CN100384067C - 具有主动镇流功能的电源安定装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种具有主动镇流功能的电源安定装置及方法，用于实时稳定控制HID灯的控制电源，其包括：电源供应单元，设于该电源安定装置内以产生外部工作电压，且其内具有DC-DC转换器对输出电压作降压转换；微控制器单元，读取该微控制器单元之外有关于电源安定装置或HID灯的各类工作状况作为其参考的外部参数，以产生设定的负载电流；以及脉波宽度调变(PWM)控制单元，具有比例、积分和微分(PID)控制组件，用以运算前述设定的负载电流与该HID灯的实际负载电流，并依据该运算结果令前述DC-DC转换器调变其输出的电压。本发明结构简单并可实时、稳定地调变负载电流。

Description

具有主动镇流功能的电源安定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电源安定装置及方法，特别是涉及一种内含电源供应单元并以微控制器单元控制电路的电源安定装置及方法。

背景技术

目前市面上的投影机所使用的光源多为一种高照度气体放电灯(HID)，而为避免不稳定的电压来源或使用者操作不当损坏该HID灯，该投影机中都需要设定稳定的电源控制，如图1所示的现有HID灯投影机的电源控制装置1′，包括电源供应器(Power supply)10′和电子安定器(Ballast)20′，其中该电源供应器10′与电子安定器20′的电路是分开设置的，特别是在辅助电源电路115′及220′的部份。其运作的方式如图1所示，首先该电源供应器10′被激活后接收输入市电电源(AC 95V～230V)100′，后经其内的电磁干扰滤波器(EMIfiliter)105′去除其中的电磁波干扰，以及功率因素校正器(PFC)将此交流电源转换成直流电源后分成两路，其中一路输入该电子安定器20′中，在其电路中经DC-DC转换器200′变换降压，再经DC-AC转换器205′逆变为实际灯工作电压，供该HID灯30′运用。但需注意的是前述电子安定器20′的镇流方式是先被动地检测该实际灯电流，再经传递函数通过该脉波宽度调变(PWM)来控制，此外其尚需一个额外的辅助电源电路220′来提供工作电压给电子安定器20′，故使得装置复杂化。此外，因为电子安定器20′是被动地检测该实际灯电流，所以对电源稳定控制的实时性较差。

发明内容

为解决前述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种具有主动镇流功能的电源安定装置及方法，其将电源供应单元(power supply)整合进电子安定器中，使该安定器所需的工作电源由该电源供应单元直接提供，由此将原本重复的两电源电路合并为一，而无需像现有技术那样额外设置辅助电源电路，故能节省组件成本，并简化整体系统的复杂度。

本发明的一个次要目的在于提供一种具有主动镇流功能的电源安定装置及方法，其利用微控制器单元(MCU)采取主动镇流，由此实时稳定控制HID灯的启动过程。

本发明的另一个次要目的在于提供一种具有主动镇流功能的电源安定装置及方法，其利用微控制器单元(MCU)读取该电源安定装置或HID灯的各种工作状况作为其参考的外部参数，以实时调变HID灯的实际激活电流。

为了达到上述目的，本发明的一种具有主动镇流功能的电源安定装置，用于稳定控制负载组件如HID灯的控制电源，其包括：电源供应单元、微控制器单元、若干个侦测组件、以及脉波宽度调变(PWM)控制单元。

前述电源供应单元用于接收市电电源，其包括：辅助电源电路用于产生外部工作电压；电磁干扰滤波器(EMI Filter)过滤该市电电源中的电磁波噪声；DC-DC转换器，将输入该DC-DC转换器的电压作电压降压处理；功率因素校正器(PFC)，用于将前述滤波器传来的交流电源转换为直流电源，以分别输出至前述辅助电源电路及DC-DC转换器；以及DC-AC转换器。

若干个侦测组件，用于侦测该微控制器单元之外有关电源安定装置或HID灯的工作状况作为外部参数，供予前述微控制器单元参考。该微控制器单元是直接使用前述外部工作电压并依据前述外部参数产生设定的负载电流。

该脉波宽度调变控制单元，具有比例、积分和微分(PID)控制组件，运算前述设定负载电流与该负载组件的实际负载电流，并依据该运算结果令前述DC-DC转换器调变其输出的电压，进而实时稳定调变该负载组件的实际负载电流。

此外，依据本发明的一种可主动镇流的电源安定方法，用于稳定控制电源安定器装置与负载组件如HID灯的间的实际负载电流，其步骤包括：激活电源供应单元开始接收市电电源，并利用辅助电源电路产生外部工作电压；通过该电源供应单元中的DC-DC转换器将输入该DC-DC转换器的电压作降压处理；侦测该微控制器单元以外的有关电源安定装置或HID灯的工作状况作为外部参数，以供微控制器单元参考。以该微控制器单元使用前述外部工作电压并读取前述外部参数以产生设定负载电流，且可进一步判断该外部参数是否在该微控制器单元预设的范围内，以决定是否产生可供使用者辨识的信息；利用比例、积分和微分(PID)控制组件，运算前述设定负载电流与该实际负载电流；以及依据该运算结果令前述电压转换器调变其输出的电压，进而实时、稳定地调变该负载组件的实际负载激活电流。

本发明结构简单能节省组件成本，并简化整体系统的复杂度。而且能够实时、稳定地调变实际负载电流、电压。

附图说明

图1为现有的HID灯投影机的电源控制装置的结构示意图；

图2为依据本发明实施例的电源安定装置的结构示意图；

图3为依据本发明实施例的电源安定装置的微控制器单元的工作流程图。

图4为依据本发明实施例的电源安定装置稳定控制HID灯的实际负载电流的流程图。

图5为依据本发明实施例的HID灯的激活特性曲线图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就结合附图说明如下：

如图2所示，依据本发明的一个较佳实施例的一种具有主动镇流功能的电源安定装置1，用于稳定控制负载组件如HID灯20的控制电源，其包括：电源供应单元10、微控制器单元(MCU)100、若干个侦测组件(未显示)、以及脉波宽度调变(PWM)控制单元220。

前述电源供应单元10在电源开关被激活时接收外部市电电源200，其内部包括：电磁干扰滤波器(EMI Filter)202，用于过滤该市电电源200中的电磁波噪声；辅助电源电路235用于产生外部工作电压Vdd提供该微控制器单元100的工作电源，以及内部工作电压Vcc作为前述其它各单元的电源供应；功率因素校正器(PFC)204，用于将前述滤波器202传来的交流电源转换为直流电源，并分成两路分别输出至前述辅助电源电路235与DC-DC转换器208；该DC-D C转换器208，将输入该DC-DC转换器208的电压Vs作电压降压转换成输出电压Vo；以及DC-AC转换器210与前述微控制器单元100电性连接，并执行由直流电源转变成交流电源的逆变控制。

若干个侦测组件，每个侦测组件为一些特定电阻及运算放大器所组成，且分别设置邻近于该功率因素校正器204、DC-DC转换器208及HID灯20之处，并与前述微控制器单元100电性连接，以分别侦测该功率因素校正器(PFC)204的输出电压Vs、该DC-DC转换器208的输出电压Vo或HID灯20的灯温T或实际负载电流Io等工作状况作为前述微控制器单元100参考的数个外部参数。

该微控制器单元(MCU)100是直接使用前述外部工作电压并设定依据前述外部参数如该HID灯的实际负载电流Io，产生一个设定的负载电流Ip。此外该微控制器单元(MCU)100可进一步判断所接收到或读取到的每一个不同的外部参数是否在该微控制器单元预设的范围内，以决定是否产生一个可供使用者辨识的信息，如警告信息，或者决定是否开始控制电路。此外，前述电源安定装置1上可设置使用者接口(UI)，以方便使用者自外部、经由该微控制器单元100预设前述的外部参数如HID灯20的设定负载电流Ip。在本发明较佳实施例中的微控制器单元(MCU)100可选用ANALOG公司的ADUC812产品。

该脉波宽度调变控制单元220，内设一个比例、积分和微分(PID)控制组件225，可对前述设定负载电流Ip、HID灯20的实际负载电流Io，以及前述两者之间的误差值加以运算，并依据该运算结果令前述DC-DC转换器208适当调变其输出的电压Vo，进而实时稳定调变该HID灯20的实际负载电流Io。

因此，依据本发明的一种具有主动镇流功能的电源安定装置1是将该电源供应单元(Power Supply)10整合进去，使该电源安定装置1所需的工作电源可直接由该电源供应单元10提供，故能节省掉现有技术的工作电源电路组件。其次，本发明的电源安定装置1因加入该微控制器单元100，故能预先以程序设定HID灯20的设定负载启动电流Ip，同时侦测HID灯的实际负载电流，再经该比例、积分和微分(PID)控制组件225的运算，即可达到实时主动控制HID灯20的实际负载启动电流Io的目的。

此外，见图2，依据本发明的一较佳实施例的一种具有主动镇流功能的电源安定方法，用于稳定控制一电源安定器装置10与一负载组件如HID灯20之间的控制电路，包括如下步骤：

首先激活电源开关，使该电源供应单元10接收输入市电交流电源200，并经电磁干扰滤波器(EMI filiter)202进行滤波(包括桥式整流过程)。之后，再通过功率因素校正器(PFC)204(交流转直流)转换成输出的直流电压(380V)Vs，并分成两路输出，其中一路作为该辅助电源电路235的输入电压，另一路输入至该DC-DC转换器208变换降压成输出电压Vo。输入该辅助电源电路235的电压会再分成两路输出，分别得到辅助电源Vdd和Vcc，其中该输出电源Vcc作为辅助电源主输出即电源供应(POWER SUPPLY)，而另一输出电源Vdd则提供电路中其它芯片(CHIP)如微控制器单元10的工作电源。经该DC-AC转换器210将前述直流的输出电压Vo逆变成频率为400Hz的交流电源以提供该HID灯20所需的实际负载电压。

电源激活后，经由前述微控制器单元100将所输出设定的负载电流Ip，以及侦测组件侦测到有关该HID灯20触发后的实际负载电流Io，两者经该比例、积分和微分(PID)控制组件225进行运算，依据该运算结果，令该DC-DC转换器208对输出电压Vo的电压值进行适当的调变，进而调变HID灯的实际负载电流Io，故能以实际负载电流Io随时追踪其设定负载电流Ip，达到启动限流的目的。

有关前述微控制器单元100的详细作动流程可进一步参考图3，其步骤包括：

步骤S300及S302，当整个系统初始化时，该微控制器单元100进行自我测试；

步骤S304，判断前述测试是否通过(Pass)，如无则产生旗标在缓存器(未显示)中，以使该电源安定装置装发出警告的信息，提醒使用者注意；

步骤S310，激活该功率因素校正器(PFC)204以输出电压Vs；

步骤S312，判断该功率因素校正器204有无输出电压，即判断该功率因素校正器204是否正常运作；如果为不正常运作即发出一个错误信息并结束整个作动流程；

步骤S316，利用微控制器单元100输出逆变波形以控制DC-AC转换器210将直流电压Vo转变成交流电源，以供HID灯20使用。

步骤S318，判断有无侦测到HID灯20的实际负载电流Io，即判断该HID灯20是否正常运作；如无，即发出一个错误信息并结束整个作动流程；

步骤S322，依据侦测到HID灯20的实际负载电流Io相对输出设定的负载电流Ip；

步骤S324，读取各侦测组件所侦测到的各种外部参数，如激活该功率因素校正器(PFC)204以输出电压Vs、DC-DC转换器输出的电压Vo、及HID灯的灯温T及实际负载电流Io等；以及

步S326，判断前述各外部参数是否在预设的范围值内；如无如步骤S328，即发出一个错误信息并结束整个作动流程。

请见图4，这是有关本发明的电源安定器1稳定控制HID灯电源的工作流程图，其步骤包括：

步骤400、S402及S405，利用比例、积分和微分(PID)控制组件，将前述微控制器单元100输出的设定负载电流Ip与侦测到的HID灯20的实际负载电流Io进行运算；

步骤410，依据前述运算结果令DC-DC转换器208对其输出电压Vo进行适当的调变；以及

步骤415，因为输出电压Vo的调变，故而可实时调变该负载组件的实际负载激活电流，以及

步骤415，再侦测HID灯20的实际负载电流Io，并再利用该微控制器单元100依据侦测的实际负载电流Io以输出设定负载电流Ip，如此周而复始，一直达到稳定控制负载激活电流Io的目的。如图5所示，即为依据本发明的电源安定装置的HID灯的启动特性曲线图，其中可发现当HID灯20在刚启动时，灯的实际负载激活电流大约是正常电流的150％，反之电压和功率大约是正常值的20％-40％。但在稳定控制灯电流之后，此实际负载电流会逐渐下降，电压和功率逐渐上升，一直到1.5min.左右时即可达到正常值，藉以保护HID灯及电源安定装置内的电路。

由以上可知，依据本发明的电源安定装置1是利用微控制器单元100来统筹所有电源电路的控制，包括如：

1.输出逆变波形，以经DC-AC转换器210进行直流电源变交流电源的逆变控制。

2.读取所侦测到的HID灯20的实际负载电流Io，即经过侦测组件得到输出电流Io的电压值采集进该微控制器单元100。

3.读取所侦测到的DC-DC转换器208的输出电压Vo，由侦测组件采集电压并输入微控制器单元100中。

4.读取所侦测到的该功率因素校正器(PFC)204的输出电压Vs，其由侦测组件采集电压并输入微控制器单元100中。

5.可以稳定控制HID灯的负载启动电流。由于该微控制器单元100内部含有数字模拟转换器(D/A CONV.)，故可设定负载启动电流，并藉由比例、积分和微分(PID)控制组件的特性，使实际负载电流的电压及设定负载电流的电压要相等，故可通过DC-DC转换器208改变输出电压从而达到改变输出电流的目的。

综上所述，可知本发明的具主动镇流功能的电源安定装置及方法是使该电子安定器所需的工作电源直接由其附属的电源供应单元，故可节省组件成本，简化整体系统的复杂度。其次，以一微控制器单元(MCU)读取该各种工作状况作为其参考的外部参数以主动镇流，故能实时稳定控制HID灯的启动过程。

以上所介绍的，仅仅是本发明的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明实施的范围，即本技术领域内的一般技术人员根据本发明所作的等同的变化，例如将以上实施例中的各个器件和步骤进行组合变化。以及本领域内技术人员熟知的改进、变化，都应仍属于本发明专利涵盖的范围。

Claims (29)

1.一种电源安定装置，其特征在于它包括：

电源供应单元，用于接收市电电源，其中具有辅助电源电路用于产生外部工作电压，以及电压转换器将输入该电压转换器的电压作电压转换处理；

微控制器单元，直接使用前述外部工作电压并产生设定的负载电流；以及

脉波宽度调变PWM控制单元，利用比例、积分和微分PID控制组件，运算前述设定的负载电流与负载组件的实际负载电流，并依据运算结果令前述电压转换器调变其输出的电压。

2.如权利要求1所述的电源安定装置，其特征在于该电压转换器是DC-DC转换器，用于将输入DC-DC转换器的电压作降压处理。

3.如权利要求1所述的电源安定装置，其特征在于所述的电源安定装置具有使用者接口可供使用者在该微控制器单元中预设前述设定的负载电流。

4.如权利要求2所述的电源安定装置，其特征在于该电源供应单元进一步包括：电磁干扰滤波器EMI Filter，过滤该市电电源中的电磁波噪声，以及功率因素校正器PFC，用于将前述滤波器传来的交流电源转换为直流电源，以分别输出至前述辅助电源电路及DC-DC转换器。

5.如权利要求4所述的电源安定装置，其特征在于所述的电源安定装置进一步具有若干个侦测组件，用于侦测该微控制器单元之外的外部参数，以提供给前述微控制器单元参考。

6.如权利要求5所述的电源安定装置，其特征在于该微控制器单元进一步参考至少一个该外部参数，这个外部参数包括该负载组件的实际负载电流，以产生该设定的负载电流。

7.如权利要求6所述的电源安定装置，其特征在于该微控制器单元进一步判断该外部参数是否在该微控制器单元预设的范围内，以决定是否产生一个可供使用者辨识的信息。

8.如权利要求7所述的电源安定装置，其特征在于该微控制器单元进一步判断该外部参数是否在该微控制器单元预设的范围内，以决定是否进行控制该微控制器单元以外的其它单元。

9.如权利要求8所述的电源安定装置，其特征在于该外部参数进一步包括该负载组件的温度、DC-DC转换器的输出电压或该功率因素校正器PFC的输出电压。

10.如权利要求9所述的电源安定装置，其特征在于所述的电源安定装置进一步包括与前述微控制器单元电性连接的DC-AC转换器，该微控制器单元可依使用者需要产生逆变波形，以使DC-AC转换器进行由直流变交流的逆变控制。

11.如权利要求1所述的电源安定装置，其特征在于该电源供应单元的辅助电源电路进一步产生内部工作电压以作为前述脉波宽度调变控制单元的电源供应之用。

12.一种电源安定方法，其特征在于包括以下步骤：

激活电源供应单元开始接收市电电源，并利用辅助电源电路产生外部工作电压；

通过该电源供应单元中的电压转换器将输入该电压转换器的电压作电压转换处理；

以微控制器单元使用前述外部工作电压并产生设定的负载电流；

利用比例、积分和微分PID控制组件，运算前述设定的负载电流与实际负载电流；以及

依据运算结果令前述电压转换器调变其输出的电压。

13.如权利要求12所述的电源安定方法，其特征在于该电压转换器为DC-DC转换器，用于将输入DC-DC转换器的电压作降压处理。

14.如权利要求13所述的电源安定方法，其特征在于该电源供应单元进一步包括：电磁干扰滤波器EMI Filter过滤该市电电源中的电磁波噪声，以及功率因素校正器PFC，用于将前述滤波器传来的交流电源转换为直流电源，以分别输出至前述辅助电源电路及DC-DC转换器。

15.如权利要求12所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：通过使用者接口供使用者在该控制器单元中预设前述设定的负载电流。

16.如权利要求14所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：侦测该控制器单元以外的至少一个外部参数，以供前述微控制器单元参考。

17.如权利要求16所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：当微控制器单元参考至少一个外部参数时，所述外部参数包括负载组件的实际负载电流，即产生该设定的负载电流。

18.如权利要求17所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：通过该微控制器单元进一步判断该外部参数是否在该微控制器单元预设的范围内，以决定是否产生一个可供使用者辨识的信息。

19.如权利要求18所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：通过该微控制器单元进一步判断该外部参数是否在该微控制器单元预设的范围内，以决定是否进行控制该微控制器单元以外的其他单元。

20.如权利要求19所述的电源安定方法，其特征在于该外部参数进一步包括该负载组件的温度、DC-DC转换器的输出电压或该功率因素校正器PFC的输出电压。

21.如权利要求12所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：经由该微控制器单元产生逆变波形以对DC-AC转换器进行由直流变交流的逆变控制。

22.如权利要求12所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：利用该电源供应单元的辅助电源电路进一步产生内部工作电压以作为微控制器单元以外的其他单元的电源供应之用。

23.一种电源安定方法，其特征在于包括以下步骤：

利用电源安定器装置中的电源供应单元接收市电电源，以产生外部工作电压；

侦测微控制器单元以外至少有关电源安定器装置与负载组件两者其中之一的参数；

通过该微控制器单元接收前述外部工作电压并参考外部参数以产生设定的负载电流；

利用比例、积分和微分PID控制组件，运算前述设定的负载电流与实际负载电流；以及

依据运算结果，以实时调变该负载组件的实际负载激活电流。

24.如权利要求23所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：经由该微控制器单元产生逆变波形以产生由直流变交流的逆变控制。

25.如权利要求23所述的电源安定方法，其特征在于该电源供应单元进一步包括：电磁干扰滤波器EMI Filter过滤该市电电源中的电磁波噪声；功率因素校正器PFC，用于将前述滤波器传来的交流电源转换为直流电源；辅助电源电路用于产生该外部工作电压；以及，DC-DC转换器，受前述比例、积分和微分PID控制组件的控制调变电压。

26.如权利要求25所述的电源安定方法，其特征在于该外部参数进一步包括该负载组件的温度、DC-DC转换器的输出电压或该功率因素校正器PFC的输出电压。

27.如权利要求26所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：当该微控制器单元参考至少一个该外部参数时，所述外部参数包括该负载组件的实际负载电流，即产生该设定负载电流。

28.如权利要求27所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：通过该微控制器单元进一步判断该外部参数是否在该微控制器单元预设的范围内，以决定是否产生可供使用者辨识的信息。

29.如权利要求28所述的电源安定方法，其特征在于所述的电源安定方法进一步包括：通过该微控制器单元进一步判断该外部参数是否在该微控制器单元预设的范围内，以决定是否进行控制该微控制器单元以外的其它单元。

Images