TW201349925A - 發光二極體驅動電路 - Google Patents
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Abstract
一種發光二極體驅動電路，用以驅動一發光二極體模組，並包括一提供一脈動直流電壓的橋式整流器，一端與橋式整流器電耦接的電感，一端與電感的另一端及發光二極體模組的一端電耦接的功率開關，一將流經功率開關的第一電流轉換成第一電壓的第一放大電路，一將流經發光二極體模組的第二電流轉換成第二電壓的第二放大電路；一提供一參考電壓的參考電壓產生電路，以及一控制單元，其判斷第一電壓大於或等於參考電壓時，控制該功率開關不導通，並判斷第二電壓，且於判斷第二電壓小於或等於參考電壓時，控制該功率開關導通，並再次判斷第一電壓。
Description
本發明是有關於一種驅動電路，特別是指一種發光二極體驅動電路。
在全球能源短缺、環保意識抬頭的背景下，高發光效率及減少環境污染之節能與環保考量是開發新世代綠色節能照明的重要指標。固態光源因為效率高且無傳統光源的廢棄物污染問題，而成為下世代照明的革命性產品，其中又以發光二極體因具備發光效率高、使用壽命長、廣視角、高對比、體積小、省電、不易破損、無熱輻射、無水銀污染且製造便利等優勢特點，而成為廣受矚目的新興照明光源。
由於發光二極體的亮度是取決於其流過的順向電流大小，順向電流越大亮度越高，但相對熱能也會增加，故發光二極體元件的規格都會明定適用於連續使用的最大平均電流(Iavg)及瞬間電流峰值(Ipeak)；一般而言，電流峰值大於平均電流，即電流峰值可使發光二極體元件最亮，但無法持續使用，而平均電流雖然較小，但可使發光二極體元件的亮度維持一致。為了從交流電源得到穩定的直流電源以輸出給發光二極體使用，習知的做法多使用脈寬調變控制器，且必須在脈寬調變控制器的輸出端利用整流二極體以及濾波電容來穩定直流輸出，而需要使用大容值的濾波電容，以致無法節省電路體積及元件成本；而若想達成低諧波與高功率因素之目的，一般必須再額外付出使用功率因素校正器的成
本，且如果直接將交流電源經過橋式整流器整流後，在橋式整流器的輸出端利用電阻來限定流經發光二極體的電流大小，則會因為電阻熱能消耗大，使得電光轉換效率低而徒然浪費電力。
因此，本發明之目的，即在提供一種不需使用功率因素校正器及濾波電容，且直接以交流電源做為輸入電力，而能達到高效光電轉換而且具有低諧波及高功率因素，並且可以有效減少電路體積及製造成本之發光二極體驅動電路。
為達到上述目的，本發明之發光二極體驅動電路，用以驅動由複數串並聯的發光二極體組成之一發光二極體模組，該發光二極體驅動電路包括一橋式整流器、一電感、一功率開關、一第一放大電路、一第二放大電路、一開關驅動電路、一參考電壓產生電路及一控制單元。
該橋式整流器接受一交流電力並對其進行整流以輸出一脈動直流電壓；該電感的一端與該橋式整流器電耦接，以接受該脈動直流電壓，另一端與該發光二極體模組一端順向電耦接；該功率開關具有一第一端、一第二端及一決定該第一端與該第二端導通與否的受控端，該第一端與該電感的另一端電耦接；該第一放大電路與該功率開關的第二端電耦接，並根據一第一放大倍率將流經該功率開關的一第一電流對應轉換並放大成一第一電壓；該第二放大電路，與該發光二極體模組的另一端順向電耦接，並根據一
第二放大倍率將流經該發光二極體模組的一第二電流對應轉換並放大成一第二電壓；該開關驅動電路與該功率開關的該受控端電耦接，以控制該功率開關導通與否，當該功率開關導通，該第一電流經由該電感流經該功率開關，使該電感儲能，且該第一放大電路輸出該第一電壓，當該功率開關不導通，該電感釋能，使該第二電流流經該發光二極體模組，且該第二放大電路輸出該第二電壓；該參考電壓產生電路根據該脈動直流電壓產生一參考電壓；該控制單元控制該開關驅動電路，並接受該第一電壓、第二電壓及參考電壓輸入，該控制單元收到該第一電壓，並比較該第一電壓大於該參考電壓時，會控制該開關驅動電路不導通該功率開關，使該第二放大電路輸出該第二電壓至該控制單元，且該控制單元比較該第二電壓小於該參考電壓時，則控制該開關驅動電路導通該功率開關，使該第一放大電路輸出該第一電壓至該控制單元，該控制單元則再次比較該第一電壓與該參考電壓。
較佳地，該發光二極體驅動電路還包含一匝數比為N(N>1)之降壓變壓器，用以對一交流市電進行降壓，以產生該交流電力，使該交流電力之電壓小於該發光二極體模組之一總壓降。
較佳地，該第一放大電路包括一第一電阻及一第一放大器，該第一電阻串接在該功率開關的另一端，使該第一電流流過該第一電阻以取得一第一壓降，且該第一放大器電耦接在該第一電阻與該功率開關之接點以接受該第一壓
降，且根據該第一放大倍率放大該第一壓降而輸出該第一電壓；該第二放大電路包括一第二電阻及一第二放大器，該第二電阻串接在該發光二極體模組的另一端，使該第二電流流過該第二電阻以取得一第二壓降，且該第二放大器電耦接在該第二電阻與該發光二極體模組之接點以接受該第二壓降，且根據該第二放大倍率放大該第二壓降而輸出該第二電壓。
較佳地，該參考電壓產生電路包括串聯之一第三電阻及一第四電阻，其中該第三電阻另一端接地，該第四電阻另一端接受該脈動直流電壓輸入，以對該脈動直流電壓進行分壓，並從該第三電阻與第四電阻之接點取得該第三電阻上的壓降做為該參考電壓。
較佳地，該發光二極體模組的一連續電流額定值為ILED,CONT，且該發光二極體驅動電路設定該連續電流額定值具有一小於1之規格安全比率FDeRate，使得第一放大倍率第二放大倍率。
較佳地，該控制單元包括一接受該第一電壓和第二電壓的2X1多工器、一比較器及一D型正反器，該比較器的一端與該2X1多工器的輸出端連接，其另一端供該參考電壓輸入，且其輸出端與該D型正反器的D端連接；該D型正反器根據一連接至其時脈輸入端之第一時脈信號動作，且其Q端與該開關驅動電路電耦接，以透過該開關驅動電路控制該功率開關導通與否；當該D型正反器的Q端為邏輯1時，該
2X1多工器選擇輸出該第一電壓，且當該比較器比較該第一電壓小於該參考電壓時，該比較器持續輸出邏輯1給該D型正反器，使控制該開關驅動電路導通該功率開關，並控制該2X1多工器持續選擇輸出該第一電壓，直到該比較器比較該第一電壓大於或等於該參考電壓時，該比較器輸出邏輯0給該D型正反器，使控制該開關驅動電路不導通該功率開關，同時控制該2X1多工器選擇輸出該第二電壓，且當該比較器比較該第二電壓大於該參考電壓時，該比較器持續輸出邏輯0給該D型正反器，直到該比較器比較該第二電壓小於或等於該參考電壓時，該比較器輸出邏輯1給該D型正反器，並同時控制該2X1多工器選擇輸出該第一電壓至該比較器。
較佳地，該控制單元還包括一互斥或閘及一或閘，該互斥或閘的一輸入端連接該D型正反器的D端，另一輸入端連接該D型正反器的Q端，且其輸出端連接該或閘的一輸入端，該第一時脈信號連接該或閘的另一輸入端，而該或閘的輸出端連接該D型正反器的時脈輸入端，使該D型正反器根據該或閘輸出的一第二時脈信號運作。
較佳地，該發光二極體驅動電路還包括一直流分壓電路，且該控制單元除了上述實施方式外，其另一實施方式是包括第一、第二、第三及第四共四個類比數位轉換器及一校正模組，其中該直流分壓電路包含一濾波電路及一分壓電路，該濾波電路對該脈動直流電壓進行濾波以輸出一直流電壓，該分壓電路對該直流電壓進行分壓並輸出一第三電壓，該第一類比數位轉換器將該第一電壓數位化為第一電壓
值，該第二類比數位轉換器將該第二電壓數位化為第二電壓值，該第三類比數位轉換器將該參考電壓數位化為參考電壓值，該第四類比數位轉換器將該第三電壓數位化為第三電壓值，該校正模組根據一預設的標準電壓值，設定一校正值為該標準電壓值除以該第三電壓值，並以該校正值校正該參考電壓值，使該校正後的參考電壓值等於該校正值乘以該參考電壓值。
較佳地，上述該控制單元還包括一判斷模組，該判斷模組收到該第一電壓值，並於判斷該第一電壓值大於該校正後的參考電壓值時，則控制該開關驅動電路不導通該功率開關，否則，控制該開關驅動電路導通該功率開關，且該判斷模組收到該第二電壓值，並於判斷該第二電壓值小於或等於該校正後的參考電壓值時，則控制該開關驅動電路導通該功率開關，否則，控制該開關驅動電路不導通該功率開關。
再者，本發明另一種發光二極體驅動電路，用以驅動由複數串並聯的發光二極體組成之發光二極體模組，該發光二極體驅動電路包括一橋式整流器、一電感、一功率開關、一放大電路、一開關驅動電路、一參考電壓產生電路及一控制單元。
該橋式整流器接受一交流電力並對其進行整流以輸出一脈動直流電壓；該電感的一端與該橋式整流器電耦接，以接受該脈動直流電壓，另一端與該發光二極體模組一端順向電耦接，且該發光二極體模組的另一端接地；該功率開關具有一第一端、一第二端及一決定該第一端與該第二端導通與
否的受控端，該第一端與該電感的另一端電耦接；該放大電路與該功率開關的第二端電耦接，並根據一放大倍率將流經該功率開關的一第一電流對應轉換並放大成一第一電壓；該開關驅動電路用以控制該功率開關導通與否，當該功率開關導通，該第一電流經由該電感流經該功率開關，使該電感儲能，且該放大電路輸出該第一電壓，當該功率開關不導通，該電感釋能，使一第二電流流經該發光二極體模組並驅使該發光二極體模組發光；該參考電壓產生電路根據該脈動直流電壓產生一參考電壓；該控制單元控制該開關驅動電路，並接受該第一電壓及參考電壓輸入，且包含一計時器，當該控制單元判斷該第一電壓小於該參考電壓時，令該開關驅動電路導通該功率開關，否則令該開關驅動電路不導通該功率開關，並啟動該計時器使計時一預定時間，且判斷該計時器計時達到該預定時間時，令該開關驅動電路導通該功率開關，同時禁能並歸零該計時器，以再度接收並比較該第一電壓與該參考電壓。
較佳地，該發光二極體驅動電路還包括一直流分壓電路，且該控制單元還包括三個類比數位轉換器、一校正模組及一判斷模組，該直流分壓電路包含一濾波電路及一分壓電路，該濾波電路對該脈動直流電壓進行濾波以輸出一直流電壓，該分壓電路對該直流電壓進行分壓並輸出一第三電壓，該等類比數位轉換器分別將該第一電壓、參考電壓及第三電壓數位化為第一電壓值、參考電壓值及第三電壓值，該校正模組預設有一標準電壓值，且設定一校正值為該標準電壓值
除以該第三電壓值，並以該校正值校正該參考電壓值，使該校正後的參考電壓值等於該校正值乘以該參考電壓值；當該判斷模組收到該第一電壓值，並判斷該第一電壓值小於該校正後的參考電壓值時，令該開關驅動電路導通該功率開關，否則令該開關驅動電路不導通該功率開關，並啟動該計時器使計時達到該預定時間時，令該開關，驅動電路導通該功率開關，同時禁能並歸零該計時器，以再度接收並比較該第一電壓值與該校正後的參考電壓值。
此外，本發明又一種發光二極體驅動電路，用以驅動由複數串並聯的發光二極體組成之發光二極體模組，該發光二極體驅動電路包括一橋式整流器、一電感、一功率開關、一放大電路、一開關驅動電路、一參考電壓產生電路及一控制單元。
該橋式整流器接受一交流電力並對其進行整流以輸出一脈動直流電壓；該電感的一端與該橋式整流器電耦接，以接受該脈動直流電壓，另一端與該發光二極體模組一端順向電耦接；該功率開關具有一第一端、一第二端及一決定該第一端與該第二端導通與否的受控端，該第一端與該電感的另一端電耦接，該第二端接地；該放大電路與該發光二極體模組的另一端電耦接，並根據一放大倍率將流經該發光二極體模組的一第二電流對應轉換並放大成一第二電壓；該開關驅動電路用以控制該功率開關導通與否，當該功率開關導通，一第一電流經由該電感流經該功率開關，使該電感儲能，當該功率開關不導通，該電感釋能，使該第二電流流經該發光
二極體模組並驅使該發光二極體模組發光，且該放大電路輸出該第二電壓；該參考電壓產生電路根據該脈動直流電壓產生一參考電壓；該控制單元控制該開關驅動電路，並接受該第二電壓及參考電壓輸入，且包含一計時器，當該控制單元判斷該第二電壓小於或等於該參考電壓時，令該開關驅動電路導通該功率開關，並啟動該計時器使計時一預定時間，且判斷該計時器計時達到該預定時間時，令該開關驅動電路不導通該功率開關，同時禁能並歸零該計時器，以再度接收並比較該第二電壓與該參考電壓。
較佳地，該發光二極體驅動電路還包括一直流分壓電路，且該控制單元還包括三個類比數位轉換器、一校正模組及一判斷模組，該直流分壓電路包含一濾波電路及一分壓電路，該濾波電路對該脈動直流電壓進行濾波以輸出一直流電壓，該分壓電路對該直流電壓進行分壓並輸出一第三電壓，該等類比數位轉換器分別將該第二電壓、參考電壓及第三電壓數位化為第二電壓值、參考電壓值及第三電壓值，該校正模組預設有一標準電壓值，且設定一校正值為該標準電壓值除以該第三電壓值，並以該校正值校正該參考電壓值，使該校正後的參考電壓值等於該校正值乘以該參考電壓值；當該判斷模組判斷該第二電壓值小於或等於該校正後的參考電壓值時，令該開關驅動器導通該功率開關，並啟動該計時器，使計時達到該預定時間時，令該開關驅動器不導通該功率開關，同時禁能並歸零該計時器，以再度接收並比較該第二電壓值與該校正後之參考電壓值。
本發明的功效在於不需使用功率因素校正器及濾波電容，且直接以交流電源做為輸入電力，即能達到高效率光電轉換且具有低諧波及高功率因素，並且有效減少電路體積及製造成本，確實達到本發明的功效和目的。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參見圖1所示，本發明發光二極體驅動電路是用以驅動由複數串並聯的發光二極體D1組成或至少包含一發光二極體D1之發光二極體模組10，其第一較佳實施例主要包括一橋式整流器21、一電感L1、一功率開關Q1、一第一放大電路22、一第二放大電路23、一開關驅動電路24、一參考電壓產生電路25及一控制單元26。
橋式整流器21接受一交流電力輸入，並對其進行整流以輸出一脈動直流電壓VB。
電感L1一端與橋式整流器21電耦接，以接受該脈動直流電壓VB，且為使電感L1能正常工作，不致因持續充電儲能而燒燬，發光二極體模組10之總壓降VLED需大於脈動直流電壓VB的峰值VP(即VB，例如交流電力VAC為市電110V，則發光二極體模組10之總壓降VLED需大於x110，而若發光二極體模組10之總壓降VLED小於脈動直流電壓VB的峰值VP，則需在橋式整流器21的前端再耦接一匝數比N>1的降壓變壓器T1，其對交流市電進行適當降壓，使發
光二極體模組10之總壓降VLED能大於脈動直流電壓VB的峰值VP。
較佳地，功率開關Q1是一金氧半場效電晶體(MOSFET)開關，其第一端(汲極)與電感L1的另一端以及發光二極體模組10的一端順向電耦接。
第一放大電路22與功率開關Q1的第二端(汲極)電耦接，並根據一第一放大倍率A1將流經功率開關Q1的一第一電流i1對應轉換並放大成一第一電壓V1A，在本實施例中第一放大電路22包含一第一電阻R1及一第一放大器AMP1，第一電阻R1一端連接功率開關Q1的第二端(汲極)，另一端接地，使第一電流i1流經第一電阻R1，以在第一電阻R1上產生一第一壓降VR1。第一放大器AMP1連接第一電阻R1之與功率開關Q1連接的一端，以取得第一壓降VR1並將其放大第一放大倍率A1以輸出第一電壓V1A至控制單元26。
第二放大電路23與發光二極體模組10的另一端電耦接，並根據一第二放大倍率A2將流經發光二極體模組10的一第二電流i2對應轉換並放大成一第二電壓V2A，且第二放大電路23包含一第二電阻R2及一第二放大器AMP2，第二電阻R2一端連接發光二極體模組10另一端，其另一端接地，使第二電流i2流經第二電阻R2，以在第二電阻R2上產生一第二壓降VR2。第二放大器AMP2連接第二電阻R2之與發光二極體模組10連接的一端以取得第二壓降VR2，並將其放大第二放大倍率A2以輸出第二電壓V2A至控制單
元26。且在本實施例中第二電阻R2之阻值與第一電阻R1相同。
參考電壓產生電路25與控制單元26連接，並根據脈動直流電壓VB產生一參考電壓VREF_A。本實施例之參考電壓產生電路25包括串聯之一第三電阻R3及一第四電阻R4，其中第三電阻R3另一端接地，第四電阻R4另一端接受脈動直流電壓VB輸入，以對脈動直流電壓VB進行分壓，並從第三電阻R3與第四電阻R4之接點取得第三電阻R3上的壓降做為參考電壓VREF_A並提供給控制單元26。
且如圖2所示，為穩定地驅動發光二極體模組10，本實施例的控制單元26需要將電感電流iL限制在一上限電流iUP及一下限電流iDN之間，亦即使第一電流i1不超過上限電流iUP，且第二電流i2不超過下限電流iDN，因此，第一放大倍率A1必須在第一電流i1達到上限電流iUP時，使第一放大器AMP1輸出之第一電壓V1A大於等於參考電壓VREF_A，亦即第一放大器AMP1的第一放大倍率A1與第一電流i1流經的第一電阻R1，以及產生參考電壓VREF_A的參考電壓產生電路25(第三電阻R3與第四電阻R4)有關；同理，第二放大倍率A2必須在第二電流i2達到下限電流iDN時，使第二放大器AMP2輸出之第二電壓V2A小於或至少等於該參考電壓VREF_A，亦即第二放大器AMP2的第二放大倍率A2與第二電流i2流經的第二電阻R2，以及產生參考電壓VREF_A的參考電壓產生電路25(第三電阻R3與第四電阻R4)有關。
此外，由於已知發光二極體模組10的一連續電流額定值為ILED,CONT，為讓流經發光二極體模組10之第二電流i2的均方根值不致超過發光二極體模組10的連續電流額定值ILED,CONT，本實施例設定第二電流i2的均方根值為該連續電流額定值ILED,CONT乘以一小於1之規格安全比率FDeRate，且第一放大器AMP1的第一放大倍率A1還與一大於1之上限係數FRIP,UP、交流電力VAC、降壓變壓器T1之匝數比N、發光二極體模組10的連續電流額定值ILED,CONT及連續電流額定值的規格安全比率FDeRate有關，使得第一放大倍率A1=，且第二放大器AMP2的第二放大倍率A2還與一小於1之下限係數FRIP,DN、交流電力VAC、降壓變壓器T1之匝數比N、連續電流額定值ILED,CONT及規格安全比率FDeRate而設定，使得第二放大倍率A2=。且若第二電阻R2的阻值與
第一電阻R1相同，則第二放大倍率。
開關驅動電路24與功率開關Q1的受控端(閘極)電耦接，用以控制功率開關Q1的汲極和源極導通與否，當功率開關Q1被導通，第一電流i1經由電感L1流經功率開關Q1，使電感L1儲能(充電)，同時第一放大電路22輸出第一電壓V1A，當功率開關Q1不導通，電感L1釋能(放電)，並產生第二電流i2流經發光二極體模組10，使發光二極體模組10發光，同時第二放大電路23輸出第二電壓V2A。
控制單元26控制開關驅動電路24，並接受第一電壓V1A、第二電壓V2A及參考電壓VREF_A輸入，當控制單元
26收到第一電壓V1A，並比較第一電壓V1A大於參考電壓VREF_A時，會控制開關驅動電路24不導通功率開關Q1，使第二放大電路23輸出第二電壓V2A至控制單元26與參考電壓VREF_A比較，且當控制單元26判斷第二電壓V2A小於參考電壓VREF_A時，則控制開關驅動電路24導通功率開關Q1，使第一放大電路22輸出第一電壓V1A至控制單元26，控制單元26則再次比較第一電壓V1A與參考電壓VREF_A，藉此，驅動發光二極體模組10發光。
具體而言，如圖3所示，本發明發光二極體驅動電路第一較佳實施例之控制單元26包括一接受第一電壓V1A和第二電壓V2A的2X1多工器27、一比較器28及一D型正反器D_FF。比較器28的一端(負端)與2X1多工器27的輸出端連接，其另一端(正端)供參考電壓VREF_A輸入，且其輸出端與D型正反器D_FF的D端連接。D型正反器D_FF根據一連接至其時脈輸入端CLK之第一時脈信號CLK1動作，且其Q端與開關驅動電路24以及2X1多工器27的一選擇輸入端電耦接，以透過開關驅動電路24控制功率開關Q1導通與否，並同時控制2X1多工器27選擇該第一電壓V1A或該第二電壓V2A。
藉此，當該D型正反器的Q端為邏輯1時，2X1多工器27選擇輸出第一電壓V1A至比較器28，且比較器28比較第一電壓V1A小於參考電壓VREF_A時，比較器28輸出邏輯1給D型正反器D_FF，使D型正反器D_FF之Q端輸出邏輯1控制開關驅動電路24導通功率開關Q1，電感L1持
續儲能，使第一電壓V1A持續增加，同時D型正反器D_FF之Q端控制2X1多工器27持續選擇輸出第一電壓V1A，直到比較器28比較第一電壓V1A大於或等於參考電壓VREF_A時，比較器28輸出邏輯0給D型正反器D_FF，使D型正反器D_FF之Q端輸出邏輯0控制開關驅動電路24不導通功率開關Q1，電感L1開始對發光二極體模組10釋能，並產生第二電流i2流經發光二極體模組10，而驅使發光二極體模組10發光；同時D型正反器D_FF之Q端控制2X1多工器27選擇輸出第二電壓V2A，此時由於第二電壓V2A大於參考電壓VREF_A，因此當比較器28比較第二電壓V2A大於參考電壓VREF_A時，比較器28持續輸出邏輯0給該D型正反器，使輸出邏輯0控制開關驅動電路24持續不導通功率開關Q1，且第二電壓V2A因為電感L1釋能，第二電流i2逐漸減少而下降，當比較器28比較第二電壓V2A小於或等於參考電壓VREF_A時，比較器輸出邏輯1給D型正反器D_FF，使控制開關驅動電路24再次導通功率開關Q1，讓電感L1又再次儲能，並同時控制2X1多工器27選擇輸出V1A第一電壓至比較器，藉由上述電路反覆運作得以驅動發光二極體模組10發光。
另參見圖4所示，本發明發光二極體驅動電路第二較佳實施例的控制單元26除了上述第一較佳實施例外，還包括一互斥或閘XOR及一或閘OR。互斥或閘XOR的一輸入端連接D型正反器D_FF的D端，另一輸入端連接D型正反器D_FF的Q端，且其輸出端連接或閘OR的一輸入端，而第一
時脈信號CLK1(時脈越窄越好)連接或閘OR的另一輸入端，且或閘OR的輸出端連接D型正反器D_FF的時脈輸入端CLK，使D型正反器D_FF根據或閘OR輸出的一第二時脈信號CLK2運作(一般是正緣觸發)。藉此，當D型正反器D_FF的D輸入端與Q輸出端一發生狀態相反的瞬間，可產生一額外的觸發信號輸入到該D型正反器D_FF的時脈輸入端CLK，讓D型正反器D_FF的Q端輸出能與D端輸入同步，而不需等待第一時脈CLK1的下一個工作時脈到來才被觸發，因此能夠更即時(及時)地控制開關驅動電路24導通或不導通功率開關Q1，使流經發光二極體模組10的第二電流i2之變化不致超過控制範圍，而能更穩定地驅動發光二極體模組10。
再參見圖5所示，本發明發光二極體驅動電路的第三較佳實施例除了包含上述橋式整流器21、電感L1、功率開關Q1、第一放大電路22、第二放大電路23、開關驅動電路24、參考電壓產生電路25、控制單元26及變壓器T1以外，還包括一與控制單元26電連接的直流分壓電路29。其中直流分壓電路29包含一濾波電路291及一分壓電路292，濾波電路291對脈動直流電壓VB進行濾波以輸出一直流電壓，分壓電路292包含串聯的一第五電阻R5及一第六電阻R6，其中第五電阻R5另一端接地，第六電阻R6另一端與濾波電路291耦接，其對濾波電路291輸出的直流電壓進行分壓，以取第五電阻R5上的壓降做為一第三電壓DC_A並提供給控制單元26。
本實施例中的控制單元26是一個數位訊號處理器，其第一較佳實施例包括第一、第二、第三及第四共四個類比數位轉換器263~266、一校正模組267及一判斷模組268。第一類比數位轉換器263將第一電壓V1A數位化成第一電壓值V1，第二類比數位轉換器264將第二電壓V2A數位化成第二電壓值V2，第三類比數位轉換器265將參考電壓VREF_A數位化成參考電壓值VREF，且第四類比數位轉換器將第三電壓DC_A數位化成一第三電壓值DC。校正模組(程式)267接受第三及第四類比數位轉換器265、266各別輸出的參考電壓值VREF及第三電壓值DC，且校正模組267內預設有一標準直流電壓值DC_STD(從標準脈動直流電壓VB取樣之值)，校正模組267根據標準直流電壓值DC_STD及第三電壓值DC求得一校正值=標準直流電壓值DC_STD/第三電壓值DC，並以校正值校正該參考電壓值，使得校正後的參考電壓值VREF_CAL=校正值x參考電壓值VREF，並輸出校正後的參考電壓值VREF_CAL給判斷模組268。藉此，可避免校正後的參考電壓值VREF_CAL受到脈動直流電壓VB波動的影響。
判斷模組(程式)268接受第一及第二類比數位轉換器263、264分別輸出的第一電壓值V1及第二電壓值V2，當功率開關Q1導通時，判斷模組268讀取第一電壓值V1，並判斷第一電壓值V1是否大於或等於校正後的參考電壓值VREF_CAL，若否，則輸出控制訊號S控制開關驅動電路24持續導通功率開關Q1，使電感L1持續儲能，若是，則輸出
控制訊號S控制開關驅動電路24不導通功率開關Q1，使電感L1對發光二極體模組10釋能，而驅使發光二極體模組10發光，然後，判斷判斷模組268讀取第二電壓值V2，並判斷第二電壓值V2是否小於或等於校正後的參考電壓值VREF_CAL，若否，則輸出控制訊號S控制開關驅動電路24持續不導通功率開關Q1，使電感L1持續對發光二極體模組10釋能，若是，則輸出控制訊號S控制開關驅動電路24導通功率開關Q1，使電感L1再次儲能，並再次讀取第一電壓值V1，以進行上述判斷動作。藉由判斷模組268反覆判斷第一電壓值V1及第二電壓值V2並對應控制功率開關Q1運作，讓電感L1反覆儲能及釋能而達到驅動發光二極體模組10發光的目的。
值得一提的是，判斷模組268每完成一次判斷並輸出控制訊號S給開關驅動電路24的時間即為控制訊號S之更新週期，該更新週期之倒數即為更新頻率。若需變更更新週期，只需在判斷模組268中加入NOPs(No Operation的縮寫，意為無操作)指令，使判斷模組268不做任何動作並延遲一段時間再輸出控制訊號S，即可變更更新週期，而若需固定的更新週期，則將判斷模組268置入固定時間(例如10微秒)之時間中斷副程式中即可達到目的。
再參見圖6所示，本發明發光二極體驅動電路的第四較佳實施例與第三實施例大部分電路完全相同，主要不同處在於：本實施例省略了第二放大電路23及第三類比數位轉換器264，亦即控制單元26只接受第一電壓V1A、參考
電壓VREF_A及第三電壓DC_A輸入。此外，控制單元26之判斷模組268內還設有一計時器260(程式)，當功率開關Q1導通時，判斷模組268讀取第一電壓V1A，並判斷第一電壓V1A是否大於校正後的參考電壓值VREF_CAL，若否，則控制開關驅動電路24持續導通功率開關Q1，使電感L1持續儲能，若是，則控制開關驅動電路24不導通功率開關Q1，使電感L1對發光二極體模組10釋能，以驅使發光二極體發光，同時令計時器260開始計時，接著判斷計時器260是否計時達到一預設時間，且在本實施例中，可以根據測量上述第一實施例中第二電流i2下降至使第二電壓值V2小於或等於校正後的參考電壓值VREF_CAL之時間經驗值來設定該預設時間，但不以此為限。因此，當判斷模組268判斷計時器260尚未計數達到設定時間時，則控制開關驅動電路24持續不導通功率開關Q1，使電感L1持續對發光二極體模組10釋能，直到判斷模組268判斷計時器260已計數達到預設時間，則令計時器260停止計時，並控制開關驅動電路24導通功率開關Q1，使電感L1再次儲能，直到判斷模組268再次判斷第一電壓值V1大於或等於校正後的參考電壓值VREF_CAL，則再次令計時器260重新計時，並控制開關驅動電路24不導通功率開關Q1，使電感L1再次對發光二極體模組10釋能，藉此反覆運作，讓電感L1進行反覆儲能及釋能而同樣能達到驅動發光二極體模組10發光之目的。
同理，如圖7所示，本發明發光二極體驅動電路的第
五較佳實施例與第三實施例大部分電路完全相同，主要不同處在於：本實施例省略了第一放大電路22及第一類比數位轉換器263，亦即控制單元26只接受第二電壓V2A、參考電壓VREF_A及第三電壓DC_A輸入，且控制單元26之判斷模組268內還設有一計時器260(程式)，一開始判斷模組268令開關驅動電路24導通功率開關Q1，並令計時器260開始計時，接著判斷計時器260是否計時達到一預設時間，且本實施例同樣可根據測量第一實施例中第一電流i1上升至使第一電壓V1A大於或等於校正後的參考電壓值VREF_CAL之時間經驗值來設定預設時間，但不以此為限。
因此，當判斷模組268判斷計時器260尚未計數達到預設時間，則控制開關驅動電路24持續導通功率開關Q1，使電感L1持續儲能，直到判斷模組268判斷計時器260計數達到設定時間，則令計時器260停止計時，並控制開關驅動電路24不導通功率開關Q1，使電感L1對發光二極體模組10釋能，以驅使發光二極體模組10發光，判斷模組268接著判斷第二電壓值V2是否小於校正後的參考電壓值VREF_CAL，若否，控制開關驅動電路24持續不導通功率開關Q1，使電感L1持續對發光二極體模組10釋能，若是，則再次令計時器260重新計時，並控制開關驅動電路24導通功率開關Q1，使電感L1再次儲能，藉此反覆運作，令電感反覆儲能及釋能而達到驅動發光二極體模組10發光之目的。
當然，控制單元26內亦可同時包含上述四個實施例之
運作方式，並分別設定為模式1、模式2、模式3及模式4等四個選項，供使用者選擇想要的驅動方式。
再者，值得一提的是，上述實施例雖然是以交流電源VAC做為發光二極體模組10之驅動電力，不過也可以接受直流電源，亦即只要將上述實施例中的變壓器T1及橋式整流電路21拿掉，讓直流電源直接輸入電感L1，且直流電源必須小於發光二極體模組10的總壓降，其餘電路運作方式則和上述實施例相同。
此外，在圖1及圖3至圖7的實施例中，為避免橋式整流器21中的整流二極體(圖未示)在功率開關Q1關閉的瞬間短路，可在橋式整流器21的輸出端並聯一小電容C，其容值的選擇以避免橋式整流短路且極小化諧波失真為原則，例如470nF。
綜上所述，上述實施例不需使用功率因素校正器及濾波電容，且直接以交流電源做為輸入電力，即能達到高效率光電轉換且具有低諧波及高功率因素，並且有效減少電路體積及製造成本，確實達到本發明的功效和目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
10‧‧‧發光二極體模組
21‧‧‧橋式整流器
22‧‧‧第一放大電路
23‧‧‧第二放大電路
24‧‧‧開關驅動電路
25‧‧‧參考電壓產生電路
26‧‧‧微控制器
27‧‧‧2X1多工器
28‧‧‧比較器
29‧‧‧直流分壓電路
260‧‧‧計時器
263‧‧‧第一類比數位轉換器
264‧‧‧第二類比數位轉換器
265‧‧‧第三類比數位轉換器
266‧‧‧第四類比數位轉換器
267‧‧‧校正模組
268‧‧‧判斷模組
291‧‧‧濾波電路
292‧‧‧分壓電路
T1‧‧‧降壓變壓器
C‧‧‧電容
VB‧‧‧脈動直流電壓
i1‧‧‧第一電流
i2‧‧‧第二電流
L1‧‧‧電感
D1‧‧‧發光二極體
Q1‧‧‧功率開關
VR1‧‧‧第一壓降
VR2‧‧‧第二壓降
V1A‧‧‧第一電壓
V2A‧‧‧第二電壓
V1‧‧‧第一電壓值
V2‧‧‧第二電壓值
A1‧‧‧第一放大倍率
A2‧‧‧第二放大倍率
AMP1‧‧‧第一放大器
AMP2‧‧‧第二放大器
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
R5‧‧‧第五電阻
R6‧‧‧第六電阻
VREF_CAL‧‧‧校正後的參考電壓值
VREF_A‧‧‧參考電壓
VREF‧‧‧參考電壓值
DC_A‧‧‧第三電壓
DC‧‧‧第三電壓值
CLK1‧‧‧第一時脈訊號
CLK2‧‧‧第二時脈訊號
iL‧‧‧電感電流
圖1是本發明發光二極體驅動電路的第一較佳實施例的主要電路示意圖；
圖2是本發明第一實施例之電感電流iL的一上限電流iUP及一下限電流iDN範圍示意圖；圖3是本發明第一實施例之控制單元的詳細電路圖；圖4是本發明發光二極體驅動電路的第二較佳實施例的主要電路示意圖，其中顯示控制單元的詳細電路圖；圖5是本發明發光二極體驅動電路的第三較佳實施例的主要電路示意圖，其中顯示控制單元的詳細電路圖；圖6是本發明發光二極體驅動電路的第四較佳實施例的主要電路示意圖，其中顯示控制單元的詳細電路圖；及圖7是本發明發光二極體驅動電路的第五較佳實施例的主要電路示意圖，其中顯示控制單元的詳細電路圖。
10‧‧‧發光二極體模組
21‧‧‧橋式整流器
22‧‧‧第一放大電路
23‧‧‧第二放大電路
24‧‧‧開關驅動電路
25‧‧‧參考電壓產生電路
26‧‧‧控制單元
T1‧‧‧降壓變壓器
VB‧‧‧脈動直流電壓
i1‧‧‧第一電流
i2‧‧‧第二電流
L1‧‧‧電感
D1‧‧‧發光二極體
Q1‧‧‧功率開關
VR1‧‧‧第一壓降
VR2‧‧‧第二壓降
V1A‧‧‧第一電壓
V2A‧‧‧第二電壓
A1‧‧‧第一放大倍率
A2‧‧‧第二放大倍率
AMP1‧‧‧第一放大器
AMP2‧‧‧第二放大器
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
VREF_A‧‧‧參考電壓
C‧‧‧電容
iL‧‧‧電感電流
Claims (13)
- 一種發光二極體驅動電路，用以驅動由複數串並聯的發光二極體組成之一發光二極體模組，該發光二極體驅動電路包括：一橋式整流器，接受一交流電力並對其進行整流以輸出一脈動直流電壓；一電感，一端與該橋式整流器電耦接，以接受該脈動直流電壓，另一端與該發光二極體模組一端順向電耦接；一功率開關，具有一第一端、一第二端及一決定該第一端與該第二端導通與否的受控端，該第一端與該電感的另一端電耦接；一第一放大電路，與該功率開關的第二端電耦接，並根據一第一放大倍率將流經該功率開關的一第一電流對應轉換並放大成一第一電壓；一第二放大電路，與該發光二極體模組的另一端順向電耦接，並根據一第二放大倍率將流經該發光二極體模組的一第二電流對應轉換並放大成一第二電壓；一開關驅動電路，與該功率開關的該受控端電耦接，以控制該功率開關導通與否，當該功率開關導通，該第一電流經由該電感流經該功率開關，使該電感儲能，且該第一放大電路輸出該第一電壓，當該功率開關不導通，該電感釋能，使該第二電流流經該發光二極體模組，且該第二放大電路輸出該第二電壓；一參考電壓產生電路，根據該脈動直流電壓產生一參 考電壓；及一控制單元，控制該開關驅動電路，並接受該第一電壓、第二電壓及參考電壓輸入，該控制單元收到該第一電壓，並比較該第一電壓大於該參考電壓時，會控制該開關驅動電路不導通該功率開關，使該第二放大電路輸出該第二電壓至該控制單元，且該控制單元比較該第二電壓小於該參考電壓時，則控制該開關驅動電路導通該功率開關，使該第一放大電路輸出該第一電壓至該控制單元，該控制單元則再次比較該第一電壓與該參考電壓。
- 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，還包含一匝數比為N(N>1)之降壓變壓器，用以對一交流市電進行降壓，以產生該交流電力，使該交流電力之電壓小於該發光二極體模組之一總壓降。
- 依據申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動電路，其中該第一放大電路包括一第一電阻及一第一放大器，該第一電阻串接在該功率開關的另一端，使該第一電流流過該第一電阻以取得一第一壓降，且該第一放大器電耦接在該第一電阻與該功率開關之接點以接受該第一壓降，且根據該第一放大倍率放大該第一壓降而輸出該第一電壓；該第二放大電路包括一第二電阻及一第二放大器，該第二電阻串接在該發光二極體模組的另一端，使該第二電流流過該第二電阻以取得一第二壓降，且該第二放大器電耦接在該第二電阻與該發光二極體模組之接點以接受該第二壓降，且根據該第二放大倍率放大該第二壓降而輸出該第二電 壓。
- 依據申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動電路，其中該參考電壓產生電路包括串聯之一第三電阻及一第四電阻，其中該第三電阻另一端接地，該第四電阻另一端接受該脈動直流電壓輸入，以對該脈動直流電壓進行分壓，並從該第三電阻與第四電阻之接點取得該第三電阻上的壓降做為該參考電壓。
- 依據申請專利範圍第4項所述之發光二極體驅動電路，其中該發光二極體模組的一連續電流額定值為ILED,CONT，且該發光二極體驅動電路設定該連續電流額定值具有一小於1之規格安全比率FDeRate，使得第一放大倍率第二放大倍率。
- 依據申請專利範圍第5項所述之發光二極體驅動電路，其中該控制單元包括一接受該第一電壓和第二電壓的2X1多工器、一比較器及一D型正反器，該比較器的一端與該2X1多工器的輸出端連接，其另一端供該參考電壓輸入，且其輸出端與該D型正反器的D端連接；該D型正反器根據一連接至其時脈輸入端之第一時脈信號動作，且其Q端與該開關驅動電路電耦接，以透過該開關驅動電路控制該功率開關導通與否；當該D型正反器的Q端為邏輯1時，該2X1多工器選擇輸出該第一電壓，且當該比較器比較該第一電壓小於該參考電壓時，該比較器持續輸出邏輯1給該D型正反器，使控制該開關驅動電路導通該功率開關，並控制 該2X1多工器持續選擇輸出該第一電壓，直到該比較器比較該第一電壓大於或等於該參考電壓時，該比較器輸出邏輯0給該D型正反器，使控制該開關驅動電路不導通該功率開關，同時控制該2X1多工器選擇輸出該第二電壓，且當該比較器比較該第二電壓大於該參考電壓時，該比較器持續輸出邏輯0給該D型正反器，直到該比較器比較該第二電壓小於或等於該參考電壓時，該比較器輸出邏輯1給該D型正反器，並同時控制該2X1多工器選擇輸出該第一電壓至該比較器。
- 依據申請專利範圍第6項所述之發光二極體驅動電路，其中該控制單元還包括一互斥或閘及一或閘，該互斥或閘的一輸入端連接該D型正反器的D端，另一輸入端連接該D型正反器的Q端，且其輸出端連接該或閘的一輸入端，該第一時脈信號連接該或閘的另一輸入端，而該或閘的輸出端連接該D型正反器的時脈輸入端，使該D型正反器根據該或閘輸出的一第二時脈信號運作。
- 依據申請專利範圍第5項所述之發光二極體驅動電路，還包括一直流分壓電路，且該控制單元包括第一、第二、第三及第四共四個類比數位轉換器及一校正模組，其中該直流分壓電路包含一濾波電路及一分壓電路，該濾波電路對該脈動直流電壓進行濾波以輸出一直流電壓，該分壓電路對該直流電壓進行分壓並輸出一第三電壓，該第一類比數位轉換器將該第一電壓數位化為第一電壓值，該第二類比數位轉換器將該第二電壓數位化為第二電壓值，該第三類 比數位轉換器將該參考電壓數位化為參考電壓值，該第四類比數位轉換器將該第三電壓數位化為第三電壓值，該校正模組根據一預設的標準電壓值，設定一校正值為該標準電壓值除以該第三電壓值，並以該校正值校正該參考電壓值，使該校正後的參考電壓值等於該校正值乘以該參考電壓值。
- 依據申請專利範圍第8項所述之發光二極體驅動電路，其中該控制單元還包括一判斷模組，該判斷模組收到該第一電壓值，並於判斷該第一電壓值大於該校正後的參考電壓值時，則控制該開關驅動電路不導通該功率開關，否則，控制該開關驅動電路導通該功率開關，且該判斷模組收到該第二電壓值，並於判斷該第二電壓值小於或等於該校正後的參考電壓值時，則控制該開關驅動電路導通該功率開關，否則，控制該開關驅動電路不導通該功率開關。
- 一種發光二極體驅動電路，用以驅動由複數串並聯的發光二極體組成之發光二極體模組，該發光二極體驅動電路包括：一橋式整流器，接受一交流電力並對其進行整流以輸出一脈動直流電壓；一電感，一端與該橋式整流器電耦接，以接受該脈動直流電壓，另一端與該發光二極體模組一端順向電耦接，且該發光二極體模組的另一端接地；一功率開關，具有一第一端、一第二端及一決定該第一端與該第二端導通與否的受控端，該第一端與該電感的 另一端電耦接；一放大電路，與該功率開關的第二端電耦接，並根據一放大倍率將流經該功率開關的一第一電流對應轉換並放大成一第一電壓；一開關驅動電路，用以控制該功率開關導通與否，當該功率開關導通，該第一電流經由該電感流經該功率開關，使該電感儲能，且該放大電路輸出該第一電壓，當該功率開關不導通，該電感釋能，使一第二電流流經該發光二極體模組並驅使該發光二極體模組發光；一參考電壓產生電路，根據該脈動直流電壓產生一參考電壓；及一控制單元，控制該開關驅動電路，並接受該第一電壓及參考電壓輸入，且包含一計時器，當該控制單元判斷該第一電壓小於該參考電壓時，令該開關驅動電路導通該功率開關，否則令該開關驅動電路不導通該功率開關，並啟動該計時器使計時一預定時間，且判斷該計時器計時達到該預定時間時，令該開關驅動電路導通該功率開關，同時禁能並歸零該計時器，以再度接收並比較該第一電壓與該參考電壓。
- 依據申請專利範圍第10項所述之發光二極體驅動電路，還包括一直流分壓電路，且該控制單元還包括三個類比數位轉換器、一校正模組及一判斷模組，該直流分壓電路包含一濾波電路及一分壓電路，該濾波電路對該脈動直流電壓進行濾波以輸出一直流電壓，該分壓電路對該直流電壓 進行分壓並輸出一第三電壓，該等類比數位轉換器分別將該第一電壓、參考電壓及第三電壓數位化為第一電壓值、參考電壓值及第三電壓值，該校正模組預設有一標準電壓值，且設定一校正值為該標準電壓值除以該第三電壓值，並以該校正值校正該參考電壓值，使該校正後的參考電壓值等於該校正值乘以該參考電壓值；當該判斷模組收到該第一電壓值，並判斷該第一電壓值小於該校正後的參考電壓值時，令該開關驅動電路導通該功率開關，否則令該開關驅動電路不導通該功率開關，並啟動該計時器使計時達到該預定時間時，令該開關驅動電路導通該功率開關，同時禁能並歸零該計時器，以再度接收並比較該第一電壓值與該校正後的參考電壓值。
- 一種發光二極體驅動電路，用以驅動由複數串並聯的發光二極體組成之發光二極體模組，該發光二極體驅動電路包括：一橋式整流器，接受一交流電力並對其進行整流以輸出一脈動直流電壓；一電感，一端與該橋式整流器電耦接，以接受該脈動直流電壓，另一端與該發光二極體模組一端順向電耦接；一功率開關，具有一第一端、一第二端及一決定該第一端與該第二端導通與否的受控端，該第一端與該電感的另一端電耦接，該第二端接地；一放大電路，與該發光二極體模組的另一端電耦接，並根據一放大倍率將流經該發光二極體模組的一第二電流 對應轉換並放大成一第二電壓；一開關驅動電路，用以控制該功率開關導通與否，當該功率開關導通，一第一電流經由該電感流經該功率開關，使該電感儲能，當該功率開關不導通，該電感釋能，使該第二電流流經該發光二極體模組並驅使該發光二極體模組發光，且該放大電路輸出該第二電壓；一參考電壓產生電路，根據該脈動直流電壓產生一參考電壓；及一控制單元，控制該開關驅動電路，並接受該第二電壓及參考電壓輸入，且包含一計時器，當該控制單元判斷該第二電壓小於或等於該參考電壓時，令該開關驅動電路導通該功率開關，並啟動該計時器使計時一預定時間，且判斷該計時器計時達到該預定時間時，令該開關驅動電路不導通該功率開關，同時禁能並歸零該計時器，以再度接收並比較該第二電壓與該參考電壓。
- 依據申請專利範圍第12項所述之發光二極體驅動電路，還包括一直流分壓電路，且該控制單元還包括三個類比數位轉換器、一校正模組及一判斷模組，該直流分壓電路包含一濾波電路及一分壓電路，該濾波電路對該脈動直流電壓進行濾波以輸出一直流電壓，該分壓電路對該直流電壓進行分壓並輸出一第三電壓，該等類比數位轉換器分別將該第二電壓、參考電壓及第三電壓數位化為第二電壓值、參考電壓值及第三電壓值，該校正模組預設有一標準電壓值，且設定一校正值為該標準電壓值除以該第三電壓值， 並以該校正值校正該參考電壓值，使該校正後的參考電壓值等於該校正值乘以該參考電壓值；當該判斷模組判斷該第二電壓值小於或等於該校正後的參考電壓值時，令該開關驅動器導通該功率開關，並啟動該計時器，使計時達到該預定時間時，令該開關驅動器不導通該功率開關，同時禁能並歸零該計時器，以再度接收並比較該第二電壓值與該校正後之參考電壓值。
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