TWI432081B - 發光二極體驅動電路 - Google Patents

Description

發光二極體驅動電路

本發明係關於一種發光二極體驅動電路，尤指一種有效改善發光二極體模組總電流諧波失真的發光二極體驅動電路。

根據國際能源署(International Energy Agency,IEA)估計，全球消耗的電能中有19%是用於照明。因此，近年來，世界各國紛紛致力於以高效能的發光燈源來替代低效能的白熾燈光源。隨著發光二極體在流明輸出及光效方面持續快速進步，平均每流明光輸出的成本正逐漸下降，因此，發光二極體照明成為一種重要的能源節省方案。

目前，業界已發展出適合交流電源使用之交流發光二極體(AC LED)。交流發光二極體可直接使用市電所提供的交流電源，已能有效解決發光二極體無法直接在交流電源下使用的問題。然而，目前交流發光二極體於製程中仍存在有需要改進之課題。

根據一般的燈光規範，發光二極體光燈的功率因數必須在0.9以上，且其功率因數測試值須在標示值95%以上，總輸入功率需在廠商標示值±10%以內，且電流總諧波失真不得大於33%。然而，若發光二極體驅動電路的總輸入電流諧波失真過高，將難以通過規範，而不利於生產。因此， 習知發光二極體電路之設計仍有其缺失而有予以改善之必要。

有鑑於此，本發明提供一種發光二極體驅動電路，俾能有效改善發光二極體模組的總電流諧波失真，並且增加發光二極體模組的利用率。

為達成上述目的，本發明之發光二極體驅動電路包括：一橋式整流器，包含第一及第二交流輸入端、與第一及第二整流輸出端，第一及第二交流輸入端係用以接收一交流輸入電源，以於第一及第二交流輸入端產生一整流輸出電源；一第一補償電容，其第一端連接至橋式整流器的第一整流輸出端，其第二端連接至橋式整流器的第二交流輸入端；一第二補償電容，其第一端連接至第一補償電容之第二端，其第二端連接至橋式整流器的第二整流輸出端；以及一發光二極體模組，其係連接於橋式整流器的第一及第二整流輸出端之間。

本發明之主要特徵在於：加裝第一及第二補償電容於電路架構中，該等第一及第二補償電容各具有預定之電容值，使得第一及第二補償電容上之電壓和不大於交流輸入電源之峰值電壓。

本發明可包含一電流限制電路，其係連接至發光二極體模組及第二電容的第二端之間。電流限制電路係由一電晶體及一電阻所組成，電晶體之汲極係連接至發光二極體 模組，電晶體之源極係連接至電阻之第一端，電晶體之閘極係連接至電阻之第二端，且電阻之第二端係連接至第二整流輸出端。較佳地，發光二極體模組係包含複數個串並接之發光二極體。

另外，橋式整流器係包含第一、第二、第三及第四二極體，第一、第二二極體之陰極端係連接至第一整流輸出端，第一、第二二極體之陽極端係分別連接至第一、第二交流輸入端，第三、第四二極體之陰極端係分別連接至第二、第一交流輸入端，第三、第四二極體之陽極端係連接至第二整流輸出端。第一、第二、第三及第四二極體可為發光二極體。

請先參考圖1，其係本發明發光二極體驅動電路之第一實施例的電路架構圖。如圖所示，本發明之發光二極體驅動電路1包括：一橋式整流器11、一第一補償電容12、一第二補償電容13、一發光二極體模組14、及一電流限制電路15。其中，橋式整流器11係由四個二極體以橋式連接而成，其包含有第一交流輸入端111及第二交流輸入端112、與第一整流輸出端113及第二整流輸出端114。第一交流輸入端111及第二交流輸入端112係電性連接至一交流輸入電源Vin，第一整流輸出端113及第二整流輸出端114則產生一整流輸出電源。

其次，第一補償電容12之第一端121係連接至橋式整流器11的第一整流輸出端113，第二端122連接至橋式整流器的第二交流輸入端112。第二補償電容13之第一端131係連接至第一補償電容12之第二端122及第二交流輸入端112，第二端132則連接至橋式整流器11的第二整流輸出端114。

發光二極體模組14包含複數個串並接之發光二極體，其係電性連接於橋式整流器11的第一整流輸出端113與電流限制電路15之間。電流限制電路15係由一電晶體151及一電阻152所組成，其中，電晶體151之汲極151a係連接至發光二極體模組14，源極151b係連接至電阻152之第一端152a，閘極151c係連接至電阻152之第二端152b。電阻152之第二端152b係連接至第二整流輸出端114。當然，電流限制電路15亦可由其他型態組成，並不以本實施例所舉為限。其他可用做電流限制的電路皆可用於本發明中，例如，電流限制電路15可僅由單一電阻組成，即可具有限流的功效。

藉由前述本發明之發光二極體驅動電路，可利用第一補償電容12及第二補償電容13來補償交流輸入電源Vin較低時的電流波型失真，其中，本發明所使用之第一補償電容12及第二補償電容13的電容值係設計為較小，以使得第一補償電容12及第二補償電容13上的跨壓和不大於交流輸入電源Vin的峰值電壓。因此，在交流輸入電源Vin進入次一週期前，第一補償電容12及第二補償電容13的能量即已釋放完畢。故而，不會將交流輸入電源Vin倍壓至兩倍。是 故，第一補償電容12及第二補償電容13的功能主要是用來改善總電流諧波失真，以及增加發光二極體模組14的利用率。

為清楚說明本發明的效果，以下透過波形圖以進行說明。請參考圖2及圖3，其中，圖2(a)及2(b)係分別為本發明之發光二極體驅動電路未加裝及已加裝第一補償電容12及第二補償電容13時交流輸入電源Vin的電壓及電流波形圖，而圖3(a)及3(b)係分別為本發明之發光二極體驅動電路未加裝及已加裝第一補償電容12及第二補償電容13時發光二極體模組14的電壓及電流波形圖，

如圖所示，當未加裝第一補償電容12及第二補償電容13時，發光二極體模組14在時間40.0M至44.0M時係處於低電流，因此，發光二極體模組14有較高的總電流諧波失真，且於此一區間發光二極體模組14較容易有閃爍的情形發生，而在加裝第一補償電容12及第二補償電容13後，發光二極體模組14在時間40.0M至44.0M時電流即有所提升，因此，可改善發光二極體模組14的總電流諧波失真，並且增加發光二極體模組14的利用率。

表1(a)及表1(b)進一步顯示本發明之發光二極體驅動電路未加裝及已加裝第一補償電容12及第二補償電容13時的電路特性表。其中，發光二極體模組14係由33顆20mA額定的0.08W發光二極體串連組成，總額定功率約為2.7W，第一補償電容12及第二補償電容13係為270n的電容。由表1(a)與表1(b)可以清楚地看出，無論使用100V、110V或120V 的交流輸入電源Vin，相較於未加裝第一補償電容12及第二補償電容13，本發明之交流電源輸入功率(Pin)、發光二極體模組14功率(P_LED)、效率、及發光二極體瓦數變動率均有效地提升，並且，可有效地降低總電流諧波失真(THD)。

本發明之發光二極體驅動電路1亦可運用於其他電路架構以進一步提升其效能，請參考圖4所示之第二實施例。如圖所示，本實施例之電路架構與第一實施例基本相同，但增加一高阻抗電阻16、第一至第四分壓電阻171~174、一第二電晶體18、及一第三電晶體19。

本實施例之主要特徵在於：第一分壓電阻171及第二分壓電阻172係相互串接，第三分壓電阻173及第四分壓電阻174亦相互串接，串接之第一分壓電阻171及第二分壓電阻172係連接於第一整流輸出端113及第二整流輸出端114之間，串接之第三分壓電阻173及第四分壓電阻174亦連接於第一整流輸出端113及第二整流輸出端114之間。第二電晶體18之汲極18a係連接至電阻152的第二端152b，閘極18b係連接至第一分壓電阻171及第二分壓電阻172之間，源極18c則連接至第二整流輸出端114。第三電晶體19的汲極19a係連接至第二電晶體18之閘極18b，閘極19b係連接至第三分壓電阻173與第四分壓電阻174之間，源極19c則連接至第二整流輸出端114。第二電晶體18及第三電晶體19的開啟與關閉，係分別根據第二分壓電阻172及第四分壓電阻174之跨壓。

本實施例之波形圖請參考圖5(a)及圖5(b)，圖5(a)係本實施例交流輸入電源Vin之電壓及電流波形圖，圖5(b)係本實施例發光二極體模組14之電壓及電流波形圖。如圖5(b)所示，相對於未加裝第一補償電容12及第二補償電容13的電壓及電流波形(如圖3(a))，於本實施例中，發光二極體模組14在時間40.0M至44.0M時電流有所提升，故有較低的總電流諧波失真，且利用率亦較未加裝第一補償電容12及第二補償電容13時高。例如，當輸入電壓大於設定值時，第三電晶體19導通，而使得第二電晶體18關閉，此時，發光二極體模組14將與高阻抗電阻16串聯。由於高阻抗電阻16 為一較大阻抗之路徑，故可有效地抑制發光二極體模組14消耗功率。因此，此電路可用來抑制輸入電壓變動過大，或是輸入電壓過大時發光二極體模組14消耗功率過大而導致過熱損壞的問題。

本發明之發光二極體驅動電路1還可運用於Triac調光電路，請參考圖6所提供之第三實施例。如圖所示，本實施例之電路架構與第一實施例基本相同，但增加一Triac調光電路20、一第一電阻21、及一第二電阻22。Triac調光電路20係連接至交流輸入電源Vin，第一電阻21係連接於第二交流輸入端112與第一補償電容12及第二補償電容13的接點之間，第二電阻係連接於第一整流輸出端113及第二整流輸出端114之間。同樣地，由於增設第一補償電容12及第二補償電容13，故發光二極體模組14可較降低總電流諧波失真，且發光二極體模組14的利用率亦較未加裝第一補償電容12及第二補償電容13時高。第一電阻21係用來抑制Triac調光電路20調光時，在第一補償電容12及第二補償電容13上所產生的電流突波；第二電阻22係用來避免在Triac調光電路20調光時因導通角過低而產生閃爍的情形。因此，第一補償電容12及第二補償電容13可配合Triac調光電路20使用，以有效提高其電路使用效率。

然而，上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1‧‧‧發光二極體驅動電路

11‧‧‧橋式整流器

12‧‧‧第一補償電容

13‧‧‧第二補償電容

14‧‧‧發光二極體模組

15‧‧‧電流限制電路

111‧‧‧第一交流輸入端

112‧‧‧第二交流輸入端

113‧‧‧第一整流輸出端

114‧‧‧第二整流輸出端

151‧‧‧電晶體

152‧‧‧電阻

151a,18a,19a‧‧‧汲極

151b,18b,19b‧‧‧源極

151c,18c,19c‧‧‧閘極

121,131,152a‧‧‧第一端

122,132,152b‧‧‧第二端

171‧‧‧第一分壓電阻

172‧‧‧第二分壓電阻

173‧‧‧第三分壓電阻

174‧‧‧第四分壓電阻

18‧‧‧第二電晶體

19‧‧‧第三電晶體

20‧‧‧Triac調光電路

21‧‧‧第一電阻

Vin‧‧‧交流輸入電源

22‧‧‧第二電阻

圖1係本發明第一實施例之電路架構圖。

圖2(a)及2(b)係分別為本發明之發光二極體驅動電路未加裝及已加裝第一、第二補償電容時交流輸入電源的電壓及電流波形圖。

圖3(a)及3(b)係分別為本發明之發光二極體驅動電路未加裝及已加裝第一、第二補償電容時發光二極體模組的電壓及電流波形圖。

圖4係本發明第二實施例之電路架構圖。

圖5(a)係本發明第二實施例之交流輸入電源的電壓及電流波形圖。

圖5(b)係本發明第二實施例之發光二極體模組的電壓及電流波形圖。

圖6係本發明第三實施例之電路架構圖。

1‧‧‧發光二極體驅動電路

11‧‧‧橋式整流器

12‧‧‧第一補償電容

13‧‧‧第二補償電容

14‧‧‧發光二極體模組

15‧‧‧電流限制電路

111‧‧‧第一交流輸入端

112‧‧‧第二交流輸入端

113‧‧‧第一整流輸出端

114‧‧‧第二整流輸出端

151‧‧‧電晶體

152‧‧‧電阻

151a‧‧‧汲極

151b‧‧‧源極

151c‧‧‧閘極

Vin‧‧‧交流輸入電源

121,131,152a‧‧‧第一端

122,132,152b‧‧‧第二端

Claims (9)

1. 一種發光二極體驅動電路，包括：一橋式整流器，包含第一及第二交流輸入端、與第一及第二整流輸出端，該第一及第二交流輸入端係用以接收一交流輸入電源，以於該第一及第二交流輸入端產生一整流輸出電源；一第一補償電容，其第一端連接至該橋式整流器的第一整流輸出端，其第二端連接至該橋式整流器的第二交流輸入端；一第二補償電容，其第一端連接至該第一補償電容之第二端，其第二端連接至該橋式整流器的第二整流輸出端；以及一發光二極體模組，其係連接於該橋式整流器的第一及第二整流輸出端之間；其中，該第一及第二補償電容各具有預定之電容值，以使得第一及第二補償電容上之電壓和不大於該交流輸入電源之峰值電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，更包含一電流限制電路，其係連接至該發光二極體模組及該第二電容的第二端之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體驅動電路，其中，該電流限制電路係由一電晶體及一電阻所組成，該電晶體之汲極係連接至該發光二極體模組，該電晶體之源極係連接至該電阻之第一端，該電晶體之閘極係連接至 該電阻之第二端，且該電阻之第二端係連接至該第二整流輸出端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中，該發光二極體模組係包含複數個串並接之發光二極體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中，該橋式整流器包含第一、第二、第三及第四二極體，該第一、第二二極體之陰極端係連接至該第一整流輸出端，該第一、第二二極體之陽極端係分別連接至該第一、第二交流輸入端，該第三、第四二極體之陰極端係分別連接至該第二、第一交流輸入端，該第三、第四二極體之陽極端係連接至該第二整流輸出端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體驅動電路，其中，該第一、第二、第三及第四二極體係為發光二極體。
7. 一種發光二極體驅動電路，包括：一橋式整流器，包含第一及第二交流輸入端、與第一及第二整流輸出端，該第一及第二交流輸入端係用以接收一交流輸入電源，以於該第一及第二交流輸入端產生一整流輸出電源；一第一補償電容，其第一端連接至該橋式整流器的第一整流輸出端，其第二端連接至該橋式整流器的第二交流輸入端； 一第二補償電容，其第一端連接至該第一補償電容之第二端，其第二端連接至該橋式整流器的第二整流輸出端；一發光二極體模組，其係連接於該橋式整流器的第一整流輸出端；一電流限制電路，包括一第一電晶體及一第一電阻，該第一電晶體之汲極係連接至該發光二極體模組，該第一電晶體之源極係連接至該第一電阻之第一端，該第一電晶體之閘極係連接至該第一電阻之第二端；串接之第一及第二分壓電阻，其係連接於該第一及第二整流輸出端之間；串接之第三及第四分壓電阻，其係連接於該第一及第二整流輸出端之間；一第二電晶體，其汲極係連接至該第一電阻的第二端，其閘極係連接至該第一及第二分壓電阻之連接端，其源極係連接至該第二整流輸出端；一第三電晶體，其汲極係連接至該第二電晶體之閘極，其閘極係連接至該第三及第四分壓電阻之連接端，其源極係連接至該第二整流輸出端；以及一第二電阻，連接於該發光二極體模組及第二整流輸出端之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路，其中，該第二電阻係為一高阻抗電阻。
9. 一種發光二極體驅動電路，包括： 一調光電路，其輸入係接收一交流輸入電源，以於其輸出產生調整之交流輸入電源；一橋式整流器，包含第一及第二交流輸入端、與第一及第二整流輸出端，該第一及第二交流輸入端係用以接收該調整之交流輸入電源，以於第一及第二交流輸入端產生一整流輸出電源；一第一電阻，其第一端連接至該第二交流輸入端；一第一補償電容，其第一端連接至該橋式整流器的第一整流輸出端，其第二端連接至該第一電阻之第二端；一第二補償電容，其第一端連接至該第一電阻之第二端，其第二端連接至該橋式整流器的第二整流輸出端；一第二電阻，連接於該第一及第二整流輸出端之間；一發光二極體模組，其係連接於該橋式整流器的第一整流輸出端；一電流限制電路，包括一電晶體及一第三電阻，該電晶體之汲極係連接至該發光二極體模組，該電晶體之源極係連接至該第三電阻之第一端，該電晶體之閘極係連接至該第三電阻之第二端，且該第三電阻之第二端係連接至該第二整流輸出端。