CN100579324C - 可同步控制及切换变化模式的led变色装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可同步控制及切换变化模式的LED变色装置，利用交流电源频率取样电路来取得交流电源频率，并以此交流电源频率作为时间计算的基准，来进行LED变色装置之同步控制，达到在同一区域内之LED变色装置一起点亮变色时，可以长时间维持同步变色；并且可借着一断电检测电路检测出是否有断电发生，再藉由一储能与供电电路提供断电时所需之短暂紧急电源给控制电路，以切换下一个变色模式，如此可藉由切换电源开关，来随着使用者之喜好切换各种变色模式，不会仅停留在单一固定的一种变色模式。本发明另一功能是可自动判断交流电源频率为60Hz或50Hz，且自动修正其误差，让本发明无论应用在50Hz或是60Hz之应用环境，其变色时间长短都是一样的。

Description

可同步控制及切换变化模式的LED变色装置

所属技术领域

本发明系一种LED之控制装置，尤指一种利用电源频率同步控制各LED，且可任意切换发光二极管于多种变化模式下改变发光状态之控制装置。

背景技术

发光二极管(LED)之制造技术于突破原本的单色光限制后，利用混光技巧使得光色种类更加的丰富多变，且具备省电、高亮度的优势，令发光二极管在各领域方面的应用均大幅扩展，例如灯具制造业者便利用发光二极管作为光源零件而生产出各式各样的照明或装饰灯具。

将复数个单颗式的LED予以聚集后，配合特定的驱动电路可成为一个LED变色灯泡。而现有的LED变色灯泡，即是利用多数个不同光色之LED作为其光源件而制成，惟现有的LED变色灯泡在实际应用方面却也面临到难以同步控制的问题。

由于每一颗发光二极管变色灯泡均有一个独立的振荡器，利用该振荡器所产生的振荡频率来做为时间计算的基准，使LED变色灯泡能依据该时间基准执行各种颜色及运作模式的变换，但各个振荡器之频率难以完全相同，彼此之间仍会存在有些许误差，即使在各振荡器一开始工作时尚可勉强称得上是同步作业，但是在操作经过一段时间之后，由于误差的时间累积，使得变色灯泡彼此之间的同步性完全失去，故灯泡的动作显示将呈现杂乱无章的变化。

除此之外，该LED变色装置尚具有另项缺点，就是变色模式无法切换。举例而言，有些变色灯采用一秒瞬间变一种颜色例如红、蓝、绿、橙....；另外有些变色灯为渐渐变色模式，例如由红到绿，是由红慢慢转为浅红，再慢慢转浅绿并由浅绿再逐渐转绿。但一旦选定好一种变色模式后，就永远固定在该单一种模式，无法改变，如此将使变色灯之应用受限。而使用者看久了单一种变色模式后也会腻，想变换另一种变色模式。

发明内容

由前述说明可知以现有LED变色装置，若是数颗一起点亮变色时，会面临到一段时间运作后便难以同步的问题，以及变色模式固定一种模式，无法切换变色模式之问题。

本发明同时解决上述两问题，即提供一种可利用交流电源频率来进行同步控制之LED变色装置，让数颗LED变色装置一起点亮变色时，即使经过长时间仍可维持同步变色，并且可借着切换电源开关，来切换其变色模式，不会仅固定一种变色模式之装置。

除此之外，本发明还可自动辨识交流电源频率是50Hz或是60Hz***。举例而言，在中国大陆的交流电是采用50Hz的***，若依此为基准而制订发光二极管每一秒变化一次颜色的话，当一旦改为在台湾使用60Hz的交流电源，则LED的动作转变将由原本的每一秒转成为每0.83秒便会改变一次颜色。如此将造成规格上之误差，因此本发明，自动辨识交流电源频率是50Hz或是60Hz***，自动修正这个误差，让本发明之LED变色装置无论应用在50Hz或是60Hz***，其变色时间长短皆为一致的。

为达成与交流电源频率同步之目的，本发明之控制装置主要包含有：

至少一交流/直流转换电路，系将一交流电源转换为直流电源；

一交流电源频率取样电路，系连接前述交流电源以取出该交流电源之工作频率，并输出一对应该工作频率的连续脉波；

一控制电路，系内建有多组变化模式，该控制电路系连接前述交流电源频率取样电路以接收该连续脉波，基于接收到的连续方波检知交流电源的工作频率，并根据变化模式及工作频率产生一控制信号；

一驱动电路，系连接前述交流/直流转换电路与控制电路的输出端，根据该控制电路输出之控制信号驱动复数LED，令该些LED同步工作。

本发明之另一目的系提供一种可任意切换变化模式之装置，系允许使用者，利用电源切换开关，自行选择一变化模式藉以控制LED，依据该模式呈现出适当的颜色及明灭之变化。

为达成该目的，于前述交流/直流转换电路及控制电路之间系设有一断电检测电路与一储能与供电电路，系利用该断电检测电路实时监测直流电源有无断电，若有断电发生，再藉由前述储能与供电电路于断电时提供一短暂供电，让该控制电路藉此短暂供电时间，等待电源重新恢复，若此短暂供电时间内，电源可重新恢复，则可切换至下一个变色模式。假如此短暂供电时间内，电源无法重新复电，则于下一次电源重新开启时，本变色灯即重置(Reset)，回到最原始的状态。

本发明之又一目的系提供一种可自动判断交流电源为何种工作频率之装置，使发光二极管无论处于何种工作频率下，仍能以适当的时间间隔驱动/关闭。

为达成前述目的，该控制电路系连接一计时电路，以此计时电路求出连续脉波之周期，以该周期值反推出交流电源之工作频率。

有关本发明之其余详细电路及说明，系于以下实施方式中配合图式加以详述。

附图说明

图1：系本发明之电路方块图。

图2：系本发明交流电源频率取样电路之详细电路图。

图3：系本发明控制电路侦测交流电源频率之示意图。

图4：系本发明储能与供电电路以及断电检知电路之电路图。

图5：系本发明可使用交流电源之一实施例示意图。

图6：系本发明可使用交流电源之另一实施例示意图。

图7：系本发明一实施例之外观图。

图8：系本发明另一实施例之外观图。

图9：系本发明又一实施例之外观图。

主要组件符号说明

(1)LED变色装置            (10)交流/直流转换电路

(20)交流电源频率取样电路  (21)光耦合器

(22)整流二极管            (23)限流电阻

(24)输出电阻              (30)控制电路

(31)计时电路    (35)断电检测电路

(36)比较电路    (40)储能与供电电路

(42)储能电容    (43)二极管

(50)驱动电路    (60)发光二极管

(70)变压器      (80)电源开关

具体实施方式

首先请参见图1所示，系为本发明LED变色装置(1)之电路方块图，包含有：

至少一交流/直流转换电路(10)，其输入端系连接一交流电源，将输入的交流电源转换为直流电源；

一交流电源频率取样电路(20)，其输入端系连接前述交流电源，以取出该交流电源之频率，并于其输出端送出相对应该之连续脉波；

一控制电路(30)，系内建有多组变化模式，该控制电路(30)一输入端系连接前述交流电源频率取样电路(20)以接收该连续脉波，并藉此脉波得与交流电源频率同步，并根据变化模式产生一控制信号；

一储能与供电电路(40)，其输入端系连接前述交流/直流转换电路(10)之直流电源，于电源正常情况下，交流/直流转换电路(10)之直流电源系经由储能与供电电路(40)供电给控制电路(30)，于断电时，储能与供电电路(40)本身系可提供一短暂电源予控制电路(30)；

一断电检知电路(35)，其一输入端系连接前述交流/直流转换电路(10)之直流电源，另一输入端系连接前述储能与供电电路(40)之输出端，藉由比较两输入端电压高低判定是否断电，并将结果提供给予控制电路(30)；

一驱动电路(50)，系连接前述交流/直流转换电路(10)与控制电路(30)的输出端，接收该直流电源及控制信号，根据该控制信号输出适当的驱动信号至复数发光二极管(60)，使发光二极管(60)具有同步协调的工作变化。

前述控制电路(30)可藉由前述断电检测电路(35)得知有无发生断电状态，再藉由前述储能与供电电路(40)于断电时获得一短暂供电，令该控制电路(30)利用此短暂的断电/复电变化，切换至另一变色模式。

如图2所示，前述交流电源频率取样电路(20)主要是以一光耦合器(21)构成，该光耦合器(21)内部的发光二极管系与一整流二极管(22)及一限流电阻(23)串联，输入的交流电源系经过该整流二极管(22)及限流电阻(23)整流后成为半波波形，该发光二极管系由该整流后的电源驱动；又该光耦合器(21)内部的光敏晶体管系连接于一输出电阻(24)与接地之间，该输出电阻(24)的另一端系连接该直流电源。当前述光耦合器(21)内部的发光二极管由整流后的半波弦波驱动点亮时，系可驱动光敏晶体管导通，藉由光敏晶体管交替地导通/截止，于输出电阻(24)上系可产生一周期性的连续脉波。

请参见图3所示，前述交流电源频率取样电路(20)所送出的连续方波系输入至该控制电路(30)，控制电路(30)根据连续方波判断交流电源的工作频率是为何种型态。若交流电源为50Hz，则换算后每个周期大约是20ms，若交流电源为60Hz则每个周期大约是16.6ms，在电源一激活后，该控制电路(30)于侦测到第一个方波后，立即激活一计时电路(31)开始计时，于侦测到下一个方波后便停止计时。若两相邻方波之间的间隔大约为16.6ms时则代表目前的电源为60Hz，若间隔大约为20ms时则代表电源应为50Hz。控制电路(30)便依据该检知出的工作频率做为LED变色计时之基准，因此即使工作在不同频率60Hz或50Hz下，该控制电路(30)亦能精准的控制LED于固定的时段内(例如每一秒、五秒...)一起同步变色。

请参考图4所示，为储能与供电电路(40)、断电检测电路(35)与控制电路(30)相互连接之电路图。该储能与供电电路(40)主要包含有储能电容(42)与二极管(43)，该直流电源系连接至该二极管(43)的正极，该二极管(43)的负极系连接至控制电路(30)之电源输入端与该储能电容(42)的一端，该储能电容(42)的另端系为接地。其中储能电容(42)系于平时工作时充电以维持一定的电量饱和，因此于断电时，藉由二极管(43)阻隔，储能电容(42)只会针对控制电路(30)与断电检测电路(35)供电，藉以提供一临时短暂的工作电源；该断电检测电路(35)主要包含有一比较电路(36)，该比较电路(36)具两输入端，其第一输入端系连接该交流/直流转换电路(10)所输出之直流电源，第二输入端系连接该储能与供电电路(40)之输出端，该断电检测电路输出端系连接控制电路(30)。

图4之动作说明如下：在直流电源正常供电时，由于二极管(43)本身存在一微小压降(例如0.7V)，因此直流电源经过二极管(43)而输入至比较电路(36)第二输入端之后，该比较电路(36)第一输入端之输入电压此时必然大于第二输入端的输入电压，因此比较电路(36)系输出第一准位(例如高准位)的信号给控制电路(30)。同时，该直流电源系经过二极管(43)后，同时对储能电容(42)充电且输入至控制电路(30)，做为控制电路(30)之工作电源。当直流电源突然中断时，比较电路(36)第一输入端之该直流电压立即陡降为零，但比较电路(36)第二输入端之电压由于是储能电容(42)逐渐放电，让电压缓慢降低，因此当第二输入端之电压高于第一输入端之电压时，导致比较电路(36)输出准位改变(例如变为低准位)，控制电路(30)侦测此改变，得知为断电，使得控制电路(30)进入紧急处理模式，由于该储能电容(42)平时即处于充电状态，故内部所储存的电力能立即输出，作为一临时的供电电源，使控制电路(30)及断电检测电路(35)能在短时间内仍正常维持工作。

假设在该储能电容(42)可维持提供储存电力的时间内(例如5秒)，直流电源便已恢复正常供电，则比较电路(36)的输出会从低准位转变回高准位，而由于控制电路(30)始终有获得电力而维持正常运作，故可检知比较电路(36)的输出状态发生改变，可将控制发光二极管(60)的变化模式往前推进至下一个变化模式。

若是超过该储能电容(42)可维持提供储存电力的时间(例如5秒)，由于储能电容(42)的储存电力皆已耗尽，故无法维持控制电路(30)所需的工作电力，一旦直流电源恢复后，控制电路(30)将被重置(Reset)而启用第一组控制发光二极管(60)的变化模式，无法自动推进至下一个变化模式。

如此可让LED变色装置(1)，藉由切换电源开关之关与开之时间长短，决定是要LED变色装置(1)重置回到第一个LED变色模式，或是要继续切换至下一个LED变色模式。例如适当选择该储能电容(42)，让它所储存之电能，可以让控制电路(30)与断电检测电路(35)工作5秒钟，则5秒内连续开关，会让LED变色装置(1)自动推进至下一个LED的变化模式；另一方面若关掉LED变色装置(1)，超过5秒后再开启电源，LED变色装置(1)会自动重置，回到第一个LED的变化模式。

在前述实施例中，本发明系利用了一储能与供电电路(40)同时提供紧急电源予断电检测电路(35)与控制电路(30)，惟例亦可使用两独立的储能与供电电路分别提供紧急电源予断电检测电路(35)与控制电路(30)。

同理在前述实施例中，本发明系利用了一交流/直流转换电路(10)同时提供直流电源给各电路使用，惟例亦可使用至少一独立的交流/直流转换电路(10)分别提供给耗电较小之交流电源频率取样电路(20)，储能与供电电路(40)，断电检测电路(35)，以及耗电较大之驱动电路(50)，发光二极管(60)使用。维实际之使用，可根据各电路所需之电压与电流而决定。凡属等效结构之变化，均同理包含于本发明之范围内。关于设定在该控制电路(30)的变色模式，可参照下表所列举的几种态样，于表中所列模式仅为举例说明，实际使用时可视需求任意调整，变化模化的切换可利用一开关实施，以该开关控制有无工作电源而令控制电路(30)改变目前的变化模式，其细节容后详述：

变化模式	说明
		模式一	每一秒跳色循环
模式二	每五秒跳色循环
		模式三	快速渐变色循环
模式四	慢速渐变色循环
		模式五	冷色系渐变色循环
模式六	暖色系渐变色循环
		模式七	渐变色跳色交叉循环
模式八	蓝色系变色模式(如淡蓝转为深蓝)
		模式九	绿色系变色模式
模式十	红色系变色模式

在实际应用上，前述控制电路(30)、计时电路(31)与该断电检测电路(35)可共组成一颗控制IC。当然亦可让控制电路(30)、计时电路(31)共组成一颗控制IC，而让该断电检测电路(35)为一独立电路。

请参阅图5，为LED变色装置(1)之一应用实施例，包括一电源开关(80)以及复数个LED变色装置(1)，此复数个LED变色装置(1)，并不局限同一空间，它可以不同楼层，不同大楼，不同广场，只要电源开关(80)同时切换，即可同时切换至相同之变色模式。

请参阅图6所示，为LED变色装置(1)之另一实施例，本发明于连接交流电源时，可透过一变压器(70)取得较低压之交流电源，该变压器(70)的一次侧连接至交流电源(例如110V或220V)，交流电源经由该变压器(70)降压后，于其二次侧输出一较低的交流电源(例如12V)，以该降压后的交流电源提供至每一个LED变色装置(1)，其中LED变色装置(1)系以并联方式连接。

该电源开关(80)即用以控制切换控制电路(30)之变化模式，使用者若在储能电容(42)所提供的电力维持时间内，连续切换电源开关(80)，便可切换到使用者所选定的变化模式。

请参阅图7、8、9所示，本发明之LED变色装置(1)的外观造型并不局限，如图7是为一LED投射灯，图8是以LED为发光源所构成的节能灯，而图9是以LED为发光源构成的LED光条。

由上述说明可知，本发明利用交流电源之工作频率为基准，可控制多数个发光二极管群组产生同步变化的视觉效果，即使处于长时间的操作之下，该些发光二极管群组仍能维持高协调性动作。再者，本发明可利用电源开关的控制来切换各种显示模式与发光颜色的变化，例如：

1.使用者可依据个人喜好选择不同的变化模式。

2.可配合各种时辰需要而改变颜色，例如早晨选用暖色光、傍晚选用橘红色光、夜间使用冷白光等。

3.可配合四季不同而转换，例如春夏季可使用令人感觉清凉的冷色系光，而秋冬之季可改为暖色系光。

4.可搭配室内装潢色调而选用适当的光线色系。

以上，本发明不仅能够解决既有发光二极管无法长时间协调动作的缺点，并兼具有更多实用的优点。

本发明所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。惟以上所述仅为本发明之较佳可行实施例，非因此即拘限本发明之专利范围，故举凡运用本发明说明书及图标内容所为之等效结构变化，均同理包含于本发明之范围内。

Claims (11)

1.一种可同步控制及切换变化模式之L E D变色装置，主要包括：

至少一个交流/直流转换电路，其输入端系连接交流电源，将输入的交流电源转换为直流电源；

一交流电源频率取样电路，其输入端系连接前述交流电源，以取出该交流电源之频率，并于其输出端送出一相对应之连续脉波；

一控制电路，系内建有多组变化模式，该控制电路一输入端系连接前述交流电源频率取样电路以接收该连续脉波，并藉此连续脉波得与交流电源频率同步，并根据变化模式产生控制信号；

至少一储能与供电电路，其输入端系连接前述之直流电源，至少一输出端系连接于控制电路；于断电时，该储能与供电电路本身提供一短暂电源；

一断电检测电路，其一输入端系连接前述之直流电源，另一输入端系连接前述储能与供电电路之输出端，藉由比较两输入端电压高低判定是否断电，并将比较结果提供给予控制电路；

一驱动电路，系连接前述之直流电源与控制电路的输出端，并根据该控制电路之控制信号驱动复数LED；

其中，前述控制电路可藉由前述断电检测电路得知有无发生断电状态，再藉由前述储能与供电电路于断电时获得一短暂供电，令该控制电路利用此短暂的断电/复电变化，切换至另一变色模式。

2.如权利1所述之可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于其中，该交流电源频率取样电路还包括：

一光耦合器，该光耦合器具有一发光二极管与一光敏晶体管，其中该发光二极管系透过一整流二极管及一限流电阻连接至该交流电源；该光敏晶体管系连接于一输出电阻与接地之间，该输出电阻的另一端系连接该直流电源。

3.如权利1所述之可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于其中，该储能与供电电路主要包含：

一二极管，其正极连接该直流电源，其负极系连接该控制电路之电源输入端；

一储能电容，系连接于前述二极管负极与接地之间，其中储能电容系于平时工作时充电，于断电时，藉由前述二极管阻隔，仅针对控制电路与断电检测电路供电，藉以提供一临时短暂之工作电源。

4.如权利1或3所述之可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于其中，该断电检测电路主要包含：

一比较电路，具两输入端，其一输入端系连接该直流电源，另一输入端系连接该储能与供电电路之输出端，该比较电路输出端系连接控制电路。

5.如权利1所述之可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于该控制电路系连接一计时电路，以该计时电路计算出连续脉波之周期而得知交流电源之工作频率。

6.如权利5所述之可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于其中，该控制电路与该计时电路共组成一颗控制IC。

7.如权利5所述之可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于其中，该控制电路与该计时电路与该断电检测电路共组成一颗控制IC。

8.如权利1所述可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于该提供予交流/直流转换电路之交流电源系由一交流电源提供，该交流电源与交流/直流转换电路之间系设有一电源开关，以该电源开关切换控制电路之变化模式。

9.如权利1所述可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于该提供予交流/直流转换电路之交流电源系由一交流电源经由变压器降压后所提供，该交流电源与交流/直流转换电路之间系设有一电源开关，以该电源开关切换控制电路之变化模式。

10.如权利1所述可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于其中，该LED变色装置之外观造型为一LED投射灯、一LED节能灯或一LED光条。

11.如权利1或2所述之可同步控制及切换变化模式之LED变色装置，其特征在于系具有两储能与供电电路，于断电时分别提供一临时短暂之工作电源予控制电路与断电检测电路，各储能与供电电路系包含一二极管与一储能电容。

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