CN101119605A - 单级式电子安定器电路及其整流及功因修正电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单级式电子安定器电路，可输出低频方波电流驱动至少一高压气体放电灯，包括一整流与功因修正器、一桥式换流器及一控制电路，该整流与功因修正器将输入的一交流电源整流成直流电，作为输入电流的路径及储能单位；该桥式换流器由四开关元件组成一桥式臂，桥式臂中点连接至该整流与功因修正器，将直流电转成方波输出电流，以驱动该高压气体放电灯并进行输出功率控制，该一或二负载端并连接至该整流与功因修正器的输出端，以调变输入电流波形使具有高功率因子并进行输入功率控制；该控制电路的输出端连接该桥式换流器的该四开关元件，驱动该四开关元件进行脉波宽度调变控制与保护，简化整体电路，减少多级电路转换损失，提高整体效率。

Description

单级式电子安定器电路及其整流及功因修正电路

技术领域

本发明涉及一种单级电子安定器电路，尤其涉及一种可输出低频方波电流的高功因单级电子安定器电路，以驱动高压气体放电灯。

背景技术

高压气体放电灯(HID灯)具有超高亮度、省电及低热的功效，因此已成为一种高质量的照明光源，深受世人的爱用，而目前HID灯的电子安定器设计方式，可概分为[高频弦波电流供电]与[低频方波电流供电]两种方式。

其中高频弦波电流供电的电子安定器电路图如图1所示，其电路结构较简单，主要包括第一级功因修正器11及第二级直-交流换流器12，并可搭配一谐振电路13使用，减少开关元件Q1、Q2的切换损失，所以整体转换效率较高，但音频共振问题是重大、难解的隐忧，而且额定功率越小的灯管10现象越严重，即使通过繁复的检测、控制机制进行回避，也很难完全克服，且高频供电的HID灯发光效率较差。

因此目前市售产品几乎都采用低频方波电流供电的设计，将灯管工作于1kHz以下的低频区域，以避免音频共振的困扰。该低频方波电流供电具有多级式的电路架构，如图2所示为一三级式HID灯电子安定器电路图，是在整流器之后，以三级切换电路达成电源转换功能。

三级切换电路包括：第一级的功因修正器21，由直流-直流转换器(DC-DCconverter)构成，一般以升压式转换器(Boost converter)和降-升压式转换器(Buck-Boost converter)较常被采用，第二级的高频截波限流器22，一般为降压式转换器(Buck converter)，用以调节输出负载量；以及第三级的低频换流器23，以全桥式换流电路，将直流电流转成低频方波电流输出给灯管10。

一般多级式电子安定器电路具有下列几项主要缺点：

1.电路结构较复杂，且使用较多量的主动切换元件。

2.多级转换将增加电路功率损耗，使整体转换效率降低。

3.因多级电流切换产生切换噪声，造成彼此的电磁干扰，易造成电路误动作，降低电路的可靠度。

4.各级电路的控制装置各别操作，控制电路较繁杂且功能难以统合。

5.各级电路都需自行装设保护电路，需使用较多的检测及决策装置。

而解决上述多级式电子安定器电路缺点最直接的方法是简化电路，目前可输出低频方波电流的电子安定器已有两级式电路，将高频截波限流器与低频全桥换流器整合成一级，但仍保留第一级的功因修正器，因此仍有上述的缺点。

因此，本案发明入即为解决上述现有电子安定器电路所使用高频弦波电路及低频方波电路的缺失，提出一种可输出低频方波电流的单级式电子安定器电路，用以驱动HID灯，且整合上述现有电路的优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种单级式电子安定器电路，输出低频方波电流驱动至少一HID灯，可简化电路复杂度，减少主动元件的使用，以减少多级电路的转换损失，提高整体效率，同时可防止多级切换造成彼此的电磁干扰，减少因电流切换产生噪声而造成误动作，进而增加电路的可靠度。

为实现上述的目的，本发明所提供的单级式电子安定器电路，包括一整流与功因修正器、一桥式换流器及一控制电路，该整流与功因修正器可输入一交流电源，将交流电整流成直流电，并配合桥式换流器中开关元件的切换动作以修正输入电流波形使具有高功率因子输出；该桥式换流器由四开关元件组成一桥式臂，桥式臂中点连接至该整流与功因修正器的输出，可将直流电转成低频方波输出电流，以驱动该HID灯；及该控制电路其输入端分别连接于该桥式换流器的电源端及输出端，输出端连接该桥式换流器的该四开关元件，用以驱动该四开关元件进行脉波宽度调变控制与保护，使该桥式换流器输出低频方波电流，同时并使该整流与功因修正器的输入电流具有高功率因子。

为实现上述目的，上述本发明所提供的单级式电子安定器电路，其中该桥式换流器的输出端与该HID灯之间，还连接有一输出滤波器，用以滤除输出电流中的谐波电流成份。

为实现上述目的，上述本发明所提供的单级式电子安定器电路，其中该整流与功因修正器由至少一组功因修正储能电感L_PFC连接于一组整流器所组成。

为实现上述目的，上述本发明所提供的单级式电子安定器电路，该整流与功因修正器与该交流电源间还连接一输入滤波器，用以滤除输入电流中的谐波电流。

为实现上述目的，上述本发明所提供的单级式电子安定器电路，其中该控制电路包括有一直流总线、一第一检测器、一第二检测器、一参考电压产生器、一第一放大器、一第二放大器、一第一比较器、一第二比较器、一逻辑电路、一驱动器及一方波产生器，可整合多级的控制电路，以单一脉波宽度调变控制，同步进行输入、输出、稳流与调光控制，并整合控制与保护，使两者的检测与决策分别由同一电路同步进行。

而且，本发明还提供了一种整流及功因修正电路，其输入端连接一交流电源，其输出端连接一桥式换流器形成的第一负载端与第二负载端，其特征在于，该电路包括：一第一整流组，由一第一二极管及一第四二极管串接组成，该第一二极管的+端连接第四二极管的-端，形成一第一电源端连接于该交流电源的一端，该第一二极管的-端形成一第一输出端；一第二整流组，由一第二二极管及一第三二极管串接组成，该第二二极管的+端连接第三二极管的-端，形成一第二电源端连接于该交流电源的另一端，该第三二极管的-端形成一第二输出端，且该第三二极管与第四二极管的+端相连接形成一共地端；及至少一储能电感L_PFC，可串接于该第一整流组的第一电源端与交流电源之间，或者串接于该第一整流组的第一输出端与该第一负载端之间，或者串接于该第二整流组的第二输出端与该第二负载端之间。

采用本发明可简化电路复杂度，减少主动元件的使用，以减少多级电路的转换损失，提高整体效率，同时可防止多级切换造成彼此的电磁干扰，减少因电流切换产生噪声而造成误动作，进而增加电路的可靠度。

附图说明

图1为高频弦波电流供电的电子安定器电路图；

图2为一三级式HID灯电子安定器电路；

图3为本发明单级式电子安定器电路方块示意图；

图4A为双组功因修正储能电感L_PFC置于整流器后的双臂值入实施例电路图；

图4B为单组功因修正储能电感L_PFC置于整流器后的双臂植入实施例电路图；

图4C为功因修正储能电感L_PFC置于整流器前的双臂植入实施例电路图；

图4D为功因修正储能电感L_PFC置于整流器后的单臂植入实施例电路图；

图4E为功因修正储能电感L_PFC置于整流器前的单臂植入实施例电路图；

图5为本发明电路的输入滤波器的输出电流波形示意图；

图6为本发明电路的输出电压、电流波形示意图；

图7为本发明电路的较佳实施例统方块图；

图8为本发明电路的较佳实施例完整电路图；

图9A至图9F为图4A的电流路径示意图；

图10A至图10F为图4B的电流路径示意图；

图11A至图11F为图4C的电流路径示意图；及

图12A至图12F为图4D及图4E的电流路径示意图。

其中，附图标记：

11：功因修正器         12：直-交流换流器

13：谐振电路           21：功因修正器

22：高频截波限流器     23：低频换流器

1：交流电源            2：输入滤波器

3：整流及功因修正器    4：桥式换流器

5：输出滤波器          6：直流总线

7：第一检测器          8：第二检测器

9：控制电路            91：参考电压产生器

92：第一放大器         93：第二放大器

94：第一比较器         95：第二比较器

96：逻辑电路           97：驱动器

98：方波产生器         10：HID灯管

具体实施方式

如图3所示，为本发明单级式电子安定器电路方块示意图，而图4A至图4E则分别为本发明整流与功因修正器的五种设计实例电路图。首先说明本发明可输出低频方波电流的单级式电子安定器电路的设计原理，本发明的电子安定器电路设计主要是由一桥式换流器4及一整流与功因修正器3所组成。

其中该桥式换流器4由四开关元件Q1-Q4组成一全桥的桥式臂，其中该第一及第四开关元件Q1、Q4的连接端形成该第一负载端(a点)；该第二及第三开关元件Q2、Q3的连接端形成该第二负载端(b点)；该第一及第二开关元件Q1、Q2的连接端连接一直流链电压端连接一直流链电容器(C_B)的+端，而该第四及第三开关元件Q4、Q3的连接端连接该直流链电容器(C_B)的-端，并形成一共地端。

如图4A至图4E所示，当上组桥式臂的第一及第二开关元件Q1、Q2导通时，该桥式臂的第一负载端(a点)及第二负载端(b点)间的电位等于直流链电压端V_B的电位；而当下组桥式臂的第三及第四开关元件Q3、Q4导通时，该桥式臂的第一负载端(a点)及第二负载端(b点)间的a～b点电位等于0。

本发明应用在输出控制方面，将输出的第一负载端及第二负载端设计在两支桥式臂的中点a～b点之间，其中b点定义为输出电压的正端，a点为负端，则利用开关元件配对导通的方式，可使其输出负载端的电压Vo为正直流链电压V_B、负直流链电压-V_B、或零电压。

因此，本发明运用载波的原理以高频切换的方式使上述三种电压交替出现于输出负载端b～a点之间，而利用脉波宽度调变的方式，即可改变输出电压的平均值，意即调整输出电流与功率值，再用一输出滤波器5将高频成份滤除，即得到负载所需要的低频方波电流，而该输出滤波器5由至少一滤波电感器Ls串接一滤波电容器Cs组成，该HID灯并接于该滤波电容器Cs上，可用以滤除输出电流中的高频谐波电流成份。

而本发明在电源输入功因修正方面，主要将整流器与功因修正器整合设计成为一整流与功因修正器3，并将其输出端连接至该桥式换流器4的输出负载端，即桥式臂的的中点a点与(或)b点，所以整流与功因修正器3的输出端电位，将视桥式臂导通情形成为直流链电压V_B或零电压，与现有独立的主动式功因修正器的输出端电位变化情形雷同，适当控制其直流链电压与零电压的时间，即可使输入电流具有高功因，并能控制输入功率。

本发明的图4A至图4E的整流与功因修正器的五种实施例，其输出电流路径都是连植于桥式臂上的负载端a点与(或)b点，当下组桥式臂的第三开关元件Q3或第四开关元件Q4导通时，其对应的负载端a～b点之间的电位为低电位，故此时功因修正储能电感L_PFC为充电状态，电流上升，如图5所示，即为本发明电路的输入滤波器的输出电流波形示意图。

而当第三开关元件Q3或第四开关元件Q4截止时，对应的上组桥式臂的第二开关元Q2或第一开关元件Q1自然导通，使负载端a～b点之间的电位为高电位，此时功因修正储能电感L_PFC为放电状态，其储能电流流入直流链电容器C_B，使电流下降。因此可通过控制下组桥式臂的第三开关元件Q3或第四开关元件Q4的导通时间，达到功因修正的效果，并控制输入功率大小。而图6所示即为本发明电路的输出电压、电流波形示意图，而应用波宽调变的方式，可调变输出电压的平均值，即能调节输出电流值。

本发明可在直流链电压端和输出负载端分别设置一组检测器，并将两组检测信号反馈给一控制电路9，分别和参考信号作比较，以进行该桥式换流器的脉波宽度调变控制，而当检测信号高于默认值时，该控制电路9还可依情况分别关闭输入电流或输出电流，以保护本发明电子安定器电路。

由上述的原理可设计出如图7所示的本发明较佳实施例统方块图，而图8为本发明的较佳实施例完整电路图，本发明的电路包括有该桥式换流器4可将直流电转成交流低频方波电流输出，并由一输出滤波器5连接于该桥式换流器4输出负载端和该HID灯管10之间，以滤除输出电流中的谐波电流成份，而输出低频方波电流。

该整流与功因修正器3输入一交流电源1，可将交流电整流成直流电，其电路包括一第一整流组、一第二整流组及至少一储能电感L_PFC，该第一整流组由一第一二极管D1及一第二二极管D4串接组成，该第一二极管D1的+端连接第二二极管D4的-端，形成一第一电源端S1连接于该交流电源1的一端，该第一二极管D1的-端形成一第一输出端O1。

该第二整流组由一第三二极管D2及一第四二极管D3串接组成，该第三二极管D2的+端连接第四二极管D3的-端，形成一第二电源端S2连接于该交流电源1的另一端，该第三二极管D2的-端形成一第二输出端O2，且该第二二极管D4与第四二极管D3的+端相连接至该共地端。

该储能电感L_PFC可串接于该第一整流组的第一电源端S1与交流电源之间，如图4C及图4E，或者串接于该第一整流组的第一输出端O1与该第二负载端(b点)之间，如图4A及图4B所示，或者串接于该第二整流组的第二输出端O2与该第一负载端(a点)之间，如图4A、图4B及图4D。

该第一输出端O1可连接于该桥式换流器4的桥式臂负载端a点与(或)该第二输出端O2可连接至该桥式臂负载端b点，以进行输入电流波形修正，并使输入电流具有高功率因子。而一输入滤波器2连接于交流电源1与该整流与功因修正器3之间，用以滤除输入电流中的谐波电流。该输入滤波器2由一滤波电感器Lf及一滤波电容器Cf串接而成，并于该滤波电容器Cf的两端分别连接该第一及第二电源端，该输入滤波器2可先串接该储能电感L_PFC再连接至该第一电源端。

一控制电路9其输入端分别连接于该桥式换流器4的直流链电压端(C_B两端)及其输出负载端，而输出端则分别连接该桥式换流器4的该四开关元件Q1～Q4，用以驱动该四开关元件Q1～Q4进行脉波宽度调变控制与保护，使该桥式换流器4输出低频方波电流。

该控制电路9包括有一直流总线6、一第一检测器7、一第二检测器8、一参考电压产生器91、一第一放大器92、一第二放大器93、一第一比较器94、一第二比较器95、一逻辑电路96、一驱动器97及一方波产生器98。

其中该直流总线6跨接于该桥式换流器4之上、下两直流链电压端，而该第一检测器7连接于该直流总线6，供检测直流链电压，该第二检测器8连接于输出端，供检测该桥式换流器4的输出负载电流。

该参考电压产生器91用以产生一参考电压信号，并分别输出至该第一比较器94与该第二比较器95的其中一输入端。而该第一放大器92的输入端连接至该第一检测器7，用以将该第一检测器7的反馈信号放大。该第二放大器93的输入端连接于该第二检测器8，用以将该第二检测器8的反馈信号放大。

该第一比较器94将该第一放大器92的输出和参考电压产生器91的输出作比较，而该第二比较器95则将该第二放大器93的输出和参考电压产生器91的输出作比较输出至该逻辑电路96。

该方波产生器98用以产生一方波电压信号，并输出至该逻辑电路96，以决定该换流器4输出方波电流的频率。该逻辑电路96即依该第一比较器94、第二比较器95和方波产生器98的输出产生一波宽调变信号，传送至该驱动器97，将该波宽调变信号放大并作电气隔离后，再传送至该桥式换流器4，以驱动该桥式换流器4中的切换开关元件，以进行该桥式换流器4的脉波宽度调变控制与保护。

为更进一步详述本发明的整流与功因修正器3，如图4A所示，该储能电感L_PFC设有二组，分别串接于该第一输出端O1与该第一负载端(a点)之间，以及该第二输出端O2与该第二负载端(b点)之间，其电流路径如图9A至图9F所示，当交流电源1为正半周大于0时，先控制开关元件Q1及Q3导通，其电流则先流经二极管D1至该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB会上升，再经负载端(a点)、开关元件Q3再至二极管D3回到该交流电源1，此时该直流链电容器C_B的放电电流会先经开关元件Q1流至负载端(b点)经该HID灯、开关元件Q3回到直流链电容器C_B，而该负载端b～a间电位V_ba等于直流链电压V_B的电位。

接着再控制开关元件Q3及Q4导通，其电流则同样先流经二极管D1至该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB持续上升，经负载端(a点)、开关元件Q3，经二极管D3回到该交流电源1，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q3及Q4导通而等于0。

接着再控制开关元件Q1及Q2导通，其电流则同样先流经二极管D1至该储能电感L_PFC，经开关元件Q2对直流链电容器C_B充电，其电流使该储能电感L_PFC放能，经二极管D3回到该交流电源1，至放能完毕，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关组件Q1及Q2导通而等于0。储能电流I_LB的波形如图五所示，其中I_LB，pk表示I_LB的峰值，T_H为高频切换周期，包括上述(Q1及Q3)、(Q3及Q4)、(Q1及Q2)导通时间的总和，T_L则为安定器输出至灯管的低频方波的周期。负载端电压V_ba与灯管电流I_lamp的波形如图六所示。

当交流电源1为负半周小于0时，先控制开关元件Q2及Q4导通，其电流则先流经二极管D2至该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB会上升，再经负载端(b点)、开关元件Q4再至二极管D4回到该交流电源1，此时该直流链电容器C_B的放电电流会先经开关元件Q2流至负载端(a点)经该HID灯、开关元件Q4回到直流链电容器C_B，而该负载端b～a间电位V_ba等于负直流链电压-V_B的电位。

接着再控制开关元件Q3及Q4导通，其电流则同样先流经二极管D2至该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB持续上升，经负载端(b点)、开关元件Q4、二极管D4回到该交流电源1，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q3及Q4导通而等于0。

接着再控制开关元件Q1及Q2导通，其电流则同样先流经二极管D1至该储能电感L_PFC，经开关元件Q1对直流链电容器C_B充电，其电流使该储能电感L_PFC放能，经二极管D4回到该交流电源1，至放能完毕，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q1及Q2导通而等于0。

如图4B所示，该第一整流组的第一输出端O1连接于该第二整流组的第二输出端O2，形成一桥式整流器，再串接该储能电感L_PFC后串接至一第五二极管D5的+端及一第六二极管D6的+端，该第五二极管D5的-端连接至该第一负载端(a点)，该第六二极管D6的-端连接至第二负载端(b点)，其电流路径如图10A至图10F所示。

当设定负载电流为正半周时，先控制开关元件Q1及Q3导通，输入电流则先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB会上升，再经二极管D5至负载端(a点)、开关元件Q3回到该交流电源1，此时该直流链电容器C_B的放电电流会先经开关元件Q1流至负载端(b点)经该HID灯、开关元件Q3回到直流链电容器C_B，而该负载端b～a间电位V_ba等于直流链电压V_B的电位。

接着再控制开关元件Q3及Q4导通，其电流则同样先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB持续上升，经二极管D5至负载端(a点)、开关元件Q3回到该交流电源1，同时经二极管D6至负载端(b点)、开关元件Q4回到该交流电源1，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q3及Q4导通而等于0。

接着再控制开关元件Q1及Q2导通，其电流则由该储能电感L_PFC，经二极管D5、开关元件Q2对直流链电容器C_B充电，经回到该交流电源1，以及经二极管D6、开关元件Q1对直流链电容器C_B充电，经回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，至放能完毕，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q1及Q2导通而等于0。

当设定负载电流为负半周时，先控制开关元件Q2及Q4导通，其电流则先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB会上升，再二极管D6至经负载端(b点)、开关元件Q4再回到该交流电源1，此时该直流链电容器C_B的放电电流会先经开关元件Q2流至负载端(a点)经该HID灯、开关元件Q4回到直流链电容器C_B，而该负载端b～a间电位V_ba等于负直流链电压-V_B的电位。

接着再控制开关元件Q3及Q4导通，其电流则同样先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB持续上升，经二极管D6至负载端(b点)、开关元件Q4回到该交流电1，同时经二极管D5至负载端(a点)、开关元件Q3回到该交流电1，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q3及Q4导通而等于0。

接着再控制开关元件Q1及Q2导通，其电流则由该储能电感L_PFC，经二极管D6、开关元件Q1对直流链电容器C_B充电，回到该交流电源1，以及经二极管D5、开关元件Q2对直流链电容器C_B充电，回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，至放能完毕，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q1及Q2导通而等于0。

再参阅图4C，其中该储能电感L_PFC串接于该输入滤波器2与该第一电源端S1之间，该第一整流组的第一输出端O1直接连接于第二负载端(b点)，而该第二整流组的第二输出端O2直接连接于该第一负载端(a点)，其电流路径如图11A至图11F。

当交流电源1为正半周大于0时，先控制开关元件Q3及Q4导通，其电流则先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB会上升，再经二极管D1至负载端(b点)、开关元件Q4再至二极管D3回到该交流电源1，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q3及Q4导通而等于0。

接着再控制开关元件Q1及Q3导通，其电流则同样先流经该储能电感L_PFC，经二极管D1至负载端(b点)、开关元件Q1对直流链电容器C_B充电，经二极管D3回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，此时该直流链电容器C_B的放电电流亦会经开关元件Q1流至负载端(b点)经该HID灯、开关元件Q3回到直流链电容器C_B，而该负载端b～a间电位V_ba等于直流链电压V_B的电位。

接着再控制开关元件Q1及Q2导通，其电流则由该储能电感L_PFC，经二极管D1、开关元件Q1对直流链电容器C_B充电，经二极管D3回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，至放能完毕，此时该负载端b～a间电位会因开关元件Q1及Q2导通而等于0。

当交流电源1为负半周小于0时，先控制开关元件Q3及Q4导通，其电流则先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB会上升，再经二极管D2至负载端(a点)、开关元件Q3再至二极管D4回到该交流电源1，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q3及Q4导通而等于0。

接着再控制开关元件Q2及Q4导通，其电流则同样先流经该储能电感L_PFC，经二极管D2至负载端(a点)、开关元件Q2对直流链电容器C_B充电，再经二极管D4回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，此时该直流链电容器C_B的放电电流亦会经开关元件Q2流至负载端(a点)经该HID灯、开关元件Q4回到直流链电容器C_B，而该负载端b～a间电位V_ba等于负直流链电压-V_B的电位。

接着再控制开关元件Q1及Q2导通，其电流则由该储能电感L_PFC，经交流电源1、二极管D2、开关元件Q2对直流链电容器C_B充电，经二极管D4回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，至放能完毕，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q1及Q2导通而等于0。

图4A至图4C的电路差别，只在于该储能电感L_PFC是串接于该整流二极管的前或之后，以及电源极性的定义；因此两者的控制方式是可以互相比造使用的。

再参阅图4D至图4E，该第一整流组的第一输出端O1连接于该第二整流组的第二输出端O2，形成一桥式整流器，该储能电感L_PFC不论串接于该桥式整流器之前或之后，以及连接于第一或第二负载端(a或b点)，其电路原理则完全相同，因此本发明仅以图4D作说明，该储能电感L_PFC串接于桥式整流器后说明，该电感L_PFC再串接至该第二负载端(b点)，其电流路径如图12A至图12F。

当设定负载电流为正半周时，先控制开关元件Q3及Q4导通，其电流则先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB会上升，经负载端(b点)、开关元件Q4再回到该交流电源1，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q3及Q4导通而等于0。

接着再控制开关元件Q1及Q3导通，其电流则同样先流经该储能电感L_PFC，经负载端(b点)、开关元件Q1对直流链电容器C_B充电，再回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，此时该直流链电容器C_B的放电电流亦会经开关元件Q1流至负载端(b点)经该HID灯、开关元件Q3回到直流链电容器C_B，而该负载端b～a间电位V_ba等于直流链电压端V_B的电位。

接着再控制开关元件Q1及Q2导通，其电流则由该储能电感L_PFC，经负载端(b点)、开关元件Q1对直流链电容器C_B充电，经二极管D3回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，至放能完毕，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q1及Q2导通而等于0。

当设定负载电流为负半周时，先控制开关元件Q2及Q4导通，其电流则先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB会上升，再经负载端(b点)、开关元件Q4再回到该交流电源1，该直流链电容器C_B的放电电流亦会经开关元件Q2流至负载端(a点)经该HID灯、开关元件Q4回到直流链电容器C_B，而该负载端b～a间电位V_ba等于负直流链电压-V_B的电位。

接着再控制开关元件Q3及Q4导通，其电流则同样先流经该储能电感L_PFC储能，使储能电流I_LB持续上升，经负载端(b点)、开关元件Q4回到该交流电源1，此时此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q3及Q4导通而等于0。

接着再控制开关元件Q1及Q2导通，其电流则由该储能电感L_PFC，经负载端(b点)、开关元件Q1对直流链电容器C_B充电，再回到该交流电源1，其电流使该储能电感L_PFC放能，至放能完毕，此时该负载端b～a间电位V_ba会因开关元件Q1及Q2导通而等于0。

在输出功率控制方面，由上述分析可知，平均输出电压正比于(Q1及Q3)与(Q2及Q4)配对导通的时间比率，所以调变该导通时间比率即可控制输出功率。而在输入功率控制方面，由上述分析可知，增加(Q3及Q4)配对导通的时间比率，同时等量减少(Q1及Q2)配对导通的时间比率，将会增大输入电流与功率，并且不影响输出功率；由此可知，输入与输出功率皆可进行独立调变控制。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种单级式电子安定器电路，可输出方波电流驱动一高压气体放电灯，其特征在于，包括：

一整流与功因修正器，输入端连接一交流电源，将交流电源整流成直流电，并作为输入电流的路径及储能单位；

一桥式换流器，由四开关元件组成两组桥式臂，两桥式臂中点形成负载端，负载端间连接该高压气体放电灯，可将直流电转成方波输出电流，以驱动该高压气体放电灯并进行输出功率控制，该一或二负载端并连接至该整流与功因修正器的输出端，以调变输入电流波形使具有高功率因子并进行输入功率控制；及

一控制电路，输入端分别连接于该桥式换流器的直流链电压端及负载端，输出端则分别连接该桥式换流器的四开关元件，用以驱动该四开关元件进行脉波宽度调变控制与保护，使该桥式换流器输出方波电流。

2.根据权利要求1所述的单级式电子安定器电路，其特征在于，该高压气体放电灯还连接有一输出滤波器，用以滤除输出电流中的谐波电流成份。

3.根据权利要求1所述的单级式电子安定器电路，其特征在于，该整流与功因修正器与该交流电源间还连接一输入滤波器，用以滤除输入电流中的谐波电流。

4.根据权利要求1所述的单级式电子安定器电路，其特征在于，该桥式换流器分别由一第一至第四开关元件组成一全桥的桥式臂，该第一及第四开关元件的连接端形成该第一负载端；该第二及第三开关元件的连接端形成该第二负载端；该第一及第二开关元件的连接端连接一直流链电容器的+端，而该第四及第三开关元件的连接端连接该直流链电容器的-端，并连接该共地端。

5.根据权利要求1所述的单级式电子安定器电路，其特征在于，该控制电路包括：

一直流总线，连接于该桥式换流器的直流链电压端；

一第一检测器，连接于该直流总线，供检测直流链电压；

一第一放大器，输入端连接于该第一检测器，用以将该第一检测器的反馈信号放大；

一第二检测器，连接于该桥式换流器的负载端，供检测该桥式换流器的输出电流；

一第二放大器，输入端连接于该第二检测器，用以将该第二检测器的反馈信号放大；

一参考电压产生器，用以产生一参考电压信号；

一方波产生器，输出信号传送至该逻辑电路，用以决定该换流器输出方波电流的频率；

一第一比较器，输入端分别连接该第一放大器及该参考电压产生器，用以比较该第一检测器的反馈信号与该参考电压信号；

一第二比较器，输入端分别连接该第二放大器及该参考电压产生器，用以比较该第二检测器的反馈信号与该参考电压信号；

一逻辑电路，输入端分别连接至该第一比较器的输出端及该第二比较器的输出端，依该第一比较器和第二比较器的比较输出产生一波宽调变信号；及

一驱动器，输入端连接于该逻辑电路，用以将该波宽调变信号放大并作电气隔离后，再传送至该桥式换流器，以驱动该桥式换流器中的四开关元件，进行该桥式换流器的脉波宽度调变控制与保护。

6.一种整流及功因修正电路，其输入端连接一交流电源，其输出端连接一桥式换流器形成的第一负载端与第二负载端，其特征在于，该电路包括：

一第一整流组，由一第一二极管及一第四二极管串接组成，该第一二极管的+端连接第四二极管的-端，形成一第一电源端连接于该交流电源的一端，该第一二极管的-端形成一第一输出端；

一第二整流组，由一第二二极管及一第三二极管串接组成，该第二二极管的+端连接第三二极管的-端，形成一第二电源端连接于该交流电源的另一端，该第三二极管的-端形成一第二输出端，且该第三二极管与第四二极管的+端相连接形成一共地端；及

至少一储能电感L_PFC，可串接于该第一整流组的第一电源端与交流电源之间，或者串接于该第一整流组的第一输出端与该第一负载端之间，或者串接于该第二整流组的第二输出端与该第二负载端之间。

7.根据权利要求6所述的整流及功因修正电路，其特征在于，该交流电源与该第一整流组及该第二整流组之间，还连接一输入滤波器。

8.根据权利要求7所述的整流及功因修正电路，其特征在于，该输入滤波器串接该储能电感L_PFC至该第一电源端。

9.根据权利要求6所述的整流及功因修正电路，其特征在于，该桥式换流器由一第一至第四开关元件组成一全桥电路，其中该第一及第四开关元件的连接端形成该第一负载端；该第二及第三开关元件的连接端形成该第二负载端；该第一及第二开关元件的连接端连接一直流链电容器的+端，而该第四及第三开关元件的连接端连接该直流链电容器的-端，并连接该共地端。

10.根据权利要求6所述的整流及功因修正电路，其特征在于，该储能电感L_PFC设有二组，分别串接于该第一输出端与该第二负载端之间，以及该第二输出端与该第一负载端之间。

11.根据权利要求6所述的整流及功因修正电路，其特征在于，该第一整流组的第一输出端直接连接于第一负载端，而该第二整流组的第二输出端直接连接于该第二负载端。

12.根据权利要求6所述的整流及功因修正电路，其特征在于，该第一整流组的第一输出端连接于该第二整流组的第二输出端，再连接于该第一负载端。

13.根据权利要求12所述的整流及功因修正电路，其特征在于，该第一输出端连接第二输出端后，再串接该储能电感L_PFC至该第一负载端。

14.根据权利要求12所述的整流及功因修正电路，其特征在于，该第一输出端连接第二输出端后，再串接该储能电感L_PFC，并分别再串接一第五二极管至该第二负载端，以及串接一第六二极管至该第一负载端。

Images