TWI418243B - Lighting device - Google Patents

Description

照明裝置

本發明是有關於一種照明裝置，特別是指一種以發光二極體作為光源，且可調發光亮度的照明裝置。

近幾年，由於發光二極體(Light emitting diode,LED)的製造技術與效率大幅提升，改善了以往散熱不佳以及亮度不足的技術瓶頸。眾所周知地，發光二極體比燈泡更省電；比日光燈管更環保，且發光二極體是固態光源，故不會有破裂的問題而更為安全。因此，以發光二極體取代燈泡、日光燈管作為照明光源可說是大勢所趨。

然而發光二極體是以直流電作為驅動電源，並不適合直接使用一般的供電系統，因為一般的供電系統所提供的電源為交流電，所以必須先將交流電轉換為直流電才能用於驅動發光二極體發光。

參閱圖1，現有發光二極體驅動電路1包括一變壓器11、一發光二極體12、一電容器13、一電阻器14，及二個二極體15。

藉由該變壓器11與該等二極體15相配合，以將交流電轉換為直流電，並驅動該發光二極體12發光，且該電容器13與電阻器14是用以防止該發光二極體12遭突波電流燒毀，該等二極體15則具有降低電壓的功能。

然而，現有發光二極體驅動電路1具有以下缺點：

1.電路晶片化可有效降低電路的成本已成為必然的趨勢， 但該變壓器11受限於技術上的瓶頸而無法以半導體製程整合於晶片上，且變壓器11的體積較大，產品在設計時必須額外保留設置該變壓器11的空間。

2.發光二極體12對電流反應十分靈敏，只要電流稍有不穩就容易造成閃爍，而導致使用者眼睛不適，並且會對發光二極體12造成損害而縮減其使用壽命。該電容器13與電阻器14僅有保護並避免該發光二極體12燒毀的功能，然而，該發光二極體12於發光時仍會閃爍。

3.交流電轉換為直流電之後，若電壓仍高於48V會使人體產生觸電的感覺而造成危險，雖然設置有該等二極體15作為降壓元件，但該等二極體15降壓效果並不顯著，仍需要以並聯電阻的方式進行分流才能達到真正的降壓效果。

4.只能藉由電源導通與否控制該發光二極體12亮或不亮，並無法調整發光二極體12的亮度。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有發光二極體且製造成本較低、體積較小，並可調整發光亮度的照明裝置。

於是，本發明照明裝置適用於一具有一第一端及一第二端的交流電源，該照明裝置包含一本體，及一設置於該本體內的驅動發光模組。

該本體包括一承載部，及一由該承載部向上延伸的燈殼部； 該驅動發光模組包括一整流單元、一降壓單元、一發光二極體單元、一保護單元、一驅動單元，及一控制單元。

該整流單元用以將交流電轉換為直流電，包括一整流二極體，及一第一電容器，該整流二極體的正極端電連接於該交流電源的第一端，該第一電容器電連接於該整流二極體的負極端與該交流電源的第二端之間。

該降壓單元電連接於該整流單元並用以將直流電的電壓降低至一安全範圍內。

該發光二極體單元設置於該燈殼部，且該發光二極體單元形成有一輸入端，及一輸出端，並順向電連接於該整流二極體的負極端，而可發出照明光線。

該保護單元包括一與該發光二極體單元並聯的第二穩壓電容器、一電連接於該發光二極體單元之輸出端的防諧振電路、一與該防諧振電路電連接的電感器，及一電連接於該電感器與該驅動單元之間的限流電阻器，用以確保通過該發光二極體單元的電流維持穩定。

該驅動單元電連接於該保護單元並用以驅動該發光二極體單元發光。

該控制單元設置於該承載部，且與該驅動單元電連接，用以控制通過該驅動單元的電流大小，進而調整該發光二極體單元的發光亮度。

本發明之功效在於藉由該整流單元將交流電轉換為直流電，取代現有變壓器同時降低產品成本與體積。該降壓單元將直流電降低至對人體有危險的電壓值以下，確保使用的安 全性。該保護單元使該發光二極體單元操作時不閃爍，該控制單元並可用以調整該發光二極體單元的發光亮度。

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二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2、3，本發明照明裝置的第一較佳實施例，該照明裝置包含一本體3，及一設置於該本體3內的驅動發光模組5。

在本第一較佳實施例中，該本體3是以檯燈型態做說明。該檯燈型態的本體3包括一承載部31、一由該承載部31向上延伸的燈殼部32，及一用以使該驅動發光模組5與一交流電源2電連接的雙線電纜33。

參閱圖2與圖3，該驅動發光模組5包括一電連接於該交流電源2的整流單元51、一分別與該整流單元51及交流電源2電連接的降壓單元52、一設置於該燈殼部32並電連接於該降壓單元52的發光二極體單元53、一分別與該壓降單元52及發光二極體單元53電連接的保護單元54、一分別電連接於該保護單元54及交流電源2的驅動單元55，及一分別與該驅動單元55及交流電源2電連接的控制單元56。在本實施例中，該控制單元56是設置於該本體3的承載部31。

參閱圖4，該交流電源2具有一第一端21，及一第二端22。該整流單元51具有整流濾波的功能並用以將交流電轉換為直流電，該整流單元51包括一整流二極體D1，及一第一電容器C1。該整流二極體D1的正極端電連接於該交流電源2的第一端21。該第一電容器C1電連接於該整流二極體D1的負極端與該交流電源2的第二端22之間。特別說明的是，該整流二極體D1為一高速整流二極體，當然只要能達到整流功能的電子元件均可替換。

該降壓單元52包括一稽納二極體D2、一電阻器R1，及一與該稽納二極體D2並聯的第一穩壓電容器C2。該稽納二極體D2的正極端電連接於該交流電源2之第二端22。該電阻器R1電連接於該稽納二極體D2的負極端與該整流二極體D1的負極端之間。

該降壓單元52是用以將該直流電之電壓降低至不危害人體的安全範圍內。在本較佳實施例中，是將該直流電的電壓降低至36V作為該發光二極體單元53的操作電壓，因為高於48V就會使人體有觸電的感覺而造成意外；該操作電壓並非以36V為限制，可以視使用的情況作調整。另外，該降壓單元52的電阻器R1並不以單一個為限，單一電阻器R1具有佈局簡便，節省電阻材料成本的功效，若需要改變電阻值，當然也可以是其他數量的電阻器串聯或並聯，只要能達到降壓的功效即可。

再參閱圖2與圖4，該發光二極體單元53包括十二個可視地嵌設於該本體3之燈殼部32的發光二極體D5~D16( 圖2中只示出四個發光二極體)，該等發光二極體D5~D16彼此順向串聯。該發光二極體單元53定義有位於第一順位之發光二極體D5的正極端為輸入端531，及位於第十二順位之發光二極體D16的負極端為輸出端532。該輸入端531電連接於該整流二極體D1的負極端，該輸出端532則電連接於該保護單元54。

必須特別說明的是，該等發光二極體D5~D16的連接關係並不以串聯關係為限，也可以是彼此相並聯；另外，在本較佳實施例中，該發光二極體單元53是以十二個發光二極體D5~D16作說明，但該發光二極體單元53也可以僅包括一個或其他數量的發光二極體。當該發光二極體數量為一時，該發光二極體的正極端與該整流二極體D1的負極端電連接，該發光二極體的負極端則與該保護單元54電連接。

該保護單元54用以使該發光二極體單元53在穩定的電流下工作，避免因電流不穩而產生閃爍甚至燒毀。該保護單元54包括一與該發光二極體單元53並聯的第二穩壓電容器C4、一電連接於該第二穩壓電容器C4的防諧振電路541、一與該防諧振電路541電連接的電感器L1，及一電連接於該電感器L1的限流電阻器R4。

該防諧振電路541具有一順向電連接於該發光二極體單元53之輸出端532的第一二極體D17，及一逆向電連接於該第一二極體D17且並聯於該電感器L1的第二二極體D18。由於該第二穩壓電容器C4與該電感器L1電連接容易 產生諧振效應與湧浪效應，因此設置於該第二穩壓電容器C4與該電感器L1之間的第一二極體D17主要是用於防止諧振效應與湧浪效應的產生。

特別說明的是，該限流電阻器R4並不以單一個為限，單一限流電阻器R4具有佈局簡便，節省電阻材料成本的功效，而且可以達到為了限制電流而保護該發光二極體單元53的功效，若需要改變電阻值，當然並不限制限流電阻器的連接方式以及數量。

該驅動單元55為一電晶體Q1，該電晶體Q1的源極端與該限流電阻器R4電連接，該電晶體Q1的汲極端與該交流電源2的第二端22電連接，該電晶體Q1的閘極端與該控制單元56電連接。

該控制單元56包括一電連接於該電晶體Q1的閘極端並用以控制該電晶體Q1啟閉的脈寬調變器U1，及一設於該本體3的承載部31並用以調整該脈寬調變器U1之輸出責任週期(Duty cycle)的可變電阻器R2。

在本較佳實施例中，該電晶體Q1是以場效電晶體(FET)作說明，當然也可以使用等效的電子元件取代；另外，該控制單元56的可變電阻器R2是搭配旋鈕型態的操作介面並可顯露地設置於該本體3的承載部31，當然也可視實際製造情形使用觸控面板、或其它用以操作的介面裝置，不應以此為限。

在使用上，當該交流電源2提供交流電經由該雙線電纜33輸入該驅動發光模組5時，該整流單元51會將交流 電轉換成直流電，再經由該降壓單元52將直流電降低至安全範圍內。調整該控制單元56的可變電阻器R2用以控制該脈寬調變器U1的輸出責任週期，並藉此使電流通過該電晶體Q1的源極端與該汲極端進而使該驅動發光模組5形成導通的迴路，並使經過整流、降壓的直流電可用於驅動該等發光二極體D5~D16發光並產生照明的效果。

當該脈寬調變器U1使流過該電晶體Q1的電流較大時，該發光二極體單元53受較大的電流驅動而產生較強的照明效果；當該脈寬調變器U1使流過該電晶體Q1的電流較小時，該發光二極體單元53則產生微弱的照明效果。

當該控制單元56連動該電晶體Q1關閉時，電流無法通過該電晶體Q1的源極端與該汲極端進而使該驅動發光模組5形成不導通的迴路，則該等發光二極體D5~D16不發光。

參閱圖5，本發明照明裝置的第二較佳實施例，大致類似前述該第一較佳實施例，不同之處在於：在該第二較佳實施例中，該本體3是大型路燈的態樣，且該驅動發光模組5是設置於該路燈型態之本體3的燈殼部32內。

當然除了第一、第二較佳實施例所述的檯燈、路燈等本體3的型態之外，也可以將該驅動發光模組5應用在工作機台的工作燈、嵌燈、手電筒、展示燈、投射燈、汽車內部吸頂燈等其他各種已知的型態，由於這些型態為眾所周知，故不再此另外繪示說明。

因此，本發明照明裝置具有以下優點：

1.縮減體積：

相較於現有發光二極體驅動電路所採用之變壓器，本發明之整流單元51及降壓單元52只利用單純的被動元件就可以達到與變壓器相同的功能，進而可使整體電路的體積及重量大幅度縮減，並降低製造成本。

2.防閃爍：

該保護單元54與該發光二極體單元53電連接，並以該第二穩壓電容器C4與限流電阻器R4的設計達到穩定電流的效果，而使該發光二極體單元53操作在穩定的電流下並發出穩定的亮光。相較於現有發光二極體驅動電路並無防閃爍設計，使用時容易閃爍而造成眼睛不適。

3.安全性佳：

經過該降壓單元52將高於安全值的直流電經過降壓後，可使高於安全值且容易使人觸電的電壓降低至48V以下，因此能有效避免使用者發生觸電意外。

4.亮度可調整：

藉由該控制單元56與驅動單元55的設計，轉動該可變電阻器R2以啟閉或是調整該發光二極體單元53所產生的光線亮度，現有發光二極體驅動電路只有啟閉的功能，在使用上無法配合周遭環境的亮度作調整。

綜上所述，本發明照明裝置以該驅動發光模組5的整流單元51進行交直流轉換並驅動該發光二極體單元53發光，再藉由該控制單元56與驅動單元55相配合用以調整該發光二極體單元53的發光亮度與啟閉，該保護單元54 則用以避免因電流不穩定而使該發光二極體單元53閃爍地發光，因此能具有穩定不閃爍地照明且亮度可調整的功效，故確實能達成本發明之目的。

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。

2‧‧‧交流電源

21‧‧‧第一端

22‧‧‧第二端

3‧‧‧本體

31‧‧‧承載部

32‧‧‧燈殼部

33‧‧‧雙線電纜

5‧‧‧驅動發光模組

51‧‧‧整流單元

52‧‧‧降壓單元

53‧‧‧發光二極體單元

531‧‧‧輸入端

532‧‧‧輸出端

54‧‧‧保護單元

541‧‧‧防諧振電路

55‧‧‧驅動單元

56‧‧‧控制單元

圖1是一電路圖，說明現有發光二極體驅動電路的設計；圖2是一側視圖，說明本發明照明裝置的第一較佳實施例；圖3是一系統架構圖，說明該第一較佳實施例的驅動發光模組；圖4是一電路圖，說明該第一較佳實施例的驅動發光模組的電路設計；及圖5是一立體圖，說明本發明照明裝置的第二較佳實施例。

2‧‧‧交流電源

21‧‧‧第一端

22‧‧‧第二端

5‧‧‧驅動發光模組

51‧‧‧整流單元

52‧‧‧降壓單元

53‧‧‧發光二極體單元

531‧‧‧輸入端

532‧‧‧輸出端

54‧‧‧保護單元

541‧‧‧防諧振電路

55‧‧‧驅動單元

56‧‧‧控制單元

Claims (9)

1. 一種照明裝置，適用於一具有一第一端及一第二端的交流電源，該照明裝置包含：一本體，包括一承載部，及一由該承載部向上延伸的燈殼部；及一驅動發光模組，設置於該本體內，該驅動發光模組包括：一整流單元，用以將交流電轉換為直流電，包括一整流二極體，及一第一電容器，該整流二極體的正極端電連接於該交流電源的第一端，該第一電容器電連接於該整流二極體的負極端與該交流電源的第二端之間；一降壓單元，電連接於該整流單元並用以將直流電的電壓降低至一安全範圍內；一發光二極體單元，設置於該燈殼部，且該發光二極體單元形成有一輸入端，及一輸出端，並順向電連接於該整流二極體的負極端，而可發出照明光線；一保護單元，包括一與該發光二極體單元並聯的第二穩壓電容器、一電連接於該發光二極體單元之輸出端的防諧振電路、一與該防諧振電路電連接的電感器，及一電連接於該電感器與該驅動單元之間的限流電阻器，用以確保通過該發光二極體單元的電流維持穩定； 一驅動單元，電連接於該保護單元並用以驅動該發光二極體單元發光；及一控制單元，設置於該承載部，且與該驅動單元電連接，用以控制通過該驅動單元的電流大小，進而調整該發光二極體單元的發光亮度。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該保護單元的防諧振電路具有一順向電連接於該發光二極體單元且位於該第二穩壓電容器與該電感器之間的第一二極體，及一與該第一二極體逆向電連接且與該電感器並聯的第二二極體。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之照明裝置，其中，該降壓單元包括一電連接於該交流電源之第二端的稽納二極體、至少一個電連接於該稽納二極體的負極端與該整流二極體的負極端之間且彼此並聯的電阻器，及一與該稽納二極體並聯的第一穩壓電容器。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之照明裝置，其中，該控制單元包括一脈寬調變器，及一用以控制該脈寬調變器之輸出責任週期的可變電阻器。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之照明裝置，其中，該驅動單元為一電晶體，該電晶體的源極端與該限流電阻器電連接，該電晶體的汲極端與該交流電源的第二端電連接，該電晶體的閘極端與該控制單元電連接。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中，該發光二極體單元具有一發光二極體。
7. 根據申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中，該發光二極體單元具有多數彼此順向串聯的發光二極體。
8. 根據申請專利範圍第5項所述之照明裝置，其中，該發光二極體單元具有多數彼此相並聯的發光二極體。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中，該降壓單元是將電壓降低至48V以下。