CN204244540U - 具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出一种具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路。具有调光功能的发光元件电源供应电路包含：相切调光电路、整流电路、变压器电路、以及控制电路。其中，变压器电路包括辅助绕组，与其中的主要绕组耦接，用以产生泄放电流以使相切调光电路于导通相位时，导通电流保持高于维持电流，而避免相切调光电路不导通。具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路包括波形分析电路、泄流控制电路、以及泄放电流源。泄放电流源于导通相位时，以非切换且持续导通的方式产生泄放电流，其中该泄放电流源包括一线性稳压器或一可变电流源。

Description

具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路
技术领域
本实用新型涉及一种具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路，特别是指一种根据交流调光电压导通相位提供泄放电流以防止发光元件电路闪烁的具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路。
背景技术
图1A显示现有技术一种发光二极管(light emitting diode,LED)电源供应电路100示意图。如图1A所示，LED电源供应电路100包含三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路12、整流电路14、与LED驱动电路16。TRIAC调光电路12接收交流电压AC，当交流电压AC超过预设的触发相位时，TRIAC调光电路12启动并导通。TRIAC调光电路12接收的交流电压AC，与输出的交流调光电压，其讯号波形如图1B的讯号波形图所示意，其中分别以虚线波形表示交流电压AC，并以实线波形表示经过TRIAC调光电路12之后的交流调光电压。整流电路14接收此交流调光电压，经整流后，产生整流调光电压Vin与输入电流Iin，以输入LED驱动电路16，LED驱动电路16将整流调光电压Vin转换为输出电压Vout，并供应输出电流Iout予LED电路11。以上电路中，设置TRIAC调光电路12的目的是决定交流调光电压的触发相位，通过此调整LED电路11的平均亮度。其中，驱动电路16包括具有功率开关的功率级电路，其可为同步或异步的降压型、升压型、反压型、升降压型、升反压型、或返驰型功率级电路，如图2A-2K所示。
上述现有技术的问题是，TRIAC调光电路12需要在每一周期内产生较大的闩锁电流(latching current)以使其启动，而在LED电路11导通后，在该周期的较后时段维持导通所需要的维持电流(holding current)则较小。(若是驱动传统白炽灯等高消耗功率的发光元件电路，不需要特别考虑闩锁电流，因为维持白炽灯等高消耗功率的发光元件电路导通时所需的电流足以达成启动所需。)因此，在驱动LED电路11这种低消耗功率的发光元件电路时，LED电源供应电路100若未能产生所需要的闩锁电流来充分启动TRIAC调光电路12，将会造成启动失败(misfire)，进而产生肉眼可见的闪烁情况，启动失败的交流调光电压讯号波形如图1C的实线讯号波形所示意。但另一方面，即使闩锁电流达到启动所需的位准，如果因为触发相位太高，致使输出电流Iout太低，以致流经TRIAC调光电路12的电流低于维持电流，则也会造成启动失败。
图3A-3C显示另一种现有LED电源供应电路110示意图，用以改善前述现有技术的问题。如图3A所示，相较于图1A，图3A的现有LED电源供应电路110更包含泄流电路(bleeder circuit)18，设置于整流电路14与LED驱动电路16之间，以于每周期产生泄放电流(bleeder current)提供所需要的闩锁电流，以供应TRIAC调光电路12使其中的TRIAC元件启动，并维持流经TRIAC元件的电流高于维持电流，而该闩锁电流由泄流电路18产生后则经由接地回路消耗掉。图3B显示的电源供应电路110包含泄流电路18的一种具体的电路。
详言之，泄流电路18中，电阻R1与R2串联于整流电路14输出的两端点之间，利用产生闩锁电流引发的高电压，使其分压导通开关Q1，以产生闩锁电流。类似地，也设置串联的电阻R3与齐纳二极管ZD1与ZD2，于TRIAC元件启动之后，用以导通开关Q2，以使TRIAC元件启动之后产生的维持电流(holding current)流经电阻R4。
图3A与3B所显示的现有技术，虽然改善了因TRIAC元件启动失败，所造成的LED电路可见的闪烁问题，但是，整流电路14所产生的整流调光电压VD在电阻R2上的分压，至少必须高于开关Q1的临界电压，泄流电路18才会产生泄放电流，并进而启动TRIAC元件，若是使用者需要将调光讯号调整至亮度非常低时，亦即图1B中的触发相位非常高时，则触发相位将非常接近交流电压AC半周期末端(参阅图3C)，这将会使得整流调光电压VD在电阻R2上的分压低于开关Q1的临界电压，泄流电路18无法产生泄放电流，因此TRIAC元件便会无法启动。也就是说，使用这种泄流电路18时，TRIAC调光电路12无法进行全相位的调光，其触发相位不能晚于一定的限制。此外，在某些应用场合并不需要调光功能故也不需要设置TRIAC调光电路12，但这种泄流电路18在未设置TRIAC调光电路的情况下，仍持续消耗电力，且泄流电路18消耗的功率都未被加以利用而浪费了。
美国专利申请案US2012/0319621 A1提出一种TRIAC调光系统，在驱动电路包括返驰型功率级电路的架构下，根据交流调光电压的位准，利用脉宽调变(pulse width modulation,PWM)讯号操作一开关，以控制一第三绕组产生泄放电流。但此种现有技术包含了不断切换的开关，会产生电磁干扰(Electromagnetic Interferences，EMI)的状况相对较高；另外，噪声也相对较高。
有鉴于此，本实用新型即针对上述现有技术的不足，提出一种具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路，特别是指一种根据交流调光电压导通相位提供泄放电流以防止发光元件电路闪烁的具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路，特别是指一种根据交流调光电压导通相位提供泄放电流以防止发光元件电路闪烁的具有调光功能的发光元件电源供应电路及其中的控制电路。
为达上述目的，就其中一个观点言，本实用新型提供了一种具有调光功能的发光元件电源供应电路，包含：一相切调光电路，转换一交流电压为一交流调光电压，此交流调光电压具有非导通相位与导通相位；一整流电路，与该相切调光电路耦接，用以根据该交流调光电压，产生一整流调光电压；一变压器电路，与该整流电路耦接，包括：一主要绕组，与该整流电路及一功率开关串联，用以接收该整流调光电压，并根据该功率开关的操作，以决定流经该主要绕组的一主要绕组电流；一次要绕组，与该主要绕组耦接，用以根据该主要绕组电流以提供一输出电流予一发光元件电路；以及一辅助绕组，与该主要绕组耦接，用以产生一泄放电流以使该相切调光电路于导通相位时，流经该相切调光电路的一导通电流保持高于一维持电流，而避免该相切调光电路不导通；以及一控制电路，包括：一波形分析电路，与该整流电路耦接，用以根据该整流调光电压，产生一相位判断讯号；一泄流控制电路，与该波形分析电路耦接，用以根据该相位判断讯号，产生一决定讯号，其中该决定讯号并非一脉宽调变(pulse widthmodulation,PWM)讯号；以及一泄放电流源，与该泄流控制电路耦接，用以根据该决定讯号，以操作一线性稳压器(linear regulator)或一可变电流源于导通相位时，以非切换且持续导通的方式控制该泄放电流。
为达上述目的，就另一个观点言，本实用新型提供了一种具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路，该具有调光功能的发光元件电源供应电路包括一相切调光电路，转换一交流电压为一交流调光电压，此交流调光电压具有非导通相位与导通相位；一整流电路，与该相切调光电路耦接，用以根据该交流调光电压，产生一整流调光电压；一变压器电路，与该整流电路耦接，具有：一主要绕组，与该整流电路及一功率开关串联，用以接收该整流调光电压，并根据该功率开关的操作，以决定流经该主要绕组的一主要绕组电流；一次要绕组，与该主要绕组耦接，用以根据该主要绕组电流以提供一输出电流予一发光元件电路；以及一辅助绕组，与该主要绕组耦接，用以产生一泄放电流以使该相切调光电路于导通相位时，流经该相切调光电路的一导通电流保持高于一维持电流，而避免该相切调光电路不导通；该具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路包含：一波形分析电路，与该整流电路耦接，用以根据该整流调光电压，产生一相位判断讯号；一泄流控制电路，与该波形分析电路耦接，用以根据该相位判断讯号，产生一决定讯号，其中该决定讯号并非一脉宽调变(pulse width modulation,PWM)讯号；以及一泄放电流源，与该泄流控制电路耦接，用以根据该决定讯号，以操作一线性稳压器(linearregulator)或一可变电流源于导通相位时，以非切换且持续导通的方式控制该泄放电流。
在其中一种较佳的实施例中，该控制电路还包括一初始泄放电阻，与该泄流控制电路耦接，以设定一初始泄放电流位准。
在其中一种较佳的实施例中，该可变电流源包括一电流镜(currentmirror)。
在其中一种较佳的实施例中，该泄放电流的电源由该控制电路的一电源供应电压或由该辅助绕组提供。
在其中一种较佳的实施例中，该泄放电流源更根据该决定讯号，于导通相位时，调整该泄放电流的位准。
在其中一种较佳的实施例中，该波形分析电路根据该整流调光电压，以判断启动失败(misfire)状况发生，并通过该相位判断讯号，使该泄放电流源于导通相位时，调整该泄放电流的位准。
附图说明
图1A显示一种现有技术LED电源供应电路100示意图；
图1B与1C分别显示现有技术中，闩锁电流足够与不足以启动TRIAC元件的交流调光电压讯号波形；
图2A-2K显示同步或异步的降压型、升压型、反压型、升降压型、升反压型、及返驰型功率级电路；
图3A-3C显示另一种现有LED电源供应电路110示意图；
图4显示本实用新型的第一个实施例；
图5显示本实用新型的第二个实施例；
图6显示本实用新型第三个实施例；
图7显示本实用新型的第四个实施例；
图8显示本实用新型的第五个实施例；
图9显示本实用新型的第六个实施例；
图10显示本实用新型的第七个实施例；
图11显示本实用新型的第八个实施例；
图12显示本实用新型的第九个实施例。
图中符号说明
11         LED电路
12         TRIAC调光电路
14,24      整流电路
16         LED驱动电路
18         泄流电路
21         发光元件电路
22         相切调光电路
26         变压器电路
28         控制电路
100,110    LED电源供应电路
200        具有调光功能的发光元件电源供应电路
281        波形分析电路
283        泄流控制电路
285        泄放电流源
287        操作讯号产生电路
AC         交流电压
AC’       交流调光电压
A1         误差放大器
CS         电流感测讯号
FB         回授讯号
Fs         熔丝开关
GT         操作讯号
Ictl       决定讯号
Ibld       泄放电流
Ids        主要绕组电流
Iin        输入电流
Iout       输出电流
Q1         开关
Q2         功率开关
Q3-Q5      晶体管
R1-R7,Rbld 电阻
S1         主要绕组
S2         次要绕组
S3         辅助绕组
S4         独立绕组
Vctl       决定讯号
VD         整流调光电压
Vdd        电源供应电压
Vin        整流调光电压
ZD1,ZD2    齐纳二极管
具体实施方式
请参阅图4，显示本实用新型的第一个实施例。如图4所示，具有调光功能的发光元件电源供应电路200包含相切调光电路22、整流电路24、变压器电路26、与控制电路28。其中，相切调光电路22转换交流电压AC为交流调光电压AC’，交流调光电压AC’具有非导通相位与导通相位。导通相位与非导通相位请参阅图3C，导通相位指交流调光电压AC’中非零电压的部分，而非导通相位指交流调光电压AC’中零电压的部分。相切调光电路22例如但不限于为TRIAC调光电路，利用调整交流调光电压AC’中的导通相位与非导通相位的比例，以调整发光元件电路21的亮度。整流电路24与相切调光电路22耦接，用以根据交流调光电压AC’，产生整流调光电压Vin，其例如但不限于为桥式整流电路、并可选择性地搭配低通滤波电路或功率因子校正电路，其为本领域技术人员所熟知，故不予赘述。本实用新型基于返驰型功率级电路，因此，变压器电路26与整流电路24耦接，包括主要绕组S1、次要绕组S2、与辅助绕组S3。主要绕组S1与整流电路24及功率开关Q2串联，用以接收整流调光电压Vin，并根据功率开关Q2的操作，以决定流经主要绕组S1的主要绕组电流Ids。次要绕组S2与主要绕组S1耦接，用以根据主要绕组电流Ids，以提供输出电流Iout予发光元件电路21。发光元件电路21例如但不限于包括单一发光二极管(light emitting diode,LED)或是由多个LED串联的单一LED串，或是多个并联的LED串所组成的LED阵列等。辅助绕组S3与主要绕组S1耦接，用以产生泄放电流Ibld以使相切调光电路22于导通相位时，流经相切调光电路22的导通电流保持高于维持电流，而避免相切调光电路22不导通。举例而言，相切调光电路22例如但不限于为三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路，导通电流是指流经其中的TRIAC元件的电流，需要维持流经TRIAC元件的电流高于维持电流，以避免相切调光电路22因不导通而不断重新启动以致造成发光元件电路21闪烁。
控制电路28包括：波形分析电路281、泄流控制电路283、泄放电流源285、操作讯号产生电路287、与电阻Rbld。波形分析电路281与整流电路24耦接，用以根据整流调光电压Vin，产生相位判断讯号。电阻Rbld与泄流控制电路283耦接，用以设定初始泄放电流位准。泄流控制电路283与波形分析电路281耦接，用以根据相位判断讯号，产生决定讯号，其中决定讯号并非脉宽调变(pulse width modulation,PWM)讯号。泄放电流源285与泄流控制电路283耦接，用以根据决定讯号，以操作线性稳压器(linear regulator)或可变电流源于导通相位时，以非切换且持续导通的方式产生泄放电流Ibld。相位判断讯号示意触发相位，通过感测交流调光电压的触发相位，判断是否需要产生泄放电流Ibld。泄流控制电路283产生决定讯号，例如为于导通相位维持于一固定电压，使得泄放电流源285于导通相位时，维持导通，以非切换而持续导通的方式，控制泄放电流Ibld。相较于现有技术，本实用新型的决定讯号并非PWM讯号，在同一周期中也无操作切换开关，也就没有因开关切换所造成的问题与噪声。
操作讯号产生电路287与波形分析电路281耦接，除根据相位判断讯号的相关讯号，并根据电流感测讯号CS与回授讯号FB，产生操作讯号GT，用以操作功率开关Q2，以决定主要绕组电流Ids。
图5显示本实用新型的第二个实施例。本实施例显示泄放电流源285一种较具体的实施例。如图5所示，泄放电流源285例如包括线性稳压器，具有如图所示的误差放大器A1与晶体管Q3，根据决定讯号Vctl与用以设定初始泄放电流位准的电阻Rbld，控制泄放电流Ibld。
图6显示本实用新型的第三个实施例。本实施例显示泄放电流源285一种较具体的实施例。如图6所示，泄放电流源285例如包括电流镜，具有如图所示的晶体管Q4与Q5，根据决定讯号Ictl(电流讯号)，以控制泄放电流Ibld。电阻Rbld可选择性地设置(亦可不需要)，如设置则可作为参数设定之用。
图7显示本实用新型的第四个实施例。本实施例显示泄放电流源285一种较具体的实施例。如图7所示，泄放电流源285例如包括线性稳压器，具有如图所示的误差放大器A1与晶体管Q3，根据决定讯号Vctl与用以设定初始泄放电流位准的电阻Rbld，产生泄放电流Ibld。本实施例与第二个实施例不同之处在于，本实施例中的误差放大器A1是以开回路(open loop)的控制方式，而第二个实施例中的误差放大器A1是以闭回路(close loop)的控制方式。
图8显示本实用新型的第五个实施例。本实施例显示泄放电流Ibld的电源由控制电路28的电源供应电压Vdd提供，与第一至第四个实施例中，泄放电流Ibld的电源由辅助绕组S3提供不同。相较于第一至第四个实施例，本实施例可更减少至少一个二极管元件。
图9显示本实用新型的第六个实施例。本实施例显示泄放电流Ibld可流经独立绕组S4，与第二个实施例中，泄放电流Ibld的流经辅助绕组S3不同。辅助绕组S3与串联的电阻R5与R6耦接，其中，串联的电阻R5与R6形成分压电路，用以提供回授讯号FB。相较于第二个实施例，本实施例可根据泄放电流Ibld，选择独立绕组S4与主要绕组S1的圈数比，可更符合使用者的需要。
图10显示本实用新型的第七个实施例。本实施例显示泄放电流源285可更根据决定讯号，于导通相位时，调整泄放电流Ibld的位准。详言之，当交流调光电压的触发相位越高，示意要将发光元件电路21的亮度降低，输出电流Iout也随之下降，如前所述，需要产生泄放电流Ibld以防止相切调光电路22不导通而造成闪烁。根据本实用新型，除了于导通相位，将决定讯号Vctl维持于固定电压(或将决定讯号Ictl维持于固定电流)，使得泄放电流源285于导通相位时，维持导通，持续产生泄放电流Ibld外，可更根据触发相位，调整决定讯号Vctl或决定讯号Ictl的位准，以调整泄放电流Ibld的位准。如图所示，可以在触发相位越来越接近交流电压AC半周期的末端时，增加决定讯号Vctl或决定讯号Ictl的位准，进而提高泄放电流Ibld的位准，以适应性调整泄放电流Ibld位准，防止相切调光电路22不导通。
图11显示本实用新型的第八个实施例。本实施例显示波形分析电路281可更根据整流调光电压，以判断启动失败(misfire)状况发生，并通过相位判断讯号，使泄放电流源285于导通相位时，调整泄放电流Ibld的位准。详言之，当交流调光电压发生启动失败状况时，整流调光电压亦会有类似的波形讯号，如前所述，需要产生泄放电流Ibld以防止相切调光电路22在导通与不导通的状况震荡而造成闪烁。根据本实用新型，于此启动失败状况发生时，可更根据整流调光电压，在下一个周期调整决定讯号Vctl或决定讯号Ictl的位准，以调整泄放电流Ibld的位准。如图所示，可以在启动失败状况发生时，增加决定讯号Vctl或决定讯号Ictl的位准，进而提高泄放电流Ibld的位准，以适应性调整泄放电流Ibld，防止启动失败状况发生。
图12显示本实用新型的第九个实施例。本实施例显示电阻Rbld可由多组串联的熔丝开关Fs与电阻R7所并联形成。利用熔丝开关Fs的导通或不导通的设定，以依照使用者需求而设定电阻Rbld，进而设定初始泄放电流位准。
以上已针对较佳实施例来说明本实用新型，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本实用新型的内容，并非用来限定本实用新型的权利范围。在本实用新型的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其它电路或元件；又如，发光元件不限于发光二极管(LED)，亦可扩及具有顺向端与逆向端的发光元件；再如，误差放大器的正负端可以互换，仅需对应修改相关电路或是讯号高低位准的意义即可。凡此种种，皆可根据本实用新型的教示类推而得，因此，本实用新型的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (12)

1.一种具有调光功能的发光元件电源供应电路，其特征在于，包含：
一相切调光电路，转换一交流电压为一交流调光电压，此交流调光电压具有非导通相位与导通相位；
一整流电路，与该相切调光电路耦接，用以根据该交流调光电压，产生一整流调光电压；
一变压器电路，与该整流电路耦接，包括：
一主要绕组，与该整流电路及一功率开关串联，用以接收该整流调光电压，并根据该功率开关的操作，以决定流经该主要绕组的一主要绕组电流；
一次要绕组，与该主要绕组耦接，用以根据该主要绕组电流以提供一输出电流予一发光元件电路；以及
一辅助绕组，与该主要绕组耦接，用以产生一泄放电流以使该相切调光电路于导通相位时，流经该相切调光电路的一导通电流保持高于一维持电流，而避免该相切调光电路不导通；以及
一控制电路，包括：
一波形分析电路，与该整流电路耦接，用以根据该整流调光电压，产生一相位判断讯号；
一泄流控制电路，与该波形分析电路耦接，用以根据该相位判断讯号，产生一决定讯号，其中该决定讯号并非一脉宽调变讯号；以及
一泄放电流源，与该泄流控制电路耦接，用以根据该决定讯号，于导通相位时，非切换且持续导通的方式控制该泄放电流，其中该泄放电流源包括一线性稳压器或一可变电流源。
2.如权利要求1所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路，其特征在于，该控制电路还包括一初始泄放电阻，与该泄流控制电路耦接，以设定一初始泄放电流位准。
3.如权利要求1所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路，其特征在于，该可变电流源包括一电流镜。
4.如权利要求1所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路，其特征在于，该泄放电流的电源由该控制电路的一电源供应电压或由该辅助绕组提供。
5.如权利要求1所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路，其特征在于，该泄放电流源还根据该决定讯号，于导通相位时，调整该泄放电流的位准。
6.如权利要求1所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路，其特征在于，该波形分析电路根据该整流调光电压，以判断启动失败状况发生，并通过该相位判断讯号，使该泄放电流源于导通相位时，调整该泄放电流的位准。
7.一种具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路，该具有调光功能的发光元件电源供应电路包括一相切调光电路，转换一交流电压为一交流调光电压，此交流调光电压具有非导通相位与导通相位；一整流电路，与该相切调光电路耦接，用以根据该交流调光电压，产生一整流调光电压；一变压器电路，与该整流电路耦接，具有：一主要绕组，与该整流电路及一功率开关串联，用以接收该整流调光电压，并根据该功率开关的操作，以决定流经该主要绕组的一主要绕组电流；一次要绕组，与该主要绕组耦接，用以根据该主要绕组电流以提供一输出电流予一发光元件电路；以及一辅助绕组，与该主要绕组耦接，用以产生一泄放电流以使该相切调光电路于导通相位时，流经该相切调光电路的一导通电流保持高于一维持电流，而避免该相切调光电路不导通；其特征在于，该具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路包含：
一波形分析电路，与该整流电路耦接，用以根据该整流调光电压，产生一相位判断讯号；
一泄流控制电路，与该波形分析电路耦接，用以根据该相位判断讯号，产生一决定讯号，其中该决定讯号并非一脉宽调变讯号；以及
一泄放电流源，与该泄流控制电路耦接，用以根据该决定讯号，于导通相位时，非切换且持续导通的方式控制该泄放电流，其中该泄放电流源包括一线性稳压器或一可变电流源。
8.如权利要求7所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路，其特征在于，还包括一初始泄放电阻，与该泄流控制电路耦接，以设定一初始泄放电流位准。
9.如权利要求7所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路，其特征在于，该可变电流源包括一电流镜。
10.如权利要求7所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路，其特征在于，该泄放电流的电源由该控制电路的一电源供应电压或由该辅助绕组提供。
11.如权利要求7所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路，其特征在于，该泄放电流源还根据该决定讯号，于导通相位时，调整该泄放电流的位准。
12.如权利要求7所述的具有调光功能的发光元件电源供应电路其中的控制电路，其特征在于，该波形分析电路根据该整流调光电压，以判断启动失败状况发生，并通过该相位判断讯号，使该泄放电流源于导通相位时，调整该泄放电流的位准。
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