CN102348308A - 发光二极管驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管驱动电路，与交流电电连接，包含至少一个交流电发光二极管(AC-LED)，及至少两个定电流二极管或至少一个双向定电流二极管(Current Regulative Diode)。所述定电流二极管或该双向定电流二极管是与该交流电发光二极管耦接，且容许顺向的额定电流、及逆向的额定电流通过。借此，利用所述定电流二极管能够稳定电流，及容许电流以顺向或逆向通过的特性，使本发明在简化电路配置的前题下，达到提升效能及使用信赖感的目的。

Description

发光二极管驱动电路

技术领域

本发明涉及一种发光二极管驱动电路，特别是涉及一种使用交流电的发光二极管驱动电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)在物理原理上属于低电压(V＝3.6V)、大电流(I＝200～1500mA)的直流操作组件，又称为直流电发光二极管(DC-LED)，因此，要在目前使用高电压交流电的市电环境中使用DC-LED，就必须搭配一个压降组件，将110V的市电降为现有LED所使用的电压，及使用一个整流组件如限流电阻，以电阻方式限制电流大小，将交流电(AC)转换成直流电(DC)。

然而，前述压降组件相当占用空间，而不利于空间配置，且交流电转换为直流电时，会有15％～30％的电力被损耗，导致发光二极管的发光效率很难达到90％以上。再者，由于使用电压高低的差异，目前DC-LED必须另外添加专用控制电路，导致驱动电路复杂，且容易因为负载过大而过热毁损。

参阅图1，为一个定电流二极管(Current Regulative Diode)11与一个直流电发光二极管12(DC-LED)串联的电路图，其主要是利用该定电流二极管11能够额定电流的特性，使电压、电流趋于稳定，避免使用时的温升造成阻值下降，导致电流变化过大的问题。然而，由于直流电发光二极管12只能在顺向偏压下工作，因此应用于交流电时，只有某一个方向电源通过时才能发光，会有闪烁及效能过低的问题，且面对高电压的应用，通常需要串接一定数量的直流电发光二极管12才能应用，存在空间大小受到限制的问题。

为了改善上述缺点，台湾工业技术研究院及韩国首尔半导体企业，分别成功开发了免用压降组件且用于直接于市电环境下使用的交流电发光二极管(AC-LED)。在理想的操作条件下，AC-LED会因为减少整流组件的压降，或省略整流组件的设置，而获得95％左右的高发光效率。

由于该交流电发光二极管(AC-LED)属于定电压的驱动方式，因此，在定电压的模式下，该交流电发光二极管(AC-LED)的功率，由下列公式简单说明：

V_ave为市电的交流电压方均根值，即

假设该交流电发光二极管稳态时的阻抗为Zn，则电流为：

$I\left(t\right)=\frac{V_{\mathrm{ave}}\sqrt{2}\sin (\mathrm{wt}+\mathrm{\φ})}{\mathrm{Zn}}$

根据定电压模式，其平均功率为：

$P_{\mathrm{ave}}=V_{\mathrm{ave}}\·I_{\mathrm{ave}}=V_{\mathrm{ave}}\·\frac{V_{\mathrm{ave}}}{\mathrm{Zn}}$

不考虑电压电流的相位变化，则随时间变化的功率为：

$P\left(t\right)=V\left(t\right)\·I\left(t\right)=V_{\mathrm{ave}}\sqrt{2}\sin (\mathrm{wt}+\mathrm{\φ})\·\frac{V_{\mathrm{ave}}\sqrt{2}\sin (\mathrm{wt}+\mathrm{\φ})}{\mathrm{Zn}}=\frac{{{2V}_{\mathrm{ave}}}^2{\left[\sin (\mathrm{wt}+\mathrm{\φ})\right]}^2}{\mathrm{Zn}}$

推算出：P(t)＝2P_ave[sin(wt+φ)]²

根据前述可知，该交流电发光二极管(AC-LED)的消耗功率P(t)相对于平均消耗功率P_ave最大将有2倍的变化，换句话说，在此定电压的驱动下，以平均功耗显示消耗5W为例，则最高时将消耗10W，因此，此瞬间的高热若是无法得到妥善的热解决，将使该交流电发光二极管(AC-LED)早衰，甚至损坏。

实务上，其消耗功率会随着时间还有大幅度的增加，原因是该交流电发光二极管(AC-LED)在点亮工作后，会因为温度上升，而使阻抗变小。而市电供电往往并非十分稳定，约有10％的电压变化，当电压增加10％，其功耗将增加20％，不但会产生还多的散热需求，且会导致使用者对发光二极管的信赖感严重减少。值得注意的是，在110V时，功耗虽然增加20％，但以平均功耗5W，最大功耗10W为例，则最大瞬间散热设计将至12W。这种突然增加的电压将导致功耗的快速增加，对发光二极管的应用是非常严重的伤害。因此，若刻意省略整流组件，会有电压过大而烧毁，或电压过小亮度不足的问题，且即使设置有整流组件，当电压波动时，AC-LED的发光亮度同样会随着整流组件电阻值的增加而下降，同时电阻本身亦持续消耗功率。

所以，大多数的发光二极管驱动电路，都不建议采用定电压的模式，这也是目前的AC-LED都只能做到小瓦特数应用的原因，如小夜灯、神明灯等。而高功率的应用如100W以上LED路灯，却都仍然采用DC-LED。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提升效能及稳定性的发光二极管驱动电路。

本发明的发光二极管驱动电路，与交流电电连接，包含至少一个交流电发光二极管，及至少两个定电流二极管。所述定电流二极管分别与该交流电发光二极管耦接，且容许顺向的额定电流、及逆向的额定电流通过。

本发明所述的发光二极管驱动电路，所述定电流二极管的额定电流相同。

本发明所述的发光二极管驱动电路，所述定电流二极管的额定电流不相同。

本发明的发光二极管驱动电路，也可以包含至少一个交流电发光二极管，及至少一个双向定电流二极管。该双向定电流二极管与该交流电发光二极管耦接，且容许顺向的额定电流、及逆向的额定电流通过。

本发明的有益效果在于：以所述定电流二极管或所述双向定电流二极管能够稳定电流，及容许电流以双向流动的特性，使本发明能够直接使用交流电，在简化电路配置的前题下，达到提升功率的目的。

附图说明

图1是一电路图，说明一个定电流二极管与一个直流电发光二极管串联；

图2是一电路图，说明本发明一发光二极管驱动电路的一第一较佳实施例；

图3是一电路图，说明本发明第一较佳实施例中交流电的正半周沿箭头方向流动；

图4是一电路图，说明本发明第一较佳实施例中交流电的负半周沿箭头方向流动；及

图5是一电路图，说明本发明一发光二极管驱动电路的一第二较佳实施例。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2，本发明发光二极管驱动电路的一个第一较佳实施例是与交流电电连接。该发光二极管驱动电路包含一个交流电发光二极管2(AC-LED)，及两个定电流二极管3、4(Current Regulative Diode)。

参阅图3，该交流电发光二极管2在本较佳实施例中是将一堆微小晶粒采用交错的矩阵式排列工艺均分为五串并串连成用于供电流正向通过与逆向通过的一个整流桥。

所述定电流二极管3、4与该交流电发光二极管2串联，并分别容许顺向的额定电流、及逆向的额定电流通过。在本较佳实施例中，该顺向的额定电流与该逆向的额定电流相同，分别为20mA。值得一提的是，所述定电流二极管3、4具有恒定电流，及容许电流双向流通的特性。

参阅图2、图3，工作时，交流电的正半周会沿箭头方向流动，此时，该定电流二极管3只容许20mA的额定电流通过该交流电发光二极管2，因此，图3中沿箭头方向的3串LED晶粒发光。而交流电的负半周会沿图4中的箭头方向流动，此时，该定电流二极管4同样只容许20mA的额定电流通过该交流电发光二极管2，因此，图4中沿箭头方向的3串LED晶粒发光。借此，虽然交流电是一种脉动电流，且该交流电发光二极管2的晶粒也是轮流发光，然而，由于晶粒有断电余辉续光的特性，余辉能够保持几十微秒，而人眼对流动光点记忆是有惰性的，因此，人眼感觉是连续在发光。

根据前文所述，该交流电发光二极管2有一半时间在工作，一半时间在休息，因而发热得以减少40-20％，进而能提升使用寿命。重要的是，本发明能够稳定电流，使电压、电阻趋于稳定，因此，本发明没有电阻产生高温，及电流变化过大的问题，不需要使用压降组件，且只需串联所述定电流二极管3、4与该交流电发光二极管2，就能够适用市电环境下使用的交流电。

根据定电流模式，其平均功率为：P_ave＝I_ave ²·Zn

当定电流时，其消耗功率将不会随该交流电发光二极管2的阻抗变小而增加，反而会随着阻抗变小而减少，借此，达到平衡，且不会如同背景技术中定电压模式时产生功耗不断增加，最后导致发光二极管2损坏的情形。

另外，所述定电流二极管3、4的额定电流也可以不相同，如顺向的额定电流可以是20mA，逆向的额定电流可以是60mA。借此，以电流的变化产生电压高低的差异，使该交流电发光二极管2的晶粒在轮流发光的过程中，产生明、亮的差异，而产生闪烁的效果，能够适用于特殊的场合。

参阅图4，是本发明一第二较佳实施例，其与该第一较佳实施例大致相同，不同处在于：该第二较佳实施例是以一个双向定电流二极管5取代所述定电流二极管3、4。

由于该双向定电流二极管5容许顺向的额定电流、及逆向的额定电流通过，且同样能够稳定电流，使电压、电阻趋于稳定，因此，该第二较佳实施例亦没有电阻产生高温，及电流变化过大的问题，不需要使用压降组件，且只需串联该双向定电流二极管5与该交流电发光二极管2，就能够适用市电环境下使用的交流电。

据上所述可知，本发明的发光二极管驱动电路具有下列优点及功效：

本发明直接使用市电输入，且以前述定电流二极管3、4稳定电流，及容许电流以双向流动，属于定电压、定电流的驱动模式，不但不需额外的整流、变压电路，且在此定电压、定电流的驱动模式下，除了能够维持定电压驱动模式的优势，获得高发光效率外，且能兼具定电流优势，在消耗功率随该交流电发光二极管2的阻抗变小而减少的情形下，能够稳定电流，使电压、电阻趋于稳定，且没有电阻产生高温，及电流变化过大的问题。借此，降低能量损耗与散热需求，及提升使用者对该交流电发光二极管2的信赖感。

Claims (4)

1.一种发光二极管驱动电路，与交流电电连接，其特征在于其包含：

至少一个交流电发光二极管；及

至少两个定电流二极管，分别与该交流电发光二极管耦接，且容许顺向的额定电流、及逆向的额定电流通过。

2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于：所述定电流二极管的额定电流相同。

3.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于：所述定电流二极管的额定电流不相同。

4.一种发光二极管驱动电路，与交流电电连接，其特征在于其包含：

至少一个交流电发光二极管；及

至少一个双向定电流二极管，与该交流电发光二极管耦接，且容许顺向的额定电流、及逆向的额定电流通过。

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