具省電功能的光敏驅動電路與相關方法
2023-06-13 08:20:56 2
專利名稱：具省電功能的光敏驅動電路與相關方法
技術領域：
本發明涉及一種具省電功能的光敏驅動電路，其特別適用於需謹 慎控制耗電量的場合。此外本發明亦提出相關的方法。
背景技術：
光敏電阻可感測環境光強度而轉換成電訊號，因此在需要根據環 境光強度進行開關或其它控制應用的場合，例如夜燈、汽車頭燈等應 用上，目前多使用光敏電阻來達成。
然而，光敏電阻含有劇毒物質(金屬硫化物)，且其對光的反應速 度慢，在電路應用上並非十分理想。
另一方面，與CMOS製程兼容的光感測元件(包括光二極體(photo diode)、光敏電晶體(phototransistor)、內建增幅電路光二極體(photo IC) 等，以下統稱為CMOS感光元件)也具有感光的功能，其相對於光敏 電阻而言則不具有毒性。
不論是光敏電阻或CMOS感光元件，在環境亮度高時會產生較大 的電流，如此在應用於照明控制時便產生困擾。以夜燈為例，當環境 亮度高時，夜燈不需要發亮，但電路本身卻產生較大的電流、造成大 量功率耗損。因此當以電池為供電來源、或其它需要謹慎控制耗電量
的場合，便非常需要省電功能。
有鑑於此，本發明提供一種具省電功能的光敏驅動電路，其例如 可應用於電氣產品之上，如聖誕燈飾、腳踏車頭燈等。
發明內容
本發明的第一目的是針對上述現有技術的不足，提出一種具省電 功能的光敏驅動電路，以解決前述困擾。
本發明的第二目的在於提供一種相關的方法。
為達上述目的，在本發明的其中一個實施例中，提供了一種具省 電功能的光敏驅動電路，包含感光元件，其感測光而產生一光電流； 電流放大器，將該光電流放大；輸出控制電路，用以根據該電流放大 器的輸出而產生驅動訊號；以及省電控制電路，用以啟動省電模式， 其在省電模式中輸出控制訊號以關閉該電流放大器與該輸出控制電路 之一或兩者。
此外，為達上述目的，根據本發明的另一個實施例，也提供一種 光敏驅動方法，包含以下步驟感測光而產生一光電流；將該光電流 放大，產生放大電流；根據該放大電流而產生驅動訊號；以及當所感 測的光強度大於默認值時啟動省電模式，停止將該光電流放大。
在較佳實施型態中，以上電路或方法中，可在省電模式中儲存產 生驅動訊號所需的前級訊號，此前級訊號例如為數字訊號，可儲存在 數字閂鎖電路中，或為模擬訊號，可儲存在取樣保持電路中。
在較佳實施型態中，以上電路或方法中，可調整該驅動訊號對光 電流的敏感度。
在較佳實施型態中，以上電路或方法中，可調整該省電模式的啟 動點。
下面通過對具體實施例詳加說明，當更容易了解本發明的目的、 技術內容、特點及其所達成的功效。
圖1為本發明第一實施例的示意電路圖2舉例示出輸出控制電路16的更具體結構；
圖3舉例示出省電控制電路18的其中一個實施例；
圖4標出本發明另一實施例的示意電路圖5標出本發明又一實施例的示意電路圖6舉例說明搭配圖5實施例的省電控制電路18的結構；
圖7舉例說明可以數字方式調整的省電控制電路18的實施例。
圖中符號說明
10光敏驅動電路
12感光元件
14電流放大器
141電流訊號
142調整電路
16輸出控制電路
161電壓訊號
18省電控制電路
181, 182控制訊號
184電流比較器ICP
185電壓比較器VCP
186邏輯電路
20調整電路
A, B節點
EN使能開關
Iref, Irefl Iref4參考電流
OUT驅動訊號
PI, P2接腳
VDD， VSS高低供應電壓Vref 參考電壓
具體實施例方式
首先請參考圖1的示意電路圖，如圖所示，在本實施例的具省電 功能的光敏驅動電路10中，包含感光元件12(圖中繪示為光二極體， 但亦可為光敏電晶體或內建增幅電路光二極體)、電流放大器14、輸 出控制電路16、及省電控制電路18。感光元件12感光後產生光電流， 電流放大器14將此電流放大後，傳送給輸出控制電路16。輸出控制電 路16根據電流放大器14的輸出訊號而產生驅動訊號OUT，以驅動後 級電路，例如進行自動照明控制；訊號OUT或亦可為其它類型的輸出 訊號，例如為多位的資料訊號。
本發明的特點之一在於，光敏驅動電路10中設置有省電控制電路 18，此省電控制電路18可視情況發出控制訊號181及/或控制訊號 182，以使能或關閉電流放大器14及/或輸出控制電路16，當電流放 大器14和輸出控制電路16之一或兩者皆關閉時，光敏驅動電路10即 進入省電模式。所謂"關閉"電流放大器14及/或輸出控制電路16， 是指停止該電路中的部份功能以達省電目的，並不意味著該電路必須 完全停止作用；例如，電流放大器14中可能含有多級的放大電路，則 "關閉"電流放大器14，可以僅停止電流放大器14中較耗電、放大倍 率較高的數級放大電路，但仍保留第一級放大電路來偵測環境光，等 等。
詳言之，假設圖標電路應用於自動照明控制，其後級電路為照明 元件(例如LED)，在未設置省電控制電路18的情況下，當環境亮度 高時，感光元件12產生大電流，電流放大器14更將此電流放大，於 是輸出控制電路16根據電流放大器14的輸出訊號而產生低位準的驅 動訊號OUT，以關閉照明。反之，當環境亮度低時，感光元件12產生 低電流或無電流，於是輸出控制電路16根據電流放大器14的輸出訊 號而產生高位準的驅動訊號OUT，以啟動照明。驅動訊號OUT可以是模擬訊號，也可以是數字訊號，視後級電路的需求而定。
上述電路操作方式中，在環境亮度高而不需要照明時，電流放大 器14和輸出控制電路16卻耗損了相當多的電流，因此並不十分理想。
相對地，本發明則提供了省電控制電路18，可視情況決定是否關
閉電流放大器14及/或輸出控制電路16，例如當感光元件12所感測 的光強度大於默認值時，即進入省電模式。省電控制電路18判斷是否 進入省電模式的方式，有多種實施型態，舉例而言可根據電流放大器 14所產生的訊號141 (例如為電流訊號)及/或輸出控制電路16所產 生的訊號161 (例如為電壓訊號)來進行判斷。當訊號141符合預設電 流條件時，或當訊號161符合預設電壓條件時，或兩者兼具時，省電 控制電路18便發出訊號，使光敏驅動電路IO進入省電模式。
當光敏驅動電路10進入省電模式時，可控制使輸出控制電路16 處於無電流狀態，其輸出的驅動訊號OUT自然為低位準，使照明關閉。 但在某些應用場合下，例如當進入省電模式中，需要輸出的驅動訊號 OUT不為低位準時，則可在輸出控制電路16中設置閂鎖電路，以在省 電模式中，確保後級電路接收到正確的訊號。圖2標出輸出控制電路 16的一例，如圖所示，本實施例的輸出控制電路16包括N位位準偵 測器162 (N為正整數)、閂鎖電路164、及輸出級驅動電路166。 N 位位準偵測器162接收電流放大器14輸出的模擬訊號，將其轉換成N 位數字訊號後，儲存在閂鎖電路164之內。當N為1時，N位位準偵 測器162可以為一個簡單的比較器。閂鎖電路164包含有一使能開關 EN，僅有當此開關受控制訊號181使能時才根據輸入而更動其內容， 否則其內容保持閂鎖狀態。輸出級驅動電路166根據閂鎖電路164的 內容而產生驅動訊號OUT，以驅動後級電路。如此，當進入省電模式 時，因電流放大器14不再作用，其所產生的輸出訊號不再有效，N位 位準偵測器162可予關閉，但閂鎖電路164的內容仍可確保後級電路 接收到正確的訊號。(圖中未詳細示出關閉N位位準偵測器162的機
10制，但本領域技術人員可在本發明揭示下自行思及，不予贅述。)
如前所述，在其中一種實施型態下，省電控制電路18從輸出控制
電路16取得電壓訊號161，並根據之而判斷是否進入省電模式。輸出 控制電路16產生訊號161的位置，例如可為圖標閂鎖電路164的輸出 節點。此作法的優點是此處的訊號為數字訊號，因此省電控制電路 1S較易利用該訊號進行判斷。但當然，視輸出控制電路16與省電控制 電路18的電路設計而定，訊號161並不局限於為數字訊號，亦不局限 於必須自此位置萃取。例如，若訊號161為模擬訊號，則可將該訊號 與一預設參考電壓相比較，如此也同樣能達到本發明的目的。
圖3標出省電控制電路18的其中一種實施型態，本實施例中假設 訊號141為模擬電流訊號，其例如可如圖1所示取自電流放大器14, 亦可直接取自感光元件12的輸出；訊號161則為單一位的數字訊號， 例如可取自圖2所示的位置。若圖2中閂鎖電路164的輸出為多位訊 號，則可僅取其中一位，或各位經過邏輯運算後產生本圖中的訊號161。 如圖所示，電流比較器ICP 184將訊號141與一預設參考電流Iref相比 較，當訊號141大於該預設參考電流Iref時，表示環境亮度高於預設 亮度值，此時比較器184的輸出為高位準。此外，當訊號161為高位 準時，亦表示N位位準偵測器162的輸出訊號等於或高過預設電壓位 準值(例如當N為1時，N位位準偵測器162的輸出為高位準"1")。 當邏輯電路186的兩輸入端皆為高位準時，其輸出低位準控制訊號181 和182，以關閉電流放大器14和輸出控制電路16;當邏輯電路186的 兩輸入端之一不為高位準時，則輸出高位準控制訊號181和182，使能 電流放大器14和輸出控制電路16。
上述省電控制電路18的實施例根據訊號141與訊號161兩者來進 行判斷，且同時發出控制訊號181和182來使能或關閉電流放大器14 和輸出控制電路16。但若僅根據訊號141與訊號161之一，也屬可行； 且若僅發出控制訊號181和182之一，或根據不同的判斷基準來分別
11產生而非同時產生控制訊號181和182，當然亦可。根據訊號141與訊 號161兩者來進行判斷，其優點在於，可避免因環境亮度的暫時波動 造成訊號141的短暫變化，而導致整體光敏驅動電路IO不斷在省電模 式和一般模式間變換。
圖4標出本發明的另一實施例，本實施例與圖1實施例的主要結 構相同，但多設置了調整電路20，以調整電流放大器14輸出訊號的位 準。調整電路20的設置目的是調整輸出控制電路16的輸入訊號位準 和感光元件12所生電流之間的比例關係，如此即可調整光敏驅動電路 10對環境亮度變化的敏感度(亦可說是其輸出驅動訊號OUT對感光元 件12所生電流的敏感度)。圖標的調整電路20為外接的可變電阻， 設置在光敏驅動電路10之外，通過接腳Pl連接，以開放供使用者自 行調整；但亦可使用其它方式、其它位置的調整電路來達成調整功能， 例如可調整電流放大器14的放大率。本實施例中，因電流放大器14 的輸出為電流訊號，故可通過調整可變電阻20的阻值來調整節點A處 的電壓，亦即調整輸出控制電路16的輸入訊號位準和感光元件12所 生電流之間的比例關係。當然，視輸出控制電路16的輸入訊號為電流 或電壓訊號，輸出控制電路16的內部電路設計也應該相應變化。
此外，如圖5所示，省電控制電路18所接收的訊號141的強度， 亦可予以調整，以改變省電模式的啟動點。圖標實施例中，提供調整 電路142，此調整電路142例如為外接的可變電阻，設置在光敏驅動電 路10之外，通過接腳P2連接，以開放供使用者自行調整。對應的， 省電控制電路18的內部電路可改為如圖6的實施例，其中將電流訊號 141通過調整電路142轉換為節點B處的電壓訊號，電壓比較器VCP 185將節點B處的電壓與預設參考電壓Vref相比較，以決定邏輯電路 186其中一個輸入的位準。整體而言，等於調整電路142提供了一個權 重參數，將感測元件12所產生的光電流乘以該權重後與參考值比較。 當然，調整省電模式啟動點的方式並不局限於此，例如亦可改為調整 圖3中參考電流Iref的設定值等等，且不局限為上述模擬方式，亦可改為數字方式，如圖7所示。
本發明可應用於以電池為供電來源、或其它需要謹慎控制耗電量 的場合，特別是聖誕燈或類似燈飾、腳踏車頭燈等。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，只是以上所述，僅為使本 領域技術人員易於了解本發明的內容，並非用來限定本發明的權利範 圍。對於本領域技術人員，當可在本發明精神內，立即思及各種等效 變化。舉例而言，所述實施例中訊號的高低位準，可視電路設計而改
變，例如比較器ICP184或VCP185的正負輸入端可對調，如此則邏輯 電路186也應相應改變，但仍可達成相同的效果。又如，在輸出控制 電路16中，可使用取樣保持電路以模擬方式儲存資料，而不局限於使 用數字儲存電路。故凡依本發明的概念與精神所為的均等變化或修飾， 均應包括於本發明的權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種具省電功能的光敏驅動電路，其特徵在於，包含感光元件，其感測光而產生一光電流；電流放大器，將該光電流放大；輸出控制電路，用以根據該電流放大器的輸出而產生驅動訊號；以及省電控制電路，用以啟動省電模式，其在省電模式中輸出控制訊號以關閉該電流放大器與該輸出控制電路之一或兩者。
2. 如權利要求l所述的光敏驅動電路，其中，該感光元件為光二 極管、或光敏電晶體、或內建增幅電路光二極體。
3. 如權利要求l所述的光敏驅動電路，其中，該輸出控制電路根 據該電流放大器的輸出而產生資料訊號，並根據該資料訊號而產生驅 動訊號，且該輸出控制電路包括閂鎖電路，以在省電模式中保存該資 料訊號。
4. 如權利要求l所述的光敏驅動電路，其中，該輸出控制電路包 括N位位準偵測器，其接收該電流放大器的輸出，將其轉換成N位 數字訊號，其中N為正整數；閂鎖電路，其儲存由N位位準偵測器而來的資料；以及 輸出級驅動電路，其根據閂鎖電路的內容而產生前述驅動訊號。
5. 如權利要求4所述的光敏驅動電路，其中，該N位位準偵測器 為比較器。
6. 如權利要求4所述的光敏驅動電路，其中，該閂鎖電路包含有 一使能開關，接受由省電控制電路而來的前述控制訊號。
7. 如權利要求l所述的光敏驅動電路，其中，該省電控制電路根 據以下訊號之一或兩者而產生前述控制訊號 一、由電流放大器產生 的訊號；二、由輸出控制電路產生的訊號。
8. 如權利要求7所述的光敏驅動電路，其中，該由電流放大器產 生的訊號一為電流訊號，且該由輸出控制電路產生的訊號二為電壓訊號。
9. 如權利要求7所述的光敏驅動電路，其中，該由輸出控制電路 產生的訊號為數字訊號。
10. 如權利要求7所述的光敏驅動電路，其中，該輸出控制電路包括閂鎖電路，以在省電模式中保存資料，且該由輸出控制電路產生 的訊號根據該閂鎖電路的輸出而導出。
11. 如權利要求1所述的光敏驅動電路，其中，該輸出控制電路 的輸入訊號位準和感光元件所生光電流之間的比例關係可調整。
12. 如權利要求ll所述的光敏驅動電路，其中，更包括有一接腳，可供與外部調整電路電連接，以調整前述比例關係。
13. 如權利要求ll所述的光敏驅動電路，其中，該外部調整電路 為電阻，其調整該輸出控制電路的輸入節點的電壓值。
14. 如權利要求7所述的光敏驅動電路，其中，該省電控制電路 啟動省電模式的啟動點可調整。
15. 如權利要求14所述的光敏驅動電路，其中，更包括有一接腳， 可供與外部調整電路電連接，以調整前述省電模式的啟動點。
16. 如權利要求15所述的光敏驅動電路，其中，由電流放大器產生的訊號一為電流訊號，且該外部調整電路為電阻，其將該訊號一轉 換為電壓值。
17. 如權利要求15所述的光敏驅動電路，其中，該省電控制電路 將電流放大器產生的訊號一與一參考值比較，且該外部調整電路產生 數字訊號，以調整該參考值。
18. —種光敏驅動方法，其特徵在於，包含以下步驟 感測光而產生一光電流；將該光電流放大，產生放大電流； 根據該放大電流而產生驅動訊號；以及當所感測的光強度大於默認值時啟動省電模式，停止將該光電流 放大。
19. 如權利要求18所述的光敏驅動方法，其中，該感測光的步驟 通過光二極體、或光敏電晶體、或內建增幅電路光二極體來達成。
20. 如權利要求18所述的光敏驅動方法，其中，該根據該放大電 流而產生驅動訊號的步驟包括根據該放大電流而產生對應的資料訊 號，並在省電模式中保存該資料訊號。
21. 如權利要求20所述的光敏驅動方法，其中，於符合以下條件 之一或兩者時判定所感測的光強度大於默認值 一、光電流高於預設 的參考值；二、根據該放大電流而產生的資料訊號符合預設的條件。
22. 如權利要求18所述的光敏驅動方法，其中，更包含調整該驅動訊號對光電流的敏感度。
23. 如權利要求18所述的光敏驅動方法，其中，更包含調整該省電模式的啟動點。
24. 如權利要求21所述的光敏驅動方法，其中，更包含將該光電流值乘以權重後與該參考值比較，且該權重可調整。
25. 如權利要求21所述的光敏驅動方法，其中，更包含調整該參考值。
全文摘要
本發明提出一種具省電功能的光敏驅動電路與相關方法。該具省電功能的光敏驅動電路包含感光元件，其感測光而產生一光電流；電流放大器，將該光電流放大；輸出控制電路，用以根據該電流放大器的輸出而產生驅動訊號；以及省電控制電路，用以啟動省電模式，其在省電模式中輸出控制訊號以關閉該電流放大器與該輸出控制電路之一或兩者。
文檔編號H03K17/94GK101588663SQ20081010052
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月20日 優先權日2008年5月20日
發明者藍正豐, 賴昇業, 黃健騰 申請人:奇高電子股份有限公司