TW201507544A - 多串可調光之發光二極體驅動器 - Google Patents

多串可調光之發光二極體驅動器 Download PDF

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Wanfeng Zhang
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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]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines

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Abstract

一種裝置，包含第一發光二極體(Light Emitting Diode,LED)驅動器，用以控制第一串發光二極體，第二發光二極體用以控制第二串發光二極體，第三發光二極體驅動器用以控制第三串發光二極體，以及控制電路用以接收控制信號並控制第一、第二及第三發光二極體驅動器，以使第一、第二及第三串發光二極體根據控制信號及色彩曲線而共同發光。

Description

多串可調光之發光二極體驅動器 【相關申請的交叉引用】
本申請要求於2013年5月10日提交的第61/822,020美國臨時申請案，以及2014年2月21日提交的第61/943,269號美國臨時申請案之優先權。通過引用將以上引用的申請案的全部公開內容結合於此。
本發明係有關一種發光二極體(Light Emitting Diode,LED)驅動器，特別是一種多串可調光之LED驅動器。
在本公開內容中提供的背景描述是為了總體呈現公開內容的背景。當前署名的發明人的工作在這一背景技術部分中描述該工作的程度上以及該描述的可以在提交時未另外限定為現有技術的方面既未明確地也未暗示地承認為相對於本公開內容的現有技術。
發光二極體(Light Emitting Diode,LED)係為將電流轉換成光的半導體裝置。藉由發光二極體所發光的色彩係由半導體的能隙(energy band gap)來決定。所述色彩範圍可從紅外光(例如940nm波長)至紫外線(例如210nm波長)。
LED發射不同顏色的光可能具有不同的操作電壓。此外，電流與光輸出功率在不同形式和色彩的變化之間的關係可能是非線性的。
LED具有能隙以產生紅外光、紅光、橙色光、黃光、綠光、藍光、紫光以及紫外光已經被發展。此外，LED已被發展為照亮螢光體以產生不同顏色的光。
複數種不同顏色的光可以組合以產生其他顏色的光，包含白光。白光的白度(whiteness)的產生係藉由產生的白光與藉由給定溫度以決定相關色溫(Correlated Color Temperature,CCT)的黑體輻射發出的光之間的關係。舉例來說，光具有2700°K的CCT被認為是暖白色，且日光具有4500°K的CCT。
藉由LED所發出光的量可以藉由改變通過LED的電流大小來控制。減少通過LED的電流來對LED調光，亦即，降低LED所發出光的量。LED也可以藉由當改變LED開到關的時間比例時快速地切換LED開與關來調光，亦即，改變LED的工作週期。
當由複數個LED發出的光具有不同顏色被組合時，所產生出來的光的色彩可能會如同該複數個LED的變化而調光。再者，LED的製造公差及LED隨時間改變也會導致所產生的色彩改變。
本發明之一實施例之裝置包含第一發光二極體(Light Emitting Diode,LED)驅動器用以控制第一LED串，第二LED驅動器用以控制第二LED串，第三LED驅動器用以控制第三LED串，以及控制電路用以接收控制信號並控制第一、第二及第三LED驅動器，以使第一、第二及第三LED串能依據控制信號及色彩曲線共同發光。
本發明之一實施例，所述色彩曲線係指當一或多發光二極體 串在調光時，光具有一預定相關色溫(Correlated Color Temperature,CCT)。色彩曲線也係指依據發光二極體串之亮度，光具有預定相關色溫。第一、第二及第三發光二極體驅動器被控制以使發光二極體串之亮度之相關色溫實質上會追隨黑體曲線。
本發明之一實施例，第一、第二及第三發光二極體驅動器中的一或多個係用以控制各該發光二極體串之電流的工作週期。第一、第二及第三發光二極體驅動器中的該一或多個係用以控制各該發光二極體串之該電流的大小。第一、第二及第三發光二極體驅動器中的該一或多個係使用一線性模式來控制該電流之該大小。該一或多個發光二極體驅動器在一第一模式時，係用以控制各該發光二極體串之該電流之該工作週期，以及在一第二模式時，係用以控制各該發光二極體串之該電流之該大小。該第二模式為一線性模式。該第一發光二極體驅動器係用以操作一降壓轉換器以控制該第一發光二極體串。
本發明之一實施例，裝置更包含一感測電路，用以感測該第-一、第二及第三發光二極體串中之一或多串之電流。
本發明之一實施例，該色彩曲線係指該第一、第二及第三發光二極體串中電流的比例。
本發明之一實施例，該控制電路用以接收一色彩感測信號，並依據該控制信號、該色彩曲線及該色彩感測信號來控制該第一、第二及第三發光二極體驅動器。
本發明之一實施例，一單一積體電路包含該裝置。
本發明之一實施例為在一多串發光二極體驅動器中控制複 數發光二極體串之方法，包含接收一控制信號；根據該控制信號及一色彩曲線決定一目標值；以及根據該目標值控制一發光二極體驅動器，以使該複數發光二極體串能依據該控制信號及該色彩曲線共同發光。該發光二極體驅動器係為該多串發光二極體驅動器中第一至第三發光二極體驅動器其中之一。
本發明之一實施例之方法，該色彩曲線係指依據該些發光二極體串之亮度，光具有一相關色溫。該第一、第二及第三發光二極體驅動器被控制以使該些發光二極體串之該亮度之該相關色溫實質上會追隨一黑體曲線。
本發明之一實施例，該方法更包含控制該複數發光二極體串中之一串發光二極體之一工作週期。該方法也可更包含當該發光二極體驅動器處於一第一模式時控制該電流之該工作週期，以及當該發光二極體驅動器處於一第二模式時控制該電流之該大小。
本發明之一實施例，該方法更包含感測該第一、第二及第三發光二極體串中之一或多串之一電流，並根據該感測電流控制該發光二極體驅動器。
本發明之一實施例，該方法更包含接收一色彩感測信號，以及依據該色彩感測信號、該控制信號及該色彩曲線決定該目標值。
1-100‧‧‧LED照明系統
1-104‧‧‧主控制電路
1-110‧‧‧多串LED驅動器
1-114‧‧‧LED串
200‧‧‧第一LED發光電路
2-204‧‧‧第一LED串
2-204a‧‧‧第一-第一色彩LED
2-204b‧‧‧第二-第一色彩LED
2-224‧‧‧第二LED串
2-224a‧‧‧第一-第二色彩LED
2-224b‧‧‧第二-第二色彩LED
2-244‧‧‧第三LED串
2-244a‧‧‧第一-第三色彩LED
2-244b‧‧‧第二-第三色彩LED
2-244c‧‧‧第三-第三色彩LED
2-208‧‧‧第一電晶體
2-110‧‧‧多串LED驅動器
2-212‧‧‧第一電阻
2-228‧‧‧第二電晶體
2-232‧‧‧第二電阻
2-248‧‧‧第三電晶體
2-252‧‧‧第三電阻
300‧‧‧第二LED發光電路
3-204‧‧‧第一LED串
3-204a‧‧‧第一-第一色彩LED
3-204b‧‧‧第二-第一色彩LED
3-224‧‧‧第二LED串
3-224a‧‧‧第一-第二色彩LED
3-224b‧‧‧第二-第二色彩LED
3-244‧‧‧第三LED串
3-314‧‧‧第一電感
3-208‧‧‧第一電晶體
3-316‧‧‧第一二極體
3-334‧‧‧第二電感
3-336‧‧‧第二二極體
3-110‧‧‧多串LED驅動器
3-228‧‧‧第二電晶體
3-232‧‧‧第二電阻
500‧‧‧第三LED發光電路
5-204‧‧‧第一LED串
5-224‧‧‧第二LED串
5-244‧‧‧第三LED串
5-264‧‧‧第四LED串
5-316‧‧‧第一二極體
5-314‧‧‧第一電感
5-336‧‧‧第二二極體
5-334‧‧‧第二電感
5-354‧‧‧第三電感
5-356‧‧‧第三二極體
5-376‧‧‧第四二極體
5-374‧‧‧第四電感
5-208‧‧‧第一電晶體
5-212‧‧‧第一電阻
5-228‧‧‧第二電晶體
5-232‧‧‧第二電阻
5-248‧‧‧第三電晶體
5-252‧‧‧第三電阻
5-268‧‧‧第四電晶體
5-272‧‧‧第四電阻
5-110‧‧‧多串LED驅動器
6-110‧‧‧多串LED驅動器
6-410‧‧‧I2C介面電路
6-400‧‧‧多串控制電路
6-404‧‧‧色彩曲線電路
6-408a‧‧‧LED驅動器A
6-408b‧‧‧LED驅動器B
6-408c‧‧‧LED驅動器C
6-408d‧‧‧LED驅動器D
7-110‧‧‧多串LED驅動器
7-104‧‧‧主控制電路
7-110‧‧‧多串LED驅動器
7-114‧‧‧LED串
7-718‧‧‧色彩感測電路
8-110‧‧‧多串LED驅動器
8-410‧‧‧I2C介面電路
8-400‧‧‧多串控制電路
8-404‧‧‧色彩曲線電路
8-408a‧‧‧LED驅動器A
8-408b‧‧‧LED驅動器B
8-408c‧‧‧LED驅動器C
CTRL‧‧‧主控制信號
SCTL‧‧‧串控制信號
SENSE‧‧‧電流感測信號
DIM_A‧‧‧第一調光信號
DIM_B‧‧‧第二調光信號
DIM_C‧‧‧第三調光信號
Vs‧‧‧供應電壓
SCTLA‧‧‧第一串控制信號
SENSEA‧‧‧第一電流感測輸入
SCTLB‧‧‧第二串控制信號
SENSEB‧‧‧第二電流感測輸入
SCTLC‧‧‧第三串控制信號
SENSEC‧‧‧第三電流感測輸入
V_bus‧‧‧電壓匯流排
DIM_D‧‧‧第四調光信號
SCTLD‧‧‧第四串控制信號
SENSED‧‧‧第四電流感測輸入
CSENSE‧‧‧色彩信號
圖1係為本發明LED照明系統包含多串LED驅動器之實施例方塊圖。
圖2及圖3係為本發明LED發光電路包含多串LED驅動器之第一實施例示意 圖。
圖4係為本發明多串LED驅動器之第一實施例方塊圖。
圖5係為本發明LED發光電路包含多串LED驅動器之第二實施例示意圖。
圖6係為本發明多串LED驅動器之第二實施例方塊圖。
圖7係為本發明LED照明系統包含多串LED驅動器之第三實施例方塊圖。
圖8係為本發明多串LED驅動器之第三實施例方塊圖。
圖9係為本發明控制多串LED之實施例流程圖。
圖1繪示本發明之發光二極體(Light Emitting Diode,LED)照明系統1-100包含主控制電路1-104、複數個LED串1-114以及多串LED驅動器1-110之實施例。主控制電路1-104傳送主控制信號CTRL至多串LED驅動器1-110。
多串LED驅動器1-110接收主控制信號CTRL並據以控制在複數個LED串1-114中的電流。多串LED驅動器1-110藉由調整在複數個LED串1-114中的電流藉由調整串控制信號SCTL及藉由使用電流感測信號SENSE而感測LED串中的電流。多串LED驅動器1-110藉由控制每一串控制信號的工作週期、大小或其組合來調整串控制信號SCTL。
多串LED驅動器1-110也包含色彩曲線，並利用色彩曲線來控制複數個LED串1-114中的電流。色彩曲線也可以包含電流之間的比例，可依據由複數個LED串1-114所產生光的量而改變。
圖2繪示本發明之一實施例，第一LED發光電路200包含多串LED驅動器2-110，適用於如同圖1中所使用的多串LED驅動器1-110。多串 LED驅動器2-110接收第一及第二調光信號DIM_A、DIM_B，以及內部整合電路(Inter-Integrated Circuit,I2C)信號I2C。在一實施例中，I2C信號I2C可以是一種系統管理匯流排(System Management Bus,SMB)信號、通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)信號、高速晶片間(High Speed Inter Chip,HSIC)信號或其他適合的數位通信匯流排信號。
第一串控制信號SCTLA是藉由多串LED驅動器2-110所產生，並且被傳送至第一電晶體2-208的閘極端。第一電晶體2-208之源極端係連接至第一LED串2-204的第一端。第一LED串2-204包含第一-第一色彩LED 2-204a及第二-第一色彩LED 2-204b。第一LED串2-204的第二端係連接至供應電壓Vs。
第一電晶體2-208的汲極端係連接至第一電阻2-212的第一端及多串LED驅動器2-110之第一電流感測輸入SENSEA。第一電阻2-212的第二端接地。橫跨第一電阻2-212的電壓係對應於流經第一LED串2-204的電流。
在第一串控制模式中，多串LED驅動器2-110藉由控制第一串控制信號SCTLA電流大小直到第一電流感測輸入SENSEA的電壓具有預定值來控制流經第一LED串2-204的電流。第一串控制模式可以是線性模式。
在第二串控制模式中，多串LED驅動器2-110藉由使用第一串控制信號SCTLA轉換第一電晶體2-208開與關來控制流經第一LED串2-204的電流，進而控制流經第一LED串2-204電流的工作週期。第二串控制模式可以是脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)模式。在一實施例中，多串LED驅動器2-110藉由透過第一電流感測輸入SENSEA接收到的信 號來決定流經第一LED串2-204的平均電流。
第二及第三串控制信號SCTLB及SCTLC係由多串LED驅動器2-110產生，並且分別被傳送至第二及第三電晶體2-228、2-248之閘極端。第二及第三電晶體2-228、2-248之源極端係分別連接至第二及第三LED串2-224、2-244之第一端。第二及第三LED串2-224、2-244之第二端係連接至供應電壓Vs。
第二LED串2-224包含第一及第二-第二色彩LED 2-224a、2-224b。第三LED串2-244包含第一~第三-第三色彩LED 2-244a~2-244c。儘管圖2繪示了第一、第三LED串2-204~2-244分別包含2、2及3個LED，但是第一~第三LED串2-204~2-244中的每一串可以包含任何數量的LED。
第一、第二及第三LED串2-204、2-224及2-244中的每一串包含一或多個LED發出相同的顏色。第一、第二及第三LED串2-204、2-224及2-244可分別包含紅色、綠色及藍色LED，琥珀色、白色及藍色LED，或琥珀色、白色及黃色LED等等。
在一實施例中，當被調光時，第一~第三LED串2-204~2-244的顏色被選擇以使光產生，進而追隨被選擇的色彩曲線，例如黑體曲線。僅使用一或兩串LED要在發光系統中對產生光的顏色進行如此的控制是不容易的。
第二及第三電晶體2-228、2-248之汲極端分別連接至第二及第三電阻2-232、2-252之第一端，以及多串LED驅動器2-110之第二及第三電流感測輸入SENSEB、SENSEC。第二及第三電阻2-232、2-252之第二端接地。橫跨第二及第三電阻2-232、2-252之電壓分別對應於第二及第三LED 串2-224、2-244之電流。
流經第二及第三LED串2-224、2-244的每一電流可以藉由多串LED驅動器2-110來控制，使用上述不是第一就是第二串控制模式對應於第一LED串2-204。用於第一~第三LED串2-204~2-244之每一串的串控制模式也可以使用於其他LED串的獨立串控制模式。
第一~第三電晶體2-208~2-248顯示如一種金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors,MOSFETs)，但也可以是接面場效電晶體(junction FETs,JFETs)、雙極性接面電晶體、絕緣閘雙極性電晶體或類似的裝置或電路。
在第一組態中，多串LED驅動器2-110根據第一調光信號DIM_A來控制第一LED串2-204，並且依據第一調光信號DIM_A及多串LED驅動器2-110的色彩曲線來控制第二及第三LED串2-224、2-244。
在第二組態中，多串LED驅動器2-110根據第一調光信號DIM_A來控制第一LED串2-204，根據第二調光信號DIM_B來控制第二LED串2-224，以及根據第一調光信號DIM_A、第二調光信號DIM_B與多串LED驅動器2-110的色彩曲線來控制第三LED串2-244。
在第三組態中，多串LED驅動器2-110根據I2C信號I2C及多串LED驅動器2-110的色彩曲線來控制第一~第三LED串2-204~2-244。
色彩曲線可以包含流經第一~第三LED串2-204~2-244之間電流的比例。電流間的比例可以依據由第一~第三LED串2-204~2-244所產生光的量來改變。
色彩曲線也可以產生追隨黑體曲線之第一~第三LED串 2-204~2-244的光。意即，光藉由依據色彩曲線的第一~第三LED串2-204~2-244而產生，可具有依據亮度值範圍的相關色溫(Correlated Color Temperature,CCT)值範圍，以及可因此仿效光藉由預定黑體輻射作為黑體輻射溫度而產生而改變。當光具有最小亮度時，所產生的光可以是具有2200°K的CCT(即燭光)，以及光增加至最大亮度所產生的光可以增加至5800°K的CCT(即日光)。
另一色彩曲線可以產生維持實質上恆定CCT作為產生的光亮度改變之第一~第三LED串2-204~2-244的光。在一實施例中，流經第一~第三LED串2-204~2-244之間電流的比例會依據為了維持恆定CCT光的亮度而改變。
在一實施例中，色彩曲線藉由多串LED驅動器2-110的設計而被預定。在一實施例中，色彩曲線在校正過程中被決定。在一實施例中，色彩曲線可以藉由I2C信號I2C而提供至多串LED驅動器2-110。被提供的色彩曲線可以儲存於多串LED驅動器2-110內的揮發性或非揮發性記憶體之中。
多串LED驅動器2-110可以包含複數個色彩曲線。色彩曲線用以控制第一~第三LED串2-204~2-244，可以依據I2C信號I2C由複數個色彩曲線之中選出，在校正過程中或在製作過程的步驟。
圖3繪示了第二LED發光電路300包含多串LED驅動器2-110，用以與降壓轉換器操作。不同於圖2，圖3中的第一及第二LED串3-204、3-224係使用降壓轉換器來控制。
藉由多串LED驅動器2-110所產生的第一串控制信號SCTLA 係連接至第一電晶體3-208的閘極端。第一電晶體3-208的源極端連接至第一電感3-314的第一端及第一二極體3-316的第一端。第一電感3-314的第二端連接至第一LED串3-204的第一端。第一LED串3-204包含第一-第一色彩LED 3-204a以及第二-第一色彩LED 3-204b。第一LED串3-204的第二端及第一二極體3-316的第二端連接至電壓匯流排V_bus。
第一電晶體3-208的汲極端連接至第一電阻3-212的第一端及多串LED驅動器2-110的第一電流感測輸入SENSEA。第一電阻3-212的第二端接地。橫跨第一電阻3-212的電壓對應於流經第一LED串3-204、第一電感3-314及第一電晶體3-208的電流。
流經第一LED串3-204的電流係由使用第二串控制模式的多串LED驅動器2-110控制，對應於上述圖2中的第一LED串2-204。意即，多串LED驅動器2-110藉由使用第一串控制信號SCTLA轉換第一電晶體3-208開與關來控制流經第一LED串3-204的電流。第二串控制模式可以是PWM模式。
當第一電晶體3-208開啟時，流經第一LED串3-204、第一電感3-314、第一電晶體3-208及第一電阻3-212的電流與能量儲存至第一電感3-314。第一電感3-314的反電動勢(back Electro-Motive Force,back EMF)依據儲存於第一電感3-314的能量而產生橫跨於第一電感3-314的電流。
當第一電晶體3-208關閉，且藉由儲存於第一電感3-314中的能量所產生的電壓大於第一LED串3-204及第一二極體3-316的組合正向電壓降時，流經第一LED串3-204及第一二極體3-316的電流會從第一電感3-314中提取。當儲存於第一電感3-314中的能量降低時，藉由儲存於第一電 感3-314中的能量所產生的能量會降低。
儲存至及提取自第一電感3-314的能量決定流經第一LED串3-204的平均電流。使用第二串控制模式，多串LED驅動器2-110藉由控制第一電晶體3-208開關的期間來控制儲存至及提取自第一電感3-314的能量。在一實施例中，多串LED驅動器3-110使用透過第一電流感測輸入SENSEA所接收到的信號來決定儲存至第一電感3-314的能量。
第二串控制信號SCTLB藉由連接至第二電晶體3-228之閘極端的多串LED驅動器3-110而產生。第二電晶體3-228之源極端連接至第二電感3-334的第一端以及第二二極體3-336的第一端。第二電感3-334的第二端連接至第二LED串3-224的第一端。第二LED串3-224包含第一-第二色彩LED 3-224a及第二-第二色彩LED 3-224b。第二LED串3-224的第二端及第二二極體3-336的第二端連接至電壓匯流排V_bus。
第二電晶體3-228之汲極端連接至第二電阻3-232的第一端以及多串LED驅動器3-110的第二電流感測輸入SENSEB。第二電阻3-232的第二端接地。橫跨於第二電阻3-232的電壓係對應於流經第二LED串3-224、第二電感3-334及第二電晶體3-228的電流。
多串LED驅動器3-110控制第二LED串3-224，如同上述對於第一LED串3-204。在一實施例中，不是一個就是兩個降壓轉換器與第一及第二LED串3-204、3-224使用，可以實現用於源極切換。
多串LED驅動器3-110控制通過第三LED串3-244的電流，如同圖二的所述的第三LED串2-244。意即，通過第三LED串3-244的電流可以使用不是第一就是第二串控制模式而控制。在另一LED發光電路中(圖未 示)，第三LED串3-244可以耦接至第三電感及第三二極體，例如第三LED串3-244使用降壓轉換器而控制，如同上述針對第一LED串3-204。
在第一組態中，多串LED驅動器3-110根據第一調光信號DIM_A來控制第一LED串3-204，並且根據第一調光信號DIM_A及多串LED驅動器3-110的色彩曲線來控制第二及第三LED串3-224、3-244。在第二組態中，多串LED驅動器3-110分別根據第一及第二調光信號DIM_A、DIM_B來控制第一及第二LED串3-204、3-224，以及根據第一、第二調光信號DIM_A、DIM_B及色彩曲線來控制第三LED串3-244。在第三組態中，多串LED驅動器3-110根據I2C信號I2C及色彩曲線來控制第一~第三LED串3-204~3-244。
色彩曲線可以包含介於流經第一~第三LED串3-204~3-244間的電流的比例。電流間的比例可以根據由第一~第三LED串3-204~3-244發出光的量而改變。
色彩曲線可以被用來從追隨黑體曲線的第一~第三LED串3-204~3-244來產生光。另一色彩曲線可以由維持恆定CCT的第一~第三LED串3-204~3-244來產生光，如同產生光亮的變化。
多串LED驅動器3-110可以包含複數種色彩曲線。色彩曲線用以控制第一~第三LED串3-204~3-244，可基於I2C信號I2C選自複數種色彩曲線，在校正過程間或製造步驟間。
圖4為多串LED驅動器4-110之實施例方塊圖，適用於如同圖2及圖3的多串LED驅動器2-110。多串LED驅動器4-110包含多串控制電路4-400，用來控制第一~第三LED驅動器4-408a~4-408c。第一~第三LED驅動 器4-408a~4-408c用以控制分別通過第一~第三LED串的電流。
多串控制電路4-400接收第一及第二調光信號DIM_A及DIM_B，並且也透過介面電路4-410接收I2C信號I2C~I2C。第一及第二調光信號DIM_A及DIM_B各自對應於第一~第三LED串中之一或多個的目標亮度，並且可以是類比信號、脈波寬度調變(PWM)信號或多位元數位信號。
I2C信號I2C可以是多位元數位信號對應於第一~第三LED串中之一或多個的目標亮度、用於第一~第三LED驅動器4-408a~4-408c的串控制模式設定、用於多串控制電路4-400的組態設定、儲存於多串控制電路4-400的色彩曲線、色彩曲線選擇等等。
第一~第三LED驅動器4-408a~4-408c係使用第一~第三串控制信號SCTLA~SCTLC來控制第一~第三LED串，係根據分別從多串控制電路4-400及透過第一~第三電流感測輸入SENSEA~SENSEC所接收到的控制信號。第一~第三LED驅動器4-408a~4-408c藉由改變第一~第三串控制信號SCTLA~SCTLC的振幅或脈波寬度調變(PWM)來控制第一~第三LED串。
多串控制電路4-400包含色彩曲線電路4-404，用以根據一或多個調光信號及色彩曲線產生用於第一~第三LED串中之一或多個之目標值。目標值是第一~第三LED串根據一或多個調光信號及CCT產生具有亮度的光，對應於在所產生亮度色彩曲線的CCT。目標值可以表示在第一~第三LED串其中之一的電流中的一或多個、介於第一~第三LED串之間的電流比例、第一~第三LED串其中之一的工作週期，或類似的。
色彩曲線電路4-404可以使用包含複數個登錄的查詢表(look-up table,LUT)來產生目標值，每個登錄會依據色彩曲線針對第一~第 三LED串映射一或多個亮度值至目標值。色彩曲線電路4-404可以藉由查詢表(LUT)中登錄之間的內插來產生目標值。
一或多個亮度值用於決定目標值可以是產生的光的組合的亮度值，藉由三串LED串、藉由第一LED串產生光的亮度值、藉由第一及第二LED串產生的光的第一及第二亮度值等等。亮度值表示絕對亮度值(例如600流明)、最大輸出的一小部分(例如最大亮度的50%)、或可以表示LED串中的電流(例如500毫安培)。
在LUT中的登錄可以對應於可以選擇使用的複數個色彩曲線。在LUT中的登錄可以儲存於揮發性或非揮發性的記憶體中。登錄可以依據I2C信號I2C而儲存至LUT。
色彩曲線電路4-404可以使用定義色彩曲線包含一或多個方程式的方程式集來產生目標值。方程式集可以依據亮度值決定第一~第三LED串的目標值。
色彩曲線電路4-404可以自色彩曲線電路4-404內含的負數個方程式集選擇方程式集以使用。方程式集可以包含於電腦程式指令中的序列、或可包含於用來配置電路的參數或作為提供至執行電腦程式指令中序列的處理器的參數。方程式集可以在設計色彩曲線電路4-404過程中、製造過程中、校正過程中或藉由I2C信號I2C被合併於色彩曲線電路4-404。
色彩曲線電路4-404可以包含一或多個處理器，例如一般用圖處理器中的一或多個、特殊用途處理器及數位信號處理器，可以用於產生目標值。一或多個處理器可以執行電腦程式指令儲存於非暫態電腦可讀媒體。
多串控制電路4-400提供調光信號至色彩曲線電路4-404並對應由此接收的目標值。多串控制電路4-400依據他們各自對應的目標值控制第一~第三LED驅動器4-408a~4-408c。
圖5繪示本發明第三LED發光電路500之示意圖，包含多串LED驅動器5-110，適用於如同圖1之多串LED驅動器1-110。多串LED驅動器5-110接收第一~第四調光信號DIM_A~DIM_D及I2C信號I2C。在一實施例中，I2C信號I2C可以是一種系統管理匯流排(System Management Bus,SMB)信號、通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)信號、高速晶片間(High Speed Inter Chip,HSIC)信號或其他適合的數位通信匯流排信號。
第一~第四串控制信號SCTLA~SCTLD係藉由分別連接於第一~第四電晶體5-208~5-268之閘極端的多串LED驅動器5-110而產生。第一~第四電晶體5-208~5-268之源極端係分別連接於第一~第四電感5-314~5-374之第一端及第一~第四二極體5-316~5-376之第一端。第一~第四電感5-314~5-374之第二端分別連接於第一~第四LED串5-204~5-264之第一端。第一~第四LED串5-204~5-264之第二端及第一~第四二極體5-316~5-376之第二端連接於電壓匯流排V_bus。
第一~第四電晶體5-208~5-268之汲極端係分別連接於第一~第四電阻5-212~5-272的第一端以及多串LED驅動器5-110的第一~第四電流感測輸入SENSEA~SENSED。第一~第四電阻5-212~5-272的第二端接地。橫跨第一~第四電阻5-212~5-272的電壓分別對應於流經第一~第四LED串5-204~5-264、第一~第四電感5-314~5-374、以及第一~第四電晶體5-208~5-268的電流。
流經第一~第四LED串5-204~5-264的電流藉由使用PWM模式及降壓轉換器的多串LED驅動器5-110來控制，如同上述關於圖3的第一LED串3-204。
圖5表示多串LED驅動器5-110使用降壓轉換器控制第一~第四LED串5-204~5-264中的每一個。在包含多串LED驅動器5-110的其它發光電路中，任何或全部的LED串可以被控制如同圖2所敘述的第一LED串2-204。本發明所屬技術領域之通常知識者應可以瞭解到如何使用多串LED驅動器5-110的線性模式來調整LED發光電路500以控制LED串中的一或多個。當LED串使用線性模式被控制時，關於圖5所揭示的電感和二極體可以被省略。
第一~第四電晶體5-208~5-268顯示如一種金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors,MOSFETs)，但也可以是接面場效電晶體(junction FETs,JFETs)、雙極性接面電晶體、絕緣閘雙極性電晶體或類似的裝置或電路。第一~第四電晶體5-208~5-268分別包含2、2、3、2個LED，但也可以包含任何數量的LED。
在第一組態中，多串LED驅動器5-110依據第一調光信號DIM_A控制第一LED串5-204，並依據第一調光信號DIM_A及多串LED驅動器5-110的色彩曲線來控制第二~第四LED串5-224~5-264。
在第二組態中，多串LED驅動器5-110依據第一調光信號DIM_A控制第一LED串5-204，依據第二調光信號DIM_B控制第二LED串5-224，並依據第一調光信號DIM_A、第二調光信號DIM_B及多串LED驅動器5-110的色彩曲線來控制第三及第四LED串5-244及5-264。
在第三組態中，多串LED驅動器5-110依據第一調光信號DIM_A控制第一LED串5-204，依據第二調光信號DIM_B控制第二LED串5-224，依據第三調光信號DIM_C控制第三LED串5-244，並依據第一~第三調光信號DIM_A~DIM_C及多串LED驅動器5-110的色彩曲線來控制第四LED串5-264。
在第四組態中，多串LED驅動器5-110依據第一調光信號DIM_A控制第一LED串5-204，依據第二調光信號DIM_B控制第二LED串5-224，依據第三調光信號DIM_C控制第三LED串5-244，依據第四調光信號DIM_D控制第四LED串5-264。在第四組態中，多串LED驅動器5-110的色彩曲線並沒有用來控制第一~第四LED串5-204~5-264。
在第五組態中，多串LED驅動器5-110依據第一調光信號DIM_A控制第一LED串5-204，依據第二調光信號DIM_B控制第二LED串5-224，依據第三調光信號DIM_C控制第三LED串5-244，依據第四調光信號DIM_D控制第四LED串5-264，並且多串LED驅動器5-110的色彩曲線被用來調整依據第一~第四調光信號DIM_A~DIM_D所產生的值，以使藉由第一~第四LED串5-204~5-264所產生的光會追隨色彩曲線。
在第六組態中，多串LED驅動器5-110依據I2C信號I2C及多串LED驅動器5-110的色彩曲線來控制第一~第四LED串5-204~5-264。
色彩曲線包含流經第一~第四LED串5-204~5-264間的電流比例。所述之比例會依據藉由第一~第四LED串5-204~5-264所產生光的亮度而改變。
色彩曲線也可以自追隨黑體曲線的第一~第四LED串 5-204~5-264來產生光。意即，藉由依據亮度值範圍依據具有CCT值範圍的色彩曲線的第一~第四LED串5-204~5-264來產生的光，以及可因此仿效光藉由預定黑體輻射作為黑體輻射溫度而產生而改變。當光具有最小亮度時，所產生的光可以是具有2200°K的CCT(即燭光)，以及光增加至最大亮度所產生的光可以增加至5800°K的CCT(即日光)。
另一色彩曲線可以產生維持實質上恆定CCT作為產生的光亮度改變之第一~第四LED串5-204~5-264的光。在一實施例中，流經第一~第四LED串5-204~5-264之間電流的比例會依據為了維持恆定CCT光的亮度而改變。
在一實施例中，色彩曲線藉由多串LED驅動器5-110的設計而被預定。在另一實施例中，色彩曲線在校正過程中被決定。在另一實施例中，色彩曲線可以藉由I2C信號I2C而提供至多串LED驅動器5-110。被提供的色彩曲線可以儲存於多串LED驅動器5-110內的揮發性或非揮發性記憶體之中。
多串LED驅動器5-110可以包含複數個色彩曲線。色彩曲線用以控制第一~第四LED串5-204~5-264，可以依據I2C信號I2C由複數個色彩曲線之中選出，在校正過程中或在製作過程的步驟。
圖6為本發明多串LED驅動器6-110之實施例方塊圖，適用於如同圖5中的多串LED驅動器5-110。多串LED驅動器6-110包含多串控制電路6-400以控制第一~第四LED驅動器6-408a~6-408d。第一~第四LED驅動器5-408a~6-408d係用以控制分別流經第一~第四LED串的電流。
多串控制電路6-400接收第一~第四調光信號 DIM_A~DIM_D，並透過I2C介面電路6-410接收I2C信號I2C。第一~第四調光信號DIM_A~DIM_D的每一個對應於第一~第四LED串中之一或多個目標亮度，並且可以是類比信號、PWM信號或多位元數位信號。
I2C信號I2C可以是對應於第一~第三LED串中之一或多個的目標亮度、用於第一~第四LED驅動器6-408a~6-408d的串控制模式設定、用於多串控制電路6-400的組態設定、儲存於多串控制電路6-400的色彩曲線、色彩曲線選擇等等的多位元數位信號。
第一~第四LED驅動器6-408a-6-408d使用第一~第四串控制信號SCTLA~SCTLD以控制第一~第四LED串，依據從多串控制電路6-400接收到的控制信號，以及分別透過第一-第四電流感測輸入SENSEA~SENSED所接收到信號。
第一~第四LED驅動器6-408a~6-408d分別使用第一串控制模式或第二串控制模式來控制第一~第四LED串。第一串控制模式改變第一~第四串控制信號SCTLA~SCTLD中個別的振幅。第二串控制模式施加PWM至第一~第四串控制信號SCTLA~SCTLD中的各個。串控制模式藉由第一~第四LED驅動器6-408a~6-408d中的每一個而被使用，可以獨立地被決定。
多串控制電路6-400包含色彩曲線電路6-404，用以依據一或多個調光信號及色彩曲線而產生第一~第四LED串中一或多個之目標值。目標值是第一~第四LED串根據一或多個調光信號及CCT產生具有亮度的光，對應於在所產生亮度色彩曲線的CCT。目標值可以表示LED串的電流、介於LED串之間的電流比例、或LED串的工作週期。
色彩曲線電路6-404可以用來產生目標值，如同對應於圖4 中的色彩曲線電路4-404。
色彩曲線電路6-404可以包含一或多個處理器，例如一般用圖處理器中的一或多個、特殊用途處理器及數位信號處理器，可以用於產生目標值。一或多個處理器可以執行電腦程式指令儲存於非暫態電腦可讀媒體。
多串控制電路6-400提供調光信號至色彩曲線電路6-404，並對應由此接收的目標值。多串控制電路6-400依據他們各自對應的目標值而控制第一~第四LED驅動器6-408a~6-408d。
圖7顯示本發明LED照明系統7-100之實施例示意圖，包含主控制電路7-104、複數個LED串7-114、色彩感測電路7-718，以及多串LED驅動器7-110。主控制電路7-104將主控制信號CTRL傳送至多串LED驅動器7-110。
色彩感測電路7-718接收由LED串7-114所產生的光，並產生色彩信號CSENSE，包含所接收到的光的色彩資訊。色彩信號CSENSE也可以包含所接收到的光的光度資訊。
多串LED驅動器7-110接收主控制信號CTRL並基於其而控制複數個LED串7-114的電流。多串LED驅動器7-110藉由使用電流感測信號SENSE調整串控制信號SCTL及感測LED串的電流來調整複數個LED串7-114的電流。多串LED驅動器7-110藉由控制每一串控制信號SCTL的工作週期、每一串控制信號SCTL的的大小或其組合來調整串控制信號SCTL。
多串LED驅動器7-110也可以包含色彩曲線，並使用色彩曲線來控制複數個LED串7-114的電流。色彩曲線可以表示出電流、工作週期、 或複數個LED串7-114的電流比例。
多串LED驅動器7-110自色彩感測電路7-718接收色彩感測信號CSENSE，並能依據色彩感測信號CSENSE調整色彩曲線。多串LED驅動器7-110可以調整色彩曲線如果色彩感測信號CSENSE包含表示自複數個LED串7-114的光輸出的色彩資訊不具有藉由色彩曲線指定的色彩。所述色彩可以對應於CCT。
當色彩感測信號CSENSE包含光度資訊時，多串LED驅動器7-110可以調整色彩曲線如果色彩感測信號CSENSE包含表示自複數個LED串7-114的光輸出的亮度資訊不具有藉由色彩曲線指定的亮度。
使用色彩感測信號CSENSE，多串LED驅動器7-110可以重新校正色彩曲線以補償藉由因一或多個製造公差、操作狀態中的變化及通過的時間引起在複數個LED串7-114產生光的改變。
圖8為本發明多串LED驅動器8-110之實施例方塊圖，適用於如同圖7中的多串LED驅動器7-110。多串LED驅動器8-110包含多串控制電路8-400用以控制第一~第三LED驅動器8-408a~8-408c。第一~第三LED驅動器8-408a~8-408c分別用來控制流經第一~第三LED串的電流。
多串控制電路8-400接收色彩感測信號CSENSE及第一及第二調光信號DIM_A及DIM_B。多串控制電路8-400也透過I2C介面電路8-410接收I2C信號I2C。
第一及第二調光信號DIM_A及DIM_B的每一個對應於第一~第三LED串中的一或多個目標亮度，並且可以是類比信號、PWM信號或多位元數位信號。色彩感測信號CSENSE包含色彩資訊。在一實施例中，色彩 感測信號CSENSE也包含亮度資訊。
圖8中的多串LED驅動器8-110操作類似於圖6的多串LED驅動器5-110並提供類似的功能。此外，多串LED驅動器8-110的多串控制電路8-400可以依據色彩感測信號CSENSE的色彩資訊與色彩曲線值的比較來控制第一~第三LED驅動器8-408a~8-408c，並且可以依據色彩感測信號CSENSE的色彩資訊來重新校正色彩曲線。在一實施例中，所述色彩感測信號CSENSE也包含亮度資訊，多串控制電路8-400可以依據亮度資訊與目標亮度值的比較來控制第一~第三LED驅動器8-408a~8-408c，也可以根據亮度資訊重新校正色彩曲線。
圖9為本發明控制負數個LED串之實施例流程圖。在S904中，藉由多串LED驅動器來接收一或多個調光信號。
在S908中，目標值被決定於耦接至多串LED驅動器的複數個LED串中的每一個。每一LED串的目標值可以依據接收到調光信號中的一或多個、或依據接收到調光信號中的一或多個及色彩曲線而被決定。
色彩曲線可以包含介於複數個LED串之間的電流比例。電流比例可以依據接收到的調光信號而改變。色彩曲線可以控制複數個LED串以追隨黑體曲線，或維持橫跨所接收到的調光信號中的一或多個範圍值的實質上恆定的CCT。
在S912中，複數個LED串中的電流係依據決定於每一LED串的個別目標值而控制。
雖然本發明各方面皆已描述於特定實施例中且其替代、修改，以及變化的實施例是可能被實現的。因此，上述實施例僅用以說明本 發明，而非用以限制本發明。可以在不脫離以下申請專利範圍之精神及範圍作變化。
1-100‧‧‧LED照明系統
1-104‧‧‧主控制電路
1-110‧‧‧多串LED驅動器
1-114‧‧‧LED串
CTRL‧‧‧主控制信號
SCTL‧‧‧串控制信號
SENSE‧‧‧電流感測信號

Claims (22)

  1. 一種裝置，包含：一第一發光二極體驅動器，用以控制一第一發光二極體串；一第二發光二極體驅動器，用以控制一第二發光二極體串；一第三發光二極體驅動器，用以控制一第三發光二極體串；以及一控制電路，用以接收一控制信號並控制該第一、第二及第三發光二極體驅動器，以使該第一、第二及第三發光二極體串根據該控制信號及一色彩曲線而共同發光。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該色彩曲線係指當該一或多發光二極體串在調光時，光具有一預定相關色溫(Correlated Color Temperature,CCT)。
  3. 如請求項1所述之裝置，其中該色彩曲線係指依據該些發光二極體串之亮度，光具有一預定相關色溫。
  4. 如請求項3所述之裝置，其中該第一、第二及第三發光二極體驅動器被控制以使該些發光二極體串之該亮度之該相關色溫實質上會追隨一黑體曲線。
  5. 如請求項1所述之裝置，其中該第一、第二及第三發光二極體驅動器中的一或多個係用以控制各該發光二極體串之電流的工作週期。
  6. 如請求項5所述之裝置，其中該第一、第二及第三發光二極體驅動器中的該一或多個係用以控制各該發光二極體串之該電流的大小。
  7. 如請求項6所述之裝置，其中該第一、第二及第三發光二極體驅動器中的該一或多個係使用一線性模式來控制該電流之該大小。
  8. 如請求項6所述之裝置，其中該一或多個發光二極體驅動器在一第一模 式時，係用以控制各該發光二極體串之該電流之該工作週期，以及在一第二模式時，係用以控制各該發光二極體串之該電流之該大小。
  9. 如請求項7所述之裝置，其中該第二模式為一線性模式。
  10. 如請求項5所述之裝置，其中該第一發光二極體驅動器係用以操作一降壓轉換器以控制該第一發光二極體串。
  11. 如請求項1所述之裝置，更包含：一感測電路，用以感測該第一、第二及第三發光二極體串中之一或多串之電流。
  12. 如請求項1所述之裝置，其中該色彩曲線係指該第一、第二及第三發光二極體串中電流的比例。
  13. 如請求項1所述之裝置，其中該控制電路用以接收一色彩感測信號，並依據該控制信號、該色彩曲線及該色彩感測信號來控制該第一、第二及第三發光二極體驅動器。
  14. 如請求項1所述之裝置，其中一單一積體電路包含該裝置。
  15. 一種在一多串發光二極體驅動器中控制複數發光二極體串之方法，該方法包含：接收一控制信號；根據該控制信號及一色彩曲線決定一目標值；以及根據該目標值控制一發光二極體驅動器，以使該複數發光二極體串能依據該控制信號及該色彩曲線共同發光，其中該發光二極體驅動器係為該多串發光二極體驅動器中第一至第三發光二極體驅動器其中之一。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該色彩曲線係指依據該些發光二極體串之 亮度，光具有一相關色溫。
  17. 如請求項16之方法，其中該第一、第二及第三發光二極體驅動器被控制以使該些發光二極體串之該亮度之該相關色溫實質上會追隨一黑體曲線。
  18. 如請求項15所述之方法，更包含控制該複數發光二極體串中之一串發光二極體之一工作週期。
  19. 如請求項18所述之方法，更包含控制該發光二極體串之電流大小。
  20. 如請求項19所述之方法，更包含當該發光二極體驅動器處於一第一模式時控制該電流之該工作週期，以及當該發光二極體驅動器處於一第二模式時控制該電流之該大小。
  21. 如請求項15所述之方法，更包含感測該第一、第二及第三發光二極體串中之一或多串之一電流，並根據該感測電流控制該發光二極體驅動器。
  22. 如請求項15所述之方法，更包含接收一色彩感測信號，以及依據該色彩感測信號、該控制信號及該色彩曲線決定該目標值。
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