TWI498041B - 固定功率線性發光二極體驅動電路 - Google Patents

Description

固定功率線性發光二極體驅動電路

本發明係關於一種發光二極體驅動電路，特別是一種固定功率線性發光二極體驅動電路。

近年來環保意識快速增長，各國紛紛提倡節能減碳等環保政策。降低照明燈具所消耗的電源即是其中一例。而目前最熱門的節能燈具莫過於是發光二極體(LightEmitting Diode，LED)燈照明，它因為具有節省能源、環保、壽命長與堅固耐用等優點，正逐步取代傳統燈具，並逐漸擴展至各種應用。

發光二極體與一般傳統整流二極體有類似電特性，是以低電壓驅動，其為單向導電元件，故須使用直流驅動。『第1圖』所示係為典型驅動電路之架構。採用市電V_ac 作為電源，因為市電通常為交流電，因此先透過橋式整流器20先將全波電壓的交流電整流成半波電壓的直流電，再提供給發光二極體驅動電路21以輸出驅動電流I_LED ，以驅動發光二極體發光22。

然而，線性發光二極體傳統上為工作於一固定電流，如『第2圖』所示，發光二極體於V_ac1 時導通電壓及導通電流分別為V_LED1 及ILED1，於V_ac2 時導通電壓及導通電流分別為V_LED2 及I_LED2 ，輸出功率亦分別為 Pout1(=V_LED1 ×I_LED1 ×Ton1/T)變為Pout2(=V_LED2 ×I_LED2 ×Ton2/T)。當輸入的交流電壓V_ac 由V_ac1 變動升高至V_ac2 時，導通週期因而由Ton1變大為Ton2，由圖中以及上述的關係式可以看出，當電壓變動升高時，導通週期也變大，因此輸出功率Pout2也會大於輸出功率Pout1。由此可知當輸入交流電壓Vac變動時，發光二極體等效輸出功率並不固定，進一步造成發光二極體亮度改變而容易產生閃爍現象，此為傳統線性驅動發光二極體應用在交流電之缺點。

綜上所述，目前需一種發光二極體驅動電路的設計，使得當輸入的電壓變動時可以將發光二極體輸出功率維持固定，以避免發光二極體閃爍。

有鑑於以上的問題，本發明提出一種固定功率線性發光二極體驅動電路，具有隨交流電壓變動升而調降驅動電流的功能，使發光二極體工作於一固定輸出功率，以解決先前技術所遭遇之問題。

根據本發明實施例所揭露之一種固定功率線性發光二極體驅動電路，包括有一第一減法器、一比較電路、一負載電路以及一第一電壓電流轉換電路。其中第一減法器，回應一第一參考電壓與一輸入電壓，據以產生一第一電壓；比較電路接收一第二參考電壓及一第三參考電壓，並將該第二參考電壓及該第三參考電壓與一該輸入電壓作比較後，據以輸出一第二比較電壓及一第三比較電壓；負載電路電性耦接該比較電路，用於回應該第二比較電壓及該第三比較電壓，據以決定一等效電阻，該等效電阻決定一轉換電流；第一電壓電流轉換電路回應該第一減法器輸出之該第一電壓及該負載電路產生之該轉換電流，以及回應一第二電壓電流轉換 電路之一輸出電壓，以輸出一調降電壓；一第三電壓電流轉換電路，將該調降電壓轉換成一驅動電流。

根據本發明之固定功率線性發光二極體驅動電路，使發光二極體隨交流電壓變動升高產生一降電流的功能，於是使發光二極體工作於一固定輸出功率。如此一來，可有效避免發光二極體的亮度改變以及閃爍現象。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

20‧‧‧橋式整流電路

21‧‧‧發光二極體驅動電路

22‧‧‧發光二極體

10‧‧‧固定功率線性發光二極體驅動電路

11‧‧‧第一電流產生電路

12‧‧‧比較電路

13‧‧‧第二電流產生電路

14‧‧‧負載電路

15‧‧‧第一電壓電流轉換電路

16‧‧‧第一減法器

18‧‧‧第二電壓電流轉換電路

19‧‧‧第三電壓電流轉換電路

110‧‧‧輸入分支

111‧‧‧第一運算放大器

112‧‧‧輸出分支

121‧‧‧第二比較器

122‧‧‧第三比較器

130‧‧‧輸入分支

131‧‧‧第四運算放大器

132‧‧‧輸出分支

141‧‧‧第一負載電路

142‧‧‧第二負載電路

152‧‧‧第五運算放大器

第1圖，係為先前技術之發光二極體電路結構之示意圖。

第2圖，係為先前技術之發光二極體電流波形圖。

第3圖，係為本發明所揭露之固定功率線性發光二極體驅動電路之方塊圖。

第4圖，係為本發明所揭露之固定功率線性發光二極體驅動電路之第一次調降波形圖。

第5圖，係為本發明所揭露之固定功率線性發光二極體驅動電路之電流波形圖。

第6圖，係為本發明所揭露之固定功率線性發光二極體驅動電路之電路圖。

第7圖，係為本發明所揭露之固定功率線性發光二極體驅 動電路之電路圖。

第8圖，係為本發明所揭露之固定功率線性發光二極體驅動電路之電路圖。

第9圖，係為本發明所揭露之固定功率線性發光二極體驅動電路之電路圖。

第10圖，係為本發明所揭露之固定功率線性發光二極體驅動電路之電路圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參考『第3圖』，係為本發明之固定功率線性發光二極體驅動電路的方塊圖。固定功率線性發光二極體驅動電路10包括有一比較電路12、一負載電路14、一第一電壓電流轉換電路15、一第一減法器16、第二電壓電流轉換電路18以及第三電壓電流轉換電路19。第一減法器16電性耦接比較電路12以及第一電壓電流轉換電路15，第一減法器16回應一第一參考電壓V_ref1 與輸入電壓V_in1 ，並經減法運算之後以調降發光二極體的輸出電流。第一減法器16與比較電路12共同接收一輸入電壓V_in1 而運作。比較電路12以及第一電壓電流轉換電路15分別電性耦接於負載電路14。負載電路14依據比較電路12輸出的第二比較電壓與第三比較電壓而決定一 等效電阻。

當輸入電壓V_in1 提高而大於第一參考電壓V_ref1 時，輸入電壓V_in1 及第一參考電壓V_ref1 經第一減法器16運算據以產生第一電壓V₁ ，這個第一電壓用來作為調降的參考。回應第一電壓以及負載電路的等效電阻所決定之轉換電流，第一電壓電流轉換電路15將第二電壓電流轉換電路18的輸出電壓V₂ 作處理，亦即第一次調降，以輸出一調降電壓，調降後的電壓經第三電壓電流轉換電路19的轉換後輸出給發光二極體，以由第三電壓電流轉換電路19將該電壓轉換成一驅動電流以提供發光二極體。如『第4圖』所示，當輸入交流電壓V_ac 由V_ac1 變動升高至V_ac2 時，經上述機制進行電流調降，如『第4圖』的I_LED2’ 曲線的虛線所表示，代表所下降的電流，以使得在電壓V_ac1 時的輸出功率Pout1等於在電壓V_ac2 時的輸出功率Pout2，因此發光二極體的輸出功率維持不變，進而避免因為電壓變動所造成的閃爍問題。

請繼續參考『第3圖』，比較電路12接收第二參考電壓V_ref2 與第三參考電壓V_ref3 。比較電路12分別將第二參考電壓V_ref2 以及第三參考電壓V_ref3 與一輸入電壓V_in1 作比較後，據以輸出第二比較電壓V_out2 與第三比較電壓V_out3 。

如『第5圖』所示，當輸入交流電壓V_ac 由V_ac2 變動升高至V_ac3 時，輸出的驅動電流先經上述第一次調降，然而經調降後輸出功率大小並不相等，需改變扣電流斜率以將輸出電流進行回補，以間接拉升電流，使得V_ac2 時的輸出功率Pout2等於V_ac3 時的輸出功率Pout3，於是發光二極體輸出功率能持續維持不變。

負載電路14電性耦接比較電路12，負載電路14回應比較 電路12輸出的第二比較電壓V_out2 或第三比較電壓V_out3 ，據以決定一等效電阻並輸出一轉換電流。負載電路14根據所決定的等效電阻以進行電流回補，其中電流大小可藉由負載電路14決定的等效電阻大小來決定。第一電壓電流轉換電路15回應第一減法器16輸出之第一電壓及負載電路14之轉換電流，以及回應一第二電壓電流轉換電路18之一輸出電壓，以輸出一調降電壓；第三電壓電流轉換電路19，將該調降電壓轉換成一驅動電流。

其中第一減法器16包含一第一電流產生電路11及一第二電流產生電路13，請參考『第6圖』，係為本發明所揭露之第一電流產生電路之詳細電路圖。如圖所示，第一電流產生電路11包括一第一運算放大器111、一輸入分支110以及一輸出分支112。輸入分支110包括有一第一電晶體M₁ ，輸出分支112包括有一第二電晶體M₂ 。第一運算放大器111的輸出端耦接至一第三電晶體M₃ 的閘極端，第一運算放大器111的負輸入端耦接至第三電晶體M₃ 的源極端。第三電晶體M₃ 的汲極端則與第一電晶體M₁ 的汲極端連接。第一運算放大器111回應第一參考電壓V_ref1 ，據以產生第一輸出電壓V_out1 並提供給輸入分支110。輸入分支110回應第一輸出電壓V_out1 產生一第一輸入設定電流I_in1 。由於第一電流產生電路11之形式，輸出分支112可以映射輸入分支110之第一輸入設定電流I_in1 產生一第一輸出設定電流I_out1 給第二電流產生電路13進行運算。

請參考『第8圖』以說明第二電流產生電路13，並同時說明第一電流產生電路11與第二電流產生電路13的對應關係。第8圖係為本發明所揭露之第二電流產生電路13之詳細電路圖。如圖所示，第二電流產生電路13包括一第四運算放大器131、一輸入分支130以及一輸出分支 132。輸入分支130包括有一第四電晶體M₄ ，輸出分支132包括有一第五電晶體M₅ 。第四運算放大器131的輸出端耦接至一第六電晶體M₆ 的閘極端，第四運算放大器131的負輸入端耦接至第六電晶體M₆ 的源極端。第六電晶體M₆ 的汲極端則與第四電晶體M4的汲極端連接。且其中，第四電晶體M₄ 的汲極、第五電晶體M₅ 的閘極與第六電晶體M₆ 的汲極耦接第一電流產生電路11中的第二電晶體M₂ 的汲極。藉此，第二電流產生電路13得以根據第一電流產生電路11所產生的第一輸出設定電流I_out1 進行運算。更詳細地來說，第四運算放大器131回應輸入電壓V_in1 ，據以產生一第四輸出電壓V_out4 ，並提供給輸入分支130。輸入分支130回應第四輸出電壓V_out4 產生一第二輸入設定電流I_in2 。由於為第二電流產生電路13之形式，輸出分支132可以映射輸入分支130之第二輸入設定電流I_in2 產生一第二輸出設定電流I_out2 給第一電壓電流轉換電路15。

請參考『第7圖』，係為本發明所揭露之比較電路之詳細電路圖。如圖所示，比較電路12包括一第二比較器121以及一第三比較器122。第二比較器121回應第二參考電壓V_ref2 與輸入電壓V_in1 ，於輸出端產生一第二比較電壓V_out2 ，第二比較器121的輸出端電性耦接負載電路14中之一第八電晶體M₈ ，所輸出之第二比較電壓V_out2 用於控制第八電晶體M₈ 開關。第三比較器122回應第三參考電壓V_ref3 與輸入電壓V_in1 ，於輸出端產生一第三比較電壓V_out3 ，第三比較器122的輸出端電性耦接負載電路14中之複數個第九電晶體M₉ ，所輸出之第三比較電壓V_out3 用於控制複數個第九電晶體M₉ 開關。負載電路14的詳細電路圖則請參考『第9圖』，將於後續的段落中說明。

請參考『第9圖』，係為本發明所揭露之負載電路14之詳細電路圖。負載電路14包括一第一負載電路141以及一第二負載電路142。第一負載電路141包括有一第八電晶體M₈ 與複數個與該第八電晶體連接之第一電阻R1，其中第八電晶體M₈ 之開關受到比較電路12所輸出之第二比較電壓V_out2 控制。第二負載電路142包括有一複數個第九電晶體M₉ 與複數個與該第九電晶體M₉ 連接之第二電阻R2，其中複數個第九電晶體M₉ 之開關受到第三比較電壓V_out3 控制。當輸入交流電壓V_ac 變動升高至V_ac3 時，藉由比較電路12所輸出的來控制第八電晶體M₈ 及複數個第九電晶體M₉ 之開關，以使第一電阻R1及第二第阻R2產生不同串並聯組合，以決定一等效電阻，並輸出一轉換電流。等效電阻可決定輸出的電流大小，產生一近似電流回補的功能。負載電路14與第一電壓電流轉換電路15之間則連接有一第三電阻R3。

最後，請參考『第10圖』，係為本發明所揭露之第一電壓電流轉換電路15之詳細電路圖。第一電壓電流轉換電路15包括一第七電晶體M₇ 以及一第五運算放大器152。第七電晶體M₇ 輸出端電性(或者說源極)耦接負載電路14，第七電晶體M₇ 的汲極端耦接第二電壓電流轉換電路18與第三電壓電流轉換電路19。第五運算放大器152之正輸入端電性耦接第二電流產生電路13，負輸入端與負載電路14電性耦接，且輸出端電性耦接第七電晶體M₇ 的閘極，用於控制該第七電晶體M₇ 之電流。流經第七電晶體M₇ 的電流I_L 可藉由第一電流產生電路11與第二電流產生電路13以及負載電路14決定其大小。

根據本發明之固定功率線性發光二極體驅動電路，具有隨交流電壓V_ac 變動升高而調降驅動電流的功能，使發光二極體工作於一固定輸出功率。如此一來，可有效避免發光二極體的亮度改變以及閃爍現象。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

11‧‧‧第一電流產生電路

12‧‧‧比較電路

13‧‧‧第二電流產生電路

14‧‧‧負載電路

15‧‧‧第一電壓電流轉換電路

16‧‧‧第一減法器

18‧‧‧第二電壓電流轉換電路

19‧‧‧第三電壓電流轉換電路

Claims (10)

1. 一種固定功率線性發光二極體驅動電路，包括：一第一減法器，回應一第一參考電壓與一輸入電壓，據以產生一第一電壓；一比較電路，接收一第二參考電壓及一第三參考電壓，並將該第二參考電壓及該第三參考電壓與該輸入電壓作比較後，據以輸出一第二比較電壓及一第三比較電壓；一負載電路，電性耦接該比較電路，用於回應該第二比較電壓及該第三比較電壓，據以決定一等效電阻，該等效電阻決定一轉換電流；一第一電壓電流轉換電路，回應該第一減法器輸出之該第一電壓及該負載電路產生之該轉換電流，以及回應一第二電壓電流轉換電路之一輸出電壓，以輸出一調降電壓；以及一第三電壓電流轉換電路，將該調降電壓轉換成一驅動電流。
2. 如請求項1所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該第一減法器包含一第一電流產生電路，該第一電流產生電路包括：一第一運算放大器，回應該第一參考電壓，據以產生一第一輸出電壓；一輸入分支，一端耦接該第一運算放大器，該輸入分支回應該第一輸出電壓產生一第一輸入設定電流；以及一輸出分支，映射該第一輸入設定電流，據以產生一第一輸出設定電流。
3. 如請求項2所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該輸入分支 包括一第一電晶體及一第三電晶體。
4. 如請求項2所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該輸出分支包括一第二電晶體。
5. 如請求項1所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該比較電路包括：一第二比較器，回應該第二參考電壓與該輸入電壓，於輸出端產生該第二比較電壓，該第二比較器電性耦接該負載電路中之一第八電晶體；以及一第三比較器，回應該第三參考電壓與該輸入電壓，於輸出端產生該第三比較電壓，該第三比較器電性耦接該負載電路中之複數個第九電晶體。
6. 如請求項1所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該第一減法器包含一第二電流產生電路，該第二電流產生電路包括：一第四運算放大器，回應該輸入電壓，據以產生一第四輸出電壓；一輸入分支，一端耦接該第四運算放大器，該輸入分支回應該第四輸出電壓產生一第二輸入設定電流；以及一輸出分支，映射該第二輸入設定電流，用以產生一第二輸出設定電流，該第二輸出設定電流流經一電阻產生該第一電壓。
7. 如請求項6所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該輸入分支包括一第四電晶體及一第六電晶體。
8. 如請求項6所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該輸出分支包括一第五電晶體。
9. 如請求項6所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該第一電壓電流轉換電路包括：一第七電晶體，汲極端電性連接該第二電壓電流轉換電路與該第三電壓電流轉換電路，源極端與該負載電路電性連接；以及一第五運算放大器，電性耦接該第二電流產生電路及該負載電路，輸出端電性耦接該第七電晶體的閘極，用於控制該第七電晶體之電流。
10. 如請求項1所述之固定功率線性發光二極體驅動電路，其中該負載電路包括：一第一負載電路，包括有一第八電晶體與複數個與該第八電晶體連接之第一電阻，其中該第八電晶體之開關受到該第二比較電壓控制；以及一第二負載電路，包括有複數個第九電晶體與複數個與該第九電晶體連接之第二電阻，其中該複數個第九電晶體之開關受到該第三比較電壓控制。