TW201408945A - 發光二極體燈泡模組 - Google Patents

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Lu-Chen Hsu
Che-Min Kung
Ra-Min Tain
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Abstract

一發光二極體(LED)燈泡模組，包含具有一第一連接體的一LED燈泡單元、具有一第二連接體與一第三連接體的一LED輔助裝置單元，其中該第二連接體電連接該第一連接體，該第三連接體電連接一電力供應器、以及一絕熱體，至少部分隔絕該LED燈泡單元與該LED輔助裝置單元之間的熱接觸。該LED燈泡單元以及該LED輔助裝置單元可以互相連接或互相分離；較佳地，亦可使用兩個分離的散熱結構分別對該LED燈泡單元以及該LED輔助裝置單元產生散熱效果。

Description

發光二極體燈泡模組
本揭露係關於一種發光二極體(LED)燈泡模組，特別係關於一種照明用的LED燈泡模組。
照明用燈泡可分做兩大類，白熾燈泡以及發光燈泡。發光燈泡包含低壓氣體或高壓氣體放電燈泡，其中低壓氣體放電燈泡可為螢光燈泡以及鈉燈泡。另一方面，高壓氣體放電燈泡可含有水銀蒸氣、金屬鹵化物、以及高壓鈉燈泡。一般而言，上述燈泡種類的使用壽命皆短於發光二極體(Light Emitting Diode，LED)燈泡模組。
不同的發光裝置具有不同的使用壽命，例如，傳統的鎢絲燈泡平均壽命為1,000小時，省電燈泡平均壽命為10,000小時，T5燈管平均壽命為15,000小時，而LED燈泡的平均壽命，若不考慮燈泡以外的其它裝置及/或相應的積體電路，可長達100,000小時。
現今多數的省電燈泡需要具有特殊的元件以及高功率積體電路以執行不同的功能，包含AC至DC(或I/V)的轉換、省電功能、電力管理、以及符合安全規格。這些元件及電路，經常稱為「輔助裝置」，包含不同尺寸的電容、電感、電阻、以及具有半導體電晶體的高功率積體電路。與一般傳統的積體電路不同的是，在輔助裝置中的積體電路及元件需要承受較一般IC更高的電壓及電流，這也是上 述積體電路被稱為「電力IC」的原因。
一般而言，LED燈泡模組包含LED光源部分(至少具有一LED元件)以及輔助裝置部分。相對而言，輔助裝置部分(包含電力IC所需的電容、電阻、電感)具有較LED光源部分短的使用壽命，特別是當LED燈泡模組操作於散熱不良的環境中，此情況將更加明顯。
低價且高容量的電解液電容是LED輔助裝置的典型選擇。電解液(或導電離子液體)當作兩電極其中一者，以達到較其它種類電容大的單位電容值。在一般情況下，電解液電容的使用壽命達到20,000小時，然而，有報告指出，操作溫度每增高攝氏10度，該使用壽命將降低一半。
現今販售的燈泡模組大多數光源以及輔助裝置都整合在一起形成一獨立的單元。若光源的使用壽命與輔助裝置的使用壽命相近，上述獨立單元的設計可算是合理。使用壽命相近，換句話說，是當光源部分開始出現損壞，輔助裝置也達到需要更換的程度。因此，光源部分和輔助裝置整合成獨立單元具有合理的經濟效益。
事實上，LED元件本身的使用壽命較輔助裝置的使用壽命長5倍。例如，一普通的「高功率」LED燈泡能量消耗為9W，假設能量轉換效率為20%，由該LED燈泡產生的熱能為7.2W。另一方面，相應的輔助裝置能量消耗為1W，能夠產生的熱能最多為1W。當LED光源以及其輔助裝置整合在一起並共用單一散熱結構，輔助裝置中電力IC的溫度將快速上升並容易造成IC損壞，當輔助裝置損壞，整個發光 模組必須丟棄。這個即是為什麼LED燈泡模組的壽命取決於輔助裝置(更精確地說，是被動元件電路)壽命的原因。
在過去，解決上述問題的一個方法是將組成輔助裝置的元件做成可置換式。當LED燈泡模組損壞，使用者需要先將模組拆解並釐清是輔助裝置的哪一部份損壞。當確認損壞的部份之後就可以針對該部分進行置換。此解決辦法不實際因為需要特殊的技能、知識、勞力、以及工具才能做到。
另一個解決上述問題的方法為置放光源以及輔助裝置單元於一熱傳導基板上。目的是藉由一共同的散熱結構將LED光源以及輔助裝置單元產生的熱導出，事實上，LED光源產生的熱並不能及時地被散熱結構移除，而還是會先影響或損壞到輔助裝置。電容元件對於LED燈泡模組產生的熱非常脆弱。
按照電力供應種類區分，可分為DC(Direct Current)LED以及AC(Alternative Current)LED。由於DC LED操作於直流電下，一般供應的交流電必須先轉換成直流電。AC LED可直接利用交流電因此其輔助裝置不需要具有AC/DC轉換的功能。縱使DC LED需要較多的硬體以解決電力供應的問題，但是DC LED具有較高的能量轉換效率，因此成為LED燈泡市場的主流。
LED光源本身產生非常大量的熱，因為封閉的封裝環境，散熱不易而導致輔助裝置的溫度上升(進一步造成損 壞)。因此，輔助裝置的元件會在正常使用壽命之前就需要更換。因為這個原因，LED燈泡模組的使用壽命比LED光源的使用壽命短很多。
本發明一實施例揭露一發光二極體(LED)燈泡模組，包含至少一LED燈泡單元以及至少一LED燈泡輔助裝置單元(下稱"LED輔助裝置單元")。該LED燈泡模組亦包含至少一絕熱體，用以至少部分隔絕該LED燈泡單元與該LED輔助裝置單元之間的熱接觸。
本發明另一實施例揭露一LED輔助裝置單元，包含一主體、一散熱結構、一第一連接體、以及一第二連接體。該主體包含至少一LED輔助裝置，並與該散熱結構熱接觸。該第一連接體使該至少一LED輔助裝置電連接至一外接LED燈泡單元。該第二連接體使該至少一LED輔助裝置電連接至一外接電源供應器。
本發明另一實施例揭露一LED燈泡單元包含具有一燈罩的燈泡主體、至少一基座、複數個LED元件、一連接體、以及一散熱結構。該複數個LED元件與該至少一基座耦合並且藉由該連接體電連接至一外部LED輔助裝置單元。該散熱結構與該燈泡主體熱接觸以逸散複數個LED元件產生的熱。
為了延長LED模組的壽命，本揭露一實施例提供一LED燈泡模組具有一LED燈泡單元以及一相應的輔助裝置單元。該兩個單元彼此熱分離，如此一來，由該LED燈泡模組所產生的熱不會影響到該LED輔助裝置單元，所以整個LED燈泡模組的壽命會被延長。當其中任一單元損壞時，使用者可以用一個能夠正常運作的單元替換該損壞的單元。
本揭露另一實施例使用兩組獨立的散熱結構於兩個產生熱的單元上(亦即LED燈泡單元、LED輔助裝置單元)。這種設計可以更有效率地將熱散除，而且兩單元間熱的交互影響不會產生，也就是說，由該LED燈泡單元產生的熱不會縮短該LED輔助裝置單元的使用壽命。
單獨的LED燈泡單元包含一LED燈泡主體，該主體具有至少一LED元件、一燈罩、以及僅僅移除該LED燈泡主體產生熱的散熱結構。單獨的LED輔助裝置單元包含所有LED需要的電力IC(power IC)電路，諸如電源轉換器(亦即，AC/DC、DC/DC轉換器)等主動元件，以及電容、電阻等被動元件。該LED輔助裝置單元具有獨立的散熱系統。此種設計能夠使該LED輔助裝置單元與該LED燈泡單元電耦合但熱隔絕。
本揭露另一實施例使用一絕熱體於上述兩單元之間，因此兩個散熱結構能夠在不互相干擾的情況下例獨立運作。此種獨立散熱功能的概念能夠簡化散熱結構的具體設計，因為兩個單元之間彼此的熱干擾問題已經去除。該等散 熱結構可為水平或垂直的鰭片或其它有助於增加散熱表面積的結構。此種獨立散熱結構的設計進一步能使該兩單元互相連接或互相分離(可拆卸)。
本揭露中另一實施例中，一LED輔助裝置單元具有包含主動元件(例如電晶體)的一主動電路區塊，以及包含被動元件(例如電容、電感、電阻等)的一被動電路區塊。互相獨立的主動元件以及被動元件使該LED輔助裝置單元更容易修繕。舉例而言，當該被動元件損壞時，只需替換被動元件本身，而保持模組的其它部分。普遍而言，低價的電解電容等分立元件具有多種損壞機制，而使用較高價的替代品，例如薄膜電容可以解決此問題。但是對於LED輔助裝置單元需要的電容(電容值在千分之一法拉的範圍)，缺陷密度、熱效應、以及電壓應力都是主要造成損壞的原因。本實施例包含至少一可拔插卡匣式電路，包含主動或被動元件。該可拔插卡匣式電路類似但不限於USB，插入該LED輔助電路單元即可運作。當任一可拔插卡匣式電路損壞時，使用者可以自行置換一個可運作的卡匣式電路，而本揭露的設計使此種置換方式更簡便。
本揭露一實施例提供具有多種功能的一LED輔助裝置單元。該等功能包含亮度調變、電力突波保護、以及遙控。LED燈泡單元的光強度能夠藉由，例如但不限於，牆上的旋鈕開關或一遙控器調變。電力突波保護裝置使LED燈泡單元具有熱拔插的效果，亦即，當電源供應器正常運作 時，即拔即插該LED燈泡單元於該LED燈泡模組上。
本揭露一實施例的LED輔助裝置單元能夠承載AC以及DC的LED燈泡單元。當承載一AC LED時，該LED輔助裝置單元可以提供AC電源，同樣地，當承載一DC LED時，該LED輔助裝置單元可以提供DC電源。使用者可以在裝載AC或DC LED燈泡模組的前或後調整該LED輔助裝置單元的電源供應模式。
如圖1所示，本發明一實施例中的LED燈泡模組包含一LED燈泡單元100，一LED輔助裝置單元110，以及一絕熱體120。絕熱體120可由絕熱材料(包含具有一空氣層的結構)組成。LED燈泡單元100包含但不限於以下元件：一燈罩102、至少一LED元件109置放於其上的一基座108、以及一第一連接體104(此實施例中為一公連接體)。其中基座108與一散熱結構106有熱接觸。LED輔助裝置單元110包含(但不限於)與一主體接觸的一散熱結構112。該主體中具有一第二連接體(未顯示，此實施例中為一母連接體)、積體電路、以及一第三連接體114。該第二連接體與LED燈泡單元的該第一連接體電連接；該第三連接體可設計放入任何(包含習知)承載LED燈泡模組的插槽並與電源供應器相連接。本發明所揭露的LED元件排列可以不同於上述限制，例如，LED元件可以透過不同電路連接成為接收直流電或交流電的模式。
圖2顯示一放大的LED燈泡單元100。本實施例中，複 數個LED元件101放置於一支架103上，支架103具有與一散熱結構106熱接觸的一基座108。於本實施例中，散熱結構106包含一平面部分106a以及複數個鰭片部分106b。一中心環1022圍繞在平面部分106a的周圍。散熱結構的平面部分106a與基座108相連接並與LED元件101的基座108以及支架103熱接觸。LED元件101的放置方式與該至少一基座108的表面形成一夾角θ，該夾角θ可在0至90度的範圍內。而散熱結構的複數個鰭片部分106b與平面部分106a相連並延半徑方向向外延伸以增加散熱表面積。鰭片狀雖然為一較佳的實施例，其它形狀的散熱結構(只要能夠達到增加散熱表面積的功效)都涵蓋在本發明的範圍中。一對公連接體104由基座108延伸出來並與LED輔助裝置單元(見圖3A及3B)以及電源供應器電連接。本實施例中，一針頭式連接體描繪於圖2。然而，另一實施例中，該連接體只要具有與LED元件兩極電連接的兩個端點，其它態樣如螺栓式連接體等皆適用。如圖2所示的LED燈泡單元100可以選擇性地具備一絕熱體120於LED燈泡單元100的底部，用以隔絕LED燈泡單元100與LED輔助裝置單元110之間的熱接觸。絕熱體120不一定要與LED單元100整合在一起，因為設置該絕熱體120的目的在於阻隔兩單元(LED燈泡單元100與LED輔助裝置單元110)之間的熱接觸，絕熱體120可以選擇與其中任一單元整合在一起。另一實施例中，兩單元各具有一個絕熱體。又一實施例中，兩單元皆不具有絕熱體，而 是由使用者於組合LED燈泡模組時插入單獨的絕熱體於兩單元之間。上述絕熱體亦可以由一空氣層構成，空氣層的設計細節將於以下段落敘述。
圖3A顯示LED輔助裝置單元110的放大圖，包含一主體112、一散熱結構(112a、112b)、一第二連接體116、以及一第三連接體114。一對相應的母連接體(116、116')與上述的LED燈泡單元100相耦合。包含一平面部分112a以及複數個鰭片部分112b的散熱結構與主體112相連並且置放於一基座117上。一中心環1122置放於基座117上並圍繞平面部分112a的周邊。鰭片狀雖然為一較佳的實施例，其它形狀的散熱結構(只要能夠達到增加散熱表面積的功效)都涵蓋在本發明的範圍中。在主體112中，該母連接體116貫穿絕熱體120以及散熱結構的平面部分112a，並可與LED燈泡單元100的公連接體耦接後與電源供應器的內部接墊116'電連接。內部接墊116'可置放於至少一輔助元件(或晶片)113b的表面或側邊。
散熱結構的平面部分112a亦可以置放在電力IC元件的底部，或至少可以是基座117的一部份。本實施例中，輔助元件113a及113b的電力供應藉由位於基座117裡的電力供應線路119a、119b經過打線或矽穿孔(未顯示)等互連方式連接於第三連接體114的兩個電極上。一第一電極115a以及一第二電極115b組成可以耦接於燈泡插槽(未顯示)的第三連接體114。本實施例顯示的第三連接體為一螺栓狀連 接體，然而，另一實施例中，該連接體只要具有與LED元件兩極電連接的兩個端點，其它態樣如針頭式連接體等皆適用。第三連接體允許外部的電源供應與輔助元件(或輔助晶片)的電源輸入電連接。置放於基座117上的至少一輔助元件113a以及113b可包含分立元件，而兩個輔助元件(或輔助晶片)藉由互連結構相通。本實施例中，絕熱體120顯示於LED輔助裝置單元110的頂部，但絕熱體120並不一定要與LED輔助裝置單元110整合在一起。絕熱體120的配置選擇與上述段落中相同。
介於散熱結構112平面部分112a以及基座117之間的空氣層可選擇性地填充促進熱傳導的材料例如氧化鋁，以進一步增加LED輔助裝置的熱傳導效率。
圖3B顯示本揭露另一實施例具有一空氣層120b在LED輔助裝置單元的頂端，當LED燈泡單元接合在該輔助裝置單元之上時，空氣層120b可以用來當作兩單元之間的絕熱體。
根據以上的敘述，兩單元(LED燈泡單元100以及LED輔助裝置單元110)可拆卸分開，因此兩單元可分別製造。LED模組的終端使用者可以由相同或不同的供應商取得任一單元。絕熱體120亦可從相同或不同的供應商取得。
圖4A及圖4B分別描繪LED燈泡單元100以及LED輔助裝置單元110的散熱結構可能的尺寸以及形狀。標準LED燈泡的功率通常為8瓦。本揭露的一實施例中，如圖4A所示， LED燈泡單元需要具有約6公分直徑(W')以及約4.5公分高度(H')的散熱結構106。一實施例中，LED燈泡單元100的散熱結構可包含24個鰭片以及一散熱表面積324平方公分。前述的設計是建築在由LED元件產生的熱主要經由LED燈泡單元100的散熱結構106導出的前提上。絕熱體120(見圖1)需要實質上阻擋由LED燈泡單元100至LED輔助裝置單元110的熱傳導路徑。LED燈泡單元100的表面溫度可高達50℃，而LED元件的接面溫度約為65℃。在本揭露的結構設計之下，LED接面溫度可以大幅下降，提升能量轉換效率以及延長LED裝置的使用壽命。
本揭露另一實施例中，具有一個8瓦的LED燈泡的LED燈泡模組，由LED輔助裝置單元110逸失的熱預估少於或等於1瓦，因此LED輔助裝置單元110所需的散熱結構尺寸可小於LED燈泡單元100所需的散熱結構尺寸。如圖4B所示，一實施例中LED輔助裝置單元110的散熱結構尺寸為約4公分直徑(W)以及約1公分高度(H)。該散熱結構可包含24個延半徑方向寬1公分的鰭片以及一散熱表面積48平方公分。此種設計是建築在由LED元件產生的熱主要經由LED燈泡單元100的散熱結構106導出，而不經由LED輔助裝置單元110的散熱結構導出的前提上。在本揭露的設計之下，LED輔助裝置單元110的表面溫度可高達50℃，而LED輔助元件或電力IC元件113a、113b(見圖3A)的接面溫度約為65℃。電力IC元件(或IC晶片)113a、113b的使用壽命將比 兩單元(LED燈泡單元100、LED輔助裝置單元110)共用一散熱結構的LED燈泡模組更長。初步估計，使用本揭露設計的電力IC元件(或IC晶片)113a、113b，其接面溫度相較於習知設計中的IC元件接面溫度低20℃，而本揭露實施例中電力IC元件或輔助裝置單元的使用壽命比習知的元件或單元多出2至8年。
圖4C1以及圖4C2分別顯示本揭露一實施例的散熱結構俯視圖及剖面圖。該結構可為LED燈泡單元或LED輔助裝置單元的散熱結構。第一種散熱結構可為垂直並排設計。該俯視圖顯示複數個鰭片(106b或112b，見圖2及圖3)沿著半徑方向垂直並排。該鰭片邊緣的某部分可與一中心環(1022或1122，見圖2及圖3)相接，而該鰭片邊緣的其它部分可與一基座(108或117)相接。該鰭片的形狀包含如圖4C-1至圖4C-5的任何形狀，或其組合。其它未顯示於圖4C-1至圖4C-5的形狀也未被排除在本揭露的概念之外。
第二種散熱結構可為水平並排設計。該俯視圖(見圖4D1)顯示複數個鰭片(106b或112b，見圖2及圖3)沿著半徑方向水平並排。圖4D2顯示該水平並排鰭片的剖面圖。該鰭片邊緣的某部分可與一中心環(1022或1122，見圖2及圖3)相接，該鰭片的排列亦可以偏離水平方向如圖4D-4及圖4D-5所示。其它未顯示於圖4D-1至圖4D-5的形狀也未被排除在本揭露的概念之外。
圖5顯示本發明一實施例一LED燈泡模組50的剖面圖 。LED燈泡模組50包含一LED燈泡單元500以及一輔助裝置單元510。一絕熱體520放置在上述兩單元之間避免熱接觸。組成LED燈泡模組50上述兩單元可以拆卸分離，如先前段落所述，也可以製作成一單獨的單元。當上述兩單元(LED燈泡單元500以及LED輔助裝置單元510)沒有熱接觸且任一單元都有獨立的散熱結構(506、512)，LED輔助裝置元件513a及513b的使用壽命(8年)將與LED燈泡單元的使用壽命(10年)非常接近。因此，當LED輔助裝置元件513a及513b開始有明顯耗損，使用者可以汰換整個LED燈泡模組50。本實施例中，一中心環522位於兩個散熱結構平面部分(506a、512a)的邊緣，而一絕熱體520位於兩單元(500、510)之間。一空氣層513c可以存在於LED輔助裝置單元510中。
本揭露一實施例中，該絕熱體可包含聚氨酯等塑料，聚氨酯的導熱係數在一範圍0.012W至0.013W/(mK)之間，或者可說比空氣的導熱係數低兩倍。其他具有低導熱係數的材料例如但不限於，聚丙烯，也適用於本揭露。以一個可拆卸的裝置而言，絕熱體520可與LED燈泡單元500、LED輔助裝置單元510、或上述兩者一起封裝。絕熱體520亦可以是一獨立的耗材，由不同的供應商提供。
以下敘述的絕熱體材料也可被考慮當作絕熱體520。例如，被美國太空總署(NASA)用來製成耐熱磚的Aerogels，在華氏2000度的高溫下仍不進行熱傳導；微孔矽膠以及陶 瓷纖維也適用於攝氏200至2000度的高溫中；氧化鋯纖維在所有陶瓷纖維中具有最低的導熱係數，並可應用於攝氏2000度的環境中。
如圖5所示，LED燈泡單元500散熱結構506的尺寸在本實施例中可具有6公分直徑(W')，以及約為4.5公分的高度(H')，並具有一最小的散熱表面積60平方公分(60平方公分是未考慮鰭片表面積的數值)。散熱結構506可用來逸散由LED燈泡單元500產生的總共8W的熱。而輔助裝置單元510散熱結構512的尺寸可具有4公分直徑(W)，以及約為1公分的高度(H)，並具有一最小的散熱表面積8平方公分(8平方公分是未考慮鰭片表面積的數值)，其中1W的熱是由LED電力IC電路513a以及被動元件513b產生。上述散熱結構的尺寸是較佳實施例，其它不同尺寸、形狀、排列方向、或材料組成的散熱結構亦包含在本揭露涵蓋的範圍之中。
本揭露一實施例中，兩單元(LED燈泡單元以及LED輔助裝置單元)結合起來形成一獨立(或單一)模組。如圖5所示，連接體504形成LED燈泡單元500以及LED輔助裝置單元510之間的電連接結構，並貫穿兩個散熱結構(506、512)的平面部分以及絕熱體520。連接體504先與電力接墊516a及516b相接，電力接墊與輔助元件513a及513b(或稱電力IC晶片)相接。電源由一外部連接體514的兩個電極供應至該電力IC晶片，而外部連接體514可與一般燈泡座相接 (未顯示)。本實施例中連接體504的形狀為針頭式，而外部連接體514的形狀為螺栓式，該形狀可由其它形狀(例如插座式)取代或替換。
上述的輔助裝置單元包含由主動及/或被動元件構成的電路。如圖6所示由輔助元件構成的電路具有一AC/DC整流器620經由節點Vp以及Vn連接至一外接AC電源供應140，因此，通過節點Vy的DC電源將提供至LED燈泡單元100。一實施例中，輔助元件電路也可包含額外的電路用來最佳化電力效率。另一實施例中，DC電源通入DC/DC轉換器630，將350V以下的電壓進一步降低至，例如48V，通過節點Ve。該DC/DC轉換器630可為一DC/DC降壓轉換器、一降壓轉換器(buck converter)、或其它高轉換效率的DC/DC降壓轉換器。為了避免LED燈泡單元100遭受到突波而受損，一定電流產生器650通常會與DC/DC降壓轉換器同時出現，以控制LED的電流。選擇性地，一脈波寬度調變器(Pulse Width Modulation，PWM)640也可加入實施例中，藉由脈波寬度的調變以控制LED燈泡單元100的發光強度。LED輔助裝置單元600經由節點Ve以及Vd與LED燈泡單元100中至少一LED元件相接。
因為分立、低價、大尺寸被動元件的使用壽命較其它IC內主動元件的使用壽命短，本揭露一實施例中，短壽命的元件可由一般IC中分出來。當這些短壽命的被動元件損壞時，使用者可以選擇性地置換損壞的部分，而不必置換 整個LED輔助裝置單元。圖7顯示另一個輔助元件電路，其中AC/DC整流器可分作兩部分，一為被動元件單元720'，另一為主動元件單元720。除了被動元件單元720'之外，其它IC部件皆為主動元件，且電力IC元件(輔助元件)113a為一主動元件的集合。操作時，電力IC元件113a較被動元件產生更多的熱，但相反地，電力IC元件113a擁有較被動元件長的使用壽命。DC/DC轉換器730可為，但不限於，一降壓轉換器(buck converter)，其它高轉換效率的DC/DC降壓轉換器也適用。DC/DC降壓轉換器的輸出點Ve以及定電流產生器的輸出點Vd耦接到LED燈泡單元100的第一電極以及第二電極。
如圖7所示，脈波寬度調變器(PWM)電路740具有輸入點Vin、Vramp，以及一輸出點Vpwm。定電流控制電路750具有兩個輸入點(Ve、Vpwm)以及一輸出點Vd。在本實施例中，兩點Ve以及Vd分別與LED燈泡單元100的兩電極相連接。
圖8放大了圖7在AC/DC整流器上的主動元件單元720以及被動元件單元720'。在一實施例中，AC/DC整流器具有一主動區塊820(由虛線包圍)以及一被動區塊820'(由另一虛線包圍)。主動區塊820包含數位邏輯控制器(或控制器)821以及一橋式整流子822。這部分的AC/DC整流器大多為主動元件，例如電晶體S1-S4。被動區塊820'是由被動且分立的元件組成諸如電阻(R1、R2)，電容(C1、C2 )，以及電感L1。
簡單地說，本揭露提供一如圖9所示的分離電路，包含一主動電路區塊920以及一被動電路區塊920'。主動電路區塊920具有與圖8中主動區塊820所示的主動元件，被動電路區塊920'具有與圖8中被動區塊820'所示的被動元件。兩個電路區塊互相經由節點Vx電連接。一電力供應器140連接至主動電路區塊920，一輸出點Vy耦接至一外接負載。如圖10所示，一實施例中具有主動元件的IC(亦即主動電路區塊920)配置於一晶片上，而該些被動分立元件920'配置於一承載板1004上。另一實施例中，積體被動電路區塊920'配置於配置於一晶片上，而主動電路區塊920配置於一承載板上。該積體被動電路可為多層電容、深槽電容、或具有被動元件的一可拔插式卡匣。該可拔插式卡匣可為一通用序列匯流排(USB)以利拔插置換。兩種元件(920、920')之間的電連接1006形成於承載板1004之上。
圖11A至11C顯示不同實施例中位於一承載板上的積體主動及被動元件。如圖11A所示，被動元件1103被配置於一第一晶片920a'上，而主動元件1102被配置於一第二晶片920a上。電連接形成於承載板1101以及元件(1102、1103)之間，或不同元件(920a、920a')之間。如圖11B所示，主動元件1102設置在晶片920b上，而被動元件1103設置在承載板1101上。如圖11C所示，具有被動元件的晶片(920c、920c')相互堆疊並設置在承載板1101上。
如圖12所示，一實施例中，LED輔助裝置單元的主動部件1202以及被動部件1204為可拔插的設計，例如可拔插式卡匣。一旦被動部件1204損壞，使用者可以拔出被動部件1204並以未損壞的被動部件卡匣替換。同樣的模式也適用於主動部件1202。因此，LED輔助裝置單元的壽命可以被延長。
本揭露一實施例中，LED燈泡模組的光強度可由一旋扭裝置(未顯示)控制。圖7所示的脈波寬度調變器(PWM)電路740放大於圖13A中。該脈波寬度調變器電路基本上為一差動放大器1310。差動放大器1310接收一第一輸入電壓Vramp(由一諧波產生器ramp generator得到)，以及一第二輸入電壓Vin(由一參考電壓產生器reference generator得到)。如圖13B所示，Vramp產生鋸齒狀的波形，而Vin為一可調變的類比電壓。如圖13C所示，藉由轉動旋鈕提升或降低類比電壓Vin的大小而產生具有不同工作週期(duty cycle)的波形，使用者可以調變LED燈泡模組的光強度。換句話說，差動放大器1310的輸出電壓Vpwm根據不同的類比電壓Vin，會產生不同脈波寬度的波形。在另一實施例中，習知的牆上旋鈕或遙控器皆可藉由調變類比電壓Vin的值而改變LED燈泡模組的光強度。該遙控器不但只能調變光強度，也可以開關該LED燈泡模組。
本揭露另一實施例的LED燈泡模組具有一電力IC的保護機制，以避免受到突波而損壞。圖7定電流產生器750的 細節顯示於圖14中。該電路包含一參考電壓Vref，用於過電壓保護。舉例來說，若參考電壓Vref設定為60V，在正常情況之下DC/DC輸出電壓Ve操作於48V以下，當輸出電壓Ve達到或超過60V，差動放大器D10將藉由設定開關T10至一"off"狀態，以截斷通過LED燈泡模組的電流。此種設計使LED燈泡模組可以熱拔插並避免受到突波而損壞。
另一方面，圖13中脈波寬度調變器(PWM)的輸出訊號Vpwm可當作第二差動放大器D11的第一輸入訊號。電流監測路徑產生的一反饋訊號VFB可當作第二差動放大器D11的第二輸入訊號。第二差動放大器D11的功能是調變通過電流監測路徑的電流I。反饋訊號VFB將被控制在接近第一輸入訊號Vpwm附近，如圖14所示，I=VFB/Ro，Ro是電流路徑的有效電阻值。LED燈泡單元的光強度可由調整第一輸入訊號Vpwm的值所控制。當第一輸入訊號Vpwm的值為0時，LED燈泡模組的燈光會熄滅，一AND邏輯閘接收由差動放大器D10及D11傳來的輸出訊號，亦即，當D10及D11都輸出訊號至AND邏輯閘時，開關T10會在「開」的狀態。在另一實施例中，一遙控器也可藉由(但不限於)一無線傳輸介面(未顯示)控制LED燈泡單元的明暗。
最常被使用的LED燈泡為DC LED以及AC LED。一實施例中，一獨立的輔助裝置單元可配置AC或DC LED燈泡單元。如圖15所示，一共用前段電路1510與一AC/DC轉換器1520相連。開關1(SW1)以及開關2(SW2)分別串聯 於AC/DC轉換器1520的兩端，當操作在DC模式時，開關控制器1530可以將SW1以及SW2形成通路，而通過分享前端電路1510的AC電源可以通過AC/DC轉換器1520。在此模式之下，該輔助裝置單元可搭配一DC LED燈泡模組。當操作在AC模式時，開關控制器1530會將SW1以及SW2形成斷路，因此AC電源不會通過AC/DC轉換器1520，而該輔助裝置單元此時可搭配一AC LED燈泡模組。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。
100‧‧‧LED燈泡單元
101‧‧‧LED元件
102‧‧‧燈罩
103‧‧‧支架
104‧‧‧第一連接體
106‧‧‧散熱結構
106a‧‧‧平面部分
106b‧‧‧鰭片部分
108‧‧‧基座
109‧‧‧LED元件
1022‧‧‧中心環
110‧‧‧LED輔助裝置單元
112‧‧‧散熱結構
112a‧‧‧散熱結構
112b‧‧‧散熱結構
113a‧‧‧輔助元件
113b‧‧‧輔助元件
114‧‧‧第三連接體
115a‧‧‧第一電極
115b‧‧‧第二電極
116‧‧‧第二連接體
116'‧‧‧內部接墊
117‧‧‧基座
119a‧‧‧電力供應線路
119b‧‧‧電力供應線路
1122‧‧‧中心環
120‧‧‧絕熱體
120b‧‧‧空氣層
50‧‧‧LED燈泡模組
500‧‧‧LED燈泡單元
502‧‧‧燈罩
504‧‧‧連接體
506‧‧‧散熱結構
506a‧‧‧平面部分
506b‧‧‧鰭片部分
510‧‧‧輔助裝置單元
512‧‧‧散熱結構
512a‧‧‧平面部分
512b‧‧‧鰭片部分
513a‧‧‧LED輔助裝置元件
513b‧‧‧LED輔助裝置元件
513c‧‧‧空氣層
514‧‧‧外部連接體
516a‧‧‧電力接墊
516b‧‧‧電力接墊
520‧‧‧絕熱體
522‧‧‧中心環
600‧‧‧輔助裝置單元
620‧‧‧AC/DC整流器
630‧‧‧DC/DC轉換器
640‧‧‧脈波寬度調變器
650‧‧‧定電流產生器
720‧‧‧主動元件單元
720'‧‧‧被動元件單元
730‧‧‧DC/DC轉換器
740‧‧‧脈波寬度調變器電路
750‧‧‧定電流控制電路
820‧‧‧主動區塊
820'‧‧‧被動區塊
821‧‧‧數位邏輯控制器
822‧‧‧橋式整流子
920‧‧‧主動電路區塊
920a‧‧‧第二晶片
920b‧‧‧晶片
920c‧‧‧晶片
920'‧‧‧被動分立元件
920a'‧‧‧第一晶片
920c'‧‧‧晶片
1004‧‧‧承載板
1006‧‧‧電連接
1101‧‧‧承載板
1102‧‧‧主動元件
1103‧‧‧被動元件
1202‧‧‧主動部件
1204‧‧‧被動部件
1310‧‧‧差動放大器
1510‧‧‧共用前段電路
1520‧‧‧AC/DC轉換器
1530‧‧‧開關控制器
圖1係根據本發明一實施例的LED燈泡模組；圖2係根據本發明一實施例的LED燈泡單元剖面圖；圖3A及圖3B係根據本揭露一實施例的LED輔助裝置單元剖面圖；圖4A至圖4D分別顯示LED輔助裝置單元的散熱結構以及LED燈泡單元的散熱結構；圖5係根據本揭露另一實施例中的LED燈泡模組剖面圖；圖6係根據本揭露一實施例中LED輔助裝置單元的電路圖；圖7係根據本揭露另一實施例中LED輔助裝置單元的電路圖；圖8顯示本揭露一實施例中一AC/DC整流器電路圖；圖9顯示本揭露一實施例中一簡化的AC/DC整流器電路圖；圖10顯示本揭露一實施例中兩個電路區塊之間的互連；圖11A至圖11C顯示本揭露三個實施例中LED輔助裝置單元裡主動部分與被動部分的整合；圖12顯示本揭露一實施例中LED輔助裝置單元剖面圖，其中包含一可拔插式主動部分與一可拔插式被動部分；圖13A至圖13C顯示本揭露一實施例中LED輔助裝置單元的脈波寬度調變電路以及相應的波形圖； 圖14顯示本揭露一實施例中LED輔助裝置單元的定電流電路；以及圖15顯示本揭露一實施例中LED輔助裝置單元的開關電路方塊圖，該開關電路決定操作於AC或DC模式。
100‧‧‧LED燈泡單元
102‧‧‧燈罩
104‧‧‧第一連接體
106‧‧‧散熱結構
108‧‧‧基座
109‧‧‧LED元件
110‧‧‧LED輔助裝置單元
112‧‧‧散熱結構
114‧‧‧第三連接體
120‧‧‧絕熱體

Claims (31)

  1. 一發光二極體(LED)輔助裝置單元，包含：一主體，包含至少一發光二極體輔助裝置；一散熱結構，與該主體熱接觸；一第一連接體，電耦接該至少一發光二極體輔助裝置與一外接發光二極體燈泡單元；以及一第二連接體，電耦接該至少一發光二極體輔助裝置與一外接電流供應器。
  2. 根據請求項1所述的LED輔助裝置單元，進一步包含至少一絕熱體將該LED輔助裝置單元與第一連接體電耦接的該外接發光二極體燈泡單元熱分離。
  3. 根據請求項2所述的LED輔助裝置單元，其中該絕熱體為設置於該LED輔助裝置單元的一空氣層。
  4. 根據請求項1所述的LED輔助裝置單元，其中該LED輔助裝置包含至少一主動電路區塊以及至少一被動電路區塊。
  5. 根據請求項4所述的LED輔助裝置單元，其中該主動電路區塊至少包含一下列元件：AC/DC整流器、DC/DC轉換器、脈波寬度調變器、定電流產生器、以及上述元件之組合。
  6. 根據請求項1所述的LED輔助裝置單元，其中該至少一LED輔助裝置提供可切換的AC/DC操作模式。
  7. 根據請求項1所述的LED輔助裝置單元，其中該散熱結構與該主動電路區塊熱接觸。
  8. 根據請求項4所述的LED輔助裝置單元，其中該主動電路區塊進一步包含電力突波的預防裝置，預防超過一預定值 的電流流入與該主動電路區塊耦合的發光二極體燈泡單元。
  9. 根據請求項4所述的LED輔助裝置單元，其中該主動電路區塊進一步包含一電力調變裝置，用以調變與該主動電路區塊耦合的發光二極體燈泡單元的發光強度。
  10. 根據請求項4所述的LED輔助裝置單元，其中至少一部份的電路區塊可與該LED輔助裝置單元的主體分離。
  11. 根據請求項4所述的LED輔助裝置單元，其中該被動電路區塊可與該LED輔助裝置單元的主體分離。
  12. 根據請求項4所述的LED輔助裝置單元，其中該主動電路區塊可與該LED輔助裝置單元的主體分離。
  13. 一發光二極體(LED)燈泡單元，包含具有一燈罩的燈泡主體，至少一基座與複數個LED元件以一預定方式連接，其中該複數個LED元件與該燈罩內的基座耦接；一連接體，電耦接該LED元件與一外接LED輔助裝置單元；以及一散熱結構，與該燈泡主體熱接觸並將該LED元件產生的熱導出。
  14. 根據請求項13所述的LED燈泡單元，進一步包含一絕熱體，至少部分隔絕該LED燈泡單元與該LED輔助裝置單元之間的熱接觸。
  15. 根據請求項14所述的LED燈泡單元，其中該絕熱體包含一空氣層。
  16. 根據請求項13所述的LED燈泡單元，其中複數個LED元件 的預定連接方式可使LED元件接收AC或DC的電源供應。
  17. 根據請求項13所述的LED燈泡單元，其中該LED元件的放置方式與該至少一基座形成一夾角。
  18. 根據請求項17所述的LED燈泡單元，其中該夾角在0至90度的範圍內。
  19. 一發光二極體(LED)燈泡模組，包含：具有一第一連接體的至少一LED燈泡單元；具有一第二連接體與一第三連接體的一LED輔助裝置單元，該輔助裝置單元連接並支持該至少一LED燈泡單元，其中該第二連接體電連接該第一連接體，該第三連接體與一電力供應器電連接；以及一絕熱體，至少部分隔絕該LED燈泡單元與該LED輔助裝置單元之間的熱接觸。
  20. 根據請求項19所述的LED燈泡模組，其中該LED燈泡單元以及該LED輔助裝置單元可互相分離。
  21. 根據請求項19所述的LED燈泡模組，其中該LED燈泡單元以及該LED輔助裝置單元不可互相分離。
  22. 根據請求項19所述的LED燈泡模組，其中該絕熱體包含Aerogels、微孔洞氧化矽、空氣、木材、陶瓷纖維，或其組合。
  23. 根據請求項22所述的LED燈泡模組，其中該絕熱體至少包含一空氣層。
  24. 根據請求項19所述的LED燈泡模組，其中該第三連接體為一可分離式連接體。
  25. 根據請求項24所述的LED燈泡模組，其中該可分離式連接 體包含一螺栓式連接體、一插座式連接體、一針頭式連接體，或上述組合。
  26. 根據請求項19所述的LED燈泡模組，其中該第一連接體與該第二連接體藉由一螺栓式、一插座式、一針頭式，或上述組合之方式互相耦合。
  27. 根據請求項19所述的LED燈泡模組，其中該LED燈泡模組與該第一散熱結構熱接觸，且其中該LED輔助裝置單元與一第二散熱結構熱接觸。
  28. 根據請求項27所述的LED燈泡模組，第一散熱結構與第二散熱結構之中至少一者包含複數個鰭片，一中心環，以及一基座。
  29. 根據請求項28所述的LED燈泡模組，其中該鰭片與該中心環相連、或與該基座相連、或與上述兩者相連。
  30. 根據請求項27所述的LED燈泡模組，其中該第一散熱結構具有大於60cm2的總散熱表面積。
  31. 根據請求項27所述的LED燈泡模組，其中該第二散熱結構具有大於8cm2的總散熱表面積。
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