TWI645741B - 直管發光二極體照明燈 - Google Patents

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Abstract

本發明的直管發光二極體照明燈包括：發光二極體元件(3)；第1插頭(2)，具有輸出入端子(TM)與空端子(TS)；第2插頭(4)，具有輸出入端子(TM)與空端子(TS)；第1整流器(5)，連接至第1插頭的輸出入端子與第2插頭的空端子，以將交流轉換成直流；第2整流器(7)，連接至第2插頭的輸出入端子與第1插頭的空端子，以將交流轉換成直流；以及旁通電路(6)，使電流自第1整流器及第2整流器中的一者回流至另一者。旁通電路(6)具有防止第1整流器及第2整流器破損的限流電阻(RA)。

Description

直管發光二極體照明燈
本發明是有關於一種直管發光二極體(Light Emitting Diode，LED)照明燈，其包含將交流轉換成直流的整流器。本發明特別是有關於一種可設置於現有的螢光燈設備中的直管LED照明燈。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2004-192833號公報
先前以來，LED元件作為顯示用或照明用光源而被廣泛用於信號燈、電光廣告板、顯示裝置的背光燈(backlight)以及車的燈光。進而，市售有可替換傳統的白熾燈泡的LED燈泡。LED燈泡具有許多優點。LED燈泡與白熾燈泡相比，同一光量下的電力消耗低。而且，LED燈泡可在點燈的同時獲得最大光量。
於螢光燈中，藉由塗佈於玻璃管內壁的螢光體來將紫外線轉換成可見光線。在螢光燈的2個燈絲(filament)電極於放電前經預熱後，瞬間的高電壓被施加至兩電極間。其結果，熱電子藉由放電而自陰極燈絲朝向陽極燈絲釋放，藉由熱電子與汞粒子的碰撞而產生紫外線。
有一種螢光燈器具包含啟動器(starter)，該啟動器對燈絲電極進行預熱並產生瞬間的高電壓。螢光燈器具更包含安定器(ballast)，該安定器在產生放電後將電流維持為 固定值。已知有被稱作輝光管啟動器(glow tube starter)式、快速啟動(rapid start)式、反相器(inverter)式的三種點燈方式。對於點燈方式相同的螢光燈器具，亦使用有各種安定器。
LED照明燈為了對多個LED元件供給直流，而包含將商用交流轉換成直流的整流器。進而，LED照明燈為了使亮度穩定而需要對LED元件供給恆電流的恆電流電路。被廣為知曉的是電容器(condenser)式恆電流電路，其通過平滑電容器來對自整流器輸出的直流電壓進行平滑化。電容器式恆電流電路儘管結構相對較簡單，但可獲得接近理想的直流電壓的電壓波形。
電容器式恆電流電路的平滑電容器由於要求大的電流容量，因此包含電解電容器。耐久性低的電解電容器會縮短LED照明燈的耐用年限。而且，需要應對電解電容器的破損的對策。
使用二極體的半導體式恆電流電路具有比電容器式恆電流電路更高的安全性。然而，半導體式恆電流電路無法將電流的紋波(ripple)去除至使LED元件穩定地點燈的程度。近年來，LED照明燈的恆電流電路多為斬波器(chopper)式恆電流電路。斬波器式恆電流電路可藉由高頻地反覆進行開關(switching)元件的導通/斷開(ON/OFF)切換來抑制電流的紋波。如此，可防止人能感知到的閃爍(flicker)。
當取代螢光管而將LED照明燈設置於螢光燈設備中 時，需要配線更換工程。該配線更換工程包含下述工程：自交流電源切離現有的安定器並拆除點燈管。若將具備某類型的直流電源裝置的直管LED照明燈設置於螢光燈設備中，則可能不容易於其中再次安裝螢光燈。而且，可能亦不容易將具備其他類型的直流電源裝置的直管LED照明燈設置於其中。
專利文獻1揭示一種可安裝於螢光燈設備中的直管LED照明燈。根據專利文獻1的發明，不需要配線更換工程，即使是不具備專業知識者亦可將直管LED照明燈安裝於現有的螢光燈設備中。而且，由於直管LED照明燈的結構簡單，因此可將製造成本(cost)抑制得低。
然而，若頻繁地反覆進行斬波器式恆電流電路的開關元件的導通/斷開切換，則直管LED照明燈的光量會不穩定。而且，若將直管LED照明燈安裝於現有的螢光燈設備中，則在啟動時會自安定器施加高電壓而有突入電流被供給至LED照明燈。有可能因此導致LED照明燈受到損傷。
本發明的目的在於提供一種難以發生故障的直管LED照明燈。而且，本發明的目的在於提供一種光量穩定而可防止閃爍的直管LED照明燈。藉由本發明的直管LED照明燈而達成的若干個優點將於後續的說明中詳細敍述。
本發明的直管LED照明燈包括：LED元件(3)；第1插頭(plug)(2)，具有輸出入端子(TM)與空端子(TS)；第2插頭(4)，具有輸出入端子(TM)與空端子(TS)； 第1整流器(5)，連接至第1插頭的輸出入端子與第2插頭的空端子，以將交流轉換成直流；第2整流器(7)，連接至第2插頭的輸出入端子與第1插頭的空端子，以將交流轉換成直流；以及旁通(bypass)電路(6)，使電流自第1整流器及第2整流器中的一者回流至另一者。旁通電路(6)具有防止第1整流器及第2整流器破損的限流電阻(RA)。
較佳的是，旁通電路(6)更包括阻斷旁通電路的開關(SW)。參照編號是為了讓發明易於理解而標註。並非意圖將本發明限定於圖示的LED照明燈。
本發明的直管LED照明燈包括：LED元件(3)；整流器(5、7)，將交流轉換成直流；開關元件(TR)，串聯地設在整流器與LED元件之間；檢測器(RS)，對被供給至LED元件的實際的直流進行檢測；以及高頻脈波產生裝置(9)，高頻地反覆進行開關元件的導通/斷開切換，以將實際的直流維持為設定值。高頻脈波產生裝置(9)於實際的直流超過設定值時，將開關元件切換為斷開，並於固定的斷開時間內將開關元件維持為斷開。
較佳的是，固定的斷開時間長至即使實際的直流低於設定值亦將開關元件維持為斷開的程度，且短至不會產生閃爍的程度。
點燈之後產生的突入電流將流入旁通電路。因此，不會對恆電流電路與LED元件供給超過允許值的電流。而 且，點燈之後的LED元件的光量穩定。
當振動性的直流超過設定值時，開關元件被切換為斷開，且於足夠長的固定時間內，開關元件被維持為斷開。其結果，不會頻繁地反覆進行開關元件的導通/斷開切換，從而光量穩定。而且，開關元件難以發生故障。
參照附圖來說明本發明的直管LED照明燈。與本發明無直接關係的元件則自附圖中省略。對於同樣的元件標註相同的參照編號。如圖1中所示，直管LED照明燈1包括多個LED元件3、一對插頭2、4、整流器5、7、旁通電路6及斬波器式恆電流電路10。插頭2、4分別設於直管的兩端。多個LED元件3、整流器5、7、斬波器式恆電流電路10及旁通電路6被收容於直管中。
多個LED元件3串聯連接於整流器5、7。多個LED元件3彼此串聯連接。多個LED元件3以與整流器5、7所供給的直流的大小相應的光量來發光。因此，若整流器5、7始終供給相同大小的直流，則對各LED元件3施加的負載與光量將由LED元件3的數量所決定。於圖1中示出有LED元件3的一個串聯電路，但亦可設置LED元件3的多個串聯電路。
直管LED照明燈1具有與欲更換的螢光管相同的全長及最大外徑。各插頭2、4具有與螢光燈的燈頭為相同規格的2個端子接腳(pin)。例如，插頭2、4與日本工業規格(JIS)中規定的螢光燈用燈頭G13等同。直管LED照明 燈1如圖2或圖3中所示，可設置於具備安定器30的現有的螢光燈設備中。
插頭2、4分別具有輸出入端子TM與空端子TS。輸出入端子TM是為了經由安定器30來使交流通過而設。空端子是指未與對LED元件3供給電力的電路相連接的端子。圖2中的空端子TS連接於預熱電路20。
整流器5、7為二極體電橋(diode bridge)電路，是進行單相全波整流的矽整流器。整流器5、7是將交流轉換成直流的直流電源。第1整流器5連接至第1插頭2的輸出入端子TM與第2插頭4的空端子TS。第2整流器7連接至第2插頭4的輸出入端子TM與第1插頭2的空端子TS。
如圖2中所示，直管LED照明燈1可設置於輝光管啟動器式螢光燈器具中。交流經由安定器30被供給至直管LED照明燈1。理想的是拆除輝光燈(glow lamp)GL以預先阻斷預熱電路20。
斬波器式恆電流電路10是為了對多個LED元件3供給恆電流而設。斬波器式恆電流電路10設在整流器5、7與LED元件3之間。斬波器式恆電流電路10較旁通電路6更靠LED元件3側設置。斬波器式恆電流電路10的耐久性比電容器式恆電流電路優異，因此可延長直管LED照明燈1的壽命。
斬波器式恆電流電路10具有開關元件TR，該開關元件TR串聯地設在整流器5、7與LED元件3之間。斬波 器式恆電流電路10對供給至LED元件3的實際的直流進行檢測。斬波器式恆電流電路10以實際的直流不超過設定值的方式將開關元件TR維持為導通，當實際的直流超過設定值時，將開關元件TR切換為斷開，並於固定的斷開時間內將開關元件TR維持為斷開。
將開關元件TR被維持為導通的期間稱作「導通時間」，將開關元件TR被維持為斷開的期間稱作「斷開時間」。導通時間取決於實際的直流，斷開時間被規定為固定的值。斬波器式恆電流電路10使導通時間與斷開時間交替地反覆。
當振動性的直流被供給至斬波器式恆電流電路10且實際的直流超過設定值時，斬波器式恆電流電路10將開關元件TR切換為斷開，並於固定的斷開時間內將開關元件TR維持為斷開。其結果，不再頻繁地反覆進行開關元件TR的導通/斷開切換。如此，LED照明燈1的光量穩定。
特別有利的是將本發明的直管LED照明燈1設置於快速啟動式雙燈螢光燈設備中。圖3表示設置於快速啟動式雙燈螢光燈設備中的兩根相同的直管LED照明燈1。兩根直管LED照明燈1為串聯連接。交流經由安定器30先被供給至一個直管LED照明燈1後，再被供給至另一個直管LED照明燈1。
因此，兩根直管LED照明燈1的各開關元件TR的導通/斷開切換產生時間上的「偏移」。若開關元件TR的導通/斷開切換的反覆頻率高，則兩根直管LED照明燈1將 圍繞交流產生競爭。其結果，兩根直管LED照明燈1的光量不同。
為了使開關元件TR響應實際的直流的速度降低，斬波器式恆電流電路10於固定的斷開時間內將開關元件TR維持為斷開。換言之，開關元件TR響應實際的直流而切換為導通的「靈敏度」變得遲鈍。其結果，即使將交流依序供給至兩根直管LED照明燈1，LED照明燈1亦不會產生競爭。於兩根直管LED照明燈1之間對LED元件3供給的直流的大小無不同，兩根直管LED照明燈1以相同的光量來點燈。
斷開時間的下限(最短)是指可使開關元件TR切換為導通的反應遲緩至LED元件3的光量穩定的程度的時間。尤其是指可使開關元件TR切換為導通的反應遲緩至串聯連接的相同的兩根直管LED照明燈1不會對交流進行競爭的程度的時間。固定的斷開時間長至即使實際的直流低於設定值亦將開關元件TR維持為斷開的程度。
斷開時間的上限(最長)是指直流的紋波被抑制至人無法感知到閃爍的程度的時間。換言之，固定的斷開時間短至實際的直流的紋波不會產生閃爍的程度。例如，於實施形態的斬波器式恆電流電路10中，開關元件TR的導通/斷開切換的反覆頻率被設定為200kHz。或者，斷開時間被設定為數μs左右。
具體而言，斬波器式恆電流電路10具有：高速開關元件TR與檢測電阻RS的串聯電路8、以及高頻脈波產生裝 置9。串聯電路8串聯地設在整流器5、7與LED元件3之間。尤其，串聯電路8較旁通電路6更靠近多個LED元件3側而設。亦可以多個串聯電路8彼此並聯地設置。
高頻脈波產生裝置9產生100kHz以上的高頻脈波。高頻脈波產生裝置9將閘極(gate)信號供給至開關元件TR。閘極信號包含導通信號與斷開信號，所述導通信號將開關元件TR維持為導通，所述斷開信號將開關元件TR維持為斷開。高頻脈波產生裝置9於實際的直流不超過設定值的期間，對開關元件TR供給導通信號。電流的設定值、開關元件TR的導通/斷開切換的頻率及斷開時間已對高頻脈波產生裝置9預先設定。電流的設定值規定所需的光量。
旁通電路6串聯連接於整流器5、7，且並聯連接於LED元件3。旁通電路6較串聯電路8更靠近整流器5、7側設置。因此，旁通電路6使啟動時自整流器5、7中的一者(正極)供給的振動性的突入電流回流至整流器5、7中的另一者(負極)。
點燈後自整流器5、7中的一者超過允許值而供給的直流被回流至整流器5、7中的另一者。其結果，啟動時的突入電流不會供給至LED元件3與斬波器式恆電流電路10，開關元件TR的動作穩定。旁通電路6具有接點開關SW。當直管LED照明燈1不經由安定器而連接至商用交流電源時，無需旁通電路6。於此種情況下，只要藉由開關SW來阻斷旁通電路6即可。
直流自整流器5、7通過電感(inductance)元件LA以穩定的狀態被供給至LED元件3與斬波器式恆電流電路10。其結果，開關元件TR的動作穩定，自點燈後開始，光量立即穩定。尤其，當將直管LED照明燈1設置於快速啟動式雙燈螢光燈設備中時，自點燈後開始，兩根直管LED照明燈1的光量立即相等。
旁通電路6具有限流電阻RA。限流電阻RA對回流至整流器5、7的電流進行限制，以使得整流器5、7不會破損。當整流器5、7的輸出電壓為50V~150V且斬波器式恆電流電路10中的設定值為數百mA時，限流電阻RA的電阻值例如為1MΩ左右。限流電阻RA阻止啟動時的高電壓與突入電流，因此可防止整流器5、7的損傷。
參照圖1及圖3，對設置於快速啟動式雙燈螢光燈設備中的兩根直管LED照明燈1的動作進行說明。當將快速啟動式雙燈螢光燈的電源開關切換為導通時，商用交流被供給至安定器30。自安定器30供給的交流電壓被施加至一個直管LED照明燈1後，再被施加至另一個直管LED照明燈1。
於一個直管LED照明燈1中，整流器5、7中的一者開始供給直流。繼而，於另一個直管LED照明燈1中，整流器5、7中的一者開始供給直流。兩根直管LED照明燈1具有各自的旁通電路6。突入電流被回流至整流器5、7，直至直流達到設定值並穩定為止。其結果，於兩根直管LED照明燈1這兩者中，供給至LED元件3的直流達到 設定值並穩定。各直管LED照明燈1的LED元件3可獲得用於以所需的光量來發光的電力。
檢測電阻RS將電壓(「檢測電壓」)供給至高頻脈波產生裝置9，所述電壓表示對LED元件3供給的實際的直流。高頻脈波產生裝置9將檢測電壓與基準電壓進行比較。基準電壓表示電流的設定值。高頻脈波產生裝置9對開關元件TR進行控制，以將實際的直流維持為設定值。其結果，固定的電流被供給至LED元件3，光量穩定。
若實際的直流超過設定值時，高頻脈波產生裝置9將開關元件TR切換為斷開。並且，高頻脈波產生裝置9於經過固定的斷開時間時，將開關元件TR再次切換為導通。
直管LED照明燈1可免除配線更換工程而設置於輝光管啟動器式螢光燈器具、快速啟動式單燈螢光燈設備及快速啟動式雙燈螢光燈設備中。導入直管LED照明燈的作業負擔得以減輕。直管LED照明燈1包含可靠性高的斬波器式恆電流電路10。
直管LED照明燈1具有對旁通電路6進行開閉的開關SW。藉由開關SW，直管LED照明燈1可不經由安定器而連接於商用交流電源。
本發明的直管LED照明燈並不意圖與圖示的結構完全相同。圖示的直管LED照明燈可於不脫離本發明的思想的範圍內進行變更。例如，設在整流器5、7與LED元件3之間的電感元件LA可配置於其他部位。
1‧‧‧直管LED照明燈
2、4‧‧‧插頭
3‧‧‧LED元件
5、7‧‧‧整流器
6‧‧‧旁通電路
8‧‧‧串聯電路
9‧‧‧高頻脈波產生裝置
10‧‧‧斬波器式恆電流電路
20‧‧‧預熱電路
30‧‧‧安定器
GL‧‧‧輝光燈
LA‧‧‧電感元件
RA‧‧‧限流電阻
RS‧‧‧限流電阻
TM‧‧‧輸出入端子
TS‧‧‧空端子
TR‧‧‧開關元件
SW‧‧‧開關
圖1是表示本發明的直管LED照明燈的一例的電路圖。
圖2是表示取代螢光管而設置於輝光管啟動器式螢光燈器具中的直管LED照明燈的電路圖。
圖3是表示取代螢光管而設置於快速啟動式雙燈螢光燈器具中的直管LED照明燈的電路圖。

Claims (6)

  1. 一種直管發光二極體照明燈，包括：發光二極體元件；第1插頭，具有輸出入端子與未連接至交流電源的空端子；第2插頭，具有輸出入端子與未連接至交流電源的空端子；第1整流器，其交流側連接至上述第1插頭的輸出入端子與上述第2插頭的空端子，以將交流轉換成直流；第2整流器，其交流側連接至上述第2插頭的輸出入端子與上述第1插頭的空端子，以將交流轉換成直流；旁通電路，串聯連接於該第1整流器的直流側與該第2整流器的直流側，且並聯連接於該發光二極體元件，使電流自上述第1整流器及上述第2整流器中的一者回流至另一者；以及恆電流電路，設置在上述第1整流器以及上述第2整流器與上述發光二極體元件之間，且較上述旁通電路更靠上述發光二極體元件側，上述旁通電路具有防止上述第1整流器及上述第2整流器破損的限流電阻。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之直管發光二極體照明燈，其中上述旁通電路更包括阻斷上述旁通電路的開關，當上述直管發光二極體照明燈不經由安定器而連接至商用交流電源時，上述開關阻斷上述旁通電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之直管發光二極體照明燈，其中上述第1整流器與上述第2整流器分別為進行單相全波整流的二極體電橋電路。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之直管發光二極體照明燈，其中上述恆電流電路為斬波器式恆電流電路。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之直管發光二極體照明燈，其中上述斬波器式恆電流電路包括：開關元件，串聯地設在上述第1整流器以及上述第2整流器與上述發光二極體元件之間；檢測器，對被供給至上述發光二極體元件的實際的直流進行檢測；以及高頻脈波產生裝置，高頻地反覆進行上述開關元件的導通/斷開切換，以將上述實際的直流維持為設定值，上述高頻脈波產生裝置於上述實際的直流超過上述設定值時，將上述開關元件切換為斷開，並於固定的斷開時間內將上述開關元件維持為斷開。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之直管發光二極體照明燈，其中上述開關元件的導通/斷開切換的反覆頻率被設定為200kHz。
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