專利名稱：交流led驅動電路的制作方法
交流LED驅動電路技術領域
本發(fā)明是一種LED驅動電路，特別是指交流LED驅動電路。
背景技術：
因為發(fā)光二極管(LED)具有高發(fā)光效率及省電的特性，目前許多燈具的發(fā)光源已由發(fā)光二極管取代。
相較于傳統(tǒng)的白幟燈泡，發(fā)光二極管為單向導通的元件，加上發(fā)光二極管為直流電壓所驅動發(fā)光，因此若要將發(fā)光二極管應用在交流市電，一般直接的思維會如圖6所示，在交流市電(AC/IN)與LED單元20之間電連接一整流器21與一直流轉換器(DC-DC converter) 22 ;意即，先由整流器21將交流市電轉換為全波直流電源之后，由該直流轉換器22將全波直流電源的電壓訊號轉換為穩(wěn)定直流電壓訊號V。，以定電壓方式直接驅動LED 單元20發(fā)光。
而上述定電壓驅動電路所采用的直流轉換器又可概分二種，如圖7所示為一種線性直流轉換器22 ’，并用以將輸入電壓Vi予以降壓后穩(wěn)定輸出電壓V。，其主要包含一穩(wěn)壓元件220’、一電壓檢測單元221’及一穩(wěn)壓控制單元222’ ；其中該穩(wěn)壓元件220’與電壓檢測單元221’串接于該整流器21與LED單元20之間以構成一電源回路，該穩(wěn)壓控制單元222’ 是與該穩(wěn)壓元件220’與該電壓檢測單元221’連接。該電壓檢測單元221’可將輸出電壓 V。耦合到穩(wěn)壓控制單元222’，由于該穩(wěn)壓控制單元222’尚連接有一參考電壓Vref，故可判斷參考電壓與輸出電壓V。之間的電壓高低；當判斷輸出電壓V。大于參考電壓VMf，代表輸出電壓V。過大,則控制調高阻值以降低輸出電壓V。,反之,若輸出電壓V。小于參考電壓 Vref,則控制提高輸出電壓V。，由此控制輸出至LED單元20的輸出電壓V。維持定值。
此一作法主要利用電阻性的穩(wěn)壓元件220’，實現降壓的目的，但卻也將部份輸入電源的電能轉換成熱能，由電源轉換效率(Efficiency)的計算公式E = P0ZPi = (V0I0)/ (ViIi)得知，假設I。= Ii,電源轉換效率可直接由輸出電壓及輸入電壓的比值得知E = V0/ Vi,端視該線性直流轉換器22’所欲輸出電壓的電壓V。值決定電源轉換效率的高低；簡言之，若驅動LED單元的電壓值愈低則電源轉換效率愈差；因此，這種線性直流轉換器的電源轉換效率是不理想的。
為改善電源轉換效率，可采用另一種隔離交換式的電源轉換器，請參考圖8所示， 其主要包含有一變壓器(T)，其一次側通過一主動開關(MOSFET) 30及一儲能電容C連接至整流器21的輸出端，其二次側電連接一輸出電感32與一輸出電容33 ;其中該主動開關30 的控制端是由一 PWM控制器35控制，且該PWM控制器35是通過一隔離回饋電路34連接至該二次側的輸出電容33,以取得輸出電壓V。大小，依據輸出電壓V。大小及一參考電壓Vraf 差值，調整控制主動開關30訊號的脈沖寬度,而可穩(wěn)定輸出電壓V。為一定值；由于此一電源轉換器主要以變壓器(T)實現降壓目的，再配合PWM控制器35維持輸出電壓V。的穩(wěn)定， 而非采用電阻性穩(wěn)壓元件，電源轉換效率能有效提升；然而，此電源轉換器卻必須使用儲能電容C、輸出電感32、輸出電容33等高頻電容，當交流電源輸入時會產生虛功，導致功率因數(Power factor)低落，故此類電源轉換器為提升功率因數，必須在前級電路額外設置一功率因數校正器37以提升功率因數；但是，如此一來，即使得整體電路變得復雜且尺寸更大，無法應用于如小型交流LED燈泡。
雖然通過隔離交換式轉換器可有效改善電源轉換效率與功率因數，但是其由變壓器(T)、輸出電感32、輸出電容33、儲能電容C及功率因數校正器37等電子元件構成，其所使用的電子元件多且雜，導致欲構成一轉換器需支出更高的成本，尤其輸出電感32與輸出電容33是使用大容量，而無法滿足轉換器體積小型化的需求；此外，輸出電感32與變壓器 (T)動作時會在其附近區(qū)域產生磁場，是難以避免電磁干擾(EMI)的情況。
一般LED單元常見驅動電路誠如前揭內容，主要配合LED元件直流電壓驅動特性， 將交流電源轉換為穩(wěn)定直流電壓予LED單元進行點亮；如此即因不同電源電路架構產生上述技術上缺點；因此，另一種定電流驅動方式驅動LED單元亦被提出；請參考圖9所示，尚有一種低壓降線性穩(wěn)壓(LDO)電路4被應用在直流LED裝置，是由一 LED單元40、一壓控晶體管41及一分壓電路42構成一電源回路，再由一比較器43控制該壓控晶體管41控制端電壓，其中該比較器43是依據分壓電路42反應電源回路的直流電流的電壓，配合一參考電壓V,ef進行比較后，調整輸出至壓控晶體管41控制端的電壓大小，從而調整壓控晶體管41 的導通電流Ids (即電源回路的電流)，同樣使得LED單元40穩(wěn)定發(fā)光。
上述低壓降線性穩(wěn)壓電路4所采元件均為直流低壓元件，因此僅能應用于直流 LED裝置中，無法適用于交流LED裝置，除非在LED單元40前級再串接一整流器44與如前揭示的電源轉換器，然而如一來則難以避免如前揭示電源轉換器的技術缺陷。
綜上所述，目前定電壓及定電流驅動應用于交流LED裝置均有其技術缺陷，有待提出更佳的解決方案。發(fā)明內容
因此本發(fā)明的主要目的是提供一種不采用大電感器、大電容器等電子元件，且能實現高效能交流LED驅動電路，令發(fā)光二極管穩(wěn)定發(fā)光。
為達前揭目的，本發(fā)明所采用的技術手段是提供一種交流LED驅動電路，其包含有
一整流單元，其輸入端連接一交流電源并將交流電源轉換為一直流弦波電源，并由其輸出端輸出；
一 LED單元，是包含多個LED光源，并電連接至該整流單元以構成一電源回路；
一壓控晶體管，是串接于該電源回路中且具有一控制端，以調整電源回路的平均電流大?。?br> 一電流檢測單元，是串接于該電源回路中，以反應流經該LED單元的直流弦波后所轉變成的方波電壓訊號；
一低頻濾波器，是電連接該電流檢測單元，根據方波電壓訊號而輸出一平均電壓訊號；
一穩(wěn)流控制單元，其一輸入端電連接該低頻濾波器以接收平均電壓訊號，而另一輸入端則連接至一參考電壓，又其輸出端是連接至該壓控晶體管的控制端；其中該穩(wěn)流控制單元經比較該平均電壓訊號及參考電壓大小，并依據比較結果輸出控制訊號予該壓控晶體管，令電源回路維持穩(wěn)定的平均電流。
因本發(fā)明中的LED單元是直接接收整流單元輸出的直流弦波電壓而被驅動發(fā)光， 并非采用直流電壓驅動，無須另外設置直流轉換器，且通過低頻濾波器的設置，是即時地檢測代表電源回路電流的方波電壓訊號并對應輸出平均電壓訊號，再交由穩(wěn)流控制單元進行判斷與控制，使壓控晶體管對應調整電源回路的平均電流大小，以供LED單元可穩(wěn)定發(fā)光。
本發(fā)明是由交流電源直接驅動，不需使用任何變壓器、大電容器與大電感器等電子元件，故不會有功率因數低落的問題，而不須額外設置功率因數校正器，是大幅減少本發(fā)明所使用的電子元件及體積，滿足交流LED驅動電路小型化的需求。


圖I為本發(fā)明的較佳實施例電路示意圖。
圖2 圖3為發(fā)光二極管連接示意圖。
圖4為金氧半場效晶體管電流波形示意圖。
圖5A為圖I的整流單元輸出電壓波形示意圖。
圖5B為圖I的電阻端電壓波形示意圖。
圖6為由交流市電驅動LED單元發(fā)光的電路方塊圖。
圖7為現有線性直流-直流轉換器電路示意圖。
圖8為現有隔離交換式的轉換器電路示意圖。
圖9為現有低壓降線性穩(wěn)壓電路示意圖。
附圖標記說明10_整流單元；11_LED單元；12_壓控晶體管；13_電流檢測單元；14-低頻濾波器；15-穩(wěn)流控制單元；131-電阻；20-LED單元；21_整流器；22_直流轉換器； 22’ -線性直流轉換器；220’ -穩(wěn)壓元件；221’ -電壓檢測單元；222’ -穩(wěn)壓控制單元；T_變壓器；C_儲能電容；30_主動開關；32_輸出電感；33_輸出電容；34_回饋電路；35_PWM控制器；37_功率因數校正器；40-LED單元；41_壓控晶體管；42_分壓電路；420_電阻；43_比較器；44-整流器。
具體實施方式
請參考圖I所示,是本發(fā)明的較佳實例,本發(fā)明包含有一整流單元10、一 LED單元11、一壓控晶體管12、一電流檢測單元13、一低頻濾波器14以及一穩(wěn)流控制單元15。
該整流單元10具有一輸入端與一輸出端，其輸入端連接交流電源，并將交流電源轉換為一直流弦波電源后由其輸出端輸出；該整流單元10可為全波整流器或半波整流器， 本實施例中是一全波整流器，用以輸出一全波直流電源；亦或可為一半波整流器。
該LED單元11包含多個LED光源，并連接至該直流弦波電源以構成一電源回路； 請參考圖2與圖3所示的LED光源示意圖，多個LED光源可串接成多個LED燈串，再相互并聯(lián)，其中亦可依設計的驅動電壓，調整LED燈串的LED光源數量；如圖2所示，若以單一 LED 光源的順向導通電壓為3. 3V舉例說明，若一 LED單元11包含有六個彼此并聯(lián)的LED燈串， 每一 LED燈串包含十個LED光源，故須施加驅動電壓33V以點亮該LED燈串；請參考圖3所示的另一連接方式，是包含兩個彼此并聯(lián)的LED燈串，每一 LED燈串包含三十個LED光源， 故須施加驅動電壓99V以點亮該LED燈串。相較起來，欲達相同的發(fā)光亮度，并參照前揭簡化的電源轉換效率的計算公式E = VyVi,因后者的驅動電壓需要較高，故后者可提升LED驅動電路整體的電源轉換效率。
該壓控晶體管12是串接于該LED單元11及整流單元10構成的電源回路中，且具一控制端，該壓控晶體管12用于調整電源回路的電流大??；壓控晶體管12可為金氧半場效晶體管(MOSFET)、結型場效晶體管(JFET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等；在本實施例中，該壓控晶體管12系一金氧半場效晶體管(MOSFET)，其是利用漏極(Drain)及源極 (Source)串接在該電源回路中，且由柵極(Gate)作為該控制端。請參考圖4所示，將金氧半場效晶體管(MOSFET)操作在飽和區(qū)，且通過控制柵極(Gate)與源極(Drain)之間的電壓Ves大小，即可調整通過漏極(Drain)與源極(Source)的電流Ids大小。
該電流檢測單元13是串接于該LED單元11及整流單元10構成的電源回路中，請參考圖I所示，該電流檢測單元13可為一電阻131或由電阻構成的分壓電路；請對照圖5A 所示整流單元10輸出電壓V1波形與圖5B所示電阻131端電壓V2波形，整流單元10輸出的全波電壓波形通過LED單元11后形成方波電流訊號，而通過電阻131的端電壓V2即可以電壓形式反應出此方波電流訊號，即可由電阻131上取得反應電源回路的電流訊號的方波電壓訊號。
該低頻濾波器14是電連接該電流檢測單元13，其中該低頻濾波器14可為數字濾波器或為由電容、電感構成的模擬濾波器；該低頻濾波器14接收該方波電壓訊號，本實施例中該數字低頻濾波器14為一降頻Sinc濾波器(Downsampled Sinc Filter),是將接收的方波電壓訊號經過取樣(over sampling)及訊號轉換后即時輸出一平均電壓訊號，以反應電源回路上的平均電流訊號，再由一輸出端輸出該平均電壓訊號。
該穩(wěn)流控制單元15的一輸入端電連接該低頻濾波器14以接收平均電壓訊號，而另一輸入端則連接至一對應電源回路所欲穩(wěn)定的平均電流值的參考電壓VMf，又其一輸出端電連接至該壓控晶體管12的控制端以對該控制端輸出控制訊號。
由此，該穩(wěn)流控制單元15可進行比較所接收的平均電壓訊號及該參考電壓Vref的電壓差值，對應調整輸出到壓控晶體管12的控制訊號；若該平均電壓訊號大于該參考電壓 VMf，代表通過LED單元11的平均電流相對較大，則輸出一控制訊號至該壓控晶體管12以降低柵極與源極間的電壓Vffi，而令壓控晶體管12的輸出電流Ids變小，從而降低電源回路的平均電流值；反之，若該平均電壓訊號小于該參考電壓VMf，代表通過LED單元11的平均電流相對較小，則提高壓控晶體管12輸出電流。如此即時性地偵測并對應調整電源回路的平均電流大小，令電源回路的平均電流得以維持穩(wěn)定，而適用于交流LED單元。
以頻率為60Hz的交流電源而言，其通過全波整流單元10成為頻率120Hz的全波直流電壓，利用此全波直流電壓驅動LED單元11時，若瞬間的電壓小于LED單元11的驅動電壓時，會使LED單元11熄滅而導致LED單元11閃爍的情況，但閃爍的頻率并非肉眼可以辨識。又，在一電壓周期中，若點亮LED單元11的時間越長，即通過LED單元11的平均電流越高，將使LED單元11發(fā)出越亮的亮度；反之，若點亮LED單元11的時間越短，即通過LED 單元11的平均電流越低，導致LED單元11發(fā)出較低的亮度。
因此，本發(fā)明通過該低頻濾波器14的設置，是可接收在電流檢測單元13上反應出的方波電壓訊號，并進一步將該方波電壓訊號轉換為平均電壓訊號之后，輸出至該穩(wěn)流控制單元15，由該穩(wěn)流控制單元15負責比較平均電壓訊號與參考電壓之間的差異，從而使電源回路維持在一穩(wěn)定的平均電流，令LED單元亮度穩(wěn)定。
本發(fā)明可直接由交流電源驅動，故不再設置交換式電源供應器，不會有大電容以及大電感或其他電子元件在先前技術的衍生問題。
權利要求
1.一種交流LED驅動電路，其特征在于，其包含有一整流單元，其輸入端連接一交流電源并將交流電源轉換為一直流弦波電源，并由其輸出端輸出；一 LED單元，是包含多個LED光源，并電連接至該整流單元以構成一電源回路；一壓控晶體管，是串接于該電源回路中且具有一控制端，以調整電源回路的平均電流大??；一電流檢測單元，是串接于該電源回路中，以反應流經該LED單元的直流弦波電源后所轉變成的方波電流訊號；一低頻濾波器，是電連接該電流檢測單元，根據方波電流訊號而輸出一平均電流訊號;一穩(wěn)流控制單元，其一輸入端電連接該低頻濾波器以接收平均電流訊號，而另一輸入端則連接至一平均電流參考訊號，又其輸出端是連接至該壓控晶體管的控制端；其中該穩(wěn)流控制單元經比較該平均電流訊號及平均電流參考訊號大小，并依據比較結果輸出控制訊號予該壓控晶體管，令電源回路維持穩(wěn)定的平均電流。
2.根據權利要求I所述的交流LED驅動電路，其特征在于，該電流檢測單元包含有一電阻，該電阻是反應該方波電流訊號為一方波電壓訊號，經該低頻濾波器輸出一平均電壓訊號，且該平均電流參考訊號為一參考電壓訊號，供該穩(wěn)流控制單元比較平均電壓訊號及參考電壓訊號，調整該壓控晶體管的偏壓大小。
3.根據權利要求I或2所述的交流LED驅動電路，其特征在于，該低頻濾波器是一數字濾波器。
4.根據權利要求3所述的交流LED驅動電路，其特征在于，該數字濾波器為降頻Sinc 濾波器。
5.根據權利要求I或2所述的交流LED驅動電路，其特征在于，該低頻濾波器是一模擬濾波器。
6.根據權利要求4所述的交流LED驅動電路，其特征在于，該壓控晶體管是一金氧半場效晶體管，其漏極與源極串接在該電源回路中，其柵極作為該控制端。
7.根據權利要求I或2所述的交流LED驅動電路，其特征在于，該壓控晶體管是一金氧半場效晶體管，其漏極與源極串接在該電源回路中，其柵極作為該控制端。
全文摘要
本發(fā)明是一種交流LED驅動電路，是于一LED單元以一整流電路連接至交流電源而構成的電源回路中，進一步串接有一壓控晶體管元及一電流檢測單元；其中該電流檢測單元是通過一低頻濾波器將反應通過LED單元的方波電壓訊號處理成平均電壓訊號，再輸出至一穩(wěn)流控制單元，由該穩(wěn)流控制單元與一參考電壓比較后，依比較結果控制壓控晶體管以調整電源回路的平均電流，令該電源回路的平均電流維持在一穩(wěn)定值，達到LED單元穩(wěn)定發(fā)光的功效。
文檔編號H05B37/02GK102548129SQ201110402820
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2010年12月11日
發(fā)明者潘政宏 申請人:朗捷科技股份有限公司