CN103167680A - 发光装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光装置及其操作方法。该发光装置包含：一发光单元，包含多个串联的LED灯串，该发光单元的输入端耦接于一弦波电源；一驱动电路，包含多个输出端口，各耦接于所述LED灯串的输出端；以及多个开关，各耦接该弦波电源至所述LED灯串之一的输入端。在本发明的一实施例中，该发光装置的操作方法包含：在该弦波电源的一振幅波的前半周期中，依序使能该驱动电路的输出端口以导通所述LED灯串；以及在该弦波电源的一振幅波的后半周期中，依序导通所述开关，如此可在市电输入之下，经由快速重复点亮少数的LED灯串，得到亮度均匀且效能极佳的LED发光装置。

Description

发光装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种发光装置及其操作方法，特别涉及一种共用发光二极管且亮度均匀的发光装置及其操作方法。

背景技术

发光二极管(LED)由于具有低耗电、高亮度、体积小及使用寿命长等优点，现已成为新一代照明光源的主流。特别是在许多市电直接输入发光二极管装置的应用。

图1例示一现有市电直接输入的发光装置100，图2例示图1的发光装置100的导通状况及对应电压。图1的发光装置100将LED分成若干LED灯串1A-1F(通常是固定几个长度的LED灯串)，驱动电路101在电压振幅增加过程中依序将各LED灯串串接一起并导通(turn on)而点亮；例如LED灯串1A在T1时点亮，LED灯串1及LED灯串1B在T2时点亮，依此类推。在电压振幅下降过程中依序将串接在一起点亮的LED灯串，逐一脱离串接而使之关闭；例如LED灯串1F在T7时截止(turn off)，LED灯串1E及LED灯串6在T8时截止，依此类推。

然而，图1的发光装置100在同一电压周期中越早点亮的LED灯串被点亮的次数越多(例如，LED灯串1A被点亮11次；LED灯串1F仅点亮1次)，代表其被点亮的时间越长。以PWM原理来看，被点亮的时间越长的LED灯串越亮，因此形成LED灯串亮度不均匀的缺点。

图3例示另一现有的发光装置110，图4例示图3的发光装置110的导通状况及对应电压。图3的发光装置100将LED分成多个长度不等(LED个数不同)的LED灯串2A-2F，驱动电路111在电压振幅增加过程中依电压升高而将各LED灯串由短到长(2A→2F)的顺序点亮，并在电压振幅下降过程中依电压降低而将点亮的LED灯串由长到短(2F→2A)的顺序逐一关闭。然而，图3的发光装置100所需LED数目总量多，适用于发光面积较大的照明系统(例如T5/T8LED灯管)，对于发光面积小的球泡灯则不易实现。

发明内容

本发明提供一种共用发光二极管且亮度均匀的发光装置及其操作方法。

在本发明的一实施例中，该发光装置包含：一发光单元，包含多个串联的LED灯串，该发光单元的输入端耦接于一弦波电源；一驱动电路，包含多个输出端口，各耦接于所述LED灯串的输出端；以及多个开关，各耦接该弦波电源至所述LED灯串之一的输入端。在本发明的一实施例中，该发光装置的操作方法包含：在该弦波电源的一振幅波的前半周期中，依序使能该驱动电路的输出端口以导通所述LED灯串；以及在该弦波电源的一振幅波的后半周期中，依序导通所述开关。

上文已相当广泛地概述本发明的技术特征及优点，从而使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的申请专利范围标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域的技术人员，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制造方法而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域的技术人员也应了解，这类等效建构无法脱离权利要求书所界定的本发明的精神和范围。

附图说明

通过参照前述说明及下列图式，本发明的技术特征及优点得以获得完全了解。

图1例示一现有的发光装置；

图2例示图1的发光装置的导通状况及对应电压；

图3例示另一现有的发光装置；

图4例示图3的发光装置的导通状况及对应电压；

图5例示本发明一实施例的发光装置；

图6例示本发明一实施例的发光装置的点亮时间及对应电压；

图7是图6的导通状况的重新排列；

图8例示本发明另一实施例的发光装置的点亮时间及对应电压；

图9是图8的导通状况的重新排列；

图10例示本发明一实施例的发光装置的点亮时间及对应电压；以及

图11例示本发明一实施例的发光装置的调光方法。

主要元件符号说明

1A-1F         LED灯串

2A-2F         LED灯串

3A-3F         LED灯串

10            发光装置

11            电源

20            发光单元

21            输入端

30            驱动电路

OUT1-OUT6     输出端口

S1-S5         开关

100           发光装置

101           驱动电路

110           发光装置

111           驱动电路。

具体实施方式

图5例示本发明一实施例的发光装置10。在本发明的一实施例中，该发光装置10包含：一发光单元20，包含多个串联的LED灯串3A-3F，该发光单元20的输入端21耦接于一弦波电源(例如桥式整流器)11；一驱动电路30，包含多个输出端口OUT1-OUT6，各耦接于所述LED灯串3A-3F的输出端；以及多个开关S1-S5，各耦接该弦波电源11至所述LED灯串3A-3F之一的输入端。该LED灯串3A的输入端耦接于该弦波电源11，该开关S1耦接该弦波电源11至该LED灯串3B的输入端，该开关S2耦接该弦波电源11至该LED灯串3C的输入端，依此类推。在本发明的一实施例中，所述LED灯串3A-3F各包含相同数量的串联发光二极管；该LED灯串3A-3F的数量为N，该开关S1-S5的数量为N-1。在本发明的一实施例中，该多个开关S1-S5整合于该驱动电路30内。

图6例示本发明一实施例的发光装置10的点亮时间及对应电压。在本发明的一实施例中，该发光装置10在该弦波电源11的一振幅波的前半周期(T6以前的时段)中，依序使能该驱动电路30的输出端口OUT1-OUT6以导通所述LED灯串3A-3F。例如：在T1时，该输出端口OUT1使能以点亮该LED灯串3A；在T2时，该输出端口OUT1禁止并关闭原本流经LED灯串3A的电流，该输出端口OUT2使能以点亮该LED灯串3A及该LED灯串3B，依此类推。在该弦波电源11的一振幅波的前半周期(T6以前的时段)中，所述开关S1-S5截止。

在该弦波电源11的一振幅波的后半周期(T6以后的时段)中，仅使能该输出端口OUT6(其它输出端口OUT1-OUT5禁止)并依序导通所述开关S1-S5，使得所述LED灯串3A-3F根据所述开关S1-S5的导通而依序截止。例如：在T7时，导通该开关S1，使得该弦波电源11的电流从该LED灯串3B的输入端流经所述LED灯串3B-3F，如此该LED灯串3A截止不亮，所述LED灯串3B-3F(5组)导通点亮。同理，在T8时，导通该开关S2，使得该弦波电源11的电流从该LED灯串3C的输入端流经所述LED灯串3C-3F，如此该LED灯串3A及该LED灯串3B截止不亮，所述LED灯串3C-3F(4组)导通点亮，依此类推。

图7是图6的导通状况的重新排列。参考图7可知，在该弦波电源11的一振幅波期间，所述LED灯串3A-3F的导通次数相同，因此亮度均匀；例如，该LED灯串3A-3F的数量为N(6)，所述LED灯串3A-3F在该振幅波期间的导通次数均为N(6)，亦即各LED灯串的点亮次数均相同。

此外，市电60Hz的正弦波经过桥式整流可产生120Hz的正整流波，每一LED灯串将会有每秒120次被该驱动电路30的定电流点亮，其视觉暂留的白光效果将会比CCFL荧光灯稳定而不闪烁，其最大点亮时间比为N/(2N-1)，其中N为LED灯串数目。例如，图5的LED灯串数目为6，最大点亮时间比为6/(2×6-1)＝6/11＝54.5％，优于图3所示的发光装置的2/12＝16.7％。另，相较图1所示的发光装置的亮度不均匀，图5的LED灯串数目虽与图1所示的发光装置相同，但图5的发光装置因所有LED灯串均被点亮相同6T的时间而得到相同的亮度。

图8例示本发明另一实施例的发光装置10的点亮时间及对应电压。图4的操作方法仅在T6时，执行全部LED灯串3A-3F的点亮步骤；相对地，图8的操作方法则在T6及T7时，重复执行全部LED灯串3A-3F的点亮步骤，亦即通过该驱动电路30的输出端口OUT6在该弦波电源11的振幅波的波峰区域插入一使能时间(T7)，其重复执行全部LED灯串3A-3F的点亮步骤。

图9是图8的导通状况的重新排列。参考图8可知，在该弦波电源11的一振幅波期间，该LED灯串的数量为N(6)，所述LED灯串的导通次数为7，大于N(6)，其最大点亮时间比增加为6+1/(2×6-1+1)＝7/12＝58.3％，优于原先图4的操作方法的54.5％；同理，假设共有N个LED灯串，当最大LED灯串的点亮次数增加n次，其每一LED灯串最大点亮时间比为D＝(N+n)/[(2N-1)+n)]，所以当n＝6，D＝(6+6)/[(2×6-1)+6]＝12/17＝70.6％。由此可知，通过增加最大LED灯串的点亮次数可以增加LED灯串的最大点亮时间比。

图10例示本发明一实施例的发光装置的LED灯串点亮时间及对应电压，图11例示本发明一实施例的发光装置的调光方法。参考图10，以4个串联的灯串3A-3D为例，当电压升至V1时，LED灯串3A点亮；当电压升至V2时，串联的LED灯串3A及LED灯串3B点亮，依此类推。参考图11，在本发明的一实施例中，本发明的发光装置可通过调整该驱动电路30的输出端口的使能时间(T)长短，调整发光装置的亮度，亦即可通过PWM duty(占空比)的增减或线性电流增减的方式实现调光。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本发明所属技术领域的技术人员应了解，在不背离权利要求书所界定的本发明精神和范围内，本发明的教示及揭示可作种种的替换及修饰。例如，上文揭示的许多装置或步骤可以不同的方法实施或以其它装置或步骤予以取代，或者采用上述二种方式的组合。

Claims (21)

1.一种发光装置，包含：

一发光单元，包含多个串联的LED灯串，该发光单元的输入端耦接于一弦波电源；

一驱动电路，包含多个输出端口，各耦接于所述LED灯串的输出端；以及

多个开关，各耦接该弦波电源至所述LED灯串之一的输入端。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述LED灯串各包含任意数量的串联发光二极管。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其中在该弦波电源的一振幅波期间，所述LED灯串的导通次数相同。

4.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述LED灯串根据所述开关的导通而依序截止。

5.根据权利要求1所述的发光装置，其中在该弦波电源的一振幅波的前半周期中，该驱动电路的输出端口依序使能。

6.根据权利要求1所述的发光装置，其中在该弦波电源的一振幅波的前半周期中，所述开关截止。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其中在该弦波电源的一振幅波的后半周期中，所述开关依序导通。

8.根据权利要求1所述的发光装置，其中在该弦波电源的一振幅波的后半周期中，该驱动电路使全部LED灯串同时点亮的最后输出端口使能，其它输出端口禁止。

9.根据权利要求1所述的发光装置，其中该LED灯串的数量为N，该开关的数量为N-1。

10.根据权利要求1所述的发光装置，其中该LED灯串的数量为N，所述LED灯串的导通次数均为N。

11.根据权利要求1所述的发光装置，其中该多个开关整合于该驱动电路内。

12.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述输出端口具有一使能时间，且该使能时间为可调整，从而控制对应的LED灯串的亮度。

13.一种发光装置的操作方法，该发光装置包含一发光单元，包含多个串联的LED灯串，该发光单元的输入端耦接于一弦波电源；一驱动电路，包含多个输出端口，各耦接于所述LED灯串的输出端；以及多个开关，各耦接该弦波电源至所述LED灯串之一的输入端，该操作方法包含下列步骤：

在该弦波电源的一振幅波的前半周期中，依序使能该驱动电路的输出端口以导通所述LED灯串；以及

在该弦波电源的一振幅波的后半周期中，依序导通所述开关。

14.根据权利要求13所述的发光装置的操作方法，其中所述LED灯串各包含任意数量的串联发光二极管。

15.根据权利要求13所述的发光装置的操作方法，其中在该弦波电源的一振幅波中，所述LED灯串的导通次数相同。

16.根据权利要求13所述的发光装置的操作方法，其中在该弦波电源的一振幅波的前半周期中，所述开关截止。

17.根据权利要求13所述的发光装置的操作方法，其中在该弦波电源的一振幅波的后半周期中，该驱动电路使全部LED灯串同时点亮的最后输出端口使能，其它输出端口禁止。

18.根据权利要求13所述的发光装置的操作方法，其中该LED灯串的数量为N，该开关的数量为N-1。

19.根据权利要求13所述的发光装置的操作方法，其中该多个开关整合于该驱动电路内。

20.根据权利要求13所述的发光装置的操作方法，其中该LED灯串的数量为N，所述LED灯串的导通次数大于N。

21.根据权利要求13所述的发光装置的操作方法，其中所述输出端口具有一使能时间，且该使能时间为可调整，从而控制对应的LED灯串的亮度。

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