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TW201429301A - 調光電路及應用其之發光裝置 - Google Patents

調光電路及應用其之發光裝置 Download PDF

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TW201429301A
TW201429301A TW102100372A TW102100372A TW201429301A TW 201429301 A TW201429301 A TW 201429301A TW 102100372 A TW102100372 A TW 102100372A TW 102100372 A TW102100372 A TW 102100372A TW 201429301 A TW201429301 A TW 201429301A
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TW
Taiwan
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voltage
unit
pulse width
driving circuit
width modulation
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Application number
TW102100372A
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English (en)
Inventor
Chun-Kuang Chen
Po-Shen Chen
Feng-Ling Lin
hui-ying Chen
Original Assignee
Lextar Electronics Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H05B45/14—Controlling the intensity of the light using electrical feedback from LEDs or from LED modules

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

Abstract

一種調光電路及應用其之發光裝置。調光電路包括介面觸發單元、平均工作週期計算單元、控制電壓計算單元以及比較單元。介面觸發單元接收外部脈寬調變訊號各個週期之脈衝寬度的導通時間。平均工作週期計算單元耦接介面觸發單元，並計算介面觸發單元所輸出之導通時間占週期的比例。控制電壓計算單元耦接平均工作週期計算單元，並依據平均工作週期計算單元所計算出之比例，計算所需電壓。比較單元耦接控制電壓計算單元，並根據控制電壓計算單元所計算出之所需電壓，計算與回授電壓的差值電壓，並傳送所需電壓及差值電壓給驅動電路。

Description

調光電路及應用其之發光裝置
本發明關於一種調光電路及應用其之發光裝置，特別是指一種用於調整發光二極體的調光電路及應用其之發光裝置。
傳統的調光方法係於電路中串接一可變電阻，用以控制流經電路之負載電流，但此電阻會消耗電路中的能量，使得發光效率不佳。
脈寬調變(Pulse Width Modulation,PWM)由於具有雜訊效應較低與耗能較低的優點，故可用於調整照明設備的光線。脈寬調變係採用不連續電流的方式調光，當輸出不是100%時，在脈寬調變每個輸出週期前會有部份的電流為零，呈現暗態。藉由調整暗態與亮態的比例達成所需的調光效果。一般脈寬調變的訊號頻率大於1 kHz以上，高於人眼可視範圍，因此使用者不會感覺到閃爍。
但是，若需要攝影時，如果攝影器材的掃瞄頻率小於調光用脈寬調變訊號的工作頻率，則會發生閃頻(Flicker)，影像出現格紋狀現象，使攝像品質失真。
此外，當脈寬調變設定為低導通時，也可能因為電流不足，使得光源出現閃爍現象。
本發明關於一種調光電路及應用其之發光裝置，可改善閃頻以及低導通時閃爍的問題。
根據本發明之一實施例，提供一種調光電路，包括介面觸發單元、平均工作週期計算單元、控制電壓計算單元以及比較單元。介面觸發單元接收脈寬調變訊號各個週期之脈衝寬度的導通時間。平均工作週期計算單元耦接介面觸發單元，並計算介面觸發單元所輸出之導通時間占週期的比例。控制電壓計算單元耦接平均工作週期計算單元，並依據平均工作週期計算單元所計算出之比例，計算所需電壓。比較單元耦接控制電壓計算單元，並根據控制電壓計算單元所計算出之所需電壓，計算與回授電壓的差值電壓，並傳送所需電壓及差值電壓給驅動電路。
根據本發明之一實施例，提供一種發光裝置，包括發光二極體、驅動電路以及調光電路。驅動電路控制發光二極體發光。調光電路包括介面觸發單元、平均工作週期計算單元、控制電壓計算單元以及比較單元。介面觸發單元接收第一脈寬調變訊號各個週期之脈衝寬度的導通時間。平均工作週期計算單元耦接介面觸發單元，並計算介面觸發單元所輸出之導通時間占週期的比例。控制電壓計算單元耦接平均工作週期計算單元，並依據平均工作週期計算單元所計算出之比例，計算所需電壓。比較單元耦接控制電壓計算單元，並根據控制電壓計算單元所計算出之所需電壓，計算與回授電壓的差值電壓，並傳送所需電壓及差值電壓給驅動電路。其中，驅動電路依據差值電壓補償輸出至發光二極體的控制電壓。控制電壓係依據第二脈 寬調變訊號而產生，第二脈寬調變訊號的頻率大於第一脈寬調變訊號的頻率。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖繪示依據本發明一實施例之調光電路的功能方塊圖。調光電路100包括介面觸發單元110、平均工作週期計算單元120、控制電壓計算單元130以及比較單元140。
介面觸發單元110係用以接收外部的第一脈寬調變(PWM)訊號S，並將其脈衝寬度的正緣與負緣轉換成觸發訊號，以便進行運算。舉例來說，請參照第2A圖，其繪示一具有正向波形之脈寬調變訊號的電壓與時間關係圖。電壓值上升之處稱為正緣，而電壓值下降之處稱為負緣，一個脈波具有一個正緣與一個負緣。第2A圖所示之PWM訊號包括二個正緣Pn,Pn+1與二個負緣Nn,Nn+1，其通過介面觸發單元後，將會轉換成如第2B圖所示的觸發訊號r，紀錄正緣與負緣的所在位置。
在本實施例中，由於提供的為正向波形之脈寬調變訊號(第2A圖)，因此兩個鄰近正緣Pn,Pn+1所間隔的時間即為脈寬調變訊號之週期(period)TPWM，而正緣Pn到下一個負緣Nn所間隔的時間則為此週期之脈波寬度的導通時間(on-time)TON。當提供之脈寬調變訊號為反向波形時(未繪示)，則以鄰近兩個負緣的間隔時間為週期，從負緣到下一 個正緣的間隔時間為導通時間。
平均工作週期計算單元120耦接介面觸發單元，用以計算第一脈寬調變訊號S之工作週期(Duty cycle)，也就是導通時間占週期的比例。工作週期的計算公式為：
其中D表示工作週期，TON表示導通時間，而TPWM表示週期。舉例來說，如果一脈寬調變訊號之週期為1秒，而導通時間占0.2秒，則工作週期為20%。若脈寬調變訊號之週期與導通時間為定值，則各個脈波的工作週期與整個脈寬調變訊號的工作週期相等。若脈寬調變訊號各脈波的週期與導通時間會變動，則平均工作週期計算單元120計算各個脈波的工作週期，求出此些工作週期的一平均值。
控制電壓計算單元130耦接平均工作週期計算單元120，根據平均工作週期計算單元120輸出的平均工作週期，計算當輸出電流為直流時的所需電壓V1。舉例來說，若第一脈寬調變訊號S的電壓為5伏特，且平均工作週期為20%時，所需電壓即為5×20%=1伏特。
比較單元140耦接控制電壓計算單元130，用以將所需電壓V1傳送給光源之驅動電路，例如是第1圖之驅動電路300，以便進行調光。
在一實施例中，調光電路100更可包括回授單元150，用以補償電路中損失的能量。回授單元150耦接於比較單元140與光源之驅動電路300之間，用以將驅動電路輸出 給光源的輸出電流轉換成回授電壓V2，再將此回授電壓V2輸出給比較單元140。本實施例中，比較單元140接受回授電壓V2之後，計算此回授電壓V2與所需電壓V1的差值電壓VD，同時傳送所需電壓V1及差值電壓VD給驅動電路300。
綜合來說，調光電路100可接受頻率從Hz-kHz等不同數量級的脈寬調變調光訊號，並將其轉換為特定的所需電壓V1，進而改變輸出電流為直流的連續電流。維持脈寬調變訊號低損耗的優點，還能改善閃頻與低導通時的光源閃爍問題。
在一實施例中，調光電路100可用於照明領域。例如請參照第1圖，一發光裝置10包括上述調光電路100、發光二極體200以及驅動電路300。驅動電路300耦接調光電路100與發光二極體200，以接收調光電路100發出的調光訊號(差值電壓VD、所需電壓V1)而產生控制電壓VC驅動發光二極體200。
本例中，驅動電路300更可包括整流器310、功率級(power stage)320與低通濾波器(low-pass filter)330。
整流器310耦接於外接電壓U。當外接電壓U為交流電時，整流器可將其轉換為直流電。
功率級320耦接於整流器310與調光電路100之比較單元140之間，用以根據比較單元140輸出之所需電壓V1與差值電壓VD，將外接電壓U轉換成控制電壓VC。一實施例中，控制電壓VC更可依據驅動電路300的第二脈寬調變訊號(未繪示)產生。此第二脈寬調變訊號較佳但非 限定地為一高頻訊號，其頻率大於第一脈寬調變訊號的頻率。也就是說，不論外部輸入的第一脈寬調變訊號頻率為何，輸出至功率級320的脈寬調變訊號皆為高頻率。一例中，第二脈寬調變序號之頻率大於20 kHz，而第一脈寬調變訊號之頻率小於5 kHz。
低通濾波器330能夠容許低頻信號通過，但減弱頻率高於截止頻率之信號通過，用以使控制電壓之波形趨近於直流。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧發光裝置
100‧‧‧調光電路
110‧‧‧介面觸發單元
120‧‧‧平均工作週期計算單元
130‧‧‧控制電壓計算單元
140‧‧‧比較單元
150‧‧‧回授單元
200‧‧‧發光二極體
300‧‧‧驅動電路
310‧‧‧整流器
320‧‧‧功率級
330‧‧‧低通濾波器
Nn，Nn+1‧‧‧負緣
Pn，Pn+1‧‧‧正緣
r‧‧‧觸發訊號
S‧‧‧第一脈寬調變訊號
TON‧‧‧導通時間
TPWM‧‧‧週期
U‧‧‧外接電壓
V1‧‧‧所需電壓
V2‧‧‧回授電壓
VC‧‧‧控制電壓
VD‧‧‧差值電壓
第1圖繪示依據本發明一實施例之調光電路的功能方塊圖。
第2A圖繪示一具有正向波形之脈寬調變訊號的電壓與時間關係圖。
第2B圖繪示第2A圖之脈寬調變訊號通過本發明之介面觸發單元後的示意圖。
10‧‧‧發光裝置
100‧‧‧調光電路
110‧‧‧介面觸發單元
120‧‧‧平均工作週期計算單元
130‧‧‧控制電壓計算單元
140‧‧‧比較單元
150‧‧‧回授單元
200‧‧‧發光二極體
300‧‧‧驅動電路
310‧‧‧整流器
320‧‧‧功率級
330‧‧‧低通濾波器
S‧‧‧第一脈寬調變訊號
U‧‧‧外接電壓
V1‧‧‧所需電壓
V2‧‧‧回授電壓
VC‧‧‧控制電壓
VD‧‧‧差值電壓

Claims (10)

  1. 一種發光二極體調光電路，包括：一介面觸發單元，係接收一脈寬調變(PWM)訊號之複數個週期之各一脈衝寬度的一導通時間；一平均工作週期(duty cycle)計算單元，耦接該介面觸發單元，用以計算該介面觸發單元所輸出之該些導通時間占該些週期的一比例；一控制電壓計算單元，耦接該平均工作週期計算單元，並依據該平均工作週期計算單元所計算出之該比例，計算一所需電壓；以及一比較單元，耦接該控制電壓計算單元，並根據該控制電壓計算單元所計算出之該所需電壓，計算其與一回授電壓的一差值電壓，並傳送該所需電壓及該差值電壓給一發光二極體驅動電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體調光電路，更包括：一回授單元，耦接於該發光二極體驅動電路與該比較單元之間，用以將該發光二極體驅動電路輸出給一發光二極體的一輸出電流轉換成該回授電壓，並輸出該回授電壓給該比較單元。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體調光電路，其中該介面觸發單元將該脈寬調變訊號之各該脈衝寬度的正緣與負緣轉換成複數個觸發訊號，並由該些觸發訊號計算出該些導通時間。
  4. 一種無閃頻的發光裝置，包括：一發光二極體；一驅動電路，係控制該發光二極體發光；一調光電路，包括：一介面觸發單元，係取得一第一脈寬調變訊號之複數個週期的各一脈衝寬度的一導通時間；一平均工作週期計算單元，耦接該介面觸發單元，並計算該介面觸發單元所輸出之該些導通時間占該些週期的一比例；一控制電壓計算單元，耦接該平均工作週期計算單元，並依據該平均工作週期計算單元所輸出之該比例，計算一所需電壓；及一比較單元，耦接該控制電壓輸出單元，並根據該控制電壓計算單元所計算出之該所需電壓，計算該所需電壓與該發光二極體之一回授電壓的一差值電壓，並傳送該所需電壓及該差值電壓給該驅動電路；其中該驅動電路依據該差值電壓補償輸出至該發光二極體的一控制電壓，其中該控制電壓依據一第二脈寬調變訊號而產生，該第二脈寬調變訊號的一頻率大於該第一脈寬調變訊號的一頻率。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之無閃頻的發光裝置，其中該調光電路更包括：一回授單元，耦接於該驅動電路與該比較單元之間，用以將該驅動電路輸出給該發光二極體的一輸出電流轉換成該回授電壓，並輸出該回授電壓給該比較單元。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之無閃頻的發光裝置，其中該介面觸發單元將該第一脈寬調變訊號之各該脈衝寬度的正緣與負緣轉換成複數個觸發訊號，並由該些觸發訊號計算出該些導通時間。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之無閃頻的發光裝置，其中該驅動電路的該第二脈寬調變訊號之該頻率大於20 kHz，該第一脈寬調變訊號之該頻率小於5 kHz。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之無閃頻的發光裝置，其中該驅動電路包括一整流器，將該外接電壓由交流電轉換為直流電。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之無閃頻的發光裝置，其中該驅動電路更包括一功率級(power stage)，該功率級根據該比較單元輸出之該所需電壓及該差值電壓，將一外接電壓轉換成該發光二極體的該控制電壓。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之無閃頻的發光裝置，其中該驅動電路更包括一低通濾波器(Low-pass filter)，使該控制電壓之波形趨近於直流。
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