TWI539863B - 發光二極體驅動裝置及應用其之發光二極體照明系統 - Google Patents

發光二極體驅動裝置及應用其之發光二極體照明系統 Download PDF

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Description

發光二極體驅動裝置及應用其之發光二極體照明系統
本發明是有關於一種發光二極體驅動裝置及其應用，且特別是有關於一種可調整輸出電流的發光二極體驅動裝置及應用其之發光二極體照明系統。
隨著半導體技術的進步，發光二極體(light emitting diode,LED)的發光亮度與發光效率持續地提升。發光二極體是一種新型態的冷光源，具有使用壽命長、體積小、用電省、污染低、高可靠度、適合量產等優點，而且發光二極體所能應用的領域十分廣泛(例如：照明裝置(illumination apparatus)、液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)或者大型廣告看板的背光源(backlight source)…等)。
一般而言，不同廠商所各自研發的LED燈具都有一定的電源規格需求，因此LED驅動裝置的供應商必須針對廠商的電源規格要求來分別設計對應的LED驅動裝置。然而，現行的LED燈 具的規格五花八門，其對輸入電壓及輸入電流的要求變化範圍相當大。因此，LED驅動裝置的供應商常常需要重新設計LED驅動電路的各項參數以符合客戶的需求，如此往往會造成研發的成本和時間的浪費。
本發明提供一種發光二極體驅動裝置及應用其之發光二極體照明系統，其可動態地調整輸出電流，以符合對應的發光二極體燈具的電源規格需求。
本發明的發光二極體驅動裝置適於驅動具有至少一種電源規格的發光二極體負載。所述發光二極體驅動裝置包括驅動電路、輸出檢知電路以及輸出調整電路。驅動電路用以提供可調輸出電流以驅動發光二極體負載。輸出檢知電路耦接驅動電路與發光二極體負載，用以偵測發光二極體負載的驅動電壓，並且據以產生第一檢知信號，其中驅動電路反應於第一檢知信號而使發光二極體負載操作於定電流下發光。輸出調整電路，耦接輸出檢知電路，其中輸出調整電路經控制而調整第一檢知信號的信號準位，藉以令可調輸出電流具有至少一個電流調整範圍。
在本發明一實施例中，輸出調整電路依據對應的發光二極體負載的電源規格而被控制，從而使可調輸出電流於所述電流調整範圍內被調整至符合發光二極體負載的電源規格的電流值。
在本發明一實施例中，可調輸出電流於電流調整範圍內 的電流值變化對應於輸出調整電路的阻抗變化。
在本發明一實施例中，所述多個電流調整範圍互不重疊。
在本發明一實施例中，部份或全部電流調整範圍相互部分重疊。
在本發明一實施例中，輸出調整電路包括可變電阻單元。輸出檢知電路反應於可變電阻單元的電阻值改變而調整第一檢知信號的信號準位。
在本發明一實施例中，輸出調整電路包括多個開關單元。所述多個開關單元與可變電阻單元相互並接。開關單元分別包括相互串接的電阻與開關，其中所述多個開關經控制而將對應的電阻電性連接至輸出檢知電路，以使輸出檢知電路反應於電性連接的電阻與可變電阻單元的等效電阻值而調整第一檢知信號的信號準位。
在本發明一實施例中，驅動電路包括交流轉換電路以及直流轉換電路。交流轉換電路接收交流電源並據以將交流電源轉換為直流電源。直流轉換電路耦接交流轉換電路以接收直流電源，並據以將直流電源轉換為可調輸出電流。
在本發明一實施例中，輸出檢知電路將第一檢知信號回授至直流轉換電路，藉以令直流轉換電路反應於第一檢知信號而控制所輸出的可調輸出電流。
在本發明一實施例中，發光二極體驅動裝置更包括檢知電路。檢知電路耦接交流轉換電路，用以偵測直流電源的功率變 化，並據以產生第二檢知信號，其中交流轉換電路反應於第二檢知信號調整所輸出的直流電源的功率大小。
本發明的發光二極體照明系統包括發光二極體燈具以及發光二極體驅動裝置。發光二極體燈具具有至少一種電源規格。發光二極體驅動裝置耦接發光二極體燈具，其中發光二極體驅動裝置包括驅動電路、輸出檢知電路以及輸出調整電路。驅動電路用以提供可調輸出電流以驅動發光二極體負載。輸出檢知電路耦接驅動電路與發光二極體負載，用以偵測發光二極體負載的驅動電壓，並且據以產生第一檢知信號，其中驅動電路反應於第一檢知信號而使發光二極體負載操作於定電流下發光。輸出調整電路，耦接輸出檢知電路，其中輸出調整電路經控制而調整第一檢知信號的信號準位，藉以令可調輸出電流具有至少一個電流調整範圍。
基於上述，本發明實施例提出一種發光二極體驅動裝置及應用其之發光二極體照明系統。在所述發光二極體驅動裝置中，設計者可藉由調整輸出調整電路的阻抗來選取特定電流調整範圍內的任一電流值作為發光二極體裝置的可調輸出電流。設計者僅需透過控制輸出調整電路的方式即可快速地設計出具有不同輸出電流規格的發光二極體驅動裝置，使得所述的發光二極體驅動裝置可廣泛地適用於不同規格的發光二極體燈具。由於不需耗費多餘的成本來針對每一種不同規格的發光二極體燈具設計對應的驅動裝置，因此研發的成本與時間皆可有效地降低。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10、20、20’‧‧‧發光二極體照明系統
12‧‧‧發光二極體燈具
100、200、200’、300‧‧‧發光二極體驅動裝置
110、210、310‧‧‧驅動電路
120、220、320‧‧‧輸出檢知電路
130、230、230’、330‧‧‧輸出調整電路
312‧‧‧交流轉換電路
314‧‧‧直流轉換電路
340‧‧‧檢知電路
ACin‧‧‧交流電源
ACPS‧‧‧交流功率開關
ACDU‧‧‧交流驅動控制單元
DCin‧‧‧直流電源
DCDU‧‧‧直流驅動控制單元
DCPS‧‧‧直流功率開關
FTR‧‧‧濾波單元
ILED‧‧‧驅動電流
IOUT‧‧‧可調輸出電流
LEDs‧‧‧發光二極體串
OU‧‧‧輸出單元
PFCU‧‧‧功率因數校正單元
PFCC‧‧‧功率因數控制單元
R‧‧‧電阻
RTF‧‧‧整流單元
S_D、S_D1、S_D2‧‧‧檢知信號
SD1、SD2‧‧‧驅動信號
SWU‧‧‧開關單元
SW‧‧‧開關
TF‧‧‧變壓器
VLED、VLED+、VLED-‧‧‧驅動電壓
VR‧‧‧可變電阻單元
圖1為本發明一實施例之發光二極體照明系統的示意圖。
圖2A與2B為本發明不同實施例之發光二極體照明系統的示意圖。
圖3為本發明一實施例之發光二極體驅動裝置的示意圖。
本發明實施例提出一種發光二極體驅動裝置及應用其之發光二極體照明系統。在所述發光二極體驅動裝置中，設計者可藉由調整輸出調整電路的阻抗來選取特定電流調整範圍內的任一電流值作為發光二極體裝置的輸出電流。設計者僅需透過控制輸出調整電路的方式即可快速地設計出具有不同輸出電流規格的發光二極體驅動裝置，使得所述的發光二極體驅動裝置可廣泛地適用於不同規格的發光二極體燈具。由於不需耗費多餘的成本來針對每一種不同規格的發光二極體燈具設計對應的驅動裝置，因此研發的成本與時間皆可有效地降低。為了使本揭露之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例作為本揭露確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元 件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1為本發明一實施例之發光二極體照明系統的示意圖。請參照圖1，發光二極體照明系統10包括發光二極體負載(如發光二極體燈具12)以及用以驅動發光二極體負載的發光二極體驅動裝置100。在本實施例中，發光二極體燈具12可包括一組或多組相互並接的發光二極體串LEDs，並且各個發光二極體串LEDs可包括一個或多個相互串接的發光二極體，其中根據發光二極體燈具12中的組態配置與設計，其會具有一相應的電源規格。
發光二極體驅動裝置100包括驅動電路110、輸出檢知電路120以及輸出調整電路130，且該等電路110、120、130予以模組化配置(module configuration)而構成發光二極體驅動裝置100。驅動電路110用以提供可調輸出電流IOUT以驅動發光二極體燈具12中的發光二極體串LEDs。更具體地說，驅動電路110會在發光二極體串LEDs的兩端產生驅動電壓VLED，藉以令各個發光二極體串LEDs反應於陽極端與陰極端的驅動電壓VLED+與VLED-所建立的電位差而操作於一驅動電流ILED下發光，其中各個發光二極體串LEDs的驅動電流ILED的總和即為驅動電路110的可調輸出電流IOUT。
輸出檢知電路120耦接驅動電路110，用以偵測驅動電壓VLED，並且據以產生檢知信號S_D，其中驅動電路110會反應於檢知信號S_D而調整驅動電壓VLED的電壓準位，藉以令每一發光二極體串LEDs的驅動電流ILED可維持在特定的電流值，以使發光 二極燈具12保持穩定的發光亮度。
輸出調整電路130耦接輸出檢知電路120，其中輸出調整電路130可經控制而調整檢知信號S_D的信號準位，藉以令驅動電路110的可調輸出電流IOUT隨著輸出調整電路130的阻抗變化而跟著變動。換言之，驅動電路110的可調輸出電流ILED會隨著輸出調整電路130的阻抗可調幅度而具有一個電流調整範圍。在所述電流調整範圍內，可調輸出電流IOUT的電流值變化會與輸出調整電路130的阻抗變化相互對應(例如為正比關係或反比關係)。
相較於傳統的發光二極體驅動裝置而言，本實施例的發光二極體驅動裝置100可透過控制輸出調整電路130的方式而動態地調整可調輸出電流IOUT的大小，因此發光二極體驅動裝置100可適於驅動任一種電源規格位於電流調整範圍內的發光二極體燈具12，使得發光二極體驅動裝置100的應用相容性大大地提升。
為了更清楚的說明本發明實施例，圖2A與2B分別繪示利用不同輸出調整電路架構來實現之發光二極體照明系統的示意圖。請先參照圖2A，在本實施例中，輸出調整電路230是以可變電阻單元VR的架構來實現，其中輸出檢知電路220會反應於可變電阻單元VR的電阻值改變而調整檢知信號S_D的信號準位，進而令驅動電路210輸出對應的可調輸出電流IOUT。
具體而言，在輸出檢知電路220的設計中，通常會利用分壓電路(未繪示)的架構來偵測發光二極體串LEDs之陽極端的驅動電壓VLED+或陰極端的驅動電壓VLED-，並且將經過分壓後的 驅動電壓VLED+或VLED-作為檢知信號S_D提供給驅動電路210。在本實施例中，輸出調整電路230可例如為並接於分壓電路之分壓點上的可變電阻單元VR。基於上述架構，設計者可透過調整可變電阻單元VR的電阻值來調整檢知信號S_D的信號準位，藉以實現調整可調輸出電流IOUT的功能。此外，於此架構下，可調輸出電流IOUT可基於可變電阻單元VR的電阻值調整範圍而具有一對應的電流調整範圍。以預設的可調輸出電流IOUT為350mA，且可變電阻單元VR的電阻值調整範圍可提供可調輸出電流IOUT有±50mA的調整幅度為例，此時可調輸出電流IOUT的電流調整範圍即為300mA~400mA。
另一方面，請參照圖2B，在本實施例中，輸出調整電路230’是以多個開關單元SWU以及可變電阻單元VR的架構來實現。在輸出調整電路230’中，開關單元SWU與可變電阻單元VR相互並接，且開關單元SWU分別包括相互串接的電阻R與開關SW。在各個開關單元SWU中，開關SW可經控制而導通或截止，藉以將對應的電阻R電性連接至輸出檢知電路220。因此，輸出檢知電路220可反應於電性連接的電阻R與可變電阻單元VR的等效電阻值改變而調整檢知信號S_D的信號準位，進而令驅動電路210輸出對應的可調輸出電流IOUT。在本實施例中，輸出調整電路230’與輸出檢知電路220之間的具體電路架構配置可參照圖2A實施例所述。此外，所述之開關SW可例如為指撥開關。
基此，設計者即可依據對應的發光二極體燈具12的電源 規格而藉由控制輸出調整電路230/230’來調整驅動電路210所輸出的可調輸出電流IOUT的電流值，從而使可調輸出電流IOUT於電流調整範圍內反應於輸出調整電路230/230’的阻抗改變而被調整至符合發光二極體燈具12的電源規格的電流值。
更詳細地說，發光二極體驅動裝置200’可基於各個開關單元SWU的組態(亦即各個開關SW的導通狀態)而實現多段調整可調輸出電流IOUT的功能。此外，發光二極體驅動裝置200’還可透過調整可變電阻單元VR之電阻值的方式，對每一段可調輸出電流IOUT再進行微調。換言之，於發光二極體驅動裝置200’的架構下，可調輸出電流IOUT可具有多個不同的電流調整範圍。
以可調輸出電流IOUT可根據開關單元SWU的組態而進行350mA/500mA/700mA的輸出切換，並且可變電阻單元VR的電阻值調整範圍可提供可調輸出電流IOUT有±50mA的調整幅度為例，可調輸出電流IOUT至少可具有300mA~400mA、450mA~550mA以及650mA~750mA等三個電流調整範圍。基於此架構下，本實施例之發光二極體驅動裝置200’的應用相容性又可更進一步地提升。
在本實施例中，根據各個電阻R的電阻值以及可變電阻單元VR的電阻值調整範圍的設定，上述的電流調整範圍可具有多種態樣，例如電流調整範圍互不重疊或者電流調整範圍部分相互重疊。其中，電流調整範圍互不重疊的態樣又可分為各個電流調整範圍不連續(例如電流調整範圍分別為300mA~400mA、 450mA~550mA及650mA~750mA)，以及各個電流調整範圍為連續(例如電流調整範圍分別為300mA~400mA、400mA~500mA及500mA~600mA)。另外，電流調整範圍部分相互重疊的態樣又可分為部分的電流調整範圍之間有部分重疊(例如電流調整範圍分別為350mA~450mA、400mA~500mA及550mA~650mA)，以及全部的電流調整範圍之間皆有部分重疊(例如電流調整範圍分別為350mA~450mA、400mA~500mA及450mA~550mA)。上述所列舉的電流調整範圍類型皆為本發明實施例可能的實施態樣。
圖3為本發明一實施例之發光二極體驅動裝置的示意圖。請參照圖3，發光二極體驅動裝置300包括驅動電路310、輸出檢知電路320以及輸出調整電路330，其中驅動電路310還包括交流轉換電路312以及直流轉換電路314。
交流轉換電路312會在接收到交流電源ACin後，對交流電源ACin進行交流-直流轉換並且輸出一直流電源DCin予直流轉換電路314。另一方面，在直流轉換電路314接收到直流電源DCin後，直流轉換電路314會對所接收到的直流電源DCin進行升/降壓(boost/buck)處理，以將直流電源DCin轉換為對應的可調輸出電流IOUT，並且提供至發光二極體負載。
詳細而言，直流轉換電路314可例如包括直流功率開關DCPS、直流驅動控制單元DCDU以及輸出單元OU。在本實施例中，直流功率開關DCPS會反應於直流驅動控制單元DCDU所提供的驅動信號SD2而切換其導通狀態，以將交流轉換電路312所 產生的直流電源DCin提供至輸出單元OU，其中輸出單元OU可被設置為降壓型的被動電路組態(例如串聯電感與並聯電容的電路組態)，或升壓型的被動電路組態(例如並聯電感與並聯電容的電路組態)，藉以令輸出單元OU協同於直流功率開關DCPS的切換而對直流電源DCin進行升/降壓的處理，並據以產生可調輸出電流IOUT。
在本實施例中，交流轉換電路312將交流電源ACin轉換為直流電源DCin以提供穩定的直流電壓至直流轉換電路314，輸出檢知電路320由偵測陽極端的驅動電壓VLED+後，會將檢知信號S_D1提供至直流轉換電路314中的直流驅動控制單元DCDU，以令直流驅動控制單元DCDU反應於檢知信號S_D1而調整所提供的驅動信號SD2的責任週期，使得直流功率開關DCPS的切換頻率對應的改變。於此架構下，設計者可藉由控制輸出調整電路330的阻抗變化，藉以令直流驅動控制單元DCDU反應於不同的檢知信號S_D1而產生相對應的驅動信號SD2來控制直流功率開關DCPS，藉以實現可調輸出電流IOUT的調整。
另一方面，由於交流轉換電路312需提供與發光二極體負載相同功率的直流電源DCin給直流轉換電路314，例如：發光二極體負載的驅動電壓VLED等於70V且輸出電流IOUT等於1A時，表示其所需功率為70W，此時交流轉換電路312需提供70W的直流電源DCin予直流轉換電路314(即當穩定的輸出80V的直流電壓時，交流轉換電路312需輸出0.875A的電流)，因此在本 實施例的發光二極體驅動裝置300中另設置了一檢知電路340。檢知電路340可用以偵測交流轉換電路312所輸出的直流電源DCin的功率變化或電流變化，並據以輸出一檢知信號S_D2至交流轉換電路312。其中，交流轉換電路312會反應於檢知信號S_D2而調整所輸出的直流電源DCin的功率大小，以提供一相對應的電流至直流轉換電路314。
換言之，在本實施例中，發光二極體驅動裝置300是直接調整直流轉換電路312所輸出的可調輸出電流IOUT。因此，於本實施例的架構下，直流轉換電路314的直流轉換功率則會反應於輸出調整電路330的阻抗變化而有所改變，而交流轉換電路312的交流轉換功率則會隨著直流轉換電路314的直流轉換功率的改變而改變。
根據圖3實施例，於本領域具有通常知識者應可暸解，本發明實施例之發光二極體驅動裝置可通過交流轉換電路312或直流轉換電路314的控制來實現可調輸出電流IOUT的調整，而不僅限定在於其中一種實施方式。更進一步地說，任何可藉由控制輸出調整電路之阻抗變化而使可調輸出電流具有至少一個電流調整範圍的架構，皆不脫離本發明之範疇。
此外，應注意的是，雖然在圖3實施例中，輸出檢知電路320是繪示以偵測陽極端的驅動電壓VLED+為例，但在其他實施例中亦可藉由偵測陰極端的驅動電壓VLED-來產生檢知信號S_D1，本發明不以此為限。
綜上所述，本發明實施例提出一種發光二極體驅動裝置及應用其之發光二極體照明系統。在所述發光二極體驅動裝置中，設計者可藉由調整輸出調整電路的阻抗來選取特定電流調整範圍內的任一電流值作為發光二極體裝置的輸出電流。設計者僅需透過控制輸出調整電路的方式即可快速地設計出具有不同輸出電流規格的發光二極體驅動裝置，使得所述的發光二極體驅動裝置可廣泛地適用於不同規格的發光二極體燈具。由於不需耗費多餘的成本來針對每一種不同規格的發光二極體燈具設計對應的驅動裝置，因此研發的成本與時間皆可有效地降低。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧發光二極體照明系統
12‧‧‧發光二極體燈具
100‧‧‧發光二極體驅動裝置
110‧‧‧驅動電路
120‧‧‧輸出檢知電路
130‧‧‧輸出調整電路
ILED‧‧‧驅動電流
IOUT‧‧‧可調輸出電流
LEDs‧‧‧發光二極體串
VLED、VLED+、VLED-‧‧‧驅動電壓

Claims (11)

  1. 一種發光二極體驅動裝置，適於驅動具有一第一電源規格的一第一發光二極體負載，且適於驅動具有一第二電源規格的一第二發光二極體負載，其中，該第二電源規格相異於該第一電源規格，該發光二極體驅動裝置包括：一驅動電路，用以提供一可調輸出電流以驅動具有該第一電源規格的該第一發光二極體負載；一輸出檢知電路，耦接該驅動電路與該第一發光二極體負載，用以偵測該第一發光二極體負載的一驅動電壓，並且據以產生一第一檢知信號，其中該驅動電路反應於該第一檢知信號而使該第一發光二極體負載操作於一定電流下發光；以及一輸出調整電路，耦接該輸出檢知電路，其中該輸出調整電路經控制而調整該第一檢知信號的信號準位，藉以令該可調輸出電流具有至少一電流調整範圍，且該電流調整範圍至少為150毫安培，藉此，該發光二極體驅動裝置驅動具有該第二電源規格的該第二發光二極體負載。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動裝置，其中該輸出調整電路依據對應的該第二發光二極體負載的該第二電源規格而被控制，從而使該可調輸出電流於所述至少一電流調整範圍內被調整至符合該第二發光二極體負載的該第二電源規格的電流值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動裝置，其中 該可調輸出電流於所述至少一電流調整範圍內的電流值變化對應於該輸出調整電路的阻抗變化。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動裝置，其中該輸出調整電路包括：一可變電阻單元，其中該輸出檢知電路反應於該可變電阻單元的電阻值改變而調整該第一檢知信號的信號準位。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體驅動裝置，其中該輸出調整電路包括：多個開關單元，與該可變電阻單元相互並接，該些開關單元分別包括相互串接的一電阻與一開關，其中該些開關經控制而將對應的電阻電性連接至該輸出檢知電路，以使該輸出檢知電路反應於電性連接的電阻與該可變電阻單元的等效電阻值而調整該第一檢知信號的信號準位。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體驅動裝置，其中該驅動電路包括：一交流轉換電路，接收一交流電源，並據以將該交流電源轉換為一直流電源；以及一直流轉換電路，耦接該交流轉換電路以接收該直流電源，並據以將該直流電源轉換為該可調輸出電流。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體驅動裝置，其中該輸出檢知電路將該第一檢知信號回授至該直流轉換電路，藉以 令該直流轉換電路反應於該第一檢知信號而控制所輸出的該可調輸出電流。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體驅動裝置，更包括：一檢知電路，耦接該交流轉換電路，用以偵測該直流電源的功率變化，並據以產生一第二檢知信號，其中該交流轉換電路反應於該第二檢知信號調整所輸出的直流電源的功率大小。
  9. 一種發光二極體照明系統，包括：一發光二極體燈具，至少具有一第一電源規格及一第二電源規格，該第二電源規格相異於該第一電源規格，且該發光二極體燈具可切換成具有該第一電源規格或該第二電源規格；以及一發光二極體驅動裝置，耦接該發光二極體燈具，其中該發光二極體驅動裝置包括：一驅動電路，用以提供一可調輸出電流以驅動具有該第一電源規格的該發光二極體燈具；一輸出檢知電路，耦接該驅動電路與該發光二極體燈具，用以偵測該發光二極體燈具的一驅動電壓，並且據以產生一第一檢知信號，其中該驅動電路反應於該第一檢知信號而使該發光二極體燈具操作於一定電流下發光；以及一輸出調整電路，耦接該輸出檢知電路，其中該輸出調整電路經控制而調整該第一檢知信號的信號準位，藉以令該可調 輸出電流具有至少一電流調整範圍，且該電流調整範圍至少為150毫安培，藉此，該發光二極體驅動裝置驅動具有該第二電源規格的該發光二極體負載。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體照明系統，其中該輸出調整電路依據對應的發光二極體燈具的該第二電源規格而被控制，從而使該可調輸出電流於所述至少一電流調整範圍內被調整至符合該發光二極體燈具的該第二電源規格的電流值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體照明系統，其中該可調輸出電流於所述至少一電流調整範圍內的電流值變化對應於該輸出調整電路的阻抗變化。
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