TWI551185B - 發光二極體驅動裝置 - Google Patents

Description

發光二極體驅動裝置

本發明係有關發光二極體驅動裝置，更具體地，係有關減低總諧波失真(THD,Total harmonic distortion)，可以改善功因(power factor)及可見性的發光二極體驅動裝置。

發光二極體(LED)，在光效率或耐久性方面具有優點，所以，作為照明裝置或顯示裝置的背光光源廣受矚目。

發光二極體在較低的直流電流下驅動。以前使用了用於將交流電壓(交流220V)變換為直流電壓的電源供應裝置。例如使用了SMPS(Switched-Mode Power Supply)、線性功率放大器(Linear Power)等。但是，這種電源供應裝置大體上變換效率較低。並且，所使用零件中，由於電解電容器的壽命較短，因此，使用電源供應裝置會導致縮短發光二極體照明裝置的壽命的問題。

為解決上述問題，開發了不變換為直流，而在交流電源上朝正方向及反方向直接連接兩個發光二極體串(light emitting diode string)的方法。但是，該方法係在相連接的發光二極體中僅一半的發光二極體被點亮，存在效率低的問題。並且，隨著輸入電壓的大小變化，流在發光二極體的電流也急劇變化，存在會對發光二極體元件造成影響，並且，亮度變化也大的問題。而且，僅在輸入電壓的大小範圍大於等於能啟動發光二極體串所包含的所有發光二極體時，電流才流在電路上，因此，流在電路的電流的波形與電壓的波形差大，導致功因降低。

為解決上述直接使用交流電源的方法的問題，開發了藉由橋式電路整流交流之後使用的各種方法。例如，日本授權專利第4581646號、美國授權專利第6,989,807號、日本公開專利第2011-040701號、韓國公開專利第10-2012-0041093號等揭示了整流交流電壓之後，藉由電壓的變化調整施加整流電壓的發光二極體的數量的方法。該方法與直接利用交流電源的方法相比具有由於動作的發光二極體的數量增加，而電流供應時間變快，功因得以改善的優點。

利用橋式電路整流該交流電源之後使用的方法中存在的問題係由於利用頻率為120Hz的全波整流波驅動發光二極體，因此在相位180度周邊區間，交流電源的大小變為小於發光二極體的驅動電壓，因此，發生未點亮現象。

以閃光臨界融合頻率(flicker fusion frequency)以上閃光的光源的情況，人的眼睛感覺連續點亮著而不是斷續地閃爍。即於人的眼睛以閃光臨界融合頻率以上的頻率閃爍的發光二極體係始終亮著的。通常，人的眼睛感覺以75Hz以上的頻率閃爍的光源係始終亮著。但是，尤其對光敏感的人可感覺到以120Hz的頻率閃爍的發光二極體的閃爍，並會引起光發作，所以較佳盡量以高頻率閃爍。

日本的照明認定規格中明示於100Hz至500Hz之間不得有閃爍現象，歐洲國家也正推進以150Hz以上的頻率驅動照明的工作。最近，美國制定了能源之星認證規定，規定閃光水準不超過一定水準時不得包含於認證對象。由此，即將到來不能銷售利用該全波整流波驅動的發光二極體照明的情況。

為了改善上述情況，韓國公開專利第10-2010-0104362號公開了利用填谷電路(valley fill circuit)的方法。但是，該方法雖能期待閃爍現象的改善效果，但是需使用容量大的電容器，因需要安裝電容器，存在功因變差的問題。若輸入電壓低，則會產生頻率為120Hz的閃爍現象。

作為其他的改善方法，可以利用如韓國公開專利第10-2012-0082468號公開的充放電電路。利用此方法雖能改善閃爍現象，但是，不能逃脫發生頻率120Hz的閃爍現象。並且，若輸入電壓降低，則不能充分進行充電，而且，放電開始時點短時，閃爍現象會更加明顯。

利用橋式電路整流該交流電源之後使用的方法中存在的另一種問題係若驅動電壓設定為較高，則發光二極體點亮的相位區間小而發光二極體的利用率(發光二極體實效消費電力/直流額定電流驅動時的發光二極體消費電力)及功因降低，若驅動電壓設定為低，則大部分電力以熱被消耗，因此電源效率降低。

韓國公開專利第10-2012-0074502號也公開了照明裝置，該照明裝置具備充放電塊，充放電塊在充電區間充電驅動端的電荷，在發光二極體陣列的驅動電壓以下時被放電，由此解除發光二極體陣列的未點亮區間。

作為改善閃爍現象的其他另一種的方法，有增加發光二極體閃爍頻率的方法。美國授權專利第8,299,724號公開了一種方法，即在驅動端的電壓為峰值時，利用過電壓保護(OVP：over-voltage protection)元件切斷流在發光二極體陣列的電流，從而將發光二極體陣列的閃爍頻率增加至輸入交流電源頻率的4倍。但是，驅動端的電壓低於發光二極體陣列的驅動電壓時，存在未點亮區間長的問題。

美國公開專利第2012-0229041號公開了一種方法，即利用電容器等儲能元件儲藏電能之後，若驅動端的電壓降低至發光二極體陣列的驅動電壓以下，則通過放電將施加於發光二極體陣列的電流的頻率增加至輸入交流電源頻率的4倍的方法。

另外，作為實現高效照明並節約電能的方法試圖考慮研究認知現象與刺激的物理性質的相關關係的心裡物理學(psychophysics)方面。

通常，從照明產生的光能量對應所輸入的電能量增加。但是，人們的眼睛怎麼去識別則係另一種問題。

發光二極體(light emitting diode,LED)係藉由使用直流電源的恆流控制方式(constant current control)或利用脈衝電壓的脈寬調變(pulse width modulation)控制方式進行控制。脈寬調變係藉由調節脈衝的頻率及工作週期(duty cycle)進行調節電力的控制方式。

1990年代已發表過人的眼睛如何識別如利用脈衝電壓驅動的照明斷續閃爍的光源亮度的研究結果。

依據塔爾博特-普拉托(Talbot-plateau)定律，觀察斷續閃爍的光源的人眼感覺該光源始終以平均亮度(brightness)亮著。

依據布蘿卡-蘇爾澤(Broca-Sulzer)定律，若被露出於相機的閃光等強烈的光，人眼會感受到比實際光亮度亮幾倍的亮度。

最近，依據日本愛媛大學的研究，使用脈衝電壓時，布蘿卡-蘇爾澤效應比塔爾博特-普拉托效應引起更大的影響，人眼感受到的光源比平均亮度更亮。

依據中國天津大學的研究，如第13圖所示，平均強度(average intensity)相同時，藉由PWM控制方式驅動的LED與恆流控制方式驅動LED相比感覺更亮。

請參照第13圖，用圓形表示的圖表係顯示藉由恆流控制方式驅動的LED的視亮度(Apparent Brightness)，用三角形表示的圖表係恆流方式與平均強度相同時，藉由PWM控制方式驅動的LED隨著工作週期的變化而發生視亮度。視亮度係人對應光的物理量即亮度(brightness)的明暗所感受到的心裡量。即係人所感受到的亮度並不是實際亮度。

請參照第13圖，可知PWM控制方式時，所使用脈衝電壓的工作週期越短，與恆流控制方式的視亮度之差越大。

請參照第13圖，當頻率為100Hz、工作週期為50%時，相較於恆流控制方式，所感受亮度高約40%，工作週期為80%時，所感受亮度高約25%，工作週期為100%時，與恆流控制方式沒有差異。

該結果在日本的愛媛大學的研究結果也可確認。依據愛媛大學的研究結果，以工作週期為5%、頻率60Hz的脈衝電壓驅動LED時，相較於恆流驅動方式，所感受亮度最高達120%。

藉由第13圖可知，平均強度相同時強度大，以工作週期短的脈衝電壓驅動的LED的強度小，與以工作週期長的脈衝電壓驅動的LED相比感覺更亮。

〔習知技術〕 〔專利文獻〕

韓國授權專利第10-0971757號

韓國公開專利第10-2012-0041093號

日本授權專利第4581646號

美國授權專利第6,989，807號

日本公開專利第2011-040701號

韓國公開專利第10-2010-0104362號

韓國公開專利第10-2012-0082468號

韓國公開專利第10-2012-0074502號

美國授權專利第8,299,724號

美國公開專利第2012-0229041號

韓國公開專利第10-2011-0091444號

〔非專利文獻〕

1. Masafumi JINNO, Keiji MORITA, Yudai TOMITA, Yukinobu TODA, Hideki MOTOMURA(2008), “Effective illuminance improvement of light source by using pwm”, J. Light & Vis. Env. Vol. 32, No. 2, 2008.

2. Zhang Yinxin, Zhang Zhen, Huang Zhanhua, Cai Huaiyu, Xia Lin, Zhao Jie(2008), “Apparent Brightness of LEDs under Different dimming Methods”Proc. of SPIE Vol. 6841 684109.

本發明係為改善習知技術問題點而提出的，其目的係，提供一種供電電路，藉由在相位180度周邊的未點亮區域施加發光二極體驅動電壓以上的脈衝形態的電壓，減少未點亮區間，同時，耗電少，發光二極體顯示同等水準的視亮度。

本發明的其他目的在於，提供一種藉由增加閃爍頻率能夠改善閃爍現象的供電電路。

本發明的其他另一目的在於，提供一種藉由增加從整流電路輸出的電壓的瞬時值而增加整流電路輸出端的電流，減低驅動端電流波形的總諧波失真(THD,Total barmonic distortion)，並能夠改善功因的供電電路。

為達成所述目的，本發明的發光二極體驅動裝置，包括有：整流電路，連接於交流電壓源，全波整流該交流電壓源的交流電壓；發光二極體陣列，連接於該整流電路的輸出側，包括多個發光二極體陣列區塊；充放電電路，藉由從該整流電路輸出的電壓進行充電。

放電開關連接或切斷該充放電電路上充電的能量被傳到該發光二極體陣列的路徑。

區塊開關電路從多個發光二極體陣列區塊中可調節從整流電路輸出的電壓傳遞到發光二極體陣列區塊的數量。

控制器控制該放電開關與區塊開關電路，使得於從該整流電路輸出的電壓的瞬時值低於事先設定的值的A區間，該發光二極體陣列全部被熄滅後，該充放電電路進行放電，於該A區間整個發光二極體陣列至少熄滅一次後，該多個發光二極體陣列區塊中的至少一個閃爍。

該控制器控制該區塊開關電路，使得於從該整流電路輸出的電壓的瞬時值為事先設定的值以上的B區間，隨著從該整流電路輸出的電壓的瞬時值增加而被點亮的發光二極體陣列區塊的數量增加。

該發光二極體驅動裝置可進一步包括閃爍開關，用於連接或切斷從該整流電路輸出的電壓被傳到該發光二極體的路徑，該控制器可控制該閃爍開關使得該發光二極體陣列於B區間至少閃爍一次。

該發光二極體驅動裝置，為減低從該整流電路輸出的電流波形的總諧波失真(THD，Total harmonic distortion)，進一步包括連接於該整流電路的輸出側，儲藏或消費電能的功因改善電路。

該發光二極體驅動裝置可進一步包括充電開關，用於連接或切斷從該整流電路輸出的電壓被傳到該充放電電路的路徑，為減低從該整流電路輸出的電流波形的總諧波失真，該控制器可控制該充電開關以延遲於該B區間從該整流電路輸出的電壓被傳到該充放電電路的時點。

為減低從該整流電路輸出的電流波形的總諧波失真，可進一步包括充電電流限制電路以限制充放電電路的充電電流。

該區塊開關電路可包括旁通該多個發光二極體陣列區塊中的一部分的路徑以及設置於該路徑的區塊開關。

該發光二極體驅動裝置可進一步包括：電阻，設置於旁通該發光二極體陣列區塊的路徑上；電流檢測電路，串聯於該發光二極體陣列區塊，用於檢測流在該發光二極體陣列區塊的電流；或者電壓檢測電路，並聯於該發光二極體陣列區塊，用於檢測施加於該發光二極體陣列區塊的電壓，當從該電流檢測電路或電壓檢測電路檢測的電流或電壓值為事先規定的值以上時，該控制器可關閉該區塊開關。

藉由本發明具有如下效果。

相位180度的周邊區域的電壓低於由交流電壓源施加的電壓，因而 無法驅動發光二極體。本發明利用充放電電路與開關可對相位180度周邊的區間施加驅動電壓以上的電壓，藉此，將發光二極體的閃爍頻率可增加至240Hz以上(頻率為60Hz的交流電源時)。於發光二極體被熄滅的相位180度的周邊區域，發光二極體被脈衝電壓熄滅，因此，發光二極體的閃爍頻率增加2倍。藉此可以改善閃爍現象。

使用本發明的電源供應電路的照明系統，由於在相位180度的周邊區域，發光二極體被脈衝電壓熄滅，因此，藉由布蘿卡-蘇爾澤(Broca-Sulzer)定律相對減低耗電，同時，能保持與使用其他的電源供應電路的照明系統相同水平的視亮度。

調整充放電電路的充電時點，並隨著從整流電路輸出的電壓的增加而增加整流電路輸出端的電流，從而減低驅動端總諧波失真，可以改善功因。

將驅動電壓設定為較高時，相位180度的周邊區域無法驅動發光二極體，為解決所述問題，藉由向相位180度周邊區域施加驅動電壓以上的脈衝電壓的方法來同時提高電源效率及發光二極體的利用效率。

1‧‧‧交流電壓源

2‧‧‧發光二極體陣列

2-1‧‧‧第一發光二極體陣列區塊

2-2‧‧‧第二發光二極體陣列區塊

2-2a‧‧‧第二發光二極體陣列區塊

2-2b‧‧‧第三發光二極體陣列區塊

3‧‧‧整流電路

4‧‧‧限流、限壓電路

5‧‧‧保險絲

6‧‧‧電阻

7‧‧‧功因改善電路

8‧‧‧旁通路徑

9‧‧‧充電電流限制電路

10‧‧‧電阻

11,27‧‧‧放電開關

12‧‧‧充電開關

13,15‧‧‧區塊開關

14‧‧‧閃爍開關

16a‧‧‧第一區塊開關

16b‧‧‧第二區塊開關

17a‧‧‧第一區塊開關

17b‧‧‧第二區塊開關

18a‧‧‧第一區塊開關

18b‧‧‧第二區塊開關

19a‧‧‧第一區塊開關

19b‧‧‧第二區塊開關

20‧‧‧控制器

21‧‧‧存儲器

22‧‧‧電壓或相位檢測電路

23‧‧‧開關控制器

25‧‧‧電流檢測電路

27‧‧‧放電開關

30‧‧‧充放電電路

第1圖係為本發明的發光二極體驅動裝置的一實施例的概略示意圖。

第2圖係第1圖所示的控制器的一實施例的框圖。

第3a圖係為於第1圖的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電壓波形與電流波形的一例的圖。

第3b圖係為第1圖的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電壓波形與施加於發光二極體陣列的電流波形的一例的圖。

第4a圖係為於第1圖所示的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電壓波形與電流波形的其他例的圖。

第4b圖係為於圖1所示的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電 壓波形與施加於發光二極體陣列的電流波形的其他一例的圖。

第5圖至第7圖係本發明的發光二極體驅動裝置的其他實施例的概略示意圖。

第8a圖係第7圖所示的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電壓波形與電流波形的一例的示意圖。

第8b圖係第7圖所示的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電壓波形與施加於發光二極體陣列的電流波形的一例的圖。

第9圖係為本發明的發光二極體驅動裝置的其他另一實施例的概略示意圖。

第10圖至第12圖係為本發明的發光二極體驅動裝置的其他另一實施例一部分的概略示意圖。

第13圖係依據工作週期表示視亮度(apparent brightness)和平均強度的比的變化的圖表。

下面，參照附圖詳細說明本發明。

以下說明的實施例係為了使本領域的技術人員充分理解本發明的思想而提供的。因此，本發明並不局限於以下所述實施例，也可以具體體現為其他的形態。

第1圖係本發明的發光二極體驅動裝置的一實施例的概略示意圖。

請參照第1圖，本發明的發光二極體驅動裝置的一實施例，包括：發光二極體陣列2、放電開關11、充電開關12、區塊開關13、控制器20、充放電電路30、整流電路3、限流、限壓電路4以及功因改善電路7。

本發明的發光二極體驅動裝置的發光二極體陣列2具備串聯連接的第一發光二極體陣列區塊2-1及第二發光二極體陣列區塊2-2。以於交流電壓220V下驅動的情況為例進行說明。第一發光二極體陣列區塊 2-1的驅動電壓可為約50V，第二發光二極體陣列區塊2-2的驅動電壓可為約220V。第一發光二極體陣列區塊2-1和第二發光二極體陣列區塊2-2可具備一個以上串聯、並聯或串並聯的發光二極體。

本發明的發光二極體驅動裝置的一實施例中，藉由從整流電路輸出的電壓的瞬時值的變化驅動第二發光二極體陣列區塊2-2或發光二極體陣列區塊2整體。

於瞬時值為預先設定的值Vt以上的B區間，隨著瞬時值增加，被點亮的發光二極體陣列區塊的數量增加，隨著瞬時值減小，被點亮的發光二極體陣列區塊的數量減少。即第二發光二極體陣列區塊2-2點亮後，隨著瞬時值增加，整個發光二極體陣列2被點亮。並且，隨著瞬時值減小，第一發光二極體陣列區塊2-1滅燈，僅第二發光二極體陣列區塊2-2保持被點亮狀態。此處，Vt值可為能夠驅動第二發光二極體陣列區塊2-2的最小電壓值。

於瞬時值小於預先設定的值Vt的A區間，發光二極體陣列區塊不被從整流電路3輸出的電壓所點亮。在A區間，瞬時值低，因此第二發光二極體陣列區塊2-2不被從整流電路3輸出的電壓所點亮。A區間的瞬時值可等於或大於能夠點亮第一發光二極體陣列區塊2-1的值，但是，如第1圖所示，因電路的結構，從整流電路輸出的電壓無法僅施加於第一發光二極體陣列區塊，因此，當瞬時值到達A區間時，整個發光二極體陣列被滅燈。然後，在經過規定時間後，藉由從充放電電路30供應的電能，整個發光二極體陣列2或第二發光二極體陣列區塊2-2被點亮後再次被熄滅。當區塊開關13為開啟狀態時，僅第二發光二極體陣列區塊2-2閃爍，關閉狀態時，整個發光二極體陣列2閃爍。

本發明的發光二極體驅動裝置，藉由有效控制與整流電路3連接的充放電電路30的充電時點及放電時點，即使從整流電路3輸出的電壓的瞬時值屬於A區間，也使發光二極體陣列2至少閃爍一遍。藉此， 可以提高發光二極體的利用效率(發光二極體實效消費電力/直流額定電流驅動時的發光二極體消費電力)，改善閃爍現象，可提高可見性。

整流電路3具有全波整流所輸入交流電壓的作用。整流電路3可為橋式二極體電路。如第1圖所示，整流電路3連接於交流電壓源1。

多個放電開關11、充電開關12、區塊開關13可由MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)元件等構成。設置於連接充放電電路30和發光二極體陣列2的前端的路徑的放電開關11與設置於連接整流電路30的輸出端和充放電電路30的路徑的充電開關12用於調整充放電電路30的放電時點及充電時點。藉由調整充電時點，將流在整流電路3的輸出端的電流波形調整為接近電壓波形，並可以減低諧波畸變。藉由調整放電時點，A區間的整個發光二極體陣列2至少閃爍一遍。

當充電開關12被開啟(ON)時，整流電路3的輸出端與充放電電路30相連接，同時充放電電路30進行充電，放電開關11開啟時，充放電電路3與發光二極體陣列2相連接，充放電電路30進行放電，並向發光二極體陣列2供應電源。

區塊開關13設置於第一發光二極體陣列區塊2-1的旁通路徑8。本實施例中，區塊開關13與旁通路徑8構成區塊開關電路。當區塊開關13被關閉時，電流流在整個發光二極體陣列2。當區塊開關13被開啟時，電流僅流在第二發光二極體陣列區塊2-2。亦即區塊開關13決定是否將電流僅流在第二發光二極體陣列區塊2-2或者流在整個發光二極體陣列2。參照第1圖，區塊開關電路設置在旁通線，但是，也可在相連接元件的線上設置一個以上開關元件，可構成為各種形態。

控制器20藉由確認從整流電路3輸出的電壓大小或相位控制放電開關11與充電開關12，從而控制充放電時點。

控制器20控制區塊開關13的開啟及關閉時間。整流電路3或充放 電電路30輸出的電壓的大小大於等於發光二極體陣列2的驅動電壓時，關閉區塊開關13，切斷旁通路徑8，將電流流在整個發光二極體陣列2。

第2圖係第1圖所示控制器的一實施例的框圖。參照第2圖，控制器20可包括電壓或相位檢測電路22及/或開關控制器23及/或存儲器21。電壓檢測電路確認從整流電路3輸出的電壓的瞬時值所屬範圍。電壓檢測電路可使用在電子電路領域中常用的各種電路。例如，可使用利用多個OP增幅器的電壓比較器等。控制器20可使用相位檢測電路來代替直接檢測電壓的電壓檢測電路。相位檢測電路可利用能檢測電壓瞬時值成為0的瞬間的零交叉檢測器等構成。從整流電路3輸出的電壓的瞬時值隨著相位值發生變化，因此，可藉由相位變化確認瞬時值的變化。輸入電源不穩定時，優選使用電壓檢測電路。

存儲器21中存儲有依據從整流電路3輸出的電壓大小驅動放電開關11、充電開關12、區塊開關13的驅動數據。驅動數據由發光二極體的數量及驅動電壓、所需發光二極體陣列的閃爍頻率等而決定。

不使用存儲器，還可利用按照通道檢測的電壓或相位或利用計時器等計時元件控制放電開關11、充電開關12、區塊開關13。

於B區間充放電電路30藉由整流電路3的輸出電壓充電後，於A區間放電，並向發光二極體陣列2施加電源。本實施例中，作為充放電電路30的一例使用電容器。當充電開關12被開啟時，充放電電路30連接於整流電路3，將電能儲藏於充放電電路30。當放電開關11被開啟時，充放電電路30連接於發光二極體陣列2，充放電電路30進行放電，並向發光二極體陣列2供電。作為充放電電路30可使用感應器。

限流、限壓電路4用於限制施加於負載的電流或電壓。限流、限壓電路4防止過量電流流在發光二極體陣列2，並串聯於發光二極體陣列2。限流電路可由電阻、電容器、雙極晶體管、金氧半導體電晶體等構 成。還可以由場效電晶體(FET)或晶體管與輔助元件的組合構成，還可以利用OP增幅器或調節器等集成電路的方法構成。

本發明的發光二極體驅動裝置，可包括突破保護電路，該突破保護電路由從突破電壓保護發光二極體驅動裝置的電阻6、突破抑制元件(省略圖示)、保險絲5等構成。

為了減低流在整流電路3的輸出端的電流波形與電壓波形之差，可進一步包括用於儲藏或消費能量的功因改善電路7。該電路可由電阻、電容器等與開關而成。例如，可由並聯於整流電路3的電阻與設置於連接電阻與整流電路3的路徑上的開關而成。電流波形與電壓波形之差大的區間，例如，若於A區間及B區間初期開啟開關，則整流電路3的輸出端的電壓施加於電阻，與該電壓相比例電阻上流正弦波電流。於A區間，電流不會流到發光二極體陣列2，故流在電阻的電流成為流在整流電路3的輸出端的電流。藉此方法，使整流電路3的輸出端的電流形態與電壓形態幾乎一致，從而可以改善功因，還可以防止從A區間進入B區間的同時，突然過多的電流流到整流電路3的輸出端而於電流波形產生很多高頻成分的現象。

作為功因改善電路7使用能儲藏能量的電容器等時，將儲藏能量可用作控制器20及放電開關11、充電開關12、區塊開關13的驅動電源的用途。

本發明的發光二極體驅動裝置的一實施例可進一步包括閃爍開關14，該閃爍開關脈衝驅動發光二極體陣列2。閃爍開關14用於改變發光二極體陣列2的閃爍頻率。反復開啟或關閉閃爍開關14時，藉由脈衝電壓驅動第二發光二極體陣列區塊2-2或整個發光二極體陣列2，藉由調節開啟或關閉閃爍開關14的時間，決定脈衝電壓的形態。

當驅動端的電壓達到峰值時，閃爍開關14還可以發揮切斷流在發光二極體陣列的電流的過壓保護(OVP：over-voltage protection)元件 的作用。

為減低電流波形的總諧波失真，進一步包括充電電流限制電路9以限制充放電電路30的充電電流。充電電流限制電路9串聯於充放電電路30而限制流在充放電電路30的電流。充電電流限制電路9可由電阻、電容器、雙極晶體管、金氧半導體電晶體等構成。

第3a圖係於第1圖的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電壓波形與電流波形的一例的圖，第3b圖係為第1圖的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電壓波形與施加於發光二極體陣列的電流波形的一例的圖。請參照第3a圖及第3b圖，說明發光二極體驅動裝置的一週期作用。

控制器20測量從整流電路3輸出的電壓的瞬時值，當判斷結果屬於A區間時，控制器20關閉放電開關11與充電開關12，而開啟區塊開關13(尚未開始充電，因此即便開啟放電開關11也不會放電)。

請參照第3b圖，A區間中，第二發光二極體陣列區塊2-2不流電。再參照第3a圖，功因改善電路7中流類似電壓波形的正弦波形態的電流。

當從整流電路3輸出的電壓的大小到達B區間時，藉由從整流電路3輸出的電壓點亮第二發光二極體陣列區塊2-2，因此，第二發光二極體陣列區塊2-2被點亮。由於旁通路徑8的區塊開關13被開啟，因此，第一發光二極體陣列區塊2-1不流電。請參照第3b圖，流在第二發光二極體陣列區塊2-2的電流隨著從整流電路3輸出的電壓增加而增加，但藉由限流、限壓電路4不會增加到規定水準以上。

當從整流電流3輸出的電壓大小成為能點亮整個發光二極體陣列2的值Va以上時，控制器20關閉區塊開關13。由於旁通路徑的區塊開關13被關閉，因此，發光二極體陣列2全部被打開。此時，請參照第3b圖，發光二極體陣列2流著被限流、限壓電路4限制的電流。

於B區間的規定時點，控制器開啟充電開關12，使電流流在充放電電路30。此時，請參照第3a圖，流在電路輸入端的電流值變大。流在發光二極體陣列2的電流被限流、限壓電路4限制而保持一定，但是，流在電路的輸入端的電流值增加相當於流在充放電電路30的電流值。流在充放電電路30的電流值被充電電流限制電路9限制。藉由此方法，將電路的電流波形接近輸入電壓波形，藉此，減低電流波形的總諧波失真，而能夠改善功因。為了使電流波形接近壓力電壓波形，可在B區間內調整充電開關12的開關時點及充電電流量。

當從整流電流3輸出的電壓的大小再次到達低於Va的區間時，控制器20再次開啟區塊開關13而使電流僅流在第二發光二極體陣列區塊2-2。

當從整流電路3輸出的電壓大小再次到達A區間時，經過預定時間後，控制器20開啟放電開關11，而將電容器的充電電能供應至發光二極體陣列2，從而使發光二極體陣列2閃爍。並且，再次關閉放電開關11來關閉發光二極體陣列2。此時，開始並停止放電的時點可按照發光二極體陣列2的順電壓、充電容量、輸入源的電壓變動以及設定驅動頻率等變數決定。可藉由調節放電開始時點和停止時點來調節於A區間整個發光二極體陣列2熄滅時間及點亮時間。

請參照第3a圖及第3b圖，此時，輸入端幾乎不流電，但是，於發光二極體陣列2流著由充放電電路30供應的電能產生的電流。

第4a圖係為於第1圖所示的發光二極體驅動裝置中表示輸入源的電壓波形與電流波形的其他例的圖，第4b圖係為於第1圖所示的發光二極體驅動裝置中示出輸入源的電壓波形與施加於發光二極體陣列的電流波形的其他一例的圖。本例中，於B區間，發光二極體陣列2閃爍，發光二極體陣列2的閃爍頻率增加至240Hz以上。

放電開關11、充電開關12的動作與第3a圖及第3b圖所示相同， 因此，僅說明閃爍開關14於B區間的動作與區塊開關13於A區間的動作。

從整流電路3輸出的電壓大小到達B區間中熄滅發光二極體陣列2的區間時，關閉閃爍開關14，經過預定時間後再開啟。請參照第4圖，於B區間閃爍一次時，閃爍頻率增加到360Hz。

需要進一步增加閃爍頻率時，可於B區間增加閃爍次數。此時，藉由調節閃爍開關14的開關時間，也可調節工作循環及頻率。開關閃爍開關14的時間優選調節為施加於負載的平均電力大小一定。於電壓大小小的區間，加長閃爍開關14的開啟時間，電壓大小大時，縮短閃爍開關14的開啟時間，從而可以使施加於負載的平均電力大小一定。

當從整流電流3輸出的電壓大小達到A區間時，本實施例中，區塊開關13保持開啟狀態。於A區間，並不是整個發光二極體陣列2閃爍，而僅第二發光二極體陣列區塊2-2閃爍。由於充電電流被限制，而充放電電路30的充電電壓不足以點亮整個發光二極體陣列2時，如上所述，開啟區塊開關14而旁通第一發光二極體陣列區塊2-1。

第4a圖係於關閉閃爍開關14的時點由於流在發光二極體陣列2的電流被切斷，因此，輸入源的電流值減小的情況。但是，為減低總諧波失真，能以於關閉閃爍開關14的區間增加流在充放電電路30的電流的方法調節電流波形。例如，藉由調節充電電流限制電路9的限流值，可以增加於關閉閃爍開關13區間流在充放電電路30的電流。

第5圖係本發明的發光二極體驅動裝置的其他實施例的概略示意圖。

本實施例中，區塊開關13的控制方法與第1圖所示的實施例稍有區別，在此，僅對此進行詳細說明。第1圖所示的實施例中，在控制器20檢測從整流電路3輸出的電壓的瞬時值的變化，並控制旁通路徑8的區塊開關13。但是，本實施例與第1圖所示的實施例相比，區別在 於，利用串聯於第一發光二極體陣列區塊2-1的電流檢測電路檢測出的電流值控制區塊開關13。第5圖中說明了利用串聯於第一發光二極體陣列區塊2-1的電流檢測電路25的情況，但是，也可以利用並聯於第一發光二極體陣列區塊2-1的電壓檢測電路檢測出的電壓值控制區塊開關13。

若從整流電路3輸出的電壓增加，則流在旁通路徑8的電阻10的電流也逐漸增加。隨著從整流電路3輸出的電壓大小逐漸增加而施加於旁通路徑8的電阻10的電壓成為第一發光二極體陣列區塊2-1的驅動電壓以上的預定電壓時，並聯於電阻10的第一發光二極體陣列區塊2-1及電流檢測電路25上也流電。於電流檢測電路25流電，而電流檢測電路25向區塊開關13發送檢測信號時，區塊開關13被關閉而切斷旁通路徑8，從而，電流流在整個發光二極體陣列2。

第6圖係本發明的發光二極體驅動裝置的其他另一實施例的概略示意圖。

本實施例中，依據從整流電路3輸出的電壓的瞬時值的變化選擇驅動串聯的第一發光二極體陣列區塊2-1及第二發光二極體陣列區塊2-2的方法與第1圖所示的實施例有區別，在此僅對此進行說明。換言之，區塊開關15的構成與第1圖所示的實施例有區別。

本實施例與第1圖所示的實施例不同，具備連接整流電路3的輸出側與第二發光二極體陣列區塊2-2的前端的路徑，並在該路徑設置區塊開關。

本實施例中，於B區間控制器20開啟區塊開關15，使電流僅流在第二發光二極體陣列區塊2-2。當電壓增加至能點亮整個發光二極體陣列2的水平時，關閉區塊開關15，而使電流流在整個發光二極體陣列2。於A區間，關閉區塊開關15，開啟放電開關11，從而，藉由充放電電路30的電能，使電流流在整個發光二極體陣列2。在整個區間，閃爍 開關14始終為開啟狀態，當改變閃爍頻率時，會在B區間反復開啟及關閉。

第7圖係本發明的發光二極體驅動裝置的其他另一實施例的概略示意圖。

本實施例中，串聯連接於充放電電路30的放電開關27同時進行充電開關的作用。即當開啟放電開關27時開始充電，關閉則停止充電。在滿充電的狀態下，再次開啟放電開關27時進行放電，關閉則停止放電。

第8a圖係第7圖所示的發光二極體驅動裝置中示出輸入源的電壓波形與電流波形的一例的示意圖，第8b圖係第7圖所示的發光二極體驅動裝置中示出輸入源的電壓波形與施加於發光二極體陣列的電流波形的一例的示意圖。請參照第8a圖及第8b圖，說明發光二極體驅動裝置的1週期的作用。

控制器20測量從整流電路3輸出的電壓大小的結果，判斷為屬於A區間即低於第二發光二極體陣列區塊2-2的驅動電壓時，控制器20關閉放電開關27，並開啟區塊開關13。

由於低於第二發光二極體陣列區塊2-2的驅動電壓，因此，請參照第8b圖所示，電流不會流在第二發光二極體陣列區塊2-2。並且，請參照第8a圖，功因改善電路7上流著正弦波形電流。

從整流電路3輸出的電壓大小到達第二發光二極體陣列區塊2-2的驅動電壓範圍的B區間時，從整流電路3輸出的電壓大於等於第二發光二極體陣列區塊2-2的驅動電壓，因此，第二發光二極體陣列區塊2-2被點亮。並且，旁通路徑8的區塊開關13被開啟，而電流不會流在第一發光二極體陣列區塊2-1。隨著從整流電路3輸出的電壓大小的增加而第二發光二極體陣列區塊2-2的電流也增加，但由於限流、限壓電路4不會增加到預定水準以上。

當從整流電路3輸出的電壓大小達到能點亮整個發光二極體陣列2的區間時，控制器20開啟放電開關27，同時關閉區塊開關13。由於旁通路徑的區塊開關13被關閉，整個發光二極體陣列2被點亮。此時，請參照第8b圖，於發光二極體陣列2流著藉由限流、限壓電路4限制的電流。請參照第8a圖，流在電路的輸入端的電流值增加。流在發光二極體陣列2的電流被限流、限壓電路4限制，因此保持為預定，但是，流在電路的輸入端的電流值增加相當於流在充放電電路30的電流值。藉由充電電流限制電路9限制流在充放電電路30的電流值。

當從整流電路3輸出的電壓再次減小時，控制器20再次開啟區塊開關13使電流僅流在第二發光二極體陣列區塊2-2。然後關閉放電開關27。若放電開關27被關閉，則充放電電路30與第二發光二極體陣列區塊2-2分離而保持儲藏有電能的狀態。

從整流電路3輸出的電壓的大小再次到達A區間時，控制器20經過規定時間後開啟放電開關27，同時將電容器的電能供應至發光二極體陣列2，從而使發光二極體陣列2閃爍。然後，再次關閉放電開關27而熄滅發光二極體陣列2。

第9圖係為本發明的發光二極體驅動裝置的其他另一實施例的概略示意圖。

發光二極體陣列2的構成上，本實施例與以上實施例存在如下區別。本實施例中，發光二極體陣列2具備3個區塊，分別為第一發光二極體陣列區塊2-1、第二發光二極體陣列區塊2-2a、第三發光二極體陣列區塊2-2b。於B區間，發光二極體陣列2隨著從整流電路3輸出的電壓增加，首先第二發光二極體陣列區塊2-2a點亮，然後，第二發光二極體陣列區塊2-2a與第三發光二極體陣列區塊2-2b一起點亮。當電壓更加變大時，整個發光二極體陣列2被點亮。亦即，於B區間，隨著電壓的增加，被點亮的發光二極體的數量也增加。

本實施例中，於B區間初期，第一區塊開關16a被開啟而僅於第二發光二極體陣列區塊2-2a流電。隨著電壓增加，成為第二發光二極體陣列區塊2-2a與第三發光二極體陣列區塊2-2b一起點亮的狀態時，第一區塊開關16a被關閉，第二區塊開關16b被開啟，從而電流流在第二發光二極體陣列區塊2-2a與第三發光二極體陣列區塊2-2b。當電壓進一步增加時，第一區塊開關16a與第二區塊開關16b全部被關閉，從而，電流流在整個發光二極體陣列2。

於A區間，區塊開關被控制為隨著從充放電電路30輸出的電壓減小，被點亮的發光二極體陣列區塊的數量減少。區塊開關被控制為充放電電路30中儲藏有充分的電能時，整個發光二極體陣列2被點亮後經過規定時間之後被熄滅，但是，由於充電電流被限制，而沒有儲藏充分的電能時，隨著從充放電電路30輸出的電壓減小，發光二極體陣列區塊的數量減少，經過規定時間後全部被熄滅。

第10圖至第12圖係為本發明的發光二極體驅動裝置的其他另一實施例一部分的概略示意圖。

第10圖中，於B區間初期，第一區塊開關17a被開啟而僅於第二發光二極體陣列區塊2-2a流電。隨著電壓增加，成為第二發光二極體陣列區塊2-2a與第三發光二極體陣列區塊2-2b一起點亮的狀態時，第一區塊開關17a被關閉，第二區塊開關17b被開啟，從而電流流在第二發光二極體陣列區塊2-2a與第三發光二極體陣列區塊2-2b。當進一步增加電壓時，第一區塊開關17a與第二區塊開關17b全部被關閉，從而，電流流在整個發光二極體陣列2。

第11圖中，於B區間初期，第一區塊開關18a與第二區塊開關18b全部被開啟而僅於第二發光二極體陣列區塊2-2a流電流。隨著電壓增加，成為第二發光二極體陣列區塊2-2a與第三發光二極體陣列區塊2-2b一起點亮的狀態時，第一區塊開關18a被關閉，電流流在第二發光二極 體陣列區塊2-2a與第三發光二極體陣列區塊2-2b。當進一步增加電壓時，第一區塊開關18a與第二區塊開關18b全部被關閉，從而，電流流在整個發光二極體陣列2。

第12圖中，與第5圖的實施例同樣藉由電流檢測電路25檢測流在第三發光二極體陣列區塊2-2b與第一發光二極體陣列區塊2-1的電流，並控制第一區塊開關19a與第二區塊開關19b，但這一點與第10圖不同。

惟以上該僅為本發明的較佳可行實施例，變更適用部分即可使用，本發明的範圍由申請專利範圍而決定，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為的等效結構變化，均同理包含於本發明的範圍內，合予陳明。

亦即，用於向發光二極體陣列的區塊選擇性地流電流的區塊開關除以上實施例之外還可以體現為各種形態，其變形例也屬於本發明的範圍。

第9圖至第12圖中發光二極體陣列包括3個發光二極體陣列區塊，但也可以包括4個以上發光二極體陣列區塊。

1‧‧‧交流電壓源

2‧‧‧發光二極體陣列

2-1‧‧‧第一發光二極體陣列區塊

2-2‧‧‧第二發光二極體陣列區塊

3‧‧‧整流電路

4‧‧‧限流、限壓電路

5‧‧‧保險絲

6‧‧‧電阻

7‧‧‧功因改善電路

8‧‧‧旁通路徑

9‧‧‧充電電流限制電路

11‧‧‧放電開關

12‧‧‧充電開關

13‧‧‧區塊開關

14‧‧‧閃爍開關

20‧‧‧控制器

30‧‧‧充放電電路

Claims (7)

1. 一種發光二極體驅動裝置，包括：整流電路，連接於交流電壓源，全波整流該交流電壓源的交流電壓；發光二極體陣列，連接於該整流電路的輸出側，包括多個發光二極體陣列區塊；充放電電路，藉由從該整流電路輸出的電壓進行充電，其包括：放電開關，連接或切斷該充放電電路上充電的能量被傳到該發光二極體陣列的路徑；區塊開關電路，從該多個發光二極體陣列區塊中可調節從該整流電路輸出的電壓傳遞到該發光二極體陣列區塊的數量；控制器，用於控制該放電開關與該區塊開關電路，使得當從該整流電路輸出的電壓的瞬時值低於事先設定的值時，該發光二極體陣列全部被熄滅後，該充放電電路進行放電，在從該整流電路輸出的電壓的瞬時值低於該事先設定的值時，整個發光二極體陣列至少熄滅一次後，該多個發光二極體陣列區塊中的至少一個閃爍，其中，該控制器控制該區塊開關電路，使得從該整流電路輸出的電壓的瞬時值大於或等於該事先設定的值時，隨著從該整流電路輸出的電壓的瞬時值增加而被點亮的發光二極體陣列區塊的數量增加。
2. 如請求項1之發光二極體驅動裝置，其中，進一步包括閃爍開關，用於連接或切斷從該整流電路輸出的電壓被傳到該發光二極體的路徑，該控制器控制該閃爍開關使得該發光二極體陣列於從該整流電路輸出的電壓的瞬時值大於或等於該事先設定的值時至少閃爍一次。
3. 如請求項1之發光二極體驅動裝置，其中，為減低從該整流電路輸出的電流波形的總諧波失真，進一步包括連接於該整流電路的輸出側，儲藏或消費電能的功因改善電路。
4. 如請求項1之發光二極體驅動裝置，其中，進一步包括充電開關，用於連接或切斷從該整流電路輸出的電壓被傳到該充放電電路的路徑，為減低從該整流電路輸出的電流波形的總諧波失真，該控制器控制該充電開關以延遲在從該整流電路輸出的電壓的瞬時值大於或等於該事先設定的值時從該整流電路輸出的電壓被傳到該充放電電路的時點。
5. 如請求項4之發光二極體驅動裝置，其中，為減低從該整流電路輸出的電流波形的總諧波失真，進一步包括充電電流限制電路以限制該充放電電路的充電電流。
6. 如請求項1之發光二極體驅動裝置，其中，該區塊開關電路包括旁通該多個發光二極體陣列區塊中的一部分的路徑以及設置於該路徑的區塊開關。
7. 如請求項6之發光二極體驅動裝置，其進一步包括：電阻，設置於旁通該發光二極體陣列區塊的路徑上；電流檢測電路，串聯連接於該發光二極體陣列區塊，用於檢測流在該發光二極體陣列區塊的電流；或者電壓檢測電路，並聯連接於該發光二極體陣列區塊，用於檢測施加於該發光二極體陣列區塊的電壓，其中，當該電流檢測電路或電壓檢測電路檢測的電流或電壓值為事先規定的值以上時，該控制器關閉該區塊開關。