改善电压调整率的发光二极体照明装置的制作方法

1.本发明涉及于一种发光二极体照明装置，尤其涉及一种可改善电压调整率的发光二极体照明装置。


背景技术：

2.在整流交流(rectified alternative-current,ac)电压直接驱动的照明应用中，由于发光二极体(light emitting diode,led)为电流驱动元件，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体来提供足够光源。
3.流经发光二极体的电流会随着整流交流电源的不同而改变，电压调整率(line regulation)是指发光二极体照明装置在整流交流电源有所变动时维持固定亮度的能力。当市电供应的交流电压变大时，发光二极体电流亦随之变大，因而导致发光二极体电流在不同输入电压下的电流不准确问题，也会因消耗功率过大而导致过热的现象。因此，需要一种能够改善电压调整率的发光二极体照明装置。


技术实现要素：

4.有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种可改善电压调整率的发光二极体照明装置。
5.为达到上述的目的，本发明公开了一种发光二极体照明装置，包括一电流侦测电路、一工作周期侦测电路，以及一电流调节电路。所述电流侦测电路用来监控一第一电流的变化以提供相对应的一回授电压。所述工作周期侦测电路根据所述回授电压来侦测所述第一电流的工作周期，并提供相对应的一控制信号。所述电流调节电路用来提供所述第一电流以调节一第二电流，以使所述第二电流的值不超过所述第一电流的值，其中所述第二电流流经由一整流交流电压所驱动的一装置。所述电流调节电路根据所述回授电压和所述控制信号来调整所述第一电流的值。
附图说明
6.图1为本发明实施例中发光二极体照明装置的示意图。
7.图2为本发明实施例中发光二极体照明装置的示意图。
8.图3为本发明实施例中发光二极体照明装置的示意图。
9.图4为本发明实施例中发光二极体照明装置的示意图。
10.图5a为本发明实施例中发光二极体照明装置运作时相关信号的波形图。
11.图5b为本发明实施例中发光二极体照明装置运作时相关信号的波形图。
12.图6a为本发明实施例中发光二极体照明装置运作时相关信号的波形图。
13.图6b为本发明实施例中发光二极体照明装置运作时相关信号的波形图。
14.图7为本发明实施例中发光二极体照明装置运作时相关信号的波形图。
15.其中，附图标记说明如下：
16.10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
发光装置
17.20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流侦测电路
18.30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流调节电路
19.32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
参考电压产生器
20.40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工作周期侦测电路
21.50
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
芯片
22.100、200、300、400
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
发光二极管照明装置
23.110
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电源供应电路
24.112
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
桥式整流器
25.vs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
交流电压
[0026]vac
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
整流交流电压
[0027]iled
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流
[0028]it
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
调节电流
[0029]
ia、ib、icꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
导通电流
[0030]vled
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
发光装置的跨压
[0031]vref
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
参考电压
[0032]vfb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
回授电压
[0033]vth
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
临界电压
[0034]
rs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
侦测电阻
[0035]
vdd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
偏压
[0036]
gnd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接地电位
[0037]
vg1、vg2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
开关信号
[0038]
vc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制信号
[0039]
sw1、sw2、sw3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
开关
[0040]
cp1、cp2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
比较器
[0041]
r1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电阻
[0042]
cs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电荷储存单元
[0043]
a、b、c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
曲线
具体实施方式
[0044]
图1为本发明实施例中发光二极体照明装置100的示意图。图2为本发明实施例中发光二极体照明装置200的示意图。图3为本发明实施例中发光二极体照明装置300的示意图。图4为本发明实施例中发光二极体照明装置400的示意图。发光二极体照明装置100、200、300和400各包括一电源供应电路110、一发光装置10、一电流侦测电路20，一电流调节电路30，以及一工作周期(duty cycle)侦测电路40。
[0045]
在图1至图4所示的发光二极体照明装置100、200、300和400中，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v
ac
以驱动发光二极体照明装置100、200、300和
400，其中整流交流电压v
ac
的值随着时间而有周期性变化。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v
ac
以驱动发光二极体照明装置100、200、300和400，其中整流交流电压v
ac
的值随着时间而有周期性变化。值得注意的是，电源供应电路110的实施方式并不限定本发明的范畴。
[0046]
在图1至图4所示的发光二极体照明装置100、200、300和400中，发光装置10可包括一个发光二极体，或是多个串接的发光二极体。图1至图4显示了采用多个串接发光二极体的架构，其可包括多个单介面发光二极体(single-junction led)、多个多介面高压发光二极体(multi-junction high-voltage led)，或不同类型发光二极体的任意组合。然而，发光装置10所采用的发光二极体种类或组态并不限定本发明的范畴。
[0047]
为了清楚地说明本发明，说明书全文和图示中使用下列符号来表示发光二极体照明装置100、200、300和400中相关电流和电压。v
led
代表发光装置10的跨压。i
led
代表流经发光装置10的电流。i
t
代表电流调节电路30提供的调节电流。
[0048]
在图1至图4所示的发光二极体照明装置100、200、300和400中，电流侦测电路20可包括一侦测电阻rs，串联于电流调节电路30和一接地电位gnd之间。侦测电阻rs可根据电流调节电路30所提供的调节电流i
t
来提供一回授电压v
fb
，其中v
fb
＝i
t
*rs。然而，电流侦测电路20的实施方式并不限定本发明的范畴。
[0049]
在图1至图4所示的发光二极体照明装置100、200、300和400中，电流调节电路30包括一开关sw1、一比较器cp1，以及一参考电压产生器32。参考电压产生器32可根据工作周期侦测电路40提供的一控制信号vc来提供一参考电压v
ref
。开关sw1的第一端耦接至发光装置10，第二端透过电流侦测电路20耦接至接地电位gnd，而控制端耦接至比较器cp1的输出端以接收一开关信号vg1，可根据开关信号vg1来提供调节电流i
t
，进而使电流i
led
的值不超过调节电流i
t
的值。比较器cp1的正输入端耦接至参考电压产生器32以接收参考电压v
ref
，负输入端耦接至电流侦测电路20以接收回授电压v
fb
，而输出端用来输出开关信号vg1。根据回授电压v
fb
和参考电压v
ref
的大小关系，比较器cp1可调整驱动开关sw1的开关信号vg1的值，进而相对应地调整调节电流i
t
的大小。当v
fb
《v
ref
时，比较器cp1会输出较高电位的开关信号vg1以增加开关sw1的调节电流；当v
fb
》v
ref
时，比较器cp1会输出较低电位的开关信号vg1以降低开关sw1的调节电流。因此，当电流i
led
的值变小时，电流调节电路30会增加开关sw1的调节电流i
t
，直到回授电压v
fb
升至参考电压v
ref
为止；当电流i
led
的值变大时，电流调节电路30会降低开关sw1的调节电流i
t
，直到回授电压v
fb
降至参考电压v
ref
为止。
[0050]
在本发明实施例中，电流调节电路30中的开关sw1可为一金氧半场效电晶体(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)、一双载子接面电晶体(bipolar junction transistor,bjt)或其他具备类似功能的元件。在图1至图4所示的实施例中，开关sw1为一n型电晶体。然而，开关sw1的实施方式并不限定本发明的范畴。
[0051]
以开关sw1为金氧半场效电晶体的实施例来做说明，当电流调节电路30开启时开关sw1是在饱和区(saturation region)内运作，其所提供的调节电流i
t
正比于(v
gs-v
th
)2，其中v
gs
为开关sw1的闸极-源极电压(控制端和第二端的压差)，而v
th
为开关sw1的临界电压。因此，当比较器cp1输出不同电位的开关信号vg1时，即可调整调节电流i
t
的值。
[0052]
在图1至图4所示的发光二极体照明装置100、200、300和400中，工作周期侦测电路
40包括开关sw2-sw3、一比较器cp2，以及一电阻r1，可根据回授电压v
fb
来侦测调节电流i
t
的工作周期，并提供相对应的控制信号vc。开关sw2的第一端耦接至一偏压vdd，第二端透过电阻r1耦接至电流调节电路30，而控制端耦接至比较器cp2的输出端以接收开关信号vg2。开关sw3的第一端耦接至接地电位gnd，第二端透过电阻r1耦接至电流调节电路30，而控制端耦接至比较器cp2的输出端以接收开关信号vg2。开关sw2和sw3为极性相反的元件，亦即在同一时间点接收到具特定电位的开关信号vg2时，开关sw2和sw3中其中一开关会被开启，而另一开关会被截止。在本发明中，开关sw2和开关sw3可为金氧半场效电晶体、双载子接面电晶体或其他具备类似功能的元件。在图1至图4所示的实施例中，开关sw2为一p型电晶体，而开关sw3为一n型电晶体。然而，开关sw2和sw3的实施方式并不限定本发明的范畴。
[0053]
在图1所示的发光二极体照明装置100和图2所示的发光二极体照明装置200中，比较器cp2的正输入端耦接至一临界电压v
th
，负输入端耦接至电流侦测电路20以接收回授电压v
fb
，而输出端用来输出开关信号vg2。根据回授电压v
fb
和临界电压v
th
的大小关系，比较器cp2可输出相对应的开关信号vg2以控制开关sw2-sw3的运作。以开关sw2为p型电晶体而开关sw3为n型电晶体的实施例来做说明：当v
fb
》v
th
时，比较器cp2会输出低电位的开关信号vg2以开启开关sw2并截止开关sw3，此时控制信号vc会透过电阻r1被拉至偏压vdd；当v
fb
《v
th
时，比较器cp2会输出高电位的开关信号vg2以开启开关sw3并截止开关sw2，此时控制信号vc会透过电阻r1被拉至接地电位gnd。
[0054]
图5a和5b显示了本发明实施例中发光二极体照明装置100和200运作时相关信号的波形图。在图5a中，纵轴代表控制信号vc的值，而横轴代表调节电流i
t
的工作周期。在图5b中，纵轴代表调节电流i
t
的值，而横轴代表控制信号vc的值。当整流交流电压v
ac
的值低于额定范围时，调节电流i
t
的工作周期和控制信号vc的值较小，此时参考电压产生器32会根据控制信号vc来增加参考电压v
ref
的值以调高调节电流i
t
的值，进而稳定输出电流；当整流交流电压v
ac
的值高于额定范围时，调节电流i
t
的工作周期和控制信号vc的值较大，此时参考电压产生器32会根据控制信号vc来降低参考电压v
ref
的值以降低调节电流i
t
的值，进而稳定输出。
[0055]
在图3所示的发光二极体照明装置300和图4所示的发光二极体照明装置400中，比较器cp2的正输入端耦接至开关sw1的第二端和侦测电阻rs之间以接收回授电压v
fb
，负输入端耦接至一临界电压v
th
，而输出端用来输出开关信号vg2。根据回授电压v
fb
和临界电压v
th
的大小关系，比较器cp2可输出相对应的开关信号vg2以控制开关sw2-sw3的运作。以开关sw2为p型电晶体而开关sw3为n型电晶体的实施例来做说明：当v
fb
》v
th
时，比较器cp2会输出高电位的开关信号vg2以关闭开关sw2并开启开关sw3，此时控制信号vc会透过电阻r1被拉至接地电位gnd；当v
fb
《v
th
时，比较器cp2会输出低电位的开关信号vg2以关闭开关sw3并开启开关sw2，此时控制信号vc会透过电阻r1被拉至偏压vdd。
[0056]
图6a和6b显示了本发明实施例中发光二极体照明装置300和400运作时相关信号的波形图。在图6a中，纵轴代表控制信号vc的值，而横轴代表调节电流i
t
的工作周期。在图6b中，纵轴代表调节电流i
t
的值，而横轴代表控制信号vc的值。当整流交流电压v
ac
的值低于额定范围时，调节电流i
t
的工作周期的值较小而控制信号vc的值较大，此时参考电压产生器32会根据控制信号vc来增加参考电压v
ref
的值以调高调节电流i
t
的值，进而稳定输出电压；当整流交流电压v
ac
的值高于额定范围时，调节电流i
t
的工作周期的值较大而控制信号
vc的值较小，此时参考电压产生器32会根据控制信号vc来降低参考电压v
ref
的值以降低调节电流i
t
的值，进而稳定输出。
[0057]
在图5b和6b所示的实施例中，当控制信号vc的值介于特定区间时(例如介于0.2vdd和0.8vdd)，调节电流i
t
的值会以线性增加或降低。在其它实施例中，当控制信号vc的值介于特定区间时，调节电流i
t
的值可以非线性增加或降低。然而，特定区间的范围或调整调节电流i
t
的方式并不限定本发明范畴。
[0058]
图7显示了本发明实施例中发光二极体照明装置100、200、300和400运作时相关信号的波形图。在图7中，曲线a代表在额定范围内的整流交流电压v
ac
，曲线b代表高于额定范围时的整流交流电压v
ac
，而曲线c代表低于额定范围时的整流交流电压v
ac
。ia代表当整流交流电压v
ac
在额定范围内时发光二极体照明装置的导通电流，ib代表当整流交流电压v
ac
高于额定范围时发光二极体照明装置的导通电流，而ic代表当整流交流电压v
ac
低于额定范围内时发光二极体照明装置的导通电流。
[0059]
发光二极体照明装置100、200、300和400的电压调节率相关于电流i
led
对时间的积分值。如图7所示，当整流交流电压v
ac
高于额定范围时，本发明可因应调节电流i
t
的工作周期增加而降低调节电流i
t
的值；当整流交流电压v
ac
低于额定范围时，本发明可因应增加调节电流i
t
的工作周期降低而增加调节电流i
t
的值。因此，在整流交流电压v
ac
有所变动时，本发明可使得电流ia之平均值(或电流ia对时间的平均积分值)、电流ib的平均值(或电流ib对时间t的平均积分值)，以及电流ic的平均值(或电流ic对时间t的平均积分值)彼此之间的差异降到最小，进而改善发光二极体照明装置100、200、300和400的整体电压调节率。
[0060]
在图2和图4所示的实施例中，发光二极体照明装置200和400各另包含一电荷储存单元cs，耦接于工作周期侦测电路40和接地电位gnd之间。电荷储存单元cs和工作周期侦测电路40中的开关sw2-sw3可达成数位至类比的转换。当v
fb
》v
th
时，偏压vdd经由开关sw2和电阻r1对电荷储存单元cs充电；当v
fb
《v
th
时，电荷储存单元cs经由开关电阻r1和开关sw3来放电。因此，调节电流i
t
的工作周期可被转换成一直流值，进而得到图5a所示的关系。
[0061]
在图1所示的发光二极体照明装置100和图3所示的发光二极体照明装置300中，电流调节电路30和工作周期侦测电路40可为制作在同一芯片50上的四端装置，其中脚位p1为耦接至发光装置10的输入脚位，脚位p2为耦接至接地电位gnd的接地脚位，脚位p3为耦接至电流侦测电路20的侦测脚位，而脚位p4为耦接于电源供应电路110的的电源脚位。然而，电流调节电路30和工作周期侦测电路40的实作方式并不限定本发明范畴。
[0062]
在图2所示的发光二极体照明装置200和图4所示的发光二极体照明装置400中，电流调节电路30和工作周期侦测电路40可为制作在同一芯片50上的五端装置，其中脚位p1为耦接至发光装置10的输入脚位，脚位p2为耦接至接地电位gnd的接地脚位，脚位p3为耦接至电流侦测电路20的侦测脚位，脚位p4为耦接于电源供应电路110的的电源脚位，而脚位p5为耦接于电荷储存单元cs的控制脚位。然而，电流调节电路30和工作周期侦测电路40的实作方式并不限定本发明范畴。
[0063]
在图1至图4所示的发光二极体照明装置100、200、300和400中，脚位p4为耦接于电源供应电路110的电源脚位。在其它实施例中，芯片50可直接由脚位p1取电，因此不需要脚位p4。
[0064]
本发明可监控因整流交流电压v
ac
的峰值变化而造成的发光装置导通工作周期变
化，进而依此调整调节电流i
t
的值和工作周期以调节流经发光装置的电流。因此，当整流交流电压v
ac
的值因故偏离其额定范围时，本发明可改善发光二极体照明装置的整体电压调节率。
[0065]
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。