专利名称：高亮度交流led灯驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明是一种LED灯驱动电路，特别是指高亮度交流LED灯驱动电路。
背景技术：
因发光二极管(LED)具有低成本、低耗电量的特性，故用于照明的发光灯具中，发光二极管(LED)已逐渐取代传统灯泡。 请参考图5所示，是典型的发光二极管电压对电流关系图，由图中可见，发光二极管为单向导通的电子元件，且施加在发光二极管两端的电压必须超过其导通电压(约0. 7V)，才可使发光二极管导通并发光，且电压须提升到IV以上，才可供更大的电流通过发光二极管；请再参考图6所示，在室温(25°C)下，是通过发光二极管的电流大小与其发光强度的关系图，由图可见及，通过发光二极管的电流越大，其发光强度越强，而一般驱动电路是用来稳定通过发光二极管的电流，由此维持发光二极管的发光强度与发光二极管的使用寿命。若是将发光二极管直接连接在交流电源(AC input)，因发光二极管具单向导通的特性，请参考图7所示，在一个交流电源的周期中，电压仅在正半周的一区间T中大于发光二极管的导通电压，故发光二极管仅在该区间T中被导通发光，于区间T以外的区域则熄灭，因此将发光二极管直接应用在交流电源的发光效率是相当不良的。请参考图8所示，目前常用的作法是在发光二极管与交流电源之间连接一全桥整流器6与一滤波电容C,由全桥整流器6与滤波电容C将交流电源转换为一直流电输出，该输出的电压波形可参考图9所示，因此，发光二极管可获得较稳定的直流电源V。，其中因电压波形由滤波电容C的充、放电动作而形成涟波(ripple)，通过发光二极管的电流波形可参考图10所示。因通过发光二极管的电流波形仍有高低起伏的涟波现象，可在电路中额外再设置一定电流电路，请参考图11所示，令通过发光二极管的电流为一定值，以使发光二极管可稳定发光。请参考图12所示，虽然滤波电容C可使输出电压趋于稳定，但是滤波电容C的设置会导致电流相位落后于电压相位，使功率因数低落。因此，为避免功率因数低落，现有许多驱动电路不使用电容与电感元件。请参考美国专利第6989807号所揭示的一 LED驱动电路，如图13所示，其主要包含一全桥整流器60、一 LED灯串70、多电子开关81 85与一电压检测及控制单元90。该全桥整流器60的输入端连接交流电源，于输出端输出一直流弦波。该LED灯串70包含有多串联LED单元71 75，各LED单元71 75包含有至少一发光二极管(在此以五个LED单元举例说明的，各LED单元包含有一发光二极管，以下依序区分为第一至第五LED单元71 75)，且各LED单元对应连接一电子开关，并将该多电子开关依序区分为第一至第五电子开关81 85。多电子开关81 85分别对应连接多LED单元71 75的阴极端与该全桥整流器60的其中一输出端之间,且各电子开关71 75具有一控制端。
该电压检测及控制单元90电连接该全桥整流器60的另输出端，其具有五个输出端并分别电连接各电子开关81 85的控制端，且该电压检测及控制单元90预设有五个电压临界值，该五个电压临界值由低而高依序区分为第一至第五临界值Vthl Vth5，以下将说明该电压检测及控制单元90的动作流程。 请搭配参考图14所示，当检测到该直流弦波的电压低于第一临界值Vthl，电压检测及控制单元90不会控制任一电子开关导通；当检测到直流弦波电压提升至高于第一临界值Vthl而小于第二临界值Vth2时，该电压检测及控制单元90可控制第一电子开关81导通，使第一 LED单元71与直流弦波构成第一电源路径而点亮；当检测到直流弦波提升高于第二临界值Vth2而小于与第三临界值Vth3时，电压检测及控制单元90即关闭第一电子开关81，而控制第二电子开关82导通，使第一、第二 LED单元71、72与直流弦波构成一第二电源路径，令第一、第二发光二极管71、72发光；依此类推，当检测到直流弦波提升至大于第五临界值Vth5而小于直流弦波的最高电压时，该电压检测及控制单元90仅导通第五电子开关85，使第一至第五发光二极管71 75与直流弦波构成一电源路径，令所有LED单元71 75发光。同理，当直流弦波自其最高电压开始降低时，该电压检测及控制单元90将检测到的直流弦波电压值，依据上述判断与第一至第五临界值大小，决定对应电子开关的导通。综合以上所述，该电压检测及控制单元90根据比较全桥整流器60输出的直流弦波电压与各个临界值的大小关系，而对应控制其中之一电子开关导通，以令直流弦波与对应的LED单元构成一电源路径，令LED单元在一直流弦波周期中随电压上升而逐渐点亮，且随电压下降而逐渐熄灭，而使该LED灯串70可再一直流弦波周期中均匀发光。但是，该电压检测及控制单元90必须根据各个发光二极管导通特性而预设多电压临界值，若所制定的临界值相对高于LED单元的导通电压，代表电压检测及控制单元90必须等到直流弦波电压升到临界值以上才会导通对应的电子开关，因此导致功率损失；若所制定的临界值相对低于LED单元的导通电压，电压检测及控制单元90提前导通对应的电子开关而形成电源路径，导致电源路径的电流较小，使LED单元无法达到应有的发光亮度，因此制定临界值的高低皆会影响LED灯串70的发光效果。此外，每一发光二极管的导通电压不完全相同，且导通电压会依操作环境(如温度)而改变，因此预设的临界值无法满足每一发光二极管即时的工作需求；因此，已知的驱动电路确有改进的必要。
发明内容
因此本发明的主要目的是提供一种LED灯驱动电路，以期可准确判断导通电源路径电子开关的时机，进而改善功率损失与LED灯串无法均匀发光的技术缺陷。为达上述目的，本发明所采用的技术手段是提供一种高亮度交流LED灯驱动电路，其包含有一整流单元，包含二输出端，以提供直流弦波电压信号；一 LED灯串，其一端连接至该整流单元其中一输出端，而另一端则通过一电流检测单元连接至该整流单元的另输出端；又该LED灯串包含多串接的LED单元，各LED单元具有一阴极端；多电子开关，分别连接至各LED单元的阴极端与该电流检测单元之间，以构成多高低阶电源路径，其中任一阶电源路径包含其上一阶电源路径的LED单元；又各电子开关具有一控制端；一电流调节单元，电连接各电子开关的控制端及该电流检测单元，于直流弦波电压信号的渐升周期中，依据电流检测单元检测的电流大小分别导通由低阶至高阶电源路径的电子开关，令LED灯串的LED单元由少至多被点亮；而于直流弦波电压信号的渐降周期中，依据电流检测单元检测的电流大小导通由高阶至低阶电源路径的电子开关，令LED灯串的LED单元由少至多被熄灭。因此，相比于背景技术必须预设临界值并与由整流单元输出的弦波直流比较，本发明驱动电路中的电流调节单元直接检测电源路径中的电流与预设的电流稳定电流标准范围比较，以导通对应电源路径的电子开关，使代表电源路径电流的检测信号可落在稳定电流标准范围中。综上所述，电流调节单元即时根据电源路径的电流大小对应导通适合的电源路径的电子开关，而使对应数量的LED单元发光；也因此，发光二极管导通特性对于电流调节单元判断电源路径电流大小的影响有限，故电流调节单元可做出较正确的判断，除了使LED灯串可均匀发光，且功率损失也得以改善。
图I :本发明优选实施例详细电路图。图2 :本发明各元件的波形示意图。图3 :本发明交流电源、LED灯串与电源路径电流波形示意图。图4 :本发明使用另一交流电源、LED灯串与电源路径波形示意图。图5 :发光二极管电压相对电流波形示意图。图6 :发光二极管在室温时电流相对发光强度波形图示意。图7 :未经整流的交流电源应用在发光二极管的电压与电流波形示意图。图8 :交流电源连接整流单元与滤波电容电路图。图9 :图8输出电压波形示意图。图10 :图8回路电流不意图。图11 :于图8增设定电流电路后的回路电流不意图。图12 :图8电压与电流相位关系示意图。图13 已知LED驱动电路详细电路图。图14 :图13的交流电源、LED灯串与电源路径电流波形示意图。主要元件符号说明10整流单元 20LED灯串30电子开关 40检测单元50电流调节单元6全桥整流器
60全桥整流器70LED灯串71 75第一 第五发光二极管81 85第一 第五电子开关90电压检测及控制单元。
具体实施例方式请参考图I所示，是本发明优选实施例的详细电路图，其包含一整流单元10、一LED灯串20、多电子开关30、一检测单元40与一电流调节单元50。该整流单元10接收一交流电源(Vac)，且包含两输出端以输出一弦波电压信号，本实施例中以该整流单元10为一全桥整流器举例说明，且该全桥整流器输出一直流弦波电源。该LED灯串20具有两端，其一端电连接该整流单元10的其中 一输出端，而LED灯串20的另一端则通过该电流检测单元40连接至该整流单元10的另输出端；其中该LED灯串20包含多串接的LED单元D1 Dn，且各LED单元D1 Dn具有一阴极端；其中，各LED单元D1 Dn中可包含单一个或多个彼此串联或并联的发光二极管；该电流检测单元40可为一个以上电阻R构成,并可输出一检测信号。各电子开关30具有一控制端，该多电子开关30分别连接至各LED单元D1 Dn的阴极端与该电流检测单元40之间，以构成多由低阶至高阶的电源路径，其中LED单元导通数量代表电源路径的阶数，即任一阶电源路径包含其上一阶电源路径的LED单元；例如，第五阶的电源路径包含有五个LED单元，第n阶的电源路径包含有n个LED单元。各电子开关30是由控制端接收一控制信号而被导通或关闭，若电子开关30被导通，则是形成对应阶数的电源路径。其中电子开关30可为金氧半场效晶体管(MOSFET)，其栅极(Gate)作为控制端。该电流调节单元50的工作电源可由一外接电源或由该整流单元10供应，其具有多个输出端DR1 DRn并分别电连接各电子开关30的控制端，以输出用于导通或关闭电子开关30的控制信号，且电流调节单元50具有一输入端并供电流检测单元40连接以接收电流检测单元40输出的检测信号；本实施例中，电流调节单元50连接电阻R —端，由电阻R的端电压作为检测信号，且以电阻R的端电压以反应电源路径的电流U。于直流弦波电压信号的渐升周期中，该电流调节单元50依据电流检测单元40检测的电流大小而分别导通由低阶至高阶电源路径，令LED灯串20中的LED单元D1 Dn由少个至多个被点亮；而于直流弦波电压信号的渐降周期中，依据电流检测单元40检测的电流大小导通由高阶至低阶电源路径，令LED灯串20的LED单元D1 Dn由多个至少个逐渐被熄灭。请参考图2所示,本优选实施例中，该电流调节单元50预设有一电流最小值r与一电流最大值I+，该电流最小值r与电流最大值I+构成一稳定电流标准范围。该电流调节单元30根据判断电流检测单元40检测的电流大小是否落在该稳定电流标准范围，而对应导通或关闭对应阶数电源路径的电子开关30。因一个周期的直流弦波波形V1中包含电压渐升周期及电压渐降周期，以下将各别讨论该两周期中，电流调节单元50的作动情形，且以LED灯串20包含第一至第四LED单元D1 D4与四个对应的电子开关30举例说明。请搭配参考图3所示，于初始状态(第I区间Tl)时，假设该电流调节单元50的一输出端DR4导通第四阶电源路径的电子开关30，即第四阶电源路径中包含四个LED单元D1 D4，同时，若直流弦波的电压仍在低电位，使第四阶电源路径的电流在该电流检测单元40反应出的检测信号(Isence)小于该稳定电流标准范围，则于第2区间T2中，该电流调节单元50的输出端DR4控制关闭第四阶电源路径的电子开关30，改以输出端DR3导通第三阶电源路径的电子开关30，使第三阶电源路径中仅包含第一至第三LED单元D1 D3,因LED 单元较少，故可提升第三阶电源路径中的电流，进而提升该电流检测单元40反应出的检测信号(Isence)。
如图2所示，此时，第三阶电源路径中的电流虽有提升，但检测信号(Isense)仍在该稳定电流标准范围之外，故于第3区间T3中，该电流调节单元50再由输出端DR3控制关闭第三阶电源路径的电子开关30，并再由输出端DR2导通第二阶电源路径的电子开关30 ； 依此类推，该电流调节单元50持续比较检测信号是否落在该稳定电流标准范围内，若是小于该稳定电流标准范围，则朝低一阶的电源路径导通电子开关30，直到检测信号落到该稳定电流标准范围。于电压的渐升周期中(如第I区间Tl至第18区间T18)，且当检测信号落于稳定电流标准范围中时，该电流调节单元50预设有一检测周期，该电流调节单元50将会以检测周期周期性地朝高一阶的电源路径导通电子开关30，此时，若电源路径的电流反应出的检测信号低于该稳定电流标准范围，则即刻切换到低一阶的电源路径，确保电源路径的电流反应出的检测信号落在该稳定电流标准范围中；如第4区间T4至第5区间T5，该电源路径的电流已趋于稳定，该电流调节单元50于第6区间T6导通下一阶的第二阶电源路径的电子开关30，但是第二阶电源路径反应出的检测信号小于该稳定电流标准范围，故电流调节单元50于第7区间T7时，关闭第二阶电源路径的电子开关30并导通第一阶电源路径的电子开关30 ;若调高至高一阶电源路径而电源路径的电流反应出的检测信号仍落在该稳定电流标准范围中时，该电流调节单元50则再周期性地朝高一阶电源路径导通电子开关30， 因此该电流调节单元50可追随渐升的电压而对应导通更高一阶的电源路径，以使LED单元逐渐被点亮。于电压的渐降周期中(如第19区间T19至第36区间T36)，因电压持续下降，故电源路径的电流随之下降，若电流调节单元50判断电源路径的电流反应出的检测信号低于该稳定电流标准范围时，即导通低一阶电源路径的电子开关30，使较少的LED单元被导通而令电源路径的电流提升；如第21区间T21中，第四阶电源路径的电流反应出的检测信号 (Isense)小于该稳定电流标准范围，故该电流调节单元50于第22区间T22朝低一阶的第三阶电源路径导通电子开关30，仅使第一至第三LED单元D1 D3发光，而可提升电源路径的电流，使检测信号提升以落入该稳定电流标准范围中；因此该电流调节单元50可追随渐降的电压而对应导通更低一阶的电源路径的电子开关，以使较少的LED单元发光。请参考图4所示，即使由该整流单元10输出的直流弦波并非一般常见等峰值的直流弦波，该电流调节单元50仍同样地判断电源路径电流反应出的检测信号是否落在该稳定电流标准范围中，进而对应控制导通某一阶的电源路径的电子开关，即可使对应数量的 LED单元发光，故本发明可适用在其他型式的交流电源。根据本发明所设计的电路，因该电流调节单源50根据电源路径中的电流大小对应控制导通高阶或低阶的电源路径的电子开关30，使该LED灯串20可在电压渐升的周期中逐渐点亮LED单元D1 Dn，而在电压渐降的周期中逐渐熄灭LED单元D1 Dn，如图3所示， 因此使电源路径的电流Iied保持定值。相比于背景技术，本发明未使用电感或电容元件，故.不影响功率因数，且发光二极管导通电压的大小对于本发明中电流调节单元50判断电源路径电流的影响有限，因通过本发明的LED驱动电路可使LED灯串20可以更均匀发光，且电源使用效率更佳。
权利要求
1.一种高亮度交流LED灯驱动电路，包含有一整流单元，包含二输出端，以提供直流弦波电压信号；一 LED灯串，其一端连接至该整流单元其中一输出端，而另一端则通过一电流检测单元连接至该整流单元的另输出端；又该LED灯串包含多串接的LED单元，各LED单元具有一阴极端； 多电子开关，分别连接至各LED单元的阴极端与该电流检测单元之间，以构成多高低阶电源路径，其中任一阶电源路径包含其上一阶电源路径的LED单元；且各电子开关具有一控制端；一电流调节单元，电连接各电子开关的控制端及该电流检测单元，于直流弦波电压信号的渐升周期中，依据电流检测单元检测的电流大小分别导通由低阶至高阶电源路径的电子开关，令LED灯串的LED单元由少至多被点亮；而于直流弦波电压信号的渐降周期中，依据电流检测单元检测的电流大小导通由高阶至低阶电源路径的电子开关，令LED灯串的LED单元由少至多被熄灭。
2.根据权利要求I所述的高亮度交流LED灯驱动电路，该电流检测单元输出一代表电源路径电流大小的检测信号，该电流调节单元预设有一稳定电流标准范围，该电流调节单元比较该检测信号与稳定电流标准范围的大小而导通对应电源路径的电子开关。
3.根据权利要求2所述的高亮度交流LED灯驱动电路，该电流调节单元预设有一检测周期，于直流弦波电压信号的渐升周期中，该电流调节单元以检测周期周期性地导通目前导通的电流路径的高一阶电流路径的电子开关，并同时通过电流检测单元检测目前电流，若检测出的电流小于该稳定电流标准范围，则关闭目前导通的电流路径的电子开关，并同时导通低一阶电源路径的电子开关，直到检测信号落于该稳定电流标准范围中。
4.根据权利要求2或3所述的高亮度交流LED灯驱动电路，该电流检测单元包含一个以上电阻，由电阻的端电压反应电源路径的电流。
5.根据权利要求I至3中任一项所述的高亮度交流LED灯驱动电路，所述电子开关为金氧半场效晶体管，且其栅极作为控制端。
6.根据权利要求4所述的高亮度交流LED灯驱动电路，所述电子开关为金氧半场效晶体管，且其栅极作为控制端。
全文摘要
本发明涉及一种高亮度交流LED灯驱动电路，其主要包含一电流调节单元以控制导通各个阶数电源路径的电子开关，其中电源路径的阶数代表所包含LED单元个数，且任一阶电源路径包含其上一阶电源路径的LED单元，多LED单元构成一LED灯串；于一正半周电压渐升的周期中，电流调节单元周期性地导通高一阶电源路径的电子开关，使LED单元逐渐被点亮，于电压渐降的周期中，电流调节单元判断电源路径电流过小而导通低一阶电源路径的电子开关，使各LED单元逐渐被熄灭，因此使LED灯串可均匀发光。
文档编号H05B37/02GK102625522SQ201210015099
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月17日 优先权日2011年1月31日
发明者潘政宏 申请人:朗捷科技股份有限公司