TW201349931A - 驅動ｌｅｄ燈具的部件及其方法 - Google Patents

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Richard Landry Gray
Mao Yuhai
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Richard Landry Gray
Mao Yuhai
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    • H05B45/40—Details of LED load circuits
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  • Led Devices (AREA)

Abstract

一種驅動LED燈具的部件及其方法，其根據交流電壓整流後的值來調節LED串中的LED的數目，包括電源模組、LED串、電流源及控制器。LED串是以多個LED相串聯，並形成一個主串和多個次要串。控制器連接電流源和LED串，其選擇性地短路掉次要串中的LED。因此，根據整流後的電壓來動態地調節LED串中的LED的數目，使得LED串的總導通電壓緊密地匹配於整流後電壓，進而提升了電能的使用效率。

Description

驅動LED燈具的部件及其方法
本發明是關於一種用於驅動一個發光二極體(LED)的部件及其方法，尤其是關於一種採用電流調節裝置(Current Regulating Device,CRD)，以整流後的交流(AC)電來驅動LED的部件及其方法。
以交流電來直接驅動LED燈具或許是在傳統的LED燈具結構中最為廉價的一種，它具有最少的元件，最容易構成方式且不會有電磁干擾，然而，以普通的交流電來直接驅動LED燈具卻存在著低效率、低頻率閃爍及低功率因數等缺點。
請參考第1圖所示，第1圖是直接從一交流AC電源整流後，以恆定電流源驅動的LED燈具。在第1圖的電路圖中，電流源2也可被稱為一電流調節裝置(CRD)，若上述電路在其兩端出現有很大的壓降時就會產生極低的效率，而這種情況就會發生在整流後的電壓遠高於LED串3的總電壓時，另外，若整流後電壓低於LED串3的總電壓，那麼上述電路就會產生低頻閃爍，此時的LED串3就會在每半個電源週期閃爍一次，這在輸入交流電壓VAC為50赫茲或60赫茲的市電時，其閃爍頻率就是100赫茲或120赫茲。
很多LED燈具的設計都是在整流器1後採用一個很大的電容Cf，以將脈衝的波形轉變成類似於直流的形狀，且在整流器1之後可見的剩餘紋波即為所加入的電容Cf的數值和負載(亦即LED串3)的大小的函數，當紋波減小時，驅動LED的電流源2就會有較高的效率。然而，即使設置電容Cf為極大，以使在整流器1的後極能夠產生一個理想的直流電壓，其仍然存在有效率的問題，也就是說，在LED串中的LED個數應當設計成永遠有足夠的電壓使各LED全部都能點亮，但是LED電壓和輸入交流電壓VAC的變化卻只能用比理想值更少一些的LED數。這意味著整流後的電壓必須永遠比LED串的總電壓還要高，而在電流源2上任何多餘的電壓就導致了浪費的能源。
因此，是否有一種驅動LED燈具的器件或方法，能夠在任何時候都能使LED串的總電壓和整流後電壓密切的匹配。
基於上述的需求，本發明提供了一種能夠自適應地調節在LED串裏的發光二極體的數目的部件及方法，以使得驅動LED所需的電壓非常貼近且匹配於整流後的電壓。
根據本發明的一實施例，一種驅動LED燈具的部件包括了一電源模組，一LED串，一電流源和一控制器。電源模組是用來接收一交流(AC)輸入電壓，以提供一整流後電壓。LED串是以多個發光二極體串聯起來的，並包括一主串和多個次要串。電流源是連接於LED串的其中一端，以提供被電源模組 的整流後電壓所驅動的LED串一恆定電流。控制器連接電流源與LED串，其有選擇性地把次要串中的LED加以短路，以使LED串上的導通電壓正好與整流後電壓非常接近地匹配。
根據本發明的另一實施例，一種驅動LED燈具的方法包括將一LED燈具中的LED串分為一主串與至少一次要串以及交替地導通或關閉該LED串中的該次要串。
因此，本發明可以根據整流後的電壓來動態地調節LED串中的LED的數目，使得LED串的總導通電壓緊密地匹配於整流後電壓，進而提升了電能的使用效率。
1‧‧‧整流器
2‧‧‧電流源
3‧‧‧LED串
10‧‧‧電源模組
12‧‧‧交流電壓源
120‧‧‧二極體整流器
122‧‧‧濾波電容
20‧‧‧LED串
200‧‧‧主串
220‧‧‧次要串
30‧‧‧電流源
40‧‧‧控制器
420‧‧‧電壓偵測模組
440‧‧‧開關控制器
460‧‧‧開關
50‧‧‧緊湊型控制器
510‧‧‧電流源
520‧‧‧電壓偵測模組
5200‧‧‧電阻分壓器
5220‧‧‧電壓感測器
5260‧‧‧編碼溢位防止器
5270‧‧‧編碼產生器
5280‧‧‧振盪器
540‧‧‧開關控制器
5400‧‧‧低端輸入
5420‧‧‧高端輸出
550‧‧‧開關
560‧‧‧偏置單元
60‧‧‧控制器
600‧‧‧開關
600A‧‧‧第一開關
620‧‧‧電流減小檢測器
640‧‧‧狀態機
660‧‧‧紋波電壓檢測器
680‧‧‧誤差放大器
70‧‧‧限流裝置
M1‧‧‧高電壓電晶體
700‧‧‧電流感測電阻
720‧‧‧放大器
740‧‧‧參考電壓源
80‧‧‧控制器
90‧‧‧電流源控制器
92‧‧‧濾波電容
第1圖是一種採用普通電流源來直接驅動LED燈具的示意圖。
第2圖是本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
第3A圖是本發明一實施例中驅動LED燈具的方法的流程圖。
第3B圖是本發明第3A圖中步驟S32的流程圖。
第4A圖是本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
第4B圖是本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
第5圖是本發明一實施例中緊湊型控制器的電路示意圖。
第6圖為本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
第7圖為本發明一實施例中驅動LED燈具的方法的流程圖。
第8圖為本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
第9A圖為本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
第9B圖為本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
第10圖為本發明一實施例中以限流裝置來驅動LED燈具的部件的電路示意圖。
第11圖為本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
第12圖為本發明一實施例中驅動LED燈具部件的電路示意圖。
請參考第2圖所示，第2圖是本發明一實施例中驅動LED燈具的部件的電路示意圖。如圖所示，本發明驅動LED燈具的部件包括一電源模組10、一LED串20、一電流源30及一控制器40。
電源模組10電性連接一交流電壓源12，以自交流 電壓源12接收一交流電壓(AC)，並將該交流電壓轉化為一整流後電壓，電源模組10更包括一個二極體整流器(diode rectifier)120及一濾波電容122，其中，二極體整流器120是用以將該交流電壓轉換為一脈衝型直流電壓(pulsating DC voltage)，濾波電容122是用來將該脈衝型直流電壓穩壓為更接近直流的該整流後電壓。
LED串20是以多個發光二極體(LED)依串連的方式 串接而成的，其包括一主串200及多個次要串220，於本實施例，LED串20是包括一個主串200及三個次要串220，其中，主串200具有四個該LED(於多數市電應用中，主串200所具有的LED數目遠遠大於四個，在此採用四個LED只是為了方便說明)，各次要串220則各包括一個該LED並具有一輸入端與一輸出端。
電流源30是一端電性連接電源模組10，另一端電 性連接LED串20，其自電源模組10接收該整流後電壓以輸出一恆定電流至LED串20。
控制器40電性連接電源模組10、電流源30及LED 串20，其選擇性地將所選擇的各次要串220短路，以使通過LED串20的一總順向壓降能夠與該整流後電壓的電壓值非常接近而匹配。另外，於本實施例，控制器40更包括一電壓偵測模組(voltage sensing module)420、至少一開關控制器440及至少一開關460，其中，電壓偵測模組420是電性連接電源模組10與電流源30，以檢測電源模組10輸出的該整流後電壓的電壓值，開關控制器440電性連接電壓偵測模組420，開關460可以是具有一 柵極(gate)、源極(source)與漏極(drain)的一電晶體(transister)，該柵極是電性連接於開關控制器440，該源極是電性連接於該次要串220的輸出端，該漏極是電性連接該次要串220的輸入端、開關控制器440與另一個開關460的源極。另外，開關460是對應於次要串220來設置的，因此，於本實施例中，控制器40包括有三個開關460。
開關控制器440包括有邏輯閘和電平移位元器，其 根據該整流後電壓來控制該開關460的開啟與關閉，進而增加或減少LED串20中的次要串220的導通數目，並藉由增加或減少次要串220的導通數目來使該LED串20的總導通電壓接近地匹配於該整流後電壓。舉例來說，當該整流後電壓上升時，開關控制器440會依該整流後電壓的上升量來開啟相對應的開關460，以增加LED串20中的次要串220的導通數目，而當該整流後電壓下降時，開關控制器440就會依該整流後電壓的下降量來關閉相對應的開關460，以減少LED串20中的次要串220的導通數目。也就是說，為了避免頻閃現象，開關控制器440是預設為將一預定數量的次要串220短路，使得該LED串20的總導通電壓恆低於該整流後電壓(否則電流將不再流進LED串20)，又因為電壓偵測模組420能夠檢測該整流後電壓的電壓值，因此開關控制器440可以藉由接收電壓偵測模組420所輸出的電壓，並透過一預設機制來決定LED串20中的次要串220的正確短路數目。
凡知悉本發明領域具有通常技藝人士可以很容易 得知，若調換電流源30和控制器40的位置將不會對本實施例的功能有任何影響。
請參考第2、3A及3B圖所示，第3A圖是本發明 一實施例中驅動LED燈具的方法的流程圖，第3B圖是本發明第3A圖中步驟S32的流程圖。根據本發明的實施例，一種可以但不限於應用在第2圖所述之實施例的方法，包括S30將一LED燈具中的LED串分為一主串與至少一次要串及S32交替地導通或關閉該LED串中的該次要串。
如第3B圖所示，該步驟S32更包括S320檢測一整 流後電壓、S322當該整流後電壓高於一必要電壓時，依順序導通該次要串(也就是加入更多的發光二極體到該LED串)及S324當該整流後電壓不高於該必要電壓時，則依順序關閉該次要串。
如第2圖所示，本實施例不需要電流源30或控制 器40中的任何一個來承受全部的該整流後電壓，且實際上控制器40降低了本實施例對於電流源30的崩潰電壓的要求，因為當該整流後電壓越來越高時，控制器40中的開關控制器440會加入越來越多的次要串220到LED串20，如此便限制了電流源30所必須承受的電壓，因此，依這種類型來設計的一大優點是其對於電流源30與控制器40的崩潰電壓的要求是非常適中的，然而，本實施例所述之開關控制器440只能對該整流後電壓做出回應，其沒有考慮到該LED的電壓會由於生產過程和溫度漂移而引起變化。
請參考第4A圖所示，第4A圖是本發明一實施例中 驅動LED燈具的部件的電路示意圖。如圖所示，本實施例提供了類似於第2圖所示的另一種驅動LED燈具的部件，然而，於本實施例中，電壓偵測模組不再測量電源模組所輸出的該整流後電壓，而是測量電流源兩端的電壓，其以增加或減少LED串中的次要串的導通數量來保持電流源兩端的電壓於一定範圍內，如此便能在所有的時間中都保持電流源兩端的電壓在低電壓，進而使電流源的功耗為最低而其效率為最高。
此外，於本實施例中，各該LED的正向電壓與輸入 電壓的變化就不再成為問題。開關控制器持續不斷地把LED串中之次要串的導通數量增加或減少，以保持電流源的電壓在一理想範圍中。依本發明實際的實施狀況而言，該理想範圍不到幾伏特，其可以使電流源只耗散非常小的能量，進而使本發明的效率很容易就高於97%。
請參考第4A、4B及5圖所示，第4B圖是本發明一 實施例中驅動LED燈具的部件的電路示意圖，第5圖是本發明一實施例中控制器的電路示意圖。如圖所示，一種驅動LED燈具的部件是被示於一個積體電路(compact IC)模組中(如第4A圖)，其將電流源、控制器及開關集成在一起。於本實施例，一種驅動LED燈具的部件包括電源模組10、一LED串20及一緊湊型控制器50。LED串20包含有一個主串200及四個次要串220。緊湊型控制器(compact controller)50包括一電流源510、一 電壓偵測模組520、一開關控制器540及至少一開關550。
於本實施例，電流源510是電性連接LED串20的次要串220的輸出端。電壓偵測模組520包括一電阻分壓器5200、一電壓感測器5220、一編碼產生器5270及一振盪器5280。電阻分壓器5200電性連接於電流源510，其是用來檢測電流源510兩端的電壓。電壓感測器5220電性連接於電阻分壓器5200，並根據電阻分壓器5200所檢測到的電壓來決定一電壓狀態(voltage state)。電壓感測器5220可藉由至少一取樣比較電路(window comparator circuit)來實現，其通過採用了一種雙運放大器(dual operational amplifier)來將所檢測到的電壓與一參考電壓相比較，以輸出一信號來表示電流源510的電壓狀態。
然而，如此的電路安排(即電流源510和電壓感測器5220的取樣比較器電路)是本領域所屬的技術人員所熟知的，因此若省略掉重複的說明，本領域所屬的技術人員在沒有這些具體的細節或等效於本發明所安排的電路下仍然可能實施本發明。
編碼產生器(code generator)5270是電性連接於電壓感測器5220，並產生一電平信號(level signal)來表示自電壓感測器5220接收的該電壓狀態。振盪器5280電性連接於編碼產生器5270並產生一時鐘信號(clock signal)。為了令編碼產生器5270只對來自電壓感測器5220的有效信號回應，而不會因為對系統的有限瞬態響應所產生的雜亂信號響應，導致編碼產生器5270在不同的編碼之間作變換，編碼產生器5270會在該時鐘信號的前 沿改變其狀態。該時鐘信號的頻率雖不是那麼重要，但是它必須高於系統可能遇到的最高市電頻率才行。而且，過快的頻率也是不被允許的，這會使得電壓感測器5220無法設定到有效的狀態，而編碼產生器5270就有可能基於電壓感測器5220所提供的錯誤資訊來選擇其狀態。
於本實施例，編碼產生器5270可以是一個4位數 的升降(up/down,U/D)計數器，其輸出為一個4位元數的二進位編碼，且每一個不同的二進位編碼即對應表示哪一個次要串220將會被短路，而哪一個次要串220將不會被短路。例如，當該4位元數的二進位編碼輸出為“1100”，即表示前兩個次要串220將被加入到LED串20，而後面的兩個次要串220則將被短路掉。
開關控制器540是電性連接於電壓偵測模組520， 其可以是基於編碼產生器5270的輸出，並藉由開關550來把次要串220中的LED加以短路。開關550可以是一個電晶體，且開關550的數量是對應於次要串220的數量來設置的，其源極與漏極是分別電性連接到次要串220的相應接點。
然而，如第4B圖所示，第4B圖顯示了第4A圖的 另一個實施方式，其改變了在次要串220中的LED的數目，且主串200是設置在和電流源510相同的一邊。如第4B圖所示，在次要串220中的LED的數目是按照以下二進位的格式來安排的： UD=2n，n=0,1,2,3…N，
其中，UD為各個次要串220中的LED的數目，而N為開關550的數目。
也就是說，第一個開關550會短路掉20個LED，第二個開關550會短路掉21個LED…，如此類推，第十個開關550就會短路掉210個LED。舉例來說，利用前面所述的4位數U/D計數器，當它產生“1100”的編碼時，就表示後兩個次要串220中的12(即22+23)個LED將會被短路掉。
此外，為了避免編碼產生器5270有溢位的情況發生，緊湊型控制器50另包括有一編碼溢位防止器5260，其電性連接到編碼產生器5270。編碼溢位防止器(code rollover preventer)5260可以是某種解碼邏輯電路(decoding logic)，其可以防止編碼產生器5270的輸出在向上計數到“1111”後直接轉換為“0000”；或是當編碼產生器5270向下計數到“0000”後就轉變成“1111”。假如允許上述溢位的情況發生，那麼在感應電流源的電壓以及開關550的適當開關順序之間的正確回授關係將會被破壞。
於本實施例中，開關控制器540可以一具有遲滯的電平移位器(hysteretic level shifter)來實現，其具有一低端輸入5400和一高端輸出5420，其中，低端輸入5400電性連接於編碼產生器5270，以接收編碼產生器5270的輸出，高端輸出5420電性連接於開關550的柵極，並產生一控制信號來選擇性地轉換開 關550的開啟或關閉。換言之，開關控制器540是把編碼產生器5270的輸出轉換為該控制信號，並根據編碼產生器5270的輸出，藉由該控制信號來選擇性地導通開關550以短路掉相對應的次要串220。
然而，若沒有採取進一步的行動，則每當一個次要 串220被導通而加入到LED串20時，該LED燈具的亮度就會有略微的增加。因此，為了抵消上述LED燈具的亮度變化，緊湊型控制器50更包括一偏置單元560。偏置單元(offset unit)560是一端電性連接於次要串220的一端，另一端電性連接電流源510的一控制端，當各個次要串220因導通而相繼加入到LED串20時，主串200的底部電壓(如第4A圖所示)將會增加，而流經偏置單元560的電流及後來流入電流源510的電流也將會增加，則偏置單元560的設置即是用來調節通過電流源510的電流以保持LED串20的輸出為一恆定照度。
於一實施例，偏置單元560可以是一類比回授單元 (analog feedback unit)，例如一種用來感測因導通而增加到LED串20中的次要串220的數目的電阻器。然而，當回授訊號不是類比訊號而是一數位字串時，偏置單元560也可以設置為一數位單元(digital unit)。
請參考第6圖所示，第6圖為本發明一實施例中驅 動LED燈具的部件的電路示意圖。於本實施例，LED燈具不會感測該電流源的電壓或是該整流後電壓，而是在額外的次要串 220因導通而加入LED串20時，感測LED串20的電流減小量，當LED串20的電流減小時，則顯示了包含有主串200與未被短路的次要串220於一串列的LED串20將沒有足夠的電壓來維持應有的穩定電流。
不同於第4A、4B圖所示的電路，在第6圖所示的 實施例是藉由監測流過LED串20的電流來選擇次要串220最適當的開啟或關閉的數目，使LED串20的電壓總是剛好可以維持LED串20所需的電流。本實施例所述的LED燈具的部件包括有電源模組10、LED串20及控制器60，其中，每當通過LED串20的電流減小時，控制器60會依順序短路掉LED串20中的次要串220。
在第6圖所示的實施例中，控制器60可以包括至 少一開關600、一電流減小檢測器(current decrease detector)620及一狀態機(state machine)640，其中，電流減小檢測器620是電性連接於LED串20的第二端(亦即底端)，當目前的電流值低於原先的電流值或低於某一預設值時，電流減小檢測器620即產生一觸發信號(triggering signal)並輸出至狀態機640，則狀態機640在被電流減小檢測器620所輸出的該觸發信號觸發時，會藉由各開關600從頂部到底部依順序地短路掉各次要串220。
請參考第6圖和第7圖所示，第7圖為本發明一實 施例中驅動LED燈具的方法的流程圖。如圖所示，本實施例是一種藉由控制器60交替地將LED串20中的次要串220開啟或關 閉來驅動LED燈具的方法。於本實施例，一種驅動LED燈具的方法包括S60從已啟用(即短路)的各開關600中，關閉一個第一開關600A、S62若流過LED串的電流沒有減小，則在一個第一接線程式(first route)中依順序地關閉(即開路)一個開關600以及S64當流過LED串的電流有減小，則在一個第二接線程式(second route)中依順序地開啟一個開關600。進一步的，如第6圖所示，次要串220是以串連的方式電性連接於LED串20的主串200的底部，因此，於一實施例，該第一接線程式是定義為自次要串220的頂端到次要串220底端，而該第二接線程式則是相反於該第一接線程式。
相應地，當所有開關600都開啟時，也就意味著所有次要串220都已經從LED串20中電性移除，如此便表示所有經由LED串20且流經主串200的電流都已經被次要串220旁的開關600所分流，而當第一開關600A關閉時，流經LED串20的電流就會是流經主串200和一個次要串220的電流，當越來越多的次要串220被加入到LED串20時，該電流源將會沒有足夠的電壓來維持一穩定電流，則流經LED串20的電流就會減少。在這種情況下，控制器60會按照一反向順序來移除已經加入的次要串220直到通過LED串20的電流不再下降，一旦控制器60確定了開啟與關閉的最佳組合，也就是確保了LED串20將永遠在最高效率的條件下運作，則控制器60將在等待一固定的時間後再次進行檢測。舉例來說，重新檢測的週期可以是10秒鐘到 幾分鐘，甚至於在某些應用程式中可以採用更長的時間週期。
請參考第6圖及第8圖，第8圖為本發明一實施例中驅動LED燈具的部件的電路示意圖。如圖所示，第8圖所示的電路是類似於第6圖所示的電路，且由於整流後的AC電壓會具有紋波，則假如正好在紋波電壓接近於其峰值時去檢測LED的電流，那麼第6圖中的控制器60將會誤判在整個AC電壓的輸入週期裡都有足夠的電壓來維持所需的電流。因此，在第8圖所示的實施例中即解決了這個問題，其進一步地包括了一紋波電壓檢測器660，紋波電壓檢測器(ripple voltage detector)660是電性連接於電源模組10與狀態機640之間，其中，紋波電壓檢測器660能夠檢測紋波電壓的最小值，從而使LED燈具可以在這一瞬間去檢測LED的電流，假如在紋波電壓出現最小值的時候LED串20仍然有足夠的電壓去維持其所需的電流，那麼LED串20在其他的紋波區域中也一定有足夠的電壓去維持所需的電流，總之，一旦紋波電壓的最小值被確定以後，就可以避免LED電流的錯誤取樣。
請參考第9A圖及第9B圖，第9A圖與第9B圖表示出兩種不同的實施方式，它們不需要專門的檢測器去檢測紋波電壓的最小值。於這些實施例中，控制器60進一步的包括有至少一誤差放大器680，其是用來調節在伺服回路中的開關600，使在開關600上的電壓可以緩慢地變化。如此一來，在LED串20中由於加入次要串220而引起的電流變化將會變得十分緩 慢，且慢到會跨越許多電壓週期，因此，這些實施例不用在每一個輸入電壓週期裡檢測一次由於次要串220加入到LED串20後的LED電流，而只要在一個開關600被開啟的任意時間中有檢測到LED電流下降時，狀態機640馬上就可以將被開啟的開關600關閉。
第9A圖和第9B圖的不同之處在於，第9A圖的電 流源30是設置於LED串20的主串200相對於狀態機640的一端；而第9B圖的電流源30是移到和LED串的主串200相同於狀態機640的一端，使得控制器60與電流源30的電壓是近乎相同，而可以很容易地進行連接。然而在第9A圖所示的電路中，電流源30和控制器60之間存在有一個很大的電壓，以至於電流源30和控制器60之間很難進行連接。
因此，當該整流後電壓往紋波電壓的最小值減小 時，LED串20的電流下降將會很快的被檢測到並加以校正，也就是說，LED的電流在紋波電壓的最小值時是可以被自動測試的。
一般來說，為了採用一個電流調節裝置(Current Regulating Device,CRD)來驅動一個LED燈具，通常會需要在整流橋之後加入一個很大的濾波電容以儲存足夠的電能，進而在該整流後電壓低於流過LED串20的最低需求電流值時還能恆定地保持LED的亮度。然而，該濾波電容通常會限制部件的一功率因數(Power Factor,PF)值約等於0.5，因此，為了增加該PF值， 第10圖所示的實施例中就加上了一限流裝置(Current Limiting Device,CLD)70。
如第10圖所示的實施例，限流裝置70包括一高電 壓電晶體(high-voltage transistor)M1、一電流感測電阻(current sensing resistor)700、一放大器720及一參考電壓源740。高電壓電晶體M1的漏極是電性連接於濾波電容122的負端。電流感測電阻700是電性連接於高電壓電晶體M1的源極與接地端(GND)之間，其輸出值是用來將電流限制值設定為一理想值。放大器720具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中，該第一輸入端是電性連接於參考電壓源740，該第二輸入端是電性連接高電壓電晶體M1的源極與電流感測電阻700，該輸出端是電性連接於高電壓電晶體M1的柵極。另外，電流感測電阻700的數值是用來把電流限流值設定為預期值。
如此一來，限流裝置70便限制了電源模組10中的 濾波電容122的充電電流值，使得濾波電容122的充電時間被分散到一更長的時間區間，且濾波電容122的充電電流的峰值也會下降，進而增加了部件的功率因數(PF)。
請參考第11圖所示，第11圖為本發明驅動LED燈 具的部件的另一實施例。如圖所示，為了使本發明可以校正更高的紋波電壓及更寬的線電壓變化，在前文所描述的控制器必須具有一較高的崩潰電壓。然而，如果採用高電壓的程式來建構該控制器，那麼所提升的生產成本將會無法被接受，因此，我們可以 採用數個低電壓程式的控制器80，以較低的成本來實現同樣的效果(如第11圖所示)。在第11圖中的實施例是一個可疊加的控制器架構，其可以應用於較高的耐電壓能力的需求中，其中，各控制器80是以串聯的方式互相串接的，且每一個控制器80是電性連接於相應的次要串220。在這些串聯的控制器80的底部的電流源30則必須把電流源30的電壓(或電流)的狀態向上傳送至疊接的控制器80，以將適當的次要串220的數目加入LED串20或自LED串20中減去。
在前述的實施例中，濾波電容122必須具有夠大的 電容(數十微法拉(uF))，以儲存足夠的能量來提供一特定的應用程式使用，並必須承受很高的整流後電壓。然而，這類型的電容通常會是一電解電容，該電解電容的體積都很大，且在高溫的環境下的運作壽命很短，因此，有些燈具使用客戶會要求不在燈具設計中使用電解電容，以改善PF值及運作壽命，但是除去該電解電容以後通常會造成燈具有閃爍現象，這是由於非電解類電容器的電能儲存能力是非常有限的。進一步的，這類閃爍的頻率通常會是輸入線電壓的頻率的兩倍，也就是當輸入線電壓為50赫茲(Hz)時，其閃爍的頻率為100Hz，而最近很多研究都顯示，如果要避免引起健康的危害，其閃爍的頻率就必須要高於200Hz以上。
第12圖為本發明驅動LED燈具部件的另一個實施 例。於本實施例，LED燈具部件包括一電流源控制器90，電流 源控制器90是電性連接於電源模組10與電流源30之間，其中，電流源控制器90的一運作頻率是同步於該整流後電壓，且該運作頻率是高於200Hz(即240Hz，其為交流輸入電壓60Hz的4倍)的，並調控電流源30以提供LED串20一適配電流(adapted current)。電流源控制器90會在整流後電壓的波形的一“谷部”(valley portion)區間中將該適配電流減小，其可以降低濾波電容92的製作大小，且仍能夠提供所需的電能儲存量來維持理想的LED串20的電流。
另外，因為電流源控制器90是與該整流後電壓同 步的，也就是說，電流源控制器90在任何給定的時間中都能夠確切地知道這個時間點是位於輸入波形中的哪一個位置上，因此，電流源控制器90可以在該整流後電壓的波形的該谷部區間中調降電流，並在該整流後電壓的波形接近峰對峰值時，再將電流調升。然而，電流源控制器90也可以在輸入電壓中的其他位置如同該谷部區間一樣將電流調降，如此效能可以使有效的閃爍頻率提升到高於200Hz以上，而控制器40不僅可以滿足其本來目的，也會響應由於小型電容而導致的該整流後電壓的變化。因此，以這種方式就可以避免必須採用該電解電容，而LED部件的PF值也可以得到改善，更重要的是，由於低閃爍頻率而導致的健康危害問題也可以被解決。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能 用以限定本發明可實施之範圍，凡知悉本案領域具有通常技藝人 士所明顯可作的變化與修飾，皆應視為不悖離本發明之實質內容。

Claims (20)

  1. 一種驅動LED燈具的部件，包括：一電源模組，是接收一交流電壓以提供一整流後電壓，包括：一個二極體整流器，是用來將該交流電壓轉換為一脈衝型直流電壓；及一濾波電容，是用來將該脈衝型直流電壓穩壓為該整流後電壓；一LED串，是以多個發光二極體依串連的方式串接而成的，其具有一主串及多個次要串；一電流源，電性連接於該電源模組及該LED串的一端，其自該電源模組接收該整流後電壓以輸出一恆定電流至該LED串；以及一控制器，電性連接於該電流源及該次要串，其選擇性地短路掉所選擇的各該次要串，以使該發光二極體具有與該整流後電壓的電壓值非常接近而匹配的一總順向壓降。
  2. 如請求項1所述之驅動LED燈具的部件，其中，該控制器包括：一電壓偵測模組，電性連接於該電源模組，以檢測流經該電流源的電壓值；至少一開關，是電性連接於該次要串；以及至少一開關控制器，是電性連接於該開關，並根據流經該電流源的電壓值來開啟或關閉該開關，以增加或刪減該次要串至該LED串。
  3. 如請求項2所述之驅動LED燈具的部件，其中，該控制器包括：至少一開關；一電流減小檢測器，是電性連接於該LED串的一端，並在當電流值低於原先電流值或低於一預設值時產生一觸發信號；以及一狀態機，是用來在被該電流減小檢測器所輸出的該觸發信號觸發時，藉由各該開關來選擇性地短路掉各該次要串中的該發光二極體。
  4. 如請求項3所述之驅動LED燈具的部件，其中，該控制器另包括一紋波電壓檢測器，其電性連接於該電源模組與該狀態機之間，並自該整流後電壓檢測一紋波電壓的最小值。
  5. 如請求項3所述之驅動LED燈具的部件，其中，該控制器另包括至少一誤差放大器，其在一伺服回路中調節該開關，以使該開關的電壓變化發生在由許多電壓週期所組成的一期間中。
  6. 如請求項5所述之驅動LED燈具的部件，其中，該電流源是設置在該LED串的該主串相同於或相對於該狀態機的一端。
  7. 如請求項2所述之驅動LED燈具的部件，另包括： 一參考電壓源；一高電壓電晶體，是以一漏極電性連接一濾波電容的負端；一電流感測電阻，是電性連接於該高電壓電晶體與接地端，其用來將電流值限制為一理想電流值；以及一放大器，包括：一第一輸入端，是電性連接於該參考電壓源；一第二輸入端，是電性連接於該高電壓電晶體的一源極與該電流感測電阻；及一輸出端，是電性連接於該高電壓電晶體的一柵極。
  8. 如請求項2所述之驅動LED燈具的部件，其中，該控制器是以串連的方式連接的，且各該控制器是依順序的對應連接於各該次要串。
  9. 如請求項2所述之驅動LED燈具的部件，另包括一電流源控制器，其電性連接於該電源模組與該電流源之間，其中，該電流源控制器是同步於輸入電壓，並調控該電流源以提供該LED串一適配電流。
  10. 一種驅動LED燈具的方法，包括：將一LED燈具中的LED串分為一主串與至少一次要串；以及交替地導通或關閉該LED串中的該次要串。
  11. 如請求項10所述之驅動LED燈具的方法，其中，該步驟交替地導通或關閉該LED串中的該次要串，另包括：檢測一整流後電壓；當該整流後電壓高於一必要電壓時，依順序導通該次要串；以及當該整流後電壓不高於該必要電壓時，依順序關閉該次要串。
  12. 如請求項10所述之驅動LED燈具的方法，其中，該步驟交替地導通或關閉該LED串中的該次要串，另包括：從已啟用的各開關中，關閉一個第一開關；若流過LED串的電流沒有減小，則在一個第一接線程式中依順序地關閉一個開關；以及當流過LED串的電流有減小，則在一個第二接線程式中依順序地開啟一個開關。
  13. 一種驅動LED燈具的部件，包括：一電源模組，是接收一交流電壓以提供一整流後電壓；一LED串，是以多個發光二極體依串連的方式串接而成的，其具有一主串及多個次要串；以及一控制器，是電性連接該電源模組與該LED串，是藉由該整流後電壓來提供該LED串一恆定電流，並選擇性地短路掉該次要串的該發光二極體，使流經該LED串的電壓匹配於該整流後電壓。
  14. 如請求項13所述之驅動LED燈具的部件，其中，該控制器另包括：至少一開關；一電流源；一電壓偵測模組，包括：一電阻分壓器，是電性連接於該電流源，以檢測該電流源兩端的電壓；一電壓感測器，是電性連接於該電阻分壓器，並根據該電阻分壓器所檢測到的電壓來定義一電壓狀態；一編碼產生器，是電性連接於電壓感測器，並產生一電平信號來表示自該電壓感測器接收的該電壓狀態；及一振盪器，是電性連接於該編碼產生器，並產生一時鐘信號來指示該編碼產生器輸出該電平信號；以及一開關控制器，是電性連接於該編碼產生器，並根據該電平信號，藉由該開關來短路該次要串。
  15. 如請求項14所述之驅動LED燈具的部件，其中，該開關控制器是一遲滯電平移位器，其具有一低端輸入和一高端輸出，其中，該低端輸入是電性連接於該編碼產生器以接收該電平信號，該高端輸出是根據該電平信號來產生一控制信號，以選擇性地開啟或關閉該開關。
  16. 如請求項13所述之驅動LED燈具的部件，另包括一偏置單元，其電性連接於該LED串的該次要串，其中，該偏置單元是用來調節通過該電流源的電流以保持該LED串的輸出為一恆定照度。
  17. 如請求項16所述之驅動LED燈具的部件，其中，該偏置單元是一類比回授單元，其檢測表示該LED串中的該次要串增加與減少的數目的一類比訊號。
  18. 如請求項16所述之驅動LED燈具的部件，其中，該偏置單元是產生一數位元字串來表示該LED串中的該次要串增加與減少的數目。
  19. 如請求項13所述之驅動LED燈具的部件，其中，各該次要串中的該發光二極體的數目是互不相同的。
  20. 如請求項13所述之驅動LED燈具的部件，其中，各該次要串中的該發光二極體的數目是以一個二進位的格式來安排的。
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