CN102045911B - 交流式发光二极管的光源调整电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流式发光二极管的光源调整电路。该光源调整电路是与一交流电源及若干交流式发光二极管相连接，其是包括有：一光源调整主电路，用以调变该交流电源，再将已调变的交流电力供应至交流式发光二极管；一脉冲宽度调变控制电路，用以对应输入交流电源变动，借由调整该电路单元中的外部电压信号，将交流式发光二极管的输出光源调整至预定的亮度，达到光源调整的功能，亦可于输入电源过高时，透过调整外部电压信号，使交流式发光二极管处于完全关闭的状态，以避免交流式发光二极管烧毁，达到保护的功能。

Description

交流式发光二极管的光源调整电路

技术领域

本发明是有关一种交流式发光二极管的光源调整电路，尤指一种可以直接调控交流式发光二极管(AC LED)的亮度，并且在输入电源电压变动下，能够维持交流式发光二极管输出亮度稳定的光源调整电路。 

背景技术

交流式发光二极管(AC LED)为我国自主研发的技术，并无直流式发光二极管(DC LED)的专利权问题，需要获得授权后才可生产制造，相关技术发展逐渐受到重视。不同于直流式发光二极管需要一交流(AC)转直流(DC)电源供应器，交流式发光二极管具有可以直接由交流电源来驱动的优势，转换效率及可靠度皆较直流式发光二极管有所提高。然而，正因交流式发光二极管为直接连接于交流电源，交流电源的电压及频率变化将直接影响交流式发光二极管输出光电特性，产生交流式发光二极管输出亮度不稳定的状态，基于上述障碍，造成照明应用厂商不敢贸然使用交流式发光二极管。 

针对上述问题，目前最简单的解决策略就是串联限流电阻(R)，用以限制交流电源所产生的高电流，达到保护交流式发光二极管的目的。但此种加入限流电阻的方式，只能抑制过大电流值，无法彻底改善交流式发光二极管输出光电特性受交流电源电压及频率变化影响的问题，限流电阻造成的功率损失连带降低转换效率，而且串联限流电阻方式，无法对交流式发光二极管进行调光。 

为了改善上述串联限流电阻的缺失，搜寻有3项相关现有专利及1项技术被提出，如图1至图33所示，分别为图1美国专利US 0206970A1及图2美国专利US7489086B2，以及图3的中国台湾专利(正在申请中)。 

图1揭露美国专利US 0206970A1所提出的电路架构使用一全桥式整流电路12及一输出滤波电容13，将输入的交流电源11整流利用该电路架构转换为一稳定的直流电源，以供应至发光二极管14(负载)使用，并借由该输出滤波电容13使输入电源变动下，依然能供应稳定的直流电源至发光二极管14，以达到稳定发光二极管14光源的功能。然而，因为此电路架构使用直流电源来供应负载使用，若该电路架构使用交流式发光二极管(AC LED)作为负载时，将有可能造成交流式发光二极管的输入功率不足、输出光源照度降低的问题，同时，此电路架构亦有无法针对交流式发光二极管调光，亦无法于输入电压过高时将交流式发光二极管关闭。 

图2揭露美国专利US 7489086 B2所提出的电路架构使用一高频换流器(Fixed High Frequency Inverter)22的电路架构，用以将输入交流电压或直流电压21转换为一定频、定电压的交流电源24，并将此定频、定电压的交流电源供应至负载(交流式发光二极管)使用，该电路架构并包含一交流电源整流器(AC Regulator)23，该交流电源整流器23主要借由反馈供应至负载的交流电源信号，以侦测当下的交流电源变动信号，并将此交流电源变动信号传送至该高频换流器22，使高频转换器22得以将供应稳定交流电源至负载(图中未示)，达到稳定负载输出光源的效果。然而，此电路架构虽可于输入电源变动的情形下，利用该高频换流器及交流电源整流器来达到稳定负载输出光源亮度的功能，但该电路架构却有电路架构复杂(意味着成本极高)，以及无法于输入电压过高时将交流式发光二极管关闭的缺点。 

图3揭露中国台湾申请中的专利(专利申请案号：095146805)，该专利提到设置于二连接端(33、34)之间的一交流式发光二极管31可串联或并联一元件32，该元件32可以是电阻、电容、稽纳二极管或是突波吸收器等，可以让电路具有温度补偿、电压修正或是突波保护任一或任两项功能。但此专利范围界定过大，且不论使用上述哪一种元件，都无法使交流式发光二极管的优势发挥出来。 

另外，除了上述三种驱动电路架构外，若欲采用相位控制的技术作为交流式发光二极管调光之用，由于相位控制技术必须另行加入一零电压侦测电路，始可正常运作，但无法于交流式发光二极管发生问题时做实时关闭的动作，因此，不论采用前述专利的技术或相位控制技术，同样皆有无法同时对交流式发光二极管调光、无法于输入过高电压时对交流式发光二极管进行保护的缺点。 

发明内容

基于解决以上所述现有技艺的缺失，本发明为一种交流式发光二极管的光 源调整电路，主要目的为提出一种使交流式发光二极管即使于输入电源不稳时，依然能借由该光源调整电路，针对交流式发光二极管的输出光源进行调整的动作，使交流式发光二极管的输出光源能稳定维持在一定值或者使用者所需的亮度。并于输入电源过高时，同时拥有将交流式发光二极管关闭的保护功能。除了具备交流式发光二极管调光的功能，亦可减少由于输入电源过高所造成的功率损失，同时亦具备交流式发光二极管电路的保护功能，以提升交流式发光二极管的整体效率及稳定性。 

为达上述目的，本发明为一种交流式发光二极管的光源调整电路，该光源调整电路是与一交流电源及若干交流式发光二极管相连接，其是包括有： 

一光源调整主电路，用以调变该交流电源，再将已调变的交流电供应至交流式发光二极管；以及 

一脉冲宽度调变控制电路，用以对应输入交流电源变动，借由调整该电路单元中的外部电压信号，将交流式发光二极管的输出光源调整至预定的亮度，达到光源调整的功能，亦可于输入电源过高时，透过调整外部电压信号，使交流式发光二极管处于完全关闭的状态，以避免交流式发光二极管烧毁，达到保护的功能。 

该光源调整主电路更是包含有： 

一控制开关，该控制开关的责任周期将决定传送至交流式发光二极管的电流值； 

四颗二极管所组成的全桥式电路，且该控制开关设置于四颗二极管之间，借由该全桥式电路并结合控制开关使交流式发光二极管光源调整电路得以于输入交流电源的正负半周，皆能达到光源调整的功能，并产生稳定的电源供应至交流式发光二极管。 

该脉冲宽度调变控制电路为一模拟式脉冲宽度调变控制电路或一数字式脉冲宽度调变控制电路。 

该模拟式脉冲宽度调变控制电路包含： 

一外部电压信号，可依据交流式发光二极管的输入交流电源变化情形及使用者对于亮度的需求，做相关的光源亮度的调整； 

一斜坡产生器，该斜坡产生器产生三角波或锯齿波信号； 

一比较器，该外部电压信号连接于比较器的负端，且斜坡产生器连接于比 较器的正端，该比较器将对该正端的输入斜坡信号与该负端的输入外部电压信号，做电压比较的动作，使该比较器的输出端获得一脉冲宽度调变信号。 

该数字式脉冲宽度调变控制电路包含： 

一外部电压信号，可依据交流式发光二极管的输入交流电源变化情形及使用者对于亮度的需求，做相关的光源亮度的调整； 

一数字控制器，该数字控制器接收外部电压信号，经由数字控制器内部运算处理后，输出一脉冲宽度调变信号。 

该外部电压信号分为一电压反馈信号，使用电压侦测电路侦测输入交流电压或输出交流式发光二极管电压，获得一电压反馈信号，并可依据此电压反馈信号监控交流式发光二极管光源变化情形，达成光源稳定控制目的。 

该外部电压信号分为一电流反馈信号，使用电流侦测电路侦测输入交流电流或输出交流式发光二极管电流，获得一电流反馈信号，并可依据此电流反馈信号监控交流式发光二极管光源变化情形，达成光源稳定控制目的。 

该外部电压信号分为一温度反馈信号，该温度反馈电路是包括有一温度侦测器、信号转换器及其温度反馈信号，该温度侦测器与交流式发光二极管相贴合以获得温度数值，该温度数值经由信号转换器来转换成温度反馈信号，以便于提供给脉冲宽度调变控制电路作为责任周期的调整，达成光源稳定控制目的。 

该外部电压信号分为一外部调光信号，接收外部的模拟或数字调光信号，依照使用者的亮度需求，改变交流式发光二极管光亮度，达成光源调控目的。 

该光源调整主电路与脉冲宽度调变控制电路之间更是设置有一光隔离器。 

本发明的有益效果是：提高交流式发光二极管光源之可靠度及寿命，并搭配脉波宽度调变(PWM)控制技术，零件少、控制简单，可以充分发挥交流式发光二极管高效率、轻薄之优势，在环保意识已俨然成为地球永续发展之趋势下，达到省电、环保、高效率之优点。 

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述但不作为对本发明的限定。 

附图说明

图1为现有交流式发光二极管电路的第一实施例图； 

图2为现有交流式发光二极管电路的第二实施例图； 

图3为现有交流式发光二极管电路的第三实施例图； 

图4A为本发明交流式发光二极管的光源调整电路的第一实施例图； 

图4B为本发明交流式发光二极管的光源调整电路的第二实施例图； 

图4C为本发明交流式发光二极管的光源调整电路的第三实施例图； 

图4D为本发明交流式发光二极管的光源调整电路的第四实施例图； 

图4E为本发明交流式发光二极管的光源调整电路的第五实施例图； 

图5为本发明交流式发光二极管的调光波形示意图； 

图6为图4A的详细电路图； 

图7为本发明输入电压110V、限流电阻100Ω、Duty＝100％时，电压与电流波形图； 

图8为本发明输入电压120V、限流电阻100Ω、Duty＝64％时，电压与电流波形图。 

其中，附图标记 

11～交流电源 

12～全桥式整流电路 

13～输出滤波电容 

14～发光二极管 

21～交流电压或直流电压 

22～高频换流器 

23～交流电源整流器 

31～交流式发光二极管 

32～元件 

33、34～连接端 

41～交流电源 

42～光源调整电路 

D1、D2、D3、D4～二极管 

S1～控制开关 

43～脉冲宽度调变控制电路 

431～比较器 

432～斜坡产生器 

Vext～外部电压信号 

44～交流式发光二极管 

45～电流侦测器 

451～电流反馈信号 

46～电压侦测器 

461～电压反馈信号 

47～温度侦测器 

471～信号转换器 

472～温度反馈信号 

48～信号转换器 

481～外部调光信号 

482～调光信号 

49～光隔离器 

51～输入电源信号 

52～交流式发光二极管的电流信号 

53～脉冲宽度调变的调整信号 

具体实施方式

请参阅图4A所示，其为交流式发光二极管(AC LED)光源调整电路的第一实施例，以下将概述其电路架构及工作原理： 

交流式发光二极管(AC LED)的光源调整电路为交流电源经由光源调整主电路42(由D1、D2、D3、D4与S1所组成)，并借由一脉冲宽度调变(PWM)控制电路43，达到针对输入电源变动的情形来调整交流式发光二极管44输出亮度的功能，使交流式发光二极管44即使于输入电源不稳时，亦可维持稳定的光源输出。透过调整交流式发光二极管光源调整电路的外部电压信号Vext，并将此外部电压信号Vext与三角波或锯齿波信号的斜坡产生器432(Ramp Generator)做比较，获得不同责任周期的调光信号，再将此调光信号传送至该控制开关S1，以控制传送至交流式发光二极管的功率大小。 

该光源调整主电路包含有一控制开关S1，该控制开关的责任周期将决定传 送至交流式发光二极管44的电流值。因此，若提升控制开关S1的责任周期，该控制开关S1将允许较多能量供应至交流式发光二极管44，使交流式发光二极管44的输出光源得以提升。反之，若降低控制开关S1的责任周期，由于提供至负载的能量减少，则使交流式发光二极管44的输出光源得以降低；上述四颗二极管D1、D2、D3、D4所组成的全桥式电路，且该控制开关S1设置于四颗二极管之间，借由该全桥式电路并结合控制开关S1使交流式发光二极管光源调整电路得以输入交流电源的正负半周，皆能达到光源调整的功能，并产生稳定的电源供应至交流式发光二极管44。 

该脉冲宽度调变控制电路43单元包含：一外部电压信号Vext，可依据交流式发光二极管的输入交流电源，做相关的光源亮度的调整；一斜坡产生器432(Ramp Generator)，该斜坡产生器432产生三角波或锯齿波信号，此斜坡产生器432与比较器431(Comparator)的正端连接，以便与该比较器431负端的输入外部电压信号Vext做比较；一比较器431(Comparator)，该外部电压信号连接于比较器431的负端，且斜坡产生器432连接于比较器431的正端，该比较器431将对该正端的输入斜坡信号与该负端的输入外部电压信号Vext，做电压比较的动作，使该比较器431的输出端获得一脉冲宽度调变信号，若外部电压信号Vext降低时，可得到较高的责任周期，反之，若外部电压信号Vext上升时，则可得到较低的责任周期。此脉冲宽度调变信号传送至控制开关S1，以作为交流式发光二极管的调光信号，达到交流式发光二极管光源亮度调整的功能。 

当然除了上述模拟式脉冲宽度调变控制电路之外，本发明亦可利用一数字式脉冲宽度调变控制电路来实施，该数字式脉冲宽度调变控制电路包含：一外部电压信号，可依据交流式发光二极管的输入交流电源变化情形及使用者对于亮度的需求，做相关的光源亮度的调整；一数字控制器，该数字控制器接收外部电压信号，经由数字控制器内部运算处理后，输出一脉冲宽度调变信号。 

请同时参阅图5所示，为本发明交流式发光二极管的调光波形示意图，其中包括有：输入电源信号51、交流式发光二极管的电流信号52、脉冲宽度调变的调整信号53，当输入电源信号(市电)51上升时，将造成交流式发光二极管的电流信号52上升的情形，则可借由调变该光源调整电路的外部电压信号Vext，使脉冲宽度调变的调整信号53的责任周期下降，以减少传送至交流式发光二极管的能量(电流的有效值)，因此交流式发光二极管的电流信号52得以下降至 预期的光源亮度；反之，当输入电源信号51下降时，造成交流式发光二极管的电流信号52下降的情形，则可借由调整该光源调整电路的外部电压信号Vext，使脉冲宽度调变的调整信号53的责任周期上升，以增加传送至交流式发光二极管的能量，因此交流式发光二极管的电流信号52得以上升至预期的光源亮度，达到调光的功能。并且当输入电压导致交流式发光二极管温度过高时，同样可借由调整该光源调整电路的外部电压信号Vext，使调光信号的责任周期降为零，此时由于控制开关S1将处于完全关闭的状态，因此将无任何能量传送至交流式发光二极管负载，达到保护的功能。 

该外部电压信号Vext可以分别为：一电压反馈信号VFBv，使用电压侦测电路侦测输入交流电压或输出交流式发光二极管电压，获得一电压反馈信号VFBv，并可依据此电压反馈信号VFBv监控交流式发光二极管光源变化情形，达成光源稳定控制目的；一电流反馈信号VFBi，使用电流侦测电路侦测输入交流电流或输出AC LED电流，获得一电流反馈信号VFBi，并可依据此电流反馈信号VFBi监控交流式发光二极管光源变化情形，达成光源稳定控制目的；一温度反馈信号VFBt，使用温度侦测电路侦测交流式发光二极管的温度，获得一温度反馈信号VFBt，并可依据此温度反馈信号VFBt监控交流式发光二极管光源变化情形，达成光源稳定控制目的；一调光信号VD，接收外部的模拟或数字调光信号，依照使用者的亮度需求，改变交流式发光二极管光亮度，达成光源调控目的。 

请参阅图4B、图4C、图4D和图4E所示，分别为本发明交流式发光二极管的光源调整电路的第二、第三、第四和第五实施例图，其中图4B与图4A相较，为将外部电压信号Vext置换为电流反馈电路，该电流反馈电路是包括有一电流侦测器45及其电流反馈信号451，该电流侦测器45与交流式发光二极管44相串接以其获得电流值，以便于提供给脉冲宽度调变控制电路43作为责任周期的调整。相同的，图4C为将外部电压信号Vext置换为电压反馈电路，该电压反馈电路是包括有一电压侦测器46及其电压反馈信号461，该电压侦测器46与交流式发光二极管44相并联以其获得电压值，以便于提供给脉冲宽度调变控制电路43作为责任周期的调整。图4D为将外部电压信号Vext置换为温度反馈电路，该温度反馈电路是包括有一温度侦测器47、信号转换器471及其温度反馈信号472，该温度侦测器47与交流式发光二极管44相贴合以获得温度数值，该温度数值经由信号转换器471来转换成温度反馈信号472，以便于提供给脉冲宽度调变控制 电路43作为责任周期的调整。图4E为将外部电压信号Vext置换为模拟或数字调光电路，该模拟或数字调光电路是包括有一模拟或数字信号转换器48及其调光信号482，该模拟或数字信号转换器48接收来自外部的调光信号481，并转换成调光信号482，以便于提供给脉冲宽度调变控制电路43作为责任周期的调整。 

图6所示为本实施例的交流式发光二极管光源调整电路，借由调整外部的参考电压，透过一运算放大器取样得到外部电压信号Vext，再经由比较器431对外部电压信号Vext与锯齿波做比较，以得到不同大小的责任周期信号，最后再利用一光隔离器49传送此责任周期信号至光源调整电路42控制开关S1，控制该控制开关S1的导通时间，即可完成交流式发光二极管光源调整的功能，该光隔离器49为设置于光源调整主电路42与脉冲宽度调变控制电路43之间。下列表1所列为光源调整电路的规格： 

本实施例为以5W交流式发光二极管(AC LED)为光源负载进行验证。 

表1.电气规格表 

图7及图8所示，分别为实际输入电压为110Vrms(电压有效值)及120Vrms输入时交流式发光二极管的电压及电流波形图。当输入电压为110Vrms时，光照度为1205Lux，当输入电压提高至120Vrms时，光照度增加至1730Lux，此时调降交流式发光二极管光源调整电路的责任周期，从100％调降至64％，使光照度维持稳定(1205Lux)。由量测波形图及量测数据证明交流式发光二极管光源调整电路能借由调整控制开关的脉冲宽度调变的调整信号的责任周期，达到交流式发光二极管光亮度控制的功能，进而完成光亮度稳定控制。 

本发明提出的交流式发光二极管光源调整电路能够提高交流式发光二极管光源之可靠度及寿命，并搭配脉波宽度调变(PWM)控制技术，零件少、控 制简单，可以充分发挥交流式发光二极管高效率、轻薄之优势，在环保意识已俨然成为地球永续发展之趋势下，达到省电、环保、高效率的优点。同时，可以克服目前交流式发光二极管面临的障碍，为整个交流式发光二极管照明系统的关键技术，可以加快交流式发光二极管应用普及化的速度，更加提高交流式发光二极管的市占率。 

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (8)

1.一种交流式发光二极管的光源调整电路，其特征在于，该光源调整电路是与一交流电源及若干交流式发光二极管相连接，其是包括有：

一光源调整主电路，用以调变该交流电源，再将已调变的交流电力供应至交流式发光二极管；

一脉冲宽度调变控制电路，用以对应输入交流电源变动，借由调整该电路单元中的外部电压信号，将交流式发光二极管的输出光源调整至预定的亮度，达到光源调整的功能，亦可于输入电源过高时，透过调整外部电压信号，使交流式发光二极管处于完全关闭的状态，以避免交流式发光二极管烧毁，达到保护的功能；

该光源调整主电路更是包含有：

一控制开关，该控制开关的责任周期将决定传送至交流式发光二极管的电流值；

四颗二极管所组成的全桥式电路，且该控制开关设置于四颗二极管之间，借由该全桥式电路并结合控制开关使交流式发光二极管光源调整电路得以于输入交流电源的正负半周，皆能达到光源调整的功能，并产生稳定的电源供应至交流式发光二极管；

该脉冲宽度调变控制电路为一模拟式脉冲宽度调变控制电路或一数字式脉冲宽度调变控制电路。

2.根据权利要求1所述的交流式发光二极管的光源调整电路，其特征在于，该模拟式脉冲宽度调变控制电路包含：

一外部电压信号，可依据交流式发光二极管的输入交流电源变化情形及使用者对于亮度的需求，做相关的光源亮度的调整；

一斜坡产生器，该斜坡产生器产生三角波或锯齿波信号；

一比较器，该外部电压信号连接于比较器的负端，且斜坡产生器连接于比较器的正端，该比较器将对该正端的输入斜坡信号与该负端的输入外部电压信号，做电压比较的动作，使该比较器的输出端获得一脉冲宽度调变信号。

3.根据权利要求1所述的交流式发光二极管的光源调整电路，其特征在于，该数字式脉冲宽度调变控制电路包含：

一外部电压信号，可依据交流式发光二极管的输入交流电源变化情形及使用者对于亮度的需求，做相关的光源亮度的调整；

一数字控制器，该数字控制器接收外部电压信号，经由数字控制器内部运算处理后，输出一脉冲宽度调变信号。

4.根据权利要求1所述的交流式发光二极管的光源调整电路，其特征在于，该外部电压信号为一电压反馈信号，使用电压侦测电路侦测输入交流电压或输出交流式发光二极管电压，获得一电压反馈信号，并可依据此电压反馈信号监控交流式发光二极管光源变化情形，达成光源稳定控制目的。

5.根据权利要求1所述的交流式发光二极管的光源调整电路，其特征在于，该外部电压信号为一电流反馈信号，使用电流侦测电路侦测输入交流电流或输出交流式发光二极管电流，获得一电流反馈信号，并可依据此电流反馈信号监控交流式发光二极管光源变化情形，达成光源稳定控制目的。

6.根据权利要求1所述的交流式发光二极管的光源调整电路，其特征在于，该外部电压信号为一温度反馈信号，该温度反馈电路是包括有一温度侦测器、信号转换器及其温度反馈信号，该温度侦测器与交流式发光二极管相贴合以获得温度数值，该温度数值经由信号转换器来转换成温度反馈信号，以便于提供给脉冲宽度调变控制电路作为责任周期的调整，达成光源稳定控制目的。

7.根据权利要求1所述的交流式发光二极管的光源调整电路，其特征在于，该外部电压信号为一外部调光信号，接收外部的模拟或数字调光信号，依照使用者的亮度需求，改变交流式发光二极管光亮度，达成光源调控目的。

8.根据权利要求1所述的交流式发光二极管的光源调整电路，其特征在于，该光源调整主电路与脉冲宽度调变控制电路之间更是设置有一光隔离器。

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