TWI509974B - 交流電壓調整電路以及發光二極體亮度調整電路 - Google Patents

Description

交流電壓調整電路以及發光二極體亮度調整電路

本發明所揭露之實施例係相關於調整電路，尤指一種交流電壓調整電路以及一種發光二極體(Light Emitting Diode,LED)亮度調整電路。

一般市面上的電子產品(例如發光二極體燈具)可以區分為使用直流(Direct Current,DC)或是交流(Alternating Current,AC)電源來驅動的兩種設計類型，然而由於各國的交流電壓大小不盡相同(例如美國係使用120伏特交流電，而歐洲則係使用230伏特交流電)，因此使用交流電源的產品往往需要視銷售國別或是區域來進行不同的設計，實為不便。

除此之外，傳統交流電源的電壓調整電路需要藉由外部的大電容或是大電阻來提供一條放電路徑，以避免電壓累增造成輸出電壓無限地往上偏移，然而，在積體電路設計中實現大電容或是大電阻需要較大的面積進行佈局。另外，交流電源的輸出電壓的輕微上下飄移可能會對某些種類的電子產品的使用者造成影響，舉例來說，發光二極體燈具可能會因此產生亮度上變化而讓使用者感到不適。綜上所述，本領域亟需一種交流電壓調整電路來解決上述問題。

根據本發明的示範性實施例，揭露一種交流電壓調整電路以及一種發光二極體亮度調整電路，以解決上述問題。

根據本發明的第一實施例，提出一種交流電壓調整電路，接收一交流輸入電壓，包含有：一橋接整流器(bridge rectifier)，用來接收該交流輸入電壓以產生一橋接整流訊號；一電壓保持電路(voltage hold circuit)，耦接至該橋接整流器，用來產生一電壓保持訊號；以及一切換電流源(switched current source)，用來提供一電流路徑於該電壓保持電路之輸出端與一參考電壓之間，其中該電流路徑係間歇性地導通。

根據本發明的第二實施例，提出一種發光二極體亮度調整電路，用來控制由一交流輸入電壓供電的一發光二極體元件的一電流量，包含有：如申請專利範圍第1項所述的交流電壓調整電路，用來依據該交流輸入電壓產生該電壓保持訊號；以及一電流控制電路，耦接至該交流電壓調整電路，並且依據該電壓保持訊號控制該發光二極體元件之該電流量。

根據本發明的第三實施例，提出一種發光二極體亮度調整電路，用來控制由一交流輸入電壓供電的一發光二極體元件的電流量，包含有：如申請專利範圍第1項所述的交流電壓調整電路，用來依據該交流輸入電壓產生該電壓保持訊號，其中該交流電壓調整電路另包含有：一比較器，耦接至該電壓保持電路，用來比較該電壓保持訊號和一參考值，並輸出一比較結果；以及一電流控制電路，耦接至該交流電壓調整電路，並且依據該電壓保持訊號以及該比較結果控制該發光二極體元件之該電流量。

本發明的交流電壓調整電路使用新穎的方法來避免輸出電壓無限地往上偏移，節省了設計上的成本並提高了準確度，此外還能夠自動判別不同的交流電壓。除此之外，本發明的發光二極體亮度調整電路可以利用上述交流電壓調整電路來解決由交流輸入電壓供電的發光二極體元件的亮度穩定問題。

100‧‧‧交流電壓調整電路

102‧‧‧橋接整流器

104‧‧‧分壓器

106‧‧‧電壓保持電路

108‧‧‧切換電流源

1082‧‧‧電流源

1084‧‧‧電晶體

1086‧‧‧控制電路

110‧‧‧比較器

400‧‧‧發光二極體亮度調整電路

402_1~402_N‧‧‧發光二極體元件堆疊

404_1~404_N‧‧‧電流控制電路

4042‧‧‧轉導放大器

4044‧‧‧第一轉導放大器

4046‧‧‧第二轉導放大器

4048‧‧‧選擇器

第1圖為本發明一交流電壓調整電路的第一示範性實施例的示意圖。

第2圖為第1圖中的控制電路的第一實施例的操作波形圖。

第3圖為第1圖中的控制電路的第二實施例的操作波形圖。

第4圖為本發明的發光二極體亮度調整電路的一示範性實施例的示意圖。

第5圖為本發明的電流控制電路的一示範性實施例的示意圖。

第6圖為本發明的電流控制電路的另一示範性實施例的示意圖。

第7圖為交流輸入電壓的均方根值和發光二極體電流在比較結果為0時的關係曲線圖。

第8圖為交流輸入電壓的均方根值和發光二極體電流在比較結果為1時的關係曲線圖。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

第1圖為本發明一交流電壓調整電路100的第一示範性實施例的示意圖。交流電壓調整電路100係用來接收一交流輸入電壓Vin，並將其轉換 為一輸出電壓Vc以供後續電路使用。交流電壓調整電路100包含有一橋接整流器(bridge rectifier)102、一分壓器104、一電壓保持電路(voltage hold circuit)106以及一切換電流源(switched current source)108。其中橋接整流器102包含有四顆二極體(此處僅為說明用途，並非本發明之限制所在)，係用來接收交流輸入電壓Vin以產生一橋接整流訊號Vbr，橋接整流訊號Vbr經分壓器104中的一第一電阻R1和一第二電阻R2分壓之後會輸出具有調整後波幅的一分壓輸出電壓Vdiv，且分壓輸出電壓Vdiv會進入電壓保持電路106中。電壓保持電路106可以由一操作放大器、一二極體以及一電容所構成(此處僅為說明用途，並非本發明之限制所在)，其係用來追蹤並保持分壓輸出電壓Vdiv的峰值，並且據以產生輸出電壓Vc。

在實際電路中有可能會因為線電壓突波(spike)而造成輸出電壓Vc瞬間地往上偏移，為了校正此誤差，在傳統的設計中需要針對電壓保持電路106中之該電容設計一相當大的數值，或是另外增加一放電路徑至一接地電壓，其中需要經過一數值相當大的電阻，此兩種設計對於當今製程來說十分耗費成本。根據本實施例，切換電流源108能夠主動地提供一電流路徑於電壓保持電路106之輸出端與該接地電壓之間，且該電流路徑係間歇性地被導通，其中切換電流源108包含有設置於該電流路徑上的一電流源1082、一電晶體1084以及一控制電路1086。其中電流源1082會產生一定電流I，而電晶體1084在本實施例中係用來當作一切換開關(即一開關)。具體來說，控制電路1086會依據分壓輸出電壓Vdiv以及一臨界值Vset1來產生一控制訊號cmp並傳送至電晶體1084的一閘極，換句話說，控制電路1086係利用控制訊號cmp來控制該電流路徑的導通與否，即控制電路1086能夠利用控制訊號cmp來間歇性地控制該電流路徑導通。然而，以上係為本發明之較佳實施例，實際上任何能夠達到同樣或類似功能的設計，且符合本發明之發明精神的其他變化，都屬於本發明的範疇。

第2圖為第1圖中的控制電路1086的第一實施例的操作波形圖。如第2圖所示，每當分壓輸出電壓Vdiv從高於臨界值Vset1的電壓往下穿過臨界值Vset1時，控制電路1086的控制訊號cmp便會由一低值轉變為一高值，並維持一預定時間T；也就是說，每當分壓輸出電壓Vdiv從高於臨界值Vset1的電壓往下穿過臨界值Vset1時，控制電路1086便會控制該電流路徑導通好讓定電流I對輸出電壓Vc進行放電。然此處僅為說明用途，並非本發明之限制所在，實際上，任何能夠達到同樣或類似功能的設計，且符合本發明之發明精神的其他變化，都屬於本發明的範疇。舉例來說，第3圖為第1圖中的控制電路1086的第二實施例的操作波形圖，在第3圖中，每當分壓輸出電壓Vdiv從高於臨界值Vset1的電壓往下穿過臨界值Vset1的次數達到一特定次數時，控制電路1086的控制訊號cmp才會由該低值轉變為該高值，並維持預定時間T。巨觀地來看，可以說該電流路徑持續地有一平均電流來校正輸出電壓Vc的飄移現象。

除此之外，交流電壓調整電路100中另包含有一比較器110，用來將輸出電壓Vc和一參考值Vset2進行比較，並輸出一比較結果Vdet。在一實施例中，該分壓器104會輸出比例為100：1的分壓輸出電壓Vdiv。例如，當交流輸入電壓Vin為130伏特交流電，該分壓器會輸出約1.3V的分壓輸出電壓Vdiv；當交流輸入電壓Vin為230伏特交流電，該分壓器會輸出約2.3V的分壓輸出電壓Vdiv。因此，在本實施例中可以將參考值Vset2設為2V。故當交流輸入電壓Vin為130伏特交流電時，比較結果Vdet=0；當交流輸入電壓Vin為230伏特交流電時，比較結果Vdet=1。這樣一來，根據本發明而設計出的電子產品便不需要分別針對不同地區電壓生產不同的產品，而是能夠將其整合在一起。

第4圖為本發明的發光二極體(Light Emitting Diode,LED)亮度調整電路400的一示範性實施例的示意圖。發光二極體亮度調整電路400係用來控制由一交流輸入電壓Vin供電的複數個發光二極體元件堆疊402_1~402_N各自的一電流量，其中N可以係任意正整數。每一發光二極體元件堆疊402_1~402_N包含一個以上的發光二極體元件。發光二極體亮度調整電路400包含有前述交流電壓調整電路100以及複數個電流控制電路404_1~404_N，其中交流電壓調整電路100分別將交流輸入電壓Vin轉換為前述橋接整流訊號Vbr、輸出電壓Vc以及比較結果Vdet，並且將橋接整流訊號Vbr供應至複數個發光二極體元件堆疊402_1~402_N，以及將輸出電壓Vc和比較結果Vdet供應給複數個電流控制電路404_1~404_N。複數個電流控制電路404_1~404_N係分別用來控制各自所屬電流路徑上的電流量，其細節請參考第5圖。

第5圖為本發明的電流控制電路的一示範性實施例的示意圖。電流控制電路404_1包含有一轉導放大器4042，用來將輸出電壓Vc轉換為一轉導電流I_GM 。該轉導電流I_GM 用來控制電流控制電路404_1所屬電流路徑上的電流量，進而控制發光二極體元件402_1的電流量(即第4圖中的發光二極體電流I_LED )。複數個電流控制電路404_2~404_N的操作方法相似於電流控制電路404_2，故在此便不多做贅述。在一實施例中，該轉導電流I_GM 反比於輸出電壓Vc。亦即，流過發光二極體元件402_1的電流量反比於交流輸入電壓Vin的均方根值，如第5圖的左下圖所示。在另一實施例中，該轉導電流I_GM 正比於輸出電壓Vc。亦即，流過發光二極體元件402_1的電流量正比於交流輸入電壓Vin的均方根值，如第5圖的右下圖所示。

第6圖為本發明的電流控制電路的另一示範性實施例的示意圖。電流控制電路404_1包含有一第一轉導放大器4044、一第二轉導放大器4046 以及一選擇器4048，其中選擇器4048能夠依據比較結果Vdet來選擇性地將第一轉導放大器4044或是第二轉導放大器4046的輸出電流耦接至對應的發光二極體元件堆疊，舉例來說，當比較結果Vdet=0時(即交流輸入電壓Vin係110伏特交流電)，表示選擇器4048會將第一轉導放大器4044的輸出電流耦接至對應的發光二極體元件堆疊；反之，當比較結果Vdet=1時(即交流輸入電壓Vin係230伏特交流電)，表示選擇器4048會將第二轉導放大器4046的輸出電流耦接至對應的發光二極體元件堆疊。在本實施例中，第一轉導放大器4044和第二轉導放大器4046將輸出電壓Vc分別轉換為一第一轉導電流I_GM1 以及一第二轉導電流I_GM2 ，並且依據比較結果Vdet決定抽取第一轉導電流I_GM1 或是第二轉導電流I_GM2 ，以產生一發光二極體電流I_LED 來控制電流控制電路404_1所屬電流路徑上的電流量，進而控制發光二極體元件402_1的電流量(即第4圖中的發光二極體電流I_LED )。第一轉導放大器4044和第二轉導放大器4046的轉導值可以設定為不同值，以增加設計的彈性。至於電流控制電路404_2~404_N的操作方法相似於電流控制電路404_1，故在此便不多做贅述。

請參考第7圖，第7圖為交流輸入電壓Vin的均方根值和發光二極體電流I_LED 在比較結果Vdet=0(即交流輸入電壓Vin係110伏特交流電)時的一關係曲線圖。請注意，第7圖中的關係曲線圖係為了補償因交流輸入電壓Vin的變化而造成複數個發光二極體元件堆疊402_1~402_N亮度跟著變化的現象而特別反推出來的。換言之，第7圖中第一轉導電流I_GM1 會反比於交流輸入電壓Vin的均方根值。另外，第8圖為交流輸入電壓Vin的均方根值和發光二極體電流I_LED 在比較結果Vdet=1(即交流輸入電壓Vin係230伏特交流電)時的關係曲線圖。參照圖8，第二轉導電流I_GM2 亦反比於交流輸入電壓Vin的均方根值，且第二轉導放大器4046的轉導值為第一轉導放大器4044的轉導值的一半。應注意的是，第7圖和第8圖中的數值僅為說明用途，並非對本發明之限制，實際上，任何能夠達到同樣或類似功能的變化，且符 合本發明之發明精神的其他變化，都屬於本發明的範疇。

總結來說，本發明的交流電壓調整電路使用新穎的方法來避免漏電造成輸出電壓無限地往上偏移，節省了設計上的成本並提高了準確度，此外還能夠自動判別不同的交流電壓(例如120伏特交流電和230伏特交流電)。除此之外，本發明的發光二極體亮度調整電路可以利用上述交流電壓調整電路來解決由交流輸入電壓供電的發光二極體元件的亮度穩定問題。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧交流電壓調整電路

102‧‧‧橋接整流器

104‧‧‧分壓器

106‧‧‧電壓保持電路

108‧‧‧切換電流源

1082‧‧‧電流源

1084‧‧‧電晶體

1086‧‧‧控制電路

110‧‧‧比較器

Claims (10)

1. 一種交流電壓調整電路，接收一交流輸入電壓，包含有：一橋接整流器，用來接收該交流輸入電壓以產生一橋接整流訊號；一電壓保持電路，耦接至該橋接整流器，用來產生一電壓保持訊號；以及一切換電流源，用來提供一電流路徑於該電壓保持電路之輸出端與一參考電壓之間，其中該切換電流源係比較該橋接整流訊號與一臨界值來間歇性地導通該電流路徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述的交流電壓調整電路，另包含有一分壓器，耦接於該橋接整流器以及該電壓保持電路之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述的交流電壓調整電路，其中該切換電流源包含有：一電流源，設置於該電流路徑上；一切換開關，設置於該電流路徑上；以及一控制電路，耦接至該切換開關，用來依據該橋接整流訊號以及一臨界值來決定是否開啟或是關閉該切換開關，其中當該切換開關開啟時，該電流路徑會被導通。
4. 如申請專利範圍第3項所述的交流電壓調整電路，其中僅在該橋接整流訊號超過該臨界值時，該控制電路才會開啟該切換開關並且維持一預定時間。
5. 如申請專利範圍第3項所述的交流電壓調整電路，其中該橋接整流訊號每超過該臨界值達到一特定次數時，該控制電路才會開啟該切換開關並且維 持一預定時間。
6. 一種發光二極體(Light Emitting Diode,LED)亮度調整電路，用來控制由一交流輸入電壓供電的一發光二極體元件的一電流量，包含有：一交流電壓調整電路，接收一交流輸入電壓，包含有：一橋接整流器，用來接收該交流輸入電壓以產生一橋接整流訊號；一電壓保持電路，耦接至該橋接整流器，用來依據該交流輸入電壓產生一電壓保持訊號；以及一切換電流源，用來提供一電流路徑於該電壓保持電路之輸出端與一參考電壓之間，其中該電流路徑係間歇性地導通；以及一電流控制電路，耦接至該交流電壓調整電路，其中該電流控制電路係用以轉換該電壓保持訊號為一電流訊號，並輸出該電流訊號至該發光二極體元件，以控制該發光二極體元件之該電流量。
7. 一種發光二極體(Light Emitting Diode,LED)亮度調整電路，用來控制由一交流輸入電壓供電的一發光二極體元件的一電流量，包含有：一交流電壓調整電路，接收一交流輸入電壓，包含有：一橋接整流器，用來接收該交流輸入電壓以產生一橋接整流訊號；一電壓保持電路，耦接至該橋接整流器，用來依據該交流輸入電壓產生一電壓保持訊號；以及一切換電流源，用來提供一電流路徑於該電壓保持電路之輸出端與一參考電壓之間，其中該電流路徑係間歇性地導通；以及一電流控制電路，耦接至該交流電壓調整電路，其中該電流控制電路係用以轉換該電壓保持訊號為一電流信號，並連接該電流信號至該發光二極體元件，以控制該發光二極體元件之該電流量；其中該發光二極體元件之該電流量正比於該電壓保持訊號。
8. 一種發光二極體(Light Emitting Diode,LED)亮度調整電路，用來控制由一交流輸入電壓供電的一發光二極體元件的一電流量，包含有：一交流電壓調整電路，接收一交流輸入電壓，包含有：一橋接整流器，用來接收該交流輸入電壓以產生一橋接整流訊號；一電壓保持電路，耦接至該橋接整流器，用來依據該交流輸入電壓產生一電壓保持訊號；以及一切換電流源，用來提供一電流路徑於該電壓保持電路之輸出端與一參考電壓之間，其中該電流路徑係間歇性地導通；以及一電流控制電路，耦接至該交流電壓調整電路，其中該電流控制電路係用以轉換該電壓保持訊號為一電流信號，並連接該電流信號至該發光二極體元件，以控制該發光二極體元件之該電流量；其中該發光二極體元件之該電流量反比於該電壓保持訊號。
9. 一種發光二極體亮度調整電路，用來控制由一交流輸入電壓供電的一發光二極體元件的電流量，包含有：一交流電壓調整電路，接收一交流輸入電壓，包含有：一橋接整流器，用來接收該交流輸入電壓以產生一橋接整流訊號；一電壓保持電路，耦接至該橋接整流器，用來依據該交流輸入電壓產生一電壓保持訊號；一切換電流源，用來提供一電流路徑於該電壓保持電路之輸出端與一參考電壓之間，其中該電流路徑係間歇性地導通；以及一比較器，耦接至該電壓保持電路，用來比較該電壓保持訊號和一參考值，並輸出一比較結果；以及一電流控制電路，耦接至該交流電壓調整電路，並且依據該電壓保持訊號以及該比較結果控制該發光二極體元件之該電流量。
10. 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體亮度調整電路，其中該電流控制電路包含有：一第一轉導放大器，用來將該電壓保持訊號轉換為一第一轉導電流；一第二轉導放大器，用來將該電壓保持訊號轉換為一第二轉導電流；以及一選擇器，耦接至該該發光二極體元件，用來依據該比較結果來選擇抽取該第一轉導電流或是該第二轉導電流，以控制該發光二極體元件之該電流量。