TWI435527B - Light-emitting diode with dimming function - Google Patents
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Description
本發明係關於一種發光二極體燈具電源供應器，尤指一種可在單級電源轉換電路(AC/DC)架構下提供調光功能的發光二極體燈具電源供應器。
如第三圖所示，係一種已知的發光二極體燈具電源供應器，其包括一交直流(AC/DC)電源轉換器(70)及一直流對直流(DC/DC)轉換器(80)；其中：該交直流電源轉換器(70)包括一變壓器T，變壓器T的一次側分設一濾波電路(71)、一整流電路(72)、一功率開關(73)及一脈寬調變控制器(74)，交流市電經由濾波電路(71)及整流電路(72)作濾波整流為直流電源後送至變壓器T一次側，又變壓器T的一次側係與功率開關(73)連接，其二次側則透過一輸出電路(75)與該直流對直流轉換器(80)連接，而前述功率開關(73)係受脈寬調變控制器(74)控制以決定變壓器T一次側的導通週期，從而由二次側的輸出電路(75)輸出直流電壓，又輸出電路(75)的輸出電流將回授至脈寬調變控制器(74)，由脈寬調變控制器(74)調整功率開關(73)的開關週期，以穩定輸出電壓之目的。
由於發光二極體燈具的輸出亮度和工作電源的電流強度有關，因此必須進一步採用直流對直流轉換器(80)進行穩流。該直流對直流轉換器(80)含有內建脈寬調變(PWM)控制器的控制單元(81)，以進行直流對直流轉換；又前述控制單元(81)進一步提供一調光控制接腳(DIM)，以接受外部送入的PWM形式調光訊號，透過內部邏輯閘的控制，改變輸出至發光二極體燈具的電流大小，以調整發光二極體燈具的亮度。
前述發光二極體燈具電源供應器提供了交流市電供電及調光等功能，為了滿足前述功能，必須採用兩級電路，前一級作交直流轉換，後一級作穩流處理及調光功能，但兩級電路都會有能量損耗，無論從整體效率或成本來看，都有可待檢討的空間。
又請參閱第四圖所示，揭示有另一種發光二極體燈具電源供應器，其可在單級架構下達成穩定輸出電流之目的，該發光二極體燈具電源供應器包括一變壓器T，變壓器T的一次側分設一濾波電路(91)、一整流電路(92)、一功率開關(93)、一功率因數校正電路(94)及一內建脈寬調變控制器的控制單元(90)，交流市電經由濾波整流及功率因數校正後將直流電源後送至變壓器T一次側，又變壓器T的一次側係與功率開關(93)連接，其二次側則透過一輸出電路(95)與發光二極體燈具(圖中未示)連接，而前述功率開關(93)係受控制單元(90)控制以決定變壓器T一次側的導通週期，從而由二次側的輸出電路(95)輸出直流電壓，又輸出電路(95)的輸出端係透過一穩流穩壓(CC/CV)控制器(96)、一光耦合器(97)回授至控制單元(90)，由控制單元(90)調整功率開關(93)的開關週期，以穩定輸出電壓及電流。
由於前述發光二極體燈具電源供應器的輸出電路(95)透過穩流穩壓控制器(96)回授至控制單元(90)，使控制單元(90)調節功率開關(93)的開關週期，而在單級轉換電路架構下提供穩壓穩流功能。然而該等電源供應器依然不具調光功能，無法滿足目前發光二極體燈具漸被要求具備調光功能的要求。
由上述可知，既有發光二極體燈具電源供應器仍有未盡周延實用之處，故有待進一步檢討，並謀求可行的解決方案。
因此，本發明主要目的在提供一種具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，其可在單級電源轉換電路(AC/DC)的架構下，達成調光及穩流目的。
為達成前述目的採取的主要技術手段係令前述前述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器包括有：一交直流電源轉換模組，主要係於一變壓器的一次側分設一濾波電路、一整流電路、一功率開關、一功率因數校正電路及一內建脈寬調變控制器的控制單元；其中，該功率開關係受控制單元控制以決定變壓器一次側的導通週期；又變壓器的二次側設有一輸出電路，該輸出電路又透過一穩流穩壓控制器與前述控制單元的回授端連接；一調光模組，具有一調光訊號輸入端及一補償電壓輸出端，該補償電壓輸出端係連接至穩流穩壓控制器的回授電流輸入端；前述交直流電源轉換模組是以其輸出電路的輸出端與一發光二極體燈具連接，該調光模組的調光訊號輸入端係與一調光器連接，以接受該調光器輸入的PWM形式調光訊號，當調光模組收到一調光訊號時，將在電壓輸出端產生一對應的補償電壓，並施加在穩流穩壓控制器回授電流輸入端上，藉此改變穩流穩壓控制器自輸出電路取得的回授電流大小，該回授電流經回授至交直流電源轉換模組的控制單元，隨即透過調整功率開關的導通週期，以調整輸出電路輸出至發光二極體燈具的輸出電流，由於發光二極體燈具的亮度與電流強度相關，當交直流電源轉換模組的輸出電流改變，發光二極體燈具的亮度亦同時改變，如此一來，本發明僅採用單級電源轉換電路架構，即兼可達成穩流及調光之目的，就整體效率而言已大幅提升。
如第一圖所示，本發明包括一交直流電源轉換模組(10)及一調光模組(20)，該交直流電源轉換模組(10)的輸出端是與一發光二極體燈具(30)連接，該調光模組(20)的輸入端則與一無極性調光器(40)連接，以接受該調光器輸入的PWM形式調光訊號；其中：該交直流電源轉換模組(10)主要係於一變壓器T的一次側分設一濾波電路(11)、一整流電路(12)、一功率開關(13)、一功率因數校正電路(14)及一內建脈寬調變控制器的控制單元(15)；其中，該功率開關(13)係受控制單元(15)控制以決定變壓器T一次側的導通週期；又變壓器T的二次側設有一輸出電路(16)，該輸出電路(16)的輸出端分別連接有數個電阻RSENSE
、R2、R3~R5，其中電阻RSENSE
、R2係構成一輸出電流檢出迴路，該電阻R2的輸出節點係連接至一穩流穩壓控制器(17)。
該穩流穩壓控制器(17)內具有兩組OP1,OP2，分別執行穩流穩壓控制，其中一OP2係執行穩壓控制，其正端輸入連接一稽納二極體，以提供一2.5V的參考電壓，其負端透過分壓電阻R7,R8自輸出電路(16)輸出端的電阻R3上檢出一輸出電壓Vout；而另一OP1係執行穩流控制，其正端係一參考電壓端，本實施例中，該參考電壓端上的參考電壓Vref’係由OP2正端提供2.5V的參考電壓Vref經電阻R4、R5分壓後所供應，其負端係構成一回授電流輸入端(A)，並與前述輸出電流檢出迴路連接；再者，兩OP1,OP2的輸出端係共同透過一光耦合器(18)與控制單元(15)的回授端連接，藉以將自輸出電路(16)檢出的輸出電流、輸出電壓回授至控制單元(15)，以調節輸出電流/電壓，達到穩流與穩壓之目的。
該調光模組(20)具有一調光訊號輸入端(23)及一補償電壓輸出端(24)，其中，調光訊號輸入端(23)係與一外部的無極性調光器(40)連接，以接受無極性調光器(40)所送入脈寬調變(PWM)形式的調光訊號，又該補償電壓輸出端(24)係連接至穩流穩壓控制器(17)的回授電流輸入端(A)上，於本實施例中，該補償電壓輸出端(24)產生的補償電壓VC6係透過分壓電阻R1,R2分壓後施加在穩流穩壓控制器(17)的回授電流輸入端(A)上，藉以視無極性調光器(40)送出的調光訊號產生一對應的補償電壓VC6，進而使控制單元(15)調整輸出電路(16)的輸出電流，從而改變發光二極體燈具的亮度，進而達到調光的目的。
前述調光模組(20)的具體構造及工作原理謹進一步詳述如后：於本實施例中，該調光模組(20)包括一整流電路(21)、一驅動電路(22)及一充放電容C6，該整流電路(21)係由一橋式整流器構成，其輸入端係與無極性調光器(40)連接，其輸出端係連接至驅動電路(22)，本實施例中，該驅動電路(22)的驅動電源端P係與前述穩流穩壓控制器(17)其中一OP2的正端取得2.5V的工作電源，藉此可無須再另外提供一輔助電源。又驅動電路(22)係由一NPN電晶體Q18、一PNP電晶體Q17組成，兩電晶體Q18,Q17的基極係分別透過一電阻R45、R53連接至整流電路(21)的輸出端，NPN電晶體Q18射極與PNP電晶體Q17集極的連接節點則連接至充放電容C6，又NPN電晶體Q18、PNP電晶體Q17係分別操作在飽和區與截止區，以決定充放電容C6的充放電，當NPN電晶體Q18導通時，充放電容C6的電容電壓VC6上升，又當PNP電晶體Q17導通時，充放電容C6的電容電壓VC6則下降，藉此，該充放電容C6的電容電壓VC6可隨PWM調光訊號之週期(duty)寬度所決定，平均值在0~2.5V(忽略BJT之VCE)。
當PWM調光訊號的Duty=0，亦即未執行調光功能，該穩流穩壓控制器(17)回授電流輸入端(A)上的電壓(VSENSE
)由輸出電流I0
*電阻RSENSE
決定，由於穩流穩壓控制器(17)內部一OP1係以負端與前述回授電流輸入端(A)連接，其正端則透過分壓電阻R4、R5取得一參考電壓Vref’，由於OP1負端的穩態值必須等於正端之參考電壓，藉此達到穩定電流之功能。
當PWM調光訊號的Duty不等於0，故將執行調光功能，前述執行穩定電流的OP1正端仍透過分壓電阻R4、R5取得參考電壓Vref’，由於OP1負端電壓VSENSE
之穩態值必須等於正端的參考電壓Vref’，而原本OP1負端的電壓VSENSE
為Io*RSENSE
，但在PWM調光訊號加入後，驅動電路(22)導通後使充放電容C6充放電，故有一電壓(VC6(R2/(R1+R2))施加在OP1的負端上，此時OP1的負端電壓即為
V’SENSE
=VC6(R2/(R1+R2))+Io*RSENSE
，且V’SENSE
>VSENSE
。
在前述狀況下，穩流穩壓控制器(17)回授至控制單元(15)的訊號將使控制單元(15)判斷輸出電流Io為過高的狀態，因而將調降輸出電路(16)的輸出電流(透過改變輸出電壓)，進而調整了發光二極體燈具(30)的亮度，由於調光模組(20)輸出的補償電壓值(即VC6)係根據PWM調光訊號的週期大小而有不同，故輸出的補償電壓值不同，即可將發光二極體燈具(30)調整至不同亮度。利用前述設計，本發明可以在單級的交直流電源轉換電路架構下兼具穩流與調光功能。
再者，在前述實施例中，調光模組(20)中驅動電路(22)的工作電源、穩流穩壓控制器(17)中穩流用OP1的參考電壓Vref’均是來自穩流穩壓控制器(17)中穩壓用OP2的參考電壓端所供應，如是狀況下，即無須基於前述工作電源及參考電壓的需求而另外提供一輔助電源，故具有降低成本、簡化電路構造的效果。另外，當穩流穩壓控制器(17)中穩壓用OP2的參考電壓端所供應的參考電壓較低時，則無須經過電阻R4,R5分壓，即可供應參考電壓Vref給OP1；另一方面，補償電壓輸出端(24)的補償電壓亦可無須經過電阻R1,R2分壓，即可直接施加在穩流穩壓控制器(17)的回授電流輸入端(A)上。
又請參閱第二圖所示，係本發明又一較佳實施例，其整體架構與前一實施例大致相同，不同處在於：該調光模組(20)的補償電壓輸出端上進一步並聯設有一類比式有極性調光器(50)，如此一來，本發明的發光二極體燈具電源供應器除可接受無極性的調光訊號執行調光功能外，亦可接受類比式且有極性的調光訊號執行調光。
(10)．．．交直流電源轉換模組
(11)．．．濾波電路
(12)．．．整流電路
(13)．．．功率開關
(14)．．．功率因數校正電路
(15)．．．控制單元
(16)．．．輸出電路
(17)．．．穩流穩壓控制器
(18)．．．光耦合器
(20)．．．調光模組
(21)．．．整流電路
(22)．．．驅動電路
(23)．．．調光訊號輸入端
(24)．．．補償電壓輸出端
(30)．．．發光二極體燈具
(40)．．．無極性調光器
(50)．．．類比式有極性調光器
(70)．．．交直流電源轉換器
(71)．．．濾波電路
(72)．．．整流電路
(73)．．．功率開關
(74)．．．脈寬調變控制器
(75)．．．輸出電路
(80)．．．直流對直流轉換器
(81)．．．控制單元
(90)．．．控制單元
(91)．．．濾波電路
(92)．．．整流電路
(93)．．．功率開關
(94)．．．功率因數校正電路
(95)．．．輸出電路
(96)．．．穩流穩壓控制器
(97)．．．光耦合器
第一圖：係本發明一較佳實施例的詳細電路圖。
第二圖：係本發明又一較佳實施例的詳細電路圖。
第三圖：既有兩級式發光二極體燈具電源供應器的詳細電路圖。
第四圖：既有單級式發光二極體燈具電源供應器的詳細電路圖。
(10)．．．交直流電源轉換模組
(11)．．．濾波電路
(12)．．．整流電路
(13)．．．功率開關
(14)．．．功率因數校正電路
(15)．．．控制單元
(16)．．．輸出電路
(17)．．．穩流穩壓控制器
(18)．．．光耦合器
(20)．．．調光模組
(21)．．．整流電路
(22)．．．驅動電路
(23)．．．調光訊號輸入端
(24)．．．補償電壓輸出端
(30)．．．發光二極體燈具
(40)．．．無極性調光器
Claims (9)
- 一種具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，包括有：一交直流電源轉換模組，主要係於一變壓器的一次側分設一濾波電路、一整流電路、一功率開關、一功率因數校正電路及一內建脈寬調變控制器的控制單元；其中，該功率開關係受控制單元控制以決定變壓器一次側的導通週期；又變壓器的二次側設有一輸出電路，該輸出電路又透過一穩流穩壓控制器與前述控制單元的回授端連接；一調光模組，具有一調光訊號輸入端及一補償電壓輸出端，該調光訊號輸入端用以接受一脈寬調變形式的調光訊號，該補償電壓輸出端係連接至穩流穩壓控制器的回授電流輸入端；藉此，該調光模組根據輸入的脈寬調變形式調光訊號產生一對應的補償電壓，由補償電壓輸出端送至穩流穩壓控制器，進而使控制單元調整其輸出電路的輸出電流，進而達調光之目的。
- 如申請專利範圍第1項所述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，該輸出電路的輸出端分別連接有數個電阻，以分別構成一輸出電流檢出迴路及一輸出電壓檢出迴路，並分別連接至穩流穩壓控制器；該穩流穩壓控制器內具有兩組OP1,OP2，分別執行穩流穩壓控制，其中一OP2係執行穩壓控制，其正端輸入連接一稽納二極體，以提供一的參考電壓，其負端透過一組分壓電阻自輸出電路輸出端上檢出一輸出電壓； 另一OP1係執行穩流控制，其正端係一參考電壓端，其負端係構成一回授電流輸入端，並與前述輸出電流檢出迴路連接；兩OP1,OP2的輸出端係共同透過一光耦合器與控制單元的回授端連接。
- 如申請專利範圍第2項所述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，該調光模組包括一整流電路、一驅動電路及一充放電容，該整流電路的輸入端係與一無極性調光器連接，其輸出端係連接至驅動電路，該驅動電路輸出端係與充放電容連接，以控制其充放電。
- 如申請專利範圍第3項所述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，該驅動電路係由一NPN電晶體、一PNP電晶體組成，兩電晶體的基極係分別透過一電阻分別連接至整流電路的輸出端，NPN電晶體射極與PNP電晶體集極的連接節點則連接至充放電容。
- 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，該調光模組的驅動電路電源端係與穩流穩壓控制器內一OP2的正端連接，以取得工作電源；該穩流穩壓控制器內另一OP1正端係由前述OP2的正端取得參考電壓。
- 如申請專利範圍第5項所述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，該穩流穩壓控制器內另一OP1正端係由前述OP2的正端經一組分壓電阻分壓後取得參考電壓。
- 如申請專利範圍第5項所述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，該調光模組的驅動電路輸出端係透過一組分壓電阻連接至該穩流穩壓控制器的回授電流輸入端。
- 如申請專利範圍第7項所述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，該調光模組的整流電路係由橋式整流器所構成。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述具調光功能的發光二極體燈具電源供應器，該調光模組的補償電壓輸出端上進一步以並聯方式設有一類比式有極性調光器連接。
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