TWI449470B - 驅動光源之電路與其方法 - Google Patents

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Description

驅動光源之電路與其方法
本發明係關於具有調光能力之光源的驅動配置。本發明係藉專注於驅動高通量發光二極體(HF LEDs)之可能用途而開發出的，此HFLED被使用做為光源之情形日益增加。
高通量定電壓LED模組係憑藉兩種基本配置之任一者而能被兩線脈衝寬調變(PWM)調光器所驅動。
第一種配置，PWM輸入電壓係直接施加在電力線上。LED或LEDs係俟電壓超過某門檻值時才點燈，否則是消燈。依這種配置，如果調光位準很低時無法供電設在模組內之任何輔助電路(如邏輯電路，例如，電力線通訊用之微控制器)。另外，目前之高通量LED模組典型地含有遞昇或遞降轉換器。為了穩定性及濾波理由，這些轉換器在輸入側需設有極大電容器。結果，在低輸入電壓期間，如果模組使這些電容器放電的話，當電壓昇高時，在電力線上會產生高電流激增。對這種輸入電壓係直接PWM調變之LED模組調光之可能性迄今是侷限在限制輸入電流，因此降低在低調光位準上之性能，或甚至免掉了低調光位準之情況。
在另一種之替選配置，電力線與PWM信號係分開，並由不同的線載送。這種情形，PWM信號係在第3條線上被傳送，而模組內之控制器則依此信號提供PWM輸出電流到LEDs。這種方式，在模組內之輔助控制電路在低調光位準下也能被供給電力，只是結線較為複雜。
在這種情境下，意識到需要一種配置，此配置能適合用兩線式調光器來驅動高通量定電壓LED模組而不致昇高高尖峰輸入電流，卻同時確保供給模組內之輔助電路之電力在極低之調光位準下也能獲得。
因此，本發明之目的係提供這樣的一種配置。
依本發明，上述目的係藉具有申請專利範圍第1項之特徵的電路達成。本發明另關於在申請專利範圍內需求之對應方法。本發明之有利發展係成為附屬項內之主旨。
申請專利範圍各項陳述之內容係為本文所揭示之發明內容的一體部份。
簡單說，本文所述之配置，PWM調光器之輸入電壓係具有兩個相反之絕對值的雙極性信號。在LED模組內，電橋整流器係插入在電容器之前。這樣子，橫跨在電容器上之電壓相當穩定不變，而輸入電流峰值也降低。良好地，模組內之“智慧型”控制器當輸入電壓為正時，將使輸出電流設定於固定值，而當輸入電壓為負時將LEDs消燈。這樣子，模組內之輔助電路在很低之調光位準下也被供電，從而，避免更為複雜之結線。另外，雙極性PWM調光器係與傳統之定電壓LED模組相容，此模組當輸入電壓為負時即將LED切掉。
 [示範性實施例之詳細敘述]
本文以舉例方式詳細敘述係關於驅動(例如，供電)含有做為光源之一個或多個高通量LEDs L之模組。具體說，藉維持與LED或LEDs關聯之輔助邏輯電路，在零調光位準下也有電壓供給，經由LED或LEDs之電力線而對其等執行PWM調光。這種結果係藉在與傳統之定電壓LED模組相容之調光器配置之機制內，將電力線上之電流激增減少到最小而達成。
支撐本文敘述之配置的基本原理係如第1圖示意地表示那樣，對可調光的LED模組供給PWM調變之雙極性電壓。
這是本質上係具有交替地為正值＋Vcc或負值－Vcc(亦即，具有相同大小或單位| Vcc |但相反之信號)之方波電壓v。大體來說，第2圖上之LED或LEDs當電壓v等於＋Vcc及－Vcc時係分別為“點燈”及“消燈”。第1圖之虛線係表示一項事實，亦即信號v在時間上之行為不會是“完美”的方波，但會展現出在有限期間內上昇及下降之次數。
可瞭解這種信號本身係被調適俾藉線性電流調整器－供給傳統之LED模組，因為這種模組之LED當電壓v為正(點燈期間)時係點燈，及當電壓v為負(消燈期間)時係被切掉。
第2圖之方塊圖係表示本文敘述之配置的高通量LED模組，其係被調適來接收如第1圖上示意地表示，做為輸入驅動信號，PWM雙極性電壓信號v。
在第2圖之方塊圖上，參考數字10係表示要驅動LED或LEDs，及同時供電給與LED或LEDs關聯之邏輯電路(例如，微控制器)12之全電橋(full bridge,FB)整流器。當LED或LEDs只有在點燈期間才被驅動(亦即，被供電而“點燈”)時，在所示之配置動作期間，確保邏輯電路12的供電。
電流調整器14(係為熟知之型式，故本文不作詳細敘述)係依專屬之控制電路16(也是熟知之型式)所產生之PWM雙極性輸入電壓產生PWM輸出電流，前述專屬之控制電路16使整流器14產生點燈－消燈(on－off)輸出電流，亦即在點燈期間，具有強度等於額定值之電流，及在消燈期間，等於零之電流。控制電路16係被供以雙極性輸入電壓v而因此受電壓v之影響。控制電路16另偵測從整流器10輸出之電流信號，從而控制調整器14。
輸入電容器18係跨接在從整流器10到電路12及電流調整器14之供電線之間。於整個動作期間，施加於輸入電容器18上之電壓係很穩定，以致輸入電流上之任何最高點被降低到依PWM輸入電壓之上昇/下降時間(有限長度)而定之低位準。因此，邏輯電路12之電源供給在圖示之配置的動作期間係被確保，而與經由電壓v施加之調光位準無關，亦即，也可在極低之調光位準下動作。
可看出圖示之配置使LED模組之輸入端子(亦即，電流調整器14之輸出端子)成為“可接觸”。實際上，輸入電壓之最大絕對值能被設定在額定之均方根值(RMS)電壓係低於25V極限之值。這是符合，諸如EN 61347－2－2－13之規定，而保持與傳統之24V LED模組的完全相容性。
第3圖之方塊圖係表示用於供給第1圖上例示之雙極性PWM電壓v到第2圖所示之電路的隔離離線電源供給配置。
第3圖之電源在圖示之狀態下係由標準之交流(AC)主電壓(亦即，歐洲國家採用之220V,50Hz)供給。此輸入電壓係被供給到全橋式(FB)或半橋式(HB)轉換器(inverter)20而得出高頻(例如，50÷100KHz)交流電壓Vpri，此交流電壓Vpri接著係供給到變壓器22之一次側。
在變壓器22之二次側，此變壓器22具有兩個二次側，兩只受控雙向開關24a,24b(典型的是半導體開關形式，如一對MOSFETs係在控制電路24之控制下成主動整流器而運作，以產生跨接在輸出電容器26上之所需的雙極性PWM電壓v。
具體言之，兩只開關24a,24b係藉下述之動作將變壓器22之二次側線圈接到輸出電容器26。
－i)如果需要正輸出電壓v(亦即v＝＋Vcc)，當電壓Vpri為正時，開關24a係“關上”(亦即，導通)及開關24b係“打開”(亦即，截斷)；而當Vpri為負時，開關24a係“打開”，及開關24b係“關上”。
－ii)相反地，如果需要負輸出電壓v(亦即，v＝－Vcc)，當電壓Vpri為正時，開關24a係“打開”及開關24a係“關上”；而當Vpri為負時，開關24a係“關上”及開關24a係“打開”。
與輸出電壓Vpri鏈結之同步信號係從轉換器20導出並供給到控制電路24。因此，控制電路24與變壓器22之一次側切換頻率同步，從而避免開關24a,24b之不需要的交叉導通(cross－conduction)。
接到控制電路24之輸入線240容許改變(以本身係為一種熟知之方式)兩只開關24a,24b之導通及非導通的時間存續長度，從而控制輸入第2圖之電路的雙極性電壓v對LEDs點燈/LEDs消燈之間隔的長度。
所得到之PWM調變信號v能對高通量LED模組進行調光，且無本文之引言部份所強調之缺點，同時在低的調光位準下也能確保對輔助電路12供給適當的電源。
在不損害本發明之基本原理下，及不逾越附屬之申請專利範圍所界定之本發明的範圍下，可參照前面僅做為例示之敘述，改變，甚至頗大之程度，其細節及實施例。
10．．．整流器
12．．．邏輯電路
14．．．電流調整器
16、24．．．控制電路
18．．．輸入電容器
20．．．轉換器
22．．．變壓器
24a、24b．．．開關
26．．．輸出電容器
240．．．輸入線
第1圖係表示本文所敘述之配置於運轉中所產生之信號在時間上之變化情形；第2圖係表示本文所敘述之配置的可能實施例之方塊圖；及第3圖係表示用於供電給第2圖所示之電路的良好電源供給電路之方塊圖。
10．．．整流器
12．．．邏輯電路
14．．．電流調整器
16．．．控制電路
18．．．輸入電容器
v．．．輸入雙極性調變信號
L．．．光源

Claims (13)

  1. 一種用於提供光源脈衝寬調變(PWM)調光能力的電路，該電路包含：-整流器，其係用於接收代表該光源所需之調光位準之輸入雙極性PWM調變信號，並對該信號產生整流信號，該輸入雙極性PWM調變信號係一在正負相反的第一和第二電壓之間交替的信號，該第一電壓界定一導通時間，該第二電壓界定一非導通時間；-電流調整器，其係配置接收該整流信號，及從該整流信號產生該光源之供給電流，使得該光源僅在導通期間被驅動；-控制模組，其係易受該輸入雙極性PWM調變信號之影響，俾控制該電流調整器以產生該光源之PWM調變供給電流；及-電容器，其係配置在該整流器與該電流調整器之間，用於穩定整流信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之電路，又包含連接到該電容器之輔助電路，被供以經該電容器穩定的該整流信號，藉此，該輔助電路被供給電源，而與該輸入雙極性PWM調變信號關聯之調光位準無關。
  3. 如申請專利範圍第1項之電路，其中包含整流器用於接收輸入雙極性PWM調變電壓信號及從該電壓信號產生整流信號。
  4. 如申請專利範圍第1項之電路，包含該輸入雙極性PWM調變信號之產生器。
  5. 如申請專利範圍第4項之電路，其中該輸入雙極性PWM調變信號之產生器包含：-以AC供電之轉換器，-變壓器，其具有接到該以AC供電之轉換器的一次側繞組及兩個二次側繞組，-輸出電容器，其係經該變壓器之該兩個二次側繞組而被充電，-兩個開關，其等係可與該變壓器之一次側切換頻率同步地切換，俾交替地將該輸出電容器接到該變壓器之該兩二次側繞組，及-控制電路，其係控制該兩開關之切換作為施加之調光位準的功能，藉此，該輸入雙極性PWM調變信號被充電於該輸出電容器上。
  6. 如申請專利範圍第5項之電路，其中該開關係雙向半導體開關。
  7. 如申請專利範圍第6項之電路，其中該雙向半導體開關係成對之MOSFETS。
  8. 如申請專利範圍第1項之電路，其包含該光源。
  9. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該光源包含至少一個LED。
  10. 一種提供光源脈衝寬調變(PWM)調光能力的方法，該方法包含下列步驟：-產生輸入雙極性PWM調變信號，該PWM調變係代表該光源所要的調光位準，該輸入雙極性PWM調變信號係 一在正負相反的第一和第二電壓之間交替的信號，該第一電壓界定一導通時間，該第二電壓界定一非導通時間；-藉由整流器整流該輸入雙極性PWM調變信號以產生整流信號；-偵測該輸入雙極性PWM調變信號及從該整流信號產生該光源之PWM調變供給電流，使得該光源係只在導通其間被驅動；及-提供穩定器元件俾穩定該整流信號，從而該被穩定之整流信號與與該雙極性PWM調變信號關聯之調光位準無關。
  11. 一種用於提供光源脈衝寬調變(PWM)調光能力的電路，該電路包含：-整流器，其係用於接收代表該光源所需之調光位準之輸入雙極性PWM調變信號，並對該信號產生整流信號；-電流調整器，其係接收該整流信號，及從該整流信號產生該光源之供給電流；-控制模組，其係易受該輸入雙極性PWM調變信號之影響，俾控制該電流調整器以產生該光源之PWM調變供給電流；-一電容器，其係配置在該整流器與該電流調整器之間，用於穩定整流信號；及-一產生器，建構成產生該輸入雙極性PWM調變信號包含： -一AC供電之轉換器，-一變壓器，其具有接到該以AC供電之轉換器的一次側繞組及兩個二次側繞組，-輸出電容器，其係經該變壓器之該兩個二次側繞組而被充電，-兩個開關，其等係可與該變壓器之一次側切換頻率同步地切換，俾交替地將該輸出電容器接到該變壓器之該兩二次側繞組，及-一控制電路，其係控制該兩開關之切換作為施加之調光位準的功能，藉此，該輸入雙極性PWM調變信號被充電於該輸出電容器上。
  12. 如申請專利範圍第11項之電路，其中該開關係雙向半導體開關。
  13. 如申請專利範圍第12項之電路，其中該雙向半導體開關係成對之MOSFETS。
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