TW201315292A - 諧振電容調整元件及其所適用之電流預熱型電子安定器 - Google Patents

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Abstract

本案係為一種電流預熱型電子安定器，以驅動具燈絲之燈管，其包括：交-直流轉換電路，係將交流輸入電壓轉換為高壓直流電壓；控制單元；輔助電壓產生電路；以及逆變電路，將高壓直流電壓轉換為交流輸出電壓並輸出諧振電流及一燈絲電流至燈管，逆變電路包括：諧振電路提供燈管預熱之能量；及諧振電容調整電路，連接於諧振電路與檢測元件，諧振電容調整電路係藉由該檢測元件判斷逆變電路是否開始運作，且於逆變電路開始運作後的延遲時間將諧振電容調整電路的兩個高壓開關端對應導通或開路，以改變諧振電路之等效諧振電容值。

Description

諧振電容調整元件及其所適用之電流預熱型電子安定器
本案係關於一種電子安定器，尤指一種諧振電容調整元件及其所適用之電流預熱型電子安定器，其可控制所驅動之燈管之燈絲兩端之跨壓。
照明是人類的基本需求，近年來隨著全球經貿與商業活動頻繁，以及居家生活品質的提高，照明用電也往上攀升，整體的照明需求電力甚為可觀，目前最為廣泛使用之燈體為一種低壓氣體放電燈，亦稱螢光燈或日光燈，因此，若能致力於此種低壓氣體放電燈之節能，當能節省可觀之電能。此外，隨著時代演變及社會生活水準的提升，一般普通之照明驅動電路已不敷使用，低電磁干擾、高效率、高功率因數、無閃爍及重量輕、高品質的照明、省電節約之電子安定器近年來成為照明設備之主流。
習用電子安定器包含有電流預熱型電子安定器及電壓預熱型電子安定器。傳統的電流預熱型電子安定器可提供螢光燈良好的啟動時序，透過控制晶片，例如ST L6574，可提供螢光燈兩段工作頻率，當該工作頻率於相對高頻狀態時，係用以預熱螢光燈內之燈絲，其中，預熱螢光燈之能量可由電子安定器內之諧振電路提供。而當該工作頻率於相對低頻狀態時，則用以穩定地提供螢光燈所需之工作電流。
電流預熱型電子安定器於螢光燈正常工作後即持續輸出一穩定之定電流以維持螢光燈之亮度，然而，當該工作電流流過螢光燈內之燈絲時，會於燈絲兩端形成一跨壓壓降，故電流預熱型安定器用於低燈絲阻抗(例如2~5歐姆)之一般螢光燈時，燈絲兩端之跨壓可以低於一門檻電壓值，例如4V(伏特)，對燈絲壽命之影響較不顯著。但當電流預熱型安定器用於高燈絲阻抗(例如8~15歐姆)之高效率螢光燈時，由於燈絲係為高阻抗，故此時燈絲兩端之跨壓(例如16V)會高於該門檻電壓值，如此，將會造成多餘的能量浪費及減少螢光燈的壽命，甚至導致高效率螢光燈燒毀。
因此，如何發展一種可解決習用電流預熱型電子安定器會導致螢光燈壽命減少或燒毀之缺失，實為目前迫切需要解決之問題。
本案之目的在於提供一種諧振電容調整元件及其所適用之電流預熱型電子安定器，其可透過諧振電容調整電路(元件)改變諧振電路之等效諧振電容值，以達到在燈管預熱完成及點亮前後調整燈絲電流之電流值之目的，俾可改變複數組燈管內之燈絲兩端之跨壓，以增加螢光燈之使用壽命，因此本案之電流預熱型電子安定器可以同時適用於低燈絲阻抗之一般螢光燈及高燈絲阻抗之高效率螢光燈。本案提供之諧振電容調整元件(電路)由於可以在高頻的環境下正常的運作，因此適用於高頻的電流預熱型電子安定器，更可利用其延遲特性使電流預熱型電子安定器之諧振電路之等效諧振電容值於螢光燈點亮(ignition)之後被改變，而使燈絲電流(lamp filament current)之電流值及燈絲兩端之跨壓降低。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種電流預熱型電子安定器，驅動至少一組燈管，該電流預熱型電子安定器包括：交流-直流轉換電路，係將交流輸入電壓轉換為高壓直流電壓，其連接於直流匯流排並輸出高壓直流電壓；控制單元，控制電流預熱型電子安定器運作；輔助電壓產生電路，係產生輔助電壓；以及逆變電路，係與直流匯流排連接，用於將高壓直流電壓轉換為交流輸出電壓並輸出諧振電流及燈絲電流至該組燈管，逆變電路包括：諧振電路，連接於該組燈管，以提供該組燈管預熱時所需之能量，且包含諧振電感及複數個諧振電容；以及諧振電容調整電路，係連接於諧振電路與一檢測元件，諧振電容調整電路係藉由該檢測元件判斷逆變電路是否開始運作，且於逆變電路開始運作後的延遲時間將諧振電容調整電路的兩個高壓開關端對應導通或開路，以改變諧振電路之等效諧振電容值，俾改變該組燈管內之燈絲兩端之跨壓。
為達上述另一目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種諧振電容調整元件，為具四接腳之電子元件，應用於電流預熱型電子安定器之逆變電路，且包含：第一開關元件；控制電壓產生電路，透過諧振電容調整元件的兩個檢測端與檢測元件連接，其利用檢測元件判斷逆變電路是否開始運作，並產生對應狀態之第一直流電壓；以及延時電路，連接於第一開關元件的控制端與控制電壓產生電路，係依據第一直流電壓之狀態在順延一延遲時間後，產生對應狀態之第二直流電壓，以控制第一開關元件導通或開路，而使諧振電容調整元件的兩個高壓開關端導通或開路。
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，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1圖，其係為本案較佳實施例之電流預熱型電子安定器之電路示意圖。如第1圖所示，電流預熱型電子安定器1與複數個(組)燈管2連接，該複數組燈管2內具有至少一燈絲21，而電流預熱型電子安定器1包含交流-直流轉換電路10、逆變電路11、輔助電壓產生電路12、控制單元14以及匯流排電容Cb。於本實施例中，該燈管組2為兩個(複數個)氣體放電燈管串聯連接組成，但不以此為限，更可由兩個(複數個)氣體放電燈管並聯連接組成。
交流-直流轉換電路10係用以將一交流輸入電壓Vin轉換為一高壓直流電壓Vh，其具有一輸入側及一輸出側，該輸入側係用以接收該交流輸入電壓Vin，而該輸出側連接於一直流匯流排13(DC bus)並輸出該高壓直流電壓Vh，例如450V。逆變電路11的輸入側係與直流匯流排13連接，並將該高壓直流電壓Vh轉換為一交流輸出電壓Vo並輸出一諧振電流I1及燈絲電流I3至該複數組燈管2，其中該諧振電流I1為一燈管電流I2及燈絲電流I3之總和，即諧振電流I1=燈管電流I2+燈絲電流I3。
於本實施例中，逆變電路11包含一預熱電路110、一諧振電路111以及一諧振電容調整電路112，其中，預熱電路110與該複數組燈管2之串聯側之燈絲21連接，用以對該複數組燈管2之串聯側之燈絲21進行預熱。諧振電路111用以提供該複數組燈管2預熱、點燈以及發光時所需之能量，於此實施例中，諧振電路111包含一諧振電感Lr、一第一諧振電容Cr1以及一第二諧振電容Cr2，諧振電感Lr連接於開關電路114及燈管2的其中一個燈絲21，第一諧振電容Cr1與第二諧振電容Cr2在燈管2的兩個燈絲間串聯連接，其中第一諧振電容Cr1之電容值大於第二諧振電容Cr2之電容值。諧振電容調整電路112的兩個高壓開關端與該諧振電路111連接，而諧振電容調整電路112的兩個檢測端與一檢測元件連接，例如與諧振電感Lr的第一輔助繞組Na(winding)連接，且包含一控制電壓產生電路1120、一延時電路1123、一全橋整流電路1121以及一第一開關元件Q1，其中該諧振電容調整電路112利用該第一開關元件Q1延時地導通或開路，以改變與諧振電容調整電路112的兩個高壓開關端連接之該諧振電路111之等效諧振電容值Ct。輔助電壓產生電路12係用以產生一輔助電壓Vcc，例如5V，並提供控制單元14之功率因數校正控制電路1020(PFC control circuit)及逆變控制電路113運作時所需之電能。匯流排電容Cb與直流匯流排13連接，用以濾除高壓直流電壓Vh之高頻雜訊。
根據本案之構想，將諧振電路111之諧振電容電路(Cr1, Cr2)與燈絲21串聯連接，且諧振電容調整電路112的兩個開關端與諧振電路111之第二諧振電容Cr2並聯連接，當燈管2被點亮後，逆變電路11藉由諧振電容調整電路112的運作以改變該諧振電路111之等效諧振電容值Ct，可使得該燈絲電流I3之電流值改變，即為改變流經燈絲21及諧振電路111的虛功率量(reactive power)，如此則可改變該複數組燈管2內之該燈絲21兩端之跨壓(燈絲電壓Vd)之振幅(amplitude)。
請再參閱第1圖，交流-直流電源轉換電路10係包括電磁干擾濾波單元100、第一整流電路101以及功率因數校正電路102，其中電磁干擾濾波單元100用以接收交流輸入電壓Vin，第一整流電路101之交流側與電磁干擾濾波單元100連接，第一整流電路101之直流側與功率因數校正電路102之輸入側連接，而功率因數校正電路102之輸出側與直流匯流排13連接。
於此實施例中，電磁干擾濾波單元100係架構於阻隔電流預熱型電子安定器1本身之高頻雜訊及來自交流輸入電壓Vin之外在雜訊，以避免交互干擾之情形產生。運作時，交流-直流電源轉換電路10先由第一整流電路101將交流電源整流為全波直流電源，再由功率因數校正電路102藉由第二開關元件Q2的導通或截止，將全波直流電源升壓為高壓直流電壓Vh。功率因數校正電路102包含第一電感L1、第三二極體D3、檢測電阻Rs以及第二開關元件Q2，其中，第一電感L1之一端與第一整流電路101之直流側之正端連接，另一端與第三二極體D3之陽極端(anode)連接，而第三二極體D3之陰極端(cathode)係與直流匯流排13連接，第二開關元件Q2係與檢測電阻Rs、第一電感L1及第三二極體D3連接。功率因數校正控制電路1020與第二開關元件Q2之控制端Q2a連接，且藉由控制第二開關元件Q2導通或截止，使交流輸入電流Iin的電流分布近似交流輸入電壓Vin之弦波波形，以增加功率因數。
於此實施例中，逆變電路11更包含一電力開關電路114及一分壓電路115，其中逆變控制電路113與電力開關電路114及輔助電壓產生電路12連接，用以控制電力開關電路114運作，使電力開關電路114的串聯端產生一調變電壓Vpwm。分壓電路115連接於直流匯流排13，用以產生一分壓電壓(Vh/2)。電力開關電路114包含第三開關元件Q3及第四開關元件Q4，第三開關元件Q3及第四開關元件Q4係串聯連接，分壓電路115包含第一分壓電容Cb1及第二分壓電容Cb2，第一分壓電容Cb1及第二分壓電容Cb2係串聯連接，電力開關電路114的串聯端與分壓電路115的串聯端連接於諧振電路111及該複數組燈管2。逆變電路11藉由該第三開關元件Q3及第四開關元件Q4之交互地導通或截止，而將高壓直流電壓Vh轉換為高頻之交流輸出電壓Vo。於本實施例中，預熱電路110可為一與諧振電感Lr同磁芯(Core)結構之第二輔助繞組Nb及第四電容C4，且與複數個燈管2之串聯側之燈絲21相互串聯連接，但不以此為限，用以對複數個燈管2之串聯側之燈絲21進行預熱。
於本實施例中，諧振電容調整電路112內之電路連接關係依序為控制電壓產生電路1120、延時電路1123、第一開關元件Q1及全橋整流電路1121，其中，控制電壓產生電路1120係藉由諧振電感Lr的第一輔助繞組Na(檢測元件)判斷逆變電路11是否開始運作，並產生對應狀態(電位)之第一直流電壓Vdc1。延時電路1123依據第一直流電壓Vdc1之狀態(電位)在順延一延遲時間Td後，產生對應狀態(電位)之第二直流電壓Vdc2，以控制第一開關元件Q1是否導通。
於本實施例中，控制電壓產生電路1120包含第一電容C1、第二電容C2、第一電阻R1、第二電阻R2以及第一齊納二極體Z1，延時電路1123包含第二二極體D2、第三電容C3、第三電阻R3以及第四電阻R4，其中，第一輔助繞組Na之一端與第一電容C1之一端及第一節點A連接，第一電容C1之另一端與第一電阻R1之一端連接，第一電阻R1之另一端與第一二極體D1之陽極端及第一齊納二極體Z1之陰極端連接，第一齊納二極體Z1之陽極端連接至第一節點A，第一二極體D1之陰極端與第二電容C2之一端、第二電阻R2之一端及第三電容C3之一端連接，第三電容C3之另一端、第二電阻R2之另一端、第二二極體D2之陽極端及第四電阻R4之一端連接至第一節點A，第二二極體D2之陰極端與第三電容C3之另一端及第三電阻R3之一端連接，第三電阻R3之另一端與第四電阻R4之另一端連接。
於此實施例中，第一開關元件Q1可為但不限於金氧半場效電晶體(MOSFET)，第一開關元件Q1之控制端Q1a與第三電阻R3之另一端及第四電阻R4之另一端連接，第一開關元件Q1之電流輸入端Q1b與全橋整流電路1121之第一端a(直流正端)連接，第一開關元件Q1之電流輸出端Q1c與全橋整流電路1121之第二端b(直流負端)連接，全橋整流電路1121之第三端c及第四端d(交流側兩端)係分別連接至第二諧振電容Cr2之兩端，即與第二諧振電容Cr2並聯連接。
請參閱第2圖並配合第1圖，其中第2圖係為本案之電流預熱型電子安定器之電壓、電流及狀態之時序示意圖。如第2圖所示，在電流預熱型電子安定器1接收交流輸入電壓Vin而開始作動後之第一時間t1，控制單元14藉由控制電力開關電路114的運作，使逆變電路11開始輸出頻率值(輸出頻率fo)較高之第一頻率值f1(例如65k Hz)之交流輸出電壓Vo及諧振電流I1，且開始對複數組燈管2進行預熱，由於此時燈管2尚未點亮，故無燈管電流I2，則諧振電流I1會流經過燈絲21傳遞至第一諧振電容Cr1，故此時諧振電流I1等於燈絲電流I3。為了有較大電流值之燈絲電流I3對燈絲21有效地預熱，在預熱時間區間Tpre，諧振電容調整電路112的兩個高壓開關端之間會對應導通，即第一開關元件Q1導通，而使等效諧振電容值Ct為第一諧振電容Cr1之較大電容值(Ct= Cr1)。
在第一時間t1，第一輔助繞組Na(檢測元件)感應該諧振繞組Nr的諧振電流I1而產生之電能，且經由第一電容C1及第一電阻R1傳遞至第一二極體D2之陰極端，以產生致能狀態(高電位)之第一直流電壓Vdc1，此致能狀態(高電位)表示逆變電路11開始運作。此時，致能狀態(高電位)之第一直流電壓Vdc1開始對第五電容C5充電，由於電路運作初期第五電容C5近似短路，即第五電容C5之電壓值為0V，故第一直流電壓Vdc1透過第三電阻R3及第四電阻R4分壓而得之第二直流電壓Vdc2(Vdc2>Vt)不會馬上對應地改變為禁能狀態(低電位)，第二直流電壓Vdc2會維持為電壓值大於第一開關導通電壓值Vt之高電位(致能狀態)，使第一開關元件Q1導通，如此可使得燈絲電流I3不經過第二諧振電容Cr2，即旁路第二諧振電容Cr2。此時，燈絲電流I3流經第一諧振電容Cr1後即由第三端c流入全橋整流電路1121，再由第一端a流出後經過導通之第一開關Q1以及第二端b流入全橋整流電路1121，接著由第四端d流出至燈管2之另一端以形成一迴路，此為電流之正半週作動，而負半週作動即為燈絲電流I3由第四端d流入全橋整流電路1121，並由第一端a流出後經過導通之第一開關Q1以及第二端b流入全橋整流電路1121，再由第三端c流出，接著經過第一諧振電容Cr1後流入燈管2之一端。
在第二時間t2至第三時間t3的點燈時間區間Tign中，控制單元14藉由控制電力開關電路114的運作，使交流輸出電壓Vo及諧振電流I1之頻率值fo之由較高頻之第一頻率值f1(例如65k Hz)漸降為較低頻之第二頻率值f2(例如40k Hz)，使諧振電路111在第三時間t3運作在較高頻之第二頻率值f2而具有高增益(gain)，進而產生較高電壓值(振幅)之交流輸出電壓Vo使燈管2點亮。
在燈管2之預熱及點燈程序完成後，第一直流電壓Vdc1會持續對第五電容C5充電使其電壓值上升，此時，第二直流電壓Vdc2之電壓值雖然會對應地下降，但第二直流電壓Vdc2(Vdc2>Vt)會維持致能狀態(高電位)，直到第四時間t4，第二直流電壓Vdc2之電壓值才會小於第一開關導通電壓值Vt(Vdc2<Vt)，即改變為禁能狀態(低電位)，能量不再傳遞至第一開關元件Q1之控制端Q1a，故第一開關元件Q1開路，諧振電容調整電路112停止對第二諧振電容Cr2進行旁路。此時燈絲電流I3係流經第一諧振電容Cr1以及第二諧振電容Cr2後再流至燈管2之另一端並形成一迴路，然而，此時等效諧振電容之連接關係為第一諧振電容Cr1與第二諧振電容Cr2串聯連接，而形成諧振電感Lr、第一諧振電容Cr1以及第二諧振電容Cr2為串聯連接關係，故等效諧振電容值Ct係小於第一諧振電容Cr1(Ct< Cr1)，如此可使得燈絲電流I3之電流值降低，進而使燈絲21兩端之跨壓降低，燈管壽命增加，並減少能量的浪費，應用於高燈絲阻抗之高效率螢光燈時，更可以防止高效率螢光燈燒毀。由於流經燈絲21的燈絲電流I3為虛功率，不會影響燈管電流I2之電流值大小，所以燈管電流I2之電流值實質上可維持固定之電流值。
整體而言，控制電壓產生電路1120在第一時間t1藉由第一輔助繞組Na(檢測元件)判斷逆變電路11開始運作，而產生對應致能狀態(高電位)之第一直流電壓Vdc1時，延時電路1123不會立即對應改變第二直流電壓Vdc2的致能狀態(高電位)，而是在延遲時間Td後的第四時間t4，才對應改變為禁能狀態(低電位)之第二直流電壓Vdc2，以控制第一開關元件Q1開路，使燈絲電流I3及燈絲電壓Vd降低。由於延遲時間Td大於(或等於)預熱時間區間Tpre及點燈時間區間Tign之總和(Td >Tpre+Td)，所以，在預熱時間區間Tpre及點燈時間區間Tign，諧振電路111之等效諧振電容值Ct(Ct= Cr1)較高，逆變電路11具有較佳的運作特性，同時，在燈管2之預熱程序完成及點燈後，等效諧振電容值Ct(Ct< Cr1)較低，使燈絲電流I3及燈絲電壓Vd之振幅較低。於一些實施例中，諧振電容調整電路112更可以使用半導體製作技術製作成一個四接腳(pin)的諧振電容調整元件，其包含兩個檢測端及兩個高壓開關端，且分別連接於檢測元件及諧振電路，以減少電流預熱型電子安定器實現時的元件數目及體積。
於本實施例中，諧振電容調整電路112使用較低運作頻率之第一開關元件Q1及全橋整流電路1121實現其兩個開關端之開關特性，因此第一開關元件Q1應用於較高頻率值(例如40k Hz以上)之逆變電路11時可以正常地導通及截止。若諧振電容調整電路112應用於較低頻率值之逆變電路11時，單向之第一開關元件Q1及全橋整流電路1121可由雙向開關元件(未圖示)代替，例如三極交流開關(TRIAC)，其中雙向開關元件(未圖示)的控制端與延時電路1123的輸出端(即第三電阻R3及第四電阻R4之串接端)連接，而雙向開關元件的兩個開關端為諧振電容調整電路112的兩個開關端。
請再參閱第1圖，於此實施例中，逆變電路11更包含一保護電路116，用以當燈管2故障時，保護電流預熱型電子安定器1。保護電路116包含第一保護二極體Db1及第二保護二極體Db2，其分別對應連接於分壓電路115的第一分壓電容Cb1及第二分壓電容Cb2，當燈管2故障時，在交流輸出電壓Vo之正負半週期中，燈管2之放電不對稱，例如僅在正半週期放電，在沒有連接保護電路116的情況下，可能導致第一分壓電容Cb1或第二分壓電容Cb2之電壓值其中之一過高，例如高於高壓直流電壓Vh之電壓值，相反地，在有連接保護電路116的情況下，當例如第二分壓電容Cb2之電壓值高於高壓直流電壓Vh之電壓值時，對應連接於第二分壓電容Cb2之第二保護二極體Db2會導通，使得第二分壓電容Cb2無法繼續充電，避免第二分壓電容Cb2之電壓值過高而導致第一分壓電容Cb1或第二分壓電容Cb2損壞。
於此實施例中，諧振電容調整電路112更包含一箝位保護電路1122，且連接於第一開關元件Q1之兩個開關端(Q1c, Q1c)，其係由一第二齊納二極體Z2及一第三齊納二極體Z3串聯連接所組成，以架構於保護第一開關元件Q1，避免於燈管2預熱完成時之瞬間所產之高電壓毀壞第一開關元件Q1。
於此實施例中，逆變電路11更於諧振電容調整電路112的兩個開關端之間並聯連接一熱敏電阻(PTC)Rh，在電流預熱型電子安定器1剛開始運作初期(在第一時間t1之前)，由於第一開關元件Q1由開路改變為導通之需要短暫時間，利用低溫(例如25°C)且電阻值較小的熱敏電阻Rh可短暫地代替第一開關元件Q1對第二諧振電容Cr2的旁路特性，使等效諧振電容值Ct為第一諧振電容Cr1之較大電容值(Ct=Cr1)，且由較大電流值的燈絲電流I3對燈絲21預熱，同時防止燈管2在未完成預熱之前因較小的等效諧振電容值Ct而短暫閃爍。在燈管2點亮後，由於熱敏電阻Rh為高溫(例如100°C)且較大電阻值狀態，即近似開路狀態，使其不具旁路特性，所以不影響諧振電路111的特性。
請參閱第3圖並配合第1圖及第2圖，其中第3圖係為本案另一較佳實施例之電流預熱型電子安定器之電路示意圖。第3圖之燈管組2B及諧振電路111B不同於第1圖，於本實施例中，燈管組2B以單一個燈管實現，諧振電容調整電路112的兩個高壓開關端與第二諧振電容Crb串聯連接，諧振電路111B藉由諧振電容調整電路112的兩個高壓開關端的導通或開路，使第一諧振電容Cra與第二諧振電容Crb在燈管組2B的兩個燈絲21間選擇性地並聯連接。相似地，在預熱時間區間Tpre及點燈時間區間Tign，諧振電容調整電路112的兩個高壓開關端之間會對應導通，即第一開關元件Q1導通，使等效諧振電容值Ct為較大電容值，即等效諧振電容值Ct為第一諧振電容Cra與第二諧振電容Crb之電容值之總和。在延遲時間Td後的第四時間t4，燈管預熱完成及點亮，諧振電容調整電路112的兩個高壓開關端之間會對應開路，使等效諧振電容值Ct為較小電容值(Ct=Cra)，即等效諧振電容值Ct為第一諧振電容Cra之電容值。其中，若第一諧振電容Cra之電容值小於第二諧振電容Crb之電容值時，電流預熱型電子安定器1B可以具有更好的運作特性。
請參閱第4圖並配合第1~3圖，其中第4圖係為本案另一較佳實施例之電流預熱型電子安定器之電路示意圖。第4圖之逆變電路11C不同於第3圖，於本實施例中，由於電力開關電路114運作時之責任週期(duty cycle)為50%，故將第3圖之分壓電路115簡化(或等效)為一個半橋電容Ch，且該半橋電容Ch與諧振電路111B串聯連接，而運作原理同上所述，於此不再贅述。
綜上所述，本案之電流預熱型電子安定器係透過一諧振電容調整電路(元件)調節諧振電路中之等效諧振電容值，使等效諧振電容值在燈管預熱完成及點亮前後為不同且適當的電容值，如此可在燈管預熱及點亮時具有較大的燈絲電流，同時在燈管預熱及點亮之後降低燈絲電流之電流值，俾達到降低燈絲兩端之跨壓之目的(低於4V)，藉此可避免能量浪費及延長燈管使用壽命，因此本案之電流預熱型電子安定器可以同時適用於低燈絲阻抗之一般螢光燈及高燈絲阻抗之高效率螢光燈。本案提供之諧振電容調整元件(電路)由於可以在高頻的環境下正常的運作，因此適用於高頻的電流預熱型電子安定器，更可利用其延遲特性使電流預熱型電子安定器之諧振電路之等效諧振電容值於螢光燈點亮之後被改變，而使燈絲電流之電流值及燈絲兩端之跨壓降低(低於4V)。
本案得由熟知此技術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。
1,1B,1C．．．電流預熱型電子安定器
2,2B．．．燈管(組)
21．．．燈絲
10．．．交流-直流轉換電路
100．．．電磁干擾濾波單元
101．．．第一整流電路
102．．．功率因數校正電路
1020．．．功率因數校正控制電路
11,11B,11C．．．逆變電路
110．．．預熱電路
111,111B．．．諧振電路
112．．．諧振電容調整電路
1120．．．控制電壓產生電路
1121．．．全橋整流電路
1122．．．箝位保護電路
1123．．．延時電路
113．．．逆變控制電路
114．．．電力開關電路
115．．．分壓電路
116．．．保護電路
12．．．輔助電壓產生電路
13．．．直流匯流排
14．．．控制單元
Vin．．．交流輸入電壓
Vh．．．高壓直流電壓
Iin．．．交流輸入電流
Vo．．．交流輸出電壓
Vdc1．．．第一直流電壓
Vdc2．．．第二直流電壓
Vcc．．．輔助電壓
Vpwm．．．調變電壓
Vd．．．燈絲電壓
I1．．．諧振電流
I2．．．燈管電流
I3．．．燈絲電流
fo．．．輸出頻率
f1~f2．．．第一~第二頻率值
Lr．．．諧振電感
L1．．．第一電感
Na~Nb．．．第一~第二輔助繞組
Nr．．．諧振繞組
Ct．．．等效諧振電容值
Cr1,Cra．．．第一諧振電容
Cr2,Crb．．．第二諧振電容
Ch．．．半橋電容
D1．．．第一二極體
D2．．．第二二極體
D3．．．第三二極體
Db1．．．第一保護二極體
Db2．．．第二保護二極體
R1．．．第一電阻
R2．．．第二電阻
R3．．．第三電阻
R4．．．第四電阻
Rs．．．第檢測電阻
Q1．．．第一開關元件
Q1a．．．第一開關元件之控制端
Q1b．．．第一開關元件之電流輸入端
Q1c．．．第一開關元件之電流輸出端
Q2．．．第二開關元件
Q2a．．．第二開關元件之控制端
Q3．．．第三開關元件
Q4．．．第四開關元件
C1．．．第一電容
C2．．．第二電容
C3．．．第三電容
Cb1．．．第一分壓電容
Cb2．．．第二分壓電容
Z1．．．第一齊納二極體
Z2．．．第二齊納二極體
Z3．．．第三齊納二極體
a．．．第一端(直流正端)
b．．．第二端(直流負端)
c．．．第三端(第一交流端)
d．．．第四端(第二交流端)
t1~t4．．．第一~第四時間
Tpre．．．預熱時間區間
Tign．．．點燈時間區間
Td．．．延遲時間
Rh．．．熱敏電阻(PTC)
A．．．節點
第1圖係為本案較佳實施例之電流預熱型電子安定器之電路示意圖。
第2圖係為本案之電流預熱型電子安定器之電壓、電流及狀態之時序示意圖。
第3圖係為本案另一較佳實施例之電流預熱型電子安定器之電路示意圖。
第4圖係為本案另一較佳實施例之電流預熱型電子安定器之電路示意圖。
1．．．電流預熱型電子安定器
2．．．燈管(組)
21．．．燈絲
10．．．交流-直流轉換電路
100．．．電磁干擾濾波單元
101．．．第一整流電路
102．．．功率因數校正電路
1020．．．功率因數校正控制電路
11．．．逆變電路
110．．．預熱電路
111．．．諧振電路
112．．．諧振電容調整電路
1120．．．控制電壓產生電路
1121．．．全橋整流電路
1122．．．箝位保護電路
113．．．逆變控制電路
114．．．電力開關電路
115．．．分壓電路
116．．．保護電路
12．．．輔助電壓產生電路
13．．．直流匯流排
14．．．控制單元
Vin．．．交流輸入電壓
Vh．．．高壓直流電壓
Iin．．．交流輸入電流
Vo．．．交流輸出電壓
Vdc1．．．第一直流電壓
Vdc2．．．第二直流電壓
Vcc．．．輔助電壓
Vpwm．．．調變電壓
Vd．．．燈絲電壓
I1．．．諧振電流
I2．．．燈管電流
I3．．．燈絲電流
Lr．．．諧振電感
L1．．．第一電感
Na~Nb．．．第一~第二輔助繞組
Nr．．．諧振繞組
Cr1．．．第一諧振電容
Cr2．．．第二諧振電容
D1．．．第一二極體
D2．．．第二二極體
D3．．．第三二極體
Db1．．．第一保護二極體
Db2．．．第二保護二極體
R1．．．第一電阻
R2．．．第二電阻
R3．．．第三電阻
R4．．．第四電阻
Rs．．．第檢測電阻
Q1．．．第一開關元件
Q1a．．．第一開關元件之控制端
Q1b．．．第一開關元件之電流輸入端
Q1c．．．第一開關元件之電流輸出端
Q2．．．第二開關元件
Q2a．．．第二開關元件之控制端
Q3．．．第三開關元件
Q4．．．第四開關元件
C1．．．第一電容
C2．．．第二電容
C3．．．第三電容
Cb1．．．第一分壓電容
Cb2．．．第二分壓電容
Z1．．．第一齊納二極體
Z2．．．第二齊納二極體
Z3．．．第三齊納二極體
a．．．第一端(直流正端)
b．．．第二端(直流負端)
c．．．第三端(第一交流端)
d．．．第四端(第二交流端)
Rh．．．熱敏電阻(PTC)
A．．．節點

Claims (20)

  1. 一種電流預熱型電子安定器，驅動至少一組燈管，該電流預熱型電子安定器包括：
    一交流-直流轉換電路，係將一交流輸入電壓轉換為一高壓直流電壓，其連接於一直流匯流排並輸出該高壓直流電壓；
    一控制單元，控制該電流預熱型電子安定器運作；
    一輔助電壓產生電路，係產生一輔助電壓；以及
    一逆變電路，係與該直流匯流排連接，用於將該高壓直流電壓轉換為一交流輸出電壓並輸出一諧振電流及一燈絲電流至該組燈管，該逆變電路包括：
    一諧振電路，連接於該組燈管，以提供該組燈管預熱時所需之能量，且包含一諧振電感及複數個諧振電容；以及
    一諧振電容調整電路，係連接於該諧振電路與一檢測元件，該諧振電容調整電路係藉由該檢測元件判斷該逆變電路是否開始運作，且於該逆變電路開始運作後的一延遲時間將該諧振電容調整電路的兩個高壓開關端對應導通或開路，以改變該諧振電路之等效諧振電容值，俾改變該組燈管內之燈絲兩端之跨壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該交流-直流轉換電路包括：
    一電磁干擾濾波單元；
    一第一整流電路，係與該電磁干擾濾波單元連接；以及
    一功率因數校正電路，連接於該第一整流電路與該直流匯流排。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該逆變電路更包含一分壓電路，連接於該直流匯流排，以產生一分壓電壓，該分壓電路包含串聯連接之一第一分壓電容及一第二分壓電容。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電流預熱型電子安定器，其中該逆變電路更包含一保護電路，該保護電路之一第一保護二極體及一第二保護二極體分別連接於該第一分壓電容及該第二分壓電容，於防止該第一分壓電容及該第二分壓電容之電壓值過高。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之電流預熱型電子安定器，其中該控制單元包含：一功率因數校正控制電路及一逆變控制電路，分別控制該功率因數校正電路及該逆變電路運作。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該諧振電容調整電路包括：
    一第一開關元件；
    一控制電壓產生電路，與該檢測元件連接，係藉由該檢測元件判斷該逆變電路是否開始運作，並產生對應狀態之一第一直流電壓；以及
    一延時電路，連接於該第一開關元件的控制端與該控制電壓產生電路，係依據該第一直流電壓之狀態在順延該延遲時間後，產生對應狀態之一第二直流電壓，以控制該第一開關元件是否導通。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電流預熱型電子安定器，其中該第一開關元件為雙向開關元件或單向開關元件。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電流預熱型電子安定器，其中該第一開關元件為單向開關元件，且該諧振電容調整電路更包括一全橋整流電路，該全橋整流電路的兩個交流端連接於該諧振電容調整電路的兩個高壓開關端，該全橋整流電路的兩個直流端與該第一開關元件之兩個開關端連接。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電流預熱型電子安定器，其中該諧振電容調整電路更包括一箝位保護電路，連接於該第一開關元件之兩個開關端，係架構於保護該第一開關元件，且該諧振電容調整電路包含至少一齊納二極體。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之電流預熱型電子安定器，其中該控制電壓產生電路包含：一第一電容、一第二電容、一第一電阻、一第二電阻以及一第一齊納二極體，該檢測元件與該第一電容之一端及一第一節點連接，該第一電容之另一端與該第一電阻之一端連接，該第一電阻之另一端與該第一二極體之陽極端及該第一齊納二極體之陰極端連接，該第一齊納二極體之陽極端連接至該第一節點，該第一二極體之陰極端與該第二電容之一端及該第二電阻之一端連接。
  11. 申請專利範圍第10項所述之電流預熱型電子安定器，其中該延時電路包含：一第二二極體、一第三電容、一第三電阻以及一第四電阻，該第三電容之一端連接於該第一二極體與該第二電容以及該第二電阻，該第三電容之另一端、該第二電阻之另一端、該第二二極體之陽極端及該第四電阻之一端連接至該第一節點，該第二二極體之陰極端與該第三電容之另一端及該第三電阻之一端連接，該第三電阻之另一端與該第四電阻之另一端連接。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該逆變電路更包含：一電力開關電路，連接於該控制單元、該直流匯流排以及該諧振電路，以產生一調變電壓至該諧振電路。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該逆變電路更包含：一半橋電容，係與該諧振電路串聯連接，且該電力開關電路運作時之責任週期實質上為50%，該逆變電路為半橋式，由該半橋電容等效為分壓特性。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該檢測元件係為一與該諧振電感同磁芯結構之一第一輔助繞組。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該逆變電路更包括一預熱電路，與該組燈管連接，以對該組燈管進行預熱。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該逆變電路包含一熱敏電阻，連接於該諧振電容調整電路的兩個高壓開關端。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之電流預熱型電子安定器，其中該諧振電路之諧振電容電路連接於該組燈管的兩端，該諧振電容電路包含：一第一諧振電容以及一第二諧振電容，該第二諧振電容與該諧振電容調整電路的兩個高壓開關端為串聯或並聯連接。
  18. 一種諧振電容調整元件，為具複數個接腳之電子元件，應用於一電流預熱型電子安定器之一逆變電路，且包含：
    一第一開關元件；
    一控制電壓產生電路，透過該諧振電容調整元件的兩個檢測端與一檢測元件連接，其利用該檢測元件判斷該逆變電路是否開始運作，並產生對應狀態之一第一直流電壓；以及
    一延時電路，連接於該第一開關元件的控制端與該控制電壓產生電路，係依據該第一直流電壓之狀態在順延一延遲時間後，產生對應狀態之一第二直流電壓，以控制該第一開關元件導通或開路，而使該諧振電容調整元件的兩個高壓開關端導通或開路。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之諧振電容調整元件，其中該第一開關元件是為雙向開關元件或單向開關元件。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之諧振電容調整元件，更包含一全橋整流電路，該全橋整流電路的兩個交流端連接於該諧振電容調整元件的兩個高壓開關端，該全橋整流電路的兩個直流端與該第一開關元件之兩個開關端連接。
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