CN101742778A - 发光二极管光源系统及其电源供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种发光二极管光源系统及其电源供应系统，特别涉及一种用以配合发光二极管的电源系统。所述发光二极管光源系统包含发光二极管装置、电流平衡装置、比较装置、电源装置以及控制装置。该电流平衡装置连接发光二极管装置并根据该发光二极管装置的操作状况产生回授电压。该比较装置用以比较该回授电压与参考电压，并产生比较结果。该电源装置用以将直流电压提供给该发光二极管装置。该控制装置负责根据该比较结果产生控制信号。该电源装置根据该控制信号选择性地调整该直流电压。本发明的电源系统不需要采用现有技术中的升压/降压单元即可达成为发光二极管光源提供适当的电压的效果。

Description

发光二极管光源系统及其电源供应系统
技术领域
本发明关于一种发光二极管光源系统及其电源供应系统，特别是涉及一种用以配合发光二极管的电源系统。
背景技术
随着科技发展进步，近年来各种商用、家用以及个人的电子产品皆日益普及。除了功能与外观之外，产品的安全性和耐用性也受到相当的重视。如何避免使用者因产品的不当设计或损坏受到伤害，是许多产品设计者和制造商关注的议题。目前已经有许多针对这个问题制定的安全规范。
举例而言，电子产品中较邻近市电接收端的部份存在可能对人体造成伤害的较高电压；根据某些安全规范，这些高压侧电路必须与使用者可接触的部份加以隔绝。此外，电子产品本身内部的高压侧电路与低压侧电路之间还必须设有适当的隔离措施。
请参阅图1A，图1A为现有技术中发光二极管光源及其供电系统的示意图。电压转换电路12负责将市电供应端口10提供的交流电压转换并调整为发光二极管单元14所需要的直流电压。一般而言，电压转换电路12即属于上述高压侧电路，发光二极管单元14则是属于上述低压侧电路。
对发光二极管光源系统来说，电压转换电路12输出的直流电压VDC通常为定值。然而实际应用上，发光二极管单元14中每一颗发光二极管在发亮时所需要的跨压可能都不尽相同。为了确保每一颗发光二极管都拥有足以充分发亮的跨压，电压转换电路12提供的直流电压VDC通常会被设计为高于实际上发光二极管单元14的电压需求。
如图1B所示，先前技术大多会在低压侧电路中设置比较单元16与升压/降压(boost/buck)单元18。比较单元16用以侦测各串发光二极管末端的电压，并根据该等电压判断应如何调整升压/降压单元18。升压/降压单元18负责在各串发光二极管与电压转换电路12输出的直流电压VDC之间分别提供补偿跨压，藉此调节各串发光二极管所承受的跨压。
然而，将直流电压VDC设计为高于实际需求是较为耗电的。此外，由于必须承受相当大的电流和电压，升压/降压单元18通常相当耗能，其体积亦相当庞大。因此，对于现今追求节能与轻量化的产品趋势，如图1B所示的采用升压/降压单元18的电路架构是比较不理想的。
发明内容
本发明为发光二极管光源的电源系统提供了一种新的架构。根据发光二极管的操作电流调整高压侧电路，本发明的电源系统可不需要采用先前技术中的升压/降压单元，从而避免由此带来的上述各种问题。
本发明的一具体实施方式为发光二极管光源系统，其中包含发光二极管装置、电流平衡装置、比较装置、电源装置以及控制装置。该电流平衡装置耦接该发光二极管装置，用以根据该发光二极管装置的操作状况产生回授电压。该比较装置比较该回授电压与参考电压，并产生比较结果。该电源装置用以将直流电压提供给该发光二极管装置。该控制装置用以根据该比较结果产生控制信号。该电源装置根据该控制信号选择性地调整该直流电压。
所述发光二极管装置包含一组或多组以串联方式连接的发光二极管。
当该回授电压小于该参考电压时，该控制装置要求该电源装置提高该直流电压，当该回授电压大于该参考电压时，该控制装置要求该电源装置降低该直流电压。
所述电源装置包含直流/直流转换器，并且该电源装置根据该控制信号相应地调整该直流/直流转换器所输出的该直流电压。
所述直流/直流转换器为推拉式转换器、全桥式转换器、半桥式转换器、直流升压转换器、直流降压转换器或返驰式转换器。
所述电源装置进一步包含功率因子校正电路，耦接于该直流/直流转换器及提供交流电压的交流电提供埠之间，用以提供功率因子校正功能。
所述电源供应系统进一步包含隔离装置，耦接于该比较装置及该控制装置之间。
所述隔离装置包含光耦合器或隔离变压器。
本发明另一具体实施方式为用以配合发光二极管光源的电源供应系统，其中包含电流平衡装置、比较装置、电源装置以及控制装置。该电流平衡装置耦接该发光二极管装置。该比较装置用以侦测该电流平衡装置所产生的回授电压，并产生比较结果。该电源装置负责将直流电压提供给该发光二极管装置。该控制装置用以根据该比较结果产生控制信号。该电源装置根据该控制信号选择性地调整该直流电压。
本发明根据电流平衡装置中的回授电压调整电源装置所输出的直流电压，本发明的电源系统不需要采用先前技术中的升压/降压单元，即可达成为发光二极管光源提供适当的电压的效果。此外，根据本发明的电源系统根据发光二极管光源的状况直接调整电源装置的直流电压VDC的大小，不会将能量消耗在先前技术的升压/降压单元中。根据本发明的电源系统可被广泛应用在各种采用发光二极管作为光源的电子产品中。
关于本发明的优点与精神可由以下详述结合附图说明得到进一步的了解。
附图说明
图1A与图1B为现有技术中发光二极管光源及其供电系统的示意图。
图2A至图2E绘示根据本发明的一具体实施方式中的发光二极管光源系统的示意图。
具体实施方式
请参阅图2A，图2A绘示根据本发明的一具体实施方式中的发光二极管光源系统的示意图。如图2A所示，发光二极管光源系统20包含电源装置22、发光二极管装置24、电流平衡装置25、比较装置26以及控制装置28。于实际应用中，发光二极管装置24可包含一组或多组以串联方式连接的发光二极管，但不以此为限。
于此实施例中，电源装置22接收由市电供应埠10提供的交流电压VAC。电源装置22负责将交流电压VAC转换为直流电压VDC，并将该直流电压VDC提供给发光二极管装置24。简言之，电源装置22主要用以提供交流/直流转换的作用。直流电压VDC的高低则根据发光二极管装置24的需求而定。
如图2A所示，电流平衡装置25耦接发光二极管装置24，并且根据发光二极管装置24的操作状况产生回授电压(VFB)。比较装置26用以将电流平衡装置的回授电压与参考电压(VREF)做比较。举例而言，假设发光二极管装置24中的某一组发光二极管未获得足够的跨压，电流平衡装置25所产生的回授电压(VFB)就会低于参考电压(VREF)，比较装置26可产生相对应的比较结果，并将该比较结果提供给控制装置28。控制装置28会根据该比较结果产生控制信号，要求电源装置22提高直流电压VDC。换句话说，本实施例中的直流电压VDC为可调整的。于实际应用中，根据本发明的控制装置28可采用德州仪器所生产的TIUCC25600集成电路来实现；控制装置28所产生的控制讯号的形态可以是脉冲宽度调变信号或者是频率调变信号。
如图2B所示，根据本发明的比较装置26可包含电压比较器26A。电压比较器26A的第一输入端连接于电流平衡装置25以获取回授电压(VFB)，并且电压比较器26A的第二输入端连接于参考电压端口(VREF)。于此实施例中，当VFB小于VREF时，控制装置28会要求电源装置22提高VDC；反之，当VFB大于VREF时，控制装置28会要求电源装置22降低VDC。
请参阅图2C，图2C进一步绘示了根据本发明的电流平衡装置25的详细实施例。为简化图标，以发光二极管装置24仅包含两串发光二极管的情况为例。此实施例中的电流平衡装置25由电阻(R1、R2)、二极管(D1、D2)、金氧半场效晶体管组件(M1、M2)，以及电流平衡控制电路25A组成。图中标示为T1、T2、T3的节点也都是连接至电流平衡控制电路25A。
如图2C所示，两个晶体管组件(M1、M2)的三个端点分别被耦接至电流平衡控制电路25A。电流平衡控制电路25A会控制两个晶体管组件(M1、M2)，强迫流经两个电阻(R1、R2)的电流值相等。两个二极管(D1、D2)的第一端分别耦接至一串发光二极管，第二端则耦接至同一端点(以符号X表示)；端点X的电压即为前述回授电压(VFB)。于实际应用中，电流平衡控制电路25A可以NIKOSemiconductor公司生产的GS7L05集成电路来实现。
请参阅图2D，图2D进一步绘示了根据本发明的电源装置22的详细实施例。如图2D所示，本实施例中的电源装置22包含整流器(rectifier)22A、功率因子校正电路22B，以及直流/直流转换器22C。整流器22A由复数个二极管依特定排列方式组成，用以将交流电流VAC初步转换成直流电流。于实际应用中，整流器22A可以为全波整流器。
功率因子校正电路22B连接于整流器22A和直流/直流转换器22C之间，用以提供功率因子校正功能。功率因子用以表示有效功率与总耗电量之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量的比值。功率因子可以衡量电力被有效利用的程度。功率因素值越大，代表电力利用率越高。藉由功率因子校正电路22B的作用，发光二极管光源系统20整体的效能可被提升。
直流/直流转换器22C用以将功率因子校正电路22B输出的直流电压转换成适用于发光二极管装置24的直流电压VDC。于实际应用中，根据本发明的直流/直流转换器22C可以为推拉式(push-pull)转换器、全桥式(full-bridge)转换器、半桥式(half-bridge)转换器、返驰式(flyback)转换器，直流升压(boost)转换器或直流降压(buck)转换器，但不以此为限。如图2C所示，于此实施例中，控制装置28产生的控制信号用以控制电源装置22中的直流/直流转换器22C，藉此选择性地调整直流/直流转换器22C输出至发光二极管装置24的直流电压VDC。
此外，于图2D所示的实施例中，比较装置26与控制装置28之间设置有隔离装置27，用来隔离高压侧电路与低压侧电路，以符合安规规定。位于低压侧的比较装置26所产生的比较结果透过隔离装置27传送至位于高压侧的控制装置28。实际应用上，隔离装置27可以由光耦合器(opto-coupler)或隔离变压器来实现。此外，当电源装置22本身属于低压侧(例如采用直流升压转换器或直流降压转换器时)，不需使用隔离装置。
请参阅图2E，图2E将图2D中的直流/直流转换器22C及隔离装置27做更详细的举例说明。图2E中的直流/直流转换器22C为半桥式转换器，并且隔离装置27以光耦合器来实现。此半桥式转换器中的两个晶体管组件的闸极(标示为T4、T5)可受控制装置28的影响，藉此调整直流/直流转换器22C的输出电压。
本发明的另一具体实施方式为用以驱动发光二极管装置的电源供应系统。此电源供应系统包含如图2A所示的电源装置22、电流平衡装置25、比较装置26以及控制装置28。如先前所述，电源装置22负责将直流电压提供给发光二极管装置。电流平衡装置25连接发光二极管装置并产生回授电压。比较装置26比较该回授电压与参考电压后产生比较结果。控制装置28用以根据该比较结果产生控制信号。电源装置22根据该控制信号选择性地调整该直流电压VDC。实际应用上，该控制讯号的型态可以是脉冲宽度调变信号或者是频率调变信号。
与前一个实施例相同的是，本实施例中的电源装置22亦可如图2D所示，包含整流器22A、功率因子校正电路22B以及直流/直流转换器22C。并且，本实施例中的控制装置28亦可以其控制信号调整直流/直流转换器22C所输出的直流电压VDC。此外，本实施例中的电源供应系统同样可包含隔离装置，用来隔离位在高压侧的控制装置28与位在低压侧的比较装置26。此外，与前一个实施例相同的是，本实施例中的直流/直流转换器22C、隔离装置21可如图2E所示，以半桥式转换器来实现直流/直流转换器22C，并以光耦合器来实现该隔离装置。当电源系统22采用直流升压转换器或直流降压转换器时，不需使用隔离装置21。
与前一个实施例相同的是，本实施例中的电流平衡装置25亦可如图2C所示，由一电流平衡控制电路、两个晶体管组件、两个电阻及两个二极管组成。两个二极管耦接在一起的端点X的电压为传送至比较装置26的回授电压。实际应用上，该电流平衡控制电路可采用NIKO Semiconductor公司生产的GS7L05集成电路来实现。
本发明为发光二极管光源的电源系统提供了一种新的架构。藉由根据电流平衡装置中的回授电压调整电源装置所输出的直流电压，本发明的电源系统不需要采用先前技术中的升压/降压单元，即可达成为发光二极管光源提供适当的电压的效果。此外，根据本发明的电源系统根据发光二极管光源的状况直接调整电源装置的直流电压VDC的大小，不会将能量消耗在先前技术的升压/降压单元中。根据本发明的电源系统可被广泛应用在各种采用发光二极管作为光源的电子产品中。
由以上较佳具体实施方式的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施方式来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种用以驱动发光二极管装置的电源供应系统，其特征在于，包含：
电流平衡装置，耦接该发光二极管装置，用以根据该发光二极管装置的操作状况产生回授电压；
比较装置，耦接该电流平衡装置，用以比较该回授电压与参考电压并产生比较结果；
电源装置，用以将直流电压提供给该发光二极管装置；以及
控制装置，耦接于该比较装置与该电源装置之间，用以根据该比较结果产生控制信号，该电源装置根据该控制信号选择性地调整该直流电压。
2.根据权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于：所述发光二极管装置包含一组或多组以串联方式连接的发光二极管。
3.根据权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于：当该回授电压小于该参考电压时，该控制装置要求该电源装置提高该直流电压，当该回授电压大于该参考电压时，该控制装置要求该电源装置降低该直流电压。
4.根据权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于：所述电源装置包含直流/直流转换器，并且该电源装置根据该控制信号相应地调整该直流/直流转换器所输出的该直流电压。
5.根据权利要求4所述的电源供应系统，其特征在于：所述直流/直流转换器为推拉式转换器、全桥式转换器、半桥式转换器、直流升压转换器、直流降压转换器或返驰式转换器。
6.根据权利要求4所述的电源供应系统，其特征在于：所述电源装置进一步包含功率因子校正电路，耦接于该直流/直流转换器及提供交流电压的交流电提供埠之间，用以提供功率因子校正功能。
7.根据权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于：所述电源供应系统进一步包含隔离装置，耦接于该比较装置及该控制装置之间。
8.根据权利要求7所述的电源供应系统，其特征在于：所述隔离装置包含光耦合器或隔离变压器。
9.根据权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于：所述控制信号为脉冲宽度调变信号或频率调变信号。
10.一种发光二极管光源系统，其特征在于包含：
发光二极管装置；以及
如权利要求1至9中任意一项所述的电源供应系统，用以驱动该发光二极管装置。
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