TWI701974B - 低調光快速驅動系統、方法、及控制器 - Google Patents

低調光快速驅動系統、方法、及控制器 Download PDF

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    • H05B45/325—Pulse-width modulation [PWM]

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

本發明提供一種低調光快速驅動系統，包括一發光二極體驅動電路、以及一控制電路。該發光二極體驅動電路係包括一電源模組、以及一設置於該電源模組後端的LED模組，其中該LED模組係掛載有一濾波電容。該控制電路係經由迴授電路連接至該濾波電容以取得該濾波電容的工作電壓值，並依據該濾波電容的工作電壓值與臨界電壓值的差值輸出一控制訊號至電流控制模組，以依據該控制訊號調變該電源模組的輸出電流切換至一快充模式或一常規輸出模式。

Description

低調光快速驅動系統、方法、及控制器
本發明係有關於一種低調光快速驅動系統及其方法，特別是指一種可快速對光驅的濾波電容進行充電以於短時間內使LED模組達到導通電壓值的驅動系統及其方法。
隨著技術的發展，白光LED技術的突破，現今發光二極體已經普及應用於各式家用照明的裝置上。由於發光二極體燈本身是一種高效能的照明光源，近年來正逐漸地取代傳統的白熾燈與螢光燈，成為照明市場的主流。
為了提升發光二極體的輸出穩定性，目前發光二極體的驅動電路上於輸出級會掛載一大電容，如輸出為低調光(低電流)的狀態時，會因為電容充電時間過長導致LED亮燈需要過長的時間才會啟動，導致使用者誤判LED燈是否能正常工作。而此問題主因在於LED的工作電壓特性所導致，在電容充電電壓尚未到達LED的工作電壓時，LED燈雖然已經過電但電壓不足仍停留在LED燈的截止區，導致LED無法亮燈。
本發明的主要目的，在於提供一種低調光快速驅動 系統，包括一發光二極體驅動電路、以及一控制電路。該發光二極體驅動電路係包括一電源模組、以及一設置於該電源模組後端的LED模組，其中該LED模組係掛載有一濾波電容。該控制電路包括一電壓偵測模組、一臨界電壓比較模組、以及一電流控制模組。該電壓偵測模組係經由迴授電路連接至該濾波電容以取得該濾波電容的工作電壓值。該臨界電壓比較模組係包括一依據該LED模組設定的臨界電壓值，並依據該濾波電容的工作電壓值與該臨界電壓值的差值輸出一控制訊號至該電流控制模組。該電流控制模組係設置於該電源模組及該LED模組之間，依據該控制訊號調變該電源模組的輸出電流以切換至一快充模式或一常規輸出模式。
本發明的另一目的，在於提供一種低調光快速驅動的方法，用於一發光二極體驅動電路，該發光二極體驅動電路包括一電源模組、以及一設置於該電源模組後端的LED模組，其中該LED模組係掛載有一濾波電容。該方法包括：經由控制器取得該濾波電容的工作電壓值；該控制器將該電壓值與一臨界電壓值進行比較；以及該控制器依據比較的結果決定該電源模組的輸出電流切換至一快充模式或一常規輸出模式。
本發明的另一目的，在於提供一種控制器，係載入儲存單元並執行該儲存單元的程式後，執行如上所述之方法。
本發明的另一目的，在於提供一種控制器係配合一發光二極體驅動電路，該發光二極體驅動電路包括一電源模組、以及一設置於該電源模組後端的LED模組，該LED模組係掛載有一 濾波電容，該控制器包括一輸入端、以及一輸出端。該輸入端連接至該濾波電容以獲取該濾波電容的工作電壓。該輸出端於該輸入端所取得的該工作電壓未到達臨界電壓值時，切換至快充模式由該輸出端提供相對大電流輸出，於該輸入端所取得的該工作電壓到達臨界電壓值時，切換至常規輸出模式由該輸出端提供相對穩定輸出，該臨界電壓值係低於該LED模組的導通電壓值。
是以，本發明所提供的系統及方法在光驅動電路由關閉轉為開啟時，可以快速的對濾波電容充電，以達到低調光狀態下快速啟動燈源的效果。
100‧‧‧低調光快速驅動系統
10‧‧‧發光二極體驅動電路
11‧‧‧電源模組
12‧‧‧LED模組
13‧‧‧濾波電容
20‧‧‧控制電路
21‧‧‧電壓偵測模組
22‧‧‧臨界電壓比較模組
23‧‧‧電流控制模組
231‧‧‧電流設定模組
232‧‧‧脈衝寬度調變器
233‧‧‧場效電晶體
30‧‧‧迴授電路
20A‧‧‧控制器
21A‧‧‧輸入端
22A‧‧‧輸出端
30A‧‧‧迴授電路
31A‧‧‧一次側線圈
32A‧‧‧二次側線圈
31B‧‧‧第一迴路
32B‧‧‧第二迴路
33B‧‧‧接地端
31C‧‧‧第一迴路
311C‧‧‧第一負載
32C‧‧‧第二迴路
321C‧‧‧第二負載
Vth‧‧‧臨界電壓值
Vd‧‧‧導通電壓值
S01-S03‧‧‧步驟
圖1，為本發明線性驅動能量回收系統的方塊示意圖。
圖2，為發光二極體的驅動電壓示意圖。
圖3，為本發明以控制器實施的方塊示意圖。
圖4，為本發明第一實施例的電路示意圖。
圖5，為本發明第二實施例的電路示意圖。
圖6，為本發明第三實施例的電路示意圖。
圖7，為本發明線性驅動能量回收方法的流程示意圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例未必照 實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本發明之範圍，在此先行敘明。
以下係針對本發明的具體實施例進行說明，請參閱「圖1」，為本發明線性驅動能量回收系統的方塊示意圖，如圖所示：
本實施例係揭示一種低調光快速驅動系統100，主要包括一發光二極體驅動電路10、以及一連接至該發光二極體驅動電路10的控制電路20。
所述的發光二極體驅動電路10主要包括一電源模組11、以及一設置於該電源模組11後端的LED模組12。其中該LED模組12係掛載有一濾波電容13，該濾波電容13係並聯於該LED模組12，經由充電後提供穩定偏壓至該LED模組12。
所述的控制電路20主要包括一電壓偵測模組21、一臨界電壓比較模組22、以及一電流控制模組23。其中，為了方便電路之設計，該電壓偵測模組21、該臨界電壓比較模組22以及該電流控制模組23可以集成於單一晶片，或是依據個別的功能選擇性的將其中的一或複數個模組分別由個別晶片執行，此部分於本發明中不予以限制。該等晶片例如可以為但不限定於中央處理器(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)或其他類似裝置或這些裝置的組合。
該電壓偵測模組21係經由迴授電路30連接至該濾波電容13以取得該濾波電容13的工作電壓值，針對迴授電路30的設計後面將輔以圖式針對個別實施例進行說明，該等迴授電路30的設計非屬本發明所欲限制的範圍。為了降低負載功耗，該電壓偵測模組21可以將取得的工作電壓調變後輸出至後端的臨界電壓比較模組22。
該臨界電壓比較模組22係包括一依據該LED模組12設定的臨界電壓值，連接至該電壓偵測模組21的輸出端以取得該濾波電容13的工作電壓值，並依據該濾波電容13的工作電壓值與該臨界電壓值的差值輸出一控制訊號至該電流控制模組23。於一實施例中，該臨界電壓比較模組22係可以為比較器，經由將該電壓偵測模組21的輸出(可以直接為濾波電容的工作電壓值或經調變後的電壓)與預設定的臨界電壓值饋入正負輸入端，切換高低凖位輸出。於本實施例中，如圖2所示，為了保護LED模組12，該臨界電壓值Vth較佳可略低於該LED模組12的導通電壓值Vd，以確保在LED模組12達到低調光之前將對電容的充電模式由快充模式切換為常規輸出模式。該等臨界電壓值Vth的設定主要端看晶片的時脈效能、以及充電速率而定。
該電流控制模組23係設置於該電源模組11及該LED模組12之間，依據該控制訊號調變該電源模組11的輸出電流以切換至一快充模式或一常規輸出模式。於一實施例中，該電流控制模組23包括一電流設定模組231、一脈衝寬度調變器232(Pulse Width Modulation,PWM)、以及一設置於該電源模組11以及該LED模組12之間的場效電晶體233(Field-Effect Transistor,FET)。該電流設定模組231係提供至晶片設計人員，經由設計人員預先設定控制快充模式及常規輸出模式時對應的電流輸出。該脈衝寬度調變器232係的輸出係連接至該場效電晶體233的閘極，以經由該電流設定模組231的輸出調變脈波的占空比或觸發頻率決定場效電晶體233的開關時間，以控制該電源模組11輸出至該LED模組12的電流，藉此達到電流控制的目的。
於一實施例中，控制電路20係可以由控制器等單晶片或微處理器所執行，請參閱「圖3」，為本發明以控制器實施的方塊示意圖，如圖所示：
以控制器20A執行的實施態樣中，該控制器20A包括至少一輸入端21A以及至少一輸出端22A，有關於控制器20A的其他必要輸入(例如電源Vcc)在此不予以贅述。其中輸入端21A係直接或間接連接至LED模組12的濾波電容13以獲取該濾波電容13的工作電壓。該輸出端22A於該輸入端21A所取得的該工作電壓未到達臨界電壓值時，切換至快充模式由該輸出端22A提供相對大電流輸出，於該輸入端21A所取得的該工作電壓到達臨界電壓值時，則切換至常規輸出模式由該輸出端22A提供相對穩定輸出。須特別說明的是，該臨界電壓值係低於該LED模組12的導通電壓值，亦即控制器20A於未到達該LED模組12的導通電壓值前，將由快充模式切換至常規輸出模式，藉此於低調光狀態時，濾波電容13亦得以 快速的完成充電並啟動。其中快充模式中由該輸出端22A提供相對大電流輸出係指相對於常規輸出模式的輸出電流而定；同理，常規輸出模式由該輸出端22A提供相對穩定輸出係指相對於快充模式的輸出電流而定，在此予以說明。
以下針對迴授電路30的多種不同實施例進行說明，由於其他功能性模組及電路與圖1均相同，在此相同部分即不再予以贅述，請先參閱「圖4」，係為本發明第一實施例的電路示意圖，如圖所示：於本實施例中，係揭示出迴授電路30A透過一對電感器將電源模組11輸出至濾波電容13的電流迴授至控制電路20的電壓偵測模組21。具體而言，於本實施例中，迴授電路30A包括一串連於該濾波電容13的一次側線圈31A、以及一設置於該電壓偵測模組21輸入端並耦合於一次側線圈31A的二次側線圈32A，通過一次側線圈31A(第一電感器)將產生感應電動勢至二次側線圈32A(第二電感器)，此時電壓偵測模組21係可以經由偵測二次側線圈32A的雙端電壓或所通過的電流取得濾波電容13的工作電壓值。
於本實施例中，迴授電路30A可以透過一次側線圈31A、二次側線圈32A隔絕電源模組11以及控制電路20。另一方面，一次側線圈31A亦可以達到抑制雜訊(Noice)的效果。
於另一較佳實施例中，請參閱「圖5」，係為本發明第二實施例的電路示意圖，如圖所示：於另一實施例中，提供一迴授電路30B包括一連接至 該濾波電容13高壓端以及該電壓偵測模組21高壓端的第一迴路31B、以及一連接至該濾波電容13低壓端以及該電壓偵測模組21低壓端的第二迴路32B。該第二迴路32B係電性連接至一接地端33B。於本實施例中，經由將電壓偵測模組21及濾波電容13於電路配置上共地，可以直接獲得濾波電容13的工作電壓作為電壓偵測模組21的輸入。
於另一較佳實施例中，請參閱「圖6」，係為本發明第四實施例的電路示意圖，如圖所示：於另一實施例中，提供一迴授電路30C經由非共地的形式迴授至該電壓偵測模組21。於電路配置上，該電壓偵測模組21包括一連接至該濾波電容13高壓端以及該電壓偵測模組21高壓端的第一迴路31C，以及一連接至該濾波電容13低壓端以及該電壓偵測模組21低壓端的第二迴路32C，其中該第一迴路31C係串連有一第一負載311C，該第二迴路32C係串連有一第二負載321C。經由未共地的迴授取得濾波電容13的雙端電壓。
上述所列舉出的複數實施例僅為本發明中可行的幾種較佳實施例，該等實施例的內容非屬本發明所欲限制的範圍。
以下針對本發明線性驅動能量回收方法配合圖式進行詳細的說明，請配合「圖1」並一併參閱「圖7」，圖7係為本發明線性驅動能量回收方法的流程示意圖，如圖所示：本實施例係揭示一種低調光快速驅動的方法，係用於前面所述的發光二極體驅動電路10，該發光二極體驅動電路10 包括一電源模組11、以及一設置於該電源模組11後端的LED模組12，其中該LED模組12係掛載有一濾波電容13，其中該方法主要包括以下步驟：提供一控制電路20取得該濾波電容13的工作電壓值(步驟S01)；該控制電路20將該工作電壓值與一臨界電壓值進行比較(步驟S02)，其中該臨界電壓值係低於該LED模組12的導通電壓值；以及該控制電路20依據比較的結果決定該電源模組11的輸出電流切換至一快充模式或一常規輸出模式(步驟S03)其中該控制電路20於偵測到該濾波電容13的工作電壓值低於該臨界電壓值時，係啟動該快充模式以提供大電流對該濾波電容13進行充電，該控制電路20於偵測到該濾波電容13的工作電壓值到達該臨界電壓值時，係啟動該常規輸出模式以提供穩定電流供電至該LED模組12。
上述的方法可以由單一或複數個可程式化的控制器所執行，控制器於載入儲存單元並執行該儲存單元的程式後，執行如上步驟S01至步驟S03所述的方法。該等儲存單元例如可以為非暫存式的電腦可讀取記錄媒體。
綜上所述，本發明所提供的系統及方法可以在光驅動電路由關閉轉為開啟時，可以快速的對濾波電容充電，以達到低調光狀態下快速啟動燈源的效果。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。
100‧‧‧低調光快速驅動系統
10‧‧‧發光二極體驅動電路
11‧‧‧電源模組
12‧‧‧LED模組
13‧‧‧濾波電容
20‧‧‧控制電路
21‧‧‧電壓偵測模組
22‧‧‧臨界電壓比較模組
23‧‧‧電流控制模組
231‧‧‧電流設定模組
232‧‧‧脈衝寬度調變器
233‧‧‧場效電晶體
30‧‧‧迴授電路

Claims (11)

  1. 一種低調光快速驅動系統，包括：一發光二極體驅動電路，係包括一電源模組、以及一設置於該電源模組後端的LED模組，其中該LED模組係掛載有一濾波電容；以及一控制電路，包括一電壓偵測模組、一臨界電壓比較模組、以及一電流控制模組，該電壓偵測模組係經由迴授電路連接至該濾波電容以取得該濾波電容的工作電壓值，該臨界電壓比較模組係包括一依據該LED模組設定的臨界電壓值，並依據該濾波電容的工作電壓值與該臨界電壓值的差值輸出一控制訊號至該電流控制模組，該電流控制模組係設置於該電源模組及該LED模組之間，依據該控制訊號調變該電源模組的輸出電流以切換至一快充模式或一常規輸出模式，該電流控制模組於該電壓偵測模組所偵測到的該工作電壓低於該臨界電壓值時，啟動該快充模式以提供大電流對該濾波電容進行充電，該電流控制模組於該電壓偵測模組所偵測到的該工作電壓到達該臨界電壓值時，切換至常規輸出模式以提供穩定電流供電至該LED模組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的低調光快速驅動系統，其中該臨界電壓值係低於該LED模組的導通電壓值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的低調光快速驅動系統，其中該電流控制模組包括一脈衝寬度調變器(Pulse Width Modulation,PWM)、以及一設置於該電源模組以及該LED模組之間的場效電晶體(Field-Effect Transistor,FET)，該脈衝寬度調變器的輸出係連接至該場效電晶體的閘極以控制該電源模組的輸出電流。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的低調光快速驅動系統，其中該迴授電路包括一串連於該濾波電容的一次側線圈、以及一設置於該電壓偵測模組輸入端並耦合於一次側線圈的二次側線圈。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的低調光快速驅動系統，其中該迴授電路包括一連接至該濾波電容高壓端以及該電壓偵測模組高壓端的第一迴路、以及一連接至該濾波電容低壓端以及該電壓偵測模組低壓端的第二迴路。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的低調光快速驅動系統，其中該低壓端係電性連接至一接地端。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的低調光快速驅動系統，其中該第一迴路係串連有一第一負載，該第二迴路係串連有一第二負載。
  8. 一種低調光快速驅動的方法，用於一發光二極體驅動電路，該 發光二極體驅動電路包括一電源模組、以及一設置於該電源模組後端的LED模組，其中該LED模組係掛載有一濾波電容，該方法包括：經由控制器取得該濾波電容的工作電壓值；該控制器將該電壓值與一臨界電壓值進行比較；以及該控制器依據比較的結果決定該電源模組的輸出電流切換至一快充模式或一常規輸出模式，其中該控制電路於偵測到該濾波電容的工作電壓值低於該臨界電壓值時，係啟動該快充模式以提供大電流對該濾波電容進行充電，該控制電路於偵測到該濾波電容的工作電壓值到達該臨界電壓值時，係啟動該常規輸出模式以提供穩定電流供電至該LED模組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該臨界電壓值係低於該LED模組的導通電壓值。
  10. 一種控制器，係載入儲存單元並執行該儲存單元的程式後，執行如申請專利範圍第8至9項中任一項所述之方法。
  11. 一種控制器，係配合一發光二極體驅動電路，該發光二極體驅動電路包括一電源模組、以及一設置於該電源模組後端的LED模組，該LED模組係掛載有一濾波電容，該控制器包括：一輸入端，連接至該濾波電容以獲取該濾波電容的工作電壓； 一輸出端，於該輸入端所取得的該工作電壓未到達臨界電壓值時，切換至快充模式由該輸出端提供相對大電流輸出，於該輸入端所取得的該工作電壓到達臨界電壓值時，切換至常規輸出模式由該輸出端提供相對穩定輸出，該臨界電壓值係低於該LED模組的導通電壓值。
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