TWI636704B - 發光裝置電路及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係揭露一發光裝置電路，包含一降壓電路，並且降壓電路有一交流電流通過；一整流器，並且整流器電性連接到降壓電路以整流交流電流；一發光裝置電性連接到整流器，並具有一具有一峰值的額定電流值與一理想操作電流值；以及一具有一電流限制值的電流限制裝置電性連接到發光裝置；其中，電流限制值大於峰值但小於額定電流值。

Description

發光裝置電路及其操作方法
本發明係揭露一種發光裝置電路，特別是關於一種具有電流限制功能的發光裝置以及其操作方法。
應用於固態照明元件的發光二極體(Light-emitting diode；LED)因為具有壽命長、體積小以及反應速度快等優點，已經被廣泛的應用於各種目的上。近來，許多人致力於增加發光二極體的亮度以將發光二極體應用於照明領域上，希望能進一步達到節能減碳的效果。為了要推廣發光二極體應用到日常照明的領域，需要有各種使用於不同應用目的的控制裝置，例如亮度控制器、光感應裝置、交通號誌控制器、車用照明以及電源控制電路等控制設備。
第1圖所示為一個習知不具有電流限制功能的發光二極體電路，這個電路包含了一個連接到交流電源的全波橋式整流器6用來將第一訊號40整流為第二訊號42，使得第二訊號42的波形為一個具有方均根(root-mean-square；RMS)值的正半波，其中第一訊號40與第二訊號42可以是電流訊號。而如第2圖所示，為了保護發光二極體8而增加了一個電流限制IC 10，電流限制IC 10是位於全波橋式整流器6與發光二極體8之間，因此第一訊號50與第二訊號52都被電流限制IC 10所限制，其中第一訊號50與第二訊號52可以是電流訊號。
為了在安全範圍內操作發光二極體8，電流限制IC 10限制第二訊號52不大於一個特定數值。一般習知的設計中，這個特定數值會被設定為接近發光二極體8的理想操作電流值，並且這個理想操作電流值將低於發光二極體8的額定電流值。所謂的額定電流值所指的是發光二極體8的所容許的最大操作電流值，而理想操作電流則設計為當發光二極體操作在這個電流下會具有良好的光電轉換效率。例如，當發光二極體8的理想操作電流為20mA的時候並且額定電流為60mA時，電流限制IC10用於限制電流的特定數值便通常被設定為20mA。
參考第3與第4圖，由於電流限制IC10的設置，第 一訊號40被轉換為第一訊號50；第二訊號42也被轉換為為第二訊號52，而其中第二訊號42超過特定數值的部分便被電流限制IC10所消除。在第4圖中，特定數值被標示為虛線，而第一訊號50與第二訊號52超出特定數值的部分將成為無用的能源，這些無用的能源轉變成熱經由電流限制IC10逸散。
雖然電流限制IC10保護發光二極體8操作在安全的 操作範圍內，但第2圖中的電流限制IC10會將第一訊號50大於特定數值的部分轉變成無用的熱能。此外，第一訊號50的峰值通常都設定為較發光二極體8的理想操作電流值大，第一訊號50的方 均根值才能匹配發光二極體8的理想操作電流值。但這樣的設計原則造成當交流電源提供電力給此發光二極體電路時，電流限制IC10持續將輸入電源大於特定數值的部分轉換為用不到的熱。
雖然電流限制IC可以避免發光二極體裝置的毀損， 但是這樣的發光二極體電路保護方法所造成的能源損失與選擇發光二極體做為光源的主要理由，亦即節省能源的目的相牴觸。
本發明係揭露一種具有電流限制裝置的發光裝置電路，並且這個發光裝置能同時具有保護發光二極體裝置以及節省能源的好處。
本發明係揭露一發光裝置電路，包含一降壓電路，並且降壓電路有一交流電流通過；一整流器，並且整流器電性連接到降壓電路以整流交流電流；一發光裝置電性連接到整流器，並具有一具有一峰值的額定電流值與一理想操作電流值；以及一具有一電流限制值的電流限制裝置電性連接到發光裝置；其中，電流限制值大於峰值但小於額定電流值。
本發明係揭露一種操作發光裝置電路的方法，包含：藉由一個降壓電路提供一第一訊號，並且第一訊號具有一第一峰值；整流第一訊號以提供一第二訊號，並且第二訊號具有一第二峰值；設置一發光裝置，其中發光裝置具有一理想操作電流值與一額定電流值，並且理想操作電流值具有一第三峰值；以第 二訊號操作發光裝置；提供一電流限制裝置，其中電流限制裝置具有一電流限制值，並且電流限制值大於第三峰值；以及僅在第一峰值或第二峰值之任一大於電流限制值時，將第二峰值與第一峰值轉化為不大於電流限制值；其中，第一峰值與電流限制值皆不大於額定電流值。
6‧‧‧全波橋式整流器
8‧‧‧發光二極體
10‧‧‧電流限制IC
40‧‧‧第一訊號
42‧‧‧第二訊號
50‧‧‧第一訊號
52‧‧‧第二訊號
60‧‧‧第一訊號
62‧‧‧第二訊號
70‧‧‧第一訊號
72‧‧‧第二訊號
102‧‧‧電容
104‧‧‧電阻
106‧‧‧整流器
108‧‧‧發光二極體元件
110‧‧‧電流限制裝置
I1、I2‧‧‧電流限制值
圖1顯示一發光二極體電路；圖2顯示一具有電流限制IC的發光二極體電路；圖3顯示圖1中各訊號的波形；圖4顯示圖2中各訊號的波形；圖5為根據本發明實施之一實施例；圖6顯示圖5中訊號的波形；圖7顯示圖5中當交流電源發生突波時各訊號的波形；圖8顯示電流限制IC10與電流限制裝置110的電流-電壓關係圖；圖9顯示電流限制IC10與電流限制裝置110的波形圖的差異。
第5圖所示為一個發光裝置電路，並包含了具有電容102與電阻104的降壓電路120、整流器106、發光二極體裝置 108與電流限制裝置110。連接到發光裝置的交流電源(A.C.source)被降壓電路120轉換為第一訊號60，而第一訊號60可以是一個電流訊號。具體而言，第一訊號60可以由降壓電路120中與電容102彼此電性連接且並聯的電阻104加以調整。
發光二極體裝置108更被設計為具有一個理想操作 電流，以及一個以額定電流值為限的操作界限；其中額定電流代表著發光二極體裝置108在不受到損壞的前提下所能被操作的最大電流值，而理想操作電流代表的是操作發光二極體裝置108為了達到某些特性下所需的操作電流值，這些特性例如是每瓦的發光亮度(luminance per watt)、亮度、壽命以及發熱程度。降壓電路120可以將交流電源轉換為第一訊號60，其中第一訊號60的電壓峰值的絕對值並不大於發光二極體裝置108的額定電流值。
第一訊號60在電路中被連接到降壓電路120的整流 器106整流為第二訊號62，而第二訊號62可以是一個同時受到降壓電路120內的電容102與發光二極體裝置108所影響的電流訊號。在一個實施例中，整流器106可以是一個半橋式整流器，而在別的實施例中，整流器106可以是一個全橋式整流器。
第二訊號62被輸入到與整流器106電性連接的發光 二極體裝置108，而第二訊號62的方均根(RMS)值便是發光二極體裝置108的平均操作電流值。在一個實施例中，第二訊號62的方均根值被設計為發光二極體裝置108的理想操作電流值。在一實施例中，發光二極體裝置108包含了高壓發光二極體(High voltage light emitting diode)。
由於交流電源可以被降壓電路120調整為第一訊號 60，因此可以將第一訊號60的峰值設計為低於發光二極體裝置108的額定電流值。除此之外，電性連接到發光二極體裝置108的電流限制裝置110被用於在交流電源發生突波時保護發光二極體裝置108。在正常操作的情況下，降壓電路120會限制第一訊號60的峰值低於發光二極體裝置108的額定電流，但電流限制裝置110不會限制第一訊號60。只有當交流訊號發生突波，第一訊號60與第二訊號62的峰值被預期大於額定電流值的情況下，電流限制裝置110才被啟動以限制第一訊號60與第二訊號62的峰值低於儲存在電流限制裝置110內的一個固定的電流限制值。換句話說，電流限制裝置110僅限制電流值低於電流限制值以避免交流電源的突波或者其他的機制造成第一訊號60與第二訊號62被放大到大於發光二極體裝置108的額定電流值。
電流限制值被設計為大於發光二極體裝置108的理 想操作電流值，但不大於發光二極體裝置108的額定電流值。在一實施例中，這個電流限制值被設計為大於額定電流值的一半。 在另一實施例中，這個電流限制值是可調整而非固定的值。在一實施例中，電流限制裝置110包含了數位電路或類比電路來限制第一訊號60與第二訊號62。換句話說，這個電流限制值可以用數位或者類比的方式調整。
第6圖為第5圖中所描述的實施例的訊號波形圖， 其中第一訊號60被全橋式整流器106轉換為第二訊號62。在一般的情況下，第一訊號60與第二訊號62的峰值僅被降壓電路120所限制。這些波形圖中波形的峰值都低於第6圖所示之電流限制值I2，並且也低於發光二極體裝置108的額定電流(未示於圖中)。 當交流電源發生突波時，第一訊號60與第二訊號62的峰值將被放大，如第7圖中的第一訊號70與第二訊號72，其中第一訊號70與第二訊號72可以是電流訊號。當交流電源發生突波時，電流限制裝置110便將第一訊號70與第二訊號72限制到低於電流限制值I2的狀態。因此第一訊號70與第二訊號72超出電流限制值I2的部分將如同第7圖所示被消除，亦即波形圖中超出電流限制值I2的部分如第7圖虛線部分被電流限制裝置110所消除。
在使用同樣的發光二極體裝置的情況下，第2圖中 的電流限制IC10於通入交流電源時會將第二訊號52的峰值限制到等於或者低於發光二極體裝置的理想操作電流，但第5圖中的電流限制裝置110並不將第二訊號62的峰值限制到等於或低於發光二極體裝置的額定電流，除非交流電源發生了突波的情況。參考第8圖中的電流電壓曲線(I-V curve)，所顯示的是當電流限制IC10與電流限制裝置110應用於發光裝置電路時的情況。第8圖中的初始區(initial region)表示發光裝置電路中的訊號低於電流限制IC10的電流限制值I1或者低於電流限制裝置110的電流限制值I2。第8圖中的崩潰區(breakdown region)表示發光裝置電路的操作條件超出電流限制IC10與電流限制裝置110的操作範圍。
第8圖中的電流限制區(current limiting region)表示電 流限制IC10與電流限制裝置110啟動並限制發光裝置電路中的訊號。當同樣的交流電源與同樣的發光二極體裝置應用在第2圖與第5圖中的電路時，一旦交流電源提供到發光裝置電路，第2圖中的電流限制IC10便開始限制第一訊號50與第二訊號52。同時，圖5中包含電流限制裝置110的電路並不啟動以限制訊號，直到交流電源發生突波或者其他的機制造成發光裝置電路中的訊號被放大到大於發光二極體元件的額定電流值。換句話說，由於電流限制值I1被設計為等於或者低於發光二極體裝置8的理想操作電流，使得交流電源應用到第2圖中的電路時，電流限制IC10在電路中的作用如同一個定電流源。而電流限制裝置110僅在交流電源發生突波的情況時在電路中才會被當作是定電流源，而在一般操作狀態下電流限制裝置110則被當成是電阻，並且不會出現將交流電源的訊號限制到低於電流限制值I2並將能量轉換成熱的情況。
參考第9圖，當選用電流限制IC10的時候，第一訊 號或者第二訊號超出限制電流值I1的部分會被消除掉，但同樣的訊號在選用電流限制裝置110的時候則不會有所變化，這是因為限制電流值I2被設定為大於這些訊號波形的峰值。因為限制電流值I2比較大(相對於限制電流值I1)，因此這些訊號的波形中因為大於限制電流值I2而被轉換成為熱的部分也相對的較少(相對於使用電流限制IC10的情況)。
本發明所揭露的操作發光裝置電路的方法包括了提 供交流電源，將第一訊號整流，啟動發光裝置，以及限制第一訊號。而發光裝置被設計為操作在一個理想操作電流，並且這個理想操作電流不大於額定電流，以避免傷害發光裝置。
操作發光裝置電路的方法更包括了提供一個交流電 源，接著使用降壓電路將交流電源的輸入訊號限制為一個具有交流電流訊號峰值的第一訊號，而第一訊號的峰值的絕對值則被限制在不大於發光二極體裝置的額定電流。在一實施例中，降壓電路包含了在電路上以並聯方式連接的電阻與電容。
第一訊號接著被整流器整流為第二訊號，其中所使 用的整流器可以是一個半波橋式整流器或者是一個全波橋式整流器。
第二訊號接著被提供給具有理想操作電流以及額定 電流的發光裝置。在一實施例中，第二訊號的方均根(RMS)值正好等於理想操作電流值，而且第二訊號的峰值大於理想操作電流值。由於交流電源所提供的第一訊號受降壓電路的改變，使得第一訊號具有的交流電流峰值低於發光二極體裝置的額定電流，此時所使用的電流限制IC並不啟動以限制交流電源所提供的訊號的大小，除非交流電源發生突波或者其他的機制造成電流訊號大於發光二極體元件的額定電流值，並且電流限制IC中的電流限制值被設定為不大於額定電流值。在其他實施例中，電流限制值被設定為大於額定電流值的一半。
與習知的電路選用一個電流限制IC來保護發光二極 體裝置不同，本發明所使用的是兩階段的保護方法，包括了在不浪費能量的前提下使用一個降壓電路將輸入訊號限制為低於發光二極體裝置的額定電流值，接著使用一個電流限制IC在僅交流電源發生突波的時候才限制輸入訊號，因此相較於習知的電路可以減少所浪費的能量。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及 特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

Claims (10)

  1. 一發光裝置電路，包含：一降壓電路，該降壓電路接收一交流訊號並輸出一交流電流，該交流電流具有一第一峰值；一整流器，該整流器電性連接該降壓電路以整流該交流電流；一發光裝置，該發光裝置電性連接到該整流器並具有一額定電流值與一理想操作電流值，並且該理想操作電流值具有一第二峰值；以及一電流限制裝置，該電流限制裝置電性連接到該發光裝置並具有一電流限制值；其中，該電流限制值大於該第二峰值但小於該額定電流值，其中，該額定電流值大於該第一峰值，其中，該電流限制裝置在該交流電流大於該電流限制值時作為一定電流源使用，在該交流電流小於該電流限制值時作為一電阻使用。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置電路，其中該降壓電路包含一電容以及一電阻，並且該電容與該電阻以並聯方式電性連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置電路，其中該電流限制裝置在該交流電流大於該額定電流值時啟動，並限制該交流電流低於該額定電流值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置電路，其中該電流限制值為一固定值，並且該電流限制值被儲存在該電流限制裝置內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置電路，其中該電流限制值可被調整。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置電路，其中該電流限制裝置更包含了一類比電路或一數位電路。
  7. 一種操作發光裝置電路的方法，包含：藉由一個降壓電路接收一交流訊號並提供一第一訊號，並且該第一訊號具有一第一峰值；整流該第一訊號以提供一第二訊號，並且該第二訊號具有一第二峰值；提供一發光裝置，其中該發光裝置具有一理想操作電流值與一額定電流值，並且該理想操作電流值具有一第三峰值；以該第二訊號操作該發光裝置；提供一電流限制裝置，其中該電流限制裝置具有一電流限制值，並且該電流限制值大於該第三峰值；以及在該第二峰值大於該電流限制值時，將該第二峰值降至不大於該電流限制值；其中，該電流限制值不大於該額定電流值，其中，該第一峰值低於該額定電流值，其中，該電流限制裝置在該第二峰值小於該電流限制值時作為一電阻使用。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該降壓電路包含一電容與一電阻，並且該電容與該電阻以並聯方式相互電性連接。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該發光裝置更包含一高壓發光二極體。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該電流限制裝置在該第二峰值大於該額定電流值時啟動，並限制該第二峰值低於該額定電流值。
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