TWI419612B - 具廣域輸入電壓之發光裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光裝置,尤其是指一種具一廣域輸入電壓之發光裝置。
住宅與工業照明的電壓標準之大小與頻率隨著國家的不同而變化。世界上大多數的工業化國家使用交流電力來照明。最常用的頻率從許多歐洲國家與中國的50Hz到北美與台灣的60Hz。航空電力供應裝置最常用的頻率則是400Hz。
當交流線頻率的變動在不同的國家間是很小時(50-60Hz),線電壓的變動在不同的國家間則是相當大的,範圍從美國的110V到不同的歐洲國家和中國的240V。不同的標準包括100V、110V、120V、208V、220V及240V。目前並無國際標準,因為在不同國家間現存電力網結構外之鉅額的投資,不久的將來也不可能會有此標準。至於什麼是適當的電壓,並沒有一個正確的答案。事實上,許多人現在相信使用交流電而非直流電作為常模的決定,如今顯現出是一個不怎麼理想的決定。
除了電壓在不同國家間的變化,電壓在同一個國家甚至同一棟建築中,也可能有實質的變化。在美國,某人可能發現,有110V、117V、120V和高到277V或甚至更高的電壓全都在在同一棟建築中。例如,在一個美國公司中,辦公室區域的配電可能是120V,而工廠地區的配電可能是208V。此一情勢,較吾人所初步認定的更常見。
發光裝置,更常以「燈泡」為人所知,不論它們是螢光燈、白熾燈泡、白色發光二極體(WLED)、冷陰極螢光燈(CCFL)或其他類型,必須依據它們的性質,被設計來操作於一個較不同國家間或甚至較單一建築內所發現的更為緊縮的電壓範圍。如果一個任何類型的燈泡,被設計要操作於110V,而被錯誤地使用於配電是220V的裝置,其結果幾乎確定是失效,可能是災難性的,以及甚至是有潛在危險的。如果燈泡沒有馬上失效,那麼一個緩慢的失效可能更危險,因為它可能沒有立即被偵測到。相對於立即的失效,它可能緩慢的過熱,於無人在附近注意到它,而採取適當行動之時,引起一個嚴重的火災危險。安全可說是有關於不適當地連接一個燈具到其輸入線電壓的最大問題。
大量地不同類型的燈具,須要滿足眾多不同供應電壓的照明需要。製造如此多不同發光裝置的後勤,以及運輸與儲存這些發光裝置的複雜性,增加了這些裝置的成本。其亦可能增加生產這些裝置所需之能量,以及由於製造這些裝置所造成的增加溫室氣體之排放(和其他不想要的副產品)。
吾人需要的是一個可容許一個寬範圍的電源供應裝置之電壓的發光裝置。
職是之故,發明人鑒於習知技術之缺失,乃思及改良發明之意念,終能發明出本案之「具廣域輸入電壓之發光裝置」。
本案之主要目的在於提供一種可容許一個寬範圍的電源供應電壓的發光裝置。
本案之又一主要目的在於提供一種發光裝置,包含一光源,一外殼,以及一控制電路,耦合於該光源,完全位於該外殼內部,接收具有一輸入電壓值與一輸入頻率值之一輸入電壓,該輸入電壓值與該輸入頻率值各自位於一相對寬的電壓值範圍與一相對寬的頻率值範圍內,且包括一預穩壓級,以及一安定器電路,耦合於該預穩壓級。
根據上述之構想,該控制電路更包括耦合於該預穩壓級之一整流級,以及該光源是耦合於該安定器電路。
根據上述之構想,該預穩壓級是選自一升壓式轉換器、一升降壓式轉換器、一返馳式轉換器、一SEPIC轉換器、一推挽式轉換器以及一順向式轉換器其中之任一。
根據上述之構想,該預穩壓級提供一功率因數校正功能及具有一輸出電壓,該輸出電壓為一相對高的匯流排電壓,該相對寬的電壓值範圍,自5V變化至360V,該相對寬的頻率值範圍,自0Hz變化至400Hz。
根據上述之構想,該光源是選自一冷陰極螢光燈(CCFL)管、一外部電極螢光燈(EEFL)管、一熱陰極螢光燈(HCFL)管與一奈米碳管燈(CNL)管其中之任一,以及該安定器電路是一逆變器並提供一具相對高壓的交流信號給該光源。
根據上述之構想,該光源是一白光發光二極體(WLED),該安定器電路包括一定電流控制,以及該光源是被一電流源所驅動。
本案之下一主要目的在於提供一種發光裝置,包含一光源,一外殼,以及一控制電路,耦合於該光源,封入該外殼內,以及接收一廣域輸入電壓。
根據上述之構想,該控制電路包括一整流級、一耦合於該整流級之預穩壓級以及一耦合於該預穩壓級之安定器電路。
根據上述之構想,該整流級是一二極體橋式電路以及該控制電路是完全封入該外殼內。
根據上述之構想,該預穩壓級是選自一升壓式轉換器、一升降壓式轉換器、一返馳式轉換器、一SEPIC轉換器、一推挽式轉換器以及一順向式轉換器其中之任一。
根據上述之構想,該預穩壓級提供一功率因數校正功能及具有一輸出電壓,該輸出電壓為一相對高的匯流排電壓,該廣域輸入電壓具有在一相對寬的電壓值範圍內自5V變化至360V之一輸入電壓值與在一相對寬的頻率值範圍內自0Hz變化至400Hz之一輸入頻率值。
根據上述之構想,該裝置是選自一冷陰極螢光燈(CCFL)、一外部電極螢光燈(EEFL)、一熱陰極螢光燈(HCFL)與一奈米碳管燈(CNL)其中之任一,其中該安定器電路是一逆變器並提供一具相對高壓的交流信號給該光源。
根據上述之構想,該裝置是一白光發光二極體(WLED)燈,其中該安定器電路包括一定電流控制,以及該光源是被一電流源所驅動。
本案之另一主要目的在於提供一種控制電路包含一整流級,接收一自一具有一相對高電壓值與一相對高頻率值的第一電壓變化至一具有一相對低電壓值與一相對低頻率值的第二電壓的輸入電壓。
根據上述之構想,該控制電路設置於一發光裝置內,其中該發光裝置更包括一光源與一外殼,而該控制電路部分包含於或者完全包含於該外殼,且更包括一耦合於該整流級之預穩壓級,以及一耦合於該預穩壓級之安定器電路。
根據上述之構想,該整流級是一二極體橋式電路,且該光源是耦合於該安定器電路。
根據上述之構想,該預穩壓級是選自一升壓式轉換器、一升降壓式轉換器、一返馳式轉換器、一SEPIC轉換器,一推挽式轉換器以及一順向式轉換器其中之任一。
根據上述之構想,該預穩壓級提供一功率因數校正功能及具有一輸出電壓,該輸出電壓為一相對高的匯流排電壓,該輸入電壓的電壓值自5V變化至360V,該輸入電壓的頻率值自0Hz變化至400Hz。
根據上述之構想,該發光裝置是選自一冷陰極螢光燈(CCFL)、一外部電極螢光燈(EEFL)、一熱陰極螢光燈(HCFL)與一奈米碳管燈(CNL)其中之任一,其中該安定器電路是一逆變器並提供一具相對高壓的交流信號給該光源。
根據上述之構想,該發光裝置是一白光發光二極體(WLED)燈,該安定器電路包括一定電流控制,以及該光源是被一電流源所驅動。
為了讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
藉由應用本專利之技術,我們設想可操作於從低於12V(例如,5V)的直流電壓到超過360V的交流電壓,以及承受一相對較寬範圍從0Hz到400HZ之頻率值的照明裝置。這類型的裝置將特別有益於發展中的國家,其電力可能以許多形式傳來。
用於燈具裝置的驅動器之電子元件的成本與尺寸正持續的降低。這使得燈具驅動器之電子元件更可能符合成本效益性地被包含於真正的發光裝置之內。當此成為事實時,所包含的驅動器電子元件可以被設計來包括一寬廣的輸入電壓範圍,基本上使得發光裝置在關係到輸入電壓時,是「廣域」的。
儘管有一些鏈波,本發明在電源供應器之輸入處包含一整流裝置,例如一二極體橋式整流器,或其他可以改變交流電力成為直流電力的裝置。其下一級是一預穩壓級。第一圖顯示一個通用的結構,使該整流級被吸收進入該預穩壓級,以及耦合於一輸入熱線及一輸入中線。在第一圖中,該整合控制電路(或一控制電路)包括該預穩壓級及一光源驅動器(例如,一安定器電路)耦合於該預穩壓級。該整合控制電路可以是整個的封入或者部分的封入該發光裝置。該光源是耦合於該安定器電路。該預穩壓級從該整流器獲取輸入,以及提供一高壓,其為穩定的直流匯流排電壓,從400V到600V(視將使用的特定照明技術而定)。該預穩壓級,亦可以提供功率因數校正(PFC)功能。常見的拓樸,將是一升壓式轉換器(包括一電感L、一二極體D以及一開關S1),或者一返馳式轉換器(包括一變壓器T、一二極體D、一電容C以及一開關S1),各自如第二圖A與B所示,也包括一升降壓式、一SEPIC、一推挽式和一順向式轉換器(均未顯示),該等由升壓式轉換器所推導出的拓樸,例如升壓式,升降壓式以及返馳式(一個隔離版本的升降壓式)轉換器是特別的適用於一寬的輸入範圍,因為輸出電壓到輸入電壓的比率是切換責任週期的一個非線性的函數。由降壓式轉換器所推導出的拓樸,可能也可以使用,然而,它們的輸出電壓到輸入電壓的比率通常是切換責任週期的一個線性函數,其可能限制輸入電壓的範圍,而使其超出了有用的範圍。
預穩壓級的輸出將提供給一安定器電路,其為該類型被驅動發光裝置所持有的。如果該發光裝置是一個冷陰極螢光燈(CCFL),那麼安定器電路(包括在第三圖A中的開關S2與S3,以及一共振槽)將提供一具相對高壓的交流信號到該裝置。更為常見的熱陰極螢光燈管亦將需要一具相對高壓的交流安定器電路。這兩個個案的好處是,預穩壓級所提供的穩定的直流匯流排電壓,容許安定器電路在性能與效率上被最適化。白光發光二極體(WLED)將被一電流源所驅動(一定電流控制串聯電連接該光源),如第三圖B與C所示。如前所述,該預穩壓級所提供的高匯流排電壓,可以裁適於考慮中的發光裝置的特定類型,以改善其效率與性能。
依傳統思維將會建議:「因太過昂貴而不應考慮『增加一預穩壓級於一燈具的安定器之前』」。然而,其所增加的成本是遠少於人們起先所可能預期的。該預穩壓的匯流排電壓容許該安電器的電磁部分(通常是最昂貴的組件)變得更小,使得額外電路之成本的衝擊最小化。該預穩壓的匯流排亦提供更符合正弦曲線的電流波形,用於螢光照明中,其將導致更長的使用壽命。如果我們考量到效率增加的改進,再聯想到壽期的增加,那就很容易明白,來自一預穩壓的發光裝置之隱藏的作業成本之節省,可能遠多過於清償任何由於添加的電子元件所增加的成本。
使用具有廣域輸入電壓之發光裝置的益處包括:
1.隱藏的較高效率-由於能量節約帶來快速的投資回收;
2.隱藏的功率因數校正-線品質的改進;
3.穩定的光輸出-由於預穩壓;
4.易於開發新市場;
5.較佳性能-可以裁適該安定器於該發光裝置;
6.改善安全性-來自火災與電擊兩方面,也沒有使用錯誤電壓的風險,因為該裝置工作於所有的電壓;
7.易於儲存與運輸-因為具有「單一尺寸」;以及
8.螢光燈壽期的改善-預穩壓提供正弦曲線的電流波形。
綜上所述,本發明揭露了一種可容許一個寬範圍的電源供應電壓的發光裝置,其確實有其進步性與新穎性。
是以,縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾,然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
第一圖:其係顯示一應用於有一廣域輸入電壓之具整合控制電路的發光裝置的電路示意圖;
第二圖A與B:其係分別顯示依據本發明構想之較佳實施例的預穩壓級的電路圖;以及
第三圖A至C:其係分別顯示依據本發明構想之較佳實施例的安定器電路之電路示意圖。
Claims (13)
- 一種發光裝置,包含:一光源;一外殼;以及一控制電路,耦合於該光源,完全位於該外殼內部,接收具有一輸入電壓值與一輸入頻率值之一輸入電壓,該輸入電壓值與該輸入頻率值各自位於一自5V變化至360V之寬的電壓值範圍與一自0Hz變化至400Hz之寬的頻率值範圍內,且包括:一預穩壓級;以及一安定器電路,耦合於該預穩壓級。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該控制電路更包括耦合於該預穩壓級之一整流級,以及該光源是耦合於該安定器電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該預穩壓級是選自一升壓式轉換器、一升降壓式轉換器、一返馳式轉換器、一SEPIC轉換器、一推挽式轉換器以及一順向式轉換器其中之任一。
- 如申請專利範圍第1項所述之裝置,其中該預穩壓級提供一功率因數校正功能及具有一輸出電壓,該輸出電壓為一大於400V的匯流排電壓。
- 如申請專利範圍第4項所述之裝置,其中該光源是選自一冷陰極螢光燈(CCFL)管、一外部電極螢光燈(EEFL)管、一熱陰極螢光燈(HCFL)管與一奈米碳管燈(CNL)管其中之任一,以及該安定器電路是一逆變器並提供一高壓的交流信號給該光源。
- 如申請專利範圍第4項所述之裝置,其中該光源是一白光發光二極體(WLED),該安定器電路包括一定電流控制,以及該光源是被一電流源所驅動。
- 一種發光裝置,包含:一光源;一外殼;以及一控制電路,耦合於該光源,封入該外殼內,以及接收一介於5V至360V及0Hz至400Hz之廣域輸入電壓。
- 如申請專利範圍第7項所述之裝置,其中該控制電路包括一整流級、一耦合於該整流級之預穩壓級以及一耦合於該預穩壓級之安定器電路。
- 如申請專利範圍第8項所述之裝置,其中該整流級是一二極體橋式電路以及該控制電路是完全封入該外殼內。
- 如申請專利範圍第8項所述之裝置,其中該預穩壓級是選自一升壓式轉換器、一升降壓式轉換器、一返馳式轉換器、一SEPIC轉換器、一推挽式轉換器以及一順向式轉換器其中之任一。
- 如申請專利範圍第8項所述之裝置,其中該預穩壓級提供一功率因數校正功能及具有一輸出電壓,該輸出電壓為一高於400V的匯流排電壓,該廣域輸入電壓具有在一自5V變化至360V之一輸入電壓值與在一自0Hz變化至400Hz之一輸入頻率值。
- 如申請專利範圍第8項所述之裝置,其中該裝置是選自一冷陰極螢光燈(CCFL)、一外部電極螢光燈(EEFL)、一熱陰極螢光燈(HCFL)與一奈米碳管燈(CNL)其中之任一,其中該安定器電路是一逆變器並提供一高壓的交流信號給該光源。
- 如申請專利範圍第8項所述之裝置,其中該裝置是一白光發光二極體(WLED)燈,其中該安定器電路包括一定電流控制,以及該光源是被一電流源所驅動。
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