TW201408126A - 發光二極體調光裝置 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體調光裝置，用於調整發光二極體燈泡或燈具單元之亮度。發光二極體調光裝置包括電壓轉換單元、回授單元、第一開關單元、調整單元與控制單元。電壓轉換單元依據第一控制訊號，將工作電壓轉換成輸出電壓，並輸出至發光二極體燈泡或燈具單元的陽極端，且產生電流偵測訊號。回授單元依使用者設定之輸出電壓，產生回授訊號。第一開關單元依照第二控制訊號決定發光二極體燈泡或燈具單元的陰極端與接地端是否連接。調整單元提供調整訊號。控制單元接收回授訊號、電流偵測訊號與調整訊號，而據以分別產生第一控制訊號與第二控制訊號。

Description

發光二極體調光裝置

一種調光裝置，特別有關於一種發光二極體調光裝置。

近年來，由於發光二極體(Light-Emitting-Diode,LED)發光效能之提升，使得發光二極體被廣泛應用於燈泡或燈具等照明設備。而在這些照明設備，常會搭配切相式(矽控)調光器，例如三端交流開關(Tri-electrode AC switch,TRIAC)，藉以調整照明設備的亮度。

然而，由於切相式(矽控)調光器的內部元件在市電正負半週的不對稱性，使市電正負半週之切相不對稱而造成發光二極體燈泡或燈具閃爍。此外，利用切相式(矽控)調光器進行調光，會造成功率因數(Power Factor,PF)低落、高總諧波失真(Total Harmonic Distortion,THD)並有較大的電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)等問題。因此，發光二極體調光器仍有需要改善的空間。

鑒於以上的問題，本發明在於提供一種發光二極體調光裝置，藉以調控輸出電壓的寬度與高度，以達到高相容性、高功率因數、低總諧波失真與低電磁干擾，並使發光二極體燈泡或燈具無閃爍的情況。

本發明所揭露之一種發光二極體調光裝置，適於調整發光二 極體燈泡或燈具單元之亮度。發光二極體調光裝置包括電壓轉換單元、回授單元、第一開關單元、調整單元與控制單元。電壓轉換單元接收一工作電壓，並依據第一控制訊號，而將工作電壓轉換成輸出電壓，同時將前述輸出電壓輸出至發光二極體燈泡或燈具單元的陽極端，同時電壓轉換單元產生電流偵測訊號。回授單元耦接電壓轉換單元，依照輸出電壓產生回授訊號。第一開關單元具有第一端、第二端與第三端，第一開關單元的第一端耦接發光二極體燈泡或燈具單元的陰極端，第一開關單元的第二端由一第二控制訊號控制導通或不導通，第一開關單元的第三端耦接接地端。調整單元提供一調整訊號。控制單元耦接電壓轉換單元、回授單元、第一開關單元的該第二端與調整單元，用接收回授訊號、電流偵測訊號與調整訊號，而據以分別產生第一控制訊號與第二控制訊號。

在一實施例中，前述電壓轉換單元包括電感、第二開關單元、第一電阻、第一二極體與第一電容。電感具有第一端與第二端，電感的第一端接收工作電壓。第二開關單元具有第一端、第二端以及第三端，第二開關單元的第一端耦接電感的第二端，第二開關單元的第二端接收第一控制訊號。第一電阻具有第一端與第二端，第一電阻的第一端耦接第二開關單元的第三端，第一電阻的第二端耦接接地端，電流偵測訊號產生於第一電阻的第一端。第一二極體具有陽極端與陰極端，第一二極體的陽極端耦接電感的第二端，輸出電壓產生於第一二極體的陰極端。第一電容具有第 一端與第二端，第一電容的第一端耦接第一二極體的陰極端，第一電容的第二端耦接接地端。

在一實施例中，前述電壓轉換單元包括變壓器、第三開關單元、第二電阻、第二二極體與第二電容。變壓器具有一次側與二次側，變壓器之一次側的第一端接收工作電壓，變壓器之二次側的第二端耦接接地端，變壓器之一次側的第二端與變壓器之二次側的第一端的極性相同。第三開關單元具有第一端、第二端與第三端，第三開關單元的第一端耦接變壓器之一次側的第二端，第三開關單元的第二端接收第一控制訊號。第二電阻具有第一端與第二端，第二電阻的第一端耦接第三開關單元的第三端，第二電阻的第二端耦接接地端，電流偵測訊號產生於第二電阻的第一端。第二二極體具有陽極端與陰極端，第二二極體的陽極端耦接變壓器之二次側的第一端，輸出電壓產生於第二二極體的陰極端。第二電容具有第一端與第二端，第二電容的第一端耦接第二二極體的陰極端，第二電容的第二端耦接接地端。

在一實施例中，前述回授單元包括第三電阻與第四電阻。第三電阻具有第一端與第二端，第三電阻的第一端接收輸出電壓。第四電阻具有第一端與第二端，第四電阻的第一端耦接第三電阻的第二端，第四電阻的第二端耦接接地端。透過第三電阻和第四電阻的分壓產生回授訊號。

在一實施例中，前述控制單元包括第一控制電路與第二控制電路。第一控制電路依照回授訊號與電流偵測訊號，以產生第一 控制訊號。第二控制電路依照調整訊號，以產生第二控制訊號。

在一實施例中，前述第一控制電路包括誤差訊號產生單元、第一比較單元、過電流保護單元、運算單元、脈寬調變單元與第一增益單元。誤差訊號產生單元具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，誤差訊號產生單元的第一輸入端接收第一參考訊號，誤差訊號產生單元的第二輸入端接收回授訊號，誤差訊號產生單元依照第一參考訊號與回授訊號以於誤差訊號產生單元的輸出端產生誤差訊號。第一比較單元具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，第一比較單元的第一輸入端耦接誤差訊號產生單元的輸出端，第一比較單元的第二端接收第二參考訊號，第一比較單元依照誤差訊號以及第二參考訊號，以於第一比較單元的輸出端產生第一比較訊號。過電流保護單元依照電流偵測訊號產生過電流保護訊號。

運算單元具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，運算單元的第一輸入端耦接第一比較單元的輸出端，以接收第一比較訊號，連算單元的第二輸入端耦接過電流保護單元，以接收過電流保護訊號，運算單元的輸出端產生運算訊號。脈寬調變單元具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，脈寬調變單元的第一輸入端接收第三參考訊號，脈寬調變單元的第二輸入端耦接運算單元的輸出端，以接收運算訊號，脈寬調變單元的輸出端產生脈寬調變訊號。第一增益單元耦接脈寬調變單元的輸出端，接收並增益脈寬調變訊號，以產生第一控制訊號。

在一實施例中，前述第二參考訊號可為但不限於三角波訊號或鋸齒波訊號，前述第三參考訊號可為但不限於振盪訊號。

在一實施例中，前述第一控制電路更包括補償單元。補償單元耦接於誤差訊號產生單元的第二輸入端及輸出端與回授單元之間，用以補償回授訊號與誤差訊號之間的增益值與相位值。

在一實施例中，前述補償單元包括第一阻抗單元與第二阻抗單元。第一阻抗單元具有第一端與第二端，第一阻抗單元的第一端耦接回授單元，以接收回授訊號，第一阻抗單元的第二端耦接誤差訊號產生單元的第二輸入端。第二阻抗單元具有第一端與第二端，第二阻抗單元的第一端耦接第一阻抗單元的第二端，第二阻抗單元的第二端耦接誤差訊號產生單元的輸出端。

在一實施例中，前述第二控制電路包括第二比較單元、第五電阻與第二增益單元。第二比較單元具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，第二比較單元的第一輸入端耦接調整單元，以接收調整訊號，第二比較單元的第二輸入端接收第四參考訊號，第二比較單元的輸出端產生第二比較訊號。第五電阻具有第一端與第二端，第五電阻的第一端接收第五參考訊號，第五電阻的第二端耦接調整單元。第二增益單元耦接第二比較單元的輸出端，接收並增益第二比較訊號，以產生第二控制訊號。

在一實施例中，前述第四參考訊號可為但不限於三角波訊號或鉅齒波訊號。

在一實施例中，前述調整單元可包括可變電阻。可變電阻具 有第一端與第二端，可變電阻的第一端產生調整訊號，可變電阻的第二端耦接接地端。

在一實施例中，前述發光二極體調光裝置更包括濾波單元與整流單元。濾波單元接收電源電壓，並對電源電壓進行濾波，以產生濾波電壓。整流單元耦接濾波單元，接收濾波電壓，並對濾波電壓進行整流，以產生工作電壓。

本發明所揭露之發光二極體調光裝置，其藉由依據電流偵測訊號、回授訊號與調整訊號，而改變第一控制訊號與第二控制訊號的電壓準位，以控制電壓轉換單元與第一開關單元進行切換，進而調整輸出電壓之脈波電壓的高度與寬度。如此一來，使得發光二極體燈泡或燈具單元在進行調光的過程中，不會發生閃爍的現象，並且發光二極體調光裝置具有高相容性、高功率因數、低總諧波失真、低電磁干擾等特性。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

以下所列舉的各實施例，將以相同的標號表示相同或相似的元件。

請參考「第1圖」所示，其為本發明之發光二極體調光裝置的示意圖。本實施例之發光二極體調光裝置100適於驅動發光二極體燈泡或燈具單元180，以對驅動發光二極體燈泡或燈具單元180進行調光。在一實施例中，發光二極體燈泡或燈具單元180 可包括一個發光二極體燈泡或燈具，此發光二極體燈泡或燈具的陽極端作為發光二極體燈泡或燈具單元180的陽極端，此發光二極體燈泡或燈具的陰極端作為發光二極體燈泡或燈具單元180的陰極端。

在另一實施例中，發光二極體燈泡或燈具單元180可包括多個發光二極體燈泡或燈具，且這些發光二極體燈泡或燈具以並聯連接成一個發光二極體陣列，此發光二極體陣列的陽極端作為發光二極體燈泡或燈具單元180的陽極端，此發光二極體陣列的陰極端作為發光二極體燈泡或燈具單元180的陰極端。

發光二極體調光裝置100包括電壓轉換單元110、回授單元120、第一開關單元130、調整單元140與控制單元150。電壓轉換單元110接收工作電壓VIN，並依據第一控制訊號GATE1，而將工作電壓VIN轉換成輸出電壓VO，並輸出前述輸出電壓VO至發光二極體燈泡或燈具單元180的陽極端。並且，電壓轉換單元110會產生電流偵測訊號VCS。在本實施例中，工作電壓VIN例如可由一輸入電源電路提供，此輸入電源電路可為但不限於交流電源或直流電源的輸入電源電路。

回授單元120耦接電壓轉換單元110，依照輸出電壓VO產生回授訊號VFB。第一開關單元130具有第一端、第二端與第三端，第一開關單元130的第一端耦接發光二極體燈泡或燈具單元180的陰極端，第一開關單元130的第二端接收第二控制訊號GATE2，以藉由第二控制訊號GATE2控制導通或不導通，第一開 關單元130的第三端耦接接地端GND。

調整單元140提供調整訊號VDIM。控制單元150耦接電壓轉換單元110、回授單元120、第一開關單元130的第二端與調整單元140，接收回授訊號VFB、電流偵測訊號VCS與調整訊號VDIM，而據以分別產生第一控制訊號GATE1與第二控制訊號GATE2。

當發光二極體調光裝置100開始運作時，電壓轉換單元110會依據第一控制訊號GATE1的電壓準位，而據以將工作電壓VIN轉換成輸出電壓VO，並將輸出電壓VO輸出給發光二極體燈泡或燈具單元180，以驅動發光二極體燈泡或燈具單元180。

舉例來說，當第一控制訊號GATE1的電壓準位為高電壓準位時，則電壓轉換單元110不會進行工作電壓VIN的轉換，亦即電壓轉換單元110進行儲能的操作；當第一控制訊號GATE1的電壓準位為低電壓準位，電壓轉換單元110會將工作電壓VIN轉換成輸出電壓VO，亦即電壓轉換單元110將儲能的電壓轉換成輸出電壓VO並輸出。

另一方面，電壓轉換單元110會於電壓轉換過程中，產生一電流偵測訊號VCS。並且，回授單元120依照輸出電壓VO，產生回授訊號VFB。另外，調整單元140可產生調整訊號VDIM。例如，使用者透過調整單元140來改變調整訊號VDIM的電壓準位。

接著，控制單元150例如可依據回授訊號VFB與電流偵測訊 號VCS，而據以產生第一控制訊號GATE1，亦即調整第一控制訊號GATE1的電壓準位，以控制電壓轉換單元110是否將工作電壓VIN轉換成輸出電壓VO，進而控制輸出電壓VO之電壓的高度。

另一方面，控制單元150例如可依據調整訊號VDIM，而據以產生第二控制訊號GATE2，亦即調整第二控制訊號GATE2的電壓準位，以控制第一開關單元130導通與不導通，以決定發光二極體燈泡或燈具單元180的陰極端是否連接至接地端GND，進而控制輸出電壓VO之脈波的寬度，並作為使發光二極體燈泡或燈具單元180的輸入電壓。

如此一來，藉由依據回授訊號VFB與電流偵測訊號VCS以及調整訊號VDIM，以調控輸出電壓VO的寬度與高度，使發光二極體燈泡或燈具單元180於調光過程中，不會發生閃爍的情況，且使得發光二極體調光裝置100具有高相容性、高功率因數(Power Factor,PF)、低總諧波失真(Total Harmonic Distortion,THD)與低電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)的特性。

請參考「第2圖」所示，其為本發明之發光二極體調光裝置的詳細示意圖。本實施例之發光二極體調光裝置200適於驅動發光二極體燈泡或燈具單元180，以對發光二極體燈泡或燈具單元180進行調光。發光二極體調光裝置200包括濾波單元210、整流單元220、電壓轉換單元110、回授單元120、第一開關單元130、調整單元140與控制單元150。

濾波單元210接收電源電壓VS，並對電源電壓VS進行濾波， 以產生濾波電壓，其中電源電壓VS例如為交流電壓。整流單元220耦接濾波單元210，接收濾波電壓，並對濾波電壓進行整流，以產生工作電壓VIN。

電壓轉換單元110包括電感L、第二開關單元230、第一電阻R1、第一二極體D1與第一電容C1。電感L具有第一端與第二端，電感L的第一端接收工作電壓VIN。

第二開關單元230具有第一端、第二端以及第三端，第二開關單元230的第一端耦接電感L的第二端，第二開關單元230的第二端接收第一控制訊號GATE1，電流偵測訊號VCS產生於第二開關單元230的第三端。

在本實施例中，第二開關單元230例如以N型電晶體實施。第二開關單元230的第一端例如為N型電晶體的汲極端(Drain)，第二開關單元230的第二端例如為N型電晶體的閘極端(Gate)，第二開關單元230的第三端例如為N型電晶體的源極端(Source)。然而，本發明不限於此，第二開關單元230亦可以P型電晶體或其他開關元件來實施。

第一電阻R1具有第一端與第二端，第一電阻R1的第一端耦接第二開關單元230的第三端，第一電阻R1的第二端耦接接地端GND。第一二極體D1具有陽極端與陰極端，第一二極體D1的陽極端耦接電感L的第二端，輸出電壓產生於第一二極體D1的陰極端。第一電容C1具有第一端與第二端，第一電容C1的第一端耦接第一二極體D1的陰極端，第一電容C1的第二端耦接接地端 GND。

回授單元120包括第三電阻R3與第四電阻R4。第三電阻R3具有第一端與第二端，第三電阻R3的第一端接收輸出電壓VO。第四電阻R4具有第一端與第二端，第四電阻R4的第一端耦接第三電阻R3的第二端，第四電阻R4的第二端耦接接地端GND。其中，回授單元120透過第三電阻R3與第四電阻R4的分壓，以於第四電阻R4的第一端產生回授訊號VFB(即第四電阻R4上的壓降)。

在本實施例中，第一開關單元130例如以N型電晶體實施。第一開關單元130的第一端例如為N型電晶體的汲極端，第一開關單元130的第二端例如為N型電晶體的閘極端，第一開關單元130的第三端例如為N型電晶體的源極端。然而，本發明不限於此，第一開關單元130亦可以P型電晶體或其他開關元件來實施。

調整單元140可包括一可變電阻RDIM。其中，可變電阻RDIM的第一端產生調整訊號VDIM，可變電阻RDIM的第二端耦接接地端GND。使用者例如可藉由操作調整單元，以改變可變電阻RDIM的電阻值，進而改變調整訊號VDIM的電壓準位。但本實施例不限於此，調整單元140亦可包括其他可改變調整訊號VDIM之電壓準位的元件。

控制單元150包括第一控制電路240與第二控制電路250。第一控制電路240依照回授訊號VFB與電流偵測訊號VCS，以產生第一控制訊號GATE1。第二控制電路250依照回應調整訊號 VDIM，以產生第二控制訊號GATE2。

進一步來說，第一控制電路240包括誤差訊號產生單元241、第一比較單元242、過電流保護單元243、運算單元244、脈寬調變單元245與第一增益單元246。誤差訊號產生單元241具有第一輸入端(例如正輸入端)、第二輸入端(例如負輸入端)與輸出端，誤差訊號產生單元241的第一輸入端(例如正輸入端)接收第一參考訊號VREF1，誤差訊號產生單元241的第二輸入端(例如負輸入端)接收回授訊號VFB，誤差訊號產生單元241依照第一參考訊號VREF1與回授訊號VFB，以於誤差訊號產生單元241的輸出端產生誤差訊號。

第一比較單元242具有第一輸入端(例如負輸入端)、第二輸入端(例如正輸入端)與輸出端，第一比較單元242的第一輸入端(例如負輸入端)耦接誤差訊號產生單元241的輸出端，第一比較單元242的第二輸入端(例如正輸入端)接收第二參考訊號VREF2，第一比較單元242依照誤差訊號以及第二參考訊號VREF2，以於第一比較單元242的輸出端產生第一比較訊號。

過電流保護單元243依照電流偵測訊號VCS，據以產生過電流保護訊號VOCP。運算單元244具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，運算單元244的第一輸入端耦接第一比較單元242的輸出端，以接收第一比較訊號，運算單元244的第二輸入端耦接過電流保護單元243，以接收過電流保護訊號VOCP，運算單元244的輸出端產生運算訊號。其中，運算單元244例如以及閘(AND Gate)來實施，但本發明不限於此，運算單元244亦可使用其他邏輯電路來實施。

脈寬調變單元245具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，脈寬調變單元245的第一輸入端接收第三參考訊號VREF3，脈寬調變單元245的第二輸入端耦接運算單元244的輸出端，以接收運算訊號，脈寬調變單元245的輸出端產生脈寬調變訊號VPWM。第一增益單元246耦接脈寬調變單元245的輸出端，接收並增益脈寬調變訊號VPWM，以產生第一控制訊號GATE1。

在一實施例中，第一控制電路240進一步包括補償單元247。補償單元247例如耦接於誤差訊號產生單元241的第二輸入端及輸出端與回授單元120之間，用以補償回授訊號VFB與誤差訊號之間的增益值與相位值。也就是說，藉由補償單元247來補償第一控制電路240所接收之回授訊號VFB與第一控制電路240所輸出之第一控制訊號GATE1之間的增益值與相位值。

更進一步來說，補償單元247可包括有第一阻抗單元248與第二阻抗單元249。第一阻抗單元248具有第一端與第二端，第一阻抗單元248的第一端耦接130回授單元(即第一阻抗單元248的第一端耦接第四電阻R4的第一端)，以接收回授訊號VFB，第一阻抗單元248的第二端耦接誤差訊號產生單元241的第二輸入端。第二阻抗單元249具有第一端與第二端，第二阻抗單元249的該第一端耦接第一阻抗單元248的第二端，第二阻抗單元249的第二端耦接誤差訊號產生單元241的輸出端。並且，使用者可 藉由調整第一阻抗單元248與第二阻抗單元249的阻抗值，以補償回授訊號VFB與誤差訊號之間的增益值與相位值。

第二控制電路250包括第二比較單元251、第五電阻R5與第二增益單元252。第二比較單元251具有第一輸入端(例如正輸入端)、第二輸入端(例如負輸入端)與輸出端，第二比較單元231的第一輸入端(例如正輸入端)耦接調整單元140，以接收調整訊號VDIM，第二比較單元251的第二輸入端(例如負輸入端)接收第四參考訊號VREF4，第二比較單元251的輸出端產生第二比較訊號。

第五電阻R5具有第一端與第二端，第五電阻R5的第一端接收第五參考訊號VREF5，第五電阻R5的第二端耦接調整單元140。第二增益單元252耦接第二比較單元251的輸出端，接收並增益第二比較訊號，以產生第二控制訊號GATE2。

在本實施例中，前述第二參考訊號VREF2例如為三角波訊號或鋸齒波訊號，前述第三參考訊號VREF3例如為振盪訊號，前述第四參考訊號VREF4例如為三角波訊號或鉅齒波訊號。另外，前述第一參考訊號VREF1與第五參考訊號VREF5的電壓準位可依使用者視需求自行調整，而第五參考訊號VREF5亦可使用工作電壓VIN。

以上大略說明了發光二極體調光裝置200之內部元件及其耦接關係。以下，將進一步說明發光二極體調光裝置200的操作。

首先，電源電壓VS經由濾波單元210與整流單元220進行濾 波與整流後，產生工作電壓VIN，且工作電壓VIN輸出至電壓轉換單元110。

假設，當第一控制訊號GATE1為高電壓準位時，第二開關單元230導通，使得工作電壓VIN經由電感L、第二開關單元230、電阻R1至接地端GND形成一導電路徑，則工作電壓VIN會對電感L進行充電。並且，第一電阻R1的第一端會產生電流偵測訊號VCS(亦即第一電阻R1上的壓降)，且電流偵測訊號VCS會輸出給控制單元240的過電流保護單元243。

接著，過電流保護單元243會依據電流偵測訊號VCS的電壓準位，而據以產生過電流保護訊號VOCP。假設，當電流偵測訊號VCS的電壓準位未達過電流的標準時，則過電流保護單元243例如輸出低電壓準位的過電流保護訊號VOCP，當電流偵測訊號VCS的電壓準位已達到過電流的標準時，則過電流保護單元243例如輸出高電壓準位的過電流保護訊號VOCP。並且，過電流保護單元243所產生的過電流保護訊號VOCP會輸出至運算單元244的第一輸入端。

此時，回授單元120所產生的回授訊號VFB輸出至控制單元240的誤差訊號產生單元241的第二輸入端。誤差訊號產生單元241藉由回授訊號VFB與第一參考訊號VREF1的誤差，產生誤差訊號，並將誤差訊號輸出至第一比較單元242的第一輸入端。

經由第一比較單元242將誤差訊號與第二參考訊號進行比較，因此第一比較單元242會產生第一比較訊號，並將第一比較 訊號輸出至運算單元244的第一輸入端。因此運算單單元244則依據第一比較單元242之第一比較訊號及過電流保護單元243之過電流保護訊號，而據以產生對應的運算訊號。

假設，當過電流保護訊號VOCP為高電壓準位時，則運算單元244例如產生高電壓準位的運算訊號，並傳送至脈寬調變單元245的第二輸入端。據此，脈寬調變單元245會以高電壓準位的運算訊號，將脈寬調變訊號VPWM轉換成低電壓準位，且此低電壓準位之脈寬調變訊號VPWM會於脈寬調變單元245的輸出端輸出到第一增益單元246。經由第一增益單元246增益後，將第一控制訊號GATE1轉換成低電壓準位，控制第二開關單元230截止。

另一方面，當過電流保護訊號VOCP為低電壓準位，此時，運算單元244輸出之運算訊號完全由第一比較單元242之第一比較訊號的電壓準位決定，例如第一比較訊號為高電壓準位，則運算單元244輸出之運算訊號也為高電壓準位，反之亦然。另外，脈寬調變單元245具有第一輸入端及第二輸入端，脈寬調變單元245之第一輸入端依照第三參考訊號VREF3(振盪訊號)，決定何時開始輸出高電壓準位的脈寬調變訊號VPWM(即何時開始導通第二開關單元230)，且此高電壓準位的脈寬調變訊號VPWM會於脈寬調變單元245的輸出端輸出。

並且，高電壓準位的脈寬調變訊號VPWM經由第一增益單元246增益後，產生高電壓準位的第一控制訊號GATE1，使得第二開關單元230導通。脈寬調變單元245之第二輸入端依照運算單 元244輸出之運算訊號，決定何時開始輸出低電壓準位的脈寬調變訊號VPWM(即何時開始截止第二開關單元230)。此低電壓準位的脈寬調變訊號VPWM會於脈寬調變單元245的輸出端輸出。接著，低電壓準位的脈寬調變訊號VPWM經由第一增益單元246增益後，產生低電壓準位的第一控制訊號GATE1，使得第二開關單元230截止。

當第一控制訊號GATE1為低電壓準位時，第二開關單元230截止，則電感L上的儲能電壓會經由二極體D1至第一電容C1，並對第一電容C1進行充電，以產生輸出電壓VO並輸出給發光二極體燈泡或燈具單元180。

另一方面，使用者可藉由操作調整單元140，以改變可變電阻RDIM的電阻值，進而改變調整電壓VDIM的電壓準位。當調整電壓VDIM的電壓準位大於第四參考電壓VREF4的電壓準位時，第二比較單元251的輸出端產生高電壓準位的第二比較訊號。並且，此高電壓準位的第二比較訊號經由第二增益單元252增益後，產生高電壓準位的第二控制訊號GATE2。接著，高電壓準位的第二控制訊號GATE2會傳送至第二開關單元130的第二端，使得第二開關單元130導通，進而讓發光二極體燈泡或燈具單元180的陰極端耦接接地端GND，亦即此時發光二極體調光裝置200才供電給發光二極體燈泡或燈具單元180。

當調整電壓VDIM的電壓準位小於第四參考電壓VREF4的電壓準位時，第二比較單元251的輸出端產生低電壓準位的第二比 較訊號。並且，此低電壓準位的第二比較訊號經由第二增益單元252增益後，產生低電壓準位的第二控制訊號GATE2。接著，低電壓準位的第二控制訊號GATE2會傳送至第二開關單元130的第二端，使得第二開關單元130不導通，進而讓發光二極體燈泡或燈具單元180的陰極端不會耦接接地端GND，亦即此時發光二極體調光裝置200不供電給發光二極體燈泡或燈具單元180。據此，調整輸出到發光二極體燈泡或燈具單元180之脈波電壓的寬度。

在本實施例中，藉由依據電流偵測訊號VCS與回授訊號VFB，改變第一控制訊號GATE1的電壓準位，以切換第二開關單元230導通或截止，使得電壓轉換單元110將工作電壓VIN轉換成輸出電壓VO，而據以調整輸出電壓VO之脈波的高度。另一方面，藉由調整電壓VDIM，改變第二控制訊號GATE2的電壓準位，以切換第一開關單元130導通或不導通，使得發光二極體單元燈泡或燈具180之陰極端耦接或不耦接接地端GND，而據以調整輸出電壓VO之脈波的寬度，亦即調整何時供電給發光二極體燈泡或燈具單元180。如此一來，在調光過程中，發光二極體單元燈泡或燈具180不會產生閃爍的現象，並且可使得發光二極體調光裝置200具有高相容性、高功率因數、低總諧波失真與低電磁干擾等特性。

請參考「第3圖」所示，其為本發明之發光二極體調光裝置的另一詳細示意圖。本實施例之發光二極體調光裝置300與「第2圖」之發光二極體調光裝置200差異在於電壓轉換單元100的內 部電路與其耦接關係。以下，將僅對電壓轉換單元100進行說明，而其餘元件與其耦接關係可參考「第2圖」之實施例的說明，故在此不再贅述。

電壓轉換單元110包括變壓器310、第三開關單元320、第二電阻R2、第二二極體D2與第二電容C2。變壓器310具有一次側與二次側，變壓器310之一次側的第一端接收工作電壓VIN，變壓器310之二次側的第二端耦接接地端GND，變壓器310之一次側的第二端與變壓器之二次側的第一端的極性相同。

第三開關單元320具有第一端、第二端與第三端，第三開關單元320的第一端耦接變壓器310之一次側的第二端，第三開關單元320的第二端接收第一控制訊號GATE1。

在本實施例中，第三開關單元320可以但不限於N型電晶體實施。第三開關單元320的第一端例如為N型電晶體的汲極端，第三開關單元320的第二端例如為N型電晶體的閘極端，第三開關單元320的第三端例如為N型電晶體的源極端。然而，本發明不限於此，第三開關單元320亦可以但不限於P型電晶體或其他開關元件來實施。

第二電阻R2具有第一端與第二端，第二電阻R2的第一端耦接第三開關單元320的第三端，第二電阻R2的第二端耦接接地端GND，電流偵測訊號VCS產生於第二電阻R2的第一端。第二二極體D2具有陽極端與陰極端，第二二極體D2的陽極端耦接變壓器310之二次側的第一端，第二二極體D2的陰極端產生輸出電壓 VO。第二電容C2具有第一端與第二端，第二電容C2的第一端耦接第二二極體D2的陰極端，第二電容C2的第二端耦接接地端GND。

當第一控制訊號GATE1為高電壓準位時，第二開關單元320導通，使得工作電壓VIN經由變壓器310之一次側的線圈、第二開關單元320、電阻R2至接地端GND形成一導電路徑，則工作電壓VIN會對變壓器310之一次側的線圈進行充電，使得變壓器310之一次側的線圈進行儲能的操作。並且，第二電阻R2的第一端會提供電流偵測訊號VCS(亦即第二電阻R2上的壓降)，且電流偵測訊號VCS會輸出給控制單元240的過電流保護單元243，以進行後續相應的操作。

另一方面，當第一控制訊號GATE1為低電壓準位時，第二開關單元230不導通，則變壓器310之二次側的線圈會感應變壓器310之一次側的線圈的儲能電壓，並將變壓器310之一次側的線圈的儲能電壓轉換至變壓器310之二次側的線圈上，且此儲能電壓會經由二極體D2至第二電容C2，並對第二電容C2進行充電，以產生輸出電壓VO。並且，發光二極體調光裝置300依照第一關關單元130的導通與否，決定何時將輸出電壓VO輸出給發光二極體燈泡或燈具單元180，進而達到發光二極體燈泡或燈具單元180的調光效果。

本實施例僅針對電壓轉換單元110的操作進行說明，而其餘元件的相關操作，則可參考「第2圖」之實施例的說明，故在此 不再贅述。並且，本實施例之發光二極體調光裝置300亦可在調光過程中，使得發光二極體燈泡或燈具單元180不會產生閃爍的現象，並且發光二極體調光裝置300亦具有高相容性、高功率因數、低總諧波失真與低電磁干擾等特性。

本發明之實施例所揭露的發光二極體調光裝置，其藉由依據電流偵測訊號、回授訊號與調整訊號，而改變第一控制訊號與第二控制訊號的電壓準位，以控制電壓轉換單元與第一開關單元進行切換，進而調整輸出電壓之脈波電壓的高度與寬度。如此一來，使得發光二極體燈泡或燈具單元在進行調光的過程中，不會發生閃爍的現象，並且發光二極體調光裝置具有高相容性、高功率因數、低總諧波失真、低電磁干擾等特性。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300‧‧‧發光二極體調光裝置

110‧‧‧電壓轉換單元

120‧‧‧回授單元

130‧‧‧第一開關單元

140‧‧‧調整單元

150‧‧‧控制單元

180‧‧‧發光二極體燈泡或燈具單元

210‧‧‧濾波單元

220‧‧‧整流單元

230‧‧‧第二開關單元

240‧‧‧第一控制電路

241‧‧‧誤差訊號產生單元

242‧‧‧第一比較單元

243‧‧‧過電流保護單元

244‧‧‧運算單元

245‧‧‧脈寬調變單元

246‧‧‧第一增益單元

247‧‧‧補償單元

248‧‧‧第一阻抗單元

249‧‧‧第二阻抗單元

250‧‧‧第二控制電路

251‧‧‧第二比較單元

252‧‧‧第二增益單元

310‧‧‧變壓器

320‧‧‧第三開關單元

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

L‧‧‧電感

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

RDIM‧‧‧可變電阻

GATE1‧‧‧第一控制訊號

GATE2‧‧‧第二控制訊號

VOCP‧‧‧過電流保護訊號

VIN‧‧‧工作電壓

VO‧‧‧輸出電壓

VCS‧‧‧電流偵測訊號

VFB‧‧‧回授訊號

VDIM‧‧‧調整訊號

VS‧‧‧電源電壓

VREF1‧‧‧第一參考訊號

VREF2‧‧‧第二參考訊號

VREF3‧‧‧第三參考訊號

VREF4‧‧‧第四參考訊號

VREF5‧‧‧第五參考訊號

VPWM‧‧‧脈寬調變訊號

GND‧‧‧接地端

第1圖為本發明之發光二極體調光裝置的示意圖。

第2圖為本發明之發光二極體調光裝置的詳細示意圖。

第3圖為本發明之發光二極體調光裝置的另一詳細示意圖。

100‧‧‧發光二極體調光裝置

110‧‧‧電壓轉換單元

120‧‧‧回授單元

130‧‧‧第一開關單元

140‧‧‧調整單元

150‧‧‧控制單元

180‧‧‧發光二極體燈泡或燈具單元

GATE1‧‧‧第一控制訊號

GATE2‧‧‧第二控制訊號

VIN‧‧‧工作電壓

VO‧‧‧輸出電壓

VCS‧‧‧電流偵測訊號

VFB‧‧‧回授訊號

VDIM‧‧‧調整訊號

GND‧‧‧接地端

Claims (13)

1. 一種發光二極體調光裝置，適於調整一發光二極體燈泡或燈具單元之亮度，該發光二極體調光裝置包括：一電壓轉換單元，接收一工作電壓，並依據一第一控制訊號，而將該工作電壓轉換成一輸出電壓，並輸出該輸出電壓至該發光二極體燈泡或燈具單元的陽極端，且電壓轉換單元產生一電流偵測訊號；一回授單元，耦接該電壓轉換單元，依照該輸出電壓，以產生一回授訊號；一第一開關單元，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第一開關單元的該第一端耦接該發光二極體燈泡或燈具單元的陰極端，該第一開關單元的該第二端接收一第二控制訊號，該第一開關單元的該第三端耦接接地端；一調整單元，提供一調整訊號；以及一控制單元，耦接該電壓轉換單元、該回授單元、該第一開關單元的該第二端與該調整單元，接收該回授訊號、該電流偵測訊號與該調整訊號，而據以分別產生該第一控制訊號與該第二控制訊號。
2. 如請求項1所述之發光二極體調光裝置，其中該電壓轉換單元包括：一電感，具有一第一端與一第二端，該電感的該第一端接收該工作電壓； 一第二開關單元，具有一第一端、一第二端以及一第三端，該第二開關單元的該第一端耦接該電感的該第二端，該第二開關單元的該第二端接收該第一控制訊號；一第一電阻，具有一第一端與一第二端，該第一電阻的該第一端耦接該第二開關單元的該第三端，該第一電阻的該第二端耦接接地端，該電流偵測訊號產生於該第一電阻的該第一端；一第一二極體，具有一陽極端與一陰極端，該第一二極體的該陽極端耦接該電感的該第二端，該輸出電壓產生於該第一二極體的該陰極端；以及一第一電容，具有一第一端與一第二端，該第一電容的該第一端耦接該第一二極體的該陰極端，該第一電容的該第二端耦接該接地端。
3. 如請求項1所述之發光二極體調光裝置，其中該電壓轉換單元包括：一變壓器，具有一一次側與一二次側，該變壓器之該一次側的第一端接收該工作電壓；一第三開關單元，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第三開關單元的該第一端耦接該變壓器之該一次側的第二端，該第三開關單元的該第二端接收該第一控制訊號；一第二電阻，具有一第一端與一第二端，該第二電阻的該第一端耦接該第三開關單元的該第三端，該第二電阻的該第二 端耦接接地端，該電流偵測訊號產生於該第二電阻的該第一端；一第二二極體，具有一陽極端與一陰極端，該第二二極體的該陽極端耦接該變壓器之該二次側的第一端，該第二二極體的該陰極端產生該輸出電壓；以及一第二電容，具有一第一端與一第二端，該第二電容的該第一端耦接該第二二極體的該陰極端，該第二電容的該第二端耦接接地端。
4. 如請求項1所述之發光二極體調光裝置，其中該回授單元包括：一第三電阻，具有一第一端與一第二端，該第三電阻的該第一端接收該輸出電壓；以及一第四電阻，具有一第一端與一第二端，該第四電阻的該第一端耦接該第三電阻的該第二端，該第四電阻的該第二端耦接接地端，該回授訊號產生於該第四電阻的該第一端。
5. 如請求項1所述之發光二極體調光裝置，其中該控制單元包括：一第一控制電路，依照該回授訊號與該電流偵測訊號，以產生該第一控制訊號；以及一第二控制電路，依照該調整訊號，以產生該第二控制訊號。
6. 如請求項5所述之發光二極體調光裝置，其中該第一控制電路包括：一誤差訊號產生單元，具有一第一輸入端、一第二輸入端 與一輸出端，該誤差訊號產生單元的該第一輸入端接收一第一參考訊號，該誤差訊號產生單元的該第二輸入端接收該回授訊號，該誤差訊號產生單元依照該第一參考訊號與該回授訊號，以於該誤差訊號產生單元的該輸出端產生一誤差訊號；一第一比較單元，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一比較單元的該第一輸入端耦接該誤差訊號產生單元的該輸出端，該第一比較單元的該第二輸入端接收一第二參考訊號，該第一比較單元依照該誤差訊號以及該第二參考訊號以於該第一比較單元的該輸出端產生一第一比較訊號；一過電流保護單元，依照該電流偵測訊號，據以產生一過電流保護訊號；一運算單元，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該運算單元的該第一輸入端耦接該第一比較單元的該輸出端，以接收該第一比較訊號，該運算單元的該第二輸入端耦接該過電流保護單元，以接收該過電流保護訊號，該運算單元的該輸出端產生一運算訊號；一脈寬調變單元，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該脈寬調變單元的該第一輸入端接收一第三參考訊號，該脈寬調變單元的該第二輸入端耦接該運算單元的該輸出端，以接收該運算訊號，該脈寬調變單元的該輸出端產生一脈寬調變訊號；以及一第一增益單元，耦接該脈寬調變單元的該輸出端，接收 並增益該脈寬調變訊號，以產生該第一控制訊號。
7. 如請求項6所述之發光二極體調光裝置，其中該第二參考訊號為一三角波訊號或一鋸齒波訊號，該第三參考訊號為一振盪訊號。
8. 如請求項6所述之發光二極體調光裝置，其中該第一控制電路更包括：一補償單元，耦接於該誤差訊號產生單元的該第二輸入端及該輸出端與該回授單元之間，用以補償該回授訊號與該誤差訊號之間的一增益值與一相位值。
9. 如請求項8所述之發光二極體調光裝置，其中該補償單元包括：一第一阻抗單元，具有一第一端與一第二端，該第一阻抗單元的該第一端耦接該回授單元，以接收該回授訊號，該第一阻抗單元的該第二端耦接該誤差訊號產生單元的該第二輸入端；以及一第二阻抗單元，具有一第一端與一第二端，該第二阻抗單元的該第一端耦接該第一阻抗單元的該第二端，該第二阻抗單元的該第二端耦接該誤差訊號產生單元的該輸出端。
10. 如請求項5所述之發光二極體調光裝置，其中該第二控制電路包括：一第二比較單元，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第二比較單元的該第一輸入端耦接該調整單元，以接收該調整訊號，該第二比較單元的該第二輸入端接收一第四 參考訊號，該第二比較單元的該輸出端產生一第二比較訊號；一第五電阻，具有一第一端與一第二端，該第五電阻的該第一端接收一第五參考訊號，該第五電阻的該第二端耦接該調整單元；以及一第二增益單元，耦接該第二比較單元的該輸出端，接收並增益該第二比較訊號，以產生該第二控制訊號。
11. 如請求項10所述之發光二極體調光裝置，其中該第四參考訊號為一三角波訊號或一鉅齒波訊號。
12. 如請求項1所述之發光二極體調光裝置，其中該調整單元包括一可變電阻，該可變電阻具有一第一端與一第二端，該可變電阻的該第一端產生該調整訊號，該可變電阻的該第二端耦接接地端。
13. 如請求項1所述之發光二極體調光裝置，更包括：一濾波單元，接收一電源電壓，並對該電源電壓進行濾波，以產生一濾波電壓；以及一整流單元，耦接該濾波單元，接收該濾波電壓，並對該濾波電壓進行整流，以產生該工作電壓。