CN102421217A - 发光组件之驱动电路 - Google Patents

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CN102421217A
CN102421217A CN2010105984066A CN201010598406A CN102421217A CN 102421217 A CN102421217 A CN 102421217A CN 2010105984066 A CN2010105984066 A CN 2010105984066A CN 201010598406 A CN201010598406 A CN 201010598406A CN 102421217 A CN102421217 A CN 102421217A
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Abstract

本发明提供一种发光组件之驱动电路，其中，该电路包含一整流单元、一驱动晶体管、一定电流单元、一电压控制单元以及一发光组件；该电压控制单元，包含一偏压控制组件与一可变电阻。藉由一微处理器或机械方式调整该可变电阻之阻值，直接以模拟方式调整该发光组件的输入电流进而控制该发光组件之亮度，以达成调光之目的。本发明同时可藉由将三组包含一驱动晶体管、一定电流单元、一电压控制单元以及一发光组件所形成的电路与一整流单元做并联，以达最佳之调光目的。其中该等发光组件系分别为红光发光组件、绿光发光组件及蓝光发光组件。

Description

发光组件之驱动电路
技术领域
本发明是关于一种发光组件之驱动电路，特别是指藉由一微处理器或机械方式调整该可变电阻之阻值，直接以模拟方式调整该等发光组件的输入电流进而控制该等发光组件之亮度，以达成调光之目的者。
背景技术
习知之发光组件调光技术，是利用一脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)控制器，将模拟讯号转换为数字脉冲，控制发光组件开和关的时间比例，将开和关的时间比例划分为若干等级，发光组件就会显示出相应数量的明亮灰阶色彩。因此只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单的改变输出电流，从而调节发光组件之亮度。
但使用PWM调光方式有其缺点，主要在于PWM调光容易导致白光发光组件的驱动电路产生人耳听得见的噪声，因为PWM调光时，PWM信号的频率正好落在200Hz到20kHz之间，恰好是人耳听得见的频率范围。而当PWM信号为低时，发光组件驱动电路停止工作，输出电容通过白光发光组件和下端的电阻进行放电。因此当使用PWM调光时，输出电容不可避免的产生很大的涟波(Ripple)。此外，使用PWM进行责任周期控制时，较小的责任周期其效率相对较低。
此外，市面上高功率的发光组件照明产品普遍无法实施调光功能、无法调节亮度以适应各种不同的环境，加上制造商所生产的发光组件本身亮度可能不均匀等等问题，使得发光组件在照明灯具之应用上不尽理想。                       
故本发明之发明人有鉴于习知发光组件调光技术之缺失，乃亟思发明一种发光组件之驱动电路，藉由一微处理器或机械方式调整该可变电阻之阻值，直接以模拟方式调整发光组件的输入电流进而控制亮度，以达成调光之目的，并可规避CK(Philips Color Kinetics)公司专利如US-6,016,038及US-6,150,774等的限制。
发明内容
本发明之目的是提供一种发光组件之驱动电路，其包括一整流单元、一第一驱动晶体管、一第一定电流单元、一第一电压控制单元以及一第一发光组件。
该第一整流单元之两端分别与第一电源输入端以及第二电源输入端电性连接，该第一整流单元的两输出端则分别与该第一驱动晶体管之第一汲极以及该第一发光组件一端电性连接，其是接收一外部电源所提供之一交流电源，并整流该交流电源为一直流电源；
该第一驱动晶体管包含一第一闸极、一第一源极及一第一汲极，该第一汲极连接该整流单元，该第一源极是根据该第一闸极与该第一源极间的电压差对应输出一驱动电流；
该第一定电流单元系连接于该第一汲极与该第一闸极间，若对其施加顺向偏压，在额定电压范围内，可以得到一额定大小的电流；
该第一电压控制单元，包含一第一偏压控制组件与一第一可变电阻，该第一可变电阻具有一第一端点与一第二端点，该第一端点连接该第一源极，该第一偏压控制组件连接于该第一闸极与该第二端点间，并根据该驱动电流流经该第一可变电阻所产生之电压差控制该第一闸极与该第一源极之电压差。其中：
该第一偏压控制组件可以为一齐纳二极管(Zener Diode)，该齐纳二极管具有一阳极与一阴极，该阳极连接该第二端点，该阴极连接该第一闸极。
该第一偏压控制组件可以较佳地为一N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)，该N型金氧半场效晶体管之汲极连接该第一闸极，该N型金氧半场效晶体管之闸极连接该第一端点，该N型金氧半场效晶体管之源极连接该第二端点。
该第一偏压控制组件更可以较佳地为一N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)，该N型金氧半场效晶体管之汲极连接该第一闸极，该N型金氧半场效晶体管之闸极连接该第一端点，该N型金氧半场效晶体管之源极连接该第二端点，此外更包含一第一电容与一第二电容，该第一电容连接于该第一定电流单元之两端点间，该第二电容连接于该第一闸极与该第二端点间；
该第一发光组件系连接于该第二端点与该第二整流输出端间；
其中，该第一可变电阻之电阻值被调整时，是对应改变该驱动电流之电流值。此方法直接以模拟方式调整该第一发光组件的输入电流进而控制该第一发光组件之亮度，以达成调光之目的。
本发明同时可藉由将三组各自包含一驱动晶体管、一定电流单元、一电压控制单元以及一发光组件所形成的电路与一整流单元并联，并藉由调整各可变电阻之电阻值以达最佳之调光目的。其中该等发光组件分别为红光发光组件、绿光发光组件及蓝光发光组件。
附图说明
图1为本发明之一基本电路实施例示意图。
图2为本发明之第一实施例示意图。
图3为本发明之第二实施例示意图。
图4为本发明之第三实施例示意图。
图5为本发明之另一基本电路实施例示意图。
图6为本发明之再一基本电路实施例示意图。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，兹藉由下述具体之实施例，并配合所附之图式，对本发明作一详细说明，说明如后：
请参考图1，其为本发明之一基本电路实施例示意图。图中，该交流电源(10)具有一第一电源输出端(12)以及一第二电源输出端(14)，两者皆用以输出电源，当该交流电源(10)输出正半周期波形时，电流自该第一电源输出端(12)输出；当该交流电源(10)输出负半周期波形时，电流则由该第二电源输出端(14)输出。整流单元(20)主要目的在于整流交流电，如图1所示，该整流单元(20)具有一第一整流输出端(22)以及一第二整流输出端(24)，分别与该第一电源输出端(12)及该第二电源输出端(14)电性连接。
一第一驱动晶体管(40)，包含一第一闸极(42)、一第一源极(46)及一第一汲极(44)，该第一驱动晶体管汲极(44)连接该第一整流输出端(22)，该第一源极(46)根据该第一闸极(42)与该第一源极(46)间的电压差对应输出一驱动电流；
一第一定电流单元(30)，连接于该第一汲极(44)与该第一闸极(42)间，其特性在于若接收到顺向偏压，在一额定电压内，可以输出一额定大小的电流，因此只要在合乎规格内的电压，都能够得到相同的电流。因此即使该交流电源(10)发生10%的压变，输出电流也不会因为压变而产生变化，达到输出稳定电流的效果。该第一定电流单元(30)系为一可变电阻或电阻值可调整之一偏压回授电阻，或一定电流二极管(Current Regulative Diode)。其中该可变电阻或该偏压回授电阻系藉由一微处理器(图中未示)调整电阻值，或藉由机械方式调整电阻值。
一第一电压控制单元(50)，包含一第一偏压控制组件(502)与一第一可变电阻(508)，该第一可变电阻(508)具有一第一端点(504)与一第二端点(506)，该第一端点(504)连接该第一源极(46)，该第一偏压控制组件(502)连接于该第一闸极(42)与该第二端点(506)间，并根据该驱动电流流经该第一可变电阻(508)所产生之电压差控制该第一闸极(42)与该第一源极(46)之电压差；以及
一第一发光组件(510)，连接于该第二端点(506)与该第二整流输出端(24)间；
其中，该第一可变电阻(508)之电阻值被调整时，对应改变该驱动电流之电流值而藉此控制该第一发光组件(510)之亮度，以达成调光之目的。该第一发光组件(510)为有机发光二极管、发光二极管或电致发光组件且数量可为一个或多个。
请参考图2，其为本发明之第一实施例示意图。图中，该第一定电流单元(30)两端与该第一闸极(42)以及该第一汲极(44)电性连接。并以一齐纳二极管(Zener Diode)(512)作为该第一偏压控制组件(502)，该齐纳二极管(512)具有一阳极与一阴极，该阳极连接该第二端点(506)，该阴极连接该第一闸极(42)。该第一发光组件(510)两端与该第二端点(506)以及该第二整流输出端(24)电性连接。
该第一定电流单元(30)可为一偏压回授电阻或一定电流二极管(Current Regulative Diode)。当其内部阻值甚大时，该第一闸极(42)完全没有电流通过，电流完全流经该第一汲极(44)以及该第一源极(46)，此时藉由机械方式调整该第一可变电阻(508)之阻值，抑或是使用一微处理器(MCU)控制其阻值，可控制电路中电流之大小，达到调整该等发光组件之发光效率和调整光度之目的；相反地，当其内部阻值甚小时，电流会大量流经该第一闸极(42)，但此处由于使用一齐纳二极管(Zener Diode)(512)做为稳压组件，因此电流大小会自动地被调整，以维持发光组件之发光效率，同样地，藉由改变该第一可变电阻(508)之阻值可达成调光之目的。
该第一发光组件(510)在使用上常常会有过热的问题，当温度升高时，该第一发光组件(510)之导通电压(Vf)会随之下降，造成该第一发光组件(510)两端之跨压降低，也代表该第一发光组件(510)前端电路之跨压以及电流都会升高，而本发明之第一实施例可以调整电流大小，解决电流过大的问题。
请参考图3，其为本发明之第二实施例示意图。图中，该第一定电流单元(30)两端与该第一闸极(42)以及该第一汲极(44)电性连接。一N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)(514)作为该第一偏压控制组件，该N型金氧半场效晶体管(514)之汲极连接该第一闸极(42)，该N型金氧半场效晶体管(514)之闸极连接该第一端点(504)，该N型金氧半场效晶体管(514)之源极连接该第二端点(506)。该第一发光组件(510)两端与该第二端点(506)以及该第二整流输出端(24)电性连接。
该第一定电流单元(30)可为一偏压回授电阻或一定电流二极管(Current Regulative Diode)。当其内部阻值甚大时，该第一闸极(42)完全没有电流通过，电流完全流经该第一汲极(44)以及该第一源极(46)，此时藉由机械方式调整该第一可变电阻(508)之阻值，抑或是使用微处理器(MCU)控制其阻值，可控制电流之大小，可维持该第一发光组件(510)之发光效率和调整光度；相反地，当其内部阻值甚小时，电流会大量流经该第一闸极(42)，而造成流经该第一可变电阻(508)之电流变小，此时可藉由改变该第一可变电阻(508)值之大小来控制N型金氧半场效晶体管(514)之闸极电压(闸极电压必须大于临界电压(Vt)时晶体管才能导通)，藉由控制该N型金氧半场效晶体管(514)之导通与否来调整电流大小，以维持该第一发光组件(510)之发光效率和调整光度。同时该第一发光组件(510)在使用上常常会有过热的问题，本实施例也可以透过调整电流大小而解决。
请参考图4，其为本发明之第三实施例示意图。图中，该第一定电流单元(30)两端系与该第一闸极(42)以及该第一汲极(44)电性连接。一N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)(514)作为该第一偏压控制组件，该N型金氧半场效晶体管(514)之汲极连接该第一闸极(42)，该N型金氧半场效晶体管(514)之闸极连接该第一端点(504)，该N型金氧半场效晶体管(514)之源极连接该第二端点(506)。更包含一第一电容(516)与一第二电容(518)，该第一电容(516)连接于该第一定电流单元(30)之两端点间，该第二电容(518)连接于该第一闸极(42)与该第二端点(506)间。该第一发光组件(510)两端系与该第二端点(506)以及该第二整流输出端(24)电性连接。
当该第一可变电阻(508)之阻值甚大时，电流近乎完全流经该第一定电流单元(30)，此时该第一驱动晶体管(40)不导通，而该N型金氧半场效晶体管(514)导通，此时藉由机械方式调整该第一定电流单元(30)内之阻值，抑或是使用微处理器(MCU)控制其阻值，可控制流经该N型金氧半场效晶体管(514)电流之大小，即可维持该第一发光组件(510)之发光效率和调整光度；相反地，当该第一可变电阻(508)之阻值甚小时，电流近乎完全流经该第一驱动晶体管(40)，此时该N型金氧半场效晶体管(514)不导通，但同样可藉由机械方式调整该第一定电流单元(30)内之阻值，抑或是使用微处理器(MCU)控制其阻值，使该N型金氧半场效晶体管(514)导通并同时控制流经该第一驱动晶体管(40)电流之大小，维持该第一发光组件(510)之发光效率和调整光度，反之亦然。此外该第一可变电阻(508)与该第一定电流单元(30)内部阻值间具有互相牵制与影响之作用，透过改变该第一可变电阻(508)与该第一定电流单元(30)之阻值，该第一发光组件(510)可得到不同的输出电流。同时该第一发光组件(510)在使用上常常会有过热的问题，本实施例也可以透过调整电流大小而解决。
请参考图5，其为本发明之另一基本电路实施例示意图。图中前半部电路之实施方式与前述图1本发明之一基本电路实施例相同，在此便不再赘述。而此处电路之不同处在于包含：
一第二驱动晶体管(70)，系包含一第二闸极(72)、一第二源极(76)及一第二汲极(74)，该第二汲极(74)连接该整流单元(20)，该第二源极(76)根据该第二闸极(72)与该第二源极(76)间的电压差对应输出一第二驱动电流；
一第二定电流单元(60)，连接于该第二汲极(74)与该第二闸极(72)间；
一第二电压控制单元(80)，包含一第二偏压控制组件(802)与一第二可变电阻(808)，该第二可变电阻(808)具有一第三端点(804)与一第四端点(806)，该第三端点(804)连接该第二源极(76)，该第二偏压控制组件(802)连接于该第二闸极(72)与该第四端点(806)间，并根据该第二驱动电流流经该第二可变电阻(808)所产生之电压差控制该第二闸极(72)与第二源极(76)之电压差；以及
一第二发光组件(810)，连接于该第四端点(806)与该第二整流输出端(24)间；该第二发光组件(810)为有机发光二极管、发光二极管或电致发光组件且数量可为一个或多个。
其中，该第二可变电阻(808)之电阻值被调整时，对应改变该第二驱动电流之电流值。
请参考图6，其为本发明之再一基本电路实施例示意图。图中前半部电路之实施方式与前述图5本发明之另一基本电路实施例相同，在此便不再赘述。而此处电路之不同处在于包含；
一第三驱动晶体管(100)，包含一第三闸极(1002)、一第三源极(1006)及一第三汲极(1004)，该第三汲极(1004)连接该整流单元(20)，该第三源极(1006)根据该第三闸极(1002)与该第三源极(1006)间的电压差对应输出一第三驱动电流；
一第三定电流单元(90)，连接于该第三汲极(1004)与该第三闸极(1002)间；
一第三电压控制单元(110)，包含一第三偏压控制组件(1102)与一第三可变电阻(1108)，该第三可变电阻(1108)具有一第五端点(1104)与一第六端点(1106)，该第五端点(1104)连接该第三源极(1006)，该第三偏压控制组件(1102)连接于该第三闸极(1002)与该第六端点(1106)间，并根据该第三驱动电流流经该第三可变电阻(1108)所产生之电压差控制该第三闸极(1002)与第三源极(1006)之电压差；以及
一第三发光组件(1110)，连接于该第六端点(1106)与该第二整流输出端(24)间；该第三发光组件(1110)为有机发光二极管、发光二极管或电致发光组件且数量可为一个或多个。同时该第一发光组件(510)、该第二发光组件(810)及该第三发光组件(1110)分别为红光发光组件、绿光发光组件及蓝光发光组件。
其中，该第三可变电阻(1108)之电阻值被调整时，对应改变该第三驱动电流之电流值。
因此，可藉由分别调整第一、第二以及第三可变电阻(508、808、1108)的电阻值，来控制流经该第一、第二及第三发光组件(510、810、1110)的驱动电流值大小，以组合出不同波长或不同色温的光线。
值得注意的是，前述所提及的定电流单元(30、60、90)为电阻值可调整之偏压回授电阻时，可藉由MCU调整或由使用者以机械方式调整电阻值，以调整各发光组件(510、810、1110)的亮度。
此外，驱动电流会对可变电阻(508、808、1108)的电阻值变化较为敏感，而对于偏压回授电阻的电阻值变化较不敏感。例如，当可变电阻(508、808、1108)电阻值产生了500奥姆的变化时，会让驱动电流产生10毫安的变化，但偏压回授电阻的电阻值产生了500奥姆的变化时，仅会让驱动电流产生2~3毫安的变化。因此，使用者可将可变电阻(508、808、1108)视为粗调(major)光源的组件，而将偏压回授电阻视为微调(minor)光源的组件。
   以上所述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示之精神下完成之等效改变或修饰，均应包含在下述之申请专利范围内。

Claims (11)

1.一种发光组件之驱动电路，其特征是该发光组件之驱动电路包括：
一整流单元，接收一外部电源所提供之一交流电源，并整流该交流电源为一直流电源； 
一第一驱动晶体管，包含一第一闸极、一第一源极及一第一汲极，该第一汲极连接该整流单元，该第一源极根据该第一闸极与该第一源极间的电压差对应输出一驱动电流；
一第一定电流单元，连接于该第一汲极与该第一闸极间；
一第一电压控制单元，包含一第一偏压控制组件与一第一可变电阻，该第一可变电阻具有一第一端点与一第二端点，该第一端点连接该第一源极，该第一偏压控制组件连接于该第一闸极与该第二端点间，并根据该驱动电流流经该第一可变电阻所产生之电压差控制该第一闸极与该第一源极之电压差；以及
一第一发光组件，连接于该第二端点与该整流单元间；
其中，该第一可变电阻之电阻值被调整时，对应改变该驱动电流之电流值。
2.根据权利要求1所述的发光组件之驱动电路，其特征是该第一定电流单元为电阻值可调整之一偏压回授电阻，或一定电流二极管(Current Regulative Diode)。
3.根据权利要求1所述的发光组件之驱动电路，其特征是该第一可变电阻或该偏压回授电阻藉由一微处理器调整电阻值，或藉由机械方式调整电阻值。
4.根据权利要求1所述的发光组件之驱动电路，其特征是该第一偏压控制组件为一齐纳二极管(Zener Diode)，该齐纳二极管具有一阳极与一阴极，该阳极连接该第二端点，该阴极连接该第一闸极。
5.根据权利要求1所述的发光组件之驱动电路，其特征是该第一偏压控制组件为一N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)，该N型金氧半场效晶体管之汲极连接该驱动晶体管之该第一闸极，该N型金氧半场效晶体管之闸极连接该第一端点，该N型金氧半场效晶体管之源极连接该第二端点。
6.根据权利要求1所述的发光组件之驱动电路，其特征是更包含：
一第一电容与一第二电容，该第一电容连接于该第一定电流单元之两端点间，该第二电容连接于该第一闸极与该第二端点间。
7.根据权利要求1所述的发光组件之驱动电路，其特征是更包含：
一第二驱动晶体管，包含一第二闸极、一第二源极及一第二汲极，该第二汲极连接该整流单元，该第二源极根据该第二闸极与该第二源极间的电压差对应输出一第二驱动电流；
一第二定电流单元，连接于该第二汲极与该第二闸极间；
一第二电压控制单元，包含一第二偏压控制组件与一第二可变电阻，该第二可变电阻具有一第三端点与一第四端点，该第三端点连接该第二源极，该第二偏压控制组件连接于该第二闸极与该第四端点间，并根据该第二驱动电流流经该第二可变电阻所产生之电压差控制该第二闸极与该第二源极之电压差；以及
一第二发光组件，连接于该第四端点与该整流单元间；
其中，该第二可变电阻之电阻值被调整时，对应改变该第二驱动电流之电流值。
8.根据权利要求7所述的发光组件之驱动电路，其特征是更包含：
一第三驱动晶体管，系包含一第三闸极、一第三源极及一第三汲极，该第三汲极连接该整流单元，该第三源极系根据该第三闸极与该第三源极间的电压差对应输出一第三驱动电流；
一第三定电流单元，系连接于该第三汲极与该第三闸极间；
一第三电压控制单元，系包含一第三偏压控制组件与一第三可变电阻，该第三可变电阻具有一第五端点与一第六端点，该第五端点连接该第三源极，该第三偏压控制组件连接于该第三闸极与该第六端点间，并根据该第三驱动电流流经该第三可变电阻所产生之电压差控制该第三闸极与该第三源极之电压差；以及
一第三发光组件，连接于该第六端点与该整流单元间；
其中，该第三可变电阻之电阻值被调整时，对应改变该第三驱动电流之电流值。
9.根据权利要求7所述的发光组件之驱动电路，其特征是该第一发光组件、该第二发光组件及该第三发光组件系分别为红光发光组件、绿光发光组件及蓝光发光组件。
10.根据权利要求1所述的发光组件之驱动电路，其特征是该发光组件为有机发光二极管、发光二极管或电致发光组件。
11.根据权利要求1所述的发光组件之驱动电路，其特征是该发光组件之数量可为一个或多个。
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