TW201943314A - 馬達驅動系統的並聯ｌｅｄ均流電路 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種馬達驅動系統的並聯LED均流電路，其包括彼此並聯的至少二LED電路、輸入電源、開關元件、二極體及馬達驅動電路。各LED電路包括發光二極體及與發光二極體串聯的均流元件，且均流元件的一端連接於發光二極體的負極。輸入電源連接於各發光二極體的正極。開關元件一端連接於各均流元件的另一端，開關元件另一端接地。二極體一端連接於輸入電源，二極體另一端連接於開關元件的一端，而與至少二LED電路並聯。馬達驅動電路具有第一驅動端及接地端，第一驅動端連接開關元件的控制端，並輸出第一驅動訊號，接地端連接於開關元件的另一端。

Description

馬達驅動系統的並聯LED均流電路

本發明涉及一種馬達驅動系統的並聯LED均流電路，特別是涉及一種包括馬達驅動電路及均流元件的馬達驅動系統的並聯LED均流電路。

LED照明因為省電，逐漸廣泛應用於照明市場。LED已實際應用於某些家電產品以提供燈具輔助照明，如抽油煙機，其通常會有兩顆LED燈具作為輔助照明，而在此類家電上，為了提升可靠度，應搭配均流技術。

現由抽油煙機應用已導入了無刷直流馬達，其一般會有馬達驅動板，除控制馬達外，驅動板電源亦可提供予LED驅動電路及人機操作面板之電源，市售產品亦已將此部分做整合式的設計連結。

而在現有的均流技術中，最簡單的LED驅動方式為將輸入電壓串聯限流電阻後，提供給LED。這樣的架構雖然簡單且成本低廉，然而，限流電阻為功率電阻，溫度高、體積大，更會損耗功率，故效率差。再者，由於LED特性誤差，定電壓驅動多顆LED時並無法均流。

另外，此領域中亦有使用專用LED驅動IC，例如採用BUCK降壓型式架構。其優勢在於有專用IC可選用、可做電流回授控制、效率高，然而與前述現有方式相比，成本較高，且在單輸出並聯雙LED電流時仍不均流。並且，需專用IC驅動金屬氧化物半導體(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)開關，若不使用專用IC，則 另需一組電源驅動MOS。此外，若有進行電流回授，於單一LED損壞時會造成電流皆集中流至另一顆LED，而使得操作電流為原先的數倍，因此加速LED老化或損壞。

故，如何通過將均流架構進行改良，來克服上述的問題，已成為本技術領域所欲解決的重要課題之一。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種馬達驅動系統的並聯LED均流電路。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種馬達驅動系統的並聯LED均流電路，其包括彼此並聯的至少二LED電路、輸入電源、開關元件、二極體及馬達驅動電路。各該LED電路包括發光二極體及與發光二極體串聯的均流元件，且均流元件的一端連接於發光二極體的負極。輸入電源連接於各發光二極體的正極。該開關元件的第一端連接於各均流元件的另一端，開關元件的一第二端接地。二極體的一端連接於輸入電源，二極體的另一端連接於開關元件的第一端而與至少二LED電路並聯。馬達驅動電路具有第一驅動端及接地端，第一驅動端連接開關元件的控制端，並輸出第一驅動訊號，接地端連接於開關元件的第二端。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種並聯LED均流電路，其包括彼此並聯的至少二LED電路、輸入電源、開關元件及二極體。各該LED電路包括發光二極體及與發光二極體串聯的均流元件，且均流元件的一端連接於發光二極體的負極。輸入電源，連接於各發光二極體的正極。開關元件的第一端連接於各均流元件的另一端，開關元件的第二端接地。二極體的端連接於輸入電源，二極體的另一端連接於開關元件的第一端而與至少二LED電路並聯。其中，開關元件的控制端用於接收第一驅動訊號。

藉由本發明的馬達驅動系統的並聯LED均流電路，僅需馬達驅動電路的一支腳位輸出脈衝調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號即可控制，不需另加驅動IC。

由於採用了反降壓式電源轉換器架構，馬達驅動電路與開關元件為共地架構驅動，亦不需另加驅動電源。再者，控制馬達驅動電路輸出脈衝調變訊號的佔空比，即可決定LED電流。

此外，以LED各串聯電感可解決單一LED損壞時導致的電流過大問題，可提升可靠度。並且，若能控制好電感誤差值，則可控制LED電流於一定誤差範圍，可改善均流問題。而與現有技術相比，由於不需專用IC，且共用馬達驅動系統的馬達驅動電路，雖然增加了電感的設置，仍可以節省成本。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

1‧‧‧並聯LED均流電路

10、12、20、22‧‧‧LED電路

100、120‧‧‧均流元件

2‧‧‧馬達驅動系統的並聯LED均流電路

24‧‧‧馬達驅動電路

26‧‧‧馬達元件

240‧‧‧脈衝寬度調變模組

C1‧‧‧控制端

D‧‧‧汲極

D1‧‧‧二極體

DR1‧‧‧第一驅動端

DR2‧‧‧第二驅動端

DRV1‧‧‧第一驅動訊號

DRV2‧‧‧第二驅動訊號

G‧‧‧閘極

GND‧‧‧接地端

L1、L2‧‧‧電感

LED1、LED2‧‧‧發光二極體

NM1‧‧‧N型MOS場效電晶體

PWM1、PWM2‧‧‧脈衝調變訊號

S‧‧‧源極

S1‧‧‧開關元件

Vcc‧‧‧電壓源

VCC‧‧‧電源端

Vin‧‧‧輸入電源

圖1為本發明第一實施例的並聯LED均流電路的電路佈局圖。

圖2為本發明第二實施例的馬達驅動系統的並聯LED均流電路的電路佈局圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“馬達驅動系統的並聯LED均流電路”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的 保護範圍。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

請參閱圖1所示，其為本發明第一實施例的並聯LED均流電路的方塊圖。由上述圖中可知，本發明第一實施例提供一種並聯LED均流電路1，其包括彼此並聯的LED電路10、12、輸入電源Vin、開關元件S1及二極體D1。LED電路10包括發光二極體LED1及與發光二極體LED1串聯的均流元件100，LED電路12包括發光二極體LED2及與發光二極體LED2串聯的均流元件120。均流元件100的一端連接於發光二極體LED1的負極，均流元件120的一端連接於發光二極體LED2的負極。輸入電源Vin，連接於發光二極體LED1及LED2的正極。開關元件S1的第一端連接於均流元件100、120的另一端，開關元件S1的第二端接地。二極體D1一端連接於輸入電源Vin，二極體D1另一端連接於開關元件S1的第一端而與二LED電路10、12並聯。其中，開關元件S1的控制端C1用於接收第一驅動訊號DRV1。

並聯LED均流電路1為用於對輸入電源Vin進行降壓所獲得的預定DC電壓的反降壓式電源轉換器架構。開關元件S1可由場效電晶體(FET)構成，而均流元件100、120可由電感構成。在本實施例中，開關元件S1安裝於接地的線路側，由此實現穩定的開關控制。

第一驅動訊號DRV1是用於對開關元件S1的導通/斷開(on/off)進行控制的驅動訊號，並且，將開關元件S1的斷開時間段控制為 特定時段。

接著，在本實施例中，在第一驅動訊號DRV1將開關元件S1切換成導通的情況下，電流分別沿著發光二極體LED1-均流元件100-開關元件S1-接地端的路徑，以及發光二極體LED2-均流元件120-開關元件S1-接地端的路徑流動。

此時，流經均流元件100、120的電流(開關元件S1的導通電流)的上升速度基於輸入電源Vin的大小而改變。即，在輸入電源Vin較低的情況下，流經均流元件100、120的電流的上升速度變慢，並且輸入電源Vin較高的情況下，流經均流元件100、120的電流的上升速度變快。

當第一驅動訊號DRV1將開關元件S1切換成斷開時，電流分別沿著均流元件100-二極體D1-發光二極體LED1及均流元件120-二極體D1-發光二極體LED2的閉合回路流動，並且流經均流元件100、120的電流逐漸降低。

通過重複上述操作，第一驅動訊號DRV1對開關元件S1進行控制，即可決定發光二極體LED1及LED2的電流。因此，當第一驅動訊號DRV1為脈衝寬度調變(PWM)訊號時，其占空比D將可依據下式1決定發光二極體LED1及LED2的電流。

因此，控制馬達驅動電路輸出脈衝調變訊號的占空比，即可決定LED電流。且均流元件100、120由電感構成時，亦可在單一LED損壞時，不論是開路損壞或短路損壞，均能解決電流過大問題，因此提升了可靠度。

延續上式1，均流元件100、120由電感構成時，其電感值須為相同的。優選的，若能控制好兩顆電感誤差值，例如，小於5%、小於3%或小於1%，則可控制兩顆LED電流於一定誤差範圍，改善均流問題。

[第二實施例]

請參考圖2，其為本發明第二實施例的馬達驅動系統的並聯LED均流電路的示意圖。在此實施例中，類似於第一實施例，類似的元件符號代表類似的元件，並不再贅述。

如圖所示，本發明第二實施例提供一種馬達驅動系統的並聯LED均流電路2，其包括彼此並聯的LED電路20及22、輸入電源Vin、N型MOS場效電晶體NM1、二極體D1及馬達驅動電路24。

LED電路20包括發光二極體LED1及與發光二極體LED1串聯的電感L1，LED電路22包括發光二極體LED2及與發光二極體LED2串聯的電感L2。電感L1、L2的一端分別連接於發光二極體LED1、LED2的負極。輸入電源Vin連接於發光二極體LED1、LED2的正極。N型MOS場效電晶體NM1的汲極D連接於電感L1、L2的另一端，N型MOS場效電晶體NM1的源極S接地。二極體D1一端連接於輸入電源Vin，二極體D1另一端連接於N型MOS場效電晶體NM1的汲極D，而與LED電路20、22並聯。

此外，馬達驅動電路24具有電源端VCC、第一驅動端DR1及接地端GND，電源端VCC連接於另一電壓源Vcc，此電壓源Vcc可與輸入電源Vin為相同電壓源，第一驅動端DR1連接N型MOS場效電晶體NM1的閘極G，接地端GND連接於N型MOS場效電晶體NM1的源極S。

在此實施例中，雖然僅繪示了LED電路20及22，而應設想的是，可依據需求將額外的LED電路添加至馬達驅動系統的並聯LED均流電路2，且每個LED電路均具備串聯的發光二極體與電感，從而增加實施上的靈活性。

在此實施例中，馬達驅動電路24更包括脈衝寬度調變模組240，其經配置以透過第一驅動端DR1輸出一脈衝寬度調變訊號 PWM1，以作為第一驅動訊號DRV1對N型MOS場效電晶體NM1進行控制。當第一驅動訊號DRV1為脈衝寬度調變訊號PWM1時，其占空比D將可依據下面的式1決定發光二極體LED1及LED2的電流。

因此，控制馬達驅動電路24輸出脈衝調變訊號PWM1的占空比，即可決定LED電流。此外，藉由電感L1、L2的配置，除可提供均流效果，更可在單一LED損壞時，不論是開路損壞或短路損壞，均能解決電流過大問題，因此提升了可靠度。優選的，若能控制好兩顆電感誤差值，例如，小於5%、小於3%或小於1%，則可控制兩顆LED電流於一定誤差範圍，改善均流問題。

此外，傳統採用BUCK降壓型式架構中，需專用IC驅動金屬氧化物半導體(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)開關，若不使用專用IC，則另需一組電源驅動MOS場效電晶體。與之不同的，在本實施例中，馬達驅動電路24可為馬達驅動系統中常用之微控制器(MCU)，僅需一支通用型之輸入輸出(General-purpose input/output,GPIO)接腳輸出PWM即可對LED電流進行控制。再者，由於採用了反降壓式電源轉換器架構，馬達驅動電路與開關元件為共地架構驅動，亦不需另加驅動電源來驅動MOS場效電晶體。

舉例來說，馬達驅動電路24可為用於驅動馬達元件26的馬達驅動系統中常用之微控制器(MCU)，例如，無刷馬達，使用無刷馬達比傳統交流馬達作為抽油煙機馬達，具有以下優點：無刷馬達可輕易的達到無段變速，可以比傳統交流馬達有更寬的轉速調變範圍。另外，無刷馬達有更好的能源效率，比傳統交流馬達更省能源。因此更適合於抽油煙機中使用。

在本實施例中，馬達驅動電路24可包括第二驅動端DR2，用 於輸出第二驅動訊號DRV2來驅動馬達元件26。此處，脈衝寬度調變模組240可用於輸出另一脈衝寬度調變訊號PWM2作為第二驅動訊號DRV2，因此可針對不同狀況，精確地自動設定所需之馬達轉動速度。而與現有技術相比，由於不需專用IC，且共用馬達驅動系統的馬達驅動電路，雖然增加了電感的設置，仍可以節省成本。

綜上所述，藉由本發明的馬達驅動系統的並聯LED均流電路，僅需馬達驅動電路的一支腳位輸出脈衝調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號即可控制，不需另加驅動IC。

由於採用了反降壓式電源轉換器架構，馬達驅動電路與開關元件為共地架構驅動，亦不需另加驅動電源。再者，控制馬達驅動電路輸出脈衝調變訊號的佔空比，即可決定LED電流。

此外，以LED各串聯電感可解決單一LED損壞時導致的電流過大問題，可提升可靠度。並且，若能控制好電感誤差值，則可控制LED電流於一定誤差範圍，可改善均流問題。而與現有技術相比，由於不需專用IC，且共用馬達驅動系統的馬達驅動電路，雖然增加了電感的設置，仍可以節省成本。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包括於本發明的申請專利範圍內。

Claims (10)

1. 一種馬達驅動系統的並聯LED均流電路，其包括：至少二LED電路彼此並聯，各該LED電路包括一發光二極體及與該發光二極體串聯的一均流元件，且該均流元件的一端連接於該發光二極體的負極；一輸入電源，連接於各該發光二極體的正極；一開關元件，該開關元件的一第一端連接於各該均流元件的另一端，該開關元件的一第二端接地；一二極體，該二極體的一端連接於該輸入電源，該二極體的另一端連接於該開關元件的該第一端而與該至少二LED電路並聯；以及一馬達驅動電路，具有一第一驅動端及一接地端，該第一驅動端連接該開關元件的一控制端，並輸出一第一驅動訊號，該接地端連接於該開關元件的該第二端。
2. 如請求項1所述的馬達驅動系統的並聯LED均流電路，其中各該均流元件為電感。
3. 如請求項1所述的馬達驅動系統的並聯LED均流電路，其中各該電感的電感值相等。
4. 如請求項1所述的馬達驅動系統的並聯LED均流電路，其中該馬達驅動電路包括一脈衝寬度調變模組，其經配置以透過該第一驅動端輸出作為該第一驅動訊號的一脈衝寬度調變訊號。
5. 如請求項4所述的馬達驅動系統的並聯LED均流電路，更包括一馬達元件，其連接於該馬達驅動電路的一第二驅動端，該脈衝寬度調變模組經配置以透過該第二驅動端輸出作為一第二驅動訊號的另一脈衝寬度調變訊號，以驅動該馬達元件。
6. 如請求項1所述的馬達驅動系統的並聯LED均流電路，其中 該開關元件為金屬氧化物半導體場效電晶體。
7. 一種並聯LED均流電路，其包括：至少二LED電路彼此並聯，各該LED電路包括一發光二極體及與該發光二極體串聯的一均流元件，且該均流元件的一端連接於該發光二極體的負極；一輸入電源，連接於各該發光二極體的正極；一開關元件，該開關元件的一第一端連接於各該均流元件的另一端，該開關元件的一第二端接地；以及一二極體，該二極體的一端連接於該輸入電源，該二極體的另一端連接於該開關元件的該第一端而與該至少二LED電路並聯，其中，該開關元件的一控制端用於接收一第一驅動訊號。
8. 如請求項7所述的並聯LED均流電路，其中各該均流元件為電感值相等的電感。
9. 如請求項7所述的並聯LED均流電路，其中該第一驅動訊號為一脈衝寬度調變訊號。
10. 如請求項7所述的並聯LED均流電路，其中該開關元件為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。