TWI577925B - 調光電路及具有該調光電路之ｌｅｄ電源供應裝置 - Google Patents

Description

調光電路及具有該調光電路之LED電源供應裝置

本發明係關於一種LED燈具調光電路，尤指具備簡單電路結構、低成本的一種調光電路及具有該調光電路之LED電源供應裝置。

近年來，發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)係廣泛地被應用於日常生活之照明裝置上；然而，隨著LED照明裝置之市場的快速發展，人們對於LED照明裝置之產品可靠度、使用壽命、與環保節能方面係不斷要求，特別是對於LED照明裝置之調光功能。此外，人們對於LED照明裝置之調光功能的要求不僅在於能夠達到節能省電的目的，更多的是如何利用調整LED照明裝置之亮度、色溫來獲得更佳的生活品質。

有鑑於此，市面上推出了各種具備調光功能之LED電源供應器。請參閱第一圖，係習用的一種具備調光功能之LED電源供應器之電路架構圖。如第一圖所示，習用的具備調光功能之LED電源供應器1’係包括：一第一電源 轉換單元11’、一第一驅動單元12’以及一第一開關單元15’，其中，一第一LED發光裝置2’之一電性端係耦接至該第一電源轉換單元11’之輸出端，並且該第一開關單元15’係耦接於該第一LED發光裝置2’之另一電性端與該第一電源轉換單元11’之輸出端之間。

承上述之說明，使用者可藉由操作一調光訊號產生器16’的方式而送出一調光訊號至該第一驅動單元12’，接著該第一驅動單元12’係根據該調光訊號而輸出一驅動訊號以控制該第一開關單元15’之開關狀態(ON/OFF state)，藉此方式達到調整該第一LED發光裝置2’之發光亮度之目的。

此外，如第一圖所示，使用者可同時利用包含有一第二電源轉換單元11a’、一第二驅動單元12a’與一第二開關單元15a’之一LED電源供應器1a’來驅動一LED發光裝置2a’發光；並且，使用者可藉由操作單一調光訊號產生器16’的方式，達到同時該兩組LED發光裝置(2’,2a’)之發光亮度之目的。

第一圖所繪示之具備調光功能之LED電源供應器，由於其主架構非常簡單，因此被廣泛地應用於LED照明裝置或LED燈具之中；然而，本案之發明人經研究後發現該具備調光功能之LED電源供應器係具有以下之主要缺點：由於該二LED電源供應器(1’,1a’)係同時耦接至同一個 調光訊號產生器16’，因此，一旦其中一組LED電源供應器1’(或LED電源供應器1a’)毀損或發生短路的狀況時，勢必連帶著將輸入至另一組LED電源供應器1a’(或LED電源供應器1’)之調光訊號的訊號準位向下拉至低準位，而使得該第二驅動單元12a’(或該第一驅動單元12’)無法繼續輸出該輸出調光訊號；最終，該LED電源供應器1’(或LED電源供應器1a’)之毀損將造成另一組LED電源供應器1a’(或LED電源供應器1’)無法正常地LED發光裝置2a’(或第一LED發光裝置2’)發光。

因此，有鑑於目前所習用的LED電源供應器及其調光電路仍具有缺點與不足，本案之發明人係極力加以研究發明，終於研發完成本發明之一種調光電路及具有該調光電路之LED電源供應裝置。

本發明之主要目的，在於提供一種調光電路及具有該調光電路之LED電源供應裝置，其中該調光電路特別具有一低準位防止單元，且該低準位防止單元之一電性端係耦接於調光電路之控制調光單元，其另一電性端則耦接調光電路內部的定電流源；如此，一旦使用者以兩個以上的電源轉換單元分別連接至兩個以上的LED發光裝置並以單一控制調光單元來調整該些LED發光裝置之發光亮度之 時，該低準位防止單元便能夠於其中一組電源轉換單元毀損或發生短路的狀況時，阻止該控制調光單元所輸出的調光訊號之訊號準位被向下拉至低準位，進而維持另一組電源轉換單元與其配合之調光電路之正常運作。

因此，為了達成本發明上述之目的，本案之發明人提出一種調光電路，係包括：一定電流源，係用以產生一定電流；一控制調光單元，係耦接於該定電流源，並於接收該定電流後輸出一調光訊號；一濾波單元，係耦接於該控制調光單元以接收該調光訊號，並對該調光訊號進行濾波；一燈光關斷與驅動單元，係耦接於該濾波單元以接收經濾波後的該調光訊號，進而輸出一驅動控制訊號；一開關單元，係耦接於該燈光關斷與驅動單元、一電源轉換單元與一LED發光裝置，其中，該燈光關斷與驅動單元係以該驅動控制訊號驅動並控制該開關單元，以令該LED發光裝置發光；以及一低準位防止單元，其一電性端係耦接於該控制調光單元，且其另一電性端係耦接該定電流源與該濾波單元；其中，該低準位防止單元係用以阻止調光訊號的訊號準位被向下拉至低準位。

並且，為了達成本發明上述之目的，本案之發明人又提出了一種具有調光電路之LED電源供應裝置，係包括：至少一電源轉換單元，係耦接一交流電源以對該交流電源所輸出的一交流電進行電壓轉換，進而輸出一穩定電源予至少一LED發光裝置；以及一調光電路，係包括：一定電流源，係用以產生一定電流；一控制調光單元，係耦接於該定電流源，並於接收該定電流後輸出一調光訊號；一濾波單元，係耦接於該控制調光單元以接收該調光訊號，並對該調光訊號進行濾波；一燈光關斷與驅動單元，係耦接於該濾波單元以接收經濾波後的該調光訊號，進而輸出一驅動控制訊號；一開關單元，係耦接於該燈光關斷與驅動單元、一電源轉換單元與一LED發光裝置，其中，該燈光關斷與驅動單元係以該驅動控制訊號驅動並控制該開關單元，以令該LED發光裝置發光；及一低準位防止單元，其一電性端係耦接於該控制調光單元，且其另一電性端係耦接該定電流源與該濾波單元；其中，該低準位防止單元係用以阻止調光訊號的訊號準位被 向下拉至低準位。

<本發明>

1‧‧‧調光電路

2‧‧‧電源轉換單元

Vac‧‧‧交流電源

3‧‧‧LED發光裝置

11‧‧‧定電流源

12‧‧‧控制調光單元

13‧‧‧濾波單元

14‧‧‧燈光關斷與驅動單元

17‧‧‧開關單元

18‧‧‧低準位防止單元

I_con‧‧‧定電流

Va‧‧‧類比電壓訊號

V_PWM‧‧‧PWM電壓訊號

Q‧‧‧雙載子接面電晶體

R_E‧‧‧射極電阻

Vdd‧‧‧工作電壓

V_REF‧‧‧參考電壓

R_B‧‧‧基極電阻

D₁‧‧‧二極體

D₂‧‧‧二極體

R₁‧‧‧濾波電阻

R₂‧‧‧濾波電容

<習知>

1’‧‧‧LED電源供應器

2’‧‧‧第一LED發光裝置

11’‧‧‧第一電源轉換單元

12’‧‧‧第一驅動單元

13’‧‧‧第一訊號處理單元

14’‧‧‧第一開關元件驅動單元

15’‧‧‧第一開關單元

16’‧‧‧調光訊號產生器

1a’‧‧‧LED電源供應器

2a’‧‧‧LED發光裝置

11a’‧‧‧第二電源轉換單元

12a’‧‧‧第二驅動單元

13a’‧‧‧第二訊號處理單元

14a’‧‧‧第二開關元件驅動單元

15a’‧‧‧第二開關單元

第一圖係習用的一種具備調光功能之LED電源供應器之電路方塊圖；第二圖係本發明之一種具有調光電路之LED電源供應裝置的電路方塊圖；第三A圖係具有調光電路之LED電源供應裝置的第一電路架構圖；第三B圖係具有調光電路之LED電源供應裝置的第二電路架構圖；以及第四圖係具有調光電路之LED電源供應裝置之應用電路方塊圖。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種調光電路及具有該調光電路之LED電源供應裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

請參閱第二圖，係本發明之一種具有調光電路之LED電源供應裝置的電路方塊圖；並且，請同時參閱第三A圖，係該具有調光電路之LED電源供應裝置的第一電路架構 圖。如第二圖與第三A圖所示，本發明之具有調光電路之LED電源供應裝置主要包括：一調光電路1與一電源轉換單元2，其中，該電源轉換單元2耦接一交流電源Vac以對該交流電源Vac所輸出的一交流電進行電壓轉換，進而輸出一穩定電源予至少一LED發光裝置3。該電源轉換單元2可以是返馳式(flyback)電源轉換單元、順向式(forward)電源轉換單元、LLC諧振式電源轉換器、或者推挽式(push-pull)電源轉換單元。另，該調光電路1係耦接於該電源轉換單元2與該LED發光裝置3之間，用以調整該LED發光裝置3的發光亮度。

繼續地參閱第二圖與第三A圖，該調光電路1係包括：一定電流源11、一控制調光單元12、一濾波單元13、一燈光關斷與驅動單元14、以及一低準位防止單元18，其中該定電流源11係用以產生一定電流Icon，且該控制調光單元12係耦接於該定電流源11，並於接收該定電流後輸出一調光訊號(dimming signal)。並且，該濾波單元13係耦接於控制調光單元12以接收該調光訊號，並對該調光訊號進行濾波；進一步地，耦接於該濾波單元13之燈光關斷與驅動單元14會於接收經濾波後的該調光訊號之後，輸出一驅動控制訊號。

承上述之說明，該開關單元17係耦接於該燈光關斷與驅動單元14、一電源轉換單元2與一LED發光裝置3， 其中，該燈光關斷與驅動單元14係以該驅動控制訊號驅動並控制該開關單元17，以令該LED發光裝置3發光。特別地，本發明更具有一低準位防止單元18；如第二圖與第三A圖所示，該低準位防止單元18為一二極體，其一負電性端(即，N極端)係耦接於該控制調光單元12，且其一正電性端(即，P極端)係耦接該定電流源11與該濾波單元13；其中，該低準位防止單元18係用以維持該調光訊號之訊號準位。為了進一步解釋本發明所述之低準位防止單元18之功能，必須透過第四圖所繪示之具有調光電路之LED電源供應裝置之應用電路方塊圖來清楚說明之。在一般的LED電源供應裝置的應用中，通常會將LED電源供應裝置之中的電源轉換單元2連接至LED發光裝置3；如第四圖所示係以兩個電源轉換單元2分別連接至兩個LED發光裝置3，並以單一控制調光單元12來調整該兩個LED發光裝置3之發光亮度。

承上述之說明，然而，一旦其中一組電源轉換單元2毀損或發生短路的狀況時，勢必連帶著將輸入至另一組電源轉換單元2之調光訊號的訊號準位向下拉至低準位；此時，低準位防止單元18(即，二極體)便會發揮其功能以阻止調光訊號的訊號準位被向下拉至低準位，進而維持另一組電源轉換單元2與其配合之調光電路1(包含該控制調光單元12)之正常運作。當其中一組電源轉換單元2毀損或 發生短路的狀況時，定電流源11所輸出的定電流Icon便僅會通過該二極體而輸入正常的該組控制調光單元12，藉此方式保持正常的該組控制調光單元12與定電流源11的電性連接關係，是以能夠避免正常的該組控制調光單元12所輸出的調光訊號的訊號準位被向下拉至低準位。

請繼續參閱第三B圖，係具有調光電路之LED電源供應裝置的第二電路架構圖。於本發明中，除了第三A圖所出的該低準位防止單元18的實施態樣以外，低準位防止單元18也可以第三B圖為一個一金氧半場效電晶體(Power Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,Power MOSFET)，且該金氧半場效電晶體具有一本體二極體(Body diode)；其中，該金氧半場效電晶體的汲極端係耦接至該定電流源11與該濾波單元13，該金氧半場效電晶體的源極端係耦接至該控制調光單元12，且該金氧半場效電晶體的閘極端係耦接至燈光關斷與驅動單元14的輸出端。如此設置，當其中一組電源轉換單元2毀損或發生短路的狀況時，由於低準位防止單元18(金氧半場效電晶體)內部的本體二極體便會發揮其功能，達到阻止調光訊號的訊號準位被向下拉至低準位之功效，進而維持另一組電源轉換單元2與其配合之調光電路1(包含該控制調光單元12)之正常運作。並且，在電路正常運轉的情況下，低準位防止單元18(金氧半場效電晶體)為一導通線路，其幾乎不會造成任何壓 降。

此外，由於本發明並不特別限定該控制調光單元12之形式，因此該控制調光單元12可以是可變電阻調光器、直流調光器、脈寬調變訊號調光器、以及上述任兩者以上之組合。如第三A圖所示，應用上可以直流調光器或脈寬調變訊號調光器作為該控制調光單元12；其中，若以直流調光器作為控制調光單元12，則控制調光單元12會通過低準位防止單元18輸入電壓值介於0V與10V之間(通常為1V~10V)的一類比電壓訊號Va至後端電路。另，若以脈寬調變訊號調光器作為控制調光單元12，則控制調光單元12會通過低準位防止單元18輸入電壓值介於12V與24V之間的一PWM訊號VPWM至後端電路。此外，如第三B圖所示，應用上亦能夠以可變電阻調光器作為該控制調光單元12，其中，定電流源11輸入至可變電阻的該定電流Icon係能夠於該可變電阻的兩端造成0V~10V的電壓，此電壓便作為用以輸入至後端電路的輸入電壓。

於此，必須對該調光電路1之定電流源11、濾波單元13、與燈光關斷與驅動單元14之實施態樣作進一步的說明。如第三圖所示，於本發明中，該定電流源11係由一雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)Q、一射極電阻RE、一基極電阻RB、與二彼此串聯之二極體(D1,D2)所構成，其中，該雙載子接面電晶體Q係以其集極端耦接 於該低準位防止單元18與該濾波單元13。該射極電阻RE之一端係耦接於該雙載子接面電晶體Q的射極端，且其另一端係耦接於一工作電壓Vdd。另，該基極電阻RB之一端係耦接至該雙載子接面電晶體Q的基極端，且另一端係接地。再者，該二彼此串聯之二極體(D1,D2)係耦接於該射極電阻RE與該基極電阻RB之間，並同時耦接該工作電壓Vdd。

接續上述之說明，該濾波單元13係由一濾波電阻R1與一濾波電容C1所構成，其中，該濾波電阻R1之一端係耦接於該定電流源11與該低準位防止單元18，其另一端則耦接於該燈光關斷與驅動單元14；並且，濾波電容C1之一端係耦接於該濾波電阻R1之另一端與該燈光關斷與驅動單元14，且其另一端係接地。另，該燈光關斷與驅動單元14為一比較器，且該比較器具有耦接至一參考電壓VREF的一第一輸入端、耦接至該濾波單元13的一第二輸入端、以及耦接至該開關單元17的一輸出端。於燈光關斷與驅動單元14的電路運作中，當控制調光單元12所輸入的調光訊號的電壓值過低時，例如：小於2V，則比較器經比較2V之調光訊號與該參考電壓VREF之後，便會認定使用者係執行了關閉LED電源之動作，於是比較器便會輸出驅動與控制訊號以關閉該開關單元17，藉此方式停止該LED發光裝置3之發光。相反地，當控制調光單元12所輸 入的調光訊號的電壓值高於2V時，則燈光關斷與驅動單元14便輸出一高準位訊號以開啟(Turn on)該開關單元17，藉此方式令該LED發光裝置3之發光。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之調光電路及具有該調光電路之LED電源供應裝置，並且，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之優點：(1)不同於習用的調光電路，本發明之調光電路特別具有一低準位防止單元18，且該低準位防止單元18之一電性端係耦接於調光電路之控制調光單元12，其另一電性端則耦接調光電路內部的定電流源11；如此，一旦使用者以兩個以上的電源轉換單元2分別連接至兩個以上的LED發光裝置3並以單一控制調光單元12來調整該些LED發光裝置3之發光亮度之時，該低準位防止單元18便能夠於其中一組電源轉換單元2毀損或發生短路的狀況時，阻止該控制調光單元12所輸出的調光訊號之訊號準位被向下拉至低準位，進而維持另一組電源轉換單元2與其配合之調光電路之正常運作。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1‧‧‧調光電路

2‧‧‧電源轉換單元

Vac‧‧‧交流電源

3‧‧‧LED發光裝置

11‧‧‧定電流源

12‧‧‧控制調光單元

13‧‧‧濾波單元

14‧‧‧燈光關斷與驅動單元

18‧‧‧低準位防止單元

I_con‧‧‧定電流

Claims (16)

1. 一種調光電路，係包括：一定電流源，係用以產生一定電流；一控制調光單元，係耦接於該定電流源，並於接收該定電流後輸出一調光訊號；一濾波單元，係耦接於該控制調光單元以接收該調光訊號，並對該調光訊號進行濾波；一燈光關斷與驅動單元，係耦接於該濾波單元以接收經濾波後的該調光訊號，進而輸出一驅動控制訊號；一開關單元，係耦接於該燈光關斷與驅動單元、一外部電源轉換單元與一外部LED發光裝置，其中，該燈光關斷與驅動單元係以該驅動控制訊號驅動並控制該開關單元，以令該外部LED發光裝置發光；以及一低準位防止單元，其一電性端係耦接於該控制調光單元，且其另一電性端係耦接該定電流源與該濾波單元；其中，該燈光關斷與驅動單元為一比較器，且該比較器具有耦接至一參考電壓的一第一輸入端、耦接至該濾波單元的一第二輸入端、以及耦接至該開關單元的一輸出端；並且，該低準位防止單元係用以阻止該調光訊號的訊號準位被向下拉至低準位。
2. 如申請專利範圍第1項所述之調光電路，其中，該定電流源係包括：一雙載子接面電晶體，係以其集極端耦接於該低準位防止單元與該濾波單元；一射極電阻，其一端係耦接於該雙載子接面電晶體的射極端，且其另一端係耦接於一工作電壓；一基極電阻，其一端係耦接至該雙載子接面電晶體的基極端，且另一端係接地；以及二彼此串聯之二極體，係耦接於該射極電阻與該基極電阻之間，並同時耦接該工作電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之調光電路，其中，該控制調光單元可為下列任一種：可變電阻調光器、直流電調光器、脈寬調變訊號調光器、以及上述任兩者以上之組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之調光電路，其中，該濾波單元係包括：一濾波電阻，係其一端係耦接於該定電流源與該低準位防止單元，其另一端則耦接於該燈光關斷與驅動單元；以及一濾波電容，係其一端係耦接於該濾波電阻之另一端與 該燈光關斷與驅動單元，其另一端則接地。
5. 如申請專利範圍第1項所述之調光電路，其中，該開關單元為一功率型金氧半場效電晶體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之調光電路，其中，該低準位防止單元為一二極體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之調光電路，其中，所述的電源轉換單元可為下列任一種：返馳式電源轉換單元、順向式電源轉換單元、LLC諧振式電源轉換器、或推挽式電源轉換單元。
8. 如申請專利範圍第1項所述之調光電路，其中，該低準位防止單元為一金氧半場效電晶體，且該金氧半場效電晶體具有一本體二極體；其中，該金氧半場效電晶體的汲極端係耦接至該定電流源與該濾波單元，該金氧半場效電晶體的源極端係耦接至該控制調光單元，且該金氧半場效電晶體的閘極端係耦接至該比較器的該輸出端。
9. 一種具有調光電路之LED電源供應裝置，係包括：至少一電源轉換單元，係耦接一交流電源以對該交流電源所輸出的一交流電進行電壓轉換，進而輸出一穩 定電源予至少一LED發光裝置；以及一調光電路，係包括：一定電流源，係用以產生一定電流；一控制調光單元，係耦接於該定電流源，並於接收該定電流後輸出一調光訊號；一濾波單元，係耦接於該控制調光單元以接收該調光訊號，並對該調光訊號進行濾波；一燈光關斷與驅動單元，係耦接於該濾波單元以接收經濾波後的該調光訊號，進而輸出一驅動控制訊號；一開關單元，係耦接於該燈光關斷與驅動單元、該電源轉換單元與該LED發光裝置，其中，該燈光關斷與驅動單元係以該驅動控制訊號驅動並控制該開關單元，以令該LED發光裝置發光；及一低準位防止單元，其一電性端係耦接於該控制調光單元，且其另一電性端係耦接該定電流源與該濾波單元；其中，該燈光關斷與驅動單元為一比較器，且該比較器具有耦接至一參考電壓的一第一輸入端、耦接至該濾波單元的一第二輸入端、以及耦接至該開關單元的一輸出端；並且，該低準位防止單元係用以阻止該調光訊號的訊號準位被向下拉至低準位。
10. 如申請專利範圍第9項所述之具有調光電路之LED電源供應裝置，其中，該定電流源係包括：一雙載子接面電晶體，係以其集極端耦接於該低準位防止單元與該濾波單元；一射極電阻，其一端係耦接於該雙載子接面電晶體的射極端，且其另一端係耦接於一工作電壓；一基極電阻，其一端係耦接至該雙載子接面電晶體的基極端，且另一端係接地；以及二彼此串聯之二極體，係耦接於該射極電阻與該基極電阻之間，並同時耦接該工作電壓。
11. 如申請專利範圍第9項所述之具有調光電路之LED電源供應裝置，其中，該控制調光單元可為下列任一種：可變電阻調光器、直流電調光器、脈寬調變訊號調光器、以及上述任兩者以上之組合。
12. 如申請專利範圍第10項所述之具有調光電路之LED電源供應裝置，其中，該濾波單元係包括：一濾波電阻，係其一端係耦接於該定電流源與該低準位防止單元，其另一端則耦接於該燈光關斷與驅動單元；以及 一濾波電容，係其一端係耦接於該濾波電阻之另一端與該燈光關斷與驅動單元，其另一端則接地。
13. 如申請專利範圍第9項所述之具有調光電路之LED電源供應裝置，其中，該開關單元為一功率型金氧半場效電晶體。
14. 如申請專利範圍第9項所述之具有調光電路之LED電源供應裝置，其中，該低準位防止單元為一二極體。
15. 如申請專利範圍第9項所述之具有調光電路之LED電源供應裝置，其中，所述的電源轉換單元可為下列任一種：返馳式電源轉換單元、順向式電源轉換單元、LLC諧振式電源轉換器、或推挽式電源轉換單元。
16. 如申請專利範圍第9項所述之具有調光電路之LED電源供應裝置，其中，該低準位防止單元為一金氧半場效電晶體，且該金氧半場效電晶體具有一本體二極體；其中，該金氧半場效電晶體的汲極端係耦接至該定電流源與該濾波單元，該金氧半場效電晶體的源極端係耦接至該控制調光單元，且該金氧半場效電晶體的閘極端係耦接至該比較器的該輸出端。