CN104125680B - 变动电源调光控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种变动电源调光控制电路，是供驱动并线性调整多个发光二极管的照明亮度，其设有一调光稳定单元及一控制单元。该控制单元检测电路的一输入电流，且于输入功率小于一标准驱使该调光稳定单元输出一保持电流，而于输入功率大于该标准时停止该保持电流输出。如此，于该多个发光二极管调光至低亮度或将近关闭时，通过芯片控制该调光稳定单元的工作是可确保TRIAC调光的稳定度，同时，亦可于调光至高亮度或全亮时，通过芯片关闭该保持电流的输出，以有效降低虚功耗而提升整体电路的工作效率。

Description

变动电源调光控制电路
技术领域
本发明是属于发光二极管(LightEmittingDiode,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-electrodeACswitch,TRIAC)线性调光的变动电源调光控制电路，以于LED调光至低亮度时提供一保持电流而稳定TRIAC工作品质，且于LDE高亮度时停止提供该保持电流的输出而实现降低整体电路的虚功耗率及运作时所产生热能的效果。
背景技术
目前，LED灯具的驱动电路多采用TRIAC控制输入电能的导通角的方式实现调整LED光亮度的功能，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，以由该感测电阻感测流经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该压降后输出高准位或低准位切换信号至该晶体管，以导通或截止该晶体管而适时调整脉波宽度调变(PulseWidthModulation,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电能大小而影响驱动电流大小及LED发光亮度。然而，基于TRIAC需求一基准工作电压的元件特性，当输入电能的导通角过小而使整体电路的工作压能低于TRIAC需求的该基准工作电压时，TRIAC将无法正常工作而影响驱动电路的工作品质。为解决此问题，驱动电路是客外增设一泄流电路(BleedingCircuit)，以提供TRIAC稳定的一保持电流(HoldingCurretn)而稳定工作品质，同时解决调光闪烁的问题并扩大调光幅度。
请参阅图1，其分别为现有具保持电流的LED驱动电路的电路图及波形图。如图所示，该驱动电路1设有一调光器10、一桥式整流器11、一保持开关12、一保持电阻(RH)13及一滤波电容14，该桥式整流器11通过该调光器10承接一外部电源而整流形成一输入电压(Vin)及一输入电流(Iin)，且该滤波电容14接收该输入电流并转换形成一驱动电流(IL)后提供予LED。并且，该保持开关10为N通道金氧半场效晶体管(NTypeMetalOxideSemiconductorField-EffectTransistor,N-MOSFET)，其漏极耦接该桥式整流器11而承接一输入电流、源极耦接该保持电阻13，及栅极接设一保持电压(VH)，以使该保持电阻13通过该保持开关12承接该保持电压而输出一保持电流(Ihold)，Ihold＝(VH-VGS_N-MOSFET)/RH。如此，该输入电流即如图2所示，于T1周期，即LED呈较低发光亮度或近关闭时具有一定流值Ihold，而于LED呈较高发光亮度或全亮的T2周期时具有流值IL+Ihold。换言之，无论电路的输入功率大小，该保持电流皆持续工作，造成高虚功耗的问题产生而降低整体电路的电能转换效率。
有鉴于此，如何改善现行驱动电路的电路架构，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
有鉴于现有技艺的问题，本发明的目的在于提供一种变动电源调光控制电路，其检测输入压能的大小而即时输出或停止供保持TRIAC正常工作的基本压能，以达提升整体电路的调光稳定度的同时降低整体电路的虚功耗率的功效。
根据本发明的目的，该变动电源调光控制电路是供驱动并线性调整多个发光二极管的照明亮度，且该多个发光二极管是相互电性串连或并连装设于一灯板模块上，其包含一调光单元、一整流单元、一调光稳定单元、一驱动单元及一控制单元。该整流单元通过该调光单元电连接一外部电源，以接收并整流该外部电源的交流压能后输出一输入电流。该调光稳定单元设有一定电流器及一开关器，该定电流器电连接该整流单元及该开关器，以接收该输入电流而产生一保持电流。该驱动单元电连接该整流单元、该定电流器及该灯板模块，供接收该输入电流后提供一驱动电流予该多个发光二极管。该控制单元设有一检测器、一控制器、一限流器及一反馈器，该检测器电连接该整流单元、该驱动单元及该控制器，该控制器电连接该开关器、该限流器及该反馈器，且该限流器电连接该灯板模块及该反馈器。该检测器承接并检测该输入电流而形成一检测值，该反馈器承接并感测该驱动电流而形成一反馈值，且该控制器比较该检测值与该反馈值后输出一驱动信号，以驱使该限流器调节该驱动电流的流值大小而使该输入电流Iin与该驱动电流IL满足Iin＝IL关系式，同时，该控制器比较该反馈值与一基准值，于该反馈值小于该基准值时输出一稳定信号，以导通该开关器而允许该调光稳定单元输出该保持电流，使该多个发光二极管调至最小光亮度或关闭时该输入电流Iin与该保持电流Ihold满足Iin＝Ihold关系式，供稳定该调光单元的工作品质且降低虚功耗。
其中，该整流单元为桥式全波整流器，该调光单元为双向三极闸流体，供接收并调整该外部电源的输入相位导通角，以改变输入功率而调节该多个发光二极管的发光亮度。该驱动单元设有一阻隔器及一滤波器，该阻隔器两端分别耦接该桥式全波整流器及该滤波器，以阻隔该滤波器及该灯板模块因负载变化所产生的压源变异而影响该双向三极闸流体的工作稳定性。该滤波器并接该多个发光二极管而将该阻隔器传送来的输入电流转换形成该驱动电流后，传送予该多个发光二极管，以增强电路抗噪声能力。该限流器为N通道金氧半场效晶体管，该反馈器为电阻元件，且该限流器的漏极耦接该滤波器及该多个发光二极管、栅极耦接该控制器的输出端及源极耦接该反馈器，以构成负反馈电路架构而提供稳定的电流控制效果，且该限流器置于该灯板模块的表面上而提升散热效率。
于实施例中，该定电流器为电流镜元件，该开关器为N通道金氧半场效晶体管，且该控制器主要由一运算放大器及一比较器所构成；该运算放大器的输出端耦接该限流器的栅极、正输入端耦接该检测器而承接该检测值，及负输入端耦接该比较器的负输入端及该反馈器而承接该反馈值，该比较器的正输入端承接该基准值而输出端耦接该开关器的栅极，且该开关器的漏极耦接该电流镜元件的输出端。该控制单元更设有一补偿器，该补偿器主要是由一第一电阻R1及一第二电阻R2所组成，该第一电阻一端耦接该限流器的漏极而具有压值VD，及另一端耦接该第二电阻一端、该运算放大器的负输入端及该比较器的负输入端，且该第二电阻另一端耦接该反馈器RS，使于该运算放大器的正输入端承接该检测值VA时，该驱动电流IL满足IL＝[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS关系式。
或者，该定电流器为能量转移元件，该开关器为N通道金氧半场效晶体管，且该控制器主要由一运算放大器、一比较器及一与门所构成；该运算放大器的输出端耦接该限流器的栅极、正输入端耦接该检测器而承接该检测值，及负输入端耦接该比较器的负输入端及该反馈器而承接该反馈值；该比较器的正输入端承接该基准值而输出端耦接该与门的一输入端，且该与门的另输入端承接一基准波而输出端耦接该开关器的栅极，该开关器的漏极耦接该能量转移元件的输出端。该能量转移元件为电感，且该调光稳定单元更设有一转移二极管，该转移二极管的输入端耦接该电感而输出端耦接该阻隔器及该滤波器，使该输入电流经该电感转后流经该转移二极管而形成一次保持电流Ihold’。并且，该控制单元更设有一补偿器，该补偿器主要是由一第一电阻R1及一第二电阻R2所组成，该第一电阻一端耦接该限流器的漏极而具有压值VD，及另一端耦接该第二电阻一端、该运算放大器的负输入端及该比较器的负输入端，且该第二电阻另一端耦接该反馈器RS，使于该运算放大器的正输入端承接该检测值VA时，该驱动电流IL满足IL＝[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS+Ihold’关系式。
综上所述，本发明是通过简单的开关元件控制该保持电流的输出与否，以避免LED调至最大发光亮度时该保持电流仍持续输出而形成不必要的功率耗费，进一步地，该保持电流的停止输出因减少电路功耗而可降低整体电路运作时所释放出的总热能量而利于散热效果，使确保电子元件正常工作及延长使用寿命。甚或，该调光稳定单元可通过该能量转移元件及该二极管将输入压能转移予该灯板模块，以于该开关器关闭时通过该能量转移元件转换压能而提增电路整体的工作效率。
附图说明
图1为现有具保持电流的LED驱动电路的电路图。
图2为现有具保持电流的LED驱动电路的波形图。
图3为本发明较佳实施例的一实施态样的方块图。
图4为本发明较佳实施例的二实施态样的方块图。
图5为本发明较佳实施例的二实施态样的电路图。
图6为本发明较佳实施例的二实施态样的波形图。
图7为本发明较佳实施例的三实施态样的电路图。
图8为本发明较佳实施例的三实施态样的波形图。
附图标记说明：
现有技术
1-驱动电路；10-调光器；11-桥式整流器；12-保持开关；13-保持电阻；14-滤波电容；
本发明
2-变动电源调光控制电路；20-调光单元；21-整流单元；22-调光稳定单元；220-定电流器；221-开关器；222-转移二极管；23-驱动单元；230-阻隔器；231-滤波器；24-控制单元；240-检测器；241-控制器；2410-运算放大器；2411-比较器；242-限流器；243-反馈器；244-补偿器；2440-第一电阻；2441-第二电阻；2412-与门；3-外部电源；4-发光二极管。
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3～5，其分别为本发明较佳实施例的一实施态样的方块图及二实施态样的方块图、电路图。如图所示，该变动电源调光控制电路2可装设于一灯具的灯板模块(图未示)上，供转换一外部电源3的压能而驱动并线性调整多个发光二极管4的照明亮度，且该多个发光二极管4可相互电性串连或并连后装设于该灯板模块上。该变动电源调光控制电路2设有一调光单元20、一整流单元21、一调光稳定单元22、一驱动单元23及一控制单元24，且该调光稳定单元22具有一定电流器220及一开关器221，该驱动单元23设有一阻隔器230及一滤波器231，又该控制单元24可为内布有一检测器240、一控制器241、一限流器242、一反馈器243及一补偿器244的控制芯片。该调光单元20为TRIAC，该整流单元21为桥式全波整流器，且该桥式全波整流器的输入端通过该TRIAC耦接该外部电源3，以于该TRIAC接收并调整该外部电源3的输入相位导通角后，整流调整的交流压能而形成一输入电压(Vin)与可变直流的一输入电流(Iin)供予该调光稳定单元22、该驱动单元23及该控制单元24，如此，由该TRIAC改变输入功率即可调节该多个发光二极管4的发光亮度。
该定电流器220为电流镜元件，该开关器221及该限流器242为N-MOSFET。该阻隔器230为二极管，该滤波器231为电解电容。该检测器240主要可由分压阻串及电容所组成，该控制器241主要由一运算放大器2410及一比较器2411所构成，且该反馈器243为电阻元件(RS)，该补偿器244主要由一第一电阻(R1)2440及一第二电阻(R2)2441所组成。该阻隔器230的输入端耦接该桥式全波整流器及输出端耦接该电解电容，以阻隔该滤波器231及该灯板模块因负载变化所产生的压源变异而影响该TRIAC的工作稳定性，且该滤波器231并接该多个发光二极管4，以将该阻隔器230传送来的输入电流转换形成一驱动电流(IL)后传送予该多个发光二极管4，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，即形成电路保护的功效而增强电路抗噪声能力。
该电流镜元件的输入端耦接该桥式全波整流器及输出端耦接该开关器221的漏极，以供接收该输入电流而产生一保持电流(Ihold)。该检测器240耦接该桥式全波整流器及该运算放大器2410的正输入端，以于接收该输入电流后检测形成一检测值而传送予该运算放大器2410。该限流器242的漏极耦接该滤波器231及该多个发光二极管4，其栅极耦接该运算放大器2410的输出端，而其源极耦接该反馈器243及该第二电阻2441一端，且该反馈器243承接并感测该驱动电流而形成一反馈值，如此，即构成负反馈电路架构而提供稳定的电流控制效果，又该限流器242置于该灯板模块的表面上而提升散热效率。
并且，该第一电阻2440一端耦接该限流器242的漏极而具有压值VD，及其另一端耦接该第二电阻2441另一端、该运算放大器2410的负输入端及该比较器2411的负输入端，以分别承接该反馈值。该比较器2411的正输入端承接一基准值，及输出端耦接该开关器221的栅极。当该外部电源3输入压能而使该控制单元24取得一检测值VA与该反馈值时，该运算放大器2410比较该检测值与该反馈值，且于该检测值大于该反馈值时输出高电压准位的一驱动信号，以导通该限流器242并驱使调节该驱动电流的流值大小，此时，该输入电流与该驱动电流满足Iin＝IL关系式，且IL＝[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS亦为流经该多个发光二极管4的电流值(ILED)。同时，该控制器2411比较该反馈值与该基准值，且于该反馈值大于该基准值时输出低电压准位的一稳定信号，以截止该开关器221而停止该电流镜元件输出该保持电流。反之，该检测值小于该反馈值及该反馈值小于该基准值，即该多个发光二极管4调至最小光亮度而使该驱动电流极小时，该运算放大器2410输出低电压准位的该驱动信号，以截止该限流器242而周期停止该驱动电流的输出，且该控制器2411输出高电压准位的一稳定信号，以导通该开关器221而允许该电流镜元件输出该保持电流，使该输入电流与该保持电流是满足Iin＝Ihold关系式。如此，如图6所示，该灯具调光至高光亮度或全亮时，该保持电流停止输出，而因电路工作电流具有一定流值，故不会造成TRAIC失常且可切实降低电路虚功耗率，又于调至极低亮度或关闭时该灯具始输出该保持电流，是可确保该调光单元20的工作正常及百分百调光幅度。
于此实施例中，该调光稳定单元22更可如图7所示，设有一转移二极管222，且该定电流器220可为如电感的能量转移元件，又该控制器241主要由该运算放大器2410、该比较器及一与门2412所构成。该运算放大器2410的输出端耦接该限流器242的栅极、正输入端耦接该检测器240而承接该检测值，及负输入端耦接该比较器2411的负输入端及该反馈器243而承接该反馈值。该比较器2411的正输入端承接该基准值而输出端耦接该与门2412的一输入端，且该与门2412的另输入端承接如脉波的一基准波，其输出端耦接该开关器221的栅极，又该开关器221的漏极耦接该能量转移元件的输出端。该转移二极管222的输入端耦接该电感而输出端耦接该阻隔器230及该滤波器231，该输入电流经该电感转后流经该转移二极管而形成一次保持电流(Ihold’)，使该驱动电流满足IL＝[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS+Ihold’关系式，如此，上述此能量转移的方式即如图8所示，可增加该变动电源调光控制电路2的整体电路效率。
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 (9)

1.一种变动电源调光控制电路，供驱动并线性调整多个发光二极管的照明亮度，且该多个发光二极管是相互电性串连或并连装设于一灯板模块上，其包含：
一调光单元，是电连接一外部电源；
一整流单元，是电连接该调光单元，且接收并整流该外部电源的交流压能后输出一输入电流；
一调光稳定单元，是设有一定电流器及一开关器，该定电流器电连接该整流单元及该开关器，以接收该输入电流而产生一保持电流；
一驱动单元，是电连接该整流单元、该定电流器及该灯板模块，供接收该输入电流后提供一驱动电流予该多个发光二极管；及
一控制单元，其特征在于：
该控制单元是设有一检测器、一控制器、一限流器及一反馈器，该检测器电连接该整流单元、该驱动单元及该控制器，该控制器电连接该开关器、该限流器及该反馈器，且该限流器电连接该灯板模块及该反馈器；该检测器承接并检测该输入电流而形成一检测值，该反馈器承接并感测该驱动电流而形成一反馈值，且该控制器比较该检测值与该反馈值后输出一驱动信号，以驱使该限流器调节该驱动电流的流值大小而使该输入电流Iin与该驱动电流IL满足Iin＝IL关系式，同时，该控制器比较该反馈值与一基准值，于该反馈值小于该基准值时输出一稳定信号，以导通该开关器而允许该调光稳定单元输出该保持电流，使该多个发光二极管调至最小光亮度或关闭时该输入电流Iin与该保持电流Ihold满足Iin＝Ihold关系式。
2.根据权利要求1所述的变动电源调光控制电路，其特征在于，该整流单元为桥式全波整流器，该调光单元为双向三极闸流体，供接收并调整该外部电源的输入相位导通角，以改变输入功率而调节该多个发光二极管的发光亮度。
3.根据权利要求2所述的变动电源调光控制电路，其特征在于，该驱动单元设有一阻隔器及一滤波器，该阻隔器两端分别耦接该桥式全波整流器及该滤波器，以阻隔该滤波器及该灯板模块因负载变化所产生的压源变异而影响该双向三极闸流体的工作稳定性；该滤波器并接该多个发光二极管而将该阻隔器传送来的输入电流转换形成该驱动电流后，传送予该多个发光二极管。
4.根据权利要求3所述的变动电源调光控制电路，其特征在于，该限流器为N通道金氧半场效晶体管，该反馈器为电阻元件，且该限流器的漏极耦接该滤波器及该多个发光二极管、栅极耦接该控制器的输出端及源极耦接该反馈器，以构成负反馈电路架构而提供稳定的电流控制效果，且该限流器置于该灯板模块的表面上而提升散热效率。
5.根据权利要求4所述的变动电源调光控制电路，其特征在于，该定电流器为电流镜元件，该开关器为N通道金氧半场效晶体管，且该控制器主要由一运算放大器及一比较器所构成；该运算放大器的输出端耦接该限流器的栅极、正输入端耦接该检测器而承接该检测值，及负输入端耦接该比较器的负输入端及该反馈器而承接该反馈值，该比较器的正输入端承接该基准值而输出端耦接该开关器的栅极，且该开关器的漏极耦接该电流镜元件的输出端。
6.根据权利要求5所述的变动电源调光控制电路，其特征在于，该控制单元更设有一补偿器，该补偿器主要是由一第一电阻R1及一第二电阻R2所组成，该第一电阻一端耦接该限流器的漏极而具有压值VD，及另一端耦接该第二电阻一端、该运算放大器的负输入端及该比较器的负输入端，且该第二电阻另一端耦接该反馈器RS，使于该运算放大器的正输入端承接该检测值VA时，该驱动电流IL满足IL＝[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS关系式。
7.根据权利要求4所述的变动电源调光控制电路，其特征在于，该定电流器为能量转移元件，该开关器为N通道金氧半场效晶体管，且该控制器主要由一运算放大器、一比较器及一与门所构成；该运算放大器的输出端耦接该限流器的栅极、正输入端耦接该检测器而承接该检测值，及负输入端耦接该比较器的负输入端及该反馈器而承接该反馈值；该比较器的正输入端承接该基准值而输出端耦接该与门的一输入端，且该与门的另输入端承接一基准波而输出端耦接该开关器的栅极，该开关器的漏极耦接该能量转移元件的输出端。
8.根据权利要求7所述的变动电源调光控制电路，其特征在于，该能量转移元件为电感，且该调光稳定单元更设有一转移二极管，该转移二极管的输入端耦接该电感而输出端耦接该阻隔器及该滤波器，使该输入电流经该电感转后流经该转移二极管而形成一次保持电流Ihold’。
9.根据权利要求8所述的变动电源调光控制电路，其特征在于，该控制单元更设有一补偿器，该补偿器主要是由一第一电阻R1及一第二电阻R2所组成，该第一电阻一端耦接该限流器的漏极而具有压值VD，及另一端耦接该第二电阻一端、该运算放大器的负输入端及该比较器的负输入端，且该第二电阻另一端耦接该反馈器RS，使于该运算放大器的正输入端承接该检测值VA时，该驱动电流IL满足IL＝[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS+Ihold’关系式。
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