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TW201408120A - 發光裝置 - Google Patents

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TW201408120A
TW201408120A TW101127763A TW101127763A TW201408120A TW 201408120 A TW201408120 A TW 201408120A TW 101127763 A TW101127763 A TW 101127763A TW 101127763 A TW101127763 A TW 101127763A TW 201408120 A TW201408120 A TW 201408120A
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TW
Taiwan
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light
power
emitting
phase
electrically connected
Prior art date
Application number
TW101127763A
Other languages
English (en)
Inventor
Wu-Chang Yang
Original Assignee
Gio Optoelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gio Optoelectronics Corp filed Critical Gio Optoelectronics Corp
Priority to TW101127763A priority Critical patent/TW201408120A/zh
Priority to CN201310195186.6A priority patent/CN103582241A/zh
Priority to US13/951,456 priority patent/US20140035469A1/en
Publication of TW201408120A publication Critical patent/TW201408120A/zh

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40Details of LED load circuits
    • H05B45/44Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices

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

Abstract

一種發光裝置,其係與一三相交流電源電性連接,發光裝置包括三組發光模組,分別接受三相交流電源其中之一相電源,各發光模組具有一發光單元及一控制電路,且發光單元與控制電路電性連接。各發光模組之控制電路依據所接收之三相交流電源之相電源之電壓變化或相位角變化控制發光單元之光輸出功率,且三組發光模組係維持一實質穩定的總光輸出功率。

Description

發光裝置
本發明係關於一種發光裝置,特別是關於一種多相電源驅動發光二極體之發光裝置。
隨著環保意識的抬頭,傳統燈泡的高耗電與短壽命已經難以符合節能愛地球的綠色訴求,但半導體技術的進步,發光二極體(Light Emitting Diode,LED)燈的出現,讓消費者多了一種選擇,其冷發光的特性造就低耗電與長壽命的優點,除此之外,體積小、色彩多樣、反應速度快的特色更增添其商業上的價值。因此,LED燈的使用已經越來越普及化。
LED燈雖有著諸多優點,卻仍存在著一些有待解決的問題,例如使用交流電源驅動LED燈時,通常需要藉由一組交流轉直流的電源轉換器,以產生一定電流來驅動LED燈。一般來說,此類電源轉換器會藉由電解電容來穩定電壓,但電解電容不耐高溫且壽命較短,進而使LED燈的壽命受到電解電容的限制。若不使用電解電容來穩壓,雖可以避免LED燈的壽命受到電解電容的限制,卻又會因電壓變動較大而造成LED燈產生閃爍。
因此,如何提供一種發光裝置能夠以交流電源驅動,具有不需要電解電容穩壓,同時又兼具穩定的光功率輸出、輸出的光不會閃爍的優點,以達到省電、不閃爍、且 又有長壽命之功效,已成為一個重要的課題。
有鑑於上述課題,本發明之目的為提供一種發光裝置能夠以交流電源驅動,具有不需要電解電容穩壓,同時又兼具穩定的光功率輸出、輸出的光不會閃爍的優點,以達到省電、不閃爍、且又有長壽命之功效。
為達上述目的,依據本發明之一種發光裝置,其係與一三相交流電源電性連接,發光裝置包括三組發光模組,分別接受三相交流電源其中之一相電源,各發光模組具有一發光單元及一控制電路,且發光單元與控制電路電性連接。各發光模組之控制電路依據所接收之三相交流電源之相電源之電壓變化或相位角變化控制發光單元之光輸出功率,且三組發光模組係維持一實質穩定的總光輸出功率。
在一實施例中,各發光模組之發光單元具有至少一發光二極體。
在一實施例中,各發光模組之該控制電路包含一電阻器。
在一實施例中,各發光模組之控制電路包含一第一整流器與三相交流電源電性連接。一第二整流器與發光單元電性連接。一第一電流源與第一整流器電性連接,並形成一第一電流路徑。以及一第二電流源與第二整流器電性連接,並形成一第二電流路徑。第一電流路徑與該第二電流 路徑並聯連接。
在一實施例中,各發光模組之控制電路包含一整流器與三相交流電源電性連接,並接收三相交流電源之相電源,而輸出一直流電壓。一電流源與整流器及發光單元電性連接。以及一控制器與整流器及電流源電性連接,並依據直流電壓之電壓變化或相位角變化控制發光單元之光輸出功率。
在一實施例中,各發光模組之控制電路包含一整流器與三相交流電源電性連接,並接收三相交流電源之相電源,而輸出一直流電壓。一電流源與整流器及發光單元電性連接。一第一控制器與整流器及電流源電性連接,並依據直流電壓之電壓變化或相位角變化控制電流源之輸出電流。一第二控制器與整流器電性連接。以及一切換單元與第二控制器及發光單元電性連接。第二控制器依據直流電壓之電壓變化或相位角變化控制切換單元,以調整流經發光單元之電流值。
在一實施例中,各發光模組之發光單元之光輸出功率波形分別具有一功率上升區間及一功率下降區間,且發光單元之其中之一的波形之功率上升區間與發光單元之其中之另一的波形之功率下降區間重疊。
在一實施例中,重疊的功率上升區間及功率下降區間之波形斜率係為互補。
在一實施例中,各發光模組之發光單元之光輸出功率波形分別具有一功率穩定區間,功率穩定區間係位於功率 上升區間及功率下降區間之間。
在一實施例中,三組發光模組係順序交錯發光。
在一實施例中,發光模組的總光輸出功率之漣波均方根值小於總光輸出功率均方根值的10%。
在一實施例中,各發光單元之光輸出功率之波形相位差實質上為120度。
在一實施例中,各發光單元之光輸出功率之波形實質相同且波形相位差實質上為120度。
在一實施例中,各發光模組之控制電路包含一整流器與三相交流電源電性連接,並接收三相交流電源之相電源,而輸出一直流電壓至發光單元。複數偵測器分別偵測發光單元之各發光二極體之發光狀態,並輸出一控制訊號。複數切換單元,係為串聯連接並分別與相對應之發光二極體電性連接。以及複數控制器分別與相對應之切換單元電性連接,並依據該些偵測器其中之一所輸出之控制訊號,調整發光單元之內導通之發光二極體之數量。
承上所述,依據本發明之一種發光裝置,不需要電解電容穩壓,而係依據驅動電源之電壓或相位角變化控制各發光模組之光輸出功率,以提供一穩定之光功率輸出,同時兼具長壽命與不閃爍之優點,十分具有市場潛力。
以下將參照相關圖式,說明依本發明較佳實施例之一種發光裝置,其中相同的元件將以相同的參照符號加以說 明。
請參照圖1所示,其為依據本發明較佳實施例之一種發光裝置1的電路方塊圖。發光裝置1係與一三相交流電源電性連接,發光裝置1包括三組發光模組11、12、13。
發光模組11連接三相交流電源之一相電源VA及中性線N,發光模組12連接三相交流電源之一相電源VB及中性線N,發光模組13連接三相交流電源之一相電源VC及中性線N。各發光模組11、12、13具有一發光單元21及一控制電路23,且發光單元21與控制電路23電性連接。在本實施例中,發光單元21可使用發光二極體作為發光之光源,在實際運用時,發光單元21中的發光二極體係可依據設計的考量或實際的需求,而有不同數量的選擇及連接方式,本發明於此並不加以限定。各控制電路23分別依據所接收之三相交流電源之相電源VA、VB、VC之電壓變化或相位角變化控制發光單元21之光輸出功率。
接下來將對上述之發光裝置1之發光模組11、12、13的細部電路結構進行進一步的說明。但由於發光模組11、12、13的電路結構相同,以下僅就發光模組11的不同電路實施態樣進行說明,發光模組12、13便不加贅述。
請參照圖2A所示,其為將本發明其一實施例之發光裝置的發光模組11a局部放大後之電路圖。本實施例中,發光模組11a具有一發光單元21a及一控制電路23a。發光單元21a具有多組反向並聯的發光二極體,且前述各組發光二極體係相互串聯連接。控制電路23a僅由一電阻器 所構成。接著,請參照圖2B,其為以三相交流電源驅動使用如圖2A之電路結構所組成之發光裝置的光輸出功率波形的示意圖。如圖2B所示,由上而下係依序是三相交流電源之各相電源VA、VB、VC的電壓波形、接收相電源VA之發光模組的光輸出功率P11、接收相電源VB之發光模組的光輸出功率P12、接收相電源VC之發光模組的光輸出功率P13及發光裝置的總光輸出功率P。如圖2B所示,發光模組係分別依據相電源VA、VB、VC而順序交錯發光,因而,三個發光模組的光輸出功率之波形,彼此的相位實質上是相差120度,因此可以使得發光裝置的總光輸出功率P維持實質穩定。
請參照圖3所示,其為將本發明另一實施例之發光裝置的發光模組11b局部放大後之電路圖。本實施例中,發光模組11b具有一發光單元21b及一控制電路23b。發光單元21b具有多組反向並聯的發光二極體。控制電路23b包括一第一整流器31、一第二整流器33、一第一電流源32以及一第二電流源34。
第一整流器31與三相交流電源電性連接。第二整流器33與發光單元21b電性連接。其中,前述之第一整流器31與第二整流器33係可分別為一個二極體。此外,第一電流源32與第一整流器31電性連接,並形成一第一電流路徑。第二電流源34與第二整流器33電性連接,並形成一第二電流路徑。第一電流路徑與第二電流路徑並聯連接。具體而言,第一電流路徑與第二電流路徑提供一穩定 雙向電流給發光元件21b,以使得發光裝置的總光輸出功率可維持實質穩定的狀態。
請參照圖4A所示,其為將本發明另一實施例之發光裝置的發光模組11c局部放大後之電路圖。在本實施例中,發光模組11c具有一發光單元21c及一控制電路23c。發光單元21c具有兩個串聯連接的發光二極體。控制電路23c包括一整流器231、一電流源233以及一控制器235。需特別注意的,於此是以兩個串聯連接之發光二極體構成發光單元21c,在實際運用時,係可依據需求而有數量上的變化。
整流器231與三相交流電源電性連接,並接收三相交流電源之相電源,而輸出一直流電壓。電流源233與整流器231及發光單元21c電性連接。控制器235與整流器231及電流源233電性連接,並依據直流電壓之電壓變化或相位角變化調整電流源233之輸出電流,以達到控制發光單元21c之光輸出功率之目的。
接著,請參照圖4B所示,以進一步說明發光模組11c。整流器231可為一橋式整流器。電流源233具有複數個電阻及一電晶體,用以提供一穩定電流。控制器235具有複數個電阻、一電晶體及一齊納二極體,藉以根據經整流後之直流電壓的變化控制電流源233提供之穩定電流的大小。值得一提的是,本實施例之整流器231係可不需設置電解電容,而直接提供具有較大電壓變化之直流電壓至電流源233,並透過控制器235的調整,以使電流源233提 供發光單元21c所需之電流。
請參照圖5A所示,其為本發明另一實施例之一種發光裝置的發光模組11d局部放大電路方塊圖。本實施例中,發光模組11d具有一發光單元21c及一控制電路23d。控制電路23d包括一整流器231、一電流源233、一第一控制器234、一第二控制器236及一切換單元238。
整流器231與三相交流電源電性連接,並接收三相交流電源之相電源,而輸出一直流電壓。電流源233與整流器231及發光單元21c電性連接。第一控制器234與整流器231及電流源233電性連接,並依據直流電壓之電壓變化或相位角變化控制電流源233之輸出電流。第二控制器236與整流器231電性連接。切換單元238與第二控制器236及發光單元21c電性連接。第二控制器236依據直流電壓之電壓變化或相位角變化控制切換單元238,以調整流經發光單元21c之電流值。
接著,請參照圖5B,以進一步說明發光模組11d之細部電路。其中,由於發光模組11d之控制電路23d的整流器231、電流源233及第一控制器234之電路結構與發光模組11c之整流器231、電流源233及控制器235均相同,因而此處不再贅述。第二控制器236具有複數個電阻、複數個電晶體及複數個齊納二極體,切換單元238具有兩個串聯連接的電晶體開關。第二控制器236根據經整流後之直流電壓的變化控制切換單元238中電晶體開關的導通與否,以將流經發光單元21c之電流部分旁路或完全旁路, 即調整流經發光單元21c之電流值,進而達到控制發光單元21c之光輸出功率之目的。
請參照圖5C所示,其為本發明另一實施例之一種發光裝置的發光模組11e的示意圖。發光模組11e與發光模組11d的不同在於,發光模組11e的切換單元238a具有兩個並聯連接的電晶體開關,但其工作原理與發光模組11d並無差異,且其餘之電路結構亦均與發光模組11d相同,故於此便不加贅述。
除此之外,在本實施例中,發光模組11e更包含一獨立發光元件22,耦接於發光單元21c及電流源233之間。當電流源233開始工作,獨立發光元件22便會發光。換而言之,無論發光單元21c的發光狀態如何,獨立發光元件22皆會於電流源233開始工作便發光,使得發光模組11e可提供最低限度的光功率。
請參照圖5D所示,本實施例中,發光模組11f具有一發光單元21c及一控制電路23e。發光模組11f與發光模組11d的不同是,發光模組11f係將第一控制器及第二控制器整合成為一控制處理單元237。設計上控制處理單元237可為一數位邏輯電路,例如是一微控制器,其與整流器231、電流源233及切換單元238電性連接。控制處理單元237依據直流電壓之電壓變化或相位角變化控制電流源233之輸出電流及切換單元238,以調整流經發光單元21c之電流值,以達到控制發光單元21c之光輸出功率之目的。
接著,請參閱圖6所示,其為本發明實施例之一種發光裝置的發光模組11g局部放大電路方塊圖。本實施例中,發光模組11g包括一發光單元21d及一控制電路23f。 發光單元21d具有三個串聯連接的發光二極體。控制電路23f包括一整流器231、兩個偵測器51a、51b、兩個切換單元53a、53b及兩個控制器55a、55b。
整流器231與三相交流電源電性連接,並接收三相交流電源之相電源,而輸出一直流電壓至發光單元21d。偵測器51a、51b分別偵測發光單元21d之各發光二極體之發光狀態,並輸出一控制訊號。切換單元53a、53b係為串聯連接並分別與相對應之發光二極體電性連接。控制器55a、55b分別與切換單元53a、53b電性連接,並分別依據偵測器51a、51b所輸出之控制訊號,控制相對應之發光二極體之導通,以調整發光單元21d之內導通之發光二極體之數量。
具體來說,偵測器51a、51b可分別為一電阻器或一光感測器,而切換單元53a、53b則可分別為一電晶體開關。以上僅為舉例而已,本發明並不限定其種類,實際上可根據使用狀況進行不同的設計。
舉例來說,偵測器51a會偵測發光單元21d其中一發光二極體的發光狀態,例如但不限於測量偵測器51a之跨壓,並輸出一控制訊號給控制器55a,控制器55a會根據接收的控制訊號控制切換單元53a完全旁路或部分旁路流 經相對應之發光二極體的電流。偵測器51b、控制器55b及切換單元53b的工作原理與以偵測器51b、控制器55b及切換單元53b相同,於此便不加贅述。藉由上述方式,將可控制發光單元21d內發光二極體導通的數量,以達到調整發光單元21d的光輸出功率之目的。
請參照圖7A至圖7C,其為以三相交流電源驅動使用如圖4A、圖4B、圖5A至圖5D或圖6其中之一的電路結構所組成之發光裝置的光輸出功率波形的示意圖。
於圖7A至圖7C中,由上而下依序是代表經整流後三相交流電源之各相電源Va、Vb、Vc的電壓波形、接收相電源Va之發光模組的光輸出功率P11、接收相電源Vb之發光模組的光輸出功率P12、接收相電源Vc之發光模組13的光輸出功率P13及發光裝置的總光輸出功率P。
如圖7A所示,本實施例中,各發光模組之光輸出功率的波形呈現一梯形,其係具有一功率上升區間、一功率下降區間及一功率穩定區間,且功率穩定區間是位於功率上升區間及功率下降區間之間。各發光模組在功率下降區會逐漸變暗,於功率上升區間會逐漸變亮,而於功率平穩區間會穩定發光。由於各發光模組之光輸出功率的波形實質相同且彼此的相位實質上相差120度,且各發光單元之其中之一的波形之功率上升區間與其他發光單元之其中之另一的波形之功率下降區間重疊且斜率互補,因此,可使得總光輸出功率維持實質穩定。
如圖7B所示,本實施例中,各發光模組之光輸出功 率波形為凸字形,分別具有兩個功率較低之功率穩定區間及一功率較高之功率穩定區間,功率較高之功率穩定區間是位於兩個功率較低之功率穩定區間之間。藉由電路之設計,可將三組發光模組的光輸出功率波形總和為一定值,以使得總光輸出功率維持實質穩定。
如圖7C所示,本實施例中,各發光模組之光輸出功率波形為互補之方波,即各發光模組順序交錯發光。
以上所述之光輸出功率波形均為舉例而已,本發明並不限定各發光模組之光輸出功率波形類型,只要能符合各發光模組之光輸出功率波形總和為一實質穩定值即本發明之精神所在。此外,上述所稱之實質穩定之總光輸出功率係為發光模組的總光輸出功率之漣波均方根(RMS)值小於總光輸出功率均方根值的10%。
綜合上述,依據本發明之一種發光裝置,不需要電解電容穩壓,而係依據驅動電源之電壓或相位角變化控制各發光模組之光輸出功率,以提供一穩定之光功率輸出,同時兼具長壽命與不閃爍之優點,十分具有市場潛力。
以上所述僅為舉例性,而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇,而對其進行之等效修改或變更,均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧發光裝置
11~13、11a~11f‧‧‧發光模組
21、21a~21d‧‧‧發光單元
22‧‧‧獨立發光元件
23、23a~23f‧‧‧控制電路
231‧‧‧整流器
233‧‧‧電流源
234‧‧‧第一控制器
235、55a、55b‧‧‧控制器
236‧‧‧第二控制器
237‧‧‧控制處理單元
238、238a、53a、53b‧‧‧切換單元
31‧‧‧第一整流器
32‧‧‧第一電流源
33‧‧‧第二整流器
34‧‧‧第二電流源
51a、51b‧‧‧偵測器
N‧‧‧中性線
P‧‧‧總光輸出功率
P11、P12、P13‧‧‧光輸出功率
VA、VB、VC‧‧‧相電源
Va、Vb、Vc‧‧‧整流後的相電源
圖1為本發明較佳實施例之一種發光裝置的電路方塊圖; 圖2A為本發明較佳實施例之發光裝置的發光模組局部放大的電路方塊圖;圖2B為以三相交流電源驅動依據圖2A之發光裝置的的光輸出功率波形的示意圖;圖3至圖6為本發明較佳實施例之發光模組的多種變化態樣的示意圖;以及圖7A至圖7C為以三相交流電源驅動本發明較佳實施例之發光裝置之光輸出功率波形的示意圖。
1‧‧‧發光裝置
11、12、13‧‧‧發光模組
21‧‧‧發光單元
23‧‧‧控制電路
N‧‧‧中性線
VA、VB、VC‧‧‧相電源

Claims (14)

  1. 一種發光裝置,其係與一三相交流電源電性連接,包括:三組發光模組,分別接受該三相交流電源其中之一相電源,各該發光模組具有一發光單元及一控制電路,且該發光單元與該控制電路電性連接,其中各該發光模組之該控制電路依據所接收之該三相交流電源之該相電源之電壓變化或相位角變化控制該發光單元之光輸出功率,且該三組發光模組係維持一實質穩定的總光輸出功率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發光模組之該發光單元具有至少一發光二極體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發光模組之該控制電路包含一電阻器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發光模組之該控制電路包含:一第一整流器,與該三相交流電源電性連接;一第二整流器,與該發光單元電性連接;一第一電流源,與該第一整流器電性連接,並形成一第一電流路徑;以及一第二電流源,與該第二整流器電性連接,並形成一第二電流路徑,其中該第一電流路徑與該第二電流路徑並聯連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發 光模組之該控制電路包含:一整流器,與該三相交流電源電性連接,並接收該三相交流電源之該相電源,而輸出一直流電壓;一電流源,與該整流器及該發光單元電性連接;以及一控制器,與該整流器及該電流源電性連接,並依據該直流電壓之電壓變化或相位角變化控制該發光單元之光輸出功率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發光模組之該控制電路包含:一整流器,與該三相交流電源電性連接,並接收該三相交流電源之該相電源,而輸出一直流電壓;一電流源,與該整流器及該發光單元電性連接;一第一控制器,與該整流器及該電流源電性連接,並依據該直流電壓之電壓變化或相位角變化控制該電流源之輸出電流;一第二控制器,與該整流器電性連接;以及一切換單元,與該第二控制器及該發光單元電性連接,其中該第二控制器依據該直流電壓之電壓變化或相位角變化控制該切換單元,以調整流經該發光單元之電流值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發光模組之該發光單元之光輸出功率波形分別具有一功率上升區間及一功率下降區間,且該些發光單元之其中之一的波形之該功率上升區間與該些發光單元之其 中之另一的波形之該功率下降區間重疊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光裝置,其中重疊的該功率上升區間及該功率下降區間之波形斜率係為互補。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光裝置,其中各該發光模組之該發光單元之光輸出功率波形分別具有一功率穩定區間,該功率穩定區間係位於該功率上升區間及該功率下降區間之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中該三組發光模組係順序交錯發光。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中該些發光模組的總光輸出功率之漣波均方根值小於總光輸出功率均方根值的10%。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發光單元之光輸出功率之波形相位差實質上為120度。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發光單元之光輸出功率之波形實質相同且波形相位差實質上為120度。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置,其中各該發光模組之該控制電路包含:一整流器,與該三相交流電源電性連接,並接收該三相交流電源之該相電源,而輸出一直流電壓至該發光單元;複數偵測器,分別偵測該發光單元之各該發光二極體 之發光狀態,並輸出一控制訊號;複數切換單元,係為串聯連接並分別與相對應之該發光二極體電性連接;以及複數控制器,分別與相對應之該切換單元電性連接,並依據該些偵測器其中之一所輸出之該控制訊號,調整該發光單元之內導通之發光二極體之數量。
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