[发明专利]LED光引擎的电子控制装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及LED光引擎的电子控制装置，特别是其利用常闭电子开关（normally closed electronic switches），依据交流输入电压的大小，依序递增或递减发光二极管阵列（LED array）中受激发发光二极管（excited LED）的数量与电流，以改善功率因子（power factor），同时可进一步搭配填谷电路（valley filler）改善闪烁现象以及假负载电路（dummy load），降低总谐波失真。

背景技术

相对于传统灯具，发光二极管具有较高的发光效率（luminous efficacy），传统灯泡每瓦提供约15流明（15lumens per watt），而发光二极管则每瓦高达100流明（100lumens per watt）以上，同时发光二极管具有相对寿命较长、较不受外界干扰及不易损坏的优点，是照明设备的首选。

然而，发光二极管需要直流电驱动，而市电为交流电，当交流电转成直流电时，在每周期的低电压区段，尚无法克服发光二极管的正向电压降（forward voltage drop）以驱动发光二极管，导致导通角（conduction angle）狭小以及功率因子降低。导通角是指后级负载导通时，所对应市用交流电的正弦波的弧角，而空载时间是指负载未导通，输入电流（线电流）为零的时间。空载时间越长，导通角就越狭小，功率因子就越低。

第一个问题是传统的LED驱动器须采用滤波器、整流器、以及功率因子校正器（power factor corrector,PFC）等较为复杂的驱动器电路，造成驱动器的成本高昂。同时，发光二极管的寿命虽长，但功率因子校正器所采用的电解电容器却易于损坏，整体寿命相对缩短，无法发挥发光二极管的优点。

第二个问题是空载时间，没有电流通过发光二极管，造成照明设备的闪烁现象。一般市用交流电的频率是60Hz，整流后形成直流电压脉冲，频率为两倍（120Hz），空载时间所带来的闪烁现象虽不易被人类眼睛察觉，但的确存在。

第三个问题是功率因子降低，功率因子的计算方式为将输入功率除以输入电压（线电压）与输入电流（线电流）的乘积（PF=P/（V×I），其中PF为功率因子、P表示输入功率、V及I分别为线电压及线电流的有效值），用以度量电力的使用效率，当线电压与线电流的相似度越高，表示电力使用效率越好。通常交流电的输入电压波形为正弦波，后级负载的电流如能接近正弦波，其谐波数量少，谐波失真就少，则功率因子越高。输入电流与输入电压的相偏移来自于后级负载电路的总谐波失真，当后级负载电路与正弦波偏离或存在相差时，二级以上的谐波越多，所产生的的谐波失真也越多，总谐波失真就越严重，降低二级以上的谐波数量即可降低总谐波失真。当空载时间越大，导通角越狭小，线电压与线电流的相差越大，功率因子越差，能源效率越差。

简化电路、降低成本、改善发光二极管照明设备的闪烁现象以及提高功率因子，仍是目前发光二极管光源的研发的主要课题。本发明人所提供的解决方案，具有可直接用于交流电路、成本低廉、性能优异、不易损坏且电路简单、无闪烁现象以及提高功率因子等优点，将在下面详细描述本发明。

发明内容

本发明提供一种LED光引擎的电子控制装置，根据输入交流电压，在电压升高时，逐级驱动发光二极管阵列，同时逐级提高线电流；在电压降低时，逐级熄灭LED阵列，同时逐级降低线电流，简化电路、提高发光效率、提高功率因子及降低成本等优点。

本发明提供LED光引擎的电子控制装置，在整流器的两输出端间，设置填谷电路，在空载时间内，提供LED阵列预定的恒定电流，改善LED阵列的闪烁现象。

本发明提供一种LED光引擎的电子控制装置，在整流器的两输出端间，设置假负载电路，在空载时间内，假负载电路导通而抽取线电流，随输入电压循序上升或下降，使线电流跟随线电压波形，减少总谐波失真的情况。

本发明的LED光引擎的电子控制装置包括开关调节器链，与LED阵列链并联设置。LED阵列链是多个LED阵列串联而成，开关调节器链是由多个开关调节器串联而成，除最后一级LED阵列外，开关调节器与LED阵列并联。