TW201212710A - AC driven solid state lighting apparatus with LED string including switched segments - Google Patents

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201212710 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於固態發光，且更特定言之，係關於包含固 態發光組件的發光器具。 【先前技術】 固態發光陣列使用於許多發光應用中。例如，固態發光 面板包含已經使用為直接照明源的固態發光器件陣列，例 如，在建築上及/或重點發光。一固態發光器件可包含例 如一封裝之發光器件，其包含一個或多個發光二極體 (LED)。無機LED通常包含形成p_n接面的半導體層。有機 LED(OLED)(其等包含有機光發射層）係另一類型之固態發 光器件。通常，一固態發光器件經電载子（即，電子及電 /同）在一發光層或區域中的重新組合而產生光。 固態發光面板通常使用作較小液晶顯示（LCD)螢幕的背 光，諸如使用於可攜式電子器件中的LCD顯示螢幕。再 者，在作為對於較大顯示器（諸如LCD電視顯示器）之背光 的固態發光面板之使用上的關注益增。 對於較小的LCD螢幕，背光總成通常利用白色LE〇發光 器件，其等包含發射藍色的一LED，其用一波長轉換鱗光 體塗佈，該璘光體將由該LED發射之一些藍光轉換為黃 光。所得之光（其係藍光及黃光的一組合）可對於一觀察= 呈現白色。然而，雖然由此一配置產生之光可呈現白色， 由於該光之光譜限制，由此光照亮之物件可能無法呈現L 自然色彩。例如，因為該光在可見光譜之紅色部分中可能 156147.doc 201212710 具有較少能量’在一物件中的紅色可能無法由此光較好地 知亮。結果’當在此一光源之下觀看時，該物件可能呈現 一不自然色彩。 一光源之演色性指數（CRJ)係由該源產生之光精確地照 免一較寬範圍之色彩的能力的一客觀量測。該演色性指數 範圍從單色源的基本上為零至白熾源的幾乎1〇〇。從以磷

〇 光體為基的一固態光源產生之光可具有一相對較低的演色 性指數。 對於較大規模的背光及照明應用，通常期望提供產生具 有一較高演色性指數之-白光的—發光源，使得由該發光 面板照亮之物件及/或顯示螢幕可呈現的更自然。相應 地’為改良CRI，可添加紅光至該白光，例如，藉由將發 射、’色的碌光體及/或發射紅色的器件添加至該裝置。其 他發光源可包含紅色、綠色及藍色的發光器件。當同時通 電至紅色、綠色及藍色的發光器件時，所得之組合光可呈 現白色或接近白色，取決於該等紅色、綠色及藍色源之相 對強度。 儘管固態光源具有較高⑽及/或已證實具有較高效率， 在建築應用中較大規模採用此等光源的一問題為該等固離 =器件通常經設計以使用直流（DC)電驅動，而電力係使 又流電（AC)配送，此對於較長距離的電力配送更有效 2通常’提供-固態發光源或與一電力轉換器輕接，該 電力轉換器將AC電力轉換為Dc電力，且 該光源通電。麸而，佶田士笙步电刀用於口 電…、而，使用此專電力轉換器增加該發光源及/ 156l47.doc 201212710 或整體安裝之成本，且引入額外的效率損失。 在提供AC驅動固態發光源之一些嘗試中已涉及使用一 整流之AC波形驅動一LED或LED串或群組。然而，因為該 等LED需要一最小正向電壓來開啟，該等LED可能僅對於 該整流之AC波形之一部分開啟，此可導致可見的閃爍， 可能不符期望地降低系統的功率因數，及/或可能增加該 系統中的電阻性損失。 在提供AC驅動之固態發光源之其他嘗試中已涉及將LED 置於一反平行的組態中，使得該等LED的一半以一 AC波形 之每一半週期而驅動。然而，為使用一整流之AC信號產 生相同光通量，此途徑需要兩倍多的LED。 【發明内容】 根據一些實施例之一發光裝置之一電路包含串聯耦接的 複數個發光器件。該電路包含一比較器，其經組態以接收 一整流之AC輸入信號及一參考電壓，且回應於該整流之 AC輸入信號與該參考電壓的比較而產生一控制信號，一 電壓控制之電流源經組態以供應一電流至該複數個發光二 極體，該電流與該整流之AC輸入信號成比例，及一開 關，其經組態以接收該控制信號，且回應於該控制信號而 將電流從該複數個發光器件之至少一者處分流開。 該電壓控制之電流源可包含一第一電晶體；一射極電阻 器，其耦接至該第一電晶體之一射極；一二極體，其耦接 至該第一電晶體之一基極；一第一電阻器，其耦接至該二 極體之一第一終端；一第二電阻器，其耦接至該二極體 156147.doc -6- 201212710 的一第二終端；及一終端，其經組態以接收該整流之AC 輸入信號，其耦接至該射極電阻器及至該第一電阻器。該 二極體可包含一齊納（Zener)二極體。 該第一電晶體之一集極可耦接至該等串聯之發光器件。 在一些實施例中，該電路可進一步包含一第二電晶體， 其包含耦接至該第一電晶體之一集極的一基極，及耦接至 該第一電晶體之該射極的一集極。 該電路可進一步包含耦接至該第一電晶體之該基極的一 可調整電流槽。該可調整電流槽可包含一第三電晶體，其 具有耦接至該第一電晶體之該基極的一集極及耦接至地面 的一射極，及耦接至該第三電晶體之一基極的一二極體。 該第三電晶體之該基極經組態以接收一脈衝寬度調變 (PWM)控制信號，該控制信號經組態以控制該第三電晶體 的一導電率。 該電路可經組態以回應於在一臨限位準之下的該整流之 AC輸入信號之一位準而將電流從該至少一個發光器件處 分流開。 該開關可包含一場效應電晶體，且該控制信號可施加至 該場效應電晶體之·一閘極。 該開關可進一步包含一第二電晶體，其在一疊接組態中 與該場效應電晶體耦接，使得該第二電晶體之導電率可由 該場效應電晶體控制。 該第二電晶體可包含一雙極電晶體，其包含一基極、一 集極及一射極，且該場效應電晶體之一汲極可耦接至該雙 156147.doc 201212710 極電晶體之該射極，且該雙極電晶體之該集極可輕接至該 至少一個發光器件之一陽極。 該電路可進一步包含一電阻器，其在該場效應電晶體之 該汲極與該雙極電晶體之該射極之間耦接。 二極體選擇電路可進-步包含—分壓器梯，其經組態以 產生複數個參考電壓，複數個比較器經組態以接收該整流 之AC輸入信號及該複數個參考電壓之一各自者，且回應 於該整流之AC輸入信號與該等各自參考電壓的比較而產 生各自之控制信號，及複數個開關，其等經組態以接收該 等控制信號之各自者，且回應於該等控制信號而將電流從 該複數個發光器件之各自者處分流開。 該開關可包含一場效應電晶體’其包含一閘極終端及源 極/汲極終端，該等源極/汲極終端之—者可耦接至該至少 一個發光器件之一陽極，且該等源極/汲極終端之另一者 可耦接至該至少一發光器件之一陰極。 該電路可進一步包含一扭轉率控制電容器，其耦接於該 場效應電晶體之該閘極終端與該至少—發光器件之該陽極 之間。 該電路可進一步包含一分壓器梯’其經組態以產生複數 個參考電壓；複數個比較器，其等經組態以接收該整流之 AC輸入信號，及該複數個參考電壓之一各自者，且回應 於該整流之AC輸入信號與該等各自之參考電壓的比較而 產生各自之控制信號；及複數個開關，其等經組態以接收 該等控制信號之各自者’且回應於該等控制信號而將電流 156147.doc -8 - 201212710 從該複數個發光器件之各自者分流開。 該開關可包含一雙極電晶體，其包含一基極，該基極耦 接至該比較器的一輸出處，且具有耦接至地面的一射極及 耦接至該至少一發光器件之—陽極的一集極。 根據一些實施例之一發光裝置包含一終端，其經組態以 接收一 AC電力信號；一全波整流器，其經組態以回應於 该AC電力信號而產生一整流之AC輸入信號；一參考電壓 〇 產生器，其經組態以回應於該整流之AC輸入信號而產生 一 DC參考電壓，以串聯耦接的複數個發光器件；一電壓 控制之電流源，其經組態以將一電流供應至該複數個發光 一極體，該電流與該整流之A(：輸入信號成比例；及一二 極體選擇電路，其包含一比較器，該比較器經組態以接收 该整流之AC輸入信號及該參考電壓，且回應於該整流之 AC輸入信號與該參考電壓之比較而產生一控制信號。該 二極體選擇電路包含一開關，其經組態以接收該控制信 〇 號，且回應於該控制信號而從該複數個發光器件之至少一 者將電流分流開。 • 該電麼控制之電流源可包含一第一電晶體；耦接至該第 一電晶體之一射極的一射極電阻器；耦接至該第一電晶體 之一基極的一二極體；耦接至該二極體之一第一終端的一 弟電阻器’及麵接至該二極體之一第二終端的一第二電 阻器；及一終端’其經組態以接收該整流之AC輸入信 號，其耦接至該第一電阻器之該射極電阻器。該二極體可 包含一齊納二極體。 156I47.doc •9· 201212710 該第一電晶體之一集極可耦接至該等串聯之發光器件。 在一些實施例中，該電路可進一步包含一第二電晶體， 其包含耦接至該第一電晶體之一集極的一基極，及耦接至 該第一電晶體之該射極的一集極。 該電路可進一步包含耦接至該第一電晶體之該基極的一 可調整電流槽。該可調整電流槽可包含一第三電晶體，其 具有耦接至該第一電晶體之該基極的一集極及耦接至地面 的一射極；及耦接至該第三電晶體之一基極的一二極體。 該第三電晶體之該基極經組態以接收一脈衝寬度調變 (PWM)控制信號，該控制信號經組態以控制該第三電晶體 的一導電率。 該二極體選擇電路可經組態以回應於在一臨限位準之下 的該整流之AC輸入信號之一位準而將電流從該至少一個 發光器件處分流開。 該開關可包含一場效應電晶體，且該控制信號可施加至 該場效應電晶體之 一閘極。 該開關可進一步包含一第二電晶體，其在一疊接組態中 與該場效應電晶體耦接，使得該第二電晶體之導電率可由 該場效應電晶體控制。 該第二電晶體可包含一雙極電晶體，其包含一基極、一 集極及一射極，且該場效應電晶體之一汲極可耦接至該雙 極電晶體之該射極，且該雙極電晶體之該集極可耦接至該 至少一個發光器件之一陽極。 該開關可包含一場效應電晶體，其包含一閘極終端及源 156147.doc -10- 201212710 極/汲極终端，該等源極/汲極終端之一者可耦接至該至少 個發光器件之一陽極，且該等源極/汲極終端之另一者 可耦接至該至少一發光器件之一陰極。 • 、°亥發光裝置可進一步包含一電流供應電路，其耦接至該 複數個發光器件之-第一者之一陽極，該電流供應電路包 3雙極電晶體，其包含耦接至該第一發光器件之陽極的 一集極，一射極電阻器，其耦接至該雙極電晶體的一射 Ο 極，及—偏壓電路，其耦接至該雙極電晶體之一基極。 根據本發明之實施例之其他裝置及/或方法將在熟習此 項技術者檢視以下圖式及詳細描述時為顯而易見的或變得 顯而易見。意欲所有此等額外裝置及/或方法包含於此描 述中，在本發明之範圍内，且受隨附申請專利範圍保護。 【實施方式】 納入繪示本發明之某些實施例之隨附圖式，以提供對本 發明之一進一步理解，且併入本申請案中構成本申請案之 〇 一部分。 本發明之實施例現將參考附圖而在下文中更完全地描 ' 述，附圊中展示本發明之實施例。然而本發明可以許多不 同形式體現，且不應解譯為限制於本文中所闡明之該等實 施例。相反地，提供此等實施例使得本發明將為徹底及完 整的，且將本發明之範圍完全傳達給熟習此項技術者。相 同數字貫穿全文指相同元件。 應理解，儘管在本文中所使用之術語第一、第二等等描 述多種元件，此等元件不應由此等術語限制。此等術祖僅 I56147.doc 201212710 用於辨別不同元件。例如，一 _ 杜 日_ γ & 第一兀件可稱為一第二元 件，且類似地，在未脫 和今贫阳之靶圍之下，一第-无 可稱為一第一元件。如 弟一兀件 4人^ ^ 在本文中所使用之術語「及/或」 包含一個或多個所關聯 ^ 力出的項目之任意及所有組合。 應理解，當稱—元件，諸如 、 層 s域或基板在另一元 件上〇n)」或在另一元件「卜而/ 、 上面（onto)」延伸時，豆可 =另-元件上或直接在另—元件上面延伸，或亦可： 在：介元件。相反地’當稱-元件「直接在另一元件上」 或 直接在另一元件上® iJL. η^μ 仵上面」延伸時，不存在中介元件。亦 應理解，當稱一元件「連接」或「輕接」至另一元件時， 其可直接連接或搞接至另一元件，或可存在中介元件。相 反地’當稱一元件「直接遠垃 々「士 且按運接」或「直接耦接」至另一元 件時’不存在中介元件。 相對的術語，諸如「下方 <「 Γ乃」次上方」或「較高」或 較低」3戈「水平」或「垂直」可在本文中用於描述一元 件、層或區域對另-元件、層或區域之一關係，如圖中所 縿不。應理解，此等術語意欲涵蓋除圖式中描綠之配向之 外的該器件之不同配向。 在本文中使用之術語僅係出於描述特定實施例之目的， 且並不意欲限制本發明。如本文中所使用，單數形式/ — (a」、「⑽」）」及「該」意欲亦包含複數形式，除非内 文中明確地另有指示。應進一步理解，當在本 士 「 後用術 00 包括（「comprises」、「comprising , 、Γ , «」^」 包含 (「includes」及/或「including」）」時，指定所陳、成 之特 156147.doc -12- 201212710 ^整數、步驟、操作1件及/或組件的存在，但並不 排除存在或添加一個戋多摘 ^ ‘ 歲夕個其他特徵、整數、步驟、择 作、70件、組件及/或其等之群組。 刼 除非另有定義，本文中所使用之所有術 科學術語）與熟諳本發明所屬sA 3技術及 同。將進-步理解，本文解的意義相 本文中所使用之術語應解譯為與本說 明d相關技術之内文中其等之意義—致的意義 Ο Ο 以一理想化或過度正式的程度而解譯，除非在本文中明文 如此定義。 T 又 參考圖1A及圖！B，繪示根據一些實施例之―發光裝置 心㈣及請中所展示之該發光裝置ig係―「罐狀」 發光器具’其適用於_般照明應用中，如—下照燈或聚^ 燈。然而’應瞭解，根據一些實施例之一發光裝置可具有 一不同形狀因子。例如’根據一些實施例之一發光裝置可 八有I知燈泡、—平底或托盤燈、—自動頭燈的形狀或 任意其他適宜形狀。 該發光裝置H)大體上包含一罐狀的外部外殼12,其中配 置-發光面板2G。在圖1A及圖⑺中所繪示之實施例中， 該發光面板20具有-大體上圓形的形狀’以便擬合於圓柱 外殼12之一内部中。光由固態發光器件（LED)22、24產 生’其等安裝於該發光面板20上，且其等經配置以朝向安 裝於該外殼12之末端的一擴散透鏡14發射光15。擴散的光 17經該透鏡14而發射。在一些實施例中，該透鏡^可能不 擴散所發射之光15 ’但可以一期望之近場或遠場圖案而重 156147.doc -13· 201212710 新引導及/或聚焦所發射之光15。 仍然參考圖1A及圖1B，該固態發光裝置10可包含複數 個第一LED 22及複數個第二LED 24。在一些實施例中， 該複數個第一 LED 22可包含發射白色，或接近發射白色的 發光器件。該複數個第二LED 24可包含發射具有與該等第 一 LED 22不同的一主波長之光的發光器件，使得由該等第 一LED 22及該等第二LED 24發射之組合光可具有一期望 色彩及/或光譜内容。 例如，由該複數個第一 LED 22及該複數個第二LED 24 發射之組合光可為暖白光，其具有一較高演色性指數。 一特定光源之色度可稱為該源之「色彩點」。對於一白 光源，該色度可稱為該源之「白色點」。一白色光源之白 色點可落在沿著對應於由一黑體輻射體加熱至一給定溫度 所發射之光之色彩的色度點的一執跡中。相應地，一白色 點可由該光源的一相關色溫（CCT)而識別，其係該加熱之 黑體輻射體匹配該光源之色調的溫度。白光通常具有介於 約2500 K與8000 K之間的一 CCT。具有2500 K之一 CCT的 白光具有一紅色的色彩，具有4000 K之一 CCT之白光具有 一黃色的色彩，且具有8000 K之一 CCT的白光具有藍色的 色彩。 「暖白」大體上指具有介於3000 K與3 500 K之間之一 CCT 的白光。特定言之，暖白光可具有在光譜之紅色區域中的 波長成分，且可對於一觀察者呈現黃色。暖白光通常提供 一相對較高的CRI，且相應地可致使照亮之物件具有一更 156147.doc •14- 201212710 自然的色彩。因此期望對於照明應用提供一暖白光。 為達成暖白發射，習知封裝的LED包含與一藍色LED組 6的單成分撥色磷光體或與一藍色LED組合的黃色/綠 色及橙色/紅色磷光體之一混合物。然而，使用一單一成 分橙色磷光體可導致一較低CRI，因為缺乏綠色及紅色色 調。另一方面，紅色磷光體在效率上通常遠不及黃色磷光 體。因此，在黃色磷光體中添加紅色磷光體可減小該封裝 〇 之效率，此可導致較差的發光效率。發光效率係供應至一 燈之能量轉換為光能之比例的一量測。其藉由將以流明量 測之該燈之光通量除以以瓦特量測之電力損耗而計算。 暖白光亦可藉由將非白光與紅光組合而產生，如題為 「LIGHTING DEVICE AND LIGHTING METHOD」之美國 專利第7,213,940號中所描述，其讓渡至本發明之受讓人， 且其之揭示以引用之方式併入本文中。如本文中所描述， 一發光盗件可包含第一及第二群組之固態光發射體，其等 ◎ 發射具有範圍分別從43〇 nm至480 nm及從600 nm至630 nm 之主波長的光，及一第一群組之磷光體，其等發射具有範 圍從555 nm至585 rnn之主波長的光。由該第一群組之發射 體發射之從該發光器件處出去的光及由該第一群組之磷光 _ 體發射之從該發光器件處出去的光的一組合產生光的一子 混合，其具有一 1931 CIE色度圖之一定義之區域上的x、y 色彩座標，該丨93丨CIE色度圖在本文中稱為「藍色偏移的 百色」或「BSY」。此非白光可當與具有從6〇〇nm至63〇 nm之一主波長之光組合時產生暖白光。 156147.doc -15- 201212710 使用於根據一些實施例之一發光裝置中的藍色及/或綠 色LED可為基於InGaN的藍色及/或綠色LED晶片，此可從 Cree公司，本發明之受讓者處購得。使用於該發光裝置中 的紅色LED可例如為AlInGaP LED晶片，此可從Epistar、 Osram及其他處購得。 在一些實施例中，該等LED 22、24可具有一正方形或矩 形週邊，其具有約900 μιη或更大的一邊緣長度（即，所謂 的「巨大（power)晶片」）。然而，在其他實施例中，該等 LED晶片22、24可具有500 μιη或更小的一邊緣長度（即， 所謂的「小晶片」）。特定言之，小LED晶片可比巨大晶片 具有更好的電轉換效率而操作。例如，具有小於500微米 及小至260微米之一最大邊緣尺度的綠色LED晶片，通常 比900微米晶片具有一更高的電轉換效率，且已知通常每 瓦特消耗之電力產生5 5流明之光通量’且每瓦特消耗之電 力產生多至90流明之光通量。 在該發光裝置10中的LED 22可包含發射白色/BSY的 LED，而在該發光裝置中的該等LED 24可發射紅光。在該 發光裝置10中的該等LED 22、24可在各自串中電互連，如 圖1 C中的示意性電路圖中所繪示。如在其中所展示，該等 LED 22、24可經互連使得該等白色/BSY LED 22串聯以形 成一第一串34A。同樣，該等紅色LED 24可串聯配置以形 成一第二串34B。每一串32、34可連接至一各自之陽極終 端23八、25入及一陰極終端238、258。 儘管圖1C中繪示兩串34A、34B，應暸解，該發光裝置 156147.doc ► 16- 201212710 10可包含更多或更少串。此外’可具有白色/BSY LED 22 的多個串及紅色或其他色彩之LED 24的多個串。 現參考圖2,其繪示一驅動電路100，用於在一固態發光 裝置令驅動複數個固態發光器件。特定言之，該驅動電路 100經組態以驅動複數個LED或LED組，其等串聯。如圖2 中所繪示’該等LED組可包含組s 1、S2、…、SN。每一組 LED S1至SN可包含串聯及/或並聯的一個或多個led。例 0 如’如組S 1中所繪示，在一組中之該等LED可以各自之串 聯亊而連接，該等串自身並聯。當至該串之輸入電壓係最 大線電壓時’串聯之LED之總數目可經選擇使得該電路具 有一適宜的高效率。效率亦可藉由將跨所選擇之led的電 壓保持於接近一施加之AC電壓而增加，如下文中所討 論。 父流電彳§號VAC施加於一全波整流器橋b 1。該全波整 流器橋B1之輸出係一整流之ac信號Vrect。該整流之AC信 Ο 號Vrect可施加至一電流源，諸如一串聯電阻器或一電壓 控制之電流源’其將電流供應至該第一組LED S1。固態發 光器件隨後的組S2至SN與該第一組S1串聯。控制線L2、 L3、，..LN耦接至各自之LED組S2至SN之陽極。 該驅動電路100包含一二極體選擇電路1〇、_電源供應 器12及一分壓器14。該整流之信號Vrect由該分壓器14分 壓，且作為一控制信號而供應至該二極體選擇電路1〇。該 整流之信號Vrect亦施加至一電源供應器12，其回應性地 產生一大體上穩定的參考電壓Vref，其亦施加至該二極體 156147.doc -17« 201212710 選擇電路10。在一些實施例中，該電源供應器12可產生多 於一個參考電壓，例如，多種位準之參考電壓的一族。 該二極體選擇電路10經組態以動態地調整由該整流之 AC電壓Vrect回應於該整流之AC信號Vrect之一位準而驅動 的LED之數目，使得及時在任意給定點驅動的二極體的一 電壓降小於該整流之AC信號Vrect之位準。以此方式，可 更完全地利用該AC波形，潛在地增加從該電路之光輸 出，改良該電路之功率因數，及或減小由該電路產生之光 之可見閃爍。一般而言，該二極體選擇電路經設計以將瞬 間的LED串電壓保持接近於Vrect，但總是略微小於 Vrect，此可減小或最小化跨該電流源20之電壓降，藉此 增加或最大化效率，且更完全地利用該AC波形以產生更 多光。在一些實施例中，對比於包含非切換之LED串的裝 置，該THD可從85%改良至25%。 在操作中，當該整流之AC電壓Vrect之位準較低時，僅 該第一群組之LED S1可由該整流之AC信號Vrect驅動，而 其他組之LED S2至SN可從該電路切換出及/或旁通，使得 其等並不由該整流之信號Vrect驅動。隨著該整流之AC信 號Vrect增加，連續的LED組S2至SN可切換至該電路，使 得其等由該整流之AC信號Vrect驅動，直到所有LED組S1 至SN切換至該電路中，且由該整流之AC信號Vrect驅動。 在利用一電阻器（Rseries)作為該電流源的一切換配置 中，跨Rseries之電壓開始較小，且增加直到到達下一切換 臨限值，在該點處其返回至零，且該程序再次開始。此係 156147.doc -18- 201212710

在Vrect(t)的第一半個週期期間，其中Vrect(t)上升。在 Vrect(t)之第二半個週期期間，Vrect(t)下降，且該LED電 流係第一半個週期之鏡像。因此僅考慮該第一半個週期即 足。假設一二進位加權之切換途徑，其中LED在群組1、 2、4、8等等中可控制地切換，該LED電流給出為： Vrect(t)=Vpeak*|sin(2*7t*Fac*t)|-2*Vf Vr_series=Vrect(t)-floor([Vrect(t)-Vdrop]/Vled)*Vled ILED(t)=[Vrect(t)-floor([Vrect(t)-Vdrop]/Vled)*Vled]/Rseries 並非使用一 _聯電阻器，一些實施例用一電壓控制之電流 源（或槽）-一 VCCS驅動動態切換之LED群，如圖3A中所繪 示。 根據一些實施例，至該LED串的電流由一電壓控制之電 流源（VCCS)20A提供。該電流源20A包含一 PNP電晶體 Q1，其具有耦接至其射極的一射極電阻器RE，及一偏壓電 路，其包含電阻器Rh及Rl及耦接至其基極的一齊納二極體 Vz。輸出電流Ιουτ根據以下方程式而以該電流源20為源：

=—+ Vrect f Rh ) r 1) Re ^rh +kl J V^E J

IsOURCE =l〇 +kVr©Ct 相應地，該輸出電流與該整流之輸入電壓Vrect成比 例。此電路可因此進一步調節該輸出電流以隨著LED組切 換至該電路及/或從該電路切換出而幫助減小突波。應瞭 解’該齊納二極體可用另一類型之二極體替代，該二極體 具有大體上匹配於該電晶體Q1之基極-射極接面的一電壓 156147.doc -19- 201212710 降。 圖3B中展示一 VCCS 2 0B的一更一般圖解，且將在下文 中討論。 圖3B中繪示的該VCCS 20B包含電阻器Rl、R2及R3、二 極體D1及PNP電晶體Q1。假設D1及Q1係匹配的且熱耦 接，則Vf(Dl)=Vbe(Ql)。假設電晶體Q1具有足夠增益，則 跨電阻器R3之電壓與跨電阻器R1之電壓相同。 參考圖3C，在根據一些實施例之一 VCCS電流源120中可 使用一西克對（Sziklai pair)122。該西克對122包含一 PNP 電晶體Q1及一 NPN電晶體Q2。該PNP電晶體Q1之集極耦接 至該NPN電晶體Q2之基極，且該PNP電晶體Q1之射極耦接 至該NPN電晶體Q2之集極，如圖3C中所展示。該NPN電晶 體Q2之射極耦接至該切換之LED串124，其由該二極體選 擇電路10控制。一西克對可具有一低飽和電壓及溫度係 數，但非常高的增益（且高功率電晶體Q2係NPN)。可使用 達靈頓（Darlington)電晶體，但該飽和電壓較大，且具有需 要熱補償之兩個基極-射極接面。MOSFET電流源亦可使用 於一些實施例中。 若吾人接著假設Vrect(t)»Vf(Dl)，則跨R1之電壓給出 為·

Vr 1 =Vrect(t)-Vrect(t)*R2/(Rl +R2) 其重新配置以給出：

Vrl=Vrect(t)*Rl/(Rl+R2) 此外： 156147.doc -20- 201212710

Vr3=Isource*R3=Vrl 因此·

Isource*R3=Vrect(t)*Rl/(Rl+R2)

Isource=[Vrect(t)/R3]*[Rl/(Rl+R2)]

Isource = [Vrect(t)/R3]*[l/(Rl+R2)/Rl]

Isource = [Vrect(t)/R3]*[l/(l+R2/Rl)] Isource=Yrect(t)/[R3*(l+R2/Rl)] 0 其可寫為：

Isource(t)=Vrect(t)/Req

Req=R3*(l+R2/Rl) 儘管其稱作一恒流源，很清楚該電流Isource直接與 Vrect⑴成比例。因此，術語電壓控制之電流源（VCCS)更 適當地用於描述該電流源20B。 典型的電路設計嘗試移除對Vrect⑴的相依性。然而， 在一些實施例中，不具有一恆定電流可能係更適當的。若 〇 D1用於補償Ql(-2.2 mV/K)之靜態及動態基極-射極電壓

Vbe，則提供一電壓控制之電流源（VCCS)。該VCCS具有 一最小的壓降：

Vdropout=Vcesat(Q 1 )+1 source *R3 其中Vcesat(Ql)隨Isource增加而增加。當計算Vcesat(Ql) 及跨R3之電塵降時，使用Isource_max係足夠的。若一串 動態切換之LED用一 VCCS驅動，且該電路經設計使得 Vdrop>Vdropout(換句話說’該動態切換控制器確保該 VCCS總是具有足夠淨空以調節Isource)，貝ij該LED電流總 156147.doc -21- 201212710 是與Vrect⑴成比例。 如上文所提及：

Vrect(t)=Vpeak* 丨 sin(2*Tu*Fac*t)|-2*Vf 假設 Vpeak*|sin(2*7i*Fac*t)|>>2*Vf，貝 if :

Vrect(t)=Vpeak*|sin(2*Tc*Fac*t)| 且

Isource(t)=Vrect(t)/Req 因此：

Isource(t)=Vpeak* |sin(2*7i*Fac*t)|/Req Isource(t)=[Vpeak/Req] *|sin(2*7i*Fac*t)| Isource(t)=Ipeak*|sin(2*7i*Fac*t)| 其中 Ipeak=Vpeak/Req且 Req=R3*(l+R2/Rl)。 因此輸入電流大體上係正弦曲線，儘管前述的分析已忽 略橋式整流器，D1及Vdrop電壓，此致使一小量的死區時 間，且防止Isource(t)為完美的正弦曲線。 將一 VCCS與一電阻器電流源對比的一模擬展示於圖3D 中。曲線301係對於包含具有一等效電阻Req=2.22 kQ的一 VCCS電流源的一動態切換之LED驅動器電路的一 Isource⑴圖，而曲線302係對於包含具有一串聯電阻 R=270 Ω的一串聯電阻器電流源之一動態切換之LED驅動 器電路之一 Isource(t)圖。 兩個電路使用相同的動態切換之LED串，其係非線性的 (但並非二進位的），且係對於具有7個切換的最小損失而設 計。兩個LED總是串聯，以提供一自由的低電壓供應（且允 156147.doc 22· 201212710 許沒有閃爍的調光）。 對於使用Rseries=270 Ω之一電阻器電流源，總譜波失真 係77.4%。對於具有Req=2.22 kQ的VCCS，該輸入電流非 常接近於一純正弦曲線，且具有2.4%的THD。該功率因數 大於0.99。 在LED電流使用一電壓控制之電流源（諸如繪示於圖3 A 及/或圖3B中之該等VCCS電路20A、20B)而設定之實施例 0 中，為了將該LED電流設定為與Vrect成比例，輸出電流波 形可在切換瞬間展示一些突波，如圖4A中所緣示，其係根 據一些實施例之一電路之模擬輸出電流的一圖403。在該 輸出電流信號403之切換瞬間中可見電流突波。 當一組k LED以串而切換進入（或出去），該LED串電壓 以k* Vied而上升（或下降）。此情況發生的很快，將一組短 路與將開關自身短路一樣快。將短路電路從一組移除所花 的時間係由該電流源將該組之寄生電容充電而支配，此組 〇 之寄生電容係非常小的。 一旦一短路開關被關閉（且假設沒有少數載子儲存時間 問題）’則該電流源隨者其將該寄生電容充電而設置該扭 轉率。然而，該電流源係半正弦波，於是在四分之一 AC * 線週期上，該電流範圍從接近零至1.4*Irms。 最高處的LED陽極連接至該PNP電流源電晶體Q4之集 極，使得在該LED串電壓中的變化將該PNP集極電壓改變 一相等的量。 此饋送電流I=Cm*dV/dt從該集極經BJT米勒（Miller)電容 156147.doc -23- 201212710

Cm至該基極，且致使該電流源失常，此建立圖4B中展示 之突波。 藉由設計該VCCS，或藉由控制該等開關之扭轉率，可 能減少或避免此等突波，使得其等被減少。 根據一些實施例之一驅動電路100之模擬之實例電壓及 電流波形繪示於圖4B中。參考圖4B，曲線401係一整流之 AC正弦波Vrect，而曲線402係跨在任意給定瞬間切換至該 電路中之該等LED之電壓的一圖，即，在一特定瞬間被供 電之所有該等LED之電壓降之總和。如圖4A中所繪示，隨 著該整流之AC信號Vrect增加，LED之連續群組切換至該 電路中，且該輸出電壓隨著連續組LED被供電而逐步增 加。 根據一些實施例，在任意給定步驟切換開啟的LED之數 目及導致此等組被切換之Vrect之臨限位準係在吾人之選 擇下，使得Vrect之位準保持為大於在每一連續步驟中被 供電之該等LED之正向電壓之總和。相應地，隨著Vrect之 位準上升，切換至該電路中之所有LED可在當一連續組之 LED切換至該電路中時保持被供電。 隨著Vrect之位準下降，連續組之LED可從該電路切換 出，以確保跨被供電之二極體之電壓位準在大體上每一瞬 時低於Vrect。 再次參考圖2，一旦Vrect超過開啟組S1中之LED所需的 電壓，則該等LED係正向偏壓的，且電流開始流經該等 LED。跨此等電阻器之電壓降等於Vrect-Vled(其中Vied係 156147.doc -24- 201212710 跨S 1中之該等LED之電壓），使得該電流與Vrect以相同斜 率斜增。當Vrect足夠大於Vied(作為該電流源中之損失的 一函數）時，該二極體選擇電路100切換下一組串聯LED S2，使得總LED串電壓增加Vnew_led_string，此可經選擇 _ 使得： ' Vrect(t=Tswitch)>Vled+Vnew—led_string。 此確保當新LED串切換為_聯時，經該電流源之電流仍 q 然係略微正的。 吾人可定義 dV=Vrect(Tswitch)-(Vled+Vnew_led_string)。 若dV>0，當該新組切換至該等串聯時，經該等LED之電流 下降至一正、非零值。若dV=0，當該新組切換至該等串聯 時，該電流下降至零。 若dV<0，該電流嘗試下降為低於零，但該等LED係單極 的，所以電流無法流過，且電流持續不流動，直到Vrect 足夠上升以構成Vled>0。 Q 因此，當dv<=0時，在該等LED中之電流等於零，使得 dV應構成為大於零’保持電流流經該等二極體’不論電流 控制方法為何。否則，該電流在切換邊緣處下降至零，且 保持於零直到Vrect大於切換至該等串聯之所有LED之電壓 降。 此外，隨著dV變得更加為負，該零電流週期變得更長。 因此，若未妥適選擇dV，則該切換邊緣可引起輸入電流波 形中的陷波（下降/上升至0 A)。 隨著一電阻器作為該輸入電流源，所需的僅有dV>=0。 156147.doc -25- 201212710 然而’隨者一電流源，呈有_古 一，其可例如為约】v，在：之限的壓差(d—ut)電壓

你，、夂下該電流源關閉。因 §使用一電壓控制之電流源（V )時，dv上的限制係 dV>=Vcsdo 〇 示於圖5中的一二極 該二極體選擇電路 R51至R54，其等產 壓 Vref-1、Vref-2及 一驅動電路1 00A包含以更多細節繪 體選擇電路10A。如在本文中所綠示， 10A包含一分壓器梯18，其包含電阻器 生來自參考電壓Vref的複數個參考電 Vref-3 〇 戎一極體選擇電路1〇Α進一步包含複數個比較器CM至 C53及切換電晶體(^丨至卩兄，其等具有耦接至該等比較器 C5 1至C53的各自之輸出的閘極。在圖5中繪示之實施例 中，該等切換電晶體Q5丨至Q53之源極耦接至地面，且該 寺切換電晶體Q51至Q53之汲極經各自之電阻器R%、R57 及R58而耦接至各自分流雙極電晶體q54至q56之射極。該 等雙極分流電晶體Q54至Q56之集極耦接至各自之控制線 LI、L2及L3 ’其等繼而耦接至該等LED組S2、S3及S4之 各自者之陽極。 由該分壓器梯18產生之參考電壓Vrect-Ι至Vrect-3施加 至該等比較器CS 1至C53之同相輸入處。特定言之，最低 的參考電厪Vref-1施加至該比較器C5 1之同相輸入處，參 考電壓Vref-2施加至該比較器C52之同相輸入處，且最高 參考電壓Vref-3施加至該比較器C53之同相輸入處。 —選用分壓器16將一偏壓供應至該等各自雙極分流電晶 156147.doc -26- 201212710 體Q54至Q56之基極。 一個或多個該等串聯之LED組S2至S4可基於該整流之 AC輸入信號Vrect之位準而從該驅動電路處切換開。特定 言之，基於Vrect'之位準與該等參考電壓Vref-2至Vref-3之 一者的一比較，該等LED之驅動電流可經該等雙極分流電 晶體Q54至Q56之一者，經一各自之射極電阻器R56至R58 至地面，旁通一個或多個LED組S2至S4而分流。經剩餘之 LED之電流可由該雙極分流電晶體Q54至Q56之偏壓位準而 控制，該LED驅動電流經雙極分流電晶體而分流。 繪示於圖5中之該驅動電路100A及該二極體選擇電路 10A之操作現將參考圖6而進一步描述，圖6係縮放之AC整 流信號Vrect'之一週期的一圖。參考圖5及圖6，當Vrect'值 低於最低參考電壓Vref-Ι時，至該等比較器C51至C53之同 相輸入均小於輸入至該等比較器C5 1至C53之同相輸入中 的對應參考電壓Vref-2至Vref-3。相應地，該等比較器C51 至C53之各者產生一高輸出電壓，此將該等各自切換電晶 體Q5 1至Q53之各者切換至一開啟狀態。特定言之，該電 晶體Q5 1係開啟的，其亦係射極將該雙極分流電晶體Q54 切換至一導電狀態。當該雙極分流電晶體Q54係導電時， 該第二組LED S2之陽極經該切換電晶體Q5 1而耦接至地 面，藉此旁通隨後的LED組S2至S4。 當Vrect之位準超過該第一組S1中之該等LED之正向電壓 降時，該第一組S 1中之該等LED將開啟且開始產生光。 隨著Vrect1之位準持續增加，其到達該最低參考電壓 156147.doc •27· 201212710

Vref-l。在該點，該比較器C51之輸出切換至低，藉此關 閉該切換電晶體Q5 1及該雙極分流電晶體Q54。然而，因 為該電壓Vrect'仍然小於該第二參考電壓Vref-2，比較器 C52及C53繼續輸出一高位準，使得該等第三及第四組LED S3及S4繼續從該電路切換出，且並未被供電。因此，當 Vrect'之位準介於Vref-Ι與Vref-2之間時，僅該等第一及第 二LED組S1及S2可被供電。 隨著Vrect'繼續增加，其到達Vref-2的值，在該點處該 第二比較器C52亦切換至一低輸出，關閉切換電晶體Q52 及雙極分流電晶體Q55。此將該第三組LED S3切換至該驅 動電路中，而繼續旁通該第四組LED S4。 最後，隨著Vrecf到達該第三參考信號Vref-3的值，該 第三比較器C53亦切換至低輸出，關閉電晶體Q53及Q56, 且將該第四組LED S4切換至該驅動電路中。 該等雙極電晶體Q54至Q56提供一構件，其用於控制經 當前切換至該驅動電路中之該等LED而流動之電流，以及 提供一廉價且可靠的電晶體以維持處於開啟狀態中的LED 之電壓兩者。例如，若並不包含該電晶體Q54至Q56，且 該等MOS電晶體Q51至Q53直接耦接至該等輸出線L1至 L3，則當Vrect'大於Vref-3，且所有三個切換電晶體Q51至 Q53切換關閉時，該電晶體Q5 1將需要能夠在LED組S2、 S3及S4上維持整個電壓降。此可能需要一較大且更昂貴的 MOS電晶體。此外，在被供電之LED之輸出處調節電流可 能較困難。 156147.doc -28 - 201212710 該等雙極分流電晶體Q54至Q56可在—線性模式中偏 壓，且由該等切換電晶體Q51至Q53而切換射極。 根據一些實施例之一電路可驅動具有一相對較高功率因 數的LED。一般而言，「功率因數」指在每一週期上輸出 電流及電壓波形如何接近地對準。代替當對一整串供電時 . 僅在該整流之波形近峰值處將電流切換開啟及關閉，隨著 該等整流之波形變化而逐步汲取電流。因此，該輸出電流 〇 可在根據一些實施例之電路中更接近地遵循該輸入電壓波 形。 圖7中繪示根據進一步實施例之包含一二極體選擇電路 10B的一驅動電路100B。該驅動電路1〇〇B包含與圖$中繪 示之該驅動電路100A類似的元件，包含一橋式整流器 B1、一電源供應器12及一分壓器14。此等元件之操作類似 於驅動電路100A中相同元件的操作，且不需要再次詳細描 述。 〇 該二極體選擇電路10B包含一分壓器梯18，其經組態以

產生一範圍之參考電壓Vref_l至Vref_3，其等供應至各自 比較器C71至C73之同相輸入處，如圖7中所繪示。該整流 之輸入電壓Vrect之一縮放版本之Vrectl供應至該等比較器 C71至C73之反相輸入處。該等比較器C71至C"73之輸出經 偏壓電阻器R75、R76及R77而耦接至分流]^〇3電晶體Q71 至Q73之各自閘極。該等分流電晶體Qn至Q73之汲極及源 極終端分別福接至各自LED組SI、82及幻之陽極及陰極接 觸件。選用之扭轉率控制電容器Cslew可在該等電晶體Q7I 156147.doc -29- 201212710 至Q73之該等閛極與汲極之間耦接。 參考圖6及圖7，當Vrect，小於力⑹時，所有三個比較 益C71至C73輪出一高電壓位準，此開啟各自之電晶體 至Q73 ’藉此旁通LEDMS1、S2&S3。當心⑽，到達力⑹ 時，比較器C73輪出一低位準，此將電晶體奶關閉，藉 此對組S3施加電壓，而組s丨及S2保持旁通。 類似地，當Vrect，到達Vref_2時，比較器C72輸出一低位 準，此將電晶體Q72關閉，藉此對組S2施加電壓，而組S1 保持旁通。 取後，當Vrect，到達Vref_3時，比較器C71輸出一低位 準，此將電晶體Q71„，藉此對組S1供電，在該點處所 有三組S 1至S3被供電且發射光。 在一給定組S1至S3中之LED數目可經變化以產生一期望 之開啟特性。&外’在該分屢器梯18中之電阻器值可經選 擇以取決於此等組中LED之數目而對於每—組31至§3提供 一適當電壓臨限值。 儘官在圖3至圖7中繪示包含三個或四個組“至以的電 路’根據-些實施例之一電路可具有更多或更少㈣組。 此外，每-組可包含串冑、並聯或如上文所提之串聯/並 聯之一個或多個LED。 广些實施例中’該第—組以在每—分支中可包含僅— 單-LED’以將該第—串的開啟電壓減小至—最小位準。 在-些實施例中，在低電壓處切換開啟之組中串聯的 LED數目可高於在高電壓處切換開啟之組中led之數目， 156147.doc -30· 201212710 以匹配該整流之AC波形之正弦曲線形狀，此可進一步減 小Θ裝置中的電阻性#失。例如’參寺圖5，組叫其在當

Vrect·到達Vref-i時切換至該電路中）可包含比組s3中更多 的串聯LED，組83並不切換至該電路中，直到到達 Vref-2。 Ο

再次參考圖7,應瞭解，跨每一開關之峰值電壓總是受 限為每-開關所短路掉之該LED區段之總正向電壓。所有 開關可因此為低電壓’且非常可能對於所有開關使用相同 FET。該等低電壓FET使得此適宜於整合。 當Vrect⑴及Isource⑴兩者均低時，所有關開關係開啟 及串如的’所以儘官總開啟電阻係該N個別開關⑽ 之總和，導電損失係較低的。 一 此外，因為該開關電壓係相對較低的，故可使用具有非 常低RDS—ON的相當低電壓的m〇sfet。《費大多數開啟 時間之該等開關必須為低RDS_〇N。 圖7之”亥⑨路之—潛在缺點在於__旦該等開關均關閉， 則每-閘極驅動處於比下面的一者更高的一電壓。然而， 當所有開關係開啟時’所有料餅源近乎為相同電位。 若最高的FET Qe先關閉，則所有該等較低咖保持於相 同電位。因此切換次序為：

開啟所有FET 關閉最高FET 關閉第二高的FET I56147.doc -31- 201212710

關閉第二至最低的FET •關閉最低FET(現所有FET係關閉的）

•開啟最低FET •開啟第二至最低FET 鲁·

開啟第二最高FET •開啟最高FET(現所有FET係開啟的） 可利用此而實施一完全可整合的設計。 參考圖8，繪示根據進一步實施例之一驅動電路100C。 該驅動電路100C包含與圖5中繪示之該驅動電路1 00A類似 的元件，該驅動電路包含一橋式整流器B 1及一電源供應器 1 2。此等元件之操作類似於驅動電路1 00A中相同元件之操 作，且不需要再次詳細描述。 該驅動電路100C進一步包含一二極體選擇電路10C及一 電壓控制之電流源20。該電流源20經組態而以與該整流之 輸入電壓Vrect成比例之一電流位準將電流供應至該等發 光器件組S0至S3，此可改良該電路之功率因數。 特定言之，該二極體選擇電路1 0C包含一分壓器1 8，其 包含串聯的複數個電阻器R81至R84。該分壓器18將該整 流之輸入電壓Vrect分成複數個電壓Vri、Vr2、Vrj，其等 施加至各自比較器C8 1至C83之反相輸入處。該等比較器 C81至C83之輸出施加至各自雙極電晶體Q81至Q83之基 156147.doc -32- 201212710 極，其等用作開關，該等開關可控制地將各自組發光器件 S1至S3之陽極切換至地面。一參考電壓Vref施加至該等比 較器C81至C83之同相輸入處。 在操作中，當該整流之輸入電壓Vrect為低時，所有三 個電壓VR1、VR2、VR3(其等施加於各自比較器C81至C83之 ' 同相輸入處）小於該參考電壓Vref，且從而所有三個比較器 C81至C83輸出一高電壓，致使該等電晶體Q81至Q83處於 0 一開啟狀態，旁通發光器件組S 1至S3。 隨著該整流之輸入電壓Vrect增加，該最高比較器輸入 電壓Vri到達該參考電壓Vref之位準，且該第一比較器C8 1 之輸出切換至一低電壓，將該電晶體Q8 1置於關閉狀態 中，且將組S 1切換至將由該整流之輸入電壓Vrect供電之 該驅動電路中。 隨著該整流之輸入電壓Vrect進一步增加，次高比較器 輸入電壓VR2到達該參考電壓Vref之位準，且該第二比較 〇 器C82之輸出切換至一低電壓，將該電晶體Q82置於該關 閉狀態中，且將組S2切換至將由該整流之輸入電壓Vrect 供電之該驅動電路中。 繼續此等操作直到所有該等比較器C8 1至C83切換為 - 低，且對所有發光器件組S 1至S3供電。 本發明之進一步實施例繪示於圖9中，其繪示一 LED驅 動電路100D，其包含一二極體選擇邏輯電路200，其經控 制線L1至L6而耦接至複數個比較器C1至C6。該等比較器 之輸出控制各自之旁通切換電晶體Q91至Q96之導電率， 156147.doc -33- 201212710 其等旁通各自之LED組S1至S6。比較器C91至C96、電晶體 Q91至Q96及LED組S1至S6之操作類似於上文參考圖7而描 述之對應元件。然而，圖9中繪示之電路使用一串聯電阻 器Rseries以調節經該LED串之電流。 該二極體選擇邏輯可在一些實施例中實施為一程式化微 控制器，其包含一整合之類比至數位轉換器，諸如由 Microchip Technology公司製造之PIC 16F88微控制器。然 而，應理解，該二極體選擇邏輯電路200可實施為一特定 應用積體電路（ASIC)或具有離散電路。 該二極體選擇邏輯電路200可經組態以回應於在該二極 體選擇邏輯之一 ADC輸入處感測的參考電壓Vref之一電壓 位準而選擇性地旁通一個或多個LED組。在特定實施例 中，該二極體選擇邏輯電路200可經組態以使用如下文所 描述之二進位加權之切換而切換該等組S 1至S6。 使用二進位加權之切換，該LED電流給出為： Vrect(t)=Vpeak*|sin(2*Ti*Fac*t)|-2* Vf Vr_series=Vrect(t)-floor([Vrect(t)-Vdrop]/Vled)*Vled lLED(t)=[Vrect(t)-floor([Vrect(t)-Vdrop]/Vled)* Vied]/Rseries 假設163 V及3 V之LED的一峰值電壓，一二進位切換之 途徑將使用64個LED，允許燈以高達1 3 7 Vrms而操作，及 具6個開關。在一二進位切換之途徑中，組1包含1個 LED，組2包含2個LED，組3包含4個LED，組4包含8個 LED，組5包含16個LED且組6包含32個LED。相應地，電 晶體開關Q1(對應於該控制字碼的最低有效位元）將切換一 156147.doc -34- 201212710 個LED，且然而電晶體開關Q6(對應於該控制字碼的最高 有效位元）將短路16個LED。 開關Q1至Q6以一二進位方式操作，選擇n(t)使得 n(t)*Vled=Vac(t)-Vdrop。達成此的一簡單方式為使用一6 位元A/D轉換器，其係由來自DC匯流排之一分壓器驅動。 * 可使用與該分壓器之頂部串聯之一小齊納二極體或LED以 設定Vdrop，且該等ADC輸出之各者經反相器而直接驅動 0 該等開關-當該ADC位元係1時，相關的開關關閉，當該 ADC位元係0時，該開關開啟。相應地，該二極體選擇邏 輯電路在一些實施例中可簡單地包含且適當地組態類比至 數位轉換電路。 返回先前之實例，假設Vdrop=3 V且t=2 ms，則：

Vac(t)= 1 63*sin(2*7r*60*2ms)=122.9 V Vrect(t)=|Vac(t)|-2*Vf=120.9 V係該 DC匯流排 [Vrect(t)-Vdrop]/VLED=3 9.3 〇 該分壓器及ADC參考電壓將經選擇使得該峰值DC匯流 排電壓給出111111的一輸出（所有開關關閉），所以該ADC 輸出將為：

Nadc=floor([Vrect(t)-Vdrop]/VLED)=39=32+4+2+l = l〇〇l 11 ’ MSB 開關 Q6=OFF (LEDs 32-64操作） 開關 Q5=ON (LEDs 16-31短路） 開關卩4=0^[(1^〇3 8-15短路） 開關 Q3=OFF (LEDs 4-7操作） 開關 Q2=OFF (LEDs 2,3操作） 156147.doc -35- 201212710 LSB 開關 Ql=OFF (LED 1操作） 總LED正向電壓係（16+4 + 2+l)*3 V=117 V，且跨該等串 聯之電阻Rseries下降3.9 V。 該二進位途徑並非切換順序的唯一方法，但其可導致較 高的整體效率，儘管該等閘極驅動器可在此一電路中為浮 動的。 藉由這個特殊設計，該切換之LED途徑具有較好的效 率。如上文所提及，一二進位加權之切換途徑理論上可給 出較高效率，因為該LED串電壓可以較低誤差追蹤該整流 之AC線電壓。然而，對比於線性序列切換，其具有兩個 主要缺點，即，一更高的多的切換頻率，且完全浮動的開 關需要浮動的閘極驅動器。 一線性序列切換電路之效率可藉由用一電壓控制之電流 源驅動該動態切換之LED串而改良，使得該LED電流追蹤 該整流之AC線電壓。假設一適度的正弦曲線AC供應器， 該VCCS用下者驅動該等LED :

Isource(t)=Ipeak*|sin(2*7c*Fac*t)丨 因為該LED電流係正弦曲線，其從0開始且以正弦曲線 斜增，在90電度數之後到達一峰值。該電流源中任意點的 損失給出為：

Psource(t) = [Vrect(t)-VLED_string(t)]*Isource(t) 其中： V drop(t) = [Vrect(t)-VLED_string(t)]

Isource(t)=Ipeak*|sin(2*u*Fac*t)| 156147.doc -36- 201212710 所以VCCS瞬間電力消耗為： Psource(t)=Vdrop(t)*Ipeak*|sin(2*7u*Fac*t)| 隨著該等LED區段以離散間隔而切換，在每一間隔期間 考慮VCCS損失係合理的。該AC線週期對比於該（該 等）VCCS電晶體之熱時間常數係較長的，但對比於典型散 •熱器時間常數係較短的，所以減小/最小化峰值接面溫 度，在每一間隔期間之平均VCCS損失Psource_average[N] 0 應近乎保持恆定。 當Isource(t)較小時，將Psource_average[N]保持怪定需 要一較大Vdrop(t)。相反地，當Isource⑴較大時，將 Psource_average[N]保持恆定需要一較小Vdrop(t)。因此， 為減小/最小化開關之總數目，及增加/最大化效率，不同 的LED區段電壓應選擇為對於首先開啟的少許區段較大， 且對於最後的少許區段較小。以下程序可用於選擇LED群 組： 〇 •選擇 Tstart=0 •選擇 Vstart=Vrect(Tstart) •選擇Nstart=Ntotal =該串中LED之總數目 重複 ' •對最高的區段選擇某一任意數目之LED Nmax •對每一 N=1，2…Nmax計算為： •當N個LED切換為關閉時，LED之數目保持為Nleft= (Nstart-N)

•出現此的電壓，Vstop=( Nstart-N)*VLED 156147.doc -37- 201212710 •Vrect(t)=Vstop時的時間 Tstop(N) •在間隔Tstart-Tstop期間之瞬間VCCS損失 •在此間隔期間之平均VCCS損失Psource—averagefN] •在此間隔期間之VCCS損失Psource_average[N]/Pin百分 比 •接著顯示該Nmax百分比損失之各者的一行向量 •選擇N=Nopt值，其給出期望之損失百分比 •此接著為該區段内的LED數目’ Nsegment=Nopt •選擇 Tstart=Tstop(Nsegment) •計算 Nstart=Nstart-Nsegment 直到完成 因為當Isource(t)係最大值時開始該演算法，在最高區段 中LED之數目將為非常小的，例如，Nmax=3。然而，在 到達較低區段時，LED之數目可為非常高。 二進位加權之切換對該等FET及閘極驅動器兩者具有許 多約束：FET電壓亦係二進位加權的-該MSB FET將切換一 半該等LED，所以必須在該峰值DC匯流排電壓之至少一半 處額定；LSB FET將僅切換一個或兩個LED，所以可為非 常低的電壓。 二進位加權之FET持續切換開啟及關閉-該LSB FET具有 最高的切換頻率，對下一位元減半等等，下至該MSB FET ’其具有最低的切換頻率。 因為此切換行為，在一四分之一線週期期間由每一 FET 看見的峰值電流額定可如下計算： 156147.doc •38· 201212710 該MSB FET關閉，且一旦Vrect(t)及因此Isource⑴高於 h，則其保持關閉。因此該峰值電流係0.5*Isource_peak。 下一最高有效位元FET關閉，且一旦Vrect(t)及因此 Isource(t)高於75%，則其保持關閉。因此該峰值電流係 0.75*Isource_peak等等，下至該LSB，其猛烈地切換向上 直到Vrect⑴及Isource(t)之峰值，所以其峰值電流係 1.0*lsource_peak。 0 假設一 6位元ADC，電流百分比為： 位元 5=50.0% 位元 4=75.0% 位元 3 = 87.5% 位元 2=93.8% 位元 1=96.9% 位元 0=98.4% 隨著該ADC解析度增加，該MSB額定保持相同，且額外 〇 的LSB變得愈來愈接近100%。因此，在一二進位加權之切 換方案中幾乎所有的FET均需要對於該峰值電流而額定。 此增加/最大化Qg及CDS兩者，此係不幸的，因為具有最高 電流之開關亦以最高頻率切換。 ' 最後，除一者外，所有該等FET閘極驅動必須完全浮 動，儘管一者可位於該DC匯流排之較低側。 藉由這樣的特殊設計，該切換之LED途徑產生非常低的 電磁干涉（EMI)-沒有切換電力供應，出現非常少的LED切 換，且該等LED平滑地切換。在這方面，線性序列切換可 156147.doc -39- 201212710 為最佳的-具有總共N個區段，每四分之一週期具有不多於 N個切換瞬間，因為一區段並不切換開啟，直到跨該電流 源之電壓降超過該區段電壓，接著對於該四分之一週期之 剩餘部分保持開啟。 F switch_linear=4*Fac*Nsegments 對於具有總共8個區段的一電路，每一四分之一週期具 有8個切換結果，給出：

Fswitch_linear=4*50 Hz*8 segments Fswitch_linear=l .6 kHz 應注意EMI掃描通常始於1 50 kHz。即使該等切換邊緣足 夠快以落入所進行之EMI限制内，工作週期（duty cycle)如 此低使得所涉及之能量之總量微乎其微。線性序列切換所 需之EMI過濾之量將為可忽略的。然而，隨著二進位加權 之切換在一四分之一線週期内，每次跨該電流源之電壓降 超過一 LSB(其係最小的區段電壓）時將具有一切換瞬間： F switch_linear=4*Fac* Vrect_peak/Vsegment_min 假設165V的一峰值DC匯流排電壓及1 LED=3 V之一 LSB，此給出：

Fswitch_linear=4* 50* 1 65 V/3 V Fswitch_linear= 1 1 kHz 此比一類似的線性序列切換途徑之切換頻率高多於1 cT 倍，但仍然多於一進行之EMI掃描之開始之下的量值之一 數量級。二進位加權之切換所需之EMI過濾量將遠大於線 性序列切換所需之量，但仍然應為可忽略的。 156147.doc -40· 201212710 該等切換邊緣之斜率亦可藉由在MOSFET汲極與閘極之 間連接一電容器Cslew而控制，如圖7中所繪示。流經 Cslew之電流與汲極電壓扭轉率成比例，且與從閘極電阻 器Rgate處流入的電流相反。Rgate及Cslew可經設計以產生 ‘一較寬範圍之期望的扭轉率。 •在設計一 LED裝置時，考慮色彩控制可為重要的，此可 受溫度變動而影響。藉由這樣的特殊設計，該切換之LED q 途徑意味著對於不同時間量開啟不同LED。假設該等LED 均緊密地熱耦接（例如，使用一 MCPCB)，其等將具相同的 溫度。 上文圖3B中繪示之該VCCS電流源可經設計以具有基本 上任意溫度係數（線性或以別的方式），此係藉由控制該二 極體D1電壓降及/或使用線性電阻器、對於該等電流源電 阻器Rl & R2之負溫度係數（NTC)及/或正溫度係數（PTC)熱 敏電阻器之組合為之。假設該等感測元件亦緊密地耦接至 Q 該等LED，則可控制該LED電流對溫度曲線。當然該LED 電流在一半週期上廣泛地變化，使得實際LED色彩可能在 某種程度上較難控制。然而若一區段包括例如BSY之一串 聯-並聯陣列及具有一分流電流-流動控制器之紅色LED， ' 以控制BSY對紅色電流之比率，則可獲得全色彩控制（且該 電流源溫度係數可使該設計簡單化）。 根據一些實施例之一 VCCS電流源可固有地提供極佳功 率因數及總諧波失真（THD)。然而，隨著該輸入線電壓變 化，該LED電流亦變化。一 LED燈將對於一些特定光學輸 156147.doc •41 - 201212710 出、效率及輸入功率而以某些標稱電壓設計。隨著該RMS 輸入電壓變化，該電流及因此功率亦變化。該電流源看起 來像一等效電阻器：

Req=R3*(l+R2/Rl) 因此該輸入功率及電流為：

Pin=Vrms2/Req

Irms=Vrms/Req 因此在輸入電壓中的一 10%之下降給出輸入電流中的一 10%之下降及輸入功率上的一 19%的下降。相反地，在AC 線電壓中的一 10%之上升給出輸入電流上的一 10%之上升 及輸入功率上的一 21%的增加。此將影響該裝置之色彩平 衡。在包含BSY及紅色串兩者的一裝置中，分流電流流動 控制器可藉由調整BSY對紅色LED電流之比率而矯正色彩 平衡。 然而，若該電流源製造為可調整的，則可能調整 Isource(t)。將熱敏電阻器使用為R1-R2網路之部分係藉由 調整作為溫度之一函數之Isource(t)而達成此的一方式。若 期望將該輸入功率常數保持於一給定電壓範圍上，則該電 流源必須經調整使得Pin=Pconstant。此導致：

Req=R3*(1+R2/R1 )=Vrms2/ Pconstant 此可以許多方式完成，類比的或數位的。完成此的一方 式將為選擇： R3=Vrms2/k 給出： 156147.doc -42- 201212710

Pconstant=Vrms2/[(Vrms2/k)*(l+R2/Rl)] Pconstant=k/(l+R2/Rl) 一類比途徑涉及間接量測Vrms2，例如使用一快速啓始 缓慢衰退的包封偵測器，以量測長期平均峰值DC匯流排 電壓Vpeak_avg，接著使其平方，且使用（Vpeak_avg)2作為 •與一非常大之R3'並聯之一電壓控制之電阻器之設定點， 此現在設定最小操作電流。將R3製造為可調整地比調整R1 0 & R2之任一者（或兩者）更困難，因為R3承載滿載電流。然 而，該調整相對於（Vpeak_avg)2係線性的。或者，可如下 調整該等分開之電阻器Rl & R2之任一者（或兩者）： Pin=(l+R2/Rl)*Vrms2/R3=Pconstant，此需要： (l+R2/Rl)*Vrms2=Pconstant*R3， 其等重新配置為： (Rl+R2)/Rl=Pconstant*R3/Vrms2 該分壓器自身添加進一步的非線性特性。調整R2及R1 〇 兩者可能較困難及/或不必要。若該控制電路參考為0 V， 則R2可再次藉由將一 VCCS置於與一大很多的R2’並聯而製 造成可藉由少許額外電路調整，此再一次設定該最小操作 電流。重新配置仍進一步產生： R2 = [Pconstant*R3 *R1/Vrms2]-Rl 所需之調整係非線性的，且可能需要更多類比電路，其 需要由所涉及之低很多的電流至少部分地偏移。若使用具 有ADC的一微控制器控制該等切換信號，則此調整非常直 接。 156147.doc •43- 201212710 通常，一微控制器已經具有一 ADC及一參考，用其可量 測該DC匯流排之一衰減版本： VADC(t)=Vrect(t)*pi 其中β 1係該DC匯流排感測網路之衰減因數。產生線性 序列切換信號所需之絕對最小取樣率係每四分之一週期 Nsegment個樣品，給出：

Fsample_linear>4 *Fac*Nsegment 其中Nsegment係LED區段之總數目。所以以60 Hz之10 個區段需要.

Fsample_linear>2400樣品 /s 所需之最小ADC解析度由峰值DC匯流排電壓對最小區 段電壓之比率而給出。上文之模擬分別使用165 V及5.6 V，給出： ADCresolution_linear>log2(Vrect_peak/Vsegment_min) ADCresolution—linear>log2(165 V/5.6 V)>4.88位元 此最小值設定一 LSB =最小區段電壓。若吾人比方說選 擇將該最小區段電壓量測至不小於ε(0^ε<1)的一精確度， 則吾人需要添加更多位元： ADCresolution_linear>log2 (Vrect_peak/(Vsegment_min)-l〇g2(s) .. 若Vsegment_min經量測為在10%(ε=0.1)之内，則 ADCresolution_linear>log2(l65 V/5.6 V)-log2(0.1)>4.88+3.32= 8.2位元。 二進位加權之切換需要遠遠更高的取樣率，此由峰值 156147.doc -44- 201212710 DC匯流排電壓對LSB區段電壓之比率支配：

Fsample_binary>4*Fac*(Vrect_peak/VLSB) 假設165 V的一 ♦值DC匯流排電壓及1 LED=3 V之一 LSB，此給出： _

Fsample_binary>13200#. 〇〇 /s •該ADC解析度，如與線性切換由峰值DC匯流排電壓對 LSB電壓之比率乘以所需之容限ε而給出。若吾人設置i ◎ LSB = 1 LED 且 ε=0·1(10%)，此給出： ADCresolution_binary>log2(Vrect_peak/VLSB)-log2(8) ADCresolution_binary>log2(165 V/3 V)-log2(0.1)>5.78+3.32= 9.1位元 在實際中，一8位元ADC將對於線性序列或二進位加權 之切換為足夠的。現代微控制器使得用8位元或10位元之 ADC達成超過10kS/s之取樣率是容易的。 假設該VCCS使用具有產生該等切換信號之ADC的一微 〇 控制器而實施，使得該微控制器控制該LED串電流非常簡 單（且廉價地）。首先該電流源變化至一電流鏡。使用如圖 3D中繪示之一高增益西克對及用於熱補償之D1確保跨R3 之電壓等於跨R1之電壓。若R2用一可調整電流槽替代， ' 則跨R1之電壓為： VRl=Isink*Rl 但此等於跨R3之電壓，所以：

Isource=Isink*Rl/R3 所以该電流源已轉換至一電流鏡，其具有增益 156147.doc •45· 201212710 P1=R1/R3»1 因此根據一些實施例之一可調整電流槽可操作於比該電 流鏡低許多的一電流，且可同時為較小及廉價的。在實際 中，吾人將R2增加至R2'，而非將其移除，且將該可調整 電流槽與R2並聯。此確保該電流源總是維持操作，無論該 電流槽設定點為何，若一對非切換之LED使用於該串之底 部，作為吾人控制器之電源供應器，則該設定點係強制 的。 根據一些實施例之一可調整電流槽電路220繪示於圖10 中〇 參考圖10，R6-C1及R7/R5-C2形成一二階低通濾波器 (LPF)，將該高頻率脈衝寬度調變（PWM)信號轉換至一按 比例的、平滑的類比位準Vbase。D5熱補償Q3基極-射極接 面，且R4將Vbase轉換為Isink。若該微控制器具有一 DAC，則可省略該P WM濾波器。 假言史 Isource_peak=74 mA，R3=22R且 R1 =2.4 k，α1=2·4 k/22=109，且 Isink_peak=74 mA/Ι 09 = 0.678 mA。 上文展示之該可調整電流槽220之傳遞函數近乎為： 對於 0.285<=D<=1，Isink=l .49 mA*D-0.424 mA，且

Isink_max= 1.07 mA 線性並不與重複性一樣重要，因為查找表可使用於線性 化。若量測溫度（許多微控制器具此内建功能），則可矯正 熱漂移。 對於Isink允許一些裕度，俾允許在工廠中調校。因此對 156147.doc -46- 201212710 於0.678 mA所需之工作週期為：

Dpeak=(Isink_peak+0.424mA)/1.49mA=0·739 工作週期對源電流傳遞函數係： 對於 0.285<=D<=1，Isource(D)=162.7 mA*D-46.3 mA ' 由該微控制器量測之DC匯流排電壓給出為： • VADC(t)=Vrect ⑴ *β1 NADC=2m*VADC(t)/Vref=2m*pi*Vdc(t)/Vref q 其中βΐ係該DC匯流排感測網路之衰減因數，且Vref係該 ADC參考電壓。隨著該可調整電流槽，需要一些裕度供調 校之用。該電路嘗試仿效一恆定電阻，給出為： Req=Vrms2/Pin 此迫使輸入電流為：Irms=Pin/Vrms。

Vrms計算係中度困難的，但峰值量係容易的： Ipeak/V2=Pin/(Vpeak/V2)

Ipeak=2*Pin/Vpeak 〇 因此計算該工作週期（D)之所有必要的資料及傳遞函數 係可用的。首先，該峰值電流計算為： Isource_peak=2*Pin/Vrect_peak 因此，瞬間電流為：

Isource(t)=Isource_peak*(Vrect(t)/Vrect_peak) Isource(t)=(2 * Pin/Vrect—peak)* (Vrect(t)/Vrect_peak) Isource(t)=(2*Pin/Vrect_peak2)* Vrect(t) 可在軟體中執行Vrect_peak量測，例如使用一快速啓始 缓慢衰退的數值包封偵測器。在這方面，恆定電力操作可 156147.doc -47- 201212710 如下實施：

Isource(t)=(2 * Peons tant/Vrect_peak2)*Vrect(t) 接著直接從該電流槽傳遞函數計算需要的工作週期： 對於 0.285<=D<=1，Isource(D)=162.7 mA*D-46.3 mA 該工作週期可直接計算為： D(t) = (Isource(t) + 46.3 mA)/162.7 mA D(t) = 0.285+Isource(t)/162.7 mA 因此，瞬間工作週期係： D(t)=0.285+Vrect(t)*(2*Pconstant/Vrect_peak2)/l62.7 mA 注意，術語（2*Pconstant/Vrect_peak2)/162.7 mA不需要 在每一取樣時間計算，可視需要減小處理器額外負擔 (overhead)。若隨該線電壓變化，並不維持恆定輸入電 力，則該等計算簡單許多：

Isource(t)=Isource_peak*(Vrect(t)/Vrect_peak) 其中Isource_peak係怪定的，且給出為：

Isource_peak=2*Pin/Vrect_peak 給出：

Isource(t)=(2*Pin/Vrect_peak2)* Vrect(t) 因為若AC線電壓中的變動致使串電流中的變化係無關 緊要的，故功率及峰值電壓兩者可假定為標稱值，給出： (2*Pin/Vrect_peak2)=(Pin_rated/Vrms_rated2) D(t)=0.285+Vrect(t)*(Pin_rated/Vrms_rated2)/l62.7 mA 其減少至： D(t) = 0.285+Z*Vdc(t) > 156147.doc •48- 201212710 其中 Z=(Pin_rated/Vrms_rated2)/162.7 mA係預定義之常 數。 假設使用一 8位元ADC，則整個計算可落入一單一 256位 元組查找表： D(t)=LOOK_UP_TABLE[NADC] * 用於將該等led切換入該串及切換出該串之一些可能選 擇為NPN雙極接面電晶體（BJT)、PNP BJT、N通道 ❹ MOSFET及/或P通道MOSFET。 一旦切換開啟，則BJT需要連續供應基極電流以維持導 電，而MOSFET並非如此-一旦閘極-源極電容（及閘極-汲極 電容）已被充電，則在未引起任意閘極電流之下，一 MOSFET將保持開啟（當然假設沒有外部洩漏路徑）〇因 此’ MOSFET係用於切換led區段的一較好選擇。然而， 具有少許約束。例如，最大閘極-源極電壓（其係器件相關 的）通常為+20 V。最小閘極-源極電壓（其亦係器件相依性 〇 的）通常為-20 V。 高電壓FET比低電壓fet具有高許多的RDS_0N，且對於 一給定額定電壓，較小FET具有比較大FET高許多的 RDS_ON。 較小FET具有比較大FET低許多的閘極電荷（Qg)。另 外’較小FET具有比較大fET低許多的汲極-源極電容 (CDS) ° Qg及CDS分別為形成閘極驅動及切換損失之原因。 對於線性序列切換，該切換頻率非常低，所以Qg及CDS 並不特別重要。 156147.doc •49- 201212710 本發明之一些實施例參考根據本發明之實施例之方法、 系統及電腦程式產品之流程圖圖解及/或方塊圖而描述。 ，理解’在方塊t所提之函數/動作可不以操作圖解中所 提之I頁序出現。例如’連續展示之兩個方塊可實際上大體 上併發執行，或該等方塊可有時以相反順序執行，取決於 所涉及之功能/動作。儘管—些該等圖包含通信路徑上的 箭頭，以展示通信之__ + ® , 主要方向’應理解，通信可出現為 與所描繪之箭頭相反的方向。 在《亥等圖式及5兑明書中，已揭示本發明之典型實施例， 且儘管利用特定術語’其等僅以一般且描述性的意義而使 用，且並非出於限制之目的，本發明之範圍在以下申請專 利範圍中闡明。 【圖式簡單說明】 圖1A及圖1B繪不根據本發明之一些實施例之一固態發 光裝置。 圖1C係-示意性電路圖’其'%示—固態發光裝置中的發 光器件（LED)之串聯互連。 圖2係—示意性電路圖’其繪示根據本發明之多種實施 例之固恶發光裝置的一驅動電路。 圖3A、圖3B及圖3C係示意性電路圖，其等繪示根據本 發明之多種實施例之一固態發光裝置之電壓控制之電流 源。 圖3D係根據本發明之多種實施例之一固態發光裝置之電 壓控制之電流源之模擬的輸出電流的一圖。 156147.doc -50 - 201212710 圖4Α係繪示輪出電流的 电抓的一圖’且圖4Β係繪示輸入及輸 出電壓波形的—圖，用於妒缺^ ^ 用於根據本發明之多種實施例的固態 發光系統。 圖5係-示意性電路圖’其繪示根據本發明之一些實施 例之一二極體選擇電路。 圖6係繪示根據-些實施例之-整流電壓信號的-圖。

圖7、圖8及圖9係繪示根據本發明之進一步實施例之二 極體選擇電路之示意電路圖。 圖10係-不意電路圖，騎示根據本發明之—些實施例 之-mum置之具有—可調整電流槽的—電壓控制之 電流源。 【主要元件符號說明】 10 一極體選擇電路 10A 一極體選擇電路 10B —極體選擇電路 10C 二極體選擇電路 12 電源供應器 14 電壓 15 光 16 分壓器 17 光 18 分壓器梯 20 電流源 20A 電壓控制之電流源 Ο 156147.doc •51 · 201212710 20B 電壓控制之電流源 22 固態發光器件 23A 陽極終端 23B 陰極終端 24 固態發光器件 25A 陽極終端 25B 陰極終端 34A 第一串 34B 第二串 100 驅動電路 100A 驅動電路 100B 驅動電路 100C 驅動電路 100D 驅動電路 120 電壓控制之電流源 122 西克對 124 發光二極體串 200 二極體選擇邏輯電路 220 可調整電流槽電路 301 曲線 302 曲線 401 曲線 402 曲線 403 輸出電流信號 156147.doc •52- 201212710

B1 全波整流器橋 Cslew 扭轉率控制電容器 Cl 比較器 C2 比較器 C51 比較器 C52 比較器 C53 比較器 C71 比較器 C72 比較器 C73 比較器 C81 比較器 C82 比較器 C83 比較器 C91 比較器 C92 比較器 C96 比較器 D1 二極體 D2 二極體 D3 二極體 D5 二極體 Isource 源電流 LN 控制線 LI 控制線 L2 控制線 156147.doc -53- 201212710 L3 控制線 L6 控制線 Qi PNP電晶體 Q2 NPN電晶體 Q3 開關 Q51 切換電晶體 Q52 切換電晶體 Q53 切換電晶體 Q54 分流雙極電晶體 Q55 分流雙極電晶體 Q56 分流雙極電晶體 Q71 分流Μ O S電晶體 Q72 分流MOS電晶體 Q73 分流MOS電晶體 Q81 雙極電晶體 Q82 雙極電晶體 Q83 雙極電晶體 Q91 切換電晶體 Q92 切換電晶體 Q96 切換電晶體 Re 射極電阻器 Rh 電阻器 Rl 電阻器 Rseries 串聯電阻 156147.doc •54- 201212710

R1 電阻器 R2 電阻器 R3 電阻器 R4 電阻器 R5 電阻器 R6 電阻器 R7 電阻器 R51 電阻器 R52 電阻器 R53 電阻器 R54 電阻器 R56 電阻器 R57 電阻器 R58 電阻器 R71 電阻器 R72 電阻器 R73 電阻器 R75 電阻器 R76 電阻器 R77 電阻器 R81 電阻器 R82 電阻器 R83 電阻器 R84 電阻器 156147.doc -55- 201212710 R91 R92 R96 SN 50 51 52 53 54 S6 Vac Vz Vrect Vrect' Vref Vref-1 Vref-2 Vref-3 VR1 VR2 VR3 電阻器 電阻器 電阻器 發光二極體組 發光器件組 發光二極體組 發光二極體組 發光二極體組 發光二極體組 發光二極體組 交流電信號 齊納二極體 AC整流信號 AC整流信號 參考電壓 參考電壓 參考電壓 參考電壓 電壓 電壓 電壓 156147.doc -56-

Claims (1)

1. 201212710 七、申請專利範圍： 1. 一種二極體選擇電路，其用於一發光裝置，該發光裝置 包含以串聯耦接的複數個發光器件，該二極體選擇電路 包括·’ 一比較器，其經組態以接收一整流之AC輸入信號及一 參考電壓，且回應於該整流之AC輸入信號與該參考電壓 的比較而產生一控制信號； 一電壓控制之電流源，其經組態以將與該整流之Ac輸 入信號成比例之一電流供應至該複數個發光器件；及 一開關’其經組態以接收該控制信號，且回應於該控 制仏號而將電流從該複數個發光器件之至少一者處分流 開。 〇 2.如請求項1之電路，其中該電壓控制之電流源包括：一 第-電晶體；-射極電阻器’其耦接至該第一電晶體之 一射極；一二極體，其耦接至該第一電晶體之一基極； 一第一電阻器，其耦接至該二極體之一第一終端；一第 二電阻器’其耦接至該二極體之一第二終端；及一络 端，其經組態以接收該整流之AC輸人信號，其耗接至該 射極％阻器及至該第一電阻器。 3. 如請求項2之電路 4. 如請求項2之電路 該等串聯之發光器 其中该二極體包括一齊納二極體。 ，其中s玄第一電晶體之一集極耦接至 件。 5.如請求項2之電路，甘、4 & 進一步包括一弟二電晶體，該第 一電晶體包含耗接至兮笛一费_ 伐主及第一電晶體之一集極的一基極及 156147.doc 201212710 搞接至該第一電晶體之該射極的一集極。 6. 如請求項2之電路，其進一步包括耦接至該第一電晶體 之該基極之一可調整電流槽。 7. 如請求項6之電路，其中該可調整電流槽包括：一第三 電晶體，其具有耦接至該第一電晶體之該基極的一集極 及耦接至地面的一射極；及耦接至該第三電晶體之一基 極的一二極體。 8. 如請求項7之電路，其中該第三電晶體之該基極經組態 以接收一脈衝寬度調變（PWM)控制信號，該信號經組態 以控制該第三電晶體之一導電率。 9. 如請求項1之電路，其中該二極體選擇電路經組態以回 應於該整流之AC輸入信號之一位準低於一臨限值位準而 將電流從該至少一個發光器件處分流開。 10. 如請求項1之電路，其中該開關包括一場效應電晶體， 且其中該控制信號施加至該場效應電晶體之一閘極處。 11. 如請求項10之電路，其中該開關進一步包括一第二電晶 體，該第二電晶體與該場效應電晶體耦接於一疊接組態 中，使得該第二電晶體之導電率由該場效應電晶體控 制。 12. 如請求項11之電路，其中該第二電晶體包括一雙極電晶 體’該雙極電晶體包含一基極、一集極及一射極，且其 中該場效應電晶體之一汲極耦接至該雙極電晶體之該射 極處，且該雙極電晶體之該集極耦接至該至少一個發光 器件之一陽極處。 156147.doc 201212710 13.如吻求項12之電路，其進一步包括在該場效應電晶體之 該汲極與該雙極電晶體之該射極之間耦接的一電阻器。 14·如請求項丨之電路，其進_步包括： 刀壓器梯，其經組態以產生複數個參考電壓，· 複數個比較器，其等經組態以接收該整流iAC輸入信 . 號及該複數個參考電壓之—各自者，心應於該整流之 AC輸入信號與該等各自之參考電壓之比較而產生各自之 〇 控制信號；及 複數個開關，其等經組態以接收該等控制信號之各自 者’且回應於該等控制信$而將電流&該複數個發光器 件之各自者處分流開。 15. 如請求項丨之電路，其中該開關包括一場效應電晶體， *亥％效應電晶體包含一閘極終端及源極/汲極终端，其中 該T源極/汲極終端之一者耦接至該至少一個發光器件之 %極，且S亥等源極/没極終端之另一者麵接至該至少一 〇 個發光器件之一陰極。 16. 如叫求項15之電路，其進一步包括一扭轉率控制電容 -器該扭轉率控制電容器耦接於該場效應電晶體之該閘 極終端與該至少一個發光器件之該陽極之間。 17. 如請求項15之電路，其進一步包括： 为壓器梯，其經組態以產生複數個參考電壓； 複數個比較器，其經組態以接收該整流之AC輸入信號 及該複數個參考電麗之—各自者，且回應於該整流之AC 輸入k號與該等各自之參考電壓之比較而產生各自之控 156147.doc 201212710 制信號；及 複數個開關’其等經組態以接收該等控制信號之各自 者，且回應於該等控制信號而將電流從該複數個發光器 件之各自者處分流開。 18. 如請求項1之電路，其中該開關包括一雙極電晶體，該 雙極電晶體包含耦接至該比較器之一輸出的一基極，且 具有耦接至地面的一射極及耦接至該至少—個發光器件 之一陽極的一集極。 19. 一種發光裝置，其包括： 一終端，其經組態以接收一 AC電力信號； 一全波整流器’其經組態以回應於該AC電力信號而產 生一整流之AC輸入信號； 一參考電壓產生器’其經組態以回應於該整流之Ac輸 入信號而產生一 DC參考電壓； 串聯耦接的複數個發光器件； 一電壓控制之電流源，其經組態以將與該整流之^^輸 入信號成比例之一電流供應至該複數個發光二極體；及 一一極體選擇電路，其包括：—比較器，其經組態以 接收該整流之AC輸入信號及該參考電壓，且回應於該整 流之A C輸入信號與該參考電壓之比較而產生一控制信 號，及一開關，其經組態以接收該控制信號，且回應於 該控制信號而將電流從該複數個發光器件之至少一者處 分流開。 20. 如請求項19之發光裝置’其中該電壓控制之電流源包 156147.doc 201212710 括··一第-電晶體；一射極電阻器，其麵接至該第一電 晶體之一射極；一二極體，其耦接至該第一電晶體之— 基極；一第一電阻器，其耦接至該二極體之—第—終 端，一第二電阻器，其耦接至該二極體之一第二終端； 及終端，其經組態以接收該整流之AC輸入信號，其耦 •接至該射極電阻器及至該第一電阻器。 21. 如請求項20之發光裝置，其中該二極體包括一齊納二 〇 n 0 22. 如請求項20之發光裝置，其中該第一電晶體之一集極耦 接至該等_聯之發光器件。 23. 如請求項20之發光裝置，其進—步包括一第二電晶體， 該第二電晶體包含耦接至該第—電晶體之一集極的—基 極及耦接至該第一電晶體之該射極的一集極。 24. 如睛求項20之發光裝置，其進—步包括耦接至該第—電 晶體之該基極之一可調整電流槽。 Q 25·如請求項24之發光裝置，其中該可調整電流槽包括：一 第二電晶體’其具有麵接至該第一電晶體之該基極的一 集極，及耦接至地面的一射極；及耦接至該第三電晶體 之一基極的一二極體。 ，26.如請求項25之發光裝置，其中該第三電晶體之該基極經 組態以接收一脈衝寬度調變（PWM)控制信號，該信號經 組態以控制該第三電晶體之一導電率。 27·如请求項19之發光裝置’其中該二極體選擇電路經組態 以回應於该整流之AC輸入L號之—位準低於一臨限值位 156147.doc 201212710 準而將電流從該至少一個發光器件處分流開。 28. 29. 30. 31. 如請求項27之發光裝置，其中該開關包括一場效應電晶 體，且其中該控制信號施加至該場效應電晶體之一閘 極0 如請求項28之發光裝置，其中該開關進一步包括〜第二 電晶體，該第二電晶體與該場效應電晶體耦接於〜疊接 組態中，使得該第二電晶體之導電率由該場效應電晶體 控制。 如請求項29之發光裝置，#中該第二電晶體包括—雙極 電晶體，該雙極電晶體包含-基極、—集極及一射極， 且其中該場效應電晶體之一汲極耦接至該雙極電晶體之 該射極，且該雙極電晶體之該集極耦接至該至少—個發 光1§件之一陽極。 如請求項19之發光裝置，其中該開關包括-場效應電晶 體’該場效應電晶體包含-閘極終端及源極/&極終端， 其令該等源極/汲極終端之一者耦接至該至少一個發光器 件之一陽極且該等源極/汲極終端之另一者耦接至該至少 一個發光器件之一陰極。 156147.doc