CN105813255A - 具同步脉冲宽度调制调光控制的发光二极管照明装置 - Google Patents

具同步脉冲宽度调制调光控制的发光二极管照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管照明装置包括一发光电路、一可调式电流源、一侦测电路,以及一调光控制电路。发光电路由一整流交流电压来驱动,用来根據一发光二极管电流来提供光源。可调式电流源根據一脉冲宽度调制信號来变更发光二极管电流的一工作周期。侦测电路侦测发光二极管电流的一上升边缘或一下降边缘,其中上升边缘和下降边缘相关于整流交流电压的频率。调光控制电路产生脉冲宽度调制信號,以及在侦测到的上升边缘或下降边缘时同步脉冲宽度调制信號的频率和整流交流电压的频率。因此,本发明可提供一种具同步脉冲宽度调制调光控制的发光二极管照明装置。

Description

具同步脉冲宽度调制调光控制的发光二极管照明装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种发光二极管照明装置,尤其涉及一种具同步脉冲宽度调制调光控制的发光二极管照明装置。
背景技术
[0002] 在整流交流(rectif ied alternative-current ,AC)电压直接驱动的照明应用中,由于发光二极管(light emitting d1de,LED)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。调光(dimming)是一种将光源发出的光调节为所需亮度的技术,可针对不同发光二极管照明应用提供不同的亮度级别,也能节省耗电。传统发光二极管调光采用模拟(analog)调光和脉冲宽度调制(pulse width modulat1n,PffM)调光两种技术。在模拟调光架构下,发光二极管的亮度可通过直接控制其顺向电流来调节。在脉冲宽度调制调光架构下,发光二极管的顺向电流会改变工作周期以定期地开启和关闭,进而达到等效亮度控制。使用者可透过不同方式来控制调光量。
[0003]在现有技术中,脉冲宽度调制调光会根据一脉冲宽度调制信号来定期地开启和关闭发光二极管电流,进而调整发光二极管电流的工作周期以改变发光二极管照明装置的整体亮度。然而,当脉冲宽度调制信号的频率和整流交流电压信号的频率未同步时,在整流交流电压信号的不同周期内,发光二极管电流可能会具相异波型,因此会造成频闪(flicker)或闪烁(shimmer)现象。无论人眼是否能够辨识,发光二极管频闪或闪烁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,需要一种具同步脉冲宽度调制调光控制的发光二极管照明装置。
发明内容
[0004]鉴于上述现有技术的问题,本发明的目的在于提供一种具同步脉冲宽度调制调光控制的的发光二极管照明装置。
[0005]为达到上述的目的,本发明公开一种发光二极管照明装置,其包括一发光电路,由一整流交流电压来驱动,用来根据一发光二极管电流来提供光源;一可调式电流源,用来根据一脉冲宽度调制信号来变更所述发光二极管电流的一工作周期;一侦测电路,用来侦测所述发光二极管电流的一上升边缘或一下降边缘,其中所述上升边缘和所述下降边缘相关于所述整流交流电压的一频率;以及一调光控制电路,用来产生所述脉冲宽度调制信号;以及在侦测到的所述上升边缘或所述下降边缘同步所述脉冲宽度调制信号的一频率和所述整流交流电压的所述频率。
附图说明
[0006]图1为本发明实施例中发光二极管照明装置的示意图。
[0007]图2为本发明实施例中发光二极管照明装置的示意图。
[0008]图3为本发明实施例中发光二极管照明装置的示意图。
[0009]图4为本发明实施例中调光控制电路运作时的示意图。
[0010]图5为本发明实施例中调光控制电路运作时的示意图。
[0011]图6为本发明实施例中调光控制电路运作时的示意图。
[0012] 其中,附图标记说明如下:
[0013] 44、54 比较器
[0014] 56 脉冲宽度调制信號产生器
[0015] 101〜103 发光二极管照明装置
[0016] HO 电源供应电路
[0017] 112 桥式整流器
[0018] 120 发光电路
[0019] 130 可调式电流源
[0020] 140 调节控制电路
[0021] 150 调光控制电路
[0022] 160 侦测电路
[0023] 170 驱动电路
[0024] CC1-CC2 电流控制器
[0025] Ao〜A2 发光装置
[0026] R 电阻
具体实施方式
[0027]图1至图3为本发明实施例中发光二极管照明装置101〜103的示意图。发光二极管照明装置101〜103各包括一电源供应电路110、一发光电路120、一可调式电流源130、一调节控制电路140、一调光控制电路150,以及一侦测电路160。发光二极管照明装置102和103各另包括一驱动电路170。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Vac以驱动发光二极管照明装置101〜103,其中整流交流电压Vac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Vac以驱动发光二极管照明装置1I〜103,其中整流交流电压Vac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。
[0028]在本发明中,发光电路120可包括多个发光装置Ao〜An(N为正整数),每一发光装置可各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3显示了采用多个串接发光二极管的架构(N = 2),其可包括多个单接口发光二极管(single-junct1n LED)、多个多界面高压发光二极管(mult1-junct1n high-voltage LED),或不同类型发光二极管的任意组合。然而,发光电路120的种类或组态并不限定本发明的范畴。
[0029]在本发明中,驱动电路170可利用多阶段方式来调节流经发光电路120的发光二极管电流1_。在图2所示的发光二极管照明装置102中,驱动电路170包括M个电流控制器CC1〜CCm,每一电流控制器分别并联于发光装置Ai〜An中一相对应的发光装置。在图3所不的发光二极管照明装置103中,驱动电路170包括M个电流控制器CC1〜CCm,每一电流控制器的第一端耦接于发光装置Ai〜AN中一相对应发光装置的第一端,第二端耦接于相对应发光装置的第二端,而第三端耦接于发光装置Ai〜AN中另一发光装置的第一端。在本发明中,M为不大于N的整数,图2和图3显示了 M = N = 2时的实施例。然而,驱动电路170的组态并不限定本发明的范畴。
[0030]由于流经发光电路120的发光二极管电流Iled相关于周期性的整流交流电压VAC,发光二极管电流Iled的上升边缘和下降边缘相关于整流交流电压VAC的频率,而发光二极管电流Iled的值相关于整流交流电压Vac的值。在本发明一实施例中,侦测电路160可包括的一电阻R,串联至可调式电流源130以提供一回授电压VFB。回授电压Vfb的值相关于发光二极管电流1-的上升边缘或下降边缘,以及相关于整流交流电压Vac的值。
[0031] 在本发明中,可调式电流源130串联至发光电路120,其根据一调节信号Sreg和一脉冲宽度调制信号SP™来运作。在一实施例中,可调式电流源130可由N型金氧半导体(N-typemetal-oxide-semiconductor,NM0S)晶体管,及/或一个或多个具类似功能的组件来实作。然而,可调式电流源130的组态并不限定本发明的范畴。可调式电流源130可由脉冲宽度调制信号SP™来开启或关闭,进而变更发光二极管电流Iled的工作周期。可调式电流源130的值可根据调节信号Srec来加以调整。
[0032] 在本发明中,调节控制电路140包括一比较器44,用来比较回授电压Vfb和一参考电压Vrefi的值,进而输出相对应的调节信号Sreg。当调节信号Sreg对应至Vfb〈 Vrefi时,可调式电流源130会增加其值;当调节信号Srec对应至VFB>VREF^,可调式电流源130会降低其值。因此,当整流交流电压Vac的值因故发生波动(非自身周期性变化)时,发光二极管电流Iled可维持在固定值。
[0033]在本发明中,脉冲宽度调制信号SP™的值相关于使用者选择的调光量。使用者可透过不同的调光器开关(dimmer switch)来调整发光二极管照明装置101〜103的亮度,例如透过旋转式开关、翘板式开关、滑动式开关和无线开关等。然而,使用者选择调光量的方式并不限定本发明的范畴。
[0034] 在本发明中,调光控制电路150包括一比较器54和一脉冲宽度调制信号产生器56。脉冲宽度调制信号产生器56可根据一调光信号Sdim和一同步信号SYN来提供脉冲宽度调制信号Spwm ο
[0035]图4至图6为本发明实施例中调光控制电路150运作时的示意图。图4说明了脉冲宽度调制信号Spwm和调光信号Sdim之间的关系。第5、6图说明了脉冲宽度调制信号Spwm和同步信号SYN之间的关系。图5以多阶段驱动(N=2)的发光二极管照明装置102来做说明,而图6以多阶段驱动(N = 2)的发光二极管照明装置103来做说明。发光二极管电流Iled的开启区间由斜线区域来表示。
[0036] —般来说,当发光二极管照明装置101〜103被要求提供最大亮度时,调光信号Sdm的值会维持在一初始电位Vnom。当用户指示发光二极管照明装置101〜103降低亮度时,调光信号Sd IM的值会降低。脉冲宽度调制信号产生器56可比较调光信号Sd IM和一震荡信号Sosc的值,进而输出相对应的脉冲宽度调制信号S™。在图4所示的实施例中,当SDIm>Sqsc时,脉冲宽度调制信号SP™会被设定在一高电位Vh;当SDIm〈Sqsc时,脉冲宽度调制信号Spwm会被设定在一低电位Vl ο更详细地说,当调光信号SDI[^^值维持在初始电位Vnom时,脉冲宽度调制信号Spwm会在维持100%工作周期,进而完全开启发光二极管电流Iled以提供最大亮度;当调光信号Sdim的值降至V4Q时,脉冲宽度调制信号Sp丽会在维持40 %工作周期,进而只会在40 %的周期内开启发光二极管电流Iled以降低亮度。
[0037]在整流交流电压Vac的上升周期当Vac的值超过发光电路120和可调式电流源130的位障电压(barrier voltage)或切入电压(cut-1n voltage)时,发光二极管电流Iled开始流通,而横跨侦测电路160的回授电压Vfb开始增加。比较器54可比较回授电压Vfb和一参考电压Vref2的值,进而输出相对应的同步信号SYN。当收到同步信号SYN时,脉冲宽度调制信号产生器56会重新启动或重设脉冲宽度调制信号SP™,进而使脉冲宽度调制信号SP™的频率和整流交流电压Vac的频率彼此能同步。
[0038]在图5所示的实施例中,当相关于整流交流电压VAC的频率的回授电压Vfb升至超过参考电压Vref2的值时,比较器54会输出同步信号SYN。在收到同步信号SYN后,脉冲宽度调制信号产生器56会重新启动脉冲宽度调制信号Spwm。因此,在每一周期内发光二极管电流Iled的开启区间都能在上升边缘被同步,进而改善频闪或闪烁现象。
[0039]在图6所示的实施例中,当相关于整流交流电压VAC的频率的回授电压Vfb降至低于参考电压Vref2的值时,比较器54会输出同步信号SYN。在收到同步信号SYN后,脉冲宽度调制信号产生器56会重设脉冲宽度调制信号Spwm。因此,在每一周期内发光二极管电流Iled的开启区间都能在下降边缘被同步,进而改善频闪或闪烁现象。
[0040]透过上述调光控制电路,本发明能同步脉冲宽度调制信号Spwm的频率和整流交流电压VAC的频率,使得在每一周期内发光二极管电流1-的开启区间都能在上升边缘或下降边缘被同步。因此,本发明能提供一种具同步脉冲宽度调制调光控制的二极管照明装置,以改善频闪或闪烁现象。
[0041]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 (10)

1.一种具同步脉冲宽度调制调光控制的发光二极管照明装置,其特征在于,包括: 一发光电路,由一整流交流电压来驱动,用来根据一发光二极管电流来提供光源; 一可调式电流源,用来根据一脉冲宽度调制信号来变更所述发光二极管电流的一工作周期; 一侦测电路,用来侦测所述发光二极管电流的一上升边缘或一下降边缘,其中所述上升边缘和所述下降边缘相关于所述整流交流电压的一频率;以及一调光控制电路,用来: 产生所述脉冲宽度调制信号;以及 在侦测到的所述上升边缘或所述下降边缘时同步所述脉冲宽度调制信号的一频率和所述整流交流电压的所述频率。
2.如权利要求1所述的发光二极管照明装置,其特征在于,所述调光控制电路另用来根据一调光信号来变更所述脉冲宽度调制信号的一工作周期。
3.如权利要求1所述的发光二极管照明装置,其特征在于: 所述侦测电路另用来提供相关于所述上升边缘或所述下降边缘的一回授电压;且 所述调光控制电路包括: 一比较器,用来在所述回授电压升至超过一参考电压时输出对应于所述上升边缘的一同步信号,或在所述回授电压降至低于所述参考电压时输出对应于所述下降边缘的所述同步信号;以及 一脉冲宽度调制信号产生器,用来在接收到所述同步信号时重新启动或重设所述脉冲宽度调制信号,进而同步所述脉冲宽度调制信号的所述频率和所述整流交流电压的所述频率。
4.如权利要求1所述的发光二极管照明装置,其特征在于,另包括一驱动电路,用来以多阶段方式调节流经所述发光电路的所述发光二极管电流。
5.如权利要求4所述的发光二极管照明装置,其特征在于: 所述发光电路包括串接的多个发光装置;且 所述驱动电路包括多个电流控制器,每一电流控制器并联于所述多个发光装置中一相对应发光装置。
6.如权利要求4所述的发光二极管照明装置,其特征在于: 所述发光电路包括串接的多个发光装置; 所述驱动电路包括多个电流控制器;且 所述多个电流控制器中一第一电流控制器包括: 一第一端,耦接至所述多个发光装置中一第一发光装置的一第一端; 一第二端,耦接至所述第一发光装置的一第二端;以及 一第三端,耦接至所述多个发光装置中一第二发光装置的一第一端和所述多个电流控制器中一第二电流控制器的一第一端。
7.如权利要求6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的一第二端耦接至所述第二发光装置的一第二端;且 所述第二电流控制器的一第三端耦接至所述可调式电流源。
8.如权利要求1所述的发光二极管照明装置,其中所述可调式电流源包括一晶体管开关,用来根据所述脉冲宽度调制信号的一工作周期来开启或关闭所述发光二极管电流。
9.如权利要求1所述的发光二极管照明装置,其特征在于,另包括一调节控制电路,用来产生一调节信号,其中: 所述调节信号相关于所述整流交流电压的一变化; 所述侦测电路另用来侦测所述整流交流电压的所述变化;且 所述可调式电流源另用来根据所述调节信号来调整所述发光二极管电流的值。
10.如权利要求9所述的发光二极管照明装置,其特征在于: 所述侦测电路另用来提供相关于所述整流交流电压的所述变化的一回授电压;且 所述可调式电流源根据所述调节信号来调整所述发光二极管电流的值包括: 在所述调节信号对应于所述回授电压超过所述参考电压时,降低所述发光二极管电流的值;以及 在所述调节信号对应于所述回授电压不过所述参考电压时,增加所述发光二极管电流的值。
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