CN103781234A - 具有维持电流电路的发光二极管驱动装置及其运作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有维持电流电路的发光二极管驱动装置及其运作方法。维持电流电路包含输入端、维持电阻、调节器、第一电阻、第二电阻、设定电阻、控制单元及电晶体开关。维持电阻与调节器、第一电阻与第二电阻以及电晶体开关与设定电阻分别串接于输入端与接地端之间。控制单元分别耦接至电晶体开关、维持电阻与调节器之间以及第一电阻与第二电阻之间。控制单元接收维持电阻与调节器之间的第一电压以及第一电阻与第二电阻之间的第二电压并输出控制信号以控制电晶体开关选择性地关闭。
Description
技术领域
本发明是与发光二极管的驱动有关,特别是关于一种具有维持电流电路的发光二极管驱动装置及其运作方法。
背景技术
请参照图1及图2,图1是绘示一般的三极交流开关(TRI-ELECTRODEAC SWITCH,TRIAC)电路的示意图;图2是绘示图1的三极交流开关电路应用于照明电路的示意图。如图所示,三极交流开关TRIAC是一闸极控制开关,亦称为双向性三极闸流体,其无论于正向或反向电压下皆可导通。若三极交流开关电路1应用于照明产品时,三极交流开关电路1可通过改变可变电阻R1的电阻值来调整照明产品的亮度。其利用交流电压的大小,当其经过三极交流开关电路时,三极交流开关电路1通过改变可变电阻R1的电阻值来调整电压的导通角度,相对应地改变照明产品的亮度。
然而,以目前的发光二极管(LED)产品而言,如同图2加上三极交流开关电路1后,往往会因为三极交流开关电路1在电压电流很低的情况下运作不稳定,导致输入电压VIN在低导通角电压时不稳定,出现电压大小异状的波形图,如图3B中的不同大小的电压波形VS1与VS2所示。若输入电压VIN在低导通角电压时为零,甚至会造成发光二极管装置24出现闪烁的现象。
目前最常见的解决方式是于照明电路2中加入一个维持电流(Holdingcurrent)电路20。图4绘示传统的维持电流电路20的一实施例。如图4所示,在输入电压VIN与调节器REG之间设置一电阻RH,并且电晶体开关MOS的闸极耦接至电阻RH与调节器REG之间。由于调节器REG会产生电压VF,在设定电阻RSET端会形成接近电压VF的电压值,故可通过调整设定电阻RSET的电阻值产生一电流。此电流即可应用于照明电路中作为维持电流,使得输入电压VIN在低导通角电压时维持稳定,出现电压大小相等的波形图,如图3C中的相同大小的电压波形VS1’与VS2’所示。
然而,将图4的维持电流电路20应用于具有三极交流开关TRIAC的照明电路2中的最大缺点在于:当电压愈高时,消耗的功率也愈大,导致照明产品出现功率消耗瓦特数过高以及过热的问题。此外,由于设置于发光二极管装置24下端的电流源电路22的电压及电流都会变大,导致其消耗功率P过大(如图5B所示)因而产生过热的问题,亟需克服。
因此,本发明提出一种具有维持电流电路的发光二极管驱动装置及其运作方法,以解决上述问题。
发明内容
根据本发明的一具体实施例为一种具有维持电流电路的发光二极管驱动装置。于此实施例中,发光二极管驱动装置的维持电流电路包含输入端、维持电阻、调节器、第一电阻、第二电阻、设定电阻、控制单元及电晶体开关。输入端接收一输入电压。维持电阻耦接输入端。调节器耦接于维持电阻与接地端之间。第一电阻耦接输入端。第二电阻耦接于第一电阻及接地端之间。设定电阻耦接至接地端。
控制单元分别耦接至维持电阻与调节器之间以及第一电阻与第二电阻之间。控制单元接收维持电阻与调节器之间的第一电压以及第一电阻与第二电阻之间的第二电压并输出控制信号。电晶体开关分别耦接输入端、设定电阻及控制单元。电晶体开关接收控制信号并根据控制信号选择性地关闭。
根据本发明的另一具体实施例为一种具有维持电流电路的发光二极管驱动装置的运作方法。于此实施例中,维持电流电路包含输入端、维持电阻、调节器、第一电阻、第二电阻、设定电阻、控制单元及电晶体开关。维持电阻与调节器串接于输入端与接地端之间。第一电阻与第二电阻串接于输入端与接地端之间。电晶体开关与设定电阻串接于输入端与接地端之间。控制单元分别耦接至电晶体开关、维持电阻与调节器之间以及第一电阻与第二电阻之间。
该运作方法包含下列步骤:(a)控制单元接收维持电阻与调节器之间的第一电压以及第一电阻与第二电阻之间的第二电压并输出控制信号;(b)根据控制信号选择性地关闭电晶体开关。
相较于现有技术,根据本发明的具有维持电流电路的发光二极管驱动装置及其运作方法可达成下列功效:(1)使得输入电压VIN在低导通角电压时仍能维持稳定,故可避免发光二极管装置出现闪烁的现象;(2)有效解决现有技术中当输入电压VIN过大时所产生的功率消耗过大及过热等问题。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1为绘示一般的三极交流开关(TRI-ELECTRODE AC SWITCH,TRIAC)电路的示意图。
图2为绘示图1的三极交流开关电路应用于照明电路的示意图。
图3A为绘示输入电压的波形图;图3B为绘示由于三极交流开关电路所导致的不稳定的电压波形图;图3C为绘示通过维持电流电路回复成稳定的电压波形图。
图4绘示传统的维持电流电路的一实施例。
图5A为绘示输入电压的波形图;图5B为绘示采用传统的维持电流电路时所导致的过大的消耗功率的示意图。
图6为绘示根据本发明的一具体实施例的发光二极管驱动装置的维持电流电路的示意图。
图7为绘示采用本发明的维持电流电路时消耗功率明显减少的示意图。
图8为绘示根据本发明的另一具体实施例的发光二极管驱动装置的维持电流电路的示意图。
图9为绘示根据本发明的另一具体实施例的发光二极管驱动装置的维持电流电路的示意图。
图10为绘示根据本发明的另一具体实施例的具有维持电流电路的发光二极管驱动装置的运作方法的流程图。
主要元件符号说明
S10~S12:流程步骤
6、8、9:维持电流电路 IN:输入端
VIN:输入电压 RH:维持电阻
K、J:接点 VF:第一电压
VDIV:第二电压 REG:调节器
RA1:第一电阻 RA2:第二电阻
CU:控制单元 MOS:电晶体开关
RSET:设定电阻 SCR:整流器
RA3:第三电阻 COMP:比较器
+:正输入端 -:负输入端
BJT:双极性接面电晶体 P:消耗功率
VS1~VS2、VS1’~VS2’:电压波形
TRIAC:三极交流开关 1:三极交流开关电路
R1:可变电阻 20:传统的维持电流电路
22:电流源电路 24:发光二极管装置
C1~C3:电容 L:电感
R2:电阻 AC IN:交流电输入端
AC OUT:交流电输出端
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例为一种具有维持电流电路的发光二极管驱动装置。于此实施例中,具有维持电流电路的发光二极管驱动装置是用以驱动发光二极管发出光线,但不以此为限。具有维持电流电路的发光二极管驱动装置包含有三极交流开关电路。发光二极管驱动装置可利用交流电压的大小,当其经过三极交流开关电路时,三极交流开关电路通过改变其可变电阻的电阻值来调整电压的导通角度,相对应地改变发光二极管的发光亮度。
请参照图6,图6为绘示此实施例的发光二极管驱动装置的维持电流电路的示意图。如图6所示,发光二极管驱动装置的维持电流电路6包含有输入端IN、维持电阻RH、电阻RA1~RA3、电晶体开关MOS、调节器REG、设定电阻RSET及整流器SCR。需说明的是,第三电阻RA3及整流器SCR设置于控制单元CU内。输入端IN具有输入电压VIN。其中,电晶体开关MOS可采用金氧半场效电晶体;整流器SCR可采用硅控整流器(Silicon ControlledRectifier,SCR),但不以此为限。
电阻RH与调节器REG是串接于输入电压VIN与接地端之间。电阻RA1与RA2是串接于输入电压VIN与接地端之间。电晶体开关MOS与设定电阻RSET是串接于输入电压VIN与接地端之间。电阻RA3的一端耦接电晶体开关MOS的闸极,且其另一端耦接至维持电阻RH与调节器REG之间的接点K。接点K具有电压VF。整流器SCR的阳极耦接至电阻RA3与电晶体开关MOS的闸极之间,其阴极耦接至接地端,且其闸极耦接至电阻RA1与RA2之间的接点J。接点J具有电阻RA1与RA2对于输入电压VIN形成的分压电压VDIV。
发光二极管驱动装置的维持电流电路6设置有整流器SCR以控制电晶体开关MOS的开启或关闭。由于整流器SCR的闸极耦接至电阻RA1与RA2之间的接点J,所以其开关电压的大小是以电阻RA1与RA2对于输入电压VIN形成的分压电压VDIV作为参考电压。当输入电压VIN的电压值高于一预设电压值时,电晶体开关MOS将会关闭而使得电流无法流过。也就是说,当输入电压VIN的导通角变大时,发光二极管驱动装置会将维持电流电路6关闭,以减少不必要的功率消耗,如图7所示。比较图7与现有技术的图5B可知:本发明的发光二极管驱动装置可大幅减少不必要的功率浪费,达到省电及防止过热的功效。
于另一实施例中,发光二极管驱动装置的维持电流电路亦可采用比较器控制电晶体开关的开启或关闭。请参照图8,图8为绘示此实施例的发光二极管驱动装置的维持电流电路的示意图。如图8所示,发光二极管驱动装置的维持电流电路8包含有输入端IN、维持电阻RH、电阻RA1及RA2、电晶体开关MOS、调节器REG、比较器COMP及设定电阻RSET。需说明的是,比较器COMP设置于控制单元CU内。其中,电晶体开关MOS可采用金氧半场效电晶体,但不以此为限。输入端IN具有输入电压VIN。
维持电阻RH与调节器REG是串接于输入电压VIN与接地端之间。电阻RA1与RA2是串接于输入电压VIN与接地端之间。电晶体开关MOS与设定电阻RSET是串接于输入电压VIN与接地端之间。比较器COMP的两输入端+及-分别耦接至维持电阻RH与调节器REG之间的接点K以及电阻RA1与RA2之间的接点J。比较器COMP的输出端则耦接至电晶体开关MOS的闸极。接点J具有电阻RA1与RA2对于输入电压VIN形成的分压电压VDIV。
发光二极管驱动装置的维持电流电路8设置有比较器COMP以控制电晶体开关MOS的开启或关闭。由于比较器COMP的两输入端+及-分别耦接至维持电阻RH与调节器REG之间的接点K以及电阻RA1与RA2之间的接点J,所以比较器COMP的正输入端+是以调节器REG的定电压(亦即电压VF)作为参考电压,而比较器COMP的负输入端-是以电阻RA1与RA2对于输入电压VIN形成的分压电压VDIV作为参考电压。
若比较器COMP比较调节器电压VF与分压电压VDIV的比较结果是分压电压VDIV大于调节器电压VF,电晶体开关MOS将会关闭而使得电流无法流过。也就是说,当输入电压VIN的导通角变大时,发光二极管驱动装置会将维持电流电路8关闭,以减少不必要的功率消耗,如图7所示。比较图7与现有技术的图5B可知:本发明的发光二极管驱动装置可大幅减少不必要的功率浪费,达到省电及防止过热的功效。
于另一实施例中,发光二极管驱动装置的维持电流电路亦可采用双极性接面电晶体(Bipolar Junction Transistor,BJT)来控制电晶体开关的开启或关闭。请参照图9,图9为绘示此实施例的发光二极管驱动装置的维持电流电路的示意图。如图9所示,发光二极管驱动装置的维持电流电路9包含有输入端IN、维持电阻RH、电阻RA1~RA3、电晶体开关MOS、调节器REG、设定电阻RSET及双极性接面电晶体BJT。需说明的是,第三电阻RA3及双极性接面电晶体BJT是设置于控制单元CU内。其中,电晶体开关MOS可采用金氧半场效电晶体,但不以此为限。输入端IN具有输入电压VIN。
维持电阻RH与调节器REG是串接于输入电压VIN与接地端之间。电阻RA1与RA2是串接于输入电压VIN与接地端之间。电晶体开关MOS与设定电阻RSET是串接于输入电压VIN与接地端之间。电阻RA3的一端耦接电晶体开关MOS的闸极,且其另一端耦接至维持电阻RH与调节器REG之间的接点K。接点K具有电压VF。双极性接面电晶体BJT的集极耦接至电阻RA3与电晶体开关MOS的闸极之间,其射极耦接至接地端,且其基极耦接至电阻RA1与RA2之间的接点J。接点J具有电阻RA1与RA2对于输入电压VIN形成的分压电压VDIV。
发光二极管驱动装置的维持电流电路6设置有双极性接面电晶体BJT以控制电晶体开关MOS的开启或关闭。由于双极性接面电晶体BJT的基极耦接至电阻RA1与RA2之间的接点J,所以其开关电压的大小是以电阻RA1与RA2对于输入电压VIN形成的分压电压VDIV作为参考电压,当输入电压VIN的电压值高于一预设电压值时,电晶体开关MOS将会关闭而使得电流无法流过。也就是说,当输入电压VIN的导通角变大时,发光二极管驱动装置会将维持电流电路9关闭,以减少不必要的功率消耗,如图7所示。比较图7与现有技术的图5B可知:本发明的发光二极管驱动装置可大幅减少不必要的功率浪费,达到省电及防止过热的功效。
根据本发明的另一具体实施例为一种具有维持电流电路的发光二极管驱动装置的运作方法。于此实施例中,维持电流电路包含输入端、维持电阻、调节器、第一电阻、第二电阻、设定电阻、控制单元及电晶体开关。维持电阻与调节器串接于输入端与接地端之间。第一电阻与第二电阻串接于输入端与接地端之间。电晶体开关与设定电阻串接于输入端与接地端之间。控制单元分别耦接至电晶体开关、维持电阻与调节器之间以及第一电阻与第二电阻之间。
请参照图10,图10为绘示此实施例的发光二极管驱动装置的维持电流电路的运作方法的流程图。如图10所示,首先,该方法执行步骤S10,控制单元接收维持电阻与调节器之间的第一电压以及第一电阻与第二电阻之间的第二电压并输出控制信号。其中,第一电压为调节器产生,第二电压为第一电阻及第二电阻对于输入电压进行分压而得,但不以此为限。接着,该方法执行步骤S12,根据控制信号选择性地关闭电晶体开关。当电晶体开关处于关闭状态下时,电流即无法通过,故能够由此避免当输入电压过大时所产生的功率消耗过大及过热等问题。
于一实施例中,控制单元可包含有第三电阻及整流器。第三电阻的一端耦接至维持电阻与调节器之间,其另一端耦接至电晶体开关的闸极。整流器分别耦接至第三电阻与电晶体开关的闸极之间、第一电阻与第二电阻之间以及接地端。整流器是用以控制电晶体开关的开启或关闭。当输入电压的电压值高于一预设电压值时,电晶体开关将会关闭而使得电流无法流过。也就是说,当输入电压的导通角变大时,发光二极管驱动装置会将维持电流电路关闭,以减少不必要的功率消耗。
于另一实施例中,控制单元包含有比较器,其两输入端分别耦接至维持电阻与调节器之间以及第一电阻与第二电阻之间,其输出端耦接至电晶体开关的闸极。比较器是用以控制电晶体开关的开启或关闭。比较器的正输入端是以调节器的定电压作为参考电压,而比较器的负输入端是以第一电阻与第二电阻对于输入电压形成的分压电压作为参考电压。若比较器比较调节器电压与分压电压的比较结果是分压电压大于调节器电压,电晶体开关将会关闭而使得电流无法流过。也就是说,当输入电压的导通角变大时,发光二极管驱动装置会将维持电流电路关闭,以减少不必要的功率消耗。
于另一实施例中,控制单元包含有第三电阻及双极性接面电晶体,第三电阻的一端耦接至维持电阻与调节器之间,其另一端耦接至电晶体开关的闸极,双极性接面电晶体分别耦接至第三电阻与电晶体开关的闸极之间、第一电阻与第二电阻之间以及接地端。双极性接面电晶体是用以控制电晶体开关的开启或关闭。当输入电压的电压值高于一预设电压值时,电晶体开关将会关闭而使得电流无法流过。也就是说,当输入电压的导通角变大时,发光二极管驱动装置会将维持电流电路关闭,以减少不必要的功率消耗。
相较于现有技术,根据本发明的发光二极管驱动装置及其运作方法可达成下列功效:(1)使得输入电压VIN在低导通角电压时仍能维持稳定,故可避免发光二极管装置出现闪烁的现象;(2)有效解决现有技术中当输入电压VIN过大时所产生的功率消耗过大及过热等问题。
通过以上较佳具体实施例的详述,是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神,而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地,其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
Claims (11)
1.一种发光二极管驱动装置的维持电流电路,包含:
一输入端,接收一输入电压;
一维持电阻,耦接该输入端;
一调节器,耦接于该维持电阻与接地端之间;
一第一电阻,耦接该输入端;
一第二电阻,耦接于该第一电阻及接地端之间;
一设定电阻,耦接至接地端;
一控制单元,分别耦接至该维持电阻与该调节器之间以及该第一电阻与该第二电阻之间,该控制单元接收该维持电阻与该调节器之间的一第一电压以及该第一电阻与该第二电阻之间的一第二电压并输出一控制信号;以及
一电晶体开关,分别耦接该输入端、该设定电阻及该控制单元,该电晶体开关接收该控制信号并根据该控制信号选择性地关闭。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置的维持电流电路,其中该控制单元包含有:
一第三电阻,其一端耦接至该维持电阻与该调节器之间,另一端耦接至该电晶体开关的闸极;以及
一整流器,分别耦接至该第三电阻与该电晶体开关的闸极之间、该第一电阻与该第二电阻之间以及接地端。
3.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置的维持电流电路,其中该控制单元包含有:
一比较器,其两输入端分别耦接至该维持电阻与该调节器之间以及该第一电阻与该第二电阻之间,其输出端耦接至该电晶体开关的闸极。
4.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置的维持电流电路,其中该控制单元包含有:
一第三电阻,其一端耦接至该维持电阻与该调节器之间,另一端耦接至该电晶体开关的闸极;以及
一双极性接面电晶体,分别耦接至该第三电阻与该电晶体开关的闸极之间、该第一电阻与该第二电阻之间以及接地端。
5.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置的维持电流电路,其中该第一电压为该调节器产生,该第二电压为该第一电阻及该第二电阻对于该输入电压进行分压而得。
6.如权利要求2所述的发光二极管驱动装置的维持电流电路,其中该整流器为硅控整流器。
7.一种运作具有一维持电流电路的一发光二极管驱动装置的方法,该维持电流电路包含一输入端、一维持电阻、一调节器、一第一电阻、一第二电阻、一设定电阻、一控制单元及一电晶体开关,该维持电阻与该调节器串接于该输入端与接地端之间,该第一电阻与该第二电阻串接于该输入端与接地端之间,该电晶体开关与该设定电阻串接于该输入端与接地端之间,该控制单元分别耦接至该电晶体开关、该维持电阻与该调节器之间以及该第一电阻与该第二电阻之间,该方法包含下列步骤:
(a)该控制单元接收该维持电阻与该调节器之间的一第一电压以及该第一电阻与该第二电阻之间的一第二电压并输出一控制信号;以及
(b)根据该控制信号选择性地关闭该电晶体开关。
8.如权利要求7所述的运作方法,其中该控制单元包含有一第三电阻及一整流器,该第三电阻的一端耦接至该维持电阻与该调节器之间,其另一端耦接至该电晶体开关的闸极,该整流器分别耦接至该第三电阻与该电晶体开关的闸极之间、该第一电阻与该第二电阻之间以及接地端。
9.如权利要求7所述的运作方法,其中该控制单元包含有一比较器,其两输入端分别耦接至该维持电阻与该调节器之间以及该第一电阻与该第二电阻之间,其输出端耦接至该电晶体开关的闸极。
10.如权利要求7所述的运作方法,其中该控制单元包含有一第三电阻及一双极性接面电晶体,该第三电阻的一端耦接至该维持电阻与该调节器之间,其另一端耦接至该电晶体开关的闸极,该双极性接面电晶体分别耦接至该第三电阻与该电晶体开关的闸极之间、该第一电阻与该第二电阻之间以及接地端。
11.如权利要求7所述的运作方法,其中该第一电压为该调节器产生,该第二电压为该第一电阻及该第二电阻对于该输入电压进行分压而得。
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