TW201603632A - 電源自適應式發光二極體燈具 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種電源自適應式發光二極體燈具，主要係令二個以上的發光二極體燈串透過一串並聯切換電路相互連接，該串並聯切換電路又透過一電壓偵測電路與一電源電路連接；且與一定電流驅動模組連接；其中：該電源電路提供四個電源接點以構成兩組電源輸入端，供使用者選擇任意兩電源接點連接電源，並由電壓偵測電路偵測輸入電源電壓，使各發光二極體燈串切換為串聯或並聯連接，以匹配輸入電源電壓，再由定電流驅動模組驅動該發光二極體燈串點亮。利用上述設計可使發光二極體燈具具有方便安裝且降低使用風險之裨益。

Description

電源自適應式發光二極體燈具

本發明係關於一種發光二極體燈，尤指一種具可變式串並聯模組以相容全電壓輸入且無裝設方向限制的電源自適應式發光二極體燈具。

隨著近年來節能減碳與環保意識的抬頭，世界各地的大型公共建設如公路照明、交通號誌、大型看板等皆逐漸改用發光效率較佳的發光二極體元件來取代原有的白熾燈泡及螢光燈管，不僅有較長的使用壽命且具有較佳的發光效率，以節省維護照明所需的電能與經費支出，且歐美各國亦更進一步制定出白熾燈泡禁用令，使得一般民生用途如居家照明、裝潢燈飾、祭祀慶典等照明設備，更進一步朝向全面發光二極體元件化邁進，因此世界各國的燈具製造商紛紛致力於發光二極體元件照明發展。

現有技術之全電壓發光二極體燈的驅動電路結構，採用切換式電源的設計，其電路較複雜、體積大且成本高，對消費者與製造者而言，其成本將反映在發光二極體燈的售價上。而現有技術之單電壓發光二極體燈的驅動電路結構，係採用線性式電源的設計，其電路較簡單、體積小且成本低，然而顧名思義其僅能用於唯一特定電壓條件下，對消費者而言於購買時需詳加注意，一不小心購買錯誤規格不僅浪費金錢，且若在不知情的狀況下裝設於錯誤對應電壓的插座上時，亦可能造成使用上的危險；對製造商而言，為因應國內現行市電110伏特與220伏特兩種電壓規格條件，而各需製造一定數量置於倉儲，不僅增加製作數量上的成本更增加倉儲管理支出。對消費者而言，傳統的燈座採行具有啟動器的設計，若欲於傳統的燈座裝設發光二極體燈，由於發光二極體燈具的工作原理與傳統燈管不同，其接電有方向限制，因此一般市面上的做法則必須手動摘除啟動器，以避免發光二極體燈遭燒毀，惟如是作法明顯過於繁複不便，因此有必要針對發光二極體燈管的電路設計作進一步的改善。

有鑑於此，本發明主要目的係提供一種電源自適應式發光二極體燈具，其可根據輸入電源之電壓切換內部發光二極體燈串之串並聯關係，以自動匹配輸入電源電壓，同時提供可任意連接的電源，以適用在不同電壓的電源，且可確保使用安全。

為達到上述之發明目的，本發明所採用的主要技術手段係令該電源自適應式發光二極體燈具包含有： 二個以上的發光二極體燈串； 一串並聯切換電路，分別與前述二個以上發光二極體燈串連接； 一電壓偵測電路，係與前述串並聯切換電路連接； 一電源電路，具有一電源輸出端及兩組電源輸入端，該電源輸出端係透過串並聯切換電路與該兩個以上的發光二極體燈串連接；兩組電源輸入端係由四個電源接點組成； 一定電流驅動模組，係透過該串並聯切換電路與兩個以上的發光二極體燈串連接；其中： 該電源電路提供四個電源接點以構成兩組電源輸入端，供使用者選擇任意兩電源接點連接電源；當電源輸入後將由電壓偵測電路偵測輸入電源電壓，使各發光二極體燈串切換為串聯或並聯連接，以匹配輸入電源電壓，再由定電流驅動模組驅動該發光二極體燈串點亮。

本發明的優點在於，其具有一可偵測電壓的電路，並藉由轉換該發光二極體燈具內複數發光二極體燈串間串聯或並聯的電性連接關係，以適配於不同的輸入電壓條件下使複數二極體燈束皆能正常運作，因此其具有可使用於不同電壓電源的特點；且其具有線性式電源驅動之電路較簡單、體積小且成本低的優點，不僅可以維持低製造成本，降低售價以嘉惠消費者，且製造商亦較無倉儲積存空間與管理費用支出的壓力。又本發明採用特殊的電源電路設計，其可以任意二電源接點裝設於任一相容燈座，且不需拔除傳統燈座的啟動器，亦具有方便安裝且降低使用風險之裨益。

以下配合圖式及本發明之較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段。

請參閱圖1A所示，為本發明電源自適應式發光二極體燈具之一較佳實施例的電路結構圖，其包含有一串並聯控制模組10，係電性連接一定電流驅動模組20及複數發光二極體燈串30，在本實施例中，具有二發光二極體燈串30，各發光二極體燈串30的工作電流為 I ，且各發光二極體燈串30係提供70伏特的壓降；且該串並聯控制模組10、該定電流驅動模組20及二發光二極體燈串30係共同電性連接一電源VCC，該電源VCC由一電源電路供應，在本實施例中，該電源電路具有二整流器40，各整流器40為橋式整流器。

請參閱圖1B所示，為本發明電源自適應式發光二極體燈具之一較佳實施例的平面外觀圖，其包含有一燈管50及二組電源輸入端，在本實施例中，二組電源輸入端為二電插頭60，該燈管50內係容置有該串並聯控制模組10、該定電流驅動模組20、二發光二極體燈串30及二整流器40；二電插頭60係設於該燈管50的兩端部，且各電插頭60係電性連接其中一整流器40，在本實施例中，各電插頭60之外側設有二針腳61，其中一側的二針腳61分別為腳位P1及腳位P2，另一側的二針腳61分別為腳位P3及腳位P4。

請參閱圖2所示，為本發明電源自適應式發光二極體燈具之一較佳實施例之串並聯控制模組10及定電流驅動模組20的電路結構圖。該串並聯控制模組10係包含有一電壓偵測電路11、一串並聯切換電路12及一電流回授電路13，其中該電壓偵測電路11的輸入端電性連接一電源輸出端，在本實施例中，該電源輸出端為VCC端，且分別電性連接二整流器40及二發光二極體燈串30；該串並聯切換電路12係電性連接該電壓偵測電路11與該電流回授電路13。且該定電流驅動模組20具有一積體電路21，在本實施例中，該積體電路21是型號為AT7315的高電壓發光二極體驅動IC。

該電壓偵測電路11係包含有一分壓電路110、一稽納二極體111及一電晶體112，其中該電晶體112係電性連接該分壓電路110及該稽納二極體111，且控制與輸出一偵測電路訊號。在本實施例中，該分壓電路110係轉換該VCC端電壓為原始的10%且電性連接該電晶體112的閘極，該稽納二極體111係提供一穩定電壓13伏特且電性連接該電晶體112的源極，該VCC端係電性連接該電晶體112的汲極。

該串並聯切換電路12係具有複數二極體及複數電晶體，複數電晶體與複數二極體匹配以進行二發光二極體燈串30之間的串並聯組合。在本實施例中，複數二極體分別為二極體120A、二極體120B及二極體120C；複數電晶體分別為電晶體121A及電晶體121B。其中該電晶體121A的閘極係電性連接該偵測電路電晶體112的汲極與該VCC端，用以接收該偵測電路訊號，該電晶體121A的汲極係電性連接該VCC端，該電晶體121A的源極係電性連接二極體120A。其中該電晶體121B的閘極係電性連接該電晶體121A的源極，用以接收該偵測電路訊號，該電晶體121B的汲極係電性連接二極體120B及其中一發光二極體燈串30，該電晶體121B的源極係電性連接二極體120C，且二極體120C係電性連接該積體電路21及另一發光二極體燈串30，在本實施例中，二極體120C係電性連接該積體電路21的一OUT端210，該OUT端210係用以維持一穩定輸出電流。

該電流回授電路13係具有複數限流電阻及至少一電晶體131，在本實施例中，複數限流電阻分別為限流電阻130A及限流電阻130B，該限流電阻130A及該限流電阻130B之各其中一端係電性連接該積體電路21的一Iset端211，各另一端形成一接地端；其中該Iset端211係用以感應該回授電路13的電流大小。在本實施例中，該電晶體131為一電晶體131，係設於該限流電阻130B的接地端，其中該電晶體131係用以控制其中一限流電阻是否對地導通，其閘極係電性連接該電晶體121A的源極，用以接收該偵測電路訊號，該電晶體131的汲極係電性連接該限流電阻130B，該電晶體131的源極係電性連接該接地端。

請參閱圖3A及3B所示，使用本發明時，若以該腳位P1及該腳位P4為例，無論是以該腳位P1為輸入端及該腳位P4為輸出端，或以該腳位P1為輸出端及該腳位P4為輸入端，在二整流器40的作用下，皆沒有問題。藉此能夠將該腳位P1及該腳位P4的組合任意替換為其他組合，而可推得下表中之六種接法皆得以成立：

請參閱圖2所示，使用本發明時，若輸出二整流器40之該VCC端的電壓為100伏特時，該電晶體112的閘極電壓為該分壓電路110轉換該VCC端後的10伏特，該電晶體112的源極電壓為該稽納二極體111穩定輸出的13伏特，此時該電晶體112的閘極電壓10伏特小於源極電壓13伏特，因此該電晶體112的源極與汲極呈未導通狀態，此時該偵測電路訊號為VCC端的100伏特。該電晶體121A的閘極電壓為該偵測電路訊號的100伏特，該電晶體121A的汲極電壓為100伏特，此時該電晶體121A的閘極電壓100伏特等於汲極電壓100伏特，因此該電晶體121A的源極與汲極呈導通狀態。該電晶體121B的閘極電壓為該偵測電路訊號的100伏特，該電晶體121B的汲極電壓為該100伏特減去其中一發光二極體燈串30之70伏特壓降後的30伏特，此時該電晶體121B的閘極電壓100伏特大於汲極電壓30伏特，因此該電晶體121B的源極與汲極呈導通狀態。該電晶體131的閘極電壓為該偵測電路訊號的100伏特，在本實施例中，該電晶體131的汲極電壓為Iset端211設定的30伏特，且該限流電阻130A及該限流電阻130B於對地導通時的電流為 I ；此時該電晶體131的閘極電壓100伏特大於汲極電壓30伏特，因此該電晶體131的源極與汲極呈導通狀態，故該限流電阻130A及該限流電阻130B皆對地導通。

如上述當該電晶體121A、該電晶體121B及該回授電路電晶體131皆呈導通狀態時，二發光二極體燈串30係呈並聯形式電性連接，其電流需求為2I，而該限流電阻130A及該限流電阻130B皆對地導通，故該Iset端感應到的電流大小為2I，因此該OUT端210能夠維持穩定的2I電流而使二發光二極體燈串30皆正常運作。

使用本發明時，若輸出二整流器40之該VCC端的電壓為200伏特時，該電晶體112的閘極電壓為該分壓電路110轉換該VCC端後的20伏特，該電晶體112的源極電壓為該稽納二極體111穩定輸出的13伏特，此時該電晶體112的閘極電壓20伏特大於源極電壓13伏特，因此該電晶體112的源極與汲極呈導通狀態，此時該偵測電路訊號為該稽納二極體111穩定輸出的13伏特。該電晶體121A的閘極電壓為該偵測電路訊號的13伏特，該電晶體121A的汲極電壓為200伏特，此時該電晶體121A的閘極電壓13伏特小於汲極電壓200伏特，因此該電晶體121A的源極與汲極呈未導通狀態。該電晶體121B的閘極電壓為該偵測電路訊號的13伏特，該電晶體121B的汲極電壓為該200伏特減去其中一發光二極體燈串30之70伏特壓降後的130伏特，此時該電晶體121B的閘極電壓13伏特小於汲極電壓130伏特，因此該電晶體121B的源極與汲極呈未導通狀態。該電晶體131的閘極電壓為該偵測電路訊號的13伏特，在本實施例中，該電晶體131的汲極電壓為Iset端211設定的30伏特，且該限流電阻130A及該限流電阻130B於對地導通時的電流為 I；此時該電晶體131的閘極電壓13伏特小於汲極電壓30伏特，因此該電晶體131的源極與汲極呈未導通狀態，故該限流電阻130A對地導通，但該限流電阻130B未對地導通。

如上述當該電晶體121A、該電晶體121B及該回授電路電晶體131皆呈未導通狀態時，二發光二極體燈串30係呈串聯形式電性連接，其電流需求為 I，且形成串聯形式時，依據串聯分壓原理該電晶體121B的汲極電壓為VCC的一半即100伏特，此時該電晶體121B的閘極電壓13仍小於汲極電壓100伏特，因此二發光二極體燈串30維持串聯狀態。且此時該限流電阻130A對地導通，但該限流電阻130B未對地導通，故該Iset端211感應到的電流大小為I，因此該OUT端210能夠維持穩定的 I 電流而使二發光二極體燈串30皆正常運作。

藉此，請參閱圖5所示，本發明具有一電壓偵測電路11，並藉由該串並聯切換電路12轉換二發光二極體燈串30間串聯或並聯的電性連接關係，且該電流回授電路13及該積體電路元件21用以適配於不同的輸入電壓條件下調整作用二發光二極體燈串30的電流值，進而使二發光極體燈串30皆能正常運作。因此其具有切換式電源驅動電路可使用於複數輸入電壓的特點；且其具有線性式電源驅動之電路較簡單、體積小且成本低的優點，不僅可以維持低製造成本，降低售價以嘉惠消費者，且製造商亦較無倉儲積存空間與管理費用支出的壓力。又本發明採用二整流器40的設計，其可以任意方向裝設於任一相容燈座，且不需拔除傳統燈座的啟電器，亦具有方便安裝且降低使用風險之裨益。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10‧‧‧串並聯控制模組
11‧‧‧電壓偵測電路
110‧‧‧分壓電路
111‧‧‧稽納二極體
112‧‧‧電晶體
12‧‧‧串並聯切換電路
120A、120B、120C‧‧‧二極體
121A、121B‧‧‧開關電晶體
13‧‧‧電流回授電路
130A、130B‧‧‧限流電阻
131‧‧‧電晶體
20‧‧‧定電流驅動模組
21‧‧‧積體電路元件
210‧‧‧OUT端
211‧‧‧Iset端
30‧‧‧發光二極體燈串
40‧‧‧整流器
50‧‧‧燈管
60‧‧‧電插頭
61‧‧‧針腳

圖1A：為本發明電源自適應式發光二極體燈具之一較佳實施例的電路結構圖。 圖1B：為本發明電源自適應式發光二極體燈具之一較佳實施例的平面外觀圖。 圖2：為本發明電源自適應式發光二極體燈具之一較佳實施例之串並聯控制模組及定電流驅動模組的電路結構圖。 圖3A至3B：為本發明電源自適應式發光二極體燈具之一較佳實施例之二整流器的動作示意圖。 圖4：為本發明電源自適應式發光二極體燈具之一較佳實施例的電路方塊圖。

10‧‧‧串並聯控制模組

20‧‧‧定電流驅動模組

30‧‧‧發光二極體燈串

40‧‧‧整流器

Claims (5)

1. 一種電源自適應式發光二極體燈具，其包含有： 二個以上的發光二極體燈串； 一串並聯切換電路，分別與前述二個以上發光二極體燈串連接； 一電壓偵測電路，係與前述串並聯切換電路連接； 一電源電路，具有一電源輸出端及兩組電源輸入端，該電源輸出端係透過串並聯切換電路與該兩個以上的發光二極體燈串連接；兩組電源輸入端係由四個電源接點組成； 一定電流驅動模組，係透過該串並聯切換電路與兩個以上的發光二極體燈串連接；其中： 該電源電路提供四個電源接點以構成兩組電源輸入端，供使用者選擇任意兩電源接點連接電源；當電源輸入後將由電壓偵測電路偵測輸入電源電壓，使各發光二極體燈串切換為串聯或並聯連接，以匹配輸入電源電壓，再由定電流驅動模組驅動該發光二極體燈串點亮。
2. 如請求項1所述之電源自適應式發光二極體燈具，其中該串並聯切換電路係電性連接該電源輸出端，且其具有複數二極體及複數電晶體，複數電晶體與複數二極體匹配以進行複數發光二極體燈串之間的串並聯組合。
3. 如請求項2所述之電源自適應式發光二極體燈具，其中該電壓偵測電路係包含有一分壓電路、一稽納二極體及一電晶體，其中該電晶體係電性連接該分壓電路及該稽納二極體，且控制與輸出一偵測電路訊號予複數電晶體。
4. 如請求項3所述之電源自適應式發光二極體燈具，其中該電流回授電路係具有複數限流電阻及至少一電晶體，複數限流電阻之其中一端係電性連接該積體電路元件，另一端形成一接地端；該電晶體係接收該偵測電路訊號以控制複數電阻對地導通的並聯數目。
5. 如請求項1至4中任一項所述之電源自適應式發光二極體燈具，進一步包含有一燈管及二電插頭，二電插頭係設於該燈管的軸向二側，且各電插頭電性連接其中一整流器，各整流器係電性連接其中一組電源輸入端。