CN104717796A - 控制电路、具有该控制电路的集成电路和照明装置 - Google Patents

控制电路、具有该控制电路的集成电路和照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种控制电路、具有该控制电路的集成电路和照明装置，该控制电路可以依据检测的交流电压源的振幅，自动配置两组LED阵列链以串联或并联的方式点亮。当LED阵列链操作于100±20％V的交流电压源时，两组LED阵列链以并联的方式点亮。当LED阵列链操作于200±20％V的交流电压源时，两组LED阵列链以串联的方式点亮。本发明所公开的用以支配两组LED阵列链以串联或并联方式点亮的控制电路，可以为独立元件，或以集成电路的形式实现。

Description

控制电路、具有该控制电路的集成电路和照明装置
技术领域
本发明涉及一种控制电路，特别是依据交流输入电压范围的检测结果，切换两外部的发光二极管阵列链以并联或串联点亮的一种控制电路。具有此种控制电路的LED照明装置，可以操作于双电压电平(包括100±20％V及200±20％V)范围，使得照明装置可适用于较广范的交流输入电压。
背景技术
相较于传统照明装置，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有较高的发光效率。此外，由于点亮发光二极管时，较少的电能被转化为热能而耗损，故其可提供高于每瓦特100流明(lumens/watt，lm/W)的亮度。相对地，由于传统灯泡点亮时，较多的电能会转化为热能而耗损，故其仅可以提供每瓦特15流明(lumens/watt，lm/W)的亮度。此外，LED照明装置具有相对较长的寿命、较不易受到外在环境的干扰影响且较不易受损，故已经逐渐成为照明设备的首选。
技术上，LED需要直流(Direct Current，DC)驱动。因此，一般必须以全波或半波整流器将交流(Alternating Current，AC)正弦电压源(sinusoidal voltage source)整流为整流后的正弦电压源后，才可以用以驱动LED。此外，传统交流转直流(AC-to-DC)的LED照明装置通常需要降压或升压转换器(buck or boost converters)，逐步降低或提高整流后的正弦电压源至一适当的直流电压电平，以维持LED的正常运作，使得此类传统照明装置伴随着诸多缺点，例如是笨重的设计、传导与辐射的电磁干扰(Electro-Magnetic Interference，EMI)、使用寿命短及成本高昂等缺点。
传统耦接于交流电压源的LED光引擎，仅可适用单一电压范围(无论是100±20％伏特(Volt，V)或200±20％V)的操作，使得其所适用的交流电压源的范围受到局限。为了使LED照明装置可以应用于更广范的可接受输入电压范围，本发明提出一种控制电路，用以自动配置并调变串联或并联的组态，使得传统的LED光引擎耦接于交流电压源时，可以轻易地由单范围(不论是100±20％V或200±20％V)操作，提升至双范围(100±20％V及200±20％V)操作，以适用于较广泛的交流电压源范围，更利用全球化的应用。
综上所述，本发明的主要目的在于，提供一种控制电路以将单范围(不论是100±20％V或200±20％V)操作，提升至双电压电平(100±20％V及200±20％V)的范围操作。
发明内容
本发明公开一种控制电路，可依据交流输入电压范围切换两外部的发光二极管阵列链以并联或串联点亮。具有此种控制电路的LED照明装置，可以操作于双电压电平(包括100±20％V及200±20％V)范围，使得照明装置可适用于较广范的交流输入电压。
根据本发明一实施例，公开一种控制电路，用以依据交流输入电压范围，自动配置发光二极管阵列链以串联或并联点亮，包括一第一开关、一第二开关、一续流开关及一开关控制器。第一开关耦接一第一外部发光二极管阵列链的阴极与地之间，第二开关耦接于外部电压源及一第二外部发光二极管阵列链的阳极之间，续流开关的一通道介于第一外部发光二极管阵列链的阴极与第二外部发光二极管阵列链的阳极之间。开关控制器耦接于一分压器的输出端，以取样外部电压源的一波峰电压并比较取样后的波峰电压与一内部参考电压或阀值电压。其中，当外部电压源为一低电压电平，开关控制器同时导通第一开关及第二开关，且续流开关截止，使得第一外部发光二极管阵列链及第二外部发光二极管阵列链并联点亮。当外部电压源为一高电压电平，开关控制器同时截止第一开关及第二开关，且续流开关导通，使第一外部发光二极管阵列链与第二外部发光二极管阵列链串联点亮。
根据本发明一实施例，公开一种集成电路，包括一基板，以及如前述的控制电路，整合在基板上。
根据本发明一实施例，公开一种照明装置，包括如前述的控制电路、至少一个整流器，耦接电压源，以及第一外部发光二极管阵列链及第二外部发光二极管阵列链，受控于控制电路。其中，第一外部发光二极管阵列链及第二外部发光二极管阵列链分别包括多个发光二极管子阵列。
附图说明
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明，其中：
图1A绘示依据本发明一实施例的具有控制电路的照明装置的方块示意图；
图1B绘示依据本发明一实施例的具有控制电路的集成电路的方块示意图；
图1C绘示依据本发明另一实施例的具有控制电路的另一照明装置的方块示意图；
图2绘示依据本发明一实施例的具有控制电路的照明装置的示意图；
图3绘示依据本发明另一实施例的具有控制电路的照明装置的示意图；
图4绘示依据本发明另一实施例的具有控制电路的照明装置的示意图；
图5(a)、5(b)及5(c)绘示依据本发明的实施例中的不同类型的比较器的示意图；
图6绘示依据本发明一实施例的具有控制电路的照明装置的示意图；
图7绘示依据本发明另一实施例的具有控制电路的照明装置的示意图；以及
图8绘示依据本发明又一实施例的具有控制电路的照明装置的示意图。
附图标记说明
AC、AC’：交流电压源
1、2：照明装置
10：控制电路
100、100’：整流器
120：开关控制器
S1、S2、SW+、SW-、S15、S25、P1、M5、M7、X3、X6：开关
G1、G2：发光二极管阵列链
L0、L1、L2、L3、L4、L5、L6：发光二极管子阵列
D0、D1、X11：续流开关
R、R’：电流调节器
R1、R2、Ra、Ra’、Rb、Rb1、Rc1、Rp1、Rp2、Rp3、Rp4、Rp5、Rd、Rd’、Rd1、Rd2、Rd3、Rd4、Rd5、Rm1、Rx1、Rx2、Rx3、Rx4、Rx5、Rx6、Rx7、Rx8、Rk1、Rk2、Rk3、Rk4、Rk5、Rk9、R+、R-、r3、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11：电阻
A、B、C、D：引脚
LC、LC2、LC3、LC4、LC5：互锁电路
PR：波峰整流器
20：集成电路
200：基板
D2、D3、D4、D5、D10、D16：二极管
Z1、Z2、Z3、Z4、Zb、Zc、D6、D7、D8：齐纳二极管
C1、C2：电容
CA1、CA2、CA3：比较器
M1、M2、M3、M4、M6、X7、X12、X13、Ma、Ma’：金氧半场效晶体管
B1、B2、B3、B4、Ba、Ba’、P3、Q3、Q5、Q8、Q11：双载子接面晶体管
X1、X：并联调节器
V11、V12：输入端
VO：输出端
VCC：电源
P1：节点
具体实施方式
本发明的实施例将详细列举于下，所记载的优选实施例仅以阐释及说明为目的，并非用以限定本发明的范围。
图1A绘示依据本发明一实施例的具有控制电路的照明装置的方块示意图。照明装置1操作于单一交流电压源，且具有依据本发明一实施例的控制电路。如图1A所示，照明装置1包括单一交流电压源AC、一整流器100、一第一外部LED阵列链G1、一第二外部LED阵列链G2以及一控制电路10，用以自动配置两组外部LED阵列链的点亮方式。控制电路10包括一分压器(包括电阻R1及R2)、第一开关S1、第二开关S2、续流开关D0及开关控制器120。第一外部LED阵列链G1及第二外部LED阵列链G2可以包括任何形式的LED阵列。于实施例中，两外部LED阵列链的任一者可包括至少一个适当的内部限流电阻，或者，各外部LED阵列链可耦接于至少一个适当的电流调节器，用以保护其免于过电流时的损害。除此之外，第一开关S1及第二开关S2可以为双载子接面晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)、接面场效晶体管(Junction Field Effect Transistor，JFET)或金氧半场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)。续流开关D0可以二极管或晶体管。选用二极管作为续流开关D0时，二极管的开或关状态系受到二极管跨压的顺偏或逆偏所决定。选用晶体管作为续流开关D0时，晶体管的开或关状态系受控于开关控制器120的控制信号。需注意的是，第一开关S1与第二开关S2同步导通或截止，然而，续流开关D0不与第一开关S1或第二开关S2同步。换句话说，当第一开关S1及第二开关S2皆导通时，续流开关D0必截止，反之亦然。
第一开关S1耦接于第一外部LED阵列链G1的阴极与地端之间，第二开关S2耦接于第二外部LED阵列链G2的阳极与整流器100的直流输出高电平端(high-side DC output terminal)之间。整流器100对交流电压源进行整流，以提供整流后的弦波电压。续流开关D0可以但不限于二极管或晶体管，且其具有一通道介于第一外部LED阵列链G1的阴极与第二外部LED阵列链G2的阳极之间。开关控制器120具有一输入端、一第一输出端及一第二输出端，其输入端耦接分压器(包括电阻R1及R2)的输出端，其第一输出端以一实线箭头表示，并耦接于第一开关S1的控制端，其第二输出端以另一实线箭头表示，并耦接于第二开关S2的控制端，其第三输出端系选择性地设置，并以一虚线箭头表示，当续流开关D0选用晶体管时，此第三输出端耦接于续流开关D0的控制端。
当交流电压源提供低电压电平(例如100±20％V)时，开关控制器120使第一开关及第二开关同时导通。因此，第一外部LED阵列链G1及第二外部LED阵列链G2耦接至整流后的弦波电压源与地端之间。此外，续流开关D0截止，使得第一外部LED阵列链G1及第二外部LED阵列链G2并联导通。
当交流电压源提供高电压电平(例如200±20％V)时，开关控制器120使第一开关及第二开关同时截止，且续流开关D0导通。因此，第一外部LED阵列链G1及第二外部LED阵列链G2串联导通。在一实施例中，提供高电压电平(200±20％V)的交流电压源，其振幅和范围大约为提供低电压电平(100±20％V)的交流电压源的两倍。
图1B绘示依据本发明一实施例的具有控制电路的集成电路的方块示意图。集成电路20具有一基板200，基板200上设置有例如为图1A所示的控制电路10。集成电路20例如具有四个引脚(pin)，分压器(电阻R1及R2)设在引脚D(输入电压VIN)与引脚A(接地端GND)之间。集成电路20的引脚A耦接于电阻R2的低电平端以及第一开关S1的低电平端，引脚B耦接于续流开关D0的低电平端以及第二开关S2的低电平端，引脚C耦接于第一开关S1的高电平端以及续流开关D0的高电平端，且引脚D耦接于电阻R1的高电平端以及第二开关S2的高电平端。
在图1B中，分压器(电阻R1及R2)设置于集成电路的基板200上。在其他实施例中，分压器(电阻R1及R2)也可以不设置在集成电路20上，而是由外部连接，使得电路设计者可以利用不同的阻值比例设计小范围或大范围的编程。或者，也可以是电阻R1设置在集成电路的基板200上，而电阻R2由外部连接。又或者，电阻R2设置在集成电路的基板200上，而电阻R1由外部连接。引脚D及引脚C分别连接第一外部LED阵列链G1的阳极与阴极，引脚B及引脚A分别连接第二外部LED阵列链G2的阳极与阴极。
图1C绘示依据本发明另一实施例的具有控制电路的另一照明装置的方块示意图。在此实施例中，照明装置2操作于双交流电压源，且具有依据本发明一实施例的控制电路。于此实施例中，第一电压源AC’透过开关S15耦接于整流器100’，以提供低电平交流电压(例如是100±20％V)。第一电压源AC透过开关S25耦接于整流器100，以提供高电平交流电压(例如是200±20％V)。
当开关S15及S25均截止，控制电路10在没有输入电压的前提下无法运作。第一外部LED阵列链G1及第二外部LED阵列链G2均截止。当开关S15导通且开关S25截止，输入电压为低电压电平，第一开关S1及第二开关S2受到开关控制器120的控制下均导通。续流开关D0截止，使得第一外部LED阵列链G1及第二外部LED阵列链G2并联点亮。当开关S15截止且开关S25导通，输入电压为高电压电平，第一开关S1及第二开关S2受到开关控制器120的控制下均截止。续流开关D0导通，使得第一外部LED阵列链G1及第二外部LED阵列链G2串联点亮。
当开关S15及开关S25均导通时，透过导通的开关S15耦接于低电压电平电压源AC’的整流器100’相对逆偏而无法导通。相对地，透过导通的开关S25耦接于高电压电平电压源AC的整流器100相对顺偏而导通，因此，导通的电压源为高电平电压源。第一开关S1及第二开关S2在开关控制器120的控制下均截止。续流开关D0导通，使得第一外部LED阵列链G1及第二外部LED阵列链G2以串联点亮。
图2～4及图6分别绘示依照本发明的多个实施例的照明装置。此些图式的照明装置的主要差异在于控制电路10(绘示于图1A)的形式有所不同。本发明所属技术领域之人，在不脱离本发明的精神与范畴之内，可混合搭配此些实施例中的第一开关S1、第二开关S2、续流开关D0及开关控制器120。进一步来说，本发明所属技术领域之人，可以分别挑选各实施例中任一个第一开关S1、第二开关S2、续流开关D0及开关控制器120，并适当地组合此些元件以成为不同的照明装置。图2～4及6～8所示的照明装置仅为例示，并非用以限定本发明。
请参考图2，在此实施例中，第一开关B1选用npn型BJT，第二开关P1选用pnp型BJT，且续流开关D1选用二极管。第一开关B1具有基极、发射极与集电极，其基极耦接于开关控制器120的第一输出端，其发射极耦接至地端，且其集电极耦接于第一外部LED阵列的阴极与续流开关D1的阳极之间。第二开关P1具有基极、发射极与集电极，其基极耦接于电阻Rp1的低电平端及电阻Rp2的高电平端(亦即，开关控制器120的第二输出端)，其发射极耦接于第一外部LED阵列链的阳极、电阻Rp1的高电平端以及整流器100的直流输出高电平端，且其集电极耦接于第二外部LED阵列链的阳极与续流开关D1的阴极。
开关控制器120包括波峰整流器PR(包括二极管D3及电容C2)、互锁电路LC(包括互锁双载子接面晶体管(BJT)P3、电阻Rp3、电阻Rp4、电阻Rp5、电阻Rc1及N型金氧半场效晶体管(NMOS)M2)、限流电阻Rd1、电阻Rb1、电阻Rp2、二极管D2、电容C1、npn型BJTB2、NMOS M1以及齐纳二极管(Zener diode)Zc。
开关控制器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，其第一输入端(二极管D3的阳极)耦接分压器(包括分压电阻R1及R2)的输出端、其第二输入端(二极管D2的阳极)耦接LED子阵列L6的阳极，其第一输出端(BJT B2的基极、NMOS M1的漏极与电阻Rb1的低电平端)耦接第一开关B1的基极，且其第二输出端(电阻Rp2的高电平端)耦接于第二开关P1的基极与电阻Rp1的低电平端。
在此实施例中，二极管D2的阳极耦接于LED子阵列L6的阳极，且二极管D2的阴极耦接于限流电阻Rd1的高电平端。二极管D2与限流电阻Rd1的设置位置可以互换。电容C1与齐纳二极管Zc并联设置，且耦接于限流电阻Rd1与地端之间。实际上，LED子阵列L6可由一个或多个LEDs所组成而具有适当的顺向电压降，且可作为直流电压源。每当LED子阵列L6点亮时，可以利用LED子阵列L6的顺向电压降，透过二极管D2及限流电阻Rd1对电容C1充电至齐纳二极管Zc的击穿电压(breakdown voltage)VZ。
分压器(电阻R1及R2)用于取样整流后的弦波电压源，波峰整流器PR用以维持取样后的峰值电压，使之作为输入信号送至互锁电路LC。互锁电路LC包括互锁双载子接面晶体管(BJT)P3以及互锁金氧半场效晶体管M2。互锁双载子接面晶体管P3具有基极、发射极与集电极，其基极耦接于电阻Rp4的低电平端与电阻Rp5的高电平端，其发射极耦接电容C1的高电平端、齐纳二极管Zc的阴极、电阻Rd1的低电平端、电阻Rp4的高电平端及电阻Rb1的高电平端，且其集电极耦接电阻Rp3的高电平端。互锁金氧半场效晶体管M2具有门极、源极与漏极，其门极耦接电阻Rc1的高电平端、电容C2的高电平端、电阻Rp3的低电平端及二极管D3的阴极，其源极耦接电阻Rc1的低电平端及电容C2的低电平端，且其漏极耦接电阻Rp5的低电平端。互锁电路LC与波峰整流器PR的结合，可控制第一开关B1、第二开关P1及续流开关D1的导通或截止状态。
取样后的峰值电压横跨于波峰整流器PR的电容C2两端，通过比较取样后的峰值电压与互锁金氧半场效晶体管M2的阀值电压Vth，M2，可以决定互锁电路LC的操作状态。若取样后的峰值小于阀值电压Vth，M2，互锁金氧半场效晶体管M2无法导通，故无法透过电阻Rp5使互锁双载子接面晶体管P3的射基接面(emitter-base junction)顺偏，故互锁双载子接面晶体管P3亦截止。截止的互锁双载子接面晶体管P3无法注入依设计高于阀值电压Vth，M2的升高电压(boost voltage)至电容C2的高电平端，故互锁金氧半场效晶体管M2维持截止。因此，当电压源提供低电压电平时，即进入并联锁定(latch-in-parallel)模式。
相反地，若取样后的峰值电压高于阀值电压，互锁金氧半场效晶体管M2会导通，透过电阻Rp5使互锁双载子接面晶体管P3的射基接面(emitter-base junction)顺偏，使得互锁双载子接面晶体管P3导通。导通的互锁双载子接面晶体管P3注入依设计高于阀值电压Vth，M2的升高电压(boost voltage)至电容C2的高电平端，故互锁金氧半场效晶体管M2维持导通。因此，当电压源提供高电压电平时，即进入串联锁定(latch-in-series)模式。
进一步来说，当电压源为低电压电平(例如为100±20％V)，即便取样后的峰值电压上限仍低于互锁金氧半场效晶体管M2的阀值电压Vth，M2，进入前述的低电压电平并联锁定(latch-in-parallel)模式。于此并联锁定模式下，第一开关B1及npn型双载子接面晶体管B2皆导通。导通的双载子接面晶体管B2，可以通过将第二开关P1的基射接面顺偏，使得第二开关P1导通。当第一开关B1及第二开关P1同时导通，续流开关D1逆偏截止。故于低电压电平，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)及第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)并联点亮。
相对地，当电压源为高电压电平(例如为200±20％V)，即便取样后的峰值电压下限仍高于互锁金氧半场效晶体管M2的阀值电压Vth，M2，进入前述的高电压电平串联锁定(latch-in-series)模式。于此种串联锁定模式下，第一开关B1及npn型双载子接面晶体管B2均截止。截止的双载子接面晶体管B2无法使第二开关P1的基射接面顺偏导通，使得第二开关P1截止。故当第一开关B1及第二开关P1同时截止时，续流开关D1顺偏导通。在高电压电平下，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)及第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)串联点亮。
请参考图3，于此实施例中，第一开关M3为增强型NMOS，第二开关P1为pnp型双载子接面晶体管，且续流开关D1为二极管。第一开关M3具有门极、源极及漏极，其门极耦接开关控制器120的第一输出端，其源极耦接于地端，且其漏极耦接第一外部LED阵列链的阴极与续流开关D1的阳极。第二开关P1具有基极、发射极与集电极，其发射极耦接整流器100的直流输出高电平端、电阻R1的高电平端、第一外部LED阵列链的阳极与电阻Rp1的高电平端，其基极耦接电阻Rp1的低电平端及开关控制器120的第二输出端，且其集电极耦接续流开关D1的阴极与第二外部LED阵列链的阳极。
开关控制器120包括波峰整流器PR(包括二极管D3及电容C2)、互锁电路LC1(包括互锁双载子接面晶体管P3、电阻Rd4、电阻Rd5、电阻Rc1及比较器CA1)、电阻Rp2、限流电阻Rd1、分压器(电阻Rd2及Rd3)、金氧半场效晶体管M4、二极管D2、电容C1及并联调节器X1。开关控制器120具有第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，其第一输入端(二极管D3的阳极)耦接分压器(电阻R1及R2)的输出端，其第二输入端(二极管D2的阳极)耦接LED子阵列L6的阳极，其第一输出端(比较器CA1的输出端、双载子接面晶体管P3的基极及电阻Rd5的低电平端)耦接第一开关M3的门极与N型金氧半场效晶体管M4的门极，且其第二输出端(电阻Rp2的高电平端)耦接电阻Rp1的低电平端及第二开关P1的基极。
在此实施例中，二极管D2的阳极耦接于LED子阵列L6的阳极，且二极管D2的阴极耦接于限流电阻Rd1的高电平端。二极管D2与限流电阻Rd1的设置位置可以互换。电容C1与并联调节器X1并联设置，且耦接于限流电阻Rd1与接地端之间。LED子阵列L6的形式相同于前述，当LED子阵列L6点亮时，其顺向电压降可作为一直流电压源，透过限流电阻Rd1及二极管D2对电容C1充电至由并联调节器X1所调节的电压电平
分压器(电阻R1及R2)用以取样整流后的弦波电压源，且波峰整流器PR用以维持取样后的电压的峰值，作为互锁电路LC1的输入信号。互锁电路LC1包括比较器CA1及互锁双载子接面晶体管P3。比较器CA1具有非反相输入端、反相输入端及输出端，其非反相输入端耦接于并联调节器X1的参考端，以馈入(fed with)一参考电压(例如是2.5V)作为比较基准，其反相输入端耦接于电容C2的高电平端，并馈入取样后的峰值作为比较，且其输出端耦接于互锁双载子接面晶体管P3的基极、第一开关M3的门极，并透过N型金氧半场效晶体管M4及电阻Rp2耦接于第二开关P1的基极，以控制第一及第二开关的导通或截止状态。
比较器CA1的反相输入端接收取样后的峰值电压后，与其非反相输入端所接收的参考电压作比较。当取样后的峰值电压低于参考电压时，比较器CA1的输出端电平将升至电容端电压Vc，使得互锁双载子接面晶体管P3的基射端无法顺偏，由此关闭互锁双载子接面晶体管P3。关闭的互锁双载子接面晶体管P3无法提供依设计高于参考电压的升压电压至比较器CA1的反相输入端，使得互锁双载子接面晶体管P3维持截止。如此，当电压源为低电压电平，进入前述的并联锁定(latch-in-parallel)模式。
相对地，当取样后的峰值电压高于参考电压，比较器CA1的输出端电平将降至接地电平，使得互锁双载子接面晶体管P3的基射端顺偏，藉以导通互锁双载子接面晶体管P3。导通的互锁双载子接面晶体管P3提供依设计高于参考电压的升压电压至电容C2的高电平端，使得互锁双载子接面晶体管P3维持导通。如此，当电压源为高电压电平，进入前述的串联锁定(latch-in-series)模式。
进一步而言，当电压源为低电压电平(例如是100±20％V)时，即便其取样后的峰值上限依设计仍低于并联调节器X1的参考电压，因而进入前述的低电压电平的并联锁定状态。于此并联锁定状态，第一开关M3及N型金氧半场效晶体管M4均导通。导通的N型金氧半场效晶体管M4透过电阻Rp2将第二开关P1的基射接面顺偏，使得第二开关P1导通。也就是说，第一开关M3及第二开关P1同时导通，续流开关D1逆偏截止。于低电压电平时，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列(包括LED子阵列L4、L5及L6)并联点亮。
相对地，当电压源为高电压电平(例如是200±20％V)，即便其取样后的峰值电压的下限依设计仍高于并联调节器X1的参考电压，因而进入前述的高电压电平的串联锁定状态。于此串联锁定状态，第一开关M3及N型金氧半场效晶体管M4均截止。截止的N型金氧半场效晶体管M4无法透过电阻Rp1将第二开关P1的基射接面顺偏，使得第二开关P1亦截止。也就是说，第一开关M3及第二开关P1同时截止，续流开关D1顺偏导通。在高电压电平时，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列(包括LED子阵列L4、L5及L6)串联点亮。
请参考图4，在此实施例中，第一开关M3为增强型(enhancementmode)N型金氧半场效晶体管(NMOS)，第二开关M5为空乏型(depletion mode)NMOS，且续流开关D1为二极管。第一开关M3具有门极、源极与漏极，其门极耦接于开关控制器120的第一输出端，其源极耦接至接地端，且其漏极耦接于第一外部LED阵列链的阴极与续流开关D1的阳极。第二开关M5具有门极、源极与漏极，其门极耦接于电阻Rm1的低电平端、齐纳二极管Z1的阳极与开关控制器120的第二输出端，其源极耦接于电阻Rm1的高电平端、齐纳二极管Z1的阴极、续流开关D1的阴极与第二外部LED阵列链的阳极，且其漏极耦接于整流器100的直流输出高电平端、电阻R1的高电平端及第一外部LED阵列链的阳极。
开关控制器120包括波峰整流器PR(包括二极管D3及电容C2)、互锁电路LC2(包括互锁双载子接面晶体管P3、电阻Rd4、电阻Rd5及比较器CA3)、限流电阻Rd1、分压器(电阻Rd2及Rd3)、比较器CA2、二极管D2、电容C1及并联调节器X。开关控制器120具有第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，其第一输入端(二极管D3的阳极)耦接分压器(电阻R1及R2)的输出端，其第二输入端(二极管D2的阳极)耦接LED子阵列L6的阳极，其第一输出端(比较器CA3的输出端、互锁双载子接面晶体管P3的基极、电阻Rd5的低电平端及比较器CA2的反相输入端)耦接第一开关M3的门极，且其第二输出端(电阻Rm2的高电平端)耦接齐纳二极管Zi的阳极、电阻Rm1的低电平端及第二开关M5的门极。
在此实施例中，二极管D2的阳极耦接至LED子阵列L6的阳极，且其阴极耦接限流电阻Rd1的高电平端。二极管D2与限流电阻Rd1的设置位置可互换。电容C1与并联调节器X并联，且耦接于限流电阻Rd1与地端之间。LED子阵列L6的结构以及电容C1的充电方式与图3所示者相同或相似。
分压器(电阻R1及R2)用以取样整流后的弦波电压源，波峰整流器PR用以维持取样后的峰值电压，以作为互锁电路LC2的输入信号。互锁电路LC2包括比较器CA3及互锁双载子接面晶体管P3。比较器CA3的非反相输入端耦接于并联调节器X的参考端及比较器CA2的非反相输入端，并馈入参考电压(例如为2.5V)作为比较基准，比较器CA3的反相输入端耦接电容C2的高电平端，并馈入取样后的峰值电压以与参考电压作比较，比较器CA3的输出端耦接互锁双载子接面晶体管P3的基极、第一开关M3的门极、电阻Rd5的低电平端及比较器CA2的反相输入端，以控制第一开关M3及第二开关M5的导通或截止状态。
比较器CA3的反相输入端接收取样后的峰值电压后，与其非反相输入端所接收的参考电压作比较。当取样后的峰值电压低于参考电压，比较器CA3的输出端电平将上升至端电压Vc，使互锁双载子接面晶体管P3的基射接面无法顺偏，藉以截止互锁双载子接面晶体管P3。截止的互锁双载子接面晶体管P3无法注入依设计高于参考电压的升压电压至电容C2的高电平端，使互锁双载子接面晶体管P3维持截止。因此，当输入电压为低电压电平，即进入并联锁定模式。
相对地，当取样后的峰值电压高于参考电压，比较器CA3的输出端的电压电平将降至接地电平，使得互锁双载子接面晶体管P3的基射接面顺偏，由此导通互锁双载子接面晶体管P3。导通的互锁双载子接面晶体管P3将注入依设计高于参考电压的升压电压至电容C2的高电平端，使得互锁双载子接面晶体管P3维持导通。因此，当输入电压为高电压电平，即进入串联锁定模式。
更进一步来说，当电压源为低电压电平(例如为100±20％V)，即便其取样后峰值电压的上限依设计仍低于并联调节器X的参考电压，进入前述的低电压电平的并联锁定模式。于此并联锁定模式，第一开关M3导通且N型金氧半场效晶体管M4截止。截止的N型金氧半场效晶体管M4使得第二开关M5的闸源极间无电位差，故第二开关M5导通。第一开关M3及第二开关M5同时导通，续流开关D1逆偏截止。于低电压电平时，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)并联点亮。
相对地，当电压源为高电压电平(例如为200±20％V)，即便取样后的峰值电压的下限依设计仍高于并联调节器X的参考电压，使得互锁电路LC2进入前述的高电压电平的串联锁定模式。在此串联锁定模式，第一开关M3截止且N型金氧半场效晶体管M4导通。导通的N型金氧半场效晶体管M4提供第二开关M5的闸源极间足够负的电位差，使得第二开关M5截止。第一开关M3及第二开关M5同时截止，续流开关D1顺偏导通。在高电压电平时，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)串联点亮。
图5(a)、5(b)及5(c)绘示依据本发明的实施例中，可适用于图3及4的不同种比较器的示意图。所绘示的比较器均具有五端：一非反相输入端V11、一反相输入端V12、一输出端VO、一电源端VCC及一接地端。此些比较器的差异在于是否存在一内部上拉(pull-up)开关SW+、一外部上拉电阻R+介于电源端VCC及输出端VO，以及一内部下拉开关SW-、一外部下拉电阻R-介于输出端VO及接地端。各开关SW+或开关SW-可以但不限于金氧半场效晶体管或双载子接面晶体管。
图5(a)绘示一第一型比较器，其具有开关SW+及开关SW-，其中开关SW+介于电源端VCC及输出端VO，开关SW-介于输出端VO及接地端。每当非反相输入端V11的电平高于反相输入端V12的电平，开关SW+导通且开关SW-截止，使得比较器输出端的电平透过开关SW+拉高。每当非反相输入端V11的电平低于反相输入端V12的电平，开关SW+截止且开关SW-导通，使得比较器输出端的电平透过开关SW-拉低。
图5(b)绘示一第二型比较器，其具有电阻R+及开关SW-，其中电阻R+介于电源端VCC及输出端VO，开关SW-介于输出端VO及接地端。每当非反相输入端V11的电平高于反相输入端V12的电平，开关SW-截止，使得比较器输出端的电平透过电阻R+拉高。每当非反相输入端V11的电平低于反相输入端V12的电平，开关SW-导通，使得比较器输出端的电平透过开关SW-拉低。
图5(c)绘示一第三型比较器，其具有电阻R-及开关SW+，其中开关SW+介于电源端VCC及输出端VO，电阻R-介于输出端VO及接地端。每当非反相输入端V11的电平高于反相输入端V12的电平，开关SW+导通，使得比较器输出端的电平透过开关SW+拉高。每当非反相输入端V11的电平低于反相输入端V12的电平，开关SW+截止，使得比较器输出端的电平透过电阻R-拉低。
请参考图6，于此实施例中，第一开关X6为一增强型NMOS，第二开关X3为一增强型NMOS，且续流开关X11系一增强型NMOS。第一开关X6具有门极、源极与漏极，其门极耦接开关控制器120的第一输出端，其源极耦接至地，且其漏极耦接至第一外部LED阵列链的阴极、续流开关X11的源极、齐纳二极管Z2的阳极及电阻Rx8的低电平端。第二开关X3具有门极、源极与漏极，其门极耦接电阻Rk4的低电平端、电阻Rk9的高电平端、齐纳二极管D6的阴极以及双载子接面晶体管Q11的发射极(亦即，开关控制器120的第二输出端)，其源极耦接续流开关X11的漏极、第二外部LED阵列链的阳极、双载子接面晶体管Q11的集电极以及齐纳二极管D6的阳极，其漏极耦接LED子阵列L0的阴极以及第一外部LED阵列的阳极。
开关控制器120包括波峰整流器PR(包括二极管D3及电容C2)、互锁电路LC3(包括互锁双载子接面晶体管Q8、电阻Rd2、电阻Rd3、电阻Rx3、电阻Rx4、电阻Rx5及互锁双载子接面晶体管Q5)、限流电阻Rd1、电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Rx6、电阻Rx7、电阻Rx8、电阻Rk1、电阻Rk2、电阻Rk3、电阻Rk4、电阻Rk5、电阻Rk9、二极管D2、二极管D5、二极管D10、二极管D16、电容C1、N型金氧半场效晶体管X7、N型金氧半场效晶体管X12、N型金氧半场效晶体管X13、pnp型双载子接面晶体管Q3、pnp型双载于接面晶体管Q11、齐纳二极管D6、齐纳二极管D7、齐纳二极管D8、齐纳二极管Z2、齐纳二极管Z3、齐纳二极管Z4及齐纳二极管Zc。
开关控制器120具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端及第三输出端，其第一输入端(二极管D3的阳极)耦接分压器(电阻R1及R2)的输出端，其第二输入端(二极管D2的阳极)耦接LED子阵列L6的阳极，其第一输出端(齐纳二极管D7的阴极、二极管D5的阳极以及电阻Rx1的低电平端)耦接第一开关X6的门极，其第二输出端(电阻Rk4的低电平端、齐纳二极管D6的阴极、pnp双载子接面晶体管Q11的发射极，以及电阻Rk9的高电平端)耦接第二开关的门极，且其第三输出端(电阻Rx7的低电平端、齐纳二极管Z2的阴极以及电阻Rx8的高电平端)耦接续流开关X11的门极。
在此实施例中，二极管D2的阳极耦接LED子阵列L6的阳极，且二极管D2的阴极耦接限流电阻Rd1的高电平端。二极管D2与限流电阻Rd1的设置位置可以互换。电容C1与齐纳二极管Zc并联设置，且耦接于限流电阻Rd1与地端之间。每当由一个或多个LED所组成的LED子阵列L6点亮时，LED子阵列L6的适当的顺向电压降可以作为一直流电压源，使得电容C1可以透过二极管D2与限流电阻Rd1充电至齐纳二极管Zc的击穿电压。
分压器(电阻R1及R2)用以取样整流后的弦波电压源，且波峰整流器PR用以维持取样的峰值电压，作为互锁电路LC3的输入信号。互锁电路LC3包括互锁双载子接面晶体管Q8以及互锁双载子接面晶体管Q5。互锁双载子接面晶体管Q8具有基极、发射极与集电极，其基极耦接于电阻Rd2的低电平端，其发射极耦接至地端，且其集电极耦接于电阻Rx5的低电平端以及二极管D5及D10的阴极。互锁双载子接面晶体管Q5具有基极、发射极与集电极，其基极耦接至电阻Rx4的低电平端及电阻Rx5的高电平端，其发射极耦接电容C1的高电平端、齐纳二极管Zc的阴极、电阻Rd1的低电平端以及电阻Rx4的高电平端，且其集电极耦接于电阻Rx3的高电平端。电阻Rd2是用作一防箝位(anti-clamping)电阻。互锁电路LC3与波峰整流器PR可用以控制第一开关X6、第二开关X3及续流开关X11的导通或截止状态。
取样后的峰值电压系横跨于波峰整流器PR的电容C2的两端，此取样后的峰值电压与互锁双载子接面晶体管Q8的切入电压(cut-involtage)作比较后，决定互锁电路LC3的操作模式。当取样后的峰值电压低于切入电压，互锁双载子接面晶体管Q8无法导通，故无法透过电阻Rx5使互锁双载子接面晶体管Q5的基射接面顺偏，故互锁双载子接面晶体管Q5截止。截止的互锁双载子接面晶体管Q5无法注入高于切入电压的升压电压至电容C2的高电平端，因而互锁双载子接面晶体管Q5维持截止。即，输入电压于低电平时，进入并联锁定模式。
相反地，当取样后的峰值电压高于切入电压，互锁双载子接面晶体管Q8导通，故透过电阻Rx5使互锁双载子接面晶体管Q5的基射接面顺偏，故互锁双载子接面晶体管Q5导通。导通的互锁双载子接面晶体管Q5注入高于切入电压的升压电压至电容C2的高电平端，因而互锁双载子接面晶体管Q5维持导通。即，输入电压于高电平时，进入串联锁定模式。
进一步来说，当电压源为低电压电平(例如为100±20％V)，即便取样后的峰值电压的上限依设计仍低于互锁双载子接面晶体管Q8的切入电压，进入前述的低电压电平的并联锁定模式。第一开关X6及N型金氧半场效晶体管X12皆导通。导通的N型金氧半场效晶体管X12将N型金氧半场效晶体管X7的门极电平拉低且使双载子接面晶体管Q11的基射接面无法顺偏，使得第二开关X3导通，故第一开关X6及第二开关X3同时导通。此外，双载子接面晶体管Q3截止，使得续流开关X11闸源极间的内部(intrinsic)电容放电，续流开关X11截止。故于低电压电平，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)并联点亮。
相对地，当输入电压为高电压电平(例如为200±20％V)，即便取样后的峰值电压的下限依设计仍高于互锁双载子接面晶体管Q8的切入电压，进入前述的高电压电平的串联锁定模式。于此串联锁定模式，第一开关X6及N型金氧半场效晶体管X12皆截止。截止的N型金氧半场效晶体管X12无法拉低N型金氧半场效晶体管X7的门极电平且使双载子接面晶体管Q11的基射接面顺偏，故第二开关X3截止，第一开关X6及第二开关X3同时截止。此外，双载子接面晶体管Q3导通，对续流开关X11闸源极间的内部(intrinsic)电容充电，续流开关X11导通。故于高电压电平，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)串联点亮。
请参考图7，于此实施例的照明装置更包括电流调节器R及电流调节器R’。电流调节器R包括N型金氧半场效晶体管Ma、电阻Rd、电阻Ra及双载子接面晶体管Ba。N型金氧半场效晶体管Ma具有门极、源极与漏极，其门极耦接于双载子接面晶体管Ba的集电极及电阻Ra的低电平端，其源极耦接双载子接面晶体管Ba的基极及电阻Rd的高电平端，且其漏极耦接整流器100直流输出高电平端及电阻Ra的高电平端。双载子接面晶体管Ba基极耦接N型金氧半场效晶体管Ma的源极及电阻Rd的高电平端，其发射极耦接电阻Rd的低电平端及第一外部LED阵列链的阳极，且其集电极耦接N型金氧半场效晶体管Ma的门极及电阻Ra的低电平端。电流调节器R’包括N型金氧半场效晶体管Ma’、电阻Rd’、电阻Ra’及双载子接面晶体管Ba’。电流调节器R’的结构相似于电流调节器R，其相似之处于此不再赘述。
当第一及第二外部LED阵列链并联点亮，通过第一外部LED阵列链的电流受到电流调节器R的调节而具有电流电平其中Vbe，Ba表示双载子接面晶体管Ba的切入电压，Rd表示限流电阻Rd的阻值。相似地，通过第二外部LED阵列链的电流受到电流调节器R’的调节而具有电流电平其中Vbe，Ba′表示双载子接面晶体管Ba’的切入电压，Rd′表示限流电阻Rd’的阻值。另一方面，当第一及第二外部LED阵列链串联点亮，通过第一及第二外部LED阵列链的电流受到电流调节器R的调节而具有电流电平
于此实施例中，第一开关M7系选用N型金氧半场效晶体管，第二开关P1系选用pnp型双载子接面晶体管，且续流开关D1系选用二极管。第一开关M7具有门极、源极与漏极，其门极耦接开关控制器120的第一输出端，其源极耦接地端，且其漏极耦接第一外部LED阵列链的阴极与续流开关D1的阳极。第二开关P1具有基极、发射极与集电极，其基极耦接电阻r7的低电平端及电阻r8的高电平端，其发射极耦接整流器100直流输出端的高电平端、电流调节器R的高电平端及电阻r7的高电平端，且其集电极耦接电流调节器R’的高电平端。
开关控制器120包括波峰整流器PR(包括二极管PR及电容C2)、互锁电路LC4(包括互锁双载子接面晶体管B4、电阻r3、电阻r9、电阻r10、电阻r11及互锁并联调节器X)、限流电阻Rb、电阻、r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、二极管D2、电容C1、二极管D5、二极管D10、齐纳二极管D7、齐纳二极管D8及齐纳二极管Zb。开关控制器120具有其第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，其第一输入端(二极管D3的阳极)耦接分压器(电阻R1及R2)的输出端，其第二输入端(电阻Rb的高电平端)耦接LED子阵列L6的阳极，其第一输出端(齐纳二极管D7的阴极及电阻r6的低电平端)耦接第一开关M7的门极，且其第二输出端(电阻r7的低电平端及电阻r8的高电平端)耦接第二开关P1的基极。
二极管D2的阳极耦接电阻Rb的低电平端，且其阴极耦接电容C1的高电平端、齐纳二极管Zb的阴极与双载子接面晶体管B4的发射极。二极管D2与限流电阻Rb的设置位置可以互换。电容C1与齐纳二极管Zb并联设置，并耦接于二极管D2的阴极与接地端之间。每当LED子阵列L6点亮时，由一个或多个LED所组成的LED子阵列L6具有一适当的顺向电压降，可作为直流电压源并透过二极管D2及限流电阻Rb对电容C1充电至齐纳二极管Zb的击穿电压。
分压器(电阻R1及R2)用以取样整流后的弦波电压源，且波峰整流器PR用作维持取样后的峰值电压作为互锁电路LC4的输入信号。互锁双载子接面晶体管B4具有基极、发射极与集电极，其基极耦接于电阻r10的低电平端及电阻r11的高电平端，其发射极耦接电容C1的高电平端、齐纳二极管Zb的阴极、二极管D2的阴极及电阻r10的高电平端，且其集电极耦接电阻r9的高电平端。互锁并联调节器X具有参考端、阴极与阳极，其参考端耦接电阻r9的低电平端、电阻r3的高电平端、电容C2的高电平端及二极管D3的阴极，其阴极耦接电阻r11的低电平端、二极管D10的阴极及二极管D5的阴极，且其阳极耦接电阻r3的低电平端及电容C2的低电平端。互锁电路LC4与波峰整流器PR共同控制第一开关M7及第二开关P1的导通或截止状态，以及横跨于续流开关D1两端的电平的顺偏或逆偏。
取样后的峰值电压横跨于波峰整流器PR的电容C2两端，且取样后的峰值电压系与互锁并联调节器X的参考电压(Vref，X3)作比较，以决定互锁电路LC4的操作模式。当取样后的峰值电压低于参考电压Vref，X3，互锁并联调节器X无法导通，故无法透过电阻r11将互锁双载子接面晶体管B4的基射接面顺偏，使得互锁双载子接面晶体管B4截止。截止的互锁双载子接面晶体管B4无法注入依设计高于参考电压Vref，X3的升压电压于电容C2的高电平端，使得互锁并联调节器X维持截止，至此，进入低电压电平的并联锁定模式。
相对地，当取样后的峰值电压高于参考电压Vref，X3，互锁并联调节器X导通，透过电阻r11将互锁双载子接面晶体管B4的基射接面顺偏，使得互锁双载子接面晶体管B4导通。导通的互锁双载子接面晶体管B4注入依设计高于参考电压Vref，X3的升压电压于电容C2的高电平端，使得互锁并联调节器X维持导通，至此，进入高电压电平的串联锁定模式。
进一步来说，当电压源为低电压电平(例如是100±20％V)，即便取样后的峰值电压的上限，依设计仍低于互锁并联调节器X的参考电压Vref，X3，故进入低电压电平的并联锁定模式。在此并联锁定模式中，第一开关M7及N型金氧半场效晶体管M6皆导通。导通的N型金氧半场效晶体管M6，可以透过电阻r8将第二开关P1的基射接面顺偏，藉以导通第二开关P1。在低电压电平，第一开关M7及第二开关P1同时导通，续流开关D1逆偏截止，使得第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)并联点亮，且分别受到调节后的电流及电流所驱动。
相对地，当电压源为高电压电平(例如是200±20％V)，即便取样后的峰值电压的下限，依设计仍高于互锁并联调节器X的参考电压Vref，X3，即进入高电压电平的串联锁定模式。在此串联锁定模式中，第一开关M7及N型金氧半场效晶体管M6皆截止。截止的N型金氧半场效晶体管M6，无法透过电阻r8将第二开关P1的基射接面顺偏，使得第二开关P1亦截止。于高电压电平，第一开关M7及第二开关P1同时截止，续流开关D1顺偏导通，使得第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)串联点亮，且两外部LED阵列链受到调节后的电流所驱动。
请参考图8，在此实施例中，照明装置更包括电流调节器R及电流调节器R’，在图8的电流调节器R及电流调节器R’的结构相似于图7，其相似之处容此不多赘述，图8中，电流调节器R’又可以作为第二开关S2。
当第一及第二外部LED阵列链并联点亮时，通过第一外部LED阵列链的电流受到电流调节器R的调节而具有电流电平其中Vbe，Ba表示双载子接面晶体管Ba的切入电压，Rd表示电流检测电阻Rd的阻值。相似地，通过第二外部LED阵列链的电流受到电流调节器R’的调节而具有电流电平其中Vbe，Ba′表示双载子接面晶体管Ba’的切入电压，Rd′表示电流检测电阻Rd’的阻值。相对地，当第一及第二外部LED阵列链串联导通时，通过第一及第二外部LED阵列链的电流由电流调节器R所调控并具有电流电平
在此实施例中，第一开关M7为增强型模式的N型金氧半场效晶体管，第二开关S2为电流调节器R’，且续流开关D1为二极管。第一开关M7具有门极、源极与漏极，其门极耦接于开关控制器120的第一输出端，其源极耦接至地端，且其漏极耦接于第一外部LED阵列链的阴极以及续流开关D1的阳极。第二开关S2(电流调节器R’)具有受控端、第一通道端及第二通道端，其受控端耦接开关控制器120的第二输出端(双载子接面晶体管B3的发射极与电阻r7的高电平端)，其第一通道端耦接整流器100的直流输出高电平端，且其第二通道端耦接第二外部LED阵列链的阳极与续流开关D1的阴极。
开关控制器120包括波峰整流器PR(包括二极管D3及电容C2)、互锁电路LC5(包括互锁双载子接面晶体管B4、电阻r3、电阻r9、电阻r10、电阻r11及互锁并联调节器X)、限流电阻Rb、电阻r6、电阻r7、电阻r8、二极管D2、二极管D5、电容C1、齐纳二极管D7、齐纳二极管Zb。开关控制器120具有第一输入端、第二输入端、第一输出端及第二输出端，其第一输入端(二极管D3的阳极)耦接分压器(电阻R1及R2)的输出端、第二输入端(电阻Rb的高电平端)耦接LED子阵列L6的阳极，其第一输出端(齐纳二极管D7的阴极与电阻r6的低电平端)耦接第一开关M7的门极，且其第二输出端(电阻r7的高电平端与双载子接面晶体管B3的发射极)耦接电阻Ra’的低电平端、双载子接面晶体管Ba’的漏极与第二开关S2中N型金氧半场效晶体管Ma’的门极。
在此实施例中，二极管D2的阳极耦接于限流电阻Rb的低电平端，且其阴极耦接于电容C1的高电平端。二极管D2与限流电阻的设置位置可以互换。电容C1与齐纳二极管Zb并联，且耦接于二极管D2的阴极与地端之间。每当由一个或多个LED所组成的LED子阵列L6点亮时，其可当作一直流电压源提供一适当的顺向电压降，透过二极管D2及限流电阻Rb以供应电容C1充电至齐纳二极管Zb的击穿电压。
分压器(电阻R1及R2)用以取样整流后的弦波电压源，且波峰整流器PR用以维持取样后的峰值电压以作为互锁电路LC5的输入信号。互锁双载子接面晶体管B4具有基极、发射极与漏极，其基极耦接于电阻r10的低电平端及电阻r11的高电平端，其发射极耦接电容C1的高电平端、齐纳二极管Zb的阴极、二极管D2的阴极与电阻r10的高电平端，且其漏极耦接电阻r9的高电平端。互锁并联调节器X具有参考端、阴极与阳极，其参考端耦接电阻r9的低电平端、电阻r3的高电平端、电容C2的高电平端以及二极管D3的阴极，其阴极耦接电阻r11的低电平端及二极管D5的阴极，且其阳极耦接电阻r3的低电平端及电容C2的低电平端。互锁电路LC5与波峰整流器PR共同控制第一开关M7与第二开关S2(电流调节器R’)的导通与截止状态，以及横跨于续流开关D1两端的电平的顺偏与逆偏。
取样后的峰值电压横跨于波峰整流器PR的电容C2的两端。比较取样后的峰值电压与互锁并联调节器X的参考电压Vref，X，以决定互锁电路LC5的操作模式。当取样后的峰值电压低于参考电压Vref，X时，互锁并联调节器X无法导通，无法透过电阻r11使得互锁双载子接面晶体管B4的基射接面顺偏，故互锁双载子接面晶体管B4截止。截止的互锁双载子接面晶体管B4无法注入依设计高于参考电压Vref，X的升压电压于电容C2的高电平端，使得互锁并联调节器X维持截止。因而，输入电压于低电压电平时，即进入并联锁定模式。
相对地，当取样后的峰值电压高于参考电压Vref，X时，互锁并联调节器X导通，透过电阻r11使得互锁双载子接面晶体管B4的基射接面顺偏，故互锁双载子接面晶体管B4导通。导通的互锁双载子接面晶体管B4注入依设计高于参考电压Vref，X的升压电压于电容C2的高电平端，使得互锁并联调节器X维持导通。因而，输入电压于高电压电平时，进入串联锁定模式。
进一步而言，当电压源为低电压电平(例如是100±20％V)，即便取样后的峰值电压的上限依设计仍低于互锁并联调节器X的参考电压Vref，X，因而进入前述的低电压电平的并联锁定模式。于此并联锁定模式，第一开关M7导通且双载了接面晶体管B3截止。N型金氧半场效晶体管Ma’的门极与源极无法被截止的双载子接面晶体管B3短路，使得第二开关S2导通。第一开关M7及第二开关S2同时导通，续流开关D1逆偏截止。于低电压电平时，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列链(包括LED于阵列L4、L5及L6)分别由调节后的电流及并联点亮。
相对地，当电压源为高电压电平(例如是200±20％V)，即便取样后的峰值电压的下限依设计仍高于互锁并联调节器X的参考电压Vref，X，因而进入前述的高电压电平的串联锁定模式。于此串联锁定模式，第一开关M7截止且双载子接面晶体管B3导通。N型金氧半场效晶体管Ma’的门极与源极被导通的双载子接面晶体管B3短路，使得第二开关S2截止。第一开关M7及第二开关S2同时截止，续流开关D1顺偏导通。于高电压电平时，第一外部LED阵列链(包括LED子阵列L1、L2及L3)与第二外部LED阵列链(包括LED子阵列L4、L5及L6)由调节后的电流串联点亮。
综上所述，依据本发明之前述优选的实施例所提出的LED照明装置可以适用于双电压电平(100±20％V及200±20％V)的操作范围，特别是搭配传统耦接于交流电压源的LED光引擎时，不但符合全球的需求且具有许多优点：高驱动效率(driver efficiency)、高功率因数(power factor，PF)、高产品可制造性(product manufacturability)、高产品可靠度(product reliability)、低材料成本(bill of materials cost，BOM cost)、较少的元件组成(parts count)、较低的维护费用、较低的总谐波失真(total harmonic distortion，THD)、无传导与辐射电磁干扰(conducted and radiated electromagnetic interference，EMI)、不需要通孔元件(through-hole components)、不需要电解电容(electrolyticcapacitors)、不需要电磁元件(magnetic components)以及线电压调节紧缩(tight line regulation)等功效。
依上述内容已描述了本发明的原理、优选实施例以及操作模式。然而，本发明不应被理解成受限于讨论过的特定实施例。相反地，以上所描述的实施例应该被视为例示而非限制，并且应该要体认为在不脱离以下申请专利范围所定义的本发明范围的情况之下，所属技术领域中具有通常知识者可对这些实施例做出变化。

Claims (20)

1.一种控制电路，用以自动配置发光二极管阵列链以串联或并联点亮，包括：
第一开关，该第一开关耦接在第一外部发光二极管阵列链的阴极与地之间；
第二开关，该第二开关耦接在至少一个外部电压源与第二外部发光二极管阵列链的阳极之间；
续流开关，该续流开关的通道位于所述第一外部发光二极管阵列链的所述阴极与所述第二外部发光二极管阵列链的所述阳极之间；以及
开关控制器，该开关控制器耦接于分压器的输出端，以检测由该分压器取样的所述至少一个外部电压源的取样电压并比较该取样电压与内生的参考电压或内生的阀值电压作比较，其中，当所述至少一个外部电压源提供低电压电平的输入电压，该开关控制器同时导通所述第一开关及所述第二开关，且该续流开关截止，使得所述第一外部发光二极管阵列链与所述第二外部发光二极管阵列链并联点亮，以及
当所述至少一个外部电压源提供高电压电平的输入电压，所述开关控制器同时截止所述第一开关及所述第二开关，且所述续流开关导通，使所述第一外部发光二极管阵列链与所述第二外部发光二极管阵列链串联点亮。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述第一开关及所述第二开关各包括双载子接面晶体管或金氧半场效晶体管。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述续流开关包括二极管，其中，该二极管的阳极耦接所述第一开关，该二极管的阴极耦接所述第二开关。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述续流开关的通道耦接所述第一开关与所述第二开关之间，所述续流开关包括晶体管，该晶体管包括第一端、第二端以及受控端，所述续流开关的通道位于该第一端及该第二端之间，且该晶体管的该受控端耦接于所述开关控制器。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其中，所述晶体管是金氧半场效晶体管、双载子接面晶体管或接面场效晶体管。
6.根据权利要求1所述的控制电路，还包括第一电流调节器和第二电流调节器，该第一电流调节器耦接所述第一外部发光二极管阵列链，该第二电流调节器耦接所述第二外部发光二极管阵列链，并且所述开关控制器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，该第一输入端耦于所述分压器的所述输出端，以检测所述至少一个外部电压源的所述取样电压，该第二输入端耦接所述第二外部发光二极管阵列链，以获取所述第二外部发光二极管阵列链的顺向电压降的一部分电压，该第一输出端耦接于所述第一开关的控制端，该第二输出端耦接于所述第二开关的控制端，并且所述开关控制器根据该第一输入端和该第二输入端所接收的信号，对应地通过该第一输出端及该第二输出端输出信号，以控制所述第一开关和所述第二开关的导通或截止。
7.根据权利要求6所述的控制电路，其中，所述第二电流调节器是所述第二开关，并且所述第二电流调节器包括两个晶体管。
8.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述开关控制器包括：
二极管，该二极管的阳极耦接于所述第二外部发光二极管阵列链；
限流电阻，该限流电阻耦接该二极管的阴极；以及
第一电容，该第一电容耦接于所述限流电阻与接地端之间。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其中，所述开关控制器还包括齐纳二极管，该齐纳二极管并联于所述第一电容。
10.根据权利要求8所述的控制电路，其中，所述开关控制器还包括：
波峰整流器，该波峰整流器耦接所述分压器的输出端，用以将所述至少一个电压源经所述分压器所输出的分压保持于直流脉冲的波峰值。
11.根据权利要求10所述的控制电路，其中，所述开关控制器还包括：
互锁电路，该互锁电路耦接所述波峰整流器，该互锁电路包括互锁双载子接面晶体管和互锁金氧半场效晶体管，该互锁双载子接面晶体管的发射极耦接所述第一电容，该互锁双载子接面晶体管的集电极耦接该互锁金氧半场效晶体管的门极。
12.根据权利要求9所述的控制电路，其中，所述开关控制器还包括：
互锁电路，该互锁电路耦接所述限流电阻，该互锁电路包括第一互锁双载子接面晶体管和第二互锁双载子接面晶体管，该第一互锁双载子接面晶体管的发射极耦接所述第一电容，该第一互锁双载子接面晶体管的集电极耦接该第二互锁双载子接面晶体管的基极。
13.根据权利要求12所述的控制电路，其中，所述第二互锁双载子接面晶体管的集电极通过一个二极管耦接所述第一开关，以控制所述第一开关的导通或截止，且所述第二互锁双载子接面晶体管的集电极通过另一个二极管耦接一晶体管开关，以控制所述第二开关和所述续流开关的导通或截止。
14.根据权利要求10所述的控制电路，其中，所述开关控制器还包括：
互锁双载子接面晶体管，该互锁双载子接面晶体管的发射极耦接所述第一电容，并且该互锁双载子接面晶体管的集电极耦接于所述波峰整流器。
15.根据权利要求14所述的控制电路，其中，所述开关控制器还包括：
并联调节器，该并联调节器的阴极与阳极分别耦接所述第一电容的两端；
另一分压器，该另一分压器的输出端耦接于所述并联调节器的参考端，且该另一分压器的两端耦接所述第一电容的两端；以及
比较器，该比较器具有反相输入端、非反相输入端和输出端，该非反相输入端耦接该另一分压器的分压节点，该反相输入端耦接所述波峰整流器，且该输出端耦接于所述第一开关，且该输出端还通过一晶体管耦接于所述第二开关，以控制所述第一开关和所述第二开关的导通或截止。
16.根据权利要求14所述的控制电路，其中，所述开关控制器还包括：
并联调节器，该并联调节器的阴极与阳极分别耦接所述第一电容的两端；
另一分压器，该另一分压器的输出端耦接于该并联调节器的参考端，且该另一分压器的两端耦接所述第一电容的两端；
第一比较器，该第一比较器具有第一反相输入端、第一非反相输入端和第一输出端，该第一非反相输入端耦接该另一分压器的输出端，该第一反相输入端耦接所述波峰整流器，且该第一输出端耦接于所述第一开关，以控制所述第一开关的导通或截止；以及
第二比较器，该第二比较器具有第二反相输入端、第二非反相输入端和第二输出端，该第二非反相输入端耦接该另一分压器的输出端，该第二反相输入端耦接该第一比较器的该第一输出端，并且该第二输出端通过一晶体管耦接于所述第二开关，以控制所述第二开关的导通或截止。
17.一种具有发光二极管控制电路的集成电路，包括：
基板；以及
如权利要求1所述的控制电路，该控制电路整合在所述基板上。
18.根据权利要求17所述的具有发光二极管控制电路的集成电路，其中，所述分压器包括两个电阻，所述分压器的两个电阻都整合在所述基板上，或者，所述分压器的两个电阻中的一个电阻设置于所述基板外，或者，所述分压器的两个电阻都设置于所述基板外。
19.一种照明装置，包括：
如权利要求1所述的控制电路；
至少一个整流器，耦接所述至少一个电压源；以及
所述第一外部发光二极管阵列链和所述第二外部发光二极管阵列链，受控于所述控制电路，其中，所述第一外部发光二极管阵列链和所述第二外部发光二极管阵列链分别包括多个发光二极管子阵列。
20.根据权利要求19所述的照明装置，其中，所述至少一个整流器包括第一整流器和第二整流器，所述至少一个外部电压源包括第一外部电压源和第二外部电压源，该第二外部电压源所提供的电压范围是所述第一外部电压源所提供的电压范围的两倍，并且所述第一外部电压源通过一开关耦接于所述第一整流器，并且所述第二外部电压源通过另一开关耦接于所述第二整流器。
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