CN103547008A - 一种介于直流发光元件与安定器的间的电源转换装置 - Google Patents

一种介于直流发光元件与安定器的间的电源转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种介于直流发光元件与安定器间的电源转换装置，包含：一第一荧光灯仿真模块，一第二荧光灯仿真模块，以及一整流模块；其中，该第一荧光灯仿真模块具有两个电流输入连接端，是分别电性连接于该安定器的第一组交流电输出端；该第二荧光灯仿真模块也具有两个电流输入连接端，是分别电性连接于该安定器的第二组交流电输出端；该整流模块的两输入端是电性连接于该安定器的第一组交流电输出端与第二交流电输出端中的任一输出端，并输出一整流后的直流电源，以提供该直流发光元件所需的电源。本发明的有益效果是在于提供一种介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置，适用于现有使用安定器的照明装置。

Description

一种介于直流发光元件与安定器的间的电源转换装置
技术领域
本发明是有关一种电源转换装置，尤指一种介于直流发光元件与安定器间的电源转换装置，适用于现有使用安定器的照明装置，以将电能转换成可直接用于直流发光元件的电源。
背景技术
因能源与全球气候变化的议题、绿能及其他替代性能源的开发推广，使得高效能的发光源的应用倍受重视。目前以发光二极管(LED)作为取代现有荧光灯管也成为重要的讨论选项及应用。由于提供荧光灯管电源的是具有高功率因素(power factor，简称功因)的电子式安定器或一般需起动器(starter)的传统硅钢片式安定器，但安定器所提供的电源无法直接使用于直流发光体，例如，发光二极管。因此必需有一个电源转换装置，能将从安定器所提供的电源经过适当转换，以提供如发光二极管等的直流发光源使用。
所谓的安定器(或称镇流器、Ballast)是一种电器设备，是用于克服气体放电型电光源的负阻特性，使之能够正常工作。气体放电型电光源由于其放电机制，使其在正常工作区往往具有负电阻特性：亦即随着电流的增加，电压反而减小；反之亦然。因此如果将气体放电灯直接接到电压源，将会因电流迅速增大到超过极限而烧毁，因此必须使用安定器串联在电路中对其电流进行限制。公知的传统安定器是一个由漆包线和由硅钢片组成的铁芯缠绕而成的电感，往往还需要与一个启动器配合使用。另一方面，日益发展成熟的电子安定器(Electronic Ballast)也逐渐取代传统电感式安定器。
电子式安定器是指采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。因其轻便小巧，甚至可与灯管等一起整合，越来越多的荧光灯使用电子安定器。电子安定器还具有其他功能，例如可以通过提高电流频率或者改变电流波形(例如变成方波)，以改善或消除荧光灯的闪烁现象。电子式安定器的功率因素高，其功率因素高于0.95。其他优点尚包括，耗能低，发热量小可减少电路负荷及耗电；噪音低，高质量电子安定器噪音可达35db以下；预热灯管后一次起点成功，可避免多次起点，延长灯管寿命；瞬间起动不致闪烁，免用启动器；发光更稳定，有利于提高视觉分辨率，提高功效，降低连续作业的视觉疲劳，有利于保护视力。在电源、电压偏差很大时，仍能保持光源恒定功率，稳定光照度，有利于节能。因此，电子式安定器已被广为应用，渐渐取代一般需起动器(starter)的硅钢片式安定器。
如前所述，为提升荧光灯照明电能使用效率，已经把具有高功率因数的电子式安定器取代一般需起动器(starter)的硅钢片式安定器(功因约为0.65)，目前得知发光二极管发光效能佳及寿命长的优势，已成为节能的发光源。故利用原有高功率因数的电子式安定器再搭配发光效能佳及寿命长的发光二极管是一个极具优势的照明方案。
然而，由于安定器所输出的是交流(AC)电流，在加上安定器是用于克服气体放电型电光源的负阻特性，因此，安定器无法直接连接于直流式(DC)的发光二极管。换言之，必需要采用一装置将安定器输出的交流型式的电能正确有效地供给需直流电源的发光二极管使用。
目前多以除去安定器，加入一个将交流(AC)市电转换为直流电源的电源转换模块(AC to DC power module)，此方法在使用寿命、效率及成本皆受限于所使用元件特性，包含开关元件(如：MOSFET)、输出滤波电容(如：电解电容的电解液的寿命问题)、及变压器质量大小成本问题等。因此，如何开发一装置，以应用于现有使用安定器的照明装置，将电能转换成可直接用于直流发光源件的电流，以顺利地与市场上现有各种品牌型式的传统式或电子式安定器正常搭配使用，且能够适用于各种品牌型式的安定器所提供的电源能正常工作，而不致产生误动作，实为一重要课题。
发明内容
基于上述背景技术的缺失，本发明的主要目的在于提供一种介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置，适用于现有使用安定器的照明装置，以将电能转换成可直接用于直流发光元件的电能，以顺利地与市场上现有各种品牌型式的安定器正常搭配使用。
本发明的另一目的在于提供一种仿真模型，是仿真荧光灯在现有使用安定器的照明装置中的电气特性。
为达成上述目的，本发明提供一种介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置，包含：一第一荧光灯仿真模块，一第二荧光灯仿真模块，以及一整流模块。其中，该第一荧光灯仿真模块具有两个电流输入连接端，是分别电性连接于该安定器的第一组交流电输出端；该第二荧光灯仿真模块也具有两个电流输入连接端，是分别电性连接于该安定器的第二组交流电输出端；该整流模块的两输入端是电性连接于第一荧光灯仿真模块两端(即安定器的第一组交流电输出端)与第二荧光灯仿真模块两端(即第二组交流电输出端)中的其中各一输出端，并输出一整流后的直流电流，以提供该直流发光元件所需的电源。
为让本发明的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文将以实施例并配合所附图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各元件仅是示意，并未按照各元件的实际比例进行绘示。
附图说明
图1所示为本发明的一种介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置的使用架构示意图。
图2所示为本发明的介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置的实施例的架构示意图。
图3所示为第一荧光灯仿真模块与第二荧光灯仿真模块的一等效电路的实施例示意图。
图4所示为本发明的整流模块的一实施例示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明的一种介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置的使用架构示意图。如图1所示，本发明的一种介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置102是置放于一安定器101与一直流发光元件103之间；该安定器101是连接于一交流电源110，并且具有第一组交流电输出端1011与第二组交流电输出端1012，以输出交流电源供一光源使用。值得注意的是，由于是输出交流电源，每一组交流电输出端分别具有两输出端点(亦即两条连接线)，以提供与负载(load)电性连接，其中该负载在本实施例中为一光源。本发明的介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置102分别电性连接于该安定器101的第一组交流电输出端1011与第二组交流电输出端1012，并将其转换为一直流电源输出(如L+与L-所标示)，以驱动所属电性连接的直流发光元件103。在本实施例中，直流发光元件103是为由至少一个发光二极管(LED)所构成的发光体。
图2所示为本发明的介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置的实施例的架构示意图。如图2所示，本发明的介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置，包含：一第一荧光灯仿真模块201，一第二荧光灯仿真模块202，以及一整流模块203；其中，该第一荧光灯仿真模块201具有两个电流输入连接端，是分别电性连接于该安定器101的第一组交流电输出端1011；该第二荧光灯仿真模块202也具有两个电流输入连接端，是分别电性连接于该安定器101的第二组交流电输出端1012；该整流模块203的两输入端是电性连接于该安定器101的第一组交流电输出端1011与第二交流电输出端1012中的其中各一输出端，并输出一整流后的直流电流，以提供该直流发光元件103所需的电源。值得注意的是，虽然在图示中，该整流模块203的两输入端是分别电性连接于该安定器101的第一组交流电输出端1011与第二交流电输出端1012中的其中位于下方输出端，但并不限于此；该整流模块203可电性连接于该第一组交流电输出端1011与第二交流电输出端1012中的各任一输出端。
值得注意的是，由于安定器101是针对公知的气体放电型电光源(例如，荧光灯)的负阻特性而设计，其第一组交流电输出端与第二交流电输出端所输出的交流电源并非该直流发光元件103所需的电源。因此，第一荧光灯仿真模块201与第二荧光灯仿真模块202，是针对气体放电型电光源(例如，荧光灯)的负阻特性，以一等效电路的方式仿真该气体放电型电光源的电器特性，再借由整流模块203将该第一组交流电输出端与第二交流电输出端所输出的交流电源，转换成整流后的直流电源，以输出提供该直流发光元件103所需的电源。换言之，从该安定器101方面来看，本发明的介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置102与该直流发光元件103所构成的负载，具有公知的气体放电型电光源相同的电气特性，因此可以直接取代公知的气体放电型电光源，用于现有使用安定器的照明装置，以顺利地与市场上现有各种品牌型式的安定器正常搭配使用。
图3所示为第一荧光灯仿真模块与第二荧光灯仿真模块的一等效电路的实施例示意图。如图3所示，该第一荧光灯仿真模块与第二荧光灯仿真模块可分别由一电阻器301、一电感器302、或一电阻器301串连一电感器302而成，其特征在于具有低电阻值。图3所示为一电阻器301串联一电感器302而成电路，以仿真荧光灯的电气特性规格。该荧光灯仿真模块是仿真荧光灯管内灯丝电极片，因此，该第一荧光灯仿真模块与第二荧光灯仿真模块可具有相同的电气特性规格。
本发明的第一荧光灯仿真模块与第二荧光灯仿真模块的原理说明如下。本发明是利用电阻器301及电感器302所构成的电气模型(亦即，第一荧光灯仿真模块201与第二荧光灯仿真模块202)将安定器的输出电源引出，而原本荧光灯内部是利用此输出电源点亮灯管。以电子式安定器而言该电源为交流高频(一般约为40K Hz，或可达更高50K Hz以上)高电压(一般约为300V，或可达更高600V以上)，必需马上导入负载端。故当本发明实施例中的LED负载取代原本荧光灯内部负载时，利用前述的电气模型把安定器的输出端(四线)对应荧光灯输入两端(四线)，再利用两端各引出一线，则是把四线架构导为两线架构，把两线架构(此时此两线为交流高频高电压电源)导入桥式整流为直流电源型式(如L+、L-所标示)供给LED负载。其中，电阻及电感电气模型为低阻值，其阻值约为1奥姆以下。由于此电阻及电感电气模型的低阻值特性，本发明也可应用于其他型式架构的安定器，例如，只有三线输出的电子式安定器，使用只有三线输出的电子式安定器时，通常将该荧光灯管的两端皆以短路(short)联接。
图4所示为本发明的整流模块的一实施例示意图。如图4所示，本发明的整流模块可借由一全波桥式整流电路来实现，该全波桥式整流电路是由四个整流二极管桥接而成。该全波桥式整流电路的两输入端分别电性连接于该第一荧光灯仿真模块与第二荧光灯仿真模块的任一端。值得注意的是，此时，该第一荧光灯仿真模块与第二荧光灯仿真模块的任一端所输出的交流电源为一高频高压交流电源。由于该第一荧光灯仿真模块与第二荧光灯仿真模块的两端各自连接于安定器101的第一组交流电输出端与第二交流电输出端，因此，该全波桥式整流电路的两输入端亦等同于连接至安定器101的第一组交流电输出端与第二交流电输出端中各组的各一端，以将来自安定器101的交流电流转换为直流电流以提供直流发光元件103使用。
经由以上本发明的实施例与现有的公知技术比较，本发明有以下的优点：
1.可直接取代公知的荧光灯管，直接应用于现有安定器的照明装置，避免重新建置照明设备的费用；
2.结构简单，制造成本低，具市场竞争力。
因此，本发明的一种介于直流发光元件与安定器之间的电源转换装置，确能借所揭露的技艺，达到所预期的目的与功效，符合发明专利的新颖性，进步性与产业利用性的要件。
上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。

Claims (10)

1.一种电源转换装置，适用设置于一直流发光元件与一安定器间，该电源转换装置，其特征在于，包含：
一第一荧光灯仿真模块，具有两个电流输入连接端，是分别电性连接于该安定器的一第一组交流电输出端；
一第二荧光灯仿真模块，具有两个电流输入连接端，是分别电性连接于该安定器的一第二组交流电输出端；以及
一整流模块，具有两输入端，两输入端是电性连接于该第一荧光灯仿真模块两端与该第二荧光灯仿真模块两端的其中各一输出端，并输出一整流后的直流电流，以提供该直流发光元件所需的电源。
2.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述第一荧光灯仿真模块与该第二荧光灯仿真模块，为针对气体放电型电光源的负阻特性，以模拟该气体放电型电光源的电气特性的仿真等效电路所实现。
3.如权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，所述第一荧光灯仿真模块与该第二荧光灯仿真模块仿真灯丝电极片的仿真等效电路是由一电阻器、一电感器或一电阻器串联一电感器而成，具有低电阻特性。
4.如权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，所述第一荧光灯仿真模块与该第二荧光灯仿真模块的仿真等效电路是仿真一荧光灯管内灯丝电极片，且该第一荧光灯仿真模块与该第二荧光灯仿真模块具有相同的电气特性规格。
5.如权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，所述第一荧光灯仿真模块与该第二荧光灯仿真模块的仿真等效电路是仿真一荧光灯管内灯丝电极片，且该第一荧光灯仿真模块与该第二荧光灯仿真模块具有不同的电气特性规格。
6.如权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于，所述电源转换装置串接该直流发光元件所构成的负载，对该安定器呈现与一荧光灯管相同的电气特性。
7.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述直流发光元件为一LED光源。
8.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述电源转换装置是先将安定器的四线输出端引出为两线，再把该两线导入该整流模块以整流为直流电源。
9.如权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，所述在线是构成一交流高频高电压电源。
10.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述整流模块为一全波桥式整流电路，该全波桥式整流电路是由四个整流二极管桥接而成，该整流二极管具有低阻值的导通电阻及低导通电压的电气特性。
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