TWM464597U - 高效率ｌｅｄ交流發光電路 - Google Patents

Description

高效率LED交流發光電路

本創作係有關一種LED交流發光電路，尤指一種具有高效率且能應用於交流電源的LED交流發光電路。

發光二極體(LED；Light Emitting Diode)係為目前常見的照明元件，相較於傳統白熾燈泡更具有高發光效率、低耗電以及低污染的特性，因此各式LED交流發光電路也漸漸出現在市面上；然而，由於發光二極體本身僅能單向導通，因此難以使用在交流電環境中。

請參閱圖6所示，此為既有的一種LED交流發光電路，其具有一波形轉換電路40及一LED燈串50；該波形轉換電路40係包含有四二極體41所構成的全橋電路，該波形轉換電路40的輸入端係用連接至一交流電源V_AC ，以將該交流電源V_AC 轉換成一直流電源輸出至該波形轉換電路40的輸出端；該LED燈串50係由複數LED元件51串接而成，該LED燈串50係與該波形轉換電路40的輸出端連接以取得脈動直流電源後開始發光。

上述LED交流發光電路藉由該波形轉換電路40的設置而能夠應用於目前市面上常見的交流電，然而，該LED交流發光電路上不具有限流元件，可能會使流經該LED交流發光電路的電流超出該LED燈串50額定電流範 圍，除了造成不必要的功耗外，甚至會因為過高的電流毀損該LED燈串50，減少該LED交流發光電路的使用壽命。

此外，因為LED元件單向導通的特性，使業界在設計LED交流發光電路時，都必須要配合設置一波形轉換電路以對應一般市面上常見的交流電源，而波形轉換電路的設置會增加既有發光電路之整體體積。

有鑑於上述既有LED交流發光電路的缺失，本創作主要目的係提供一種高效率的LED交流發光電路。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該LED交流發光電路包含有：一整流發光單元，其具有一第一整流發光部、一第二整流發光部、一第三整流發光部及一第四整流發光部；其中該第一至第四整流發光部係分別由複數LED元件串接而成且分別具有一正極及一負極；其中該第一整流發光部的正極係與該第三整流發光部的負極連接形成一第一輸入端用以電連接一交流電源的一輸出端，該第二整流發光部的正極係與該第四整流發光部的負極連接形成一第二輸入端用以電連接該交流電源的另一輸出端；及一被動負載穩流元件，其一端係與該整流發光單元的第一整流發光部的負極及第二整流發光部的負極連接，而另一端係與第三整流發光部的正極及第四整流發光部的正極連接。

本創作LED交流發光電路藉由該被動負載穩流元件的設置，使使用者可以調整本創作LED交流發光電 路運作時該交流電源所輸出的電流，使該電流不超過該LED元件的額定的安全工作範圍內，提升發光效率及本創作使用壽命；又，本創作LED交流發光電路的整流發光單元的第一至第四整流發光部的LED元件兼具有發光及整流功能，能夠減少元件的使用而降低本創作發光電路之體積。

10‧‧‧整流發光單元

11‧‧‧第一整流發光部

111‧‧‧LED元件

12‧‧‧第二整流發光部

121‧‧‧LED元件

13‧‧‧第三整流發光部

131‧‧‧LED元件

14‧‧‧第四整流發光部

141‧‧‧LED元件

20‧‧‧被動負載穩流元件

30‧‧‧發光功因校正單元

31‧‧‧第一電容

32‧‧‧第二電容

33‧‧‧第五整流發光部

331‧‧‧LED元件

34‧‧‧第六整流發光部

341‧‧‧LED元件

35‧‧‧第七整流發光部

351‧‧‧LED元件

40‧‧‧波形轉換電路

41‧‧‧二極體

50‧‧‧LED燈串

51‧‧‧LED元件

圖1係本創作LED交流發光電路的第一較佳實施例的電路方塊圖。

圖2係交流電源V_AC 的工作狀態電壓及本創作LED交流發光電路第一較佳實施例的輸出電流波形圖。

圖3係本創作LED交流發光電路的第二較佳實施例的電路方塊圖。

圖4A係本創作第二較佳實施例的整流發光單元與發光功因校正單元之工作模式I等效電路示意圖。

圖4B係本創作第二較佳實施例的整流發光單元與發光功因校正單元之工作模式II於交流電源輸出正半周的等效電路示意圖。

圖4C係本創作第二較佳實施例的整流發光單元與發光功因校正單元之工作模式III於交流電源輸出正半周的等效電路示意圖。

圖5係交流電源V_AC 的工作狀態電壓及本創作LED交流發光電路第二較佳實施例的輸出電流波形圖。

圖6係一既有LED交流發光電路的電路方塊圖。

請參閱圖1所示，本創作LED交流發光電路的第一較佳實施例係包含有一整流發光單元10及一被動負載穩流元件20。

該整流發光單元10具有一第一整流發光部11、一第二整流發光部12、一第三整流發光部13及一第四整流發光部14；其中該第一整流發光部11係由複數LED元件111串接而成並具有一正極及一負極；該第二整流發光部12係由複數LED元件121串接而成並具有一正極及一負極；該第三整流發光部13係由複數LED元件131串接而成並具有一正極及一負極；該第四整流發光部14係由複數LED元件141串接而成並具有一正極及一負極；其中該第一整流發光部11的正極係與該第三整流發光部13的負極連接形成一第一輸入端用以電連接一交流電源V_AC 的一輸出端，該第二整流發光部12的正極係與該第四整流發光部14的負極連接形成一第二輸入端用以電連接該交流電源V_AC 的另一輸出端。

該被動負載穩流元件20一端係與該整流發光單元10的第一整流發光部11的負極及第二整流發光部12的負極連接，而另一端係與第三整流發光部13的正極及第四整流發光部14的正極連接；於本實施例中該被動負載穩流元件20係為一電阻或一電感。

使用者打開交流電源V_AC 後，於交流電源V_AC 的正半周期間內，輸出電流I_AC 由第一輸入端流入該整流發光單元10時，會依序流經該第一整流發光部11、該被動負載穩流元件20及該第四整流發光部14再經由第二輸入端 流回交流電源V_AC 並使該第一整流發光部11及該第四整流發光部14開始發光。

於交流電源V_AC 的負半周期間內，該輸出電流I_AC 由第二輸入端流入該整流發光單元10時，會依序流經該第二整流發光部12、該被動負載穩流元件20及該第三整流發光部13再經由第一輸入端流回交流電源V_AC 並使該第二整流發光部12及該第三整流發光部13開始發光。

由以上說明可得知，不論在交流電源V_AC 的正半周還是負半周期間，該輸出電流I_AC 皆會流經該被動負載穩流元件20，因此，使用者可藉由調整被動負載穩流元件20的負載值使流經整流發光部10的輸出電流I_AC 大小使其落於該第一至第四整流發光部11、12、13、14的LED元件111、121、131、141所額定的安全工作範圍內，以確保LED元件111、121、131、141能達到預期的發光效率並保護該整流發光單元10不會被過高的輸出電流毀損。

當使用電阻作為被動負載穩流元件20時，該電阻的電阻值即為被動負載穩流元件20的負載值且可由以下公式推導：V_ACMAX =2V_LED -R*I_S

其中V_ACMAX 為交流電源的最高電壓、V_LED 為各整流發光部的順向偏壓，R為電阻的電阻值，I_S 為LED元件所能承受的最高輸出電流。

因此，該電阻的電阻值R須高於，使輸出電流I_AC 低於LED元件所能承受的最高輸出電流I_S 。

此外，由於本創作LED交流發光電路的整流發 光單元10同時兼具有整流及發光功能，而不需額外透過一波形轉換電路及一LED燈串相互配合才能進行整流及發光，本創作能夠減少元件的使用，進一步降低本創作發光電路之體積。

請進一步配合參閱圖2所示，此為上述交流電源V_AC 的工作狀態電壓及本創作LED交流發光電路第一較佳實施例的輸出電流波形圖，縱軸代表電壓及電流，橫軸代表相位。由圖2可得知，交流電源V_AC 波形以360度為一週期，0度至180度之間係屬於正半周期，交流電源V_AC 在0度至90度時由0V爬升至最高點，而在90度至180度時交流電源V_AC 則由最高點下降至0V，而180度至360度之間則係屬於負半周期，交流電源V_AC 在180度至270度時由0V下降至最低點，在270度至360度時則由最低點爬升至0V完成一個周期。

但是，該整流發光單元10的輸出電流I_AC 波形與交流電源V_AC 波形之間則有很大的差異，輸出電流I_AC 在0度至60度之間皆是0A，直到在60度至90度之間才由0A爬升至最高點，輸出電流I_AC 在90度至120度之間則由最高點下降至0A，然後在120度至240度之間輸出電流I_AC 仍為0A，直到240度至270度之間才由0A下降至最低點，輸出電流I_AC 在270度至300度之間則是由最低點爬升至0A，然後輸出電流I_AC 在300度至360度之間則維持為0A；上述交流電源V_AC 及該整流發光單元10的輸出電流I_AC 波形的差異係由於該整流發光單元10的各LED元件內建有一順向偏壓V_f ，各整流發光部包含的複數LED元件的順向 偏壓V_f 總合即為各整流發光部的順向偏壓V_LED 。

於交流電源V_AC 的正半周期間內，該輸出電流I_AC 會依序流經該第一整流發光部11、該被動負載穩流元件20及該第四整流發光部14再流回該交流電源V_AC ，其中該第一整流發光部11及第四整流發光部14的的順向偏壓總合為2V_LED ，即，當該交流電源V_AC 大於或等於2V_LED 時，才開始有輸出電流I_AC 流經該整流發光單元10。

於交流電源V_AC 的負半周期間內，該輸出電流I_AC 會依序流經該第二整流發光部12、該被動負載穩流元件20及該第三整流發光部13再流回該交流電源V_AC ，請再配合參閱圖1所示，可得知該第二整流發光部12及該第三整流發光部13其導通方向係與該第一整流發光部11及第四整流發光部14的導通方向相反，其中該第二整流發光部12及第三整流發光部13的LED元件121、131順向偏壓總合也為2V_LED ，即，當該交流電源V_AC 的電壓輸出小於或等於-2V_LED 時，才開始有輸出電流I_AC 流經該整流發光單元10，且電流方向與上述於交流電源V_AC 的正半周期間產生的輸出電流I_AC 的電流方向相反。

由以上說明可得知，唯有當|V _AC |2V_LED 時，才開始有輸出電流I_AC 流經該整流發光單元10，再配合參閱圖2可得知，當橫軸的相位介於0度至60度、120度至240及300度至360度時，|V _AC |2V_LED ，因此，該輸出電流I_AC 在相位介於0度至60度、120度至240及300度至360度時皆為0A，即，交流電源V_AC 在相位介於0度至60度、120度至240及300度至360度時所作皆為虛功，導致本創作LED 交流發光電路的第一較佳實施例的整體的功率因數降低，且該第一至第四整流發光部11、12、13、14的LED元件111、121、131、141在相位介於0度至60度、120度至240及300度至360度時，也會因為沒有電流I_AC 流經而不發光，會導致本創作LED交流發光電路的第一較佳實施例在運作時產生閃爍現象。

為解決上述本創作LED交流發光電路的第一較佳實施例於交流電源輸入時產生閃爍現象，請參閱圖3所示，遂提出本創作LED交流發光電路的第二較佳實施例，其具有一整流發光單元10、一被動負載穩流元件20及一發光功因校正單元30，其中該整流發光單元10及該被動負載穩流元件20結構及連接關係與第一較佳實施例相同，以下不再贅述。

該發光功因校正單元30係與該被動負載穩流元件20並聯且具有一第一電容31、一第二電容32、一第五整流發光部33、一第六整流發光部34及一第七整流發光部35；該第五整流發光部33係由複數LED元件331串接而成並具有一正極及一負極；該第六整流發光部34係由複數LED元件341串接而成並具有一正極及一負極；該第七整流發光部35係由複數LED元件351串接而成並具有一正極及一負極；又，該第五、第六及第七整流發光部33、34、35的順向偏壓皆為V_LED ；該第一電容31的一端及該第七整流發光部35的負極係共同連接至該整流發光單元10的第一整流發光部11的負極及第二整流發光部12的負極，該第一電容31的另一端係連接至該第六整流發光部34的正 極及該第五整流發光部33的負極，該第七整流發光部35的正極係連接至該第六整流發光部34的負極及該第二電容32的一端，該第五整流發光部33的正極及該第二電容的另一端則共同連接至該第三整流發光部13的正極及該第四整流發光部14的正極。

請配合參閱表1及圖4A至4C，表1係為本創作LED交流發光電路的第二實施例的發光功因校正單元30工作模式電路示意表，當交流電源V_AC 的絕對值|V _AC |2V_LED 時、第一及第二電容31、32的電壓V_CP V_LED 時，此時該發光功因校正單元30處於工作模式I，當V_AC >0時，V_AC 不足以使該第一整流發光部11及該第四整流發光部14導通，此時輸出電流I_AC =0；當V_AC <0時，V_AC 不足以使該第二整流發光部12及第三整流發光部13導通，此時輸出電流I_AC =0；但該第一及第二電容31、32的電壓V_CP 則足以分別使該第五及第七整流發光部33、35導通；此時，該第一電容31、該被動負載穩流元件20及該第五整流發光部33形成一第一迴路，故該第一電容31釋放其積蓄電荷而產生一 電流I_C1 流經該第一迴路使該第五整流發光部33發光；該第二電容32、該被動負載穩流元件20及該第七整流發光部35形成一第二迴路，該第二電容32釋放其積蓄電荷產生一電流I_C2 流經該第二迴路使該第七整流發光部35發光；此時流經該被動負載穩流元件20的電流I_R 即為該第一及第二電容31、32所釋放的電流I_C1 及I_C2 的總和。

當3V_LED |V _AC |2V_LED 時，此時該發光功因校正單元30處於工作模式II，當V_AC >0時，V_AC 足以使該第一整流發光部11及該第四整流發光部14導通，但是不足以使該第一整流發光部11、該第四整流發光部14及該第六整流發光部34同時導通，此時該第一及第二電容31、32不釋放電流，該輸出電流I_AC 流經該第一整流發光部11、該第四整流發光部14及該被動負載穩流元件20後流回該交流電源V_AC 且I_R =I_AC ；當V_AC <0時，V_AC 足以使該第二整流發光部12及該第三整流發光部13導通，但是不足以使該第二整流發光部12、該第三整流發光部13及該第六整流發光部34同時導通，此時該第一及第二電容31、32不釋放電流，該輸出電流I_AC 流經該第二整流發光部12、該第三整流發光部13及該被動負載穩流元件20後流回該交流電源V_AC 且I_R =I_AC 。

當|V _AC |3V_LED 時，此時該發光功因校正單元30處於工作模式III，當V_AC >0時，V_AC 足以使該第一整流發光部11、該第四整流發光部14及該第六整流發光部34同時導通，輸出電流I_AC 分流為I_R 及I_C3 分別流經該被動式負載元件20及該發光功因校正單元30，其中電流I_C3 流經該 第一電容31、該第六整流發光部34及該第二電容32後流回該交流電源V_AC ，該電流I_C3 會補充該第一及第二電容31、32中所積蓄的電荷；當V_AC <0時，V_AC 足以使該第二整流發光部12、該第三整流發光部13及該第六整流發光部34同時導通，該輸出電流I_AC 分流為I_R 及I_C3 分別流經該被動式負載元件20及該發光功因校正單元30，其中電流I_C3 流經該第一電容31、該第六整流發光部34及該第二電容32後流回該交流電源V_AC ，該電流IC₃ 會補充該第一及第二電容31、32中所積蓄的電荷，並使該第六整流發光部34發光。

請再配合參閱圖5及藉由以上說明可得知，本創作LED交流發光電路的第二較佳實施例除具有第一較佳實施例的優點外，藉由該發光功因校正單元30的設置得以延長該整流發光單元10的導通相位，該第一及第二電容31、32也能夠於當|V _AC |3V_LED 時積蓄電荷，在V_AC 不足以導通該整流發光單元10時釋放電荷產生電流I_C1 、I_C2 ，使第一及第二迴路上的第五及第七整流發光部33、35發光，不僅減少了交流電源V_AC 虛功之消耗，該發光功因校正單元30也能在該整流發光單元10不導通及不發光時發光，兼具有抗閃爍現象的優點。

綜上所述，以上本創作LED交流發光電路的第一及第二較佳實施例皆能透過該被動式負載元件20來控制流經該整流發光單元10的輸出電流I_AC ，使該電流I_AC 不超過該第一至第四整流發光部11、12、13、14的LED元件111、121、131、141所額定的安全工作範圍內，以確保LED 元件111、121、131、141能達到預期的發光效率並保護該整流發光單元10不會被過高的電流毀損；又，由於本創作LED交流發光電路第一及第二較佳實施例的整流發光單元10同時兼具有整流及發光功能，而不需透過一波形轉換電路及一LED燈串相互配合分別進行整流及發光，本創作能夠減少元件的使用，進一步降低本創作發光電路之體積。

10‧‧‧整流發光單元

11‧‧‧第一整流發光部

111‧‧‧LED元件

12‧‧‧第二整流發光部

121‧‧‧LED元件

13‧‧‧第三整流發光部

131‧‧‧LED元件

14‧‧‧第四整流發光部

141‧‧‧LED元件

20‧‧‧被動負載穩流元件

Claims (4)

1. 一種高效率LED交流發光電路，包含有：一整流發光單元，其具有一第一整流發光部、一第二整流發光部、一第三整流發光部及一第四整流發光部；其中該第一至第四整流發光部係分別由複數LED元件串接而成且分別具有一正極及一負極；其中該第一整流發光部的正極係與該第三整流發光部的負極連接形成一第一輸入端用以電連接一交流電源的一輸出端，該第二整流發光部的正極係與該第四整流發光部的負極連接形成一第二輸入端用以電連接該交流電源的另一輸出端；及一被動負載穩流元件，其一端係與該整流發光單元的第一整流發光部的負極及第二整流發光部的負極連接，而另一端係與第三整流發光部的正極及第四整流發光部的正極連接。
2. 如請求項1所述之LED交流發光電路，其進一步包含有一發光功因校正單元，其係與該被動負載穩流元件並聯且具有一第一電容、一第二電容、一第五整流發光部、一第六整流發光部及一第七整流發光部；其中該第五至第七整流發光部係分別由複數LED元件串接而成且分別具有一正極及一負極；該第一電容的一端及該第七整流發光部的負極係共同連接至該整流發光單元的第一整流發光部的負極及第二整流發光部的負極，該第一電容的另一端係連接至該第六整流發光部的正極及該第五整流發光部的負極，該第七整流發光部的正極係連接至該第六整流發光部的負極及該第二電容的一端，該第五整流發光部的正極及 該第二電容的另一端則共同連接至該第三整流發光部的正極及該第四整流發光部的正極；及其中該發光功因校正單元於該交流電源輸出之電壓低於一順向偏壓時截停該交流電源對該整流發光單元的輸出，並使該第一及第二電容釋放其所積蓄電荷形成電流導通該第五及第七整流發光部。
3. 如請求項1或2所述之LED交流發光電路，其中該被動負載穩流元件係為一電阻，該電阻的電阻值係高於，其中V_ACMAX 為交流電源的最高電壓、V_LED 為各整流發光部的順向偏壓，I_S 為LED元件所能承受的最高電流。
4. 如請求項1或2所述之LED交流發光電路，其中該被動負載穩流元件係為一電感。