TWM428463U - LED exchange driving circuit - Google Patents

Description

M428463 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作是—種LED驅動電路，特別是指交流LED驅動 電路。 【先前技術】

因為發光一極體（LED)具有局發光效率及省電的特 性’目前許多燈具的發光源已由發光二極體取代。 相較於傳統的白幟燈泡，發光二極體為單向導通的元 件’加上發光二極體係為直流電壓所驅動發光，因此若要 將I光—極體應用在交流市電’一般直接的思維會如圖6 所示’在父流市電（AC/IN)與LED單元20之間電連接—整 流器21與一直流轉換器（DC-DC C〇nverter)22 ;意即，先 由整流器21將交流市電轉換為全波直流電源之後，由該直 流轉換器22將全波直流電源的電壓訊號轉換為穩定直流電 壓吼號V。’以定電壓方式直接驅動led單元20發光。 叩上返之冤嵯驅動電路所採用的直流轉換器又可概分 :二種如圖7所示係為一種線性直流轉換器22，，並用以將 輸入電壓Vi予以降壓後穩定輸出電壓v。，其主要包含—穩 壓元件220’、一電壓檢測單元221，及—穩壓控制單^ 222’；其中該穩壓元件22〇,與電壓檢測單元221，串接於該 整流器21與LED單元20之間以構成一電源迴路，該穩： 控制單元222,係與該穩壓元件22〇,與該電壓檢測單元 連接。該電厂堅檢測單元221,可將輪出電壓V。輕合到穩壓控 3 M428463 制單元222’，由於該穩壓控制單元222，尚連接有一參考電 壓Vref，故可判斷參考電壓Vrei與輸出電壓v。之間的電壓 南低；當判斷輸出電壓v0大於參考電壓Vref，代表輪出電 壓V。過大，則控制調高阻值以降低輸出電壓v〇，反之，— 輪出電壓V。小於參考電壓Vref，則控制提高輸出電壓v。， 藉此控制輸出至LED單元20的輸出電壓v〇維持定值。 此一作法主要利用電阻性的穩壓元件22〇，實現降壓 的目的，但卻也將部份輸入電源的電能轉換成熱能，由電 源轉換效率（Efficiency)的計算公式E = p〇/Pj = (v。丨。>/(汄丨）得 知，假設丨〇=丨；，電源轉換效率可直接由輸出電壓及輸乂ζ 壓的比值得知：Ε = ν〇ΛΛ，端視該線性直流轉換器22,所欲 輸出電壓的電壓V。值決定電源轉換效率的高低；簡言之， 右驅動LED單元的電壓值愈低則電源轉換效率愈差；因 此，這種線性直流轉換器的電源轉換效率是不理想的。 為改善電源轉換效率，可採用另一種隔離交換式的電 源轉換器’請參考圖8所示，其主要包含有一變壓器⑴， 其一次側透過一主動開關（MOSFET)3〇及一儲能電容〇連 接至整流器21的輸出端，其二次側電連接一輸出電感u 與一輸出電容33;其中該主動開關3〇的控制端係由_ pwM 控制器35控制’且該PWM控制器35係透過—隔離回饋電 路34連接至該二次側的輸出電纟33,以取得輪出電壓v 大小，依據輸出電壓V。大小及一參考電壓Vref差值，調整。 k制^動開關30訊號的脈波寬度’而可穩定輪出電壓v。 為一定值；由於此一電源轉換器主要以變壓器（T)實現降壓 目的再配合控制器35維持輸出電壓v〇之穩定，而 M428463 非採用電阻性穩壓元件，電源轉換效率能有效提升；妹而， 此，換一器卻必須使用儲能電容輸出電感32:輸出 電谷33等南頻電容，當交流雷、、β於 ,田乂"_1電源輸入時會產生虛功，導致 功率因數（Power factor)低落，士々虹； )低洛故此類電源轉換器為提升功 率因數，必須在前級電路額外 又直功率因數校正器37以 提升功率因數；唯如此一爽， β 果即使什整體電路變得複雜且 尺寸更大，m法應用於如小型交流LED燈泡。

雖然透過隔離交換式轉換器可有效改善電源轉換效率 與功率因數’惟其由變壓器(丁)、輸出電感32、輸出電容33、 儲能電容。及功率因數校正器37等電子元件構成：所使 用的電子元件^且雜，|致欲構成—轉換器需支出更高的 成本’尤其輸出電感32與輸出電容33係使用大容量，而 無法滿足轉換H體積小型化的f求；此外，輸出電感μ與 變壓β (T)作動時會在其附近區域產生磁場，係難以避免電 磁干擾（Ε Μ丨）的情況。 一般LED單元常見驅動電路誠如前揭内容主要配合 LED元件直流電壓驅動特性，將交流電源轉換為穩定直流 電壓予LED單元進行點亮；如此即因不同電源電路架構產 生上述技術上缺點；是以，另一種定電流驅動方式驅動LED 單元亦被提出；請參考圖9所示，尚有一種低壓降線性穩 屋（LDO)電路4被應用在直流LED裝置，係由一LED單元 40、一壓控電晶體4】及一分壓電路42構成一電源迴路， 再由一比較器43控制該壓控電晶體41控制端電壓，其中 該比較器43係依據分壓電路42反應電源迴路的直流電流 的電壓，配合一參考電壓Vref進行比較後，調整輸出至壓控 5 M428463 而調整壓控電晶體41的 同樣使得LED單元40 電晶體41控制端的電壓大小，從 導通電流丨DS(即電源迴路的電流）， 穩定發光。 上述低壓降線性穩壓電路4所採元件均為直流低壓元 件’因此僅能應用於直流LED裝置中，無法適用於交流led 裝置除非在LED單元40前級再串接—整流器44與如前 揭示的電源轉換器’然而如一來則難以避免如前揭示電源 轉換器的技術缺陷。 综上所述’目前定電壓及定電流驅動應用於交流LED 裝置均有其技術缺陷’有待提出更佳的解決方案。 【新型内容】 因此本創作的主要目的是提供一種不採用大電感器、 大電容器等電子元件，且能實現高效能交流LED驅動電 路，令發光二極體穩定發光。 為達前揭目的，本創作所採用的技術手段是提供一種 交流LED驅動電路，其包含有： 一整流單元，其輸入端連接一交流電源並將交流電源 轉換為一直流弦波電源’並由其輸出端輸出； | 一 L· E D单元，係包含複數個E D光源，並電連接至該 整流單元以構成一電源迴路； 一壓控電晶體’係串接於該電源迴路中且具有一控制 端，以調整電源迴路的平均電流大小； 一電流檢測單元’係串接於該電源迴路中，以反應流 經该L E D单元之直流弦波後所轉變成的方波電壓訊號； 金氧半場效電晶體（m〇sfet)，其係利用㈣（Drain)及源極 (S〇UrCe)串接在該電源迴路中，·!·由閘極（Gate)作為該控制 端。呀參考圖4所示，將金氧半場效電晶體（MOSFET)操作 在免#區且藉由控制閘極（Gate)與源極（Drain)之間的電 壓vGS大小’即可調整通過汲極⑴⑷门）與源極（s〇u「ce)的 電流丨DS大小。 該電流檢測單元1 3係串接於該LED單元彳]及整流單 兀1 〇構成的電源迴路中，請參考圖]所示，該電流檢測單 兀1 3可為一電阻i 31或由電阻構成的分壓電路；請對照圖 5A所不整流單元，0輸出電壓Vi波形與圖5b所示電阻1 3， 端電壓V2波形’整流單元i 〇輸出的全波電壓波形通過LE〇 單元11後形成方波電流訊號，而透過電阻1 31的端電壓 V2即可以電壓形式反應出此方波電流訊號，即可由電阻13】 上取得反應電源迴路的電流訊號的方波電壓訊號。 該低頻濾波器14係電連接該電流檢測單元1 3，其中該 低頻濾波器14可為數位濾波器或為由電容、電感構成的類 比濾波器；該低頻濾波器14接收該方波電壓訊號，本實施 例中s亥數位低頻慮波器14為一降頻S i n c滤波器 (Downsampled Sine Filter)，係將接收的方波電壓訊號經過 取樣（over samp丨ing)及訊號.轉換後即時輸出一平均電壓訊 號，以反應電源迴路上的平均電流訊號，再由一輸出端輸 出該平均電壓訊號。 該穩流控制單元1 5之一輸入端電連接該低頻濾波器 1 4以接收平均電壓訊號，而另一輸入端則連接至一對應電 源迴路所欲穩定之平均電流值的參考電壓Vref，又其一輸出 9 M428463 端電連接至該壓控電晶體12的控制端以對該控制端翰 制訊號。 1 藉此，該穩流控制單元15可進行比較所接收的平均電 壓訊號及該參考電壓V一電壓差值’對應調整輸出到壓控 電晶體12的控制訊號；若該平均電壓訊號大於該參考電^ ，代表通過LED單元η的平均電流相對較大，則輸= -控制訊號至該壓控電晶體12以降低閘極與源極間的電壓 Vgs，而令壓控電晶體12的輸出電流丨的變小，從而降低電 源迴路的平均電流值；反之’若該平均電壓訊號小於該來 考電壓％，代表通過LED單元^的平均電流相對較小， 則提高壓控電晶體12輸出電流。如此即時性地偵測並對庫 調整電源迴路之平均電流大小，彳電源迴路的平均電流得 以維持穩定’而適用於交流L E D單元。 以頻率為60Hz的交潘雷源而， 们乂机電源而$，其通過全波整流單元 1〇成為頻率12GHz的全波直流電壓，利用此全波直流電壓 駆動咖早凡η時，若瞬間的電屋小於㈣單元w的驅 動電壓時，會使LED單元^、減而導致LED單元n閃炸 的情況，，准閃燥的頻率並非肉眼可以辨識。又，在一電壓 週期中1點亮LED單元”的時間越長，即通過⑽單 :11的平均電流越高’將使LED單元n發出越亮的亮度; 右，.』το LED單元1 1的時間越短，即通過led單元 11的平均電流越低，導致LED單發出較低的亮度。 因此’本創作透過該低頻濾波器14之設置係可接收 古叫檢測早几，3上反應出的方坡電壓訊號，並進一步將 波電壓訊號轉換為平均電愿訊號之後，輸出至該穩流 10 M428463 :=15,由該穩流控制單元15負責比較平均電壓訊號 壓之間的差異’從而使電源迴路維持在—穩定的 句電流’令LED單元亮度穩定。 故不再設置交換式電 或其他電子元件在先 本創作可直接由交流電源驅動， 源供應器’不會有大電容以及大電感 前技術的衍生問題。 【圖式簡單說明】 圖1 :本創作可之較佳實施例電路示意圖。 圖2〜圖3:發光二極體連接示意圖。 圖4 :金氧半場效電晶體電流波形示意圖。 圖5A :圖】之整流單元輸出電壓波形示意圖。 圖5B:圖1之電阻端電壓波形示意圖。 圖6:由交流市電驅動LED單元發光之電路方塊圖 圖7 :習知線性直流-直流轉換器電路示意圖。 圖8 :習知隔離交換式的轉換器電路示意圖。 圖9 .習知低壓降線性穩壓電路示意圖。 【主要元件符號說明】 11 LED單元 1 3電流檢測單元 1 5穩流控制單元 21整流器 _ 1 〇..整流單元 1 2壓控電晶體 14低頻濾波器 1 31電阻 20 LED單元 M428463 22直流轉換器 220’穩壓元件 22V電壓檢測單元 T變壓器 30主動開關 33輸出電容 35 PWM控制器 37功率因數校正器 41壓控電晶體 4 2 0 電阻 44整流器 22’線性直流轉換器 222’穩壓控制單元 C儲能電容 32輸出電感 34回饋電路 40 LED單元 42分壓電路 43比較器 12

Claims (1)

1. M428463 六、申請專利範圍： 1.一種交流LED驅動電路，其包含有： -整流單it ’其輸人端連接—交流電源並將交流電源 轉換為一直流弦波電源，並由其輸出端輸出； - LED單元’係包含複數個Led光源，並電連接至該 整流單元以構成一電源迴路； -壓控電晶體，係串接於該電源迴路中且且有一控制 端，以調整電源迴路的平均電流大小； …電測早兀’係串接於該電源迴路中，以反應流 經該LED單元之直流弦波電源後所轉變成的方波電流訊 號； 係電連接該電流檢測單元，根據方波 一低頻濾波器 電流訊號而輸出—平均電流訊號； 以 參 -穩流控制單元，其-輸人端電連接該低頻滤波器 接收平均電流訊號，而另一輸入端則連接至一平均電流

   考汛號，又其輸出端係連接至該壓控電晶體的控制端；其 中忒穩控制單元經比較該平均電流訊號及平均電流參考 Λ號大小，並依據比較結果輸出控制訊號予該壓控電晶 體’令電源迴路維持穩定的平均電流。 2 _ 士申叫專利範圍弟1項所述之交流E D驅動電路， 忒電流檢測單元包含有一電阻，該電阻係反應該方波電流訊 號為一方波電壓訊號，經該低頻濾波器輸出一平均電壓訊 號’且該平均電流參考訊號係為一參考電壓訊號，供該穩 流控制單元比較平均電壓訊號及參考電壓訊號，調整該壓 控電晶體的偏愿大小。 13 1V14Z640J 3.如申請專利範圍第1或 〜 項所述之交流L E D驅動電 路’該低頻濾'波器係一數位遽波器 4‘如申請專利範圍第3項 $所述之交流LED驅動電路， 該數位濾波器為降頻Sine濾波器。 5. 如申請專利範圍第1 $ # 1 A 2項所述之交流|_ED驅動電 路，該低頻濾波器係一類比濾波器。 6. 如申請專利範圍第4項所述之交流LED驅動電路， 該壓控電晶體係一金教丰错μ兩 乳牛％蚨電晶體，其汲極與源極串接 在該電源迴路中’其閉極作為該控制端。 7. 如申明專利範圍第’或2項所述之交流驅動電 路’邊壓控電晶體係、-金氡半場效電晶體，其汲極與源極 串接在該電源迴路中’其閘極作為該控制端。 七、圖式：（如次頁) 14