CN103384427B - 照明驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种照明驱动电路，耦接于一交流输入与一非电阻性发光负载之间，该照明驱动电路包含调光模块、整流模块、固定放电电路以及脉冲放电电路。调光模块与该交流输入耦接，用以产生一周期性驱动信号，该周期性驱动信号包含周期性的多个驱动脉冲。整流模块对该周期性驱动信号整流，并传送至该非电阻性发光负载的一阳极侧。固定放电电路于这些驱动脉冲的持续期间内连续性地自该阳极侧汲取一持续放电电流。脉冲放电电路于这些驱动脉冲的触发时间点上暂态性地自该阳极侧汲取一脉冲放电电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明设备，且特别涉及一种照明设备上的照明驱动电路。
背景技术
近年来随着光电技术发展，业界开发了许多种新颖的照明设备，其中，发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)灯管受到广泛的关注。发光二极管灯管的发光效率优于传统白炽灯泡，因为发光二极管产生的废热，且光电转换效率远较其他种类的灯管高，符合节能趋势。
已知的传统白炽灯泡为电阻性负载经常搭配硅控调光器(TRIAC dimmer)使用，方便使用者可自行调整所需的亮度，避免造成电能浪费。一般来说，硅控调光器包含可变电阻，使用者可调整可变电阻的阻值，使硅控调光器形成不同的导通角度，进而改变输出波形并达到调光效果。
目前已知的硅控调光器主要适用于电阻性负载(如传统灯泡)的调光应用，硅控调光器易于实现对一般传统灯泡(如白炽灯泡)进行调光。然而，硅控调光器并不直接适用于发光二极管灯管。因发光二极管灯管的特性并非纯电阻性负载，采用硅控调光器对发光二极管灯管进行调光时需要克服一些技术问题。
由于发光二极管灯管并非纯电阻性负载，其在未导通之前具有相当大的阻抗。在未导通、将导通或低压操作下，受到硅控调光器的吸持漏电流的影响，发光二极管灯管会产生闪烁或不稳定的现象。尤其使用一般市面上的发光二极管驱动控制器(LED driver controller)时，上述闪烁与不稳定现象将格外严重。为了配合节能的趋势与使用者的需求，开发可配合硅控调光器使用的LED照明设备及其驱动电路实有必要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种照明驱动电路，其具有两阶段的放电电路耦接于交流输入与非电阻性发光负载之间。其中一阶段为固定放电电路，其由非电阻性发光负载的阳极侧持续性地汲取放电电流，可避免电荷累积在发光负载的阳极侧而形成累积电压，造成硅控调光器中的电容器无法顺利的充放电。另一阶段为脉冲放电电路，其用以在非电阻性发光负载初始启动时产生一个瞬间的脉冲放电电流，其为暂态性的大电流，用以确保硅控调光器能稳定导通。根据上述两阶段的放电电路，持续放电电流可用来使非电阻性发光负载具有类似一般电阻性负载的特性，脉冲放电电流可用来确保启动时硅控调光器的导通稳定性。
本揭示内容的一方面是在提供一种照明驱动电路，耦接于一交流输入与一非电阻性发光负载之间，该照明驱动电路包含调光模块、整流模块、固定放电电路以及脉冲放电电路。调光模块与该交流输入耦接，用以产生一周期性驱动信号，该周期性驱动信号包含周期性的多个驱动脉冲。整流模块耦接于该调光模块与该非电阻性发光负载之间，该整流模块对该周期性驱动信号整流，并传送至该非电阻性发光负载的一阳极侧。固定放电电路与该整流模块耦接，且该固定放电电路与该非电阻性发光负载并联，在这些驱动脉冲的持续期间内，该固定放电电路连续性地自该阳极侧汲取一持续放电电流。脉冲放电电路与该整流模块耦接，且该脉冲放电电路与该非电阻性发光负载并联，在这些驱动脉冲的触发时间点上，该脉冲放电电路暂态性地自该阳极侧汲取一脉冲放电电流。
根据本发明的一实施例，其中该固定放电电路的两端电性连接至阳极侧与系统接地端，在这些驱动脉冲的持续期间，该持续放电电流自该阳极侧经由该固定放电电路流向该系统接地端。
根据本发明的一实施例，其中该脉冲放电电路的两端电性连接至阳极侧与系统接地端，在这些驱动脉冲的触发时间点上，该脉冲放电电流自该阳极侧经由该脉冲放电电路流向该系统接地端。
根据本发明的一实施例，该固定放电电路包含第一开关、第一电阻、第二电阻以及第一整流二极管。第一开关具有一输入极、一输出极以及一控制极，该输入极耦接至该阳极侧。第一电阻耦接于该阳极侧与该第一开关的控制极之间。第二电阻耦接于该第一开关的输出极与系统接地端之间。第一整流二极管耦接于该第一开关的控制极与该系统接地端之间。
根据本发明的一实施例，其中该脉冲放电电路包含第二开关、第三电阻以及电容器。第二开关具有一输入极、一输出极以及一控制极，该控制极耦接至该第一开关的输出极。第三电阻耦接于该第一开关的输出极与该第二开关的输入极之间。电容器耦接于该第三电阻与该系统接地端之间。
根据本发明的另一实施例，脉冲放电电路包含第二开关、第三开关、第三电阻、电容器、第四电阻以及第二整流二极管。第二开关具有一输入极、一输出极以及一控制极。第三开关具有一输入极、一输出极以及一控制极，该第三开关的输入极耦接至该阳极侧，该第二开关的控制极耦接至该第三开关的输出极。第三电阻耦接于该第三开关的输出极与该第二开关的输入极之间。电容器耦接于该第三电阻与该系统接地端之间。第四电阻耦接于该阳极侧与该第三开关的控制极之间。第二整流二极管耦接于该第三开关的控制极与该系统接地端之间。
根据本发明的一实施例，照明驱动电路还包含第四开关，耦接于该第二电阻与该系统接地端之间，该第四开关的控制极耦接至一栅极驱动信号，根据该栅极驱动信号的操作，进而切换该固定放电电路是否汲取该持续放电电流。
根据本发明的一实施例，其中固定放电电路还包含第五电阻，该第五电阻与该第二电阻串联形成一分压电路，该第五电阻与该第二电阻之间的一分压节点电压作为一脉宽调制信号，该脉宽调制信号用以控制该非电阻性发光负载的一调光驱动电路。
根据本发明的一实施例，照明驱动电路还包含一电阻电容滤波器，耦接于该第一开关的输出极与该系统接地端之间，该电阻电容滤波器用以产生一模拟电位调光信号，该模拟电位调光信号用以控制该非电阻性发光负载的一调光驱动电路。
根据本发明的一实施例，调光模块包含硅控调光器，根据欲输出的照明亮度的不同，该调光模块产生的该周期性驱动信号具有不同的导通角度，该整流模块包含一桥式整流器，用以将该周期性驱动信号由一交流性的信号整流为一直流性的信号。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：
图1绘示根据本发明的一实施例中一种照明驱动电路的功能方块图；
图2绘示根据本发明的一实施例中照明驱动电路上各信号波形的示意图；
图3绘示根据本发明内容的一第一实施例中照明驱动电路的电路架构图；
图4绘示根据本发明内容的一第二实施例中照明驱动电路的电路架构图；
图5绘示根据本发明内容的一第三实施例中照明驱动电路的电路架构图；
图6绘示根据本发明内容的一第四实施例中照明驱动电路的电路架构图；以及
图7绘示根据本发明内容的一第五实施例中照明驱动电路的电路架构图。
【主要元件符号说明】
100，100a，100b，100c，100d，100e：照明驱动电路
120：调光模块
140：整流模块
160：固定放电电路
180：脉冲放电电路
190：电阻电容滤波器
200：交流输入
220：非电阻性发光负载
220a：阳极侧
240：系统接地端
AC：交流电力信号
VDC：整流后的周期性驱动信号
IH：持续放电电流
IP：脉冲放电电流
具体实施方式
以下将以图示以及详细说明公开本发明的精神，如本领域技术人员在了解本发明的实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
请参阅图1以及图2，图1绘示根据本发明的一实施例中一种照明驱动电路100的功能方块图。图2绘示根据本发明的一实施例中照明驱动电路100上各信号波形的示意图。如图1所示，照明驱动电路100耦接于交流输入200与非电阻性发光负载220之间，在实际应用中，非电阻性发光负载220可为发光二极管发光元件或其他相等性的发光元件。交流输入200提供交流电力信号AC。
照明驱动电路100包含调光模块120、整流模块140、固定放电电路160以及脉冲放电电路180。调光模块120与交流输入200耦接，用以产生周期性驱动信号，周期性驱动信号包含周期性的多个驱动脉冲。
整流模块140耦接于调光模块120与非电阻性发光负载之间220，整流模块140对调光模块120产生的周期性驱动信号进行整流，并将整流后的周期性驱动信号VDC传送至非电阻性发光负载220的阳极侧220a。
固定放电电路160与整流模块140耦接，且固定放电电路160与非电阻性发光负载220并联，在这些驱动脉冲的持续期间内，固定放电电路160连续性地自阳极侧220a汲取持续放电电流IH(如图2中所示)。在此实施例中，固定放电电路160的两端电性连接至阳极侧220a与系统接地端240。在整流后的周期性驱动信号VDC中这些驱动脉冲的持续期间，持续放电电流IH自阳极侧220a经由固定放电电路160流向系统接地端240。
脉冲放电电路180与整流模块140耦接，且脉冲放电电路180与非电阻性发光负载220并联，在整流后的周期性驱动信号VDC中这些驱动脉冲的触发时间点(如图2中的时间点T1，T2，T3，T4)上，脉冲放电电路180暂态性地自阳极侧220a汲取脉冲放电电流IP(如图2中所示)。在此实施例中，脉冲放电电路180的两端电性连接至阳极侧220a与系统接地端240，在这些驱动脉冲的触发时间点上，脉冲放电电流IP自阳极侧220a经由脉冲放电电路180流向系统接地端240。
本发明以下段落提出多个电路实施例，可用以实现上述照明驱动电路100所述的功能与操作，但本发明并不仅以下列的电路架构为限。
请参阅图3，其绘示根据本发明内容的一第一实施例中照明驱动电路100a的电路架构图。
如图3所示，第一实施例中的照明驱动电路100a包含调光模块120、整流模块140、固定放电电路160以及脉冲放电电路180。
在此例中，调光模块120包含硅控调光器(TRIAC dimmer)，根据欲输出的照明亮度的不同，调光模块120产生的周期性驱动信号具有不同的导通角度。整流模块140包含桥式整流器BD，整流模块140用以将周期性驱动信号由交流性的信号整流为直流性的信号。
其中，照明驱动电路100a的固定放电电路140包含第一开关S1、第一电阻R1、第二电阻R2以及第一整流二极管Zd1。第一开关S1具有输入极、输出极以及控制极，第一开关S1的输入极耦接至阳极侧220a。第一电阻R1耦接于阳极侧220a与第一开关S1的控制极之间。第二电阻R2耦接于第一开关S1的输出极与系统接地端240之间。第一整流二极管Zd1耦接于第一开关S1的控制极与系统接地端240之间。
整流后的周期性驱动信号VDC中这些驱动脉冲的持续期间内，第一开关S1导通，固定放电电路160连续性地自阳极侧220a汲取持续放电电流IH(如图2以及图3中所示)经由第一开关S1与第二电阻R2流向系统接地端240。其中，持续放电电流IH可用来使非电阻性发光负载220具有类似一般电阻性负载的特性，如电压与电流间具有线性关系的电阻性特性。
此外，非电阻性发光负载220(如发光二极管灯管)在导通之前阻抗非常大，此一特性使得负载端(如阳极侧220a)易产生耦合电压，此耦合电压将影响硅控调光器之中电容器CD正常充放电，使硅控调光器动作异常，可能造成无法点亮非电阻性发光负载220。固定放电电路160可用以消除累积在负载端的耦合电压，使电容器CD能正常充放电。
如图3所示，脉冲放电电路180包含第二开关S2、第三电阻R3以及电容器C。第二开关S2具有输入极、输出极以及控制极，第二开关S2的控制极耦接至第一开关S1的输出极。第三电阻R3耦接于第一开关S1的输出极与第二开关S2的输入极之间。电容器C耦接于第三电阻R3与系统接地端240之间。
在此实施例中，第一开关S1的输出极产生控制信号VLDO(请一并参阅图2)，其用以控制第二开关S2的控制极。
整流后的周期性驱动信号VDC中这些驱动脉冲的触发时间点(如图2中的时间点T1，T2，T3，T4)上，第二开关S2导通，脉冲放电电路180暂态性地自阳极侧220a汲取脉冲放电电流IP(如图2中所示)经过第三电阻R3与第二开关S2流向系统接地端240。
之后，随着脉冲放电电流IP对脉冲放电电路180中的电容器C进行充电，使第二开关S2其输入端电平上升(输入端与控制端电压差下降)，进而逐步关闭第二开关S2，并藉以逐渐降低脉冲放电电流IP的电流大小。
如此一来，由电阻、电容与开关元件组成的脉冲放电电路180，在驱动脉冲的触发瞬间产生较大的脉冲放电电流IP，其中，第三电阻R3的阻值可设计为小于第二电阻R2的阻值，使脉冲放电电流IP明显大于持续放电电流IH。在调光模块120中的硅控调光器关闭时(也就是驱动脉冲低电平期间)由晶体管(即第二开关S2)重置，使得下一周期时能正常动作，此脉冲放电电路180用以确保调光模块120中的硅控调光器能稳定导通。
在图3所绘示的第一实施例的照明驱动电路100a中，由第一开关S1的输出极产生控制信号VLDO而控制第二开关S2的控制极，但本发明并不此以为限。
请一并参阅图4，其绘示根据本发明内容的一第二实施例中照明驱动电路100b的电路架构图。在照明驱动电路100b中，脉冲放电电路180包含第二开关S2、第三电阻R3以及电容器C。此外，相较第一实施例，脉冲放电电路180还包含第三开关S3、第四电阻R4以及第二整流二极管Zd1。
第二开关S2具有输入极、输出极以及控制极。第三开关S3具有输入极、输出极以及控制极，第三开关S3的输入极耦接至阳极侧220a，第二开关S2的控制极耦接至第三开关S3的输出极。第三电阻R3耦接于第三开关S3的输出极与第二开关S2的输入极之间。电容器C耦接于第三电阻R3与系统接地端240之间。第四电阻R4耦接于阳极侧220a与第三开关S3的控制极之间。第二整流二极管Zd2耦接于第三开关S3的控制极与该系统接地端240之间。
图4中的照明驱动电路100b与图3的实施例不同处在于，第二开关S2的控制极上的控制信号VLDO由脉冲放电电路180本身的第三开关S3、第四电阻R4以及第二整流二极管Zd2产生，而不与固定放电电路160整合。此外，其他电路架构与作动原理大致与前述第一实施例相关内容相似。
此外，由于固定放电线路140将造成持续性的功率消耗，本发明更进一步公开降低固定放电线路140的功率消耗的实施例。请一并参阅图5，其绘示根据本发明内容的一第三实施例中照明驱动电路100c的电路架构图。第三实施例中的照明驱动电路100c可配合切换式发光二极管驱动器使用。
第三实施例中照明驱动电路100c相较第一实施例，固定放电线路140还包含第四开关S4，第四开关S4耦接于第二电阻R2与系统接地端240之间，第四开关S4的控制极耦接至栅极驱动(gate driver)信号GDRV，第四开关S4根据栅极驱动信号GDRV的操作，进而切换固定放电电路140是否汲取持续放电电流IH。
当本申请中的照明驱动电路100搭配切换式发光二极管驱动器使用时，可配合发光二极管驱动器中的栅极驱动器(gate driver)控制固定放电线路140的操作，进而达到降低功率消耗的效果。
另一方面，本发明还进一步公开利用本申请的两阶段放电线路产生脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号的实施例。请一并参阅图6，其绘示根据本发明内容的一第四实施例中照明驱动电路100d的电路架构图。
第四实施例中照明驱动电路100d相较第一实施例，固定放电电路140还包含第五电阻R5，第五电阻R5与第二电阻R2串联形成分压电路，第五电阻R5与第二电阻R2之间的分压节点电压VPWM作为脉宽调制信号，脉宽调制信号用以控制非电阻性发光负载220的调光驱动电路(未绘示)或供应给采用脉宽调制信号的其他调光电路。
此外，请一并参阅图7，其绘示根据本发明内容的一第五实施例中照明驱动电路100e的电路架构图。在第五实施例的照明驱动电路100e相较先前实施例还包含电阻电容滤波器190，电阻电容滤波器190耦接于第一开关S1的输出极与系统接地端240之间，电阻电容滤波器190用以产生模拟电位调光信号ADIM，模拟电位调光信号ADIM用以控制非电阻性发光负载220的调光驱动电路(未绘示)。藉此，可通过电阻电容滤波器190得到所需的模拟调光电位。并且，可经由此电阻电容值设计，有效解决调光模块120产生的周期性驱动信号VDC经桥式整流后产生的电压误差现象(miss fire)。
相较于已知技术，本发明提出一种照明驱动电路，其具有两阶段的放电电路耦接于交流输入与非电阻性发光负载之间。其中一阶段为固定放电电路，其由非电阻性发光负载的阳极侧持续性地汲取放电电流，可避免电荷累积在发光负载的阳极侧而形成累积电压，造成硅控调光器中的电容器无法顺利的充放电。另一阶段为脉冲放电电路，其用以在非电阻性发光负载初始启动时产生一个瞬间的脉冲放电电流，其为暂态性的大电流，用以确保硅控调光器能稳定导通。根据上述两阶段的放电电路，持续放电电流可用来使非电阻性发光负载具有类似一般电阻性负载的特性，脉冲放电电流可用来确保启动时硅控调光器的导通稳定性。
虽然本发明已以数个实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种照明驱动电路，耦接于一交流输入与一非电阻性发光负载之间，该照明驱动电路包含：
一调光模块，与该交流输入耦接，用以产生一周期性驱动信号，该周期性驱动信号包含周期性的多个驱动脉冲；
一整流模块，耦接于该调光模块与该非电阻性发光负载之间，该整流模块对该周期性驱动信号整流，并传送至该非电阻性发光负载的一阳极侧；
一固定放电电路，与该整流模块耦接，且该固定放电电路与该非电阻性发光负载并联，在这些驱动脉冲的持续期间内，该固定放电电路连续性地自该阳极侧汲取一持续放电电流；以及
一脉冲放电电路，与该整流模块耦接，且该脉冲放电电路与该非电阻性发光负载并联，在这些驱动脉冲的触发时间点上，该脉冲放电电路暂态性地自该阳极侧汲取一脉冲放电电流。
2.如权利要求1所述的照明驱动电路，其中该固定放电电路的两端电性连接至该阳极侧与一系统接地端，在这些驱动脉冲的持续期间，该持续放电电流自该阳极侧经由该固定放电电路流向该系统接地端。
3.如权利要求1所述的照明驱动电路，其中该脉冲放电电路的两端电性连接至该阳极侧与一系统接地端，在这些驱动脉冲的触发时间点上，该脉冲放电电流自该阳极侧经由该脉冲放电电路流向该系统接地端。
4.如权利要求1所述的照明驱动电路，其中该固定放电电路包含：
一第一开关，具有一输入极、一输出极以及一控制极，该输入极耦接至该阳极侧；
一第一电阻，耦接于该阳极侧与该第一开关的控制极之间；
一第二电阻，耦接于该第一开关的输出极与一系统接地端之间；以及
一第一整流二极管，耦接于该第一开关的控制极与该系统接地端之间。
5.如权利要求4所述的照明驱动电路，其中该脉冲放电电路包含：
一第二开关，具有一输入极、一输出极以及一控制极，该控制极耦接至该第一开关的输出极；
一第三电阻，耦接于该第一开关的输出极与该第二开关的输入极之间；以及
一电容器，耦接于该第三电阻与该系统接地端之间。
6.如权利要求4所述的照明驱动电路，其中该脉冲放电电路包含：
一第二开关，具有一输入极、一输出极以及一控制极；
一第三开关，具有一输入极、一输出极以及一控制极，该第三开关的输入极耦接至该阳极侧，该第二开关的控制极耦接至该第三开关的输出极；
一第三电阻，耦接于该第三开关的输出极与该第二开关的输入极之间；
一电容器，耦接于该第三电阻与该系统接地端之间；
一第四电阻，耦接于该阳极侧与该第三开关的控制极之间；以及
一第二整流二极管，耦接于该第三开关的控制极与该系统接地端之间。
7.如权利要求4所述的照明驱动电路，还包含一第四开关，耦接于该第二电阻与该系统接地端之间，该第四开关的控制极耦接至一栅极驱动信号，根据该栅极驱动信号的操作，进而切换该固定放电电路是否汲取该持续放电电流。
8.如权利要求4所述的照明驱动电路，其中该固定放电电路还包含一第五电阻，该第五电阻与该第二电阻串联形成一分压电路，该第五电阻与该第二电阻之间的一分压节点电压作为一脉宽调制信号，该脉宽调制信号用以控制该非电阻性发光负载的一调光驱动电路。
9.如权利要求4所述的照明驱动电路，还包含一电阻电容滤波器，耦接于该第一开关的输出极与该系统接地端之间，该电阻电容滤波器用以产生一模拟电位调光信号，该模拟电位调光信号用以控制该非电阻性发光负载的一调光驱动电路。
10.如权利要求1所述的照明驱动电路，其中该调光模块包含一硅控调光器，根据欲输出的照明亮度的不同，该调光模块产生的该周期性驱动信号具有不同的导通角度，该整流模块包含一桥式整流器，用以将该周期性驱动信号由一交流性的信号整流为一直流性的信号。
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