TW200948173A - Driving a light-emitting diode - Google Patents

Description

200948173 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於驅動一發光二極體之設備，關於 一種包括該設備之裝置’且關於一種驅動一發光二極體之 方法。 此一設備之實例係發光二極體驅動器，且此一裝置之實 例係消費者產品及專業產品。 【先前技術】 US 5,424,680揭示一種用於非線性光學裝置（例如，半導 體雷射及發光二極體）之廣義頻率相依預失真電路。該電

路包括前濾波器及後濾波器，每一個濾波器皆係—按一頻 率相依方式任意操縱相位及振幅之積分均衡濾波器。每一 個濾波器皆係一合成濾波器，其根據一特定複雜頻率相依 曲線調諧或構建以給予一非線性光學裝置以一更線性的行 為。 【發明内容】

本發明之一目標係提供一種藉助經改良之效率驅動一 光二極體之設備。 本發明之其他目標係提供一種包括該設備之裝置，及 種藉助經改良之效率驅動一發光二極體之方法。 根據-第-態樣，提供一種用於驅動一發光二極體之 備，該設備包括： J 、 、用於向該發光一但瓶货您一電流，該 具有一平均值及一峰值，該峰值除以該平均值形成 138340.doc • 4 - 200948173 率，及 -一輸入級，其用於自一電力供應器接收一信號，該輸入 級包括一用於藉由操縱該信號來較小該比率之配置。 該設備之一輸入級向該發光二極體供應一電流。此電流 具有一平均值及一峰值《該峰值除以該平均值界定為一比 率。該設備之一輸入級自一電力供應器接收一信號。此輸 入級包括一用於通過操縱該信號來減小該比率之配置。換 ❹ ❹ 5之’該配置藉由操縱該信號來減小該比率。舉例而言， 藉由減小峰值同時保持平均值大致恆定來達成該比率之一 減小。換a之，舉例而言，藉由減小峰值同時保持平均值 大致恆定來減小該比率。因此，與在不使用輸入級之情形 下直接自電力供應器驅動發光二極體相比較，該發光二極 體對於相同平均電流產生更多光（因電流發光二極體之減 弱效應）。以此方式，舉例而言，與藉助一基本正弦電流 (例如，來自一諧振電力轉換器）或一基本正弦電壓（例如， 在使用一電阻式鎮流器自幹線電源驅動發光二極體時）驅 動發光二極體相比較，藉助經改良之效率來驅動其。 替代驅動-個發光二極體’該設備可驅動兩個或更多個 發光二極體。該兩個或更多個發光二極體可係串聯發光二 極體、並聯發光二極體或呈-部分串聯且部分並聯連接之 發光m光二極體可係（例如）—無機發光二極 體、-有機發光二極體或一發光雷射二極體，而不排除皇 他發光二極體。 ^ 替代使用由峰值除以平均值界定之比率，或除此比率之 138340.doc 200948173 外，亦可使用由輸出級供應之電流之均方根值除以平均值 界定之另一比率。 該配置可包括一個或多個子配置》不將排除各自可能包 括一個或多個子配置之一個或多個其他配置。 在該設備之一個實施例中，該等級不包括平滑電容器及 平滑電感器。可在用於減小該比率之其他解決方案令使用 一平滑電容器（電感器）或一 DC儲存電容器（電感器此一 電容器（電感器）必須處理相對多的能量，此需要一相對大 的組件值並限制將可用組件選擇為昂貴或龐大或沉重或壽❹ 命有限之組件。一實例係使用一電解電容器作為一平滑電 容器以將能量儲存於一電路之一經整流部分（DC部分）中。 較佳地，此等電容器（電感器）不用於（例如）輸出級中以減 小由峰值除以平均值界定之比率，此乃因其引入壽命及可 靠性問題及/或其增加設備之體積、大小及成本之事實。 另外，當使用平滑單元時，發光二極體之高頻調光效能 (藉由以-快速序列啟用及停用電力供應器）受到影響。在 無DC儲存單元耦合至發光二極體之情形下其電流且因❹ 此其亮度可對所供應之能量快速起反應。此允許快速且準 確的調光。在大DC儲存單元耦合至發光二極體之情形 下發光一極體電流存在一緩慢上升及衰減，從而導致一 較差調光效能。 * 、 文中將平滑電容器（電感器）界定為一電容器（電 感。器）’ S將該比率減小（例如）至少1%、或減小（例如）至少 5%、或減小（例如）至少1〇%，而不排除其他百分數。 138340.doc -6 - 200948173 根據該設備之一實施例’操縱包括對該信號之一頻率分 量之一添加或對該信號之一頻率分量之一振幅之一調適。 可藉由向該信號添加一個或多個頻率分量或調適已存在於 該信號中之一個或多個頻率分量之一振幅來容易地操縱該 信號。可將欲添加之一個或多個頻率分量之相位調整為該 信號之一基本頻率分量之一相位，從而減小所得信號之比 率。 根據該設備之另一實施例’該信號之頻率分量包括該信 Φ 號之一基本頻率分量之一第三及/或第五及/或第七諧波頻 率分量。一基本頻率分量可分別係（例如）5〇 Hz(歐洲幹線 電源）或60 Hz(美國幹線電源）或10 kHz或100 kHz或1 MHz(轉換器），在此情況下，第三（第五、第七）諧波頻率 分量將分別係 150(250、350) Hz 或 180(300、420) Hz 或 30(50、70) kHz或 300(500、700) kHz或 3(5、7) MHz。同 樣’該一個或多個頻率分量之相位可調整為該信號之基本 頻率分量之一相位。舉例而言，一 0。之相位角可對該第三 •冑波頻率分量有利。 根據該設備之另一實施例’該信號之第三及/或第五及/ •或第七頻率分量之一振幅除以該信號之基本頻率分量之一 振幅形成大於0%且小於100%之另一比率。該另一比率較 佳大於5%且小於50%，更佳地在10%與40%之間。 根據該設備之一實施例’該信號係一交變電壓 (alternating voltage)。此一交變電壓將經由輸入級及輸出 級轉換成一輸出電流。 138340.doc 200948173 根據該設備之一實施例，該配置包括一諧振槽。此一諧 振槽可係一經控制或未經控制之迴路且可能需要被調諧為 該^§號之頻率分量（例如，該信號之基本頻率分量之第三 或第五或第七諧波頻率分量）。 根據該設備之又一實施例’輸出級包括連接電路及/或 變壓器電路及/或整流器電路。此連接電路可包括一個或 多個導線’而該變壓器電路可包括一個或多個線圈及/或 一個或多個變壓器，且該整流器電路可包括一個或多個二 極體或一個或多個電晶體。 根據該設備之另一實施例’該配置包括一譜振槽，該譜 振槽使用該連接電路及/或該變壓器電路及/或該整流器電 路之反應性性質。 該設備之一實施例進一步包括： -一連接器，其用於將輸入級連接至電力供應器之一電 源。舉例而言，此一連接器可用於將該輸入級連接至一供 電幹線。在彼情況下，該信號係（例如）一正弦信號且必須 向該信號添加一頻率分量。 該設備之另一實施例進一步包括： -一轉換器，其待柄合至該電力供應器之一電源以產生該 信號。此一轉換器可自一供電幹線或自某一種類之電池獲 得其電力。在彼情況下’該信號可係一交變塊信號 (alternating block signal)，且必須調適該信號之一頻率分 量之一振幅。 在該設備之另一實施例中’該轉換器係一諧振模式轉換 138340.doc 200948173 器且該信號之一個❹㈣ 經配置以將該轉換器保持在一諸振模式。個相位角 根據-第二態樣，提供 夕机椹^ ^ 裡裝置其包括如以上所界定 備且進—步包軸合至輸出級之發光二極體。 根據-第三態樣，提供一種驅動一發 該方法包括： 菔之方法， 輸出級處’㈣發光二極體供應—電流之一步驟，

Μ比^具^平均值及—峰值，該峰值除以該平均值形成 一比孕，及 在一輸入級處，自一雷六M ^ go. ,, €刀供應is接收一信號之一步驟， 及操縱該信號以減小該比率之一步驟。 該裝置及該方法之實施例對應於該設備之實施例。 本發明係基於以下認識：一發光二極體係一非線性元 件，其用於一雙倍輸入（雙倍輸入電流），不顯示一雙倍輸 出（無雙倍光輸出量）。其亦基於以下認識：由一電流（在一 輸出級處）之一峰值除以一平均值界定之一比率將藉由操 縱源自一電力供應器之一信號而減小（在輸出級處）。 此解決了提供一種用於藉助經改良之效率來驅動一發光 二極體之設備之問題。其具有如下優點：改良該發光二極 體之效率以及該輸入級與/或輸出級之一個或多個其他部 分之效率。 自下文中所述之實施例將顯而易見本發明之該等及其它 態樣，並將參照該等實施例對其進行闡明。 【實施方式】 138340.doc -9- 200948173 圖1顯示一設備丨之一第一實施例，其包括一輸入級1〇及 一輸出級20。輸入級10包括具有—配置丨丨及另一配置12之 一並聯電路。此並聯電路之一個側耦合至一電源3〇(例 如，一50 Hz電力供應器）之一第—端子，且此平行電路之 另一側耦合至輸出級20之整流器電路21之一第一輸入。整 流器電路21之一第二輸入耦合至電源3〇之一第二端子。整 流器電路21之一第一輸出耦合至一發光二極體4〇之一陽 極，且整流器電路21之一第二輸出耦合至發光二極體4〇之 一陰極。整流器電路21在一整流器橋接器中包括（例如）四 個二極體。 圖2顯不一配置1丨之一實施例，該配置包括以具有一電 感器51及一電容器52之一串聯電路形式之一諧振槽。不將 排除配置、諧振槽及除串聯電路（例如，至少部分並聯電 路）之外之電路。 圖1中所示之設備1驅動發光二極體4〇β輸出級20向發光 二極體40供應一電流。此電流具有一平均值及一峰值。該 峰值除以該平均值形成一比率。輸入級1〇自電源例 如，一交變電壓或AC電壓）接收一信號（例如，一 5〇 Hz電 壓信號）。配置11藉由操縱該信號來減小該比率。 該操縱包括（例如）對該信號之一頻率分量之一添加或（例 如）對該信號之一頻率分量之一振幅之一調適。該作號之 此頻率分量包括（例如）該信號之一基本頻率分量之一第三 或第五或第七諧波頻率分量。對於一交變電壓（例如，一 50 Hz電壓信號）而言，該基本頻率分量因此係一 5〇 分 138340.doc -10- 200948173 量’且該第三或第五或第七諸波頻率分量係一 15〇沿或 250 Hz或350 Hz分量。該信號之第三或第五或第七頻率分 量之振幅除以該信號之基本頻率分量之一振幅形成另一比 率。此另一比率係（例如）大於〇%且小於1〇〇%，較佳地在 5%與50%之間’更佳地在1 〇%與4〇%之間。 若電源30係一用於供應一具有一正弦形狀之5〇 Ηζ電壓 4吕號之源，則配置11之諸振槽應被調諧為此5〇 Ηζ電壓信 號之第三（150 Hz)或第五（250 Hz)或第七（350 Ηζ)諧波頻率 〇 分量。在此情況下，另一配置12可包括（例如）一電阻器。 該另一比率將相依於配置11及12之組件尺寸。 圖3顯示一設備1之一第二實施例，其包括一輸入級1〇及 一輸出級20。輸入級1〇包括具有耦合至一轉換器32之一配 置11及另一配置12之一並聯電路。此轉換器32之一第一輸 入耦合至一電源31(例如，一（車用）電池）之一第一端子， 且此轉換器32之一第二輸入耦合至電源31之一第二端子。 _ 該並聯電路之一個側耦合至轉換器32之一第一輸出，且該 並聯電路之另一側耦合至輸出級2〇之變壓器電路22之一第 一輸入。變壓器電路22之一第二輸入耦合至轉換器32之一 第二輸出。變壓器電路22之一第一輸出耦合至一發光二極 體41之陽極及一發光二極體42之一陰極，且變壓器電路 22之一第二輸出耦合至該發光二極體41之一陰極及該發光 二極體42之一陽極。變壓器電路22包括（例如）一個或多個 線圈及/或一個或多個變廢器。 特定而言變壓器電路22之反應性行為且一般而言任一種 138340.doc -II - 200948173 類之電路之反應性行為可用作諧振槽之一部分。舉例而 言’一變壓器之雜散電感可用於達成該諧振槽之一部分。 圖3中所示之設備1驅動發光二極體41及42〇輸出級2〇向 發光二極體41及42供應一電流。此電路具有一平均值及一 峰值。該峰值除以該平均值形成一比率。輸入級自電力 供應器31、32接收一信號。電源31供應（例如）一 Dc電壓， 且轉換器32將其轉換成（例如）一 1〇〇 kHz交變塊信號。配置 11藉由操縱該交變塊信號來減小該比率。 該操縱包括（例如）對該信號之一頻率分量之一添加，或 (例如）對該信號之一頻率分量之一振幅之一調適。該信號 之此頻率分量包括（例如）該信號之一基本頻率分量之一第 二或第五或第七講波頻率分量。對於一交變塊信號（例 如’一 100 kHz塊信號）而言，該基本頻率分量因此係一 100 kHz分量，且該第三或第五或第七諸波頻率分量係一 300 kHz或500 kHz或700 kHz分量。該信號之第三或第五 或第七頻率分量之振幅除以該信號之該基本頻率分量之一 振幅形成另一比率。此另一比率（例如）大於〇〇/。且小於 100°/。，較佳地在5。/。與50%之間’更佳地在1〇%與4〇%之 間。 若電力供應器31、32係一供應一具有一塊形狀之1〇〇 kHz信號之源’則配置11之諧振槽應被調諧為此1〇〇 kHz塊 信號之第三（300 kHz)或第五（500 kHz)或第七（700 kHz)諸 波頻率分量。在此情況下’另一配置12可包括（例如）類似 於配置11中之一者但被調諧為基本頻率分量（1〇〇 kHz)之另 138340.doc 12 200948173 譜振槽。該另一比率將相依於配置11及12之組件尺寸。 、此方式，藉由操縱該信號來減小該比率已變成可能。 舉例而言，籍由減小峰值同時保持平均值大致怪定來達成 i比率之減小。因此，藉助經改良之效率來驅動該發光 * 一極體。另外，雖然未使用平滑/DC儲存電容器及平滑/ . DC儲存電感器，但輸入級及/或輸出級之一個或多個其他 部分之效率亦得以改良。 在圖1中，舉例而言，當發光二極體如圖3中所示按一反 ® 1聯組態放置時，可使用連接電路替代整流器電路21。在 圖1中，除整流器電路21之外亦可引入變壓器電路。在圖3 中’可使用連接電路替代變壓器電路22。在圖3中，舉例 而吕，當存在僅一個發光二極體時或當存在呈一單向連接 之發光二極體串聯及/或並聯串等等時，可能需要添加整 流器電路。 若在設備1中未使用另一變壓器，則在電源30或31與輸 ❾入級10之間可存在一變壓器。若已經在設備1中之另一位 置處使用了一變壓器，則在電源30或31與輸入級1〇之間可 存在另一變壓器。輸入級1〇係一第一級，其在一最小情形 下包括一用於操縱一來自一電力供應器之信號以減小欲供 應至一發光二極體之一電流之一峰值與平均值比率之配置 11 ;且輸出級20係一第二級，其在一最小情形下包括用於 向該發光二極體供應該電流之佈線。不將排除其他級，例 如一中間級。 圖4顯示一第三諧波對（I)系統效率（im/w)、（Π)發光二極 138340.doc -13- 200948173 體效率（im/W)、（111)由發光二極體產纟之總通量（/lm)及 (IV)驅動H效率的料，對於—特定_之發光二極趙而 言，所有皆作為由輸出級供應之一電流之一 15〇 Hz分量之 一振幅除以一 50 112基本頻率分量之一振幅形成之一比率 百分比（=另一比率）之一函數。對於此特定類型之發光二 極體而言，清楚地存在一2〇%左右之最佳值。 同樣對於此特定類型之發光二極體而言，可使由輸出級 供應之一電流之一峰值除以此電流之一平均值界定之一比 率容易地減小約13%，且可使由該輸出級供應之一電流之 一均方根值除以此電流之一平均值界定之一比率容易地減 小約5%。相同結果對一流過每一個發光二極體之電流且 對一由電力供應器供應之電流有效。此與圖3中所示之電 路組合具有特殊意義。此處，使用充當一諧振轉換器之一 轉換器。當轉換器中之開關必須切換時，此導致（例如）該 轉換器之輸出電流大致為零。此減小切換損耗。開關之此 卸載仍存在於所提出之電路中。該轉換器仍按有效諧振模 式運作，且此外，該轉換器之輸出電流之峰值減小，從而 導致該轉換器之一甚至更好效率。 概言之，一用於驅動一發光二極體4〇_42之設備i之一輸 入級10自一電力供應器30-32接收一信號，且一輸出級汕 向該發光二極體40-42供應一電流。該電流之峰值除以平 均值形成一比率。驅動效率藉由給輸入級1〇提供—用於藉 由操縱該信號來減小此比率之配置i丨而得以改 人氏 而無需 使用任何平滑電容器/電感器。該操縱可包括對該信號之 138340.doc -14· 200948173 -頻率分量之-添加或對該錢之-頻率分量之—振幅之 -調適。此頻率分量可係該信號之一基本頻率分量之一第 二及/或第五及/或第七諧波頻率分量。配置η可包括一諧 振槽’、該難槽可能需要被調料該信號之頻率分量。 雖然已在該等圖式及别述闌述中詳細圖解闡述及閣述了 本發明，但此等圖示及說明應視為說明性或視為實例而非 限制性；本發明並不限於該等所揭示實施例。舉例而言， ❿ 參 本發明可在一其中將不同所揭示實施例之不同部分組合成 一新實施例之一實施例中實現。 熟習此項技術者在實踐所主張發明中根據對該等圖式、 本揭示内今及隨附申請專利範圍之研究理解並實現所揭示 實施例之其他變化。在申請專利範圍卜使用動詞「包括 (:〇_)」及其變形並不排除其他元件或步驟，且不定 ^ (a)J或一（an)J並不排除複數。一單個處理器 或其他單元可實現在申請專利範圍中所陳述之幾個項目之 力‘在相互不同之附屬請求項巾所陳述之某些措施之單 純事實並不表明不能有利地使用此等措施之—組合…電 腦程式可儲存/分饰於一合適媒體（例如，—光學儲存媒體 或-與其他硬體-起共同供應或供應為其他硬體之部分之 固態媒體）上，但亦可以其他形式（例如，經由網際網路或 其他有線或無線電信系統）分佈。申請專利範圍中之任何 參考符號皆不應視為限制該範疇。 【圖式簡單說明】 在該等圖式中： 138340.doc -15- 200948173 圖1顯示 一設備之一第一實施例， 圖2顯示 一配置之一實施例， 圖3顯示 一設備之一第二實施例，及 圖4顯不 一第三諧波之影響。 【主要元件符號說明】 1 設備 10 輸入級 11 配置 12 配置 20 輸出級 21 整流器電路 22 變壓器電路 30 電力供應器/電源 31 電力供應器/電源 32 電力供應器/轉換器 40 發光二極體 41 發光二極體 42 發光二極體 51 電感器 52 電容器 138340.doc - 16-

Claims (1)

1. 200948173 七、申請專利範面： 1· -種用於驅動一發光二極艎(4〇-42)之設備⑴，該設備 (1)包括： 輸出級（2〇)，其用於向該發光二極體（4〇·42)供應一電 . 流’該電流具有—平均值及-峰值，該峰值除以該平均 值形成一比率，及 輸入級（1〇)，其用於自一電力供應器（30、31、32)接 收一仏號’該輸人級（1〇)包括—用於藉由操縱該信號來 φ 減小該比率之配置（11)。 2. 如請求項以設備⑴，其中該等級（1〇、2〇)不包括平滑 電容器及平滑電感器。 3. 如::求項!之設備⑴’其中該操縱：包括對該信號之一 頻率刀量之一添加；或對該信號之一頻率分量之一振幅 之^調適。 4. =4求項3之設備⑴’其中該信號之該頻率分量包括該 號之基本頻率分量之一第三及/或第五及/或第七諧 ’ 波頻率分量。 5·求項4之設備⑴’其中該信號之該第三及/或第五及， 或第七頻率分量之一振幅除以該信號之該基本頻率分量 之振幅形成大於〇%且小於1 〇〇〇/。之另一比率。 求項5之设備（1 )，其中該另一比率大於且於 50%。 =求項丨之設備（1)，其中該信號係一交變電壓。 s求項1之裝置⑴，其中該配置(11)包括-諧振槽。 138340.doc 200948173 9·如請求項1之設備（1)，其中該輸出級（20)包括連接電路 及/或變壓器電路（22)及/或整流器電路（21)。 10.如請求項9之設備（1)，其中該配置（11)包括一諧振槽，該 諧振槽使用該連接電路及/或變壓器電路（22)及/或整流器 電路（21)之反應性性質。 Π·如請求項1之設備（丨），其進一步包括： 一連接器’其用於將該輸入級連接至該電力供應器（3〇、 31、32)之一電源（30)。 12. 如請求項！之設備（1)，其進一步包括： 一轉換器（32)，其待耦合至該電力供應器（3〇、31、32> 之一電源（31)以產生該信號。 13. 如請求項12之設備（1)，其中該轉換器（32)係一諧振模式 轉換器，且該信號之一個或多個頻率分量之一個或多個 相位角經配置以將該轉換器（32)保持在一諧振模式。 14. 一種包括如請求項！之設備（1)之裝置，該裝置進一步包 括麵合至該輸出級（20)之該發光二極體（4〇_42)。 15. —種驅動一發光二極體（4〇_42)之方法，該方法包括： 在一輸出級（20)處，向該發光二極體（4〇_42)供應一電流 之-步驟，該電流具有-平均值及—峰值，該峰值除二 該平均值形成一比率，及 ” 在一輸入級（1〇)處，自一電力供應器（3〇、3ι、Μ)接收 -信號之-步驟，及操縱該信號以減小該比率之一步 138340.doc