CN101111107A - Led灯电流控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED灯电流控制系统，将一控制装置与LED灯串联以控制流经前述LED灯的电流，该控制装置包括：一MOSFET；一电阻；一定电流电路；以及一OP放大器，包含一参考电压；其中，前述OP放大器输出一电压控制信号，并经由前述定电流电路传送至前述MOSFET的栅极端以转换成电流控制信号，并控制装置根据该电流控制信号控制前述MOSFET漏极端的输入电流，以控制流经前述LED灯的电流。

Description

LED灯电流控制系统

技术领域

本发明是有关一种LED灯的电流控制系统，应用一电子控制装置使流经该LED灯的电流为一定电流，并保护该LED灯避免过量电流致使LED灯损坏。

背景技术

随着科技的进步以及人类对于光的需求，灯串的应用近来愈趋广泛，灯串也因为环保的考量和科技的进步面临世代的交替，传统的玻璃灯泡也由低耗电量且环保的LED取代，也因为灯的改变造成匹配上的组件也需因应而改变。

参考图10为包含传统玻璃灯泡的应用电路架构图，由于传统玻璃灯泡可视为一电阻性负载交流或直流皆可应用，而传统玻璃灯泡所需消耗的电流约100至200mA，因此一般皆以采用500mA或1A的保险丝即可达到对该传统玻璃灯泡的保护作用，而500mA或1A的保险丝非常普遍且成本十分低廉、设计简单。

然而参考图11为包含LED灯的应用电路架构图，由于LED并不能视之为电阻性负载，且只能用于直流环境，是故控制方式不尽相同，且LED灯的电流需要量远小于传统玻璃灯泡，一般LED灯的消耗电流仅为20mA，几乎很困难取得如此小电流的保险丝，而且保险丝精度亦不足，所以为了因应如此条件，才需要有电子式的保险丝的构想，达成不管灯数多少皆能令其电流维持固定而达到保护的目的，也可以利用电子电路的技巧控制电流的大小的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一LED灯电流控制系统，利用一电子式的控制开关取代传统保险丝进行电流控制，达到一小电流控制，将流经LED灯的电流维持一小定电流值以保护该LED灯，也可以利用该电子式的控制开关控制电流的大小的变化。

本发明提供一种LED灯电流控制系统，将一控制装置与LED灯串联以控制流经前述LED灯的电流，该控制装置包括：一MOSFET；一电阻；一定电流电路；以及一OP放大器，包含一参考电压；其中，前述MOSFET的漏极端(D)连接前述控制装置的输入端并与前述LED灯连接，而前述MOSFET的源极端(S)与前述电阻连接，前述电阻的另一端连接前述控制装置的输出端并与OP放大器的一端保持一参考电压压降，而前述OP放大器的另一端则输出一电压控制信号，并经由前述定电流电路传送至前述MOSFET的栅极端(G)以转换成电流控制信号，并控制装置根据该电流控制信号控制前述MOSFET漏极端(D)的输入电流，以控制流经前述LED灯的电流。

本发明的LED灯电流控制系统借由电子式控制开关的使用，可以电子电路方式达到小电流的控制，克服传统保险丝无法达到小电流保护的缺点，可使交流电源达到更有效率的使用。且借由调整电子组件的参数使本发明的LED灯电流控制系统可自由的运用于不同规格的LED灯系统。

本发明的前述目的或特征，将依据后附图式加以详细说明，需要说明的是，后附图式及所举之例，只是做为说明而非在限制或缩限本发明。

附图说明

图1为本发明LED灯电流控制系统的电路图；

图2为本发明LED灯电流控制系统一实施例的控制装置10的内部架构图；

图3为本发明LED灯电流控制系统另一实施例的控制装置的内部架构图；

图4为本发明一实施例的电路图；

图5为本发明一实施例的电路图；

图6为本发明一实施例的电路图；

图7为本发明一实施例的电路图；

图8为本发明一实施例的电路图；

图9为本发明一实施例的电路图；

图10为公知传统灯泡灯串包含保险丝的电路图；

图11为公知LED灯串包含保险丝的电路图。

符号说明：

10、100、101、102---控制装置

11---定电流电路

12---BJT晶体管

12’---MOSFET晶体管

13---OP放大器

14---电阻

15---电容

16---SCR晶体管

20、201、202---LED灯

30---交流电源

40---桥式整流器

具体实施方式

本发明的LED灯电流控制系统是用电子电路方式以一电子式控制开关加以控制流经LED灯的电流，并将该电流维持一小定电流值，保护该LED灯避免过量电流致使LED灯损坏。

参考图1为本发明LED灯电流控制系统的电路图，使用一市用交流电系统(AC 110/220V，60Hz)的交流电源30。本发明的系统是以一控制装置10串联多个LED灯20及该交流电源30以形成一串联回授控制系统。其中，该LED灯20的正端连接交流电源30的一端，而该LED灯20的负端连接该控制装置10。该控制装置10包括连接该LED灯20负端的电流输入信号，以及连接该交流电源30接地端的电流输出信号。利用该控制装置10可维持固定流经该LED灯20的电流以达到电子式保险丝保护的目的。

参考图2为本发明LED灯电流控制系统的控制装置10的内部架构图，该控制装置10包含一定电流电路11、一BJT晶体管12、一OP放大器13、一电阻14以及一小电容15。

该控制装置10的BJT晶体管12提供为该定电流电路11的控制开关，将OP放大器13所产生的电压控制信号转变为电流控制信号，并利用BJT晶体管12控制该控制装置10的输出电流。其中，该BJT晶体管12的集电极(C)是与LED灯20的负端连接，BJT晶体管12的发射极(E)是与电阻14连结，而BJT晶体管的基极(B)是与定电流电路11连接。

于交流电源30的正半周期时，该LED灯20为导通，因此电流流经该控制装置10的BJT晶体管12的集电极(C)，并由BJT晶体管12的发射极(E)输出，并由发射极(E)输出的电流流经电阻14会产生一感应电压V’。该控制装置10的OP放大器13跨接该电阻14的二端，将该电阻14所产生的感应电压V’与一参考电压V作比较，并输出一电压控制信号予定电流电路20。

该定电流电路11为一公知电子式定电流电路，由于BJT晶体管12为一电流控制组件，因此利用该定电流电路11将OP放大器13所输出的电压控制信号转换为电流控制信号，并输出至该BJT晶体管12的基极(B)。该定电流电路11与该电容15并联，而由于电流流经该电容15会对该电容15进行充电，并产生一电容电压，借由该电容15与定电流电路11并联，可使该定电流电路11二端维持一等同于电容电压的电压值，进而使该定电流电路11达到稳压的效果。

该BJT晶体管12的基极(B)接收该定电流电路11的电流输出信号，并根据BJT晶体管的电路特性，使得借由该BJT晶体管12的基极(B)所接收的电流控制信号可控制该BJT晶体管12的集电极(C)及发射极(E)的流通电流，而透过控制BJT晶体管12的发射极(E)的流通电流可控制电阻14所产生的感应电压V’，以形成一回授控制，并借由调整控制装置10的输入及输出电流大小，可进一步控制流经LED灯20的电流，达到定电流控制及保护的目的。

而由于LED灯20为一单向导通组件，所以当交流电源30产生正负半周期波形的电源，该LED灯20仍仅只能于该交流电源30的正半周期导通，因此该LED灯20的导通电流是一占空度(duty cycle)为50％的方波。但由于本发明所使用的交流电源30是以60Hz的频率输出电流，根据LED架构的特性，即使导通电流仅是占空度(duty cycle)为50％的方波，本发明的LED灯20仍可保持于正半周期及负半周期皆为灯亮的效果。

参考图3为本发明LED灯电流控制系统另一实施例的控制装置10’的内部架构图，当把BJT晶体管12替换成MOSFET晶体管12’一样可达成与图2所示实施例相同的控制目的。其中，MOSFET晶体管12’的漏极(D)与LED灯20的负端连接，MOSFET晶体管12’的源极(S)连接电阻14，而MOSFET晶体管12’的栅极(G)与定电流电路11连接。

该MOSFET晶体管12’的栅极(G)接收该定电流电路11的电流输出信号，并根据MOSFET晶体管的电路特性，使得借由该MOSFET晶体管12’的栅极(G)所接收的电流控制信号可控制该MOSFET晶体管12’的漏极(D)及源极(S)的流通电流，而透过控制MOSFET晶体管12’的源极(S)的流通电流可控制电阻14所产生的感应电压V’，以形成一回授控制，并借由调整控制装置10的输入及输出电流大小，可进一步控制流经LED灯20的电流，达到定电流控制及保护的目的。

参考图4为本发明LED灯电流控制系统另一实施例的电路图，由于LED灯20为一单向导通组件，在与交流电源30连接时，该LED灯20仅只利用该交流电源的半周期，如图1所示的实施例，其中该实施例的LED灯20仅于该交流电源30于正半周期时导通。因此于图4所示的实施例中，本发明利用二组连接方向相互反向的LED灯20与控制装置10的结合，可有效利用交流电源30的正负半周期。

交流电源30的一端同时连接多个LED灯201所连结灯串的正端，以及一控制装置102，其中该多个LED灯201所连结灯串的负端串联一控制装置101，以及该控制装置102连结多个LED灯202所连结灯串的负端，并该控制装置101及多个LED灯202所连结灯串的正端同时连结该交流电源30的另一端。

由于多个LED灯201所连结灯串串联控制装置101与多个LED灯202所连结灯串串联控制装置102为反向，在交流电源30的正半周期时，多个LED灯201组合的灯串导通，并控制装置101对LED灯201进行电流控制，而于交流电源30的负半周期时，多个LED灯202组合的灯串导通，并控制装置102对LED灯202进行电流控制。因此于交流电源30的正负二个半周期间，分别有LED灯201或LED灯202导通，因此利用单一电源可同时推动二组LED灯串，有效达到交流电源的利用。

参考图5为本发明LED灯电流控制系统另一实施例的电路图，考虑LED灯20为单向导通组件，将图1所示实施例电路图的电路架构串联一桥式整流电路40，利用该桥式整流电路40将所接收的交流电源30整流为一直流输出并提供予LED灯20及本系统其它装置，当交流电源30于负半周期时，由于利用桥式整流电路40将交流电源30的负半周期整流为正半周期的电流，因此在交流电源30提供正负周期期间，LED灯20皆可获得正周期时的电源供应，因此也可达到最有效的电源利用。

参考图6为本发明LED灯电流控制系统另一实施例的电路图，本实施例的电路架构包括一辅助控制装置100，该辅助控制装置100为将图2所示控制装置10所包含的BJT晶体管12及电阻14去除的装置架构，并使本发明系统的LED灯20串联该辅助控制装置100，且该辅助控制装置100并联BJT晶体管12及电阻14，以形成一并联回授控制系统。

由于，BJT晶体管12与电阻14为控制流经LED灯20的电流大小的主要组件，改变BJT晶体管12与电阻14的参数可使本系统的电路可弹性的运用于控制不同数量的LED灯20。因此，本实施例中的辅助控制装置100将该BJT晶体管12及电阻14与该辅助控制装置100分开，使得系统的运用可借由调整BJT晶体管12与电阻14的参数而更具弹性，而单一规格的辅助控制装置100可运用于多种不同规格的LED灯电路。

该辅助控制装置100包括连接该LED灯20负端的电流输入信号，连接该交流电源30接地端的电流输出信号，以该OP放大器13接收电阻14所产生的感应电压V’，以及以该定电流电路11传送一电流控制信号至该BJT晶体管12。并且BJT晶体管12的集电极(C)与LED灯20的负极连接，晶体管12的发射极(E)则连接电阻14以及控制装置10的OP放大器13，并使该电阻14另一端接地，而BJT晶体管12的基极(B)则连接该控制装置10以接收处理后的控制信号。

于交流电源30的正半周期时，该LED灯20导通，电流流经该BJT晶体管12的集电极(C)，并由BJT晶体管12的发射极(E)输出，并由发射极(E)输出的电流流经电阻14会产生一感应电压V’。辅助控制装置100的OP放大器13跨接该电阻14的二端，将该电阻14所产生的感应电压V’与一参考电压V作比较，并输出一电压控制信号予定电流电路11。利用该定电流电路11将OP放大器13所输出的电压控制信号转换为电流控制信号，并输出至该BJT晶体管12的基极(B)。

于该辅助控制装置100内，该定电流电路11与该电容15并联，而由于电流流经该电容15会对该电容15进行充电，并产生一电容电压，借由该电容15与定电流电路11并联，可使该定电流电路11二端维持一等同于电容电压的电压值，进而使该定电流电路11达到稳压的效果。

该BJT晶体管12的基极(B)接收该该辅助控制装置100的定电流电路11的电流输出信号，并根据BJT晶体管的电路特性，使得借由该BJT晶体管12的基极(B)所接收的电流控制信号可控制该BJT晶体管12的集电极(C)及发射极(E)的流通电流，而透过控制BJT晶体管12的发射极(E)的流通电流可控制电阻14所产生的感应电压V’，以形成一回授控制。借由调整BJT晶体管12的集电极(C)及发射极(E)的流通电流，可进一步控制流经LED灯20的电流，达到定电流控制及保护的目的。

图6所示的实施例除可达到与图1所示的实施例相同功效的目的外，且因为由于该BJT晶体管12非内建于控制装置10，因此可自由的依所连结的LED灯20数目选择适当规格的BJT晶体管12，因此可使本发明LED灯电流控制系统的使用更趋自由性。

参考图7为本发明LED灯电流控制系统另一实施例的电路图，考虑LED灯20为单向导通组件，将图6所示实施例电路图的电路架构串联一桥式整流电路40，利用该桥式整流电路40将所接收的交流电源30整流为一直流输出并提供予LED灯20及本系统其它装置，当交流电源30于负半周期时，由于利用桥式整流电路40将交流电源30的负半周期整流为正半周期的电流，因此在交流电源30提供正负周期期间，LED灯20皆可获得正周期时的电源供应，因此也可达到最有效的电源利用。

参考图8为本发明一实施例的电路图，由于SCR以触发导通相位角的方式控制导通量其回授控制方式与晶体管回路大致相同，因此将图6所示实施例电路图的BJT晶体管12更换为SCR晶体管16并辅以适当的数字处理加以控制SCR触发角度，一样可达成与图6所示本发明的实施例相同的控制目的。其中，先以SCR晶体管16的中心值为第一次的触发位置，于下一半周期时将其数字导通值与参考值做比较，判断下一半周期是否增加或减少导通量，在于再一半周期时触发导通。由于SCR控制方式较晶体管控制为精准，内部数字比较位数越多则其控制越精准。

参考图9为本发明LED灯电流控制系统另一实施例的电路图，考虑LED灯20为单向导通组件，将图8所示实施例电路图的电路架构串联一桥式整流电路40，利用该桥式整流电路40将所接收的交流电源30整流为一直流输出并提供予LED灯20及本系统其它装置，当交流电源30于负半周期时，由于利用桥式整流电路40将交流电源30的负半周期整流为正半周期的电流，因此在交流电源30提供正负周期期间，LED灯20皆可获得正周期时的电源供应，因此也可达到最有效的电源利用。

综上所述，本发明的LED灯电流控制系统利用电子式控制开关控制电流的大小的变化，可有效达到定电流控制及电流保护的目的，而不因所需电流大小而受限制，克服传统保险丝无法达到小电流保护的缺点，且可使交流电源达到更有效率的使用。且借由调整电子组件的参数使本发明的LED灯电流控制系统可自由的运用于不同规格的LED灯系统。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚的了解，在不脱离下述申请专利范围与精神下进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举实施例的实施方式。

Claims (13)

1.一种LED灯电流控制系统，由一控制装置与LED灯串形成一串联回路，该控制装置包括：

一晶体管，串联于该串联回路以控制流经前述LED灯串的电流；

一电阻，串联于该串联回路以产生表示前述电流的感应电压；

一比较器，比较该感应电压与一参考电压，以产生一电压控制信号；以及

一定电流电路，接收前述电压控制信号以转换成一电流控制信号，前述电流控制信号控制前述晶体管以控制前述电流。

2.如权利要求1所述的LED灯电流控制系统，其中前述晶体管、电阻、比较器以及定电流电路可封装于一芯片。

3.如权利要求1所述的LED灯电流控制系统，其中前述比较器以及定电流电路可封装于一芯片。

4.如权利要求1或2所述的LED灯电流控制系统，其中前述晶体管可为一MOSFET晶体管或一BJT晶体管。

5.如权利要求1或3所述的LED灯电流控制系统，其中前述晶体管可为一MOSFET晶体管、一BJT晶体管或一SCR晶体管。

6.如权利要求1所述的LED灯电流控制系统，其中前述定电流电路进一步并联一电容，前述电容提供一固定电压予前述定电流电路，进而使前述定电流电路达到稳压的效果。

7.如权利要求1所述的LED灯电流控制系统，其中前述交流电源可连接一整流电路，将该交流电源整流为一直流电源以供应LED灯及其它装置。

8.如权利要求7所述的LED灯电流控制系统，其中前述整流电路可为一桥式整流电路。

9.一种LED灯电流控制系统，由一LED灯串及一辅助装置所组成，前述辅助装置包含：

一比较器，接收一感应电压，并比较前述感应电压与一参考电压，以产生一电压控制信号；以及

一定电流电路，接收前述电压控制信号以转换为一电流控制信号，并将前述电流控制信号输入一晶体管，用以控制流经前述晶体管的电流。

10.如权利要求9所述的LED灯电流控制系统，其中前述晶体管可为一MOSFET晶体管、一BJT晶体管或一SCR晶体管。

11.如权利要求9所述的LED灯电流控制系统，其中前述定电流电路进一步并联一电容，前述电容提供一固定电压予前述定电流电路，进而使前述定电流电路达到稳压的效果。

12.如权利要求9所述的LED灯电流控制系统，其中前述交流电源可连接一整流电路，将该交流电源整流为一直流电源以供应LED灯及其它装置。

13.如权利要求12所述的LED灯电流控制系统，其中前述整流电路可为一桥式整流电路。

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