TWI458387B - 照明驅動電路 - Google Patents

Description

照明驅動電路

本發明是有關於一種照明設備，且特別是有關於一種照明設備上的照明驅動電路。

近年來隨著光電技術發展，業界開發了許多種新穎的照明設備，其中，發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)燈管受到廣泛的關注。發光二極體燈管的發光效率優於傳統白熾燈泡，因為發光二極體產生的廢熱，且光電轉換效率遠較其他種類的燈管高，符合節能趨勢。

習知的傳統白熾燈泡為電阻性負載經常搭配矽控調光器(TRIAC dimmer)使用，方便使用者可自行調整所需的亮度，避免造成電能浪費。一般來說，矽控調光器包含可變電阻，使用者可調整可變電阻之阻值，使矽控調光器形成不同的導通角度，進而改變輸出波形並達到調光效果。

目前習知的矽控調光器主要適用於電阻性負載(如傳統燈泡)的調光應用，矽控調光器易於實現對一般傳統燈泡(如白熾燈泡)進行調光。然而，矽控調光器並不直接適用於發光二極體燈管。因發光二極體燈管之特性並非純電阻性負載，採用矽控調光器對發光二極體燈管進行調光時需要克服一些技術問題。

由於發光二極體燈管並非純電阻性負載，其在未導通之前具有相當大的阻抗。在未導通、將導通或低壓操作下，受到矽控調光器之吸持漏電流的影響，發光二極體燈管會 產生閃爍或不穩定的現象。尤其使用一般市面上的發光二極體驅動控制器(LED driver controller)時，上述閃爍與不穩定現象將格外嚴重。為了配合節能的趨勢與使用者的需求，開發可配合矽控調光器使用的LED照明設備及其驅動電路實有必要。

為了解決上述問題，本發明提出一種照明驅動電路，其具有兩階段的放血電路耦接於交流輸入與非電阻性發光負載之間。其中一階段為固定放血電路，其由非電阻性發光負載之陽極側持續性地汲取持續放血電流，可避免電荷累積在發光負載的陽極側而形成累積電壓，造成矽控調光器中的電容器無法順利的充放電。另一階段為脈衝放血電路，其用以在非電阻性發光負載初始啟動時產生一個瞬間的脈衝放血電流，其為暫態性的大電流，用以確保矽控調光器能穩定導通。根據上述兩階段的放血電路，持續放血電流可用來使非電阻性發光負載具有類似一般電阻性負載的特性，脈衝放血電流可用來確保啟動時矽控調光器的導通穩定性。

本揭示內容之一態樣是在提供一種照明驅動電路，耦接於一交流輸入與一非電阻性發光負載之間，該照明驅動電路包含調光模組、整流模組、固定放血電路以及脈衝放血電路。調光模組與該交流輸入耦接，用以產生一週期性驅動訊號，該週期性驅動訊號包含週期性的複數個驅動脈波。整流模組耦接於該調光模組與該非電阻性發光負載之 間，該整流模組對該週期性驅動訊號整流，並傳送至該非電阻性發光負載之一陽極側。固定放血電路與該整流模組耦接，且該固定放血電路與該非電阻性發光負載並聯，於該些驅動脈波的持續期間內，該固定放血電路連續性地自該陽極側汲取一持續放血電流。脈衝放血電路與該整流模組耦接，且該脈衝放血電路與該非電阻性發光負載並聯，於該些驅動脈波的觸發時間點上，該脈衝放血電路暫態性地自該陽極側汲取一脈衝放血電流。

根據本發明之一實施例，其中該固定放血電路之兩端電性連接至陽極側與系統接地端，於該些驅動脈波的持續期間，該持續放血電流自該陽極側經由該固定放血電路流向該系統接地端。

根據本發明之一實施例，其中該脈衝放血電路之兩端電性連接至陽極側與系統接地端，於該些驅動脈波的觸發時間點上，該脈衝放血電流自該陽極側經由該脈衝放血電路流向該系統接地端。

根據本發明之一實施例，該固定放血電路包含第一開關、第一電阻、第二電阻以及第一整流二極體。第一開關具有一輸入極、一輸出極以及一控制極，該輸入極耦接至該陽極側。第一電阻耦接於該陽極側與該第一開關之控制極之間。第二電阻耦接於該第一開關之輸出極與系統接地端之間。第一整流二極體耦接於該第一開關之控制極與該系統接地端之間。

根據本發明之一實施例，其中該脈衝放血電路包含第二開關、第三電阻以及電容器。第二開關具有一輸入極、 一輸出極以及一控制極，該控制極耦接至該第一開關之輸出極。第三電阻耦接於該第一開關之輸出極與該第二開關之輸入極之間。電容器耦接於該第三電阻與該系統接地端之間。

根據本發明之另一實施例，脈衝放血電路包含第二開關、第三開關、第三電阻、電容器、第四電阻以及第二整流二極體。第二開關具有一輸入極、一輸出極以及一控制極。第三開關具有一輸入極、一輸出極以及一控制極，該第三開關之輸入極耦接至該陽極側，該第二開關之控制極耦接至該第三開關之輸出極。第三電阻耦接於該第三開關之輸出極與該第二開關之輸入極之間。電容器耦接於該第三電阻與該系統接地端之間。第四電阻耦接於該陽極側與該第三開關之控制極之間。第二整流二極體耦接於該第三開關之控制極與該系統接地端之間。

根據本發明之一實施例，照明驅動電路更包含第四開關，耦接於該第二電阻與該系統接地端之間，該第四開關之控制極耦接至一閘極驅動訊號，根據該閘極驅動訊號之操作，進而切換該固定放血電路是否汲取該持續放血電流。

根據本發明之一實施例，其中固定放血電路更包含第五電阻，該第五電阻與該第二電阻串聯形成一分壓電路，該第五電阻與該第二電阻之間的一分壓節點電壓作為一脈寬調變訊號，該脈寬調變訊號用以控制該非電阻性發光負載之一調光驅動電路。

根據本發明之一實施例，照明驅動電路更包含一電阻電容濾波器，耦接於該第一開關之輸出極與該系統接地端 之間，該電阻電容濾波器用以產生一類比電位調光訊號，該類比電位調光訊號用以控制該非電阻性發光負載之一調光驅動電路。

根據本發明之一實施例，調光模組包含矽控調光器，根據欲輸出之照明亮度的不同，該調光模組產生之該週期性驅動訊號具有不同的導通角度，該整流模組包含一橋式整流器，用以將該週期性驅動訊號由一交流性的訊號整流為一直流性的訊號。

以下將以圖示以及詳細說明揭露本發明之精神，如熟悉此技術之人員在瞭解本發明之實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

請參閱第1圖以及第2圖，第1圖繪示根據本發明之一實施例中一種照明驅動電路100的功能方塊圖。第2圖繪示根據本發明之一實施例中照明驅動電路100上各訊號波形之示意圖。如第1圖所示，照明驅動電路100耦接於交流輸入200與非電阻性發光負載220之間，於實際應用中，非電阻性發光負載220可為發光二極體發光元件或其他相等性之發光元件。交流輸入200提供交流電力訊號AC。

照明驅動電路100包含調光模組120、整流模組140、固定放血電路160以及脈衝放血電路180。調光模組120與交流輸入200耦接，用以產生週期性驅動訊號，週期性 驅動訊號包含週期性的複數個驅動脈波。

整流模組140耦接於調光模組120與非電阻性發光負載之間220，整流模組140對調光模組120產生的週期性驅動訊號進行整流，並將整流後的週期性驅動訊號V_DC傳送至非電阻性發光負載220之陽極側220a。

固定放血電路160與整流模組140耦接，且固定放血電路160與非電阻性發光負載220並聯，於該些驅動脈波的持續期間內，固定放血電路160連續性地自陽極側220a汲取持續放血電流I_H(如第2圖中所示)。於此實施例中，固定放血電路160之兩端電性連接至陽極側220a與系統接地端240。於整流後的週期性驅動訊號V_DC中該些驅動脈波的持續期間，持續放血電流I_H自陽極側220a經由固定放血電路160流向系統接地端240。

脈衝放血電路180與整流模組140耦接，且脈衝放血電路180與非電阻性發光負載220並聯，於整流後的週期性驅動訊號V_DC中該些驅動脈波的觸發時間點(如第2圖中的時間點T1,T2,T3,T4)上，脈衝放血電路180暫態性地自陽極側220a汲取脈衝放血電流I_P(如第2圖中所示)。於此實施例中，脈衝放血電路180之兩端電性連接至陽極側220a與系統接地端240，於該些驅動脈波的觸發時間點上，脈衝放血電流I_P自陽極側220a經由脈衝放血電路180流向系統接地端240。

本發明以下段落提出多個電路實施例，可用以實現上述照明驅動電路100所述之功能與操作，但本發明並不僅以下列的電路架構為限。

請參閱第3圖，其繪示根據本發明內容之一第一實施例中照明驅動電路100a的電路架構圖。

如第3圖所示，第一實施例中的照明驅動電路100a包含調光模組120、整流模組140、固定放血電路160以及脈衝放血電路180。

於此例中，調光模組120包含矽控調光器(TRIAC dimmer)，根據欲輸出之照明亮度的不同，調光模組120產生之週期性驅動訊號具有不同的導通角度。整流模組140包含橋式整流器BD，整流模組140用以將週期性驅動訊號由交流性的訊號整流為直流性的訊號。

其中，照明驅動電路100a的固定放血電路160包含第一開關S1、第一電阻R1、第二電阻R2以及第一整流二極體Zd1。第一開關S1具有輸入極、輸出極以及控制極，第一開關S1之輸入極耦接至陽極側220a。第一電阻R1耦接於陽極側220a與第一開關S1之控制極之間。第二電阻R2耦接於第一開關S1之輸出極與系統接地端240之間。第一整流二極體Zd1耦接於第一開關S1之控制極與系統接地端240之間。

整流後的週期性驅動訊號V_DC中該些驅動脈波的持續期間內，第一開關S1導通，固定放血電路160連續性地自陽極側220a汲取持續放血電流I_H(如第2圖以及第3圖中所示)經由第一開關S1與第二電阻R2流向系統接地端240。其中，持續放血電流I_H可用來使非電阻性發光負載220具有類似一般電阻性負載的特性，如電壓與電流間具有線性關係的電阻性特性。

此外，非電阻性發光負載220(如發光二極體燈管)在導 通之前阻抗非常大，此一特性使得負載端(如陽極側220a)易產生耦合電壓，此耦合電壓將影響矽控調光器之中電容器C_D正常充放電，使矽控調光器動作異常，可能造成無法點亮非電阻性發光負載220。固定放血電路160可用以消除累積在負載端的耦合電壓，使電容器C_D能正常充放電。

如第3圖所示，脈衝放血電路180包含第二開關S2、第三電阻R3以及電容器C。第二開關S2具有輸入極、輸出極以及控制極，第二開關S2之控制極耦接至第一開關S1之輸出極。第三電阻R3耦接於第一開關S1之輸出極與第二開關S2之輸入極之間。電容器C耦接於第三電阻R3與系統接地端240之間。

於此實施例中，第一開關S1之輸出極產生控制訊號V_LDO(請一併參閱第2圖)，其用以控制第二開關S2的控制極。

整流後的週期性驅動訊號V_DC中該些驅動脈波的觸發時間點(如第2圖中的時間點T1,T2,T3,T4)上，第二開關S2導通，脈衝放血電路180暫態性地自陽極側220a汲取脈衝放血電流I_P(如第2圖中所示)經過第三電阻R3與第二開關S2流向系統接地端240。

之後，隨著脈衝放血電流I_P對脈衝放血電路180中的電容器C進行充電，使第二開關S2其輸入端準位上昇(輸入端與控制端電壓差下降)，進而逐步關閉第二開關S2，並藉以逐漸降低脈衝放血電流I_P之電流大小。

如此一來，由電阻、電容與開關元件組成的脈衝放血電路180，在驅動脈波的觸發瞬間產生較大的脈衝放血電 流I_P，其中，第三電阻R3的阻值可設計為小於第二電阻R2的阻值，使脈衝放血電流I_P明顯大於持續放血電流I_H。在調光模組120中的矽控調光器關閉時(也就是驅動脈波低準位期間)由電晶體(即第二開關S2)重置，使得下一週期時能正常動作，此脈衝放血電路180用以確保調光模組120中的矽控調光器能穩定導通。

於第3圖所繪示之第一實施例的照明驅動電路100a中，係由第一開關S1之輸出極產生控制訊號V_LDO而控制第二開關S2的控制極，但本發明並不此以為限。

請一併參閱第4圖，其繪示根據本發明內容之一第二實施例中照明驅動電路100b的電路架構圖。於照明驅動電路100b中，脈衝放血電路180包含第二開關S2、第三電阻R3以及電容器C。此外，相較第一實施例，脈衝放血電路180更包含第三開關S3、第四電阻R4以及第二整流二極體Zd2。

第二開關S2具有輸入極、輸出極以及控制極。第三開關S3具有輸入極、輸出極以及控制極，第三開關S3之輸入極耦接至陽極側220a，第二開關S2之控制極耦接至第三開關S3之輸出極。第三電阻R3耦接於第三開關S3之輸出極與第二開關S2之輸入極之間。電容器C耦接於第三電阻R3與系統接地端240之間。第四電阻R4耦接於陽極側220a與第三開關S3之控制極之間。第二整流二極體Zd2耦接於第三開關S3之控制極與該系統接地端240之間。

第4圖中的照明驅動電路100b與第3圖之實施例不同 處在於，第二開關S2的控制極上的控制訊號V_LDO係由脈衝放血電路180本身的第三開關S3、第四電阻R4以及第二整流二極管Zd2產生，而不與固定放血電路160整合。此外，其他電路架構與作動原理大致與前述第一實施例相關內容相似。

此外，由於固定放血電路160將造成持續性的功率消耗，本發明更進一步揭露降低固定放血電路160的功率消耗之實施例。請一併參閱第5圖，其繪示根據本發明內容之一第三實施例中照明驅動電路100c的電路架構圖。第三實施例中的照明驅動電路100c可配合切換式發光二極體驅動器使用。

第三實施例中照明驅動電路100c相較第一實施例，固定放血電路160更包含第四開關S4，第四開關S4耦接於第二電阻R2與系統接地端240之間，第四開關S4之控制極耦接至閘極驅動(gate driver)訊號GDRV，第四開關S4根據閘極驅動訊號GDRV之操作，進而切換固定放血電路160是否汲取持續放血電流I_H。

當本案中的照明驅動電路100搭配切換式發光二極體驅動器使用時，可配合發光二極體驅動器中的閘極驅動器(gate driver)控制固定放血電路160的操作，進而達到降低功率消耗的效果。

另一方面，本發明更進一步揭露利用本案的兩階段放血線路產生脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號之實施例。請一併參閱第6圖，其繪示根據本發明內容之一第四實施例中照明驅動電路100d的電路架構圖。

第四實施例中照明驅動電路100d相較第一實施例，固定放血電路160更包含第五電阻R5，第五電阻R5與第二電阻R2串聯形成分壓電路，第五電阻R5與第二電阻R2之間的分壓節點電壓V_PWM作為脈寬調變訊號，脈寬調變訊號用以控制非電阻性發光負載220之調光驅動電路(未繪示)或供應給採用脈寬調變訊號的其他調光電路。

此外，請一併參閱第7圖，其繪示根據本發明內容之一第五實施例中照明驅動電路100e的電路架構圖。於第五實施例之照明驅動電路100e相較先前實施例更包含電阻電容濾波器190，電阻電容濾波器190耦接於第一開關S1之輸出極與系統接地端240之間，電阻電容濾波器190用以產生類比電位調光訊號ADIM，類比電位調光訊號ADIM用以控制非電阻性發光負載220之調光驅動電路(未繪示)。藉此，可透過電阻電容濾波器190得到所需之類比調光電位。並且，可經由此電阻電容值設計，有效解決調光模組120產生之週期性驅動訊號V_DC經橋式整流後產生的電壓誤差現象(miss fire)。

相較於習知技術，本發明提出一種照明驅動電路，其具有兩階段的放血電路耦接於交流輸入與非電阻性發光負載之間。其中一階段為固定放血電路，其由非電阻性發光負載之陽極側持續性地汲取持續放血電流，可避免電荷累積在發光負載的陽極側而形成累積電壓，造成矽控調光器中的電容器無法順利的充放電。另一階段為脈衝放血電路，其用以在非電阻性發光負載初始啟動時產生一個瞬間的脈衝放血電流，其為暫態性的大電流，用以確保矽控調 光器能穩定導通。根據上述兩階段的放血電路，持續放血電流可用來使非電阻性發光負載具有類似一般電阻性負載的特性，脈衝放血電流可用來確保啟動時矽控調光器的導通穩定性。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100,100a,100b,100c,100d,100e‧‧‧照明驅動電路

120‧‧‧調光模組

140‧‧‧整流模組

160‧‧‧固定放血電路

180‧‧‧脈衝放血電路

190‧‧‧電阻電容濾波器

200‧‧‧交流輸入

220‧‧‧非電阻性發光負載

220a‧‧‧陽極側

240‧‧‧系統接地端

AC‧‧‧交流電力訊號

V_DC‧‧‧整流後的週期性驅動訊號

I_H‧‧‧持續放血電流

I_P‧‧‧脈衝放血電流

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示根據本發明之一實施例中一種照明驅動電路的功能方塊圖；第2圖繪示根據本發明之一實施例中照明驅動電路上各訊號波形之示意圖；第3圖繪示根據本發明內容之一第一實施例中照明驅動電路的電路架構圖；第4圖繪示根據本發明內容之一第二實施例中照明驅動電路的電路架構圖；第5圖繪示根據本發明內容之一第三實施例中照明驅動電路的電路架構圖；第6圖繪示根據本發明內容之一第四實施例中照明驅動電路的電路架構圖；以及第7圖繪示根據本發明內容之一第五實施例中照明驅 動電路的電路架構圖。

100‧‧‧照明驅動電路

120‧‧‧調光模組

140‧‧‧整流模組

160‧‧‧固定放血電路

180‧‧‧脈衝放血電路

200‧‧‧交流輸入

220‧‧‧非電阻性發光負載

220a‧‧‧陽極側

240‧‧‧系統接地端

AC‧‧‧交流電力訊號

V_DC‧‧‧整流後的週期性驅動訊號

I_H‧‧‧持續放血電流

I_P‧‧‧脈衝放血電流

Claims (10)

1. 一種照明驅動電路，耦接於一交流輸入與一非電阻性發光負載之間，該照明驅動電路包含：一調光模組，與該交流輸入耦接，用以產生一週期性驅動訊號，該週期性驅動訊號包含週期性的複數個驅動脈波；一整流模組，耦接於該調光模組與該非電阻性發光負載之間，該整流模組對該週期性驅動訊號整流，並傳送至該非電阻性發光負載之一陽極側；一固定放血電路，與該整流模組耦接，且該固定放血電路與該非電阻性發光負載並聯，於該些驅動脈波的持續期間內，該固定放血電路連續性地自該陽極側汲取一持續放血電流；以及一脈衝放血電路，與該整流模組耦接，且該脈衝放血電路與該非電阻性發光負載並聯，於該些驅動脈波的觸發時間點上，該脈衝放血電路暫態性地自該陽極側汲取一脈衝放血電流。
2. 如請求項1所述之照明驅動電路，其中該固定放血電路之兩端電性連接至該陽極側與一系統接地端，於該些驅動脈波的持續期間，該持續放血電流自該陽極側經由該固定放血電路流向該系統接地端。
3. 如請求項1所述之照明驅動電路，其中該脈衝放血 電路之兩端電性連接至該陽極側與一系統接地端，於該些驅動脈波的觸發時間點上，該脈衝放血電流自該陽極側經由該脈衝放血電路流向該系統接地端。
4. 如請求項1所述之照明驅動電路，其中該固定放血電路包含：一第一開關，具有一輸入極、一輸出極以及一控制極，該輸入極耦接至該陽極側；一第一電阻，耦接於該陽極側與該第一開關之控制極之間；一第二電阻，耦接於該第一開關之輸出極與一系統接地端之間；以及一第一整流二極體，耦接於該第一開關之控制極與該系統接地端之間。
5. 如請求項4所述之照明驅動電路，其中該脈衝放血電路包含：一第二開關，具有一輸入極、一輸出極以及一控制極，該控制極耦接至該第一開關之輸出極；一第三電阻，耦接於該第一開關之輸出極與該第二開關之輸入極之間；以及一電容器，耦接於該第三電阻與該系統接地端之間。
6. 如請求項4所述之照明驅動電路，其中該脈衝放血 電路包含：一第二開關，具有一輸入極、一輸出極以及一控制極；一第三開關，具有一輸入極、一輸出極以及一控制極，該第三開關之輸入極耦接至該陽極側，該第二開關之控制極耦接至該第三開關之輸出極；一第三電阻，耦接於該第三開關之輸出極與該第二開關之輸入極之間；一電容器，耦接於該第三電阻與該系統接地端之間；一第四電阻，耦接於該陽極側與該第三開關之控制極之間；以及一第二整流二極體，耦接於該第三開關之控制極與該系統接地端之間。
7. 如請求項4所述之照明驅動電路，更包含一第四開關，耦接於該第二電阻與該系統接地端之間，該第四開關之控制極耦接至一閘極驅動訊號，根據該閘極驅動訊號之操作，進而切換該固定放血電路是否汲取該持續放血電流。
8. 如請求項4所述之照明驅動電路，其中該固定放血電路更包含一第五電阻，該第五電阻與該第二電阻串聯形成一分壓電路，該第五電阻與該第二電阻之間的一分壓節點電壓作為一脈寬調變訊號，該脈寬調變訊號用以控制該非電阻性發光負載之一調光驅動電路。
9. 如請求項4所述之照明驅動電路，更包含一電阻電容濾波器，耦接於該第一開關之輸出極與該系統接地端之間，該電阻電容濾波器用以產生一類比電位調光訊號，該類比電位調光訊號用以控制該非電阻性發光負載之一調光驅動電路。
10. 如請求項1所述之照明驅動電路，其中該調光模組包含一矽控調光器，根據欲輸出之照明亮度的不同，該調光模組產生之該週期性驅動訊號具有不同的導通角度，該整流模組包含一橋式整流器，用以將該週期性驅動訊號由一交流性的訊號整流為一直流性的訊號。