CN105472833B

CN105472833B - 具备多级驱动阶段的发光二极管照明装置

Info

Publication number: CN105472833B
Application number: CN201510219093.1A
Authority: CN
Inventors: 许宏彬; 李怡玫; 江永欣
Original assignee: IML International
Current assignee: ANN Technology Hong Kong Ltd.
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: KR20150126309A; TW201543961A; TWI552646B; KR101681481B1; JP6063515B2; JP2015213067A; CN105472833A

Abstract

本发明公开了一种发光二极管照明装置包括多个发光装置，由一整流交流电压来驱动。多个电流控制单元以多级驱动阶段来弹性地导通多个发光装置。至少一电荷储存单元并联于至少一发光装置。当整流交流电压的值尚不足以导通至少一发光装置时，至少一电荷储存单元可放电至至少一发光装置以导通至少一发光装置。因此，本发明能增加发光二极管照明装置的操作电压范围、提高可靠性，并改善频闪现象。

Description

具备多级驱动阶段的发光二极管照明装置

技术领域

本发明涉及一种具备多级驱动阶段的发光二极管照明装置，尤其涉及一种具备多级驱动阶段、大操作电压范围、高均匀度和低频闪的发光二极管照明装置。

背景技术

在整流交流(rectified alternative-current,AC)电压直接驱动的照明应用中，由于发光二极管(light emitting diode,LED)系为一电流驱动组件，其发光亮度与驱动电流的大小成正比，为了达到高亮度和亮度均匀的要求，往往需要使用许多串接的发光二极管来提供足够光源。串联发光二极管的数量越多，导通发光装置所需的顺向偏压越高，发光二极管照明装置的可操作电压范围越小。若发光二极管数量太少，则会使得发光二极管在整流交流电压具最大值时驱动电流过大，进而影响发光二极管的可靠性。

发光二极管照明装置在运作时会调变光通量(luminous flux)和光强度。频闪(flicker)是一种光源强度随着时间有明暗变化的不均匀现象，无论人眼是否能够辨识，频闪会对人体造成不同程度的影响，例如头痛、眼花、眼睛疲劳、心神不安、或引发癫痫等反应。因此，需要一种能够增加可操作电压范围、高可靠性，且能降低频闪的发光二极管照明装置。

发明内容

鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种能够增加操作电压范围、高可靠性，且能降低频闪的发光二极管照明装置。

为达到上述的目的，本发明公开一种具备多级驱动阶段的发光二极管照明装置，其包括一第一级驱动阶段和一第二级驱动阶段。所述第一级驱动阶段包括一第一发光装置，由一整流交流电压来驱动，其根据一第一电流来提供光源；一第二发光装置，由所述整流交流电压来驱动，其根据一第二电流来提供光源；一第一电流控制器，串联于所述第一发光组件，用来调节所述第一电流以使所述第一电流的值不超过一第一值；一第二电流控制器，串联于所述第二发光组件，用来调节所述第二电流以使所述第二电流的值不超过一第二值；一第一电荷储存单元，并联于至少所述第一发光装置，用来在所述整流交流电压的值尚不足以导通所述第一发光装置时放电至所述第一发光装置以使所述第一发光装置维持导通﹔以及一第一路径控制器，用来导通一第三电流，其一第一端耦接于所述第一发光组件和所述第一电流控制器之间，且其第二端耦接于所述第二电流控制器。所述第二级驱动阶段包括一第三电流控制器，串联于所述第一级驱动阶段，用来导通和调节一第四电流以使所述第四电流的值不超过一第三值。

附图说明

图1至图4为本发明实施例中发光二极管照明装置的示意图。

图5至图9为本发明实施例中发光二极管照明装置内多个驱动阶段运作时的示意图。

图10为本发明实施例中发光二极管照明装置内发光装置电流-时间特性的示意图。

图11为本发明实施例中发光二极管照明装置整体运作的示意图。

图12为一发光二极管照明装置整体运作的示意图。

图13至图16为本发明其它实施例中发光二极管照明装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

101～108 发光二极管照明装置

110 电源供应电路

112 桥式整流器

A₁～A₂、B₁～B₂ 发光装置

CCA₁～CCA₂、CCA₁’～CCA₂’ 第一类型电流控制器

CCB₁～CCB₂ 第二类型电流控制器

CC₃ 第三类型电流控制器

CH₁～CH₄ 电荷储存单元

UNA₁～UNA₂、UNA₁’～UNA₂’ 电流侦测和控制单元

UNB₁～UNB₂ 电压侦测和控制单元

UN₃ 侦测和控制单元

D₁～D₂ 路径控制器

ST₁～ST₃ 驱动阶段

ISA₁～ISA₂、ISA₁’～ISA₂’、

ISB₁～ISB₂、IS₃ 可调式电流源

具体实施方式

图1至图4为本发明实施例中发光二极管照明装置101～104的示意图。每一发光二极管照明装置101～104各包括一电源供应电路110和(N+1)级驱动阶段ST₁～ST_N+1，其中N为大于1的整数。为了说明目的，图1至图4显示了N＝2时的实施例，但驱动阶段的数目并不限定本发明的范畴。

电源供应电路110可接收一具正负周期的交流电压VS，并利用一桥式整流器112来转换交流电压VS在负周期内的输出电压，因此可提供一整流交流电压V_AC以驱动(N+1)级驱动段ST₁～ST_N+1，其中整流交流电压V_AC的值随着时间而有周期性变化。在其它实施例中，电源供应电路110可接收任何交流电压VS，利用一交流-交流电压转换器来进行电压转换，并利用桥式整流器112来对转换后的交流电压VS进行整流，因此可提供整流交流电压V_AC以驱动(N+1)级驱动阶段ST₁～ST_N+1，其中整流交流电压V_AC的值随着时间而有周期性变化。值得注意的是，电源供应电路110的结构并不限定本发明的范畴。

在发光二极管照明装置101～103中，第1级至第N级驱动阶段ST₁～ST_N中每一驱动阶段包括多个发光装置、一路径控制器、一第一类型电流控制器、一第二类型电流控制器，以及M个电荷储存单元CH₁～CH_M，其中N为大于1的整数，而M为不大于2N的正整数。第(N+1)级驱动阶段ST_N+1包括一第三类型电流控制器。

在发光二极管照明装置104中，第1级驱动阶段ST₁包括多个发光装置，而第2级至第N级驱动阶段ST₂～ST_N中每一驱动阶段包括多个发光装置、一路径控制器、一第一类型电流控制器、一第二类型电流控制器，以及M个电荷储存单元CH₁～CH_M，其中N为大于1的整数，而M为不大于2N的正整数。第(N+1)级驱动阶段ST_N+1包括一第三类型电流控制器。

每一第一类型电流控制器包括一可调式电流源和一电流侦测和控制单元，每一第二类型电流控制器包括一可调式电流源和一电压侦测和控制单元，而每一第三类型电流控制器包括一可调式电流源和一侦测和控制单元。

为了清楚地说明本发明，说明书全文和图标中使用下列符号来表示发光二极管照明装置101～104中各组件。A₁～A_N和B₁～B_N分别代表驱动阶段ST₁～ST_N中相对应的发光装置。D₁～D_N分别代表驱动阶段ST₁～ST_N中相对应的路径控制器。CCA₁～CCA_N分别代表驱动阶段ST₁～ST_N中相对应的第一类型电流控制器。CCB₁～CCB_N分别代表驱动阶段ST₁～ST_N中相对应的第二类型电流控制器。CC_N+1代表驱动阶段ST_N+1中的第三类型电流控制器。ISA₁～ISA_N分别代表第一类型电流控制器CCA₁～CCA_N中相对应的可调式电流源。ISB₁～ISB_N分别代表第二类型电流控制器CCB₁～CCB_N中相对应的可调式电流源。IS_N+1代表第三类型电流控制器CC_N+1中的可调式电流源。UNA₁～UNA_N分别代表第一类型电流控制器CCA₁～CCA_N中相对应的电流侦测和控制单元。UNB₁～UNB_N分别代表第二类型电流控制器CCB₁～CCB_N中相对应的电压侦测和控制单元。UN_N+1代表第(N+1)级驱动阶段ST_N+1中的侦测和控制单元。

为了清楚地说明本发明，说明书全文和图标中使用下列符号来表示发光二极管照明装置101～104中相关电流和电压。V_IN1～V_INN分别代表第1级至第(N+1)级驱动阶段ST₁～ST_N+1的跨压。V_AK1～V_AKN分别代表相对应第一类型电流控制器CCA₁～CCA_N的跨压。V_BK1～V_BKN分别代表相对应第二类型电流控制器CCB₁～CCB_N的跨压。V_CK代表第三类型电流控制器CC_N+1的跨压。I_AK1～I_AKN分别代表流经相对应第一类型电流控制器CCA₁～CCA_N的电流。I_BK1～I_BKN分别代表流经相对应第二类型电流控制器CCB₁～CCB_N的电流。I_A1～I_AN分别代表流经相对应发光装置A₁～A_N的电流。I_B1～I_BN分别代表流经相对应发光装置B₁～B_N的电流。I_D1～I_DN分别代表流经相对应路径控制器D₁～D_N的电流。I_SUM1～I_SUMN分别代表流经相对应驱动阶段ST₁～ST_N的电流。流经发光二极管照明装置101～104的总电流可由I_SUM(N+1)来表示。

在发光二极管照明装置101～103的第一级至第N级驱动阶段ST₁～ST_N中，电流侦测和控制单元UNA₁～UNA_N分别串联至相对应发光装置A₁～A_N和相对应可调式电流源ISA₁～ISA_N，而电压侦测和控制单元UNB₁～UNB_N分别串联至相对应发光装置B₁～B_N和分别并联于相对应可调式电流源ISB₁～ISB_N。电流侦测和控制单元UNA₁～UNA_N可分别根据电流I_AK1～I_AKN来分别调节可调式电流源ISA₁～ISA_N的值。电压侦测和控制单元UNB₁～UNB_N可分别根据电压V_BK1～V_BKN来分别调节可调式电流源ISB₁～ISB_N的值。

在发光二极管照明装置104的第二级至第N级驱动阶段ST₂～ST_N中，电流侦测和控制单元UNA₂～UNA_N分别串联至相对应发光装置A₂～A_N和相对应可调式电流源ISA₂～ISA_N，而电压侦测和控制单元UNB₂～UNB_N分别串联至相对应发光装置B₂～B_N和分别并联于相对应可调式电流源ISB₂～ISB_N。电流侦测和控制单元UNA₂～UNA_N可分别根据电流I_AK2～I_AKN来分别调节可调式电流源ISA₂～ISA_N的值。电压侦测和控制单元UNB₂～UNB_N可分别根据电压V_BK2～V_BKN来分别调节可调式电流源ISB₂～ISB_N的值。

在发光二极管照明装置101～104的第(N+1)级驱动阶段ST_N+1中，可调式电流源IS_N+1串联于第1级至第N级驱动阶段ST₁～ST_N。在一第一组态中，第三类型电流控制器CC_N+1的侦测和控制单元UN_N+1可串联于可调式电流源IS_N+1，用来根据电流I_SUMN来调节可调式电流源IS_N+1的值。在一第二组态中，第三类型电流控制器CC_N+1的侦测和控制单元UN_N+1可并联于可调式电流源IS_N+1，用来根据电压V_CK来调节可调式电流源IS_N+1的值。图1至图4所示的实施例采用第一组态，但不限定本发明的范畴。

在本发明实施例中，每一发光装置A₁～A_N和B₁～B_N可包括一个发光二极管，或是多个串接、并联或组成数组的发光二极管。图1至图4显示了采用多个串接发光二极管的架构，其可包括多个单接口发光二极管(single-junction LED)、多个多界面高压发光二极管(multi-junction high-voltage LED)，或不同类型发光二极管的任意组合。然而，发光装置A₁～A_N和B₁～B_N所采用的发光二极管种类或组态并不限定本发明的范畴。在一特定驱动阶段中，导通一特定电流控制器所需的压差电压(dropout voltage)V_DROP小于导通相对应发光装置所需的切入电压(cut-in voltage)V_CUT。当一特定发光装置的跨压大于其切入电压V_CUT时，此特定发光装置会在导通的ON状态﹔当一特定发光装置的跨压小于其切入电压V_CUT时，此特定发光装置会在非导通的OFF状态。切入电压V_CUT的值相关于相对应发光装置所采用发光二极管的数目和类型，在不同应用中可具不同值，但不限定本发明的范畴。

在本发明实施例中，M个电荷储存单元CH₁～CH_M中每一电荷储存单元可采用一电容，或是其它具备类似功能的一个或多个组件。然而，电荷储存单元CH₁～CH_M的种类和组态并不限定本发明的范畴。

在本发明实施例中，路径控制器D₁～D_N中每一路径控制器可包括一个二极管、一二极管形式(diode-connected)的场效晶体管(field effect transistor,FET)、一二极管形式的双载子接面晶体管(bipolar junction transistor,BJT)，或是一个或多个具备类似功能的组件。然而，路径控制器D₁～D_M的种类或组态并不限定本发明的范畴。当一路径控制器的跨压大于其导通电压时，此特定路径控制器为顺向偏压(forward-biased)且会像短路组件般运作﹔当一路径控制器的跨压不大于其导通电压时，此特定路径控制器为反向偏压(reverse-biased)且会像开路组件般运作。

图5至图8显示发光二极管照明装置101～103中第一级至第N级驱动阶段ST₁～ST_N运作时的示意图。由于第一级至第N级驱动阶段ST₁～ST_N运作方式相同，图5至图8中以第一级驱动阶段ST₁来做说明，其中图5说明了第一类型电流控制器CCA₁的电流-电压(I-V)特性，图6说明了第二类型电流控制器CCB₁的电流-电压特性，图7说明了第一级驱动阶段ST₁在不同时期内运作时的等效电路，而图8说明了第一级驱动阶段ST₁的电流-电压特性。图9显示第(N+1)级驱动阶段ST_N+1中电流控制器CC_N+1运作时的示意图。V_DROPA、V_DROPB和V_DROPC分别代表导通第一类型电流控制器CCA₁、第二类型电流控制器CCB₁和第三类型电流控制器CC_N+1所需的压差电压。V_OFFA、V_OFFB和V_ONB代表第一类型电流控制器CCA₁或第二类型电流控制器CCB₁用来判断是否切换运作模式的临界电压。I_SETA1、V_SETB1和V_SETC为常数，分别代表第一类型电流控制器CCA₁、第二类型电流控制器CCB₁和第三类型电流控制器CC_N+1的限流值。箭号R标示电压V_AK1、V_BK1或V_CK的上升周期，而箭号L标示电压V_AK1、V_BK1或V_CK的下降周期。

如图5所示，在电压V_AK1的上升周期和下降周期当0<V_AK1<V_DROPA时，第一类型电流控制器CCA₁尚未完全导通，此时会像压控组件一样在一线性模式下运作，使得电流I_AK1会随着电压V_AK1呈特定变化。举例来说，若第一类型电流控制器CCA₁以金氧半导体(metal-oxide-semiconductor,MOS)晶体管来制作，电流I_AK1和电压V_AK1之间的关系会相关于MOS晶体管在线性区运作时的电流-电压特性。

在电压V_AK1的上升周期和下降周期当V_AK1>V_DROPA时，电流I_AK1升至第一级驱动阶段ST₁的限流值I_SETA1，此时第一类型电流控制器CCA₁会切换至一定电流模式并像限流器一样运作，而电流侦测和控制单元UNA₁可将电流I_AK1的值箝制在I_SETA1。举例来说，若电流I_D1变大，电流侦测和控制单元UNA₁会相对应地降低可调式电流源ISA₁的值﹔同理，若电流I_D1变小，电流侦测和控制单元UNA₁会相对应地增加可调式电流源ISA₁的值。因此，流经第一级驱动阶段ST₁的总电流I_AK1(＝I_D1+ISA₁)能维持在固定值I_SETA1，而非随着电压V_AK1而改变。

在电压V_AK1的上升周期在电流I_D1升至I_SETA1之前，电流侦测和控制单元UNA₁会开启可调式电流源ISA₁，此时第一类型电流控制器CCA₁会在定电流模式下运作，使得电流I_AK1(＝I_D1+ISA₁)能维持在固定值I_SETA1。当电流I_D1升至I_SETA1时，电流侦测和控制单元UNA₁会关闭可调式电流源ISA₁，此时第一类型电流控制器CCA₁会切换至一截止模式，使得电流I_AK1随着电流I_D1而增加。

在电压V_AK1的下降周期在电流I_D1降至I_SETA1之前，电流侦测和控制单元UNA₁会关闭可调式电流源ISA₁，此时第一类型电流控制器CCA₁会在截止模式下运作，使得电流I_AK1随着电流I_D1而降低。当电流I_D1降至I_SETA1时，电流侦测和控制单元UNA₁会开启可调式电流源ISA₁，此时第一类型电流控制器CCA₁会在定电流模式下运作，使得电流I_AK1能维持在固定值I_SETA1。

如图6所示，在电压V_BK1的上升周期和下降周期当0<V_BK1<V_DROPB时，第二类型电流控制器CCB₁尚未完全导通，此时会像压控组件一样在线性模式下运作，使得电流I_BK1会随着电压V_BK1呈特定变化。举例来说，若第二类型电流控制器CCB₁以MOS晶体管来制作，电流I_BK1和电压V_BK1之间的关系会相关于MOS晶体管在线性区运作时的电流-电压特性。

在电压V_BK1的上升周期当V_BK1>V_DROPB时，电流I_BK1升至I_SETB1，此时第二类型电流控制器CCB₁会切换至定电流模式并像限流器一样运作，而电压侦测和控制单元UNB₁可将电流I_BK1的值箝制在I_SETB1。

在电压V_BK1的上升周期当V_BK1>V_OFFB时，电压侦测和控制单元UNB₁会关闭可调式电流源ISB₁，此时第二类型电流控制器CCB₁会切换至截止模式，也就象是开路组件。在电压V_BK1的下降周期当V_BK1<V_ONB时，电压侦测和控制单元UNB₁会开启可调式电流源ISB₁，此时第二类型电流控制器CCB₁会切换至定电流模式下运作，使得电流I_BK1能维持在固定值I_SETB1。临界电压V_ONB的值可大于或等于临界电压V_OFFB的值。在一实施例中，本发明可提供一磁滞带(hysteresis band)，其带宽(V_ONB-V_OFFB)不为零，如此可避免第二类型电流控制器CCB₁因电压V_BK1波动而过于频繁地切换运作模式。

如图7左方所示，当第一级驱动阶段ST₁在V1<V_IN1<V2的一第一时期内运作时，发光装置A₁会并联于发光装置B₁。如图7右方所示，当第一级驱动阶段ST₁在V_IN1>V3的一第二时期内运作时，发光装置A₁会串联于发光装置B₁。

如图8所示，在上升周期当电压V_IN1尚低时，发光装置A₁、发光装置B₁和路径控制器D₁仍呈关闭。在上升周期当电压V_IN1的值升至一开启电压V_A1，且开启电压V_A1的值为导通发光装置A₁所需的切入电压和导通第一类型电流控制器CCA₁所需的切入电压的加总时，第一类型电流控制器CCA₁和发光装置A₁会被开启，使得电流I_A1会随着电压V_IN1逐渐增加，直到升至I_SETA1为止。在上升周期当电压V_IN1的值升至一开启电压V_B1，且开启电压V_B1的值为导通发光装置B₁所需的切入电压和导通第二类型电流控制器CCB₁所需的切入电压的加总时，第二类型电流控制器CCB₁和发光装置B₁会被开启，使得电流I_B1会随着电压V_IN1逐渐增加，直到升至I_SETB1为止。由于路径控制器D₁仍呈关闭，电流I_SUM1的值为电流I_A1和电流I_B1的加总，其中电流I_A1由第一类型电流控制器CCA₁来调节，而电流I_B1由第二类型电流控制器CCB₁来调节。开启电压V_A1和开启电压V_B1可为相同值或不同值。换而言的，当电压V_IN1的值升至电压V1后，电流I_SUM1开始增加，其中电压V1为开启电压V_A1和开启电压V_B1的中较小者。

在上升周期当电压V_IN1的值升至V2使得V_BK1＝V_OFFB时，第二类型电流控制器CCB₁会切换至截止模式，因此电流I_B1会被导向路径控制器D₁，进而开启路径控制器D₁。此时，电流I_SUM1和电流I_A1、电流I_B1的值相同，其中电流I_A1和电流I_B1都由第一类型电流控制器CCA₁来调节。随着电流I_B1流经路径控制器D₁，电流I_D1会随着电压V_IN1逐渐增加，此时第一类型电流控制器CCA₁会相对应地降低可调式电流源ISA₁的值，使得总电流I_SUM1依旧维持在固定值I_SETA1。当V_IN1＝V3时，可调式电流源ISA₁的值降至0，而第一类型电流控制器CCA₁会切换至截止模式，此时电流I_SUM1会由下一级驱动阶段来调节。

如图9所示，在电压V_CK的上升周期和下降周期当0<V_CK1<V_DROPC时，第三类型电流控制器CC_N+1尚未完全导通，此时会像压控组件一样在线性模式下运作，使得电流I_CK会随着电压V_CK1呈特定变化。举例来说，若第三类型电流控制器CC_N+1以MOS晶体管来制作，电流I_CK1和电压V_CK1之间的关系会相关于MOS晶体管在线性区运作时的电流-电压特性。在电压V_CK的上升周期当V_CK>V_DROPC时，电流I_CK1升至I_SETC1，此时第三类型电流控制器CC_N+1会切换至定电流模式并像限流器一样运作。

同理，发光二极管照明装置104中第二级至第N级驱动阶段ST₂～ST_N的运作也可由图5至图8来说明，而第(N+1)级驱动阶段ST_N+1中电流控制器CC_N+1的运作也可由图9来说明。

在本发明实施例中，电荷储存单元CH₁～CH_M可分别并联于发光装置A₁～A_N和B₁～B_N中一个或多个发光装置。电荷储存单元CH₁～CH_M能改善发光二极管照明装置101～104的频闪，其中M可小于或等于2N。

在M＝2N的实施例中，发光装置A₁～A_N和B₁～B_N中每一发光装置都并联至一相对应的电荷储存单元。为了说明目的，图1显示了N＝2和M＝4时的实施例，其中发光二极管照明装置101包括4个发光装置A₁～A₂和B₁～B₂，且分别并联至电荷储存单元CH₁～CH₄。然而，电荷储存单元的数目或组态并不限定本发明的范畴。

在M<2N的实施例中，发光装置B₁～B_N中每一发光装置都并联至一相对应的电荷储存单元。为了说明目的，图2显示了N＝2和M＝2时的实施例，其中发光二极管照明装置102包括4个发光装置A₁～A₂和B₁～B₂，其中发光装置B₁～B₂分别并联至电荷储存单元CH₁～CH₂。然而，电荷储存单元的数目或组态并不限定本发明的范畴。

在M<2N的实施例中，M个电荷储存单元CH₁～CH_M可并联至发光装置A₁～A_N和B₁～B_N中导通时间最长的发光装置。为了说明目的，图3显示了N＝2和M＝2时的实施例，其中发光二极管照明装置103包括4个发光装置A₁～A₂和B₁～B₂，其中发光装置A₁和B₁分别并联至电荷储存单元CH₁～CH₂。然而，电荷储存单元的数目或组态并不限定本发明的范畴。

在M＝1<2N的实施例中，电荷储存单元CH₁可并联至发光装置A₁～A_N和B₁～B_N中导通时间最长的多个发光装置。为了说明目的，图4显示了N＝2和M＝1时的实施例，其中发光二极管照明装置104包括3个发光装置A₂和B₁～B₂，其中发光装置B₁～B₂并联至电荷储存单元CH₁。然而，电荷储存单元的数目或组态并不限定本发明的范畴。

图10的示意图说明了本发明实施例中发光二极管照明装置101～104中发光装置的电流-时间特性。图10上方显示了整流交流电压V_AC所输出电流I_AC和时间的关系，图10中间显示了采用第一组态时发光装置的电流-时间特性，而图10下方显示了采用第二组态时发光装置的电流-时间特性。在图10中，I_LED代表采用第一组态时流经发光装置的电流，而I_LED’代表采用第二组态时流经发光装置的电流。在采用第一组态时，一发光装置并联至一相对应的电荷储存单元，例如发光二极管照明装置101中的发光装置A₁、A₂、B₁或B₂、发光二极管照明装置102中的发光装置B₁或B₂、发光二极管照明装置103中的发光装置A₁或B₁，或是发光二极管照明装置104中的发光装置B₁或B₂。在采用第二组态时，一发光装置并未并联至任何电荷储存单元，例如发光二极管照明装置102中的发光装置A₁或A₂、发光二极管照明装置103中的发光装置A₂或B₂，或是发光二极管照明装置104中的发光装置A₂。

在上升周期刚开始时，整流交流电压V_AC的值尚不足以导通发光装置，此时采用第二组态的发光装置维持在OFF状态，而采用第一组态的发光装置可由相对应电荷储存单元放电的电荷维持在ON状态。相对应的路径控制单元可避免电荷储存单元放电至相对应的电流控制单元。

在上升周期和下降周期当整流交流电压V_AC的值足以导通发光装置时，采用第一组态和第二组态的发光装置都由整流交流电压V_AC来维持在ON状态，此时整流交流电压V_AC也会对相对应电荷储存单元进行充电。

在下降周期快结束时，整流交流电压V_AC的值降至不足以导通发光装置，此时采用第二组态的发光装置维持在OFF状态，而采用第一组态的发光装置可由相对应电荷储存单元放电的电荷维持在ON状态。相对应的路径控制单元可避免电荷储存单元放电至相对应的电流控制单元。

如图10所示，本发明的发光二极管照明装置使用电荷储存单元，使得采用第二组态的发光装置的导通时间长于采用第一组态的发光装置的导通时间。

图11显示了本发明实施例中发光二极管照明装置103整体运作的示意图，其中所有4个发光装置A₁～A₄中的2个发光装置(N＝M＝2)分别并联于相对应电荷储存单元CH₁～CH₂或是同样并联于一电荷储存单元CH₁。图12显示了在未使用电荷储存单元时发光二极管照明装置103整体运作的示意图。E₁～E₃代表本发明发光二极管照明装置103的整体光强度/光通量。值得注意的是，图12仅为了说明本发明在图11如何使用电荷储存单元来改善频闪，并非本发明发光二极管照明装置的实施方式。

由于电压V_AK1～V_AK2和V_BK1～V_BK2相关于整流交流电压V_AC，而整流交流电压V_AC的值随着时间而有周期性变化，因此以包括时间点t0～t7的一个周期来做说明，其中时间点t0～t3之间包括在整流交流电压V_AC的上升周期，而时间点t4～t7之间包括在整流交流电压V_AC的下降周期。下列表一显示了本发明发光装置A₁～A₂和B₁～B₂在图11所示的架构下的运作模式，而下列表二显示了本发明发光装置A₁～A₂和B₁～B₂在图12所示的架构下的运作模式。

表一

表二

在图12和表二中，在上升周期刚开始时整流交流电压V_AC的值尚不足以导通发光装置A₁～A₂和B₁～B₂。在未使用电荷储存单元的情况下，发光装置A₁～A₂和B₁～B₂在时间点t0～t1和t6～t7之间维持在OFF状态。在时间点t1～t6之间，发光装置A₁～A₂和B₁～B₂会被整流交流电压V_AC导通，使得第一级驱动阶段ST₁和第二级驱动阶段ST₂能在第一时期或第二时期内运作。如先前针对图7左方所做的说明，当特定驱动阶段在第一时期内运作时，两导通的发光装置彼此并联(在表一和表二以”P”来标示)﹔如先前针对图7右方所做的说明，当特定驱动阶段在第二时期内运作时，两导通的发光装置彼此串联(在表一和表二以”S”来标示)。更明确地说，发光二极管照明装置103的整体光强度/光通量阶段式增加，并在时间点t3和t4之间当发光装置A₁～A₃都进入ON状态后达到E₃。

在图11和表一中，在上升周期刚开始时整流交流电压V_AC的值尚不足以导通发光装置A₁～A₂和B₁～B₂。通过本发明的电荷储存单元，无论整流交流电压V_AC的大小，发光装置A₁和B₁在时间点t0和t7之间都能维持在ON状态。更明确地说，在时间点t0～t1和t6～t7之间整流交流电压V_AC的值还小时，发光二极管照明装置103的整体光强度/光通量也能维持在E₁。

如相关领域具备通常知识者皆知，频闪现象具有周期性变化，可由其波形中振幅、平均准位、周期频率、形状及/或工作周期(duty cycle)的变化量来定义。一般会使用频闪比率(Percent Flicker)和频闪索引(Flicker Index)来量化频闪，如下列公式(1)和公式(2)所示。

Percent Flicker＝100％x(MAX-MIN)/(MAX+MIN)…(1)

Flicker Index＝AREA1/(AREA1+AREA2)…(2)

在公式(1)中，MAX代表发光二极管照明装置101～104的最大光强度/光通量，而MIN代表发光二极管照明装置101～104的最小光强度/光通量。在公式(2)中，AREA1代表当发光二极管照明装置101～104的光强度/光通量高于平均值时在一段期间内的光强度/光通量累积值，而AREA2代表当发光二极管照明装置101～104的光强度/光通量低于平均值时在一段期间内的光强度/光通量累积值。

如图11所示，本发明的电荷储存单元可增加公式(1)中的MIN和公式(2)中的AREA2，进而降低发光二极管照明装置101～104的频闪比率和频闪索引。

图13至图16为本发明其它实施例中发光二极管照明装置105～108的示意图。相较于图1至图4所示的发光二极管照明装置101～104，发光二极管照明装置105～108同样各包括一电源供应电路110和(N+1)级驱动阶段ST₁～ST_N+1，其中N为正整数。不同之处在于，发光二极管照明装置105～107的第1级至第N级驱动阶段ST₁～ST_N中每一驱动阶段包括多个发光装置、一路径控制器，和两个第一类型电流控制器，而发光二极管照明装置108的第2级至第N级驱动阶段ST₂～ST_N中每一驱动阶段包括多个发光装置、一路径控制器，和两个第一类型电流控制器。

发光二极管照明装置105～108中每一第一类型电流控制器包括一可调式电流源和一电流侦测和控制单元，其运作时的电流-电压特性也-如图5所示。在由CCA₁～CCA_N代表的第一类型电流控制器中，电流侦测和控制单元UNA₁～UNA_N分别串联至相对应发光装置A₁～A_N和相对应可调式电流源ISA₁～ISA_N，可分别根据电流I_AK1～I_AKN来分别调节可调式电流源ISA₁～ISA_N的值。在由CCA₁’～CCA_N’代表的第一类型电流控制器中，电流侦测和控制单元UNA₁’～UNA_N’分别串联至相对应发光装置B₁～B_N和相对应可调式电流源ISA₁’～ISA_N’，可分别根据电流I_BK1～I_BKN来分别调节可调式电流源ISA₁’～ISA_N’的值。

通过上述多级驱动阶段的架构，本发明可同时开启发光二极管照明装置内所有发光装置，并利用一个或多个相对应电流控制器来弹性地调节整体电流。通过上述电荷储存单元，本发明降低发光二极管照明装置的光强度/光通量变化。因此，本发明可增加发光二极管照明装置的可操作电压范围，且不会造成闪烁或光线不均匀的现象。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具备多级驱动阶段的发光二极管照明装置，其特征在于，包括：

一第一级驱动阶段，其包括：

一第一发光装置，由一整流交流电压来驱动，其根据一第一电流来提供光源；

一第二发光装置，由所述整流交流电压来驱动，其根据一第二电流来提供光源；

一第一电流控制器，串联于所述第一发光组件，用来调节所述第一电流以使所述第一电流的值不超过一第一值；

一第二电流控制器，串联于所述第二发光组件，用来调节所述第二电流以使所述第二电流的值不超过一第二值；

一第一电荷储存单元，并联于至少所述第一发光装置，用来在所述整流交流电压的值尚不足以导通所述第一发光装置时放电至所述第一发光装置以使所述第一发光装置维持导通﹔以及

一第一路径控制器，用来让一第三电流流通，其包括﹕

一第一端，耦接于所述第一发光组件和所述第一电流控制器之间﹔以及

一第二端，耦接于所述第二电流控制器﹔以及

一第二级驱动阶段，其包括：

一第三电流控制器，串联于所述第一级驱动阶段，用来调节一第四电流以使所述第四电流的值不超过一第三值。

2.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于，当所述整流交流电压的值足以导通所述第一发光装置时，所述第一电荷储存单元停止放电至所述第一发光装置并开始被所述整流交流电压充电。

3.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于，另包括﹕

一第二电荷储存单元，并联于所述第二发光装置，用来在所述整流交流电压的值尚不足以导通所述第二发光装置时放电至所述第二发光装置以使所述第二发光装置维持导通。

4.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于，另包括﹕

一第三级驱动阶段，耦接于所述整流交流电压和所述第一级驱动阶段之间，其包括：

一第三发光装置，由所述整流交流电压来驱动来提供光源，其中所述第一电荷储存单元并联于所述第一发光装置和所述第三发光装置，且用来在所述整流交流电压的值尚不足以导通所述第一发光装置和所述第三发光装置时放电至所述第一发光装置和所述第三发光装置以使所述第一发光装置和所述第三发光装置维持导通。

5.如权利要求4所述的发光二极管照明装置，其特征在于，当所述整流交流电压的值足以导通所述第一发光装置和所述第三发光装置时，所述第一电荷储存单元停止放电至所述第一发光装置和所述第三发光装置并开始被所述整流交流电压充电。

6.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于：

在所述整流交流电压的一上升周期或一下降周期内当所述第一电流控制器的跨压不大于一第一电压时，所述第一电流控制器是在一第一模式下运作以使所述第一电流随着所述第一电流控制器的跨压而改变；

在所述上升周期内当所述第一电流控制器的跨压大于所述第一电压但不大于一第二电压时，所述第一电流控制器是在一第二模式下运作以使所述第一电流维持在所述第一值；且

在所述上升周期内当所述第一电流控制器的跨压大于所述第二电压时，所述第一电流控制器是在一第三模式下运作以呈关闭。

7.如权利要求6所述的发光二极管照明装置，其特征在于：

在所述下降周期内当所述第一电流控制器的跨压大于所述第二电压但不大于一第三电压时，所述第一电流控制器是在所述第二模式下运作以使所述第一电流维持在所述第一值；且

所述第三电压大于或等于所述第二电压。

8.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于：

在所述整流交流电压的一上升周期或一下降周期内当所述第二电流控制器的跨压不大于一第四电压时，所述第二电流控制器是在一第一模式下运作以使所述第二电流随着所述第二电流控制器的跨压而改变；

在所述上升周期或所述下降周期内当所述第三电流不大于所述第二值时，所述第二电流控制器是在一第二模式下运作以使所述第二电流维持在所述第二值；且

在所述上升周期或所述下降周期内当所述第三电流大于所述第二值时，所述第二电流控制器是在一第三模式下运作以呈关闭。

9.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于：

在所述整流交流电压的一上升周期或一下降周期内当所述第三电流控制器的跨压不大于一第六电压时，所述第三电流控制器是在一第一模式下运作以使所述第四电流随着所述第三电流控制器的跨压而改变；且

在所述上升周期或所述下降周期内当所述第三电流控制器的跨压大于所述第六电压时，所述第三电流控制器是在一第二模式下运作以使所述第四电流维持在所述第三值。

10.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于，所述第一电流控制器包括：

一第一可调式电流源，用来提供一第五电流﹔以及

一第一侦测和控制单元，并联于所述第一可调式电流源，用来根据所述第一电流控制器的跨压来调节所述第五电流的值。

11.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于，所述第一电流控制器包括：

一第一可调式电流源，用来提供一第五电流，其包括﹕

一第一端，耦接于第一发光组件﹔以及

一第二端，耦接于第二发光组件﹔以及

一第一侦测和控制单元，串联于所述第一可调式电流源，用来根据所述第一电流和所述第二电流来调节所述第五电流的值。

12.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于，所述第二电流控制器包括：

一第二可调式电流源，用来提供一第六电流﹔以及

一第二侦测和控制单元，用来根据所述第二电流或所述第三电流来调节所述第六电流的值，其包括﹕

一第一端，耦接于所述第一路径控制器的所述第二端和所述第二可调式电流源﹔以及

一第二端，耦接于第二发光组件。

13.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于﹕

所述第一电流控制器包括：

一第一可调式电流源，用来提供一第五电流﹔以及

一第一侦测和控制单元，并联于所述第一可调式电流源，用来根据所述第一电流控制器的跨压来调节所述第五电流的值﹔且

所述第二电流控制器包括﹕

一第二可调式电流源，用来提供一第六电流﹔以及

一第二侦测和控制单元，用来根据所述第二电流或所述第三电流来调节所述第六电流的值。

14.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于﹕

所述第一电流控制器包括：

一第一可调式电流源，用来提供一第五电流，其包括﹕

一第一端，耦接于第一发光组件﹔以及

一第二端，耦接于第二发光组件﹔以及

一第一侦测和控制单元，串联于所述第一可调式电流源，用来根据所述第一电流和所述第二电流来调节所述第五电流的值﹔且

所述第二电流控制器包括﹕

一第二可调式电流源，用来提供一第六电流﹔以及

一第二端，耦接于第二发光组件。

15.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于，所述第三电流控制器包括﹕

一第三可调式电流源，用来提供所述第四电流﹔以及

一第三侦测和控制单元，串联于所述第三可调式电流源，用来根据所述第四电流来控制所述第三可调式电流源。

16.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于，所述第一路径控制器包括一二极管、一二极管形式的场效晶体管，或一二极管形式的双载子接面晶体管。

17.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于：

当所述第一路径控制器呈关闭时，所述第一发光组件并联于所述第二发光组件﹔且

当所述第一路径控制器呈开启时，所述第一发光组件串联于所述第二发光组件。

18.如权利要求1所述的发光二极管照明装置，其特征在于：

当所述第一路径控制器呈关闭时，所述第三电流的值为0，且所述第四电流的值为所述第一电流和所述第二电流的值的总和﹔且

当所述第一路径控制器呈开启时，所述第一电流、所述第二电流、所述第三电流和所述第四电流具有相同值。