CN103841720B - 发光二极管驱动装置及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光二极管驱动装置及其运作方法。发光二极管驱动装置包含电源、至少一发光二极管串、发光二极管控制单元及输入电压侦测电路。至少一发光二极管串耦接电源且包含彼此串接的复数个发光二极管。输入电压侦测电路分别耦接至复数个发光二极管中的彼此串接的至少一发光二极管的两端，用以判断输入电压是否低于发光二极管导通电压。输入电压侦测电路包含充电电容，用以于至少一发光二极管串导通时进行充电。若输入电压侦测电路的判断结果为是，输入电压侦测电路控制具有充电电压的充电电容对至少一发光二极管串进行放电。

Description

发光二极管驱动装置及其运作方法
技术领域
本发明是与发光二极管的驱动有关，特别是关于一种照明用的交流对直流发光二极管驱动装置及其运作方法。
背景技术
目前发光二极管的应用已相当广泛，在业界常见的线性发光二极管驱动电路中，无论采用的是单段驱动或多段驱动的方式，当输入电压小于某发光二极管的顺向导通电压时，通过该发光二极管的电流将会为零。为了能够得到最佳发光效率的平均电流，势必要加大发光二极管电流，导致功率上升及温度增高的现象发生。
假设发光二极管串包含有彼此串接的第一发光二极管、第二发光二极管及第三发光二极管，如图1所示，于时间区间△T1、△T2及△T3内，第一发光二极管电流ILED1、第二发光二极管电流ILED2及第三发光二极管电流ILED3分别为零。由于在时间区间△T1内，第一发光二极管电流ILED1、第二发光二极管电流ILED2及第三发光二极管电流ILED3均为零，代表在时间区间△T1内，第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2及第三发光二极管LED3均不会发光，导致发光二极管串会产生约120赫兹的闪烁(flicker)现象。
因此，本发明提出一种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发光二极管驱动装置。在此实施例中，发光二极管驱动装置包含电源、至少一发光二极管串、发光二极管控制单元及输入电压侦测电路，至少一发光二极管串耦接电源且包含彼此串接的复数个发光二极管，发光二极管控制单元耦接至少一发光二极管串，用以控制复数个发光二极管的运作。
输入电压侦测电路分别耦接至复数个发光二极管中的彼此串接的至少一发光二极管的两端，用以判断输入电压是否低于发光二极管导通电压，输入电压侦测电路包含充电电容，用以于至少一发光二极管串导通时进行充电。若输入电压侦测电路的判断结果为是，输入电压侦测电路控制具有充电电压的充电电容对至少一发光二极管串进行放电。
根据本发明的另一具体实施例为一种发光二极管驱动装置运作方法。在此实施例中，发光二极管驱动装置运作方法用以运作发光二极管驱动装置。发光二极管驱动装置包含一电源、至少一发光二极管串、一发光二极管控制单元及一输入电压侦测电路。至少一发光二极管串包含彼此串接的复数个发光二极管，输入电压侦测电路分别耦接至复数个发光二极管中的彼此串接的至少一发光二极管的两端。
发光二极管驱动装置运作方法包含下列步骤：(a)发光二极管控制单元控制复数个发光二极管的运作；(b)输入电压侦测电路判断输入电压是否低于发光二极管导通电压；(c)若输入电压侦测电路的判断结果为是，输入电压侦测电路控制具有充电电压的充电电容对至少一发光二极管串进行放电。
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通过输入电压侦测电路侦测输入电压是否已下降至低于发光二极管导通电压，若是，控制经充电后具有电容电压的充电电容对部分的发光二极管进行放电，使得部分的发光二极管仍有电流通过并持续发光，而不至于如同现有技术一样在某些时间区间内完全没有任何发光二极管串发光。因此，本发明的发光二极管驱动装置能够有效地改善现有技术中的发光二极管串所发生的闪烁(flicker)现象，亦能增加每个交流电周期的发光二极管串的发光效率。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
附图说明
图1是现有技术中的发光二极管串所包含彼此串接的第一发光二极管、第二发光二极管及第三发光二极管的发光二极管电流的时序图。
图2是本发明的一个具体实施例的发光二极管驱动装置的示意图。
图3是本发明的发光二极管驱动装置的另一具体实施例的示意图。
图4是本发明的发光二极管串所包含彼此串接的第一发光二极管、第二发光二极管及第三发光二极管的发光二极管电流的时序图。
图5是本发明的另一具体实施例的发光二极管驱动装置运作方法的流程图。
图6是本发明的发光二极管驱动装置运作方法的另一具体实施例的流程图。
图7是本发明的发光二极管驱动装置运作方法的另一具体实施例的流程图。
主要元件符号说明：
S10～S38：流程步骤
△T1、△T2、△T3、△T3’：时间区间
ILED1：第一发光二极管电流      ILED2：第二发光二极管电流
ILED3：第三发光二极管电流      20、30：电源
2、3：发光二极管驱动装置
21、31：第一发光二极管串       22、32：第二发光二极管串
23、33：第三发光二极管串       24、34：发光二极管控制单元
25、35：输入电压侦测电路       SW1：第一开关
SW2：第二开关                  C：充电电容
IVD：输入电压侦测单元          221、321：第一发光二极管
222、322：第二发光二极管       223、323：第三发光二极管
VIN：输入电压                  R1～R4：第一电阻～第四电阻
M1：第一电晶体开关            M2：第二电晶体开关
D1：第一二极管开关            D2：第二二极管开关
VTH：分压电压                 VC：充电电压
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例为一种发光二极管驱动装置。在此实施例中，该发光二极管驱动装置为照明用的交流对直流发光二极管驱动器，但不以此为限。
请参照图2，图2是此实施例的发光二极管驱动装置的示意图。如图2所示，发光二极管驱动装置2包含有电源20、第一发光二极管串21、第二发光二极管串22、第三发光二极管串23、发光二极管控制单元24及输入电压侦测电路25。输入电压侦测电路25包含有第一开关SW1、第二开关SW2、充电电容C及输入电压侦测单元IVD。实际上，电源20可以是交流电源，发光二极管驱动装置2所包含的发光二极管串数目可视实际需求而定。
其中，第一发光二极管串21、第二发光二极管串22及第三发光二极管串23彼此串接。电源20耦接至第一发光二极管串21。发光二极管控制单元24分别耦接至第一发光二极管串21与第二发光二极管串22之间、第二发光二极管串22与第三发光二极管串23之间及第三发光二极管串23的另一端。
假设第二发光二极管串22包含有第一发光二极管221、第二发光二极管222及第三发光二极管223，第一开关SW1可耦接至第二发光二极管串22的第一发光二极管221与第二发光二极管222之间，第二开关SW2可耦接至第二发光二极管串22的第二发光二极管222与第三发光二极管223之间，亦即第一开关SW1及第二开关SW2分别耦接至第二发光二极管串22的第二发光二极管222的两端。第一开关SW1与第二开关SW2彼此耦接，且充电电容C的一端耦接至接地端，另一端耦接至第一开关SW1与第二开关SW2之间。输入电压侦测单元IVD分别耦接至第一开关SW1与第二开关SW2。
需说明的是，本实施例中的第一开关SW1耦接至第一发光二极管221与第二发光二极管222之间，第二开关SW2耦接至第二发光二极管222与第三发光二极管223之间仅为本发明的一种耦接方式，实际上第一开关SW1及第二开关SW2可依照实际需求耦接至其他发光二极管。
在此实施例中，无论是采用单段驱动发光二极管或者是多段驱动发光二极管的控制方式，当第一发光二极管串21及第二发光二极管串22的第一发光二极管221导通时，第一开关SW1处于导通(ON)状态且第二开关SW2处于断路(OFF)状态，因此，流经第一发光二极管串21及第二发光二极管串22的第一发光二极管221的发光二极管电流将会流经处于导通(ON)状态的第一开关SW1而进入充电电容C中，由此对充电电容C进行充电。
一旦输入电压侦测单元IVD侦测到输入电压VIN下降至低于发光二极管导通电压时，输入电压侦测单元IVD将会分别发出开关控制信号至第一开关SW1及第二开关SW2，以将第一开关SW1切换至断路(OFF)状态并将第二开关SW2切换至导通(ON)状态。此时，若充电电容C经充电后具有一电容电压，则电容电压可通过第二开关SW2对第二发光二极管串22的第三发光二极管223及第三发光二极管串23进行放电，使得部分的发光二极管串仍有电流通过并持续发光，而不至于如同现有技术一样在某些时间区间内完全没有任何发光二极管串发光，故本发明的发光二极管驱动装置2能够有效地改善现有技术中的发光二极管串所发生的闪烁现象，亦能增加每个交流电周期的发光二极管串的发光效率。
接着，请参照图3，图3是本发明的发光二极管驱动装置的另一具体实施例的示意图。如图3所示，发光二极管驱动装置3包含有电源30、第一发光二极管串31、第二发光二极管串32、第三发光二极管串33、发光二极管控制单元34及输入电压侦测电路35。输入电压侦测电路35包含有第一电阻R1～第四电阻R4、第一电晶体开关M1、第二电晶体开关M2、第一二极管开关D1、第二二极管开关D2及充电电容C。
其中，第一发光二极管串31、第二发光二极管串32及第三发光二极管串33彼此串接。电源30耦接至第一发光二极管串31。发光二极管控制单元34分别耦接至第一发光二极管串31与第二发光二极管串32之间、第二发光二极管串32与第三发光二极管串33之间及第三发光二极管串33的另一端。
假设第二发光二极管串32包含有第一发光二极管321、第二发光二极管322及第三发光二极管323。第一电晶体开关M1的一端通过第一二极管开关D1及第四电阻R4耦接至第二发光二极管串32的第一发光二极管321与第二发光二极管322之间；第一电晶体开关M1的另一端通过第二二极管开关D2耦接至第二发光二极管串32的第二发光二极管322与第三发光二极管323之间；第一电晶体开关M1的闸极耦接至第三电阻R3与第二电晶体开关M2之间。
第二电晶体开关M2耦接于第三电阻R3与接地端之间，第二电晶体开关M2的闸极耦接至第一电阻R1与第二电阻R2之间。彼此串接的第一电阻R1与第二电阻R2的一端耦接至电源30及第一发光二极管串31，另一端耦接至接地端。第三电阻R3的一端耦接第一电晶体开关M1的闸极及第二电晶体开关M2，第三电阻R3的另一端耦接至第一电晶体开关M1及第一二极管开关D1。
当第一发光二极管串31及第二发光二极管串32的第一发光二极管321导通时，若位于第一电阻R1与第二电阻R2之间的分压电压VTH大于或等于第二电晶体开关M2的导通电压，则第二电晶体开关M2将会导通(ON)，使得第一电晶体开关M1的闸极会被拉至低电位，而导致第一电晶体开关M1处于关闭(OFF)状态。此时，流经第一发光二极管串31及第二发光二极管串32的第一发光二极管321的发光二极管电流通过第四电阻R4及第一二极管开关D1对充电电容C进行充电。
由于位于第一电阻R1与第二电阻R2之间的分压电压VTH为输入电压VIN的分压，所以当输入电压VIN下降时，分压电压VTH亦会下降，且由于分压电压VTH亦为第二电晶体开关M2的闸极电压，因此若分压电压VTH小于第二电晶体开关M2的导通电压，第二电晶体开关M2将会处于关闭(OFF)状态，而第一电晶体开关M1的闸极会通过第三电阻R3被拉至高电位，使得第一电晶体开关M1切换至导通(ON)状态，而第一二极管开关D1逆偏截止而处于关闭(OFF)状态。
假设此时充电电容C经充电后所得的充电电压为VC，则充电电压VC的电荷将会通过第一电晶体开关M1及第二二极管开关D2对第二发光二极管串32的第三发光二极管323及第三发光二极管串33进行放电，使得部分的发光二极管串在输入电压VIN小于发光二极管串导通电压的时间区间内仍能持续发光(如图4中的第三发光二极管电流ILED3所示)，而不至于如同现有技术一样在某些时间区间内完全没有任何发光二极管串发光，故本发明的发光二极管驱动装置3能够有效地改善现有技术中的发光二极管串所发生的闪烁现象，亦能增加每个交流电周期的发光二极管串的发光效率。
根据本发明的另一具体实施例为一种发光二极管驱动装置运作方法。在此实施例中，发光二极管驱动装置运作方法是用以运作一发光二极管驱动装置。发光二极管驱动装置包含一电源、至少一发光二极管串、一发光二极管控制单元及一输入电压侦测电路。至少一发光二极管串包含彼此串接的复数个发光二极管，输入电压侦测电路分别耦接至复数个发光二极管中的彼此串接的至少一发光二极管的第一端及第二端，其中第二端的第二电位低于第一端的第一电位。
请参照图5，图5是此实施例的发光二极管驱动装置的运作方法的流程图。如图5所示，首先，该方法执行步骤S10，发光二极管控制单元控制复数个发光二极管的运作。接着，该方法执行步骤S12，输入电压侦测电路判断输入电压是否低于发光二极管导通电压。
若步骤S12的判断结果为否，该方法执行步骤S14，流至第一端的发光二极管电流对充电电容进行充电。若步骤S12的判断结果为是，该方法执行步骤S16，输入电压侦测电路控制具有充电电压的充电电容对第二端进行放电。
在一实施例中，输入电压侦测电路包含第一开关、第二开关及输入电压侦测单元，第一开关耦接第一端及充电电容，第二开关耦接第二端及第一开关。如图6所示，在步骤S20中，输入电压侦测单元判断输入电压是否低于发光二极管导通电压。
若步骤S20的判断结果为否，该方法执行步骤S22，输入电压侦测单元控制第一开关处于导通(ON)状态且第二开关处于断路(OFF)状态。在步骤S24中，流至至少一发光二极管的第一端的发光二极管电流通过第一开关对充电电容进行充电。
若步骤S20的判断结果为是，该方法执行步骤S26，输入电压侦测电路控制第一开关处于断路(OFF)状态且第二开关处于导通(ON)状态。在步骤S28中，具有充电电压的充电电容对至少一发光二极管的第二端进行放电，致使电位比第二端低的部分发光二极管能够导通而发光。
在另一实施例中，发光二极管驱动装置包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一二极管开关、第二二极管开关、第一电晶体开关及第二电晶体开关。第四电阻耦接彼此串接的至少一发光二极管的第一端，第二二极管开关耦接彼此串接的至少一发光二极管的第二端。第二端的第二电位低于第一端的第一电位。第二电晶体开关的闸极耦接至第一电阻与第二电阻之间。第一电晶体开关的闸极耦接至第三电阻与第二电晶体开关之间。
如图7所示，在步骤S30中，该方法判断位于第一电阻与第二电阻之间的分压电压是否小于第二电晶体开关的导通电压。若步骤S30的判断结果为否，该方法执行步骤S32，控制第二电晶体开关处于导通(ON)状态，第一电晶体开关的闸极被拉至低电位而使得第一电晶体开关处于关闭(OFF)状态。在步骤S34中，流至至少一发光二极管的第一端的发光二极管电流通过第四电阻及第一二极管开关对充电电容进行充电。
若步骤S30的判断结果为是，该方法执行步骤S36，控制第二电晶体开关处于关闭(OFF)状态，第一电晶体开关的闸极通过第三电阻被拉至高电位而使得第一电晶体开关处于导通(ON)状态，且第一二极管开关逆偏截止而处于关闭(OFF)状态。在步骤S38中，具有充电电压的充电电容对至少一发光二极管的第二端进行放电，致使电位比第二端低的部分发光二极管能够导通而发光。
相较于现有技术，本发明的发光二极管驱动装置及其运作方法通过输入电压侦测电路侦测输入电压是否已下降至低于发光二极管导通电压，若是，控制经充电后具有电容电压的充电电容对部分的发光二极管进行放电，使得部分的发光二极管仍有电流通过并持续发光，而不至于如同现有技术一样在某些时间区间内完全没有任何发光二极管串发光。因此，本发明的发光二极管驱动装置能够有效地改善现有技术中的发光二极管串所发生的闪烁(flicker)现象，亦能增加每个交流电周期的发光二极管串的发光效率。
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在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，包含：
一电源；
至少一发光二极管串，连接该电源且包含彼此串接的复数个发光二极管；
一发光二极管控制单元，连接该至少一发光二极管串，用以控制该复数个发光二极管的运作；以及
一输入电压侦测电路，分别连接至该复数个发光二极管中的彼此串接的至少一发光二极管的两端，用以判断一输入电压是否低于一发光二极管导通电压，该输入电压侦测电路包含一充电电容，用以于该至少一发光二极管串导通时进行充电；
其中，若该输入电压侦测电路的判断结果为是，该输入电压侦测电路控制具有一充电电压的该充电电容对该至少一发光二极管串进行放电，该输入电压侦测电路包含有：
一第一开关，连接彼此串接的该至少一发光二极管的一第一端及该充电电容；
一第二开关，连接彼此串接的该至少一发光二极管的一第二端及该第一开关，其中该第二端的一第二电位低于该第一端的一第一电位；以及
一输入电压侦测单元，分别连接该第一开关及该第二开关，用以判断该输入电压是否低于该发光二极管导通电压。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中若该输入电压侦测单元的判断结果为否，该输入电压侦测单元控制该第一开关处于导通状态且该第二开关处于断路状态，流至该至少一发光二极管的该第一端的一发光二极管电流通过该第一开关对该充电电容进行充电；若该输入电压侦测单元的判断结果为是，该输入电压侦测电路控制该第一开关处于断路状态且该第二开关处于导通状态，具有该充电电压的该充电电容对该至少一发光二极管的该第二端进行放电，致使电位比该第二端低的部分发光二极管能够导通而发光。
3.如权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其中该发光二极管驱动装置包含有：
一第一电阻，连接该至少一发光二极管串；
一第二电阻，连接于该第一电阻与接地端之间；
一第三电阻；
一第四电阻，连接彼此串接的该至少一发光二极管的一第一端；
一第一二极管开关，连接于该第三电阻与该第四电阻之间；
一第二二极管开关，连接彼此串接的该至少一发光二极管的一第二端，其中该第二端的一第二电位低于该第一端的一第一电位；
一第二电晶体开关，其一端连接至该第三电阻，其另一端连接至接地端，其闸极连接至该第一电阻与该第二电阻之间；
一第一电晶体开关，其一端连接至该第一二极管开关与该第三电阻之间，其另一端连接该第二二极管开关，其闸极连接至该第三电阻与该第二电晶体开关之间；以及
一充电电容，其一端连接至该第一二极管开关与该第三电阻之间，其另一端连接至接地端。
4.如权利要求3所述的发光二极管驱动装置，其中当位于该第一电阻与该第二电阻之间的一分压电压大于或等于该第二电晶体开关的导通电压时，该第二电晶体开关处于导通状态，该第一电晶体开关的闸极被拉至低电位而使得该第一电晶体开关处于关闭状态，流至该至少一发光二极管的该第一端的一发光二极管电流通过该第四电阻及该第一二极管开关对该充电电容进行充电。
5.如权利要求3所述的发光二极管驱动装置，其中当位于该第一电阻与该第二电阻之间的一分压电压小于该第二电晶体开关的导通电压时，该第二电晶体开关处于关闭状态，该第一电晶体开关的闸极通过该第三电阻被拉至高电位而使得该第一电晶体开关处于导通状态，且该第一二极管开关逆偏截止而处于关闭状态，具有该充电电压的该充电电容对该至少一发光二极管的该第二端进行放电，致使电位比该第二端低的部分发光二极管能够导通而发光。
6.一种运作一发光二极管驱动装置的方法，该发光二极管驱动装置包含一电源、至少一发光二极管串、一发光二极管控制单元及一输入电压侦测电路，至少一发光二极管串包含彼此串接的复数个发光二极管，该输入电压侦测电路分别连接至该复数个发光二极管中的彼此串接的至少一发光二极管的两端，该方法包含下列步骤：
(a)该发光二极管控制单元控制该复数个发光二极管的运作；
(b)该输入电压侦测电路判断一输入电压是否低于一发光二极管导通电压；以及
(c)若该输入电压侦测电路的判断结果为是，该输入电压侦测电路控制具有一充电电压的一充电电容对该至少一发光二极管串进行放电；
其中该输入电压侦测电路包含一第一开关、一第二开关及一输入电压侦测单元，该第一开关连接彼此串接的该至少一发光二极管的一第一端及该充电电容，该第二开关连接彼此串接的该至少一发光二极管的一第二端及该第一开关，该第二端的一第二电位低于该第一端的一第一电位，该方法包含下列步骤：
(d)该输入电压侦测单元判断该输入电压是否低于该发光二极管导通电压。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包含下列步骤：
若步骤(d)的判断结果为否，该输入电压侦测单元控制该第一开关处于导通状态且该第二开关处于断路状态；以及
流至该至少一发光二极管的该第一端的一发光二极管电流通过该第一开关对该充电电容进行充电。
8.如权利要求6所述的方法，进一步包含下列步骤：
若步骤(d)的判断结果为是，该输入电压侦测电路控制该第一开关处于断路状态且该第二开关处于导通状态；以及
具有该充电电压的该充电电容对该至少一发光二极管的该第二端进行放电，致使电位比该第二端低的部分发光二极管能够导通而发光。
9.如权利要求6所述的方法，其中该发光二极管驱动装置包含一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻、一第四电阻、一第一二极管开关、一第二二极管开关、一第一电晶体开关及一第二电晶体开关，该第四电阻连接彼此串接的该至少一发光二极管的一第一端，该第二二极管开关连接彼此串接的该至少一发光二极管的一第二端，该第二端的一第二电位低于该第一端的一第一电位，该第二电晶体开关的闸极连接至该第一电阻与该第二电阻之间，该第一电晶体开关的闸极连接至该第三电阻与该第二电晶体开关之间，该方法进一步包含下列步骤：
(e)判断位于该第一电阻与该第二电阻之间的一分压电压是否小于该第二电晶体开关的导通电压。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包含下列步骤：
若步骤(e)的判断结果为否，控制该第二电晶体开关处于导通状态，该第一电晶体开关的闸极被拉至低电位而使得该第一电晶体开关处于关闭状态；以及
流至该至少一发光二极管的该第一端的一发光二极管电流通过该第四电阻及该第一二极管开关对该充电电容进行充电。
11.如权利要求9所述的方法，进一步包含下列步骤：
若步骤(e)的判断结果为是，控制该第二电晶体开关处于关闭状态，该第一电晶体开关的闸极通过该第三电阻被拉至高电位而使得该第一电晶体开关处于导通状态，且该第一二极管开关逆偏截止而处于关闭状态；以及
具有该充电电压的该充电电容对该至少一发光二极管的该第二端进行放电，致使电位比该第二端低的部分发光二极管能够导通而发光。
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