本實用新型是關于一種發光二極管(Light-Emitting Diode，LED)直流控制電路，特別是關于一種基于直流且低頻取樣的發光二極管直流控制電路。

背景技術：

近來，隨著發光二極管(LED)大量的使用于照明系統上，越來越多的發光二極管照明系統使用交流電源作為發光二極管照明系統的電源。傳統上，使用交流電源作為多個發光二極管的照明系統的電源，會將輸入的交流電經由橋式整流器將交流電作全波整流，再輸出給發光二極管使用。

發光二極管(LED)是一種基于半導體的光源，經常被應用在低耗電儀表和家電的指示器，應用發光二極管在各種照明裝置也已越來越普遍。例如，高明亮度的發光二極管已被廣泛用于交通信號燈，車輛指示燈，以及剎車燈。近年來，使用高電壓的發光二極管串的照明設備，也被開發來取代傳統的白熱燈泡和熒光燈泡。發光二極管的電流對電壓(IV)特性曲線類似于一般的普通二極管，當加于發光二極管的電壓小于二極管的正向電壓時，只有非常小的電流通過發光二極管。當電壓超過正向電壓時，通過發光二極管的電流則大幅增加。一般來說，在大多數操作范圍，基于發光二極管的照明裝置的發光強度是和通過的電流成正比，但操作在高電流時則不如此。通常為基于發光二極管的照明裝置設計的驅動裝置，都是以提供一個恒定的電流為主，以便能發出穩定的光和延長發光二極管的壽命。

相較于一般傳統的白熾燈、熒光燈或其他照明光源，發光二極管(Light Emitting Diode，LED)由于具有低溫發光效率佳、無污染且壽命長等優點，因此目前已逐漸成為各種照明設備燈源選擇的首選。也因為發光二極管使用上的普及，在先前技術中已經發展出許多對于發光二極管的亮度的調整控制方式。在先前技術中，通常是利用相位截斷調光模塊搭配復雜的控制電路，利用讓發光二極管閃爍的方式，借由用戶視覺暫留的現象來讓使用者感覺發光二極管的亮度減弱，借此調整發光二極管的亮度。但此種調光方式可能仍然會讓部分使用者看到發光二極管不斷地閃爍而感覺不舒適。且先前技術中的控制電路較為復雜，會增加在制造上的成本。

技術實現要素：

本實用新的的目的在于能夠靈活且有效地提高發光二極管的使用率，減少功率耗損，并提供穩定性和高亮度。

本實用新型的目的及解決其技術問題是采用以下的技術方案來實現的。依據本實用新型提出的一種發光二極管直流控制電路，用于驅動至少一個發光二極管串。發光二極管直流控制電路包括交流轉直流電路、分壓電路、控制器與正負邏輯電路。交流轉直流電路接收交流參考電壓并產生正弦波參考電壓與直流參考電壓。分壓電路電性連接直流參考電壓并產生門坎參考電壓。控制器電性連接交流轉直流電路與分壓電路，控制器接收門坎參考電壓與直流參考電壓并予以比較以產生內部參考電壓，其中控制器接收第一脈寬調變電壓訊號來取樣內部參考電壓以輸出第二脈寬調變電壓訊號。正負邏輯電路電性連接控制器以接收第二脈寬調變電壓訊號以產生驅動電壓與負載電流并據此驅動功率開關晶體管。在對應于正弦波參考電壓的每一周期，負載電流具有多個驅動訊號，并且多個驅動訊號中至少一個驅動訊號為相對極大值。

本實用新型的目的及解決其技術問題還可采用以下的技術措施來進一步實現

前述的發光二極管直流控制電路，其中該交流轉直流電路包括：

整流電路，其輸入端用以接收該交流參考電壓并予以全波整流以在其輸出端產生該正弦波參考電壓；以及

參考電壓產生電路，通過處理該正弦波參考電壓以產生該直流參考電壓。

前述的發光二極管直流控制電路，其中該參考電壓產生電路包括：

第一電阻，其一端連接至該整流電路的輸出端并接收該正弦波參考電壓；

第二電阻，其一端連接至該第一電阻的另一端；

第一晶體管，其柵極連接至該第二電阻的一端，其源極連接至該第二電阻的另一端；

第三電阻，其一端連接至該第一電阻的一端；

第二晶體管，其柵極連接至該第三電阻的另一端，其漏極連接至該第三電阻的一端；

第三晶體管，其集極連接至該第三電阻的另一端，其基極連接至該第二晶體管的源極；

第四電阻，其一端連接至該第三晶體管的射極，其另一端連接至該第一電阻的另一端；以及

第五電阻，其一端連接至該第三晶體管的基極，其另一端連接至該第四電阻的另一端，

其中當該第一晶體管導通時，則該第二晶體管截止，并且當該第一晶體管截止時，則該第二晶體管導通，借此以產生充電電流。

前述的發光二極管直流控制電路，其中通過該第一電阻與該第二電阻的阻值比的設定來決定該第一晶體管導通或截止期間，進而決定該充電電流的電流值。

前述的發光二極管直流控制電路，其中該參考電壓產生電路還包括：

第一電容，其一端連接至該第五電阻的另一端以接收該充電電流并產生該直流參考電壓；以及

一齊納二極管，其陽極連接至該第一電容的另一端與一接地端，其陰極連接至該第一電容的一端。

前述的發光二極管直流控制電路，其中該功率開關電路為一功率開關晶體管，并且該正負邏輯電路包括：

第六電阻，其一端連接該控制器，其另一端連接一接地端；

第四晶體管，其柵極連接該第六電阻的一端并接收該第二脈寬調變電壓訊號，其源極連接該接地端；

第七電阻，其一端接收該直流參考電壓，其另一端連接該第四晶體管的漏極；

第八電阻，其一端連接該第七電阻的另一端；

第五晶體管，其柵極連接該第八電阻的一端，其源極連接該接地端，其漏極連接該第八電阻的另一端與該功率開關晶體管的柵極，其中該功率開關晶體管的源極連接至該接地端；以及

第九電阻，其一端連接該直流參考電壓，其另一端連接該第五晶體管的漏極，

其中當該第四晶體管導通時，則該第五晶體管截止，并且當該第五晶體管導通時，則該第四晶體管截止，借此以持續驅動該功率開關晶體管。

在本實用新型其中一個實施例中，其中控制器具有默認定頻率，第二脈寬調變電壓訊號的頻率由默認定頻率所決定。

在本實用新型其中一個實施例中，其中第二脈寬調變電壓訊號的占空比由第一脈寬調變電壓訊號的占空比來決定。

在本實用新型其中一個實施例中，其中內部參考電壓的電壓值大于該門坎參考電壓的電壓值。

綜上所述，本實用新型的優點及其效果是實施例所提出的發光二極管直流控制電路，具有低損耗高性能穩壓結構來提供直流電源，以降低電壓轉換的供率耗損。

再者，本實用新型實施例所提出的發光二極管直流控制電路，在對應于正弦波參考電壓的每一周期，第二脈寬調變電壓訊號具有多個脈寬調變訊號，并且多個脈寬調變訊號中至少一個脈寬調變訊號為相對極大值，借此以降低LED發光閃爍的現象。

本實用新型具有低損耗高性能穩壓結構來提供直流電源，以降低電壓轉換的供率耗損的優點。

為使任何熟習相關技藝者了解本實用新型的技術內容并據以實施，且根據本說明書所揭露的內容、申請專利范圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本實用新型相關的目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本實用新型的詳細特征以及優點。

附圖說明

圖1是根據本實用新型例示性實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的電路區塊圖。

圖2是根據本實用新型例示性另一實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的細部電路圖。

圖3是根據本實用新型例示性另一實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的相關波形圖。

圖4是根據本實用新型例示性另一實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的相關波形圖。

圖5是根據本實用新型例示性另一實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的負載電流波形圖。

[符號說明]

100、200：發光二極管直流控制電路

110：交流轉直流電路

120：分壓電路

130：控制器

140：正負邏輯電路

150：功率開關電路

C1：電容

D1、D2、D3、D4、D5：二極管

DL：發光二極管

GND：接地端

ICH：充電電流

IL：負載電流

M1、M2、M3、M4、M5：晶體管

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R11：電阻

RS1、RS2：分壓電阻

T1：輸入端

T2：輸出端

PWIN：第一脈寬調變電壓訊號

PWOUT：第二脈寬調變電壓訊號

VCC：直流參考電壓

VRC：交流參考電壓

VP：正弦波參考電壓

VN：輸出電壓

VTC：門坎參考電壓

ZD1：齊納二極管

具體實施方式

在下文將參照隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本實用新型概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限于本文中所闡述的例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本實用新型將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本實用新型概念的范疇。在諸圖式中，可為了清楚而夸示層及區的大小及相對大小。類似數字始終指示類似組件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種組件，但此等組件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一組件與另一組件。因此，下文論述的第一組件可稱為第二組件而不偏離本實用新型概念的教示。如本文中所使用，術語(及/或)包括相關聯的列出項目中的任一者及一或多者的所有組合。

以下將以多種實施例配合圖式來說明所述發光二極管直流控制電路能夠降低電壓轉換的供率耗損且降低LED發光閃爍的現象。再者，本揭露內容能夠靈活且有效地提高發光二極管的使用率，減少功率耗損，并提供穩定性和高亮度。然而，下述實施例并非用以限制本實用新型。

〔發光二極管直流控制電路的實施例〕

請參照圖1，圖1是根據本實用新型例示性實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的電路區塊圖。如圖1所示，用于驅動至少一個發光二極管串DL的發光二極管直流控制電路100包括交流轉直流電路110、分壓電路120、控制器130與正負邏輯電路140。分壓電路120電性連接交流轉直流電路110?？刂破?30電性連接交流轉直流電路110與分壓電路120。正負邏輯電路140電性連接控制器130與功率開關電路150。

關于交流轉直流電路110，交流轉直流電路110用以接收室電的交流參考電壓VRC并予以轉換且對應產生正弦波參考電壓VP與穩定的直流參考電壓VCC，其中直流參考電壓VCC用以提供至各電路區塊。

關于分壓電路120，分壓電路120可以是電阻型分壓電路，并且分壓電路120接收直流參考電壓VCC并通過內部的電阻分壓來產生門坎參考電壓VTC。

關于控制器130，控制器130用以接收門坎參考電壓VTC與直流參考電壓VCC并予以比較以產生內部參考電壓(圖1標注)，其中內部參考電壓的電壓值大于門坎參考電壓VTC的電壓值。

關于正負邏輯電路140，正負邏輯電路140用以接收第二脈寬調變電壓訊號PWOUT以產生驅動電壓VDC與負載電流IL并據此驅動功率開關電路150。

在大多數的應用中，都需要某種類型的電源電壓轉換裝置，來將一般較普遍的高電壓電源，轉換成較低的電壓，以提供給一個或多數個基于發光二極管的照明單位。因為需要這樣的一個電壓轉換裝置，造成基于發光二極管的照明設備效率減低，成本增高，也難以減小其體積。因此，本揭露內容是為了提高基于使用發光二極管的照明裝置的效率。

接下來要教示的，是進一步說明發光二極管直流控制電路100的運作機制。

在本實施例中，發光二極管直流控制電路100通過交流轉直流電路110來將交流參考電壓VRC轉換為正弦波參考電壓VP，并且進一步將正弦波參考電壓VP轉換為直流參考電壓VCC。發光二極管直流控制電路100具有低損耗高性能穩壓結構來提供直流電源，以降低電壓轉換的供率耗損。接下來，正弦波參考電壓VP通過電阻R11而降幅且被傳送到控制器130。之后，控制器130接收第一脈寬調變電壓訊號PWIN來低頻取樣內部參考電壓以輸出第二脈寬調變電壓訊號PWOUT，其中的取樣頻率介于45Hz至1kHz之間。

須說明的是，控制器130具有一個默認定頻率(例如360MHz)，并且第二脈寬調變電壓訊號PWOUT的頻率由默認定頻率所決定。第二脈寬調變電壓訊號PWOUT的占空比(duty ratio)由第一脈寬調變電壓訊號PWIN的占空比來決定。在本實施例中，在對應于正弦波參考電壓VP的每一周期，負載電流IL具有多個驅動訊號(例如3個、5個或7個)，并且多個驅動訊號中至少一驅動訊號為相對極大值，借此以降低發光二極管DL發光閃爍的現象。例如，在正弦波參考電壓VP的每一周期下，負載電流IL的驅動訊號中具有一個相對極大值的驅動訊號，其振幅大于其它驅動訊號。

在接下來的多個實施例中，將描述不同于上述圖1實施例的部分，且其余省略部分與上述圖1實施例的部分相同。此外，為說明便利起見，相似的參考數字或標號指示相似的組件。

〔發光二極管直流控制電路的另一實施例〕

請參照圖2，圖2是根據本實用新型例示性另一實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的細部電路圖。如圖2所示，交流轉直流電路110包括整流電路112與參考電壓產生電路114。參考電壓產生電路114包括第一電阻R1、第二電阻R2、第一晶體管M1、第三電阻R3、第二晶體管M2、第三晶體管M3、第四電阻R4、第五電阻R5、第一電容C1與齊納二極管ZD1。正負邏輯電路140包括第六電阻R6、第四晶體管M4、第七電阻R7、第八電阻R8、第五晶體管M5與第九電阻R9。分壓電路120包括分壓電阻RS1及RS2。

參考電壓產生電路114連接至整流電路112。第一電阻R1的一端連接至整流電路112的輸出端T2。第二電阻R2的一端連接至第一電阻R1的另一端。第一晶體管M1的柵極連接至第二電阻R2的一端，第一晶體管M1的源極連接至第二電阻R2的另一端。第三電阻R3的一端連接至第一電阻R1的一端。第二晶體管M2的柵極連接至第三電阻R3的另一端，并且第二晶體管M2的漏極連接至第三電阻R3的一端。第三晶體管M3的集極連接至第三電阻R3的另一端，第三晶體管M3的基極連接至第二晶體管M2的源極。

第四電阻R4的一端連接至第三晶體管M3的射極，第四電阻R4的另一端連接至第一電阻R1的另一端。第五電阻R5的一端連接至第三晶體管M3的基極，第五電阻R5的另一端連接至第四電阻R4的另一端。第一電容C1的一端連接至第五電阻R5的另一端。齊納二極管ZD1的陽極連接至第一電容C1的另一端與接地端GND，并且齊納二極管ZD1的陰極連接至第一電容C1的一端。第六電阻R6的一端連接至控制器130，第六電阻R6的另一端連接至接地端GND。第四晶體管M4的柵極連接第六電阻R6的一端，并且第四晶體管M4的源極連接接地端GND。第七電阻R7的另一端連接至第四晶體管M4的漏極。第八電阻R8的一端連接至第七電阻R7的另一端。第五晶體管M5的柵極連接第八電阻R8的一端，并且第五晶體管M5的源極連接至接地端GND，第五晶體管M5的漏極連接至第八電阻R8的另一端與功率開關晶體管MP的柵極，其中功率開關晶體管MP的源極連接至接地端GND。第九電阻R9的另一端連接第五晶體管M5的漏極。

接下來要教示的，是進一步說明發光二極管直流控制電路200的運作機制。

請同時參照圖2與圖3，圖3是根據本實用新型例示性另一實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的相關波形圖。在本實施例中，整流電路112為一全波整流電路，其具有二極管D1、D2、D3及D4，其電性連接方式如圖2所示。整流電路112的輸入端T1用以接收交流參考電壓VRC并且予以全波整流以在其輸出端T2產生正弦波參考電壓VP。接下來，發光二極管直流控制電路200通過參考電壓產生電路114來處理正弦波參考電壓VP以產生穩定的直流參考電壓VCC。詳細來說，正弦波參考電壓VP的振幅隨著第一電阻R1與第二電阻R2的阻值比的設定而有不同，因此能夠通過第一電阻R1與第二電阻R2的阻值比的設定來決定第一晶體管M1的導通或截止期間，進而決定充電電流ICH的電流值。

詳細來說，當正弦波參考電壓VP的電壓值上升到足以使第一晶體管M1導通時，則第二晶體管M2的柵極與源極會短路以使第二晶體管M2截止，進而使充電電流ICH的電流值為零。另一方面，當正弦波參考電壓VP的電壓值使得第一晶體管M1處于截止狀態時，則第二晶體管M2會正常導通，進而產生如圖3所示的充電電流ICH的波形圖。再者，第一電容C1通過接收充電電流ICH來充電并借此產生直流參考電壓VCC。在本實施例中，直流參考電壓VCC的電壓值為5伏特。因此，發光二極管直流控制電路200具有低損耗高性能穩壓結構來提供直流電源，以降低電壓轉換的供率耗損。

接下來，請同時參照圖2、圖4與圖5，圖4是根據本實用新型例示性另一實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的相關波形圖。圖5是根據本實用新型例示性另一實施例所繪示的發光二極管直流控制電路的負載電流波形圖?？刂破?30接收經由電阻R11降幅的正弦波參考電壓VP，并且接收門坎參考電壓VTC，并且予以比較借此產生內部參考電壓ITV，其中內部參考電壓ITV的電壓值大于門坎參考電壓VTC的電壓值。在一實施例中，門坎參考電壓VTC的電壓值是1伏特，但并不以此為限。另一方面，控制器130會利用第一脈寬調變電壓訊號PWIN來取樣內部參考電壓ITV以輸出第二脈寬調變電壓訊號PWOUT。在一實施例中，具有相對極大值的驅動訊號的振幅為其它驅動訊號的振幅兩倍以上。

在本實用新型實施例中，設計者能夠在控制器130設計一個默認定頻率(preset frequency)，并且通過此默認定頻率來決定第二脈寬調變電壓訊號PWOUT的頻率(約介于45Hz～1kHz)。因此，發光二極管直流控制電路200為低頻取樣的電路架構，并非習知技術中使用高頻取樣的電路架構。此外，設計者能夠通過設計第一脈寬調變電壓訊號PWIN的占空比(X％：Y％)來決定第二脈寬調變電壓訊號PWOUT的占空比(X％：Y％)。舉例來說，第一脈寬調變電壓訊號PWIN的占空比為40％：60％，則第二脈寬調變電壓訊號PWOUT的占空比則為40％：60％。在一實施例中，第一脈寬調變電壓訊號PWIN先通過光耦器(圖2未繪示)再進入控制器130。須說明的是，在圖4中的第二脈寬調變電壓訊號PWOUT的波形圖為示意圖。

接下來，正負邏輯電路140的第四晶體管M4的柵極會接收到第二脈寬調變電壓訊號PWOUT。當第四晶體管M4導通時，則第五晶體管M5截止，并且當第五晶體管M5導通時，則第四晶體管M4截止，借此產生驅動電壓VDC來持續驅動功率開關晶體管MP，并且產生負載電流IL與輸出電壓VN，其中負載電流IL的多個驅動訊號中至少一個驅動訊號為相對極大值(針對每一周期而言)，通過視覺暫留現象借此以降低發光二極管DL發光閃爍的情形。此外，二極管D5是用來防止逆向電流的產生。

綜上所述，本實用新型實施例所提出的發光二極管直流控制電路，具有低損耗高性能穩壓結構來提供直流電源，以降低電壓轉換的供率耗損。

再者，本實用新型實施例所提出的發光二極管直流控制電路，在對應于正弦波參考電壓的每一周期，負載電流IL的多個驅動訊號中至少一驅動訊號為相對極大值，借此以降低LED發光閃爍的現象。

只是上述各實施例是用以說明本實用新型的特點，其目的在使熟習該技術者能了解本實用新型的內容并據以實施，而非限定本實用新型的專利范圍，故凡其他未脫離本實用新型所揭示的精神而完成的等效修飾或修改，仍應包含在以下所述的申請專利范圍中。