TW201417622A - 發光裝置 - Google Patents

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

本揭露之發光裝置包含：一發光單元，包含複數個串聯之LED燈串，該發光單元之輸入端耦接於一弦波電源，其中各燈串之LED顆數為2的次方；一輸出埠，耦接於該等LED燈串之輸出端；以及複數個開關，各並聯該等LED燈串之一。本揭露之另一發光裝置包含：一發光單元，包含複數個串聯之LED燈串，該發光單元之輸入端耦接於一弦波電源，其中較長燈串之LED顆數大於或等於其它較短燈串之LED顆數總和；一輸出埠，耦接於該等LED燈串之輸出端；以及複數個開關，各並聯該等LED燈串之一。

Description

發光裝置
本揭露係關於一種發光裝置，特別係關於一種可減少功率損失並減少所需開關數量之發光裝置。
發光二極體(LED)由於具有低耗電、高亮度、體積小及使用壽命長等優點，現已成為新一代照明光源的主流。特別是在許多市電直接輸入發光二極體裝置的應用。
圖1例示一習知市電直接輸入之發光裝置100，圖2例示圖1之發光裝置100的導通狀況及對應電壓。該發光裝置100包含：一發光單元120，包含複數個串聯之LED燈串1A-1F，該發光單元120之輸入端耦接於一弦波電源(例如橋式整流器)110；一輸出埠OUT，耦接於該發光單元120之輸出端；以及複數個開關S1-S6。
該發光裝置100在該弦波電源110之一振幅波的前半週期(圖2之T6以前之時段)中，該輸出埠OUT致能，並依序關閉(off)該等開關S1-S6以導通該等LED燈串1A-1F。例如：在T1時，S1關閉(S2-S6導通)以點亮該LED燈串1A；在T2時，S1-S2關閉(S3-S6導通)以點亮該LED燈串1A及1B，依此類推。
在該弦波電源110之一振幅波的後半週期(圖2之T6以後之時段)中，該輸出埠OUT致能，並依序導通該等開關S1-S6，使得該等LED燈串1A-1F根據該等開關S1-S6之導通 而依序截止。例如：在T7時，S1導通(on)，S2-S6關閉(off)，使得該弦波電源110之電流經由開關S1從該LED燈串1B之輸入端流經該等LED燈串1B-1F，如此該LED燈串1A截止不亮，該等LED燈串1B-1F(5組)導通點亮。同理，在T8時，S1及S2導通，使得該弦波電源11之電流經由開關S1、開關S2從該LED燈串1C之輸入端流經該等LED燈串1C-1F，如此該LED燈串1A及該LED燈串1B截止不亮，該等LED燈串1C-1F(4組)導通點亮，依此類推。
然而，發光裝置100採用6組LED燈串，組成可達到上升與下降電壓期間各6階的LED燈串點亮控制，不僅控制比較複雜，所需使用的高壓開關元件至少6個。此外，每一階點亮LED的電壓差異平均為Vac/6，因此造成的功率損失也較大，使用成本增加。例如，在全波電源(VAC)之電壓於大於V2且小於V3時，僅可點亮LED燈串1A及LED燈串1B，無法點亮LED燈串1C，而大於V2之電壓與LED燈串導通時的電流將造成功率損失(power loss，Ploss)。
本揭露提供一種可減少功率損失並減少所需開關數量之發光裝置。
在本揭露之一實施例中，該發光裝置包含：一發光單元，包含複數個串聯之LED燈串，該發光單元之輸入端耦接於一弦波電源，其中各燈串之LED顆數為2的次方；一輸出埠，耦接於該等LED燈串之輸出端；以及複數個開關， 各並聯該等LED燈串之一。
在本揭露之另一實施例中，該發光裝置包含：一發光單元，包含複數個串聯之LED燈串，該發光單元之輸入端耦接於一弦波電源，其中任一較長燈串之LED顆數大於或等於其它較短燈串之LED顆數總和；一輸出埠，耦接於該等LED燈串之輸出端；以及複數個開關，各並聯該等LED燈串之一。
上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。
圖3例示本發明一實施例之發光裝置30。在本揭露之一實施例中，該發光裝置30包含：一發光單元40，包含複數個串聯之LED燈串1、2、4、8，該發光單元40之輸入端耦接於一弦波電源(例如橋式整流器)31；一輸出埠OUT，耦接於該等LED燈串之輸出端；以及複數個開關S1-S4，各並聯該等LED燈串之一。
在本發明之一實施例中，該發光單元40之各燈串之LED顆數不同，例如各燈串之LED顆數為2的次方。在本發明之一實施例中，燈串1之LED顆數為20=1、燈串2之LED顆數為21=2、燈串4之LED顆數為22=4、燈串8之LED顆數為23=8，依此類推。在本發明之一實施例中，該發光單元40之LED燈串數量與該開關之數量相同，例如發光單元40之LED燈串數量為4，而開關之數量亦為4。此外，該複數個開關S1-S4串聯。
圖4例示本發明一實施例之發光裝置30的點亮期間及對應電壓。隨著全波整流的電壓波形由最低點上升時(在該弦波電源之一振幅波的前半週期中，圖4之T15以前之時段)，驅動電路之輸出埠OUT致能以產生定電流輸出，驅動LED燈串1、2、4、8。
在電壓波形由最低點上升時，S1關閉(off)，S2-S4導通(on)，因此LED燈串1導通定電流而點亮。
當LED燈串1被定電流點亮固定時間至T1之後，開關S2關閉(off)，S1及S3-S4導通(on)，使得LED燈串2(2顆LED)導通定電流而點亮固定時間至T2。
在LED燈串2被定電流導通點亮固定時間至T2之後，開關S1-S2關閉(off)，S3-S4導通(on)，使得LED燈串1與燈串2串接(3顆LED)導通定電流而點亮固定時間至T3。
在LED燈串1與燈串2被定電流點亮固定時間至T3之後，S3關閉(off)，S1-S2及S4導通(on)，使得LED燈串4(4顆LED) 導通定電流而點亮固定時間至T4；以此類推。
隨著全波整流的電壓波形由最高點下降時(在該弦波電源之一振幅波的後半週期中，圖4之T15以後之時段)，S1導通(on)，S2-S4關閉(off)，因此LED燈串1截止不亮，LED燈串2、4、8串接(共14顆LED)導通定電流而點亮固定時間至T16。
在時間T16之後，開關S2導通(on)，S1、S3-S4關閉(off)，使得LED燈串2截止不亮，燈串1與燈串4、8串接(共13顆LED)導通定電流而點亮固定時間至T17。
在時間T17之後，S1-S2導通(on)，S3-S4關閉(off)，使得LED燈串1、2截止不亮，燈串4、8串接(共12顆LED)導通定電流而點亮固定時間至T18；以此類推。
圖5係圖4之導通狀況的重新排列。參酌圖5可知，在該弦波電源31之一振幅波期間，該等LED燈串1、2、4、8之導通次數相同(均為15次)，因此亮度均勻。此外，該發光單元40之LED燈串之數量為N，該等LED燈串之導通次數等於2N-1，大於N；例如，該發光單元40之LED燈串數量為N=4，該等LED燈串1、2、4、8在該振幅波期間之導通次數均為24-1=15。
圖1及圖2所示之習知發光裝置100採用6組LED燈串，組成可達到上升與下降電壓期間各6階的LED串接點亮控制，所需使用的高壓開關元件至少6個，成本較高；此外，圖1及圖2所示之習知發光裝置100的電壓差異平均為Vac/6 ，亮度解析度僅有6階，造成的功率損失也較大。
相對地，本發明之發光裝置30可採用4組LED燈串1、2、4、8，僅需4個高壓開關，成本較低；此外，本發明之發光裝置30藉由LED燈串1、2、4、8之組合，在該弦波電源31之一振幅波共分成16階，每一階點亮LED的電壓差異平均為Vac/16，亮度解析度高達16階，因此造成的功率損失較小(power loss，Ploss)。
申言之，若習知發光裝置100僅採用4組LED燈串及4個高壓開關，其亮度解析度僅為4階；相對地，本發明之發光裝置30採用4組LED燈串1、2、4、8，搭配4個高壓開關，亮度解析度為16階，為習知發光裝置100之4倍。
圖6例示本發明另一實施例之發光裝置60。在本揭露之一實施例中，該發光裝置60包含：一發光單元70，包含複數個串聯之LED燈串1、3、5、10，該發光單元70之輸入端耦接於一弦波電源(例如橋式整流器)61：一輸出埠OUT，耦接於該等LED燈串之輸出端；以及複數個開關S1-S4，各並聯該等LED燈串之一。
在本發明之一實施例中，對於LED總顆數不等於2N-1時的變形應用，例如：燈串1之LED顆數為1、燈串3之LED顆數為3、燈串5之LED顆數為5、燈串10之LED顆數為10。在本發明之一實施例中，該發光單元70之任一較長燈串之LED顆數大於或等於比它短燈串之LED顆數總和；例如，燈串5之LED顆數(5)大於或等於比燈串5短之燈串，亦即燈串1 及燈串3之LED顆數總和(3+1=4)。此外，燈串10之LED顆數(10)大於或等於比燈串10短之燈串，亦即燈串5、燈串1及燈串3之LED顆數總和(5+3+1=9)。在本發明之一實施例中，該發光單元70之LED燈串數量與該開關之數量相同，例如發光單元70之LED燈串數量為4，而開關之數量亦為4。此外，該複數個開關S1-S4串聯。
圖7例示本發明另一實施例之發光裝置60的點亮期間及對應電壓。隨著全波整流的電壓波形由最低點上升時(在該弦波電源之一振幅波的前半週期中，圖7之T15以前之時段)，驅動電路之輸出埠OUT致能以產生定電流輸出，驅動LED燈串1、3、5、10。
在電壓波形由最低點上升時，S1關閉(off)，S2-S4導通(on)，因此LED燈串1導通定電流而點亮固定時間至T1。
當LED燈串1被定電流點亮固定時間至T1之後，開關S2關閉(off)，S1及S3-S4導通(on)，使得LED燈串3導通定電流而點亮固定時間至T2。
在LED燈串3被定電流導通點亮固定時間至T2之後，S1-S2關閉(off)，S3-S4導通(on)，使得LED燈串1、3串接(共4顆LED)導通定電流而點亮固定時間至T3；以此類推。
隨著全波整流的電壓波形由最高點下降時(在該弦波電源之一振幅波的後半週期中，圖7之T15以後之時段)，S1導通(on)，S2-S4關閉(off)，因此LED燈串1截止不亮，LED燈串3、5、10串接(共18顆LED)導通定電流而點亮固定時間 至T16。
在時間T16之後，S2導通(on)，S1及S3-S4關閉(off)，使得LED燈串3截止不亮，燈串1與燈串5、10串接(共16顆LED)導通定電流而點亮固定時間至T17。
在時間T17之後，S1-S2導通(on)，S3-S4關閉(off)，使得LED燈串1、3截止不亮，燈串5、10串接(共15顆LED)導通定電流而點亮固定時間至T18；以此類推。
圖8係圖7之導通狀況的重新排列。參酌圖8可知，在該弦波電源61之一振幅波期間，該等LED燈串1、3、5、10之導通次數相同(均為15次)，因此亮度均勻。此外，該發光單元70之LED燈串之數量為N，該等LED燈串之導通次數等於2N-1，大於N；例如，該發光單元70之LED燈串數量為N=4，該等LED燈串1、3、5、10在該振幅波期間之導通次數均為24-1=15。
圖1及圖2所示之習知發光裝置100採用6組LED燈串，組成可達到上升與下降電壓期間各6階的LED串接點亮控制，所需使用的高壓開關元件至少6個，成本較高；此外，圖1及圖2所示之習知發光裝置100的電壓差異平均為Vac/6，亮度解析度僅有6階，造成的功率損失也較大。
相對地，本發明之發光裝置60採用4組LED燈串1、3、5、10，僅需4個高壓開關，成本較低；此外，本發明之發光裝置60藉由LED燈串1、3、5、10之組合，在該弦波電源61之一振幅波共分成16階，每一階點亮LED的電壓差異最 大為Vac/8，亮度解析度高達16階，因此造成的功率損失較小(power loss，Ploss)。
申言之，若習知發光裝置100僅採用4組LED燈串及4個高壓開關，其亮度解析度為4階；相對地，本發明之發光裝置60採用4組LED燈串1、3、5、10，搭配4個高壓開關，亮度解析度為16階，為習知發光裝置100之4倍。
本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本揭露精神和範圍內，本揭露之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多裝置或步驟可以不同之方法實施或以其它裝置或步驟予以取代，或者採用上述二種方式之組合。
1、2、3、4、5、8、10‧‧‧LED燈串
30‧‧‧發光裝置
31‧‧‧弦波電源
40‧‧‧發光單元
60‧‧‧發光裝置
61‧‧‧弦波電源
70‧‧‧發光單元
110‧‧‧弦波電源
120‧‧‧發光單元
1A-1F‧‧‧LED燈串
S1-S6‧‧‧開關
OUT‧‧‧輸出埠
藉由參照前述說明及下列圖式，本揭露之技術特徵及優點得以獲得完全瞭解。
圖1例示一習知市電直接輸入之發光裝置；圖2例示圖1之發光裝置的導通狀況及對應電壓；圖3例示本發明一實施例之發光裝置；圖4例示本發明一實施例之發光裝置的點亮期間及對應電壓；圖5係圖4之導通狀況的重新排列；圖6例示本發明另一實施例之發光裝置；圖7例示本發明另一實施例之發光裝置的點亮期間及對 應電壓；以及圖8係圖7之導通狀況的重新排列。
1、2、4、8‧‧‧LED燈串
30‧‧‧發光裝置
31‧‧‧弦波電源
40‧‧‧發光單元
S1-S4‧‧‧開關
OUT‧‧‧輸出埠

Claims (8)

  1. 一種發光裝置，包含：一發光單元，包含複數個串聯之LED燈串，該發光單元之輸入端耦接於一弦波電源，其中各燈串之LED顆數為2的次方；一輸出埠，耦接於該等LED燈串之輸出端；以及複數個開關，各並聯該等LED燈串之一。
  2. 根據請求項1所述之發光裝置，其中在該弦波電源之一振幅波期間，該等LED燈串之導通次數相同。
  3. 根據請求項1所述之發光裝置，其中該LED燈串之數量為N，該等LED燈串之導通次數等於2N-1，大於N。
  4. 一種發光裝置，包含：一發光單元，包含複數個串聯之LED燈串，該發光單元之輸入端耦接於一弦波電源，其中任一較長燈串之LED顆數大於或等於其它較短燈串之LED顆數總和；一輸出埠，耦接於該等LED燈串之輸出端；以及複數個開關，各並聯該等LED燈串之一。
  5. 根據請求項4所述之發光裝置，其中該複數個LED燈串包含一第一長燈串、一第二長燈串、一第三長燈串及第四長燈串，該第二長燈串之LED顆數大於或等於該第三長燈串及該第四長燈串之LED顆數總和。
  6. 根據請求項4所述之發光裝置，其中該複數個LED燈串包含一第一長燈串，其LED顆數大於或等於該第二長燈串、該第三長燈串及該第四長燈串之LED顆數總和。
  7. 根據請求項4所述之發光裝置，其中在該弦波電源之一振 幅波期間，該等LED燈串之導通次數相同。
  8. 根據請求項4所述之發光裝置，其中該LED燈串之數量為N，該等LED燈串之導通次數等於2N-1，大於N。
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