[发明专利]双端电流控制器及相关发光二极管照明装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种双端电流控制器及相关发光二极管照明装置，尤指一种可提高功率因素的双端电流控制器及相关发光二极管照明装置。

背景技术

相较于传统的白炽灯泡，发光二极管(light emitting diode，LED)具有耗电量低、组件寿命长、体积小、无须暖灯时间和反应速度快等优点，并可配合应用需求而制成极小或数组式的组件。除了户外显示器、交通标志灯之外、各种消费性电子产品，例如行动电话、笔记型计算机或电视的液晶显示屏幕背光源之外，发光二极管亦广泛地被应用于各种室内室外照明装置，以取代日光灯管或白炽灯泡等。

请参考图1，图1为一发光二极管的电压-电流特性图。当发光二极管的顺向偏压(forward-bias voltage)小于其隔离电压(barrier voltage)Vb时，流经发光二极管的电流极小，此时可视为开路；当发光二极管的顺向偏压大于其隔离电压Vb时，流经发光二极管的电流会随着其顺向偏压呈指数型的增加，此时可视为短路。隔离电压Vb的值相关于发光二极管的材料和掺杂浓度，通常介于1.5和3.5伏特之间。由于针对大多数的电流值，发光二极管的亮度和电流呈正比，因此一般会使用电流源来驱动发光二极管，让不同的发光二极管皆能达到一致的发光亮度。

请参考图2，图2为现有技术中一发光二极管照明装置600的示意图。发光二极管照明装置600包含一电源供应电路110，一电阻R，和一发光装置10。电源供应电路110可接收一具正负周期的交流电压VS，并利用一桥式整流器112来转换交流电压VS在负周期内的输出电压，因此可提供一整流交流电压V_AC以驱动发光装置10。电阻R串联于发光装置10，用来限定流经发光装置10的电流I_LED。在照明应用中，往往需要使用许多发光二极管来提供足够光源，由于发光二极管为一电流驱动组件，其发光亮度与驱动电流的大小成正比，为了达到高亮度和亮度均匀的要求，发光装置10一般会包含复数个串联的发光二极管D₁-D_n。假设发光二极管D₁-D_n的隔离电压皆为理想值Vb，而整流交流电压V_AC的值随着时间而在0和V_MAX之间呈周期性变化，则开启发光装置10所需的驱动电压其值需大于n*Vb，亦即0＜V_AC＜n*Vb间的能量并无法利用。串联发光二极管的数量越多，导通发光装置10所需的顺向偏压越高，若发光二极管数量太少，则会使得发光二极管在V_AC＝V_MAX时驱动电流过大，进而影响发光二极管的可靠度。因此，现有技术的发光二极管照明装置600仅能在可操作电压范围与发光二极管可靠度之间作一取舍。另一方面，具限流作用的电阻R亦会消耗额外能量，进而降低系统效率。

请参考图3，图3为现有技术中另一发光二极管照明装置700的示意图。发光二极管照明装置700包含一电源供应电路110，一电感L，一电容C，一开关SW，和一发光装置10。电源供应电路110可接收一具正负周期的交流电压VS，并利用一桥式整流器112来转换交流电压VS在负周期内的输出电压，因此可提供一整流交流电压V_AC以驱动发光装置10。电感L和开关SW串联于发光装置10，用来限定流经发光装置10的电流I_LED。电容C并联于发光装置10，用来吸收电源供应电路110的电压涟波(voltage ripple)。相较于发光二极管照明装置600的电阻R，电感L在限流时消耗的能量较少，但具限流作用的电感L和具稳压作用的电容C会大幅降低发光二极管照明装置700的功率因素(power factor)，让能量利用率变低。同时，在照明应用中，现有技术的发光二极管照明装置700仅能在可操作电压范围与亮度之间作一取舍。

发明内容