CN102123541B

CN102123541B - 发光二极管的驱动电路与使用其的照明装置

Info

Publication number: CN102123541B
Application number: CN2010100035835A
Authority: CN
Inventors: 李静如; 王濠源
Original assignee: Cal Comp Electronics and Communications Co Ltd
Current assignee: Cal Comp Electronics and Communications Co Ltd
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: CN102123541A

Abstract

本发明提出一种发光二极管的驱动电路与使用其的照明装置，其驱动电路包括一整流电路、一隔离元件、一处理单元以及一电压转换电路。整流电路耦接于一调光器并输出一第一工作电压。处理单元根据第一工作电压的电压波形检测调光器的一导通条件并根据导通条件输出一脉波宽度调制信号以驱动发光二极管。借此，避免发光二极管因工作电压变化而产生闪烁的问题。

Description

发光二极管的驱动电路与使用其的照明装置

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管的驱动电路，且特别是有关于一种可降低发光二极管闪烁现象的驱动电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的体积小、省电且耐用，而且随着制程的成熟，价格下降，近来以发光二极管做为光源的产品越来越普遍。而且随着在节能减碳的科技趋势下，发光二极管逐渐成为新一代的光源。发光二极管工作电压低、能主动发光且有一定亮度，亮度可用电压或电流调节，同时具备耐冲击、抗振动、寿命长(10万小时)的特点。所以发光二极管在各种终端设备中被广泛使用，从汽车前照灯、交通信号灯、文字显示器、看板及大屏幕视频显示器，到普通级建筑照明和LCD背光等领域。

传统的灯具可利用调光器(Triac)来进行调光，在居家内部的调光器可与灯具分开设置，例如设置在墙上，让使用者可以方便调整灯光强度。由于调光器仅适合用来调整电阻式的灯泡，并不适合直接用于调整LED的亮度。因此利用LED灯具直接取代传统灯具时会因为传统灯具与LED灯具的驱动方式不同而产生闪烁的情况。

发明内容

本发明提供一种发光二极管的驱动电路与照明装置，其中利用三角波与调光器所输出波形做比对以推知调光器的导通条件(即延迟角度)，然后选择对应的脉波调制(pulse width modulation，PWM)信号来驱动电压转换电路以驱动发光二极管。借此，可精准调整LED端电压，进而控制LED端电流，而LED亮度是由电流所控制，故转换后的PWM信号可改善传统模拟电路无法精准调整LED电流的问题。

承上述，本发明提出一种发光二极管的驱动电路，适用于接收经由一调光器调整后的一交流电源以驱动一发光二极管单元。驱动电路包括一整流电路、一隔离元件、一处理单元以及一电压转换电路。整流电路用以整流交流电源以输出一第一工作电压，隔离元件耦接整流电路，用以接收第一工作电压以输出一第二工作电压。处理单元耦接于整流电路，根据第一工作电压的电压波形检测调光器的一导通条件并根据该导通条件输出一脉波宽度调制信号。电压转换电路耦接于隔离元件与处理单元，根据脉波宽度调制信号将第二工作电压转换为一驱动电压以驱动发光二极管单元。

在本发明一实施例中，隔离元件为一二极管，二极管的正极端耦接于整流电路，二极管的负极端耦接于该电压转换电路。其中，隔离元件亦可以直流变压器取代。驱动电路更包括一电容，耦接于隔离元件与电压转换电路的共用接点与一接地端之间。

在本发明一实施例中，该处理单元包括一比较、一判断单元以及一脉波宽度调制器。比较器的正输入端耦接第一工作电压，比较器的负输入端耦接一信号源。判断单元耦接比较器的输出，并根据比较器的输出判断调光器的一导通条件。脉波宽度调制器耦接于判断单元，用以输出脉波宽度调制信号，判断单元根据导通条件与一查找表调整脉波宽度调制信号的有效周期。其中，查找表具有调光器的导通条件与脉波宽度调制信号的有效周期的对应关系。上述信号源例如为一三角波信号源或一直流参考电压。

在本发明一实施例中，上述整流单元为一桥式整流器，上述处理单元可以特定应用集成电路实现。上述调光器为一三极交流开关(Tri-electrode ACswitch，TRIAC)。上述电压转换电路例如为一降压电路(Buck circuit).

本发明另提出一种照明装置，适用于接收经由一调光器调整后的一交流电源以进行照明，照明装置包括一发光二极管单元与一驱动电路。驱动电路耦接于调光器与发光二极管单元，其包括一整流电路、一隔离元件、一处理单元以及一电压转换电路。整流电路用以整流交流电源以输出一第一工作电压，隔离元件耦接整流电路，用以接收第一工作电压以输出一第二工作电压。处理单元耦接于整流电路，处理单元根据第一工作电压的电压波形检测调光器的一导通条件并根据导通条件输出一脉波宽度调制信号。电压转换电路耦接于隔离元件与处理单元，根据脉波宽度调制信号将第二工作电压转换为一驱动电压以驱动发光二极管单元。

基于上述，本发明利用调光器所输出的电压波形来检测调光器的延迟角度，并据此调整调整LED亮度的脉波宽度调制信号，让LED可以获得稳定的脉波宽度调制信号，避免闪烁的问题产生。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1绘示本发明一实施例的照明装置的电路示意图。

图2绘示处理单元130的内部电路图。

图3绘示本发明一实施例的第一工作电压FV与交流电源AC的对应波形图。

图4绘示脉波宽度调制信号CS与第一工作电压FV的信号波形。

主要元件符号说明：

100：照明装置

102：驱动电路

110：调光器

120：整流单元

122：隔离元件

125：二极管

130：处理单元

140：电压转换电路

150：发光二极管单元

210：信号源

232：比较器

234：判断单元

236：脉波宽度调制器

310、320、410、420：信号波形

312：区域

FV：第一工作电压

SV：第二工作电压

DV：驱动电压

PWM：脉波宽度调制信号

TS：三角波信号

GND：接地端

C1：电容

AC：交流电源

AC1：交流电源

具体实施方式

请参照图1，图1绘示本发明一实施例的照明装置的电路示意图。照明装置100包括驱动电路102与发光二极管单元150。其中驱动电路102耦接于调光器110与发光二极管单元150，接收经由调光器110调整后的交流电源AC以驱动发光二极管单元150。调光器110例如为一三极交流开关(Tri-electrodeAC switch，TRIAC)，可根据使用者所设定的导通条件(conducting condition)来限制交流电源AC的波形以产生交流电源AC1，驱动电路102根据交流电源AC1调整发光二极管单元150的亮度。

驱动电路102主要包括整流单元120、隔离元件122、处理单元130与电压转换电路140。整流单元120耦接于调光器110、隔离元件122与处理单元130。电压转换电路140耦接于隔离元件122、输出与处理单元130与发光二极管单元150。整流单元120例如是桥式整流器，用来整流交流电源AC1，然后输出第一工作电压FV至隔离元件122与处理单元130。隔离元件122例如是二极管125，其正极端耦接于整流单元120，其负极端耦接于电压转换单元140。第一工作电压FV经过二极管125后会产生第二工作电压SV至电压转换单元140与处理单元130，以作为电压转换单元140与处理单元130的工作电源使用。电容C1耦接于隔离元件122的输出端与接地端GND之间，具有稳压的效果。在本发明另一实施例中，上述隔离元件122也可以利用直流变压器取代。

处理单元130根据第一工作电压FV的电压波形判断调光器110所设定的导通条件(即延迟角度，其中延迟角度愈大，表示调光器110关闭时间愈长)以推知使用者所需的光线亮度。然后，处理单元130会根据所检测到的导通条件来调整脉波宽度调制信号PWM的有效周期(duty cycle)。电压转换单元140根据脉波宽度调制信号PWM的有效周期调整驱动电压DV的电压与电流以调整发光二极管单元150的亮度。发光二极管单元150可为一个或多个发光二极管串联或并联组成，本实施例并不受限。调光器110亦可依据设计需求选择不同种类的调光元件，例如双向晶闸管或场控晶闸管。

处理单元130内部可设置一查找表，用以储存脉波宽度调制信号PWM的有效周期与不同导通条件之间的对应关系，处理单元130可直接根据调光器120的导通条件调整脉波宽度调制信号PWM的有效周期来控制发光二极管单元150的亮度。查找表的范例如下：

调光器的导通条件(延迟角度)	脉波宽度调制信号
		45度	A
90度	B
		120度	C
…	…

表1

处理单元130可直接经由上表1选取对应的脉波宽度调制信号PWM来输出给电压转换电路140，其中A、B、C…分别表示不同有效周期长度的脉波宽度调制信号PWM。值得注意的是，上表1仅为本发明的查找表的一实施例，本发明并不受限于此。

处理单元130的内部电路结构请参照图2，图2绘示处理单元130的内部电路图。处理单元130包括比较器232、判断单元234与脉波宽度调制器236。比较器232的正输入端耦接该第一工作电压FV，比较器232的负输入端耦接一信号源210。由于信号源210所输出的三角波信号TS的频率会远大于交流电源AC的频率且电压电位大于零(接地电位)。因此，比较器232的输出端会输出一有效周期随第一工作电压FV的电压改变的脉波宽度调制信号CS。当脉波宽度调制信号CS失能时，便表示调光器110处于截止状态(即第一工作电压FV为低电位)，当脉波宽度调制信号CS致能(产生脉波信号)时，表示调光器110处于导通状态。因此经由脉波宽度调制信号CS的波形变化便可判断出调光器110所设定的导通条件，也就是延迟角度。换句话说，也就是可经由脉波宽度调制信号CS的波形变化判断第一工作电压FV的电压波形。

判断单元234耦接比较器232的输出，并根据比较器232所输出的脉波宽度调制信号CS判断调光器110的导通条件。然后，判断单元234会根据所检测到的调光器110的导通条件与查找表调整脉波宽度调制器236所输出的脉波宽度调制信号PWM。举例来说，延迟角度愈大，其脉波宽度调制信号PWM的有效周期愈小。

接下来，配合波形图说明第一工作电压FV与脉波宽度调制信号CS的对应关系，请参照图3与图4，图3绘示本发明一实施例的第一工作电压FV与交流电源AC的对应波形图。第一工作电压FV是交流电源AC经过调光器232与整流单元120后所输出的电压信号。图3中以调光器110的延迟角度为135度为例说明。如图3所示，在交流电源AC的相位大于135度后，调光器11会导通使第一工作电压FV与交流电源AC相同的波形，即信号波形310。在交流电源AC的下半周期中，第一工作电压FV则对应产生信号波形320。

以区域312中的信号波形320为例，进一步说明脉波宽度调制信号CS与第一工作电压FV的信号波形对应关系。请参照图4，图4绘示脉波宽度调制信号CS与第一工作电压FV的信号波形。当调光器110尚未导通时，第一工作电压FV处于低电位，因此比较器232所输出的脉波宽度调制信号CS同样会处于低电位(失能)，如信号波形410。当调光器110导通时，第一工作电压FV的电位会随交流电源AC而变(即信号波形310)，此时，比较器232比较三角波信号TS与第一工作电压FV后所输出的脉波宽度调制信号CS会产生对应的脉波，其脉波的有效周期会随信号波形310的电位改变，如信号波型420。借由脉波宽度调制信号CS的波形变化(即产生信号波形420的时间点)，判断单元234可判断出调光器110的导通时间，并借此推算出其导通条件(延迟角度)，然后控制脉波宽度调制器236输出对应的脉波宽度调制信号PWM至电压转换电路140。

由于处理单元130是先经由第一工作电压FV的波形判断出调光器110的延迟角度，然后再对应调整脉波宽度调制信号PWM的有效周期。因此，脉波宽度调制信号PWM的信号会相当稳定，不会因为第一工作电压FV的波形变化而产生漂移或不稳定。也就是说，调整脉波宽度调制信号PWM的有效周期仅会随调光器110的延迟角度而变。这样的调整方式可使发光二极管单元150的亮度更为稳定，避免发生闪烁的现象。

此外，值得注意的是，上述处理单元130可利用特定应用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)来实现。信号源210可外接或设置于特定应用集成电路中，本实施例并不受限。上述电压转换电路则例如为降压电路(Buck circuit)。在本发明另一实施例中，上述信号源210也可以输出一直流参考电压，此时比较器232便会根据第一工作电压FV的波形变化输出高电位或低电位的信号。当比较器232的输出由低电位转换为高电位时即表示调光器110导通，如此也能检测出调光器110的延迟角度。而且，借由直流参考电压的设定可将电压过小的第一工作电压FV滤除，避免发光二极管单元150因工作电压不稳而发生闪烁的现象。

综上所述，本发明利用处理单元来检测调光器的延迟角度，然后再据此输出稳定的脉波宽度调制信号以调整发光二极管的亮度。因此，发光二极管的亮度会相对稳定，不会因为调光器所输出的电压变化而产生闪烁的现象。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种发光二极管的驱动电路，适用于接收经由一调光器调整后的一交流电源以驱动一发光二极管单元，该驱动电路包括：

一整流电路，用以整流该交流电源以输出一第一工作电压；

一隔离元件，耦接该整流电路，用以接收该第一工作电压以输出一第二工作电压；

一处理单元，耦接于该整流电路，该处理单元根据该第一工作电压的电压波形检测该调光器的一导通条件并根据该导通条件输出一脉波宽度调制信号，其中处理单元包括：

一比较器，该比较器的正输入端耦接该第一工作电压，该比较器的负输入端耦接一信号源；

一判断单元，耦接该比较器的输出，并根据该比较器的输出判断该调光器的该导通条件；以及

一脉波宽度调制器，耦接于该判断单元，用以输出该脉波宽度调制信号，该判断单元根据该导通条件与一查找表调整该脉波宽度调制信号的有效周期，

其中，该查找表具有该调光器的该导通条件与该脉波宽度调制信号的有效周期的对应关系；以及

一电压转换电路，耦接于该隔离元件与该处理单元，根据该脉波宽度调制信号将该第二工作电压转换为一驱动电压以驱动该发光二极管单元。

2.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其特征在于，该隔离元件为一二极管，该二极管的正极端耦接于该整流电路，该二极管的负极端耦接于该电压转换电路。

3.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其特征在于，该隔离元件为一直流变压器，该直流变压器的一端耦接于该整流电路，该直流变压器的另一端耦接于电压转换电路。

4.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其特征在于，该信号源为一三角波信号源。

5.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其特征在于，该信号源输出一直流参考电压。

6.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其特征在于，该整流单元为一桥式整流器。

7.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，更包括：

一电容，耦接于该隔离元件与该电压转换电路的共用接点与一接地端之间。

8.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其特征在于，该处理单元为一特定应用集成电路（Application-Specific Integrated Circuit,ASIC）。

9.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其特征在于，该调光器包括一三极交流开关（Tri-electrode AC switch,TRIAC）。

10.如权利要求1所述的发光二极管的驱动电路，其特征在于，该电压转换电路为一降压电路(Buck circuit)。

11.一种照明装置，适用于接收经由一调光器调整后的一交流电源以进行照明，该照明装置包括：

一发光二极管单元；以及

一驱动电路，耦接于该调光器与该发光二极管单元，该驱动电路包括：

一整流电路，用以整流该交流电源以输出一第一工作电压；

12.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该隔离元件为一二极管，该二极管的正极端耦接于该整流电路，该二极管的负极端耦接于该电压转换电路。

13.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该隔离元件为一直流变压器，该直流变压器的一端耦接于该整流电路，该直流变压器的另一端耦接于电压转换电路。

14.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该信号源为一三角波信号源。

15.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该信号源输出一直流参考电压。

16.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该整流单元为一桥式整流器。

17.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，更包括：

18.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该处理单元为一特定应用集成电路。

19.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该调光器为一三极交流开关。

20.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，该电压转换电路为一降压电路。