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TW201334625A - 用於高壓交流電源之交流ｌｅｄ驅動電路 - Google Patents

用於高壓交流電源之交流ｌｅｄ驅動電路 Download PDF

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Abstract

本發明為一種用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，係包含有一整流單元、一LED單元、一壓控電晶體、一電流檢測單元及一穩流控制單元的電源迴路，以及並聯於該壓控電晶體上的一分流單元；本發明係利用該分流單元上的限流電晶體限制流經該分流單元之電流使其小於迴路電流，並使得流經該壓控電晶體上的電流不會因其工作電壓上升而降到零值導致截止；此外，當用於高壓交流電源下，該壓控電晶體的最大工作電壓能相應提高，且確保其工作在最大額定功率下，而不會過熱。

Description

用於高壓交流電源之交流LED驅動電路
本發明係關於一種交流LED驅動電路，尤指一種既可於高壓交流電源中使用，又能令電晶體保持在最大額定功率下之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路。
發光二極體(LED)為目前市面上常見的照明用具，相較於傳統白熾燈泡更具有高發光效率及省電的特性；然而由於發光二極體本身僅能單向導通，故難以使用於傳統交流電插座，為此業界便研發出一種交流LED驅動電路；請參照圖5所示，該交流LED驅動電路係包含有：一整流單元20，其輸入端連接一交流電源，並將交流電源轉換為一脈動直流電源，並由輸出端輸出；一LED單元21，係包含複數個LED光源，並電連接至該整流單元20之輸出端，使其構成一電源迴路；一壓控電晶體22，係串接於該電源迴路中且具有一控制端，以調整電源迴路之迴路電流；一電流檢測單元23，係串接於該電源迴路中，以將該電源迴路之迴路電流轉換為對應的電壓訊號；一低頻濾波器24，係電連接於該電流檢測單元23，並根據該電流檢測單元23所轉換後之電壓訊號，輸出一平均電壓值；及一穩流控制單元25，其一輸入端與該低頻濾波器24電連接，另一輸入端則電連接一參考電壓值，又其輸出端則與該壓控電晶體22之控制端電連接；其中該穩流控制單元25比較其輸入端所接收之參考電壓值與平均電壓值之大小，並依據比較結果輸出控制訊號至該壓控電晶體之控制端，令電源迴路之迴路電流維持穩定。
由上述結構可知，該交流LED驅動電路係以該整流單元20將發光二極體本不適用之交流電源轉換為脈動直流電源，並以該電流檢測單元23與該低頻濾波器24將總體流經LED單元之迴路電流之平均值檢測出來，並以該穩流控制單元24控制該壓控電晶體22所調整之迴路電流，以供LED單元穩定發光。
此外，由於該壓控電晶體22串接於電源迴路，故令該壓控電晶體22直接承受過高的功率，而導致該壓控電晶體22發生過熱的現象；故為了避免此現象，遂又於該壓控電晶體22兩端並聯一分流電阻26；如圖6及圖7所示，雖然加入電阻可分擔壓控電晶體22的功率而減緩其熱累積速度；但該分流電阻26卻也限制壓控電晶體26兩端的最大工作電壓。舉例說明之，假使迴路電流為0.16安培，而該壓控電晶體22最大額定功率為1瓦特時，其最大工作電壓即被限制在25伏特；當欲提高壓控電晶體22的工作電壓使其超過25伏特時，流經該壓控電晶體22上的電流即為零，使其進入截止狀態而喪失原本穩流調節作用；對於此一交流LED驅動電路須使用在高電壓的交流電源時，即無法正常驅動，有待進一步改善。
有鑑於上述既有的交流LED驅動電路，無法再進一步使用在高電壓交流電源之缺失；故本發明主要目的係提供一種既可於高壓交流電源中使用，又能令電晶體保持在最大額定功率下之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該用於高壓交流電源之交流LED驅動電路包含有：一整流單元，其輸入端連接一交流電源，並將交流電源轉換為一脈動直流電源，並由輸出端輸出；一LED單元，係包含複數個LED光源，並電連接至該整流單元之輸出端，使其構成一電源迴路；一壓控電晶體，係串接於該電源迴路中且具有一控制端，以調整電源迴路之迴路電流；一電流檢測單元，係串接於該電源迴路中，以將該電源迴路之迴路電流換為對應的電壓訊號；一低頻濾波器，係電連接於該電流檢測單元，並根據該電流檢測單元所轉換後之電壓訊號，輸出一平均電壓值；一穩流控制單元，其一輸入端與該低頻濾波器電連接，另一輸入端則電連接一參考電壓值，又其輸出端則與該壓控電晶體之控制端電連接；其中該穩流控制單元比較其輸入端所接收之參考電壓值與平均電壓值之大小，並依據比較結果輸出控制訊號至該壓控電晶體之控制端，令電源迴路之迴路電流維持穩定；及一分流單元，係並聯於該壓控電晶體，並包含有一分流電阻及一串聯分流電阻的限流電晶體；其中該限流電晶體之控制端係連接於一固定控制電壓，令流經該分流單元的電流小於該迴路電流。
由上述結構可知，由於該壓控電晶體係用於穩定電源迴路之迴路電流，故該電流檢測單元所轉換後之電壓訊號即為定值，因此上述限流電晶體之源極端點電壓亦為定值；又因為該限流電晶體之控制端係連接於一固定控制電壓，故該控制端與該限流電晶體之源極之間存在一固定偏壓，以令流經該分流單元的電流小於該迴路電流；此時若該壓控電晶體兩端的工作電壓提升而令流經該分流電阻上的電流增加時，該限流電晶體會發揮限流的作用，不讓其電流繼續上升，進而保持該壓控電晶體上的電流不會為零，以達到避免該壓控電晶體進入截止狀態，藉此提高該壓控電晶體的工作電壓。
本發明係提供一種既可於高壓交流電源中使用，又能令電晶體保持在最大額定功率下之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路。
請參照圖1所示，上述該用於高壓交流電源之交流LED驅動電路係包含有：一整流單元10，其輸入端係連接於一交流電源，並將交流電源轉換為一脈動直流電源後由其輸出端輸出；其中該整流單元10可為一全波整流電路或一半波整流電路，而於本實施例中，其為一全波整流電路；一LED單元11，係連接至該整流單元10之輸出端構成一個電源迴路；其包含有複數LED光源，可相互並聯或串聯或並串聯，如此該整流單元10所輸出的脈動直流電源即能推動該LED單元11點亮；一壓控電晶體12，係串接於該LED單元11及該整流單元10的電源迴路上，其具有一控制端用於調整流電源迴路上之電流。該壓控電晶體12可為金氧半場效電晶體或接面場效電晶體；於本實施例中，其為一金氧半場效電晶體，其閘極係為控制端，其汲極與源極串接於電源迴路中，並以閘極與源極兩端之控制電壓調整汲極與源極兩端間的迴路電流IMos；一電流檢測單元13，係與該壓控電晶體12串接，並一同串接於該LED單元11及該整流單元10所構成的電源迴路上；在本實施例中，該電流檢測單元13係為一檢測電阻131，以將該電源迴路上之迴路電流檢出成一反應迴路電流之電壓訊號；一低頻濾波器14，其輸入端係連接於該壓控電晶體12與該電流檢測單元13的串聯節點，並接收該電流檢測單元13反應迴路電流之電壓訊號，而輸出端則輸出一個反應迴路電流的平均值之平均電壓。該低頻濾波器14可由電容、電感所構成之類比濾波器或由數位電路所構成之數位濾波器，而本實施例中其係為一數位濾波器，該數位濾波器為一降頻濾波器(Down-sampling Filter)，是將其所接受之電壓訊號經取樣(Oversampling)及訊號轉換後即時輸出一平均電壓，用以立即反應電源迴路上之迴路電流的平均值；一穩流控制單元15，其輸入端係連接於該低頻濾波器14之輸出端，而輸出端係連接於該壓控電晶體12之控制端，且有一可供參考值電壓輸入的輸入端，並以該低頻濾波器14所轉換後之反應電源迴路的平均迴路電流之平均電壓，與輸入端所接收之參考值電壓作比較；若平均值電壓大於參考值電壓則該穩流控制單元輸出一控制訊號至壓控電晶體12之控制端，藉以將迴路電源調低；反之若平均值電壓小於參考值電壓則該穩流控制單元亦輸出一控制訊號至壓控電晶體12之控制端，藉以將迴路電源調高；以此令電源迴路中之迴路電流趨於穩定；及一分流單元16，係並聯於該壓控電晶體12，並包含有一分流電阻161及一串聯分流電阻161的限流電晶體162；其中該限流電晶體162之控制端係連接於一固定控制電壓(Vg)；此外，請參照圖2所示，該分流單元16係進一步包含有一分壓器17，該分壓器17係用以產生固定控制電壓(Vg)，並具有二串接上、下電阻171之及一濾波電容172，其中該濾波電容172係並聯於下電阻171；於本實施例中該分壓器17係連接於該整流單元10的輸出端，並將其脈動直流電源轉換為穩定直流電源後分壓，該分壓電壓即為該固定控制電壓(Vg)；此外，該分壓器17連接至該整流單元10的輸出端僅為一例示，亦可連接至其它電源或外部電源。
由上述結構可知，由於本發明之壓控電晶體12係維持電源迴路之迴路電流使之穩定，故該電流檢測單元13所轉換後之電壓訊號必經常保持定值，也因此上述限流電晶體162之源極端點電壓亦為定值；又因為該限流電晶體162之控制端(閘極)係連接於上述固定控制電壓(Vg)，故該控制端與該限流電晶體162之源極之間即形成一固定偏壓。
由於該限流電晶體162的閘極及源極間有固定偏壓，故只要該限流電晶體162的汲極與源極之間電壓大於上述的固定偏壓，則該限流電晶體162便會進入定電流區工作；正因如此，當本發明連接至高壓交流電源時，會使得該壓控電晶體12二端之工作電壓提升，進而讓該限流電晶體162的汲極與源極之間電壓大於上述的固定偏壓，故該限流電晶體162即進入定電流區工作，使得流經該分流單元16的電流限制在迴路電流以下，讓該壓控電晶體12仍維持在工作區，而不進入截止；並且利用上述原理，使流經該壓控電晶體12的電流遠小於流經該分流單元16的電流，故當該壓控電晶體12兩端工作電壓上升時，其工作功率會依此跟著緩慢上升並保持在最大工作功率以下使其不至於過熱，進而能夠加大其工作電壓的範圍。
請參照圖3所示，再者，舉目前常見的使用情形為例，令電源迴路需穩定工作於0.16安培，又令分流電阻則為160Ω，並設定該壓控電晶體12必須承受至35伏特之高電壓，且假定其所能承受之最大額定功率為1瓦特；此時當壓控電晶體12工作電壓上升至21伏特時，該分流單元16就會將流經該分流單元16的電流限制在0.14安培，並使該壓控電晶體12維持在0.02安培的工作電流上；如此，即可使該壓控電晶體的工作功率為保持在最大額定功率1瓦特之下，並且又能將其工作電壓自21伏特加大至35伏特，進而達到加大工作電壓的目的，亦能使本發明用於更高壓的交流電源中，而不會過熱。
請參照圖4所示，假設溫度係數為50 degree℃/W；圖中呈現使用及不使用分流單元16前、後該壓控電晶體12所操作的溫度變化曲線。如圖所示，加入分流單元16後於總體功率上升時，該壓控電晶體12本身的溫度均能保持在80℃以下，而未加入該分流單元16則輕易的突破100℃甚至超過150℃。
綜合上述說明得知，本發明確實可使用在高電壓的交流電源中，不僅能令電晶體保持在工作狀態而不至於截止，還能令電晶體其工作功率不大於最大額定功率而不至於過熱。
10．．．整流單元
11．．．LED單元
12．．．壓控電晶體
13．．．電流檢測單元
14．．．低頻濾波器
15．．．穩流控制單元
16．．．分流單元
161．．．分流電阻
162．．．限流電晶體
17．．．分壓器
171．．．分壓電阻
172．．．濾波電容
20．．．整流單元
21．．．LED單元
22．．．壓控電晶體
23．．．電流檢測單元
24．．．低頻濾波器
25．．．穩流控制單元
26．．．分流電阻
圖1：本發明用於高壓交流電源之交流LED驅動電路之電路圖。
圖2：本發明包含有分壓器之電路圖。
圖3：本發明壓控電晶體與分流電阻功率分配之曲線圖。
圖4：本發明壓控電晶體與分流電阻的功率與溫度關係之曲線圖。
圖5：既有交流LED驅動電路之電路圖。
圖6：既有交流LED驅動電路壓控電晶體與分流電阻功率分配之曲線圖。
圖7：既有交流LED驅動電路壓控電晶體與分流電阻的功率與溫度關係之曲線圖。
10．．．整流單元
11．．．LED單元
12．．．壓控電晶體
13．．．電流檢測單元
14．．．低頻濾波器
15．．．穩流控制單元
16．．．分流單元
161．．．分流電阻
162．．．限流電晶體

Claims (10)

  1. 一種用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，係包含有：一整流單元，其輸入端連接一交流電源，並將交流電源轉換為一脈動直流電源，並由輸出端輸出；一LED單元，係包含複數個LED光源，並電連接至該整流單元之輸出端，使其構成一電源迴路；一壓控電晶體，係串接於該電源迴路中且具有一控制端，以調整電源迴路之迴路電流；一電流檢測單元，係串接於該電源迴路中，以將該電源迴路之迴路電流換為對應的電壓訊號；一低頻濾波器，係電連接於該電流檢測單元，並根據該電流檢測單元所轉換後之電壓訊號，輸出一平均電壓值；一穩流控制單元，其一輸入端與該低頻濾波器電連接，另一輸入端則電連接一參考電壓值，又其輸出端則與該壓控電晶體之控制端電連接；其中該穩流控制單元比較其輸入端所接收之參考電壓值與平均電壓值之大小，並依據比較結果輸出控制訊號至該壓控電晶體之控制端，令電源迴路之迴路電流維持穩定；及一分流單元，係並聯於該壓控電晶體，並包含有一分流電阻及一串聯分流電阻的限流電晶體；其中該限流電晶體之控制端係連接於一固定控制電壓，令流經該分流單元的電流小於該迴路電流。
  2. 如請求項1所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，該分流單元進一步包含有一分壓器，該分壓器係用以產生該固定控制電壓。
  3. 如請求項1或2所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，上述該電流檢測單元以一檢測電阻將電源迴路上之迴路電流檢出成一反應迴路電流之電壓訊號。
  4. 如請求項1或2所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，上述低頻濾波器為一類比濾波器。
  5. 如請求項3所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，上述低頻濾波器為一類比濾波器。
  6. 如請求項1或2所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，上述低頻濾波器為一數位濾波器。
  7. 如請求項3所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，上述低頻濾波器為一數位濾波器。
  8. 如請求項6所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，上述該數位濾波器為一降頻濾波器(Down-sampling Filter)。
  9. 如請求項1或2所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，上述該壓控電晶體係一金氧半場效電晶體，其汲極與源極串接在該電源迴路中，其閘極為其控制端。
  10. 如請求項3所述之用於高壓交流電源之交流LED驅動電路，上述該壓控電晶體係一金氧半場效電晶體，其汲極與源極串接在該電源迴路中，其閘極為其控制端。
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