TWI697641B - 具快速放電之載波控制發光二極體燈及具有該發光二極體燈之發光二極體燈串 - Google Patents

Abstract

一種具快速放電之載波控制發光二極體燈，包含至少一發光二極體及驅動單元。驅動單元包含信號偵測器、快速放電單元、發光控制單元以及電容。信號偵測器接收該載波發光信號，根據該載波發光信號提供一放電控制信號。快速放電單元接收該放電控制信號，控制該載波發光信號的電壓快速地小於一低準位電壓。發光控制單元根據該載波發光信號的發光命令內容，驅動該發光二極體之發光行為。電容接收一直流電源進行充電，當該快速放電單元快速放電時，該電容提供該發光二極體燈所需的工作電力。

Description

具快速放電之載波控制發光二極體燈及具有該發光二極體燈 之發光二極體燈串

本發明係有關一種發光二極體燈與發光二極體燈串，尤指一種具快速放電之載波控制發光二極體燈及具有該發光二極體燈之發光二極體燈串。

由於發光二極體(light-emitting diode,LED)具有發光效率高、低耗電量、壽命長、響應速度快、可靠度高…等的優點，因此，發光二極體已廣泛地以燈條(light bar)或燈串(light string)的串聯、並聯或串並聯的連接方式，應用於照明用燈具或裝飾用發光，例如聖誕樹燈飾、運動鞋發光特效…等。

以節慶燈飾為例，完整的發光二極體燈具基本上包含發光二極體燈串(具有複數個燈)與驅動該燈的驅動單元。驅動單元與該燈串電性連接，並且透過對該燈提供所需電力以及具有發光資料的控制信號，以點控的方式或者同步的方式控制，實現發光二極體燈具多樣化的燈光輸出效果與變化。

隨著技術的進步，具有發光資料的控制信號可透過載波的方式，將發光信號搭載於電力線上，可實現以相同的電路架構提供電力與資料傳輸的功能，以簡化佈線設計、縮小電路體積，且有利於控制線路的設計。

驅動單元主要提供具有高電壓準位與低電壓準位的發光控制信號對發光二極體燈串進行驅動。對燈串的驅動來說，通常該燈串包含所串聯的發 光二極體燈數越多時，由於連接發光二極體的連接線越粗及長，使得發光二極體燈串的寄生容抗增加，使得系統對信號處理的速度不夠快，因而增加了誤判發光信號的可能性。若要有效地避免發光二極體燈串錯誤解讀發光控制信號，就必須放慢發光控制信號在高電壓及低電壓轉換的速度，然而卻導致發光二極體燈串能夠推動的燈數較少或是光色變化速度變慢。

請參見圖1所示，其係為相關技術的發光二極體燈串之發光控制信號波形示意圖。圖1包含兩個發光控制信號波形，分別為第一波形Cv1與第二波形Cv2。另外，橫座標表示時間t，縱座標表示輸入電壓Vin，並且標示有低準位電壓Vlow與重置電壓Vreset，其中低準位電壓Vlow為辨識發光控制信號為低準位的電壓，重置電壓Vreset為重置發光二極體的電壓。以第二波形Cv2為例，其為發光控制信號自然放電的示意，因此其存在的問題為：當線路的寄生電容太大時，則放電時間較久，導致在進入下一個週期時，仍無法達到低準位電壓low，使得無法識別(辨識)發光控制信號為低準位，即持續判斷為高準位電壓。在此狀況下，惟有增加兩週期之間的寬度，使得自然放電能夠達到低準位電壓low，而達到低準位電壓low的辨識。但這樣的控制方式，只適合於燈串所串聯的燈數較少時才能夠達到較佳的控制效果，也就是說，因為無法以快速放電提供完整的發光控制信號，因此這樣的控制方式無法適用於串聯的燈數較多(例如百顆以上的燈數)，即無法確保所有串聯的燈數皆能夠收到完整的發光控制信號。

基於此，可透過快速放電電路控制發光控制信號快速地降低其電壓準位或者線路的總寄生電容較小的發光二極體燈串易使發光控制信號快速地降低其電壓準位，如第一波形Cv1所示。惟當發光控制信號快速地降低，很容 易發生發光控制信號低於可辨識的低準位電壓Vlow後(如時間點t2)，又繼續快速地降低，使得發光控制信號觸及重置電壓Vreset(如時間點t3)，使得電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組的異常判斷與誤動作。

先前的技術利用控制電路上的一組信號電壓產生電路箝位住電壓，讓電壓不致於降到重置電壓Vreset。但終究線路較為複雜，因此，如何設計出一種具快速放電之載波控制發光二極體燈及具有該發光二極體燈之發光二極體燈串，解決發光控制信號的電壓因寄生容抗過小導致觸及重置電壓，造成發光二極體模組異常判斷與誤動作的問題，又能更為精簡的線路乃為本案發明人所欲行克服並加以解決的一大課題。

本發明之目的在於提供一種具快速放電之載波控制發光二極體燈，解決當線路的寄生電容太大時，放電時間較久，導致無法達到低準位電壓，使得無法識別發光控制信號為低準位的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的具快速放電之載波控制發光二極體燈包含至少一發光二極體與一驅動單元。該驅動單元耦接該發光二極體，該驅動單元接收一載波發光信號控制該發光二極體進行發光。該驅動單元包含一信號偵測器、一快速放電單元、一發光控制單元以及一電容。該信號偵測器接收該載波發光信號，根據該載波發光信號提供一放電控制信號。該快速放電單元，接收該放電控制信號，控制該載波發光信號的電壓快速地小於一低準位電壓。該發光控制單元根據該載波發光信號的發光命令內容，驅動該發光二極 體之發光行為。該電容接收一直流電源進行充電，當該快速放電單元快速放電時，該電容提供該發光二極體燈所需的工作電力。

在一實施例中，載波控制發光二極體燈更包含一電壓箝位單元。該電壓箝位單元耦接該快速放電單元，當該載波發光信號的電壓小於該低準位電壓時，該電壓箝位單元箝位該載波發光信號的電壓大於一重置電壓。

在一實施例中，該快速放電單元為一電阻器。

在一實施例中，該快速放電單元為一電阻器與一電晶體組成的一串聯結構。

在一實施例中，該快速放電單元為一電晶體。

在一實施例中，該電阻器的電阻越大，該載波發光信號的電壓降低的速度越快。

在一實施例中，該電晶體的導通電阻越大，該載波發光信號的電壓降低的速度越快。

在一實施例中，該電晶體為一金屬氧化物半導體場效電晶體。

在一實施例中，該信號偵測器產生一控制信號，用以關閉發光二極體燈中的類比電路。

在一實施例中，該發光二極體燈係為點控的控制方式或同步的控制方式。

藉由所提出的具快速放電之載波控制發光二極體燈，能夠快速地降低發光控制信號的電壓準位而低於可辨識的低準位電壓，並且藉由縮短可辨識的低準位電壓的時間，能夠實現發光控制信號的完整放電達到可辨識的低準位電壓，以確保所有串聯的燈數皆能夠收到完整的發光控制信號。

本發明之另一目的在於提供一種具快速放電之發光二極體燈串，解決當線路的寄生電容太大時，放電時間較久，導致無法達到低準位電壓，使得無法識別發光控制信號為低準位的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的載波控制之發光二極體燈串包含一電源線、一控制器以及至少一發光二極體燈。該發光二極體燈通過該電源線耦接該控制器，且通過該電源線接收該控制器傳遞的一直流工作電力與該載波發光信號。

在一實施例中，該控制器包含一整流單元、一開關以及一控制單元。該整流單元耦接該電源線用以提供該直流工作電力。該開關連接該電源線與該至少一發光二極體燈。該控制單元耦接該整流單元與該開關，其中該控制單元控制該開關導通時，該直流工作電力通過該電源線形成對該發光二極體燈供電的供電迴路。當該控制單元欲產生該載波發光信號時，該控制單元根據該載波發光信號之發光命令內容持續切換該開關的導通與截止，使該電源線之該直流工作電力形成複數脈波以組合成該載波發光信號，且通過該電源線傳送至該發光二極體燈。

在一實施例中，該控制器更包含一放電線路。該放電線路耦接該電源線與該控制單元，當該開關截止時，該控制器驅動該放電線路接收該直流工作電力，且開始對該直流工作電力進行放電。

在一實施例中，該控制器更包含一電壓調整電容。該電壓調整電容耦接該電源線，當該開關截止時，該穩壓電容對該發光二極體燈提供該直流工作電力。

藉由所提出的具快速放電之發光二極體燈串，能夠快速地降低發光控制信號的電壓準位而低於可辨識的低準位電壓，並且藉由縮短可辨識的低準位電壓的時間，能夠實現發光控制信號的完整放電達到可辨識的低準位電壓，以確保所有串聯的燈數皆能夠收到完整的發光控制信號。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得到深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100:控制器

10:電源轉換電路

20:控制電路

30:發光二極體燈串

31,32,…,3n:發光二極體模組

Sec:發光控制資料

FUSE:保險絲

VAR:壓敏電阻

R10:輸入電阻

C11:輸入電容

D11~D14:二極體

CONR:控制單元

Qsw:輸出控制開關

R22,R23:電阻

C21:電容

Dz:齊納二極體

311:發光控制單元

312:位址信號處理單元

313:位址燒錄單元

41:穩壓器

42:振盪器

43:位址與資料辨識器

44:邏輯控制器

45:位移暫存器

46:輸出緩衝暫存器

47:驅動電路

48:位址暫存器

49:位址比較器

50:位址記憶體

51:位址燒錄控制器

52:燒錄信號偵測器

53:信號濾波器

54:信號偵測器

55:快速放電單元

24:電壓調整單元

551:電阻

552:電晶體

D1:第一二極體

C1:第一電容

Sc:控制信號

Lp:電源線

Vlow:低準位電壓

Vreset:重置電壓

Vd:發光驅動信號

Vth:參考電壓值

Vac:交流電源

Vdc:直流電源

Cv1:第一波形

Cv2:第二波形

Cv3:第三波形

Cv4:第四波形

t1~t4:時間點

圖1：為相關技術的發光二極體燈串之發光控制信號波形示意圖。

圖2A：為本發明具有載波控制之發光二極體燈串的驅動系統之第一實施例電路方塊圖。

圖2B：為本發明具有載波控制之發光二極體燈串的驅動系統之第二實施例電路方塊圖。

圖3A：為圖2A中電源轉換電路與控制電路的一實施例詳細的電路圖。

圖3B：為圖2B中電源轉換電路與控制電路詳細的電路圖。

圖3C：為圖2A中電源轉換電路與控制電路的另一實施例詳細的電路圖。

圖4A：為本發明發光二極體模組第一實施例的電路方塊圖。

圖4B~圖4D：為本發明發光二極體模組第一實施例的三種具體電路之電路方塊圖。

圖5A：為本發明發光二極體模組第二實施例的電路方塊圖。

圖5B~圖5D：為本發明發光二極體模組第二實施例的三種具體電路之電路方塊圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖2A所示，其係為本發明具有載波控制之發光二極體燈串的驅動系統第一實施例之電路方塊圖。所述第一實施例的驅動系統包含電源轉換電路10、控制電路20以及發光二極體燈串30。其中，電源轉換電路10與控制電路20係可整合為控制器100，具體地其可為包含電源轉換電路10與控制電路20的實體電路控制盒所實現。電源轉換電路10接收交流電源Vac，並且轉換交流電源Vac為直流電源Vdc，其中直流電源Vdc係可產生於跨接在電源轉換電路10的輸出兩端的輸出電容(未標示)上。

控制電路20接收直流電源Vdc，以提供控制電路20與發光二極體燈串30所需之直流電源供應。控制器100通過電源線Lp耦接交流電源Vac與發光二極體燈串30。廣義地，電源線Lp不以圖2A的標示處為限制，只要能夠作為傳遞交流電源Vac或直流電源Vdc所提供電源的線路，皆應屬於電源線Lp的範圍，例如交流電源Vac與電源轉換電路10的電連接處、控制電路20與發光二極體燈串30的陽極端的電連接處或者、控制電路20與發光二極體燈串30的陰極端的電連接處。在本實施例中，發光二極體燈串30包含複數個發光二極體模組(或稱發光二極體燈)31,32,…,3n，該些發光二極體模組31,32,…,3n係以 串聯方式連接，並且與控制電路20電性連接。在本實施中，發光二極體燈串30為具有燒錄功能之燈串，因此各該發光二極體模組31,32,…,3n具有各自對發光資料、位址資料進行燒錄處理的數位與類比線路，容後說明。

控制電路20可透過有線(wired)或無線(wireless)的方式，除本身已內置的發光資料亦可從外部接收發光控制資料Sec，使得控制電路20可根據發光控制資料的內容對發光二極體燈串30的各該發光二極體模組31,32,…,3n進行發光控制。舉例來說，使用者可透過操作電腦的方式，以有線的方式將發光控制資料Sec傳送至控制電路20，使控制電路20根據發光控制資料Sec進行發光控制。或者，使用者可透過操作手機或穿戴式裝置的方式，以無線的方式將發光控制資料Sec傳送至控制電路20，使控制電路20根據發光控制資料Sec進行發光控制。然不以上述傳送發光控制資料Sec的方式以及操作的使用者裝置限制本發明。

請參見圖2B所示，其係為本發明具有載波控制之發光二極體燈串的驅動系統第二實施例之電路方塊圖。第二實施例與圖2A所示的第一實施例最主要的差異在於前者(即第二實施例)發光二極體燈串30的該些發光二極體模組31,32,…,3n係以並聯方式連接，並且與控制電路20電性連接。在該實施例中，由於該些發光二極體模組31,32,…,3n係以並聯方式連接，因此，控制電路20與該些發光二極體模組31,32,…,3n係直接透過一直流電源Vdc供電，例如但不限制為電池單元，亦即，相較於圖2A的第一實施例，省去了電源轉換電路10對交流電源Vac進行轉換為直流電源Vdc的操作。同樣地，發光二極體燈串30為具有燒錄功能之燈串，因此各該發光二極體模組31,32,…,3n具有各自對發光資料、位址資料進行燒錄處理的數位與類比線路，容後說明。

請參見圖3A與圖3B所示，其係分別為圖2A與圖2B中電源轉換電路與控制電路詳細的電路圖。電源轉換電路10包含保險絲FUSE、壓敏電阻 VAR、輸入電阻R10、並聯連接輸入電阻R10的輸入電容C11以及由複數二極體D11~D14組成的全橋整流器。保險絲FUSE與壓敏電阻VAR分別提供電源轉換電路10的過電流與過電壓保護。輸入電阻R10與輸入電容C11耦接於保險絲FUSE、壓敏電阻VAR與全橋整流器之間，可透過將多餘的能量由輸入電容C11所吸收，以調整提供給發光二極體燈串30的總電壓大小。交流電源Vac經由全橋整流器整流後，輸出為直流電源Vdc且跨接在電源轉換電路10的輸出兩端的輸出電容C2上。

控制電路20包含控制單元CONR、輸出控制開關Qsw以及控制單元CONR工作電壓產生電路。控制單元CONR耦接輸出控制開關Qsw與控制單元CONR工作電壓產生電路。輸出控制開關Qsw接收直流電源Vdc，並且由控制單元CONR所控制，以導通或關斷直流電源Vdc傳送至發光二極體燈串30。在本實施例中，輸出控制開關Qsw係耦接於發光二極體燈串30的陽極端，且其係為p通道的金屬氧化物半導體場效電晶體(p-channel MOSFET)，透過電阻R23耦接控制單元CONR。然，在其他實施例中，輸出控制開關Qsw亦可耦接於發光二極體燈串30的陰極端，且其係為n通道的MOSFET(n-channel MOSFET)，透過電阻R23耦接控制單元CONR，可達到電路的等效特性。

在本實施例中，控制單元CONR工作電壓產生電路包含電阻R22、電容C21以及齊納二極體Dz。電容C21與齊納二極體Dz並聯連接，再與電阻R22連接，然不以此為限制本發明。齊納二極體Dz經由電阻R22接收直流電源Vdc，並且箝制直流電源Vdc在預設的固定電壓值，以提供給控制單元CONR所需的工作電壓。惟本發明不以圖3A所示控制單元CONR工作電壓產生電路的架構為限制，只要能夠達到工作電壓的產生之功能的電路架構，皆應包含於本發明之範疇中。

配合參見圖3C，其係為圖2A中電源轉換電路與控制電路的另一實施例詳細的電路圖。相較於圖3A，控制電路20更包含電壓調整單元24，所述電壓調整單元24可為快速放電電路，用以調整提供給發光二極體燈串30的直流工作電力的快速放電，或者電壓調整單元24可為電壓調整電容，用以調整提供給發光二極體燈串30的直流工作電力的減緩放電。

若電壓調整單元24為電壓調整電容，則電壓調整單元24係並聯耦接發光二極體燈串30的兩端，根據其所提供電容值(容抗值)的大小，對提供給發光二極體燈串30的直流工作電力的減緩放電。

若電壓調整單元24為快速放電電路，則電壓調整單元24係耦接輸出控制開關Qsw、發光二極體燈串30以及控制單元CONR，且由控制單元CONR所控制。當控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為關斷(turned off)時，控制單元CONR以放電的方式降低輸出至發光二極體燈串30的電壓(或稱輸出電壓)，或者控制快速放電電路(電壓調整單元24)，或者透過控制各發光二極體模組31,32,…,3n內的快速放電電路(容後詳述)，以快速地降低輸出至發光二極體燈串30的直流工作電力的電壓。控制單元CONR依照設定的時間導通輸出控制開關Qsw，以恢復(提高)輸出至發光二極體燈串30的輸出電壓，並且根據所接收到的發光控制資料Sec產生發光驅動信號，使得發光二極體燈串30根據發光驅動信號進行發光模式的運作。

反之，當沒有要傳送發光驅動信號至發光二極體燈串30時，控制單元CONR控制輸出控制開關Qsw為導通(turned on)狀態，使得電源轉換電路10所輸出的直流電源Vdc(即直流工作電力)經由輸出控制開關Qsw對發光二極體燈串30供電。藉此，只要透過控制輸出控制開關Qsw為關斷或導通，即可實現發光驅動信號與供電電源在相同的電路架構下皆可傳送至發光二極體燈串30的功效。

請參見圖4A所示，其係為本發明發光二極體模組第一實施例的電路方塊圖。具體地，該第一實施例為對發光二極體模組採用點控方式進行控制。承前所述，發光二極體燈串30為具有燒錄功能之燈串，因此各該發光二極體模組31,32,…,3n具有各自對發光資料、位址資料進行燒錄處理的數位與類比線路，例如負責發光控制的發光控制單元311、負責位址信號處理的位址信號處理單元312以及負責位址燒錄的位址燒錄單元313。如圖4A所示的具有燒錄功能之發光二極體模組31為例(其餘發光二極體模組32,…,3n具有同樣的電路方塊，不另贅述)，發光二極體模組31(即發光二極體燈)包含穩壓器41、振盪器42、位址與資料辨識器43、邏輯控制器44、位移暫存器45、輸出緩衝暫存器46、驅動電路47、位址暫存器48、位址比較器49、位址記憶體50、位址燒錄控制器51、燒錄信號偵測器52、信號濾波器53、信號偵測器54、快速放電單元55、第一二極體D1以及第一電容C1。

附帶一提，發光控制單元311包含上述的位址與資料辨識器43、邏輯控制器44以及位移暫存器45。發光控制單元311係根據載波發光信號之發光命令內容用以驅動發光二極體之發光行為。其中，發光命令內容係對應於發光二極體之發光行為(方式)，例如色彩變化、亮滅(暗)方式、亮滅頻率…等等的特定識別的編碼內容。位址信號處理單元312包含上述的位址暫存器48、位址比較器49以及位址記憶體50。位址燒錄單元313包含上述的位址燒錄控制器51與燒錄信號偵測器52。

附帶一提，圖4A所示的發光二極體模組係應用於圖2A、圖3A的串聯方式連接，因此需要使用穩壓器41作為電壓調節與穩壓之用。再者，圖4A所示的發光二極體模組係採用點控的操作方式，因此發光二極體模組具有對位址資料處理(包含判斷、記憶、燒錄…等操作)的位址信號處理單元312與位址燒錄單元313，即包含位址暫存器48、位址比較器49、位址記憶體50、位址燒 錄控制器51以及燒錄信號偵測器52。換言之，若發光二極體模組係採用同步的操作方式，則可省略位址信號處理單元312與位址燒錄單元313，只需要有發光資料處理的發光控制單元311即可。

穩壓器41接收輸入電壓，並且對其提供電壓的調節與控制，使提供的輸出電壓維持穩定。振盪器42產生週期性的時脈信號，作為維持發光控制單元311、位址信號處理單元312以及位址燒錄單元313能夠正常地、有序地運作的時間基準。因此，當振盪器42進入休眠模式停止振盪工作，發光控制單元311、位址信號處理單元312以及位址燒錄單元313則受控地進入休眠模式。

位址與資料辨識器43耦接振盪器42；邏輯控制器44耦接位址與資料辨識器43；位移暫存器45耦接邏輯控制器44；輸出緩衝暫存器46耦接位移暫存器45，並且耦接驅動電路47。驅動電路47則耦接複數個發光二極體。

位址暫存器48耦接邏輯控制器44；位址比較器49耦接邏輯控制器44與位址暫存器48；位址記憶體50耦接位址比較器49。位址燒錄控制器51耦接位址記憶體50；燒錄信號偵測器52耦接位址記憶體50與位址燒錄控制器51。

控制電路20所產生的發光驅動信號傳送至發光二極體模組31，並且經由信號濾波器53濾波後，提供至位址與資料辨識器43進行辨識。經辨識後，位址與資料辨識器43將發光驅動信號中的位址資料(資訊)與發光資料(資訊)分別辨識出來，並且位址與資料辨識器43將位址資料與發光資料傳送至邏輯控制器44。邏輯控制器44將位址資料傳送至位址暫存器48。然不以此為限，位址資料亦可在位址與資料辨識器43辨識出來後，由位址與資料辨識器43將位址資料傳送至位址暫存器48。

位址比較器49接收位址暫存器48的位址資料，同時亦接收儲存於位址記憶體50中的本機位址資料，然後將位址資料與本機位址資料進行比較。 若位址資料與本機位址資料相同，表示目前邏輯控制器44所接收到的發光資料，即為該發光二極體模組31的發光控制資料，此時，位址比較器49則通知邏輯控制器44，將發光資料透過位移暫存器45與輸出緩衝暫存器46傳送至驅動電路47，以供驅動該些發光二極體之用。反之，若位址資料與本機位址資料不同，則表示目前邏輯控制器44所接收到的發光資料非為該發光二極體模組31的發光控制資料，而是其他的發光二極體模組32,…,3n其中一者的發光控制資料。

當燒錄信號偵測器52偵測到燒錄啟動信號時，燒錄信號偵測器52通知位址燒錄控制器51。此時，位址燒錄控制器51開始接收燒錄位址資料，並且將燒錄位址資料燒錄進位址記憶體50，使得位址記憶體50儲存本機位址資料。

承前所述，輸出控制開關Qsw接收直流電源Vdc，當輸出控制開關Qsw導通時，直流電源Vdc傳送至發光二極體模組31。如圖5A所示，直流電源Vdc的一路徑為經由第一二極體D1與第一電容C1，並且對第一電容C1充電。當輸出控制開關Qsw截止，使得直流電源Vdc無法傳送至發光二極體模組31時，第一電容C1係用以提供發光二極體模組31內部電路所需的電源。並且，根據第一電容C1的儲能能力(即第一電容C1的大小)，可決定供應內部電路所需電源的狀況。必要時(當第一電容C1不足以提供內部電路所需電源時)，可透過信號偵測器54輸出控制信號Sc控制較為耗電的類比電路進入休眠或節能的模式，以提高發光二極體模組31的效能。

直流電源Vdc的另一路徑為經由第一二極體D1與信號偵測器54。信號偵測器54根據所偵測到的直流電源Vdc，對快速放電單元55進行控制，使得快速地降低發光控制信號的電壓準位而低於可辨識的低準位電壓。藉由縮短可辨識的低準位電壓的時間，能夠實現發光控制信號的完整放電達到可辨識的 低準位電壓，以確保所有串聯的燈數(特別是串聯的燈數較的燈串)皆能夠收到完整的發光控制信號。

進一步地，穩壓器41在此作用電壓箝位之用，用以當發光控制信號的電壓準位快速降低時，能夠避免電壓準位觸及重置電壓Vreset(配合參見圖1)，使得避免電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組31的異常判斷與誤動作。其中，穩壓器41即為電壓箝位單元，耦接快速放電單元55，當載波發光信號的電壓小於低準位電壓時，電壓箝位單元箝位載波發光信號的電壓大於重置電壓Vreset。

請參見圖4B至圖4D所示，其係為本發明發光二極體模組第一實施例的三種具體電路之電路方塊圖。在圖4B中，快速放電單元55可由一電阻551所實現。電阻551的兩端耦接於穩壓器41的兩端，透過電阻551的耗能可降低發光控制信號的電壓準位。具體地，當所設計的電阻551的阻抗越大，其電壓準位下降的速度越快；反之，電阻551的阻抗越小，其電壓準位下降的速度較慢。藉此，實現快速放電的功效。

在圖4C中，快速放電單元55可由一電阻551串聯耦接一電晶體552所形成一串聯結構實現。該串聯結構的兩端別耦接於穩壓器41的兩端，電晶體552的閘極則耦接信號偵測器54。同樣地，透過信號偵測器54控制電晶體552導通，使得MOSFET的導通電阻Rds(on)與電阻551的串聯阻抗作為對發光控制信號的電壓準位的降低，以實現快速放電的功效。具體地，當所設計的電阻551的阻抗越大，其電壓準位下降的速度越快；反之，電阻551的阻抗越小，其電壓準位下降的速度較慢。同樣地，電晶體552的導通電阻Rds(on)越大，其電壓準位下降的速度越快；反之，電晶體552的導通電阻Rds(on)越小，其電壓準位下降的速度較慢。

在圖4D中，快速放電單元55可由一電晶體552所實現，例如但不限制為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。以MOSFET作為電晶體552為例，其源極(source)與汲極(drain)分別耦接於穩壓器41的兩端，其閘極(gate)耦接信號偵測器54。透過信號偵測器54控制電晶體552導通，使得MOSFET的導通電阻Rds(on)作為對發光控制信號的電壓準位的降低，以實現快速放電的功效。

請參見圖5A所示，其係為本發明發光二極體模組第二實施例的電路方塊圖。具體地，該第二實施例為對發光二極體模組採用同步方式進行控制。具有同步信號的發光二極體模組31包含穩壓器41、振盪器42、信號偵測器54、快速放電單元55、同步與控制邏輯單元61、發光信號產生單元62、輸出邏輯單元63、驅動電路47、第一二極體D1以及第一電容C1。

同步與控制邏輯單元61係用以傳送同步時脈信號至發光信號產生單元62。發光信號產生單元62係用以傳送發光控制信號至輸出邏輯單元63。依據發光控制信號，輸出邏輯單元63控制驅動電路47以驅動發光二極體。

承前所述，輸出控制開關Qsw接收直流電源Vdc，當輸出控制開關Qsw導通時，直流電源Vdc傳送至發光二極體模組31。如圖5A所示，直流電源Vdc的一路徑為經由第一二極體D1與第一電容C1，並且對第一電容C1充電。當輸出控制開關Qsw截止，使得直流電源Vdc無法傳送至發光二極體模組31時，第一電容C1係用以提供發光二極體模組31內部電路所需的電源。並且，根據第一電容C1的儲能能力(即第一電容C1的大小)，可決定供應內部電路所需電源的狀況。必要時(當第一電容C1不足以提供內部電路所需電源時)，可透過信號偵測器54輸出控制信號Sc控制較為耗電的類比電路進入休眠或節能的模式，以提高發光二極體模組31的效能。

直流電源Vdc的另一路徑為經由信號偵測器54。信號偵測器54根據所偵測到的直流電源Vdc，對快速放電單元55進行控制，使得快速地降低發光控制信號的電壓準位而低於可辨識的低準位電壓。藉由縮短可辨識的低準位電壓的時間，能夠實現發光控制信號的完整放電達到可辨識的低準位電壓，以確保所有串聯的燈數(特別是串聯的燈數較的燈串)皆能夠收到完整的發光控制信號。

進一步地，穩壓器41在此作用電壓箝位之用，用以當發光控制信號的電壓準位快速降低時，能夠避免電壓準位觸及重置電壓Vreset(配合參見圖1)，使得避免電路發生不必要的重置誤動作，造成發光二極體模組31的異常判斷與誤動作。

請參見圖5B至圖5D所示，其係為本發明發光二極體模組第二實施例的三種具體電路之電路方塊圖。在圖5B中，快速放電單元55可由一電阻551所實現。電阻551的兩端耦接於穩壓器41的兩端，透過電阻551的耗能可降低發光控制信號的電壓準位。具體地，當所設計的電阻551的阻抗越大，其電壓準位下降的速度越快；反之，電阻551的阻抗越小，其電壓準位下降的速度較慢。藉此，實現快速放電的功效。

在圖5C中，快速放電單元55可由一電阻551串聯耦接一電晶體552所形成一串聯結構實現。該串聯結構的兩端別耦接於穩壓器41的兩端，電晶體552的閘極則耦接信號偵測器54。同樣地，透過信號偵測器54控制電晶體552導通，使得MOSFET的導通電阻Rds(on)與電阻551的串聯阻抗作為對發光控制信號的電壓準位的降低，以實現快速放電的功效。具體地，當所設計的電阻551的阻抗越大，其電壓準位下降的速度越快；反之，電阻551的阻抗越小，其電壓準位下降的速度較慢。同樣地，電晶體552的導通電阻Rds(on)越大，其 電壓準位下降的速度越快；反之，電晶體552的導通電阻Rds(on)越小，其電壓準位下降的速度較慢。

在圖5D中，快速放電單元55可由一電晶體552所實現，例如但不限制為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。以MOSFET作為電晶體552為例，其源極(source)與汲極(drain)分別耦接於穩壓器41的兩端，其閘極(gate)耦接信號偵測器54。透過信號偵測器54控制電晶體552導通，使得MOSFET的導通電阻Rds(on)作為對發光控制信號的電壓準位的降低，以實現快速放電的功效。

綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：

1、可實現在相同的線路架構下，可傳送發光驅動信號與供電電源至發光二極體燈串的功效。

2、可透過各發光二極體模組的快速放電單元，提供快速放電控制發光驅動信號快速地降低其電壓準位，能夠實現發光控制信號的完整放電達到可辨識的低準位電壓，以確保所有串聯的燈數(特別是串聯的燈數較的燈串)皆能夠收到完整的發光控制信號。

3、透過簡單的電路元件，例如電阻器、電晶體，利用其阻抗值的選用或設計，可實現快速放電的控制與調整。

4、有效地降低發光二極體模組中該些類比電路的耗電，同時兼顧維持發光二極體模組能正常的驅動運作。

5、發光二極體模組可採用點控的操作方式，亦可採用同步的操作方式，不僅可提高控制電路設計的彈性與便利性，同時能夠實現發光二極體燈具多樣化的燈光輸出效果與變化。

6、透過第一二極體與第一電容所提供的路徑，使得當直流電源無法傳送至發光二極體模組時，第一電容的儲能係用以提供發光二極體模組內部 電路所需的電源，以維持發光二極體模組正常運作而不受到信號電壓下降的影響。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

31:發光二極體模組

311:發光控制單元

312:位址信號處理單元

313:位址燒錄單元

41:穩壓器

42:振盪器

43:位址與資料辨識器

44:邏輯控制器

45:位移暫存器

46:輸出緩衝暫存器

47:驅動電路

48:位址暫存器

49:位址比較器

50:位址記憶體

51:位址燒錄控制器

52:燒錄信號偵測器

53:信號濾波器

54:信號偵測器

55:快速放電單元

Sc:控制信號

D1:第一二極體

C1:第一電容

Lp:電源線

Claims (14)

1. 一種具快速放電之載波控制發光二極體燈，包含：至少一發光二極體；及一驅動單元，耦接該發光二極體，該驅動單元接收一載波發光信號控制該發光二極體進行發光，該驅動單元包含：一信號偵測器，接收該載波發光信號，根據該載波發光信號提供一放電控制信號；一快速放電單元，接收該放電控制信號，控制該載波發光信號的電壓快速地小於一低準位電壓；一發光控制單元，根據該載波發光信號的發光命令內容，驅動該發光二極體之發光行為；及一電容，接收一直流電源進行充電，當該快速放電單元快速放電時，該電容提供該發光二極體燈所需的工作電力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，更包含：一電壓箝位單元，耦接該快速放電單元，當該載波發光信號的電壓小於該低準位電壓時，該電壓箝位單元箝位該載波發光信號的電壓大於一重置電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，其中該快速放電單元為一電阻器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，其中該快速放電單元為一電阻器與一電晶體組成的一串聯結構。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，其中該快速放電單元為一電晶體。
6. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，其中該電阻器的阻抗越大，該載波發光信號的電壓降低的速度越快。
7. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，其中該電晶體的導通電阻越大，該載波發光信號的電壓降低的速度越快。
8. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，其中該電晶體為一金屬氧化物半導體場效電晶體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，其中該信號偵測器產生一控制信號，用以關閉發光二極體燈中的類比電路。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具快速放電之載波控制發光二極體燈，其中該發光二極體燈係為點控的控制方式或同步的控制方式。
11. 一種載波控制之發光二極體燈串，包含：一電源線；一控制器，耦接該電源線；及至少一發光二極體燈，該發光二極體燈係如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述之該載波控制發光二極體燈；該發光二極體燈通過該電源線耦接該控制器，且通過該電源線接收該控制器傳遞的一直流工作電力與該載波發光信號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之載波控制之發光二極體燈串，其中該控制器包含：一整流單元，耦接該電源線用以提供該直流工作電力；一開關，連接該電源線與該至少一發光二極體燈；及一控制單元，耦接該整流單元與該開關，其中該控制單元控制該開關導通時，該直流工作電力通過該電源線形成對該發光二極體燈供電的供電迴路；其中，當該控制單元欲產生該載波發光信號時，該控制單元根據該載波發光信號之發光命令內容持續切換該開關的導通與截止，使該電源線之該直流工作電力形成複數脈波以組合成該載波發光信號，且通過該電源線傳送至該發光二極體燈。
13. 如申請專利範圍第11項所述之載波控制之發光二極體燈串，其中該控制器更包含：一放電線路，耦接該電源線與該控制單元，當該開關截止時，該控制器驅動該放電線路接收該直流工作電力，且開始對該直流工作電力進行放電。
14. 如申請專利範圍第11項所述之載波控制之發光二極體燈串，其中該控制器更包含：一電壓調整電容，耦接該電源線，當該開關截止時，該穩壓電容對該發光二極體燈提供該直流工作電力。

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