TWM446475U

TWM446475U - 使用電容串並降壓的線性ｌｅｄ驅動電路

Info

Publication number: TWM446475U
Application number: TW101216478U
Authority: TW
Inventors: zheng-hong Pan; peng-fei Yu
Original assignee: Luxul Technology Inc
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2013-02-01

Description

使用電容串並降壓的線性LED驅動電路

本創作係為一種線性LED驅動電路，尤指一種使用電容串並降壓的線性LED驅動電路。

發光二極體(LED；Light Emitting Diode)係為目前市面上常見的照明用具，相較於傳統白熾燈泡更具有高發光效率、低耗電以及低污染的特性；然而，由於發光二極體本身僅能單向導通，因此難予使用在目前被廣泛使用的交流電；為此，業界便研發出一種線性LED驅動電路；請參照圖8所示，該線性LED驅動電路係包含有：一整流單元50，係連接至一交流電源AC/IN，並將上述交流電源AC/IN轉換為一脈動直流電源；一LED單元51，係串接該整流單元50，並包含有複數個LED光源；及一定電流控制器52，係串接該LED單元51，並構成一電源迴路；其中該定電流控制器52係令流經該LED單元51的電流固定為一定值。

由上述結構可知，既有的線性LED驅動電路係以其整流單元50將上述交流電源AC/IN轉換為脈動直流電源後，透過該定電流控制器52固定流經該LED單元51的電流，以令該LED單元51穩定發亮。

此外，在歐洲各國均有規定外露於電路殼體外的電子元件其驅動電壓係不能超過48伏特的電壓安規；目的是為了避免使用者在使用電器相關產品時，因不小心接觸外露於電路殼體外的電子元件而導致觸電的情事發生；因此在既有的交流LED驅動電路中便令外露於電路殼體外的LED單元51使用對人體較無直接影響的48伏特電壓。故既有的交流LED驅動電路係於該整流單元50與該交流電源AC/IN之間串接一變壓器，並且透過該變壓器的降壓使LED燈二端電壓符合電壓安規。

再者，因目前世界各國或地區所採用的交流電源AC/IN其電壓值具有高低不同的區別，也可透過使用不同的變壓器，將不同交流電源AC/IN的不同電壓轉換並輸出固定直流電壓，使交流LED驅動電路能夠正常使用。因此，交流LED驅動電路製造商就必須準備不同電壓的交流電源AC/IN用的交流LED驅動電路，加上其使用變壓器進行降壓，而變壓器體積較一般電子元件尺寸為大，而造成製造商的倉儲壓力；相對地，消費者於購買時亦必須確認所買交流LED驅動電路符合家用市電電壓規格，當買到低壓段的交流LED驅動電路插設至高壓段交流電源，則造成毁損。

有鑑於上述既有的線性LED驅動電路的技術缺失；故本創作主要目的係提供一種使用電容串並降壓的線性LED驅動電路。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該使用電容串並降壓的線性LED驅動電路，其包含有：一整流單元，係連接至一交流電源，並將上述交流電源轉換為一脈動直流電源；一LED單元，係串接該整流單元，並包含有複數個LED光源；一定電流控制器，係串接至該LED單元及一接地端之間，並構成一電源迴路；其中該定電流控制器係令流經該LED單元的電流固定為一定值；一第一串並式分壓器，係連接至該整流單元與該LED單元之間，且具有串聯模式及並聯模式，並包含有一分壓電容；其中該串聯模式係令該分壓電容串接於該整流單元與該LED單元之間，而該並聯模式則令該分壓電容並聯至該LED單元與該接地端之間；及一分壓控制器，係內建有一電壓安規值，並連接至該整流單元及該第一串並式分壓器；其中該分壓控制器係偵測該整流單元所輸出之脈動直流電源的電壓值；且當上述脈動直流電源的電壓值超過該電壓安規值係控制該第一串並式分壓器為串聯模式；反之，則控制該第一串並式分壓器為並聯模式。

由於本創作係於該整流單元與該LED單元之間連接有該第一串並式分壓器，並由該分壓控制器控制該第一串並式分壓器其分壓電容係串聯至該LED單元或並聯於該LED單元與該定電流控制器；因此，當上述脈動直流電源的電壓值超過該電壓安規值時，由於該分壓電容係串接至該LED單元，因此高於電壓安規值的電壓係會降壓於該第一串並式分壓器其分壓電容上，以確保該LED單元及該定電流控制器之二端其平均電壓為固定；是以，本創作採用第一串並式分壓器取代笨重變壓器，並能確保LED驅動電路符合安規，進而保護使用者安全。

此外，本創作次一目的係提供一種適用於各種電壓範圍的線性LED驅動電路；其所使用的主要技術手段係令上述使用電容串並降壓的線性LED驅動電路，進一步包含有：至少一第二串並式分壓器，係連接於該整流單元與該第一串並式分壓器之間，且具有串聯模式及並聯模式，並包含有一分壓電容；其中該串聯模式係令該分壓電容串接於該整流單元與該第一串並式分壓器之間，而該並聯模式則令該分壓電容並聯至該LED單元與該接地端之間；再者，該分壓控制器連接至該至少一第二串並式分壓器，且對應內建有至少一不小於該電壓安規值之電壓切換值，其中該至少一電壓切換值係對應不同的交流電源其電壓值；並且，當上述脈動直流電源的電壓值超過該至少一電壓切換值時，該分壓控制器係控制所對應的第二串並式分壓器為串聯模式；反之，則為並聯模式。

由上述結構可知，本創作係透過該第一串並式分壓器與該第二串並式分壓器的串聯模式或並聯模式，進一步增加上述分壓電容的串接數量；使得本創作能夠進一步適用在較高的交流電源的情況；因此，當上述脈動直流電源的電壓值同時超過該電壓安規值及電壓切換值時，係直接令該第一串並式分壓器與該第二串並式分壓器其分壓電容均串接至該LED單元，並且將高於電壓安規值及電壓切換值的電壓係降壓於該第一串並式分壓器與該第二串並式分壓器其分壓電容上，以確保該LED單元及該定電流控制器之二端其平均電壓為固定。

請參照圖1所示，係為本創作使用電容串並降壓的線性LED驅動電路之第一實施例，其包含有一整流單元10、一LED單元11、一定電流控制器12、一第一串並式分壓器20及一分壓控制器30，其中：

上述整流單元10係連接至一交流電源AC/IN，並將上述交流電源AC/IN轉換為一脈動直流電源；於本實施例中，該整流單元10係為一全波整流器。

上述LED單元11係串接該整流單元10，並包含有複數個LED光源。

上述定電流控制器12係串接該LED單元11，並構成一電源迴路；其中該定電流控制器12係令流經該LED單元11的電流固定為一定值；於本實施例中，該定電流控制器12係包含有一壓控電晶體13、一串接該壓控電晶體13之電流偵測單元14以及一電連接至該壓控電晶體13和該電流偵測單元14之穩流控制單元15；其中該壓控電晶體13與該電流偵測單元14係串接至該LED單元11，並構成一電源迴路：且該電流偵測單元14係偵測流經該電源迴路的電流，並透過一低通濾波器16將所偵測到的電流信號傳送至該穩流控制單元15；又該穩流控制單元15係依據上述電流信號透過該壓控電晶體13回授控制流經該電源迴路的電流，使得該電源迴路的電流驅近穩定。

上述第一串並式分壓器20係連接至該整流單元10與該LED單元11之間，且具有串聯模式及並聯模式，並包含有一分壓電容21；其中該串聯模式係令該分壓電容21串接於該整流單元10與該LED單元11之間，而該並聯模式則令該分壓電容21並聯至該LED單元11與該接地端之間；於本實施例中，該分壓電容21係具有正端以及負端；又該第一串並式分壓器20，係進一步包含有：一控制二極體23，係串接至該分壓電容21，且包含有一陽極和一陰極；其中該控制二極體23的陽極係連接至該分壓電容21的負端；一第一選擇開關24，其一端係連接至其一端係連接至該分壓電容21的正端，而另一端則連接至該LED單元11；及一第二選擇開關25，其一端係連接至該分壓電容21與該控制二極體23之間的串聯節點，而另一端係連接至一接地端；請參照圖2所示，係為本創作較佳的第一實施例，其中該第二選擇開關25，於本實施例中，係為一開關二極體22，且其陰極係連接至該分壓電容21於該控制二極體23之間的串聯節點，又其陽極係連接至一接地端。

上述分壓控制器30係內建有一電壓安規值V_set ，並連接至該整流單元10及該第一串並式分壓器20；其中該分壓控制器30係偵測該整流單元10所輸出之脈動直流電源的電壓值V_dc ；且當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 超過該電壓安規值V_set 係控制該第一串並式分壓器20為串聯模式；反之，則控制該第一串並式分壓器為20並聯模式；於本實施例中，該分壓控制器30係連接至該第一選擇開關24及該第二選擇開關25，且當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 大於電壓安規值V_set 時，控制該第一選擇開關24和該第二選擇開關25均呈現截止狀態，反之則呈現導通狀態。

此外必須強調的是，有別於傳統的交換式電容降壓(Switch Cap DC/DC Converter)方式，上述第一選擇開關24與第二選擇開關25的控制是由內部所設定的電壓安規值V_set 所決定；其導通或關閉的頻率與輸入交流電的頻率一致。所以不會產生不同步的電波干擾。也不需要高速的系統的時脈(Clock)來決定該第一選擇開關24與該第二選擇開關25的導通或關閉。

請參照圖2及圖3所示，係為本創作應用在上述交流電源AC/IN其有效值為110伏特，且該電壓安規值V_set 為48伏特的情況；其中當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 大於該電壓安規值V_set 時，該分壓控制器30係令上述第一選擇開關24為截止狀態，且由於作為該第二選擇開關25的開關二極體此時係為逆向偏壓，因此其狀態係同上述第一選擇開關24呈現截止狀態，藉此令該分壓電容21串接於該整流單元10與該LED單元11之間，進而達到分壓的效果，並且同時對該分壓電容21進行充電。

反之當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 不大於該電壓安規值V_set 時，係令上述第一選擇開關24呈現導通狀態，且同時由於作為該第二選擇開關25的開關二極體22此時係為順向偏壓，因此其狀態係同上述第一選擇開關24呈現導通狀態，藉此令該分壓電容21並聯該LED單元11與該接地端之間；此時，該分壓電容21係會直接對該LED單元11及該定電流控制器12進行放電，藉此穩定該LED單元11與該接地端之間上的電壓。

由上述結構可知，本創作係透過該分壓控制器30偵測該整流單元10所輸出之脈動直流電源的電壓值V_dc ，進而決定該第一串並式分壓器20其分壓電容21係串聯至該LED單元11，亦或並聯於該LED單元11與該定電流控制器12；藉此，使高於電壓安規值V_set 的電壓會降壓於該第一串並式分壓器20其分壓電容21上，以確保該LED單元11及該定電流控制器12之二端其平均電壓固定為48伏特，即為上述之電壓安規值V_set ；再者，若該分壓電容21在該第一串並式分壓器20進入並聯模式前即已蓄電，則該分壓控制器30於控制該第一串並式分壓器20在並聯模式下，使該分壓電容並聯於該LED單元11與該接地端之間時；該分壓電容21係會立即地對該LED單元11與該定電流控制器12進行放電，藉以使流經該LED單元11上的電流趨近於穩定。

請參照圖4所示，係為本創作第二實施例，與前述第一實施例的不同點，係令上述使用電容串並降壓的線性LED驅動電路，進一步包含有：至少一第二串並式分壓器40，係連接於該整流單元10與該第一串並式分壓器20之間，且具有串聯模式及並聯模式，並包含有一分壓電容41；其中該串聯模式係令該分壓電容41串接於該整流單元10與該第一串並式分壓器20之間，而該並聯模式則令該分壓電容41並聯至該LED單元11與該接地端之間；再者，該分壓控制器30係連接至該至少一第二串並式分壓器40，且分別對應內建有至少一不小於該電壓安規值V_set 之電壓切換值V_sw ，其中該至少一電壓切換值V_sw 係對應不同的交流電源AC/IN其電壓值；並且，當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 超過該至少一電壓切換值V_sw 時，該分壓控制器30係控制所對應的第二串並式分壓器40為串聯模式；反之，則為並聯模式；於本實施例中，該分壓電容41係具有正端以及負端；且該至少一第二串並式分壓器40，係包含有：一控制二極體43，係串接至該分壓電容41，且包含有一陽極和一陰極；其中該控制二極體43的陽極係連接至該分壓電容41的負端；一第一選擇開關44，其一端係連接至該分壓電容41的正端，而另一端則連接至該LED單元11；且該分壓控制器30係連接至該第一選擇開關44；其中當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 大於該電壓切換值V_sw 時，該分壓控制器30係控制該第一選擇開關44呈現截止狀態，反之則呈現導通狀態；及一第二選擇開關45，其一端係連接至該分壓電容41與該控制二極體43之間的串聯節點，而另一端係連接至一接地端；且該分壓控制器30係連接至該第二選擇開關45；其中當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 大於該電壓切換值V_sw 時，該分壓控制器30係控制該第二選擇開關45呈現截止狀態，反之則呈現導通狀態；此外，於本實施例中，該第二選擇開關45係為一開關二極體42，且其陰極係連接至該分壓電容41於該控制二極體43之間的串聯節點，又其陽極係連接至一接地端。

請參照圖5所示，係為本創作第二實施例應用在上述交流電源AC/IN其有效值為160伏特，且該電壓安規值V_set 與該電壓切換值V_sw 均為48伏特的情況；其中當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 同時大於該電壓安規值V_set 與該電壓切換值V_sw 時，該分壓控制器30係令該第一串並式分壓器20與上述第二串並式分壓器40其上述第一選擇開關24均為截止狀態，且由於此時作為上述第一串並式分壓器20與上述第二串並式分壓器40其第二選擇開關25、45的開關二極體22、42此時係為逆向偏壓，因此其狀態係同上述第一選擇開關24、44呈現截止狀態，藉此令該分壓電容41串接於該整流單元10與該LED單元11之間，進而達到分壓的效果，並且同時對上述第一串並式分壓器20與上述第二串並式分壓器40其分壓電容21、41進行充電；反之則令上述第一串並式分壓器20與上述第二串並式分壓器40其分壓電容21、41同時對該LED單元11進行放電。

請參照圖6所示，係為本創作第二實施例應用在上述交流電源AC/IN其有效值為160伏特，且該電壓安規值V_set 為48伏特，而該電壓切換值V_sw 為96伏特的情況；當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 大於該電壓安規值V_set 時，係令上述第一串並式分壓器20的第一選擇開關24截止，且同時令該第二串並式分壓器40的第一選擇開關44導通，此時上述脈動直流電源的電流I_dc 係流經該第一串並式分壓器20的分壓電容21，而不流經該第二串並式分壓器40的分壓電容41；又當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 大於該電壓切換值 V_sw 時，係令上述第一串並式分壓器20與第二串並式分壓器40的第一選擇開關均為24、44截止，此時上述脈動直流電源的電流I_dc 係同時流經上述第一串並式分壓器20與第二串並式分壓器40的分壓電容21、41；反之則當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 下降至該電壓安規值V_set 與該電壓切換值V_sw 之間時，係令該第二串並式分壓器40其分壓電容41並聯於該LED單元11與該接地端之間並進行放電；又當上述脈動直流電源的電壓值V_dc 係低於至該電壓安規值V_set 與該電壓切換值V_sw 時，係令該第一串並式分壓器20該第二串並式分壓器40其分壓電容21、41並聯於該LED單元11與該接地端之間並進行放電。

經由上述說明可知，本創作第二實施例，係可隨著上述脈動直流電源其電壓V_dc 的變換，選擇性地分別令上述第一選擇開關24、44先後導通或截止；藉此調控並穩定該LED單元11與該接地端之間上的電壓。

請參照圖7所示，係為本創作第三實施例，其結構大致與第二實施例相同；惟，其不同處係在於該整流單元10與該第一串並式分壓器20之間係串接有複數個第二串並式分壓器40；又經由上述說明可知，由於本創作係透過控制上述各個分壓電容21、41的串聯以及並聯，將該脈動直流電源其電壓值V_dc 降壓，使該LED單元11與該接地端之間的電壓均穩定的固定至該電壓安規值V_set 左右，因此當本創作的第三實施例係串接有複數個第二串並式分壓器40時，可進一步讓本創作適用於更高電壓的交流電源AC/IN。

綜合以上所述，本創作係透過上述第一選擇開關24、 44的切換，令上述分壓電容21、41串聯於該整流單元10與該LED單元11之間，使該LED單元11與該接地端之間的電壓不隨該脈動直流電源其電壓值V_dc 上升而與之上升；或是令上述分壓電容21、41並聯於該LED單元11與該接地端之間，進而使該LED單元11與該接地端之間的電壓透過上述分壓電容21、41的放電而趨於穩定；因此，本創作確實能夠取代傳統笨重變壓器，並能確保LED驅動電路符合安規，又能夠符合各種市電電壓規格。

10‧‧‧整流單元

11‧‧‧LED單元

12‧‧‧定電流控制器

13‧‧‧壓控電晶體

14‧‧‧電流偵測單元

15‧‧‧穩流控制單元

16‧‧‧低通濾波器

20‧‧‧第一串並式分壓器

21‧‧‧分壓電容

22‧‧‧開關二極體

23‧‧‧控制二極體

24‧‧‧第一選擇開關

25‧‧‧第二選擇開關

30‧‧‧分壓控制器

40‧‧‧第二串並式分壓器

41‧‧‧分壓電容

42‧‧‧開關二極體

43‧‧‧控制二極體

44‧‧‧第一選擇開關

45‧‧‧第二選擇開關

50‧‧‧整流單元

51‧‧‧LED單元

52‧‧‧定電流控制器

圖1：本創作使用電容串並降壓的線性LED驅動電路之電路示意圖。

圖2：本創作較佳的第一實施例之電路圖。

圖3：本創作第一實施例之波型圖。

圖4：本創作採用開關二極體之較佳的第二實施例之電路圖。

圖5：本創作較佳的第二實施例之波型圖。

圖6：本創作較佳的第二實施例分段操作之波型圖。

圖7：本創作較佳的第三實施例之電路圖。

圖8：既有的交流LED驅動電路之電路圖。