CN112272427B - 光源驱动装置及其电流调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有一次侧与二次侧的光源驱动装置。光源驱动装置包括隔离式电流侦测电路、调光电路、独立电压源以及回授电路。隔离式电流侦测电路耦接在二次侧，并透过电磁耦合方式对光源驱动装置的输出电流进行取样，以产生电流侦测信号。调光电路接收调光输入信号，且基于操作电压，以依据调光输入信号来提供参考电流控制信号。独立电压源用来产生操作电压。基于操作电压，回授电路便可依据电流侦测信号与参考电流控制信号来提供回授信号，以调整光源驱动装置的输出电流。

Description

光源驱动装置及其电流调整方法
技术领域
本发明涉及一种光源驱动装置，尤其涉及一种可调整输出电流的光源驱动装置。
背景技术
随着照明技术的发展，具有调光功能的发光装置已广泛应用于日常生活中，以满足不同应用情境的照明需求。发光装置通常配置有驱动电路，以进行调光操作。例如：当发光装置的发光元件为发光二极体(light emitting diode，LED)时，可以透过LED驱动电路来调整输出至LED的电流大小，以控制LED的亮度。
习知的LED驱动电路在进行调光操作时，通常是使用二次侧电阻取样电流的控制方式来调整LED的亮度。然而，当调光信号较低时，例如调光比例为1％，透过二次侧电阻来进行电流取样会造成取样信号过低，因而使得LED驱动电路无法精确地控制定电流的输出。
此外，基于法规(IEC 61347-1：2015,3rd edition)的规范，调光信号必须与LED驱动电路的输出端隔离(也就是与二次侧信号隔离)，因而习知的LED驱动电路通常须设置两组独立电压源，并透过光耦合器来提供调光输出信号至电流回授线路端，藉此达到信号隔离以及电流回授的目的。
另一方面，当使用LED驱动电路进行三合一调光时，习知的三合一调光方式通常会将脉宽调变(pulse width modulation，PWM)信号的调光频率设定在特定范围内，因而习知的LED驱动电路将因PWM信号的频率的设计不同，有时需选用高响应速度的光耦合器以达到较完整的调光输出信号，进而达到较低的PWM信号的失真(duty loss)。
发明内容
本发明提供一种光源驱动装置及其电流调整方法，可在低调光电流下精确地控制定电流的输出。
本发明的实施例提供一种具有一次侧与二次侧的光源驱动装置。所述光源驱动装置包括隔离式电流侦测电路、调光电路、独立电压源以及回授电路。隔离式电流侦测电路耦接在二次侧，并透过电磁耦合方式对光源驱动装置的输出电流进行取样，以产生电流侦测信号。调光电路接收调光输入信号，并基于操作电压且依据调光输入信号来提供参考电流控制信号。独立电压源产生操作电压。回授电路耦接于隔离式电流侦测电路与光源驱动装置的一次侧之间，且回授电路耦接至独立电压源与调光电路。回授电路基于操作电压来执行回授操作，并依据电流侦测信号与参考电流控制信号来提供回授信号。光源驱动装置依据回授信号，以调整光源驱动装置的输出电流。
本发明的另一实施例提供一种光源驱动装置的电流调整方法。所述电流调整方法包括：透过电磁耦合方式对光源驱动装置的输出电流进行取样，以产生电流侦测信号；接收调光输入信号，基于操作电压以依据调光输入信号来提供参考电流控制信号；藉由独立电压源产生操作电压；以及基于操作电压来执行回授操作，并依据电流侦测信号与参考电流控制信号来提供回授信号，以调整光源驱动装置的输出电流。
基于上述，本发明的诸实施例中，光源驱动装置可以透过设置隔离式电流侦测电路与单一的独立电压源来达到法规要求的信号隔离效果。此外，透过隔离式电流侦测电路对光源驱动装置的输出电流进行取样，还可在低调光电流下精确地控制定电流的输出。再者，由于光源驱动装置中的回授电路与调光电路仅需透过单一的独立电压源即可运作，因而本发明的光源驱动装置不需设置二组独立电压源。
为让本发明的上述特征以及优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1绘示本发明一实施例的光源驱动装置的电路方块图；
图2A至图2D分别绘示本发明不同实施例的光源驱动装置的电路方块图。
图3绘示本发明一实施例的光源驱动装置的电流调整方法的流程示意图。
附图标号说明
100、200A、200B、200C、200D：光源驱动装置
101：一次侧
102：二次侧
110、210：隔离式电流侦测电路
120、220：调光电路
130、230：独立电压源
140、240：回授电路
201：交流电源
221：调光控制电路
222、232：分压电路
231：辅助电源
241：第一比较器
242：第二比较器
243：光耦合元件
2431：发光二极体
2432：光耦合电晶体
250：电压转换电路
251：脉宽调变信号控制器
252：电压转换器
260：信号处理电路
270：整流电路
280：发光元件
C1：输入端
C2：输出端
CCR：参考电流控制信号
CVR：参考电压控制信号
Dim：调光输入信号
D1：第一二极体
D2：第二二极体
FB：回授信号
Iout：输出电流
NA1：一次侧辅助线圈
NA2：二次侧辅助线圈
NP：一次侧线圈
NS：二次侧线圈
PWM：脉宽调变信号
R1～R6：电阻
SGND：接地电压位准
SI：电流侦测信号
SV：电压侦测信号
S310、S320、S330、S340：方法步骤
T：变压器
VCC：操作电压
VCS：电压调整信号
Vin：输入电压
Vout：输出电压器
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。其中，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
图1绘示本发明一实施例的光源驱动装置100的电路方块图。如图1所示，光源驱动装置100具有一次侧101与二次侧102。光源驱动装置100可以接收输入电压Vin，并将输入电压Vin转换为输出电流Iout与输出电压Vout，以作为后端发光装置(未绘示)的驱动电源。为了达到调光控制的目的，图1的光源驱动装置100可以包括隔离式电流侦测电路110、调光电路120、独立电压源130以及回授电路140。
如图1所示，隔离式电流侦测电路110耦接在光源驱动装置100的二次侧102。隔离式电流侦测电路110可以透过电磁耦合方式对光源驱动装置100的输出电流Iout进行取样，以产生电流侦测信号SI。举例来说，隔离式电流侦测电路110可以是电流互感器，电流互感器可以透过电磁耦合方式来感测光源驱动装置100的输出电流Iout以产生电流侦测信号SI。
请再参照图1所示，调光电路120可以接收调光输入信号Dim，且基于操作电压VCC，以依据调光输入信号Dim来提供参考电流控制信号CCR。换言之，调光电路120仅需使用单一电源(操作电压VCC)，便可依据调光输入信号Dim来提供参考电流控制信号CCR。于一些实施例中，调光输入信号Dim可以是直流电压信号或脉宽调变信号，调光电路120可以透过改变直流电压大小或脉波的工作周期来产生参考电流控制信号CCR。
独立电压源130可以用来产生操作电压VCC。回授电路140耦接于隔离式电流侦测电路110与光源驱动装置100的一次侧101之间，且回授电路140耦接至独立电压源130与调光电路120。
举例来说，回授电路140可以使用操作电压VCC作为供电来源，并接收隔离式电流侦测电路110所提供的电流侦测信号SI以及调光电路120所提供的参考电流控制信号CCR。回授电路140可以依据电流侦测信号SI与参考电流控制信号CCR来提供回授信号FB。光源驱动装置100可以依据回授信号FB来调整光源驱动装置100的输出电流Iout。
在图1的实施例中，电流侦测信号SI是透过隔离式电流侦测电路110的隔离方式取样，而调光电路120则依据独立电压源130所产生的操作电压VCC进行运作，故本发明不需再设置另一组隔离式电压源即可达到调光电路120与光源驱动装置100的二次侧102相互隔离的功效，符合法规的需求。此外，透过图1的设计方式，调光电路120也不需设置额外的隔离元件(例如光耦合器)来提供参考电流控制信号CCR至回授电路140，故可达到降低成本的功效。再者，由于光源驱动装置100中的回授电路140与调光电路120仅需透过单一的独立电压源130即可运作，因而本发明的光源驱动装置100不需分别设置二组隔离式电压源。
附带一提，透过隔离式电流侦测电路110所取得的电流侦测信号SI可以在较低的调光信号下，仍保持较高的解析度，以供回授控制使用。例如：假设光源驱动装置100的输出电流Iout为2.8A，透过电流互感器与取样电阻的转换，可以产生的控制电压为2.8V。因此，当调光信号较低时，例如调光比例为1％，电流互感器仍可提供28mV的取样信号(远大于一般运算放大器的抵补偏移电压规格)，故采用隔离式电流侦测电路110进行电流取样可达到低调光的精确度。
图2A至图2D分别绘示本发明不同实施例的光源驱动装置200A～200D的电路方块图。如图2A所示，光源驱动装置200A可以接收交流电源201所提供的电力，并将所述电力转换为输出电流Iout，以驱动发光元件280。光源驱动装置200A包括变压器T、隔离式电流侦测电路210、调光电路220、独立电压源230、回授电路240、电压转换电路250、信号处理电路260以及整流电路270。
信号处理电路260耦接于交流电源201与电压转换电路250之间。信号处理电路260可以对交流电源201所提供的交流信号进行整流滤波或是功率因数修正等处理，以产生直流信号。电压转换电路250可以依据接收到的回授信号FB，而将信号处理电路260提供的直流信号转换为电压调整信号VCS。电压调整信号VCS可以是经由脉宽调变信号PWM调整后的电压信号。
举例来说，图2A的电压转换电路250可以包括脉宽调变信号控制器251与电压转换器252。脉宽调变信号控制器251耦接回授电路240。脉宽调变信号控制器251可以依据回授信号FB来产生脉宽调变信号PWM。电压转换器252耦接脉宽调变信号控制器251，以便接收脉宽调变信号PWM。电压转换器252可以依据脉宽调变信号PWM来提供电压调整信号VCS，并将电压调整信号VCS传递给变压器T。如此一来，变压器T就可以依据电压调整信号VCS来调整光源驱动装置200A的输出电流Iout。
变压器T包括一次侧线圈NP与二次侧线圈NS。一次侧线圈NP耦接电压转换电路250，二次侧线圈NS经由整流电路270耦接至隔离式电流侦测电路210。变压器T的二次侧线圈NS将对应一次侧线圈NP上的电压调整信号VCS产生感应电流，且所述感应电流可以经由整流电路270进行整流滤波，以产生输出电流Iout。进一步来说，电压调整信号VCS是在变压器T的一次侧线圈NP上的跨压，也就是变压器T的一次侧线圈NP的两端的电位差。
在图2A的实施例中，变压器T还包括一次侧辅助线圈NA1与二次侧辅助线圈NA2。一次侧辅助线圈NA1耦接至辅助电源231，二次侧辅助线圈NA2则耦接至独立电压源230。辅助电源231可以供电给脉宽调变信号控制器251，独立电压源230则可以供应操作电压VCC给调光电路220与回授电路240。
隔离式电流侦测电路210可以透过电磁耦合方式对光源驱动装置200A的输出电流Iout进行取样，以产生电流侦测信号SI。举例来说，隔离式电流侦测电路210可以是电流互感器，电流互感器可以透过电磁耦合方式，透过感测整流电路270的输出端上的输出电流以产生电流侦测信号SI。
调光电路220可以接收调光输入信号Dim，并依据调光输入信号Dim来提供参考电流控制信号CCR。在本实施例中，调光电路220包括调光控制电路221与分压电路222。调光电路220中的调光控制电路221可以是三合一调光电路(也就是0～10V直流调光/PWM调光/可变电阻调光)、数位可定址调光介面(digital addressable lighting interface，DALI)电路或物联网(internet of things，IoT)调光电路。
调光控制电路221可以依据不同类型的调光控制介面将调光输入信号Dim转换为参考电流控制信号CCR。调光控制电路221的输入端可以接收调光输入信号Dim。于一些实施例中，调光输入信号Dim可以是直流电压信号或脉宽调变信号。
调光控制电路221的输入端C1与输出端C2则分别耦接操作电压VCC与分压电路222。调光控制电路221的输入端C1与输出端C2之间连接有电阻R1。分压电路222包括电阻R2与电阻R3。电阻R2的第一端耦接输出端C2。电阻R3的第一端耦接电阻R2的第二端，电阻R3的第二端耦接接地电压位准SGND。调光电路220可以透过操作电压VCC在电阻R3上的分压来提供参考电流控制信号CCR。此外，电阻R2与电阻R3的电阻值可以依据设计需求来决定，电阻R2与电阻R3可以具有相同的电阻值或是不相同的电阻值，本发明并未加以限制。
请再参照图2A所示，回授电路240包括第一比较器241与光耦合元件243。第一比较器241耦接隔离式电流侦测电路210与调光电路220，以接收电流侦测信号SI与参考电流控制信号CCR。第一比较器241可以对电流侦测信号SI与参考电流控制信号CCR进行比较，以产生第一比较信号。
在图2A中，光耦合元件243包括发光二极体2431与光耦合电晶体2432。发光二极体2431的第一端经由电阻R6耦接至操作电压VCC，发光二极体2431的第二端耦接至第一比较器241的输出端。光耦合电晶体2432的第一端与第二端耦接至电压转换电路250。光耦合元件243可以依据第一比较器241产生的第一比较信号来提供回授信号FB给电压转换电路250。例如：光耦合元件243中的发光二极体2431可以基于第一比较信号而产生对应的光信号。光耦合电晶体2432可以接收发光二极体2431的光信号，以产生回授信号FB。
电压转换电路250可以依据回授信号FB来提供电压调整信号VCS，以便让变压器T传递电压调整信号VCS来调整光源驱动装置200A的输出电流Iout。举例来说，当电流侦测信号SI小于参考电流控制信号CCR时，第一比较器241可以通知光耦合元件243产生提高输出电流Iout的回授信号FB。当电流侦测信号SI大于参考电流控制信号CCR时，第一比较器241可以通知光耦合元件243产生降低输出电流Iout的回授信号FB。
另一方面，在图2B至图2D的实施例中，回授电路240还可以用来间接判断发光元件280的输出电压位准。请参照图2B所示，在图2B的光源驱动装置200B中，独立电压源230还耦接至分压电路232，且回授电路240还包括第二比较器242、第一二极体D1与第二二极体D2。图2B的独立电压源230可以经由分压电路232来提供电压侦测信号SV。图2B的第二比较器242则耦接分压电路232，以接收电压侦测信号SV。
举例来说，图2B的独立电压源230可以耦接至由电阻R4、R5组成的分压电路232，并透过操作电压VCC在电阻R5上的分压来提供电压侦测信号SV。在分压电路232中，电阻R4的第一端耦接操作电压VCC，电阻R4的第二端耦接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端耦接接地电压位准SGND。此外，电阻R4与电阻R5的电阻值可以依据设计需求来决定，电阻R4与电阻R5可以具有相同的电阻值或是不相同的电阻值，本发明并未加以限制。
图2B的第二比较器242可以对电压侦测信号SV与参考电压控制信号CVR进行比较，以产生第二比较信号。在图2B中，第二比较器242产生的第二比较信号可以用来侦测发光元件280的电压，并依据设计需求达到对于发光元件280的电压的回授控制操作。举例来说，当电压侦测信号SV小于参考电压控制信号CVR，第二比较器242可以通知光耦合元件243调整回授信号FB以提高输出电压。当电压侦测信号SV大于参考电压控制信号CVR，第二比较器242可以通知光耦合元件243调整回授信号FB以降低输出电压。
需注意的是，在图2B的实施例中，第一比较器241与第二比较器242是分别经由第一二极体D1与第二二极体D2耦接至光耦合元件243。于另一些实施例中，第一比较器241或第二比较器242也可以直接耦接至光耦合元件243。举例来说，如图2C所示，第一比较器241可以经由第一二极体D1耦接至光耦合元件243，而第二比较器242则直接耦接至光耦合元件243。在图2D的实施例中，第一比较器241可以直接耦接至光耦合元件243，而第二比较器242则经由第二二极体D2耦接至光耦合元件243。
附带一提，在图2A至图2D的实施例中，光源驱动装置200A～200D中的独立电压源230、回授电路240与调光电路220可以设置在同一个电路板上，而调光电路220中的调光控制电路221可以设计成不同类型的介面卡。因此，本发明仅需抽换调光电路220的介面卡，便能达到快速切换不同的调光控制介面的功效。
图3绘示本发明一实施例的光源驱动装置的电流调整方法的流程示意图。请参照图1与图3所示，在步骤S310中，隔离式电流侦测电路110可以透过电磁耦合方式对光源驱动装置100的输出电流Iout进行取样，藉此产生电流侦测信号SI。在步骤S320中，调光电路120可以接收调光输入信号Dim，并基于操作电压VCC与调光输入信号Dim来提供参考电流控制信号CCR。换言之，调光电路120只需使用单一电源(操作电压VCC)，便可依据调光输入信号Dim来提供参考电流控制信号CCR。
在步骤S330中，光源驱动装置100可以藉由单一的独立电压源130来产生操作电压VCC。在步骤S340中，回授电路140可以基于操作电压VCC来执行回授操作。也就是说，回授电路140在步骤S340可以使用操作电压VCC作为供电来源，并依据电流侦测信号SI与参考电流控制信号CCR来提供回授信号FB。
如此一来，光源驱动装置100便可以依据回授信号FB来调整光源驱动装置100的输出电流Iout。步骤S310～步骤S340的实施细节可以参照图1所示实施例的相关说明来类推，故不再赘述。
综上所述，本发明的诸实施例中，光源驱动装置可以透过设置隔离式电流侦测电路与单一的独立电压源来达到法规要求的信号隔离效果。此外，透过隔离式电流侦测电路对光源驱动装置的输出电流进行取样，还可在低调光电流下精确地控制定电流的输出。再者，由于光源驱动装置中的独立电压源、回授电路与调光电路可以设置在同一个电路板上，因而仅需抽换调光电路的介面卡，便能达到快速切换不同的调光控制介面的功效。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种光源驱动装置，具有一次侧与二次侧，其特征在于，该光源驱动装置包括：
隔离式电流侦测电路，耦接在该二次侧，其中该隔离式电流侦测电路透过电磁耦合方式对该光源驱动装置的输出电流进行取样，以产生电流侦测信号；
调光电路，接收调光输入信号，并基于操作电压，以依据该调光输入信号来提供参考电流控制信号；
独立电压源，产生该操作电压；
回授电路，耦接于该隔离式电流侦测电路与该光源驱动装置的该一次侧之间，且该回授电路耦接至该独立电压源与该调光电路，其中该回授电路基于该操作电压来执行回授操作，并依据该电流侦测信号与该参考电流控制信号来提供回授信号，
变压器，包括一次侧线圈与二次侧线圈，其中该一次侧线圈耦接在该光源驱动装置的该一次侧，该二次侧线圈耦接该隔离式电流侦测电路；以及
电压转换电路，耦接至该回授电路与该变压器的该一次侧线圈，其中该电压转换电路依据该回授信号来提供电压调整信号，该变压器依据该电压调整信号来调整该光源驱动装置的该输出电流，其中该电压转换电路包括：
脉宽调变信号控制器，耦接该回授电路，依据该回授信号来产生脉宽调变信号；以及
电压转换器，耦接至该脉宽调变信号控制器与该变压器的该一次侧线圈，依据该脉宽调变信号来提供该电压调整信号，
其中，该光源驱动装置依据该回授信号以调整该光源驱动装置的该输出电流。
2.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其特征在于，该变压器还包括一次侧辅助线圈与二次侧辅助线圈，其中辅助电源耦接至该一次侧辅助线圈，以供电给该脉宽调变信号控制器，该二次侧辅助线圈耦接至该独立电压源。
3.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其特征在于，该独立电压源经由第一分压电路来提供电压侦测信号，该回授电路依据该电流侦测信号、该参考电流控制信号与该电压侦测信号来提供该回授信号。
4.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其特征在于，该调光电路提供该参考电流控制信号至该回授电路。
5.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其特征在于，该调光电路具有输入端与输出端，该输入端耦接该操作电压，该输出端耦接第二分压电路。
6.根据权利要求5所述的光源驱动装置，其特征在于，该调光电路的该输入端与该输出端之间连接有第一电阻。
7.根据权利要求6所述的光源驱动装置，其特征在于，该第二分压电路包括：
第二电阻，其中该第二电阻的第一端耦接该输出端；以及
第三电阻，其中该第三电阻的第一端耦接该第二电阻的第二端，该第三电阻的第二端耦接至接地电压位准。
8.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其特征在于，该隔离式电流侦测电路为电流互感器。
9.根据权利要求1所述的光源驱动装置，其特征在于，该回授电路包括：
第一比较器，耦接该隔离式电流侦测电路与该调光电路，以接收该电流侦测信号与该参考电流控制信号，其中该第一比较器对该电流侦测信号与该参考电流控制信号进行比较，以产生第一比较信号；以及
光耦合元件，耦接该第一比较器，其中该光耦合元件依据该第一比较信号来提供该回授信号。
10.根据权利要求3所述的光源驱动装置，其特征在于，该回授电路包括：
第一比较器，耦接该隔离式电流侦测电路与该调光电路，以接收该电流侦测信号与该参考电流控制信号，其中该第一比较器对该电流侦测信号与该参考电流控制信号进行比较，以产生第一比较信号；
第二比较器，耦接该第一分压电路，以接收该电压侦测信号，其中该第二比较器对该电压侦测信号与参考电压控制信号进行比较，以产生第二比较信号；以及
光耦合元件，耦接该第一比较器与该第二比较器，其中该光耦合元件依据该第一比较信号与该第二比较信号来提供该回授信号。
11.根据权利要求10所述的光源驱动装置，其特征在于，该第一比较器或该第二比较器是直接耦接至该光耦合元件。
12.根据权利要求10所述的光源驱动装置，其特征在于，该第一比较器与该第二比较器分别经由第一二极体与第二二极体耦接至该光耦合元件。
13.根据权利要求12所述的光源驱动装置，其特征在于，该光耦合元件包括：
发光二极体，其中该发光二极体的第一端耦接该操作电压，该发光二极体的第二端耦接至该第一二极体的阳极与该第二二极体的阳极；以及
光耦合电晶体，其中该光耦合电晶体的第一端与第二端耦接至该电压转换电路。
14.一种光源驱动装置的电流调整方法，其特征在于，该电流调整方法包括：
透过电磁耦合方式对该光源驱动装置的输出电流进行取样，以产生电流侦测信号；
接收调光输入信号，基于操作电压以依据该调光输入信号来提供参考电流控制信号；
藉由独立电压源产生该操作电压；以及
基于该操作电压来执行回授操作，并依据该电流侦测信号与该参考电流控制信号来提供回授信号，
其中该光源驱动装置包括电压转换电路，该电压转换电路包括：
脉宽调变信号控制器，依据该回授信号来产生脉宽调变信号；以及
电压转换器，依据该脉宽调变信号来提供电压调整信号，以依据该电压调整信号来调整该光源驱动装置的该输出电流。
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