TWI670993B - 發光二極體閃頻控制系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體閃頻控制系統及方法，包含有一控制與記憶單元，一電源電路電連接控制與記憶單元且具有一儲能電容，一LED發光單元接受該電源電路所輸出的驅動電流，一迴路開關受控制與記憶單元控制而開啟或關閉，以及一電流電壓偵測單元設置於電源電路及LED發光單元之間，以偵測LED發光單元的實際電流值及實際電壓值，並傳送至控制與記憶單元加以記錄；其中，該電源電路受該控制與記憶單元控制而切換為定電壓或定電流輸出，在定電壓輸出時進行預充電，再切換成定電流輸出來點亮LED發光單元，以實現高速響應的功能。

Description

發光二極體閃頻控制系統及方法
本發明與自動光學檢測系統(AOI)應用的照明裝置有關，具體而言是指一種發光二極體(LED)的閃頻(Strobe)控制系統及方法，能夠在定電流及定電壓的二種驅動模式之間切換，有效縮短發光二極體的響應時間以符合需求。
發光二極體(LED)照明的定電流驅動方法已是成熟技術，可以改善LED的使用壽命，並且降低波長、色溫偏移與亮度光衰的問題。此外，LED發光能量與驅動電流成正相關，所以使用定電流驅動能夠有效控制發光能量的一致性，不容易受到溫度變化或二極體順向電壓的影響。
然而，定電流驅動的缺點在於：需要偵測到實際的LED驅動負載才能得到正確的電流回授，導致電流穩壓時間需要拉長到數百微秒(us)，甚至是數毫秒(ms)。因此，定電流驅動無法應用在需要高速響應(Instant ON/OFF)的LED照明裝置上。
以自動化光學檢測系統(AOI)來說，LED照明裝置會採用閃頻(Strobe)控制來實現高速響應，以降低相機曝光時間，避免影像因移動或振動所造成的模糊問題，進而與CCD或CMOS等影像感測器搭配構成飛拍(on-the-fly)系統，提高生產速度，以及降低檢測工時成本。自動化光學檢測系統(AOI)所使用的LED照明裝置當中LED每次點亮的響應時間必須被限縮在數微秒(us)內，才能夠有效的跟影像感測器曝光同步，在前述的高速響應功能要求之下，自動化光學檢測系統(AOI)所使用的LED照明裝置仍舊只能使用定電壓驅動，但是使用定電壓驅動卻不容易控制發光能量的一致性。
有鑑於上述情況，業界亟需要能夠以定電流驅動方法實現高速響應的LED閃頻控制系統及方法，適用於自動化光學檢測系統(AOI)，使LED點亮時的光通量穩定一致，避免因為使用時間與溫度變化而產生變異，同時增加產能及延長LED壽命。
本發明的目的在於提供一種發光二極體閃頻控制系統及方法，能夠使用定電流驅動方法，實現高速響應。
本發明所提供一種發光二極體閃頻控制系統，包含有一控制與記憶單元，一電源電路電連接控制與記憶單元且具有一儲能電容，一LED發光單元接受該電源電路所輸出的驅動電流，以及一迴路開關受控制與記憶單元控制而開啟或關閉，其特徵在於：還具有一電流電壓偵測單元設置於電源電路及LED發光單元之間，以偵測LED發光單元的實際電流值及實際電壓值，並傳送至控制與記憶單元加以記錄；其中，該電源電路受該控制與記憶單元控制而切換為定電壓或定電流輸出。
本發明還提供一種發光二極體閃頻控制方法，能夠利用前述閃頻控制系統來執行以下步驟：取得一LED發光單元被點亮且驅動電流達到目標電流值時的實際電壓值；確保該LED發光單元不被點亮，一電源電路以定電壓輸出符合實際電壓值的驅動電流進行對電源電路內的一儲能電容進行預充電；以及該電源電路切換定電流輸出以點亮該LED發光單元，之後回到前一步驟並重複執行，最後結束。
如此一來，電源電路會在定電壓下進行預充電，再切換成定電流輸出來點亮LED發光單元，以縮短LED發光單元的響應時間，同時透過定電流的驅動方式來確保LED發光單元所發射光通亮的穩定性。
為具體說明本發明的系統功能，執行方法與技術效果，以下提供一較佳實施例並配合圖式進行詳細說明。如圖1所示，本發明所提供較佳實施例的發光二極體閃頻控制系統，具有一控制與記憶單元20，一電源電路30接受控制與記憶單元20控制而輸出定電壓或定電流的驅動電流，一LED發光單元50接受來自電源電路30的驅動電流而發射光線，一電流電壓偵測單元40設置於電源電路30與LED發光單元50之間以偵測LED發光單元50的實際電流值及實際電壓值，以及一迴路開關60，接受控制與記憶單元20的控制來開啟或關閉LED發光單元50。
其中，電源電路30具有一儲能電容(圖未繪示)，用來穩定所輸出的驅動電流。電流電壓偵測單元40電連接控制與記憶單元20以回傳LED發光單元50的實際電流值及實際電壓值，控制與記憶單元20會記錄前述實際電流值及實際電壓值來對電源電路30進行回授控制。此外，迴路開關60為一短斷路銜接裝置通常使用功率電晶體、繼電器或光電開關其中之一，能夠導通或截斷LED發光單元50的電力迴路，所以只有在迴路開關60開啟時才能夠點亮LED發光單元50。
藉由前述發光二極體閃頻控制系統能夠執行如圖2所示的發光二極體閃頻控制方法。
首先執行步驟S1，以定電流驅動方式進行預點亮，控制與記憶單元20將開啟迴路開關60，並且讓電源電路30輸出驅動電流以點亮LED發光單元50，使得通過LED發光單元50的電流(即電流電壓偵測單元40所偵測的實際電流值)符合一目標電流值。在此同時，由電流電壓偵測單元40偵測LED發光單元50的實際電壓值並回傳至控制與記憶單元20進行紀錄，完成後關閉迴路開關60。
接著執行步驟S2，以定電壓驅動方式進行預充電，由電源電路30輸出符合步驟S1所記錄實際電壓值的驅動電流，確保電源電路30的儲能電容在可立即輸出的狀態。此時迴路開關60維持關閉，所以LED發光單元50不會被點亮。
對儲能電容進行預充電完成後，觸發執行步驟S3來開啟迴路開關60，進而點亮LED發光單元50，同時電源電路30從定電壓驅動改為定電流驅動。由於電源電路30的儲能電容在步驟S2已經處於可立即輸出的狀態，因此在迴路開關60啟動之後，只需要數微秒(us)的時間就會快速點亮LED發光單元50，並使通過LED發光單元50的實際電流值符合目標電流值。迴路開關60維持開啟的狀態下，電源電路30透過電流電壓偵測單元40及控制與記憶單元20的回授控制來維持LED發光單元50的實際電流值符合目標電流值，同時電流電壓偵測單元40持續偵測LED發光單元50的實際電壓值並傳送至控制與記憶單元20加以記錄。
點亮LED發光單元50經過預定時間之後，隨即執行步驟S4，關閉迴路開關60，使得LED發光單元50熄滅，同時電源電路30根據儲存於控制與記憶單元20的實際電壓值改為定電壓輸出，讓電源電路30的儲能電容處於可立即輸出的狀態，再回到步驟S3並重複執行，直到整體作業完成時進入步驟S5關閉迴路開關並停止電源電路30的輸出而結束。
藉由前述發光二極體閃頻控制方法，電源電路30會受控制與記憶單元20的控制而規律地切換成定電壓或定電流的驅動方式，使本發明的發光二極體閃頻控制系統在點亮LED發光單元50時都可以符合高速響應的要求。
此外，由於LED發光單元50被點亮時都是採用定電流驅動方式，因而能夠有效控制LED發光單元50當中LED所發射的光通量穩定一致，避免因使用時間與溫度變化而產生的變異，並且能夠延長LED壽命。
20‧‧‧控制與記憶單元
30‧‧‧電源電路
40‧‧‧電流電壓偵測單元
50‧‧‧LED發光單元
60‧‧‧迴路開關
S1~S5‧‧‧步驟
圖1為本發明所提供發光二極體閃頻控制系統的系統方塊圖。
圖2為本發明所提供發光二極體閃頻控制方法的流程圖。

Claims (7)

  1. 一種發光二極體閃頻控制系統，包含有一控制與記憶單元，一電源電路電連接該控制與記憶單元且具有一儲能電容，一LED發光單元接受該電源電路所輸出的一驅動電流，以及一迴路開關受該控制與記憶單元控制而開啟或關閉，其特徵在於：還具有一電流電壓偵測單元設置於該電源電路及該LED發光單元之間，以偵測該LED發光單元的一實際電流值及一實際電壓值，並傳送至控制與記憶單元加以記錄；其中，該電源電路受該控制與記憶單元控制而切換為定電壓或定電流輸出。
  2. 如請求項1所述的發光二極體閃頻控制系統，其中該迴路開關為一短斷路銜接裝置，選自功率電晶體、繼電器或光電開關其中之一。
  3. 如請求項1所述的發光二極體閃頻控制系統，其中該迴路開關開啟時，該電源電路為定電流輸出；當該迴路開關關閉時，該電源電路為定電壓輸出。
  4. 一種發光二極體閃頻控制方法，包含有以下步驟：取得一LED發光單元被點亮且驅動電流達到一目標電流值時的一實際電壓值；確保該LED發光單元不被點亮，一電源電路以定電壓輸出符合該實際電壓值的驅動電流進行對該電源電路內的一儲能電容進行預充電；以及該電源電路切換為定電流輸出，點亮該LED發光單元，之後回到前一步驟並重複執行，最後結束。
  5. 如請求項4所述的發光二極體閃頻控制方法，其中在該LED發光單元被點亮時，該電流電壓偵測單元持續偵測該LED發光單元的實際電壓值並傳送至該控制與記憶單元加以記錄。
  6. 如請求項4所述的發光二極體閃頻控制方法，其中最先步驟是開啟一迴路開關，同時讓該電源電路輸出該驅動電流至該LED發光單元進行預點亮，再由該電流電壓偵測單元偵測取得該實際電壓值並回傳至該控制與記憶單元進行紀錄，之後關閉該迴路開關。
  7. 如請求項4所述的發光二極體閃頻控制方法，其中該LED發光單元是藉由一迴路開關的開啟或關閉，控制該LED發光單元能否被點亮。
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