TWI523580B - Compatible with LED ballast with electronic ballast with preheat current - Google Patents

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Description

可相容於具預熱電流之電子安定器的LED燈管
本發明係關於一種LED燈管，尤指一種可相容於具預熱電流之電子安定器的LED燈管。
請參閱圖2所示傳統日光燈管50之電路方塊圖，該傳統日光燈管50為一種氣體放電型光源，因此在發光前必須先加熱設置於燈管51內之燈絲52使管內氣體電離化。
一般來說，傳統日光燈管50包含有一第一電極端L及一第二電極端N，分別設置於傳統日光燈管50左右兩端，並電連接至該電子安定器60之交流電源輸出端子，該第一電極端L具有兩電極L1及L2，該第二電極端N具有兩電極N1及N2；兩燈絲52設置於燈管51內並分別串聯於該電極L1、L2及該電極N1、N2之間；在該傳統日光燈管50作用時，若採用快速啟動型(Rapid start)或是程式啟動型(Program Start)電子安定器會分別提供該第一電極端L及一第二電極端N上一預熱電流，該預熱電流會流經設置於燈管51中之燈絲52並該加熱燈絲，使管內氣體電離化後，該傳統日光燈管50即可發光。
現今LED燈管為了匹配常用之傳統燈座而大多保留既有燈管51之設計，意即保留該燈管51兩端之第 一電極端L及一第二電極端N，並以第一電極端L及一第二電極端N分別連接至該LED燈管作為光源之LED元件之兩端作為電源，然而該LED燈管並不具有燈絲52，意即該第一電極端L的電極L1、L2及該第二電極端N的電極N1、N2之間皆無阻抗(燈絲52)連接，因此，若直接將LED燈管插設至使用快速啟動型(Rapid start)或是程式啟動型(Program Start)電子安定器，則會於電源開啟後，由電子安定器分別提供電極L1、L2及該電極N1、N2一短路電流，該短路電流會損壞電子安定器60及LED燈管，影響電子安定器60及LED燈管之使用壽命。
有鑑於上述LED燈管無法直接使用電子安定器的技術缺陷，本發明主要目的係提供一種可相容於具預熱電流之電子安定器的LED燈管。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該LED燈管包含有：二預熱電流控制單元，係分別連接燈管的第一及第二電極端，其中各預熱電流控制單元包含有：一整流電路，係包含有複數整流二極體，各整流二極體的恢復時間小於2.5us；該整流電路係連接至對應第一或第二電極端；及一可變負載電路，係包含有一電阻性負載及一控制電路，該電阻性負載係透過該控制電路串接於該整流電路的直流輸出端，由該控制電路調整該電阻性負載的阻抗；二交直流整流電路，係包含有複數整流二極體，各整 流二極體的恢復時間小於2.5us；該二交直流整流電路其輸入端分別連接於第一及第二電極端的各一電極；及至少一LED燈串，其兩端連接至該二交直流整流電路的直流輸出端；其中各LED燈串係由複數LED元件串接而成。
使用者將本發明LED燈管插設於傳統燈座並啟動電源，藉由該預熱電流單元之設計，令具預熱電流的電子安定器會視該預熱電流單元為燈絲，即由該預熱電流單元模擬燈絲，順利讓電子安定器的預熱電流流經電極端的預熱電流單元；因此，該電流會受到該預熱電流單元之限制，使該兩電極之間不會產生短路現象，造成該電流過大而損害該電子安定器及該燈管。
10‧‧‧電子安定器
20‧‧‧預熱電流單元
21‧‧‧整流電路
22‧‧‧整流二極體
23‧‧‧可變負載電路
23’‧‧‧可變負載電路
24‧‧‧電阻
24’‧‧‧第一電阻
25‧‧‧控制電路
25’‧‧‧第二電阻
26‧‧‧壓控電晶體
26’‧‧‧控制電路
27‧‧‧控制器
27’‧‧‧壓控電晶體
28’‧‧‧控制器
30‧‧‧交直流整流電路
31‧‧‧整流二極體
40‧‧‧LED燈串
41‧‧‧LED元件
42‧‧‧電容
50‧‧‧日光燈管
51‧‧‧燈管
52‧‧‧燈絲
60‧‧‧電子安定器
圖1A係本發明可相容於具預熱電流之電子安定器的LED燈管第一較佳實例的電路方塊圖。
圖1B係本發明可相容於具預熱電流之電子安定器的LED燈管第二較佳實例的電路方塊圖。
圖2係既有之傳統日光燈管的電路方塊圖。
請參閱圖1A所示係為本發明LED燈管第一較佳實施例之電路方塊圖，其中電子安定器10其輸入端連接至市電的交流電源(60Hz)，該電子安定器10具有四交流輸出端並分別連接至燈管兩端之第一電極端L的電極L1、L2及第二電極端N的電極N1、N2，該電極L1、L2、N1及 N2電連接至本發明LED燈管。
本發明LED燈管第一較佳實施例包括有二預熱電流控制單元20、二交直流整流電路30及一LED燈串40。
該二預熱電流控制單元20係分別連接燈管的第一電極端L及第二電極端N，其中各預熱電流控制單元20包含有一整流電路21及一可變負載電路23。
上述整流電路21係包含有複數整流二極體22所構成的全橋電路，各整流二極體22的恢復時間小於2.5us即以電子安定器10為40KHz為基礎，並取其週期的1/10，以防止過熱，較佳者為1us以下或0.2us；該整流電路21其交流輸入端係連接至對應第一電極端L或第二電極端N。
上述可變負載電路23，係包含有一電阻24及一控制電路25，該控制電路25具有一壓控電晶體26及一控制器27，該壓控電晶體26係與該電阻24串接於該整流電路21的直流輸出端；該控制器27係連接至該壓控電晶體26的控制端，以輸出不同驅動電壓，又該控制器27係內建有一高低阻抗切換模式，以調整該電子安定器10輸出端的負載的不同阻抗。由於電子安定器10啟動瞬間，其輸出端會輸出交流電源，使燈管的同一電極端之兩電極之間產生壓差，使燈管的同一電極端於其兩電極之間產生預熱電流，此時本創作預熱電流控制單元20的整流電路21會同時輸出一直流電源，由該控制器27檢知後之執行該高低阻抗切換模式，即於該整流電路21輸出有直流電源時，輸出驅動電壓使壓控電晶體26導通，令各電極端的兩電極之 間透過其電阻24及導通的壓控電晶體26產生預熱電流，而該控制器27可於該整流電路21停止輸出直流電源時，調低輸出至該壓控電晶體26的驅動電壓，以調高連接至各電極端的兩電極之間的阻抗。又，該控制器27可進一步預設一切換時間，該控制器27於驅動該壓控電晶體26導通即開始計時該切換時間，於切換時間到達時，即調低驅動電壓，如此即可搭配既有計時預熱電流式的電子安定器，意即該電子安定器10係於啟動時即計時一預熱時間，待預熱時間到達時即不對同一電極對的兩電極輸出交流電源，如此該控制器27的切換時間設定為該電子安定器10的預熱時間，則可同時於電子安定器10停止對同一電極對的兩電極輸出交流電源時，調低驅動電壓，使同一電極對的兩電極之間串接高阻抗負載。
上述二交直流整流電路30係包含有複數整流二極體31所構成之全橋電路，各整流二極體31的恢復時間小於2.5us；該二交直流整流電路31其輸入端分別連接於第一電極端L及第二電極端N的各一電極。
上述LED燈串40的兩端連接至該交直流電路30之輸出端；該LED燈串40係由複數LED元件41串接而成；並可於該LED燈串40兩端並聯一電容42，該電容42在交流電源由低壓升高至峰值電壓期間進行充電，而於交流電源自峰值電壓下降至低壓時對該LED燈串40釋放其蓄積電量，以解決該LED燈串40點亮時的閃頻現象；一般而言，此頻閃之頻率甚高(20KHZ-40KHz)，若加上該電容42後可將之完全消除；該電容42較佳的電容量在 1uF-20uF之間，因為電子安定器10的頻率甚高，故電容值不需要太大。
請參閱圖1B所示本發明LED燈管第二較佳實施例包括有二預熱電流控制單元20、二交直流整流電路30及一LED燈串40。
該二預熱電流控制單元20，係分別連接燈管的第一電極端L及第二電極端N，其中各預熱電流控制單元20包含有一整流電路21及一可變負載電路23’。
上述整流電路21，係包含有複數整流二極體22，各整流二極體22的恢復時間小於2.5us即以電子安定器10為40KHz為基礎，並取其週期的1/10，以防止過熱，較佳者為1us以下或0.2us；該整流電路21其交流輸入端係連接至對應第一電極端L或第二電極端N。
上述可變負載電路23’，係包含有一第一電阻24’、一第二電阻25’及一控制電路26’，該第一電阻24’之阻抗值小於該第二電阻之阻抗值；該控制電路26’具有二壓控電晶體27’及一控制器28’；該二壓控電晶體27’係分別與該第一電阻24’及第二電阻25’連接於該整流電路21的直流輸出端；該控制器28’其二輸出端係分別連接至該二壓控電晶體27’的控制端，以輸出驅動電壓至該壓控電晶體27’之控制端，又該控制器28’係內建有一高低阻抗切換模式，以調整該電子安定器10輸出端的負載的不同阻抗。由於電子安定器10啟動瞬間，其輸出端會輸出交流電源，使燈管的同一電極端之兩電極之間產生壓差，使燈管的同一電極端於其兩電極之間產生預熱電流，此時本創作預熱電 流控制單元20的整流電路21會同時輸出一直流電源，由該控制器28’檢知後之執行該高低阻抗切換模式。即於該整流電路21輸出有直流電源時，輸出驅動電壓使與該第一電阻24’串接之壓控電晶體27’導通，令各電極端的兩電極之間透過其第一電阻24’及導通的壓控電晶體27’產生預熱電流，而該控制器27可於該整流電路21停止輸出直流電源時，停止輸出驅動電壓至與該第一電阻24’串接之壓控電晶體27’，而改為輸出驅動電壓至與該較高阻抗值之第二電阻25’串接之壓控電晶體27’，以調高連接至各電極端的兩電極之間的阻抗。又，該控制器28’可進一步預設一切換時間，該控制器28’於驅動與該第一電阻24’串接之壓控電晶體27’導通即開始計時該切換時間，於切換時間到達時，停止輸出驅動電壓至與該第一電阻24’串接之壓控電晶體27’，而改為輸出驅動電壓至該與第二電阻25’串接之壓控電晶體27’，如此即可搭配既有計時預熱電流式的電子安定器，意即該電子安定器10係於啟動時即計時一預熱時間，待預熱時間到達時即不對同一電極對的兩電極輸出交流電源，如此該控制器28’的切換時間設定為該電子安定器10的預熱時間，則可同時於電子安定器10停止對同一電極對的兩電極輸出交流電源時，停止輸出驅動電壓至與該第一電阻24’串接之壓控電晶體27’，而改為輸出驅動電壓至該與較高阻抗值之第二電阻25’串接之壓控電晶體27’使其導通，使同一電極對的兩電極之間串接高阻抗負載。
該二交直流整流電路30，係包含有複數整流二極體31所構成之全橋電路，各整流二極體31的恢復時間 小於2.5us；該二交直流整流電路31其輸入端分別連接於第一電極端L及第二電極端N的各一電極；及該LED燈串40的兩端連接至該交直流電路30之輸出端；該LED燈串40係由複數LED元件41串接而成；並可於該LED燈串40兩端並聯一電容42，該電容42在交流電源由低壓升高至峰值電壓期間進行充電，而於交流電源自峰值電壓下降至低壓時對該LED燈串40釋放其蓄積電量，以解決該LED燈串40點亮時的閃頻現象；一般而言，此頻閃之頻率甚高(20KHZ-40KHz)，若加上該電容42後可將之完全消除；該電容42較佳的電容量在1uF-20uF之間，因為電子安定器10的頻率甚高，故電容值不需要太大。
綜上所述，本發明LED燈管第二實施例其原理係與第一實施例大致相同，均以該可變負載電路23、23’來模擬傳統燈管中之燈絲，再配合該至少一LED燈串40，使燈管之各電極L1、L2、N1及N2之間具有阻抗，均能有效防止燈管之各電極L1、L2、N1及N2之間產生短路電流，損壞該電子安定器10及LED燈管，並兼具整流效果。
10‧‧‧電子安定器
20‧‧‧預熱電流單元
21‧‧‧整流電路
22‧‧‧整流二極體
23‧‧‧可變負載電路
24‧‧‧電阻性負載
25‧‧‧控制電路
26‧‧‧壓控電晶體
27‧‧‧控制器
30‧‧‧交直流整流電路
31‧‧‧整流二極體
40‧‧‧LED燈串
41‧‧‧LED元件
42‧‧‧電容

Claims (10)

  1. 一種可相容於具預熱電流之電子安定器的LED燈管，係包含有：二預熱電流控制單元，係分別連接一燈管的一第一電極端的兩電極以及一第二電極端的兩電極，其中各預熱電流控制單元包含有：一整流電路，係包含有複數整流二極體，各整流二極體的恢復時間小於2.5us；該整流電路係直接連接至對應的該第一或第二電極端的兩電極，以於接收一預熱電流後在一直流輸出端輸出一直流電源；及一可變負載電路，係包含有一電阻性負載及一控制電路，該控制電路包含有至少一壓控電晶體與一控制器，該至少一壓控電晶體與該電阻性負載串接於該整流電路的該直流輸出端，該控制器根據該整流電路是否輸出該直流電源而導通該至少一壓控電晶體；二交直流整流電路，其輸入端分別連接於該燈管的該第一及第二電極端的各一電極之間；該二交直流整流電路係包含有複數整流二極體，各整流二極體的恢復時間小於2.5us；及至少一LED燈串，其兩端連接至該二交直流整流電路的直流輸出端；其中各LED燈串係由複數LED元件串接而成。
  2. 如請求項1所述之LED燈管，其中：該電阻性負載係為一電阻；該控制電路的該壓控電晶體與該電阻性負載的該電阻 串接於該整流電路的該直流輸出端；該控制器連接至該壓控電晶體的一控制端，以輸出不同驅動電壓，又該控制器係內建有一高低阻抗切換模式，其中該高低阻抗切換模式係於該整流電路輸出有該直流電源時導通該壓控電晶體。
  3. 如請求項1所述之LED燈管，其中：該電阻性負載係包含一第一電阻及一第二電阻，其中第一電阻的電阻值小於第二電阻的電阻值；該控制電路包含有兩個該壓控電晶體，係分別與該電阻性負載的該第一電阻及該第二電阻串接於該整流電路的該直流輸出端；該控制器的二輸出端係分別連接至該二壓控電晶體的控制端，又該控制器係內建有一高低阻抗切換模式，其中該高低阻抗切換模式係於該整流電路輸出有該直流電源時，輸出驅動電壓使連接於該第二電阻之壓控電晶體導通，而於該整流電路未輸出有該直流電源時輸出驅動電壓給與第一電阻串接之壓控電晶體導通。
  4. 如請求項2所述之LED燈管，其中該控制器可進一步預設一切換時間，該控制器於驅動該壓控電晶體導通即開始計時該切換時間，於切換時間到達時，即調低驅動電壓。
  5. 如請求項3所述之LED燈管，其中該控制器可進一步預設一切換時間，該控制器於驅動與該第一電阻串接之壓控電晶體導通即開始計時該切換時間，於切換時間到達時，停止輸出驅動電壓至與該第一電阻串接之壓控電晶 體，而改為輸出驅動電壓至該與第二電阻串接之壓控電晶體。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之LED燈管，各整流二極體的恢復時間係小於1us或為0.2us。
  7. 如請求項1至5中任一項所述之LED燈管，其中該至少一LED燈串兩端係並聯一電容。
  8. 如請求項6所述之LED燈管，其中該至少一LED燈串兩端係並聯一電容。
  9. 如請求項2或3所述之LED燈管，其中該壓控電晶體係為金氧半場效應電晶體或雙極結型晶體管。
  10. 如請求項4或5所述之LED燈管，其中該壓控電晶體係為金氧半場效應電晶體或雙極結型晶體管。
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