[发明专利]交流直接耦合型发光二极管照明装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管照明装置，尤其是一种通过半波或全波整流电路把发光二极管直接连接到交流电源而改善发光效率并减轻总谐波失真现象的交流直接耦合型发光二极管照明装置。 

背景技术

如同一般二极管的特性，如果对发光二极管施加正向电压时施加了正向阈值电压以上的电压就会让电流流动。由交流直接驱动的直接耦合型发光二极管通过全波整流二极管把一个或一个以上的发光二极管串联连接、串并联连接的形态连接。施加全波整流的电源时，在正向阈值电压以上的电压下发光二极管接通(Turn-on)而使得电流流过并且开始放射光线。 

在发光二极管接通电压以下即使施加电压，发光二极管也不会有电流流动，以单一周期为基准时，由于发光二极管的接通区间较短而导致光效率下降并产生总谐波失真现象。 

增加串联连接的发光二极管数量时，接通所需电压会增加很多而接通区间更短，从而使前述问题进一步加剧，而且也会提高生产成本。 

与此相反地，减少串联连接的发光二极管数量时，虽然能够减少启动时所需要的电压，却会发生更致命的问题，那就是让发光二极管承受过电流而缩短其寿命。而且，交流电源的电压变化会导致上述光效率下降及过电流现象。 

因此，因此需要开发出具有下列效果的发光二极管装置，亦即，不受电源的电压变化影响、增加光效率、减少总谐波失真、防止过电流、降低生产成本的发光二极管装置。 

图1显示了整流二极管Dr与电流调节电阻Rr及发光二极管De 串联连接的交流发光二极管驱动电路。图2显示了图1所施加的交流电源电压V_AC与电流I_AC、整流电压Vcc与所流动的电流Icc波形。 

如图1所示，交流电源V_AC通过被整流二极管Dr全波整流的形态让整流电压Vcc经过电阻Rr施加到发光二极管De。在串联连接的发光二极管De的正向阈值电压发光二极管De所含基本发光二极管的正向阈值电压之和)以下，如图2所示地会在一定时间t1,t3没有电流Icc流动。整流电压Vcc大于正向阈值电压Vth时t2，电流Icc开始流动，流动的电流Icc大小相当于整流电压Vcc与正向阈值电压Vth之差除以电阻Rr，因此输入整流电压增加时，流经发光二极管的电流可能会大于最大容许电流。 

接通时所需电压，即正向阈值电压Vth会随着串联连接的基本发光二极管数量呈比例地增加，从而使得发光二极管的接通区间缩短而让总谐波失真(Total Harmonics Distortion,THD)增加并降低光效率，降低正向阈值电压或增加电源电压时会让超过容许电流的电流经过发光二极管而缩短其寿命并降低可靠性。 

上述总谐波失真由于引起各种电燥波而在世界范围内受到限制，发光二极管的光效率下降时需要针对下降幅度而使用更多的发光二极管，因此生产一定量的发光装置时所需要的成本也会跟着增加。 

图3显示了改善总谐波失真THD的交流发光二极管驱动电路，反并联形态的第一发光二极管Da与第二发光二极管Db串联连接在电流调节电阻R，改善总谐波失真的电容C1构成于电阻R与第一发光二极管Da之间的连接点na、第一发光二极管Da与第二发光二极管Db之间的连接点nb，电源V_AC在没有整流二极管的情形下经过电阻直接连接到发光二极管。 

图4显示了施加在图3所示发光二极管的电压V_AC与电流I_AC、电压波形Vcc、通过第一发光二极管Da流动的电流波形IDa及通过第二发光二极管Db流动的电流波形IDb。 

第一发光二极管Da在正向阈值电压Vth以下时没有电流经过。正 向阈值电压Vth以上时，在正半周期中第一发光二极管Da中的正向第一发光二极管Da2有电流IDa2流动，在负半周期中逆向第一发光二极管Da1有电流IDa1流动而成为第一发光二极管电流Ida。 

第二发光二极管Db在正向阈值电压Vth以下时也会在电压朝正方向上升时通过电容C1让充电电流经过，朝负方向上升时也会通过电容C1让放电电流经过。 

正向阈值电压Vth以上时，在正半周期中通过正向第一发光二极管Da2在正向第二发光二极管Db2有电流IDb2经过，在负半周期中通过逆向第一发光二极管Da1在逆向第二发光二极管Db1有电流IDb1经过，从而成为第二发光二极管电流Idb。然而，电压下降时，不会有通过电容的C1电流经过，阈值电压Vth以下时和第一发光二极管Da一样不会有电流经过。