专利名称：限流元件及发光二极管装置的制作方法
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 EmittingDiode ；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 1-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 = 44 Ω。传统上限流电阻为固定电阻，因此当Vcc升至9.0V以上时，Vf彡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η个串联的LED，其中η为正整数。前述限流电阻值=(电源电压-η X 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。
图1A及IB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:LED21:限流元件22:LED23:PTC 元件25 =LED 组件
具体实施例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:由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient ；PTC)特性的导电复合材料的电阻对温度变化具有反应敏锐的特性，可作为电流感测元件的材料，目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上。当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时,其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少102 Q以上)，而将过量的电流降低。电阻瞬间弹升的对应温度系称为触发临界温度，在触发临界温度前，PTC元件的电阻也会随温度升高而逐渐增加。本发明即利用PTC元件于触发前的此特性设计出可即时调整LED电流的限流元件。图2所示为本发明第一实施例的LED装置20，其包含LED 22、限流元件21，其中该LED 22及限流元件21形成串联结构，并连接至电源电压Vcc。LED 22对应一限流电阻值:
权利要求
1.一种发光二极管装置，包括: 一发光二极管组件，该发光二极管组件对应一限流电阻值，且包含至少一发光二极管，该发光二极管具有发光二极管顺向电压及发光二极管工作电流；以及 一限流元件，包含串联的多个正温度系数元件，该多个正温度系数元件具有感测该发光二极管温度的功能，且电气串联至该发光二极管组件； 其中限流元件具有随感测温度增加提升其电阻值的特性，该限流元件于一发光二极管正常工作温度时的电阻值趋近或等于该限流电阻值，且当该发光二极管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发光二极管工作电流。
2.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其中该发光二极管组件连接一电源电压，且该发光二极管组件包含η个发光二极管，其中η为正整数，且当η > 2，该η个发光二极管串联，该限流电阻值=(电源电压-ηΧ发光二极管顺向电压)/发光二极管工作电流。
3.根据权利要求1所述的发光二极管 装置，其中该正温度系数元件于该发光二极管正常工作温度下的允许通过的电流趋近或等于该发光二极管工作电流。
4.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其中当发光二极管升温至该异常温度时，该多个正温度系数元件仍未达到触发临界温度。
5.根据权利要求4所述的发光二极管装置，其中该触发临界温度大于等于70°C。
6.根据权利要求4所述的发光二极管装置，其中该触发临界温度大于异常温度约10 35℃
7.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其中该异常温度大于等于60°C。
8.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其中该限流元件于该发光二极管正常工作温度时的电阻值小于该限流电阻值。
9.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其中该限流元件于该发光二极管正常工作温度时的电阻值相较于该限流电阻值的差异在正负30%以内。
10.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其中该限流元件与发光二极管组件的距离小于5公分。
11.一种限流元件，应用于一发光二极管组件，该发光二极管组件对应一限流电阻值，且包含至少一发光二极管，该发光二极管具有发光二极管顺向电压及发光二极管工作电流，该限流元件包括: 多个正温度系数元件，其彼此串联且电气串联至该发光二极管组件，且具有感测该发光二极管温度的功能； 其中限流元件具有随感测温度增加提升其电阻值的特性，该限流元件于一发光二极管正常工作温度时的电阻值趋近或等于该限流电阻值，且当该发光二极管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发光二极管工作电流。
12.根据权利要求11所述的限流元件，其中该发光二极管组件连接一电源电压，且该发光二极管组件包含η个发光二极管，其中η为正整数，且当η > 2，该η个发光二极管串联，该限流电阻值=(电源电压_ηΧ发光二极管顺向电压)/发光二极管工作电流。
13.根据权利要求11所述的限流元件，其中该正温度系数元件于该发光二极管正常工作温度下的允许通过的电流趋近或等于该发光二极管工作电流。
14.根据权利要求11所述的限流元件，其中当发光二极管升温至该异常温度时，该多个正温度系数元件仍未达到触发临界温度。
15.根据权利要求14所述的限流元件，其中该触发临界温度大于等于70°C。
16.根据权利要求11所述的限流元件，其中该异常温度大于等于60oC。
17.根据权利要求1 1所述的限流元件，其中该限流元件于该发光二极管正常工作温度时的电阻值相较于该限流电阻值的差异在正负30%以内。
18.根据权利要求11所述的限流元件，其中该限流元件是利用印刷电路板技术形成的单一元件。
全文摘要
本发明公开了一种限流元件及发光二极管装置，包括一发光二极管组件及一限流元件。发光二极管组件包含至少一发光二极管，且对应一限流电阻值。限流元件包含串联的多个正温度系数元件，该多个正温度系数元件具有有效感测该发光二极管温度的功能，且电气串联至该发光二极管组件。其中限流元件具有随感测温度增加提升其电阻值的特性，该限流元件于一发光二极管正常工作温度时的电阻值趋近或等于该限流电阻值，且当该发光二极管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发光二极管工作电流。本发明可有效避免LED高热的情况发生，进而避免LED烧毁及延长LED使用寿命。
文档编号H05B37/02GK103228077SQ20121002488
公开日2013年7月31日 申请日期2012年1月31日 优先权日2012年1月31日
发明者曾郡腾, 王绍裘 申请人:聚鼎科技股份有限公司