CN110913529B - 具自动泄流电流控制的发光二极管照明系统 - Google Patents

具自动泄流电流控制的发光二极管照明系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管照明系统，包括由整流交流电压来驱动的发光单元和泄流电路。泄流电路包括电流源、调光侦测单元和调整单元。电流源根据控制信号来提供泄流电流。调光侦测单元监控整流交流电压，进而输出有关发光二极管照明系统的运作模式的调光侦测信号。当调光侦测信号对应至发光二极管照明系统在调光模式下运作时，调整单元根据调光侦测信号来输出控制信号，以指示电流源来在第一时段内将泄流电流维持在第一值，且在第二时段内将泄流电流维持在第二值，其中第一值大于第二值，且第二时段接续第一时段。因此，本发明可提供具自动泄流电流控制的发光二极管照明系统。

Description

具自动泄流电流控制的发光二极管照明系统
技术领域
本发明涉及一种发光二极管照明系统，尤其涉及一种具自动泄流电流控制的发光二极管照明系统。
背景技术
可调光发光二极管照明系统通常采用包括三端触发交流(TRIAC)组件的调光开关来调节发光二极管(light emitting diode,LED)照明装置的功率，使其只会在整流交流电压(rectified ACvoltage)的特定周期发光。不同于双极性晶体管(bipolar transistor,BJT)和金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)等开关组件，三端触发交流组件在被触发后(当顺向电流IF超过栓锁电流IL时)会被锁定在导通状态，直到其顺向电流IF小于一最小保持电流IH为止。因此，为了确保三端触发交流组件维持在导通状态，至少需要供应最小保持电流IH至三端触发交流组件。在导通后，LED负载会提供相当大的阻抗，使得输入电流可能不足以将三端触发交流组件锁定在导通状态。当流经三端触发交流组件的电流低于最小保持电流IH时，三端触发交流组件会被重置而过早地关闭。因此，LED发光装置在其发光周期会过早地被关闭，进而造成闪烁(flicker)或完全故障。
因此，可调光发光二极管照明系统通常会使用泄流(bleeder)电路来提供电压管理所需的泄流电流，以及避免调光开关过早地关闭。然而，当发光二极管照明系统不需要调光功能时，不必要地供应泄流电流会增加系统功耗。
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具自动泄流电流控制的发光二极管照明系统。
为达到上述的目的，本发明公开一种发光二极管照明系统，其包括由一整流交流电压来驱动的一发光单元，以及一泄流电路。所述泄流电路包括一电流源、一调光侦测单元，以及一调整单元。所述电流源用来根据一控制信号来提供一泄流电流。所述调光侦测单元用来监控所述整流交流电压，进而输出有关所述发光二极管照明系统的运作模式的一调光侦测信号。当所述调光侦测信号对应至所述发光二极管照明系统在一调光模式下运作时，所述调整单元用来根据所述调光侦测信号来输出所述控制信号，以指示所述电流源在一第一时段内将所述泄流电流维持在一第一值，且在一第二时段内将所述泄流电流维持在一第二值，其中所述第一值大于所述第二值，且所述第二时段接续所述第一时段。同时，所述调整单元另用来根据所述整流交流电压的工作周期来调整所述泄流电流和流经所述发光单元的一发光二极管电流的加总。
附图说明
图1为本发明实施例中一种具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统的功能方块图。
图2为本发明实施例中具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统中调光开关的示意图。
图3为本发明实施例中具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统中调光开关运作时的示意图。
图4为本发明实施例具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统中泄流电路的示意图。
图5为本发明实施例具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统中泄流电路运作时的时序图。
图6为本发明实施例具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统中泄流电路运作时的时序图。
图7为本发明实施例具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统中泄流电路运作时的时序图。
图8为本发明另一实施例中调光侦测单元实作方式的示意图。
图9为本发明实施例中具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统运作时的电流-电压特性图。
图10为本发明实施例中具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统运作时的电流-电压特性图。
其中，附图标记说明如下：
22 三端触发交流组件
24 双端触发交流组件
26 可变电阻
28 电容
30 调光侦测单元
40 调整单元
55 驱动器
100 发光二极管照明系统
110 电源供应电路
120 调光开关
130 整流电路
140 泄流电路
150 发光单元
IS0-IS2 电流源
RCS 电流侦测组件
CPD 电容
VS 交流电压
VAC 整流交流电压
VG 触发电压
VFB1、VFB2 回授电压
VDIM 电压
VH1、VH2 临界电压
VMAX 上限电压
ILED LED电流
IPD1 充电电流
IPD2 放电电流
IBL 泄流电流
ISYS 系统电流
I1、I2、IH、IL 电流值
SDIMMER 调光输入信号
SD 调光侦测信号
S1、S2 控制信号
TON 开启时段
TOFF 关闭时段
P0 时间长度
P1、P2 时段
T1-Tn+1 周期
t1-t8 时间点
具体实施方式
图1为本发明实施例中一种具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统100的功能方块图。发光二极管照明系统100包括一电源供应电路110、一调光开关120、一整流电路130、一泄流电路140，以及一发光单元150。
电源供应电路110可提供一具正负周期的交流电压VS，整流电路130可利用一桥式整流器来转换交流电压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系统100，其中整流交流电压VAC的值随着时间而有周期性变化。然而，电源供应电路110和整流电路130的结构并不限定本发明的范畴。
发光单元150包括多个发光装置和一驱动器。每一发光装置可包括一个发光二极管，或是多个串接的发光二极管。每一发光二极管可为单界面发光二极管(single-junction LED)、多界面高压发光二极管(multi-junction high-voltage LED)，或其它具类似功能的组件。然而，发光装置的种类和组态并不限定本发明的范畴。
图2为本发明实施例中具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统100中调光开关120的示意图。图3为本发明实施例中具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统100中调光开关120运作时的示意图。调光开关120可相位调变电源供应电路110以调整整流交流电压VAC的责任周期，进而调整流经发光二极管照明系统100的系统电流ISYS的责任周期，因此能控制发光单元150所提供的光输出量(光强度)。当未启动调光开关120的功能时，供给至整流电路130的电压VDIM其值和电源供应电路110提供的交流电压VS相同；当启动调光开关120的功能时，供给至整流电路130的电压VDIM是透过根据调光输入信号SDIMMER相位调变整流交流电压VAC来提供。
在图2所示的实施例中，调光开关120为一相切(phase-cut)调光器，其包括一TRIAC组件22、一双端触发交流(DIAC)组件24、一可变电阻26，以及一电容28。TRIAC组件22和DIAC组件24为双向切换组件，当开启(被触发)时能双向导通电流。可变电阻26和电容28用来提供一触发电压VG，其相对于交流电压VS具有一电阻-电容(RC)延迟时间。如图3所示，在周期内的关闭时段TOFF内，触发电压VG的值尚不足以开启TRIAC组件22，因此交流电压VS并不会供应至整流电路130(VDIM＝0)；在周期内的开启时段TON内，当触发电压VG的值超过TRIAC组件22的临界电压时，TRIAC组件22会被开启而传导系统电流ISYS。只要系统电流ISYS的值维持在高于TRIAC组件22的最小保持电流的值，交流电压VS即可被供应至整流电路130(电压VDIM的波形随着整流交流电压VAC的波形而变化)。
在可调光发光二极管照明系统100中，调光开关120会根据接收到的调光输入信号SDIMMER来决定针对电源供应电路110的交流电压VS的调整量。在一些实施例中，调光输入信号SDIMMER为模拟信号，可透过转动开关、滑动开关，或任何能根据调整设定来提供一调整信号的电性或机械式装置来产生。在其它实施例中，调光输入信号SDIMMER可为数字信号。然而，调光输入信号SDIMMER的实施方式并不限定本发明的范畴。
在图2所示的实施例中，可变电阻26的值可根据调光输入信号SDIMMER来加以调整，以改变触发电压VG相对于交流电压VS的电阻-电容延迟时间，进而调整电压VDIM的周期内开启时段TON和关闭时段TOFF的长短。由于发光单元150的光输出强度实质上正比于整流交流电压VAC，而整流交流电压VAC的值有关电压VDIM，因此流经发光单元150的系统电流ISYS能以调变方式被控制，使得发光单元150在反应调光输入信号SDIMMER时能提供平稳变化的光输出强度，而不会造成可感受到的闪烁。
图4为本发明实施例具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统100中泄流电路140的示意图。泄流电路140包括一电流源IS0、一调光侦测单元30，以及一调整单元40。电流源IS0可根据控制信号S1来供应泄流电流IBL，以在需要时维持调光开关120的稳定运作。为了说明目的，在图4显示的实施方式中，发光单元150的驱动器55可根据控制信号S2来调节流经多个发光装置的LED电流ILED。在开机后，调光侦测单元30可监控整流交流电压VAC的电压准位，并因此提供有关可调光发光二极管照明系统100的运作模式的一调光侦测信号SD。调整单元40可根据调光侦测信号SD来调整电流源IS0所供应泄流电流IBL的值，并输出有关整流交流电压VAC的工作周期的控制信号S2。
图5至图7为本发明实施例具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统100中泄流电路140运作时的时序图。在图5所示的实施例中，可调光发光二极管照明系统100是在非调光模式下运作，亦即并未启动调光开关120的功能。在图6和图7所示的实施例中，可调光发光二极管照明系统100是在调光模式下运作，亦即有启动调光开关120的功能。为了说明目的，t1-t8代表在整流交流电压VAC的一个周期内按先后顺序排列的不同时间点。
在一实施例中，调光侦测单元30可侦测整流交流电压VAC的值从0(一个周期的起始值)升至或超过一临界电压VH1所需的时间长度P0。若时间长度P0至少在整流交流电压VAC的连续m个周期(m为正整数)内维持小于一临界值(代表整流交流电压VAC具较大工作周期)，此时会判定可调光发光二极管照明系统100是在非调光模式下运作。若时间长度P0并未至少在整流交流电压VAC的连续m个周期内维持小于临界值(代表整流交流电压VAC具较小工作周期)，此时会判定可调光发光二极管照明系统100是在调光模式下运作。
在图5并未启动调光开关120功能的实施例中，供应至整流电路130的电压VDIM和电源供应电路110所提供的整流电压VS相同。此时，具100％工作周期的整流交流电压VAC其值会在时间点t1达到VH1，使得侦测到的时间长度P0很短，因此调光侦测单元30会判定可调光发光二极管照明系统100是在非调光模式下运作。在此种情况下，调整单元40会关闭电流源IS0以停止供应泄流电流IBL。
在图6和图7有启动调光开关120功能的实施例中，供应至整流电路130的电压VDIM是由根据调光输入信号SDIMMER来相位调变的整流电压VS的方式来提供。为了说明目的，假设在图6中具大约65％工作周期的整流交流电压VAC其值会在时间点t2超过VH1，而在图7中具大约35％工作周期的整流交流电压VAC其值会在时间点t5超过VH1。由于图6和图7中整流交流电压VAC的工作周期较短，其值会较慢达到或超过VH1，使得侦测到的时间长度P0很长，因此调光侦测单元30会判定可调光发光二极管照明系统100是在调光模式下运作。在此种情况下，调整单元40会开启电流源IS0以供应泄流电流IBL，并指示电流源IS0在时段P1内将泄流电流IBL的值维持在IH，并在接续时段P1的时段P2内将泄流电流IBL的值维持在IL，其中IL<IH。同时，根据电流源IS0的输出端上建立的回授电压VFB1和整流交流电压VAC的工作周期，调整单元40可依此调整电流IBL和ILED的加总。
在图6所示的实施例中，当可调光发光二极管照明系统100收到有关中等调光亮度的调光信号SDIMMER时，整流交流电压VAC会被相位调变至具有约65％的工作周期，此时发光单元150的导通时段(时间点t3和t6之间当ILED>0时)会大于时段P1(时间点t2和t4之间)。因此，调整单元40会指示电流源IS0在时段P1(时间点t2和t4之间)内供应电流值为IH的泄流电流IBL，以及在时段P2(时间点t4和t8之间)内供应电流值为IL的泄流电流IBL，其中IL<IH。如此一来，电流值为IH的泄流电流IBL可在时间点t2和t3之间维持调光开关120的稳定运作，泄流电流IBL和LED电流ILED可在时间点t3和t6之间维持调光开关120的稳定运作，而电流值为IL的泄流电流IBL可在时间点t6和t8之间维持调光开关120的稳定运作。
在本发明中，当可调光发光二极管照明系统100在调光模式下运作时，泄流电流IBL的值在时段P1内会维持在IH，并在接续时段P1的时段P2内会维持在IL。在一实施例中，当可调光发光二极管照明系统100在调光模式下运作时，调整单元40会指示电流源IS0先在时段P1内供应电流值为IH的泄流电流IBL，接着在时段P2内停止供应泄流电流IBL(IL＝0)。
在图7所示的实施例中，当可调光发光二极管照明系统100收到有关低调光亮度的调光信号SDIMMER时，整流交流电压VAC会被相位调变至具有约35％的工作周期，此时发光单元150的导通时段(时间点t5和t6之间当ILED>0时)可能很短。因此，调整单元40会指示电流源IS0在时段P1(时间点t5和t7之间)内供应电流值为IH的泄流电流IBL，以及在时段P2(时间点t7和t8之间)内供应电流值为IL的泄流电流IBL，其中IL<IH。如此一来，泄流电流IBL和LED电流ILED可在时间点t5和t6之间维持调光开关120的稳定运作，电流值为IH的泄流电流IBL可在时间点t6和t7之间维持调光开关120的稳定运作，而电流值为IL的泄流电流IBL可在时间点t7和t8之间维持调光开关120的稳定运作。
如前所述，调整单元40可透过输出有关整流交流电压VAC的工作周期的控制信号S2来调节系统电流ISYS的值，进而指示驱动器55去调整LED电流ILED的值。在图6中当整流交流电压VAC被相位调变至具有约65％的工作周期时，驱动器55会调节LED电流ILED的值以使系统电流ISYS的最大值会被箝制在一第一值I1。在图7中当整流交流电压VAC会被相位调变至具有约35％的工作周期时，驱动器55会降低LED电流ILED的值以使系统电流ISYS的最大值会被箝制在一第二值I2，其中I2<I1。透过在低亮度调光时调低系统电流ISYS的值，本发明可让肉眼更不容易感受到闪烁现象。
图8为本发明另一实施例中调光侦测单元30实作方式的示意图。在此实施例中，调光侦测单元30包括2个电流源IS 1-IS2、一电流侦测组件RCS，以及一电容CPD。在启动后，调光侦测单元30可根据电流侦测组件RCS上的一回授电压VFB1来监控整流交流电压VAC的准位。在一实施例中，电流侦测组件RCS可为一电阻。然而，电流侦测组件RCS的实施方式并不限定本发明的范畴。
当根据回授电压VFB1判定整流交流电压VAC的值已经达到或超过一预定值时，调光侦测单元30会开启电流源IS1和关闭电流源IS2以充电电容CPD。当根据回授电压VFB1判定整流交流电压VAC的值并未达到或超过一预定值时，调光侦测单元30会关闭电流源IS 1和开启电流源IS2以放电电容CPD。
图9和图10为本发明实施例中具自动泄流电流控制的可调光发光二极管照明系统100运作时的电流-电压特性图。图9显示了在未启动调光开关120功能时整流交流电压VAC的多个周期内整流交流电压VAC、系统电流ISYS和回授电压VFB2的波形图。图10显示了在启动调光开关120功能时整流交流电压VAC的多个周期内整流交流电压VAC、系统电流ISYS和回授电压VFB2的波形图。
在图9中，假设系统电流ISYS的工作周期大于95％，电容CPD上的回授电压VFB2在整流交流电压VAC的周期T1-Tn中呈现锯齿状波形，其中其波形上升区段代表电容CPD的充电周期，而其波形下降区段代表电容CPD的放电周期。当透过调整电流源IS1和IS2的值以使电容CPD的充电量大于电容CPD的放电量时，电容CPD上的回授电压VFB2会逐渐增加，如图9所示。当回授电压VFB2在整流交流电压VAC的周期Tn时达到一临界电压VH2时，调光侦测单元30会判定可调光发光二极管照明系统100是在非调光模式下运作。因此，调整单元40会将回授电压VFB2箝制在大于临界电压VH2的一上限电压VMAX，并关闭电流源IS0以停止供应泄流电流IBL，进而在不需要调光功能时降低系统电流ISYS以减少发光二极管照明系统100的功耗。
在图10中，假设系统电流ISYS的工作周期小于90％，电容CPD上的回授电压VFB2在整流交流电压VAC的周期T1-Tn中呈现锯齿状波形，其中其波形上升区段代表电容CPD的充电周期，而其波形下降区段代表电容CPD的放电周期。当透过调整电流源IS1和IS2的值以使电容CPD的充电量小于电容CPD的放电量时，电容CPD上的回授电压VFB2会维持在低于临界电压VH2的准位，如图10所示。当回授电压VFB2维持在低于临界电压VH2的准位时，调光侦测单元30会判定可调光发光二极管照明系统100是在调光模式下运作。因此，调光侦测单元30会控制电流源IS0以在时段P1内供应电流值为IH的泄流电流IBL，以及在时段P2内供应电流值为IL的泄流电流IBL，如图6和图7所示。如此一来，本发明在需要调光功能时能确保系统电流ISYS的值维持在高于TRIAC装置22的最小保持电流，进而确保发光二极管照明系统100的调光开关120能正常运作。
综上所述，本发明可透过监控整流交流电压VAC的值来判断是否需要供应泄流电流IBL。当判定发光二极管照明系统100是在调光模式下运作时，本发明会在第一时段内供应具第一电流值的泄流电流IBL，以及在第二时段内供应具第二电流值的泄流电流，进而确保系统电流ISYS的值维持在高于TRIAC装置22的最小保持电流，以使发光二极管照明系统100的调光开关120能正常运作。同时，本发明会在低调光亮度的应用中降低系统电流ISYS的值，使得肉眼更不容易感受到闪烁现象。
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 (11)

1.一种发光二极管照明系统，其特征在于，包括：
一发光单元，由一整流交流电压来驱动；以及
一泄流电路，其包括：
一第一电流源，用来根据一第一控制信号来提供一泄流电流；
一调光侦测单元，用来监控所述整流交流电压，进而输出有关所述发光二极管照明系统的运作模式的一调光侦测信号；以及
一调整单元，用来：
当所述调光侦测信号对应至所述发光二极管照明系统在一调光模式下运作时，根据所述调光侦测信号来输出所述第一控制信号，以指示所述第一电流源在一第一时段内将所述泄流电流维持在一第一值，且在一第二时段内将所述泄流电流维持在一第二值，其中所述第一值大于所述第二值，且所述第二时段接续所述第一时段；以及
根据所述整流交流电压的工作周期来调整所述泄流电流和流经所述发光单元的一发光二极管电流的加总。
2.如权利要求1所述的发光二极管照明系统，其特征在于：
所述调整单元另用来在所述整流交流电压具一第一工作周期时将所述泄流电流和所述发光二极管电流的加总箝制在一第三值，或在所述整流交流电压具一第二工作周期时将所述泄流电流和所述发光二极管电流的加总箝制在一第四值；
所述第三值大于所述第四值；而
所述第一工作周期大于所述第二工作周期。
3.如权利要求1所述的发光二极管照明系统，其特征在于：
所述第一电流源包括：
一第一端，耦接至所述整流交流电压；
一第二端；以及
一控制端，耦接至所述第一控制信号；且
所述调整单元另用来根据建立在所述第一电流源的所述第二端上的一第一回授电压和所述整流交流电压的工作周期来调整所述泄流电流和所述发光二极管电流的加总。
4.如权利要求3所述的发光二极管照明系统，其特征在于，另包括一驱动器，串联至所述发光单元，用来根据一第二控制信号来调节所述发光二极管电流，其中：
所述调整单元另用来在所述整流交流电压具一第一工作周期时输出所述第二控制信号以指示所述驱动器来将所述发光二极管电流调整至一第三值，或在所述整流交流电压具一第二工作周期时输出所述第二控制信号以指示所述驱动器来将所述发光二极管电流调整至一第四值；
所述第三值大于所述第四值；而
所述第一工作周期大于所述第二工作周期。
5.如权利要求1所述的发光二极管照明系统，其特征在于，所述调光侦测单元包括：
一第二电流源，用来提供一充电电流；
一第三电流源，串联至所述第二电流源，用来提供一放电电流；
一电流侦测组件，用来提供有关所述整流交流电压的准位的一第一回授电压；以及
一电容，其一端耦接至所述第二电流源和所述第三电流源之间，用来提供一第二回授电压。
6.如权利要求5所述的发光二极管照明系统，其特征在于，所述调光侦测单元另用来：
当所述第一回授电压超过一临界电压时，开启所述第二电流源和关闭所述第三电流源以对所述电容充电；以及
当所述第一回授电压不超过所述临界电压时，关闭所述第二电流源和开启所述第三电流源以对所述电容放电。
7.如权利要求5所述的发光二极管照明系统，其特征在于，所述调光侦测单元另用来：
当所述第二回授电压等于或大于一临界电压时，输出对应至所述发光二极管照明系统在一非调光模式下运作的所述调光侦测信号；或
当所述第二回授电压小于所述临界电压时，输出对应至所述发光二极管照明系统在一调光模式下运作的所述调光侦测信号。
8.如权利要求1所述的发光二极管照明系统，其特征在于，所述调光侦测单元另用来：
判断所述整流交流电压的值从0升至或超过一临界电压所需的一时间长度；
当所述时间长度小于一第五值时，输出对应至所述发光二极管照明系统在一非调光模式下运作的所述调光侦测信号；或
当所述时间长度不小于所述第五值时，输出对应至所述发光二极管照明系统在一调光模式下运作的所述调光侦测信号。
9.如权利要求1所述的发光二极管照明系统，其特征在于，所述调光侦测单元另用来：
判断所述整流交流电压的值从0升至或超过一临界电压所需的一时间长度；
当在所述整流交流电压的多个连续周期的期间所述时间长度维持在小于一第五值时，输出对应至所述发光二极管照明系统在一非调光模式下运作的所述调光侦测信号；或
当在所述整流交流电压的多个连续周期的期间所述时间长度未维持在小于所述第五值时，输出对应至所述发光二极管照明系统在一调光模式下运作的所述调光侦测信号。
10.如权利要求1所述的发光二极管照明系统，其特征在于，另包括一调光开关，用来透过调整所述整流交流电压的责任周期来控制所述发光单元的光输出量。
11.如权利要求10所述的发光二极管照明系统，其特征在于，所述调光开关包括一三端触发交流组件，用来相位调变所述整流交流电压，进而调整所述整流交流电压的责任周期。
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