TW201607377A - 具有低輸出漣波的序列線性ｌｅｄ系統 - Google Patents

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Abstract

本文揭示一種具有低輸出漣波的序列線性發光二極體(LED)系統。在一實施例中，該序列線性LED系統包含用於產生DC電壓的橋式整流器、用於接收該DC電壓的二極體、經耦合至該二極體之電容器、經耦合至該電容器以用於控制該電容器之充電的電流調節器、以及複數個經耦合至該二極體的區段(各區段包含LED串及電流調節器)。

Description

具有低輸出漣波的序列線性LED系統 【相關申請案之交互參照】
本專利申請案主張2014年6月27日申請之美國臨時申請案第62/018,531號之優先權，該案標題為「Sequential Linear LED System with Low Output Ripple」，其全部內容係以引用方式併入本文中。
本文揭示一種具有低輸出漣波的序列線性發光二極體(LED)驅動電路。
請參照圖1，其描繪先前技術之LED系統100。先前技術LED系統100包含AC電壓源110、橋式整流器120、以及二極體130。先前技術LED系統100進一步包含複數個LED串，在此顯示為LED串141、LED串142、LED串143、以及LED串144。每條LED串後均附接一電流調節器，在此顯示為電流調節器151、電流調節器152、電流調節器153、電流調節器154、以及電流調節器155。應了解，先前技術LED系統100可包含比所顯示者更多數量或更少數量的LED串及電流調節器。
隨著橋式整流器120之電壓輸出從0V開始增加，LED串141係經順向偏壓，使得LED串141中的LED發光，且由電流調節器151控制電流。當電壓變得夠高時，LED串142亦將變為經順向偏壓，使得LED串141及LED串142二者中之LED均發光。此時，電流調節器152將致使電流調節器151停止。隨著電壓進一步增加，同樣的狀況亦發生在剩餘的LED串及電流調節器上，直到LED串141、142、143、及144均發光，電流被電流調節器155汲取，且電流調節器151、152、153、及154為切斷。
先前技術LED系統100有一缺失，即當由AC電壓源110提供的電壓接近0V時，來自所有LED串的總光輸出將為零。亦即，LED系統100將停止發光，而這導致「閃控」(strobing)或「漣波」(ripple)效應。從使用者的觀點來看，這是最不期望發生的情況。
所需要的是具有降低之閃控或漣波效應的改良式LED系統。
本發明透過使用由電流調節器充電的填充電容器(fill capacitor)來減少或消除閃控或漣波效應。
100、200、300‧‧‧LED系統
110‧‧‧AC電壓源
120‧‧‧橋式整流器
130、241~244‧‧‧二極體
141~144、230、310‧‧‧LED串
151~155、220、320‧‧‧電流調節器
160‧‧‧電阻器
210‧‧‧填充電容器
250、350‧‧‧控制電路
圖1描繪先前技術LED系統。
圖2描繪LED系統之實施例，該LED系統包含由電流調節器充電的填充電容器。
圖3描繪LED系統之另一實施例，該LED系統包含由電流調節器充電的填充電容器。
參照圖2，其描繪LED系統200。LED系統200包含許多與圖1所示之先前技術LED系統100中相同的組件。LED系統200進一步包含填充電容器210、電流調節器220、LED串230、以及二極體241、242、243、及244。LED串230為選用，且其使用並非必須。若經使用，LED串230可包含一個LED或多個LED。此外，可增加一或多個額外的LED串至LED串230。電流調節器151、152、153、154、及155經耦合至電阻器160，電阻器160接著經耦合至接地。因此，電流調節器151、152、153、154、及155共用至接地的一共同路徑。
在操作期間，隨著橋式整流器120之電壓從0V增加，電流將流入填充電容器210，再流過二極體241、流過LED串230、流過二極體244、再流過電流調節器220。電流亦將流入下方的電路，該電路始於LED串141及電流調節器151。藉由使用控制電路250來控制電流調節器220及電流調節器151、152、153、154、及155，系統可在對填充電容器210充電、與提供電力至LED串141、142、143、及144之間配置電流，並可將LED系統200的功率因數最大化(以使電壓及電流的使用彼此同相)。因此，電流調節器220可用於控制填充電容器之充電，以維持高輸入功率因數。
當橋式整流器120之電壓輸出接近零交叉(zero crossing)時(在此情況中先前技術LED系統100不會發光)，儲存在填充電容器中的電荷可用於供電給LED串141、142、143、及144。電流將從接地流過二極體242、LED串230、二極體243、流過填充電容器210、並流入LED串141、142、143、及144。填充電容器210所提供的電壓將會在填充電容器210的峰值電壓。因此，與先前技術不同的是，即使在AC電壓源110產生之電壓接近0V的時段中，LED串141、142、143、及144仍可持續發光。
隨著填充電容器210放電，其電壓將降低。隨著填充電容器210的電壓降低，LED串141、142、143、及144將從LED串144開始反向地逐一停止導通。因此，當填充電容器210之電壓降至低於某一位準時，LED串144將停止發光。此時，電流調節器155將停止汲取電流，並將啟動電流調節器154。電流調節器154接著將汲取電流，直到LED串143停止發光，當LED串143停止發光時電流調節器154將停止汲取電流，並將啟動電流調節器153。此程序持續至僅剩LED串141及電流調節器151為啟動，雖然在某個時間點來自橋式整流器120的電壓會超過由填充電容器210所提供的電壓。
參照圖3，圖中描繪另一實施例。LED系統300包含許多與LED系統200相同的組件。LED系統300亦包含LED串310、二極體130、電流調節器320、以及控制電路350。控制電路350控制電流調節器151、152、153、154、155、220、以及320。LED串210 及電流調節器320之用途為減少系統的總諧波失真(total harmonic distortion,THD)，並隨著時間經過維持光的總輸出。
LED系統200及LED系統300最小化或消除先前技術LED系統100之輸出漣波及「閃控效應」。此外，達成了更大的功率因數。LED系統300進一步降低系統之THD。
110‧‧‧AC電壓源
120‧‧‧橋式整流器
130、241~244‧‧‧二極體
141~144、230‧‧‧LED串
151~155、220‧‧‧電流調節器
160‧‧‧電阻器
210‧‧‧填充電容器
200‧‧‧LED系統
250‧‧‧控制電路

Claims (20)

  1. 一種發光二極體(LED)系統，其包含：交流電壓源；經耦合至該交流電壓源之橋式整流器；複數個經耦合至該橋式整流器之輸出的LED串，該複數個LED串之各者包含一或多個LED；複數個電流調節器，該複數個電流調節器之各者經耦合至該複數個LED串之一者，以控制流過彼LED串的電流；經耦合至該橋式整流器之該輸出及至輔助電流調節器的電容器；其中當該橋式整流器之該輸出為經逆向偏壓時，該電容器提供正電壓至該複數個LED串，以在該橋式整流器之該輸出變為經逆向偏壓後開始致使該複數個LED串之一或多者發光。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包含控制電路，該控制電路係用於控制經耦合至該電容器之該複數個電流調節器及該輔助電流調節器，以在對該電容器充電與提供電力至該複數個LED串之間配置電流。
  3. 如請求項2之系統，其中該控制電路在對該電容器充電與提供電力至該複數個LED串之間配置電流，以維持高輸入功率因數。
  4. 如請求項1之系統，其進一步包含經耦合至該複數個電流調節器之各者的電阻器，以提供至接地的共同路徑。
  5. 如請求項1之系統，其進一步包含輔助LED串，該輔助LED串包含經耦合於該電容器與該輔助電流調節器間之一或多個LED。
  6. 如請求項5之系統，其進一步包含經耦合於該電容器與該輔助LED串間之二極體、及經耦合於該輔助LED串與該輔助電流調節器間之二極體。
  7. 如請求項6之系統，其進一步包含經耦合於接地與該輔助LED串間之二極體、及經耦合於該電容器與輔助LED串間之另一二極體。
  8. 如請求項7之系統，其中當主要二極體為經逆向偏壓時，電流從接地開始流過二極體、該輔助LED串、二極體、該電容器、以及該複數個LED串之一或多者。
  9. 如請求項1之系統，其進一步包含經耦合於該橋式整流器與主要二極體間之第二輔助LED串。
  10. 如請求項9之系統，其進一步包含經耦合至該第二輔助LED串及至該控制電路之電流調節器。
  11. 一種操作發光二極體(LED)系統的方法，該方法包含：同時提供電流至電容器及第一LED串，該第一LED串包含一或多個LED；當橋式整流器之輸出仍為經順向偏壓時，提供電流至第一LED串及一或多個額外的LED串，該一或多個額外LED串之各者包含一或多個LED；對該橋式整流器之該輸出加逆向偏壓，並從該電容器提供電流至該第一LED串及該一或多個額外的LED串；當該橋式整流器之該輸出仍為經逆向偏壓時，僅對該第一LED串從該電容器提供電流。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包含：藉由控制電路，在對該電容器充電與提供電力至該第一LED串及該一或多個額外的LED串之間配置電流。
  13. 如請求項12之方法，其中該配置步驟維持高輸入功率因數。
  14. 如請求項11之方法，其中經耦合至該第一LED串及該一或多個額外的LED串之電阻器提供至接地的共同路徑。
  15. 如請求項11之方法，其進一步包含：當該橋式整流器之該輸出為經順向偏壓時，提供電流至包含一或多個LED之經耦合至該電容器之輔助LED串。
  16. 如請求項15之方法，其中在該電容器與該輔助LED串之間耦合有二極體。
  17. 如請求項16之方法，其中在地面與該輔助LED串之間耦合有二極體，且在該電容器與該輔助LED串之間耦合有二極體。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含：當該橋式整流器之該輸出為經逆向偏壓時，提供電流從接地流過二極體、該輔助LED串、二極體、該電容器、以及至少該第一LED串。
  19. 如請求項11之方法，其進一步包含：提供電流至經耦合於該橋式整流器與主要二極體間的第二輔助LED串。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包含： 藉由控制電路，在對該電容器充電、與提供電力至該第一LED串、該一或多個額外的LED串、以及該第二輔助LED串之間配置電流。
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