CN1271893C - 具有功率与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其电连接一输入电源，该输入电源提供一输入电压，该电子镇流器电路包含：一整流器，其电连接该输入电压，将该输入电压进行整流，提供一第一电压；一电能转换器，其电连接该整流器，将该第一电压高频切换输出，以提供一负载电能；以及一填谷式电路(valley fillcircuit)，其电连接该电能转换器的一输出端与该第一电压，当该第一电压高于一设定值，该电能转换器将该第一电压切换输出对该填谷式电路充电储蓄电能，当该第一电压低于该设定值，该填谷式电路提供一补充电能，补充该第一电压，该设定值可由该填谷式电路设计而调整。

Description

具有功率与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路
技术领域
本发明涉及一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，尤指应用填谷式电路的具有功率因子与电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路。
背景技术
现有的电子镇流器电路是为了驱动一气体放电灯负载4，如图1(a)、(b)所示，该电子镇流器电路主要包含一交流输入电源1、一整流器2以及一高频电能转换器电路3。该高频电能转换器电路3包含一高频切换电路31以及一共振电路32，且该气体放电灯负载4经由该共振电路32电连接该电子镇流器电路。
在设计电子镇流器电路的主要目的是为达到最佳化的电力效能，亦即要获得最佳化的功率因子(power factor，PF)、总谐波失真(total harmonicdistortion，THD)以及负载电流振幅因子(current crest factor，CCF)。在现有电子镇流器电路中，为达到最佳化的电力效能，也运用了许多不同的修正方式，例如，如图1(a)所示的一具峰值改善功能的填谷式电子镇流器电路(valley fill ballast converter with spike reducing)，以及如图1(b)所示的一具有高频电流反馈功能的填谷式电子镇流器电路(valley fill ballast converterwith high frequency current feedback)。然而，当该具高频电流反馈功能的填谷式电子镇流器电路操作在一输入电压220volt，一切换频率30～70kHz，80watts功率输出，其功率因子为0.95，总谐波失真为31％，电流振幅因子为2.1；当具高频电流反馈功能的填谷式电子镇|流器电路操作在一输入电压120volt，一切换频率33Hz，64watts功率输|出，其功率因子为0.93，总谐波失真为36％，电流振幅因子为1.7。为达到更好的电力效能，现有电子镇流器电路尚需增加许多组件，以提升效能，然而如此一来，将会增加电路复杂度，组件上的能量损失，以及组件的成本。
发明内容
本发明在于提供一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，尤指应用填谷式电路的功率因子与电流振幅因子修正的电子镇流器电路。
本发明的第一目的在于提供一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其电连接一输入电源，该输入电源提供一输入电压，该电子镇流器电路包含：一整流器，其电连接该输入电压，将该输入电压进行整流，提供一第一电压；一电能转换器，其电连接该整流器，将该第一电压高频切换输出，以提供一负载电能；以及一填谷式电路(valley fillcircuit)，其电连接该电能转换器的一输出端与该第一电压，当该第一电压高于一设定值，该电能转换器将该第一电压切换输出对该填谷式电路充电储蓄电能，当该第一电压低于该设定值，该填谷式电路提供一补充电能，补充该第一电压，该设定值可由该填谷式电路设计而调整。其中该填谷式电路包含：一第一电感，其一端电连接该电能转换器的该输出端；一第一二极管，其一正端其电连接该第一电感的另一端；一第一储能电容，其一端其电连接该第一二极管的一负端，且该第一储能电容另一端接地；以及一第二二极管，其一正端其电连接该第一二极管的该负端，其一负端其电连接该第一电压。
根据上述构想，其中该电能转换器为一逆变器(inverter)。
根据上述构想，其中该第一电压为一直流电压(DC voltage)。
根据上述构想，其中该电子镇流器电路更包含一自激式变压器，其一初级线圈的一端其电连接该电能转换器的该输出端，另一端其电连接该负载，该初级线圈是用来检测该电能转换器的该输出端的一电流。
根据上述构想，其中该电能转换器包含：一第一晶体管开关，其电连接该第一电压；一第二晶体管开关，其电连接该第一晶体管开关，其连结点为该电能转换器的该输出端；一第一电阻，其电连接该第一晶体管开关的一基极端，其另一端电连接该自激式变压器的一第一次级线圈；一第二电阻，其电连接该第二晶体管开关的一基极端，其另一端电连接该自激式变压器的一第二次级线圈；一第一稳压二极管组，是与该自激式变压器的该第一次级线圈并联，当该第一次级线圈反馈该初级线圈的该电流，使该第一稳压二极管组产生一第一跨压，该第一跨压使该第一晶体管开关导通；以及一第二稳压二极管组，是与该自激式变压器的该第二次级线圈并联，当该第二次级线圈反馈该初级线圈的该电流，使该第二稳压二极管组产生一第二跨压，该第二跨压使该第二晶体管开关导通，且该第二次级线圈与该第一次级线圈极性相反。
根据上述构想，其中该电能转换器更包含一激活电路，该激活电路包含：一第三电阻，其电连接该第一电压；一第一电容，其一端其电连接该第三电阻的另一端，该第一电容的另一端接地；一第三二极管，其一正端电连接该第三电阻与该第一电容的一连接点，该第三二极管的一负端电连接该电能转换器的该输出端；以及一触发二极管(Bilateral Trigger Diode)，其电连接该第三二极管的该正端，并电连接该第二稳压二极管组与该第二电阻的一连接点。
根据上述构想，其中该负载为一放电灯管(discharge lamp)。
根据上述构想，其中该电子镇流器电路更包含一共振电路，该共振电路其电连接该负载，该共振电路由至少一电感与至少一电容所组成。
根据上述构想，其中该共振电路包含一第二电感以及一第二电容，该第二电容是与该负载并联，且该第二电感是与该负载的一端串联，该第二电感的另一端其电连接该初级线圈的另一端。
根据上述构想，其中该电子镇流器电路更包含一滤波电感其电连接该输入电压，该滤波电感的另一端电连接该整流器，对该输入电压进行滤波。
本发明还提供一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其电连接一输入电源，该输入电源提供一输入电压，该电子镇流器电路包含：
一整流器，其电连接该输入电压，将该输入电压进行整流，提供一第一电压；
一电能转换器，其电连接该整流器，将该第一电压高频切换输出，以提供一负载电能；以及
一填谷式电路，其电连接该电能转换器的一输出端与该第一电压，当该第一电压高于一设定值，该电能转换器将该第一电压切换输出对该填谷式电路充电储蓄电能，当该第一电压低于该设定值，该填谷式电路提供一补充电能，补充该第一电压，该设定值可由该填谷式电路设计而调整，其中该电子镇流器电路更包含一组充电泵浦电容(charge pump capacitor)，该组充电泵浦电容其电连接该负载的一高频端并与该输入电源两端电连接，以提供该负载与输入电压间的高频电流回路，并利用该组充电泵浦电容修正该输入电压的一谷底电流波形以提高该电子镇流器电路的功率因子。
根据上述构想，其中电子镇流器电路更包含一第二储能电容，其电连接该负载的该高频端，经由该高频端对该第二储能电容进行充电。
根据上述构想，其中该组充电泵浦电容包含一第一充电泵浦电容以及一第二充电泵浦电容，该第一充电泵浦电容与该第二充电泵浦电容串联，且该第一充电泵浦电容与该第二充电泵浦电容的一连结点与该负载的该高频端电连接，以提供该负载与输入电压间的一高频电流回路。
综合上述，本发明可提供一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，具有下列几项优点：(1)借由适当填谷式电路设计，可使负载电流振幅因子可低于1.7。(2)借由适当填谷式电路以及充电泵浦电容电路的设计，可获得较佳的功率因子。(3)在输入电压220Vac激活瞬时过程中，直流电压可限制小于450volts，故本发明实具工业应用的价值。
附图说明
图1(a)、(b)是现有填谷式功率因子修正电子镇流器的电路示意图。
图2是本发明第一较佳实施例的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路的电路方块图。
图3是本发明第一较佳实施例的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路的电路示意图。
图4是本发明第二较佳实施例的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路的电路示意图。
图5(a)～(d)是本发明较佳实施例的具功率因子与波形因素修正电子镇流器的填谷式电路工作原理示意图。
具体实施方式
请参阅图2，是本发明第一较佳实施例的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路的电路方块图。如图2所示，一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其电连接一输入电源，该输入电源提供一输入电压Vin，该电子镇流器电路包含：一整流器5、一电能转换器6以及一填谷式电路(valley fill circuit)8。该整流器5，其电连接该输入电压Vin，将该输入电压Vin进行整流，提供一第一电压V1。该电能转换器6，其电连接该整流器5，将该第一电压V1做高频切换输出，以提供一负载7的电能。以及，该填谷式电路8，其电连接该电能转换器6的一输出端与该第一电压V1，当该第一电压V1高于一设定值，该电能转换器6将该第一电压切换输出对该填谷式电路8充电储蓄电能，气该第一电压V1低于该设定值，该填谷式电路8提供一补充电能，补充该第一电压V1，该设定值可由该填谷式电路8设计而调整。
请参阅图3，是本发明第一较佳实施例的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路的电路示意图。如图3所示，该种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其电连接一输入电源，该输入电源提供该输入电压Vin，该电子镇流器电路包含：该整流器5、该电能转换器6以及该填谷式电路(valley fill circuit)8。该电能转换器6为一逆变器(inverter)。该整流器5，其电连接该输入电压Vin，将该输入电压Vin进行整流，提供气直流电压(DC voltage)Vdc。该电能转换器6，其电连接该整流器5，将该直流电压Vdc切换输出，以提供该负载7的电能。以及，该填谷式电路8其电连接该电能转换器6的一输出端与该第一电压V1，当该第一电压V1高于一设定值，该电能转换器6将该第一电压切换输出对该填谷式电路8充电储蓄电能，当该第一电压V1低于该设定值，该填谷式电路8提供一补充电能，补充该第一电压V1，该设定值可由该填谷式电路8设计而调整。
该填谷式电路8包含：一第一电感L1、一第一二极管D1、一第一储能电容C1以及一第二二极管D2。该第一电感L1，其一端其电连接该电能转换器6的该输出端。该第一二极管D1，其一正端其电连接该第一电感L1的另一端。该第一储能电容C1，其一端其电连接该第一二极管D1的一负端，且该第一储能电容C1的另一端接地。以及，该第二二极管D2，其一正端其电连接该第一二极管D1的该负端，其一负端其电连接该直流电压Vdc。
该电子镇流器电路更包含一自激式变压器(T1A、T1B以及T1C)，其一初级线圈T1A的一端其电连接该电能转换器6的该输出端，另一端其电连接该负载7，该初级线圈T1A是用来检测该电能转换器6的该输出端的一电流。
该电能转换器6包含：一第一晶体管开关S1、一第二晶体管开关S2、一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第一稳压二极管组D3以及一第二稳压二极管组D4。该第一晶体管开关S1，其电连接该直流电压Vdc。该第二晶体管开关S2，其电连接该第一晶体管开关S1，其连结点为该电能转换器6的该输出端。该第一电阻R1，其电连接该第一晶体管开关S1的一基极端，其另一端电连接该自激式变压器的一第一次级线圈T1B。该第二电阻R2，其电连接该第二晶体管开关S2的一基极端，其另一端电连接该自激式变压器的一第二次级线圈T1C。该第一稳压二极管组D3，是与该自激式变压器的该第一次级线圈T1B并联，当该第一次级线圈T1B反馈该初级线圈T1A的该电流，使该第一稳压二极管组D3产生一第一跨压，该第一跨压使该第一晶体管开关S1导通。以及，该第二稳压二极管组D4，是与该自激式变压器的该第二次级线圈T1C并联，当该第二次级线圈T1C反馈该初级线圈T1A的该电流，使该第二稳压二极管组D4产生一第二跨压，该第二跨压使该第二晶体管开关S2导通，且该第二次级线圈T1C与该第一次级线圈T1B极性相反，故第一晶体管开关S1导通时，该第二晶体管开关S2不导通，反之亦然。且，该电能转换器6更包含一激活电路，该激活电路包含：一第三电阻R3、一第一电容C2、一第三二极管D5以及一触发二极管(Bilateral Trigger Diode)D6。该第三电阻R3，其电连接该直流电压Vdc。该第一电容C2，其一端其电连接该第三电阻R3的另一端，该第一电容C2的另一端接地。该第三二极管D5，其一正端其电连接该第三电阻R3与该第一电容C2的一连接点，该第二二极管D5的一负端电连接该电能转换器6的该输出端。以及，该触发二极管D6，其电连接该第三二极管D5的该正端，并电连接该第二稳压二极管组D4与该第二电阻R2的一连接点。
请参阅图4，是本发明第二较佳实施例的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路的电路示意图。如图4所示，其中该整流器5、该电能转换器6、该填谷式电路(valley fill circuit)8以及该负载7是与图3相同。且，该负载7是为一放电灯管(discharge lamp)。然而在本发明第二较佳实施例中，该电子镇流器电路更包含一共振电路9，该共振电路其电连接该负载7，该共振电路9包含一第二电感L2以及一第二电容C3，该第二电容C3是与该负载7并联，且该第二电感L2是与该负载7的一端串联，该第二电感L2的另一端其电连接该初级线圈T1A的另一端。
又，该电子镇流器电路更包含一滤波电感L3其电连接该输入电压Vin，该滤波电感L3的另一端电连接该整流器5，对该输入电压Vin进行滤波。
再者，该电子镇流器电路更包含一组充电泵浦电容(charge pumpcapacitor)10，该充电泵浦电容10其电连接该负载7的该高频端并与该输入电源两端电连接以提供该负载与输入电压间的高频电流回路，并利用该组充电泵浦电容10修正该输入电压Vin的一谷底电流波形以提高该电子镇流器电路的功率因子。又，电子镇流器电路更包含一第二储能电容C4，其电连接该负载7的一高频端，经由该高频端对该第二储能电容C4进行充电。该组充电泵浦电容10包含一第一充电泵浦电容C5以及一第二充电泵浦电容C6，该第一充电泵浦电容C5与该第二充电泵浦电容C6串联，且该第一充电泵浦电容C5与该第二充电泵浦电容C6的一连结点与该负载7的该高频端电连接，以提供该负载与输入电压间的高频电流回路。
请参阅图5(a)～(d)，是本发明较佳实施例的具功率因子与波形因素修正电子镇流器的填谷式电路工作原理示意图。如图5(a)所示，当该输入电压Vin大于该第一储能电容C1的一电压VC1时，该第一晶体管开关S1导通，该第二晶体管开关S2不导通，该输入电压Vin经由该第一电感L1以及该第一二极管D1对该第一储能电容C1充电，且该输入电压Vin亦提供电能给该负载7并对该第二储能电容C4充电。如图5(b)所示，当该输入电压Vin大于该第一储能电容C1的该电压VC1时，该第一晶体管开关S1不导通，该第二晶体管开关S2导通，此时该第一电感L1持续对该该第一储能电容C1充电，且该负载7自成一回路导通，并对该第二储能电容C4放电。如图5(c)所示，当该输入电压Vin小于该第一储能电容C1的该电压VC1时，该第一晶体管开关S1导通，该第二晶体管开关S2不导通，该电压VC1经由该第二二极管D2及该第一晶体管开关S1对该负载7提供电能，并对该第二储能电容C4充电。如图5(d)所示，当该输入电压Vin小于该第二储能电容C4的电压VC4时，该第一晶体管开关S1不导通，该第二晶体管开关S2导通，此时该负载7自成一回路导通，并对该第二储能电容C4放电。由以上的工作原理得知，借调整第一电感L1的电感量，可调整该第一储能电容C1的电压VC1，如此可达到改善负载电流振幅因子。

Claims (13)

1.一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其电连接一输入电源，该输入电源提供一输入电压，该电子镇流器电路包含：
一整流器，其电连接该输入电压，将该输入电压进行整流，提供一第一电压；
一电能转换器，其电连接该整流器，将该第一电压高频切换输出，以提供一负载电能；以及
一填谷式电路，其电连接该电能转换器的一输出端与该第一电压，当该第一电压高于一设定值，该电能转换器将该第一电压切换输出对该填谷式电路充电储蓄电能，当该第一电压低于该设定值，该填谷式电路提供一补充电能，补充该第一电压，该设定值可由该填谷式电路设计而调整，该填谷式电路包含：
一第一电感，其一端其电连接该电能转换器的该输出端；
一第一二极管，其一正端其电连接该第一电感的另一端；
一第一储能电容，其一端其电连接该第一二极管的一负端，且该第一储能电容另一端接地；以及
一第二二极管，其一正端其电连接该第一二极管的该负端，其一负端电连接该第一电压。
2.权利要求1所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该电能转换器是为一逆变器。
3.权利要求1所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该第一电压是为一直流电压。
4.权利要求1所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该电子镇流器电路更包含一自激式变压器，其一初级线圈的一端其电连接该电能转换器的该输出端，另一端电连接该负载，该初级线圈是用来检测该电能转换器的该输出端的一电流。
5.权利要求4所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该电能转换器包含：
一第一晶体管开关，其电连接该第一电压；
一第二晶体管开关，其电连接该第一晶体管开关，其连结点为该电能转换器的该输出端；
一第一电阻，其电连接该第一晶体管开关的一基极端，其另一端电连接该自激式变压器的一第一次级线圈；
一第二电阻，其电连接该第二晶体管开关的一基极端，其另一端电连接该自激式变压器的一第二次级线圈；
一第一稳压二极管组，是与该自激式变压器的该第一次级线圈并联，当该第一次级线圈反馈该初级线圈的该电流，使该第一稳压二极管组产生一第一跨压，该第一跨压使该第一晶体管开关导通；以及
一第二稳压二极管组，是与该自激式变压器的该第二次级线圈并联，当该第二次级线圈反馈该初级线圈的该电流，使该第二稳压二极管组产生一第二跨压，该第二跨压使该第二晶体管开关导通，且该第二次级线圈与该第一次级线圈极性相反。
6.权利要求5所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该电能转换器更包含一激活电路，该激活电路包含：
一第三电阻，其电连接该第一电压；
一第一电容，其一端其电连接该第三电阻的另一端，该第一电容的另一端接地；
一第三二极管，其一正端其电连接该第三电阻与该第一电容的一连接点，该第三二极管的一负端电连接该电能转换器的该输出端；以及
一触发二极管，其电连接该第三二极管的该正端，并电连接该第二稳压二极管组与该第二电阻的一连接点。
7权利要求1所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该负载是为一放电灯管。
8权利要求4所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该电子镇流器电路更包含一共振电路，该共振电路其电连接该负载，该共振电路由至少一电感与至少一电容所组成，该共振电路用以提供该放电灯管所需的电流。
9.权利要求8所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该共振电路包含一第二电感以及一第二电容，该第二电容是与该负载并联，且该第二电感是与该负载的一端串联，该第一电感的另一端其电连接该初级线圈的另一端。
10.权利要求1所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该电子镇流器电路更包含一滤波电感其电连接该输入电压，该滤波电感的另一端电连接该整流器，对该输入电压进行滤波。
11.一种具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其电连接一输入电源，该输入电源提供一输入电压，该电子镇流器电路包含：
一整流器，其电连接该输入电压，将该输入电压进行整流，提供一第一电压；
一电能转换器，其电连接该整流器，将该第一电压高频切换输出，以提供一负载电能；以及
一填谷式电路，其电连接该电能转换器的一输出端与该第一电压，当该第一电压高于一设定值，该电能转换器将该第一电压切换输出对该填谷式电路充电储蓄电能，当该第一电压低于该设定值，该填谷式电路提供一补充电能，补充该第一电压，该设定值可由该填谷式电路设计而调整，以及一组充电泵浦电容，该组充电泵浦电容其电连接该负载的该高频端并与该输入电源两端电连接，以提供该负载与输入电压间的高频电流回路，并利用该组充电泵浦电容修正该输入电压的一谷底电流波形以提高该电子镇流器电路的功率因子。
12.权利要求11所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中电子镇流器电路更包含一第二储能电容，其电连接该负载的一高频端，经由该高频端对该第二储能电容进行充电。
13.权利要求12所述的具有功率因子与负载电流振幅因子修正功能的电子镇流器电路，其中该充电泵浦电容包含一第一充电泵浦电容以及一第二充电泵浦电容，该第一充电泵浦电容与该第二充电泵浦电容串联，且该第一充电泵浦电容与该第二充电泵浦电容的一连结点与该负载的该高频端电连接，以提供该负载与输入电压间的高频电流回路。
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