CN101636018A - 光源驱动电路及包含光源驱动电路的照明系统 - Google Patents
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Abstract
光源驱动电路及包含光源驱动电路的照明系统。该光源驱动电路包含一开关式电源供应器、一反馈装置以及一控制电路。该开关式电源供应器用以将一交流电压转换为一直流输出电压，并将该直流输出电压提供至一光源。该反馈装置被电连接于该光源，并用以根据该光源的一输出电流产生一反馈电压。该控制电路被电连接在该反馈装置及该开关式电源供应器之间，并用以根据该反馈电压产生一电压调整信号。该开关式电源供应器根据该电压调整信号调整该直流输出电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明系统，并且特别地，本发明涉及照明系统中的光源驱动电路的设计。
背景技术
随着科技进步，目前发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的技术发展已相当成熟，其应用也越来越普遍。举例来说，发光二极管可应用在照明领域；相较于一般采用荧光灯的照明设备，发光二极管具有耗电量低、寿命长且不含汞等特性，因此采用发光二极管的照明设备具有节省能源及符合环保趋势的优点。
一般应用在照明系统的发光二极管灯泡需配合驱动电路使用。图1为先前技术所采用的一光源驱动电路范例。在此范例中，该光源驱动电路包含一开关式电源供应器110、一驱动芯片120、一反馈装置140以及一控制电路150。此光源驱动电路用以提供一光源130所需要的电压/电流。一交流电源100产生的交流电压被输入开关式电源供应器(switching powersupply)110后，被转换为一初始直流电压。
接着，该初始直流电压被驱动芯片120转换成一升压后直流电压，并被提供至光源130。反馈装置140可检测光源130的操作电流，并根据光源130的电流状态产生相对应的反馈信号，做为驱动芯片120调整其输出电压的依据。另一方面，控制电路150则是根据该初始直流电压产生一电压调整信号。开关式电源供应器110根据该电压调整信号调整其内部设定，以将该初始直流电压控制在特定范围的内。
图2是绘示开关式电源供应器110内部的一典型架构。如图2所示，开关式电源供应器110包含一第一整流滤波器1102、一开关元件1104、一隔离功率变压器1106以及一第二整流滤波器1108。第一整流滤波器1102接收一交流电压后，将该交流电压转换为一直流电压。通过电连接至第一整流滤波器1102的开关元件1104，该直流电压被转换为一方波信号。隔离功率变压器1106接收并转换该方波信号为一弦波信号，且隔离该方波信号中的一脉冲噪声。之后，通过第二整流滤波器1108，该弦波信号被转换为上述初始直流电压，并将该初始直流电压提供给驱动芯片120。
图3是绘示上述开关式电源供应器110及反馈装置140的一电路范例。在此范例中，交流电源100所提供的交流电压通过输入端In被输入开关式电源供应器110。如图3所示，流经光源130的电流会被传递至由放大器和电容、电阻组成的反馈装置140。反馈装置140的输出电压则会被传递至驱动芯片120，做为驱动芯片120调整其输出电压的依据。
由于发光二极管灯泡相当容易在电流过大时被烧坏，驱动光源130的电压/电流必须被精确控制在特定的限制范围之中。因此，在先前技术中，光源130和开关式电源供应器110之间通常会加上驱动芯片120，以提供精确控制驱动光源130的电压/电流的功能。然而，驱动芯片120在将直流电压升压的过程中势必会造成一定程度的转换损失，使得照明系统的耗能增加，造成系统的总效率降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种光源驱动电路。在根据本发明的光源驱动电路中，开关式电源供应器所产生的直流电压可直接被用以驱动光源。换句话说，采用根据本发明的光源驱动电路，该直流电压无须通过驱动芯片升压。因此，本发明可改善先前技术中驱动芯片所造成的功率损失。并且，由于本发明的光源驱动电路并不需要驱动芯片。因此相较先前技术，本发明可降低光源驱动电路的硬件成本。
根据本发明的一具体实施例为一种光源驱动电路，其中包含一开关式电源供应器、一反馈装置以及一控制电路。其中该开关式电源供应器包含一第一整流滤波器、一开关元件、一隔离功率变压器以及一第二整流滤波器。该第一整流滤波器用以接收一交流电压并将该交流电压转换为一直流电压。该开关元件电连接至该第一整流滤波器，并用以转换该直流电压为一方波信号。该隔离功率变压器电连接至该开关元件，并用以转换该方波信号为一弦波信号，进一步隔离该弦波信号的一脉冲噪声。
该第二整流滤波器电连接至该隔离功率变压器，用以将该弦波信号转换为一直流输出电压，并将该直流输出电压提供至一光源。该反馈装置被电连接于该光源，并用以根据该光源的一输出电流产生一反馈电压。该控制电路被电连接在该反馈装置及该开关式电源供应器之间，并用以根据该反馈电压产生一电压调整信号。该开关式电源供应器根据该电压调整信号调整该直流输出电压。
根据本发明的另一具体实施例为一种照明系统，其中包含一光源、一开关式电源供应器、一反馈装置以及一控制电路。该开关式电源供应器包含一第一整流滤波器、一开关元件、一隔离功率变压器以及一第二整流滤波器。该第一整流滤波器用以接收一交流电压并将该交流电压转换为一直流电压。该开关元件电连接至该第一整流滤波器，并用以转换该直流电压为一方波信号。该隔离功率变压器电连接至该开关元件，并用以转换该方波信号为一弦波信号，进一步隔离该弦波信号的一脉冲噪声。
该第二整流滤波器电连接至该隔离功率变压器，用以将该弦波信号转换为一直流输出电压，并将该直流输出电压提供至一光源。该反馈装置被电连接于该光源，并用以根据该光源的一输出电流产生一反馈电压。该控制电路被电连接在该反馈装置及该开关式电源供应器之间，并用以根据该反馈电压产生一电压调整信号。该开关式电源供应器根据该电压调整信号调整该直流输出电压。
相较于先前技术中包含驱动芯片的光源驱动电路，本发明的光源驱动电路并不需要直流-直流电压升压的步骤。根据本发明的设计，该开关式电源供应器的输出直流电压直接被供给该光源，藉此改善电压转换时效率下降的情况。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详细描述及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为先前技术所采用的一光源驱动电路范例。
图2是绘示开关式电源供应器的一典型内部电路。
图3是绘示光源驱动电路的一电路范例。
图4是绘示根据本发明的一具体实施例中的光源驱动电路的示意图。
图5是绘示根据本发明的一具体实施例中的开关式电源供应器的一典型内部电路。
图6是绘示根据本发明的一具体实施例的光源驱动电路的一电路范例。
图7是绘示根据本发明的另一具体实施例中的照明系统的示意图。
图8是绘示根据本发明的另一具体实施例中的开关式电源供应器的一典型内部电路。
【主要元件符号说明】
100、200：交流电源
110、210：开关式电源供应器
1102、2102：第一整流滤波器
1104、2104：开关元件
1106、2106：隔离功率变压器
1108、2108：第二整流滤波器
120：驱动芯片
130、220：光源
140、240：反馈装置
150、250：控制电路
230：电流平衡装置
Vcc：供应电压
In：电路输入端
具体实施方式
请参阅图4，图4根据本发明的一具体实施例中的光源驱动电路的示意图。在此实施例中，该光源驱动电路中包含一开关式电源供应器210、一反馈装置240以及一控制电路250。如图4所示，该光源驱动电路连接至并用以驱动一光源220。
如图5所示，开关式电源供应器210中包含一第一整流滤波器2102、一开关元件2104、一隔离功率变压器2106以及一第二整流滤波器2108。交流电源200所提供的交流电压被输入开关式电源供应器210之后，会被第一整流滤波器2102转换为一直流电压。连接于第一整流滤波器2102和隔离功率变压器2106之间的开关元件2104用以转换该直流电压成为一方波信号。在实务中，开关元件2104可为MOS晶体管。
接着，隔离功率变压器2106转换该方波信号为一弦波信号并且隔离该弦波信号的一脉冲噪声。实务上，隔离功率变压器2106可为全桥式变压器、半桥式变压器，或反驰式(fly back)变压器。之后，通过电连接至隔离功率变压器2106的第二整流滤波器2108，将该弦波信号转换为一直流输出电压，并将该直流输出电压提供至光源220。
当发光二极管灯泡的电流变化超过安全范围，会造成发光二极管灯泡的温度上升。由于过高的温度会造成发光二极管灯泡的寿命减少或损坏，增加照明系统的光源更换的硬件成本。根据本发明，该光源驱动电路可进一步包含一电流平衡装置230。电流平衡装置230被设置在光源220及反馈装置240之间。当光源220由多个组并联的发光元件(例如发光二极管)组成时，电流平衡装置230可用以检测并限制流经各个并联分支的子电流，使得各个并联分支的发光亮度大致相同，并且平均分配这些子电流，将流经发光二极管的电流维持在特定的限制范围内。
在本具体实施例中，反馈装置240被电连接在光源220及控制电路250之间，反馈装置240根据光源220的一输出电流产生一反馈电压。之后，该反馈电压被传送至控制电路250。控制电路250被电连接在反馈装置240及开关式电源供应器210之间，并根据该反馈电压产生一电压调整信号。开关式电源供应器210根据该电压调整信号调整该直流输出电压。换句话说，本发明直接根据光源220的电流来相对应地调整开关式电源供应器210的输出电压值，以避免过高的电流造成光源220的损坏。
举例来说，如图5所示，该电压调整信号可通过调整开关元件2104，达到控制该直流输出电压值的大小变化。实务上，该电压调整信号亦可通过调整开关式电源供应器210中的第一整流滤波器2102、隔离功率变压器2106，或是第二整流滤波器2108，来达到控制该直流输出电压的效果。
图6是绘示上述电流反馈的一电路范例。如图6所示，流经光源220(以发光二极管灯泡为例)的电流会被传递至由晶体管、电容、电阻和放大器所组成的电流平衡装置230和反馈装置240。电流平衡装置230检测流经这些发光二极管灯泡的电流，并且平均分配这些子电流。流经反馈装置240的电流会被反馈至电流平衡装置230作控制调整，反馈装置240的输出电压则会被传递至控制电路250和参考电压做比较，作为控制电路250调整输出电压的依据。
根据本发明的另一具体实施例是一个照明系统。请参阅图7，图7为该照明系统的示意图。该照明系统包含一开关式电源供应器210、一光源220、一反馈装置240及一控制电路250。
反馈装置240被电连接在光源220及控制电路250之间，反馈装置240根据光源220的一输出电流产生一反馈电压。之后，该反馈电压被传送至控制电路250。控制电路250被电连接在反馈装置240及开关式电源供应器210之间。开关式电源供应器210根据该电压调整信号调整该直流输出电压。举例来说，当反馈装置240检测到光源220的输出电流过高时，即产生一反馈电压，控制电路250根据该反馈电压，产生一电压调整信号，该电压调整信号用以通知开关式电源供应器210降低该直流输出电压值，藉此提供给光源220的电流值也会降低。
如图7所示，该电压调整信号用以调整该开关式电源供应器210中的开关元件2104。实务上，该电压调整信号亦可调整开关式电源供应器210中的第一整流滤波器2102、隔离功率变压器2106，或是第二整流滤波器2108，达到同样可控制该直流输出电压的效果。
图8是绘示根据本发明的另一具体实施例中的开关式电源供应器的一典型内部电路。在此范例中，交流电源200所提供的交流电压通过输入端In被输入开关式电源供应器210。如图8所示，流经光源220的电流会被传递至反馈装置240。反馈装置240的输出电压则会被传递至控制电路250，做为控制电路250调整其输出电压的依据。
由于发光二极管灯泡相当容易在电流过大时被烧坏，驱动光源220的电压/电流必须被精确控制在特定的限制范围之中。因此，在本发明中，光源220和开关式电源供应器210之间通过反馈装置240与控制电路250，精确控制驱动光源220的电压/电流的功能，达到与先前技术的驱动芯片120相同的功效。
相较于先前技术，本发明具有以下特点：本发明的光源驱动电路中的输出直流电压在提供给光源前，无须经过直流-直流的升压转换阶段。因此，该开关式电源供应器的输出直流电压可直接提供给光源，藉此减少不必要的转换损失。
通过以上具体实施例的详细描述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明欲申请的的权利要求书要求保护的范围。
Claims (14)
1.一种光源驱动电路，包含：
一开关式电源供应器，包含：
一第一整流滤波器，用以接收一交流电压并将该交流电压转换为一直流电压；
一开关元件，电连接至该第一整流滤波器，用以转换该直流电压为一方波信号；
一隔离功率变压器，电连接至该开关元件，用以转换该方波信号为一弦波信号并且隔离该方波信号中的一脉冲噪声；以及
一第二整流滤波器，电连接至该隔离功率变压器，用以将该弦波信号转换为一直流输出电压，并将该直流输出电压提供至一光源；
一反馈装置，电连接于该光源，用以根据该光源的一输出电流产生一反馈电压；以及
一控制电路，电连接于该反馈装置及该开关式电源供应器之间，用以根据该反馈电压产生一电压调整信号，该开关式电源供应器根据该电压调整信号调整该直流输出电压。
2.如权利要求1所述的光源驱动电路，其中该电压调整信号用以调整该第一整流滤波器、该开关元件、该隔离功率变压器，或该第二整流滤波器。
3.如权利要求1所述的光源驱动电路，其中该光源包含多个串联的发光二极管。
4.如权利要求1所述的光源驱动电路，其中该开关元件为一MOS晶体管。
5.如权利要求1所述的光源驱动电路，其中该隔离功率变压器为一全桥式变压器、一半桥式变压器，或一反驰式变压器。
6.如权利要求1所述的光源驱动电路，其中该光源包含多个组并联的发光二极管。
7.如权利要求6所述的光源驱动电路，进一步包含：
一电流平衡装置，电连接在该光源及该反馈装置之间，用以检测并限制该多个组发光二极管各自提供的一子电流。
8.一种照明系统，包含：
一光源；
一开关式电源供应器，包含：
一第一整流滤波器，用以接收一交流电压并将该交流电压转换为一直流电压；
一开关元件，电连接至该第一整流滤波器，用以转换该直流电压为一方波信号；
一隔离功率变压器，电连接至该开关元件，用以转换该方波信号为一弦波信号并且隔离该方波信号中的一脉冲噪声；以及
一第二整流滤波器，电连接至该隔离功率变压器，用以将该弦波信号转换为一直流输出电压，并将该直流输出电压提供至该光源；
一反馈装置，电连接于该光源，用以根据该光源的一输出电流产生一反馈电压；以及
一控制电路，电连接在该反馈装置及该开关式电源供应器之间，用以根据该反馈电压产生一电压调整信号，该开关式电源供应器根据该电压调整信号调整该直流输出电压。
9.如权利要求8所述的照明系统，其中该电压调整信号用以调整该第一整流滤波器、该开关元件、该隔离功率变压器，或该第二整流滤波器。
10.如权利要求8所述的照明系统，其中该光源包含多个串联的发光二极管。
11.如权利要求8所述的照明系统，其中该开关元件为一MOS晶体管。
12.如权利要求8所述的照明系统，其中该隔离功率变压器为一全桥式变压器、一半桥式变压器，或一反驰式变压器。
13.如权利要求8所述的照明系统，其中该光源包含多个组并联的发光二极管。
14.如权利要求13所述的照明系统，进一步包含：
一电流平衡装置，电连接于该光源及该反馈装置之间，用以检测并限制该多个组发光二极管各自提供的一子电流。
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