CN106937439B - 发光二极管的控制电路及其主动式泄放电路 - Google Patents

发光二极管的控制电路及其主动式泄放电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种发光二极管的控制电路及其主动式泄放电路，控制电路包含一发光二极管驱动器及主动式泄放电路，发光二极管驱动器驱动至少一发光二极管，并产生一电流侦测讯号，电流侦测讯号系相关于一发光二极管电流。主动式泄放电路包含一泄放电路，泄放电路耦接于发光二极管驱动器以接收电流侦测讯号，且依据电流侦测讯号汲取一泄放电流，以保持流过调光器的电流高于保持电流。

Description

发光二极管的控制电路及其主动式泄放电路
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管，尤指一种发光二极管的控制电路及一种主动式泄放电路。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)灯泡已广泛用于各种电子产品，其因为具有许多显著的优点，例如寿命长、体积小以及高效率。一般而言，发光二极管系统通常包含有一调光器(Dimmer)，例如三端双向交流开关(TRIAC)调光器，其用于调整发光二极管灯泡的亮度。TRIAC调光器被驱动于交流循环的每一半周，当TRIAC调光器被驱动时，流过TRIAC调光器的电流应该要保持高于一门坎电流，以为了于此半周的剩余时间仍可让TRIAC调光器保持导通，此门坎电流称为保持电流。因此，本发明提出一种发光二极管的控制电路及一种主动式泄放电路，而可汲取一泄放电流，以保持流过调光器的电流高于保持电流。
发明内容
本发明的一目的，在于提供一种发光二极管的控制电路及其主动式泄放电路，以依据相关于一发光二极管电流的一电流侦测讯号汲取一泄放电流，如此可保持流过调光器的电流高于保持电流。
本发明提供一种发光二极管的控制电路，其包含一发光二极管驱动器与一主动式泄放电路。发光二极管驱动器驱动至少一发光二极管且产生一电流侦测讯号，电流侦测讯号相关于一发光极体电流。主动式泄放电路耦接于发光二极管驱动器而接收电流侦测讯号，并依据电流侦测讯号汲取一泄放电流。
本发明提供一种主动式泄放电路，其包含一泄放电路，泄放电路耦接于发光二极管驱动器，而接收电流侦测讯号，并依据电流侦测讯号汲取泄放电流，此电流侦测讯号相关于发光二极管电流。
附图说明
图1：其为本发明的发光二极管系统的一实施例的电路图。
图2：其为本发明的控制电路的第一实施例的电路图。
图3：其为本发明的控制电路的第二实施例的电路图。
图4：其为本发明的控制电路的第三实施例的电路图。
图5：其为本发明的发光二极管系统的另一实施例的电路图。
图中：
10 交流电源
20 调光器
21 三端双向交流开关
23 两端双向交流开关
25 电阻器
27 电容器
30 桥式整流器
40 发光二极管
41 第一发光二极管
42 第二发光二极管
50 发光二极管驱动器
51 第一晶体管
53 第一运算放大器
55 第二晶体管
57 第二运算放大器
60 泄放电路
61 运算放大器
63 晶体管
67 缓冲器
68 运算单元
70 发光二极管驱动器
72 变压器
74 功率开关
76 脉波宽度调变控制器
78 整流器
IBLD 泄放电流
ID 电流
IIN 输入电流
ILED 发光二极管电流
IP 切换电流
NP 一次侧绕组
NS 二次侧绕组
RCS_BLD 电阻器
RCS_DRV 电流侦测元件
V1 第一参考讯号
V2 第二参考讯号
VCS' 缓冲讯号
VCS_DRV 电流侦测讯号
VIN 输入电压
VPWM 切换讯号
VREF_BLD 泄放参考讯号
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
请参阅图1，其为本发明的发光二极管系统的一实施例的电路图。如图1所示，本发明的发光二极管系统包含一交流电源10、一调光器20、一桥式整流器30、复数发光二极管40与一控制电路。控制电路包含一发光二极管驱动器50与一主动式泄放电路，而主动式泄放电路则包含一泄放电路60。调光器20耦接于交流电源10与桥式整流器30间。交流电源10经由调光器20供应交流电至桥式整流器30。于本发明的一实施例中，调光器20可为一三端双向交流(TRIAC)开关调光器。
调光器20包含一三极交流开关(Tri-electrode AC switch)、一二极交流开关(Di-electrode AC switch)、一电阻器25与一电容器27。于本发明的一实施例中，三极交流开关例如为三端双向交流(TRIAC)开关21，二极交流开关例如为两端双向交流(DIAC)开关23。TRIAC开关21的第一端耦接交流电源10，TRIAC开关21的第二端则耦接桥式整流器30，DIAC开关23的第一端耦接TRIAC开关21的控制端。电阻器25的第一端耦接交流电源10与TRIAC开关21的第一端，电阻器25的第二端则耦接DIAC开关23的第二端与电容器27的第二端，电容器27的第一端耦接TRIAC开关21的第二端与桥式整流器30。
桥式整流器30整流该交流电而提供一输入电源，此输入电源供应一输入电压VIN与一输入电流IIN，输入电流IIN则提供一发光二极管电流ILED，以驱动发光二极管40。发光二极管驱动器50耦接发光二极管40以驱动发光二极管40。发光二极管驱动器50包含一电流侦测元件RCS_DRV，电流侦测元件RCS_DRV耦接发光二极管电流ILED，以侦测发光二极管电流ILED且产生一电流侦测讯号VCS_DRV。泄放电路60耦接发光二极管驱动器50而接收电流侦测讯号VCS_DRV，且依据电流侦测讯号VCS_DRV而从输入电流IIN汲取一泄放电流IBLD，其表示泄放电路60从桥式整流器30所供应的输入电源汲取泄放电流IBLD。因此，泄放电路60从交流电源10汲取泄放电流IBLD，而增加流过调光器20的一电流ID的强度，以维持电流ID高于保持电流，如此即可让调光器20保持处于导通状态。
请参阅图2，其为本发明的控制电路的第一实施例的电路图。如图2所示，发光二极管驱动器50包含复数驱动单元与电流侦测元件RCS_DRV。每一驱动单元包含一晶体管与一运算放大器。驱动单元相当于电流调整器。依据此实施例，发光二极管驱动器50包含一第一驱动单元与一第二驱动单元而分别对应于两发光二极管41和42，发光二极管41和42相互串联。
第一驱动单元包含一第一晶体管51与一第一运算放大器53。第二驱动单元包含一第二晶体管55与一第二运算放大器57。第一晶体管51耦接于第一发光二极管41的阴极与接地端间，第二晶体管55耦接于第二发光二极管42的阴极与接地端间。电流侦测元件RCS_DRV的第一端耦接第一晶体管51与第二晶体管55的第二端(源极端)，电流侦测元件RCS_DRV的第二端则耦接于接地端。电流侦测元件RCS_DRV用于侦测流过发光二极管41和42的发光二极管电流ILED，并产生电流侦测讯号VCS_DRV，因此电流侦测讯号VCS_DRV表示发光二极管电流ILED。
运算放大器53与57的负输入端耦接电流侦测元件RCS_DRV的第一端而接收电流侦测讯号VCS_DRV。一第一参考讯号V1供应至第一运算放大器53的正输入端，第一运算放大器53的输出端耦接第一晶体管51的闸极端，第一运算放大器53依据电流侦测讯号VCS_DRV与第一参考讯号V1控制第一晶体管51，而调整发光二极管电流ILED，以驱动第一发光二极管41。一第二参考讯号V2供应至第二运算放大器57的正输入端，第二运算放大器57的输出端耦接第二晶体管55的闸极端，第二运算放大器57依据电流侦测讯号VCS_DRV与第二参考讯号V2控制第二晶体管55，而调整发光二极管电流ILED，以驱动发光二极管41与42。发光二极管电流ILED决定于第一参考讯号V1、第二参考讯号V2与电流侦测讯号VCS_DRV。
一旦输入电压VIN高于第一发光二极管41的顺向电压且低于发光二极管41与42的顺向电压的总合值时，第一发光二极管41即被驱动，且发光二极管电流ILED会流过第一发光二极管41、第一晶体管51和电流侦测元件RCS_DRV，而第二发光二极管42则不会被驱动。因此，发光二极管电流ILED不会流过第二发光二极管42，发光二极管电流ILED可表示为如下：
一旦输入电压VIN高于发光二极管41与42的顺向电压的总合值时，发光二极管41与42即被驱动，且发光二极管电流ILED会流过发光二极管41与42、第二晶体管55和电流侦测元件RCS_DRV。发光二极管电流ILED可表示为如下：
第一驱动单元(包括第一晶体管51与第一运算放大器53)与第二驱动单元(包括第二晶体管55与第二运算放大器57)相当于电流调整器，以调整发光二极管电流ILED。由于第二参考讯号V2大于第一参考讯号V1，所以当第二电流调整器(下游电流调整器)调整发光二极管电流ILED时，第一电流调整器(上游电流调整器)将会自动被禁能。
泄放电路60包含一电流汲取电路与一缓冲器67。于本发明的一实施例中，电流汲取电路可藉由电压-电流转换电路实现，但并不限定于此。电压-电流转换电路包含一运算放大器61、一晶体管63与一电阻器RCS_BLD，晶体管63的第一端(汲极端)耦接桥式整流器30的输出端而接收输入电源，而晶体管63的第二端(源极端)耦接运算放大器61的负输入端与电阻器RCS_BLD的第一端。一泄放参考讯号VREF_BLD供应至运算放大器61的正输入端，运算放大器61的输出端则耦接晶体管63的闸极端。电阻器RCS_BLD的第二端耦接缓冲器67的输出端，缓冲器67的正输入端耦接发光二极管驱动器50的电流侦测元件RCS_DRV而接收电流侦测讯号VCS_DRV，缓冲器67的负输入端则耦接缓冲器67的输出端，缓冲器67更耦接于接地端，缓冲器67用于缓冲电流侦测讯号VCS_DRV而产生一缓冲讯号VCS'。于本发明的一实施例中，缓冲器67为单位增益缓冲器(unity gain buffer)。
泄放电路60的电流汲取电路耦接输入电源与缓冲器67的输出(缓冲讯号VCS')，以依据电流侦测讯号VCS_DRV与泄放参考讯号VREF_BLD而从输入电源汲取泄放电流IBLD，泄放电流IBLD可表示为如下：
由于缓冲讯号VCS'相关联于电流侦测讯号VCS_DRV，所以依据方程式(3)可知，泄放电流IBLD会依据电流侦测讯号VCS_DRV而调整。当发光二极管电流ILED为低时，缓冲讯号VCS'亦会为低，此时泄放电流IBLD将会被增加，即其电流强度会被提高，以让流过调光器20的电流ID保持高于保持电流。当发光二极管电流ILED转变为高时，泄放电流IBLD将会被降低，即其电流强度会被降低。一旦发光二极管电流ILED高于保持电流时，泄放电流IBLD可降低至零。由此可知，泄放电路60相当于一电流调整器，且发光二极管电流ILED不会流过泄放电路60，而是电流侦测讯号VCS_DRV传输至泄放电路60。
当电流侦测元件RCS_DRV的电阻值同于电阻器RCS_BLD的电阻值且发光二极管电流ILED的电流值小于泄放参考讯号VREF_BLD的强度值除以电阻器RCS_BLD的电阻值时，输入电流IIN可表示为如下：
依据方程式(4)可知，泄放电流IBLD可让输入电流IIN高于保持电流，其表示流过调光器20的电流ID可被维持高于保持电流。
请参阅图3，其为本发明的控制电路的第二实施例的电路图。如图3所示，此实施例的泄放电路60不需要如图2所示的缓冲器67。此实施例的泄放电路60包含电压-电流转换电路(电流汲取电路)与一运算单元68。电压-电流转换电路包含运算放大器61、晶体管63与电阻器RCS_BLD。
电阻器RCS_BLD的第一端耦接运算放大器61的负输入端与晶体管63的第二端(源极端)，电阻器RCS_BLD的第二端则耦接于接地端。运算单元68耦接发光二极管驱动器50的电流侦测元件RCS_DRV而接收电流侦测讯号VCS_DRV。泄放参考讯号VREF_BLD供应至运算单元68，运算单元68依据电流侦测讯号VCS_DRV与泄放参考讯号VREF_BLD产生一输出讯号，运算单元68相减电流侦测讯号VCS_DRV的准位与泄放参考讯号VREF_BLD的准位而产生输出讯号，运算单元68相当于一减法器。运算单元68的输出端耦接运算放大器61的正输入端，所以运算单元68的输出讯号供应至运算放大器61的正输入端。由上述可知，此实施例的电流汲取电路依据运算单元68的输出讯号而从输入电源汲取泄放电流IBLD。泄放电流IBLD可表示为如下：
依据方程式(5)，泄放电流IBLD可依据电流侦测讯号VCS_DRV而被调整。当发光二极管电流ILED为低时，电流侦测讯号VCS_DRV也会为低，所以输出讯号(VREF_BLD-VCS_DRV)将会增加，其表示泄放电流IBLD的强度将会被增加，以让流过调光器20的电流ID保持高于保持电流。当发光二极管电流ILED转变为高时，输出讯号(VREF_BLD-VCS_DRV)将会降低，因而泄放电流IBLD的强度也会降低。
当电流侦测元件RCS_DRV的电阻值同于电阻器RCS_BLD的电阻值且发光二极管电流ILED的电流值小于泄放参考讯号VREF_BLD的强度值除以电阻器RCS_BLD的电阻值时，输入电流IIN可表示为如下：
依据方程式(6)可知，泄放电流IBLD可让输入电流IIN的强度保持高于保持电流，其表示电流ID可被维持高于保持电流。
请参阅图4，其为本发明的控制电路的第三实施例的电路图。如图4所示，此实施例的泄放电路60不需要如图3所示的运算放大器61。此实施例的泄放电路60包含晶体管63、运算单元68与电阻器RCS_BLD。运算单元68依据电流侦测讯号VCS_DRV与泄放参考讯号VREF_BLD产生输出讯号，运算单元68可为减法器。运算单元68的输出端耦接晶体管63的闸极端，因此运算单元68的输出讯号耦接至晶体管63的闸极端，以控制晶体管63。
此实施例可藉由晶体管63的特性调整泄放电流IBLD的强度。当晶体管63的源极电压低于其闸极电压减去其门坎电压时，晶体管63即会被导通。反的，当晶体管63的源极电压高于其闸极电压减去其门坎电压时，晶体管63即会被截止。因此，泄放电流IBLD的强度即可被调整。泄放电流IBLD可表示为如下：
VG表示晶体管63的闸极电压，而VTH则表示晶体管63的门坎电压。运算单元68的输出讯号的强度即为晶体管63的闸极电压，所以运算单元68的输出讯号即可控制晶体管63，以依据输出讯号而从输入电源汲取泄放电流IBLD。晶体管63的闸极电压受控于泄放参考讯号VREF_BLD的强度与电流侦测讯号VCS_DRV的强度，当发光二极管电流ILED为低时，泄放电流IBLD将会增加。
请参阅图5，其为本发明的发光二极管系统的另一实施例的电路图。前述图2至图4的实施例的发光二极管驱动器皆为渐进式顺向偏压线性发光二极管驱动器。然而，本发明的发光二极管驱动器并非仅限制用于此。发光二极管驱动器可为一切换式调整器。
如图5所示，发光二极管驱动器70包含一变压器72、一功率开关74、一脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)控制器76与电流侦测元件RCS_DRV。变压器70具有一一次侧绕组NP与一二次侧绕组NS，二次侧绕组NS经由一整流器78而产生发光二极管电流ILED。整流器78的第一端耦接二次侧绕组NS的第一端，发光二极管40耦接于整流器78的第二端与二次侧绕组NS的第二端间。
一次侧绕组NP的第一端耦接桥式整流器30而接收输入电压VIN，功率开关74的第一端耦接一次侧绕组NP的第二端，电流侦测元件RCS_DRV耦接于接地端与功率开关74的第二端间，以产生电流侦测讯号VCS_DRV。脉波宽度调变控制器76耦接电流侦测元件RCS_DRV的第一端而接收电流侦测讯号VCS_DRV。脉波宽度调变控制器76依据电流侦测讯号VCS_DRV产生一切换讯号VPWM，而切换功率开关74，以调整发光二极管电流ILED。当功率开关74导通时，一切换电流IP会流过功率开关74，此切换电流IP与发光二极管电流ILED成比例。电流侦测元件RCS_DRV用于侦测切换电流IP，以产生电流侦测讯号VCS_DRV。其表示电流侦测元件RCS_DRV用于侦测发光二极管电流ILED，且电流侦测讯号VCS_DRV相关于发光二极管电流ILED。
泄放电路60耦接电流侦测元件RCS_DRV而接收电流侦测讯号VCS_DRV，以依据电流侦测讯号VCS_DRV汲取泄放电流IBLD，如此可让流过调光器20的电流ID保持高于保持电流，而让调光器20保持于导通状态。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (15)

1.一种发光二极管的控制电路，其特征在于，其包含：
一发光二极管驱动器，配置为驱动至少一发光二极管以形成通过该至少一发光二极管的一发光二极管电流；
一电流侦测元件，配置为侦测通过该至少一发光二极管的该发光二极管电流以形成一电流侦测讯号，该电流侦测讯号相关于该发光二极管电流；
该发光二极管驱动器，配置为根据该电流侦测讯号控制该发光二极管电流；以及
一泄放电路，配置为耦接该至少一发光二极管的第一端子，该泄放电路耦接该发光二极管驱动器且配置为直接接收该电流侦测讯号，该泄放电路配置为依据该电流侦测讯号汲取一泄放电流。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该泄放电路从一电源汲取该泄放电流，以增加流过一调光器的一电流。
3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中当流过该至少一发光二极管的该发光二极管电流降低时，该泄放电流会增加。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该泄放电路包含：
一缓冲器，其耦接该发光二极管驱动器而接收该电流侦测讯号；以及
一电流汲取电路，其耦接以接收一输入电源且耦接该缓冲器的一输出，并依据该电流侦测讯号与一泄放参考讯号从该输入电源汲取该泄放电流。
5.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该泄放电路包含：
一运算单元，其耦接该发光二极管驱动器而接收该电流侦测讯号，并配置为依据该电流侦测讯号与一泄放参考讯号产生一输出讯号；以及
一晶体管，其耦接以接收一输入电源并受控于该运算单元的该输出讯号，并依据该输出讯号从该输入电源汲取该泄放电流。
6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该发光二极管驱动器包含至少一驱动单元，该至少一驱动单元包含：
一晶体管，其耦接于该至少一发光二极管与一接地端间；以及
一运算放大器，其用于依据一参考讯号控制该晶体管，以驱动该至少一发光二极管。
7.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，其中该发光二极管驱动器配置为根据一第一参考讯号控制通过该至少一发光二极管中的第一发光二极管的第一电流，以及根据一第二参考讯号而非该第一参考讯号控制通过该至少一发光二极管中的该第一发光二极管和第二发光二极管的该发光二极管电流。
8.一种发光二极管的控制电路，其特征在于，其包含：
一发光二极管驱动器，配置为驱动至少一发光二极管并形成一电流侦测讯号，该电流侦测讯号相关于一发光二极管电流；以及
一泄放电路，其耦接该发光二极管驱动器而接收该电流侦测讯号，并配置为依据该电流侦测讯号汲取一泄放电流，
该泄放电路包含：
一运算单元，其耦接该发光二极管驱动器而接收该电流侦测讯号，并配置为依据该电流侦测讯号与一泄放参考讯号产生一输出讯号；以及
一电流汲取电路，其耦接以接收一输入电源且耦接该运算单元的一输出，并依据该运算单元的该输出讯号从该输入电源汲取该泄放电流。
9.一种主动式泄放电路，其特征在于，其包含：
一发光二极管驱动器，配置为控制通过一个或多个发光二极管的一发光二极管电流；
该发光二极管驱动器中的一电流侦测元件，该电流侦测元件配置为形成一电流侦测讯号，该电流侦测讯号表示该发光二极管电流；
该发光二极管驱动器，配置为接收该电流侦测讯号且根据该电流侦测讯号控制通过该一个或多个发光二极管的该发光二极管电流；以及
一泄放电路，其耦接该发光二极管驱动器而接收该电流侦测讯号，并依据该电流侦测讯号汲取一泄放电流。
10.如权利要求9所述的主动式泄放电路，其特征在于，其中该泄放电路配置为从一电源汲取该泄放电流，以增加流过一调光器的一电流。
11.如权利要求9项所述的主动式泄放电路，其特征在于，其中当流过该一个或多个发光二极管的该发光二极管电流降低时，该泄放电流会增加。
12.如权利要求9所述的主动式泄放电路，其特征在于，其中该泄放电路包含：
一缓冲器，其耦接该发光二极管驱动器而接收该电流侦测讯号；以及
一电流汲取电路，其耦接以接收一输入电源且耦接该缓冲器的一输出，并依据该电流侦测讯号与一泄放参考讯号从该输入电源汲取该泄放电流。
13.如权利要求9所述的主动式泄放电路，其特征在于，其中该泄放电路包含：
一运算单元，其耦接该发光二极管驱动器而接收该电流侦测讯号，并配置为依据该电流侦测讯号与一泄放参考讯号产生一输出讯号；以及
一电流汲取电路，其耦接以接收一输入电源且耦接该运算单元的一输出，并依据该运算单元的该输出讯号从该输入电源汲取该泄放电流。
14.如权利要求9所述的主动式泄放电路，其特征在于，其中该泄放电路包含：
一运算单元，其耦接该发光二极管驱动器而接收该电流侦测讯号，并配置为依据该电流侦测讯号与一泄放参考讯号产生一输出讯号；以及
一晶体管，其耦接以接收一输入电源，该晶体管受控于该运算单元的该输出讯号，并依据该输出讯号从该输入电源汲取该泄放电流。
15.如权利要求9所述的主动式泄放电路，其特征在于，其中该发光二极管驱动器包含至少一驱动单元，该至少一驱动单元包含：
一晶体管，其配置为耦接于该一个或多个发光二极管与一接地端间；以及
一运算放大器，其耦接以依据一参考讯号控制该晶体管，用于驱动该一个或多个发光二极管。
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