TW201532475A - 高功因高效率之發光二極體驅動電路 - Google Patents

Abstract

本發明係一發光二極體(LED)驅動電路，並包含有一雙向限流電路、一整流電路及兩串接電容，該雙向限流電路係電連接於一交流電源之一端；該整流電路係電連接至該雙向限流電路，並將交流電整流成直流電後提供給LED使用；該兩串接電容的串接節點係與該交流電源的另一端電連接，其相對串接節點的另端係分別電連接於LED之兩端。上述電路係由該兩串接電容產生一電壓疊加效應，於交流電源提供低電壓時，即利用電壓疊加讓LED於低電壓時能提早導通，同時增加LED發光的時間與功率因數。

Description

高功因高效率之發光二極體驅動電路

本發明係一種發光二極體的驅動電路，尤指一種適用於三端雙向交流開關(triode for alternating current；TRIAC)調光器的高功因高效率的發光二極體驅動電路。

一種交流型發光二極體(AC-LED)，其直接與市電電連接即可工作，但現有技術的AC-LED的缺點係當輸入電壓產生微幅變化時就會使AC-LED的電流產生大幅的影響，而當流經AC-LED的電流過大時會產生衰退效應(droopeffect)，造成發光效率降低。再者，AC-LED為了要承受較高的輸入電壓峰值，而需有較高的導通電壓，並進一步造成較低的功率因數。

請參閱圖4所示，現有技術中有一種發光二極體(LED)驅動裝置，其係用於驅動一LED 70，具有一箝制電路50與一整流電路60，該箝制電路50係設置於一交流電源80與該整流電路60之間，並分別電連接至該交流電源80之一端及該整流電路60的其中一輸入端。該整流電路60的另一輸入端係電連接至該交流電源80的另一端，以將該交流電源80提供的交流電整流成直流電後輸出至該LED 70，使該LED 70取得電能而發光。請參閱圖5所示，該箝制電路係於輸入電源的電壓超過一臨界值時，將流經該箝制電路的電流箝制於該臨界電壓對應的臨界電流，以避免因流經該LED 70的電流峰值過大而產生衰退效應影響發光效率，如圖5所示，當電流到達200毫安培時，該箝制電路即將電流箝制於200毫安培，使電流不會再隨著輸入電壓的增加而上升。但現有技術的驅動裝置係直接於電壓過大時將電流限流，但使用此一方式並無法有效的增加功率因數。

此外，若該LED 70係使用一TRIAC調光器來調整光源的亮暗時，若該TRIAC調光器的導通角度太小，且導通時的電壓峰值不足該LED70的導通電壓，而該LED70無法導通以產生光源，如此一來，該TRIAC調光器便無法於小導通角度時調整該LED70的發光強度，故現有技術有必要作進一步之改良。

有鑑於前述現有技術的無法有效提高功率因數的缺點，本發明的主要目的係提供一種適用於TRIAC調光器的高功因高效率之發光二極體(LED)驅動電路，既可用來將交流電源的電流峰值限制於一臨界電流以下，亦可同時提高功率因數，使電源提供的電能更有效的被運用，且能於該TRIAC調光器的導通角度小時驅動LED發光。

為達到上述目的，本發明所採用的技術手段係令該高功因高效率之LED驅動電路係用於驅動一LED模組，該LED驅動電路包含有：一雙向限流電路，係電連接至一交流電源之一端； 一整流電路，係包含有一第一及第二輸入端、一正端及一負端，其中該第一輸入端電連接至該雙向限流電路，該第二輸入端電連接至該交流電源之另一端，該正端係電連接至該LED模組之正極，該負端係電連接至該LED模組之負極；及一電容串，包括相互串接的一第一電容及一第二電容，該第一、第二電容係以其串接節點與該整流電路之第二輸入端連接，相對於串接節點的另端則分別連接整流電路之正、負端。

當該交流電源於正半周，輸入電壓通過該整流電路對該第一電容進行充電，該第一電容之跨壓隨著輸入電壓的絕對值增加而充電，以達到輸入電壓的電壓峰值，之後便隨著輸入電壓絕對值的減少而放電。當該第一電容的跨壓下降至小於該LED模組的導通電壓時，該LED模組因跨壓不足其導通電壓，則使該LED模組形成斷路而關閉，如此該第一電容便無法再繼續放電使其跨壓被維持在略低於該LED模組導通電壓的電壓值。當該交流電源於負半周，輸入電壓通過該整流電路對該第二電容充電，且該第二電容的跨壓隨著輸入電壓的絕對值增加而充電，以達到輸入電壓的電壓峰值，因為該LED模組的跨壓係該第一電容與第二電容的疊加跨壓，且該第一電容的跨壓因為該LED模組的導通電壓而維持在該導通電壓，並未完全放電，故當第二電容隨著該交流電源的負半周開始充電時，該第一電容與第二電容的疊加跨壓便超過了該LED模組的導通電壓，使該LED模組可以導通而發光，且第一電容便可繼續放電，而該第一電容會在該第二電容的跨壓達到該交流電源的電壓峰值之前放電完畢，因此該LED模組的跨壓並不會超過該交流電源的電壓峰值，故不會具有倍壓效果使LED模組產生過大電流而造成衰退效應。

進一步而言，該雙向限流電路可將該交流電源的電流峰值限制於一臨界電流值之下，若該交流電源的電流峰值超過該臨界電流值時，流經該雙向限流電路後，而進入該LED模組的電流即是該臨界電流，避免該LED模組產生衰退效應，並提高該LED模組的發光效率。如此一來，即便該交流電源的電流峰值過大，亦不會影響該LED模組，使LED模組不會因為過大的電流而燒毀或產生衰退效應。此外亦可避免在利用TRIAC調光時，因輸入電壓的驟變而造成瞬間大電流在第一及第二電容上，進而避免產生蜂鳴聲及降低電容的使用壽命。

本發明係利用該第一電容與第二電容的充放電功能，使提供至該LED模組之電源，於該交流電源提供的跨壓係低電壓時，產生一疊加效應，該LED模組的跨壓係該第一電容與第二電容的跨壓疊加，讓該LED模組的跨壓於交流電源的電壓尚未到達該LED模組的導通電壓時，即可藉由電容的疊加效應而導通，使該LED模組提早發光，以達到增加功率因數之目的。進一步而言，本發明係適用於一TRIAC調光器，當該TRIAC調光器的導通角度太小而導致導通時的電壓峰值不足該LED模組的導通電壓時，利用該第一電容與該第二電容的跨壓疊加，增加TRIAC調光器可適用於該LED模組的導通角度，使其可於導通角度小時即可調整該LED模組的亮暗。

以下配合圖式及本發明之較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定目的所採取的技術手段。

請參閱圖1所示，本發明的高功因高效率之發光二極體(LED)驅動電路係適用於TRIAC調光器40並可用於驅動一LED模組70，且該LED驅動電路係電連接於該TRIAC調光器40與該LED模組70之間，而該TRIAC調光器40係電連接至一交流電源80的一端。該LED驅動電路包含有一雙向限流電路10、一整流電路20一電容串，該電容串係包含有互相串接的一第一電容C1及一第二電容C2。

該雙向限流電路10電連接至該TRIAC調光器40，用以限制流經的電流峰值，使其不超過一臨界電流值。該整流電路20係包含有一第一及一第二輸入端n1、n2、一正端A及一負端C。該第一輸入端n1電連接至該雙向限流電路10，該第二輸入端n2電連接至該交流電源80之另一端，該正端A電連接至該LED模組70之正極，該負端C電連接至該LED模組之負極。

在本較佳實施例中，該雙向限流電路10係包含有一第一電晶體Q1、一第二電晶體Q2、一第一電阻R1及二二極體ZD1、ZD2。該第一電晶體Q1之汲極係電連接至該TRIAC調光器40之輸出端，其源極電連接至該第二電晶體Q2之閘極，其閘極電連接至該第二電晶體Q2之源極。該第二電晶體Q2之汲極係電連接至該整流電路20的第一輸入端n1。該第一電阻R1係電連接於該第一電晶體Q1的源極與該第二電晶體Q2的源極之間。該二二極體ZD1、ZD2係以陰極相互電連接，且該二二極體ZD1、ZD2之陽極係分別電連接至該第一電晶體Q1的源極及該第二電晶體Q2的源極。在本較佳實施例中，該第一及第二電晶體Q1、Q2均係空乏型N型-金屬氧化物半導體場效電晶體，該二二極體ZD1、ZD2均係稽納二極體。

該交流電源80提供的交流電電流係流經該雙向限流電路10的第一電晶體Q1、該第一電阻R1及該第二電晶體Q2。當電流流經該第一電阻R1時，即會產生一壓差，而此壓差會提供給該第一電晶體Q1或該第二電晶體Q2一為負值的閘極-源極壓差，使該第一電晶體Q1或該第二電晶體Q2進入飽和區，而達到限流之目的，讓該LED模組70不會產生衰退效應，以提高該LED模組的發光效率。該第一電晶體Q1或該第二電晶體Q2進入飽和區之後的汲極電流即係該臨界電流。

在本較佳實施例中，該整流電路20係一橋式整流電路，其包含有一第一、第二、第三、第四二極體D1、D2、D3、D4，該第一二極體D1之陽極電連接至該雙向限流電路10之第二電晶體Q2之汲極，該第一二極體D1之陰極係電連接至該第二二極體D2之陰極。該第二二極體D2之陽極係電連接至該第四二極體D4之陰極。該第三二極體D3之陽極電連接至該第四二極體D4之陽極，該第三二極體D3之陰極電連接至該第一二極體D1之陽極。該第一二極體D1之陽極係該整流電路20之第一輸入端n1，該第二二極體D2之陽極係該整流電路20的第二輸入端n2。該第二二極體D2之陰極係該整流電路20的正端A，該第四二極體D4之陽極係該整流電路20的負端C。

該串接電容之第一、第二電容C1、C2之串接節點係與該整流電路20之第二輸入端n2連接，而相對於串接節點的另端則分別連接整流電路20之正、負端A、C。

本發明還進一步包含有一假性負載31、一保險絲32及一突波吸收器，該假性負載31包含有一第二電阻R2及一第三電阻R3，該第二電阻R2與該第三電阻R3相互串連後電連接至該雙向限流電路10的第一電晶體Q1的汲極及該整流電路20的第二輸入端n2，以提供一固定電流給該TRIAC調光器40，該固定電流即為該TRIAC調光器40的維持電流，避免該TRIAC調光器40進入截止狀態，來增加該TRIAC調光器40的調光順暢度。該保險絲32係電連接於該第一電晶體Q1的汲極與該TRIAC調光器40之間，當有過大的電流流入該驅動電路時，即形成斷路來保護該驅動電路。該突波吸收器33係電連接於該交流電源80之兩端，以吸收雷極之類的電壓突波，防止電壓突波進入該驅動電路。

請參閱圖2及圖3所示，藉由該第一電容C1與該第二電容C2的設置，當該交流電源80提供的交流電於正半周，該交流電流經該雙向限流電路10及該整流電路20而流入該LED模組70之正極，並由經該LED模組70之負極，由該整流電路20的第二輸入端n2流出，回流至該交流電源80，此時，該第一電容C1兩端之跨壓即為該交流電之電壓，且於該交流電的電壓絕對值係增加時，該第一電容C1隨著該交流電的電壓絕對值增加而充電，當該交流電之電壓絕對值達到該交流電之電壓峰值後，電壓絕對值開始下降，此時，該第一電容C1便開始放電。當該第一電容C1的電壓放電至小於該LED模組的導通電壓時，該LED模組70則因跨壓不足其導通電壓而形成斷路，此時該第一電容C1便無法再繼續放電並使其跨壓值為略低於該LED模組70導通電壓的電壓值。

當該交流電源80提供的交流電於負半周時，該交流電流經該整流電路20而流入該LED模組70之正極，並經由該LED模組70之負極，由該整流電路20的第一輸入端n1流出，並流經該雙向限流電路10而回流至該交流電源80，此時，該第二電容C2兩端之跨壓即為該交流電源80之電壓，且於該交流電的電壓絕對值係增加時，該第二電容C2隨著該交流電的電壓絕對值增加而充電，而該LED模組70之跨壓係為該第一電容C1與該第二電容C2的疊加跨壓，當該第二電容C2開始充電，使該第一電容C1與該第二電容C2的疊加跨壓超過該LED模組70的導通電壓時，該LED模組70即可導通而發光，且該第一電容C1即可繼續放電，直至放電完畢。而該第一電容C1會在該第二電容C2充電至該交流電的電壓峰值前放電完畢，因此該LED模組的跨壓並不會超過該交流電的電壓峰值，故該第一電容C1與該第二電容C2之疊加跨壓不會具有倍壓效果，而使該LED模組的跨壓過高產生過大電流而造成衰退效應。

當該交流電之電壓絕對值達到該交流電之電壓峰值後，該電壓絕對值開始下降，該第二電容C2便開始放電，但此時該第一電容C1已經放電完畢，因此該第二電容C2與該第一電容C1放電時相同，即係該第二電容C2放電至其跨壓略低於該LED模組70的導通電壓值時，停止繼續放電，直至該交流電回到正半周時，對該第一電容C1開始充電，使該第一、第二電容C1、C2的疊加跨壓超過該LED模組70的導通電壓，該第二電容C2便可繼續放電，直至放電完畢。該第二電容C2與該第一電容C1相同，即係會在該第一電容C1充電至該交流電的電壓峰值前放電完畢，使該第一電容C1與該第二電容C2的疊加跨壓不具有倍壓的效果。

但該第一電容C1與該第二電容C2於該交流電的電壓絕對值係低電壓時，會產生電壓疊加的效果，使該LED模組70能於該交流電的電壓絕對值不足其導通電壓時，可透過該第一電容C1與該第二電容C2的電壓疊加，使該LED模組70的跨壓超過其導通電壓而導通，讓該LED模組70能提早導通。藉由此方式即可增加該LED模組70的導通時間，進而提高功率因數。且本發明還具有該雙向限流電路10，以限制該交流電的電流峰值不超過該臨界電流，以避免該LED模組70產生衰退效應。

進一步而言，本發明係適用於該TRIAC調光器40，當該TRIAC調光器40的導通角度太小而導致導通時的電壓峰值不足該LED模組70的導通電壓時，利用該第一電容C1與該第二電容C2的跨壓疊加，增加該TRIAC調光器40可適用於該LED模組70的導通角度，使其可於導通角度小時即可調整該LED模組70的亮暗。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10‧‧‧雙向限流電路
20‧‧‧整流電路
31‧‧‧假性負載
32‧‧‧保險絲
33‧‧‧突波吸收器
40‧‧‧TRIAC調光器
50‧‧‧箝制電路
60‧‧‧整流電路
70‧‧‧LED模組
80‧‧‧交流電源

圖1係本發明較佳實施例之電路圖。圖2係本發明較佳實施例的輸入電壓與二電容跨壓的波形圖。圖3係本發明較佳實施例的輸入與輸出電壓波形圖。圖4係現有技術LED驅動裝置之電路圖。圖5係現有技術輸入電壓與輸入電流之波形圖。

10‧‧‧雙向限流電路

20‧‧‧整流電路

31‧‧‧假性負載

32‧‧‧保險絲

33‧‧‧突波吸收器

40‧‧‧TRIAC調光器

70‧‧‧LED模組

80‧‧‧交流電源

Claims (6)

1. 一種高功因高效率之發光二極體(LED)驅動電路，係適用於驅動一LED模組，該驅動電路係包含有：一雙向限流電路，係電連接至一交流電源之一端；一整流電路，係包含有一第一及第二輸入端、一正端及一負端，其中該第一輸入端電連接至該雙向限流電路，該第二輸入端電連接至該交流電源之另一端，該正端係電連接至該LED模組之正極，該負端係電連接至該LED模組之負極；及一電容串，包含相互串接的一第一電容及一第二電容，該第一、第二電容係以其串接節點與該整流電路之第二輸入端連接，相對於串接節點的另端則分別連接至該整流電路之正、負端。
2. 如請求項1所述之高功因高效率之LED驅動電路，其中該雙向限流電路係包含有：一第一電晶體，其汲極電連接至該交流電源；一第二電晶體，其汲極電連接至該整流電路的第一交流電源輸入端，閘極電連接至該第一電晶體之源極，其源極電連接至該第一電晶體之閘極；一第一電阻，電連接於該第一電晶體的源極與該第二電晶體的源極之間；及二二極體，其陰極相互電連接，而其陽極分別電連接至該第一電經體之源極與該第二電晶體之源極。
3. 如請求項1中任一項所述之高功因高效率之LED驅動電路，其中該整流電路係一橋式整流電路，包含有：一第一二極體；一第二二極體，其陰極電連接至該第一二極體之陰極；一第三二極體，其陰極電連接至該第一二極體之陽極；一第四二極體，其陽極電連接至該第三二極體之陽極，其陰極電連接至該第二電晶體之陽極；及其中該第一二極體之陽極係該整流電路的第一輸入端，該第二二極體之陽極係該整流電路的第二輸入端，該第二二極體之陰極係該整流電路的正端，該第四二極體的陽極係該整流電路的負端。
4. 如請求項1至3中任一項所述之高功因高效率之LED驅動電路，係進一步包含有一假性負載，該假性負載電連接於該雙向限流電路之第一電晶體的汲極與該整流電路的第二交流電源輸入端之間。
5. 如請求項1至3中任一項所述之高功因高效率之LED驅動電路，係進一步包含有一保險絲，該保險絲係電連接於該交流電源及該雙向限流電路之間。
6. 如請求項1至3中任一項所述之高功因高效率之LED驅動電路，係進一步包含有一突波吸收器，該突波吸收器係電連接於該交流電源之兩端。