TWI442813B - 發光二極體照明系統 - Google Patents
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Description
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。
20‧‧‧外部電源
100‧‧‧LED照明系統
110‧‧‧整流器
120‧‧‧降壓式轉換器
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
Claims (8)
- 一種發光二極體照明系統,包括:一整流器;一降壓式轉換器,該降壓式轉換器的輸入端電性連接於該整流器的輸出端;一升降壓式轉換器,該升降壓式轉換器的輸入端電性連接於該降壓式轉換器的輸出端;一發光二極體陣列,該發光二極體陣列電性連接於該升降壓式轉換器的輸出端;及一電容,該電容電性連接於該升降壓式轉換器與該發光二極體陣列之間;其中該電容為非電解電容電容。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明系統,其中該升降壓式轉換器為一單端初級電感轉換器。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明系統,其中該升降壓式轉換器為一返馳式轉換器。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明系統,其中該整流器為一橋式整流器。
- 如申請專利範圍第1項所述之LED照明系統,其中該電容為一陶瓷電容或一多層陶瓷電容。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明系統,更包括:一功率因數校正器,其中該功率因數校正器是連接於該整流器與該降壓式轉換器之間;及一控制積體電路,該控制積體電路的輸出端電性連接於該功率因數校正器,該控制積體電路的輸入端電性連接於該升降壓式 轉換器的輸出端,且該控制積體電路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。
- 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體照明系統,其中該功率因數校正器與該降壓式轉換器整合成一降壓式功率因數校正轉換器。
- 如申請專利範圍第6項或第7項所述之發光二極體照明系統,更包括一穩壓補償電路,該穩壓補償電路電性連接於該升降壓式轉換器與該控制積體電路間。
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