CN103582242A - 高效率交流led驱动电路 - Google Patents

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喻鹏飞
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Abstract

本发明为一种高效率交流LED驱动电路，通过一包含有多个LED单元的LED灯串及多个压控晶体管所构成的多分流回路，且由一电源效率控制单元控制流经各LED单元的电流；因此，当所输入的交流电压因电压升高而导致效率下降时，该电源效率控制单元通过分流方式进一步使原本耗损在压控晶体管上的功率转交由各LED单元分担，进而使该耗损功率转换为输出功率；藉此，有效的提高本发明的效率。

Description

高效率交流LED驱动电路
技术领域
本发明为一种交流LED驱动电路，尤指一种高效率交流LED驱动电路。
背景技术
交流电为目前市面上常见的电力输配方式，其原因在于通过交流方式传输电力远比通过直流传输电力来得更有效率；而目前电力公司送进各个家庭的交流电源的电压其标准为110伏特或是220伏特，但事实上使用者所接收到的交流电源的电压并非如上述般地理想，反倒是会有些许误差范围；一般来说，上述误差范围大致落在＋－10%的范围；举例来说，若交流电源的电压的有效值为110伏特的话，则99伏特至122伏特的交流电源的电压皆为可容许的误差范围。
发光二极管(LED)为目前市面上常见的照明用具，相较于传统白炽灯泡更具有高发光效率及省电的特性；然而由于发光二极管本身仅能单向导通，因此难予使用在目前被广泛使用的交流电；为此，业界便研发出一种交流LED驱动电路；请参照图5所示，该交流LED驱动电路包含有：
一整流单元60，其输入端电连接一交流电源AC/IN，并将该交流电源AC/IN转换为一脉动直流电源，且由输出端输出；
一LED单元61，包含有多个LED光源，并电连接至该整流单元60的输出端，使其构成一电源回路；
一压控晶体管62，串接于该电源回路中，并控制流经该电源回路的回路电流；且包含有一控制端；
一电流检测单元63，串接于上述电源回路中；并检测该电源回路的回路电流值；及
一控制单元64，通过一低频滤波器电连接该电流检测单元63，以取得该回路电流值；并又电连接于该压控晶体管62的控制端；且又内建有一参考电流值；其中该控制单元64将上述回路电流值与该参考电流值进行比较，并依据其比较的结果通过该压控晶体管62进一步反馈控制流经该电源回路的回路电流。
由上述说明可知，使用者只要通过设定或调整该控制单元64的参考电流值即可控制流经该LED单元61上的回路电流；且通过控制流经该LED单元61的回路电流即可调整该LED单元61的输出功率以及其亮度。
但是，由于目前电力公司所给予的交流电源AC/IN的电压并非相当稳定，而为了能让使用者得到稳定亮度的光源，使其不因为上述交流电源AC/IN的电压的不稳定或是具有误差范围，进而导致相同产品有着不同亮度；因此，既有的交流LED驱动电路大多采用稳定回路电流的做法；举例来说，假设该LED单元61其两端上的切入电压为80伏特，且需要12.8瓦特的功率才能达到使用者预期的亮度的话，只要设定该参考电流值为160m安培即可使该回路电流固定为160m安培，进而达到使该LED单元61输出功率稳定的维持在12.8瓦特的要求。
请参照图6所述，然而，目前既有的交流LED驱动电路稳定回路电流的做法虽可以稳定的将该LED单元61保持在特定功率，但是其效率却会随着交流电源AC/IN的电压的提高而降低﹔举上述例子来说，假使该交流电源AC/IN的电压为99伏特，且回路电流为160m安培时，则其输入功率为15.84瓦特，并且通过与上述LED单元61的输出功率(12.8瓦特)的比较可以得出其效率为80.81%；又假使该交流电源AC/IN的电压提高至122伏特时，则其输入功率为19.52瓦特，但其效率却骤降至65.57%；因此，由上述说明可知，既有的交流LED驱动电路其效率会随着交流电源AC/IN的电压提高而随之降低。
深究其原因，且依据功率等式(输入功率Pin=输出功率Pout+消耗功率Plose)以及效率公式(效率η=输出功率Pout/输入功率Pin)的推导分析得知，不难发现导致既有的交流LED驱动电路效率降低的主因乃是由于该LED单元62的输出功率不随着输入功率Pin提升而随之提升所致﹔换句话说即代表该压控晶体管62的耗损功率随输入功率Pin的提升而随之提升；因此，有必要针对此种现象进一步提出较佳的改善方案。
发明内容
有鉴于上述既有的交流LED驱动电路的效率会随着交流电源的电压提升而下降的缺失；故本发明主要目的提供一种高效率交流LED驱动电路。
欲达上述目的，本发明公开了一种高效率交流LED驱动电路，包含有：
一整流单元，其输入端电连接一交流电源，并将该交流电源转换为一脉动直流电源，且由输出端输出；
一LED灯串，电连接至该整流单元，并包含有多个串联的LED单元；其中各LED单元均具有一阳极端及一阴极端；
多个压控晶体管，分别电连接至各LED单元的阴极端，并构成多阶层式分流回路；又各压控晶体管具有一控制端；
一电流检测单元，电连接于上述多个压控晶体管，并与该整流单元、该LED灯串以及各压控晶体管构成一电源回路；其中该电流检测单元用以检测流经该电源回路的电流；又流经该电源回路的电流为流经各分流回路电流的总合；及
一电源效率控制单元，与该电流检测单元电连接；并又电连接于多LED单元之间的串联节点；且与各压控晶体管的控制端电连接；其中该电源效率控制单元自各串联节点取得各LED单元上的压降，依各LED单元压降调整流经其分流回路中的电流大小。
当上述交流电源的电压提高时，该电源效率控制单元通过各压控晶体管调整各分流回路的电流，进一步将因交流电源的电压提高而随之提高的各压控晶体管的耗损功率Ploss转交由各LED单元分担，进而使该耗损功率Ploss转换为输出功率Pout；如此，以降低各压控晶体管的耗损功率Ploss并提高各LED单元的输出功率Pout，使得整体的效率能够达到提升的效果。
附图说明
图1为本发明高效率交流LED驱动电路的电路图。
图2为本发明的效率与电压的关系曲线图。
图3A为本发明较佳实施例第一种的状态示意图。
图3B为本发明较佳实施例第二种的状态示意图。
图3C为本发明较佳实施例第三种的状态示意图。
图4为本发明另一种实施例的电路图。
图5为既有的交流LED驱动电路的电路图。
图6为既有的交流LED驱动电路效率与电压的关系曲线图。
其中，附图标记：
10 整流单元         20 LED灯串
21 LED单元          30 压控晶体管
40 电流检测单元     41 分流检测单元
50 电源效率控制单元 51 低频滤波器
60 整流单元         61 LED单元
62 压控晶体管       63 电流检测单元
64 控制单元
具体实施方式
请参照图1所示，为本发明高效率交流LED驱动电路，其包含有：
一整流单元10，其输入端电连接一交流电源AC/IN，并将该交流电源AC/IN转换为一脉动直流电源，且由输出端输出；于本实施例中，该整流单元10可为一全波整流电路或一半波整流电路；
一LED灯串20，电连接至该整流单元，并包含有多个串联的LED单元21；其中各LED单元21均具有一阳极端及一阴极端；于本实施例中，各LED单元包含有多个LED光源，各LED光源可相互并联或串联或并串联；
多个压控晶体管30，分别电连接至各LED单元的阴极端，并构成多个阶层式分流回路；又各压控晶体管30具有一控制端；于本实施例中，各压控晶体管30可为金氧半场效晶体管、接面场效晶体管或或双极结型晶体管；且其栅极为上述的控制端；
一电流检测单元40，电连接于上述多个压控晶体管30，并与该整流单元10、该LED灯串20以及各压控晶体管30构成一电源回路；其中该电流检测单元40用以检测流经该电源回路的电流；又流经该电源回路的电流为流经各分流回路电流的总合；于本实施例中，该电流检测单元40为一检测电阻；及
一电源效率控制单元50，与该电流检测单元40电连接；并又电连接于多个LED单元21之间的串联节点；且与各压控晶体管30的控制端电连接；其中该电源效率控制单元50自各串联节点取得各LED单元上的压降，依各LED单元压降调整流经其分流回路中的电流大小；于本实施例中，该电源效率控制单元50通过一低频滤波器51电连接于该电流检测单元40；且该低频滤波器可以为一模拟滤波器、一数字滤波器；又该数字滤波器可以为一降频滤波器(Down-sampling Filter)。
本发明于使用时，先令该电源效率控制单元50最上阶的分流回路导通，且当各LED单元21之间的压降因交流电源AC/IN的升高而随之升高时，逐渐减少流经最上阶分流回路上的电流，且使逐渐增加流经其下一阶分流回路上的电流；接着若该交流电源AC/IN的电压下降而使各LED单元21之间的压降的降低时，逐渐减少流经下一阶分流回路上的电流，且逐渐增加流经其上一阶分流回路的电流。
请合并参照图2所示，若令该LED灯串包含有三LED单元，且其切入电压依其分流回路的阶梯顺序分别为80伏特、10伏特及10伏特；且又令该功率控制单元50令该回路电流维持在160m安培；则当该交流电源AC/IN低于110伏特以下时，请一并参照图3A所示，该功率控制单元50令最上阶的分流回路导通，且令其余的分流回路均截止，此时该回路电流仅流经第一LED单元21；因此当交流电源AC/IN从100伏特上升至109伏特，本发明的效率跟着从80%下降至73.39%；又当该交流电源AC/IN介于110至119伏特时，请一并参照图3B所示，该功率控制单元50令流经最上阶分流回路上的电流为0安培，且调整第二阶的分流回路使流经该第二分流回路上的电流为160m安培；此时该回路电流流经该第一LED单元以及第二LED单元；而效率随着第二LED灯的开启瞬间提升至81.81%并逐渐下降至75.63%；最后当该交流电源AC/IN位于120以上时，请一并参照图3C所示，该功率控制单元50令流经第二阶的分流回路上的电流为0安培，且调整第三阶的分流回路使流经该第三阶分流回路上的电流为160m安培；此时上述的回路电流流经所有的LED单元21；而效率提升至83.33%并逐渐下降。
因此，当上述交流电源AC/IN的电压提高时，该电源效率控制单元50通过各压控晶体管30调整各分流回路的电流，进一步将因交流电源AC/IN的电压提高而随之提高的各压控晶体管30的耗损功率Ploss转交由各LED单元21分担，进而使该耗损功率Ploss转换为输出功率Pout；如此，以降低各压控晶体管30的耗损功率Ploss并提高各LED单元21的输出功率Pout，使得整体的效率能够达到提升的效果。
此外，请参照图4所示，为本发明第二实施例，其主要电路结构大致与前述实施例相同，惟其不同处在于该第二实施例，令上述二相邻LED单元21之间分别串接有一分流检测单元41，该分流检测单元41连接至该电源效率控制单元50，以检测流经其对应LED单元21的电流，且由该电源效率控制单元50将各LED单元21压降与电流相乘，以获得各LED单元21功率，以依据各LED单元21功率调整流经其分流回路中的电流大小。
由上述说明可知，当该多个LED单元21的功率随着交流电源AC/IN的电压升高而随之升高时，该电源效率控制单元50逐渐通过各压控晶体管30调整各分流回路的电流大小，进而降低回路电流，使该输入功率Pin保持在与该交流电源AC/IN的电压尚未升高时相同，亦使该输出功率Pout保持相同。
因此，当该交流电源AC/IN提高而导致输入功率Pin暂时上升时，本实施例降低该回路电流使该输入功率Pin保持相同，且通过进一步调整流经各分流回路的电流使输出功率Pout亦保持相同；一但输出功率Pout与输入功率Pin均固定不变时，其效率必然维持固定。
因此，综合以上所述，本发明可有效解决效率下降的缺失，且进一步将效率维持在高点。

Claims (10)

1.一种高效率交流LED驱动电路，其特征在于，包含有：
一整流单元，其输入端电连接一交流电源，并将该交流电源转换为一脉动直流电源，且由输出端输出；
一LED灯串，电连接至该整流单元，并包含有多个串联的LED单元；其中各LED单元均具有一阳极端及一阴极端；
多个压控晶体管，分别电连接至各LED单元的阴极端，并构成多阶层式分流回路；又各压控晶体管具有一控制端；
一电流检测单元，电连接于上述多压控晶体管，并与该整流单元、该LED灯串以及各压控晶体管构成一电源回路；其中该电流检测单元用以检测流经该电源回路的电流；又流经该电源回路的电流为流经各分流回路电流的总合；及
一电源效率控制单元，与该电流检测单元电连接；并又电连接于多LED单元之间的串联节点；且与各压控晶体管的控制端电连接；其中该电源效率控制单元自各串联节点取得各LED单元上的压降，依各LED单元压降调整流经其分流回路中的电流大小。
2.如权利要求1所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，上述二相邻LED单元之间分别串接有一分流检测单元，该分流检测单元连接至该电源效率控制单元，以检测流经其对应LED单元的电流，由该电源效率控制单元将各LED单元压降与电流相乘，获得各LED单元功率，以依据各LED单元功率调整流经其分流回路中的电流大小。
3.如权利要求1或2所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，该电源效率控制单元通过一低频滤波器电连接于该电流检测单元。
4.如权利要求3所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，上述低频滤波器为一模拟滤波器。
5.如权利要求3所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，上述低频滤波器为一数字滤波器。
6.如权利要求5所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，上述该数字滤波器为一降频滤波器。
7.如权利要求5所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，上述该压控晶体管为一金氧半场效晶体管。
8.如权利要求5所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，上述该压控晶体管为一接面场效晶体管。
9.如权利要求5所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，上述该压控晶体管为一双极结型晶体管。
10.如权利要求5所述的高效率交流LED驱动电路，其特征在于，上述该整流单元为一全波整流器。
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