TWI678948B - 照明系統及其驅動電路 - Google Patents

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Abstract

一種照明系統及其驅動電路。驅動電路用以驅動發光裝置。驅動電路包括降壓型電壓轉換器。降壓型電壓轉換器接收輸入電壓並轉換輸入電壓以產生驅動電壓。降壓型電壓轉換器包括緩振電路、功率開關以及電感。緩振電路透過第一節點以接收輸入電壓，並依據輸入電壓以在第二節點上產生緩振電壓。功率開關受控於控制信號以被導通或斷開。電感耦接至第一節點與第三節點間。驅動電路藉由第一節點與第三節點以耦接發光裝置並提供驅動電壓至發光裝置。

Description

照明系統及其驅動電路
本發明是有關於一種照明系統及其驅動電路，且特別是有關於一種具有功因修正的能力的照明系統及其驅動電路。
隨著環保意識的抬頭，電子裝置的電能使用效率成為設計上的重要規格。特別在照明系統中，現今技術常利用發光二極體來做為發光裝置。在同樣的照明亮度下，使用發光二極體的發光裝置，其所需要的耗電量，為白熾燈泡的萬分之一，也為螢光燈管的二分之一。如此優異的省電效果，使得發光二極體照明系統及其相關技術的研究蓬勃發展。
習知技術中，在關於發光裝置的驅動電路中，為達到更佳的省電效果，常利用高複雜度的電路來提高電能消耗的效率。如此一來，常需要複雜的設計以及大面積的電路元件方能完成。因此，如何精簡驅動電路的元件數量，並同步提升驅動電路的工作效能，實為本領域設計者的重要課題。
本發明提供一種照明系統及其驅動電路，具有功因修正的能力，並降低功率損耗。
本發明的驅動電路用以驅動發光裝置。驅動電路包括降壓型電壓轉換器。降壓型電壓轉換器接收輸入電壓並轉換輸入電壓以產生驅動電壓。降壓型電壓轉換器包括緩振電路、功率開關以及電感。緩振電路透過第一節點以接收輸入電壓，並依據輸入電壓以在第二節點上產生緩振電壓。功率開關耦接在第二節點與參考接地端間，受控於控制信號以被導通或斷開。電感耦接至第一節點與第三節點間。驅動電路在第一節點與第三節點間用以耦接發光裝置並提供驅動電壓至發光裝置。
本發明的照明系統包括如上所述的驅動電路以及發光裝置。發光裝置耦接至驅動電路，並接收驅動電壓。
基於上述，本發明提供具有緩振電路的降壓型電壓轉換器，透過使降壓型電壓轉換器中的電感操作在不連續導通模式（Discontinues-Conduction Mode, DCM）下，可使驅動電路具有功因修正的功能，並可降低總諧波失真（Total Harmonic Distortion, THD）。
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。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的照明系統的示意圖。照明系統100包括具有降壓型電壓轉換器110的驅動電路，並用以驅動發光裝置LD。發光裝置LD可以由一個或多個發光二極體所構成，沒有一定的限制。降壓型電壓轉換器110接收輸入電壓VIN，並轉換針對輸入電壓VIN執行降壓式的電壓轉換動作以產生驅動電壓VDRV。在本實施例中，降壓型電壓轉換器110包括緩振電路111、電感L B、功率開關SW1以及輸出電容C O。緩振電路111透過第一節點ND1以接收輸入電壓VIN，並依據輸入電壓VIN以在第二節點ND2上產生緩振電壓VS。功率開關SW1耦接在第二節點ND2與參考接地端GND間，受控於控制信號S 1以被導通或斷開。在本實施例中，功率開關SW1由電晶體T1來實施，其中，電晶體T1的第一端及第二端分別耦接在第二節點ND2以及參考接地端GND間，電晶體T1的控制端接收控制信號S 1。且在本實施例中，電晶體T1的第一端及第二端間可具有寄生電容PC1以及寄生二極體PD1，寄生二極體PD1的陽極耦接至參考接地端GND，寄生二極體PD1的陰極耦接至第二節點ND2。
在另一方面，電感L B耦接在第一節點ND1與第三節點ND3間，其中，驅動電路110藉由第一節點ND1與第三節點ND3，以耦接發光裝置並提供驅動電壓VDRV至發光裝置LD。輸出電容C O則耦接在第一節點ND1與第三節點ND3間，用以穩定驅動電壓VDRV的電壓值。
在本實施例中，基於驅動電路110運作的過程中，輸入電壓VIN可能因為電路內部元件的開關（例如功率開關SW1）的切換動作而產生振盪的現象，並可能對周邊電路造成干擾的現象。因此，緩振電路111可減緩輸入電壓VIN所可能產生的振盪現象，並產生相對穩定的緩振電壓VS。
在另一方面，本實施例中的降壓型電壓轉換器110利用單一功率開關SW1，並透過功率開關SW1的切換動作，使作為磁化電感的電感LB工作在不連續導通的模式下。如此，可具有功因修正的功能，並可降低總諧波失真（Total Harmonic Distortion, THD）。
以下請參照圖2，圖2繪示本發明另一實施例的照明系統的示意圖。照明系統200包括驅動電路201以及照明裝置LD。驅動電路201產生驅動電壓以驅動照明裝置LD。驅動電路201包括整流電路220、輸入電容C in以及降壓型電壓轉換電路210。整流電路220包括由電感L f以及電容C f所建構的濾波器，並包括由二極體D b1~D b4所建構的橋式整流器。整流電路220接收交流電壓VAC，並針對交流電壓VAC執行濾波以及整流的動作，產生輸入電壓VIN。
在本實施例中，降壓型電壓轉換電路210包括緩振電路211、功率開關SW1、電感L B以及輸出電容C O。緩振電路211則包括二極體D 1、D 2、電感L S以及電容C S，其中，二極體D 1的陰極耦接至第一節點ND1，二極體D 1的陽極耦接至電感L S的第一端。電感L S的第二端耦接至二極體D 2的陰極，二極體D 2的陽極則耦接至參考接地端GND。此外，電容耦接在電感L S的第一端以及第二節點ND2間。
在本實施例中，功率開關SW1耦接在第二節點ND2與參考接地端GND間，並受控於控制信號S 1以被導通或斷開。電感L S耦接在第二節點ND2以及第三節點ND3間，輸出電容C O則耦接在第一節點ND1以及第三節點ND3間。
關於驅動電路201的動作細節，請參照圖3A至圖3D繪示的本發明實施例的驅動電路的多個動作模式的等效電路示意圖。
在本實施例中，驅動電路300包括降壓型電壓轉換電路310以及整流電路320。在圖3A中，驅動電路300工作於第一動作模式下，其中的整流電路320藉由二極體D b1~D b4所構成的橋式整流器，針對交流電壓VAC進行整流動作，並藉以產生輸入電壓VIN。在此同時，功率開關SW1依據控制信號S 1被導通，如此一來，二極體D b3~D b4、發光裝置LD、電感L B以及功率電晶體SW1間形成一迴路，輸入電容C in可透過迴路LP1提供電能至發光裝置LD以及電感L B。在另一方面，在當功率開關SW1導通時，二極體D 2、電感L S、電容C S以及功率開關SW1間形成另一迴路LP2。電容C S並透過迴路LP2提供電能至電感L S。也就是說，在第一動作模式下，電感L B以及電感L S上的電流皆線性上升。
在本發明實施例中，在當電感L B以及電感L S上的電流上升至一預設臨界值時，功率開關SW1可對應被斷開，並結束此第一動作模式。
接著，在圖3B中，驅動電路300可進入第二動作模式。並且，在第二動作模式，功率開關SW1依據控制信號S 1被斷開。並且，在此同時，二極體D 1以及D 2被導通，並使二極體D 1、電感L S、二極體D 2以及輸入電容C in間形成一迴路LP3。電感L S並可透過迴路LP3回送電能至降壓型電壓轉換器310的輸入端，並儲存在輸入電容C in中，有效防止電能的浪費。此時，電感L S上的電流線性下降。
在另一方面，在第二動作模式中，導通的二極體D 1與發光裝置LD、電感L B以及電容C S可形成另一迴路LP4。電感L B的電能透過迴路LP4傳送至發光裝置LD，並用以驅動發光裝置LD。在此同時，電感L B上的電流線性下降。
附帶一提的，在當電感L S上的電能被釋放完畢後，二極體D 2被截止，迴路LP3被切斷，並結束此第二動作模式。
在圖3C中，驅動電路300可進入第三動作模式。並且，在第三動作模式中，功率開關SW1依據控制信號S 1維持被斷開。
在第三動作模式中，迴路LP4保持動作，電感L B並持續提供電能至發光裝置LD。在當電感L B上的電能釋放完畢後，結束第三動作模式。
在圖3D中，驅動電路300可進入第四動作模式。並且，在第三動作模式中，功率開關SW1依據控制信號S 1維持被斷開。在第三動作模式結束後，二極體D 1被截止，迴路LP4被切斷。此時，輸出電容C O與發光裝置LD間形成迴路LP5。輸出電容C O並提供電能以驅動發光裝置LD。第四動作模式可執行至直至輸出電容C O中的電能消耗結束。
在第四動作模式結束後，可重新執行圖3A的第一動作模式，並依序執行第二、三、四動作模式，來持續驅動發光裝置LD。透過週期性的切換功率開關SW1的導通及斷開狀態，可維持發光裝置LD的工作狀態。
綜上所述，本發明實施例提出將緩振電路與降壓型電壓轉換電路相結合，並透過單一功率開關進行切換動作，來完成驅動電壓的產生動作。其中，透過結合緩振電路與降壓型電壓轉換電路，透過共用電路元件，可有效降低電路元件的使用量，達到降低產品成本以及設計複雜度的優點。並且，本發明實施例的照明系統，更具備高功因、低輸入電流總諧波失真以及高效率的優點。
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。
100、200‧‧‧照明系統
201、300‧‧‧驅動電路
LD‧‧‧發光裝置
110、210、310‧‧‧降壓型電壓轉換器
220、320‧‧‧整流電路
VIN‧‧‧輸入電壓
VDRV‧‧‧驅動電壓
VAC‧‧‧交流電壓
111‧‧‧緩振電路
L B、L f、L S‧‧‧電感
SW1‧‧‧功率開關
C O‧‧‧輸出電容
ND1‧‧‧第一節點
ND2‧‧‧第二節點
ND3‧‧‧第三節點
GND‧‧‧參考接地端
T1‧‧‧電晶體
PC1‧‧‧寄生電容
PD1‧‧‧寄生二極體
VS‧‧‧緩振電壓
S 1‧‧‧控制信號
C in‧‧‧輸入電容
C f‧‧‧電容
D b1~D b4‧‧‧二極體
LP1~LP4‧‧‧迴路
圖1繪示本發明一實施例的照明系統的示意圖。 圖2繪示本發明另一實施例的照明系統的示意圖。 圖3A至圖3D繪示本發明實施例的驅動電路的多個動作模式的等效電路示意圖。

Claims (12)

  1. 一種驅動電路，用以驅動一發光裝置，包括：一降壓型電壓轉換器，接收一輸入電壓並轉換該輸入電壓以產生一驅動電壓，該降壓型電壓轉換器包括：一緩振電路，透過一第一節點以接收該輸入電壓，並依據該輸入電壓以在一第二節點上產生一緩振電壓，其中該緩振電路包括一第一二極體、一第二二極體與一第二電感，該第一二極體的陰極耦接至該第一節點，該第二電感的第一端耦接至該第一二極體的陽極，且該第二電感的第二端耦接至該第二二極體的陰極；一功率開關，耦接在該第二節點與一參考接地端間，受控於一控制信號以被導通或斷開；以及一第一電感，耦接至該第二節點與一第三節點間，其中，該驅動電路藉由該第一節點與該第三節點以耦接該發光裝置並提供該驅動電壓至該發光裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的驅動電路，其中該第二二極體的陽極耦接至該參考接地端，該緩振電路還包括：一電容，耦接在該第一二極體的陽極以及該第二節點間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的驅動電路，其中在一第一動作模式下，該功率開關被導通，該電容經由該功率開關以及該第二二極體以提供電能至該第二電感，並使該第一電感及該第二電感上的電流線性上升。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的驅動電路，其中在一第二動作模式下，該功率電晶體被斷開，該第一二極體以及該第二二極體被導通，該第一電感經由該第一二極體提供電能至該電容及該發光裝置，該第二電感經由該第一二極體以及該第二二極體回送電能至該降壓型電壓轉換器的輸入端，其中該第二動作模式發生在該第一動作模式之後。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的驅動電路，其中在該第二動作模式下，該第一電感以及該第二電感上的電流線性下降。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的驅動電路，其中在一第三動作模式下，該第二二極體被截止，該第一電感經由該第一二極體提供電能至該電容及該發光裝置，且該第一電感上的電流線性下降，其中該第三動作模式發生在該第二動作模式之後。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的驅動電路，更包括：一輸出電容，耦接在該第一節點與該第三節點間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的驅動電路，其中在一第四動作模式下，該功率開關被斷開，該第一二極體以及該第二二極體被截止，該輸出電容提供電能至該發光裝置。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的驅動電路，其中該功率開關包括一功率電晶體，該功率電晶體的第一端耦接至該第二節點，該功率電晶體的第二端耦接至該參考接地端，該功率電晶體的控制端接收該控制信號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的驅動電路，更包括：一整流電路，依據一交流電壓以產生該輸入電壓；以及一輸入電容，耦接在該第一節點以及該參考接地端間。
  11. 一種照明系統，包括：如申請專利範圍第1項所述的驅動電路；以及該發光裝置，耦接至該驅動電路以接收該驅動電壓。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的照明系統，其中該發光裝置為發光二極體燈管。
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