LED光引擎及具有其的集成电路与照明装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一个实施例提供一种以交流供电的LED光引擎，耦接于整流器及多个外部LED子阵列之间。LED光引擎包括多个常闭旁通开关、常闭电流调节器以及多个开关控制器。除了最上级或最下级LED子阵列以外，各个常闭旁通开关并联耦接于对应的LED子阵列，并且穿梭于导通、调节或关闭三种开关状态。常闭电流调节器耦接于多个常闭旁通开关，用以调节接近外部电压源的峰值的最高LED电流电平。各开关控制器分别耦接对应的旁通开关以作为反馈网络，并用以根据对应的电流检测信号，控制开关状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种以交流供电(ac-powered)的LED光引擎，特别是用以依据整流后的弦波输入电压的电压电平，控制多个LED子阵列的点亮或熄灭的数量以及电流值的LED光引擎。
技术介绍
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)为主的照明装置，具有相对较长的寿命、较不易受到外在环境的干扰影响且较不易受损，故已经逐渐成为照明设备的首选。技术上，LED需要直流(Direct Current，DC)驱动。因此，一般必须以全波或半波整流器将交流(Alternating Current，AC)弦波电压源(sinusoidal voltage source)整流为整流后的弦波电压源后，才可以用以驱动LED。而市电为交流电，当交流电转成直流电时，在直流脉冲的每周期的初始端与末端的低电压区段附近(又叫做空载期间)，此时的输入电压尚无法克服发光二极管的顺向电压降(forward voltage drop)以驱动发光二极管。空载期间与导通角(conduction angle)的加总构成整流后的弦波输入电压的一个完整周期。空载期间越长，导通角越小，线电流越狭窄而无法相似于线电压的波形，导致功率因数(power factor)较低。传统的LED驱动器(LED driver)通常面临三种应用上的问题。第一个问题是传统的LED驱动器须采用滤波器、整流器、以及功率因数修正器(power factor corrector，PFC)等较为复杂的驱动器电路(driver circuit)，造成驱动器的成本高昂。同时，发光二极管的寿命虽长，但功率因数修正器所采用的电解电容器(electrolytic capacitor)却易于损坏，整体寿命相对缩短，无法发挥发光二极管的优点。第二问题是在空载期间，没有电流通过发光二极管，造成照明设备的闪烁现象(flicker phenomenon)。LED在驱动电流为正时快速地被点亮，而在驱动电流为0时熄灭。因此，若有空载期间的存在，将导致闪烁现象发生。闪烁现象以交流弦波的两倍频率，反复地发生于空载期间。第三个问题是功率因数低落，通常发生在使用低功率的功率因数修正器，无法精确地检测出微弱的回路电流以正确地修正交流输入电流波形为弦波波形时。功率因数用以衡量电力使用效率，当线电压与线电流的相似度越高，表示电力使用效率越好，且功率因数越高。通常交流电的输入电压波形为正弦波，后级负载的电流如能接近正弦波，其谐波数量少，谐波失真就少，则功率因数越高。当输入电流与输入电压的相位与波形一致时，功率因数接近最大值1。传统的功率因数修正器需要检测回路电流，以修正线电流对准线电压。当回路电流太低而无法精确地在功率因数修正器中的阶段被电流检测电路所测得，功率因数修正器将无法保持线电流与线电压的相位与波形一致而达到优选的功率因数。经常与低功率因数相提并论的是高总谐波失真(total harmonic distortion(THD))，根据傅立叶级数展开的理论，任何周期信号于周期波形中任伺非连续或跳跃点将导致于基频成份上的高阶谐波，导致总谐波失真升高。交流输入电流波形中的非连续或跳跃点造成的高总谐波失真与空载期间的存在相关。简化电路、降低成本、改善发光二极管照明设备的闪烁现象以及提高功率因数，仍是目前发光二极管光源的研发的主要课题。本专利技术人所提供的解决方案，具有可直接用于交流电路、成本低廉、性能优异、不易损坏且电路简单、无闪烁现象以及提高功率因数等优点，详如后述。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，公开一种以交流供电的LED光引擎，耦接于整流器及多个外部LED子阵列之间。LED光引擎包括多个常闭旁通开关、常闭电流调节器以及多个开关控制器。除了最上级或最下级LED子阵列以外，各个常闭旁通开关并联耦接于对应的LED子阵列，并且穿梭于导通、调节或关闭三种开关状态。常闭电流调节器耦接于多个常闭旁通开关，用以调节接近外部电压源的峰值的最高LED电流电平。各开关控制器分别耦接对应的旁通开关以作为反馈网络，并用以根据对应的电流检测信号，控制开关状态。根据本专利技术的一个实施例，公开一种集成电路，包括如前所述的交流电源的LED光引擎，该交流电源的LED光引擎可以以任何形态实施。根据本专利技术的一个实施例，公开一种照明装置，包含整流器及交流电源的LED光引擎。整流器耦接于交流电源，用以提供整流后的电压。交流电源的LED光引擎，耦接于整流器与多个外部的LED子阵列之间，其中LED光引擎包括多个常闭旁通开关、常闭电流调节器、多个电流检测电阻及多个开关控制器。外部的LED子阵列中除最上级或最下级的LED子阵列外，各常闭旁通开关分别并联于对应的LED子阵列，且穿梭于导通、调节及截止的三种开关状态。各常闭电流调节器分别耦接于所述多个常闭旁通开关，用以调节接近外部电压源的峰值的最高LED电流电平。各电流检测电阻分别连接于所述多个外部的LED子阵列。各开关控制器分别耦接于对应的电流检测电阻及对应的旁通开关以作为反馈网络，并用以根据对应的电流检测信号，控制所述多个开关状态。附图说明为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特例举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明，其中：图1A示出根据本专利技术的一个实施例的照明装置1的方块示意图，照明装置1具有以交流供电的LED光引擎10，根据本专利技术的一个实施例所设计的LED光引擎10用以由下往上点亮穿插设置的LED子阵列G1、G2、G3及G4且由上往下熄灭穿插设置的LED子阵列G1、G2、G3及G4。图1B示出根据本专利技术的一个实施例的照明装置2的方块示意图，其具有以交流供电的LED光引擎20，根据本专利技术的一个实施例所设计的LED光引擎20用以由上往下点亮穿插设置的LED子阵列G1、G2、G3及G4且由下往上熄灭穿插设置的LED子阵列G1、G2、G3及G4。图1C示出根据本专利技术的一个实施例的照明装置3的方块示意图，其具有以交流供电的LED光引擎30，根据本专利技术另一实施例所设计的LED光引擎30用以由下往上点亮串联设置的LED子阵列G1、G2、G3及G4且由上往下熄灭串联设置的LED子阵列G1、G2、G3及G4的。图1D示出根据本专利技术的一个实施例的照明装置4的方块示意图，其具有以交流供电的LED光引擎40，根据本专利技术的又一实施例所设计的LED光引擎40用以由下往上点亮串联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以交流供电的LED光引擎，耦接于整流器及多个外部的LED子阵列，包括：多个常闭旁通开关，所述多个外部的LED子阵列中除最上级或最下级的LED子阵列外，各个所述常闭旁通开关分别并联于对应的LED子阵列，且穿梭于导通、调节及截止的三种开关状态；常闭电流调节器，耦接于所述多个常闭旁通开关，且用以调节接近外部电压源的峰值的最高LED电流电平；以及多个开关控制器，分别耦接对应的常闭旁通开关以作为反馈网络，并用以根据对应的电流检测信号，控制所述多个开关状态。

【技术特征摘要】
2013.12.11 TW 102145709;2014.04.29 TW 1031153951.一种以交流供电的LED光引擎，耦接于整流器及多个外部的
LED子阵列，包括：
多个常闭旁通开关，所述多个外部的LED子阵列中除最上级或最
下级的LED子阵列外，各个所述常闭旁通开关分别并联于对应的LED
子阵列，且穿梭于导通、调节及截止的三种开关状态；
常闭电流调节器，耦接于所述多个常闭旁通开关，且用以调节接
近外部电压源的峰值的最高LED电流电平；以及
多个开关控制器，分别耦接对应的常闭旁通开关以作为反馈网络，
并用以根据对应的电流检测信号，控制所述多个开关状态。
2.如权利要求1所述的以交流供电的LED光引擎，还包括：
多个电流检测电阻，连接于所述多个外部的LED子阵列，其中各
个所述开关控制器耦接于对应的电流检测电阻及对应的所述常闭旁通
开关，或各个所述开关控制器耦接于对应的检测抽头及所述对应的常
闭旁通开关，其中所述对应的检测抽头为所述对应的电流检测电阻的
高电平端。
3.如权利要求2所述的以交流供电的LED光引擎，其中所述多个
电流检测电阻与所述多个外部的LED子阵列彼此交织排列，且所述对
应的电流检测信号是所述对应的电流检测电阻的跨压。
4.如权利要求3所述的以交流供电的LED光引擎，其中所述多个
电流检测电阻中下游电阻的电阻值较所述多个电流检测电阻中上游电
阻的电阻值大。
5.如权利要求3所述的以交流供电的LED光引擎，其中所述多个
电流检测电阻中下游电阻的电阻值较所述多个电流检测电阻中上游电
阻的电阻值小。
6.如权利要求2所述的以交流供电的LED光引擎，其中所述多个
电流检测电阻彼此串联连接，且所述对应的电流检测信号是所述对应
的电流检测电阻的高压端的电压电平。
7.如权利要求1所述的以交流供电的LED光引擎，其中所述常闭
电流调节器是受控的电流调节开关或未受控的电流调节器，所述多个
常闭旁通开关是增强型n通道金氧半场效晶体管或耗尽型n通道金氧
半场效晶体管，所述受控的电流调节开关是金氧半场效晶体管并受到
对应的开关控制器所调节，且所述未受控的电流调节开关包括金氧半
场效晶体管、电流检测电阻以及双极结型晶体管或并联调节器。
8.如权利要求1所述的以交流供电的LED光引擎，其中各个所述
常闭旁通开关是增强型n通道金氧半场效晶体管，且各个所述开关控
制器是以双极结型晶体管为主的门极驱动电路，包括防箝位电阻、限
流电阻、门极放电二极管、门极充电电阻及电压比较双极结型晶体管，
由此控制所述对应的常闭旁通开关穿梭于所述三种开关状态，其中所
述门极充电电阻及所述电压比较双极结型晶体管共接于所述增强型n
通道金氧半场效晶体管的门极。
9.如权利要求1所述的以交流供电的LED光引擎，其中各个所述
开关控制器是以双极结型晶体管为主的门极驱动电路、以并联调节器
为主的门极驱动电路或以光耦合器为主的门极驱动电路，用以控制所
述对应的常闭旁通开关穿梭于所述三种开关状态。
10.如权利要求1所述的以交流供电的LED光引擎，还包括多个
定电压调节器，用以导通对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：余金生，王志良，陈光辉，
申请(专利权)人：群高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71