CN102235601B - 双端电流控制器及相关发光二极管照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了双端电流控制器及相关发光二极管照明装置。该双端电流控制器依据一负载的跨压来控制流经负载的一第一电流。当负载的跨压不大于一第一电压时，双端电流控制器导通相关于一整流交流电压的一第二电流，进而将第一电流限定至零，并依据负载的跨压来调整第二电流的值。当负载的跨压大于第一电压且不大于第二电压时，双端电流控制器导通第二电流以将第一电流限定至零，并将第二电流的值固定在大于零的一预定值。当负载的跨压大于第二电压时，双端电流控制器呈关闭。

Description

双端电流控制器及相关发光二极管照明装置

技术领域

本发明涉及一种双端电流控制器及相关发光二极管照明装置，特别是涉及一种可提高功率因素的双端电流控制器及相关发光二极管照明装置。

背景技术

相较于传统的白炽灯泡，发光二极管(light emitting diode，LED)具有耗电量低、组件寿命长、体积小、无须暖灯时间和反应速度快等优点，并可配合应用需求而制成极小或阵列式的组件。除了户外显示器、交通号志灯之外、各种便携式消费性电子产品，例如移动电话、笔记型计算机或个人数字助理(personal digital assistant，PDA)的液晶显示屏幕背光源之外，发光二极管亦广泛地被应用于各种室内室外照明装置，以取代日光灯管、白炽灯泡等等。

请参考图1，图1为一发光二极管的电压-电流特性图。当发光二极管的顺向偏压(forward-bias voltage)小于其隔离电压(barrier voltage)Vb时，流经发光二极管的电流极小，此时可视为开路；当发光二极管的顺向偏压大于其隔离电压Vb时，流经发光二极管的电流会随着其顺向偏压呈指数型的增加，此时可视为短路。隔离电压Vb的值相关于发光二极管的材料和掺杂浓度，通常介于1.5和3.5伏特之间。由于针对大多数的电流值，发光二极管的亮度和电流呈正比，因此一般会使用电流源来驱动发光二极管，让不同的发光二极管皆能达到一致的发光亮度。

请参考图2，图2为现有技术中一发光二极管照明装置500的示意图。发光二极管照明装置500包含一电源供应电路110、一电阻R，和一发光装置10。电源供应电路110可接收一具有正负周期的交流电压VS，并利用一桥式整流器112来转换交流电压VS在负周期内的输出电压，因此可提供一整流交流电压V_AC以驱动发光装置10，其中整流交流电压V_AC的值随着时间而有周期性变化。电阻R串联于发光装置10，用来限定流经发光装置10的电流I_LED。在照明应用中，往往需要使用许多发光二极管来提供足够光源，由于发光二极管为一电流驱动组件，其发光亮度与驱动电流的大小成正比，为了达到高亮度和亮度均匀的要求，发光装置10一般会包含多个串接的发光二极管D₁～D_n。假设发光二极管D₁～D_n的隔离电压皆为理想值Vb，而整流交流电压V_AC的值随着时间而在0和V_MAX之间呈周期性变化，则开启发光装置10所需的驱动电压其值需大于n*Vb，亦即0＜V_AC＜n*Vb间的能量并无法利用。串联发光二极管的数量越多，导通发光装置10所需的顺向偏压越高，若发光二极管数量太少，则会使得发光二极管在V_AC＝V_MAX时驱动电流过大，进而影响发光二极管的可靠度。因此，现有技术的发光二极管照明装置500仅能在可操作电压范围与发光二极管可靠度之间作一取舍。另一方面，具有限流作用的电阻R亦会消耗额外能量，进而降低系统效率。

请参考图3，图3为现有技术中另一发光二极管照明装置600的示意图。发光二极管照明装置600包含一电源供应电路110、一电感L、一电容C、一开关SW，和一发光装置10。电源供应电路110可接收一具正负周期的交流电压VS，并利用一桥式整流器112来转换交流电压VS在负周期内的输出电压，因此可提供一整流交流电压V_AC以驱动发光装置10，其中整流交流电压V_AC的值随着时间而有周期性变化。电感L和开关SW串联于发光装置10，用来限定流经发光装置10的电流I_LED。电容C并联于发光装置10，用来吸收电源供应电路110的电压涟波(voltage ripple)。相较于发光二极管照明装置500的电阻R，电感L在限流时消耗的能量较少，但具有限流作用的电感L和具有稳压作用的电容C会大幅降低发光二极管照明装置600的功率因素(power factor)，让能量利用率变低。同时，在照明应用中，现有技术的发光二极管照明装置600仅能在可操作电压范围与亮度之间作一取舍。

发明内容

本发明提供一种发光二极管照明装置，其包含一第一发光组件，其依据一第一电流来提供光源；一第二发光组件，串联于该第一发光组件且依据一第二电流来提供光源；以及一双端电流控制器，并联于该第一发光组件且串联于该第二发光组件，用来依据该第一发光组件的跨压来调节该第二电流，其中在一整流交流电压的一上升周期内当该第一发光组件的跨压不大于一第一电压时，该双端电流控制器呈导通以将该第一电流限定至零，并依据该第一发光组件的跨压来调整该第二电流的值，且该整流交流电压的值随着时间而有周期性的变化；在该上升周期内当该第一发光组件的跨压大于该第一电压且不大于一第二电压时，该双端电流控制器呈导通以将该第一电流限定至零，并将该第二电流的值固定在大于零的一预定值；且在该上升周期内当该第一发光组件的跨压大于该第二电压时，该双端电流控制器呈关闭以使得该第一和该第二电流具相同值。

本发明还提供一种双端电流控制器，用来控制流经一负载的一第一电流，其中在一整流交流电压的一上升周期内当该负载的跨压不大于一第一电压时，该双端电流控制器导通相关于该整流交流电压的一第二电流，进而将该第一电流限定至零，并依据该负载的跨压来调整该第二电流的值；在该上升周期内当该负载的跨压大于该第一电压且不大于一第二电压时，该双端电流控制器导通该第二电流以将该第一电流限定至零，并将该第二电流的值固定在大于零的一预定值；且当该负载的跨压大于该第二电压时，该双端电流控制器呈关闭以使得该第一和该第二电流具相同值。

附图说明

图1为发光二极管的电压-电流特性图。

图2和图3为现有技术中发光二极管照明装置的示意图。

图4为本发明第一实施例中发光二极管照明装置的示意图。

图5为本发明第一实施例中双端电流控制器运作时的电流-电压特性图。

图6为本发明第一实施例中发光二极管照明装置运作时相关电流和电压变化的示意图。

图7为本发明第二实施例中发光二极管照明装置的示意图。

图8为本发明第二实施例中双端电流控制器运作时的电流-电压特性图。

图9为本发明第二实施例中发光二极管照明装置运作时相关电流和电压变化的示意图。

图10为本发明第三实施例中发光二极管照明装置示意图。

图11为本发明第三实施例中发光二极管照明装置运作时相关电流和电压变化的示意图。

图12为本发明第四实施例中发光二极管照明装置的示意图。

图13为本发明实施例中双端电流控制器的示意图。

附图符号说明

R    电阻                SW、QN          开关

L    电感                CP1～CP3        比较器

C    电容                D₁～D_n、D₁～D_m  发光单元

50   控制电路            21～25          发光组件

60   电流检测电路        120～124        双端电流控制器

70   电压检测电路        10、20、30      发光组件

72   逻辑电路            74              电压边缘检测电路

110  电源供应电路        112             桥式整流器

412  交流-交流变压器     110、410        电源供应电路

100、200、300、400、500、600发光二极管照明装置

具体实施方式

请参考图4，图4为本发明第一实施例中一发光二极管照明装置100示意图。发光二极管照明装置100包含一电源供应电路110、一双端电流控制器120，和一发光装置10。电源供应电路110可接收一具正负周期的交流电压VS，并利用一桥式整流器112来转换交流电压VS在负周期内的输出电压，因此可提供一整流交流电压V_AC以驱动发光装置10，其中整流交流电压V_AC的值随着时间而有周期性变化。发光装置10可包含n个串接的发光单元D₁～D_n，每一发光单元可包含一个发光二极管或多个发光二极管，图4仅显示了采用单一发光二极管的架构，其中流经发光装置10的电流由I_LED来表示，而其跨压由V_AK来表示。双端电流控制器120并联于发光装置10和电源供应电路110，可依据整流交流电压V_AC的值来控制流经发光装置10的电流I_LED，流经双端电流控制器120的电流由I_AK来表示，而其跨压由V_AK来表示。在本发明第一实施例中，双端电流控制器120的隔离电压Vb’远小于发光装置10的整体隔离电压n*Vb(假设每一发光单元的隔离电压皆为Vb)。

图5和图6说明了本发明发光二极管照明装置100的运作，其中图5显示了双端电流控制器120运作时的电流-电压特性图，而图6显示了发光二极管照明装置100运作时相关电流和电压的变化。在图5中，纵轴代表流经双端电流控制器120的电流I_AK，横轴代表双端电流控制器120的跨压V_AK。在本发明第一实施例中，当电压V_AK的值介于0和V_DROP之间时，双端电流控制器120的作用如同一压控组件，亦即当电压V_AK大于双端电流控制器120的隔离电压Vb’时，流经双端电流控制器120的电流I_AK会随着其跨压V_AK呈特定变化。当电压V_AK的值介于V_DROP和V_{OFF_TH}之间时，双端电流控制器120的作用如同一定电流源，亦即电流I_AK的值不再随着电压V_AK变化，而是被限定在一最大电流I_MAX。当电压V_AK的值大于V_{OFF_TH}时，此时双端电流控制器120会被关闭，其电流I_AK的值瞬间降至0，因此可视为开路。

图6显示了本发明第一实施例中电压V_AK、电流I_AK和电流I_LED的波形。如前所述，由于电压V_AK的值相关于整流交流电压V_AC，其值随着时间而有周期性变化，因此以包含时间点t₀～t₆的一个周期来做说明，其中时间点t₀～t₃之间为整流交流电压V_AC的上升周期，而时间点t₃～t₆之间为整流交流电压V_AC的下降周期。在时间点t₀和t₁之间，电压V_AK逐渐上升，双端电流控制器120首先被导通，电流I_AK的值会随着电压V_AK以特定方式增加，此时电流I_LED的值约莫为零。在时间点t₁和t₂之间，电压V_AK大于电压V_DROP，双端电流控制器120会将电流I_AK的值限定在最大电流I_MAX，而此时发光装置10仍未导通，因此电流I_LED的值依旧约莫为零。在时间点t₂和t₄之间，电压V_AK的值大于电压V_{OFF_TH}，双端电流控制器120会被关闭，而相关于整流交流电压V_AC的电流则由发光装置10来导通，此时电流I_AK的值降至零，而电流I_LED的值则随着电压V_AK变化。在时间点t₄和t₅之间，电压V_AK降至介于V_DROP和V_OFF，TH之间，双端电流控制器120会导通，因此电流I_AK的值会再次被限定在最大电流I_MAX，而电流I_LED的值会降至约莫为零。在时间点t₅和t₆之间，电压V_AK降至低于电压V_DROP，此时电流I_AK的值会随着电压V_AK以特定方式减少。

请参考图7，图7为本发明第二实施例中一发光二极管照明装置200示意图。发光二极管照明装置200包含一电源供应电路110、一双端电流控制器120，和一发光装置20。本发明第一和第二实施例结构类似，不同之处在于发光装置20的结构和与双端电流控制器120的衔接方式。在本发明第二实施例中，发光装置20包含两发光组件21和25：发光组件21并联于双端电流控制器120且其包含m个串接的发光单元D₁～D_m，流经发光组件21的电流由I_{LED_AK}来表示，而其跨压由V_AK来表示；发光组件25串联于双端电流控制器120且其包含n个串接的发光单元D₁～D_n，流经发光组件25的电流由I_LED来表示，而其跨压由V_LED来表示。每一发光单元可包含一个发光二极管或多个发光二极管，图7仅显示了采用单一发光二极管的架构。双端电流控制器120依据整流交流电压V_AC的值来控制流经发光装置20的电流，流经双端电流控制器120的电流由I_AK来表示，而其跨压由V_AK来表示。在本发明第二实施例中，双端电流控制器120的隔离电压Vb’远小于发光组件21的整体隔离电压m*Vb(假设每一发光单元的隔离电压皆为Vb)。

图8和图9说明了本发明第二实施例中发光二极管照明装置200的运作，其中图8显示了双端电流控制器120运作时的电流-电压特性图，而图9显示了发光二极管照明装置200运作时相关电流和电压的变化。在图8中，纵轴代表流经双端电流控制器120的电流I_AK，横轴代表双端电流控制器120的跨压V_AK。在整流交流电压V_AC的上升周期，当电压V_AK的值介于0和V_DROP之间时，双端电流控制器120的作用如同一压控组件，亦即当电压V_AK大于双端电流控制器120的隔离电压Vb’时，流经双端电流控制器120的电流I_AK会随着其跨压V_AK呈特定变化。当电压V_AK的值介于V_DROP和V_{OFF_TH}之间时，双端电流控制器120的作用如同一定电流源，亦即电流I_AK的值不再随着电压V_AK变化，而是被限定在一最大电流I_MAX。当电压V_AK的值大于V_{OFF_TH}时，此时双端电流控制器120会被关闭，其电流I_AK的值瞬间降至0，因此可视为开路。在整流交流电压V_AC的下降周期，当电压V_AK的值降至低于V_{ON_TH}时，此时双端电流控制器120会被开启并将电流I_AK的值限定在最大电流I_MAX。当电压V_AK的值降至介于0和V_DROP之间时，双端电流控制器120的作用如同一压控组件，亦即当电压V_AK大于双端电流控制器120的隔离电压Vb’时，流经双端电流控制器120的电流I_AK会随着其跨压V_AK呈特定变化。

图9显示了本发明第二实施例中电压V_AC、V_AK、V_LED和电流I_AK、I_{LED_AK}、I_LED的波形。如前所述，由于整流交流电压V_AC的值随着时间而有周期性变化，因此以包含时间点t₀～t₆的一个周期来做说明，其中时间点t₀～t₃之间为整流交流电压V_AC的上升周期，而时间点t₃～t₆之间为整流交流电压V_AC的下降周期。在时间点t₀和t₁之间，双端电流控制器120的跨压V_AK和发光组件25中n个串接发光单元的跨压V_LED随着整流交流电压V_AC逐渐上升。由于双端电流控制器120的隔离电压Vb’远小于发光组件21中m个串接发光单元的整体隔离电压m*Vb，因此双端电流控制器120首先会被导通，此时电流I_AK和I_LED的值会随着电压V_AK以特定方式增加，而电流I_{LED_AK}的值约莫为零。

在时间点t₁和t₂之间，电压V_AK大于电压V_DROP，双端电流控制器120会将电流I_AK的值限定在最大电流I_MAX，而并联于双端电流控制器120的发光组件21仍未导通，因此电流I_{LED_AK}的值依旧约莫为零，此时电压V_LED的值可由m*V_F来表示，其中V_F代表发光组件25中每一发光单元此时的顺向偏压。因此，发光组件21在时间点t₀～t₂之间并未导通，此时电源供应电路110所提供的整流交流电压V_AC施加于双端电流控制器120和发光组件25中n个串接发光单元上，亦即：

V_AC＝V_AK+V_LED                          (1)

在时间点t₂和t₄之间，电压V_AK的值大于V_{OFF_TH}，双端电流控制器120会被关闭，而相关于整流交流电压V_AC的电流则由发光组件21和25来导通，此时电流I_AK的值降至零，而电流I_{LED_AK}的值随着电压V_AK变化。因此，当发光组件21在时间点t₂～t₄之间被导通时，双端电流控制器120两端的跨压V_AK是由发光装置20分压整流交流电压V_AC来提供，亦即：

$V_{\mathrm{AK}}=\frac{m}{m+n}\×V_{\mathrm{AC}}---\left(2\right)$

在时间点t₄和t₅之间，电压V_AK降至介于V_DROP和V_{ON_TH}之间，双端电流控制器120会导通，因此电流I_AK的值会再次被限定在最大电流I_MAX，而电流I_{LED_AK}的值会降至约莫为零。在时间点t₅和t₆之间，电压V_AK降至低于V_DROP，此时电流I_AK的值会随着电压V_AK以特定方式减少。如图7和图9所示，电流I_LED的值为电流I_{LED_AK}和电流I_AK的加总，本发明第二实施例可通过双端电流控制器120来增加电源供应电路110的可操作电压范围(例如t₁～t₂和t₄～t₅)，进而提升发光二极管照明装置200的功率因素。

在本发明第二实施例中，双端电流控制器120在开启和关闭时会在双端电流控制器120的跨压V_AK上造成一瞬间压差ΔV_d，也会在发光组件25的跨压V_LED上造成一瞬间压差ΔV_d，进而造成电流变动ΔI_d。瞬间压差ΔV_d的值如下所示：

ΔV_d＝V_{ON_TH}-V_{OFF_TH}                (3)

由公式(1)可知，在时间点t₂前当电压V_AK刚达到电压V_{OFF_TH}的那一瞬间，整流交流电压V_AC的值如下所示：

V_AC＝V_{OFF_TH}+n*V_F                   (4)

由公式(2)可知，在时间点t₄前当电压V_AK刚达到电压V_{ON_TH}的那瞬间，整流交流电压V_AC的值如下所示：

$V_{\mathrm{AK}}=V_{\mathrm{ON}\_\mathrm{TH}}=\frac{m}{m+n}\×V_{\mathrm{AC}}---\left(5\right)$

将公式(4)带入公式(5)可得：

$V_{\mathrm{ON}\_\mathrm{TH}}=\frac{m}{m+n}\×(V_{\mathrm{OFF}\_\mathrm{TH}}+n\×V_F)---\left(6\right)$

将公式(6)带入公式(3)可得：

$V_d=\frac{m\×n}{m+n}\×V_F-\frac{n}{m+n}\×V_{\mathrm{OFF},\mathrm{TH}}---\left(7\right)$

在实际应用中，电压V_{OFF_TH}的值可由双端电流控制器120的最大功率消耗P_{D_MAX}和最大输出电流I_MAX来决定：

P_{D_MAX}＝V_{OFF_TH}*I_MAX               (8)

因此依据公式(7)和(8)，本发明可通过调整m和n的值来改变瞬间压差ΔV_d的值。举例来说，在发光装置20所包含(m+n)个发光单元数量相同的前提下，只要选择较大n值即可减少瞬间压差ΔV_d的值，进而提供更稳定的驱动电流I_LED。

请参考图10，图10为本发明第三实施例中一发光二极管照明装置300示意图。发光二极管照明装置300包含一电源供应电路110、多个双端电流控制器，以及一发光装置30。本发明第二和第三实施例结构类似，不同之处在于发光二极管照明装置300包含多个双端电流控制器(图10以4组双端电流控制器121～124来做说明)，而发光装置30包含多个发光组件(图10以5组发光组件21～25来做说明)：发光组件21～24分别并联于相对应的双端电流控制器121～124，且各包含多个串接的发光单元，流经发光组件21～24的电流分别由I_{LED_AK1}～I_{LED_AK4}来表示，而其跨压则分别由V_AK1～V_AK4来表示。发光组件25串联于双端电流控制器121～124且其包含多个串接的发光单元，流经发光组件25的电流由I_LED来表示，而其跨压由V_LED来表示。每一发光单元可包含一个发光二极管或多个发光二极管，图10仅显示了采用单一发光二极管的架构。在图10所示的实施例中，双端电流控制器121～124分别依据其跨压V_AK1～V_AK4的值来控制流经相对应发光组件21～24的电流，流经双端电流控制器121～124的电流分别由I_AK1～I_AK4来表示，而其跨压分别由V_AK1～V_AK4来表示。在本发明第三实施例中，双端电流控制器121～124的隔离电压分别远小于相对应发光组件21～24的整体隔离电压。

在本发明第三实施例的发光二极管照明装置300中，每一双端电流控制器运作时的电流-电压特性图亦可如图8所示，可依据相对应双端电流控制器120～124的最大功率消耗、最大输出电流、串联发光二极管的特性和数目等来决定其个别V_DROP1～V_DROP4、V_{OFF_TH1}～V_{OFF_TH4}和V_{ON_TH1}～V_{ON_TH4}的值。图11说明了本发明第三实施例的发光二极管照明装置300的运作，显示了电压V_AC和电流I_LED的波形。如前所述，由于整流交流电压V_AC的值随着时间而有周期性变化，因此以包含时间点t₀～t₁₀的一个周期来做说明，其中时间点t₀～t₅之间为整流交流电压V_AC的上升周期，而时间点t₅～t₁₀之间为整流交流电压V_AC的下降周期。

首先说明包含时间点t₀～t₅的上升周期，在时间点t₀和t₁之间，双端电流控制器121～124的跨压V_AK1～V_AK4随着整流交流电压V_AC而上升。由于双端电流控制器121～124的隔离电压远小于相对应发光组件21～24的整体隔离电压，因此在时间点t₀和t₁之间双端电流控制器121～124较早被导通，此时电流从电源供应电路110依序通过双端电流控制器121～124传送至发光组件25，亦即I_LED＝I_AK1＝I_AK2＝I_AK3＝I_AK4，而电流I_{LED_AK1}～I_{LED_AK4}的值约莫为零。在时间点t₁和t₂之间，电压V_AK1的值大于V_{OFF_TH1}，双端电流控制器121首先被关闭，此时电流从电源供应电路110依序通过发光组件21、双端电流控制器122～124传送至发光组件25，亦即I_LED＝I_{LED_AK1}＝I_AK2＝I_AK3＝I_AK4，而电流I_AK1和I_{LED_AK2}～I_{LED_AK4}的值约莫为零。在时间点t₂和t₃之间，电压V_AK2的值大于V_{OFF_TH2}，双端电流控制器122接着被关闭，此时电流从电源供应电路110依序通过发光组件21、发光组件22、双端电流控制器123～124传送至发光组件25，亦即I_LED＝I_{LED_AK1}＝I_{LED_AK2}＝I_AK3＝I_AK4，而电流I_AK1、I_AK2和I_{LED_AK3}～I_{LED_AK4}的值约莫为零。在时间点t₃和t₄之间，电压V_AK3的值大于V_{OFF_TH3}，双端电流控制器123接着被关闭，此时电流从电源供应电路110依序通过发光组件21、发光组件22、发光组件23和双端电流控制器124传送至发光组件25，亦即I_LED＝I_{LED_AK1}＝I_{LED_AK2}＝I_{LED_AK3}＝I_AK4，而电流I_AK1、I_AK2、I_AK3和I_{LED_AK4}的值约莫为零。在时间点t₄和t₅之间，电压V_AK4的值大于V_{OFF_TH4}，双端电流控制器124接着被关闭，此时电流从电源供应电路110依序通过发光组件21～24传送至发光组件25，亦即I_LED＝I_{LED_AK1}＝I_{LED_AK2}＝I_{LED_AK3}＝I_{LED_AK4}，而电流I_AK1～I_AK4的值约莫为零。针对包含时间点t₅～t₁₀的下降周期，随着整流交流电压V_AC的下降，当电压V_AK4～V_AK1的值依序分别低于V_{ON_TH4}～V_{ON_TH1}时，双端电流控制器124～121会在时间点t₆～t₉依序被开启，其运作方式和其相对应的上升周期类似，在此不另加赘述。

请参考图12，图12为本发明第四实施例中一发光二极管照明装置400示意图。发光二极管照明装置400包含一电源供应电路410、一双端电流控制器120，和一发光装置10。本发明第一和第四实施例结构类似，不同之处在于电源供应电路410的结构。在本发明第一实施例中，电源供应电路110利用桥式整流器112来对交流电压VS(例如市电110～220伏特)进行整流，进而提供随着时间而有周期性变化的整流交流电压V_AC。在本发明第四实施例中，电源供应电路410可接收任意来源的交流电压VS，再利用一交流-交流变压器412来进行电压转换，最后由桥式整流器112进行整流，进而提供随着时间而有周期性变化的整流交流电压V_AC。发光二极管照明装置400的运作方式亦可如图5和图6所示，在此不另加赘述。同理，本发明第二和第三实施例亦可采用电源供应电路410来提供整流交流电压V_AC。

图13为本发明一实施例中双端电流控制器120的示意图。在此实施例中，双端电流控制器120包含一开关QN、一控制电路50、一电流检测电路60，以及一电压检测电路70。开关QN可为一场效应晶体管(Field EffectTransistor，FET)、一双载子接面晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)，或是其它具有类似功能的组件，图13的实施例以一N型金属氧化物半导体(N-Type Metal-Oxide-Semiconductor)场效应晶体管来做说明。开关QN的栅极耦接至控制电路50以接收栅极电压V_g，其漏极-源极电压、栅极-源极电压和阈值电压分别由V_DS、V_GS和V_TH来表示。当开关QN在线性区运作时，其漏极电流主要由漏极-源极电压V_DS来决定；当开关QN在饱和区运作时，其漏极电流只相关于栅极-源极电压V_GS。

在整流交流电压V_AC的上升周期，开关QN的漏极-源极电压V_DS会随着电压V_AK而增加：当电压V_AK的值不大于V_DROP时，漏极-源极电压V_DS小于栅极-源极电压V_GS和阈值电压V_TH的差值(亦即V_DS＜V_GS-V_TH)，而控制电路50提供的栅极电压V_g会让V_GS＞V_TH，因此开关QN会在线性区运作，此时其漏极电流主要取决于漏极-源极电压V_DS，亦即双端电流控制器120会让电流I_AK和电压V_AK之间的关系呈现如同开关QN的线性区特性。

在整流交流电压V_AC的上升周期，当电压V_AK的值介于V_DROP和电压V_{OFF_TH}之间时，漏极-源极电压V_DS大于栅极-源极电压V_GS和阈值电压V_TH的差值(V_DS＞V_GS-V_TH)，而控制电路50提供的栅极电压V_g会让V_GS＞V_TH，因此开关QN会在饱和区运作，此时其漏极电流只相关于栅极-源极电压V_GS，亦即电流I_AK的值不会随着电压V_AK改变。本发明利用电流检测电路60来检测流经开关QN的电流大小，并依此判断此时相对应的电压V_AK是否超过V_DROP的值。在图13所示的实施例中，电流检测电路60包含一电阻R和一比较器CP1，电阻R可依据流经开关QN的电流来提供一回授电压V_FB，比较器CP1再依据回授电压V_FB和一参考电压V_REF的大小关系来输出一相对应的控制讯号S1至控制电路50。若V_FB＞V_REF，控制电路50会依据控制讯号S1来将栅极-源极电压V_GS固定在大于阈值电压V_TH的一预定值，进而将电流I_AK的值限定在I_MAX。

电压检测电路70包含一逻辑电路72、一电压边缘检测电路74，以及两比较器CP2和CP3。比较器CP2可判断电压V_AK和V_{ON_TH}之间的大小关系，而比较器CP3可判断电压V_AK和V_{OFF_TH}之间的大小关系。同时，当电压V_AK的值介于V_{OFF_TH}和V_{ON_TH}之间时，电压边缘检测电路74可判断此时是整流交流电压V_AC的上升周期或下降周期。依据电压边缘检测电路74和比较器CP2、CP3的判断结果，逻辑电路72再依此输出一相对应的控制讯号S2至控制电路50。当电压V_AK的值在整流交流电压V_AC的上升周期内介于V_{OFF_TH}和V_{ON_TH}之间时，控制电路50会依据控制讯号S2将电压V_g调降至低于阈值电压V_TH的值以关闭开关QN，进而将电流I_AK的值限定在零；当电压V_AK的值在整流交流电压V_AC的下降周期内介于V_{ON_TH}和V_{OFF_TH}之间时，控制电路50会依据控制讯号S2将电压V_g调升至高于阈值电压V_TH的值以让开关QN于饱和区运作，进而将电流I_AK的值限定在I_MAX。

在本发明发光二极管照明装置100、200、300、400中，双端电流控制器120～124的数目、发光组件21～25的数目和结构，以及电源供应电路110、410的种类可依据不同应用来决定。图4、7、10和12所示仅为本发明的实施例，并不限定本发明的范畴。同时，图13所示的双端电流控制器120中仅为本发明的实施例，本发明亦可采用其它具有类似功能的组件来达到如图5、6、8、9和11所示的特性。

本发明的发光二极管照明装置利用双端电流控制器来控制流经串接发光二极管的电流大小和导通数目，在整流交流电压尚未达到所有发光二极管的整体隔离电压前即能导通部分发光二极管，因此能够增加发光二极管照明装置的功率因素，同时兼顾可操作电压范围与亮度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种发光二极管照明装置，其包含

一第一发光组件，其依据一第一电流来提供光源；

一第二发光组件，串联于该第一发光组件且依据一第二电流来提供光源；以及

一双端电流控制器，并联于该第一发光组件且串联于该第二发光组件，用来依据该第一发光组件的跨压来调节该第二电流，其中：

在一整流交流电压的一上升周期内当该第一发光组件的跨压不大于一第一电压时，该双端电流控制器呈导通以将该第一电流限定至零，并依据该第一发光组件的跨压来调整该第二电流的值，且该整流交流电压的值随着时间而有周期性的变化；

在该上升周期内当该第一发光组件的跨压大于该第一电压且不大于一第二电压时，该双端电流控制器呈导通以将该第一电流限定至零，并将该第二电流的值固定在大于零的一预定值；且

在该上升周期内当该第一发光组件的跨压大于该第二电压时，该双端电流控制器呈关闭以使得该第一和该第二电流具相同值。

2.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其中在该整流交流电压的一下降周期内当该第一发光组件的跨压介于该第一电压和一第三电压之间时，该双端电流控制器呈导通以将该第一电流限定至零，并将该第二电流的值固定在该预定值，且该第三电压大于该第二电压。

3.如权利要求2所述的发光二极管照明装置，其中该双端电流控制器包含：

一开关，其依据一栅极电压来导通该第二电流；

一控制电路，其依据一第一控制讯号和一第二控制讯号来提供该栅极电压；

一电流检测电路，其依据该第二电流的值来判断该第一发光组件的跨压是否大于该第一电压，并依据判断结果来提供该第一控制讯号；以及

一电压检测电路，用来比较该第一发光组件的跨压、该第二电压和该第三电压之间的大小关系，并判断出所对应的该上升周期或该下降周期，再依据判断结果来提供该第二控制讯号。

4.如权利要求3所述的发光二极管照明装置，其中：

当该电流检测电路判断该第一发光组件的跨压不大于该第一电压时，该开关是依据该栅极电压来调整该第二电流的值；而

当该电流检测电路判断该第一发光组件的跨压大于该第一电压时，该开关是依据该栅极电压来将该第二电流维持在该预定值。

5.如权利要求3所述的发光二极管照明装置，其中：

当该电压检测电路判断在该上升周期内当该第一发光组件的跨压大于该第一电压且不大于该第二电压时，该开关是依据该栅极电压来将该第二电流维持在该预定值并将该第一电流的值限定至零；而

当该电压检测电路判断在该下降周期内当该第一发光组件的跨压大于该第一电压且不大于该第三电压时，该开关是依据该栅极电压来将该第二电流维持在该预定值并将该第一电流的值限定至零，且该第三电压大于该第二电压。

6.如权利要求3所述的发光二极管照明装置，其中该开关为一晶体管开关。

7.如权利要求6所述的发光二极管照明装置，其中该双端电流控制器依据该第一发光组件的跨压来调整该第二电流的值以使该第一发光组件的跨压和该第二电流之间的变化关系符合该开关的一特定运作区域的特性。

8.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其中导通该双端电流控制器所需的隔离电压小于导通该第一发光组件的所需的隔离电压。

9.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其中每一发光组件各包含多个串联的发光二极管。

10.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其还包含一电源供应电路，用来提供该整流交流电压以驱动该第一发光组件和该第二发光组件。

11.如权利要求10所述的发光二极管照明装置，其中该电源供应电路包含一交流-交流变压器。

12.一种双端电流控制器，用来控制流经一负载的一第一电流，其中：

在一整流交流电压的一上升周期内当该负载的跨压不大于一第一电压时，该双端电流控制器导通相关于该整流交流电压的一第二电流，进而将该第一电流限定至零，并依据该负载的跨压来调整该第二电流的值；

在该上升周期内当该负载的跨压大于该第一电压且不大于一第二电压时，该双端电流控制器导通该第二电流以将该第一电流限定至零，并将该第二电流的值固定在大于零的一预定值；且

当该负载的跨压大于该第二电压时，该双端电流控制器呈关闭以使得该第一和该第二电流具相同值。

13.如权利要求12所述的双端电流控制器，其中在该整流交流电压的一下降周期内当该负载的跨压介于该第一电压和一第三电压之间时，该双端电流控制器呈导通以将该第一电流限定至零，并将该第二电流的值固定在该预定值，且该第三电压大于该第二电压。

14.如权利要求13所述的双端电流控制器，其包含：

一开关，用来依据一栅极电压来导通该第二电流；

一控制电路，用来依据一第一控制讯号和一第二控制讯号来提供该栅极电压；

一电流检测电路，用来依据该第二电流的值来判断在该上升周期内该负载的跨压是否大于该第一电压，并依据判断结果来提供该第一控制讯号；以及

一电压检测电路，用来比较该负载的跨压和该第二电压之间的大小关系，并依据判断结果来提供该第二控制讯号。

15.如权利要求14所述的双端电流控制器，其中：

当该电流检测电路判断该负载的跨压不大于该第一电压时，该开关是依据该栅极电压来调整该第二电流的值；而

当该电流检测电路判断该负载的跨压大于该第一电压时，该开关是依据该栅极电压来将该第二电流维持在该预定值。

16.如权利要求14所述的双端电流控制器，其中：

当该电压检测电路判断在该上升周期内当该负载的跨压大于该第一电压且不大于该第二电压时，该开关依据该栅极电压来将该第二电流维持在该预定值并将该第一电流的值限定至零；而

当该电压检测电路判断在该下降周期内当该负载的跨压大于该第一电压且不大于该第三电压时，该开关是依据该栅极电压来将该第二电流维持在该预定值并将该第一电流的值限定至零，且该第三电压大于该第二电压。

17.如权利要求14所述的双端电流控制器，其中该开关为一晶体管开关。

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