TW201440576A - 發光元件電源供應電路與用於其中之減幅電路及其驅動方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種發光元件電源供應電路與用於其中之減幅電路(Damping Circuit)及其驅動方法。發光元件電源供應電路，包含：三極交流開關(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)調光電路、整流電路、發光元件驅動電路、以及減幅電路。其中，減幅電路包括：阻抗電路，電連接於整流電路與發光元件驅動電路之間；矽控整流器(silicon control rectifier,SCR)電路，與阻抗電路並聯；以及延遲電路，與SCR電路耦接，用以於TRIAC調光電路啟動後延遲一段初始時間，導通SCR電路，其中，延遲電路不直接接收該輸入電壓。

Description

發光元件電源供應電路與用於其中之減幅電路及其驅動方 法

本發明係有關一種發光元件電源供應電路與用於其中之減幅電路(Damping Circuit)及其驅動方法，特別是指一種具有主動減幅電路(Active Damping Circuit)之發光元件電源供應電路與用於其中之減幅電路及其驅動方法。

第1A圖顯示先前技術一種發光二極體(light emitting diode,LED)電源供應電路100示意圖。如第1A圖所示，LED電源供應電路100包含三極交流開關(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)調光電路12、整流電路14、輸入電容Cin、與LED驅動電路16。TRIAC調光電路12接收交流電壓AC，當交流電壓AC超過預設的觸發相位時，TRIAC調光電路12啟動並導通。TRIAC調光電路12接收的交流電壓AC，與輸出的交流調光電壓，其訊號波形如第1B圖的訊號波形圖所示意，其中分別以虛線波形表示交流電壓AC，並以實線波形表示經過TRIAC調光電路12之後的交流調光電壓。整流電路14接收此交流調光電壓，經整流後，產生輸入電壓Vin與輸入電流Iin，以輸入LED驅動電路16，驅動電路16將輸入電壓轉換為輸出電壓，並供應輸出電流予LED電路11。以上電路中，設置TRIAC調光電路12的目的是決定交流調光電壓之觸發相位，藉此調整LED電路11的平均亮度。其中，驅動電路16包括具有功率開關之功率級電路，其可為同步或非同步之降壓型、 升壓型、反壓型、升降壓型、升反壓型、或返馳型功率級電路，如第2A-2K圖所示。

上述先前技術的問題是，TRIAC調光電路12需要在每一週期內產生相當大的閂鎖電流(latching current)以使其啟動，而在LED電路11導通後，在該週期的較後時段維持導通所需要的維持電流(holding current)則很小。(若是驅動傳統白熾燈等高消耗功率的負載電路，不需要特別考慮閂鎖電流，因為維持白熾燈等高消耗功率的負載電路導通時所需的電流足以達成啟動所需。)因此，在驅動LED電路11這種低消耗功率的負載電路時，電源供應電路100若未能產生所需要的閂鎖電流來充分啟動TRIAC調光電路12，將會造成啟動失敗(misfire)，進而產生肉眼可見的閃爍情況，啟動失敗之交流調光電壓訊號波形如第1C圖的實線訊號波形所示意。但另一方面，即使閂鎖電流達到啟動所需的位準，如閂鎖電流的波形不恰當(例如具有震盪ringing形狀)，則也可能造成啟動失敗。

第3圖顯示一種習知LED電源供應電路200示意圖，用以改善前述習知技術LED電源供應電路100的問題。如第3圖所示，相較於第1A圖，第3圖的習知LED電源供應電路200更包含延遲電路17和被動阻抗電路18(例如為第3圖中所示之電阻)，用以接收輸入電壓，而於每週期TRIAC調光電路12啟動時，可藉由該被動阻抗電路18來阻尼(減幅，damping)前述閂鎖電流的尖峰值，且可避免電流尖峰造成的電流振盪誤觸發TRIAC調光電路，以使TRIAC調光電路12順利啟動。

第4A與第4B圖分別顯示在電源供應電路200中，輸入電壓Vin與輸入電流Iin的訊號波形圖，如圖所示，在觸發相位時，輸入電流Iin較高，代表使TRIAC調光電路12充分啟動時所消耗之電流。第3圖所顯示的先前技術，雖然改善了因TRIAC元件啟動失敗，所造 成的LED電路可見的閃爍問題，但是，被動阻抗電路18在TRIAC調光電路12導通之後，仍然會持續消耗電能，造成能量的浪費，且被動阻抗電路18因消耗電能而產生的熱，亦會造成電路溫度升高而造成損害；此外，因為延遲電路17跨接在整流電路的高低壓輸出端之間，必須承受較大的跨壓，因此延遲電路17必須採用較高耐壓的元件，成本也較高。

有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種發光元件電源供應電路與用於其中之減幅電路及其驅動方法，本發明於啟動階段時，可提供阻抗電路起阻尼作用，抑制TRIAC觸發時引起的尖峰電流以產生恰當的閂鎖電流。而於TRIAC調光電路導通之後，提供低阻抗的電流通道的以降低電能損耗，且相關元件可採用較低耐壓的元件來製作。

就其中一個觀點言，本發明提供了一種發光元件電源供應電路，包含：一三極交流開關(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)調光電路，用以根據一交流電壓，產生一交流調光電壓；一整流電路，與該TRIAC調光電路耦接，用以根據該交流調光電壓，產生一輸入電壓與一輸入電流，該輸入電壓有一正端與一負端，該輸入電流自該正端流入；一發光元件驅動電路，與該整流電路耦接，且與一輸入電容並接，該發光元件驅動電路用以將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一輸出電流予一發光元件電路；以及一減幅電路，分別與該整流電路及該發光元件驅動電路耦接，該減幅電路包括：一阻抗電路，電連接於該整流電路與該發光元件驅動電路之間；一矽控整流器(silicon control rectifier,SCR)電路，與該阻抗電路並聯；以及一延遲電路，與該SCR電路耦接，用以於該TRIAC調光電路啟動後延遲一段初始時間，導通該SCR電路，其中，該延遲電路不直接跨接於該輸入電壓的正負端之間。

在其中一種較佳的實施例中，該延遲電路包括：一電阻，具有一第一端點連接於該SCR電路之一陽極；以及一電容，連接於該電阻之一第二端點與該SCR電路之一陰極之間。

在前述的實施例中，該SCR電路較佳地具有一閘極，電連接於該第二端點。

在其中一種較佳的實施例中，該輸入電流於該TRIAC調光電路啟動後流經該阻抗電路，且於該TRIAC調光電路啟動後並延遲該初始時間之後，流經該SCR電路。

就另一個觀點言，本發明提供了一種用於發光元件電源供應電路之減幅電路，分別與一整流電路及一發光元件驅動電路耦接，其中該整流電路與一TRIAC調光電路耦接，用以根據該TRIAC調光電路產生之一交流調光電壓，產生一輸入電壓與一輸入電流，該輸入電壓有一正端與一負端，該輸入電流自該正端流入，其中該發光元件驅動電路與該整流電路耦接，且與一輸入電容並接，該發光元件驅動電路用以將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一輸出電流予一發光元件電路，該減幅電路包括：一阻抗電路，電連接於該整流電路與該發光元件驅動電路之間；一矽控整流器(silicon control rectifier,SCR)電路，與該阻抗電路並聯；以及一延遲電路，與該SCR電路耦接，用以於該TRIAC調光電路啟動後延遲一段初始時間，導通該SCR電路，其中，該延遲電路不直接跨接於該輸入電壓的正負端之間。

在其中一種較佳的實施例中，該延遲電路包括：一電阻，具有一第一端點連接於該SCR電路之一陽極；以及一電容，連接於該電阻之一第二端點與該SCR電路之一陰極之間。

在前述的實施例中，該SCR電路較佳地具有一閘極，電連接於該第二端點。

在其中一種較佳的實施例中，該輸入電流於該TRIAC調光電路啟動後流經該阻抗電路，且於該TRIAC調光電路啟動後並延遲該初始時間之後，流經該SCR電路。

就另一個觀點言，本發明提供了一種發光元件驅動方法，包括：提供一交流電壓；提供一三極交流開關(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)調光電路，用以根據該交流電壓，產生一交流調光電壓；整流該交流調光電壓，以產生一輸入電壓，並產生一輸入電流，該輸入電壓有一正端與一負端，該輸入電流自該正端流入；將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一輸出電流予一發光元件電路；於該TRIAC調光電路啟動後，該輸入電流流經一阻抗電路；提供一延遲電路，用以於該TRIAC調光電路啟動後延遲一段初始時間；以及於該TRIAC調光電路啟動後並延遲該初始時間之後，該輸入電流流經一矽控整流器(silicon control rectifier,SCR)電路；其中，該阻抗電路與該SCR電路並聯，且該延遲電路不直接跨接於該輸入電壓的正負端之間。

在其中一種較佳的實施例中，該延遲電路包括：一電阻，具有一第一端點連接於該SCR電路之一陽極；以及一電容，連接於該電阻之一第二端點與該SCR電路之一陰極之間。

在前述的實施例中，該SCR電路較佳地具有一閘極，電連接於該第二端點。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

11‧‧‧LED電路

AC‧‧‧交流電壓

12‧‧‧TRIAC調光電路

C1‧‧‧電容

14‧‧‧整流電路

Cin‧‧‧輸入電容

16‧‧‧LED驅動電路

G‧‧‧閘極

17‧‧‧延遲電路

K‧‧‧陰極

18‧‧‧被動阻抗電路

Iin‧‧‧輸入電流

26‧‧‧發光元件驅動電路

Iout‧‧‧輸出電流

31‧‧‧發光元件電路

R1,Rd‧‧‧電阻

38‧‧‧減幅電路

T1-T4‧‧‧時間點

381‧‧‧阻抗電路

VAK‧‧‧壓降

383‧‧‧SCR電路

VF‧‧‧導通電壓

385‧‧‧延遲電路

VG‧‧‧閘極電壓

100,200,300,400‧‧‧發光元件電源供應電路

VGT‧‧‧觸發電壓

Vin‧‧‧輸入電壓

A‧‧‧陽極

Vout‧‧‧輸出電壓

第1A圖顯示一種先前技術LED電源供應電路100示意圖。

第1B與1C圖分別顯示先前技術中，閂鎖電流足夠與不足以啟動 TRIAC元件之交流訊號波形。

第2A-2K圖顯示同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、升降壓型、升反壓型、或返馳型功率級電路。

第3圖顯示先前技術LED電源供應電路200示意圖。

第4A與4B圖分別顯示在電源供應電路200中，輸入電壓Vin與輸入電流Iin的訊號波形圖。

第5圖顯示本發明的第一個實施例。

第6圖顯示本發明的第二個實施例。

第7圖顯示本發明的第三個實施例。

第8圖顯示本發明的第四個實施例。

第9圖顯示在本發明實施例中，發光元件電源供應電路操作時各節點的訊號波形示意圖。

請參閱第5圖，顯示本發明的第一個實施例。如第5圖所示，發光元件電源供應電路300包含三極交流開關(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)調光電路12、整流電路14、發光元件驅動電路26、與減幅電路38。TRIAC調光電路12用以根據交流電壓AC(如第1B圖中虛線波形所示意)，產生交流調光電壓(如第1B圖中實線波形所示意)。整流電路14與TRIAC調光電路12耦接，用以根據交流調光電壓，產生輸入電壓Vin(如第4A圖中實線波形所示意)與輸入電流Iin(如第4B圖中實線波形所示意)。發光元件驅動電路26與整流電路14耦接，且與輸入電容Cin並接。發光元件驅動電路26用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，並供應輸出電流Iout予發光元件電路31。其中，發光 元件驅動電路26包含功率級電路，例如但不限於為如第2A-2K圖所示之功率級電路。發光元件電路31例如但不限於包括單一LED串或複數個並聯的LED串所組成的LED陣列等。減幅電路38分別與整流電路14及發光元件驅動電路26耦接，用以於TRIAC調光電路12啟動階段時，提供阻抗電路產生阻尼作用以產生恰當的閂鎖電流，而於TRIAC調光電路12導通之後，提供低阻抗的電流通道，如此一來，可以改善先前技術所造成的電能浪費與溫度升高所造成電路的損害，減幅電路38的細節將於後詳述。

請參閱第6圖，顯示本發明的第二個實施例。本實施例與第一個實施例不同之處，在於本實施例發光元件電源供應電路400中，減幅電路38不限於如第一個實施例所示，串接於整流電路14所產生之輸入電壓Vin的正端(高壓端)，亦可以如圖所示，串接於整流電路14所產生之輸入電壓Vin的負端(低壓端)。

請參閱第7圖，顯示本發明的第三個實施例。本實施例顯示減幅電路38的一個實施例。如圖所示，減幅電路38包括阻抗電路381、矽控整流器(silicon control rectifier,SCR)電路383、以及延遲電路385。其中，阻抗電路383電連接於整流電路14與發光元件驅動電路26(未示出，請參閱第6圖)之間。SCR電路383與阻抗電路381並聯。延遲電路385與SCR電路383耦接，用以於TRIAC調光電路12啟動後延遲一段初始時間，產生控制訊號，以導通SCR電路383，其中，延遲電路385不跨接於輸入電壓Vin的正負兩端、亦即該延遲電路不直接連接該輸入電壓的正端或負端而最多僅直接連接該輸入電壓的其中一端。在本實施例中，延遲電路385在TRIAC調光電路12啟動後，先不導通阻值較低之SCR電路383一段初始時間，這使得輸入電流Iin(包含前述閂鎖電流)會先流經阻值較高的阻抗電路381，以順利啟動TRIAC調光電路12；而在TRIAC調光電路12啟動後並延遲了初始時間之後， 延遲電路385改變控制訊號以導通阻值較低的SCR電路383，使輸入電流Iin流經SCR電路383。如此一來，既可以順利啟動TRIAC調光電路12，提供TRIAC調光電路12啟動時所需較高的閂鎖電流，又可以在啟動TRIAC調光電路12之後，降低電能的浪費。

須說明的是，延遲電路385不跨接於整流電路14產生輸入電壓Vin的兩端，因此不直接接收輸入電壓Vin的全幅電壓，如此一來，延遲電路385中的電子元件，不需要使用耐高壓的元件，以降低製造成本，並減少高壓造成的損害。

請參閱第8圖，顯示本發明的第四個實施例。本實施例顯示減幅電路38一個較具體的實施例。如圖所示，減幅電路38中，阻抗電路381例如但不限於包括電阻Rd。SCR電路383包括陽極A、陰極K、與閘極G。延遲電路385例如但不限於包括電阻R1與電容C1。其中，電阻R1具有一端點連接於SCR電路383之陽極A，另一端點連接於SCR電路383之閘極G；電容C1連接於電阻R1之另一端點(也就是連接SCR電路383之閘極G)與SCR電路383之陰極K之間。如圖所示，延遲電路385例如但不限於與阻抗電路381並聯，以藉由阻抗電路381兩端的壓降，取得TRIAC調光電路12啟動階段的相關訊號。當TRIAC調光電路12啟動時，產生較大的輸入電流Iin(包含前述閂鎖電流)，流經阻抗電路381時，阻抗電路381兩端的壓降較高，藉由延遲電路385中RC電路的RC常數調整，可於TRIAC調光電路12順利啟動後，產生控制訊號輸入閘極G，以導通SCR電路383。SCR電路383導通後，其阻值低於阻抗電路381，輸入電流Iin大部分都會流經SCR電路383，減少阻抗電路381的耗能。

第9圖顯示在本發明實施例中，發光元件電源供應電路操作時各節點的訊號波形示意圖，其中，VG為SCR電路中的閘極電壓，VAK為SCR電路383中陽級A與陰極K的壓降，VGT為SCR電 路383的觸發電壓(一般而言，約為0.5V-0.8V)，VF為SCR電路383導通之後陽級A與陰極K的壓降(導通電壓)，T1-T4為標示的時間點。

以第8圖所示之第四個實施例為例，如第9圖所示，於時間點T1至T2，TRIAC調光電路12被觸發，且較高的輸入電流Iin(包含前述閂鎖電流)產生，此時輸入電流Iin流經電阻Rd，以順利啟動TRIAC調光電路12；於此同時(時間點T1至T2)，閘極電壓VG上升，藉由阻抗電路381中，RC常數的設定，以控制閘極電壓VG達到觸發電壓VGT的時間。於時間點T2至T3，閘極電壓VG維持觸發電壓VGT，TRIAC調光電路12導通，此時輸入電流Iin流經SCR電路383，而此時(時間點T2至T3)SCR電路383導通之後陽級A與陰極K的壓降維持在導通電壓VF，因此，耗能可以降低。於時間點T3至T4，輸入電流Iin降低至無法保持SCR電路383導通，SCR電路383由導通轉變為不導通，此時輸入電流Iin流經阻抗電路381，但此時由於輸入電流Iin相當低，因此耗能亦相對較低。於時間點T4至T1，減幅電路38不導通，輸入電流Iin為零電流，且SCR電路383亦不操作，等待下一周期的觸發相位。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，各實施例中圖示直接連接的兩電路或元件間，可插置不影響主要功能的其他電路或元件；又如，發光元件不限於各實施例所示之發光二極體(LED)，亦可擴及所有以電流驅動之元件；再如，延遲電路不限於實施例所示之RC電路，亦可以為其他延遲電路，只要可以根據TRIAC調光電路的導通，計算延遲時間，決定電流通道即可。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

12‧‧‧TRIAC調光電路

14‧‧‧整流電路

26‧‧‧發光元件驅動電路

31‧‧‧發光元件電路

38‧‧‧減幅電路

300‧‧‧發光元件電源供應電路

AC‧‧‧交流電壓

Cin‧‧‧輸入電容

Iout‧‧‧輸出電流

Vin‧‧‧輸入電壓

Vout‧‧‧輸出電壓

Claims (11)

1. 一種發光元件電源供應電路，包含：一三極交流開關(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)調光電路，用以根據一交流電壓，產生一交流調光電壓；一整流電路，與該TRIAC調光電路耦接，用以根據該交流調光電壓，產生一輸入電壓與一輸入電流，該輸入電壓有一正端與一負端，該輸入電流自該正端流入；一發光元件驅動電路，與該整流電路耦接，且與一輸入電容並接，該發光元件驅動電路用以將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一輸出電流予一發光元件電路；以及一減幅電路，分別與該整流電路及該發光元件驅動電路耦接，該減幅電路包括：一阻抗電路，電連接於該整流電路與該發光元件驅動電路之間；一矽控整流器(silicon control rectifier,SCR)電路，與該阻抗電路並聯；以及一延遲電路，與該SCR電路耦接，用以於該TRIAC調光電路啟動後延遲一段初始時間，導通該SCR電路，其中，該延遲電路不直接跨接於該輸入電壓的正負端之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件電源供應電路，其中該延遲電路包括：一電阻，具有一第一端點連接於該SCR電路之一陽極；以及一電容，連接於該電阻之一第二端點與該SCR電路之一陰極之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件電源供應電路，其中該SCR電路具有一閘極，電連接於該第二端點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件電源供應電路，其中該輸入電 流於該TRIAC調光電路啟動後流經該阻抗電路，且於該TRIAC調光電路啟動後並延遲該初始時間之後，流經該SCR電路。
5. 一種用於發光元件電源供應電路之減幅電路，分別與一整流電路及一發光元件驅動電路耦接，其中該整流電路與一TRIAC調光電路耦接，用以根據該TRIAC調光電路產生之一交流調光電壓，產生一輸入電壓與一輸入電流，該輸入電壓有一正端與一負端，該輸入電流自該正端流入，其中該發光元件驅動電路與該整流電路耦接，且與一輸入電容並接，該發光元件驅動電路用以將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一輸出電流予一發光元件電路，該減幅電路包括：一阻抗電路，電連接於該整流電路與該發光元件驅動電路之間；一矽控整流器(silicon control rectifier,SCR)電路，與該阻抗電路並聯；以及一延遲電路，與該SCR電路耦接，用以於該TRIAC調光電路啟動後延遲一段初始時間，導通該SCR電路，其中，該延遲電路不直接跨接於該輸入電壓的正負端之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之用於發光元件電源供應電路之減幅電路，其中該延遲電路包括：一電阻，具有一第一端點連接於該SCR電路之一陽極；以及一電容，連接於該電阻之一第二端點與該SCR電路之一陰極之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於發光元件電源供應電路之減幅電路，其中該SCR電路具有一閘極，電連接於該第二端點。
8. 如申請專利範圍第5項所述之用於發光元件電源供應電路之減幅電路，其中該輸入電流於該TRIAC調光電路啟動後流經該阻抗電路，且於該TRIAC調光電路啟動後並延遲該初始時間之後，流經該SCR電路。
9. 一種發光元件驅動方法，包括：提供一交流電壓； 提供一三極交流開關(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)調光電路，用以根據該交流電壓，產生一交流調光電壓；整流該交流調光電壓，以產生一輸入電壓，並產生一輸入電流，該輸入電壓有一正端與一負端，該輸入電流自該正端流入；將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並供應一輸出電流予一發光元件電路；於該TRIAC調光電路啟動後，該輸入電流流經一阻抗電路；提供一延遲電路，用以於該TRIAC調光電路啟動後延遲一段初始時間；以及於該TRIAC調光電路啟動後並延遲該初始時間之後，該輸入電流流經一矽控整流器(silicon control rectifier,SCR)電路；其中，該阻抗電路與該SCR電路並聯，且該延遲電路不直接跨接於該輸入電壓的正負端之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件驅動方法，其中該延遲電路包括：一電阻，具有一第一端點連接於該SCR電路之一陽極；以及一電容，連接於該電阻之一第二端點與該SCR電路之一陰極之間。
11. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件驅動方法，其中該SCR電路具有一閘極，電連接於該第二端點。