CN103582241A - 发光装置 - Google Patents

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CN103582241A CN201310195186.6A CN201310195186A CN103582241A CN 103582241 A CN103582241 A CN 103582241A CN 201310195186 A CN201310195186 A CN 201310195186A CN 103582241 A CN103582241 A CN 103582241A
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杨武璋
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Abstract

一种发光装置，其与三相交流电源电连接，发光装置包括三组发光模块，分别接受三相交流电源其中一相电源，各发光模块具有发光单元及控制电路，且发光单元与控制电路电连接。各发光模块的控制电路依据所接收的三相交流电源的相电源的电压变化或相位角变化控制发光单元的光输出功率，且三组发光模块维持稳定的总光输出功率。

Description

发光装置
技术领域
本发明关于一种发光装置，特别是关于一种多相电源驱动发光二极管的发光装置。
背景技术
随着环保意识的抬头，传统灯泡的高耗电与短寿命已经难以符合节能爱地球的绿色诉求，但半导体技术的进步，发光二极管（Light EmittingDiode,LED）灯的出现，让消费者多了一种选择，其冷发光的特性造就低耗电与长寿命的优点，除此之外，体积小、色彩多样、反应速度快的特色更增添其商业上的价值。因此，LED灯的使用已经越来越普及化。
LED灯虽有着诸多优点，却仍存在着一些有待解决的问题，例如使用交流电源驱动LED灯时，通常需要通过一组交流转直流的电源转换器，以产生一定电流来驱动LED灯。一般来说，此类电源转换器会通过电解电容来稳定电压，但电解电容不耐高温且寿命较短，进而使LED灯的寿命受到电解电容的限制。若不使用电解电容来稳压，虽可以避免LED灯的寿命受到电解电容的限制，却又会因电压变动较大而造成LED灯产生闪烁。
因此，如何提供一种发光装置能够以交流电源驱动，具有不需要电解电容稳压，同时又兼具稳定的光功率输出、输出的光不会闪烁的优点，以达到省电、不闪烁、且又有长寿命的功效，已成为一个重要的课题。
发明内容
与长寿命的优点，除此之外，体积小、色彩多样、反应速度快的特色更增添其商业上的价值。因此，LED灯的使用已经越来越普及化。
LED灯虽有着诸多优点，却仍存在着一些有待解决的问题，例如使用交流电源驱动LED灯时，通常需要通过一组交流转直流的电源转换器，以产生一定电流来驱动LED灯。一般来说，此类电源转换器会通过电解电容来稳定电压，但电解电容不耐高温且寿命较短，进而使LED灯的寿命受到电解电容的限制。若不使用电解电容来稳压，虽可以避免LED灯的寿命受到电解电容的限制，却又会因电压变动较大而造成LED灯产生闪烁。
因此，如何提供一种发光装置能够以交流电源驱动，具有不需要电解电容稳压，同时又兼具稳定的光功率输出、输出的光不会闪烁的优点，以达到省电、不闪烁、且又有长寿命的功效，已成为一个重要的课题。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种发光装置能够以交流电源驱动，具有不需要电解电容稳压，同时又兼具稳定的光功率输出、输出的光不会闪烁的优点，以达到省电、不闪烁、且又有长寿命的功效。
为达上述目的，依据本发明的一种发光装置，其与三相交流电源电连接，发光装置包括三组发光模块，分别接受三相交流电源其中一相电源，各发光模块具有发光单元及控制电路，且发光单元与控制电路电连接。各发光模块的控制电路依据所接收的三相交流电源的相电源的电压变化或相位角变化控制发光单元的光输出功率，且三组发光模块维持实质稳定的总光输出功率。
在一实施例中，各发光模块的发光单元具有至少一个发光二极管。
在一实施例中，各发光模块的该控制电路包括电阻器。
在一实施例中，各发光模块的控制电路包括第一整流器与三相交流电源电连接。第二整流器与发光单元电连接。第一电流源与第一整流器电连接，并形成第一电流路径。以及第二电流源与第二整流器电连接，并形成第二电流路径。第一电流路径与第二电流路径并联连接。
在一实施例中，各发光模块的控制电路包括整流器与三相交流电源电连接，并接收三相交流电源的相电源，而输出直流电压。电流源与整流器及发光单元电连接。以及控制器与整流器及电流源电连接，并依据直流电压的电压变化或相位角变化控制发光单元的光输出功率。
在一实施例中，各发光模块的控制电路包括整流器与三相交流电源电连接，并接收三相交流电源的相电源，而输出直流电压。电流源与整流器及发光单元电连接。第一控制器与整流器及电流源电连接，并依据直流电压的电压变化或相位角变化控制电流源的输出电流。第二控制器与整流器电连接。以及切换单元与第二控制器及发光单元电连接。第二控制器依据直流电压的电压变化或相位角变化控制切换单元，以调整流经发光单元的电流值。
在一实施例中，各发光模块的发光单元的光输出功率波形分别具有功率上升区间及功率下降区间，且发光单元的其中之一的波形的功率上升区间与发光单元的其中之另一的波形的功率下降区间重叠。
在一实施例中，重叠的功率上升区间及功率下降区间的波形斜率为互补。
在一实施例中，各发光模块的发光单元的光输出功率波形分别具有功率稳定区间，功率稳定区间位于功率上升区间及功率下降区间之间。
在一实施例中，三组发光模块顺序交错发光。
在一实施例中，发光模块的总光输出功率的涟波均方根值小于总光输出功率均方根值的10％。
在一实施例中，各发光单元的光输出功率的波形相位差实质上为120度。
在一实施例中，各发光单元的光输出功率的波形实质相同且波形相位差实质上为120度。
在一实施例中，各发光模块的控制电路包括整流器与三相交流电源电连接，并接收三相交流电源的相电源，而输出直流电压至发光单元。多个检测器分别检测发光单元的各发光二极管的发光状态，并输出控制信号。多个切换单元，为串联连接并分别与相对应的发光二极管电连接。以及多个控制器分别与相对应的切换单元电连接，并依据该些检测器其中之一所输出的控制信号，调整发光单元的内导通的发光二极管的数量。
承上所述，依据本发明的一种发光装置，不需要电解电容稳压，而依据驱动电源的电压或相位角变化控制各发光模块的光输出功率，以提供稳定的光功率输出，同时兼具长寿命与不闪烁的优点，十分具有市场潜力。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的一种发光装置的电路方块图；
图2A为本发明较佳实施例的发光装置的发光模块局部放大的电路方块图；
图2B为以三相交流电源驱动依据图2A的发光装置的的光输出功率波形的示意图；
图3至图6为本发明较佳实施例的发光模块的多种变化态样的示意图；以及
图7A至图7C为以三相交流电源驱动本发明较佳实施例的发光装置的光输出功率波形的示意图。
主要组件符号说明
1：发光装置
11～13、11a～11f：发光模块
21、21a～21d：发光单元
22：独立发光组件
23、23a～23f：控制电路
231：整流器
233：电流源
234：第一控制器
235、55a、55b：控制器
236：第二控制器
237：控制处理单元
238、238a、53a、53b：切换单元
31：第一整流器
32：第一电流源
33：第二整流器
34：第二电流源
51a、51b：检测器
N：中性线
P：总光输出功率
P11、P12、P13：光输出功率
VA、VB、VC：相电源
Va、Vb、Vc：整流后的相电源
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的一种发光装置，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。
请参照图1所示，其为依据本发明较佳实施例的一种发光装置1的电路方块图。发光装置1与三相交流电源电连接，发光装置1包括三组发光模块11、12、13。
发光模块11连接三相交流电源的相电源VA及中性线N，发光模块12连接三相交流电源的相电源VB及中性线N，发光模块13连接三相交流电源的相电源VC及中性线N。各发光模块11、12、13具有发光单元21及控制电路23，且发光单元21与控制电路23电连接。在本实施例中，发光单元21可使用发光二极管作为发光的光源，在实际运用时，发光单元21中的发光二极管可依据设计的考虑或实际的需求，而有不同数量的选择及连接方式，本发明于此并不加以限定。各控制电路23分别依据所接收的三相交流电源的相电源VA、VB、VC的电压变化或相位角变化控制发光单元21的光输出功率。
接下来将对上述的发光装置1的发光模块11、12、13的细部电路结构进行进一步的说明。但由于发光模块11、12、13的电路结构相同，以下仅就发光模块11的不同电路实施态样进行说明，发光模块12、13便不加赘述。
请参照图2A所示，其为将本发明一实施例的发光装置的发光模块11a局部放大后的电路图。本实施例中，发光模块11a具有发光单元21a及控制电路23a。发光单元21a具有多组反向并联的发光二极管，且前述各组发光二极管相互串联连接。控制电路23a仅由电阻器所构成。接着，请参照图2B，其为以三相交流电源驱动使用如图2A的电路结构所组成的发光装置的光输出功率波形的示意图。如图2B所示，由上而下依序是三相交流电源的各相电源VA、VB、VC的电压波形、接收相电源VA的发光模块的光输出功率P11、接收相电源VB的发光模块的光输出功率P12、接收相电源VC的发光模块的光输出功率P13及发光装置的总光输出功率P。如图2B所示，发光模块分别依据相电源VA、VB、VC而顺序交错发光，因而，三个发光模块的光输出功率的波形，彼此的相位实质上是相差120度，因此可以使得发光装置的总光输出功率P维持实质稳定。
请参照图3所示，其为将本发明另一实施例的发光装置的发光模块11b局部放大后的电路图。本实施例中，发光模块11b具有发光单元21b及控制电路23b。发光单元21b具有多组反向并联的发光二极管。控制电路23b包括第一整流器31、第二整流器33、第一电流源32以及第二电流源34。
第一整流器31与三相交流电源电连接。第二整流器33与发光单元21b电连接。其中，前述的第一整流器31与第二整流器33可分别为一个二极管。此外，第一电流源32与第一整流器31电连接，并形成第一电流路径。第二电流源34与第二整流器33电连接，并形成第二电流路径。第一电流路径与第二电流路径并联连接。具体而言，第一电流路径与第二电流路径提供稳定双向电流给发光组件21b，以使得发光装置的总光输出功率可维持实质稳定的状态。
请参照图4A所示，其为将本发明另一实施例的发光装置的发光模块11c局部放大后的电路图。在本实施例中，发光模块11c具有发光单元21c及控制电路23c。发光单元21c具有两个串联连接的发光二极管。控制电路23c包括整流器231、电流源233以及控制器235。需特别注意的，于此是以两个串联连接的发光二极管构成发光单元21c，在实际运用时，可依据需求而有数量上的变化。
整流器231与三相交流电源电连接，并接收三相交流电源的相电源，而输出直流电压。电流源233与整流器231及发光单元21c电连接。控制器235与整流器231及电流源233电连接，并依据直流电压的电压变化或相位角变化调整电流源233的输出电流，以达到控制发光单元21c的光输出功率的目的。
接着，请参照图4B所示，以进一步说明发光模块11c。整流器231可为桥式整流器。电流源233具有多个电阻及晶体管，用以提供稳定电流。控制器235具有多个电阻、晶体管及齐纳二极管，借以根据经整流后的直流电压的变化控制电流源233提供的稳定电流的大小。值得一提的是，本实施例的整流器231可不需设置电解电容，而直接提供具有较大电压变化的直流电压至电流源233，并透过控制器235的调整，以使电流源233提供发光单元21c所需的电流。
请参照图5A所示，其为本发明另一实施例的一种发光装置的发光模块11d局部放大电路方块图。本实施例中，发光模块11d具有发光单元21c及控制电路23d。控制电路23d包括整流器231、电流源233、第一控制器234、第二控制器236及切换单元238。
整流器231与三相交流电源电连接，并接收三相交流电源的相电源，而输出直流电压。电流源233与整流器231及发光单元21c电连接。第一控制器234与整流器231及电流源233电连接，并依据直流电压的电压变化或相位角变化控制电流源233的输出电流。第二控制器236与整流器231电连接。切换单元238与第二控制器236及发光单元21c电连接。第二控制器236依据直流电压的电压变化或相位角变化控制切换单元238，以调整流经发光单元21c的电流值。
接着，请参照图5B，以进一步说明发光模块11d的细部电路。其中，由于发光模块11d的控制电路23d的整流器231、电流源233及第一控制器234的电路结构与发光模块11c的整流器231、电流源233及控制器235均相同，因而此处不再赘述。第二控制器236具有多个电阻、多个晶体管及多个齐纳二极管，切换单元238具有两个串联连接的晶体管开关。第二控制器236根据经整流后的直流电压的变化控制切换单元238中晶体管开关的导通与否，以将流经发光单元21c的电流部分旁路或完全旁路，即调整流经发光单元21c的电流值，进而达到控制发光单元21c的光输出功率的目的。
请参照图5C所示，其为本发明另一实施例的一种发光装置的发光模块11e的示意图。发光模块11e与发光模块11d的不同在于，发光模块11e的切换单元238a具有两个并联连接的晶体管开关，但其工作原理与发光模块11d并无差异，且其余的电路结构亦均与发光模块11d相同，故于此便不加赘述。
除此的外，在本实施例中，发光模块11e更包括独立发光组件22，耦接于发光单元21c及电流源233之间。当电流源233开始工作，独立发光组件22便会发光。换而言之，无论发光单元21c的发光状态如何，独立发光组件22皆会于电流源233开始工作便发光，使得发光模块11e可提供最低限度的光功率。
请参照图5D所示，本实施例中，发光模块11f具有发光单元21c及控制电路23e。发光模块11f与发光模块11d的不同是，发光模块11f将第一控制器及第二控制器整合成为控制处理单元237。设计上控制处理单元237可为数字逻辑电路，例如是微控制器，其与整流器231、电流源233及切换单元238电连接。控制处理单元237依据直流电压的电压变化或相位角变化控制电流源233的输出电流及切换单元238，以调整流经发光单元21c的电流值，以达到控制发光单元21c的光输出功率的目的。
接着，请参阅图6所示，其为本发明实施例的一种发光装置的发光模块11g局部放大电路方块图。本实施例中，发光模块11g包括发光单元21d及控制电路23f。发光单元21d具有三个串联连接的发光二极管。控制电路23f包括整流器231、两个检测器51a、51b、两个切换单元53a、53b及两个控制器55a、55b。
整流器231与三相交流电源电连接，并接收三相交流电源的相电源，而输出直流电压至发光单元21d。检测器51a、51b分别检测发光单元21d的各发光二极管的发光状态，并输出控制信号。切换单元53a、53b为串联连接并分别与相对应的发光二极管电连接。控制器55a、55b分别与切换单元53a、53b电连接，并分别依据检测器51a、51b所输出的控制信号，控制相对应的发光二极管的导通，以调整发光单元21d的内导通的发光二极管的数量。
具体来说，检测器51a、51b可分别为电阻器或光传感器，而切换单元53a、53b则可分别为晶体管开关。以上仅为举例而已，本发明并不限定其种类，实际上可根据使用状况进行不同的设计。
举例来说，检测器51a会检测发光单元21d其中一个发光二极管的发光状态，例如但不限于测量检测器51a的跨压，并输出控制信号给控制器55a，控制器55a会根据接收的控制信号控制切换单元53a完全旁路或部分旁路流经相对应的发光二极管的电流。检测器51b、控制器55b及切换单元53b的工作原理与以检测器51b、控制器55b及切换单元53b相同，于此便不加赘述。通过上述方式，将可控制发光单元21d内发光二极管导通的数量，以达到调整发光单元21d的光输出功率的目的。
请参照图7A至图7C，其为以三相交流电源驱动使用如图4A、图4B、图5A至图5D或图6其中之一的电路结构所组成的发光装置的光输出功率波形的示意图。
于图7A至图7C中，由上而下依序是代表经整流后三相交流电源的各相电源Va、Vb、Vc的电压波形、接收相电源Va的发光模块的光输出功率P11、接收相电源Vb的发光模块的光输出功率P12、接收相电源Vc的发光模块13的光输出功率P13及发光装置的总光输出功率P。
如图7A所示，本实施例中，各发光模块的光输出功率的波形呈现梯形，其具有功率上升区间、功率下降区间及功率稳定区间，且功率稳定区间是位于功率上升区间及功率下降区间之间。各发光模块在功率下降区会逐渐变暗，于功率上升区间会逐渐变亮，而于功率平稳区间会稳定发光。由于各发光模块的光输出功率的波形实质相同且彼此的相位实质上相差120度，且各发光单元的其中之一的波形的功率上升区间与其它发光单元的其中之另一的波形的功率下降区间重叠且斜率互补，因此，可使得总光输出功率维持实质稳定。
如图7B所示，本实施例中，各发光模块的光输出功率波形为凸字形，分别具有两个功率较低的功率稳定区间及一个功率较高的功率稳定区间，功率较高的功率稳定区间是位于两个功率较低的功率稳定区间之间。通过电路的设计，可将三组发光模块的光输出功率波形总和为一定值，以使得总光输出功率维持实质稳定。
如图7C所示，本实施例中，各发光模块的光输出功率波形为互补的方波，即各发光模块顺序交错发光。
以上所述的光输出功率波形均为举例而已，本发明并不限定各发光模块的光输出功率波形类型，只要能符合各发光模块的光输出功率波形总和为实质稳定值即本发明的精神所在。此外，上述所称的实质稳定的总光输出功率为发光模块的总光输出功率的涟波均方根（RMS）值小于总光输出功率均方根值的10%。
综合上述，依据本发明的一种发光装置，不需要电解电容稳压，而依据驱动电源的电压或相位角变化控制各发光模块的光输出功率，以提供稳定的光功率输出，同时兼具长寿命与不闪烁的优点，十分具有市场潜力。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括于权利要求中。

Claims (14)

1.一种发光装置，其与三相交流电源电连接，包括：
三组发光模块，分别接受所述三相交流电源其中的一相电源，各所述发光模块具有发光单元及控制电路，且所述发光单元与所述控制电路电连接，
其中各所述发光模块的所述控制电路依据所接收的所述三相交流电源的所述相电源的电压变化或相位角变化控制所述发光单元的光输出功率，且所述三组发光模块维持稳定的总光输出功率。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光模块的所述发光单元具有至少一个发光二极管。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光模块的所述控制电路包括电阻器。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光模块的所述控制电路包括：
第一整流器，与所述三相交流电源电连接；
第二整流器，与所述发光单元电连接；
第一电流源，与所述第一整流器电连接，并形成第一电流路径；以及
第二电流源，与所述第二整流器电连接，并形成第二电流路径，
其中所述第一电流路径与所述第二电流路径并联连接。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光模块的所述控制电路包括：
整流器，与所述三相交流电源电连接，并接收所述三相交流电源的所述相电源，而输出一直流电压；
电流源，与所述整流器及所述发光单元电连接；以及
控制器，与所述整流器及所述电流源电连接，并依据所述直流电压的电压变化或相位角变化控制所述发光单元的光输出功率。
6.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光模块的所述控制电路包括：
整流器，与所述三相交流电源电连接，并接收所述三相交流电源的所述相电源，而输出直流电压；
电流源，与所述整流器及所述发光单元电连接；
第一控制器，与所述整流器及所述电流源电连接，并依据所述直流电压的电压变化或相位角变化控制所述电流源的输出电流；
第二控制器，与所述整流器电连接；以及
切换单元，与所述第二控制器及所述发光单元电连接，
其中所述第二控制器依据所述直流电压的电压变化或相位角变化控制所述切换单元，以调整流经所述发光单元的电流值。
7.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光模块的所述发光单元的光输出功率波形分别具有功率上升区间及功率下降区间，且所述些发光单元的其中之一的波形的所述功率上升区间与所述些发光单元的其中的另一的波形的所述功率下降区间重叠。
8.如权利要求7所述的发光装置，其中重叠的所述功率上升区间及所述功率下降区间的波形斜率为互补。
9.如权利要求7所述的发光装置，其中各所述发光模块的所述发光单元的光输出功率波形分别具有功率稳定区间，所述功率稳定区间位于所述功率上升区间及所述功率下降区间之间。
10.如权利要求1所述的发光装置，其中所述三组发光模块顺序交错发光。
11.如权利要求1所述的发光装置，其中所述些发光模块的总光输出功率的涟波均方根值小于总光输出功率均方根值的10%。
12.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光单元的光输出功率的波形相位差为120度。
13.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光单元的光输出功率的波形相同且波形相位差为120度。
14.如权利要求1所述的发光装置，其中各所述发光模块的所述控制电路包括：
整流器，与所述三相交流电源电连接，并接收所述三相交流电源的所述相电源，而输出直流电压至所述发光单元；
多个检测器，分别检测所述发光单元的各所述发光二极管的发光状态，并输出控制信号；
多个切换单元，为串联连接并分别与相对应的所述发光二极管电连接；以及
多个控制器，分别与相对应的所述切换单元电连接，并依据所述些检测器其中之一所输出的所述控制信号，调整所述发光单元的内导通的发光二极管的数量。
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