CN208079443U - 交流发光二极管照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的交流发光二极管照明系统主要设有第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组且两两并联连接于第一、第二、第三相位电压输入端，各组交流发光二极管模组并设有相互连接的第一、第二发光二极管模组，另设有整流电路以及多阶驱动模组，主要以一三相交流电源驱动各组交流发光二极管模组交替发光可降低整体频闪指数，并利用整流电路以及多阶驱动模组，让第一、第二发光二极管模组以不同交替的顺序被点亮，让交流发光二极管照明系统其输出光源的功率及亮度驱于一致，且无需储能元件即可有效降低整体照明系统的频闪指数，在提高寿命及信赖性下仍可维持低总谐波失真(Total harmonic distortion；THD)，以及高功率因子(Power Factor；PF)。

Description

交流发光二极管照明系统

技术领域

本实用新型有关一种无需储能元件即可有效降低整体照明系统的频闪指数，在提高寿命及信赖性下仍可维持低总谐波失真(Total harmonic distortion；THD)，以及高功率因子(Power Factor；PF)的交流发光二极管照明系统。

背景技术

发光二极管(Light-emitting diode，缩写：LED)是一种能发光的半导体电子元件，此种电子元件早在1962年出现，早期只能够发出低亮度的红光，其后发展出其他单色光的光源；时至今日，能够发出的光已经遍及可见光、红外线及紫外线，亮度亦提高到相当高的程度。用途由初时的指示灯及显示板等；随着白光发光二极管的出现，应用发光二极管在各种照明装置也已越来越普遍。例如，高明亮度的发光二极管已被广泛用于交通信号灯，车辆指示灯，以及刹车灯。近年来，使用高电压的发光二极管串的照明设备也被开发来取代传统的白热灯泡和荧光灯泡。而因不同构造、波长及功率规格，LED的操作电压VF约2～3.6V，工作电流IF约1mA～1500mA。由于LED的单向导电特性，故在用电上需提供直流电源才能使其正常发光。

目前已经有非常多种可以用交流电源直接驱动的线性发光二极管驱动电路被开发出来，其中最简单的线性驱动电路中，主要透过桥式整流器将输入的交流电压转换成脉动的直流电压(V)，然后再将发光二极管灯串与定电流电路串接之后，与桥式整流器的正负(+/-)两个输出端连接。这种接法除了发光二极管灯串的工作周期很低之外，还有另一个严重的问题：总发光量还很容易受交流电源电压的变化影响；为了提升发光二极管灯串的工作周期到100％，并且稳定发光二极管灯串的发光量不受交流电源电压变动影响，最简单的做法，只要在桥式整流器的的正负(+/-) 两个输出端并接一个大容量的电容器(通常是比较低成本的电解电容)即可。

虽然并接上这一个电容器之后，就可以获得上述的优点，但却也带来相当大的缺点。由于市电电源系统的内阻相当地低，所以市电电源在对电容器充电的一开始时，就会产生一个很大的电流突波。这个电流突波不仅仅会让整个驱动装置的功率因子(PowerFactor；PF)值大幅地下降，更会让整个驱动装置的总谐波失真(Total harmonicdistortion；THD)大幅地上升，这两个现象都会让整个驱动装置的使用受到许许多多的限制。除此之外，这个很大的电流突波对于电容器的寿命，也会有很大的影响。

故市面上开发出无电感/电容的交流驱动的发光二极管装置，且可应用于三相交流电源系统，如图1所示，其主要设有一三相全桥整流电路 11用以将三相交流电源12加以整流，并将整流后的电压提供给多个串接的交流发光二极管模组13，以期降低闪烁及减少电解电容器的故障率；然，该种习有发光二极管装置其频闪索引(Flicker Index)仍不理想，其实际量测频闪索引(Flicker Index)的数值为3～8之间(不同输出功率)，且其总谐波失真(THD)较高且功率因子(PF)较低。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题即在提供一种无需储能元件即可有效降低整体照明系统的频闪指数，在提高寿命及信赖性下仍可维持低总谐波失真(Total harmonicdistortion；THD)，以及高功率因子(Power Factor； PF)的交流发光二极管照明系统。

本实用新型所采用的技术手段如下所述。

提供一种交流发光二极管照明系统，其至少包含：第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组，分别具有第一、第二节点以及位于该第一、第二节点间相互连接的第一、第二发光二极管模组；至少三个整流电路，分别具有第一、第二整流输出端以及第一、第二、第三、第四单向元件，该第一、第二单向元件同向串联于该第一节点与该第一发光二极管模组之间，该第三、第四单向元件同向串联于该第二节点与该第二发光二极管模组之间，且该第一、第三单向元件的正极端分别与该第一、第二节点连接，该第一、第四单向元件的负极端连接至该第二整流输出端，该第二、第三单向元件的负极端连接至该第一整流输出端；第一、第二、第三多阶驱动模组，分别连接于各整流电路的第二单向元件的正极端及第四单向元件的正极端之间；一第一相位电压输入端，共接于该第一组交流发光二极管模组的第一节点、该第三组交流发光二极管模组的第二节点与该第一多阶驱动模组；一第二相位电压输入端，共接于该第一组交流发光二极管模组的第二节点、该第二组交流发光二极管模组的第一节点与该第二多阶驱动模组；一第三相位电压输入端，共接于该第二组交流发光二极管模组的第二节点、该第三组交流发光二极管模组的第一节点与该第三多阶驱动模组。

另提供一种交流发光二极管照明系统，其至少包含：第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组，分别具有第一、第二节点以及至少二个相互连接于该第一、第二节点间的发光二极管模组；至少三个整流电路，分别具有第一、第二整流输出端以及第一、第二、第三、第四单向元件，该第一、第二单向元件同向串联于该第一节点与该第一发光二极管模组之间，该第三、第四单向元件同向串联于该第二节点与该第二发光二极管模组之间，且该第一、第三单向元件的正极端分别与该第一、第二节点连接，该第一、第四单向元件的负极端连接至该第二整流输出端，该第二、第三单向元件的负极端连接至该第一整流输出端；第一、第二、第三多阶驱动模组，分别连接于各整流电路的第二单向元件的正极端及第四单向元件的正极端之间；一第一相位电压输入端，共接于该第一组交流发光二极管模组的第一节点与该第一多阶驱动模组；一第二相位电压输入端，共接于该第二组交流发光二极管模组的第一节点与该第二多阶驱动模组；一第三相位电压输入端，共接于该第三组交流发光二极管模组的第一节点与该第三多阶驱动模组；一电极端，共接于该第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组的该第二节点。

依据上述技术特征，所述电极端连接于一三相交流电源的中性线 (N)。

依据上述技术特征，所述第一相位电压输入端连接于一三相交流电源的第一三相交流电源线(R)，该第二相位电压输入端连接于该三相交流电源的第二三相交流电源线(S)，该第三相位电压输入端连接于该三相交流电源的第三三相交流电源线(T)。

依据上述技术特征，所述单向元件可为整流二极管或发光二极管。

依据上述技术特征，所述第一、第二、第三、第四多阶驱动模组分别具有至少第一、第二、第三、第四输入端，该第一输入端连接于该第一发光二极管模组与该第二单向元件的正极端之间；而该第二输入端连接于该第二发光二极管模组与该第四单向元件的正极端之间。

依据上述技术特征，所述第一多阶驱动模组的第三输入端连接于该第一相位电压输入端，该第一多阶驱动模组的第四输入端连接于该第二相位电压输入端。

依据上述技术特征，所述第二多阶驱动模组的第三输入端连接于该第二相位电压输入端，该第二多阶驱动模组的第四输入端连接于该第三相位电压输入端。

依据上述技术特征，所述第三多阶驱动模组的第三输入端连接于该第三相位电压输入端，该第三多阶驱动模组的第四输入端连接于该第一相位电压输入端。

依据上述技术特征，所述第一、第二、第三、第四多阶驱动模组可以为多阶驱动单元或限流单元。

本实用新型所产生的技术效果：有效降低整体照明系统的频闪指数，在提高寿命及信赖性下仍可维持低总谐波失真(Total harmonic distortion； THD)，以及高功率因子(Power Factor；PF)的交流发光二极管照明系统。

附图说明

图1所示为习有发光二极管装置的示意图。

图2所示为本实用新型交流发光二极管照明系统的第一实施例结构示意图。

图3所示为第一实施例里的交流发光二极管模组的一范例示意图。

图4所示为本实用新型交流发光二极管模组于一交流电源周期时间内的电压波形图。

图5所示以三相交流电源驱动依据图2的各组交流发光二极管模组的光输出功率波形的示意图。

图6所示为第一实施例里的交流发光二极管模组的另一范例示意图。

图7所示为本实用新型交流发光二极管模组于一交流电源周期时间内的另一电压波形图。

图8所示为本实用新型交流发光二极管照明系统的第二实施例结构示意图。

图号说明：

电极端G

总光输出功率P

光输出功率P1、P2、P3

第一三相交流电源线R

第二三相交流电源线S

第一输入端S1

第二输入端S2

第三输入端S3

第四输入端S4

第三三相交流电源线T

三相全桥整流电路11

三相交流电源12

交流发光二极管模组13

第一组交流发光二极管模组21

第二组交流发光二极管模组22

第三组交流发光二极管模组23

第一节点24

第二节点25

第一发光二极管模组26

第二发光二极管模组27

第三发光二极管模组28

第一整流输出端31

第二整流输出端32

第一单向元件33

第二单向元件34

第三单向元件35

第四单向元件36

第一多阶驱动模组41

第二、第三多阶驱动模组42

第三多阶驱动模组43

第一相位电压输入端51

第二相位电压输入端52

第三相位电压输入端53

输入电压610。

具体实施方式

本实用新型的交流发光二极管照明系统如图2的第一实施例所示，至少包含：第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组21、22、23、至少三个整流电路、第一、第二、第三多阶驱动模组41、42、43以及第一、第二、第三相位电压输入端51、52、53。

第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组21、22、23其结构配置大致相同，分别具有第一、第二节点24、25以及位于该第一、第二节点24、25间相互反向并联的第一、第二发光二极管模组26、27。虽然本说明书说明且图式绘示仅具有二个相互反向并联的发光二极管模组，但该交流发光二极管模组亦可具有所属技术领域中具有通常知识者已知的各种配置结构。而该些发光二极管模组可具有一个或一个以上相互同相串联的发光二极管。

至少三个整流电路分别配置于第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组21、22、23中，其主要用以接收一交流输入电源，主要用以将交流输入电源整流为直流电源；请同时参阅图3所示，各整流电路分别具有第一、第二整流输出端31、32以及第一、第二、第三、第四单向元件33、34、35、36，该第一、第二单向元件33、34同向串联于该第一节点24与该第一发光二极管模组26之间，该第三、第四单向元件35、 36同向串联于该第二节点25与该第二发光二极管模组27之间，且该第一、第三单向元件33、35的正极端分别与该第一、第二节点24、25连接，该第一、第四单向元件33、36的负极端连接至该第二整流输出端 32，该第二、第三单向元件34、35的负极端连接至该第一整流输出端 31。上述的单向元件可为整流二极管或发光二极管。

第一、第二、第三多阶驱动模组41、42、43分别配置于第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组21、22、23中，分别连接于各整流电路的第二单向元件34的正极端及第四单向元件36的正极端之间；其中，该第一、第二、第三多阶驱动模组41、42、43可以为多阶驱动单元或限流单元。该第一、第二、第三多阶驱动模组41、42、43可设定多个不同阶级的点亮电压，对应本图实施例设定有第一阶及第二阶点亮电压分别对应第一、第二发光二极管模组26、27。

该第一相位电压输入端51共接于该第一组交流发光二极管模组21 的第一节点24、该第三组交流发光二极管模组23的第二节点25与该第一、第三多阶驱动模组41、43。

该第二相位电压输入端52共接于该第一组交流发光二极管模组21 的第二节点25、该第二组交流发光二极管模组22的第一节点24与该第一、第二多阶驱动模组41、42。

该第三相位电压输入端53共接于该第二组交流发光二极管模组22 的第二节点25、该第三组交流发光二极管模组23的第一节点24与该第二、第三多阶驱动模组42、43。

在一优选具体实施方案中，该第一、第二、第三、第四多阶驱动模组41、42、43分别具有至少第一、第二、第三、第四输入端S1、S2、 S3、S4，该第一输入端S1连接于该第一发光二极管模组26与该第二单向元件34的正极端之间；而该第二输入端S2连接于该第二发光二极管模组27与该第四单向元件36的正极端之间，该第一多阶驱动模组41的第三输入端S3连接于该第一相位电压输入端51，该第一多阶驱动模组 41的第四输入端S4连接于该第二相位电压输入端52。该第二多阶驱动模组42的第三输入端S3连接于该第二相位电压输入端52，该第二多阶驱动模组42的第四输入端S4连接于该第三相位电压输入端53。该第三多阶驱动模组43的第三输入端S3连接于该第三相位电压输入端53，该第三多阶驱动模组43的第四输入端S4连接于该第一相位电压输入端 51。

请同时参阅图4所示，在一个交流供电周期中，随着输入电压610 的增大，每一组交流发光二极管模组中的第一发光二极管模组26及第二发光二极管模组27将陆续导通点亮，且在正半周或负半周导通时，该第一、第二发光二极管模组26、27以不同交替的顺序被点亮；在正半周导通且输入电压610增大到第一阶的点亮电压时，第一输入端S1开始工作，LED驱动电流流过第一输入端S1，此时第一发光二极管模组26被导通点亮；当输入电压610继续增大，使得第一输入端S1相对第二输入端 S2的压降达到第二阶的点亮电压时，驱动电流将流过第二输入端S2，而第一输入端S1将关闭，此时第一、第二发光二极管模组26、27被导通点亮。反之，随着输入电压610下降，当下降到各阶级的点亮电压以下时，第二发光二极管模组27和第一发光二极管模组26将逐次不再工作。因为在正半周的流通路径以第一发光二极管模组26为先，故在电压持续增加的过程中，点亮的顺序为第一发光二极管模组26先导通点亮，依序为第二发光二极管模组27。

而在负半周的流通路径则以第二发光二极管模组27为先，当输入电压610增大到第一阶的点亮电压时，第二输入端S2开始工作，LED电流流过第二输入端S2，此时第二发光二极管模组27被导通点亮；当输入电压610继续增大，使得第二输入端S2相对第一输入端S1的压降达到第二阶的点亮电压时，LED电流将流过第一输入端S1，而第二输入端 S2将关闭，此时第二、第一发光二极管模组27、26被导通点亮。因为在负半周的流通路径以第二发光二极管模组27为先，故在电压持续增加的过程中，点亮的顺序为第二发光二极管模组27先导通点亮，依序为第一发光二极管模组26。

上述实施例中正半周或负半周的流通路径中，各发光二极管模组导通点亮的顺序不同，此即为本实用新型所定义的“在正半周或负半周导通时，各发光二极管模组以不同交替的顺序被点亮”。且由图4可知，第一、第二发光二极管模组于一交流电源周期时间内其光输出功率P1 及亮度驱于一致，可大为改善交流发光二极管照明系统于输出光源的亮度不均的问题。且第一、第二发光二极管模组被导通点亮后的功率相同，且第一、第二发光二极管模组间亮度一致，让人眼视觉上不会有明暗差异。

而本实用新型中主要应用于三相交流电源系统中，其中，该第一相位电压输入端51连接于一三相交流电源的第一三相交流电源线(R)，该第二相位电压输入端52连接于该三相交流电源的第二三相交流电源线 (S)，该第三相位电压输入端53连接于该三相交流电源的第三三相交流电源线(T)；提供三个电压大小相同、相位差120度的第一、第二、第二相位电压，每一组交流发光二极管模组的亮度随着整流后的电压而变化。因为三个经过整流后的电压相位不同，每一组交流发光二极管模组的亮度在不同的时间达到最高值。本实用新型中，每一组交流发光二极管模组，于一交流电源周期时间内其功率及亮度驱于一致，如图5所示，由上而下依序是代表第一组交流发光二极管模组的光输出功率P1、第二组交流发光二极管模组的光输出功率P2、第三组交流发光二极管模组的光输出功率P3及各组交流发光二极管模组的总光输出功率P。由于各组交流发光二极管模组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，且各组交流发光二极管模组的其中的一的波形的功率上升区间与其他发光单元的其中的另一的波形的功率下降区间重迭且斜率互补，因此，可使得总光输出功率维持实质稳定，整体输出光源的闪烁也减少了。且本实施例中交流发光二极管照明系统所量测的THD于输入功率为10W时，THD为9％，于输入功率为130W时，THD为14.6％，目前已皆符合IEC 61000-3-2 Class C limit规范。

虽然本说明书说明且图式绘示多阶驱动模组为二阶驱动设定有第一阶及第二阶点亮电压分别对应第一、第二发光二极管模组，但各组交流发光二极管模组亦可分别设置有更多数量的发光二极管模组，并配合相对的多阶驱动模组，在另一优选具体实施方案中，如图6所示，各组交流发光二极管模组分别设有第一、第二、第三发光二极管模组26、27、28，本图以第一组交流发光二极管模组21为例，而该第一多阶驱动模组 41则进一步增设有第五输入端S5，并设定有第一阶、第二阶及第三阶点亮电压分别对应第一、第二、第三发光二极管模组26、27、28；在一更优选具体实施方案中，各组交流发光二极管模组设置有十二个发光二极管模组，而多阶驱动模组为十二阶驱动，并相对设有第一阶至第十二阶点亮电压V1～V12，如图7所示，且经测试得知，本图实施例中所呈现的电源效率中，THD为5.2％，而PF可达到为0.999。

在另一优选具体实施方案中，如图8所示为本实用新型的第二实施例，其结构配置大致上与第一实施例相同，差别在于第二实施例中主要应用于三相交流电源中的三相四线式电力系统，该第一相位电压输入端 51共接于该第一组交流发光二极管模组21的第一节点24与该第一多阶驱动模组41，该第二相位电压输入端52共接于该第二组交流发光二极管模组22的第一节点24与该第二多阶驱动模组42，该第三相位电压输入端53共接于该第三组交流发光二极管模组23的第一节点24与该第三多阶驱动模组43。另增设一电极端G共接于该第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组21、22、23的该第二节点25，该电极端G连接于一三相交流电源的中性线N。

如相关领域具备通常知识者皆知，频闪现象具有周期性变化，可由其波形中振幅、平均准位、周期频率、形状及/或工作周期(duty cycle)的变化量来定义，一般会使用频闪比率(Percent Flicker)和频闪索引(Flicker Index)来量化频闪。为更进一步说明本实用新型的功效，以下利用群耀科技股份有限公司所制造生产的手持式光谱仪(型号MF205N)，测量本实用新型第一实施例中交流发光二极管照明系统输出光源所得到的数据：

	本实用新型的第一实施例
		Flicker Index	0.043
Percent Flicker(％)	18.7
		SVM	0.189
Frequency(Hz)	360

表一

上述手持式光谱仪所测量的数据中，频闪比率(Percent Flicker)和频闪索引(Flicker Index)若越低表示频闪现象越不明显；而SVM(频闪可视性量测；StroboscopicEffect visibility Measure)是一种量化高频闪烁的可见性的方式，在频率范围为80Hz～2000Hz，采样时间：至少1s、采样速度最低4000次/s，通过对测量所得的光输出波形进行快速傅里叶变换，并与人眼的频率响应函数结合计算的结果；当SVM＝1时，微弱可见。 SVM<1时，不可见。SVM>1时，清晰可见。就上述测量数据可知，本实用新型的Flicker Index、Percent Flicker以及SVM等数值非常低，且 SVM<1；故本实用新型的频闪非常低。

故本实用新型的交流发光二极管照明系统无需储能元件即可有效降低交流发光二极管模组的频闪指数，且在提高寿命及信赖性下仍可维持低总谐波失真(Totalharmonic distortion；THD)，以及高功率因子(Power Factor；PF)。

Claims (10)

1.一种交流发光二极管照明系统，其特征在于，至少包含：

第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组，分别具有第一、第二节点以及位于该第一、第二节点间相互连接的第一、第二发光二极管模组；

至少三个整流电路，分别具有第一、第二整流输出端以及第一、第二、第三、第四单向元件，该第一、第二单向元件同向串联于该第一节点与该第一发光二极管模组之间，该第三、第四单向元件同向串联于该第二节点与该第二发光二极管模组之间，且该第一、第三单向元件的正极端分别与该第一、第二节点连接，该第一、第四单向元件的负极端连接至该第二整流输出端，该第二、第三单向元件的负极端连接至该第一整流输出端；

第一、第二、第三多阶驱动模组，分别连接于各整流电路的第二单向元件的正极端及第四单向元件的正极端之间；

一第一相位电压输入端，共接于该第一组交流发光二极管模组的第一节点、该第三组交流发光二极管模组的第二节点与该第一多阶驱动模组；

一第二相位电压输入端，共接于该第一组交流发光二极管模组的第二节点、该第二组交流发光二极管模组的第一节点与该第二多阶驱动模组；

一第三相位电压输入端，共接于该第二组交流发光二极管模组的第二节点、该第三组交流发光二极管模组的第一节点与该第三多阶驱动模组。

2.一种交流发光二极管照明系统，其特征在于，至少包含：

第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组，分别具有第一、第二节点以及至少二个相连接于该第一、第二节点间的发光二极管模组；

至少三个整流电路，分别具有第一、第二整流输出端以及第一、第二、第三、第四单向元件，该第一、第二单向元件同向串联于该第一节点与该第一发光二极管模组之间，该第三、第四单向元件同向串联于该第二节点与该第二发光二极管模组之间，且该第一、第三单向元件的正极端分别与该第一、第二节点连接，该第一、第四单向元件的负极端连接至该第二整流输出端，该第二、第三单向元件的负极端连接至该第一整流输出端；

第一、第二、第三多阶驱动模组，分别连接于各整流电路的第二单向元件的正极端及第四单向元件的正极端之间；

一第一相位电压输入端，共接于该第一组交流发光二极管模组的第一节点与该第一多阶驱动模组；

一第二相位电压输入端，共接于该第二组交流发光二极管模组的第一节点与该第二多阶驱动模组；

一第三相位电压输入端，共接于该第三组交流发光二极管模组的第一节点与该第三多阶驱动模组；

一电极端，共接于该第一组、第二组、第三组交流发光二极管模组的该第二节点。

3.如权利要求2所述的交流发光二极管照明系统，其特征在于，该电极端连接于一三相交流电源的中性线(N)。

4.如权利要求1至3任一所述的交流发光二极管照明系统，其特征在于，该第一相位电压输入端连接于一三相交流电源的第一三相交流电源线(R)，该第二相位电压输入端连接于该三相交流电源的第二三相交流电源线(S)，该第三相位电压输入端连接于该三相交流电源的第三三相交流电源线(T)。

5.如权利要求4所述的交流发光二极管照明系统，其特征在于，该单向元件为整流二极管或发光二极管。

6.如权利要求1至3任一所述的交流发光二极管照明系统，其特征在于，该第一、第二、第三、第四多阶驱动模组分别具有至少第一、第二、第三、第四输入端，该第一输入端连接于该第一发光二极管模组与该第二单向元件的正极端之间；而该第二输入端连接于该第二发光二极管模组与该第四单向元件的正极端之间。

7.如权利要求6所述的交流发光二极管照明系统，其特征在于，该第一多阶驱动模组的第三输入端连接于该第一相位电压输入端，该第一多阶驱动模组的第四输入端连接于该第二相位电压输入端。

8.如权利要求6所述的交流发光二极管照明系统，其特征在于，该第二多阶驱动模组的第三输入端连接于该第二相位电压输入端，该第二多阶驱动模组的第四输入端连接于该第三相位电压输入端。

9.如权利要求6所述的交流发光二极管照明系统，其特征在于，该第三多阶驱动模组的第三输入端连接于该第三相位电压输入端，该第三多阶驱动模组的第四输入端连接于该第一相位电压输入端。

10.如权利要求6所述的交流发光二极管照明系统，其特征在于，该第一、第二、第三、第四多阶驱动模组为多阶驱动单元或限流单元。