TW201328416A

TW201328416A - 光源驅動電路、光源控制電路、以及光源供電控制方法

Info

Publication number: TW201328416A
Application number: TW101141643A
Authority: TW
Inventors: zhi-mou Ren; Ching-Chuan Kuo; Tie-Sheng Yan; Yun-Ning Xie; Jun Ren
Original assignee: O2Micro Inc
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-07-01
Also published as: CN102523654A; TWI507081B; US20120139422A1; CN102523654B; US8598792B2

Abstract

本發明公開了一種光源驅動電路、控制電路及控制方法。光源驅動電路包括整流器、濾波電容和控制電路。整流器將交流電源所輸出的交流電壓轉換為一整流後交流電壓。濾波電容耦接至整流器，用於對整流後交流電壓進行濾波，以提供直流電壓。控制電路控制對光源的供電。當耦接於交流電源和整流器之間的開關斷開時，控制電路週期性地致能放電電流以對濾波電容進行放電，當控制電路確定開關導通時，控制電路除能放電電流。

Description

光源驅動電路、光源控制電路、以及光源供電控制方法

本發明係有關一種電力負載的驅動電路、控制電路及控制方法，特別是有關一種LED光源驅動的驅動電路、控制電路及控制方法。

在照明應用領域中，照明開關中的照明指示燈用於指示照明開關的狀態。圖1所示為傳統照明電路100的電路圖。照明開關模組103包括開關108、限流電阻104和指示燈106(例如，發光二極體LED)。照明電路100選用白熾燈110作為光源。限流電阻104與指示燈106串聯耦接，開關108與限流電阻104和指示燈106並聯耦接。當開關108斷開時，電流流經限流電阻104、指示燈106和白熾燈110。由於電流較小，指示燈106發光，而白熾燈110保持熄滅。

近幾年，越來越多的LED取代白熾燈作為光源。圖2所示為傳統LED驅動電路200的電路圖。其中與圖1相同標號的元件有相同的功能。LED驅動電路200包括照明開關模組103、AC/DC轉換器(包括橋式整流器210和濾波電容212)、控制電路214、DC/DC轉換器216和電容218。橋式整流器210用於轉換來自交流電源202的交流電壓為一整流後交流電壓。濾波電容212與橋式整流器210並聯耦接，用於將整流後交流電壓濾波為第一直流電壓VDC1。控制電路214(例如，一晶片)包括控制單元222、充電電路 224、開關226和偏置電路228。控制單元222產生控制DC/DC轉換器216的第一控制信號CTR1，以及控制偏置電路228的第二控制信號CTR2。DC/DC轉換器216接收第一控制信號CTR1並將第一直流電壓VDC1轉換為提供給LED串220的第二直流電壓VDC2和提供給控制電路214和電容218的第三直流電壓VDC3。偏置電路228接收第二控制信號CTR2以控制開關226的導通和斷開。

當開關108導通時，在開始階段，DC/DC轉換器216被除能。電容212和電源202透過充電電路224對電容218充電。電容218的電壓VDD施加到控制電路214上。當電容218的電壓VDD增加至致能臨限值電壓VDD_ON時，控制單元222被致能。控制單元222產生第一控制信號CTR1以致能DC/DC轉換器216，並產生第二控制信號CTR2以斷開開關226。由於DC/DC轉換器216被致能，DC/DC轉換器216(例如，變壓器)對電容218充電。當開關108斷開時，電流流經限流電阻104、指示燈106和橋式整流器210。由於電阻104的阻抗較大，流經指示燈106的電流相對較小。開關226的閘極電壓隨著電容212的電壓的升高而升高。

當開關226的閘極電壓升高到導通臨限值電壓時，偏置電路228使開關226導通，進而流經電阻104和電容212的電流透過開關226和充電電路224向電容218充電。電容218的電壓相應地升高。當電容218的電壓VDD升高至致能臨限值電壓VDD_ON時，控制單元222被致能。控制單元222產生第一控制信號CTR1以致能DC/DC轉換器216，並產生第二控制信號CTR2以斷開開關226。DC/DC轉換器216 產生提供給LED串220的第二直流電壓VDC2，和提供給控制電路214和電容218的第三直流電壓VDC3。此時，LED串220被點亮。

電容218和電容212的電壓由於控制電路214和LED串220的功耗而降低。當電容218的電壓VDD下降至除能臨限值電壓VDD_OFF，控制單元222被除能，進而控制單元222停止產生第一控制信號CTR1和第二控制信號CTR2。因此，DC/DC轉換器216被除能，即停止提供第二直流電壓VDC2至LED串220。LED串220被熄滅。隨後下一個迴圈開始，即電容218被再次充電，開關226再次導通，控制單元222被再次致能。因此，當開關108斷開時，控制電路214被週期性的致能，進而LED串220被週期性地點亮，這會導致LED串220的閃爍。

本發明的目的為提供一種光源驅動電路，包括：一整流器，將一交流電壓轉換為一整流後交流電壓；一濾波電容，耦接至該整流器，對該整流後交流電壓進行濾波，以提供一直流電壓；以及一控制電路，當耦接於一交流電源和該整流器之間的一開關斷開時，該控制電路週期性地致能一放電電流以對該濾波電容進行放電，且其中，當該開關導通時，該控制電路除能該放電電流。

本發明還提供一種光源控制電路，包括：一控制單元，控制一直流/直流轉換器，其中，該直流/直流轉換器接收一輸入電壓，並產生一調整後輸出電壓給一發光二極體光源；以及一放電電路，耦接至該控制單元，當耦接於一交流電源和一整流器之間的一開關斷開時，該放電電路週期性地致能一放電電流以對一濾波電容進行放電，當該放電電路確定該開關導通時，該放電電路除能該放電電流，其中，該整流器對該交流電源所輸出的一交流電壓進行整流並提供一整流後交流電壓，該濾波電容對該整流後交流電壓進行濾波並提供該輸入電壓。

本發明還提供一種光源供電控制方法，包括：將一交流電源所輸出的一交流電壓整流為一整流後交流電壓；利用一濾波電容對該整流後交流電壓進行濾波，以提供一直流電壓；將該直流電壓轉換為一輸出電壓以驅動一發光二極體光源；當耦接於該交流電源和一整流器之間的一開關斷開時，週期性地致能一放電電流以對該濾波電容進行放電；以及當確定該開關為導通時，除能該放電電流。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

圖3所示為根據本發明一實施例對負載供電的驅動電路300電路圖。驅動電路300包括照明開關模組303、AC/DC轉換器(包含橋式整流器310和濾波電容312)、控制電路314、DC/DC轉換器316和能量儲存元件(例如，電容318)。照明開關模組303包括開關308、限流電阻304和指示燈306。在圖3所示的實施例中，指示燈306為LED，但也可以使用其他類型的光源，本發明並不以此為限。限流電阻304與指示燈306串聯，開關308與限流電阻304和指示燈306並聯耦接。橋式整流器310轉換來自交流電源302的交流電壓為一整流後交流電壓。濾波電容312與橋式整流器310並聯耦接，對整流後交流電壓進行濾波以提供第一直流電壓VDC1。

DC/DC轉換器316(例如，變壓器)受控於控制電路314，DC/DC轉換器316接收第一直流電壓VDC1，並產生第二直流電壓VDC2以驅動負載(例如，LED串320)。DC/DC轉換器316還產生第三直流電壓VDC3提供給控制電路314和電容318。

控制電路314(例如，一晶片)透過控制DC/DC轉換器316的輸出電壓以控制提供給LED串320的電能。在一實施例中，控制電路314包括控制單元322、充電電路324、開關326、偏置電路328和放電電路330。控制單元322產生一第一控制信號CTR1以控制DC/DC轉換器316以及產生一第二控制信號CTR2以控制偏置電路328。偏置電路328 導通或斷開開關326。當開關326的閘極電壓升高到導通臨限值電壓時，偏置電路328導通開關326。當控制單元322產生第二控制信號CTR2時，偏置電路328斷開開關326。開關326可為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，但並不以此為限。當開關326導通時，充電電路324對電容318充電。在一實施例中，充電電路324是單向導通的，因此電容318不能透過充電電路324對濾波電容312充電。

在圖3所示的實施例中，電容318向控制電路314提供一電壓VDD。在一個實施例中，當控制單元322產生第一控制信號CTR1以致能DC/DC轉換器316，並產生第二控制信號CTR2以斷開開關326時，DC/DC轉換器316對電容318充電。如果DC/DC轉換器316被除能，當開關326導通時，濾波電容312可透過充電電路324對電容318充電。在一實施例中，當電壓VDD上升至轉換臨限值電壓VDD_{ON_HIGH}時，控制單元322產生第一控制信號CTR1和第二控制信號CTR2。當電壓VDD下降至停止轉換臨限值電壓VDD_{OFF_HIGH}時，控制單元322停止產生第一控制信號CTR1和第二控制信號CTR2。在一個實施例中，轉換臨限值電壓VDD_{ON_HIGH}大於停止轉換臨限值電壓VDD_{OFF_HIGH}。

控制電路314檢測開關308之狀態為導通或斷開。有利之處在於，放電電路330耦接於開關326和充電電路324之間的節點，以致能放電電流，例如，在一個實施例中，當開關308斷開時，週期性地對濾波電容312進行放電。當放電電路330確定開關308為導通時，放電電路330除能放電電流。因此，當開關308斷開時，電容318的電壓VDD保持低於轉換臨限值電壓VDD_{ON_HIGH}，使控制單元322不產生第一控制信號CTR1，而DC/DC轉換器316因此保持為除能狀態。因此，在開關308斷開時，LED串320保持熄滅。

具體而言，在操作中，當開關308斷開時，電流流經限流電阻304、指示燈306和橋式整流器310對濾波電容312充電。由於限流電阻304的阻抗較大，因此流經指示燈306的電流相對較小。開關326的閘極電壓隨著濾波電容312的電壓的升高而升高。當開關326的閘極電壓升高至導通臨限值電壓時，偏置電路328導通開關326。因此，從電源302和電容312的流出的電流經開關326和充電電路324對電容318充電。電容318的電壓隨之升高。

在一實施例中，當電壓VDD升高至致能臨限值電壓VDD_{ON_LOW}時，控制單元322被致能。放電電路330致能放電電流，該放電電流流經開關326和放電電路330至電容312。電容312電壓迅速下降，然後停止對電容318充電，電壓VDD停止上升。電壓VDD由於控制電路314的功耗而逐漸降低。當電壓VDD下降至除能臨限值電壓VDD_{OFF_LOW}時，控制單元322被除能。在一實施例中，致能臨限值電壓VDD_{ON_LOW}大於除能臨限值電壓VDD_{OFF_LOW}。相應地，從電容312流經開關326到地的放電電流被切斷。因此，濾波電容312的電壓再次升高，並開始下一個迴圈。在一個實施例中，停止轉換臨限值電壓VDD_{OFF_HIGH}大於致能臨限值電壓VDD_{ON_LOW}。由於電壓VDD保持低於轉換臨限值電壓 VDD_{ON_HIGH}，控制單元32不產生第一控制信號CTR1，因此DC/DC轉換器316被除能。有利之處在於，當開關308斷開時，電壓VDD保持低於VDD_{ON_HIGH}。這樣，當開關308斷開時，控制單元322被交替地致能和除能，但DC/DC轉換器316仍保持為除能狀態，而LED串320保持熄滅。

當開關308導通時，濾波電容312的電壓迅速升高。在一實施例中，如果放電電流在預設時間內持續高於電流臨限值，則放電電路330確定開關308為導通。在檢測到開關308導通後，放電電路330除能從濾波電容312和電源302流經開關326至地的放電電流。由於濾波電容312的電壓一直保持較大，濾波電容312繼續對電容318充電，電壓VDD則繼續上升。當電壓VDD升高至轉換臨限值電壓VDD_{ON_HIGH}以上時，控制單元322產生第一控制信號CTR1以致能DC/DC轉換器316，並產生第二控制信號CTR2以斷開開關326。這樣，DC/DC轉換器316產生輸出電壓VDC2以驅動LED串320。當DC/DC轉換器316被致能時，由DC/DC轉換器316對電容318充電。

圖4所示為根據本發明一實施例中示於圖3之放電電路330之例示性電路圖。圖4將結合圖3進行描述。當開關308斷開時，放電電路330致能(例如，週期性地)流經放電開關338的放電電流，以對濾波電容312進行放電。當放電電路330檢測到開關308之狀態為導通時，放電電路330除能放電電流。放電電路330包括放電開關338、電壓監測器340和檢測電路346。放電開關338可以為MOSFET，根據控制信號CTR3對流經的放電電流進行控制。電壓監測器340與開關338串聯耦接，產生指示放電電流的監測信號VMS。檢測電路346根據監測信號VMS產生控制信號CTR3以控制開關338。

在圖4所示的實施例中，電壓監測器340為一分壓器。檢測電路346包括比較器332、邏輯閘(例如，或閘334)和D型正反器336。比較器332比較參考信號REF和監測信號VMS，並產生一比較輸出信號COS，其中，參考信號REF指示臨限值電流TH，監測信號VMS指示流經放電開關338的放電電流。或閘334接收比較輸出信號COS和具有第一預設脈衝寬度的第一脈衝信號PULSE1，並產生輸出信號ORS。其中，第一脈衝信號的第一預設脈衝寬度為預設時間T。D型正反器336包括CP端、R端和D端，其中CP端用於接收或閘334的輸出信號ORS，R端用於接收第二脈衝信號PULSE2，D端用於接收邏輯高電位信號VCC。在一實施例中，當控制單元322被致能時，控制電路314產生邏輯高電位信號VCC。D型正反器336根據或閘334的輸出信號ORS和第二脈衝信號PULSE2產生控制信號CTR3以控制放電開關338。在圖4所示的實施例中，如果D型正反器336的R端接收到脈衝信號，D型正反器336的輸出信號Q保持邏輯高電位直到D型正反器336的CP端接收到負緣。如果D型正反器336的CP端接收到負緣，D型正反器336的輸出信號Q為D端接收到的輸入信號的反相值。因此，如果D型正反器336的D端接收到邏輯高電位信號VCC，輸出信號Q將被設置為邏輯低電位，以呼應CP端所接收到的負緣。在一實施例中，第二脈衝信號的第二預設脈衝寬度窄於第一脈衝信號的第一預設脈衝寬度。在一個實施例中，信號VCC、第一脈衝信號PULSE1和第二脈衝信號PULSE2可由控制單元322產生，也可由控制電路314中的其他元件產生。

圖5所示為圖4中放電電路330的信號波形圖，圖5將結合圖3和圖4進行描述。操作時，當開關308斷開且電壓VDD升高至致能臨限值電壓VDD_{ON_LOW}時，控制單元322被致能以同時提供第一脈衝信號PULSE1和第二脈衝信號PULSE2。或閘334接收第一脈衝信號PULSE1，D型正反器336接收第二脈衝信號PULSE2。放電開關338呼應第二脈衝信號PULSE2而導通，放電電流因此被致能。由於流經指示燈306的電流較小，在預設時間T的末端，放電電流小於臨限值電流TH。因此，經過預設時間T之後，電壓監測器340的監測信號VMS低於指示臨限值電流TH的參考電壓REF。在預設時間T之後，比較輸出信號COS保持為邏輯高電位，或閘334的輸出信號ORS保持為邏輯高電位，第三控制信號CTR3保持為邏輯高電位。這樣，放電電路330保持放電開關338導通以讓濾波電容312放電。濾波電容312電壓迅速下降，然後停止對電容318充電，電壓VDD停止上升。當開關308斷開時，電壓VDD由於控制電路314的功耗而逐漸降低，電壓VDD保持低於轉換臨限值電壓VDD_{ON_HIGH}。因此，控制單元322不產生第一控制信號CTR1，DC/DC轉換器316保持除能狀態，LED串320則保持熄滅。當電壓VDD下降至除能臨限值電壓VDD_{OFF_LOW}時，控制單元322被除能。這樣，第三控制信號CTR3變為邏輯低電位，放電開關338斷開以切斷放電電流。因此，濾波電容312的電壓重新上升，開始下一次的迴圈。

當開關308導通時，濾波電容312的電壓迅速升高。在一實施例中，當電壓VDD升高至致能臨限值電壓VDD_{ON_LOW}時，控制單元322被致能，進而同時提供第一脈衝信號PULSE1和第二脈衝信號PULSE2。或閘334接收第一脈衝信號PULSE1，D型正反器336接收第二脈衝信號PULSE2。放電開關338導通以呼應第二脈衝信號PULSE2，進而致能放電電流。由於來自濾波電容312和交流電源302的電流都較大，因此放電電流保持高於臨限值電流TH。因此，監測信號VMS保持高於參考電壓REF，比較輸出信號COS保持為邏輯低電位，或閘334的輸出信號ORS在預設時間T的末端出現負緣。第三控制信號CTR3為呼應ORS的負緣而變為邏輯低電位。這樣，放電開關338被斷開。換言之，如果放電電流在預設時間T內持續高於臨限值電流TH，放電電路330確定開關308為導通。由於濾波電容312的電壓一直保持較大，濾波電容312繼續對電容318充電，電壓VDD繼續上升。當電壓VDD升高至電壓VDD_{ON_H1GH}時，控制單元322產生第一控制信號CTR1以致能DC/DC轉換器316，並產生第二控制信號CTR2以斷開開關326。因此，DC/DC轉換器316產生輸出電壓VDC2以驅動LED串320。

圖6所示為根據本發明一實施例之放電電路的另一例示性電路圖。其中與圖4有相同標號的元件有相同的功能，不再贅述。放電電路330_1與圖4中的放電電路330相類似，不同之處在於電阻342與放電開關338串聯耦接，電壓監測器340與電阻342和放電開關338並聯耦接。有利之處在於，由於電壓監測器340的阻抗遠遠大於電阻342的阻抗，因此，當開關308導通時，電壓監測器340的功耗可忽略。

圖7所示為根據本發明一實施例的圖3中的放電電路的另一例示性電路330_2的電路圖。其中與圖6有相同標號的元件有相同的功能，不再贅述。放電電路330_2與圖6中的放電電路330_1相類似，並在此基礎上增加了與電壓監測器340串聯的開關344。控制信號CTR3還用於控制開關344。當開關308導通時，控制信號CTR3使開關344斷開。有利之處在於，電壓監測器340的功耗進一步減小或接近於消除。

圖8所示為根據本發明一實施例對光源(例如，LED光源)供電的控制方法流程圖800。圖8將結合圖3進行描述。在步驟802中，橋式整流器310將交流電源302的交流電壓整流為一整流後交流電壓。在步驟804中，濾波電容312對整流後交流電壓進行濾波，以提供一直流電壓。在步驟806中，當耦接於交流電源302和整流器310之間的開關308斷開時，放電電路330週期性地致能放電電流，以使濾波電容312放電。在步驟808中，當放電電路330確定開關308之狀態為導通時，放電電路330除能放電電流。在一實施例中，如果放電電流在預設時間T內保持超過臨限值電流TH，放電電路330確定開關308之狀態為為導通。

因此，本發明提供了具有放電電路的LED驅動電路、控制電路以及控制方法。在照明開關斷開期間，當電流流經照明開關指示燈對濾波電容充電時，濾波電容透過放電電路進行放電。這樣，當照明開關斷開時，有效地避免了LED光源的閃爍。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。

100‧‧‧照明電路

103‧‧‧照明開關模組

104‧‧‧限流電阻

106‧‧‧指示燈

108‧‧‧開關

110‧‧‧白熾燈

200‧‧‧LED驅動電路

202‧‧‧交流電源

210‧‧‧橋式整流器

212‧‧‧濾波電容

214‧‧‧控制電路

216‧‧‧DC/DC轉換器

218‧‧‧電容

220‧‧‧LED串

222‧‧‧控制單元

224‧‧‧充電電路

226‧‧‧開關

228‧‧‧偏置電路

300‧‧‧驅動電路

302‧‧‧交流電源

303‧‧‧照明開關模組

304‧‧‧限流電阻

306‧‧‧指示燈

308‧‧‧開關

310‧‧‧橋式整流器

312‧‧‧濾波電容

314‧‧‧控制電路

316‧‧‧DC/DC轉換器

318‧‧‧電容

320‧‧‧LED串

322‧‧‧控制單元

324‧‧‧充電電路

326‧‧‧開關

328‧‧‧偏置電路

330、330_1、330_2‧‧‧放電電路

332‧‧‧比較器

334‧‧‧或閘

336‧‧‧正反器

338‧‧‧放電開關

340‧‧‧電壓監測器

342‧‧‧電阻

344‧‧‧開關

346‧‧‧檢測電路

800‧‧‧流程

802、804、806、808‧‧‧步驟

以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1所示為傳統照明電路的電路圖。

圖2所示為傳統LED驅動電路的電路圖。

圖3所示為根據本發明一實施例對負載供電的驅動電路電路圖。

圖4所示為根據本發明一實施例中示於圖3之放電電路之例示性電路圖。

圖5所示為圖4中放電電路的信號波形圖。

圖6所示為根據本發明一實施例之放電電路的另一例示性電路圖。

圖7所示為根據本發明一實施例之放電電路的另一例示性電路圖。

圖8所示為根據本發明一實施例對光源供電的控制方法流程圖。