TWI452932B - 發光元件用的調光器 - Google Patents

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Do-Hyung Kim
Sang-Min Lee
Yoon-Seok Lee
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Seoul Semiconductor Co Ltd
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Description

發光元件用的調光器
本申請案主張於2009年7月28號向韓國智慧財產局提出申請之韓國專利申請案第2009-0068911號、2009年9月30號向韓國智慧財產局提出申請之韓國專利申請案第2009-0093111號、2010年6月25號向韓國智慧財產局提出申請之韓國專利申請案第2010-0060858號以及2010年6月25號向韓國智慧財產局提出申請之韓國專利申請案第2010-0060859號的優先權，該專利申請案所揭露之內容系完整結合於本說明書中。
本發明的示例實施例是有關於一種用於發光元件的調光器，且特別是有關於藉由在脈衝寬度調變控制下高速切換交流(alternating current,AC)輸入電壓以調整AC輸入電壓的均方根(root-mean-square,RMS)值來為發光元件提供調光功能的發光元件用的調光器。
通常情況下，燈調光功能允許使用者控制燈的亮度(brightness)，但是其在實踐中受到使用上的限制。目前，在增加電能消耗方面，能量節約(energy conservation)已經成為重要的關注點。因此，燈調光功能已經成為節約能源的重要途徑，而不是為了使用者便利的可選擇功能。此外，發光二極體(light-emitting diode,LED)作為一種能夠改善能量節約的有利於環境保護的光源已經吸引了人們的注意。
藉由採用諸如用於交流電的三極體(triode)(三極體開關(triac))之類的半導體元件以控制AC電壓的AC相位來調整AC電壓的均方根(root-mean-square,RMS)值(Vrms)，則傳統的代表性的調光器能夠調節AC LED的光線。
圖1是採用三極體開關的傳統的調光器的方塊圖。請參看圖1，調光器10包括三極體開關(Triac switch)14以及R/C(電阻器/電容器)相位控制器16。三極體開關14供應AC電壓源12的AC電壓至燈(即，AC LED 18)，或者阻斷AC電壓源12的AC電壓施加至燈(即，AC LED 18)。R/C相位控制器16包括電阻器R以及電容器C，當AC輸入電壓為0V的時候，藉由生成相位控制訊號，即，閘極導通訊號(gate turn-on signal)，以驅動三極體開關14。相位控制訊號是被R/C相位控制器16的電阻器以及電容器所決定的時間常數(time constant)所延遲的AC電壓訊號。藉由R/C相位控制器16的閘極導通訊號來導通三極體開關14，以允許AC電壓被施加到AC LED 18。
從而，根據三極體開關14的驅動電壓以及R/C相位控制器16的電阻器以及電容器的操作特性，可以限制三極體開關調光器的上調光範圍以及下調光範圍，因此使得AC LED發生閃光(flicker)。此外，在三極體開關調光器中，三極體開關14被R/C相位控制器16所輸出的閘極導通訊號突然地切換，這使得在切換過程期間過度地生成諧波(harmonics)。
在三極體開關調光器的相位控制方案中，AC輸入電壓在決定輸出電壓中用作非常重要的參數以及在實際的實踐中不是常數。商用的AC電源系統產生各種形式的負載，這可以使得系統電壓根據負載條件而改變10~20%。因此，儘管三極體開關調光器具有決定調光範圍的固定的相角(phase angle)，但是對應於AC電壓的輸出電壓可以固定的比率變化。因此，輸出電壓的變化可以使得AC LED發生閃光。
因此，為了獲得更寬的調光範圍以及線性的調光功能，需要一種用於AC電壓源的新型的驅動電路以及控制電路。
本發明的示例實施例提供了一種用於AC發光元件的調光器，其調光範圍是根據三極體開關驅動電壓以及R/C相位控制器的電阻器和電容器的操作特性來決定的。
本發明的示例實施例也提供了一種用於發光元件的調光器。
本發明的其它特徵將在下述的說明書中被闡述，通過說明書將顯而易見地理解本發明的部分特徵，或者藉由本發明的實踐可以知曉本發明的其它特性。
本發明的示例實施例揭露了一種用於發光元件的調光器，其包括：開關，其回應於切換控制訊號而被切換以及傳遞交流(alternating current,AC)電壓源的AC電壓給發光元件；電流偵測器，其偵測待被施加到發光元件的電流 以及輸出電流偵測訊號；以及控制器，其輸出切換控制訊號，以回應於調光控制訊號以及電流偵測訊號。
本發明的示例實施例也揭露了一種用於發光元件(light emitting device,LED)的調光器，其包括：整流器(rectifier)，用以接收AC電壓源的交流(alternating current,AC)電壓以及通過AC電壓的全波整流(full-wave rectification)來輸出已整流的電壓；開關，其回應於切換控制訊號而被切換以及傳遞已整流的電壓給LED；電流偵測器，偵測待被施加到LED的電流以及輸出電流偵測訊號；以及控制器，其輸出該切換控制訊號，以回應於調光控制訊號以及電流偵測訊號
需要知曉的是，上述的一般描述以及下面的詳細的描述都是示例的以及用於說明本發明，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
下文將配合所附圖式來詳細說明本發明，這些圖式繪示了本發明的示例實施例。然而，本發明也可以是其它的不同形式以及並不限定於在此所提供的實施例。一定程度上，所提供的這些示例實施例是為了徹底地揭露本發明，這些示例實施例將向本發明所屬技術領域任何熟習此技藝者充分地表達本發明的保護範圍。在所附圖式中，為了清 晰的說明，誇大了層和區域的尺寸以及相對尺寸。圖式中的相似的數字表述相似的元件。
圖2是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的方塊圖。
請參看圖2，AC LED調光器100包括電磁干擾(electromagnetic interference,EMI)過濾器(filter)110、開關120、可控電源(controlled power supply)130、控制器140、電壓偵測器150以及電流偵測器160。
EMI過濾器110消除AC電壓源101的AC電壓中所包含的電磁干擾。也就是說，EMI過濾器110消除由於AC電壓源101以及AC LED 170之間電力線(power line)中所產生的調光器100的內部或者外部的電磁干擾所引起的脈衝雜訊、諧波等等。EMI過濾器110是可選擇的(optional)，但是優選為包含在調光器100中以減少電磁干擾，從而改善功率因子(power factor)。
回應於控制器140的切換控制訊號SCS來導通/斷開該開關120，以選擇性地傳遞已過濾的AC電壓源101的AC電壓給AC LED 170。
可控電源130執行整流以及電壓轉換(voltage conversion)功能。可控電源130接收AC電壓源101的AC電壓以及輸出一控制電壓Vcc，其中AC電壓被全波整流為DC電壓以及DC電壓的電壓降(voltage drop)。在此，AC電壓被繪示為從AC電壓源101直接地輸入到可控電源130，但是本發明並非限定於這樣的配置以及可以被配置為 允許待被輸入到可控電源130的AC電壓經由EMI過濾器110來移除來自於AC電壓源101的AC電壓的電磁干擾。
控制器140輸出一切換控制訊號SCS，以回應於來自於外部裝置的用於控制AC LED 170的調光功能的調光控制訊號DCS、來自於電壓偵測器150的電壓偵測訊號VDS以及來自於電流偵測器160的電流偵測訊號CDS。
從控制器140輸出的切換控制訊號SCS的工作比(duty ratio)對應於調光控制訊號DCS與電壓偵測訊號VDS和電流偵測訊號CDS中的每一個之間的差異。具體地說，當電壓偵測訊號VDS與調光控制訊號DCS之間的差異是正的數值(+)的時候，控制器140藉由對應的差異來減小該切換控制訊號SCS的脈衝寬度(pulse width)，以及也根據電流偵測訊號CDS來控制該切換控制訊號SCS的脈衝寬度。另一方面，當電壓偵測訊號VDS與調光控制訊號DCS之間的差異是負的數值(-)的時候，控制器140藉由對應的差異來增加切換控制訊號SCS的脈衝寬度(pulse width)，以及也根據電流偵測訊號CDS來控制該切換控制訊號SCS的脈衝寬度。
根據本發明的示例實施例，控制器140並非限制於此組態以及可以生成對應於電壓偵測訊號VDS和電流偵測訊號CDS的其中之一與調光控制訊號DCS之間的差異的切換控制訊號SCS。換句話說，控制器140偵測電壓偵測訊號VDS和電流偵測訊號CDS以控制對應於調光控制訊號DCS的AC LED 170的調光位準。為了這個目的，控制 器140可以包括比例積分(proportional integral,PI)類比控制電路。控制器140例如可以是可編程8位元微控制器，其可以允許互連到外部裝置(例如，遠程控制器或者家用網路系統)，從而延伸調光系統的操作範圍。
此外，控制器140接收斜坡訊號(ramp signal)以生成具有至少一個脈衝的切換控制訊號SCS。切換控制訊號SCS可以是具有20~100kHz或者更大頻率的方形波(square wave)，以及在1~100%的範圍中控制此脈衝寬度調變。根據構成開關120的電晶體能夠被導通的電壓的大小(magnitude)，以及根據開關120的電晶體能夠被斷開時的閘極以及源極之間的電壓的大小，可以改變該切換控制訊號SCS的位準。可變電阻器可以被用於控制切換控制訊號SCS的工作比。可變電阻器可以被直接地或者間接地耦接到用於調光該AC LED 170的調處器(manipulator)，以及可以根據需要被調處器調整，從而致能(enable)AC LED 170的調光功能。將參看圖8和圖11來詳細說明控制器140。
電壓偵測器150偵測AC電壓源101的電壓以輸出電壓偵測訊號VDS。電壓偵測訊號VDS被用於決定AC電壓源101的電壓起伏(voltage fluctuation)。在此，AC電壓Vac被繪示為從AC電壓源101直接地輸入到電壓偵測器150，但是本發明並非限定於此配置以及可以被配置為允許待被輸入到電壓偵測器150的AC電壓Vac經由EMI過濾器110來移除來自於AC電壓源101的AC電壓Vac 的電磁干擾。
電流偵測器160偵測AC LED 170中的電流以輸出電流偵測訊號CDS。電流偵測器160可以是連接到開關120的電阻器或者電流感測器，以及可以偵測從開關120流向AC LED 170的電流。
圖3是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的開關的示例的電路圖。
請參看圖3，開關120可以單相橋式開關(single phase bridge switch)。單相橋式開關是被配置為具有能夠控制AC電壓的AC截斷功能(AC chopper function)的電源電路(power circuit)。
開關120可以包括切換電晶體(switching transistor)Q1、過電壓保護二極體(overvoltage protection diode)Qd以及第一至第四功率二極體D1、D2、D3和D4。
切換電晶體Q1分別經由其汲極和源極而被連接到過電壓保護二極體Qd的陰極和陽極。切換電晶體Q1的汲極被連接到第一功率二極體D1以及第三功率二極體D3之間的節點，以及切換電晶體Q1的源極被連接到第二功率二極體D2以及第四功率二極體D4之間的節點。切換電晶體Q1的閘極接收控制器140所施加的切換控制訊號SCS，即，脈衝寬度調變訊號。切換控制訊號SCS用作閘極導通訊號。因此，切換電晶體Q1回應於控制器140的切換控制訊號SCS而被導通/斷開，以調整被施加到AC LED 170的電流，從而執行調光功能。
過電壓保護二極體Qd用於保護該切換電晶體Q1使不受過電壓的損害。
功率二極體D1、D2、D3和D4構成單相橋式電路以允許切換電晶體Q1即便在AC電壓在正電壓以及負電壓之間交替的時候也總是正向偏壓。
在如上配置的開關120中，切換電晶體Q1回應於經由閘極從控制器140所發送的切換控制訊號SCS而被導通/斷開。
因為根據控制器140所輸出的脈衝寬度調變訊號的工作比，開關120的導通/斷開週期包含在脈衝寬度調變訊號的週期中，所以AC LED 170的輸入電壓以及電流根據脈衝寬度調變訊號而改變。因此，AC LED 170的輸入電壓根據脈衝寬度調變訊號而改變的期間中的內部週期以及產生輸入電流的期間的內部週期可以與控制器140所輸出的脈衝寬度調變訊號的週期相同。
在此，N型MOSFET被用作切換電晶體Q1。然而，本發明並非限定於此，以及切換電晶體Q1可以是P型MOSFET。此外，只要電晶體能夠藉由脈衝寬度調變訊號來快速地切換以施加AC電源給AC LED 170，則可以使用任何類型的切換電晶體。
開關120可以在兩種不同的電流路徑中操作。也就是說，當在節點A施加AC電壓的時候，各個半導體二極體依照D1→Q1→D4的次序被正向偏壓。當在節點B施加AC電壓的時候，各個半導體二極體依照D3→Q1→D2的次序被 正向偏壓。
從而，當在節點A(有關AC電壓源輸入的正電壓)以及節點B(有關AC電壓源輸入的負電壓)的方向上交替施加AC電壓的時候，切換電晶體Q1總是正向偏壓的。
圖4和圖5是根據本發明的示例實施例的圖2中所示的電壓偵測器150的電路圖。
請參看圖4，電壓偵測器150可以是用於偵測AC電壓的包括運算放大器(operational amplifier)151的差動放大電路(differential amplification circuit)。
AC電壓源101的第一終端Vac_L經由電阻器R1而被連接到運算放大器151的反相終端(inverting terminal)(-)，以及AC電壓源101的第二終端Vac_N經由電阻器R3而被連接到運算放大器151的正相終端(non-inverting terminal)(+)。在此，藉由電阻器R1和R2所構成的電路的電阻比率以及由電阻器R3和R4所構成的電路的電阻比率來決定輸出電壓的增益。此外，電阻器R1和R3應該具有較電阻器R2和R4更高的電阻值。
例如，當使用220V的AC電壓Vac的時候，在經由AC電壓源101的第一終端Vac_L而輸入的L-相位電壓以及經由AC電壓源101的第二終端Vac_N而輸入的N-相位電壓之間保持220V的差異。在這種情況下，因為運算放大器151根據電阻器R1和R2的電阻比率以及電阻器R3和R4的電阻比率來調整輸出電壓的增益，所以，例如從運算放大器151可以輸出1V的電壓偵測訊號VDS。
在被設置為在220V的AC電壓Vac上正常操作的電路中，由AC電壓源101的變化所引起的210V或者230V的AC電壓的輸入使得運算放大器151輸出與1V的電壓偵測訊號VDS不同的訊號。因此，電壓偵測訊號VDS被用於決定AC電壓源101的電壓的變化。
當電壓偵測訊號VDS從運算放大器151輸出的時候，電壓偵測器150施加電壓偵測訊號VDS到控制器140。控制器140基於來自於電壓偵測器150的電壓偵測訊號VDS來生成用於控制開關120的切換控制訊號SCS。
圖5是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的電壓偵測器的電路圖。
請參看圖5，圖2中所繪示的電壓偵測器150可以是這樣的電路，其包括光耦合器(photo coupler)152以及橋式整流器(bridge rectifier)(D1)153以及能夠藉由將AC電壓轉換為單相DC電壓來偵測雙向的AC電壓。在此，藉由通過光耦合器152來與AC電壓源101電性絕緣，電壓偵測器150可以偵測AC電壓的振幅。
在電壓偵測器150的操作中，橋式整流器(D1)153將雙向的AC電壓轉換為單相DC電壓，以經由電阻器R1來供應電流Id給光耦合器152的初級二極體(primary diode)。接著，當與電流Id成比例的訊號被施加到光耦合器152的次級二極體(secondary diode)的基極的時候，與電流Id成比例的電流Ice被施加到光耦合器152的次級二極體的集極(collector)以及射極(emitter)。在此，電阻 器R2和R3決定電流Ice以及此訊號的振幅。電阻器R2代表有關此輸入的反相輸出，以及電阻器R3代表有關此輸入的正相輸出。從而，當電流Ice流經電阻器R3的時候，被施加到電阻器R3的電壓被傳遞到控制器140以作為AC電壓源101的電壓偵測訊號VDS。
圖6和圖7是根據本發明的示例實施例的圖2中所繪示的電流偵測器160的電路圖。在圖6和圖7中，電流偵測器160被連接到開關120的電路的時候，操作該電流偵測器160。
請參看圖6，根據本發明的示例實施例的電流偵測器160可以包括電阻器R1以及被連接到圖3中所繪示的開關120的電路，以偵測開關120中所流過的電流。也就是說，藉由將構成電流偵測器160的電阻器R1的一端連接到圖3中所繪示的開關120的切換電晶體Q1的源極，從而將連接到切換電晶體Q1的源極的電阻器R1的一端連接到控制器140，根據本發明的示例實施例的電流偵測器160可以偵測流經電阻器R1的電流以允許電流施加到控制器140。
如圖3中所繪示的開關120一樣，在電流偵測器160的操作中，當在節點A施加AC電壓的時候，電流依序流過D1→Q1→R1→D4，以及當在節點B施加AC電壓的時候，電流依序流過D3→Q1→R1→D2。
從而，當AC電壓是雙向(正的方向以及負的方向)的時候，流經切換電晶體Q1的輸出電流總是正向流過構成電流偵測器160的電阻器R1，以及流經電阻器R1的電流 被施加到控制器140，從而電流偵測器可以偵測開關中所流過的電流。
請參看圖7，根據本發明示例實施例的電流偵測器160可以是連接到圖3中的開關120的電路的電流感測器以偵測流經開關120的電流。電流感測器可以包括變流器(current transformer)或者RF變壓器(RF transformer)。也就是說，藉由將構成電流偵測器160的電流感測器的一端連接到圖3中所繪示的開關120的切換電晶體Q1的源極，根據本發明的示例實施例的電流偵測器160可以偵測從開關120輸出至AC LED 170的電流。被電流偵測器160的電流感測器所偵測的電流被施加到控制器140。根據本發明的示例實施例的電流偵測器的操作與圖6中所繪示的示例實施例相同。電流偵測器160的兩個示例實施例之間的差異是，藉由採用包括變流器(current transformer)或者RF變壓器(RF transformer)的電流感測器，圖7中所繪示的電路可以偵測幾十安培的相對高的電流。在圖6所繪示的根據本發明示例實施例的電路中，因為用於電流偵測的電阻器R1可以造成功率損耗(Io 2*R)，因此其在偵測幾個安培或者更大的電流的時候被限制使用。
圖8是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的控制器的示例的電路圖。
請參看圖8，控制器140可以是類比控制電路，此類比控制電路藉由採用兩個參數，即，電壓和電流，來控制平均電壓以及平均電流。控制器140可以包括第一運算放 大器141、第二運算放大器142以及比較器143。
第一運算放大器141的正相終端接收來自於外部裝置(例如使用者的遠程控制器)的調光控制訊號DCS以及決定調光範圍。為了輸出調光控制訊號DCS以及電壓偵測訊號VDS之間的差異，調光控制訊號DCS被用作參考訊號Vref。第一運算放大器141的反相終端接收由電壓偵測器150所偵測的電壓偵測訊號VDS。
第一運算放大器141輸出被輸入到第一運算放大器141的兩個輸入終端的兩個數值之間的差異。因此，藉由將調光控制訊號DCS用作參考訊號，第一運算放大器141輸出來自於外部裝置的調光控制訊號DCS以及由電壓偵測器150所偵測的電壓偵測訊號VDS之間的差異。
第二運算放大器142的正相終端接收第一運算放大器141的輸出。第二運算放大器142的反相終端接收由電流偵測器160所偵測的電流偵測訊號CDS。接著，第二運算放大器142輸出被輸入到第二運算放大器142的兩個輸入終端的兩個數值之間的差異。因此，第二運算放大器142輸出由電流偵測器160所偵測的電流偵測訊號CDS以及第一運算放大器141的輸出之間的差異，第一運算放大器141的輸出反映了由電壓偵測器150所偵測的電壓偵測訊號VDS以及來自於遠程控制器的調光控制訊號DCS之間的差異。
比較器143經由比較器143的反相終端來接收第二運算放大器142的輸出，以及經由比較器143的正相終端來 接收三角波(triangular wave)(斜坡訊號(ramp signal))。為了控制對應於第二運算放大器142的輸出的脈衝寬度調變工作比，三角波可以被設置為適當的週期以及大小。因此，比較器143基於三角波(斜坡訊號)來輸出具有根據第二運算放大器142的輸出來調整的脈衝寬度調變工作比的脈衝寬度調變訊號。
從而，圖8中的控制器140可以被配置為輸出電壓偵測訊號VDS以及調光控制訊號DCS之間的第一差異，再輸出電流偵測訊號CDS以及第一差異之間的第二差異，以及生成和輸出作為切換控制訊號SCS的具有根據第二差異來調整的脈衝寬度調變工作比的脈衝寬度調變訊號。在此，電流參數顯著地相關於控制器140的控制操作，從而控制器140可以允許更快的以及恒定的平均電流被施加到AC LED 170。構成控制器140的第一運算放大器141、第二運算放大器142以及比較器143可以提供比例積分(proportional integral,PI)類比控制電路。
接下來，將描述本發明示例實施例的AC LED調光器的操作。
如圖2和圖8所示，藉由使用從外部裝置輸入的調光控制訊號DCS，在基於由電壓偵測器150以及電流偵測器160所偵測的訊號而生成脈衝寬度調變訊號之後，控制器140輸入脈衝寬度調變訊號給圖3中所繪示的開關120的切換電晶體Q1的閘極，以控制AC LED 170的調光功能。
因此，當開關120中的切換電晶體Q1的閘極是導通的 時候，電流從切換電晶體Q1的閘極流向切換電晶體Q1的源極，從而電流被施加到AC LED 170，從而可以發光。
另一方面，當開關120中的切換電晶體Q1的閘極是斷開的時候，電流從切換電晶體Q1的汲極流向切換電晶體Q1的源極，從而電流未被施加到AC LED 170。從而，AC LED 170不會發光。
切換電晶體Q1可以與開關120的功率二極體D1、D2、D3和D4一起操作。當AC輸入電壓Vac被正向施加的時候，第一功率二極體D1以及第四功率二極體D4被正向偏壓，以允許電流流過切換電晶體Q1。當AC輸入電壓Vac被負向施加的時候，第二功率二極體D2以及第三功率二極體D3被正向偏壓，以允許電流流過該切換電晶體Q1。
從而，AC輸入電壓Vac以及電流可以總是從切換電晶體Q1的汲極流向切換電晶體Q1的源極。開關120的功率二極體D1、D2、D3和D4決定AC輸入電壓Vac以及電流的方向，從而允許雙向的AC電流能夠以單相形式被偵測。
因為AC LED 170的光學輸出依賴於電壓和電流的產生，而隨著脈衝寬度調變訊號的工作比增加峰值也會增加，所以隨著脈衝寬度調變訊號的工作比增加AC LED 170的光學輸出也會增加。
藉由在約定的範圍中，例如從1%到100%，調整工作比，可以線性地控制脈衝寬度調變訊號。
藉由來自於外部裝置(例如遠程控制器)的調光控制訊號，可以調整工作比。調光控制訊號可以被用作用於調 整工作比的參考訊號Vref。
圖9(a)~圖9(c)是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器中的輸入和輸出的電壓、電流的波形圖。
請參看圖9(a)~圖9(c)，圖9(a)繪示了AC輸入電壓以及電流的波形，圖9(b)繪示了被施加到AC LED 170的電壓和電流的波形，以及圖9(c)繪示了被施加到AC LED 170的平均電壓和電流的波形，他們都通過本發明的示例實施例的AC LED調光器中的脈衝寬度調變來實現。
在圖9(a)~圖9(c)中，繪示施加到AC LED 170的平均電壓和電流的波形的圖9(c)中的電流的週期與AC LED 170的發光週期相同。
圖10(a)~圖10(c)是使用三極體開關的一般的調光器中的輸入和輸出的電壓、電流的波形圖。
請參看圖10(a)~圖10(c)，圖10(a)繪示了AC輸入電壓以及電流的波形，圖10(b)繪示了被施加到AC LED的電壓和電流的波形，以及圖10(c)繪示了被施加到AC LED的平均電壓和電流的波形，他們都在使用三極體開關的AC LED調光器中被實現。
在圖10(a)~圖10(c)中，繪示施加到AC LED的平均電壓和電流的波形的圖10(c)中的電流的週期與AC LED的發光週期相同。
藉由參看圖10(c)的電流波形來比較圖9(a)~圖9(c)和圖10(a)~圖10(c)中所繪示的AC LED的發光週期，可以確定藉由圖9(a)~圖9(c)中的本發明示例實施例的AC LED調光器的脈衝寬度調變允許AC LED 170的發光週期長於圖10(a)~圖10(c)中所繪示的調光器。
因此，可以確定，相較於使用三極體開關的調光器的相位控制，基於本發明示例實施例的AC LED調光器的脈衝寬度調變來控制的平均電壓或者電流提供了更穩定的光學輸出。
圖11是根據本發明的示例實施例的圖2中所繪示的控制器的電路圖。請參看圖11，控制器140可以是類比控制電路，此類比控制電路藉由僅僅採用兩個參數，即，電壓和電流，來控制平均電壓以及平均電流，以及控制器140可以包括運算放大器144以及比較器145。
運算放大器144的正相終端接收來自於外部裝置(例如使用者的遠程控制器)的調光控制訊號DCS以及決定調光範圍。為了輸出調光控制訊號DCS以及已偵測的AC電壓源101的電流偵測訊號CDS之間的差異，調光控制訊號DCS被用作參考訊號Vref。運算放大器144的反相終端接收由電壓偵測器150所偵測的AC電壓源101的電壓偵測訊號VDS或者由電流偵測器160所偵測的施加到AC LED 170的電流偵測訊號CDS，電壓偵測訊號VDS或者電流偵測訊號CDS首先通過電阻器Z1。
運算放大器144用來輸出被輸入到運算放大器144的兩個輸入終端的兩個數值之間的差異。因此，藉由將調光控制訊號DCS用作參考訊號，運算放大器144輸出調光控制訊號DCS與電壓偵測訊號VDS或電流偵測訊號CDS之 間的差異。
比較器145經由比較器145的反相終端來接收運算放大器144的輸出，以及經由比較器145的正相終端來接收三角波(triangular wave)(斜坡訊號(ramp signal))。為了控制對應於運算放大器144的輸出的脈衝寬度調變工作比，三角波可以被設置為適當的週期以及振幅。因此，比較器145基於三角波(斜坡訊號)來輸出具有根據運算放大器144的輸出來調整的脈衝寬度調變工作比的脈衝寬度調變訊號。
在此所描述的根據本發明的示例實施例的LED被繪示為直接使用AC電壓源的AC發光元件。然而，本發明並非限定於此，以及通過適當的修改，也可以應用直接使用AC電壓源來發光的各種其它的發光元件，諸如雷射二極體(laser diode,LD)。
此外，本發明也可以經過各種修改而用於平均電壓控制技術，其偵測AC電壓源的AC電壓來供應恒定的電壓給直接使用AC電壓源的燈。
此外，本發明也可以經過各種修改而用於平均電流控制技術，其偵測AC電壓源的AC電壓來供應恒定的電流給直接使用AC電壓源的燈。
此外，本發明也可以經過各種修改而用於單相橋式開關，其允許通過脈衝寬度調變來截斷AC電壓的控制，以驅動直接使用AC電壓源的燈。
此外，為了恒定的電壓控制或者保護直接使用AC電 壓源的燈，本發明也可以經過各種修改而用於電壓偵測器，以偵測用作控制電路的控制參數的AC電壓源的AC電壓。
此外，為了恒定的電壓控制或者保護直接使用AC電壓源的燈，本發明也可以經過各種修改而用於用作控制電路的控制參數的AC截斷的電流偵測器。
此外，本發明也可以經過各種修改而用於使用可編程微控制器的通過脈衝寬度而修改的數位控制。
圖12是根據本發明的示例實施例的LED調光器的方塊圖。
請參看圖12，LED調光器200包括電磁干擾(electromagnetic interference,EMI)過濾器(filter)210、整流器(rectifier)220、開關230、可控電源(controlled power supply)240、控制器250、電壓偵測器260以及電流偵測器270。EMI過濾器210消除AC電壓源201的AC電壓Vac中所包含的電磁干擾，以允許待被輸出到整流器220的AC電壓Vac沒有電磁干擾。也就是說，EMI過濾器210消除由於AC電壓源201以及LED 280之間電力線(power line)中所產生的LED調光器200的內部或者外部的電磁干擾所引起的脈衝雜訊、諧波等等。EMI過濾器210是可選擇的，但是優選為包含在調光器200中以減少電磁干擾，從而改善功率因素(power factor)。
整流器220接收來自於EMI整流器210的AC電壓源201的AC電壓以及全波整流AC電壓Vac以輸出已整流的 電壓Vr。回應於控制器250的切換控制訊號SCS來導通/斷開該開關230，以選擇性地傳遞已整流的電壓Vr給LED 280。在此示例實施例中，LED 280可以是單個的LED或者包括多個LED的發光模組，其能夠通過AC電壓Vac的全波整流來操作。
可控電源240執行整流以及電壓轉換(voltage conversion)功能。可控電源240接收AC電壓源201的AC電壓Vac以及通過將AC電壓全波整流為DC電壓以及DC電壓的電壓降(voltage drop)來輸出受控制的電壓Vcc。在此，AC電壓Vac被繪示為從AC電壓源201直接地輸入到可控電源240，但是本發明並非限定於這樣的組態以及可以被組態為允許待被輸入到可控電源240的AC電壓Vac經由EMI過濾器210來移除來自於AC電壓源201的AC電壓Vac的電磁干擾。
控制器250輸出切換控制訊號SCS，以回應於來自於外部裝置的用於控制LED 280的調光功能的調光控制訊號DCS、來自於電壓偵測器260的電壓偵測訊號VDS以及來自於電流偵測器270的電流偵測訊號CDS。
從控制器250輸出的切換控制訊號SCS的工作比(duty ratio)對應於調光控制訊號DCS與電壓偵測訊號VDS和電流偵測訊號CDS中的每一個之間的差異。具體地說，當電壓偵測訊號VDS與調光控制訊號DCS之間的差異是正的數值(+)的時候，控制器250藉由對應的差異來減小切換控制訊號SCS的脈衝寬度(pulse width)，以 及其次根據電流偵測訊號CDS來控制切換控制訊號SCS的脈衝寬度。另一方面，當電壓偵測訊號VDS與調光控制訊號DCS之間的差異是負的數值(-)的時候，控制器250藉由對應的差異來增加切換控制訊號SCS的脈衝寬度(pulse width)，以及其次根據電流偵測訊號CDS來控制切換控制訊號SCS的脈衝寬度。
根據本發明的示例實施例，控制器250並非限制於此組態以及可以生成對應於電壓偵測訊號VDS和電流偵測訊號CDS的其中之一與調光控制訊號DCS之間的差異的切換控制訊號SCS。換句話說，控制器250偵測電壓偵測訊號VDS和電流偵測訊號CDS以控制對應於調光控制訊號DCS的LED 280的調光位準。為了這個目的，控制器250可以包括比例積分(proportional integral,PI)類比控制電路。控制器250例如可以是可編程8位元微控制器，其可以允許互連到外部裝置(例如，遠程控制器或者家用網路系統)，從而延伸調光系統的操作範圍。
此外，控制器250接收斜坡訊號(ramp signal)以生成具有至少一個脈衝的切換控制訊號(switching control signal,SCS)。切換控制訊號(switching control signal,SCS)可以是具有20~100kHz或者更大頻率的方形波(square wave)，以及在1~100%的寬度範圍中控制此脈衝寬度調變。根據構成開關230的電晶體能夠被導通的電壓的大小(magnitude)，以及根據開關230的電晶體能夠被斷開的、閘極終端以及源極終端之間的電壓的大小，可以改變該切 換控制訊號(switching control signal,SCS)的位準。可變電阻器可以被用於控制該切換控制訊號SCS的工作比。可變電阻器可以被直接地或者間接地耦接到用於調光LED280的調處器(manipulator)，以及可以根據需要被調處器調整，從而致能LED 280的調光功能。將參看圖19和圖21來詳細說明控制器250。
電壓偵測器260偵測AC電壓源201的電壓Vac以輸出電壓偵測訊號VDS。電壓偵測訊號VDS被用於決定AC電壓源201的電壓起伏(voltage fluctuation)。在此，AC電壓Vac被繪示為從AC電壓源201直接地輸入到電壓偵測器260，但是本發明並非限定於此組態以及可以被組態為允許待被輸入到電壓偵測器260的AC電壓Vac經由EMI過濾器210來移除來自於AC電壓源201的AC電壓Vac的電磁干擾。電流偵測器270偵測LED 280中的電流以輸出電流偵測訊號CDS。電流偵測器270例如可以是連接到開關230的電阻器或者電流感測器，以偵測從開關230流向LED 280的電流。
圖13是圖12中所繪示的的整流器220的電路圖。
請參看圖13，整流器220包括：分壓器(voltage divider)221，用以分壓AC電壓源201的電壓Vac；第一全波整流單元222，用以全波整流被分壓器221所分壓的電壓；以及第一穩壓器(first voltage stabilizer)C32，用以穩定被第一全波整流單元222全波整流後的電壓。
分壓器221包括：電容器C31，串聯連接到AC電壓源 201(Vac)；電阻器R31，串聯連接到電容器C31；以及一對齊納二極體(Zener diode)ZD31和ZD32，串聯連接到電阻器R31。齊納二極體(Zener diode)ZD31和ZD32上預定的齊納電壓VZD並聯連接到第一全波整流單元222的輸入終端。
在AC電壓源201(Vac)下，一對齊納二極體ZD31和ZD32反向串聯連接以提供預定的齊納電壓VZD和-VZD。
現在將詳細地描述整流器220的操作。因為相互串聯連接的電阻器C31、電阻器R31以及一對齊納二極體ZD31和ZD32經由EMI過濾器210來連接到AC電壓源201，以及一對齊納二極體ZD31和ZD32連接到第一全波整流單元222的輸入終端，一對齊納二極體ZD31和ZD32用於限制第一全波整流單元222的輸入電壓至預定的齊納電壓VZD。
電容器C31上的電壓可以根據第一穩壓器的電容器C32的功率消耗來變化。在這種情況下，對於相互串聯連接的電容器C31、電阻器R31以及一對齊納二極體ZD31和ZD32，根據預定的比例來分壓AC電壓源201的電壓Vac，以及包括二極體D31、D32、D33和D34的第一全波整流單元222的AC輸入電壓根據電容器C32的功率消耗來變化。
因此，根據電容器C32的功率消耗來設置電容器C31的電容值。例如，電容器C31具有100~330nF的電容值。
此外，根據是否依據電容器C32的功率消耗來最佳設置電容器C31，來選擇性地使用一對齊納二極體ZD31和 ZD32。
電容器C32構成第一穩壓器。第一穩壓器將被第一全波整流單元222整流的電壓穩定為DC電壓，以及提供已穩定的電壓給開關230。
圖14是圖12中所繪示的開關230的一個示例實施例的電路圖。請參看圖14，開關230可以包括電晶體Q1。開關230的電晶體Q1回應於控制器250的切換控制訊號SCS，即，脈衝寬度調變訊號，而被導通/斷開。
因為根據脈衝寬度調變訊號的工作比，開關230的導通/斷開週期包含在脈衝寬度調變訊號的週期中，所以LED 280的輸入電壓以及電流根據脈衝寬度調變訊號而改變。因此，LED 280的輸入電壓根據脈衝寬度調變訊號而改變的期間中的內部週期以及產生輸入電流的期間中的內部週期可以與脈衝寬度調變訊號的週期相同。
在此，N型MOSFET被用作切換電晶體Q1。然而，本發明並非限定於此，以及切換電晶體Q1可以是P型MOSFET。此外，只要電晶體能夠藉由脈衝寬度調變訊號來快速地切換以施加被整流器220全波整流的電壓Vr給LED 280，則可以使用任何類型的切換電晶體。
圖15和圖16是根據本發明的示例實施例的圖12中所繪示的電壓偵測器260的電路圖。
請參看圖15，電壓偵測器260可以是用於偵測AC電壓的包括運算放大器261的差動放大電路(differential amplification circuit)。
AC電壓源201的第一終端Vac_L經由電阻器R1而被連接到運算放大器261的反相終端(inverting terminal)(-)，以及AC電壓源201的第二終端Vac_N經由電阻器R3而被連接到運算放大器261的正相終端(non-inverting terminal)(+)。在此，藉由電阻器R1和R2所構成的電路的電阻比率以及電阻器R3和R4所構成的電路的電阻比率來決定輸出電壓的增益。電阻器R1和R2的電阻比率應該與電阻器R3和R4的電阻比率相同。此外，電阻器R1和R3應該具有較電阻器R2和R4更高的電阻值。
例如，當使用220V的AC電壓Vac的時候，在經由AC電壓源201的第一終端Vac_L而輸入的L-相位電壓以及經由AC電壓源201的第二終端Vac_N而輸入的N-相位電壓之間保持220V的差異。在這種情況下，因為運算放大器261根據電阻器R1和R2的電阻比率以及電阻器R3和R4的電阻比率來調整輸出電壓的增益，所以，例如從運算放大器261可以輸出1V的電壓偵測訊號VDS。
在被設置為在220V的AC電壓Vac上正常操作的電路中，由AC電壓源201的變化所引起的210V或者230V的AC電壓的輸入使得運算放大器261輸出與1V的電壓偵測訊號VDS不同的訊號。因此，電壓偵測訊號VDS被用於決定AC電壓源201的電壓的變化。
當電壓偵測訊號VDS從運算放大器261輸出的時候，電壓偵測器260施加電壓偵測訊號VDS到控制器250。控制器250基於來自於電壓偵測器260的電壓偵測訊號VDS 來生成用於控制開關230的切換控制訊號。
圖16是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的電壓偵測器的電路圖。
請參看圖16，電壓偵測器260可以是這樣的電路，其包括光耦合器(photo coupler)262以及橋式整流器(bridge rectifier)(D1)263以及能夠藉由將AC電壓轉換為單相DC電壓來偵測雙向的AC電壓。在此，藉由通過光耦合器262來與AC電壓源201電性絕緣，電壓偵測器260可以偵測AC電壓的振幅。
在電壓偵測器260的操作中，橋式整流器(D1)263將雙向的AC電壓轉換為單相DC電壓，以經由電阻器R1來供應電流Id給光耦合器262的初級二極體(primary diode)。接著，當與電流Id成比例的訊號被施加到光耦合器262的次級二極體(secondary diode)的基極的時候，與電流Id成比例的電流Ice被施加到光耦合器262的次級二極體的集極(collector)以及射極(emitter)。在此，電阻器R2和R3決定電流Ice以及此訊號的振幅。電阻器R2代表有關此輸入的反相輸出，以及電阻器R3代表有關此輸入的正相輸出。從而，當電流Ice流經電阻器R3的時候，被施加到電阻器R3的電壓被傳遞到控制器250以作為AC電壓源201的電壓偵測訊號VDS。
圖17和圖18是根據本發明的示例實施例的圖12中所繪示的電流偵測器270的電路圖。當電流偵測器270被連接到開關230的電路的時候，操作電流偵測器270。
請參看圖17，電流偵測器270可以由電阻器R1組成以及被連接到圖14中所繪示的開關230的電路，以偵測開關230中所流過的電流。也就是說，藉由將構成電流偵測器270的電阻器R1的一端連接到圖14中所繪示的開關230的切換電晶體Q1的源極，從而將連接到切換電晶體Q1的源極的電阻器R1的一端連接到控制器250，電流偵測器270可以允許流經電阻器R1的電流被輸出為電流偵測訊號CDS。
請參看圖18，電流偵測器270可以是連接到圖14中的開關230的電路的電流感測器，以偵測經由開關230而流入到LED 280的電流。電流感測器可以包括變流器(current transformer)或者RF變壓器(RF transformer)。也就是說，藉由將構成電流偵測器270的電流感測器的一端連接到圖14中所繪示的開關230的切換電晶體Q1的源極，電流偵測器270可以偵測從開關230輸出至LED 280的電流。被電流偵測器270的電流感測器所偵測的電流被施加到控制器250。根據本發明的示例實施例的電流偵測器的操作與圖17中所繪示的示例實施例相同。電流偵測器270的兩個示例實施例之間的差異是，藉由採用包括變流器(current transformer)或者RF變壓器(RF transformer)的電流感測器，圖18中所繪示的電路可以偵測幾十安培的相對高的電流。在圖17所繪示的根據本發明示例實施例的電路中，因為用於電流偵測的電阻器R1可以造成功率損耗(Io 2*R)，因此其在偵測幾個安培或者更大的電流的時候 被限制使用。
圖19是根據本發明的示例實施例的LED調光器的控制器的示例的電路圖。
請參看圖19，控制器250可以是類比控制電路，此類比控制電路藉由採用兩個參數，即，電壓和電流，來控制平均電壓以及平均電流。控制器250可以包括第一運算放大器251、第二運算放大器252以及比較器253。
第一運算放大器251的正相終端接收來自於外部裝置(例如使用者的遠程控制器)的調光控制訊號DCS以及決定調光範圍。為了輸出調光控制訊號DCS以及電壓偵測訊號VDS之間的差異，調光控制訊號DCS被用作參考訊號Vref。第一運算放大器251的反相終端接收由電壓偵測器260所偵測的電壓偵測訊號VDS。
第一運算放大器251用來輸出被輸入到第一運算放大器251的兩個輸入終端的兩個數值之間的差異。因此，藉由將調光控制訊號DCS用作參考訊號，第一運算放大器251輸出來自於外部裝置的調光控制訊號DCS以及由電壓偵測器260所偵測的電壓偵測訊號VDS之間的差異。
第二運算放大器252的正相終端接收第一運算放大器251的輸出。第二運算放大器252的反相終端接收由電流偵測器270所偵測的電流偵測訊號CDS。接著，第二運算放大器252用來輸出被輸入到第二運算放大器252的兩個輸入終端的兩個數值之間的差異。因此，第二運算放大器252輸出由電流偵測器270所偵測的電流偵測訊號CDS以 及第一運算放大器251的輸出之間的差異，第一運算放大器251的輸出反映了由電壓偵測器260所偵測的電壓偵測訊號VDS以及來自於遠程控制器的調光控制訊號DCS之間的差異。
比較器253經由比較器253的反相終端來接收第二運算放大器252的輸出，以及經由比較器253的正相終端來接收三角波(triangular wave)(斜坡訊號(ramp signal))。為了控制對應於第二運算放大器252的輸出的脈衝寬度調變工作比，三角波可以被設置為適當的週期以及振幅。因此，比較器253基於三角波(斜坡訊號)來輸出具有根據第二運算放大器252的輸出來調整的脈衝寬度調變工作比的脈衝寬度調變訊號。
從而，圖19中的控制器250可以被配置為輸出電壓偵測訊號VDS以及調光控制訊號DCS之間的第一差異，再輸出電流偵測訊號CDS以及第一差異之間的第二差異，以及生成和輸出作為切換控制訊號SCS的具有根據第二差異來調整的脈衝寬度調變工作比的脈衝寬度調變訊號。在此，電流參數顯著地相關於控制器250的控制操作，從而控制器250可以允許更快的以及恒定的平均電流被施加到LED 280。構成控制器250的第一運算放大器251、第二運算放大器252以及比較器253可以提供比例積分(proportional integral,PI)類比控制電路。
接下來，將描述本發明示例實施例的LED調光器的操作。
如圖12和圖19所示，藉由使用從外部裝置輸入的調光控制訊號DCS，在基於由電壓偵測器260所偵測的訊號VDS以及由電流偵測器270所偵測的訊號CDS而生成脈衝寬度調變訊號之後，控制器250輸入脈衝寬度調變訊號給圖14中所繪示的開關230的切換電晶體Q1的閘極，以控制LED 280的調光功能。
因此，當開關230中的切換電晶體Q1的閘極是導通的時候，電流從切換電晶體Q1的閘極流向切換電晶體Q1的源極，從而電流被施加到LED 280，從而可以發光。
另一方面，當開關230中的切換電晶體Q1的閘極是斷開的時候，電流從切換電晶體Q1的汲極流向切換電晶體Q1的源極，從而電流未被施加到LED 280。從而，LED 280不會發光。
因為LED 280的光學輸出依賴於電壓和電流的產生，而隨著脈衝寬度調變訊號的工作比的增加峰值也會增加，所以隨著脈衝寬度調變訊號的工作比的增加LED 280的光學輸出也會增加。
藉由在約定的範圍中，例如從1%到100%，調整工作比，可以線性地控制脈衝寬度調變訊號。
藉由來自於外部裝置(例如遠程控制器)的調光控制訊號，可以調整工作比。調光控制訊號可以被用作用於調整工作比的參考訊號Vref。
圖20(a)~圖20(c)是根據本發明的示例實施例的LED調光器中的輸入和輸出的電壓、電流的波形圖。
請參看圖20(a)~圖20(c)，圖20(a)繪示了AC輸入電壓以及電流的波形，圖20(b)繪示了被施加到LED 280的電壓和電流的波形，以及圖20(c)繪示了被施加到LED 280的平均電壓和電流的波形，他們都通過本發明的示例實施例的LED調光器中的脈衝寬度調變來實現。
如圖20(a)~圖20(c)所繪示，繪示LED 280的平均電壓和電流的波形的圖20(c)中的電流的週期與LED 280的發光週期相同。
圖21是根據本發明的示例實施例的圖12中所繪示的控制器的電路圖。請參看圖21，控制器250可以是類比控制電路，此類比控制電路藉由僅僅採用兩個參數，即，電壓和電流，來控制平均電壓以及平均電流，以及控制器250可以包括運算放大器254以及比較器255。
運算放大器254的正相終端接收來自於外部裝置(例如使用者的遠程控制器)的調光控制訊號DCS以及決定調光範圍。為了輸出調光控制訊號DCS以及已偵測的AC電壓源201的電流偵測訊號CDS之間的差異，調光控制訊號DCS被用作參考訊號Vref。運算放大器254的反相終端接收由電壓偵測器260所偵測的AC電壓源101的電壓偵測訊號VDS或者由電流偵測器270所偵測的施加到LED 280的電流偵測訊號CDS，電壓偵測訊號VDS或者電流偵測訊號CDS首先通過電阻器Z1。
運算放大器254輸出被輸入到運算放大器254的兩個輸入終端的兩個數值之間的差異。因此，藉由將調光控制 訊號DCS用作參考訊號，運算放大器254輸出調光控制訊號DCS與電壓偵測訊號VDS或電流偵測訊號CDS之間的差異。
比較器255經由比較器的反相終端來接收運算放大器254的輸出，以及經由比較器255的正相終端來接收三角波(triangular wave)(斜坡訊號(ramp signal))。為了控制對應於運算放大器254的輸出的脈衝寬度調變工作比，三角波可以被設置為適當的週期以及振幅。因此，比較器255基於三角波(斜坡訊號)來輸出具有根據運算放大器254的輸出來調整的脈衝寬度調變工作比的脈衝寬度調變訊號。
在此所描述的根據本發明的示例實施例的LED被繪示為直接使用AC電壓源的AC發光元件。然而，本發明並非限定於此，以及通過適當的修改，也可以應用直接使用AC電壓源來發光的各種其它的發光元件，諸如雷射二極體(laser diode,LD)。
此外，本發明也可以經過各種修改而用於平均電壓控制技術，其偵測AC電壓源的AC電壓來供應恒定的電壓給直接使用AC電壓源的燈。
此外，本發明也可以經過各種修改而用於平均電流控制技術，其偵測AC電壓源的AC電壓來供應恒定的電流給直接使用AC電壓源的燈。
此外，為了恒定的電壓控制或者保護直接使用AC電壓源的燈，本發明也可以經過各種修改而用於電壓偵測 器，以偵測用作控制電路的控制參數的AC電壓源的AC電壓。
此外，本發明也可以經過各種修改而用於使用可編程微控制器的通過脈衝寬度而修改的數位控制。
從而，根據本發明的示例實施例，調光器可以克服傳統的調光器的缺陷，傳統的調光器的調光範圍受到三極體開關的驅動電壓以及R/C相位控制器的電阻器和電容器的操作特性的限制。
此外，根據本發明的示例實施例的調光器可以根據導通開關的操作以及AC LED的閃光來使諧波的產生最小化。
此外，藉由計算AC電壓和電流的更精確的振幅，根據本發明的示例實施例的調光器可以產生與調光控制訊號成比例的脈衝寬度調變訊號。而且，根據本發明的示例實施例的調光器相較於類比控制器更容易互連到外部裝置，諸如家用網路系統或者遠程控制器。
通常情況下，由於無源元件(passive element)的電容值的差異，包括電阻器以及電容器的類比電路的計時器(timer)可能產生錯誤的輸出。相反，相較於類比控制器，根據本發明的示例實施例，通過具有微控制器的數位控制並藉由採用調光器的內部計時器，計時器能夠更精確地計算時間，以及可以輸出更精確的脈衝寬度調變訊號。
此外，在AC LED的容量增加的情況下，根據本發明的示例實施例的調光器可以是小容量的變壓器。
根據本發明的示例實施例，藉由通過脈衝寬度調變控制來輸出切換訊號以回應於調光控制訊號、電壓偵測器的電壓偵測訊號以及電流偵測器的電流偵測訊號，為了控制發光元件的調光功能，調光器可以提供與外部裝置的調光控制訊號成比例的更精確的切換控制訊號。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧調光器
14‧‧‧三極體開關(Triac switch)
16‧‧‧R/C相位控制器
12‧‧‧AC電壓源
18‧‧‧AC LED
100‧‧‧AC LED調光器
110‧‧‧EMI過濾器
120‧‧‧開關
130‧‧‧可控電源
140‧‧‧控制器
150‧‧‧電壓偵測器
160‧‧‧電流偵測器
101‧‧‧AC電壓源
170‧‧‧AC LED
SCS‧‧‧切換控制訊號
Vcc‧‧‧控制電壓
DCS‧‧‧調光控制訊號
VDS‧‧‧電壓偵測訊號
CDS‧‧‧電流偵測訊號
Vac‧‧‧AC電壓
Q1‧‧‧切換電晶體
Qd‧‧‧過電壓保護二極體
D1、D2、D3和D4‧‧‧功率二極體
151‧‧‧運算放大器
R1、R2、R3、R4‧‧‧電阻器
152‧‧‧光耦合器
153‧‧‧橋式整流器
Id、Ice‧‧‧電流
141‧‧‧第一運算放大器
142‧‧‧第二運算放大器
143‧‧‧比較器
144‧‧‧運算放大器
145‧‧‧比較器
Z1、Z2、Z3、Z4‧‧‧電阻器
200‧‧‧LED調光器
210‧‧‧EMI過濾器
220‧‧‧整流器
230‧‧‧開關
240‧‧‧可控電源
250‧‧‧控制器
260‧‧‧電壓偵測器
270‧‧‧電流偵測器
201‧‧‧AC電壓源
280‧‧‧LED
Vr‧‧‧已整流的電壓
221‧‧‧分壓器
222‧‧‧第一全波整流單元
C32‧‧‧第一穩壓器(first voltage stabilizer)
C31‧‧‧電容器
R31‧‧‧電阻器
ZD31和ZD32‧‧‧齊納二極體
D31、D32、D33和D34‧‧‧二極體
261‧‧‧運算放大器
262‧‧‧光耦合器
263‧‧‧橋式整流器
251‧‧‧第一運算放大器
252‧‧‧第二運算放大器
253‧‧‧比較器
254‧‧‧運算放大器
255‧‧‧比較器
所附圖式是用於進一步說明書本發明以及其也是本發明的說明書的一部分，其用於繪示本發明的實施例，這些圖式與說明書一起來解釋本發明的原理。
圖1是使用三極體開關的傳統的調光器的方塊圖。
圖2是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的方塊圖。
圖3是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的開關的示例的電路圖。
圖4是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的電壓偵測器的示例的電路圖。
圖5是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的電壓偵測器的電路圖。
圖6是根據本發明的示例實施例的繪示偵測AC LED調光器的開關所輸出的電流流向AC LED的電路圖。
圖7是根據本發明的示例實施例的繪示偵測AC LED調光器的開關中流動的電流的電路圖。
圖8是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的控制器的示例的電路圖。
圖9(a)~圖9(c)是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器中的輸入和輸出的電壓、電流的波形圖。
圖10(a)~圖10(c)是使用三極體開關的一般的調光器中的輸入和輸出的電壓、電流的波形圖。
圖11是根據本發明的示例實施例的AC LED調光器的控制器的電路圖。
圖12是根據本發明的示例實施例的LED調光器的方塊圖。
圖13是根據本發明的示例實施例的LED調光器的整流器的示例的電路圖。
圖14是根據本發明的示例實施例的LED調光器的開關的示例的電路圖。
圖15是根據本發明的示例實施例的LED調光器的電壓偵測器的示例的電路圖。
圖16是根據本發明的示例實施例的LED調光器的電壓偵測器的電路圖。
圖17是根據本發明的示例實施例的繪示偵測LED調光器的開關所輸出的電流流向LED的電路圖。
圖18是根據本發明的示例實施例的繪示偵測LED調光器的開關中流動的電流的電路圖。
圖19是根據本發明的示例實施例的LED調光器的控制器的電路圖。
圖20(a)~圖20(c)是根據本發明的示例實施例的LED調光器中的輸入和輸出的電壓、電流的波形圖。
圖21是根據本發明的示例實施例的LED調光器的控制器的電路圖。
100‧‧‧AC LED調光器
110‧‧‧EMI過濾器
120‧‧‧開關
130‧‧‧可控電源
140‧‧‧控制器
150‧‧‧電壓偵測器
160‧‧‧電流偵測器
101‧‧‧AC電壓源
170‧‧‧AC LED
SCS‧‧‧切換控制訊號
Vcc‧‧‧控制電壓
DCS‧‧‧調光控制訊號
VDS‧‧‧電壓偵測訊號
CDS‧‧‧電流偵測訊號
Vac‧‧‧AC電壓

Claims (18)

  1. 一種用於發光元件的調光器，所述調光器包括：開關，用以回應於切換控制訊號而被切換以及傳遞交流電壓源的交流電壓給所述發光元件，並且適於容許AC截斷操作；電流偵測器，用以偵測待被施加到所述發光元件的電流以及輸出電流偵測訊號；以及控制器，用以輸出所述切換控制訊號，以回應於調光控制訊號以及所述電流偵測訊號，其中所述開關包括：切換電晶體，用於回應於所述切換控制訊號而被導通或者斷開以及切換被施加到所述發光元件的交流電壓源；過電壓保護二極體，連接到所述切換電晶體；以及多個包括橋式電路的功率二極體，用以施加正向電流給所述切換電晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光元件的調光器，其中所述切換控制訊號的工作比對應於所述電流偵測訊號以及所述調光控制訊號之間的差異。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光元件的調光器，其中所述控制器還接收斜坡訊號，以及所述控制器包括第一運算放大器以及比較器，所述第一運算放大器包括用以接收所述調光控制訊號的正相終端以及用以接收所述電流偵測訊號的反相終端，所述比較器包括用以接收所述第一運算放大器的輸出的反相終端以及用以接收所述斜坡 訊號的正相終端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光元件的調光器，所述調光器還包括用以輸出電壓偵測訊號的電壓偵測器，所述電壓偵測訊號用以決定所述交流電壓源的電壓變化。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之用於發光元件的調光器，其中所述切換控制訊號的工作比對應於所述電流偵測訊號以及第一差異之間的差異，其中所述第一差異包括所述調光控制訊號以及所述電壓偵測訊號之間的差異。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之用於發光元件的調光器，其中所述控制器包括：第一運算放大器，所述第一運算放大器包括用以接收所述調光控制訊號的正相終端以及用以接收所述電壓偵測訊號的反相終端；第二運算放大器，所述第二運算放大器包括用以接收所述第一運算放大器的輸出的正相終端以及用以接收所述電流偵測訊號的反相終端；以及比較器，所述比較器包括用以接收所述第二運算放大器的輸出的反相終端以及用以接收斜坡訊號的正相終端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光元件的調光器，其中所述電流偵測器包括連接到所述開關的電阻器，所述電流偵測器用以輸出用作所述電流偵測訊號的流經所述電阻器的電流。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光元件的調光 器，其中所述電流偵測訊號包括連接到所述開關的電流感測器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之用於發光元件的調光器，所述調光器還包括耦接在所述開關以及所述交流電壓源之間的電磁干擾過濾器。
  10. 一種用於發光元件的調光器，所述調光器包括：整流器，用以接收交流電壓源的交流電壓以及通過所述交流電壓的全波整流來輸出已整流的電壓；開關，用以回應於切換控制訊號而被切換以及傳遞所述已整流的電壓給所述發光元件，並且容許AC截斷操作；電流偵測器，用以偵測待被施加到所述發光元件的電流以及輸出電流偵測訊號；以及控制器，用以輸出所述切換控制訊號，以回應於調光控制訊號以及所述電流偵測訊號，其中所述整流器包括用以分壓所述交流電壓源的電壓的分壓器、用以整流已分壓的所述電壓的全波整流器、以及用以穩定被所述全波整流器所整流的所述電壓的穩壓器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之用於發光元件的調光器，其中所述切換控制訊號的工作比對應於所述電流偵測訊號以及所述調光控制訊號之間的差異。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之用於發光元件的調光器，其中所述控制器包括：第一運算放大器，所述第一運算放大器包括用以接收 所述調光控制訊號的正相終端以及用以接收所述電流偵測訊號的反相終端；以及比較器，所述比較器包括用以接收所述第一運算放大器的輸出的反相終端以及用以接收斜坡訊號的正相終端。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之用於發光元件的調光器，所述調光器還包括用以輸出電壓偵測訊號的電壓偵測器，所述電壓偵測訊號用以決定所述交流電壓源的電壓變化。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之用於發光元件的調光器，其中所述切換控制訊號的工作比對應於所述電流偵測訊號以及第一差異之間的差異，其中所述第一差異包括所述調光控制訊號以及所述電壓偵測訊號之間的差異。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之用於發光元件的調光器，其中所述控制器包括：第一運算放大器，所述第一運算放大器包括用以接收所述調光控制訊號的正相終端以及用以接收所述電壓偵測訊號的反相終端；第二運算放大器，所述第二運算放大器包括用以接收所述第一運算放大器的輸出的正相終端以及用以接收所述電流偵測訊號的反相終端；以及比較器，所述比較器包括用以接收所述第二運算放大器的輸出的反相終端以及用以接收斜坡訊號的正相終端。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之用於發光元件的調光器，其中所述電流偵測器包括連接到所述開關的電阻 器，所述電流偵測器用以輸出用作所述電流偵測訊號的流經所述電阻器的電流。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之用於發光元件的調光器，其中所述電流偵測器包括連接到所述開關的電流感測器。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之用於發光元件的調光器，所述調光器還包括耦接在所述開關以及所述交流電壓源之間的電磁干擾過濾器。
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