CN103428959A

CN103428959A - 驱动led灯具的部件及其方法

Info

Publication number: CN103428959A
Application number: CN2013101818022A
Authority: CN
Inventors: 理查德·兰德里·格雷; 茅于海
Original assignee: Individual
Current assignee: Beijing Effi-Led Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: US9398656B2; CN103428959B; US20130307424A1; EP2665341A1; TW201349931A; JP2013239711A

Abstract

本发明提供一种驱动LED灯具的部件及其方法，其根据交流电压整流后的值来调节LED串中的LED的数目，包括电源模块、LED串、电流源及控制器。LED串是以多个LED相串联，并形成一个主串和多个次要串。控制器连接电流源和LED串，其选择性地短路掉次要串中的LED。因此，根据整流后的电压来动态地调节LED串中的LED的数目，使得LED串的总导通电压紧密地匹配于整流后电压，进而提升了电能的使用效率。

Description

驱动LED灯具的部件及其方法

技术领域

本发明是关于一种用于驱动一个发光二极管（LED）的部件及其方法，尤其是关于一种采用电流调节装置（Current Regulating Device,CRD），以整流后的交流（AC）电来驱动LED的部件及其方法。

背景技术

以交流电来直接驱动LED灯具或许是在传统的LED灯具结构中最为廉价的一种，它具有最少的组件，最容易构成方式且不会有电磁干扰，然而，以普通的交流电来直接驱动LED灯具却存在着低效率、低频率闪烁及低功率因子等缺点。

请参考图1所示，图1是直接从一交流AC电源整流后，以恒定电流源驱动的LED灯具。在图1的电路图中，电流源2也可被称为一电流调节装置（CRD），若上述电路在其两端出现有很大的压降时就会产生极低的效率，而这种情况就会发生在整流后的电压远高于LED串3的总电压时，另外，若整流后电压低于LED串3的总电压，那么上述电路就会产生低频闪烁，此时的LED串3就会在每半个电源周期闪烁一次，这在输入交流电压VAC为50赫兹或60赫兹的市电时，其闪烁频率就是100赫兹或120赫兹。

很多LED灯具的设计都是在整流器1后采用一个很大的电容Cf，以将脉冲的波形转变成类似于直流的形状，且在整流器1的后可见的剩余纹波即为所加入的电容Cf的数値和负载（亦即LED串3）的大小的函数，当纹波减小时，驱动LED的电流源2就会有较高的效率。然而，即使设置电容Cf为极大，以使在整流器1的后极能够产生一个理想的直流电压，其仍然存在有效率的问题，也就是说，在LED串中的LED个数应当设计成永远有足够的电压使各LED全部都能点亮，但是LED电压和输入交流电压VAC的变化却只能用比理想值更少一些的LED数。这意味着整流后的电压必须永远比LED串的总电压还要高，而在电流源2上任何多余的电压就导致了浪费的能源。

因此，是否有一种驱动LED灯具的器件或方法，能够在任何时候都能使LED串的总电压和整流后电压密切的匹配。

发明内容

基于上述的需求，本发明提供了一种能够自适应地调节在LED串里的发光二极管的数目的部件及方法，以使得驱动LED所需的电压非常贴近且匹配于整流后的电压。

根据本发明的一实施方式，一种驱动LED灯具的部件包括了一电源模块、一LED串、一电流源和一控制器。电源模块包括一个二极管整流器及一滤波电容，是用来接收一交流（AC）输入电压，以提供一整流后电压。LED串是以多个发光二极管串联起来的，并包括一主串和多个次要串。电流源是连接于LED串的其中一端，以提供被电源模块的整流后电压所驱动的LED串一恒定电流。控制器连接电流源与LED串，其有选择性地把次要串中的LED加以短路，以使LED串上的导通电压正好与整流后电压非常接近地匹配。

依上述实施方式，所述控制器包括一电压侦测模块、至少一开关及至少一开关控制器。所述电压侦测模块电性连接于所述电源模块，以检测流经所述电流源的电压值。所述开关是电性连接于所述次要串。所述开关控制器是电性连接于所述开关，并根据流经所述电流源的电压值来开启或关闭所述开关，以增加或删减所述次要串至所述LED串。

依上述实施方式，所述控制器包括至少一开关、一电流减小检测器及一状态机。所述电流减小检测器是电性连接于所述LED串的一端，并在当电流值低于原先电流值或低于一默认值时产生一触发信号。所述状态机是用来在被所述电流减小检测器所输出的所述触发信号触发时，藉由各所述开关来选择性地短路掉各次要串中的所述发光二极管。

依上述实施方式，所述控制器另包括一纹波电压检测器，其电性连接于所述电源模块与所述状态机之间，并自所述整流后电压检测一纹波电压的最小值。

依上述实施方式，所述控制器另包括至少一误差放大器，其在一伺服回路中调节所述开关，以使所述开关的电压变化发生在由许多电压周期所组成的一期间中。

依上述实施方式，所述电流源是设置在所述LED串的所述主串相同于或相对于所述状态机的一端。

依上述实施方式，所述驱动LED灯具的部件，另包括一参考电压源、一高电压晶体管、一电流感测电阻及一放大器。所述高电压晶体管是以一漏极电性连接一滤波电容的负端。所述电流感测电阻是电性连接于所述高电压晶体管与接地端，其用来将电流値限制为一理想电流値。所述放大器包括一第一输入端、一第二输入端及一输出端，所述第一输入端是电性连接于所述参考电压源，所述第二输入端是电性连接于所述高电压晶体管的一源极与所述电流感测电阻，所述输出端是电性连接于所述高电压晶体管的一栅极。

依上述实施方式，所述控制器是以串连的方式连接的，且各所述控制器是依顺序的对应连接于各所述次要串。

依上述实施方式，所述驱动LED灯具的部件另包括一电流源控制器，其电性连接于所述电源模块与所述电流源之间，其中，所述电流源控制器是同步于输入电压，并调控所述电流源以提供所述LED串一适配电流。

根据本发明的一实施方式，一种驱动LED灯具的方法包括步骤将一LED灯具中的LED串分为一主串与至少一次要串以及交替地导通或关闭所述LED串中的所述次要串。

依上述实施方式，所述步骤交替地导通或关闭所述LED串中的所述次要串，另包括步骤检测一整流后电压、当所述整流后电压高于一必要电压时，依顺序导通所述次要串及当所述整流后电压不高于所述必要电压时，依顺序关闭所述次要串。

依上述实施方式，所述步骤交替地导通或关闭所述LED串中的所述次要串，另包括步骤从已启用的各开关中，关闭一个第一开关、若流过LED串的电流没有减小，则在一个第一接线程序中依顺序地关闭一个开关及当流过LED串的电流有减小，则在一个第二接线程序中依顺序地开启一个开关。

根据本发明的一实施方式，一种驱动LED灯具的部件包括有一电源模块、一LED串以及一控制器。所述电源模块是接收一交流电压以提供一整流后电压。所述LED串是以多个发光二极管依串连的方式串接而成的，其具有一主串及多个次要串。所述控制器是电性连接所述电源模块与所述LED串，是藉由所述整流后电压来提供所述LED串一恒定电流，并选择性地短路掉所述次要串的所述发光二极管，使流经所述LED串的电压匹配于所述整流后电压。

依上述实施方式，控制器另包括至少一开关、一电流源、一电压侦测模块及一开关控制器。所述电压侦测模块包括一电阻分压器、一电压传感器、一编码产生器及一振荡器，所述电阻分压器是电性连接于所述电流源，以检测所述电流源两端的电压，所述电压传感器是电性连接于所述电阻分压器，并根据所述电阻分压器所检测到的电压来定义一电压状态，所述编码产生器，是电性连接于电压传感器，并产生一电平信号来表示自所述电压传感器接收的所述电压状态，所述振荡器是电性连接于所述编码产生器，并产生一时钟信号来指示所述编码产生器输出所述电平信号。所述开关控制器是电性连接于所述编码产生器，并根据所述电平信号，藉由所述开关来短路所述次要串。

依上述实施方式，所述开关控制器是一迟滞电平移位器，其具有一低端输入和一高端输出，其中，所述低端输入是电性连接于所述编码产生器以接收所述电平信号，所述高端输出是根据所述电平信号来产生一控制信号，以选择性地开启或关闭所述开关。

依上述实施方式，所述驱动LED灯具的部件另包括一偏置单元，其电性连接于所述LED串的所述次要串，其中，所述偏置单元是用来调节通过所述电流源的电流以保持所述LED串的输出为一恒定照度。

依上述实施方式，所述偏置单元是一模拟回授单元，其检测表示所述LED串中的所述次要串增加与减少的数目的一模拟讯号。

依上述实施方式，所述偏置单元是产生一数字符字符串来表示所述LED串中的所述次要串增加与减少的数目。

依上述实施方式，各所述次要串中的所述发光二极管的数目是互不相同的。

依上述实施方式，各所述次要串中的所述发光二极管的数目是以一个二进制的格式来安排的。

因此，本发明可以根据整流后的电压来动态地调节LED串中的LED的数目，使得LED串的总导通电压紧密地匹配于整流后电压，进而提升了电能的使用效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是一种采用普通电流源来直接驱动LED灯具的示意图；

图2是本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

图3A是本发明一实施方式中驱动LED灯具的方法的流程图；

图3B是本发明图3A中步骤S32的流程图；

图4A是本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

图4B是本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

图5是本发明一实施方式中紧凑型控制器的电路示意图；

图6为本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

图7为本发明一实施方式中驱动LED灯具的方法的流程图；

图8为本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

图9A为本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

图9B为本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

图10为本发明一实施方式中以限流装置来驱动LED灯具的部件的电路示意图；

图11为本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

图12为本发明一实施方式中驱动LED灯具部件的电路示意图；

其中，

1 整流器

2 电流源

3 LED串

10 电源模块

12 交流电压源

120 二极管整流器

122 滤波电容

20 LED串

200 主串

220 次要串

30 电流源

40 控制器

420 电压侦测模块

440 开关控制器

460 开关

50 紧凑型控制器

510 电流源

520 电压侦测模块

5200 电阻分压器

5220 电压传感器

5260 编码溢位防止器

5270 编码产生器

5280 振荡器

540 开关控制器

5400 低端输入

5420 高端输出

550 开关

560 偏置单元

60 控制器

600 开关

620 电流减小检测器

640 状态机

660 纹波电压检测器

680 误差放大器

70 限流装置

M1 高电压晶体管

700 电流感测电阻

720 放大器

740 参考电压源

80 控制器

90 电流源控制器

92 滤波电容

具体实施方式

请参照图2所示，图2是本发明一实施方式中驱动LED灯具的部件的电路示意图。如图所示，本发明驱动LED灯具的部件包括一电源模块10、一LED串20、一电流源30及一控制器40。

电源模块10电性连接一交流电压源12，以自交流电压源12接收一交流电压(AC)，并将所述交流电压转化为一整流后电压，电源模块10更包括一个二极管整流器(diode rectifier)120及一滤波电容122，其中，二极管整流器120是用以将所述交流电压转换为一脉冲型直流电压(pulsating DC voltage)，滤波电容122是用来将所述脉冲型直流电压稳压为更接近直流的所述整流后电压。

LED串20是以多个发光二极管(LED)依串连的方式串接而成的，其包括一主串200及多个次要串220，于本实施方式，LED串20是包括一个主串200及三个次要串220，其中，主串200具有四个所述LED(于多数市电应用中，主串200所具有的LED数目远远大于四个，在此采用四个LED只是为了方便说明)，各次要串220则各包括一所述LED并具有一输入端与一输出端。

电流源30是一端电性连接电源模块10，另一端电性连接LED串20，其自电源模块10接收所述整流后电压以输出一恒定电流至LED串20。

控制器40电性连接电源模块10、电流源30及LED串20，其选择性地将所选择的各次要串220短路，以使通过LED串20的一总顺向压降能够与所述整流后电压的电压值非常接近而匹配。另外，于本实施方式，控制器40更包括一电压侦测模块(voltage sensingmodule)420、至少一开关控制器440及至少一开关460，其中，电压侦测模块420是电性连接电源模块10与电流源30，以检测电源模块10输出的所述整流后电压的电压值，开关控制器440电性连接电压侦测模块420，开关460可以是具有一栅极(gate)、源极(source)与漏极(drain)的一晶体管(transister)，所述栅极是电性连接于开关控制器440，所述源极是电性连接于所述次要串220的输出端，所述漏极是电性连接所述次要串220的输入端、开关控制器440与另一个开关460的源极。另外，开关460是对应于次要串220来设置的，因此，于本实施方式中，控制器40包括有三个开关460。

开关控制器440包括有逻辑和电平移位元器，其根据所述整流后电压来控制所述开关460的开启与关闭，进而增加或减少LED串20中的次要串220的导通数目，并藉由增加或减少次要串220的导通数目来使所述LED串20的总导通电压接近地匹配于所述整流后电压。举例来说，当所述整流后电压上升时，开关控制器440会依所述整流后电压的上升量来开启相应的开关460，以增加LED串20中的次要串220的导通数目，而当所述整流后电压下降时，开关控制器440就会依所述整流后电压的下降量来关闭相应的开关460，以减少LED串20中的次要串220的导通数目。也就是说，为了避免频闪现象，开关控制器440是预设为将一预定数量的次要串220短路，使得所述LED串20的总导通电压恒低于所述整流后电压(否则电流将不再流进LED串20)，又因为电压侦测模块420能够检测所述整流后电压的电压值，因此开关控制器440可以藉由接收电压侦测模块420所输出的电压，并透过一预设机制来决定LED串20中的次要串220的正确短路数目。

凡知悉本发明领域具有通常技艺人士很容易得知，若调换电流源30和控制器40的位置将不会对本实施方式的功能有任何影响。

请参考图2、3A及3B所示，图3A是本发明一实施方式中驱动LED灯具的方法的流程图，图3B是本发明图3A中步骤S32的流程图。根据本发明的实施方式，一种可以但不限于应用在图2所述的实施方式的方法，包括S30将一LED灯具中的LED串分为一主串与至少一次要串及S32交替地导通或关闭所述LED串中的所述次要串。

如图3B所示，所述步骤S32更包括S320检测一整流后电压、S322当所述整流后电压高于一必要电压时，依顺序导通所述次要串(也就是加入更多的发光二极管到所述LED串)及S324当所述整流后电压不高于所述必要电压时，则依顺序关闭所述次要串。

如图2所示，本实施方式不需要电流源30或控制器40中的任何一个来承受全部的所述整流后电压，且实际上控制器40降低了本实施方式对于电流源30的崩溃电压的要求，因为当所述整流后电压越来越高时，控制器40中的开关控制器440会加入越来越多的次要串220到LED串20，如此便限制了电流源30所必须承受的电压，因此，依这种类型来设计的一大优点是其对于电流源30与控制器40的崩溃电压的要求是非常适中的，然而，本实施方式所述开关控制器440只能对所述整流后电压做出响应，其没有考虑到所述LED的电压会由于生产过程和温度漂移而引起变化。

请参考图4A所示，图4A是本发明一实施方式中驱动LED灯具的部件的电路示意图。如图所示，本实施方式提供了类似于图2所示的另一种驱动LED灯具的部件，然而，于本实施方式中，电压侦测模块420不再测量电源模块10输出的所述整流后电压，而是测量电流源510两端的电压，其以增加或减少LED串20中的次要串220的导通数量来保持电流源510两端的电压于一定范围内，如此便能在所有的时间中都保持电流源510两端的电压在低电压，进而使电流源的功耗为最低而其效率为最高。

此外，于本实施方式中，所述LED的正向电压与输入电压的变化就不再成为问题。开关控制器持续不断地把LED串20中的次要串220的导通数量增加或减少，以保持电流源510的电压在一理想范围中。依本发明实际的实施状况而言，所述理想范围不到几伏特，其可以使电流源510只耗散非常小的能量，进而使本发明的效率很容易就高于97%。

请参考图4A、4B及5所示，图4B是本发明一实施方式中驱动LED灯具的部件的电路示意图，图5是本发明一实施方式中控制器的电路示意图。如图所示，一种驱动LED灯具的部件是被示于一个集成电路(compact IC)模块中（如图4A），其将电流源、控制器及开关集成在一起。于本实施方式，一种驱动LED灯具的部件包括电源模块10、一LED串20及一紧凑型控制器50。LED串20包含有一个主串200及四个次要串220。紧凑型控制器(compact controller)50包括一电流源510、一电压侦测模块520、一开关控制器540及至少一开关550。

于本实施方式，电流源510是电性连接LED串20的次要串220的输出端。电压侦测模块520包括一电阻分压器5200、一电压传感器5220、一编码产生器5270及一振荡器5280。电阻分压器5200电性连接于电流源510，其是用来检测电流源510两端的电压。电压传感器5220电性连接于电阻分压器5200，并根据电阻分压器5200所检测到的电压来决定一电压状态(voltage state)。电压传感器5220可藉由至少一取样比较电路(window comparatorcircuit)来实现，其通过采用了一种双运放大器(dual operational amplifier)来将所检测到的电压与一参考电压相比较，以输出一信号来表示电流源510的电压状态。

然而，如此的电路安排(即电流源510和电压传感器5220的取样比较器电路)是本领域所属的技术人员所熟知的，因此若省略掉重复的说明，本领域所属的技术人员在没有这些具体的细节或等效于本发明所安排的电路下仍然可能实施本发明。

编码产生器(code generator)5270是电性连接于电压传感器5220，并产生一电平信号(level signal)来表示自电压传感器5220接收的所述电压状态。振荡器5280电性连接于编码产生器5270并产生一时钟信号(clock signal)。为了令编码产生器5270只对来自电压传感器5220的有效信号响应，而不会因为对系统的有限瞬态响应所产生的杂乱信号响应，导致编码产生器5270在不同的编码之间作变换，编码产生器5270会在所述时钟信号的前沿改变其状态。所述时钟信号的频率虽不是那么重要，但是它必须高于系统可能遇到的最高市电频率才行。而且，过快的频率也是不被允许的，这会使得电压传感器5220无法设定到有效的状态，而编码产生器5270就有可能基于电压传感器5220所提供的错误信息来选择其状态。

于本实施方式，编码产生器5270可以是一个4位数的升降（up/down,U/D）计数器，其输出为一个4位数的二进制编码，且每一个不同的二进制编码即对应表示哪一个次要串220将会被短路，而哪一个次要串220将不会被短路。例如，当所述4位数的二进制编码输出为“1100”，即表示前两个次要串220将被加入到LED串20，而后面的两个次要串220则将被短路掉。

开关控制器540是电性连接于电压侦测模块520，其可以是基于编码产生器5270的输出，并藉由开关550来把次要串220中的LED加以短路。开关550可以是一个晶体管，且开关550的数量是对应于次要串220的数量来设置的，其源极与漏极是分别电性连接到次要串220的相应接点。

然而，如图4B所示，图4B显示了图4A的另一个实施方式，其改变了在次要串220中的LED的数目，且主串200是设置在和电流源510相同的一边。如图4B所示，在次要串220中的LED的数目是按照以下二进制的格式来安排的：

UD=2n，n=0,1,2,3…N,

其中，UD为各个次要串220中的LED的数目，而N为开关550的数目。

也就是说，第一个开关550会短路掉20个LED，第二个开关550会短路掉21个LED…，如此类推，第十个开关550就会短路掉210个LED。举例来说，利用前面所述的4位数U/D计数器，当它产生“1100”的编码时，就表示后两个次要串220中的12（即22+23）个LED将会被短路掉。

此外，为了避免编码产生器5270有溢位的情况发生，紧凑型控制器50另包括有一编码溢位防止器5260，其电性连接到编码产生器5270。编码溢位防止器(code rolloverpreventer)5260可以是某种译码逻辑电路(decoding logic)，其可以防止编码产生器5270的输出在向上计数到“1111”后直接转换为“0000”；或是当编码产生器5270向下计数到“0000”后就转变成“1111”。假如允许上述溢位的情况发生，那么在感应电流源的电压以及开关550的适当开关顺序之间的正确回授关系将会被破坏。

于本实施方式中，开关控制器540可以一具有迟滞的电平移位器(hysteretic level shifter)来实现，其具有一低端输入5400和一高端输出5420，其中，低端输入5400电性连接于编码产生器5270，以接收编码产生器5270的输出，高端输出5420电性连接于开关550的栅极，并产生一控制信号来选择性地转换开关550的开启或关闭。换言的，开关控制器540是把编码产生器5270的输出转换为所述控制信号，并根据编码产生器5270的输出，藉由所述控制信号来选择性地导通开关550以短路掉相对应的次要串220。

然而，若没有采取进一步的行动，则每当一个次要串220被导通而加入到LED串20时，所述LED灯具的亮度就会有略微的增加。因此，为了抵消上述LED灯具的亮度变化，紧凑型控制器50更包括一偏置单元560。偏置单元(offset unit)560是一端电性连接于次要串220的一端，另一端电性连接电流源510的一控制端，当各个次要串220因导通而相继加入到LED串20时，主串200的底部电压（如图4所示）将会增加，而流经偏置单元560的电流及后来流入电流源30的电流也将会增加，则偏置单元560的设置即是用来调节通过电流源30的电流以保持LED串20的输出为一恒定照度。

于一实施方式，偏置单元560可以是一模拟回授单元(analog feedback unit)，例如一种用来感测因导通而增加到LED串20中的次要串220的数目的电阻器。然而，当回授讯号不是模拟讯号而是一数字字符串时，偏置单元560也可以设置为一数字单元(digital unit)。

请参考图6所示，图6为本发明一实施方式中驱动LED灯具的部件的电路示意图。于本实施方式，LED灯具不会感测所述电流源的电压或是所述整流后电压，而是在额外的次要串220因导通而加入LED串20时，感测LED串20的电流减小量，当LED串20的电流减小时，则显示了包含有主串200与未被短路的次要串220于一串行的LED串20将没有足够的电压来维持应有的稳定电流。

不同于图4A及4B所示的电路，在图6所示的实施方式是藉由监测流过LED串20的电流来选择次要串220最适当的开启或关闭的数目，使LED串20的电压总是刚好可以维持LED串20所需的电流。本实施方式所述的LED灯具的部件包括有电源模块10、LED串20及控制器60，其中，每当通过LED串20的电流减小时，控制器60会依顺序短路掉LED串20中的次要串220。

在图6所示的实施方式中，控制器60可以包括至少一开关600、一电流减小检测器(current decrease detector)620及一状态机(state machine)640，其中，电流减小检测器620是电性连接于LED串20的第二端（亦即底端），当目前的电流值低于原先的电流值或低于某一默认值时，电流减小检测器620即产生一触发信号(triggering signal)并输出至状态机640，则状态机640在被电流减小检测器620输出的所述触发信号所触发时，会藉由各开关600从顶部到底部依顺序地短路掉各次要串220。

请参考图6和图7所示，图7为本发明一实施方式中驱动LED灯具的方法的流程图。如图所示，本实施方式是一种藉由控制器60交替地将LED串20中的次要串220开启或关闭来驱动LED灯具的方法。于本实施方式，一种驱动LED灯具的方法包括S60从已启用（即短路）的各开关600中，关闭一个第一开关600A、S62若流过LED串的电流没有减小，则在一个第一接线程序(first route)中依顺序地关闭（即开路）一个开关600以及S64当流过LED串的电流有减小，则在一个第二接线程序(second route)中依顺序地开启一个开关600。进一步的，如图6所示，次要串220是以串连的方式电性连接于LED串20的主串200的底部，因此，于一实施方式，所述第一接线程序是定义为自次要串220的顶端到次要串220底端，而所述第二接线程序则是相反于所述第一接线程序。

相应地，当所有开关600都开启时，也就意味着所有次要串220都已经从LED串20中电性移除，如此便表示所有经由LED串20且流经主串200的电流都已经被次要串220旁的开关600所分流，而当第一开关600A关闭时，流经LED串20的电流就会是流经主串200和一个次要串220的电流，当越来越多的次要串220被加入到LED串20时，所述电流源将会没有足够的电压来维持一稳定电流，则流经LED串20的电流就会减少。在这种情况下，控制器60会按照一反向顺序来移除已经加入的次要串220直到通过LED串20的电流不再下降，一旦控制器60确定了开启与关闭的最佳组合，也就是确保了LED串20将永远在最高效率的条件下运作，则控制器60将在等待一固定的时间后再次进行检测。举例来说，重新检测的周期可以是10秒钟到几分钟，甚至于在某些应用程序中可以采用更长的时间周期。

请参考图6及图8，图8为本发明一实施方式中驱动LED灯具的部件的电路示意图。如图所示，图8所示的电路是类似于图6所示的电路，且由于整流后的AC电压会具有纹波，则假如正好在纹波电压接近于其峰值时去检测LED的电流，那么图6中的控制器60将会误判在整个AC电压的输入周期里都有足够的电压来维持所需的电流。因此，在图8所示的实施方式中即解决了这个问题，其进一步地包括了一纹波电压检测器660，纹波电压检测器(ripple voltage detector)660是电性连接于电源模块10与状态机640之间，其中，纹波电压检测器660能够检测纹波电压的最小值，从而使LED灯具可以在这一瞬间去检测LED的电流，假如在纹波电压出现最小值的时候LED串20仍然有足够的电压去维持其所需的电流，那么LED串20在其它的纹波区域中也一定有足够的电压去维持所需的电流，总之，一旦纹波电压的最小值被确定以后，就可以避免LED电流的错误取样。

请参考图9A及图9B，图9A与图9B表示出两种不同的实施方式，它们不需要专门的检测器去检测纹波电压的最小值。于这些实施方式中，控制器60进一步的包括有至少一误差放大器680，其是用来调节在伺服回路中的开关600，使在开关600上的电压可以缓慢地变化。如此一来，在LED串20中由于加入次要串220而引起的电流变化将会变得十分缓慢，且慢到会跨越许多电压周期，因此，这些实施方式不用在每一个输入电压周期里检测一次由于次要串220加入到LED串20后的LED电流，而只要在一个开关600被开启的任意时间中有检测到LED电流下降时，状态机640马上就可以将被开启的开关600关闭。

图9A和图9B的不同处在于，图9A的电流源30是设置于LED串20的主串200相对于状态机640的一端；而图9B的电流源30是移到和LED串的主串200相同于状态机640的一端，使得控制器60与电流源30的电压是近乎相同，而可以很容易地进行连接。然而在图9A所示的电路中，电流源30和控制器60之间存在有一个很大的电压，以至于电流源30和控制器60之间很难进行连接。

因此，当所述整流后电压往纹波电压的最小值减小时，LED串20的电流下降将会很快的被检测到并加以校正，也就是说，LED的电流在纹波电压的最小值时是可以被自动测试的。

一般来说，为了采用一个电流调节装置（Current Regulating Device,CRD）来驱动一个LED灯具，通常会需要在整流桥的后加入一个很大的滤波电容以储存足够的电能，进而在所述整流后电压低于流过LED串20的最低需求电流值时还能恒定地保持LED的亮度。然而，所述滤波电容通常会限制部件的一功率因子(Power Factor,PF)値约等于0.5，因此，为了增加所述PF值，图10所示的实施方式中就加上了一限流装置（Current LimitingDevice,CLD）70。

如图10所示的实施方式，限流装置70包括一高电压晶体管(high-voltagetransistor)M1、一电流感测电阻(current sensing resistor)700、一放大器720及一参考电压源740。高电压晶体管M1的漏极是电性连接于滤波电容122的负端。电流感测电阻700是电性连接于高电压晶体管M1的源极与接地端（GND）之间，其输出値是用来将电流限制値设定为一理想値。放大器720具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，其中，所述第一输入端是电性连接于参考电压源740，所述第二输入端是电性连接高电压晶体管M1的源极与电流感测电阻700，所述输出端是电性连接于高电压晶体管M1的栅极。另外，电流感测电阻700的数值是用来把电流限流值设定为预期值。

如此一来，限流装置70便限制了电源模块10中的滤波电容122的充电电流值，使得滤波电容122的充电时间被分散到一更长的时间区间，且滤波电容122的充电电流的峰值也会下降，进而增加了部件的功率因子（PF）。

请参考图11所示，图11为本发明驱动LED灯具部件的另一实施方式。如图所示，为了使本发明可以校正更高的纹波电压及更宽的线电压变化，在前文所描述的控制器必须具有一较高的崩溃电压。然而，如果采用高电压的程序来建构所述控制器，那么所提升的生产成本将会无法被接受，因此，我们可以采用数个低电压程序的控制器80，以较低的成本来实现同样的效果（如图11所示）。在图11中的实施方式是一个可迭加的控制器架构，其可以应用于较高的耐电压能力的需求中，其中，各控制器80是以串联的方式互相串接的，且每一个控制器80是电性连接于相应的次要串220。在这些串联的控制器80的底部的电流源30则必须把电流源30的电压（或电流）的状态向上传送至迭接的控制器80，以将适当的次要串220的数目加入LED串20或自LED串20中减去。

在前述的实施方式中，滤波电容122必须具有够大的电容（数十微法拉(uF)），以储存足够的能量来提供一特定的应用程序使用，并必须承受很高的整流后电压。然而，这类型的电容通常会是一电解电容，所述电解电容的体积都很大，且在高温的环境下的运作寿命很短，因此，有些灯具使用客户会要求不在灯具设计中使用电解电容，以改善PF値及运作寿命，但是除去所述电解电容以后通常会造成灯具有闪烁现象，这是由于非电解类电容器的电能储存能力是非常有限的。进一步的，这类闪烁的频率通常会是输入线电压的频率的两倍，也就是当输入线电压为50赫兹(Hz)时，其闪烁的频率为100Hz，而最近很多研究都显示，如果要避免引起健康的危害，其闪烁的频率就必须要高于200Hz以上。

图12为本发明驱动LED灯具部件的另一个实施方式。于本实施方式，LED灯具部件包括一电流源控制器90，电流源控制器90是电性连接于电源模块10与电流源30之间，其中，电流源控制器90的一运作频率是同步于所述整流后电压，且所述运作频率是高于200Hz（即240Hz，其为交流输入电压60Hz的4倍）的，并调控电流源30以提供LED串20一适配电流(adapted current)。电流源控制器90会在整流后电压的波形的一“谷部”(valleyportion)区间中将所述适配电流减小，其可以降低滤波电容92的制作大小，且仍能够提供所需的电能储存量来维持理想的LED串20的电流。

另外，因为电流源控制器90是与所述整流后电压同步的，也就是说，电流源控制器90在任何给定的时间中都能够确切地知道这个时间点是位于输入波形中的哪一个位置上，因此，电流源控制器90可以在所述整流后电压的波形的所述谷部区间中调降电流，并在所述整流后电压的波形接近峰对峰值时，再将电流调升。然而，电流源控制器90也可以在输入电压中的其它位置如同所述谷部区间一样将电流调降，如此效能可以使有效的闪烁频率提升到高于200Hz以上，而控制器40不仅可以满足其本来目的，也会响应由于小型电容而导致的所述整流后电压的变化。因此，以这种方式就可以避免必须采用所述电解电容，而LED部件的PF値也可以得到改善，更重要的是，由于低闪烁频率而导致的健康危害问题也可以被解决。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，当不能用以限定本发明可实施的范围，凡知悉本案领域具有通常技艺人士所明显可作的变化与修饰，皆应视为不悖离本发明的实质内容。

Claims

1.一种驱动发光二极管灯具的部件，包括：

一电源模块，是接收一交流电压以提供一整流后电压，包括：

一个二极管整流器，是用来将所述交流电压转换为一脉冲型直流电压；及

一滤波电容，是用来将所述脉冲型直流电压稳压为所述整流后电压；

一发光二极管串，是以多个发光二极管依串连的方式串接而成的，其具有一主串及多个次要串；

一电流源，电性连接于所述电源模块及所述发光二极管串的一端，其自所述电源模块接收所述整流后电压以输出一恒定电流至所述发光二极管串；以及

一控制器，电性连接于所述电流源及所述次要串，其选择性地短路掉所选择的各所述次要串，以使所述发光二极管具有与所述整流后电压的电压值非常接近而匹配的一总顺向压降。

2.如权利要求1所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述控制器包括：

一电压侦测模块，电性连接于所述电源模块，以检测流经所述电流源的电压值；

至少一开关，是电性连接于所述次要串；以及

至少一开关控制器，是电性连接于所述开关，并根据流经所述电流源的电压值来开启或关闭所述开关，以增加或删减所述次要串至所述发光二极管串。

3.如权利要求2所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述控制器包括：

至少一开关；

一电流减小检测器，是电性连接于所述发光二极管串的一端，并在当电流值低于原先电流值或低于一默认值时产生一触发信号；以及

一状态机，是用来在被所述电流减小检测器所输出的所述触发信号触发时，藉由各所述开关来选择性地短路掉各次要串中的所述发光二极管。

4.如权利要求3所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述控制器另包括一纹波电压检测器，其电性连接于所述电源模块与所述状态机之间，并自所述整流后电压检测一纹波电压的最小值。

5.如权利要求3所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述控制器另包括至少一误差放大器，其在一伺服回路中调节所述开关，以使所述开关的电压变化发生在由许多电压周期所组成的一期间中。

6.如权利要求5所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述电流源是设置在所述发光二极管串的所述主串相同于或相对于所述状态机的一端。

7.如权利要求2所述的驱动发光二极管灯具的部件，另包括：

一参考电压源；

一高电压晶体管，是以一漏极电性连接一滤波电容的负端；

一电流感测电阻，是电性连接于所述高电压晶体管与接地端，其用来将电流値限制为一理想电流値；以及

一放大器，包括：

一第一输入端，是电性连接于所述参考电压源；

一第二输入端，是电性连接于所述高电压晶体管的一源极与所述电流感测电阻；及

一输出端，是电性连接于所述高电压晶体管的一栅极。

8.如权利要求2所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述控制器是以串连的方式连接的，且各所述控制器是依顺序的对应连接于各所述次要串。

9.如权利要求2所述的驱动发光二极管灯具的部件，另包括一电流源控制器，其电性连接于所述电源模块与所述电流源之间，其特征在于：所述电流源控制器是同步于输入电压，并调控所述电流源以提供所述发光二极管串一适配电流。

10.一种驱动发光二极管灯具的方法，包括：

将一发光二极管灯具中的发光二极管串分为一主串与至少一次要串；以及

交替地导通或关闭所述发光二极管串中的所述次要串。

11.如权利要求10所述的驱动发光二极管灯具的方法，其特征在于：所述步骤交替地导通或关闭所述发光二极管串中的所述次要串，另包括：

检测一整流后电压；

当所述整流后电压高于一必要电压时，依顺序导通所述次要串；以及

当所述整流后电压不高于所述必要电压时，依顺序关闭所述次要串。

12.如权利要求10所述的驱动发光二极管灯具的方法，其特征在于：所述步骤交替地导通或关闭所述发光二极管串中的所述次要串，另包括：

从已启用的各开关中，关闭一个第一开关；

若流过发光二极管串的电流没有减小，则在一个第一接线程序中依顺序地关闭一个开关；以及

当流过发光二极管串的电流有减小，则在一个第二接线程序中依顺序地开启一个开关。

13.一种驱动发光二极管灯具的部件，包括：

一电源模块，是接收一交流电压以提供一整流后电压；

一发光二极管串，是以多个发光二极管依串连的方式串接而成的，其具有一主串及多个次要串；以及

一控制器，是电性连接所述电源模块与所述发光二极管串，是藉由所述整流后电压来提供所述发光二极管串一恒定电流，并选择性地短路掉所述次要串的所述发光二极管，使流经所述发光二极管串的电压匹配于所述整流后电压。

14.如权利要求13所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述控制器另包括：

至少一开关；

一电流源；

一电压侦测模块，包括：

一电阻分压器，是电性连接于所述电流源，以检测所述电流源两端的电压；

一电压传感器，是电性连接于所述电阻分压器，并根据所述电阻分压器所检测到的电压来定义一电压状态；

一编码产生器，是电性连接于电压传感器，并产生一电平信号来表示自所述电压传感器接收的所述电压状态；及

一振荡器，是电性连接于所述编码产生器，并产生一时钟信号来指示所述编码产生器输出所述电平信号；以及

一开关控制器，是电性连接于所述编码产生器，并根据所述电平信号，藉由所述开关来短路所述次要串。

15.如权利要求14所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述开关控制器是一迟滞电平移位器，其具有一低端输入和一高端输出，其特征在于：所述低端输入是电性连接于所述编码产生器以接收所述电平信号，所述高端输出是根据所述电平信号来产生一控制信号，以选择性地开启或关闭所述开关。

16.如权利要求13所述的驱动发光二极管灯具的部件，另包括一偏置单元，其电性连接于所述发光二极管串的所述次要串，其特征在于：所述偏置单元是用来调节通过所述电流源的电流以保持所述发光二极管串的输出为一恒定照度。

17.如权利要求16所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述偏置单元是一模拟回授单元，其检测表示所述发光二极管串中的所述次要串增加与减少的数目的一模拟讯号。

18.如权利要求16所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：所述偏置单元是产生一数字符字符串来表示所述发光二极管串中的所述次要串增加与减少的数目。

19.如权利要求13所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：各所述次要串中的所述发光二极管的数目是互不相同的。

20.如权利要求13所述的驱动发光二极管灯具的部件，其特征在于：各所述次要串中的所述发光二极管的数目是以一个二进制的格式来安排的。