TWI401990B - Electronic device, constant current unit and stable current method - Google Patents

Description

電子裝置、定電流單元及穩定電流的方法

本發明是有關於一種發光裝置，特別是指一種以交流電作為電源的發光裝置。

傳統的發光二極體(Light Emitting Diode，以下簡稱LED)的基本特性，是屬於單向的直流電(簡稱DC)驅動，這和一般室內照明設備所採用的交流電(簡稱AC)型式，有著極大的差距。

為了使LED能夠在交流電下正常運作，必須藉由變壓器與整流器等轉換設備，將AC電源轉為DC來驅動，但不論是另外連結轉換器，或是將轉換器嵌入產品中，都會增加產品的體積、重量與成本，相對地也會造成額外的電力耗損。此外，一顆僅能承受2~4伏特電壓的LED，相較於市電的動輒上百伏特實相去甚遠，容易導致LED產生熱跑脫現象(Thermal Runaway)而燒毀，為了能夠承受較高的電壓，還必須另外加裝保護電路以避免LED燒毀。

因此，如何有效又安全地利用交流電源來驅動LED，便是發展LED產業的重要方向。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以交流電作為電源且可穩定通過LED的電流使LED不易產生熱跑脫現象的電子裝置。

於是，本發明電子裝置是包含一整流單元、一負載及 一定電流單元；該負載是用以接收一交流訊號並將之整流後輸出一整流訊號；該負載與該整流單元電連接並用以接收該整流單元輸出的該整流訊號以進行發光；該定電流單元包括與該負載串聯的一第一定電流電路與一第二定電流電路，以及一與該第一定電流電路並聯的第一分支電路，當通過該負載與該第一定電流電路的電流達到一第一電流值，該第一定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第一定電流電路與該負載的電流於該第一電流值，該第一定電流電路的跨壓是恆低於一第一壓降上限值，而該第二定電流電路亦可於通過該負載與該第二定電流電路的電流達到一第二電流值時，調整其自身阻抗，以維持通過該第二定電流電路與該負載的電流於該第二電流值，該第二電流值較該第一電流值高；當該第一定電流電路的跨壓大於等於一第一操作電壓值，該第一分支電路可讓電流由該第一分支電路通過，該第一操作電壓值小於等於該第一壓降上限值。。

其中，該第一分支電路是一第一基納二極體，該第一操作電壓值是該第一基納二極體崩潰進入崩潰區的一第一崩潰電壓值。

較佳地，本發明電子裝置的整流單元是包括一全波整流器，而該整流單元輸出的該整流訊號是一全波整流訊號。更佳地，前段所述的全波整流器實是一惠斯通電橋(Wheatstone bridge)。

較佳地，本發明該負載是一發光單元，並包括複數個互相串接的發光二極體(LED)，該等發光二極體可接收該整流訊號以進行發光。本發明之功效在於，除利用惠斯通電橋，將交流訊號整流成可以供發光二極體使用的全波整流訊號，並且還利用定電流電路穩定通過發光單元的電流，而定電流電路中，則是以部分的定電流電路來並聯基納二極體的方式，以確保每個定電流電路都可以為了穩定電流而有所貢獻。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之兩個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，圖1為本發明電子裝置10之第一較佳實施例的方塊示意圖。本發明電子裝置10實際上是一可以交流電源(AC)驅動的發光裝置10，並包含一整流單元1，及彼此串聯的一發光單元2與一定電流單元3。

本實施例中，該整流單元1包括一全波橋式整流器11(亦稱作惠斯通電橋Wheatstone bridge)，該全波橋式整流器11與一輸出弦波電源的交流電源4電連接，配合參閱圖2，該全波橋式整流器11可接收一波型如圖2所示之弦波交流訊號51，並將之全波整流後輸出一全波整流訊號52予發光單元2及定電流單元3。值得一提的是，本實施例之全波橋式整流器11亦可以半波整流器或中心抽頭全波整流器等取代，使流入發光單元2及定電流單元3維持在同一方向，但本實施例所選用的全波橋式整流器11相較於其他兩者，具有較好的效率與較低的成本。

該發光單元2是包括複數個與該整流單元1電連接且彼此串聯的發光二極體21(Light Emitting Diode，以下簡稱LED)，這些LED 21受該整流單元1所輸出的全波整流訊號52驅動後，則會發光。當該等LED 21受到驅動而開始發光後，亦會開始發熱，由於二極體的少數載子濃度會隨溫度升高而變大，因此相對的LED 21的導電率變好，意即阻抗變差，若此時沒有定電流單元3維持電流I，則會讓通過發光單元2的總電流I變大，導致該等LED 21更熱，如此惡性循環直到有至少一LED 21燒毀，使電流I不再流通。

該定電流單元3包括與發光單元2串聯的一第一定電流電路31與一第二定電流電路32，以及一與第一定電流電路31並聯的第一基納二極體33。當通過該等LED 21與該第一定電流電路31的電流達到一第一電流值，該第一定電流電路31可藉由調整其自身阻抗，進而調整該第一定電流電路31的跨壓以維持通過該第一定電流電路31與該等LED 21的電流於一第一電流值，但第一定電流電路31的跨壓是恆低於一第一壓降上限值，也就是說，當第一定電流電路31之阻抗調升至上限後便無法再調升，此時若外部輸入第一定電流電路31的電流或第一定電流電路31本身的跨壓繼續加大，則第一定電流電路31便無法繼續維持定電流的效果，嚴重的話，更有可能會讓第一定電流電路31毀壞；同樣地，當通過該等LED 21與該第二定電流電路32的電流達到一第二電流值，該第二定電流電路32亦可藉由調整其自身阻抗，進而調整該第二定電流電路32的跨壓以維持通過該第二定電流電路32與該發光單元2的電流於一第二電流值，此第二電流值是較第一電流值略高，該第二定電流電路32的跨壓亦是恆低於一第二壓降上限值。值得一提的是，理想狀況下，第一電流值最好可以是等於第二電流值，但前述第二電流值之所以實際上會略高於第一電流值，是由於製程上的種種因素所產生的公差，導致就算是型號相同的電子元件，也會有些微的誤差。

為了避免上述情況，當該LED 21的阻抗萎縮至一定程度，使總電流I增大到第一電流值，此時第一定電流電路31便會開始工作，調升其自身阻抗以補足LED 21的失去的阻抗，讓通過該等LED 21的電流I維持在一第一電流值，配合參閱圖2的波型53，時間軸t₀ 至時間軸t₁ 的區間中，通過該發光單元2的電流I由零上升至第一電流值，時間軸t₁ 之後，則因為定電流電路31的運作，使電流I維持在第一電流值。

與該第一定電流電路31並聯的第一基納二極體33，由於第一定電流電路31不斷提昇其跨壓以維持電流I穩定，到了時間軸t₂ 之後，其跨壓達到了該第一基納二極體33的第一崩潰電壓值，因此第一基納二極體33進入崩潰區，過了時間軸t₂ ，通過該發光單元2的電流I開始上升至第二電流值，無法由第一定電流電路31全部通過的電流，則由於第一基納二極體33已進入崩潰區，因此多出來的電流會由第一基納二極體33通過，第二定電流電路32於電流I達到第二電流值後便開始工作，視情況調整內部阻抗，以維持通過發光單元2的電流I維持在第二電流值。

過了時間軸t₃ 之後，由於整流單元1所提供的全波整流訊號52開始衰減，因此電流I開始由第二電流值下降至第一電流值，維持在第一電流值一段時間後，最終下降至零。如此不斷重複每個週期，即可讓該等LED 21閃爍發光。

值得一提的是，理想情況下，第一基納二極體33的崩潰電壓的第一崩潰電壓值最好是可以與第一定電流電路31的第一壓降上限值相同，如此才可以完全地利用第一定電流電路31調整其跨壓的空間，但實際上由於先前敘述的電子元件難免有公差的問題，因此本實施例是將該第一基納二極體31的第一崩潰電壓設計成略小於第一壓降上限值。

參閱圖3，圖3為本發明電子裝置10’之第二較佳實施例的方塊示意圖。不同於第一較佳實施例的是，該定電流單元3’還具有一與第二定電流電路32並聯的第二基納二極體34。若想要如同第一較佳實施例，只裝設一第一基納二極體33，則必須先知道第一、第二定電流電路31、32個別的第一電流值與第二電流值何者為大何者為小，才可將第一基納二極體33與小的並聯，如此才確保電流值小的先到達極限後，電流值大的會接著工作，基於製程封裝方便，一般不去檢測該第一電流值與第二電流值的大小，因此第二較佳實施例，於每個定電流電路31、32旁都各並聯基納二極體33、34，如此一來，不管誰的電流值較大，都可以達到電流值大的會接著電流值小的到達極限後開始工作的目的。值得一提的是，本發明還可串聯越多定電流電路與基納二極體並聯的電路結構，此一來可提供越多的電壓調整空間以維持穩定的電流，有利於電子裝置於電源極不穩定的狀況下仍可正常照明，因此串聯前述電路結構的數量可依實際情況決定，並不限於本實施例及其對應圖示。

值得一提的是，本實施例電子裝置10實際上是一發光裝置，但亦可應用在其他需要維持穩定電流以保護電路或維持工作效能等目的的電子裝置上。

綜合以上所述，本發明除利用全波橋式整流器11(惠斯通電橋)，將弦波交流訊號整流成可以供LED 21使用的全波整流訊號，並且還利用定電流電路3穩定通過發光單元2的電流I，而定電流電路3中，則是以全部或部分的定電流電路31、32來並聯基納二極體33、34的方式，以確保每個定電流電路31、32都可以為了穩定電流I而有所貢獻。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10、10’‧‧‧電子裝置

31‧‧‧第一定電流電路

1‧‧‧整流單元

32‧‧‧第二定電流電路

11‧‧‧全波橋式整流器

33‧‧‧第一基納二極體

2‧‧‧發光單元

34‧‧‧第二基納二極體

21‧‧‧發光二極體(LED)

4‧‧‧交流電源

3、3’‧‧‧定電流單元

51~53‧‧‧波型

圖1為本發明電子裝置之第一較佳實施例的方塊示意圖；圖2是為一時間對各點訊號的波型圖；及圖3為本發明電子裝置之第二較佳實施例的方塊示意圖。

10‧‧‧電子裝置

3‧‧‧定電流單元

1‧‧‧整流單元

31‧‧‧第一定電流電路

11‧‧‧全波橋式整流器

32‧‧‧第二定電流電路

2‧‧‧發光單元

33‧‧‧第一基納二極體

21‧‧‧發光二極體(LED)

4‧‧‧交流電源

Claims (12)

1. 一種電子裝置，包含：一整流單元，用以接收一交流訊號，並將該交流訊號整流後輸出一整流訊號；一發光單元，與該整流單元電連接，並用以接收該整流單元輸出的該整流訊號以進行作動；及一定電流單元，包括：一第一定電流電路，與該發光單元串聯，當通過該發光單元與該第一定電流電路的電流達到一第一電流值，該第一定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第一定電流電路與該發光單元的電流於該第一電流值，該第一定電流電路的跨壓是恆低於一第一壓降上限值，一第二定電流電路，與該發光單元串聯，當通過該發光單元與該第二定電流電路的電流達到一第二電流值，該第二定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第二定電流電路與該發光單元的電流於該第二電流值，該第二電流值較該第一電流值高，及一第一基納二極體，與該第一定電流電路並聯，當該第一定電流電路的跨壓大於等於該第一基納二極體崩潰進入崩潰區的一第一崩潰電壓值，該第一基納二極體可讓電流通過，該第一崩潰電壓值小於等於該第一壓降上限值。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中，該整流單元是包括一全波整流器，而該整流單元輸出的該整流訊號是一全波整流訊號。
3. 依據申請專利範圍第1或2項所述之電子裝置，其中，該發光單元包括複數個互相串接的發光二極體，該等發光二極體可接收該整流訊號以進行發光。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之電子裝置，其中，該整流單元的該全波整流器是一惠斯通電橋。
5. 一種定電流單元，應用於一發光裝置中，該發光裝置包括複數個可接收一整流單元輸出的一整流訊號以進行發光的發光二極體，該定電流單元包含：一第一定電流電路，與該等發光二極體串聯，當通過該等發光二極體與該第一定電流電路的電流達到一第一電流值，該第一定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第一定電流電路與該等發光二極體的電流於該第一電流值，該第一定電流電路的跨壓是恆低於一第一壓降上限值；一第二定電流電路，與該等發光二極體串聯，當通過該等發光二極體與該第二定電流電路的電流達到一第二電流值，該第二定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第二定電流電路與該等發光二極體的電流於該第二電流值，該第二電流值較該第一電流值高；及一第一基納二極體，與該第一定電流電路並聯，當該第一定電流電路的跨壓大於等於該第一基納二極體進 入崩潰區的一第一崩潰電壓值，該第一基納二極體可讓電流通過，該第一崩潰電壓值小於等於該第一壓降上限值。
6. 一種定電流單元，包含：一第一定電流電路，當通過該第一定電流電路的電流達到一第一電流值，該第一定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第一定電流電路的電流於該第一電流值，該第一定電流電路的跨壓是恆低於一第一壓降上限值；一第二定電流電路，與該第一定電流電路串聯，當通過該第二定電流電路的電流達到一第二電流值，該第二定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第二定電流電路的電流於該第二電流值，該第二電流值較該第一電流值高；及一第一基納二極體，與該第一定電流電路並聯，當該第一定電流電路的跨壓大於等於該第一基納二極體進入崩潰區的一第一崩潰電壓值，該第一基納二極體可讓電流通過，該第一崩潰電壓值小於等於該第一壓降上限值。
7. 一種電子裝置，包含：一整流單元，用以接收一交流訊號，並將該交流訊號整流後輸出一整流訊號；一發光單元，與該整流單元電連接，並用以接收該整流單元輸出的該整流訊號以進行作動；及 一定電流單元，包括：一第一定電流電路，與該發光單元串聯，當通過該發光單元與該第一定電流電路的電流達到一第一電流值，該第一定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第一定電流電路與該發光單元的電流於該第一電流值，該第一定電流電路的跨壓是恆低於一第一壓降上限值，一第二定電流電路，與該發光單元串聯，當通過該發光單元與該第二定電流電路的電流達到一第二電流值，該第二定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第二定電流電路與該發光單元的電流於該第二電流值，該第二定電流電路的跨壓是恆低於一第二壓降上限值，一第一基納二極體，與該第一定電流電路並聯，當該第一定電流電路的跨壓大於等於該第一基納二極體崩潰進入崩潰區的一第一崩潰電壓值，該第一基納二極體可讓電流通過，該第一崩潰電壓值小於等於該第一壓降上限值，及一第二基納二極體，與該第二定電流電路並聯，當該第二定電流電路的跨壓大於等於該第二基納二極體崩潰進入崩潰區的一第二崩潰電壓值，該第二基納二極體可讓電流通過，該第二崩潰電壓值小於等於該第二壓降上限值。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之電子裝置，其中，該整 流單元是包括一全波整流器，而該整流單元輸出的該整流訊號是一全波整流訊號。
9. 依據申請專利範圍第7或8項所述之電子裝置，其中，該發光單元包括複數個互相串接的發光二極體，該等發光二極體可接收該整流訊號以進行發光。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之電子裝置，其中，該整流單元的該全波整流器是一惠斯通電橋。
11. 一種定電流單元，應用於一發光裝置中，該發光裝置包括複數個可接收一整流單元輸出的一整流訊號以進行發光的發光二極體，該定電流單元包含：一第一定電流電路，與該等發光二極體串聯，當通過該等發光二極體與該第一定電流電路的電流達到一第一電流值，該第一定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第一定電流電路與該等發光二極體的電流於該一第一電流值，該第一定電流電路的跨壓是恆低於一第一壓降上限值；一第二定電流電路，與該等發光二極體串聯，當通過該等發光二極體與該第二定電流電路的電流達到一第二電流值，該第二定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第二定電流電路與該等發光二極體的電流於該第二電流值，該第二定電流電路的跨壓是恆低於一第二壓降上限值；一第一基納二極體，與該第一定電流電路並聯，當該第一定電流電路的跨壓大於等於該第一基納二極體崩 潰進入崩潰區的一第一崩潰電壓值，該第一基納二極體可讓電流由該第一基納二極體通過，該第一崩潰電壓值小於等於該第一壓降上限值；及一第二基納二極體，與該第二定電流電路並聯，當該第二定電流電路的跨壓大於等於該第二基納二極體崩潰進入崩潰區的一第二崩潰電壓值，該第二基納二極體可讓電流通過，該第二崩潰電壓值小於等於該第二壓降上限值。
12. 一種定電流單元，包含：一第一定電流電路，當通過該第一定電流電路的電流達到一第一電流值，該第一定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第一定電流電路的電流於該第一電流值，該第一定電流電路的跨壓是恆低於一第一壓降上限值；一第二定電流電路，與該第一定電流電路串聯，當通過該第二定電流電路的電流達到一第二電流值，該第二定電流電路可藉由調整其自身阻抗，以維持通過該第二定電流電路的電流於該第二電流值，該第二定電流電路的跨壓是恆低於一第二壓降上限值；一第一基納二極體，與該第一定電流電路並聯，當該第一定電流電路的跨壓大於等於該第一基納二極體崩潰進入崩潰區的一第一崩潰電壓值，該第一基納二極體可讓電流由該第一基納二極體通過，該第一崩潰電壓值小於等於該第一壓降上限值；及 一第二基納二極體，與該第二定電流電路並聯，當該第二定電流電路的跨壓大於等於一該第二基納二極體崩潰進入崩潰區的第二崩潰電壓值，該第二基納二極體可讓電流通過，該第二崩潰電壓值小於等於該第二壓降上限值。