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TW201431432A - 雙端電流控制器及相關發光二極體照明裝置 - Google Patents

雙端電流控制器及相關發光二極體照明裝置 Download PDF

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TW201431432A
TW201431432A TW102116089A TW102116089A TW201431432A TW 201431432 A TW201431432 A TW 201431432A TW 102116089 A TW102116089 A TW 102116089A TW 102116089 A TW102116089 A TW 102116089A TW 201431432 A TW201431432 A TW 201431432A
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voltage
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current controller
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TW102116089A
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English (en)
Inventor
江永欣
李怡玫
阿爾韋托喬瓦尼 維維安尼
Original Assignee
安恩國際公司
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Abstract

雙端電流控制器包含一限流單元和一調整單元，用來依據負載跨壓來控制流經負載之第一電流。當負載跨壓不大於第一電壓時，雙端電流控制器在第一模式下運作，限流單元導通相關於整流交流電壓之第二電流以將第一電流限定至零，並依據負載跨壓來調整第二電流。當負載跨壓大於第一電壓且不大於第二電壓時，雙端電流控制器在第二模式下運作，限流單元導通第二電流以將第一電流限定至零，並將第二電流固定在大於零之一預定值。當負載跨壓大於第二電壓時，雙端電流控制器在第三模式下運作，限流單元呈關閉。調整單元用來調整預定值和第二電壓之值。

Description

雙端電流控制器及相關發光二極體照明裝置
本發明相關於一種雙端電流控制器及相關發光二極體照明裝置，尤指一種可提高功率因素和提供過電壓保護之雙端電流控制器及相關發光二極體照明裝置。
相較於傳統的白熾燈泡，發光二極體(light emitting diode,LED)具有耗電量低、元件壽命長、體積小、無須暖燈時間和反應速度快等優點，並可配合應用需求而製成極小或陣列式的元件。除了戶外顯示器、交通號誌燈之外、各種可攜式消費性電子產品，例如行動電話、筆記型電腦或個人數位助理(personal digital assistant,PDA)的液晶顯示螢幕背光源之外，發光二極體亦廣泛地被應用於各種室內室外照明裝置，以取代日光燈管、白熾燈泡等等。
請參考第1圖，第1圖為一發光二極體之電壓-電流特性圖。當發光二極體之順向偏壓(forward-bias voltage)小於其隔離電壓(barrier voltage)Vb時，流經發光二極體之電流極小，此時可視為開路；當發光二極體之順向偏壓大於其隔離電壓Vb時，流經發光二極體之電流會隨著其順向偏壓呈指數型的增加，此時可視為短路。隔離電壓Vb之值相關於發光二極體之材料和摻雜濃度，通常介於1.5和3.5伏特之間。由於針對大多數的電流值，發光二極體 之亮度和電流呈正比，因此一般會使用電流源來驅動發光二極體，讓不同的發光二極體皆能達到一致的發光亮度。
請參考第2圖，第2圖為先前技術中一發光二極體照明裝置1100的示意圖。發光二極體照明裝置1100包含一電源供應電路110、一電阻R，和一發光裝置10。電源供應電路110可接收一具正負週期之交流電壓VS，並利用一橋式整流器112來轉換交流電壓VS在負週期內之輸出電壓，因此可提供一整流交流電壓VAC以驅動發光裝置10，其中整流交流電壓VAC之值隨著時間而有週期性變化。電阻R串聯於發光裝置10，用來限定流經發光裝置10之電流ILED。在照明應用中，往往需要使用許多發光二極體來提供足夠光源，由於發光二極體係為一電流驅動元件，其發光亮度與驅動電流之大小成正比，為了達到高亮度和亮度均勻的要求，發光裝置10一般會包含複數個串接之發光二極體D1~Dn。假設發光二極體D1~Dn之隔離電壓皆為理想值Vb，而整流交流電壓VAC之值隨著時間而在0和VMAX之間呈週期性變化，則開啟發光裝置10所需之驅動電壓其值需大於n*Vb，亦即0<VAC<n*Vb間的能量並無法利用。串聯發光二極體的數量越多，導通發光裝置10所需的順向偏壓越高，若發光二極體數量太少，則會使得發光二極體在VAC=VMAX時驅動電流過大，進而影響發光二極體的可靠度。因此，先前技術之發光二極體照明裝置1100僅能在可操作電壓範圍與發光二極體可靠度之間作一取捨。另一方面，具限流作用之電阻R亦會消耗額外能量，進而降低系統效率。
請參考第3圖，第3圖為先前技術中另一發光二極體照明裝置1200的示意圖。發光二極體照明裝置1200包含一電源供應電 路110、一電感L、一電容C、一開關SW，和一發光裝置10。電源供應電路110可接收一具正負週期之交流電壓VS，並利用一橋式整流器112來轉換交流電壓VS在負週期內之輸出電壓，因此可提供一整流交流電壓VAC以驅動發光裝置10，其中整流交流電壓VAC之值隨著時間而有週期性變化。電感L和開關SW串聯於發光裝置10，用來限定流經發光裝置10之電流ILED。電容C並聯於發光裝置10，用來吸收電源供應電路110之電壓漣波(voltage ripple)。相較於發光二極體照明裝置1100之電阻R，電感L在限流時消耗的能量較少，但具限流作用之電感L和具穩壓作用之電容C會大幅降低發光二極體照明裝置1200之功率因素(power factor)，讓能量利用率變低。同時，在照明應用中，先前技術之發光二極體照明裝置1200僅能在可操作電壓範圍與亮度之間作一取捨。
本發明提供一種雙端電流控制器，用來控制流經一負載之一第一電流，其中在一整流交流電壓之一上升週期內當該負載之跨壓不大於一第一電壓時，該雙端電流控制器係在一第一模式下運作；在該上升週期內當該負載之跨壓大於該第一電壓且不大於一第二電壓時，該雙端電流控制器係在一第二模式下運作；而在該上升週期內當該負載之跨壓大於該第二電壓時，該雙端電流控制器係在一第三模式下運作；在該上升週期內當該負載之跨壓在大於該第二電壓後再次降至小於該第二電壓之一第三電壓，且該第二電壓和該第三電壓之間的差值超過一第一磁滯寬度時，該雙端電流控制器係在該第二模式下運作；在該上升週期內當該負載之跨壓在大於該第二電壓後再次降至該第三電壓，且該第二電壓和該第三電壓之間的差值不超過該第一磁滯寬度時，該雙端電流控制器係在該第三模式 下運作。該雙端電流控制器係包含一限流單元和一調整單元：當該雙端電流控制器在該第一模式下運作時，該限流單元導通相關於該整流交流電壓之一第二電流，依據該負載之跨壓來調整該第二電流之值，且將該第一電流限定至零；當該雙端電流控制器在該第二模式下運作時，該限流單元導通以將該第二電流之值固定在大於零之一預定值，並將該第一電流限定至零；而當該雙端電流控制器在該第三模式下運作時，該限流單元呈關閉。該調整單元用來調整該預定值和該第二電壓之值。
本發明提供一種提供過電壓保護之發光二極體照明裝置，其包含一第一發光裝置，其依據一第一電流來提供光源；一第二發光裝置，串聯於該第一發光裝置，其依據一第二電流來提供光源；一第一阻抗元件，用來在該第一發光裝置和該第二發光裝置上之跨壓大於一第一預定值時，將該第一電流或該第二電流限定在一第一預定範圍內；以及一第一雙端電流控制器，並聯於該第一發光裝置且串聯於該第二發光裝置，用來依據該第一雙端電流控制器之跨壓來調節該第二電流。在一整流交流電壓之一上升週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓不大於一第一電壓時，該第一雙端電流控制器係在一第一模式下運作。在該上升週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓大於該第一電壓且不大於一第二電壓時，該第一雙端電流控制器係在一第二模式下運作。在該上升週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓大於該第二電壓時，該第一雙端電流控制器係在一第三模式下運作。該第一雙端電流控制器係包含一限流單元和一調整單元：當該第一雙端電流控制器在該第一模式下運作時，該限流單元導通相關於該整流交流電壓之一第三電流，依據該負載之跨壓來調整該第三電流之值，且將該第一電流限定至零；當該第一雙端電流控制器在該第二模式下運作時，該限流單元導通以將該第三電 流之值固定在大於零之一第二預定值，並將該第一電流限定至零；而當該第一雙端電流控制器在該第三模式下運作時，該限流單元呈關閉以將該第一電流和該第二電流限定在一相同值。該調整單元，用來調整該第二預定值和該第二電壓之值。
L‧‧‧電感
CP0~CP2‧‧‧比較器
C‧‧‧電容
D1~Dn、D1~Dm‧‧‧發光單元
70‧‧‧電壓偵測電路
SW、QN1、QN2‧‧‧開關
72‧‧‧邏輯電路
F1~F3‧‧‧保險絲
74‧‧‧電壓邊緣偵測電路
21~25‧‧‧發光元件
112‧‧‧橋式整流器
120~124‧‧‧雙端電流控制器
412‧‧‧交流-交流變壓器
110、410‧‧‧電源供應電路
50‧‧‧帶隙參考電壓產生器
R、R1~R9‧‧‧電阻
SCR‧‧‧矽控整流器
ZL、ZL1~ZL4‧‧‧阻抗元件
10、20、30、40‧‧‧發光裝置
120A~125A‧‧‧限流單元
120B~125B‧‧‧調整單元
100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000‧‧‧發光二極體照明裝置
第1圖為發光二極體之電壓-電流特性圖。
第2圖和第3圖為先前技術中發光二極體照明裝置的示意圖。
第4~5、9~10、15~18、21和23圖為本發明實施例中發光二極體照明裝置之示意圖。
第6、13和19A~19D圖為本發明實施例中雙端電流控制器運作時之電流-電壓特性圖。
第7圖為本發明實施例中矽控整流器運作時之電流-電壓特性圖。
第8、14、20和22圖為本發明實施例中發光二極體照明裝置運作時相關電流和電壓變化之示意圖。
第11圖和第12圖為本發明實施例中雙端電流控制器之示意圖。
第24圖和第25圖為本發明實施例中阻抗元件之示意圖。
第4圖為本發明第一實施例中一發光二極體照明裝置100示意圖。第5圖為本發明第二實施例中一發光二極體照明裝置200示意圖。發光二極體照明裝置100和200各包含一電源供應電路110、一雙端電流控制器120、一發光裝置10、一矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier)SCR，和一阻抗元件ZL。電源供應電路110可接收一具正負週期之交流電壓VS，並利用一橋式整流器112來轉 換交流電壓VS在負週期內之輸出電壓，因此可提供一整流交流電壓VAC以驅動發光裝置10，其中整流交流電壓VAC之值隨著時間而有週期性變化。發光裝置10可包含n個串接之發光單元D1~Dn，每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，第4圖和第5圖僅顯示了採用單一發光二極體之架構，但不限定本發明之範疇。流經發光裝置10之電流由ILED來表示，而其跨壓由VAK來表示。雙端電流控制器120並聯於發光裝置10和電源供應電路110，其包含一限流單元120A和一調整單元120B。雙端電流控制器120可依據整流交流電壓VAC之值來控制流經發光裝置10之電流ILED，其中流經雙端電流控制器120之電流由IAK來表示，而其跨壓由VAK來表示。在本發明第一和第二實施例中，雙端電流控制器120之隔離電壓Vb’遠小於發光裝置10之整體隔離電壓n*Vb(假設每一發光單元之隔離電壓皆為Vb)。值得注意的是，相關領域具備通常知識者可能會使用其他詞彙來稱呼本發明所述之「隔離電壓」，例如「切入電壓(cut-in voltage)」或「內建電壓(built-in voltage)」等。
矽控整流器SCR並聯於發光裝置10和雙端電流控制器120，用來對雙端電流控制器120提供靜電保護，以及對發光裝置10提供開路保護。
在本發明第一實施例之發光二極體照明裝置100中，雙端電流控制器120並聯於彼此串聯之阻抗元件ZL和發光裝置10。在本發明第二實施例之發光二極體照明裝置200中，阻抗元件ZL串聯於發光裝置10和雙端電流控制器120。阻抗元件ZL可包含電阻、電容、任何提供阻抗路徑之元件，或上述之任意組合。舉例來說， 阻抗元件ZL可由一定拉電流積體電路(constant current source integrated circuit)或一定灌電流積體電路(constant current sink integrated circuit)來實現，其電流-電壓特性圖如第24圖和第25圖所示。當電源供應電路110因故產生波動使得整流交流電壓VAC超過理想上限值時，阻抗元件ZL可對發光裝置10提供過電壓保護。
第6圖顯示了發光二極體照明裝置100或200中雙端電流控制器120運作時之電流-電壓特性圖。在第6圖中，縱軸代表流經限流單元120A之電流IAK，橫軸代表限流單元120A之跨壓VAK。在本發明第一實施例中，當電壓VAK之值介於0和VDROP之間時，雙端電流控制器120在第一模式下運作，此時限流單元120A之作用如同一壓控元件，亦即當電壓VAK大於雙端電流控制器120之隔離電壓Vb’時，流經雙端電流控制器120之電流IAK會隨著其跨壓VAK呈特定變化。當電壓VAK之值介於VDROP和VOFF_TH之間時，雙端電流控制器120在第二模式下運作，此時限流單元120A之作用如同一定電流源，亦即電流IAK之值不再隨著電壓VAK變化，而是被限定在一可調整之特定電流IMAX’。當電壓VAK之值大於VOFF_TH時，由於電流IAK之值瞬間降至0，此時雙端電流控制器120會在第三模式下運作而被關閉，此時限流單元120A可視為開路。同時，調整單元120B可用來調整雙端電流控制器120在第二模式下運作時之限流值IMAX’，以及調整用來切換第二和第三模式之電壓VOFF_TH，因此能提供多種特性以達到彈性設計。
第7圖顯示了矽控整流器SCR運作時之電流-電壓特性圖。在第7圖中，縱軸代表流經矽控整流器SCR之電流ISCR，橫軸代表矽控整流器SCR之跨壓VAK。當電壓VAK之值小於一轉折電壓 (break-over voltage)BV時，矽控整流器SCR係在一關閉模式下運作，此時僅會導通極小的漏電流。若接收到大於轉折電壓BV之靜電脈衝電壓，矽控整流器SCR會被觸發且切換至一電阻模式下運作，此時矽控整流器SCR之跨壓VAK大於一保持電壓VHOLD但遠小於轉折電壓BV，而電流ISCR會隨著電壓VAK而增加。因此，矽控整流器SCR可對雙端電流控制器120提供靜電保護。同時，若發光裝置10中一發光二極體單元因故發生開路，電壓VAK會在瞬間超過轉折電壓BV，此時矽控整流器SCR會被觸發以旁路電流ILED，進而提供開路保護。
第8圖顯示了電壓VAK、電流IAK和電流ILED之波形。如前所述，由於電壓VAK之值相關於整流交流電壓VAC，其值隨著時間而有週期性變化，因此以包含時間點t0~t6之一個週期來做說明，其中時間點t0~t3之間為整流交流電壓VAC之上升週期，而時間點t3~t6之間為整流交流電壓VAC之下降週期。在時間點t0和t1之間，電壓VAK逐漸上升，雙端電流控制器120之限流單元120A首先被導通，電流IAK之值會隨著電壓VAK以特定方式增加，此時電流ILED之值維持在零。在時間點t1和t2之間，電壓VAK大於電壓VDROP，雙端電流控制器120之限流單元120A會將電流IAK之值限定在特定電流IMAX，而此時發光裝置10仍未導通，因此電流ILED之值依舊維持在零。在時間點t2和t4之間，電壓VAK之值大於電壓VOFF_TH，雙端電流控制器120之限流單元120A會被關閉，而相關於整流交流電壓VAC之電流則由發光裝置10來導通，此時電流IAK之值降至零，而電流ILED之值則隨著電壓VAK變化。在時間點t4和t5之間，電壓VAK降至介於VDROP和VOFF_TH之間，雙端電流控制器120之限流單元120A會導通，因此電流IAK之值會再次被限定在特定電流 IMAX，而電流ILED之值會降至零。在時間點t5和t6之間，電壓VAK降至低於電壓VDROP，此時電流IAK之值會隨著電壓VAK以特定方式減少。換而言之，在0<VAK<VDROP的時間區間t0~t1和t5~t6，雙端電流控制器120係在第一模式下運作；在VDROP<VAK<VOFF_TH的時間區間t1~t2和t4~t5，雙端電流控制器120係在第二模式下運作；在VAK>VOFF_TH的時間區間t2~t4，雙端電流控制器120係在第三模式下運作。
第9圖為本發明第三實施例中一發光二極體照明裝置300示意圖。第10圖為本發明第四實施例中一發光二極體照明裝置400示意圖。發光二極體照明裝置300和400各包含一電源供應電路110、一雙端電流控制器120、兩發光裝置21和25、一矽控整流器SCR，和一阻抗元件ZL。雙端電流控制器120包含一限流單元120A和一調整單元120B。
在本發明第三實施例之發光二極體照明裝置300中，雙端電流控制器120並聯於彼此串聯之阻抗元件ZL和發光裝置21。發光裝置21可包含m個串接之發光單元D1~Dm，每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，其中流經發光裝置21之電流由ILED_AK來表示，而發光裝置21和阻抗元件ZL上之跨壓由VAK來表示。發光裝置25串聯於雙端電流控制器120，其包含n個串接之發光單元D1~Dn，其中流經發光裝置25之電流由ILED來表示，而發光裝置25之跨壓由VLED來表示。雙端電流控制器120之隔離電壓Vb’遠小於發光裝置21之整體隔離電壓m*Vb(假設每一發光單元之隔離電壓皆為Vb)。每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，第9圖僅顯示了採用單一發光二極體之架構， 但不限定本發明之範疇。矽控整流器SCR並聯於發光裝置21和雙端電流控制器120，用來對雙端電流控制器120提供靜電保護，以及對發光裝置21提供開路保護。
在本發明第四實施例之發光二極體照明裝置400中，阻抗元件ZL串聯於發光裝置21、25和雙端電流控制器120。發光裝置21可包含m個串接之發光單元D1~Dm，其中流經發光裝置21之電流由ILED_AK來表示，而發光裝置21之跨壓由VAK來表示。發光裝置25串聯於雙端電流控制器120，其包含n個串接之發光單元D1~Dn，其中流經發光裝置25之電流由ILED來表示，而發光裝置25之跨壓由VLED來表示。雙端電流控制器120之隔離電壓Vb’遠小於發光裝置21之整體隔離電壓m*Vb(假設每一發光單元之隔離電壓皆為Vb)。每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，第10圖僅顯示了採用單一發光二極體之架構，但不限定本發明之範疇。矽控整流器SCR並聯於發光裝置21和雙端電流控制器120，用來對雙端電流控制器120提供靜電保護，以及對發光裝置21提供開路保護。
第11圖和第12圖為本發明實施例中雙端電流控制器120之示意圖。在此兩實施例中，雙端電流控制器120之限流單元120A包含電阻R1~R7、開關QN1~QN2、一比較器CP0、一帶隙參考電壓產生器50，以及一電壓偵測電路70。帶隙參考電壓產生器50通常包含正溫度係數和負溫度係數之元件，藉此達到零溫度係數之電壓輸出特性，進而提供一穩定的參考電壓VREF。
電阻R1能偵測流經開關QN1之電流，並提供一相對應之 回授電壓VFB。透過由電阻R2~R4所組成之分壓電路，參考電壓VREF會被分壓成相對應之一參考電壓VREF1和一參考電壓VREF2。透過由電阻R5~R7所組成之分壓電路，電壓VAK會被分壓成相對應之一電壓VON和一電壓VOFF。比較器CP0於其正輸入端接收參考電壓VREF1，於其負輸入端接收回授電壓VFB，並依據參考電壓VREF1和回授電壓VFB之間的大小關係來輸出一控制訊號Vg至開關QN1。
開關QN1可為一場效電晶體(Field Effect Transistor,FET)、一雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)，或是其它具類似功能之元件，第11圖和第12圖之實施例係以一N型金氧半導體場效電晶體(N-Type Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,NMOSFET)來做說明。開關QN1之閘極耦接至比較器CP0以接收控制訊號Vg，其汲極-源極電壓、閘極-源極電壓和臨界電壓分別由VDS、VGS和VTH來表示。當開關QN1在線性區運作時，其汲極電流主要由汲極-源極電壓VDS來決定；當開關QN1在飽和區運作時，其汲極電流只相關於閘極-源極電壓VGS。
開關QN2可為一場效電晶體、一雙載子接面電晶體，或是其它具類似功能之元件，第11圖和第12圖之實施例係以一N型金氧半導體場效電晶體來做說明。開關QN2並聯於電阻R1。當電壓VAK尚未達到能提供足夠導通電流之值時，開關QN2呈導通以降低電阻R1之等效阻抗，進而縮短開關導通時間。當電壓VAK接近VDROP時，開關QN2呈關閉。
在整流交流電壓VAC之上升週期，開關QN1之汲極-源極電壓VDS會隨著電壓VAK而增加：當電壓VAK之值不大於VDROP時， 汲極-源極電壓VDS小於閘極-源極電壓VGS和臨界電壓VTH之差值(亦即VDS<VGS-VTH)，而比較器CP0提供之控制訊號Vg會讓開關QN1在線性區運作，此時其汲極電流主要取決於汲極-源極電壓VDS，亦即雙端電流控制器120會讓電流IAK和電壓VAK之間的關係呈現如同開關QN1之線性區特性。
在整流交流電壓VAC之上升週期，當電壓VAK之值介於VDROP和電壓VOFF_TH之間時，汲極-源極電壓VDS大於閘極-源極電壓VGS和臨界電壓VTH之差值(VDS>VGS-VTH)，而比較器CP0提供之控制訊號Vg會讓VGS>VTH，因此開關QN1會在飽和區運作，此時其汲極電流只相關於閘極-源極電壓VGS，亦即電流IAK之值不會隨著電壓VAK改變。
電壓偵測電路70包含一邏輯電路72、一電壓邊緣偵測電路74，以及兩磁滯(hysteresis)比較器CP1和CP2。磁滯比較器CP1之正輸入端接收參考電壓VREF2而負輸入端接收電壓VON，可依據電壓VON和參考電壓VREF2之間的大小關係來決定電壓VON_TH之值。磁滯比較器CP2之正輸入端接收電壓VOFF而負輸入端接收參考電壓VREF2，可依據電壓VOFF和參考電壓VREF2之間的大小關係來決定電壓VOFF_TH之值。電壓VON_TH和VOFF_TH為雙端電流控制器120在不同模式之間的切換點，其運作在說明書後續內容中會有詳細說明。
同時，當電壓VAK之值介於VOFF_TH和VON_TH之間時，電壓邊緣偵測電路74可判斷此時是整流交流電壓VAC之上升週期或下降週期。依據電壓邊緣偵測電路74和磁滯比較器CP1、CP2之判 斷結果，邏輯電路72再依此輸出一相對應之控制訊號至比較器CP0。當電壓VAK之值在整流交流電壓VAC之上升週期內介於VOFF_TH和VON_TH之間時，比較器CP0提供之控制訊號Vg低於臨界電壓VTH之值，此時開關QN1為關閉，進而將電流IAK之值限定在零；當電壓VAK之值在整流交流電壓VAC之下降週期內介於VON_TH和VOFF_TH之間時，比較器CP0提供之控制訊號Vg高於臨界電壓VTH之值，此時開關QN1會在飽和區運作，進而將電流IAK之值限定在IMAX。
在第11圖所示之實施例中，調整單元120B包含一電阻R8，透過調整電阻R8之值可改變參考電壓VREF分壓至比較器CP0~CP2之值，亦即可彈性調整參考電壓VREF1和VREF2之值。如前所述，比較器CP0會依據參考電壓VREF1和回授電壓VFB之差值來輸出控制訊號Vg至開關QN1，磁滯比較器CP1會依據電壓VON和參考電壓VREF2之間的大小關係來決定電壓VON_TH之值，而磁滯比較器CP2會依據電壓VOFF和參考電壓VREF2之間的大小關係來決定電壓VOFF_TH之值。由於開關QN1在飽和區運作時(第二模式)其汲極電流只相關於閘極-源極電壓VGS，本發明可透過調整單元120B來調整雙端電流控制器120在第二模式下運作時之限流值IMAX，同時亦能調整用來切換第二和第三模式之電壓VON_TH和VOFF_TH，因此能提供多種特性以達到彈性設計。
在第12圖所示之實施例中，調整單元120B包含電阻R8~R9和保險絲F1~F3，可透過雷射燒斷方式或是電流燒斷方式來使保險絲F1~F3呈連接狀態或斷開狀態，改變並聯於分壓電阻R3和R4之等效電阻值。舉例來說，僅燒斷保險絲F1可將R8並聯於 電阻串R3+R4，僅燒斷保險絲F2可將R9並聯於電阻串R3+R4，僅燒斷保險絲F1和F2可將電阻串R8+R9並聯於電阻串R3+R4，而燒斷保險絲F3則不會並聯任何電阻至電阻串R3+R4。本發明亦可使用更多電阻與保險絲的組合，電阻之間也不一定都是串聯。因此，本發明可改變參考電壓VREF分壓至比較器CP0~CP2之值，亦即可彈性調整參考電壓VREF1和VREF2之值。如前所述，比較器CP0會依據參考電壓VREF1和回授電壓VFB之差值來輸出控制訊號Vg至開關QN1，磁滯比較器CP1會依據電壓VON和參考電壓VREF2之間的大小關係來決定電壓VON_TH之值，而磁滯比較器CP2會依據電壓VOFF和參考電壓VREF2之間的大小關係來決定電壓VOFF_TH之值。由於開關QN1在飽和區運作時(第二模式)其汲極電流只相關於閘極-源極電壓VGS，本發明可透過調整單元120B來調整雙端電流控制器120在第二模式下運作時之限流值IMAX，同時亦能調整用來切換第二和第三模式之電壓VON_TH和VOFF_TH，因此能提供多種特性以達到彈性設計。
在第11圖所示之實施例中，使用者可自行調整電流；在第12圖所示之實施例中，雙端電流控制器120之製造者可預先幫使用者作調整，以積體電路來說，就是使調整單元(電阻)內建，如此可以讓使用者省去一個電阻。內建電阻或是雷射/電流燒斷保險絲等都是積體電路製程中常用手段，第11圖和第12圖僅說明本發明之實施例，並不限定本發明之範疇。
第13圖顯示了發光二極體照明裝置300或400中雙端電流控制器120運作時之電流-電壓特性圖。在第13圖中，縱軸代表流經限流單元120A之電流IAK，橫軸代表雙端電流控制器120之跨 壓VAK。
在整流交流電壓VAC之上升週期，當電壓VAK之值介於0和VDROP之間時，雙端電流控制器120在第一模式下運作，此時限流單元120A之作用如同一壓控元件，亦即當電壓VAK大於雙端電流控制器120之隔離電壓Vb’時，電流IAK會隨著其跨壓VAK呈特定變化。如前所述，當電壓VAK尚未達到能提供足夠導通電流之值時，開關QN2呈導通以降低電阻R1之等效阻抗，使得電流IAK能更快速地上升。當電流IAK接近IMAX時，開關QN2會被關閉。
在整流交流電壓VAC之上升週期，當電壓VAK之值介於VDROP和VOFF_TH之間時，雙端電流控制器120在第二模式下運作，此時限流單元120A之作用如同一定電流源，亦即電流IAK之值不再隨著電壓VAK變化，而是被限定在一可調整之特定電流IMAX。
在整流交流電壓VAC之上升週期，當電壓VAK之值大於VOFF_TH時，雙端電流控制器120會在第三模式下運作而限流單元120A呈關閉。由於電流IAK之值瞬間降至0，此時雙端電流控制器120可視為開路。
在整流交流電壓VAC之下降週期，當電壓VAK之值小於VON_TH之間時，雙端電流控制器120在第二模式下運作，此時限流單元120A會將電流IAK之值限定在特定電流IMAX；當電壓VAK之值介於0和VDROP之間時，雙端電流控制器120在第一模式下運作，此時限流單元120A之作用如同一壓控元件，亦即當電壓VAK大於雙端電流控制器120之隔離電壓Vb’時，電流IAK會隨著其跨壓VAK 呈特定變化。同時，調整單元120B可用來調整雙端電流控制器120在第二模式下運作時之限流值IMAX，以及調整用來切換第二和第三模式之電壓VOFF_TH和VON_TH，因此能提供多種特性以達到彈性設計。
在本發明中，磁滯比較器CP1和CP2可提供磁滯帶(hysteresis band)△V1和△V2，可避免因雜訊產生的小電壓變化造成不必要的模式切換。更精確地說，磁滯比較器CP1提供兩切換點以定義磁滯帶△V1，其中下降週期之切換點為VON_TH而上升週期之切換點為VON_TH’；同理，磁滯比較器CP2提供兩切換點以定義磁滯帶△V2，其中上升週期之切換點為VOFF_TH而下降週期之切換點為VOFF_TH’。
在整流交流電壓VAC之上升週期，當電壓VAK之值大於VOFF_TH時，雙端電流控制器120會切換至第三模式下運作。此時，若電壓VAK因故偏離VOFF_TH，雙端電流控制器120會判斷電壓偏離值是否在磁滯帶△V2內，再依此決定是否切換至第二模式或繼續在至第三模式下運作。舉例來說，假設電壓V1之值低於電壓VOFF_TH’，電壓V1’之值介於電壓VOFF_TH’和VOFF_TH之間，而電壓V2之值介於電壓VOFF_TH和VON_TH之間。若電壓VAK在達到V2後降至V1，接著又回升至V2，此時雙端電流控制器120會依序在第三模式、第二模式和第三模式下運作。另一方面，若電壓VAK在達到V2後降至V1’，接著又回升至V2，此時雙端電流控制器120會持續在第三模式下運作。
在整流交流電壓VAC之下降週期，當電壓VAK之值低於 VON_TH時，雙端電流控制器120會切換至第二模式下運作。此時，若電壓VAK因故偏離VON_TH，此時雙端電流控制器120會判斷電壓偏離值是否在磁滯帶△V1內，再依此決定是否切換至第三模式或繼續在至第二模式下運作。舉例來說，假設電壓V2之值介於電壓VOFF_TH和VON_TH之間，電壓V3之值大於電壓VON_TH’，而電壓V3’之值介於電壓VON_TH和VON_TH’之間。若電壓VAK在達到V2後升至V3，接著又降回到V2，此時雙端電流控制器120會依序在第二模式、第三模式和第二模式下運作。另一方面，若電壓VAK在達到V2後升至V3’，接著又降回到V2，此時雙端電流控制器120會持續在第二模式下運作。
第14圖顯示了本發明實施例中電壓VAC、VAK、VLED和電流IAK、ILED_AK、ILED之波形。如前所述，由於整流交流電壓VAC之值隨著時間而有週期性變化，因此以包含時間點t0~t6之一個週期來做說明，其中時間點t0~t3之間為整流交流電壓VAC之上升週期，而時間點t3~t6之間為整流交流電壓VAC之下降週期。在時間點t0和t1之間，雙端電流控制器120之跨壓VAK和n個串接發光單元之跨壓VLED隨著整流交流電壓VAC逐漸上升。由於隔離電壓較小，因此雙端電流控制器120之限流單元120A首先會被導通，接著電流IAK和ILED之值會隨著電壓VAK以特定方式增加，而電流ILED_AK之值維持在零。
在時間點t1和t2之間，電壓VAK大於電壓VDROP，雙端電流控制器120會將電流IAK之值限定在特定電流IMAX，而並聯於雙端電流控制器120之發光裝置21仍未導通，因此電流ILED_AK之值依舊為零，此時電壓VLED之值可由m*VF來表示，其中VF代表發 光裝置25中每一發光單元此時之順向偏壓。因此，發光裝置21在時間點t0~t2之間並未導通，此時電源供應電路110所提供之整流交流電壓VAC係施加於雙端電流控制器120和發光裝置25中n個串接發光單元上。
在時間點t2和t4之間，電壓VAK之值大於VOFF_TH，雙端電流控制器120會被關閉，而相關於整流交流電壓VAC之電流則由發光裝置21和25來導通，此時電流IAK之值降至零，而電流ILED_AK之值隨著電壓VAK變化。因此，當發光裝置21在時間區間t2~t4被導通時，雙端電流控制器120兩端之跨壓VAK係由發光裝置21分壓整流交流電壓VAC來提供。
在時間點t4和t5之間，電壓VAK降至介於VDROP和VON_TH之間，雙端電流控制器120會導通，因此電流IAK之值會再次被限定在特定電流IMAX，而電流ILED_AK之值會降至零。在時間點t5和t6之間，電壓VAK降至低於VDROP，此時電流IAK之值會隨著電壓VAK以特定方式減少。如第9、10、14圖所示，電流ILED之值為電流ILED_AK和電流IAK之加總(假設矽控整流器為關閉)，本發明第三和第四實施例可透過雙端電流控制器120來增加電源供應電路110之可操作電壓範圍(例如電壓VAC在t0~t2和t4~t6的輸出)，進而提升發光二極體照明裝置300和400之功率因素。
第15圖為本發明第五實施例中一發光二極體照明裝置500之示意圖。第16圖為本發明第六實施例中一發光二極體照明裝置600之示意圖。第17圖為本發明第七實施例中一發光二極體照明裝置700之示意圖。第18圖為本發明第八實施例中一發光二極體照 明裝置800之示意圖。發光二極體照明裝置500、600、700和800各包含一電源供應電路110、複數個雙端電流控制器、複數個發光裝置、複數個矽控整流器SCR，和至少一阻抗元件。每一矽控整流器SCR並聯於一相對應之發光裝置和一相對應之雙端電流控制器，用來對相對應雙端電流控制器提供靜電保護，以及對相對應發光裝置提供開路保護。
在本發明第五實施例之發光二極體照明裝置500中，發光二極體照明裝置500包含4個雙端電流控制器121~124、4個發光裝置21~23和25、4個矽控整流器SCR，和一阻抗元件ZL。發光裝置21~23分別並聯於相對應之雙端電流控制器121~123，各包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置21~23之電流分別由ILED_AK1~ILED_AK3來表示，而發光裝置21~23之跨壓分別由VAK1~VAK3來表示。阻抗元件ZL並聯於雙端電流控制器124，其中流經阻抗元件ZL之電流由ILED_AK4來表示，而阻抗元件ZL之跨壓由VAK4來表示。阻抗元件ZL可包含電阻、電容、任何提供阻抗路徑之元件，或上述之任意組合。舉例來說，阻抗元件ZL可由一定拉電流積體電路或一定灌電流積體電路來實現，其電流-電壓特性圖如第24圖和第25圖所示。發光裝置25串聯於雙端電流控制器121~124，其包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置25之電流由ILED來表示，而發光裝置25之跨壓由VLED來表示。每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，第15圖僅顯示了採用單一發光二極體之架構，但不限定本發明之範疇。在第15圖所示之實施例中，雙端電流控制器121~124各包含相對應限流單元121A~124A和相對應調整單元121B~124B，分別用來依據電壓VAK1~VAK4來調節流經相對應發光裝置21~23和阻抗元件ZL之電 流，其中流經雙端電流控制器121~124之電流分別由IAK1~IAK4來表示。雙端電流控制器121~123之隔離電壓Vb’遠小於相對應發光裝置21~23之整體隔離電壓。若電源供應電路110因故產生波動使得整流交流電壓VAC超過理想上限值時，阻抗元件ZL可對發光裝置21~23和25提供過電壓保護。
在本發明第六實施例之發光二極體照明裝置600中，發光二極體照明裝置600包含4個雙端電流控制器121~124、5個發光裝置21~25、4個矽控整流器SCR，和4個阻抗元件ZL1~ZL4。發光裝置21~24分別串聯於相對應之阻抗元件ZL1~ZL4且分別並聯於相對應之雙端電流控制器121~124，各包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置21~24之電流分別由ILED_AK1~ILED_AK4來表示，而發光裝置21~24之跨壓分別由VAK1~VAK4來表示。阻抗元件ZL1~ZL4可包含電阻、電容、任何提供阻抗路徑之元件，或上述之任意組合。舉例來說，每一阻抗元件ZL1~ZL4可由一定拉電流積體電路或一定灌電流積體電路來實現，其電流-電壓特性圖如第24圖和第25圖所示。發光裝置25串聯於雙端電流控制器121~124，其包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置25之電流由ILED來表示，而發光裝置25之跨壓由VLED來表示。每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，第16圖僅顯示了採用單一發光二極體之架構，但不限定本發明之範疇。在第16圖所示之實施例中，雙端電流控制器121~124各包含相對應限流單元121A~124A和相對應調整單元121B~124B，分別用來依據電壓VAK1~VAK4來調節流經相對應發光裝置21~24之電流，其中流經雙端電流控制器121~124之電流分別由IAK1~IAK4來表示。雙端電流控制器121~124之隔離電壓Vb’遠小於相對應發光裝置21~24 之整體隔離電壓。若電源供應電路110因故產生波動使得整流交流電壓VAC超過理想上限值時，阻抗元件ZL1~ZL4可對發光裝置21~25提供過電壓保護。同時，阻抗元件ZL1~ZL4能提供具有相異阻抗之訊號傳輸路徑，進而以不同順序開啟發光裝置21~24。
在本發明第七實施例之發光二極體照明裝置700中，發光二極體照明裝置700包含4個雙端電流控制器121~124、5個發光裝置21~25、4個矽控整流器SCR，和一阻抗元件ZL。發光裝置21~24分別並聯於相對應之雙端電流控制器121~124，各包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置21~24之電流分別由ILED_AK1~ILED_AK4來表示，而發光裝置21~24之跨壓分別由VAK1~VAK4來表示。阻抗元件ZL可包含電阻、電容、任何提供阻抗路徑之元件，或上述之任意組合。舉例來說，阻抗元件ZL可由一定拉電流積體電路或一定灌電流積體電路來實現，其電流-電壓特性圖如第24圖和第25圖所示。發光裝置25串聯於雙端電流控制器121~124，其包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置25之電流由ILED來表示，而發光裝置25之跨壓由VLED來表示。每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，第17圖僅顯示了採用單一發光二極體之架構，但不限定本發明之範疇。在第17圖所示之實施例中，雙端電流控制器121~124各包含相對應限流單元121A~124A和相對應調整單元121B~124B，分別用來依據電壓VAK1~VAK4來調節流經相對應發光裝置21~24之電流，其中流經雙端電流控制器121~124之電流分別由IAK1~IAK4來表示。雙端電流控制器121~124之隔離電壓Vb’遠小於相對應發光裝置21~24之整體隔離電壓。若電源供應電路110因故產生波動使得整流交流電壓VAC超過理想上限值時，阻抗元件ZL可對發光裝置21~25提 供過電壓保護。
在本發明第八實施例之發光二極體照明裝置800中，發光二極體照明裝置800包含5個雙端電流控制器121~125、5個發光裝置21~25，和5個矽控整流器SCR。發光裝置21~24分別並聯於相對應之雙端電流控制器121~124，各包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置21~24之電流分別由ILED_AK1~ILED_AK4來表示，而發光裝置21~24之跨壓分別由VAK1~VAK4來表示。雙端電流控制器125串聯於發光裝置21~25，可作為一阻抗元件或一電流調節器。發光裝置25串聯於雙端電流控制器121~125，其包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置25之電流由ILED來表示，而發光裝置25之跨壓由VLED來表示。每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，第18圖僅顯示了採用單一發光二極體之架構，但不限定本發明之範疇。在第18圖所示之實施例中，雙端電流控制器121~125各包含相對應限流單元121A~125A和相對應調整單元121B~125B，分別用來依據電壓VAK1~VAK4來調節流經相對應發光單元21~24之電流，其中流經雙端電流控制器121~124之電流分別由IAK1~IAK4來表示。雙端電流控制器121~124之隔離電壓Vb’遠小於相對應發光裝置21~24之整體隔離電壓。若電源供應電路110因故產生波動使得整流交流電壓VAC超過理想上限值時，雙端電流控制器125可吸收多餘電壓並將電流限定在預定值，因此能對發光裝置21~25提供過電壓保護。
第19A~19D圖和第20圖說明了本發明實施例中發光二極體照明裝置500、600、700和800之運作，其中第19A~19D圖分別顯示了限流單元121A~124A運作時之電流-電壓特性圖，而第 20圖顯示了發光二極體照明裝置500、600、700和800運作時相關電流和電壓的變化。本發明可利用調整單元121B~124B來分別設定雙端電流控制器121~124在第二模式下運作時之限流值和切換第二和第三模式之電壓，因此能提供多種特性以達到彈性設計。在第19A~19D圖所示之實施例中，雙端電流控制器121~124在第二模式下運作時之限流值大小關係為IMAX1<IMAX2<IMAX3<IMAX4，用來切換第二和第三模式之電壓大小關係為VON_TH1<VON_TH2<VON_TH3<VON_TH4和VOFF_TH1<VOFF_TH2<VOFF_TH3<VOFF_TH4。
第20圖說明了本發明實施例之發光二極體照明裝置500、600、700和800的運作，顯示了電壓VAC和電流ILED之波形。如前所述，由於整流交流電壓VAC之值隨著時間而有週期性變化，因此以包含時間點t0~t10之一個週期來做說明，其中時間點t0~t5之間為整流交流電壓VAC之上升週期，而時間點t5~t10之間為整流交流電壓VAC之下降週期。
首先說明包含時間點t0~t5之上升週期，在時間點t0和t1之間，雙端電流控制器121~124之跨壓VAK1~VAK4隨著整流交流電壓VAC而上升。由於雙端電流控制器121~124之隔離電壓較小，因此在時間點t0和t1之間雙端電流控制器121~124較早被導通，此時電流係從電源供應電路110依序透過限流單元121A~124A傳送至發光裝置25，亦即ILED=IAK1=IAK2=IAK3=IAK4，而ILED_AK1=ILED_AK2=ILED_AK3=ILED_AK4=0。在時間點t1和t2之間，電壓VAK1之值大於VOFF_TH1，雙端電流控制器121首先被關閉，此時電流係從電源供應電路110依序透過發光裝置21、限流單元122A~ 124A傳送至發光裝置25，亦即ILED=ILED_AK1=IAK2=IAK3=IAK4，而IAK1=ILED_AK2=ILED_AK3=ILED_AK4=0。在時間點t2和t3之間，電壓VAK2之值大於VOFF_TH2，雙端電流控制器122接著被關閉，此時電流係從電源供應電路110依序透過發光裝置21、發光裝置22、限流單元123A~124A傳送至發光裝置25，亦即ILED=ILED_AK1=ILED_AK2=IAK3=IAK4，而IAK1=IAK2=ILED_AK3=ILED_AK4=0。在時間點t3和t4之間，電壓VAK3之值大於VOFF_TH3，雙端電流控制器123接著被關閉，此時電流係從電源供應電路110依序透過發光裝置21、發光裝置22、發光裝置23和限流單元124A傳送至發光裝置25，亦即ILED=ILED_AK1=ILED_AK2=ILED_AK3=IAK4，而IAK1=IAK2=IAK3=ILED_AK4=0。在時間點t4和t5之間，電壓VAK4之值大於VOFF_TH4，雙端電流控制器124接著被關閉，此時電流係從電源供應電路110依序透過發光裝置21~24傳送至發光裝置25，亦即ILED=ILED_AK1=ILED_AK2=ILED_AK3=ILED_AK4，而IAK1=IAK2=IAK3=IAK4=0。針對包含時間點t5~t10之下降週期，隨著整流交流電壓VAC的下降，當電壓VAK4~VAK1之值依序分別低於VON_TH4~VON_TH1時，限流單元124A~121A會在時間點t6~t9依序被開啟，其運作方式和其相對應之上升週期類似。換而言之，在同一週期內，發光裝置25的導通時間最長，發光裝置21的導通時間次長，而發光裝置24的導通時間最短。在許多應用中，可能需要發光裝置21~24提供不同亮度或是在不同時間點提供光源，本發明可利用調整單元121B~124B來提供多種特性以達到彈性設計。
第21圖為本發明第九實施例中一發光二極體照明裝置900之示意圖。發光二極體照明裝置900包含一電源供應電路110、5個雙端電流控制器121~125、4個發光裝置21~24，和4個矽控 整流器SCR。發光裝置21~24分別並聯於相對應之雙端電流控制器121~124，各包含複數個串接之發光單元，其中流經發光裝置21~24之電流分別由ILED_AK1~ILED_AK4來表示，而發光裝置21~24之跨壓分別由VAK1~VAK4來表示。每一發光單元可包含一個發光二極體或複數個發光二極體，第21圖僅顯示了採用單一發光二極體之架構，但不限定本發明之範疇。在第21圖所示之實施例中，雙端電流控制器121~124各包含相對應限流單元121A~124A和相對應調整單元121B~124B，分別用來依據電壓VAK1~VAK4來調節流經相對應發光單元21~24之電流，其中流經雙端電流控制器121~124之電流分別由IAK1~IAK4來表示。雙端電流控制器121~124之隔離電壓Vb’遠小於相對應發光裝置21~24之整體隔離電壓。雙端電流控制器125串聯於雙端電流控制器121~124，其包含一限流單元125A和一調整單元125B，用來依據電壓VAK5來調節電流ILED之值。若電源供應電路110因故產生波動使得整流交流電壓VAC超過理想上限值時，雙端電流控制器125可作為一限流裝置以將流經發光單元21~24之電流限定在預定值。每一矽控整流器SCR並聯於一相對應發光裝置和一相對應雙端電流控制器，用來對相對應雙端電流控制器提供靜電保護，以及對相對應發光裝置提供開路保護。
第22圖說明了本發明第九實施例之發光二極體照明裝置900的運作。如前所述，雙端電流控制器121~124在時間點t4~t6呈關閉，而電流ILED之值由電源供應電路11提供的整流交流電壓VAC來決定。在第22圖所示之實施例中，雙端電流控制器125可將電流ILED之值限定在一特定電流IMAX5。電流IMAX5之值可依據不同應用來決定，第22圖中IMAX1~IMAX5的關係僅為說明，並不限定本發明之範疇。
第23圖為本發明第十實施例中一發光二極體照明裝置1000示意圖。發光二極體照明裝置1000包含一電源供應電路410、一雙端電流控制器120、一發光裝置10、一矽控整流器SCR，和一阻抗元件ZL。本發明第一和第十實施例結構類似，不同之處在於電源供應電路410之結構。在本發明第一實施例中，電源供應電路110係利用橋式整流器112來對交流電壓VS(例如市電110~220伏特)進行整流，進而提供隨著時間而有週期性變化之整流交流電壓VAC。在本發明第十實施例中，電源供應電路410可接收任意來源之交流電壓VS，再利用一交流-交流變壓器412來進行電壓轉換，最後由橋式整流器112進行整流，進而提供隨著時間而有週期性變化之整流交流電壓VAC。發光二極體照明裝置1000之運作方式亦可如第6圖至第8圖所示，在此不另加贅述。同理，本發明第二至第九實施例亦可採用電源供應電路410來提供整流交流電壓VAC。
在本發明發光二極體照明裝置中，雙端電流控制器之數目、發光裝置之數目和結構，以及電源供應電路之種類可依據不同應用來決定。第4~5、9~10、15~18、21和23圖所示僅為本發明之實施例，並不限定本發明之範疇。同時，第11~12圖所示之雙端電流控制器120中僅為本發明之實施例，本發明亦可採用其它具類似功能之元件來達到如第6~8、13和19A~19D圖所示之特性。
本發明之發光二極體照明裝置利用雙端電流控制器來控制流經串接發光二極體之電流大小和導通數目，在整流交流電壓尚未達到所有發光二極體之整體隔離電壓前即能導通部分發光二極體。同時，矽控整流器可對相對應雙端電流控制器提供靜電保護， 以及對相對應發光裝置提供開路保護。因此，本發明能夠增加發光二極體照明裝置之功率因素，同時兼顧可操作電壓範圍與亮度，以及提供過電壓保護。
10‧‧‧發光裝置
110‧‧‧電源供應電路
112‧‧‧橋式整流器
120‧‧‧雙端電流控制器
120A‧‧‧限流單元
120B‧‧‧調整單元
300‧‧‧發光二極體照明裝置
D1~Dn‧‧‧發光單元
ZL‧‧‧阻抗單元
SCR‧‧‧矽控整流器

Claims (45)

  1. 一種雙端電流控制器，用來控制流經一負載之一第一電流，其中：在一整流交流電壓之一上升週期內當該負載之跨壓不大於一第一電壓時，該雙端電流控制器係在一第一模式下運作；在該上升週期內當該負載之跨壓大於該第一電壓且不大於一第二電壓時，該雙端電流控制器係在一第二模式下運作；而在該上升週期內當該負載之跨壓大於該第二電壓時，該雙端電流控制器係在一第三模式下運作；在該上升週期內當該負載之跨壓在大於該第二電壓後再次降至小於該第二電壓之一第三電壓，且該第二電壓和該第三電壓之間的差值超過一第一磁滯寬度(hysteresis band)時，該雙端電流控制器係在該第二模式下運作；在該上升週期內當該負載之跨壓在大於該第二電壓後再次降至該第三電壓，且該第二電壓和該第三電壓之間的差值不超過該第一磁滯寬度時，該雙端電流控制器係在該第三模式下運作；且該雙端電流控制器係包含：一限流單元，其中：當該雙端電流控制器在該第一模式下運作時，該限流單元導通相關於該整流交流電壓之一第二電流，依據該負載之跨壓來調整該第二電流之值，且將該第一電流限定至零；當該雙端電流控制器在該第二模式下運作時，該限流單元導通以將該第二電流之值固定在大於零之一 預定值，並將該第一電流限定至零；而當該雙端電流控制器在該第三模式下運作時，該限流單元呈關閉；以及一調整單元，用來調整該預定值和該第二電壓之值。
  2. 如請求項1所述之雙端電流控制器，其中在該整流交流電壓之一下降週期內當該負載之跨壓介於該第一電壓和一第四電壓之間時，該雙端電流控制器係在該第二模式下運作以將該第一電流限定至零並將該第二電流之值固定在該預定值，且該第四電壓大於該第二電壓。
  3. 如請求項2所述之雙端電流控制器，其中：在該整流交流電壓之該下降週期內當該負載之跨壓在小於該第四電壓後再次超過大於該第四電壓之一第五電壓，且該第四電壓和該第五電壓之間的差值超過一第二磁滯寬度時，該雙端電流控制器係在該第三模式下運作；且在該整流交流電壓之該下降週期內當該負載之跨壓在小於該第四電壓後再次超過該第五電壓，且該第四電壓和該第五電壓之間的差值不超過該第二磁滯寬度時，該雙端電流控制器係在該第二模式下運作。
  4. 如請求項3所述之雙端電流控制器，其中該限流單元係包含：一第一開關，用來依據一控制訊號來導通該第二電流；一帶隙參考電壓產生器，用來提供一帶隙參考電壓；一第一分壓電路，用來分壓該帶隙參考電壓以提供一第一參考電壓和一第二參考電壓； 一第二分壓電路，用來分壓該整流交流電壓以提供一第六電壓和一第七電壓；一電流偵測電路，串聯於該第一開關，用來偵測該第二電流之值並提供相對應之一回授電壓；一電壓邊緣偵測電路，用來判斷該整流交流電壓係在該上升週期或該下降週期；一比較器，用來依據該第一參考電壓和該回授電壓之間的大小關係、該第二電壓、該第四電壓，以及該電壓邊緣偵測電路之判斷結果來提供該控制訊號；一第一磁滯比較器，用來依據該第二參考電壓和該第六電壓之間的大小關係來提供該第四電壓；以及一第二磁滯比較器，用來依據該第二參考電壓和該第七電壓之間的大小關係來提供該第二電壓。
  5. 如請求項4所述之雙端電流控制器，其中該調整單元係包含：一電阻，並聯於該第一分壓電路，用來調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  6. 如請求項4所述之雙端電流控制器，其中該調整單元係包含：一電阻；以及一保險絲，並聯於該電阻，用來在燒斷時讓該電阻並聯於該第一分壓電路以調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  7. 如請求項4所述之雙端電流控制器，其中該調整單元係包含：一電阻；以及 一保險絲，串聯於該電阻，用來在未燒斷時讓該電阻並聯於該第一分壓電路以調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  8. 如請求項4所述之雙端電流控制器，其中該電流偵測電路係包含：一電阻，耦接於該第一開關，用來依據該第二電流來提供該回授電壓；以及一第二開關，並聯於該電阻，用來調整該電阻之一等效阻抗。
  9. 如請求項4所述之雙端電流控制器，其中：在該下降週期內當該負載之跨壓不大於該第一電壓時，該第一開關係依據該控制訊號來調節該第二電流之值；而在該下降週期內當該負載之跨壓大於該第一電壓且不大於該第四電壓時，該第一開關係依據該控制訊號來將該第二電流維持在該預定值並將該第一電流之值限定至零。
  10. 如請求項9所述之雙端電流控制器，其中該雙端電流控制器依據該負載之跨壓來調節該第二電流之值以使該負載之跨壓和該第二電流之間的變化關係符合該第一開關之一特定運作區域的特性。
  11. 如請求項1所述之雙端電流控制器，其中該限流單元係包含：一第一開關，用來依據一控制訊號來導通該第二電流；一帶隙參考電壓產生器，用來提供一帶隙參考電壓；一第一分壓電路，用來分壓該帶隙參考電壓以提供一第一參考 電壓和一第二參考電壓；一第二分壓電路，用來分壓該整流交流電壓以提供一第四電壓和一第五電壓；一電流偵測電路，串接於該開關，用來偵測該第二電流之值並提供相對應之一回授電壓；一電壓邊緣偵測電路，用來判斷該整流交流電壓係在該上升週期或一下降週期；一第一比較器，用來依據該第一參考電壓和該回授電壓之間的大小關係、該第二電壓、該第三電壓，以及該電壓邊緣偵測電路之判斷結果來提供該控制訊號；以及一第二磁滯比較器，用來依據該第二參考電壓和該第四電壓之間的大小關係來提供該第二電壓。
  12. 如請求項11所述之雙端電流控制器，其中該調整單元係包含：一電阻；以及一保險絲，並聯於該電阻，用來在燒斷時讓該電阻並聯於該第一分壓電路以調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  13. 如請求項11所述之雙端電流控制器，其中該調整單元係包含：一電阻；以及一保險絲，串聯於該電阻，用來在未燒斷時讓該電阻並聯於該第一分壓電路以調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  14. 如請求項11所述之雙端電流控制器，其中該電流偵測電路係包 含：一電阻，耦接於該第一開關，用來依據該第二電流來提供該回授電壓；以及一第二開關，並聯於該電阻，用來調整該電阻之一等效阻抗。
  15. 如請求項11所述之雙端電流控制器，其中：在該上升週期內當該負載之跨壓不大於該第一電壓時，該開關係依據該控制訊號來調節該第二電流之值；而在該上升週期內當該負載之跨壓大於該第一電壓時，該開關係依據該控制訊號來將該第二電流維持在該預定值。
  16. 如請求項1所述之雙端電流控制器，其中導通該雙端電流控制器所需之隔離電壓(barrier voltage)小於導通該負載之所需之隔離電壓。
  17. 一種提供過電壓保護(overvoltage protection)之發光二極體照明裝置，其包含：一第一發光裝置，其依據一第一電流來提供光源；一第二發光裝置，串聯於該第一發光裝置，其依據一第二電流來提供光源；一第一阻抗元件，用來在該第一發光裝置和該第二發光裝置上之跨壓大於一第一預定值時，將該第一電流或該第二電流限定在一第一預定範圍內；以及一第一雙端電流控制器，並聯於該第一發光裝置且串聯於該第二發光裝置，用來依據該第一雙端電流控制器之跨壓來調節該第二電流，其中： 在一整流交流電壓之一上升週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓不大於一第一電壓時，該第一雙端電流控制器係在一第一模式下運作；在該上升週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓大於該第一電壓且不大於一第二電壓時，該第一雙端電流控制器係在一第二模式下運作；且在該上升週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓大於該第二電壓時，該第一雙端電流控制器係在一第三模式下運作；且該第一雙端電流控制器係包含：一限流單元，其中：當該第一雙端電流控制器在該第一模式下運作時，該限流單元導通相關於該整流交流電壓之一第三電流，依據該負載之跨壓來調整該第三電流之值，且將該第一電流限定至零；當該第一雙端電流控制器在該第二模式下運作時，該限流單元導通以將該第三電流之值固定在大於零之一第二預定值，並將該第一電流限定至零；而當該第一雙端電流控制器在該第三模式下運作時，該限流單元呈關閉以將該第一電流和該第二電流限定在一相同值；以及一調整單元，用來調整該第二預定值和該第二電壓之值。
  18. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其中在該整流交流電 壓之一下降週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓介於該第一電壓和一第三電壓之間時，該第一雙端電流控制器係將該第一電流限定至零，並將該第二電流和該第三電流限定在該第二預定值，且該第三電壓大於該第二電壓。
  19. 如請求項18所述之發光二極體照明裝置，其中該限流單元係包含：一第一開關，用來依據一控制訊號來導通該第三電流；一帶隙參考電壓產生器，用來提供一帶隙參考電壓；一第一分壓電路，用來分壓該帶隙參考電壓以提供一第一參考電壓和一第二參考電壓；一第二分壓電路，用來分壓該整流交流電壓以提供一第四電壓和一第五電壓；一電流偵測電路，串接於該第一開關，用來偵測該第三電流之值並提供一相對應之回授電壓；一電壓邊緣偵測電路，用來判斷該整流交流電壓係在該上升週期或該下降週期；一第一比較器，用來依據該第一參考電壓和該回授電壓之間的大小關係、該第二電壓、該第三電壓，以及該電壓邊緣偵測電路之判斷結果來提供該控制訊號；一第二比較器，用來依據該第二參考電壓和該第四電壓之間的大小關係來提供該第二電壓；以及一第三比較器，用來依據該第二參考電壓和該第五電壓之間的大小關係來提供該第三電壓。
  20. 如請求項19所述之發光二極體照明裝置，其中該調整單元係包 含：一電阻，並聯於該第一分壓電路，用來調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  21. 如請求項19所述之發光二極體照明裝置，其中該調整單元係包含：一電阻；以及一保險絲，並聯於該電阻，用來在燒斷時讓該電阻並聯於該第一分壓電路以調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  22. 如請求項19所述之發光二極體照明裝置，其中該調整單元係包含：一電阻；以及一保險絲，串聯於該電阻，用來在未燒斷時讓該電阻並聯於該第一分壓電路以調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  23. 如請求項19所述之發光二極體照明裝置，其中該電流偵測電路係包含：一電阻，耦接於該第一開關，用來依據該第三電流來提供該回授電壓；以及一第二開關，並聯於該電阻，用來調整該電阻之一等效阻抗。
  24. 如請求項19所述之發光二極體照明裝置，其中：在該下降週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓不大於該第一 電壓時，該第一開關係依據該控制訊號來調節該第三電流之值；而在該下降週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓大於該第一電壓且不大於該第三電壓時，該第一開關係依據該控制訊號來將該第三電流維持在該第二預定值並將該第一電流之值限定至零。
  25. 如請求項24所述之發光二極體照明裝置，其中該第一雙端電流控制器依據該第一發光裝置之跨壓來調節該第三電流之值以使該第一發光裝置之跨壓和該第二電流之間的變化關係符合該第一開關之一特定運作區域的特性。
  26. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其中該限流單元係包含：一第一開關，用來依據一控制訊號來導通該第三電流；一帶隙參考電壓產生器，用來提供一帶隙參考電壓；一第一分壓電路，用來分壓該帶隙參考電壓以提供一第一參考電壓和一第二參考電壓；一第二分壓電路，用來分壓該整流交流電壓以提供一第四電壓和一第五電壓；一電流偵測電路，串接於該第一開關，用來偵測該第三電流之值並提供一相對應之回授電壓；一電壓邊緣偵測電路，用來判斷該整流交流電壓係在該上升週期或該下降週期；一第一比較器，用來依據該第一參考電壓和該回授電壓之間的大小關係、該第二電壓、該第三電壓，以及該電壓邊緣偵 測電路之判斷結果來提供該控制訊號；以及一第二比較器，用來依據該第二參考電壓和該第四電壓之間的大小關係來提供該第二電壓。
  27. 如請求項26所述之發光二極體照明裝置，其中該調整單元係包含：一電阻，並聯於該第一分壓電路，用來調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  28. 如請求項26所述之發光二極體照明裝置，其中該調整單元係包含：一電阻；以及一保險絲，並聯於該電阻，用來在燒斷時讓該電阻並聯於該第一分壓電路以調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  29. 如請求項26所述之發光二極體照明裝置，其中該調整單元係包含：一電阻；以及一保險絲，串聯於該電阻，用來在未燒斷時讓該電阻並聯於該第一分壓電路以調整該第一參考電壓和該第二參考電壓之值。
  30. 如請求項26所述之發光二極體照明裝置，其中該電流偵測電路係包含：一電阻，耦接於該第一開關，用來依據該第三電流來提供該回 授電壓；以及一第二開關，並聯於該電阻，用來調整該電阻之一等效阻抗。
  31. 如請求項26所述之發光二極體照明裝置，其中：在該上升週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓不大於該第一電壓時，該第一開關係依據該控制訊號來調節該第三電流之值；而在該上升週期內當該第一雙端電流控制器之跨壓大於該第一電壓且不大於該第三電壓時，該第一開關係依據該控制訊號來將該第三電流維持在該第二預定值並將該第一電流之值限定至零。
  32. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其中導通該第一雙端電流控制器所需之隔離電壓小於導通該第一發光裝置所需之隔離電壓。
  33. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其中每一發光裝置包含複數個串聯之發光二極體。
  34. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其中該第一阻抗元件包含一電阻、一電容、一定拉電流積體電路(constant current source integrated circuit)，或一定灌電流積體電路(constant current sink integrated circuit)。
  35. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其中該第一阻抗元件係串聯於該第一發光裝置和該第二發光裝置。
  36. 如請求項35所述之發光二極體照明裝置，其中該第一雙端電流控制器係並聯於彼此串聯之該第一發光裝置和該第一阻抗元件。
  37. 如請求項35所述之發光二極體照明裝置，其另包含一第二雙端電流控制器，串聯於該第一雙端電流控制器和該第二發光裝置，用來依據該第二雙端電流控制器之跨壓來調節該第二電流，其中該第一阻抗元件係並聯於該第二雙端電流控制器。
  38. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其另包含：一第三發光裝置，串聯於該第一發光裝置和該第二發光裝置，其依據一第四電流來提供光源；一第二雙端電流控制器，並聯於該第三發光裝置和串聯於該第一雙端電流控制器，用來依據該第二雙端電流控制器之跨壓來調節該第二電流一第二阻抗元件，用來在該第一發光裝置、該第二發光裝置和該第三發光裝置上之跨壓大於一第三預定值時，將該第四電流限定在一第二預定範圍內，其中該第一阻抗元件係並聯於該第一雙端電流控制器且串聯於該第一發光裝置，而該第二阻抗元件係並聯於該第二雙端電流控制器且串聯於該第二發光裝置。
  39. 如請求項35所述之發光二極體照明裝置，其中該第一阻抗元件包含一第二雙端電流控制器，其串聯於該第一雙端電流控制器，用來依據該第二雙端電流控制器之跨壓來調節該第二電流。
  40. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其另包含：一第三發光裝置，串聯於該第一發光裝置和該第二發光裝置，其依據一第四電流來提供光源；一第二雙端電流控制器，並聯於該第三發光裝置，且串聯於該第一雙端電流控制器和該第四發光裝置，用來依據該第二雙端電流控制器之跨壓來調節該第二電流，其中該第一阻抗元件係包含一第三雙端電流控制器，串聯於該第一雙端電流控制器和該第二雙端電流控制器，用來依據該第三雙端電流控制器之跨壓來調節該第四電流。
  41. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其另包含一電源供應電路，用來提供該整流交流電壓以驅動該第一發光裝置和該第二發光裝置。
  42. 如請求項41所述之發光二極體照明裝置，其中該電源供應電路包含一交流-交流變壓器。
  43. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其中該第一發光裝置、該第二發光裝置、該第一阻抗元件、該第一雙端電流控制器和該調整單元係設置在同一電路板。
  44. 如請求項17所述之發光二極體照明裝置，其另包含：一矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier,SCR)，耦接於該第一發光裝置，用來在該第一發光裝置之跨壓超過一轉折電壓(break-over voltage)時導通一第四電流，且在該第一發光裝置之跨壓不超過該轉折電壓時呈關閉。
  45. 如請求項44所述之發光二極體照明裝置，其中該第一發光裝置、該第二發光裝置、該第一阻抗元件、該第一雙端電流控制器、該調整單元和該矽控整流器係設置在同一電路板。
TW102116089A 2013-01-17 2013-05-06 雙端電流控制器及相關發光二極體照明裝置 TW201431432A (zh)

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