TWI496504B - Variable power dimming control circuit - Google Patents

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TWI496504B
TWI496504B TW102115052A TW102115052A TWI496504B TW I496504 B TWI496504 B TW I496504B TW 102115052 A TW102115052 A TW 102115052A TW 102115052 A TW102115052 A TW 102115052A TW I496504 B TWI496504 B TW I496504B
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Chih Hsieni Wu
Wei Chang
Huan Ying Lu
Kai Cheng Chuang
Shao Wei Chiu
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Unity Opto Technology Co Ltd
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Description

變動電源調光控制電路
本發明係屬於發光二極體(Light Emitting Diode,LED)電源設備之技術領域，特別是關於一種支援雙向三極閘流體(TRI-electrode AC switch,TRIAC)線性調光之變動電源調光控制電路，以於LED調光至低亮度時提供一保持電流而穩定TRIAC工作品質，且於LDE高亮度時停止提供該保持電流的輸出而實現降低整體電路的虛功耗率及運作時所產生熱能之效果。
目前，LED燈具之驅動電路多採用TRIAC控制輸入電能之導通角的方式實現調整LED光亮度的功能，且為維持穩定功率而改善照明品質則多採用定電流設計架構，其使LED串接一電晶體及一感測電阻，以藉該感測電阻感測流經LED之一驅動電流而於兩端形成一壓降，再利用一比較器比較該壓降後輸出高準位或低準位切換訊號至該電晶體，以導通或截止該電晶體而適時調整脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號之空佔比。如此，透過PWM訊號導通周期之長短即可控制輸出電能大小而影響驅動電流大小及LED發光亮度。然而，基於TRIAC需求一基準工作電壓之元件特性，當輸入電能之導通角過小而使整體電路之工作壓能低於TRIAC需求之該基準工作電壓時，TRIAC將無法正常工作而影響驅動電路之工作品質。為解決此問題，驅動電路係可外增設一洩流電路(Bleeding Circuit)，以提供TRIAC穩定之一保持電流(Holding Curretn)而穩定工作品質，同時解決調光閃爍的問題並擴大調光幅度。
請參閱第1圖及第2圖，其係分別為習知具保持電流之LED 驅動電路之電路圖及波形圖。如圖所示，該驅動電路1設有一調光器10、一橋式整流器11、一保持開關12、一保持電阻(RH)13及一濾波電容14，該橋式整流器11透過該調光器10承接一外部電源而整流形成一輸入電壓(Vin)及一輸入電流(Iin)，且該濾波電容14接收該輸入電流並轉換形成一驅動電流(IL)後提供予LED。並且，該保持開關12為N通道金氧半場效電晶體(N Type Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,N-MOSFET)，其汲極耦接該橋式整流器11而承接一輸入電流、源極耦接該保持電阻13，及閘極接設一保持電壓(VH)，以使該保持電阻13透過該保持開關12承接該保持電壓而輸出一保持電流(Ihold)，Ihold=(VH-VGS_N-MOSFET)/RH。如此，該輸入電流即如圖2所示，於T1周期，即LED呈較低發光亮度或近關閉時具有一定流值Ihold，而於LED呈較高發光亮度或全亮之T2周期時具有流值IL+Ihold。換言之，無論電路之輸入功率大小，該保持電流皆持續工作，造成高虛功耗的問題產生而降低整體電路之電能轉換效率。
有鑑於此，如何改善現行驅動電路之電路架構，以透過簡單的檢測電路適時調整TRIAC保持電流而使驅動電流維持於定值狀態的同時有效減少虛功耗，再者，因應LED物理特性，利用簡單的電路架構實現輸入電壓之高壓補償而切實提升整體電路工作品質並有效改善LED發光功率，即為本發明所探究之課題。
有鑑於習知技藝之問題，本發明之目的在於提供一種變動電源調光控制電路，其檢測輸入壓能之大小而即時輸出或停止供保持TRIAC正常工作之基本壓能，以達提升整體電路之調光穩定度的同時降低整體電路之虛功耗率之功效。
根據本發明之目的，該變動電源調光控制電路係供驅動並線性調整複數個發光二極體之照明亮度，且該等發光二極體係相互電性串連或並連裝設於一燈板模組上，其包含一調光單元、一整流單元、一調光穩 定單元、一驅動單元及一控制單元。該整流單元透過該調光單元電訊連接一外部電源，以接收並整流該外部電源之交流壓能後輸出一輸入電流。該調光穩定單元設有一定電流器及一開關器，該定電流器電訊連接該整流單元及該開關器，以接收該輸入電流而產生一保持電流。該驅動單元電訊連接該整流單元、該定電流器及該燈板模組，供接收該輸入電流後提供一驅動電流予該等發光二極體。該控制單元設有一檢測器、一控制器、一限流器及一反饋器，該檢測器電訊連接該整流單元、該驅動單元及該控制器，該控制器電訊連接該開關器、該限流器及該反饋器，且該限流器電訊連接該燈板模組及該反饋器。該檢測器承接並檢測該輸入電流而形成一檢測值，該反饋器承接並感測該驅動電流而形成一反饋值，且該控制器比較該檢測值與該反饋值後輸出一驅動訊號，以驅使該限流器調節該驅動電流之流值大小而使該輸入電流Iin與該驅動電流IL滿足Iin=IL關係式，同時，該控制器比較該反饋值與一基準值，於該反饋值小於該基準值時輸出一穩定訊號，以導通該開關器而允許該調光穩定單元輸出該保持電流，使該等發光二極體調至最小光亮度或關閉時該輸入電流Iin與該保持電流Ihold滿足Iin=Ihold關係式，供穩定該調光單元之工作品質且降低虛功耗。
其中，該整流單元為橋式全波整流器，該調光單元為雙向三極閘流體，供接收並調整該外部電源之輸入相位導通角，以改變輸入功率而調節該等發光二極體之發光亮度。該驅動單元設有一阻隔器及一濾波器，該阻隔器兩端分別耦接該橋式全波整流器及該濾波器，以阻隔該濾波器及該燈板模組因負載變化所產生的壓源變異而影響該雙向三極閘流體之工作穩定性。該濾波器並接該等發光二極體而將該阻隔器傳送來之輸入電流轉換形成該驅動電流後，傳送予該等發光二極體，以增強電路抗雜訊能力。該限流器為N通道金氧半場效電晶體，該反饋器為電阻元件，且該限流器之汲極耦接該濾波器及該等發光二極體、閘極耦接該控制器之輸出端及源極耦接該反饋器，以構成負回授電路架構而提供穩定之電流控制效果，且該限流器置於該燈板模組之表面上而提升散熱效率。
於實施例中，該定電流器為電流鏡元件，該開關器為N通 道金氧半場效電晶體，且該控制器主要由一運算放大器及一比較器所構成；該運算放大器之輸出端耦接該限流器之閘極、正輸入端耦接該檢測器而承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器之負輸入端及該反饋器而承接該反饋值，該比較器之正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該開關器之閘極，且該開關器之汲極耦接該電流鏡元件之輸出端。該控制單元更設有一補償器，該補償器主要係由一第一電阻R1及一第二電阻R2所組成，該第一電阻一端耦接該限流器之汲極而具有壓值VD，及另一端耦接該第二電阻一端、該運算放大器之負輸入端及該比較器之負輸入端，且該第二電阻另一端耦接該反饋器RS，使於該運算放大器之正輸入端承接該檢測值VA時，該驅動電流IL滿足IL=[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS關係式。
或者，該定電流器為能量轉移元件，該開關器為N通道金氧半場效電晶體，且該控制器主要由一運算放大器、一比較器及一及閘所構成；該運算放大器之輸出端耦接該限流器之閘極、正輸入端耦接該檢測器而承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器之負輸入端及該反饋器而承接該反饋值；該比較器之正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該及閘之一輸入端，且該及閘之另輸入端承接一基準波而輸出端耦接該開關器之閘極，該開關器之汲極耦接該能量轉移元件之輸出端。該能量轉移元件為電感，且該調光穩定單元更設有一轉移二極體，該轉移二極體之輸入端耦接該電感而輸出端耦接該阻隔器及該濾波器，使該輸入電流經該電感後流經該轉移二極體而形成一次保持電流Ihold’。並且，該控制單元更設有一補償器，該補償器主要係由一第一電阻R1及一第二電阻R2所組成，該第一電阻一端耦接該限流器之汲極而具有壓值VD，及另一端耦接該第二電阻一端、該運算放大器之負輸入端及該比較器之負輸入端，且該第二電阻另一端耦接該反饋器RS，使於該運算放大器之正輸入端承接該檢測值VA時，該驅動電流IL滿足IL=[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS+Ihold’關係式。
綜上所述，本發明係透過簡單的開關元件控制該保持電流的輸出與否，以避免LED調至最大發光亮度時該保持電流仍持續輸出而形成不必要的功率耗費，進一步地，該保持電流的停止輸出因減少電路功耗而 可降低整體電路運作時所釋放出之總熱能量而利於散熱效果，使確保電子元件正常工作及延長使用壽命。甚或，該調光穩定單元可透過該能量轉移元件及該二極體將輸入壓能轉移予該燈板模組，以於該開關器關閉時透過該能量轉移元件轉換壓能而提增電路整體之工作效率。
習知技術
1‧‧‧驅動電路
10‧‧‧調光器
11‧‧‧橋式整流器
12‧‧‧保持開關
13‧‧‧保持電阻
14‧‧‧濾波電容
本發明
2‧‧‧變動電源調光控制電路
20‧‧‧調光單元
21‧‧‧整流單元
22‧‧‧調光穩定單元
220‧‧‧定電流器
221‧‧‧開關器
222‧‧‧轉移二極體
23‧‧‧驅動單元
230‧‧‧阻隔器
231‧‧‧濾波器
24‧‧‧控制單元
240‧‧‧檢測器
241‧‧‧控制器
2410‧‧‧運算放大器
2411‧‧‧比較器
242‧‧‧限流器
243‧‧‧反饋器
244‧‧‧補償器
2440‧‧‧第一電阻
2441‧‧‧第二電阻
2412‧‧‧及閘
3‧‧‧外部電源
4‧‧‧發光二極體
第1圖 係為習知具保持電流之LED驅動電路之電路圖。
第2圖 係為習知具保持電流之LED驅動電路之波形圖。
第3圖 係為本發明較佳實施例之一實施態樣之方塊圖。
第4圖 係為本發明較佳實施例之二實施態樣之方塊圖。
第5圖 係為本發明較佳實施例之二實施態樣之電路圖。
第6圖 係為本發明較佳實施例之二實施態樣之波形圖。
第7圖 係為本發明較佳實施例之三實施態樣之電路圖。
第8圖 係為本發明較佳實施例之三實施態樣之波形圖。
為使 貴審查委員能清楚了解本發明之內容，謹以下列說明搭配圖式，敬請參閱。
請參閱第3~5圖，其係分別為本發明較佳實施例之一實施態樣之方塊圖及二實施態樣之方塊圖、電路圖。如圖所示，該變動電源調光控制電路2可裝設於一燈具之燈板模組(圖未示)上，供轉換一外部電源3之壓能而驅動並線性調整複數個發光二極體4之照明亮度，且該等發光二極體4可相互電性串連或並連後裝設於該燈板模組上。該變動電源調光控制電路2設有一調光單元20、一整流單元21、一調光穩定單元22、一驅動單元23及一控制單元24，且該調光穩定單元22具有一定電流器220及一開關器221，該驅動單元23設有一阻隔器230及一濾波器231，又該控制單元24可為內佈有一檢測器240、一控制器241、一限流器242、一反 饋器243及一補償器244之控制晶片。該調光單元20為TRIAC，該整流單元21為橋式全波整流器，且該橋式全波整流器之輸入端透過該TRIAC耦接該外部電源3，以於該TRIAC接收並調整該外部電源3之輸入相位導通角後，整流調整之交流壓能而形成一輸入電壓(Vin)與可變直流之一輸入電流(Iin)供予該調光穩定單元22、該驅動單元23及該控制單元24，如此，藉該TRIAC改變輸入功率即可調節該等發光二極體4之發光亮度。
該定電流器220為電流鏡元件，該開關器221及該限流器242為N-MOSFET。該阻隔器230為二極體，該濾波器231為電解電容。該檢測器240主要可由分壓阻串及電容所組成，該控制器241主要由一運算放大器2410及一比較器2411所構成，且該反饋器243為電阻元件(RS)，該補償器244主要由一第一電阻(R1)2440及一第二電阻(R2)2441所組成。該阻隔器230之輸入端耦接該橋式全波整流器及輸出端耦接該電解電容，以阻隔該濾波器231及該燈板模組因負載變化所產生的壓源變異而影響該TRIAC之工作穩定性，且該濾波器231並接該等發光二極體4，以將該阻隔器230傳送來之輸入電流轉換形成一驅動電流(IL)後傳送予該等發光二極體4，供降低電流漣波而避免TRIAC調光瞬間產生突波電壓損壞電子元件，即形成電路保護之功效而增強電路抗雜訊能力。
該電流鏡元件之輸入端耦接該橋式全波整流器及輸出端耦接該開關器221之汲極，以供接收該輸入電流而產生一保持電流(Ihold)。該檢測器240耦接該橋式全波整流器及該運算放大器2410之正輸入端，以於接收該輸入電流後檢測形成一檢測值而傳送予該運算放大器2410。該限流器242之汲極耦接該濾波器231及該等發光二極體4，其閘極耦接該運算放大器2410之輸出端，而其源極耦接該反饋器243及該第二電阻2441一端，且該反饋器243承接並感測該驅動電流而形成一反饋值，如此，即構成負回授電路架構而提供穩定之電流控制效果，又該限流器242置於該燈板模組之表面上而提升散熱效率。
並且，該第一電阻2440一端耦接該限流器242之汲極而具有壓值VD，及其另一端耦接該第二電阻2441另一端、該運算放大器2410 之負輸入端及該比較器2411之負輸入端，以分別承接該反饋值。該比較器2411之正輸入端承接一基準值，及輸出端耦接該開關器221之閘極。當該外部電源3輸入壓能而使該控制單元24取得一檢測值VA與該反饋值時，該運算放大器2410比較該檢測值與該反饋值，且於該檢測值大於該反饋值時輸出高電壓準位之一驅動訊號，以導通該限流器242並驅使調節該驅動電流之流值大小，此時，該輸入電流與該驅動電流滿足Iin=IL關係式，且IL=[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS亦為流經該等發光二極體4之電流值(ILED)。同時，該比較器2411比較該反饋值與該基準值，且於該反饋值大於該基準值時輸出低電壓準位之一穩定訊號，以截止該開關器221而停止該電流鏡元件輸出該保持電流。反之，該檢測值小於該反饋值及該反饋值小於該基準值，即該等發光二極體4調至最小光亮度而使該驅動電流極小時，該運算放大器2410輸出低電壓準位之該驅動訊號，以截止該限流器242而週期停止該驅動電流的輸出，且該比較器2411輸出高電壓準位之一穩定訊號，以導通該開關器221而允許該電流鏡元件輸出該保持電流，使該輸入電流與該保持電流係滿足Iin=Ihold關係式。如此，如圖6所示，該燈具調光至高光亮度或全亮時，該保持電流停止輸出，而因電路工作電流具有一定流值，故不會造成TRAIC失常且可切實降低電路虛功耗率，又於調至極低亮度或關閉時該燈具始輸出該保持電流，係可確保該調光單元20之工作正常及百分百調光幅度。
於此實施例中，該調光穩定單元22更可如圖7所示，設有一轉移二極體222，且該定電流器220可為如電感之能量轉移元件，又該控制器241主要由該運算放大器2410、該比較器及一及閘2412所構成。該運算放大器2410之輸出端耦接該限流器242之閘極、正輸入端耦接該檢測器240而承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器2411之負輸入端及該反饋器243而承接該反饋值。該比較器2411之正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該及閘2412之一輸入端，且該及閘2412之另輸入端承接如脈波之一基準波，其輸出端耦接該開關器221之閘極，又該開關器221之汲極耦接該能量轉移元件之輸出端。該轉移二極體222之輸入端耦接該電感而輸出 端耦接該阻隔器230及該濾波器231，該輸入電流經該電感後流經該轉移二極體而形成一次保持電流(Ihold’)，使該驅動電流滿足IL=[vA-VD(R2/R1+R2)]/RS+Ihold’關係式，如此，上述此能量轉移的方式即如圖8所示，可增加該變動電源調光控制電路2之整體電路效率。
以上所述僅為舉例性之較佳實施例，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
2‧‧‧變動電源調光控制電路
20‧‧‧調光單元
21‧‧‧整流單元
22‧‧‧調光穩定單元
220‧‧‧定電流器
221‧‧‧開關器
23‧‧‧驅動單元
230‧‧‧阻隔器
231‧‧‧濾波器
24‧‧‧控制單元
240‧‧‧檢測器
241‧‧‧控制器
2410‧‧‧運算放大器
2411‧‧‧比較器
242‧‧‧限流器
243‧‧‧反饋器
244‧‧‧補償器
2440‧‧‧第一電阻
2441‧‧‧第二電阻
3‧‧‧外部電源
4‧‧‧發光二極體

Claims (9)

  1. 一種變動電源調光控制電路，供驅動並線性調整複數個發光二極體之照明亮度，且該等發光二極體係相互電性串連或並連裝設於一燈板模組上，其包含：一調光單元，係電訊連接一外部電源；一整流單元，係電訊連接該調光單元，且接收並整流該外部電源之交流壓能後輸出一輸入電流；一調光穩定單元，係設有一定電流器及一開關器，該定電流器電訊連接該整流單元及該開關器，以接收該輸入電流而產生一保持電流；一驅動單元，係電訊連接該整流單元、該定電流器及該燈板模組，供接收該輸入電流後提供一驅動電流予該等發光二極體；及一控制單元，係設有一檢測器、一控制器、一限流器及一反饋器，該檢測器電訊連接該整流單元、該驅動單元及該控制器，該控制器電訊連接該開關器、該限流器及該反饋器，且該限流器電訊連接該燈板模組及該反饋器；該檢測器承接並檢測該輸入電流而形成一檢測值，該反饋器承接並感測該驅動電流而形成一反饋值，且該控制器比較該檢測值與該反饋值後輸出一驅動訊號，以驅使該限流器調節該驅動電流之流值大小而使該輸入電流Iin與該驅動電流IL滿足Iin=IL關係式，同時，該控制器比較該反饋值與一基準值，於該反饋值小於該基準值時輸出一穩定訊號，以導通該開關器而允許該調光穩定單元輸出該保持電流，使該等發光二極體調至最小光亮度或關閉時該輸入電流Iin與該保持電流Ihold滿足Iin=Ihold關係式，供穩定該調光單元之工作品質且降低虛功耗。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之變動電源調光控制電路，其中該整流單元為橋式全波整流器，該調光單元為雙向三極閘流體，供接收並調整該外部電源之輸入相位導通角，以改變輸入功率而調節該等發光二極體之發光亮度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之變動電源調光控制電路，其中該驅動單元設有一阻隔器及一濾波器，該阻隔器兩端分別耦接該橋式全波整流器及該濾波器，以阻隔該濾波器及該燈板模組因負載變化所產生的壓源變異而影響該雙向三極閘流體之工作穩定性；該濾波器並接該等發光二極體而將該阻隔器傳送來之輸入電流轉換形成該驅動電流後，傳送予該等發光二極體，以增強電路抗雜訊能力。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之變動電源調光控制電路，其中該限流器為N通道金氧半場效電晶體，該反饋器為電阻元件，且該限流器之汲極耦接該濾波器及該等發光二極體、閘極耦接該控制器之輸出端及源極耦接該反饋器，以構成負回授電路架構而提供穩定之電流控制效果，且該限流器置於該燈板模組之表面上而提升散熱效率。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之變動電源調光控制電路，其中該定電流器為電流鏡元件，該開關器為N通道金氧半場效電晶體，且該控制器主要由一運算放大器及一比較器所構成；該運算放大器之輸出端耦接該限流器之閘極、正輸入端耦接該檢測器而承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器之負輸入端及該反饋器而承接該反饋值，該比較器之正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該開關器之閘極，且該開關器之汲極耦接該電流鏡元件之輸出端。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之變動電源調光控制電路，其中該控制單元更設有一補償器，該補償器主要係由一第一電阻R1及一第二電阻R2所組成，該第一電阻一端耦接該限流器之汲極而具有壓值VD，及另一端耦接該第二電阻一端、該運算放大器之負輸入端及該比較器之負輸入端，且該第二電阻另一端耦接該反饋器RS，使於該運算放大器之正輸入端承接該檢測值VA時，該驅動電流IL滿足IL=[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS關係式。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之變動電源調光控制電路，其中該定電流器為能量轉移元件，該開關器為N通道金氧半場效電晶體，且該控制器主要由一運算放大器、一比較器及一及閘所構成；該運算放大器之輸出 端耦接該限流器之閘極、正輸入端耦接該檢測器而承接該檢測值，及負輸入端耦接該比較器之負輸入端及該反饋器而承接該反饋值；該比較器之正輸入端承接該基準值而輸出端耦接該及閘之一輸入端，且該及閘之另輸入端承接一基準波而輸出端耦接該開關器之閘極，該開關器之汲極耦接該能量轉移元件之輸出端。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之變動電源調光控制電路，其中該能量轉移元件為電感，且該調光穩定單元更設有一轉移二極體，該轉移二極體之輸入端耦接該電感而輸出端耦接該阻隔器及該濾波器，使該輸入電流經該電感後流經該轉移二極體而形成一次保持電流Ihold’。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之變動電源調光控制電路，其中該控制單元更設有一補償器，該補償器主要係由一第一電阻R1及一第二電阻R2所組成，該第一電阻一端耦接該限流器之汲極而具有壓值VD，及另一端耦接該第二電阻一端、該運算放大器之負輸入端及該比較器之負輸入端，且該第二電阻另一端耦接該反饋器RS，使於該運算放大器之正輸入端承接該檢測值VA時，該驅動電流IL滿足IL=[VA-VD(R2/R1+R2)]/RS+Ihold’關係式。
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