TWI442813B

TWI442813B - 發光二極體照明系統

Info

Publication number: TWI442813B
Application number: TW100136153A
Authority: TW
Inventors: Masayuki Taya
Original assignee: Kiryu Co Ltd
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2014-06-21
Also published as: JP2013084539A; TW201316819A

Description

發光二極體照明系統

本發明是關於一種發光二極體照明系統，且特別是關於一種無需電解電容的發光二極體照明系統。

近幾年來，發光二極體(以下簡稱LED)的技術突飛猛進，故其已漸漸取代傳統照明(如：螢光燈管、燈泡)而成為照明界的明日之星。LED的生產商常宣稱LED照明系統有節能省碳、使用壽命長等優點，然而在大部分的LED照明系統中常因設置有電解電容的原故，而使LED照明系統的使用壽命縮短。

為了避免LED產生閃爍的現象，供給LED的電壓必須穩定，故在LED照明系統中需設置電容值較高的電解電容。電解電容屬於一種被動元件，較常見的為鋁質電解電容。鋁質電解電容是以鋁當陽極，和以乙二醇、丙三醇、硼酸、和氨水等等所組成的糊狀物當電解液所製成。相較於陶瓷電容，電解電容能承受高電壓且具有較高的電容值，然而電解電容也容易受溫度影響而使其壽命減低。根據實驗，當操作溫度處於105℃時，電解電容的使用壽命約為15000小時，而當溫度高出該操作溫度10℃時，電解電容的使用壽命便會減半。

因此，即使LED照明系統中的LED有將近4萬小時的使用壽命，然而由於電解電容的使用壽命遠小於LED且更換電解電容也相當不容易，故LED照明系統的使用壽命也因此會被大幅拉低。此外，電解電容還有體積大、溫度高時容易爆漿的缺點。也因此，設計一種無電解電容的LED照明系統是值得本領域具有通常知識者去思量地。

本發明之目的是提供一種LED照明系統，此LED照明系統無需電解電容，故具有較長的使用壽命。

根據上述目的與其他目的，本發明提供一種LED照明系統，其包括：一整流器、一降壓式轉換器、一升降壓式轉換器、一LED陣列、及一電容。其中，降壓式轉換器的輸入端電性連接於整流器的輸出端，而升降壓式轉換器的輸入端則電性連接於降壓式轉換器的輸出端。LED陣列電性連接於升降壓式轉換器的輸出端，而電容則電性連接於升降壓式轉換器與LED陣列之間。

於上述之LED照明系統中，升降壓式轉換器為一單端初級電感轉換器(Single-ended primary-inductor converter，以下簡稱SEPIC轉換器)或一返馳式轉換器(Flyback converter)。

於上述之LED照明系統中，整流器為一橋式整流器。

於上述之LED照明系統中，LED陣列與升降壓式轉換器間電性連接有一陶瓷電容或一多層陶瓷(以下簡稱SMD)電容。

於上述之LED照明系統中，更包括一功率因數校正器與一控制積體電路(以下簡稱IC)。其中，功率因數校正器是連接於整流器與降壓式轉換器之間，而控制IC的輸出端則電性連接於功率因數校正器。控制IC的輸入端電性連接於升降壓式轉換器的輸出端，且控制IC根據該升降壓式轉換器所輸出的電壓而控制該功率因數校正器。此外，功率因數校正器與降壓式轉換器例如是彼此整合在一起。

於上述之LED照明系統中，更包括一穩壓補償電路，穩壓補償電路電性連接於升降壓式轉換器與控制IC間。

由於電流在經過降壓式轉換器後其電壓值會降低，在較低的電壓下陶瓷電容可提供較高的電容值。而且，由於升降壓式轉換器的輸出電壓已經較為平穩，故藉由陶瓷電容之助，便可提供相當平穩的輸出電壓，以供LED陣列使用。其中，當陶瓷電容的電容值愈高，則供給LED陣列的電壓便會愈平穩。

為讓本發明之上述目的、特徵和優點更能明顯易懂，下文將以實施例並配合所附圖示，作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1所繪示為本發明之第一實施例的LED照明系統的方塊圖。此LED照明系統100包括一整流器110、一降壓式轉換器120、一升降壓式轉換器130、與一LED陣列160。其中，LED陣列160是由多個LED所排列組合而成。

整流器110例如為橋式整流器，其是與一外部電源20相連接。請同時參照圖2A，圖2A所繪示為外部電源20的輸出電壓V1的波形，由圖2A可知此外部電源20為一交流電壓源。在本實施例中，外部電源20的電壓峰值約為264伏特。外部電源20所提供的交流電壓V1在經過整流器110後成為一脈動直流電壓V2，整流器110輸出端的電壓V2的波形如圖2B所示。在經過整流器110後，電壓峰值約為264伏特。此外，由於整流器110為橋式整流器，故具有將高頻雜訊濾除的功能【橋式整流器應該沒有高頻雜訊濾除的功能，通常外部電源和橋式整流器之間會加入EMI濾波器來濾除高頻雜訊】。

此外，降壓式轉換器120的輸入端是連接於整流器110的輸出端，整流器110所輸出的脈動直流電壓V2再輸出到降壓式轉換器120，此降壓式轉換器120是用以將脈動直流電壓V2的電壓值降低，其輸出端的電壓V3之波形如圖2C所示。在本實施例中，經過降壓式轉換器120後，電壓峰值約降為50伏特

另外，升降壓式轉換器130的輸入端是連接到降壓式轉換器120的輸出端，降壓式轉換器120所輸出的電壓V3在經過升降壓式轉換器130後，其電壓值會被調整。在本實施例中，升降壓式轉換器為一返馳式轉換器或一SEPIC轉換器。請比較圖2C與圖2D，原本在升降壓式轉換器130的輸入端，電壓值較高的部分在經過升降壓式轉換器130後會往下降，而電壓值較低的部分在經過升降壓式轉換器130後則會往上升。也因此，升降壓式轉換器130所輸出的電壓V4會較平穩，也就是說漣波(ripple)的幅度較小，而趨近於理想的直流電壓。

此外，升降壓式轉換器130的輸出端還裝設有一陶瓷電容170，其是電性連接於升降壓式轉換器130與LED陣列160間，並與LED陣列160並聯。藉由陶瓷電容170，可大幅降低電壓V4的漣波(ripple)，而使陶瓷電容170的輸出電壓趨近於理想的直流電壓。相較於電解電容，陶瓷電容170具有較高的使用壽命，其使用壽命並不下於LED，且陶瓷電容170的成本也較低。此外，相較於電解電容，由於陶瓷電容170較不耐高電壓且無法提供較高的電容值，故習知的LED照明系統並未使用陶瓷電容。然而，在本實施例中，由於電壓V2在經過降壓式轉換器120後其電壓值會降低，故在LED照明系統100中可安裝較不耐高電壓的陶瓷電容170。而且，由於升降壓式轉換器130的輸出電壓已經相對較為平穩，故藉由電容值較低的陶瓷電容170，便可提供相當平穩的輸出電壓，以供LED陣列160使用。其中，當陶瓷電容170的電容值愈高，則供給LED陣列160的電壓便會愈平穩。

在本實施例的LED照明系統100中，由於無需設置電解電容，故LED照明系統100的使用壽命便不會受到電解電容的限制，故可有較高的使用壽命。另外，也由於無需設置電解電容，LED照明系統100可具有較低的成本。

在上述的實施例中，是以陶瓷電容做為電容的實施例，但本領域具有通常知識者也可將陶瓷電容更換為SMD電容，或其他型態的電容，只要該電容有比電解電容較高的使用壽命即可。

另外，請繼續參照圖1。LED照明系統100還包括一穩壓補償電路140、一控制IC 150、與一功率因數校正器180，其中功率因數校正器180是連接於整流器110與降壓式轉換器120之間，其是用以提高功率因數，以增加電力的利用效率。控制IC 150則是根據升降壓式轉換器130所輸出的電壓，以控制功率因數校正器180。另外，穩壓補償電路140則是因應控制IC 150而設計的，期能確保通過控制IC 150的電壓與電流能穩定。

請參照圖3，圖3所繪示為本發明之第二實施例的LED照明系統的方塊圖。相較於第一實施例，在本實施例中的LED照明系統100’中，功率因數校正器與降壓式轉換器是整合在一起，在此稱為降壓式功率因數校正轉換器120’。

本發明以實施例說明如上，然其並非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

20‧‧‧外部電源

100、100’‧‧‧LED照明系統

110‧‧‧整流器

120‧‧‧降壓式轉換器

120’‧‧‧降壓式功率因數校正轉換器

130‧‧‧升降壓式轉換器

140‧‧‧穩壓補償電路

150‧‧‧控制IC

160‧‧‧LED陣列

170‧‧‧陶瓷電容

180‧‧‧功率因數校正器

圖1所繪示為本發明之第一實施例的LED照明系統的方塊圖。

圖2A所繪示為外部電源之輸出電壓的波形。

圖2B所繪示為整流器之輸出電壓的波形。

圖2C所繪示為降壓式轉換器之輸出電壓的波形。

圖2D所繪示為升降壓式轉換器之輸出電壓的波形。

圖3所繪示為本發明之第二實施例的LED照明系統的方塊圖。