TWI586205B - Ｌｅｄ驅動電路之直流核心電路 - Google Patents

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Description

LED驅動電路之直流核心電路
電力電子技術領域
LED驅動電路的電路架構，典型做法是採用切換式電源轉換器做為驅動電路，如圖一所示，其中必須以半導體功率開關高頻切換方式將低頻的交流電源信號或直流電源信號轉換成可用於LED的直流驅動信號，為了達成此信號轉換所採用的高頻切換方式必須浪費許多的能量在不同的轉換器元件，導致功率的損耗，同時由於高頻切換導致各種信號的干擾，必須用更多的元件抑制，在講求節能與小型化的產品上，切換式電源轉換器的架構不容易滿足LED驅動電路的需求，本發明的提出可有效改善現有切換式電源轉換器的缺點，而達到節能與小型化的目的。
電壓調整器電路是典型應用於定電流控制的一種電路，廣泛應用於各種定電流的需求，但由於電壓調整器電路應用時必須與所控制的定電流負載分擔足夠大的能量，方能取得控制效果，使得電壓調整器電路的消耗功率一直是設計功率轉換器的困擾，應用上電壓調整器的消耗功率愈大元件溫度愈高，採用散熱的機構也愈大，為了解決此問題，本發明提出如圖二所示為LED驅動電路之直流核心電路，有別於傳統應用的電壓調整器，利用能量轉換原理，將電壓調整器的能量以相同的電壓調整器做轉換供應能量給其他LED，有效降低電壓調整器的功率，並提升LED發光效率，此電壓調整器的做法，本發明稱為直流核心電路，其工作原理如下所示，如圖二所示，第一階直流核心電路(108)的輸入端(1088)串接第一階LED燈串(107)的陰極端(1072)，以控制該第一階LED燈串(107)為定電流驅動，該第一階LED燈串(107)可以並接第一電容器(106)，該電容器(106)可濾除電流漣波，獲得穩定的直流電流，可解決LED低頻閃爍的問題，該第一階LED燈串(107)的陽極端(1071)接至全橋式整流器(102)的陰極端(1021)，該第一階直流核心電路(108)的輸出端(108A)接於該全橋式整流器(102)的陽極端(1022)，該全橋式整流器(102)的兩個輸入端(1011,1012)再接至交流電源(101)。接著，該第一階直流核心電路(108)包含第一N型功率開關(1081)，第一NPN型電晶體(1083)，第一電阻器(1082)、第二電阻器(1084)、第三電阻器(1085)，第一齊納二極體(1086)；其中該第一N型功率開關(1081) 為電源分壓功率元件，提供固定電流控制負載；接著該第二電阻器(1084)為迴授電阻，其中一端為迴授端，也是第一N型功率開關(1081)的源極端(1089)，第二電阻器(1084)另一端則接地，也是該第一階直流核心電路(108)的輸出端(108A)，流經第一N型功率開關(1081)的電流大小由該第二電阻器(1084)的參數決定；該第一NPN型電晶體(1083)的基極端與射極端順向偏壓再加上該第三電阻器(1085)的電壓後跨壓於該第二電阻器(1084)上，使得該第一N型功率開關(1081)控制在一固定電流流經該第一階LED燈串(107)。該第一電阻器(1082)是提升電阻，該第一電阻器(1082)並接於該第一N型功率開關(1081)的汲極端(1088)與閘極端(1087)，閘極端(1087)再接至該第一NPN型電晶體(1083)的集極端，提供該第一NPN型電晶體(1083)電流，以控制該第一N型功率開關(1081)，該第三電阻器(1085)是補償電阻，做為溫度補償的電阻，該第一齊納二極體(1086)為保護該第一N型功率開關(1081)的閘極端，以限制電壓。
該第一階直流核心電路(108)工作時因為電壓分壓的結果，該交流電源(101)減去該第一階LED燈串(107)的順向偏壓可得該第一N型功率開關(1081)的跨壓，是汲極端(1088)與源極端(1089)的跨壓，此時該第一N型功率開關(1081)必須承受一定的功率，導致該第一N型功率開關(1081)溫度過高，溫度過高的該第一N型功率開關(1081)不足以穩定控制電流，因此本發明利用能量轉換原理，增加一組該第二階LED燈串(110)與該第二階直流核心電路(109)，並接於該第一階直流核心電路(108)的該第一N型功率開關(1081)的汲極端(1088)與源極端(1089)，該第二階LED燈串(110)的陽極端(1101)接於該第一N型功率開關(1081)的汲極端(1088)，該第二階LED燈串(110)的陰極端(1102)接於該第二階直流核心電路(109)的輸入端(1098)，該第二階直流核心電路(109)的輸出端(109A)接於該第一N型功率開關(1081)的源極端(1089)，而完成電路連接，而形成LED驅動電路之直流核心電路。藉由上述技術方案，本發明至少具有下列優點：
一、本發明之LED驅動電路的溫度明顯降低至元件額定規格以內，可有效控制LED電流於穩定狀態。
二、本發明由功率開關、電晶體、電容器、齊納二極體、電阻器、二極體以及LED燈串所組成的電路，具有構造簡單、成本低以及符合LED定電流電路的需求。
第一實施方式：如圖二所示，交流電源(101)連接至全橋式整流器(102)的輸入端(1011、1012)，該全橋式整流器(102)的陰極端(1021)連接至第一階LED燈串(107)的陽極端(1071)，該第一階LED燈串(107)並聯第一電容器(106)，該第一階LED燈串(107)的陰極端(1072)連接至第一階直流核心電路(108)的輸入端(1088)，該第一階直流核心電路(108)的第一電阻器(1082)並接於第一N型功率開關(1081)的汲極端(1088)與閘極端(1087)，閘極端(1087)再連接至第一NPN電晶體(1083)的集極端，該第一齊納二極體(1087)並接於該第一N型功率開關(1081)的閘極端(1087)與源極端(1089)，該第一NPN電晶體(1083)的基極端連接至該第一N型功率開關(1081)的源極端(1089)與第二電阻器(1084)的一端，該第二電阻器(1084)的另一端接至該第一階直流核心電路(108)的輸出端(108A)，該第一NPN電晶體(1083)的射極端接至第三電阻(1085)的一端，另一端接至該第一階直流核心電路(108)的輸出端(108A)，再接至該全橋式整流器(102)的陽極端(1022)或接地端；接著，該第一階直流核心電路(108)的該第一N型功率開關(1081)的汲極端(1088)連接至第二階LED燈串(110)的陽極端(1101)，該第二階LED燈串(110)的陰極端(1102)再連接至第二階直流核心電路(109)的輸入端(1098)，該第二階直流核心電路(109)的輸出端(109A)再連接至該第一階直流核心電路(108)的該第一N型功率開關(1081)的源極端(1089)，完成連接，而形成LED驅動電路之直流核心電路。
第二實施方式：如圖三所示，交流電源(101)連接至全橋式整流器(102)的輸入端(1011、1012)，該全橋式整流器(102)的陰極端(1021)連接至第一階LED燈串(107)的陽極端(1071)，該第一階LED燈串(107)並聯一電容器(106)，該第一階LED燈串(107)的陰極端(1072)連接至P型第一階直流核心電路(111)的輸入端(111A)，該P型第一階直流核心電路(111)的第七電阻器(1112)並接於第一P型功率開關(1111)的汲極端(1118)與閘極端(1117)，汲極端(1118)是該P型第一階直流核心電路(111)的輸出端(1118)也是接地端，再接至該全橋式整流器(102)的陽極端(1022)，閘極端(1117)再連接至第一PNP電晶體(1113)的集極端，第二齊納二極體(1116)並接於該第一P型功率開關(1111)的閘極端(1117)與源極端(1119)，該第一PNP電晶體(1113)的基極端連接至該第一P型功率開關(1111)的源極端(1119)與第八電阻器(1114)的一端，該第八電阻器(1114)的另一端接至該P型第一階直流核心電路(111)的輸入端(111A)，該第一PNP電晶體(1113)的射極端接至第九電阻器(1115)的一端，另一端接至該P型第一階直流核心電路(111)的輸入端(111A)；接著，該P型第一階直流核心電路(111)的該第一P型功率開關(1111)的源極端(1119)連接至第二階LED燈 串(110)的陽極端(1101)，該第二階LED燈串(110)的陰極端(1102)再連接至該P型第二階直流核心電路(112)的輸入端(112A)，該P型第二階直流核心電路(112)的輸出端(1128)再連接至該P型第一階直流核心電路(111)的該第一P型功率開關(1111)的汲極端(1118)，完成連接，而形成P型LED驅動電路之直流核心電路。
第三實施方式：如圖四所示，以第一實施方式為基本架構，增加第二組第一階直流核心電路(208)與第二組第二階直流核心電路(209)，該第二組第一階直流核心電路(208)的輸入端(2088)與輸出端(208A)並接於該第一階直流核心電路(108)的輸入端(1088)與輸出端(108A)，該第二組第二階直流核心電路(209)的輸入端(2098)接至該第二組第一階直流核心電路(208)的輸入端(2088)，該第二組第二階直流核心電路(209)的輸出端(209A)接至該第二組第一階直流核心電路(208)的第三N型功率開關(2081)的源極端(2089)，而形成並接型LED驅動電路之直流核心電路。
101‧‧‧交流電源
1011‧‧‧交流電源正電壓端或全橋式整流器第一輸入端
1012‧‧‧交流電源負電壓端或全橋式整流器第二輸入端
102‧‧‧全橋式整流器
1021‧‧‧全橋式整流器的陰極端
1022‧‧‧全橋式整流器的陽極端
1082、1084、1085、1092、1094、1095、1112、1114、1115、1122、1124、1125、2082、2084、2085、2092、2094、2095‧‧‧電阻器
106‧‧‧電容器
107‧‧‧第一階LED燈串
1071‧‧‧第一階LED燈串陽極端
1072‧‧‧第一階LED燈串陰極端
108、208‧‧‧第一階直流核心電路
1088、2088‧‧‧第一階直流核心電路輸入端
108A、208A‧‧‧第一階直流核心電路輸出端
109、209‧‧‧第二階直流核心電路
1098、2098‧‧‧第二階直流核心電路輸入端
109A、209A‧‧‧第二階直流核心電路輸出端
110‧‧‧第二階LED燈串
1101‧‧‧第二階LED燈串陽極端
1102‧‧‧第二階LED燈串陰極端
1081、1091、2081、2091‧‧‧N型功率開關
1083、1093、2083、2093‧‧‧NPN型電晶體
1086、1096、1116、1126、2086、2096‧‧‧齊納二極體
1087、1097、2087、2097‧‧‧N型功率開關閘極端
1088、1098、2088、2098‧‧‧N型功率開關汲極端
1089、1099、2089、2099‧‧‧N型功率開關源極端
111‧‧‧P型第一階直流核心電路
111A‧‧‧P型第一階直流核心電路輸入端
1118‧‧‧P型第一階直流核心電路輸出端
112‧‧‧P型第二階直流核心電路
112A‧‧‧P型第二階直流核心電路輸入端
1128‧‧‧P型第二階直流核心電路輸出端
1111、1121‧‧‧P型功率開關
1113、1123‧‧‧PNP型電晶體
1117、1127‧‧‧P型功率開關閘極端
1118、1128‧‧‧P型功率開關汲極端
1119、1129‧‧‧P型功率開關源極端
113‧‧‧並接符號
圖一，為典型應用於LED驅動器之電路架構示意圖。
圖二，為本發明第一實施例的電路示意圖。
圖三，為本發明第二實施例的電路示意圖。
圖四，為本發明第三實施例的電路示意圖。
101‧‧‧交流電源
1011‧‧‧交流電源正電壓端或全橋式整流器第一輸入端
1012‧‧‧交流電源負電壓端或全橋式整流器第二輸入端
102‧‧‧全橋式整流器
1021‧‧‧全橋式整流器的陰極端
1022‧‧‧全橋式整流器的陽極端
1082、1084、1085、1092、1094、1095‧‧‧電阻器
106‧‧‧電容器
107‧‧‧第一階LED燈串
1071‧‧‧第一階LED燈串陽極端
1072‧‧‧第一階LED燈串陰極端
108‧‧‧第一階直流核心電路
1088‧‧‧第一階直流核心電路輸入端
108A‧‧‧第一階直流核心電路輸出端
109‧‧‧第二階直流核心電路
1098‧‧‧第二階直流核心電路輸入端
109A‧‧‧第二階直流核心電路輸出端
110‧‧‧第二階LED燈串
1101‧‧‧第二階LED燈串陽極端
1102‧‧‧第二階LED燈串陰極端
1081、1091‧‧‧N型功率開關
1083、1093‧‧‧NPN型電晶體
1086、1096‧‧‧齊納二極體
1087、1097‧‧‧N型功率開關閘極端
1088、1098‧‧‧N型功率開關汲極端
1089、1099‧‧‧N型功率開關源極端

Claims (3)

  1. 一種可應用於LED驅動電路之直流核心電路，其特徵包括一個交流電源(101)、一個全橋式整流器(102)、一個第一階LED燈串(107)、一個第二階LED燈串(110)、一個電容器(106)、一個第一階直流核心電路(108)，一個第二階直流核心電路(109)；該第一階直流核心電路(108)包括一個第一電阻器(1082)、一個第二電阻器(1084)、一個第三電阻器(1085)、一個第一N型功率開關(1081)、一個第一NPN型電晶體(1083)、一個第一齊納二極體(1086)；該第二階直流核心電路(109)包括一個第四電阻器(1092)、一個第五電阻器(1094)、一個第六電阻器(1095)、一個第二N型功率開關(1091)、一個第二NPN型電晶體(1093)、一個第二齊納二極體(1096)；該第一階直流核心電路(108)的該第一N型功率開關(1081)的汲極端(1088)連接至該第一電阻器(1082)的一端而成為該第一階直流核心電路(108)的輸入端(1088)，該輸入端(1088)連接至該第一階LED燈串(107)的陰極端(1072)與該第二階LED燈串(110)的陽極端(1101)，該第一階LED燈串(107)並接一該電容器(106)，該第一階LED燈串(107)的陽極端(1071)再連接至該全橋式整流器(102)的陰極端(1021)；接著該第一階直流核心電路(108)的該第一N型功率開關(1081)的源極端(1089)連接至該第二電阻器(1084)與該第一NPN型電晶體(1083)的基極端與該第一齊納二極體(1086)的陽極端而成為迴授端(1089)；該第一階直流核心電路(108)的該第一N型功率開關(1081)的閘極端(1087)連接至該第一電阻器(1082)與該第一NPN型電晶體(1083)的集極端與該第一齊納二極體(1086)的陰極端，該第一NPN型電晶體(1083)的射極端連接至一該第三電阻器(1085)，該第三電阻器(1085)與該第二電阻器(1084)連接成為該第一階直流核心電路(108)的輸出端(108A)，該輸出端(108A)連接至該全橋式整流器(102)的陽極端(1022)或接地端，該全橋式整流器(102)的兩個輸入端(1011,1012)分別接至該交流電源(101)；接著該第二階直流核心電路(109)的第二N型功率開關(1091)的汲極端(1098)連接至該第四電阻器(1092)的一端而成為該第二階直流核心電路(109)的輸入端(1098)，該第二階直流核心電路(109)的該輸入端(1098)連接至該第二階LED燈串(110)的陰極端(1102)；接著該第二階直流核心電路(109)的該第二N型功率開關(1091)的源極端(1099)連接至該第五電阻器(1094)與該第二NPN型電晶體(1093)的基極端與該第二齊納二極體(1096)的陽極端；該第二階直流核心電路(109)的該第二N型功率開關(1091)的閘極端(1097)連接至該第四電阻器(1092)與該第二NPN型電晶體(1093)的集極端與該第二齊納二極體(1096)的陰極端，該第二NPN型電晶體(1093)的射極端連接至該第六電阻器(1095)，該第六電阻器(1095)與該第五電阻 器(1094)連接成為該第二階直流核心電路(109)的輸出端(109A)，該第二階直流核心電路(109)的該輸出端(109A)連接至該第一階直流核心電路(108)的該迴授端(1089)，也是該第一N型功率開關(1081)的源極端(1089)，而形成LED驅動電路之直流核心電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之LED驅動電路之直流核心電路，其中包括第一階與第二階直流核心電路(108、109)的第一與第二N型功率開關(1081、1091)可以替換成第一與第二P型功率開關(1111、1121)；接著第一與第二NPN型電晶體(1083、1093)可以替換成第一與第二PNP型電晶體(1113、1123)，而形成P型第一階與第二階直流核心電路(111、112)；該P型第一階直流核心電路(111)還包括一個第七電阻器(1112)、一個第八電阻器(1114)、一個第九電阻器(1115)、一個第三齊納二極體(1116)；該P型第二階直流核心電路(112)還包括一個第十電阻器(1122)、一個第十一電阻器(1124)、一個第十二電阻器(1125)、一個第四齊納二極體(1126)；其中該P型第一階直流核心電路(111)的該第一P型功率開關(1111)的汲極端(1118)連接至一該第七電阻器(1112)的一端而成為該P型第一階直流核心電路(111)的輸出端(1118)；該P型第一階直流核心電路(111)的該第一P型功率開關(1111)的源極端(1119)連接至一該第八電阻器(1114)與該第一PNP型電晶體(1113)的基極端與該第三齊納二極體(1116)的陰極端而成為迴授端(1119)；該P型第一階直流核心電路(111)的該第一P型功率開關(1111)的閘極端(1117)連接至該第七電阻器(1112)與該第一PNP型電晶體(1113)的集極端與該第三齊納二極體(1116)的陽極端，該第一PNP型電晶體(1113)的射極端連接至該第九電阻器(1115)，該第九電阻器(1115)與該第八電阻器(1114)連接成為該P型第一階直流核心電路(111)的輸入端(111A)，而形成P型第一階直流核心電路(111)；接著該P型第二階直流核心電路(112)的該第二P型功率開關(1121)的汲極端(1128)連接至該第十電阻器(1122)的一端而成為該P型第二階直流核心電路(112)的輸出端(1128)；該P型第二階直流核心電路(112)的該第二P型功率開關(1121)的源極端(1129)連接至該第十一電阻器(1124)與該第二PNP型電晶體(1123)的基極端與該第四齊納二極體(1126)的陰極端；該P型第二階直流核心電路(112)的該第二P型功率開關(1121)的閘極端(1127)連接至該第十電阻器(1122)與該第二PNP型電晶體(1123)的集極端與該第四齊納二極體(1126)的陽極端，該第二PNP型電晶體(1123)的射極端連接至該第十二電阻器(1125)，該第十二電阻器(1125)與該第十一電阻器(1124)連接成為該P型第二階直流核心電路(112)的輸入端(112A)，而形成P型第二階直流核心電路(112)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之LED驅動電路之直流核心電路，其中可增加第二組以上之電路，包含第二組第一階直流核心電路(208)與第二組第二階直流核心電路(209)並聯於 該第一階直流核心電路(108)與該第二階直流核心電路(109)，而形成並接型的LED驅動電路之直流核心電路。
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