CN102791059B - 电流平衡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流平衡电路，包含：第一发光二极管组件；第二发光二极管组件，与第一发光二极管组件反向且并联连接于第一共接点；第三发光二极管组件，与第二发光二极管组件反向且并联连接于第二共接点；交流电源发生器，以提供第一至第三发光二极管组件发亮所需的电流，且与第一发光二极管组件及第三发光二极管组件连接；第一均流元件，连接于交流电源发生器及第一共接点之间，以平衡第一及第二发光二极管组件接收的电流；一第二均流元件，连接于交流电源发生器及第二共接点之间，以平衡第二及第三发光二极管组件所接收的电流。

Description

电流平衡电路
技术领域
本发明关于一种电流平衡电路，尤指一种能使多个发光二极管组件的电流达成平衡的电流平衡电路。
背景技术
近年来由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的制造技术的突破，使得发光二极管发光亮度及发光效率大幅提升，进而逐渐取代传统的灯管而成为新的照明元件，广泛地应用于例如家用照明装置、汽车照明装置、手持照明装置、液晶面板背光源、交通号志指示灯、指示看板等照明应用。为了增加发光二极管使用时的亮度，通常会将至少一个发光二极管彼此串接而形成一发光二极管组件。
发光二极管为直流负载，而在使用多组相互并联的发光二极管组件的电子装置的应用中，由于每个发光二极管的特性及阻抗彼此不同，导致流经每个发光二极管组件的电流都不尽相同，如此一来，将使得所述电子装置的发光亮度不均匀，也会使得个别发光二极管的使用寿命大幅减少，进而使得整个电子装置受到损害。
为了要改善发光二极管组件电流不均匀的问题，已经有许多的发光二极管组件的电流平衡技术被采用来改善这项缺失，其中的一现有技术即是采用各自独立的电能单元来个别驱动每一发光二极管组件，然而使用各自独立的电能单元将会导致电路的线路复杂以及生产成本提高的缺失，且会因为多个电能单元具有容差(tolerance)而导致均流效果不佳。而另一种现有技术则是利用多个共模扼流线圈(common choke)来平衡流过每一发光二极管组件的电流，然而利用多个共模扼流线圈将导致电路中的磁性元件数目增加，从而造成具有生产成本提高以及体积变大的缺失，此外，共模扼流线圈会产生激磁电流，因此均流效果也不佳。
因此如何发展一种可改善上述现有技术缺失的电流平衡电路，实为目前迫切需要解决的课题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种电流平衡电路，其可将流经多个发光二极管组件的电流互相达成平衡，进而解决现有需利用各自独立的电能单元来个别驱动电子装置内的每一发光二极管组件，使每一发光二极管组件的电流达成平衡，或是利用多个共模扼流线圈来平衡流过电子装置内的每一发光二极管组件的电流，导致所述电子装置具有线路复杂、生产成本提高以及体积变大等缺失。
为达上述目的，本发明的某一实施例提供一种电流平衡电路，包含：
多个发光二极管组件，至少包含：
一第一发光二极管组件，包含一第一端和一第二端，所述第一发光二极管组件的第一端和第二端正负极性相反；
一第二发光二极管组件，包含一第一端和一第二端，所述第二发光二极管组件的第一端和第二端正负极性相反，所述第二发光二极管组件的第二端与所述第一发光二极管组件的第一端电连接于一第一共接点，所述第二发光二极管组件的第二端与所述第一发光二极管组件的第一端正负极性相反；以及
一第三发光二极管组件，包含一第一端和一第二端，所述第三发光二极管组件的第一端和第二端正负极性相反，所述第三发光二极管组件的第二端与所述第二发光二极管组件的第一端电连接于一第二共接点，所述第三发光二极管组件的第二端与所述第二发光二极管组件的第一端正负极性相反；
一交流电源发生器，用以提供所述第一发光二极管组件、所述第二发光二极管组件以及所述第三发光二极管组件发亮所需的电流，包含一第一端和一第二端；以及
多个均流组件，至少包含：
一第一均流组件，包含一第一端和一第二端，所述第一均流元的第一端电连接于所述交流电源发生器的第一端，所述第一均流元的第二端电连接所述第一共接点，用以平衡所述第一发光二极管组件及所述第二发光二极管组件所接收的电流；以及
一第二均流组件，包含一第一端和一第二端，所述第二均流元的第一端电连接于所述交流电源发生器的第二端，所述第二均流元的第二端电连接于所述第二共接点，用以平衡所述第二发光二极管组件及所述第三发光二极管组件所接收的电流。
本发明的另一实施例提供一种电流平衡电路，包含：
多个发光二极管组件，其中所述发光二极管组件的个数为至少三个以上；
一交流电源发生器，用以提供所述多个发光二极管组件发亮所需的电流；以及
多个容性均流组件，其个数比所述多个发光二极管组件的个数少一，且每一所述容性均流组件用以平衡所述多个发光二极管组件的其中两个发光二极管组件所接收的电流；
其中每一所述容性均流组件连接于所述交流电源发生器与所述多个发光二极管组件的其中两个发光二极管组件之间，且至少一所述发光二极管组件与所述多个容性均流组件的其中两个容性均流组件电连接。
附图说明
图1：其为本发明较佳实施例的电流平衡电路的电路方块示意图；
图2：其为图1所示的电流平衡电路的部份具体电路结构示意图；
图3：其为本发明图2所示的电流平衡电路当增加一组发光二极管组件时所对应的电路结构示意图；
图4：其为图2所示的电流平衡电路的一变化例；
图5：其为图2所示的电流平衡电路的另一变化例。
其中，附图标记说明如下：
1：电流平衡电路；
10：第一发光二极管组件；
11：第二发光二极管组件；
12：第三发光二极管组件；
13：交流电源发生器；
130：开关电路；
131：谐振槽；
14：第一均流元件；
15：第二均流元件；
16：第四发光二极管组件；
17：第三均流元件；
18：第一滤波电路；
19：第二滤波电路；
20：第三滤波电路；
VIN：输入电压；
VAC：交流电压；
Q1～Q4：开关元件；
T：变压器；
Np：初级绕组；
Ns：次级绕组；
L：电感；
Lr：谐振电感；
C、Cl：电容；
Cr：谐振电容；
Cf：稳压电容；
A：第一共接点；
B：第二共接点；
C：第三共接点；
D：发光二极管；
D1：第一整流二极管；
D2：第二整流二极管；
D3：第三整流二极管。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，然其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图式在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
请参阅图1及2，其中图1为本发明较佳实施例的电流平衡电路的电路方块示意图，图2为图1所示的电流平衡电路的部份具体电路结构示意图。如第1及2图所示，电流平衡电路1应用于各种照明装置中，例如家用照明装置、汽车照明装置、手持照明装置、液晶面板背光源、交通号志指示灯、指示看板等，主要包含多个发光二极管组件、多个均流元件以及交流电源发生器13。
于本发明中，发光二极管组件的数目为N个，其中N为正整数且N≥3，而均流元件的数目则比发光二极管组件的数目少1，亦即均流元件的数目为N-1个，以下将先以电流平衡电路1包含第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11、第三发光二极管组件12、第一均流元件14以及第二均流元件15为例来说明本发明的技术。第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12由交流电源发生器13所提供的一交流电压VAC来驱动，其中第一发光二极管组件10以及第二发光二极管组件11反向且并联连接，第二发光二极管组件11与第三发光二极管组件12亦反向且并联连接，换言之，即如图2所示，第一发光二极管组件10的负端与交流电源发生器13的负端电连接，第一发光二极管组件10的正端则与第二发光二极管组件11的负端电连接于一第一共接点A，第二发光二极管组件11的正端与第三发光二极管组件12的负端电连接于一第二共接点B，第三发光二极管组件12的正端则与交流电源发生器13的正端电连接。
于一些实施例中，第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12分别可由单一发光二极管D或是由多个发光二极管D串联连接所构成，但皆不以此为限。此外，于其他实施例中，第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12各自的正端与负端的连接关亦可同时与图2所示的连接关系相反。
第一均流元件14电连接于交流电源发生器13的正端以及第一共接点A之间，其用以平衡第一发光二极管组件10以及第二发光二极管组件11所接收的电流。而第二均流元件15则电连接于交流电源发生器13的负端以及第二共接点B之间，其用以平衡第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12所接收的电流。
于上述实施例中，第一均流元件14以及第二均流元件15可分别为但不限于由电容C所构成，由于电容具有安培-秒平衡(Amp-Second Balance)特性，亦即电容电荷平衡的特性，因此流过第一均流元件14以及第二均流元件15的平均电流值皆分别为零，换言之，亦即顺向流过第一均流元件14的平均电流值会等于反向流过第一均流元件14的平均电流值，而顺向流过第二均流元件15的平均电流值会等于反向流过第二均流元件15的平均电流值，因此第一均流元件14可平衡第一发光二极管组件10以及第二发光二极管组件11所接收的电流，第二均流元件15可平衡第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12所接收的电流，故第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12所接收的电流便会通过第一均流元件14及第二均流元件15而同时达到平衡，而由于本发明直接通过电容本身的物理特性来达成多个发光二极管组件的电流平衡，故相较于现有电流平衡的技术利用多个电能单元或是共模扼流线圈来达成，本发明的均流效果较佳，且本发明的电流平衡电路1的线路简单、体积小且生产成本亦低。
于上述实施例中，交流电压VAC通过第一均流元件14将所输出的正半周电压以及负半周电压分别驱动第一发光二极管组件10以及第二发光二极管组件11，此外，交流电压VAC亦通过第二均流元件15将所输出的正半周电压以及负半周电压分别驱动第三发光二极管组件12以及第二发光二极管组件11，因此交流电压VAC交替驱动第一发光二极管组件10与第二发光二极管组件11发光，并交替驱动第二发光二极管组件11与第三发光二极管组件12发光。
于一些实施例中，交流电源发生器13可由市电或是发电机所构成，故可直接输出交流电压VAC，如图1所示，但并不以此为限，于其他实施例中，交流电源发生器13亦可由一全桥谐振式直流-交流转换器(Full Bridge DC-ACConverter)所构成，如图2所示，其接收一输入电压VIN并转换成正弦波的交流电压VAC，且包含一开关电路130、一谐振槽(resonant tank)131、一变压器T以及一稳压电容Cf。开关电路130接收输入电压VIN，且主要由多个开关元件Q1～Q4所构成，其中，开关元件Q1与Q2、开关元件Q3与Q4分别构成了两个桥臂，开关元件Q1与Q4、开关元件Q2与Q3所接收的驱动信号(未图示)各以接近50％的占空比进行开关动作，且开关元件Q1～Q4以零电压切换的方式运作。谐振槽131与变压器T的初级绕组Np连接于开关电路130中的两桥臂的中点上，且谐振槽131可为但不限于由一谐振电容Cr以及一谐振电感Lr串联连接而构成。变压器T将初级绕组NP所接收的能量利用进行转换，而于次级绕组Ns上输出。滤波电容C f跨接于变压器T的次级绕组Ns上，用以将次级绕组Ns所输出的电能进行滤波稳压，以产生交流电压VAC。
当然，本发明的电流平衡电路1的发光二极管组件的个数并不局限于如图1及2所示仅具有三个，于一些实施例中，如图3所示，电流平衡电路1除了具有第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12以外，更具有例如一第四发光二极管组件16，所述第四发光二极管组件16与第三发光二极管组件12反向且并联连接，亦即第四发光二极管组件16的正端与交流电源发生器13的负端电连接，第四发光二极管组件16的负端则与第三发光二极管组件12的正端电连接于一第三共接点C，而为了平衡第三发光二极管组件12以及第四发光二极管组件16所接收的电流，电流平衡电路1更对应地具有第三均流元件17，电连接于交流电源发生器13的正端以及第三共接点C之间，且同样可为但不限于由电容C所构成。由上可知，本发明的电流平衡电路1中的发光二极管组件的个数是可三个以上，其中每一发光二极管组件与另一发光二极管组件为反向且并联连接，并交替地发光，此外，均流元件的数目则会比发光二极管组件的数目少1，以通过多个均流元件来平衡多个发光二极管组件的电流。
于一些实施例中，如图4所示，电流平衡电路1更可对应发光二极管组件的个数而具有多个整流二极管，例如第一整流二极管D1、第二整流二极管D2以及第三整流二极管D3，以及多个滤波电路，例如第一滤波电路18、第二滤波电路19与第三滤波电路20，其中，第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20可为但不限于由电容C1所构成，且分别与所对应的第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12并联连接，第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20分别用以过滤异常的脉冲电压，同时可储存交流电压VAC所提供的电能，以分别当所对应的第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11或第三发光二极管组件12于交流电压VAC的正半周或负半周而熄灭时，释放所储存的电能给所对应的第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11或第三发光二极管组件12，使第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11或第三发光二极管组件12可维持亮度而不会熄灭，故第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11或第三发光二极管组件中12的每一发光二极管D便可分别通过第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20而避免重复性的亮暗交替变化，是以发光二极管D的生命周期便可延长。
第一整流二极管D1与第一发光二极管组件10同向且串联连接，第二整流二极管D2与第二发光二极管组件11同向且串联连接，第三整流二极管D3与第三发光二极管组件12同向且串联连接，第一整流二极管D1、第二整流二极管D2以及第三整流二极管D3分别用以整流，以防止当交流电压VAC输出正半周电压以及负半周电压时，有双向的电流流过第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12，使得第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12无法实现电流平衡。
当然，图4所示的第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20并不局限于需由电容C1所构成，于一些实施例中，如图5所示，第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20可改由电感L所构成，而当第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20由电感L所构成时，第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20则对应地改为分别与第一发光二极管组件10、第二发光二极管组件11以及第三发光二极管组件12串联连接，此时，第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20所能达到的效果同样与图4所示的第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20相似，故于此不再赘述。此外，当图4所示的第一滤波电路18、第二滤波电路19以及第三滤波电路20由电感L所构成，亦即如图5所示时，则图4所示的第一整流二极管D1、第二整流二极管D2以及第三整流二极管D3仍可保留(未图示)，或是如图5所示直接省略第一整流二极管D1、第二整流二极管D2以及第三整流二极管D3。
综上所述，由于本发明的电流平衡电路直接利用由电容所构成的多个均流元件来使流经多个发光二极管组件的电流互相达成平衡，故本发明的电流平衡电路相较于现有电流平衡的技术具有电路的线路简单、生产成本降低以及体积变小等功效。
本发明得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (31)

1.一种电流平衡电路，包含:
多个发光二极管组件，至少包含：
一第一发光二极管组件,包含一第一端和一第二端,所述第一发光二极管组件的第一端和第二端正负极性相反；
一第二发光二极管组件，包含一第一端和一第二端,所述第二发光二极管组件的第一端和第二端正负极性相反,所述第二发光二极管组件的第二端与所述第一发光二极管组件的第一端电连接于一第一共接点,所述第二发光二极管组件的第二端与所述第一发光二极管组件的第一端正负极性相反；以及
一第三发光二极管组件，包含一第一端和一第二端,所述第三发光二极管组件的第一端和第二端正负极性相反,所述第三发光二极管组件的第二端与所述第二发光二极管组件的第一端电连接于一第二共接点,所述第三发光二极管组件的第二端与所述第二发光二极管组件的第一端正负极性相反；
一交流电源发生器，用以提供所述第一发光二极管组件、所述第二发光二极管组件以及所述第三发光二极管组件发亮所需的电流，包含一第一端和一第二端；以及
多个均流组件，至少包含：
一第一均流组件，包含一第一端和一第二端,所述第一均流元的第一端电连接于所述交流电源发生器的第一端,所述第一均流元的第二端电连接所述第一共接点，用以平衡所述第一发光二极管组件及所述第二发光二极管组件所接收的电流；以及
一第二均流组件，包含一第一端和一第二端,所述第二均流元的第一端电连接于所述交流电源发生器的第二端,所述第二均流元的第二端电连接于所述第二共接点，用以平衡所述第二发光二极管组件及所述第三发光二极管组件所接收的电流。
2.如权利要求1所述的电流平衡电路，其中所述第一发光二极管组件的第二端电连接于所述交流电源发生器的第二端。
3.如权利要求1所述的电流平衡电路，其中所述第三发光二极管组件的第一端电连接于所述交流电源发生器的第一端。
4.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述第一发光二极管组件、所述第二发光二极管组件及所述第三发光二极管组件分别由一发光二极管或是多个发光二极管串联连接所构成。
5.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述第一发光二极管组件与所述第二发光二极管组件交替发光，所述第二发光二极管组件与所述第三发光二极管组件交替发光。
6.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述第一均流元件以及所述第二均流元件分别由一电容所构成。
7.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述电流平衡电路更具有多个滤波电路，每一所述滤波电路与所对应的所述第一发光二极管组件、所述第二发光二极管组件或所述第三发光二极管组件电连接，用以过滤异常的脉冲电压。
8.如权利要求7所述的电流平衡电路，其特征在于，每一所述滤波电路由一电感所构成，且每一所述滤波电路与所对应的所述第一发光二极管组件、所述第二发光二极管组件或所述第三发光二极管组件串联连接。
9.如权利要求7所述的电流平衡电路，其特征在于，每一所述滤波电路由一电容所构成，且每一所述滤波电路与所对应的所述第一发光二极管组件、所述第二发光二极管组件或所述第三发光二极管组件并联连接。
10.如权利要求9所述的电流平衡电路，其特征在于，所述电流平衡电路更具有多个整流二极管，每一整流二极管与所对应的所述第一发光二极管组件、所述第二发光二极管组件或所述第三发光二极管组件同向且串联连接。
11.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述交流电源发生器由一全桥谐振式直流-交流转换器所构成。
12.如权利要求11所述的电流平衡电路，其特征在于，所述交流电源发生器包含一开关电路，用以接收一输入电压。
13.如权利要求12所述的电流平衡电路，其特征在于，所述开关电路具有多个开关元件，且所述多个开关元件以零电压切换的方式运作。
14.如权利要求12所述的电流平衡电路，其特征在于，所述交流电源发生器还包含一谐振槽，与所述开关电路电连接。
15.如权利要求14所述的电流平衡电路，其特征在于，所述谐振槽由彼此串联连接的一谐振电容以及一谐振电感所构成。
16.如权利要求14所述的电流平衡电路，其特征在于，所述交流电源发生器还包含一变压器，所述变压器的一初级绕组与所述谐振槽以及所述开关电路电连接。
17.如权利要求16所述的电流平衡电路，其特征在于，所述交流电源发生器还包含一稳压电容，跨接于所述变压器的一次级绕组上，用以将所述次级绕组所输出的电能进行滤波稳压，以产生所述交流电压。
18.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述交流电源发生器为市电或一发电机。
19.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述多个均流元件的个数比所述多个发光二极管组件的个数少1。
20.一种电流平衡电路，包含:
多个发光二极管组件，其中所述发光二极管组件的个数为至少三个以上；一交流电源发生器，用以提供所述多个发光二极管组件发亮所需的电流；以及
多个容性均流组件，其个数比所述多个发光二极管组件的个数少一，且每一所述容性均流组件用以平衡所述多个发光二极管组件的其中两个发光二极管组件所接收的电流；
其中每一所述容性均流组件连接于所述交流电源发生器与所述多个发光二极管组件中每一相邻的两个发光二极管组件之间，且至少一所述发光二极管组件与所述多个容性均流组件的其中两个容性均流组件电连接。
21.如权利要求20所述的电流平衡电路，其特征在于，每一所述容性均流组件由一电容所构成。
22.如权利要求20所述的电流平衡电路，其特征在于，所述多个发光二极管组件分别由一发光二极管或是多个发光二极管串联连接所构成。
23.如权利要求20所述的电流平衡电路，其特征在于，所述多个发光二极管组中由某一所述容性均流组件平衡所接收的电流的所述两个发光二极管组件交替发光。
24.如权利要求20所述的电流平衡电路，其特征在于，所述电流平衡电路更具有多个滤波电路，每一所述滤波电路与对应的所述多个发光二极管组中某一发光二极管组件电连接，用以过滤异常的脉冲电压。
25.如权利要求24所述的电流平衡电路，其特征在于，每一所述滤波电路由一电容所构成，且每一所述滤波电路与对应的所述多个发光二极管组中某一发光二极管组件并联连接。
26.如权利要求25所述的电流平衡电路，其特征在于，所述电流平衡电路更具有多个整流二极管，每一整流二极管与对应的所述多个发光二极管组中某一发光二极管组件同向且串联连接。
27.如权利要求24所述的电流平衡电路，其特征在于，每一所述滤波电路由一电感所构成，且每一所述滤波电路与对应的所述多个发光二极管组中某一发光二极管组件串联连接。
28.如权利要求20所述的电流平衡电路，其特征在于，所述交流电源发生器由一全桥谐振式直流-交流转换器所构成。
29.如权利要求28所述的电流平衡电路，其特征在于，所述全桥谐振式直流-交流转换器包含一开关电路，用以接收一输入电压。
30.如权利要求29所述的电流平衡电路，其特征在于，所述开关电路具有多个开关元件，且所述多个开关元件以零电压切换的方式运作。
31.如权利要求20所述的电流平衡电路，其特征在于，所述交流电源发生器为市电或一发电机。
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