使用交流電源直接驅動橋式結構發光二極體的驅動裝置的製作方法

2023-06-14 12:18:21 4

專利名稱：使用交流電源直接驅動橋式結構發光二極體的驅動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於一種發光二極體的驅動裝置，尤其涉及一種將發光二極體元件以橋式電路結構，直接以交流電源作為驅動發光二極體元件點亮的光源驅動裝置。
背景技術：
發光二極體的技術成熟為未來照明裝置帶來一種更佳的發光源，由於發光二極體具有低成本、低消耗功率、高亮度等優質特性，確實在電源的消耗上及製作成本上均要較目前使用燈管的光源裝置來得低。
由於發光二極體是需要以直流電源予以驅動點亮，因此當發光二極體被應用在照明或指示裝置上時，該照明或指示裝置是使用交流電源，這需要另外的電源轉換電路將交流電源轉換為直流電源，再控制輸出至發光二極體，令發光二極體予以點亮。其中常見的驅動電路如國內公告第I220047號「發光二極體驅動電路」實用新型專利案，該專利案的驅動電路包含有一供應電源、一橋式整流器、一電壓檢測器及一電流導向控制電路，其中該橋式整流器連接至供應電源交流電源，而電流導向控制電路則是由至少一電流控制單元組成，各電流控制單元再依序與各個發光二極體組由複數個發光二極體串接而成的陰極連接。
上述實用新型專利案的橋式整流器主要用以將交流電源整流為直流電源，再由電壓偵測電路判定直流電源的電壓準位，依據電壓準位的不同來分別驅動不同的電流導向控制電路，使其導通後點亮適當數目的發光二極體組，以省卻濾波電容的使用。如該實用新型專利案的先前技術所例舉的其中一件美國專利案，專利號USP5,457,450所揭示的驅動電路，就驅動紅色號誌燈的驅動電路來說，其包含有二整流器及二電壓補償電路，由此可知，目前發光二極體驅動電路設計不同，但均存在電路複雜的結構。
目前應用發光二極體作為發光源的相關應用廠商在研發過程中，發現較難以克服的問題是，發光二極體散熱問題及驅動電路的問題。由於目前驅動電路使用過多電子元件及複雜線路，故電源轉換效率差且製作成本高，此外，經長時間使用後，電子元件及發光二極體過熱問題，均會影響發光二極體使用壽命的長短，因此，若能提出一種驅動電路能解決上述問題，則將使得發光二極體更廣泛地應用於照明或指示裝置上。

發明內容
為此，本實用新型的主要目的是提供一種以最簡單的電路結構而構成的複數個發光二極體元件能在交流電源下被驅動點亮的驅動裝置，並能解決部份散熱的問題，由於電路結構簡單，相對可降低製作成本及電源轉換效率差的問題。
為達上述目的，本實用新型採用的技術手段如下一種使用交流電源直接驅動橋式結構發光二極體的驅動裝置，包含有一橋式電路，由四顆二極體分設於橋式電路的四臂上，其中四臂的兩相電路是提供交流電源正半周和負半周的流通路徑，並依正負半周交互點亮各路徑上的發光二極體；一第一分流單元，由兩組串接有複數個發光二極體的燈串組成，其中一組燈串串接於橋式電路中於交流電源正半周導通的上臂上；另一組燈串則串接於橋式電路中於交流電源正半周導通的下臂上；及一第二分流單元，由兩組串接有複數個發光二極體的燈串組成，其中一組燈串串接於橋式電路中於交流電源負半周導通的上臂上；另一組燈串則串接於橋式電路中於交流電源負半周導通的下臂上。
上述驅動裝置是將發光二極體配置成橋式電路結構，如此，當交流電源正半周電源信號輸入時，第一分流單元的燈串被驅動點亮，而當交流電源負半周電源信號輸入時，則換由第二分流單元上的燈串點亮，由此，就各發光二極體的導通時間看來，在一個交流電源周期時間內，各發光二極體僅少於半周期的時間被點亮，相對於全時間導通點亮的發光二極體來說，本實用新型通過交換點亮方式，令各發光二極體導通時間減少，發光二極體產生的熱自然會減低，又，本實用新型因為將複數個發光二極體直接與橋式電路單元整合，故無需另外的整流器、電壓檢測器、或電壓補償器，即可達該發光二極體於交流電源下被驅動的目的，有助於降低製作成本。


圖1為本實用新型第一較佳實施例的電路圖。
圖2a～e為本實用新型第一較佳實施例電路圖的各點電壓波形圖。
圖3為本實用新型第二較佳實施例的電路圖。
圖4為本實用新型第三較佳實施例的電路圖。
圖5為本實用新型第四較佳實施例的電路圖。
圖中符號說明10、10a、10b、10c驅動裝置11橋式電路12～16燈串具體實施方式
首先請參閱圖1所示，為本實用新型第一較佳實施例，本實用新型的發光二極體驅動裝置10包含有一橋式電路11，由四顆二極體D1～D4分設於相互連接的四臂上構成兩相電路(未標號)，即，該橋式電路包含有兩相電路，作為各正負半周的開關功能，由於四臂的兩相對接點c、d供交流電源Vac連接，另外兩相對接點a、b則作為電流路徑之用，故當電流電源輸入時，四臂中的兩兩相對的分臂各提供作為正半周和負半周的導通路徑；一第一分流單元(未標號)，其分流路徑為c-＞a-＞b-＞d，該第一分流單元是包含有兩組串接有複數個發光二極體的燈串12、13，其中一組燈串12串接在橋式電路11於交流電源Vac正半周導通的上臂上；另一組燈串13則串接在橋式電路11於交流電源正半周導通的下臂上；及一第二分流單元(未標號)，其分流路徑為d-＞a-＞b-＞c，其包含有兩組串接有複數個發光二極體的燈串14、15，其中一組燈串14串接於橋式電路11中於交流電源負半周導通的下臂上；另一組燈串15則串接於橋式電路11中於交流電源負半周導通的上臂上。
為了有效控制第一或第二分流單元導通時流經的總電流值，橋式電路11連接至交流電源Vac的其中一接點c串接一限流電阻Rs，而為了控制第一或第二分流單元導通時的功率值，則可在直流導通臂上配置一電阻Rb，其中四臂上的二極體D1～D4具有保護髮光二極體被逆向電壓擊穿的功能。
以下謹配合圖2說明本實用新型各發光二極體的導通時間t2及導通電流值id首先令二極體的觸發電壓值為0.7V，而各燈串12～15的各發光二極體的觸發電壓值為VL，而各燈串12～15所串接的發光二極體數量為N個，如此，該橋式電路11的觸發導通電壓值為VON＝(0.7×2)+2NVL。當交流電源輸入時，第一、第二分流單元會輪流導通，由此，不論第一或第二分流單元導通時，與其串接的二極體D1、D2/D3、D4同樣會導通，故導通點的電壓值即為兩顆二極體及兩燈串導通後的電壓值。
又，依據圖2中(b)的Vb直流電源輸出波形可知，交流電源的電壓值需達VON電壓值才會導通，因此該VON電壓值可再描述為VON＝VPsin 2πft，將此公式與前揭式合併整理後，即可獲得燈串的各發光二極體所需的觸發導通時間為t1=sin-1[(2NVL+1.4)/VP2f,]]>再依據圖2中(d)的直流電壓波形可知本實用新型各發光二極體的導通時間為t2=12f-2t1,]]>其中，f為電源的頻率由此可知，各發光二極體的導通周期為DutyCycle=t2(2t1+t2)=2ft2.]]>本實用新型在交流電源正半周電源信號輸入時，其電流流向為橋式電路11左上臂、電阻及右下臂，其中臂上的二極體及第一分流單元會予以導通，而在交流電源負半周電源信號輸入時，其電流流向為橋式電路11右上臂、電阻及左下臂，其中臂上的二極體及第一分流單元會予以導通。其中各半周期導通的電流為id=VPsin(2ft)-2NVL-1.4Rs+Rb+Rf,twithint2;0,twithint1,]]>其中Rf是所導通發光二極體的內阻總和。
由上述說明可知，各發光二極體的導通時間，只佔了一個周期時間的t2時間，而t2時間是小於半個周期時間，因此，對各個發光二極體來說，只有t2導通時間會發熱，而卻有4t1+t2時間在散熱，因此，本實用新型的照明裝置並不會有嚴重的散熱問題。
請再參閱圖3所示，為本實用新型的第二較佳實施例，其照明裝置10b的電路與第一較佳實施例大多相同，惟，串接於直流電源輸出端的電阻Rb再串接有一由複數個發光二極體組成的燈串16。由於多串接有一中間燈串16，故第一、第二分流單元及其串接的二極體D1、D2/D3、D4的觸發導通電壓值為VON＝(0.7×2)+2NVL+mVl＝VPsin(2πft1)，其中m為中間燈串的發光二極體數量。而各半周期的總導通電流值為id=VPsin(2ft)-2NVL-mVL-1.4Rs+Rb+Rf,twithint2;0,twithint1.]]>而圖4則為本發明驅動裝置10b的第三較佳實施例，即，將第二較佳實施例串接於直流導通臂上配置的電阻Rb拿掉。其中該第一、第二分流單元及其串接的二極體D1、D2/D3、D4的觸發導通電壓值為VON＝(0.7×2)+2NVL+sVl＝VPsin(2πft1)，其中s為中間燈串的發光二極體數量。而各半周期的總導通電流值為id=VPsin(2ft)-2NVL-sVL-1.4Rs+Rf,twithint2;0,twithint1.]]>請再參閱圖5所示，為本實用新型照明裝置10c的第四較佳實施例，其包含有複數個橋式電路11，各橋式電路11以四臂的兩相對接點相互串接，而串接的第一及最後一個橋式電路的自由接點cd分別連接至交流電源，且第一橋式電路的兩上臂串接有二反向極體D1、D4，而最後橋式電路的兩下臂串接有二反向極體D2、D3；而各橋式電路11四臂的另兩相對接點ab為直流電流的路徑；其中各橋式電路11的直流導通端ab串接有一調整功率用的電阻Rb；一第一分流單元未標號，由複數個組串接有複數個發光二極體的燈串12、13組成，各燈串12、13分別串接在各橋式電路於交流電源正半周導通的臂上；及一第二分流單元，由複數個組串接有複數個發光二極體的燈串14、15組成，各燈串14、15串接在各橋式電路11於交流電源負半周導通的臂上。
上述實施例若令第一分流單元與第二分流單元的所有燈串12、13、14、15的發光二極體數量等於第一較佳實施例的第一及第二分流單元燈串的發光二極體數量，以及各橋式電路11的功率調控電阻的總和等於第一較佳實施的功率調控電阻Rb，則此一實施例的觸發導通電壓值及導通電流值會與第一較佳實施例相同。同理，由第二、三實施例的設計可知，本實施例的各橋式電路的直流導通端可再串接有一燈串(圖中未示)。而串接的橋式電路的第一橋式電路的自由接點再透過一限流電阻Rs連接至交流電源。
由上述說明可知，本實用新型直接將複數個發光二極體與橋式電路整合，以簡化發光二極體應用於交流電源裝置中的驅動電路，有效減低其它電子件的使用量及簡化線路設計，而降低製作成本及減少電源的消耗，而且本實用新型各發光二極體的導通時間，因為搭配橋式電路的設計，故會少於半個周期，由此，各發光二極體的散熱時間會大於發熱時間，如此，此種交流直接驅動方式，提共了另外一種有效降低散熱的技術，也相對地提高發光二極體的使用壽命。
權利要求1.一種使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，包含有一橋式電路，主要由四顆二極體分設於相互連接的四臂上所構成兩相電路予以組成，該兩相電路上的二極體作為各正負半周的開關功能，其中四臂的兩相對接點供交流電源連接，另兩相對接點則為電流導通路徑；一第一分流單元，由兩組串接有複數個發光二極體的燈串組成，其中一組燈串串接於橋式電路中於交流電源正半周導通的上臂上，另一組燈串則串接於橋式電路中於交流電源正半周導通的下臂上；及一第二分流單元，由兩組串接有複數個發光二極體的燈串組成，其中一組燈串串接於橋式電路中於交流電源負半周導通的上臂上，另一組燈串則串接於橋式電路中於交流電源負半周導通的下臂上。
2.如權利要求1所述的使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，該橋式電路連接至交流電源的其中一接點串接一限流電阻。
3.如權利要求1或2所述使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，該橋式電路的直流導通端串接一電阻。
4.如權利要求1或2所述使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，該橋式電路的全通路徑上配置有一串由複數個發光二極體串接的燈串。
5.如權利要求3所述使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，該橋式電路的直流導通端串接有一組由複數個發光二極體串接的燈串。
6.一種使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，包含有複數個橋式電路，各橋式電路以四臂的兩相對接點相互串接，而串接的第一及最後一個橋式電路的自由接點分別連接至交流電源，且第一橋式電路的兩上臂串接有反向二極體，而橋式電路的兩下臂串接有反向二極體，各橋式電路四臂的另兩相對接點為直流導通端；一第一分流單元，由複數組串接有複數個發光二極體的燈串組成，各燈串分別串接在各橋式電路於交流電源正半周導通的臂上；及一第二分流單元，由複數組串接有複數個發光二極體的燈串組成，各燈串串接在各橋式電路於交流電源負半周導通的臂上。
7.如權利要求6所述使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，該第一橋式電路的自由接點透過一限流電阻連接至交流電源。
8.如權利要求6或7所述使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，各橋式電路的直流輸出端串接一電阻。
9.如權利要求6或7所述的使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，各橋式電路的直流導通端串接有一組由複數個發光二極體串接的燈串。
10.如權利要求8所述的使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，其特徵是，各橋式電路的直流導通端串接有一組由複數個發光二極體串接的燈串。
專利摘要本實用新型涉及一種使用交流電源直接驅動橋式結構的發光二極體驅動裝置，該裝置將複數個發光二極體與橋式電路予以整合，即複數個發光二極體組成的燈串與四顆二極體構成一全橋式的驅動方式；當交流電源正半周電源信號輸入時，一半的發光二極體會點亮，而當交流電源負半周電源信號輸入時，則換由另一半發光二極體點亮。因此，在一個交流電源周期時間內，各發光二極體僅少於半周期的時間被點亮，相對於全時間導通點亮的發光二極體來說，各發光二極體導通時間少於半周期，故各發光二極體的散熱時間會延長，能有效解決散熱的問題。
文檔編號H05B7/00GK2754308SQ20042011743
公開日2006年1月25日 申請日期2004年11月26日 優先權日2004年11月26日
發明者汪啟茂, 陳文恭 申請人:泰沂科技股份有限公司