TWI505623B - 照明單元 - Google Patents

Description

照明單元

本發明係關於一種照明單元，特別是指一種用於提供電源轉接器之輸入與輸出功率間之有效電壓變量的照明單元。

在國內的應用現況，市電供應之電壓用量一般介於120-240伏特交流電，頻率為50或60Hz。電源轉接器是用於驅動一低電壓負載，如10V負載，而介於市電可用電壓和驅動負載所需電壓，用於驅動該負載之電壓比為10和20間。由於超高之電壓比，習知切換式電源轉接器於驅動低電壓負載時的效率變的很差，因為切換操作須以低負載比及極短的導電時間和具有高波頂至平均比率之電流波形達成。

因此，習知電源轉接器多設有一具匝數比之磁性變壓器，用於產生電壓之降壓及相對電流的升壓。習知某些電源供應器的型態，其磁性變壓器係設於對電源轉接器之輸入，以使整個電源轉接器能以低電壓運作，如是，該磁性變壓器能以一電源頻率(50或60Hz)運作，惟其體積過大且生產成本高昂。又如其他電源供應器，其磁性變壓器係整合於轉換電路的一部分，使其能運作於電源轉接器之電子元件的切換頻率，如此設計可使該磁性變壓器的體積相對較小。

然而，無論習知採用何種配置方式，皆需要設置一體積過大且效率差的磁性變壓器。

有鑑於此，發明人設計出一種改良型之電源轉接器，以克服或改善前述或其他與習知有關之缺點。

本創作之目的在於提供一種照明單元，其包含一連接於AC電源供應器之輸入，及一連接至該輸入的共振電路，其係用以提供一可驅動一負載的輸出，其中該共振電路之電容和電感的設定，可於該電源轉接器之輸入與輸出間，對有效電壓提供預設改變，及對有效電流之相對預設改變。

與本創作連接之該電源供應器係受益於本創作，因本創作可對電源轉接器之輸入與輸出間的有效電壓及相對有效電流作預設變化，而不需藉助磁性變壓器。該電源轉接器因此可自一高AC市電供應驅動一低電壓負載，而不需另置磁性變壓器，且不需電子交換電路，該電子交換電路係以低負載比(縮短交換週期的時間)並具有高波頂至平均比率之電流波形運作。尤其是，本創作之照明單元亦可用於連接一高電壓之市電供應(即110V或230V AC，頻率50或60Hz)，並提供一輸出，係可驅動一低電壓固態光源(即10-20V)。

該共振電路之電容和電感係可選擇用於提供一預設降壓之有效電壓，及一相對預設升壓之有效電流，該有效電壓及電流係介於電源轉接器之輸入與輸出間。或者，該共振電路之電容和電感係可選擇用於提供一預設升壓之有效電壓，及一相對預設降壓之有效電流。

於本創作之較佳實施例中，該共振電路之電容和電感的選擇係可設為兩個預設比率，其中之一預設比率係介於該電源轉接器之輸入的有效電壓和該電源轉接器之輸出的有效電壓，而另一預設比率係介於該電源轉接器之輸入的有效電流和該電源轉接器之輸出的有效電流。

該共振電路較佳之配置係提供一輸出，該輸出具有一增加 或減少有效電流，係相對於通過一共振電感器之有效電流，詳言之，該輸出相對該電源轉接器之有效電壓，係相應具有一減少或增加有效電壓。該輸出的較佳應用是具有一有效電流，係藉由至少兩個因子，相對於通過該共振電感器之電流而增加或減少，且其最佳化是藉由至少五個因子。此外，相對該AC電源供應器之該輸出之有效電壓的增加或減少的最佳化是藉由至少五個因子。

介於該電源轉接器之該輸入與該輸出間的有效電壓和有效電源的預設變化，其較佳的運作是不需藉助一磁性變壓器。實際上，該電源轉接器是可不需配置任何磁性變壓器，但非信號或電源供應變壓器。

介於該電源轉接器之該輸入與該輸出間的有效電壓和有效電源的預設變化，是不需藉助一磁性變壓器達成。然而，該電源轉接器或可提供一壓電變壓器，其係可將該電源轉接器之該輸出隔離出該輸入。在前述配置下，該壓電變壓器或可提供一進一步之有效電壓的預設變化，及一進一步之有效電流的預設變化，介於該電源轉接器之輸入與輸出間。

前述設有一壓電變壓器之該電源轉接器，該壓電變壓器可經排列以提供至少一些該共振電路之電容。於一實施例中，該壓電變壓器提供該共振電路的全部電容。當一壓電變壓器和一具有共振電路的電源轉接器搭配時，該壓電變壓器之內涵物因而衍生出多項優點。因此，本創作之另一目的在於提供一照明單元，係包含一連接於AC電源供應器之輸入，一連接至該輸入的共振電路，該共振電路係用以提供一可驅動一負載的輸出，及一將該電源轉接器之該輸出隔離出該輸入的壓電變壓器。

該輸出之較佳應用係適於驅動一固定電流負載，如一固態光源。該共振電路之較佳配置係提供一具有大致為固定電壓的輸出，其係對該AC電源供應器之一特定有效電壓為預設。尤其，該共振電路之較佳配置係用於增加或降低接收於該電源轉接器之輸入的實際電壓，用以提供一大致為固定電壓作為該輸入AC週期之大多數，該固定電壓係為該AC電源供應器之一已知有效電壓而預設。

本創作因前述之配置使該輸出具有一大致為固定電壓，作為該輸入AC週期的較佳比率，該固定電壓係為該AC電源供應器之一已知有效電壓而預設。如是，該配置型態使本創作照明單元能使用較低的本體儲存電容，而優於藉磁性變壓器對有效電壓預設改變之電源轉接器。

本創作之前述配置適於驅動固定負載。然而，該電源轉接器亦可適用於驅動各種的負載。尤其是，當該負載不能被該電源轉接器之輸出所驅動，該電源轉接器亦可關閉該輸出，而當該負載能被驅動時，該電源轉接器係可開啟該輸出。

另，於一特別較佳的配置，其係用於提供一適於驅動一固定電流負載的一輸出，該共振電路係採一LCL串並聯共振電路。

所謂「LCL串並聯共振電路」係指一共振電路，其包含相互串聯的一第一電感器和一第一電容器，以及一包含一第二電感器之並聯負載腳。該第一電感器和該第一電容器宜串聯於該共振電路的兩個輸入端間，而該共振電路較理想地是包含一並聯通過該第一電容器的負載腳，其中該負載腳包含該第二電感器及一用以驅動負載的輸出，該輸出和該第二電感器係為串聯。詳言之，該LCL串並聯共振電路之較佳型態係包含具有一第一電感器L1之複數個輸入端與輸出端，該第一電感器L1是經由和第二電感器L2之交點連接自第一輸入端，至一第一輸出端，該第二輸入端係直接連接至該第二輸出端，及一電容器C1，其係連接介於該第一和第二電感器L1，L2間之交點，且直接連接於具有輸入和輸出之複數個第二端之間。該複數個輸入端宜被一高頻換流器所驅動。該第一電感器、該第一電容器和該第二電感器之中之任一者可包含單一電感或電容元件或此等元件的結合。

該共振電路較理想地是於一已知的有效輸入電壓，以該共振電路之共振頻率之一驅動，使電源轉接器提供一固定電流輸出，並且該共振電路係以該共振頻率之一或次諧波，或充分接近該共振頻率的頻率或次諧波而驅動，使該電源轉接器適於一固定電流負載的使用，如一固態光源。尤其是，該第一和第二電感器較佳地設定，是該第一電感器的電抗X_L1 和第二電感器的電抗X_L2 的值大致相等，且大致相等於第一電容器的電抗X_C1 。特別是於此較佳實施例中。

只要選定的元件符合條件需求，在已知輸入電壓下，送往負載的電流將可維持固定，不受連接至該電源轉接器的負載所影響。並且，輸入電壓的變動將可直接控制送往負載的固定電流大小。在驅動一固定電壓負載時，如LED，送往負載的功率因此可直接與輸入電壓成比例，而不需任何前饋或反饋控制。

當該LCL串並聯共振電路用於提供一固定電流輸出，該LCL串並聯共振電路的電容以具有電抗X_C1 為佳，以配合所需負載電阻R_L 和一相對高的輸入電阻R_in 。該第一電容器的值由下列方程式計算為佳： 其中X_C1 是該第一電容器的電抗。該電抗值因此以相等於所需負載電阻R_L 和所需輸入電阻R_in 的乘積的平方根為佳。

如前所述，因該共振電路之電感和電容的選定，可因此預設變化該電源轉接器之輸出與輸入間的有效電壓。

於目前較佳實施例中，本創作之照明單元包含一連接於市電AC電源供應器的輸入，及一共振電路係提供一適於驅動一固態光源的輸出，其中該共振電路如前述係以LCL串並聯共振電路為佳。

該共振電路較理想地是可於一已知輸入電壓下，提供一固定電流輸出。送往輸出的功率因此可在不需任何控制下，隨輸入處電壓的變動而不同。尤其是，該固定電流的大小宜與輸入電壓成比例。並且，該共振電路可在已知輸入電壓下提供不受負載影響的固定電流輸出。為達上述目的，該共振電路的共振頻率之一應提供此等性質，且該共振電路宜以該共振頻率，或充分接近該共振頻率的頻率驅動，使電源轉接器適於固態光源之使用。

據發現以共振頻率的次諧波驅動該共振電路可改善電源轉接器的功率因數及/或效率，最理想的是以1/x的次諧波驅動該共振電路，其中x為奇數，例如1/3、1/5或1/7。

以共振頻率的次諧波驅動該共振電路有助於減少共振驅動電路的切換頻率及該切換損耗，從而改善電源轉接器的效率。在多數習知共振電路中，常見以次諧波驅動電路可降低功率。然而，LCL串並聯共振電路之共振頻率之一宜為0Hz，其理由將詳述如後，藉以允許低頻率電流通過負載。因此，若電路係以共振頻率的次諧波驅動，則流經該共振電路的電流以及送往負載的功率不會發生實質變化。

若輸入的電壓以正弦曲線方式變化，則該LCL串並聯共振電路自該輸入汲取的電流，其波形將為方形。然而，此波形可藉由一電源轉接器的控制器加以改變。該電源轉換器因此可包含一控制器，係用以決定該共振電路自該輸入所汲取電流之波形。尤其，該控制器可改變原來由共振電路所汲取電流的波形，即自該輸入所汲取電流的波形是更近似於輸入電壓的波形。詳言之，該電流之波形係近於具有扁平峰之正弦曲線。

該共振電路係以一共振驅動電路所驅動為佳，該共振驅動電路提供一共振驅動訊號至該共振電路。該共振驅動訊號可為一交流訊號，係由一控制二或四枚電子開關的震盪器所提供，如FET。該共振驅動訊號通常為方形波。該驅動電路之目的在於以一交流電壓激發該共振電路，所述交流電壓通常由多塊正負電壓構成。而該等電子開關通常彼此相連以形成一全橋式換流器(四枚開關)或半橋式換流器(兩枚開關)。

如上述，該電源轉接器可修改共振電路汲取電流之波形，尤其可修改該波形之形狀及/或大小。詳言之，該共振電路可提供一共振驅動訊號，其中該共振驅動訊號可決定所需之輸入電流波形。例如，該共振驅動訊號可為各種方式，包括但不限於以下任一者：(1)在該交流驅動訊號的半週期或全週期之間加入死區，(2)改變該驅動訊號的頻率，以及(3)省略該交流驅動訊號的週期。

其中當該共振驅動訊號為省略該交流驅動訊號的週期時，其省略週期可為在每一市電供應週期中不連續式、單一連續群組，或多個連續群組方式。其中當該省略週期為多個連續群組方式時，每一市電供應週期中的連續群組數量應配合輸出功率，因此可隨輸出功率變化。

如下述，該電源轉接器可控制固態光源的光輸出。在此實施例中，該共振驅動訊號以可變化為佳，如可受一控制器控制而變化，以決定該固態光源的光輸出。該共振驅動訊號亦可優化電源轉接器之功率因數及/或效率。

或者，當該電源轉接器之配置為使該固態光源的光輸出僅受該電源轉接器輸入處可用電力的控制時，該共振驅動訊號可預設為優化電源轉接器之功率因數及/或效率。

如上述電源轉接器的任何控制器，係可控制提供至該共振電路的共振驅動訊號，以決定共振電路自該輸入所汲取電流之波形。該電源轉接器之控制器可由一積體電路，例如一微處理器、一類比電子電路，或任何類比及數位電子裝置之結合。更進一步，該電源轉接器之控制器可為特定應用積體電路，其可以相當低廉之成本製成。在此架構中，該驅動電路之震盪器亦可包含於該積體電路，或由另一電路提供。

可利用驅動該共振電路之頻率設定校正電源轉接器以改良效率。或者，用以驅動該共振電路之頻率在使用時可變化，已改變供應至該固態光源的功率。

用以驅動該固態光源的輸出可獨立於該共振電路之外，尤其在使用者可接觸該固態光源及/或相關電路系統的應用中。在此狀況下，電源轉接器可包含一壓電變壓器以提供前述之獨立設置。

該共振電路亦可包含一對分壓電容器，而該第一電容器與之連接。或者，當該共振驅動電路包含由四枚電子開關(如FET)構成之兩組切換腳(如一「H橋」)，做為單相換流器，或可以單一電容器取代該對電容器。該等電容器宜為Y型電容器。

該電源轉接器可依據輸入處電壓從輸入汲取電流，使該電源轉接器成為市電供應的電阻性負載。此點可經以下方式達成：(1)最小化該電源轉接器輸入處的電容量，(2)從該輸入汲取與該輸入電壓波形同相之電流波形，及/或(3)汲取與該電壓成比例的電流。此等特徵降低電流失真與汲取自市電供應的諧波電流，同時去除市電供應中的電容性負載，從而增加該電源轉接器的效率及功率因數。確切而言，此等特徵使該電源轉接器及與之相接的固態光源可如習知燈絲光源一般應用於市電供應。

或者，可從輸入汲取受輸入處電壓影響的功率，以使該電源轉接器不致成為市電供應的電阻性負載。

所述固態光源宜為單一發光二極體(LED)，或者兩個或以上之串聯LED。該電源轉接器宜包括一或多枚二極體為其輸出，如一個二極體橋式電路，以確保不會發生破壞固態光源的逆向電流。

該電源轉接器之各控制電路系統可由一整合式電源供應器供電。或者，該電源轉接器之控制電路系統可連接至共振電路的電感器之一以取得供電，例如連接至與電感器相連的繞組。

當該電源轉接器包括一整合式電源供應器時，該整合式電源供應器宜直接自市電電源供應器汲取功率，最理想地是經由該電源轉接器的輸入汲取功率。尤其，該整合式電源供應器宜為一固定電流電源供應器，例如一切換式固定電流調節器，其應不致造成過度電湧且成本低廉。該控制電路系統應可在市電週期中的斷電期間自行關閉，例如使該電源轉接器連接至一TRIAC(雙向三極閘流體)或類似設備，該固定電流設備之功率較低，因此提高效率。

該電源轉接器亦可包括一偵錯電路，其可於光源發生錯誤或斷接等原因導致負載消失時取消震盪驅動訊號，從而關閉該共振電路。該偵錯電路可將該共振電路之一輸出與控制器連接。該偵錯電路為一反饋電路，但在正常運作時僅從該共振電路之輸出汲取最小量功率，因此不會與調整功率輸出的作用中反饋電路產生混淆。該偵錯電路僅於錯誤條件發生時運作，且在正常使用下並非輸出功率控制用途之所必需。

該電源轉接器可包括位於其輸入處的一濾波器，用以降低來自該市電供應的諧波電流。所述濾波器可包含一小型非電解電容器-電感器網路。該電源轉接器亦可於其輸入處包括一整流器，用以將輸入波形轉換為固定兩極之一。更理想的是該整流器係一全波整流器，其可反轉交流電流波形的負(或正)部分。然而，該電源轉接器不需對該LCL串並聯共振電路之輸入提供穩定DC訊號，因此該電源轉接器之輸入與該LCL串並聯共振電路之間不需設置大量儲存電容器(亦稱為存儲電容器或平流電容器)。因此，該電源轉接器基本上不需在該電源轉接器之輸入與該LCL串並聯共振電路之間設置大量儲存電容器。確切言之，該電源轉接器不需設置電解電容器。據此，相較於習知用於固態照明系統之電源轉接器，本發明可設計為最小電抗、最小電湧電流，具有更長使用壽命、更小體積且降低成本。可於該電源轉接器輸出處設置大量儲存電容器，但其非本案電源轉接器與習知固態光源運作之必要條件。

本發明之照明單元尤適用於照明系統，該電源轉接器可利用任何降低功率設備決定其輸入處所提供功率。詳言之，該降低功率設備可為一可變電阻器，例如一自耦合變壓器 (Variac)，或一變阻器。該電源轉接器可用於一照明系統，此照明系統利用SCR相位控制或一雙向三極閘流體(triac)達成減光器控制，以降低該電源轉接器輸入處之功率。然而，在此結構中，在市電全週期中，除照明單元關閉的時間外，該電源轉接器可自市電供應汲取最小電流以保持SCR穩定，藉以確保減光器控制持續運作。

本發明照明單元之另一優點在於不需藉由如該電源轉接器之控制器監控輸入處電壓。因此，本發明之照明單元不需設置任何監控輸入處電壓的裝置；詳言之，該電源轉接器可設置為其控制器不自輸入接收任何訊號。

該電源轉接器可包括一傳送控制訊號至該共振電路的控制器，以降低從該輸入處汲取的功率。然而，在其他實施例中，該電源轉接器並不包含具此功能的控制器。詳言之，該電源轉接器可設置為該固態光源之光輸出僅受該電源轉接器輸入處功率變化所控制。詳言之，可利用一外部設備改變該電源轉接器輸入處的功率，例如一與市電供應相連的外部降低功率設備。此實施例尤其適用於具有一體成形電源轉接器的照明單元，此電源轉接器適於融入習知照明電路。為充分發揮該電源轉接器的效率，該電源轉接器應，將輸入處可得之所有功率，除了不可避面的損耗以外者，傳遞至該電源轉接器之輸出。

根據本發明之另一態樣，本發明係提供一照明系統包含一上述之電源轉接器以及一包括至少一固態光源的照明單元。

該照明單元通常設有複數固態光源。為達成不同顏色的光輸出，該照明單元可包括發出不同色光的固態光源，例如發出紅、綠和藍色的LED。並且，該照明單元亦可包括琥珀色、青綠色和白色的LED以提高演色性指數。

該電源轉接器與該照明單元可容置於同一外殼中，或亦可分別設置。確切言之，該電源轉接器可對該複數照明單元提供電力，而每一照明單元皆包括複數固態光源。並且，該照明系統可包括複數上述電源轉接器。該照明系統亦可包括一降低功率設備，例如一可變電阻器、一變阻器或一利用SCR相位控制的減光器控制。

根據本發明之照明單元尤其適用於具有一體成形電源轉接器的照明單元，且該照明單元適於融入習知照明電路。因此，根據本發明之又一態樣，本發明提供一種適於直接連接市電供應的照明單元，該照明單元包含一上述之電源轉接器以及一或多個固態光源，其中該一或多個固態光源的光輸出僅受該電源轉接器輸入處功率變化之控制。為充分發揮該電源轉接器之效率，該電源轉接器應可將輸入處可得之所有功率，除了不可避免的損耗以外者，傳遞至該電源轉接器之輸出。

該照明單元宜包含一外殼以容置該電源轉接器、一或多個固態光源，以及將該電源轉接器之輸入連接於市電供應的連接器。該連接器可連接習知燈絲發光燈泡的燈座。詳言之，該照明單元可包括插入式或螺紋式連接器。於一實施例中，來自該一或多個固態光源的光輸出，係僅受該電源轉接器輸入處之功率變化所控制。

根據本發明之另一態樣，本發明係提供一電子阻抗匹配電路用以結合一LCL共振電路至一第一輸出端，該LCL共振電路包含具有一第一電感器L1之複數個輸入端與輸出端，該第一電感器L1是經由和第二電感器L2之交點連接自第一輸入端，第二輸入端是直接連接至第二輸出端，及一電容器C1，其係連接介於該第一和第二電感器L1，L2間之交點，且直接連接於具有輸入和輸出之複數個第二端之間。該複數個輸入端係由一高頻換流器所驅動，該複數個輸出端係連接至一表觀阻抗RL的負載，該元件L1，L2和C1的值選定至少為一頻率下，L1，L2和C1的電抗值大約相同，且在該複數個輸入端所見之表觀阻抗的至少一種頻率，係經由LCL共振電路轉換為大致相同於電容器的電抗的平方值，其係被該表觀阻抗RL的負載所整除。

該高頻換流器的運作頻率宜設於接近一頻率下，L1，L2和C1分別的電抗大致相等。

該電子阻抗匹配電路可用於驅動單一或多個LED，其驅動所需之電壓係大致低於輸入供電電壓。

或者，該電子阻抗匹配電路可用於以一大致低於輸入供電電壓替電池充電，或可依據不同的表觀阻抗負載，變化速度以驅動一電動馬達。

第一圖係為本發明之電源轉接器20。該電源轉接器20包含一從市電電路汲取電力的輸入22，及一用以提供電力給固態照明單元50之三枚LED60a、60b、60c的輸出24。該電源轉接器20在輸入22處包含一濾波矯正電路30，因此從市電電路取得的AC電壓波形可以全波整流後波形(DC+)供應至該電源轉接器電路系統的其餘部分。

該電源轉接器20亦包括一低功率輔助電源供應器32以及一共振電路34，該共振電路34包括一共振控制器40以及一共振驅動電路42，以下將參照第二圖加以詳述。該低功率輔助電源供應器32提供一低功率DC輸出(+V)，以供電至該共振控制器40與該共振驅動電路42的積體電路。此設置可對該電源轉接器的積體電路提供穩定電源供應器，以確保該等電路之功能穩定。應注意在其他實施例中，該電源轉接器的積體電路係透過連接至該共振電路的電感器之一的其他繞組取得供電，因此可省略該輔助電源供應器32。

第二圖係為上述包含該共振控制器40以及該共振驅動電路42的共振電路34。所述共振控制器40包括一控制電路，用以控制該共振驅動電路42。詳言之，該共振控制器40具有一輸出以對該共振驅動電路42提供一控制訊號，而該共振驅動電路42決定該共振電路34從該輸入所汲取電流的型態。應注意在其他實施例中，該共振驅動電路42為自激震盪，因而完全省略該控制電路。

該共振電路34之型態為一LCL串並聯共振電路(L1、C1及L2)。該共振驅動電路42可以一方形波驅動訊號驅動該LCL串並聯共振電路。該方形波訊號係由兩枚如FET之電子開關產生，該等電子開關連接至該共振電路的第一端，並與驅動電路系統44相連。該等FET受該共振控制器40所控制。該共振電路34之輸出係先經一二極體橋式電路矯正，而後經位於整流器輸出處的電容器(C5)整平，因此形成適於驅動該等LED60a、60b、60c的輸出。電容器C2及C3為共振電路之第二端建立連接點，大致為電壓DC+與0V之間的一半。

或者，該共振驅動電路42包含四枚電子開關(如FET)，其設置為兩組切換腳(形成一「H橋」)，以做為單相換流器，如第三圖所示。在此實施例中，係以連接於DC+與0V之間的電容器(C2)取代上述電容器C2及C3。該電路需要小額電容量以保護開關於切換瞬間不受過電壓損害。

該LCL串並聯共振電路設置為在一選定頻率下，L1(XL1)之電抗、C1(XC1)之電抗以及L2(XL2)之電抗大致相等。在此架構中，該LCL串並聯共振電路具有兩個非零共振頻率。電抗在兩個非零共振頻率中之一者下係為相等。當以此頻率驅動該共振電路時，該共振電路供應一固定電流至該輸出，以及該等LED60a、60b、60c，而不受負載影響。該固定電流的大小與輸入電壓成比例。該共振頻率為

該共振控制器40與該共振驅動電路42因此可激發該LCL串並聯共振電路接近此共振頻率ω₁ 。以接近共振頻率驅動該共振電路，則電子開關之切換損耗得以減少，因此電路效率得以提升。其他優點包括減少電磁干擾的傳導及發散，從而節省裝置濾波及隔離元件所需之費用。

該LCL串並聯共振電路之標準特徵係在於其所汲取功率與輸入電壓直接相關。不需任何控制，當輸入22處之電壓以正弦曲線方式變化，自該輸入22所取得的AC電流波形即呈方形。然而，亦可利用開關之開啟時間調節及/或頻率，以將自該輸入22汲取之功率降低至近乎零交叉，因此改善輸入電流諧波。此外，整流器之輸出上選擇性設置的電容器(C5)係平整送往LED的功率，俾使光輸出之波動降低。

可設置偵錯電路，此偵錯電路中，LCL串並聯共振電路之輸出透過電阻器R1與一共振控制器40之PIC上的失能腳形成連結，且透過電阻器R2與0V形成連結。該偵錯電路耗用功率極低。然而，若LED 60a、60b、60c之一停止導通，與之相連的偵錯電路可迅速測得該共振電路之輸出處的電壓升高，而使共振控制器40關閉其對於共振驅動電路42的輸出，從而導致驅動訊號自該共振電路34中消失。於第二圖中，該偵錯電路係連接於L2與該二極體橋式電路之間。然而，此電路亦可連接於該二極體橋式電路的正端與該輸出24正端之間。

送往LED60a、60b、60c的電量可隨輸入市電供應電壓之變化而變動，使其適於降低功率設備10的利用。

第四圖為第二圖中電路之又一型態，其中省略上述之共振控制器40。在此實施例中，該共振驅動電路42僅簡單包含兩枚FET電子開關，此等電子開關連接至該共振電路之第一端，與該驅動電路系統44相連，該驅動電路系統44係可提供適用該等電子開關之驅動訊號的任何形式類比或數位電路。並且，此實施例中未設有任何偵錯電路(第二、三圖的R1及R2)、或任何在整流器輸出處的電容器(第二、三圖的C5)。

關於第一至四圖所揭露之各型態的電源轉接器，係可和一高壓電源供應器連接(如110V或230V AC，頻率50Hz或60Hz)，並可提供一輸出，其適於驅動一低壓負載，如一固態光源(如10-20V)。詳言之，該各型態之電源轉接器的LCL串並聯共振電路係可提供一輸出，不需磁性變壓器的設置，相對電源供應器，該輸出係大幅降低電壓，且大幅提高電流。

關於第一至四圖所揭露之各型態的電源轉接器，係包含一第一端和第二端，其係連接至具有四枚開關的全橋式換流器或具有兩枚開關的半橋式換流器及複數個分壓電容器。一第一電感器L1及第一電容器C1係串聯自該第一端到該第二端。電路負載脚和該第一電容器C1為並聯，該負載脚包含一第二電感器L2，其係和一整流裝置串聯，用以當該共振電路之電流以高頻率替換時，供應單向電流至該負載。

在前述電路中，通過該第一電容器C1的電壓決定由該負載脚所驅動的電流大小。因此如果第一電感器L1的電抗增加，會形成一較大電壓降，且通過該負載脚的電壓會較接近所需之較低電壓。

經發現，雖非本發明所應用，但該共振元件L1，L2和C1值可於一情況下選定，即該負載脚的電流顯著高於該第一電感器L1的電流。

此電路之負載脚的電流值，在任一頻率中，係由下列方程式計算：

其中X_L1 ，X_L2 ，X_C1 分別是共振元件L1，L2和C1的電抗，V是激發電壓，R_L 是負載的有效電阻及J是電抗組件。

當X_L1 =X_L2 =-X_C1 ，前述方程式簡化為

在該架構下，在負載處的電流不受負載影響，且與輸入供應電壓成比例。

減少X_C1 的步驟產生負載電流的增加以達相同電壓。然而，本發明之一獨特態樣係在共振下，該電路的輸入電阻以下列方程式計算

經重排為，

因此X_C1 值係可選定以使一已知負載電阻R_L 配合所需(較高)輸入電阻R_in ，是以，自輸入處汲取的電流是小電流，而送至負載的電流是高電流。

因此，前述本發明之實施例經由正確地選擇複數個電容器和電感器，可自一較高電壓供應驅動一低電壓LED串。

舉例，一正向電壓12V需要1A電流的LED串係由一230VAC電源供應器驅動。其負載電阻R_L 的表觀電阻是12Ω。負載的功率是12W，所以輸入的功率(假定無損耗)是12W。當具有複數個分離電容器的半橋式換流器用於驅動該共振電路時，用於該共振電路的有效電壓為±115V。因此所需輸入電阻是接近1100Ω。X_C1 的值為115Ω，對應一20nF，頻率70kHz的電容。而L1和L2的對應值為260_μH 。

第五圖為本發明電源轉接器的另一實施例。本實施例類似於前一個實施例，係包含一半橋式換流器(M3，M4)，一LCL串並聯共振電路(L1，C1，L2)，一對分壓電容器(C2，C3)，及位於輸出處的一蕭特基二極體電橋(D1-D4)和電容器C4。該輸出係連接至一個或多個串聯的LED(參第五圖之兩個LED，LED 1和LED 2)。

然而，第五圖所示之實施例和前一個實施例的區別在於，該LCL串並聯共振電路之電容器(C1)是由一壓電變壓器所定義。該壓電變壓器包含四組壓電變壓器組件，係由陶瓷材料所製，如PZT(鋯鈦酸鉛)。

具有該壓電變壓器之LCL串並聯共振電路係用於提供一電壓顯著降低的輸出，及一相應電源供應，顯著增加的電流。 詳言之，該電源轉接器係用於連接一高壓電源供應器(如110V或230V AC，頻率為50Hz或60Hz)，及提供一用於驅動一低壓固態光源(如10-20V)。

該壓電變壓器亦自該電源轉接器的輸入隔離出該電源轉接器的輸出。

第六圖係為本發明電源轉接器的另一實施例。本實施例類似於前一個實施例，係包含一LCL串並聯共振電路(L1，C1，L2)，及位於該電源轉接器輸出處的一蕭特基二極體電橋(D1-D4)和電容器C2。該輸出係連接至兩個串聯的LED(LED 1和LED 2)。

然而，第六圖所示之實施例和前一個實施例的區別在於，該LCL串並聯共振電路包含兩枚FET電子開關(M1，M2)，其係連接於該LCL串並聯共振電路和地面間，即兩個“低邊”開關間。每一個低邊開關可切換於開和關，其中開為第一切換，而關為第二切換，反之亦然，用以建立一方形波驅動訊號。

此外，第六圖所示實施例之前多個實施例中，該LCL串並聯共振電路之第一共振電感器(L1)係以兩個電感器(L1a和L1b)所取代，該兩個電感器的其中一個係連接至電容器C1的一端，而另一個電感器連接至該電容器C1的另一端。在前述配置下，該兩個電感器的其中一個電感器(L1a)將以輸出之共振頻率的正半週運作，而另一個電感器(L1b)將以輸出之共振頻率的負半週運作。

第六圖所示之實施例特別有益於一配置，其開關(M1，M2)係由一低電壓控制器所驅動，如一積體電路。

第七圖係為本發明電源轉接器的另一實施例。本實施例係相同於第六圖所示的實施例，但不包含一對應如第五圖配置的壓電變壓器。本實施例係結合了前述第五圖和第六圖所示實施例的優點。

最後，第八圖為本發明之照明系統。該照明系統係連接於一市電電路，其包含市電供應L、N和一降低功率設備10，如一雙向三極閘流體(TRIAC)，該照明系統包含依據本發明之電源轉接器20和一固態照明單元50。該固態照明單元50包含三枚串聯的LED 60a，60b，60c。該電源轉接器20係自市電電路汲取電力，而將電力提供給固態照明單元50之LED 60a、60b、60c。

20．．．電源轉接器

22．．．輸入

24．．．輸出

30．．．濾波矯正電路

32．．．低功率輔助電源供應器

34．．．共振電路

40．．．共振控制器

42．．．共振驅動電路

44．．．驅動電路系統

50．．．固態照明單元

60a、60b、60c．．．LED

第一圖為本發明之電源轉接器的示意圖；

第二圖為一共振電路的示意圖，其係構成第一圖之電源轉接器的一部分，包含一共振控制器和一共振驅動電路；

第三圖為第二圖之共振電路的示意圖，其係包含另一型態的共振驅動電路；

第四圖為第二圖電路之第二型態的示意圖；

第五圖為第二圖電路之第三型態的示意圖；

第六圖為第二圖電路之第四型態的示意圖；

第七圖為第二圖電路之第五型態的示意圖；及

第八圖為本發明之照明系統的示意圖。

20．．．電源轉接器

22．．．輸入

24．．．輸出

30．．．濾波矯正電路

32．．．低功率輔助電源供應器

34．．．共振電路

Claims (9)

1. 一種照明單元，其包含一或多個固態光源、一連接於AC電源供應器之輸入，及一連接至該輸入的LCL串並聯共振電路，係用以提供一可驅動該一或多個固態光源的輸出，其中該共振電路之LCL的設定，可於一電源轉接器之輸入與輸出間，將一負載之一有效電阻與該共振電路之一較大及所需輸入電阻進行匹配，以對有效電壓提供預設降低，及對有效電流之相對預設增加，其中，該照明單元包括用於驅動該共振電路之一控制器及複數電子開關，該控制器利用該些開關之開啟時間調節，決定該共振電路自該輸入所汲取電流之波形。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該LCL串並聯共振電路具有一第一共振頻率及一第二共振頻率，該第一共振頻率在已知輸入電壓下，提供不受該負載影響的一固定電流輸出，該第二共振頻率則在已知輸入電壓下，提供隨著該負載改變之一電流，其中，相對於該第一共振頻率而言，該第二共振頻率在該輸出提供極顯著的能量，且該電源轉接器之該控制器係用於該共振頻率之間的切換。
3. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該共振電路的配置係用於提供一具有大致為固定電壓的輸出，其係為該AC電源供應器之特定有效電壓而預設。
4. 如申請專利範圍第3項所述之照明單元，其中該共振電路之較佳配置，為了輸入AC週期之多數部分，係用於增加(即提高)或減少(即降低)接收於該電源轉接器之輸入的實際電壓，以提供一大致為固定電壓，其係為該AC電源供應器之特定有效電壓而預設。
5. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中當該負載不能被該電源轉接器之輸出所驅動，該電源轉接器係用以關閉該輸出，而當該負載能被該電源轉接器之輸出驅動時，該電源轉接器係可開啟該輸出。
6. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該共振電路係於一已知的有效輸入電壓，以該共振電路之共振頻率之一驅動，使電源轉接器提供一固定電流輸出，並且該共振電路係以該共振頻率之一或次諧波，或充分接近該共振頻率的頻率或次諧波而驅動。
7. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該LCL串並聯共振電路的電容係具有電抗X_C1 ，以配合一所需負載電阻R_L 和所需輸入電阻R_in 。
8. 如申請專利範圍第7項所述之照明單元，其中該電容係具有電抗值，其係相等於所需負載電阻R_L 和所需輸入電阻R_in 的乘積的平方根。
9. 如申請專利範圍第1項所述之照明單元，其中該共振電路的配置係提供一輸出，其相對於通過一共振電感器之電流，具有一增加電流，因此該輸出相對於該電源轉接器之有效電壓，係相應具有一減少有效電壓。