TWI414205B - 具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路 - Google Patents

Description

具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路

本發明為有關於一種保護電路，特別是指一種根據不同電氣特性的發光二極體串，用以串聯適當之電阻以保護發光二極體串的具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路。

近年來，隨著半導體科技的蓬勃發展，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)的製造技術亦日趨成熟，目前的發光二極體已經足以作為照明的光源使用，由於發光二極體具備省電、體積小、使用壽命長、穩定性高、殘光性低及高點燈應答等特性，因此更為市場所接受，甚至已經有取代傳統燈泡的趨勢。

一般而言，要將發光二極體作為照明的光源使用時，通常需要同時配置多顆發光二極體才能滿足用戶對亮度的要求，而多顆發光二極體的配置方式通常分為三種：串聯、並聯及並/串聯組合，其中又以並/串聯組合最為常見。請參閱「第1圖」所示意，「第1圖」為習知的發光二極體串的驅動電路之示意圖，包含：發光二極體110、第一發光二極體串111、第二發光二極體串112、陽極121、陰極122及電容C1。其中，發光二極體110分別串聯成第一發光二極體串111及第二發光二極體串112，且第一發光二極體串111及第二發光二極體串112為並聯，而電容C1的一端與陽極121電性連接，另一端則與陰極122電性連接，在實際實施上，此電容C1可為0.1uF的陶瓷電容，且此陶瓷電容的電壓額定值應高於陽極121與陰極122的電壓(例如：“24V”)。

然而，由於各發光二極體110因製程差異的緣故，其具備的電氣特性亦不盡相同，舉例來說，各發光二極體110的正向工作電壓(Vf)可能分別介於“2.8V”至“3.4V”之間。因此，當以定電壓方式推動這些串/並聯組合的發光二極體110(即第一發光二極體串111及第二發光二極體串112)時，第一發光二極體串111及第二發光二極體串112的電流將因各發光二極體110本身的電氣特性不同而產生差異，進而使第一發光二極體串111及第二發光二極體串112產生不同的亮度，以此例而言，假設第一發光二極體串111內的七顆發光二極體之正向工作電壓均為“2.8V”、第二發光二極體串112內的七顆發光二極體之正向工作電壓均為“3.4V”，那麼第一發光二極體串111所流經的電流將高於第二發光二極體串112所流經的電流，也就是說第一發光二極體串111所產生的亮度，將高第二發光二極體串112所產生的亮度。

接著，請參閱「第2圖」，「第2圖」為習知的發光二極體串的保護電路之示意圖。前面提到，多顆發光二極體110的配置方式以並/串聯組合最為常見，在實際實施上，為了避免流經發光二極體110的電流過大而燒毀，通常會在電性連接陰極122之前增加一個電阻R1作為限流電阻，用以控制電流以便保護發光二極體110。然而，以增加電阻R1來保護發光二極體110的方式，僅能避免發光二極體110因流經的電流過大而燒毀，而無法解決第一發光二極體串111及第二發光二極體串112所產生的亮度不同之問題。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在無法有效解決第一發光二極體串111及第二發光二極體串112所產生的亮度不同之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

有鑒於先前技術存在的問題，本發明遂揭露一種具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路。

本發明所揭露的具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，包含：電源輸入端、電容、發光二極體及電阻。其中，電源輸入端用以提供直流電源，該直流電源具有陽極及陰極；電容之一端與陽極電性連接，且另一端與陰極電性連接；發光二極體至少分別串聯排列成第一發光二極體串及第二發光二極體串，且第一發光二極體串與第二發光二極體串呈並聯排列，其中第一發光二極體串具有第一電壓範圍，該第一電壓範圍為2.8V至3.1V的正向工作電壓，第二發光二極體串具有第二電壓範圍，該第二電壓範圍為3.1V至3.4V的正向工作電壓；電阻分別串聯於第一發光二極體串及第二發光二極體串，且電阻之電阻值分別設定對應於第一電壓範圍及第二電壓範圍。

本發明所揭露之保護電路如上，與先前技術之間的差異在於本發明是透過將發光二極體以第一電壓範圍及第二電壓範圍分別串聯為第一發光二極體串及第二發光二極體串，以及將第一發光二極體串與第二發光二極體串呈並聯排列後，再分別將相應於第一電壓範圍及第二電壓範圍的電阻串聯於第一發光二極體串及第二發光二極體串。

透過上述的技術手段，本發明可以達到提升發光二極體的使用壽命及均勻亮度之技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉 此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

在說明本發明所揭露的具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路之前，先對本發明所自行定義的名詞作說明，在本發明中所述的第一發光二極體串及第二發光二極體串均是指串聯的多個發光二極體，並且第一發光二極體串具有第一電壓範圍；第二發光二極體串具有第二電壓範圍，舉例來說，將七個串聯的發光二極體作為第一發光二極體串，並且將另外七個串聯的發光二極體作為第二發光二極體串，假設第一電壓範圍為“2.8V”至“3.1V”、第二電壓範圍為“3.1V”至“3.4V”，則第一發光二極體串所選用的各發光二極體之正向工作電壓(Vf)均在此第一電壓範圍內，同樣地，第二發光二極體串所選用的各發光二極體之正向工作電壓(Vf)則在第二電壓範圍內。特別要說明的是，本發明並未限定第一發光二極體串及第二發光二極體串所串聯的發光二極體之數量。

以下將說明本發明所揭露的具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，請參閱「第3圖」所示意，「第3圖」為本發明具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路的第一實施例之示意圖，包含：發光二極體110、第一發光二極體串111、第二發光二極體串112、電源輸入端120、陽極121、陰極122、電阻(R2、R3)及電容C1。其中，發光二極體110為分別串聯排列成第一發光二極體串111及第二發光二極體串112，且第一發光二極體串111及第二發光二極體串112呈並聯排列，其中第一發光二極體串111具有第一電壓範圍，而第二發光二極體串112具有第二電壓範圍， 所述第一電壓範圍及第二電壓範圍可分別為“2.8V”至“3.1V”或“3.1V”至“3.4V”的正向工作電壓(Vf)，所述第一發光二極體串111及第二發光二極體串112均可設置於電路板或散熱基板(圖中為示)之上，並且以平行並列的方式來分佈並聯的第一發光二極體串111與第二發光二極體串112。

承上所述，本發明除了將發光二極體110串聯為第一發光二極體串111及第二發光二極體串112之外，更可再增加發光二極體110的數量以串聯為第三發光二極體串(圖中未示)及第四發光二極體串(圖中未示)，並且第三發光二極體串及第四發光二極體串與第一發光二極體串111及第二發光二極體串112呈並聯排列，而且第一發光二極體串111具有第一電壓範圍，如：“2.8V”至“2.9V”、第二發光二極體串112具有第二電壓範圍，如：“2.9V”至“3.1V”、第三發光二極體串具有第三電壓範圍，如：“3.1V”至“3.3V”及第四發光二極體串具有第四電壓範圍，如：“3.3V”至“3.4V”。特別要說明的是，本發明並未限定發光二極體串的數量及其相應的電壓範圍，也就是說，在實際實施上亦可將多個發光二極體110分別串連為第一發光二極體串111、第二發光二極體串112...並以此類推至第六發光二極體串(圖中未示)，且這些發光二極體串依序具有相應的第一電壓範圍，如：“2.8V”至“2.9V”、第二電壓範圍，如：“2.9V”至“3.0V”...並以此類推至第六電壓範圍，如：“3.3V”至“3.4V”。

電源輸入端120，此電源輸入端120用以提供直流電源，且該直流電源具有陽極121及陰極122。在實際實施上，此電源輸入端120可與變壓器電性連接，所述變壓器可將交流電源轉換為直 流電源，並且與電源輸入端120的陽極121及陰極122電性連接。另外，此電源輸入端120亦可直接與電池(例如：鹼性電池)連接，其連接方式為電池陽極與陽極121電性連接，電池陰極與陰極122電性連接。

電阻(R2、R3)分別串聯於第一發光二極體串111及第二發光二極體串112，且電阻(R2、R3)之電阻值分別設定對應於第一電壓範圍及第二電壓範圍，以此「第3圖」為例，假設這些發光二極體110所預設的正向工作電流(If)皆為0.02A、第一發光二極體串111是由七顆正向工作電壓(Vf)在“2.8V”至“3.1V”範圍(即第一電壓範圍)內的發光二極體110所組成、第二發光二極體串112是由七顆正向工作電壓(Vf)在“3.1V”至“3.4V”範圍(即第二電壓範圍)內的發光二極體110所組成，而且第一發光二極體串111串聯一個電阻R2、第二發光二極體串112串聯一個電阻R3，那麼電阻(R2、R3)之電阻值可分別設定為“167歐姆”及“62歐姆”，其電阻值得計算方式分別為“[24V-(2.8V+3.1V)/2*7]/0.02A”、“[24V-(3.1V+3.4V)/2*7]/0.02A”，並且以無條件捨去的方式取整數作為電阻值。特別要說明的是，本發明並未限定以無條件捨去的方式取整數，在實際實施上，亦可使用無條件進位或四捨五入的方式取整數，甚至亦可保留小數點後的數值。

電容C1之一端與陽極121電性連接，且另一端與陰極122電性連接，該電容C1具有濾波及穩壓的功用，在實際實施上，電容C1可為陶瓷電容、固態電容或電解電容......等等，且該電容C1的電容值可為0.1uF、電壓額定值需高於電源輸入端120所提供的直流電源之電壓，如：“24V”。

接著，請參照「第4圖」，「第4圖」為本發明具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路的第二實施例之示意圖，包含：發光二極體110、第一發光二極體串111、第二發光二極體串112、陽極121、陰極122、電壓偵測電路200、可變電阻(R4、R5)及電容C1。在第一實施例中提到，電阻(R2、R3)分別串聯於第一發光二極體串111及第二發光二極體串112，在實際實施上，其電阻更可使用可變電阻(R4、R5)用以供使用者自行調整其電阻值，例如：當第一發光二極體串111的亮度高於第二發光二極體串112時，使用者可調高與第一發光二極體串111串聯的可變電阻R4之電阻值，用以降低第一發光二極體串111的電流，亦即降低第一發光二極體串111的亮度。

另外，更可分別在可變電阻(R4、R5)與第一發光二極體串111及第二發光二極體串112之間連接電壓偵測電路200，所述電壓偵測電路200用以偵測第一發光二極體串111及第二發光二極體串112的電壓準位，如此一來，使用者便可根據電壓偵測電路200所顯示的電壓值作為調整可變電阻(R4、R5)的參考依據，由於電壓偵測電路200為習知技術，故在此不再多作贅述。

請參閱「第5圖」，「第5圖」為本發明具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路的第三實施例之示意圖，包含：發光二極體110、第一發光二極體串111、第二發光二極體串112、陽極121、陰極122、熱敏電阻(R6、R7)及電容C1。除了第一實施例及第二實施例所提及的電阻設定方式之外，分別串聯於第一發光二極體串111及第二發光二極體串112的電阻亦可使用熱敏電阻(R6、R7)，其熱敏電阻(R6、R7)可為正溫度係數之熱敏電阻，所謂正溫 度係數之熱敏電阻是指溫度越高阻抗(也就是所謂的電阻值)越大、溫度越低阻抗越低的熱敏電阻，由於電流越高代表產生的熱量越高，因此可透過熱敏電阻(R6、R7)用以控制第一發光二極體串111及第二發光二極體串112的電流，舉例來說，第一發光二極體串111具有第一電壓範圍為“2.8V”至“3.1V”、第二發光二極體串112具有第二電壓範圍為“3.1V”至“3.4V”，也就是說組成第一發光二極體串111的各發光二極體110，其正向工作電壓(Vf)在“2.8V”至“3.1V”的範圍內，而組成第二發光二極體串112的各發光二極體110，其正向工作電壓(Vf)在“3.1V”至“3.4V”的範圍內，若第一發光二極體串111為七顆正向工作電壓為“2.8V”的發光二極體110組成、第二發光二極體串112為七顆正向工作電壓為“3.4V”的發光二極體110組成，則第一發光二極體串111的電流將高於第二發光二極體串112，而第一發光二極體串111的熱量亦同樣高於第二發光二極體串112，故熱敏電阻(R6、R7)之電阻值將分別自動調整以對應於第一電壓範圍及第二電壓範圍，以此例而言，與第一發光二極體串111串聯的熱敏電阻R6之電阻值將高於與第二發光二極體串112串聯的熱敏電阻R7。

如「第6圖」所示意，「第6圖」為應用本發明的保護電路之佈線圖，包含：發光二極體110、第一發光二極體串111、陽極121、陰極122、電路板210、電路211、電阻(R2、R3)及電容C1。前面已對具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路進行不同實施例的說明，而第一實施例實際佈線於電路板210上可如「第6圖」所示意。其中，陽極121及陰極122所示的網點區域為導電焊錫 區，能夠焊接發光二極體110以形成第一發光二極體串111、第二發光二極體串112(圖中未示)......等等，以及焊接電阻(R2、R3)及電容C1；而電路211所示的網點區域則為防銲的銅泊導電區。特別要說明的是，本發明並未以此限定組成發光二極體串的發光二極體110之數量及佈線方式，例如：第一發光二極體串111除了如「第6圖」所示意，以七顆發光二極體110組成之外，在實際實施上，亦可以其他數量(例如：八顆、六顆或五顆......等等)來組成。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過將發光二極體110以第一電壓範圍及第二電壓範圍分別串聯為第一發光二極體串111及第二發光二極體串112，以及將第一發光二極體串111與第二發光二極體串112呈並聯排列後，再分別將相應於第一電壓範圍及第二電壓範圍的電阻串聯於第一發光二極體串111及第二發光二極體串112，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而達成提高發光二極體110的使用壽命及均勻亮度之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧發光二極體

111‧‧‧第一發光二極體串

112‧‧‧第二發光二極體串

120‧‧‧電源輸入端

121‧‧‧陽極

122‧‧‧陰極

200‧‧‧電壓偵測電路

210‧‧‧電路板

211‧‧‧電路

R1~R3‧‧‧電阻

R4、R5‧‧‧可變電阻

R6、R7‧‧‧熱敏電阻

C1‧‧‧電容

第1圖為習知的發光二極體串的驅動電路之示意圖。

第2圖為習知的發光二極體串的保護電路之示意圖。

第3圖為本發明具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路 的第一實施例之示意圖。

第4圖為本發明具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路的第二實施例之示意圖。

第5圖為本發明具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路的第三實施例之示意圖。

第6圖為應用本發明的保護電路之佈線圖。

110．．．發光二極體

111．．．第一發光二極體串

112．．．第二發光二極體串

120．．．電源輸入端

121．．．陽極

122．．．陰極

R2、R3．．．電阻

C1．．．電容

Claims (9)

1. 一種具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，包含：一電源輸入端，用以提供一直流電源，該直流電源具有一陽極及一陰極；一電容，該電容之一端與該陽極電性連接，且另一端與該陰極電性連接；多個發光二極體，該些發光二極體分別串聯排列成至少一第一發光二極體串及一第二發光二極體串，且該第一發光二極體串與該第二發光二極體串呈並聯排列，其中該第一發光二極體串具有一第一電壓範圍，該第一電壓範圍為2.8V至3.1V的正向工作電壓，該第二發光二極體串具有一第二電壓範圍，該第二電壓範圍為3.1V至3.4V的正向工作電壓；及多個電阻，該些電阻分別串聯於該第一發光二極體串及該第二發光二極體串，且該些電阻之電阻值分別設定對應於該第一電壓範圍及該第二電壓範圍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，其中該電容係選自陶瓷電容、固態電容及電解電容其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，其中該電容之正端與該陽極電性連接，且該電容之負端與該陰極電性連接。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，其中該第一發光二極體串及該第二發光二 極體串均設置於一電路板或一散熱基板之上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，其中該第一發光二極體串與該第二發光二極體串係呈平行並列分佈。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，其中該第一發光二極體串及該第二發光二極體串所分別串聯的該些電阻之總電阻值為167歐姆或62歐姆。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，其中該些電阻為可變電阻。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，其中該些電阻為正溫度係數之熱敏電阻。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具不同電氣特性的發光二極體串之保護電路，其中該第一發光二極體串及該第二發光二極體串更分別連接一電壓偵測電路，用以透過該電壓偵測電路偵測電壓準位。