CN103906298A - 适应性led调光驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适应性LED调光驱动电路，其控制模块设有一第一电阻、一第二电阻、一保持器、一第三电阻及一第四电阻，所述控制模块接收一输入电压时驱动所述保持器输出一保持电流Ihold予所述第二电阻而确保调光正常。所述第一电阻及所述第三电阻侦测所述输入电压，以于一输入电流Iin满足Iin=Ihold+ILED关系式时，使所述保持电流于LED调光至最大强度时具有最小值而提升工作效率，且于所述输入电压过低时降低参考准位而避免LED出现闪烁现象。所述第四电阻检测LED承载压能，以于压能变动时进行高低压补偿而达恒定功率状态。
Description
技术领域
本发明是属于发光二极管（Light Emitting Diode,LED）电源设备的技术领域，特别是关于一种支援双向三极闸流体（TRI-electrode AC switch,TRIAC）线性调光的适应性LED调光驱动电路，以通过即时检测输入电能涟波压差的方式弹性补偿输出的驱动电能，使改善整体电路的工作效率并避免LED频闪问题的产生。
背景技术
目前，LED灯具的驱动电路为线性调整LED光亮度是多采用TRIAC切换一输入电压导通角的方式实现，且为维持稳定功率而改善照明品质则多采用定电流设计架构，其使LED串接一晶体管及一感测电阻，以由所述感测电阻感测流经LED的一驱动电流而于两端形成一压降，再利用一比较器比较所述压降后输出高准位或低准位切换信号至所述晶体管，以导通或截止所述晶体管而适时调整脉波宽度调变（Pulse Width Modulation,PWM）信号的空占比。如此，通过PWM信号导通周期的长短即可控制输出的驱动电压大小而影响驱动电流大小及LED发光亮度。
如图1所示，于输入电压120V时，实际量测上述现有线性调光的驱动电路可获LED 7.3瓦（W）功率、整体电路效率69.1%及功率因数（PF）0.908，由此可知，此驱动电路架构简单且可获高PF，然而，此图亦可发现，即使LED亮度已调至最强光亮，LED耗电瓦数仍随输入电压的上升而增加，严重损害能源转换效率。另一方面，LED受制程影响是具有不同物理特性而呈现不同阻值，致使各组串LED的流入电流或两端跨压并不完全相同，如此，前述调光方法将因电压与电流的改变量不一致而影响整体电路效率并出现调光效果不精确的问题。并且，利用变压器或电感实现PWM信号空占比切换的电路架构是具有电磁干扰（Electromagnetic Interference,EMI）及频闪等问题，此时，若增加安规元件则造成整体电路的工作效率降低而不利于实用，而若增设额外电路提供TRIAC基准工作电流即因保持电流于LED调至最大发光亮度时仍持续工作而形成高虚功耗。
有鉴于此，如何改善现行线性调光的电路架构，以通过简单的检测电路适时调整TRIAC保持电流而使驱动电流维持于定值状态的同时有效减少虚功耗，再者，因应LED物理特性，利用简单的电路架构实现输入电压的高压补偿而切实提升整体电路工作品质并有效改善LED发光功率，即为本发明所探究的课题。
发明内容
有鉴于现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种高效率的适应性LED调光驱动电路，以通过线性调节的方式控制输出的驱动压能大小而避免LED闪烁并保持TRIAC调光特性。
根据本发明的目的，所述适应性LED调光驱动电路是装设于一灯板上，供以驱动并线性调整至少一发光二极管的照明亮度，设有一调光模块、一整流模块及一控制模块，所述整流模块通过所述调光模块电讯连接一外部电源，所述控制模块电讯连接所述整流模块及所述发光二极管，且所述控制模块具有一控制芯片、一调节器及一感测电阻，所述发光二极管通过串接的所述调节器及所述感测电阻耦接所述控制芯片，使所述感测电阻感测流经所述发光二极管的一驱动电流ILED后形成一感测值反馈予所述控制芯片，以利用一参考值比较所述感测值而控制所述调节器调节所述驱动电流，所述整流模块通过并接的一稳压电容耦接所述调光模块；所述控制模块设有一第一电阻、一第二电阻、一保持器、一第三电阻及一第四电阻，所述保持器电讯连接所述整流模块、所述第一电阻、所述第二电阻及所述控制芯片，且所述第一电阻耦接所述第二电阻及所述控制芯片；所述第三电阻电讯连接所述整流模块及所述控制芯片，所述第四电阻一端耦接所述发光二极管及所述控制芯片，而另一端耦接所述调节器及所述感测电阻；当所述整流模块输出一输入电压而形成一输入电流Iin时，所述控制芯片驱动所述保持器输出一保持电流Ihold予所述第二电阻，以由所述第二电阻消耗所述输入电压而维持所述调光模块正常工作；所述第一电阻分压所述输入电压而供所述控制芯片即时检测所述调光模块的调光强度，以于所述输入电流满足Iin=Ihold+ILED关系式的条件下，使所述保持电流于所述发光二极管调至最大光亮度时具有最小流值而提升工作效率；当所述输入电压上升时，所述第四电阻两端跨压增加而补偿所述感测电阻两端跨压，以降低所述驱动电流而达恒定功率状态，且所述第三电阻分压并检测所述输入电压的涟波值，当所述输入电压降低且所述涟波值小于一基准值时，所述控制芯片降低所述参考值，以避免所述发光二极管出现闪烁现象。
其中，所述调光模块为双向三极闸流体线性调光电路，供接收并调整所述外部电源的相位导通角而改变所述输入电压，使影响输出予所述发光二极管的一驱动电压而调节发光亮度，且所述整流模块为桥式全波整流电路，又所述稳压电容为电解电容，以供降低电流涟波而形成电路保护。
其中，所述第一电阻分压所述输入电压而于两端形成一跨压，且所述控制芯片比较所述跨压及一比较值，以对应所述输入电流而驱动所述保持器调节所述保持电流的大小。
其中，所述控制芯片设有一稳压器及一运算放大器，所述运算放大器的正输入端耦接所述第三电阻，负输入端耦接所述第四电阻，输出端耦接所述调节器，且所述稳压器通过一限流电阻耦接所述整流模块的输出端，以由所述限流电阻限制启动所述控制芯片工作的压能。
其中，所述调节器为晶体管，置于所述灯板的表面上，且所述发光二极管并接一驱动电容，以充放所述驱动电流。
由此可知，本发明的电路架构并非利用变压器或电感进行PWM信号的切换，故无EMI干扰问题而可无需安规元件的设置，有利减少成本，且适时检测输入压能而调节TRIAC保持电流的大小，以避免LED调节至最强光亮度时仍输出有保持电流而导致功率虚耗及释放过多热能等问题的发生，使达改善整体电路效率而保有0.9以上的高功率因数、稳定照明品质及提升产品寿命的功效。再者，通过所述第三电阻即时检测所述输入电压的涟波值，可于调低LED亮度而减小所述输入电流时适时降低所述控制芯片判断是否驱动所述调节器的参考电压位准，以避免LED出现频闪现象。
附图说明
图1为现有无高压回授补偿的LED功率变化量测图。
图2为本发明较佳实施例的一实施态样方块图。
图3为本发明较佳实施例的二实施态样方块图。
图4为本发明较佳实施例的二实施态样电路图。
图5为本发明较佳实施例的二实施态样的LED功率变化量测图。
附图标记说明：1-适应性LED调光驱动电路；10-调光模块；11-整流模块；110-稳压电容；12-控制模块；120-保持器；121-第一电阻；122-第二电阻；123-第三电阻；124-控制芯片；1240-稳压器；1241-运算放大器；1242-过温保护器；1243-电压产生器；125-第四电阻；126-调节器；127-感测电阻；128-限流电阻；129-驱动电容；2-外部电源；3-发光二极管；Iin-输入电流；Ihold-保持电流；ILED-驱动电流。
具体实施方式
为使贵审查委员能清楚了解本发明的内容，谨以下列说明搭配图式，敬请参阅。
请参阅图2～4，其为本发明较佳实施例的一实施态样方块图及的二实施态样方块图、电路图。如图所示，所述适应性LED调光驱动电路1一般可装设于一灯具的灯板上，供以转换一外部电源2的压能而驱动并线性调整至少一发光二极管3的照明亮度，其设有一调光模块10、一整流模块11及一控制模块12。所述调光模块10为TRIAC线性调光电路，而所述整流模块11为桥式全波整流电路，其两端并接一稳压电容110后通过所述调光模块10耦接所述外部电源2，以整流所述外部电源2的交流电压形成可变直流的一输入电压。此时，由所述调光模块10调整所述交流电压的相位导通角即可改变所述整流模块11输出的所述输入电压总压值，使影响输出予所述发光二极管3的一驱动电压而调节发光亮度，且所述稳压电容110为电解电容，可供降低电流涟波而避免TRIAC调光瞬间产生突波电压损坏电子元件，形成电路保护的功效。
所述控制模块12电讯连接所述整流模块11及所述发光二极管3，具有一保持器120、一第一电阻121、一第二电阻122、一第三电阻123、一控制芯片124、一第四电阻125、一调节器126及一感测电阻127，且所述控制芯片124至少具有HV、VDD、GATE、CS及GND等五脚位并设有一稳压器1240、一运算放大器1241、一过温保护器1242及一电压产生器1243。所述保持器120为晶体管而一端电讯连接所述桥式全波整流电路的输出端，一端耦接所述第一电阻121及所述第二电阻122，且栅极耦接所述控制芯片124。所述第一电阻121两端分别耦接所述第二电阻122及所述控制芯片124。所述第三电阻123耦接所述整流模块11的输出端及所述控制芯片124。所述第四电阻125一端电讯连接所述发光二极管3且通过所述控制芯片124的CS脚位耦接所述运算放大器1241的负输入端，其另一端耦接所述感测电阻127。所述调节器136为晶体管而一端耦接所述发光二极管3，一端耦接所述感测电阻127，且栅极通过所述控制芯片124的GATE脚位耦接所述运算放大器1241的输出端，又所述调节器136可置于所述灯板的表面上而提升散热效率。
并且，高压线性的所述稳压器1240通过一限流电阻128耦接所述整流模块11的输出端，所述运算放大器1241的正输入端耦接所述电压产生器1243而输出端耦接所述过温保护器1242，以避免过温损坏整体电路。所述整流模块11输出所述输入电压而形成一输入电流Iin时，所述稳压器1240降压形成驱动所述控制芯片134工作的稳定压能而驱动所述保持器120输出一保持电流Ihold予所述第二电阻122，以由所述第二电阻122消耗所述输入电压即可维持所述调光模块10正常工作。如此，调整所述第二电阻122的阻值即可改变所述保持电流的流值大小，使可广泛适用于不同规格的各式TRIAC调光模块10，且所述限流电阻128限制所述稳压器1240输出的压能大小而形成保护作用。同时，所述第一电阻121即时检测所述输入电压而于两端分压形成跨压，以供所述控制芯片124利用一比较值进行比较而驱动所述保持器120调节所述保持电流的大小。又，所述输入电流满足Iin=Ihold+ILED关系式，故所述控制芯片1240是对应所述输入电流的变化而调节所述保持器120，以使所述保持电流于所述发光二极管3调至最大光亮度时具有最小流值而提升工作效率。
所述感测电阻127感测流经所述发光二极管3的一驱动电流ILED后形成一感测值反馈予所述控制芯片124，以供所述控制芯片124利用一参考值比较所述感测值而控制所述调节器126调节所述驱动电流。当所述输入电压上升而使所述发光二极管3所承接的所述驱动电压上升时，所述调节器126两端跨压增加，同样地，所述第四电阻125两端跨压亦增加而供补偿所述感测电阻127两端跨压。然而，若所述电压产生器1243提供固定的0.5V予所述运算放大器1241时，所述第四电阻125与所述感测电阻127两端压降应固定为0.5V，如此，受所述第四电阻125形成的补偿功效，流经所述感测电阻127的电流将减少而有效降低所述驱动电流，稳定发光效率的同时避免LED因过压而损坏。反之，当所述输入电压下降时，所述第四电阻125与所述感测电阻127两端跨压随的降低，使所述控制芯片124驱动所述调节器126而增加所述驱动电流，以于所述驱动电压因各LED物理特性的不同而有所变动时即适时进行高低压补偿。如此，如图5的实际量测结果所示，所述输入电流呈现近似弦波的波形且当所述输入电压120V时，LED功率6W、整体电路效率66.9%、PF 0.926，且即使所述输入电压再往上增压，LED的耗电功率仍维持于一范围内而不随的增加，达恒定功率状态。
特别注意的是，所述第三电阻123是分压并检测所述输入电压的涟波值，当所述输入电压降低而使所述涟波值小于一基准值，例如所述输入电压低于40V而使所述涟波值小于0.5V时，所述控制芯片124可利用额外的放大器降低所述参考值，以避免所述控制芯片124不断调节所述调节器126而导致所述发光二极管3出现闪烁现象或工作异常等问题发生。
本实施例中，所述发光二极管3并接大容值的一驱动电容129，以充放所述驱动电流而增强电路抗噪声能力，形成稳压及保护LED的功效。
以上所述仅为举例性的较佳实施例，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的申请专利范围中。
Claims (5)
1.一种适应性LED调光驱动电路，是装设于一灯板上，供以驱动并线性调整至少一发光二极管的照明亮度，设有一调光模块、一整流模块及一控制模块，所述整流模块通过所述调光模块电讯连接一外部电源，所述控制模块电讯连接所述整流模块及所述发光二极管，且所述控制模块具有一控制芯片、一调节器及一感测电阻，所述发光二极管通过串接的所述调节器及所述感测电阻耦接所述控制芯片，使所述感测电阻感测流经所述发光二极管的一驱动电流ILED后形成一感测值反馈予所述控制芯片，以利用一参考值比较所述感测值而控制所述调节器调节所述驱动电流，其特征在于：
所述整流模块通过并接的一稳压电容耦接所述调光模块；所述控制模块设有一第一电阻、一第二电阻、一保持器、一第三电阻及一第四电阻，所述保持器电讯连接所述整流模块、所述第一电阻、所述第二电阻及所述控制芯片，且所述第一电阻耦接所述第二电阻及所述控制芯片；所述第三电阻电讯连接所述整流模块及所述控制芯片，所述第四电阻一端耦接所述发光二极管及所述控制芯片，而另一端耦接所述调节器及所述感测电阻；当所述整流模块输出一输入电压而形成一输入电流Iin时，所述控制芯片驱动所述保持器输出一保持电流Ihold予所述第二电阻，以由所述第二电阻消耗所述输入电压而维持所述调光模块正常工作；所述第一电阻分压所述输入电压而供所述控制芯片即时检测所述调光模块的调光强度，以于所述输入电流满足Iin=Ihold+ILED关系式的条件下，使所述保持电流于所述发光二极管调至最大光亮度时具有最小流值；当所述输入电压上升时，所述第四电阻两端跨压增加而补偿所述感测电阻两端跨压，且所述第三电阻分压并检测所述输入电压的涟波值，当所述输入电压降低且所述涟波值小于一基准值时，所述控制芯片降低所述参考值。
2.根据权利要求1所述的适应性LED调光驱动电路，其特征在于，所述调光模块为双向三极闸流体线性调光电路，供接收并调整所述外部电源的相位导通角而改变所述输入电压，使影响输出予所述发光二极管的一驱动电压而调节发光亮度，且所述整流模块为桥式全波整流电路，又所述稳压电容为电解电容，以供降低电流涟波而形成电路保护。
3.根据权利要求2所述的适应性LED调光驱动电路，其特征在于，所述第一电阻分压所述输入电压而于两端形成一跨压，且所述控制芯片比较所述跨压及一比较值，以对应所述输入电流而驱动所述保持器调节所述保持电流的大小。
4.根据权利要求3所述的适应性LED调光驱动电路，其特征在于，所述控制芯片设有一稳压器及一运算放大器，所述运算放大器的正输入端耦接所述第三电阻，负输入端耦接所述第四电阻，输出端耦接所述调节器，且所述稳压器通过一限流电阻耦接所述整流模块的输出端，以由所述限流电阻限制启动所述控制芯片工作的压能。
5.根据权利要求4所述的适应性LED调光驱动电路，其特征在于，所述调节器为晶体管，置于所述灯板的表面上，且所述发光二极管并接一驱动电容，以充放所述驱动电流。
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