TW201119489A - LED lighting system and power supply system thereof - Google Patents

Description

201119489 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係與電源系統相關，並且尤其與用以配合發光二 極體之電源系統相關。 【先前技術】 =科祕展進步，近年來各種商用、家用以及個人的 ㈣用二日益普及。除了功能與外觀之外，產品的安全性 如何避免使用者因產品的不當 題:二二讀多產品設計者和製造商關注的議 别已』有許夕針對這個問題制定的安全規範。 觸的;份力:=卜這= 的隔離措;爾路與健側電路之間還必須設有適當 供電=圖=)’圖—(Α)為—典型發光二極體光源及其 j、電糸·不忍圖。電壓轉換電路u 提供的交流f顯縫稱纽* 4 料取、應埠10 流電壓。-般而極體單元14所需要的直 °電壓轉換電路12即屬於上述古厭相丨垂 路’發光二極體單元14暇屬於上魏壓側電路。_ 對發光二極體光源系統來說，電顯換 流電壓I通常_。㈣務上，發光二極體單;^ 201119489 2顆發光二極體在發亮時所需要的跨壓可能都不盡相同。 2確保每1發光二極體都擁有足以充分發亮的跨壓，電 '換電路12提供的直流電壓Vdc通常會被設計為高於實際 發光二極體單元14的電壓需求。 圖一(B)所示，先前技術大多會在低壓侧電路中設置一 比較單元16與一升壓/降壓(b〇〇s1/buck)單元18。比較單元16 X價測各串發光二極體末端的電壓，並根據該等電壓判 …如何調整升壓/降壓單元18。升壓/降壓單元18負責在各 串發光二極體與電壓轉換電路12輸出的直流電壓之間分 ，提供-補償跨壓，藉此調節各串發光二極體所承受的^ 然而’將直流電壓VDC設計為高於實際需求是較為耗電 的。此外’由於必彡脉受相當大的電流和龍，升壓/降壓單 兀18通常相當耗能’其體積亦相當龐大。因此，對於現人追 求節能與輕量化的產品趨勢，如圖—⑼所示之細升壓濟= 單元18的電路架構是比較不理想的。 【發明内容】 本發明為發光二極體光源的電源系統提供了— 構。藉由根據發光二極體的操作電流調整高壓侧電路二 本發明的電齡統不需要採用先前技術巾的升壓/降 ^ 可達成為發光二極體光源提供適當的電壓之效果。 尸 根據本發明之-具體實施例為—發光二極體光源系统， 其中包含-發光二極體裝置.、1流平衡I置、—比較裝 201119489 置、一電源裝置以及一押 光二極體裝置，平衡裝置輕接該發 生-回授電屋。該比鄉二—f體.裝見之—操作敗況复 並產生-比較結果。c該回授電壓與-參考電壓， 發光二極體裝置。該控制用以將—直流電驗供給該 控制信號。該電源裝f_二糸用以根據該比較結果產生一 電壓。 裝置根據該控制錢選擇性地調整該直流 根據本發明之另—复齅每 光源的電源供應系統，其中;二：;發光= 置、-電源裝置以及—控署U衡裝置、一比較裝 光二極體裝置。該比^置^ 1電流平衡裝置麵接該發 生之-回授電壓’並;平衡裝置所產 直流電壓提供給該縣二極體裝=電/綠置負責將一 該比較結果產生-㈣信號。^ ^制裝置制以根據 選擇性地調整該直流電壓。 原裝置係根據該控制信號 根據本發明的電源系統可被廣泛應用在各種採用發光二 極體做為光源的電子產品中。關於本發明之優點與精神可以 藉由以下詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。 【實施方式】 請參閱圖二⑷’圖二(A)係緣示根據本發明之第一具體 實施例中的發光二極體光源系統之示_ n(A)所示， 發光二極體_系統20包含—電難置22、—發光二極體 裝置24、—電流平衡裝置25、—比較裝置26以及-控制裝 201119489

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I 置28。於實際應用中，發光二_裝置24可包含一喊夕 ,組以串聯方式連接的發光二極體，但不以此為限。 夕 於此實施例中，電源裳置22接收由市電供應蜂ι〇提供 之-交流電壓vAC。電賴置22負責將交流電壓Vac轉換為 -直流電壓vDC ’並將該直流電壓Vdg提供給發光二極體裝 置24。易言之，電源裝置22主要係用以提供交流/直流轉換 的作用。直流電壓VDC的高低則係根據發光二極體裝置^的 馨 需求而定。 如圖二⑷所示，電流平衡裝置25 _發光二極體裝置 24，並且根據發光二極體裝置24之―操作狀況產生 一回授電 壓(VFB)。比較裝置26係用以將電流平衡裝置之一回授電壓 與參考電壓(Vref)做比較。舉例而言，假設發光二極體裝置 24中的$組發光—極體未獲得足細跨壓，電流平衡裝置 25所產㈣回授電壓(Vfb)就會低於參考電壓(^)，比較裝 • i 26可產纟相對應的比較結果，並將該比較結果提供給控 制裝置28。控制裝置28會根據該比較結果產生一控制信 號，要求電源裝置22提高直流電壓Vdc。換句話說，本實施 例中的直抓電壓VDC為可調整的。於實際細中，根據本發 明之控制裝置28可採用德州儀器所生產的Ή ucc256〇〇積 體電路來實現；控制裝置28所產生的控制訊號之形態可以是 脈衝I度調變彳§號或者是頻率調變信號。 如圖一(B)所示’根據本發明之比較裝置％可包含一電 201119489

<£» -γ/τ· "” 壓比較器26A。電壓比較器26A之一第一輸入端係連接於電 流平衡裝置25以獲取回授電壓(Vfb)，:並且電^^器^^ 之一第二輸入端係連接於一參考電壓實 中’當VFB小於VreF時’控制裝置28會要求電源裝置22提 咼Vdc ;反之，當VFB大於VreF時，控制裝置28會要求電 源裝置22降低VDC。 請參閱圖二(C)，圖二(c)進一步繪示了根據本發明之電 流平衡裝置25的詳細實施細。為簡化圖示，以發光二極體 裝置24僅包含兩串發光二極體的情況為例。此範例中的電流 平衡裝置25係由電阻況丨、幻）、二極體(di、D2)、金氧半場 效電晶體元件(Ml、M2)，以及-電流平衡控制電路25八組 成。圖中標示為ΤΙ、T2、T3 _點也都是連接至電流 控制電路25A。 ' 如圖二(〇所示，兩個電晶體元件(M1、M2)的三個端點 分別被減至f流平衡控制電路ΜΑ。電流平衡控制電路 25A會控制兩個電晶體元件(威、M2)，強迫流經兩個電阻 (R卜R2)的電流值相等。兩個二極體⑼之第—端分別輕接至 一串發光一極體，第二端則柄接至同-端點（以符號χ表 不）’端‘點X的電層即為前述回授電壓(Vfb)。於實際應用 中，電流平衡控制電路25A可以NIKO SeiniC0nduct0r公^ 產的GS7L05積體電路來實現。 〇月多閱圖一(D)，圖二(D)進一步繪示了根據本發明之電 8 201119489 源裝置22的詳細實施範例。如圖二(d)所示，本範例中的電 源裝置22包含一整流器(rectifier) 22A、一功率因數校正電路 22B，以及一直流/直流轉換器22C。整流器22八係由複數個 二極體依特定排列方式組成，用以將交流電流Vac初步轉換 成—直流電流。於實際應用中，整流器22A可以為一全波整 功率因數校正電路22B係連接於整流器22A和直流/直 灿轉換器22C之間，用以提供一功率因數校正功能。功率因 數係用以表示有效功率與總耗電量之間的關係，也就是有效 功率除以雜電量的比值。功率因數可輯量電力被有效利 用的程度。功相素值越大，代表電力利科越高。藉由功 率因數校正電路22B的作用，發光二極體光源系統2〇整體 的效能可被提升。 直流/直流轉換ϋ 22C係用以將功率因數校正電路22B輸 出的直流電壓轉換成適用於發光二極麟置24的直流電壓 vDC。於實際應用中，根據本發明的直流/直流轉換器22c可 ,為-推拉式㈣轉換器、一全橋式_场)轉換 半橋式(half-bridge)轉換器、一返馳式(flyback)轉換 為，直流升壓(boost)轉換器或一直流降壓(buck)轉換器，但 不以此為限。如圖二(C)所示’於此範例巾，控繼置28產 生的控制㈣個以控源裝置22中的直流/直流轉換器 22C，藉此選擇性地調整直流/直流轉換㈣22c輸出至發光二 201119489 極體袭置24的直流輕vDC。 此外’於圖二(d)所示之範例中，比較裝置26與控带y裝 置28之間設置有一隔離裝置27，用來隔離高壓側電路與低 壓側電路’以符合安規規定。位在低壓側的比較裝置26所產 生之比較結果係透過隔離裝置27傳送至位在高壓側的控制裝 置28。實務上，隔離裝置27可以由光耦合器(opto-coupler)或 隔離變壓器來實現。此外，當電源裝置22本身屬於低壓側 (例如採用直流升壓轉換器或直流降壓轉換器時），不需使用 隔離裝置。 請參閱圖二(E) ’圖二(E)係將圖二(D)中之直流/直流轉換 器22C及隔離裝置27做更詳細之舉例說明。圖二(E)中的直 流/直流轉換器22C為一半橋式轉換器，並且隔離裝置27係 以一光耦合器來實現。此半橋式轉換器中的兩個電晶體元件 之閘極(標示為ΤΙ、T2)可受控制裝置28的影響，藉此調整直 流/直流轉換器22C的輸出電壓。 根據本發明之弟二具體實施例為用以驅動一發光二極體 裝置的電源供應糸統。此電源供應糸統包含如圖二(A)所示之 電源裝置22、電流平衡裝置25、比較裝置26以及控制裝置 28。如先前所述’龟源裝置22負責將一直流電壓提供給發光 二極體裝置。電流平衡裝置25連接發光二極體裝置並產生一 回授電壓。比較裝置26比較該回授電壓與一參考電壓後產生 —比較結果。控制裝置28係用以根據該比較結果產生一控制 201119489 信號。電源裝置22係根據該控制信號選擇性地調整該直流電 昼vDC。實務上，該控制職_態可以是_寬度調變信 號或者是頻率調變信號。 與刖-個實施例相同的是，本實施例巾之電源裝置a亦 可如圖二⑼所示’包含整流器22A、功率因數校正電路观 以及直流/直流轉麟22c。並且，本實施例中之控制裝置％

=可以其控術號調整直流/直流轉換器沉所輸出的直流電 塾VDC。此外，本實施例中之電源供應系統同樣可包含一隔 離裝置，用來隔離位在高壓側的控制裝置28與位在健侧之 比幸乂裝置26。此外’與前—個實酬相同的是，本實施例中 之直流/直流轉換器22C、隔離裝置21可如圖二⑹所示，以 +橋式娜ϋ來實現直流/直流轉絲沉，並以綠合器來 =現該隔_置。找1魏22制直流雌轉換器或直流 降壓轉換器時，不需使用隔離裝置21。 與前-個實施例相同的是，本實施例中之電流平衡幻 25亦可如圖二(c)所示’由—電流平衡控制電路、兩個電晶骨 疋件、兩個電阻及兩個二極體組成。兩個二極體_在—曰走 的端點X之電縣料至比較裝置％的回授電壓。實悉 上，該電流平衡控織路可_祖〇 SemieQnduetw ^ 產的GS7L05積體電路來實現。 ^發明為發光—極體光源的電源系統提供了—種新的架 構藉由根據電流平衡裝置中的回授電壓調整電源震置所輸 201119489 出的直流電壓’減本發_電源祕不需要採用先前技術 中的升壓/降堡單元’即可達成為發光二極體光:源提供適會的 電壓之效果。此外’根據本發明之電源系統係根據發光二極 體光源的狀況錢輕電職置之錢錢I之大小，不 會將能量消耗在先前技術之升壓/降壓單元中。根據本發明的 電源系統可被廣泛細在各種制發光二極體做為光源的 子產品中。 藉由以上触具时施例之詳述，鱗望能更加清楚描 述本發明之特徵與精神，*麟社⑽揭露的較佳具體實 施例來對本發明之範#加以限制。相反地，其目的是^望能 涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲中請之專利= 圍的範嘴内。

12 201119489 【圖式簡單說明】 體光源及其供電系 圖一 (A)與圖一 (B)為典型之發光二極 統的示意圖。

【主要元件符號說明】 10 :市電供應埠 14 :發光二極體單元 18 :升壓/降壓單元 22 :電源裝置 22B :功率因數校正電路 24 :發光二極體裝置 26 :比較裝置 26A :電壓比較器 Μ卜M2:電晶體元件 Rl、R2 :電阻 27 :隔離裝置 12 :電壓轉換電路 16 :比較單元 20 :發光二極體光源系統 22Α :整流器 22C .直流/直流轉換器 25 :電流平衡裝置 28 :控制裝置 25Α .電流平衡控制電路 m、Ε>2 :二極體 Τ1〜Τ5 :電晶體之端點 13

Claims (1)

1. 201119489 申晴專利範圍： 1 、一種發光二極體光源系統，包含：I厂亡+砮:i i 一發光二極體裝置； 一電流平衡裝置，耦接該發光二極體裝置，用以根據該 發光二極體裝置之一操作狀況產生一回授電壓； =較裝置，耦接該電流平衡裝置，用以比較該回授電 壓與一參考電壓並產生一比較結果； 一電源裝置，用以將一直流電壓提供給該發光二極體裝 置；以及 —控制裝置，減於該味裝頭該電源裝置之間，用 以根據該比較結果產生-控制信號，該電源裝置係根 據該控制信號選擇性地調整該直流電壓。 2、如申請專利範圍第i項所述之發光二極體光源系統，其中該 發光二極體裝置包含-組或多組以㈣方式連接的發光二極 如申請專利顧第丨項所述之發si體光m 授電壓小於該參考電壓時，該控制裝置要求該電 描古 該直流電壓，當該回授電壓大於該參考電_，該㈣= 要求該電源裝置降低該直流電壓。 =列衣置 如申請專利第1項所狀發光二極體細“， 電源裝置包含一直流/直流轉換器’並且該電源:甲該 該控制信號選擇性地調整該直流/直流轉^哭2、^置係根據 流電壓。 、a彳輸出之該直 4、 201119489 5、 如申請翻範圍第4項賴之發光二極體光源系統，. 直流/直推料魏 半橋式雜器、-直流韻概 返馳式轉換ϋ。 ㈣轉換 其中該 器或一 6、 10. 第1項所述之發光二極體光源系統，進-步 置，_於該比較妓及該控姆置之間。 發光二極體光源_，其切 九耦δ斋(〇pt〇-coupler)或一隔離變壓器。 範圍第1項所述之發光二極體光源系統，其中該 二制域為—脈衝寬度調變信號或—醉調變信號。 -種1以驅動—發光二極體裝置之電源供應系統，包含. "lit触該縣二鋪裝f根據該 尤—極體裝置之—操作狀況產生-回授電屢； 裝置’耦接該電流平衡裝置，用 —屢與—參考電壓並產生一比較結果；較亥口h ΐ源if ’用以將—直流電壓提供給該發光二極體裴 ’她於該比較裝置與該電賴置之間，用 x 。比較結果產生一控制信號，該電源裳置係根 15 201119489 據該控制信號選擇性地調整該直流電壓。- 11 -枚 如申請專利範圍第10項所述之電源供應系統，並中、-一·.-極體裂置包含一組或多組以串聯方式連接的發光、二極2光一 如申請專利範圍第10項所述之電源供應系統，其中 ，壓小於該參考電壓時，該控制裝置要求該電源 流電壓，當該回授電壓大於該參考電壓時，誃^ 问k 求該電源裝置降憾直流賴。 〜制裝置要 =申請專利範’10項所述之電源供應系統，其中 置包含-錢/直流賴n，並且該m 〜電源裝 =請專利範圍第B項所述之電源供應系統， 直流轉換器為一推拉式轉換器、 ㈣、中該直W 轉換器、一吉沒斗賴㈣ 傲式轉換器、—半橋式 轉換器。抓升㈣換器、一直流降遲轉換器或-返馳式 供應系統’其，源裝 換器及提供 功率因數校正功能。 /、 用以提供一 =利第10項所述之電源供應系統，進-步包A — 裝置，輕接於該比較裳置及該控制裝置之間。3 一 17、如申請專利範圍第16項所述之電源供應系統，其中該隔離裝 12 13 14. 16、 該回授 16 201119489 I ' 置包含一光耦合器或一隔離變壓器。 i 18、如申請專利範圍第10項所述之電源供應系統，其中該控制信 號為一脈衝寬度調變信號或一頻率調變信號。

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