專利名稱：Led輔助穩(wěn)定電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型關(guān)于一種LED輔助穩(wěn)定電路，適用于串聯(lián)的LED恒流單元，特別適用于整串LED中，未接地的LED恒流單元，亦即可浮接于任一 LED恒流單元。
背景技術(shù)：
在高電壓輸入條件下,傳統(tǒng)LED線性恒流(linear constant current)控制集成電路(IC)的最高耐壓程度與輸入電壓相當，可保護控制IC不至燒毀。然而，耐壓越高則所采用的集成電路制程越復雜，導通電阻也越大。欲產(chǎn)生等值的恒流，其相對應的面積也越 大。目前的解決方法是將數(shù)個低電壓恒流控制開關(guān)串接，通過疊加方式增加整體耐壓。由于制程簡易，導通能力較佳，因此廣泛被大眾所采用；例如臺灣數(shù)能科技的產(chǎn)品編號NU501。然而，將每一個恒流控制開關(guān)以固定電流型式串接不像定電壓單元串接。實際上，每一個恒流控制開關(guān)的源極至輸出端的電位都不盡相同。另外，當其中一個恒流控制開關(guān)的震蕩幅度大于導通所需的最低恒流電壓時，將會造成整串電流降至零。于是整串恒流控制開關(guān)將重新尋找工作電壓的平衡點，在此過程中，串接路徑上的寄生電感因充放電會產(chǎn)生震蕩及造成閃爍，大幅降低實用性。因此，傳統(tǒng)的串接恒流控制開關(guān)僅適用于噪聲極低的穩(wěn)定的DC輸入電源，或是低串接數(shù)，甚至單級恒流控制開關(guān)運用。圖I顯示傳統(tǒng)LED恒流單元的串接模式。一個完整的LED串可分成數(shù)個短串，每個LED短串末端連接恒流集成電路93的電流輸入端931，提供恒流集成電路93工作電流。電流經(jīng)過恒流控制開關(guān)94，由電流輸出端933流出。圖2顯示圖I中恒流控制開關(guān)94的典型結(jié)構(gòu)。LED短串的電流輸出端接至NMOS的漏極，NMOS的源極連接至一固定電阻R1，電阻Rl的另一端連接至后續(xù)的LED或接地。運算放大器(OPAMP)Kl的負端接至固定電阻R1，并聯(lián)NMOS的源極，正端則接至參考電位(VREF)。運算放大器Kl的輸出端接至NMOS的柵極，可將電阻集成電路化，且阻值特性不隨制程及環(huán)境溫度所改變，不需再外掛一電阻。在圖I中，每一 LED短串的末端LED與一供電電路91并聯(lián)，該供電電路91的兩端分別連接末端LED的輸入端92與恒流集成電路93的電壓輸入端932。供電電路91由電壓輸入端932供給恒流集成電路93電能，使恒流控制開關(guān)能正常工作。每一 LED短串、恒流集成電路93及供電電路91形成一 LED恒流單元，并可再串聯(lián)其它恒流單元。然而，在此傳統(tǒng)架構(gòu)中，若LED電流中斷，則所串接的恒流集成電路93將無法工作。為克服上述問題，本實用新型提出一解決方案，不僅在LED電流中斷時，仍可維持恒流集成電路繼續(xù)工作，且經(jīng)濟而容易應用。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種LED輔助穩(wěn)定電路，可應用于串接的恒流單元；當LED電流中斷時，仍可維持恒流集成電路繼續(xù)工作，以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度。[0009]本實用新型的LED輔助穩(wěn)定電路電性耦合至一 LED恒流單元。該耦合的LED恒流單元為多個串接的LED恒流單元中未接地的一個，并包括n個串聯(lián)的LED、一恒流集成電路及一供電電路。n個LED依序編號為LEDl、…、LEDn，n>2。恒流集成電路具有一電流輸入端連接LEDn的電流輸出端，一工作電壓輸入端經(jīng)由供電電路連接至LEDm (2彡m彡n)的電流輸入端，及一未接地的電流輸出端。本實用新型中，除了最末端的LED恒流單元為實際接地之外，其它LED恒流單元的「電流輸出端」則可視為浮接的接地端。本實用新型的LED輔助穩(wěn)定電路包括一稱合電容,一端連接至LEDx (I彡x彡m)的電流輸入端節(jié)點，另一端連接至該恒流集成電路的電流輸出端。耦合電容的一端較佳為連接至LEDm的電流輸入端節(jié)點。多個串聯(lián)的LED恒流單元中，第一個LED恒流單元的電流輸入端通常連接至一橋式整流器的輸出端，橋式整流器則連接至一外部電源。本實用新型的LED輔助穩(wěn)定電路尚可包括一加速電容，一端連接至恒流集成電路的工作電壓輸入端，另一端連接至橋式整流器的輸出端。LED恒流單元較佳為封裝于一封裝體內(nèi)，并以一接腳連接該封裝體外的耦合電容及/或加速電容。一般整流電容的容值范圍為0 400uF時，耦合電容的容值范圍為0. I 20uF，則兩個容值相加后的范圍約為IOuF 420uF。本實用新型不僅能提高整體LED的工作耐壓值，并能顯著提升功率因子，在高電壓條件下維持穩(wěn)定的定電流輸出。本實用新型能直接連接于交流電的橋式整流輸出后，結(jié)構(gòu)簡單，不需變壓器磁性組件，可大幅降低成本。

圖I顯示傳統(tǒng)LED恒流單元串接模式。圖2顯示傳統(tǒng)恒流集成電路的定電流結(jié)構(gòu)。圖3顯示本實用新型第一實施例的LED輔助穩(wěn)定電路并聯(lián)于LED恒流單元的架構(gòu)。圖4顯示橋式整流后電容的充放電周期。圖5及圖6顯示本實用新型第一實施例中，末端LED恒流單元于電壓輸入端的震
蕩噪聲量測值。圖7顯示本實用新型第一實施例的LED恒流單元封裝體與耦合電容的關(guān)系圖。圖8顯示本實用新型第二實施例加入第二(加速)電容的架構(gòu)圖。圖9顯示本實用新型第三實施例的LED輔助穩(wěn)定電路并聯(lián)于LED恒流單元的架構(gòu)。符號說明AC交流電源901 橋式整流器902供電電路91 LEDn的電流輸入端92恒流集成電路93電流輸入端931工作電壓輸入端 932 電流輸出端933[0031]恒流控制開關(guān)94整流電容 CO耦合電容Cl加速電容 C2運算放大器Kl接腳Pl P6固定電阻Rl
具體實施方式
圖3顯示本實用新型的第一實施例，AC交流電源901提供輸入電壓VIN，并經(jīng)橋式整流器902及整流電容CO并聯(lián)后，電壓為約155V(= IlOX V 2)，再接至LED串的輸入端。圖中，本實用新型的輔助穩(wěn)定電路電性耦合至多個未接地的LED恒流單元。每一個LED恒流單元包括n個LED，依序編號為LEDI、…、LEDn，n彡2。在此實施例中，恒流集 成電路93的電壓輸入端932與耦合電容Cl并聯(lián)。耦合電容Cl的一端連接至每一 LED短串末端的LEDn的輸入端92，另一端連接至恒流集成電路93的電流輸出端933。當輸入電壓VIN起始瞬間，電流會經(jīng)過耦合電容Cl，藉此降低電壓突波的沖擊，保護恒流集成電路93的電壓輸入端932。經(jīng)過一段時間后，恒流控制開關(guān)94建立恒流，則耦合電容Cl的電壓值相等于末端LED的電壓值。通常，恒流控制開關(guān)在量產(chǎn)過程中存在些許差異，因此輸出電壓不盡相同，造成每一恒流集成電路93的電流輸入端931對電流輸出端933壓差不同。此外，由于線路寄生電感等因素，LED串容易產(chǎn)生閃爍。本實用新型增加耦合電容Cl后，因為耦合電容Cl可持續(xù)提供恒流集成電路93電源，將可有效解決上述電路不穩(wěn)定，甚至無電流流經(jīng)LED的問題。如此，恒流集成電路93內(nèi)部的運算放大器Kl可將NMOS開啟，降低整個電路的電阻。結(jié)果使得電路能迅速恢復恒流，而大幅降低震蕩。圖4顯示整流電容CO的周期包括充電時間Tl及放電時間T2。平均輸出電流IAVG=(I1XT1+I2XT2)/(T1+T2);其中Il =整流電容CO充電時的平均電流，12 =整流電容CO放電時的平均電流。在此實施例中，AC為110V，單一 LED的VF為3. 5V，恒流集成電路93的電壓輸入端932耐壓為約35V，電流輸入端931耐壓為約30V，壓差為約5V。考慮整體耐壓，故選一個LED跨在電壓輸入端932與電流輸入端931之間，使得兩者耐壓有最佳化的運用。恒流控制開關(guān)94平均耗電流 1mA。在此實施例中，LED串包括39顆LED,則LED串的總VF為136. 5V ( = 3. 5 X 39)，效率為約88% (= 136. 5/155)。每13顆LED配置一個恒流控制開關(guān)，可形成三個恒流單元。量測結(jié)果LED峰值電流(IPEAK)為50mA，峰值電壓(VF-PEAK)為3. 8V，最小電流(IMIN)為35mA，最小電壓(VF-MIN)為3. 2V。故恒流控制開關(guān)的恒流設(shè)計為50mA，使得LED串的電流不超過50mA。耦合電容Cl與整流電容CO的容值設(shè)計如下在整流電容CO放電期間，耦合電容Cl應能維持LED短串正常工作。因耦合電容Cl為較便宜的低壓電容，故可選擇較大容值，例如20uF的耦合電容Cl，耐壓約25V。通常LED燈具的壽命要求為至少8萬小時，而整流電容CO為較貴的耐高電壓組件。若考慮經(jīng)濟因素，則不宜選擇太大容值的整流電容CO。例如約12uF的整流電容CO，即可在放電期間提供LED所需能量。[0043]在此實施例中，經(jīng)實際量測IAVG為約39. 8mA,功率因子(Power Factor, PF)為約0. 58，符合預期的IAVG為約40mA。輸出功率計算為約5. 4ff( = 136. 35X0. 0398)。此外，量測最后一個恒流單元的電壓輸入端932的震蕩噪聲，結(jié)果如第5及圖6所示。圖5中，縱軸間隔為500mV，顯示無耦合電容Cl時，其震蕩振幅大于I. 3V。圖6中，縱軸間隔為50mV，顯示加入容值為20uF的耦合電容Cl時，其震蕩振幅不超過0. 15V。圖7顯示本實施例的封裝架構(gòu)，其中LED、恒流控制開關(guān)94及供電電路91于同一封裝體中，可省去集成電路封裝費用。封裝體除了有LED專用的電流輸出入接腳Pl及P2，并有接腳P3 P6與耦合電容Cl連接。圖8顯示本實用新型第二實施例。在此實施例中，輸入較高電壓220V，可串接較多恒流單元(圖中未一一繪示)。每一恒流單元于初始啟動瞬間，電壓分布不一。經(jīng)量測得知， 較接近橋式整流器902的恒流單元會有較大壓差，且與最后一個恒流單元是否已形成電流通道有關(guān)。因此，可再加一加速電容C2跨接于電源輸入端VIN或橋式整流器902與恒流集成電路93的電壓輸入端932的間。如圖所示，由電壓輸入端932的等效加速電容C2與耦合電容Cl并聯(lián)，通過電容耦合可迅速將能量傳遞至其它恒流單元，并同時接收到VIN變化，縮短恒流控制集成電路反應時間。此外，電壓輸入端932的等效電容值增大為兩者相加(=C2+C1)。圖9顯示本實用新型第三實施例。在此實施例中，為考慮電路布局，耦合電容Cl跨接在恒流集成電路93及供電電路91上；亦即耦合電容Cl的一端由末端LED的輸入端92前移至其它LED的輸入端。同樣地，當電源無法提供LED輸入電壓VIN，或LED無電流經(jīng)過時，耦合電容Cl仍可提供恒流單元中LED所需電壓VF，使NMOS開啟。PF值與整流電容CO息息相關(guān)，整流電容CO越小則PF越高。此時，整流電容CO造成壓降亦愈大，亦即圖4中放電曲線的斜率會愈陡。當電壓低于整串LED的VF值時，將無電流流經(jīng)LED，使恒流集成電路無法正常工作，并導致NMOS關(guān)閉。在某些電路設(shè)計中，為了提高PF值(例如0.9以上)，甚至未設(shè)置整流電容CO。結(jié)果，恒流集成電路必須頻繁地重新啟動，容易造成LED閃爍。本實用新型提供的LED輔助穩(wěn)定電路通過耦合電容Cl適時供應電能，將可解決上述問題。然而，耦合電容Cl的容值若能配合整流電容CO的容值，更可將效果發(fā)揮到最佳狀態(tài)。以下為本實用新型經(jīng)實驗所得的較佳結(jié)果，例如(I)當CO范圍為0 20uF時，Cl較佳為I 20uF，且C0+C1較佳為10 40uF，更佳為IOuF 30uF。(2)當CO范圍為20uF IOOuF時，Cl較佳為0. I 10uF，C0+C1較佳為25uF IlOuF,更佳為 35uF 105uF。(3)當 CO 范圍為 IOOuF 400uF 時，Cl 較佳為 0. I luF。本實用新型中，LED恒流單元的串聯(lián)數(shù)并無特別限制。每一 LED恒流單元中，LED的串聯(lián)數(shù)亦無特別限制，就目前常用的LED的VF推估，較佳約為2 40個。
權(quán)利要求1.一種LED輔助穩(wěn)定電路，其特征在于，電性耦合至一 LED恒流單元；該耦合的LED恒流單元為多個串聯(lián)的LED恒流單元中未接地的一個，包括n個LED、一恒流集成電路及一供電電路；其中 該n個LED為串聯(lián)，并依序編號為LED1.....LEDn, n ^ 2 ;及 該恒流集成電路具有一電流輸入端連接LEDn的電流輸出端，一工作電壓輸入端經(jīng)由該供電電路連接至LEDm (2 ^m^n)的電流輸入端，及一未接地的電流輸出端； 該LED輔助穩(wěn)定電路包括一稱合電容,一端連接至LEDX(1 < X < m)的電流節(jié)點，另一端連接至該恒流集成電路的電流輸出端。
2.如權(quán)利要求I所述的LED輔助穩(wěn)定電路，其特征在于，該耦合電容的一端連接至LEDm的電流節(jié)點。
3.如權(quán)利要求I所述的LED輔助穩(wěn)定電路，其特征在于，該LED恒流單元封裝于一封裝體內(nèi)，并以至少一個接腳連接該封裝體外的該耦合電容。
4.如權(quán)利要求I所述的LED輔助穩(wěn)定電路，其特征在于，該多個串聯(lián)的LED恒流單元的第一個LED恒流單元的電流輸入端連接至一橋式整流器的輸出端，該橋式整流器系連接至一外部電源。
5.如權(quán)利要求4所述的LED輔助穩(wěn)定電路，其特征在于，更包括一加速電容，一端連接至該恒流集成電路的工作電壓輸入端，另一端連接至該橋式整流器的輸出端。
6.如權(quán)利要求4所述的LED輔助穩(wěn)定電路，其特征在于，該LED恒流單元封裝于一封裝體內(nèi)，并以至少一個接腳連接該封裝體外的該加速電容。
7.如權(quán)利要求4所述的LED輔助穩(wěn)定電路，其特征在于，該橋式整流器的輸出端并聯(lián)一整流電容，且該整流電容的容值范圍為O 400uF，該耦合電容的容值范圍為0. I 20uF。
8.如權(quán)利要求4的LED輔助穩(wěn)定電路，其特征在于，該橋式整流器的輸出端并聯(lián)一整流電容，且該整流電容的容值與該耦合電容的容值之和為10 420uF。
專利摘要本實用新型提供一種LED輔助穩(wěn)定電路，通過一電容與恒流集成電路及LED并聯(lián)，使LED電流中斷時，仍可提供恒流集成電路工作電流。本實用新型不僅能提高整體LED的工作耐壓值，并能顯著提升功率因子，在高電壓條件下維持穩(wěn)定的定電流輸出。本實用新型能直接連接于交流電的橋式整流輸出后，結(jié)構(gòu)簡單，不需變壓器磁性組件，可大幅降低成本。
文檔編號H05B37/02GK202587488SQ20122010421
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者王弘宗, 彭元佑 申請人:主一科技股份有限公司