CN109587869B - 发光二极管驱动电路及其照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种发光二极管照明装置，包括：发光封装结构；发光二极管单元；整流单元，用以驱动该发光二极管单元；第一线性恒流单元，电性耦接该发光二极管单元的一输出端；调光单元，电性耦接该第一线性恒流单元，用以调整该发光二极管单元的电流；第二线性恒流单元，电性耦接该整流单元；以及电解电容，电性耦接该第二线性恒流单元，用以与该第二线性恒流单元共同运作，提供该发光二极管单元的缓冲；其中，该第二线性恒流单元以及该电解电容共同电性耦接该发光二极管单元的一输入端。
Description
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管驱动电路及其照明装置，且特别是有关于一种高功因无频闪又能调整亮度的发光二极管驱动电路及其照明装置。
背景技术
近年来，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)具有耗电量小、耐用持久、高效转换、节约能源等优点，其越来越受到市场欢迎。发光二极管(LED)为一电流驱动元件，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。对于设计人员而言，最大的困难在于发光二极管(LED)要调光同时又要维持发光品质，这并不容易，与传统的白炽灯或日光灯有所不同。
频闪(flicker)现象是一种光源强度会随着时间而有明暗变化的现象，其影响发光品质甚巨，无论人眼是否能够辨识，频闪都会对人体造成许多不良的影响，例如头痛、视力模糊、眼花、眼睛疲劳、心神不安、严重时甚至引发癫痫等反应。由于发光二极管(LED)本身的特性，当发光二极管照明装置在需要调变光通量(luminous flux)和光强度时，它的频闪(flicker)现象往往远比其他照明灯具(例如白炽灯、荧光灯)要严重得多。因此，如何能既消除频闪又能调整发光二极管(LED)的亮度，已为现有发光二极管(LED)技术上亟待突破的一大难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高功因无频闪又能调整亮度的发光二极管驱动电路及其照明装置，其能够有效消除频闪现象又能兼顾调光功能，具超长寿命以及有效节能等优点。
本发明主要是利用一组以上的线性恒流电路，把发光二极管电流涟波消除掉(current ripple free)，即可消除频闪达到无频闪的目的。
本发明引进一电解电容做为缓冲(buffer)，可达到准确无涟波的驱动电流值。
就其中一个观点，本发明提供一种无频闪可调光的发光二极管驱动电路，包括数个发光二极管单元、整流单元、第一线性恒流单元、调光单元、第二线性恒流单元、电解电容、第一电极及第二电极。其中，第二线性恒流单元以及电解电容设在发光二极管单元的一共同节点(输入端)，而第一线性恒流单元分别设在每组发光二极管单元的另一节点(输出端)。
在一实施例中，上述发光二极管单元、整流单元、第一线性恒流单元、调光单元、第二线性恒流单元、以及电解电容可以是采用半导体制程实现的电路。其中，上述发光二极管单元、整流单元、第一线性恒流单元、调光单元、第二线性恒流单元、以及电解电容共同封装整合在一起，其封装方式包括半导体制程技术或冲压封装技术等。
本发明另一实施例有关于一种无频闪可调光的发光二极管照明装置，包括发光封装结构、数个发光二极管单元、整流单元、第一线性恒流单元、调光单元、第二线性恒流单元、电解电容、第一电极及第二电极。其中，第二线性恒流单元以及电解电容设在发光二极管单元的一共同节点(输入端)，而第一线性恒流单元分别设在每组发光二极管单元的另一节点(输出端)。
在一实施例中，上述发光封装结构、发光二极管单元、整流单元、第一线性恒流单元、调光单元、第二线性恒流单元、以及电解电容共同封装整合在一起，其封装方式包括半导体制程技术或冲压封装技术等。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下：
附图说明
图1绘示依照本发明一实施例的无频闪可调光发光二极管驱动电路示意图。
图2绘示依照本发明另一实施例的无频闪可调光发光二极管驱动电路示意图。
图3绘示依照本发明再一实施例的无频闪可调光发光二极管驱动电路示意图。
图4绘示依照本发明又一实施例的无频闪可调光发光二极管驱动电路示意图。
其中，附图标记：
100、200、300、400：照明装置
111：发光封装结构
112：发光二极管单元
1121：发光二极管
113：整流单元
114、116：线性恒流单元
115：调光单元
117：电解电容
131、141：升降压控制单元
a、b：节点
P1：第一电极
P2：第二电极
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明的技术方案做进一步的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例而非全部。
请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的无频闪可调光发光二极管驱动电路示意图。如图1所示，照明装置100包括发光封装结构111、数个发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、电解电容117、第一电极P1及第二电极P2。其中，第二线性恒流单元116以及电解电容117设在发光二极管单元112的一共同节点(输入端)，而第一线性恒流单元114分别设在每组发光二极管单元112的另一节点(输出端)。上述发光封装结构111、发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、以及电解电容117可以是采用半导体制程实现的电路。其中，上述发光封装结构111、发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、以及电解电容117共同封装整合在一起，其封装方式包括半导体制程技术或冲压封装技术等。发光封装结构111的第一电极P1及第二电极P2从发光封装结构111的端面露出，且发光封装结构111通过第一电极P1及第二电极P2直接电性连接外部电源(未绘示)。
如图1所示，本发明实施例的第二线性恒流单元116耦接于整流单元113与发光二极管单元112之间。发光二极管单元112可共同电性连接于第二线性恒流单元116。数个第一线性恒流单元114的一端以一对一的方式分别耦接于发光二极管单元112，而第一线性恒流单元114的另一端则接地，因各发光二极管单元112耦接于对应的线性恒流单元114，所以可受到对应的线性恒流单元114的个别控制。电解电容117耦接于第二线性恒流单元116，而电解电容117的另一端则接地。
一实施例中，本发明整流单元113可以是桥式整流器，以全波整流成成直流弦波波形后再驱动发光二极管单元112。
一实施例中，上述第一电极P1及第二电极P2可直接与外部电源电性连接，之间并未通过任何额外的驱动器。如此，可缩小照明装置100的整个体积。
一实施例中，调光单元115耦接于第一线性恒流单元114以及第二线性恒流单元116，以通过一线性准位调光信号或一脉冲宽度调变(pulse width modulation,PWM)信号控制第一线性恒流单元114或第二线性恒流单元116的导通时间(即电流量)，进而控制发光二极管单元112的发光表现，如光亮度、光强度或色温。上述调光单元115可以是一种无线调光单元115，且发光封装结构111可更包括能量接收器(未绘示)，其可与一外部供电器(未绘示)采用无线方式产生耦合电流，以供电给整流单元113。在此设计下，照明装置100可省略以有线连接的电源连接件(未绘示)。前述能量接收器可采用共振器(resonator)来实现。此外，一外部控制器(未绘示)可通过无线方式控制无线调光单元115。外部控制器例如是手机、电脑等电子装置。
在一实施例中，可采用封装技术，将各发光二极管单元112的至少一部分、整流单元113的至少一部分、第一线性恒流单元114的至少一部分、调光单元115的至少一部分、第二线性恒流单元116、以及电解电容117的至少一部分封装于发光封装结构111的实体材料内，使此些元件与发光封装结构111紧密接触，可减少热阻，提升散热效率。此外，其它现有驱动器的电路也可封装于发光封装结构111内。发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114与调光单元115之间的连接线可以先连接后再进行封装制程，或进行封装制程后再采用印刷技术形成。如此一来，发光封装结构111的所有外表面都可以做为散热面，使此些元件的热量可直接通过发光封装结构111所提供的大外表面积对流至环境中，以提升照明装置100的散热效率。
在一实施例中，前述封装技术例如是压缩成型(compression molding)、液态封装型(liquid encapsulation)、注射成型(injection molding)、转注成型(transfermolding)或冲压成型(punching packaging)。
在一实施例中，发光封装结构111例如是透光壳体，使发光二极管单元112的光线可通过发光封装结构111出光。此外，发光封装结构111可包含荧光材，以转换发光二极管单元112的出光波长。
在一实施例中，数个发光二极管单元112可串联，然亦可并联，或串并联混合。此外，各发光二极管单元112也可以是一经过封装的发光单元，其也可包含荧光材，以转换发光二极管单元112内各别发光二极管1121的出光波长。各发光二极管单元112包括数个串联的发光二极管1121。各发光二极管单元112内的数个发光二极管1121亦可并联或串并联混合。
本发明实施例的第一线性恒流单元114与第二线性恒流单元116共同运作，并共同耦接于调光单元115，以得到一最佳效率的适应性线性发光二极管电路(adaptive linearcurrent control circuit)。举例而言，当通过调光单元115调整光亮度至全亮时，此时流经第二线性恒流单元116的电流亦是最大电流；随着调光信号变小时，此时流经第二线性恒流单元116的电流亦随之减少，使整体效率变化小。
进一步而言，当光线亮度欲调暗时，即各别发光二极管单元112对应的第一线性恒流单元114电流会调小，此时流经第二线性恒流单元116的电流(总电流)只需要给足够的能量即可，因此同时也把第二线性恒流单元116的电流调小，不致多给的能量，而被其他发光二极管单元112对应的第一线性恒流单元114损耗掉，即可得到同时可调光又无频闪的效果。
综上所述，上述第二线性恒流单元116已限制了整体回路的最大电流，除了提供给串发光二极管单元112所需要的电流外，同时补充电解电容117能量，待弦波输入电压于谷底时，发光二极管单元112无法提供能量给负载，此时发光二极管单元112的能量由电解电容117提供。而对于每个发光二极管单元112的电流，当需要调光时，因为有单独控制的第一线性恒流单元114，且有第二线性恒流单元116与电解电容117补充所需要的电流，因此可达到既可调光又无闪频(flicker)的功能。
本发明实施例的发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、以及电解电容117的连接关系并不受图1所限。以下举例说明其它电性连接关系。
请参照图2，其绘示依照本发明另一实施例的无频闪可调光发光二极管驱动电路示意图。如图2所示，照明装置200包括发光封装结构111、数个发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、数个电解电容117、第一电极P1及第二电极P2。其中，上述发光封装结构111、发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、以及电解电容117共同封装整合在一起，其封装方式包括半导体制程技术或冲压封装技术等。
如图2所示，本发明实施例的第二线性恒流单元116耦接于整流单元113与发光二极管单元112之间。发光二极管单元112可共同电性连接于第二线性恒流单元116。数个第一线性恒流单元114的一端以一对一方式分别耦接于发光二极管单元112，而第一线性恒流单元114的另一端则接地，因各发光二极管单元112耦接于对应的第一线性恒流单元114，所以可受到对应的第一线性恒流单元114的个别控制。数个电解电容117的同一端耦接于第二线性恒流单元116，并分别以一对一方式跨接于发光二极管单元112两端，如图2所示，电解电容117与发光二极管单元112呈并联的形式。调光单元115耦接于第一线性恒流单元114以及第二线性恒流单元116，以通过一线性准位调光信号或一脉冲宽度调变(PWM)信号控制第一线性恒流单元114或第二线性恒流单元116的电流量。与图1照明装置100不同的是，电解电容117具有多个，而且分别跨接于发光二极管单元112，以分别对发光二极管单元112的电流作缓冲调节。
请参照图3，其绘示依照本发明再一实施例的无频闪可调光发光二极管驱动电路示意图。如图3所示，照明装置300包括发光封装结构111、数个发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、数个电解电容117、升降压控制单元131、第一电极P1及第二电极P2。其中，上述发光封装结构111、发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、电解电容117、以及升降压控制单元131共同封装整合在一起，其封装方式包括半导体制程技术或冲压封装技术等。
如图3所示，本发明实施例的第二线性恒流单元116耦接于整流单元113与发光二极管单元112之间。发光二极管单元112可共同电性连接于第二线性恒流单元116。数个第一线性恒流单元114的一端以一对一的方式分别耦接于发光二极管单元112，而第一线性恒流单元114的另一端则接地，因各发光二极管单元112耦接于对应的第一线性恒流单元114，所以可受到对应的第一线性恒流单元114的个别控制。电解电容117耦接于第二线性恒流单元116，而电解电容117的另一端则接地。调光单元115耦接于第一线性恒流单元114以及第二线性恒流单元116，以通过一线性准位调光信号或一脉冲宽度调变(PWM)信号控制第一线性恒流单元114或第二线性恒流单元116的电流量。与前述实施例的照明装置100不同的是，本实施例的照明装置300可将各节点a的电压值反馈给升降压控制单元131，以调整整流单元113的驱动电压。
在另一实施例中，此些发光二极管单元112可以只有其中之一者耦接于升降压控制单元131，不限于全部的发光二极管单元112都须耦接于升降压控制单元131。
请参照图4，其绘示依照本发明另一实施例的无频闪可调光发光二极管驱动电路示意图。如图4所示，照明装置400包括发光封装结构111、数个发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、数个电解电容117、升降压控制单元141、第一电极P1及第二电极P2。其中，上述发光封装结构111、发光二极管单元112、整流单元113、第一线性恒流单元114、调光单元115、第二线性恒流单元116、电解电容117、以及升降压控制单元141共同封装整合在一起，其封装方式包括半导体制程技术或冲压封装技术等。
如图4所示，本发明实施例的第二线性恒流单元116耦接于整流单元113与发光二极管单元112之间。发光二极管单元112可共同电性连接于第二线性恒流单元116。数个第一线性恒流单元114的一端以一对一方式分别耦接于发光二极管单元112，而第一线性恒流单元114的另一端则接地，因各发光二极管单元112耦接于对应的线性恒流单元114，所以可受到对应的线性恒流单元114的个别控制。数个电解电容117的同一端耦接于第二线性恒流单元116，并分别以一对一方式跨接于发光二极管单元112两端，如图4所示，电解电容117与发光二极管单元112呈并联的形式。调光单元115耦接于第一线性恒流单元114以及第二线性恒流单元116，以通过一线性准位调光信号或一脉冲宽度调变(PWM)信号控制第一线性恒流单元114或第二线性恒流单元116的电流量。与前述图2照明装置200不同的是，本实施例照明装置400可将各节点a的电压值耦接于同一节点b，并反馈给升降压控制单元141。
本发明是利用一组以上线性恒流单元(114,116)来达到发光二极管单元112所需要的准确且无涟波(即无频闪)驱动电流值，如有多组串连发光二极管单元112时，该些电路的发光二极管单元112电流皆可独立控制，不会因为某路径的发光二极管单元112开路而照成电流不均的问题。
在上述实施例中，本发明的第二线性恒流单元116设置的位置不限于上述在各串发光二极管单元112的该共同输入端节点上，亦可设置在各串发光二极管单元112的一共同输出端路径上(未显示)，只要能达到本发明的目的即可。
在一实施例中，本发明的调光方法包括有：线性准位调光法，其利用可控硅调节输入交流电的导通角来调光；脉冲宽度调变(PWM)法，即调节灯管驱动电压的脉冲占空比、或用一较低频率的脉冲去调制一个高频脉冲。
值得注意的是，前述图1的发光装置100其外观设计仅为例示而已，本发明的封装方式及驱动电路不限于图1所显示的发光装置100，亦可应用于平板型发光二极管装置中(未显示)，可达到提升发光装置的散热效率、稳压稳流驱动发光装置、维持发光品质稳定、无频闪(flicker)现象、以及达到主动调光的多重效果及目的。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (10)
1.一种发光二极管驱动电路，其特征在于，包括：
一发光二极管单元；
一整流单元，用以驱动该发光二极管单元；
一第一线性恒流单元，电性耦接该发光二极管单元的一输出端；
一第二线性恒流单元，电性耦接该整流单元以及该发光二极管单元的一输入端；
一调光单元，该调光单元电性耦接于该第一线性恒流单元与该第二线性恒流单元之间，用以调整该发光二极管单元的电流；以及
一电解电容，电性耦接该第二线性恒流单元；
其中，该第二线性恒流单元以及该电解电容共同电性耦接该发光二极管单元的该输入端；
其中，该第二线性恒流单元限制该发光二极管驱动电路的一最大电流、提供该发光二极管单元所需要的一电流以及同时补充该电解电容的能量。
2.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该发光二极管单元、该整流单元、该第一线性恒流单元、该调光单元、该第二线性恒流单元、以及该电解电容共同封装整合在一起。
3.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，更包括：多个电解电容以及多个发光二极管单元，该电解电容的一端共同电性耦接该第二线性恒流单元，而该电解电容的另一端分别跨接于该发光二极管单元的输出端，以分别对该发光二极管单元的电流作缓冲调节。
4.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，更包括一升降压控制单元，电性耦接该整流单元，并将该发光二极管单元的该输出端的一电压值，分别反馈给该升降压控制单元，以调整该整流单元的一驱动电压。
5.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，更包括一升降压控制单元，电性耦接该整流单元，并将该发光二极管单元的该输出端耦接于同一节点的一共同电压值，反馈给该升降压控制单元，以调整该整流单元的一驱动电压。
6.如权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该调光单元通过一线性准位调光信号或一脉冲宽度调变信号，以控制该第一线性恒流单元的导通时间；各发光二极管单元依据该线性准位调光信号或该脉冲宽度调变信号发光。
7.一种发光二极管照明装置，其特征在于，包括：
一发光封装结构；
一发光二极管单元，封装于该发光封装结构中；
一整流单元，封装于该发光封装结构中，用以驱动该发光二极管单元；
一第一线性恒流单元，封装于该发光封装结构中，电性耦接该发光二极管单元的一输出端；
一第二线性恒流单元，封装于该发光封装结构中，电性耦接该整流单元以及该发光二极管单元的一输入端；
一调光单元，封装于该发光封装结构中，该调光单元电性耦接于该第一线性恒流单元与该第二线性恒流单元之间，用以调整该发光二极管单元的电流；以及
一电解电容，封装于该发光封装结构中，电性耦接该第二线性恒流单元；
其中，该第二线性恒流单元以及该电解电容电性耦接该发光二极管单元的该输入端；
其中，该第二线性恒流单元限制该发光二极管照明装置的一最大电流、提供该发光二极管单元所需要的一电流以及同时补充该电解电容的能量。
8.如权利要求7所述的发光二极管照明装置，其特征在于，更包括：多个电解电容以及多个发光二极管单元，该电解电容的一端共同电性耦接该第二线性恒流单元，而该电解电容的另一端分别跨接于该发光二极管单元的输出端，以分别对该发光二极管单元的电流作缓冲调节。
9.如权利要求7所述的发光二极管照明装置，其特征在于，更包括一升降压控制单元，至少部分地埋设于该发光封装结构内，电性耦接该整流单元，并将该发光二极管单元的该输出端的一电压值，分别反馈给该升降压控制单元，以调整该整流单元的一驱动电压。
10.如权利要求7所述的发光二极管照明装置，其特征在于，更包括一升降压控制单元，至少部分地埋设于该发光封装结构内，电性耦接该整流单元，并将该发光二极管单元的该输出端耦接于同一节点的一共同电压值，反馈给该升降压控制单元，以调整该整流单元的一驱动电压。
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