数 k是 5，那么条件 2 ^ k ^ Llog₂N」仍是可以符合的。在这种情况下，每个照明段的发光二极管数量可以是 Si = 1 , S₂ = 2， S₃ = 5 , S₄ = 12，和 = 27，利用这 5个基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，可以将 47个发光二极管中一部分的发光二极管串联连接，而灵活的提供几种不同的照明模式。可以串联的发光二极管数量有 1-3， 5-8， 12-15 , 17-20, 27-30, 32-35, 39-42和 44-47。

又另外的一个例子是，如果照明装置中使用 220伏的整流交流电压，而发光二极管的正向电压为 3.3伏，发光二极管的总数可以是 N = 94。如果基于发光二极管的照明段数 k是 6，那么条件 2 k Llog₂N」仍是可以符合的。在这种情况下，每个照明段的发光二极管数量可以是 Si = 1， S₂ = 2, S₃ = 5， S₄ = 12， S₅ = 25，和 S₆ = 49，利用这 6个基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，可以将 94个发光二极管中一部分的发光二极管串联连接，而灵活的提供几种不同的照明模式。可以串联的发光二极管数量有 1-3 , 5-8 , 12-15, 17-20， 25-28， 30-33 , 37-40， 42-45, 49-52, 54-57， 61-64, 66-69, 74-77, 79-82, 86-89和 91-94。

更另外的一个例子是，如果照明装置中使用 240伏的整流交流电压，而发光二极管的正向电压为 3.3伏，发光二极管的总数可以是 N = 102。如果基于发光二极管的照明段数 k是 6，那么条件 2 k [jog₂N」仍是可以符合的。在这种情况下，每个照明段的发光二极管数量可以是5₁ = 1 , S₂ = 2, S₃ = 5， S₄ = 12, S₅ = 25，和3₆ = 57，利用这 6个基于发光二极管的照明段，以串联连接或短路绕过的组合，可以将 102个发光二极管中一部分的发光二极管串联连接，而灵活的提供几种不同的照明模式。可以串联的发光二极管数量有 1-3, 5-8, 12-15, 17-20， 25-28， 30-33, 37-40, 42-45, 57-60, 62-65, 69-72, 74-77, 82-85, 87-90, 94-97和 99-102。

根据本发明，每个基于发光二极管的照明段 101〜10k，有两个不同的操作模式。在第一操作模式下，开关器 S接通而开关器 B不接通。因此，照明段里的发光二极管以串联连接外界，也就是说在第一操作模式下，该照明段系与其它照明段串联连接。

在第二操作模式下，开关器 B接通，从图 3可以看出，该照明段被开关器 B短路绕过，因此没有电流会流经该照明段里的发光二极管，也就是说在第二操作模式下，该照明段被短路绕过，其中的发光二极管是不会发光的。

根据本发明的照明装置，每个基于发光二极管的照明段 101〜10k都可以被单独控制，如图 3所示，该装置还包括一个控制器 111，用来发送一组各别的控制信号，到每个基于发光二极管的照明段 101〜10k的开关器 B和开关器 s。这两个控制信号可以控制所属的基于发光二极管的照明段，使其运作于两个不同的操作模式之一。因为每个基于发光二极管的照明段 101〜 10k, 都可被串联，或者以短路方式绕过，该照明装置可藉由控制器 111，控制每个基于发光二极管的照明段 101〜10k，来提供多种照明模式。

在这个优选实施范例中，最后一个基于发光二极管的照明段，在节点

N_c与电流检测电阻器 113的一端连接，电流检测电阻器 113的另一端则连接到地面。节点 N_c也被连接到控制器 111，所以控制器 111可以侦测到节点 N_c的电压。因此，控制器 111可以根据电流检测电阻器 113在节点 N_c上的电压值，或输入电源 V_IN的电压值，或是这两个电压值，来控制多个基于发光二极管的照明段 101〜10k。

图 4显示了图 3的实施范例中控制器 111的示意图。控制器 111包括一个 A/D转换器 1101 用来将输入电压 VJN转换成数字信号，该数字信号被发送到一个状态机 1102。控制器 111又包括另一个 A/D转换器 1103，用来检测在节点 N_c上的电压值，该 A/D转换器 1103也输出一个数字信号到状态机 1102。在控制器 111里用来控制每个基于发光二极管的照明段 101〜 10k的控制逻辑，就装置在状态机 1102和储存存储元件 1104中，以发送控制信号到每个照明段。

根据本发明，在基于发光二极管的照明段 101〜10k中的发光二极管，是泛指所有类型的发光二极管，如一般半导体发光二极管和有机发光二极管，这些发光二极管可能在各种频谱发光。本发明的照明装置，可包括适当段数的基于发光二极管的照明段，每个基于发光二极管的照明段，可包括适当数量的基于发光二极管的照明单位。这些数量都可根据上述范例中的条件，和设备或装置上实际应用的要求而定。开关器 S和开关器 B也是泛指一般包含有可以适当接通或关闭一个电路的开关组件，开关器可以是机械式的或电力式的，也可以是用集成电路制造的半导体开关器。

图 5为根据本发明的另一优选实施范例，用于控制多数个基于发光二极管的照明段的照明装置的电路示意图。如图 5所示，该照明装置同样的包括了多数个基于发光二极管的照明段 101〜10k在节点 N_A与节点 N_c之间连接。与图 3不同的是，电流检测电阻器 113被一个可变的电流源 115所取代。该照明装置也包括一个控制器 121来控制这个可变的电流源 115以及每个基于发光二极管的照明段 101〜10k。

在此优选实施范例中，可变电流源 115在节点 N_c的电压也可由控制器 121来侦测。因此，控制器 121可以根据可变电流源 115在节点 N_c上的电压值，或输入电源的电压值，或是这两个电压值，来控制多个基于发光二极管的照明段 101〜10k。

图 6显示了图 5的实施范例中控制器 121的示意图。在控制器 121里用来控制多个基于发光二极管的照明段 101〜10k的控制逻辑，就装置在状态机 1102和储存存储元件 1104中，以发送各别的控制信号到每个基于发光二极管的照明段 101〜10k的开关器 B和开关器 S。控制器 121包括一个 A/D 转换器 1101 用来将输入电压 VJN转换成数字信号，该数字信号被发送到状态机 1102。控制器 121又包括另一个 A/D转换器 1103，用来检测在节点上的电压值，该转换器 1103也输出一个数字信号到状态机 1102。控制器 121还包括一个电流控制电路 1205，以控制可变电流源 115。

图 7显示了图 5的另一实施范例中控制器 121的示意图。在控制器 121 里用来控制多个基于发光二极管的照明段 101〜10k的控制逻辑，就装置在状态机 1102中，以发送各别的控制信号到每个基于发光二极管的照明段 101 〜10k的开关器 B和开关器 So 此一实施范例中的控制器 121没有应用储存存储元件，控制器 121包括一个 A/D转换器 1101 用来将输入电压转换成数字信号，该数字信号被发送到状态机 1102。控制器 121还包括一个电流控制电路 1205，以控制可变电流源 115。

图 8为根据本发明的图 5与图 7而稍微变更的优选实施范例，用于控制多数个基于发光二极管的照明段的电路示意图。此一变更的优选实施范例中，该照明装置同样的连接了多数个基于发光二极管的照明段 101〜10k。与图 7不同的是，一个单独的发光二极管 1001将节点 N_A连接到第一个基于发光二极管的照明段 101的正端。其它的线路都与图 7相似。其中有三个基于发光二极管的照明段，分别包含 1， 2，和 4个发光二极管。该照明装置可以连接 1到 8个发光二极管，以提供 8种不同的照明模式。

图 9显示了图 5的另一实施范例中控制器 121的示意图。在控制器 121 里用来控制多个基于发光二极管的照明段 101〜 10k的控制逻辑，就装置在一亮度调节器 1301 中，以发送各别的控制信号到每个基于发光二极管的照明段 101〜10k的开关器 B和开关器 S。不同的调节句柄，可以加载此一实施范例中的亮度调节器 1301，来各别控制每个基于发光二极管的照明段 101 〜10k，根据不同的亮度需求，以提供不同的照明亮度。控制器 121还包括一个电流控制电路 1205，以控制可变电流源 115。

总之，本发明提供了一种分割，控制和连接多个基于发光二极管的照明段的照明装置和方法，其中一些基于发光二极管的照明段可以串联连接，而一些基于发光二极管的照明段则可以短路绕过。每个基于发光二极管的照明段可以包括一个或多个基于发光二极管照明单位串联，如图 10所示，每个照明单位可以包括一个或多个发光二极管串联，并联或者是两者都有的组合方式连接。这里应该注意的是，虽然图 10只有显示三个如何连接发光二极管的例子，熟悉本技术领域的技术人员应该很容易就可看出，本发明的每个照明单位，还可以其它方式来连接多个发光二极管。应用本发明的分段和驱动方法，可以根据不同的亮度需求，灵活的连接发光二极管的数量，而提供多种照明模式。

虽然以上只藉由几个优选的实施范例来描述本发明，然而熟悉本技术领域的技术人员，很明显的可以了解，仍有许多未描述的变通及修改，都在不偏离以下所定义的本发明的申请专利范围之内。

Claims

权利要求

1.一种基于发光二极管的照明装置，其特征在于，包括：

多个串接的基于发光二极管的照明段，每个照明段有一正端，一负端，一个绕接开关器连接上述正端和负端，和至少一个基于发光二极管的照明单位串联连接至少一个串接开关器于上述正端和负端之间；

一输入电源连接到上述多个基于发光二极管的照明段；以及

一控制器，用来控制上述多个基于发光二极管的照明段；

其中上述控制器可以各别控制上述多个基于发光二极管的照明段，每个照明段的捧作包括一串联连接模式将该照明段与其它的照明段串联，和一短路绕接模式将该照明段以短路方式绕过。

2.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，上述控制器各别对每一个基于发光二极管的照明段发送一对控制信号，用来将相对的照明段的绕接开关器接通，使相对的照明段以上述短路绕接模式操作，或将相对的照明段的串接开关器接通并切断相对的照明段的绕接开关器，使相对的照明段以上述串联连接模式操作。

3.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，又包括一电流控制器与上述多个基于发光二极管的照明段串联连接。

4.如权利要求 3所述的照明装置，其特征在于，上述电流控制器发送一电压值至上述控制器，而上述控制器根据该电压值来各别控制上述多个基于发光二极管的照明段，使每一个基于发光二极管的照明段各别运作于上述串联连接模式，或上述短路绕接模式。

5.如权利要求 4所述的照明装置，其特征在于，上述控制器根据上述电流控制器发送的电压值，和上述输入电源的电压值来各别控制上述多个基于发光二极管的照明段，使每一个基于发光二极管的照明段各别运作于上述串联连接模式，或上述短路绕接模式。

6.如权利要求 3所述的照明装置，其特征在于，上述控制器包括第一个 A/D转换器，将上述输入电源的电压转换成被传送至一个状态机的第一数字信号；第二个 A/D转换器，将上述电流控制器的电压转换成被传送至上述状态机的第二数字信号，和一个连接于上述状态机的储存存储元件；上述控制器各别对每一个基于发光二极管的照明段发送一对控制信号，用来将相对的照明段的绕接开关器接通，使其以上述短路绕接模式操作，或将相对的照明段的串接开关器接通并切断相对的照明段的绕接开关器，使其以上述串联连接模式操作。

7.如权利要求 3所述的照明装置，其特征在于，上述电流控制器是一电流检测电阻器。

8.如权利要求 3所述的照明装置，其特征在于，上述电流控制器是被上述控制器控制下的一可变的电流源。

9.如权利要求 3所述的照明装置，其特征在于，总共包含有 N个基于发光二极管的照明单位， N : 为上述输入电源的最高电

压， V_F 为每个基于发光二极管的照明单位，在被上述电流控制器限制的一电流 IMAX下的正向电压，的整数部分 <

10.如权利要求 3所述的照明装置，其特征在于，总共包含有 N个基于

V,

发光二极管的照明单位， IN(max)

N≥ + 1，其中 V： IN(max)为上述输入电源的最高电压， V_F 为每个基于发光二极管的照明单位，在被上述控制器控制的一最高电流 Ι_ΜΑχ下的正向电压，的整数部分。

11.如权利要求 10所述的照明装置，其特征在于， VJN为上述输入电源的电压，上述多个基于发光二极管的照明段在上述控制器的控制下，当 0

ViN ^ V_F时，只将一个基于发光二极管的照明单位串联；当 V_F VrN

2V_F时，至少有两个基于发光二极管的照明单位串联；当 2V_F V_IN 3V_F 时，至少有三个基于发光二极管的照明单位串联；以此类推，当 (N-2)V_F V_IN (N-1)V_F时，至少有 (N-l)个基于发光二极管的照明单位串联；而当 (N-1)V_F < ViN V_IN(max) ^ NV_F时，则有 N个基于发光二极管的照明单位串联。

12.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，总共包含有 N个基于发光二极管的照明单位，分割成 k个基于发光二极管的照明段，上述 k个照明段里各别有 S₂， …，和 S_k个基于发光二极管的照明单位，其中 k是大于 3的整数， L^log₂N」 + 1 k ：， Ll。g₂N」为数字 log₂N的整数部分，

S, = l , S_n Si+ 1 当 2 n k，而且

ι=ί

kA

S_k = N - ∑Si。

=1

13.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，总共包含有 N个基于发光二极管的照明单位，分割成 k个基于发光二极管的照明段，上述 k个照明段里各别有 Si， S₂， ···，和 S_k个基于发光二极管的照明单位，其中 3 k k

Llog₂Nj , ί^₂Ν」为数字 log₂N的整数部分，而且∑Si = N。

(=1

14.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，上述控制器包括一个亮度调节器，各别对每一个基于发光二极管的照明段发送一对控制信号，用来将相对的照明段的绕接开关器接通，使其以上述短路绕接模式操作，或将相对的照明段的串接开关器接通并切断相对的照明段的绕接开关器，使其以上述串联连接模式操作。

15.如权利要求 1 所述的照明装置，其特征在于，上述控制器包括一个 A/D转换器，将上述输入电源的电压转换成被传送至一个状态机的一数字信号；上述状态机各别对每一个基于发光二极管的照明段发送一对控制信号，用来将相对的照明段的绕接开关器接通，使其以上述短路绕接模式操作，或将相对的照明段的串接开关器接通并切断相对的照明段的绕接幵关器，使其以上述串联连接模式操作。

16.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，又包括一未被上述控制器控制的基于发光二极管的照明单位，与上述多个基于发光二极管的照明段串联。

17.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，上述多个基于发光二极管的照明单位的每一照明单位包括一个或多个发光二极管串联于该照明单位的正极端和负极端之间。

18.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，上述多个基于发光二极管的照明单位的每一照明单位包括多个发光二极管并联于该照明单位的正极端和负极端之间。

19.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，上述多个基于发光二极管的照明单位的每一照明单位包括多个发光二极管以并联和串联的组合连接于该照明单位的正极端和负极端之间。

20.如权利要求 1所述的照明装置，其特征在于，上述控制器根据上述输入电源的电压值来各别控制上述多个基于发光二极管的照明段，使每一个基于发光二极管的照明段各别运作于上述串联连接模式，或上述短路绕接模式。

21.—种用来分割与驱动多个基于发光二极管的照明单位的方法，其特征在于，包含下列步骤：

将 N个基于发光二极管的照明单位分割成串接的 k个基于发光二极管的照明段，上述 k个照明段里各别有串接于各别照明段的正端和负端之间的 S₂， …，和 S_k个基于发光二极管的照明单位，其中每个基于发光二极管的照明单位在一最高电流 Ι_ΜΑχ下的正向电压为 V_F ；

将一输入电源连接到上述多个基于发光二极管的照明段，上述输入电源的最高电压为 V_1N(max) _; 以及

各别对每一个基于发光二极管的照明段发送一对控制信号，用来将相对的照明段以串联连接，或将相对的照明段以短路绕接；

其中 k是大于 3的整数， Llog₂N」 + 1 k N， ! g₂N」为数字 l_0g2N 的整数部分， S = l , S_n ^； Si+ 1 当 2 n k ，而且

kA

S_k = N - ∑S_;。

22.如权利要求 21所述的方法，其特征在于，又将一电流控制器与上述多个基于发光二极管的照明段串联连接。

23.如权利要求 22所述的方法，其特征在于， IN(max)

N≤ 上述最高电流 Ι_ΜΑχ被上述电流控制器所限制，

V,

24.如权利要求 21所述的方法，其特征在于， IN(max) + 1，上述最高电流 IMAX被上述控制器所控制，的整数部分 ₍

25.如权利要求 24所述的方法，其特征在于， VJN为上述输入电源的电压，上述多个基于发光二极管的照明段在上述控制器的控制下，当 0

V_F时，只将一个基于发光二极管的照明单位串联；当 V_F VJN 2V_F时，至少有两个基于发光二极管的照明单位串联；当 2V_F ^ V_m ^ 3V_F时，至少有三个基于发光二极管的照明单位串联；以此类推，当 (N-2)V_F ^ VJN ^ (N-1)V_F时，至少有 (N-1)个基于发光二极管的照明单位串联；而当 (N-1)V_F < V_IN ^ VrN(_max) NV_F时，则有 N个基于发光二极管的照明单位串联。

26.—种用来分割与驱动多个基于发光二极管的照明单位的方法，其特征在于，包含下列步骤：

将 N个基于发光二极管的照明单位分割成串接的 k个基于发光二极管的照明段，上述 k个照明段里各别有串接于各别照明段的正端和负端之间的 S_P S₂, …，和 S_k个基于发光二极管的照明单位，其中每个基于发光二极管的照明单位在一最高电流 Ι_ΜΑχ下的正向电压为！^ ；

将一输入电源连接到上述多个基于发光二极管的照明段，上述输入电源的最高电压为 ViN(_max)；以及

各别对每一个基于发光二极管的照明段发送一对控制信号，用来将相对的照明段以串联连接，或将相对的照明段以短路绕接；其中 N : 的整数部分， 3 < k

Llog₂N」， |jog₂N」为数字 l_0g2N的整数部分，而且 = Ν

27.如权利要求 26所述的方法，其特征在于，又将一电流控制器与上述多个基于发光二极管的照明段串联连接。

V,

28.如权利要求 27所述的方法，其特征在于， ax)

N 上述最高电

V， IN(max)

流 Ι_ΜΑχ被上述电流控制器所限制，为数字 (V_IN(MAX) V_F)的整数部分,

V, IN(max)

29.如权利要求 26所述的方法，其特征在于， N≥ + 1，上述最

IN(max)

高电流 Ι_ΜΑχ被上述控制器所控制，为数字 (v_IN(_MAX)/v_F)的整数部分 <

30.如权利要求 29所述的方法，其特征在于， VJN为上述输入电源的电压，上述多个基于发光二极管的照明段在上述控制器的控制下，当 0 VJK V_F时，只将一个基于发光二极管的照明单位串联；当 V_F V_IN 2V_F时，至少有两个基于发光二极管的照明单位串联；当 2V_F VrN 3V_F时，至少有三个基于发光二极管的照明单位串联；以此类推，当 (N-2)V_F ^ V_M ^ (N-1)V_F时，至少有 (N-1)个基于发光二极管的照明单位串联；而当 (N-1)V_F < V_IN V _max) ^ NV_F时，则有 N个基于发光二极管的照明单位串联。