TWI607667B - 具有定電壓及定電流驅動電路之可調光發光二極體 - Google Patents

具有定電壓及定電流驅動電路之可調光發光二極體 Download PDF

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TWI607667B
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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Description

具有定電壓及定電流驅動電路之可調光發光二極體
本發明之態樣大體上係關於LED光源，且特定言之本發明係關於LED燈之驅動電路。
一發光二極體(LED)係由半導體材料(通常為砷化鎵)建構之一光源。如同其他二極體，一LED係藉由以各種雜質摻雜半導體以產生一p-n接面而產生。當施加一電流時，電荷載子流動至該接面中，其中帶正電荷之電洞結合帶負電荷之電子而引起該等電子下降至一較低能階，藉此釋放能量為可見光或紅外光。如所有二極體中，電流自裝置之正摻雜之p側易於流動至負摻雜之n側但在相反方向上情況並非如此。因此，LED通常由一直流(DC)電源驅動。
通常照明應用中使用多個個別LED或LED元件以建構LED燈總成或LED燈。將多個LED元件併入至一單一LED燈總成提供許多優點，諸如增加光輸出及具有從容故障(graceful failure)模式。由於個別元件通常在不同的時間發生故障，因此當個別元件發生故障時光輸出隨時間逐漸退化從而達成從容故障。藉由串聯或成串連接個別LED元件，可以較高電壓及較低電流位準驅動LED燈總成，從而在驅動器設計中提供靈活性且在驅動器電路中容許較大效率。藉由具有其中該等串並聯連接之多個LED串(有時稱為一串聯-並聯塊配置)，可將LED燈總成 製為更加容錯，同時保持串聯連接總成之其他優點。
在許多LED應用(諸如交通號誌或家庭照明應用)中，驅動電路由本地可用AC電網供電。此等應用通常透過相位角調光方法提供調光功能性，其中藉由在正弦波中以不同角度觸發電流傳導而修改AC輸入功率，藉此減少輸入功率中所含有之功率量。在此等應用中，AC電網功率信號(其可為一相位角調光功率信號)經轉換為DC功率且經LED驅動器電路調節，使得由LED燈具產生一穩定亮度。然而，包含於典型LED驅動器中之功率調節可有效地移除相位控制調光且以一恆定亮度操作LED燈而不管輸入功率中之任何相位控制調光。因此，為保持調光效能，LED驅動器中必須包含特殊調光偵測及功率控制電路，從而導致較高驅動器成本及較大驅動器尺寸。
用於驅動LED燈之典型驅動電路分為兩類：單級及多級，其中雙級或兩級驅動器最為常見。各類型具有其特定之一組優點及缺點。單級驅動電路具有較低成本、較小尺寸且可提供高驅動器效率。然而，單級驅動器必須在功率因素與LED漣波電流之間作出一取捨。與多級驅動器相比，單級驅動器亦具有較差調光效能。雙級及其他多級驅動器具有極佳調光效能且可實現高功率因素，同時仍維持一低漣波電流。然而，與單級驅動器相比，多級及雙級驅動器具有較高製造成本及較大尺寸且具有較低總體驅動器效率。
因此，期望提供可解決上文中所識別之問題之至少一些之LED驅動器電路。
如本文中所描述，例示性實施例克服此項技術中已知之一或多個上述或其他缺點。
例示性實施例之一態樣係關於一LED燈之一驅動器電路。在一實施例中，該驅動器電路包含一第一級，其經組態以接收一AC輸入功 率及產生一經調節之DC電壓。一線性電流調節器耦合至該第一級且經組態以調節供應至該LED燈之一燈電流。一回饋電路耦合至該第一級且經組態以監測該經調節之DC電壓且操作該第一級以將該經調節之DC電壓維持在一大體上定電壓。該驅動器電路亦包含電壓降監測及包含耦合至該回饋電路之一電壓降監測電路。電壓降監測電路經組態以調整由該第一級產生之該大體上定電壓。該電壓降監測電路監測該線性電流調節器之電壓降且在該電壓降增加時減小該大體上定電壓。
例示性實施例之另一態樣係關於一電氣照明裝置。在一實施例中，電氣照明電路包含經組態以接收一AC輸入功率且產生一燈電流之一驅動器電路及耦合至該燈電流之一LED燈。該驅動器電路包含一第一級，其經組態以接收一AC輸入功率且產生一經調節之DC電壓。 一線性電流調節器耦合至該第一級且經組態以調節供應至該LED燈之一燈電流。一回饋電路耦合至該第一級且經組態以監測該經調節之DC電壓且操作該第一級以將該經調節之DC電壓維持在一大體上定電壓。該驅動器電路亦包含電壓降監測及包含耦合至該回饋電路之一電壓降監測電路。該電壓降監測電路經組態以調整由該第一級產生之該大體上定電壓。該電壓降監測電路監測該線性電流調節器之電壓降且在該電壓降增加時減小該大體上定電壓。
例示性實施例之另一態樣係關於操作一LED驅動器電路之一方法，其中一第一功率級用以轉換一AC輸入功率為一DC輸出電壓。在一實施例中，一回饋信號由該DC輸出電壓產生且用以調節該DC輸出電壓在一大體上定電壓。提供該DC輸出電壓至一LED燈及使用一線性電流源以調節該燈電流。監測該線性電流源之電壓降且在該電壓降超出一臨限電壓時，調整該回饋信號以減小該DC輸出電壓。
自下列詳細描述結合所附圖式考慮，將瞭解例示性實施例之此 等及其他態樣及優點。然而，應了解，圖式僅為說明之目的經設計而非作為本發明之限制之界定，本發明之界定應參考隨附申請專利範圍。本發明之額外態樣及優點將於下列描述中提出，且部分將顯見於該描述或可藉由實踐本發明而學習該等態樣及優點。此外，可藉由尤其於隨附申請專利範圍中所指出之手段及組合來實現及獲得本發明之態樣及優點。
1‧‧‧接針/供應端子接針
2‧‧‧接針/返回端子接針
3‧‧‧接針
4‧‧‧接針
5‧‧‧接針
6‧‧‧接針
7‧‧‧接針
8‧‧‧接針
100‧‧‧一級半LED驅動器系統
102‧‧‧輸入功率源/輸入功率信號
104‧‧‧第一級
106‧‧‧LED燈總成
108‧‧‧線性電流調節器/控制電路
110‧‧‧調光偵測電路
114‧‧‧電壓調節功率
116‧‧‧燈電流
118‧‧‧電壓降信號
120‧‧‧調光信號
122‧‧‧輸入電壓
131‧‧‧輸出端子
132‧‧‧輸出端子
200‧‧‧功率轉換級
220‧‧‧輸入濾波器
222‧‧‧返馳式轉換器/返馳式調節器
224‧‧‧電路接地
226‧‧‧求和節點
300‧‧‧調光偵測電路/調光信號偵測電路
400‧‧‧電流調節電路
402‧‧‧電路接地
406‧‧‧基極
500‧‧‧一級半LED驅動器電路
502‧‧‧輸入功率
504‧‧‧第一級電壓調節器/第一級
506‧‧‧LED燈/LED燈總成
508‧‧‧線性電流調節器
510‧‧‧調節器/回饋控制電路
512‧‧‧加法器
514‧‧‧輸出
516‧‧‧燈電流
518‧‧‧線性電流調節器
520‧‧‧回路
522‧‧‧回饋信號
524‧‧‧調節信號/控制信號
526‧‧‧輸入
528‧‧‧電壓降感測電路/電壓降監測電路
530‧‧‧調光信號
532‧‧‧功率信號
534‧‧‧電壓降信號
536‧‧‧調光偵測電路
612‧‧‧DC電壓/DC功率
614‧‧‧接地
616‧‧‧電壓回饋/電路節點
700‧‧‧LED驅動方法
702‧‧‧轉換AC輸入功率為DC輸出電壓
704‧‧‧自DC輸出電壓產生回饋信號
706‧‧‧使用回饋信號以調節DC輸出電壓
708‧‧‧提供DC輸出電壓至LED燈
710‧‧‧使用線性電流源調節燈電流
712‧‧‧監測跨線性電流源之電壓降
714‧‧‧電壓降超出臨限值
716‧‧‧使用電壓降以調整回饋信號
800‧‧‧方法
802‧‧‧針對調光信號監測AC輸入功率
804‧‧‧產生一DC調光電壓
806‧‧‧使用調光信號以調整燈電流
A301‧‧‧比較器
A601‧‧‧操作放大器
BD1‧‧‧橋式二極體/橋式二極體電路
C201‧‧‧電容器
C202‧‧‧濾波電容器
C203‧‧‧電容器
C204‧‧‧電容器
C205‧‧‧濾波電容器
C206‧‧‧電容器
C207‧‧‧電容器
C208‧‧‧電容器
C209‧‧‧電容器
C210‧‧‧電容器
C301‧‧‧充電電容器
C601‧‧‧電容器
C602‧‧‧電容器
CON1‧‧‧輸入連接器
D201‧‧‧二極體
D202‧‧‧二極體
D203‧‧‧二極體
D401‧‧‧二極體
D402‧‧‧二極體
D600‧‧‧LED燈
F201‧‧‧熔絲
L201‧‧‧電感器
L202‧‧‧電感器
LA401‧‧‧LED燈總成
Q201‧‧‧切換裝置
Q401‧‧‧電晶體
Q402‧‧‧電晶體
R201‧‧‧電阻器
R202‧‧‧電阻器
R203‧‧‧電阻器
R204‧‧‧電阻器
R205‧‧‧電阻器
R206‧‧‧電阻器
R207‧‧‧電阻器
R208‧‧‧電阻器
R209‧‧‧電阻器
R211‧‧‧電阻器
R212‧‧‧電阻器
R213‧‧‧驅動電阻器
R215‧‧‧電阻器
R216‧‧‧電阻器
R301‧‧‧電阻器
R302‧‧‧電阻器
R303‧‧‧電阻器
R304‧‧‧電阻器
R305‧‧‧電阻器
R306‧‧‧電阻器
R403‧‧‧電阻器
R405‧‧‧電阻器
R406‧‧‧電阻器
R601‧‧‧電阻器
R602‧‧‧電阻器
R603‧‧‧電阻器
R604‧‧‧電阻器
T201‧‧‧變壓器
T201-1‧‧‧主繞組
T201-2‧‧‧次級繞組/輸出側
T201-3‧‧‧三級繞組
U201‧‧‧積體控制電路/積體電路/功率因素校正(PFC)控制器
V201‧‧‧電壓/電壓源
V301‧‧‧電壓源
V302‧‧‧信號
V303‧‧‧信號
V401‧‧‧操作電壓
V601‧‧‧參考電壓
Z601‧‧‧齊納二極體
附圖繪示本發明之當前較佳實施例，且與上文中給出之大體上描述及下文中給出之詳細描述一起用以解釋本發明之原理。如貫穿圖式所展示，相同元件符號指定相同或對應部件。
圖1繪示根據本技術之一實施例之一例示性LED驅動器電路之一功能塊圖。
圖2繪示併入本發明之態樣之一例示性功率轉換級之一示意圖。
圖3繪示併入本發明之態樣之例示性調光偵測電路之一示意圖。
圖4繪示併入本發明之態樣之具有調光功能性之一例示性線性定電流調節器之一示意圖。
圖5繪示根據本技術之一實施例之一例示性LED驅動器電路之一功能塊圖。
圖6繪示併入本發明之態樣之一例示性回饋電路之一示意圖。
圖7繪示根據本技術之一實施例之驅動含有電壓降之一LED燈之一例示性方法之一流程圖。
圖8繪示併入本發明之態樣之調光一LED燈之一方法之一流程圖。
現參考圖1，可見根據本發明之一實施例之一級半LED驅動器系統100之一功能塊圖。應用在一實施例中包括一級半驅動器之LED驅 動器系統100以提供功率至包含一或多個發光二極體元件之一LED燈或燈總成106。LED驅動器系統100之輸入功率由一輸入功率源或信號102(諸如本地電網或其他合適AC功率源)供應。適合於輸入功率102之典型電網功率在大約50赫茲至60赫茲下可為大約110伏特均方根(Vrms)至大約250Vrms。輸入功率信號102亦可由一調光控制器供應，在此情況下輸入功率信號102可包括一相位控制調光信號(諸如正向相位控制調光信號、反向相位控制調光或其他在需要一調光時減小輸入功率之合適AC調光信號)。一第一級104耦合至輸入功率信號102且經組態以輸出一電壓調節功率114，其可經由輸出端子131及132供應至LED燈總成106。第一級104為包含一AC至DC轉換電路(諸如一橋式二極體)之一主動式功率轉換電路以轉換大體上正弦輸入功率信號102至一全波或半波整流DC信號。在某些實施例中，第一級104亦包含一切換轉換器，其經組態而以該第一級之一DC輸出電壓之形式提供功率因素校正及調節電壓調節功率114。LED燈106自通過一線性電流調節器108返回之電壓調節功率114接收一電流。
在一實施例中，例示性LED驅動器系統100亦包含經組態以監測輸入電壓122及產生與由輸入功率信號102之一相位角調光位準所指示之調光位準成比例之一調光信號120的一調光偵測電路110。調光信號120係由線性電流調節器或控制電路108而接收，其相應地調整燈電流116以達成來自LED燈106之一所要調光輸出。為維持一恆定光輸出，將燈電流116維持在一恆定值，然而歸因於環境及其它因素，跨LED燈106之電壓降可變化。當跨LED燈106之電壓下降時，跨線性電流調節器108之電壓降成比例地增加。在一線性調節器之情況下，相較於一切換調節器，由一線性調節器所消耗之功率與跨該調節器之電壓降及通過該調節器之電流成比例。因此，當跨線性電流調節器108之電壓降增加時，所消耗之功率成比例地增加。類似地，當由輸入功率信 號102指示之所需調光位準為低時，跨線性電流調節器108之電壓降將增加，從而進一步增加由線性電流調節器108所消耗之功率。線性電流調節器108中所消耗之任何功率不可用以產生光。因此，期望盡可能地減小由線性電流調節器所消耗之功率。
在一實施例中，為幫助減少所浪費之功率，當跨線性電流調節器108之電壓降超出一臨限值量時，線性電流調節器108產生一電壓降信號118。提供電壓降信號118至用以降低電壓調節功率114或DC輸出電壓以減少由線性電流調節器108所消耗之功率之第一級104。
現參考圖2，可見一例示性功率轉換級200之一示意圖之一圖解，其提供轉換一AC輸入功率(諸如上述關於圖1之AC輸入功率信號102)至一經調節之DC電壓之一種方法。功率轉換級200於輸入連接器CON1之輸入端子1及2(通常稱為供應端子接針1及返回端子接針2)處透過用以保護功率轉轉級200免於可導致過量電流流入至功率轉換級200中之突波或其他異常之一熔絲F201接收輸入功率。包含一輸入濾波器220以調節輸入功率及防止功率轉換級200內所產生之諧波及切換雜訊通過輸入連接器CON1被傳輸回至輸入功率。輸入濾波器220包含與連接器CON1之輸入端子1及輸入端子2並聯連接之一電容器C210且跟隨有一對電感器L201及L202，各者分別與輸入連接器CON1之供應端子接針1及輸入連接器CON1之返回端子接針2串聯連接。各電感器L201、L202分別與一電阻器R201及R202並聯連接。
一橋式二極體電路BD1用以轉換AC功率為一全波整流DC功率，且跨該DC功率並聯連接之一電容器C201提供一些初始濾波以幫助平滑化由橋式二極體電路BD1產生之全波整流信號。一返馳式轉換器(由元件符號222概括指示)轉換及調節由橋式二極體BD1產生之整流DC功率為在輸出端子V+及V-處之一大體上定電壓V201。返馳式轉換器222通過具有主繞組T201-1及次級繞組T201-2之一變壓器T201自初 級側傳輸功率至次級或輸出側。二極體D201整流輸出功率且與輸出電壓V201並聯連接之一濾波電容器C208提供濾波及平滑化輸出電壓V201。一串聯連接之電阻器R216及電容器C207係與二極體D201並聯連接以提供對變壓器T201之輸出側T201-2之額外調節。主繞組T201-1中之功率由一切換裝置Q201控制，該切換裝置Q201由一積體控制電路U201通過一驅動電阻器R213調變工作週期。在圖2中所展示之例示性實施例中，切換裝置Q201被繪示為一n通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。替代地，可有利地採用其他類型之切換裝置。 切換裝置Q201之汲極經透過一二極體D202及電阻器R212而連接返回至橋式二極體BD1之正輸出以防止切換裝置Q201具有過量電壓且當切換裝置Q201未導通時提供一電流循環路徑。一電容器C206亦與R212並聯耦合。
在例示性返馳式調節器222中，輸出電壓V201由積體電路U201調節，在此實施例中積體電路U201包括許多標準功率因素校正(PFC)控制器積體電路之一者。積體電路U201或PFC控制器調節切換裝置Q201之工作週期，使得功率轉換級200之功率因素接近一且將DC電壓V201維持在一大體上定值。PFC控制器U201通過電阻器R203及R204及濾波電容器C202及C205接收接針8上之操作功率。亦通過二極體D203及電阻器R211自變壓器T201之三級繞組T201-3提供該操作功率至PFC控制器U201。變壓器T201(在一實施例中為一返馳式變壓器)之三級繞組T201-3用以通過一電流限制電阻器R215及一並聯連接濾波電容器C209提供一零交越偵測信號(ZCD)至PFC控制器U201之接針5。
一電流感測電阻器R208串聯耦合於切換裝置Q201與電路接地224之間且於PFC控制器U201之接針4處提供一電流感測信號。藉由使自輸入功率汲取之電流保持為與輸入功率之電壓同相而實現一高功率因素。為實現此，PFC控制器U201通過於PFC控制器U201之接針4處之一乘 法器輸入來感測輸入功率之電壓。在例示性返馳式轉換器222中，通過電阻器R205及R206在自橋式二極體BD1輸出之全波整流DC電壓處感測輸入電壓，且使用一並聯連接之電阻器R207及電容器C204對該輸入電壓進行濾波以於PFC控制器U201之接針4處產生一乘法器輸入信號。
藉由使用一電阻器分壓器網路R208、R209以饋送輸出電壓V201回到曝露於PFC控制器U201之接針1處之一運算放大器(op-amp)型補償電路之求和節點而實現電壓V201之調節。此產生用以調節輸出電壓V201在一大體上恆定位準之一回饋控制回路。藉由連接於求和節點226與PFC控制器U201之補償輸入接針2之間之一電容器C203所產生之積體控制而實現該控制回路之穩定性。此回饋控制回路容許PFC控制器U201調變切換裝置Q201之工作週期，使得根據節點226處之回饋信號將輸出電壓V201維持在一大體上恆定位準。因此，電壓為輸出電壓V201時，藉由調整施加於節點226之回饋信號而調節。如下文將更詳細地描述，此功能性可用以根據期望調整輸出電壓V201以減少一LED驅動器系統(諸如上文所述之LED驅動器系統100)之其他部分中所消耗之功率。
現參考圖3，可見一例示性調光偵測電路300，其併入一比較器電路以產生對應於由輸入電壓信號V302所指示之一調光位準之一DC調光信號V303。調光信號偵測電路300繪示用於產生指示一相位角調光信號之一調光位準之一DC調光信號V303之一種方法之一實例。在例示性調光偵測電路300中，輸入電壓信號V302為一經整流之輸入功率信號，諸如參考圖2由上文所述之橋式整流器電路BD1所產生之信號。在許多應用(諸如其中LED燈被改裝入較早之白熾燈燈具)中，輸入功率(諸如圖1之輸入功率信號102)可包括此項技術中已知之一相位角調光信號。相位角調光信號可具有任何合適類型(諸如正向相位角 控制或反向相位角控制)之調光。當輸入功率為一相位角調光信號時，調光信號V303將為一全波整流相位角調光信號。一比較器A301用以透過電阻器R305提供一充電信號至充電電容器C301，同時電阻器R306提供一放電路徑。一操作電壓源V301提供操作功率至比較器A301且亦用以經由由電阻器R304及R303形成之一電阻器分壓器網路產生比較器A301之非反向輸入之一參考電壓。輸入電壓信號V302經由由電阻器R301及R302形成之一第二電阻器分壓器網路施加至比較器A301之反相輸入。因此，DC調光信號V303隨著由輸入電壓信號V302指示之調光位準反相地變化，即當需要明亮光輸出時DC調光信號V303為一低電壓，且反之亦然。
現參考圖4，可見一線性電流調節電路400之一例示性實施例，其可用以調節流過LED燈總成LA401之電流在由一調光信號V303控制之一大體上恆定量。線性電流調節電路400繪示根據DC調光信號V303調節通過LED燈總成LA401之電流在一大體上恆定量之一實例。燈電流由一電壓源V201供應，諸如(例如)上文所述之功率轉換電路200。 替代地，其他電壓調節電路可用以提供電壓源V201，亦稱為一調節電壓。
在一實施例中，電流調節電路400(亦稱為一控制器)包含一對電晶體Q401及Q402，其中電晶體Q401之集極自LED燈總成LA401接收電流，使得電晶體Q402控制流過該LED燈總成之電流。一操作電壓V401透過一電阻器R403供應電流至電晶體Q402之基極。一電阻器R405耦合於控制電晶體Q402之射極與一電路接地402之間，使得流過控制電晶體Q402之電流的增加提高射極404處之電壓。一第二電晶體Q401耦合於控制電晶體Q402之基極406與電路接地402之間，其中電晶體Q401之控制端子或基極通過一電阻器R406耦合至控制電晶體Q402之射極。一DC調光信號V303(諸如上文所述由例示性調光偵測電 路300產生之DC調光信號V303)透過一電阻器R402及一對串聯連接之二極體D401及D402施加至電晶體Q401之基極。
可藉由首先假定電阻器R406被短路且藉由移除二極體D401而移除DC調光信號來理解線性電流調節電路400之操作。此將DC調光電路400簡化為一線性電路，其中燈電流ILED可由ILED=0.7伏特/R405 Ω計算出，其中0.7伏特係控制電晶體Q402之基極至射極之電壓降且符號Ω以歐姆為單位表示各電阻器之電阻值。現在，考慮全線性電流調節電路400，其包含二極體D401及電阻器R406，燈電流可由ILED=(0.7v-VR406)/R405Ω計算出，其中VR406係跨電阻器R406之電壓。因此，燈電流ILED隨著DC調光信號V303上升而下降。在某些實施例中，電阻器R405具有一低電阻(諸如若干歐姆)且電阻器R406及電阻器R402係相對大(諸如若干千歐姆)。跨電阻器R406之電壓可近似為：VR406=V303*R406 Ω/(R402 Ω+R406 Ω)且燈電流可近似為：ILED=(0.7-V303*R406 Ω/(R406 Ω+R402 Ω))/R405 Ω，產生一燈電流，其為DC調光信號V303之一線性函數。在例示性電路400中，兩個二極體D401及D402與DC調光信號V303串聯耦合以改良調光曲線。各二極體D401、D402具有大約0.7伏特之一電壓降，所以DC調光信號V303不影響線性電流調節電路400直到DC調光信號V303超過大約1.4伏特。例如，上文圖3及圖4中所繪示之例示性電路，當AC調光信號V302具有小於大約144度之一剩餘角時燈電流線性地減小。該剩餘角指代一相位角調光信號傳輸功率至負載之正弦週期之部分。
圖5繪示使用電壓降監測以降低功率消耗，同時維持穩定LED光輸出及調光功能性之一一級半LED驅動器電路500之一功能塊。例示性LED驅動器電路500包含具有一輸入526及一輸出514之一第一級電壓調節器504。第一級504經組態以轉換在輸入526上之一AC輸入功率502為輸出514上之一經調節之DC電壓。在某些實施例中，第一級504 包含一PFC控制器，其經組態以使來自輸入功率502之一電流維持為與輸入功率502之電壓同相，使得驅動器電路500之功率因素維持在一或接近一。一LED燈或燈總成506自第一級504接收輸出514上經調節之DC電壓。一線性電流調節器508串聯耦合於LED燈總成506與第一級504之一回路520之間以將燈電流516(其係流過LED燈之電流)維持在一大體上恆定量。輸出514上之DC電壓由一調節器510(亦稱為一回饋控制電路)調節，調節器510接收一回饋信號522及經由一控制信號524操作第一級504，使得輸出514上之DC電壓維持在大約一定電壓。調節器510自一加法器512接收回饋信號，加法器512將輸出514上之DC電壓與由一電壓降感測電路528自線性電流調節器508之電壓降518產生之一電壓降信號534組合。如上文所述，由線性電流調節器508所消耗之功率與跨調節器508之電壓降518成比例。當跨電流調節器508之電壓降518超出一臨限值量時，電壓監測電路528產生一電壓降信號534。當將電壓降信號534添加至加法器512中之輸出514上之DC電壓時，其修改回饋信號使得輸出514上之DC電壓經調節在一較低值。在此方式中，電壓降監測或感測電路528與加法器512一起作用以減少線性電流調節器508中之功率消耗。為適應需要調光功能性之應用，一級半LED驅動器電路500包含一調光偵測電路536，其接收輸入功率信號532且產生與由輸入功率信號532所指示之調光位準成比例之一調光信號530。調光信號530由相應地用以調整燈電流516之線性電流調節器508接收。
期望以定電流驅動LED燈以維持一穩定光輸出。然而，歸因於環境及製造因素，跨LED之順向壓降可變化。例如，當溫度上升時，一LED之順向壓降減小。所描述之線性電流調節器508藉由與該LED之電壓降反相地改變其電壓降而操作。此意味著當溫度上升時，該LED電壓降將減小且線性電流調節器508將增加其電壓降以維持定電流。 使用電壓降監測，一電壓監測電路528用以回饋一電壓降信號534至電壓調節器510，從而減小電流調節器508中所消耗之功率量。線性電流調節器508上增加之電壓降導致所消耗之功率增加。下文中表1提供一些代表值以繪示如本文中所描述之未採用電壓降監測以減少電流調節器中所消耗之功率之一驅動電路中所消耗之功率。參考表1，在此實例中，輸出514上之DC電壓大約為14伏特且所要之LED電流大約為0.5安培。如表1中所見，當LED電壓降為11伏特時，線性電流調節器508消耗1.5瓦特。當LED電壓增加時，由線性電流調節器508所消耗之功率減少。因此，當LED電壓大約為13伏特時，線性電流調節器508中所消耗之功率為0.5瓦特。
表2提供包含上文所述之新穎電壓降監測方法之一LED驅動器電路500之代表值。如表2中所見，當LED電壓在大約12伏特或高於大約12伏特時，電流調節器508之電壓降低於臨限值電壓且電壓監測電路528不產生任何電壓降信號。當LED電壓下降至低於大約12伏特(諸如11伏特)時，電流調節器508之電壓降超出該臨限值電壓且電壓監測電路528開始產生一電壓降信號，其引起輸出514上之第一級電壓被調節在一較低值(諸如大約13伏特)。減小輸出514上之第一級電壓導致線性電流調節器508中所消耗之功率成比例地下降，在此實例中大約為1瓦特。
現參考圖6，可見用以產生如上文中所述可用以操作一第一級電壓調節器(諸如第一級504)之一控制信號524之一例示性回饋控制電路510及加法器512。LED燈D600接收DC電壓612，其產生由電流調節電晶體Q402(諸如上文中參考圖4所描述之控制電晶體Q402)調節之通過該燈之一電流。包含串聯連接於DC功率612與電路接地614之間的電阻器R603及R604之一電阻器分壓器網路產生透過電阻器R602耦合至回饋控制電路510之一電壓回饋616。齊納二極體Z601耦合於電流調節器電晶體Q402與加法器512之間，使得當跨電流調節器電晶體Q402之電壓降超出齊納二極體Z601之崩潰電壓時，施加一電壓降信號至電路節點616，其透過電阻器R602添加至電壓回饋。一操作放大器A601接收一參考電壓V601且產生調節或控制信號524。在例示性回饋控制電路510中藉由與一串聯連接之電阻器R601及電容器C602並聯耦合之電容器C601提供穩定化及最佳化。
圖7繪示用於驅動併入有本文中所描述之電壓降監測技術之態樣之一LED燈之一例示性方法之一流程圖。在一實施例中，方法使用包含一第一級之一級半驅動器電路以轉換一AC輸入功率為一DC輸出電壓702。自該DC輸出電壓產生一回饋信號704，且此回饋信號用以調節該DC輸出電壓之電壓在對應於該回饋信號的一大體上定電壓706。 在某些實施例中，第一級包含功率因素校正以使由第一級汲取之電流維持為與輸入功率之電壓同相，使得LED驅動器之功率因素為一或接近一。提供該DC輸出電壓至一LED燈708，諸如(例如)一LED燈。在 一實施例中，該LED燈可包括配置成一串聯-並聯塊配置之多個LED元件或其他適當LED燈。藉由一線性電流源(本文中亦稱為一線性電流調節器)使LED燈電流(即流過LED燈之電流)維持在一大體上恆定量710。線性電流源中所消耗之功率與燈電流及跨該線性電流源之電壓降成比例。由於此功率不用以產生光，其基本上係浪費之能量。因此，期望盡可能地減少線性電流源所消耗之功率。可藉由監測跨線性電流源之電壓降712而實現減少線性電流源中之功率。當電壓降超出一臨限值電壓時714，使用電壓降信號以調整在上面步驟704中所產生之回饋信號716。如上文所述，增加回饋信號將降低DC輸出電壓所調節至之電壓。接著，使用該經調整之回饋信號調節該DC輸出電壓在一大體上較低電壓706。
圖8繪示展示圖7中所繪示之在例示性LED驅動方法700中包含調光功能性之一方法800之一流程圖。在某些實施例中，AC輸入功率包括一調光信號，諸如(例如)一正向或反向相位控制調光信號。為實現調光功能性，針對一調光信號監測AC輸入功率802。該調光信號經轉換以產生一調光電壓(大體上一DC調光電壓)804，其中該調光信號之一電壓對應於輸入調光信號。該DC調光電壓用以調整由線性電流源提供之燈電流之量。
因此，儘管已展示、描述及指出本發明之如應用於其例示性實施例之基本新穎特徵，應瞭解，熟習此項技術者在不脫離本發明之精神及範疇之情況下可作出所繪示之裝置之形式及細節及其等操作之各種省略及替代及改變。此外，明確指出，以實質上相同方式執行實質上相同功能以獲取相同結果之該等元件之所有組合物係在本發明之範疇內。此外，應認知，結合本發明之任何所揭示形式或實施例所展示及/或描述之結構及/或元件可併入至任何其他所揭示或所描述或建議之形式或實施例作為設計選擇之一般情況。因此，本發明旨在僅受如 隨附申請專利範圍之範疇所指示之限制。
1‧‧‧供應端子接針
2‧‧‧返回端子接針
3‧‧‧接針
4‧‧‧接針
5‧‧‧接針
6‧‧‧接針
7‧‧‧接針
8‧‧‧接針
200‧‧‧功率轉換級
220‧‧‧輸入濾波器
222‧‧‧返馳式轉換器/返馳式調節器
224‧‧‧電路接地
226‧‧‧求和節點
BD1‧‧‧橋式二極體電路/橋式二極體
C201‧‧‧電容器
C202‧‧‧濾波電容器
C203‧‧‧電容器
C204‧‧‧電容器
C205‧‧‧濾波電容器
C206‧‧‧電容器
C207‧‧‧電容器
C208‧‧‧電容器
C209‧‧‧電容器
C210‧‧‧電容器
CON1‧‧‧輸入連接器
D201‧‧‧二極體
D202‧‧‧二極體
D203‧‧‧二極體
F201‧‧‧熔絲
L201‧‧‧電感器
L202‧‧‧電感器
Q201‧‧‧切換裝置
R201‧‧‧電阻器
R202‧‧‧電阻器
R203‧‧‧電阻器
R204‧‧‧電阻器
R205‧‧‧電阻器
R206‧‧‧電阻器
R207‧‧‧電阻器
R208‧‧‧電阻器
R209‧‧‧電阻器
R211‧‧‧電阻器
R212‧‧‧電阻器
R213‧‧‧驅動電阻器
R215‧‧‧電阻器
R216‧‧‧電阻器
T201‧‧‧變壓器
T201-1‧‧‧主繞組
T201-2‧‧‧次級繞組/輸出側
T201-3‧‧‧三級繞組
U201‧‧‧積體控制電路/積體電路/功率因素校正(PFC)控制器
V201‧‧‧電壓/電壓源

Claims (15)

  1. 一種用於一LED燈之驅動器電路，該驅動器電路包括：一第一級(stage)，其經組態以接收一AC輸入功率及產生一經調節之DC電壓；一線性電流調節器，其耦合至該第一級且經組態以調節一燈電流；一回饋電路，其耦合至該第一級，其中該回饋電路經組態以監測該經調節之DC電壓且操作該第一級以將該經調節之DC電壓維持在一實質上定電壓(constant voltage)；及一電壓降(voltage drop)監測電路，其耦合至該回饋電路且經組態以調整該實質上定電壓，其中該電壓降監測電路監測該線性電流調節器之一電壓降且當該電壓降增加時減小該實質上定電壓。
  2. 如請求項1之驅動器電路，其中該電壓降監測電路經組態以當該電壓降超出一臨限值電壓時減小該實質上定電壓，且當該電壓降低於該臨限值電壓時不減小該實質上定電壓。
  3. 如請求項2之驅動器電路，其中該電壓降監測電路包括一齊納二極體。
  4. 如請求項1之驅動器電路，其中該第一級包括一橋式二極體電路。
  5. 如請求項1之驅動器電路，其中該線性電流調節器包括一第一電晶體及第二電晶體，且其中該第一電晶體控制該燈電流，該第二電晶體控制該第一電晶體之一基極電流，且該燈電流經由一電阻器耦合至該第二電晶體之該基極。
  6. 如請求項1之驅動器電路，其中該AC輸入功率包括一調光信號， 且該驅動器電路包括一調光控制器，其中該調光控制器耦合至該AC輸入電壓且經調適以操作該線性電流調節器，使得該燈電流對應於該調光信號。
  7. 如請求項6之驅動器電路，其中該調光控制器之一控制輸出耦合至該線性電流調節器，且其中該調光控制器監測該調光信號且該控制輸出包括與由該調光信號指示之一調光位準成反比例之一DC電壓。
  8. 一種電氣照明裝置，其包括：一驅動器電路，其經組態以接收一AC輸入功率及產生一燈電流；及一LED燈，其耦合至該燈電流，其中該驅動器電路包括：一第一級，其耦合至該AC輸入功率且經組態以產生一經調節之DC電壓；一線性電流調節器，其耦合於該第一級與該LED燈之間，該線性電流調節器經組態以調節該燈電流在一實質上恆定量(constant amount)；一回饋電路，其耦合至該第一級，其中該回饋電路經組態以監測該經調節之DC電壓且操作該第一級，使得該經調節之DC電壓維持在一實質上定電壓；及一電壓降監測電路，其耦合至該回饋電路且經組態以調整該實質上定電壓，其中該電壓降監測電路監測該線性電流調節器之一電壓降且當該電壓降增加時減小該實質上定電壓。
  9. 如請求項8之電氣照明裝置，其中該LED燈包括耦合為一串聯-並聯塊配置之一或多個LED二極體。
  10. 如請求項8之電氣照明裝置，其中該電壓降監測電路經調適以當 該電壓降超出一臨限值電壓時減小該實質上定電壓。
  11. 如請求項8之電氣照明裝置，其中該AC輸入功率包括一調光信號，該驅動器電路包括一調光控制器，且其中該調光控制器耦合至該AC輸入電壓且經調適以操作該線性電流調節器以相對於該調光信號調整該燈電流。
  12. 一種操作一LED驅動器電路之方法，該方法包括：使用一第一功率級(power stage)以轉換一AC輸入功率為一DC輸出電壓；自該DC輸出電壓產生一回饋信號；使用該回饋信號以調節該DC輸出電壓；提供該DC輸出電壓至一LED燈；使用一線性電流源以調節一燈電流；監測該線性電流源之一電壓降；及調整該回饋信號以當該電壓降超出一臨限值電壓時減小該DC輸出電壓。
  13. 如請求項12之方法，其包括：針對調光信號監測該AC輸入功率；及至少部分基於該調光信號調整該燈電流。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括：產生對應於由該調光信號指示之一調光位準之一DC調光電壓；及相對於該DC調光電壓調整該燈電流。
  15. 如請求項14之方法，其中該DC調光電壓之一量值與該燈電流成反比例。
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