TWI478622B - 具自適應調整之發光二極體控制電路 - Google Patents

Description

具自適應調整之發光二極體控制電路

本發明係關於一種發光二極體控制電路，更明確的說，係關於一種具自適應調整之發光二極體控制電路。

從照明市場面來看發光二極體(light emitting diode,LED)的應用，因其具有體積小、省電、發光驅動快速及發光壽命較長等優點，因此有越來越多照明裝置藉由發光二極體來取代傳統的照明光源。一般來說，發光二極體在正向電壓下運作，其兩端橫跨有一個臨界電壓值，當一電源所施加的電壓超過臨界電壓值時，發光二極體便會受激發並對外發出可見光，可見光的亮度正比於流經發光二極體的電流，隨著電流增大，發光二極體的亮度就越亮，然而，在實際的應用下往往係將電流固定或限制在特定的數值之內，除可維持一致且穩定的發光亮度外，亦可延長發光二極體的使用壽命。

請參考第1圖，第1圖為先前技術之發光二極體驅動電路之示意圖。台灣公告專利案I220047揭示一種發光二極體驅動電路10，其能在無濾波電容之設計下由供應電源之正向部份電壓直接驅動發光二極體。發光二極體驅動電路10包含一供應電源11、一橋式整流器12、一由複數個電流控制單元I1-In所組成的電流導向控制電路13，以及用來偵測供應電源11之電壓準位的電壓偵測電路14。當電壓偵測電路14偵測到交流電壓大於二極體D1之導通電壓時，電流控制單元I1導通以點亮二極體D1。接著，當電壓偵測電路20偵測到交流電壓大於二極體D1和D2之導通電壓時，電流控制單元I1截止且另一電流控制單元I2導通以點亮二極體D1和D2。

在此架構中，由於發光二極體D1-Dn在不同的電流路徑上會重複的導通，但發光二極體D1-Dn各串導通的時間也不相同，導致發光二極體D1-Dn無法有相同的亮度，且因為電流通過的時間長短不同，引起不同的衰減效應，所以在長期使 用後，各串發光二極體將顯現不均勻的發光亮度問題。

因此，本發明之一目的在於提供一種具自適應調整之發光二極體控制電路，以更準確的控制及驅動發光二極體。

本發明係提供一種發光二極體控制電路，用以控制複數個發光單元，該發光二極體控制電路包含一驅動器、一計數器以及一控制器，每一發光單元包含至少一發光二極體以及一開關。該驅動器接收一交流訊號以輸出一驅動訊號，藉由該驅動訊號點亮該些發光單元。該計數器根據驅動訊號之電壓值為一基準值時，自一起始值開始計數。該控制器根據該計數器之計數到達一預定數目時，控制至少一發光單元之開關使該發光單元之發光二極體接收該驅動訊號，當該發光單元之發光二極體接收該驅動訊號時，該控制器偵測該發光單元是否被點亮，並據以調整該預定數目。

請參考第2圖，第2圖為本發明之發光二極體控制電路之第一實施例之示意圖。發光二極體控制電路20用以控制複數個發光單元L1~L4，發光二極體控制電路20包含一驅動器21、一計數器22以及一控制器23。在第一實施例中，四組發光單元L1~L4係為串聯連接，每一發光單元包含二個串聯連接之發光二極體，以及開關並聯連接於複數個串聯之發光二極體，例如發光單元L1包含發光二極體G1及開關P1。驅動器21接收交流訊號Vac，並對交流訊號Vac進行半波整流或全波整流，以輸出驅動訊號Vin，控制器23藉由斷開發光單元之開關P1~P4，以將驅動訊號Vin傳送到複數個串聯之發光二極體G1~G4。計數器22根據驅動訊號Vin之電壓值為基準值(通常為零)時，自起始值(通常為零)開始計數，當計數器22之計數到達預定數目時，控制器23斷開至少一發光單元之開關使發光單元之發光二極體接收驅動訊號，並偵測發光單元是否被點亮，據以調整預定數目。

交流訊號Vac經由驅動器21進行半波整流或全波整流後，產生之驅動訊號Vin為半正弦波，較大的驅動訊號Vin之電壓值可驅動更多串聯之發光二極體。因為二個以上發光單元之開關同時被斷開時，發光單元之發光二極體將全部串聯連接在一起，所以控制器23可根據驅動訊號Vin之電壓值設定點亮發光單元的數目，並藉由計數器22來控制點亮發光單元的時間，當計數器22之計數到達預定數目時，控制器23斷開發光單元之開關將驅動訊號傳送到發光二極體，通常只要藉由偵測發光二極體之電流即可得知發光單元是否被點亮。因此，本發明具自適應調整之發光二極體控制電路20利用計數器22進行發光二極體之驅動控制，並且透過偵測發光單元是否被點亮，據以調整計數器22之計數，以更準確的控制點亮發光單元的時間。

請參考第3A圖至第3C圖，第3A圖至第3C圖為第一實施例之發光二極體控制電路20之操作時序之示意圖。圖中縱座標表示電壓值，橫座標表示時間。如第3A圖所示，驅動訊號Vin之電壓值為零時，計數器自計數T0開始計數。半正弦波下方的符號表示控制器23點亮之發光單元，此時後其他發光單元則關閉，例如，於計數T4時，控制器23斷開開關P1、P2、P3、P4，並偵測發光單元L1、L2、L3、L4是否被點亮。在第一實施例中，在計數器22自零開始計數之期間，也就是在一個半正弦波之驅動訊號Vin中，每一發光單元L1~L4之開關P1~P4被控制器23開啟之次數相同，這樣安排的好處是每一發光單元被點亮的時間差異較小，發光二極體亮度較均勻。

在計數T0與計數T5之期間，驅動訊號Vin之電壓值上升，此期間若控制器23偵測到發光單元被點亮，則減少預定數目，若控制器23偵測到發光單元未被點亮，則增加預定數目。例如，計數T2的預定數目是256，當計數器22之計數到達256時，控制器23斷開開關P1、P2，並偵測發光單元L1、 L2是否被點亮，若控制器23偵測到發光單元L1、L2被點亮，則將計數T2的預定數目調整為255，若控制器23偵測到發光單元L1、L2未被點亮，則將計數T2的預定數目調整為257。

另一方面，在計數T5與計數T9之期間，驅動訊號Vin之電壓值下降，此期間若控制器23偵測到發光單元被點亮，則增加預定數目，若控制器23偵測到發光單元未被點亮，則減少預定數目。例如，計數T7的預定數目是896，當計數器22之計數到達896時，控制器23斷開開關P3、P4，並偵測發光單元L3、L4是否被點亮，若控制器23偵測到發光單元L3、L4被點亮，則將計數T7的預定數目調整為897，若控制器23偵測到發光單元L3、L4未被點亮，則將計數T7的預定數目調整為895。

相較於先前技術，本發明之發光二極體控制電路20在交流電源的電壓變化時或發光二極體的導通電壓飄移時可自適應調整至最佳化的驅動控制。如第3B圖所示，控制器23在交流電源的電壓變化時進行的自適應調整。當交流電源穩定時，控制器23在預定數目256斷開開關P1、P2，此時驅動訊號31之電壓值已大於發光二極體的導通電壓值，在下一個週期，控制器23將在預定數目255斷開開關P1、P2，因為驅動訊號32之電壓值已小於發光二極體的導通電壓值，所以預定數目又調整為256。當交流電源不穩定造成驅動訊號33變小時，控制器23在之後的週期增加預定數目，當控制器23在預定數目260斷開開關P1、P2時，驅動訊號34之電壓值大於發光二極體的導通電壓值，此時再將預定數目調整為259。

如第3C圖所示，控制器在發光二極體的導通電壓飄移時進行的自適應調整。控制器23在預定數目896斷開開關P3、P4，此時驅動訊號36之電壓值已大於發光二極體的導通電壓值，在下一個週期，控制器將在預定數目897斷開開關P1、P2，因為驅動訊號37之電壓值已小於發光二極體的導通電壓值，所以預定數目又調整為896。當發光二極體的導通電壓飄 移時，驅動訊號38之電壓值大於發光二極體的導通電壓值，控制器23在之後的週期增加預定數目，當控制器在預定數目900斷開開關P3、P4時，驅動訊號39之電壓值大於發光二極體的導通電壓值，此時再將預定數目調整為899。

從上述預定數目之調整可知，本發明之發光二極體控制電路20在運作時，即使初始時預定數目與最佳數目有較大誤差，但控制器23在偵測發光單元是否被點亮並據以調整預定數目之後，預定數目將逐漸被調整到最佳數目，換句話說，面對訊號的變動，發光二極體控制電路可自適應調整。再者，開關控制的準確度由計數器之計數能力決定，例如計數器每秒可計數100萬次，則開關控制的準確度可達百萬分之一秒，因此，本發明之發光二極體控制電路也非常容易控制準確度。

請參考第4圖，第4圖為本發明之發光二極體控制電路之第二實施例之示意圖。在第二實施例中，發光二極體控制電路40控制四組發光單元U1~U4係為並聯連接，第一至第四組發光單元U1~U4分別包含一至四個串聯連接之發光二極體，以及開關串聯連接於發光二極體C1~C4。驅動器41接收交流訊號Vac以輸出驅動訊號Vin，控制器43藉由導通發光單元U1~U4之開關N~N4，以將驅動訊號Vin傳送到發光二極體C1~C4。與第一實施例相同的是，計數器42根據驅動訊號Vin之電壓值為基準值(通常為零)時，自起始值(通常為零)開始計數，當計數器42之計數到達預定數目時，控制器43導通至少一發光單元之開關使發光單元之發光二極體接收驅動訊號，並偵測發光單元是否被點亮，據以調整預定數目。

請參考第5圖，第5圖為第二實施例之發光二極體控制電路40之操作時序之示意圖。因為四組發光單元U1~U4具有不同串聯數量之發光二極體，所以控制器43可根據驅動訊號Vin之電壓值設定點亮之發光單元，並藉由計數器42來控制點亮發光單元的時間。例如，於計數T1時，控制器43導通開關N1，若控制器43偵測到發光單元U1未被點亮，則增加計 數T1的預定數目，隨著驅動訊號Vin之電壓值上升，於計數T3時，控制器43導通開關N3，若控制器43偵測到發光單元U3被點亮，則減少計數T3的預定數目，當超過計數T5之後，驅動訊號Vin之電壓值下降，於計數T7時，控制器43導通開關N2，若控制器43偵測到發光單元U2被點亮，則增加計數T7的預定數目，若控制器43偵測到發光單元U2未被點亮，則減少計數T7的預定數目。此外，控制器43根據發光單元U1~U4具有的發光二極體數量循序點亮，在計數器42自零開始計數之期間，每一發光單元U1~U4之開關N1~N4被控制器43導通之次數相同。

綜上所述，本發明之發光二極體控制電路包含一驅動器、一計數器以及一控制器，發光二極體控制電路用以控制複數個發光單元，每一發光單元包含至少一發光二極體以及一開關，驅動器接收交流訊號以輸出驅動訊號，藉由驅動訊號點亮發光單元，計數器根據驅動訊號之電壓值為基準值時，自重置開始計數，控制器根據計數器之計數到達預定數目時，控制至少一發光單元之開關使發光單元之發光二極體接收驅動訊號，當發光單元之發光二極體接收驅動訊號時，控制器偵測發光單元是否被點亮，並據以調整預定數目。本發明具自適應調整之發光二極體控制電路利用計數器進行發光二極體之驅動控制，並即時調整計數器之計數，達到更準確的控制點亮發光單元的時間。

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‧‧‧發光二極體驅動電路

11‧‧‧供應電源

12‧‧‧橋式整流器

13‧‧‧電流導向控制電路

14‧‧‧電壓偵測電路

I1-In‧‧‧電流控制單元

20、40‧‧‧發光二極體控制電路

21、41‧‧‧驅動器

22、42‧‧‧計數器

23、43‧‧‧控制器

L1~L4、U1~U4‧‧‧發光單元

G1~G4、C1~C4‧‧‧發光二極體

P1~P4、N1~N4‧‧‧開關

Vac‧‧‧交流訊號

Vin‧‧‧驅動訊號

第1圖為先前技術之發光二極體驅動電路之示意圖。

第2圖為本發明之發光二極體控制電路之第一實施例之示意圖。

第3圖為第一實施例之發光二極體控制電路之操作時序之示意圖。

第4圖為本發明之發光二極體控制電路之第二實施例之示意圖。

第5圖為第二實施例之發光二極體控制電路之操作時序之示意圖。

20‧‧‧發光二極體控制電路

21‧‧‧驅動器

22‧‧‧計數器

23‧‧‧控制器

L1~L4‧‧‧發光單元

G1~G4‧‧‧發光二極體

P1~P4‧‧‧開關

Vac‧‧‧交流訊號

Vin‧‧‧驅動訊號

Claims (9)

1. 一種具自適應調整之發光二極體控制電路，用以控制複數個發光單元，每一發光單元包含至少一發光二極體以及一開關，該發光二極體控制電路包含：一驅動器，用以接收一交流訊號以輸出一驅動訊號，藉由該驅動訊號點亮該些發光單元；一計數器，用以根據該驅動訊號之電壓值為一基準值時，自一起始值開始計數；以及一控制器，用以根據該計數器之計數到達一預定數目時，控制至少一發光單元之開關使該發光單元之發光二極體接收該驅動訊號；其中，當該發光單元之發光二極體接收該驅動訊號時，該控制器偵測該發光單元是否被點亮，並據以調整該預定數目。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體控制電路，其中當該驅動訊號之電壓值上升時，若該控制器偵測到該發光單元被點亮，減少該預定數目，若該控制器偵測到該發光單元未被點亮，增加該預定數目。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體控制電路，其中當該驅動訊號之電壓值下降時，若該控制器偵測到該發光單元被點亮，增加該預定數目，若該控制器偵測到該發光單元未被點亮，減少該預定數目。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體控制電路，其中該些發光單元係為串聯連接，每一發光單元包含複數個串聯連接之發光二極體，該開關並聯連接於該複數個串聯之發光二極體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體控制電路，其中該控制器根據該計數器之計數到達該預定數目時，斷開至少一發光單元之開關使該發光單元之發光二極體接收該驅動訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體控制電路，其中在該計數器自該起始值開始計數之期間，每一發光單元之開關被該控制器斷開之次數相同。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體控制電路，其中該些發光單元係為並聯連接，每一發光單元包含複數個串聯連接之發光二極體，該開關串聯連接於該複數個串聯之發光二極體。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體控制電路，其中該控制器根據該計數器之計數到達該預定數目時，導通至少一發光單元之開關使該發光單元之發光二極體接收該驅動訊號。
9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體控制電路，其中在該計數器自該起始值開始計數之期間，每一發光單元之開關被該控制器導通之次數相同。