TWI656809B - 發光二極體驅動電路及其照明裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種發光二極體照明裝置，包括：發光封裝結構；發光二極體單元；整流單元，用以驅動該發光二極體單元；第一線性恆流單元，電性耦接該發光二極體單元之一輸出端；調光單元，電性耦接該第一線性恆流單元，用以調整該發光二極體單元之電流；第二線性恆流單元，電性耦接該整流單元；以及電解電容，電性耦接該第二線性恆流單元，用以與該第二線性恆流單元共同運作，提供該發光二極體單元之緩衝；其中，該第二線性恆流單元以及該電解電容共同電性耦接該發光二極體單元之一輸入端。

Description

發光二極體驅動電路及其照明裝置
本發明是有關於一種發光二極體驅動電路及其照明裝置，且特別是有關於一種高功因無頻閃又能調整亮度之發光二極體驅動電路及其照明裝置。
近年來，在整流交流(rectified alternative-current,AC)電壓直接驅動的照明應用中，由於發光二極體(light emitting diode,LED)具有耗電量小、耐用持久、高效轉換、節約能源等優點，其越來越受到市場歡迎。發光二極體(LED)係為一電流驅動元件，其發光亮度與驅動電流之大小成正比，為了達到高亮度和亮度均勻的要求，往往需要使用許多串接之發光二極體來提供足夠光源。對於設計人員而言，最大的困難在於發光二極體(LED)要調光同時又要維持發光品質，這並不容易，與傳統的白熾燈或日光燈有所不同。
頻閃(flicker)現象是一種光源強度會隨著時間而有明暗變化的現象，其影響發光品質甚鉅，無論人眼是否能夠辨識，頻閃都會對人體造成許多不良的影響，例如頭痛、視力模糊、眼花、眼睛疲 勞、心神不安、嚴重時甚至引發癲癇等反應。由於發光二極體(LED)本身的特性，當發光二極體照明裝置在需要調變光通量(luminous flux)和光強度時，它的頻閃(flicker)現象往往遠比其他照明燈具(例如白熾燈、螢光燈)要嚴重得多。因此，如何能既消除頻閃又能調整發光二極體(LED)的亮度，已為現有發光二極體(LED)技術上亟待突破的一大難題。
有鑑於此，本發明係提供一種高功因無頻閃又能調整亮度之發光二極體驅動電路及其照明裝置，其能夠有效消除頻閃現象又能兼顧調光功能，具超長壽命以及有效節能等優點。
本發明主要係利用一組以上的線性恒流電路，把發光二極體電流漣波消除掉(current ripple free)，即可消除頻閃達到無頻閃之目的。
本發明引進一電解電容做為緩衝(buffer)，可達到準確無漣波的驅動電流值。
就其中一個觀點，本發明提供一種無頻閃可調光之發光二極體驅動電路，包括數個發光二極體單元、整流單元、第一線性恆流單元、調光單元、第二線性恆流單元、電解電容、第一電極及第二電極。其中，第二線性恆流單元以及電解電容設在發光二極體單元的一共同節點(輸入端)，而第一線性恆流單元分別設在每組發光二極體單元的另一節點(輸出端)。
在一實施例中，上述發光二極體單元、整流單元、第一線性恆流單元、調光單元、第二線性恆流單元、以及電解電容可以是採用半導體製程實現的電路。其中，上述發光二極體單元、整流單元、第一線性恆流單元、調光單元、第二線性恆流單元、以及電解電容係共同封裝整合在一起，其封裝方式包括半導體製程技術或冲壓封裝技術等。
本發明另一實施例係有關於一種無頻閃可調光之發光二極體照明裝置，包括發光封裝結構、數個發光二極體單元、整流單元、第一線性恆流單元、調光單元、第二線性恆流單元、電解電容、第一電極及第二電極。其中，第二線性恆流單元以及電解電容設在發光二極體單元的一共同節點(輸入端)，而第一線性恆流單元分別設在每組發光二極體單元的另一節點(輸出端)。
在一實施例中，上述發光封裝結構、發光二極體單元、整流單元、第一線性恆流單元、調光單元、第二線性恆流單元、以及電解電容係共同封裝整合在一起，其封裝方式包括半導體製程技術或冲壓封裝技術等。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
100、200、300、400‧‧‧照明裝置
111‧‧‧發光封裝結構
112‧‧‧發光二極體單元
1121‧‧‧發光二極體
113‧‧‧整流單元
114、116‧‧‧線性恆流單元
115‧‧‧調光單元
117‧‧‧電解電容
131、141‧‧‧升降壓控制單元
a、b‧‧‧節點
P1‧‧‧第一電極
P2‧‧‧第二電極
第1圖繪示依照本發明一實施例之無頻閃可調光發光二極體驅動電路示意圖。
第2圖繪示依照本發明另一實施例之無頻閃可調光發光二極體驅動電路示意圖。
第3圖繪示依照本發明再一實施例之無頻閃可調光發光二極體驅動電路示意圖。
第4圖繪示依照本發明又一實施例之無頻閃可調光發光二極體驅動電路示意圖。
下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述。
為了使本技術領域的人員更好的理解本發明的技術方案，下面將結合附圖對本發明的技術方案做進一步的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例而非全部。
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之無頻閃可調光發光二極體驅動電路示意圖。如第1圖所示，照明裝置100包括發光封裝結構111、數個發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、電解電容117、第一電極P1及第二電極P2。其中，第二線性恆流單元116以及電解電容117設在發光二極體單元112的一共同節點(輸入端)，而第一線性恆流單元114分別設在每組發光二極體單元112的另一節點(輸出端)。上述發光封裝結構111、發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第 二線性恆流單元116、以及電解電容117可以是採用半導體製程實現的電路。其中，上述發光封裝結構111、發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、以及電解電容117係共同封裝整合在一起，其封裝方式包括半導體製程技術或冲壓封裝技術等。發光封裝結構111的第一電極P1及第二電極P2從發光封裝結構111的端面露出，且發光封裝結構111係透過第一電極P1及第二電極P2直接電性連接外部電源(未繪示)。
如第1圖所示，本發明實施例之第二線性恆流單元116係耦接於整流單元113與發光二極體單元112之間。發光二極體單元112可共同電性連接於第二線性恆流單元116。數個第一線性恆流單元114的一端係以一對一之方式分別耦接於發光二極體單元112，而第一線性恆流單元114的另一端則接地，因各發光二極體單元112耦接於對應的線性恆流單元114，所以可受到對應之線性恆流單元114的個別控制。電解電容117係耦接於第二線性恆流單元116，而電解電容117的另一端則接地。
一實施例中，本發明整流單元113可以是橋式整流器，以全波整流成直流弦波波形後再驅動發光二極體單元112。
一實施例中，上述第一電極P1及第二電極P2可直接與外部電源電性連接，之間並未透過任何額外的驅動器。如此，可縮小照明裝置100的整個體積。
一實施例中，調光單元115耦接於第一線性恆流單元114以及第二線性恆流單元116，以透過一線性準位調光訊號或一脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)訊號控制第一線性恆流單元114或第二線性恆流單元116的導通時間(即電流量)，進而控制發光二極體單元112的發光表現，如光亮度、光強度或色溫。上述調光單元115可以是一種無線調光單元115，且發光封裝結構111可更包括能量接收器(未繪示)，其可與一外部供電器(未繪示)採用無線方式產生耦合電流，以供電給整流單元113。在此設計下，照明裝置100可省略以有線連接之電源連接件(未繪示)。 前述能量接收器可採用共振器(resonator)來實現。此外，一外部控制器(未繪示)可透過無線方式控制無線調光單元115。外部控制器例如是手機、電腦等電子裝置。
在一實施例中，可採用封裝技術，將各發光二極體單元112的至少一部分、整流單元113的至少一部分、第一線性恆流單元114的至少一部分、調光單元115的至少一部分、第二線性恆流單元116、以及電解電容117的至少一部分封裝於發光封裝結構111的實體材料內，使此些元件與發光封裝結構111緊密接觸，可減少熱阻，提升散熱效率。此外，其它習知驅動器的電路也可封裝於發光封裝結構111內。發光二極體單元112、整流單元113、線性恆流單元114與無線調光單元115之間的連接線可以先連接後再進行封裝製程，或進行封裝製程後再採用印刷技術形成。如此一來，發光封裝結構111的所有外表面都可以做為散熱面，使 此些元件的熱量可直接透過發光封裝結構111所提供的大外表面積對流至環境中，以提升照明裝置100的散熱效率。
在一實施例中，前述封裝技術例如是壓縮成型(compression molding)、液態封裝型(liquid encapsulation)、注射成型(injection molding)、轉注成型(transfer molding)或冲壓成型(punching packaging)。
在一實施例中，發光封裝結構111例如是透光殼體，使發光二極體單元112的光線可透過發光封裝結構111出光。此外，發光封裝結構111可包含螢光材，以轉換發光二極體單元112的出光波長。
在一實施例中，數個發光二極體單元112可串聯，然亦可並聯，或串並聯混合。此外，各發光二極體單元112也可以是一經過封裝的發光單元，其也可包含螢光材，以轉換發光二極體單元112內各別發光二極體1121的出光波長。各發光二極體單元112包括數個串聯的發光二極體1121。各發光二極體單元112內的數個發光二極體1121亦可並聯或串並聯混合。
本發明實施例之第一線性恆流單元114與第二線性恆流單元116係共同運作，並共同耦接於調光單元115，以得到一最佳效率之適應性線性發光二極體電路(adaptive linear current control circuit)。舉例而言，當透過調光單元115調整光亮度至全亮時，此時流經第二線性恆流單元116的電流亦是最大電流；隨 著調光信號變小時，此時流經第二線性恆流單元116的電流亦隨之減少，使整體效率變化小。
進一步而言，當光線亮度欲調暗時，即各別發光二極體單元112對應之第一線性恆流單元114電流會調小，此時流經第二線性恆流單元116的電流(總電流)只需要給足夠的能量即可，因此同時也把第二線性恆流單元116的電流調小，不致多給的能量，而被其他發光二極體單元112對應之第一線性恆流單元114損耗掉，即可得到同時可調光又無頻閃之效果。
綜上所述，上述第二線性恆流單元116已限制了整體廻路的最大電流，除了提供各串發光二極體單元112所需要的電流外，同時補充電解電容117能量，待弦波輸入電壓於谷底時，發光二極體單元112無法提供能量給負載，此時發光二極體單元112的能量由電解電容117提供。而對於每個發光二極體單元112的電流，當需要調光時，因為有單獨控制的第一線性恆流單元114，且有第二線性恆流單元116與電解電容117補充所需要的電流，因此可達到既可調光又無閃頻(flicker)的功能。
本發明實施例之發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、以及電解電容117的連接關係並不受第1圖所限。以下係舉例說明其它電性連接關係。
請參照第2圖，其繪示依照本發明另一實施例之無頻閃可調光發光二極體驅動電路示意圖。如第2圖所示，照明裝置 200包括發光封裝結構111、數個發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、數個電解電容117、第一電極P1及第二電極P2。其中，上述發光封裝結構111、發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、以及電解電容117係共同封裝整合在一起，其封裝方式包括半導體製程技術或冲壓封裝技術等。
如第2圖所示，本發明實施例之第二線性恆流單元116係耦接於整流單元113與發光二極體單元112之間。發光二極體單元112可共同電性連接於第二線性恆流單元116。數個第一線性恆流單元114的一端係以一對一方式分別耦接於發光二極體單元112，而第一線性恆流單元114的另一端則接地，因各發光二極體單元112耦接於對應的線性恆流單元114，所以可受到對應之線性恆流單元114的個別控制。數個電解電容117之同一端係耦接於第二線性恆流單元116，並分別以一對一方式跨接於發光二極體單元112兩端，如第2圖所示，電解電容117與發光二極體單元112係呈並聯的形式。調光單元115耦接於第一線性恆流單元114以及第二線性恆流單元116，以透過一線性準位調光訊號或一脈衝寬度調變(PWM)訊號控制第一線性恆流單元114或第二線性恆流單元116的電流量。與第1圖照明裝置100不同的是，電解電容117具有複數個，而且分別跨接於發光二極體單元112，以分別對發光二極體單元112之電流作緩衝調節。
請參照第3圖，其繪示依照本發明再一實施例之無頻閃可調光發光二極體驅動電路示意圖。如第3圖所示，照明裝置300包括發光封裝結構111、數個發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、電解電容117、升降壓控制單元131、第一電極P1及第二電極P2。其中，上述發光封裝結構111、發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、電解電容117、以及升降壓控制單元131係共同封裝整合在一起，其封裝方式包括半導體製程技術或冲壓封裝技術等。
如第3圖所示，本發明實施例之第二線性恆流單元116係耦接於整流單元113與發光二極體單元112之間。發光二極體單元112可共同電性連接於第二線性恆流單元116。數個第一線性恆流單元114的一端係以一對一之方式分別耦接於發光二極體單元112，而第一線性恆流單元114的另一端則接地，因各發光二極體單元112耦接於對應的線性恆流單元114，所以可受到對應之線性恆流單元114的個別控制。電解電容117係耦接於第二線性恆流單元116，而電解電容117的另一端則接地。調光單元115耦接於第一線性恆流單元114以及第二線性恆流單元116，以透過一線性準位調光訊號或一脈衝寬度調變(PWM)訊號控制第一線性恆流單元114或第二線性恆流單元116的電流量。與前述實施例之照明裝置100不同的是，本實施例之照明裝置300可將各節點a的電壓值回饋給升降壓控制單元131，以調整整流單元113的驅動電壓。
在另一實施例中，此些發光二極體單元112可以只有其中之一者耦接於升降壓控制單元131，不限於全部的發光二極體單元112都須耦接於升降壓控制單元131。
請參照第4圖，其繪示依照本發明另一實施例之無頻閃可調光發光二極體驅動電路示意圖。如第4圖所示，照明裝置400包括發光封裝結構111、數個發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、數個電解電容117、升降壓控制單元141、第一電極P1及第二電極P2。其中，上述發光封裝結構111、發光二極體單元112、整流單元113、第一線性恆流單元114、調光單元115、第二線性恆流單元116、電解電容117、以及升降壓控制單元141係共同封裝整合在一起，其封裝方式包括半導體製程技術或冲壓封裝技術等。
如第4圖所示，本發明實施例之第二線性恆流單元116係耦接於整流單元113與發光二極體單元112之間。發光二極體單元112可共同電性連接於第二線性恆流單元116。數個第一線性恆流單元114的一端係以一對一方式分別耦接於發光二極體單元112，而第一線性恆流單元114的另一端則接地，因各發光二極體單元112耦接於對應的線性恆流單元114，所以可受到對應之線性恆流單元114的個別控制。數個電解電容117之同一端係耦接於第二線性恆流單元116，並分別以一對一方式跨接於發光二極體單元112兩端，如第4圖所示，電解電容117與發光二極體單元112 係呈並聯的形式。調光單元115耦接於第一線性恆流單元114以及第二線性恆流單元116，以透過一線性準位調光訊號或一脈衝寬度調變(PWM)訊號控制第一線性恆流單元114或第二線性恆流單元116的電流量。與前述第2圖照明裝置200不同的是，本實施例照明裝置400可將各節點a的電壓值耦接於同一節點b，並回饋給升降壓控制單元141。
本發明係利用一組以上線性恆流單元(114,116)來達到發光二極體單元112所需要的準確且無漣波(即無頻閃)驅動電流值，如有多組串連發光二極體單元112時，該些電路之發光二極體單元112電流皆可獨立控制，不會因為某路徑的發光二極體單元112開路而照成電流不均之問題。
在上述實施例中，本發明的第二線性恆流單元116設置的位置不限於上述在各串發光二極體單元112之該共同輸入端節點上，亦可設置在各串發光二極體單元112之一共同輸出端路徑上(未顯示)，只要能達到本發明之目的即可。
在一實施例中，本發明的調光方法包括有：線性準位調光法，其利用可控矽調節輸入交流電的導通角來調光；脈衝寬度調變(PWM)法，即調節燈管驅動電壓的脈衝占空比、或用一較低頻率的脈衝去調製一個高頻脈衝。
值得注意的是，前述第1圖的發光裝置100其外觀設計僅為例示而已，本發明之封裝方式及驅動電路不限於第1圖所顯示的發光裝置100，亦可應用於平板型發光二極體裝置中(未顯示)， 可達到提升發光裝置的散熱效率、穩壓穩流驅動發光裝置、維持發光品質穩定、無頻閃(flicker)現象、以及達到主動調光之多重效果及目的。
綜上所述，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。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

  1. 一種發光二極體驅動電路，包括：一發光二極體單元；一整流單元，用以驅動該發光二極體單元；一第一線性恆流單元，電性耦接該發光二極體單元之一輸出端；一第二線性恆流單元，電性耦接該整流單元以及該發光二極體單元之一輸入端；一調光單元，電性耦接該第一線性恆流單元與該第二線性恆流單元之間，用以調整該發光二極體單元之電流；以及一電解電容，電性耦接該第二線性恆流單元；其中，該第二線性恆流單元以及該電解電容共同電性耦接該發光二極體單元之該輸入端；其中，該調光單元透過一線性準位調光訊號或一脈衝寬度調變(PWM)訊號，控制該第二線性恆流單元，以限制該發光二極體驅動電路的一最大電流、提供該發光二極體單元所需要的一電流以及同時補充該電解電容的能量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該發光二極體單元、該整流單元、該第一線性恆流單元、該調光單元、該第二線性恆流單元、以及該電解電容係共同封裝整合在一起。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，更包括：複數個電解電容以及複數個發光二極體單元，該些電解電容之一端共同電性耦接該第二線性恆流單元，而該些電解電容之另一端分別跨接於該些發光二極體單元之輸出端，以分別對該些發光二極體單元之電流作緩衝調節。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動電路，更包括一升降壓控制單元，電性耦接該整流單元，並將該些發光二極體單元之該些輸出端的複數個電壓值，分別回饋給該升降壓控制單元，以調整該整流單元的一驅動電壓。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動電路，更包括一升降壓控制單元，電性耦接該整流單元，並將該些發光二極體單元之該些輸出端耦接於同一節點之一共同電壓值，回饋給該升降壓控制單元，以調整該整流單元的一驅動電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該調光單元透過一線性準位調光訊號或一脈衝寬度調變(PWM)訊號，以控制該第一線性恆流單元的導通時間；各該發光二極體單元依據該線性準位調光訊號或該脈衝寬度調變訊號發光。
  7. 一種發光二極體照明裝置，包括：一發光封裝結構；一發光二極體單元，封裝於該發光封裝結構中；一整流單元，封裝於該發光封裝結構中，用以驅動該發光二極體單元；一第一線性恆流單元，封裝於該發光封裝結構中，電性耦接該發光二極體單元之一輸出端；一第二線性恆流單元，封裝於該發光封裝結構中，電性耦接該整流單元以及該發光二極體單元之一輸入端；一調光單元，封裝於該發光封裝結構中，電性耦接該第一線性恆流單元與該第二線性恆流單元之間，用以調整該發光二極體單元之電流；以及一電解電容，封裝於該發光封裝結構中，電性耦接該第二線性恆流單元；其中，該第二線性恆流單元以及該電解電容電性耦接該發光二極體單元之該輸入端；其中，該調光單元透過一線性準位調光訊號或一脈衝寬度調變(PWM)訊號，控制該第二線性恆流單元，以限制該發光二極體照明裝置的一最大電流、提供該發光二極體單元所需要的一電流以及同時補充該電解電容的能量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體照明裝置，其中該發光封裝結構、該發光二極體單元、該整流單元、該第一線性恆流單元、該調光單元、該第二線性恆流單元、以及該電解電容係共同封裝整合在一起。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體照明裝置，更包括：複數個電解電容以及複數個發光二極體單元，該些電解電容之一端共同電性耦接該第二線性恆流單元，而該些電解電容之另一端分別跨接於該些發光二極體單元之輸出端，以分別對該些發光二極體單元之電流作緩衝調節。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體照明裝置，更包括一升降壓控制單元，至少部分地埋設於該發光封裝結構內，電性耦接該整流單元，並將該些發光二極體單元之該些輸出端的複數個電壓值，分別回饋給該升降壓控制單元，以調整該整流單元的一驅動電壓。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體照明裝置，更包括一升降壓控制單元，至少部分地埋設於該發光封裝結構內，電性耦接該整流單元，並將該些發光二極體單元之該些輸出端耦接於同一節點之一共同電壓值，回饋給該升降壓控制單元，以調整該整流單元的一驅動電壓。
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