CN105282899B - 低闪烁和高功率因素的发光二极管的驱动电路 - Google Patents

Abstract

一基于发光二极管的照明装置，包含：一整流的交流电源，以一整流输出经由一开关元件连接到一储存电容器；受控于一线性驱动电路的多个发光二极管段；以及连接在该多个发光二极管段与该储存电容器间的至少一充电路径。一或多个可控制线性发光二极管驱动单元与该储存电容器并联，以提供降低灯光闪烁和增加功率因素之间的平衡。

Description

低闪烁和高功率因素的发光二极管的驱动电路

技术领域

本发明是有关基于发光二极管(LED)的照明装置，尤其是一种具有低灯光闪烁及高功率因子的基于发光二极管的照明设备的驱动装置。

背景技术

发光二极管(LED)是一种基于半导体的光源，经常被应用在低耗电仪表和家电的指示器，应用发光二极管在各种照明装置也已越来越普遍。例如，高明亮度的发光二极管已被广泛用于交通信号灯、车辆指示灯、以及刹车灯。近年来，使用高电压的发光二极管串的照明设备也被开发来取代传统的白热灯泡和荧光灯泡。

为了提高基于发光二极管的照明装置的亮度，通常是将多个发光二极管串联在一起，形成一个基于发光二极管的照明单元，而且多个基于发光二极管的照明单元可以更进一步串联在一起，形成一个照明装置。每个照明装置所需要的工作电压，通常是取决于照明单元里的发光二极管的正向电压，每个照明单元里有多少个发光二极管，每个照明单元是如何相互连接的，以及每个照明单元在照明装置里是如何接收来自电源的电压。

图1显示一传统的具有线性驱动电路102的基于发光二极管的照明单元。该基于发光二极管的照明单元包含多个串联的发光二极管段110、120，受控于该线性驱动电路102。为了简明，图1只显示两个发光二极管段110、120。每一个发光二极管段包含一或多个串联的发光二极管103，一整流的交流电源101供给电力给该基于发光二极管的照明单元。

图2显示该基于发光二极管照明单元的输入交流电压值以及照明亮度，线性驱动电路102根据输入的整流的交流电压，而控制被导通的发光二极管段数。因此，基于发光二极管照明单元的照明亮度与整流的交流电源输出的整流电压值成比例。从图2可看出，基于发光二极管照明单元的照明亮度，随着输入交流电压的变化而变动，因为照明亮度从零到最高值间巨大的变化，造成高度的亮度变化和灯光闪烁。因为整流的交流电压输出未经调节，线性驱动电路102简单而且价廉。

为了降低照明亮度的变化，如图3所示，基于发光二极管的照明单元可加入一储存电容器301，来调节整流的交流电压输出，以形成变动较少的直流电压。图3也显示出输入交流电压值和调节后的直流电压值，以及基于发光二极管照明单元的照明亮度。基于发光二极管照明单元的最低亮度显著的增加，照明亮度的变化也大大的减低了。

在图3显示的传统基于发光二极管的照明单元，其中最大的交流电流并不是发生在输入的交流电压达到最高值的时候。图4显示出输入交流电压值和交流电流值，图中可看出交流电流突然增高以开始储存电容器的充电阶段，然后再线性的降低到储存电容器的放电阶段。

在充电阶段中，交流电流驱动发光二极管，也对储存电容器充电。在放电阶段中，储存电容器则供给发光二极管的电流。从交流电流的波形可看出，因为交流电流的急剧增加和线性降低，波形中含有高度的谐波失真，也造成发光二极管照明单元的低功率因子。

发明内容

本发明提供一低灯光闪烁及高功率因素的基于发光二极管的照明装置，因此本发明的照明装置，是由整流的交流电源供给电力，并配合照明装置中至少一个介于一发光二极管和储存电容器间的充电路径，来降低照明亮度的变化以及减少功率耗损。

本发明的一优选实施例中，基于发光二极管的照明装置，包含一整流的交流电源，其整流输出经由一开关元件连接到一储存电容器，一线性驱动电路控制下的多个发光二极管段，以及至少一个介于发光二极管段和储存电容器间的充电路径。

为了在降低灯光闪烁和提高功率因素间达成平衡，本发明可在储存电容器并联至少一可控制的线性发光二极管驱动单元，来改良上述优选实施例。当以线性驱动电路控制的发光二极管段产生的瞬间亮度不足时，可控制的线性发光二极管驱动单元可被导通来增加照明装置的亮度和降低灯光闪烁。

根据本发明，每一个充电路径可以连接在发光二极管段里的一发光二极管的正端或负端。每一个充电路径可以由一可变电流源来形成，也可由一电流控制器串联一开关来形成。多个充电路径可以一共享的电流控制器连接多个并联的开关，再各别连接到发光二极管段里的发光二极管的正端或负端。

附图说明

图1显示一传统的具有线性驱动电路的基于发光二极管的照明单元；

图2显示图1中的传统照明单元的输入交流电压值以及照明亮度；

图3显示加入一储存电容器的传统式基于发光二极管的照明单元，以及其输入交流电压值，调节后的直流电压值，和照明亮度；

图4显示出图3的传统照明单元的输入交流电压值和交流电流值；

图5显示由整流的交流电源供给电力的本发明的基于发光二极管的照明装置的充电，维持及放电阶段；

图6显示根据本发明的一优选实施例，具有低灯光闪烁及高功率因素的基于发光二极管的照明装置的方块图；

图7显示将图6中的照明装置的储存电容器并联至少一个可控制的线性发光二极管驱动单元，来平衡降低灯光闪烁和增加功率因素；

图8(A)、图8(B)显示了两种线性发光二极管驱动单元的实例；

图9显示根据图6显示的本发明的优选实施例而演变，具有低灯光闪烁及高功率因素的基于发光二极管的照明装置的方块图；

图10显示将图9中的照明装置的储存电容器并联至少一个可控制的线性发光二极管驱动单元，来平衡降低灯光闪烁和增加功率因素。

其中，附图标记说明如下：

101、601 整流的交流电源

102、602 线性驱动电路

103、603 发光二极管

110、120、610、620 发光二极管段

301、606 储存电容器

604 二极管

605 可变电流源

607 控制器

706、1006 线性发光二极管驱动单元

707、1007 开关

801、811 发光二极管

802、812 开关

803、813 电流控制器

905 开关

908 电流控制器

具体实施方式

本说明书提供附图，使本发明更能进一步的被理解，同时附图也构成本说明书的一部分。该附图显示出了本发明的实施例，并与说明书一起，用来解释本发明的原理。

为了提供基于发光二极管的照明装置的高功率因素，本发明提出一可在输入交流电源的电压接近尖峰值时为储存电容器充电的电路。图5显示一由整流的交流电源供给电力的基于发光二极管的照明装置的充电、维持及放电阶段。

如图5所显示，充电阶段发生在输入的交流电压有较高的电压时，可以控制储存电容器的充电电流以减少谐波失真。在充电阶段时，交流电流驱动发光二极管并为储存电容器充电。在放电阶段时，储存电容器供给发光二极管电流。在维持阶段时，储存电容器既不充电也不放电。维持阶段是为了更有效的控制功率因素，也是可有可无的。

图6显示根据本发明的一优选实施例，具有低灯光闪烁及高功率因素的基于发光二极管的照明装置的方块图。在此实施例中，本装置包含以一线性驱动电路602控制的串联的多个发光二极管照明段610、620。为了简明，图6只显示两个发光二极管段610、620，每一个发光二极管段包含串联的一或多个发光二极管603，一整流的交流电源601供给电力给基于发光二极管的照明装置。

如图6所示，整流的交流电源601的输出连接到领先的发光二极管段里领先的一发光二极管603的正端。一开关元件604将整流的交流电源601的输出连接到储存电容器606。该基于发光二极管的照明装置又包含至少一个可变电流源605，连接在一发光二极管与储存电容器606之间。每一个可变电流源605为储存电容器606形成一充电路径。

要注意的是，每一个充电路径可接到发光二极管603的正端或负端，开关元件604可以是被动开关，也可是主动开关。如图6所显示的一个二极管可以用来当作开关元件604。当储存电容器606的电压高于整流的交流电源601的输出电压时，该二极管604被导通而使储存电容器606可供给电流到发光二极管。

如图6所显示，在此例中有由三个可变电流源605各别形成的三个充电路径，并有一控制器607控制该三个可变电流源605。这些充电路径可以用来控制储存电容器606的充电电流，以延长充电的时间来增加功率因素。因为交流电压值在充电阶段会变动，所以必须选择最佳的充电路径来减少因充电所造成的功率耗损。

可以了解到的是，延长放电阶段会降低灯光闪烁，而减少交流电流的波形的谐波失真则会增加功率因素。然而，在图6所显示的实施例中，要平衡降低灯光闪烁和增加功率因素是困难的。图7提出了一改良的实施例，其中将储存电容器606上并联至少一个可控制的线性发光二极管驱动单元，来改善降低灯光闪烁和增加功率因素间的平衡。每一个可控制的线性发光二极管驱动单元，是由一线性发光二极管驱动单元706串联一开关707而形成。

在图7所显示的改良实施例里，当发光二极管603所产生的瞬间亮度不足时，线性发光二极管驱动单元706可被导通。因此可以缩短放电阶段，从而增加功率因素。除了在放电阶段被导通之外，线性发光二极管驱动单元706也可用来产生多相位的照明亮度。

图8显示了两种线性发光二极管驱动单元706的实施例，在图8(A)里，线性发光二极管驱动单元包含多个发光二极管段801，与一电流控制器803串联。每一个发光二极管段801包含一或多个发光二极管。为了简化，发光二极管段801中只显示一个发光二极管。每一个发光二极管段801有一相对应的开关802，从其正端连接到电流控制器803。

图8(B)里的线性发光二极管驱动单元也包含多个发光二极管段811，与一电流控制器813串联。每一个发光二极管段811有一相对应的开关812，与该发光二极管段811并联。上述相对应的开关802、812是可有可无的，它们的状态决定于图中正端的电压Vp与负端的电压Vn之间的电压差。

图9显示根据图6显示的本发明的优选实施例而演变，具有低灯光闪烁及高功率因素的基于发光二极管的照明装置的方块图。从图中可看出，图6里由三个可变电流源605所组成的三个充电路径，被三个开关905和一个电流控制器908所取代。此电流控制器908可以是一可变电流源或是一电阻。为了要平衡降低灯光闪烁和增加功率因素，如图10所示，可以在储存电容器606上并联至少一个可控制的线性发光二极管驱动单元。每一个可控制的线性发光二极管驱动单元，是由一线性发光二极管驱动单元1006串联一开关1007而形成。

虽然以上只藉由几个实施范例来描述本发明，然而熟悉本领域的技术人员，很明显的可以了解，仍有许多未描述的变通及修改，都在不偏离以下所定义的本发明的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一基于发光二极管的照明装置，其特征在于，包括：

一整流的交流电源，包括一整流输出；

一开关元件，有第一端连接到上述整流输出；

一储存电容器，有第一端连接到上述开关元件的第二端，以及第二端接地；

串联的多个发光二极管段，其中每一个发光二极管段有一或多个串联的发光二极管，领先的一发光二极管段里领先的发光二极管有一正端连接到上述整流输出；

一线性驱动电路，控制上述多个发光二极管段；

多个充电路径，连接上述多个发光二极管段里的一个发光二极管的正端或负端到上述储存电容器的第一端；以及

一控制器，控制上述多个一充电路径。

2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述开关元件是一二极管，该二极管有一正端连接到上述储存电容器的第一端，有一负端连接到上述整流输出。

3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述开关元件是一被动开关元件。

4.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述开关元件是一主动开关元件。

5.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，又包括至少一可控制线性发光二极管驱动单元，与上述储存电容器并联，其中每一个可控制线性发光二极管驱动单元包含一线性发光二极管驱动单元，与一开关串联。

6.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于，上述线性发光二极管驱动单元包含多个发光二极管段，与一电流控制器串联，其中线性发光二极管驱动单元里除了领先的一发光二极管段之外，每一个发光二极管段都有一相对应的开关与其并联。

7.如权利要求5所述的照明装置，其特征在于，上述线性发光二极管驱动单元包含多个发光二极管段，与一电流控制器串联，其中线性发光二极管驱动单元里除了领先的一发光二极管段之外，每一个发光二极管段都有一相对应的开关连接该发光二极管段的正端到该线性发光二极管驱动单元里尾端的一发光二极管段的负端。

8.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述多个充电路径包含一可变电流源。

9.如权利要求8所述的照明装置，其特征在于，上述可变电流源从上述整流输出连接到上述储存电容器的第一端。

10.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，有第一可变电流源，连接上述领先的发光二极管的正端与上述储存电容器的第一端以形成第一充电路径；以及第二可变电流源，连接上述领先的发光二极管的负端与上述储存电容器的第一端以形成第二充电路径。

11.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述多个充电路径包含一电流控制器，与一开关串联。

12.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，上述电流控制器是一可变电流源。

13.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，上述电流控制器是一电阻。

14.如权利要求11所述的照明装置，其特征在于，上述开关有一端连接到上述整流输出，而上述电流控制器有一端连接到上述储存电容器的第一端。

15.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，有第一开关，连接上述领先的发光二极管的正端与一电流控制器的第一端以形成第一充电路径；以及第二开关，连接上述领先的发光二极管的负端与该电流控制器的第一端以形成第二充电路径，该电流控制器的第二端则连接到上述储存电容器的第一端。