變動電源調光控制電路的製作方法
2023-06-10 20:14:21
變動電源調光控制電路的製作方法
【專利摘要】一種變動電源調光控制電路，是供驅動併線性調整多個發光二極體的照明亮度，其設有一調光穩定單元及一控制單元。該控制單元檢測電路的一輸入電流，且於輸入功率小於一標準驅使該調光穩定單元輸出一保持電流，而於輸入功率大於該標準時停止該保持電流輸出。如此，於該多個發光二極體調光至低亮度或將近關閉時，通過晶片控制該調光穩定單元的工作是可確保TRIAC調光的穩定度，同時，亦可於調光至高亮度或全亮時，通過晶片關閉該保持電流的輸出，以有效降低虛功耗而提升整體電路的工作效率。
【專利說明】變動電源調光控制電路
【技術領域】
[0001] 本發明是屬於發光二極體（Light Emitting Diode, LED)電源設備的【技術領域】，特 別是關於一種支援雙向三極閘流體（TRI-electrode AC switch，TRIAC)線性調光的變動電 源調光控制電路，以於LED調光至低亮度時提供一保持電流而穩定TRIAC工作品質，且於 LDE高亮度時停止提供該保持電流的輸出而實現降低整體電路的虛功耗率及運作時所產生 熱能的效果。
【背景技術】
[0002] 目前，LED燈具的驅動電路多採用TRIAC控制輸入電能的導通角的方式實現調整 LED光亮度的功能，且為維持穩定功率而改善照明品質則多採用定電流設計架構，其使LED 串接一電晶體及一感測電阻，以由該感測電阻感測流經LED的一驅動電流而於兩端形成一 壓降，再利用一比較器比較該壓降後輸出高準位或低準位切換信號至該電晶體，以導通或 截止該電晶體而適時調整脈波寬度調變（Pulse Width Modulation，PWM)信號的空佔比。如 此，通過PWM信號導通周期的長短即可控制輸出電能大小而影響驅動電流大小及LED發光 亮度。然而，基於TRIAC需求一基準工作電壓的元件特性，當輸入電能的導通角過小而使整 體電路的工作壓能低於TRIAC需求的該基準工作電壓時，TRIAC將無法正常工作而影響驅 動電路的工作品質。為解決此問題，驅動電路是客外增設一洩流電路（Bleeding Circuit)， 以提供TRIAC穩定的一保持電流（Holding Curretn)而穩定工作品質，同時解決調光閃爍 的問題並擴大調光幅度。
[0003] 請參閱圖1，其分別為現有具保持電流的LED驅動電路的電路圖及波形圖。如圖 所示，該驅動電路1設有一調光器10、一橋式整流器11、一保持開關12、一保持電阻（Rh)13 及一濾波電容14,該橋式整流器11通過該調光器10承接一外部電源而整流形成一輸入電 壓（Vin)及一輸入電流（I in)，且該濾波電容14接收該輸入電流並轉換形成一驅動電流（IJ 後提供予LED。並且，該保持開關10為N通道金氧半場效電晶體（N Type Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, N-M0SFET)，其漏極稱接該橋式整流器 11 而承 接一輸入電流、源極耦接該保持電阻13,及柵極接設一保持電壓（VH)，以使該保持電阻13 通過該保持開關12承接該保持電壓而輸出一保持電流（I haLd), 。如 此，該輸入電流即如圖2所示，於?\周期，即LED呈較低發光亮度或近關閉時具有一定流值 Ihw，而於LED呈較高發光亮度或全亮的T2周期時具有流值IJIhld。換言之，無論電路的輸 入功率大小，該保持電流皆持續工作，造成高虛功耗的問題產生而降低整體電路的電能轉 換效率。
[0004] 有鑑於此，如何改善現行驅動電路的電路架構，以通過簡單的檢測電路適時調整 TRIAC保持電流而使驅動電流維持於定值狀態的同時有效減少虛功耗，再者，因應LED物理 特性，利用簡單的電路架構實現輸入電壓的高壓補償而切實提升整體電路工作品質並有效 改善LED發光功率，即為本發明所探究的課題。
【發明內容】
[0005] 有鑑於現有技藝的問題，本發明的目的在於提供一種變動電源調光控制電路，其 檢測輸入壓能的大小而即時輸出或停止供保持TRIAC正常工作的基本壓能，以達提升整體 電路的調光穩定度的同時降低整體電路的虛功耗率的功效。
[0006] 根據本發明的目的，該變動電源調光控制電路是供驅動併線性調整多個發光二極 管的照明亮度，且該多個發光二極體是相互電性串連或並連裝設於一燈板模塊上，其包含 一調光單元、一整流單元、一調光穩定單元、一驅動單元及一控制單元。該整流單元通過該 調光單元電訊連接一外部電源，以接收並整流該外部電源的交流壓能後輸出一輸入電流。 該調光穩定單元設有一定電流器及一開關器，該定電流器電訊連接該整流單元及該開關 器，以接收該輸入電流而產生一保持電流。該驅動單元電訊連接該整流單元、該定電流器及 該燈板模塊，供接收該輸入電流後提供一驅動電流予該多個發光二極體。該控制單元設有 一檢測器、一控制器、一限流器及一反饋器，該檢測器電訊連接該整流單元、該驅動單元及 該控制器，該控制器電訊連接該開關器、該限流器及該反饋器，且該限流器電訊連接該燈板 模塊及該反饋器。該檢測器承接並檢測該輸入電流而形成一檢測值，該反饋器承接並感測 該驅動電流而形成一反饋值，且該控制器比較該檢測值與該反饋值後輸出一驅動信號，以 驅使該限流器調節該驅動電流的流值大小而使該輸入電流I in與該驅動電流滿足Iin=込 關係式，同時，該控制器比較該反饋值與一基準值，於該反饋值小於該基準值時輸出一穩定 信號，以導通該開關器而允許該調光穩定單元輸出該保持電流，使該多個發光二極體調至 最小光亮度或關閉時該輸入電流I in與該保持電流Ihld滿足Iin=ihld關係式，供穩定該調光 單元的工作品質且降低虛功耗。
[0007] 其中，該整流單元為橋式全波整流器，該調光單元為雙向三極閘流體，供接收並調 整該外部電源的輸入相位導通角，以改變輸入功率而調節該多個發光二極體的發光亮度。 該驅動單元設有一阻隔器及一濾波器，該阻隔器兩端分別耦接該橋式全波整流器及該濾波 器，以阻隔該濾波器及該燈板模塊因負載變化所產生的壓源變異而影響該雙向三極閘流體 的工作穩定性。該濾波器並接該多個發光二極體而將該阻隔器傳送來的輸入電流轉換形成 該驅動電流後，傳送予該多個發光二極體，以增強電路抗噪聲能力。該限流器為N通道金氧 半場效電晶體，該反饋器為電阻元件，且該限流器的漏極耦接該濾波器及該多個發光二極 管、柵極耦接該控制器的輸出端及源極耦接該反饋器，以構成負反饋電路架構而提供穩定 的電流控制效果，且該限流器置於該燈板模塊的表面上而提升散熱效率。
[0008] 於實施例中，該定電流器為電流鏡元件，該開關器為N通道金氧半場效電晶體，且 該控制器主要由一運算放大器及一比較器所構成；該運算放大器的輸出端耦接該限流器 的柵極、正輸入端耦接該檢測器而承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器的負輸入端及 該反饋器而承接該反饋值，該比較器的正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該開關器的柵 極，且該開關器的漏極耦接該電流鏡元件的輸出端。該控制單元更設有一補償器，該補償器 主要是由一第一電阻&及一第二電阻R 2所組成，該第一電阻一端耦接該限流器的漏極而具 有壓值VD，及另一端耦接該第二電阻一端、該運算放大器的負輸入端及該比較器的負輸入 端，且該第二電阻另一端耦接該反饋器R s，使於該運算放大器的正輸入端承接該檢測值VA 時，該驅動電流U茜足i^VA-VDOv^+ig]/%關係式。
[0009] 或者，該定電流器為能量轉移元件，該開關器為N通道金氧半場效電晶體，且該控 制器主要由一運算放大器、一比較器及一與門所構成；該運算放大器的輸出端耦接該限流 器的柵極、正輸入端耦接該檢測器而承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器的負輸入端 及該反饋器而承接該反饋值；該比較器的正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該與門的一 輸入端，且該與門的另輸入端承接一基準波而輸出端耦接該開關器的柵極，該開關器的漏 極耦接該能量轉移元件的輸出端。該能量轉移元件為電感，且該調光穩定單元更設有一轉 移二極體，該轉移二極體的輸入端耦接該電感而輸出端耦接該阻隔器及該濾波器，使該輸 入電流經該電感轉後流經該轉移二極體而形成一次保持電流I told'。並且，該控制單元更設 有一補償器，該補償器主要是由一第一電阻Ri及一第二電阻R2所組成，該第一電阻一端耦 接該限流器的漏極而具有壓值V D，及另一端耦接該第二電阻一端、該運算放大器的負輸入 端及該比較器的負輸入端，且該第二電阻另一端耦接該反饋器馬，使於該運算放大器的正 輸入端承接該檢測值V A時，該驅動電流U茜足If化^取/^+似^^/關係式。 [0010] 綜上所述，本發明是通過簡單的開關元件控制該保持電流的輸出與否，以避免LED 調至最大發光亮度時該保持電流仍持續輸出而形成不必要的功率耗費，進一步地，該保持 電流的停止輸出因減少電路功耗而可降低整體電路運作時所釋放出的總熱能量而利於散 熱效果，使確保電子元件正常工作及延長使用壽命。甚或，該調光穩定單元可通過該能量轉 移元件及該二極體將輸入壓能轉移予該燈板模塊，以於該開關器關閉時通過該能量轉移元 件轉換壓能而提增電路整體的工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1為現有具保持電流的LED驅動電路的電路圖。
[0012] 圖2為現有具保持電流的LED驅動電路的波形圖。
[0013] 圖3為本發明較佳實施例的一實施態樣的方塊圖。
[0014] 圖4為本發明較佳實施例的二實施態樣的方塊圖。
[0015] 圖5為本發明較佳實施例的二實施態樣的電路圖。
[0016] 圖6為本發明較佳實施例的二實施態樣的波形圖。
[0017] 圖7為本發明較佳實施例的三實施態樣的電路圖。
[0018] 圖8為本發明較佳實施例的三實施態樣的波形圖。
[0019] 附圖標記說明：
[0020] 現有技術
[0021] 1-驅動電路；10-調光器；11-橋式整流器；12-保持開關；13-保持電阻；14-濾波 電容；
[0022] 本發明
[0023] 2-變動電源調光控制電路；20-調光單元；21-整流單元；22-調光穩定單元； 220-定電流器；221-開關器；222-轉移二極體；23-驅動單元；230-阻隔器；231-濾波器； 24-控制單元；240-檢測器；241-控制器；2410-運算放大器；2411-比較器；242-限流器； 243-反饋器；244-補償器；2440-第一電阻；2441-第二電阻；2412-與門；3-外部電源； 4_發光二極體。
【具體實施方式】
[0024] 為使貴審查委員能清楚了解本發明的內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。
[0025] 請參閱圖3?5,其分別為本發明較佳實施例的一實施態樣的方塊圖及二實施態 樣的方塊圖、電路圖。如圖所示，該變動電源調光控制電路2可裝設於一燈具的燈板模塊 (圖未示)上，供轉換一外部電源3的壓能而驅動併線性調整多個發光二極體4的照明亮度， 且該多個發光二極體4可相互電性串連或並連後裝設於該燈板模塊上。該變動電源調光控 制電路2設有一調光單元20、一整流單元21、一調光穩定單元22、一驅動單元23及一控制 單元24,且該調光穩定單元22具有一定電流器220及一開關器221，該驅動單元23設有一 阻隔器230及一濾波器231，又該控制單元24可為內布有一檢測器240、一控制器241、一限 流器242、一反饋器243及一補償器244的控制晶片。該調光單元20為TRIAC，該整流單元 21為橋式全波整流器，且該橋式全波整流器的輸入端通過該TRIAC耦接該外部電源3,以於 該TRIAC接收並調整該外部電源3的輸入相位導通角後，整流調整的交流壓能而形成一輸 入電壓（V in)與可變直流的一輸入電流（Iin)供予該調光穩定單元22、該驅動單元23及該控 制單元24,如此，由該TRIAC改變輸入功率即可調節該多個發光二極體4的發光亮度。
[0026] 該定電流器220為電流鏡元件，該開關器221及該限流器242為N-M0SFET。該阻 隔器230為二極體，該濾波器231為電解電容。該檢測器240主要可由分壓阻串及電容所 組成，該控制器241主要由一運算放大器2410及一比較器2411所構成，且該反饋器243為 電阻元件（R s)，該補償器244主要由一第一電阻（?) 2440及一第二電阻（R2) 2441所組成。 該阻隔器230的輸入端耦接該橋式全波整流器及輸出端耦接該電解電容，以阻隔該濾波器 231及該燈板模塊因負載變化所產生的壓源變異而影響該TRIAC的工作穩定性，且該濾波 器231並接該多個發光二極體4,以將該阻隔器230傳送來的輸入電流轉換形成一驅動電 流（IJ後傳送予該多個發光二極體4,供降低電流漣波而避免TRIAC調光瞬間產生突波電 壓損壞電子元件，即形成電路保護的功效而增強電路抗噪聲能力。
[0027] 該電流鏡元件的輸入端耦接該橋式全波整流器及輸出端耦接該開關器221的漏 極，以供接收該輸入電流而產生一保持電流（I hld)。該檢測器240耦接該橋式全波整流器 及該運算放大器2410的正輸入端，以於接收該輸入電流後檢測形成一檢測值而傳送予該 運算放大器2410。該限流器242的漏極耦接該濾波器231及該多個發光二極體4,其柵極 耦接該運算放大器2410的輸出端，而其源極耦接該反饋器243及該第二電阻2441 -端，且 該反饋器243承接並感測該驅動電流而形成一反饋值，如此，即構成負反饋電路架構而提 供穩定的電流控制效果，又該限流器242置於該燈板模塊的表面上而提升散熱效率。
[0028] 並且，該第一電阻2440 -端耦接該限流器242的漏極而具有壓值VD，及其另一端 耦接該第二電阻2441另一端、該運算放大器2410的負輸入端及該比較器2411的負輸入 端，以分別承接該反饋值。該比較器2411的正輸入端承接一基準值，及輸出端耦接該開關 器221的柵極。當該外部電源3輸入壓能而使該控制單元24取得一檢測值V A與該反饋值 時，該運算放大器2410比較該檢測值與該反饋值，且於該檢測值大於該反饋值時輸出高電 壓準位的一驅動信號，以導通該限流器242並驅使調節該驅動電流的流值大小，此時，該輸 入電流與該驅動電流滿足I in=l·關係式，且If [VA_VD 0?2/%+1?2) ]/Rs亦為流經該多個發光二 極管4的電流值（1_)。同時，該控制器2411比較該反饋值與該基準值，且於該反饋值大於 該基準值時輸出低電壓準位的一穩定信號，以截止該開關器221而停止該電流鏡元件輸出 該保持電流。反之，該檢測值小於該反饋值及該反饋值小於該基準值，即該多個發光二極 管4調至最小光亮度而使該驅動電流極小時，該運算放大器2410輸出低電壓準位的該驅動 信號，以截止該限流器242而周期停止該驅動電流的輸出，且該控制器2411輸出高電壓準 位的一穩定信號，以導通該開關器221而允許該電流鏡兀件輸出該保持電流，使該輸入電 流與該保持電流是滿足I in=Ihld關係式。如此，如圖6所示，該燈具調光至高光亮度或全亮 時，該保持電流停止輸出，而因電路工作電流具有一定流值，故不會造成TRAIC失常且可切 實降低電路虛功耗率，又於調至極低亮度或關閉時該燈具始輸出該保持電流，是可確保該 調光單元20的工作正常及百分百調光幅度。
[0029] 於此實施例中，該調光穩定單元22更可如圖7所示，設有一轉移二極體222,且該 定電流器220可為如電感的能量轉移元件，又該控制器241主要由該運算放大器2410、該比 較器及一與門2412所構成。該運算放大器2410的輸出端耦接該限流器242的柵極、正輸 入端耦接該檢測器240而承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器2411的負輸入端及該反 饋器243而承接該反饋值。該比較器2411的正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該與門 2412的一輸入端，且該與門2412的另輸入端承接如脈波的一基準波，其輸出端耦接該開關 器221的柵極，又該開關器221的漏極耦接該能量轉移元件的輸出端。該轉移二極體222的 輸入端耦接該電感而輸出端耦接該阻隔器230及該濾波器231，該輸入電流經該電感轉後 流經該轉移二極體而形成一次保持電流（I hld'），使該驅動電流滿足If [VA_VD 0?2/%+1?2) ] / Rs+Ihld'關係式，如此，上述此能量轉移的方式即如圖8所示，可增加該變動電源調光控制電 路2的整體電路效率。
[0030] 以上所述僅為舉例性的較佳實施例，而非為限制性者。任何未脫離本發明的精神 與範疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含於後附的申請專利範圍中。
【權利要求】
1. 一種變動電源調光控制電路，其特徵在於，供驅動併線性調整多個發光二極體的照 明亮度，且該多個發光二極體是相互電性串連或並連裝設於一燈板模塊上，其包含： 一調光單元，是電訊連接一外部電源； 一整流單元，是電訊連接該調光單元，且接收並整流該外部電源的交流壓能後輸出一 輸入電流； 一調光穩定單元，是設有一定電流器及一開關器，該定電流器電訊連接該整流單元及 該開關器，以接收該輸入電流而產生一保持電流； 一驅動單元，是電訊連接該整流單元、該定電流器及該燈板模塊，供接收該輸入電流後 提供一驅動電流予該多個發光二極體；及 一控制單元，是設有一檢測器、一控制器、一限流器及一反饋器，該檢測器電訊連接該 整流單元、該驅動單元及該控制器，該控制器電訊連接該開關器、該限流器及該反饋器，且 該限流器電訊連接該燈板模塊及該反饋器；該檢測器承接並檢測該輸入電流而形成一檢測 值，該反饋器承接並感測該驅動電流而形成一反饋值，且該控制器比較該檢測值與該反饋 值後輸出一驅動信號，以驅使該限流器調節該驅動電流的流值大小而使該輸入電流1&與 該驅動電流k滿足I in=k關係式，同時，該控制器比較該反饋值與一基準值，於該反饋值 小於該基準值時輸出一穩定信號，以導通該開關器而允許該調光穩定單元輸出該保持電 流，使該多個發光二極體調至最小光亮度或關閉時該輸入電流I in與該保持電流Ihld滿足 Iin_Ihold 關係式。
2. 根據權利要求1所述的變動電源調光控制電路，其特徵在於，該整流單元為橋式全 波整流器，該調光單元為雙向三極閘流體，供接收並調整該外部電源的輸入相位導通角，以 改變輸入功率而調節該多個發光二極體的發光亮度。
3. 根據權利要求2所述的變動電源調光控制電路，其特徵在於，該驅動單元設有一阻 隔器及一濾波器，該阻隔器兩端分別耦接該橋式全波整流器及該濾波器，以阻隔該濾波器 及該燈板模塊因負載變化所產生的壓源變異而影響該雙向三極閘流體的工作穩定性；該濾 波器並接該多個發光二極體而將該阻隔器傳送來的輸入電流轉換形成該驅動電流後，傳送 予該多個發光二極體。
4. 根據權利要求3所述的變動電源調光控制電路，其特徵在於，該限流器為N通道金氧 半場效電晶體，該反饋器為電阻元件，且該限流器的漏極耦接該濾波器及該多個發光二極 管、柵極耦接該控制器的輸出端及源極耦接該反饋器，以構成負反饋電路架構而提供穩定 的電流控制效果，且該限流器置於該燈板模塊的表面上而提升散熱效率。
5. 根據權利要求4所述的變動電源調光控制電路，其特徵在於，該定電流器為電流鏡 元件，該開關器為N通道金氧半場效電晶體，且該控制器主要由一運算放大器及一比較器 所構成；該運算放大器的輸出端耦接該限流器的柵極、正輸入端耦接該檢測器而承接該檢 測值，及負輸入端耦接該比較器的負輸入端及該反饋器而承接該反饋值，該比較器的正輸 入端承接該基準值而輸出端耦接該開關器的柵極，且該開關器的漏極耦接該電流鏡元件的 輸出端。
6. 根據權利要求5所述的變動電源調光控制電路，其特徵在於，該控制單元更設有一 補償器，該補償器主要是由一第一電阻&及一第二電阻R 2所組成，該第一電阻一端耦接該 限流器的漏極而具有壓值VD，及另一端耦接該第二電阻一端、該運算放大器的負輸入端及 該比較器的負輸入端，且該第二電阻另一端耦接該反饋器馬，使於該運算放大器的正輸入 端承接該檢測值νΑ時，該驅動電流k滿足If [VA-VD 〇?2/%+1?2) ] /Rs關係式。
7. 根據權利要求4所述的變動電源調光控制電路，其特徵在於，該定電流器為能量轉 移元件，該開關器為N通道金氧半場效電晶體，且該控制器主要由一運算放大器、一比較器 及一與門所構成；該運算放大器的輸出端耦接該限流器的柵極、正輸入端耦接該檢測器而 承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器的負輸入端及該反饋器而承接該反饋值；該比較 器的正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該與門的一輸入端，且該與門的另輸入端承接一 基準波而輸出端耦接該開關器的柵極，該開關器的漏極耦接該能量轉移元件的輸出端。
8. 根據權利要求7所述的變動電源調光控制電路，其特徵在於，該能量轉移元件為電 感，且該調光穩定單元更設有一轉移二極體，該轉移二極體的輸入端耦接該電感而輸出端 耦接該阻隔器及該濾波器，使該輸入電流經該電感轉後流經該轉移二極體而形成一次保持 電流Ihold。
9. 根據權利要求8所述的變動電源調光控制電路，其特徵在於，該控制單元更設有一 補償器，該補償器主要是由一第一電阻&及一第二電阻R 2所組成，該第一電阻一端耦接該 限流器的漏極而具有壓值VD，及另一端耦接該第二電阻一端、該運算放大器的負輸入端及 該比較器的負輸入端，且該第二電阻另一端耦接該反饋器馬，使於該運算放大器的正輸入 端承接該檢測值V A時，該驅動電流U茜足If化^取/^+似^^/關係式。
【文檔編號】H05B37/02GK104125680SQ201310166906
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年5月8日 優先權日:2013年4月26日
【發明者】吳志賢, 張暐, 路洹瀛, 莊凱程, 邱紹偉 申請人:東貝光電科技股份有限公司