TWI407833B - 驅動電路與驅動負載的方法 - Google Patents

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Description

驅動電路與驅動負載的方法
本發明係有關一種驅動電路與驅動負載的方法，特別是指一種節省電路元件且能夠自交流電端來控制亮度的發光二極體(LED)驅動電路與LED驅動方法。
請參閱第1圖，先前技術從交流電源供應電力來驅動LED照明時，通常需要一個交直流電源轉換供應裝置(AC-DC power regulator)10來將交流電轉換成直流電壓，再透過LED驅動電路20提供電力給LED電路50並控制通過LED的電流。交直流電源轉換供應裝置10中除變壓器外，尚包含一次側電路11、二次側電路12、及其他獨立元件(discrete device)如電容C2、二極體D2等。二次側電路12偵測輸出電壓，並以光偶合方式將偵測結果反饋回一次側電路11，以控制一次側電路11內功率開關P的操作。
以上先前技術的缺點是，其先由交直流電源轉換供應裝置10產生調整過的電壓，再由LED驅動電路20根據該電壓來控制LED電路50的電流，因此至少必須使用一次側電路11、二次側電路12、及LED驅動電路20三顆積體電路晶片，在電路上並不經濟。其次，並沒有直接從交流電端來控制LED亮度的方法。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種驅動電路與驅動負載的方法。
本發明目的之一在提供一種驅動電路，其例如可用於驅動LED電路。
本發明的另一目的在提供一種驅動負載的方法。
為達上述之目的，就其中一個觀點言，本發明提供了一種驅動電路，包含：一次側電路，其接收經整流後的交流電力；與一次側電路耦接的變壓器，將一次側電壓轉換為二次側電壓供應給一負載電路；與變壓器耦接的二次側電路，其偵測通過該負載電路的電流，並據以反饋控制一次側電路；與該二次側電路耦接的第一電容，用以提供操作電壓給該二次側電路，以及與該負載電路耦接的第二電容，用以提供操作電壓給該負載電路與光偶合器，其中該一次側電路具有一致能輸入，以接收一工作訊號，且於該工作訊號不致能該一次側電路時，前述第一電容仍提供操作電壓給該二次側電路。
上述驅動電路中，所述工作訊號可由一交流訊號擷取轉換電路產生，其根據一TRIAC訊號而產生該工作訊號。該工作訊號可用以控制通過負載電路的電流。
就另一個觀點言，本發明提供了一種驅動負載的方法，包含：提供一個一次側電路，其接收經整流後的交流電力；提供一個與一次側電路耦接的變壓器，將一次側電壓轉換為二次側電壓；提供一個與變壓器耦接的二次側電路，將二次側電壓供應給該負載；根據一工作訊號而致能該一次側電路；以及當該工作訊號不致能該一次側電路時，保持該二次側電路於操作狀態。
上述方法中，保持二次側電路於操作狀態之步驟可包含：將該二次側電路與第一電容耦接，並將該負載與第二電容耦接。
上述方法中，可根據驅動負載時的阻尼狀態，調整該第二電容之值。
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。
第2圖顯示本發明的第一個實施例，在本實施例中並不需要二次側電路12和LED驅動電路20兩顆積體電路晶片。如圖所示，本實施例之驅動電路包含：一次側電路11，其接收經整流後的交流電力；與一次側電路耦接的變壓器13，將一次側電壓轉換為二次側電壓；以及與變壓器13耦接的二次側電路32，將二次側電壓供應給負載電路50，此負載電路50例如為LED電路，但也可為任何需要控制電流的電路。本實施例中，二次側LED驅動電路32直接偵測通過負載電路50的電流，並根據該電流來產生反饋訊號，經光偶合方式反饋回一次側電路11。偵測LED電路50電流的方式有多種，圖中僅例示其中之一，將LED電路50與一電阻R串連，則該電阻R上的跨壓即可反映通過LED電路50的電流；以運算放大器33比較電阻R的兩端壓差，即可取得有關LED電路50電流的資訊。
此外，第2圖顯示本實施例中更包含有一個擷取交流(AC)訊號並轉換成工作訊號的AC訊號擷取轉換電路(TRIAC/Duty)40(TRIAC:TRIode for Alternating Current，意指擷取AC訊號並產生正週波，可參閱第12、13圖之波形)，其所輸出的工作訊號輸入一次側電路11的致能輸入端EN，作為調光訊號(dimming signal)，用以調整LED的亮度。詳言之，當TRIAC 導通(致能輸入端EN接收之工作訊號為高位準或ON)時，一次側電路11受致能，電路供電使LED發亮；當TRIAC不導通(致能輸入端EN接收之工作訊號為低位準或OFF)時，一次側電路11不工作，LED便不發亮。如此，即可利用該工作訊號的佔空比(duty ratio)來控制流過LED的平均電流，亦即其亮度(人眼所覺察的是LED的平均亮度)。
AC訊號擷取轉換電路40根據TRIAC訊號而產生工作訊號的方式，舉兩例請參閱第11、12圖。AC訊號經TRIAC處理後的波形如第11圖第一波形所示(此TRIAC訊號為AC訊號截角後所產生的訊號或與「AC訊號截角後所產生的訊號」有正相關的訊號，例如其分壓訊號)。AC訊號擷取轉換電路40例如可包括一比較器，將TRIAC訊號與一參考電壓比較，即可產生工作訊號(如第11圖第二波形)。又或如第12圖所示，AC訊號擷取轉換電路40可包括低通濾波器41與電壓轉工作週轉換電路42，先取得TRIAC訊號的直流(DC)值，再將該值轉換為工作訊號。
第2圖所示實施例中，當一次側電路11致能輸入端EN所接收的工作訊號(下稱EN訊號)自低位準變換為高位準時，電容C2需要一段時間充電，因此如第4圖所示，二次側電路32(或是先前技術中的二次側電路12亦然)必須等待電容C2的電壓到達某一位準後才能開始工作，且開始工作後必須經過一段反應時間(circuit settling time)，才能使LED電路50穩定發亮，亦即LED電路50的平均亮度將會不準確。解決此問題的方式是將二次側電路32與LED電路50的供應電壓分開，說明如下：請見第3圖，在此實施例中，電路中另包含電容C3與二極體D3。本實施例中二次側電路32的操作電壓來自電容C2，而LED電路50與光偶合器(Optocoupler)34的操作電壓來自電容C3。如第5圖所示，電路根據LED電路50的電流進行反饋控制，因此電容C3的電壓波形如圖中第四波形所示，此也是LED電路50的發亮狀況。至於二次側電路32則為一積體電路，其所需電流不大(遠低於LED電路50所需)，因此只需要一個不大的電容C2，即可在其上保持足夠的電壓，使二次側電路32保持在工作狀態。換言之，不論EN訊號為高位準或低位準，二次側電路32均保持在工作狀態，因此當EN訊號由低位準變換高位準時，二次側電路32只需要經過很短的反應時間，即可控制使LED電路50準確發亮。以上安排下，當電容C3放電完畢致使LED電路50與光偶合器34的操作電壓消失時，由於二次側電路32仍保持在工作狀態，因此二次側電路32本身和與其連接之重要節點的電壓仍可保持住，當下一週期來臨時，整體電路就可迅速反應。更詳細說明如下：以第3圖為例，要使電路在下一週期來臨時可迅速反應，最重要必須被保持住的節點電壓乃是光偶合器負極點的電壓，當LED電路50與光偶合器34的操作電壓消失時，運算放大器33因偵測不到LED電流而關閉電晶體Q1，而同時光偶合器34的導通電流也變成零，所以光偶合器負極點的電壓就自然被保持住了。若把光偶合器正極接到C2與二次側電路32共用一個電壓源，這個好處就無法達成，且C2值也必須增大。
第6圖顯示本發明的另一個實施例，本實施例與第3圖實施例相似，僅是二極體D2與D3改安置於不同的路徑上。
第7圖顯示本發明的另一個實施例，本實施例直接利用LED的整流特性，因此省略了二極體D3，整體電路工作時，LED只在變壓器二次側導通時發光。此電路宜將取反饋訊號的頻率降低。
第8圖顯示本發明的另一個實施例，本實施例中係將電容C4的下端連接於電阻R的左端，而非連接於電阻R的右端(LED電路50的下端)。連接於電阻R的右端或左端，其差異在於：連接於電阻R的右端(電容C3)將在電路中產生一個零點(Zero)，而連接於電阻R的左端(電容C4)則將在電路中產生一個極點(Pole)。零點與極點對於本發明的基本目的而言並無差異，其對電路的影響請參閱第13圖，當C3電容值過小或C4電容值過大時，電路將呈阻尼不足狀態(under-damping)；當C3電容值過大或C4電容值過小時，電路將呈阻尼過大狀態(over-damping)；當C3電容值或C4電容值為適當值時，電路將呈最佳阻尼狀態(critical-damping)，此時電路將在最佳狀態下到達平衡點。換言之，當使用電容C3而發現阻尼不足時，應調高電容C3的電容值；當使用電容C3而發現阻尼過大時，應調低電容C3的電容值；當使用電容C4而發現阻尼不足時，應調低電容C4的電容值；當使用電容C4而發現阻尼過大時，應調高電容C4的電容值。
當然，本發明不限於僅使用電容C3或C4之一，亦可兩者並用，如第9圖。
以上所有實施例中，均僅顯示一條LED路徑，但本發明並不侷限於此。當LED電路50中包含兩條以上之LED路徑時，如第10圖所示，可以使用電流鏡來複製電流至不同的LED路徑；此情況時，設定電流的電阻R同時也成為電流鏡之去敏(Degeneration)電阻。本實施例中，係舉例顯示將電容C4的下端連接於電阻R的左端，且將二極體D2與D3安置在下方路徑上，但當然也可以改用前述其他安排方式。
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，提供調光作用的EN訊號不必須來自於AC訊號，而可以由任何其他方式產生。又如，負載電路不必然是發光二極體，而可為任何其他需要進行電流控制的電路。再如，二次側電路32中的雙載子電晶體Q，可以改換為場效電晶體。凡此種種，均應包含在本發明的範圍之內。
10．．．交直流電源轉換供應裝置
11．．．一次側電路
12．．．二次側電路
13．．．變壓器
20．．．LED驅動電路
32．．．二次側電路
33,33A,33B．．．運算放大器
34．．．最低訊號選擇電路
40．．．AC訊號擷取轉換電路
41．．．低通濾波器
42．．．電壓轉工作週轉換電路
50．．．LED電路
C2,C3,C4．．．電容
D2,D3．．．二極體
P．．．功率開關
Q．．．電晶體
R,R1,R2．．．電阻
第1圖說明先前技術透過交直流電源轉換供應裝置10將交流電壓轉換為直流電壓，再透過LED驅動電路20提供電力給LED電路50。
第2圖顯示本發明之第一實施例。
第3圖顯示本發明之第二實施例。
第4圖說明LED電路50的平均亮度將會偏低。
第5圖說明本發明解決LED電路50平均亮度偏低問題的其中一種方法。
第6圖至第10圖顯示本發明之數個實施例。
第11圖與第12圖顯示根據TRIAC訊號產生EN訊號的兩個實施例。
第13圖說明電容C2,C3之電容值與電路阻尼狀態的關係。
11．．．一次側電路
13．．．變壓器
32．．．二次側電路
33．．．運算放大器
40．．．AC訊號擷取轉換電路
50．．．LED電路
C2,C3．．．電容
D2,D3．．．二極體
Q．．．電晶體
R．．．電阻

Claims (18)

  1. 一種驅動電路，包含：一次側電路，其接收經整流後的交流電力；與一次側電路耦接的變壓器，將一次側電壓轉換為二次側電壓供應給一負載電路；與變壓器耦接的二次側電路，其偵測通過該負載電路的電流，並據以反饋控制一次側電路；與該二次側電路耦接的第一電容，用以提供操作電壓給該二次側電路，以及與該負載電路耦接的第二電容，用以提供操作電壓給該負載電路與光偶合器，其中該一次側電路具有一致能輸入，以接收一工作訊號，且於該工作訊號不致能該一次側電路時，前述第一電容仍提供操作電壓給該二次側電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該負載電路的第一端與一電阻耦接，且該二次側電路中包括一運算放大器，其比較該電阻兩端的壓差，並根據比較結果反饋控制一次側電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該第二電容之一端與負載電路的第二端耦接，另一端耦接於該電阻的兩端之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該一次側電路具有一致能輸入，且該驅動電路更包含：交流訊號擷取轉換電路，其根據一TRIAC訊號而產生一工作訊號，以控制通過該負載電路的電流。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之驅動電路，其中該交流訊號擷取轉換電路包括一比較器，將該TRIAC訊號與一參考電壓相 比較而產生該工作訊號。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之驅動電路，其中該交流訊號擷取轉換電路包括一低通濾波器，取得該TRIAC訊號的直流值，以及一電壓轉工作週轉換電路，將該直流值轉換為上述工作訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該負載電路為LED電路。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該負載電路包含並聯的至少兩條路徑，該二次側電路偵測通過該至少兩條路徑的電流，並根據其中較低的電流反饋控制一次側電路。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該負載電路包含並聯的至少兩條路徑，第一路徑的一端與第一電阻耦接，第二路徑的一端與第一電阻耦接，且該二次側電路中包括第一與第二運算放大器，分別比較該電阻兩端的壓差，並根據比較值中較低者反饋控制一次側電路。
  10. 一種驅動負載的方法，包含：提供一個一次側電路，其接收經整流後的交流電力；提供一個與一次側電路耦接的變壓器，將一次側電壓轉換為二次側電壓；提供一個與變壓器耦接的二次側電路，將二次側電壓供應給該負載，其中該負載與該二次側電路接收不同的供應電壓；根據一工作訊號而致能該一次側電路；以及當該工作訊號不致能該一次側電路時，保持該二次側電路於操作狀態。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之驅動負載的方法，其中該保持二次側電路於操作狀態之步驟包含：將該二次側電路與第 一電容耦接，並將該負載和光偶合器與第二電容耦接。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之驅動負載的方法，更包含：根據驅動負載時的阻尼狀態，調整該第二電容之值。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之驅動負載的方法，其中該負載的第一端與一電阻耦接，且該第二電容之一端與負載的第二端耦接，另一端耦接於該電阻的兩端之一，該第二電容視耦接於電阻之何端而構成零點或極點，且所述驅動負載的方法更包含：觀察驅動負載時的阻尼狀態；當該第二電容構成零點，發現阻尼不足時，調高第二電容的電容值；發現阻尼過大時，調低第二電容的電容值；以及當該第二電容構成極點，發現阻尼不足時，調低第二電容的電容值；發現阻尼過大時，調高第二電容的電容值。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之驅動負載的方法，其中該負載電路為LED電路。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之驅動負載的方法，更包含：根據該工作訊號而控制通過該負載的電流。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之驅動負載的方法，更包含：根據一TRIAC訊號而產生該工作訊號。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之驅動負載的方法，其中該根據TRIAC訊號而產生工作訊號的步驟包括：將該TRIAC訊號與一參考電壓相比較。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之驅動負載的方法，其中該根據TRIAC訊號而產生工作訊號的步驟包括：取得該TRIAC訊號的直流值，以及將該直流值轉換為上述工作訊號。
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