TWI399129B - 用於一發光二極體電路之驅動裝置及相關照明裝置 - Google Patents

Description

用於一發光二極體電路之驅動裝置及相關照明裝置

本發明係指一種用於一發光二極體電路的驅動裝置及相關照明裝置，尤指一種具有調光功能，並透過一電容儲存電量以供應調光功能運作之驅動裝置及相關照明裝置。

在日常生活中，人們往往需要依環境的不同，改變燈光的亮度。在使用傳統的照明裝置如燈泡或日光燈時，使用者通常透過多段開關切換亮燈盞數，以調整出合適的亮度，如用餐時使用較柔和的光線，或閱讀時使用較明亮的光線等。

發光二極體(Light Emitting Diode)具有省電、壽命長及高亮度等優點，近年來在許多照明應用中日漸普及，如指示號誌燈或手電筒。請參考第1圖，第1圖為習知一發光二極體之照明裝置10的示意圖。照明裝置10係一多段亮度之照明裝置，其包含有一發光二極體電路100、一微控制器102及一脈波寬度調變(Pulse Width Modulation)控制單元104。照明裝置10所需的電源由一輸入電源VCC供應。微控制器102產生對應於一特定亮度之一控制訊號Vctrl至脈波寬度調變控制單元104。脈波寬度調變控制單元104根據控制訊號Vctrl產生一脈波寬度調變訊號Vpwm，用以控制發光二極體電路100的電流，進而調整照明裝置10的亮度。

由上可知，照明裝置10的的亮度調整係由微控制器102所控制。在使用傳統照明裝置如日光燈時，使用者透過開關切換光線亮度，相較之下，發光二極體之照明裝置10不若日光燈般易於切換亮度，且微控制器102所需的成本較高。因此，發光二極體無法完全取代傳統燈泡或日光燈。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種用於一發光二極體電路之驅動裝置及相關照明裝置。

本發明揭露一種用於一發光二極體電路之驅動裝置，包含有一電源接收端，耦接於一開關，用來透過該開關接收一直流電源，該直流電源用來提供該發光二極體電路及該驅動裝置運作所需之電源；一電容，耦接於該電源接收端，用來儲存電量；以及一調光單元，耦接於該電源接收端及該電容，用來於該電容之電壓下降未達一第一臨界值時，根據該開關的關閉情形，產生一控制訊號，以調整該發光二極體電路的亮度狀態。

本發明另揭露一種照明裝置，包含有一發光二極體電路、一開關及一驅動裝置。該發光二極體電路包含有至少一發光二極體。該開關耦接於一交流電源，用來控制該交流電源的輸出情形，其中該交流電源用來提供該照明裝置運作所需之電源。該驅動裝置包含有一電源接收端，耦接於該開關，用來透過該開關接收由該交流電源所轉換的一直流電源；一電容，耦接於該電源接收端，用來儲存電量；一控制單元，耦接該發光二極體電路，用來根據一控制訊號，調整該發光二極體電路的工作電流，以驅動該發光二極體電路產生光源；以及一調光單元，耦接於該電源接收端、該電容及該控制單元，用來於該電容之電壓下降未達一第一臨界值時，根據該開關的關閉情形，產生該控制訊號，以調整該發光二極體電路的亮度狀態。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一照明裝置20之示意圖。照明裝置20係以發光二極體為光源，且其運作所需的電源係由一交流電源VCC所提供。照明裝置20包含有一發光二極體電路200、一開關202、一驅動裝置204及一電源轉換器，電源轉換器之電路及運作原理為業界所習知，於本發明及圖式中省略敘述。交流電源VCC經由開關202接入電源轉換器，再藉由轉換電路取得驅動裝置204所需之電源，此電源轉換器亦提供發光二極體電路200所需之能量。發光二極體電路200由多個發光二極體串接及並接所組成。開關202耦接於交流電源VCC，用來控制交流電源VCC輸出至照明裝置20的輸出情形。使用者透過開關202的導通及關閉，控制發光二極體電路200產生光源。驅動裝置204用來驅動發光二極體電路200，並調整發光二極體電路200所產生之光源的亮度狀態，詳述如後。

驅動裝置204包含有一電源接收端VIN、一電容210、一調光單元212及一控制單元216。電源接收端VIN耦接於電源轉換器，當開關202導通時，電源轉換器將提供驅動裝置204所需之直流電源。電容210耦接於電源接收端VIN，用來儲存電量。調光單元212耦接於電源接收端VIN及電容210，用來於電容210之電壓下降未達一臨界值VTH1(即調光單元212可維持運作所需之電壓下限)時，根據開關202的關閉情形，產生一控制訊號SC至控制單元216。控制單元216耦接於調光單元212及發光二極體電路200，用來根據控制訊號SC，調整發光二極體電路200的工作電流或調整發光二極體的點亮數量，以驅動發光二極體電路200產生不同亮度狀態之光源，如全亮、半亮及微亮等。控制單元216可設計用來調整發光二極體電路200的工作電流或調整發光二極體的點亮數量，其實現方式不侷限本發明所欲保護的範疇。

在此請注意，本發明實施例之驅動裝置204係一具有多段調光功能之驅動裝置，使用者可透過開關202的啟閉，控制調光單元212實現多段調光功能。調光單元212包含有一偵測單元220及一計數單元222。偵測單元220耦接於電源接收端VIN及電容210，用來於電容210之電壓下降未達臨界值VTH1時，根據開關202的關閉情形，產生一偵測訊號SD。當開關202關閉，偵測單元220偵測到的電壓隨即下降；在偵測單元220偵測到的電壓下降至一臨界值VTH2時，偵測訊號SD的電壓準位產生變化，如由高電位轉換至低電位。計數單元222耦接於偵測單元220、電容210及控制單元216，用來於開關202關閉但電容210的電壓尚未低於臨界值VTH1時，利用電容210所儲存的電量維持運作，累計偵測訊號SD由高電位轉換至低電位的次數，以產生對應於適當之亮度狀態的控制訊號SC。舉例來說，在電容210的電壓尚未低於臨界值VTH1前，開關202受使用者控制被開關了三次，此時，計數單元222累計偵測訊號SD由高電位轉換至低電位共三次，計數單元222產生的控制訊號SC將控制發光二極體電路200工作於一夜燈模式。

以實作而言，偵測單元220可為一電壓偵測器(Voltage Detector)，臨界值VTH2即電壓偵測器之參考電壓。當偵測單元220偵測到的電壓高於臨界值VTH2，偵測單元220輸出一高電位訊號；當偵測單元220偵測到的電壓低於臨界值VTH2，偵測單元220則輸出一低電位訊號。此外，偵測單元220的工作電壓及計數單元222的工作電壓須設計為不同的電壓，以避免開關202關閉時電容210的電壓造成偵測訊號SD誤判的情形。

當開關202關閉時，直流電源不輸出至調光單元212，照明裝置20不產生光源，此時，電容210供應電量至偵測單元220及計數單元222。在電容210之電壓開始下降但尚未達到臨界值VTH1的這段時間內，開關202每關閉一次，偵測單元220即輸出低電位之偵測訊號SD至計數單元222。計數單元222累計偵測訊號SD由高電位轉換至低電位的次數，以產生對應於適當之亮度狀態的控制訊號SC。當開關202再次導通，控制單元216根據控制訊號SC，調整發光二極體電路200的工作電流，以驅動發光二極體電路200產生適當亮度的光源。請參考第3圖及第4圖，第3圖及第4圖顯示不同情形下，第2圖中偵測單元220所測得的電壓及偵測訊號SD之關係圖。偵測單元220的電壓偵測點即電容210的端點；臨界值VTH1為調光單元212可維持運作所需之電壓下限，即計數單元222被重置之電壓；臨界值VTH2為偵測單元220之參考電壓。由第3圖可知，當偵測單元220所測得的電壓下降至臨界值VTH2但未達臨界值VTH1時，偵測單元220根據開關202的關閉情形，產生偵測訊號SD。另外，由第4圖可知，若開關202於關閉後超過一段時間沒有導通，電容210的電壓下降至臨界值VTH1以下，則計數單元222被重置，亮度狀態回復至一預設值。

習知發光二極體之照明裝置係透過微控制器，控制照明裝置之多段亮度狀態，但微控制器的成本昂貴。相較之下，本發明實施例透過偵測單元220及計數單元222等簡單及低成本的元件，達成相同之多段切換的效果，大幅節省照明裝置20的成本。同時，於照明裝置20的開關202關閉時，電容210所儲存的電量足以維持計數單元222的運作。以實作而言，驅動裝置204係一LED驅動晶片。為降低晶片體積，電容210通常設於晶片之外；同時，為減少元件成本，偵測單元220的偵測點設計為電容210的端點，因此驅動裝置204只需提供一個腳位連接電容210，同時偵測電壓。

值得注意的是，電容210所儲存的電量其實有限；此外，電源轉換器所產生之直流電源的電壓可能超過調光單元212的工作電壓範圍許多。因此，本發明進一步提出一照明裝置50。請參考第5圖，第5圖為照明裝置50的示意圖。照明裝置50類似於第2圖之照明裝置20，除了包含有發光二極體電路200、開關202及驅動裝置204之外，另包含有穩壓器500及502。穩壓器500耦接於電源接收端VIN及調光單元212之間，更精確地說，耦接於電源接收端VIN及計數單元222之間。在此，穩壓器500用作一單向導通元件，用來於開關202關閉時，使電容210所儲存的電量能夠更節省地被使用，避免計數單元222過快被重置。穩壓器500亦可使用一二極體或電晶體等單向導通元件替換。穩壓器502耦接於電源轉換器所產生之直流電源及電源接收端VIN之間，用來產生合適於調光單元212的工作電壓。請參考第6圖及第7圖，其顯示不同情形下，第5圖中偵測單元220所測得的電壓及偵測訊號SD之關係圖。在此請注意，第2圖中偵測單元220的電壓偵測點即電容210的端點，而第5圖中偵測單元220的電壓偵測點為電源接收端VIN，因此偵測單元220所測得的電壓與電容210的電壓不同。第6圖及第7圖中各電壓即訊號的變化類似於第3圖及第4圖，在此不贅述。

在第2圖中，本發明實施例假設計數單元222及控制單元216的工作電壓相同，因此偵測單元220所輸出的電壓除了供應計數單元222，亦供應控制單元216。請參考第8圖，第8圖為本發明實施例一照明裝置80的示意圖。照明裝置80類似於第2圖之照明裝置20，另包含有一穩壓器800及一電壓偵測器802。穩壓器800的功用與第5圖之穩壓器502相同。在第6圖中，本發明實施例假設電壓偵測器802的工作電壓高於偵測單元220及計數單元222的工作電壓；於開關202導通時，電源轉換器所產生之直流電源透過電壓偵測器802提供控制單元216所需的工作狀態與電壓，偵測單元220不再提供工作狀態與電壓至控制單元216。如此一來，於開關202關閉時，電源接收端VIN的電壓下降，電壓偵測器802率先關閉，此時電容210所儲存的電量僅供應至計數單元222，因此照明裝置80中不須使用單向導通元件，即可達到節省電容210之電量的目的。

照明裝置50及照明裝置80皆為本發明之實施例，本領域具通常知識者當可據以作不同的變化及修飾。單向導通元件、穩壓器及電壓偵測器等元件，皆可視需要使用。於上述照明裝置20、50及80中，計數單元222耦接於偵測單元220，以接收偵測訊號SD；偵測單元220透過電源接收端VIN接收電源並偵測開關202的啟閉。於本發明其它實施例中，亦可直接取開關202後端的交流電源，經過處理後產生偵測訊號。此外，偵測單元220之偵測訊號除了耦接於電源接收端VIN之外，可另耦接於開關202至電源接收端VIN之間的電路中任一合適之位置，以偵測開關202的啟閉。

綜上所述，本發明實施例係利用偵測單元及計數單元等簡單及低成本的電路，實現調光功能。較佳地，本發明實施例透過電容儲存電量，以於照明裝置的開關關閉時，維持計數單元的運作。此外，本發明實施例應用單向導通元件、穩壓器及電壓偵測器等元件，延長電容之電量的使用時間，進而避免照明裝置的亮度狀態過早被重置，提升使用的便利性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、20、50、80．．．照明裝置

200．．．發光二極體電路

202．．．開關

204．．．驅動裝置

210．．．電容

212．．．調光單元

216．．．控制單元

220．．．偵測單元

222．．．計數單元

500、502、800．．．穩壓器

802．．．電壓偵測器

VCC．．．交流電源

VIN．．．電源接收端

SC、Vctrl．．．控制訊號

SD．．．偵測訊號

Vpwm．．．脈波寬度調變訊號

第1圖為習知一照明裝置之示意圖。

第2圖、第5圖及第8圖為本發明實施例照明裝置之示意圖。

第3圖及第4圖為第2圖中照明裝置之偵測單元所測得的電壓及偵測訊號的關係圖。

第6圖及第7圖為第5圖中照明裝置之偵測單元所測得的電壓、電容的電壓及偵測訊號的關係圖。

20．．．照明裝置

200．．．發光二極體電路

202．．．開關

204．．．驅動裝置

210．．．電容

212．．．調光單元

216．．．控制單元

220．．．偵測單元

222．．．計數單元

VCC．．．交流電源

VIN．．．電源接收端

SC．．．控制訊號

SD．．．偵測訊號

Claims (19)

1. 一種用於一發光二極體電路之驅動裝置，包含有：一電源接收端，耦接於一開關，用來透過該開關接收一直流電源，該直流電源用來提供該發光二極體電路及該驅動裝置運作所需之電源；一電容，耦接於該電源接收端，用來儲存電量；以及一調光單元，耦接於該電源接收端及該電容，用來於該電容之電壓下降未達一第一臨界值時，根據該開關的關閉情形，產生一控制訊號，以調整該發光二極體電路的亮度狀態。
2. 如請求項1所述之驅動裝置，其中該調光單元另包含有：一偵測單元，耦接於該電源接收端及該電容，用來於該電容的電壓下降未達該第一臨界值時，根據該開關的關閉情形，產生一偵測訊號；以及一計數單元，耦接於該偵測單元及該電容，用來根據該偵測訊號，產生該控制訊號。
3. 如請求項2所述之驅動裝置，其中該偵測單元係於該電容的電壓下降未達該第一臨界值且該偵測單元所偵測的電壓下降至一第二臨界值時，產生該偵測訊號。
4. 如請求項2所述之驅動裝置，其中於該電容之電壓下降至該第一臨界值時，該計數單元被重置。
5. 如請求項1所述之驅動裝置，其中該第一臨界值係該調光單元之工作電壓的最小值。
6. 如請求項1所述之驅動裝置，其另包含一控制單元，耦接於該調光單元及該發光二極體電路之間，用來根據該控制訊號，調整該發光二極體電路的工作電流，以驅動該發光二極體電路產生光源。
7. 如請求項6所述之驅動裝置，其另包含一電壓偵測器，耦接於該電源接收端及該控制單元，用來於該電源接收端的電壓大於一參考電壓時，輸出該直流電源至該控制單元。
8. 如請求項1所述之驅動裝置，其另包含一穩壓器耦接於該直流電源及該電源接收端之間，用來產生該調光單元的工作電壓。
9. 如請求項1所述之驅動裝置，其另包含一單向導通元件，耦接於該電源接收端及該調光單元之間。
10. 如請求項9所述之驅動裝置，其中該單向導通元件係一穩壓器或一二極體。
11. 一種照明裝置，包含有：一發光二極體電路，包含有至少一發光二極體；一開關，耦接於一交流電源，用來控制該交流電源的輸出情形，其中該交流電電源用來提供該照明裝置運作所需之電源；以及一驅動裝置，包含有：一電源接收端，耦接於該開關，用來透過該開關接收由該交流電源所轉換的一直流電源；一電容，耦接於該電源接收端，用來儲存電量；一控制單元，耦接該發光二極體電路，用來根據一控制訊號，調整該發光二極體電路的工作電流，以驅動該發光二極體電路產生光源；以及一調光單元，耦接於該電源接收端、該電容及該控制單元，用來於該電容之電壓下降未達一第一臨界值時，根據該開關的關閉情形，產生該控制訊號，以調整該發光二極體電路的亮度狀態。
12. 如請求項11所述之照明裝置，其中該調光單元另包含有：一偵測單元，耦接於該電源接收端及該電容，用來於該電容的電壓下降未達該第一臨界值時，根據該開關的關閉情形，產生一偵測訊號；以及一計數單元，耦接於該偵測單元及該電容，用來根據該偵測訊號，產生該控制訊號。
13. 如請求項12所述之照明裝置，其中該偵測單元係於該電容的電壓下降未達該第一臨界值且該偵測單元所偵測的電壓下降至一第二臨界值時，產生該偵測訊號。
14. 如請求項12所述之照明裝置，其中於該電容之電壓下降至該第一臨界值時，該計數單元被重置。
15. 如請求項11所述之照明裝置，其中該第一臨界值係該調光單元之工作電壓的最小值。
16. 如請求項11所述之照明裝置，其另包含一電壓偵測器，耦接於該電源接收端及該控制單元，用來於該電源接收端的電壓大於一參考電壓時，輸出該直流電源至該控制單元。
17. 如請求項11所述之照明裝置，其另包含一穩壓器耦接於該直流電源及該電源接收端之間，用來產生該調光單元的工作電壓。
18. 如請求項11所述之照明裝置，其另包含一單向導通元件，耦接於該電源接收端及該調光單元之間。
19. 如請求項18所述之照明裝置，其中該單向導通元件係一穩壓器或一二極體。