發光二極體驅動電路LIGHT EMITTING DIODE DRIVING CIRCUIT

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

美國

專利申請案號

14/017,319

專利證號

US 8,847,511 B2

專利獲證名稱

發光二極體驅動電路LIGHT EMITTING DIODE DRIVING CIRCUIT

專利所屬機關 (申請機關)

義守大學

獲證日期

2014/09/30

技術說明

發光二極體（LED）具有體積小、發光效率高、壽命長、響應速度快、演色性佳等優點，並且被廣泛地使用。對於使用AC輸入電壓源之LED驅動器，通常採用AC/DC切換式轉換器，此類轉換器具有高能量轉換效率、高功率密度及高控制準確性等優點。然而、傳統的AC/DC轉換器使用橋式整流二極體與大容值電容以獲得直流鏈電壓，並作為高頻切換之DC/DC轉換器的輸入。這種LED驅動器造成輸入電流失真，進而產生大量諧波與功率因數低落。為了避免交流輸入電流波形失真，如IEC61000-3-2 class C之諧波規範，以限制輸入電流的諧波，並保證功率因數至少為0.9。為了使諧波電流合乎嚴格的規範和改善功率因數，在DC/DC轉換器前級必須加上一個額外的AC/DC功率因數校正器。這個兩級電路包含前級PFC使得輸入電流波形為正弦波和後級DC/DC轉換器用以調節輸出電壓。 兩級式LED驅動器需要兩組主動開關元件與控制電路，需要兩次的功率轉換過程，如果主動開關在切換時無法滿足柔性切換(soft switching)，將會產生大量切換損失(switching losses)，降低電路效率。甚至在開關切換過程產生極高的電壓應力(voltage stress)與電流突波(current spike)，因而降低電路壽命。為了避免切換損失過大，必需降低主動開關的切換頻率，低切換頻率需使用較大的磁性元件與濾波電容，這妨礙實現『輕薄短小』的產品的設計目標。另一種降低切換損失的方法是使主動開關滿足柔性切換，常見有效的方法是使主動開關工作於零電壓切換導通(zero-voltage switching on, ZVS)，為達此目的，常需使用輔助開關(auxiliary switch)或是減震電路(snubber circuit)，然而，這些電路不僅增加了整體電路的複雜性與成本，也增加產品的體積和重量。 為了尋求更好的解決方式，本專利提出了一種新型的兩級式LED驅動器（圖一）。重新安排各級電路元件的位置與元件連接方式，使各級電路電流互相交流，毋需使用任何輔助開關(auxiliary switch)或是減震電路，所有的主動開關即能操作於零電壓切換導通，有效地減少切換損失，提升電路效率。綜此，本專利電路具有以下特點： 1 高電路效。 2 高功率因數。 3 低電流總諧波失真。 4 可實現『輕薄短小』之產品設計。 To comply with the regulations on current harmonics, some LED drivers are two-stage topologies those consist of an AC/DC converter uses to perform the function of power-factor-correction (PFC) and a DC/DC converter used to drive LEDs. These two-stage approaches have good performance. However, they require two power-conversion processes. Moreover, the active switches usually operate in hard switching, resulting in high switching losses. For relieving the switching losses, various auxiliary circuits are used to ensure the active switches to operate at soft-switching. However they add the circuit complexity and overall cost. To find a better solution, this patent proposes a novel two-stage LED driver. Both active switches can operate at zero-voltage switching-on (ZVS) to effectively reduce the switching losses without using any auxiliary circuit. The proposed LED driver has the advantages of high circuit efficiency, high-power factor, low total current harmonic distortion and low cost.

備註

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