电子装置 技术领域 本发明涉及一种电子装置， 且特别涉及一种依据输入电压进行负载单元的切换的 电子装置。
背景技术 发光二极管 (Light Emitting Diode， 简称 LED) 具有诸如寿命长、 体积小、 高抗震 性、 低热产生及低功率消耗等优点， 因此已被广泛应用于家用及各种设备中的指示器或光 源。近年来， 发光二极管已朝多色彩及高亮度发展， 因此其应用领域已扩展至大型户外看 板、 交通号志灯及相关领域。 在未来， 发光二极管甚至可能成为兼具省电及环保功能的主要 照明光源。
一般来说， 发光二极管的控制电路大多都是将先将交流电压转换成直流电压或电 流， 之后再利用稳定的直流电压或电流来控制发光二极管的光源亮度。 换而言之， 现有发光 二极管的控制电路大多内嵌一交流 / 直流转换器 (AC-DC converter)， 或者是必须搭配一 变压器， 才能通过交流的市电来予以控制。 然而， 此种情况不仅会增加发光二极管的控制电
路的硬件体积， 并也限缩发光二极管在应用上的便利性。 发明内容
本发明提供一种电子装置， 无须内嵌一交流 / 直流转换器， 也无需搭配一变压器， 就可通过交流的市电来控制负载单元。
本发明提供一种电子装置， 具有微型化的优势， 并可增加使用者的便利性。
本发明提出一种电子装置， 包括 N 个负载单元、 (N-1) 个串并切换单元、 以及一控 制模组， N 为大于 1 的整数。这些负载单元各自具有一第一端与一第二端， 其中第 1 个负载 单元的第一端用以接收一输入电压， 第 N 个负载单元的第二端耦接至一接地端。
此外， 这些串并切换单元各自具有一第一端至一第四端， 其中每一串并切换单元 的第一端用以接收输入电压， 第 i 个串并切换单元的第二端耦接至第 i 个负载单元的第二 端， 第 i 个串并切换单元的第三端耦接至第 (i+1) 个负载单元的第一端， 且每一串并切换单 元的第四端耦接至接地端， i 为整数且 1 ≤ i ≤ (N-1)。
再者， 控制模组用以依据输入电压的准位变化， 而将这些串并切换单元切换至一 第一状态或是一第二状态。其中， 这些串并切换单元在第一状态下， 导通其第一端与第三 端， 并导通其第二端与第四端， 且这些串并切换单元在第二状态下， 不导通其第一端与第四 端， 并导通其第二端与第三端。
本发明另提出一种电子装置， 包括 N 个第一负载单元、 (N-1) 个第一串并切换单 元、 一第二串并切换单元、 以及一控制模组， N 为大于 1 的整数。这些第一负载单元各自具 有一第一端与一第二端， 且第 1 个第一负载单元的第一端用以接收一输入电压。
此外， 这些第一串并切换单元各自具有一第一端至一第四端， 其中这些第一串并 切换单元的第一端皆耦接至第 1 个第一负载单元的第一端， 第 i 个第一串并切换单元的第二端耦接至第 i 个第一负载单元的第二端， 第 i 个第一串并切换单元的第三端耦接至第 (i+1) 个第一负载单元的第一端， 且这些第一串并切换单元的第四端耦接至第 N 个第一负 载单元的第二端， i 为整数且 1 ≤ i ≤ (N-1)。
再者， 第二串并切换单元具有一第一端至一第四端。其中， 第二串并切换单元的 第一端用以接收输入电压， 第二串并切换单元的第二端耦接至第 N 个第一负载单元的第二 端， 第二串并切换单元的第四端耦接至一接地端。 控制模组用以依据输入电压的准位变化， 而将这些第一串并切换单元与第二串并切换单元切换至一第一状态或是一第二状态。其 中， 这些第一串并切换单元与第二串并切换单元在第一状态下， 导通其第一端与第三端， 并 导通其第二端与第四端， 且这些第一串并切换单元与第二串并切换单元在第二状态下， 不 导通其第一端与第四端， 并导通其第二端与第三端。
基于上述， 本发明是依据输入电压的准位变化来切换串并切换单元的状态， 以致 使负载单元的连接状态随着输入电压的准位产生相应的变化。藉此， 本发明的电子装置无 须内嵌一交流 / 直流转换器， 也无需搭配一变压器， 就可通过交流的市电来控制负载单元。 相对地， 与现有技术相较之下， 本发明的电子装置具有微型化的优势， 并可增加使用者的便 利性。 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂， 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
图 1 为依照本发明一实施例的照明装置的电路示意图 ； 图 2 为依照本发明一实施例的分流控制单元的电路方块示意图 ； 图 3 为依照本发明一实施例的电压控制单元的电路示意图 ； 图 4 为依照本发明一实施例的串并切换单元的电路示意图 ； 图 5 为依照本发明另一实施例的串并切换单元的电路示意图 ； 图 6 为依照本发明另一实施例的电子装置的电路示意图 ； 图 7A 至图 7D 为用以说明图 6 的负载单元的连接关系的电路示意图 ； 图 8 为依照本发明又一实施例的电子装置的电路示意图 ； 图 9A 至图 9C 为用以说明图 8 的负载单元的连接关系的电路示意图 ； 图 10 所示为依照本发明再一实施例的电子装置的电路示意图。 主要元件符号说明 100、 600、 800、 1000 ： 电子装 110 ： 整流单元 ； 置； 101 ～ 105、 611 ～ 616、 811 ～ 121 ～ 125 ： 发光二极管串列 ； 814、 1100_1 ～ 1100_n、 1200_1 ～ 1200_n ： 负载单元 ； LED1 ～ LED4 ： 发光二极管 ； 131 ～ 135 ： 分流控制单元 ； 141 ～ 144、 621 ～ 625、 821 ～ 150、 630、 830、 1700 ： 控制模 823、 801、 1300_1 ～ 1300_m、 组； 1400、 1500_1 ～ 1500_m、 1600 ：串并切换单元 ； 161 ～ 164 ： 串并控制单元 ； 180 ： 电压控制单元 ；170 ： 降压单元 ； TM11 ～ TM14 ： 串并切换单元的 端点 ； PT1 ～ PT4 ： 分流路径 ； AC ： 交流电压 ； VIN ： 输入电压 ； V1 ～ V3 ： 节点电压 ； VS ： 电源电压 ； 210 ： 电压感测器 ； 220 ： 参考电流产生器 ； 230 ： 电流控制器 ； 241 ～ 244 ： 电流调节器 ； TM21、 TM22 ： 负载单元 101 的 两端点 ； SEV ： 感测电压变化信号 ； IEEP ： 参考电流信号 ； I21 ～ I24 ： 感测电流信号 ； S21 ～ S24 ： 分流控制信号 ； 410 ： 第一电位控制单元 ； 420 ： 第二电位控制单元 ； R1、 R2、 R31 ～ R33、 R4 ～ R7 ： MN1、 MN21 ～ MN23、 MN3 ： N型 电阻 ； 晶体管 ； MP1、 MP2 ： P 型晶体管 ； ZD1 ～ ZD3 ： 齐纳二极管 ； C1、 C81 ： 电容 ； S41 ： 切换信号。具体实施方式
图 1 为依照本发明一实施例的电子装置的电路示意图。参照图 1， 电子装置 100 包括一整流单元 110、 N 个负载单元 101 ～ 105、 (N-1) 个串并切换单元 141 ～ 144、 以及一 控制模组 150， N 为大于 1 的整数。其中， 控制模组 150 包括 (N-1) 个串并控制单元 161 ～ 164 以及一降压单元 170。值得注意的是， 电子装置 100 为一照明装置， 主要是利用负载单 元 101 ～ 105 来产生光源， 因此在实体架构上， 负载单元 101 ～ 105 各自包括一发光二极管 串列与一分流控制单元， 例如 ： 发光二极管串列 121 ～ 125 以及 N 个分流控制单元 131 ～ 135， 且电子装置 100 还包括一电压控制单元 180， 以供应负载单元 101 ～ 105 中分流控制单 元 131 ～ 135 所需的电源。
请继续参照图 1， 整流单元 110 用以对一交流电压 AC 进行整流， 例如 ： 全波整流。 藉此， 整流单元 110 将输出一输入电压 VIN 给发光二极管串列 121。负载单元 101 具有一 第一端与一第二端， 并包括发光二极管串列 121 与分流控制单元 131。发光二极管串列 121 用以接收来自负载单元 101 的第一端的电压。此外， 发光二极管串列 121 包括 M 个发光二 极管 LED1 ～ LED4， 且发光二极管 LED1 ～ LED4 相互串接， 其中 M 为大于 1 的整数。分流控 制单元 131 耦接发光二极管串列 121 以及负载单元 101 的第二端。在整体操作上， 分流控 制单元 131 会侦测输入电压 VIN 随时间的变化， 以取得一侦测结果。
此外， 分流控制单元 131 用以提供发光二极管 LED1 ～ LED4 分别导通至负载单元 101 的第二端的 M 个分流路径 PT1 ～ PT4。藉此， 分流控制单元 131 将在输入电压 VIN 随时 间上升时从第 1 个分流路径 PT1 开始逐一导通分流路径 PT1 ～ PT4， 并在输入电压 VIN 随时 间下降时从第 M 个分流路径 PT4 开始逐一关闭分流路径 PT1 ～ PT4。如此一来， 在输入电压 VIN 随时间上升的过程中， 发光二极管 LED1 ～ LED4 将逐一被导通， 且其电流将被维持在一目标电流左右。相对地， 在输入电压 VIN 随时间下降的过程中， 发光二极管 LED1 ～ LED4 将 逐一被关闭， 以致使其电流依旧被维持在目标电流左右。
相似地， 发光二极管串列 122 ～ 125 各自具有与发光二极管串列 121 相同的电路 架构。也就是说， 发光二极管串列 122 ～ 125 各具有串联的 M 个发光二极管。另一方面， 分 流控制单元 132 ～ 135 各自具有与分流控制单元 131 相同的电路架构。因此， 分流控制单 元 132 也会通过 M 个分流路径来控制发光二极管串列 122 中每一发光二极管的电流。相似 地， 分流控制单元 133 也会通过 M 个分流路径来控制发光二极管串列 123 中每一发光二极 管的电流。以此类推， 分流控制单元 134 ～ 135 的操作机制。
在实际应用上， 发光二极管串列 121 ～ 125 可个别具有不同数目的发光二极管。 例如， 当发光二极管串列 121 是由多个蓝色发光二极管相互串接而成， 且发光二极管串列 122 是由多个红色发光二极管互串接而成时， 则发光二极管串列 121 所串接的发光二极管 的数目 NUM1， 可少于发光二极管串列 122 所串接的发光二极管的数目 NUM2， 例如 ： NUM1 ＝ 2/3NUM2。藉此， 发光二极管串列 121 与 122 的跨压 ( 或最佳工作电压 ) 将可较为接近。此 外， 在运用时， 发光二极管串列 121 ～ 125 中的发光二极管也可以复数个发光二极管为受控 单位， 即发光二极管 LED1 ～ LED4 均各自可为复数个发光二极管的串联、 并联、 或其组合。 值得注意的是， 电子装置 100 还通过串并切换单元 141 ～ 144 来切换负载单元 101 ～ 105 彼此之间的连接关系。藉此， 电子装置 100 将可调整压降在每一发光二极管串 列 121-125 的电压， 以使整流后的输入电压 VIN 在大的范围的变化之下， 发光二极管串列 121 ～ 125 依旧可保持在最有效的工作电压及工作电流范围。
举例来说， 串并切换单元 141 ～ 144 各自包括一第一端至一第四端 TM11 ～ TM14。 其中， 串并切换单元 141 ～ 144 的第一端 TM11 皆用以接收输入电压 VIN， 且串并切换单元 141 ～ 144 的第四端 TM14 皆耦接至接地端。此外， 串并切换单元 141 的第二端耦接至负载 单元 101 的第二端。串并切换单元 141 的第三端耦接至负载单元 102 的第一端。再者， 串 并切换单元 142 的第二端耦接至负载单元 102 的第二端。串并切换单元 142 的第三端耦接 至负载单元 103 的第一端。以此类推， 串并切换单元 143 ～ 144 与负载单元 103 ～ 105 的 耦接关系。
在整体操作上， 当串并切换单元 141 维持在一第一状态时， 串并切换单元 141 将导 通其第一端 TM11 与第三端 TM13， 并导通其第二端 TM12 与第四端 TM14。藉此， 负载单元 101 将并联于负载单元 102。相对地， 当串并切换单元 141 维持在一第二状态时， 串并切换单元 141 将不导通其第一端 TM11 与第四端 TM14， 并导通其第二端 TM12 与第三端 TM13。藉此， 负 载单元 101 将串联于负载单元 102。另一方面， 串并切换单元 142 ～ 144 各自具有与串并切 换单元 141 相同的电路架构， 因此可控制负载单元 102 ～ 105 之间的连接关系。
另一方面， 电子装置 100 是利用控制模组 150 中的降压单元 170 与串并控制单元 161 ～ 164 来控制串并切换单元 141 ～ 144 的状态。在此， 降压单元 170 用以对输入电压 VIN 进行降压， 并参照降压后的输入电压 VIN， 而产生相应的多个触发信号。相对地， 串并控 制单元 161 ～ 164 则是依据所述的多个触发信号， 来控制串并切换单元 141 ～ 144 的状态， 以致使串并切换单元 141 ～ 144 切换至第一状态或是第二状态。
在实际应用上， 串并切换单元 141 ～ 144 的初始状态是维持在第一状态， 以致使 负载单元 101 ～ 105 相互并联。换而言之， 输入电压 VIN 在逐渐上升的过程中， 一开始， 发
光二极管串列 121 ～ 125 是相互并联的。此时， 压降在每一发光二极管串列 121 ～ 125 的 电压皆相同， 且分流控制单元 131 ～ 135 会调整发光二极管串列 121 ～ 125 的电流， 进而致 使每一发光二极管串列 121 ～ 125 提供稳定的光源。然而， 当输入电压 VIN 上升至某一电 压值时， 为避免压降在每一发光二极管串列 121 ～ 125 的电压过高而导致发光二极管串列 121 ～ 125 的电压超出预设值而进入低效率工作区间， 此时电子装置 100 可通过串并切换单 元 141 ～ 144 来切换发光二极管串列 121 ～ 125 的连接关系。
举例来说， 倘若以 N ＝ 4 为例进行说明， 也就是电子装置 100 包括 4 个负载单元 101 ～ 104、 3 个串并切换单元 141 ～ 143、 以及 3 个串并控制单元 161 ～ 163 的情况下， 一 开始， 降压单元 170 不会产生触发信号。此时， 串并切换单元 141 ～ 144 维持在第一状态， 进而致使发光二极管串列 121 ～ 124 相互并联。
然而， 当输入电压 VIN 上升至某一电压值时， 降压单元 170 会在降压后的输入电压 VIN 符合一第一预设电压 ( 例如 ： 40 伏特 ) 的情况下， 输出一第一触发信号。此时， 串并控 制单元 161 与 163 将参照第一触发信号， 将串并切换单元 141 与 143 从第一状态切换至第二 状态。藉此， 发光二极管串列 121 与 122 将相互串接成一连结串列， 且发光二极管串列 123 与 124 将相互串接成另一连结串列。此外， 发光二极管串列 122 与 123 将维持在并联的状 态下， 也就是所述的连结串列相互并联。随着发光二极管串列 121 与 122 的串接以及发光 二极管串列 123 与 124 的串接， 压降在发光二极管串列 121 ～ 124 的电压将减小， 进而导致 发光二极管串列 121 与 122 中点亮的发光二极管数目降低。 相对地， 当输入电压 VIN 持续上升至另一电压值时， 降压单元 170 会在降压后的输 入电压 VIN 符合一第二预设电压 ( 例如 ： 80 伏特 ) 的情况下， 输出一第二触发信号。此时， 串并控制单元 162 将参照第二触发信号， 将串并切换单元 142 从第一状态切换至第二状态， 并将串并控制单元 161 与 163 维持在触发状态。藉此， 串并切换单元 141 ～ 143 皆被维持 在第二状态， 进而致使发光二极管串列 121 ～ 124 相互串接。
换而言之， 就电子装置 100 的整体操作机制来说， 随着输入电压 VIN 不断地上升， 一开始发光二极管串列 121 ～ 125 相互并联， 之后发光二极管串列 121 ～ 125 中的每两个 串列将相互串接为一连结串列， 而连结串列之间则保持相互并联。接着， 当输入电压 VIN 持 续上升至另一电压值时， 发光二极管串列 121 ～ 125 中的每三个串列将相互串接为一连结 串列， 且连结串列之间将保持相互并联。以此类推， 随着输入电压 VIN 持续的上升， 连结串 列中所串接的发光二极管串列将越来越多， 且相互并联的连结串列将越来越少， 直到发光 二极管串列 121 ～ 125 相互串联为止。
相对地， 当输入电压 VIN 随时间下降的过程中， 一开始发光二极管串列 121 ～ 125 相互串联， 之后发光二极管串列 121 ～ 125 被划分成 2 个相互并联的连结串列。接着， 当输 入电压 VIN 持续下降至另一电压值时， 发光二极管串列 121 ～ 125 将被划分成 3 个相互并联 的连结串列。以此类推， 随着输入电压 VIN 持续的下降， 相互并联的连结串列将越来越多， 且连结串列中所串接的发光二极管串列将越来越少， 直到发光二极管串列 121 ～ 125 相互 并联为止。
如此一来， 随着交流电压 AC 的准位不断的变动， 电子装置 100 可先通过串并切换 单元 141 ～ 144 调整发光二极管串列 121 ～ 125 的串接个数， 以先粗调每一发光二极管串 列 121 ～ 125 的电流。 之后， 电子装置 100 还通过分流控制单元 131 ～ 135 细调发光二极管
串列 121 ～ 125 中每一发光二极管的电流。藉此， 发光二极管串列 121 ～ 125 将可在交流 电压 AC 的驱动下维持稳定的光源。相对地， 电子装置 100 无须内嵌一交流 / 直流转换器， 也无需搭配一变压器， 就可通过交流的市电来控制发光二极管串列 121 ～ 125， 故具有微型 化的优势并也增加了使用者的便利性。
值得注意的是， 电子装置 100 在没有内嵌交流 / 直流转换器的情况下， 其是通过撷 取发光二极管串列 121 ～ 125 所形成的多个节点电压来驱动其内部的电路。举例来说， 电 子装置 100 还电压控制单元 180， 且电压控制单元 180 耦接至分流控制单元 131 ～ 135。其 中， 电压控制单元 180 利用输入电压 VIN 形成一基准电压， 并撷取发光二极管串列 121 ～ 125 所形成的多个节点电压， 例如 ： 发光二极管串列 121 中发光二极管 LED1 ～ LED4 间的节 点电压 V1 ～ V3。 藉此， 电压控制单元 180 将从大于基准电压的部份节点电压中择一作为一 电源电压 VS， 并利用电源电压 VS 来驱动相对应的分流控制单元 131 ～ 135。如此一来， 将 可有效地降低电子装置的功率消耗。
为了致使本领域具有通常知识者能够更加了解本实施例， 以下将针对分流控制单 元 131、 串并切换单元 141、 以及电压控制单元 180 的内部电路架构作更进一步的说明。
图 2 为依照本发明一实施例的分流控制单元的电路方块示意图， 其中图 2 还示出 发光二极管串列 121， 并标示出负载单元 101 的两端点 TM21 与 TM22。参照图 2， 分流控制单 元 131 包括一电压感测器 210、 一参考电流产生器 220、 一电流控制器 230、 以及 M 个电流调 节器 241 ～ 244。在整体架构上， 电流调节器 241 ～ 244 耦接至发光二极管串列 121 中的 发光二极管 LED1 ～ LED4， 以提供发光二极管 LED1 ～ LED4 导通至负载单元 101 的第二端 TM22 的分流路径 PT1 ～ PT4。电流控制器 230 则耦接电压感测器 210、 参考电流产生器 220 以及电流调节器 241 ～ 244。
整体操作上， 电压感测器 210 用以感测输入电压 VIN 随时间的变化， 并产生相应的 一感测电压变化信号 SEV。 参考电流产生器 220 用以产生参考电流信号 IREF。 电流调节器 241 用以侦测通过分流路径 PT1 的电流， 即发光二极管串列 121 中的发光二极管 LED1 及 LED2 的 电流差。相同原理， 电流调节器 242 ～ 244 分别侦测通过分流路径 PT2 ～ PT4 的电流。电 流调节器 241 ～ 244 还产生相应的感测电流信号 I21 ～ I24 至电流控制器 230。其中， 感测 电流信号 I21 ～ I24 可转换成相对应的类比电压或数位信号才提供给电流控制器 230。
此时， 电流控制器 230 可通过累加感测电流信号 I21 ～ I24 而取得发光二极管 LED1 的电流， 并通过累加感测电流信号 I22 ～ I24 而取得发光二极管 LED2 的电流。以此类推， 电 流控制器 230 可通过感测电流信号 I21 ～ I24 而取得发光二极管 LED1 ～ LED4 的电流资讯。 此外， 电流控制器 230 会将参考电流信号 IREF 乘上一预设倍率， 以产生一目标电流信号。藉 此， 电流控制器 230 会将目标电流信号与感测电流信号 I21 ～ I24 进行比较， 并通过分流控制 信号 S21 ～ S24 将通过分流路径 PT1 ～ PT4 的电流限制在设定的目标电流以下。值得注意的 是， 在限制分流路径 PT1 ～ PT4 的电流的操控上， 电流控制器 230 可参考电压感测器 210 所 产生的感测电压变化信号 SEV， 来更精准地控制分流路径 PT1 ～ PT4。但其并非用以限制本 发明， 本领域具有通常知识者可依据设计所需， 自行决定参考电压感测器 210 的配置与否。
就分流路径 PT1 ～ PT4 的细部操作来说， 当输入电压 VIN 由最低点往上升， 在高到 足以点亮发光二极管 LED1 但不足以同时点亮发光二极管 LED2 时， 通过分流路径 PT1 的电 流， 会由 “0” 渐升并停在目标电流。当输入电压 VIN 上升到足以点亮发光二极管 LED1 与LED2 但不足以同时点亮发光二极管 LED3 时， 通过分流路径 PT2 的电流， 会由 “0” 渐渐往上 升。 当电流控制器 230 侦测到电流信号 I22 时， 会通过控制信号 S21 调整通过分流路径 PT1 的 电流， 以使通过发光二极管 LED1 的电流维持在目标电流附近。此时， 通过发光二极管 LED1 的电流相等于， 通过分流路径 PT1 的电流相加于通过分流路径 PT2 的电流。
电流控制器 230 同时会通过分流控制信号 S22 控制通过分流路径 PT2 的电流， 以致 使分流路径 PT2 的电流不会高过目标电流。相同原理， 当电流控制器 230 侦测到电流信号 I23 时， 会通过分流控制信号 S21 与 S22 调整通过分流路径 PT1 与 PT2 的电流， 以使通过发光 二极管 LED1 及 LED2 的电流维持在目标电流附近， 并控制通过分流路径 PT3 的电流不会高 过目标电流。其中， 此时通过发光二极管 LED2 的电流， 相等于通过分流路径 PT2 的电流相 加于通过分流路径 PT3 的电流。以此类推， 电流调节器 243 ～ 244 的操作机制。藉此， 发光 二极管串列 121 将可以维持在设定目标电流附近工作， 并依输入电压 VIN 点亮最多颗 r 可 点亮的发光二极管的数目」 。
图 3 为依照本发明一实施例的电压控制单元的电路示意图。 请参照图 3， 电压控制 单元 180 包括电阻 R1 与 R2、 电阻 R31 ～ R33、 一齐纳二极管 ZD1、 N 型晶体管 MN1 与 MN21 ～ MN23、 二极管 D1 与 D21 ～ D24、 以及一电容 C1。其中， 假设电压控制单元 180 是通过撷取发 光二极管串列 121 所形成的节点电压 V1 ～ V3 来产生电源电压 VS， 其中 V1 ＜ V2 ＜ V3。
请继续参照图 3， 电阻 R1 与 R2 的第一端用以接收输入电压 VIN。齐纳二极管 ZD1 的阴极端耦接至电阻 R1 的第二端， 且其阳极端耦接至接地端。N 型晶体管 MN1 的第一端耦 接至电阻 R2 的第二端， 且其控制端耦接至齐纳二极管 ZD1 的阴极端。二极管 D1 的阳极端 耦接至 N 型晶体管 MN1 的第二端， 且其阴极端用以产生电源电压 VS。电容 C1 的第一端耦接 至二极管 D1 的阴极端， 且其第二端耦接至接地端。
另一方面， 二极管 D21 ～ D23 的阳极端分别用以接收节点电压 V1 ～ V3， 且电阻 R31 ～ R33 的第一端分别耦接至二极管 D21 ～ D23 的阴极端。此外， N 型晶体管 MN21 的第 一端耦接至电阻 R31 的第二端， 其控制端耦接至齐纳二极管 ZD1 的阴极端， 且其第二端耦接 至电容 C1 的第一端。N 型晶体管 MN22 的第一端耦接至电阻 R32 的第二端， 其控制端耦接至 齐纳二极管 ZD1 的阴极端， 且其第二端耦接至电容 C1 的第一端。N 型晶体管 MN23 的第一端 耦接至电阻 R33 的第二端， 其控制端耦接至齐纳二极管 ZD1 的阴极端， 且其第二端耦接至电 容 C1 的第一端。
在整体操作上， 电压控制单元 180 会通过电阻 R1 与齐纳二极管 ZD1 将 N 型晶体管 MN21 ～ MN23 的控制端的电压维持在一特定电压 ( 例如 ： 5.7 伏特 )。藉此， 电阻 R2、 N 型晶 体管 NM1、 二极管 D1 以及电容 C1 所形成的电流回路将可以在输入电压 VIN 很低， 且 N 型晶 体管 MN21 ～ MN23 不足以有效供电给 C1 建立电源电压 VS 时， 立即以一基准电压建立初步 的电源电压 VS， 进而供分流控制单元 131 ～ 135 使用。由于二极管 D1 可提供 0.6 ～ 0.7 伏 特的压差， 故此能源效率较差的供电路径会在 N 型晶体管 MN21 ～ MN23 任何一个路径起动 后关断。
此外， 值得注意的是， 在电压控制单元 180 中， N 型晶体管 MN21 ～ MN23 的布局面 积的大小是依序递减， 且电阻 R31 ～ R33 的阻值大小是依序递增。因此， 当节点电压 V1 ～ V3 皆大于基准电压的情况下， 二极管 D21、 电阻 R31、 以及 N 型晶体管 NM21 所形成的电流回 路将成为最主要的供电来源。 且知， 节点电压 V1 ～ V3 的准位的大小是依序递增， 也就是 V1＜ V2 ＜ V3， 因此， 电压控制单元 180 会先选择准位为最低的节点电压 V1 作为电源电压 VS。 换言之， 在输入电压 VIN 以及节点电压 V1 ～ V3 均变动的情况下， 电压控制单元 180 会从节 点电压 V1 ～ V3 中挑选出最接近且大于基准电压的电压作为电源电压 VS 的供电来源， 即耗 能最低的路径供电。
图 4 为依照本发明一实施例的串并切换单元的电路示意图。 请参照图 4， 串并切换 单元 141 包括一 P 型晶体管 MP1、 一二极管 D3、 一 N 型晶体管 MN3、 一第一电位控制单元 410 以及一第二电位控制单元 420。其中， 第一电位控制单元 410 包括电阻 R4 与 R5、 一齐纳二 极管 ZD2、 以及一 P 型晶体管 MP2。第二电位控制单元 420 包括电阻 R6 与 R7、 一齐纳二极 管 ZD3、 以及一 N 型晶体管 MN4。其中， 串并切换单元 141 受控于串并控制单元 161 所产生 的切换信号 S41。
如图 4 所示， 电阻 R4 的第一端耦接至串并切换单元 141 的第一端 TM11。齐纳二极 管 ZD2 与电阻 R4 相互并联， 用以保护 P 型晶体管 MP2。电阻 R5 的第一端耦接至电阻 R4 的 第一端。P 型晶体管 MP2 的第一端耦接至电阻 R5 的第二端， 且 P 型晶体管 MP2 的控制端耦 接至电阻 R4 的第二端， 并用以接收来自串并控制单元 161 的切换信号 S41。 另一方面， 电阻 R6 的第一端耦接至 P 型晶体管 MP2 的第二端， 且其第二端耦接至串并切换单元 141 的第四 端 TM14。齐纳二极管 ZD3 与电阻 R6 相互并联， 用以保护 N 型晶体管 MN4。N 型晶体管 MN4 的第一端耦接至串并切换单元 141 的第一端 TM11， 且其控制端耦接至电阻 R6 的第一端。 电 阻 R7 的第一端耦接至 N 型晶体管 MN4 的第二端， 且其第二端耦接至电阻 R6 的第二端。
另一方面， P 型晶体管 MP1 的第一端耦接至串并切换单元 141 的第一端 TM11， 其控 制端耦接至电阻 R5 的第二端， 且其第二端耦接至串并切换单元 141 的第三端 TM13。 二极管 D3 的阴极端耦接至 P 型晶体管 MP1 的第二端， 且其阳极端耦接至串并切换单元 141 的第二 端 TM12。N 型晶体管 MN3 的第一端耦接至二极管 D3 的阳极端， 其控制端耦接至电阻 R7 的 第一端， 且其第二端耦接至串并切换单元 141 的第四端 TM14。
在整体操作上， 随着切换信号 S41 的准位的切换， 第一电位控制单元 410 与第二电 位控制单元 420 将同步运作， 以致使串并切换单元 141 的状态会被切换至第一状态或是第 二状态。 其中， 当串并切换单元 141 维持在第一状态时， P 型晶体管 MP1 与 N 型晶体管 MN3 将 被维持在导通的状态， 以致使串并切换单元 141 的第一端 TM11 电性连接至其第三端 TM13， 且串并切换单元 141 的第二端 TM12 电性连接至其第四端 TM14。相对地， 当串并切换单元 141 维持在第二状态时， P 型晶体管 MP1 与 N 型晶体管 MN3 将被维持在不导通的状态， 且二 极管 D3 导通。此时， 串并切换单元 141 的第二端 TM12 电性连接至其第三端 TM13， 且串并切 换单元 141 的第一端 TM11 与第四端 TM14 电性不相连。此时， 串并切换单元 141 的第二端 TM12 所连接的负载单元 101 将与其第三端 TM13 所接的负载单元 102 相互串接。
图 5 为依照本发明另一实施例的串并切换单元的电路示意图。值得一提的是， 图 4 所示的串并切换单元是通过切换信号 S41 控制第一电位控制单元 410， 的后再通过第一电 位控制单元 410 带动第二电位控制单元 420， 以致使第一电位控制单元 410 与第二电位控制 单元 420 同步运作。然而， 在实际应用上， 如图 5 所示， 串并切换单元可利用切换信号 S41 控制第二电位控制单元 420， 之后再通过第二电位控制单元 420 带动第一电位控制单元 410 的方式， 来达成第一电位控制单元 410 与第二电位控制单元 420 的同步运作。在此， 与图 4 所示的串并切换单元的最大不同之处在于， 于图 5 中， 第二电位控制单元 420 是通过 N 型晶体管 MN4 的控制端来接收切换信号 S41， 而第一电位控制单元 410 则通过 P 型晶体管 MP2 的 第二端耦接至串并切换单元 141 的第四端 TM14。此外， 第二电位控制单元 420 是通过 N 型 晶体管 MN4 的第一端， 耦接至第一电位控制单元 410 中 P 型晶体管 MP2 的控制端。值得注 意的是， 在图 5 所示的二极管 D3 可以其他具单向或双向导通的等效电路来完成。而第一电 位控制单元 410 及第二电位控制单元 420 也可以其他的控制线路来完成。
图 6 为依照本发明另一实施例的电子装置的电路示意图。参照图 6， 电子装置 600 包括多个负载单元 611 ～ 616、 多个串并切换单元 621 ～ 625、 以及一控制模组 630。其中， 与图 1 实施例相似的， 电子装置 600 可通过控制模组 630 控制串并切换单元 621 ～ 625 的 状态， 进而切换负载单元 611 ～ 616 彼此之间的连接关系。
在图 6 实施例中， 随着负载单元 611 ～ 616 的耦接方式的不同， 将可以得到不同的 串并效果。举例来说， 图 7A 至图 7D 为用以说明图 6 的负载单元的连接关系的电路示意图， 如表 1 与图 7A-7D 所示， 当串并切换单元 621 ～ 625 的状态皆为第一状态 ( 并联态 ) 时， 可 以得到如图 7A 所示的负载单元 611 ～ 616 皆相互并联的效果 ； 当串并切换单元 621、 623、 625 皆为第二状态 ( 串联态 )， 且串并切换单元 622、 624 皆为第一状态 ( 并联态 ) 时， 可以 得到如图 7B 所示的负载单元 611 ～ 616 两两相串的效果 ； 当串并切换单元 621、 622、 624、 625 皆为第二状态 ( 串联态 )， 且串并切换单元 623 为第一状态 ( 并联态 ) 时， 可以得到如 图 7C 所示的负载单元 611 ～ 616 中每 3 个负载单元为一串的效果 ； 当串并切换单元 621 ～ 625 皆为第二状态 ( 串联态 ) 时， 可以得到如图 7D 所示的负载单元 611 ～ 616 皆相互串联 的效果。
表1
此外， 图 6 实施例与图 1 实施例最大不同之处在于， 负载单元 611 ～ 616 可分别由 一电阻、 一电容、 一电感、 一二极管、 一双载子晶体管、 一场效晶体管、 一发光二极管、 一雷射 二极管、 一光感测元件、 一信号接收器、 一信号发射器、 一电池、 一直流电源、 或是上述各元 件的组合所构成。如此一来， 随着负载单元 611 ～ 616 的组成元件的不同， 负载单元 611 ～ 616 其中之一或多个， 将可作为储能用途， 以于外端电能不足时供电给发光二极管。
此外， 负载单元 611 ～ 616 其中之一或多个， 也可做为信号接受的用途， 以接收外 端有线或无线的信号， 进而调整控制模组内的参考电流值， 以达到发光亮度或色度 ( 颜色 ) 调整的用途。再者， 负载单元 611 ～ 616 其中之一或多个， 也可做为信号发射的用途， 以将
其信号送达至外端其他的控制系统， 或做为控制其他发光二极管发光串列之用。 此外， 负载 单元 611 ～ 616 其中之一或多个， 的做用也可做为一相对稳定的电源供应用途， 供应电源给 其他系统使用。
值得一提的是， 当负载单元 611 ～ 616 无需额外的电源电压时， 电子装置 600 无需 配置如图 1 所示的电压控制单元 180。再者， 图 1 所示的整流单元 110 也可依设计所需配置 在外端电路， 故电子装置 600 也可选择性地配置整流单元。至于电子装置 600 中各构件的 细部电路架构以及作动原理已包含在上述各实施例中， 故在此不予赘述。
更进一步来看， 图 1 与图 6 所述的串并切换单元的第一端皆耦接到输入电压 VIN， 也就是电压最高点， 且串并切换单元的第四端皆耦接到接地端， 也就是电压最低点。然而， 在实际应用上， 串并切换单元与负载单元的耦接关系可也通过另一种接法来达到相似的切 换动作。
举例来说， 图 8 为依照本发明又一实施例的电子装置的电路示意图。 电子装置 800 包括多个负载单元 811 ～ 814、 多个串并切换单元 821 ～ 823、 以及一控制模组 830。其中， 与图 1、 图 6 实施例最大不同之处在于， 图 8 是将负载单元 811-812 与串并切换单元 821 视 为一个整体， 并将负载单元 813-814 与串并切换单元 823 视为另一个整体， 且两整体之间的 串并关系则由串并切换单元 822 所控制。此外， 就细部耦接关系来看， 串并切换单元 821 的 第四端是耦接至负载单元 812 的第二端， 且串并切换单元 823 的第四端是耦接至负载单元 814 的第二端。 再者， 与图 1、 图 6 实施例相似的， 电子装置 800 可通过控制模组 830 控制串并切 换单元 821 ～ 823 的状态， 进而切换负载单元 811 ～ 814 彼此之间的连接关系。举例来说， 在图 8 实施例中， 图 9A 至图 9C 为用以说明图 8 的负载单元的连接关系的电路示意图， 如表 2 与图 9A-9C 所示， 当串并切换单元 821 ～ 823 的状态皆为第一状态 ( 并联态 ) 时， 可以得 到如图 9A 所示的负载单元 811 ～ 814 皆相互并联的效果 ； 当串并切换单元 821、 823 皆为第 二状态 ( 串联态 )， 且串并切换单元 822 为第一状态 ( 并联态 ) 时， 可以得到如图 9B 所示 的负载单元 811 ～ 814 两两相串的效果 ； 当串并切换单元 811 ～ 814 皆为第二状态 ( 串联 态 ) 时， 可以得到如图 9C 所示的负载单元 811 ～ 814 皆相互串联的效果。
表2
此外， 图 8 所示的负载单元 811 ～ 814 也分别由不同被动元件、 主动元件、 或是被 动元件与主动元件的组合所构成。再者， 电子装置 800 也可视设计所需选择性地配置整流 单元以及电压控制单元。至于电子装置 800 中各构件的细部电路架构以及作动原理已包含 在上述各实施例中， 故在此不予赘述。
值得注意的是， 不论串并切换单元与负载单元的耦接关系是采用图 1、 图 6、 或图 8 的耦接方式， 都可通过外加一串并切换单元以及一电容的方式， 来进一步地增强电子装置 的工作性能。
举例来说， 倘若图 8 所示的电子装置 800 外加一串并切换单元 801 以及一电容 C81， 且负载单元 811 ～ 814 与图 1 所示的负载单元 101 ～ 105 具有相同的电路架构， 也就是 负载单元 811 ～ 814 各自包括一发光二极管串列与一分流控制单元， 且电子装置 800 有额 外配置一电压控制单元来提供负载单元 811 ～ 814 的分流控制单元所需的电压源。此外， 更进一步假设负载单元 811 ～ 814 中的发光二极管串列， 其工作电压在 12 伏特以上， 并于 20 伏特～ 40 伏特有最佳的工作效率。
在此情况下， 一开始， 负载单元 811 ～ 814 皆相互并联。接着， 当输入电压 VIN 第 一次由 0V 升到 12V 时， 此时的输入电压 VIN 无法点亮负载单元 811 ～ 814 中的发光二极管 串列， 但输入电压 VIN 会持续的对电容 C81 充电， 以致使电容 C81 具有 12 伏特的电量。当 输入电压 VIN 第一次到达 12 伏特且低于 20 伏特时， 负载单元 811 ～ 814 中的发光二极管 串列已被点亮， 但还不在最佳的电压工作区间， 且此时电容 C81 所储存的电量将渐升到 20 伏特。当输入电压 VIN 第一次到达 20 伏特且低于 40 伏特时， 负载单元 811 ～ 814 中的发 光二极管串列已在最佳的电压工作区间， 且电容 C81 所储存的电量已渐升到 40 伏特。
当输入电压 VIN 第一次到达 40 伏特且低于 80 伏特时， 串并切换单元 811、 813、 801 将被切换至第二状态 ( 串联态 )， 负载单元 811 ～ 814 中的发光二极管串列将改为两两串 联， 且各发光二极管串列的跨压为 1/2 输入电压 VIN。此时， 各发光二极管串列的跨压会由 20 伏特 (40 伏特的一半 ) 渐升到 40 伏特 (80 伏特的一半 )， 依然在最佳的电压工作区间， 但电容 C81 则已经与外界隔离， 并一直维持在 40 伏特。
当输入电压 VIN 到达 80 伏特时， 串并切换单元 811 ～ 814、 801 均切换为第二状 态 ( 串联态 )， 发光二极管串列改为全部串联为一串， 每个发光二极管串列的跨压均为 1/4 的输入电压 VIN。此时， 各发光二极管串列的跨压会在 20 伏特 (80 伏特的 1/4) 与 39 伏特 (110 伏特交流电整流后最高电压 155 伏特的 1/4) 之间， 依然在最佳的电压工作区间。此 外， 电容 C81 依然与外界隔离， 而一直维持在 40 伏特。
当输入电压 VIN 降到 80 伏特以下但高于 40 伏特时， 串并切换单元 812 切为第一 状态 ( 并联态 )， 发光二极管串列回到两两串联， 且各自跨压回到输入电压 VIN 的 1/2。此 时， 各发光二极管串列的跨压会在 20 伏特与 40 伏特之间， 而依然在最佳的电压工作区间。 此外， 电容 C81 继续与外界隔离， 并还一直维持在 40 伏特。
当输入电压 VIN 降到 40 伏特以下时， 串并切换单元 811 ～ 814 全部切为第一状态 ( 并联态 )， 发光二极管串列各自并联， 且与电容 C81 并联。此时， 输入电压 VIN 低于电容 C81 的电压， 电容 C81 将取代输入电压 VIN 而成为发光二极管串列的供电来源。在此， 只要 电容 C81 的电容值足够， 则可将发光二极管串列维持在最佳工作状态 ( ＞ 20 伏特 )， 直到下 一个升压周期升到 20 伏特以上。如此一来， 将可使发光二极管串列维持在持续点亮状态， 进而消除光源闪烁的问题。
值得注意的是， 图 8 所示的电子装置 800 是将两个负载单元与一串并切换单元视 为一个整体， 之后再通过另一串并切换单元进行整体架构之间的串并切换。 然而， 在实际应 用上， 本领域技术人员也可将图 8 所列举的整体架构延伸至多个负载单元以及多个串并切换单元。 举例来说， 图 10 所示为依照本发明再一实施例的电子装置的电路示意图。电子 装置 1000 包括多个负载单元 1100_1 ～ 1100_n 与 1200_1 ～ 1200_n、 多个串并切换单元 1300_1 ～ 1300_m、 1400、 1500_1 ～ 1500_m 与 1600、 以及一控制模组 1700。其中， 图 10 是 将负载单元 1100_1 ～ 1100_n 与串并切换单元 1300_1 ～ 1300_m 视为一个整体架构， 并将 负载单元 1200_1 ～ 1200_n 与串并切换单元 1500_1 ～ 1500_m 视为另一个整体架构， 且两 整体架构之间的串并关系可由串并切换单元 1400 所控制。相似地， 串并切换单元 1600 的 第三端可用来与另一整体架构进行连接。以此类推， 电子装置 1000 将可由多个整体架构组 合而成。此外， 控制模组 1700 是用以控制串并切换单元 1300_1 ～ 1300_m、 1400、 1500_1 ～ 1500_m 与 1600 的状态， 以致使负载单元 1100_1 ～ 1100_n 与 1200_1 ～ 1200_n 之间的串并 关系， 随着输入电压 VIN 的准位的变化进行相应的变动。至于电子装置 1000 中各构件的细 部电路架构以及作动原理已包含在上述各实施例中， 故在此不予赘述。
综上所述， 本发明是利用串并切换单元来切换负载单元的连接状态， 且是依据输 入电压的准位变化来作为切换的依据。藉此， 本发明的电子装置将可直接操作在交流电压 下， 而无须额外配置一交流 / 直流转换器， 或是必须搭配一变压器。换而之， 本发明的电子 装置具有微型化的优势， 并可增加使用者的便利性。
最后应说明的是 ： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制 ； 尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解 ： 其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替 换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。