提升功率因子之交流電發光二極管電路的制作方法

專利名稱：提升功率因子之交流電發光二極管電路的制作方法
技術領域：
本發明系關于一種交流電發光二極管電路，尤指一種利用并聯復數串發光二極管 串達到輸入電流波形近似正弦波藉以提高功率因子之交流電發光二極管電路。先前技術在能源短缺的時代，使用高效率低耗能的物品已經是目前產業的趨勢，發光二極 管技術因為具有能量轉換效率高、反應時間快、高閃爍頻率、使用壽命長且省電等優點，因 此成為新一代的照明工具。交流電源發光二極管除了能兼容于傳統照明，同時也大幅降低傳統式發光二極管 的散熱問題，并完全改變高功率發光二極管封裝之傳統設計及使用方式，估計約可省下過 去發光二極管在直流、交流電之間轉換時15 30%的電力耗損，不僅節能減碳，也提升了 整體發光二極管的發光效率。因為屬于半導體光源的發光二極管必須以直流定電流源驅動，為了配合一般交流 輸配電源的使用，因此第一種作法是在直流電源與交流電源之間接一個轉換器，例如高壓DriverIC或 是變壓器加上Driver IC0第二種作法請參閱第一 A圖及第一 B圖，利用兩串各由數十顆發 光二極管串接的發光二極管串，以其反向對接，近一步可以再輔以簡單電路(例如電阻)， 用以吸收超過發光二極管總導通電壓的部份。第三種習知作法是利用一橋式整流器耦接 于發光二極管串，再輔以簡單電路(例如電阻)，用以吸收超過發光二極管總導通電壓的部 份。第四種習知作法是利用發光二極管組成一橋式整流器，且于橋式整流器前耦接一電阻， 用以吸收超過之總導通電壓。但轉換器體積大、重量重，不但增加成本、電力轉換也有耗損，無法與現有光源的 價格競爭，因此一直以來在應用范圍及普及度上有所限制。而第二種作法需要增加組件使 得成本提高，且上述幾種作法的功率因子(Power factor,PF)只能達到約0. 8至0. 9，目前 對于照明工具之功率因子之要求通常都在0. 9以上，因此習知雖然提供了能夠應用于交流 電源的發光二極管，但其發光效果依然有待改進。因此，本發明的主要目的在于提供一種能提高功率因子之交流電發光二極管電 路，以改善上述問題。

發明內容綜觀以上所述，在習知中利用交流電源之發光二極管達不到需求的功率因子，因 此發展有限，本發明之目的在提供一種提升功率因子的交流電發光二極管電路。本發明系關于一種提升功率因子的交流電發光二極管電路，本電路系透過一橋式 整流單元耦接于一交流電源上，交流電源之輸出端具有一第一輸出接腳以及一第二輸出接 腳。本交流電發光二極管電路包含復數個驅動組件以及復數個發光二極管串。橋式整流單元是由復數個二極管耦接組合而成，其目的系用以整流交流電，橋式 整流單元的輸入端分別耦接于第一輸出接腳及第二輸出接腳，該等二極管耦接處分別為一第一節點以及一第二節點。驅動組件例如定電流二極管、電阻、電容、電感等，耦接于第一節 點或第二節點。發光二極管串系由復數個發光二極管耦接組成，發光二極管串內之發光二 極管數目可相等或不相等，且并聯于橋式整流單元，每一個發光二極管串之丨端串連接至 少一個驅動組件，其中一個驅動組件與發光二極管串聯，另耦接一個驅動組件于發光二極 管串內任二發光二極管之間，發光二極管串之另一端耦接于第二節點。因此，本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路，其中的橋式整流電路可 以使得發光二極管應用于交流電源，而耦接驅動組件可以使輸入電壓穩定，降低電壓對發 光二極管串的影響，造成不同的輸入電壓對應不同的輸入電流，使輸入電流的波形近似于 正弦波，達到提高功率因子的目的。關于本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖
式得到進一步的了解。實施方式由于本發明所提供之提升功率因子的交流電發光二極管電路，可廣泛運用于各種 照明設施，其組合實施方式更是不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉其中較佳之實施例 來加以具體說明。本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路，系適用于交流電源以 產生照明之效果。請參閱第二圖，第二圖系為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路1第 一實施例示意圖。如圖所示，提升功率因子的交流電發光二極管電路1內系包含復數個驅 動組件12以及復數個發光二極管串13。交流電發光二極管電路1系透過一橋式整流單元 11與一交流電源9耦接。交流電源9之輸出端具有一第一輸出接腳91以及一第二輸出接 腳92，負載系與第一輸出接腳91以及第二輸出接腳92耦接；驅動組件12系指電阻、電容、 電感、定電流二極管、IC或是上述組件之組合。橋式整流單元11中包含四個二極管，其分別為第一二極管111、第二二極管112、 第三二極管113以及第四二極管114。第一二極管111的正極與第一輸出接腳91耦接，第 一二極管111的負極與第二二極管112的負極耦接，第二二極管112的正極與第三二極管 113的負極耦接后，再耦接于第二輸出接腳92，第三二極管113的正極與第四二極管114的 正極耦接，第三二極管113的負極與第一輸出接腳91耦接。其中，第一二極管111的負極與第二二極管112的負極耦接處為第一節點118，第 三二極管113的正極與第四二極管114的正極耦接處為第二節點119。當交流電源9產生正半周期的電流時，第一二極管111與第四二極管114皆導通 (ON)，而第二二極管112與第三二極管113皆不導通(OFF)，因此電流至第一輸出接腳91通 過第一二極管111后自第一節點118輸出至負載，再由第二節點119流經第四二極管114 至第二輸出接腳92。交流電源9產生負半周期的電流時，第二二極管112與第三二極管113皆導通 (ON)，而第一二極管111與第四二極管114皆不導通(OFF)，電流自第二輸出接腳92經過第 二二極管112、第一節點118后輸出至負載，再經由第二節點119、第三二極管113流至第一 輸出接腳91。上述之負載為被動單元12以及發光二極管串13。如第二圖所示，發光二極管串13的一端系與驅動組件12之第二接點122耦接后 再與第一節點118耦接，而發光二極管串13的另一端系與第二節點119耦接；另一驅動組件12a之第一接點121’亦與第一節點118耦接，驅動組件12a之第二接點122’則耦接于 發光二極管串13中任二發光二極管之間。此外，驅動組件12、12a之第一接點121及121’ 更可以耦接于第二節點119，而驅動組件12a之第二接點122則同樣地耦接于發光二極管串 13中任二發光二極管之間。交流電發光二極管電路1系為橋式整流單元11并聯復數個發 光二極管串13、13a、13b、13c、13d···，且每一個發光二極管串13皆分別先串聯一個驅動組 件12以及耦接另一個驅動組件12a。發光二極管串13是由復數個發光二極管串聯組成，任 二發光二極管串13中的發光二極管數目可相等或不相等，即發光二極管串13a中的發光二 極管數目可相等于發光二極管串13b中的發光二極管數目，此外，發光二極管串13a中的發 光二極管數目可不相等于發光二極管串13b中的發光二極管數目。請參閱第二 A圖，其系為本發明之第二實施例示意圖，如圖所示，發光二極管串13 亦可以同時耦接復數個驅動組件12、12a，驅動組件12及12a的第一接點121、121’都耦接 于第一節點118，或者，第一接點121、121’亦可以耦接于第二節點119，而驅動組件12a之 第二接點122’則耦接于發光二極管串13中任二個發光二極管之間。請參閱第二 B圖，其系為本發明之第三實施例示意圖，如圖所示，本發明更可以耦 接至少一電容c。電容c可以與驅動組件12之第二接點122耦接，亦可以與驅動組件12a 之第二接點122’耦接，亦即電容c系耦接驅動組件12、發光二極管串13、或是發光二極管 串13中任二個發光二極管之間。由第二 B圖可見電容系可設置于不同位置，于此僅舉較佳 實施例作為說明，并非對于申請專利范圍加以局限。因此當交流電源9輸出交流電時，先透過橋式整流單元11整流，再經過驅動組件 12吸收超過的導通電壓。我們利用模擬轉數字的概念，將弦波橫切分割成許多長條狀區塊， 由于利用耦接驅動組件12使得各發光二極管串之操作電流相同，因此每一個發光二極管 串13系對應一個長條狀區塊，所以當不同電壓產生時，每一個發光二極管串13系對應不同 電壓而發光。此外，由于發光二極管串13的顆數多寡系可以自行設定，且各串發光二極管之驅 動電流相同，因此，我們只需要選擇各串適當的發光二極管數目，組合出能夠充分利用正弦 波各點電壓驅動的發光二極管串，以及各串發光二極管相同驅動電流的迭加，則可以將無 法驅動發光二極管的交流電節省至最少，以達到提高功率因子的目的。請參閱第三圖，其為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路1第四實施 例示意圖。如第三圖所示，亦可以在每一組驅動組件12及發光二極管串13，并聯一個橋式整 流單元12，且除了連接驅動組件12以外，亦耦接驅動組件12a，其接法如第一實施例所述。 在每一個發光二極管串13前以發光二極管本體制做成增加橋式整流單元11的優點在于， 若唯一的橋式整流器11產生故障，依然能夠個別整流并發光，不會影響整體電路。再者，亦 因長晶制程相同，可節省生產成本，降低不良率。請參閱第四圖，其為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路1第五實施 例示意圖。如第四圖所示，我們以發光二極管串13取代橋式整流單元11，其中兩兩發光二極 管串為一組，發光二極管串13a與發光二極管串13a’為一組，各發光二極管串13中的發光 二極管數目可相等或不相等，然而每組之兩串系正負極相反地耦接于交流電源9之第一輸出接腳91以及一第二輸出接腳92。當正半周期的電流產生時，發光二極管串13a’與發光 二極管串13b’皆不導通，電流選擇發光二極管串13a與發光二極管串13b之路徑；負半周 期的電流產生時，發光二極管串13a’與發光二極管串13b’皆導通，發光二極管串13a與發 光二極管串13b則不導通。同樣可以應用于交流電源上。請參閱第五圖，其系為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路弦波分割 示意圖。如圖所示，系為一個正半周期的弦波S，我們將弦波S分割為許多長條狀區塊b，當 電壓極小的時候，第一長條狀區塊bl被驅動，而第一長條狀區塊bl系對應第二圖中具有η 個發光二極管之發光二極管串13a，第二長條狀區塊b2系對應第二圖中具有n+a個發光二 極管之發光二極管串13b，第三長條狀區塊b3系對應第二圖中具有n+b個發光二極管之發 光二極管串13c，第四長條狀區塊b4系對應第二圖中具有n+c個發光二極管之發光二極管 串13d，依此類推，隨著電壓的上升，越多串發光二極管串被驅動，因此，利用本發明真正使 用的電流所迭加出第六圖的圖形，比較第五圖與第六圖，可以明顯發現，迭加圖形與原始波 形圖相仿，表示本發明有效地提升了功率因子。因此，藉由本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路可以應用于交流電源 上。我們只要選擇各串適當發光二極管數目，組合出能夠充分利用正弦波各點電壓驅動的 發光二極管串，以其各串發光二極管相同驅動電流迭加，便能夠妥善地利用交流電，本發明 的功率因子能夠達到0. 97以上。此外，本發明能夠與結合一三極交流開關，又稱雙向性三極閘流體 (TRI-ELECTRODE AC SWITCH, TRIAC)，調整輸入電壓相角大小，藉由調整輸入電流值能夠決 定使哪些發光二極管串導通，當輸入較大電流時，被導通的發光二極管串增加，因此燈具變 亮，相反地，輸入較小電流時被導通的發光二極管串減少，燈具亮度降低，因而達到調整明 暗的效果，而習知的發光二極管并無此項功能，實為發光二極管用作照明之一大突破。藉由以上較佳具體實施例之詳述，希望能更加清楚描述本發明之特征與精神，而 并非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之范疇加以限制。相反地，其目的是希望 能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發明所欲申請之專利范圍的范疇內。圖式簡單說明圖IA為習知交流電發光二極管電路；圖IB為習知交流電發光二極管電路；圖2為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路第一實施例示意圖；圖2A為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路第二實施例示意圖；圖2B系為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路第三實施例示意圖；圖3為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路第四實施例示意圖；圖4為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路第五實施例示意圖；圖5為本發明之提升功率因子的交流電發光二極管電路弦波分割示意圖；以及圖6為利用本發明所能利用之電流迭加圖形。主要組件符號說明電阻R1、R2電容C交流電發光二極管電路1橋式整流單元11驅動組件12、12a第一接點121、121
第二接點122、122’
發光二極管串 13、13a、13b、13c、13d、13a，、13b:
第一二極管111 第三二極管113 交流電源9 第二輸出接腳92 第二節點119 長條狀區塊b 第二長條狀區塊b2 第四長條狀區塊b4<
第二二極管112 第四二極管114 第一輸出接腳91 第一節點118 正弦波S
第一長條狀區塊bl 第三長條狀區塊b權利要求
一種提升功率因子的交流電發光二極管電路，系耦接于一交流電源上，該交流電源之一輸出端系具有一第一輸出接腳以及一第二輸出接腳；其特征是該交流電發光二極管電路包含復數個發光二極管串，系由復數個發光二極管耦接組成，其一端系與該第一輸出接腳耦接，其另一端系與該第二輸出接腳耦接；以及復數個驅動組件，其各具有一第一接點以及一第二接點，該第一接點系耦接于該第一輸出接腳或該第二輸出接腳二者之丨者，該第二接點系耦接于該發光二極管串中任二發光二極管之間。
2.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該交流電發光二極管電路更 包含一橋式整流單元，該橋式整流單元之輸入端分別耦接于該第一輸出接腳以及該第二輸 出接腳，該橋式整流單元之輸出端分別為一第一節點以及一第二節點，該第一節點系耦接 于該第一接點，該第二節點系耦接于該發光二極管串之一端。
3.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該等發光二極管串之該等發 光二極管之數目系相等。
4.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該等發光二極管串之該等發 光二極管之數目系不相等。
5.如權利要求2所述的交流電發光二極管電路，其特征是該橋式整流單元系由復數個 發光二極管組成。
6.如權利要求2所述的交流電發光二極管電路，其特征該橋式整流單元系由復數個二 極管組成。
7.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該第二接點系耦接一電容。
8.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該發光二極管串中之復數個發光二極管系串聯。
9.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該等發光二極管串系以并聯 方式耦接。
10.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該等驅動組件系為電阻。
11.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該等驅動組件系為電容。
12.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該等驅動組件系為定電流 二極管(Current Regulating Diode)。
13.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該等驅動組件系為電感。
14.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該等驅動組件系為定電流 驅動IC。
15.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該第一輸出接腳系耦接 一三極交流開關(雙向性三極閘流體)(TRI-ELECTRODE AC SWITCH，TRIAC)。
16.如權利要求1所述的交流電發光二極管電路，其特征是該第二輸出接腳系耦接 一三極交流開關(雙向性三極閘流體)(TRI-ELECTRODE AC SWITCH，TRIAC)。
全文摘要
一種提升功率因子之交流電發光二極管電路，本電路具有復數個驅動組件以及由復數串發光二極管組成之發光二極管串，更可以耦接一橋式整流單元。驅動組件用以穩定電壓或輸入電流，結合本電路之各串發光二極管在不同的電壓點導通的方式，使輸入電流能依輸入電壓的變化而相對的變化，如此使輸入電流的波形近似于輸入電壓的波形，達到提升功率因子的目的。
文檔編號H05B37/00GK101932154SQ20091010827
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月24日 優先權日2009年6月24日
發明者簡文祥, 鄭清奇 申請人:連展科技(深圳)有限公司