TWM368993U - Driving circuit of light emitting diode and lighting apparatus - Google Patents
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Description
M368993 五、新型說明: 【新型所屬之技術領域】 本創作是有關於一種驅動電路與照明裝置,且特別是 有關於一種用於驅動發光二極體(light emitting di〇de, led)的驅動電路與使用此驅動電路的照明裝置。 【先前技術】 在照明裝置的相關技術部分,通常具有調光器,用以 控制電源以使得發光裝置(例如燈泡)的發絲了開與關 之外’亦可具有微調發光的效果。圖场示習知之昭明事 置。請參照圖卜照明裝置100具有電源102、調光琴 與燈泡106。電源、102提供輸入電壓,其中輸入電壓可為 父流電。當使用者透過調光器104控制燈泡106的發光效 果時,調光器1〇4會根據導通條件提供電壓以微調燈泡1〇6 的發光效果。另外,習知照明裝置⑽所配置的發光 以電路結構來講通常呈現電阻特性,例如傳統的鶴絲燈泡。 d而,隨著在節能減碳的科技趨勢下,發二 (light emitting diode,LED)燈逐漸成為發 ^ 之 嶋在働電 Γ 下會以LED燈來替代燈泡106。惟 LED燈以電路結構_通常呈現電容雜,於是 光器HH控制LED燈的亮度時,電源1G2“ 乂抓電經調光器104導通後,調光器1()4所提供^合 使得LED燈呈現閃爍現象。 ,、的電£會 « M368993 因此,一種適用於LED燈的調光技術也被提出。藉 由 LED dimmable ASIC ( application speciflc integrated circuit)將調光器i〇4所調整的輸出電壓解調(dem〇dulate) 為内部的對應電壓,並比較對應電壓與三角波(triangular wav^)以得到一脈波(pulse)。接著,再藉由此脈波驅動 功率電晶體(power transistor )並控制通過LED的電流量, 以達到LED燈調光的目的。然而,上述技術會增加週邊電 路的複雜度,且由於驅動晶片(driver IC)單價較高也會 增加製作成本。 、 曰 【新型内容】 f創作提供-種發光二極體的驅動冑路,可接收調光 益所提供的交流f源以提供發光二極體穩定的轉電壓與 驅動電流。 /、 本創作提供-触明裝置,可減調光輯提供的交 ϋ源以提供穩定的轉電壓與驅動電流,使發光二極體 依據驅動電賴,動電如提仙職_定亮度。體 收〜出一種發光二極體的驅動電路,其適用於接 I _又’瓜λ、以驅動—發光二極體。驅動電路包括一整汽 早兀、一分壓雷玖 金々丨< 以及控制單元、—電壓轉換器、—電阻 一 谷。整流單元用以整流交流電源以輸出—第 電墨以產生對輪於整流單元,並接收第—工作 包括-穩壓單元i — r卫作電壓的—分壓信號。控制單元 " ”脈波寬度調變(PWM)單元。穩壓單 M368993 元的輪出妓知h 號。電單元。PWM單元輸出—信 驅動Μι、作接於㈣單元與發光二減之間,用以 驅動電Ϊ: 並依據PWM信號調整發光二極體的- -二極體^驅動電流。電_接於整流單元的輪出端與 輪入端。;的另一端耦接於穩壓單元的-電源 接地端之門;容驗於穩壓單元的該電源輪入端與- 出之元根據分壓錢與電轉換器所輪 5虎調整PWM信號。 办f"本創作之一實施例中,驅動電路t包括-第二雷 接穩壓單元的輸出端與接地端之間。 在本創作之—實關巾,上述之電換 凌早兀的輸出端。 ^ 哭在本創作之一實施例中,上述之整流單元包括一整流 盗,用以整流交流電源以產生一整流電壓。 --^ 1 "丨L干/U又匕1><& 接收整流電壓以輸出該第 上述之整流電壓實質上相當 在本創作之一實施例中,上述之整流單元更包括一濾 夜益耦接於整流器的輸出端 工作電壓至電壓轉換器。 在本創作之一實施例中 於第一工作電壓。 +在本創作之一實施例中,上述之穩壓單元接收第一工 作龟壓以輸出一第二工作電壓至脈波寬度調變(pWM)單 元。 在本創作之一實施例中,上述之控制單元為一特定應 積體電路(Application-Specific Integrated Circuit, M368993 ASIC) 〇 電路在本創作之-實施例中,上述之電壓轉換器為—降壓 ,本創作之-實施射,上述之交流電源係為瘦由一 δ 周光斋調整後之交流電源。 本創作提出照明裝置,其適用於接收—交流 心明。照明裝置包括一發光二極體與 原= •發光二極體。驅動電路包括-整流單I :: 2路、1制單元、-電壓轉換器、—電阻以及 各。整流單元用以整流交流電源以輸出—一 =壓電路輕接於整流單元,並接收第—工作電壓對 應於弟一工作電壓的一分壓信號。控制單元包括 兀與—脈波寬度調變(PWM)單元。稃 接於_單元,單元輸出的= 二辆接於控制單元與發光二極體之間,“ •,驅動=據叙信號調整發光二極體的-驅動i壓與一 .第搞接於穩壓單元的—電源輸入端。一 谷耦接於穩壓單元的該電源輪入端盥一接地踹之 間。PWM單元根據分齡料、接地^之 授信號調整^換器所輸出之一迴 的驅括發光二極體 接^在傳統的燈座上,並可以傳統的調光器來進 M368993 行調光。驅動電路可接收古 丄 脈波信號的:^作_与父流電源’根據 二極抑心^ 調變錢,並藉由電阻、 電流。因此,本創作之照明裂置不僅可以調ΐ;= 而產生閃燦的情況。的波形改變 【實施方式】 圖2繪示錄本創作之—實施例之朗裝置 照 圖2 ’照明裝置200包括發光二極體〇ightem如吨出流, LED) 210以及驅動電路22〇。驅動電路22〇包括整流單元 222、分壓電路224、控制單元226、電壓轉換器228、電 阻1^、電容C2以及二極體Di。在本實施例中,照明裝置 200更可包括電源230與調光器240,其中調光器24〇接收 電源230所提供的輸入電壓Vs,並根據導通條件以輸出交 流電源Vin。在本實施例中,調光器24〇可採用三極交流 開關(Tri-electrode AC switch,TRIAC)以實施其功能,但 不限制於此。另外,TRIAC調光器對應調整光源的照度值 依序可分為最大(MAX)、第一段至第七段以及最小(MIN) 的九個等級,其中每一等級對應不同的延遲角(dday angle) ο;。延遲角α越大則導通角越小,代表調光器240 關閉的時間越長。除此之外,電源230可為市用的交流電 M368993 源或電源供應器所提供的電源,但不限制於此。 、另外,本實施例之整流單元222更可包括整流器 與,波器222b,其中濾波器222b耦接於整流器222a的輪 出‘整々IL裔222a針對交流電源yin進行整流,藉以產生 整流電壓Vm並傳輸至濾、波器,而濾波器腿進一 步輸出第-工作電壓Vf到分壓電路似、控制單元Μ6與 电壓轉換器228。除此之外,本實施例之控制單元226還 包括穩壓單元226a與脈波寬度調變(pulse width modulation,PWM)單元226b。穩壓單元226a接收第一工 作電壓vf μ輸出穩定的第二工作電壓pwM單元 226b。另一方面,PWM單元22邰根據分壓電路224的分 壓信號vd ’以及電壓轉換器228所提供的回授信號江, ,以產生脈波寬度調變彳f號pWMS給電壓轉換器228。接 著’電壓轉換器228便可驅動發光二極體210,並依據脈 波寬度調變錢PWMS調整發光二極體21()的驅動電壓 Vdr與驅動電流idr。 如圖2所不,本實施例之分壓電路224可包括電阻 心和R3。分麗電路224透過電阻R3執接於接地端*, 以將第-工作降壓轉為錢信號別,其中分壓信 號Vd於電阻R2與r3的共同節點輪出至pwM單元2施。 另外,分壓桃224的加入可改善習知咖照明裝置的電 容特性,進而提升照明裝置的整體功率因數(p。· factor,PF)至大約 0.962。 值得注意的是,圖2的電容C2是用關存控制單元 222 M368993 頂ΑΓ… 被調整到最小位置(即 雷愚可“很大時)’控解元226也有足夠的驅動 炸現象%太進而避免發光二極體210因電壓不穩的閃 元奶圖2的電阻Ri為限流電阻,其減於 R=小’其中電容c姻於穩壓單元::電 :與接地端Vss之間。另外,本實施例之二極體的二:入
於,Wa的電源輸人端,其可限制電流S 向也就疋説,流經二極體Di 六时_ L 的方向。如此-來:便; 的此讀縣的充電路赠失,導致 變為放電路徑。同理,本實施ί 與接:Λ二二"it穩鮮元22如的輪出端 壓vDD 間场疋™單元226b的第二工作電 為了說明本實施之照明裝置2〇〇的運作,圖3 圖、=照明褒置200運作時的相關信號或電麗4: 與圖3A Α ^ Ϊ交流電源物的波形圖。請同時參照圖2 H技’调光1^ 240利用調整三極交流開關TRAIC的、曾 ^牛’藉以調整交流電源1的卫作期間與波形= 七’調光器240可調整交流電㈣讀半週的, ,、T2。接著,整流器222a可針對交流電源進 10 M368993 流,據以提供整流電壓Vm ’其中整流電壓Vm的波形圖 如圖3B所示。 睛參照圖2至圖3B ’進一步而言,當交流電源vin 的工作期間與波形改變時,整流電壓Vm的工作期間與波 形亦會隨之而改變。例如T3隨著T1而改變,而T4則隨 著T2而改變。據此,整流單元222提供至發光二極體21〇 的驅動電壓Vdr與驅動電流Idr亦會隨之改變,進而控制 鲁 發光—極體210的亮度。在本實施示中,整流器222a可採 用橋式整流器(bridge rectifier),但不限制於此。 除此之外,濾波器222b用以接收整流電壓vm,並進 行濾波以提供第一工作電壓Vf至控制單元226,其中第一 工作電壓Vf的波形圖如圖3C所示。接著,穩壓器226a 接收第一工作電壓Vf,並提供PWM單元226b運作時的 第二工作電壓VDD,以利PWM單元226b運作。 根據上述,由於第二工作電壓vDD提供PWM單元 226b運作時的電源,因此PWM單元226b可利用分壓俨 ·-號Vd與電壓轉換器228所回授的回授信號iL來調整脈^ 寬度調變(pulse width modulation,PWM)信號 pwms。 '另一方面,電壓轉換器22δ可依據脈波寬^調變信號 PWMS調整驅動電壓Vdr與驅動電流idr以調整發光二極 體204的亮度。料,透過電壓轉換器228所提供的驅動 電壓Vdr與驅動電流Idr較為穩定,可以使發光二極體2〇4 提供穩定亮度,並減少閃爍現象。 a 在本實施示範例中,電壓轉換器228可為降壓電路, 11 M368993 亦可採用降壓式轉換器(buck converter)以實施豆功能, 但不限制於此。除此之外,電壓轉換器228可輪出回授信 號iL至PWMS單元226b,PWMS單元226b可參考回授 信號iL進而調整脈波寬度調變信號pWMS。此回授信號 iL中包括電壓轉換器228所輸出的驅動電壓Vdr與驅動電 流I dr的狀態。 另一方面,本實施例之控制單元226可採用特定應用 積體電路(application-specific integrated circuit,ASIC)來 實現實施控制單元226,但不限制於此。圖4A為本創作另 —實施例之照明裝置300的局部電路示意圖。請同時參照 圖2與圖4A,圖2與圖4A相似,惟二者主要差異之處在 於.圖4A的控制單元310為特定應用積體電路。詳言之, 控制單元310是將圖2的穩壓單元226a與PWM單元226b 整合在一起。另一方面,照明裝置3⑻更多了如電容^、 電阻Rs〜ft?的旁路元件,其可使電路的電壓更為穩定。 圖4B為圖4A控制單元31〇的詳細電路圖。請同時參 妝圖4A與圖4B,控制單元310為特定應用積體電路,其 可包括穩壓單元312與PWM單元314。另外,控制單元 31〇還包括複數輸入/輸出埠(I/0p〇rt),分別為電源輸入 埠VIN、線性調光埠LD、電壓輸出埠vdd、參考訊號輸入 埠PWMD、回授訊號輸入埠cs、接地埠GND、頻率設置 埠RT以及訊號輸出埠Gate,其中頻率設置埠RT用以設 置特定應用積體電路的震盪頻率。穩壓單元312耦接於電 源輪入埠VIN和電壓輸出埠Vdd之間,並透過電源輸入埤 12 M368993 VIN接收來自整流單元222 (繪示於圖2)的第一工作電壓 Vf’並於電壓輸出埠vdd輪出第二工作電壓作為PWM 單元314的工作電壓。 如圖4B所示,PWM單元314包括第一比較器314a、 第二比較器314b、邏輯或閘314c以及處理器314d。第一 比較器314a由線性調光埠LD接收分壓信號vd,且由回 授訊號輸入琿CS接收回授信號山,並據以輸出第一比較 訊號SCI。第二比較器314b由回授訊號輸入埠CS接收回 授§凡號iL及參考訊號sREF,並據以輸出第二比較訊號SC2。 接著,邏輯或閘314c依據第一比較訊號SCI及第二 比較訊號SC2輸出控制訊號sCRL。處理器314d與邏輯或 閘314c電性連接。在本實施例中,處理器314d依據控制 訊號SCRL於訊號輸出埠gate輸出脈波寬度調變信號 PWMS。另外,如圖4A所示,電壓輸出埠Vdd透過電阻 fU與參考訊號輸入埠PWMD電性連接,並電性連接至電 容(^。此外’關於電阻Rl、電容Cl〜C2以及二極體仏之 作用可參考前述說明,在此便不加以贅述。 圖5為本創作另一實施例之照明系統400示意圖。照 明系統400與照明系統200類似,惟二者主要差別之處在 於:照明系統400的整流單元不包括濾波器222b。也就是 說,照明糸統400的整流单元222相當於照明系統2〇〇的 整流器222a。因此,本實施例的第—工作電壓實質上 相當於圖2的整流電壓vm。 請參考圖3A〜3B與圖5,根據上述說明,使用者可透 13 M368993 度。詳言之’使用者可透過調光器 ::的冗 使得交流電源Vin具有工作期間Ή與乃。整==’ 針對交流麵Vin崎钱,並輪 ^ 2^ Τ4的第-工作電壓对,其中Τ3隨著與4 =著⑽改變。接著,控制單元挪可依據分壓= ”回授彳5纽提供脈波寬度調變信號PWMS至電壓轉° 換器228。 工包铿轉 最後’電壓轉換器228提供穩定的驅動電壓恤盘 動電流Idr ’使得發光二極體21〇提供穩定的亮度,並減少 閃燦現象。據此,當整流器212所接收的交流電源%改 邊打,電壓轉換益228所提供的驅動電壓vdr與驅動電流 Idr將會相對應地改變。於是,發光二極體21〇提供的亮度 亦會隨之改變,進而達到調整發光二極體21〇亮度的功 能。值得注意的是,本實例之電壓轉換器228直接耦接整 流單元222 ’其相當於圖2的整流器222a。也就是說,本 實施例之第一工作電壓Vf未經濾波器222b (繪示於圖2) 的作用。因此,發光二極體21〇的驅動電流Idr與整流單 元222所輸出的第一工作電壓Vf會具有相同的相位,其 中第一工作電壓vf與驅動電流Idr的波形圖繪示如圖6。 圖6為當TRIAC調光器調整至第三段位置(即延遲 角α =64度)時,第一工作電壓Vf與驅動電流Idr波形圖, 其中波夂度凋變彳§號PWMS為驅動電流idr上的子载波 (sub-carrier)。電壓轉換器228依據波寬度調變信號 14 M368993 PWMS來控制發光二極體21〇的開關。如圖6所示,由於 第一工作電壓W與驅動電流Idr具有相同相位,因此本實 施例之照明裝置400可達到約〇 962的高功率因數。另一 方面’利用此種相同相位、具有硬體線性的調光功能也可 大幅提升照明裝置400的可調光範圍。 圖7A至圖7C繪示為照明裝置4〇〇在不同延遲角α 下’第-工作電壓vf與第二工作電壓Vdd的波形圖。詳 言之’圖7A、圖7B與圖7C分別為延遲角α,度(對 應調光器的最大位置)、㈣4度(對應調光器的第三段位 置)以及α=155度(對應調光器的最小位置)的情況。如 圖7Α與圖7Β所示,當延遲角α=26度以及64度時,第 -工作電壓vDD皆維持在電壓值75V的穩定電壓,而當 延遲角155度時’第二工作電壓Vdd也可維持在7 4v 的穩定電壓。因此’不管調光器,的導通條件為何,控 制早兀226皆可因電容A (繪示於圖5)的存在而有足夠 的電壓可被驅動’進而提供穩定的驅動電壓Vdr和驅動電 fldr給發光二極體210。另外,關於電容C2的作用已於 前述說明過,在此便不加贅述。 、 综上所述,本創作所提供的照明裝置包括發光二極 的驅動電路與發光二極體,使具有發光二極體的照 可直接安裝在傳統的燈座上,並可以傳統的調光 调光。裝置針對調絲職㈣交流錢進行整流並 —工,電壓與回授信號輸出脈波度铜變信號以 $壓轉換H ’讓魏轉絲可以提供穩定的驅動電麗 15 M368993 與驅動電流給發光二減。藉此,不僅可 ,同時可以避免發光二極體因交流電源二: 情況。另一方面’由於本創作所提供的照 = 弟—工作電壓與驅動電流具有相同相位,因 °到同功率因數且提升可調光的範圍。 太然摘作已以實施·露如上,然其麟用以限定 本=之技術領域中具有通常知識者,在不脫離 創作之保』rpi!!圍内,當可作些許之更動與_,故本 —又粑圍㊄視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1續' 示習知之照明農置。 不依照本創作之—實施例之照明裝置。 =3Α綠示為交流電源%的波形圖。 示為整流電壓Vm的波形圖。 為第一工作電駿的波形圖。 路示意圖。 作另—實施例之照明裝置的局部電 圖4Β緣示為圖4八批。t 圖5綠示騎働70轉細電路圖。 圖6!會示為第一=例之照明系統示意圖。 圖7A至圖7C緣示與驅動電流的波形圖。 波形圖。 ^—1作電壓與第二工作電麼的 16 M368993 【主要元件符號說明】 100、200、300、400 :照明裝置 102、230 :電源 104、240 :調光器 106 :燈泡 ' 210 :發光二極體 ' 220:驅動電路 222 :整流單元 • 222a :整流器 222b :濾波器 224 :分壓電路 226、310 :控制單元 226a、312 :穩壓單元 226b、314 :脈波寬度調變(PWM)單元 228 :電壓轉換器 314a :第一比較器 φ 314b:第二比較器 314c :邏輯或閘 ^ 314d:處理器
Rl〜R7 .電阻 C广C3 .電容 Di :二極體 Vs :輸入電壓 Vin :交流電源 17 M368993
Vm :整流電壓 Vf:第一工作電壓 VDD :第二工作電壓 Vd :分壓信號 iL :回授信號 PWMS :脈波寬度調變信號 Vdr :驅動電壓 Idr :驅動電流 Vss :接地端 ΊΠ、T2、T3、T4 :工作期間
VlN .電源輸入璋 LD :線性調光埠
Vdd :電壓輸出埠 PWMD :參考訊號輸入埠 CS :回授訊號輸入埠 GND :接地埠 RT :頻率設置埠 GATE:訊號輸出埠
Sref .餐考訊號 SCI :第一比較訊號 SC2 :第二比較訊號
ScRL :控制訊號 18
Claims (1)
- 98-64M368993 六、申請專利範圍: 1. 一種發光二極體的驅動電路,適用於接收一交流 電源以驅動一發光二極體,該驅動電路包括: 一整流單元,用以整流該交流電源以輸出一第一工作 電壓; 一分壓電路,耦接於該整流單元,接收該第一工作電 壓以產生對應於該第一工作電壓的一分壓信號; 一控制單元,包括一穩壓單元與一脈波寬度調變 (PWM)單元,其中該穩壓單元的輸出端耦接於該PWM 單元,該PWM單元輸出一 PWM信號; 一電壓轉換器,耦接於該控制單元與該發光二極體之 間,用以驅動該發光二極體,並依據該PWM信號調整該 發光二極體的一驅動電壓與一驅動電流; 一電阻,耦接於該整流單元的輸出端與一二極體之 間,該二極體的另一端耦接於該穩壓單元的一電源輸入 端;以及 一第一電容,耦接於該穩壓單元的該電源輸入端與一 接地端之間; 其中,該PWM單元根據該分壓信號與該電壓轉換器 所輸出之一迴授信號調整該PWM信號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路,更包括 一第二電容,耦接該穩壓單元的輸出端與該接地端之間。 3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路,其中該 電壓轉換器耦接至該整流單元的輸出端。 19曰扁充丨 98-6-11 4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路,其中該 整流單元包括一整流器,整流該交流電源以產生一整流電 壓。 5. 如申請專利範圍第4項所述之驅動電路,其中該 整流單元更包括一遽波器,搞接於該整流器的輸出端,接 收該整流電壓以輸出該第一工作電壓至該電壓轉換器。 6. 如申請專利範圍第4項所述之驅動電路,其中該 整流電壓實質上相當於該第一工作電壓。 7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路,其中該 穩壓單元接收該第一工作電壓以輸出一第二工作電壓至該 脈波寬度調變(PWM)單元。 8. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路,其中該 控制單元為一特定應用積體電路。 9. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路,其中該 電壓轉換器為一降壓電路。 10. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路,其中該 交流電源係為經由一調光器調整後之交流電源。 11. 一種照明裝置,適用於接收一交流電源以進行照 明,該照明裝置包括: 一發光二極體;以及 一驅動電路,耦接該發光二極體,該驅動電路包括: 一整流單元,用以整流該交流電源以輸出一第一 工作電壓; 一分壓電路,柄接於該整流單元,接收該第一工 20 M368993 作電壓以產生對應於該第一工作電壓 * · -,98-6-1: 的—分壓信號; 控制單元,包括—穩壓單元邀 (PWM)單元,其中該穩壓單元的輪出二脈波I度調變 單元,該PWM單元輸出—PWM信^端耦接於該PWM 一電壓轉換器,耦接於該控制 之間以驅動該發光二極體,並依據該發光二極體 光二極體的一驅動電壓與一驅動電流.M k旒調整該發 一電阻,耦接於該整流單元 之間,該二極體的另-端耦接於該壓:與-二極體 端;以及 ‘壓早兀的-電源輸入 一第一電容,耦接於該穩墨單 與-接地端之間; 早兀的該电源輸入端 ^中’該PWM單元根據該麵錢與 所輸出之一迴授信號調整該PWM信號。 U·如申請專利範圍帛11 之照明裝置,更包 括-乐-電各,減雜壓單元的輪出端無接地端 η.如申請專利範圍第η項所述之照明裝置, 該電壓轉換器耦接該整流單元的輪出端。 、 ^ 14:如中μ專利㈣第11項所述之照明裝置,其中 該整流單元包括-㈣H,整錢交流電_產生一整流 電壓。 15叫如申料利|&圍第14項所述之照明裝置 ,其中 km单兀更包括-濾、波II,_接於該整流器的輸出端, 接收該整流以輸出該第—工作·至該電壓轉換器。 21 98-6-11 16. 如申請專利範圍第14項所述之照明裝置,其中 該整流電壓實質上相當於該第一工作電壓。 17. 如申請專利範圍第14項所述之照明裝置,其中 該穩壓單元接收該第一工作電壓以輸出一第二工作電壓至 該脈波寬度調變(PWM)單元。 18. 如申請專利範圍第14項所述之照明裝置,其中 該控制早元為一特定應用積體電路。 19. 如申請專利範圍第14項所述之照明裝置,其中 該電壓轉換器為一降壓電路。 20. 如申請專利範圍第14項所述之照明裝置,其中 該交流電源係為經由一調光器調整後之交流電源。22
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