CN2754308Y - 使用交流电源直接驱动桥式结构发光二极管的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，该装置将复数个发光二极管与桥式电路予以整合，即复数个发光二极管组成的灯串与四颗二极管构成一全桥式的驱动方式；当交流电源正半周电源信号输入时，一半的发光二极管会点亮，而当交流电源负半周电源信号输入时，则换由另一半发光二极管点亮。因此，在一个交流电源周期时间内，各发光二极管仅少于半周期的时间被点亮，相对于全时间导通点亮的发光二极管来说，各发光二极管导通时间少于半周期，故各发光二极管的散热时间会延长，能有效解决散热的问题。

Description

使用交流电源直接驱动桥式结构发光二极管的驱动装置

技术领域

本实用新型是关于一种发光二极管的驱动装置，尤其涉及一种将发光二极管元件以桥式电路结构，直接以交流电源作为驱动发光二极管元件点亮的光源驱动装置。

背景技术

发光二极管的技术成熟为未来照明装置带来一种更佳的发光源，由于发光二极管具有低成本、低消耗功率、高亮度等优质特性，确实在电源的消耗上及制作成本上均要较目前使用灯管的光源装置来得低。

由于发光二极管是需要以直流电源予以驱动点亮，因此当发光二极管被应用在照明或指示装置上时，该照明或指示装置是使用交流电源，这需要另外的电源转换电路将交流电源转换为直流电源，再控制输出至发光二极管，令发光二极管予以点亮。其中常见的驱动电路如国内公告第I220047号「发光二极管驱动电路」实用新型专利案，该专利案的驱动电路包含有一供应电源、一桥式整流器、一电压检测器及一电流导向控制电路，其中该桥式整流器连接至供应电源交流电源，而电流导向控制电路则是由至少一电流控制单元组成，各电流控制单元再依序与各个发光二极管组由复数个发光二极管串接而成的阴极连接。

上述实用新型专利案的桥式整流器主要用以将交流电源整流为直流电源，再由电压侦测电路判定直流电源的电压准位，依据电压准位的不同来分别驱动不同的电流导向控制电路，使其导通后点亮适当数目的发光二极管组，以省却滤波电容的使用。如该实用新型专利案的先前技术所例举的其中一件美国专利案，专利号USP5,457,450所揭示的驱动电路，就驱动红色号志灯的驱动电路来说，其包含有二整流器及二电压补偿电路，由此可知，目前发光二极管驱动电路设计不同，但均存在电路复杂的结构。

目前应用发光二极管作为发光源的相关应用厂商在研发过程中，发现较难以克服的问题是，发光二极管散热问题及驱动电路的问题。由于目前驱动电路使用过多电子元件及复杂线路，故电源转换效率差且制作成本高，此外，经长时间使用后，电子元件及发光二极管过热问题，均会影响发光二极管使用寿命的长短，因此，若能提出一种驱动电路能解决上述问题，则将使得发光二极管更广泛地应用于照明或指示装置上。

发明内容

为此，本实用新型的主要目的是提供一种以最简单的电路结构而构成的复数个发光二极管元件能在交流电源下被驱动点亮的驱动装置，并能解决部份散热的问题，由于电路结构简单，相对可降低制作成本及电源转换效率差的问题。

为达上述目的，本实用新型采用的技术手段如下：

一种使用交流电源直接驱动桥式结构发光二极管的驱动装置，包含有：

一桥式电路，由四颗二极管分设于桥式电路的四臂上，其中四臂的两相电路是提供交流电源正半周和负半周的流通路径，并依正负半周交互点亮各路径上的发光二极管；

一第一分流单元，由两组串接有复数个发光二极管的灯串组成，其中一组灯串串接于桥式电路中于交流电源正半周导通的上臂上；另一组灯串则串接于桥式电路中于交流电源正半周导通的下臂上；及

一第二分流单元，由两组串接有复数个发光二极管的灯串组成，其中一组灯串串接于桥式电路中于交流电源负半周导通的上臂上；另一组灯串则串接于桥式电路中于交流电源负半周导通的下臂上。

上述驱动装置是将发光二极管配置成桥式电路结构，如此，当交流电源正半周电源信号输入时，第一分流单元的灯串被驱动点亮，而当交流电源负半周电源信号输入时，则换由第二分流单元上的灯串点亮，由此，就各发光二极管的导通时间看来，在一个交流电源周期时间内，各发光二极管仅少于半周期的时间被点亮，相对于全时间导通点亮的发光二极管来说，本实用新型通过交换点亮方式，令各发光二极管导通时间减少，发光二极管产生的热自然会减低，又，本实用新型因为将复数个发光二极管直接与桥式电路单元整合，故无需另外的整流器、电压检测器、或电压补偿器，即可达该发光二极管于交流电源下被驱动的目的，有助于降低制作成本。

附图说明

图1为本实用新型第一较佳实施例的电路图。

图2a～e为本实用新型第一较佳实施例电路图的各点电压波形图。

图3为本实用新型第二较佳实施例的电路图。

图4为本实用新型第三较佳实施例的电路图。

图5为本实用新型第四较佳实施例的电路图。

图中符号说明

10、10a、10b、10c驱动装置

11桥式电路

12～16灯串

具体实施方式

首先请参阅图1所示，为本实用新型第一较佳实施例，本实用新型的发光二极管驱动装置10包含有：

一桥式电路11，由四颗二极管D1～D4分设于相互连接的四臂上构成两相电路(未标号)，即，该桥式电路包含有两相电路，作为各正负半周的开关功能，由于四臂的两相对接点c、d供交流电源Vac连接，另外两相对接点a、b则作为电流路径之用，故当电流电源输入时，四臂中的两两相对的分臂各提供作为正半周和负半周的导通路径；

一第一分流单元(未标号)，其分流路径为c-＞a-＞b-＞d，该第一分流单元是包含有两组串接有复数个发光二极管的灯串12、13，其中一组灯串12串接在桥式电路11于交流电源Vac正半周导通的上臂上；另一组灯串13则串接在桥式电路11于交流电源正半周导通的下臂上；及

一第二分流单元(未标号)，其分流路径为d-＞a-＞b-＞c，其包含有两组串接有复数个发光二极管的灯串14、15，其中一组灯串14串接于桥式电路11中于交流电源负半周导通的下臂上；另一组灯串15则串接于桥式电路11中于交流电源负半周导通的上臂上。

为了有效控制第一或第二分流单元导通时流经的总电流值，桥式电路11连接至交流电源Vac的其中一接点c串接一限流电阻Rs，而为了控制第一或第二分流单元导通时的功率值，则可在直流导通臂上配置一电阻Rb，其中四臂上的二极管D1～D4具有保护发光二极管被逆向电压击穿的功能。

以下谨配合图2说明本实用新型各发光二极管的导通时间t₂及导通电流值i_d：

首先令二极管的触发电压值为0.7V，而各灯串12～15的各发光二极管的触发电压值为V_L，而各灯串12～15所串接的发光二极管数量为N个，如此，该桥式电路11的触发导通电压值为V_ON＝(0.7×2)+2NV_L。当交流电源输入时，第一、第二分流单元会轮流导通，由此，不论第一或第二分流单元导通时，与其串接的二极管D1、D2/D3、D4同样会导通，故导通点的电压值即为两颗二极管及两灯串导通后的电压值。

又，依据图2中(b)的V_b直流电源输出波形可知，交流电源的电压值需达V_ON电压值才会导通，因此该V_ON电压值可再描述为V_ON＝V_P sin 2πft，将此公式与前揭式合并整理后，即可获得灯串的各发光二极管所需的触发导通时间为： $t_1=\frac{{\sin }^{-1}[(2{\mathrm{NV}}_L+1.4)/V_P}{2\mathrm{\πf}},$

再依据图2中(d)的直流电压波形可知本实用新型各发光二极管的导通时间为 $t_2=\frac{1}{2f}-2t_1,$ 其中，f为电源的频率由此可知，各发光二极管的导通周期为 $\mathrm{DutyCycle}=\frac{t_2}{(2t_1+t_2)}=2f{t}_2.$

本实用新型在交流电源正半周电源信号输入时，其电流流向为桥式电路11左上臂、电阻及右下臂，其中臂上的二极管及第一分流单元会予以导通，而在交流电源负半周电源信号输入时，其电流流向为桥式电路11右上臂、电阻及左下臂，其中臂上的二极管及第一分流单元会予以导通。其中各半周期导通的电流为：

$i_d=\left\{\begin{array}{cccc}\frac{V_P\sin \left(2\mathrm{\πft}\right)-2N{V}_L-1.4}{R_s+R_b+R_f},& t& \mathrm{within}& t_2;\\ 0,& t& \mathrm{within}& t_1\end{array}\right.,$ 其中R_f是所导通发光二极管的内阻总和。

由上述说明可知，各发光二极管的导通时间，只占了一个周期时间的t₂时间，而t₂时间是小于半个周期时间，因此，对各个发光二极管来说，只有t₂导通时间会发热，而却有4t₁+t₂时间在散热，因此，本实用新型的照明装置并不会有严重的散热问题。

请再参阅图3所示，为本实用新型的第二较佳实施例，其照明装置10b的电路与第一较佳实施例大多相同，惟，串接于直流电源输出端的电阻Rb再串接有一由复数个发光二极管组成的灯串16。由于多串接有一中间灯串16，故第一、第二分流单元及其串接的二极管D1、D2/D3、D4的触发导通电压值为：V_ON＝(0.7×2)+2NV_L+mV_l＝V_P sin(2πft₁)，其中m为中间灯串的发光二极管数量。而各半周期的总导通电流值为 $i_d=\left\{\begin{array}{cccc}\frac{V_P\sin \left(2\mathrm{\πft}\right)-2N{V}_L-m{V}_L-1.4}{R_s+R_b+R_f},& t& \mathrm{within}& t_2;\\ 0,& t& \mathrm{within}& t_1\end{array}\right..$ 而图4则为本发明驱动装置10b的第三较佳实施例，即，将第二较佳实施例串接于直流导通臂上配置的电阻Rb拿掉。其中该第一、第二分流单元及其串接的二极管D1、D2/D3、D4的触发导通电压值为：V_ON＝(0.7×2)+2NV_L+sV_l＝V_P sin(2πft₁)，其中s为中间灯串的发光二极管数量。而各半周期的总导通电流值为

$i_d=\left\{\begin{array}{cccc}\frac{V_P\sin \left(2\mathrm{\πft}\right)-2N{V}_L-s{V}_L-1.4}{R_s+R_f},& t& \mathrm{within}& t_2;\\ 0,& t& \mathrm{within}& t_1\end{array}\right..$

请再参阅图5所示，为本实用新型照明装置10c的第四较佳实施例，其包含有：

复数个桥式电路11，各桥式电路11以四臂的两相对接点相互串接，而串接的第一及最后一个桥式电路的自由接点cd分别连接至交流电源，且第一桥式电路的两上臂串接有二反向极体D1、D4，而最后桥式电路的两下臂串接有二反向极体D2、D3；而各桥式电路11四臂的另两相对接点ab为直流电流的路径；其中各桥式电路11的直流导通端ab串接有一调整功率用的电阻Rb；

一第一分流单元未标号，由复数个组串接有复数个发光二极管的灯串12、13组成，各灯串12、13分别串接在各桥式电路于交流电源正半周导通的臂上；及

一第二分流单元，由复数个组串接有复数个发光二极管的灯串14、15组成，各灯串14、15串接在各桥式电路11于交流电源负半周导通的臂上。

上述实施例若令第一分流单元与第二分流单元的所有灯串12、13、14、15的发光二极管数量等于第一较佳实施例的第一及第二分流单元灯串的发光二极管数量，以及各桥式电路11的功率调控电阻的总和等于第一较佳实施的功率调控电阻Rb，则此一实施例的触发导通电压值及导通电流值会与第一较佳实施例相同。同理，由第二、三实施例的设计可知，本实施例的各桥式电路的直流导通端可再串接有一灯串(图中未示)。而串接的桥式电路的第一桥式电路的自由接点再透过一限流电阻Rs连接至交流电源。

由上述说明可知，本实用新型直接将复数个发光二极管与桥式电路整合，以简化发光二极管应用于交流电源装置中的驱动电路，有效减低其它电子件的使用量及简化线路设计，而降低制作成本及减少电源的消耗，而且本实用新型各发光二极管的导通时间，因为搭配桥式电路的设计，故会少于半个周期，由此，各发光二极管的散热时间会大于发热时间，如此，此种交流直接驱动方式，提共了另外一种有效降低散热的技术，也相对地提高发光二极管的使用寿命。

Claims (10)

1.一种使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，包含有：

一桥式电路，主要由四颗二极管分设于相互连接的四臂上所构成两相电路予以组成，该两相电路上的二极管作为各正负半周的开关功能，其中四臂的两相对接点供交流电源连接，另两相对接点则为电流导通路径；

一第一分流单元，由两组串接有复数个发光二极管的灯串组成，其中一组灯串串接于桥式电路中于交流电源正半周导通的上臂上，另一组灯串则串接于桥式电路中于交流电源正半周导通的下臂上；及

一第二分流单元，由两组串接有复数个发光二极管的灯串组成，其中一组灯串串接于桥式电路中于交流电源负半周导通的上臂上，另一组灯串则串接于桥式电路中于交流电源负半周导通的下臂上。

2.如权利要求1所述的使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，该桥式电路连接至交流电源的其中一接点串接一限流电阻。

3.如权利要求1或2所述使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，该桥式电路的直流导通端串接一电阻。

4.如权利要求1或2所述使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，该桥式电路的全通路径上配置有一串由复数个发光二极管串接的灯串。

5.如权利要求3所述使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，该桥式电路的直流导通端串接有一组由复数个发光二极管串接的灯串。

6.一种使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，包含有：

复数个桥式电路，各桥式电路以四臂的两相对接点相互串接，而串接的第一及最后一个桥式电路的自由接点分别连接至交流电源，且第一桥式电路的两上臂串接有反向二极管，而桥式电路的两下臂串接有反向二极管，各桥式电路四臂的另两相对接点为直流导通端；

一第一分流单元，由复数组串接有复数个发光二极管的灯串组成，各灯串分别串接在各桥式电路于交流电源正半周导通的臂上；及

一第二分流单元，由复数组串接有复数个发光二极管的灯串组成，各灯串串接在各桥式电路于交流电源负半周导通的臂上。

7.如权利要求6所述使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，该第一桥式电路的自由接点透过一限流电阻连接至交流电源。

8.如权利要求6或7所述使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，各桥式电路的直流输出端串接一电阻。

9.如权利要求6或7所述的使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，各桥式电路的直流导通端串接有一组由复数个发光二极管串接的灯串。

10.如权利要求8所述的使用交流电源直接驱动桥式结构的发光二极管驱动装置，其特征是，各桥式电路的直流导通端串接有一组由复数个发光二极管串接的灯串。

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