TW201417620A - 具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置及其運作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置及其運作方法。維持電流電路包含輸入端、維持電阻、調節器、第一電阻、第二電阻、設定電阻、控制單元及電晶體開關。維持電阻與調節器、第一電阻與第二電阻以及電晶體開關與設定電阻分別串接於輸入端與接地端之間。控制單元分別耦接至電晶體開關、維持電阻與調節器之間以及第一電阻與第二電阻之間。控制單元接收維持電阻與調節器之間的第一電壓以及第一電阻與第二電阻之間的第二電壓並輸出控制訊號以控制電晶體開關選擇性地關閉。

Description

具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置及其運作方法
本發明係與發光二極體之驅動有關，特別是關於一種具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置及其運作方法。
請參照圖1及圖2，圖1係繪示一般的三極交流開關(TRI-ELECTRODE AC SWITCH,TRIAC)電路之示意圖；圖2係繪示圖1的三極交流開關電路應用於照明電路之示意圖。如圖所示，三極交流開關TRIAC是一閘極控制開關，亦稱為雙向性三極閘流體，其無論於正向或反向電壓下皆可導通。若三極交流開關電路1應用於照明產品時，三極交流開關電路1可透過改變可變電阻R1的電阻值來調整照明產品的亮度。其係利用交流電壓的大小，當其經過三極交流開關電路時，三極交流開關電路1透過改變可變電阻R1的電阻值來調整電壓的導通角度，相對應地改變照明產品的亮度。
然而，以目前的發光二極體(LED)產品而言，如同圖2加上三極交流開關電路1後，往往會因為三極交流開關電路1在電壓電流很低的情況下運作不穩定，導致輸入電壓VIN在低導通角電壓時不穩定，出現電壓大小異狀的波形圖，如圖3B中之不同大小的電壓波形VS1與VS2所示。若輸入電壓VIN在低導通角電壓時為零，甚至會造成發光二極體裝置24出現閃爍的現象。
目前最常見的解決方式是於照明電路2中加入一個維持電流(Holding current)電路20。圖4係繪示傳統的維持電流電 路20之一實施例。如圖4所示，在輸入電壓VIN與調節器REG之間設置一電阻RH，並且電晶體開關MOS之閘極耦接至電阻RH與調節器REG之間。由於調節器REG會產生電壓VF，在設定電阻RSET端會形成接近電壓VF的電壓值，故可藉由調整設定電阻RSET的電阻值產生一電流。此電流即可應用於照明電路中作為維持電流，使得輸入電壓VIN在低導通角電壓時維持穩定，出現電壓大小相等的波形圖，如圖3C中之相同大小的電壓波形VS1’與VS2’所示。
然而，將圖4之維持電流電路20應用於具有三極交流開關TRIAC之照明電路2中之最大缺點在於：當電壓愈高時，消耗的功率也愈大，導致照明產品出現功率消耗瓦特數過高以及過熱的問題。此外，由於設置於發光二極體裝置24下端之電流源電路22的電壓及電流都會變大，導致其消耗功率P過大(如圖5B所示)因而產生過熱的問題，亟需克服。
因此，本發明提出一種具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置及其運作方法，以解決上述問題。
根據本發明之一具體實施例為一種具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置。於此實施例中，發光二極體驅動裝置之維持電流電路包含輸入端、維持電阻、調節器、第一電阻、第二電阻、設定電阻、控制單元及電晶體開關。輸入端接收一輸入電壓。維持電阻耦接輸入端。調節器耦接於維持電阻與接地端之間。第一電阻耦接輸入端。第二電阻耦接於第一電阻及接地端之間。設定電阻耦接至接地端。
控制單元分別耦接至維持電阻與調節器之間以及第一電阻與第二電阻之間。控制單元接收維持電阻與調節器之間的第一電壓以及第一電阻與第二電阻之間的第二電壓並輸出控制訊號。電晶體開關分別耦接輸入端、設定電阻及控制單元。電晶體開關接收控制訊號並根據控制訊號選擇性地關閉。
根據本發明之另一具體實施例為一種具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置的運作方法。於此實施例中，維持電流電路包含輸入端、維持電阻、調節器、第一電阻、第二電阻、設定電阻、控制單元及電晶體開關。維持電阻與調節器串接於輸入端與接地端之間。第一電阻與第二電阻串接於輸入端與接地端之間。電晶體開關與設定電阻串接於輸入端與接地端之間。控制單元分別耦接至電晶體開關、維持電阻與調節器之間以及第一電阻與第二電阻之間。
該運作方法包含下列步驟：(a)控制單元接收維持電阻與調節器之間的第一電壓以及第一電阻與第二電阻之間的第二電壓並輸出控制訊號；(b)根據控制訊號選擇性地關閉電晶體開關。
相較於先前技術，根據本發明的具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置及其運作方法可達成下列功效：(1)使得輸入電壓VIN在低導通角電壓時仍能維持穩定，故可避免發光二極體裝置出現閃爍的現象；(2)有效解決先前技術中當輸入電壓VIN過大時所產生之功率消耗過大及過熱等問題。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之一具體實施例為一種具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置。於此實施例中，具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置係用以驅動發光二極體發出光線，但不以此為限。具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置包含有三極交流開關電路。發光二極體驅動裝置可利用交流電壓的大小，當其經過三極交流開關電路時，三極交流開關電路透過改變其可變電阻的電阻值來調整電壓的導通角度，相對應地改變發光二極體的發光亮度。
請參照圖6，圖6係繪示此實施例之發光二極體驅動裝置的維持電流電路之示意圖。如圖6所示，發光二極體驅動裝置的維持電流電路6包含有輸入端IN、維持電阻RH、電阻RA1~RA3、電晶體開關MOS、調節器REG、設定電阻RSET及整流器SCR。需說明的是，第三電阻RA3及整流器SCR係設置於控制單元CU內。輸入端IN具有輸入電壓VIN。其中，電晶體開關MOS可採用金氧半場效電晶體；整流器SCR可採用矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier,SCR)，但不以此為限。
電阻RH與調節器REG係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。電阻RA1與RA2係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。電晶體開關MOS與設定電阻RSET係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。電阻RA3之一端耦接電晶體開關MOS之閘極，且其另一端耦接至維持電阻RH與調節器REG之間的接點K。接點K具有電壓VF。整流器SCR之陽極耦接至電阻RA3與電晶體開關MOS的閘極之間，其陰極耦接至接地端，且其閘極耦接至電阻RA1與RA2之間的接點J。 接點J具有電阻RA1與RA2對於輸入電壓VIN形成的分壓電壓VDIV。
發光二極體驅動裝置的維持電流電路6設置有整流器SCR以控制電晶體開關MOS之開啟或關閉。由於整流器SCR之閘極耦接至電阻RA1與RA2之間的接點J，所以其開關電壓之大小係以電阻RA1與RA2對於輸入電壓VIN形成的分壓電壓VDIV作為參考電壓。當輸入電壓VIN的電壓值高於一預設電壓值時，電晶體開關MOS將會關閉而使得電流無法流過。也就是說，當輸入電壓VIN的導通角變大時，發光二極體驅動裝置會將維持電流電路6關閉，以減少不必要的功率消耗，如圖7所示。比較圖7與先前技術的圖5B可知：本發明之發光二極體驅動裝置可大幅減少不必要的功率浪費，達到省電及防止過熱之功效。
於另一實施例中，發光二極體驅動裝置的維持電流電路亦可採用比較器控制電晶體開關之開啟或關閉。請參照圖8，圖8係繪示此實施例之發光二極體驅動裝置的維持電流電路之示意圖。如圖8所示，發光二極體驅動裝置的維持電流電路8包含有輸入端IN、維持電阻RH、電阻RA1及RA2、電晶體開關MOS、調節器REG、比較器COMP及設定電阻RSET。需說明的是，比較器COMP係設置於控制單元CU內。其中，電晶體開關MOS可採用金氧半場效電晶體，但不以此為限。輸入端IN具有輸入電壓VIN。
維持電阻RH與調節器REG係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。電阻RA1與RA2係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。電晶體開關MOS與設定電阻RSET係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。比較器COMP的兩輸入端+及-分 別耦接至維持電阻RH與調節器REG之間的接點K以及電阻RA1與RA2之間的接點J。比較器COMP的輸出端則耦接至電晶體開關MOS的閘極。接點J具有電阻RA1與RA2對於輸入電壓VIN形成的分壓電壓VDIV。
發光二極體驅動裝置的維持電流電路8設置有比較器COMP以控制電晶體開關MOS之開啟或關閉。由於比較器COMP的兩輸入端+及-分別耦接至維持電阻RH與調節器REG之間的接點K以及電阻RA1與RA2之間的接點J，所以比較器COMP的正輸入端+係以調節器REG的定電壓(亦即電壓VF)作為參考電壓，而比較器COMP的負輸入端-係以電阻RA1與RA2對於輸入電壓VIN形成的分壓電壓VDIV作為參考電壓。
若比較器COMP比較調節器電壓VF與分壓電壓VDIV的比較結果是分壓電壓VDIV大於調節器電壓VF，電晶體開關MOS將會關閉而使得電流無法流過。也就是說，當輸入電壓VIN的導通角變大時，發光二極體驅動裝置會將維持電流電路8關閉，以減少不必要的功率消耗，如圖7所示。比較圖7與先前技術的圖5B可知：本發明之發光二極體驅動裝置可大幅減少不必要的功率浪費，達到省電及防止過熱之功效。
於另一實施例中，發光二極體驅動裝置的維持電流電路亦可採用雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)來控制電晶體開關之開啟或關閉。請參照圖9，圖9係繪示此實施例之發光二極體驅動裝置的維持電流電路之示意圖。如圖9所示，發光二極體驅動裝置的維持電流電路9包含有輸入端IN、維持電阻RH、電阻RA1~RA3、電晶體開關MOS、 調節器REG、設定電阻RSET及雙極性接面電晶體BJT。需說明的是，第三電阻RA3及雙極性接面電晶體BJT係設置於控制單元CU內。其中，電晶體開關MOS可採用金氧半場效電晶體，但不以此為限。輸入端IN具有輸入電壓VIN。
維持電阻RH與調節器REG係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。電阻RA1與RA2係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。電晶體開關MOS與設定電阻RSET係串接於輸入電壓VIN與接地端之間。電阻RA3之一端耦接電晶體開關MOS之閘極，且其另一端耦接至維持電阻RH與調節器REG之間的接點K。接點K具有電壓VF。雙極性接面電晶體BJT之集極耦接至電阻RA3與電晶體開關MOS的閘極之間，其射極耦接至接地端，且其基極耦接至電阻RA1與RA2之間的接點J。接點J具有電阻RA1與RA2對於輸入電壓VIN形成的分壓電壓VDIV。
發光二極體驅動裝置的維持電流電路6設置有雙極性接面電晶體BJT以控制電晶體開關MOS之開啟或關閉。由於雙極性接面電晶體BJT之基極耦接至電阻RA1與RA2之間的接點J，所以其開關電壓之大小係以電阻RA1與RA2對於輸入電壓VIN形成的分壓電壓VDIV作為參考電壓，當輸入電壓VIN的電壓值高於一預設電壓值時，電晶體開關MOS將會關閉而使得電流無法流過。也就是說，當輸入電壓VIN的導通角變大時，發光二極體驅動裝置會將維持電流電路9關閉，以減少不必要的功率消耗，如圖7所示。比較圖7與先前技術的圖5B可知：本發明之發光二極體驅動裝置可大幅減少不必要的功率浪費，達到省電及防止過熱之功效。
根據本發明之另一具體實施例為一種具有維持電流電路 之發光二極體驅動裝置的運作方法。於此實施例中，維持電流電路包含輸入端、維持電阻、調節器、第一電阻、第二電阻、設定電阻、控制單元及電晶體開關。維持電阻與調節器串接於輸入端與接地端之間。第一電阻與第二電阻串接於輸入端與接地端之間。電晶體開關與設定電阻串接於輸入端與接地端之間。控制單元分別耦接至電晶體開關、維持電阻與調節器之間以及第一電阻與第二電阻之間。
請參照圖10，圖10係繪示此實施例之發光二極體驅動裝置的維持電流電路之運作方法的流程圖。如圖10所示，首先，該方法執行步驟S10，控制單元接收維持電阻與調節器之間的第一電壓以及第一電阻與第二電阻之間的第二電壓並輸出控制訊號。其中，第一電壓係為調節器產生，第二電壓係為第一電阻及第二電阻對於輸入電壓進行分壓而得，但不以此為限。接著，該方法執行步驟S12，根據控制訊號選擇性地關閉電晶體開關。當電晶體開關處於關閉狀態下時，電流即無法通過，故能夠藉以避免當輸入電壓過大時所產生之功率消耗過大及過熱等問題。
於一實施例中，控制單元可包含有第三電阻及整流器。第三電阻之一端耦接至維持電阻與調節器之間，其另一端耦接至電晶體開關之閘極。整流器分別耦接至第三電阻與電晶體開關之閘極之間、第一電阻與第二電阻之間以及接地端。整流器係用以控制電晶體開關之開啟或關閉。當輸入電壓的電壓值高於一預設電壓值時，電晶體開關將會關閉而使得電流無法流過。也就是說，當輸入電壓的導通角變大時，發光二極體驅動裝置會將維持電流電路關閉，以減少不必要的功率消耗。
於另一實施例中，控制單元包含有比較器，其兩輸入端分別耦接至維持電阻與調節器之間以及第一電阻與第二電阻之間，其輸出端耦接至電晶體開關之閘極。比較器係用以控制電晶體開關之開啟或關閉。比較器的正輸入端係以調節器的定電壓作為參考電壓，而比較器的負輸入端係以第一電阻與第二電阻對於輸入電壓形成的分壓電壓作為參考電壓。若比較器比較調節器電壓與分壓電壓的比較結果是分壓電壓大於調節器電壓，電晶體開關將會關閉而使得電流無法流過。也就是說，當輸入電壓的導通角變大時，發光二極體驅動裝置會將維持電流電路關閉，以減少不必要的功率消耗。
於另一實施例中，控制單元包含有第三電阻及雙極性接面電晶體，第三電阻之一端耦接至維持電阻與調節器之間，其另一端耦接至電晶體開關之閘極，雙極性接面電晶體分別耦接至第三電阻與電晶體開關之閘極之間、第一電阻與第二電阻之間以及接地端。雙極性接面電晶體係用以控制電晶體開關之開啟或關閉。當輸入電壓的電壓值高於一預設電壓值時，電晶體開關將會關閉而使得電流無法流過。也就是說，當輸入電壓的導通角變大時，發光二極體驅動裝置會將維持電流電路關閉，以減少不必要的功率消耗。
相較於先前技術，根據本發明的發光二極體驅動裝置及其運作方法可達成下列功效：(1)使得輸入電壓VIN在低導通角電壓時仍能維持穩定，故可避免發光二極體裝置出現閃爍的現象；(2)有效解決先前技術中當輸入電壓VIN過大時所產生之功率消耗過大及過熱等問題。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚 描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
S10~S12‧‧‧流程步驟
6、8、9‧‧‧維持電流電路
IN‧‧‧輸入端
VIN‧‧‧輸入電壓
RH‧‧‧維持電阻
K、J‧‧‧接點
VF‧‧‧第一電壓
VDIV‧‧‧第二電壓
REG‧‧‧調節器
RA1‧‧‧第一電阻
RA2‧‧‧第二電阻
CU‧‧‧控制單元
MOS‧‧‧電晶體開關
RSET‧‧‧設定電阻
SCR‧‧‧整流器
RA3‧‧‧第三電阻
COMP‧‧‧比較器
+‧‧‧正輸入端
-‧‧‧負輸入端
BJT‧‧‧雙極性接面電晶體
P‧‧‧消耗功率
VS1~VS2、VS1’~VS2’‧‧‧電壓波形
TRIAC‧‧‧三極交流開關
1‧‧‧三極交流開關電路
R1‧‧‧可變電阻
20‧‧‧傳統的維持電流電路
22‧‧‧電流源電路
24‧‧‧發光二極體裝置
C1~C3‧‧‧電容
L‧‧‧電感
R2‧‧‧電阻
AC IN‧‧‧交流電輸入端
AC OUT‧‧‧交流電輸出端
圖1係繪示一般的三極交流開關(TRI-ELECTRODE AC SWITCH,TRIAC)電路之示意圖。
圖2係繪示圖1的三極交流開關電路應用於照明電路之示意圖。
圖3A係繪示輸入電壓的波形圖；圖3B係繪示由於三極交流開關電路所導致之不穩定的電壓波形圖；圖3C係繪示透過維持電流電路回復成穩定的電壓波形圖。
圖4係繪示傳統的維持電流電路之一實施例。
圖5A係繪示輸入電壓的波形圖；圖5B係繪示採用傳統的維持電流電路時所導致之過大的消耗功率之示意圖。
圖6係繪示根據本發明之一具體實施例之發光二極體驅動裝置的維持電流電路之示意圖。
圖7係繪示採用本發明的維持電流電路時消耗功率明顯減少之示意圖。
圖8係繪示根據本發明之另一具體實施例之發光二極體驅動裝置的維持電流電路之示意圖。
圖9係繪示根據本發明之另一具體實施例之發光二極體驅動裝置的維持電流電路之示意圖。
圖10係繪示根據本發明之另一具體實施例之具有維持電流電路之發光二極體驅動裝置的運作方法之流程圖。
6‧‧‧維持電流電路
IN‧‧‧輸入端
VIN‧‧‧輸入電壓
RH‧‧‧維持電阻
K、J‧‧‧接點
VF‧‧‧第一電壓
VDIV‧‧‧第二電壓
REG‧‧‧調節器
RA1‧‧‧第一電阻
RA2‧‧‧第二電阻
CU‧‧‧控制單元
MOS‧‧‧電晶體開關
RSET‧‧‧設定電阻
SCR‧‧‧整流器
RA3‧‧‧第三電阻

Claims (11)

  1. 一種發光二極體驅動裝置的維持電流電路，包含：一輸入端，接收一輸入電壓；一維持電阻，耦接該輸入端；一調節器，耦接於該維持電阻與接地端之間；一第一電阻，耦接該輸入端；一第二電阻，耦接於該第一電阻及接地端之間；一設定電阻，耦接至接地端；一控制單元，分別耦接至該維持電阻與該調節器之間以及該第一電阻與該第二電阻之間，該控制單元接收該維持電阻與該調節器之間的一第一電壓以及該第一電阻與該第二電阻之間的一第二電壓並輸出一控制訊號；以及一電晶體開關，分別耦接該輸入端、該設定電阻及該控制單元，該電晶體開關接收該控制訊號並根據該控制訊號選擇性地關閉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置的維持電流電路，其中該控制單元包含有：一第三電阻，其一端耦接至該維持電阻與該調節器之間，另一端耦接至該電晶體開關之閘極；以及一整流器，分別耦接至該第三電阻與該電晶體開關之閘極之間、該第一電阻與該第二電阻之間以及接地端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置的維持電流電路，其中該控制單元包含有：一比較器，其兩輸入端分別耦接至該維持電阻與該調節 器之間以及該第一電阻與該第二電阻之間，其輸出端耦接至該電晶體開關之閘極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置的維持電流電路，其中該控制單元包含有：一第三電阻，其一端耦接至該維持電阻與該調節器之間，另一端耦接至該電晶體開關之閘極；以及一雙極性接面電晶體，分別耦接至該第三電阻與該電晶體開關之閘極之間、該第一電阻與該第二電阻之間以及接地端。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置的維持電流電路，其中該第一電壓係為該調節器產生，該第二電壓係為該第一電阻及該第二電阻對於該輸入電壓進行分壓而得。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動裝置的維持電流電路，其中該整流器係為矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier,SCR)。
  7. 一種運作具有一維持電流電路之一發光二極體驅動裝置的方法，該維持電流電路包含一輸入端、一維持電阻、一調節器、一第一電阻、一第二電阻、一設定電阻、一控制單元及一電晶體開關，該維持電阻與該調節器串接於該輸入端與接地端之間，該第一電阻與該第二電阻串接於該輸入端與接地端之間，該電晶體開關與該設定電阻串接於該輸入端與接地端之間，該控制單元分別耦接至該電晶體開關、該維持電阻與該調節器之間以及該第一電阻與該第二電阻之 間，該方法包含下列步驟：(a)該控制單元接收該維持電阻與該調節器之間的一第一電壓以及該第一電阻與該第二電阻之間的一第二電壓並輸出一控制訊號；以及(b)根據該控制訊號選擇性地關閉該電晶體開關。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之運作方法，其中該控制單元包含有一第三電阻及一整流器，該第三電阻之一端耦接至該維持電阻與該調節器之間，其另一端耦接至該電晶體開關之閘極，該整流器分別耦接至該第三電阻與該電晶體開關之閘極之間、該第一電阻與該第二電阻之間以及接地端。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之運作方法，其中該控制單元包含有一比較器，其兩輸入端分別耦接至該維持電阻與該調節器之間以及該第一電阻與該第二電阻之間，其輸出端耦接至該電晶體開關之閘極。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之運作方法，其中該控制單元包含有一第三電阻及一雙極性接面電晶體，該第三電阻之一端耦接至該維持電阻與該調節器之間，其另一端耦接至該電晶體開關之閘極，該雙極性接面電晶體分別耦接至該第三電阻與該電晶體開關之閘極之間、該第一電阻與該第二電阻之間以及接地端。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之運作方法，其中該第一電壓係為該調節器產生，該第二電壓係為該第一電阻及該第二電阻對於該輸入電壓進行分壓而得。
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