可模擬led特性的電子負載裝置及其模擬方法
2023-10-05 16:56:59 1
專利名稱：可模擬led特性的電子負載裝置及其模擬方法
技術領域：
本發明是關於一種可模擬LED特性的電子負載裝置及其模擬方法，特別 是指一種適用於模擬發光二極體(LED)對電源供應器進行電力測試的電子負 載裝置，及其相關的模擬方法。
背景技術：
電源裝置在日常生活中被廣泛使用，其應用範圍涵蓋一般信息、通訊、 消費性電子、運輸設備、工業設備及軍事領域，其功能為驅動各個電路單元 及維持電壓位準，是維持系統正常運作的重要因素。因此，電源裝置設計的 主要考慮因素，除了降低成本之外，首重高可靠度。
電子負載裝置為電源裝置開發與製造過程中，基本且重要的儀器設備。 其可替代實際電阻、電容的組合，協助模擬電源裝置輸出端的負載狀態，以 提供相關的研發、品管及生產線測試應用，以發光二極體(LED)為例，LED相 較於相同功率的一般發光設備亮度高，因此部分照明設備採用LED為目前的 趨勢，然而LED的亮度與其導通電流極為相關，當電流過低則亮度不足，電 流過高則LED有燒毀的危險，因此，供應LED的電源須有特殊的設計，利用 電子負載裝置來模擬LED產品可達到測試其供應電源的目的；而目前的電子 負載裝置提供四種模擬電路單元的模式，其中包括定電流模式、定電壓模式、 定功率模式及定電阻模式。然而，定電流模式、定電壓模式及定功率模式難 以模擬出一般電路單元啟動時對電源裝置電力拉載的情形，因此，目前多以 定電阻模式模擬電路單元的啟動狀態。
在定電阻模式下，電子負載裝置所拉載的電流值，隨著電壓值作線性變 化，然而，供應LED的電源為特殊設計，此電源的電壓極易因電流負荷因素而變動，當電壓改變時，以LED為負載的電流變化比以電阻為負載的電流變
化為大，而使部分合乎LED負載應用的電源在測試時被判定為不合格；由於 LED並非純電阻的構成，使得電源的電壓變動時電流並非隨著電壓作線性的 變化，故定電阻模式並不能對所有為此類負載所設計的電源作正確的判定， 且以電流模式、定電壓模式、定功率模式也無法達成測試此類電源的目的。
發明內容
本發明的一目的在於提供一種電子負載裝置，用於模擬發光二極體(LED) 對電源供應器進行電力測試的電子負載裝置，目的是提升電源裝置的設計正 確性。
本發明的又一目的在於提供一種電子負載裝置，其可以提升電源裝置的 設計正確性，並進而降低電源裝置的成本及節能。
本發明揭示一種電子負載裝置，適用於模擬發光二極體(LED)對電源供應 器進行電力測試的電子負載裝置。此電子負載裝置包括一測量器、一LED模 擬運算單元以及一輸出器，而對一外部電源供應器1作測試。
測量器電性連接於外部電源供應器，用以測量電源供應器的電壓值；LED 模擬運算單元電性連接於測量器，可進行電壓值的運算，且所述的電壓值包 括一非線性值以及一線性值，所述的非線性值是指LED的順向偏壓；輸出器 電性連接於LED模擬運算單元，可輸出輸出所述的電子負載裝置對電源供應 器經拉載的電流。
外部電源供應器導入測量器中，用以測量電源供應器的電壓值，LED模 擬運算單元將所述的電壓值扣除非線性值之後，則可根據歐姆定律，在定電 阻模式下所拉載的電流，將隨著電壓作線性的變化，最後由輸出器輸出所述 的電子負載裝置對電源供應器經拉載的電流。LED的亮度與其導通電流極為 相關，扣除LED順向偏壓的非線性部分後，電流隨著電壓作線性變化，不同 大小的電流將造成LED產生不同亮度；因此，使用者可根據LED照明設備所
需的亮度選擇適合的電源裝置。
本發明還揭示一種電子負載裝置的模擬方法，適用於模擬發光二極體 (LED)對電源供應器進行電力測試的電子負載裝置。首先，通過將外部電源供 應器供應的電壓導入一測量器中，測量所述的電源供應器的電壓值；再將所 述的電壓值扣除一 LED模擬運算單元其電壓中的非線性值，也指扣除相當於 LED的順向偏壓，使電流隨著電壓作線性變化，接著判別其差值是否為正值， 若為負值，代表所述的外部電源供應器供應的電壓不足，則意味著必須重新 提供所述的外部電源的一新電壓值，若為正值，則輸出器將上述得到的差值 進行增益，並輸出所述的電子負載裝置對電源供應器經拉載的電流，最後測 試結束。
通過本發明所揭示的電子負載裝置及其模擬方法，電子負載裝置可準確 地模擬出所述的LED對電源裝置的電力拉載的阻抗特性，是可運用於電源裝 置的設計過程，使設計者針對負載的電力需求，設計出合乎規格與低成本的 產品，並可提升產品品管檢測的可靠度。相較於現有技術，因無法正確模擬 負載對電源裝置拉載的情形，而使用功率較高的電源裝置，通過本發明，可 達到節約能源，與降低成本的功效。
圖1為現有技術LED電流與電壓的關係圖2a為本發明的電子負載裝置的第一實施例系統架構示意圖2b為本發明的電子負載裝置的第一實施例流程圖3a為本發明的電子負載裝置的第二實施例系統架構示意圖3b為本發明的電子負載裝置的第二實施例流程圖4a為本發明的電子負載裝置的第三實施例系統架構示意圖；及 圖4b為本發明的電子負載裝置的第三實施例流程圖。
附圖標號
0'電子負載裝置 1外部電源供應器 1"外部電源供應器
3 LED模擬運算單元
4輸出器
4"輸出器
5"可程序化放大器
7"運算器
B標示點
附圖標號 0電子負載裝置 0"電子負載裝置 1'外部電源供應器 2測量器
側裡益 3， LED模擬運算單元 4'輸出器 5，可程序化放大器 6"讀取器 A標示點 S1 S8各個步驟編號
具體實施例方式
關於本發明所述的電子負載裝置及其模擬方法，可以通過以下發明詳述 及附圖，得到進一步的了解。
在設計供應LED的電源時，為避免電源提供過多的電流而導致LED燒毀， 大致上電源都可能有最高電流限制，使輸出電流被抑制以保護LED;電源空 載時，電源的電壓遠超過LED的順向電壓，而在接上LED後，電源為驅動 LED而提供電流，當電源達到電流限制時，電壓即下降以至於平衡。
LED為一受壓驅動的發光產品，在超越LED的順向偏壓後，其導通電流 大小決定其亮度，若電流超過，可能造成LED燒毀。其電壓與電流的關係如 圖1所示，若將LED轉換電路模型，在超越LED的順向偏壓後，LED在達 到一定電流後其電阻可視為定值。本發明利用LED該項特性設計出的發明， 以下將詳細敘述。
在電子負載的設計上只要將定電阻模式的作法做些許更改，即可符合
LED測試用。首先，請先參閱圖2a，其為本發明設計的基本概念，也為本發 明的電子負載裝置的第一實施例系統架構示意圖，該電子負載裝置0包括一 測量器2、 一LED模擬運算單元3以及一輸出器4，而對一外部電源供應器l 作測試。
該測量器2電性連接於外部電源供應器1，用以測量該電源供應器的電壓 值；LED模擬運算單元3電性連接於測量器2，可進行電壓值的運算，且該 電壓值包括一非線性值以及一線性值，該非線性值是指LED的順向偏壓，LED 是利用電能直接轉化為光能的原理，在半導體內正負極二個端子施加電壓， 當電流通過，使電子與電洞相結合時，剩餘能量便以光的形式釋放，順向電 壓則是指於正負極二個端子所施加的最小電壓；輸出器4電性連接於LED模 擬運算單元3，可輸出該電子負載裝置0對電源供應器經拉載的電流。
外部電源供應器1導入電壓至測量器2中，用以測量該電源供應器的電 壓值，LED模擬運算單元3將該電壓值扣除非線性值之後，則可根據歐姆定 律，在定電阻模式下所拉載的電流，將隨著電壓作線性的變化，最後由輸出 器4輸出該電子負載裝置0對電源供應器1經拉載的電流。LED的亮度與其 導通電流極為相關，扣除LED順向偏壓的非線性部分後，電流隨著電壓作線 性變化，不同大小的電流將造成LED產生不同亮度；因此，使用者可根據LED 照明設備所需的亮度選擇適合的電源裝置。
請參閱圖2b，其為本發明的電子負載裝置的第一實施例流程圖，包括以 下步驟測試開始(步驟Sl)，首先，通過將外部電源供應器供應的電壓導入 一測量器中，用以測量該電源供應器的電壓值(步驟S2);再將該電壓值扣除 一 LED模擬運算單元其電壓值的非線性值(步驟S3),也指扣除相當於LED的 順向偏壓，使電流隨著電壓作線性變化，接著判別其差值是否為正值(步驟S4)， 若為負值，代表該外部電源供應器供應的電壓不足，此時可程序化放大器應 輸出為零電位，或無法驅動輸出器的負電壓，此時輸出器的輸出值為零；並 進入步驟S1，即需要重新提供外部電源供應器供應的電壓，若為是，則輸出
器將上述得到的差值進行增益，並輸出該電子負載裝置對電源供應器經拉載 的電流(步驟S5)，最後測試結束(步驟S6)。
請參閱圖3a，其為本發明的電子負載裝置的第二實施例系統架構示意圖， 該電子負載裝置0'包括一測量器2'、 一LED模擬運算單元3'、 一可程序化放 大器5'以及一輸出器4'，而對一外部電源供應器l'作測試。
該測量器2'電性連接於外部電源供應器r，用以測量該電源供應器r之
電壓值；LED模擬運算單元3，電性連接於測量器2'，可進行電壓值的運算， 且該電壓值包括一非線性值以及一線性值，該非線性值指LED的順向偏壓； 可程序化放大器5'電性連接於LED模擬運算單元3'，用以設定LED模擬運 算單元3'的阻抗，且進行數字至模擬信號之轉換；輸出器4'系電性連接於可 程序化放大器5，，可輸出該電子負載裝置O'對電源供應器1經拉載之電流。
外部電源供應器1導入電壓至測量器2'中，用以測量該電源供應器1之 電壓值，LED模擬運算單元3'將該電壓值扣除非線性值之後，則可根據歐姆 定律，在定電阻模式下所拉載之電流，將隨著電壓作線性的變化，可程序化 放大器5'可通過程序設定LED模擬運算單元3'，模擬出不同數量之LED所 需之阻抗，且將該數位訊號轉換為模擬信號，最後由輸出器4'輸出該電子負 載裝置O'對電源供應器1'經拉載的電流。LED的亮度與其導通電流極為相關， 扣除LED順向偏壓的非線性部分後，電流隨著電壓作線性變化，不同大小的 電流將造成LED產生不同亮度；因此，使用者可根據LED照明設備所需的亮 度選擇適合的電源裝置。
請參閱圖3b，其為本發明的電子負載裝置的第二實施例流程圖，包括以 下步驟測試開始(步驟Sl)，首先，通過將外部電源供應器供應的電壓導入 一測量器中，用以測量該電源供應器的電壓值(步驟S2);再將該電壓值扣除 一 LED模擬運算單元其電壓值的非線性值(步驟S3)，也指扣除相當於LED的 順向偏壓，使電流隨著電壓作線性變化，接著判別其差值是否為正值(步驟S4)， 若其差值為負值，代表該外部電源供應器供應的電壓不足，此時可程序化放
大器應lr出為零電位，或無法驅動輸出器的負電壓，此時輸出器的輸出值為零；並進入步驟S1，即需要重新提供外部電源供應器供應的電壓，若為正值，則可程序化放大器設定LED模擬運算單元的阻抗，且進行數字至模擬f言號的 轉換(步驟S5)，接著輸出器將上述得到的差值進行增益，並輸出該電子負載 裝置對電源供應器經拉載的電流(步驟S6)，最後測試結束(步驟S7)。
請參閱圖4a，其為本發明的電子負載裝置的第三實施例系統架構示意圖， 該電子負載裝置0"包括一測量器2"、 一可程序化放大器5"、 一讀取器6"、 一 運算器7"以及一輸出器4"，而對一外部電源供應器l"作測試。
該測量器2"電性連接於外部電源供應器1"，用以測量該電源供應器1" 的電壓值；讀取器6"電性連接於測量器2"，用以讀取增益後的電壓值信號， 且將該電壓模擬信號轉換為數位訊號，運算器7"電性連接於讀取器6"，可進 行電壓值的運算，且該電壓值包括一非線性值以及一線性值，該非線性值指 LED的順向偏壓；可程序化放大器5"電性連接於運算器7"，用以調整該電壓 的增益值，且進行數字至模擬信號的轉換；輸出器4"電性連接於可程序化放 大器5"，可輸出該電子負載裝置O"對電源供應器1經拉載的電流。
外部電源供應器l"導入電壓至測量器2"中，用以測量該電源供應器1" 的電壓值，讀取器6"讀取該增益後的電壓值信號，且將該模擬電壓信號轉換 為數位訊號，運算器7"將該數字電壓值扣除該非線性值之後，則可根據歐姆 定律，在定電阻模式下所拉載的電流，將隨著電壓作線性的變化，可程序化 放大器5"調整該電壓的增益值，模擬出不同數量的LED所需的阻抗，且將該 數位訊號轉換為模擬信號，最後由輸出器4"輸出該電子負載裝置O"對電源供 應器l"經拉載的電流。LED的亮度與其導通電流極為相關，扣除LED順向偏 壓的非線性部分後，電流隨著電壓作線性變化，不同大小的電流將造成LED 產生不同亮度；因此，使用者可根據LED照明設備所需的亮度選擇適合的電 源裝置。
請參閱圖4b，其為本發明的電子負載裝置的第三實施例流程圖，包括以
下步驟測試開始(步驟Sl)，首先，通過將外部電源供應器供應的電壓導入 一測量器中，用以測量該電源供應器的電壓值(步驟S2);讀取器讀取該增益 後的電壓值信號，且進行模擬至數位訊號的轉換(步驟S3)，運算器再^H亥電
壓值扣除一非線性值(步驟S4)，也指扣除相當於LED的順向偏壓，使電流隨 著電壓作線性變化，接著判別其差值是否為正值(步驟S5)，若為負值，代表 該外部電源供應器供應的電壓不足，此時可程序化放大器應輸出為零電位， 此時可程序化放大器應輸出為零電位，或無法驅動輸出器的負電壓，此時輸 出器的輸出值為零；並進入步驟S1，即需要重新提供外部電源供應器供應的 電壓，若為正值，則可程序化放大器調整該電壓的增益值，且進行數字至模 擬信號的轉換(步驟S6)，接著輸出器將上述得到的差值進行增益，並輸出該 電子負載裝置對電源供應器經拉載的電流(步驟S7)，最後測試結束(步驟S8)。
通過上述本發明所揭示的電子負載裝置及其模擬方法的說明實例，本案 所述的電子負載裝置可準確地模擬出不同亮度以及不同數量的LED所須的電 力，因此對電源裝置產品的設計、品管均有所裨益，可達到提高電源裝置產 品的可靠度與降低產品成本等諸多功效。
本發明雖以較佳實例闡明如上，然而其並非用以限定本發明的精神與發 明實體僅止於上述實施例。因此，在不脫離本發明的精神與範圍內所作的修 改，均應包括在權利要求範圍內。
權利要求
1.一種模擬發光二極體的電子負載裝置，包括一測量器，電性連接於一外部電源供應器，可測量所述的電源供應器的電壓值；一LED模擬運算單元，電性連接於該測量器，可進行電壓值的運算，所述的電壓值包括一非線性值以及一線性值；以及一輸出器，電性連接於所述的LED模擬運算單元，可輸出所述的電子負載裝置對電源供應器經拉載的電流；所述的外部電源供應器導入所述的測量器中，得到所述的電源供應器電壓值，所述的LED模擬運算單元將所述的電壓值扣除非線性值之後，由所述的輸出器輸出所述的電子負載裝置對電源供應器經拉載的電流。
2. 如權利要求1所述的電子負載裝置，其中所述的LED模擬運算單元的 非線性值相當於發光二極體的順向偏壓值。
3. 如權利要求1所述的電子負載裝置，其中所述的LED模擬運算單元與 所述的輸出器之間設有一可程序化的放大器。
4. 如權利要求3所述的電子負載裝置，其中所述的可程序化的放大器用 以設定所述的LED模擬運算單元的阻抗，且進行數字至模擬信號的轉換。
5. —種模擬發光二極體的電子負載裝置，包括一測量器，電性連接於一外部電源供應器，可測量所述的電源供應器的 電壓值；一讀取器，電性連接於所述的測量器，用以讀取所述的增益後的電壓值 信號，且進行模擬至數位訊號的轉換；一運算器，電性連接於所述的讀取器，可進行所述的電壓值的運算，所 述的電壓值包括一非線性值以及一線性值；一可程序化的放大器，用以調整所述的電壓的增益值，且進行數字至模 擬信號的轉換；以及一輸出器，電性連接於所述的可程序化的放大器，可輸出所述的電子負 載裝置對電源供應器經拉載的電流；所述的外部電源供應器導入所述的測量器中，得到所述的電源供應器的 電壓值，所述的讀取器讀取所述的增益後的電壓值信號，且進行模擬至數字 信號的轉換，所述的運算器將所述的數字電壓值扣除所述的非線性值之後， 由所述的可程序化的放大器調整所述的電壓的增益值，且將所述的差值進行 數字至模擬信號的轉換，最後所述的輸出器輸出所述的電子負載對電源供應 器經拉載的電流。
6. 如權利要求5所述的電子負載裝置，其中所述的非線性值相當於發光 二極體的順向偏壓值。
7. —種發光二極體的電子負載裝置的模擬方法，包括以下步驟(a) 開始；(b) 通過將外部電源供應器供應的電壓導入一測量器中，用以測量一電源供應器的電壓值；(c) 將所述的電壓值扣除一 LED模擬運算單元其電壓值的非線性值；(d) 判別其差值是否為正值，若為正值，則進入下一步驟，若為負值，代 表所述的外部電源供應器供應的電壓不足，並進入步驟(a);(e) 輸出器將上述得到的差值進行增益，並輸出所述的電子負載裝置對電 源供應器經拉載的電流；以及(f) 結束。
8. 如權利要求7所述的模擬方法，其中所述的LED模擬運算單元包括一 非線性值以及一線性值，且所述的非線性值相當於發光二極體的順向偏壓值。
9. 如權利要求7所述的模擬方法，其中所述的步驟(d)之後，可由一可程 序化的放大器設定所述的LED模擬運算單元的阻抗，且進行數字至模擬信號 的轉換。
10. —種發光二極體的電子負載裝置的模擬方法，包括以下步驟- (a) 開始；(b) 通過將外部電源供應器供應的電壓導入一測量器中，測量一電源供應器的電壓值；(c) 讀取器讀取所述的增益後的電壓值信號，且進行模擬至數位訊號的轉換；(d) 將所述的電壓值扣除一非線性值；(e) 判別其差值是否為正值，若為正值，則進入下一步驟，若為負值，代 表所述的外部電源供應器供應的電壓不足，此時提供輸出器的驅動電壓並無 法驅動輸出器拉載電流，並進入步驟(a);(f) 設定所述的LED模擬運算單元的阻抗，且進行數字至模擬信號的轉換；(g) 輸出器將上述得到的模擬差值進行增益，並輸出所述的電子負載裝置 對電源供應器經拉載的電流；以及(h) 結束。
全文摘要
本發明是關於一種電子負載裝置，適用於模擬發光二極體(LED)對電源供應器進行電力測試，該負載裝置包括一測量器、一LED模擬運算單元及一輸出器；一外部電源供應器將所供應的電壓導入測量器中，測量器測量電源供應器的電壓值，LED模擬運算單元將該電壓值扣除相當於LED所需的順向偏壓之後，則可根據歐姆定律，在定電阻模式下所拉載的電流，將隨著電壓作線性的變化，最後由輸出器輸出該電子負載裝置對電源供應器經拉載的電流，電流隨著電壓作線性變化，不同大小的電流將造成LED產生不同亮度；因此，使用者可根據LED照明設備所需的亮度選擇適合的電源裝置。
文檔編號G01R31/40GK101359038SQ20071013984
公開日2009年2月4日 申請日期2007年8月2日 優先權日2007年8月2日
發明者林家隆, 郭貝倉 申請人:中茂電子(深圳)有限公司