TWI692991B

TWI692991B - 無頻閃線性led驅動電路

Info

Publication number: TWI692991B
Application number: TW108115497A
Authority: TW
Inventors: 吳志賢; 莊凱程; 郭俊杰; 何禹賢
Original assignee: 東貝光電科技股份有限公司
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2020-05-01
Also published as: TW202042595A; US10925138B2; US20200359471A1; CN111901922A

Abstract

本發明提出一種無頻閃線性LED驅動電路，使外部電源之輸入電壓轉換而形成輸出電流予LED。無頻閃線性LED驅動電路包含量測模組、調控模組及整流模組。無頻閃線性LED驅動電路之特徵在於量測模組供以量測輸入電壓全波整流後之相位角，並進一步於調控模組針對半波週期之電壓波形中，以設定之固定功率下所形成之導通角範圍做為電性導通與否之依據，而於輸入電壓之半波週期中，利用調控模組使量測訊號形成複數電壓訊號，其中電壓訊號之責任週期(Duty Ratio)小於輸入電壓之半波週期，並調整電壓訊號而形成輸出電流，而輸出電流為直流訊號以供LED發光，以達到無頻閃之功效。

Description

無頻閃線性LED驅動電路

本發明係關於一種LED驅動電路，特別是於線性架構下，藉由將外部交流電全波整流後之半波週期中，以多區段開關方式驅使輸出平均電流為穩定之直流狀態，據此導通LED而達到無頻閃之功效。

近年來發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)被廣泛的應用於各種照明設備上，藉以改善人類許多生活環境。市面上有許多新穎的LED的設計及製程改良之LED等產品，亦發展出許多相對應的應用，包含LED照明系統及LED驅動電路等。並於LED驅動電路(LED circuit)之技術領域中，其係耦合外部電源及LED，其中利用整流器、濾波器及穩壓等電路將交流電之電能輸出成直流電，以供LED產生照明之功效。然而，轉換交流至直流之過程仍會產生誤差，而使輸出電流具有些微的漣波(Ripple Current)。因此，輸出的直流電非完整平順的穩定電流，而導致LED發光時會產生頻閃現象(Flicker)。

為了解決上述之問題，有許多改善方式問世。以線性調光架構而言，習知作法包含將濾波器中的電容替換成電容量較大者，或以並聯方式與負載端LED電性連接，藉此欲降低漣波之峰對峰值，然該等作法除限制了負載之電流量，同時也增加整體LED驅動電路的成本。

有鑑於此，本發明團隊感其現今作法未臻完善而竭其心智苦心思索，並憑其從事該項研究多年之經驗累積，終而提出一種無頻閃線性LED驅動電路，以期改善上述習知技術之缺失。

鑑於上述之問題，本發明之目的旨在提供一種無頻閃線性LED驅動電路，能藉由擷取輸入電壓之相位角而調整生成多段等電壓訊號，以供濾波器調整成無漣波之輸出電流予LED，藉以達到無頻閃之功效。

為達上述目的，本發明提出一種無頻閃線性LED驅動電路，其係供以電性連接一外部電源，該外部電源係為交流市電，並使該外部電源之一輸入電壓轉換而形成一輸出電流予至少一LED，用以驅動該LED發光。

該無頻閃線性LED驅動電路包含一量測模組、一調控模組及一整流模組。該調控模組係電性連接該整流模組及該量測模組，而該整流模組係電性連接該外部電源。該無頻閃線性LED驅動電路之特徵在於該量測模組係供以量測該輸入電壓之相位角進而產生一量測訊號並傳送至該調控模組，以驅動該調控模組接收而調整該量測訊號，其中該調控模組設定有固定功率下之導通角範圍，且針對該量測訊號之相位角調整該量測訊號，而於該輸入電壓之半波週期中，根據前述之導通角範圍而使該量測訊號形成複數電壓訊號，並調整該等電壓訊號而形成該輸出電流，而該輸出電流為直流訊號以供該LED發光。其中，該等電壓訊號具相同之最大電流值，且該等電壓訊號之責任週期(Duty Ratio)係小於該輸入電壓之半波週期，以降低該輸出電流對該LED形成之頻閃現象(Flicker)。因此，於線性LED電路的架構下，藉由先行量測該輸入電壓之相位角，用以調整該輸入訊號而形成可控制其責任週期之該等電壓訊號，藉此減少後續該輸出電流的漣波或雜訊，以達到無頻閃之功效。

並且，該量測模組更具有一量測RC電路及一量測放大器。該量測放大器之輸入端係電性連接該量測RC電路及一基準電壓器，以依照該量測RC電路之一量測電阻而調整產生該輸入電壓之相位。並且，該量測放大器之輸出端係電性連接該調控模組，用以放大該輸入電壓之相位，且形成並耦合該量測訊號至該調控模組。

更進一步，該量測RC電路更具有一第一濾波電容。該第一濾波電容係電性連接該整流模組及該量測放大器，且該第一濾波電容係作為低通濾波器(Low-pass Filter)，以供過濾高頻訊號以及形成漣波(Ripple)訊號。藉此，透過該第一濾波電容使該輸入電壓形成漣波(Cripple)訊號，並接續耦合至該量測放大器。

另外，該調控模組更具有一調控比較器及一調控RC電路。該調控RC電路係供以耦合該量測訊號至該調控比較器，以使該調控比較器接收並調整該量測訊號，而產生該等電壓訊號。該調控RC電路係接續調整該等電壓訊號而形成該輸出電流，並耦合該輸出電流至該LED。其中，該調控比較器係依照該調控RC電路之一補償電容及一補償電阻，調整該等電壓訊號之責任週期，以達無頻閃之效果。

更進一步，該調控RC電路更具有一調控開關。該調控開關係電性連接該調控比較器，以供導通或關閉該等電壓訊號，以供形成該輸出電流予該LED。

較佳者，該無頻閃線性LED驅動電路更包含一過溫保護模組，其係電性連接該調控模組及該LED。藉此，以檢測該無頻閃線性LED驅動電路之溫度，而調節該輸出電流之大小，以避免該LED過熱而燒壞。

該無頻閃線性LED驅動電路更包含一防雷電容，其係電性連接該量測模組及該整流模組，藉此防止瞬間大電流燒毀該無頻閃線性LED驅動電路。

並且，該整流模組更具有一橋式整流電路及一第二濾波電容。該橋式整流電路之輸入端係電性連接該外部電源，而該橋式整流電路之輸出端係電性連接該第二濾波電容，且該第二濾波電容係電性連接該量測模組。藉此，產生半波整流訊號，以供耦合至該量測模組進行訊號之調控。

綜上所述，本發明所提出之無頻閃線性LED驅動電路，其係架設於線性LED電路的架構。藉由先行量測該輸入電壓之相位，並調整該輸入訊號而形成可控制其責任週期之該等電壓訊號，藉此減少後續該輸出電流的漣波或雜訊，以達到無頻閃之功效。

1:無頻閃線性LED驅動電路

10:量測模組

101:量測放大器

102:基準電壓器

103:量測電阻

104:第一濾波電容

11:調控模組

111:調控比較器

112:調控開關

113:補償電容

114:補償電阻

12:整流模組

121:橋式整流電路

122:第二濾波電容

13:過溫保護模組

131:溫度比較器

132:溫度開關

133:溫度基準器

14:防雷電容

2:外部電源

3:LED

4:積體電路

圖1，為本發明較佳實施例之方塊圖。

圖2，為本發明較佳實施例之電路示意圖。

圖3，為本發明較佳實施例之積體電路示意圖。

為使貴審查委員能清楚了解本發明內容，謹以下列文字搭配圖示說明。

本發明所提出之一種無頻閃線性LED驅動電路1係架構於線性電路，以簡單之線性電路即能調整成穩定之平均直流電流，予至少一LED3而驅動其發光，並達到無頻閃之功效。其中，該無頻閃線性LED驅動電路1無須利用雙極式電路之回授控制，僅以單極式電路設置方式驅動該LED3，藉以降低生產成本。

請參閱圖1至圖3，該無頻閃線性LED驅動電路1電性連接一外部電源2，並使該外部電源2之一輸入電壓轉換而形成一輸出電流予該LED3，用以驅動該LED3發光。該無頻閃線性LED驅動電路1包含一量測模組10、一調控模組11及一整流模組12。其中，該整流模組12電性連接該外部電源2，用以將該外部電源2之交流訊號為全波整流。該調控模組11電性連接該整流模組12及該量測模組10。

較佳者，該無頻閃線性LED驅動電路1更具一積體電路(Integrated Circuit,IC)4，其係將部分電路微小化並設置其中，包含部分該量測模組10及該調控模組11。藉此，能使該無頻閃線性LED驅動電路1微型化，並有利於生產及安裝。

該無頻閃線性LED驅動電路1之特徵在於該量測模組10供以量測該輸入電壓之相位角進而產生一量測訊號，接續再由該調控模組11接收該量測訊號並調整之。其中該調控模組11設定有驅動LED3發光之固定功率下的導通角範圍，且針對該量測訊號之相位角調整該量測訊號，而於該輸入電壓之半波週期中，根據前述之導通角(Conduction Angle)範圍而利用該調控模組11使該量測訊號形成複數電壓訊號，並調整該等電壓訊號而形成平均之該輸出電流，而該輸出電流為直流訊號以供該LED3發光。其中，該等電壓訊號具相同之最大電流值，並於本實施例中，該等電壓訊號係以方波之形式呈現。並且，該等電壓訊號之責任週期(Duty Ratio)小於該輸入電壓之半波週期。也就是說，在該輸入電壓的單一周期內具有二個全波整流後之半波，當先以高壓驅動該積體電路4即IC元件後，該量測模組10先行判斷該輸入電壓於半波週期中之相位角，再根據該IC元件內部之導通角設定範圍作為開啟與否之依據，透過該調控模組11調整形成多區段之導通訊號，即多段方波訊號。或者，前述之導通訊號，即本文中所述之該等電壓訊號，亦能以弦波或三角波之形式呈現，並不以方波為限。如此一來，利用導通角範圍決定IC內部例如MOS元件之開關判斷，降低該輸出電流的漣波或雜訊，藉此達到無頻閃之功效。

更進一步說明上述之實施方式，其中該量測模組10更具有一量測RC電路及一量測放大器101，且該量測RC電路更具有一第一濾波電容(CE1)104及一量測電阻(R1、R2)103。該第一濾波電容(CE1)104電性連接該整流模組12及該量測放大器101，且該第一濾波電容(CE1)104係作為低通濾波器(Low-pass Filter)，以供過濾高頻訊號以及形成漣波(Ripple)訊號，並耦合至該量測放大器101。該量測放大器101之輸入端電性連接該量測RC電路及一基準電壓器102，以接收前述之漣波訊號，並依照該量測電阻(R1、R2)103而調整產生該輸入電壓之相位，意即該輸入電壓之導通角。藉由該量測放大器101用以放大前述之訊號而形成該量測訊號，並耦合至該調控模組11。例如針對輸入90V與120V之不同電壓，利用不同之相位取其相同固定功率下之導通角範圍，亦即IC元件可判斷達該固定功率時，將IC元件內部之MOS元件關閉，又120V反應時間較快，故其迴受控制時間亦因此相對縮短，相應據此提高無頻閃之功效。換言之，如何有效針對IC元件內部之電性開關為精準之開啟及關閉時間，係為本案之重點。而利用量測經全波整流，且將全波整流後之電壓波形為低通濾波與高通濾波處理後，將使該電壓波形呈現較為滑順之波形表現，此時再偵測其波形之相位角，搭配IC元件內部之固定功率是否滿足的導通角範圍判斷，進而決定該IC元件內之MOS開關之啟閉作動，進而達到無頻閃之功效。

該調控模組11更具有一調控比較器111及一調控RC電路。該調控RC電路更具有一補償電容(C2)113、一補償電阻114及一調控開關112，且該調控開關112之輸入端電性連接該調控比較器111，輸出端則電性連接該LED3。並於本實施例中，該調控開關112為金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。

接著，該調控模組11接收該量測訊號，其中係由該調控比較器111接收整該量測訊號，並依照該補償電容(C2)113及該補償電阻114調整該調控比較器111之輸出的週期。也就是說，該調控模組11利用該調控比較器111調整該等電壓訊號的責任週期，藉以減少後續該輸出電流之擾動及漣波。更進一步，該調控比較器111之輸出接著耦合至該調控開關112，以供導通或關閉該等電壓訊號，藉以接續形成穩定直流訊號，即該輸出電流予該LED3。因此，該LED3能以穩定直流訊號被驅動，而具有無頻閃之功效。

此外，該無頻閃線性LED驅動電路1更包含一過溫保護模組13，其係電性連接該調控模組11及該LED3，並具一溫度比較器131及一溫度開關132。其中，該溫度比較器131之輸入端電性連接該輸出電流及一溫度基準器133，用以轉換而比較流通至該LED之溫度是否有過高之情形。該溫度比較器131輸出端電性連接該溫度開關132，而當該輸出電流造成之溫度過高時，該溫度開關132係關閉該輸出電流，用以保護該LED3，以避免該LED3過熱而燒壞。較佳者，該過溫保護模組13係設置於該積體電路4中，以利整體電路小型化。

該無頻閃線性LED驅動電路1更包含一防雷電容(C4)14，其係電性連接該量測模組10及該整流模組12。該防雷電容(C4)14能防止瞬間大電流或短路發生時，避免燒毀該無頻閃線性LED驅動電路1，進而保護該LED3。

此外，該整流模組12更具有一橋式整流電路121及一第二濾波電容(C1)122。該橋式整流電路121之輸入端電性連接該外部電源2，而該橋式整流電路121之輸出端電性連接該第二濾波電容(C1)122，且該第二濾波電容(C1)122電性連接該量測模組10。藉此產生半波整流訊號，以供耦合至該量測模組10進行訊號之調控。

綜上所述，本發明所提出之無頻閃線性LED驅動電路1，其係架設於線性LED電路的架構。換言之，本案係得以有效針對IC元件內部之電性開關為精準之開啟及關閉時間。利用量測經全波整流，且將全波整流後之電壓波形為低通濾波與高通濾波處理後，將使該電壓波形呈現較為滑順之波形表現，此時再偵測其波形之相位角，搭配IC元件內部之固定功率是否滿足的導通角範圍判斷，進而決定該IC元件內之MOS開關之啟閉作動，藉此減少後續該輸出電流的漣波或雜訊，進而達到無頻閃之功效。

惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；故在不脫離本發明之精神與範圍下所做之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。