發光裝置電路及其操作方法
【專利摘要】本發明揭露一種發光裝置電路，包含一降壓電路，并且降壓電路有一交流電流通過；一整流器，并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，并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，電流限制值大于峰值但小于額定電流值。
【專利說明】發光裝置電路及其操作方法
【技術領域】
[0001]本發明揭露一種發光裝置電路，特別是關于一種具有電流限制功能的發光裝置以及其操作方法。
【背景技術】
[0002]應用于固態照明元件的發光二極管(Light-emitting diode ；LED)因為具有壽命長、體積小以及反應速度快等優點，已經被廣泛地應用于各種目的上。近來，許多人致力于增加發光二極管的亮度以將發光二極管應用于照明領域上，希望能進一步達到節能減碳的效果。為了要推廣發光二極管應用到日常照明的領域，需要有各種使用于不同應用目的的控制裝置，例如亮度控制器、光感應裝置、交通號志控制器、車用照明以及電源控制電路等控制設備。
[0003]圖1所示為一個已知不具有電流限制功能的發光二極管電路，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用來將第一信號40整流為第二信號42，使得第二信號42的波形為一個具有方均根(root-mean-square ；RMS)值的正半波,其中第一信號40與第二信號42可以是電流信號。而如圖2所示，為了保護發光二極管8而增加了一個電流限制IC10，電流限制IClO是位于全波橋式整流器6與發光二極管8之間，因此第一信號50與第二信號52都被電流限制IClO所限制，其中第一信號50與第二信號52可以是電流信號。
[0004]為了在安全范圍內操作發光二極管8，電流限制IClO限制第二信號52不大于一個特定數值。一般已知的設計中，這個特定數值會被設定為接近發光二極管8的理想操作電流值，并且這個理想操作電流值將低于發光二極管8的額定電流值。所謂的額定電流值所指的是發光二極管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管操作在這個電流下會具有良好的光電轉換效率。例如，當發光二極管8的理想操作電流為20mA的時候并且額定電流為60mA時，電流限制IClO用于限制電流的特定數值便通常被設定為20mA。
[0005]參考圖3與圖4,由于電流限制IClO的設置,第一信號40被轉換為第一信號50 ；第二信號42也被轉換為為第二信號52，而其中第二信號42超過特定數值的部分便被電流限制IClO所消除。在圖4中，特定數值被標示為虛線，而第一信號50與第二信號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IClO逸散。
[0006]雖然電流限制IClO保護發光二極管8操作在安全的操作范圍內，但圖2中的電流限制IClO會將第一信號50大于特定數值的部分轉變成無用的熱能。此外，第一信號50的峰值通常都設定為較發光二極管8的理想操作電流值大，第一信號50的方均根值才能匹配發光二極管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管電路時，電流限制IClO持續將輸入電源大于特定數值的部分轉換為用不到的熱。
[0007]雖然電流限制IC可以避免發光二極管裝置的毀損，但是這樣的發光二極管電路保護方法所造成的能源損失與選擇發光二極管作為光源的主要理由，亦即節省能源的目的相抵觸。
【發明內容】
[0008]本發明揭露一種具有電流限制裝置的發光裝置電路，并且這個發光裝置能同時具有保護發光二極管裝置以及節省能源的好處。
[0009]本發明揭露一種發光裝置電路，包含一降壓電路，并且降壓電路有一交流電流通過；一整流器，并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，并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，電流限制值大于峰值但小于額定電流值。
[0010]本發明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信號，并且第一信號具有一第一峰值；整流第一信號以提供一第二信號，并且第二信號具有一第二峰值；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，并且理想操作電流值具有一第三峰值；以第二信號操作發光裝置；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，并且電流限制值大于第三峰值；以及僅在第一峰值或第二峰值的任一大于電流限制值時， 將第二峰值與第一峰值轉化為不大于電流限制值；其中，第一峰值與電流限制值皆不大于額定電流值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1顯示一發光二極管電路；
[0012]圖2顯示一具有電流限制IC的發光二極管電路；
[0013]圖3顯示圖1中各信號的波形；
[0014]圖4顯示圖2中各信號的波形；
[0015]圖5為根據本發明實施的一實施例；
[0016]圖6顯示圖5中信號的波形；
[0017]圖7顯示圖5中當交流電源發生突波時各信號的波形；
[0018]圖8顯示電流限制IClO與電流限制裝置110的電流-電壓關系圖；
[0019]圖9顯示電流限制IClO與電流限制裝置110的波形圖的差異。
[0020][標號說明]
[0021]6:全波橋式整流器；8:發光二極管；
[0022]10:電流限制IC40:第一信號；
[0023]42:第二信號；50:第一信號；
[0024]52:第二信號；60:第一信號；
[0025]62:第二信號；70:第一信號；
[0026]72:第二信號；102:電容；
[0027]104:電阻；106:整流器；
[0028]108:發光二極管元件；110:電流限制裝置；
[0029]I1、12:電流限制值；
【具體實施方式】[0030]圖5所示為一個發光裝置電路，并包含了具有電容102與電阻104的降壓電路120、整流器106、發光二極管裝置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轉換為第一信號60,而第一信號60可以是一個電流信號。具體而言，第一信號60可以由降壓電路120中與電容102彼此電性連接且并聯的電阻104加
以調整。
[0031]發光二極管裝置108還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管裝置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管裝置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信號60，其中第一信號60的電壓峰值的絕對值并不大于發光二極管裝置108的額定電流值。
[0032]第一信號60在電路中被連接到降壓電路120的整流器106整流為第二信號62，而第二信號62可以是一個同時受到降壓電路120內的電容102與發光二極管裝置108所影響的電流信號。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。
[0033]第二信號62被輸入到與整流器106電性連接的發光二極管裝置108，而第二信號62的方均根(RMS)值便是發光二極管裝置108的平均操作電流值。在一個實施例中，第二信號62的方均根值被設計為發光二極管裝置108的理想操作電流值。在一實施例中，發光二極管裝置 108 包含了高壓發光二極管(High voltage light emitting diode)。
[0034]由于交流電源可以被降壓電路120調整為第一信號60，因此可以將第一信號60的峰值設計為低于發光二極管裝置108的額定電流值。除此之外，電性連接到發光二極管裝置108的電流限制裝置110被用于在交流電源發生突波時保護發光二極管裝置108。在正常操作的情況下，降壓電路120會限制第一信號60的峰值低于發光二極管裝置108的額定電流，但電流限制裝置110不會限制第一信號60。只有當交流信號發生突波，第一信號60與第二信號62的峰值被預期大于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信號60與第二信號62的峰值低于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僅限制電流值低于電流限制值以避免交流電源的突波或者其它的機制造成第一信號60與第二信號62被放大到大于發光二極管裝置108的額定電流值。
[0035]電流限制值被設計為大于發光二極管裝置108的理想操作電流值，但不大于發光二極管裝置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于額定電流值的一半。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包含了數字電路或模擬電路來限制第一信號60與第二信號62。換句話說，這個電流限制值可以用數字或者模擬的方式調整。
[0036]圖6為圖5中所描述的實施例的信號波形圖，其中第一信號60被全橋式整流器106轉換為第二信號62。在一般的情況下，第一信號60與第二信號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于圖6所示的電流限制值12，并且也低于發光二極管裝置108的額定電流(未示于圖中)。當交流電源發生突波時，第一信號60與第二信號62的峰值將被放大，如圖7中的第一信號70與第二信號72，其中第一信號70與第二信號72可以是電流信號。當交流電源發生突波時，電流限制裝置110便將第一信號70與第二信號72限制到低于電流限制值12的狀態。因此第一信號70與第二信號72超出電流限制值12的部分將如同圖7所示被消除，亦即波形圖中超出電流限制值12的部分如圖7虛線部分被電流限制裝置110所消除。
[0037]在使用同樣的發光二極管裝置的情況下，圖2中的電流限制IClO于通入交流電源時會將第二信號52的峰值限制到等于或者低于發光二極管裝置的理想操作電流，但圖5中的電流限制裝置110并不將第二信號62的峰值限制到等于或低于發光二極管裝置的額定電流，除非交流電源發生了突波的情況。參考圖8中的電流電壓曲線(1-V curve)，所顯示的是當電流限制IClO與電流限制裝置110應用于發光裝置電路時的情況。圖8中的初始區(initial region)表示發光裝置電路中的信號低于電流限制IClO的電流限制值Il或者低于電流限制裝置110的電流限制值12。圖8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IClO與電流限制裝置110的操作范圍。
[0038]圖8中的電流限制區(current limiting region)表示電流限制IClO與電流限制裝置110啟動并限制發光裝置電路中的信號。當同樣的交流電源與同樣的發光二極管裝置應用在圖2與圖5中的電路時，一旦交流電源提供到發光裝置電路，圖2中的電流限制IClO便開始限制第一信號50與第二信號52。同時，圖5中包含電流限制裝置110的電路并不啟動以限制信號，直到交流電源發生突波或者其它的機制造成發光裝置電路中的信號被放大到大于發光二極管元件的額定電流值。換句話說，由于電流限制值Ii被設計為等于或者低于發光二極管裝置8的理想操作電流，使得交流電源應用到圖2中的電路時，電流限制IClO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，并且不會出現將交流電源的信號限制到低于電流限制值12并將能量轉換成熱的情況。
[0039]參考圖9，當選用電流限制IClO的時候，第一信號或者第二信號超出限制電流值Il的部分會被消除掉，但同樣的信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12被設定為大于這些信號波形的峰值。因為限制電流值12比較大(相對于限制電流值II)，因此這些信號的波形中因為大于限制電流值12而被轉換成為熱的部分也相對的較少(相對于使用電流限制IClO的情況)。
[0040]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，將第一信號整流，啟動發光裝置，以及限制第一信號。而發光裝置被設計為操作在一個理想操作電流，并且這個理想操作電流不大于額定電流，以避免傷害發光裝置。
[0041]操作發光裝置電路的方法還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信號限制為一個具有交流電流信號峰值的第一信號，而第一信號的峰值的絕對值則被限制在不大于發光二極管裝置的額定電流。在一實施例中，降壓電路包含了在電路上以并聯方式連接的電阻與電容。
[0042]第一信號接著被整流器整流為第二信號，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。
[0043]第二信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，第二信號的方均根(RMS)值正好等于理想操作電流值，而且第二信號的峰值大于理想操作電流值。由于交流電源所提供的第一信號受降壓電路的改變，使得第一信號具有的交流電流峰值低于發光二極管裝置的額定電流，此時所使用的電流限制IC并不啟動以限制交流電源所提供的信號的大小，除非交流電源發生突波或者其它的機制造成電流信號大于發光二極管元件的額定電流值，并且電流限制IC中的電流限制值被設定為不大于額定電流值。在其它實施例中，電流限制值被設定為大于額定電流值的一半。
[0044]與已知的電路選用一個電流限制IC來保護發光二極管裝置不同，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信號限制為低于發光二極管裝置的額定電流值，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信號，因此相較于已知的電路可以減少所浪費的能量。
[0045]以上所述的實施例僅為說明本發明的技術思想及特點，其目的在使本領域技術人員能夠了解本發明的內容并據以實施，當不能以之限定本發明的權利要求范圍，即大凡依本發明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明的權利要求范圍內。
【權利要求】
1.一種發光裝置電路，包含: 一降壓電路，該降壓電路有一交流電流通過； 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并具有一額定電流值與一理想操作電流值，并且該理想操作電流值具有一峰值；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并具有一電流限制值； 其中，該電流限制值大于該峰值但小于該額定電流值。
2.根據權利要求1所述的發光裝置電路，其中該降壓電路包含一電容以及一電阻，并且該電容與該電阻以并聯方式電性連接。
3.根據權利要求1所述的發光裝置電路，其中該電流限制值大于該額定電流值的一半。
4.根據權利要求1所述的發光裝置電路，其中該電流限制值為一固定值，并且該電流限制值被儲存在該電流限制裝置內。
5.根據權利要求1所述的發光裝置電路，其中該電流限制值可被調整。
6.根據權利要求1所述的發光裝置電路，其中該電流限制裝置還包含了一模擬電路或一數字電路。
7.一種操作發光裝置電路的方法，包含: 藉由一個降壓電路提供一第一信號，并且該第一信號具有一第一峰值； 整流該第一信號以提供一第二信號，并且該第二信號具有一第二峰值； 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，并且該理想操作電流值具有一第三峰值； 以該第二信號操作該發光裝置； 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，并且該電流限制值大于該第三峰值；以及 僅在該第一峰值或該第二峰值的任一大于該電流限制值時，將該第二峰值與該第一峰值轉化為不大于該電流限制值； 其中，該第一峰值與該電流限制值皆不大于該額定電流值。
8.根據權利要求7所述的方法，其中該降壓電路包含一電容與一電阻，并且該電容與該電阻以并聯方式相互電性連接。
9.根據權利要求7所述的方法，其中該電流限制值大于該額定電流值的一半。
10.根據權利要求7所述的方法，其中提供該第一信號的步驟還包含藉由該降壓電路將一交流電源提供的一電流調整為該第一信號。
【文檔編號】H05B37/02GK103781236SQ201310491560
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2012年10月19日
【發明者】劉欣茂, 陳宗熙 申請人:晶元光電股份有限公司