TWI700963B - 發光二極體控制裝置 - Google Patents

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TWI700963B
TWI700963B TW108130914A TW108130914A TWI700963B TW I700963 B TWI700963 B TW I700963B TW 108130914 A TW108130914 A TW 108130914A TW 108130914 A TW108130914 A TW 108130914A TW I700963 B TWI700963 B TW I700963B
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林陳琦
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群光電能科技股份有限公司
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Abstract

一種發光二極體控制裝置，包含電壓轉換單元連接發光二極體單元，以轉換輸入電壓給發光二極體單元。壓差偵測單元連接發光二極體單元，用以偵測發光二極體單元之輸出電壓，壓差偵測單元包含第一電阻、第二電阻及電晶體，第一電阻連接發光二極體單元之正端，電晶體分別電性連接第一電阻、第二電阻以及發光二極體單元之負端。控制單元連接壓差偵測單元及遲滯驅動單元，且控制單元與壓差偵測單元協同提供一預設電壓。開關單元連接遲滯驅動單元及電壓轉換單元。當輸出電壓大於等於預設電壓時，控制單元通知遲滯驅動單元控制開關單元開路，使電壓轉換單元持續轉換輸入電壓。當輸出電壓小於預設電壓時，控制單元通知遲滯驅動單元控制開關單元短路，使電壓轉換單元停止轉換輸入電壓，令發光二極體單元全部熄滅。

Description

發光二極體控制裝置
本案係有關一種控制電路，特別是關於一種發光二極體控制裝置。
隨著發光二極體(LED)技術的進步，LED應用亦日漸多元化，已經從單純的指示用途轉變為可作為燈源之照明功能，且由於LED的亮度及效率有效的提升，使得LED應用於燈具也相當普及。
以發光二極體作為車燈為例，主要係包含有一條或複數條發光二極體串列，每一發光二極體串列係由複數個發光二極體組成，且發光二極體串列連接到一降壓升壓式(Buck-Boost)電壓轉換器的輸出端，以利用降壓升壓式電壓轉換器提供發光二極體串列作動時所需之電源。當有發光二極體因損壞而短路時，損壞的發光二極體會熄滅，其餘之發光二極體則會繼續發亮，但若有部分發光二極體損壞而造成只有部分發光二極體點亮時，將使得車燈的整體造型變得不美觀，甚至會造成車燈亮度不足而影響到行車安全。
本案提出一種發光二極體控制裝置包含一發光二極體單元、一電壓轉換單元、一壓差偵測單元、一控制單元、一遲滯驅動單元以 及一開關單元。電壓轉換單元電性連接發光二極體單元，以轉換一輸入電壓給發光二極體單元。壓差偵測單元電性連接發光二極體單元，用以偵測發光二極體單元之輸出電壓，壓差偵測單元包含一第一電阻、一第二電阻及一電晶體，第一電阻電性連接發光二極體單元之正端，電晶體分別電性連接第一電阻、第二電阻以及發光二極體單元之負端。控制單元電性連接壓差偵測單元及遲滯驅動單元，且控制單元與壓差偵測單元係協同提供一預設電壓。開關單元電性連接遲滯驅動單元及電壓轉換單元。其中，當輸出電壓大於等於預設電壓時，控制單元通知遲滯驅動單元控制開關單元開路，使電壓轉換單元持續轉換輸入電壓；當輸出電壓小於預設電壓時，控制單元通知遲滯驅動單元控制開關單元短路，使電壓轉換單元停止轉換輸入電壓。
在一些實施例中，壓差偵測單元更包括一第一電容並聯第二電阻。
在一些實施例中，控制單元包含一比較元件，比較元件電性連接至電晶體及第二電阻之間，當輸出電壓大於等於預設電壓時，比較元件短路，當輸出電壓小於預設電壓時，比較元件開路。
在一些實施例中，預設電壓係為
Figure 108130914-A0305-02-0005-1
，且VEB為電晶體之射極-基極電壓、R1為第一電阻之電阻值、R2為第二電阻之電阻值以及Vref為比較元件之內建參考電壓。
在一些實施例中，遲滯驅動單元包含一第三電阻及一第四電阻，第三電阻、第四電阻、比較元件及開關單元係連接於一節點，當比較元件短路時，節點具有一第一電壓，當比較元件開路時，節點具有一第二 電壓。
在一些實施例中，遲滯驅動單元更包含一第二電容，第二電容係電性連接節點且並聯第四電阻，以延遲開關單元的作動。
在一些實施例中，控制單元更包括一第五電阻電性連接於比較元件及節點之間。
在一些實施例中，開關單元包含一開關元件，開關元件接收到第一電壓時為開路，開關元件接收到第二電壓時為短路。
在一些實施例中，當開關元件開路時，開關元件輸出一致能訊號至電壓轉換單元；當開關元件短路時，開關元件輸出一禁能訊號至電壓轉換單元。
在一些實施例中，電壓轉換單元更包含一控制器，當控制器接收到致能訊號時，使電壓轉換單元持續轉換輸入電壓。當控制器接收到禁能訊號時，使電壓轉換單元停止轉換輸入電壓。
因此，本案係在發光二極體單元中有發光二極體損壞而導致輸出電壓產生變化時，可控制電壓轉換單元停止轉換輸入電壓給發光二極體單元，使發光二極體全部熄滅。
10:發光二極體控制裝置
12:發光二極體單元
122:發光二極體
14:電壓轉換單元
142:控制器
16:壓差偵測單元
162:電晶體
18:控制單元
182:比較元件
20:遲滯驅動單元
22:開關單元
222:開關元件
C1:第一電容
C2:第二電容
GND:接地端
M、N:節點
R1:第一電阻
R2:第二電阻
R3:第三電阻
R4:第四電阻
R5:第五電阻
Vo:輸出電壓
B:基極端
C:集極端
E:射極端
A:陽極端
K:陰極端
R:取樣端
D:汲極
G:閘極
S:源極
Vin:輸入電壓
圖1為根據本案一實施例之發光二極體控制裝置的方塊示意圖。
圖2為根據本案一實施例之發光二極體控制裝置的電路示意圖。
圖3為根據本案另一實施例之發光二極體控制裝置的電路示意圖。
圖4為根據本案再一實施例之發光二極體控制裝置的電路示意圖。
圖1為根據本案一實施例之發光二極體控制裝置的方塊示意圖。請參閱圖1所示，發光二極體控制裝置10包含一發光二極體單元12、一電壓轉換單元14、一壓差偵測單元16、一控制單元18、一遲滯驅動單元20以及一開關單元22。
電壓轉換單元14電性連接發光二極體單元12，以轉換一輸入電壓Vin給發光二極體單元12，使發光二極體單元12得以正常運作而點亮。在一實施例中，發光二極體單元12包含一條或多條發光二極體串列，每一發光二極體串列係由複數個發光二極體組成，在此係以一條發光二極體串列為例，但不限於此，因此發光二極體單元12係包括複數個發光二極體122依序串聯在一起，並具有一正端以及一負端。
壓差偵測單元16電性連接至發光二極體單元12之正端及負端，用以偵測發光二極體單元12之輸出電壓Vo。控制單元18電性連接壓差偵測單元16，且遲滯驅動單元20電性連接控制單元18，控制單元18與壓差偵測單元16係協同提供一預設電壓，控制單元18依據壓差偵測單元16的偵測結果來判斷發光二極體單元12中發光二極體122的狀態，開關單元22則電性連接遲滯驅動單元20及電壓轉換單元14。當輸出電壓Vo大於等於預設電壓時，表示發光二極體單元12正常點亮，控制單元18會通知遲滯驅動單元20控制開關單元22開路(不導通)，令電壓轉換單元14持續轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12，使發光二極體單元12繼續維持點亮狀態。當輸出電壓Vo小於預設電壓時，表示有至少一個發光二極體122損壞，控制單元18會通知遲滯驅動單元20控制開關單元22短路(導通)， 令電壓轉換單元14停止轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12，使所有發光二極體122全部一起熄滅。
圖2為根據本案一實施例之發光二極體控制裝置的電路示意圖。請參閱圖2所示，在此發光二極體控制裝置10中，電壓轉換單元14係使用但不限於降壓升壓式(Buck-Boost)電壓轉換器，且其具有輸出接地不與輸入接地相連(不共地)的特性，此電壓轉換單元14係包含一控制器142。
在一實施例中，壓差偵測單元16包含一第一電阻R1、一第二電阻R2、一電晶體162以及一第一電容C1。第一電阻R1的一端電性連接發光二極體單元12之正端，第一電阻R1的另一端則電性連接至電晶體162的射極端E，電晶體162的基極端B電性連接至發光二極體單元12之負端，且電晶體162之射極端E和基極端B之間存在一個射極-基極電壓VEB，電晶體162的集極端C電性連接至第二電阻R2之一端的節點M，而第二電阻R2之另一端則連接至接地端GND。並且，第一電容C1係並聯第二電阻R2，亦即第一電容C1一端連接節點M，另一端則連接至接地端GND。其中，電晶體162可以是但不限於雙極性接面電晶體(BJT)，例如PNP型雙極性接面電晶體。
在一實施例中，控制單元18包含一比較元件182及一第五電阻R5，其中比較元件182可以是但不限於TL431。比較元件182之取樣端R係電性連接至電晶體162與第二電阻R2之間的節點M，比較元件182之陽極端A電性連接接地端GND，比較元件182之陰極端K電性連接第五電阻R5之一端，第五電阻R5之另一端則電性連接至節點N。藉由控制單元18 之比較元件182與壓差偵測單元16之電晶體162的協同作用產生預設電壓，由於比較元件182係具有一個內建參考電壓Vref，因此，預設電壓可以表示為
Figure 108130914-A0305-02-0009-2
。當發光二極體單元12之輸出電壓Vo大於等於預設電壓時，即
Figure 108130914-A0305-02-0009-3
，節點M的電壓大於內建參考電壓Vref，使比較元件182短路，亦即比較元件182之陰極端K及陽極端A為導通狀態；當發光二極體單元12之輸出電壓Vo小於預設電壓時，即
Figure 108130914-A0305-02-0009-4
，節點M的電壓小於內建參考電壓Vref，使比較元件182開路，亦即比較元件182之陰極端K及陽極端A為不導通狀態。
在一實施例中，遲滯驅動單元20包含一第三電阻R3、一第四電阻R4以及一第二電容C2。第三電阻R3之一端係電性連接至發光二極體單元12之負端，第三電阻R3之另一端則電性連接至節點N，此時第三電阻R3接收到的電壓為輸入電壓Vin。第四電阻R4之一端亦電性連接至節點N，第四電阻R4之另一端電性連接至接地端GND。第二電容C2之二端分別電性連接節點N及接地端GND，使第二電容C2並聯第四電阻R4。由於第三電阻R3、第四電阻R4及比較元件182都連接於節點N，當比較元件182為短路時，節點N係具有一第一電壓；當比較元件182為開路時，則節點N係具有一第二電壓。
在一實施例中，第五電阻R5之電阻值係遠小於第三電阻R3及第四電阻R4之電阻值。例如，當第三電阻R3及第四電阻R4之電阻值為100KΩ時，第五電阻R5之電阻值則為1KΩ。
在一實施例中，開關單元22係包含一開關元件222，此開關 元件222可以是但不限於金屬氧化半導體(MOS)開關，例如N型金屬氧化半導體(NMOS)開關。開關元件222之閘極G電性連接至節點N，開關元件222之汲極D電性連接至控制器142，以傳送致能訊號或禁能訊號給控制器142，開關元件222之源極S則電性連接至接地端GND。當節點N具有第一電壓時，開關元件222接收到第一電壓時開路，開關元件222會輸出致能訊號至電壓轉換單元14之控制器142，當控制器142接收到此致能訊號時，使電壓轉換單元14持續轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12。當節點N具有第二電壓時，開關元件222接收到第二電壓時短路，開關元件222會輸出禁能訊號至電壓轉換單元14之控制器142，控制器142接收到此禁能訊號時，使電壓轉換單元14停止轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12。
其中，在遲滯驅動單元20中，利用第二電容C2充放電之作用，可以達到遲滯之效果，亦即利用第二電容C2來延遲開關元件222的作動，以避免開機時開關元件222立即短路而造成電壓轉換單元14停止操作，且第二電容C2也可以避免因雜訊產生的誤動作。此外，在控制單元18中，第五電阻R5除了可以改變分壓之外，亦作為一個限流電阻，用以避免第二電容C2放電時產生之大電流造成比較元件182損壞。
在運作時，請參閱圖2所示，電壓轉換單元14會轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12，以點亮發光二極體122，如果發光二極體單元12之輸出電壓Vo大於或等於預設電壓時，即
Figure 108130914-A0305-02-0010-5
，表示發光二極體122無損壞，此時控制單元18中之比較元件182的陰極端K及陽極端A會 短路而呈現導通狀態，由於第四電阻R4及第五電阻R5為並聯，並且與第三電阻R3串接於節點N，使節點N的分壓太低(此時節點N具有第一電壓)，無法順偏開關元件222的閘極G和源極S，使開關元件222之汲極D和源極S間仍維持開路狀態(不導通)並產生致能訊號給電壓轉換單元14，使其維持正常操作，仍持續轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12，所有發光二極體122正常點亮。
如果發光二極體單元12之輸出電壓Vo小於預設電壓時，即
Figure 108130914-A0305-02-0011-6
，表示發光二極體122有部分損壞，此時控制單元18中之比較元件182的陰極端K及陽極端A會開路而呈現不導通狀態，由於第三電阻R3與第四電阻R4串接於節點N，使節點N的分壓(此時節點N具有第二電壓)足夠順偏開關元件222的閘極G和源極S，進而使開關元件222之汲極D和源極S間變為短路狀態(導通)並產生禁能訊號給電壓轉換單元14，使其停止操作，所有發光二極體122會全部熄滅。
於電壓轉換單元14剛開機時，因發光二極體單元12之輸出電壓Vo尚未建立，所以比較元件182的陰極端K及陽極端A會開路，節點N的分壓因為第二電容C2需要時間充電，因而暫時無法順偏閘極G和源極S而使開關元件222為開路，此時電壓轉換單元14正常操作，轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12。於電壓轉換單元14穩定地轉換輸入電壓Vin後，則可依據輸出電壓Vo與預設電壓之間的關係來判斷發光二極體122是否有損壞，此部分之相關技術內容請參考前述說明，於此不再贅述。
圖3為根據本案另一實施例之發光二極體控制裝置的電路示 意圖。請參閱圖3所示，在此發光二極體控制裝置10中，電壓轉換單元14係使用但不限於降壓式(Buck)電壓轉換器，且其亦具有輸出接地不與輸入接地相連(不共地)的特性。電壓轉換單元14之二端電性連接發光二極體單元12，以轉換一輸入電壓Vin給發光二極體單元12，且第三電阻R3之一端連接至發光二極體單元12的負端，此時第三電阻R3接收到的電壓係為輸入電壓Vin減去輸出電壓Vo(Vin-Vo)。此電壓轉換單元14係包含一控制器142，使控制器142可根據開關元件222傳送之致能訊號或禁能訊號來控制電壓轉換單元14是否要轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12。其中，圖3所示之發光二極體控制裝置10除了使用不同的電壓轉換單元14之外，其餘結構、連接關係及運作皆與圖2所示之實施例相同，故可參考前述說明，於此不再贅述。
圖4為根據本案再一實施例之發光二極體控制裝置的電路示意圖。請參閱圖4所示，在此發光二極體控制裝置10中，電壓轉換單元14係使用但不限於降壓式(Buck)電壓轉換器，且其亦具有輸出接地不與輸入接地相連(不共地)的特性。電壓轉換單元14之二端電性連接發光二極體單元12，以轉換一輸入電壓Vin給發光二極體單元12，且第三電阻R3之一端係連接至發光二極體單元12的正端，另一端則連接到節點N，此時第三電阻R3接收到的電壓係為輸入電壓Vin。此電壓轉換單元14包含一控制器142，使控制器142可根據開關元件222傳送之致能訊號或禁能訊號來控制電壓轉換單元14是否要轉換輸入電壓Vin給發光二極體單元12。其中，圖4所示之發光二極體控制裝置10除了使用不同的電壓轉換單元14及第三電阻R3的連接關係不同之外，其餘結構、連接關係及運作皆與圖2所 示之實施例相同，故可參考前述說明，於此不再贅述。
綜上所述，本案能夠在發光二極體單元中有發光二極體損壞而導致輸出電壓產生變化時，控制電壓轉換單元停止轉換輸入電壓給發光二極體單元，使發光二極體得以全部熄滅。當本案之發光二極體控制裝置應用於車燈時，得以在至少一個發光二極體損壞時會熄滅所有發光二極體，以避免車燈的整體造型變得不美觀，更可有效避免造成車燈因亮度不足而影響到行車安全之問題。
以上所述之實施例僅係為說明本案之技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案之內容並據以實施，當不能以之限定本案之專利範圍，即大凡依本案所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案之申請專利範圍內。
10:發光二極體控制裝置
12:發光二極體單元
122:發光二極體
14:電壓轉換單元
142:控制器
16:壓差偵測單元
162:電晶體
18:控制單元
182:比較元件
20:遲滯驅動單元
22:開關單元
222:開關元件
C1:第一電容
C2:第二電容
GND:接地端
M、N:節點
R1:第一電阻
R2:第二電阻
R3:第三電阻
R4:第四電阻
R5:第五電阻
Vo:輸出電壓
B:基極端
C:集極端
E:射極端
A:陽極端
K:陰極端
R:取樣端
D:汲極
G:閘極
S:源極
Vin:輸入電壓

Claims (10)

  1. 一種發光二極體控制裝置，包含： 一發光二極體單元； 一電壓轉換單元，電性連接該發光二極體單元，以轉換一輸入電壓給該發光二極體單元； 一壓差偵測單元，電性連接該發光二極體單元，用以偵測該發光二極體單元之一輸出電壓，該壓差偵測單元包含： 一第一電阻，電性連接該發光二極體單元之正端； 一第二電阻；及 一電晶體，分別電性連接該第一電阻、該第二電阻以及該發光二極體單元之負端； 一控制單元，電性連接該壓差偵測單元，該控制單元與該壓差偵測單元協同提供一預設電壓； 一遲滯驅動單元，電性連接該控制單元；以及 一開關單元，電性連接該遲滯驅動單元及該電壓轉換單元； 其中，該控制單元根據該輸出電壓大於等於該預設電壓時，通知該遲滯驅動單元控制該開關單元開路，使該電壓轉換單元持續轉換該輸入電壓；該控制單元根據該輸出電壓小於該預設電壓時，通知該遲滯驅動單元控制該開關單元短路，使該電壓轉換單元停止轉換該輸入電壓。
  2. 如請求項1所述之發光二極體控制裝置，其中該壓差偵測單元更包括一第一電容，並聯該第二電阻。
  3. 如請求項1所述之發光二極體控制裝置，其中該控制單元包含一比較元件，電性連接至該電晶體及該第二電阻之間，當該輸出電壓大於等於該預設電壓時，該比較元件短路；及當該輸出電壓小於該預設電壓時，該比較元件開路。
  4. 如請求項3所述之發光二極體控制裝置，其中該預設電壓係為
    Figure 03_image002
    ，且該V EB為該電晶體之射極-基極電壓、該R1為該第一電阻之電阻值、該R2為該第二電阻之電阻值以及該V ref為該比較元件之內建參考電壓。
  5. 如請求項3所述之發光二極體控制裝置，其中該遲滯驅動單元包含一第三電阻及一第四電阻，該第三電阻、該第四電阻、該比較元件及該開關單元連接於一節點，當該比較元件短路時，該節點具有一第一電壓；及當該比較元件開路時，該節點具有一第二電壓。
  6. 如請求項5所述之發光二極體控制裝置，其中該遲滯驅動單元更包含一第二電容，該第二電容係電性連接該節點且並聯該第四電阻，以延遲該開關單元的作動。
  7. 如請求項5所述之發光二極體控制裝置，其中該控制單元更包括一第五電阻，電性連接於該比較元件及該節點之間。
  8. 如請求項5所述之發光二極體控制裝置，其中該開關單元包含一開關元件，該開關元件接收到該第一電壓時開路；及該開關元件接收到該第二電壓時短路。
  9. 如請求項8所述之發光二極體控制裝置，其中當該開關元件開路時，該開關元件輸出一致能訊號至該電壓轉換單元；及當該開關元件短路時，該開關元件輸出一禁能訊號至該電壓轉換單元。
  10. 如請求項9所述之發光二極體控制裝置，其中該電壓轉換單元更包含一控制器，該控制器接收到該致能訊號時，使該電壓轉換單元持續轉換該輸入電壓；及該控制器接收到該禁能訊號時，使該電壓轉換單元停止轉換該輸入電壓。
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