TW201345309A - 驅動電路 - Google Patents

Abstract

一種驅動電路包含複數個發光單元、複數個開關及偏壓電流模組，其中該等發光單元相互串接，且以頻率變化之輸入電壓驅動該等發光單元。每一個開關具有參考電壓及臨界導通電壓，且包含相對之發光端及偏壓端，其中發光端耦接於該等發光單元，且每一個開關之偏壓端相互耦接。偏壓電流模組耦接於該等開關之該等偏壓端並具有操作偏壓，且操作偏壓以頻率變化，其中各開關根據參考電壓與操作偏壓之差值與臨界導通電壓之關係分別導通或關閉。

Description

驅動電路

本發明係關於一種驅動電路；具體而言，本發明係關於一種能夠降低成本並提升效率之發光二極體驅動電路。

一般而言，習知發光二極體驅動電路係使用電源轉換器(ADC,AC/DC convertor)產生輸入電壓，且輸入電壓驅動發光二極體發光。在實際情況中，發光二極體驅動電路包含電流源模組，其中電流源模組控制電路電流，使得流經發光二極體的電流振幅保持固定，進而使發光二極體保有穩定的亮度。

具體而論，習知發光二極體驅動電路更包含數個開關及相對應之數個比較器，其中該等開關分別連接於相對應之該等比較器及該等發光二極體。此外，每個比較器具有定電壓，並藉由定電壓與輸入電壓的關係以決定是否輸出導通控制訊號至相對應之開關。在實際應用中，習知發光二極體驅動電路係透過該等開關之導通狀況以控制該等發光二極體之驅動發光結果。換言之，越多開關導通，則越多發光二極體發光。然而，在此電路中，由於每個開關具有對應之比較器，故電路需要數個比較器，不但形成複雜的驅動電路，並提高生產成本。

此外，請參照圖1，圖1係為上述習知發光二極體中輸入電流與發光二極體電流之關係示意圖。如圖1所示，輸入電流曲線11具有全波整流波形，而發光二極體之電流曲線12具有鋸齒波波形。也就是說，輸入電壓驅動發光二極體發光時，會浪費部分輸入電流而耗損功率，並降低散熱效率。

綜合上述諸多因素，如何設計能提升操作效率並降低成本之發光二極體驅動電路，係為現今一大課題。

有鑑於上述先前技術的問題，本發明提出一種具高操作效率並能簡化結構的驅動電路。

於一方面，本發明提供一種變化開關架構之驅動電路，以降低成本。

於另一方面，本發明提供一種使用偏壓電流模組之驅動電路，以提高效率。

於另一方面，本發明提供一種連接散熱模組之驅動電路，能提供散熱功能。

本發明之一方面在於提供一種驅動電路，包含複數個發光單元、複數個開關及偏壓電流模組，其中該等發光單元相互串接，且以頻率變化之輸入電壓驅動該等發光單元。每一個開關具有參考電壓及臨界導通電壓，且包含相對之發光端及偏壓端，發光端耦接於該等發光單元，且每一個開關之偏壓端相互耦接。偏壓電流模組耦接於該等開關之該等偏壓端並具有操作偏壓，且操作偏壓以頻率變化，其中各開關根據參考電壓與操作偏壓之差值與臨界導通電壓之關係分別導通或關閉。

需說明的是，該等開關包含複數個操作開關及終端開關。每一個操作開關之發光端耦接於該等發光單元之對應串接點。終端開關之發光端耦接於該等發光單元之終端，且終端開關之參考電壓大於任一操作開關之參考電壓。當參考電壓大於操作偏壓，且參考電壓與操作偏壓之差值不小於臨界導通電壓時，則對應之開關導通。

相較於先前技術，根據本發明之驅動電路係使用具參考電壓及臨界導通電壓之該等開關，且改變該等開關及該等發光單元之耦接關係，進而簡化驅動電路的架構。在實際情況中，無論該等發光單元的驅動數量多寡，只需導通任一開關，而非導通至少一開關。此外，該等發光單元使用的電壓與輸入電壓同為全波整流後電壓，故僅有少量輸入電壓造成功率損耗，以達到提高效率之功效。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之一具體實施例，提供一種驅動電路，能簡化電路架構。於此實施例中，驅動電路可以是發光二極體驅動電路。具體而言，驅動電路係變化發光二極體及其他元件之耦接關係，進而簡化結構。

請參照圖2，圖2係繪示本發明之驅動電路1之實施例示意圖。如圖2所示，驅動電路1包含複數個發光單元10A~10C、複數個開關、偏壓電流模組30、整流電源模組40及電壓產生模組50，其中該等開關包含複數個操作開關210A/210B及終端開關220。需說明的是，該等發光單元10A~10C耦接於整流電源模組40及偏壓電流模組30之間；該等操作開關210A/210B及終端開關220耦接於該等發光單元10A~10C及電壓產生模組50之間；且該等操作開關210A/210B及終端開關220耦接於偏壓電流模組30。

在實際應用中，整流電源模組40連接該等發光單元10A~10C並提供輸入電壓。在實際情況中，整流電源模組40具有交流電源及整流裝置，其中整流裝置轉換交流電源之電壓為直流電壓。舉例而言，整流電源模組40可以是半波整流電源裝置或全波整流電源裝置，其中全波整流電源裝置包含橋式全波整流電源裝置、中心抽頭式整流電源裝置、真空管式整流電源裝置及三相整流電源裝置，但不以此為限。在此實施例中，整流電源模組40轉換交流電壓為整流的輸入電壓，且輸入電壓係為全波整流後電壓。

在此實施例中，該等發光單元10A~10C相互串接，且以頻率變化之輸入電壓驅動該等發光單元10A~10C。值得注意的是，在其他實施例中，驅動電路1能依照實際需求配置該等發光單元之數量，並不以此例為限。此外，本發明之發光單元可以是發光二極體、雷射發光體、螢光裝置或上述發光體之任意組合。在此實施例中，發光單元係為發光二極體，其中發光二極體之顏色包含白色、紅色、綠色及/或藍色。

需說明的是，當以頻率變化之輸入電壓驅動該等發光單元10A~10C時，由於輸入電壓係為全波整流後電壓，使得跨接於該等發光單元之電壓為全波整流後電壓。此外，頻率可以是60Hz、120Hz、50Hz或100Hz，並無特定之限制。在此實施例中，頻率係為120Hz。

如圖2所示，每一個開關具有參考電壓及臨界導通電壓，且分別包含相對之發光端201A/201B/201C及偏壓端202A/202B/202C。此外，該等發光端201A~201C分別耦接於相對應之該等發光單元10A~10C，且每一個開關之偏壓端202A/202B/202C相互耦接。舉例而言，操作開關210A之發光端201A耦接於該等發光單元10A/10B之串接點100A；而操作開關210B之發光端201B耦接於該等發光單元10B/10C之串接點100B。此外，終端開關220之發光端201C耦接於該等發光單元10A~10C之終端100C，且終端開關220之參考電壓大於任一操作開關210A/210B之參考電壓。實際上，電壓產生模組50耦接該等開關並提供各開關相對應之參考電壓。在實際情況中，每一個開關之參考電壓係為不同。具體而言，操作開關210B的參考電壓較佳大於操作開關210A的參考電壓。在此實施例中，操作開關210A、操作開關210B及終端開關220之參考電壓分別為5V、10V及15V，而每個開關的臨界導通電壓為1.5V，但不以此為限。

在實際應用中，偏壓電流模組30耦接於該等開關之該等偏壓端202A/202B/202C並具有操作偏壓，且操作偏壓以頻率變化，其中各開關根據參考電壓與操作偏壓之差值與臨界導通電壓之關係分別導通或關閉。具體而言，操作偏壓的頻率較佳與輸入電壓的頻率相同，使得驅動該等發光單元10A~10C的電壓與操作偏壓同步，以避免功率損耗。在實際情況中，偏壓電流模組30可以是電晶體或電壓轉電流電路，能夠產生飽和區之數個操作偏壓。在此實施例中，飽和區操作電壓的最小值為1V，並包含4.8V及9.8V，但不以此例為限。

進一步而論，當參考電壓大於操作偏壓，且參考電壓與操作偏壓之差值不小於臨界導通電壓時，則對應之開關導通。舉例而言，每個發光單元具有10個發光二極體裝置(圖未示)，而驅動每個發光二極體裝置發光的所需電壓為3V，故每個發光單元的所需驅動電壓為30V，但不以此為限。請參照圖3，圖3係繪示本發明之不同電壓之對應示意圖。如圖3所示，111係為輸入電壓曲線，111A係為發光單元10A的電流曲線，111B係為發光單元10B的電流曲線，111C係為發光單元10C的電流曲線，且333係為操作電壓曲線。舉例而言，當輸入電壓為32V，偏壓電流模組30之對應操作偏壓為1V時，輸入電壓驅動發光單元10A發光，且剩餘電壓(2V)驅動操作開關210A導通。此外，操作開關210A之參考電壓(5V)與操作偏壓之差值為4V，其差值不小於臨界導通電壓(1.5V)，使得操作開關210A處於導通狀態。需說明的是，由於跨壓不足，電流不會流經發光單元10B/10C，使得操作開關210B及終端開關220無法導通。此時，發光單元10A及操作開關210A係處於導通狀態。此外，在其他實施例(圖未示)中，偏壓電流模組30可以使用高電壓範圍(像是50V以上)的電流模組，則驅動電路1可以使用該等操作開關210A/210B達到提升發光效率之功效，而終端開關220可以省略不用，但不以此為限。

如圖3所示，輸入電壓自32V持續上升。舉例而言，當輸入電壓為66V，偏壓電流模組30之對應操作偏壓為4.8V時，輸入電壓驅動發光單元10A及發光單元10B發光，且剩餘電壓(6V)驅動操作開關210B導通。值得注意的是，操作開關210B之參考電壓(10V)與操作偏壓之差值為5.2V，其差值不小於臨界導通電壓(1.5V)，使得操作開關210B處於導通狀態。此外，操作開關210A之參考電壓(5V)與操作偏壓(4.8V)之差值為0.2V，其差值小於臨界導通電壓(1.5V)，使得操作開關210A處於關閉狀態。需說明的是，由於跨壓不足，電流不會流經發光單元10C，使得終端開關220無法導通。此時，發光單元10A、發光單元10B及操作開關210B係處於導通狀態。換言之，只使用一個開關，可使數個發光單元發光，進而減少功率消耗，更降低散熱問題。

請參照圖3，輸入電壓自66V持續上升。舉例而言，當輸入電壓為100V，偏壓電流模組30之對應操作偏壓為9.8V時，輸入電壓驅動發光單元10A、發光單元10B及發光單元10C發光，且剩餘電壓(10V)驅動終端開關220導通。值得注意的是，終端開關220之參考電壓(15V)與操作偏壓之差值為5.2V，其差值不小於臨界導通電壓(1.5V)，使得終端開關220處於導通狀態。此外，操作開關210A之參考電壓(5V)小於操作偏壓(9.8V)，使得操作開關210A處於關閉狀態；而操作開關210B之參考電壓(10V)與操作偏壓(9.8V)之差值為0.2V，其差值小於臨界導通電壓(1.5V)，使得操作開關210B處於關閉狀態。此時，發光單元10A、發光單元10B、發光單元10C及終端開關220係處於導通狀態。同理，本發明只使用一個開關，可使數個發光單元發光，更提高工作效率。

進一步而論，輸入電壓自100V繼續上升至132V，且偏壓電流模組30之對應操作偏壓為13.5V時，輸入電壓驅動發光單元10A、發光單元10B及發光單元10C發光，且剩餘電壓(42V)驅動終端開關220導通。值得注意的是，終端開關220之參考電壓(15V)與操作偏壓(13.5)之差值為1.5V，其差值不小於臨界導通電壓(1.5V)，使得終端開關220處於導通狀態。此外，操作開關210A之參考電壓(5V)及操作開關210B之參考電壓(10V)分別小於操作偏壓(13.5V)，使得操作開關210A及操作開關210B處於關閉狀態。此時，發光單元10A、發光單元10B、發光單元10C及終端開關220係處於導通狀態。

電壓曲線自波峰開始下降，即輸入電壓自132V開始下降。舉例而言，當輸入電壓為100V，偏壓電流模組30之對應操作偏壓為9.8V時，輸入電壓驅動發光單元10A、發光單元10B及發光單元10C發光，且剩餘電壓(10V)驅動終端開關220導通。值得注意的是，終端開關220之參考電壓(15V)與操作偏壓之差值為5.2V，其差值不小於臨界導通電壓(1.5V)，使得終端開關220處於導通狀態。此外，操作開關210A之參考電壓(5V)小於操作偏壓(9.8V)，使得操作開關210A處於關閉狀態；而操作開關210B之參考電壓(10V)與操作偏壓(9.8V)之差值為0.2V，其差值小於臨界導通電壓(1.5V)，使得操作開關210B處於關閉狀態。此時，發光單元10A、發光單元10B、發光單元10C及終端開關220係處於導通狀態。同理，本發明只使用一個開關，可使數個發光單元發光，更提高工作效率。

如圖3所示，輸入電壓自100V持續下降。舉例而言，當輸入電壓為66V，偏壓電流模組30之對應操作偏壓為4.8V時，輸入電壓驅動發光單元10A及發光單元10B發光，且剩餘電壓(6V)驅動操作開關210B導通。值得注意的是，操作開關210B之參考電壓(10V)與操作偏壓之差值為5.2V，其差值不小於臨界導通電壓(1.5V)，使得操作開關210B處於導通狀態。此外，操作開關210A之參考電壓(5V)與操作偏壓(4.8V)之差值為0.2V，其差值小於臨界導通電壓(1.5V)，使得操作開關210A處於關閉狀態。需說明的是，由於跨壓不足，電流不會流經發光單元10C，使得終端開關220無法導通。此時，發光單元10A、發光單元10B及操作開關210B係處於導通狀態。換言之，只使用一個開關，可使數個發光單元發光，進而減少功率消耗，更降低散熱問題。

輸入電壓自66V持續下降。舉例而言，當輸入電壓為32V，偏壓電流模組30之對應操作偏壓為1V時，輸入電壓驅動發光單元10A發光，且剩餘電壓(2V)驅動操作開關210A導通。此外，操作開關210A之參考電壓(5V)與操作偏壓之差值為4V，其差值不小於臨界導通電壓(1.5V)，使得操作開關210A處於導通狀態。需說明的是，由於跨壓不足，電流不會流經發光單元10B/10C，使得操作開關210B及終端開關220無法導通。此時，發光單元10A及操作開關210A係處於導通狀態。

接下來，本發明更透過圖2及圖3加以說明驅動電路部分元件的電壓與電流之對應關係。請參照圖2，整流電源模組40分別耦接偏壓電流模組30及電壓產生模組50。在實際情況中，整流電源模組40分別傳送輸入電壓至偏壓電流模組30及電壓產生模組50。在此實施例中，偏壓電流模組30具有放大器、電阻及電壓產生單元(圖未示)，且放大器、電阻與電晶體形成負迴授電路。進一步而論，整流電源模組40傳送輸入電壓至偏壓電流模組30之電壓產生單元，電壓產生單元轉換輸入電壓以產生分壓至放大器，其中分壓係為全波整流後電壓。

此外，驅動電路1透過分壓及電阻控制偏壓電流模組30之偏壓電流，而偏壓電流係為流經發光單元之電流。換言之，該等發光單元10A~10C之電流波形類似於與輸入電壓之對應電流波形。請參照圖4，圖4係繪示輸入電流曲線與發光單元10A電流曲線之對照示意圖。如圖4所示，112係為輸入電流曲線，而112A係為發光單元10A電流曲線。需說明的是，輸入電流曲線112與發光單元10A電流曲線112A具有相同的頻率，且具有相近的全波整流波形。也就是說，輸入電壓驅動發光單元發光時，會有較少的輸入電流造成功率耗損，進而提高效率。此外，需說明的是，如圖3及圖4所示，發光單元的電流曲線與輸入電壓具有相近的全波整流波形，故能夠減少功率耗損，進而提高功率因數(power factor)。在實際情況中，驅動電路1的功率因數可達0.9988，因而具有高功率因數。

因此，驅動電路1無須使用比較器提供該等開關所需之電壓，並能夠藉由偏壓電流模組30控制該等發光單元之電流及該等開關之導通或關閉，進而降低功率耗損並提高發光效率。

此外，本發明更透過以下3個變化實施例以提供有效散熱之驅動電路。

請參照圖5，圖5係繪示本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。如圖5所示，相對於圖2之驅動電路1，驅動電路1A更具有至少一散熱模組60。需說明的是，散熱模組60連接該等開關之至少其一，其中輸入電壓形成電流並流經散熱模組60，以使散熱模組60產生功率。在此實施例中，散熱模組60係以並聯之方式耦接於該等開關之至少其一。進一步而論，散熱模組60係以並聯之方式耦接於終端開關220。具體而言，散熱模組60係分別連接終端100C及耦接點600，其中耦接點600係介於終端開關220之偏壓端202C與匯集點600A之間，而匯集點600A係為各開關之偏壓端202A/202B/202C連接線的交會連接點。在實際情況中，散熱模組60可以是電阻、電晶體或其他能夠產生功率之電子元件。在此實施例中，散熱模組60係為電阻，可以有效降低終端開關220之電流量，進而達到散熱之功效。

請參照圖6，圖6係繪示本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。如圖6所示，驅動電路1B之散熱模組60係以串聯之方式耦接於該等開關之至少其一。進一步而論，散熱模組60係以串聯之方式耦接於終端開關220。具體而論，散熱模組60之兩端係分別連接終端100C及終端開關220之發光端201C。換言之，驅動電路1B之散熱模組係耦接於終端100C與終端開關220之發光端201C之間。在實際情況中，散熱模組60能夠分攤終端開關220之電壓並產生功率，進而達到散熱之功效。

請參照圖7，圖7係繪示本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。如圖7所示，驅動電路1C之散熱模組60係耦接於終端開關220之偏壓端202C及匯集點600A之間。需說明的是，相對於驅動電路1A/1B，驅動電路1C之散熱模組60能夠分攤偏壓電流模組30之電壓，並產生功率協助偏壓電流模組30散熱。

請參照圖8，圖8係繪示本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。如圖8所示，驅動電路1D之散熱模組60係耦接於操作開關及對應串接點之間。在實際應用中，散熱模組60可以耦接於該等操作開關210A/210B及對應串接點100A/100B之間，或只耦接於單一操作開關及對應串接點之間，並無特定之限制。在此實施例中，散熱模組60係耦接於該等操作開關210A/210B及對應串接點100A/100B之間。需說明的是，相對於驅動電路1A~1C，驅動電路1D之散熱模組60能夠分別分攤對應操作開關之電壓，並產生功率協助該等操作開關散熱。因此，藉由驅動電路1A~1C，散熱模組60能夠有效分擔該等操作開關或偏壓電流模組30之操作功率。換言之，驅動電路1A~1D能使用大功率(像是20W)的發光單元，同時達到提高工作效率及有效散熱之功效。

相較於先前技術，根據本發明之驅動電路係使用具參考電壓及臨界導通電壓之該等開關，且改變該等開關及該等發光單元之耦接關係，進而簡化驅動電路的架構。在實際情況中，無論該等發光單元的驅動數量多寡，只需導通任一開關，而非導通至少一開關。此外，該等發光單元使用的電壓與輸入電壓同為全波整流後電壓，故僅有少量輸入電壓造成功率損耗，以達到提高效率之功效。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1、1A~1D．．．驅動電路

10A~10C．．．發光單元

11．．．輸入電流曲線

12．．．發光二極體之電流曲線

30．．．偏壓電流模組

40．．．整流電源模組

50．．．電壓產生模組

60．．．散熱模組

100A、100B．．．串接點

100C．．．終端

111．．．輸入電壓曲線

111A．．．發光單元210A電流曲線

111B．．．發光單元210B電流曲線

111C．．．發光單元220電流曲線

112．．．輸入電流曲線

112A．．．發光單元10A電流曲線

201A~201C．．．發光端

202A~202C．．．偏壓端

210A、210B．．．操作開關

220．．．終端開關

333．．．操作偏壓曲線

600．．．耦接點

600A．．．匯集點

圖1係為上述習知發光二極體中輸入電流與發光二極體電流之關係示意圖；

圖2係繪示本發明之驅動電路之實施例示意圖；

圖3係繪示本發明之不同電壓之對應示意圖；

圖4係繪示輸入電壓之對應電流曲線與發光單元電流曲線之對照示意圖；

圖5係繪示本發明之驅動電路之另一實施例示意圖；

圖6係繪示本發明之驅動電路之另一實施例示意圖；

圖7係繪示本發明之驅動電路之另一實施例示意圖；以及

圖8係繪示本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。

1．．．驅動電路

10A~10C．．．發光單元

30．．．偏壓電流模組

40．．．整流電源模組

50．．．電壓產生模組

100A、100B．．．串接點

100C．．．終端

201A~201C．．．發光端

202A~202C．．．偏壓端

210A、210B．．．操作開關

220．．．終端開關

Claims (10)

1. 一種驅動電路，包含：複數個發光單元，其中該等發光單元相互串接，且以一頻率變化之一輸入電壓驅動該等發光單元；複數個開關，其中每一個開關具有一參考電壓及一臨界導通電壓，且包含相對之一發光端及一偏壓端，該發光端耦接於該等發光單元，且每一個開關之該偏壓端相互耦接；以及一偏壓電流模組，耦接於該等開關之該等偏壓端並具有一操作偏壓，且該操作偏壓以該頻率變化，其中各開關根據該參考電壓與該操作偏壓之差值與該臨界導通電壓之關係分別導通或關閉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中該等開關包含：複數個操作開關，其中每一個操作開關之該發光端耦接於該等發光單元之對應串接點；以及一終端開關，其中該終端開關之該發光端耦接於該等發光單元之終端，且該終端開關之該參考電壓大於任一操作開關之該參考電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中當該參考電壓大於該操作偏壓，且該參考電壓與該操作偏壓之差值不小於該臨界導通電壓時，則對應之該開關導通。
4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，進一步包含：一整流電源模組，連接該等發光單元並提供該輸入電壓，其中該輸入電壓係為全波整流後電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之驅動電路，其中跨接於該等發光單元之電壓係為全波整流後電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，進一步包含：一電壓產生模組，耦接該等開關並提供各開關相對應之該參考電壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電路，其中每一個開關之該參考電壓係為不同。
8. 如申請專利範圍第2項所述之驅動電路，進一步包含：至少一散熱模組，連接該等開關之至少其一，其中該輸入電壓形成電流並流經該至少一散熱模組，以使該至少一散熱模組產生功率。
9. 如申請專利範圍第8項所述之驅動電路，其中該至少一散熱模組係以並聯之方式耦接於該等開關之至少其一。
10. 如申請專利範圍第8項所述之驅動電路，其中該至少一散熱模組係以串聯之方式耦接於該等開關之至少其一。