TWM505142U - 安全開關裝置、具有該安全開關裝置之通用式發光二極體燈管以及該燈管之電源系統 - Google Patents

安全開關裝置、具有該安全開關裝置之通用式發光二極體燈管以及該燈管之電源系統 Download PDF

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TWM505142U
TWM505142U TW104202305U TW104202305U TWM505142U TW M505142 U TWM505142 U TW M505142U TW 104202305 U TW104202305 U TW 104202305U TW 104202305 U TW104202305 U TW 104202305U TW M505142 U TWM505142 U TW M505142U
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TW104202305U
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Inventor
Qiang-Fei Duan
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Cooler Master Hui Zhou Co Ltd
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Description

安全開關裝置、具有該安全開關裝置之通用式發光二極體燈管以及該燈管之電源系統 【0001】
本創作係有關一種具有安全開關機制之發光二極體燈管及其電源系統，尤指一種安全開關裝置、具有該安全開關裝置之通用式發光二極體燈管以及該燈管之電源系統。
 【0002】
在發光二極體燈管的安裝與拆卸過程操作，當使用者將該發光二極體燈管一端裝設至所對應的燈座時，容易因為使用者手握該發光二極體燈管另一端的同時，造成導電誤觸的情事發生，如此將嚴重影響使用者的人身安全。
【0003】
再者，以現有的發光二極體燈管應用中，通常因應不同類型、不同電壓等級的燈座電源時，例如電感式鎮流器或電子式鎮流器，甚至無鎮流器(none ballast)的燈座使用，使用者需要添購不同的發光二極體燈管，才能夠因應不同的燈座電源，如此不僅將增加額外的費用外，也減低使用的實用性與方便性。
【0004】
因此，如何設計出一種安全開關裝置、具有該安全開關裝置之通用式發光二極體燈管以及該燈管之電源系統，以實現防觸電之安全保護、提高操作的方便性與實用性以及節省設計成本，乃為本案新型創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
 【0005】
本創作之一目的在於提供一種安全開關裝置，以克服習知技術的問題。該安全開關裝置連接一發光二極體燈條與一電源轉換裝置。該電源轉換裝置轉換一外部電源以提供該發光二極體燈條所需之驅動電源。該安全開關裝置包括一開關模組、一全橋轉換單元、一觸發電路、一啟動電容以及一支路二極體。該開關模組具有一第一端、一第二端以及一觸發端。該全橋轉換單元具有一第一電源端、一第二電源端、一第一輸出端以及一第二輸出端；其中該第一輸出端連接該開關模組之該第二端，該第二輸出端連接該開關模組之該第一端，該第一電源端連接該發光二極體燈條。該觸發電路至少包括一二極體、一變壓器以及一觸發維持單元。該二極體具有一陽極端與一陰極端。該變壓器具有一第一初級端、一第二初級端、一第一次級端以及一第二次級端；其中該第一初級端連接該第二電源端，該第二初級端連接該外部電源，該第二次級端連接該陽極端。該觸發維持單元連接該第一次級端、該陰極端以及該開關模組之該第二端與該觸發端。該啟動電容具有一第一端與一第二端；其中該第一端連接該全橋轉換單元之該第一電源端，該第二端連接該全橋轉換單元之該第二電源端與該變壓器之該第一初級端，以形成一第一支路。該支路二極體，具有一陽極端與一陰極端；其中該陽極端連接該全橋轉換單元之該第二輸出端，該陰極端連接該開關模組之該第一端，以形成一第二支路。其中當該外部電源供電該發光二極體燈條時，該觸發維持單元產生該開關模組所需之觸發電源，以確保該開關模組導通後，該外部電源驅動該發光二極體燈條發亮。
【0006】
本創作之另一目的在於提供一種具有安全開關裝置之通用式發光二極體燈管，以克服習知技術的問題。該通用式發光二極體燈管包括一發光二極體燈條、一電源轉換裝置以及一安全開關裝置。該電源轉換裝置轉換一外部電源以提供該發光二極體燈條所需之驅動電源。該安全開關裝置連接該發光二極體燈條與該電源轉換裝置。該安全開關裝置包括一開關模組、一全橋轉換單元以及一觸發電路。該開關模組具有一第一端、一第二端以及一觸發端。該全橋轉換單元具有一第一電源端、一第二電源端、一第一輸出端以及一第二輸出端；其中該第一輸出端連接該開關模組之該第二端，該第二輸出端連接該開關模組之該第一端，該第一電源端連接該發光二極體燈條。該觸發電路至少包括一二極體、一變壓器以及一觸發維持單元。該二極體具有一陽極端與一陰極端。該變壓器具有一第一初級端、一第二初級端、一第一次級端以及一第二次級端；其中該第一初級端連接該第二電源端，該第二初級端連接該外部電源，該第二次級端連接該陽極端。該觸發維持單元連接該第一次級端、該陰極端以及該開關模組之該第二端與該觸發端。該啟動電容具有一第一端與一第二端；其中該第一端連接該全橋轉換單元之該第一電源端，該第二端連接該全橋轉換單元之該第二電源端與該變壓器之該第一初級端，以形成一第一支路。該支路二極體具有一陽極端與一陰極端；其中該陽極端連接該全橋轉換單元之該第二輸出端，該陰極端連接該開關模組之該第一端，以形成一第二支路；其中當該外部電源供電該發光二極體燈條時，該觸發維持單元產生該開關模組所需之觸發電源，以確保該開關模組導通後，該外部電源驅動該發光二極體燈條發亮。
【0007】
本創作之再另一目的在於提供一種通用式發光二極體燈管之驅動系統，以克服習知技術的問題。該通用式發光二極體燈管之電源系統包括一燈座與一通用式發光二極體燈管。該燈座提供一外部電源。該通用式發光二極體燈管具有一第一側第一端部、一第一側第二端部、一第二側第一端部以及一第二側第二端部，透過該些端部組接在該燈座上。該通用式發光二極體燈管包括一發光二極體燈條、一發光二極體燈條以及一安全開關裝置。該電源轉換裝置轉換該外部電源以提供該發光二極體燈條所需之驅動電源。該安全開關裝置連接該發光二極體燈條與該電源轉換裝置。該安全開關裝置包括一開關模組、一全橋轉換單元以及一觸發電路。該開關模組具有一第一端、一第二端以及一觸發端。該全橋轉換單元具有一第一電源端、一第二電源端、一第一輸出端以及一第二輸出端；其中該第一輸出端連接該開關模組之該第二端，該第二輸出端連接該開關模組之該第一端，該第一電源端連接該發光二極體燈條。該觸發電路至少包括一二極體、一變壓器以及一觸發維持單元。該二極體具有一陽極端與一陰極端。該變壓器具有一第一初級端、一第二初級端、一第一次級端以及一第二次級端；其中該第一初級端連接該第二電源端，該第二初級端連接該外部電源，該第二次級端連接該陽極端。該觸發維持單元連接該第一次級端、該陰極端以及該開關模組之該第二端與該觸發端。該啟動電容具有一第一端與一第二端；其中該第一端連接該全橋轉換單元之該第一電源端，該第二端連接該全橋轉換單元之該第二電源端與該變壓器之該第一初級端，以形成一第一支路。該支路二極體具有一陽極端與一陰極端；其中該陽極端連接該全橋轉換單元之該第二輸出端，該陰極端連接該開關模組之該第一端，以形成一第二支路；其中當該通用式發光二極體燈管組接在該燈座，且該外部電源供電該發光二極體燈條時，該觸發維持單元產生該開關模組所需之觸發電源，以確保該開關模組導通後，該外部電源驅動該發光二極體燈條發亮。
【0008】
為了能更進一步瞭解本創作為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，相信本創作之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。
 【0077】
Vx‧‧‧外部電源
【0078】
10‧‧‧通用式發光二極體燈管
【0079】
1‧‧‧安全開關裝置
【0080】
2‧‧‧發光二極體燈條
【0081】
3‧‧‧電源轉換裝置
【0082】
4‧‧‧虛擬燈絲電路
【0083】
11‧‧‧開關模組
【0084】
12‧‧‧全橋轉換單元
【0085】
13‧‧‧觸發電路
【0086】
14‧‧‧啟動電容
【0087】
15‧‧‧支路二極體
【0088】
16‧‧‧電壓抑制二極體
【0089】
20‧‧‧電子式鎮流器
【0090】
30‧‧‧電感式鎮流器
【0091】
31‧‧‧短路元件
【0092】
32‧‧‧整流濾波電路
【0093】
34‧‧‧直流對直流轉換電路
【0094】
36‧‧‧頻率選擇電路
【0095】
362‧‧‧電晶體開關
【0096】
41‧‧‧第一檢測電阻
【0097】
42‧‧‧第二檢測電阻
【0098】
111‧‧‧第一端
【0099】
112‧‧‧第二端
【0100】
113‧‧‧觸發端
【0101】
121‧‧‧第一電源端
【0102】
122‧‧‧第二電源端
【0103】
123‧‧‧第一輸出端
【0104】
124‧‧‧第二輸出端
【0105】
131‧‧‧二極體
【0106】
132‧‧‧變壓器
【0107】
133‧‧‧觸發維持單元
【0108】
1331‧‧‧電阻
【0109】
1332‧‧‧電容
【0110】
Rf‧‧‧濾波電阻
【0111】
Cf‧‧‧濾波電容
【0112】
141‧‧‧第一端
【0113】
142‧‧‧第二端
【0114】
151‧‧‧陽極端
【0115】
152‧‧‧陰極端
【0116】
161‧‧‧第一端
【0117】
162‧‧‧第二端
【0118】
P1‧‧‧第一初級端
【0119】
P2‧‧‧第二初級端
【0120】
S1‧‧‧第一次級端
【0121】
S2‧‧‧第二次級端
【0122】
CON1‧‧‧第一側第一端部
【0123】
CON2‧‧‧第一側第二端部
【0124】
CON3‧‧‧第二側第一端部
【0125】
CON4‧‧‧第二側第二端部
【0126】
Br1‧‧‧第一支路
【0127】
Br2‧‧‧第二支路
【0128】
Lp1‧‧‧第一路徑
【0129】
Lp2‧‧‧第二路徑
【0130】
Lp3‧‧‧第一高頻供電迴路
【0131】
Lp4‧‧‧第二高頻供電迴路
【0132】
Lp5‧‧‧第一低頻供電迴路
【0133】
Lp6‧‧‧第二低頻供電迴路
【0009】
圖1係為本創作一安全開關裝置應用於發光二極體燈管之電路方塊圖；
【0010】
圖2係為本創作該安全開關裝置之電路方塊圖；
【0011】
圖3係為本創作該安全開關裝置第一實施例之電路方塊圖；
【0012】
圖4係為本創作該安全開關裝置第一實施例之操作示意圖；
【0013】
圖5係為本創作該安全開關裝置第二實施例之電路方塊圖；
【0014】
圖6係為本創作一通用式發光二極體燈管之示意圖；
【0015】
圖7係為本創作一電源轉換裝置之電路方塊圖；
【0016】
圖8係為本創作該電源轉換裝置第一實施例之操作示意圖；
【0017】
圖9係為本創作該電源轉換裝置第二實施例之操作示意圖；
【0018】
圖10係為本創作該電源轉換裝置之詳細電路方塊圖；
【0019】
圖11係為本創作該通用式發光二極體燈管第一應用實施例之示意圖；
【0020】
圖12係為本創作該通用式發光二極體燈管第二應用實施例之示意圖；
【0021】
圖13係為本創作該通用式發光二極體燈管第三應用實施例之示意圖；
【0022】
圖14係為本創作該通用式發光二極體燈管第四應用實施例之示意圖；
【0023】
圖15係為本創作一電子式虛擬燈絲之電路圖；及
【0024】
圖16係為本創作該通用式發光二極體燈管之詳細電路圖。
 【0025】
茲有關本創作之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
【0026】
請參閱圖1係為本創作一安全開關裝置應用於發光二極體燈管之電路方塊圖。該安全開關裝置1連接一發光二極體燈條(LED light bar)2與一電源轉換裝置3。其中該發光二極體燈條2上具有複數個發光二極體顆粒(LEDs，爾後簡稱發光二極體)，該些發光二極體係可為串聯、並聯或串並聯架構，得以實際應用需求設計，因此該些發光二極體的電性連接關係，非以用來限制本創作之技術特徵。
【0027】
具體而言，該電源轉換裝置3、該發光二極體燈條2以及該安全開關裝置1所形成之電路架構，係裝置於一燈管內(容後詳述)，並且該燈管兩端係裝設於一燈座中，由一外部電源Vx供電，以驅動該發光二極體燈條2上的該些發光二極體發亮。此外，本創作該發光二極體燈管係更包含一虛擬燈絲電路4。至於該虛擬燈絲電路4的動作原理將於後文中有詳細之說明。
【0028】
請參閱圖16係為本創作該發光二極體燈管電源之詳細電路圖。圖16揭露本創作該發光二極體燈管中該安全開關裝置1、該發光二極體燈條2、該電源轉換裝置3以及該虛擬燈絲電路4的完整電路架構，透過將該發光二極體燈管的兩側端部CON1~CON4安裝於燈座，即可啟動該燈管使用。
【0029】
本創作之整體發光二極體燈管設計，能夠達成的功能如下：
【0030】
1、無論該發光二極體燈管為電子式鎮流器燈管、電感式鎮流器燈管或無鎮流器燈管，皆能夠在不改變線路架構的狀況下，直接替換該燈管使用；
【0031】
2、透過該發光二極體燈管所提供該安全開關裝置1，達到確保安裝帶電操作的安全性，以符合國際安規要求。至於上述該些功能將於後文說明書配合圖式說明之。
【0032】
請參閱圖2係為本創作該安全開關裝置之電路方塊圖。該安全開關裝置1連接一發光二極體燈條2與一電源轉換裝置3。該電源轉換裝置3轉換一外部電源Vx以提供該發光二極體燈條2所需之驅動電源。該安全開關裝置1包括一開關模組11、一全橋轉換單元12以及一觸發電路13。
【0033】
該開關模組11具有一第一端111、一第二端112以及一觸發端113。該全橋轉換單元12具有一第一電源端121、一第二電源端122、一第一輸出端123以及一第二輸出端124。其中該第一輸出端123連接該開關模組11之該第二端112，該第二輸出端124連接該開關模組11之該第一端111，該第一電源端121連接該發光二極體燈條2。
【0034】
該觸發電路13至少包括一二極體131、一變壓器132以及一觸發維持單元133。該二極體131具有一陽極端與一陰極端。其中該變壓器132實質上係為一高頻電流互感器。該變壓器132具有一第一初級端P1、一第二初級端P2、一第一次級端S1以及一第二次級端S2。其中該第一初級端P1連接該第二電源端122，該第二初級端P2連接該外部電源Vx，該第二次級端S2連接該陽極端。該觸發維持單元133連接該第一次級端S1、該陰極端以及該開關模組11之該第二端112與該觸發端113。其中當該外部電源Vx供電該發光二極體燈條2時，該觸發維持單元133產生該開關模組11所需之觸發電源，以確保該開關模組11導通後，該外部電源Vx驅動該發光二極體燈條2發亮。換言之，在上述該安全開關裝置的迴路中，先透過高頻電流觸發該開關模組11導通閉合後，再進一步保持該高頻電流互感器之電流，以實現該安全開關裝置1所提供確保安裝帶電操作的安全性之功能。
【0035】
藉此，透過該安全開關裝置1應用於該發光二極體燈管的操作，以確保該發光二極體燈管完全插接至燈座後，該開關模組11才會導通，進而該外部電源Vx驅動發光二極體燈條2發光，故此，可防止使用者在安裝該發光二極體燈管發生觸電的狀況，以確保使用者的人身安全。至於該安全開關裝置1應用於該發光二極體燈管之操作，將在後文中有詳細之說明。
【0036】
請參閱圖3係為本創作該安全開關裝置第一實施例之電路方塊圖。在第一實施例中，該安全開關裝置1除了包括前述該開關模組11、該全橋轉換單元12以及該觸發電路13外，更包括一啟動電容14與一支路二極體15。其中，該啟動電容14具有電容值介於470×10-12 法拉至2.2×10-9 法拉。
【0037】
該啟動電容14具有一第一端141與一第二端142。其中該第一端141連接該全橋轉換單元12之該第一電源端121，該第二端142連接該全橋轉換單元12之該第二電源端122與該變壓器132之該第一初級端P1，以形成一第一支路Br1。該支路二極體15具有一陽極端151與一陰極端152。其中該陽極端151連接該全橋轉換單元12之該第二輸出端124，該陰極端152連接該開關模組11之該第一端111，以形成一第二支路Br2。
【0038】
在本實施例中，該開關模組11包括至少一開關單元，且至少該開關單元具有該第一端111、該第二端112以及該觸發端113。該觸發維持單元133包括至少一電阻電容組，且至少該電阻電容組由一電阻1331與一電容1332串聯連接，以形成一第一連接端、一第二連接端以及一共接端。其中該第一連接端連接該二極體131之該陰極端，該第二連接端連接至少該開關單元之該第二端112，該共接端連接至少該開關單元之該觸發端113。值得一提，其中至少該電阻電容組的數量與至少該開關單元的數量相等，以本實施例而言，該開關單元的數量為三個，所以該電阻電容組的數量也對應為三組。
【0039】
在實際應用上，通常為了絕緣耐壓的安全考量，因此，會採用多個開關單元串聯架構。此外，該開關單元較佳者可為一矽控整流器(silicon controlled rectifier,SCR)，因此，該第一端111、該第二端112以及該觸發端113係分別為該矽控整流器之陽極(anode,A)、陰極(cathode,K)以及閘極(gate,G)。
【0040】
請參閱圖4係為本創作該安全開關裝置第一實施例之操作示意圖。為了方便說明，在本實施例中係以該開關模組11具有一個開關單元為例說明。此外，亦假設該外部電源Vx係為一交流電源。惟，實際應用並非以上述條件為限制。
【0041】
當該外部電源Vx為一正半週期供電該發光二極體燈條2時，該外部電源Vx先對該啟動電容14充電建立一充電電壓，該充電電壓經由該第一支路Br1與該變壓器132導通該二極體131，且透過該觸發維持單元133之該電阻電容組建立一觸發電壓，透過該觸發端113以觸發該開關模組11，進而導通該開關模組11。上述動作之示意，可為圖4上一第一路徑Lp1所示。
【0042】
值得一提，由於該啟動電容14的電容值較小，如前所述，該電容值介於470×10-12 法拉至2.2×10-9 法拉，因此，當頻率越高時，該啟動電容14阻抗也越小，故此，在高頻操作下，該外部電源Vx對該啟動電容14充電所建立之該充電電壓，才經由該第一支路Br1，導通該開關模組11。
【0043】
然後，該外部電源Vx再經由該全橋轉換單元12與該第二支路Br2，使得該外部電源Vx驅動該發光二極體燈條2發亮。上述動作之示意，可為圖4上一第二路徑Lp2所示。值得一提，由於該開關模組11導通之前，該外部電源Vx無法經由該第二支路Br2傳送電源，因此，若以該安全開關裝置1為一個開關的角度而言，該安全開關裝置1係為關斷(turned off)的狀態。換言之，該外部電源Vx要經由該安全開關裝置1傳送電源的條件，即為該安全開關裝置1為導通狀況，亦即，在正半週操作下，該外部電源Vx需要先經由該第一路徑Lp1觸發並且導通該開關模組11之後，再經由該第二路徑Lp2提供該外部電源Vx的傳送路徑。
【0044】
如此，即可實現本實施例的主要技術特徵：「當該外部電源Vx供電該發光二極體燈條2時，該觸發維持單元133產生該開關模組11所需之觸發電源，以確保該開關模組11導通後，該外部電源Vx驅動該發光二極體燈條2發亮。」如此，可確保使用者安裝該燈管至燈座完成之前，不會有該外部電源Vx供電導通該燈管的狀況發生，因此可防止使用者在安裝該發光二極體燈管發生觸電的狀況，以確保使用者的人身安全。
【0045】
此外，當該外部電源Vx為負半週操作時，雖然該外部電源Vx經由該變壓器132次級側所提供的電壓對該二極體131為逆偏截止操作，然而，由於該觸發維持單元133之該電阻電容所提供的電壓足以維持該開關模組11在該負半週的期間導通，因此，一旦該外部電源Vx再回到正半週操作時，將再透過該第一路徑Lp1持續觸發並導通該開關模組11，以及透過該第二路徑Lp2提供電源的傳送路徑。
【0046】
請參閱圖5係為本創作該安全開關裝置第二實施例之電路方塊圖。在第二實施例中，該安全開關裝置1除了包括前述該開關模組11、該全橋轉換單元12以及該觸發電路13外，更包括一電壓抑制二極體16。其中該電壓抑制二極體16可為一暫態電壓抑制器(transient voltage suppresser,TVS)。該電壓抑制二極體16具有一第一端161與一第二端162；其中該第一端161連接該全橋轉換單元12之該第二輸出端124與該開關模組11之該第一端111，該第二端162連接該觸發維持單元133。
【0047】
再者，該開關模組11包括一開關單元，且該開關單元具有該第一端111、該第二端112以及該觸發端113。該觸發維持單元133主要包括一稽納二極體與一電阻電容組。該電阻電容組由一電阻與一電容並聯連接，以形成一第一連接端與一第二連接端，且該電阻電容組並聯連接該稽納二極體。其中該第一連接端連接該電壓抑制二極體16之該第二端162與該開關模組11之該觸發端113，該第二連接端連接該開關單元之該第二端112。
【0048】
當該外部電源Vx供電該發光二極體燈條2時，經由電源系統中的鎮流器所轉換產生的一點火高電壓觸發並且導通該開關模組11，使得該外部電源Vx驅動該發光二極體燈條2發亮；其中該電壓抑制二極體16係以抑制觸發該開關模組11之該高電壓值，進而降低點火軟擊穿的瞬間所產生的高能量。值得一提，在實際應用上，該電壓抑制二極體16可以不需要使用，然而，相對地就需要考量到當沒有該電壓抑制二極體16抑制該點火高電壓時，所使用的該開關模組11的軟擊穿電流的狀況，亦或調整該鎮流器的輸出特性，以因應無裝設該電壓抑制二極體16的應用情況。
【0049】
請參閱圖6係為本創作一通用式發光二極體燈管之示意圖。該通用式發光二極體燈管10包括一發光二極體燈條2、一電源轉換裝置3以及一安全開關裝置1。其中該通用式發光二極體燈管可為一T8發光二極體燈管(T8-LED Tube)，然而，不以此為限制。 值得一提，圖6所示該電源轉換裝置3、該發光二極體燈條2以及該安全開關裝置1雖然示意為同一平面之串聯連接，然而，在實際的設計上，該發光二極體燈條2通常係為將複數個發光二極體顆粒充分地配置在印刷電路板(printed circuit board,PCB)或軟性印刷電路板(flexible printed circuit,FPC)為基板的一表面上所形成，使得該發光二極體燈管的照光面積大以及發光效率高。並且，該電源轉換裝置3與該安全開關裝置1則配置在該基板的另一表面上，以提供電源轉換以及安全供電的操作。
【0050】
值得一提，本創作該通用式發光二極體燈管所謂的「通用式」意指著本創作所提出的該發光二極體燈管可適用於搭配低頻(50Hz~60Hz)點燈的電感式鎮流器(magnetic ballast)或高頻(20kHz~60kHz)瞬時點燈的電子式鎮流器(electrical ballast)，甚至無鎮流器(none ballast)的配置，也同樣適用。可配合參見圖11~圖13及其對應的操作說明。
【0051】
該電源轉換裝置3轉換一外部電源Vx以提供該發光二極體燈條2所需之驅動電源。該安全開關裝置1連接該發光二極體燈條2與該電源轉換裝置3。該安全開關裝置1主要包括一開關模組11、一全橋轉換單元12以及一觸發電路13。其中，該安全開關裝置1最主要之功能在於當該外部電源Vx供電該發光二極體燈條2時，該觸發維持單元133產生該開關模組11所需之觸發電源，以確保該開關模組11導通後，該外部電源Vx驅動該發光二極體燈條2發亮。如此，可防止使用者在安裝該通用式發光二極體燈管發生觸電的狀況，以確保使用者的人身安全。至於該安全開關裝置1之實施態樣及其操作原理，可參見圖2~圖5及其對應說明內容，在此不再贅述。
【0052】
請參閱圖7係為本創作一電源轉換裝置之電路方塊圖。該電源轉換裝置3包括一整流濾波電路32、一直流對直流轉換電路34以及一頻率選擇電路36。該整流濾波電路32接收該外部電源Vx，對該外部電源Vx進行整流與濾波操作，以提供一整流濾波電源。該直流對直流轉換電路34連接該整流濾波電路32，轉換該整流濾波電源以輸出一驅動電源，進而驅動該發光二極體燈條2。
【0053】
該頻率選擇電路36連接該整流濾波電路32、該直流對直流轉換電路34以及該發光二極體燈條2。其中當該外部電源Vx為一高頻電源時，該頻率選擇電路36為導通操作，以提供高頻驅動該發光二極體燈條2；當該外部電源Vx為一低頻電源時，該頻率選擇電路36為關斷操作，以提供低頻驅動該發光二極體燈條2。
【0054】
請參閱圖8係為本創作該電源轉換裝置第一實施例之操作示意圖。其中該第一實施例之操作即為一高頻操作。當該外部電源Vx為一高頻電源，且為正半週操作時，該外部電源Vx提供一第一高頻供電迴路Lp3依序為該整流濾波電路32、該直流對直流轉換電路34、該發光二極體燈條2、該頻率選擇電路36以及該安全開關裝置1所構成。當該外部電源Vx為該高頻電源，且為負半週操作時，該外部電源Vx提供一第二高頻供電迴路Lp4依序為該安全開關裝置1、該直流對直流轉換電路34、該發光二極體燈條2、該頻率選擇電路36以及該整流濾波電路32所構成。因此，透過該第一高頻供電迴路Lp3與該第二高頻供電迴路Lp4，該外部電源Vx係提供該發光二極體燈條2之高頻電源驅動。
【0055】
請參閱圖9係為本創作該電源轉換裝置第二實施例之操作示意圖。其中該第二實施例之操作即為一低頻操作。當該外部電源Vx為一低頻電源，且為正半週操作時，該外部電源Vx提供一第一低頻供電迴路Lp5依序為該整流濾波電路32、該直流對直流轉換電路34、該發光二極體燈條2以及該安全開關裝置1所構成；當該外部電源Vx為該低頻電源，且為負半週操作時，該外部電源Vx提供一第二低頻供電迴路Lp6依序為該安全開關裝置1、該直流對直流轉換電路34、該發光二極體燈條2以及該整流濾波電路32所構成。
【0056】
換言之，當該外部電源Vx為一低頻電源時，由於該頻率選擇電路36為關斷的狀態，因此，該發光二極體燈條2係由該直流對直流轉換電路34所轉換後的直流驅動電壓直接驅動。值得一提，在本創作中，該直流對直流轉換電路34係可為一降壓式轉換器(buck converter)、升壓式轉換器(boost converter)或升降壓式轉換器(buck-boost converter)，但不以此為限制。
【0057】
請參閱圖10係為本創作該電源轉換裝置之詳細電路方塊圖。承上所述，該頻率選擇電路36至少包括一電晶體開關362，且透過控制該電晶體開關362的導通與關斷，能夠實現該外部電源Vx為高頻電源或低頻電源時所對應的驅動電路。亦即，當該外部電源Vx為該高頻電源時，該電晶體開關362為導通狀態，當該外部電源Vx為該低頻電源時，該電晶體開關362為關斷狀態。
【0058】
值得一提，該頻率選擇電路36係提供頻率選擇與濾波的功能，其本質上係為一高通濾波電路。該頻率選擇電路36係主要包括該電晶體開關362與一濾波電阻Rf以及一濾波電容Cf。其中該高通濾波電路的截止頻率fz大小為：
【0059】
【0060】
故此，當該外部電源Vx為該高頻電源時，透過該濾波電阻Rf與該濾波電容Cf，以導通該電晶體開關362；反之，當該外部電源Vx為該低頻電源時，則關斷該電晶體開關362。
【0061】
請參閱圖11係為本創作該通用式發光二極體燈管第一應用實施例之示意圖。圖11係為示意該通用式發光二極體燈管10組接於一燈座(未圖示)之電路連接關係，換言之，透過將該通用式發光二極體燈管10裝設於該燈座上，並且透過該外部電源Vx供電，以形成整之發光二極體燈管之電源系統。該電源系統包括一燈座與一通用式發光二極體燈管10。該燈座提供一外部電源Vx。該通用式發光二極體燈管10具有一第一側第一端部CON1、一第一側第二端部CON2、一第二側第一端部CON3以及一第二側第二端部CON4，透過該些端部CON1~CON4組接在該燈座上。該通用式發光二極體燈管10主要包括一發光二極體燈條2、一電源轉換裝置3以及一安全開關裝置1。至於該安全開關裝置1與該電源轉換裝置3之實施態樣及其操作原理，可參見圖2~圖5與圖7~10及其對應說明內容，在此不再贅述。
【0062】
在圖11該第一應用實施例中，該燈座包括一電子式鎮流器20，該電子式鎮流器20具有兩輸入端與至少兩輸出端。當該通用式發光二極體燈管10組接在該燈座時，該通用式發光二極體燈管10之該第一側第一端部CON1與該第一側第二端部CON2相互連接，再連接至該電子式鎮流器之其中一輸出端；且該通用式發光二極體燈管10之該第二側第一端部CON3與該第二側第二端部CON4相互連接，再連接至該電子式鎮流器之其中另一輸出端；該外部電源Vx連接於該電子式鎮流器20之該兩輸入端，進而對該通用式發光二極體燈管10供電。然而，上述該通用式發光二極體燈管10的該些端部CON1~CON4在本實施例中僅為相對位置的關係，非用以限制本創作之創作精神。
【0063】
請參閱圖12係為本創作該通用式發光二極體燈管第二應用實施例之示意圖。圖12係為示意複數個(根)通用式發光二極體燈管10組接於該燈座之電路連接關係。該燈座包括一電子式鎮流器20，該電子式鎮流器20具有兩輸入端與至少兩輸出端。當該通用式發光二極體燈管10組接在該燈座時，該通用式發光二極體燈管10之該第一側第一端部CON1與該第一側第二端部CON2相互連接，再連接至該電子式鎮流器之其中一輸出端；且該通用式發光二極體燈管10之該第二側第一端部CON3與該第二側第二端部CON4相互連接，再連接至該電子式鎮流器之其中另一輸出端；該外部電源Vx連接於該電子式鎮流器20之該兩輸入端，進而對該通用式發光二極體燈管10供電。
【0064】
請參閱圖13係為本創作該通用式發光二極體燈管第三應用實施例之示意圖。該燈座包括一電感式鎮流器30，該電感式鎮流器30具有一輸入端與一輸出端。當該通用式發光二極體燈管10組接在該燈座時，該通用式發光二極體燈管10之該第一側第一端部CON1與該第二側第一端部CON3透過一短路元件31直接連接；且該通用式發光二極體燈管10之該第二側第二端部CON4連接該電感式鎮流器30之該輸出端；該外部電源Vx連接於該通用式發光二極體燈管10之該第一側第二端部CON2與該電感式鎮流器30之該輸入端，進而對該通用式發光二極體燈管10供電。
【0065】
請參閱圖14係為本創作該通用式發光二極體燈管第四應用實施例之示意圖。圖14係為示意該通用式發光二極體燈管10組接於無鎮流器之該燈座的電路連接關係。當該通用式發光二極體燈管10組接在該燈座時，該通用式發光二極體燈管10之該第二側第一端部CON3與該第二側第二端部CON4為空接(no connection,N.C.)；該外部電源Vx連接於該通用式發光二極體燈管10之該第一側第一端部CON1與該第一側第二端部CON2，進而對該通用式發光二極體燈管10供電。
【0066】
請參閱圖15係為本創作一電子式虛擬燈絲之電路圖。該虛擬燈絲電路4包括一第一檢測電阻41與一第二檢測電阻42，其中該第二檢測電阻42係串聯連接該第一檢測電阻41，形成一檢測支路。其中該檢測支路連接於該通用式發光二極體燈管之該第一側第一端部與該第一側第二端部。其中該第一檢測電阻為一正溫度係數熱敏電阻(PTC thermal resistor)。該虛擬燈絲電路4不僅僅可做為虛擬燈絲之用，更可降低檢測電流所產生的損耗，以維持該通用式發光二極體燈管之電源系統的整體效率。
【0067】
綜上所述，本創作係具有以下之優點：
【0068】
1、透過該安全開關裝置1應用於該發光二極體燈管的操作，以確保該通用式發光二極體燈管10完全插接至燈座後，該開關模組11才會導通，進而該外部電源Vx驅動發光二極體燈條2發光，故此，可防止使用者在安裝與拆卸該通用式發光二極體燈管10發生觸電的狀況，以確保使用者的人身安全；
【0069】
2、由電子零件所設計的該安全開關裝置1，應用於當該通用式發光二極體燈管10安裝於燈座後，可透過偵測該外部電源Vx的狀況，實現自動過電的功能，而不需要使用者按壓實體的機械式開關，以提高操作的方便性；
【0070】
3、利用具有小電容值之該啟動電容14提供該開關模組11導通前的電性路徑，當燈管完全安裝至燈座上時，並且高頻時該啟動電容14才能產生有效觸發電流，並且透過該支路二極體15在觸發維持單元的電阻電容組建立觸發電壓，進而導通該開關模組11；
【0071】
4、透過該頻率選擇電路36的導通與關斷，偵測該外部電源Vx為高頻電源或低頻電源，以提供該發光二極體燈條2適合的驅動電源，進而提高該發光二極體燈條2的使用效率與壽命；
【0072】
5、該直流對直流轉換電路34可依實際應用的需要，提供不同電路拓樸的電源轉換器，例如降壓式轉換器(buck converter)、升壓式轉換器(boost converter)或升降壓式轉換器(buck-boost converter)，以增加該發光二極體燈條2驅動電壓大小的範圍；
【0073】
6、該通用式發光二極體燈管10可適用裝設於具有低頻點燈的電感式鎮流器(magnetic ballast)或高頻瞬時點燈的電子式鎮流器(electrical ballast)，甚至無鎮流器(none ballast)的燈座使用；
【0074】
7、利用本創作所設計的該安全開關裝置1、該頻率選擇電路36以及該直流對直流轉換電路34，使得該發光二極體燈管10可通用地安裝於不同類型、不同電壓等級的該外部電源Vx之燈座上，換言之，不需要因應不同電源而更動該通用式發光二極體燈管10的設計，如此，對廠商而言，可節省設計不同燈管所需的人力成本與零組件成本；對使用者而言，可大大地提升該通用式發光二極體燈管10的實用性與方便性；及
【0075】
8、透過該虛擬燈絲電路4的設計，不僅僅可做為虛擬燈絲之用，更可降低檢測電流所產生的損耗，以維持該通用式發光二極體燈管之電源系統的整體效率。
【0076】
惟，以上所述，僅為本創作較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本創作之特徵並不侷限於此，並非用以限制本創作，本創作之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本創作申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本創作之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本創作之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
Vx‧‧‧外部電源
1‧‧‧安全開關裝置
2‧‧‧發光二極體燈條
3‧‧‧電源轉換裝置
11‧‧‧開關模組
12‧‧‧全橋轉換單元
13‧‧‧觸發電路
111‧‧‧第一端
112‧‧‧第二端
113‧‧‧觸發端
121‧‧‧第一電源端
122‧‧‧第二電源端
123‧‧‧第一輸出端
124‧‧‧第二輸出端
131‧‧‧二極體
132‧‧‧變壓器
133‧‧‧觸發維持單元
P1‧‧‧第一初級端
P2‧‧‧第二初級端
S1‧‧‧第一次級端
S2‧‧‧第二次級端

Claims (16)

  1. 【第1項】
    一種安全開關裝置，連接一發光二極體燈條與一電源轉換裝置，該電源轉換裝置轉換一外部電源以提供該發光二極體燈條所需之驅動電源，該安全開關裝置包括：
    一開關模組，具有一第一端、一第二端以及一觸發端；
    一全橋轉換單元，具有一第一電源端、一第二電源端、一第一輸出端以及一第二輸出端；其中該第一輸出端連接該開關模組之該第二端，該第二輸出端連接該開關模組之該第一端，該第一電源端連接該發光二極體燈條；
    一觸發電路，至少包括：
    一二極體，具有一陽極端與一陰極端；
    一變壓器，具有一第一初級端、一第二初級端、一第一次級端以及一第二次級端；其中該第一初級端連接該第二電源端，該第二初級端連接該外部電源，該第二次級端連接該陽極端；及
    一觸發維持單元，連接該第一次級端、該陰極端以及該開關模組之該第二端與該觸發端；
    一啟動電容，具有一第一端與一第二端；其中該第一端連接該全橋轉換單元之該第一電源端，該第二端連接該全橋轉換單元之該第二電源端與該變壓器之該第一初級端，以形成一第一支路；及
    一支路二極體，具有一陽極端與一陰極端；其中該陽極端連接該全橋轉換單元之該第二輸出端，該陰極端連接該開關模組之該第一端，以形成一第二支路；
    其中當該外部電源供電該發光二極體燈條時，該觸發維持單元產生該開關模組所需之觸發電源，以確保該開關模組導通後，該外部電源驅動該發光二極體燈條發亮。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之安全開關裝置，其中
    該開關模組包括至少一開關單元，且至少該開關單元具有該第一端、該第二端以及該觸發端；及
    該觸發維持單元包括至少一電阻電容組，且至少該電阻電容組由一電阻與一電容串聯連接，以形成一第一連接端、一第二連接端以及一共接端；其中該第一連接端連接該二極體之該陰極端，該第二連接端連接至少該開關單元之該第二端，該共接端連接至少該開關單元之該觸發端；
    其中至少該電阻電容組的數量與至少該開關單元的數量相等。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第2項所述之安全開關裝置，其中當該外部電源供電該發光二極體燈條時，該外部電源先對該啟動電容充電建立一充電電壓，該充電電壓經由該第一支路與該變壓器導通該二極體，且透過該觸發維持單元之該電阻電容組建立一觸發電壓，透過該觸發端以觸發該開關模組，進而導通該開關模組；該外部電源再經由該全橋轉換單元與該第二支路，使得該外部電源驅動該發光二極體燈條發亮。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第1項所述之安全開關裝置，其中該啟動電容具有電容值介於470×10-12 法拉至2.2×10-9 法拉。
  5. 【第5項】
    一種具有安全開關裝置之通用式發光二極體燈管，包括：
    一發光二極體燈條；
    一電源轉換裝置，轉換一外部電源以提供該發光二極體燈條所需之驅動電源；及
    一安全開關裝置，連接該發光二極體燈條與該電源轉換裝置，包括：
    一開關模組，具有一第一端、一第二端以及一觸發端；
    一全橋轉換單元，具有一第一電源端、一第二電源端、一第一輸出端以及一第二輸出端；其中該第一輸出端連接該開關模組之該第二端，該第二輸出端連接該開關模組之該第一端，該第一電源端連接該發光二極體燈條；
    一觸發電路，至少包括：
    一二極體，具有一陽極端與一陰極端；
    一變壓器，具有一第一初級端、一第二初級端、一第一次級端以及一第二次級端；其中該第一初級端連接該第二電源端，該第二初級端連接該外部電源，該第二次級端連接該陽極端；及
    一觸發維持單元，連接該第一次級端、該陰極端以及該開關模組之該第二端與該觸發端；
    一啟動電容，具有一第一端與一第二端；其中該第一端連接該全橋轉換單元之該第一電源端，該第二端連接該全橋轉換單元之該第二電源端與該變壓器之該第一初級端，以形成一第一支路；及
    一支路二極體，具有一陽極端與一陰極端；其中該陽極端連接該全橋轉換單元之該第二輸出端，該陰極端連接該開關模組之該第一端，以形成一第二支路；
    其中當該外部電源供電該發光二極體燈條時，該觸發維持單元產生該開關模組所需之觸發電源，以確保該開關模組導通後，該外部電源驅動該發光二極體燈條發亮。
  6. 【第6項】
    如申請專利範圍第5項所述之通用式發光二極體燈管，其中該電源轉換裝置包括：
    一整流濾波電路，接收該外部電源，對該外部電源進行整流與濾波操作，以提供一整流濾波電源；
    一直流對直流轉換電路，連接該整流濾波電路，轉換該整流濾波電源以輸出一驅動電源，進而驅動該發光二極體燈條；及
    一頻率選擇電路，連接該整流濾波電路、該直流對直流轉換電路以及該發光二極體燈條；其中當該外部電源為一高頻電源時，該頻率選擇電路為導通操作，以提供高頻驅動該發光二極體燈條；當該外部電源為一低頻電源時，該頻率選擇電路為關斷操作，以提供低頻驅動該發光二極體燈條。
  7. 【第7項】
    如申請專利範圍第6項所述之通用式發光二極體燈管，其中該頻率選擇電路至少包括一電晶體開關；當該外部電源為該高頻電源時，該電晶體開關為導通狀態，當該外部電源為該低頻電源時，該電晶體開關為關斷狀態。
  8. 【第8項】
    如申請專利範圍第7項所述之通用式發光二極體燈管，其中當該外部電源為一高頻電源，且為正半週操作時，該外部電源提供一第一高頻供電迴路依序為該整流濾波電路、該直流對直流轉換電路、該發光二極體燈條、該頻率選擇電路之該電晶體開關以及該安全開關裝置所構成；當該外部電源為該高頻電源，且為負半週操作時，該外部電源提供一第二高頻供電迴路依序為該安全開關裝置、該直流對直流轉換電路、該發光二極體燈條、該頻率選擇電路之該電晶體開關以及該整流濾波電路所構成。
  9. 【第9項】
    如申請專利範圍第7項所述之通用式發光二極體燈管，其中當該外部電源為一低頻電源，且為正半週操作時，該外部電源提供一第一低頻供電迴路依序為該整流濾波電路、該直流對直流轉換電路、該發光二極體燈條以及該安全開關裝置所構成；當該外部電源為該低頻電源，且為負半週操作時，該外部電源提供一第二低頻供電迴路依序為該安全開關裝置、該直流對直流轉換電路、該發光二極體燈條以及該整流濾波電路所構成。
  10. 【第10項】
    一種通用式發光二極體燈管之電源系統，包括：
    一燈座，提供一外部電源；及
    一通用式發光二極體燈管，具有一第一側第一端部、一第一側第二端部、一第二側第一端部以及一第二側第二端部，透過該些端部組接在該燈座上；該通用式發光二極體燈管包括：
    一發光二極體燈條；
    一電源轉換裝置，轉換該外部電源以提供該發光二極體燈條所需之驅動電源；及
    一安全開關裝置，連接該發光二極體燈條與該電源轉換裝置，包括：
    一開關模組，具有一第一端、一第二端以及一觸發端；
    一全橋轉換單元，具有一第一電源端、一第二電源端、一第一輸出端以及一第二輸出端；其中該第一輸出端連接該開關模組之該第二端，該第二輸出端連接該開關模組之該第一端，該第一電源端連接該發光二極體燈條；
    一觸發電路，至少包括：
    一二極體，具有一陽極端與一陰極端；
    一變壓器，具有一第一初級端、一第二初級端、一第一次級端以及一第二次級端；其中該第一初級端連接該第二電源端，該第二初級端連接該外部電源，該第二次級端連接該陽極端；及
    一觸發維持單元，連接該第一次級端、該陰極端以及該開關模組之該第二端與該觸發端；
    一啟動電容，具有一第一端與一第二端；其中該第一端連接該全橋轉換單元之該第一電源端，該第二端連接該全橋轉換單元之該第二電源端與該變壓器之該第一初級端，以形成一第一支路；及
    一支路二極體，具有一陽極端與一陰極端；其中該陽極端連接該全橋轉換單元之該第二輸出端，該陰極端連接該開關模組之該第一端，以形成一第二支路；
    其中當該通用式發光二極體燈管組接在該燈座，且該外部電源供電該發光二極體燈條時，該觸發維持單元產生該開關模組所需之觸發電源，以確保該開關模組導通後，該外部電源驅動該發光二極體燈條發亮。
  11. 【第11項】
    如申請專利範圍第10項所述之通用式發光二極體燈管之電源系統，其中該燈座包括一電子式鎮流器，該電子式鎮流器具有兩輸入端與至少兩輸出端；
    其中當該通用式發光二極體燈管組接在該燈座時，該通用式發光二極體燈管之該第一側第一端部與該第一側第二端部相互連接，再連接至該電子式鎮流器之其中一輸出端；且該通用式發光二極體燈管之該第二側第一端部與該第二側第二端部相互連接，再連接至該電子式鎮流器之其中另一輸出端；該外部電源連接於該電子式鎮流器之該兩輸入端，進而對該通用式發光二極體燈管供電。
  12. 【第12項】
    如申請專利範圍第10項所述之通用式發光二極體燈管之電源系統，其中該燈座包括一電子式鎮流器，該電子式鎮流器具有兩輸入端與至少兩輸出端；
    其中當複數個通用式發光二極體燈管並聯組接在該燈座時，每一該通用式發光二極體燈管之該第一側第一端部與該第一側第二端部相互連接，再連接至該電子式鎮流器之其中一相同輸出端；且每一該通用式發光二極體燈管之該第二側第一端部與該第二側第二端部相互連接，再各別連接至該電子式鎮流器之其中不同輸出端；該外部電源連接於該電子式鎮流器之該兩輸入端，進而對該些通用式發光二極體燈管供電。
  13. 【第13項】
    如申請專利範圍第10項所述之通用式發光二極體燈管之電源系統，其中該燈座包括一電感式鎮流器，該電感式鎮流器具有一輸入端與一輸出端；
    其中當該通用式發光二極體燈管組接在該燈座時，該通用式發光二極體燈管之該第一側第一端部與該第二側第一端部透過一短路元件直接連接；且該通用式發光二極體燈管之該第二側第二端部連接該電感式鎮流器之該輸出端；該外部電源連接於該通用式發光二極體燈管之該第一側第二端部與該電感式鎮流器之該輸入端，進而對該通用式發光二極體燈管供電。
  14. 【第14項】
    如申請專利範圍第10項所述之通用式發光二極體燈管之電源系統，其中當該通用式發光二極體燈管組接在該燈座時，該通用式發光二極體燈管之該第二側第一端部與該第二側第二端部為空接(no connection,N.C.)；該外部電源連接於該通用式發光二極體燈管之該第一側第一端部與該第一側第二端部，進而對該通用式發光二極體燈管供電。
  15. 【第15項】
    如申請專利範圍第10項所述之通用式發光二極體燈管之電源系統，更包括：
    一虛擬燈絲電路，包括：
    一第一檢測電阻；及
    一第二檢測電阻，係串聯連接該第一檢測電阻，形成一檢測支路，其中該檢測支路連接於該通用式發光二極體燈管之該第一側第一端部與該第一側第二端部。
  16. 【第16項】
    如申請專利範圍第15項所述之通用式發光二極體燈管之電源系統，其中該第一檢測電阻為一正溫度係數熱敏電阻(PTC thermal resistor)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI785446B (zh) * 2020-12-29 2022-12-01 國立高雄科技大學 應用於直流微電網之雙向固態斷路器
TWI822696B (zh) * 2017-09-16 2023-11-21 日商鳳凰電機股份有限公司 光源裝置、曝光裝置、及光源裝置之判定方法

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