发光二极管照明装置的制作方法

本发明涉及一种发光二极管照明装置，尤其涉及一种具备多级驱动阶段以改善电流谐波的发光二极管照明装置。

背景技术：

相较于传统的白炽灯泡，发光二极管(lightemittingdiode,led)具有耗电量低、组件寿命长、体积小、无须暖灯时间和反应速度快等优点，并可配合应用需求而制成极小或数组式的组件。除了户外显示器、交通号志灯、各种消费性电子产品，例如移动电话、笔记本电脑或电视的液晶显示屏幕背光源之外，发光二极管也广泛地被应用于各种室内室外照明装置，以取代日光灯管或白炽灯泡等。

随着日常生活中电子产品的使用越来越频繁，电流谐波(currentharmonic)对低电压交流公共电源网络造成的负担也越来越大。为了确保公共电源网络的服务质量，欧洲标准(europeanstandard)制定了负载加注在网络上的电流谐波层级。根据欧洲标准文件en61000-3-2，发光装置被允许加注在网络上的最大电流谐波是由基础输入电流的比率来规范。由于发光二极管为一电流驱动组件，其发光亮度与驱动电流的大小成正比，为了达到高亮度和亮度均匀的要求，往往需要使用许多串接的发光二极管来提供足够光源。现有发光二极管照明装置也会采用多级驱动架构以增加有效操作电压的范围。然而，需要一种能够改善电流谐波的发光二极管照明装置。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种能够改善电流谐波的发光二极管照明装置。

为达到上述的目的，本发明公开一种具备多级驱动阶段的发光二极管照明装置，其包括一第一发光装置，由一整流交流电压来驱动以根据一第一电流来提供光源；一第一电流侦测组件，用来提供有关所述第一电流的一第一回授电压；一第一整流器，用来根据所述第一回授电压和有关所述整流交流电压的一线电压侦测电压来提供一第一整流设定值，其中所述第一整流设定值的波形随着所述整流交流电压的波形而变化；一第二发光装置，串联于所述第一发光装置，其根据一第二电流来提供光源；一第二电流侦测组件，用来提供有关所述第二电流的一第二回授电压；以及一第二整流器，并联于所述第二发光装置，用来根据所述第二回授电压来提供具固定值的一第二整流设定值。

附图说明

图1至图3为本发明实施例中发光二极管照明装置的示意图。

图4至图7图为本发明实施例中用来实施发光二极管照明装置中整流器的整流区块的示意图。

图8图至图11图为本发明实施例中发光二极管照明装置运作时的电流-电压特性图。

其中，附图标记说明如下：

40～43整流区块

52内部调节器

54电压感测电路

56电流控制器

58可调式电流源

101～103发光二极管照明装置

110电源供应电路

112桥式整流器

120分压电路

led0～ledn发光装置

cr0～crn整流器

rs0～rsn电流侦测组件

rd1～rdm电阻

p1～p6脚位

iled、iled1～iledn、it1～itn电流

vfb回授电压

vs交流电压

vac整流交流电压

vlvd、vlvdr电压

iset1、iset2、iset0(t)限流设定值

iset0_max最大限流设定值

t0～t5时间点

s1、vg控制信号

r1、r2电阻

c1电容

n1正输出端

n2负输出端

具体实施方式

图1至图3为本发明实施例中发光二极管照明装置101～103的示意图。发光二极管照明装置101～103各包括一电源供应电路110、一分压电路120、(n+1)个发光装置led0～ledn、(n+1)个整流器cr0～crn、(n+1)个电流侦测组件rs0～rsn，其中n为正整数。发光装置led0～ledn彼此串联，而整流器cr0～crn分别用来调节流经发光装置led0～ledn的电流。

电源供应电路110可接收一具正负周期的交流电压vs，并利用一桥式整流器112来转换交流电压vs在负周期内的输出电压，因此可提供一整流交流电压(rectifiedacvoltage)vac以驱动发光二极管照明装置101～103，其中整流交流电压vac的值随着时间而有周期性变化。n1代表电源供应电路110的正输入端，而n2代表电源供应电路110的负输入端。在其它实施例中，电源供应电路110可接收任何交流电压vs，利用一交流-交流电压转换器来进行电压转换，并利用桥式整流器112来对转换后的交流电压vs进行整流，因此可提供整流交流电压vac以驱动发光二极管照明装置101～103，其中整流交流电压vac的值随着时间而有周期性变化。然而，电源供应电路110的结构并不限定本发明的范畴。

分压电路120包括多个电阻rd1～rdm(m为大于1的整数)，串联于电源供应电路110的正输入端n1和负输入端n2之间，用来提供有关整流交流电压vac电位的一电压vlvd至整流器cr0。然而，分压电路120的结构并不限定本发明的范畴。

在发光二极管照明装置101～103中，每一发光装置led0～ledn可包括一个发光二极管，或是多个串接的发光二极管。图1至图3显示了采用多个串接发光二极管的架构，其可包括多个单接口发光二极管(single-junctionled)、多个多界面高压发光二极管(multi-junctionhigh-voltageled)，或不同类型发光二极管的任意组合。然而，发光装置led0～ledn所采用的发光二极管种类或组态并不限定本发明的范畴。

在发光二极管照明装置101～103中，每一电流侦测组件rs0～rsn可采用一个电阻，或是包括一个或多个具备类似功能的组件。然而，电流侦测组件rs0～rsn的种类或组态并不限定本发明的范畴。

为了清楚地说明本发明，说明书全文和图标中使用下列符号来代表发光二极管照明装置101～103中相关电流和电压。iled1～iledn分别代表流经发光装置led1～ledn的电流。iled代表流经发光装置led0的电流，同时也是流经发光二极管照明装置101～103的总电流。it1～itn分别代表整流器cr1～crn所汲取的电流。

图4为本发明实施例中用来实施发光二极管照明装置101～103中整流器cr1～crn的一整流区块40的示意图。整流区块40包括一电流控制器56和一可调式电流源58。整流区块40可实作成制作在同一芯片上的三接脚组件，其中接脚p1为输入接脚，耦接至相对应发光装置的第一端；接脚p2为接地接脚，耦接至下一级发光装置的接脚p1；接脚p3为控制接脚，耦接至相对应发光装置的第二端。电流侦测组件rs1～rsn分别耦接于用来实施发光二极管照明装置101～103中整流器cr1～crn的相对应整流区块40中的接脚p2和接脚p3之间。用来实施发光二极管照明装置101～103中整流器cr1～crn的相对应整流区块40中的可调式电流源58分别用来提供调节电流it1～itn至发光装置led1～ledn。电流侦测组件rs1～rsn分别用来监控流经发光装置led1～ledn的电流iled1～iledn，进而透过相对应接脚p3来提供回授电压vfb至电流控制器56。用来实施发光二极管照明装置101～103中整流器cr1～crn的相对应整流区块40中的电流控制器56可分别根据电流侦测组件rs1～rsn所提供的回授电压vfb来产生控制信号vg，进而控制相对应可调式电流源58的运作。用来实施发光二极管照明装置101～103中整流器cr1～crn的相对应整流区块40中的可调式电流源58可分别根据流经发光装置led1～ledn的电流iled1～iledn来分别产生固定值的调节电流it1～itn至发光装置led1～ledn。更详细地说，当流经一特定发光装置的电流过小，相对应电流控制器56会控制相对应可调式电流源58使其增加调节电流的值，进而汲取更多电流以将流经特定发光装置的电流和流经可调式电流源58的电流加总值维持在一固定值；当流经一特定发光装置的电流过大，相对应电流控制器56会控制相对应可调式电流源58使其降低调节电流的值，进而汲取较少电流以将流经特定发光装置的电流和流经可调式电流源58的电流加总值维持在一固定值。

图5图为本发明实施例中用来实施发光二极管照明装置101中整流器cr0的一整流区块41的示意图。整流区块41包括一电压感测电路54、一电流控制器56和一可调式电流源58。整流区块41可实作成制作在同一芯片上的四接脚组件，其中接脚p1为输入接脚，串联至发光装置led1～ledn；接脚p2为接地接脚，耦接至电源供应电路110的负输出端n2；接脚p3为控制接脚；接脚p4为线电压侦测接脚，耦接于分压电路120中两相邻电阻之间，可根据有关整流交流电压vac的电压vlvd来监控电源供应电路110的状态。电流侦测组件rs0耦接于用来实施发光二极管照明装置101中整流器cr0的整流区块41的接脚p2和接脚p3之间，用来提供有关电流iled的值的一回授电压vfb。电压感测电路54可根据接脚p4所提供的电压vlvd来产生一控制信号s1至电流控制器56。用来实施发光二极管照明装置101中整流器cr0的整流区块41中的电流控制器56可根据控制信号s1和接脚p3所提供的回授电压vfb来产生控制信号vg，进而控制可调式电流源58以调节电流iled的值，以使电流iled的波形能随着电压vlvd的波形而变化，因此能改善电流谐波。

图6图为本发明实施例中用来实施发光二极管照明装置102中整流器cr0的一整流区块42的示意图。整流区块42包括一内部调节器52、一电压感测电路54、一电流控制器56和一可调式电流源58。整流区块42可实作成制作在同一芯片上的五接脚组件，其中接脚p1为输入接脚，串联至发光装置led1～ledn；接脚p2为接地接脚，耦接至电源供应电路110的负输出端n2；接脚p3为控制接脚；接脚p4为线电压侦测接脚，耦接于分压电路120中两相邻电阻之间；接脚p5为电源接脚，透过电阻r1耦接至电源供应电路110的正输出端n1。电流侦测组件rs0耦接于用来实施发光二极管照明装置102中整流器cr0的整流区块42的接脚p2和接脚p3之间，用来提供有关电流iled的值的一回授电压vfb。透过分压电路120，用来实施发光二极管照明装置102的整流器cr0的整流区块42可根据接脚p4所提供的电压vlvd来监控电源供应电路110的状态，其中电压vlvd的值有关整流交流电压vac的值。电压感测电路54可根据接脚p4所提供的电压vlvd来产生一控制信号s1至电流控制器56。用来实施发光二极管照明装置102中整流器cr0的整流区块42中的电流控制器56可根据控制信号s1和接脚p3所提供的回授电压vfb来产生控制信号vg，进而控制可调式电流源58以调节电流iled的值，以使电流iled的波形能随着电压vlvd的波形而变化，因此能改善电流谐波。透过接脚p5可供电至内部调节器52，进而降低接脚p1的压差电压(drop-outvoltage)。

图7图为本发明实施例中用来实施发光二极管照明装置103中整流器cr0的一整流区块43的示意图。整流区块43包括一内部调节器52、一电压感测电路54、一电流控制器56和一可调式电流源58。整流区块43可实作成制作在同一芯片上的六接脚组件，其中接脚p1为输入接脚，串联至发光装置led1～ledn；接脚p2为接地接脚，耦接至电源供应电路110的负输出端n2；接脚p3为控制接脚；接脚p4为线电压侦测接脚，耦接于分压电路120中两相邻电阻之间，且透过电阻r2和电容c1耦接至电源供应电路110的负输出端n2，进而取得整流交流电压vac的均方根值(rootmeansquare,rms)；接脚p5为电源接脚，透过电阻r1耦接至电源供应电路110的正输出端n1；接脚p6为rms线电压侦测接脚，耦接以接收接脚p4所提供的整流交流电压vac均方根值。电流侦测组件rs0耦接于用来实施发光二极管照明装置103中整流器cr0的整流区块43的接脚p2和接脚p3之间，用来提供有关电流iled的值的一回授电压vfb。透过分压电路120，用来实施发光二极管照明装置103中整流器cr0的整流区块43可根据接脚p4所提供的电压vlvd来监控电源供应电路110的状态，其中电压vlvd的值有关整流交流电压vac的值。电压感测电路54可根据接脚p4所提供的电压vlvd和接脚p6所提供的电压vlvdr来产生一控制信号s1至电流控制器56。电流控制器56可根据控制信号s1和接脚p3所提供的回授电压vfb来产生控制信号vg，以控制可调式电流源58使其产生的调节电流的波形能随着电压vlvd和电压vlvdr的波形而变化，进而改善电流谐波。透过接脚p5可供电至内部调节器52，进而降低接脚p1的压差电压。此外，发光二极管照明装置103的整流器cr0可透过接脚p6来侦测整流交流电压vac的均方根值，进而改善线调整率(lineregulation)。

在本发明实施例中，可调式电流源58可采用一金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,mosfet)、一双载子接面晶体管(bipolarjunctiontransistor,bjt)，或其他具备类似功能的组件。然而，可调式电流源58的种类并不限定本发明的范畴。

图8图和图9图为本发明实施例中发光二极管照明装置101和102运作时的电流-电压特性图。为了说明目的，图8图和图9图显示了n＝2时的实施例，其中整流器cr1和cr2由整流区块40来实作，而整流器cr0由整流区块41或42来实作。电流iled的整体限流设定由整流器cr0～cr2来控制，其中iset1代表整流器cr1所提供的限流设定值，iset2代表整流器cr2所提供的限流设定值，而iset0(t)代表整流器cr0所提供的限流设定值。如前所述，整流器cr1所提供的限流设定值iset1和整流器cr2所提供的限流设定值iset2为固定值，而整流器cr0所提供的限流设定值iset0(t)其波形会随着整流交流电压vac而变化。

为了说明目的，t0～t5代表整流交流电压vac的周期内的不同时间点。在t0之前和在t5之后，整流交流电压vac的值尚不足以导通发光装置led0，此时电流iled的值实值上为0。在t0～t1和t4～t5的期间，电流iled是由整流器cr0或整流器cr1来调节：当整流器cr1所提供的限流设定值iset1(固定值)小于整流器cr0所提供的限流设定值iset0(t)(随时间变化)时，电流iled是由整流器cr1来调节；当整流器cr0所提供的限流设定值iset0(t)(随时间变化)小于整流器cr1所提供的限流设定值iset1(固定值)时，电流iled是由整流器cr0来调节。在t1～t2和t3～t4的期间，电流iled是由整流器cr0或整流器和cr2来调节：当整流器cr2所提供的限流设定值iset2(固定值)小于整流器cr0所提供的限流设定值iset0(t)(随时间变化)时，电流iled是由整流器cr2来调节；当整流器cr0所提供的限流设定值iset0(t)(随时间变化)小于整流器cr2所提供的限流设定值iset2(固定值)时，电流iled是由整流器cr0来调节。在t2～t3的期间，电流iled是由整流器cr0来调节。

在图8图所示的实施例中，发光二极管照明装置101或102中整流器cr0的接脚p4是透过分压电路120耦接至电源供应电路110的正输出端n1以提供较低的限流设定值iset0(t)。举例来说，在t0和t1之间，限流设定值iset0(t)的值不超过限流设定值iset1的值；在t1和t2之间，限流设定值iset0(t)的值不超过限流设定值iset2的值。这种状况下，电流iled在整流交流电压vac的周期内都是由整流器cr0来调节。

在图9图所示的实施例中，发光二极管照明装置101或102中整流器cr0的接脚p4是透过分压电路120耦接至电源供应电路110的正输出端n1以提供较高的限流设定值iset0(t)。举例来说，在t0～t1和t4～t5的期间，限流设定值iset0(t)的值会短暂地超过限流设定值iset1的值；在t2之前和在t3之后，限流设定值iset0(t)的值会短暂地超过限流设定值iset2的值。这种状况下，在整流交流电压vac的周期内t1之前和t4之后，电流iled首先由整流器cr1来调节，接着再由整流器cr0来调节；在整流交流电压vac的周期内t1～t2和t3～t4的期间，电流iled首先由整流器cr0来调节，接着再由整流器cr2来调节。

图10图和图11图为本发明实施例中发光二极管照明装置103运作时的电流-电压特性图。为了说明目的，图10图和图11图显示了n＝2时的实施例，其中整流器cr1和cr2由整流区块40来实作，而整流器cr0由整流区块43来实作。发光二极管照明装置103的运作方式和发光二极管照明装置101～102类似，但发光二极管照明装置103另透过接脚p6来提供一最大限流设定值iset0_max，其值由接脚p6的电位来定义。当接脚p6的电位越高，代表整流交流电压vac的均方根值越大，此时最大限流设定值iset0_max的值会越小；当接脚p6的电位越低，代表整流交流电压vac的均方根值越小，此时最大限流设定值iset0_max的值会越大。

透过上述多级驱动阶段的架构，本发明可增加发光二极管照明装置的有效操作电压范围和改善电流谐波。

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。