201038133 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明係有關於一種複金屬燈電子式安定器，尤其 是指一種有功率因數修正、兩級化電路及簡易之定功率 控制；其兩級電路之前級係以數種不同轉換器組成： . [0002] 降昇壓型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合 為單級雙輸出降昇壓型轉換器，並藉由偵測電流控制達 到定功率驅動燈管，將電感電流操作於非連續導通模式 ，提高功率因數； [0003] 昇壓型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合為 單級雙輸出昇壓型轉換器，並藉由偵測電流控制達到定 功率驅動燈管，將電感電流操作於非連續導通模式，提 高功率因數； [0004] 降壓型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合為 單級雙輸出降壓型轉換器，並藉由偵測電流控制達到定 功率驅動燈管，將電感電流操作於非連續導通模式，提 高功率因數； [0005] SEPIC型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合為 單級雙輸出SEPIC型轉換器，並藉由偵測電流控制達到定 功率驅動燈管，將電感電流操作於非連續導通模式，提 高功率因數； [0006] 返馳型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合為 單級雙輸出返馳型轉換器，並藉由偵測電流控制達到定 功率驅動燈管，將電感電流操作於非連續導通模式，提 098112431 表單編號A0101 第4頁/共21頁 0982020661-0 201038133 高功率因數； [0007] [0008] [0009] [0010] 其兩級f路之後級為半橋·器以低頻方坡驅動 燈官，避免音頻共振〔ACOUSTIC RESONANT〕現象產生 ，而在其整體施行使用上更增實用價值性的複金屬 子式安定器創新設計者。 【先前技術】 按，複金屬燈〔Metal Halide Lamps〕又名金 函化燈，是氣體放電燈的—種，具有高演色性、良好 發光效率及壽命長等優點，近來在紐應㈣比例上逐 漸增加。複金屬燈與大多數氣體放電燈—樣，呈現負電 阻的電氣特性；點亮前電燈管兩極間有極高㈣俊梯卢 ，所以驅動複金屬的安定器，必須具備高壓點燈以及限 制燈管電流的兩個基本功能。 其中，就該安定器而言，目前市面上常見是傳統操 作在市電頻率、笨重、體積大且容易產生_、啟動時 間也較長的電磁耦合式安定器，其能量轉換效率低，使 得其在使用上具有相當大的限制與缺失。 也因此，擁有能源環保、功能穩定、體積小等優點 的電子式安定器，正逐漸取代傳統電磁耦合型安定器， 成為照明市場的主流商品。但，該複金屬燈管於其實際 施行使用上卻具有下列特性： 1.負增罝阻抗：料電壓啟動之前未達崩潰階段可視為 開路狀態，當燈管達到冷點燈啟動電壓後，則發生電壓 崩潰。由於.複金屬燈有負增量電阻的特性，隨著燈管功 098112431 表單編號A0101 第5頁/共21頁 0982020661-0 [0011] 201038133 率的增加，其等效電阻會逐漸變小。一般而言，複金屬 燈的等效阻抗會隨著使用的時間而遞增，燈管的等效阻 抗在新舊之間會有100%至150%的差異。實際操作上，若 以定電流控制驅動燈管，舊燈管輸出功率將大幅增加， 導致過度驅動燈管或超過安定器額定的危險，導致照明 系統的可靠性降低。 [0012] 2.音頻共振：所有的高強度氣體放電燈包含複金屬燈、 氙燈和鈉燈等皆有音頻共振的問題。當音頻共振發生時 會有弧光放電不穩定、光輸出變動和色溫改變等情形， 會造成燈管工作電壓擺動、弧光輸出閃爍的現象，若嚴 重的話會導致燈管管壁破裂。避免音頻共振的方法有多 種，目前電路設計最常使用的方法為全橋換流器輸出低 頻方波電壓、電流驅動燈管。 [0013] 也因此，為了達到前述需求通常需要數個轉換器才 能達成，請參閱第八圖現有之三級複金屬燈電子式安定 器架構圖所示，即為目前常用的三級架構安定器（5 ) ，該安定器（5 )係於橋式整流器（5 1 )連接第一級 功率因數修正〔PFC〕電路（52)，其一般使用昇壓轉 換器，可使市電電流波形呈正弦波形，且與電壓同相位 ，以達到高功因及低電流諧波之要求；於功率因數修正 電路（5 2 )連接第二級燈管功率控制電路（5 3 )， 其一般使用降壓轉換器，以調節燈管的電流來控制燈管 功率，於燈管功率控制電路（5 3 )則連接第三級燈管 驅動電路（5 4)，其一般為全橋換流器，以低頻方波 操作燈管（5 5)來避免音頻共振。 098112431 表單編號A0101 第6頁/共21頁 0982020661-0 201038133 國 然而，上述三級架構安定㈣可達_定之預期功 效，但卻在其實際猶施行❹巾發現，該衫器由於 係為三級式架構，使得其需經過三級電能轉換，不僅造 賴安定n整體之體減大、相對於其整體之重量上亦 顯得較重’且於錢體電路設計均騎雜，連帶導致 其製迨成本居兩不下，致令在其整體電路設計上仍存有 改進之空間。 [0015]
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[0017] 緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐 富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構及缺失再 予以研究改良，因而發明出一種嗥金屬燈電子式安定器 ’以期達到更佳實用價值性之目的者。 【發明内容】 本發明之複金屬燈電子式安定器，其一目的在於簡 化電能轉換級數，將現有三級架構安定器整合為兩級， 降低電路複雜度與體積到成令降低與控制迴路之簡 化目標；為達此目的，本發明發展出數種安定器： 降昇壓型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合 為單級雙輸出降昇壓型轉換器，搭配後級半橋燈管驅動 電路驅動燈管； 昇壓型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合為 單級雙輸出昇壓型轉換器，搭配後級半橋燈管驅動電路 驅動燈管； [0019] 降壓型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合為 單級雙輸出降壓型轉換器，搭配後級半橋燈管驅動電路 098112431 表單編號A0101 第7頁/共21頁 0982020661-0 201038133 驅動燈管； [0020] SEPIC型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合為 單級雙輸出SEPIC型轉換器，搭配後級半橋燈管驅動電路 驅動燈管； [0021] 返馳型轉換器與雙輸出降昇壓轉換器串接，整合為 單級雙輸出返馳型轉換器，搭配後級半橋開關燈管驅動 電路驅動燈管。 [0022] 本發明之複金屬燈電子式安定器，其二目的在於複 金屬燈具有負增量電阻特性，隨著燈管功率的增加，其 等效電阻皆會逐漸變小，為避免以傳統定電流控制驅動 燈管，老舊燈管輸出功率將大幅增加，而過額定驅動燈 管之危險。因此，高品質的複金屬燈電子式安定器皆具 有定燈管功率之控制目標；為達此目的，本發明之電子 式安定器發展出一新式定功率控制方式，偵測互耦電感 電流峰值控制開關，以定功率輸出，達到燈管定功率驅 動之目的。 [0023] 本發明之複金屬燈電子式安定器，其三目的在於傳 統電子式安定器驅動級，為避免音頻共振，將複金屬燈 操作於低頻方波電流，傳統之驅動方式為全橋換流器， 使用四顆電晶體開關及其驅動電路，成本高且電路複雜 ，本發明朝向有效降低成本及縮小電路之目標；為達此 目的，本發明之電路之互偶電感能有效達到雙組輸出， 即可搭配半橋驅動電路，以低頻約150Hz控制信號達到低 頻方波電流驅動，達到降低成本與縮小電路體積之目的 098112431 表單編號A0101 第8頁/共21頁 0982020661-0 201038133 【實施方式】 [0024] [0025] Ο 〇 [0026] 為令本發明所運用之技術内容、發明目的及其達成 之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並 請一併參閱所揭之圖式及圖號： 首先，請參閱第一圖本發明之電路架構圖所示，本 發明主要係於橋式整流器（1 )連有前級功因修正暨燈 管功率控制電路（2)，該前級功因修正暨燈管功率控 制電路（2)係將轉換器（2Ί )個別與雙輸出昇降塵 轉換器（2 2)串接，並藉由電路整合為單級雙輸出電 路，且藉由偵測電流控制達到定功率輸出，定功率驅動 燈管（3)，並將電感電流操作於非連績導通模式，提 咼功率因數，再於該前級之功因修正暨燈管功率控制電 路（2)輸出端搭配連接後級之半橋單臂開關燈管驅動 電路（4)，以低頻方波罈點火電路（3 i )驅動燈管 (3 ) 〇 而該功因修正暨燈管功率控制電路（2)之轉換器 (21),其不僅可為降昇壓型轉換器（211)，以 與雙輸出昇降壓轉換器（22)整合成功因修正暨燈管 功率控制電路（2)〔如第一圖本發明之電路架構圖所 示〕，且該轉換器（21)亦可為昇壓型轉換器（21 2)〔如第一圖本發明之其一實施例電路架構圖所示〕 ，或為降壓型轉換器（2 13)〔如第三圖本發明之其 二實施例電路架構圖所示〕，或為SEpi(：型轉換器（2丄 4)〔如第四圖本發明之其三實施例電路架構圖所示〕 098112431 表單編號A_1 第9頁/共21頁 0982020661-0 201038133 ，或為返馳型轉換器（2 1 5)〔如第五圖本發明之其 四實施例電路架構圖所示〕。 [0027] 如此一來，請再一併參閱第六圖，本發明第一圖前 級電路之開關導通等效電路圖及第七圖本發明之開關導 通定功率波形圖所示，使得本發明之定功率控制以降昇 壓型轉換器（2 1 1)之轉換器為例，本發明藉由單迴 授脈波寬度調變〔Pulse Width Modulation, PWM〕技 術，僅偵測互耦電感電流，當互耦電感電流達到設定電 流峰值關閉開關，藉以控制開關導通時間，有效達到本 發明之定電功率控制。 [0028] 然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結 構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之 適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。 [0029] 藉由以上所述，本發明之元件組成與使用實施說明 可知，本發明與現有結構相較之下，本發明由於係以數 種不同轉換器個別與雙輸出降昇壓轉換器串接，並整合 為單一開關而成前級電路，並藉由偵測電流控制達到定 功率輸出，定功率驅動燈管，並將電感電流操作於非連 續導通模式，提高功率因數；另外前級之雙組輸出搭配 後級單臂開關驅動燈管，以低頻方波驅動燈管，避免音 頻共振現象產生，而在其整體施行使用上更增實用價值 性者。 綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功 效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品 098112431 表單編號A0101 第10頁/共21頁 0982020661-0 [0030] 201038133 [0031] [0032] [0033] [0034] Ο [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] Ο 098112431 中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定 與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查， 並賜准專利，則實感德便。 【圖式簡單說明】 第一圖：本發明之電路架構圖 第二圖：本發明之其一實施例電路架構圖 第三圖：本發明之其二實施例電路架構圖 第四圖：本發明之其三實施例電路架構圖 第五圖：本發明之其四實施例電路架構圖 第六圖：本發明之開關導通等效電路圖 第七圖：本發明之開關導通定功率波形圖 第八圖：現有之三級複金屬燈電子式安定器架構圖 【主要元件符號說明】 (1) 橋式整流器 (2) 功因修正暨燈管功率控制電路 (21) 轉換器 (211) 降昇壓型轉換器 (212) 昇壓型轉換器 (213) 降壓型轉換器 (2 1 4 ) SEPIC型轉換器 (215)返驰型轉換器 (2 2) 雙輸出昇降壓轉換器 (3 ) 燈管 表單編號Α0101 第11頁/共21頁 0982020661-0 201038133 (31) 點火電路 (4) 半橋單臂開關燈管驅動電路 (5) 安定器 (51) 橋式整流器 (52) 功率因數修正電路 (53) 燈管功率控制電路 (54) 燈管驅動電路 (55) 燈管 098112431 表單編號A0101 第12頁/共21頁 0982020661-0