CN103687175A - 使用电容串并降压的线性led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明为一种使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其包含有一整流单元、一LED单元、一定电流控制器、一串并式分压器及一控制器；其中该控制器至少预设一电压安规值，并于检测该整流单元的输出电压于超过上述电压安规值时，将该串并式分压器串接至该LED单元，确保该LED单元及该定电流控制器的二端平均电压为固定；反之，则控制该串并式分压器并联至该LED单元与该接地端之间；藉此，可确保LED驱动电路符合电压安规，确保使用者安全。

Description

使用电容串并降压的线性LED驱动电路

技术领域

本发明为一种线性LED驱动电路，尤指一种使用电容串并降压的线性LED驱动电路。

背景技术

发光二极管(LED;Light Emitting Diode)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、低耗电以及低污染的特性；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，业界便研发出一种线性LED驱动电路；请参照图8所示，该线性LED驱动电路包含有：

一整流单元50，连接至一交流电源AC/IN，并将上述交流电源AC/IN转换为一脉动直流电源；

一LED单元51，串接该整流单元50，并包含有多个LED光源；及

一定电流控制器52，串接该LED单元51，并构成一电源回路；其中该定电流控制器52令流经该LED单元51的电流固定为一定值。

由上述结构可知，既有的线性LED驱动电路以其整流单元50将上述交流电源AC/IN转换为脉动直流电源后，通过该定电流控制器52固定流经该LED单元51的电流，以令该LED单元51稳定发亮。

此外，在欧洲各国均有规定外露于电路壳体外的电子元件其驱动电压不能超过48伏特的电压安规；目的是为了避免使用者在使用电器相关产品时，因不小心接触外露于电路壳体外的电子元件而导致触电的情事发生；因此在既有的交流LED驱动电路中便令外露于电路壳体外的LED单元51使用对人体较无直接影响的48伏特电压。故既有的交流LED驱动电路于该整流单元50与该交流电源AC/IN之间串接一变压器，并且通过该变压器的降压使LED灯二端电压符合电压安规。

再者，因目前世界各国或地区所采用的交流电源AC/IN其电压值具有高低不同的区别，也可通过使用不同的变压器，将不同交流电源AC/IN的不同电压转换并输出固定直流电压，使交流LED驱动电路能够正常使用。因此，交流LED驱动电路制造商就必须准备不同电压的交流电源AC/IN用的交流LED驱动电路，加上其使用变压器进行降压，而变压器体积较一般电子元件尺寸为大，而造成制造商的仓储压力；相对地，消费者于购买时亦必须确认所买交流LED驱动电路符合家用市电电压规格，当买到低压段的交流LED驱动电路插设至高压段交流电源，则造成毁损。

发明内容

有鉴于上述既有的线性LED驱动电路的技术缺失；故本发明主要目的为提供一种使用电容串并降压的线性LED驱动电路。

为解决上述问题，本发明公开了一种使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其包含有：

一整流单元，连接至一交流电源，并将上述交流电源转换为一脉动直流电源；

一LED单元，串接该整流单元，并包含有多个LED光源；

一定电流控制器，串接至该LED单元及一接地端之间，并构成一电源回路；其中该定电流控制器令流经该LED单元的电流固定为一定值；

一第一串并式分压器，连接至该整流单元与该LED单元之间，且具有串联模式及并联模式，并包含有一分压电容；其中该串联模式令该分压电容串接于该整流单元与该LED单元之间，而该并联模式则令该分压电容并联至该LED单元与该接地端之间；及

一分压控制器，内建有一电压安规值，并连接至该整流单元及该第一串并式分压器；其中该分压控制器系检测该整流单元所输出的脉动直流电源的电压值；且当上述脉动直流电源的电压值超过该电压安规值时控制该第一串并式分压器为串联模式；反之，则控制该第一串并式分压器为并联模式。

由于本发明于该整流单元与该LED单元之间连接有该第一串并式分压器，并由该分压控制器控制该第一串并式分压器其分压电容系串联至该LED单元或并联于该LED单元与该定电流控制器；因此，当上述脉动直流电源的电压值超过该电压安规值时，由于该分压电容串接至该LED单元，因此高于电压安规值的电压会降压于该第一串并式分压器其分压电容上，以确保该LED单元及该定电流控制器的二端其平均电压为固定；是以，本发明采用第一串并式分压器取代笨重变压器，并能确保LED驱动电路符合安规，进而保护使用者安全。

此外，本发明次一目的是提供一种适用于各种电压范围的线性LED驱动电路；其所使用的主要技术手段为令上述使用电容串并降压的线性LED驱动电路，进一步包含有：

至少一第二串并式分压器，连接于该整流单元与该第一串并式分压器之间，且具有串联模式及并联模式，并包含有一分压电容；其中该串联模式令该分压电容串接于该整流单元与该第一串并式分压器之间，而该并联模式则令该分压电容并联至该LED单元与该接地端之间；再者，该分压控制器连接至该至少一第二串并式分压器，且对应内建有至少一不小于该电压安规值的电压切换值，其中该至少一电压切换值系对应不同的交流电源其电压值；并且，当上述脉动直流电源的电压值超过该至少一电压切换值时，该分压控制器系控制所对应的第二串并式分压器为串联模式；反之，则为并联模式。

由上述结构可知，本发明通过该第一串并式分压器与该第二串并式分压器的串联模式或并联模式，进一步增加上述分压电容的串接数量；使得本发明能够进一步适用在较高的交流电源的情况；因此，当上述脉动直流电源的电压值同时超过该电压安规值及电压切换值时，直接令该第一串并式分压器与该第二串并式分压器其分压电容均串接至该LED单元，并且将高于电压安规值及电压切换值的电压降压于该第一串并式分压器与该第二串并式分压器其分压电容上，以确保该LED单元及该定电流控制器的二端其平均电压为固定。

附图说明

图1为本发明使用电容串并降压的线性LED驱动电路的电路示意图。

图2为本发明较佳的第一实施例的电路图。

图3为本发明第一实施例的波型图。

图4为本发明采用开关二极管的较佳的第二实施例的电路图。

图5为本发明较佳的第二实施例的波型图。

图6为本发明较佳的第二实施例分段操作的波型图。

图7为本发明较佳的第三实施例的电路图。

图8为既有的交流LED驱动电路的电路图。

其中，附图标记：

10整流单元         11LED单元

12定电流控制器     13压控晶体管

14电流检测单元     15稳流控制单元

16低通滤波器       20第一串并式分压器

21分压电容         22开关二极管

23控制二极管       24第一选择开关

25第二选择开关     30分压控制器

40第二串并式分压器 41分压电容

42开关二极管       43控制二极管

44第一选择开关     45第二选择开关

50整流单元         51LED单元

52定电流控制器

具体实施方式

请参照图1所示，为本发明使用电容串并降压的线性LED驱动电路的第一实施例，其包含有一整流单元10、一LED单元11、一定电流控制器12、一第一串并式分压器20及一分压控制器30，其中：

上述整流单元10连接至一交流电源AC/IN，并将上述交流电源AC/IN转换为一脉动直流电源；于本实施例中，该整流单元10为一全波整流器。

上述LED单元11串接该整流单元10，并包含有多个LED光源。

上述定电流控制器12串接该LED单元11，并构成一电源回路；其中该定电流控制器12令流经该LED单元11的电流固定为一定值；于本实施例中，该定电流控制器12包含有一压控晶体管13、一串接该压控晶体管13的电流检测单元14以及一电连接至该压控晶体管13和该电流检测单元14的稳流控制单元15；其中该压控晶体管13与该电流检测单元14串接至该LED单元11，并构成一电源回路：且该电流检测单元14检测流经该电源回路的电流，并通过一低通滤波器16将所检测到的电流信号传送至该稳流控制单元15；又该稳流控制单元15依据上述电流信号通过该压控晶体管13反馈控制流经该电源回路的电流，使得该电源回路的电流驱近稳定。

上述第一串并式分压器20连接至该整流单元10与该LED单元11之间，且具有串联模式及并联模式，并包含有一分压电容21；其中该串联模式令该分压电容21串接于该整流单元10与该LED单元11之间，而该并联模式则令该分压电容21并联至该LED单元11与该接地端之间；于本实施例中，该分压电容21具有正端以及负端；又该第一串并式分压器20，进一步包含有：

一控制二极管23，串接至该分压电容21，且包含有一阳极和一阴极；其中该控制二极管23的阳极连接至该分压电容21的负端；

一第一选择开关24，其一端连接至该分压电容21的正端，而另一端则连接至该LED单元11；及

一第二选择开关25，其一端连接至该分压电容21与该控制二极管23之间的串联节点，而另一端连接至一接地端；请参照图2所示，为本发明较佳的第一实施例，其中该第二选择开关25，于本实施例中，为一开关二极管22，且其阴极连接至该分压电容21于该控制二极管23之间的串联节点，又其阳极连接至一接地端。

上述分压控制器30内建有一电压安规值Vset，并连接至该整流单元10及该第一串并式分压器20；其中该分压控制器30检测该整流单元10所输出的脉动直流电源的电压值Vdc；且当上述脉动直流电源的电压值Vdc超过该电压安规值Vset时控制该第一串并式分压器20为串联模式；反之，则控制该第一串并式分压器为20并联模式；于本实施例中，该分压控制器30连接至该第一选择开关24及该第二选择开关25，且当上述脉动直流电源的电压值Vdc大于电压安规值Vset时，控制该第一选择开关24和该第二选择开关25均呈现截止状态，反之则呈现导通状态。

此外必须强调的是，有别于传统的交换式电容降压(Switch Cap DC/DCConverter)方式，上述第一选择开关24与第二选择开关25的控制是由内部所设定的电压安规值Vset所决定；其导通或关闭的频率与输入交流电的频率一致。所以不会产生不同步的电波干扰。也不需要高速的系统的时脉(Clock)来决定该第一选择开关24与该第二选择开关25的导通或关闭。

请参照图2及图3所示，为本发明应用在上述交流电源AC/IN其有效值为110伏特，且该电压安规值Vset为48伏特的情况；其中当上述脉动直流电源的电压值Vdc大于该电压安规值Vset时，该分压控制器30令上述第一选择开关24为截止状态，且由于作为该第二选择开关25的开关二极管此时为逆向偏压，因此其状态系同上述第一选择开关24呈现截止状态，藉此令该分压电容21串接于该整流单元10与该LED单元11之间，进而达到分压的效果，并且同时对该分压电容21进行充电。

反之当上述脉动直流电源的电压值Vdc不大于该电压安规值Vset时，令上述第一选择开关24呈现导通状态，且同时由于作为该第二选择开关25的开关二极管22此时为顺向偏压，因此其状态系同上述第一选择开关24呈现导通状态，藉此令该分压电容21并联该LED单元11与该接地端之间；此时，该分压电容21会直接对该LED单元11及该定电流控制器12进行放电，藉此稳定该LED单元11与该接地端之间上的电压。

由上述结构可知，本发明通过该分压控制器30检测该整流单元10所输出的脉动直流电源的电压值Vdc，进而决定该第一串并式分压器20其分压电容21串联至该LED单元11，亦或并联于该LED单元11与该定电流控制器12；藉此，使高于电压安规值Vset的电压会降压于该第一串并式分压器20其分压电容21上，以确保该LED单元11及该定电流控制器12的二端其平均电压固定为48伏特，即为上述的电压安规值Vset﹔再者，若该分压电容21在该第一串并式分压器20进入并联模式前即已蓄电，则该分压控制器30于控制该第一串并式分压器20在并联模式下，使该分压电容并联于该LED单元11与该接地端之间时；该分压电容21会立即地对该LED单元11与该定电流控制器12进行放电，藉以使流经该LED单元11上的电流趋近于稳定。

请参照图4所示，为本发明第二实施例，与前述第一实施例的不同点，令上述使用电容串并降压的线性LED驱动电路，进一步包含有：

至少一第二串并式分压器40，连接于该整流单元10与该第一串并式分压器20之间，且具有串联模式及并联模式，并包含有一分压电容41；其中该串联模式令该分压电容41串接于该整流单元10与该第一串并式分压器20之间，而该并联模式则令该分压电容41并联至该LED单元11与该接地端之间；再者，该分压控制器30连接至该至少一第二串并式分压器40，且分别对应内建有至少一不小于该电压安规值Vset的电压切换值Vsw，其中该至少一电压切换值Vsw对应不同的交流电源AC/IN其电压值；并且，当上述脉动直流电源的电压值Vdc超过该至少一电压切换值Vsw时，该分压控制器30控制所对应的第二串并式分压器40为串联模式；反之，则为并联模式；于本实施例中，该分压电容41具有正端以及负端；且该至少一第二串并式分压器40，包含有：

一控制二极管43，串接至该分压电容41，且包含有一阳极和一阴极；其中该控制二极管43的阳极系连接至该分压电容41的负端；

一第一选择开关44，其一端连接至该分压电容41的正端，而另一端则连接至该LED单元11；且该分压控制器30连接至该第一选择开关44；其中当上述脉动直流电源的电压值Vdc大于该电压切换值Vsw时，该分压控制器30控制该第一选择开关44呈现截止状态，反之则呈现导通状态；及

一第二选择开关45，其一端连接至该分压电容41与该控制二极管43之间的串联节点，而另一端连接至一接地端；且该分压控制器30连接至该第二选择开关45；其中当上述脉动直流电源的电压值Vdc大于该电压切换值Vsw时，该分压控制器30控制该第二选择开关45呈现截止状态，反之则呈现导通状态；此外，于本实施例中，该第二选择开关45为一开关二极管42，且其阴极连接至该分压电容41于该控制二极管43之间的串联节点，又其阳极连接至一接地端。

请参照图5所示，为本发明第二实施例应用在上述交流电源AC/IN其有效值为160伏特，且该电压安规值Vset与该电压切换值Vsw均为48伏特的情况；其中当上述脉动直流电源的电压值Vdc同时大于该电压安规值Vset与该电压切换值Vsw时，该分压控制器30令该第一串并式分压器20与上述第二串并式分压器40其上述第一选择开关24均为截止状态，且由于此时作为上述第一串并式分压器20与上述第二串并式分压器40其第二选择开关25、45的开关二极管22、42此时为逆向偏压，因此其状态系同上述第一选择开关24、44呈现截止状态，藉此令该分压电容41串接于该整流单元10与该LED单元11之间，进而达到分压的效果，并且同时对上述第一串并式分压器20与上述第二串并式分压器40其分压电容21、41进行充电；反之则令上述第一串并式分压器20与上述第二串并式分压器40其分压电容21、41同时对该LED单元11进行放电。

请参照图6所示，为本发明第二实施例应用在上述交流电源AC/IN其有效值为160伏特，且该电压安规值Vset为48伏特，而该电压切换值Vsw为96伏特的情况；当上述脉动直流电源的电压值Vdc大于该电压安规值Vset时，令上述第一串并式分压器20的第一选择开关24截止，且同时令该第二串并式分压器40的第一选择开关44导通，此时上述脉动直流电源的电流Idc流经该第一串并式分压器20的分压电容21，而不流经该第二串并式分压器40的分压电容41；又当上述脉动直流电源的电压值Vdc大于该电压切换值Vsw时，令上述第一串并式分压器20与第二串并式分压器40的第一选择开关均为24、44截止，此时上述脉动直流电源的电流Idc同时流经上述第一串并式分压器20与第二串并式分压器40的分压电容21、41；反之则当上述脉动直流电源的电压值Vdc下降至该电压安规值Vset与该电压切换值Vsw之间时，令该第二串并式分压器40其分压电容41并联于该LED单元11与该接地端之间并进行放电；又当上述脉动直流电源的电压值Vdc低于至该电压安规值Vset与该电压切换值Vsw时，令该第一串并式分压器20该第二串并式分压器40其分压电容21、41并联于该LED单元11与该接地端之间并进行放电。

经由上述说明可知，本发明第二实施例，可随着上述脉动直流电源其电压Vdc的变换，选择性地分别令上述第一选择开关24、44先后导通或截止；藉此调控并稳定该LED单元11与该接地端之间上的电压。

请参照图7所示，为本发明第三实施例，其结构大致与第二实施例相同；惟其不同处在于该整流单元10与该第一串并式分压器20之间串接有多个第二串并式分压器40；又经由上述说明可知，由于本发明通过控制上述各个分压电容21、41的串联以及并联，将该脉动直流电源其电压值Vdc降压，使该LED单元11与该接地端之间的电压均稳定的固定至该电压安规值Vset左右，因此当本发明的第三实施例串接有多个第二串并式分压器40时，可进一步让本发明适用于更高电压的交流电源AC/IN。

综合以上所述，本发明通过上述第一选择开关24、44的切换，令上述分压电容21、41串联于该整流单元10与该LED单元11之间，使该LED单元11与该接地端之间的电压不随该脉动直流电源其电压值Vdc上升而与之上升；或是令上述分压电容21、41并联于该LED单元11与该接地端之间，进而使该LED单元11与该接地端之间的电压通过上述分压电容21、41的放电而趋于稳定；因此，本发明确实能够取代传统笨重变压器，并能确保LED驱动电路符合安规，又能够符合各种市电电压规格。

Claims (12)

1.一种使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，包含有：

一整流单元，连接至一交流电源，并将上述交流电源转换为一脉动直流电源；

一LED单元，串接该整流单元，并包含有多个LED光源；

一定电流控制器，串接至该LED单元及一接地端之间，并构成一电源回路；其中该定电流控制器令流经该LED单元的电流固定为一定值；

一第一串并式分压器，连接至该整流单元与该LED单元之间，且具有串联模式及并联模式，并包含有一分压电容；其中该串联模式令该分压电容串接于该整流单元与该LED单元之间，而该并联模式则令该分压电容并联至该LED单元与该接地端之间；及

一分压控制器，内建有一电压安规值，并连接至该整流单元及该第一串并式分压器；其中该分压控制器检测该整流单元所输出的脉动直流电源的电压值；且当上述脉动直流电源的电压值超过该电压安规值时控制该第一串并式分压器为串联模式；反之，则控制该第一串并式分压器为并联模式。

2.如权利要求1所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，该分压电容具有正端以及负端且上述第一串并式分压器，进一步包含有：

一控制二极管，串接至该分压电容，且包含有一阳极和一阴极；其中该控制二极管的阳极连接至该分压电容的负端；

一第一选择开关，其一端连接至该分压电容的正端，而另一端则连接至该LED单元；及

一第二选择开关，其一端连接至该分压电容与该控制二极管之间的串联节点，而另一端连接至一接地端。

3.如权利要求2所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，该第二选择开关为一开关二极管，且其阴极连接至该分压电容于该控制二极管之间的串联节点，又其阳极连接至一接地端。

4.如权利要求2所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，上述该分压控制器连接至该第一选择开关及该第二选择开关，其中：

上述控制该第一串并式分压器为串联模式，控制该第一选择开关和该第二选择开关均呈现截止状态；

上述控制该第一串并式分压器为并联模式，控制该第一选择开关和该第二选择开关均呈现导通状态。

5.如权利要求3所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，上述该分压控制器连接至该第一选择开关，其中：

上述控制该第一串并式分压器为串联模式，控制该第一选择开关呈现截止状态；

上述控制该第一串并式分压器为并联模式，控制该第一选择开关呈现导通状态。

6.如权利要求1至5中任一所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，进一步包含有：

至少一第二串并式分压器，连接于该整流单元与该第一串并式分压器之间，且具有串联模式及并联模式，并包含有一分压电容；其中该串联模式令该分压电容串接于该整流单元与该第一串并式分压器之间，而该并联模式则令该分压电容并联至该LED单元与该接地端之间；再者，该分压控制器连接至该至少一第二串并式分压器，且对应内建有至少一不小于该电压安规值的电压切换值，其中该至少一电压切换值对应不同的交流电源其电压值；并且，当上述脉动直流电源的电压值超过该至少一电压切换值时，该分压控制器控制所对应的第二串并式分压器为串联模式；反之，则为并联模式。

7.如权利要求6所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，该分压电容具有正端以及负端，且该至少一第二串并式分压器，包含有：

一控制二极管，串接至该分压电容，且包含有一阳极和一阴极；其中该控制二极管的阳极连接至该分压电容的负端；

一第一选择开关，其一端连接至该分压电容的正端，而另一端则连接至该LED单元；且该分压控制器连接至该第一选择开关；其中当该分压控制器控制该第二串并式分压器为串联模式时，该分压控制器控制该第一选择开关呈现截止状态，反之当该分压控制器控制该第二串并式分压器为并联模式时，则呈现导通状态；及

一第二选择开关，其一端连接至该分压电容与该控制二极管之间的串联节点，而另一端连接至一接地端；且该分压控制器连接至该第二选择开关；其中当该分压控制器控制该第二串并式分压器为串联模式时，该分压控制器控制该第二选择开关呈现截止状态，反之当该分压控制器控制该第二串并式分压器为并联模式时，则呈现导通状态。

8.如权利要求7所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，上述第二选择开关为一开关二极管，且其阴极连接至该分压电容于该控制二极管之间的串联节点，又其阳极连接至一接地端。

9.如权利要求1至5中任一所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，该定电流控制器包含有：

一压控晶体管，串接至该LED单元，并构成一电源回路；

一电流检测单元，串接该压控晶体管；且该电流检测单元系检测流经该电源回路的电流；及

一稳流控制单元，电连接至该压控晶体管和该电流检测单元，并通过一低通滤波器读取该电流检测单元所检测到的电流信号；其中该稳流控制单元依据上述电流信号通过该压控晶体管进而调整流经该电源回路的电流。

10.如权利要求6所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，该定电流控制器包含有：

一压控晶体管，串接至该LED单元，并构成一电源回路；

一电流检测单元，串接该压控晶体管；且该电流检测单元检测流经该电源回路的电流；及

一稳流控制单元，电连接至该压控晶体管和该电流检测单元，并通过一低通滤波器读取该电流检测单元所检测到的电流信号；其中该稳流控制单元依据上述电流信号通过该压控晶体管进而调整流经该电源回路的电流。

11.如权利要求7所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，该定电流控制器包含有：

一压控晶体管，串接至该LED单元，并构成一电源回路；

一电流检测单元，串接该压控晶体管；且该电流检测单元系检测流经该电源回路的电流；及

一稳流控制单元，电连接至该压控晶体管和该电流检测单元，并通过一低通滤波器读取该电流检测单元所检测到的电流信号；其中该稳流控制单元依据上述电流信号通过该压控晶体管进而调整流经该电源回路的电流。

12.如权利要求8所述的使用电容串并降压的线性LED驱动电路，其特征在于，该定电流控制器包含有：

一压控晶体管，串接至该LED单元，并构成一电源回路；

一电流检测单元，串接该压控晶体管；且该电流检测单元系检测流经该电源回路的电流；及

一稳流控制单元，电连接至该压控晶体管和该电流检测单元，并通过一低通滤波器读取该电流检测单元所检测到的电流信号；其中该稳流控制单元依据上述电流信号通过该压控晶体管进而调整流经该电源回路的电流。

Images