TW201306657A - 氣體放電燈驅動電路系統及控制方法 - Google Patents

Abstract

本案係為一種氣體放電燈驅動電路系統，其包含：具至少一個第一開關之電源電路，且藉由第一開關的切換運作而將輸入電壓轉換為燈電壓，以驅動氣體放電燈；燈電流檢測電路，用以檢測氣體放電燈的燈電流；迴授電路，用以依據燈電流的變化產生燈電流迴授訊號；定功率控制電路，用以依據氣體放電燈的燈狀態產生修正的電流參考訊號；以及電源控制電路，用以依據燈電流迴授訊號與電流參考訊號產生第一調變訊號，使第一開關導通或截止的切換運作而使氣體放電燈的燈功率實質上維持固定。

Description

氣體放電燈驅動電路系統及控制方法

本案係關於一種驅動電路，尤指一種適用於氣體放電燈驅動電路系統及控制方法。

高強度氣體放電燈(High-intensity discharge)簡稱HID燈(管)為一種利用氣體放電原理的新型光源，由於HID燈的亮度高、照射面積廣且耗電量低，故HID燈已廣泛地應用在需要大量照明場所或汽車照明等用途上。

請參閱第1圖，其係為習知HID驅動電路之運作狀態示意圖。如第1圖所示，在HID點亮後，HID驅動電路輸出恆定的電流加熱燈電極，HID燈兩側的燈功率(lamp power)與燈電壓(lamp voltage)會逐漸地上升。當燈電壓持續上升超過恆功率控制切換電壓值Vs時，HID驅動電路輸出至HID燈兩側的燈功率會停止上升且維持固定值，此時僅有燈電壓會逐漸地上升至一穩態值。每次HID點亮後穩態時的燈電壓會隨著HID的累積使用時間的增加而上升，此穩態時的燈電壓上升現像會一直持續至燈使用壽命的終結。一般，習知HID驅動電路(未圖示)直接地利用燈電壓與燈電流來控制燈功率，然而於一些應用中燈電壓與燈電流是很難被直接地檢測取得，所以燈功率的控制需要藉由間接的方式實現，卻也衍生了如何精準的控制燈功率之問題。

當前HID燈驅動電路係透過提供固定的參考電流值進行控制，其控制原理是利用迴授電路(feedback circuit)產生的迴授訊號(feedback signal)與固定的參考電流值比較後產生誤差訊號(error signal)，再由誤差訊號的變化使HID燈驅動電路中運作的開關元件的占空比(Duty cycle)或切換頻率對應變化，以維持燈功率為固定值。由於，HID燈運作時為負電阻特性，故HID驅動電路運作於固定功率模式(mode)時，HID的燈電壓由HID放電時的阻抗值與燈電流值決定，故HID燈驅動電路藉由調整燈電流(lamp current)來達成固定功率控制(constant power control, CPC)。

然而，當HID燈經長時間使用而開始老化後，HID燈兩端電極所需之燈電壓值將會變動，例如較初始所需之燈電壓值為高，如此一來，仍以初始固定值之參考電流值來控制驅動HID燈運作，將會導致燈功率過大，使HID燈的使用壽命變短。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之氣體放電燈驅動電路，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之目的為提供一種氣體放電燈驅動電路系統及控制方法，不論氣體放電燈是否老化，皆可以使輸出至氣體放電燈的燈功率維持固定值，避免由於氣體放電燈老化而導致燈功率過大從而縮短氣體放電燈的使用壽命。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種氣體放電燈驅動電路系統，其包含：具至少一個第一開關之電源電路，且藉由第一開關的切換運作而將輸入電壓轉換為燈電壓，以驅動氣體放電燈；燈電流檢測電路，電性連接於電源電路或氣體放電燈，用以檢測氣體放電燈的燈電流；迴授電路，電性連接於燈電流檢測電路，用以依據燈電流的變化產生燈電流迴授訊號；定功率控制電路，用以依據氣體放電燈的燈狀態產生修正的電流參考訊號；以及電源控制電路，電性連接於迴授電路、定功率控制電路以及電源電路的第一開關，用以依據燈電流迴授訊號與電流參考訊號產生第一調變訊號，使第一開關導通或截止的切換運作而使氣體放電燈的燈功率實質上維持固定。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種氣體放電燈驅動電路系統，其包含：逆變電路，其包含第二開關與第三開關，且藉由第二開關與第三開關的切換運作而將直流電壓轉換為燈電壓以驅動氣體放電燈；燈電流檢測電路，電性連接於該逆變電路或氣體放電燈，用以檢測燈電流；迴授電路，電性連接於燈電流檢測電路，用以依據燈電流的變化產生燈電流迴授訊號；定功率控制電路，用以依據氣體放電燈的燈狀態產生修正的電流參考訊號；開關驅動電路，電性連接於第二開關與第三開關的控制端，以驅動其運作；以及電源控制電路，依據燈電流迴授訊號與電流參考訊號產生第二調變訊號與第三調變訊號，使第二開關與第三開關導通或截止而使氣體放電燈的燈功率實質上維持固定。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種氣體放電燈驅動電路系統之控制方法，其步驟包含：(1)檢測相關於燈電流之訊號且產生相關於燈電流之第一電流檢測訊號；(2)依據相關於燈電流之第一電流檢測訊號產生燈電流迴授訊號；(3)依據氣體放電燈的燈狀態產生修正的電流參考訊號；以及(4)依據燈電流迴授訊號與修正的電流參考訊號產生第一調變訊號，使電源電路的第一開關導通或截止的切換運作，而使氣體放電燈的燈功率實質上維持固定。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，然其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第2圖，其係為本案氣體放電燈驅動電路系統之方塊示意圖。如第2圖所示，氣體放電燈驅動電路系統2包含：電源電路21、氣體放電燈Lp、燈電流檢測電路22、迴授電路23、定功率控制電路24以及電源控制電路25，其中，電源電路21包含至少一個第一開關Q1，且藉由第一開關Q1的切換運作而將輸入電壓Vin轉換為燈電壓Vo，以驅動氣體放電燈Lp。燈電流檢測電路22電性連接於電源電路21或氣體放電燈Lp，用以檢測氣體放電燈Lp的燈電流Io。迴授電路23電性連接於燈電流檢測電路22，用以依據燈電流Io的變化產生燈電流迴授訊號Ib。定功率控制電路24，接收關於輸入電壓Vin、輸入電流Iin以及燈電壓相關信號Sp(如燈電壓Vo或第一開關Q1之占空比D)以判斷氣體放電燈Lp的燈狀態且依據氣體放電燈Lp的燈狀態產生修正的電流參考訊號Iref。電源控制電路25電性連接於迴授電路23、定功率控制電路24以及電源電路21的第一開關Q1，用以依據燈電流迴授訊號Ib與電流參考訊號Iref產生第一調變訊號Vpwm1，使第一開關Q1導通或截止的切換運作。

氣體放電燈Lp點亮且燈阻抗達到穩態後，氣體放電燈驅動電路系統2需運作在定功率模式，藉由燈電流檢測電路22、電源控制電路25以及電源電路21的第一開關Q1所構成之閉環迴路(close loop)控制燈電流Io的電流值，而燈電壓Vo的電壓值由燈電流及燈阻抗決定，故藉由控制燈電流Io的電流值可實現功率輸出之控制。換言之，本案之定功率控制電路24藉由修正對應的電流參考訊號Iref即可實現燈功率Plamp實質上維持固定之控制。其中定功率控制電路24和電源控制電路25均可以由模擬電路或數字電路實現。

請參閱第3圖，其係為本案較佳實施例之燈電壓與運作效率之對應關係示意圖。如第3圖所示，氣體放電燈驅動電路系統2的運作效率η會隨著燈電壓Vo的增加而上升。運作效率η與燈電壓Vo的關係是非線性的，於本實施例中為方便計算與控制以線性的關係來近似。氣體放電燈驅動電路系統2輸出至氣體放電燈Lp的燈功率Plamp可以利用輸入功率Pin與運作效率η相乘計算出來，燈功率Plamp的關係式如下：

Plamp=Pin*η=Vin*Iin*η(Vo)　　　　　　　 (1-1)。

其中，若採用的是降壓式電路拓扑結構(buck)，燈電壓Vo等於占空比D與輸入電壓Vin的乘積(Vo=D*Vin)，故運作效率η為隨著占空比D與輸入電壓Vin變化之函數(function)，代入前述關係式(1-1)後燈功率Plamp的關係式可為：

Plamp=Vin*Iin*η(D,Vin)　　　　　　 　　(1-2)。

在輸入電壓Vin的電壓值變化不大的應用場合，可忽略輸入電壓Vin對燈功率Plamp影響，燈功率Plamp的關係式可近似為只隨著占空比D變化之函數：

Plamp=Vin*Iin*η(D)　 　　　　　　　　　(1-3)。

由上述可知，燈功率Plamp的取得方式有:(1)藉由檢測輸入電壓Vin、輸入電流Iin以及燈電壓Vo後，再利用關係式(1-1)計算得到燈功率Plamp；(2)藉由檢測輸入電壓Vin、輸入電流Iin以及占空比D後，再利用關係式(1-2)或(1-3)計算得到燈功率Plamp。換言之，定功率控制電路24可藉由接收關於輸入電壓Vin、輸入電流Iin、第一調變訊號Vpwm1之占空比D、燈電流Io、燈電壓Vo之訊號或/及其組合進行判斷氣體放電燈Lp的燈狀態並對應進行氣體放電燈的恆功率控制。

請參閱第4圖，其係為本案較佳實施例之氣體放電燈驅動電路系統之細部電路示意圖。於本實施例中，氣體放電燈驅動電路系统2a一樣包含：電源電路21、氣體放電燈Lp、燈電流檢測電路22、迴授電路23、定功率控制電路24以及電源控制電路25。如第4圖所示，定功率控制電路24包含:燈功率檢測電路241與功率誤差放大器242，運作時，先由燈功率檢測電路241計算出目前的燈功率Plamp後，再由功率誤差放大器242依據目前的燈功率Plamp與預設功率Pref間的誤差值來產生修正的電流參考訊號Iref，使定功率控制電路24藉由修正電流參考訊號Iref達到燈功率Plamp為固定值之目的。於本實施例中，燈功率檢測電路241藉由取得相關於輸入電壓Vin、輸入電流Iin以及燈電壓Vo之訊號以關係式(1-1)計算燈功率Plamp，但不以此為限。電源控制電路25可以是但不限為電源控制器(power controller)的方式實現，其運作原理是先由電源控制電路25的電流誤差放大器251(error amplifier)比較電流參考訊號Iref與隨著燈電流Io變化之燈電流迴授訊號Ib後產生電流誤差訊號Ie，再由調變電路252(modulation circuit)依據電流誤差訊號Ie調整第一調變訊號Vpwm1的占空比D(duty ratio)或切換頻率(switching frequency)，使燈電流迴授訊號Ib與電流參考訊號Iref相等。於本實施例中，調變電路252可為脈衝寬度調變器(PWM modulator)，也可以是頻率調變器，且依據燈電流迴授訊號Ib與電流參考訊號Iref間的電流誤差訊號Ie調整第一調變訊號Vpwm1的占空比D或切換頻率。

不同於習知技術，本案的電流參考訊號Iref非固定不變，而是隨著氣體放電燈Lp的燈狀態變化，因此，當氣體放電燈Lp老化時，定功率控制電路24會對應修正電流參考訊號Iref而使氣體放電燈Lp的燈功率Plamp實質上維持固定。

於本實施例中，電源電路21可為隔離型轉換器(converter)或非隔離型轉換器，可為降壓式變換器(inverter)或升壓式變換器，可為PWM變換器或諧振變換器。於本實施例中，電源電路21為降壓式轉換器(buck converter)，但不以此為限，該電源電路21包含：第一電感L1、第一電容C1、第一二極體D1(diode)以及第一開關Q1。於本實施例中，氣體放電燈驅動電路系統2a更選擇性地包含一第二二極體D2，其電性連接於電源電路21的輸出側與氣體放電燈Lp之間。其中，第一開關Q1的一端、第一電感L1的一端與第一二極體D1的陰極端(cathode)電性連接，第一二極體D1的陽極端(anode)與接地G(ground)電性連接，第二二極體D2的陽極端、第一電感L1的另一端與第一電容C1的一端電性連接，第二二極體D2的陰極端與第一電容C1的另一端分別電性連接於氣體放電燈Lp的兩端。第一開關Q1的控制端與電源控制電路25的輸出電性連接，第一開關Q1的另一端接收輸入電壓Vin，當第一開關Q1因應第一調變訊號Vpwm1而導通時，輸入電流Iin會經由第一開關Q1流入電源電路21。

於本實施例中，燈電流檢測電路22為第一電流檢測電阻Rcs1，但不以此為限，其中第一電流檢測電阻Rcs1電性連接於接地G與氣體放電燈Lp之間，其與電源電路21的輸出側構成串聯迴路關係。運作時，由於流經第一電容C1的電流平均值為零，故流經氣體放電燈Lp的燈電流Io的平均值與流經第一電流檢測電阻Rcs1的電流平均值相同，因此可以通過檢測第一電流檢測電阻Rcs1的電流平均值得到氣體放電燈Lp的燈電流Io的平均值。燈電流Io在第一電流檢測電阻Rcs1產生對應的第一電流檢測訊號Vs1，使迴授電路23依據相關於燈電流Io之第一電流檢測訊號Vs1產生燈電流迴授訊號Ib。

於本實施例中，氣體放電燈驅動電路系統2a更包含：輸入電流檢測電路26、點燈電路27以及隔離變壓器Tr，其中輸入電流檢測電路26可以是但不限為第二電流檢測電阻Rcs2，且與氣體放電燈驅動電路系統2a的輸入端構成串聯迴路關係，用以檢測輸入電流Iin，運作時，輸入電流Iin流經第二電流檢測電阻Rcs2，並在第二電流檢測電阻Rcs2產生對應的第二電流檢測訊號Vs2，使定功率控制電路24的燈功率檢測電路241依據相關於輸入電流Iin之第二電流檢測訊號Vs2獲得目前的輸入電流Iin，並根據輸入電壓Vin與輸出燈電壓Vo以關係式(1-1)計算燈功率Plamp。隔離變壓器Tr的初級繞線(primary winding)與點燈電路27電性連接，隔離變壓器Tr的次級繞線(secondary winding)的兩端分別電性連接於氣體放電燈Lp的兩側，在氣體放電燈Lp未點亮前，點燈電路27產生的點燈高電壓會經由隔離變壓器Tr傳遞至氣體放電燈Lp的兩側，激發氣體放電燈Lp而被點亮。接續，即在氣體放電燈Lp點亮後，點燈電路27停止運作，氣體放電燈Lp的燈極經過一特定時間加熱後，氣體放電燈Lp的阻抗為一穩態值，氣體放電燈驅動電路系統2a改以定功率模式運作，並輸出固定值的燈功率Plamp至氣體放電燈Lp，使氣體放電燈Lp持續發光。

於本實施例中，點燈電路27產生的點燈高電壓經由隔離變壓器Tr傳遞至氣體放電燈Lp的兩側而激發氣體放電燈Lp時，氣體放電燈驅動電路系统2a的第二二極體D2可以防止點燈電路27產生的點燈高電壓對氣體放電燈驅動電路系统2a內的元件造成損壞。於其它實施例中，氣體放電燈驅動電路系统2a可以選擇性地不包含此第二二極體D2，即電源電路21輸出側的第一電感L1直接電性連接於氣體放電燈Lp(未圖示)。

請參閱第5圖並配合第4圖，其中第5圖係為本案另一較佳實施例之氣體放電燈驅動電路系統之細部電路示意圖。第5圖與第4圖不同之處在於第5圖之氣體放電燈驅動電路系統2b中更包含占空比檢測電路24a，且燈功率檢測電路241藉由取得輸入電壓Vin、輸入電流Iin以及第一開關Q1的第一調變訊號Vpwm1的占空比D並利用關係式(1-2)或(1-3)計算燈功率Plamp，而相同標號表示運作原理相同，在此不再贅述。其中，占空比檢測電路24a所產生之占空比D可以輕易地利用位數控制器(digital controller)或微控制器(Micro-controller Unit, MCU)採樣並計算而獲得。

請參閱第6圖並配合第4圖，其中第6圖係為本案另一較佳實施例之氣體放電燈驅動電路系統之細部電路示意圖。如第6圖所示，氣體放電燈驅動電路系統2c除了包含：電源電路21、燈電流檢測電路22、迴授電路23、定功率控制電路24b以及電源控制電路25b外，更包含開關驅動電路28與功率因數校正控制電路29，第6圖與第4圖另一個不同之處在於第6圖的電源電路21包含:整流電路211(rectifier circuit)、功率因數校正電路212(power factor correct, PFC)以及逆變電路213(inverter circuit)三個部份，其連接關係依序為整流電路211、功率因數校正電路212以及逆變電路213。運作時，整流電路211先將輸入電壓Vin整流為全波型(full-wave)的整流電壓Vr後，再由功率因數校正電路212升壓為高電壓值的匯流排電壓Vbus，例如400V，並同時校正功率因數，最後，由逆變電路213將匯流排電壓Vbus轉換為交流式(AC)的燈電壓Vo。

於本實施例中，整流電路211為橋式整流器(bridge rectifier)，但不以此為限，整流電路211的交流輸入側接收輸入電壓Vin並在其直流輸出側產生全波型的整流電壓Vr。功率因數校正電路212包含：第二電感L2、第三二極體D3以及第四開關Q4，其中，第二電感L2的一端、第三二極體D3的陽極端以及第四開關Q4的一端相互電性連接，第三二極體D3的陰極端與匯流排B電性連接，第二電感L2的另一端與整流電路211的正輸出端電性連接，第四開關Q4的另一端與整流電路211的負輸出端電性連接，第四開關Q4的控制端與功率因數控制電路29電性連接。運作時，功率因數控制電路29產生功率因數控制訊號Vpfc至第四開關Q4的控制端，第四開關Q4因應功率因數控制訊號Vpfc導通或截止的切換運作，使輸入電流Iin的波形相似於輸入電壓Vin的正弦波形，而提高功率因數。

逆變電路213可為全橋變換器或半橋變換器，可為PWM變換器或諧振變換器，諧振變換器可為串聯諧振變換器或並聯諧振變換器。於本實施例中，逆變電路213為半橋PWM變換器，其包含:第一分壓電容Cp1、第二分壓電容Cp2、第二開關Q2、第三開關Q3以及由濾波電容Cr與濾波電感Lr所構成之濾波電路，其中，第一分壓電容Cp1與第二分壓電容Cp2在第一連接端K1電性串聯連接而構成分壓電路，該分壓電路電性連接於匯流排B與接地G之間，並在第一連接端K1產生分壓電壓，其電壓值為匯流排電壓Vbus的一半(Vbus/2)。第二開關Q2與第三開關Q3在第二連接端K2電性串聯連接而構成開關電路，該開關電路與該分壓電路電性連接於匯流排B，第二開關Q2與第三開關Q3的控制端各自電性連接於開關驅動電路28，且藉由開關驅動電路28的驅動使第二開關Q2與第三開關Q3因應第二調變訊號Vpwm2與第三調變訊號Vpwm3導通或截止。當第二開關Q2因應第二調變訊號Vpwm2而導通時，匯流排電流Ibus會經由第二開關Q2流至濾波電感Lr、濾波電容Cr與燈迴路，且在第二連接端K2與第一連接端K1間產生正電壓，反之，當第三開關Q3因應第三調變訊號Vpwm3而導通時，匯流排電流Ibus會經由濾波電感Lr、濾波電容Cr與燈迴路流至第三開關Q3，且在第二連接端K2與第一連接端K1間產生負電壓。

由於流經濾波電容Cr的平均電流為零，故流過濾波電感Lr的平均電流與流過氣體放電燈Lp的燈電流Io的平均電流相同，因此可通過採樣流過濾波電感Lr的平均電流而得到氣體放電燈Lp的燈電流Io的平均電流。於本實施例中，通過燈電流檢測電路22採樣流過濾波電感Lr的平均電流來檢測氣體放電燈Lp的燈電流Io的平均電流。於本實施例中，燈電流檢測電路22為電流互感器(current transformer, CT)，但不以此為限，運作時，濾波電感Lr的電流流經燈電流檢測電路22而產生相關於燈電流Io的第一電流檢測訊號Vs1，使迴授電路23依據第一電流檢測訊號Vs1產生相關於燈電流Io之燈電流迴授訊號Ib。

於本實施例中，電源控制電路25b電性連接於迴授電路23、定功率控制電路24b以及開關驅動電路28，用以依據燈電流迴授訊號Ib與電流參考訊號Iref產生第二調變訊號Vpwm2與第三調變訊號Vpwm3，使第二開關Q2與第三開關Q3導通或截止的切換運作，換言之，逆變電路213係藉由第二開關Q2與第三開關Q3的交替導通使逆變電路213輸出交流式的燈電壓Vo至氣體放電燈Lp。

本實施例中，氣體放電燈驅動電路系統2c更包含:匯流排電流檢測電路26b，其可以是但不限為第三電流檢測電阻Rcs3，且與逆變電路213的輸入端構成串聯迴路關係，用以檢測匯流排電流Ibus，運作時，匯流排電流Ibus流經第三電流檢測電阻Rcs3，並在第三電流檢測電阻Rcs3產生對應的第三電流檢測訊號Vs3，使定功率控制電路24b的數位微控制器243藉由第一電流檢測電路244獲得目前的匯流排電流Ibus。

於本實施例中，電能經由電源電路21傳遞至氣體放電燈Lp時，會依序經過整流電路211、功率因數校正電路212以及逆變電路213三個部份，若不以整個電源電路21視之，僅僅就逆變電路213的電能轉換效率觀之時，可以利用逆變電路213的運作效率η、逆變電路213的占空比D、輸入至逆變電路213的匯流排電壓Vbus、輸入至逆變電路213的匯流排電流Ibus或/及其組合來計算燈功率Plamp，進而判斷氣體放電燈Lp的燈狀態，燈功率Plamp的關係式可以改為：

Plamp=Vbus*Ibus*η(Vo)　　　　　　　　　　 (2-1)，

Plamp=Vbus*Ibus*η(D,Vbus)　　　　　 　　(2-2)，

Plamp=Vbus*Ibus*η(D)　　　　　　　　　　 (2-3)，

相似地，燈功率Plamp的取得方式有:(1)藉由檢測匯流排電壓Vbus、匯流排電流Ibus以及燈電壓Vo後，再利用關係式(2-1)計算得到燈功率Plamp；(2)藉由檢測匯流排電壓Vbus、匯流排電流Ibus以及逆變電路213的占空比D後，再利用關係式(2-2)或(2-3)計算得到燈功率Plamp；

於本實施例中，定功率控制電路24b包含:數位微控制器243、第一電壓檢測電路245、第一電流檢測電路244以及占空比檢測電路247，其中，數位微控制器243可藉由接收關於第二調變訊號Vpwm2與第三調變訊號Vpwm3之占空比D、匯流排電壓Vbus、匯流排電流Ibus之訊號或/及其組合來計算燈功率Plamp，以此判斷氣體放電燈Lp的燈狀態並對應產生修正的電流參考訊號Iref至電源控制電路25b。於本實施例中，第一電壓檢測電路245、第一電流檢測電路244以及占空比檢測電路247除了電性連接於數位微控制器243外，更分別電性連接於匯流排B、匯流排電流檢測電路26b以及電源控制電路25b，使數位微控制器243分別藉由第一電壓檢測電路245、第一電流檢測電路244以及占空比檢測電路247取得關於目前的匯流排電壓Vbus、匯流排電流Ibus以及占空比D之訊號，以此判斷氣體放電燈Lp的燈狀態而對應產生修正的電流參考訊號Iref至電源控制電路25b。

於本實施例中，氣體放電燈驅動電路系統2c更包含：點燈電路27以及隔離變壓器Tr，其中隔離變壓器Tr的初級繞線與點燈電路27電性連接，隔離變壓器Tr的次級繞線與氣體放電燈Lp的一端電性連接，且與氣體放電燈Lp構成串聯連接關係，在氣體放電燈Lp未點亮前，點燈電路27產生的點燈高電壓會經由隔離變壓器Tr及濾波電容Cr傳遞至氣體放電燈Lp的兩側，從而激發氣體放電燈Lp。

請參閱第7圖並配合第4圖與第6圖，其中第7圖係為本案另一較佳實施例之氣體放電燈驅動電路系統之細部電路示意圖。如第7圖所示，氣體放電燈驅動電路系統2d一樣包含：電源電路21、燈電流檢測電路22、迴授電路23、定功率控制電路24以及電源控制電路25。第7圖與第6圖不同之處在於第7圖之輸入電壓Vin為直流式，且電源電路21包含:直流變換電路214以及逆變電路213，其連接關係依次為:直流變換電路214和逆變電路213，其中，第7圖之直流變換電路214相似於第4圖之電源電路21，第7圖與第6圖之逆變電路213相似。於本實施例中，直流式的輸入電壓Vin先由直流變換電路214轉換為直流式的第一直流電源後，例如提供第一直流電壓Vd後，再由逆變電路213將第一直流電壓Vd轉換為交流式的燈電壓Vo，而其他相同標號表示運作原理相同，在此不再贅述。於本實施例中，直流變換電路214可為電壓源或電流源的方式運作，使提供至逆變電路213之第一直流電源為固定電壓值之第一直流電壓Vd或固定電流值之第一直流電流Id。

如第7圖所示，氣體放電燈驅動電路系統2d更包含:輸入電流檢測電路26、點燈電路27以及隔離變壓器Tr，輸入電流檢測電路26電性連接於直流變換電路214的輸入端;點燈電路27以及隔離變壓器Tr的連接關係如同第6圖，此處不再次作描述;相似地，第7圖之定功率控制電路24以及電源控制電路25，其內部電路如同第4圖所示，其運作原理相同，在此不再贅述。

於本實施例中，定功率控制電路24通過採樣輸入電壓Vin，輸入電流Iin以及燈電壓相關信號Sp(例如燈電壓Vo或第一開關Q1之占空比D)得到目前燈的狀功率Plamp，其與預設的燈功率Pref比較得到變化的電流參考信號Iref。燈電流檢測電路22電性連接於電源電路21或氣體放電燈以檢測燈電流(未圖示)，燈電流檢測電路22因應燈電流Io產生第一電流檢測訊號Vs1，使迴授電路23依據該第一電流檢測訊號Vs1產生相關於燈電流Io之燈電流迴授訊號Ib。由電源控制電路25的電流誤差放大器251比較修正的電流參考訊號Iref與隨著燈電流Io變化之燈電流迴授訊號Ib後而產生電流誤差訊號Ie，再由調變電路252依據電流誤差訊號Ie調整第一調變訊號Vpwm1的占空比D或切換頻率，使燈電流迴授訊號Ib與電流參考訊號Iref相等。

於本實施例中，直流變換電路214根據氣體放電燈Lp的狀態調整直流變換電路214的第一直流電流Id，由於逆變電路213僅以固定的運作頻率或占空比將第一直流電壓Vd變換為交流式(AC)的燈電壓Vo，因此，燈電流Io的電流值會隨著第一直流電流Id的電流值變化，定功率控制電路24可藉由控制第一直流電流Id的電流值使燈電流Io的電流值對應被控制。換言之，定功率控制電路24是藉由調整直流變換電路214的第一直流電流Id來達到電源電路21輸出至氣體放電燈Lp的燈功率Plamp實質上維持固定之控制。其中，第一直流電壓Vd的電壓值會隨著第一直流電流Id的電流值及直流變換電路214的負載阻抗變化，而燈電壓Vo的電壓值由燈電流Io及燈阻抗決定。

整體而言，本案之氣體放電燈驅動電路系統之控制方法包含下例步驟：(1)藉由燈電流檢測電路22檢測相關於燈電流Io之訊號且產生相關於燈電流Io之第一電流檢測訊號Vs1，即第一電流檢測訊號Vs1會隨著燈電流Io變化；(2)藉由迴授電路23依據相關於燈電流Io之第一電流檢測訊號Vs1產生燈電流迴授訊號Ib；(3)藉由定功率控制電路24依據氣體放電燈Lp的燈狀態產生修正的電流參考訊號Iref，於本實施中，定功率控制電路24係接收關於輸入電壓Vin、輸入電流Iin以及燈電壓相關信號Sp(如燈電壓Vo或第一開關Q1之占空比D)以判斷氣體放電燈Lp的燈狀態且依據氣體放電燈Lp的燈狀態產生修正的電流參考訊號Iref；(4)藉由電源控制電路25依據燈電流迴授訊號Ib與修正的電流參考訊號Iref產生第一調變訊號Vpwm1，使電源電路21的第一開關Q1導通或截止的切換運作，而使氣體放電燈Lp的燈功率Plamp實質上維持固定。

綜上所述，本案之氣體放電燈驅動電路包含定功率控制電路，且該定功率控制電路會依據氣體放電燈的燈狀態產生修正的電流參考訊號至電源控制電路，使定功率控制電路藉由修正電流參考訊號達到燈功率為固定值之目的。因此，本案的電流參考訊號非固定不變，而是隨著氣體放電燈的燈狀態變化，當氣體放電燈老化時，定功率控制電路會對應修正電流參考訊號而使氣體放電燈的燈功率實質上維持固定。

縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

Vs．．．恆功率控制切換電壓值

2、2a、2b、2c、2d．．．氣體放電燈驅動電路

21．．．電源電路

211．．．整流電路

212．．．功率因數校正電路

213．．．逆變電路

214．．．直流變換電路

22．．．燈電流檢測電路

23．．．迴授電路

24、24b．．．定功率控制電路

241．．．燈功率檢測電路

242．．．功率誤差放大器

243．．．數位微控制器

245．．．第一電壓檢測電路

244．．．第一電流檢測電路

247、24a．．．占空比檢測電路

25、25b．．．電源控制電路

251．．．電流誤差放大器

252．．．調變電路

26．．．輸入電流檢測電路

26b．．．匯流排電流檢測電路

27．．．點燈電路

28．．．開關驅動電路

29．．．功率因數校正控制電路

Rcs1~Rcs3．．．第一~第三電流檢測電阻

Tr．．．隔離變壓器

Q1~Q4．．．第一~第四開關

L1~L2．．．第一~第二電感

C1．．．第一電容

D1~D3．．．第一~第三二極體

Cp1~Cp2．．．第一~第二分壓電容

Cr．．．濾波電容

Lr．．．濾波電感

K1．．．第一連接端

K2．．．第二連接端

B．．．匯流排

G．．．接地

Lp．．．氣體放電燈

Vin．．．輸入電壓

Iin．．．輸入電流

Vo．．．燈電壓

Io．．．燈電流

Sp．．．燈電壓相關信號

Ib．．．燈電流迴授訊號

Iref．．．電流參考訊號

Ie．．．電流誤差訊號

Vpwm1~Vpwm3．．．第一~第三調變訊號

Pref．．．預設功率

Plamp．．．燈功率

Vs1~Vs3．．．第一~第三電流檢測訊號

Vr．．．整流電壓

Vbus．．．匯流排電壓

Ibus．．．匯流排電流

η．．．運作效率

D．．．占空比

Vd．．．第一直流電壓

Id．．．第一直流電流

第1圖：為習知HID驅動電路之運作狀態示意圖。

第2圖：為本案氣體放電燈驅動電路系統之方塊示意圖。

第3圖：為本案較佳實施例之燈電壓與運作效率之對應關係示意圖。

第4圖：為本案較佳實施例之氣體放電燈驅動電路系統之細部電路示意圖。

第5圖：為本案另一較佳實施例之氣體放電燈驅動電路系統之細部電路示意圖。

第6圖：為本案另一較佳實施例之氣體放電燈驅動電路系統之細部電路示意圖。

第7圖：為本案另一較佳實施例之氣體放電燈驅動電路系統之細部電路示意圖。

2．．．氣體放電燈驅動電路系統

21．．．電源電路

22．．．燈電流檢測電路

23．．．迴授電路

24．．．定功率控制電路

25．．．電源控制電路

Lp．．．氣體放電燈

Vin．．．輸入電壓

Iin．．．輸入電流

Vo．．．燈電壓

Ib．．．燈電流迴授訊號

Iref．．．電流參考訊號

Vpwm1．．．第一調變訊號

Sp．．．燈電壓相關信號

Claims (20)

1. 一種氣體放電燈驅動電路系統，其包含：
   一電源電路，包含至少一個第一開關，且藉由該第一開關的切換運作而將一輸入電壓轉換為一燈電壓，以驅動一氣體放電燈；
   一燈電流檢測電路,電性連接於該電源電路或該氣體放電燈，用以檢測該氣體放電燈的一燈電流；
   一迴授電路，電性連接於該燈電流檢測電路，用以依據該燈電流的變化產生一燈電流迴授訊號；
   一定功率控制電路，用以依據該氣體放電燈的燈狀態產生修正的一電流參考訊號；以及
   一電源控制電路，電性連接於該迴授電路、該定功率控制電路以及該電源電路的該第一開關，用以依據該燈電流迴授訊號與該電流參考訊號產生一第一調變訊號，使該第一開關導通或截止的切換運作而使該氣體放電燈的一燈功率實質上維持固定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體放電燈驅動電 路系統，當該氣體放電燈老化時，其中該定功率控制電路對應修正該電流參考訊號而使該氣體放電燈的該燈功率實質上維持固定。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該定功率控制電路藉由接收關於該輸入電壓、一輸入電流、占空比、切換頻率、該燈電流、該燈電壓之訊號或/及其組合來計算該燈功率，以此判斷該氣體放電燈的燈狀態並對應產生修正的該電流參考訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之氣體放電燈驅動電路系統，更包含一輸入電流檢測電路，用以檢測該輸入電流，使該定功率控制電路依據藉由該輸入電流檢測電路獲得目前的該輸入電流。
5. 如申請專利範圍第3項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該電源控制電路包含:一電流誤差放大器與一調變電路，運作時，該電流誤差放大器比較該電流參考訊號與該燈電流迴授訊號後產生一電流誤差訊號，再由該調變電路依據該電流誤差訊號調整該占空比或該切換頻率，使該燈電流迴授訊號與該電流參考訊號相等。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣體放電燈驅動電路系統，更包含一點燈電路以及一隔離變壓器，該隔離變壓器的初級繞線與該點燈電路電性連接，該隔離變壓器的次級繞線電性連接於該氣體放電燈，在該氣體放電燈未點亮前，該點燈電路產生的點燈高電壓經由該隔離變壓器傳遞至該氣體放電燈，以點亮該氣體放電燈。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該定功率控制電路包含:一燈功率檢測電路與一功率誤差放大器，運作時，先由該燈功率檢測電路計算出目前的該燈功率後，再由該功率誤差放大器依據目前的該燈功率與一預設功率間的誤差值來產生修正的該電流參考訊號，使該定功率控制電路藉由修正該電流參考訊號達到該燈功率為固定值之目的。
8. 如申請專利範圍第1項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該電源電路為降壓式轉換器
9. 如申請專利範圍第1項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該電源電路包含:
   一直流變換電路，其包含至少一個該第一開關，且藉由該第一開關的切換運作而將該輸入電壓轉換為一第一直流電源；以及
   一逆變電路，其包含一第二開關與一第三開關，且藉由該第二開關與該第三開關的切換運作而將該第一直流電源轉換為該燈電壓以驅動該氣體放電燈。
10. 一種氣體放電燈驅動電路系統，其包含：
    一逆變電路，其包含一第二開關與一第三開關，且藉由該第二開關與該第三開關的切換運作而將一直流電壓轉換為一燈電壓以驅動一氣體放電燈；
    一燈電流檢測電路，電性連接於該逆變電路或該氣體放電燈，用以檢測一燈電流；
    一迴授電路，電性連接於該燈電流檢測電路，用以依據該燈電流的變化產生一燈電流迴授訊號；
    一定功率控制電路，用以依據該氣體放電燈的燈狀態產生修正的一電流參考訊號；
    一電源控制電路，依據該燈電流迴授訊號與修正的該電流參考訊號產生一第二調變訊號與一第三調變訊號；以及
    一開關驅動電路，電性連接於該第二開關與該第三開關的控制端，並接受該第二調變訊號與該第三調變訊號以驅動該第二開關與該第三開關導通或截止而使該氣體放電燈的一燈功率實質上維持固定。
11. 如申請專利範圍第10項所述之氣體放電燈驅動電路系統，更包括一整流電路，將一輸入電壓整流為一整流電壓。
12. 如申請專利範圍第11項所述之氣體放電燈驅動電路系統，更包括一功率因數校正電路，電性連接於該整流電路與該逆變電路，將該整流電壓轉換為該直流電壓且校正功率因數。
13. 如申請專利範圍第10項所述之氣體放電燈驅動 電路系統，當該氣體放電燈老化時，其中該定功率控制電路對應修正該電流參考訊號而使該氣體放電燈的該燈功率實質上維持固定。
14. 如申請專利範圍第10項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該定功率控制電路藉由接收關於占空比、切換頻率、該直流電壓、一直流電流、該燈電壓之訊號或/及其組合來計算該燈功率，以此判斷該氣體放電燈的燈狀態並對應產生修正的該電流參考訊號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該系統更包含一匯流排電流檢測電路，係與該逆變電路的輸入端構成串聯迴路關係，用以檢測該直流電流，使該定功率控制電路藉由一第一電流檢測電路獲得目前的該直流電流。
16. 如申請專利範圍第14項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該定功率控制電路包含:一數位微控制器與複數個檢測電路，該數位微控制器藉由該複數個檢測電路取得關於目前的該燈電流、該直流電壓、該直流電流以及該占空比之訊號，以此判斷該氣體放電燈的燈狀態而對應產生修正的該電流參考訊號至該電源控制電路。
17. 如申請專利範圍第10項所述之氣體放電燈驅動電路系統，更包含一點燈電路以及一隔離變壓器，該隔離變壓器的初級繞線與該點燈電路電性連接，該隔離變壓器的次級繞線電性連接於該氣體放電燈，在該氣體放電燈未點亮前，該點燈電路產生的點燈高電壓經由該隔離變壓器傳遞至該氣體放電燈，以點亮該氣體放電燈。
18. 如申請專利範圍第10項所述之氣體放電燈驅動電路系統，其中該逆變電路為半橋電路或全橋電路。
19.  一種氣體放電燈驅動電路系統之控制方法，其步驟包含：
    (1)檢測相關於一燈電流之訊號且產生相關於該燈電流之一第一電流檢測訊號；
    (2)依據相關於該燈電流之該第一電流檢測訊號產生一燈電流迴授訊號；
    (3)依據該氣體放電燈的燈狀態產生修正的一電流參考訊號；以及
    (4)依據該燈電流迴授訊號與修正的該電流參考訊號產生一第一調變訊號，使一電源電路的一第一開關導通或截止的切換運作，而使該氣體放電燈的一燈功率實質上維持固定。
20. 如申請專利範圍第19項所述之氣體放電燈驅動電路系統之控制方法，於步驟(3)中係藉由接收關於該輸入電壓、一輸入電流、占空比、切換頻率、該燈電流、該燈電壓之訊號或/及其組合來計算該燈功率，以此判斷該氣體放電燈的燈狀態並對應產生修正的該電流參考訊號。