TW201434345A - 驅動模組及其照明裝置 - Google Patents

Abstract

一種驅動模組及其照明裝置，其中驅動模組包含一參考電壓產生電路、一偵測電路和一開關電路。參考電壓產生電路根據一輸入電壓和一輸出電壓，以產生一第一參考電壓和一第二參考電壓。偵測電路比較第一參考電壓和第二參考電壓，並輸出一控制電壓。控制電壓控制輸入電壓對開關電路充電，或控制開關電路放電，以調整一供應給發光元件單元的負載電壓。

Description

驅動模組及其照明裝置

本提案是關於一種照明裝置，特別是一種具有驅動模組之照明裝置。

近年來，發光二極體(light emitting diode,LED)的應用領域不斷地被開發。不同於一般白熾燈泡，發光二極體係屬冷發光，因此具有耗電量低、元件壽命長、無須暖燈時間以及反應速度快等優點。此外，發光二極體的體積小、耐震動、適合量產的特性，因此容易配合應用需求而製成極小或陣列式的元件，使得發光二極體已普遍應用於多種資訊、通訊及消費性電子產品上。例如，發光二極體除了應用於戶外各種顯示器及交通號誌燈外，另外更廣泛地應用於可攜式產品上，例如行動電話與個人數位助理(personal digital assistant，PDA)等產品。由於發光二極體的應用越來越廣泛，如何設計更穩定的發光二極體的驅動電路也越來越受到重視。

由於發光二極體是一種直接將電能轉換成光能的半導體裝置，並且發光二極體的正向偏壓電流會隨著其正向偏壓呈指數型的增加，因此一般會使用電流源來驅動發光二極體，以使不同的發光二極體能達到較一致的發光度。

然而，當發光二極體之順向電壓偏離理想值時，順向電壓的差異會由電流源來吸收。因此，在發光二極體的 驅動電路中，一般會將電流源上的跨壓值設計得較理想狀況為大。此時，電流源上多餘的跨壓乘上電流值即為多餘無效的能量，此多餘無效的能量會產生大量熱能，造成系統散熱及可靠度的問題。倘若此發光二極體的驅動電路應用於高亮度大電流要求的應用時，往往因為電流源上多餘的跨壓及大正向電流而造成更嚴重的散熱困難，影響產品的可靠度及壽命。

因此，如何適當的驅動作為光源的發光二極體，使發光二極體能發揮其特性之優點及降低發熱的問題已成為當今重要的課題。

有鑑於以上的問題，本揭露提出一種驅動模組及其照明裝置。藉由控制供應給發光元件的能量，以降低能源的消耗，避免系統發熱。

本發明所揭露之驅動模組，適於驅動一發光元件單元。驅動模組包含一參考電壓產生電路、一偵測電路和一開關電路。參考電壓產生電路根據一輸入電壓和一輸出電壓，以產生一第一參考電壓和一第二參考電壓。偵測電路比較第一參考電壓和第二參考電壓，並輸出一控制電壓。控制電壓控制輸入電壓對開關電路充電，或控制開關電路放電，以調整一供應給發光元件單元的負載電壓。

在一實施例中，上述開關電路包含一第一開關和一充放電單元。第一開關電性連接偵測電路。第一開關根據控制電壓，控制輸入電壓對充放電單元充電，以及控制充放電單元放電，以提供負載電壓。

更進一步地說，上述充放電單元包含一電容、一順向元件和一第二開關。電容提供負載電壓。順向元件電性 連接電容。第二開關電性連接該順向元件。第一開關根據控制電壓控制第二開關導通，以控制輸入電壓是否經由第二開關和順向元件而對電容充電。第一開關根據控制電壓控制第二開關關閉，以控制電容放電。

在一實施例中，參考電壓產生電路包含一第一分壓產生單元和一第二分壓產生單元。第一分壓產生單元根據輸入電壓，提供第一參考電壓。第二分壓產生單元根據輸出電壓，提供第二參考電壓。

在一實施例中，上述偵測電路包含一比較元件和一邏輯控制單元。比較元件接收第一參考電壓和第二參考電壓。邏輯控制單元電性連接比較元件和開關電路。邏輯控制單元根據比較單元的輸出，提供控制電壓。

更進一步地說，上述邏輯控制單元包含兩個並聯的反向元件。這些反向元件接收比較元件的輸出，以提供控制電壓。

本發明所揭露之一照明裝置包含一驅動模組和一發光元件單元。驅動模組包含一參考電壓產生電路、一偵測電路和一開關電路。參考電壓產生電路根據一輸入電壓和一輸出電壓，以產生一第一參考電壓和一第二參考電壓。偵測電路比較第一參考電壓和第二參考電壓，並輸出一控制電壓。控制電壓用以控制輸入電壓對開關電路充電，或控制開關電路放電，以調整一供應給發光元件單元的負載電壓。

在一實施例中，上述開關電路包含一第一開關和一充放電單元。第一開關電性連接偵測電路。第一開關根據控制電壓，控制輸入電壓對充放電單元充電，以及控制充放電單元放電，以提供負載電壓。

更進一步地說，上述充放電單元包含一電容、一 順向元件和一第二開關。電容提供負載電壓。順向元件電性連接電容。第二開關電性連接該順向元件。第一開關根據控制電壓控制第二開關導通，以控制輸入電壓是否經由第二開關和順向元件而對電容充電。第一開關根據控制電壓控制第二開關關閉，以控制電容放電。

在一實施例中，參考電壓產生電路包含一第一分壓產生單元和一第二分壓產生單元。第一分壓產生單元根據輸入電壓，提供第一參考電壓。第二分壓產生單元根據輸出電壓，提供第二參考電壓。

在一實施例中，上述偵測電路包含一比較元件和一邏輯控制單元。比較元件接收第一參考電壓和第二參考電壓。邏輯控制單元電性連接比較元件和開關電路。邏輯控制單元根據比較單元的輸出，提供控制電壓。

更進一步地說，上述邏輯控制單元包含兩個並聯的反向元件。這些反向元件接收比較元件的輸出，以提供控制電壓。

本發明利用驅動模組的設計，控制供應給發光元件單元的能量，以降低能源的消耗，避免系統發熱。此外，本發明透過電源相位的偵測，以控制開關電路運作的時間，如此一來，可達到精確的控制。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

10‧‧‧照明裝置

110‧‧‧直流電源模組

111‧‧‧整流電路

112‧‧‧濾波穩壓電路

120‧‧‧驅動模組

121‧‧‧參考電壓產生電路

122‧‧‧偵測電路

123‧‧‧開關電路

130‧‧‧發光元件單元

210‧‧‧濾波電路

220‧‧‧穩壓電路

230‧‧‧第一分壓產生單元

240‧‧‧第二分壓產生單元

250‧‧‧邏輯控制單元

260‧‧‧充放電單元

AC‧‧‧交流電源

Vr‧‧‧輸入電壓

Vf‧‧‧輸出電壓

V1‧‧‧第一參考電壓

V2‧‧‧第二參考電壓

Scon‧‧‧控制電壓

Vo‧‧‧負載電壓

VDD‧‧‧系統電壓源

R1至R11‧‧‧電阻

C1至C4‧‧‧電容

D1、D2‧‧‧順向元件

Z1、Z2‧‧‧箝位元件

OP‧‧‧比較元件

N1、N2‧‧‧反向元件

Q1‧‧‧第一開關

Q2‧‧‧第二開關

W‧‧‧運作期間

UW‧‧‧非運作期間

第1圖為根據本發明之照明裝置的方塊示意圖。

第2圖為根據本發明之第1圖的一實施例的濾波穩壓電路 的結構示意圖。

第3圖為根據本發明之第1圖的一實施例的參考電壓產生電路和偵測電路的結構示意圖。

第4圖為根據本發明之第1圖的一實施例的開關電路的結構示意圖。

第5圖為根據本發明之第1圖的偵測電路中第一參考電壓和第二參考電壓的波形示意圖。

第6圖為根據本發明之第1圖的偵測電路中控制電壓的時序圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

如「第1圖」所示，其為本發明之照明裝置的方塊示意圖。照明裝置10包含一直流電源模組110、一驅動模組120和一發光元件單元130。

直流電源模組110用以將交流電源AC轉換成一直流的輸出電壓Vf。直流電源模組110包含一整流電路111和一濾波穩壓電路112。整流電路111接收交流電源AC，並產生一輸入電壓Vr，如「第6圖」所示。整流電路111可為但不限於橋式整流器。

濾波穩壓電路112電性連接整流電路111，並接收輸入電壓Vr，以產生輸出電壓Vf。在一實施例中，如「第2圖」所示，濾波穩壓電路112包含一濾波電路210和一穩壓 電路220。

濾波電路210可透過但不限於一二極體D1和一電容C1來實現。二極體D1的陽極端接收輸入電壓Vr，二極體D1的陰極端連接電容C1的一端，電容C1的另一端接地。穩壓電路220可透過但不限於一電阻R1、一箝位元件Z1和一電容C2來實現。電阻R1的一端連接電容C1和二極體D1的陰極端。電阻R1的另一端連接箝位元件Z1、電容C2和一系統電壓源VDD。箝位元件Z1和電容C2接地。穩壓電路220由箝位元件Z1、電容C2和系統電壓源VDD相接處提供輸出電壓Vf。

如「第1圖」所示，驅動模組120包含一參考電壓產生電路121、一偵測電路122、一開關電路123和一電流源124。參考電壓產生電路121電性連接濾波穩壓電路112的輸入端和輸出端。偵測電路122電性連接參考電壓輸出端121。開關電路123電性連接濾波穩壓電路112的輸入端、偵測電路122和發光元件單元130。電流源124則電性連接發光元件單元130。

參考電壓產生電路121根據濾波穩壓電路112兩端的輸入電壓Vr和輸出電壓Vf，以輸出一第一參考電壓V1和一第二參考電壓V2，如「第5圖」所示。偵測電路122擷取參考電壓產生電路121所提供的第一參考電壓V1和第二參考電壓V2，以產生一控制電壓Scon，如「第6圖」所示。控制電壓Scon控制輸入電壓Vr對開關電路123充電，或控制開關電路123放電，以調整一供應給發光元件單元130的負載電壓Vo。參考電壓產生電路121、偵測電路122和開關電路123的結構及運作闡述如下。

請參考「第4圖」所示，其為根據本發明之「第 1圖」的一實施例的參考電壓產生電路121和偵測電路122的結構示意圖。參考電壓產生電路121包含一第一分壓產生單元230和一第二分壓產生單元240。

第一分壓產生單元230電性連接濾波穩壓電路112的輸入端。第一分壓產生單元230可包含但不限於電阻R2和R3。電阻R2的一端連接濾波穩壓電路112的輸入端，其另一端連接電阻R3的一端。電阻R3的另一端接地。當輸入電壓Vr施加在第一分壓產生單元230時，電阻R2和R3相接的節點將形成第一參考電壓V1。

第二分壓產生單元240電性連接濾波穩壓電路112的輸出端。第二分壓產生單元240可包含但不限於電阻R4和R5與電容C3。電阻R4的一端連接濾波穩壓電路112的輸出端，其另一端連接電阻R5的一端和電容C3的一端。電阻R5和電容C3的另一端分別接地。當輸出電壓Vf施加在第二分壓產生單元240時，電阻R4和R5與電容C3相接的節點將形成第二參考電壓V2。

此外，請參考「第3圖」所示，偵測電路122可包含但不限於一比較元件OP、一電阻R6和一邏輯控制單元250。比較元件OP電性連接參考電壓產生電路121。電阻R6電性連接於系統電壓源VDD和比較元件OP的輸出端之間。邏輯控制單元250電性連接比較元件OP的輸出端和電阻R6。

比較元件OP的非反向輸入端擷取第一參考電壓V1，而其反向輸入端擷取第二參考電壓V2。當第一參考電壓V1大於第二參考電壓V2時，比較元件OP的輸出為高位準，則邏輯控制單元250的輸入端為高位準。當第一參考電壓V1小於第二參考電壓V2時，比較元件OP的輸出為低位準(即邏輯0訊號)，則邏輯控制單元250的輸入端為低位準。

邏輯控制單元250根據比較元件OP的輸出而輸出控制電壓Scon。當比較元件OP的輸出為高位準時，邏輯控制單元250的輸出為低位準。反之，當比較元件OP的輸出為低位準時，邏輯控制單元250的輸出為高位準。

在一實施例中，邏輯控制單元250可包含但不限於反閘(Not Gate)N1和N2與電阻R7和R8。反閘N1和N2的輸入端同時電性連接比較元件OP的輸出端和電阻R6。反閘N1和N2的輸出端分別連接電阻R7和R8的一端。電阻R7和R8的另一端相接，此相接的節點提供控制電壓Scon。

請參考「第4圖」所示，其為根據本發明之「第1圖」的一實施例的開關電路123的結構示意圖。開關電路123包含一第一開關Q1、一充放電單元260和其他電子元件。第一開關Q1根據控制電壓Scon，控制輸入電壓Vr對充放電單元260充電，或控制充放電單元260放電，以調整供應給發光元件單元130的負載電壓Vo。

在一實施例中，上述其他電子元件可包含但不限於一箝位元件Z2和電阻R9和R10。電阻R9連接「第1圖」之整流電路111的輸出端。電阻R9和R10串接。箝位元件Z2連接整流電路111與電阻R9和R10串接的節點之間。充放電單元260電性連接整流電路111的輸出端以及電阻R9和R10串接的節點。第一開關Q1電性連接偵測電路122的輸出端和電阻R10。

在一實施例中，充放電單元260可包含但不限於一電阻R11、一第二開關Q2、一順向元件D2和一電容C4。第二開關Q2電性連接電阻R9和R10串接的節點、整流電路111的輸出端。順向元件D2連接第二開關Q2和電容C4。電容C4接地。順向元件D2和電容C4相接的節點提供負載電壓 Vo。輸入電壓Vr透過電阻R11、第二開關Q2和順向元件D2，對電容C4充電。

在一實施例中，箝位元件Z2可為但不限於一稽納二極體，順向元件D2可為但不限於一二極體，第一開關Q1可為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，第二開關Q2可為一P型金屬氧化物半導體場效電晶體。

在此實施例中，箝位元件Z2的陰極端連接整流電路111的輸出端，箝位元件Z2的陽極端連接電阻R9和R10間的節點。第一開關Q1的汲極連接電阻R10，其閘極連接「第1圖」之偵測電路122的輸出端，其源極接地。第二開關Q2的源極連接電阻R11，其閘極連接電阻R9和R10間的節點，其汲極連接順向元件D2的陽極端。順向元件的陰極端連接電容C4的一端。電容C4的另一端接地。

當控制電壓Scon在運作期間W為高位準時，第一開關Q1導通。此時，定電流源260根據輸入電壓Vr而使第二開關Q2導通。當第二開關導通時，輸入電壓Vr經由電阻R11、第二開關Q2和順向元件D2對電容C4充電。此時，負載電壓Vo隨著電容C4的電容電壓的上升而上升。當控制電壓Scon在非運作期間UW為低位準時，第一開關不導通，連帶第二開關也不導通。此時，原本儲存在電容C4的能量則提供給發光元件單元130。此時，負載電壓Vo隨著電容C4的放電而逐漸下降。

根據本發明所揭露之內容，比較元件可為但不限於一運算放大器，反向元件可為但不限於一反向邏輯閘，箝位元件可為但不限於一稽納二極體，順向元件可為但不限於一二極體。發光元件單元130可為一個或多個串連的發光二 極體燈。

綜上所述，本發明利用驅動模組的設計，控制供應給發光元件單元的能量，以降低能源的消耗，避免系統發熱。此外，本發明透過電源相位的偵測，以控制開關電路運作的時間，如此一來，可達到精確的控制。

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。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10‧‧‧照明裝置

110‧‧‧直流電源模組

111‧‧‧整流電路

112‧‧‧濾波穩壓電路

120‧‧‧驅動模組

121‧‧‧參考電壓產生電路

122‧‧‧偵測電路

123‧‧‧開關電路

130‧‧‧發光元件單元

AC‧‧‧交流電源

Vr‧‧‧輸入電壓

Vf‧‧‧輸出電壓

V1‧‧‧第一參考電壓

V2‧‧‧第二參考電壓

Scon‧‧‧控制電壓

Vo‧‧‧負載電壓

Claims (10)

1. 一種驅動模組，適於驅動一發光元件單元，且該驅動模組包含：一參考電壓產生電路，用以根據一輸入電壓和一輸出電壓，以產生一第一參考電壓和一第二參考電壓；一開關電路；以及一偵測電路，用以比較該第一參考電壓和該第二參考電壓，並輸出一控制電壓，該控制電壓用以控制該輸入電壓對該開關電路充電，或控制該開關電路放電，以調整一供應給該發光元件單元的負載電壓。
2. 如請求項第1項所述之驅動模組，其中該開關電路包含：一第一開關，電性連接該偵測電路；一電容，用以提供該負載電壓；一順向元件，電性連接該電容；以及一第二開關，電性連接該順向元件，該第一開關根據該控制電壓控制該第二開關導通，以控制該輸入電壓是否經由該第二開關和該順向元件而對該電容充電，該第一開關根據該控制電壓控制該第二開關關閉，以控制該電容放電。
3. 如請求項第1項所述之驅動模組，其中該參考電壓產生電路包含：一第一分壓產生單元，用以根據該輸入電壓，提供該第一參考電壓；以及一第二分壓產生單元，用以根據該輸出電壓，提供該第二參考電壓。
4. 如請求項第1項所述之驅動模組，其中該偵測電路包含：一比較元件，用以接收該第一參考電壓和該第二參考 電壓；以及一邏輯控制單元，電性連接該比較元件和該開關電路，該邏輯控制單元根據該比較單元的輸出，提供該控制電壓。
5. 如請求項第4項所述之驅動模組，其中該邏輯控制單元包含兩個並聯的反向元件，該些反向元件接收該比較元件的輸出，以提供該控制電壓。
6. 一種照明裝置，包含：一驅動模組，包含：一參考電壓產生電路，用以根據該輸入電壓和一輸出電壓，以產生一第一參考電壓和一第二參考電壓；一開關電路；以及一偵測電路，用以比較該第一參考電壓和該第二參考電壓，並輸出一控制電壓，該控制電壓控制該輸入電壓對該開關電路充電，或控制該開關電路放電，以調整一負載電壓；以及一發光元件單元，用以根據該負載電壓運作。
7. 如請求項第6項所述之照明裝置，其中該開關電路包含：一第一開關，電性連接該偵測電路；一電容，用以提供該負載電壓；一順向元件，電性連接該電容；以及一第二開關，電性連接該順向元件，該第一開關根據該控制電壓控制該第二開關導通，以控制該輸入電壓是否經由該第二開關和該順向元件而對該電容充電，該第一開關根據該控制電壓控制該第二開關關閉，以控制該電容放電。
8. 如請求項第6項所述之照明裝置，其中該參考電壓產生電 路包含：一第一分壓產生單元，用以根據該輸入電壓，提供該第一參考電壓；以及一第二分壓產生單元，用以根據該輸出電壓，提供該第二參考電壓。
9. 如請求項第6項所述之照明裝置，其中該偵測電路包含：一比較元件，用以接收該第一參考電壓和該第二參考電壓；以及一邏輯控制單元，電性連接該比較元件和該開關電路，該邏輯控制單元根據該比較單元的輸出，提供該控制電壓。
10. 如請求項第9項所述之照明裝置，其中該邏輯控制單元包含兩個並聯的反向元件，該些反向元件接收該比較元件的輸出，以提供該控制電壓。