CN203387732U - 采用非隔离式驱动电路的吸顶灯 - Google Patents
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Abstract
一种采用非隔离式驱动电路的吸顶灯，其驱动电路设有一转换模块及一控制模块，该转换模块将一输入电压转换形成一工作电压，供驱动所述发光二极管而形成一驱动电流，且该控制模块监测该工作电压及该驱动电流后调整该转换模块的运行周期而改变该工作电压的输出压值，以线性调整该驱动电流于定电流状态。该转换模块仅执行一次性的能源转换即可提供所述发光二极管驱动电能，以取代现行吸顶灯中利用隔离式电源转换器及降压器进行二阶段能源转换的驱动方式，达到电路成本而高工作效率的功效。
Description
技术领域
本实用新型属于照明设备的技术领域，特别是关于一种采用非隔离式驱动电路的吸顶灯，以通过非隔离式电源转换器搭配线性定电流输出控制器作为电路架构的方式改善整体灯具的工作效率，有助于能源的节省而符合环保诉求。
背景技术
为打造舒适明亮且不失时尚品味的阅读空间或工作空间，不少人于室内天花板上装设饶富设计感的吸顶灯。如图1所示，该吸顶灯1一般可由一灯盘10、一散热片11、一灯板12、一反射盖13及一灯罩14所构成，该灯盘10内供依序迭置该散热片11及该灯板12，且该灯板12设有如图2～4所示的一驱动电路（图未示）及其周缘设有多个发光二极管（Light Emitting Diode,LED）120，该驱动电路采用切换式电源转换器（Switching Power Converter）作为主电路架构，又该切换式电源转换器一般常见有返驰式（Fly-back）、顺向式（Forward）、推挽式（Push-pull）、半桥式（Half-bridge）及全桥式（Full-bridge）等电路型态。该灯板12中央处罩覆该反射盖13后封闭于该灯罩14内，以藉该反射盖13加强发散所述LED所发射的光源而提升该吸顶灯1的照明范围。其中，如图2所示的该驱动电路采用返驰式转换器121作为主电源架构，以利用脉波宽度调变（Pulse Width Modulation,PWM）的控制方式调节输出予所述LED120的一工作电流（Io）的电能大小，使允许该吸顶灯1工作于定电流及定功率的运行方式中而提供使用者稳定的照明品质。但，此种传统的返驰式转换器121具有输出的该工作电流具有较大涟波、负载调整精准度低、及PWM调光所产生的频闪与电磁干扰（ElectroMagnetic Interference,EMI）等缺点，故需于电路中加设EMI滤波器，以避免污染市电电源而影响其余电子产品的使用品质，如此，即造成该灯板12的制造成本昂贵。
另外，该驱动电路亦可如图3所示，采用具功率因数（Power Factor,PF）校正的一单级返驰式转换器122作为主电源架构后，于输出端搭配设置一降压器（Buck）123。该单级返驰式转换器122的变压器1220具有一一次侧线圈（NP）、一二次侧线圈（NS）及一辅助线圈（NA），该一次侧线圈电性连接一桥式整流器1221，且该一次侧线圈及该辅助线圈电性连接一功率因数控制芯片（PFControl IC,FPC IC）1222。该二次侧线圈通过一输出电感1230电性连接所述LED120，且该二次侧线圈及该输出电感1230电性连接一直流转直流控制芯片（DC/DC IC）1223，又该输出电感1230通过一光耦合器1224电性连接该FPC IC1222。该单级返驰式转换器122利用该变压器1220转换该桥式整流器1221整流输出的输入电压后，经该输出电感1230降压形成所述LED120所需的一工作电压。同时，该单级返驰式转换器122利用该光耦合器1224、该DC/DC IC1223及该FPC IC1222监测该工作电压的输出压值，以控制该一次侧线圈的运行周期而影响该二次侧线圈输出的压值大小，实现确保稳定输出该工作电压的效果。由于此种驱动电路的主电路架构是整合有功率因数校正功能及DC/DC控制功能而无需额外设置其余控制元件，使具有较低成本的特点，但输入电压通过该变压器1220进行第一阶次之能量转换后，尚需经该输出电感1230进行第二阶次之转换动作方能输出需求的该工作电压，故有能源转换效率较差及于输出较低压值的该工作电压时会有较高涟波现象的使用疑虑。
或者，该驱动电路采用如图4所示由具功率因数控制的一双级返驰式转换器124与一降压器125所构成，其自一变压器1240的一次侧线圈及二次侧线圈间区分成前后两级，且前级设有一输入电感1241及一FPC IC1242，该FPC IC1242供检测前级的输入电流及输出电压后导通或截止一第一开关1243，以调节该输入电感1241的导通周期而改变该一次侧线圈所产生的电流大小，进而影响该二次侧线圈输出的电流大小。并且，其后级设有一DC/DC IC1244，供检测该二次侧线圈输出电流大小而改变该第二开关1245的状态，以调节一输出电感1250的导通周期而消除输出的该工作电压的涟波振幅。如此，该驱动电路可提供无涟波而稳定度极佳的该工作电压，切实有利于提升该吸顶灯1的照明品质，但因输入电压亦需通过该输入电感1241升压后，经该变压器1240转换再由该输出电感1250降压输出，亦即，输入电压需经三阶次转换方能获得需求的该工作电压，故其虚功耗高而转换效率差，且其电路架构极复杂而成本高昂，着实不利于产业拓展应用。
因此，如何改良该驱动电路的电路架构，以提供所述LED120稳定性佳的工作电压的同时，提升驱动电路的电源转换效率，且降低电路复杂度及成本而提升经济效益，即为本实用新型所探究的课题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种采用非隔离式驱动电路的吸顶灯，以利用非隔离式电源转换电路型态的简单电路作为该驱动电路主架构而降低组件成本，提升整体灯具的经济效益并有助于产业发展。
该吸顶灯于一灯板上设有多个发光二极管及一驱动电路，该驱动电路供驱动并线性调整所述发光二极管的照明亮度而主要由一整流模块、一转换模块及一控制模块所构成，该转换模块通过该整流模块电性连接外部的一电源而接收一输入电压，该控制模块电性连接该转换模块及所述发光二极管，且其设有一控制芯片、一感测电阻、一比对电阻及一调节器，该感测电阻、该比对电阻及该调节器分别电性连接所述发光二极管，其特征在于：该转换模块主要由一能量转换元件、一转换开关及一检测电阻所构成，该能量转换元件电性连接该整流模块并通过该转换开关电性连接所述发光二极管及通过该检测电阻电性连接该控制模块，且该能量转换元件于该转换开关截止时接收该输入电压而调整形成一工作电压，使所述发光二极管承接该工作电压而形成一驱动电流；该控制芯片分别检验该工作电压于该检测电阻两端所形成的压降，及该驱动电流于该比对电阻两端所形成的压降，使于该检测电阻两端压降小于一设定值时输出一设定信号，及于该比对电阻两端压降大于一比对值时输出一初始化信号予该转换开关，以截止或导通该转换开关而调整该工作电压的总输出电能。
其中，该控制芯片检验该工作电压于该感测电阻两端所形成的压降，且于该感测电阻两端压降大于一基准值时输出一调节信号予该调节器，以调节该工作电压的输出频率而维持该驱动电流于恒定状态。该控制模块设有一亮度控制器，供以接收外部的一调光信号而调节该调节器的工作状态，以改变该工作电压的输出压值而影响该驱动电流的大小，实现线性调光的效果。并且，该能量转换元件为单端初级电感转换器（Single Ended Primary Inductance Converter,SEPIC）或升压式电感转换器（Boost）。
由于该驱动电路将升压的该工作电压直接输出予所述发光二极管而未经降压处理，故为避免使用者拆解该吸顶灯时不慎碰触带高压的该灯板而导致触电意外，该吸顶灯系通过加设一绝缘保护盖的机构设计方式改善此问题。亦即，该吸顶灯设有一灯罩、一散热片、该灯板、该绝缘保护盖及一底盘，该底盘内部供依序迭置的该散热片及该灯板，且该灯板罩覆于该绝缘保护盖下后封闭于该灯罩内。
综上所述，本实用新型通过逆向思维的方式将已知的非隔离式电源转换电路应用于该吸顶灯中，使电源通过一次性的转换后即直接提供予所述发光二极管，以避免如图3、4的驱动电路使输入电压于二次或二次以上的转换过程中产生损耗而降低电源转换效率，如下表一所示。经实际量测后，图3及图4的驱动电路两者的整体灯具工作效率皆为79.12%，而本实用新型的整体灯具工作效率达86%，证明本实用新型采用直接转换该输入电压后不经降压处理即输出的电路架构切实有效降低虚功率的耗损。另一方面，该双级返驰式转换器124的电路架构复杂于该单级返驰式转换器122，使图4所示驱动电路的电路成本高于图3的驱动电路，又于所述降压器123、125皆需额外加设一控制卡时，本实用新型的电路架构即明显简单且成本大幅低于图3、4的驱动电路。如此，本实用新型虽利用现有电路架构作为该驱动电路，但基于上述最低成本及最高效率的特性，本实用新型切实可提升该吸顶灯的经济价值而利于产业发展。
表一
附图说明
图1为现有吸顶灯的组件分解图。
图2为现有吸顶灯的第一驱动电路的电路图。
图3为现有吸顶灯的第二驱动电路的电路图。
图4为现有吸顶灯的第三驱动电路的电路图。
图5为本实用新型较佳实施例的组件分解图。
图6为本实用新型较佳实施例的方块图。
图7为本实用新型较佳实施例的一电路图。
图8为本实用新型较佳实施例的二电路图。
附图标记说明：
现有技术：1-吸顶灯；10-灯盘；11-散热片；12-灯板；120-LED；121-返驰式转换器；122-单级返驰式转换器；1220、1240-变压器；1221-桥式整流器；1222、1242-FPC IC；1223、1244-DC/DC IC；1224-光耦合器；123、125-降压器；1230、1250-输出电感；124-双级返驰式转换器；1241-输入电感；1243-第一开关；1245-第二开关；13-反射盖；14-灯罩；
本实用新型：2-吸顶灯；20-灯罩；21-绝缘保护盖；22-灯板；220-LED；23-散热片；24-底盘；3-驱动电路；30-整流模块；31-转换模块；310-能量转换元件；3100-转换电感；3101-转换电容；311-转换开关；312-检测电阻；32-控制模块；320-控制芯片；321-感测电阻；322-比对电阻；323-调节器；324
-亮度控制器；330-滤波二极管；331-滤波电容。
具体实施方式
以下结合附图，就本实用新型上述的和另外的技术特征和优点做进一步地说明。
请参阅图5～7，分别为本实用新型较佳实施例的组件分解图、方块图及一电路图。如图所示，该吸顶灯2设有一灯罩20、一绝缘保护盖21、一灯板22、一散热片23及一底盘24，该底盘24内部供依序迭置的该散热片23及该灯板22，该灯板22上设有多个LED220及一驱动电路3，且该灯板22罩覆于该绝缘保护盖21下后封闭于该灯罩20内，又所述LED220呈两并接的LED组串设置。该驱动电路3供驱动并线性调整所述LED220的照明亮度，主要由一整流模块30、一转换模块31及一控制模块32所构成。该整流模块30为桥式全波整流器而耦接外部的一电源（图未示），供接收该电源的交流电压而整流形成一输入电压。该控制模块32设有一控制芯片320、一感测电阻321、一比对电阻322及一调节器323，该调节器323为N型金氧半场效电晶体（N Type-Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor,N-MOSFET），其汲极耦接所述LED220及该比对电阻322，而其源极耦接该感测电阻321。该控制芯片320具有VIN、NC、VDD、RT、COMP、GND、OVP、FB、CS1、CS2、OUT1及OUT2等六只引脚，并通过VIN引脚耦接该桥式全波整流器的输出端、通过CS2引脚耦接该调节器323的源极、通过OUT2引脚耦接该调节器323的闸极，及通过FB引脚耦接该比对电阻322。
该转换模块31设有一能量转换元件310、一转换开关311及一检测电阻312，且该能量转换元件310可为单端初级电感转换器或升压式电感转换器而设有一转换电感3100及一转换电容3101，该转换开关311为N-MOSFET。该转换电感3100一端耦接该转换电容3101及该桥式全波整流器的输出端，而其另一端耦接该转换开关311的汲极、电性连接所述LED220及通过该检测电阻312电性连接该控制芯片320的CS1引脚，又该转换开关311的闸极耦接该控制芯片320的OUT1引脚。该能量转换元件310于该转换开关311截止时，接收该输入电压而调整形成一工作电压后直接输出予所述LED220，且所述LED220承接该工作电压而形成一驱动电流。该控制芯片320检验该工作电压于该检测电阻312两端所形成的压降，使于该检测电阻312两端压降小于一设定值时输出一设定信号予该转换开关311，以截止该转换开关311而允许该转换电感3100进行能量的转换并输出该工作电压。同时，该控制芯片320检验该驱动电流于该比对电阻322两端所形成的压降，使于该比对电阻322两端压降大于一比对值时输出一初始化信号予该转换开关311而导通该转换开关311，使该转换电感3100略停止输出该工作电压而调整所述LED220所承接的总电能。并且，该控制芯片320亦检验该工作电压于该感测电阻321两端所形成的压降，且于该感测电阻321两端压降大于一基准值时输出一调节信号予该调节器323，以调节该工作电压的输出频率而维持该驱动电流于恒定状态，实现定电流及定功率的驱动模式。
再者，该控制模块32可如图8所示设有一亮度控制器324，其耦接于该控制芯片320的OUT2引脚、该比对电阻322及该调节器323的闸极间，供以接收外部的一调光信号后，调节该控制芯片320由OUT2引脚输出的原信号，以依该调光信号调节该调节器323的工作状态而改变该工作电压的输出压值，如此，即可影响该驱动电流的大小而实现线性调光的效果。顺带一提的是，该驱动电路3可于该转换模块31及所述发光二极管220间加设一滤波二极管330及一滤波电容331，该滤波二极管330的阳极耦接该转换电感3100而阴极耦接所述发光二极管220及该滤波电容331，且该滤波电容331串接该检测电阻312。如此，该驱动电路3即利用该滤波二极管330滤波该工作电压后藉该滤波电容331的充放电效应而提升该工作电压的波形平顺性及稳定性。
于此实施例中，当该输入电压为220Vrms时，实际量测该工作电压为108V，各LED组串的该驱动电流为275mA，此时，该驱动电流具18%THD，且该驱动电路3的电源转换效率86%及PF0.966。由于输出的该工作电压经该转换模块31转换调整后，未经第二阶次的电源转换，故无功率损耗的问题而使该吸顶灯2整体工作效率的量测结果亦等同于86%。
以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种采用非隔离式驱动电路的吸顶灯，该吸顶灯于一灯板上设有多个发光二极管及一驱动电路，该驱动电路供驱动并线性调整所述发光二极管的照明亮度而包括一整流模块、一转换模块及一控制模块，该转换模块通过该整流模块电性连接外部的一电源而接收一输入电压，该控制模块电性连接该转换模块及所述发光二极管，且其设有一控制芯片、一感测电阻、一比对电阻及一调节器，该感测电阻、该比对电阻及该调节器分别电性连接所述发光二极管，其特征在于：
该转换模块包括一能量转换元件、一转换开关及一检测电阻，该能量转换元件电性连接该整流模块并通过该转换开关电性连接所述发光二极管及通过该检测电阻电性连接该控制模块，且该能量转换元件于该转换开关截止时接收该输入电压而调整形成一工作电压，使所述发光二极管承接该工作电压而形成一驱动电流；该控制芯片分别检验该工作电压于该检测电阻两端所形成的压降，及该驱动电流于该比对电阻两端所形成的压降，使于该检测电阻两端压降小于一设定值时输出一设定信号，及于该比对电阻两端压降大于一比对值时输出一初始化信号予该转换开关，以截止或导通该转换开关而调整该工作电压的总输出电能。
2.如权利要求1所述的采用非隔离式驱动电路的吸顶灯，其特征在于，该控制芯片检验该工作电压于该感测电阻两端所形成的压降，且于该感测电阻两端压降大于一基准值时输出一调节信号予该调节器，以调节该工作电压的输出频率而维持该驱动电流于恒定状态。
3.如权利要求2所述的采用非隔离式驱动电路的吸顶灯，其特征在于，该控制模块设有一亮度控制器，供以接收外部的一调光信号而调节该调节器的工作状态，以改变该工作电压的输出压值而影响该驱动电流的大小，实现线性调光的效果。
4.如权利要求3所述的采用非隔离式驱动电路的吸顶灯，其特征在于，该能量转换元件为单端初级电感转换器或升压式电感转换器。
5.如权利要求4所述的采用非隔离式驱动电路的吸顶灯，其特征在于，该吸顶灯设有一灯罩、一绝缘保护盖、一散热片及一底盘，该底盘内部供依序迭置的该散热片及该灯板，且该灯板罩覆于该绝缘保护盖下后封闭于该灯罩内。
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