TW322677B - - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) . 本發明與操作燈之鎮流器系統有關，包括： 一整流器將交流輸入電源整流而產生一脈動直流電流； 一直流至直流變換器將脈動直流變換的恆定之直流電壓 * 一直流至交流變換器將恆定直流電壓變換爲交流輸出電 流用於燈之驅動。 EP 0323676號專利中曾揭露該種鎮流器系統。電子平穩 燈使用甚廣，一般言之，電子平穩燈爲一放電燈，例如耦 合至電子鎮流電路（系統）之螢光燈，該電路將交流線路電 路電壓變換爲一用於操作燈之高頻交流輸出電壓且利用燈 流回授信號來調節正弦波燈流。 參看圖1可看到一傳統式電子鎮流器系統20之方塊圖， 該系統自公用交流線路22，例如標準之60 Hz住宅插座， 接受電源。鎮流器系統20包括一電磁干擾濾波器24將高頻 雜波自鎮流電路濾出。來自公用線路之交流電源被整流器 26加以整流而產生脈動直流輸出。來自整流器26之脈動直 流輸出被一高頻功率因數校正（PFC)升壓變換器28加以平 順而產生大爲衰減（低百分比）之紋波。PFC升壓變換器28 之功能爲將來自整流器26脈動直流輸出電流與電壓波形間 之相位角保持恆定於接近零，從而提供近於單一之功率因 數（pf)。一般言之，爲能符合工業上之需求，一個氣體放 電燈鎮流器應以至少90%之功率因數自電源線抽取電力而 諧波失眞應小於20%。來自PFC升壓變換器28之平滑直流 輸出被一高頻直流至交流換流器30變換爲一高頻（例如25- -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 丨： ^~1裝 訂------『.^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . A7 322677 B7 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 50 kHz)交流電壓而輸至燈32俾使之點火。因系統之輸入 電力爲低頻而輸出電力爲高頻，在PFC升壓變換器28中置 一大容量電容器Ce來儲存電能，從而使輸入與輸出電力平 衡。換流器3 0在交流單一線路輸入與燈負荷之間提供隔絕 。利用控制電路A控制PFC變換器之交換頻率而對來自PFC 升壓變換器28之直流輸出作粗略調節，同時利用控制電路 B控制高頻直流至交流換流器30之交換頻率而調節加至燈 32之輸出電力。因螢光燈之動作如同一工作在高頻上之天 線，燈流頻率被限制在大約100 kHz俾能防止來自燈之過 多電磁干擾輻射之射出。標準上，氣體放流燈係操作於50 kHz之頻率上。 上述傳統式鎮流系統至少有一項主要缺點，即直流至交 流換流器之交換頻率受到上述燈流頻率束缚之限制。此項 對直流至交流換流器交換頻率之限制須將磁性組件（例如 電感器及隔絕變壓器）及其他無功元件（如電容器）設計至小 於50-100 kHz而使此等组件之大小與重量無法減小，因而 無法使鎮流器系統小型化。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本發明旨在提供一種燈用電子鎮流器系統，含有一直流 至交流換流器，能克服上述傳統鎮流器系統之重大缺點。 因此，本文首段所述之本發明鎮流器系統包括： 裝置I用於從恆定直流電壓產生頻率爲f之第一高頻電壓 ，該裝置含有第一交換裝置及一控制電路用於產生第一控 制信號以頻率f使第一交換裝置產生交換； 一高頻變壓器含有耦合至裝置I之初級繞組並有一次級 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X 297公釐） 322677 Λ7 B7 五、發明説明（3 ) 繞組； 裝置II用於產生第二高頻電壓並有核合至次級繞組之第 二交換裝置； 控制電路用於產生第二控制信號以頻率f使第二交換裝 置產生交換並以交流輸出電流之頻率對第一與第二控制信 號間之相移加以控制與調節，及 一接頭調節，在作業時其上出現第二高頻電壓，及 解調裝置，耦合至該波節用於從第二高頻電壓產生交流 輸出電流。 因本發明鎮流器系統所操作燈之燈流頻率等於調變頻率 而非由頻率f來決定，頻率f可有較高之値。由於此一較高 之交換頻率f，可將直流至交流變換器中所含無功组件之 大小與重量大爲減小。 交流輸出電流之頻率最好在10 kHz左右。 · 最好第一交換裝置包括第一對開關，第二交換裝置包括 第二對開關。 一個鎮流器系統可有相當好之效果，若其中之直流至交 流變換器包括： 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一與第二軌道，在操作時二者之間會出現恆定直流電 壓； 第一開關與第二開關串聯於第一與第二軌道間而形成第 一交換裝置； 第一電容器與第二電容器串聯於第一與第二軌道間而與 第一對開關並聯，且 -6 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 其中之初级繞組有第一與第二接頭而次級繞組亦有第一 與第二接頭，並有一中間接頭； 第三開關連接於次級繞組第一接頭與一接頭波節之間， 並有第四開關連接於次級繞組第二接頭與該接頭波節之間 ，第三與第四開關形成第二對開關，且 其中之解調裝置包括一電感器連接於接頭波節與第一輸 出波節間’炎有電谷器連接於第一輸出波節與第二輸出 波節間，該電感器與電容器形成一 L-C低通遽波器； 其中初級繞组之第一接頭連接至第一與第二開關間之第 一波節，初級繞組之第二接頭連接至第—與第二電容器間 之第二波節，次級繞组之中間抽頭連接至第二輸出波節； 及 其中之第一控制信號在作業時以頻率£將第一對開關作 反相啓閉，第二控制信號亦以頻率f將第二對開關作反相 啓閉’而第一與第二對開關以相互間被控制之相位啓閉。 解調裝置最好包括電感裝置與電容裝置。 若將頻率f選在至少爲交流輸出電流頻率之十倍，最好 高於1 MHz，可獲相當好之效果。 在本發明鎮流器系統中’燈流在作業時可加以控制，若 該鎮流器系統包括： 產生燈流回授信號之裝置； 根據電流回授信號調整第一與第二控制信號間相移而調 節燈流之裝置。 爲將燈點亮’最好是控制電路以點燈頻率調節第—與第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公慶） I--------裝------訂------^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) > · 322677 A7 B7 五、發明説明（5 ) . 二控制信號間之相移而將燈點亮，然後再以交流輸出電流 之頻率調節第一與第二控制信號間之相移。 若鎮流器系統使用直流電源供應器時，假如電池，即可 不使用整流器。視直流電源供應器所供直流電壓之波輻而 定，亦可不必使用直流至直流變換器。 參照下面之詳細説明及附圖，對本發明之此等及其他特 性與優點即可立即瞭解。 附圖中： 圖1爲傳統式電子鎮流器系統之方塊圖； 圖2爲構成本發明一較佳實例電子鎮流器系統之方塊圖 圖3爲圖2所示本發明較佳實例鎮流器系統高頻變壓器 交鏈直流至交流變換器之電路圖； 圖4爲圖3所示高頻變壓器交鏈直流至交流變換器之作 業波形圖； 圖5爲圖3所示高頻變壓器交鏈直流至交流變換器作用 比與輸出電壓間關係之顯示圖； 圖6爲圖3所示本發明鎮流器系統L - C濾波器頻率因數增 益之顯示圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參看圖2，所示爲本發明實例一電子鎮流器系統40之方 塊圖。本發明之鎮流器系統40包括與圖1所示傳統式鎮流 器系統20相同之元件，唯一不同處爲傳統鎮流器系統中所 用之標準直流至交流換流器30由一高頻變壓器交鏈直流至 交流變換器42所取代。變換器42之作業被控制電路B所控 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4^格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 制而產生一妥善調節之高頻（如25-50 kHz)正弦波（交流）電 流用以驅動燈32。高頻變壓器交鏈直流至交流變換器42類 似於授給W。McMurray之美國第3,5 17,300號專利中所述者 以及 K. Harada、M. Shoyama及 H. Sakamoto在 1988 年 10 月份 美國電氣及電子工程師學會電力電子交易期刊第3卷4期中 所發表「具有高頻交換能力相位控制之直流至交流變換器 」一文中所述及。但上述兩項參考中揭露之高頻變壓器交 鏈直流至交流變換器42之组態爲在控制下產生低頻（50-60 Hz)輸出電力並以與輸出電流相反方式調節輸出電壓。就 此而論，McMurray之變換器僅用做一換流器而Harada等之 變換器則用於不斷電電源供應系統中。因此，該等變換器 並不適用於電子燈鎮流器中。 參看圖3，本發明較佳實例之高頻變壓器交鏈直流至交 流變換器42之组態爲：第一對開關Q1與Q2 _聯於接頭44與 46間。一對電容器48、50串聯於接頭44與46間且與第一對 開關Ql、Q2並聯。變壓器T初級繞组54之第一接頭52連接 至第一與第二開關Q1與Q2間之波節A，變壓器T初級繞組 54之第二接頭56連接至電容器48與50間之波節B。開關Q3 連接於變壓器T次級繞組62之第一接頭58與波節F之間，開 關Q4連接於次級繞組62之第二接頭60與波節F之間。變壓 器T之次級繞组62有中間抽頭，其中間接頭64連接至第一 輸出接頭76。開關Q3與Q4構成第二對開關。變壓器T之匝 數比最好爲N1:N2:N3=N:1:1。當然N値之選擇所需之電壓 變壓而定。電感器L連接於波節F與第二輸出接頭74間，電 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4g ( 210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. *-° % 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 容器C連接於第一輸出接頭74與第二輸出接頭76間。電感 器L與電容器C構成一低通濾波器。 現在對本發明鎮流器系統40之作業加以説明。特別是如 同傳統式鎮流器系統，來自公用線路之交流電源（50或60 Hz)被半電橋或全電橋整流器26加以整流而產生一脈動直 流輸出，此一輸出被爲控制電路A控制之PFC變換器28加 以平順而產生有高度衰減纹波（低百分比）之平滑（恆定）直 流輸出。 參看圖4，高頻變壓器交鏈直流至交流變換器42在控制 電路B之控制下產生一妥爲調節高頻（25-50 kHz)正弦波（交 流）電流來驅動燈32。特別是第一對開關Q1與Q2係以互補 方式，亦即以相反相位交互接通與切斷，而第二對開關 Q3與Q4亦以反相接通與切斷。開關Q1至Q4之每一個均係 以50% (0.5)之作用比作業。第一對開關Q1與Q2及第二對 開關Q3與Q4互相以選定之相位移啓閉，亦即兩對開關間 之交換相位被移位，當開關Q1與Q3或Q2與Q4接通時，在 波節F上即出現正電壓Vi/N。當開關Q1與Q4或Q2與Q3接通 時，波節F上則出現負電壓-Vi/N。當開關Q1Q3(或Q2與Q4) 接通時，時段DTs與交換時段Ts之比在此被定義爲「相移 作用比D」，如圖4所示（波節F上之電壓稱爲「Vfj )。電 壓Vf被L-C低通濾波器（L，C)濾波而於輸出接頭上產生一 直流輸出電壓Vo。輸出電壓Vo之値依下述公式（1)決定之： (1) Vo (DC) = (2D-l)Vi/N。 爲能將輸出電壓Vo從直流電壓變換爲弦波（交流）電壓而爲 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4g ( 210X297公釐） I - I I I 1· I I n I - n - n I T n n I----——I A (' ，T{〆 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) . 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^22077 at __B7_ 五、發明説明（8 ) 燈3 2提供電源，控制電路B之功能如下文所述以低於L-C 濾波器截止頻率（fco)之頻率及正弦曲線調節相移作用比D 。經調節之相移作用比D値依下述公式（2)決定之： (2) D = Dm sin (wt) + 0.5， 其中Dm爲最大作用比。 所獲正弦波輸出電壓Vo(交流）之値依下述公式（3)決定之： (3) Vo (AC) = (2DmVi/N) sin (wt)。 圖5所示爲相移作用比D與輸出電壓Vo間之關係。 控制電路B之作業如下所述。特別是控制電路B產生控 制信號按前述之方式以頗高之頻率，例如大於1 MHz，使開 關Q1-Q4交互接通與切斷。圖2中標示爲"B"者爲此等控制 信號之一之波形。此等控制信號之相移作用比D被控制電 路B依參考信號產生電路68所產生之參考信號Fref加以調 節。參考信號Fref之頻率與欲有之燈流頻率相同，例如爲 25 kHz »控制電路B將燈流回授信號i與參考信號Fref加以 比較而依照偵得之任何頻率/相位/波幅誤差以改正誤差之 方式調整控制信號之相移作用比D。藉如此調節開關Q1 -Q4之相移作用比D，即可爲燈32產生具有欲有作業頻率且 經妥爲調節之輸出電流。 按照本發明之另一觀點，爲求點亮燈32，參考信號Fref 之頻率最好接近L-C濾波器之截止頻率fco(如250 kHz)，而 開關Q1-Q4之相移作用比D最好以接近L-C濾波器截止頻率 之頻率來加以調節。在此情形下，由於L-C渡波器之諸振 特性，在輸出接頭74與76上即產生一高壓用以點亮燈32。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----：-----~'|裝------訂-------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) . 藉著監控燈流回授信號i，控制電路B可偵測燈之點亮。當 控制電路偵得燈已點亮時，即把參考信號頻率Fref定在一 較低頻率上來調節開關Q1-Q4之相移作用比D而產生一較 低頻率（如25 kHz)之正弦波燈流使燈32有穩定狀態之作業 。本發明之此一觀點如圖6之圖形所示，L-C電路之增益爲 頻率之函數，尤其是當直流至交流變換器42在標準之亮燈 調節頻率（250 kHz)、標準之穩定狀態調變頻率（25 kHz)及 標準之交換頻率（2.5MHz)上時。 參看圖4，現在解説另一種點亮燈32之技術。特別是爲 了將燈點亮，開關Q1-Q4以等於L-C濾波器截止頻率fco (250 kHz)—半之點燈交換頻率（125 kHz)使燈接通與切斷， 而同時保持相移作用比D固定於50%上。從圖4可看出，使 用此種點燈技術，波節F上之電壓Vf爲兩倍於點燈交換頻 率之方形波，亦即2x(l/2 fco) = fco。在.此條件下，由於 L-C濾波器之諧振特性，在輸出接頭74與76上產生一高壓 用以點亮燈32。當控制電路B偵得燈已點亮時，直流至交 流變換器42之交換頻率被設定於高出L-C濾波器截止頻率 fco甚多之頻率上（2.5 MHz)，而開關Q1-Q4之相移作用比D 被調節至一較低頻率（25 kHz)而產生較低頻率（25 kHz)之正 弦波燈流使燈32有穩定狀態之作業。 因爲直流至交流變換器42之交換頻率可較燈流頻率高出 甚多而不會增大燈之電磁干擾輻射，變壓器T與L-C低通 濾波器之大小可設計爲適於高頻作業，從而大爲減小此等 组件之大小與重量。一般言之，直流至交流變換器42之交 -12- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4g ( 210Χ297公釐） ---------裝------訂-------^ (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) ^22677 at _B7_ 五、發明説明（1〇 ) 換頻率應大爲高出L-C濾波器之截止頻率與作用比調節頻 率而使得輸出電壓如同取自一降壓式變換器。 熟於此項技術者立可看出，開關Q1-Q4最好爲固態開關 ，例如金氧半導體場效電晶體（MOSFET)而控制電路B最好 爲固態電子控制電路。再者，因燈流爲雙向者，開關Q3 與Q4亦應爲有方向性者，例如開關Q3與Q4可製成爲與 MOSFET相結合之一對二極體線組。同時，若變壓器T之 磁化電感予以充份減少（因而磁化電流可充份增大），直流 至交流變換器42可設計爲在零電壓交換情形下作業，俾能 減少交換損失及交換雜訊。在這一方面，可在開關Q1與 Q2均切斷時提供一短暫間隔（空檔時間）即可獲致零電壓交 換。亦可運用其他技術，包括軟交換，來改善鎮流器系統 之效率。 ---------~|裝------訂------^ 义 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ， 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 號中文申請案 中文申請專利範圍修正本(86年2月） 六、申請專利範圍 1. 一種操作燈之鎮流器系統，包括 一整流器用於將交流輸入電源加以整流而產生一脈動 直流電流， . 一直流至直流變換器將脈動直流電流變換爲實質上怪 定之直流電壓： 一直流至交流變換器將實質恆定之直流電壓變換爲交 '流輸出電流用以驅動燈， 其特徵爲該直流至交流變換器包括 裝置I用於從實質恒定之直流電壓產生頻率爲f之第 一高頻電壓，本裝置含有第一交換裝置及控制電路用 以產生第一控制信號以頻率f交換第一交換裝置； 一高頻變壓器包括一初級繞組耦合至裝置I並有一次 級繞組； 、 裝置II用於產生第二高頻電壓，·本裝置含有第二交 換裝置搞合至次級繞組； 控制電路產生第二控制信號以頻率f交換第二交換裝 置並以交流輸出電流之頻率控制及調節第一控制信號 與第二控制信號間之相移，及 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

   (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 一接頭波節在作業時其上出現第二高頻電壓，及 解調裝置耦合至接頭波節而從第二高頻電壓產生交 流輸出電流。 2. 根據申請專利範圍第1項之鎮流器系統，其中交流輸出電 流之頻率在10 kHz左右。 3. 根據申請專利範圍第1或2項之鎮流器系統，其中之第一 -14 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3^22677 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 交換裝置包括第一對開關，第二交換裳置包括 關。 第二對開 4·根據中請專利㈣第Μ之鎮流器系統，其中之解調裝置 包括電感裝置與電容裝置。 5. 根據申請專利範圍第丨項之鎮流器系统，其中之頻率f至 少+倍於交流輸出電流之頻率。 八. 6. 根據申請專利範圍第丨項之鎮流器系統，其中 於 1 MHz。 ' 7. 根據申請專利範圍第丨項之鎮流器系統更包括： 用於產生燈流回授信號之裝置； 用於調整第一與第二控制信號間相移 授信號調節燈流。 K裝置而依電流回 8. 根據申請專利範圍第3項之鎮减器系統，其中 流變換器包括 、 至父 之頻率f高 第一與第二軌道，在作業時實質值定之直p 其間： ~ 瓦電壓出現於 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 第一開關與第二開關串聯於第一與第二執道 一交換裝置； 第一電容器與第二電容器串聯於第 第一對開關並聯，及 間而形成第 與第二軌道間且與 「.裝------訂------^ i (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中之初級繞组有第一與第二接頭而次较繞 與第二接頭及一中間抽頭；- 組亦有第— 第三開關連接於次級繞组之第—接頭與— 間，及第四開關連接於次級繞組之第：接頭與接、'即 之 頭波節之 -15- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS )八4^格（21〇χ 297公餐 322677 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 間，第三與第四開關形成第二對開關，及 其中之解調裝置包括—兩成。。 、 吃感咨連接於接頭波節與第一勒 片、叫·， 谷咨連接於第一輸出波節與第二輸出波 卽之·間’該電感器與電容器开〈士 ^丄 电合器形成一L-C低通濾波器； 其中初級繞組之第_拉sg、* u ^ β 十 丟"員連接至第一與第二開關間之第 -波郎，初級繞组之第二接頭連接至第—與第二電容器間 之第二波節，次級繞组之中間抽頭連接至第二輸出波節； 及 其中（第-控制信號在作業時以頻率f及反相位啓閉第 -對開關’而第二控制信號以頻率f及反相位啓閉第二對 開關，第-對與第二對開關以相互間受控制之相移被啓 閉。 ° 9.根據申請專利範圍第！項之鎮旎器系統，其中之控制電路 以點燈頻率調節第一控制信號與第二控制信號間之相移而 將燈點允且在點亮後以交流輸出電流之頻率調節第—控制 信號與第二控制信號間之相移。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 7裝· 、1T j 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS M4規格（2丨ο χ 297公釐）