TWI481310B - Light emitting diode drive - Google Patents

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TWI481310B TW101128936A TW101128936A TWI481310B TW I481310 B TWI481310 B TW I481310B TW 101128936 A TW101128936 A TW 101128936A TW 101128936 A TW101128936 A TW 101128936A TW I481310 B TWI481310 B TW I481310B
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Description

發光二極體驅動裝置
本發明係屬於電光源電路裝置之技術領域，特別是關於一種定電流式發光二極體驅動裝置，以於雙向三極閘流體(Tri-Electrode AC Switch,TRIAC)線性調整發光二極體亮度的同時，降低電壓源轉換間所產生的突波及雜訊，使發光二極體不產生閃爍並提升裝置整體電路之功效。
自發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)以其低耗電及高效能等特性襲捲照明市場後，如何控制LED燈具之照明亮度、工作效率或使用壽命等儼然成為各廠商致力研究之目標。而目前，LED燈具之驅動裝置係多採用定電流之電路設計架構而使LED串接一電晶體及一感測電阻，以於TRIAC切換輸入電壓之導通角而調整光亮度前，該感測電阻檢測LED之驅動電流而形成一壓降，並藉一比較器比較該壓降及輸入電壓而輸出高準位電壓或低準位電壓至該電晶體，以適時導通或截止該電晶體而調整脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號之占空比，使控制輸出之驅動電壓大小而影響驅動電流大小及LED發光亮度。
然而，依據電流/電壓(I/V)特性曲線可知，LED並非為 一線性元件，亦即，電壓對電流之比值並非成正比。因此，前述調光方法將因驅動電壓與驅動電流之改變量不一致，而使調光效果不精確。並且，利用PWM訊號之占空比控制LED發光亮度會有切換頻率的電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)問題，如此，為符合安規要求，相關燈具必須增加安規元件而降低實用性。
有鑑於習知技藝之問題，本發明之目的在於提供一種高功因之發光二極體驅動裝置，以透過定電流及線性調光之電路架構驅動LED，使避免因調光頻率過低或過高而產生之頻閃或雜訊干擾等問題。
根據上述目的，該發光二極體驅動裝置係裝設於一LED燈板上，供以驅動並線性調整至少一發光二極體之照明亮度，其包含一整流電路、一電流保持電路及一驅控電路，該整流電路電性連接一交流電源及該電流保持電路，而該驅控電路耦接該電流保持電路及該發光二極體。該整流電路設有一濾波器及一整流器，該濾波器接收一交流電壓而濾除突波後，藉該整流器整流輸出可變直流之一整流電壓。該電流保持電路設有一電流開關，且於該電流開關導通時輸出一保持電流(Holding Current)予該整流電路。該驅控電路設有一濾波電容及一感測電阻，藉該濾波電容接收該整流電壓而過濾形成一驅動電流並輸出至該發光二極體，且藉該感測電阻感 測該驅動電流而比較形成一控制訊號，以導通或截止該電流開關。
為實施線性調光，該整流電路更設有一雙向三極閘流體，係耦接於該交流電源及該濾波器間，供以接收該交流電源之電壓並調整相位導通角後形成該交流電壓。
其中，該整流器為橋式全波整流器，該電流開關係為N型金氧半場效電晶體(N Type-Metal Oxide Semiconductor FET,N-MOSFET)，且其閘極耦接該驅控電路，當該雙向三極閘流體進行調光而改變該驅動電流大小時，該驅控電路輸出低壓準之該控制訊號，以導通該電流開關。該電流保持電路係設有一洩流電阻(Bleeder Load)，當該電流開關導通時，該洩流電阻承接該整流電壓而形成該保持電流，以藉該洩流電阻消耗多餘功率而維持一定電流使該雙向三極閘流體正常工作。
並且，該濾波電容並聯該發光二極體，以提高功率而維持功率因數(Power Factor,PF)大於0.9。該發光二極體串接一電晶體後耦接該感測電阻，該電晶體為N型金氧半場效電晶體，且其閘極耦接該驅控電路，而該電晶體係置於該LED燈板之一表面上，以加速熱散逸而有效提升工作品質及使用壽命。
綜上所述，本發明係於整流前利用該濾波器濾除電流突波，使提升TRIAC工作穩定度及功效，且透過該洩流電阻保持TRIAC工作電流而提升工作品質及穩定 度。又經過橋式整流後，藉該濾波電容直接併充放該整流電壓後提供予該發光二極體的作動方式係大幅提供電路功率，且可避免頻閃現象產生，同時，該發光二極體驅動裝置不使用變壓器或電感進行PWM切換，故無EMI干擾問題而可減少相關EMI安規元件，且構造簡單、零組件少而可降低成本。
為使 貴審查委員能清楚了解本發明之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。
請參閱第1圖，其係分別為本發明較佳實施例之一實施態樣之方塊圖。如圖所示，該發光二極體驅動裝置1適用於舞台、電影院、運動場或會議室等室內外場所用之照明設備中，供以驅動並線性調整至少一發光二極體2之照明亮度。該發光二極體驅動裝置1係裝設於一LED燈板(圖未示)上，包含一整流電路10、一電流保持電路11及一驅控電路12，該整流電路10設有一濾波器100及一整流器101，且該電流保持電路11設有一電流開關110，而該驅控電路12設有一濾波電容120及一感測電阻121。該整流電路10藉該濾波器100耦接一交流電源(圖未示)，且藉該整流器101耦接該電流保持電路11及該驅控電路12。該電流開關110耦接該驅控電路12，該驅控電路12透過該濾波電容120及該感測電阻121耦接該發光二極體2。
該濾波器100接收該交流電源之一交流電壓而濾除突波後，藉該整流器101整流輸出可變直流之一整流電壓至該電流保持電路11及該驅控電路12，使該濾波電容120接收該整流電壓而過濾形成一驅動電流ILED並輸出至該發光二極體2，且藉該感測電阻121感測該驅動電流ILED而比較形成一控制訊號，以導通或截止該電流開關110。當該電流開關110導通時，該電流保持電路11輸出一保持電流予該整流電路10，以確保其工作正常。
並且，請一併參閱第2、3圖，其係分別為本發明較佳實施例之次一實施態樣之方塊圖及電路圖。如圖所示，於該交流電源及該濾波器100間係設有一雙向三極閘流體102而形成一TRIAC調光器，且該濾波器100可由一電容串接一電阻所構成。該整流器101為一橋式全波整流器，當該雙向三極閘流體102接收該交流電壓而調整相位導通角，並藉該濾波器100之電容充放電及電阻耗能而濾除電流突波後，該橋式全波整流器整流形成該整流電壓。
該驅控電路12以一控制晶片為主，設有該濾波電容120、該感測電阻121及一電晶體122。該發光二極體2並聯該濾波電容120後耦接該控制晶片，及透過一二極體13耦接該電流保持電路11及該整流電路10。並且，該發光二極體2串聯該電晶體122之汲極，並透過該電晶體122之源極串接該感測電阻121後耦接該控制晶片 之一輸入接腳，以輸入該感測電阻121感測該驅動電流ILED所產生之壓降。該電晶體122為N-MOSFET，其閘極耦接該控制晶片之一輸出接腳，當該控制晶片比較獲知上述壓降低於一基準值時，輸出低電壓而導通該電晶體122，以適時調節該驅動電流ILED而維持於一恆定狀態。如此，實際以示波器測量該發光二極體驅動裝置1之交流輸入及輸出電壓電流如圖4及附件1、圖5及附件2所示，其係分別為本發明較佳實施例之次一實施態樣之輸入電壓電流波形圖及量測圖、輸出電壓電流波形圖及量測圖，若該交流電源輸入AC 120V(VIN)時，該濾波電容120兩端可輸出電壓124V(VLED)而達PF>0.9之功效，且該驅動電流ILED略呈弦波狀，使可改善該發光二極體2工作品質。
該電流保持電路11設有一洩流電阻111，且該電流開關110為N-MOSFET，其閘極耦接該控制晶片之一輸出接腳，而其源極透過該洩流電阻111耦接該橋式全波整流器之一輸出端，又該電流開關110之汲極可串接一電阻後耦接該橋式全波整流器之另一輸出端，以加速消耗多餘電能，穩定電流量。當該雙向三極閘流體102進行調光而改變該驅動電流ILED大小時，該控制晶片輸出低壓準之該控制訊號，以導通該電流開關110而藉該洩流電阻111承接該整流電壓而形成該保持電流，以保持調光特性並避免LED閃爍。順帶一提，該電晶體122可置於該LED燈板之一表面上，以加速熱散逸而有效提升 工作品質及使用壽命。
以上所述僅為舉例性之較佳實施例，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧發光二極體驅動裝置
10‧‧‧整流電路
100‧‧‧濾波器
101‧‧‧整流器
102‧‧‧雙向三極閘流體
11‧‧‧電流保持電路
110‧‧‧電流開關
111‧‧‧洩流電阻
12‧‧‧驅控電路
120‧‧‧濾波電容
121‧‧‧感測電阻
122‧‧‧電晶體
13‧‧‧二極體
2‧‧‧發光二極體
ILED‧‧‧驅動電流
第1圖 係為本發明較佳實施例之一實施態樣之方塊圖。
第2圖 係為本發明較佳實施例之次一實施態樣之方塊圖。
第3圖 係為本發明較佳實施例之次一實施態樣之電路圖。
第4圖 係為本發明較佳實施例之次一實施態樣之輸入電壓電流波形圖。
第5圖 係為本發明較佳實施例之次一實施態樣之輸出電壓電流波形圖。
1‧‧‧發光二極體驅動裝置
10‧‧‧整流電路
100‧‧‧濾波器
101‧‧‧整流器
102‧‧‧雙向三極閘流體
11‧‧‧電流保持電路
110‧‧‧電流開關
111‧‧‧洩流電阻
12‧‧‧驅控電路
120‧‧‧濾波電容
121‧‧‧感測電阻
122‧‧‧電晶體
13‧‧‧二極體
2‧‧‧發光二極體
ILED‧‧‧驅動電流

Claims (8)

  1. 一種發光二極體驅動裝置，係裝設於一LED燈板上，供以驅動並線性調整至少一發光二極體之照明亮度，其包含：一整流電路，係電性連接一交流電源，設有一濾波器及一整流器，該濾波器接收一交流電壓而濾除突波後，藉該整流器整流輸出可變直流之一整流電壓；一電流保持電路，係耦接該整流電路，且設有一電流開關，該電流保持電路於該電流開關導通時接收該整流電壓而輸出一保持電流至該整流電路；及一驅控電路，係耦接該電流保持電路及該發光二極體，該驅控電路設有一濾波電容、一感測電阻、一電晶體、及一控制晶片，該發光二極體並聯該濾波電容後耦接該控制晶片，該發光二極體串聯該電晶體之一汲極，並透過該電晶體之一源極串接該感測電阻後耦接該控制晶片之一輸入接腳，該電晶體之一閘極耦接該控制晶片之一輸出接腳，該驅控電路藉該濾波電容接收該整流電壓而過濾形成一驅動電流並輸出至該發光二極體，且藉該感測電阻感測該驅動電流而比較形成一控制訊號，以導通或截止該電流開關，其中該發光二極體透過一二極 體耦接該電流保持電路及該整流電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動裝置，其中該整流電路更設有一雙向三極閘流體，係耦接於該交流電源及該濾波器間，供以接收該交流電源之電壓並調整相位導通角後形成該交流電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動裝置，其中該整流器係為橋式全波整流器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動裝置，其中該電流開關係為N型金氧半場效電晶體，且其閘極耦接該驅控電路，當該雙向三極閘流體進行調光而改變該驅動電流大小時，該驅控電路輸出低壓準之該控制訊號，以導通該電流開關。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體驅動裝置，其中該電流保持電路係設有一洩流電阻，當該電流開關導通時，該洩流電阻承接該整流電壓而形成該保持電流。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體驅動裝置，其中該濾波電容係並聯該發光二極體，以提高功率而維持功率因數大於0.9。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體驅動裝置，其中該電晶體為N型金氧半場效電晶體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動裝置，其中該電晶體係置於該LED燈板之一表面上，以加速散熱。
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