TW201804873A

TW201804873A - 使用高電壓驅動發光二極體之通用裝置

Info

Publication number: TW201804873A
Application number: TW106118241A
Authority: TW
Inventors: 朱弘琦; 沈毓仁
Original assignee: 鈺瀚科技股份有限公司
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2018-02-01
Also published as: CN107666739A; TWI624193B; CN107666739B; US9794992B1

Abstract

一使用高電壓驅動發光二極體的裝置，包括兩個發光二極體驅動電路，和兩個可由通用控制器導通或斷開的開關裝置，以便可將該兩個發光二極體驅動電路，以兩種不同的結構連接。當輸入電壓處於從整流的90伏交流電壓到整流的140伏交流電壓的範圍內時，兩個開關裝置的控制方式是將兩個發光二極體驅動電路並聯連接。當輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓的範圍內時，兩個開關裝置被控制為將一個發光二極體驅動電路中的發光二極體單元的發光二極體段與另一個發光二極體驅動電路串聯連接。

Description

使用高電壓驅動發光二極體之通用裝置

本發明係有關基於發光二極體(LED)的照明裝置，尤其是一種使用高輸入電壓驅動基於發光二極體的照明設備之裝置和方法。

發光二極體(LED)是一種基於半導體的光源，經常被應用在低耗電儀表和家電的指示器，應用發光二極體在各種照明裝置也已越來越普遍。例如，高明亮度的發光二極體已被廣泛用於交通信號燈，車輛指示燈，以及剎車燈。近年來，使用高電壓之發光二極體串的照明設備也被開發來取代傳統的白熱燈泡和螢光燈泡。

發光二極體之電流對電壓(IV)特性曲線類似於一般的普通二極體，當加於發光二極體的電壓小於二極體的正向電壓時，只有非常小的電流通過發光二極體。當電壓超過正向電壓時，通過發光二極體的電流則大幅增加。一般來說，在大多數操作範圍，基於發光二極體的照明裝置之發光強度是和通過的電流成正比，但操作在高電流時則不如此。通常為基於發光二極體的照明裝置設計之驅動裝置，都是以提供一個恆定的電流為主，以便能發出穩定的光和延長發光二極體的壽命。

為了提高基於發光二極體的照明裝置之亮度，通常是將複數個發光二極體串聯在一起，形成一個基於發光二極體的照明單元，而且複數個基於發光二極體的照明單元可以更進一步串聯在一起，形成一個照明裝置。每個照明裝置所需要的工作電壓，通常是取決於照明單元裡的發光二極體之正向電壓，每個照明單元裡有多少個發光二極體，每個照明單元是如何相互連接的，以及每個照明單元在照明裝置裡，是如何接收來自電源的電壓。

因此，在大多數的應用中，都需要某種類型的電源電壓轉換裝置，來將一般較普遍的電源之高電壓，轉換成較低的電壓，以提供給一個或多數個基於發光二極體的照明單元。因為需要這樣的一個電壓轉換裝置，造成基於發光二極體的照明設備效率減低，成本增高，也難以減小其體積。

為了提高基於發光二極體的照明裝置之效率和縮小其體積，許多技術已經被開發出來使這些裝置能夠使用諸如110伏交流電壓或220伏交流電壓的工作電壓，而不需要使用電壓轉換裝置。通常，照明裝置中的發光二極體被劃分為多個發光二極體段，每個發光二極體段可以通過相關的開關或電流源，選擇性地導通或切斷，並且隨著操作的交流電壓增加或減少，以控制器來控制開關或電流源。

隨著越來越多基於發光二極體的照明設備被應用於以高輸入電壓為電源的高亮度照明設備中，設計一種驅動裝置和方法，以來自牆上的電源之交流高電壓為輸入電壓，而可以巧妙及有效地連接基於發光二極體的照明燈串，已經形成非常必要的強烈需求。

本發明是為了提供一種可以在不同的高電壓範圍，例如從90伏至140伏或從180伏至265伏的交流電壓提供的輸入電壓範圍內，有效地驅動發光二極體串的方法和裝置而設計。

根據本發明的一個優選實施例，發光二極體照明裝置包括由一通用控制器控制的兩個發光二極體驅動電路。通用控制器是用來控制可以打開或關閉的兩個開關，以便以兩種不同的配置方式來連接兩個發光二極體驅動電路。此外，通用控制器並根據輸入電壓的變化，來控制流經其中一個發光二極體驅動電路的電流。

每個發光二極體驅動電路包括一發光二極體單元，其中有被劃分為多個發光二極體段的多個發光二極體，每個發光二極體段具有一個與其相關聯並連接到一公共節點的電壓控制限流元件。除了第一個和最後一個發光二極體段之外，每個發光二極體段有一個正端和一個負端分別連接到其前面的發光二極體段的負端和其隨後的發光二極體段的正端。在本實施例中，每個發光二極體驅動電路有串聯的一個功率損耗減小電路和一電流源從其公共節點串聯連接到地。

第一開關將第一發光二極體驅動電路的第一發光二極體段的正端連接到第二發光二極體驅動電路的第一發光二極體段的正端，而第二開關將第一發光二極體驅動電路的最後一個發光二極體段的負端連接到第二發光二極體驅動電路的第一發光二極體段的正端。輸入電壓則連接到第一發光二極體驅動電路的第一發光二極體段的正端和通用控制器。

當輸入電壓V_IN在整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓的範圍內時，通用控制器將第一開關導通，第二開關斷開，使得兩個發光二極體驅動電路並聯連接。當輸入電壓V_IN在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓的範圍內時，通用控制器將第一開關斷開，第二開關導通，使得第一發光二極體驅動電路中的發光二極體單元之發光二極體段與第二發光二極體驅動電路串聯。通用控制器並根據輸入電壓的變化，發送一電流設定信號以控制第一發光二極體驅動電路的電流源之電流。

在此一優選實施例中，電流設定信號可以利用直接感測輸入電壓或檢測發光二極體驅動電路中的相關節點電壓的電壓感測信號來控制。在此一優選實施例的修改版本中，有一電流感測信號從第二發光二極體驅動電路的電流源反饋到通用控制器，而被用來當成電壓感測信號，因此可以根據流經第二發光二極體驅動電路的電流源的電流，來控制流過第一發光二極體驅動電路的電流源之電流。

根據本發明的另一個優選實施例，兩個發光二極體驅動電路共用一個公共電流源，而不是各自具有其自己的電流源。兩個發光二極體驅動電路的發光二極體單元和兩個開關與上述優選實施例相同的方式連接。然而，在每個發光二極體驅動電路中，其功率損耗減小電路與一電壓控制限流元件從自身的公共節點串聯連接到一個共用的公共電流源。

在該實施例中的通用控制器，除了控制兩個開關以並聯方式連接兩個發光二極體驅動電路，或者將第一發光二極體驅動電路中的發光二極體單元之發光二極體段與第二發光二極體驅動電路以串聯方式連接之外，並發送出兩個各別的電壓控制信號，以分別控制連接到共用的公共電流源之兩個電壓控制限流元件，和一個電流設定信號，以控制流過共用的公共電流源之電流。

根據本發明，由於當兩個發光二極體驅動電路並聯連接時，流過共用的公共電流源的電流是流過每個發光二極體驅動電路的電流的兩倍，所以通用控制器所發送的電流設定信號的電壓大小，必須是當兩個發光二極體單元的發光二極體段串聯連接時，通用控制器所發送的電流設定信號的電壓的兩倍。因此，通用控制器必須為電流設定信號提供兩個不同的電壓。

此共用的公共電流源的一修改版本中，在電流源中提供了兩個電流設定電阻。其中一個電流設定電阻可以由通用控制器控制，以便與另一個電流設定電阻並聯連接，使電流源可提供流過每個發光二極體驅動電路的電流之兩倍電流，而不需要由通用控制器來提供兩個不同的電壓。利用控制第一開關的信號，即可以作為此共用的公共電流源之修改版本的電流選擇信號，從而控制電流設定電阻的並聯連接。因此，可以簡化通用控制器的電路。

100：300：400：500：600：700：800：900：1000‧‧‧通用控制器

101a：101b：501a：501b：801a：801b‧‧‧發光二極體單元

102a：102b：502a：502b：802a：802b‧‧‧功率損耗減小電路

103a：103b：503a：503b：804‧‧‧電流源

201‧‧‧差分放大器

301：401：601：701：901：1001‧‧‧峰值電壓檢測器

302：402：602：902‧‧‧NAND閘

303：403：404：603：903‧‧‧電壓比較器

405：703‧‧‧電壓相減器

803a：803b‧‧‧電壓控制限流元件

圖一顯示出了根據本發明的一優選實施例製作的使用高電壓驅動發光二極體的裝置之方塊圖。

圖二顯示出了圖一的優選實施例的方塊圖中的電流源的示例。

圖三顯示出了圖一的優選實施例的方塊圖中的通用控制器的示例。

圖四顯示出了圖一的優選實施例的方塊圖中的通用控制器的另一示例圖五顯示出了根據圖一所示的本發明之優選實施例的修改版本製作的使用高電壓驅動發光二極體的裝置之方塊圖。

圖六顯示出了圖五所示的優選實施例的方塊圖中的通用控制器的示例。

圖七顯示出了圖五所示的優選實施例的方塊圖中的通用控制器的另一示例。

圖八顯示出了根據本發明的另一個優選實施例製作的使用高電壓驅動發光二極體的裝置之方塊圖。

圖九顯示出了圖八的優選實施例的方塊圖中的通用控制器的示例。

圖十顯示出了圖八的優選實施例的方塊圖中的通用控制器的另一示例。

圖十一顯示出了一電流源的示例，其中包括一電流選擇開關，用於使一個電流設定電阻與另一個電流設定電阻並聯連接，從而使流過電流源的電流加倍。

圖十二顯示出了圖八的優選實施例的方塊圖中，使用圖十一中所示的電流源而製作之通用控制器的示例。

圖十三顯示出了圖八的優選實施例的方塊圖中，使用圖十一中所示的電流源而製作之通用控制器的另一示例。

本說明書提供附圖，使本發明更能進一步的被理解，同時附圖也構成本說明書的一部分。該附圖顯示出了本發明的實施例，並與說明書一起，用來解釋本發明原理。

圖一示出了根據本發明製作的優選實施例，使用高電壓驅動發光二極體的裝置之方塊圖。在本實施例中，該裝置包括兩個發光二極體驅動電路和由通用控制器100控制的兩個開關SW1，SW2。圖一左側所示的發光二極體驅動電路，包括一發光二極體單元101a與功率損耗減小電路102a和電流源103a串聯連接。圖一右側所示的發光二極體驅動電路，包括一發光二極體單元101b與功率損耗減小電路102b和電流源103b串聯連接。

發光二極體單元101a具有多個發光二極體和由偏置電壓V1，a，V2，a，...，VM，a控制的多個電壓控制的限流元件連接，並且發光二極體單元101b具有多個發光二極體和由偏置電壓V1，b，V2，b，...，VN.b控制的多個電壓控制的限流元件連接。通用控制器100根據輸入電壓VIN，控制兩個開關SW1和SW2如何導通或斷開以連接兩個發光二極體驅動電路。

如圖一所示，每個發光二極體單元中的多個發光二極體被分成多個發光二極體段，每個發光二極體段具有與其相關聯的電壓控制限流元件。除了第一個和最後一個發光二極體段之外，每個發光二極體段有一個正端和一個負端分別連接到其前面的發光二極體段的負端和其隨後的發光二極體段的正端。

電壓控制的限流元件是一種三端子元件，具有第一端子連接到與其相關聯的發光二極體段的負端，第二端子連接到一偏置電壓，和第三端子連接到發光二極體單元的公共節點。在每個發光二極體驅動電路中，功率損耗減小電路102a或102b和電流源103a或103b串聯在發光二極體單元的公共節點和地之間。在美國專利第8,847,501號中，已經詳細公開了本發明中使用的發光二極體單元中的三端子電壓控制限流元件和功率損耗減小電路的工作原理，在此藉由引用該專利，併入本文，不再重複規範。

在本發明中，兩個驅動電路可以包括不同或相同的電路。例如發光二極體單元101a可以與發光二極體單元101b相同或不同，並且功率損耗減小電路102a也可以與功率損耗減小電路102b相同或不同。在圖一所示的實施例中，左側所示的發光二極體驅動電路中的電流源103a的電流Ia也由通用控制器100控制。

根據本發明，當輸入電壓VIN在整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓的範圍內時，例如整流的110伏交流電壓，開關SW1導通，開關SW2斷開，同時電流源103a也被接通，結果將兩個發光二極體驅動電路並聯連接。

當輸入電壓VIN處於從整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓的範圍內時，例如整流的220伏交流電壓，開關SW1斷開，開關SW2導通，使發光二極體單元101a的發光二極體段與圖一右側所示的發光二極體驅動電路串聯連接。同時，通用控制器100根據輸入電壓VIN的電壓變化控制流過電流源103a的電流Ia。

經由直接感測輸入電壓VIN，或檢測相關節點電壓，例如開關SW2一端的電壓，或發光二極體驅動電路的分支電流，例如電流源103b的電流Ib，可以偵測輸入電壓V_IN的電壓變化。開關SW2也可以是諸如二極體的被動開關。

根據本發明，當輸入電壓VIN沒有高到足以使圖一右側所示的發光二極體驅動電路導通時，電流源103a會被導通。然而當輸入電壓VIN高到足夠使圖一右側所示的發光二極體驅動電路導通時，電流源103a會被關閉。

圖二示出了電流源103a的示例。電流源具有差分放大器201，接收電流設定信號Vset和電流感測信號Vsense以控制電晶體元件。由電流設定信號Vset設定的電流源之電流等於Vset/Rset，其中Rset是將電晶體元件連接到地的電流設定電阻，而電流源的實際電流則為Vsense/Rset。

當電壓Vout小於電流源的頂上(headroom)電壓時，電流源的輸出電流為Iout=Vsense/Rset小於Vset/Rset。當電壓Vout大於或等於頂上電壓時，輸出電流Iout=Vsense/Rset與Vset/Rset相同。

如上所述，通用控制器100根據輸入電壓VIN，控制兩個開關SW1和SW2如何導通或斷開，以連接兩個發光二極體驅動電路。圖圖三示出了通用控制器的方塊圖之示例。如圖三所示的通用控制器300中，當輸入電壓VIN處於從整流的90伏交流電壓到整流的140伏交流電壓的範圍內時，峰值電壓檢測器301輸出邏輯“1”。結果開關SW1導通，開關SW2斷開。同時NAND閘302也選擇位置S1，並對圖二所示的電流源103a發送參考電壓Vref，作為電流設定信號Vset來導通電流源103a。

在通用控制器300中，當輸入電壓VIN處於從整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓的範圍內時，峰值電壓檢測器301輸出邏輯“0”，開關SW1斷開，開關SW2導通。電壓比較器303將電壓感測信號與臨界電壓Vth1進行比較。如果電壓感測信號小於臨界電壓Vth1，則NAND閘302會選擇並發送參考電壓Vref到電流源103a作為電流設定信號，以導通電流源103a。如果電壓感測信號大於臨界電壓Vth1，則NAND閘302會選擇位置S0，由於電流源103a的電流設定信號被接地，電流源103a因而斷開。在該示例中，電壓感測信號可以連接到由電阻R1和R2組成的電阻分壓器，或發光二極體驅動電路中其他相關節點的輸出。

圖四示出了通用控制器的方塊圖的另一示例。類似於圖三所示的示例，當輸入電壓VIN處於從整流的90伏交流電壓到整流的140伏交流電壓的範圍內時，圖四的通用控制器400中的峰值電壓檢測器401輸出邏輯“1”。結果開關SW1導通，開關SW2斷開。同時NAND閘402也選擇位置S1，使參考電壓Vref被發送到圖二所示的電流源103a，作為電流設定信號Vset來導通電流源103a。

在通用控制器400中，當輸入電壓VIN處於從整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓的範圍內時，峰值電壓檢測器401輸出邏輯“0”，開關SW1斷開，開關SW2導通。在該示例中，通用控制器400中有兩個電壓比較器403和404以及電壓相減器405.在兩個比較器中，都有電壓信號與電壓感測信號比較。如果電壓感測信號小於臨界電壓Vth2，則比較器403的輸出促成NAND閘402選擇位置S1，使參考電壓Vref被發送到電流源103a來作為電流設定信號，以導通電流源103a。如果電壓感測信號大於電壓Vth2+Vref，則比較器403和404的輸出都選擇位置S0，因此電流設定信號被接地，電流源103a也因此而被關閉斷開。

在該示例中，如果電壓感測信號在Vth2和Vth2+Vref之間，則電流源103a的電流設定信號來自電壓相減器405的輸出，因為電壓感測信號是與電壓Vth2+Vref相減，所以輸出是在0和Vref之間。由於電流源103a除了導通和斷開狀態之外還具有電流轉變狀態，所以該示例的優點在於，可以減少因為電流源的導通和斷開之間的突然切換所引起的閃爍，EMI，功率損耗和低功率因數的影響。與圖三的示例相似，電壓感測信號可以連接到由電阻R1和R2組成的電阻分壓器，或發光二極體驅動電路中其他相關節點的輸出。

圖五示出了根據圖一所示的本發明的優選實施例的一修改版本而製作，使用高電壓驅動發光二極體的裝置之方塊圖。在本實施例中，該裝置也包括兩個發光二極體驅動電路和由通用控制器500控制的兩個開關SW1，SW2。圖五左側所示的發光二極體驅動電路中，包括發光二極體單元501a與功率損耗減少電路502a和電流源503a串聯連接。圖五右側所示的發光二極體驅動電路中，包括發光二極體單元501b與功率損耗減少電路502b和電流源503b串聯連接。

如圖五所示，本實施例中的通用控制器500除了控制電流源503a之外，還接收來自電流源503b的電流感測信號，使得可以經由偵測流過電流源503b的電流Ib，來決定電流源503a的電流Ia。

圖六示出了圖五所示的優選實施例中的通用控制器500的方塊圖的示例。除了多了電壓比較器603之外，圖六的通用控制器600非常類似於圖三的通用控制器300。當輸入電壓VIN處於從整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓的範圍內時，通用控制器600的操作與圖三的通用控制器300相同。

在通用控制器600中，當輸入電壓VIN處於從整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓的範圍內時，峰值電壓檢測器601輸出邏輯“0”，開關SW1斷開，開關SW2導通。電壓比較器603將電壓感測信號，也就是來自電流源503b的電流感測信號Vsense，與臨界電壓Vth3進行比較。如果電壓感測信號小於臨界電壓Vth3，則NAND閘602會選擇位置S1，使參考電壓Vref發送到電流源503a來作為電流設定信號，以導通電流源503a。如果電壓檢測信號大於臨界電壓Vth3，則NAND閘602選擇位置S0，由於電流設定信號被接地，電流源503a因此而被關閉斷開。所以在本實施例中，可以經由偵測流過電流源503b的電流Ib，來決定電流源503a的電流Ia。

圖七示出了圖五所示的優選實施例中的通用控制器500的方塊圖的另一示例700。如圖七所示，當輸入電壓VIN處於從整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓的範圍內時，峰值電壓檢測器701輸出邏輯“1”。結果開關SW1導通，開關SW2斷開。在這種情況下，選擇發送電壓作為電流源503a的電壓設定信號Vset的選擇器，會選擇位置S0以輸出參考電壓Vref，來接通電流源503a。

在通用控制器700中，當輸入電壓VIN處於從整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓的範圍內時，峰值電壓檢測器701輸出邏輯“0”，開關SW1斷開，開關SW2導通。電壓相減器703從參考電壓Vref中減去電流源503b的電流感測信號，將相減後的電壓差輸出到位置S1。如圖七所示，選擇發送電壓作為電流源503a的電壓設定信號Vset的選擇器，會選擇位置S1。

因此，在該示例中，流過電流源503b的電流Ib決定電流源503a的電流Ia。隨著電流Ib的增加，電流Ia減小。由於電流源503a除了導通和斷開狀態之外還具有電流轉變狀態，所以該示例的優點在於，可以減少因為電流源的導通和斷開之間的突然切換所引起的閃爍，EMI，功率損耗和低功率因數的影響。

圖八示出了根據本發明的另一個優選實施例製作，使用高電壓驅動發光二極體的裝置之方塊圖。在本實施例中，該裝置包括兩個發光二極體驅動電路和由通用控制器800控制的兩個開關SW1，SW2。圖八左側所示的發光二極體驅動電路，包括一發光二極體單元801a與功率損耗減小電路802a和電壓控制限流元件803a串聯連接。圖八右側所示的發光二極體驅動電路，包括一發光二極體單元801b與功率損耗減小電路802b和電壓控制限流元件803b串聯連接。電流源804將電壓控制限流元件803a和803b連接到地。

在該實施例中，通用控制器800控制兩個開關SW1，SW2，兩個電壓控制限流元件803a，803b和電流源804。圖九是通用控制器800的示例方框圖900。如圖九所示，通用控制器900包括一峰值電壓檢測器901，當輸入電壓VIN處於從整流的90伏交流電壓到整流的140伏交流電壓的範圍時，輸出邏輯“1”。VC1和VC2分別是兩個電壓控制限流元件803a和803b的控制電壓，其中VC2連接到電壓VON。

結果開關SW1導通，並且開關SW2斷開。同時，選擇發送電壓作為電流源804的電壓設定信號Vset的選擇器，會選擇位置S0以輸出等於2Vref的電壓，以流過每個發光二極體驅動電路電流的兩倍之電流，來接通電流源804。NAND閘902則將用於選取給VC1的電壓之選擇器定位到S1，以將電壓VON傳送到VC1。因此在該示例中，兩個電壓控制限流元件803a和803b的控制電壓VC1和VC2都被設定為VON。

在通用控制器900中，當輸入電壓VIN處於從整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓的範圍內時，峰值電壓檢測器901輸出邏輯“0”，開關SW1斷開，開關SW2導通。選擇發送電壓作為電流源804的電流設定信號Vset被定位到S1，以輸出等於Vref的電壓，來接通電流源804。

電壓比較器903將電壓感測信號與臨界電壓Vth4進行比較。如果電壓感測信號小於臨界電壓Vth4，則NAND閘902則將用於選取給VC1的電壓之選擇器定位到S1，以將電壓VON傳送到VC1，因此將兩個電壓控制限流元件803a，803b的控制電壓VC1和VC2均設定為VON。此時，由於輸入電壓VIN不足以驅動串聯連接的兩個發光二極體驅動電路，所以只有VC1控制的電壓控制限流元件803a有電流流過。

如果電壓感測信號大於臨界電壓Vth4，則將用於選取給VC1的電壓之選擇器定位到S0以將VC1連接到地，只有VC2被提供有VON電壓，因此只有由VC2控制的電壓控制限流元件803b具有電流流過。在該示例中，電壓感測信號可以連接到由電阻R1和R2組成的電阻分壓器，或發光二極體驅動電路中其他相關節點的輸出。

圖十示出了圖八所示的優選實施例中的通用控制器800的方塊圖的另一示例1000。如圖十所示，通用控制器1000包括峰值電壓檢測器1001，當輸入電壓VIN處於從整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓的範圍內時，輸出邏輯“1”。

因此開關SW1導通，開關SW2斷開。同時，選擇發送電壓作為電流源804的電壓設定信號Vset的選擇器，會選擇位置S0以輸出等於2Vref的電壓，以流過每個發光二極體驅動電路電流的兩倍之電流，來接通電流源804。用於選擇提供電壓給VC2的選擇器被定位到S0，以將電壓VON傳送到VC2，所以兩個電壓控制限流元件803a和803b的控制電壓VC1和VC2都被設置為VON。

當輸入電壓VIN處於從整流的180伏交流電壓到整流的265伏交流電壓電的範圍內時，峰值電壓檢測器1001輸出邏輯“0”，開關SW1斷開，開關SW2導通。選擇發送電壓作為電流源804的電流設定信號Vset的選擇器被定位到S1，以輸出等於Vref的電壓，來接通電流源804。用於選擇提供電壓給VC2的選擇器被定位到S1，以將電壓VON和差分電壓△V之和，也就是VON+△V傳送給VC2。

當輸入電壓VIN不足以驅動串聯連接的兩個發光二極體驅動電路時，只有VC1控制的電壓控制限流元件803a有電流流過。當輸入電壓VIN高到足夠驅動串聯連接的兩個發光二極體驅動電路，並且電流開始流過由VC2控制的電壓控制限流元件803b時，在電流源804連接到兩個電壓控制限流制裝置803a和803b的節點處的電壓將增加。

結果，流過由VC1控制的電壓控制限流元件803a的電流將減小，並最終減小到零。只有由VC2控制的電壓控制限流元件803b有電流流過。由於兩個電壓控制限流元件803a，803b被逐漸切換，所以這個例子具有優點，可以減少因為電流源的導通和斷開之間的突然切換所引起的閃爍，EMI，功率損耗和低功率因數的影響。

在圖九和十所示的兩個示例中，使用了兩個不同的參考電壓值，即Vref或2Vref來控制流過電流源804的電流。圖二的電流源是一可以作為電流源804的示例，用來根據電流設定信號Vref或2Vref來控制流過電流源的電流。

圖十一示出了一個其中流過電流源的電流可以由開關SI控制的電流源，。與圖二所示的電流源相比，圖十一所示的電流源具有一個由SI控制的附加電阻器Rset，可以與另一個電阻器Rset並聯連接，從而以相同的電流設定信號Vref，而不須使用2Vref，就可使流過電流源的電流加倍。

圖八所示的優選實施例可以使用圖十一所示的電流源，以簡化通用控制器800的電路。圖十二示出了可以與圖十一所示的電流源一起使用的通用控制器800的方塊圖之示例。從圖十二中可以看出，該通用控制器幾乎與圖九所示的相同，只是選擇傳送參考電壓Vref或2Vref作為電流源804的電流設定信號的選擇器被去除，而以提供電流選擇信號SI，來控制流過電流源804的電流。

類似地道理，利用圖十一所示的電流源，圖十所示的通用控制器800的方塊圖的示例，可以簡化成如圖十三所示。圖十三中的通用控制器幾乎與圖十所示的相同，但是選擇傳送參考電壓Vref或2Vref作為電流源804的電流設定信號的選擇器被去除，而以提供電流選擇信號SI，來控制流過電流源804的電流。

雖然以上只藉由幾個優選的實施範例來描述本發明，然而熟悉本技術領域的人，很明顯的可以了解，仍有許多未描述的變通及修改，都在不偏離以下所定義之本發明的申請專利範圍之內。

100‧‧‧通用控制器

101a‧‧‧發光二極體單元

101b‧‧‧發光二極體單元

102a‧‧‧功率損耗減小電路

102b‧‧‧功率損耗減小電路

103a‧‧‧電流源

103b‧‧‧電流源

Claims

一種用於驅動多個發光二極體的裝置，包括：第一和第二發光二極體驅動電路，每個發光二極體驅動電路包括：多個發光二極體分為串聯連接的多個發光二極體段，包括一領頭的發光二極體段和一尾部的發光二極體段，上述多個發光二極體段中的每一個發光二極體段具有正端和負端；多個電壓控制限流元件，上述多個電壓控制限流元件中的每一個電壓控制限流元件在上述多個發光二極體段中有一個相對應關聯的發光二極體段，並且具有第一端子連接到相關聯的發光二極體段的負端，第二端子被施加偏置電壓，第三端子連接到一公共節點；一功率損耗減小電路，其正端連接到上述公共節點；和一電流源，其第一端連接到上述功率損耗減小電路的負端，其第二端連接到地；第一開關裝置，其第一端連接到上述第一發光二極體驅動電路的領頭的發光二極體段的正端，其第二端連接到上述第二發光二極體驅動電路的領頭的發光二極體段的正端；第二開關裝置，其第一端連接到上述第一發光二極體驅動電路的尾部的發光二極體段的負端，其第二端連接到上述第二發光二極體驅動電路的領頭的發光二極體段的正端；一通用控制器，控制上述第一和第二開關裝置和上述第一發光二極體驅動電路的電流源；和一輸入電壓連接到上述第一發光二極體驅動電路的領頭的發光二極體段的正端和上述通用控制器；其中當上述輸入電壓在整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置導通，上述第二開關裝置斷開，並且當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置斷開，上述第二開關裝置導通。
如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述第二開關裝置是二極體。
如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中上述第一發光二極體驅動電路的電流源具有電流設定電阻器Rset和用於從上述通用控制器接收電流設定信號Vset的節點。
如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中上述通用控制器包括：一峰值電壓檢測器具有輸入節點和輸出節點，上述輸出節點發送用於控制上述第一開關裝置的第一開關控制信號；輸入分壓電阻器R1和R2，R2的一端連接到上述輸入電壓，R2的另一端連接到R1的一端和上述峰值電壓檢測器的輸入節點，並且R1的另一端連接到地；一反相器將上述第一開關控制信號反相，以形成用於控制上述第二開關裝置的第二開關控制信號；一電壓比較器，將一電壓感測信號與一臨界電壓進行比較，並輸出電壓比較信號；一NAND閘，接收上述第二開關控制信號和上述電壓比較信號並輸出電壓選擇信號；和一電壓選擇器，由上述電壓選擇信號控制，用於選擇一參考電壓或接地電壓作為上述電流設定信號，以控制上述第一發光二極體驅動電路的電流源。
如申請專利範圍第4項所述的裝置，其中上述電壓感測信號連接到上述峰值電壓檢測器的輸入節點。
如申請專利範圍第4項所述的裝置，其中上述第二發光二極體驅動電路的電流源具有一連接到地的電流感測電阻器，並且跨在上述電流感測電阻器的電壓被反饋到上述通用控制器作為上述電壓感測信號。
如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中上述通用控制器包括：一峰值電壓檢測器具有輸入節點和輸出節點，上述輸出節點發送用於控制上述第一開關裝置的第一開關控制信號；輸入分壓電阻器R1和R2，R2的一端連接到上述輸入電壓，R2的另一端連接到R1的一端和上述峰值電壓檢測器的輸入節點，並且R1的另一端連接到地；一反相器將上述第一開關控制信號反相，以形成用於控制上述第二開關裝置的第二開關控制信號；一電壓相減器，從一參考電壓減去一電壓感測信號，並輸出相減後的電壓；和一電壓選擇器，由上述第二開關控制信號控制，用於選擇上述相減後的電壓或上述參考電壓作為上述電流設定信號，以控制上述第一發光二極體驅動電路的電流源；其中上述第二發光二極體驅動電路的電流源具有一連接到地的電流感測電阻器，並且跨在上述電流感測電阻器的電壓被反饋到上述通用控制器作為上述電壓感測信號。
如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中上述通用控制器包括：一峰值電壓檢測器具有輸入節點和輸出節點，上述輸出節點發送用於控制上述第一開關裝置的第一開關控制信號；輸入分壓電阻器R1和R2，R2的一端連接到上述輸入電壓，R2的另一端連接到R1的一端和上述峰值電壓檢測器的輸入節點，並且R1的另一端連接到地；一反相器將上述第一開關控制信號反相，以形成用於控制上述第二開關裝置的第二開關控制信號；第一電壓比較器，將一電壓感測信號與一臨界電壓進行比較並輸出第一電壓比較信號；一NAND閘，接收上述第二開關控制信號和上述第一電壓比較信號，並輸出電壓選擇信號；第一電壓選擇器，由上述電壓選擇信號控制，用於選擇一參考電壓或過渡電壓作為上述電流設定信號，以控制上述第一發光二極體驅動電路的電流源；第二電壓比較器，比較上述電壓感測信號與上述臨界電壓和上述參考電壓之和，並輸出第二電壓比較信號；一電壓相減器，從上述臨界電壓和上述參考電壓之和減去上述電壓感測信號，並輸出相減後的電壓；和第二電壓選擇器，由上述第二電壓比較信號控制，用於選擇上述相減後的電壓或一接地電壓作為上述過渡電壓。
如申請專利範圍第8項所述的裝置，其中上述電壓感測信號連接到上述峰值電壓檢測器的輸入節點。
一種用於驅動多個發光二極體的裝置，包括：第一和第二發光二極體驅動電路，每個發光二極體驅動電路包括：多個發光二極體分為串聯連接的多個發光二極體段，包括一領頭的發光二極體段和一尾部的發光二極體段，上述多個發光二極體段中的每一個發光二極體段具有正端和負端；多個電壓控制限流元件，上述多個電壓控制限流元件中的每一個電壓控制限流元件在上述多個發光二極體段中有一個相對應關聯的發光二極體段，並且具有第一端子連接到相關聯的發光二極體段的負端，第二端子被施加偏置電壓，第三端子連接到一公共節點；一功率損耗減小電路，其正端連接到上述公共節點；和一底部電壓控制限流元件，其具有第一端子連接到上述功率損耗減小電路的負端，第二端子連接到一控制電壓，和第三端子；第一開關裝置，其第一端連接到上述第一發光二極體驅動電路的領頭的發光二極體段的正端，其第二端連接到上述第二發光二極體驅動電路的領頭的發光二極體段的正端；第二開關裝置，其第一端連接到上述第一發光二極體驅動電路的尾部的發光二極體段的負端，其第二端連接到上述第二發光二極體驅動電路的領頭的發光二極體段的正端；一電流源，其第一端連接到上述第一和第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的第三端子，其第二端連接到地；一通用控制器控制上述第一和第二開關裝置和上述電流源，以及提供上述第一和第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；和一輸入電壓，連接到上述第一發光二極體驅動電路的領頭的發光二極體段的正端的和上述通用控制器；其中當上述輸入電壓在整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置導通，上述第二開關裝置斷開，並且上述兩個控制電壓被設定為相同，並且當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置斷開，上述第二開關裝置導通，並且上述第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓，被設定為大於或等於上述第一發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓。
如申請專利範圍第10項所述的裝置，其中上述第二開關裝置是二極體。
如申請專利範圍第10項所述的裝置，其中上述電流源具有電流設定電阻器Rset和用於接收從上述通用控制器發送的電流設定信號Vset的節點。
如申請專利範圍第12項所述的裝置，其中上述通用控制器包括：一峰值電壓檢測器具有輸入節點和輸出節點，上述輸出節點發送用於控制上述第一開關裝置的第一開關控制信號；輸入分壓電阻器R1和R2，R2的一端連接到上述輸入電壓，R2的另一端連接到R1的一端和上述峰值電壓檢測器的輸入節點，並且R1的另一端連接到地；一反相器將上述第一開關控制信號反相，以形成用於控制上述第二開關裝置的第二開關控制信號；第一電壓選擇器，由上述第二開關控制信號控制，用於選擇一參考電壓Vref或參考電壓的兩倍2Vref作為上述電流設定信號以控制上述電流源；一電壓比較器，將一電壓感測信號與一臨界電壓進行比較，並輸出電壓比較信號；一NAND閘，接收上述第二開關控制信號和上述電壓比較信號並輸出電壓選擇信號；一導通電壓VON，作為上述第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；和第二電壓選擇器，由上述電壓選擇信號控制，用於選擇上述導通電壓VON或一接地電壓，作為上述第一發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；其中當上述輸入電壓在整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置導通，上述第二開關裝置斷開，上述參考電壓的兩倍2Vref被選擇為上述電流設定信號以控制上述電流源，並且當上述輸入電壓為整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓時，上述第一開關裝置斷開，上述第二開關裝置導通，並且上述參考電壓Vref被選擇為上述電流設定信號以控制上述電流源。
如申請專利範圍第13項所述的裝置，其中上述電壓感測信號連接到上述峰值電壓檢測器的輸入節點。
如申請專利範圍第13項所述的裝置，其中當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間，而且上述電壓感測信號小於上述臨界電壓時，上述兩個控制電壓都被設定為VON，並且當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間，而且上述電壓感測信號大於上述臨界電壓時，上述第一發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓被設定為上述接地電壓。
如申請專利範圍第12項所述的裝置，其中上述通用控制器包括：一峰值電壓檢測器具有輸入節點和輸出節點，上述輸出節點發送用於控制上述第一開關裝置的第一開關控制信號；輸入分壓電阻器R1和R2，R2的一端連接到上述輸入電壓，R2的另一端連接到R1的一端和上述峰值電壓檢測器的輸入節點，並且R1的另一端連接到地；一反相器將上述第一開關控制信號反相，以形成用於控制上述第二開關裝置的第二開關控制信號；第一電壓選擇器，由上述第二開關控制信號控制，用於選擇一參考電壓Vref或參考電壓的兩倍2Vref作為上述電流設定信號，以控制上述電流源；一導通電壓VON，作為上述第一發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；和第二電壓選擇器，由上述第二開關控制信號控制，用於選擇上述接通電壓VON或上述導通電壓VON和一差分電壓△V之和作為上述第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；其中當上述輸入電壓在整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置導通，上述第二開關裝置斷開，上述參考電壓的兩倍2Vref被選擇為上述電流設定信號以控制上述電流源，並且當上述輸入電壓為整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置斷開，上述第二開關裝置導通，並且上述參考電壓Vref被選擇為上述電流設定信號以控制上述電流源。
如申請專利範圍第16項所述的裝置，其中當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間時，上述第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓被設定為上述導通電壓VON和上述差分電壓△V之和。
如申請專利範圍第10項所述的裝置，其中上述電流源具有兩個電流設定電阻器Rset，其中一個電流設定電阻器可由一電流選擇開關控制，以便與另一個電流設定電阻器並聯連接或互不相連。
如申請專利範圍第18項所述的裝置，其中上述通用控制器包括：一峰值電壓檢測器具有輸入節點和輸出節點，上述輸出節點發送第一開關控制信號，用於控制上述第一開關裝置和上述電流選擇開關；輸入分壓電阻器R1和R2，R2的一端連接到上述輸入電壓，R2的另一端連接到R1的一端和上述峰值電壓檢測器的輸入節點，並且R1的另一端連接到地；一反相器將上述第一開關控制信號反相，以形成用於控制上述第二開關裝置的第二開關控制信號；一電壓比較器，將一電壓感測信號與一臨界電壓進行比較，並輸出電壓比較信號；一NAND閘，接收上述第二開關控制信號和上述電壓比較信號並輸出電壓選擇信號；一導通電壓VON，作為上述第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；和一電壓選擇器，由上述電壓選擇信號控制，用於選擇上述導通電壓VON或一接地電壓，作為上述第一發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；其中當上述輸入電壓在整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置導通，上述第二開關裝置斷開，兩個控制電壓都被設定為VON，並且當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置斷開，上述第二開關裝置導通。
如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中上述電壓感測信號連接到上述峰值電壓檢測器的輸入節點。
如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間，而且上述電壓感測信號小於上述臨界電壓時，上述兩個控制電壓都被設定為VON，並且當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間，而且上述電壓感測信號大於上述臨界電壓時，上述第一發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓被設定為上述接地電壓。
如申請專利範圍第18項所述的裝置，其中上述通用控制器包括：一峰值電壓檢測器具有輸入節點和輸出節點，上述輸出節點發送第一開關控制信號，用於控制上述第一開關裝置和上述電流選擇開關；輸入分壓電阻器R1和R2，R2的一端連接到上述輸入電壓，R2的另一端連接到R1的一端和上述峰值電壓檢測器的輸入節點，並且R1的另一端連接到地；一反相器將上述第一開關控制信號反相，以形成用於控制上述第二開關裝置的第二開關控制信號；一導通電壓VON，作為上述第一發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；和一電壓選擇器，由上述第二開關控制信號控制，用於選擇上述導通電壓VON或上述導通電壓VON和一差分電壓△V之和作為上述第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓；其中當上述輸入電壓在整流的90伏交流電壓至整流的140伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置導通，上述第二開關裝置斷開，兩個控制電壓都被設定為VON，並且當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間時，上述第一開關裝置斷開，上述第二開關裝置導通。
如申請專利範圍第22項所述的裝置，其中當上述輸入電壓在整流的180伏交流電壓至整流的265伏交流電壓之間時，上述第二發光二極體驅動電路的底部電壓控制限流元件的控制電壓被設定為上述導通電壓VON和上述差分電壓△V之和。