CN103781236B - 发光装置电路及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种发光装置电路，包含一降压电路，并且降压电路有一交流电流通过；一整流器，并且整流器电性连接到降压电路以整流交流电流；一发光装置电性连接到整流器，并具有一具有一峰值的额定电流值与一理想操作电流值；以及一具有一电流限制值的电流限制装置电性连接到发光装置；其中，电流限制值大于峰值但小于额定电流值。

Description

发光装置电路及其操作方法
技术领域
本发明揭露一种发光装置电路，特别是关于一种具有电流限制功能的发光装置以及其操作方法。
背景技术
应用于固态照明元件的发光二极管(Light-emitting diode；LED)因为具有寿命长、体积小以及反应速度快等优点，已经被广泛地应用于各种目的上。近来，许多人致力于增加发光二极管的亮度以将发光二极管应用于照明领域上，希望能进一步达到节能减碳的效果。为了要推广发光二极管应用到日常照明的领域，需要有各种使用于不同应用目的的控制装置，例如亮度控制器、光感应装置、交通号志控制器、车用照明以及电源控制电路等控制设备。
图1所示为一个已知不具有电流限制功能的发光二极管电路，这个电路包含了一个连接到交流电源的全波桥式整流器6用来将第一信号40整流为第二信号42，使得第二信号42的波形为一个具有方均根(root-mean-square；RMS)值的正半波，其中第一信号40与第二信号42可以是电流信号。而如图2所示，为了保护发光二极管8而增加了一个电流限制IC10，电流限制IC10是位于全波桥式整流器6与发光二极管8之间，因此第一信号50与第二信号52都被电流限制IC10所限制，其中第一信号50与第二信号52可以是电流信号。
为了在安全范围内操作发光二极管8，电流限制IC10限制第二信号52不大于一个特定数值。一般已知的设计中，这个特定数值会被设定为接近发光二极管8的理想操作电流值，并且这个理想操作电流值将低于发光二极管8的额定电流值。所谓的额定电流值所指的是发光二极管8的所容许的最大操作电流值，而理想操作电流则设计为当发光二极管操作在这个电流下会具有良好的光电转换效率。例如，当发光二极管8的理想操作电流为20mA的时候并且额定电流为60mA时，电流限制IC10用于限制电流的特定数值便通常被设定为20mA。
参考图3与图4，由于电流限制IC10的设置，第一信号40被转换为第一信号50；第二信号42也被转换为为第二信号52，而其中第二信号42超过特定数值的部分便被电流限制IC10所消除。在图4中，特定数值被标示为虚线，而第一信号50与第二信号52超出特定数值的部分将成为无用的能源，这些无用的能源转变成热经由电流限制IC10逸散。
虽然电流限制IC10保护发光二极管8操作在安全的操作范围内，但图2中的电流限制IC10会将第一信号50大于特定数值的部分转变成无用的热能。此外，第一信号50的峰值通常都设定为较发光二极管8的理想操作电流值大，第一信号50的方均根值才能匹配发光二极管8的理想操作电流值。但这样的设计原则造成当交流电源提供电力给此发光二极管电路时，电流限制IC10持续将输入电源大于特定数值的部分转换为用不到的热。
虽然电流限制IC可以避免发光二极管装置的毁损，但是这样的发光二极管电路保护方法所造成的能源损失与选择发光二极管作为光源的主要理由，亦即节省能源的目的相抵触。
发明内容
本发明揭露一种具有电流限制装置的发光装置电路，并且这个发光装置能同时具有保护发光二极管装置以及节省能源的好处。
本发明揭露一种发光装置电路，包含一降压电路，并且降压电路有一交流电流通过；一整流器，并且整流器电性连接到降压电路以整流交流电流；一发光装置电性连接到整流器，并具有一具有一峰值的额定电流值与一理想操作电流值；以及一具有一电流限制值的电流限制装置电性连接到发光装置；其中，电流限制值大于峰值但小于额定电流值。
本发明揭露一种操作发光装置电路的方法，包含：藉由一个降压电路提供一第一信号，并且第一信号具有一第一峰值；整流第一信号以提供一第二信号，并且第二信号具有一第二峰值；设置一发光装置，其中发光装置具有一理想操作电流值与一额定电流值，并且理想操作电流值具有一第三峰值；以第二信号操作发光装置；提供一电流限制装置，其中电流限制装置具有一电流限制值，并且电流限制值大于第三峰值；以及仅在第一峰值或第二峰值的任一大于电流限制值时，将第二峰值与第一峰值转化为不大于电流限制值；其中，第一峰值与电流限制值皆不大于额定电流值。
附图说明
图1显示一发光二极管电路；
图2显示一具有电流限制IC的发光二极管电路；
图3显示图1中各信号的波形；
图4显示图2中各信号的波形；
图5为根据本发明实施的一实施例；
图6显示图5中信号的波形；
图7显示图5中当交流电源发生突波时各信号的波形；
图8显示电流限制IC10与电流限制装置110的电流-电压关系图；
图9显示电流限制IC10与电流限制装置110的波形图的差异。
[标号说明]
6：全波桥式整流器； 8:发光二极管；
10:电流限制IC 40：第一信号；
42：第二信号； 50：第一信号；
52：第二信号； 60：第一信号；
62：第二信号； 70：第一信号；
72：第二信号； 102:电容；
104:电阻； 106:整流器；
108:发光二极管元件； 110:电流限制装置；
I1、I2：电流限制值；
具体实施方式
图5所示为一个发光装置电路，并包含了具有电容102与电阻104的降压电路120、整流器106、发光二极管装置108与电流限制装置110。连接到发光装置的交流电源(A.C.source)被降压电路120转换为第一信号60，而第一信号60可以是一个电流信号。具体而言，第一信号60可以由降压电路120中与电容102彼此电性连接且并联的电阻104加以调整。
发光二极管装置108还被设计为具有一个理想操作电流，以及一个以额定电流值为限的操作界限；其中额定电流代表着发光二极管装置108在不受到损坏的前提下所能被操作的最大电流值，而理想操作电流代表的是操作发光二极管装置108为了达到某些特性下所需的操作电流值，这些特性例如是每瓦的发光亮度(luminance per watt)、亮度、寿命以及发热程度。降压电路120可以将交流电源转换为第一信号60，其中第一信号60的电压峰值的绝对值并不大于发光二极管装置108的额定电流值。
第一信号60在电路中被连接到降压电路120的整流器106整流为第二信号62，而第二信号62可以是一个同时受到降压电路120内的电容102与发光二极管装置108所影响的电流信号。在一个实施例中，整流器106可以是一个半桥式整流器，而在别的实施例中，整流器106可以是一个全桥式整流器。
第二信号62被输入到与整流器106电性连接的发光二极管装置108，而第二信号62的方均根(RMS)值便是发光二极管装置108的平均操作电流值。在一个实施例中，第二信号62的方均根值被设计为发光二极管装置108的理想操作电流值。在一实施例中，发光二极管装置108包含了高压发光二极管(High voltage light emitting diode)。
由于交流电源可以被降压电路120调整为第一信号60，因此可以将第一信号60的峰值设计为低于发光二极管装置108的额定电流值。除此之外，电性连接到发光二极管装置108的电流限制装置110被用于在交流电源发生突波时保护发光二极管装置108。在正常操作的情况下，降压电路120会限制第一信号60的峰值低于发光二极管装置108的额定电流，但电流限制装置110不会限制第一信号60。只有当交流信号发生突波，第一信号60与第二信号62的峰值被预期大于额定电流值的情况下，电流限制装置110才被启动以限制第一信号60与第二信号62的峰值低于储存在电流限制装置110内的一个固定的电流限制值。换句话说，电流限制装置110仅限制电流值低于电流限制值以避免交流电源的突波或者其它的机制造成第一信号60与第二信号62被放大到大于发光二极管装置108的额定电流值。
电流限制值被设计为大于发光二极管装置108的理想操作电流值，但不大于发光二极管装置108的额定电流值。在一实施例中，这个电流限制值被设计为大于额定电流值的一半。在另一实施例中，这个电流限制值是可调整而非固定的值。在一实施例中，电流限制装置110包含了数字电路或模拟电路来限制第一信号60与第二信号62。换句话说，这个电流限制值可以用数字或者模拟的方式调整。
图6为图5中所描述的实施例的信号波形图，其中第一信号60被全桥式整流器106转换为第二信号62。在一般的情况下，第一信号60与第二信号62的峰值仅被降压电路120所限制。这些波形图中波形的峰值都低于图6所示的电流限制值I2，并且也低于发光二极管装置108的额定电流(未示于图中)。当交流电源发生突波时，第一信号60与第二信号62的峰值将被放大，如图7中的第一信号70与第二信号72，其中第一信号70与第二信号72可以是电流信号。当交流电源发生突波时，电流限制装置110便将第一信号70与第二信号72限制到低于电流限制值I2的状态。因此第一信号70与第二信号72超出电流限制值I2的部分将如同图7所示被消除，亦即波形图中超出电流限制值I2的部分如图7虚线部分被电流限制装置110所消除。
在使用同样的发光二极管装置的情况下，图2中的电流限制IC10于通入交流电源时会将第二信号52的峰值限制到等于或者低于发光二极管装置的理想操作电流，但图5中的电流限制装置110并不将第二信号62的峰值限制到等于或低于发光二极管装置的额定电流，除非交流电源发生了突波的情况。参考图8中的电流电压曲线(I-V curve)，所显示的是当电流限制IC10与电流限制装置110应用于发光装置电路时的情况。图8中的初始区(initial region)表示发光装置电路中的信号低于电流限制IC10的电流限制值I1或者低于电流限制装置110的电流限制值I2。图8中的崩溃区(breakdown region)表示发光装置电路的操作条件超出电流限制IC10与电流限制装置110的操作范围。
图8中的电流限制区(current limiting region)表示电流限制IC10与电流限制装置110启动并限制发光装置电路中的信号。当同样的交流电源与同样的发光二极管装置应用在图2与图5中的电路时，一旦交流电源提供到发光装置电路，图2中的电流限制IC10便开始限制第一信号50与第二信号52。同时，图5中包含电流限制装置110的电路并不启动以限制信号，直到交流电源发生突波或者其它的机制造成发光装置电路中的信号被放大到大于发光二极管元件的额定电流值。换句话说，由于电流限制值I1被设计为等于或者低于发光二极管装置8的理想操作电流，使得交流电源应用到图2中的电路时，电流限制IC10在电路中的作用如同一个定电流源。而电流限制装置110仅在交流电源发生突波的情况时在电路中才会被当作是定电流源，而在一般操作状态下电流限制装置110则被当成是电阻，并且不会出现将交流电源的信号限制到低于电流限制值I2并将能量转换成热的情况。
参考图9，当选用电流限制IC10的时候，第一信号或者第二信号超出限制电流值I1的部分会被消除掉，但同样的信号在选用电流限制装置110的时候则不会有所变化，这是因为限制电流值I2被设定为大于这些信号波形的峰值。因为限制电流值I2比较大(相对于限制电流值I1)，因此这些信号的波形中因为大于限制电流值I2而被转换成为热的部分也相对的较少(相对于使用电流限制IC10的情况)。
本发明所揭露的操作发光装置电路的方法包括了提供交流电源，将第一信号整流，启动发光装置，以及限制第一信号。而发光装置被设计为操作在一个理想操作电流，并且这个理想操作电流不大于额定电流，以避免伤害发光装置。
操作发光装置电路的方法还包括了提供一个交流电源，接着使用降压电路将交流电源的输入信号限制为一个具有交流电流信号峰值的第一信号，而第一信号的峰值的绝对值则被限制在不大于发光二极管装置的额定电流。在一实施例中，降压电路包含了在电路上以并联方式连接的电阻与电容。
第一信号接着被整流器整流为第二信号，其中所使用的整流器可以是一个半波桥式整流器或者是一个全波桥式整流器。
第二信号接着被提供给具有理想操作电流以及额定电流的发光装置。在一实施例中，第二信号的方均根(RMS)值正好等于理想操作电流值，而且第二信号的峰值大于理想操作电流值。由于交流电源所提供的第一信号受降压电路的改变，使得第一信号具有的交流电流峰值低于发光二极管装置的额定电流，此时所使用的电流限制IC并不启动以限制交流电源所提供的信号的大小，除非交流电源发生突波或者其它的机制造成电流信号大于发光二极管元件的额定电流值，并且电流限制IC中的电流限制值被设定为不大于额定电流值。在其它实施例中，电流限制值被设定为大于额定电流值的一半。
与已知的电路选用一个电流限制IC来保护发光二极管装置不同，本发明所使用的是两阶段的保护方法，包括了在不浪费能量的前提下使用一个降压电路将输入信号限制为低于发光二极管装置的额定电流值，接着使用一个电流限制IC在仅交流电源发生突波的时候才限制输入信号，因此相较于已知的电路可以减少所浪费的能量。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的权利要求范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种发光装置电路，包含：
一降压电路，接收一交流电信号，该交流电信号的正半周包含有一上部、一下部、及一低于该上部与该下部的平坦部，并在移除该上部并保留该下部以及该平坦部后提供一交流电流；
一整流器，该整流器电性连接该降压电路以整流该交流电流；
一发光装置，电性连接到该整流器并具有一额定电流值与一理想操作电流值，该理想操作电流值具有一峰值；以及
一电流限制装置，电性连接该发光装置并具有一电流限制值；
其中，该电流限制值大于该峰值但小于该额定电流值。
2.根据权利要求1所述的发光装置电路，其中该降压电路包含一电容以及一电阻，并且该电容与该电阻以并联方式电性连接。
3.根据权利要求1所述的发光装置电路，其中该电流限制值大于该额定电流值的一半。
4.根据权利要求1所述的发光装置电路，其中该电流限制值为一固定值，并且该电流限制值被储存在该电流限制装置内。
5.根据权利要求1所述的发光装置电路，其中该电流限制值可被调整。
6.根据权利要求1所述的发光装置电路，其中该电流限制装置还包含了一模拟电路或一数字电路。
7.一种操作发光装置电路的方法，包含：
接收一交流电信号，其中该交流电信号的正半周包含有一上部、一下部、与一低于该上部与该下部的平坦部；
移除该上部并保留该下部以及该平坦部；
藉由一个降压电路提供一第一信号，并且该第一信号具有一第一峰值；
整流该第一信号以提供一第二信号，并且该第二信号具有一第二峰值；
提供一发光装置，其中该发光装置具有一理想操作电流值与一额定电流值，并且该理想操作电流值具有一第三峰值；
以该第二信号操作该发光装置；
提供一电流限制装置，其中该电流限制装置具有一电流限制值，并且该电流限制值大于该第三峰值；以及
仅在该第二峰值大于该电流限制值时，将该第二峰值转化为不大于该电流限制值；
其中，该第一峰值与该电流限制值皆不大于该额定电流值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中提供该第一信号的步骤还包含藉由该降压电路将一交流电流调整为该第一信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其中该电流限制值大于该额定电流值的一半。
10.一种操作发光装置电路的方法，包含：
提供一发光装置，其中该发光装置具有一理想操作电流值与一额定电流值，并且该理想操作电流值具有一第三峰值；
提供一降压电路；
接收一输入信号，该输入信号的正半周包含有一上部、一下部、与一低于该上部与该下部的平坦部；
移除该输入信号的一部分，并保留该平坦部，该部分具有一最大值低于该额定电流值；
藉由该降压电路提供一第一信号，并且该第一信号具有一第一峰值；
整流该第一信号以提供一第二信号，并且该第二信号具有一第二峰值；
以该第二信号操作该发光装置；
提供一电流限制装置，其中该电流限制装置具有一电流限制值大于该第三峰值；以及
仅在该第一峰值或该第二峰值大于该电流限制值时，转化该第二峰值与该第一峰值使其不大于该电流限制值；
其中，该第一峰值与该电流限制值皆不大于该额定电流值。
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