CN101932154A - 提升功率因子之交流电发光二极管电路 - Google Patents

Abstract

一种提升功率因子之交流电发光二极管电路，本电路具有复数个驱动组件以及由复数串发光二极管组成之发光二极管串，更可以耦接一桥式整流单元。驱动组件用以稳定电压或输入电流，结合本电路之各串发光二极管在不同的电压点导通的方式，使输入电流能依输入电压的变化而相对的变化，如此使输入电流的波形近似于输入电压的波形，达到提升功率因子的目的。

Description

提升功率因子之交流电发光二极管电路

【技术领域】

本发明系关于一种交流电发光二极管电路，尤指一种利用并联复数串发光二极管串达到输入电流波形近似正弦波藉以提高功率因子之交流电发光二极管电路。

【先前技术】

在能源短缺的时代，使用高效率低耗能的物品已经是目前产业的趋势，发光二极管技术因为具有能量转换效率高、反应时间快、高闪烁频率、使用寿命长且省电等优点，因此成为新一代的照明工具。

交流电源发光二极管除了能兼容于传统照明，同时也大幅降低传统式发光二极管的散热问题，并完全改变高功率发光二极管封装之传统设计及使用方式，估计约可省下过去发光二极管在直流、交流电之间转换时15～30％的电力耗损，不仅节能减碳，也提升了整体发光二极管的发光效率。

因为属于半导体光源的发光二极管必须以直流定电流源驱动，为了配合一般交流输配电源的使用，因此：

第一种作法是在直流电源与交流电源之间接一个转换器，例如高压DriverIC或是变压器加上Driver IC。第二种作法请参阅第一A图及第一B图，利用两串各由数十颗发光二极管串接的发光二极管串，以其反向对接，近一步可以再辅以简单电路(例如电阻)，用以吸收超过发光二极管总导通电压的部份。第三种习知作法是利用一桥式整流器耦接于发光二极管串，再辅以简单电路(例如电阻)，用以吸收超过发光二极管总导通电压的部份。第四种习知作法是利用发光二极管组成一桥式整流器，且于桥式整流器前耦接一电阻，用以吸收超过之总导通电压。

但转换器体积大、重量重，不但增加成本、电力转换也有耗损，无法与现有光源的价格竞争，因此一直以来在应用范围及普及度上有所限制。而第二种作法需要增加组件使得成本提高，且上述几种作法的功率因子(Power factor，PF)只能达到约0.8至0.9，目前对于照明工具之功率因子之要求通常都在0.9以上，因此习知虽然提供了能够应用于交流电源的发光二极管，但其发光效果依然有待改进。

因此，本发明的主要目的在于提供一种能提高功率因子之交流电发光二极管电路，以改善上述问题。

【发明内容】

综观以上所述，在习知中利用交流电源之发光二极管达不到需求的功率因子，因此发展有限，本发明之目的在提供一种提升功率因子的交流电发光二极管电路。

本发明系关于一种提升功率因子的交流电发光二极管电路，本电路系透过一桥式整流单元耦接于一交流电源上，交流电源之输出端具有一第一输出接脚以及一第二输出接脚。本交流电发光二极管电路包含复数个驱动组件以及复数个发光二极管串。

桥式整流单元是由复数个二极管耦接组合而成，其目的系用以整流交流电，桥式整流单元的输入端分别耦接于第一输出接脚及第二输出接脚，该等二极管耦接处分别为一第一节点以及一第二节点。驱动组件例如定电流二极管、电阻、电容、电感等，耦接于第一节点或第二节点。发光二极管串系由复数个发光二极管耦接组成，发光二极管串内之发光二极管数目可相等或不相等，且并联于桥式整流单元，每一个发光二极管串之丨端串连接至少一个驱动组件，其中一个驱动组件与发光二极管串联，另耦接一个驱动组件于发光二极管串内任二发光二极管之间，发光二极管串之另一端耦接于第二节点。

因此，本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路，其中的桥式整流电路可以使得发光二极管应用于交流电源，而耦接驱动组件可以使输入电压稳定，降低电压对发光二极管串的影响，造成不同的输入电压对应不同的输入电流，使输入电流的波形近似于正弦波，达到提高功率因子的目的。

关于本发明之优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

【实施方式】

由于本发明所提供之提升功率因子的交流电发光二极管电路，可广泛运用于各种照明设施，其组合实施方式更是不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举其中较佳之实施例来加以具体说明。本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路，系适用于交流电源以产生照明之效果。

请参阅第二图，第二图系为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路1第一实施例示意图。如图所示，提升功率因子的交流电发光二极管电路1内系包含复数个驱动组件12以及复数个发光二极管串13。交流电发光二极管电路1系透过一桥式整流单元11与一交流电源9耦接。交流电源9之输出端具有一第一输出接脚91以及一第二输出接脚92，负载系与第一输出接脚91以及第二输出接脚92耦接；驱动组件12系指电阻、电容、电感、定电流二极管、IC或是上述组件之组合。

桥式整流单元11中包含四个二极管，其分别为第一二极管111、第二二极管112、第三二极管113以及第四二极管114。第一二极管111的正极与第一输出接脚91耦接，第一二极管111的负极与第二二极管112的负极耦接，第二二极管112的正极与第三二极管113的负极耦接后，再耦接于第二输出接脚92，第三二极管113的正极与第四二极管114的正极耦接，第三二极管113的负极与第一输出接脚91耦接。

其中，第一二极管111的负极与第二二极管112的负极耦接处为第一节点118，第三二极管113的正极与第四二极管114的正极耦接处为第二节点119。

当交流电源9产生正半周期的电流时，第一二极管111与第四二极管114皆导通(ON)，而第二二极管112与第三二极管113皆不导通(OFF)，因此电流至第一输出接脚91通过第一二极管111后自第一节点118输出至负载，再由第二节点119流经第四二极管114至第二输出接脚92。

交流电源9产生负半周期的电流时，第二二极管112与第三二极管113皆导通(ON)，而第一二极管111与第四二极管114皆不导通(OFF)，电流自第二输出接脚92经过第二二极管112、第一节点118后输出至负载，再经由第二节点119、第三二极管113流至第一输出接脚91。上述之负载为被动单元12以及发光二极管串13。

如第二图所示，发光二极管串13的一端系与驱动组件12之第二接点122耦接后再与第一节点118耦接，而发光二极管串13的另一端系与第二节点119耦接；另一驱动组件12a之第一接点121’亦与第一节点118耦接，驱动组件12a之第二接点122’则耦接于发光二极管串13中任二发光二极管之间。此外，驱动组件12、12a之第一接点121及121’更可以耦接于第二节点119，而驱动组件12a之第二接点122则同样地耦接于发光二极管串13中任二发光二极管之间。交流电发光二极管电路1系为桥式整流单元11并联复数个发光二极管串13、13a、13b、13c、13d…，且每一个发光二极管串13皆分别先串联一个驱动组件12以及耦接另一个驱动组件12a。发光二极管串13是由复数个发光二极管串联组成，任二发光二极管串13中的发光二极管数目可相等或不相等，即发光二极管串13a中的发光二极管数目可相等于发光二极管串13b中的发光二极管数目，此外，发光二极管串13a中的发光二极管数目可不相等于发光二极管串13b中的发光二极管数目。

请参阅第二A图，其系为本发明之第二实施例示意图，如图所示，发光二极管串13亦可以同时耦接复数个驱动组件12、12a，驱动组件12及12a的第一接点121、121’都耦接于第一节点118，或者，第一接点121、121’亦可以耦接于第二节点119，而驱动组件12a之第二接点122’则耦接于发光二极管串13中任二个发光二极管之间。

请参阅第二B图，其系为本发明之第三实施例示意图，如图所示，本发明更可以耦接至少一电容c。电容c可以与驱动组件12之第二接点122耦接，亦可以与驱动组件12a之第二接点122’耦接，亦即电容c系耦接驱动组件12、发光二极管串13、或是发光二极管串13中任二个发光二极管之间。由第二B图可见电容系可设置于不同位置，于此仅举较佳实施例作为说明，并非对于申请专利范围加以局限。

因此当交流电源9输出交流电时，先透过桥式整流单元11整流，再经过驱动组件12吸收超过的导通电压。我们利用模拟转数字的概念，将弦波横切分割成许多长条状区块，由于利用耦接驱动组件12使得各发光二极管串之操作电流相同，因此每一个发光二极管串13系对应一个长条状区块，所以当不同电压产生时，每一个发光二极管串13系对应不同电压而发光。

此外，由于发光二极管串13的颗数多寡系可以自行设定，且各串发光二极管之驱动电流相同，因此，我们只需要选择各串适当的发光二极管数目，组合出能够充分利用正弦波各点电压驱动的发光二极管串，以及各串发光二极管相同驱动电流的迭加，则可以将无法驱动发光二极管的交流电节省至最少，以达到提高功率因子的目的。

请参阅第三图，其为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路1第四实施例示意图。

如第三图所示，亦可以在每一组驱动组件12及发光二极管串13，并联一个桥式整流单元12，且除了连接驱动组件12以外，亦耦接驱动组件12a，其接法如第一实施例所述。在每一个发光二极管串13前以发光二极管本体制做成增加桥式整流单元11的优点在于，若唯一的桥式整流器11产生故障，依然能够个别整流并发光，不会影响整体电路。再者，亦因长晶制程相同，可节省生产成本，降低不良率。

请参阅第四图，其为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路1第五实施例示意图。

如第四图所示，我们以发光二极管串13取代桥式整流单元11，其中两两发光二极管串为一组，发光二极管串13a与发光二极管串13a’为一组，各发光二极管串13中的发光二极管数目可相等或不相等，然而每组之两串系正负极相反地耦接于交流电源9之第一输出接脚91以及一第二输出接脚92。当正半周期的电流产生时，发光二极管串13a’与发光二极管串13b’皆不导通，电流选择发光二极管串13a与发光二极管串13b之路径；负半周期的电流产生时，发光二极管串13a’与发光二极管串13b’皆导通，发光二极管串13a与发光二极管串13b则不导通。同样可以应用于交流电源上。

请参阅第五图，其系为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路弦波分割示意图。如图所示，系为一个正半周期的弦波S，我们将弦波S分割为许多长条状区块b，当电压极小的时候，第一长条状区块b1被驱动，而第一长条状区块b1系对应第二图中具有n个发光二极管之发光二极管串13a，第二长条状区块b2系对应第二图中具有n+a个发光二极管之发光二极管串13b，第三长条状区块b3系对应第二图中具有n+b个发光二极管之发光二极管串13c，第四长条状区块b4系对应第二图中具有n+c个发光二极管之发光二极管串13d，依此类推，随着电压的上升，越多串发光二极管串被驱动，因此，利用本发明真正使用的电流所迭加出第六图的图形，比较第五图与第六图，可以明显发现，迭加图形与原始波形图相仿，表示本发明有效地提升了功率因子。

因此，藉由本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路可以应用于交流电源上。我们只要选择各串适当发光二极管数目，组合出能够充分利用正弦波各点电压驱动的发光二极管串，以其各串发光二极管相同驱动电流迭加，便能够妥善地利用交流电，本发明的功率因子能够达到0.97以上。

此外，本发明能够与结合一三极交流开关，又称双向性三极闸流体(TRI-ELECTRODE AC SWITCH，TRIAC)，调整输入电压相角大小，藉由调整输入电流值能够决定使哪些发光二极管串导通，当输入较大电流时，被导通的发光二极管串增加，因此灯具变亮，相反地，输入较小电流时被导通的发光二极管串减少，灯具亮度降低，因而达到调整明暗的效果，而习知的发光二极管并无此项功能，实为发光二极管用作照明之一大突破。

藉由以上较佳具体实施例之详述，希望能更加清楚描述本发明之特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明之范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请之专利范围的范畴内。

【图式简单说明】

图1A为习知交流电发光二极管电路；

图1B为习知交流电发光二极管电路；

图2为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路第一实施例示意图；

图2A为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路第二实施例示意图；

图2B系为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路第三实施例示意图；

图3为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路第四实施例示意图；

图4为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路第五实施例示意图；

图5为本发明之提升功率因子的交流电发光二极管电路弦波分割示意图；以及

图6为利用本发明所能利用之电流迭加图形。

【主要组件符号说明】

电阻R1、R2                        电容C

交流电发光二极管电路1             桥式整流单元11

驱动组件12、12a                   第一接点121、121

第二接点122、122’

发光二极管串13、13a、13b、13c、13d、13a’、13b’

第一二极管111                     第二二极管112

第三二极管113                     第四二极管114

交流电源9                         第一输出接脚91

第二输出接脚92                    第一节点118

第二节点119                正弦波S

长条状区块b                第一长条状区块b1

第二长条状区块b2           第三长条状区块b3

第四长条状区块b4。

Claims (16)

1.一种提升功率因子的交流电发光二极管电路，系耦接于一交流电源上，该交流电源之一输出端系具有一第一输出接脚以及一第二输出接脚；其特征是该交流电发光二极管电路包含：

复数个发光二极管串，系由复数个发光二极管耦接组成，其一端系与该第一输出接脚耦接，其另一端系与该第二输出接脚耦接；以及

复数个驱动组件，其各具有一第一接点以及一第二接点，该第一接点系耦接于该第一输出接脚或该第二输出接脚二者之丨者，该第二接点系耦接于该发光二极管串中任二发光二极管之间。

2.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该交流电发光二极管电路更包含一桥式整流单元，该桥式整流单元之输入端分别耦接于该第一输出接脚以及该第二输出接脚，该桥式整流单元之输出端分别为一第一节点以及一第二节点，该第一节点系耦接于该第一接点，该第二节点系耦接于该发光二极管串之一端。

3.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该等发光二极管串之该等发光二极管之数目系相等。

4.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该等发光二极管串之该等发光二极管之数目系不相等。

5.如权利要求2所述的交流电发光二极管电路，其特征是该桥式整流单元系由复数个发光二极管组成。

6.如权利要求2所述的交流电发光二极管电路，其特征该桥式整流单元系由复数个二极管组成。

7.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该第二接点系耦接一电容。

8.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该发光二极管串中之复数个发光二极管系串联。

9.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该等发光二极管串系以并联方式耦接。

10.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该等驱动组件系为电阻。

11.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该等驱动组件系为电容。

12.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该等驱动组件系为定电流二极管(Current Regulating Diode)。

13.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该等驱动组件系为电感。

14.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该等驱动组件系为定电流驱动IC。

15.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该第一输出接脚系耦接一三极交流开关(双向性三极闸流体)(TRI-ELECTRODE AC SWITCH，TRIAC)。

16.如权利要求1所述的交流电发光二极管电路，其特征是该第二输出接脚系耦接一三极交流开关(双向性三极闸流体)(TRI-ELECTRODE AC SWITCH，TRIAC)。

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