调光电路及应用其的发光装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103917009 A (43)申请公布日 2014.07.09 CN 103917009 A (21)申请号 201310055524.6 (22)申请日 2013.02.21 102100372 2013.01.07 TW H05B 37/02(2006.01) F21S 2/00(2006.01) F21Y 101/02(2006.01) (71)申请人 隆达电子股份有限公司 地址 中国台湾新竹市 (72)发明人 陈俊光 陈柏燊 林凤玲 陈慧瑛 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 史新宏 (54) 发明名称 调光电路及应用其的发光装置

2、 (57) 摘要 一种调光电路及应用其的发光装置。调光电 路包括界面触发单元、 平均工作周期计算单元、 控 制电压计算单元以及比较单元。界面触发单元接 收外部脉宽调制信号各个周期的脉冲宽度的导通 时间。 平均工作周期计算单元耦接界面触发单元， 并计算界面触发单元所输出的导通时间占周期的 比例。控制电压计算单元耦接平均工作周期计算 单元， 并依据平均工作周期计算单元所计算出的 比例， 计算所需电压。 比较单元耦接控制电压计算 单元， 并根据控制电压计算单元所计算出的所需 电压， 计算与反馈电压的差值电压， 并传送所需电 压及差值电压给驱动电路。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要

3、求书 2 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103917009 A CN 103917009 A 1/2 页 2 1. 一种发光二极管调光电路， 包括 ： 一界面触发单元， 接收一脉宽调制信号的多个周期的各一脉冲宽度的一导通时间 ； 一平均工作周期计算单元， 耦接该界面触发单元， 用以计算该界面触发单元所输出的 该些导通时间占该些周期的一比例 ； 一控制电压计算单元， 耦接该平均工作周期计算单元， 并依据该平均工作周期计算单 元所计算出的该比例， 计算一所需电压 ； 以及

4、 一比较单元， 耦接该控制电压计算单元， 并根据该控制电压计算单元所计算出的该所 需电压， 计算其与一反馈电压的一差值电压， 并传送该所需电压及该差值电压给一发光二 极管驱动电路。 2. 根据权利要求 1 所述的发光二极管调光电路， 还包括 ： 一反馈单元， 耦接于该发光二极管驱动电路与该比较单元之间， 用以将该发光二极管 驱动电路输出给一发光二极管的一输出电流转换成该反馈电压， 并输出该反馈电压给该比 较单元。 3. 根据权利要求 1 所述的发光二极管调光电路， 其中该界面触发单元将该脉宽调制信 号的各该脉冲宽度的正缘与负缘转换成多个触发信号， 并由该多个触发信号计算出该些导 通时间。 4.

5、 一种无闪频的发光装置， 包括 ： 一发光二极管 ； 一驱动电路， 控制该发光二极管发光 ； 一调光电路， 包括 ： 一界面触发单元， 取得一第一脉宽调制信号的多个周期的各一脉冲宽度的一导通时 间 ； 一平均工作周期计算单元， 耦接该界面触发单元， 并计算该界面触发单元所输出的该 些导通时间占该些周期的一比例 ； 一控制电压计算单元， 耦接该平均工作周期计算单元， 并依据该平均工作周期计算单 元所输出的该比例， 计算一所需电压 ； 及 一比较单元， 耦接该控制电压输出单元， 并根据该控制电压计算单元所计算出的该所 需电压， 计算该所需电压与该发光二极管的一反馈电压的一差值电压， 并传送该所需电

6、压 及该差值电压给该驱动电路 ； 其中该驱动电路依据该差值电压补偿输出至该发光二极管的一控制电压， 其中该控制 电压依据一第二脉宽调制信号而产生， 该第二脉宽调制信号的一频率大于该第一脉宽调制 信号的一频率。 5. 根据权利要求 4 所述的无闪频的发光装置， 其中该调光电路还包括 ： 一反馈单元， 耦接于该驱动电路与该比较单元之间， 用以将该驱动电路输出给该发光 二极管的一输出电流转换成该反馈电压， 并输出该反馈电压给该比较单元。 6. 根据权利要求 4 所述的无闪频的发光装置， 其中该界面触发单元将该第一脉宽调制 信号的各该脉冲宽度的正缘与负缘转换成多个触发信号， 并由该多个触发信号计算出该

7、些 导通时间。 7. 根据权利要求 4 所述的无闪频的发光装置， 其中该驱动电路的该第二脉宽调制信号 权 利 要 求 书 CN 103917009 A 2 2/2 页 3 的该频率大于 20kHz， 该第一脉宽调制信号的该频率小于 5kHz。 8. 根据权利要求 4 所述的无闪频的发光装置， 其中该驱动电路包括一整流器， 将该外 接电压由交流电转换为直流电。 9. 根据权利要求 8 所述的无闪频的发光装置， 其中该驱动电路还包括一功率级， 该功 率级根据该比较单元输出的该所需电压及该差值电压， 将一外接电压转换成该发光二极管 的该控制电压。 10. 根据权利要求 8 所述的无闪频的发光装置，

8、其中该驱动电路还包括一低通滤波器， 使该控制电压的波形趋近于直流。 权 利 要 求 书 CN 103917009 A 3 1/3 页 4 调光电路及应用其的发光装置 技术领域 0001 本发明关于一种调光电路及应用其的发光装置， 特别是指一种用于调整发光二极 管的调光电路及应用其的发光装置。 背景技术 0002 传统的调光方法是于电路中串接一可变电阻， 用以控制流经电路的负载电流， 但 此电阻会消耗电路中的能量， 使得发光效率不佳。 0003 脉宽调制 (Pulse Width Modulation,PWM) 由于具有噪声效应较低与耗能较低的 优点， 故可用于调整照明设备的光线。 脉宽调制是采

9、用不连续电流的方式调光， 当输出不是 100% 时， 在脉宽调制每个输出周期前会有部分的电流为零， 呈现暗态。通过调整暗态与亮 态的比例达成所需的调光效果。一般脉宽调制的信号频率大于 1kHz 以上， 高于人眼可视范 围， 因此使用者不会感觉到闪烁。 0004 但是， 若需要摄影时， 如果摄影器材的扫描频率小于调光用脉宽调制信号的工作 频率， 则会发生闪频 (Flicker)， 影像出现格纹状现象， 使摄像质量失真。 0005 此外， 当脉宽调制设定为低导通时， 也可能因为电流不足， 使得光源出现闪烁现 象。 发明内容 0006 本发明关于一种调光电路及应用其的发光装置， 可改善闪频以及低导通

10、时闪烁的 问题。 0007 根据本发明的一实施例， 提供一种调光电路， 包括界面触发单元、 平均工作周期计 算单元、 控制电压计算单元以及比较单元。界面触发单元接收脉宽调制信号各个周期的脉 冲宽度的导通时间。平均工作周期计算单元耦接界面触发单元， 并计算界面触发单元所输 出的导通时间占周期的比例。控制电压计算单元耦接平均工作周期计算单元， 并依据平均 工作周期计算单元所计算出的比例， 计算所需电压。 比较单元耦接控制电压计算单元， 并根 据控制电压计算单元所计算出的所需电压， 计算与反馈电压的差值电压， 并传送所需电压 及差值电压给驱动电路。 0008 根据本发明的一实施例， 提供一种发光装置

11、， 包括发光二极管、 驱动电路以及调光 电路。驱动电路控制发光二极管发光。调光电路包括界面触发单元、 平均工作周期计算单 元、 控制电压计算单元以及比较单元。界面触发单元接收第一脉宽调制信号各个周期的脉 冲宽度的导通时间。平均工作周期计算单元耦接界面触发单元， 并计算界面触发单元所输 出的导通时间占周期的比例。控制电压计算单元耦接平均工作周期计算单元， 并依据平均 工作周期计算单元所计算出的比例， 计算所需电压。 比较单元耦接控制电压计算单元， 并根 据控制电压计算单元所计算出的所需电压， 计算与反馈电压的差值电压， 并传送所需电压 及差值电压给驱动电路。 其中， 驱动电路依据差值电压补偿输出

12、至发光二极管的控制电压。 控制电压是依据第二脉宽调制信号而产生， 第二脉宽调制信号的频率大于第一脉宽调制信 说 明 书 CN 103917009 A 4 2/3 页 5 号的频率。 0009 为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解， 下文特举实施例， 并配合所附图 式， 作详细说明如下。 附图说明 0010 图 1 绘示依据本发明一实施例的调光电路的功能方块图。 0011 图 2A 绘示一具有正向波形的脉宽调制信号的电压与时间关系图。 0012 图 2B 绘示图 2A 的脉宽调制信号通过本发明的界面触发单元后的示意图。 0013 主要元件标号说明 0014 10 ： 发光装置 100 ： 调

13、光电路 0015 110 ： 界面触发单元 120 ： 平均工作周期计算单元 0016 130 ： 控制电压计算单元 140 ： 比较单元 0017 150 ： 反馈单元 200 ： 发光二极管 0018 300 ： 驱动电路 310 ： 整流器 0019 320 ： 功率级 330 ： 低通滤波器 0020 Nn， Nn+1： 负缘 Pn， Pn+1： 正缘 0021 r ： 触发信号 S ： 第一脉宽调制信号 0022 TON： 导通时间 TPWM： 周期 0023 U ： 外接电压 V1： 所需电压 0024 V2： 反馈电压 VC： 控制电压 0025 VD： 差值电压 具体实施方式

14、0026 图 1 绘示依据本发明一实施例的调光电路的功能方块图。调光电路 100 包括界面 触发单元 110、 平均工作周期计算单元 120、 控制电压计算单元 130 以及比较单元 140。 0027 界面触发单元 110 用以接收外部的第一脉宽调制 (PWM) 信号 S， 并将其脉冲宽度 的正缘与负缘转换成触发信号， 以便进行运算。举例来说， 请参照图 2A， 其绘示一具有正向 波形的脉宽调制信号的电压与时间关系图。电压值上升之处称为正缘， 而电压值下降之处 称为负缘， 一个脉冲具有一个正缘与一个负缘。图 2A 所示的 PWM 信号包括二个正缘 Pn,Pn+1 与二个负缘 Nn,Nn+1，

15、 其通过界面触发单元后， 将会转换成如图 2B 所示的触发信号 r， 记录正 缘与负缘的所在位置。 0028 在本实施例中， 由于提供的为正向波形的脉宽调制信号 ( 图 2A)， 因此两个邻近正 缘 Pn,Pn+1所间隔的时间即为脉宽调制信号的周期 (period)TPWM， 而正缘 Pn到下一个负缘 Nn 所间隔的时间则为此周期的脉冲宽度的导通时间 (on-time)TON。当提供的脉宽调制信号为 反向波形时 ( 未绘示 )， 则以邻近两个负缘的间隔时间为周期， 从负缘到下一个正缘的间隔 时间为导通时间。 0029 平均工作周期计算单元 120 耦接界面触发单元， 用以计算第一脉宽调制信号

16、S 的 工作周期 (Duty cycle)， 也就是导通时间占周期的比例。工作周期的计算公式为 ： 说 明 书 CN 103917009 A 5 3/3 页 6 0030 0031 其中 D 表示工作周期， TON表示导通时间， 而 TPWM表示周期。举例来说， 如果一脉宽 调制信号的周期为 1 秒， 而导通时间占 0.2 秒， 则工作周期为 20%。若脉宽调制信号的周期 与导通时间为定值， 则各个脉冲的工作周期与整个脉宽调制信号的工作周期相等。若脉宽 调制信号各脉冲的周期与导通时间会变动， 则平均工作周期计算单元 120 计算各个脉冲的 工作周期， 求出此些工作周期的一平均值。 0032 控

17、制电压计算单元 130 耦接平均工作周期计算单元 120， 根据平均工作周期计算 单元 120 输出的平均工作周期， 计算当输出电流为直流时的所需电压 V1。举例来说， 若第一 脉宽调制信号 S 的电压为 5 伏特， 且平均工作周期为 20% 时， 所需电压即为 520%=1 伏特。 0033 比较单元 140 耦接控制电压计算单元 130， 用以将所需电压 V1传送给光源的驱动 电路， 例如是图 1 的驱动电路 300， 以便进行调光。 0034 在一实施例中， 调光电路 100 还可包括反馈单元 150， 用以补偿电路中损失的能 量。反馈单元 150 耦接于比较单元 140 与光源的驱动电

18、路 300 之间， 用以将驱动电路输出 给光源的输出电流转换成反馈电压 V2， 再将此反馈电压 V2输出给比较单元 140。本实施例 中， 比较单元 140 接受反馈电压 V2之后， 计算此反馈电压 V2与所需电压 V1的差值电压 VD， 同时传送所需电压 V1及差值电压 VD给驱动电路 300。 0035 综合来说， 调光电路 100 可接受频率从 HzkHz 等不同数量级的脉宽调制调光信 号， 并将其转换为特定的所需电压V1， 进而改变输出电流为直流的连续电流。 维持脉宽调制 信号低损耗的优点， 还能改善闪频与低导通时的光源闪烁问题。 0036 在一实施例中， 调光电路100可用于照明领域

19、。 例如请参照图1， 一发光装置10包 括上述调光电路 100、 发光二极管 200 以及驱动电路 300。驱动电路 300 耦接调光电路 100 与发光二极管 200， 以接收调光电路 100 发出的调光信号 ( 差值电压 VD、 所需电压 V1) 而产 生控制电压 VC驱动发光二极管 200。 0037 本例中， 驱动电路300还可包括整流器310、 功率级(power stage)320与低通滤波 器 (low-pass filter)330。 0038 整流器310耦接于外接电压U。 当外接电压U为交流电时， 整流器可将其转换为直 流电。 0039 功率级 320 耦接于整流器 310

20、 与调光电路 100 的比较单元 140 之间， 用以根据比 较单元 140 输出的所需电压 V1与差值电压 VD， 将外接电压 U 转换成控制电压 VC。一实施例 中， 控制电压 VC还可依据驱动电路 300 的第二脉宽调制信号 ( 未绘示 ) 产生。此第二脉宽 调制信号较佳但非限定地为一高频信号， 其频率大于第一脉宽调制信号的频率。 也就是说， 不论外部输入的第一脉宽调制信号频率为何， 输出至功率级 320 的脉宽调制信号皆为高频 率。一例中， 第二脉宽调制序号的频率大于 20kHz， 而第一脉宽调制信号的频率小于 5kHz。 0040 低通滤波器 330 能够容许低频信号通过， 但减弱频率高于截止频率的信号通过， 用以使控制电压的波形趋近于直流。 0041 综上所述， 虽然本发明已以实施例揭露如上， 然其并非用以限定本发明。 本发明所 属技术领域中具有通常知识者， 在不脱离本发明的精神和范围内， 当可作各种的更动与润 饰。因此， 本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。 说 明 书 CN 103917009 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2A 图 2B 说 明 书 附 图 CN 103917009 A 7