TWI459862B - Replacement electronic ballast lamp - Google Patents
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Description
本發明係關於一種替換式電子式安定器燈管,特別是可提供設置傳統電子式安定器的燈具使用的發光二極體燈管。
歷經數十年來的研究及發展,LED等發光元件之生產技術已有長遠進步,具有體積小、無污染、有效節能、使用壽命長、發光效率高等優點,因而被廣泛運用於各領域中,近年來更逐漸取代成為一般螢光燈管之光源。目前市面上現有的LED等發光元件燈管結構多半採用於透明管體內設置LED等發光元件模組的方式,且燈管之插接頭亦採用習知螢光燈管的插接頭設計。
由於現有建築物所配設的螢光燈燈具係為傳統螢光燈燈具,其電路係配置傳統的電子式安定器,用以產生高頻諧振頻率以及提供足夠高的啟動電壓。然而,當一般螢光燈燈具直接接上LED燈管時,諧振所造成的高啟動電壓會導致該LED等發光元件崩潰及燒毀之現象產生,因此無法直接將LED等發光元件燈管安裝於配置傳統電子式安定器的傳統螢光燈燈具上,同時亦會因為該種起動方式以及開關頻繁而會造成螢光燈管兩端黑化以及螢光燈壽命與光效變差。若要使用在裝有傳統電子安定器的燈具上,必須先將燈具內的電子安定器移除,並加以重新配置線路後方能使用,此將造成消費者的不便以及推廣節能、綠能的障礙。
故本發明之發明人有鑑於發光元件燈管與一般習知之
電子式安定器不匹配之缺失,乃亟思發明一種替換式電子式安定器燈管。
本發明之一目的係提供一種替換式電子式安定器燈管,係直接地將發光二極體燈管安裝於傳統的螢光燈燈座。
本發明之另一目的係根據前述的燈管,設置有大容量的電容,用以濾除來自於該螢光燈燈座所產生高頻與高壓的交流電壓。
為達到上述的目的或其它目的,本發明係提供一種替換式電子式安定器燈管,係應用於具有電子式安定器之燈座,包含電容、整流器、限流單元與發光模組。該電容係與該電子式安定器電性連接,用於濾除在該電子式安定器所產生具有高頻與高壓的交流電壓;該整流器係與該電容並聯連接,該整流器係接收該交流電壓並整流成直流電壓;該限流單元係連接該整流器,該限流單元係將該直流電壓對應地轉換成直流電流;以及,該發光模組係連接該限流單元與該整流器,該發光模組係用於在接收到該直流電流之後產生光源。
與習知技術相較,本發明之替換式電子式安定器燈管係可直接地安裝於傳統的螢光燈燈座上,並且配合位於該螢光燈燈座中的該電子式安定器,使得無須額外購置符合新型發光模組之燈管安規之燈具、拆除電子式安定器或者重新配置啟動線路。
本發明之一種替換式電子式安定器燈管,係可應用於習知之具有電子式安定器之燈座,為充分瞭解本發明之目
的、特徵及功效,茲藉由下述對於習知技術之說明以及本發明具體之實施例,並配合所附之圖式,對本發明作一詳細說明,說明如後:請參考圖1,係習知技術中串聯共振電子式安定器電路之架構示意圖。於圖1,該串聯共振電子式安定器電路係接收交流電源10所產生的交流電壓(AC),且該交流電壓(AC)係又傳送至安定器整流單元20。該交流電壓(AC)係經由該安定器整流單元20整流之後形成直流電壓(DC),而該直流電壓(DC)係又供應至功因修正器30。其中,該功因修正器30係為直流對直流的轉換電路,可因應負載不同功率的需求,控制開關切換的時機,使儲能電路進行能量儲存與釋放,以改變輸入功率與電流波形。經由適當的操作程序,可精確地控制輸出電流的波形及大小,達到功因修正及穩壓的功能,目前的技術所發展出的功因修正電路,工作頻率從數十至數百kHz(千赫茲),可將諧波失真抑制到幾乎不存在,功因也幾近於一,並允許輸入電源和負載在相當大的範圍內變化。
再者,該功因修正器30輸出之直流電壓係又饋入共振換流器50。
其中,該共振換流器50係包括第一N型金氧半場效電晶體402、第二N型金氧半場效電晶體404、換流器第一電容C1
以及換流器第二電容C2
,該第一N型金氧半場效電晶體402與第一二極體406並聯該第二N型金氧半場效電晶體404與第二二極體408並聯,該共振換流器50之第一電容C1
係連接於該第一N型金氧半場效電晶體402之汲極與該共振換流器50之第二電容C2
之間。該共振換流器
50之第二電容C2
係連接於該共振換流器50之第一電容C1
與該第二N型金氧半場效電晶體404之源極之間。該共振換流器50的二個N型金氧半場效電晶體402、404係做為開關之用。
此外,由於該第一N型金氧半場效電晶體閘極信號Vgs1
與該第二N型金氧半場效電晶體閘極信號Vgs2
交互驅動導通,故會產生方波電壓,又該共振換流器50之第一電容C1
與該換流器第二電容C2
係具有濾波功能且其電容值極大,可將該方波電壓視為定電壓源。
該第一N型金氧半場效電晶體閘極信號Vgs1
與該第二N型金氧半場效電晶體閘極信號Vgs2
的工作週期(duty cycle)一般都設計為50%對稱,該第一N型金氧半場效電晶體閘極信號Vgs1
與該第二N型金氧半場效電晶體閘極信號Vgs2
之間須有一小段很短的怠遲時間(deadtime),以避免上下兩個開關同時導通,造成短路燒毀。當該第一N型金氧半場效電晶體402導通,第一輸入電壓Vdc
跨於該第二N型金氧半場效電晶體404兩端;反之,當該第二N型金氧半場效電晶體404導通,第一輸入電壓Vdc
跨於該第一N型金氧半場效電晶體402兩端。利用上下兩開關之驅動訊號中怠遲時間(deadtime),來釋放該共振換流器50之第一電容C1
與該共振換流器50之第二電容C2
能量,當開關電壓下降至零時再將開關導通,則達到零電壓切換,以提升效率。
因此,該共振換流器50係用以將該功因修正器30輸出之第一輸入電壓Vdc
經二個N型金氧半場效電晶體402、404主動開關切換元件轉換成高頻之方波電壓及電流。
螢光燈416為負載,透過該共振換流器50主動開關的高頻切換,輸出高頻電壓並透過諧振電路電感410與諧振電路電容412以驅動該螢光燈416。其中,該諧振電路電感410與該諧振電路電容412可等效視為前述諧振電路。而此諧振電路主要有兩個功能。在該螢光燈416啟動時,提供該螢光燈416所需的啟動電壓,以及於該螢光燈416穩態工作時,提供適當的燈絲電流。
一般而言電子式安定器40常用之電容值大約為33~47nF,而電感值大約為0.2~0.3mH,根據LC串聯共振電路之頻率與感抗關係公式(如下所示)計算可得該串聯共振頻率f約為50kHz(千赫茲),而一般電子式安定器40之工作頻率範圍大約為20kHz~70kHz(千赫茲)。
請參考圖2,係為習知技術中另一串聯共振電子式安定器電路之架構示意圖。於圖2中,該交流電源10輸出交流電壓(AC)至安定器整流電路60。該交流電壓(AC)經整流後之直流電壓(DC)饋入功因修正器80。該功因修正器80係為直流對直流轉換電路,可因應負載不同功率的需求,控制開關切換的時機,使儲能電路進行能量儲存與釋放,以改變輸入功率與電流波形。
當控制電路單元70導通第三開關SW3時,第三二極體1006因逆偏而截止,負載能量由第一電容1008來提供,又輸入電流Ii
經第一電感1002、該第三開關SW3以及電阻1004回至該安定器整流電路60之輸出端,對該第一電感1002形成充電迴路,此時該第
一電感1002開始儲能,該第一電感1002電流線性上升。當該控制電路單元70截止該第三開關SW3時,該第一電感1002電流無法瞬間改變,因此該第三二極體1006順向偏壓提供一路徑給該第一電感1002電流。此時該第一電感1002跨壓因反電勢而極性變為負值,故該第一電感1002電流呈線性下降,與第二輸入電壓Vs
一齊提供能量與負載給予該第一電容1008,如此可精確地控制輸出電流的波形及大小,達到功因修正及穩壓的功能。
該功因修正器80輸出之直流電壓(DC)饋入電子式安定器100之共振換流器90,其包括第一開關SW1以及第二開關SW2,該第一開關SW1一端與該第一電容1008電性連接,而另一端與該第二開關SW2電性連接;該第二開關SW2一端與該第一開關SW1電性連接,而另一端與該功因修正器80之輸出端電性連接(圖未示)。其中,上述電路的動作原理與上述實施例中之該共振換流器50相同,其中僅有一處相異,即該共振換流器90係藉由該控制電路單元70來決定該第一開關SW1以及該第二開關SW2之開關與否,於此不多做贅述。
請參考圖3,係本發明一實施例之替換式電子式安定器燈管之電路示意圖。於圖3中,電子式安定器110的電路及作用原理係可與圖1或圖2之其中一者所述相同,在此便不多做贅述。本實施例電路之不同處在於:以本發明替換式電子式安定器燈管140置換該螢光燈416。
再者,該替換式電子式安定器燈管140係更包括電容414、整流器120、限流單元130以及發光模組420。其中,
該電容414係連接於具有該電子式安定器110的燈座(圖未示)的第一燈管接點422與第二燈管接點424之間,該電容414係可為電解電容、金氧半場效電晶體(MOS)電容以及陶瓷電容之其中一者,且該電容414值可為大電容(例如該電容值係可為1nF~4.7nF),利用其操作於高頻交流電時可視為短路的狀態,以及操作於直流電時可視為開路之特性,用以濾除該電子式安定器110在起動之初,所產生的高電壓與高頻振盪,藉此輸出介於100V~600V(伏特)之間之直流電壓,以驅動發光元件燈管正常工作。
該整流器120係連接於第一燈管接點422與第二燈管接點424之間,如圖3中所示之連接關係,整流器120可視為與該電容414並聯。其中,該整流器120可將該電子式安定器40的弦波電壓整流為直流電壓。於一實施例中,該整流器120可為由複數個二極體所組成的全橋式整流器,且各二極體可為高頻二極體,除可用以承受前述的該直流電壓,更可用於隔離該交流電壓與該直流電流。
該限流單元130之輸入端1302係與該整流器120相連接,該限流單元130之輸出端1304係與發光模組420相連接。此外,該限電流單元130並根據該整流器120輸出之直流電壓對應產生直流電流。而該發光模組420之另一端係連接該整流器120,並根據接收之直流電流對應產生光源。其中,該發光模組420係為至少一個發光單元4202所組成。其中,該發光單元4202係為有機發光二極體、發光二極體與電致發光二極體之一者所組成。於另一實施中,其中該發光模組420係可以串聯、並聯或串並聯方式連接多個該發光
單元4202。於此,該發光模組420係以單一個發光單元4202舉例說明。
在此實施例中,由於該電容414與該電子式安定器110中的該諧振電路電容412(如圖1與圖2所示)為並聯連結,使得該電子式安定器110的等效電容值改變,並且藉由該等效電容在高頻的交流電壓操作時可視為短路的特性,以及操作於直流電時可視為開路之特性,減緩電子式安定器110起動時,高電壓與高頻的瞬間振盪所造成的損壞,藉此輸出一介於100V~600V(伏特)間之符合該發光模組420之額定操作電壓,以驅動發光元件燈管正常工作,而不會導致該發光單元4202崩潰及燒毀之現象產生。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露,然熟習本項技術者應理解的是,該實施例僅用於描繪本發明,而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是,舉凡與該實施例等效之變化與置換,均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此,本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧交流電源
20‧‧‧安定器整流單元
30‧‧‧功因修正器
40‧‧‧電子式安定器
402‧‧‧第一N型金氧半場效電晶體
404‧‧‧第二N型金氧半場效電晶體
406‧‧‧第一二極體
408‧‧‧第二二極體
410‧‧‧諧振電路電感
412‧‧‧諧振電路電容
414‧‧‧電容
416‧‧‧螢光燈
420‧‧‧發光模組
4202‧‧‧發光單元
422‧‧‧第一燈管接點
424‧‧‧第二燈管接點
50‧‧‧共振換流器
60‧‧‧安定器整流電路
70‧‧‧控制電路單元
80‧‧‧功因修正器
90‧‧‧共振換流器
100‧‧‧電子式安定器
1002‧‧‧第一電感
1004‧‧‧電阻
1006‧‧‧第三二極體
1008‧‧‧第一電容
110‧‧‧電子式安定器
120‧‧‧整流器
130‧‧‧限流單元
1302‧‧‧輸入端
1304‧‧‧輸出端
140‧‧‧替換式電子式安定器燈管
Vdc
‧‧‧第一輸入電壓
Vgs1
‧‧‧第一N型金氧半場效電晶體閘極信號
Vgs2
‧‧‧第二N型金氧半場效電晶體閘極信號
C1
‧‧‧第一電容
C2
‧‧‧第二電容
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
Ii
‧‧‧輸入電流
Vs
‧‧‧第二輸入電壓
圖1係習知技術中串聯共振電子式安定器電路之架構示意圖。
圖2係習知技術中另一串聯共振電子式安定器電路之架構示意圖。
圖3係本發明一實施例之替換式電子式安定器燈管之
電路示意圖。
10‧‧‧交流電源
110‧‧‧電子式安定器
414‧‧‧電容
420‧‧‧發光模組
4202‧‧‧發光單元
422‧‧‧第一燈管接點
424‧‧‧第二燈管接點
120‧‧‧整流器
130‧‧‧限流單元
1302‧‧‧輸入端
1304‧‧‧輸出端
140‧‧‧替換式電子式安定器燈管
Claims (9)
- 一種替換式電子式安定器燈管,係應用於具有電子式安定器之燈座,其包含:電容,係與該電子式安定器電性連接,用於濾除在該電子式安定器所產生具有高頻與高壓的交流電壓;整流器,係與該電容並聯連接,用於將該電子式安定器所產生具有高頻與高壓的交流電壓整流為直流電壓;限流單元,係連接該電容,該限流單元係將該直流電壓對應地轉換成直流電流;以及發光模組,係連接該限流單元與該整流器,該發光模組係用於在接收到該直流電流之後產生光源。
- 如申請專利範圍第1項所述之替換式電子式安定器燈管,其中該電容係為電解電容、金氧半場效電晶體(MOS)電容與陶瓷電容之至少其中一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之替換式電子式安定器燈管,其中該整流器係更包含具有複數個高頻二極體的橋式整流器,用於隔離該交流電壓與該直流電流。
- 如申請專利範圍第1項所述之替換式電子式安定器燈管,其中該發光模組係為至少一個發光單元所組成,且該發光單元係為有機發光二極體、發光二極體與電致發光二極體之一者所組成。
- 如申請專利範圍第4項所述之替換式電子式安定器燈 管,其中該發光模組以串聯、並聯或串並聯方式連接多個該發光單元。
- 一種替換式電子式安定器燈管,係應用於具有電子式安定器之燈座,該燈座包含:一第一燈管接點以及一第二燈管接點,該電子式安定器包含:一共振換流器、一諧振電路電感以及一諧振電路電容,該替換式電子式安定器燈管包含:電容,係連接於該第一燈管接點以及該第二燈管接點之間,且用以與該替換式電子安定器之該諧振電路電容並聯連結,使得該電子安定器之等效電容值改變,藉由該等效電容在高頻交流電壓操作時視為短路的特性,以及操作於直流電壓時視為開路之特性,減緩該電子式安定器啟動時,高電壓與高頻瞬間震盪所造成的損害;整流器,係連接於該第一燈管接點以及該第二燈管接點之間,用以將該電子式安定器所產生具有高頻與高壓之交流電壓整流為一直流電壓;限流單元,包含一輸入端以及一輸出端,該限流單元之輸入端係與該整流器電連接,並電性連接該電容,該限流單元係將該直流電壓對應轉換成為一直流電流;以及發光模組,係電性連接該限流單元與該整流器,該發光模組係用於在接收到該直流電壓之後產生光源。
- 一種替換式電子式安定器燈管,係應用於具有電子式安定器之燈座,該燈座包含:一第一燈管接點以及一第二燈管接點,該替換式電子式安定器燈管包含: 電容,係連接於該第一燈管接點以及該第二燈管接點之間,用以減緩該電子式安定器啟動時,高電壓與高頻瞬間震盪所造成的損害;整流器,係連接於該第一燈管接點以及該第二燈管接點之間,用以將該電子式安定器所產生具有高頻與高壓之交流電壓整流為一直流電壓;限流單元,包含一輸入端以及一輸出端,該限流單元之輸入端係與該整流器電性連接,並電性連接該電容,該限流單元係將該直流電壓對應轉換成為一直流電流;以及發光模組,係電性連接該限流單元與該整流器,該發光模組係用於在接收到該直流電壓之後產生光源。
- 如申請專利範圍第7項所述之替換式電子式安定器燈管,其中該電子式安定器係具有一共振換流器、一諧振電路電感以及一諧振電路電容。
- 如申請專利範圍第8項所述之替換式電子式安定器燈管,其中該電容係與該替換式電子安定器之諧振電路電容並聯連結,使得該電子安定器之等效電容值改變,藉由該等效電容在高頻交流電壓操作時視為短路的特性,以及操作於直流電壓時視為開路之特性。
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