TWI548305B - 發光二極體驅動電路 - Google Patents

Description

發光二極體驅動電路

下列敘述是有關於一種發光二極體驅動電路，特別是有關於可提供較大電容儲電功能的發光二極體驅動電路。

請參閱第7圖，其繪示習知技藝中發光二極體驅動電路之示意圖。圖中，習知技藝的發光二極體驅動電路至少包含整流器91、開關單元923、電感922、發光二極體921、二極體931以及電容932。開關單元923、電感922以及發光二極體921係相串聯形成一迴路，而此迴路之電流流入點係電性連接整流器91的正極，而迴路之電流流出點係電性連接整流器91的負極。電容932係並聯發光二極體921，而二極體931的正極係電性連接電容之第一端，而二極體931的負極係電性連接開關單元923之第一端。

整流器91係連接一交流電壓，用以轉換出一輸出電壓。當輸出電壓存在且其電壓值高於一門檻值時，開關單元923可設定成開啟狀態供輸出電壓可經由開關單元923以及電感922對發光二極體921供電以進行發光，並同時對電容932充電。

當輸出電壓不存在或其電壓值低於上述門檻值時，開關單元923可設定成關閉狀態，且改由電容932所儲存的電量供電給發光二極體 921。如此，當交流電壓突然下降或停止供應，發光二極體921仍然維持發光，等到交流電壓恢復高於上述門檻值。藉此，發光二極體921即使處在交流電壓不穩定的環境下，仍可避免出現閃爍的現象。

基於上述說明可知，電容932所儲存的電量越多，對於避免閃爍現象出現越有幫助。然而，在習知技藝的發光二極體驅動電路中電容932係並聯發光二極體921，因此電容932的最大跨壓會受限於發光二極體921的導通時的跨壓，通常約為0.7V，此電壓值不算太高。在跨壓有限的情況下，為了增加電容932的儲存電量，只能增加電容932的電容值，例如增加電容電極的面積，但是此方法也會增加發光二極體驅動電路的整體體積，也會增加其成本。

因為，目前所迫切需要解決的問題是如何在不增加發光二極體驅動電路的整體體積的情況下提高發光二極體驅動電路之電容的儲電量。

基於上述目的，本發明係提供一種發光二極體驅動電路，其包含整流器、第一迴路、第二迴路以及第三迴路。整流器，連接一交流電壓，用以轉換出一輸出電壓。第一迴路可包含相串聯的電感、第一開關單元以及發光二極體。第二迴路係至少包含電容以及一第二極體，第二極體之第一端可電性連接第一開關單元之第一端，第二極體之第二端可連接電容之第一端，電容之第二端可電性耦接第一開關單元之一第二端。第三迴路可電性連接於第 一迴路之一電流輸入端以及電容之第一端之間，第三迴路係至少包含第二開關單元以及第二二極體，第二二極體之第一端可電性連接電容之第一端，第二二極體之第二端可電性連接第二開關單元之第一端，第二開關單元之第二端可電性連接整流器。

較佳地，當第一開關單元開啟而第二開關單元截止，整流器與第一迴路係形成一第一電流路徑，由輸出電壓供應發光二極體發光，並對電感充電。

較佳地，當第一開關單元截止而第二開關單元截止，整流器、電感、第二迴路以及發光二極體係形成一第二電流路徑，由輸出電壓供應發光二極體發光，並對電容充電。

較佳地，當第一開關單元開啟而第二開關單元開啟，且電容之跨壓大於輸出電壓時，第一迴路、第三迴路以及電容係形成一第三電流路徑，由電容所儲存之電能供應發光二極體發光。

較佳地，在第一迴路中第一開關單元之第一端可電性連接電感之一端，而第一開關單元之第二端可電性連接發光二極體之正極，發光二極體之負極可連接整流器之負極，而本發明之發光二極體驅動電路更可包含一第三二極體，第三二極體之第一端可電性連接發光二極體元件之負極，而第三二極體之第二端可電性連接電容之第二端以及第二迴路更包含一第四二極體，第四二極體之第一端可電性連接電容之第二端，而第四二極體之第二端可電性連接發光二極體之正極。

較佳地，發光二極體之負極可電性連接電感之一端，而第一開關單元之第一端可電性連接電感之另一端。

較佳地，本發明之發光二極體驅動電路更包含第三開關單元 以及一第五二極體，第三開關單元之一第一端可電性連接整流器之正極，而第三開關單元之一第二端可電性連接第一迴路之電流輸入端，第五二極體之第一端可電性連接第一迴路之電流輸入端，第五二極體之第二端可電性連接整流器之負極。

較佳地，當第一開關單元、第二開關單元以及第三開關單元皆截止時，電感、第二迴路、發光二極體以及第五二極體係形成一第四電流路徑，由電感所儲存之電能供應發光二極體發光。

較佳地，當第三開關單元截止，而第一開關單元以及第二開關單元皆開啟時，第一迴路、第三迴路以及電容係形成一第五電流路徑，由電容所儲存之電能供應發光二極體發光。

較佳地，當第二電流路徑形成而電容之跨壓大於輸出電壓時，由於電感之作用仍會由整流器輸出電流，對電容充電。

11、91‧‧‧整流器

121、921‧‧‧發光二極體

122、922‧‧‧電感

123‧‧‧第一開關單元

142‧‧‧第二開關單元

131、141、151、152、22、931‧‧‧二極體

132、932‧‧‧電容

21‧‧‧第三開關單元

本發明之上述及其他特徵及優勢將藉由參照附圖詳細說明其例示性實施例而變得更顯而易知，其中：第1圖係為根據本發明之第一實施例之發光二極體驅動電路之示意圖；第2A圖係為根據本發明之第一實施例之發光二極體驅動電路在第一模式下操作之示意圖；第2B圖係為根據本發明之第一實施例之發光二極體驅動電路在第二模式下操作之示意圖；第2C圖係為根據本發明之第一實施例之發光二極體驅動電路在第三模式下操作之示意圖；第3圖係為根據本發明之第二實施例之發光二極體驅動電路之示意圖； 第4A圖係為根據本發明之第二實施例之發光二極體驅動電路在第一模式下操作之示意圖；第4B圖係為根據本發明之第二實施例之發光二極體驅動電路在第二模式下操作之示意圖；第4C圖係為根據本發明之第二實施例之發光二極體驅動電路在第三模式下操作之示意圖；第5圖係為根據本發明之第三實施例之發光二極體驅動電路之示意圖；第6A圖係為根據本發明之第三實施例之發光二極體驅動電路在第一模式下操作之示意圖；第6B圖係為根據本發明之第三實施例之發光二極體驅動電路在第二模式下操作之示意圖；第6C圖係為根據本發明之第三實施例之發光二極體驅動電路在第三模式下操作之示意圖；第6D圖係為根據本發明之第三實施例之發光二極體驅動電路在第四模式下操作之示意圖；第6E圖係為根據本發明之第三實施例之發光二極體驅動電路在第五模式下操作之示意圖；以及第7圖係為習知技藝發光二極體驅動電路之示意圖。

於此使用，詞彙“與/或”包含一或多個相關條列項目之任何或所有組合。當“至少其一”之敘述前綴於一元件清單前時，係修飾整個清單元件而非修飾清單中之個別元件。

參閱第1圖以及第2A至2C圖，其分別為根據本發明之第一實施例之發光二極體驅動電路之示意圖、第一模式操作示意圖、第二模式操作示意圖以及第三模式操作示意圖。

在第1圖中，發光二極體驅動電路包含整流器11、第一迴路、第二迴路以及第三迴路。第一迴路包含相串聯的一電感122、一第一開關單元123以及一發光二極體121，但是第1圖中的串聯順序係僅為舉例，而非為限制；在其他實施例中可改變電感122、第一開關單元123以及發光二極體121的串聯順序。

整流器11係連接一交流電壓，用以轉換出一輸出電壓。而第二迴路係至少包含一電容132以及一二極體131，二極體131之正極可電性連接第一開關單元123之一第一端，二極體131之負極可連接電容132之正極，電容132之負極可電性連接整流器11之負極。

第三迴路可電性連接於第一迴路之一電流輸入端以及電容132之正極之間，第三迴路係至少包含一第二開關單元142以及二極體141，二極體141之正極可電性連接電容132之正極，二極體141之負極可電性連接第二開關單元142之第一端，第二開關單元142之第二端可電性連接整流器11。

上述開關單元123與142可用開關電晶體來實現，例如NMOS電晶體或是其他相似功能的開關元件。以下將描述發光二極體驅動電路的多種操作模式。

在第一模式下，如第2A圖所示，當第一開關單元123開啟而第二開關單元142截止，整流器11與第一迴路係形成一電流路徑P1。由於第一開關單元123開啟導通，所以二極體131的正極 端之電位幾乎等於接地電位，而二極體131的負極端之電位等於電容132之正極的電位，因為二極體131的負極端之電位高於正極端，所以在第一模式下二極體131處於截止狀態。所以，在第一模式下，電流沿著電流路徑P1流動，供應發光二極體121發光，並對電感122充電。

在第二模式下，如第2B圖所示，當第一開關單元123截止而第二開關單元142截止時，整流器11、電感122、第二迴路以及發光二極體121係形成一電流路徑P2。基於電感的元件特性，電感上的電流不會瞬間改變，所以當第一開關單元123截止時，電流會持續流向二極體131。換句話說，如果第一開關單元123截止時整流器11之輸出電壓大於電容132之正極的電壓值，則二極體131導通而使電流流入電容132；如果第一開關單元123截止時整流器11之輸出電壓小於電容132之正極的電壓值，因為電感上的電流無法瞬間改變，二極體131正端電壓則由電感拉高，所以電流仍會流向二極體131，電流仍流入電容132，電容132的正極電壓仍會逐漸增加。簡言之，在第二模式下，整流器11所轉換的輸出電壓供應發光二極體121發光，並同時對電容132充電，且電容132之正極端的電壓值可隨著充電而大於整流器11之輸出電壓。

在第三模式下，如第2C圖所示，當第一開關單元123開啟且第二開關單元142開啟，且電容132之跨壓大於輸出電壓時，二極體141處於導通狀態，則第一迴路、第三迴路以及電容132係形成一電流路徑P3，由電容132所儲存之電能供應發光二極體121發光；反之，如果電容132之跨壓小於輸出電壓時，則二極體141處於截止狀態，仍由輸出電壓依電流路徑P1供應電能予發 光二極體121發光。

由上述三種模式可得知，與習知技藝中電容的跨壓受限於發光二極體之導通電壓的情況不同，本發明之第一實施例之電容132所儲存之電能並不受發光二極體121之跨壓限制，而且在第二模式下即使整流器11之輸出電壓低於電容132之正極端的電壓，仍可持續由整流器11之輸出電壓對電容132充電而使電容132的正端電壓升高。因此，本發明之第一實施例之發光二極體驅動電路中，電容的跨壓可以有效的提高而不受限於發光二極體之導通電壓，而儲電量也隨之增加，如此相比於習知技藝，本發明可不增加電容的尺寸而提高電容132之儲電量。

請參閱第3圖以及第4A至4C圖，其分別為根據本發明之第二實施例之發光二極體驅動電路之示意圖、第一模式操作示意圖、第二模式操作示意圖以及第三模式操作示意圖。

第二實施例與第一實施例不同之處在於第一迴路中電感122、第一開關單元123以及發光二極體121的串聯連接順序不同，以及第二實施例中增加兩個二極體151與152。

在第一迴路中第一開關單元123之第一端可電性連接電感122之一端，而第一開關單元123之第二端可電性連接發光二極體121之正極，發光二極體121之負極可連接整流器11之負極。

二極體131之正極可電性連接第一開關單元123之第一端，而二極體131之負極可電性連接電容132之正極。

第二迴路更包含二極體151，二極體151之正極係電性連接電容132之負極，而二極體151之負極可電性連接第一開關單元123之第二端。二極體152之正極係電性連接發光二極體121之 負極，而二極體152之負極係電性連接電容132之負極。

與第一實施例相似，在第二實施例中當第一開關單元123導通而第二開關單元142截止時，發光二極體驅動電路進入第一模式，整流器11與第一迴路係形成一電流路徑P4，如第4A圖所示。電流沿著電流路徑P4流動，供應發光二極體121發光，並對電感122充電。

當第一開關單元123截止而第二開關單元142截止時，發光二極體驅動電路進入第二模式，整流器11、電感122、第二迴路以及發光二極體121係形成一電流路徑P5。電流沿著電流路徑P5流動，整流器11所轉換的輸出電壓供應發光二極體121發光，並同時對電容132充電。

當第一開關單元123開啟且第二開關單元142開啟，且電容132之跨壓大於輸出電壓時，發光二極體驅動電路進入第三模式，則第一迴路、第三迴路、電容132以及二極體152係形成一電流路徑P6，由電容132所儲存之電能供應發光二極體121發光。

第二實施例中，發光二極體驅動電路在第一模式、第二模式以及第三模式中的操作原理與第二實施例相同，故在此不再贅述。

請參閱第5圖以及第6A至6E圖，其分別為根據本發明之第三實施例之發光二極體驅動電路之示意圖、第一模式、第二模式、第三模式、第四模式以及第五模式的操作示意圖。

第三實施例與第二實施例不同之處在於，第三實施例更包含一第三開關單元21以及二極體22。第三開關單元21之一第一端可電性連接整流器11之正極，而第三開關單元21之一第二端可電性連接第一迴路之電流輸入端，二極體22之負極可電性連接第 一迴路之電流輸入端，二極體22之正極可電性連接整流器11之負極。

當第三開關單元21導通，第一開關單元123導通而第二開關單元142截止時，發光二極體驅動電路進入第一模式，整流器11、第三開關單元21與第一迴路係形成一電流路徑P7，如第6A圖所示。電流沿著電流路徑P7流動，供應發光二極體121發光，並對電感122充電。

當第三開關單元21導通，第一開關單元123截止而第二開關單元142截止時，發光二極體驅動電路進入第二模式，整流器11、第三開關單元21、電感122、第二迴路以及發光二極體121係形成一電流路徑P8，如第6B圖所示。電流沿著電流路徑P8流動，整流器11所轉換的輸出電壓供應發光二極體121發光，並同時對電容132充電。

當第三開關單元21導通，第一開關單元123開啟且第二開關單元142開啟，且電容132之跨壓大於輸出電壓時，發光二極體驅動電路進入第三模式，則第一迴路、第三迴路、電容132以及二極體152係形成一電流路徑P9，如第6C圖所示，由電容132所儲存之電能供應發光二極體121發光。此外，當第三開關單元21截止，第一開關單元123開啟且第二開關單元142開啟時，發光二極體驅動電路亦進入第三模式，由電容132所儲存之電能供應發光二極體121發光。

第三實施例中，發光二極體驅動電路在第一模式、第二模式以及第三模式中的操作原理與第二實施例相同，故在此不再贅述。

當第三開關單元21、第一開關單元123與第二開關單元142 皆截止時，二極體22、電感122、第二迴路以及二極體121係形成電流路徑P10，發光二極體驅動電路進入第四模式，如第6D圖所示。第三開關單元21截止會造成停止接收來自整流器11之電流，而電感122上的電流無法瞬間改變，所以由電感122壓低二極體22負端電壓使得二極體22導通，仍會持續輸出電流流向電容132。因此，在第四模式下，由電感122放電，對電容132充電，並供電給發光二極體121發光。

當第三開關單元21截止，而第一開關單元123開啟、第二開關單元142截止時，二極體22以及第一迴路係形成電流路徑P11，發光二極體驅動電路進入第五模式，如第6E圖所示。第三開關單元21截止會造成停止接收來自整流器11之電流，而電感122上的電流無法瞬間改變，所以電感122仍會持續輸出電流流向發光二極體121，且二極體22導通。因此，在第五模式下，由電感122放電，供電給發光二極體121發光。

在第三實施例中，仍保有不增加電容的尺寸而提高電容132之儲電量的優點，而且再透過操作第三開關單元21之截止與導通的狀態，可進一步微調改善發光二極體驅動電路的功率因子(PF)。當交流電源的電壓高時，可將第三開關單元21導通，並控制發光二極體驅動電路進行第一模式直接從交流電源接受大電流供電給發光二極體121。

當交流電源的電壓降低時，可將第三開關單元21導通，並控制發光二極體驅動電路進行第二模式，仍持續從交流電源接受電流供電給發光二極體121，並對電容132充電。在第二模式下，從交流電源接受的電流係小於第一模式下的電流。

當交流電源的電壓過低或不存在時，可將第三開關單元21截止，可視情況控制發光二極體驅動電路進行第三、第四或第五模式，由電容132或電感122供電給發光二極體121發光。

如此，當交流電源的電壓過低或不存在時，發光二極體驅動電路不從交流電源接受電流；當交流電源的電壓較低時，發光二極體驅動電路從交流電源接受較小電流；當交流電源的電壓夠高時，發光二極體驅動電路從交流電源接受較大電流，如此操作可有效地微調改善發光二極體驅動電路的功率因子。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

11‧‧‧整流器

121‧‧‧發光二極體

122‧‧‧電感

123‧‧‧第一開關單元

131、141‧‧‧二極體

142‧‧‧第二開關單元

132‧‧‧電容

Claims (10)

1. 一種發光二極體驅動電路，係包含：一整流器，連接一交流電壓，用以轉換出一輸出電壓；一第一迴路，係包含相串聯的一電感、一第一開關單元以及一發光二極體；一第二迴路，係至少包含一電容以及一第一二極體，該第一二極體之第一端係電性連接該第一開關單元之第一端，該第一二極體之第二端係連接該電容之第一端，該電容之第二端係電性耦接該第一開關單元之一第二端；以及一第三迴路，係電性連接於該第一迴路之一電流輸入端以及該電容之該第一端之間，該第三迴路係至少包含一第二開關單元以及一第二二極體，該第二二極體之第一端係電性連接該電容之該第一端，該第二二極體之第二端係電性連接該第二開關單元之第一端，該第二開關單元之第二端係電性連接該整流器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中當該第一開關單元開啟而該第二開關單元截止，該整流器與該第一迴路係形成一第一電流路徑，由該輸出電壓供應該發光二極體發光，並對該電感充電。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中當該第一開關單元截止而該第二開關單元截止，該整流器、該電感、該第二迴路以及該發光二極體係形成一第二電流路徑，由該輸出電壓供應該發光二極體發光，並對該電容充電。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中當該第一開關單元開啟而該第二開關單元開啟，且該電容之跨壓大於該輸出電壓時，該第一迴路、該第三迴路以及該電容係形成一第三電流路徑，由該電容所儲存之電能供應該發光二極體發光。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中在該第一迴路中該第一開關單元之第一端係電性連接該電感之一端，而該第一開關單元之第二端係電性連接該發光二極體之正極，該發光二極體之負極係連接該整流器之負極；其中該發光二極體驅動電路更包含一第三二極體，該第三二極體之第一端係電性連接該發光二極體元件之負極，而該第三二極體之第二端係電性連接該電容之該第二端；以及其中該第二迴路更包含一第四二極體，該第四二極體之第一端係電性連接該電容之該第二端，而該第四二極體之第二端係電性連接該發光二極體之正極。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，其中該發光二極體之該負極係電性連接該電感之一端，而該第一開關單元之第一端係電性連接該電感之另一端。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體驅動電路，更包含一第三開關單元以及一第五二極體，該第三開關單元之一第一端係電性連接該整流器之正極，而該第三開關單元之一第二端係電性連接該第一迴路之該電流輸入端，該第五二極體之第一端 係電性連接該整流器之該負極，該第五二極體之第二端係電性連接該第一迴路之該電流輸入端。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路，其中當該第一開關單元、該第二開關單元以及該第三開關單元皆截止時，該電感、該第二迴路、該發光二極體以及該第五二極體係形成一第四電流路徑，由該電感所儲存之電能供應該發光二極體發光。
9. 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體驅動電路，其中當該第三開關單元截止，而該第一開關單元以及該第二開關單元皆開啟時，該第一迴路、該第三迴路以及該電容係形成一第五電流路徑，由該電容所儲存之電能供應該發光二極體發光。
10. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體驅動電路，其中當該第二電流路徑形成而該電容之跨壓大於該輸出電壓時，由於該電感之作用仍會由該整流器輸出電流，對該電容充電。