CN102612204B - 发光二极管驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种发光二极管驱动电路，包括：一桥式整流器、一第一补偿电容、一第二补偿电容、及一发光二极管模块。桥式整流器是连接至一交流输入电源以产生一整流输出电源；第一补偿电容是连接至桥式整流器的第一整流输出端及交流输入端；第二补偿电容是连接至桥式整流器的交流输入端及第二整流输出端。发光二极管模块是连接于桥式整流器的第一及第二整流输出端。本发明的第一及第二补偿电容可有效改善发光二极管模块的总电流谐波失真及其利用率。

Description

发光二极管驱动电路
技术领域
本发明是关于一种发光二极管驱动电路，尤指一种有效改善发光二极管模块总电流谐波失真的发光二极管驱动电路。
背景技术
根据国际能源署(International Energy Agency，IEA)估计，全球消耗的电能中有19％是用于照明。因此，近年来，世界各国纷纷致力于以高效能的发光灯源来替代低效能的白炽灯光源。随着发光二极管在流明输出及光效方面持续快速进步，平均每流明光输出的成本正逐渐下降，因此，发光二极管照明成为一种重要的能源节省方案。
目前，业界已发展出适合交流电源使用的交流发光二极管(AC LED)。交流发光二极管可直接使用市电所提供的交流电源，已能有效解决发光二极管无法直接在交流电源下使用的问题。然而，目前交流发光二极管于工艺中仍存在有需要改进的课题。
根据一般的灯光规范，发光二极管光灯的功率因子必须在0.9以上，且其功率因子测试值须在标示值95％以上，总输入功率需在厂商标示值±10％以内，且电流总谐波失真不得大于33％。然而，若发光二极管驱动电路的总输入电流谐波失真过高，将难以通过规范，而不利于生产。因此，已知发光二极管电路的设计仍有其缺点而有予以改善的必要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种发光二极管驱动电路，以便能有效改善发光二极管模块的总电流谐波失真，并且增加发光二极管模块的利用率。
为达成上述目的，本发明的发光二极管驱动电路包括：一桥式整流器，包含第一及第二交流输入端、与第一及第二整流输出端，第一及第二交流输入端是用以接收一交流输入电源，以于第一及第二交流输入端产生一整流输出电源；一第一补偿电容，其第一端连接至桥式整流器的第一整流输出端，其第二端连接至桥式整流器的第二交流输入端；一第二补偿电容，其第一端连接至第一补偿电容的第二端，其第二端连接至桥式整流器的第二整流输出端；以及一发光二极管模块，其是连接于桥式整流器的第一及第二整流输出端之间。
本发明的主要特征在于：加装第一及第二补偿电容于电路结构中，该等第一及第二补偿电容各具有预定的电容值，使得第一及第二补偿电容上的电压和不大于交流输入电源的峰值电压。
本发明可包含一电流限制电路，其是连接至发光二极管模块及第二电容的第二端之间。电流限制电路是由一晶体管及一电阻所组成，晶体管的漏极是连接至发光二极管模块，晶体管的源极是连接至电阻的第一端，晶体管的栅极是连接至电阻的第二端，且电阻的第二端是连接至第二整流输出端。较佳地，发光二极管模块是包含多个串并接的发光二极管。
另外，桥式整流器是包含第一、第二、第三及第四二极管，第一、第二二极管的阴极端是连接至第一整流输出端，第一、第二二极管的阳极端是分别连接至第一、第二交流输入端，第三、第四二极管的阴极端是分别连接至第二、第一交流输入端，第三、第四二极管的阳极端是连接至第二整流输出端。第一、第二、第三及第四二极管可为发光二极管。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方法进行详细的描述，以使本发明的特征和优点更为明显，其中：
图1是本发明第一实施例的电路结构图。
图2(a)及2(b)是分别为本发明的发光二极管驱动电路未加装及已加装第一、第二补偿电容时交流输入电源的电压及电流波形图。
图3(a)及3(b)是分别为本发明的发光二极管驱动电路未加装及已加装第一、第二补偿电容时发光二极管模块的电压及电流波形图。
图4(a)及图4(b)是分别显示本发明的发光二极管驱动电路未加装及已加装第一、第二补偿电容时的电路特性表。
图5是本发明第二实施例的电路结构图。
图6(a)是本发明第二实施例的交流输入电源的电压及电流波形图。
图6(b)是本发明第二实施例的发光二极管模块的电压及电流波形图。
图7是本发明第三实施例的电路结构图。
具体实施方式
请先参考图1，其是本发明发光二极管驱动电路的第一实施例的电路结构图。如图所示，本发明的发光二极管驱动电路1包括：一桥式整流器11、一第一补偿电容12、一第二补偿电容13、一发光二极管模块14、及一电流限制电路15。其中，桥式整流器11是由四个二极管以桥式连接而成，其包含有第一交流输入端111及第二交流输入端112、与第一整流输出端113及第二整流输出端114。第一交流输入端111及第二交流输入端112是电性连接至一交流输入电源Vin，第一整流输出端113及第二整流输出端114则产生一整流输出电源。
其次，第一补偿电容12的第一端121是连接至桥式整流器11的第一整流输出端113，第二端122连接至桥式整流器的第二交流输入端112。第二补偿电容13的第一端131是连接至第一补偿电容12的第二端122及第二交流输入端112，第二端132则连接至桥式整流器11的第二整流输出端114。
发光二极管模块14包含多个串并接的发光二极管，其是电性连接于桥式整流器11的第一整流输出端113与电流限制电路15之间。电流限制电路15是由一晶体管151及一电阻152所组成，其中，晶体管151的漏极151a是连接至发光二极管模块14，源极151b是连接至电阻152的第一端152a，栅极151c是连接至电阻152的第二端152b。电阻152的第二端152b是连接至第二整流输出端114。当然，电流限制电路15亦可由其它型态组成，并不以本实施例所举为限。其它可用做电流限制的电路皆可用于本发明中，例如，电流限制电路15可仅由单一电阻组成，即可具有限流的功效。
通过前述本发明的发光二极管驱动电路，可利用第一补偿电容12及第二补偿电容13来补偿交流输入电源Vin较低时的电流波型失真，其中，本发明所使用的第一补偿电容12及第二补偿电容13的电容值是设计为较小，以使得第一补偿电容12及第二补偿电容13上的跨压和不大于交流输入电源Vin的峰值电压。因此，在交流输入电源Vin进入次一周期前，第一补偿电容12及第二补偿电容13的能量即已释放完毕。故而，不会将交流输入电源Vin倍压至两倍。是故，第一补偿电容12及第二补偿电容13的功能主要是用来改善总电流谐波失真，以及增加发光二极管模块14的利用率。
为清楚说明本发明的效果，以下通过波形图以进行说明。请参考图2及图3，其中，图2(a)及2(b)是分别为本发明的发光二极管驱动电路未加装及已加装第一补偿电容12及第二补偿电容13时交流输入电源Vin的电压及电流波形图，而图3(a)及3(b)是分别为本发明的发光二极管驱动电路未加装及已加装第一补偿电容12及第二补偿电容13时发光二极管模块14的电压及电流波形图，
如图所示，当未加装第一补偿电容12及第二补偿电容13时，发光二极管模块14在时间33.0M至35.0M及41.0M到43.0M时是处于低电流，因此，发光二极管模块14有较高的总电流谐波失真，且于此一区间发光二极管模块14较容易有闪烁的情形发生，而在加装第一补偿电容12及第二补偿电容13后，发光二极管模块14在时间33.0M至4435.0M及41.0M到43.0M时电流即有所提升，因此，可改善发光二极管模块14的总电流谐波失真，并且增加发光二极管模块14的利用率。
图4(a)及图4(b)进一步显示本发明的发光二极管驱动电路未加装及已加装第一补偿电容12及第二补偿电容13时的电路特性表。其中，发光二极管模块14是由33颗20mA额定的0.08W发光二极管串连组成，总额定功率约为2.7W，第一补偿电容12及第二补偿电容13是为270n的电容。由图4(a)与图4(b)可以清楚地看出，无论使用100V、110V或120V的交流输入电源Vin，相较于未加装第一补偿电容12及第二补偿电容13，本发明的交流电源输入功率(Pin)、发光二极管模块14功率(PLED)、效率、及发光二极管瓦数变动率均有效地提升，并且，可有效地降低总电流谐波失真(THD)。
本发明的发光二极管驱动电路1亦可运用于其它电路结构以进一步提升其效能，请参考图5所示的第二实施例。如图所示，本实施例的电路结构与第一实施例基本相同，但增加一高阻抗电阻16、第一至第四分压电阻171-174、一第二晶体管18、及一第三晶体管19。
本实施例的主要特征在于：第一分压电阻171及第二分压电阻172是相互串接，第三分压电阻173及第四分压电阻174亦相互串接，串接的第一分压电阻171及第二分压电阻172是连接于第一整流输出端113及第二整流输出端114之间，串接的第三分压电阻173及第四分压电阻174亦连接于第一整流输出端113及第二整流输出端114之间。第二晶体管18的漏极18a是连接至电阻152的第二端152b，栅极18b是连接至第一分压电阻171及第二分压电阻172之间，源极18c则连接至第二整流输出端114。第三晶体管19的漏极19a是连接至第二晶体管18的栅极18b，栅极19b是连接至第三分压电阻173与第四分压电阻174之间，源极19c则连接至第二整流输出端114。第二晶体管18及第三晶体管19的开启与关闭，是分别根据第二分压电阻172及第四分压电阻174的跨压。
本实施例的波形图请参考图6(a)及图6(b)，图6(a)是本实施例交流输入电源Vin的电压及电流波形图，图6(b)是本实施例发光二极管模块14的电压及电流波形图。如图6(b)所示，相对于未加装第一补偿电容12及第二补偿电容13的电压及电流波形(如图3(a))，于本实施例中，发光二极管模块14在时间33.0M至35.0M及41.0M到43.0M时电流有所提升，故有较低的总电流谐波失真，且利用率亦较未加装第一补偿电容12及第二补偿电容13时高。例如，当输入电压大于设定值时，第三晶体管19导通，而使得第二晶体管18关闭，此时，发光二极管模块14将与高阻抗电阻16串联。由于高阻抗电阻16为一较大阻抗的路径，故可有效地抑制发光二极管模块14消耗功率。因此，此电路可用来抑制输入电压变动过大，或是输入电压过大时发光二极管模块14消耗功率过大而导致过热损坏的问题。
本发明的发光二极管驱动电路1还可运用于Triac调光电路，请参考图7所提供的第三实施例。如图所示，本实施例的电路结构与第一实施例基本相同，但增加一Triac调光电路20、一第一电阻21、及一第二电阻22。Triac调光电路20是连接至交流输入电源Vin，第一电阻21是连接于第二交流输入端112与第一补偿电容12及第二补偿电容13的接点之间，第二电阻是连接于第一整流输出端113及第二整流输出端114之间。同样地，由于增设第一补偿电容12及第二补偿电容13，故发光二极管模块14可较降低总电流谐波失真，且发光二极管模块14的利用率亦较未加装第一补偿电容12及第二补偿电容13时高。第一电阻21是用来抑制Triac调光电路20调光时，在第一补偿电容12及第二补偿电容13上所产生的电流突波；第二电阻22是用来避免在Triac调光电路20调光时因导通角过低而产生闪烁的情形。因此，第一补偿电容12及第二补偿电容13可配合Triac调光电路20使用，以有效提高其电路使用效率。
然而，上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (9)

1.一种发光二极管驱动电路，包括：
一桥式整流器，包含第一及第二交流输入端、与第一及第二整流输出端，该第一及第二交流输入端用以接收一交流输入电源，以于该第一及第二整流输出端产生一整流输出电源；
一第一补偿电容，其第一端连接至该桥式整流器的第一整流输出端，其第二端连接至该桥式整流器的第二交流输入端；
一第二补偿电容，其第一端连接至该第一补偿电容的第二端，其第二端连接至该桥式整流器的第二整流输出端；
一发光二极管模块，其连接于该桥式整流器的第一及第二整流输出端之间；以及
一电流限制电路，其连接至该发光二极管模块及该第二电容的第二端之间。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中，该第一及第二补偿电容各具有预定的电容值，以使得第一及第二补偿电容上的电压和不大于该交流输入电源的峰值电压。
3.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中，该电流限制电路由一晶体管及一电阻所组成，该晶体管的漏极连接至该发光二极管模块，该晶体管的源极连接至该电阻的第一端，该晶体管的栅极连接至该电阻的第二端，且该电阻的第二端连接至该第二整流输出端。
4.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中，该发光二极管模块包含多个串并接的发光二极管。
5.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其中，该桥式整流器包含第一、第二、第三及第四二极管，该第一、第二二极管的阴极端连接至该第一整流输出端，该第一、第二二极管的阳极端分别连接至该第一、第二交流输入端，该第三、第四二极管的阴极端分别连接至该第二、第一交流输入端，该第三、第四二极管的阳极端连接至该第二整流输出端。
6.如权利要求5所述的发光二极管驱动电路，其中，该第一、第二、第三及第四二极管为发光二极管。
7.一种发光二极管驱动电路，包括：
一桥式整流器，包含第一及第二交流输入端、与第一及第二整流输出端，该第一及第二交流输入端是用以接收一交流输入电源，以于该第一及第二整流输出端产生一整流输出电源；
一第一补偿电容，其第一端连接至该桥式整流器的第一整流输出端，其第二端连接至该桥式整流器的第二交流输入端；
一第二补偿电容，其第一端连接至该第一补偿电容的第二端，其第二端连接至该桥式整流器的第二整流输出端；
一发光二极管模块，其连接于该桥式整流器的第一整流输出端；
一电流限制电路，包括一第一晶体管及一第一电阻，该第一晶体管的漏极连接至该发光二极管模块，该第一晶体管的源极连接至该第一电阻的第一端，该第一晶体管的栅极连接至该第一电阻的第二端；
串接的第一及第二分压电阻，其连接于该第一及第二整流输出端之间；
串接的第三及第四分压电阻，其连接于该第一及第二整流输出端之间；
一第二晶体管，其漏极连接至该第一电阻的第二端，其栅极连接至该第一及第二分压电阻的连接端，其源极连接至该第二整流输出端；
一第三晶体管，其漏极连接至该第二晶体管的栅极，其栅极连接至该第三及第四分压电阻的连接端，其源极连接至该第二整流输出端；以及
一第二电阻，连接于该发光二极管模块及第二整流输出端之间。
8.如权利要求7所述的发光二极管驱动电路，其中，该第二电阻为一高阻抗电阻。
9.一种发光二极管驱动电路，包括：
一调光电路，其输入接收一交流输入电源，以于其输出产生调整的交流输入电源；
一桥式整流器，包含第一及第二交流输入端、与第一及第二整流输出端，该第一及第二交流输入端用以接收该调整的交流输入电源，以于第一及第二整流输出端产生一整流输出电源；
一第一电阻，其第一端连接至该第二交流输入端；
一第一补偿电容，其第一端连接至该桥式整流器的第一整流输出端，其第二端连接至该第一电阻的第二端；
一第二补偿电容，其第一端连接至该第一电阻的第二端，其第二端连接至该桥式整流器的第二整流输出端；
一第二电阻，连接于该第一及第二整流输出端之间；
一发光二极管模块，其连接于该桥式整流器的第一整流输出端；
一电流限制电路，包括一晶体管及一第三电阻，该晶体管的漏极连接至该发光二极管模块，该晶体管的源极连接至该第三电阻的第一端，该晶体管的栅极连接至该第三电阻的第二端，且该第三电阻的第二端连接至该第二整流输出端。
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