TWI576006B - Light emitting diode controller and method thereof - Google Patents

Description

發光二極體控制器及其方法

本發明是關於驅動發光二極體燈具之控制器及其控制方法。

在現今環保意識高漲時代，能源之開發及消耗已被更加重視。為延長人類活動時間及增加工作環境，照明設備為日常中不可或缺之物，目前常用照明以燈泡或燈管為主要光源，惟該些裝置即使經多次改良仍有其缺點，其中燈泡以鎢絲發光，光電轉換效率低，多數能量更消耗在熱能，故耗電量高，反應慢或容易損壞，而燈管中為使電子相互撞擊產生光，需要填充汞氣體，惟汞對環境所造成汙染係眾所皆知，不適於環保議題之討論。取代燈泡或燈管之主流技術，以發光二極體(Light-Emitting Diode：LED)呼聲最高，其利用電子在半導體材料能階中移動產生光的特性，具有耗電量低且效率高，又不似傳統燈泡以燈絲發光，因此使用壽命長且不易損壞，或填充汞氣體對環境造成重大汙染，廣泛使用發光二極體取代傳統燈具係指日可待。

目前多數燈座規格諸如皆由多數廠商統一制定，為使發光二極體在使用者無需另行更換照明設備情況下，發光二極體之研發主要係配合習知燈座規格，將多數發光二極體以串聯或並聯方式，設置於燈座上，形成一燈具。又各家廠商依其使用目的與環境，於每顆燈具內部設置發光二極體串或並聯數量為不一致。例如，目前一顆發光二極體額定電壓約3~4伏特，廠商可能將複數個發光二極體串聯或並聯成一燈具，或是燈具可串聯 或並聯使之適用家庭110伏特之額定電壓。如此一來，每個廠商出產燈具所需消耗之電壓即不同，使得不同樣式或不同數量之發光二極體形成之燈具，所需電壓不同，使用者如欲同時使用不同燈具，則需各種燈具之電源供應器，若電源供應器不當應用，可能造成燈具燒毀，或照明亮度不足等情況。此時，因此，須分別攜帶不同需求之電源供應器，對於在不同地點或隨時移動使用該些燈具之使用者來說是一大負擔。

為解決上述問題，習知技術中，提供一種燈具，設置一發光燈條，發光燈條包括複數個發光二極體，此燈具包括：一驅動模組、一殼體、一燈罩及燈座。驅動模組包括一驅動單元及一規格辨識單元，驅動單元對應規格辨識單元獲得的一規格資料提供特定電子特性的電子環境予發光燈條，使得發光燈條發光。發光燈條是設置於殼體及燈罩之間，並經由燈座電性連接驅動模組，其中，前述規格資料係由規格辨識單元自發光燈條所獲得。藉由設置於燈具中的規格辨識單元，取得儲存於發光燈條的規格儲存單元中的一規格資料，以辨識出發光燈條及/或其內的發光元件的電子特性，從而提供符合發光燈條所用的電子特性的電子環境，使得發光燈條發光。惟此種方法倚靠規格辨識單元辨識不同規格之燈具，需另外設置規格儲存單元，造成額外的耗電量或燈具空間。

另一習知技術係一種發光二極體控制電路，適用於控制一發光二極體燈管，該發光二極體燈管包含複數發光二極體燈串，其中該發光二極體燈管較佳的最大輸入電壓不超過70伏特且發光二極體燈串的燈串數目較佳限制於4串以內。該發光二極體控制電路包含複數二極體、一保護電路、複數定電流電路及一切換開關。每一二極體的正極連接單一發光二極體燈串的輸出端。保護電路連接於每一二極體的負極，當該發光二極體燈管的輸入端電壓高於一臨界值或是該發光二極體燈管中有發光二極體出現短路 時，該保護電路輸出一切換信號。每一定電流電路連接單一發光二極體燈串的輸出端，並依據一開關控制信號控制該定電流電路是否工作以進而控制該發光二極體燈管是否工作，且依據一調光控制信號控制該發光二極體燈管的亮度。切換開關在未接收到該切換信號時不影響該開關控制信號，並在接收到該切換信號時通過該開關控制信號控制該發光二極體燈管不工作。上述方法利用定電流電路，使每個發光二極體燈串都可以工作，並控制亮度，惟該方法為避免電壓過大損毀，其限制燈串最大電壓為不超過70伏特，如此一來，若使用者需要更多的燈串，使用超過70伏特，此方法即不可行。

綜上，當使用者需要不同規格之發光二極體燈具時，即需要攜帶多數個適用於各種額定電壓之驅動裝置，以驅動該些燈具，對使用者來說，極不便利且不經濟。

本發明之主要目的在於提供一種發光二極體控制器及其方法，利用該驅動裝置，使用者僅需一個電源供應器，即可驅動適用不同額定電壓之發光二極體燈具。

本發明之次要目的在於提供一種發光二極體控制器及其方法，該驅動裝置可自動偵測該些發光二極體之工作電壓，使驅動電壓適於發光二極體工作點。

當使用者欲使用不同額定電壓之發光二極體燈具時，僅需在電源供應器與發光二極體燈具間耦接該驅動裝置，即可驅動該些發光二極體燈具。

為達到上述所指稱之各目的與功效，本發明係揭露一種發光二極體控制器及其方法，在發光二極體串聯並聯數量未知時，使用者僅需在電源供應器間耦接本發明之控制器，控制器可提供一驅動電壓，該驅動電壓係逐漸地增加，並自動偵測該些發光二極體之每次驅動電壓增幅後之總電流，利用每次增幅驅動電壓與每次偵測之總電流計算目前該些發光二極體全部導通之工作電壓，確定該工作電壓後，該控制器即停止對驅動電壓增幅，使後端發光二極體不致應驅動電壓過大而損毀。此外，本發明控制器，具有多個輸出埠或可手動切換適用額定電壓不同之發光二極體燈具，欲使用額定電壓不同之發光二極體燈具時，使用者耦接該些發光二極體燈具於各輸出埠，額定電壓在同一範圍內之發光二極體耦接同一輸出埠，避免該些發光二極體因驅動電壓過大而損毀，或驅動電壓過低而明亮度不足。

本發明在一實施例中，該發光二極體控制器，其包含：一控制單元，具有電壓輸入端，及電壓輸出端，電壓輸出端輸出一驅動電壓供給複數個發光二極體；以及一偵測單元，偵測該些發光二極體之一總電流；其中，控制單元依據該總電流調整該驅動電壓。

本發明在另一較佳實施例中，該發光二極體控制器之控制單元，更包含一運算電路，計算該驅動電壓與該總電流之斜率。

本發明在另一較佳實施例中，該發光二極體控制器之控制單元，更包含一驅動電路，可逐漸地增幅該驅動電壓。

本發明在另一較佳實施例中，該些發光二極體係適用相同額定電壓。

本發明在一實施例中，該發光二極體控制方法，其包含：產生一驅動電壓，供給複數個發光二極體；逐漸地增幅該驅動電壓，偵測每次增幅後該些發光二極體之一總電流；計算每次增幅該驅動電壓與該總電流之一斜率；以及判斷該斜率，決定是否繼續增幅。

10‧‧‧發光二極體控制器

100‧‧‧控制單元

101‧‧‧運算電路

102‧‧‧驅動電路

200‧‧‧偵測單元

D‧‧‧發光二極體

第一圖：其係為本發明一較佳實施例之發光二極體控制器示意圖；第二圖：其係為發光二極體之順向偏壓之特性曲線；第三圖：其係為本發明另一較佳實施例之發光二極體控制器流程圖；第四圖：其係為本發明另一較佳實施例之發光二極體控制器示意圖；第五圖：其係為本發明運算電路之計算斜率示意圖；第六圖：其係為本發明另一實施例示意圖。

為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：參照第一圖，其係為本發明之一較佳實施例之發光二極體控制器示意圖。如圖所示，本發明發光二極體控制器10，其係包含：一控制單元100；以及一偵測單元200。

本發明之發光二極體之控制器10，其控制單元100具有，一電壓輸入端Vi耦接電源供應器，及電壓輸出端Vo輸出一驅動電壓供給複數個發光 二極體D，以及一偵測單元200偵測該些發光二極體D之一總電流，並將該總電流數據予控制單元100，控制單元100依據總電流調整驅動電壓。

請一併參照第二圖，其係為發光二極體之順向偏壓之特性曲線。如圖所示，本發明發光二極體控制器之控制單元，依據習知單一發光二極體操作時，如曲線C₁所示，具有一切入電壓Vcut，驅動電壓小於該切入電壓Vcut時，發光二極體係未導通狀態，工作電流非常微小，且趨近於0，但是當驅動電壓大於切入電壓Vcut時，發光二極體係導通狀態，工作電流急速上升。同理可推，多數個相同發光二極體串聯，如曲線C₂所示，當串聯數越多時，切入電壓Vcut則會越大；多數個相同發光二極體並聯，當並聯數越多，工作電流增加速度會越快，如曲線C₃所示；若為相同發光二極體同時串聯及並聯時，則切入電壓Vcut增加，同時工作電流也一併增加。

本發明之發光二極體之控制器，其係包含：一控制單元100，該控制單元100可控制驅動電壓，該驅動電壓驅動複數個發光二極體D，以及一偵測單元200，該偵測單元200偵測該些發光二極體D之總電流，並將該總電流信號回傳予控制單元100，控制單元100依該總電流調整驅動電壓。由於該些發光二極體串聯或並聯數量為未知，控制單元100利用偵測單元200偵測之總電流取得該些發光二極體D全部導通之工作電壓，並控制該驅動電壓，使該驅動電壓等於工作電壓。

藉由上述裝置及方法，電源供應器透過本發明之發光二極體之控制器10，當輸出端耦接發光二極體D串聯或並聯數量未知時，該控制器可取得全部發光二極體導通之工作電壓，並控制驅動電壓等於工作電壓，而不需要額外攜帶適用該些發光二極體之驅動裝置。

請參照第三圖，其係為本發明一較佳實施例之發光二極體之控制器流程圖。如圖所示，依據前述發光二極體控制器10，其步驟說明如下， 在步驟S10，控制單元100輸出端產生一驅動電壓；步驟S20，偵測單元200偵測該些發光二極體D之總電流；步驟S30，控制單元100增幅該驅動電壓；步驟S40：偵測單元200偵測該些發光二極體D之總電流；步驟S50：控制單元100計算驅動電壓與總電流之斜率；步驟S60：依據該斜率，決定該些發光二極體全部導通之工作電壓；步驟S70：若該些發光二極體皆為全部導通，即產生一工作訊號，使控制單元100不再繼續增幅該驅動電壓。

透過上述方法流程，可取得該些發光二極體完全導通之一工作電壓，並且利用控制器將驅動電壓維持在工作電壓，使該些發光二極體不致因電壓過大而毀損。

請參照第四圖，其係為本發明另一較佳實施例之發光二極體控制器示意圖。如圖所示，本發明之發光二極體之控制器10，其中該控制單元100更包含：一運算電路101，一驅動電路102。該運算電路101具有兩輸入端，其中一端接收驅動電壓，另一端接收由偵測單元200得到之總電流訊號，該驅動電路102具有一輸入端耦接電源供應器，輸出端輸出驅動電壓，該驅動電路102以逐漸地增幅該驅動電壓，使驅動電壓由初始值開始，每次時間區間增加一微小伏特，該微小伏特值可視使用者所需調整，例如可調整範圍從10^-5mV到10^-1mV，當解析度需求越大時，則驅動電壓每次增加幅度越小。運算電路101之一輸入端接收驅動電壓時，另一輸入端即可得到一總電流，當驅動電壓每次增加一微小伏特，就得到另一總電流，此時，運算電路101依據增幅前之驅動電壓及總電流與增幅後之驅動電壓與總電流，計算電壓電流斜率，透過該斜率即可判斷目前所使用發光二極體之工作電壓，當運算電路101得到目前所使用發光二極體D之工作電壓，即將一工作訊號傳送予驅動電路102，驅動電路102接收工作訊號時，即停止繼續增幅驅動電壓，使驅動電壓不再繼續增加，此時驅動電壓等於工作電壓。

藉由上述裝置及方法，電源供應器透過本發明之發光二極體之控制器10，當輸出端耦接相同發光二極體數量未知時，可得到目前需要工作電壓，增幅該驅動電壓使該些發光二極體皆為工作狀態。

請參照第五圖，其係為本發明運算電路之計算斜率示意圖。如圖所示，該圖係局部放大發光二極體特性曲線C，其中驅動電路每次增幅之驅動電壓為Vn、Vn+1、Vn+2及Vn+3，驅動電壓Vn及Vn+1小於Vcut，驅動電壓Vn+2及Vn+3大於Vcut。當驅動電壓為Vn時具有一總電流In，當驅動電壓增幅至Vn+1時，具有另一總電流In+1，此時，運算電路101由驅動電壓Vn及總電流In，與驅動電壓Vn+1及總電流In+1，可得一斜率S1，計算公式為： 當驅動電壓增幅至Vn+2時，具有一總電流In+2，此時，運算電路101由驅動電壓Vn+1及總電流In+1，與驅動電壓Vn+2及總電流In+2，可得一斜率S2，計算公式為： 以此類推當驅動電壓Vn+3時，運算電路101亦可得一總電流In+3以及一斜率S3。由此可得，當驅動電壓逐漸增幅時，發光二極體上電壓及電流斜率會越大，當驅動電壓等於Vn或Vn+1時，發光二極體可能尚未完全導通，在驅動電壓Vn+1所得到斜率S1非常小；當驅動電壓為Vn+2或Vn+3時，所有發光二極體可能全部導通狀態，在驅動電壓Vn+2及Vn+3所得到斜率S2及S3非常大。注意的是，此處尚未完全導通及可能全部導通之意思，係指雖為規格相同之發光二極體，切入電壓仍有現實上些微差距，例如10^-5mV甚至更小，當驅動電壓過於接近每顆發光二極體的切入電壓，使得並非所有發光二極體未導通或已經導通。此部分之解決方法可藉由驅動電壓增幅之解析度解 決，其中解析度之調整已如前述。此外，經由該斜率決定工作電壓，並將工作訊號傳送予驅動電路，該斜率大小可視使用者所需調整，例如使用者只想使該些發光二極體工作，而不需以給予滿載額定電壓，則設定斜率值越小，但使其所有發光二極體工作，反之則設定斜率值越大，但不使所有發光二極體損毀。

請參照第六圖，其係為本發明另一實施例示意圖。如圖所示，本發明之發光二極體之控制器及其方法，亦可適用在同時驅動不同規格之燈具，惟不同燈具所需工作電壓不同，為避免其中之一燈具因電壓過小無法工作，或因電壓過大而損毀。本發明之發光二極體之控制器及方法，可具有多個輸出埠，同時偵測不同範圍額定電壓之發光二極體，欲使用不同規格之發光二極體，使用者耦接該些發光二極體於各輸出埠，將適用同一額定電壓之該些發光二極體耦接同一輸出埠，如此可避免該些發光二極體因電壓過大而損毀，或電壓過低而明亮度不足。

本發明之控制器可為手動切換其適用之燈具電壓範圍，例如：3~5伏特為一個範圍、20~23伏特為一個範圍。

本發明利用二極體工作特性，完成一種發光二極體控制器及方法，該發光二極體控制器具有一控制單元輸出驅動電壓，及一偵測單元，偵測該些發光二極體之一總電流，控制單元依據該總電流計算目前發光二極體之工作電壓，並將該驅動電壓維持在工作電壓。透過本發明之發光二極體之控制器，使用者無需攜帶各種型式之驅動裝置，即可驅動各種規格之發光二極體燈具，且不論該發光二極體串聯並聯數量皆可穩定工作。本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出創作專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

10‧‧‧發光二極體控制器

100‧‧‧控制單元

200‧‧‧偵測單元

D‧‧‧發光二極體

Claims (11)

1. 一種發光二極體之控制方法，該控制方法包含：輸出一驅動電壓予複數個發光二極體；逐漸地增幅該驅動電壓，偵測該驅動電壓每次增幅後該些發光二極體之一總電流；計算每次增幅該驅動電壓與該總電流之一斜率；以及依據該斜率，決定該些發光二極體全部導通時之工作電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之控制方法，其中該斜率計算係以增幅電壓與該總電流增幅前後差之比值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之控制方法，其中增幅電壓範圍為10^-5mV到10^-1mV。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之控制方法，其中該些發光二極體適用相同額定電壓。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體控制方法，其中該些發光二極體為串聯。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體控制方法，其中該些發光二極體為並聯。
7. 一種發光二極體之控制器，該控制器其包含：一控制單元，輸出一驅動電壓供給複數個發光二極體；以及一偵測單元，偵測該些發光二極體之一總電流，將該總電流回傳予該控制單元，其中該控制單元依據該總電流調整該驅動電壓，其中該控制單元更包含一運算電路，計算該驅動電壓與該總電流之斜率。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體之控制器，其中該控制單元更包含一驅動電路，逐漸地增幅該驅動電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之控制器，其中該些發光二極體適用相同額定電壓。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之控制器，其中該些發光 二極體為串聯。
11. 如申請專利範圍第8項所述之發光二極體之控制器，其中該些發光二極體為並聯。