TWI507082B

TWI507082B - 控制對發光二極體光源供電的控制器及方法、及可攜式照明裝置

Info

Publication number: TWI507082B
Application number: TW101145722A
Authority: TW
Inventors: Yung Lin Lin; Sheng Tai Lee
Original assignee: O2Micro Int Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2015-11-01
Also published as: CN103260303A; TW201336344A

Description

控制對發光二極體光源供電的控制器及方法、及可攜式照明裝置

本發明係有關一種照明裝置，更特別言之，係關於一種具有電源管理控制電路之可攜式照明裝置。

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V_AD 。

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V_AD 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V_AD 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。

傳統的可攜式照明裝置，如家用手電筒，一般採用白熾燈來照明。近年來，發光二極體逐(LED)漸發展為液晶顯示器(LCD)背光、家用照明燈具及街燈的光源。由於LED相較於白熾燈具較佳的發光效率及較長的使用壽命，故使用LED作為手電筒的光源亦逐漸普遍。

傳統的手電筒需要電池作為供電。然而，在打開手電筒的瞬間，施加至燈具的突波將會損害燈具，進而降低燈具的使用壽命。最常見的解決方式是在燈具與電池間加入一限流電阻，以避免瞬間施加至燈具的大電流損壞燈具。然而，因在電路中新增電阻而所增加的功耗會嚴重縮短電池壽命。

LED在導通發光時，通常會有一介於3.2伏特至4.0伏特的正向電壓。一個家用鹼性電池通常提供1.5伏特之電壓。因此，在現有使用LED為燈具之手電筒中，一個家用鹼性電池通常僅提供1.5V電壓，因此需要3個鹼性電池才足以對LED供電。

圖7A所示為現有手電筒內的電路700的示意圖。電路700使用3個串聯的鹼性電池所形成的電池組710作為電路700的電源。每個鹼性電池提供1.5V電壓。電池組710藉由開關720提供能量，以驅動光源730(例如，LED)。在一實施例中，光源730具有3.2V的正向電壓且導通電流為100mA。電路700在光源730與電池組710之間設置一限流電阻740(例如，13歐姆)。

在操作中，限流電阻740的功耗為0.13W，而在光源 730上消耗0.32W。由此可知，光源730的功率僅為電池組710所提供之全部功率的71%。換言之，電池組710提供的部分能量浪費在限流電阻740上。因此，電池組710需要供應更多的能量，以維持光源730的亮度，進而加速電池組710的使用壽命降低。

若光源730因為製程或其他因素而在導通時具有4.0V的正向電壓，則位於光源730與電池組710間的限流電阻740將會限制流經光源730的電流約為38.5 mA。換言之，此時光源730的亮度將僅為原始設計規劃亮度(亦即流經光源730的電流為100mA)的38.5%。另一方面，若將該限流電阻740改為5歐姆，雖然可使正向電壓為4.0V的光源730的亮度達到原始設計的亮度(即流經光源730的電流為100mA)，但對於其他正向電壓較低(如3.2V)的LED而言，則可能產生過電流現象，使得流經這些LED的電流增加(例如，260 mA)，將導致這些LED的使用壽命降低。

圖7B所示為圖7A中的電路的性能圖750。傳統電路利用兩個1.5V之鹼性電池配合限流電阻以驅動電流為100mA的LED。如性能圖750可知，使用傳統電路的電池壽命約為100分鐘。

此外，若使用者更換不同功率的LED，則此種使用限流電阻的電路將面臨實際應用上的限制。例如，若使用者希望獲得10倍的功率，而將額定電流為100mA的LED更換為1A的LED，然後由於限流電阻是預設設計且固定的，故流經LED的電流將不變，故無法符合使用者的期望。同時，由於電池組的配置需同時考量手電筒的機構設計，故通常無法任意更換電池數目以改變電源供應量。總而言之，對於以電池驅動的手電筒應用而言，此種限流電阻既不實用又缺乏效率，對於電路設計與應用的靈活性造成困擾。

本發明的目的在於提供一種可攜式照明裝置，包括：一電源，提供一電壓；一負載電路，包括一發光二極體光源；以及一控制器，接收該電壓，並根據指示該電壓的一感測信號調節流經該發光二極體光源的一電流，其中，當指示該電壓的該感測信號高於一第一電壓位準時，該控制器將流經該發光二極體光源的該電流調節至一第一電流位準，且其中，當該指示該電壓的感測信號低於一第二電壓位準時，該控制器調節流經該發光二極體光源的該電流至一第二電流位準，且其中，當指示該電壓的該感測信號在該第一電壓位準和該第二電壓位準之間時，該控制器調節流經該發光二極體光源的該電流跟隨該感測信號變化。

本發明還提供一種對發光二極體光源供電的方法，包括：在一控制器的控制下，一電源向一發光二極體光源供電；該控制器接收指示該電源的一電壓的一感測信號；當指示該電源的該電壓的該感測信號高於一第一電壓位準時，該控制器將流經該發光二極體光源的一電流調節至一第一電流位準；當指示該電源的該電壓的該感測信號低於一第二電壓位準時，該控制器將流經該發光二極體光源的該電流調節至一第二電流位準；以及當指示該電源的該電壓的該感測信號在該第一電壓位準和該第二電壓位準之間時，該控制器調節流經該發光二極體光源的該電流跟隨該感測信號變化。

本發明還提供一種控制對發光二極體光源的供電的控制器，包括：一電源輸入端，耦接一電源，接收來自該電源的一電壓；一感測端，耦接該電源，接收指示該電源的該電壓的一感測信號；以及一回授端，接收指示流經該發光二極體光源的一電流的一回授信號，其中，該控制器根據該回授信號和該感測信號產生指示流經該發光二極體光源的一目標電流的一參考信號，並根據該回授信號和該參考信號調節流經該發光二極體光源的一電流，當指示該電源的該電壓的該感測信號高於一第一電壓位準時，該參考信號的一電壓處於該第一電壓位準；當指示該電源的該電壓的該感測信號低於一第二電壓位準時，該參考信號的該電壓處於該第二電壓位準；當指示該電源的該電壓的該感測信號在該第一電壓位準和該第二電壓位準之間時，該參考信號的該電壓跟隨該感測信號線性變化。

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V_AD )。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V_AD 與電池電壓V_BAT 。當適配器輸出電壓V_AD 大於電池電壓V_BAT 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V_BAT 大於適配器輸出電壓V_AD 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V_AD ；輸入埠VBAT用於檢測電池電壓V_BAT ；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I_CHG ；埠VLED接收表示發光二極體208的陽極電壓V_LED 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I_LED ；埠UVLS與分壓電阻230相耦接，並接收一指示電池電壓V_BAT 的電壓V_UVLS (例如，電壓V_UVLS 與電池電壓V_BAT 成比例)。在一個實施例中，控制器206基於電壓V_UVLS 調節一可調節參考電壓V_ADJ 。控制器206根據可調節參考電壓V_ADJ 調節流經發光二極體208的電流I_LED 。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將該電源電壓轉換成直流電壓V_AD 。控制器206比較適配器202所輸出之適配器輸出電壓V_AD 與電池電壓V_BAT 。在一個實施例中，當適配器輸出電壓V_AD 大於電池電壓V_BAT 並且電池210沒有完成充電(例如，電池電壓V_BAT 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V_BAT 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V_BAT 與預定臨限值V_TH ，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V_BAT 小於預定臨限值V_TH 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V_BATREF 時，即表示充電電流I_CHG 大於預定充電電流I_BATREF 時，控制器206透過減小開關203的責任週期來減小充電電流I_CHG ；當感應電阻216的電壓V₂₁₆ 小於參考電壓V_BATREF 時，即表示充電電流I_CHG 小於預定充電電流I_BATREF 時，控制器206透過增加開關203的責任週期來增大充電電流I_CHG 。然而，當電池電壓V_BAT 增加至預定臨限值V_TH 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V_TH 。

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V_BAT 與過電壓臨限值V_OV ，以確定是否有過電壓的情況發生。如果檢測到的電池電壓V_BAT 大於過電壓臨限值V_OV ，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I_CHG 的信號(例如，感應電阻216的電壓V₂₁₆ )與表示過充電電流I_OC 的預設臨限值V_OC ，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I_OC 的預設臨限值V_OC ，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V_OT 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V_OT ，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V_BAT 以及充電電流I_CHG 檢測電池之阻值R_BAT ，如方程式(1)所示：R_BAT =V_BAT /I_CHG (1)

由此，控制器206可根據電池之阻值R_BAT 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-boostconverter)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V_BAT 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V_BAT 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V_BAT 。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I_LED ，並且根據可調節參考電壓V_ADJ 來控制開關207的責任週期進而調節電流I_LED 。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V_ADJ 和電壓V_UVLS 之間關係的示意圖。如圖2A所示，當電壓V_UVLS 大於第一臨限值V1時，控制器206調節可調節參考電壓V_ADJ 至第一恒定電壓值V_LED1 。這樣，控制器206將流經發光二極體208的電流I_LED 調節至第一預定電流I_LEDREF1 。當電壓V_UVLS 小於第二臨限值V2時，控制器206調節可調節參考電壓V_ADJ 至第二恒定電壓值V_LED2 。這樣，控制器206將流經發光二極體208的電流I_LED 調節至第二預定電流I_LEDREF2 。當電壓V_UVLS 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V_ADJ 隨電壓V_UVLS 而變化。在一個實施例中，可調節參考電壓V_ADJ 根據電壓V_UVLS 線性變化。由於電壓V_UVLS 與電池電壓V_BAT 成比例，因此可調節參考電壓V_ADJ 根據電池電壓V_BAT 線性變化。這樣，控制器206根據電池電壓V_BAT 調節電流I_LED ，使電流I_LED 根據電池電壓V_BAT 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I_LED 的信號(例如，感應電阻212的電壓V₂₁₂ )與可調節參考電壓V_ADJ ，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V_ADJ (例如，電流I_LED 增大)，控制器206減小開關207的責任週期，進而減小電流I_LED 。如果電壓V₂₁₂ 小於可調節參考電壓V_ADJ (如，電流I_LED 減小)，控制器206增大開關207的責任週期，進而增大電流I_LED 。這樣，流經發光二極體208的電流I_LED 根據圖2A中所示的可調節參考電壓V_ADJ 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V_BAT 與埠VAD的電壓V_AD ，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V_AD 大於電池電壓V_BAT 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V_AD 小於電池電壓V_BAT 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V_BATREF ，並根據比較結果控制共同節點處的輸出電壓V_CMP1 。當誤差放大器419被致能時，比較電池電壓V_BAT 與預定臨限值V_TH ，並根據比較結果控制共同節點處的輸出電壓V_CMP1 。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V_ADJ ，並根據比較結果控制的輸出電壓V_CMP2 。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V_CMP1 或者V_CMP2 ，並將所選中的輸出電壓作為選擇器414的輸出電壓V_TOP 。更具體地，當適配器輸出電壓V_AD 大於電池電壓V_BAT ，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V_CMP1 做為V_TOP ；當適配器輸出電壓V_AD 小於電池電壓V_BAT ，比較器413致能誤差放大器416時，選擇器414選擇輸出電壓V_CMP2 做為V_TOP 。比較器417接收輸出電壓V_TOP 。

在一個實施例中，加法器413的一端耦接至放大器432以接收信號V_SEN ，信號V_SEN 指示流經電感214的電流I_SW ；加法器413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V_SW 即為信號V_SEN 和信號RAMP的總和。比較器417比較加法器431的輸出V_SW 與選擇器414的輸出電壓V_TOP ，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V_AD 大於電池電壓V_BAT 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。根據信號V_SW 與比較器414的輸出電壓V_TOP 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V_BAT 小於預定臨限值V_TH 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V_BATREF ，並控制輸出電壓V_CMP1 。選擇器414選擇輸出電壓V_CMP1 做為選擇器的輸出電壓V_TOP 。由此，正反器412根據輸出電壓V_TOP 與信號V_SW 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V_BATREF 時，即充電電流I_CHG 小於預定充電電流I_BATREF 時，輸出電壓V_CMP1 增大。輸出電壓V_TOP 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I_CHG 。當電壓V₂₁₆ 大於參考電壓V_BATREF 時，即充電電流I_CHG 大於預定充電電流I_BATREF 時，輸出電壓V_CMP1 減小。輸出電壓V_TOP 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I_CHG 。由此，在定電流階段，充電電流I_CHG 被調節至預定充電電流I_BATREF 。

當電池電壓V_BAT 達到預定臨限值V_TH 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V_BAT 與預定臨限值V_TH ，並控制輸出電壓V_CMP1 。例如，當電池電壓V_BAT 大於預定臨限值V_TH 時，輸出電壓V_CMP1 減小。相應地，輸出電壓V_TOP 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V_TH 。

當適配器輸出電壓V_AD 小於電池電壓V_BAT 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。根據信號V_SW 與比較器414的輸出電壓V_TOP 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V_ADJ 。電壓調整器440根據電壓V_UVLS 對可調節參考電壓V_ADJ 進行調節。在一個實施例中，電壓V_UVLS 指示電池電壓(例如，與電池電壓V_BAT 成比例)。當電壓V_UVLS 大於第一臨限值V1時，電壓調整器440調節可調節參考電壓V_ADJ 至第一恒定電壓值V_LED1 。當電壓V_UVLS 小於第二臨限值V2時，電壓調整器440調節可調節參考電壓V_ADJ 至第二恒定電壓值V_LED2 。當電壓V_UVLS 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V_ADJ 隨電壓V_UVLS 線性變化。由於電壓V_UVLS 與電池電壓V_BAT 成比例，因此可調節參考電壓V_ADJ 隨電池電壓V_BAT 線性變化。

根據感應電阻212的電壓V₂₁₂ 與可調節參考電壓V_ADJ 的比較結果，誤差比較器416控制輸出電壓V_CMP2 。選擇器414選擇輸出電壓V_CMP2 做為其輸出電壓V_TOP 。由此，正反器412根據輸出電壓V_TOP 與信號V_SW 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V_ADJ 時，即流經發光二極體208的電流I_LED 減小時，輸出電壓V_CMP2 減小。輸出電壓V_TOP 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I_LED 。當電壓V₂₁₂ 大於可調節參考電壓V_ADJ 時，即流經發光二極體208的電流I_LED 增大時，輸出電壓V_CMP2 增大。輸出電壓V_TOP 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I_LED 。由此，根據可調節參考電壓V_ADJ 對流經發光二極體208的電流I_LED 進行調節。因此，當電壓V_UVLS 大於第一臨限值V1時，電流I_LED 被調節至第一預設電流I_LEDREF1 ；當電壓V_UVLS 小於第二臨限值V2時，電流I_LED 被調節至第二預設電流I_LEDREF2 ；當電壓V_UVLS 小於第一臨限值V1且大於第二臨限值V2時，電流I_LED 被調節為隨電池電壓V_BAT 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V_BAT 與過電壓臨限值V_OV 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 與指示過電流臨限值V_OT 的預設臨限值進行比較，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V_OT 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V_BAT )小於預定臨限值V_TH 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I_CHG 與預定充電電流I_BATREF 。當充電電流I_CHG 大於預定充電電流I_BATREF 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I_CHG ；當充電電流I_CHG 小於預定充電電流I_BATREF 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I_CHG 。因此，充電電流I_CHG 被調節至預定充電電流I_BATREF 。

當第二電源的電壓(例如，電池電壓V_BAT )達到預定臨限值V_TH 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V_BAT 與預定臨限值V_TH ，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V_TH 。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I_LED 與可調節參考電流I_ADJ 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V_BAT 成比例電壓V_UVLS 來可調節參考電流I_ADJ 。當電壓V_UVLS 大於第一臨限值V1時，可調節參考電流I_ADJ 被調節至第一預設電流I_LEDREF1 ；當電壓V_UVLS 小於第二臨限值V2時，可調節參考電流I_ADJ 被調節至第二預設電流I_LEDREF2 ；當電壓V_UVLS 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I_ADJ 被調節為隨電壓V_UVLS 和電池電壓V_BAT 而線性變化。

當流經發光二極體208的電流I_LED 大於可調節參考電流I_ADJ 時，電源系統200減小開關207的責任週期以減小電流I_LED ；當電流I_LED 小於可調節參考電流I_ADJ 時，電源系統200增大開關207的責任週期以增大電流I_LED 。因此，根據可調節參考電流I_ADJ 對電流I_LED 進行調節。這樣，當電壓V_UVLS 大於第一臨限值V1時，電流I_LED 被調節至第一預設電流I_LEDREF1 ；當電壓V_UVLS 小於第二臨限值V2時，電流I_LED 被調節至第二預設電流I_LEDREF2 ；當電壓V_UVLS 小於第一臨限值V1且大於第二臨限值V2時，電流I_LED 被調節為隨電池電壓V_BAT 而線性變化。

圖8所示為根據本發明一實施例之可攜式照明裝置800的電路示意圖。在一個實施例中，可攜式照明裝置為一手電筒。可攜式照明裝置800包括電池電源810，用於提供電壓V_batt 、開關820、發光元件830、感測元件840、控制器850以及電感L1。在一個實施例中，電池電源810為一或多個鹼性電池。在一個實施例，發光元件830為LED。在一個實施例中，控制器850為積體電路(IC)。在一個實施例中，控制器850的電源輸入端VIN接收來自電池電源810的輸入電壓。控制器850的電源輸出端OUT提供一輸出電壓至發光元件830。控制器850的感測端ISENSE接收一指示指示發光元件830電能之回授信號，接地端GND耦接至地。切換輸出端SW經由電感L1與電源輸入端VIN耦接。

在一個實施例中，控制器850的電源輸入端VIN經由開關820連接至電池電源810。控制器850的電源輸出端OUT耦接至發光元件830。感測元件840與發光元件830串聯，藉由感測流經發光元件830的電流，產生回授信號。回授信號被傳送至控制器850的感測端ISENSE。

在一個實施例中，電感L1作為升壓轉換器的儲能元件。當開關820導通時，控制器850的電源輸入端VIN耦接至電池電源810，接收電池電源810所提供的電源。發光元件830可經由控制器850的電源輸出端OUT接收電能。當開關820斷開時，電池電源810停止對控制器850和發光元件830供電。在一個實施例中，控制器850根據開關820的導通與斷開以及感測端ISENSE所接收到的回授信號，調整供給至發光元件830的電能。

圖9所示為根據本發明另一實施例可攜式照明裝置900的電路示意圖。可攜式照明裝置900包括電池電源810、開關820、發光元件830、感測元件840、控制器950和電感L1。圖9與圖8中具有相同標號的元件具有相同或類似的功能，為簡明起見，在此將不再贅述。

在一個實施例中，控制器950為積體電路。在一個實施例中，可攜式照明裝置900還包括直流濾波電容C1，耦接於電池電源810和控制器950的電源輸出入端VIN之間。在一個實施例中，可攜式照明裝置900還包括直流濾波電容C2，耦接於發光元件830與控制器950的電源輸出端OUT之間。在一個實施例中，控制器950包括與開關820耦接的調光端DIM，檢測開關820的導通和斷開狀態。

在一個實施例中，控制器950根據調光端DIM的輸入信號調節提供給發光元件830的電能，進而調節發光元件830的亮度。在一個實施例中，當開關820導通時，控制器950調節提供給發光元件830的電能。

圖10A所示為圖9中所示之控制器950的電路示意圖。圖10A與圖9中具有相同標號的元件具有相同或類似的功能，為簡明起見，在此將不再贅述。

在一個實施例中，控制器950包括低電壓鎖定電路1051、觸發電路1052、時脈產生器1053、參考選擇器1054、調光單元1055、驅動器1056以及開關1057和1058。以下將配合圖10B所示的時序圖，說明一個實施例中控制器950的調光控制操作。

當開關820導通時，電池電源810的電能被施加至控制器950的電源輸入端VIN。此時發光元件830根據額定電流被供給電源。此時，參考選擇器1054產生低頻脈波寬度調變(LPWM)信號。在一個實施例中，LPWM信號有不同的電壓位準，如Vmax、V1、V2等，其中Vmax>V1>V2。LPWM信號之不同的電壓位準對應至發光元件830的不同亮度。調光單元1055根據LPWM信號的電壓位準調節發光元件830的亮度。在一個實施例中，在初始狀態時，參考選擇器1054設置LPWM信號為最高參考電壓Vmax，使發光元件830可達到最大(100%)亮度。

當開關820斷開時，電池電源810的電能停止施加至控制器950。觸發電路1052則產生具有第一負緣的觸發信號，但是在電源輸入端VIN上的電壓低至低於一低電壓鎖定臨界值之前的一定時間內(該時間內儲存在直流濾波電容C1的能量可維持能量的供給)，若開關820又導通，則觸發信號具有第一正緣，此觸發信號致能時脈產生器1053產生第一時脈信號，以提供給參考選擇器1054。此時，參考選擇器1054產生第一參考電壓V1，並設置LPWM信號為V1。在一個實施例中，第一參考電壓V1低於最高參考電壓Vmax。例如，可使發光元件830的亮度為75%的電壓。第一參考電壓V1可視應用上的需要而設置。

在一個實施例中，開關820可再被斷開，則觸發電路1052產生具有第二觸發負緣的觸發信號，但在電源輸入端VIN上的電壓降至低於一低電壓鎖定臨界值之前的一段時間內，若開關820又被導通，則觸發器具有第二正緣，此觸發信號會再度致能時脈產生器1053使之產生第二時脈信號，以提供給參考選擇器1054。此時，參考選擇器1054產生第二參考電壓V2，並設置LPWM信號為V2。在一個實施例中，第二參考電壓V2低於第一參考電壓V1。例如，可驅動發光元件830的亮度為50%的電壓。在另一實施例中，第二參考電壓V2較第一參考電壓V1高但低於最高參考電壓Vmax，例如，可驅動發光元件830的亮度為80%的電壓。

此等操作可重複進行。第一參考電壓V1、第二參考電壓V2…等參考電壓可視應用上的需要設置，且可以有各種變化。例如，參考電壓的電壓位準可由高依次降冪，例如，100%、75%、50%、25%；也可以由低依次升冪，例如25%、50%、75%、100%。在一個實施例中，參考電壓的改變可使發光元件830的亮度線性變化，例如25%、50%、75%及100%等。在另一個實施例中，參考電壓的改變也可以使參考電壓的改變可使發光元件830的亮度呈非線性變化，例如20%、30%、80%及100%。在又一個實施例中，參考電壓可設置為使發光元件的亮度變化為100%、50%、100%以表示SOS的求救信號。

在一個實施例中，調光單元1055可根據LPWM信號和感測元件840所產生之指示發光元件830電能的回授信號，調節電源輸出端OUT的輸出以控制流經發光元件830的電流，以達到調節發光元件830的亮度功能。在一個實施例中，感測元件840為電阻。在另一個實施例中，感測元件840為電阻和電容(圖10A中未示出)的組合。

在一個實施例中，調光單元1055的輸出可由驅動器1056放大。在一個實施例中，驅動器1056的輸出與開關1057耦接，以控制開關1057，從而將電池電源810或直流濾波電容C1上的電能選擇性地提供至控制器950的電源輸出端OUT。在一個實施例中，調光單元1055是脈波寬度調變電路。在另一個實施例中，調光單元1055是脈衝頻率調製(PFM)電路。

在一個實施例中，開關1057、1058與電容C2、電感 L1形成升壓轉換器，可將電源輸出端OUT上的電壓提高至足以驅動發光元件830的電壓。在一個實施例中，切換輸出端SW經由電感L1與電源輸入端VIN耦接、經由開關1057接地、經由開關1058耦接至電源輸出端OUT，且電源輸出端OUT與直流濾波電容C2耦接。因此，即使電池電源810所提供的電壓僅為1V，但經由升壓轉換器提高電源輸出端OUT的電壓，控制器950仍可驅動發光元件830，並調節發光元件830的電能，進而延長本發明一個實施例的電池電源810的使用壽命。

在一個實施例中，開關1057和開關1058為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。在一個實施例中，開關1058與開關1057動作互補。在一個實施例中，開關1057為N通道MOSFET。在一個實施例中，開關1058為P通道MOSFET。在另一個實施例中，開關1058為二極體。

當開關820持續斷開一段時間，直到電源輸入端VIN上的電壓低於預定值，如低電壓鎖定(UVLO)臨界值，則低電壓鎖定電路1051將產生重置(reset)信號。此重置信號會重置時脈產生器1053，使發光元件830截止。發光元件830保持為截止狀態，直到開關820再度被導通為止。

圖11所示為根據本發明又一實施例可攜式照明裝置1100的電路示意圖。可攜式照明裝置1100包括電池電源1110、開關820、發光元件830、感測單元840、控制器1150及電感L2。在一個實施例中，電池電源1110是一或多個鹼性電池。在一個實施例中，發光元件830為LED。在一個實施例中，控制器1150為積體電路。圖11與圖8標號相同的元件具有相同或類似的功能，為簡明起見，在此將不再贅述。

在一個實施例中，電感L2作為降壓轉換器的儲能元件。當開關820導通時，控制器1150的電源輸入端VIN耦接至電池電源1110，發光元件830經由控制器1150的電源輸出端OUT接收電能。當開關820斷開時，電池電源1110停止對控制器1150供電。在一個實施例中，控制器1150根據開關820的導通與斷開狀態以及感測端ISENSE所接收到的回授信號，調節提供至發光元件830的電能。

圖12所示為根據本發明再一實施例之可攜式照明裝置1200的電路示意圖。電子電路1200包括電池電源1110、開關820、發光元件830、感測元件840、控制器1250、電感L2以及電容C1和C2。圖12與圖11標號相同的元件具有相同或類似的功能，為簡明起見，在此將不再贅述。

圖13所示為圖12中的控制器1250的電路示意圖。圖13將結合圖12進行說明。控制器1250包括低電壓鎖定電路1051、觸發電路1052、時脈產生器1053、參考選擇器1054、調光單元1055、驅動器1056及開關1357、1358。圖13與圖10A標號相同的元件具有相同或類似的功能，為簡明起見，在此將不再贅述。控制器1250的調光控制與圖10B所示的時序類似，在此將不再贅述。

在一個實施例中，開關1357、1358與電容C2、電感L2形成一降壓轉換器，可將電源輸出端OUT上的電壓降低至足以驅動發光元件830的電壓。在一個實施例中，切換輸出端SW經由開關1357與電源輸入端VIN耦接、經由開關1358與地耦接，且切換輸出端SW經由電感L2及直流濾波電容C2耦接至地。電源輸出端OUT耦接至電感L2與電容C2之間的節點。因此，即使電池電源1110所提供的電壓高於驅動發光元件830所需的電壓(例如，6V)，經由降壓轉換器降低電源輸出端OUT上的電壓，控制器1250仍可輸出符合該發光元件830規格的較低電壓以驅動發光元件830，並調節發光元件830的電能，可節省電池電源1110所提供的電能，進而延長電池電源1110的使用壽命。

在一個實施例中，開關1357和開關1358為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。在一個實施例中，開關1358與開關1357動作互補。在一個實施例中，開關1357為N通道MOSFET。在一個實施例中，開關1358為P通道MOSFET。在另一個實施例中，開關1358為二極體。

圖14所示為根據本發明一實施例之示於圖10A中之可攜式照明裝置900的性能圖。圖14顯示了利用本發明之技術特徵，使用兩個1.5V鹼性電池驅動額定電流為100mA的LED的實驗結果。比較圖14和現有技術圖7B可知，在LED維持相同的電流(即發光亮度相同)的情況下，使用現有技術的電池壽命僅為100分鐘(如圖7B所示)，而圖14顯示使用本發明的電子電路則可大幅延長電池使用時間至205分鐘。參考本實驗結果，可清楚理解在達成相同亮度的情形下，使用本發明不但可節省電池亮度，亦可延長電池壽命。

圖15所示為根據本發明一實施例之可攜式照明裝置1500的電路示意圖。驅動電路1500包括電池電源810、開關820、發光元件830、感測元件840、控制器1550和電感L1。圖15與圖8標號相同的元件具有相同或類似的功能，為簡明起見，在此將不再贅述。

在一個實施例中，控制器1550包括電源輸入端VIN，經由開關820與電池電源810耦接。控制器1550的感測端VSENSE經由一分壓器1502和開關820與電池電源810耦接。電源輸出端OUT與發光元件830耦接。回授端ISENSE與感測元件840耦接。接地端GND耦接至地。切換輸出端SW經由電感L1與電源輸入端VIN耦接。指示端BATLO與一指示器1504耦接。在一個實施例中，電子電路1500還包括電容C1，耦接於電池電源810和控制器1550的電源輸入端VIN之間。在一個實施例中，可攜式照明裝置1500還包括電容C2，耦接於發光元件830和控制器1550的電源輸出端OUT之間。

在操作中，若開關830導通，電源輸入端VIN接收來自電池電源810的電能，感測端VSENSE接收指示電池電源810的電壓的感測信號SEN。電源輸出端OUT對發光元件830提供輸出電能。回授端ISENSE接收指示發光元件830的電流的回授信號FB。控制器1550根據回授信號FB和感測信號SEN調節流經發光元件830的電流。具體而言，若指示電池電源810的電壓的感測信號SEN大於第一電壓位準，控制器1550則調節發光元件830的電流至第一電流位準。若指示電池電源810的電壓的感測信號SEN小於第二電壓位準，控制器1550則調節發光元件830的電流至第二電流位準。其中，第二電流位準低於第一電流位準。若指示電池電源810的電壓的感測信號SEN在第一電壓位準和第二電壓位準之間，控制器1550則調節流經發光元件830的電流跟隨感測信號SEN變化。因此，控制器1550可調節發光元件830的亮度。

圖16所示為圖15中的控制器1550包含內部功能方塊的電路圖。圖16與圖10A標號相同的元件具有相同或類似的功能，為簡明起見，在此將不再贅述。圖17所示為參考信號ADJ和圖16中的感測信號SEN的關係圖。圖16將結合圖17進行描述。

在一個實施例中，如圖16所示，控制器1550包括低電壓鎖定電路1651、參考信號產生單元1654、調光單元1055、驅動器1056、開關1057和開關1058。其中低電壓鎖定電路1651與輸入端VIN耦接。參考信號產生單元1654與感測端VSENSE耦接。調光單元1055與參考信號產生單元1654耦接。驅動器1056與調光單元1055耦接，開關1057和開關1058與驅動器1056耦接。

若開關820導通，輸入端VIN接收來自電池電源810的電能。參考信號產生單元1654根據感測信號SEN產生一參考信號ADJ。參考信號ADJ指示發光元件830的目標電流位準。感測信號SEN的電壓V_SEN 與電池電源810的電壓成比例。當感測信號SEN的電壓V_SEN 大於第一等級V_TH1 時(即指示電池電源810的電壓大於第一電壓位準)，參考信號ADJ的電壓V_ADJ 為第一電壓位準V_ADJ1 。當感測信號SEN的電壓V_SEN 低於第二等級V_TH2 時(即指示電池電源810的電壓小於第二電壓位準)，參考信號ADJ的電壓V_ADJ 為第二電壓位準V_ADJ2 。當感測信號SEN的電壓V_SEN 高於第二等級V_TH2 但低於第一等級時V_TH1 時，參考信號ADJ的電壓V_ADJ 跟隨感測信號SEN的電壓V_SEN 變化，此時發光元件830的電流也跟隨電池電源810的電壓線性變化。

調光單元1055根據參考信號ADJ和回授信號FB產生調光信號DRV，以調節流經發光元件830的電流。如圖16所示的實施例中，開關1057、開關1058和電容C2和電感L1組成一升壓轉換器，以將電源輸出端OUT的電壓升壓至足以驅動發光元件830的電壓值。切換輸出端SW經由電感L1與電源輸入端VIN耦接，經由開關1057接地。切換輸出端SW同時也經由開關1058與電源輸出端OUT耦接。電源輸出端OUT也與電容C2耦接。如此，即使電池電源810提供較低的電壓(例如1V的電壓)，但經由升壓轉換器升高電源輸出端OUT上的電壓，控制器1550仍可以驅動發光元件830。驅動器1056根據調光信號DRV控制開關1057和開關1058。在一個實施例中，開關1057和開關1058以互補的模式工作。換句話說，開關1057和開關1058被交替地導通與斷開。因此，發光元件830的電流被調節至由參考信號ADJ確定的目標電流位準。此外，參考信號產生單元1654也根據感測信號SEN產生一指示信號IDC。若感測信號SEN指示電池電源810的電壓低於第二電壓位準，指示信號IDC則處於第一狀態(例如，邏輯高)。若感測信號SEN指示電池電源810的電壓大於第二電壓位準，指示信號IDC則處於第二狀態(例如，邏輯低)。因此，在一個實施例中，若指示信號IDC在第一狀態，指示器1054導通以指示電池電源810的電壓低於第二電壓位準。若指示信號IDC在第二狀態，指示器1054斷開以指示電池電源810的電壓高於第二電壓位準。當電源輸入端VIN的電壓低於截止臨限值時，低電壓鎖定電路1651截止控制器1550。當電源輸入端VIN的電壓高於開啟臨限值時，低電壓鎖定電路1651開啟控制器1550。

圖18所示為圖16中的參考信號產生單元1654的電路圖。參考信號產生單元1654包括第一比較器1808、第二比較器1810、第一多工器1804、第二多工器1806、感測信號處理單元1802、第三比較器1812和開關1858。感測信號處理單元1802根據感測信號SEN提供處理後的信號SEN’。處理後的信號SEN’與感測信號SEN成比例。

在操作中，第一比較器1808將感測信號SEN與第一臨限值V_TH1 進行比較，以產生第一選擇信號SEL1。第二比較器1810將感測信號SEN與第二臨限值V_TH2 進行比較，以產生第二選擇信號SEL2。第一多工器1804根據第一選擇信號SEL1選擇性地輸出處理後的信號SEN’或第一電壓信號ADJ1。第二多工器1806根據第二選擇信號SEL2選擇性地輸出第一多工器1804的輸出信號或第二電壓信號ADJ2。具體而言，若感測信號SEN的電壓V_SEN 的電壓大於第一臨限值V_TH1 ，第一多工器1024輸出第一電壓信號ADJ1。第二多工器1806輸出第一多工器1804的輸出信號(例如，第一電壓信號ADJ1)作為參考信號ADJ。若感測信號SEN的電壓V_SEN 低於第二臨限值V_TH2 ，第二多工器1806輸出第二電壓信號ADJ2作為參考信號。若感測信號的電壓V_SEN 大於第二臨限值V_TH2 但低於第一臨限值V_TH1 ，第一多工器1804輸出處理後的信號SEN’，第二多工器1806輸出第一多工器1804的輸出信號(例如，處理後的信號SEN’)。這樣，參考信號ADJ的電壓與感測信號SEN的電壓成比例，進而也與電池電源810的電壓成比例。

若感測信號SEN的電壓V_SEN 的電壓低於第二臨限值V_TH2 ，指示電池電源810的電壓低於第二電壓位準，第三比較器1812斷開開關1858以產生具有第一狀態(例如，邏輯高)的指示信號，以導通指示器1504。若感測信號SEN的電壓V_SEN 大於第一臨限值V_TH1 ，指示電池電源810的電壓高於第一電壓位準，第三比較器1812導通開關1858以產生具有第二狀態(例如，邏輯低)的指示信號，以斷開指示器1504。

圖19所示為本發明一實施例的可攜式照明裝置1900的電路示意圖。可攜式照明裝置1900包括電池電源1110、開關820、發光元件830、感測元件840、控制器1950、電感L2以及電容C2。圖19與圖12和圖15中標號相同的元件具有相同或類似的功能，為簡明起見，在此將不再贅述。

圖20所示為圖19中的控制器1950包含內部功能方塊的示意圖。圖20與圖10和圖16中標號相同的元件具有相同或類似的功能。在一個實施例中，控制器1950包括低電壓鎖定電路1651、參考信號產生單元1654、調光單元1055、驅動器1056、開關1357和開關1358。其中低電壓鎖定電路1651與電源輸入端VIN耦接。參考信號產生單元1654與感測端VSENSE耦接。調光單元1055與參考信號產生單元1654耦接。驅動器1056與調光單元1055耦接。開關1357和開關1358與驅動器1056耦接。在圖20所示的實施例中，開關1357、開關1358和電容C2和電感L2組成降壓轉換器，以將控制器1950的電源輸出端OUT的電壓降低至較低的仍可以驅動發光元件830的電壓。在一個實施例中，開關1357和開關1358以互補模式工作。換言之，開關1357和開關1358被交替性地導通與斷開。在圖20所示的實施例中，切換輸出端SW經由開關1357與電源輸入端VIN耦接。切換輸出端SW經由開關1358接地。切換輸出端SW也經由電感L2和電容C2接地。因此，即使電池電源1110提供的電壓高於驅動發光元件830的合適電壓(例如6V)，控制器1950可以透過降壓轉換器以較低的電壓驅動發光元件830。

圖21所示為根據本發明一實施例之對光源供電的方法流程圖2100。在步驟2102中，在控制器的控制下，電池電源對發光元件供電。在步驟2104中，提供指示電池電源的電壓的感測信號給控制器。在步驟2106中，根據感測信號調節流經發光元件的電流。具體而言，當感測信號指示電池電源的電壓大於第一電壓位準時，流經發光元件的電流被調節至第一電流位準；當感測信號指示電池電源的電壓低於第二電壓位準時，流經發光元件的電流被調節至第二電流位準。第二電壓位準低於第一電壓位準。當感測信號指示電池電源的電壓在第二電壓位準和第一電壓位準之間時，流經發光元件的電流被調節至根據感測信號的電壓變化。

對光源供電的方法還包括控制器根據感測信號產生參考信號。參考信號指示流經發光元件的目標電流位準。當感測信號指示電池電源的電壓大於第一電壓位準時，參考信號的電壓在第一電壓位準；當感測信號指示電池電源的電壓低於第二電壓位準時，參考信號的電壓在第二電壓位準；當感測信號指示電池電源的電壓在第二電壓位準和第一電壓位準之間時，參考信號的電壓跟隨感測信號線性變化。

對光源供電的方法還包括控制器根據感測信號產生指示信號以控制指示器。感測信號指示電池電源的電壓低於第二電壓位準時，指示信號在第一狀態；當感測信號指示電池電源的電壓大於第二電壓位準時，指示信號在第二狀態。

有利之處在於，本發明提供了對光源供電的電路。控制器感測電池電源的電壓，根據電池的電壓調節參考信號。根據指示發光元件的目標電流值的參考信號調節流經發光元件的電流。若電池電源的電壓較低，流經發光元件的電流被調節至較低等級。因此，電池的壽命延長，從而延長發光元件的壽命。

本領域普通技術人員可以理解，此處的“電池”並不限於乾電池或鹼性電池，其可包括鋰電池或其他類型的電池。此外，雖然本發明的實施例只示出了一個發光元件，可以理解的是，本發明並不限於發光元件的數量，而是可以採用任意數量的發光元件。此處為便於說明以以發光二極體(LED)為實施例，但本發明並不以此為限，可將LED 替換為其他類型的發光元件。本發明雖以手電筒為例加以說明，但並不限於家用或小型手電筒，其亦包括不同尺寸、不同用途的可攜式照明裝置。例如但不限於：登山、探測所用的頭燈，或自行車的車燈等等。

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，本發明之範圍由後申請專利範圍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

700‧‧‧電路

710‧‧‧電池組

720‧‧‧開關

730‧‧‧光源

740‧‧‧限流電阻

750‧‧‧性能圖

800‧‧‧可攜式照明裝置

810‧‧‧電池電源

820‧‧‧開關

830‧‧‧發光元件

840‧‧‧感測元件

850‧‧‧控制器

900‧‧‧可攜式照明裝置

950‧‧‧控制器

1051‧‧‧低電壓鎖定電路

1052‧‧‧觸發電路

1053‧‧‧時脈產生器

1054‧‧‧參考選擇器

1055‧‧‧調光單元

1056‧‧‧驅動器

1057、1058‧‧‧開關

1100‧‧‧可攜式照明裝置

1110‧‧‧電池電源

1150‧‧‧控制器

1200‧‧‧可攜式照明裝置

1250‧‧‧控制器

1357、1358‧‧‧開關

1500‧‧‧可攜式照明裝置

1502‧‧‧分壓器

1504‧‧‧指示器

1651‧‧‧低電壓鎖定電路

1654‧‧‧參考信號產生單元

1802‧‧‧感測信號處理單元

1804‧‧‧第一多工器

1806‧‧‧第二多工器

1808‧‧‧第一比較器

1810‧‧‧第二比較器

1812‧‧‧第三比較器

1858‧‧‧開關

1900‧‧‧可攜式照明裝置

1950‧‧‧控制器

2100‧‧‧流程圖

2102、2104、2106‧‧‧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V_ADJ 和電壓V_UVLS 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。

圖7A所示為現有手電筒內的電路示意圖。

圖7B所示為圖7A中的電路的性能圖。

圖8所示為根據本發明一實施例之可攜式照明裝置的電路示意圖。

圖9所示為根據本發明另一實施例之可攜式照明裝置的電路示意圖。

圖10A所示為圖9中所示之控制器的電路示意圖。

圖10B所示為圖10A中所示之控制器的調光控制時序圖。

圖11所示為根據本發明又一實施例之可攜式照明裝置的電路示意圖。

圖12所示為根據本發明再一實施例之可攜式照明裝置的電路示意圖。

圖13所示為圖12中的控制器的電路示意圖。

圖14所示為根據本發明一實施例之示於圖10A中之可攜式照明裝置的性能圖。

圖15所示為根據本發明一實施例之可攜式照明裝置的電路示意圖。

圖16所示為圖15中的控制器包含內部功能方塊的電路圖。

圖17所示為圖16中所示之參考信號ADJ和感測信號SEN之間的關係圖。

圖18所示為圖16中的參考信號產生單元的電路圖。

圖19所示為本發明一實施例的可攜式照明裝置的電路示意圖。

圖20所示為圖19中的控制器包含內部功能方塊的示意圖。

圖21所示為根據本發明一實施例之對光源供電的方法流程圖。