M341865 八、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作有關一種「電子式LED電源供應器」，依 本案設計目的要旨：在於提供一種前所未有之電子式LE D電源供應器裝置，進以突破目前（低功率）發光二極體 ，因電壓、電流與熱度限制及穩定度問題，致使（低功率 )發光二極體之運用、光照效率均可達到照明範疇所需； 因此，本案設計將以提高低功率發光二極體（L E D)之 照度效率為訴求，特別賦予一種具有控制、感測、保護、 調光暨於額定電壓、電流與熱度範圍内，以極穩定之電流 、電壓及熱度效應，提高整個發光二極體（L £D)模組 效能利用率，進而使低功率發光二極體能發揮至最高效能 利用率與照度效率，藉此除能有效解決於高功率發光二極 體，因生高熱所衍生散熱棘手問題外，並另重新開啟低功 率發光二極體新生之門，俾使低單價低功率發光二極體， 獲求廣用於一級照明使用各範疇者。 、 依據本案技術領域所指，係指向於發光二極之電子 式電源供應器，可運用於「高功率發光二極體」愈「低功 y發光二極體」兩種領域，進以提昇發光二極體之照度效 率、效能利用率與熱度控制為本案主要訴求。 以-般高神發光二極體而言，其規格均以瓦（w ，)▲為單:立（如·· 1W、3W及5W· · ·等規格)，因此 展二極體之額定電壓、電流較高，所能驅動與 排率f然相對提高；就目前技術領域而言，先 -二心目前已有將高功率發光二極體運用於 廠it ifί與計劃，·而此等計劃與構思，亦是各家 …趨:騖與心、待尋求新一代之照明革新商品。 就高功率發光二極體之特㈣言，由_定電愿、 M341865 二士在「物質不滅定律」規限τ，耗能與衍生之 ，而目前就高解發光二極體推展以來，高 直珊著業界與仏程師們，實難能 ΐί甘?ΐ與最快散熱方式；因此，耗能與熱度問題則 ，為„主因，不料兩者卻是成必然關係之惡性循 衣，更疋该種咼功率發光二極體最大敗筆所在。 所以高功率發光二極體在__上，首重就是要 日t生之南熱（熱能）問題排除’若高熱無法解決，一 j超過其額定熱度範圍時，不是將發光二極體晶片燒毁 加速發光二極财化速度’不較高功率與低功率發 =二極體兩者皆然’且絲後之發光二赌之照度即轉呈 為極弱狀態，形成難以復原之損壞性；所以，高 二極體之散熱問題，各家廠商與研究工程師們，各施其法 、各行其道，但歸論出目前散熱方式不外乎於「主動 熱機構」與「被動式散熱機構」兩大類 ς: 散熱裝置（可查於美國專利文獻）縣燈泡造 極體構造。 然以低功率發光二極體之特性而言，由於額定 、電流較極低，其耗能與熱能相對極小，目前低功 二極體之發展已成為相當成熟性之商品，但由於照度效 不佳且運用上仍視發光一極體組成數量、電壓、電流. 散，間距···等因素：因此，目前難能運用在照明二或 各範嘴。 、7 一 本案設計雖可運用在高功率發光二極體之範嘴内， 有效做到控制、感測、保護、調光暨於額定電壓、$漭盥 熱度範圍内，以極穩定之電流、電壓及熱度效應， 個發光二極體（led)模組效能利用率與最高昭 ’但最好仍需配合散熱機構，以加速其散熱效率了; 低功率發光二極體而言，等於是另外開闢出一條勒&與^ M341865 道路’·首先’依據低功率發光二極體本質特性，由 極低，其耗能與熱度極小，節能目的 ϊ率’即可得以有效克服與解決；因此，本 案汉计理念衍生並包括以下特有之構思： 本案-X汁第一理念，就是在發光二極體（高功 ii發極體均同）所限制之額定電壓、電流範圍内 共-極為歡之電壓、電流供電系統，讓發光二極體 、j L E D )模組所能產生之發光鱗呈現極為穩定化， 以有效控制所衍生之熱度問題。 # 本案U又汁第一理念，就是在發光二極體（高功率或 :工率發光二極體均同）所限制之額定電壓 ，内’以及在極為歡之供電雜顧下， 推昇其電壓、電流（仍在其歡細内），俾使發光二極 體（LED)模組照度效率與熱度在其正常工作值與溫度 下’達到最適（最高）值之匹配。 又 本案設計第三理念，就是在發光二極體（高功率或 ，功率發光二滅_)所關之額定賴、電流與熱度 =圍内’以及在極為穩定之供餘態與提昇照度效率下^ ，由光偶合電路進一步偵測供電電流、電壓與換能效率， 右有任何些微變化，即可即時有效加以變化與疼理，成為 具有智慧機能調變施作能力，進而達到保護發光二極體（ led)模組與電源供應器，獲求延長兩者使用壽命。 本案設計第四理念，就是在發光二極體（高功率或 巧功率發光二極體均同）所限制之額定電壓、電流與熱度 範圍内，以及在極為穩定之供電狀態與提昇照度效率下， 可同時監測工作環境溫度（此指是極惡劣之極熱工作環境 下），以極有效之穩定方式降低電流、電壓，先進行保^兄 ^源供應器，俾使發光二極體（L E D)模組仍能正;^工 下，待電源供應器以降壓降電流後，恢復正常工作溫度 M341865 後，再以極有效穩定方式提昇電流、電壓，成為極具人性 化控制機能效果，（而此一變化是在肉眼難以辯視下進行 )有效保護發光二極體（LED)模組與延長使用壽命。 本案設計第五理念，就是在發光二極體（高功率或 ，功率發光二極體均同）所限制之額定電壓、電流與熱度 範圍内，以及在極為穩定之供電狀態與提昇照度效率下， 可同時監測工作環境溫度（此指是極惡劣之極冷工作環境 =)，進以啟動系統加熱模組，先行預熱於電路裝置，有 效保護電源供應器與發光二極體（LDE)模组 長兩者使用壽命。 、又、 ,本案設計第六理念，就是在發光二極體（高功率或 巧功率發光—極體均同）所限制之額定電壓、電流與熱产 範圍内，以及在極為穩定之供電狀_提昇照度效 併合配加—發光二極體（L E D)調光模組， =使負載端之發光二極體（L E D)模组，達到無 咼專凋光利用效能者。 麥 、’、 ，脾可述，#由本案「f子式L E D電源供應器」 、扑;昭發光—巧（LED)模組，運用於各式照明 曰:、“、、· · ·等範鲁，以強化發光二極體（L £ D ) 體、、與型態;特別是――針對於低功率發光二體 本案設計規以實，是=- J革新之路;同時’在 ==與熱度範圍内’以極穩定之電流、電壓及 組發光^可大幅提高發光二極體（l e d )模 與外，亦可有效控制與保護本案電源供應器 目’達到真正節能與高使用壽命兩大終極 【先前技術】 在照明領域巾，家舰日騰概早期高瓦數之燈泡 M341865 、u冓丄進步至燈f結構（日光燈管），再從燈管結構衍進 至目廣用之省電型燈管如·· pl燈管、省電型燈泡 (具安定器之省電電泡），歷經短短數十年當 具實已發生顯著之進步與革新。 豕用且 义然’近年來_意識不岐昇婦代性能源之開發 ，目刖在照明燈具領域中，所知最省電之日光燈管、pL 燈管，省電魏泡，其耗電制是取麟使贿量，因此 ’數量Γ多其耗電量就相對增高，故而無法脫離高耗電之 窠臼與瓶頸；就以日光燈管而言，使用2 〇w四支，其用 電量计算法等於是2 〇wX4 = 80W，以此類推於省電 P L燈管與燈泡亦同；其次，以卩L燈管與具有安定器之 f電型燈泡而言，由於其耗電量要比傳紐管要少，但所 是所產生「高熱」副產物，反而是增加空調負擔與使用安 全問題，特別是--前述所有之燈管，均是由玻璃所製， 具有爆裂之潛在危險性，特別是一一對於按裝、廢棄處理 、回收與運送· ··等，均屬於高危險性之物品。 因此，對於低耗電量發光二極體之問市，已然透露 出似可解決目前燈具限制與瓶頸，遂為各方業界極力追求 與革新之重大替代方案；就目前相關技術與文獻所記載， 發，二極體用來做為替代方案，其因發光二極體本身具有 •而光度、投射遠、聚光性佳與低耗電量· ··等優越特 性，在成為照明技術面上，確實符合環境需要與要求；其 中，最重要一_就是高省電性（節省能源）以及發光二極 體物料取得容易、成本低廉，具有降低生產成本最大優勢 ，也因此兩大優勢，正是發光二極運用在照明領域中，能 發揮最大商機與誘因。 查，目前發光二極體運用模式之深究，由於發光二 極體需以直流供電（D C ),所以在排除電池型直流供電 模式下，若以交流供電模式就需經過轉換，將交流電轉變 M341865 為直流電供予發光二極體模組使用，此乃一般性之基本手 法與構造，誠如第一、二及三圖所示，習者亦有使用電源 供應器做為轉換供電模式，主要是以橋式整流器（A 1 ) 將交流電（AC) 1 10V—2 2 〇V轉變成直流電（D C)12V或9V或3V···，再以電容器（Α2)將 波形轉變成S IN正半周的脈動直流，即完成供電轉換之 能。 然，就高功率發光二極體而言，由於輸出電壓、電 流相當大（約3 A)，所以一些大型化高功率發光二極體 _ 模組，乃依靠一個龐大的電源供應器來提供穩壓與穩流供 Ρ 電；但對於負載端之發光二極體（L E d)模組而言，由 於輸出電壓、電流相當大，將導致瞬間電壓'電流、電阻 與溫度變化相當極巨，相對於負載端就會處在極不穩定之 狀，，再加上發光二極體（L E D)模組顆數採以大型化 與密集式設計，必然導致熱度提高；此若散熱不良、高熱 又產生，高熱回饋效應又再導致瞬間電壓、電流不穩定， 此將再度影響負載端之發光二極體（L E D)模組。 一旦，供電之電壓、電流或產生之熱度超過發光二 極，（L E D )額定範圍值時，輕者―則發生難以復原 之「老化」情形（發光與照度機能喪失）；嚴重者一一發 光一極體燒毁；因此，以高功率發光二極體做為照明範疇 • 時，均難以克服電流、電壓與高熱問題，致使該種發光二 極體做為照明燈具時，其穩定性與使用壽命仍備受質疑。 ^ 針對於低功率發光二極體而言，由於輸出電壓、電 概小，熱度產生相對就小，所以將發光效能做為照明則顯 有不足，遂而習者低功率發光二極體基本運用模式，大部 =祇以—極體做簡易轉換方式，直接驅動低功率發光二極 泣，再加上，為保護與保證低功率發光二極恆處於額定電 μ電壓與熱度範圍内，將使得低功率發光二極體發光利 M341865 用效能相當低^。 使用顆數’ 極體(L E D )模組 ，同時將負載端之發體發光利用效率 化與密集性設計下，所需之輸出電壓^模組，採以大型 ，熱度產生亦崎之提高之H電=電_會相對提高 率發光二極艘aED二 要解決4與;;二， 岸器」由乃，供一種「電子式l e d電源供 體攸败電流、電壓與熱度 ==同時’更進一步讓發光=巧以 ，藉由本案良好電路達到：控制、_、 ，定電壓、電流與熱度範_，提高發光二極^ i模組效關料，俾使㈣H發絲能發揮至最 咼0 ，案電子式LED電源供應器」主要係由：整流 :換能系統、迴授電路、光偶合電路、系統熱量感測、熱 量平衡電路、系統加熱模組、負_之發光二極體（L e D)模組與發光二極體（L E D)調光模組所構成；其中 之整流係將1 1〇V-2 2 ΟV電流，藉橋式整流器將電 流整流並經濾、波H舰後，再將電源給倾能纽，而換 能系統是以場效電晶體（功率電晶體）來扮演控制電路角 色，可把輸出電壓的一部份抽回，再送予光偶合電路，以 形成誤差放大，並將基準電壓提供做為穩電變動的參考值 後，再將組成的誤差放大，同時依據基準電壓，接受分壓 器的電壓變動加以放大給換能系統，進以形成穩定的電壓 12 M341865 輸出，達到較佳電壓調整與自動穩壓效能。 其次，負載端之發光二極體（LED)模組，係由 光偶合電路進行感知，若負載端發生變化或有異常變化， P會感知並將afl號傳到迴授電路，此時迴授電路 頻，整、輸出狀態及基準電壓，進一步改 電成轉換效率，藉以能控制並輸出較佳的電壓 達到絕佳之機動性穩壓輸出能力。 ^放果 本案「電子式LED電源供應器」設計方案中，為 考慮熱度效應影響，進轉致電賴應效率與轉換降低， 乃進一步由系統熱量感測電路進行感測與保護，其方式 以感測溫度方式，藉由所設定之參考值基準進行伽， „過高，即會提供給光偶合電路與迴授電路，緩慢 降低換能纽的效能轉換，待溫度降低恢復於 in，ΐ將參考值修正’以此反覆_與控制，將ΐ使 置處於正常工作溫度環境中做最有效之運 以智慧型偵測、保護與調整機能，達到 ς 負載端之膨_(LED)·朗應讀 且古j上麟’本辦除為-完美之_物外，更為-暨相乘性之設計案，祕»審查委 構體、精神及其它目的，能有更進—步之瞭解西、人 【最狀「實财式」詳細卿如后；其中：σ 命妨I L (1)、換能系統（2)、迪於 )及負载端之發光二極體α E D)模組 = 以獲求擁有敎的餘穩壓電源 ： t 測與控制魏者。 錢㈣碰及熱度偵
續請配合第九騎示，當輸人i i Q v —2 2 ο V 13 M341865 電壓時"會先經由整流電路⑴並藉 1 >將輸入電壓利用二極體轉成具有單 =:上 交流電（AC)經過碰而成為s! Ν = 電，再經由濾、波電容器（12)將脈動直流 電壓（DC )，由於此時轉變成之直流電壓 尚處於高壓狀態，（電壓在約Si 5〇v左右 再將此-直流（AC)高壓先利用電阻降壓 晶體（2 1 )經變壓器（2 2 )暨配合電晶體 稽納二極體（3 2)所形成電晶體（4丄）反饋型 路，用以達成換能及提昇變壓效率之能。 〜 此，，將再次處理過的脈動電源，利用光偶合電路 之電壓调功能，將負載端之輸出電源調整 為直& (DC) 12V，提供予負載端之發光 ED)模組（6)使用。 4瓶 同如第五、九贿示，在㈣構成巾主要是利 ^電晶體（功率電晶體）（2i)來扮演電路控制主要角 色，原理是--將輸出電壓中之-部份抽回來送給光偶合 形成誤差放大’並將基準電壓提供做為穩 變動參考值，再將組成的誤差放大依據基準電壓 分，器的電壓㈣加以放Α，用以讓換能系統（2)形成 穩定的電壓輸出，達到電壓調整與自動穩壓效果。 續如第四、七、八圖所示，為本案第二實施例方案 ，並依據前述架構基礎下，為使負載端之發光二極體（L' E D )模組，（6 )，具有調光之能，進而增加發光二極體 (L ED)模組（6 )之利用性與操控性，乃將負載端之 發光二^體（L E D )模組（6 )配裝於發光二極體（L E D)调光模組（7)之機構内，以達到無段調光之能； 如第七、八圖所示，此一發光二極體（LED)調光模組 (6)，主要是利用分壓電阻及可變電阻（71)之調變 M341865 機能，用以控制功率晶體（7 2)閘源電壓，進以調節暨 控制於發光二極體（LED)負載迴路的電流，再由電容 器藉瞬間充放電特性，可穩定負載端因可變電阻調光（7 1)而形成之瞬間電流變動，以取得穩定之調光功能，即 可有效獲得良好的調光與保護可變電阻i)之效。 依據前述架構基礎下，續如第五、六圖示，係為本 案第三實施例方案，為使電路及負載端之發光二極體 E D )模組（6 )，獲得良好之熱度解決方案，並給予有 效保s蔓與措施下，係採以降低或提昇電流與電壓方式，進 行有效控制熱量發生情形；因此，將可於前述基礎電路架 構中，配设一系統熱量感測（5)暨熱量平衡電路（8) 與系統加熱莫組（9 );其中：系統熱量感測電路（5 ) 主妻是解決較長時間使用及可符合產品外觀設計以及安全 規範要求暨電路發生異常溫昇，進而導致熱度效應無法立 刻排除，可能會直接影響電源供應器之轉換效率與生命週 期；此外，此一電路（5)對於工作環境溫度之偵測，亦 可有效做到摘測與保護措施；一旦，當溫度（包括：工作 環境與電路系統）過高，系統熱量感測電路（5)即會自 動將所設定之參考值，提供予光偶合電路（4)及迴授電 釀 路（3 )，並通知換能系統（2 )緩慢地降低效能轉換， 待視於溫度降低後，再將參考值修正，並以此循環彳貞測與 保護措施，將可使熱度效應平衡至最佳環境與工作溫度。' 其次，前所述之熱量平衡電路（8 )是以偵測低 溫並做有效控制與保護措施，若環境或工作溫度降至所設 定參考值之低標時，即會以訊號方式啟動於系統加熱模組 (9 )，進行加熱於整個電路系統，直待溫度回設定參考 值之高標時，即會切斷系統加熱模組（9)運作，直待下 次再偵測到設定參考值之低標，方會啟動於系統加熱模組 (9)，俾使整個電路工作環境符合於正常溫度之工作環 15 M341865 境者。 為該等物前所去古本^作不但具有觀念及結構之創新，且 予發光二極體^ 進步性之創作斜，並重新及賦 創作不但具他廣泛之實用功能；總而論之，本 貴審查ίϊίϊί件’更具進步暨實用雙重價值’謹請 【圓式簡單說明】侧査後，早曰㈣ 二圖·.係習者電源供應器整流後之半波示意圖。 =圖·係習者電源供應器整流後之全波示意圖。
第三圖··係習者電源供應器整流與濾波電路示意圖。 第四圖：係本創作最佳實施例之電路流程方塊示圖。 第五圖：係本創作第二實施例之電路流程方塊示圖。 第六圖：係本創作第三實施例之電路流程方塊示圖。 第七圖：係本創作發光二極體調光模組之電路流程方塊示 圖0 第八圖：係本創作發光二極體調光模組電子電路示意圖。 第九圖··係本創作整體電子電路示意圖。 【主要元件符號說明】 整流（1 ) 橋式整流器（1 1 ) 電容器（12) 換能系統（2) 場效電晶體（2 1) 變壓器（2 2) 迴授電路（3) 電晶體（31) 稽納二極體（3 2) 光偶合電路（4) 電晶體（41) M341865 系統熱量感測（5) 負載端之發光二極體（LED)模組（6) 發光二極體（L E D)調光模組（7) 可變電阻（71) 功率晶體（7 2) 熱量平衡電路（8) 系統加熱模組（9)
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