CN104105258A - 发光元件电源供应电路与用于其中的减幅电路及其驱动方法 - Google Patents

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陈建仰
林琦修
李一惟
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Abstract

本发明提出一种发光元件电源供应电路与用于其中的减幅电路(Damping Circuit)及其驱动方法。发光元件电源供应电路，包含：三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路、整流电路、发光元件驱动电路、以及减幅电路。其中，减幅电路包括：阻抗电路，电连接于整流电路与发光元件驱动电路之间；硅控整流器(silicon control rectifier,SCR)电路，与阻抗电路并联；以及延迟电路，与SCR电路耦接，用以于TRIAC调光电路启动后延迟一段初始时间，导通SCR电路，其中，延迟电路不直接接收该输入电压。

Description

发光元件电源供应电路与用于其中的减幅电路及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种发光元件电源供应电路与用于其中的减幅电路(Damping Circuit)及其驱动方法，特别是指一种具有主动减幅电路(Active Damping Circuit)的发光元件电源供应电路与用于其中的减幅电路及其驱动方法。
背景技术
图1A显示现有技术一种发光二极管(light emitting diode,LED)电源供应电路100示意图。如图1A所示，LED电源供应电路100包含三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路12、整流电路14、输入电容Cin、与LED驱动电路16。TRIAC调光电路12接收交流电压AC，当交流电压AC超过预设的触发相位时，TRIAC调光电路12启动并导通。TRIAC调光电路12接收的交流电压AC，与输出的交流调光电压，其讯号波形如图1B的讯号波形图所示意，其中分别以虚线波形表示交流电压AC，并以实线波形表示经过TRIAC调光电路12之后的交流调光电压。整流电路14接收此交流调光电压，经整流后，产生输入电压Vin与输入电流Iin，以输入LED驱动电路16，驱动电路16将输入电压转换为输出电压，并供应输出电流予LED电路11。以上电路中，设置TRIAC调光电路12的目的是决定交流调光电压的触发相位，通过此调整LED电路11的平均亮度。其中，驱动电路16包括具有功率开关的功率级电路，其可为同步或异步的降压型、升压型、反压型、升降压型、升反压型、或返驰型功率级电路，如图2A-2K所示。
上述现有技术的问题是，TRIAC调光电路12需要在每一周期内产生相当大的闩锁电流(latching current)以使其启动，而在LED电路11导通后，在该周期的较后时段维持导通所需要的维持电流(holdingcurrent)则很小。（若是驱动传统白炽灯等高消耗功率的负载电路，不需要特别考虑闩锁电流，因为维持白炽灯等高消耗功率的负载电路导通时所需的电流足以达成启动所需。）因此，在驱动LED电路11这种低消耗功率的负载电路时，电源供应电路100若未能产生所需要的闩锁电流来充分启动TRIAC调光电路12，将会造成启动失败(misfire)，进而产生肉眼可见的闪烁情况，启动失败的交流调光电压讯号波形如图1C的实线讯号波形所示意。但另一方面，即使闩锁电流达到启动所需的位准，如闩锁电流的波形不恰当（例如具有震荡ringing形状），则也可能造成启动失败。
图3显示一种现有的LED电源供应电路200示意图，用以改善前述现有技术LED电源供应电路100的问题。如图3所示，相较于图1A，图3的现有LED电源供应电路200更包含延迟电路17和被动阻抗电路18（例如为图3中所示的电阻），用以接收输入电压，而于每周期TRIAC调光电路12启动时，可通过该被动阻抗电路18来阻尼（减幅,damping）前述闩锁电流的尖峰值，且可避免电流尖峰造成的电流振荡误触发TRIAC调光电路，以使TRIAC调光电路12顺利启动。
图4A与4B分别显示在电源供应电路200中，输入电压Vin与输入电流Iin的讯号波形图，如图所示，在触发相位时，输入电流Iin较高，代表使TRIAC调光电路12充分启动时所消耗的电流。图3所显示的现有技术，虽然改善了因TRIAC元件启动失败，所造成的LED电路可见的闪烁问题，但是，被动阻抗电路18在TRIAC调光电路12导通之后，仍然会持续消耗电能，造成能量的浪费，且被动阻抗电路18因消耗电能而产生的热，亦会造成电路温度升高而造成损害；此外，因为延迟电路17跨接在整流电路的高低压输出端之间，必须承受较大的跨压，因此延迟电路17必须采用较高耐压的元件，成本也较高。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种发光元件电源供应电路与用于其中的减幅电路及其驱动方法，本发明于启动阶段时，可提供阻抗电路起阻尼作用，抑制TRIAC触发时引起的尖峰电流以产生恰当的闩锁电流。而于TRIAC调光电路导通之后，提供低阻抗的电流通道的以降低电能损耗，且相关元件可采用较低耐压的元件来制作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种发光元件电源供应电路与用于其中的减幅电路及其驱动方法，本发明于启动阶段时，可提供阻抗电路起阻尼作用，抑制TRIAC触发时引起的尖峰电流以产生恰当的闩锁电流。而于TRIAC调光电路导通之后，提供低阻抗的电流通道的以降低电能损耗，且相关元件可采用较低耐压的元件来制作。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种发光元件电源供应电路，包含：一三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路，用以根据一交流电压，产生一交流调光电压；一整流电路，与该TRIAC调光电路耦接，用以根据该交流调光电压，产生一输入电压与一输入电流，该输入电压有一正端与一负端，该输入电流自该正端流入；一发光元件驱动电路，与该整流电路耦接，且与一输入电容并接，该发光元件驱动电路用以将该输入电压转换为一输出电压，并供应一输出电流予一发光元件电路；以及一减幅电路，分别与该整流电路及该发光元件驱动电路耦接，该减幅电路包括：一阻抗电路，电连接于该整流电路与该发光元件驱动电路之间；一硅控整流器(siliconcontrol rectifier,SCR)电路，与该阻抗电路并联；以及一延迟电路，与该SCR电路耦接，用以于该TRIAC调光电路启动后延迟一段初始时间，导通该SCR电路，其中，该延迟电路不直接跨接于该输入电压的正负端之间。
在其中一种较佳的实施例中，该延迟电路包括：一电阻，具有一第一端点连接于该SCR电路的一阳极；以及一电容，连接于该电阻的一第二端点与该SCR电路的一阴极之间。
在前述的实施例中，该SCR电路较佳地具有一栅极，电连接于该第二端点。
在其中一种较佳的实施例中，该输入电流于该TRIAC调光电路启动后流经该阻抗电路，且于该TRIAC调光电路启动后并延迟该初始时间之后，流经该SCR电路。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种用于发光元件电源供应电路的减幅电路，分别与一整流电路及一发光元件驱动电路耦接，其中该整流电路与一TRIAC调光电路耦接，用以根据该TRIAC调光电路产生的一交流调光电压，产生一输入电压与一输入电流，该输入电压有一正端与一负端，该输入电流自该正端流入，其中该发光元件驱动电路与该整流电路耦接，且与一输入电容并接，该发光元件驱动电路用以将该输入电压转换为一输出电压，并供应一输出电流予一发光元件电路，该减幅电路包括：一阻抗电路，电连接于该整流电路与该发光元件驱动电路之间；一硅控整流器(silicon control rectifier,SCR)电路，与该阻抗电路并联；以及一延迟电路，与该SCR电路耦接，用以于该TRIAC调光电路启动后延迟一段初始时间，导通该SCR电路，其中，该延迟电路不直接跨接于该输入电压的正负端之间。
在其中一种较佳的实施例中，该延迟电路包括：一电阻，具有一第一端点连接于该SCR电路的一阳极；以及一电容，连接于该电阻的一第二端点与该SCR电路的一阴极之间。
在前述的实施例中，该SCR电路较佳地具有一栅极，电连接于该第二端点。
在其中一种较佳的实施例中，该输入电流于该TRIAC调光电路启动后流经该阻抗电路，且于该TRIAC调光电路启动后并延迟该初始时间之后，流经该SCR电路。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明提供了一种发光元件驱动方法，包括：提供一交流电压；提供一三极交流开关(Tri-electrode ACSwitch,TRIAC)调光电路，用以根据该交流电压，产生一交流调光电压；整流该交流调光电压，以产生一输入电压，并产生一输入电流，该输入电压有一正端与一负端，该输入电流自该正端流入；将该输入电压转换为一输出电压，并供应一输出电流予一发光元件电路；于该TRIAC调光电路启动后，该输入电流流经一阻抗电路；提供一延迟电路，用以于该TRIAC调光电路启动后延迟一段初始时间；以及于该TRIAC调光电路启动后并延迟该初始时间之后，该输入电流流经一硅控整流器(silicon control rectifier,SCR)电路；其中，该阻抗电路与该SCR电路并联，且该延迟电路不直接跨接于该输入电压的正负端之间。
在其中一种较佳的实施例中，该延迟电路包括：一电阻，具有一第一端点连接于该SCR电路的一阳极；以及一电容，连接于该电阻的一第二端点与该SCR电路的一阴极之间。
在前述的实施例中，该SCR电路较佳地具有一栅极，电连接于该第二端点。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1A显示一种现有技术LED电源供应电路100示意图；
图1B与1C分别显示现有技术中，闩锁电流足够与不足以启动TRIAC元件的交流讯号波形；
图2A-2K显示同步或异步的降压型、升压型、反压型、升降压型、升反压型、或返驰型功率级电路；
图3显示现有技术LED电源供应电路200示意图；
图4A与4B分别显示在电源供应电路200中，输入电压Vin与输入电流Iin的讯号波形图；
图5显示本发明的第一个实施例；
图6显示本发明的第二个实施例；
图7显示本发明的第三个实施例；
图8显示本发明的第四个实施例；
图9显示在本发明实施例中，发光元件电源供应电路操作时各节点的讯号波形示意图。
图中符号说明
11               LED电路
12               TRIAC调光电路
14               整流电路
16               LED驱动电路
17               延迟电路
18               被动阻抗电路
26               发光元件驱动电路
31               发光元件电路
38               减幅电路
381              阻抗电路
383              SCR电路
385              延迟电路
100,200,300,400  发光元件电源供应电路
A                阳极
AC               交流电压
C1               电容
Cin              输入电容
G                栅极
K                阴极
Iin              输入电流
Iout             输出电流
R1,Rd            电阻
T1-T4            时间点
VAK              压降
VF               导通电压
VG               栅极电压
VGT              触发电压
Vin              输入电压
Vout             输出电压
具体实施方式
请参阅图5，显示本发明的第一个实施例。如图5所示，发光元件电源供应电路300包含三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路12、整流电路14、发光元件驱动电路26、与减幅电路38。TRIAC调光电路12用以根据交流电压AC(如图1B中虚线波形所示意)，产生交流调光电压(如图1B中实线波形所示意)。整流电路14与TRIAC调光电路12耦接，用以根据交流调光电压，产生输入电压Vin(如图4A中实线波形所示意)与输入电流Iin(如图4B中实线波形所示意)。发光元件驱动电路26与整流电路14耦接，且与输入电容Cin并接。发光元件驱动电路26用以将输入电压Vin转换为输出电压Vout，并供应输出电流Iout予发光元件电路31。其中，发光元件驱动电路26包含功率级电路，例如但不限于为如图2A-2K所示的功率级电路。发光元件电路31例如但不限于包括单一LED串或多个并联的LED串所组成的LED阵列等。减幅电路38分别与整流电路14及发光元件驱动电路26耦接，用以于TRIAC调光电路12启动阶段时，提供阻抗电路产生阻尼作用以产生恰当的闩锁电流，而于TRIAC调光电路12导通之后，提供低阻抗的电流通道，如此一来，可以改善现有技术所造成的电能浪费与温度升高所造成电路的损害，减幅电路38的细节将于后详述。
请参阅图6，显示本发明的第二个实施例。本实施例与第一个实施例不同之处在于，本实施例发光元件电源供应电路400中，减幅电路38不限于如第一个实施例所示，串接于整流电路14所产生的输入电压Vin的正端（高压端），亦可以如图所示，串接于整流电路14所产生的输入电压Vin的负端（低压端）。
请参阅图7，显示本发明的第三个实施例。本实施例显示减幅电路38的一个实施例。如图所示，减幅电路38包括阻抗电路381、硅控整流器(silicon control rectifier,SCR)电路383、以及延迟电路385。其中，阻抗电路383电连接于整流电路14与发光元件驱动电路26(未示出，请参阅第6图)之间。SCR电路383与阻抗电路381并联。延迟电路385与SCR电路383耦接，用以于TRIAC调光电路12启动后延迟一段初始时间，产生控制讯号，以导通SCR电路383，其中，延迟电路385不跨接于输入电压Vin的正负两端、亦即该延迟电路不直接连接该输入电压的正端或负端而最多仅直接连接该输入电压的其中一端。在本实施例中，延迟电路385在TRIAC调光电路12启动后，先不导通阻值较低的SCR电路383一段初始时间，这使得输入电流Iin(包含前述闩锁电流)会先流经阻值较高的阻抗电路381，以顺利启动TRIAC调光电路12；而在TRIAC调光电路12启动后并延迟了初始时间之后，延迟电路385改变控制讯号以导通阻值较低的SCR电路383，使输入电流Iin流经SCR电路383。如此一来，既可以顺利启动TRIAC调光电路12，提供TRIAC调光电路12启动时所需较高的闩锁电流，又可以在启动TRIAC调光电路12之后，降低电能的浪费。
须说明的是，延迟电路385不跨接于整流电路14产生输入电压Vin的两端，因此不直接接收输入电压Vin的全幅电压，如此一来，延迟电路385中的电子元件，不需要使用耐高压的元件，以降低制造成本，并减少高压造成的损害。
请参阅图8，显示本发明的第四个实施例。本实施例显示减幅电路38一个较具体的实施例。如图所示，减幅电路38中，阻抗电路381例如但不限于包括电阻Rd。SCR电路383包括阳极A、阴极K、与栅极G。延迟电路385例如但不限于包括电阻R1与电容C1。其中，电阻R1具有一端点连接于SCR电路383的阳极A，另一端点连接于SCR电路383的栅极G；电容C1连接于电阻R1的另一端点(也就是连接SCR电路383的栅极G)与SCR电路383的阴极K之间。如图所示，延迟电路385例如但不限于与阻抗电路381并联，以通过阻抗电路381两端的压降，取得TRIAC调光电路12启动阶段的相关讯号。当TRIAC调光电路12启动时，产生较大的输入电流Iin(包含前述闩锁电流)，流经阻抗电路381时，阻抗电路381两端的压降较高，通过延迟电路385中RC电路的RC常数调整，可于TRIAC调光电路12顺利启动后，产生控制讯号输入栅极G，以导通SCR电路383。SCR电路383导通后，其阻值低于阻抗电路381，输入电流Iin大部分都会流经SCR电路383，减少阻抗电路381的耗能。
图9显示在本发明实施例中，发光元件电源供应电路操作时各节点的讯号波形示意图，其中，VG为SCR电路中的栅极电压，VAK为SCR电路383中阳级A与阴极K的压降，VGT为SCR电路383的触发电压(一般而言，约为0.5V-0.8V)，VF为SCR电路383导通之后阳级A与阴极K的压降(导通电压)，T1-T4为标示的时间点。
以图8所示的第四个实施例为例，如图9所示，于时间点T1至T2，TRIAC调光电路12被触发，且较高的输入电流Iin(包含前述闩锁电流)产生，此时输入电流Iin流经电阻Rd，以顺利启动TRIAC调光电路12；于此同时(时间点T1至T2)，栅极电压VG上升，通过阻抗电路381中，RC常数的设定，以控制栅极电压VG达到触发电压VGT的时间。于时间点T2至T3，栅极电压VG维持触发电压VGT，TRIAC调光电路12导通，此时输入电流Iin流经SCR电路383，而此时(时间点T2至T3)SCR电路383导通之后阳级A与阴极K的压降维持在导通电压VF，因此，耗能可以降低。于时间点T3至T4，输入电流Iin降低至无法保持SCR电路383导通，SCR电路383由导通转变为不导通，此时输入电流Iin流经阻抗电路381，但此时由于输入电流Iin相当低，因此耗能亦相对较低。于时间点T4至T1，减幅电路38不导通，输入电流Iin为零电流，且SCR电路383亦不操作，等待下一周期的触发相位。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其它电路或元件；又如，发光元件不限于各实施例所示的发光二极管(LED)，亦可扩及所有以电流驱动的元件；再如，延迟电路不限于实施例所示的RC电路，亦可以为其它延迟电路，只要可以根据TRIAC调光电路的导通，计算延迟时间，决定电流通道即可。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (11)

1.一种发光元件电源供应电路，其特征在于，包含：
一三极交流开关调光电路，用以根据一交流电压，产生一交流调光电压；
一整流电路，与该三极交流开关调光电路耦接，用以根据该交流调光电压，产生一输入电压与一输入电流，该输入电压有一正端与一负端，该输入电流自该正端流入；
一发光元件驱动电路，与该整流电路耦接，且与一输入电容并接，该发光元件驱动电路用以将该输入电压转换为一输出电压，并供应一输出电流予一发光元件电路；以及
一减幅电路，分别与该整流电路及该发光元件驱动电路耦接，该减幅电路包括：
一阻抗电路，电连接于该整流电路与该发光元件驱动电路之间；
一硅控整流器电路，与该阻抗电路并联；以及
一延迟电路，与该硅控整流器电路耦接，用以于该三极交流开关调光电路启动后延迟一段初始时间，导通该硅控整流器电路，其中，该延迟电路不直接跨接于该输入电压的正负端之间。
2.如权利要求1所述的发光元件电源供应电路，其中，该延迟电路包括：
一电阻，具有一第一端点连接于该硅控整流器电路的一阳极；以及
一电容，连接于该电阻的一第二端点与该硅控整流器电路的一阴极之间。
3.如权利要求2所述的发光元件电源供应电路，其中，该硅控整流器电路具有一栅极，电连接于该第二端点。
4.如权利要求1所述的发光元件电源供应电路，其中，该输入电流于该三极交流开关调光电路启动后流经该阻抗电路，且于该三极交流开关调光电路启动后并延迟该初始时间之后，流经该硅控整流器电路。
5.一种用于发光元件电源供应电路的减幅电路，分别与一整流电路及一发光元件驱动电路耦接，其中该整流电路与一三极交流开关调光电路耦接，用以根据该三极交流开关调光电路产生的一交流调光电压，产生一输入电压与一输入电流，该输入电压有一正端与一负端，该输入电流自该正端流入，其中该发光元件驱动电路与该整流电路耦接，且与一输入电容并接，该发光元件驱动电路用以将该输入电压转换为一输出电压，并供应一输出电流予一发光元件电路，其特征在于，该减幅电路包括：
一阻抗电路，电连接于该整流电路与该发光元件驱动电路之间；
一硅控整流器电路，与该阻抗电路并联；以及
一延迟电路，与该硅控整流器电路耦接，用以于该三极交流开关调光电路启动后延迟一段初始时间，导通该硅控整流器电路，其中，该延迟电路不直接跨接于该输入电压的正负端之间。
6.如权利要求5所述的用于发光元件电源供应电路的减幅电路，其中，该延迟电路包括：
一电阻，具有一第一端点连接于该硅控整流器电路的一阳极；以及
一电容，连接于该电阻的一第二端点与该硅控整流器电路的一阴极之间。
7.如权利要求6所述的用于发光元件电源供应电路的减幅电路，其中，该硅控整流器电路具有一栅极，电连接于该第二端点。
8.如权利要求5所述的用于发光元件电源供应电路的减幅电路，其中，该输入电流于该三极交流开关调光电路启动后流经该阻抗电路，且于该三极交流开关调光电路启动后并延迟该初始时间之后，流经该硅控整流器电路。
9.一种发光元件驱动方法，其特征在于，包括：
提供一交流电压；
提供一三极交流开关调光电路，用以根据该交流电压，产生一交流调光电压；
整流该交流调光电压，以产生一输入电压，并产生一输入电流，该输入电压有一正端与一负端，该输入电流自该正端流入；
将该输入电压转换为一输出电压，并供应一输出电流予一发光元件电路；
于该三极交流开关调光电路启动后，该输入电流流经一阻抗电路；
提供一延迟电路，用以于该三极交流开关调光电路启动后延迟一段初始时间；以及
于该三极交流开关调光电路启动后并延迟该初始时间之后，该输入电流流经一硅控整流器电路；
其中，该阻抗电路与该硅控整流器电路并联，且该延迟电路不直接跨接于该输入电压的正负端之间。
10.如权利要求9所述的发光元件驱动方法，其中，该延迟电路包括：
一电阻，具有一第一端点连接于该硅控整流器电路的一阳极；以及
一电容，连接于该电阻的一第二端点与该硅控整流器电路的一阴极之间。
11.如权利要求10所述的发光元件驱动方法，其中该硅控整流器电路具有一栅极，电连接于该第二端点。
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