[发明专利]限流元件及发光二极管装置

说明书

技术领域

本发明关于一种限流元件以及包含该限流元件的发光二极管(Light Emitting Diode；LED)装置。限流元件采用多个正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)元件，其串联LED应用时，具有即时进行电流调整的功效。

背景技术

LED的基本性质与二极管相似，具有顺向偏压可以通过电流，反向偏压截止电流的特性。惟不同之处在于流通电流时会发出光线，且一般的顺向导通的工作电压比普通二极管的0.7V还高。该顺向导通的工作电压并不会随着电流的大小而改变，因此LED不可以直接于两端施予高于顺向导通的工作电压的电源，且务必使用限流电阻，才不会因为电流过高而烧毁LED。假设将9V电池直接施予LED两端，LED企图将两端的电压维持在2.3V，而电池欲将电压维持在9V，因此在9V与2.3V的压差之下，假设有一个很小的阻抗，这样势必流通相当大的电流，才能满足这样的条件。而结果将导致LED因为过大的电流而烧毁。

因此，为解决上述问题，简单的解决方法就是加上一颗“限流电阻”，如图1A所示的LED电路结构10，其中限流电阻11串联LED 12且连接电源电压Vcc。限流电阻11的电阻值R可依下式计算：R＝(Vcc-Vf)/If，其中Vcc为电源电压，Vf为LED顺向电压，If为LED工作电流。

以图1B所示的LED I-V曲线图特性为例，假设Vcc＝6V、Vf＝3.8V以及If＝50mA，可计算出限流电阻11的电阻值应为：(6V-3.8V)/0.05A＝44Ω。传统上限流电阻为固定电阻，因此当Vcc升至9.0V以上时，Vf≥4.2V将可能因此造成LED 12快速发热进而造成损害。

以上限流电阻设计虽然可以提供LED的保护，但因照明用高功率LED产生高热的特性，LED温度往往于提升时无法即时调整LED电流，使得LED温度持续增加或维持于高温状态，而可能烧毁LED或减损LED的寿命。

发明内容

为了克服以上所设计的缺失，本发明采用多个PTC元件组成限流元件，可将现有PTC元件阻抗作放大的效果。本发明的限流元件可使得PTC元件在升至临界温度前即时对LED电流进行调整以进行温控，从而避免或减缓LED于高热下所造成的负面影响。

本发明一实施例的LED装置连接一电源电压，且包括一LED组件以及一限流元件。LED组件对应一限流电阻值，且包含至少一LED。该LED具有LED顺向电压及LED工作电流。限流元件包含串联的多个PTC元件，该多个PTC元件具有感测该LED温度的功能，且电气串联至该LED组件。

本发明的LED装置可应用多颗LED，形成条列或阵列型式，以配合照明的实际应用。一实施例中，LED组件包含n个串联的LED，其中n为正整数。前述限流电阻值＝(电源电压-n×LED顺向电压)/LED工作电流。

其中限流元件具有随感测温度增加提升其电阻值的特性，该限流元件于一LED正常工作温度时的电阻值趋近或等于该限流电阻值，且当该LED逐渐升温至一异常温度时，该限流元件允许通过的电流将逐渐下降至低于该LED工作电流。

本发明利用串联多个PTC元件作为限流元件，由此将现有元件阻抗作放大，使PTC元件在升至临界温度前即有降低通过LED的电流，故可有效避免LED高热的情况发生，进而避免LED烧毁及延长LED使用寿命。

附图说明

图1A及1B为现有的发光二极管的应用示意图；

图2为本发明第一实施例的发光二极管装置示意图；

图3为本发明第二实施例的发光二极管装置示意图；

图4为本发明第三实施例的发光二极管装置示意图；

图5为发光二极管装置中PTC元件的电流与温度关系示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、20、30、40：发光二极管装置

11：限流电阻

12：LED

21：限流元件

22：LED

23：PTC元件

25：LED组件

具体实施方式

为让本发明的上述和其他技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：