CN101959340A - 发光二极管电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管电路。其包括交流电源、整流器、限压电路与发光二极管模块。交流电源提供交流电压。整流器可依据交流电压产生第一整流电压。限压电路可将第一整流电压的上限值限制在额定电压，用以产生第二整流电压，其中第二整流电压低于额定电压。发光二极管模块可接收第二整流电压。如此一来，当交流电压不稳定时，可降低流经发光二极管模块的电流的振幅差异。

Description

发光二极管电路

技术领域

本发明涉及一种发光二极管电路，且特别涉及一种可防止流经发光二极管的电流产生剧烈变化的发光二极管电路。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)具有诸如寿命长、体积小、高抗震性、低热产生及低功率消耗等优点，因此已被广泛应用于家用及各种设备中的指示器或光源。近年来，发光二极管已朝多色彩及高亮度发展，因此其应用领域已扩展至大型户外看板、交通号志灯及相关领域。在未来，发光二极管甚至可能成为兼具省电及环保功能的主要照明光源。

图1是现有的一种发光二极管电路的示意图。图2是现有的交流电压的波形图。图3是现有的整流电压的波形图。请合并参照图1～图3，交流电源Vac可提供交流电压AS1给整流器BD1。整流器BD1可依据交流电压AS1提供整流电压DS1给发光二极管LED1～LEDN。限流电阻R1例如为896Ω。发光二极管LED1～LEDN例如是34个。

需要说明的是，当交流电源提供的交流电压AS 1不稳定时，流经发光二极管LED1～LEDN的电流也会产生剧烈的变化，进而使发光二极管产生大幅度的亮度差异与色温偏移。举例来说，理想上交流电源Vac会提供110V的交流电压AS1，但实际上交流电压AS1应该会在100V～120V之间振荡。

图4是现有在不同的交流电压下整流电压的波形图。请合并参照图1与图4，当交流电压AS1在100V～120V之间振荡，整流电压DS1也会在图4中的曲线C1与曲线C2之间振荡。整流电压DS1剧烈的振荡会造成流经发光二极管LED1～LEDN的电流也发生剧烈变化，其中流经发光二极管LED1～LEDN的均方根电流值的差异达到(26.53/15.194)＝1.75倍。这会造成发光二极管LED1～LEDN发生大幅度的亮度差异与色温偏移。

表一图1的实验数据

综上所述，如何在不同供应电压下，改善发光二极管电流差异与稳定电压使电源可持续提供品质稳定的电压至发光二极管，用以改善发光二极管的亮度差异与色温偏移等问题，即成为此发光二极管领域德产业急需努力的目标。

发明内容

本发明提供一种发光二极管电路，可防止流经发光二极管的电流产生剧烈变化。

本发明提出一种发光二极管电路，其包括交流电源、整流器、限压电路与发光二极管模块。交流电源提供交流电压。整流器连接交流电源，可依据交流电压产生第一整流电压。限压电路连接整流器，可将第一整流电压的上限值限制在额定电压，用以产生第二整流电压，其中第二整流电压低于额定电压。发光二极管模块连接限压电路，可接收第二整流电压。

在本发明的一实施例中，发光二极管电路，还包括三端双向可控硅开关调光器。三端双向可控硅开关调光器连接于交流电源与整流器之间。

在本发明的一实施例中，整流器为全桥式整流器。

在本发明的一实施例中，限压电路包括晶体管。晶体管的集极连接整流器的输出端。晶体管的射极连接发光二极管模块的输入端。晶体管的基极端连接电压。

在本发明的一实施例中，限压电路包括晶体管、限流电阻与齐纳二极管。晶体管的集极连接整流器的输出端。晶体管的射极连接发光二极管模块的输入端。限流电阻的第一端连接整流器的输出端。限流电阻的第二端连接晶体管的基极端。齐纳二极管的阳极端连接发光二极管模块的输出端。齐纳二极管的阴极端连接晶体管的基极端。

承上所述，在另一实施例中，限压电路可还包括可变电阻。可变电阻连接于晶体管的基极端与齐纳二极管的阴极端之间。在又一实施例中，限压电路可还包括热敏电阻。热敏电阻连接于晶体管的基极端与齐纳二极管的阴极端之间。

在本发明的一实施例中，限压电路包括数个晶体管、限流电阻与齐纳二极管。各晶体管的集极连接整流器的输出端。各晶体管的射极连接发光二极管模块中数个发光二极管串列的输入端。限流电阻的第一端连接整流器的输出端。限流电阻的第二端连接各晶体管的基极端。齐纳二极管的阳极端连接各发光二极管串列的输出端。齐纳二极管的阴极端连接各晶体管的基极端。

在本发明的一实施例中，发光二极管模块包括电阻与发光二极管串列。电阻的第一端连接限压电路。发光二极管串列的输入端连接电阻的第二端。发光二极管串列的输出端连接一电压。

在本发明的一实施例中，发光二极管模块包括齐纳二极管与发光二极管串列。齐纳二极管的阴极端连接限压电路。发光二极管串列的输入端连接齐纳二极管的阳极端，发光二极管串列的输出端连接一电压。

在本发明的一实施例中，发光二极管模块包括恒流二极管与发光二极管串列。恒流二极管的阳极端连接限压电路。发光二极管串列的输入端连接恒流二极管的阴极端。发光二极管串列的输出端连接一电压。

在本发明的一实施例中，发光二极管模块包括可变电阻与发光二极管串列。可变电阻的第一端连接限压电路。发光二极管串列的输入端连接可变电阻的第二端。发光二极管串列的输出端连接一电压。

在本发明的一实施例中，发光二极管模块包括热敏电阻与发光二极管串列。热敏电阻的第一端连接限压电路。发光二极管串列的输入端连接热敏电阻的第二端。发光二极管串列的输出端连接一电压。

在本发明的一实施例中，发光二极管模块包括电阻、发光二极管串列与晶体管。电阻的第一端连接限压电路。发光二极管串列的输入端连接电阻的第二端。场效晶体管的漏极连接发光二极管串列的输出端。场效晶体管的源极连接一电压。场效晶体管的闸极端接收脉宽调变讯号。

基于上述，本发明利用限压电路可将提供给发光二极管模块的电压上限值限制在额定电压。如此一来可防止流经发光二极管的电流产生剧烈变化，用以改善发光二极管的亮度差异与色温偏移等问题。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是现有的一种发光二极管电路的示意图。

图2是现有的交流电压的波形图。

图3是现有的整流电压的波形图。

图4是现有在不同的交流电压下整流电压的波形图。

图5是依照本发明的第一实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图6是依照本发明的第一实施例在不同的交流电压下整流电压的波形图。

图7是依照本发明的第二实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图8是依照本发明的第三实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图9是依照本发明的第四实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图10是依照本发明的第五实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图11是依照本发明的第六实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图12是依照本发明的第七实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图13是依照本发明的第八实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图14是依照本发明的第九实施例的一种发光二极管电路的示意图。

图15是图14中三端双向可控硅开关调光器全输出时，交流电压AS2的波形图。

图16是图14中三端双向可控硅开关调光器全输出时，整流电压DS4的波形图。

图17是图14中三端双向可控硅开关调光器半输出时，交流电压AS2的波形图。

图18是图14中三端双向可控硅开关调光器半输出时，整流电压DS4的波形图。

图19是图14中三端双向可控硅开关调光器四分之一输出时，交流电压AS2的波形图。

图20是图14中三端双向可控硅开关调光器四分之一输出时，整流电压DS4的波形图。

主要元件符号说明：

发光二极管电路-10～18；    限压电路-30～33；

发光二极管模块-50～55；    三端双向可控硅开关调光器-70；

端点-A、B；                交流电压-AS1、AS2；

整流器-BD1；               曲线-C1～C4；

恒流二极管-CRD1；  整流电压-DS1～DS4；

晶体管-Q1～Q4；    限流电阻-R1、R2、R2-1～R2-3；

交流电源-Vac；     参考电压-VCC；

可变电阻-VR1；     齐纳二极管-ZD1、ZD2；

发光二极管-LED1～LEDN、LED11～LED1N、LED21～LED2N、LED31～LED3N。

具体实施方式

图5是依照本发明的第一实施例的一种发光二极管电路的示意图。请参照图5，在本实施例中，发光二极管电路10包括交流电源Vac、整流器BD1、限压电路30与发光二极管模块50。交流电源Vac连接整流器BD1，可提供如图2的交流电压AS1给整流器BD1。整流器BD1连接限压电路30。整流器BD1例如可以是全桥式整流器(Full Bridge Rectifier)，可对交流电压AS1进行整流用以提供如图3的整流电压DS1给限压电路30。

需要说明的是，限压电路30连接发光二极管模块50。限压电路30可将整流电压DS1的上限值限制在额定电压，并据以提供低于上述额定电压的整流电压DS2给发光二极管模块50。

在本实施例中，限压电路30包括限流电阻R1、晶体管Q1与齐纳二极管(Zener Diode)ZD1。限流电阻R1例如是10KΩ。晶体管Q1例如是双载子接面晶体管。齐纳二极管ZD1的反向崩溃电压例如是132V。如此一来，晶体管Q1可提供电压小于131.3V的整流电压DS2给发光二极管模块50。换言之，本实施例的额定电压为131.3V。

在本实施例中，发光二极管模块50可包括限流电阻R2与发光二极管LED1～LEDN，其中发光二极管LED1～LEDN组成发光二极管串列。限流电阻R2例如是218Ω。发光二极管LED1～LEDN例如是34个，须说明的是，在其他实施例中并不以此个数为限，发光二极管LED1～LEDN也可以是其他

图6是依照本发明的第一实施例在不同的交流电压下整流电压的波形图。请合并参照图5与图6，当交流电压AS1在100V～120V之间振荡，整流电压DS2只会在图6中的曲线C3与曲线C4之间振荡。由下列表二中可清楚看出，当交流电压AS1在100V～120V之间振荡时，流经发光二极管LED1～LEDN的均方根电流值的差异(27.78/22.1)约1.26倍，相较于表一已大幅减少。需说明得是，本发明选用齐纳二极管(Zener Diode)ZD1电压值越低，输入交流电压AS1变动时，电流的差异越小，但同时也会造成较大能量损耗，因此电流差异及能量耗损可作一取舍。

表二图5的实验数据

本领域的技术人员应当知道，发光二极管的亮度与流经发光二极管的电流成正相关。在本实施例中，当交流电压AS1在100V～120V之间振荡时，流经发光二极管LED1～LEDN的均方根电流值的差异仅约1.26倍，相较于现有技术本实施例可有效改善发光二极管的亮度差异与色温偏移等问题。

虽然，上述实施例中已经对发光二极管电路描绘出了一个可能的形态，但所属技术领域中技术人员应当知道，各厂商对于发光二极管电路的设计都不一样，因此本发明的应用当不限制于此种可能的形态。换言之，只要是利用限压电路将提供给发光二极管模块的电压上限值限制在额定电压，就已经是符合了本发明的精神所在。以下再举几个实施方式以便本领域技术人员能够更进一步的了解本发明的精神，并实施本发明。

上述实施例中，限流电阻R1、限流电阻R2与齐纳二极管ZD1虽可分别用单一元件实施，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，限流电阻R1、限流电阻R2与齐纳二极管ZD1也可分别用多个元件串联或并联组成。整流器BD1虽以全桥式整流器为例，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，整流器BD1也可以用其他方式实施。举例来说，也可以利用半桥式整流器搭配电容来实施。限流电阻R1虽以10KΩ为例。限流电阻R2虽以218Ω为例。但本发明并不以此为限。在其他实施例中，也可用其他阻值的限流电阻取代限流电阻R1与限流电阻R2。

此外，额定电压虽以131.3V为例进行说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，本领域的技术人员也可依其需求改变额定电压。举例来说，可改变齐纳二极管ZD1的反相崩溃电压来改变额定电压。又例如可改变提供至晶体管Q1的基极的参考电压来改变额定电压。

具体地，在第一实施例中，图5所绘示的限压电路30与发光二极管模块50仅是一种选择实施例，本发明并不以此为限。在其他实施例中，本领域的技术人员可依其需求改变限压电路30与发光二极管模块50的实施方式。

举例来说，图7是依照本发明的第二实施例的一种发光二极管电路的示意图。请合并参照图7与图5，发光二极管电路11与发光二极管电路10相类似。其差异在于，发光二极管电路11为多级并联架构，其包括了限压电路31与发光二极管模块51。在本实施例中，限压电路31可包括限流电阻R1、齐纳二极管ZD1与多个晶体管，本实施例以3个晶体管Q1～Q3为例。发光二极管模块51可包括多个发光二极管串列，本实施例以三个串列为例。第一发光二极管串列可由限流电阻R2-1与发光二极管LED11～LED1N所组成。第二发光二极管串列可由限流电阻R2-2与发光二极管LED21～LED2N所组成。第三发光二极管串列可由限流电阻R2-3与发光二极管LED31～LED3N所组成。如此亦可达成与第一实施例相类似的功效。

图8是依照本发明的第三实施例的一种发光二极管电路的示意图。请合并参照图8与图5，发光二极管电路12与发光二极管电路10相类似。其差异在于，发光二极管电路12的限压电路32。在本实施例中，限压电路32可包括晶体管Q1，其中晶体管Q1连接于整流器BD1与发光二极管模块50之间，且晶体管Q1的基极连接一参考电压VCC，此外，通过调整参考VCC的电压，还可调整LED1～LEDN的亮度。

图9是依照本发明的第四实施例的一种发光二极管电路的示意图。请合并参照图9与图5，发光二极管电路13与发光二极管电路10相类似。其差异在于，发光二极管模块52。在本实施例中，发光二极管模块52包括恒流二极管(Current Regulative Diode，CRD)CRD 1与发光二极管LED1～LEDN。恒流二极管CRD1可取代限流电阻。其它实施例中，恒流二极管亦可多个串联或并联使用，此元件可使发光二极管模块52的电流维持在设定的电流以下。齐纳二极管ZD1可将电压限制在某个适当范围内，恒流二极管的跨压才不会太大，而导致元件烧毁。

图10是依照本发明的第五实施例的一种发光二极管电路的示意图。请合并参照图10与图5，发光二极管电路14与发光二极管电路10相类似。其差异在于，发光二极管模块53。在本实施例中，发光二极管模块53包括齐纳二极管ZD2与发光二极管LED1～LEDN。齐纳二极管ZD2可取代限流电阻。限流电阻R2以齐纳二极管ZD2取代，齐纳二极管可将端点A、端点B两点间多余的跨压吸收，避免发光二极管模块53承受过大的跨压而烧毁。

图11是依照本发明的第六实施例的一种发光二极管电路的示意图。请合并参照图11与图5，发光二极管电路15与发光二极管电路10相类似。其差异在于，发光二极管模块54。在本实施例中，发光二极管模块54包括可变电阻(Variable Resistor)VR1与发光二极管LED1～LEDN。可变电阻VR1可作为限流电阻。另外，通过调整可变电阻VR1，进而调整发光二极管LED1～LEDN的亮度。如此一来，不但可达成与第一实施例相类似的功效，还增加了发光二极管LED1～LEDN的亮度调整功能。

请注意，在另一实施例中，图11的可变电阻VR1也可用热敏电阻取代。如此一来，不但可达成与第一实施例相类似的功效，还依据环境温度调整发光二极管LED1～LEDN的亮度。

图12是依照本发明的第七实施例的一种发光二极管电路的示意图。请合并参照图12与图5，发光二极管电路16与发光二极管电路10相类似。其差异在于，限压电路33。在本实施例中，限压电路33包括可变电阻VR1、限流电阻R1晶体管Q1与齐纳二极管ZD1。通过调整可变电阻VR1，可改变晶体管Q1基极的电压值，进而可调整发光二极管LED1～LEDN的亮度。如此一来，不但可达成与第一实施例相类似的功效，还增加了发光二极管的亮度调整功能。

请注意，在另一实施例中，图12的可变电阻VR1也可用热敏电阻取代。如此一来，不但可达成与第一实施例相类似的功效，还依据环境温度调整发光二极管LED1～LEDN的亮度。

图13是依照本发明的第八实施例的一种发光二极管电路的示意图。请合并参照图13与图5，发光二极管电路17与发光二极管电路10相类似。其差异在于，发光二极管模块55。在本实施例中，发光二极管模块55包括晶体管Q4、限流电阻R2与发光二极管LED1～LEDN。晶体管Q4的闸极端可接收脉宽调变(Pulse Width Modulation)讯号，通过改变脉宽调变的周期可调整发光二极管LED1～LEDN的亮度。如此一来，不但可达成与第一实施例相类似的功效，还增加了发光二极管LED1～LEDN的亮度调整功能。

图14是依照本发明的第九实施例的一种发光二极管电路的示意图。请合并参照图14与图5，发光二极管电路18与发光二极管电路10相类似。其差异在于，发光二极管电路18还包括三端双向可控硅开关调光器(TriacDimmer)70。三端双向可控硅开关调光器70连接于交流电源Vac与整流器BD1之间。如此一来亦可调整发光二极管LED1～LEDN的亮度。图15是图14中三端双向可控硅开关调光器70全输出时，交流电压AS2的波形图。图16是图14中三端双向可控硅开关调光器70全输出时，整流电压DS4的波形图。图17是图14中三端双向可控硅开关调光器70半输出时，交流电压AS2的波形图。图18是图14中三端双向可控硅开关调光器70半输出时，整流电压DS4的波形图。图19是图14中三端双向可控硅开关调光器70四分之一输出时，交流电压AS2的波形图。图20是图14中三端双向可控硅开关调光器70四分之一输出时，整流电压DS4的波形图。

再比较第15图至第20图的测试结果。当三端双向可控硅开关调光器70全输出时至四分之一输出，可从图得知本发明在交流电压AS2下可产调光效果。

综上所述，本发明利用限压电路将提供给发光二极管模块的电压上限值限制在额定电压，因此可防止流经发光二极管的电流产生剧烈变化。另外本发明的实施例还具有下列功效：

1.在限压电路或发光二极管模块中加入可变电阻，可调整发光二极管的亮度。

2.在限压电路或发光二极管模块中加入热敏电阻，可依据环境温度调整发光二极管的亮度。

3.在发光二极管模块中加入晶体管，配合脉宽调变信号可调整发光二极管的亮度。

4.在发光二极管电路中加入三端双向可控硅开关调光器，可调整发光二极管的亮度。

5.在发光二极管模块中加入晶体管，晶体管的基极连接一参考电压，通过调整参考电压可调整发光二极管的亮度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种发光二极管电路，包括：

一交流电源，用以提供一交流电压；

一整流器，连接该交流电源，依据该交流电压产生一第一整流电压；

一限压电路，连接该整流器，将该第一整流电压的上限值限制在一额定电压，用以产生一第二整流电压，其中该第二整流电压低于该额定电压；以及

一发光二极管模块，连接该限压电路，接收该第二整流电压。

2.根据权利要求1所述的发光二极管电路，还包括：

一三端双向可控硅开关调光器，连接于该交流电源与该整流器之间。

3.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该整流器为全桥式整流器。

4.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该限压电路，包括：

一晶体管，适以一集极连接该整流器的一输出端，该晶体管的一射极连接该发光二极管模块的一输入端，该晶体管的一基极连接一电压。

5.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该限压电路，包括：

一晶体管，适以一集极连接该整流器的一输出端，该晶体管的一射极连接该发光二极管模块的该输入端；

一限流电阻，适以一第一端连接该整流器的输出端，该限流电阻的一第二端连接该晶体管的基极端；以及

一齐纳二极管，适以一阳极端连接该发光二极管模块的输出端，该齐纳二极管的阴极端连接该晶体管的基极端。

6.根据权利要求5所述的发光二极管电路，其中该限压电路，还包括：

一可变电阻，连接于该晶体管的基极端与该齐纳二极管的阴极端之间。

7.根据权利要求5所述的发光二极管电路，其中该限压电路，还包括：

一热敏电阻，连接于该晶体管的基极端与该齐纳二极管的阴极端之间。

8.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该限压电路，包括：

数个晶体管，其中各该晶体管的一集极连接该整流器的输出端，各该晶体管的射极连接该发光二极管模块中数个发光二极管串列的输入端；

一限流电阻，其第一端连接该整流器的输出端，该限流电阻的第二端连接各该晶体管的基极端；以及

一齐纳二极管，其阳极端连接各该发光二极管串列的输出端，该齐纳二极管的阴极端连接各该晶体管的基极端。

9.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该发光二极管模块，包括：

一电阻，其第一端连接该限压电路；以及

一发光二极管串列，其输入端连接该电阻的第二端，该发光二极管串列的输出端连接一电压。

10.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该发光二极管模块，包括：

一齐纳二极管，其阴极端连接该限压电路；以及

一发光二极管串列，其输入端连接该齐纳二极管的阳极端，该发光二极管串列的输出端连接一电压。

11.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该发光二极管模块，包括：

一恒流二极管，其阳极端连接该限压电路；以及

一发光二极管串列，其输入端连接该恒流二极管的阴极端，该发光二极管串列的输出端连接一电压。

12.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该发光二极管模块，包括：

一可变电阻，其第一端连接该限压电路；以及

一发光二极管串列，其输入端连接该可变电阻的第二端，该发光二极管串列的输出端连接一电压。

13.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该发光二极管模块，包括：

一热敏电阻，其第一端连接该限压电路；以及

一发光二极管串列，其输入端连接该热敏电阻的第二端，该发光二极管串列的输出端连接一电压。

14.根据权利要求1所述的发光二极管电路，其中该发光二极管模块，包括：

一电阻，其第一端连接该限压电路；

一发光二极管串列，其输入端连接该电阻的第二端；以及

一场效晶体管，其漏极连接该发光二极管串列的输出端，该场效晶体管的源极连接一电压，该场效晶体管的闸极端接收一脉宽调变讯号。

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