本发明涉及一种发光二极管(light-emittingdiode；led)灯具，特别是涉及一种用于交流(alternatingcurrent；ac)发光二极管灯具的集成电路及其控制方法。
背景技术：
发光二极管(light-emittingdiode；led)正以非常快的速度被使用于一般的照明用途上。在一使用案例中，包含有多个发光二极管的集合是由交流电源所供电，而「交流发光二极管」一词有时即是用来说明这样的电路。对交流发光二极管照明系统而言，所被关心的部分包括了其制造成本、电路转换效率、功率因数(powerfactor)、频闪(flicker)及使用寿命…等。
美国第9,374,863号专利展示了几种交流发光二极管灯具，该专利在本文中被引用以作为参考。图1绘示了上述美国第9,374,863号专利中所公开的交流发光二极管灯具100，其具有消除黑暗区间(darkperiod)的能力，当处于交流电源的低电压波幅时将会造成此黑暗区间的产生。因此，交流发光二极管灯具100可消除黑暗区间的产生，避免频闪的发生。
在图1中，集成电路102具有路径开关sg1、sg2、sg3及sg4、路径控制器24以及储能电路控制器106。每一路径开关sg1、sg2、sg3及sg4提供传导路径并将一个发光二极管群组的阴极连接至电流源25，而电流源25限制了从发光二极管串(ledstring)流到接地电压的最大驱动电流。举例来说，传导路径中的路径开关sg1将控制发光二极管群组201的阴极与电流源25是否连接在一起。路径控制器24将会自适性地控制多个路径开关sg1、sg2、sg3及sg4。例如，倘若整流输入电压vrec过低，而使得流经发光二极管群组204的电流ig4约等于0安培，接着路径控制器24将会开启路径开关sg3，以将发光二极管群组203的阴极直接地连接至电流源25。
图1中的脉波产生器108用以响应信号s1，而信号s1是由路径控制器24所传送以控制路径开关sg1，而路径开关sg1为所有的路径开关中最上游的路径开关。当信号s1为有效电位而开启路径开关sg1时，脉波产生器108被触发以输出具有预设脉波宽度的脉波信号sconn。脉波信号sconn将开关116开启，以使恒定电流源118将控制电流ictl从双载子接面晶体管(bjt)110的基极导引出来。脉波产生器108决定脉波信号sconn的脉波宽度，在本说明中脉波信号sconn的脉波宽度可以以导通周期tconn来代表。当脉波信号sconn出现时，双载子接面晶体管110将电容112连接到节点rec。在导通周期tconn期间，储能电路104中的电容112所储存的电能将被释放以供电给发光二极管群组201、202、203及204，以维持发光二极管群组201、202、203及204中的部分发光二极管群组在输入埠16的输入电压vac处于低波幅时继续地发光。
技术实现要素：
在本发明的一实施例中，提供了一种集成电路，其适用于发光二极管灯具。发光二极管灯具包含储能电路及多个发光二极管群组。其中储能电路耦接于整流输入电压及接地电压之间。储能电路包含电容及放电开关。电容用以储存电能，而放电开关耦接于电容及整流输入电压之间。上述多个发光二极管群组以串联的方式设置于整流输入电压及接地电压之间。集成电路包含路径控制器以及储能电路控制器。路径控制器用以控制多个传导路径，而每一传导路径将对应的发光二极管群组耦接至接地电压。储能电路控制器用以响应对应于第一传导路径的第一路径信号以开启放电开关，并用以响应对应于第二传导路径的第二路径信号以关闭放电开关。其中第一路径信号及第二路径信号彼此相异。
在本发明的一实施例中，提供了一种发光二极管灯具的控制方法。发光二极管灯具包含储能电路及多个发光二极管群组。其中储能电路耦接于整流输入电压及接地电压之间，储能电路包含电容及放电开关，电容用以储存电能，放电开关耦接于电容及整流输入电压之间，而上述多个发光二极管群组以串联的方式设置于整流输入电压及接地电压之间。上述的控制方法包含：提供多个传导路径，其中每一传导路径将对应的一个发光二极管群组耦接至接地电压；响应一第一路径信号以开启放电开关，进而释放电容所储存的电能以供电给上述多个发光二极管群组，其中第一路径信号对应于上述多个传导路径中的一第一传导路径；以及响应一第二路径信号以关闭放电开关，进而停止从电容释放电能，其中第二路径信号对应于上述多个传导路径中的一第二传导路径。其中第一路径信号及第二路径信号彼此相异。
附图说明
图1绘示了一种先前技术中的交流发光二极管灯具。
图2至图5分别绘示了本发明不同实施例的交流发光二极管灯具。
图6a绘示了一种电力佳侦测器(power-gooddetector)。
图6b绘示了图6a中的磁滞比较器(hysteresiscomparator)的转换特性。
其中，附图标记说明如下：
16输入埠
18全波整流器
201、202、203、204发光二极管群组
24路径控制器
25电流源
100、200交流发光二极管灯具
104储能电路
110双载子接面晶体管
112电容
114二极管
116开关
118电流源
202集成电路
203、203a、203b、203c电力不佳侦测器
204、204a、204b、204c、204d电力佳侦测器
206、206a、206b、206c储能电路控制器
207、230、232脉波产生器
208sr缓存器
209开关驱动器
210a、214a取样/保持电路
212a、212b、216a、216b、260比较器
217峰值保持器
262磁滞比较器
264及闸
cp1、cp2、cp3、cp4传导路径
gnd接地端
idis充电电流
ictl控制电流
ip1传导电流
ig1、ig2、ig3、ig4电流
rec节点
s1、s2、s3、s4信号
sdp1、sdp2、sdp3、sdp4端点电压
sdpk、vref1、vref2、vref3参考电压
sip1电流感测信号
sg1、sg2、sg3、sg4路径开关
sconn脉波
sihb、siht样本
tblnk遮没时间
tconn导通周期
vrec整流输入电压
vcap电容电压
vos1、vos2偏移电压
具体实施方式
以下所公开本发明的各实施例系充分地公开，而足使熟习本发明所属领域中具有通常知识者得以实施本发明。对于本发明所公开的各实施例所做的各种简单组合与变化，仍应视为本发明的实施例。
在以下说明书中，将会公开本发明多个实施例的特例。然而，该些特例并非实施本发明的唯一方式，为了使本发明的说明书以简洁易懂的方式记载，部分熟习本发明所属领域的通常知识者得以简单转用而产生的实施例将不重复赘述。
图1中，导通周期tconn是固定的，且可由脉波产生器108所决定。然而，因导通周期tconn是固定的，故难以使电路的动作达到最佳化。太短的导通周期tconn会提早停止将电容112的电力提供给发光二极管串，而无法完全地消除黑暗区间(darkperiod)。另一方面，太长的导通周期tconn则会使得电容112在输入电压vac通过波峰且开始下降时仍然与节点rec连接在一起，使得电容112的电压在下一个导通周期tconn开始之前不必要地减少，而导致储能电路的操作效能降低。
因此，为了使交流发光二极管灯具有较佳的性能，导通周期tconn应该要能够自行地依据发光二极管灯的架构做适当的调整，如此才能使电路的动作达到最佳化。
图2绘示了本发明一实施例的交流发光二极管灯具200。交流发光二极管灯具200具有全波整流器(full-waverectifier)18，用以对横跨输入埠16的正弦的输入电压vac进行整流，并在节点rec提供整流输入电压vrec，以及在接地端gnd提供接地电压。发光二极管群组201、202、203及204形成一个发光二极管串(ledstring)且串联在整流输入电压vrec与接地电压之间。每一个发光二极管群组可依据不同的应用而由多个串联或并联的发光二极管组成。发光二极管群组201是图2中最上游的一个发光二极管群组，因其阳极连接至发光二极管串中的最高电压(即整流输入电压vrec)。类似地，发光二极管群组204是图2中最下游的一个发光二极管群组。发光二极管群组202相对于发光二极管群组201是一个下游的发光二极管群组，而相对于发光二极管群组203则是一个上游的发光二极管群组。
集成电路202通常以封装晶片形式存在，并具有多个路径开关sg1、sg2、sg3及sg4、路径控制器24以及储能电路控制器206。每一个路径开关sg1、sg2、sg3及sg4提供传导路径，用以将对应的发光二极管群组的阴极连接到电流源25，而电流源25限制了从发光二极管串流到接地电压的最大驱动电流。举例来说，路径开关sg1提供并控制介于发光二极管群组201的阴极与电流源25之间的传导路径cp1。路径控制器24用以自适性地控制路径开关sg1、sg2、sg3及sg4。举例来说，倘若整流输入电压vrec太低而使得流经发光二极管群组204的电流ig4趋近于0安培，则路径控制器24会开启路径开关sg3，以提供传导路径cp3，而将发光二极管群组203的阴极直接地连接到电流源25。发光二极管群组204则不须再驱动，且整流输入电压vrec若超过发光二极管群组201、202及203的顺向偏压(forwardvoltages)的总和时，可使得发光二极管群组201、202及203继续发光。
交流发光二极管灯具200具有储能电路104，偶接于整流输入电压vrec与接地电压之间。当正弦的输入电压vac的绝对值相对地高时，储能电路104储存电能；而当正弦的输入电压vac的绝对值相对地低时，储能电路104释放所储存电能至发光二极管串。储能电路104具有二极管114，偶接于节点rec及电容112之间。当整流输入电压vrec超过电容112的电容电压vcap时，从二极管114所导引出的电流会对电容112充电，而电容电压vcap会升高。一个pnp型的双载子接面晶体管110会如同一个连接于整流输入电压vrec与电容112之间的放电开关般地作动。当有一非零的(non-zero)控制电流ictl从双载子接面晶体管110的基极抽取出去，且电容电压vcap高于整流输入电压vrec时，双载子接面晶体管110可将充电电流idis从电容112导引至节点rec，以对发光二极管串供电。换句话说，双载子接面晶体管110可被控制电流ictl开启，之后电容112所储存的电能可被释放，以使发光二极管群组201、202、203及204发光。控制电流ictl只有在导通周期tconn才存在。因为当导通周期tconn开始与结束时，其取决于集成电路202内的储能电路控制器206的控制。
在图2中，储能电路控制器206具有开关驱动器209、电力不佳侦测器(power-baddetector)203以及电力佳侦测器(power-gooddetector)204。开关驱动器209操控控制电流ictl以控制双载子接面晶体管110。响应对应于第一传导路径的第一路径信号，电力不佳侦测器203侦测输入电压vac的振幅何时为低，以触发开关驱动器209并开启双载子接面晶体管110。响应对应于第二传导路径的第二路径信号，电力佳侦测器204侦测输入电压vac的振幅何时足够高，以触发开关驱动器209并关闭双载子接面晶体管110。一般来说，电力不佳侦测器203可决定导通周期tconn何时开始，而电力佳侦测器204可决定导通周期tconn何时结束。
开关驱动器209具有开关116、电流源118、sr缓存器208、脉波产生器207以及一些逻辑闸(logicgates)。当sr缓存器208在其输出端使信号sconn为有效电位(asserted)时，开关116会被开启，且恒定电流源118会从双载子接面晶体管110的基极汲取出而形成控制电流ictl，以开启双载子接面晶体管110。当sr缓存器208使信号sconn为无效电位(deasserted)时，控制电流ictl会停止，且双载子接面晶体管110会被关闭，而结束了导通周期tconn。当信号sconn为有效电位后，脉波产生器207会产生脉波宽度为遮没时间(blankingtime)tblnk的脉波。当此一脉波出现时，可避免sr缓存器208被重置。由图2可看出，开关驱动器209被配置为当双载子接面晶体管110被开启后一遮没时间tblnk内不会关闭双载子接面晶体管110。换句话说，导通周期tconn会被受限而不得小于脉波产生器207所设置的遮没时间tblnk。
对应于传导路径的路径信号可以是代表流过该传导路径的电流的信号、或是开启或关闭路径开关(此路径开关控制着该传导路径)的信号、或是此路径开关中与对应发光二极管群组连接的节点的端点电压。举例来说，如图2所示，电流感测信号sip1是对应于传导路径cp1的路径信号，并代表着流过传导路径cp1的传导电流ip1，其中电流感测信号sip1是通过感测传导电流ip1而产生。与发光二极管群组202连接的路径开关sg2端点的端点电压sdp2是对应于传导路径cp2的路径信号。开启或关闭路径开关sg3的信号s3则是对应于传导路径cp3的路径信号。
电力不佳侦测器203与电力佳侦测器204可对两个不同的路径信号分别响应而作动。在一实施例中，上述两个不同的路径信号可以分别与不同的传导路径相关。在另一实施例中，上述两个不同的路径信号可以与相同的传导路径相关。
图3绘示了本发明一实施例的交流发光二极管灯具200a。在图3的集成电路202a中的电力不佳侦测器203a与电力佳侦测器204a分别是图2中的电力不佳侦测器203与电力佳侦测器204的范例，而集成电路202a另具有储能电路控制器206a。
电力不佳侦测器203a的功能是用以侦测整流输入电压vrec是否难以使发光二极管群组201发光。当信号s1为无效电位时，取样/保持(sample/hold；s/h)电路210a对电流感测信号sip1进行取样，并当信号s1为有效电位时，保持所取样到的样本sihb。换句话说，当信号s1转变成有效电位时的那一刻，电流感测信号sip1会被取样并被保持而成为样本sihb。比较器212a将电流感测信号sip1与样本sihb减去一偏移电压vos1的值进行比较。倘若信号s1开启路径开关sg1且电流感测信号sip1低于样本sihb减去偏移电压vos1的值，比较器212a的输出会设置开关驱动器209中的sr缓存器208，以开启双载子接面晶体管110并开始导通周期tconn。信号s1成为有效电位其含意是整流输入电压vrec已经降至无法同时使发光二极管群组201及202都继续发光的一特定低电位，故信号s1成为有效电位以开启路径开关sg1，进而使电流ig1变成为传导电流ip1。在此期间，传导电流ip1将不会流过发光二极管群组202，因此仅留下发光二极管群组201继续发光。从取样/保持电路210a所取得的样本sihb是当路径开关sg1刚开启时的电流感测信号sip1，其代表当仅有发光二极管群组201发光时的传导电流ip1的一般波幅。倘若整流输入电压vrec持续地降低而几乎无法使发光二极管群组201发光，则传导电流ip1首先掉至上述一般波幅以下，电流感测信号sip1变成小于样本sihb减去偏移电压vos1的值，故比较器212a开始了导通周期tconn，而在导通周期tconn期间内，电容112所储存的电能被释放以供电给发光二极管串，而使得至少有一发光二极管群组继续地发光。因此，电力不佳侦测器203a的功能是用以侦测整流输入电压vrec是否下降且无法只使发光二极管群组201发光。就另一角度来看，当电流感测信号sip1指示整流输入电压vrec具有负斜率且难以使发光二极管群组201发光时，电力不佳侦测器203a会将双载子接面晶体管110开启。
电力佳侦测器204a的功能是用以侦测整流输入电压vrec是否具有正斜率。当信号s3为有效电位时，取样/保持电路214a对端点电压sdp4进行取样，并当信号s3为无效电位时，保持所取样到的样本siht。换句话说，当信号s3开始关闭路径开关sg3的那一刻，端点电压sdp4会被取样并被保持而成为样本siht。倘若信号s3关闭路径开关sg3且端点电压sdp4超过样本siht加上偏移电压vos2的值，比较器216a的输出会重设开关驱动器209中的sr缓存器208，以关闭双载子接面晶体管110并结束导通周期tconn。信号s3成为无效电位其含意是整流输入电压vrec已经提升至足以使全部的发光二极管群组201、202、203及204都发光的程度。倘若端点电压sdp4高于样本siht加上偏移电压vos2的值，则端点电压sdp4具有一正斜率。值的注意地，端点电压sdp4会随着整流输入电压vrec的变动而变动，或是等于整流输入电压vrec减去发光二极管串(包括所有的发光二极管群组)的顺向电压。一旦端点电压sdp4具有一正斜率，整流输入电压vrec也会具有正斜率，而这表示横跨输入埠16的输入电压vac已经具有超过电容112的电容电压vcap的波幅，且正在拉高整流输入电压vrec。因为输入电压vac已经变为具有足够的电位以拉高整流输入电压vrec，故此时储能电路104没有供电给发光二极管串的必要，也因此电力佳侦测器204a可触发开关驱动器209以关闭双载子接面晶体管110并结束导通周期tconn。
即使电力不佳侦测器203a响应对应于传导路径cp1的路径信号，但本发明并不以此为限。举例来说，在本发明部份实施例中，电力不佳侦测器203a可改以响应对应于传导路径cp2的路径信号。类似地，本发明并不以电力佳侦测器204a响应对应于传导路径cp3及cp4的路径信号为限。举例来说，在本发明一实施例中可具有一电力佳侦测器来取代电力佳侦测器204a，以响应对应于传导路径cp2及cp3的路径信号。
图4绘示了本发明一实施例的交流发光二极管灯具200b，其具有集成电路202b，而集成电路202b具有储能电路控制器206b。图4储能电路控制器206b中的电力不佳侦测器203b和电力佳侦测器204b分别是图2中的电力不佳侦测器203及电力佳侦测器204的示例。电力不佳侦测器203b与电力佳侦测器204b所响应的路径信号都与传导路径cp1相关。
电力不佳侦测器203b的功能是侦测整流输入电压vrec是否难以使发光二极管群组201发光。比较器212b将电流感测信号sip1与参考信号siref进行比较。参考信号siref可以是一个定值，用以当只有发光二极管群组201正确地发光时，代表电流源25的电流大小。倘若信号s1开启了路径开关sg1，且电流感测信号sip1低于参考信号siref，比较器212b的输出会设置开关驱动器209中的sr缓存器208，以开启双载子接面晶体管110并开始导通周期tconn。倘若整流输入电压vrec快要无法使发光二极管群组201发光，传导电流ip1会先下降至电流源25所提供的电流以下，电流感测信号sip1会变成低于参考信号siref，因此比较器212b会开始导通周期tconn，而在导通周期tconn的期间，电容112所储存的电能会被释放以对发光二极管串进行供电，进而维持至少有一个发光二极管群组继续发光。因此，电力不佳侦测器203b的功能是侦测整流输入电压vrec是否下降且难以驱动单一个发光二极管群组201发光。
电力佳侦测器204b的功能是侦测整流输入电压vrec是否几乎处于波峰。电力佳侦测器204b具有峰值保持器(peakholder)217以及比较器216b。端点电压sdp1的波峰可被峰值保持器217追踪，而使峰值保持器217据此输出略低于波峰的参考电压sdpk。一旦端点电压sdp1已超过参考电压sdpk，端点电压sdp1会几乎处于波峰或其最大值，因此比较器216b会传信号至开关驱动器209，以使开关驱动器209于遮没时间tblnk之后关闭双载子接面晶体管110，进而结束导通周期tconn。当端点电压sdp1处于端点电压sdp1的波峰时，整流输入电压vrec同时会达到本身的最大值。因当整流输入电压vrec几乎达到本身的最大值时，导通周期tconn即被结束，如此将可避免电容112在整流输入电压vrec开始从本身的最大值下降时被无意义地放电。
电力不佳侦测器203b与电力佳侦测器204b两者都响应对应于传导路径cp1的路径信号，但本发明并不以此为限。举例来说，在本发明部份实施例中，电力不佳侦测器203b与电力佳侦测器204b可改以响应对应于传导路径cp2的路径信号。又例如，在本发明其他实施例中，可维持电力不佳侦测器203b响应电流感测信号sip1及信号s1，而电力佳侦测器204b改以响应端点电压sdp2。
图5绘示了本发明一实施例的交流发光二极管灯具200c，其具有集成电路202c，而集成电路202c具有储能电路控制器206c。图5中的电力不佳侦测器203c与电力佳侦测器204c分别是图2中的电力不佳侦测器203及电力佳侦测器204的示例。
电力不佳侦测器203c会侦测整流输入电压vrec是否无法支持发光二极管群组201及202发光。当信号s1为有效电位时，电力不佳侦测器203c传递信号给开关驱动器209以开始导通周期tconn，其中当脉波产生器230在其输入端发现上升缘(risingedge)时，脉波产生器230输出短脉波(shortpulse)。如上所述，信号s1成为有效电位其含意是整流输入电压vrec已经降至无法同时使发光二极管群组201及202都继续发光的一特定低电位。因此，信号s1是否成为有效电位可被用来当作是一指标，用以判断整流输入电压vrec是否过低，以及判断电容112是否应开始释放所储存的电能以供电给发光二极管串。
电力佳侦测器204c侦测整流输入电压vrec是否提升至足够高的电位以使全部的发光二极管群组201、202、203及204发光。电力佳侦测器204c发出信号给开关驱动器209，以当信号s3成为无效电位，适当地结束连接周期tconn。其中当脉波产生器232在其输入端发现上升缘时，脉波产生器232输出短脉波。信号s3成为无效电位其含意是整流输入电压vrec已经提升至足以使全部的发光二极管群组201、202、203及204都发光的程度。因此，信号s3是否成为无效电位可被用来当作是一指标，用以判断整流输入电压vrec是否被横跨输入埠16的输入电压vac所提升，以及判断电容112是否应停止释放所储存的电能。
电力不佳侦测器203c与电力佳侦测器204c可单独地或结合在一起，以更替地对图5中的其他路径信号进行响应。
图6a绘示了一种电力佳侦测器204d其可用来取代上述的任何一个电力佳侦测器。电力佳侦测器204d的表现像是一个正斜率侦测器(positive-slopedetector)，其具有比较器260、磁滞比较器(hysteresiscomparator)262以及一个及闸(andgate)264。图6b绘示了图6a中的磁滞比较器262的输出电压vo伴随着输入电压vi变化与参考电压vref1、vref2及vref3的转换特性。参考电压vref1是参考电压vref1、vref2及vref3当中最大的参考电压，参考电压vref3则是当中最小的参考电压，而输入电压vi为端点电压sdp4。由图6a中的电力佳侦测器204d的设置以及图6b的转换特性来看，可研判出只有当端点电压sdp4已经低于参考电压vref3并正要提升至参考电压vref1及vref2之间时，及闸264才会输出逻辑值“1”。换句话说，这表示端点电压sdp4目前具有一正斜率。由于电容112在放电过程中仅可贡献负斜率给端点电压sdp4，端点电压sdp4的正斜率的发生可以当作一个指标，用以表示横跨输入埠16的交流输入电压vac正在拉高整流输入电压vrec。因此，当电力佳侦测器204d发现端点电压sdp4的正斜率时，电容112可停止释放所储存的电能。
在本发明的其他实施例中，电力佳侦测器204d可改以对端点电压sdp1、sdp2或sdp3进行响应。
上述所有的电力佳侦测器都可相互替换以组成本发明的不同实施例，而上述所有的电力不佳侦测器也可相互替换。举例来说，本发明的一个实施例可具有电力佳侦测器204a及电力不佳侦测器203b，以分别决定导通周期tconn的结束与开始。
请注意，将本发明上述所公开的各实施例加以进行简单组合与变化(例如数量上的变化)所衍生的各种实施例，仍应视为本发明的实施例。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。