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CN111901922A - 无频闪线性led驱动电路 - Google Patents

无频闪线性led驱动电路 Download PDF

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CN111901922A CN201910381632.XA CN201910381632A CN111901922A CN 111901922 A CN111901922 A CN 111901922A CN 201910381632 A CN201910381632 A CN 201910381632A CN 111901922 A CN111901922 A CN 111901922A
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庄凯程
郭俊杰
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Abstract

本发明提出一种无频闪线性LED驱动电路，使外部电源的输入电压转换而形成输出电流予LED。无频闪线性LED驱动电路包含测量模块、调控模块及整流模块。无频闪线性LED驱动电路的特点在于测量模块供以测量输入电压全波整流后的相位角，并进一步于调控模块针对半波周期的电压波形中，以设定的固定功率下所形成的导通角范围做为电性导通与否的依据，而于输入电压的半波周期中，利用调控模块使测量信号形成多个电压信号，其中电压信号的责任周期小于输入电压的半波周期，并调整电压信号而形成输出电流，从而输出电流为直流信号以供LED发光，以达到无频闪的功效。

Description

无频闪线性LED驱动电路
技术领域
本发明关于一种LED驱动电路，特别是于线性架构下，藉由将外部交流电全波整流后的半波周期中，以多区段开关方式驱使输出平均电流为稳定的直流状态，据此导通LED而达到无频闪的功效。
背景技术
近年来发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)被广泛的应用于各种照明设备上，藉以改善人类许多生活环境。市面上有许多新颖的LED的设计及制程改良的LED等产品，亦发展出许多相对应的应用，包含LED照明系统及LED驱动电路等。并于LED驱动电路(LEDcircuit)的技术领域中，其耦合外部电源及LED，其中利用整流器、滤波器及稳压等电路将交流电的电能输出成直流电，以供LED产生照明的功效。然而，转换交流至直流的过程仍会产生误差，而使输出电流具有些微的涟波(Ripple Current)。因此，输出的直流电非完整平顺的稳定电流，从而导致LED发光时会产生频闪现象(Flicker)。
为了解决上述的问题，有许多改善方式问世。以线性调光架构而言，现有作法包含将滤波器中的电容替换成电容量较大者，或以并联方式与负载端LED电性连接，藉此欲降低涟波的峰对峰值，然该等作法除限制了负载的电流量，同时也增加整体LED驱动电路的成本。
发明内容
鉴于上述的问题，本发明的目的旨在提供一种无频闪线性LED驱动电路，能藉由撷取输入电压的相位角而调整生成多段等电压信号，以供滤波器调整成无涟波的输出电流予LED，藉以达到无频闪的功效。
为达上述目的，本发明提出一种无频闪线性LED驱动电路，其供以电性连接一外部电源，该外部电源为交流市电，并使该外部电源的一输入电压转换而形成一输出电流予至少一LED，用以驱动该LED发光。
该无频闪线性LED驱动电路包含一测量模块、一调控模块及一整流模块。该调控模块电性连接该整流模块及该测量模块，而该整流模块电性连接该外部电源。该无频闪线性LED驱动电路的特征在于该测量模块供以测量该输入电压的相位角进而产生一测量信号并传送至该调控模块，以驱动该调控模块接收而调整该测量信号，其中该调控模块设定有固定功率下的导通角范围，且针对该测量信号的相位角调整该测量信号，而于该输入电压的半波周期中，根据前述的导通角范围而使该测量信号形成多个电压信号，并调整该多个电压信号而形成该输出电流，而该输出电流为直流信号以供该LED发光。其中，该多个电压信号具相同的最大电流值，且该多个电压信号的责任周期(Duty Ratio)小于该输入电压的半波周期，以降低该输出电流对该LED形成的频闪现象(Flicker)。因此，于线性LED电路的架构下，藉由先行测量该输入电压的相位角，用以调整该输入信号而形成可控制其责任周期的该多个电压信号，藉此减少后续该输出电流的涟波或噪声，以达到无频闪的功效。
并且，该测量模块更具有一测量RC电路及一测量放大器。该测量放大器的输入端电性连接该测量RC电路及一基准电压器，以依照该测量RC电路的一测量电阻而调整产生该输入电压的相位。并且，该测量放大器的输出端电性连接该调控模块，用以放大该输入电压的相位，且形成并耦合该测量信号至该调控模块。
更进一步，该测量RC电路更具有一第一滤波电容。该第一滤波电容电性连接该整流模块及该测量放大器，且该第一滤波电容作为低通滤波器(Low-pass Filter)，以供过滤高频信号以及形成涟波(Ripple)信号。藉此，通过该第一滤波电容使该输入电压形成涟波(Cripple)信号，并接续耦合至该测量放大器。
另外，该调控模块更具有一调控比较器及一调控RC电路。该调控RC电路供以耦合该测量信号至该调控比较器，以使该调控比较器接收并调整该测量信号，而产生该多个电压信号。该调控RC电路接续调整该多个电压信号而形成该输出电流，并耦合该输出电流至该LED。其中，该调控比较器依照该调控RC电路的一补偿电容及一补偿电阻，调整该多个电压信号的责任周期，以达无频闪的效果。
更进一步，该调控RC电路更具有一调控开关。该调控开关电性连接该调控比较器，以供导通或关闭该多个电压信号，以供形成该输出电流予该LED。
较佳者，该无频闪线性LED驱动电路更包含一过温保护模块，其电性连接该调控模块及该LED。藉此，以检测该无频闪线性LED驱动电路的温度，从而调节该输出电流的大小，以避免该LED过热而烧坏。
该无频闪线性LED驱动电路更包含一防雷电容，其电性连接该测量模块及该整流模块，藉此防止瞬间大电流烧毁该无频闪线性LED驱动电路。
并且，该整流模块更具有一桥式整流电路及一第二滤波电容。该桥式整流电路的输入端电性连接该外部电源，而该桥式整流电路的输出端电性连接该第二滤波电容，且该第二滤波电容电性连接该测量模块。藉此，产生半波整流信号，以供耦合至该测量模块进行信号的调控。
综上所述，本发明所提出的无频闪线性LED驱动电路，其架设于线性LED电路的架构。藉由先行测量该输入电压的相位，并调整该输入信号而形成可控制其责任周期的该多个电压信号，藉此减少后续该输出电流的涟波或噪声，以达到无频闪的功效。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的方块图。
图2为本发明较佳实施例的电路示意图。
图3为本发明较佳实施例的集成电路示意图。
附图标记说明：1-无频闪线性LED驱动电路；10-测量模块；101-测量放大器；102-基准电压器；103-测量电阻；104-第一滤波电容；11-调控模块；111-调控比较器；112-调控开关；113-补偿电容；114-补偿电阻；12-整流模块；121-桥式整流电路；122-第二滤波电容；13-过温保护模块；131-温度比较器；132-温度开关；133-温度基准器；14-防雷电容；2-外部电源；3-LED；4-集成电路。
具体实施方式
本发明所提出的一种无频闪线性LED驱动电路1架构于线性电路，以简单的线性电路即能调整成稳定的平均直流电流，予至少一LED3而驱动其发光，并达到无频闪的功效。其中，该无频闪线性LED驱动电路1无须利用双极式电路的回授控制，仅以单极式电路设置方式驱动该LED3，藉以降低生产成本。
请参阅图1至图3，该无频闪线性LED驱动电路1电性连接一外部电源2，并使该外部电源2的一输入电压转换而形成一输出电流予该LED3，用以驱动该LED3发光。该无频闪线性LED驱动电路1包含一测量模块10、一调控模块11及一整流模块12。其中，该整流模块12电性连接该外部电源2，用以将该外部电源2的交流信号为全波整流。该调控模块11电性连接该整流模块12及该测量模块10。
较佳者，该无频闪线性LED驱动电路1更具一集成电路(Integrated Circuit,IC)4，其将部分电路微小化并设置其中，包含部分该测量模块10及该调控模块11。藉此，能使该无频闪线性LED驱动电路1微型化，并有利于生产及安装。
该无频闪线性LED驱动电路1的特征在于该测量模块10供以测量该输入电压的相位角进而产生一测量信号，接续再由该调控模块11接收该测量信号并调整的。其中该调控模块11设定有驱动LED3发光的固定功率下的导通角范围，且针对该测量信号的相位角调整该测量信号，而于该输入电压的半波周期中，根据前述的导通角(Conduction Angle)范围而利用该调控模块11使该测量信号形成多个电压信号，并调整该多个电压信号而形成平均的该输出电流，而该输出电流为直流信号以供该LED3发光。其中，该多个电压信号具相同的最大电流值，并于本实施例中，该多个电压信号以方波的形式呈现。并且，该多个电压信号的责任周期(Duty Ratio)小于该输入电压的半波周期。也就是说，在该输入电压的单一周期内具有二个全波整流后的半波，当先以高压驱动该集成电路4即IC元件后，该测量模块10先行判断该输入电压于半波周期中的相位角，再根据该IC元件内部的导通角设定范围作为开启与否的依据，通过该调控模块11调整形成多区段的导通信号，即多段方波信号。或者，前述的导通信号，即本文中所述的该多个电压信号，亦能以弦波或三角波的形式呈现，并不以方波为限。如此一来，利用导通角范围决定IC内部例如MOS元件的开关判断，降低该输出电流的涟波或噪声，藉此达到无频闪的功效。
更进一步说明上述的实施方式，其中该测量模块10更具有一测量RC电路及一测量放大器101，且该测量RC电路更具有一第一滤波电容(CE1)104及一测量电阻(R1、R2)103。该第一滤波电容(CE1)104电性连接该整流模块12及该测量放大器101，且该第一滤波电容(CE1)104作为低通滤波器(Low-pass Filter)，以供过滤高频信号以及形成涟波(Ripple)信号，并耦合至该测量放大器101。该测量放大器101的输入端电性连接该测量RC电路及一基准电压器102，以接收前述的涟波信号，并依照该测量电阻(R1、R2)103而调整产生该输入电压的相位，意即该输入电压的导通角。藉由该测量放大器101用以放大前述的信号而形成该测量信号，并耦合至该调控模块11。例如针对输入90V与120V的不同电压，利用不同的相位取其相同固定功率下的导通角范围，亦即IC元件可判断达该固定功率时，将IC元件内部的MOS元件关闭，又120V反应时间较快，故其回受控制时间亦因此相对缩短，相应据此提高无频闪的功效。换言之，如何有效针对IC元件内部的电性开关为精准的开启及关闭时间，为本案的重点。而利用测量经全波整流，且将全波整流后的电压波形为低通滤波与高通滤波处理后，将使该电压波形呈现较为滑顺的波形表现，此时再侦测其波形的相位角，搭配IC元件内部的固定功率是否满足的导通角范围判断，进而决定该IC元件内的MOS开关的启闭作动，进而达到无频闪的功效。
该调控模块11更具有一调控比较器111及一调控RC电路。该调控RC电路更具有一补偿电容(C2)113、一补偿电阻114及一调控开关112，且该调控开关112的输入端电性连接该调控比较器111，输出端则电性连接该LED3。并于本实施例中，该调控开关112为金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。
接着，该调控模块11接收该测量信号，其中由该调控比较器111接收整该测量信号，并依照该补偿电容(C2)113及该补偿电阻114调整该调控比较器111的输出的周期。也就是说，该调控模块11利用该调控比较器111调整该多个电压信号的责任周期，藉以减少后续该输出电流的扰动及涟波。更进一步，该调控比较器111的输出接着耦合至该调控开关112，以供导通或关闭该多个电压信号，藉以接续形成稳定直流信号，即该输出电流予该LED3。因此，该LED3能以稳定直流信号被驱动，从而具有无频闪的功效。
此外，该无频闪线性LED驱动电路1更包含一过温保护模块13，其电性连接该调控模块11及该LED3，并具一温度比较器131及一温度开关132。其中，该温度比较器131的输入端电性连接该输出电流及一温度基准器133，用以转换而比较流通至该LED的温度是否有过高的情形。该温度比较器131输出端电性连接该温度开关132，而当该输出电流造成的温度过高时，该温度开关132关闭该输出电流，用以保护该LED3，以避免该LED3过热而烧坏。较佳者，该过温保护模块13设置于该集成电路4中，以利整体电路小型化。
该无频闪线性LED驱动电路1更包含一防雷电容(C4)14，其电性连接该测量模块10及该整流模块12。该防雷电容(C4)14能防止瞬间大电流或短路发生时，避免烧毁该无频闪线性LED驱动电路1，进而保护该LED3。
此外，该整流模块12更具有一桥式整流电路121及一第二滤波电容(C1)122。该桥式整流电路121的输入端电性连接该外部电源2，而该桥式整流电路121的输出端电性连接该第二滤波电容(C1)122，且该第二滤波电容(C1)122电性连接该测量模块10。藉此产生半波整流信号，以供耦合至该测量模块10进行信号的调控。
综上所述，本发明所提出的无频闪线性LED驱动电路1，其架设于线性LED电路的架构。换言之，本案得以有效针对IC元件内部的电性开关为精准的开启及关闭时间。利用测量经全波整流，且将全波整流后的电压波形为低通滤波与高通滤波处理后，将使该电压波形呈现较为滑顺的波形表现，此时再侦测其波形的相位角，搭配IC元件内部的固定功率是否满足的导通角范围判断，进而决定该IC元件内的MOS开关的启闭作动，藉此减少后续该输出电流的涟波或噪声，进而达到无频闪的功效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明实施的范围；故在不脱离本发明的精神与范围下所做的均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无频闪线性LED驱动电路，其供以电性连接一外部电源，该外部电源为交流电，并使该外部电源的一输入电压转换而形成一输出电流予至少一LED；该无频闪线性LED驱动电路包含一测量模块、一调控模块及一整流模块，该调控模块电性连接该整流模块及该测量模块，而该整流模块电性连接该外部电源，其特征在于：
该测量模块供以测量该输入电压的相位角进而产生一测量信号并传送至该调控模块，其中该调控模块设定有驱动该LED的固定功率的导通角范围，接续针对该测量信号的相位角调整该测量信号，而于该输入电压的半波周期中，根据前述的导通角范围而使该测量信号形成多个电压信号，并调整该多个电压信号而形成该输出电流，而该输出电流为直流信号以供该LED发光；其中，该多个电压信号具相同的最大电流值，且该多个电压信号的责任周期小于该输入电压的半波周期，以降低该输出电流对该LED形成的频闪现象。
2.如权利要求1所述的无频闪线性LED驱动电路，其中，该测量模块更具有一测量RC电路及一测量放大器；该测量放大器的输入端电性连接该测量RC电路及一基准电压器，以依照该测量RC电路的一测量电阻而调整产生该输入电压的相位，且该测量放大器的输出端电性连接该调控模块，以供形成并耦合该测量信号至该调控模块。
3.如权利要求2所述的无频闪线性LED驱动电路，其中，该测量RC电路更具有一第一滤波电容，该第一滤波电容电性连接该整流模块及该测量放大器，以使该输入电压形成涟波信号并耦合至该测量放大器。
4.如权利要求3所述的无频闪线性LED驱动电路，其中，该调控模块更具有一调控比较器及一调控RC电路；该调控RC电路供以耦合该测量信号至该调控比较器，以使该调控比较器接收并调整该测量信号，从而产生该多个电压信号，且该调控RC电路接续调整该多个电压信号而形成该输出电流，并耦合该输出电流至该LED；其中，该调控比较器依照该调控RC电路的一补偿电容及一补偿电阻，调整该多个电压信号的责任周期。
5.如权利要求4所述的无频闪线性LED驱动电路，其中，该调控RC电路更具有一调控开关；该调控开关电性连接该调控比较器，以供导通或关闭该多个电压信号，以供形成该输出电流予该LED。
6.如权利要求1至5其中任一所述的无频闪线性LED驱动电路，更包含一过温保护模块，其电性连接该调控模块及该LED，以供检测该无频闪线性LED驱动电路的温度，从而调节该输出电流的大小。
7.如权利要求6所述的无频闪线性LED驱动电路，更包含一防雷电容，其电性连接该测量模块及该整流模块。
8.如权利要求7所述的无频闪线性LED驱动电路，其中，该整流模块更具有一桥式整流电路及一第二滤波电容；该桥式整流电路的输入端电性连接该外部电源，而该桥式整流电路的输出端电性连接该第二滤波电容，且该第二滤波电容电性连接该测量模块。
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