TW201311048A - 交流ｌｅｄ驅動電路之熱分散動態控制方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種交流LED驅動電路之熱分散動態控制方法及裝置，係於一LED單元的電源迴路中串接複數壓控電晶體及一電流檢測單元，再於二相鄰壓控電晶體之間連接有一電阻單元，以構成複數階電源分散單元，藉由檢知該電源迴路的電流及電壓，計算目前消耗功率值，依消耗功率值決定切換至對應功率範圍的電源分散單元；由於階數愈高的電源分散單元包含愈多電阻，故用於高瓦數LED單元時，可分擔控制定電流之單顆壓控電晶體的功率，避免壓控電晶體過熱而無法正常運作。

Description

交流LED驅動電路之熱分散動態控制方法及裝置
本發明係一種交流LED驅動電路，尤指一種交流LED驅動電路之熱分散動態控制方法及裝置。
請參圖6所示，係為一種交流LED驅動電路，其包含一全橋整流器50、一LED單元51、一壓控電晶體52、一電流檢測單元53及一穩流控制單元54；其中該全橋整流器50係連接至一交流電源，該交流電源整流成一直流弦波電源後輸出至該LED單元51，由於該壓控電晶體52及該電流檢測單元53係串接於直流弦波電源與LED單元51構成的電源迴路上，故該穩流控制單元54可藉由該電流檢測單元53檢知目前LED單元51的電流大小，再依據一參考電流值判斷目前電流是否過大或過小，再根據判斷結果調整壓控電晶體52的偏壓，以控制LED單元51電流的電流值維持一定；是以，該LED單元51可穩定發光。
上述交流LED驅動電路50係為一種非隔離型的驅動電路，而且未使用電容或電感元件，整體的功率因數是相當高的，亦具有高轉換效率，具有節省電能功效；然而，上述驅動電路為使得LED單元51維持穩定電流，而採用單顆壓控電晶體52作為控制LED單元的電子元件，於使用高瓦數的LED單元51時，該壓控電晶體相當容易過熱而無法正常運作。
有鑑於上述交流LED驅動電路的單顆壓控電晶體在用於高瓦數LED單元場合中易因高熱而無法正常運作之技術缺點，本發明主要目的係提供一種交流LED驅動電路之熱分散動態控制方法及裝置。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該交流LED驅動電路之熱分散動態控制方法係包含有：於一LED單元的電源迴路中串接複數壓控電晶體及電流檢測單元；於二相鄰壓控電晶體之間連接有一阻抗性元件，以構成複數階電源分散單元；其中複數階電源分散單元係分別對應一LED單元的功率範圍，愈高階對應愈高功率範圍；計算消耗功率值，係檢知該電源迴路的電壓及電流，計算電源迴路功率值，再扣除LED單元功率值得之；及依目前消耗功率值決定切換至對應功率範圍的電源分散單元。
上述本發明電源散熱動態控制方法係於該LED單元的電源迴路中連接有複數電源分散單元；於電源開啟後會先開啟較低功率範圍的電源散熱單元，構成該LED單元電源迴路，之後再依據實際檢知電源迴路的電壓及電流計算目前消耗功率，並判斷目前消耗功率落入那一電源分散單元的功率範圍中，即關閉目前所開啟的電源分散單元，再開啟判斷後的電源分散單元；由於開啟階數愈高的電源分散單元即有愈多阻抗性元件串接於電源迴路上，故用於高瓦數LED單元時，可分擔單顆壓控電晶體的功率，避免壓控電晶體過熱而無法正常運作。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令交流LED驅動電路之熱分散動態控制裝置包含有：一LED單元、一主壓控電晶體、複數電源分散單元、一電流檢測單元、一電壓檢知單元及一穩流控制單元；其中該LED單元、該壓控電晶體及電流檢測單元係串接於一交流電源，當該穩流控制單元控制壓控電晶體導通時，即構成一電源迴路；又複數電源分散單元與該壓控電晶體並聯，各電源分散單元包含有一阻抗性元件及一子壓控電晶體。
當交流電源輸入時，該穩流控制單元首先控制該主壓控電晶體導通而構成一電源迴路，檢知該LED單元電壓，並透過電流及電壓檢測單元檢知電源迴路電流及電壓，計算總功率及目前LED單元功率，再取二者差值即為目前消耗功率；如此，再依據消耗功率大小開啟對應功率範圍的電源分散單元之子壓控電晶體，由於階數愈高的電源分散單元的子壓控電晶體，會有愈多阻抗性元件串接於電源迴路上，故用於高瓦數LED單元時，可分擔主壓控電晶體的功率，避免壓控電晶體過熱而無法正常運作。
首先請參閱圖1所示，係為本發明交流LED驅動電路之熱分散動態控制裝置的電路圖，其包含有：一全橋整流器10，係連接一交流電源，將交流電源轉換為一直流弦波電源；一LED單元11，係正極端連接至該全橋整流器10的全橋整流的正輸出端，該LED單元11係可由複數LED元件串聯及/或並聯而成；一主壓控電晶體12，其一端連接於該LED單元11的負極端；其中該主壓控電晶體12可為MOFET或IGBT等功率電晶體，於本實施例中係使用MOFET作為主壓控電晶體，其包含有閘極、汲極及閘極(控制端)；複數電源分散單元13，係對應不同功率範圍，且並聯至該主壓控電晶體12的二端，即該MOSFET的源極及汲極，其中各電源分散單元13係包含有一子壓控電晶體131及一串接於該子壓控電晶體131之阻抗性元件132；於本實施例中，該子壓控電晶體131可為一MOFET或IGBT，若使用MOSFET時則包含有閘極、汲極及閘極(控制端)；其中該子壓控電晶體131的汲極係連接至電阻132一端，而其源極及電阻另一端係連接至該主壓控電晶體12的源極及汲極；又該阻抗性元件132可為電阻、LED元件或其它類似元件；一電流檢測單元14，係連接至該主壓控電晶體12的另一端以及該全橋整流器10的負輸出端之間，以透過該主壓控電晶體12或任一電源分散單元與LED單元13構成電源迴路；於本實施例該電流檢知單元14係為一電阻，且為固定電阻值電阻；一電壓檢測單元16，係連接至該LED單元11與該主壓控電晶體12連接節點之間，以及各電源分散單元13的子壓控電晶體131與其阻抗性元件132的連接節點之間，以取得導通的主壓控電晶體12或任一導通的子壓控電晶體131的電壓V1~Vn；一穩流控制暨功率運算單元15，係連接至該主壓控電晶體12及各子壓控電晶體131的控制端(閘極)，並透過一低通濾波器150連接至該電流檢測單元14，以透過該電流檢測單元14檢測該LED單元11電流，並檢知導通的主壓控電晶體12或任一導通的子壓控電晶體131的電壓後，計算出目前消耗功率，依目前消耗功率值決定切換至對應功率範圍的電源分散單元或維持目前導通的主電控制電晶體；同時依據目前檢知電流，控制該主壓控電晶體12或各子壓控電晶體131電壓，以維持該LED單元11電源迴路的電流為一定。
以下謹進一步說明上述熱分散動態控制裝置的電路動作，首先當交流電源開啟時，該穩流控制單元15首先控制該主壓控電晶體12導通，令LED單元11的電源迴路得以構成，該穩壓控制單元15再透過該電壓檢測單元16檢知該導通後主壓控電晶體12到接地的電壓，再透過電流檢測單元16檢知的電源迴路的電流後，即可直接計算目前消耗功率；再判斷目前消耗功率落入任一電源分散單元13對應的功率範圍中。
若判斷目前消耗功率PC落入第一階電源分散單元13’的功率範圍時(P11<PC<P12)，即關閉圖1的主壓控電晶體12，而令第一階電源分散單元13’的子壓控電晶體131導通，如圖2A所示，在LED單元11的電源迴路中即多串接一阻抗性元件132；是以，消耗功率即可部份由一阻抗性元件132分擔。
如圖2B所示，若判斷目前消枆功率落入第二階電源分散單元13’的功率範圍時(P21<PC<P22)，即關閉圖1的主壓控電晶體12，而令第二階電源分散單元13’的子壓控電晶體131導通，在LED單元11的電源迴路中即多串接二阻抗性元件132；是以，消耗功率的部份可由二阻抗性元件132共同分擔，避免該子壓控電晶體131過熱。
再者，請配合參閱圖3所示，上述LED驅動電路的電流檢測單元14’可為一可變電阻，因此上述穩流控制單元15無法得知目前電阻值，而無法透過電流檢測單元14’檢知LED單元11的電流；是以，該穩流控制單元15進一步透過一切換開關151連接至該電流檢測單元14’，而該切換開關151係連接一定電流源152。如此，該穩流控制單元15於欲檢知目前該LED單元11電流時，先透過該切換開關151將該電流檢測單元14’連接至該定電流源152，藉由定電流源151及電流檢測單元14’的壓降，即可得知目前電流檢測單元14’的電阻值，而能正常檢知該LED單元11電流。
請再參閱圖4所示，係為本發明交流LED驅動電路之熱分散動態控制裝置的另一較佳實施例，其大多結構係與圖1相同，直接由該穩流控制暨功率運算單元15a直接連接至該全橋整流器10的輸出端，以取得該直流弦波電源之電壓Vin；再內建有一上查表(look-up table)，以建立脈波調變寬度x與高度y關係，並進一步內建一消耗功率計算程序以計算消耗功率PC；請配合參閱圖5所示，由於該穩流控制暨功率運算單元15係連接至該電流檢測單元14，故可獲得脈波電流訊號(為直流弦波訊號經LED單元後產生的)，而計算目前脈波電流訊號的脈波調變寬度x，再以上查表確認目前脈波調變寬度對應的高度y，由高度y即可獲得脈波電流訊號之高度與直流弦波電源波峰之比值，藉以計算出LED單元驅動電壓VLED與直流弦波電源電壓Vin的比值，而得出LED單元驅動電壓VLED；再將直流弦波電源電壓Vin扣掉驅動電壓VLED即可獲得消耗電壓Vc(Vin-VLED=VC)；最後將消耗電壓VC乘上電源迴路的電流ILED即可獲得消耗功率PC；是以，於本實施例中即可不必使用電壓檢測單元，只要由該該穩流控制暨功率運算單元15a計算目前消耗功率。
由上述說明可知，配合圖1所示，本發明熱分散動態控制方法係包含有：於一LED單元11的電源迴路中串接複數壓控電晶體12、131及電流檢測單元14；於二相鄰壓控電晶體12、131之間連接有一電阻單元132，以構成複數階電源分散單元13；其中複數階電源分散單元13係對應一LED單元11的功率範圍；檢知該電源迴路的電壓及電流，計算目前功率值；及依目前功率值決定切換至對應功率範圍的電源分散單元13。
上述本發明電源散熱動態控制方法係於該LED單元的電源迴路中連接有複數電源分散單元；於電源開啟後會先開啟低瓦數範圍的電源散熱單元，構成該LED單元電源迴路，之後再依據實際檢知電源迴路的電壓及電流計算目前LED單元的功率，判斷目前功率落入那一對應功率範圍中的電源分散單元中，即關閉目前所開啟的電源分散單元，再開啟判斷後的電源分散單元；由於階數愈高的電源分散單元包含愈多電阻，故用於高瓦數LED單元時，可分擔控制定電流之單顆壓控電晶體的功率，避免壓控電晶體過熱而無法正常運作。
10．．．全橋整流器
11．．．LED單元
12．．．主壓控電晶體
13、13’．．．電源分散單元
131．．．子壓控電晶體
132．．．電阻
14、14’．．．電流檢測單元
15、15a．．．穩流控制單元
150．．．低通濾波器
151．．．切換開關
152．．．定電流源
50．．．全橋整流器
51．．．LED單元
52．．．壓控電晶體
53．．．電流檢測單元
54．．．穩流控制單元
圖1：係本發明一較佳實施例的電路圖。
圖2A：係圖1電路動作的等效電路圖。
圖2B：係圖1另一電路動作的等效電路圖。
圖3：係本發明另一穩流控制單元的電路圖。
圖4：係本癹明另一較佳實施例的電路圖。
圖5：係本發明直流弦波電源與脈波電流訊號的波形圖。
圖6：係即有交流LED驅動電路。
10．．．全橋整流器
11．．．LED單元
12．．．主壓控電晶體
13．．．電源分散單元
131．．．子壓控電晶體
132．．．電阻
14．．．電流檢測單元
15．．．穩流控制單元

Claims (18)

  1. 一種交流LED驅動電路之熱分散動態控制方法，係包含有：於一LED單元的電源迴路中串接複數壓控電晶體及電流檢測單元；於二相鄰壓控電晶體之間連接有一電阻，以構成複數階電源分散單元；其中複數階電源分散單元係對應一LED單元的功率範圍；檢知該電源迴路的電壓及電流，計算目前功率值；及依目前功率值決定切換至對應功率範圍的電源分散單元。
  2. 一種交流LED驅動電路之熱分散動態控制裝置，係包含有：一全橋整流器，係連接一交流電源，將交流電源轉換為一直流弦波電源；一LED單元，係正極端連接至該全橋整流器的全橋整流的正輸出端；一主壓控電晶體，其一端連接於該LED單元的負極端；複數電源分散單元，係並聯至該主壓控電晶體的二端，其中各電源分散單元係包含有一子壓控電晶體及一串接於該子壓控電晶體之阻抗性元件；一電流檢測單元，係連接至該主壓控電晶體的另一端以及該全橋整流器的負輸出端之間；一電壓檢測單元，係連接至該LED單元與該主壓控電晶體的連接節點之間，以及各電源分散單元的子壓控電晶體與其阻抗性元件的連接節點之間；一穩流控制暨功率運算單元，係連接至該主壓控電晶體及各子壓控電晶體的控制端，並透過一低通濾波器連接至該電流檢測單元，以透過該電流檢測單元檢測該LED單元電流後，再檢知導通的主壓控電晶體或任一導通的子壓控電晶體的電壓後，計算出目前消耗功率，依照計算而得的消耗功率決定主壓電晶體或任一電源分散單元與LED單元構成電源迴路，同時依據目前檢知電流，控制該主壓控電晶體或各子壓控電晶體電壓，以維持該LED單元電源迴路的電流為一定。
  3. 如申請專利範圍第2項所述熱分散動態控制裝置，該阻抗性元件可為電阻或LED，而電流檢知單元為固定電阻值的一電阻。
  4. 如申請專利範圍第2項所述熱分散動態控制裝置，其中：上述阻抗性元件可為電阻或LED；上述電流檢知單元為一可變電阻；及上述穩流控制單元進一步透過一切換開關連接至該電流檢測單元，而該切換開關係連接一定電流源。
  5. 如申請專利範圍第2至4項任一項所述熱分散動態控制裝置，該主壓控電晶體及子壓控電晶體係分別為一MOFET。
  6. 如申請專利範圍第5項所述熱分散動態控制裝置，該該子壓控電晶體的汲極係連接至電阻一端，而其源極及電阻另一端係連接至該主壓控電晶體的源極及汲極。
  7. 如申請專利範圍第2至4任一項所述熱分散動態控制裝置，該LED單元係由複數LED元件串聯及/或並聯而成。
  8. 如申請專利範圍第5項所述熱分散動態控制裝置，該LED單元係由複數LED元件串聯及/或並聯而成。
  9. 如申請專利範圍第6項所述熱分散動態控制裝置，該LED單元係由複數LED元件串聯及/或並聯而成。
  10. 一種交流LED驅動電路之熱分散動態控制裝置，係包含有：一全橋整流器，係連接一交流電源，將交流電源轉換為一直流弦波電源；一LED單元，係正極端連接至該全橋整流器的全橋整流的正輸出端；一主壓控電晶體，其一端連接於該LED單元的負極端；複數電源分散單元，係並聯至該主壓控電晶體的二端，其中各電源分散單元係包含有一子壓控電晶體及一串接於該子壓控電晶體之電阻；一電流檢測單元，係連接至該主壓控電晶體的另一端以及該全橋整流器的負輸出端之間；一穩流控制暨功率運算單元，係連接至該全橋整流器輸出端、該主壓控電晶體及各子壓控電晶體的控制端，並透過一低通濾波器連接至該電流檢測單元，以透過該電流檢測單元檢測該LED單元電流；又，該穩流控制暨功率運算單元係內建有一上查表(look-up table)，以建立脈波調變寬度與高度關係，並進一步內建一消耗功率計算程序以計算消耗功率；依照計算而得的功率決定主壓電晶體或任一電源分散單元與LED單元構成電源迴路，同時依據目前檢知電流，控制該主壓控電晶體或各子壓控電晶體電壓，以維持該LED單元電源迴路的電流為一定。
  11. 如申請專利範圍第10項所述熱分散動態控制裝置，該穩流控制暨功率運算單元執行該消耗功率計算程序係包含以下步驟：接收脈波電流訊號，係為直流弦波訊號經LED單元後產生的；計算目前脈波電流訊號的脈波調變寬度；以上查表確認目前脈波調變寬度對應的高度，以計算脈波電流訊號之高度與直流弦波電源波峰之比值，即反應出LED單元驅動電壓與直流弦波電源電壓的比值，以計算得出LED單元驅動電壓；將直流弦波電源電壓減去驅動電壓以獲得消耗電壓；及將消耗電壓乘上電源迴路的電流即可獲得消耗功率。
  12. 如申請專利範圍第11項所述熱分散動態控制裝置，該阻抗性元件可為電阻或LED，而電流檢知單元為固定電阻值的一電阻。
  13. 如申請專利範圍第11項所述熱分散動態控制裝置，其中：上述阻抗性元件可為電阻或LED；上述電流檢知單元為一可變電阻；及上述穩流控制單元進一步透過一切換開關連接至該電流檢測單元，而該切換開關係連接一定電流源。
  14. 如申請專利範圍第10至13項任一項所述熱分散動態控制裝置，該主壓控電晶體及子壓控電晶體係分別為一MOFET。
  15. 如申請專利範圍第14項所述熱分散動態控制裝置，該該子壓控電晶體的汲極係連接至電阻一端，而其源極及電阻另一端係連接至該主壓控電晶體的源極及汲極。
  16. 如申請專利範圍第10至14任一項所述熱分散動態控制裝置，該LED單元係由複數LED元件串聯及/或並聯而成。
  17. 如申請專利範圍第15項所述熱分散動態控制裝置，該LED單元係由複數LED元件串聯及/或並聯而成。
  18. 如申請專利範圍第16項所述熱分散動態控制方法，該LED單元係由複數LED元件串聯及/或並聯而成。
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