TW201332390A - 具有高功因之無閃頻ｌｅｄ驅動電路 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種具有高功因之無閃頻LED驅動電路，其包含有一連接交流電源之整流單元、一串聯該整流單元之LED模組、一並聯於該LED模組之電容模組及一串聯於該LED模組與該電容模組之定電流迴路；當整流單元輸出的電壓小於LED模組的接面電壓值時，該電容模組便會對該LED模組放電，而使該LED模組不會熄滅，藉以消除閃頻現象；又因為從該整流單元輸出端看入的輸入阻抗可以視為一電容抗元件並聯一非線性電阻性元件，而串聯的一定電流源等效內阻係趨近於無窮大，而可使本發明之功率因數接近於1，且具有高功因的功效。

Description

具有高功因之無閃頻LED驅動電路
本發明係關於一種交流LED驅動電路，尤指一種具有高功率因數之消除閃頻LED驅動電路。
發光二極體(LED)為目前市面上常見的照明用具，相較於傳統白熾燈泡更具有高發光效率及省電的特性；然而由於發光二極體本身僅能單向導通，故難予使用於傳統交流電插座，為此業界便研發出一種交流LED驅動電路；請參照圖6所示，既有的交流LED驅動電路係包含有：一整流單元20，其輸入端連接一交流電源AC/IN，並將交流電源AC/IN轉換為一脈動直流電源Va，並由其輸出端輸出；一LED單元21，係包含複數個LED光源，並電連接至該整流單元20之輸出端，使其構成一電源迴路；及一定電流迴路22，係串接於該電源迴路中，並且使該電源迴路中的迴路電流為一定值。
由上述結構可知，既有的交流LED驅動電路係以其整流單元20將交流電源AC/IN轉換為脈動直流電源，並以該定電流迴路22使迴路電流穩定。
請參照圖7A及圖7B所示，當該整流單元20所輸出的脈動直流電源Va大於該LED單元之接面電壓值Vt時，由於該迴路電流係被穩定地控制於一額定值，故該LED單元21兩端上的壓差Vab亦被控制在一額定值，因此可使該LED單元21穩定發光。
然而，由於該LED單元21必須令兩端上的壓差Vab大於其接面電壓值才能令其發光，若該脈動直流電源Va的瞬間電壓小於其接面電壓值時該LED單元便會熄滅，進而導致該LED單元21有閃頻(Flicker)的現象，以頻率為120Hz的脈動直流電源為例，其閃頻頻率亦同為120Hz。人眼對於120Hz頻率光源不易感受閃爍現象，但對於以週期性掃描進行感應的影像擷取裝置來說，120Hz頻率光源下拍攝而得的影像會因掃描頻率及光源頻率差造成閃頻現象，使得影像上形成有複數個平行條紋，導致該照片失真。
是以，為了解決上述閃頻問題，請參照圖8所示，最直觀的做法是直接在該整流單元20上並聯一個電容23，以使該脈動直流電源成為穩定輸出的直流電源，藉以解決上述閃頻的問題；然而，此種方式會降低既有的LED驅動電路的功率因數(Power Factor)；請參照圖9所示，其原因在於該整流單元20所輸出的訊號係為一種交直流交雜的脈動直流訊號，而由電容23處看入的輸入阻抗Rin=XC//(R+RI)；其中XC為電容23之容抗、R為LED單元的等效非線性阻抗、RI為該定電流迴路22之等效電電流源阻抗；並且由上述輸入阻抗Rin公式係可推導其功率因數關係式為XC/(XC+R+RI)；由於一般電容的容抗值XC係遠小於該定電流源之等效阻抗RI，故由上述公式可知，加入此一電容23雖可解決閃頻問題，但卻造成輸入阻抗Rin呈電容性，功率因數必然下降；故有必要針對此情形進一步改進之。
有鑑於上述既有的交流LED驅動電路改善閃頻的做法會令功率因數下降之技術缺失；故本發明主要目的提供一種具有高功因之無閃頻LED驅動電路。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該具有高功因之無閃頻LED驅動電路包含有：一整流單元，其輸入端連接一交流電源，並將交流電源轉換為一脈動直流電源，並由其輸出端輸出；一LED模組，係包含複數個LED光源，並電連接至該整流單元之輸出端，使其構成一電源迴路；一電容模組，係包含有至少一電容，且與該LED模組並聯；及一定電流迴路，係串接於該電源迴路中，並且使該電源迴路中的迴路電流為一定值。
由上述結構可知，對於從該整流單元輸出的訊號來說，其輸入阻抗可以視為一由該電容模組所構成電容抗元件並聯一由該LED模組所構成的非線性電阻性元件，再串聯一由該定電流迴路所構成的定電流源；由於上述之定電流迴路之等效內阻為無窮大，因此無論該電容抗元件或電阻性元件如何變化，其等效組抗均為無窮大，故所計算出的視在功率係相當接近於有效功率，以達到令其功率因數驅近於1。
是以，綜合上述說明本發明確時能以此結構有效解決閃頻問題，並且又不令其功率因數下降。
請參照圖1所示係為本發明具有高功因之無閃頻LED驅動電路，其包含有：一整流單元10，其輸入端連接一交流電源AC/IN，並將交流電源AC/IN轉換為一脈動直流電源，並由其輸出端輸出；其中該整流單元10可為一全波整流電路或一半波整流電路，而於本實施例中，其為一全波整流電路；一LED模組11，請參照圖2A至圖2C所示，係包含複數個LED光源110，並電連接至該整流單元之輸出端，使其構成一電源迴路；於本實施例中，該複數LED光源係彼此相互並聯或串聯或串並聯，再連接至該整流單元10之輸出端構成一個電源迴路，如此該整流單元10所輸出的脈動直流電源即能推動該LED單元11點亮；一電容模組12，係包含有至少一電容120，且與該LED模組11並聯；於本實施例中該電容120係為複數，係彼此相互並聯或串聯或串並聯；及一定電流迴路13，係串接於該電源迴路中，並且使該電源迴路中的迴路電流為一定值；於本實施例中該定電流迴路13係包含有：一壓控電晶體14，係串接於該電源迴路中且具有一控制端，以調整上述電源迴路之迴路電流；於本實施例中該壓控電晶體係為金氧半場效應電晶體或雙極結型晶體管；一電流檢測單元15，係串接於該電源迴路中，以將該電源迴路之迴路電流轉換為對應的電壓訊號；於本實施例中該電流檢測單元係為一檢測電阻；一低頻濾波器16，係電連接於該電流檢測單元15，並根據該電流檢測單元15所轉換後之電壓訊號，輸出一平均電壓值；其中該低頻濾波器16可以是由電容、電感所構成之類比濾波器或由數位電路所構成之數位濾波器，而在本實施例中，係為一數位濾波器，該數位濾波器為一降頻濾波器(Down-sampling Filter)；及一穩流控制單元17，其一輸入端與該低頻濾波器16電連接，另一輸入端則電連接一參考電壓值Vref，又其輸出端則與該壓控電晶體14之控制端電連接；其中該穩流控制單元17比較其輸入端所接收之參考電壓值與平均電壓值之大小，並依據比較結果輸出控制訊號至該壓控電晶體14之控制端，令電源迴路之迴路電流維持穩定。
此外，請對照圖2D及圖2E所示，該電容模組12之複數電容120係可分別並聯於該LED模組11之複數LED光源110。
請參照圖3A以及圖3B所示，當該整流單元10所輸出的脈動直流電源Va大於該LED模組11之接面電壓值Vt時，由於該迴路電流係被定電流迴路13穩定地控制於一額定值，故可使該LED模組11穩定發光，並同時對該電容模組12充電；而當脈動直流電源Va瞬間電壓小於其接面電壓值Vt時，由於該電容模組12係並聯於該LED模組11，故該電容模組12便會對該LED模組11放電，而使該LED模組11不會熄滅。
請參照圖4所示，而由電容模組12看入的輸入阻抗Rin=(XC//R)+RI；其中XC為電容模組12之容抗、R為LED模組11的等效非線性阻抗、RI為該定電流迴路13之等效電電流源阻抗；並且由上述輸入阻抗Rin公式係可推導其功率因數關係式為：
由於，定電流源的等效內阻RI遠大於XC為電容模組12之容抗，故所計算出的功率因數可提高至驅近於1。
請參照圖5所示，由於該LED模組11之各LED光源110於導通時其內阻相當小，故要使該LED模組11藉由該電容模組12的放電而維持發亮並且不會熄滅，係必須使用電容值較大的電容模組12，通常具有較大電容值的電容相對來說體積也較為龐大；因此，為了能進一步減少該電容模組12之體積，係令該LED模組串聯一限流電阻121；其中流經該限流電阻121的電流係不小於該LED模組的最低驅動電流；是以，藉此增加該電容模組12的放電時間，以進一步在使該LED模組11穩定發光的前提之下減少該電容模組12的體積。
是以，綜合上述說明本發明確時能以此結構有效解決閃頻問題，並且又無傳統電路直接在該整流單元上並聯一個電容所產生的功率因數下降問題。
10．．．整流單元
11．．．LED模組
110．．．LED光源
12．．．電容模組
120．．．電容
13．．．定電流迴路
14．．．壓控電晶體
15．．．電流檢測單元
16．．．低頻濾波器
17．．．穩流控制單元
20．．．整流單元
21．．．LED單元
22．．．定電流迴路
23．．．電容
圖1：本發明具有高功因之無閃頻LED驅動電路之電路圖。
圖2A~2E：本發明LED模組與電容模組之電路圖。
圖3A：本發明LED模組兩端電位之波形圖。
圖3B：本發明LED模組電壓差之波形圖。
圖4：本發明等效輸入阻抗之電路圖。
圖5：本發明另一實施例之電路圖。
圖6：既有交流LED驅動電路之電路圖。
圖7A：既有電路的LED單元兩端電位之波形圖。
圖7B：既有電路的LED單元電壓差之波形圖。
圖8：既有電路並聯一電容之電路示意圖。
圖9：既有電路等效輸入阻抗之電路圖。
10．．．整流單元
11．．．LED模組
12．．．電容模組
13．．．定電流迴路
14．．．壓控電晶體
15．．．電流檢測單元
16．．．低頻濾波器
17．．．穩流控制單元

Claims (10)

  1. 一種閃頻具有高功因之無閃頻LED驅動電路，係包含有：一整流單元，其輸入端連接一交流電源，並將交流電源轉換為一脈動直流電源，並由其輸出端輸出；一LED模組，係包含複數個LED光源，並電連接至該整流單元之輸出端，使其構成一電源迴路；一電容模組，係包含有至少一電容，且與該LED模組並聯；及一定電流迴路，係串接於該電源迴路中，並且使該電源迴路中的迴路電流為一定值。
  2. 如請求項1所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該LED模組係串聯一限流電阻；其中流經該限流電阻的電流係不小於該LED模組的最低驅動電流。
  3. 如請求項1或2所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該LED模組之複數LED光源係彼此串聯。
  4. 如請求項1或2所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該LED模組之複數LED光源係彼此並聯。
  5. 如請求項1或2所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該LED模組之複數LED光源係彼此串並聯。
  6. 如請求項3所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該電容模組係包含有複數電容，且複數電容彼此串聯。
  7. 如請求項4所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該電容模組係包含有複數電容，且複數電容彼此並聯。
  8. 如請求項5所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該電容模組係包含有複數電容，且複數電容彼此串並聯。
  9. 如請求項1或2所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該電容模組係包含有複數電容，複數電容係分別並聯於該LED模組之複數LED光源。
  10. 如請求項1或2所述之具有高功因之無閃頻LED驅動電路，該定電流迴路係包含有：一壓控電晶體，係串接於該電源迴路中且具有一控制端，以調整上述電源迴路之迴路電流；一電流檢測單元，係串接於該電源迴路中，以將該電源迴路之迴路電流轉換為對應的電壓訊號；一低頻濾波器，係電連接於該電流檢測單元，並根據該電流檢測單元所轉換後之電壓訊號，輸出一平均電壓值；及一穩流控制單元，其一輸入端與該低頻濾波器電連接，另一輸入端則電連接一參考電壓值，又其輸出端則與該壓控電晶體之控制端電連接；其中該穩流控制單元比較其輸入端所接收之參考電壓值與平均電壓值之大小，並依據比較結果輸出控制訊號至該壓控電晶體之控制端，令電源迴路之迴路電流維持穩定。
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