雙端電流控制器及發(fā)光二極管照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙端電流控制器及發(fā)光二極管照明裝置。雙端電流控制器根據(jù)一負(fù)載的跨壓來控制流經(jīng)負(fù)載的一第一電流。當(dāng)負(fù)載的跨壓不大于一第一電壓時(shí)，雙端電流控制器導(dǎo)通有關(guān)一整流交流電壓的一第二電流，并將第一電流限定至約莫為零，并根據(jù)負(fù)載的跨壓來調(diào)整第二電流的值。當(dāng)負(fù)載的跨壓大于第一電壓且不大于第二電壓時(shí)，雙端電流控制器導(dǎo)通第二電流以將第一電流限定至約莫為零，并將第二電流的值固定在大于零的一預(yù)定值。當(dāng)負(fù)載的跨壓大于第二電壓時(shí)，雙端電流控制器呈關(guān)閉。因此，本發(fā)明能夠增加發(fā)光二極管照明裝置的功率因素，同時(shí)兼顧可操作電壓范圍與亮度，以及提供過電壓保護(hù)。
【專利說明】雙端電流控制器及發(fā)光二極管照明裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種雙端電流控制器及發(fā)光二極管照明裝置，尤其涉及于一種可提高功率因素和提供過電壓保護(hù)的雙端電流控制器及發(fā)光二極管照明裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相較于傳統(tǒng)的白熾燈泡,發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)具有耗電量低、組件壽命長、體積小、無須暖燈時(shí)間和反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，并可配合應(yīng)用需求而制成極小或數(shù)組式的組件。除了戶外顯示器、交通標(biāo)志燈之外、各種消費(fèi)性電子產(chǎn)品，例如移動電話、筆記型計(jì)算機(jī)或電視的液晶顯示屏幕背光源之外，發(fā)光二極管亦廣泛地被應(yīng)用于各種室內(nèi)室外照明裝置，以取代日光燈管或白熾燈泡等。
[0003]請參考圖1，圖1為一發(fā)光二極管的電壓(V) -電流(I)特性圖。當(dāng)發(fā)光二極管的順向偏壓(forward-bias voltage)小于其隔離電壓(barrier voltage) Vb時(shí)，流經(jīng)發(fā)光二極管的電流極小，此時(shí)可視為開路；當(dāng)發(fā)光二極管的順向偏壓大于其隔離電壓Vb時(shí)，流經(jīng)發(fā)光二極管的電流會隨著其順向偏壓呈指數(shù)型的增加，此時(shí)可視為短路。隔離電壓Vb的值相關(guān)于發(fā)光二極管的材料和摻雜濃度，通常介于1.5和3.5伏特之間。由于針對大多數(shù)的電流值，發(fā)光二極管的亮度和電流呈正比，因此一般會使用電流源來驅(qū)動發(fā)光二極管，讓不同的發(fā)光二極管皆能達(dá)到一致的發(fā)光亮度。
[0004]請參考圖2，圖2為先前技術(shù)中一發(fā)光二極管照明裝置1100的示意圖。發(fā)光二極管照明裝置1100包含一電源供應(yīng)電路110、一電阻R，和一發(fā)光裝置10。電源供應(yīng)電路110可接收一具正負(fù)周期的交流電壓VS，并利用一橋式整流器112來轉(zhuǎn)換交流電壓VS在負(fù)周期內(nèi)的輸出電壓，因此可提供一整流交流電壓Vac以驅(qū)動發(fā)光裝置10，其中整流交流電壓Vac的值隨著時(shí)間而有周期性變化。電阻R串聯(lián)于發(fā)光裝置10，用來限定流經(jīng)發(fā)光裝置10的電流1_。在照明應(yīng)用中，往往需要使用許多發(fā)光二極管來提供足夠光源，由于發(fā)光二極管系為一電流驅(qū)動組件，其發(fā)光亮度與驅(qū)動電流的大小成正比，為了達(dá)到高亮度和亮度均勻的要求，發(fā)光裝置10 —般會包含多個(gè)串接的發(fā)光二極管D1-Df假設(shè)發(fā)光二極管D1-Dn的隔離電壓皆為理想值Vb，而整流交流電壓\c的值隨著時(shí)間而在O和Vmax之間呈周期性變化，則開啟發(fā)光裝置10所需的驅(qū)動電壓其值需大于n*Vb，亦即0〈VAe〈n*Vb間的能量并無法利用。串聯(lián)發(fā)光二極管的數(shù)量越多，導(dǎo)通發(fā)光裝置10所需的順向偏壓越高，若發(fā)光二極管數(shù)量太少，則會使得發(fā)光二極管在Vi=Vmax時(shí)驅(qū)動電流過大，進(jìn)而影響發(fā)光二極管的可靠度。因此，現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管照明裝置1100僅能在可操作電壓范圍與發(fā)光二極管可靠度之間作一取舍。另一方面，具限流作用的電阻R亦會消耗額外能量，進(jìn)而降低系統(tǒng)效率。
[0005]請參考圖3，圖3為現(xiàn)有技術(shù)中另一發(fā)光二極管照明裝置1200的示意圖。發(fā)光二極管照明裝置1200包含一電源供應(yīng)電路110、一電感L、一電容C、一開關(guān)SW，和一發(fā)光裝置
10。電源供應(yīng)電路110可接收一具正負(fù)周期的交流電壓VS，并利用一橋式整流器112來轉(zhuǎn)換交流電壓VS在負(fù)周期內(nèi)的輸出電壓，因此可提供一整流交流電壓Vac以驅(qū)動發(fā)光裝置10，其中整流交流電壓Vac的值隨著時(shí)間而有周期性變化。電感L和開關(guān)SW串聯(lián)于發(fā)光裝置10，用來限定流經(jīng)發(fā)光裝置10的電流1_。電容C并聯(lián)于發(fā)光裝置10，用來吸收電源供應(yīng)電路110的電壓漣波(voltage ripple)。相較于發(fā)光二極管照明裝置1100的電阻R，電感L在限流時(shí)消耗的能量較少，但具限流作用的電感L和具穩(wěn)壓作用的電容C會大幅降低發(fā)光二極管照明裝置1200的功率因素(power factor)，讓能量利用率變低。同時(shí)，在照明應(yīng)用中，先前技術(shù)的發(fā)光二極管照明裝置1200僅能在可操作電壓范圍與亮度之間作一取舍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可提高功率因素和提供過電壓保護(hù)的雙端電流控制器及發(fā)光二極管照明裝置。
[0007]為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明公開一種雙端電流控制器，用來控制流經(jīng)一負(fù)載的一第一電流。在一整流交流電壓的一上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓不大于一第一電壓時(shí)，所述雙端電流控制器在一第一模式下運(yùn)作；在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓大于所述第一電壓且不大于一第二電壓時(shí)，所述雙端電流控制器在一第二模式下運(yùn)作；而在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓大于所述第二電壓時(shí)，所述雙端電流控制器在一第三模式下運(yùn)作；在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓在大于所述第二電壓后再次降至小于所述第二電壓的一第三電壓，且所述第二電壓和所述第三電壓之間的差值超過一第一磁滯寬度時(shí)，所述雙端電流控制器在所述第二模式下運(yùn)作；在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓在大于所述第二電壓后再次降至所述第三電壓，且所述第二電壓和所述第三電壓之間的差值不超過所述第一磁滯寬度時(shí)，所述雙端電流控制器在所述第三模式下運(yùn)作。所述第一雙端電流控制器并聯(lián)于所述負(fù)載，用來在所述第一模式下導(dǎo)通有關(guān)所述整流交流電壓的一第二電流，根據(jù)所述負(fù)載的跨壓來調(diào)整所述第二電流的值，且將所述第一電流限定至零；在所述第二模式下呈導(dǎo)通以將所述第二電流的值固定在大于零的一預(yù)定值，并將所述第一電流限定至零；以及在所述第三模式下呈關(guān)閉。
[0008]本發(fā)明還公開一種提供過電壓保護(hù)的發(fā)光二極管照明裝置，其包含一第一發(fā)光裝置，其根據(jù)一第一電流來提供光源；一第二發(fā)光裝置，串聯(lián)于所述第一發(fā)光裝置，其根據(jù)一第二電流來提供光源；一第一阻抗組件，用來在所述第一發(fā)光裝置和所述第二發(fā)光裝置上的跨壓大于一第一預(yù)定值時(shí)，將所述第一電流或所述第二電流限定在一第一預(yù)定范圍內(nèi)；以及一第一雙端電流控制器，并聯(lián)于所述第一發(fā)光裝置且串聯(lián)于所述第二發(fā)光裝置，用來根據(jù)所述第一雙端電流控制器的跨壓來調(diào)節(jié)所述第二電流。在一整流交流電壓的一上升周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓不大于一第一電壓時(shí)，所述第一雙端電流控制器在一第一模式下運(yùn)作，進(jìn)而導(dǎo)通有關(guān)所述整流交流電壓的一第三電流，根據(jù)所述第一發(fā)光裝置的跨壓來調(diào)整所述第三電流的值，且將所述第一電流限定至零。在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓大于所述第一電壓且不大于一第二電壓時(shí)，所述第一雙端電流控制器在一第二模式下運(yùn)作，進(jìn)而導(dǎo)通以將所述第三電流的值固定在大于零的一第二預(yù)定值，并將所述第一電流限定至零。在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓大于所述第二電壓時(shí)，所述第一雙端電流控制器在一第三模式下呈關(guān)閉，并將所述第一電流和所述第二電流限定在一相同值。
【專利附圖】

【附圖說明】[0009]圖1為發(fā)光二極管的電壓-電流特性圖。
[0010]圖2和圖3為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管照明裝置的示意圖。
[0011]圖4?5、9?10、14?17、19、21為本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光二極管照明裝置的示意圖。
[0012]圖6和12為本發(fā)明實(shí)施例中雙端電流控制器運(yùn)作時(shí)的電流-電壓特性圖。
[0013]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中硅控整流器運(yùn)作時(shí)的電流-電壓特性圖。
[0014]圖8、13、18和20為本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光二極管照明裝置運(yùn)作時(shí)相關(guān)電流和電壓變化的示意圖。
[0015]圖11為本發(fā)明實(shí)施例中雙端電流控制器的示意圖。
[0016]圖22和23為本發(fā)明實(shí)施例中阻抗組件的示意圖。
[0017]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0018]LΦ歸
C電容
SCR硅控整流器
CPO~CP2比較器
D丨~Dn、D丨~Dm發(fā)光單元
SW、QN1、QN2開關(guān)
ZL、ZLl~ZL4阻抗組件
R電阻
21~25發(fā)光組件
10、21~25發(fā)光裝置
50控制電路
70電壓偵測電路
72Ii輯電路
74電K邊緣偵測電路
100,200,300,400,500,600,700,800, 發(fā)光二極管照叨裝置 900,1000,1 I 00, !200
HO，410電源供應(yīng)電路
112橋式整流器
120-125雙端電流控制器
412交流-交流變壓器
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置100示意圖。圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置200示意圖。發(fā)光二極管照明裝置100和200各包含一電源供應(yīng)電路110、一雙端電流控制器120、一發(fā)光裝置10、一硅控整流器(SiliconControlled Rectifier)SCR,和一阻抗組件ZL。電源供應(yīng)電路110可接收一具正負(fù)周期的交流電壓VS，并利用一橋式整流器112來轉(zhuǎn)換交流電壓VS在負(fù)周期內(nèi)的輸出電壓，因此可提供一整流交流電壓\c以驅(qū)動發(fā)光裝置10，其中整流交流電壓Vac的值隨著時(shí)間而有周期性變化。發(fā)光裝置10可包含η個(gè)串接的發(fā)光單元D1~Dn，每一發(fā)光單元可包含一個(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，圖4和圖5僅顯示了采用單一發(fā)光二極管的架構(gòu)，但不限定本發(fā)明的范疇。流經(jīng)發(fā)光裝置10的電流由Im來表示，而其跨壓由Vak來表示。雙端電流控制器120并聯(lián)于發(fā)光裝置10和電源供應(yīng)電路110，可根據(jù)整流交流電壓Vac的值來控制流經(jīng)發(fā)光裝置10的電流I.，其中流經(jīng)雙端電流控制器120的電流由Iffi來表示，而其跨壓由Vak來表不。在本發(fā)明第一和第二實(shí)施例中，雙端電流控制器120的隔離電壓Vb’遠(yuǎn)小于發(fā)光裝置10的整體隔離電壓n*Vb (假設(shè)每一發(fā)光單元的隔離電壓皆為Vb)。值得注意的是，相關(guān)領(lǐng)域具備通常知識者可能會使用其它詞匯來稱呼本發(fā)明所述的「隔離電壓」，例如「切入電壓(cut-1n voltage)」或「內(nèi)建電壓(built-1n voltage)」等。
[0020]硅控整流器SCR并聯(lián)于發(fā)光裝置10和雙端電流控制器120，用來對雙端電流控制器120提供靜電保護(hù)，以及對發(fā)光裝置10提供開路保護(hù)。
[0021]在本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置100中，雙端電流控制器120并聯(lián)于彼此串聯(lián)的阻抗組件ZL和發(fā)光裝置10。在本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置200中，阻抗組件ZL串聯(lián)于發(fā)光裝置10和雙端電流控制器120。阻抗組件ZL可包含電阻、電容、任何提供阻抗路徑的組件，或上述的任意組合。舉例來說，阻抗組件ZL可由一定拉電流集成電路(constant current source integrated circuit)或一定灌電流集成電路(constant current sink integrated circuit)來實(shí)現(xiàn),其電流-電壓特性圖如圖22和圖23所示。當(dāng)電源供應(yīng)電路110因故產(chǎn)生波動使得整流交流電壓Vac超過理想上限值時(shí)，阻抗組件ZL可對發(fā)光裝置10提供過電壓保護(hù)。
[0022]圖6顯示了發(fā)光二極管照明裝置100或200中雙端電流控制器120運(yùn)作時(shí)的電流-電壓特性圖。在圖6中，縱軸代表流經(jīng)雙端電流控制器120的電流Iffi,橫軸代表雙端電流控制器120的跨壓VAK。在本發(fā)明第一實(shí)施例中，當(dāng)電壓Vffi的值介于O和Vdot之間時(shí)，雙端電流控制器120在第一模式下運(yùn)作，此時(shí)其作用如同一壓控組件，亦即當(dāng)電壓Vak大于雙端電流控制器120的隔離電壓Vb’時(shí)，流經(jīng)雙端電流控制器120的電流Iak會隨著其跨壓Vak呈特定變化。當(dāng)電壓Vak的值介于Vdot和Vtw TH之間時(shí)，雙端電流控制器120在第二模式下運(yùn)作，此時(shí)其作用如同一定電流源，亦即電流Iffi的值不再隨著電壓Vffi變化，而是被限定在一可調(diào)整的特定電流IMX’。當(dāng)電壓Vffi的值大于Vcw th時(shí)，由于電流Iffi的值瞬間降至0，此時(shí)雙端電流控制器120會在第三模式下運(yùn)作而被關(guān)閉，此時(shí)其可視為開路。
[0023]圖7顯示了硅控整流器SCR運(yùn)作時(shí)的電流-電壓特性圖。在圖7中，縱軸代表流經(jīng)硅控整流器SCR的電流Isra,橫軸代表硅控整流器SCR的跨壓VAK。當(dāng)電壓Vffi的值小于一轉(zhuǎn)折電壓(break-over voltage) BV時(shí),娃控整流器SCR在一關(guān)閉模式下運(yùn)作,此時(shí)僅會導(dǎo)通極小的漏電流。若接收到大于轉(zhuǎn)折電壓BV的靜電脈沖電壓，硅控整流器SCR會被觸發(fā)且切換至一電阻模式下運(yùn)作，此時(shí)硅控整流器SCR的跨壓Vffi大于一保持電壓Vmil但遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)折電壓BV，而電流Isai會隨著電壓Vak而增加。因此，硅控整流器SCR可對雙端電流控制器120提供靜電保護(hù)。同時(shí)，若發(fā)光裝置10中一發(fā)光二極管單元因故發(fā)生開路，電壓Vak會在瞬間超過轉(zhuǎn)折電壓BV，此時(shí)硅控整流器SCR會被觸發(fā)以旁路電流1_，進(jìn)而提供開路保護(hù)。
[0024]圖8顯示了電壓VAK、電流Iffi和電流Imi的波形。如前所述，由于電壓Vffi的值有關(guān)整流交流電壓Vac，其值隨著時(shí)間而有周期性變化，因此以包含時(shí)間點(diǎn)h?t6的一個(gè)周期來做說明，其中時(shí)間點(diǎn)h?t3之間為整流交流電壓Vac的上升周期，而時(shí)間點(diǎn)t3?t6之間為整流交流電壓\c的下降周期。在時(shí)間點(diǎn)h和h之間，電壓Vffi逐漸上升，雙端電流控制器120首先被導(dǎo)通，電流Iffi的值會隨著電壓Vak以特定方式增加，此時(shí)電流Im的值維持在零。在時(shí)間點(diǎn)h和t2之間，電壓Vffi大于電壓V.，雙端電流控制器120會將電流Iak的值限定在特定電流Imax，而此時(shí)發(fā)光裝置10仍未導(dǎo)通，因此電流Imi的值依舊維持在零。在時(shí)間點(diǎn)t2和t4之間，電壓Vffi的值大于電壓Vtw TH，雙端電流控制器120會被關(guān)閉，而有關(guān)整流交流電壓\c的電流則由發(fā)光裝置10來導(dǎo)通，此時(shí)電流Iffi的值降至零，而電流Im的值貝幌著電壓Vak變化。在時(shí)間點(diǎn)t4和t5之間，電壓Vak降至介于V.和Vtw TH之間，雙端電流控制器120會導(dǎo)通，因此電流Iak的值會再次被限定在特定電流Imax，而電流的值會降至零。在時(shí)間點(diǎn)t5和t6之間，電壓Vak降至低于電壓V.，此時(shí)電流Iffi的值會隨著電壓Vak以特定方式減少。換而言的，在0〈VAK〈VDKQP的時(shí)間區(qū)間td?h和t5?t6，雙端電流控制器120在第一模式下運(yùn)作；在VDE0P<VAK<V0FF TH的時(shí)間區(qū)間?t2和t4?t5,雙端電流控制器120在第二模式下運(yùn)作；在Vffi>VQFF TH的時(shí)間區(qū)間t2?t4，雙端電流控制器120在第三模式下運(yùn)作。
[0025]圖9為本發(fā)明第三實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置300示意圖。圖10為本發(fā)明第四實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置400示意圖。發(fā)光二極管照明裝置300和400各包含一電源供應(yīng)電路110、一雙端電流控制器120、兩發(fā)光裝置21和25、一硅控整流器SCR，和一阻抗組件ZL。
[0026]在本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置300中，雙端電流控制器120并聯(lián)于彼此串聯(lián)的阻抗組件ZL和發(fā)光裝置21。發(fā)光裝置21可包含m個(gè)串接的發(fā)光單元D1?Dm，每一發(fā)光單元可包含一個(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，其中流經(jīng)發(fā)光裝置21的電流由I?—μ來表示，而發(fā)光裝置21和阻抗組件ZL上的跨壓由Vak來表示。發(fā)光裝置25串聯(lián)于雙端電流控制器120，其包含η個(gè)串接的發(fā)光單元D1?Dn，其中流經(jīng)發(fā)光裝置25的電流由Iled來表示，而發(fā)光裝置25的跨壓由Vm來表示。雙端電流控制器120的隔離電壓Vb’遠(yuǎn)小于發(fā)光裝置21的整體隔離電壓m*Vb (假設(shè)每一發(fā)光單元的隔離電壓皆為Vb)。每一發(fā)光單元可包含一個(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，圖9僅顯示了采用單一發(fā)光二極管的架構(gòu)，但不限定本發(fā)明的范疇。硅控整流器SCR并聯(lián)于發(fā)光裝置21和雙端電流控制器120，用來對雙端電流控制器120提供靜電保護(hù)，以及對發(fā)光裝置21提供開路保護(hù)。
[0027]在本發(fā)明第四實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置400中，阻抗組件ZL串聯(lián)于發(fā)光裝置
21、25和雙端電流控制器120。發(fā)光裝置21可包含m個(gè)串接的發(fā)光單元D1-Dm，其中流經(jīng)發(fā)光裝置21的電流由Ι_ ΑΚ來表示,而發(fā)光裝置21的跨壓由Vak來表示。發(fā)光裝置25串聯(lián)于雙端電流控制器120，其包含η個(gè)串接的發(fā)光單元D1?Dn，其中流經(jīng)發(fā)光裝置25的電流由來表示，而發(fā)光裝置25的跨壓由Vm來表示。雙端電流控制器120的隔離電壓Vb’遠(yuǎn)小于發(fā)光裝置21的整體隔離電壓m*Vb(假設(shè)每一發(fā)光單元的隔離電壓皆為Vb)。每一發(fā)光單?？砂粋€(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，圖10僅顯不了米用單一發(fā)光二極管的架構(gòu)，但不限定本發(fā)明的范疇。硅控整流器SCR并聯(lián)于發(fā)光裝置21和雙端電流控制器120，用來對雙端電流控制器120提供靜電保護(hù)，以及對發(fā)光裝置21提供開路保護(hù)。
[0028]圖11為本發(fā)明實(shí)施例中雙端電流控制器120的示意圖。在此實(shí)施例中，雙端電流控制器120包含一開關(guān)QNl、一控制電路50、一電流偵測電路60，以及一電壓偵測電路70。開關(guān)QNl的閘極耦接至控制電路50以接收一導(dǎo)通電壓Vg，其汲極-源極電壓、閘極-源極電壓和臨界電壓分別由VDS、Ves和Vth來表示。當(dāng)開關(guān)QNl在線性區(qū)運(yùn)作時(shí)，其汲極電流主要由汲極-源極電壓Vds來決定；當(dāng)開關(guān)QNl在飽和區(qū)運(yùn)作時(shí)，其汲極電流只有關(guān)閘極-源極電壓Ves。
[0029]在整流交流電壓Vac的上升周期，開關(guān)QNl的汲極-源極電壓Vds會隨著電壓Vak而增加:當(dāng)電壓Vak的值不大于V.時(shí)，汲極-源極電壓Vds小于閘極-源極電壓Ves和臨界電壓Vth的差值(亦即VDS〈Ves-VTH)，而控制電路50提供的導(dǎo)通電壓Vg會讓Ves>VTH，因此開關(guān)QNl會在線性區(qū)運(yùn)作，此時(shí)其汲極電流主要取決于汲極-源極電壓Vds，亦即雙端電流控制器120會讓電流Iffi和電壓Vak之間的關(guān)系呈現(xiàn)如同開關(guān)QNl的線性區(qū)特性。 [0030]在整流交流電壓Vac的上升周期，當(dāng)電壓Vak的值介于Vdkjp和電壓Vtw TH之間時(shí)，汲極-源極電壓Vds大于閘極-源極電壓Ves和臨界電壓Vth的差值(VDS>Ves-VTH)，而控制電路50提供的閘極電壓Vg會讓Ves>VTH，因此開關(guān)QNl會在飽和區(qū)運(yùn)作，此時(shí)其汲極電流只有關(guān)閘極-源極電壓Ves，亦即電流Iak的值不會隨著電壓Vak改變。
[0031]本發(fā)明利用電流偵測電路60來偵測流經(jīng)開關(guān)QNl的電流大小，并依此判斷此時(shí)相對應(yīng)的電壓Vak是否超過Vdkjp的值。在圖11所示的實(shí)施例中，電流偵測電路60包含一電阻R、一開關(guān)QN2和一比較器CP0，電阻R可根據(jù)流經(jīng)開關(guān)QNl的電流來提供一反饋電壓Vfb，而開關(guān)QN2并聯(lián)于電阻Rl。當(dāng)電壓Vffi尚未達(dá)到能提供足夠?qū)娏鞯闹禃r(shí)，開關(guān)QN2呈導(dǎo)通以降低電阻R的等效阻抗，進(jìn)而縮短開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間。當(dāng)電壓Vak接近V.時(shí)，開關(guān)QN2呈關(guān)閉。比較器CPO再根據(jù)反饋電壓Vfb和一參考電壓Vkef的大小關(guān)系來輸出一相對應(yīng)的控制信號SI至控制電路50。若VFB>VKEF，控制電路50會將閘極-源極電壓Ves固定在大于臨界電壓Vth的一預(yù)定值，并將電流Iffi的值限定在I.。
[0032]開關(guān)QNl和QN2可為場效晶體管(Field Effect Transistor, FET)、雙載子接面晶體管(Bipolar Junction Transistor, BJT),或是其它具類似功能的組件，圖11的實(shí)施例以N型金氧半導(dǎo)體(N-Type Metal-Oxide-Semiconductor)場效晶體管來做說明，但不限定本發(fā)明的范疇。
[0033]電壓偵測電路70包含一邏輯電路72、一電壓邊緣偵測電路74，以及兩磁滯(hysteresis)比較器CPl和CP2。磁滯比較器CPl可判斷電壓VAK、VQN TH和Vqn TH’之間的大小關(guān)系，而磁滯比較器CP2可判斷電壓Vak^ff th和ν_—TH’之間的大小關(guān)系。電壓Vw—TH、VW—TH’ >V0FF_TH和Vtw TH’為雙端電流控制器120在不同模式之間的切換點(diǎn)，其運(yùn)作在說明書后續(xù)內(nèi)容中會有詳細(xì)說明。
[0034]同時(shí)，當(dāng)電壓Vak的值介于Vtw TH和Vm TH之間時(shí)，電壓邊緣偵測電路74可判斷此時(shí)是整流交流電壓\c的上升周期或下降周期。根據(jù)電壓邊緣偵測電路74和磁滯比較器CP1、CP2的判斷結(jié)果，邏輯電路72再依此輸出一相對應(yīng)的控制信號S2至控制電路50。當(dāng)電壓Vak的值在整流交流電壓\c的上升周期內(nèi)介于Vtw TH和Vm TH之間時(shí)，控制電路50提供的導(dǎo)通電壓Vg低于臨界電壓Vth的值，此時(shí)開關(guān)QNl為關(guān)閉，并將電流Iak的值限定在零；當(dāng)電壓Vak的值在整流交流電壓\c的下降周期內(nèi)介于Vw TH和Vtw TH之間時(shí)，控制電路50提供的導(dǎo)通電壓Vg高于臨界電壓Vth的值，此時(shí)開關(guān)QNl會在飽和區(qū)運(yùn)作，并將電流Iak的值限定在1祖。
[0035]圖12顯示了發(fā)光二極管照明裝置300或400中雙端電流控制器120運(yùn)作時(shí)的電流-電壓特性圖。在圖12中，縱軸代表流經(jīng)雙端電流控制器120的電流IAK，橫軸代表雙端電流控制器120的跨壓VAK。[0036]在整流交流電壓Vac的上升周期，當(dāng)電壓Vffi的值介于O和V.之間時(shí)，雙端電流控制器120在第一模式下運(yùn)作，此時(shí)其作用如同一壓控組件，亦即當(dāng)電壓Vak大于雙端電流控制器120的隔離電壓Vb’時(shí)，電流Iffi會隨著其跨壓Vak呈特定變化。如前所述，當(dāng)電壓Vak尚未達(dá)到能提供足夠?qū)娏鞯闹禃r(shí)，開關(guān)QN2呈導(dǎo)通以降低電阻Rl的等效阻抗，使得電流Iak能更快速地上升。當(dāng)電流Iffi接近Ijm時(shí)，開關(guān)Qn2會被關(guān)閉。
[0037]在整流交流電壓Vac的上升周期，當(dāng)電壓Vak的值介于Vdkjp和Vtw TH之間時(shí)，雙端電流控制器120在第二模式下運(yùn)作，此時(shí)其作用如同一定電流源，亦即電流Iak的值不再隨著電壓Vak變化，而是被限定在一可調(diào)整的特定電流IM。
[0038]在整流交流電壓\c的上升周期，當(dāng)電壓Vffi的值大于Vtw TH時(shí)，雙端電流控制器120會在第三模式下運(yùn)作而呈 關(guān)閉。由于電流Iak的值瞬間降至0，此時(shí)雙端電流控制器120可視為開路。
[0039]在整流交流電壓Vac的下降周期，當(dāng)電壓Vffi的值介于Vdot和Vm TH之間時(shí)，雙端電流控制器120在第二模式下運(yùn)作以將電流Iffi的值限定在特定電流Imax ;當(dāng)電壓Vak的值介于O和Vmyff之間時(shí),雙端電流控制器120在第一模式下運(yùn)作,此時(shí)其作用如同一壓控組件，亦即當(dāng)電壓Vak大于雙端電流控制器120的隔離電壓Vb’時(shí)，電流Iffi會隨著其跨壓Vak呈特定變化。
[0040]在本發(fā)明中，磁滯比較器CPl和CP2可提供磁滯帶(hysteresis band) AVl和Λ V2，可避免因噪聲產(chǎn)生的小電壓變化造成不必要的模式切換。更精確地說，磁滯比較器CPl提供兩切換點(diǎn)以定義磁滯帶△ VI，其中下降周期的切換點(diǎn)為Vm th而上升周期的切換點(diǎn)為ΤΗ’ ；同理，磁滯比較器CP2提供兩切換點(diǎn)以定義磁滯帶AV2，其中上升周期的切換點(diǎn)為Vkt th而下降周期的切換點(diǎn)為。
[0041]在整流交流電壓\c的上升周期，當(dāng)電壓Vffi的值大于Vtw TH時(shí)，雙端電流控制器120會切換至第三模式下運(yùn)作。此時(shí)，若電壓Vak因故偏離Vqff TH，雙端電流控制器120會判斷電壓偏離值是否在磁滯帶AV2內(nèi)，再依此決定是否切換至第二模式或繼續(xù)在至第三模式下運(yùn)作。舉例來說，假設(shè)電壓Vl的值低于電壓VoFF—TH’，電壓VI’的值介于電壓V()FF—TH’和Voff th之間，而電壓V2的值介于電壓Vtw TH和Vm TH之間。若電壓Vak在達(dá)到V2后降至Vl，接著又回升至V2，此時(shí)雙端電流控制器120會依序在第三模式、第二模式和第三模式下運(yùn)作。另一方面，若電壓Vak在達(dá)到V2后降至Vl ’，接著又回升至V2，此時(shí)雙端電流控制器120會持續(xù)在第三模式下運(yùn)作。
[0042]在整流交流電壓\c的下降周期，當(dāng)電壓Vak的值低于Vm TH時(shí)，雙端電流控制器120會切換至第二模式下運(yùn)作。此時(shí)，若電壓Vak因故偏離Vw TH，此時(shí)雙端電流控制器120會判斷電壓偏離值是否在磁滯帶AVl內(nèi)，再依此決定是否切換至第三模式或繼續(xù)在至第二模式下運(yùn)作。舉例來說，假設(shè)電壓V2的值介于電壓VW—TH之間，電壓V3的值大于電壓Vw TH’，而電壓V3’的值介于電壓Vm TH和Vw TH’之間。若電壓Vak在達(dá)到V2后升至V3，接著又降回到V2，此時(shí)雙端電流控制器120會依序在第二模式、第三模式和第二模式下運(yùn)作。另一方面，若電壓Vak在達(dá)到V2后升至V3’，接著又降回到V2，此時(shí)雙端電流控制器120會持續(xù)在第二模式下運(yùn)作。
[0043]圖13顯示了本發(fā)明實(shí)施例中電壓Uak^ed和電流IAK、ImΑΚ、Ι_的波形。如前所述，由于整流交流電壓Vac的值隨著時(shí)間而有周期性變化，因此以包含時(shí)間點(diǎn)h~t6的一個(gè)周期來做說明，其中時(shí)間點(diǎn)h?t3之間為整流交流電壓Vac的上升周期，而時(shí)間點(diǎn)t3?t6之間為整流交流電壓Vac的下降周期。在時(shí)間點(diǎn)h和h之間，雙端電流控制器120的跨壓Vffi和η個(gè)串接發(fā)光單元的跨壓Vm隨著整流交流電壓Vac逐漸上升。由于隔離電壓較小，因此雙端電流控制器120首先會被導(dǎo)通，接著電流Iffi和Imi的值會隨著電壓Vak以特定方式增加，而電流I_—Ak的值維持在零。
[0044]在時(shí)間點(diǎn)&和t2之間，電壓Vak大于電壓V.，雙端電流控制器120會將電流Iak的值限定在特定電流Imax,而并聯(lián)于雙端電流控制器120的發(fā)光裝置21仍未導(dǎo)通，因此電流Iled_ak的值依舊為零，此時(shí)電壓Vm的值可由m*VF來表示，其中Vf代表發(fā)光裝置25中每一發(fā)光單元此時(shí)的順向偏壓。因此，發(fā)光裝置21在時(shí)間點(diǎn)h?t2之間并未導(dǎo)通，此時(shí)電源供應(yīng)電路110所提供的整流交流電壓Vac系施加于雙端電流控制器120和發(fā)光裝置25中η個(gè)串接發(fā)光單元上。
[0045]在時(shí)間點(diǎn)t2和t4之間，電壓Vffi的值大于Vtw TH，雙端電流控制器120會被關(guān)閉，而有關(guān)整流交流電壓\c的電流則由發(fā)光裝置21和25來導(dǎo)通，此時(shí)電流Iak的值降至零，而電流I_—Ak的值隨著電壓Vffi變化。因此，當(dāng)發(fā)光裝置21在時(shí)間區(qū)間t2?t4被導(dǎo)通時(shí)，雙端電流控制器120兩端的跨壓Vak系由發(fā)光裝置21分壓整流交流電壓\c來提供。
[0046]在時(shí)間點(diǎn)t4和t5之間，電壓Vak降至介于Vdkjp和Vw TH之間，雙端電流控制器120會導(dǎo)通，因此電流Iak的值會再次被限定在特定電流IMX，而電流AK的值會降至零。在時(shí)間點(diǎn)t5和t6之間，電壓Vffi降至低于V.，此時(shí)電流Iffi的值會隨著電壓Vak以特定方式減少。如第9、10、13圖所示，電流Imi的值為電流Imi 和電流Iffi的加總(假設(shè)硅控整流器為關(guān)閉)，本發(fā)明第三和第四實(shí)施例可透過雙端電流控制器120來增加電源供應(yīng)電路110的可操作電壓范圍(例如電壓Vac在h?t2和t4?t6的輸出)，進(jìn)而提升發(fā)光二極管照明裝置300和400的功率因素。
[0047]圖14為本發(fā)明第五實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置500的不意圖。圖15為本發(fā)明第六實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置600的示意圖。圖16為本發(fā)明第七實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置700的示意圖。圖17為本發(fā)明第八實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置800的示意圖。發(fā)光二極管照明裝置500、600、700和800各包含一電源供應(yīng)電路110、多個(gè)雙端電流控制器、多個(gè)發(fā)光裝置、多個(gè)硅控整流器SCR，和至少一阻抗組件。每一硅控整流器SCR并聯(lián)于一相對應(yīng)的發(fā)光裝置和一相對應(yīng)的雙端電流控制器，用來對相對應(yīng)雙端電流控制器提供靜電保護(hù)，以及對相對應(yīng)發(fā)光裝置提供開路保護(hù)。
[0048]在本發(fā)明第五實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置500中，發(fā)光二極管照明裝置500包含4個(gè)雙端電流控制器121?124、4個(gè)發(fā)光裝置21?23和25、4個(gè)硅控整流器SCR，和一阻抗組件ZL。發(fā)光裝置21?23分別并聯(lián)于相對應(yīng)的雙端電流控制器121?123，各包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置21?23的電流分別由Imi m?Im AK3來表示，而發(fā)光裝置21?23的跨壓分別由Vaki?Vffi3來表示。阻抗組件ZL并聯(lián)于雙端電流控制器124，其中流經(jīng)阻抗組件ZL的電流由Im ffi4來表示，而阻抗組件ZL的跨壓由Vak4來表示。阻抗組件ZL可包含電阻、電容、任何提供阻抗路徑的組件，或上述的任意組合。舉例來說，阻抗組件ZL可由一定拉電流集成電路或一定灌電流集成電路來實(shí)現(xiàn)，其電流-電壓特性圖如圖22和圖23所示。發(fā)光裝置25串聯(lián)于雙端電流控制器121?124，其包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置25的電流由Imi來表示,而發(fā)光裝置25的跨壓由Vmi來表不。每一發(fā)光單?？砂粋€(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，圖14僅顯不了米用單一發(fā)光二極管的架構(gòu)，但不限定本發(fā)明的范疇。在圖14所示的實(shí)施例中，雙端電流控制器121?124分別用來根據(jù)電壓Vffil?Vak4來調(diào)節(jié)流經(jīng)相對應(yīng)發(fā)光裝置21?23和阻抗組件ZL的電流，其中流經(jīng)雙端電流控制器121?124的電流分別由Iffil?Iak4來表示。雙端電流控制器121?123的隔離電壓Vb’遠(yuǎn)小于相對應(yīng)發(fā)光裝置21?23的整體隔離電壓。若電源供應(yīng)電路110因故產(chǎn)生波動使得整流交流電壓Va。超過理想上限值時(shí)(如圖18中時(shí)間點(diǎn)tn?t12之間)，阻抗組件ZL可對發(fā)光裝置21?23和25提供過電壓保護(hù)。
[0049]在本發(fā)明第六實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置600中，發(fā)光二極管照明裝置600包含4個(gè)雙端電流控制器121?124、5個(gè)發(fā)光裝置21?25、4個(gè)硅控整流器SCR，和4個(gè)阻抗組件ZLl?ZL4。發(fā)光裝置21?24分別串聯(lián)于相對應(yīng)的阻抗組件ZLl?ZL4且分別并聯(lián)于相對應(yīng)的雙端電流控制器121?124，各包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置21?24的電流分別由IlED—AK1?IlED—am來表示，而發(fā)光裝置21?24的跨壓分別由Vffil?Vak4來表示。阻抗組件ZLl?ZL4可包含電阻、電容、任何提供阻抗路徑的組件，或上述的任意組合。舉例來說，每一阻抗組件ZLl?ZL4可由一定拉電流集成電路或一定灌電流集成電路來實(shí)現(xiàn)，其電流-電壓特性圖如圖22和圖23所示。發(fā)光裝置25串聯(lián)于雙端電流控制器121?124，其包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置25的電流由Imi來表示，而發(fā)光裝置25的跨壓由Vu5d來表不。每一發(fā)光單?？砂粋€(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，圖15僅顯示了采用單一發(fā)光二極管的架構(gòu)，但不限定本發(fā)明的范疇。在圖15所示的實(shí)施例中，雙端電流控制器121?124分別用來根據(jù)電SVffil?Vak4來調(diào)節(jié)流經(jīng)相對應(yīng)發(fā)光裝置21?24的電流，其中流經(jīng)雙端電流控制器121?124的電流分別由Iaki?Iak4來表示。雙端電流控制器121?124的隔離電壓Vb’遠(yuǎn)小于相對應(yīng)發(fā)光裝置21?24的整體隔離電壓。若電源供應(yīng)電路110因故產(chǎn)生波動使得整流交流電壓Va。超過理想上限值時(shí)(如圖18中時(shí)間點(diǎn)tn?t12之間)，阻抗組件ZLl?ZL4可對發(fā)光裝置21?25提供過電壓保護(hù)。同時(shí)，阻抗組件ZLl?ZL4能提供具有相異阻抗的信號傳輸路徑，進(jìn)而以不同順序開啟發(fā)光裝置21?24。
[0050]在本發(fā)明第七實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置700中，發(fā)光二極管照明裝置700包含4個(gè)雙端電流控制器121?124、5個(gè)發(fā)光裝置21?25、4個(gè)硅控整流器SCR，和一阻抗組件ZL。發(fā)光裝置21?24分別并聯(lián)于相對應(yīng)的雙端電流控制器121?124，各包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置21?24的電流分別由Imi AK1?Im AK4來表示,而發(fā)光裝置21?24的跨壓分別由Vaki?Vak4來表示。阻抗組件ZL可包含電阻、電容、任何提供阻抗路徑的組件，或上述的任意組合。舉例來說，阻抗組件ZL可由一定拉電流集成電路或一定灌電流集成電路來實(shí)現(xiàn)，其電流-電壓特性圖如圖22和圖23所示。發(fā)光裝置25串聯(lián)于雙端電流控制器121?124，其包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置25的電流由Im來表不，而發(fā)光裝置25的跨壓由Vu5d來表不。每一發(fā)光單?？砂粋€(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，圖16僅顯示了采用單一發(fā)光二極管的架構(gòu)，但不限定本發(fā)明的范疇。在圖16所示的實(shí)施例中，雙端電流控制器121?124分別用來根據(jù)電SVffil?Vak4來調(diào)節(jié)流經(jīng)相對應(yīng)發(fā)光裝置21?24的電流，其中流經(jīng)雙端電流控制器121?124的電流分別由Iaki?Iffi4來表示。雙端電流控制器121?124的隔離電壓Vb’遠(yuǎn)小于相對應(yīng)發(fā)光裝置21?24的整體隔離電壓。若電源供應(yīng)電路110因故產(chǎn)生波動使得整流交流電壓Va。超過理想上限值時(shí)(如圖18中時(shí)間點(diǎn)tn~t12之間)，阻抗組件ZL可對發(fā)光裝置21~25提供過電壓保護(hù)。
[0051]在本發(fā)明第八實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置800中，發(fā)光二極管照明裝置800包含5個(gè)雙端電流控制器121~125、5個(gè)發(fā)光裝置21~25，和5個(gè)硅控整流器SCR。發(fā)光裝置21~24分別并聯(lián)于相對應(yīng)的雙端電流控制器121~124，各包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置21~24的電流分別由Imi m~Im ffi4來表示，而發(fā)光裝置21~24的跨壓分別由Vaki~Vak4來表示。雙端電流控制器125串聯(lián)于發(fā)光裝置21~25，可作為一阻抗組件或一電流調(diào)節(jié)器。發(fā)光裝置25串聯(lián)于雙端電流控制器121~125，其包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置25的電流由Imi來表示,而發(fā)光裝置25的跨壓由Vmi來表不。每一發(fā)光單兀可包含一個(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，圖17僅顯不了米用單一發(fā)光二極管的架構(gòu)，但不限定本發(fā)明的范疇。在圖17所示的實(shí)施例中，雙端電流控制器121~125分別用來根據(jù)電壓Vaki~Vffi4來調(diào)節(jié)流經(jīng)相對應(yīng)發(fā)光單元21~24的電流，其中流經(jīng)雙端電流控制器121~124的電流分別由Iaki~Iak4來表示。雙端電流控制器121~124的隔離電壓Vb’遠(yuǎn)小于相對應(yīng)發(fā)光裝置21~24的整體隔離電壓。若電源供應(yīng)電路110因故產(chǎn)生波動使得整流交流電壓超過理想上限值時(shí)(如圖18中時(shí)間點(diǎn)tn~t12之間)，雙端電流控制器125可吸收多余電壓并將電流限定在預(yù)定值，因此能對發(fā)光裝置21~25提供過電壓保護(hù)。
[0052]圖18說明了本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置500、600、700和800的運(yùn)作，顯
示了電壓\c和電流U的波形。如前所述，由于整流交流電壓\c的值隨著時(shí)間而有周期性變化，因此以包含時(shí)間點(diǎn)h~t1(l的一個(gè)周期來做說明，其中時(shí)間點(diǎn)h~t5之間為整流交流電壓\c的上升周期，而時(shí)間點(diǎn)t5~t1(l之間為整流交流電壓Vac的下降周期。
[0053]首先說明包含時(shí)間點(diǎn)h~t5的上升周期，在時(shí)間點(diǎn)h和&之間，雙端電流控制器121~124的跨壓Vaki~Vak4隨著整流交流電壓Vac而上升。由于雙端電流控制器121~124的隔離電壓較小，因此在時(shí)間點(diǎn)h和h之間雙端電流控制器121~124較早被導(dǎo)通，此時(shí)電流系從電源供應(yīng)電路110依序透過雙端電流控制器121~124傳送至發(fā)光裝置25，亦即IlED_IaK1_IaK2_IaK3_IaK4，而！LED—AK1_IlED—AK2_IlED—AK3_IlED—AK4_0。在時(shí)間點(diǎn) I^1 和 t2 之間，電壓 Vak1 的值大于Vtw TH1，雙端電流控制器121首先被關(guān)閉，此時(shí)電流系從電源供應(yīng)電路110依序透過發(fā)光裝置21、雙端電流控制器122~124傳送至發(fā)光裝置25，亦即Iled=Iled-M1=Im2=Iak3=Iam,而Iak1-1leD-M2_IlED—M:3_IlED—MfO。在時(shí)間點(diǎn)t2和t3之間，電壓Vak2的值大于VgFF—TH2，雙纟而電流控制器122接著被關(guān)閉，此時(shí)電流系從電源供應(yīng)電路110依序透過發(fā)光裝置21、發(fā)光裝置22、雙端電流控制器123~124傳送至發(fā)光裝置25，亦即AK1=Im—AK2=IAK3=Iffi4，而IaK1 = IaK2=IlED_AK3=IlED_AK4=0 °在時(shí)間點(diǎn)t3和t4之間，電壓Vak3的值大于Vcwth3,雙端電流控制器123接著被關(guān)閉，此時(shí)電流系從電源供應(yīng)電路110依序透過發(fā)光裝置21、發(fā)光裝置22、發(fā)光裝置23和雙端電流控制器124傳送至發(fā)光裝置25，亦即U=Ihak1=Ihak2=Ihak3=Iak4,而Imi=Im2=Iakb=Iled-AM=0。在時(shí)間點(diǎn)t4和t5之間，電壓Vak4的值大于Vmjf.TH4,雙端電流控制器124接著被關(guān)閉，此時(shí)電流系從電源供應(yīng)電路110依序透過發(fā)光裝置21~24傳送至發(fā)光裝直 25，亦即 IleD-1leD-AK1_IlED—AK2_IlED—AK3_IlED—AK4，而 ΙαΚ1_ΙαΙ?_ΙαΚ3_ΙαΚ4_0。針對包含時(shí)間點(diǎn)t5~t1(l的下降周期，隨著整流交流電壓Vac的下降，當(dāng)電壓Vffi4~Vaki的值依序分別低于VQN—TH4~Vw TH1時(shí)，雙端電流控制器124~121會在時(shí)間點(diǎn)t6~t9依序被開啟，其運(yùn)作方式和其相對應(yīng)的上升周期類似。[0054]圖19為本發(fā)明第九實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置900的示意圖。發(fā)光二極管照明裝置900包含一電源供應(yīng)電路110、5個(gè)雙端電流控制器121?125、4個(gè)發(fā)光裝置21?24，和4個(gè)硅控整流器SCR。發(fā)光裝置21?24分別并聯(lián)于相對應(yīng)的雙端電流控制器121?124，各包含多個(gè)串接的發(fā)光單元，其中流經(jīng)發(fā)光裝置21?24的電流分別由Im m?Imi ffi4來表不，而發(fā)光裝置21?24的跨壓分別由Vffil?Vak4來表不。每一發(fā)光單?？砂粋€(gè)發(fā)光二極管或多個(gè)發(fā)光二極管，圖19僅顯示了采用單一發(fā)光二極管的架構(gòu)，但不限定本發(fā)明的范疇。在圖19所示的實(shí)施例中，雙端電流控制器121?124分別用來根據(jù)電HVffil?Vffi4來調(diào)節(jié)流經(jīng)相對應(yīng)發(fā)光單元21?24的電流，其中流經(jīng)雙端電流控制器121?124的電流分別由Iaki?Iak4來表示。雙端電流控制器121?124的隔離電壓Vb’遠(yuǎn)小于相對應(yīng)發(fā)光裝置21?24的整體隔離電壓。雙端電流控制器125串聯(lián)于雙端電流控制器121?124，用來根據(jù)電壓Vak5來調(diào)節(jié)電流Imi的值。若電源供應(yīng)電路110因故產(chǎn)生波動使得整流交流電壓Vac超過理想上限值時(shí)，雙端電流控制器125可作為一限流裝置以將流經(jīng)發(fā)光單元21?24的電流限定在預(yù)定值。每一娃控整流器SCR并聯(lián)于一相對應(yīng)發(fā)光裝置和一相對應(yīng)雙端電流控制器，用來對相對應(yīng)雙端電流控制器提供靜電保護(hù)，以及對相對應(yīng)發(fā)光裝置提供開路保護(hù)。
[0055]圖20說明了本發(fā)明第九實(shí)施例的發(fā)光二極管照明裝置900的運(yùn)作。如前所述，雙端電流控制器121?124在時(shí)間點(diǎn)t4?t6呈關(guān)閉，而電流Im的值由電源供應(yīng)電路11提供的整流交流電壓來決定。在圖20所示的實(shí)施例中，雙端電流控制器125可將電流Im的值限定在一特定電流Ima/。電流IMX’的值可根據(jù)不同應(yīng)用來決定，圖20中Imax和Ima/的關(guān)系僅為說明，并不限定本發(fā)明的范疇。
[0056]圖21為本發(fā)明第十實(shí)施例中一發(fā)光二極管照明裝置1000示意圖。發(fā)光二極管照明裝置1000包含一電源供應(yīng)電路410、一雙端電流控制器120、一發(fā)光裝置10、一硅控整流器SCR，和一阻抗組件ZL。本發(fā)明第一和第十實(shí)施例結(jié)構(gòu)類似，不同的處在于電源供應(yīng)電路410的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明第一實(shí)施例中，電源供應(yīng)電路110系利用橋式整流器112來對交流電壓VS (例如市電110?220伏特)進(jìn)行整流，進(jìn)而提供隨著時(shí)間而有周期性變化的整流交流電壓VA。。在本發(fā)明第十實(shí)施例中，電源供應(yīng)電路410可接收任意來源的交流電壓VS，再利用一交流-交流變壓器412來進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，最后由橋式整流器112進(jìn)行整流，進(jìn)而提供隨著時(shí)間而有周期性變化的整流交流電壓VAC。發(fā)光二極管照明裝置1000的運(yùn)作方式亦可如圖6至圖8所示，在此不另加贅述。同理，本發(fā)明第二至第九實(shí)施例亦可采用電源供應(yīng)電路410來提供整流交流電壓\c。
[0057]在本發(fā)明發(fā)光二極管照明裝置中，雙端電流控制器的數(shù)目、發(fā)光裝置的數(shù)目和結(jié)構(gòu)，以及電源供應(yīng)電路的種類可根據(jù)不同應(yīng)用來決定。第4?5、9?10、14?17、19和21圖所示僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并不限定本發(fā)明的范疇。同時(shí)，圖11所示的雙端電流控制器120中僅為本發(fā)明的實(shí)施例，本發(fā)明亦可采用其它具類似功能的組件來達(dá)到如第6?8、13和12圖所示的特性。
[0058]本發(fā)明的發(fā)光二極管照明裝置利用雙端電流控制器來控制流經(jīng)串接發(fā)光二極管的電流大小和導(dǎo)通數(shù)目，在整流交流電壓尚未達(dá)到所有發(fā)光二極管的整體隔離電壓前即能導(dǎo)通部分發(fā)光二極管。同時(shí)，硅控整流器可對相對應(yīng)雙端電流控制器提供靜電保護(hù)，以及對相對應(yīng)發(fā)光裝置提供開路保護(hù)。因此，本發(fā)明能夠增加發(fā)光二極管照明裝置的功率因素，同時(shí)兼顧可操作電壓范圍與亮度，以及提供過電壓保護(hù)。
[0059]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙端電流控制器，用來控制流經(jīng)一負(fù)載的一第一電流，其特征在于: 在一整流交流電壓的一上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓不大于一第一電壓時(shí)，所述雙端電流控制器在一第一模式下運(yùn)作； 在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓大于所述第一電壓且不大于一第二電壓時(shí)，所述雙端電流控制器在一第二模式下運(yùn)作；而 在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓大于所述第二電壓時(shí)，所述雙端電流控制器在一第三模式下運(yùn)作； 在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓在大于所述第二電壓后再次降至小于所述第二電壓的一第三電壓，且所述第二電壓和所述第三電壓之間的差值超過一第一磁滯寬度時(shí)，所述雙端電流控制器在所述第二模式下運(yùn)作； 在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓在大于所述第二電壓后再次降至所述第三電壓，且所述第二電壓和所述第三電壓之間的差值不超過所述第一磁滯寬度時(shí)，所述雙端電流控制器在所述第三模式下運(yùn)作；且 所述第一雙端電流控制器，并聯(lián)于所述負(fù)載，用來: 在所述第一模式下導(dǎo)通有關(guān)所述整流交流電壓的一第二電流，根據(jù)所述負(fù)載的跨壓來調(diào)整所述第二電流的值，且將所述第一電流限定至零； 在所述第二模式下呈導(dǎo)通以將所述第二電流的值固定在大于零的一預(yù)定值，并將所述第一電流限定至零；以及 在所述第三模式下呈關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求1所述的雙端電流控制器，其特征在于，在所述整流交流電壓的一下降周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓介于所述第一電壓和一第四電壓之間時(shí)，所述雙端電流控制器在所述第二模式下運(yùn)作以將所述第一電流限定至零并將所述第二電流的值固定在所述預(yù)定值，且所述第四電壓大于所述第二電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的雙端電流控制器，其特征在于: 在所述整流交流電壓的所述下降周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓在小于所述第四電壓后再次上升至大于所述第四電壓的一第五電壓，且所述第四電壓和所述第五電壓之間的差值超過一第二磁滯寬度時(shí)，所述雙端電流控制器在所述第三模式下運(yùn)作；且 在所述整流交流電壓的所述下降周期內(nèi)當(dāng)所述負(fù)載的跨壓在小于所述第四電壓后再次上升至所述第五電壓，且所述第四電壓和所述第五電壓之間的差值不超過所述第二磁滯寬度時(shí)，所述雙端電流控制器在所述第二模式下運(yùn)作。
4.如權(quán)利要求3所述的雙端電流控制器，其特征在于: 一第一開關(guān)，用來根據(jù)一導(dǎo)通電壓來導(dǎo)通所述第二電流； 一控制電路，用來根據(jù)一第一控制信號和一第二控制信號來提供所述導(dǎo)通電壓； 一電流偵測電路，用來根據(jù)所述第二電流的值來判斷在所述整流交流電壓的一上升周期內(nèi)所述負(fù)載的跨壓是否大于所述第一電壓，并根據(jù)判斷結(jié)果來提供所述第一控制信號；以及 一電壓偵測電路，用來比較所述負(fù)載的跨壓、所述第二電壓和所述第四電壓之間的大小關(guān)系，并根據(jù)判斷結(jié)果來提供所述第二控制信號。
5.如權(quán)利要求4所述的雙端電流控制器，其特征在于，所述電壓偵測電路包含:一電壓邊緣偵測電路，用來判斷所述整流交流電壓在所述上升周期或所述下降周期；以及 一第一磁滯比較器，用來判斷所述雙端電流控制器的跨壓、所述第二電壓和所述第三電壓之間的大小關(guān)系 。
6.如權(quán)利要求5所述的雙端電流控制器，其特征在于，所述電壓偵測電路另包含: 一第二磁滯比較器，用來判斷所述雙端電流控制器的跨壓、所述第四電壓和所述第五電壓之間的大小關(guān)系。
7.如權(quán)利要求6所述的雙端電流控制器，其特征在于: 在所述上升周期或所述下降周期內(nèi)當(dāng)所述電流偵測電路判斷所述負(fù)載的跨壓不大于所述第一電壓時(shí)，所述第一開關(guān)根據(jù)所述導(dǎo)通電壓來調(diào)整所述第二電流的值；而 在所述上升周期或所述下降周期內(nèi)當(dāng)所述電流偵測電路判斷所述負(fù)載的跨壓大于所述第一電壓時(shí)，所述第一開關(guān)根據(jù)所述導(dǎo)通電壓來將所述第二電流維持在所述預(yù)定值。
8.如權(quán)利要求1所述的雙端電流控制器，其特征在于: 在所述第一模式下，所述雙端電流控制器的運(yùn)作如同一壓控組件； 在所述第二模式下，所述雙端電流控制器的運(yùn)作如同一電流源；且 在所述第三模式下，所述雙端電流控制器的運(yùn)作如同一開路組件。
9.如權(quán)利要求1所述的雙端電流控制器，其特征在于，導(dǎo)通所述雙端電流控制器所需的隔離電壓小于導(dǎo)通所述負(fù)載的所需的隔離電壓。
10.一種提供過電壓保護(hù)的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于: 一第一發(fā)光裝置，其根據(jù)一第一電流來提供光源； 一第二發(fā)光裝置，串聯(lián)于所述第一發(fā)光裝置，其根據(jù)一第二電流來提供光源； 一第一阻抗組件，用來在所述第一發(fā)光裝置和所述第二發(fā)光裝置上的跨壓大于一第一預(yù)定值時(shí)，將所述第一電流或所述第二電流限定在一第一預(yù)定范圍內(nèi)；以及 一第一雙端電流控制器，并聯(lián)于所述第一發(fā)光裝置且串聯(lián)于所述第二發(fā)光裝置，用來根據(jù)所述第一雙端電流控制器的跨壓來調(diào)節(jié)所述第二電流，其中: 在一整流交流電壓的一上升周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓不大于一第一電壓時(shí)，所述第一雙端電流控制器在一第一模式下運(yùn)作，進(jìn)而導(dǎo)通有關(guān)所述整流交流電壓的一第三電流，根據(jù)所述第一發(fā)光裝置的跨壓來調(diào)整所述第三電流的值，且將所述第一電流限定至零； 在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓大于所述第一電壓且不大于一第二電壓時(shí)，所述第一雙端電流控制器在一第二模式下運(yùn)作，進(jìn)而導(dǎo)通以將所述第三電流的值固定在大于零的一第二預(yù)定值，并將所述第一電流限定至零；且 在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓大于所述第二電壓時(shí)，所述第一雙端電流控制器在一第三模式下呈關(guān)閉，并將所述第一電流和所述第二電流限定在一相同值。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，在所述整流交流電壓的一下降周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓介于所述第一電壓和一第三電壓之間時(shí)，所述第一雙端電流控制器將所述第一電流限定至零，并將所述第二電流和所述第三電流限定在所述第二預(yù)定值，且所述第三電壓大于所述第二電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，所述第一雙端電流控制器包含: 一第一開關(guān)，用來根據(jù)一導(dǎo)通電壓來導(dǎo)通所述第三電流； 一控制電路，用來根據(jù)一第一控制信號和一第二控制信號來提供所述導(dǎo)通電壓； 一電流偵測電路，用來根據(jù)所述第三電流的值來判斷在所述整流交流電壓的一上升周期內(nèi)所述第一雙端電流控制器的跨壓是否大于所述第一電壓，并根據(jù)判斷結(jié)果來提供所述第一控制信號；以及 一電壓偵測電路，用來比較所述第一雙端電流控制器的跨壓、所述第二電壓和所述第三電壓之間的大小關(guān)系，并根據(jù)判斷結(jié)果來提供所述第二控制信號。
13.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于: 所述電流偵測電路包含: 一電阻，耦接于所述第一開關(guān)，用來根據(jù)所述第三電流來提供一反饋電壓； 一第二開關(guān)，并聯(lián)于所述電阻，用來調(diào)整所述電阻的一等效阻抗；以及一第一比較器，用來根據(jù)一參考電壓和所述反饋電壓之間的大小關(guān)系來提供所述第一控制信號；且 所述電壓偵測電路包含: 一電壓邊緣偵測電路，用來判斷所述整流交流電壓在所述上升周期或所述下降周期；一第二比較器，用來判斷所述雙端電流控制器的跨壓和所述第二電壓之間的大小關(guān)系；以及 一第三比較器，用來判斷所述雙端電流控制器的跨壓和所述第三電壓之間的大小關(guān)系O
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于: 在所述下降周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓不大于所述第一電壓時(shí)，所述第一開關(guān)根據(jù)所述導(dǎo)通信號來調(diào)節(jié)所述第三電流的值；而 在所述下降周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓大于所述第一電壓時(shí)，所述第一開關(guān)根據(jù)所述導(dǎo)通信號來將所述第三電流維持在所述第二預(yù)定值。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，所述第一雙端電流控制器根據(jù)所述第一發(fā)光裝置的跨壓來調(diào)節(jié)所述第三電流的值以使所述第一發(fā)光裝置的跨壓和所述第二電流之間的變化關(guān)系符合所述第一開關(guān)的一特定運(yùn)作區(qū)域的特性。
16.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于: 所述電流偵測電路包含: 一電阻，耦接于所述第一開關(guān)，用來根據(jù)所述第三電流來提供一反饋電壓； 一第二開關(guān)，并聯(lián)于所述電阻，用來調(diào)整所述電阻的一等效阻抗；以及一第一比較器，用來根據(jù)一參考電壓和所述反饋電壓之間的大小關(guān)系來提供所述第一控制信號；且 所述電壓偵測電路包含: 一電壓邊緣偵測電路，用來判斷所述整流交流電壓在所述上升周期或所述下降周期；以及 一第二比較器，用來判斷所述雙端電流控制器的跨壓和所述第二電壓之間的大小關(guān)系O
17.如權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于: 在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓不大于所述第一電壓時(shí)，所述第一開關(guān)根據(jù)所述控制信號來調(diào)節(jié)所述第三電流的值；而 在所述上升周期內(nèi)當(dāng)所述第一雙端電流控制器的跨壓大于所述第一電壓且不大于所述第三電壓時(shí)，所述第一開關(guān)根據(jù)所述控制信號來將所述第三電流維持在所述第二預(yù)定值并將所述第一電流的值限定至零。
18.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，導(dǎo)通所述第一雙端電流控制器所需的隔離電壓小于導(dǎo)通所述第一發(fā)光裝置所需的隔離電壓。
19.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，每一發(fā)光裝置包含多個(gè)串聯(lián)的發(fā)光二極管。
20.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，所述第一阻抗組件包含一電阻、一電容、一定拉電流集成電路，或一定灌電流集成電路。
21.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，所述第一阻抗組件串聯(lián)于所述第一發(fā)光裝置和所述第二發(fā)光裝置。
22.如權(quán)利要求21所述的發(fā)光二極管照明裝置，其中所述第一雙端電流控制器并聯(lián)于彼此串聯(lián)的所述第一 發(fā)光裝置和所述第一阻抗組件。
23.如權(quán)利要求21所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，另包含一第二雙端電流控制器，串聯(lián)于所述第一雙端電流控制器和所述第二發(fā)光裝置，用來根據(jù)所述第二雙端電流控制器的跨壓來調(diào)節(jié)所述第二電流，其中所述第一阻抗組件并聯(lián)于所述第二雙端電流控制器。
24.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，另包含: 一第三發(fā)光裝置，串聯(lián)于所述第一發(fā)光裝置和所述第二發(fā)光裝置，根據(jù)一第四電流來提供光源； 一第二雙端電流控制器，并聯(lián)于所述第三發(fā)光裝置和串聯(lián)于所述第一雙端電流控制器，用來根據(jù)所述第二雙端電流控制器的跨壓來調(diào)節(jié)所述第二電流； 一第二阻抗組件，用來在所述第一發(fā)光裝置、所述第二發(fā)光裝置和所述第三發(fā)光裝置上的跨壓大于一第三預(yù)定值時(shí)，將所述第四電流限定在一第二預(yù)定范圍內(nèi)，其中所述第一阻抗組件并聯(lián)于所述第一雙端電流控制器且串聯(lián)于所述第一發(fā)光裝置，而所述第二阻抗組件并聯(lián)于所述第二雙端電流控制器且串聯(lián)于所述第二發(fā)光裝置。
25.如權(quán)利要求21所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，所述第一阻抗組件包含一第二雙端電流控制器，串聯(lián)于所述第一雙端電流控制器，用來根據(jù)所述第二雙端電流控制器的跨壓來調(diào)節(jié)所述第二電流。
26.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，另包含: 一第三發(fā)光裝置，串聯(lián)于所述第一發(fā)光裝置和所述第二發(fā)光裝置，根據(jù)一第四電流來提供光源； 一第二雙端電流控制器，并聯(lián)于所述第三發(fā)光裝置，且串聯(lián)于所述第一雙端電流控制器，用來根據(jù)所述第二雙端電流控制器的跨壓來調(diào)節(jié)所述第四電流，其中所述第一阻抗組件包含一第三雙端電流控制器，串聯(lián)于所述第一雙端電流控制器和所述第二雙端電流控制器，用來根據(jù)所述第三雙端電流控制器的跨壓來調(diào)節(jié)所述第二電流。
27.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，另包含一電源供應(yīng)電路，用來提供所述整流交流電壓以驅(qū)動所述第一發(fā)光裝置和所述第二發(fā)光裝置。
28.如權(quán)利要求27所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，所述電源供應(yīng)電路包含一交流-交流變壓器。
29.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，所述第一發(fā)光裝置、所述第二發(fā)光裝置、所述第一阻抗組件和所述第一雙端電流控制器設(shè)置在同一電路板。
30.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，另包含: 一硅控整流器，耦接于所述第一發(fā)光裝置，用來在所述第一發(fā)光裝置的跨壓超過一轉(zhuǎn)折電壓時(shí)導(dǎo)通一第四電流，且在所述第一發(fā)光裝置的跨壓不超過所述轉(zhuǎn)折電壓時(shí)呈關(guān)閉。
31.如權(quán)利要求30所述的發(fā)光二極管照明裝置，其特征在于，所述第一發(fā)光裝置、所述第二發(fā)光裝置、所述第一阻抗組件、所述第一雙端電流控制器和所述硅控整流器設(shè)置在同一電路板?！?br> 【文檔編號】H05B37/02GK103582251SQ201310344129
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月8日
【發(fā)明者】江永欣, 李怡玫, 阿爾韋托喬瓦尼·維維安尼 申請人:安恩國際公司