驅動led燈具的部件及其方法

驅動led燈具的部件及其方法
【專利摘要】本發明提供一種驅動LED燈具的部件及其方法，其根據交流電壓整流后的值來調節LED串中的LED的數目，包括電源模塊、LED串、電流源及控制器。LED串是以多個LED相串聯，并形成一個主串和多個次要串。控制器連接電流源和LED串，其選擇性地短路掉次要串中的LED。因此，根據整流后的電壓來動態地調節LED串中的LED的數目，使得LED串的總導通電壓緊密地匹配于整流后電壓，進而提升了電能的使用效率。
【專利說明】驅動LED燈具的部件及其方法
【技術領域】
[0001]本發明是關于一種用于驅動一個發光二極管(LED)的部件及其方法，尤其是關于一種采用電流調節裝置(Current Regulating Device, CRD),以整流后的交流(AC)電來驅動LED的部件及其方法。
【背景技術】
[0002]以交流電來直接驅動LED燈具或許是在傳統的LED燈具結構中最為廉價的一種，它具有最少的組件，最容易構成方式且不會有電磁干擾，然而，以普通的交流電來直接驅動LED燈具卻存在著低效率、低頻率閃爍及低功率因子等缺點。
[0003]請參考圖1所示，圖1是直接從一交流AC電源整流后，以恒定電流源驅動的LED燈具。在圖1的電路圖中，電流源2也可被稱為一電流調節裝置(CRD)，若上述電路在其兩端出現有很大的壓降時就會產生極低的效率，而這種情況就會發生在整流后的電壓遠高于LED串3的總電壓時，另外，若整流后電壓低于LED串3的總電壓，那么上述電路就會產生低頻閃爍，此時的LED串3就會在每半個電源周期閃爍一次，這在輸入交流電壓VAC為50赫茲或60赫茲的市電時，其閃爍頻率就是100赫茲或120赫茲。
[0004]很多LED燈具的設計都是在整流器I后采用一個很大的電容Cf，以將脈沖的波形轉變成類似于直流的形狀，且在整流器I的后可見的剩余紋波即為所加入的電容Cf的數値和負載(亦即LED串3)的大小的函數，當紋波減小時，驅動LED的電流源2就會有較高的效率。然而，即使設置電容Cf為極大，以使在整流器I的后極能夠產生一個理想的直流電壓，其仍然存在有效率的問題，也就是說，在LED串中的LED個數應當設計成永遠有足夠的電壓使各LED全部都能點亮，但是LED電壓和輸入交流電壓VAC的變化卻只能用比理想值更少一些的LED數。這意味著整流后的電壓必須永遠比LED串的總電壓還要高，而在電流源2上任何多余的電壓就導致了浪費的能源。
[0005]因此，是否有一種驅動LED燈具的器件或方法，能夠在任何時候都能使LED串的總電壓和整流后電壓密切的匹配。

【發明內容】

[0006]基于上述的需求，本發明提供了一種能夠自適應地調節在LED串里的發光二極管的數目的部件及方法，以使得驅動LED所需的電壓非常貼近且匹配于整流后的電壓。
[0007]根據本發明的一實施方式，一種驅動LED燈具的部件包括了一電源模塊、一 LED串、一電流源和一控制器。電源模塊包括一個二極管整流器及一濾波電容，是用來接收一交流(AC)輸入電壓，以提供一整流后電壓。LED串是以多個發光二極管串聯起來的，并包括一主串和多個次要串。電流源是連接于LED串的其中一端，以提供被電源模塊的整流后電壓所驅動的LED串一恒定電流。控制器連接電流源與LED串，其有選擇性地把次要串中的LED加以短路，以使LED串上的導通電壓正好與整流后電壓非常接近地匹配。
[0008]依上述實施方式，所述控制器包括一電壓偵測模塊、至少一開關及至少一開關控制器。所述電壓偵測模塊電性連接于所述電源模塊，以檢測流經所述電流源的電壓值。所述開關是電性連接于所述次要串。所述開關控制器是電性連接于所述開關，并根據流經所述電流源的電壓值來開啟或關閉所述開關，以增加或刪減所述次要串至所述LED串。
[0009]依上述實施方式，所述控制器包括至少一開關、一電流減小檢測器及一狀態機。所述電流減小檢測器是電性連接于所述LED串的一端，并在當電流值低于原先電流值或低于一默認值時產生一觸發信號。所述狀態機是用來在被所述電流減小檢測器所輸出的所述觸發信號觸發時，藉由各所述開關來選擇性地短路掉各次要串中的所述發光二極管。
[0010]依上述實施方式，所述控制器另包括一紋波電壓檢測器，其電性連接于所述電源模塊與所述狀態機之間，并自所述整流后電壓檢測一紋波電壓的最小值。
[0011]依上述實施方式，所述控制器另包括至少一誤差放大器，其在一伺服回路中調節所述開關，以使所述開關的電壓變化發生在由許多電壓周期所組成的一期間中。
[0012]依上述實施方式，所述電流源是設置在所述LED串的所述主串相同于或相對于所述狀態機的一端。
[0013]依上述實施方式，所述驅動LED燈具的部件，另包括一參考電壓源、一高電壓晶體管、一電流感測電阻及一放大器。所述高電壓晶體管是以一漏極電性連接一濾波電容的負端。所述電流感測電阻是電性連接于所述高電壓晶體管與接地端，其用來將電流値限制為一理想電流値。所述放大器包括一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，所述第一輸入端是電性連接于所述參考電壓源，所述第二輸入端是電性連接于所述高電壓晶體管的一源極與所述電流感測電阻，所述輸出端是電性連接于所述高電壓晶體管的一柵極。
[0014]依上述實施方式，所述控制器是以串連的方式連接的，且各所述控制器是依順序的對應連接于各所述次要串。
[0015]依上述實施方式，所述驅動LED燈具的部件另包括一電流源控制器，其電性連接于所述電源模塊與所述電流源之間，其中，所述電流源控制器是同步于輸入電壓，并調控所述電流源以提供所述LED串一適配電流。
[0016]根據本發明的一實施方式，一種驅動LED燈具的方法包括步驟將一 LED燈具中的LED串分為一主串與至少一次要串以及交替地導通或關閉所述LED串中的所述次要串。
[0017]依上述實施方式，所述步驟交替地導通或關閉所述LED串中的所述次要串，另包括步驟檢測一整流后電壓、當所述整流后電壓高于一必要電壓時，依順序導通所述次要串及當所述整流后電壓不高于所述必要電壓時，依順序關閉所述次要串。
[0018]依上述實施方式，所述步驟交替地導通或關閉所述LED串中的所述次要串，另包括步驟從已啟用的各開關中，關閉一個第一開關、若流過LED串的電流沒有減小，則在一個第一接線程序中依順序地關閉一個開關及當流過LED串的電流有減小，則在一個第二接線程序中依順序地開啟一個開關。
[0019]根據本發明的一實施方式，一種驅動LED燈具的部件包括有一電源模塊、一 LED串以及一控制器。所述電源模塊是接收一交流電壓以提供一整流后電壓。所述LED串是以多個發光二極管依串連的方式串接而成的，其具有一主串及多個次要串。所述控制器是電性連接所述電源模塊與所述LED串，是藉由所述整流后電壓來提供所述LED串一恒定電流，并選擇性地短路掉所述次要串的所述發光二極管，使流經所述LED串的電壓匹配于所述整流后電壓。[0020]依上述實施方式，控制器另包括至少一開關、一電流源、一電壓偵測模塊及一開關控制器。所述電壓偵測模塊包括一電阻分壓器、一電壓傳感器、一編碼產生器及一振蕩器，所述電阻分壓器是電性連接于所述電流源，以檢測所述電流源兩端的電壓，所述電壓傳感器是電性連接于所述電阻分壓器，并根據所述電阻分壓器所檢測到的電壓來定義一電壓狀態，所述編碼產生器，是電性連接于電壓傳感器，并產生一電平信號來表示自所述電壓傳感器接收的所述電壓狀態，所述振蕩器是電性連接于所述編碼產生器，并產生一時鐘信號來指示所述編碼產生器輸出所述電平信號。所述開關控制器是電性連接于所述編碼產生器，并根據所述電平信號，藉由所述開關來短路所述次要串。
[0021]依上述實施方式，所述開關控制器是一遲滯電平移位器，其具有一低端輸入和一高端輸出，其中，所述低端輸入是電性連接于所述編碼產生器以接收所述電平信號，所述高端輸出是根據所述電平信號來產生一控制信號，以選擇性地開啟或關閉所述開關。
[0022]依上述實施方式，所述驅動LED燈具的部件另包括一偏置單元，其電性連接于所述LED串的所述次要串，其中，所述偏置單元是用來調節通過所述電流源的電流以保持所述LED串的輸出為一恒定照度。
[0023]依上述實施方式，所述偏置單元是一模擬回授單元，其檢測表示所述LED串中的所述次要串增加與減少的數目的一模擬訊號。
[0024]依上述實施方式，所述偏置單元是產生一數字符字符串來表示所述LED串中的所述次要串增加與減少的數目。
[0025]依上述實施方式，各所述次要串中的所述發光二極管的數目是互不相同的。
[0026]依上述實施方式，各所述次要串中的所述發光二極管的數目是以一個二進制的格式來安排的。
[0027]因此，本發明可以根據整流后的電壓來動態地調節LED串中的LED的數目，使得LED串的總導通電壓緊密地匹配于整流后電壓，進而提升了電能的使用效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0029]圖1是一種采用普通電流源來直接驅動LED燈具的示意圖；
[0030]圖2是本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；
[0031]圖3A是本發明一實施方式中驅動LED燈具的方法的流程圖；
[0032]圖3B是本發明圖3A中步驟S32的流程圖；
[0033]圖4A是本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；
[0034]圖4B是本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；
[0035]圖5是本發明一實施方式中緊湊型控制器的電路示意圖；
[0036]圖6為本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；
[0037]圖7為本發明一實施方式中驅動LED燈具的方法的流程圖；
[0038]圖8為本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；
[0039]圖9A為本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；
[0040]圖9B為本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；[0041]圖10為本發明一實施方式中以限流裝置來驅動LED燈具的部件的電路示意圖；
[0042]圖11為本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；
[0043]圖12為本發明一實施方式中驅動LED燈具部件的電路示意圖；
[0044]其中，
[0045]I整流器
[0046]2電流源
[0047]3LED 串
[0048]10電源模塊
[0049]12交流電壓源
[0050]120二極管整流器
[0051]122濾波電容
[0052]20LED 串
[0053]200主串
[0054]220次要串
[0055]30電 流源
[0056]40控制器
[0057]420電壓偵測模塊
[0058]440開關控制器
[0059]460開關
[0060]50緊湊型控制器
[0061]510電流源
[0062]520電壓偵測模塊
[0063]5200電阻分壓器
[0064]5220電壓傳感器
[0065]5260編碼溢位防止器
[0066]5270編碼產生器
[0067]5280振蕩器
[0068]540開關控制器
[0069]5400低端輸入
[0070]5420高端輸出
[0071]550開關
[0072]560偏置單元
[0073]60控制器
[0074]600開關
[0075]620電流減小檢測器
[0076]640狀態機
[0077]660紋波電壓檢測器
[0078]680誤差放大器
[0079]70限流裝置[0080]Ml高電壓晶體管
[0081]700電流感測電阻
[0082]720放大器
[0083]740參考電壓源
[0084]80控制器
[0085]90電流源控制器
[0086]92濾波電容
【具體實施方式】
[0087]請參照圖2所示，圖2是本發明一實施方式中驅動LED燈具的部件的電路示意圖。如圖所示，本發明驅動LED燈具的部件包括一電源模塊10、一 LED串20、一電流源30及一控制器40。
[0088]電源模塊10電性連接一交流電壓源12，以自交流電壓源12接收一交流電壓(AC)，并將所述交流電壓轉化為一整流后電壓，電源模塊10更包括一個二極管整流器(diode rectifier) 120及一濾波電容122，其中，二極管整流器120是用以將所述交流電壓轉換為一脈沖型直流電壓(pulsating DC voltage),濾波電容122是用來將所述脈沖型直流電壓穩壓為更接近直流 的所述整流后電壓。
[0089]LED串20是以多個發光二極管(LED)依串連的方式串接而成的，其包括一主串200及多個次要串220，于本實施方式，LED串20是包括一個主串200及三個次要串220，其中，主串200具有四個所述LED(于多數市電應用中，主串200所具有的LED數目遠遠大于四個，在此采用四個LED只是為了方便說明)，各次要串220則各包括一所述LED并具有一
輸入端與一輸出端。
[0090]電流源30是一端電性連接電源模塊10，另一端電性連接LED串20，其自電源模塊10接收所述整流后電壓以輸出一恒定電流至LED串20。
[0091]控制器40電性連接電源模塊10、電流源30及LED串20，其選擇性地將所選擇的各次要串220短路，以使通過LED串20的一總順向壓降能夠與所述整流后電壓的電壓值非常接近而匹配。另外，于本實施方式，控制器40更包括一電壓偵測模塊(voltage sensingmodule)420、至少一開關控制器440及至少一開關460，其中，電壓偵測模塊420是電性連接電源模塊10與電流源30，以檢測電源模塊10輸出的所述整流后電壓的電壓值，開關控制器440電性連接電壓偵測模塊420，開關460可以是具有一柵極(gate)、源極(source)與漏極(drain)的一晶體管(transister),所述柵極是電性連接于開關控制器440,所述源極是電性連接于所述次要串220的輸出端，所述漏極是電性連接所述次要串220的輸入端、開關控制器440與另一個開關460的源極。另外，開關460是對應于次要串220來設置的，因此，于本實施方式中，控制器40包括有三個開關460。
[0092]開關控制器440包括有邏輯和電平移位元器，其根據所述整流后電壓來控制所述開關460的開啟與關閉，進而增加或減少LED串20中的次要串220的導通數目，并藉由增加或減少次要串220的導通數目來使所述LED串20的總導通電壓接近地匹配于所述整流后電壓。舉例來說，當所述整流后電壓上升時，開關控制器440會依所述整流后電壓的上升量來開啟相應的開關460，以增加LED串20中的次要串220的導通數目，而當所述整流后電壓下降時，開關控制器440就會依所述整流后電壓的下降量來關閉相應的開關460，以減少LED串20中的次要串220的導通數目。也就是說，為了避免頻閃現象，開關控制器440是預設為將一預定數量的次要串220短路，使得所述LED串20的總導通電壓恒低于所述整流后電壓(否則電流將不再流進LED串20)，又因為電壓偵測模塊420能夠檢測所述整流后電壓的電壓值，因此開關控制器440可以藉由接收電壓偵測模塊420所輸出的電壓，并透過一預設機制來決定LED串20中的次要串220的正確短路數目。
[0093]凡知悉本發明領域具有通常技藝人士很容易得知，若調換電流源30和控制器40的位置將不會對本實施方式的功能有任何影響。
[0094]請參考圖2、3A及3B所示，圖3A是本發明一實施方式中驅動LED燈具的方法的流程圖，圖3B是本發明圖3A中步驟S32的流程圖。根據本發明的實施方式，一種可以但不限于應用在圖2所述的實施方式的方法，包括S30將一 LED燈具中的LED串分為一主串與至少一次要串及S32交替地導通或關閉所述LED串中的所述次要串。
[0095]如圖3B所示，所述步驟S32更包括S320檢測一整流后電壓、S322當所述整流后電壓高于一必要電壓時，依順序導通所述次要串(也就是加入更多的發光二極管到所述LED串)及S324當所述整流后電壓不高于所述必要電壓時，則依順序關閉所述次要串。
[0096]如圖2所示，本實施方式不需要電流源30或控制器40中的任何一個來承受全部的所述整流后電壓，且實際上控制器40降低了本實施方式對于電流源30的崩潰電壓的要求，因為當所述整流后電壓越來越高時，控制器40中的開關控制器440會加入越來越多的次要串220到LED串20，如此便限制了電流源30所必須承受的電壓，因此，依這種類型來設計的一大優點是其對于電流源30與控制器40的崩潰電壓的要求是非常適中的，然而，本實施方式所述開關控制器440只能對所述整流后電壓做出響應，其沒有考慮到所述LED的電壓會由于生產過程和溫度漂移而引起變化。
[0097]請參考圖4A所示，圖4A是本發明一實施方式中驅動LED燈具的部件的電路示意圖。如圖所示，本實施方式提供了類似于圖2所示的另一種驅動LED燈具的部件，然而，于本實施方式中，電壓偵測模塊420不再測量電源模塊10輸出的所述整流后電壓，而是測量電流源510兩端的電壓，其以增加或減少LED串20中的次要串220的導通數量來保持電流源510兩端的電壓于一定范圍內，如此便能在所有的時間中都保持電流源510兩端的電壓在低電壓，進而使電流源的功耗為最低而其效率為最高。
[0098]此外，于本實施方式中，所述LED的正向電壓與輸入電壓的變化就不再成為問題。開關控制器持續不斷地把LED串20中的次要串220的導通數量增加或減少，以保持電流源510的電壓在一理想范圍中。依本發明實際的實施狀況而言，所述理想范圍不到幾伏特，其可以使電流源510只耗散非常小的能量，進而使本發明的效率很容易就高于97%。
[0099]請參考圖4A、4B及5所示，圖4B是本發明一實施方式中驅動LED燈具的部件的電路示意圖，圖5是本發明一實施方式中控制器的電路示意圖。如圖所示，一種驅動LED燈具的部件是被示于一個集成電路(compact IC)模塊中(如圖4A)，其將電流源、控制器及開關集成在一起。于本實施方式，一種驅動LED燈具的部件包括電源模塊10、一 LED串20及一緊湊型控制器50。LED串20包含有一個主串200及四個次要串220。緊湊型控制器(compactcontroller) 50包括一電流源510、一電壓偵測模塊520、一開關控制器540及至少一開關550。[0100]于本實施方式，電流源510是電性連接LED串20的次要串220的輸出端。電壓偵測模塊520包括一電阻分壓器5200、一電壓傳感器5220、一編碼產生器5270及一振蕩器5280。電阻分壓器5200電性連接于電流源510，其是用來檢測電流源510兩端的電壓。電壓傳感器5220電性連接于電阻分壓器5200，并根據電阻分壓器5200所檢測到的電壓來決定一電壓狀態(voltage state)。電壓傳感器5220可藉由至少一取樣比較電路(window comparator circuit)來實現，其通過米用了一種雙運放大器(dual operationalamplifier)來將所檢測到的電壓與一參考電壓相比較，以輸出一信號來表示電流源510的電壓狀態。
[0101]然而，如此的電路安排(即電流源510和電壓傳感器5220的取樣比較器電路)是本領域所屬的技術人員所熟知的，因此若省略掉重復的說明，本領域所屬的技術人員在沒有這些具體的細節或等效于本發明所安排的電路下仍然可能實施本發明。
[0102]編碼產生器(code generator) 5270是電性連接于電壓傳感器5220,并產生一電平信號(level signal)來表不自電壓傳感器5220接收的所述電壓狀態。振蕩器5280電性連接于編碼產生器5270并產生一時鐘信號(clock signal)。為了令編碼產生器5270只對來自電壓傳感器5220的有效信號響應，而不會因為對系統的有限瞬態響應所產生的雜亂信號響應，導致編碼產生器5270在不同的編碼之間作變換，編碼產生器5270會在所述時鐘信號的前沿改變其狀態。所述時鐘信號的頻率雖不是那么重要，但是它必須高于系統可能遇到的最高市電頻率才行。而且，過快的頻率也是不被允許的，這會使得電壓傳感器5220無法設定到有效的狀態，而編碼產生器5270就有可能基于電壓傳感器5220所提供的錯誤信息來選擇其狀態。
[0103]于本實施方式，編碼產生器5270可以是一個4位數的升降(up/down，U/D)計數器，其輸出為一個4位數的二進制編碼，且每一個不同的二進制編碼即對應表示哪一個次要串220將會被短路，而哪一個次要串220將不會被短路。例如，當所述4位數的二進制編碼輸出為“1100”，即表示前兩個次要串220將被加入到LED串20，而后面的兩個次要串220則將被短路掉。
[0104]開關控制器5 40是電性連接于電壓偵測模塊520，其可以是基于編碼產生器5270的輸出，并藉由開關550來把次要串220中的LED加以短路。開關550可以是一個晶體管，且開關550的數量是對應于次要串220的數量來設置的，其源極與漏極是分別電性連接到次要串220的相應接點。
[0105]然而，如圖4B所示，圖4B顯示了圖4A的另一個實施方式，其改變了在次要串220中的LED的數目，且主串200是設置在和電流源510相同的一邊。如圖4B所示，在次要串220中的LED的數目是按照以下二進制的格式來安排的:
[0106]UD=2n，n=0, 1，2，3…N,
[0107]其中，UD為各個次要串220中的LED的數目，而N為開關550的數目。
[0108]也就是說，第一個開關550會短路掉20個LED，第二個開關550會短路掉21個LED...，如此類推，第十個開關550就會短路掉210個LED。舉例來說，利用前面所述的4位數U/D計數器，當它產生“1100”的編碼時，就表示后兩個次要串220中的12 (即22+23)個LED將會被短路掉。
[0109]此外，為了避免編碼產生器5270有溢位的情況發生，緊湊型控制器50另包括有一編碼溢位防止器5260，其電性連接到編碼產生器5270。編碼溢位防止器(code rolloverpreventer) 5260可以是某種譯碼邏輯電路(decoding logic),其可以防止編碼產生器5270的輸出在向上計數到“1111”后直接轉換為“0000”;或是當編碼產生器5270向下計數至lj“0000”后就轉變成“1111”。假如允許上述溢位的情況發生，那么在感應電流源的電壓以及開關550的適當開關順序之間的正確回授關系將會被破壞。
[0110]于本實施方式中，開關控制器540可以一具有遲滯的電平移位器(hystereticlevel shifter)來實現，其具有一低端輸入5400和一高端輸出5420，其中，低端輸入5400電性連接于編碼產生器5270，以接收編碼產生器5270的輸出，高端輸出5420電性連接于開關550的柵極，并產生一控制信號來選擇性地轉換開關550的開啟或關閉。換言的，開關控制器540是把編碼產生器5270的輸出轉換為所述控制信號，并根據編碼產生器5270的輸出，藉由所述控制信號來選擇性地導通開關550以短路掉相對應的次要串220。
[0111]然而，若沒有采取進一步的行動，則每當一個次要串220被導通而加入到LED串20時，所述LED燈具的亮度就會有略微的增加。因此，為了抵消上述LED燈具的亮度變化，緊湊型控制器50更包括一偏置單元560。偏置單元(offset unit) 560是一端電性連接于次要串220的一端，另一端電性連接電流源510的一控制端，當各個次要串220因導通而相繼加入到LED串20時，主串200的底部電壓(如圖4所示)將會增加，而流經偏置單元560的電流及后來流入電流源30的電流也將會增加，則偏置單元560的設置即是用來調節通過電流源30的電流以保持LED串20的輸出為一恒定照度。
[0112]于一實施方式，偏置單元560可以是一模擬回授單元(analog feedback unit),例如一種用來感測因導通而增加到LED串20中的次要串220的數目的電阻器。然而，當回授訊號不是模擬訊號而是一數字字符串時，偏置單元560也可以設置為一數字單元(digitalunit)ο
[0113]請參考圖6所示，圖6為本發明一實施方式中驅動LED燈具的部件的電路示意圖。于本實施方式，LED燈具不會感測所述電流源的電壓或是所述整流后電壓，而是在額外的次要串220因導通而加入LED串20時，感測LED串20的電流減小量，當LED串20的電流減小時，則顯示了包含有主串200與未被短路的次要串220于一串行的LED串20將沒有足夠的電壓來維持應有的穩定電流。
[0114]不同于圖4A及4B所示的電路,在圖6所示的實施方式是藉由監測流過LED串20的電流來選擇次要串220最適當的開啟或關閉的數目，使LED串20的電壓總是剛好可以維持LED串20所需的電流。本實施方式所述的LED燈具的部件包括有電源模塊10、LED串20及控制器60，其中，每當通過LED串20的電流減小時，控制器60會依順序短路掉LED串20中的次要串220。
[0115]在圖6所示的實施方式中，控制器60可以包括至少一開關600、一電流減小檢測器(current decrease detector) 620 及一狀態機(state machine) 640,其中，電流減小檢測器620是電性連接于LED串20的第二端(亦即底端)，當目前的電流值低于原先的電流值或低于某一默認值時，電流減小檢測器620即產生一觸發信號(triggering signal)并輸出至狀態機640，則狀態機640在被電流減小檢測器620輸出的所述觸發信號所觸發時，會藉由各開關600從頂部到底部依順序地短路掉各次要串220。
[0116]請參考圖6和圖7所示，圖7為本發明一實施方式中驅動LED燈具的方法的流程圖。如圖所示，本實施方式是一種藉由控制器60交替地將LED串20中的次要串220開啟或關閉來驅動LED燈具的方法。于本實施方式，一種驅動LED燈具的方法包括S60從已啟用(即短路)的各開關600中，關閉一個第一開關600A、S62若流過LED串的電流沒有減小，則在一個第一接線程序(first route)中依順序地關閉(即開路)一個開關600以及S64當流過LED串的電流有減小,貝U在一個第二接線程序(second route)中依順序地開啟一個開關600。進一步的，如圖6所示，次要串220是以串連的方式電性連接于LED串20的主串200的底部，因此，于一實施方式，所述第一接線程序是定義為自次要串220的頂端到次要串220底端，而所述第二接線程序則是相反于所述第一接線程序。
[0117]相應地，當所有開關600都開啟時，也就意味著所有次要串220都已經從LED串20中電性移除，如此便表示所有經由LED串20且流經主串200的電流都已經被次要串220旁的開關600所分流，而當第一開關600A關閉時，流經LED串20的電流就會是流經主串200和一個次要串220的電流，當越來越多的次要串220被加入到LED串20時，所述電流源將會沒有足夠的電壓來維持一穩定電流，則流經LED串20的電流就會減少。在這種情況下，控制器60會按照一反向順序來移除已經加入的次要串220直到通過LED串20的電流不再下降，一旦控制器60確定了開啟與關閉的最佳組合，也就是確保了 LED串20將永遠在最高效率的條件下運作，則控制器60將在等待一固定的時間后再次進行檢測。舉例來說，重新檢測的周期可以是10秒鐘到幾分鐘，甚至于在某些應用程序中可以采用更長的時間周期。
[0118]請參考圖6及圖8,圖8為本發明一實施方式中驅動LED燈具的部件的電路示意圖。如圖所示，圖8所示的電路是類似于圖6所示的電路，且由于整流后的AC電壓會具有紋波，則假如正好在紋波電壓接近于其峰值時去檢測LED的電流，那么圖6中的控制器60將會誤判在整個AC電壓的輸入周期里都有足夠的電壓來維持所需的電流。因此，在圖8所示的實施方式中即解決了這個問題，其進一步地包括了一紋波電壓檢測器660，紋波電壓檢測器(ripple voltage detector)660是電性連接于電源模塊10與狀態機640之間,其中，紋波電壓檢測器660能夠檢測紋波電壓的最小值，從而使LED燈具可以在這一瞬間去檢測LED的電流，假如在紋波電壓出現最小值的時候LED串20仍然有足夠的電壓去維持其所需的電流，那么LED串20在其它的紋波區域中也一定有足夠的電壓去維持所需的電流，總之，一旦紋波電壓的最小值被確定以后，就可以避免LED電流的錯誤取樣。
[0119]請參考圖9A及圖9B，圖9A與圖9B表示出兩種不同的實施方式，它們不需要專門的檢測器去檢測紋波電壓的最小值。于這些實施方式中，控制器60進一步的包括有至少一誤差放大器680，其是用來調節在伺服回路中的開關600，使在開關600上的電壓可以緩慢地變化。如此一來，在LED串20中由于加入次要串220而引起的電流變化將會變得十分緩慢，且慢到會跨越許多電壓周期，因此，這些實施方式不用在每一個輸入電壓周期里檢測一次由于次要串220加入到LED串20后的LED電流，而只要在一個開關600被開啟的任意時間中有檢測到LED電流下降時，狀態機640馬上就可以將被開啟的開關600關閉。
[0120]圖9A和圖9B的不同處在于，圖9A的電流源30是設置于LED串20的主串200相對于狀態機640的一端；而圖9B的電流源30是移到和LED串的主串200相同于狀態機640的一端，使得控制器60與電流源30的電壓是近乎相同，而可以很容易地進行連接。然而在圖9A所示的電路中，電流源30和控制器60之間存在有一個很大的電壓，以至于電流源30和控制器60之間很難進行連接。[0121]因此，當所述整流后電壓往紋波電壓的最小值減小時，LED串20的電流下降將會很快的被檢測到并加以校正，也就是說，LED的電流在紋波電壓的最小值時是可以被自動測試的。
[0122]一般來說，為了采用一個電流調節裝置(Current Regulating Device, CRD)來驅動一個LED燈具，通常會需要在整流橋的后加入一個很大的濾波電容以儲存足夠的電能，進而在所述整流后電壓低于流過LED串20的最低需求電流值時還能恒定地保持LED的亮度。然而，所述濾波電容通常會限制部件的一功率因子(Power Factor, PF)値約等于0.5，因此，為了增加所述PF值，圖10所示的實施方式中就加上了一限流裝置(CurrentLimiting Device, CLD) 70。
[0123]如圖10所示的實施方式，限流裝置70包括一高電壓晶體管(high-voltagetransistor)Ml>一電流感測電阻(current sensing resistor) 700、一放大器720及一參考電壓源740。高電壓晶體管Ml的漏極是電性連接于濾波電容122的負端。電流感測電阻700是電性連接于高電壓晶體管Ml的源極與接地端(GND)之間，其輸出値是用來將電流限制値設定為一理想値。放大器720具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中，所述第一輸入端是電性連接于參考電壓源740，所述第二輸入端是電性連接高電壓晶體管Ml的源極與電流感測電阻700，所述輸出端是電性連接于高電壓晶體管Ml的柵極。另外，電流感測電阻700的數值是用來把電流限流值設定為預期值。
[0124]如此一來，限流裝置70便限制了電源模塊10中的濾波電容122的充電電流值，使得濾波電容122的充電時間被分散到一更長的時間區間，且濾波電容122的充電電流的峰值也會下降，進而增加了部件的功率因子(PF)。
[0125]請參考圖11所示，圖11為本發明驅動LED燈具部件的另一實施方式。如圖所示，為了使本發明可以校正更高的紋波電壓及更寬的線電壓變化，在前文所描述的控制器必須具有一較高的崩潰電壓。然而，如果采用高電壓的程序來建構所述控制器，那么所提升的生產成本將會無法被接受，因此，我們可以采用數個低電壓程序的控制器80，以較低的成本來實現同樣的效果(如圖11所示)。在圖11中的實施方式是一個可迭加的控制器架構，其可以應用于較高的耐電壓能力的需求中，其中，各控制器80是以串聯的方式互相串接的，且每一個控制器80是電性連接于相應的次要串220。在這些串聯的控制器80的底部的電流源30則必須把電流源30的電壓(或電流)的狀態向上傳送至迭接的控制器80，以將適當的次要串220的數目加入LED串20或自LED串20中減去。
[0126]在前述的實施方式中，濾波電容122必須具有夠大的電容(數十微法拉(uF))，以儲存足夠的能量來提供一特定的應用程序使用，并必須承受很高的整流后電壓。然而，這類型的電容通常會是一電解電容，所述電解電容的體積都很大，且在高溫的環境下的運作壽命很短，因此，有些燈具使用客戶會要求不在燈具設計中使用電解電容，以改善PF値及運作壽命，但是除去所述電解電容以后通常會造成燈具有閃爍現象，這是由于非電解類電容器的電能儲存能力是非常有限的。進一步的，這類閃爍的頻率通常會是輸入線電壓的頻率的兩倍，也就是當輸入線電壓為50赫茲(Hz)時，其閃爍的頻率為100Hz，而最近很多研究都顯示，如果要避免引起健康的危害，其閃爍的頻率就必須要高于200Hz以上。
[0127]圖12為本發明驅動LED燈具部件的另一個實施方式。于本實施方式，LED燈具部件包括一電流源控制器90，電流源控制器90是電性連接于電源模塊10與電流源30之間，其中，電流源控制器90的一運作頻率是同步于所述整流后電壓，且所述運作頻率是高于200Hz (即240Hz，其為交流輸入電壓60Hz的4倍)的，并調控電流源30以提供LED串20 —適配電流(adapted current)。電流源控制器90會在整流后電壓的波形的一“谷部”(valleyportion)區間中將所述適配電流減小，其可以降低濾波電容92的制作大小，且仍能夠提供所需的電能儲存量來維持理想的LED串20的電流。
[0128]另外，因為電流源控制器90是與所述整流后電壓同步的，也就是說，電流源控制器90在任何給定的時間中都能夠確切地知道這個時間點是位于輸入波形中的哪一個位置上，因此，電流源控制器90可以在所述整流后電壓的波形的所述谷部區間中調降電流，并在所述整流后電壓的波形接近峰對峰值時，再將電流調升。然而，電流源控制器90也可以在輸入電壓中的其它位置如同所述谷部區間一樣將電流調降，如此效能可以使有效的閃爍頻率提升到高于200Hz以上，而控制器40不僅可以滿足其本來目的，也會響應由于小型電容而導致的所述整流后電壓的變化。因此，以這種方式就可以避免必須采用所述電解電容，而LED部件的PF値也可以得到改善，更重要的是，由于低閃爍頻率而導致的健康危害問題也可以被解決。
[0129]惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例，當不能用以限定本發明可實施的范圍，凡知悉本案領域具有通常技藝人士所明顯可作的變化與修飾，皆應視為不悖離本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種驅動發光二極管燈具的部件，包括: 一電源模塊，是接收一交流電壓以提供一整流后電壓，包括: 一個二極管整流器，是用來將所述交流電壓轉換為一脈沖型直流電壓；及 一濾波電容，是用來將所述脈沖型直流電壓穩壓為所述整流后電壓； 一發光二極管串，是以多個發光二極管依串連的方式串接而成的，其具有一主串及多個次要串； 一電流源，電性連接于所述電源模塊及所述發光二極管串的一端，其自所述電源模塊接收所述整流后電壓以輸出一恒定電流至所述發光二極管串；以及 一控制器，電性連接于所述電流源及所述次要串，其選擇性地短路掉所選擇的各所述次要串，以使所述發光二極管具有與所述整流后電壓的電壓值非常接近而匹配的一總順向壓降。
2.如權利要求1所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述控制器包括: 一電壓偵測模塊，電性連接于所述電源模塊，以檢測流經所述電流源的電壓值； 至少一開關，是電性連接于所述次要串；以及 至少一開關控制器，是電性連接于所述開關，并根據流經所述電流源的電壓值來開啟或關閉所述開關，以增加或刪減所述次要串至所述發光二極管串。
3.如權利要求2所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述控制器包括: 至少一開關； 一電流減小檢測器，是電性連`接于所述發光二極管串的一端，并在當電流值低于原先電流值或低于一默認值時產生一觸發信號；以及 一狀態機，是用來在被所述電流減小檢測器所輸出的所述觸發信號觸發時，藉由各所述開關來選擇性地短路掉各次要串中的所述發光二極管。
4.如權利要求3所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述控制器另包括一紋波電壓檢測器，其電性連接于所述電源模塊與所述狀態機之間，并自所述整流后電壓檢測一紋波電壓的最小值。
5.如權利要求3所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述控制器另包括至少一誤差放大器，其在一伺服回路中調節所述開關，以使所述開關的電壓變化發生在由許多電壓周期所組成的一期間中。
6.如權利要求5所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述電流源是設置在所述發光二極管串的所述主串相同于或相對于所述狀態機的一端。
7.如權利要求2所述的驅動發光二極管燈具的部件，另包括: 一參考電壓源； 一高電壓晶體管，是以一漏極電性連接一濾波電容的負端； 一電流感測電阻，是電性連接于所述高電壓晶體管與接地端，其用來將電流値限制為一理想電流値；以及一放大器，包括: 一第一輸入端，是電性連接于所述參考電壓源； 一第二輸入端，是電性連接于所述高電壓晶體管的一源極與所述電流感測電阻；及 一輸出端，是電性連接于所述高電壓晶體管的一柵極。
8.如權利要求2所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述控制器是以串連的方式連接的，且各所述控制器是依順序的對應連接于各所述次要串。
9.如權利要求2所述的驅動發光二極管燈具的部件，另包括一電流源控制器，其電性連接于所述電源模塊與所述電流源之間，其特征在于:所述電流源控制器是同步于輸入電壓，并調控所述電流源以提供所述發光二極管串一適配電流。
10.一種驅動發光二極管燈具的方法，包括: 將一發光二極管燈具中的發光二極管串分為一主串與至少一次要串；以及 交替地導通或關閉所述發光二極管串中的所述次要串。
11.如權利要求10所述的驅動發光二極管燈具的方法，其特征在于:所述步驟交替地導通或關閉所述發光二極管串中的所述次要串，另包括: 檢測一整流后電壓； 當所述整流后 電壓高于一必要電壓時，依順序導通所述次要串；以及 當所述整流后電壓不高于所述必要電壓時，依順序關閉所述次要串。
12.如權利要求10所述的驅動發光二極管燈具的方法，其特征在于:所述步驟交替地導通或關閉所述發光二極管串中的所述次要串，另包括: 從已啟用的各開關中，關閉一個第一開關； 若流過發光二極管串的電流沒有減小，則在一個第一接線程序中依順序地關閉一個開關；以及 當流過發光二極管串的電流有減小，則在一個第二接線程序中依順序地開啟一個開關。
13.—種驅動發光二極管燈具的部件，包括: 一電源模塊，是接收一交流電壓以提供一整流后電壓； 一發光二極管串，是以多個發光二極管依串連的方式串接而成的，其具有一主串及多個次要串；以及 一控制器，是電性連接所述電源模塊與所述發光二極管串，是藉由所述整流后電壓來提供所述發光二極管串一恒定電流，并選擇性地短路掉所述次要串的所述發光二極管，使流經所述發光二極管串的電壓匹配于所述整流后電壓。
14.如權利要求13所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述控制器另包括: 至少一開關； 一電流源； 一電壓偵測模塊，包括: 一電阻分壓器，是電性連接于所述電流源，以檢測所述電流源兩端的電壓； 一電壓傳感器，是電性連接于所述電阻分壓器，并根據所述電阻分壓器所檢測到的電壓來定義一電壓狀態； 一編碼產生器，是電性連接于電壓傳感器，并產生一電平信號來表示自所述電壓傳感器接收的所述電壓狀態 '及 一振蕩器，是電性連接于所述編碼產生器，并產生一時鐘信號來指示所述編碼產生器輸出所述電平信號；以及一開關控制器，是電性連接于所述編碼產生器，并根據所述電平信號，藉由所述開關來短路所述次要串。
15.如權利要求14所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述開關控制器是一遲滯電平移位器，其具有一低端輸入和一高端輸出，其特征在于:所述低端輸入是電性連接于所述編碼產生器以接收所述電平信號，所述高端輸出是根據所述電平信號來產生一控制信號，以選擇性地開啟或關閉所述開關。
16.如權利要求13所述的驅動發光二極管燈具的部件，另包括一偏置單元，其電性連接于所述發光二極管串的所述次要串，其特征在于:所述偏置單元是用來調節通過所述電流源的電流以保持所述發光二極管串的輸出為一恒定照度。
17.如權利要求16所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述偏置單元是一模擬回授單元，其檢測表示所述發光二極管串中的所述次要串增加與減少的數目的一模擬訊號。
18.如權利要求16所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:所述偏置單元是產生一數字符字符串來表示所述發光二極管串中的所述次要串增加與減少的數目。
19.如權利要求13所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:各所述次要串中的所述發光二極管的數目是互不相同的。
20.如權利要求13所述的驅動發光二極管燈具的部件，其特征在于:各所述次要串中的所述發光二極管的數目是以一個二 進制的格式來安排的。
【文檔編號】H05B37/02GK103428959SQ201310181802
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月16日 優先權日:2012年5月16日
【發明者】理查德·蘭德里·格雷, 茅于海 申請人:理查德·蘭德里·格雷, 茅于海