TWM496905U - 提升效能及利用率之ｌｅｄ驅動電路 - Google Patents
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Description
本創作係屬於發光二極體(Light Emitting Diode,LED)電源電路之技術領域，特別是關於一種提升效能及利用率之LED驅動電路，以於輸入電壓低於LED總順向偏壓時自動補償所輸出的驅動電流，使擴增LED於輸入電壓弦波週期中的作動範圍而大幅降低功率的虛耗程度。
自LED以其低耗電及高效能等特性襲捲照明市場後，如何控制LED燈具之照明亮度、工作效率及使用壽命等儼然成為各廠商致力研究之目標。目前，LED燈具多採用定電流架構之驅動電路，其係使LED串接一N型金氧半場效電晶體(N Type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,N-MOSFET)及一電流電阻，以藉該電流電阻限定流經LED之驅動電流。該電流電阻承接上述驅動電流而於兩端形成反饋予一比較器之一感測值，且該比較器利用一基準壓值比較該感測值後調節該N-MOSFET之作動狀態，以維持該驅動電流於一恆定狀態，以期限制THD(Total Harmonic Distortion，總諧波失真)於一限定範圍而方便產品銷售於各地市場。
然而，當驅動電路進一步地使用線性定電流的方式驅動LED時，其LED係僅於電路輸入電壓上升至較LED的總順向偏壓高時方得以利用此定電流發光，亦即，燈具中的LED組串無法在外部交流電源所輸入電壓的半個週期間完全發光，如此，將造成功率的虛耗及功因的低落而不符時下的環保需求。而為解決此問題，現有線性定電流驅動電路10往往如圖1所示，於其橋式整流器100後，即電路之輸出端處並聯大容值之
一電解電容101，以藉該電解電容101儲存輸入電壓後形成一補充電流，如此，即可使其LED組串11在外部交流電源所輸入電壓的半個週期間完全發光而實現功率提升的效果。然而，該電解電容101的工作壽命一般只有5,000小時，與LED至少具有50,000小時的工作壽命相差甚遠，使得LED燈具的產品壽命往往受該電解電容101限制而無法進一步提升。
有感於此，如何於不使用電解電容的前提下，除保持功率外，更進一步提升線性定電流驅動電路的能源利用率，以供TRIAC(Tri-Electrode AC Switch，三極交流開關)調光應用時具有更廣的調光範圍，即為本創作所亟欲探究之課題。
有鑑於習知技藝之問題，本創作之目的在於提供一種提升效能及利用率之LED驅動電路，以結合升壓電路與線性定電流電路的運作特性實現高能源利用率的同時仍具有架構簡單與低成本的電路優勢，使符合市場需求而益助產業發展。
根據本創作之目的，該提升效能及利用率之LED驅動電路設有一能量轉換模組及一控制模組，該能量轉換模組置有一電流源而電性連接一外部電源及至少一LED，以轉換該外部電源之電能後驅動該LED發光，且該控制模組電性連接該LED而恆定該LED之驅動電流，其特徵在於：該能量轉換模組係設有一檢測器、一判斷器及一補償器，該檢測器電性連接該LED、該電流源及該判斷器，且該補償器電性連接該判斷器及該電流源；該電流源轉換該外部電源之電能而形成一補償電流，且該檢測器檢測該能量轉換模組所輸出之電壓而形成一檢測值，以供該判斷器依一設定值比較後，於該檢測值低於該設定值時驅動該補償器運作而使該電流源輸出該補償電流予該LED。
並且，當該檢測值非低於該設定值時，該判斷器閉止該補償器運作而使該電流源直接轉換該外部電源之電能而形成該驅動電流後輸出予該LED。
其中，該電流源為電感，該補償器為電晶體，且該電晶體之源極電性連接該電感而閘極電性連接該判斷器，且當該檢測值低於該設定值時，該判斷器係輸出PWM訊號而調節該電晶體之運作狀態，以使該電感儲能形成該補償電流。又，該檢測器為分壓電阻。
綜上所述，本創作於該外部電源所提供之電能達該LED順向偏壓時，該補償器不進行作動，且整體電路的作動架構仍如線性定電流電路般而保有低EMI(Electromagnetic Interference，電磁干擾)、廻路簡單與低成本等特性。同時，該LED驅動電路係採用升壓電路的設計精神作為該能量轉換模組之基礎架構而利用該電流源轉換電能形成該補償電流，以進一步利用該外部電源所提供之未達該LED順向偏壓之電能作為該驅動電流補償之用，如此，即可有效提升能源利用率而符合時下綠色產品應用，大幅提升產業應用性。
10‧‧‧定電流驅動電路
100‧‧‧橋式整流器
101‧‧‧電解電容
11‧‧‧LED組串
2‧‧‧LED驅動電路
20‧‧‧能量轉換模組
200‧‧‧電流源
201‧‧‧檢測器
2010‧‧‧分壓電阻
2011‧‧‧運算放大器
202‧‧‧判斷器
203‧‧‧補償器
204‧‧‧橋式整流器
205‧‧‧第一二極體
206‧‧‧第二二極體
21‧‧‧控制模組
210‧‧‧調節器
211‧‧‧電流電阻
212‧‧‧比較器
22‧‧‧調光模組
3‧‧‧LED
第1圖 係為習知定電流驅動電路之電路圖。
第2圖 係為本創作較佳實施例之方塊圖。
第3圖 係為本創作較佳實施例之一實施態樣之電路圖。
第4圖 係為本創作較佳實施例之一實施態樣之作動流程圖。
第5圖 係為本創作較佳實施例之一實施態樣之波形圖。
第6圖 係為本創作較佳實施例之二實施態樣之電路圖。
為使 貴審查委員能清楚了解本創作之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。
請參閱第2圖，其係為本創作較佳實施例之方塊圖。如圖所示，提升效能及利用率之該LED驅動電路2設有一能量轉換模組20及一控制模組21，且該能量轉換模組20置有一電流源200、一檢測器201、一
判斷器202及一補償器203。該電流源200電性連接一外部電源(圖未示)及至少一LED 3，以轉換該外部電源之電能而形成一補償電流。該檢測器201電性連接該LED 3、該電流源200及該判斷器202，且該補償器203電性連接該判斷器202及該電流源200。該檢測器201檢測該能量轉換模組20所輸出之電壓而形成一檢測值，該判斷器202依一設定值比較該檢測值後，於該檢測值低於該設定值時驅動該補償器203運作而使該電流源200輸出該補償電流予該LED 3，以藉該補償電流驅動該Led 3發光。又，該控制模組21電性連接該LED 3，以供恆定該LED 3之驅動電流大小之用。
於本實施例中，該LED驅動電路2可如圖3所示設有一調光模組22，而該能量轉換模組20設有一橋式整流器204，且該控制模組21設有一調節器210、一電流電阻211及一比較器212。該電流源200為電感、該檢測器201為分壓電阻、該判斷器202可為積體電路而與該控制模組21同設於一IC中，且該補償器203為電晶體，又該電晶體之源極電性連接該電感而閘極電性連接該判斷器。其主要作動方式可包含如圖4所示之步驟：當該LED驅動電路2開始運作而透過該調光模組22接收該外部電源所輸出之交流電壓時，步驟S1：該能量轉換模組20利用該橋式整流器204轉換經該調光模組22調整過相位腳之該交流電壓，以形成如圖5所示之一輸入電壓(Vin
)後，該電流源200轉換該輸入電壓形成一輸出電壓(Vo
)而輸出予該LED 3。
此時，於步驟S2中，該檢測器201檢測該輸出電壓於其電阻兩端之跨壓而形成一檢測值。
步驟S3，該判斷器202判斷該檢測是否低於一設定值(Vset
)，且該設定值即為該LED 3之順向偏壓？若是，該檢測值低於該設定值時(T1
)，步驟S30：該判斷器202輸出PWM訊號而驅動並調節該電晶體之運作狀態，使該電感利用該輸入電壓儲能形成該補償電流(Icomp
)後提供予該LED 3而進入步驟S4：線性定電流驅動模式。反之，當該檢測值非低於該設定值時(T2
)，步驟S31：該判斷器202停止該補償器203運作，此時，該電感直接轉換該外部電源之電能而形成該驅動電流後輸出予該
LED 3，亦即，進入步驟S4。換言之，該能量轉換模組20進入穩定工作模式後，其輸出電流即為該補償電流或該驅動電流。
另一方面，於本實施例中，該能量轉換模組20更可如圖6所示設有複數使用型態之補償器203、一對第一二極體205及一對第二二極體206。該等補償器203分別為電晶體，其汲極透過該第一二極體205電性連接為電感之該電流源200，各該電晶體之汲極與源極間耦接該第二二極體206，且該等電晶體之閘極相互耦接。該檢測器201及該判斷器202可為積體電路而與該控制模組21同設於一IC中，且該檢測器201為分壓電阻，該判斷器202設有一運算放大器2020，以供比較該分壓電阻兩端跨壓與該設定值後輸出PWM訊號而導通或截止該電晶體，如此，當該檢測值低於該設定值時，該判斷器202導通該補償器203而使該電感轉換電能形成該補償電流，同時，進一步分析該補償電流大小與該輸出電壓大小而調整PWM訊號的佔空比而調節該電晶體運作狀態。又，當該檢測值高於該設定值時，該判斷器202截止該補償器203，使該電感轉換電能形成之該驅動電流即通過該等第一二極體205及該等第二二極體206輸出予該LED 3，即線性定電流驅動模式。
以上所述僅為舉例性之較佳實施例，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
2‧‧‧LED驅動電路
20‧‧‧能量轉換模組
200‧‧‧電流源
201‧‧‧檢測器
202‧‧‧判斷器
203‧‧‧補償器
21‧‧‧控制模組
3‧‧‧LED
Claims (5)
- 一種提升效能及利用率之LED驅動電路，係設有一能量轉換模組及一控制模組，該能量轉換模組置有一電流源而電性連接一外部電源及至少一LED，以轉換該外部電源之電能後驅動該LED發光，且該控制模組電性連接該LED而恆定該LED之驅動電流，其特徵在於：該能量轉換模組係設有一檢測器、一判斷器及一補償器，該檢測器電性連接該LED、該電流源及該判斷器，且該補償器電性連接該判斷器及該電流源；該電流源轉換該外部電源之電能而形成一補償電流，且該檢測器檢測該能量轉換模組所輸出之電壓而形成一檢測值，以供該判斷器依一設定值比較後，於該檢測值低於該設定值時驅動該補償器運作而使該電流源輸出該補償電流予該LED。
- 如申請專利範圍第1項所述之提升效能及利用率之LED驅動電路，其中，當該檢測值非低於該設定值時，該判斷器閉止該補償器運作而使該電流源直接轉換該外部電源之電能而形成該驅動電流後輸出予該LED。
- 如申請專利範圍第2項所述之提升效能及利用率之LED驅動電路，其中，該電流源係為電感，該補償器為電晶體，且該電晶體之源極電性連接該電感而閘極電性連接該判斷器。
- 如申請專利範圍第3項所述之提升效能及利用率之LED驅動電路，其中，當該檢測值低於該設定值時，該判斷器係輸出PWM訊號而調節該電晶體之運作狀態，以使該電感儲能形成該補償電流。
- 如申請專利範圍第4項所述之提升效能及利用率之LED驅動電路，其中，該檢測器係為分壓電阻。
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|---|---|---|---|---|
| TWI623243B (zh) * | 2017-05-26 | 2018-05-01 | 轉換式定電流led驅動器 | |
| CN108235173A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-06-29 | 钰太芯微电子科技（上海）有限公司 | 一种麦克风电路及具有降噪功能的耳机 |
| CN108966403A (zh) * | 2017-05-26 | 2018-12-07 | 台湾半导体股份有限公司 | 转换式定电流led驱动器 |
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2014
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| CN108966403B (zh) * | 2017-05-26 | 2020-09-04 | 台湾半导体股份有限公司 | 转换式定电流led驱动器 |
| CN108235173A (zh) * | 2018-02-11 | 2018-06-29 | 钰太芯微电子科技（上海）有限公司 | 一种麦克风电路及具有降噪功能的耳机 |
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