CN103313461A - 替换式电子式安定器灯管 - Google Patents

Abstract

一种替换式电子式安定器灯管应用于具有电子式安定器的灯座，该灯管包括电容、整流器、限流单元以及发光模组。其中，该电容与该电子式安定器并联连接，用于滤除在该电子式安定器所产生具有高频与高压的交流电压，且该整流器又与该电容连接，用以将交流电压整流为直流电压，另外该直流电压通过该限流单元用以转换产生对应的直流电流，而该直流电流又提供给该发光模组用以产生光源。故借由本发明消费者可在无须更改传统荧光灯具的灯座配线的情况下，直接地使用具有发光二极管的灯管。

Description

替换式电子式安定器灯管

技术领域

本发明涉及一种替换式电子安定器灯管，尤其涉及可提供设置传统电子式安定器的灯具使用的发光二极管灯管。

背景技术

历经数十年来的研究及发展，LED等发光元件的生产技术已有长远进步，具有体积小、无污染、有效节能、使用寿命长、发光效率高等优点，因而被广泛运用于各领域中，近年来更逐渐取代成为一般荧光灯管的光源。目前市面上现有的LED等发光元件灯管结构多半采用在透明管体内设置LED等发光元件模组的方式，且灯管的插接头亦采用现有荧光灯管的插接头设计。

由于现有建筑物所配设的荧光灯灯具是传统荧光灯灯具，其电路配置传统的电子式安定器，用以产生高频谐振频率以及提供足够高的启动电压。然而，当一般荧光灯灯具直接接上LED灯管时，谐振所造成的高启动电压会导致该LED等发光元件崩溃及烧毁的现象产生，因此无法直接将LED等发光元件灯管安装在配置传统电子式安定器的传统荧光灯灯具上，同时亦会因为该种起动方式以及开关频繁而会造成荧光灯管两端黑化以及荧光灯寿命与光效变差。若要使用在装有传统电子安定器的灯具上，必须先将灯具内的电子安定器移除，并加以重新配置线路后方能使用，这将造成消费者的不便以及推广节能、绿能的障碍。

故本发明的发明人有鉴于发光元件灯管与一般现有的电子式安定器不匹配的缺陷，于是发明一种替换式电子式安定器灯管。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种替换式电子式安定器灯管，直接地将发光二极管灯管安装在传统的荧光灯灯座上。

本发明的另一个目的是根据上述的灯管，设置大容量的电容，用以滤除来自于该荧光灯灯座所产生的高频与高压的交流电压。

为达到上述的目的或其它目的，本发明提供一种替换式电子式安定器灯管，应用于具有电子式安定器的灯座，包含电容、整流器、限流单元与发光模组。该电容与该电子式安定器并联连接，用于滤除在该电子式安定器所产生的具有高频与高压的交流电压；该整流器与该电容并联连接，该整流器接收该交流电压并整流成直流电压；该限流单元连接该整流器，该限流单元将该直流电压对应地转换成直流电流；以及，该发光模组连接该限流单元与该整流器，该发光模组用于在接收到该直流电流之后产生光源。

与现有技术相比较，本发明的替换式电子式安定器灯管可直接地安装在传统的荧光灯灯座上，并且配合位于该荧光灯灯座中的该电子式安定器，使得无须额外购置符合新型发光模组的灯管安规的灯具、拆除电子式安定器或者重新配置启动线路。

附图说明

图1为现有技术中串联共振电子式安定器电路的结构示意图。

图2为现有技术中另一串联共振电子式安定器电路的结构示意图。

图3为本发明实施例的替换式电子式安定器灯管的电路示意图。

主要部件附图标记：

10      交流电源

20        安定器整流单元

30        功率因数校正器

40        电子式安定器

  402     第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管

  404     第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管

  406     第一二极管

  408     第二二极管

  410     谐振电路电感

  412     谐振电路电容

  414     电容

  416     荧光灯

  420     发光模组

    4202  发光单元

  422     第一灯管节点

  424     第二灯管节点

50        共振换流器

60          安定器整流电路

70          控制电路单元

80          功率因数校正器

90          共振换流器

100         电子式安定器

   1002      第一电感

   1004      电阻

   1006      第三二极管

   1008      第一电容

110          电子式安定器

120          整流器

130          限流单元

   1302      输入端

   1304      输出端

 140         替换式电子式安定器灯管

V_dc      第一输入电压

V_gs1     第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管栅极信号

V_gs2     第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管栅极信号

C₁       第一电容

C₂       第二电容

SW1      第一开关

SW2      第二开关

SW3      第三开关

  I_i     输入电流

  V_s  第二输入电压

具体实施方式

本发明的一种替换式电子式安定器灯管，可应用于现有的具有电子式安定器的灯座，为充分了解本发明的目的、特征及有益效果，这里借由下述对于现有技术的说明以及本发明具体的实施例，并结合附图，对本发明作详细说明，说明如下：

请参照图1，为现有技术中串联共振电子式安定器电路的结构示意图。在图1中，该串联共振电子式安定器电路接收交流电源10所产生的交流电压(AC)，且该交流电压(AC)又传送至安定器整流单元20。该交流电压(AC)经由该安定器整流单元20整流之后形成直流电压(DC)，而该直流电压(DC)又供应至功率因数校正器30。其中，该功率因数校正器30是直流对直流的转换电路，可根据负载不同功率的需求，控制开关切换的时机，使储能电路进行能量储存与释放，以改变输入功率与电流波形。经由适当的操作程序，可精确地控制输出电流的波形及大小，达到功率因数校正及稳压的功能，目前的技术所发展出的功率因数校正电路，工作频率从数十至数百kHz(千赫兹)，可将谐波失真抑制到几乎不存在，功率因数也几近于一，并允许输入电源和负载在相当大的范围内变化。

再者，该功率因数校正器30输出的直流电压又馈入共振换流器50。

其中，该共振换流器50包括第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管402、第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管404、换流器第一电容C₁以及换流器第二电容C₂，该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管402与第一二极管406并联，该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管404与第二二极管408并联，该共振换流器50的第一电容C₁连接于该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管402的漏极与该共振换流器50的第二电容C₂之间。该共振换流器50的第二电容C₂连接于该共振换流器50的第一电容C₁与该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管404的源极之间。该共振换流器50的两个N型金属氧化物半导体场效应晶体管402、404作为开关之用。

此外，由于该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管栅极信号V_gs1与该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管栅极信号V_gs2交互驱动导通，故会产生方波电压，另外该共振换流器50的第一电容C₁与该换流器第二电容C₂具有滤波功能且其电容值极大，可将该方波电压视为定电压源。

该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管栅极信号V_gs1与该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管栅极信号V_gs2的工作周期(duty cycle)一般都设计为50％对称，该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管栅极信号V_gs1与该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管栅极信号V_gs2之间须有一小段很短的空载时间(dead time)，以避免上下两个开关同时导通，造成短路烧毁。当该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管402导通，第一输入电压V_dc跨于该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管404两端；反之，当该第二N型金属氧化物半导体场效应晶体管404导通，第一输入电压V_dc跨于该第一N型金属氧化物半导体场效应晶体管402两端。利用上下两开关的驱动讯号中的空载时间，来释放该共振换流器50的第一电容C₁与该共振换流器50的第二电容C₂的能量，当开关电压下降至零时再将开关导通，则达到零电压切换，以提升效率。

因此，该共振换流器50用以将该功率因数校正器30输出的第一输入电压V_dc经两个N型金属氧化物半导体场效应晶体管402、404主动开关切换元件转换成高频的方波电压及电流。

荧光灯416为负载，通过该共振换流器50主动开关的高频切换，输出高频电压并通过谐振电路电感410与谐振电路电容412以驱动该荧光灯416。其中，该谐振电路电感410与该谐振电路电容412可等效视为前述谐振电路。而此谐振电路主要有两个功能。在该荧光灯416启动时，提供该荧光灯416所需的启动电压，以及在该荧光灯416稳态工作时，提供适当的灯丝电流。

一般而言电子式安定器40常用的电容值大约为33～47nF，而电感值大约为0.2～0.3mH，根据LC串联共振电路的频率与感抗关系公式(如下所示)计算可得该串联共振频率f约为50kHz(千赫兹)，而一般电子式安定器40的工作频率范围大约为20kHz～70kHz(千赫兹)。

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

请参照图2，为现有技术中另一串联共振电子式安定器电路的结构示意图。在图2中，该交流电源10输出交流电压(AC)至安定器整流电路60。该交流电压(AC)经整流后的直流电压(DC)馈入功率因数校正器80。该功率因数校正器80是直流对直流转换电路，可根据负载不同功率的需求，控制开关切换的时机，使储能电路进行能量储存与释放，以改变输入功率与电流波形。

当控制电路单元70导通第三开关SW3时，第三二极管1006因逆向偏置而截止，负载能量由第一电容1008来提供，而输入电流I_i经第一电感1002、该第三开关SW3以及电阻1004回至该安定器整流电路60的输出端，对该第一电感1002形成充电回路，此时该第一电感1002开始储能，该第一电感1002电流线性上升。当该控制电路单元70截止该第三开关SW3时，该第一电感1002电流无法瞬间改变，因此该第三二极管1006正向偏压提供路径给该第一电感1002电流。此时该第一电感1002两端电压因反电势而极性变为负值，故该第一电感1002电流呈线性下降，与第二输入电压V_s一齐提供能量与负载给该第一电容1008，如此可精确地控制输出电流的波形及大小，达到功率因数校正及稳压的功能。

该功率因数校正器80输出的直流电压(DC)馈入电子式安定器100的共振换流器90，其包括第一开关SW1以及第二开关SW2，该第一开关SW1一端与该第一电容1008电连接，而另一端与该第二开关SW2电连接；该第二开关SW2一端与该第一开关SW1电连接，而另一端与该功率因数校正器80的输出端电连接(图未示)。其中，上述电路的动作原理与上述实施例中的该共振换流器50相同，其中仅有一处相异，即该共振换流器90借由该控制电路单元70来决定该第一开关SW1以及该第二开关SW2的开关与否，在此不多做赘述。

请参照图3，为本发明实施例的替换式电子式安定器灯管的电路示意图。在图3中，电子式安定器110的电路及作用原理可与图1或图2的其中一种所述相同，在此便不多做赘述。本实施例电路的不同之处在于：以本发明替换式电子式安定器灯管140置换该荧光灯416。

再者，该替换式电子式安定器灯管140还包括电容414、整流器120、限流单元130以及发光模组420。其中，该电容414连接于具有该电子式安定器110的灯座(图未示)的第一灯管节点422与第二灯管节点424之间，该电容414可为电解电容、金属氧化物半导体场效应晶体管电容以及陶瓷电容的其中一种，且该电容414的值可为大电容(例如该电容值可为1nF～4.7nF)，利用其操作于高频交流电时可视为短路的状态，以及操作于直流电时可视为开路的特性，用以滤除该电子式安定器110在起动之初，所产生的高电压与高频振荡，由此输出介于100V～600V(伏特)之间的直流电压，以驱动发光元件灯管正常工作。

该整流器120连接于第一灯管节点422与第二灯管节点424之间，如图3中所示的连接关系，整流器120可视为与该电容414并联。其中，该整流器120可将该电子式安定器40的弦波电压整流为直流电压。在实施例中，该整流器120可为由多个二极管所组成的全桥式整流器，且各二极管可为高频二极管，除可用来承受上述的该直流电压，更可用于隔离该交流电压与该直流电流。

该限流单元130的输入端1302与该整流器120相连接，该限流单元130的输出端1304与发光模组420相连接。此外，该限电流单元130根据该整流器120输出的直流电压对应产生直流电流。而该发光模组420的另一端连接该整流器120，并根据接收的直流电流对应产生光源。其中，该发光模组420是由至少一个发光单元4202所组成。其中，该发光单元4202是由有机发光二极管、发光二极管与电致发光二极管的一种所组成。在另一实施例中，其中该发光模组420可以串联、并联或串并联方式连接多个该发光单元4202。在此，该发光模组420以一个发光单元4202举例说明。

在这个实施例中，由于该电容414与该电子式安定器110中的该谐振电路电容412(如图1与图2所示)为并联连接，使得该电子式安定器110的等效电容值改变，并且借由该等效电容在高频的交流电压操作时可视为短路的特性，以及操作于直流电时可视为开路的特性，减缓电子式安定器110起动时，高电压与高频的瞬间振荡所造成的损坏，由此输出介于100V～600V(伏特)间的符合该发光模组420的额定操作电压，以驱动发光元件灯管正常工作，而不会导致该发光单元4202崩溃及烧毁的现象产生。

本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，所有与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖在本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所作限定为准。

Claims (5)

1.一种替换式电子式安定器灯管，其特征在于，应用于具有电子式安定器的灯座，其包含：

电容，与该电子式安定器并联连接，用于滤除在该电子式安定器所产生具有高频与高压的交流电压；

整流器，与该电容并联连接，用于将该电子式安定器所产生具有高频与高压的交流电压整流为直流电压；

限流单元，连接该电容，该限流单元将该直流电压对应地转换成直流电流；以及

发光模组，连接该限流单元与该整流器，该发光模组用于在接收到该直流电流之后产生光源。

2.如权利要求1所述的替换式电子式安定器灯管，其特征在于，其中该电容是电解电容、金属氧化物半导体场效应晶体管电容与陶瓷电容中的至少一种。

3.如权利要求1所述的替换式电子式安定器灯管，其特征在于，其中该整流器还包含具有多个高频二极管的桥式整流器，用于隔离该交流电压与该直流电流。

4.如权利要求1所述的替换式电子式安定器灯管，其特征在于，其中该发光模组是由至少一个发光单元所组成，且该发光单元是由有机发光二极管、发光二极管与电致发光二极管中的一种所组成。

5.如权利要求4所述的替换式电子式安定器灯管，其特征在于，其中该发光模组以串联、并联或串并联方式连接多个该发光单元。

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