TW201630469A - 發光二極體燈管 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體燈管，具有第一側部，所述第一側端部具有第一引腳與第二引腳。此發光二極體燈管適於依據施加於第一側端部的一低頻外部電源而發光。此發光二極體燈管包括驅動電路、發光模組以及工作模式切換電路。驅動電路電性連接第一引腳和第二引腳。發光模組至少具有發光二極體，並電性連接驅動電路。工作模式切換電路電性連接驅動電路和發光模組。工作模式切換電路依據低頻外部電源而與驅動電路導通一供電迴路，而使驅動電流沿此供電迴路驅動發光模組發光。如此，在不更改周圍線路的情況下，所述燈管可應用於各種現有的螢光燈座的供電系統。

Description

發光二極體燈管

本發明有關於一種發光二極體，且特別是一種發光二極體燈管。

雙端通電的燈管，但是會遇到安裝時的法規安全限制。傳統上的燈管通常是雙端通電的，而近年來的設計才有引入單端通電的概念。基於舊有的燈具設計尚未汰除的情況下，需要依據燈具的設計而使用對應的雙端通電燈關或者是單端通電燈管。燈安裝時，在安裝程序的要求上，當只有一端連接燈座(通電)時，另一端尚未連接燈座的端點並不能有漏電的問題，以防止安裝或拆裝燈具的人員觸電的問題。此法規理當適用於單端通電的燈管，但是對於雙端通電的燈管，習知的技術可能會遇到實作上的困難。因為，做為雙端通電的燈管，燈管兩端通常是導通的，使得其中第一端通電時，第二端也可推測應該要被通電。因此，傳統的做法是將雙端導通的燈管的燈座進行改裝，以避免安裝時漏電的問題。如此可能造成燈具更換的設備成本與人力成本，也會造成安裝燈具的不方便性。

現行某些國家的燈管安裝法規限制，對於燈管要求了需要在只有單端通電時，另一端不通電。而在正常使用上(雙端都導通電源)卻要實現雙端導通。此對於燈管的設計者造成很大的挑戰。即使將電源關閉，仍難以保證目前電源線上沒有電，也有可能造成潛在的安全問題。

本發明實施例提供一種發光二極體燈管，可適用於現存的雙端或單端導通發光二極體燈管的燈座的電源系統，可替代傳統的燈管以避免安裝時其中一端可能漏電的問題，且不需要更改燈管的外圍(周邊)電路。

本發明實施例提供一種發光二極體燈管，具有第一側端部，所述第一側端部具有第一引腳與第二引腳，且此發光二極體燈管適於依據施加於第一側端部的一低頻外部電源而發光。此發光二極體燈管包括驅動電路、發光模組以及工作模式切換電路。驅動電路電性連接第一引腳和第二引腳。發光模組至少具有發光二極體，並電性連接驅動電路。工作模式切換電路電性連接驅動電路和發光模組。工作模式切換電路依據低頻外部電源而與驅動電路導通供電迴路，而使驅動電流沿此供電迴路驅動發光模組發光。

本發明實施例提供一種發光二極體燈管，具有第一側端部和第二側端部。第一側端部具有第一引腳與第二引腳。第二側端部具有第三引腳和第四引腳。此發光二極體燈管適於依據施加於第一側端部的一外部電源而發光。發光二極體燈管包括驅動電路、發光模組、工作模式切換電路以及安全開關電路。驅動電路電性連接第一引腳和第二引腳。發光模組至少具有發光二極體，並電性連接驅動電路。工作模式切換電路電性連接驅動電路和發光模組。安全開關電路電性連接第二側端部和發光模組。安全開關電路於外部電源被施加於第一側端部和第二側端部，且外部電源係一高頻電源時而被致能，其中工作模式切換電路依據安全開關電路是否被致能而決定供電迴路的路徑。

綜上所述，本發明實施例提供一種發光二極體燈管，其工作模式切換電路依據外部電源而與驅動電路導通一供電迴路。並且，利用安全開關電路僅在高頻率作致能的特性，使得在發光二極體燈管安裝過程中，尚未通電的任何一端都不會漏電。在不需 要更改燈管的外圍(周邊)電路的情況下，可直接替代傳統的燈管。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧發光二極體驅動電路

11‧‧‧濾波及整流單元

12‧‧‧驅動電路

13‧‧‧第一開關單元

14‧‧‧發光模組

15‧‧‧安全開關電路

16‧‧‧第三二極體

17‧‧‧第一二極體

18‧‧‧第二二極體

19‧‧‧切換單元

40‧‧‧工作模式切換電路

a1‧‧‧第一引腳

a2‧‧‧第二引腳

b1‧‧‧第三引腳

b2‧‧‧第四引腳

S1‧‧‧第一供電迴路

S2A、S2B‧‧‧第二供電迴路

Cx‧‧‧電容

La‧‧‧電感

Ca‧‧‧電容

d‧‧‧第一電源端

e‧‧‧第二電源端

f‧‧‧第二輸出端

g‧‧‧第一輸出端

D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體

C₁‧‧‧第一電容

C₂‧‧‧第二電容

R₁‧‧‧第一電阻

R₂‧‧‧第二電阻

111‧‧‧第一全橋轉換單元

112‧‧‧電磁干擾濾波器

151‧‧‧第二開關單元

152‧‧‧第二全橋轉換單元

153‧‧‧觸發電路

154‧‧‧啟動電容

151a‧‧‧第一開關端

151b‧‧‧第二開關端

151c‧‧‧觸發端

152a‧‧‧第一電源端

152b‧‧‧第二電源端

152c‧‧‧第一輸出端

152d‧‧‧第二輸出端

1531‧‧‧第四二極體

1532‧‧‧變壓器

1533‧‧‧觸發維持單元

1533a‧‧‧第一輸入端

1533b‧‧‧第二輸入端

1533c‧‧‧輸出端

P1‧‧‧第一初級端

P2‧‧‧第二初級端

S1’‧‧‧第一次級端

S2’‧‧‧第二次級端

Vx‧‧‧外部電源

154a‧‧‧第一電容端

154b‧‧‧第二電容端

Br1‧‧‧第一支路

Br2‧‧‧第二支路

155‧‧‧支路二極體

155a‧‧‧陽極端

155b‧‧‧陰極端

R3‧‧‧第三電阻

C3‧‧‧第三電容

C4‧‧‧第四電容

D5‧‧‧第五二極體

Lp1‧‧‧第一路徑

Lp2‧‧‧第二路徑

156‧‧‧電壓抑制二極體

156a‧‧‧第一端

156b‧‧‧第二端

ZD‧‧‧稽納二極體

R4‧‧‧第四電阻

C5‧‧‧第五電容

10‧‧‧發光二極體燈管

20‧‧‧電子式鎮流器

30‧‧‧電感式鎮流器

31‧‧‧短路元件

圖1是本發明實施例提供的發光二極體燈管的發光二極體驅動電路的電路方塊圖。

圖2是本發明另一實施例提供的發光二極體燈管的發光二極體驅動電路的電路方塊圖。

圖3A是本發明實施例提供的發光二極體驅動電路的第一供電迴路的示意圖。

圖3B是本發明實施例提供的發光二極體驅動電路的第二供電迴路的示意圖。

圖3C是本發明實施例提供的發光二極體驅動電路的第二供電迴路的示意圖。

圖4是本發明實施例提供的發光二極體驅動電路的細部電路圖。

圖5是本發明實例提供的發光二極體驅動電路以及其切換單元的細部電路圖。

圖6是本發明實例提供的發光二極體燈管的安全開關單元的電路架構圖。

圖7是本發明實例提供的發光二極體燈管的安全開關單元的細部電路圖。

圖8是本發明實施例提供的發光二極體燈管的安全開關單元的操作示意圖。

圖9是本發明另一實施例提供的發光二極體燈管的安全開關單元的細部電路圖。

圖10是本發明實施例提供的發光二極體燈管的發光二極體驅動電路的應用實施例的示意圖。

圖11是本發明實施例提供的發光二極體燈管組接於具有電子式鎮流器之燈座的應用實施例的示意圖。

圖12是本發明另一實施例提供的發光二極體燈管組接於具有電感式鎮流器之燈座的應用實施例的示意圖。

圖13是本發明另一實施例提供的發光二極體燈管組接於無鎮流器之燈座的應用實施例的示意圖。

〔發光二極體燈管及發光二極體驅動電路之實施例〕

本實施例的發光二極體燈管可用以取代傳統的螢光燈管，其與傳統的螢光燈管相同都是接燈座，且利用外部電源而發光。所屬技術領域具有通常知識者容易了解，傳統的發光二極體燈管具有第一側端部與第二側端部，第一側端部與第二側端部各別具有兩個引腳。本實施例的發光二極體燈管同樣具有第一側端部與第二側端部，第一側端部具有第一引腳a1與第二引腳a2，第二側端部具有第三引腳b1與第四引腳b2。本實施例的發光二極體燈管連接於燈座的電源的應用方式將於後續的圖11至圖13實施例詳細說明。在此先說明發光二極體燈管的發光二極體驅動電路。

請照圖1，圖1是本發明實施例提供的發光二極體燈管的發光二極體驅動電路的電路方塊圖。發光二極體燈管1適於依據施加於第一側端部的一低頻外部電源而發光。此發光二極體燈管的發光二極體驅動電路1包括濾波及整流單元11、驅動電路12、發光模組14以及工作模式切換電路40。濾波及整流電路11電性連接第一側端部和驅動電路12，且在某些應用情況濾波及整流單元11可以被移除。驅動電路12電性連接第一引腳a1和第二引腳a2。發光模組14至少具有發光二極體，並電性連接驅動電路12。工作 模式切換電路40電性連接驅動電路12和發光模組14。工作模式切換電路40依據低頻外部電源而與驅動電路12導通供電迴路，而使驅動電流沿此供電迴路驅動發光模組發光。圖1的發光二極體驅動電路1的操作方式與所述供電迴路類似於圖2實施例，將於圖2實施例一併說明。關於所述驅動電流，發光模組14具有第一端和第二端，所述驅動電流係從第一端流入，並從第二端流出。在圖1的實施例中，發光模組14的第一端例如為發光二極體串的陽極，發光模組14的第二端例如為發光二極體串的陰極。

請同時參照圖1與圖2，圖2是本發明另一實施例提供的發光二極體燈管的發光二極體驅動電路的電路方塊圖。比較圖1與圖2可知，圖1實施例與圖2實施例的差異在於圖2增加了安全開關電路15。安全開關電路15係位於被導通的供電迴路上。當加入了安全開關電路15之後，安全開關電路15提供了依據外部電源係一高頻電源時而被致能導通的條件。圖3A、圖3B與圖3C分別表示發光二極體驅動電路1的第一供電迴路S1與第二供電迴路S2A、S2B。工作模式切換電路40係電性連接濾波及整流單元11、驅動電路12、發光模組14和安全開關單元15，並且依據外部電源的頻率範圍而提供上述的第一供電路徑S1以及第二供電路徑S2A或S2B其中之一。

工作模式切換電路40包括第一開關單元13、第三二極體16、第一二極體17、第二二極體18以及切換單元19。第一開關單元13具有第一開關端和第二開關端，分別電性連接發光模組14的第二端以及第二引腳a2。切換單元19電性連接第一側端部(之第一引腳a1與第二引腳a2)和第一開關單元13，並在低頻外部電源被施加在第一側端部時導通第一開關單元13。第一二極體17其陽極端電性連接開關單元13的第二開關端。第二二極體18其陽極端電性連接第一二極體17的陰極端，而第二二極體18的陰極端則電性連接切換單元19。

驅動電路12電性連接濾波及整流單元11。第一開關13電性連接濾波及整流單元11。發光模組14之第一端與第二端藉由驅動電路電性連接濾波及整流單元11以形成第一供電迴路S1(在圖3A表示)，第一供電迴路S1為高頻供電迴路。發光模組14之第二端與第一開關單元13電性連接濾波及整流單元11以形成第二供電迴路S2A、S2B(分別在圖3B、圖3C表示)，第二供電迴路S2A、S2B為低頻供電迴路。驅動電路12可以為電壓位準轉換電路，但本發明並不因此限定。

安全開關電路15電性連接第二側端部(之第三引腳b1與第四引腳b2)和發光模組14。安全開關電路15於外部電源被施加於第一側端部和第二側端部，且外部電源係一高頻電源時而被致能，其中工作模式切換電路40依據安全開關電路15是否被致能而決定供電迴路的路徑。例如：安全開關單元15僅在第一引腳a1、第二引腳a2、第三引腳b1與第四引腳b2接收外部電源且外部電源的頻率範圍為高頻範圍(例如20kHz至60kHz)時為導通狀態。

安全開關電路15具有一輸入/輸出端。第三二極體16的陽極端電性連接安全開關電路15的輸入/輸出端。第三二極體16的陰極端電性連接發光模組14的第一端，二極體16的陽極端通過安全開關單元15電性連接第三引腳b1與第四引腳b2。第一二極體17的陰極電性連接二極體16的陽極。第一二極體17的陽極電性連接濾波及整流單元11，第一二極體17的陽極通過驅動電路12電性連接發光模組14之第二端，且第一二極體17的陽極通過第一開關單元13電性連接發光模組14之第二端。第二二極體18的陽極電性連接第三二極體16的陽極。切換單元19電性連接第二二極體18的陰極與第一開關單元13，切換單元19通過第二二極體18接收外部電源以控制第一開關單元13。當外部電源的頻率位於高頻範圍時，切換單元19導通第一開關單元13，當外部電源的頻率低於高頻範圍時，切換單元19不導通開關單元13。

關於第一電流迴路S1，如圖3A所示，驅動電路12提供直流電以使發光第三14發光。第一電流迴路S1是在外部電源不是在高頻範圍時(例如60Hz)，產生供電迴路。而關於第二電流迴路S2A和S2B，當外部電源的頻率是在高頻範圍時，則切換單元19導通第一開關單元13以旁路(bypass)驅動電路12。在圖3B的第二電流迴路S2A表示頻率落在高頻範圍的外部電源(交流電)由左側的第一引腳a1和第二引腳a2傳送至右側第三引腳b1和第四引腳b2的半周期(在此稱為正半周)的電流路徑。在圖3C的第二電流迴路S2B表示頻率落在高頻範圍的外部電源(交流電)由右側第三引腳b1和第四引腳b2傳送至左側的第一引腳a1和第二引腳a2的半周期(在此稱為負半周)的電流路徑。另外，在不論是在正半周或負半周，高頻電流則也會通過第二二極體18以輸入切換單元19。第二電流迴路S2A、S2B都是共用第一開關單元13所提供的電流路徑，差異僅在於基於整流的原理，第二電流迴路S2A流過第一二極體17，而第二電流迴路S2B流過第三二極體16。在實際應用於各種供電態樣的燈座的燈管點燈情況，將於後續依據各種燈座電路狀況逐一說明。

請參照圖4，圖4是本發明實施例提供的發光二極體驅動電路的細部電路圖。圖4主要在於進一步描述了濾波及整流單元11的一種示範性電路的細節。濾波及整流單元11包括第一全橋轉換單元111與電磁干擾濾波器112。

第一全橋轉換單元111包括四個二極體D1、D2、D3、D4。二極體D1的陰極電性連接第一全橋轉換單元111之第一電源端d，二極體D1的陽極電性連接第一全橋轉換單元111之第二輸出端f。二極體D2的陰極電性連接第一全橋轉換單元111之第二電源端e，二極體D2的陽極電性連接第一全橋轉換單元111之第二輸出端f。二極體D3的陽極電性連接第一全橋轉換單元111之第一電源端d，二極體D3的陰極電性連接第一全橋轉換單元111之 第一輸出端g。二極體D4的陽極電性連接第一全橋轉換單元111之第二電源端e，二極體D4的陰極電性連接第一全橋轉換單元111之第一輸出端g。對照圖1與圖2可知，全橋轉換單元111的第一輸出端g與第二輸出端f分別電性連接驅動電路12，且第二輸出端f更電性連接工作模式切換電路40。

進一步，關於電磁干擾濾波器112，第一全橋轉換單元111之第一電源端d通過電磁干擾濾波器112電性連接第一引腳a1，第一全橋轉換單元111之第二電源端e通過電磁干擾濾波器11電性連接第二引腳a2。

在本實施例中，電磁干擾濾波器112是π型濾波器，然而本發明並不因此限定。π型濾波器包括電容Cx、電感La與電容Ca。電容Cx電性連接於第一引腳a1與第二引腳a2之間。電感La電性連接於第一引腳a1與第一全橋轉換單元111之第一電源端d之間。電容Ca電性連接於第一全橋轉換單元111之第一電源端d與第二電源端e之間。當外部電源經由第一引腳a1與第二引腳a2輸入時，因為電感La所產生的阻抗，此π型濾波器可使電源基本上由第二電源端e輸入第一全橋轉換單元111。

接著請參照圖5，圖5是本發明實例提供的發光二極體驅動電路以及其切換單元的細部電路圖。切換單元19具有一控制端，電性連接開關單元13，開關單元13係依據控制端的電位而決定是否導通。切換單元19包括彼此並聯的第一電容C₁與第一電阻R₁、彼此並聯的第二電容C₂與第二電阻R₂以形成高通濾波電路。切換單元19的控制端是第一電容C₁、第二電容C₂、第一電阻R₁與第二電阻R₂連接開關單元13的端點。第一電容C₁和第一電阻R₁彼此連接的二端點分別電性連接控制端，以及電性連接第二二極體18的陰極端。第二電容C₂和第二電阻R₂彼此連接的二端點分別電性連接控制端，以及電性連接第一二極體17的陽極端。對通過第三二極體18輸入的高頻電流而言第一電容C₁與第一電阻R₁ 形成的截止頻率f_z大小為： 如此，對高頻電流而言，切換單元19相較於發光模組14具有較高的阻抗，而使絕大部分的電流通過發光模組14，因此不影響發光模組14的工作。接著，輸入至切換單元19的高頻電源能夠導通第一開關單元13。並且，第二電容C₂用以維持第一開關單元13的導通電壓。例如，在高頻電流由右側第三引腳b1和第四引腳b2輸入的負半周(參照圖3C)，高頻電流使切換單元19導通第一開關單元13，第二電容C₂的電容值可選擇較大，以至少維持一個半周的電壓，藉此在高頻電流由左側的第一引腳a1和第二引腳a2輸入的正半周(參照圖3B)可維持導通第一開關13。另外，當外部電源的頻率不位於高頻範圍時(或稱為低頻電源)時，則關斷該第一開關單元13。上述的截止頻率f_z可用以決定前述的高頻範圍的區間，但本發明並不因此限定高頻範圍的區間。上述的第一開關單元13可例如是電晶體開關，如金氧半場效電晶體(MOSFET)，但本發明並不因此限定。

請參照圖6，圖6是本發明實例提供的發光二極體燈管的安全開關單元的電路架構圖。從圖6開始，外部電源以Vx表示，用以幫助說明。安全開關單元15透過第三二極體16電性連接發光模組14的第一端，且透過第二二極體17與第一開關單元13電性連接發光模組14的第二端。安全開關單元15包括第二開關單元151、第二全橋轉換單元152、觸發電路153與啟動電容154。

第二開關單元151具有第一開關端151a、第二開關端151b以及觸發端151c。全橋轉換單元152具有第一電源端152a、第二電源端152b、第一輸出端152c以及第二輸出端152d。第一輸出端152c連接第二開關單元151之第二開關端151b，第二輸出端152d連接第二開關單元151之第一開關端151a，第一電源端152a電性 連接安全開關單元15的輸入/輸出端(即電性連接第三二極體的16陽極端)。

觸發電路153電性連接至第二側部(的第三引腳b1與第四引腳b2)和第二開關單元151，且觸發電路153更輸出一觸發電壓至第二開關單元151的觸發端151c，使得第二開關單元151依據觸發電壓的電位而決定是否導通。觸發電路153至少包括第四二極體1531、變壓器1532以及觸發維持單元1533。第四二極體1531具有陽極端與陰極端。變壓器1532實質上為高頻電流互感器。變壓器1532具有第一初級端P1、第二初級端P2、第一次級端S1以及第二次級端S2。第一初級端P1電性連接第二電源端152b，第二初級端P2電性連接第二側端部，即透過第三引腳b1與第四引腳b2連接外部電源。第一次級端S1’電性連接第二開關單元151的第二開關端151b。第二次級端S2電性連接第四二極體1531的陽極端。觸發維持單元1533具有第一輸入端1533a和第二輸入端1533b，分別電性連接第四二極體1531的陰極端以及變壓器1532的第一次級端S1。觸發維持單元1533還具有一輸出端1533c，係電性連接至第二開關單元151的觸發端151c，以輸出觸發電壓。

啟動電容154具有第一電容端154a和第二電容端154b。啟動電容154的第一電容端154a連接第二全橋轉換單元152的第一電源端152a。啟動電容154的第二電容端154b電性連接觸發電路153，如圖6所示為連接觸發電路153的變壓器1532的第一初級端P1。在一實施例中，啟動電容154具有的電容值例如介於470×10^-12法拉至2.2×10^-9法拉，但本發明並不因此限定。

當外部電源Vx供電發光模組14時，觸發維持單元1533產生第二開關單元151所需之觸發電源，以確保第二開關單元151導通後，外部電源Vx驅動發光模組14發亮。換言之，在上述安全開關單元的迴路中，先透過高頻電流觸發第二開關單元151導通閉合後，再進一步保持高頻電流互感器之電流，以實現安全開關 單元15所提供確保安裝帶電操作的安全性之功能。

藉此，透過安全開關單元15應用於發光二極體燈管的操作，以確保發光二極體燈管的四個引腳(a1、a2、b1、b2)完全插接至燈座後，第二開關單元151才會導通，進而外部電源Vx驅動發光模組14發光，故此，可防止使用者在安裝發光二極體燈管發生觸電的狀況，以確保使用者的人身安全。至於安全開關單元15應用於發光二極體燈管之操作，將在後續進一步說明。

請參閱圖7，圖7是本發明實例提供的發光二極體燈管的安全開關單元的細部電路圖。啟動電容154的第一電容端154a連接第二全橋轉換單元152的第一電源端152a，第二電容端154b連接第二全橋轉換單元152的第二電源端152b與變壓器1532的第一初級端P1，以形成第一支路Br1。支路二極體155具有陽極端155a與陰極端155b。陽極端155a連接第二全橋轉換單元152的第二輸出端152d，陰極端155b連接第二單元開關151的第一開關端151a，以形成第二支路Br2。

在本實施例中，第二開關單元151為至少一個，其具有第一開關端151a、第二開關端151b以及觸發端151c。觸發維持單元1533包括至少一電阻電容組，且所述電阻電容組由第三電阻R3與第三電容C3串聯連接，以形成第一連接端、第二連接端以及共接端。所述第一連接端連接第四二極體1531的陰極端，所述第二連接端連接至少一個第二開關單元151的第二開關端151b，所述共接端連接至少一個第二開關單元151的觸發端151c。詳細的說，如圖7所示，第三電容C3具有第一電容端和第二電容端，分別電性連接至第二開關單元151的觸發端151c和第一開關端151a。第五二極體D5具有一陰極端和一陽極端，其中該陰極端電性連接至第二開關單元151的觸發端151c。第三電阻R3具有第一電阻端和第二電阻端，分別電性連接第一輸入端1533a和第五二極體D5的陽極端。第四電容C4具有第一電容端和第二電容端，分別電性連 接至第二輸入端1533b和第三電阻R3的第一電阻端。值得一提，其中所述電阻電容組的數量與開關單元的數量相等，以本實施例而言，第二開關單元151的數量為三個，所以電阻電容組的數量也對應為三組。

在實際應用上，通常為了絕緣耐壓的安全考量，因此，會採用多個第二開關單元151串聯架構，如圖7所示。此外，所述第二開關單元151至少包括一矽控整流器(silicon controlled rectifier,SCR)，其具有一陽極端(anode,A)、一陰極端(cathode,K)和一閘極端(gate,G)，分別電性連接第二開關單元151的第一開關端151a、第二開關端151b和觸發端151c。

接著，請參照圖8，圖8是本發明實施例提供的發光二極體燈管的安全開關單元的操作示意圖。為了方便說明，在本實施例中以第二開關單元151為一個為例以進行說明。此外，亦假設外部電源Vx係為一交流電源。惟，實際應用並非以上述條件為限制。

當外部電源Vx為正半週期供電發光模組14時，外部電源Vx先對啟動電容154充電建立一充電電壓，充電電壓經由第一支路Br1與變壓器1532導通第四二極體1531，且透過觸發維持單元1533的電阻電容組建立一觸發電壓，透過觸發端151c以觸發第二開關單元151，進而導通第二開關單元151。上述動作之示意，可為圖8上一第一路徑Lp1所示。

值得一提，由於啟動電容154的電容值較小，如前所述，電容值介於470×10^-12法拉至2.2×10^-9法拉，因此，當頻率越高時，啟動電容154阻抗也越小，故此，在高頻操作下，外部電源Vx對該啟動電容154充電所建立的充電電壓，才經由第一支路Br1，導通第二開關單元151。

然後，外部電源Vx再經由第二全橋轉換單元152與第二支路Br2，使得外部電源Vx驅動發光二極體單元14發亮。上述動作之示意，可為圖8上一第二路徑Lp2所示。值得一提，由於第二開 關151導通之前，外部電源Vx無法經由第二支路Br2傳送電源，因此，若以安全開關單元15為一個的角度而言，安全開關單元15為關斷(turned off)的狀態。換言之，外部電源Vx要經由安全開關單元15傳送電源的條件，即為安全開關單元15為導通(致能)狀況，亦即，在正半週操作下，外部電源Vx需要先經由第一路徑Lp1觸發並且導通第二開關單元151之後，再經由第二路徑Lp2提供外部電源Vx的傳送路徑。

如此，即可實現本實施例的主要技術特徵：「當外部電源Vx供電發光模組14時，觸發維持單元1533產生第二開關單元151所需之觸發電源，以確保第二開關單元151導通後，外部電源Vx驅動發光模組14發亮。」如此，可確保使用者安裝燈管至燈座完成之前，不會有外部電源Vx供電導通燈管的狀況發生，因此可防止使用者在安裝發光二極體燈管發生觸電的狀況，以確保使用者的人身安全。

此外，當外部電源Vx為負半週操作時，雖然外部電源Vx經由該變壓器1532次級側所提供的電壓對第四二極體1531為逆偏截止操作，然而，由於觸發維持單元1533的電阻電容所提供的電壓足以維持第二開關單元151在負半週的期間導通，因此，一旦外部電源Vx再回到正半週操作時，將再透過第一路徑Lp1持續觸發並導通第二開關單元151，以及透過第二路徑Lp2提供電源的傳送路徑。

接著，請參照圖9，圖9是本發明另一實施例提供的發光二極體燈管的安全開關單元的細部電路圖。在此實施例中，安全開關單元15除了包括前述第二開關單元151、第二全橋轉換單元152以及觸發電路153外，更包括電壓抑制二極體156。其中電壓抑制二極體156可為暫態電壓抑制器(transient voltage suppresser,TVS)。電壓抑制二極體156具有第一端156a與第二端156b，其中第一端156a電性連接觸發維持單元1533與第二開關151單元 的第一開關端151a，第二端156b連接觸發維持單元1533。

再者，第二開關單元151具有第一開關端151a、第二開關端151b以及觸發端151c。觸發維持單元1533主要包括稽納二極體ZD與電阻電容組。稽納二極體ZD具有一陰極端和一陽極端，其中該陽極端電性連接至觸發維持單元1533的第二輸入端1533b,該陰極端則電性連接至觸發維持單元1533的第一輸入端1533a和輸出端1533c。電阻電容組是由一第四電阻R4與一第五電容C5彼此並聯，以形成一第一連接端與一第二連接端，且第四電阻R4和第五電容C5連接的二端點分別電性連接至稽納二極體ZD的陰極端和陽極端，如圖9所示。所述第一連接端連接電壓抑制二極體156的第二端156b與第二開關單元151的觸發端151c，所述第二連接端連接第二開關單元151的第二開關端151b。

當外部電源Vx供電發光模組14時，經由電源系統中的鎮流器所轉換產生的一點火高電壓觸發並且導通第二開關單元151，使得外部電源Vx驅動發光模組14發亮。電壓抑制二極體156用以抑制觸發第二開關單元151的高電壓值，進而降低點火軟擊穿的瞬間所產生的高能量。值得一提，在實際應用上，電壓抑制二極體156可以不需要使用，然而，相對地就需要考量到當沒有電壓抑制二極體156抑制點火高電壓時，所使用的第二開關單元151的軟擊穿電流的狀況，亦或調整鎮流器的輸出特性，以因應無裝設電壓抑制二極體156的應用情況。

接著請參照圖10，圖10是本發明實施例提供的發光二極體燈管的發光二極體驅動電路的應用實施例的示意圖。圖10的電路用以代表其中一種實際的電路實施情況。在圖10中以降壓轉換器(Buck converter)的例子代表圖1(或圖2)的驅動電路12。但本發明並不因此限定，驅動電路12也可以例如是升降壓轉換器(Buck-boost converter)，或其他種類的轉換器。依據上述的舉例，所屬技術領域具有通常知識者應能容易了解驅動電路12的實施方 式，不再贅述。

接著，繼續說明本發明實施例的發光二極體燈管的應用方式。本實施例的發光二極體燈管可適用於搭配低頻(50Hz~60Hz)點燈的電感式鎮流器(magnetic ballast)或高頻(20kHz~60kHz)瞬時點燈的電子式鎮流器(electrical ballast)，甚至無鎮流器(none ballast)的配置，也同樣適用。可配合參見圖11至圖13及其對應的操作說明。

圖11是本發明實施例提供的發光二極體燈管組接於具有電子式鎮流器之燈座的應用實施例的示意圖。發光二極體燈管10組接於一燈座(未圖示)，所述燈座包括電子式鎮流器20以及連接發光二極體燈管的第一引腳a1、第二引腳a2、第三引腳b1、第四引腳b2的電性連接結構。換言之，透過將發光二極體燈管10裝設於燈座上，並且透過外部電源Vx供電，以形成整體之發光二極體燈管之電源系統。此電源系統包括燈座與發光二極體燈管10，燈座提供外部電源Vx。燈管的點燈情況如下所述。在此情況，外部電源為高頻電源(外部電源在高頻範圍(例如20kHz至60kHz)，請一併參照圖3B、圖3C與圖11。同時參照圖3B與圖11，假設在正半周操作時，第一引腳a1(與第二引腳a2)透過電子式鎮流器20電性連接外部電源Vx而獲得正電壓，外部電源Vx導通的供電路徑(高頻供電迴路S2A)由第一引腳a1(與第二引腳a2)進入濾波及整流單元11、發光模組14，接著經由導通的第一開關單元13與第一二極體17到安全開關單元15(此時安全開關單元15致能導通)，然後再由安全開關單元15到第三引腳b1(與第四引腳b2)。在負半周操作時，請同時參照圖3C與圖11，第三引腳b1(與第四引腳b2)透過電子式鎮流器20電性連接外部電源Vx而獲得正電壓，電源路徑由第三引腳b1(與第四引腳b2)到安全開關單元15，再到第三二極體16，然後到發光模組14，在經過導通的第一開關單元13再到濾波及整流單元11，接著到第一引腳a1(與第二引腳a2)。

圖12是本發明另一實施例提供的發光二極體燈管組接於具有電感式鎮流器之燈座的應用實施例的示意圖。燈座包括電感式鎮流器30，電感式鎮流器30具有輸入端與輸出端。當發光二極體燈管10組接在燈座時，發光二極體燈管10之第一引腳a1與第三引腳b1透過短路元件31直接連接。發光二極體燈管10之第二引腳a2連接電感式鎮流器30之輸出端。外部電源Vx連接於發光二極體燈管10之第二引腳a2與電感式鎮流器30之輸入端，進而對發光二極體燈管10供電。燈管的點燈情況如下所述。在此情況，外部電源為低頻電源(外部電源不是在高頻範圍(例如60Hz)，請一併參照圖3A與圖12。不論電源是正半周操作或是負半周操作，濾波及整流單元11皆將外部電源Vx的交流電整流為直流，並提供直流電給驅動電路12。詳細的說，假設在正半周操作時，外部電源Vx提供正電壓給第二引腳a2，外部電源Vx由第二引腳a2輸入電流至濾波及整流單元11(濾波及整流單元11整流後使驅動電路12驅動發光模組14)，然後濾波及整流單元11整流產生輸出電流由第一引腳輸出a1，然後電流由第一引腳a1到第三引腳b1(短路元件31短路)，然後再由第三引腳b1到第四引腳b2(第三引腳b1與第四引腳b2為共接)。另外，由於外部電源為低頻電源，使得安全開關單元15不導通(不致能)。在負半周操作時，外部電源Vx導通的電流路徑是正半周操做時的供電路徑的反向路徑，也就是由第四引腳b2到第三引腳b1，然後由第三引腳b1到第一引腳a1，然後再由第一引腳a1到第二引腳a2(透過濾波及整流單元11整流後輸出)，最後回到外部電源Vx。同樣的，安全開關單元15並不導通。

圖13是本發明另一實施例提供的發光二極體燈管組接於無鎮流器之燈座的應用實施例的示意圖。當發光二極體燈管10組接在燈座時，發光二極體燈管10之第三引腳b1與第四引腳b2為空接(no connection,N.C.)。外部電源Vx連接於發光二極體燈管10之 第一引腳a1與第二引腳，進而對發光二極體燈管10供電。換句話說，參照於圖2，在這個情況是利用驅動電路12控制發光模組14的供電。在此供電情況下，不論是外部電源正半周或負半周，濾波及整流單元都將交流的外部電源Vx轉換成直流電給驅動電路12，驅動電路12直接對發光模組14供電，並且安全開關單元15不導通(不致能)。此時，由於外部電源Vx為低頻電源，使得安全開關單元15不導通，故第三引腳b1與第四引腳b2視為開路、沒有電流通過。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例提供發光二極體燈管及發光二極體驅動電路。適用於電子式鎮流器的燈管可以被本發明實施例的發光二極體燈管直接替換，不需要更改外圍線路。適用於電感式鎮流器的燈管也可以被本發明實施例的發光二極體燈管直接替換，不須更改周圍的線路(通常設置於燈座上)。對於直通交流市電(無外部鎮流器)的情況，本發明實施例的發光二極體燈管也可直接使用，不影響其工作模式。藉此，可確保燈管安裝以及帶電操作的安全性。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

1‧‧‧發光二極體驅動電路

11‧‧‧濾波及整流單元

12‧‧‧驅動電路

13‧‧‧第一開關單元

14‧‧‧發光模組

15‧‧‧安全開關電路

16‧‧‧第三二極體

17‧‧‧第一二極體

18‧‧‧第二二極體

19‧‧‧切換單元

40‧‧‧工作模式切換電路

a1‧‧‧第一引腳

a2‧‧‧第二引腳

b1‧‧‧第三引腳

b2‧‧‧第四引腳

Claims (21)

1. 一種發光二極體燈管，具有一第一側端部，該第一側端部具有一第一引腳與一第二引腳，且該發光二極體燈管適於依據施加於該第一側端部的一低頻外部電源而發光，該發光二極體燈管包括：一驅動電路，電性連接該第一引腳和該第二引腳；一發光模組，至少具有一發光二極體，並電性連接該驅動電路；以及一工作模式切換電路，電性連接該驅動電路和該發光模組，該工作模式切換電路依據該低頻外部電源而與該驅動電路導通一供電迴路，而使一驅動電流沿該供電迴路驅動該發光模組發光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，其中該發光模組具有一第一端和一第二端，該驅動電流係從該第一端流入，並從該第二端流出，而該工作模式切換電路包括：一開關單元，具有一第一開關端和一第二開關端，分別電性連接該發光模組的該第二端以及該第二引腳；以及一切換單元，電性連接該第一側端部和該開關單元，並在該低頻外部電源被施加在該第一側端部時導通該開關單元。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體燈管，其中該工作模式切換電路更包括：一第一二極體，其陽極端電性連接該第二開關端；以及一第二二極體，其陽極端電性連接該第一二極體的陰極端，而該第二二極體的陰極端則電性連接該切換單元。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體燈管，其中該切換單元具有一控制端，電性連接該開關單元，該開關單元係依據該控制端的電位而決定是否導通，該切換單元包括：一第一電容和一第一電阻，二者彼此並聯，該第一電容和該第 一電阻彼此連接的二端點分別電性連接該控制端，以及電性連接該第二二極體的陰極端；以及一第二電容和一第二電阻，二者彼此並聯，該第二電容和該第二電阻彼此連接的二端點分別電性連接該控制端，以及電性連接該第一二極體的陽極端。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，更包括一濾波及整流電路，電性連接該第一側端部和該驅動電路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體燈管，其中該濾波及整流電路包括：一全橋轉換單元，具有一第一電源端、一第二電源端、一第一輸出端與一第二輸出端，該第一電源端電性連接該第一引腳，該第二電源端電性連接該第二引腳，該全橋轉換單元的該第一輸出端與該第二輸出端分別電性連接該驅動電路，且該第二輸出端更電性連接該工作模式切換電路。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體燈管，其中該濾波及整流電路更包括：一電磁干擾濾波器，該全橋轉換單元之該第一電源端通過該電磁干擾濾波器電性連接該第一引腳，該全橋轉換單元之該第二電源端通過該電磁干擾濾波器電性連接該第二引腳。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體燈管，其中該驅動電路係一電壓位準轉換電路。
9. 一種發光二極體燈管，具有一第一側端部和一第二側端部，該第一側端部具有一第一引腳與一第二引腳，該第二側端部具有一第三引腳和一第四引腳，且該發光二極體燈管適於依據施加於該第一側端部的一外部電源而發光，該發光二極體燈管包括：一驅動電路，電性連接該第一引腳和該第二引腳；一發光模組，至少具有一發光二極體，並電性連接該驅動電路；一工作模式切換電路，電性連接該驅動電路和該發光模組；以 及一安全開關電路，電性連接該第二側端部和該發光模組，該安全開關電路於該外部電源被施加於該第一側端部和該第二側端部，且該外部電源係一高頻電源時而被致能，其中該工作模式切換電路依據該安全開關電路是否被致能而決定該供電迴路的路徑。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體燈管，其中該發光模組具有一第一端和一第二端，該驅動電流係從該第一端流入，並從該第二端流出，而該工作模式切換電路包括：一第一開關單元，具有一第一開關端和一第二開關端，分別電性連接該發光模組的該第二端以及該第二引腳；以及一切換單元，電性連接該第一側端部和該第一開關單元，並在該外部電源至少被施加在該第一側端部時導通該第一開關單元。
11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體燈管，其中該工作模式切換電路更包括：一第一二極體，其陽極端電性連接該第二開關端；以及一第二二極體，其陽極端電性連接該第一二極體的陰極端，而該第二二極體的陰極端則電性連接該切換單元。
12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體燈管，其中該切換單元具有一控制端，電性連接該第一開關單元，該第一開關單元係依據該控制端的電位而決定是否導通，該切換單元包括：一第一電容和一第一電阻，二者彼此並聯，該第一電容和該第一電阻彼此連接的二端點分別電性連接該控制端，以及電性連接該第二二極體的陰極端；以及一第二電容和一第二電阻，二者彼此並聯，該第二電容和該第二電阻彼此連接的二端點分別電性連接該控制端，以及電性連接該第一二極體的陽極端。
13. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體燈管，更包括一濾波及整流電路，電性連接該第一側端部和該驅動電路。
14. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體燈管，其中該濾波及整流電路包括：一第一全橋轉換單元，具有一第一電源端、一第二電源端、一第一輸出端與一第二輸出端，該第一電源端電性連接該第一引腳，該第二電源端電性連接該第二引腳，該第一全橋轉換單元的該第一輸出端與該第二輸出端分別電性連接該驅動電路，且該第二輸出端更電性連接該工作模式切換電路。
15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體燈管，其中該濾波及整流電路更包括：一電磁干擾濾波器，該第一全橋轉換單元之該第一電源端通過該電磁干擾濾波器電性連接該第一引腳，該第一全橋轉換單元之該第二電源端通過該電磁干擾濾波器電性連接該第二引腳。
16. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體燈管，其中該驅動電路係一電壓位準轉換電路。
17. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體燈管，其中該安全開關電路具有一輸入/輸出端，而該發光二極體燈管更包括一第三二極體，其陽極端電性連接該輸入/輸出端，其陰極端則電性連接該發光模組的該第一端。
18. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體燈管，其中該安全開關電路具有一輸入/輸出端，係位於被導通的該供電迴路上，該安全開關電路包括：一第二開關單元，具有一第一開關端、一第二開關端與一觸發端；一第二全橋轉換單元，具有一第一電源端、一第二電源端、一 第一輸出端與一第二輸出端，其中該第一輸出端和該第二輸出端分別電性連接該第二開關單元之該第二開關端和該第一開關端，該第一電源端則電性連接至該輸入/輸出端；一觸發電路，電性連接至該第二側部和該第二開關單元，且該觸發電路更輸出一觸發電壓至該第二開關單元的該觸發端，使得該第二開關單元依據該觸發電壓的電位而決定是否導通；以及一啟動電容，具有一第一電容端和一第二電容端，分別電性連接至該第二全橋轉換單元的該第一電源端和該觸發電路，其中該觸發電路依據該啟動電容的電位而決定該觸發電壓的電位。
19. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體燈管，其中該第二開關單元至少包括一矽控整流器，其具有一陽極端、一陰極端和一閘極端，分別電性連接該第二開關單元的該第一開關端、第二開關端和該觸發端，而該觸發電路包括：一變壓器，具有一第一初級端、一第二初級端、一第一次級端與一第二次級端，其中該第一初級端電性連接該啟動電容的該第二電容端，該第二初級端電性連接該第二側端部，而該第一次級端電性連接該第二開關單元的該第二開關端；一第四二極體，其陽極端電性連接該變壓器的該第二次極端；以及一觸發維持單元，具有一第一輸入端和一第二輸入端，分別電性連接該第四二極體的陰極端以及該變壓器的第一次級端，該觸發維持單元還具有一輸出端，係電性連接至該第二開關單元的該觸發端，以輸出該觸發電壓。
20. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體燈管，其中該觸發維持單元至少包括： 一第三電容，具有一第一電容端和一第二電容端，分別電性連接至該第二開關單元的該觸發端和該第一開關端；一第五二極體，具有一陰極端和一陽極端，其中該陰極端電性連接至該第二開關單元的該觸發端；一第三電阻，具有一第一電阻端和一第二電阻端，分別電性連接該第一輸入端和該第五二極體的該陽極端；以及一第四電容，具有一第一電容端和一第二電容端，分別電性連接至該第二輸入端和該第三電阻的該第一電阻端。
21. 如申請專利範圍第19項所述之發光二極體燈管，其中該安全開關電路更包括一電壓抑制二極體，其具有一第一端和一第二端，分別電性連接該觸發維持單元和該第二開關單元的該第一開關端，而該觸發維持單元包括：一稽納二極體，具有一陰極端和一陽極端，其中該陽極端電性連接至該第二輸入端，該陰極端則電性連接至該第一輸入端和該輸出端；以及一第四電阻和一第五電容，彼此並聯，該第四電阻和該第五電容連接的二端點分別電性連接至該稽納二極體的該陰極端和該陽極端。