专利名称：主动泄流电路、发光元件电源供应电路与triac控制方法
技术领域：
本发明涉及可全相位启动三极交流开关的主动泄流电路及使用该主动泄流电路的发光元件电源供应电路与三极交流开关控制方法，特别是指一种可全相位(all phase)调光，并可于TRIAC调光电路不存在时，不消耗功率的发光元件电源供应电路与用于其中的主动泄流电路及三极交流开关控制方法。
背景技术：
图1A显示现有技术一种发光二极管(light emitting diode, LED)电源供应电路100示意图。如图1A所示，LED电源供应电路100包含三极交流开关(Tr1-electrode ACSwitch, TRIAC)调光电路12、整流电路14、与LED驱动电路16。TRIAC调光电路12接收交流输入电压讯号端VL的交流讯号，当交流讯号超过预设的触发相位时启动并导通TRIAC调光电路12。TRIAC调光电路12的输入与输出讯号波形如图1B的讯号波形图所不意,其中分别以虚线波形表示输入讯号端VL的交流讯号，并以实线波形表示经过TRIAC调光电路12之后由讯号端VL’输出的交流调光讯号。整流电路14接收讯号端VL’的交流调光讯号，与中位端VN的中位讯号，将两讯号端的压差经整流后，产生整流调光讯号VD，以输入LED驱动电路16，进而驱动LED电路11。以上电路中，设置TRIAC调光电路12的目的是调整由讯号端VL’输出的交流调光讯号的导通相位，据此调整LED电路11的平均亮度。上述现有技术的缺点是，TRIAC调光电路12中包含TRIAC元件，当TRIAC元件启动时，需要相当大的闩锁电流(latching current),若是驱动传统白炽灯等高消耗功率的负载电路，不需要特别考虑闩锁电流；但驱动LED电路11这种低消耗功率的负载电路时，其所需要的电流很小，电源供应电路若未于启动TRIAC元件时，产生所需要的闩锁电流，将会造成启动失败(misfire)，进而产生肉眼可见的闪烁情况，其讯号波形如图1C的讯号波形图所示意。图2A与2B显示另一种现有LED电源供应电路110示意图，用以改善前述现有技术的问题。如图2A所示，相较于图1A，图2A的现有LED电源供应电路110更包含泄流电路(bleeder circuit) 18，设置于整流电路14与LED驱动电路16之间，以于每周期产生所需要的闩锁电流，供应TRIAC调光电路12使TRIAC元件启动，而该闩锁电流由泄流电路18产生后则经由接地回路消耗掉。图2B显示的电源供应电路110包含泄流电路18的一种具体的电路。详言之，泄流电路18中，电阻Rl与R2串联于整流电路14输出的两端点之间，利用产生闩锁电流引发的高电压，使其分压导通开关Q1，以产生闩锁电流。类似地，也设置串联的电阻R3与齐纳二极管ZDl与ZD2，于TRIAC元件启动之后，用以导通开关Q2，以使TRIAC元件启动的后产生的维持电流(holding current)流经电阻R4,其中，交流讯号VL、交流调光讯号VL’、与TRIAC电流IT的讯号波形如图2C所示。图2A与2B所显示的现有技术，虽然改善了因TRIAC元件启动失败，所造成的LED电路可见的闪烁问题，但是，整流电路14所产生的整流调光讯号VD在电阻R2上的分压，至少必须高于开关Ql的临界电压，泄流电路18才会产生闩锁电流并进而启动TRIAC元件，若是使用者需要将调光讯号调整至非常低时，亦即图1B、2C中的导通相位非常短时，则触发相位将非常接近调光讯号周期末端(参阅图4A)，这将会使得整流调光讯号VD在电阻R2上的分压低于开关Ql的临界电压，泄流电路18无法产生闩锁电流，因此TRIAC元件便会无法启动。也就是说，使用这种泄流电路18时，TRIAC调光电路12无法进行全相位的调光，其触发相位不能晚于一定的限制。此外，在某些应用场合并不需要调光功能故也不需要设置TRIAC调光电路12，但这种泄流电路18在未设置TRIAC调光电路的情况下，仍持续消耗电力，且泄流电路18消耗的功率都未被加以利用而浪费了。有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种发光元件电源供应电路与用于其中的主动泄流电路及发光元件控制方法，特别是指一种可全相位(all phase)调光，并可于TRIAC调光电路不存在时，不消耗功率的发光元件电源供应电路与用于其中的主动泄流电路及发光元件控制方法。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种发光元件电源供应电路。本发明另一目的在于，提出一种主动泄流电路。本发明又另一目的在于，提出一种三极交流开关控制方法。为达上述目的，就其中一观点言，本发明提供了一种发光元件电源供应电路，包含:一三极交流开关(Tr1-electrode AC Switch, TRIAC)调光电路，根据一交流输入讯号，产生一交流调光讯号，此交流调光讯号具有非导通相位与导通相位；一整流电路，与该TRIAC调光电路耦接，并根据该交流调光讯号，产生一整流调光讯号，具有对应于该交流调光讯号的非导通相位与导通相位；一主动泄流电路，包括:一侦测电路，与该整流电路耦接，用以产生一侦测讯号并在该非导通相位期间累计该侦测讯号；以及一汲流电路，与该侦测电路耦接，当该侦测讯号累计超过一默认值时，操作其中一开关，以产生一闩锁电流，用以启动该TRIAC调光电路；以及一发光元件驱动电路，根据该整流调光讯号，驱动一发光元件电路。就另一观点言，本发明也提供了一种主动泄流电路，包含:一侦测电路，耦接于一具有非导通相位与导通相位的整流讯号，用以根据该整流讯号产生一侦测讯号，并在该非导通相位期间累计该侦测讯号；以及一汲流电路，与该侦测电路耦接，当该侦测讯号累计超过一默认值时，操作其中一开关，以产生一闩锁电流。在其中一种实施型态中，在该导通相位期间，该汲流电路中的该开关关闭(OFF)以停止产生该闩锁电流。在其中一种实施型态中，该侦测电路宜包括:一转换元件，接收该整流讯号，以转换为该侦测讯号；以及一储存元件，储存并累计该侦测讯号。在其中一种实施型态中，该侦测电路宜更包括一关闭控制电路，以在该导通相位期间，关闭该汲流电路中的该开关。该关闭控制电路宜包括一齐纳二极管，其逆向端与该侦测讯号耦接，顺向端耦接于一较低的电位，当该侦测讯号Vc与该较低电位的电压差超过该齐纳二极管的逆向崩溃电压时，该齐纳二极管导通。
在其中一种实施型态中，该侦测电路宜更包括一重置电路，用以重置该侦测讯号。该重置电路宜包括一二极管元件，其顺向端与该储存元件耦接，且其逆向端用以接收一重置讯号，以重置该侦测讯号。就又另一观点言，本发明也提供了一种三极交流开关控制方法，包含:接收一整流讯号，其中该整流讯号由一交流输入讯号经一三极交流开关(Tr1-electrode ACSwitch, TRIAC)电路再经过整流后所产生，该整流讯号具有非导通相位与导通相位；根据该整流讯号，产生一侦测讯号并在该非导通相位期间累计该侦测讯号；以及当该侦测讯号累计超过一默认值时，产生一闩锁电流(latching current),用以启动该TRIAC电路。在其中一种实施型态中，该三极交流开关控制方法更包含:在该导通相位期间，停止产生该闩锁电流。在其中一种实施型态中，该产生并累计该侦测讯号的步骤包括:在该非导通相位期间，根据该整流讯号产生一电流，对一电容充电。在其中一种实施型态中，该三极交流开关控制方法更包含:在该导通相位期间，使该电容放电。在其中一种实施型态中，该产生并累计该侦测讯号的步骤更包括:周期性地重置该侦测讯号。下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图1A显示现有技术一种发光二极管(light emitting diode, LED)电源供应电路示意图；图1B与IC分别显示现有技术中，闩锁电流足够与不足以启动TRIAC元件的交流讯号波形；图2A与2B显示另一种现有LED电源供应电路示意图；图2C显示图2A与2B中的交流讯号VL、交流调光讯号VL’、与TRIAC电流IT的讯号波形；图3显示本发明第一个实施例；图4A显示经过与未经过TRIAC调光电路的交流输入讯号波形；图4B显示SCR元件电路符号；图5A-5B显示本发明第二个实施例；图6显示本发明第三个实施例；图7显示本发明第四个实施例。图中符号说明IlLED电路12TRIAC调光电路14整流电路16LED驱动电路18泄流电路
26, 36, 46发光元件驱动电路28主动泄流电路31功率级电路33电压侦测电路39发光元件控制电路100, 110, 200, 300发光元件电源供应电路281侦测电路282汲流电路Cl电容Dl极管Ib电流IT TRIAC元件电流Q1，Q2，Q3开关Rl, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8电阻Reset重置讯号tl时间VD整流调光讯号VL, VL，讯号端VN中位端ZDl, ZD2, ZD3齐纳二极管
具体实施例方式请参阅图3,显示本发明第一个实施例。如图3所示,发光元件电源供应电路200包含三极交流开关(Tr1-electrode AC Switch, TRIAC)调光电路12、整流电路14、主动泄流电路28与发光元件驱动电路26。TRIAC调光电路12接收输入端VL的交流讯号，如图4A中虚线的讯号波形图所示意。当交流讯号超过预设的触发相位时启动并导通TRIAC调光电路
12,于讯号端VL’产生交流调光讯号,其讯号波形如图4A的实线讯号波形图所不意。TRIAC调光电路12包含TRIAC元件,其例如由两娃控整流器(silicon control rectifier, SCR)元件组合而成，电路符号如图4B所示。TRIAC元件与SCR元件为本技术领域中具有通常知识者所熟知，在此不予赘述。其中，当TRIAC元件操作时，需要较高的闩锁电流(latchingcurrent)来启动TRIAC元件,与较低的维持电流(holding current)来维持TRIAC元件的操作。整流电路14例如但不限于为桥式整流电路(未示出)，将具有正与负的交流调光讯号，转换为全为正的整流调光讯号VD。发光元件驱动电路26接收整流调光讯号以驱动发光元件电路并调整其亮度。发光元件电路例如但不限于如图所示的LED电路11。主动泄流电路28包含侦测电路281与汲流电路282。其中侦测电路281与整流电路14耦接，并根据整流调光讯号VD，产生并累计侦测讯号。汲流电路282与侦测电路281耦接，以接收侦测讯号，当侦 测讯号累计超过默认值时，操作其中开关，以产生闩锁电流(Iatchingcurrent),用以启动TRIAC调光电路12。发光元件驱动电路26,根据整流调光讯号，驱动发光元件电路11并调整其亮度。
图5A-5B显示本发明第二个实施例，其中图5A举例显示主动泄流电路28的一个更具体的实施例，图5B显示整流调光讯号VD、侦测讯号Vc、电流Ib的关系。如图所示，主动泄流电路28中，侦测电路281例如但不限于包含电阻R5与电容Cl所组成的RC电路、以及齐纳二极管ZD3。其中，电阻R5用以接收整流电路14产生的整流调光讯号VD，并将其转换为侦测讯号Vc ；电容Cl储存侦测讯号Vc并以对电容Cl充电的方式，累计侦测讯号Vc，其讯号波形如图5B所示。齐纳二极管ZD3的逆向端与侦测讯号Vc耦接，顺向端耦接于一较低的电位，例如但不限于地电位，因此该齐纳二极管ZD3仅在侦测讯号Vc的电位上升超过齐纳二极管ZD3的逆向崩溃电压时才会导通。参阅图5A-5B，在TRIAC调光电路12的非导通相位期间，仍有微量电流可自整流调光讯号VD，经由电阻R5对电容Cl充电，当电容Cl上的侦测讯号Vc累计至超过一默认值，例如但不限于为开关Q3的临界电压时，开关Q3开始导通，产生电流lb。汲流电路282例如但不限于包含前述开关Q3与电阻R6，如前所述，开关Q3受控于侦测讯号Vc，当侦测讯号Vc超过临界电压时，开始导通，产生电流Ib ；电流Ib超过TRIAC元件所需的闩锁电流时，TRIAC元件启动。另一方面，当到达触发相位而TRIAC元件已经启动之后，由于侦测讯号Vc的电位上升超过齐纳二极管ZD3的逆向崩溃电压，因此齐纳二极管ZD3逆向导通，电容Cl放电使侦测讯号Vc的电位下降，开关Q3自动关闭(OFF)而不导通。由于本发明是在TRIAC调光电路12的非导通相位期间，利用侦测电路281中的电容Cl储存并累计侦测讯号，因此，即使在调光讯号的振幅非常低时，也就是触发相位非常接近调光讯号周期末端时，仍可正常启动TRIAC元件，达成全相位调光。而当TRIAC调光电路12不存在或是使用者将调光讯号调整为全亮时，齐纳二极管ZD3将长时间保持在逆向导通的状态，电容Cl无法累积足够的电荷，因此开关Q3将保持关闭而不导通，汲流电路282就不会产生不必要的泄流。与图2A与2B所述的现有技术相比，本发明并不需要持续消耗功率，较其优越。需说明的是，图5A电路中，电阻R5的作用是造成压降并产生一个对电容Cl充电的路径，以根据整流调光讯号VD来转换产生侦测讯号Vc，同样的作用亦可由其它能造成压降并提供电流路径的元件或电路来达成，例如但不限于晶体管等，因此电阻R5应视为仅是转换元件的其中一个较佳实施例。又，齐纳二极管ZD3的作用是在到达触发相位时，使侦测讯号Vc的电位下降，以关闭开关Q3 ;此作用可由其它的元件或电路来达成，例如可将整流调光讯号VD与某一临界值相比较，根据比较结果以决定是否关闭开关Q3等，因此齐纳二极管ZD3应视为仅是开关Q3的关闭控制电路的其中一个较佳实施例，虽具有电路简单的优点，但不应限制为本发明的唯一实施方式。此外，二极管Dl的目的是重置侦测讯号Vc，当重置讯号Reset为零(或其它电位)时，侦测讯号Vc将被重置为二极管Dl的跨压，通常为0.7V(或当重置讯号Reset为其它电位时,侦测讯号Vc将被重置为重置讯号Reset加上0.7V),如此，就可将侦测讯号Vc重置于一个已知的位准。若电路中不需要此重置功能，或是重置讯号Reset与侦测讯号Ne的位准关系需做其它设定，则可不设置二极管Dl或改设置其它元件或电路，例如开关、不同数目或型式的二极管、或其它元件等，因此二极管Dl应视为仅是重置电路的其中一个实施例。在其中一种实施型态中，可以每一周期都重置侦测讯号Vc一次，重置讯号Reset例如可与讯号端VL的交流讯号同步。图6显示本发明第三个实施例。本实施例举例显示发光元件电源供应电路300中，发光元件驱动电路36 —个较具体的实施例。如图所示，发光元件驱动电路36可采用非隔离降压式的功率级架构，但需说明的是此仅为本发明的其中一种应用例，发光元件驱动电路36可采用任何合适的架构。如图6所示，发光元件驱动电路36除包含发光元件控制电路39与功率级电路31外，更包含例如但不限于电压侦测电路33。电压侦测电路33与整流电路14耦接，以侦测整流电路14所输出的整流调光讯号VD、或其相关讯号。电压侦测电路33例如可以包括分压电路，由串联的电阻R7与R8所构成，电阻R7的一端电连接至整流调光讯号VD，电阻R7与R8之间的分压端点则耦接至发光元件控制电路39的调光讯号接点DIM0当整流调光讯号为零电位时，分压端点亦为零电位，因此发光元件控制电路39可以获知整流调光讯号为零电位的时间点并根据之而控制功率级电路31中的功率开关Q4，例如于整流调光讯号为零电位时(不限于必须在此时点，而可以滞后)，发光元件控制电路39经由开关讯号接点GAT，产生开关控制讯号使功率开关Q4导通。由于功率开关Q4已经导通，因此当触发相位到达时，功率级电路31将迅速产生TRIAC调光电路12启动时所需的闩锁电流，并且该闩锁电流可经由功率级电路31而供应给LED电路11。此架构见于相同发明人的另一发明案(TW申请号101108390，US申请号13/421733)中，本实施例在说明，本发明概念亦可以整合于其它产生闩锁电流的机制中。图7显示本发明第四个实施例。与第三个实施例不同的是，本实施例中本发明应用于具有变压器的隔离式功率级架构，而非如图6所示的第三个实施例，应用于非隔离式功率级架构。本实施例旨在说明本发明的应用范围不限于如图6所示的非隔离式发光元件驱动电路36，亦可以应用于隔离式功率级架构的发光元件驱动电路46。此外，图6所示的非隔离式功率级架构为异步降压式的架构，此仅为举例，本发明亦可应用于其它型式如同步降压式的架构、同步或异步升压式的架构、同步或异步反压式的架构、同步或异步升降压式的架构等。这些功率级架构的本身为本领域技术人员所熟知，在此不赘予说明。以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，本发明的主动泄流电路不限于应用在发光元件电源供应电路，而可应用在任何使用TRIAC元件的场合中；再如，在所示各实施例电路中两直接相连的电路或元件之间，可插入不影响讯号主要意义的元件，如其它开关等；又例如发光元件不限于如图所示的LED元件，亦可以为其它类型的发光元件。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。
权利要求
1.一种发光元件电源供应电路，其特征在于，包含: 一三极交流开关调光电路，根据一交流输入讯号，产生一交流调光讯号，此交流调光讯号具有非导通相位与导通相位； 一整流电路，与该三极交流开关调光电路耦接，并根据该交流调光讯号，产生一整流调光讯号，具有对应于该交流调光讯号的非导通相位与导通相位； 一主动泄流电路，包括: 一侦测电路，与该整流电路耦接，用以产生一侦测讯号并在该非导通相位期间累计该侦测讯号；以及 一汲流电路，与该侦测电路耦接，当该侦测讯号累计超过一默认值时，操作其中一开关，以产生一闩锁电流，用以启动该三极交流开关调光电路；以及 一发光元件驱动电路，根据该整流调光讯号，驱动一发光元件电路。
2.如权利要求1所述的发光元件电源供应电路，其中，在该导通相位期间，该汲流电路中的该开关关闭以停止产生该闩锁电流。
3.如权利要求1所述的发光元件电源供应电路，其中，该侦测电路包括: 一转换元件，接收该 整流调光讯号，以转换为该侦测讯号；以及 一储存元件，储存并累计该侦测讯号。
4.如权利要求3所述的发光元件电源供应电路，其中，该侦测电路还包括一关闭控制电路，以在该导通相位期间，关闭该汲流电路中的该开关。
5.如权利要求4所述的发光元件电源供应电路，其中，该关闭控制电路包括一齐纳二极管，其逆向端与该侦测讯号耦接，顺向端耦接于一较低的电位，当该侦测讯号Vc与该较低电位的电压差超过该齐纳二极管的逆向崩溃电压时，该齐纳二极管导通。
6.如权利要求3所述的发光元件电源供应电路，其中，该侦测电路还包括一重置电路，用以重置该侦测讯号。
7.如权利要求6所述的发光元件电源供应电路，其中，该重置电路包括一二极管元件，其顺向端与该储存元件耦接，且其逆向端用以接收一重置讯号，以重置该侦测讯号。
8.—种主动泄流电路，其特征在于，包含: 一侦测电路，耦接于一具有非导通相位与导通相位的整流讯号，用以根据该整流讯号产生一侦测讯号，并在该非导通相位期间累计该侦测讯号；以及 一汲流电路，与该侦测电路耦接，当该侦测讯号累计超过一默认值时，操作其中一开关，以产生一円锁电流。
9.如权利要求8所述的主动泄流电路，其中，在该导通相位期间，该汲流电路中的该开关关闭以停止产生该闩锁电流。
10.如权利要求8所述的主动泄流电路，其中，该侦测电路包括: 一转换元件，接收该整流讯号，以转换为该侦测讯号；以及 一储存元件，储存并累计该侦测讯号。
11.如权利要求10所述的主动泄流电路，其中，该侦测电路还包括一关闭控制电路，以在该导通相位期间，关闭该汲流电路中的该开关。
12.如权利要求11所述的主动泄流电路，其中，该关闭控制电路包括一齐纳二极管，其逆向端与该侦测讯号耦接，顺向端耦接于一较低的电位，当该侦测讯号Vc与该较低电位的电压差超过该齐纳二极管的逆向崩溃电压时，该齐纳二极管导通。
13.如权利要求10所述的主动泄流电路，其中，该侦测电路还包括一重置电路，用以重置该侦测讯号。
14.如权利要求13所述的主动泄流电路，其中，该重置电路包括一二极管元件，其顺向端与该储存元件耦接，且其逆向端用以接收一重置讯号，以重置该侦测讯号。
15.一种三极交流开关控制方法，其特征在于，包含: 接收一整流讯号，其中该整流讯号由一交流输入讯号经一三极交流开关电路再经过整流后所产生，该整流讯号具有非导通相位与导通相位； 根据该整流讯号，产生一侦测讯号并在该非导通相位期间累计该侦测讯号；以及 当该侦测讯号累计超过一默认值时，产生一闩锁电流，用以启动该三极交流开关电路。
16.如权利要求15所述的三极交流开关控制方法，其中，还包含:在该导通相位期间，停止产生该闩锁电流。
17.如权利要求15所述的三极交流开关控制方法，其中，该产生并累计该侦测讯号的步骤包括:在该非导通相位期间，根据该整流讯号产生一电流，对一电容充电。
18.如权利要求17所述的三极交流开关控制方法，其中，还包含:在该导通相位期间，使该电容放电。
19.如权利要求15所述的发光元件控制方法，其中，该产生并累计该侦测讯号的步骤，还包括:周期性地重置该侦测讯号。
全文摘要
本发明提出一种可全相位启动三极交流开关的主动泄流电路及使用该主动泄流电路的发光元件电源供应电路与三极交流开关控制方法。发光元件电源供应电路接收交流输入讯号，利用其中三极交流开关(Tri-electrode AC Switch,TRIAC)调光电路与整流电路将其转换后，产生整流调光讯号，再利用其中发光元件驱动电路，以根据整流调光讯号，驱动发光元件电路并调整其亮度。其中，用于发光元件电源供应电路的主动泄流电路包含侦测电路，与整流电路耦接，并根据整流调光讯号，产生并累计侦测讯号；以及汲流电路，与侦测电路耦接，当侦测讯号累计超过默认值时，操作其中开关，以产生闩锁电流，用以启动TRIAC调光电路。
文档编号H05B37/02GK103188855SQ20121055498
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月19日 优先权日2011年12月30日
发明者廖家玮, 邱仁炼, 陈培元 申请人:立锜科技股份有限公司