TWI587745B - 發光元件驅動電路及其中之控制電路與控制方法 - Google Patents

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吳昌諭
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Description

發光元件驅動電路及其中之控制電路與控制方法
本發明係有關一種發光元件驅動電路及其中之控制電路與控制方法，特別是指一種改善發光元件電路可調光範圍之發光元件驅動電路及其中之控制電路與控制方法。
請參閱第1圖之先前技術，圖中顯示一種常見的發光元件驅動電路1，包含功率級電路24以及控制電路26。如圖所示，相切調光電路22 (Phase-cut Dimmer Circuit)將交流電源21轉換為一交流相切調光訊號，其中交流相切調光訊號包括交流相切調光電壓Vin及交流相切調光電流Iin；整流電路23將交流相切調光訊號轉換為整流相切調光訊號Vm；功率級電路24與整流電路耦接並將整流相切調光訊號轉換為輸出訊號以驅動發光元件電路25，其中輸出訊號包括輸出電壓VLED 及輸出電流ILED ；控制電路26控制功率級電路24之操作，其中控制電路26包括誤差迴授電路261以及操作訊號產生電路262，其中誤差迴授電路261根據相關於該輸出訊號的回授訊號VFB ，產生操作訊號PWM；功率級電路24根據操作訊號PWM之控制，將整流相切調光訊號轉換為輸出訊號。
第2A圖為對應第1圖之先前技術中，交流相切調光電壓Vin、整流相切調光訊號Vm、以及交流相切調光電流Iin的波形示意圖。發光元件驅動電路1中，相切調光電路22藉由相切(Phase-cut)將輸入的交流電源（波形未示出）轉換成如第2A圖之交流相切調光電壓Vin，其具有一相切角度(Phase-cut Angle)以及一相切剩餘百分比(Phase-cut Residue Percentage)，以第2A圖中之前緣相切(Leading Edge Phase-cut)之交流相切調光電壓Vin為例，以交流電源之過零點(Zero Crossing Point)為原點，交流電源在該相切角度（如第2A圖中之P0）之前的交流電源受相切調光電路22阻擋，而讓一相切剩餘百分比P0’（以第2A圖為例P0’即為(180-P0)/180•100%）之交流電源通過，該相切角度P0愈大（從另一方面而言，其相切剩餘百分比P0’愈小），被阻擋的交流電源功率愈多，則Vin 可供應的功率愈小，例如第2A圖中之Iin，並因此降低了輸出電流ILED ，藉此獲得對發光元件電路25調光的效果。
第2B圖顯示，該先前技術之輸出電流ILED 對應相切剩餘百分比之特徵曲線圖，其中有一電流轉折點(如圖中圓圈所標示)，其所對應的相切剩餘百分比P1為可藉由改變相切剩餘百分比而調光的臨界值，相切剩餘百分比在大於圖中所示P1以上時，發光元件驅動電路1的回授控制機制可以使輸出電流ILED 為定值，此時無法調光；而當相切剩餘百分比在小於圖中所示P1以下時，輸出電流ILED 隨著相切剩餘百分比遞減而遞減，因而可達成調光的功能。
第1圖中所示之先前技術，其缺點在於其調光範圍無法控制；首先，其電流轉折點所對應的相切剩餘百分比臨界值(例如第2B圖中之P1)是無法控制的，可能太低或太高，在P1太低的情況下，舉例而言，例如但不限於P1為50%，以致於在調光控制的前半段（相切剩餘百分比＞P1時），有很大的相切剩餘百分比範圍，發光元件電路25對於調光動作會沒有反應；而另一方面，某些相切調光電路（例如但不限於包含某些種類之TRIAC）所能達成的最大相切剩餘百分比可能不足，造成P1有可能相對而言太高，例如P1為80%，而相切調光電路所能達成的最大相切剩餘百分比為60%，則此時P1相對而言太高，以致於相切調光電路即使調光至其最大相切剩餘百分比，發光元件電路25仍無法獲得其最大的亮度所需之電流。
除了電流轉折點無法控制之外，此先前技術之另一缺點在於，其最小可調光電流例如第2B圖中所示之最小ILED (Imin)亦無法控制，而造成調光範圍的受限；最小ILED (Imin)是當相切調光電路22在其最小相切剩餘百分比時，發光元件驅動電路所輸出的ILED ；在此先前技術中，最小ILED (Imin)可能會太大，以致於使用者在調整相切調光電路22至最小相切剩餘百分比的情況下，仍然覺得發光元件電路25之亮度太高。
本發明相較於第1圖之先前技術，具有可調整電流轉折點（亦即可調整相切剩餘百分比臨界值，例如第2B圖中之P1）的優點，可避免前述對於調光動作會沒有反應，或是最大的亮度不足之問題。
此外，本發明相較於第1圖之先前技術，還具有可調整最小可調光電流（如第2B圖中之最小ILED , Imin）的優點，可避免前述之最小亮度過高的問題。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種控制電路，用以控制一發光元件驅動電路，其中該發光元件驅動電路用以根據一整流相切調光訊號，以驅動一發光元件電路，其中該整流相切調光訊號為一相切後之半弦波，該發光元件驅動電路包含：一功率級電路，包括至少一功率開關，其與該整流電路耦接，用以根據一操作訊號而操作其中該功率開關，以將該整流相切調光訊號轉換為一輸出訊號，而驅動該發光元件電路，其中該輸出訊號包含一輸出電流；其中該控制電路，用以根據一相關於該輸出訊號的回授訊號，產生該操作訊號；該控制電路包含：一箝位電路(Clamping Circuit)，用以產生一箝位訊號；一誤差迴授電路(Error Feedback Circuit)，與該箝位電路耦接，用以根據該相關於該輸出訊號的回授訊號及該箝位訊號，產生一誤差迴授訊號；以及一操作訊號產生電路，與該誤差迴授電路耦接，用以根據該誤差迴授訊號之位準，產生該操作訊號；其中該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準不大於該箝位訊號，使得在該交流相切調光訊號之一相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比時，該輸出電流不大於一預設之箝位電流值。
在一較佳實施例中，該箝位訊號為一固定值、或是一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動值，且該預設之箝位電流值為一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動電流值。
在一較佳實施例中，該箝位電路包括：一箝位器，其一端耦接於一固定電位，另一端與該誤差迴授電路耦接，以提供該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準。
在一較佳實施例中，該箝位器包括一齊納二極體，該齊納二極體之反向端提供該箝位訊號，該齊納二極體之順向端耦接於該固定電位。
在一較佳實施例中，該箝位電路包括：一箝位參考訊號產生器，用以產生一箝位參考訊號；以及一箝位器，與該箝位參考訊號產生器及該誤差迴授電路耦接，用以根據該箝位參考訊號而產生該箝位訊號，以限制該誤差迴授訊號的上限位準。
在一較佳實施例中，該箝位參考訊號產生器，根據一固定電壓源或該固定電壓源之分壓以產生該箝位參考訊號，使得該箝位訊號為該固定值。
在一較佳實施例中，該箝位參考訊號產生器根據該整流相切調光訊號產生該箝位參考訊號，使得該箝位訊號為該隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動值。
在一較佳實施例中，該箝位參考訊號產生器包括：一相切剩餘編碼電路，用以根據該整流相切調光訊號或該整流相切調光訊號之分壓產生一相切剩餘百分比編碼；以及一箝位參考訊號轉換器，用以根據該相切剩餘百分比編碼產生該箝位參考訊號。
在一較佳實施例中，該箝位器包括一箝位二極體，該箝位二極體之順向端與該誤差迴授電路耦接，以提供該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準，該箝位二極體之反向端與該箝位參考訊號產生器耦接。
在一較佳實施例中，該箝位電路更以一偏移訊號修正調整該箝位訊號。
在一較佳實施例中，該箝位電路包括至少一偏移二極體，與該箝位參考訊號產生器及該箝位器耦接，用以產生該偏移訊號。
就再另一個觀點言，本發明提供了一種發光元件驅動電路，用以根據一整流相切調光訊號，以驅動一發光元件電路，其中該整流相切調光訊號為一相切後之半弦波，該發光元件驅動電路包含：一功率級電路，包括至少一功率開關，其與該整流電路耦接，用以根據一操作訊號而操作其中該功率開關，以將該整流相切調光訊號轉換為一輸出訊號，而驅動該發光元件電路，其中該輸出訊號包含一輸出電流；以及一控制電路，用以根據一相關於該輸出訊號的回授訊號，產生該操作訊號，該控制電路包括：一箝位電路(Clamping Circuit)，用以產生一箝位訊號；一誤差迴授電路(Error Feedback Circuit)，與該箝位電路耦接，用以根據該相關於該輸出訊號的回授訊號及該箝位訊號，產生一誤差迴授訊號；以及一操作訊號產生電路，與該誤差迴授電路耦接，用以根據該誤差迴授訊號之位準，產生該操作訊號；其中該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準，使得在該交流相切調光訊號之一相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比時，該輸出電流不大於一預設之箝位電流值。
就再另一個觀點言，本發明提供了一種控制一發光元件驅動電路之方法，其中該發光元件驅動電路用以根據一整流相切調光訊號，以驅動一發光元件電路，其中該整流相切調光訊號為一相切後之半弦波，該發光元件驅動電路包含：一功率級電路，包括至少一功率開關，其與該整流電路耦接，用以根據一操作訊號而操作其中該功率開關，以將該整流相切調光訊號轉換為一輸出訊號，而驅動該發光元件電路，其中該輸出訊號包含一輸出電流；該控制方法包含：根據一相關於該輸出訊號的回授訊號，產生一操作訊號；以及根據該操作訊號而操作該功率開關；其中該產生該操作訊號之步驟包括：產生一箝位訊號；根據該相關於該輸出訊號的回授訊號及該箝位訊號，產生一誤差迴授訊號；以及根據該誤差迴授訊號之位準，產生該操作訊號；其中該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準，使得在該交流相切調光訊號之一相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比時，該輸出電流不大於一預設之箝位電流值。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
第3圖顯示本發明之發光元件驅動電路的一個實施例（發光元件驅動電路2），發光元件驅動電路2包含功率級電路24以及控制電路26。如圖所示，相切調光電路(Phase-cut Circuit) 22將交流電源21轉換為交流相切調光訊號，其具有一相切剩餘百分比(Phase-cut Residue Percentage)，其中交流相切調光訊號包括交流相切調光電壓Vin及交流相切調光電流Iin；整流電路23將交流相切調光訊號轉換為整流相切調光訊號Vm，該整流相切調光訊號Vm為一經過相切後之半弦波；功率級電路24與整流電路23耦接並將整流相切調光訊號轉換為輸出訊號以驅動發光元件電路25，其中輸出訊號包括輸出電壓VLED 及輸出電流ILED ；控制電路26控制功率級電路24之操作，其中控制電路26包括誤差迴授電路261、操作訊號產生電路262以及箝位電路263，其中箝位電路263用以產生箝位訊號，誤差迴授電路261與箝位電路263耦接，用以根據相關於該輸出訊號的回授訊號VFB 及箝位訊號，而產生誤差迴授訊號，操作訊號產生電路262與誤差迴授電路261及箝位電路263耦接，根據誤差迴授訊號而產生操作訊號PWM，操作訊號PWM例如但不限於為脈寬調變訊號 (例如但不限於可為定頻或變頻之脈寬調變訊號，亦可為其他形式的訊號)；其中功率級電路24根據操作訊號PWM之控制，將整流相切調光訊號轉換為輸出訊號。
第3圖所示本發明之發光元件驅動電路2，其中箝位電路263之主要用意在於，產生箝位訊號並將誤差迴授訊號箝位(clamping)，使其不大於該箝位訊號，藉此影響操作訊號PWM之控制，進而使得在交流相切調光訊號之一相切剩餘百分比(Phase-cut Residue Percentage)小於一預設之相切剩餘百分比（所述「預設」之相切剩餘百分比可為一固定值、或可調整之可變動值，下同）時，輸出電流ILED 不大於一預設之箝位電流值（所述「預設」之箝位電流值可為一固定值、或可調整之可變動值，下同）；其中，該箝位訊號可為一固定箝位值、或是一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動箝位值，而本發明藉由不同種類的箝位訊號設計，可以獲得多種優點，細節將詳述於後。
第4A圖顯示本發明之發光元件驅動電路之更具體的實施例（發光元件驅動電路3），發光元件驅動電路3包含功率級電路24（例如但不限於圖中所示的返馳式功率級電路，其包括例如但不限於圖中所示之至少一功率開關Q1），以及控制電路26；在本實施例中，控制電路26包括誤差迴授電路261，其包括誤差放大電路EA；操作訊號產生電路262，其包括PWM比較電路2621及邏輯驅動電路2622；以及箝位電路263，其包括箝位器2631，其一端耦接於一固定電位，另一端控制節點A的上限位準。
第4A圖中本發明之發光元件驅動電路3，其中功率級電路24根據控制電路26輸出之操作訊號PWM的控制，將整流相切調光訊號轉換為輸出訊號。整流電路23（例如但不限於圖中所示的全波整流器）將交流相切調光訊號轉換為整流相切調光訊號Vm，其中交流相切調光訊號包括交流相切調光電壓Vin及交流相切調光電流Iin；功率級電路24與整流電路23耦接並將整流相切調光訊號轉換為輸出訊號以驅動發光元件電路25，其中輸出訊號包括輸出電壓VLED 及輸出電流ILED 。
第4A圖中本發明之發光元件驅動電路3，其控制電路26中，誤差放大電路EA根據相關於該輸出訊號的回授訊號VFB 與調節參考訊號VREF 的差值，於節點A產生誤差迴授訊號COMP；箝位器2631產生箝位訊號Vclamp控制節點A，用以將該誤差迴授訊號COMP箝位於該箝位訊號Vclamp；其中所謂「箝位」係指，當誤差迴授訊號COMP上升至該箝位訊號Vclamp之位準時，誤差迴授訊號COMP受到箝位訊號Vclamp之限制，而不大於該箝位訊號Vclamp；而在誤差迴授訊號COMP小於該箝位訊號Vclamp之位準時，誤差迴授訊號COMP不受Vclamp影響； PWM比較電路2621將誤差迴授訊號COMP與例如但不限於一鋸齒波RAMP相比較，邏輯驅動電路2622根據PWM比較電路2621之比較結果以及例如但不限於與電流相關之訊號（例如但不限於圖中所示，由訊號感測電路2623及零電流偵測電路2624所產生之零電流偵測訊號），而產生操作訊號PWM；操作訊號產生電路262根據受箝位之誤差迴授訊號COMP而調整操作訊號PWM；其中功率級電路24根據該操作訊號PWM的控制，進而使得在交流相切調光訊號之一相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比時，輸出電流ILED 不大於一預設之箝位電流值。本實施例中，操作訊號產生電路262的內部結構係以準諧振(Quasi Resonant)控制模式為例，此僅為舉例，還可以有其他各種實施方式，例如可以為定頻控制模式（此情況下不需要訊號感測電路2623及零電流偵測電路2624）、或變頻的固定導通時間控制方式（此情況下邏輯驅動電路2622輸出一個固定導通時間的操作訊號PWM）、或變頻的固定關閉時間控制方式（此情況下邏輯驅動電路2622輸出一個固定關閉時間的操作訊號PWM）、或定頻或變頻的電流相關控制模式（此情況下鋸齒波RAMP相關於電感或繞組電流）等等，此為本技術者所熟知，在此不一一詳列。
前述之本發明之發光元件驅動電路3，在一實施例中，箝位電路263所產生之箝位訊號Vclamp為一固定箝位值，可達成固定COMP箝位(Fixed COMP Clamping)調光模式。在此實施例中，該誤差迴授訊號COMP箝位於該固定箝位值。
第4B圖顯示此實施例中，未受箝位之誤差迴授訊號COMP’, 受箝位後之誤差迴授訊號COMP及箝位訊號Vclamp，對相切剩餘百分比作圖之特性曲線（此處「未受箝位」之誤差迴授訊號COMP’係指，如第4A圖之箝位電路263不存在的情況下，誤差迴授電路261所產生的誤差迴授訊號，其未受箝位電路263之箝位，下同）；如第4B圖所示，在本實施例中，箝位訊號Vclamp具有一固定箝位值，受箝位後之誤差迴授訊號COMP如實線所示，受固定箝位訊號Vclamp箝位而不大於該固定箝位訊號Vclamp，因此其最高位準低於未受箝位之誤差迴授訊號COMP’。
第4C圖顯示此實施例中，輸出電流ILED 對相切剩餘百分比作圖之特性曲線，如第4C圖所示，虛線為未受箝位之輸出電流ILED ’，受箝位後之輸出電流ILED 如實線所示，在相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比（例如圖中所示之電流轉折點所對應的相切剩餘百分比臨界值P1）時，受箝位後之輸出電流ILED 不大於一預設之箝位電流值；在本實施例中，所述之該預設之箝位電流值隨相切剩餘百分比遞減而遞減，因而得到調光之效果；更進一步，如第4C圖所示，受箝位後之輸出電流ILED ，其最小輸出電流Imin小於未受箝位之輸出電流ILED ’之最小電流Imin’ ，而受箝位後之輸出電流ILED 之電流轉折點所對應的相切剩餘百分比臨界值（例如圖中所示之P1）大於未受箝位之輸出電流ILED ’之電流轉折點所對應的相切剩餘百分比臨界值（例如圖中所示之P1’），因此，較佳地，本發明之發光元件驅動電路具有較大的可調光範圍。
第5圖顯示前述本發明之具有固定COMP箝位(Fixed COMP Clamping)調光模式之發光元件驅動電路（發光元件驅動電路4），其中箝位電路之一種更具體的實施例（箝位電路263），第5圖中箝位器2631包括一齊納二極體DZ ，該齊納二極體DZ 之順向端接地(對應於前述第4A圖的固定電位)，其反向端耦接於節點A用以產生箝位訊號Vclamp（對應於該齊納二極體之齊納電壓，即其逆向崩潰電壓），以將該誤差迴授訊號COMP箝位於該箝位訊號Vclamp；由於對一齊納二極體而言，其齊納電壓約為一定值，因此本實施例可達成固定COMP箝位(Fixed COMP Clamping)調光模式。又，顯然，若該齊納二極體DZ 之順向端連接於任何其他位準的固定電位，則可將該誤差迴授訊號COMP箝位於齊納電壓加上該位準。
第5圖中本實施例之特性曲線圖仍請參考第4B, 4C圖，其中Vclamp對應於前述該齊納二極體之齊納電壓，其餘特性類同，在此不予贅述。
第6A圖顯示本發明之具有固定COMP箝位(Fixed COMP Clamping)調光模式之發光元件驅動電路（發光元件驅動電路5），其中箝位電路之另一實施例，其中箝位電路263包括箝位器2631及箝位參考訊號產生器2632，箝位參考訊號產生器2632產生箝位參考訊號VCL ，箝位器2631根據箝位參考訊號VCL 產生箝位訊號Vclamp控制節點A，以將誤差迴授訊號COMP箝位於該箝位訊號Vclamp。
第6B圖顯示第6A圖所示箝位電路之一種更具體的實施例，其中箝位電路263包括箝位器2631及箝位參考訊號產生器2632，其中箝位參考訊號產生器2632包括一固定電壓產生器，例如但不限於圖示之固定電壓VDD 與電阻所組成之電阻分壓器，或是一固定電壓源(未示出)，以產生一固定箝位參考訊號VCL ；箝位器2631包括一二極體D1，其具有一順向偏壓VF ，其反向端與箝位參考訊號產生器2632之輸出耦接，其順向端耦接於節點A用以產生箝位訊號Vclamp（即該固定箝位參考訊號VCL 加上二極體D1之順向偏壓VF ），以將該誤差迴授訊號COMP箝位於該箝位訊號Vclamp，達成固定COMP箝位(Fixed COMP Clamping)調光模式。
第6B圖之箝位電路263，也可以視為第4A圖中之箝位電路263的一個更具體的實施例，其中電阻分壓器之分壓節點的電壓對應於第4A圖的固定電位。
第6B圖中本實施例之特性曲線圖仍請參考第4B, 4C圖，其中Vclamp對應於前述該固定箝位參考訊號VCL 加上二極體D1之順向偏壓VF ，其餘特性類同，在此不予贅述。
第7A圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一具體的實施例（發光元件驅動電路6），本實施例可達成適應性COMP箝位(Adaptive COMP Clamping)調光模式；本實施例與第4A圖之實施例類似，主要之差別在於，本實施例發光元件驅動電路6，其中箝位參考訊號產生器2632更根據與交流相切調光訊號之相切剩餘百分比相關之訊號（例如但不限於如第7A圖中所示之整流相切調光訊號Vm）而產生箝位參考訊號VCL ，使得箝位參考訊號VCL 以及箝位訊號Vclamp皆會隨交流相切調光訊號之相切剩餘百分比變動而變動，其較佳為隨著交流相切調光訊號之相切剩餘百分比遞減而遞減，因而可達成適應性COMP箝位(Adaptive COMP Clamping)調光模式。
第7B圖顯示此實施例中，未受箝位之誤差迴授訊號COMP’, 受箝位後之誤差迴授訊號COMP及箝位訊號Vclamp，對相切剩餘百分比作圖之特性曲線，如第7B圖所示，虛折線為未受箝位之誤差迴授訊號COMP’，虛點線為適應性箝位訊號Vclamp，受箝位後之誤差迴授訊號COMP如實線所示，受箝位訊號Vclamp箝位而不大於該箝位訊號Vclamp，其中箝位訊號Vclamp如圖所示，較佳地，隨著相切剩餘百分比遞減而遞減，而達成適應性COMP箝位(Adaptive COMP Clamping)調光模式。
第7C圖顯示此實施例中，輸出電流對相切剩餘百分比作圖之特性曲線，如第7C圖所示，虛線為未受箝位之輸出電流ILED ’，受箝位後之輸出電流ILED 如實線所示，在相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比（例如圖中所示之電流轉折點P1）時，輸出電流ILED 不大於一預設之箝位電流值；在本實施例中，該預設之箝位電流值隨相切剩餘百分比遞減而遞減，因而得到調光之效果；與第4C圖類似，相較於先前技術，本發明之發光元件驅動電路具有較大的調光範圍，更進一步，如第7C圖所示，受適應性COMP箝位後之輸出電流ILED ， 較佳地，其最小輸出電流Imin可調整至更低之位準，從另一個角度來說，本實施例中，較佳地，受適應性COMP箝位後之輸出電流ILED 亦具有更大之斜率，這代表著，以傳統包含TRIAC的調光電路為例，隨著使用者調整調光電路（例如但不限於旋轉調光旋鈕而調整前述之相切調光電路22），較佳地，可以感受到較大的調光範圍以及調光時的亮度變化率，且最小亮度相較於先前技術亦可更小。
第8圖顯示前述本發明之具有適應性COMP箝位之發光元件驅動電路（發光元件驅動電路7），其中箝位電路之一種更具體的實施例（箝位電路263），第8圖中箝位電路263包括箝位器2631及箝位參考訊號產生器2632，其中箝位參考訊號產生器2632包括與相切剩餘百分比相關之電壓產生器，例如但不限於圖示之整流相切調光訊號Vm與電阻所組成之電阻分壓器，用以產生一隨交流相切調光訊號之相切剩餘百分比遞減而遞減之箝位參考訊號VCL ，箝位參考訊號產生器2632中的電容具有低通濾波的效果；箝位器2631包括一二極體D1，其具有一順向偏壓VF ，其反向端與箝位參考訊號產生器2632之輸出耦接，其順向端耦接於節點A用以產生箝位訊號Vclamp（即該隨交流相切調光訊號之相切剩餘百分比遞減而遞減之箝位參考訊號VCL 加上二極體D1之順向偏壓VF ），以將該誤差迴授訊號COMP箝位於該箝位訊號Vclamp，達成適應性COMP箝位(Adaptive COMP Clamping)調光模式。
第8圖中本實施例之特性曲線圖仍請參考第7B, 7C圖，其中Vclamp對應於前述，隨交流相切調光訊號之相切剩餘百分比遞減而遞減之箝位參考訊號VCL 加上二極體D1之順向偏壓VF ，其餘特性類同，在此不與贅述。
第9A圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一具體的實施例（發光元件驅動電路8），本實施例與第8圖之實施例類似，主要之差別在於，本實施例發光元件驅動電路8，其中箝位電路263更包含一偏移訊號VOFS ，其與箝位參考訊號產生器2632及箝位器2631耦接（例如但不限於如圖中串聯於箝位參考訊號產生器2632及箝位器2631之間），使得箝位訊號Vclamp受該偏移訊號VOFS 之修正調整，例如但不限於在本實施例中，箝位器2631根據箝位參考訊號VCL 及該偏移訊號VOFS ，於節點A產生箝位訊號Vclamp，用以將該誤差迴授訊號COMP箝位於該箝位訊號Vclamp（此處Vclamp對應於箝位參考訊號VCL 加上二極體D1之順向偏壓VF ，並減去該偏移訊號VOFS ）；箝位訊號Vclamp包含偏移訊號VOFS ，可使前述本發明之發光元件驅動電路之隨相切剩餘百分比變動而變動之誤差迴授訊號COMP 以及輸出電流ILED 具有更大的調整性，例如以前述第8圖之實施例而言，在調整誤差迴授訊號COMP及輸出電流ILED 使其具有較佳之斜率時，其某些絕對位準（例如但不限於前述之最小輸出電流、或是最大輸出電流、或是如前述之電流轉折點等）可能未能在較佳的位準上，而加入此偏移訊號VOFS ，可助於同時將誤差迴授訊號COMP、輸出電流ILED 之斜率與其絕對位準以及如前述之電流轉折點等，同時調整至較佳之組合。
第9B圖顯示前述本發明之具有適應性COMP箝位(Adaptive COMP Clamping)調光模式之發光元件驅動電路（發光元件驅動電路9），其中箝位電路之另一種更具體的實施例（箝位電路263），第9B圖中箝位電路263包括箝位器2631、箝位參考訊號產生器2632，以及例如但不限於兩個偏移二極體D2及D3，其分別具有順向偏壓VF2 及VF3 ，其中偏移二極體D2及D3之串聯組合對應於如第9A圖之偏移訊號VOFS ，偏移二極體D2及D3之串聯組合之順向端耦接於箝位參考訊號產生器2632，而串聯組合之反向端耦接於箝位器2631；本實施例中，誤差迴授訊號COMP受箝位於箝位訊號Vclamp （此處Vclamp對應於箝位參考訊號VCL 加上二極體D1之順向偏壓VF1 ，並減去偏移二極體D2及D3之順向偏壓VF2 及VF3 ）。
第10A圖顯示前述本發明之具有適應性COMP箝位(Adaptive COMP Clamping)調光模式之發光元件驅動電路，其中箝位參考訊號產生器之另一種更具體的實施例（箝位參考訊號產生器2632），第10A圖中箝位參考訊號產生器2632包括相切剩餘百分比編碼電路26321，以及箝位參考訊號轉換器26322；其中相切剩餘編碼電路26321（例如但不限於類比數位轉換器）將例如但不限於Vm之與交流相切調光訊號之相切剩餘百分比相關之訊號轉換成為一相切剩餘百分比訊號（例如但不限於數位編碼），箝位參考訊號轉換器26322（例如但不限於數位類比轉換器）再將該相切剩餘百分比訊號轉換成為一箝位參考訊號VCL ；本實施例中，可藉由相切剩餘編碼電路26321或是箝位參考訊號轉換器26322之線性或非線性轉換，將相切剩餘百分比相關之訊號Vm線性或非線性地轉換為箝位參考訊號VCL 。
請參閱第10B, 10C圖，在一實施例中，箝位參考訊號VCL 藉由前述之非線性轉換而具有非線性之特性，進而使得如前述之箝位訊號Vclamp, COMP 及ILED 等亦具有非線性之特性，較佳為如第10B, 10C圖所示，相對於交流相切調光訊號之相切剩餘百分比為上凹漸增(concave up, increasing)曲線，可達成非線性適應性COMP箝位(Non-linear Adaptive COMP Clamping)調光模式；舉例而言，由於人眼對發光元件亮度之響應為非線性（舉例而言：在光線對人眼而言為高亮度的情況下，人眼對亮度的變化較不敏感），因此，非線性的輸出電流ILED 可使得使用者在調整調光電路（例如但不限於旋轉調光旋鈕而調整前述之相切調光電路22）時，人眼感覺到的亮度變化更為均勻。
綜合上述，本發明藉由箝位訊號Vclamp，以固定或適應性方式來線性或非線性地箝位誤差迴授訊號COMP，可藉此調整電流轉折點、增大可調光範圍、降低最小輸出電流、及/或調整調光時的變化斜率，這些都是先前技術所無的優點。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用；舉其中一例，偏移訊號VOFS 亦可以應用於其他固定、線性以及非線性箝位訊號之實施例中，使可調光範圍之設計更有彈性。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合。舉例而言，所示直接連接的電路元件間，可插置不影響電路主要功能的電路元件，如開關或電阻等；又例如，一訊號在電路內部進行處理或運算時，可能經過電壓電流轉換、電流電壓轉換、比例轉換、位準轉換等，因此，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行上述轉換後，根據轉換後的訊號進行處理或運算；又再如，前述之功率級電路，並不限於前述之返馳式功率級電路，還可為例如但不限於升降壓(buck-boost)或是降壓(buck)等功率級電路；又如，箝位參考訊號產生器還可包含一緩衝器，以增進箝位之性能；再舉一例，本發明除可應用於如前述實施例中之非定頻之準諧振(Quasi Resonant)控制模式之外，亦可應用於例如但不限於臨界導通模式(Critical conduction mode)及谷底切換(Valley Switching)等控制模式，此外，也可以應用於定頻系統，而操作訊號產生電路可包括頻率產生器；本發明也不限於應用操作在連續導通模式CCM或是DCM非連續導通模式下；又如，鋸齒波RAMP可為獨立之鋸齒波，或是相關於電感(或繞組)電流訊號。由此可知，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
1,2,3,4,5,6,7,8,9‧‧‧發光元件驅動電路
23‧‧‧整流電路
24‧‧‧功率級電路
25‧‧‧發光元件電路
26‧‧‧控制電路
261‧‧‧誤差迴授電路
262‧‧‧操作訊號產生電路
263‧‧‧箝位電路
2621‧‧‧PWM比較電路
2622‧‧‧邏輯驅動電路
2623‧‧‧訊號感測電路
2624‧‧‧零電流偵測電路
2631‧‧‧箝位器
2632‧‧‧箝位參考訊號產生器
26321‧‧‧相切剩餘編碼電路
26322‧‧‧箝位參考訊號轉換器
COMP,COMP’‧‧‧誤差迴授訊號
D1,D2,D3‧‧‧二極體
DZ‧‧‧齊納二極體
EA‧‧‧誤差放大電路
ILED,ILED’‧‧‧輸出電流
Iin‧‧‧交流相切調光電流
Imin,Imin’‧‧‧最小輸出電流
P0‧‧‧相切角度
P0’‧‧‧相切剩餘百分比
P1,P1’‧‧‧(電流轉折點對應的)相切剩餘百分比臨界值
PWM‧‧‧操作訊號
Q1‧‧‧功率開關
RAMP‧‧‧鋸齒波
VCL‧‧‧箝位參考訊號
Vclamp‧‧‧箝位訊號
VDD‧‧‧固定電壓
VFB‧‧‧相關於輸出訊號的回授訊號
Vin‧‧‧交流相切調光電壓
VLED‧‧‧輸出電壓
Vm‧‧‧整流相切調光訊號
VOFS‧‧‧偏移訊號
VREF‧‧‧調節參考訊號
節點A‧‧‧節點
第1圖顯示一種先前技術之發光元件驅動電路的示意圖。 第2A, 2B圖為對應於第1圖電路的訊號波形示意圖。 第3圖顯示本發明之發光元件驅動電路之一實施例方塊圖。 第4A圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一實施例。 第4B, 4C圖為對應於第4A圖電路的模擬曲線圖。 第5圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一實施例。 第6A, 6B圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一實施例及其更具體實施方式。 第7A圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一實施例。 第7B, 7C圖為對應於第7A圖電路的模擬曲線圖。 第8圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一實施例。 第9A圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一實施例。 第9B圖顯示本發明之發光元件驅動電路之另一實施例。 第10A圖顯示本發明之發光元件驅動電路，其中箝位參考訊號產生器之一實施例方塊圖。 第10B, 10C圖為對應於第10A圖電路的模擬曲線圖。
無
3‧‧‧發光元件驅動電路
23‧‧‧整流電路
24‧‧‧功率級電路
25‧‧‧發光元件電路
26‧‧‧控制電路
261‧‧‧誤差迴授電路
262‧‧‧操作訊號產生電路
263‧‧‧箝位電路
2621‧‧‧PWM比較電路
2622‧‧‧邏輯驅動電路
2623‧‧‧訊號感測電路
2624‧‧‧零電流偵測電路
2631‧‧‧箝位器
2632‧‧‧箝位參考訊號產生器
COMP‧‧‧誤差迴授訊號
EA‧‧‧誤差放大電路
ILED‧‧‧輸出電流
Iin‧‧‧交流相切調光電流
PWM‧‧‧操作訊號
Q1‧‧‧功率開關
RAMP‧‧‧鋸齒波
VCL‧‧‧箝位參考訊號
Vclamp‧‧‧箝位訊號
VFB‧‧‧相關於輸出訊號的回授訊號
Vin‧‧‧交流相切調光電壓
VLED‧‧‧輸出電壓
Vm‧‧‧整流相切調光訊號
VREF‧‧‧調節參考訊號
節點A‧‧‧節點

Claims (26)

  1. 一種控制電路，用以控制一發光元件驅動電路，其中該發光元件驅動電路，用以根據一整流相切調光訊號，以驅動一發光元件電路，其中該整流相切調光訊號為一相切後之半弦波，該發光元件驅動電路包含：一功率級電路，包括至少一功率開關，其與該整流電路耦接，用以根據一操作訊號而操作其中該功率開關，以將該整流相切調光訊號轉換為一輸出訊號，而驅動該發光元件電路，其中該輸出訊號包含一輸出電流；其中該控制電路，用以根據一相關於該輸出訊號的回授訊號，產生該操作訊號；該控制電路包含：一箝位電路(Clamping Circuit)，用以產生一箝位訊號；一誤差迴授電路(Error Feedback Circuit)，與該箝位電路耦接，用以根據該相關於該輸出訊號的回授訊號及該箝位訊號，產生一誤差迴授訊號；以及一操作訊號產生電路，與該誤差迴授電路耦接，用以根據該誤差迴授訊號之位準，產生該操作訊號；其中該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準不大於該箝位訊號，使得在該交流相切調光訊號之一相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比時，該輸出電流不大於一預設之箝位電流值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中該箝位訊號為一固定值、或是一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動值，且該預設之箝位電流值為一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動電流值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之控制電路，其中該箝位電路包括：一箝位器，其一端耦接於一固定電位，另一端與該誤差迴授電路耦接，以提供該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之控制電路，其中該箝位器包括一齊納二極體，該齊納二極體之反向端提供該箝位訊號，該齊納二極體之順向端耦接於該固定電位。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之控制電路，其中該箝位電路包括：一箝位參考訊號產生器，用以產生一箝位參考訊號；以及一箝位器，與該箝位參考訊號產生器及該誤差迴授電路耦接，用以根據該箝位參考訊號而產生該箝位訊號，以限制該誤差迴授訊號的上限位準。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之控制電路，其中該箝位參考訊號產生器，根據一固定電壓源或該固定電壓源之分壓以產生該箝位參考訊號，使得該箝位訊號為該固定值。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之控制電路，其中該箝位參考訊號產生器根據該整流相切調光訊號產生該箝位參考訊號，使得該箝位訊號為該隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之控制電路，其中該箝位參考訊號產生器包括：一相切剩餘編碼電路，用以根據該整流相切調光訊號或該整流相切調光訊號之分壓產生一相切剩餘百分比編碼；以及一箝位參考訊號轉換器，用以根據該相切剩餘百分比編碼產生該箝位參考訊號。
  9. 如申請專利範圍第3、5項至第8項中任一項所述之控制電路，其中該箝位器包括一箝位二極體，該箝位二極體之順向端與該誤差迴授電路耦接，以提供該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準，該箝位二極體之反向端與該箝位參考訊號產生器耦接。
  10. 如申請專利範圍第3、5項至第8項中任一項所述之控制電路，其中該箝位電路更以一偏移訊號修正調整該箝位訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之控制電路，其中該箝位電路包括至少一偏移二極體，與該箝位參考訊號產生器及該箝位器耦接，用以產生該偏移訊號。
  12. 一種發光元件驅動電路，用以根據一整流相切調光訊號，以驅動一發光元件電路，其中該整流相切調光訊號為一相切後之半弦波，該發光元件驅動電路包含：一功率級電路，包括至少一功率開關，其與該整流電路耦接，用以根據一操作訊號而操作其中該功率開關，以將該整流相切調光訊號轉換為一輸出訊號，而驅動該發光元件電路，其中該輸出訊號包含一輸出電流；以及一控制電路，用以根據一相關於該輸出訊號的回授訊號，產生該操作訊號，該控制電路包括：一箝位電路(Clamping Circuit)，用以產生一箝位訊號；一誤差迴授電路(Error Feedback Circuit)，與該箝位電路耦接，用以根據該相關於該輸出訊號的回授訊號及該箝位訊號，產生一誤差迴授訊號；以及一操作訊號產生電路，與該誤差迴授電路耦接，用以根據該誤差迴授訊號之位準，產生該操作訊號； 其中該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準，使得在該交流相切調光訊號之一相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比時，該輸出電流不大於一預設之箝位電流值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位訊號為一固定值、或是一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動值，且該預設之箝位電流值為一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動電流值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位電路包括：一箝位器，其一端耦接於一固定電位，另一端與該誤差迴授電路耦接，以提供該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位器包括一齊納二極體，該齊納二極體之反向端提供該箝位訊號，該齊納二極體之順向端耦接於該固定電位。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位電路包括：一箝位參考訊號產生器，用以產生一箝位參考訊號；以及一箝位器，與該箝位參考訊號產生器及該誤差迴授電路耦接，用以根據該箝位參考訊號而產生該箝位訊號，以限制該誤差迴授訊號的上限位準。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位參考訊號產生器，根據一固定電壓源或該固定電壓源之分壓以產生該箝位參考訊號，使得該箝位訊號為該固定值。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位參考訊號產生器根據該整流相切調光訊號產生該箝位參考訊號，使得該箝位訊號為該隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動值。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位參考訊號產生器包括：一相切剩餘編碼電路，用以根據該整流相切調光訊號或該整流相切調光訊號之分壓產生一相切剩餘百分比編碼；以及一箝位參考訊號轉換器，用以根據該相切剩餘百分比編碼產生該箝位參考訊號。
  20. 如申請專利範圍第14、16項至第19項中任一項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位器包括一箝位二極體，該箝位二極體之順向端與該誤差迴授電路耦接，以提供該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準，該箝位二極體之反向端與該箝位參考訊號產生器耦接。
  21. 如申請專利範圍第13、16項至第19項中任一項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位電路更以一偏移訊號修正調整該箝位訊號。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之發光元件驅動電路，其中該箝位電路包括至少一偏移二極體，與該箝位參考訊號產生器及該箝位器耦接，用以產生該偏移訊號。
  23. 一種控制一發光元件驅動電路之方法，其中該發光元件驅動電路，用以根據一整流相切調光訊號，以驅動一發光元件電路，其中該整流相切調光訊號為一相切後之半弦波，該發光元件驅動電路包含：一功率級電路，包括至少一功率開關，其與該整流電路耦接，用以根據一操作訊號而操作其中該功率開關，以將該整流相切調光訊號轉換為一輸出訊號，而驅動該發光元件電路，其中該輸出訊號包含一輸出電流；該控制方法包含： 根據一相關於該輸出訊號的回授訊號，產生一操作訊號；以及根據該操作訊號而操作該功率開關；其中該產生該操作訊號之步驟包括：產生一箝位訊號；根據該相關於該輸出訊號的回授訊號及該箝位訊號，產生一誤差迴授訊號；以及根據該誤差迴授訊號之位準，產生該操作訊號；其中該箝位訊號限制該誤差迴授訊號的上限位準，使得在該交流相切調光訊號之一相切剩餘百分比小於一預設之相切剩餘百分比時，該輸出電流不大於一預設之箝位電流值。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之控制一發光元件驅動電路之方法，其中該箝位訊號為一固定值、或是一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動值，且該預設之箝位電流值為一隨該相切剩餘百分比遞減而線性或非線性遞減之變動電流值。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之控制一發光元件驅動電路之方法，其中該產生該箝位訊號之步驟包括：根據該整流相切調光訊號產生一相切剩餘百分比編碼；以及以隨該相切剩餘百分比線性或非線性編碼產生該箝位訊號。
  26. 如申請專利範圍第24項至第25項任一項所述之控制一發光元件驅動電路之方法，其中該產生該操作訊號之步驟更包括產生一偏移訊號，並以該偏移訊號修正調整該箝位訊號。
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