TWI484865B - 光源調光控制電路 - Google Patents

Description

光源調光控制電路

本發明係相關於一種光源調光控制電路，尤指一種可於一類比調光模式及一脈寬調變調光模式之間對一光源進行調光之光源調光控制電路。

隨著相關科技的進步，各種光源，例如發光二極體(light emitting diodes,LEDs)或冷陰極燈管(cold cathode florescent lamps,CCFLs)，被應用於各種照明裝置上以達到省電之目的。發光二極體光源係一種由電流控制之光源，其中發光二極體光源之亮度係相關於驅動電流之大小。一般而言，發光二極體光源能根據一脈寬調變方式或一類比方式進行調光。

於脈寬調變調光模式中，係根據一脈寬調變訊號之佔空比交錯地開啟及關閉一開關，以產生一不連續電流做為發光二極體光源之驅動電流。雖然脈寬調變調光模式能較精確地控制發光二極體光源之驅動電流，但電磁干擾亦會隨著驅動電流之變大而增加。

於類比調光模式中，係利用類比元件，例如電阻和電容來產生一連續電流做為發光二極體光源之驅動電流。雖然類比調光模式能減少電磁干擾之產生，但當驅動電流變小時，類比元件之特性誤差會 使得驅動電流之不精確度被放大。

因此，有必要提供一種機制用以保留類比調光模式及脈寬調變調光模式之優點，並避免類比調光模式及脈寬調變調光模式之缺點。

本發明提供一種光源調光控制電路，包含一電壓訊號產生器，一參考電壓訊號產生器，一第一開關，一第一電阻，一開關控制器，及一電流控制器。該電壓訊號產生器係用以產生介於一預定電壓位準及一接地位準之間之一第一電壓訊號。該參考電壓訊號產生器係用以根據該第一電壓訊號及低於該預定電壓位準之一第二電壓訊號，於其輸出端產生一參考電壓訊號。該參考電壓訊號產生器包含一第一二極體，其陽極端耦接於該電壓訊號產生器，陰極端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；及一第二二極體，其陽極端用以接收該第二電壓訊號，陰極端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端。該第一開關之第一端係耦接於一光源之輸出端。該第一電阻之第一端係耦接於該第一開關之第二端，該第一電阻之第二端係耦接於一接地端。該開關控制器係耦接於該第一開關及該電壓訊號產生器，用以於一鋸齒波訊號低於該第一電壓訊號時開啟該第一開關，及於該鋸齒波訊號高於該第一電壓訊號時關閉該第一開關。該電流控制器係耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端及該第一電阻之第一端，用以根據該參考電壓訊號控制流經該第一電阻之電流。

本發明另提供一種光源調光控制電路，包含一電壓訊號產生器，一參考電壓訊號產生器，一第一電阻，一電流控制器，一第一開關，及一開關控制器。該電壓訊號產生器係用以產生介於一預定電壓位準及一接地位準之間之一第一電壓訊號。該參考電壓訊號產生器係用以根據該第一電壓訊號及低於該預定電壓位準之一第二電壓訊號，於其輸出端產生一參考電壓訊號。該參考電壓訊號產生器包含一第一二極體，其陽極端耦接於該電壓訊號產生器，陰極端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；及一第二二極體，其陽極端用以接收該第二電壓訊號，陰極端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端。該第一電阻之第一端係耦接於一光源之輸出端，該第一電阻之第二端係耦接於一接地端。該電流控制器包含一電晶體，耦接於該光源之輸出端及該第一電阻之間；及一誤差放大器，用以根據該參考電壓訊號及該第一電阻之第一端之電壓位準，於該電晶體之控制端產生一控制電壓。該第一開關係用以於被關閉時開啟該電晶體，及於被開啟時關閉該電晶體。該開關控制器係耦接於該第一開關及該電壓訊號產生器，用以於一鋸齒波訊號低於該第一電壓訊號時關閉該第一開關，及於該鋸齒波訊號高於該第一電壓訊號時開啟該第一開關。

請參考第1圖，第1圖為本發明光源調光控制電路之第一實施例的示意圖。如第1圖所示，光源調光控制電路100包含一電壓訊號產生器110，一參考電壓訊號產生器120，一開關SW，一電阻R1， 一開關控制器130，及一電流控制器140。電壓訊號產生器110係用以產生介於一預定電壓位準及一接地位準之間之一電壓訊號V2。舉例來說，電壓訊號產生器110包含一反相器112，一P型電晶體P1，一N型電晶體N1，一電阻R5，及一電容C。反相器112之輸入端係用以接收一調光訊號Vd，反相器112之輸出端係用以輸出相位相反於調光訊號Vd之一反相訊號Vi。調光訊號Vd可以係一脈寬調變訊號。P型電晶體P1之源極係用以接收具有預定電壓位準之一電壓訊號V1，而P型電晶體P1之閘極係耦接於反相器112之輸出端。N型電晶體N1之汲極係耦接於P型電晶體P1之汲極，N型電晶體N1之源極係耦接於一接地端，而N型電晶體N1之閘極係耦接於反相器112之輸出端。電阻R5之第一端係耦接於P型電晶體P1之汲極。電容C之第一端係耦接於電阻R5之第二端，而電容C之第二端係耦接於接地端。依據上述配置，反相訊號Vi可交錯地開啟與關閉P型電晶體P1及N型電晶體N1，以根據脈寬調變訊號Vd之佔空比於電容C之第一端產生電壓訊號V2。電壓訊號V2之電壓位準係介於電壓訊號V1之電壓位準及接地位準之間。

參考電壓訊號產生器120係用以根據電壓訊號V2及電壓訊號V3，於其輸出端OUT產生一參考電壓訊號Vref。其中電壓訊號V3之電壓位準係低於電壓訊號V1之電壓位準，且電壓訊號V1和電壓訊號V3之電壓位準係固定之電壓位準。參考電壓訊號產生器120包含一第一二極體D1，及一第二二極體D2。第一二極體D1之陽極端係耦接於電壓訊號產生器110，第一二極體D1之陰極端係耦接 於參考電壓訊號產生器120之輸出端OUT。第二二極體D2之陽極端係用以接收電壓訊號V3，第二二極體D2之陰極端係耦接於參考電壓訊號產生器120之輸出端OUT。依據上述配置，當電壓訊號V2之電壓位準高於電壓訊號V3之電壓位準時，參考電壓訊號產生器120於輸出端OUT輸出的參考電壓訊號Vref之電壓位準係相同於電壓訊號V2之電壓位準；而當電壓訊號V2之電壓位準低於電壓訊號V3之電壓位準時，參考電壓訊號產生器120於輸出端OUT輸出的參考電壓訊號Vref之電壓位準係相同於電壓訊號V3之電壓位準。

開關SW之第一端係耦接於一光源DL之輸出端。電阻R1之第一端係耦接於開關SW之第二端，而電阻R1之第二端係耦接於接地端。開關控制器130包含一鋸齒波訊號產生器132，一比較器134。鋸齒波訊號產生器132係用以產生鋸齒波訊號Vs，且鋸齒波訊號Vs之最高電壓位準係相同於電壓訊號V3之電壓位準，而鋸齒波訊號Vs之最低電壓位準係相同於接地端之電壓位準。比較器134係耦接於鋸齒波訊號產生器132及電壓訊號產生器110，用以比較鋸齒波訊號Vs和電壓訊號V2。比較器134係於鋸齒波訊號Vs低於電壓訊號V2時輸出一高邏輯位準訊號，及於鋸齒波訊號Vs高於電壓訊號V2時輸出一低邏輯位準訊號。

電流控制器140係耦接於參考電壓訊號產生器120之輸出端OUT及電阻R1之第一端，用以根據參考電壓訊號Vref控制流經電 阻R1及光源DL之電流I。舉例來說，電流控制器140可控制一電源供應器150提供電源至光源DL，以使電阻R1之第一端之電壓位準相同於參考電壓訊號Vref之電壓位準。因此，流經電阻R1之電流I係由參考電壓訊號Vref之電壓位準所決定。另外，幾乎沒有電流流至電流控制器140，因此流經電阻R1之電流和流經光源DL之電流幾乎相同。

依據第一實施例，當電壓訊號V2之電壓位準高於電壓訊號V3之電壓位準時，開關控制器130持續開啟開關SW，且參考電壓訊號Vref之電壓位準係於電壓訊號V1之電壓位準及電壓訊號V3之電壓位準之間變動，因此光源DL係藉由調整流經電阻R1之連續電流I(電流I係由參考電壓訊號Vref之電壓位準所決定)以進行調光，亦即光源DL係以類比調光模式進行調光；而當電壓訊號V2之電壓位準低於電壓訊號V3之電壓位準時，開關控制器130交錯地開啟及關閉開關SW，且參考電壓訊號Vref之電壓位準係固定且相同於電壓訊號V3之電壓位準，以提供固定大小之不連續電流I，因此光源DL係藉由調整開關SW之開啟時間及關閉時間之比例以進行調光，亦即光源DL係以脈寬調變調光模式進行調光。

因此，本發明能設定電壓訊號V3為類比調光模式及脈寬調變調光模式之間之門檻電壓。光源調光控制電路100可以於電流I較大時以類比調光模式對光源DL進行調光(減少電磁干擾)，且於電流I較小時以脈寬調變調光模式對光源DL進行調光(改善亮度控制之精 確度)。

請參考第2圖，第2圖為本發明光源調光控制電路之第二實施例的示意圖。如第2圖所示，參考電壓訊號產生器220另包含電阻R2和電阻R3。電阻R2之第一端係耦接於第二二極體D2之陰極端，而電阻R2之第二端係耦接於參考電壓訊號產生器220之輸出端OUT。電阻R3之第一端係耦接於參考電壓訊號產生器220之輸出端OUT，而電阻R3之第二端耦接於接地端。

依據第二實施例，參考電壓訊號Vref之電壓位準係相同於電壓訊號V2或電壓訊號V3之電壓位準之一預定百分比，因此，電阻R1之功率損耗會減少，而電壓訊號V2之精確度仍能維持。

請參考第3圖，第3圖為本發明光源調光控制電路之第三實施例的示意圖。如第3圖所示，參考電壓訊號產生器220另包含電阻R4和N型電晶體N2。電阻R4之第一端係耦接於電阻R3之第二端，而電阻R4之第二端係耦接於接地端。N型電晶體N2包含一閘極，一汲極耦接於電阻R3之第二端，及一源極耦接於接地端。N型電晶體N2係用以根據其閘極接收到之控制訊號Vc控制電阻R3之第二端及接地端之間之電連接狀態。N型電晶體N2可由其他類型之開關所取代。

依據第三實施例，光源調光控制電路300可以藉由控制N型電 晶體N2之開啟與關閉，以迅速地改變參考電壓訊號Vref之電壓位準，進而迅速地於類比調光模式及脈寬調變調光模式中改變光源DL之亮度。

請參考第4圖，第4圖為本發明光源調光控制電路之第四實施例的示意圖。如第4圖所示，電流控制器440包含一N型電晶體N3，及一誤差放大器442。N型電晶體N3之汲極係耦接於開關SW之第二端，N型電晶體N3之源極係耦接於電阻R1之第一端。誤差放大器442係用以根據參考電壓訊號Vref及電阻R1之第一端之電壓位準，於N型電晶體N3之閘極產生一控制電壓，以使流經電阻R1之電流I係由參考電壓訊號Vref所決定。

依據第四實施例，電流控制器440可單純地調整參考電壓訊號Vref之電壓位準以控制電流I之大小。

請參考第5圖，第5圖為本發明光源調光控制電路之第五實施例的示意圖。如第5圖所示，開關SW之第一端係耦接於N型電晶體N3之閘極，而開關SW之第二端係耦接於接地端。開關控制器530另包含一反相器136。反相器136之輸入端係用以接收比較器134輸出之訊號，而反相器136之輸出端係耦接於開關SW，用以輸出相位相反於比較器134輸出之訊號之反相訊號。依據第5圖之配置，開關SW係於鋸齒波訊號Vs高於電壓訊號V2時被反相器136開啟，使得N型電晶體N3之閘極經由開關SW被耦接至接地端，進 而關閉N型電晶體N3。開關SW係於鋸齒波訊號Vs低於電壓訊號V2時被反相器136關閉，使得N型電晶體N3之閘極不再經由開關SW被耦接至接地端，進而開啟N型電晶體N3。

相較於先前技術，本發明提供一種光源調光控制電路可於電流較大時以類比調光模式對光源進行調光，且於電流較小時以脈寬調變調光模式對光源進行調光。因此，本發明光源調光控制電路可保留類比調光模式及脈寬調變調光模式之優點，並避免類比調光模式及脈寬調變調光模式之缺點。

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。

100,200,300,400,500‧‧‧光源調光控制電路

110‧‧‧電壓訊號產生器

112,136‧‧‧反相器

120,220,320‧‧‧參考電壓訊號產生器

130,530‧‧‧開關控制器

132‧‧‧鋸齒波訊號產生器

134‧‧‧比較器

140,440‧‧‧電流控制器

150‧‧‧電源供應器

442‧‧‧誤差放大器

Vc‧‧‧控制訊號

Vd‧‧‧調光訊號

Vi‧‧‧反相訊號

V1,V2,V3‧‧‧電壓訊號

Vref‧‧‧參考電壓訊號

Vs‧‧‧鋸齒波訊號

I‧‧‧電流

P1‧‧‧P型電晶體

N1,N2,N3‧‧‧N型電晶體

R1,R2,R3,R4,R5‧‧‧電阻

C‧‧‧電容

D1,D2‧‧‧二極體

SW‧‧‧開關

DL‧‧‧光源

OUT‧‧‧參考電壓訊號產生器輸出端

第1圖為本發明光源調光控制電路之第一實施例的示意圖。

第2圖為本發明光源調光控制電路之第二實施例的示意圖。

第3圖為本發明光源調光控制電路之第三實施例的示意圖。

第4圖為本發明光源調光控制電路之第四實施例的示意圖。

第5圖為本發明光源調光控制電路之第五實施例的示意圖。

100‧‧‧光源調光控制電路

110‧‧‧電壓訊號產生器

112‧‧‧反相器

120‧‧‧參考電壓訊號產生器

130‧‧‧開關控制器

132‧‧‧鋸齒波訊號產生器

134‧‧‧比較器

140‧‧‧電流控制器

150‧‧‧電源供應器

Vd‧‧‧調光訊號

Vi‧‧‧反相訊號

V1,V2,V3‧‧‧電壓訊號

Vref‧‧‧參考電壓訊號

Vs‧‧‧鋸齒波訊號

I‧‧‧電流

P1‧‧‧P型電晶體

N1‧‧‧N型電晶體

R1,R5‧‧‧電阻

C‧‧‧電容

D1,D2‧‧‧二極體

SW‧‧‧開關

DL‧‧‧光源

OUT‧‧‧參考電壓訊號產生器輸出端

Claims (19)

1. 一種光源調光控制電路，包含：一電壓訊號產生器，用以產生介於一預定電壓位準及一接地位準之間之一第一電壓訊號；一參考電壓訊號產生器，用以根據該第一電壓訊號及低於該預定電壓位準之一第二電壓訊號，於其輸出端產生一參考電壓訊號，該參考電壓訊號產生器包含：一第一二極體，其陽極端耦接於該電壓訊號產生器，陰極端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；及一第二二極體，其陽極端用以接收該第二電壓訊號，陰極端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；一第一開關，其第一端耦接於一光源之輸出端；一第一電阻，其第一端耦接於該第一開關之第二端，第二端耦接於一接地端；一開關控制器，耦接於該第一開關及該電壓訊號產生器，用以於一鋸齒波訊號低於該第一電壓訊號時開啟該第一開關，及於該鋸齒波訊號高於該第一電壓訊號時關閉該第一開關；及一電流控制器，耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端及該第一電阻之第一端，用以根據該參考電壓訊號控制流經該第一電阻之電流。
2. 如請求項1所述之光源調光控制電路，其中該電流控制器係控制 一電源供應器提供電源至該光源，以使該第一電阻之第一端之電壓位準相同於該參考電壓訊號之電壓位準。
3. 如請求項1所述之光源調光控制電路，其中該電流控制器包含：一電晶體，其第一端耦接於該第一開關之第二端，第二端耦接於該第一電阻之第一端；及一誤差放大器，用以根據該參考電壓訊號及該第一電阻之第一端之電壓位準，於該電晶體之控制端產生一控制電壓。
4. 如請求項1所述之光源調光控制電路，其中該開關控制器包含：一鋸齒波訊號產生器，用以產生該鋸齒波訊號；及一比較器，耦接於該鋸齒波訊號產生器及該電壓訊號產生器，用以於該鋸齒波訊號低於該第一電壓訊號時輸出一高邏輯位準訊號，及於該鋸齒波訊號高於該第一電壓訊號時輸出一低邏輯位準訊號。
5. 如請求項1所述之光源調光控制電路，其中該電壓訊號產生器包含：一反相器，其第一端用以接收一調光訊號，輸出端用以輸出相位相反於該調光訊號之一反相訊號；一P型電晶體，其第一端用以接收具有該預定電壓位準之一第三電壓訊號，控制端耦接於該反相器之輸出端；一N型電晶體，其第一端耦接於該P型電晶體之第二端， 第二端耦接於該接地端，控制端耦接於該反相器之輸出端；一第二電阻，其第一端耦接於該P型電晶體之第二端，第二端耦接於該第一二極體之陽極端；及一電容，其第一端耦接於該第一二極體之陽極端，第二端耦接於該接地端。
6. 如請求項5所述之光源調光控制電路，其中該調光訊號係一脈寬調變訊號。
7. 如請求項1所述之光源調光控制電路，其中該參考電壓訊號產生器另包含：一第二電阻，其第一端耦接於該第二二極體之陰極端，第二端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；及一第三電阻，其第一端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端，第二端耦接於該接地端。
8. 如請求項1所述之光源調光控制電路，其中該參考電壓訊號產生器另包含：一第二電阻，其第一端耦接於該第二二極體之陰極端，第二端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；一第三電阻，其第一端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端； 一第四電阻，其第一端耦接於該第三電阻之第二端，第二端耦接於該接地端；及一第二開關，其第一端耦接於該第三電阻之第二端，第二端耦接於該接地端，該第二開關用以根據一控制訊號控制該第三電阻之第二端及該接地端之間之電連接狀態。
9. 如請求項8所述之光源調光控制電路，其中該第二開關係一N型電晶體。
10. 如請求項1所述之光源調光控制電路，其中該鋸齒波訊號之最高電壓位準係相同於該第二電壓訊號之電壓位準，且該鋸齒波訊號之最低電壓位準係相同於該接地端之電壓位準。
11. 一種光源調光控制電路，包含：一電壓訊號產生器，用以產生介於一預定電壓位準及一接地位準之間之一第一電壓訊號；一參考電壓訊號產生器，用以根據該第一電壓訊號及低於該預定電壓位準之一第二電壓訊號，於其輸出端產生一參考電壓訊號，該參考電壓訊號產生器包含：一第一二極體，其陽極端耦接於該電壓訊號產生器，陰極端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；及一第二二極體，其陽極端用以接收該第二電壓訊號，陰極端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端； 一第一電阻，其第一端耦接於一光源之輸出端，第二端耦接於一接地端；一電流控制器，包含：一電晶體，耦接於該光源之輸出端及該第一電阻之間；及一誤差放大器，用以根據該參考電壓訊號及該第一電阻之第一端之電壓位準，於該電晶體之控制端產生一控制電壓；一第一開關，用以於被關閉時開啟該電晶體，及於被開啟時關閉該電晶體；及一開關控制器，耦接於該第一開關及該電壓訊號產生器，用以於一鋸齒波訊號低於該第一電壓訊號時關閉該第一開關，及於該鋸齒波訊號高於該第一電壓訊號時開啟該第一開關。
12. 如請求項11所述之光源調光控制電路，其中該第一開關之第一端係耦接於該電晶體之控制端，該第一開關之第二端係耦接於該接地端。
13. 如請求項11所述之光源調光控制電路，其中該開關控制器包含：一鋸齒波訊號產生器，用以產生該鋸齒波訊號；一比較器，耦接於該鋸齒波訊號產生器及該電壓訊號產生器，用以於該鋸齒波訊號低於該第一電壓訊號時輸出一高邏輯位準訊號，及於該鋸齒波訊號高於該第一電壓訊號時 輸出一低邏輯位準訊號；及一反相器，其輸入端用以接收該比較器輸出之訊號，輸出端用以輸出相位相反於該比較器輸出之訊號之反相訊號。
14. 如請求項11所述之光源調光控制電路，其中該電壓訊號產生器包含：一反相器，其輸入端用以接收一調光訊號，輸出端用以輸出相位相反於該調光訊號之一反相訊號；一P型電晶體，其第一端用以接收具有該預定電壓位準之一第三電壓訊號，控制端耦接於該反相器之輸出端；一N型電晶體，其第一端耦接於該P型電晶體之第二端，第二端耦接於該接地端，控制端耦接於該反相器之輸出端；一第二電阻，其第一端耦接於該P型電晶體之第二端，第二端耦接於該第一二極體之陽極端；及一電容，其第一端耦接於該第一二極體之陽極端，第二端耦接於該接地端。
15. 如請求項14所述之光源調光控制電路，其中該調光訊號係一脈寬調變訊號。
16. 如請求項11所述之光源調光控制電路，其中該參考電壓訊號產生器另包含： 一第二電阻，其第一端耦接於該第二二極體之陰極端，第二端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；及一第三電阻，其第一端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端，第二端耦接於該接地端。
17. 如請求項11所述之光源調光控制電路，其中該參考電壓訊號產生器另包含：一第二電阻，其第一端耦接於該第二二極體之陰極端，第二端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；一第三電阻，其第一端耦接於該參考電壓訊號產生器之輸出端；一第四電阻，其第一端耦接於該第三電阻之第二端，第二端耦接於該接地端；及一第二開關，其第一端耦接於該第三電阻之第二端，第二端耦接於該接地端，該第二開關用以根據一控制訊號控制該第三電阻之第二端及該接地端之間之電連接狀態。
18. 如請求項17所述之光源調光控制電路，其中該第二開關係一N型電晶體。
19. 如請求項11所述之光源調光控制電路，其中該鋸齒波訊號之最高電壓位準係相同於該第二電壓訊號之電壓位準，且該鋸齒波訊號之最低電壓位準係相同於該接地端之電壓位準。