TWI450635B - Led照明系統架構 - Google Patents

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TWI450635B
TWI450635B TW100131737A TW100131737A TWI450635B TW I450635 B TWI450635 B TW I450635B TW 100131737 A TW100131737 A TW 100131737A TW 100131737 A TW100131737 A TW 100131737A TW I450635 B TWI450635 B TW I450635B
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Chung Tasi Huang
Shang Jin Yan
Hsiang Chen Wu
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Delta Electronics Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices

Description

LED照明系統架構
本案係關於一種照明系統，尤指一種同時適用於驅動發光二極體(Light Emitting Diode,LED)模組數目相同或不同之多個LED燈具之LED照明系統架構。
近年來環保意識抬頭，節能減碳已然成為全民運動，電子業也致力於研發更具環保性之產品，例如太陽能之運用及發光二極體等節能產品。為達到環保節能之目的，發光二極體現已普遍使用於通用照明設備，例如家用照明裝置、汽車照明裝置、手持照明裝置以及看板等照明應用。
請參閱第1圖，其係為習用LED照明系統架構及其配置圖。如第1圖所示，每一個LED燈具1A~1C依據使用者需求設置於屋內之不同位置，並使用單一個燈具驅動裝置1同時驅動多個LED燈具1A~1C，藉由多個LED燈具1A~1C同時照明以使房內(照明空間)達到足夠的亮度(流明量)。傳統燈具驅動裝置1係以雙級式電源轉換電路的方式實現，其包含第一級電路11及第二級電路12，其中，第一級電路11係為一交流-直流轉換電路，其係架構於將輸入電源Vin轉換為固定電壓值之匯流排電壓Vbus並輸出至第二級電路12。第二級電路12係包含第一~第三直流-直流轉換電路121~123，且第 一~第三直流-直流轉換電路121~123之輸出端分別對應連接一組燈具連接座131A、131B、132A、132B、133A、133B。其中，第一~第三組燈具連接座(131A、131B)、(132A、132B)、(133A、133B)係分別電性連接於一LED燈具，以分別傳送第一~第三燈電壓Vo1~Vo3至對應之LED燈具1A~1C。
當燈具開關10被導通時，輸入電壓Vin會經由燈具開關10傳送至第一級電路11的輸入端，並由第一級電路11轉換為約52V定電壓值之匯流排電壓Vbus後，再由第一~第三直流-直流轉換電路121~123分別降壓為輸出第一~第三燈電壓Vo1~Vo3。於此實施例中，燈具驅動裝置1係架構於驅動同一規格之發光二極體燈具，由於發光二極體係為亮度與電流成正比之元件，為了使每一個發光二極體燈具之亮度相同，第一~第三直流-直流轉換電路121~123之規格必須相同，故燈電壓Vo1~Vo3均約為50V，且第一~第三直流-直流轉換電路121~123必須提供約相同電流之第一~第三燈電流Io1~Io3，然而，該直流-直流轉換電路121~123因生產過程不一且元件與元件之間具有誤差，致使效能不盡相同，因而使第一~第三直流-直流轉換電路121~123提供之第一~第三燈電流Io1~Io3無法相同。
此外，由於每一級電路皆有功率損耗，輸入電能在經過第一級電路11及第二級電路12的轉換後，傳送至燈具之電能會減少，除了會造成效率下降且多餘的電能浪費外，更使得燈具驅動裝置1運作效率無法有效提升，因此無法達到節能減碳之目的。再者，在每一個直流-直流轉換電路121~123內部係皆具有控制直流-直流轉換電路運作之控制電路，所以電路複雜度較高且直流-直流轉換電路模組化時的成本過高，若驅動的燈具數目不同時(例如： 驅動三個燈具改為驅動六個燈具)無法利用模組化的方式只調整或更換模組化之直流-直流轉換電路之數目，而是需要依使用者不同的需求而重新設計電路，造成開發時間的浪費及成本提高。
再者，為了達到安全性的目的，必須於第一~第三組燈具連接座(131A、131B)、(132A、132B)、(133A、133B)以及燈具1A~1C之接線端a~f安裝防水結構，如此即可避免水氣滲入燈具驅動裝置1及燈具1A~1C而造成毀損。由於一個燈具即需要由燈具驅動裝置1拉出兩條電線與其電性連接，故當燈具驅動裝置1需驅動多個燈具時，即須拉出多條電線以驅動各燈具，如此將需使用多個防水結構，且配線及安裝過程複雜，故會造成不易施工且成本較高。此外，傳統雙級式燈具驅動裝置1提供至每一個燈具1A~1C的第一~第三燈電壓Vo1~Vo3之電壓值較低，應用於高照度或高功率之LED燈具時，除了需要使用耐流較高且成本較高的接線端及電線外，較高電流值之第一~第三燈電流Io1~Io3，更會使線路損耗增加且整體電源效率下降。
本案之目的在於提供一種LED照明系統架構，俾解決習用燈具驅動裝置所驅動之每一個LED燈具之發光亮度不同、或無法利用模組化方式現實應用於LED串接數目及運作電壓值不同之LED燈具、或造成用電效能較低、或燈具驅動裝置之整體運作效率較低以及多個燈具連接座而使得防水結構數量增加等缺失，更可以使配線及安裝(施工)輕易地完成。此外，本案之LED照明系統架構，應用於高照度之LED燈具時，其燈電流之電流值較低，因此，可以使用耐流較低且成本較低的防水接線端及電線，且較低電流值之 燈電流更可使線路損耗較小且整體電源效率提升。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種LED照明系統架構，包括：燈具驅動裝置，包含電源轉換電路，其係架構於將輸入電壓轉換為第一直流電壓，且輸出實質上定電流值之第一電流；以及LED燈具組，係藉由兩個接點與該燈具驅動裝置電性連接，且包含複數個LED燈具，其包含複數組燈具連接座及複數個LED單元，每一組燈具連接座之正端及負端係電性連接該複數個LED單元對應之LED單元，且燈電壓及燈電流傳遞至對應之LED單元；其中，複數組燈具連接座係以電性串聯方式相互連接，使該複數個LED燈具間為電性串聯連接，每一組燈具連接座之正負端間之燈電壓係由第一直流電壓分壓而得，且每一組燈具連接座輸出之燈電流實質上相同。
1、2、3‧‧‧LED照明系統架構
121、122、123‧‧‧第一~第三直流-直流轉換電路
(131A、131B)‧‧‧第一組燈具連接座
(132A、132B)‧‧‧第二組燈具連接座
(132A、132B)‧‧‧第三組燈具連接座
20‧‧‧燈具開關
21‧‧‧電源轉換電路
21K、21K2‧‧‧燈具驅動裝置
21a‧‧‧第一輸出端
21b‧‧‧第二輸出端
2a‧‧‧第一輸出連接端
2b‧‧‧第二輸出連接端
22‧‧‧LED燈具組
22A~22C‧‧‧第一~第三LED燈具
21K、21K2‧‧‧燈具驅動裝置
221~223‧‧‧第一~第三組燈具連接座
221a‧‧‧第一LED燈具連接座正端
221b‧‧‧第一LED燈具連接座負端
222a‧‧‧第二LED燈具連接座正端
222b‧‧‧第二LED燈具連接座負端
223a‧‧‧第三LED燈具連接座正端
223b‧‧‧第三LED燈具連接座負端
24‧‧‧過電流保護電路
241‧‧‧電流檢測電路
242‧‧‧開關電路
36a1‧‧‧觸發電路
D1a~D1c‧‧‧第一~第三LED模組
37a~37c‧‧‧第一~第三LED組(串)
D1a1~D1c1‧‧‧第一導接端
D1a2~D1c2‧‧‧第二導接端
1A~1C‧‧‧燈具
38‧‧‧殼體
381‧‧‧散熱結構
39‧‧‧燈罩
391‧‧‧透光部
392‧‧‧均光板
D1~D3‧‧‧第一~第三LED單元
Vin‧‧‧輸入電壓
V1‧‧‧第一直流電壓
Vo1‧‧‧第一燈電壓
Vo2‧‧‧第二燈電壓
Vo3‧‧‧第三燈電壓
I1‧‧‧第一電流
Io1‧‧‧第一燈電流
Io2‧‧‧第二燈電流
Io3‧‧‧第三燈電流
Vk1~Vk3‧‧‧第一~第三燈電壓
Ik1~Ik3‧‧‧第一~第三燈電流
Vd1~Vd3‧‧‧第一~第三模組電壓
Id1~Id3‧‧‧第一~第三模組電流
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
R5‧‧‧第五電阻
K1‧‧‧第一節點
K2‧‧‧第二節點
36a、36b、36c‧‧‧輸出保護電路
S1‧‧‧第一開關元件
S1a‧‧‧第一開關元件之控制端
S1b、S1c‧‧‧第一開關元件之電流傳導端
S2‧‧‧第二開關元件
S2a‧‧‧第二開關元件之控制端
S2b、S2c‧‧‧第二開關元件之電流傳導端
S3‧‧‧第三開關元件
Vk1‧‧‧第一控制電壓
Vk2‧‧‧第二控制電壓
Db‧‧‧體二極體
Dz1‧‧‧第一齊納二極體
Dz2‧‧‧第二齊納二極體
Ia1‧‧‧第一旁路電流
Ia2‧‧‧第二旁路電流
Ia3‧‧‧第三旁路電流
第1圖係為習用燈具驅動裝置及其配置圖。
第2圖：其係為本案一較佳實施例之LED照明系統架構示意圖。
第3圖：其係為本案之LED照明系統架構之電路示意圖。
第4圖：其係為本案另一較佳實施例之LED照明系統架構之電路示意圖。
第5A圖：其係為本案一較佳實施例之LED燈具之電路示意圖。
第5B圖：其係為第5A圖之部份細部電路示意圖。
第5C圖：其係為一較佳實施例之LED燈具之結構示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆 不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
本案之LED照明系統架構適用於複數個LED燈具電性串聯連接運作，且每一個LED燈具的LED模組數目及LED模組之LED串接數目及運作電壓值不限定，以下將例舉應用於三個LED燈具說明本案LED照明系統架構之運作原理，但不以此為限。請參閱第2圖及第3圖，其中第2圖係為本案一較佳實施例之LED照明系統架構示意圖，第3圖係為本案之LED照明系統架構之電路示意圖。如圖所示，本案之LED照明系統架構2包括燈具驅動裝置21K以及LED燈具組22，其中燈具驅動裝置21K以單級式電源轉換電路21實現且架構於將輸入電壓Vin轉換為第一直流電壓V1，並輸出實質上定電流值之第一電流I1。LED燈具組22係與燈具驅動裝置21K電性連接，且LED燈具組22包含例如但不限於三組LED燈具連接座，即第一~第三LED燈具22A~22C分別具有第一組燈具連接座221、第二組燈具連接座222、第三組燈具連接座223。每一組燈具連接座221~223之正端221a~223a及負端221b~223b係電性連接對應之LED燈具22A~22C內之LED單元D1~D3，且燈電壓及燈電流經由複數組燈具連接座221~223傳遞至對應電性連接之LED單元D1~D3。其中，複數組燈具連接座221~223係以電性串聯方式相互連接，每一組燈具連接座221~223之正負端間之燈電壓Vk1~Vk3係由第一直流電壓V1分壓而得，且每一組燈具連接座221~223之燈電流Ik1~Ik3實質上相同。
於本實施例中，電源轉換電路21可以單級式電路方式實現使其相較於雙級式具有較高的電源運作效率，但不以此為限，例如單級返馳式(single-stage flyback)轉換電路、主動箝位返馳式 (active-clamp)轉換電路或諧振式(resonant)轉換電路，用以將輸入電壓Vin轉換為電壓值較高之第一直流電壓V1，例如180V(伏特)，且輸出實質上定電流值之第一電流I1，例如50mA(毫安培)。第一組燈具連接座221、第二組燈具連接座222、第三組燈具連接座223係在電源轉換電路21的第一輸出端21a與第二輸出端21b(燈具驅動裝置21K的第一輸出連接端(防水接頭)2a與第二輸出連接端2b)之間以電性串聯方式相互連接，用以分別提供予第一LED燈具內之第一LED單元D1、第二LED燈具內之第二LED單元D2、第三LED燈具內之第三LED單元D3對應連接，藉由第一組燈具連接座221、第二組燈具連接座222、第三組燈具連接座223分別傳送第一~第三燈電壓Vk1、Vk2、Vk3至第一LED單元D1、第二LED單元D2、第三LED單元D3。
第一組燈具連接座221包含正端221a與負端221b，相似地，第二~第三組燈具連接座222、223包含正端222a、223a與負端222b、223b。其中，第一組燈具連接座221之正端221a藉由燈具驅動裝置21K的第一輸出連接端2a(正端)電性連接於電源轉換電路21的第一輸出端21a(正端)，最後一組燈具連接座之負端(即第三組燈具連接座223之負端223b)藉由燈具驅動裝置21K的第二輸出連接端2b(負端)電性連接於電源轉換電路21的第二輸出端21b(負端)，而第一組燈具連接座221與最後一組燈具連接座間之電性連接關係為上一組燈具連接座之負端與下一組燈具連接座之正端電性連接，例如第一組燈具連接座221之負端221b與第二組燈具連接座222之正端222a電性連接，或第二組燈具連接座222之負端222b與第三組燈具連接座223之正端223a電性連接。如此，即可達到燈具驅動裝置21K僅透過兩個接點(第一~第二輸出連接端2a~2b) 與LED燈具組22電性連接，將可大幅降低燈具驅動裝置21K的防水結構(未圖示)的使用數量，以降低成本且較容易實施。
此外，第一燈電流Ik1、第二燈電流Ik2、第三燈電流Ik3分別經由每一組燈具連接座221~223提供至對應電性連接之第一~第三LED燈具22A~22C內之第一~第三LED單元D1~D3。於此實施例中，本案之LED照明系統架構2係架構於驅動電性串聯連接運作之複數個LED燈具，且每一個LED燈具22A~22C中的每一LED單元D1~D3由至少一個LED模組構成，其中，LED模組數目及各個LED模組之LED串接數目及運作電壓值不限定。當燈具開關20被導通而使輸入電壓Vin傳送至電源轉換電路21之輸入端後，電源轉換電路21會將輸入電壓Vin轉換為第一直流電壓V1，並輸出實質上定電流值之第一電流I1。由於，電源轉換電路21以定電流方式運作，且第一~第三組燈具連接座221~223係以電性串聯方式連接，故第一~第三燈電流Ik1、Ik2、Ik3之電流值均與第一電流I1相等，即使第一~第三LED燈具22A~22C內之第一~第三LED單元D1~D3彼此由不同製造商的發光二極體組成，相同電流值之第一~第三燈電流Ik1、Ik2、Ik3可以使第一~第三LED單元D1~D3中之發光二極體具有相似的亮度。
於此實施例中，第一直流電壓V1等於第一~第三燈電壓Vk1~Vk3之總合(V1=Vk1+Vk2+Vk3)且隨著第一~第三LED燈具22A~22C的第一~第三燈電壓Vk1~Vk3變化，由於，每一個燈電壓Vk1~Vk3之電壓值會隨著所對應電性連接之LED燈具之額定運作電壓值變化，因此，第一直流電壓V1之電壓值會同時隨著LED燈具連接座的數目以及每一個LED燈具的額定運作電壓值增加而對應增加。由於，本案之燈具驅動裝置21K輸出之第一直流電壓V1之電壓值較高，大於傳 統燈具驅動裝置輸出的50V，因此可以驅動多個LED燈具電性串聯連接的運作。為了防止LED燈具運作時，使用者碰觸LED燈具或燈具驅動裝置21K而導致使用者受到電擊，目前LED燈具之額定運作電壓值會設計低於安規要求之人體導電之最小電壓值以下，例如約為60V以下，故燈電壓Vk1~Vk3之電壓值不會隨著燈具連接座的數目增加而對應增加，所以，如果使用者不慎因為碰觸LED燈具或燈具驅動裝置21K，也不會造成使用者受到電擊。且均會於外部接點處，例如第一輸出端2a、第二輸出端2b、第一~第三組燈具連接座的正端221a~223a以及第一~第三組燈具連接座的負端221b~223b安裝防水結構，避免水氣滲入導致LED照明系統架構2損壞或是人員遭受電擊。
本實施例中之電源轉換電路21因以單級式電路方式實現，故用電效能提升、電能於電源轉換電路21轉換時之整體損耗較小，且該第一~第三組燈具連接座221~223係以電性串聯相互連接，故輸出至每一個LED燈具22A~22C之燈電流Ik1、Ik2、Ik3之電流值實質上相同，應用於相同規格的發光二極體燈具時，可使得每一個發光二極體燈具的亮度實質上相同。
請參閱第4圖並配合第3圖，其中第4圖係為本案另一較佳實施例之LED照明系統架構之電路示意圖。如第4圖所示，本案之LED照明系統架構3除了包含電源轉換電路21、LED燈具組22之外，更於電源轉換電路21及LED燈具組22之間串聯一過電流保護電路24,即該過電流保護電路24電性連接於電源轉換電路21以及燈具驅動裝置21K2的輸出連接側(2a,2b)之間，用以防止電源轉換電路21輸出之第一電流I1發生過電流。於一些異常情況時第一電流I1會瞬間提升，為避免過大之第一電流I1直接回授至電源轉換電路21 而造成燈具驅動裝置21K損壞，當第一電流I1提升至一額定值時，過電流保護電路24會開始作動，斷開電源轉換電路21與複數組燈具連接座221~223間之第一電流I1之整個電流傳遞迴路。其中，電源轉換電路21以及過電流保護電路24係架構為燈具驅動裝置21K2，電源轉換電路21以及過電流保護電路24仍可模組化實現，故燈具驅動裝置21K2仍僅透過兩個與LED燈具組22電性連接，以降低防水結構的使用數目。
請再參閱第4圖，過電流保護電路24包括電流檢測電路241以及開關電路242，其中電流檢測電路241電性連接於電源轉換電路21的輸出側以及該開關電路242，用以依據流經該電流檢測電路241之第一電流I1對應產生第一控制電壓Vk1至該開關電路242的控制端，並藉由該第一控制電壓Vk1大小控制該開關電路242導通或截止。於本實施例中，該開關電路242電性連接於輸出該第一電流I1之電流迴路上，且包含第一開關元件S1與體二極體Db(body diode)，該電流檢測電路241包括第一電阻R1、第二電阻R2、第二開關元件S2及第一齊納二極體DZ1(zener diode)。於本實施例中，第一開關元件S1係為金氧半場效電晶體(MOSFET)，而第一開關元件S1之控制端S1a與兩個電流傳導端S1b、S1c分別對應為金氧半場效電晶體之閘極(Gate)、汲極(Drain)以及源極(Source)；第二開關元件S2係為雙載子接面電晶體(BTJ)，而第二開關元件S2之控制端S2a與兩個電流傳導端S2b、S2c分別對應為基極(Base)、集極(Collector)以及射極(Emitter)。
於該開關電路242中，第一開關元件S1之控制端S1a係電性連接至第一節點K1，第一開關元件S1之電流傳導端S1b係電性連接至燈具驅動裝置21K2的第二輸出連接端2b，第一開關元件S1之另一電流 傳導端S1c則電性連接至一第二節點K2，而體二極體Db之陰極(Cathode)係與第一開關元件S1之電流傳導端S1b電性連接，體二極體Db之陽極(Anode)與第一開關元件S1之另一電流傳導端S1c電性連接。
於該電流檢測電路241中，第一電阻R1之一端係電性連接至電源轉換電路21之第一輸出端21a與燈具驅動裝置21K2的第一輸出連接端2a，另一端係電性連接至第一節點K1(node)；第一齊納二極體DZ1之陰極電性連接於第一節點K1，第一齊納二極體DZ1之陽極則電性連接至第二節點K2，用以箝制第一節點K1及第二節點K2間之第一控制電壓Vk1大小；第二開關元件S2之控制端S2a係電性連接於第二節點K2，第二開關元件S2之一電流傳導端S2b電性連接至第一節點K1，第二開關元件S2之另一電流傳導端S2c電性連接至電源轉換電路21之第二輸出端21b。第二電阻R2之一端連接至第二節點K2，第二電阻R2之另一端連接至電源轉換電路21之第二輸出端21b，使第二電阻R2與開關電路242之第一開關元件S1電性串聯連接。第一節點K1及第二節點K2之間係跨有第一控制電壓Vk1，且隨著第一直流電壓V1變化，而第一電流I1流經第二電阻R2時，第二節點K2及電源轉換電路21之第二輸出端21b之間係跨有一第二控制電壓Vk2，且隨著第一電流I1變化。
當該LED照明系統架構3於正常情況下運作時，燈具連接座221~223及LED燈具22A~22C之作動係與前一實施例所述相同，故不再贅述，而此時第一電流I1之電流值在額定值範圍內，第一控制電壓Vk1之電壓值大於或等於開關電路242之導通電壓Vth，因此開關電路242之第一開關元件S1將會導通，使第一電流I1流經第一開關元件S1至複數組燈具連接座221~223；而第二電阻R2之壓降， 即第二控制電壓Vk2之電壓值，會小於第二開關元件S2之導通電壓Vtb，例如0.6V，使第二開關元件S2截止，第一電流I1通過開關電路242之第一開關元件S1與第二電阻R2後回到電源轉換電路21。
相反地，當第一電流I1之電流值瞬間提升而超過第一電流I1之額定值範圍時，例如超過第一電流I1之額定電流值之10%，當超過額定值範圍之第一電流I1流經第二電阻R2所產生之第二控制電壓Vk2之電壓值會大於第二開關元件S2之導通電壓Vtb，例如大於0.6V，使得第二開關元件S2導通，導致第一控制電壓Vk1之電壓值為零或低於第一開關元件S1之導通電壓Vth，故第一開關元件S1截止，而避免過大之第一電流I1直接流回電源轉換電路21而毀損，以達到保護電源轉換電路21之功用。
本案之LED燈具內之LED組可由一個或複數個LED模組串接構成，以下將例舉LED組由三個LED模組串接構成，說明LED燈具之運作原理，但不以此為限。請參閱第5A圖、第5B圖以及第5C圖並配合第3圖與第4圖，其中第5A圖係為本案一較佳實施例之LED燈具之電路示意圖，第5B圖為第5A圖之部份細部電路示意圖，而第5C圖為一較佳實施例之LED燈具之結構示意圖。如第5A圖與第5B圖所示，本案之LED燈具22A之第一LED單元D1包含複數個LED模組D1a~D1c，該複數個LED模組D1a~D1c在第一組燈具連接座221之正端221a及負端221b間電性串聯連接。該複數個LED模組D1a~D1c包含複數個輸出保護電路36a~36c及複數個LED組(串)37a~37c，其中第一輸出保護電路36a、第二輸出保護電路36b及第三輸出保護電路36c分別電性並聯連接於每一個LED模組D1a~D1c的第一導接端D1a1~D1c1(正端)與第二導接端D1a2~D1c2(負端)之間，即第一輸出保護電路36a之一端係與第一LED模組D1a之第一導接端D1a1 電性連接，另一端係與第一LED模組D1a之第二導接端D1a2電性連接，以此類推。該複數個輸出保護電路36a~36c係架構於提供使用者可以選擇性地只驅動部分LED燈具22A~22C或LED模組D1a~D1c，而無需全部使用，或者當任一LED燈具22A~22C或LED模組D1a~D1c之發光二極體損壞時，可以避免因LED燈具22A~22C或LED模組D1a~D1c為電性串聯連接導致全部LED燈具22A~22C之LED單元D1~D3均停止被驅動之情形。
以第一LED燈具22A為例，當第一LED燈具22A之第一LED模組D1a之第一LED組(串)37a中之發光二極體損壞使第一LED組37a為開路狀態之異常狀態發生時，第一模組電壓Vd1之電壓值會瞬間提升而超過第一模組電壓Vd1之額定運作電壓值範圍，於此實施例中，高於約55V時，第三開關元件S3會被觸發而導通，使得第一輸出保護電路36a運作而將第一LED模組D1a旁路(bypass)以停止第一燈電流Ik1流入第一LED組(串)37a，使流入第一LED模組D1a之第一燈電流Ik1改流經第一輸出保護電路36a。此時，雖然第一LED模組D1a之第一LED組(串)37a停止作動，但藉由第一LED模組D1a之第一輸出保護電路36a的作動，使流經第一LED模組D1a之第一燈電流Ik1不為零，且其他串接之第一~第二LED模組D1b~D1c及第二~第三LED燈具22B~22C可以正運作。其中，流經第一輸出保護電路36a之第一旁路電流Ia1之電流值等於第一燈電流Ik1及第一電流I1，流入第一LED組(串)37a之第一模組電流Id1之電流值為零，而流入至第一輸出保護電路36a之第一旁路電流Ia1會流經第一LED模組D1a之第二導接端D1a2以驅動剩餘之LED模組D1b~D1c及LED燈具22A、22C運作。換言之，當各LED模組D1a~D1c之LED組37a~37c正常運作時，第一~第三模組電流Id1~Id3會流入對應之LED組 37a~37c，第一~第三輸出保護電路36a~36c不會作動，流至第一~第三輸出保護電路36a~36c之電流Ia1~Ia3之電流值均為零。
請再參閱第5A圖及第5B圖，複數個輸出保護電路36a~36c之電路架構皆相同，但不以此為限。為便於說明，以下將以第一輸出保護電路36a之細部電路為示範例以說明其電路架構及其運作原理。第一輸出保護電路36a包括第三開關元件S3與觸發電路36a1，其中第三開關元件S3電性連接於第一LED模組D1a之第一導接端D1a1與第二導接端D1a2間，而觸發電路36a1電性連接於第一LED模組D1a之第一導接端D1a1與第二導接端D1a2以及第三開關元件S3之控制端，用以依據第一LED模組D1a之第一模組電壓Vd1控制第三開關元件S3是否導通。
於本實施例中，第三開關元件S3可以是但不限為矽控整流器(Silicon-controlled rectifier,SCR)；觸發電路36a1包含：第三電阻R3、第四電阻R4以及第二齊納二極體DZ2，而觸發電路36a1可選擇性地更包含：第五電阻R5及電容C所構成之延遲電路，且電性連接於第一LED模組D1a之第二導接端D1a2與第三開關元件S3之控制端間。其中第二齊納二極體DZ2、第三電阻R3、第四電阻R4在第一LED模組D1a之第一導接端D1a1與第二導接端D1a2間構成串聯電性連接關係，係做為限流及分壓之用。當第一模組電壓Vd1之電壓值瞬間提升而超過第一模組電壓Vd1之額定運作電壓值範圍時，例如高於額定運作電壓值之10%時，觸發電路36a1會傳送一觸發訊號至第三開關元件S3之控制端控制第三開關元件S3導通，使得第一輸出保護電路36a作動而將第一LED模組D1a之第一LED組(串)37a旁路以停止第一燈電流Ik1流入第一LED組(串)37a，使流入第一LED模組D1a之第一燈電流Ik1改流經第一輸出保護電路 36a。
於本實施例中，電容C電性連接於第三開關元件S3之控制端，而第五電阻R5電性連接於第三電阻R3與電容C之間，用以使第一輸出保護電路36a之觸發電路36a1控制第三開關元件S3導通時產生一延遲時間，以增加觸發電路36a1之判斷時間而降低第一輸出保護電路36a誤作動之機會。
請再參閱第5C圖並配合第5A圖及第5B圖，於本實施例中，第一LED燈具22A之實體結構包含：殼體38與燈罩39，其中殼體38之一側邊設置防水結構之第一組燈具連接座221之正端221a與負端221b，該複數個LED模組D1a~D1c設置於殼體38之容置空間，該複數個LED模組D1a~D1c之發光面朝向燈罩39方向，該複數個LED模組D1a~D1c之散熱面與殼體38之散熱面接觸，燈罩39與殼體38之開口接合(未圖示)，該複數個LED模組D1a~D1c產生之光源可穿透燈罩39之透光部391至照明空間。於本實施例中，第一LED燈具22A之實體結構更包含：散熱結構381及均光板392，散熱結構381設置於殼體38外部之一面上，用以降低該複數個LED模組D1a~D1c之溫度；均光板392設置於該複數個LED模組D1a~D1c與燈罩39之間，用以使LED燈具產生之光源更均衡。
綜上所述，本案之驅動多組發光二極體燈具之LED照明系統架構，該燈具驅動裝置可驅動之每一個LED燈具之LED串接數目及運作電壓值不同之LED燈具，可以單級式電路的方式實現，以提升其用電效能，而燈具與燈具間係以電性串聯連接，可使得每一組燈具之電流及亮度精確地相同。此外，具驅動裝置僅透過兩個接點與LED燈具組電性連接，可大幅降低防水結構使用之數目，較容易配線及實施(安裝)，如此製造商得以較低成本的方式實現。此 外，本案之LED照明系統架構，應用於高照度之LED燈具時，只有燈電壓提高，其燈電流之電流值較低，例如維持50mA，因此，可以使用耐流較低且成本較低的防水接線端及電線，且較低電流值之燈電流更可使線路損耗較小且整體電源效率提升。
本案得由熟知此技術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。
2‧‧‧LED照明系統架構
20‧‧‧燈具開關
21‧‧‧電源轉換電路
21a‧‧‧第一輸出端
21b‧‧‧第二輸出端
21K‧‧‧燈具驅動裝置
2a‧‧‧第一輸出連接端
2b‧‧‧第二輸出連接端
22‧‧‧LED燈具組
221~223‧‧‧第一~第三組燈具連接座
221a‧‧‧第一LED燈具連接座正端
221b‧‧‧第一LED燈具連接座負端
222a‧‧‧第二LED燈具連接座正端
222b‧‧‧第二LED燈具連接座負端
223a‧‧‧第三LED燈具連接座正端
223b‧‧‧第三LED燈具連接座負端
22A~22C‧‧‧第一~第三LED燈具
Vin‧‧‧輸入電壓
V1‧‧‧第一直流電壓
Vk1‧‧‧第一燈電壓
Vk2‧‧‧第二燈電壓
Vk3‧‧‧第三燈電壓
I1‧‧‧第一電流
Ik1‧‧‧第一燈電流
Ik2‧‧‧第二燈電流
Ik3‧‧‧第三燈電流

Claims (12)

  1. 一種LED照明系統架構，包括：一燈具驅動裝置，包含一電源轉換電路，其係架構於將一輸入電壓轉換為一第一直流電壓，且輸出實質上定電流值之一第一電流；一過電流保護電路，電性連接於該電源轉換電路以及該燈具驅動裝置的輸出連接側之間，用以防止該電源轉換電路輸出之該第一電流發生過電流；以及一LED燈具組，係藉由兩個接點與該燈具驅動裝置電性連接，且包含：複數個LED燈具，係包含複數組燈具連接座及複數個LED單元，每一組燈具連接座之一正端及一負端係電性連接該複數個LED單元對應之LED單元，且一燈電壓及一燈電流傳遞至對應之LED單元；其中，該複數組燈具連接座係以電性串聯方式相互連接，使該複數個LED燈具間為電性串聯連接，每一組燈具連接座之正負端間之該燈電壓係由該第一直流電壓分壓而得，且每一組燈具連接座輸出之該燈電流實質上相同；其中，該過電流保護電路包括：一開關電路，電性連接於該第一電流之一電流迴路；以及一電流檢測電路，電性連接於該電源轉換電路之一輸出側與該開關電路，用以依據流經該電流檢測電路之該第一電流對應產生一第一控制電壓至該開關電路之一控制端，並藉由該第一控制電 壓控制該開關電路導通或截止；其中，該開關電路包含：一第一開關元件，電性連接於該電流迴路；以及一體二極體，電性連接於該第一開關元件之兩個電流傳導端間；其中，該電流檢測電路包括：一第一電阻，該第一電阻之一端電性連接至該電源轉換電路之一第一輸出端，該第一電阻之另一端電性連接至與該開關電路電性連接之一第一節點；一第二電阻，與該開關電路電性串聯連接，使該第一電流流經該第二電阻時產生一第二控制電壓；一第二開關元件，該第二開關元件之一控制端電性連接於一第二節點，該第二開關元件之一電流傳導端電性連接至該第一節點，該第二開關元件之另一電流傳導端電性連接至該電源轉換電路之一第二輸出端；以及一第一齊納二極體元件，該第一齊納二極體電性連接於該第一節點與該第二節點之間，用以箝制該第一節點與該第二節點間之該第一控制電壓大小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之LED照明系統架構，其中該電源轉換電路係為單級之返馳式轉換電路、主動箝位返馳式轉換電路或諧振式轉換電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之LED照明系統架構，其中該電源轉換電路為定電流式，輸出實質上定電流值之該第一電流，且所輸出之該第一直流電壓等於該複數組燈具連接座之該燈電壓之總合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之LED照明系統架構，其中該複數個燈 具連接座之一第一組燈具連接座之一正端電性連接於該燈具驅動裝置之一第一輸出連接端，該複數個燈具連接座之一最後一組燈具連接座之一負端電性連接於該燈具驅動裝置之一第二輸出連接端，該複數個燈具連接座之該第一組燈具連接座與該最後一組燈具連接座間之電性連接關係為上一組燈具連接座之一負端與下一組燈具連接座之一正端電性連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之LED照明系統架構，其中每一個LED燈具之LED單元包含一個或複數個LED模組，該一個或該複數個LED模組在該LED燈具對應之燈具連接座之正端及負端間電性串聯連接。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之LED照明系統架構，其中每一個LED模組更包含一輸出保護電路，其係電性並聯連接於該LED模組之一第一導接端與一第二導接端，其中當該LED模組損壞時，該輸出保護電路係架構於將該LED模組旁路。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之LED照明系統架構，其中該輸出保護電路包含：一第三開關元件，電性連接於對應之該LED模組之該第一導接端與該第二導接端間；以及一觸發電路，電性連接於對應之該LED模組之該第一導接端與該第二導接端以及該第三開關元件之一控制端，用以依據對應之該LED模組之一模組電壓控制該第三開關元件是否導通；其中，當對應之該LED模組之該模組電壓超過一額定運作電壓值範圍時，該觸發電路傳送一觸發訊號至該第三開關元件之該控制端控制該第三開關元件導通，使對應之該輸出保護電路作動而將對應之該LED模組旁路。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之LED照明系統架構，其中該觸發電路 包含一第三電阻、一第四電阻以及一第二齊納二極體，且在對應之該LED模組之該第一導接端與該第二導接端間串聯連接，用以限流及分壓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之LED照明系統架構，其中該觸發電路更包含：一第五電阻及一電容所構成之一延遲電路。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之LED照明系統架構，其中每一個LED燈具之實體結構包含：一殼體，該殼體之容置空間設置該一個或該複數個LED模組，且該殼體之一側邊設置防水結構之該一組燈具連接座之正端與負端；以及一燈罩，與該殼體之開口接合，該一個或該複數個LED模組產生之光源穿透該燈罩之一透光部至照明空間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之LED照明系統架構，其中每一個LED燈具之實體結構更包含：一散熱結構，設置於該殼體外部之一面上，係降低該一個或該複數個LED模組之溫度；以及一均光板，設置於該殼體之開口與該燈罩之間，係使該LED燈具產生之光源更均衡。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之LED照明系統架構，其中該複數個燈具連接座之額定運作電壓值係低於一人體導電之最小電壓值。
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