TWI468069B - 發光二極體供電系統、電能控制電路以及供電之方法 - Google Patents

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Description

發光二極體供電系統、電能控制電路以及供電之方法
本發明係有關一種供電系統、電能控制電路以及供電之方法，尤其是一種發光二極體供電系統、電能控制電路以及供電之方法。
圖1所示為傳統電源系統100的方塊圖。電源系統100包括第一電源(例如，適配器102)和第二電源(例如，電池110)。電源系統100還包括直流/直流(DC/DC)轉換器104、充電器106、開關103、開關105以及負載，如發光二極體108。適配器102耦接至交流電源(例如，120伏商用供電電壓)，並將來自交流電源的一交流電壓轉換為一直流電壓VAD 。
在操作時，當開關103導通且開關105斷開時，電源系統100工作在電池充電過程。充電器106接收適配器102所提供之一直流電壓VAD 並向電池110提供合適的充電電能。DC/DC轉換器104接收直流電壓VAD 並向發光二極體108提供調整後的電能。當開關105導通並且開關103斷開時，電池110經由DC/DC轉換器104向發光二極體108供電。
然而，在傳統的電源系統100中存在兩個電源鏈。一個電源鏈包括充電器106，另外一個電源鏈包括DC/DC轉換器104。這兩個電源鏈增加了電源系統100的功率能耗，進而降低了電源系統100的功率效率。兩個電源鏈還增大了電源系統100的複雜性。此外，由於同時使用了充電器 106和DC/DC轉換器104，電源系統100的印刷電路板尺寸相應增加，進而增加了電源系統100的成本。
本發明的目的為提供一種發光二極體供電系統，包括：具有一第一電壓的一第一電源；具有一第二電源的一第二電源；以及一控制器，耦接至該第一電源和該第二電源，比較該第一電壓和該第二電壓，其中，當該第一電壓大於該第二電壓時，控制該第一電源在一充電模式下經由一第一開關和一第二開關對該第二電源充電，當該第二電壓大於該第一電壓時，控制該第二電源在一負載供電模式下經由該第二開關和一第三開關向一發光二極體供電。
本發明還提供一種發光二極體電能控制電路，包括：一第一開關；一第二開關，耦接至該第一開關；一第三開關，耦接於該第一開關和該第二開關之間；以及一控制器，耦接至該第一開關、該第二開關和該第三開關，比較一第一電源的一第一電壓與一第二電源的一第二電壓，其中，當該第一電壓大於該第二電壓時，該控制器控制該第一電源在一充電模式下經由該第一開關和該第二開關對該第二電源進行充電，當該第二電壓大於該第一電壓時，該控制器控制該第二電源在一負載供電模式下經由該第二開關和該第三開關向一發光二極體供電。
本發明還提供一種向一發光二極體供電之方法，包括：比較一第一電源的一第一電壓與一第二電源的一第二電壓；當該第一電壓大於該第二電壓時，在一第一模式 下交替地導通一第一開關和一第二開關，並斷開一第三開關，其中，該第一電源在該第一模式下經由該第一開關和該第二開關對該第二電源進行充電；以及在一第二模式下交替地導通該第二開關和該第三開關，並且斷開該第一開關，其中，該第二電源在該第二模式下經由該第二開關和該第三開關向該發光二極體供電。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。
圖2所示為根據本發明一個實施例的電源系統200的方塊圖。在圖2所示的實施例中，電源系統200包含第一電源(例如，適配器202)、第二電源(例如，電池210)、開關203、205和207、控制器206以及負載，如發光二極體208。適配器202接收一交流電壓或者一直流電壓並輸出一直流電壓(例如，適配器輸出電壓VAD )。在一個實施例 中，電源系統200可選擇性地工作於充電模式或者負載供電模式。控制器206與適配器202和電池210相耦接，並比較適配器輸出電壓VAD 與電池電壓VBAT 。當適配器輸出電壓VAD 大於電池電壓VBAT 時，控制器206控制適配器202在充電模式下經由開關203和207對電池210進行充電。更具體地說，在充電模式下，控制器206斷開開關205，並且交替地導通開關203和207，進而使得適配器202對電池210進行充電。適配器202可根據電池210的狀態(例如，電池電壓)對電池進行定電流充電或者定電壓充電。當電池電壓VBAT 大於適配器輸出電壓VAD 時，控制器206控制電池210在負載供電模式下經由開關205和207對發光二極體208進行供電。更具體地說，在負載供電模式下，控制器206斷開開關203，並且交替地導通開關205和207，進而使得電池210對發光二極體208進行供電。在一個實施例中，控制器206可與開關203、205和207一起整合於積體電路(這裏稱為控制電路220)中。儘管將電源系統200與適配器202、電池210和發光二極體208相聯繫進行描述，但是本發明並不局限於此。適配器202和電池210可以由其他類型的電源所替換；發光二極體208也可以由多個LED光源或者其他類型和數目的光源或者負載所替換。
在一個實施例中，控制器206包含輸出埠CTR1、CTR2和CTR3。輸出埠CTR1用於控制開關203；輸出埠CTR2用於控制開關205；輸出埠CTR3用於控制開關207。開關203、205和207可為N通道金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET)。當輸出埠CTR1、CTR2或者CTR3的輸出控制信號為邏輯高電位時，相對應的開關203、205或者207導通；當輸出埠CTR1、CTR2或者CTR3的輸出控制信號為邏輯低電位時，相對應的開關203、205或者207斷開。控制器206還包含輸入埠VAD、VBAT、ICHG、VLED、ILED以及UVLS。輸入埠VAD用於檢測適配器輸出電壓VAD ；輸入埠VBAT用於檢測電池電壓VBAT ；在埠VBAT的配合下，輸入埠ICHG透過監測感應電阻216兩端的電壓V216 來檢測電池210的充電電流ICHG ；埠VLED接收表示發光二極體208的陽極電壓VLED 的信號；在埠VLED的配合下，埠ILED透過監測感應電阻212的電壓V212 來檢測流經發光二極體208的電流ILED ；埠UVLS與分壓電阻230相耦接，並接收一指示電池電壓VBAT 的電壓VUVLS (例如，電壓VUVLS 與電池電壓VBAT 成比例)。在一個實施例中，控制器206基於電壓VUVLS 調節一可調節參考電壓VADJ 。控制器206根據可調節參考電壓VADJ 調節流經發光二極體208的電流ILED 。控制器206還進一步包括用於指示電池210狀態(例如，電池210是否充電完成)的埠STATUS。
當適配器202與電源(例如，120伏商用供電電壓)相耦接時，適配器202將一電源電壓轉換成直流電壓VAD 。控制器206比較適配器202所輸出之適配器輸出電壓VAD 與電池電壓VBAT 。在一個實施例中，當適配器輸出電壓VAD 大於電池電壓VBAT 並且電池210沒有完成充電(例如，電池電壓VBAT 小於一個臨限值)時，電源系統200工作於充電模式。
圖3A所示為在充電模式下，控制器206的輸出埠CTR1、CTR2和CTR3的輸出控制信號的示例性時序圖。如圖3A所示，輸出埠CTR1和CTR3的輸出控制信號是非疊加的脈衝信號，如脈波寬度調變(PWM)信號，用以交替地導通開關203和207。輸出埠CTR2的輸出控制信號為邏輯低電位進而斷開開關205。
如圖2所示，在充電模式下，開關203和207、電感214以及電容213做為降壓轉換器(buck converter)為電池210充電。更具體地說，當開關203導通且開關207斷開時，適配器202經由電感214對電池210充電。同時，電感214儲存能量。當開關203斷開且開關207導通時，電感214放電以對電池210提供電能。
在一個實施例中，控制器206檢測電池電壓VBAT 和電池210的充電電流來控制充電過程。更具體地，在充電模式下，控制器206比較電池電壓VBAT 與預定臨限值VTH ，控制開關203的責任週期來調節適配器202提供給電池210的充電電能。當電池電壓VBAT 小於預定臨限值VTH 時，控制器206控制開關203和207進而在定電流階段對電池210充電，即以恒定的電流對電池210進行充電。例如，當感應電阻216的電壓V216 大於參考電壓VBATREF 時，即表示充電電流ICHG 大於預定充電電流IBATREF 時，控制器206透過減小開關203的責任週期來減小充電電流ICHG ；當感應電阻216的電壓V216 小於參考電壓VBATREF 時，即表示充電電流ICHG 小於預定充電電流IBATREF 時，控制器206透過增加開關203的責任週期來增大充電電流ICHG 。然而，當電池電壓VBAT 增 加至預定臨限值VTH 時，控制器206控制開關203和207，進而在定電壓階段對電池210充電，即在一個實施例中，充電電壓可以保持為預定臨限值VTH 。
控制器206還可以檢測電池210的參數，例如電壓、溫度以及電流等，進而確定是否有異常或者非期望的情況發生。在一個實施例中，控制器206比較所檢測到的電池電壓VBAT 與過電壓臨限值VOV ，以確定是否有過電壓的情況發生。如果檢測到的電池電壓VBAT 大於過電壓臨限值VOV ，則控制器206斷開開關203和207，進而結束對電池210的充電。
控制器206還可比較用於指示電池210的充電電流ICHG 的信號(例如，感應電阻216的電壓V216 )與表示過充電電流IOC 的預設臨限值VOC ，進而確定是否有過電流的情況發生。如果感應電阻216的電壓V216 大於表示過充電電流IOC 的預設臨限值VOC ，控制器206則斷開開關203和207，進而結束對電池210的充電。
控制器206還可以將來自熱敏電阻(未在圖2中顯示)的檢測信號與過溫度臨限值VOT 進行比較，進而確定是否有溫度過高的情況發生。如果檢測信號大於臨限值VOT ，控制器206將開關203和207斷開，進而結束對電池210的充電。
在充電模式下，控制器206還可以根據電池電壓VBAT 以及充電電流ICHG 檢測電池之阻值RBAT ，如方程式(1)所示.RBAT =VBAT /ICHG (1)
由此，控制器206可根據電池之阻值RBAT 來確定電池類型。如果控制器206確定的電池類型為非可再充電電池(例如，鹼性電池)，控制器206則結束對電池210的充電進而保護電池210和電源系統200。
此外，電源系統200還可工作於負載供電模式。圖3B所示為在負載供電模式下，控制器206的輸出埠CTR1、CTR2和CTR3的輸出控制信號的示例性時序圖。如圖3B所示，輸出埠CTR2和CTR3的輸出控制信號是非疊加的脈衝信號，如PWM信號，用以交替地導通開關205和207。輸出埠CTR1的輸出控制信號為邏輯低電位進而斷開開關203。
在負載供電模式下，開關205和207，電感214以及電容211和213做為降壓-升壓轉換器(buck-boost converter)為發光二極體208供電。更具體地，當開關207導通且開關205斷開時，電池210對電感214充電。當開關207斷開且開關205導通時，電池210以及電感214一起向發光二極體208供電。在這一實施例中，透過可調節的責任週期交替地導通開關205和207，在發光二極體208的一端產生大於電池電壓VBAT 的電壓V1 。這樣，發光二極體208的電壓V208 就等於V1 與電池電壓VBAT 之間的差值。在一個實施例中，透過降壓-升壓轉換器的操作，發光二極體208的電壓V208 可以大於或者小於電池電壓VBAT 。這樣，電源系統200可以對不同類型以及不同數目的負載供電，進而提高了電源系統200的靈活性。
在一個實施例中，控制器206透過埠VLED和ILED檢測流經發光二極體208的電流ILED ，並且根據可調節參考電 壓VADJ 來控制開關207的責任週期進而調節電流ILED 。圖2A中所示為圖2中所示的電源系統中的可調節參考電壓VADJ 和電壓VUVLS 之間關係的示意圖。如圖2A所示，當電壓VUVLS 大於第一臨限值V1時，控制器206調節可調節參考電壓VADJ 至第一恒定電壓值VLED1 。這樣，控制器206將流經發光二極體208的電流ILED 調節至第一預定電流ILEDREF1 。當電壓VUVLS 小於第二臨限值V2時，控制器206調節可調節參考電壓VADJ 至第二恒定電壓值VLED2 。這樣，控制器206將流經發光二極體208的電流ILED 調節至第二預定電流ILEDREF2 。當電壓VUVLS 小於第一臨限值V1但是大於第二臨限值V2時，控制器206調節可調節參考電壓VADJ 隨電壓VUVLS 而變化。在一個實施例中，可調節參考電壓VADJ 根據電壓VUVLS 線性變化。由於電壓VUVLS 與電池電壓VBAT 成比例，因此可調節參考電壓VADJ 根據電池電壓VBAT 線性變化。這樣，控制器206根據電池電壓VBAT 調節電流ILED ，使電流ILED 根據電池電壓VBAT 線性變化。有利之處在於，電池的工時得以延長，因此，發光二極體208的工時也得以延長。
如圖2所示，控制器206比較指示電流ILED 的信號(例如，感應電阻212的電壓V212 )與可調節參考電壓VADJ ，並根據比較結果控制開關205和207。如果電壓V212 大於可調節參考電壓VADJ (例如，電流ILED 增大)，控制器206減小開關207的責任週期，進而減小電流ILED 。如果電壓V212 小於可調節參考電壓VADJ (如，電流ILED 減小)，控制器206增大開關207的責任週期，進而增大電流ILED 。這樣，流經發光二極體208的電流ILED 根據圖2A中所示的可調節參考 電壓VADJ 得以調節。
有利之處在於，在充電模式下和負載供電模式下，開關203，205和207、電感214以及電容211和213可以做為降壓轉換器和降壓-升壓轉換器，因此電源系統200的靈活性提高。電源系統200可支援各種不同的類型的負載和電源。在電源系統200中，一條電源鏈(例如，包括控制電路220的轉換器)代替傳統電源系統100中的兩條電源鏈(例如，充電器106和轉換器104)。因此，電源系統200的功率能耗降低。而且，電源系統200的複雜性降低，進而增強了系統的可靠性。此外，電源系統200的PCB尺寸和成本也相應減少。
圖4所示為根據本發明一實施例圖2中所示之控制電路220的結構示意圖。圖4結合圖2進行描述。如圖4所示，控制電路220包括振盪器411、比較器413和417、誤差放大器415、416和419、選擇器414、正反器412、及閘421和422、開關203、205和207、加法器431、放大器432、斜坡信號產生器433、減法器434和436以及電壓調整器440。
在一個實施例中，比較器413比較埠VBAT的電池電壓VBAT 與埠VAD的電壓VAD ，產生一比較信號以致能或者除能誤差放大器415、416和419。在一個實施例中，一電流源446的輸出端、誤差放大器415的輸出端以及誤差放大器419的輸出端耦接至一共同節點。在圖4所示的實施例中，誤差放大器415和誤差放大器419為或(OR)耦接。在一個實施例中，在充電模式下(即，當適配器輸出電壓VAD 大於 電池電壓VBAT 時)，比較器413致能誤差放大器415和419；在負載供電模式下(即，當適配器輸出電壓VAD 小於電池電壓VBAT 時)，比較器413致能誤差放大器416。當誤差放大器415被致能時，比較指示電池210的充電電流的信號(例如，由減法器434輸出的表示電阻216的電壓V216 的信號)與參考電壓信號VBATREF ，並根據比較結果控制共同節點處的輸出電壓VCMP1 。當誤差放大器419被致能時，比較電池電壓VBAT 與預定臨限值VTH ，並根據比較結果控制共同節點處的輸出電壓VCMP1 。當誤差放大器416被致能時，比較指示流經發光二極體208的電流的信號(例如，由減法器436輸出的表示感應電阻212的電壓V212 的信號)與可調節參考電壓信號VADJ ，並根據比較結果控制輸出電壓VCMP2 。在一個實施例中，選擇器414耦接至誤差放大器415、416和419，選擇輸出電壓VCMP1 或者VCMP2 ，並將所選中的輸出電壓作為選擇器414的輸出電壓VTOP 。更具體地，當適配器輸出電壓VAD 大於電池電壓VBAT ，比較器413致能誤差放大器415和419時，選擇器414選擇輸出電壓VCMP1 做為輸出電壓VTOP ；當適配器輸出電壓VAD 小於電池電壓VBAT ，比較器413致能誤差放大器416時，選擇器414選擇輸出電壓VCMP2 做為輸出電壓VTOP 。比較器417接收輸出電壓VTOP 。
在一個實施例中，加法器431的一端耦接至放大器432以接收信號VSEN ，信號VSEN 指示流經電感214的電流ISW ；加法器431的另一端耦接至斜坡信號產生器433以接收斜坡信號RAMP。由此，加法器431的輸出電壓VSW 即為信號VSEN 和信號RAMP的總和。比較器417比較加法器431的輸出電 壓VSW 與選擇器414的輸出電壓VTOP ，並提供一輸出至正反器412的R端以控制開關203、205和207。正反器412的S端耦接至振盪器411以接收時脈信號CLK。例如，時脈信號CLK具有1M赫茲的頻率。正反器412的反相輸出端QB控制開關207。此外，正反器412的非反相輸出端在比較器417的配合下，透過及閘421和422來控制開關203和205。
在操作中，當適配器輸出電壓VAD 大於電池電壓VBAT 時，比較器413的輸出具有第一狀態(例如，邏輯高電位)，進而使電源系統200工作於充電模式。在充電模式下，誤差放大器415和419被致能，而誤差放大器416被除能；及閘422斷開開關205。正反器412以及及閘421交替地導通開關203和207。根據輸出電壓VSW 與選擇器414的輸出電壓VTOP 的比較結果，正反器412還控制開關203和207的責任週期進而控制電池210的充電電能。
更具體地，在充電模式下，當電池電壓VBAT 小於預定臨限值VTH 時，控制電路220控制開關203和207，進而在定電流階段對電池210進行充電。誤差控制器415比較指示電池210的充電電流的信號(例如，電阻216的電壓V216 )與參考電壓VBATREF ，並控制輸出電壓VCMP1 。選擇器414選擇輸出電壓VCMP1 做為選擇器的輸出電壓VTOP 。由此，正反器412根據輸出電壓VTOP 與輸出電壓VSW 的比較結果控制開關203和207的責任週期。
圖5所示為根據本發明一實施例的與圖4中的正反器412相關的信號時序圖。當電壓V216 小於參考電壓VBATREF 時， 即充電電流ICHG 小於預定充電電流IBATREF 時，輸出電壓VCMP1 增大。輸出電壓VTOP 因此增大。如圖5所示，正反器412輸出端Q的責任週期增大，開關203的責任週期增大，進而相應地增大電池210的充電電流ICHG 。當電壓V216 大於參考電壓VBATREF 時，即充電電流ICHG 大於預定充電電流IBATREF 時，輸出電壓VCMP1 減小。輸出電壓VTOP 因此減小。如圖5所示，正反器412輸出端Q的責任週期減小，開關203的責任週期減小，進而相應地減小電池210的充電電流ICHG 。由此，在定電流階段，充電電流ICHG 被調節至預定充電電流IBATREF 。
當電池電壓VBAT 達到預定臨限值VTH 時，控制電路220控制開關203和207，進而在定電壓階段對電池210進行充電。在定電壓階段，誤差放大器419比較電池電壓VBAT 與預定臨限值VTH ，並控制輸出電壓VCMP1 。例如，當電池電壓VBAT 大於預定臨限值VTH 時，輸出電壓VCMP1 減小。相應地，輸出電壓VTOP 也減小。由此，開關203的責任週期減小，進而減小充電電壓。由此，在定電壓階段，充電電壓被調節至預預定臨限值VTH 。
當適配器輸出電壓VAD 小於電池電壓VBAT 時，比較器413的輸出具有第二狀態(例如，邏輯低電位)，進而使電源系統200工作於負載供電模式。在負載供電模式下，誤差放大器415和419被除能，而誤差放大器416致能。在負載供電模式下，及閘421斷開開關203。正反器412在及閘422的配合下，交替地導通開關205和207。根據輸出電壓VSW 與選擇器414的輸出電壓VTOP 的比較結果，正反器412 還控制開關205和207的責任週期進而控制流經發光二極體208的電流。
更具體地，在負載供電模式下，誤差放大器416比較指示流經發光二極體208的電流的信號(如，感應電阻212的電壓V212 )與可調節參考電壓VADJ 。電壓調整器440根據電壓VUVLS 對可調節參考電壓VADJ 進行調節。在一個實施例中，電壓VUVLS 指示電池電壓(例如，與電池電壓VBAT 成比例)。當電壓VUVLS 大於第一臨限值V1時，電壓調整器440調節可調節參考電壓VADJ 至第一恒定電壓值VLED1 。當電壓VUVLS 小於第二臨限值V2時，電壓調整器440調節可調節參考電壓VADJ 至第二恒定電壓值VLED2 。當電壓VUVLS 小於第一臨限值V1但是大於第二臨限值V2時，電壓調整器440調節可調節參考電壓VADJ 隨電壓VUVLS 線性變化。由於電壓VUVLS 與電池電壓VBAT 成比例，因此可調節參考電壓VADJ 隨電池電壓VBAT 線性變化。
根據感應電阻212的電壓V212 與可調節參考電壓VADJ 的比較結果，誤差放大器416控制輸出電壓VCMP2 。選擇器414選擇輸出電壓VCMP2 做為其輸出電壓VTOP 。由此，正反器412根據輸出電壓VTOP 與輸出電壓VSW 的比較結果來控制開關205和207的責任週期。當電壓V212 小於可調節參考電壓VADJ 時，即流經發光二極體208的電流ILED 減小時，輸出電壓VCMP2 減小。輸出電壓VTOP 也相應地減小。如圖5所示，正反器412反相輸出端QB的責任週期增大，開關207的責任週期增大，進而相應地增大電流ILED 。當電壓V212 大於可調節參考電壓VADJ 時，即流經發光二極體208的電流ILED 增大時，輸出電壓VCMP2 增大。輸出電壓VTOP 也相應地增大。如圖5所示，正反器412反相輸出端QB的責任週期減小，開關207的責任週期減小，進而相應地減小電流ILED 。由此，根據可調節參考電壓VADJ 對流經發光二極體208的電流ILED 進行調節。因此，當電壓VUVLS 大於第一臨限值V1時，電流ILED 被調節至第一預設電流ILEDREF1 ；當電壓VUVLS 小於第二臨限值V2時，電流ILED 被調節至第二預設電流ILEDREF2 ；當電壓VUVLS 小於第一臨限值V1且大於第二臨限值V2時，電流ILED 被調節為隨電池電壓VBAT 而線性變化。
當異常或者非期望情況(如過電流、過電壓或者過溫度)發生時，控制電路220還可透過結束對電池的充電來保護電源系統200。在一個實施例中，控制電路220可以包括比較器(未在圖4中示出)將電池電壓VBAT 與過電壓臨限值VOV 進行比較，進而確定是否有過電壓情況發生。控制電路220可以包括比較器(未在圖4中示出)將電阻216的電壓V216 與表示過充電電流IOC 的預設臨限值VOC 進行比較，進而確定是否有過電流情況發生。控制電路220可以包括比較器(未在圖4中示出)將來自熱敏電阻(未在圖4中示出)的信號與過溫度臨限值VOT 進行比較，進而確定是否有過溫度情況發生。當有任一異常情況發生時，控制電路220斷開開關203和207結束對電池210的充電以保護電源系統200。
控制電路220還可以檢測電池類型，並且當電池是非可再充電電池(如，鹼性電池)時，結束對電池210的充電。由此，控制電路220可以保護電池210和電源系統200。
圖6所示為根據本發明一實施例電源系統操作流程圖600。結合圖2和圖4對圖6進行說明。
在步驟602中，電源系統(例如，電源系統200)比較第一電源的一第一電壓與第二電源(例如，電池)的一第二電壓。當第一電源的第一電壓大於第二電源的第二電壓時，電源系統200工作於第一模式(例如，充電模式)。當第一電源的第一電壓小於第二電源的第二電壓時，電源系統200工作於第二模式(例如，負載供電模式)。
當電源系統200工作於充電模式時，進入步驟604。在步驟604中，在一實施例中，電源系統200交替地導通第一開關(例如，開關203)和第二開關(例如，開關207)並斷開第三開關(例如，開關205)來對第二電源(例如，電池210)進行充電。在步驟606中，電源系統200透過調節開關203和開關207的責任週期來調節第一電源對第二電源的充電電能。
更具體地，當第二電源的電壓(例如，電池電壓VBAT )小於預定臨限值VTH 時，電源系統200在定電流階段對第二電源進行充電。在定電流階段，電源系統200比較充電電流ICHG 與預定充電電流IBATREF 。當充電電流ICHG 大於預定充電電流IBATREF 時，電源系統200減小第一開關203的責任週期進而減小充電電流ICHG ；當充電電流ICHG 小於預定充電電流IBATREF 時，電源系統200增大第一開關203的責任週期進而增大充電電流ICHG 。因此，充電電流ICHG 被調節至預定充電電流IBATREF 。
當第二電源的電壓(例如，電池電壓VBAT )達到預定臨 限值VTH 時，電源系統200在定電壓階段對第二電源進行充電。在定電壓階段，電源系統200比較電池電壓VBAT 與預定臨限值VTH ，並控制開關203和207的責任週期進而將充電電壓調節至預定臨限值VTH 。因此，在定電壓階段對第二電源進行充電。
當電源系統200工作於負載供電模式時，進入步驟603。在步驟603中，電源系統200將開關203斷開，並交替地導通開關207和開關205，以向負載(例如，發光二極體208)供電。在步驟605中，電源系統200根據流經發光二極體208的電流ILED 與可調節參考電流IADJ 的比較結果來調節開關207和開關205的責任週期。在一個實施例中，根據與電池電壓VBAT 成比例電壓VUVLS 來可調節參考電流IADJ 。當電壓VUVLS 大於第一臨限值V1時，可調節參考電流IADJ 被調節至第一預設電流ILEDREF1 ；當電壓VUVLS 小於第二臨限值V2時，可調節參考電流IADJ 被調節至第二預設電流ILEDREF2 ；當電壓VUVLS 小於第一臨限值V1且大於第二臨限值V2時，可調節參考電流IADJ 被調節為隨電壓VUVLS 和電池電壓VBAT 而線性變化。
當流經發光二極體208的電流ILED 大於可調節參考電流IADJ 時，電源系統200減小開關207的責任週期以減小電流ILED ；當電流ILED 小於可調節參考電流IADJ 時，電源系統200增大開關207的責任週期以增大電流ILED 。因此，根據可調節參考電流IADJ 對電流ILED 進行調節。這樣，當電壓VUVLS 大於第一臨限值V1時，電流ILED 被調節至第一預設電流ILEDREF1 ；當電壓VUVLS 小於第二臨限值V2時，電流ILED 被調節至第二預設電流ILEDREF2 ；當電壓VUVLS 小於第一臨限值V1且大於第二臨限值V2時，電流ILED 被調節為隨電池電壓VBAT 而線性變化。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。
100‧‧‧電源系統
102‧‧‧適配器
103‧‧‧開關
104‧‧‧直流/直流(DC/DC)轉換器
105‧‧‧開關
106‧‧‧充電器
108‧‧‧發光二極體
110‧‧‧電池
200‧‧‧電源系統
202‧‧‧適配器
203‧‧‧開關
205‧‧‧開關
206‧‧‧控制器
207‧‧‧開關
208‧‧‧發光二極體
210‧‧‧電池
211‧‧‧電容
212‧‧‧感應電阻
213‧‧‧電容
214‧‧‧電感
216‧‧‧感應電阻
220‧‧‧控制電路
230‧‧‧分壓電阻
411‧‧‧振盪器
412‧‧‧正反器
413‧‧‧比較器
414‧‧‧選擇器
415、416‧‧‧誤差放大器
417‧‧‧比較器
419‧‧‧誤差放大器
421、422‧‧‧及閘
431‧‧‧加法器
432‧‧‧放大器
433‧‧‧斜坡信號產生器
434、436‧‧‧減法器
440‧‧‧電壓調整器
446‧‧‧電壓源
600‧‧‧流程圖
602、603、604、605、606‧‧‧步驟
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1所示為傳統電源系統的方塊圖。
圖2所示為根據本發明一實施例電源系統的方塊圖。
圖2A中所示為圖2中所示的電源系統中的可調節參考電壓VADJ 和電壓VUVLS 之間關係的示意圖。
圖3A所示為在充電模式下，控制器的輸出埠CTR1、CTR2和CTR3的輸出控制信號的示例性時序圖。
圖3B所示為在負載供電模式下，控制器的輸出埠CTR1、CTR2和CTR3的輸出控制信號的示例性時序圖。
圖4所示為根據本發明一實施例圖2中所示之控制電 路的結構示意圖。
圖5所示為根據本發明一實施例的與圖4中的正反器相關的信號時序圖。
圖6所示為根據本發明一實施例電源系統操作流程圖。
200‧‧‧電源系統
202‧‧‧適配器
203‧‧‧開關
205‧‧‧開關
206‧‧‧控制器
207‧‧‧開關
208‧‧‧發光二極體
210‧‧‧電池
211‧‧‧電容
212‧‧‧感應電阻
213‧‧‧電容
214‧‧‧電感
216‧‧‧感應電阻
220‧‧‧控制電路
230‧‧‧分壓電阻

Claims (19)

  1. 一種發光二極體供電系統，包括：具有一第一電壓的一第一電源；具有一第二電壓的一第二電源；以及一控制器，耦接至該第一電源和該第二電源，比較該第一電壓和該第二電壓，其中，當該第一電壓大於該第二電壓時，控制該第一電源在一充電模式下經由一第一開關和一第二開關對該第二電源充電，當該第二電壓大於該第一電壓時，控制該第二電源在一負載供電模式下經由該第二開關和一第三開關向一發光二極體供電，在該充電模式下，該控制器斷開該第三開關並且交替地導通該第一開關和該第二開關。
  2. 如申請專利範圍第1項的發光二極體供電系統，其中，當該第二電壓小於一預定臨限值時，該第一電源在一定電流階段對該第二電源進行充電，當該第二電壓達到該預定臨限值時，該第一電源在一定電壓階段對該第二電源進行充電。
  3. 如申請專利範圍第1項的發光二極體供電系統，其中，在該充電模式下，該控制器控制該第一開關的一責任週期來調節該第一電源對該第二電源的充電電能。
  4. 如申請專利範圍第1項的發光二極體供電系統，其中，在該負載供電模式下，該控制器斷開該第一開關並且交替地導通該第二開關和該第三開關。
  5. 如申請專利範圍第1項的發光二極體供電系統，其中，該控制器根據一可調節參考電壓控制該第二開關的一責任週期來調節流經該發光二極體的一電流，其中，該控制器根據指示該第二電壓的一第三電壓來調節該可調節參考電壓，當該第三電壓小於一第一臨限值且大於一第二臨限值時，該電流根據該第二電壓變化。
  6. 如申請專利範圍第1項的發光二極體供電系統，其中，該第二電源包含一電池，且其中，該控制器基於該電池之一阻值決定該電池之一電池類型，並且當該電池是一非可再充電電池時，則結束對該電池的充電。
  7. 一種發光二極體電能控制電路，包括：一第一開關；一第二開關，耦接至該第一開關；一第三開關，耦接於該第一開關和該第二開關之間；以及一控制器，耦接至該第一開關、該第二開關和該第三開關，比較一第一電源的一第一電壓與一第二電源的一第二電壓，其中，當該第一電壓大於該第二電壓時，該控制器控制該第一電源在一充電模式下經由該第一開關和該第二開關對該第二電源進行充電，當該第二電壓大於該第一電壓時，該控制器控制該第二電源在一負載供電模式下經由該第二開關和該第三開關向一發光二 極體供電。
  8. 如申請專利範圍第7項的發光二極體電能控制電路，其中，在該充電模式下，該控制器斷開該第三開關並且交替地導通該第一開關和該第二開關，在該負載供電模式下，該控制器斷開該第一開關並且交替地導通該第二開關和該第三開關。
  9. 如申請專利範圍第7項的發光二極體電能控制電路，其中，該控制器包括：一第一誤差放大器，比較指示該第一電源對該第二電源的一充電電能的一信號與一第一參考信號；以及一第二誤差放大器，與該第一誤差放大器耦接至一共同節點，比較該第二電壓與一第一預定臨限值，其中，該第一誤差放大器和該第二誤差放大器在該充電模式下被致能以控制該共同節點的一第一輸出電壓。
  10. 如申請專利範圍第9項的發光二極體電能控制電路，其中，該控制器還包括：一第三誤差放大器，根據指示流經該發光二極體的一電流的一信號與一可調節參考信號之間的一比較結果控制一第二輸出電壓，其中，該第三誤差放大器在該負載供電模式下被致能。
  11. 如申請專利範圍第10項的發光二極體電能控制電路，其中，該控制器還包括：一選擇器，耦接至該第一誤差放大器、該第二誤差放 大器和該第三誤差放大器，從該第一輸出電壓和該第二輸出電壓中選擇一電壓；以及一第一比較器，比較該選擇器所選之該電壓與一第三信號。
  12. 如申請專利範圍第11項的發光二極體電能控制電路，其中，在該充電模式下，該控制器根據該選擇器所選之該電壓與該第三信號的一比較結果調節該第一開關的一責任週期。
  13. 如申請專利範圍第11項的發光二極體電能控制電路，其中，在該負載供電模式下，該控制器根據該選擇器所選之該電壓與該第三信號的一比較結果調節該第二開關的一責任週期。
  14. 如申請專利範圍第11項的發光二極體電能控制電路，其中，該第三信號指示流經一電感的一電流，其中，該電感耦接於該第一開關和該第二開關之間，且其中，在該充電模式下，該電感與該第一開關和該第二開關做為一第一轉換器，在該負載供電模式下，該電感與該第二開關和該第三開關做為一第二轉換器。
  15. 如申請專利範圍第14項的發光二極體電能控制電路，其中，該第二電源包含一電池，且其中，該控制器基於該電池之一阻值決定該電池之一電池類型，並且當該電池是一非可再充電電池時，則結束對該電池的充電。
  16. 一種向一發光二極體供電之方法，包括：比較一第一電源的一第一電壓與一第二電源的一第 二電壓；當該第一電壓大於該第二電壓時，在一第一模式下交替地導通一第一開關和一第二開關，並斷開一第三開關，其中，該第一電源在該第一模式下經由該第一開關和該第二開關對該第二電源進行充電；以及在一第二模式下交替地導通該第二開關和該第三開關，並且斷開該第一開關，其中，該第二電源在該第二模式下經由該第二開關和該第三開關向該發光二極體供電。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，更包括：在該第一模式下，調節該第一開關的一責任週期以調節該第一電源對該第二電源的一充電電能。
  18. 如申請專利範圍第16項的方法，更包括：根據一可調節參考電流調節該第二開關的一責任週期以調節流經該發光二極體的一電流，其中，根據指示一第二電壓的一第三電壓調節該可調節參考電流，當該第三電壓小於一第一臨限值但是大於一第二臨限值時，流經該發光二極體的該電流根據該第二電壓而變化。
  19. 如申請專利範圍第16項的方法，其中，在該第一模式下，該第一開關和該第二開關與一電感做為一第一轉換器，在該第二模式下，該第二開關和該第三開關與該電感做為一第二轉換器。
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