TW427100B

TW427100B - Multi-voltage ballast and dimming circuits for a lamp driven voltage transformation and ballasting system

Info

Publication number: TW427100B
Application number: TW087117882A
Authority: TW
Inventors: Joe A Nuckolls; Lily Li Lin
Original assignee: Hubbell Inc
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2001-03-21
Also published as: CA2252371A1; EP0917411A3; AU736426B2; US5962988A; AU8932298A; EP0917411A2; CA2252371C; JP2000208285A

Description

4 2 7 1 〇〇

427100 I五、發明說明（2) 交流1 2 0伏特時，凡是能夠到達若干既定瓦特值以及流明 | 度輸出的一些燈，都可工作：但是，對於新式且效率高的| 金屬齒素燈泡和較高瓦特值的燈泡而言，則必須要彳看妥較丨高的電燈供電電壓，例如2 4 0伏特至5 3 0伏特交流電源始可 I 使用該等電燈泡，但這些高額_電遲的交流電源却非隨時可！ i 有的設施。 j 在這些電流中，除燈炮本身外，尚有若干基本組件，包j 括一些用以進到電壓變換以及控制或限制工作電流量及燈泡電源的鎮流方式。通常係使用一個半導體交換電路以設定電源電壓，並提供所需要的電燈點燃和持續發光電壓。另有一電燈起動電路，通常都是在電燈已進入正常工作狀| 態時，即可將此一電燈起動電路切斷。 | 換言之，一個電燈操作電路通常會包括一個電源，通常| i 係一低壓交流電源，一些闬以控制供應至電燈的瓦特值之| 1

電路裝置，以及電燈本身。電路通常也包括其他特殊目的I 用之若干裝置，例如功率因數控制器等即是。 | 以先前技藝設計之燈操作電路多係依靠各種交換裝置，j 諸如：矽控整流器（SCRs)，閘路控制管（Triacs)，電晶體 | 或類似之裝置執行電壓變換與控制交換等工作，但，許多i ! 此等電路中均包含複雜而昂貴之電路及組俜。電路中使同 | 的組件愈多。就必須注意與熱耗損以及電路故障率和組俾 | 使用壽命等因素所引發之相關問題《因此，最好減少所使i i 用電路組件之數目。！

I

j 另一需要注意的一點乃是最好使罔具有高工作功率因數I

C:\IYogram Fiies\Pat0nt\55449i ptd 第 5 頁 4 2710 0

五、發明說明（3) ' I 之燈和其操作電路，此點對高瓦特值燈電路而言尤關重要=對使用較大電感性裝置之電路而言，此點有時會形成| 一個問題，先前技藝設計之許多電路大多利周電容性裝置來改正電路之功率因數。在電燈操作電路中使周的各種交換電路，時常會產生一種低功率因數及高線路諧波的狀況。本發明概述按照本發明之一部份原理，係提供一種放電燈驅動電路，該電路使甩數量最少的組件，並可利用該放電燈本身之交換特性使電路操作以驅動該放電燈。按照本發明之另一部份原理，係提供一種電燈操作電

__ I 路，該電路效能優於先前技藝所製造電路之效能，因而能減低和一選定之光能輸出強度有關之能量損失及熱量耗損| 等問題。 | 本發明另一目的乃係提供一高效率方法，使周最少數目之組件起動並操作一只高強度放（Η I D)電燈。簡言之，本發明包括一放電燈操作電路，連接至一個交丨 ! _ i |流電壓源。該電路有·-個放電燈，一個電感器L和一個電 i

I !容器c.，甴於電路内部對該放電燈之切換操作，乃使電感 I器L和電容器C經過震激作用之影響，可在一比上述交流電 j 源頻率更高的頻率上每半個週期的期間内發生一種能量交| 換及轉移的作周。電感器L和電容器C是與放電燈串接，另| 1 有一電路是用以啟動該放電燈的操作。放電燈的切換（開I 關）作用可保持半個週期的操作，而該能量轉移電路則能 |

C:\ProgramFiies\PaLent\55449.ptd 第了頁 427100 五、發明說明（4) 在放電被啟動工作後即使電源雷壓，仍可维放電燈的操作狀態兑壓低於該放電燈的操作電杆f 括一個放電燈操作電路，電路令包双兒澄，該放電有一預头〜 ρΤ, ^ΠΓν N , '疋0八疋的工作電韙和一開技電壓（ocv)，一個電感電抗和—個卜^•—不Ί 一弘源，此等電抗以及該放電燈在電;二電抗連接至一交/電玫。—一—$ π 甩原兩端之間形成一串聯電低於放ί :ί所提供之父流電壓均方根值（RMS)的幅度燈戶:需要的開路電壓值。有—啟動電路連接在放二之！：前述之電感電抗和電容電&，所選定之電 =可使二者在-高於交流電源頸率的頻率上發生半證振命如此，當放電燈被點燃後，該放電燈之開關動作使其與μ之電抗之間發生-種半错振能量交換的作用，從而可使放電燈保持在-種全額定功率之穩定操作狀態。在另一方面，依本發明提供之原理製作並操作之放電燈操作電路，其中有一可變電容電路，可建立一多電壓或輸入電壓補償系統。該可變電容電路中有一切換裝置以及至少一個電容器CvS與電容器cv!並聯，該電路並與上述放電燈操作電路中之電感器L以及放電燈串接在一起。該可變電容性電路可依施加至放電燈操作電路之電路電壓之情況增減並聯電容器C(.2至Cvn之中的任何電容器（其中之〇為—整數）。因此，可利用同一個電感器L，電容器Cvl和放電燈操作電路之放電燈之組合電路就可產生一多電壓鎮流裝置，從而乃可減少一輪入電壓補償系統中所使用的組俜數量

C:\Program Files\Patcnt\55449.ptd 第 S 頁 42710 0 五' 切電電個電電該容附解的發明說明（5) •ί臭裝置。或可變電容带极上路，用以控制該切換^班也可包，—個輪入電壓感測路輸入電壓，按需要，根據所感測到的放電燈操作按照本發明另而；減電路之電量' 調先電路。該調光泰=在一放電燈操作電路中提供— 容器CP1相並靖之雷；I包含-開關電路以及至少—個與路中之電感器L和放電芦=，虫调先電路係與該放電燈操作切換電路之控制，至：目串聯。當需要調光時，利用器。主乂可切斷該等並聯電容器中一個電圖之簡要說明為使讀者對達成本發明各，將參放下列各附圖對本方法獲得充份的瞭說明，該等呀圖構成本說:之一個具體範例作-詳盡圖1和2乃係可用以說明本笋，包括：圖3係說明一放電燈阻抗和電题笔路概圖：或圖能圖4係依據本發明一具體會—=抓關係之曲線圖；驅動電路的椟略電路圖；〜之最基本型C放電）燈操作圖δ係說明本發明所揭示放電方塊圖； τ $ 丁忍1电燈保作電路中能量移動功圖5係說明-傳統電燈操作電路，能量移動功…槐圖方塊圖，之圖"/之概略笔路圖係—依據本發種放電燈操作電路…之啟？：個具體實例繪^ 衣啟動电極取需要兩倍於〇CV之電壓始能點燃之放電煙内

C：\Program Files\Palent\55449. ptd 第9頁 4 2 71 0 0 五發明說明（6) |

使用； I i 圖8係一等效電路，有助於瞭解本發明所揭示操作電路！ ! 之操作原理； i

I 圖9至1 2係說明從本發明一具體實例争各不同特定位置 j I |上所採取之電壓波形； j 圖ί 3係一電路簡圖，該電路與圖7之放電燈操作電路類 I似，其電源接通與關斷之方式係用放電燈本身之功能切斷 I電路之電源； ! j 圖1 4所示電路簡圖係一與圖7放電燈操作電路相似之電 | ί路另一種接通及關斷電源；丨 : \

I 圖!I 5所示係一放電燈操作電路另一具體實例之電路簡 I j'圖，其中已將前述各種類似電路之特性納入本電路中； !

1 圖1 6及1 7之電路簡圖顯示本發明可供居家使用之具體實 I 1 例中各種電路组件之理想安排方式； j 圖1 8及丨9所示電路簡圖係在本發明之各種具體實例中裝 i 闬光感應控制裝置的範例； j j 圖20所示係吊以產生一啟動開路電壓之電路簡圖； j j 圖2 1及2 2之電路簡圖係依本發明設計之具體實例，其中| i使兩螢光燈啟動及操作單一電燈操作之範例； j j 圖23及24所示電路簡圖是本發明另一種具體實例的範 ! I例1其中的螢光燈啟動及操作電路係分別用以操作兩個並丨 ! i I聯及串聯的放電燈； j ! i 圖25，26及27所示係一多電壓鎮流電路，可使依本發明丨 I原理設計及操作的放電燈操作電路與不同線路電壓配合使

C:\Program Files\Patent\55449, ptd 第！0 頁 4 2 71 0 0

3 I 都介於8 5至1 4 0伏之間，因此所需要之開路電壓均在2 1 6伏 | 以上，始能使其啟動並持續操祚。水銀蒸汽電燈也屬於 1 3 0至1 4 0伏之電燈。因而乃發生一個如何設法利用1 2 G伏電源使這些高壓燈工作的問題，而偏偏1 2 0伏電源却正是 |

j最方便獲得之低瓦特燈所需要的電源。 I Q ! 如前所述，如果線路或供電電壓低於放電燈（例如：任 | 丨何一種瓦斯及/或氣體式放電燈）所需要之工作開路電壓丨 i (0CV)時，必須提高此等高功率燈驅動電壓始能使其工 i I作°因為大多數放電燈所需要之OCVs都在2 2 0伏（交流，均； 1 ( I方根值）以上，因此，大多數傳統式鎮流電路中均包括某 | ί ! |種電壓升壓變壓器裝置= ； ; 在本行業領域中有許多種已知之鎮流電路，但因本發明： I ; I已排除該等電路之採周，故在本說明書争不予討論。依據 j I本發明具體實例設計之一種電路，實際上是利用電燈本身； ! ί j至少在交流電每半個週期内發生的放電崩潰機構來激勤一丨） I串聯電感抗和電容抗組合到達到以產生一個瞬間均方根值i 大約專於輸入電壓兩倍之開路電壓（0 C V )用以驅動該放電！ I燈"此外，利用選擇可以將流經燈泡内部之電流限制在一 j j正確電流值的適當電容量，即可根據該放電燈之各項額定 i

C:\Program Files\Patent\55449. ptd 第 11 頁 4271 Ο 〇五、發明說明（8) 參數值（亦即由電燈製造廠商設定之參數值）設定該放電燈之操作瓦特數。圖1所示係在實驗室中用以展示本發明原理之一種基未的典型電路。該電路是連結在一個丨2 〇伏的交流電源，用以操作—個奇異公司製造之17 5伏水銀燈1 〇。但，也可使闬其他各種放電燈’例如一金屬齒素燈，录氣燈，高壓納燈’或一螢光燈等。電路中有一電感器L，是一鎮流器， :以和150瓦HPS燈配合使用’並與上述放電燈1〇和一 30 拉電容器c並聯。該串聯電路係直接連接在供電線路 ^端之間，並未在該電路令加用變壓器或其他裝置。輸入 %源之電塵為12〇伏，電流為丨.53安培，功率因數為 1 3 1 j2 ^功率為1 6 9瓦特。放電燈的操作電壓為伏和i 2 9 5伏為164, 5瓦。…兩端之電壓分別為61. 3 因之放電燈操作電壓大於線路電壓。原乃如忒放电燈本身就是自行產生本身所需驅巧。圖2所7^之電路對此一放電燈操作情況有更、、果\一的^ L該電路中有：電阻器R其電阻值與燈二：： τ，用u替代该放電燈，其他的電路組件和二’-馬組件相同。在圖2之電路中，輸入電壓為: \ 士 ϋ欠培以0_7〇8之功率因數提供121 ] ρ ^ :。電阻器R兩端間之電壓為82 9伏，遠低於。之@ ^電壓’並低於線路電^如所週知，—^燈兩端 -填的材料（例如：氬，I及氣氣）與電毁（ '燈二其中、水銀，

r^gram Piles\Patent\55449. ptd 第12頁 4271 0 0 五、發明說明¢9) 鈉和各種金屬）以及與其相關之控制電路所呈現之不同有效電阻值，而使其作用可能代表一開路，短路，整流器和一個切換開關。圖1和圖2所示兩個電路之間的不同處乃在圖1電路中之燈係將能量切換入其電路中為其自己產生一較高的燈驅動電壓。而圖2中之等值電阻器因無切換機構，只能消耗能量本發明係利用放電燈本身原有之切換機構以及構成該切換機構之燈内電漿成份，該切換機構並非是在放電燈内部或外部將加之電路元件，以便利該放電燈和電感器L與電容器C之間的能量移轉。圓3所示代表一操作中放電燈之阻抗和電壓及電流之間的相互關係曲線圖。（例如該放電燈是一個4 0 0瓦高壓鈉燈）°燈的電阻值快速地上下變化，因而在本圖中呈現一個尖波的跆線。施用所需要的0C V時，而且在燈的阻抗降低之後，在燈的内部發生離子化作用而導電，如圖中所示之電壓和電流面線。放電燈被再度激發之前，電壓與電流面線會降低至很低值。如下所述，燈電壓之增加，使電感器L和電容器C發生諸振作罔 > 進而與放電燈之間發生一種能量交換的動作，遂使該燈依本發明原理被再度激發。圖4所示係一種用以依本發明原理操作一只Η Ϊ D (高強度放電）燈1 0之基本電路，該Η I D燈是一種沒有内設起動電極，因而需要高電壓脉波將其點燃的放電燈。該電路包括交流電源1 2 個電感器1 4和一電容器i 6 者係與燈 10相串接。電感器14之電感抗和電容為16之電容抗經過適當選定後（如以下之說明）.，本電路就成為本發明的基本驅

C:\ProgramFiles\Patent\55449.ptd % 13 頁 4271〇〇五、發明說明（]〇) ~ --—-—-- 動與搡作電路。圖4之雪路ib亡· , . _ ^ 赴％ 4 、‘有—起動電路’是利用電感器14上之分接右一二:感态繞線末端之間的一部份電感器1 8所構成。媒光:^奴電裝置（例如—Sidac)22和一電容器23彼此串 ς ^ ^述部份電感器1 8相並聯。電阻器2 4連接在該 (叫流器26:Γ串:Γΐ與一二極體25和一射.頻碑，/ 4占成串聯’而阻流器則係連接至燈1 0之另一電爲接著上述之電容器16 °如此乃構成一個高 2路15。高電屋脉波起動電路U係由-第二源輸：電| , J二’該第二起動電路17產生之電壓大於電過線路電壓之較ί 值約為Axvin 〇CV 此一超的起動用ocv，·十.燈又的兩端之間產生該放電燈需要較高電壓，此一電路17"1局/电壓脉波起動電路15所需要之的放電燈配合使用。r°内裝起動電極或未裝起動電極第二放電電路17力；, (PTC)電阻器29和一固定一信、+二極體27 , 一個正溫度係數輪入倒和電容哭丨6 4 ^电阻器3i 1串接在電感器14之括一匈小的a致兩=f在该敌電燈之一側。電路1 7亦可包能量分户 '，’ =防兒合荔2 8，用以將該起動電路產生之高頻簡言^ :勺，工f其通過該交流電源，並通往放電燈/ 一些半ΐ週二=二路1 5和1 7之起動電路之操作係在後繼之

方向使泰& 1 王内依二極體25和27之電極極性所決定之谷斋23經由雷阳哭9/J 充電程序。因交淀兩，爲：Γ 二極體25和阻流器23完成

1 °^ram les\Patent\55449. ptd 第〗4頁 J〗L私6、之运壓為1 2 0伏，故無法將高電壓 4271 0 0 五、發明說明⑴） ~ — ^ — ------- 腻波起動電路15驅動爯者，六泣雷一至Sldac厶朋镦電壓（例如為240伏）。再者父机电源不能對放電燈提供足夠的〇cv，亦即使放電燈阻抗崩冑，進而使該燈接受^ 亦席即不^ 源12接通時，電容霁]R 6“ η作的溫度。將交流電由m(正溫产二i充電迴路在第一個半個遇期内經由正孤度係數）電路17使電容器 (/T xvin RMS)電壓之雷作，阳盏广士凡弘主相田於阻值甚低，通常為8〇歐姆。電电阻:之冷電電流流經該充電迴路，特別是不以^制巔值侵入 ^ ^ ^ ^ ^ 特別疋5亥ptc電阻器。二極體27之圖中所不的方向使電容器1 6充電。在下一次半個 SI值Ϊ : Ϊ; 6上的電荷加至電源電歷上(無負荷狀態並驅二電容器23的充電電流通過二極 m二上之電荷超過51(1此之超崩電壓時， Sidac導電’ *電容器23則經由上述電感器之—部份^進行放電，13而利用此一自動變壓器動作使得發展出一高電壓。因此，有一古曾厭论甲故疊加在中間(细，0CV:上：二:_放】燈點燃脈衝乃被 )v之上而點燃，起勤並穩定位該放弘燈内發生之電脈。在電路中加用一阻流器2 6的目的’是確保所產生之高頻高電壓只能出現在放電燈之兩端’而不會出現在起動電路之各組件上。一旦燈1 0被中間ocv驅動而獲得（吸取）真正的電力繼續供應時，該PTC電阻器29熱度昇高’且其電阻值亦增加至一咼值（通常在80仟歐姆以上）。此時，電容器η和23乃被有y欠地排点在起動電路操件之外，雖然此時，電容器1 6仍

C:\Program Files\Patent\55449. ptd 第 15 頁 4S71 〇〇五、發明說明〔12) 與電感器1 4在上述半諧振電路中繼讀操作。放電燈全部起動機構此時係被有效地排除在系統之外，且對已加熱完成之燈以及完全開始放電燈照明之操作不再發生影響，此時即由該放電燈提供本說明書中所描述之切換動件。這些起動功能係自動地與彼此的動作（中間OCV和脉衝之產生）以及當時之放電燈狀況結合在一起。〇另請注意者乃係，當輸入電力中斷時，該放電燈之再起動約需時2至3分鐘，因為，當放電燈不再繼續吸取電流時 (亦即進行去電離化過程中），電容器1 6係在被充電完成的狀態，且PTC加熱電流係下降至加熱強度以下。因此，PTC 2 9會快速冷却至一可使放電燈起動程度重新開始的低電阻值狀態。當放電燈正常操作並吸取正常電流時，正常的交流電壓即會出現在電容器1 6的兩端。因此，放電燈電離化，起動及操作等功能之產生器係自動地彼此互動並自動與放電燈之狀態相互關連° 圖4所示之電路特別適用於美國俄亥俄州蘇隆市V e n t u r e Lighting International, Inc.所生產之100 瓦中基金屬鹵素燈。該燈之額定輸出照明度為9 0 0 0流明。其操作特性請參閱下表資料。其每瓦特之流明度為8 6，而通常使用之 1 0 0瓦1 2 0伏特HP S燈之每瓦特流明度則僅有8 2 . 6而已。

第16頁 4 2 7 1 0 0 I五、發明說明（13) 表1 電路值： L =0.22 Η C=15^f 調諧頻率87.7 νίπ lin W- in P.F. V：P wlp Wloss j 120 1.13 104.1 0.T7 100.7 1.13 97.3 Ί 6.8

就操作電路本身而言，電感器14和電容器16各項數值之選 .〇擇特別重要。這些電路數值之選擇項能使電感器1 4和電容j I器U能夠在一高於且可與電源頻率相容的頻率上進行本諧 I ί振操作。所謂「半諧振」一詞’係指兩個電抗器1 4和1 6不j |能自行諧振，而是僅可在受到切換燈1 〇激勵時始可諧振，| 因此能受到該放電燈本身切換動件之激震，導致電感及電j 容電抗器和該切換燈之間發生諧振能量交換的作罔。兩個 I

I 電抗器14和16於每一半個週期内受到放電燈之激震後所產 i |生的電流脈衝則成為該放電燈之激勵電力。兩個電抗器係 i « ? i在一超過電源頻率之較高頻率上工作，以便在電源之每—： j項半個週期内產生電流脈衝。這就是本發明所揭示操作系i ) |統的基本原理。丨 j 如眾所熟知，一個串聯諧振電路通常包括一電感器其電| 感抗量L，一個電容量C以及一些電阻量R(大都為該電感性 | I組件本身之電阻量，通常是保持在最小值以利電路之最佳丨 ί {

C:\Program Files\Patent\55449, ptd 第 1?頁 4 2710 0 五 '發明說明（μ) | 操作）。任一串聯諧振電路辛之各項組件數值如經適當選i 擇，即能若干頻率ί。（通常稱之為諧振頻率）上產生諧振。! ί 在f。上時，電路的阻抗最低，而在其他頻率上時，則電路| 阻抗較高。在產生諧振時： i . ⑴ 2%f〇L =

當有效能源之阻抗值與能量消耗裝置的阻抗值相等時，I

就會發生最有效的能量轉移效果。在任一諳振電路中就有I

這些條件；而在本發明所揭示之半諧振電路中也有些等情I 1 況，在本發明之諧振電路中，因放電燈内切換動作而在 | !

L-C電路元件1 4和1 6，電壓源i 2和燈負載之間所發生能量 I i 移轉就會影響流經該放電燈内之操作電流的大小。因此，1 圖4所示電路之效能就像功率因數一樣非常高。在電源1 2 I 之每一次半個週期的期間内，放電燈10會以切換動作控制 | 流經燈内之電流，也因而使該半諧振電路（亦即：電抗器 I 14和16)受到切換的影響，從而可使該半諧振電路在電源 | 頻率之每一半個週期内被激震後發生半諧振作用。 j 圖5所示乃是一個1000瓦金屬鹵素HID燈所使闬之傳統式 i 操作電路中能量流動的方塊圖。在本範例中，受激勵之燈 | 36是一個1000瓦金屬齒高強度放電（HID)燈3本圖之目 | 的，旨在說明在一傳統式系统中之能量流向和能量損失的 i 情形，以便和本發明揭示之系統作一比較。其中之低電壓 |

C:\Prosrain Fi.les\Patcnt\55449. ptd 第丨8頁 4271〇〇五、發明說明（15)

交流電源3 0將大約為11 0 9瓦特的電力供應至裝置3 2上’該裝置係用以增加該燈之電壓。在傳統電路中’這一電壓增壓裝置通常是一個高損失率的變壓器裝置裝置將會損失29瓦的電力變為熱量。其餘的1080瓦特能直則為运至裝置34處，該裝置可控制流向燈36之能量容量。基本上’此乃一鎮流裝置，將會消耗最少的電能（約8 0瓦特）使其變成熱能。其餘的1 0 0 0瓦特係供應至該放電燈處。由其產生 3 〇〇瓦特之光能。在電燈本身内部消耗之能星7 〇〇瓦特（熱能），當然會視該放電燈本身的效率而定’而與該操作電路無關。雖然一般都認為Η I D燈效率不高，然而則是目前 ί所知可將電能轉換為光能之最有效的實用轉換器。本圖中最重要的一個事實乃是，在操作電路中的組件32和34上大約耗損了 1 〇 9瓦特久電能。圖5可與圖6之能量流路圖作一比較，實質上，圖(3所示之貢料與圖5所示者相同’不同者乃係圖6適用於本發明之 ^作電路《同樣地’其目的也是對金屬鹵素燈供應丨〇〇〇瓦二=。為達此吕的，乃利用一低電壓交流電源40至將 ,.…二笔壓增壓器和流量控制器42(亦邛·刖述工午諧振電路之特的電能變為敛能，並執二合。該裝置42僅消耗一瓦餘的1 032瓦電能則提供至丁圖5中裝置32和34的功能。其該半諧振電路之電感哭、L)、能量流通平化裝置44(亦即：變A埶浐。种私认二Γ ’在該處消耗大約32瓦特之電能又馬热。衲餘的！ 0 〇〇瓦眭 δ所示的相同致座提供光/』王部供應至燈36 ,甴該燈以圖权九也。應了解的一點乃是，圖6的系

C:\iVogram Files\Paient\55449. ptd

Λ271 Ο Ο 五、發明說明（丨6) 統就操作電路而言，展頊7 一個非當即該電路己將傳統電路中消耗1〇9瓦特電能能’亦僅耗損33瓦特的電能。此外，本發明文善為 ?(上如圖4中說明的電路)也可適用於經：設%:改燈操提高每瓦流明度（L P W)之放電燈= ^ 、後可圖7所示乃係根據本發明另一具體實例所設計之一 2操作電路簡圖。㈣巾有一構造$同但#能相似：起動电路1 9 ’可適用於内部裝有起動電極且不需要高邮化作用之放電燈。圖7之電路可提供之〇“ ‘艮值為/1x\in，巔值電壓為2 /Τχ、’供放電燈起動夕罔。如業界熟知，由不同廠商製造的若干放電搀’〜氣燈及金屬齒素燈等’在電内之一個主要電極附近有一免動電極，但却與相對的主要電極構成電連接，因而 = 極附近就會產生-高電場。開始時，& ―主要電極和= 動電極之間發生一個電弧。在上述產生高電場之恭二填充氣體經過短暫的離子化作用之後，該離 :^ 燈内之各電極間擴展開來，當放電燈加溫至適當况==在該燈内裝設之-個雙金屬開關就會將上述起動以防止納及采發生電解作用’在圖7中，交流電源？感态3 0連接’而該電感器，則係與燈1 〇及電六& / ”、士接。在本電路中’ t感3 0上並無分接點：：：16相亭利用。 .’便负也禾加起動電路1 9包括一個二極體32，與〜電洁j5P別串接且與燈1 〇相並聯=> 當電源1 2接通時，雷^ g重阻3 3 。以即在該電源

:：\Prograii! Files\Pat;ent.\55449. Dtd 20 I d27100

母半個週期内流經極體3 2和電 ^ 6上的電荷增加。經過若干 =定），被提高之0CV即可使該放源'^壓之大小子化作W起動該放電燈的操作填體發生離週期巔值輸入電墨提高至大約，笔路19會使前述 —倍。其後’電容器16不再有被充 p且器33 ’有效地使電容〇 X vin均方格值的電至燈起動電壓之機 33之網路所供應相對值較低之充J經由二極體32和電阻器因為此時的燈操作電流已淹、和圖4時所做的說明，t容器”閱圖1 可传-去. '感态3 0的遙疋數值應係諧Ϊ "Γ 率的頻率上與燈的切換動作發生舉之範例係與一種1〇00瓦金屬函素（MH)燈有關’ ，種放电燈通常多係以多隻燈組含形式使用之，月以照明至内體肖館，或如組合行列不太密集時，周於工商大槔，浼機柵廠及製造工廠内部之照明系統。以下提供之資料伤利用—個根據圖7所示原理設計之鞔例電路，以下表所载之不同電源電壓操作時所蒐集的資料n其令之電感器3 〇經過設計後可與一 4 0 0瓦HPS燈（在傳缽電路中）配合使闬，其電感量為0. 116亨利’工作電流為4. 7安，备β該電路中另右一電容量為31微法拉的電容器16，和一;^陴值為3〇仟歐姆之電阻器33。各項相關數值分列如τ .

Vin代表交流輸入電壓之均方拫值（伏待） I代表交流輸入電流之安培後 win代表輸入電力之瓦特數值

C:\Program F iles\Fatent\55449. ptd 第21頁

4271 Ο Ο

五、發明說明（丨8) ρ · F.為功率因數

ViP代表操作期間内燈兩端之電壞值 ί 1 p代表電燈内之電流值瓦特值 tp代表在操作期間内施加至放

Wloss代表操作期間之電路損耗瓦特·"•上之電力

Vc代表電容器兩端之電壓值（伏特%

Vi代表電感器兩端之電壓值（伏特）表1

Vin Iin win P.F. V.P I.P W】P ^^loss vc Vi 249 2.88 689 .961 250.4 2.87 674 15 263 3.41 848 .942 251.3 3.43 820 28 277 4.06 1037 .920 260.4 4.05 1004 33 342 189 291 4.56 1191 .898 272.8 4.52 1148 43 381.1 208 305 5.43 1406 .846 272.1 5.43 — — 1348 58 459.7 248 I 使用表1所列各種不同的輸入電壓，其目的係用以決定該電路在不同輸入電壓（其設定之中心電壓為27 7伏特）情況下本範例電路之操作特性，據以評估該電路在線路雷巧可能發生重大變化的真實情況下，電路的實際操作特性二 !由上表數字可知，在各種情況下，放電燈仍可繼續操作， |而且該燈之操作電力與額定電力之間差異不大。亦可看

427100 I五、發明說明（19) !

I ⑺ Ic = Iiamp = 2KfCVcl〇-6 I t r 3 !

I

電感量L的選定須能使LC二者在一高於線路頻率6 0赫茲 | Q 之較高頻率上調諧至諧振狀態，以提供時間，在每隔一半 I. 週期的期間内發生燈感及自然調諧之諧振能量轉移作雨。j 因此，，為本範例選定之調諧頻率為84赫茲：丨， -

- I ! (3) 二84 赫兹 !

! I ! 在實際電路操作期間内，其結果頻率高於線路頻率6 0赫 i ! ! I兹但低於調諸頻率8 4赫益，此點以下再作討論。：相容頻： ;率」一詞係指電路操作頻率高於且近似但卻非恰好等於其 i Ϊ ! i電源頻率。丨） I > I由於電路能夠在電源電壓有變化的情況下操作該放電 i

ϊ I I燈，故不需要使用輸入電壓調節裝置，因該等裝置體形又i i大又重，價格昂貴，且耗損電能較多，產品壽命較短。雖j I然為了達成彩色或其他事項之良好控制等目的並不排除使|

C: \Program F i les\Pateni-；\55449. ptcl 第 23 頁 4 27 1 0 0 五、發明說明（2fl) 用該等裝置，但並無此必要= 使用一般傳統之此類照明系統時，最主要的考慮因素乃係如何包裝該放電燈和其一切支援電路組件，以及熱量消耗等問題。就一個預定操作電力為1 0 0 0瓦以上放電燈而言，這是一個嚴重問題，因為操作這種燈時，以前需要之各種組件，通常含占據1至2立方呎之容積，且因其產生高熱，也就不能使用塑膠外罩和零件了。但如改用本發明揭示之系統時，其組件尺碼大約可縮減一半。再者，由於可大量降低電力損耗而發生的熱量，既可使羯各種大小型號的外罩，又可收經濟實用之效果。以下特參閱圖8加以說明，圖中之電路是依本發明原設計者，但電路各组件則係以其各自之阻抗表示之，如此即可利罔算術觀念討論本電路之設計和操作特性。在圖8 t，電感器L係以一電阻器和一線圈表示之，燈是以一等效電阻R 1 amp表示，而電容器則係以一電容抗C表示之。以下將利用一 1 0 0 0瓦等Μ Η燈特性參數為例加以討論。在討論亦將採用前表47之各項數據和一2 7 7伏特之輸入電壓。電路之有效工作阻抗Z是以電流值除輸入電壓值的方法求得，2 7 7/4 . 0 6，等於6 8 . 2歐姆。但，也可利用以下公式計算圖8電路之阻抗：

I ⑷ Z = Rl〇sses + Rlamp + j(XL - Xc)

C:\Program Files\Patent\55449. ptd 第24 1 427100 ;五、發明說明（21) ! 電感器電阻性部份之電阻值等於耗損瓦特數除以電流之平方值，亦即：3 3除以1 6 · 4 8，等於2歐姆。燈本身之電阻i 值亦由相同的關係求得，.亦即：1 0 0 4 + 1 6 . 4 8 = 6 0 . 9歐 | 姆。為4 3. 7歐姆，Xc為8 5 . 7歐姆，代入上式後： i | j 1 i ί (5) 〜Ζ = 2 + 60.9 + j(43.7-85.7) i I = 62.9-J41.9

I =7(62.9)2 +(41.9)2 = 75.6 歐姆I

I

如果以輸入電壓，2 7 7伏，除以上式結算之阻抗值7 5 . 6 I Q I Q，其結果為3. 6 6安培。這一數值太低，因為試驗結果顯 I \ ： i示，實際電流值為4. 06安培。但，如利用Iactual =(1. 1 )V/Z j I表示實際電流，則以上式計算後之結果，電流值為4. 0 3安 | •j \

i培。此一數值非常接近測得之數值。因此，輸入電壓似已 I 丨超過測得數值之1 0 %。丨另一應注意之因素乃是，總電抗值义^+又^可以降低 i ! :3 8 % (纸上計算），使有效阻抗成為6 8 . 1歐姆。此一數值與； ! :需要提供4. 03安培電流之阻抗值極為接近。丨 j 如採用以上求得之電流值4. 03A，功率因數即變為 | j3. 35/4. 03=0, 83，此一數值不正確。 | ) | 因此，在電路中試驗測得之電流值4. 06.安培和功率因數 j |值92¾又是什麼原因呢？其原因乃係，該系統之有效半週 | |期頻率高於線路頻率，而總電抗值（XL+XC)由於LC實際操；

j作之半遇期頻率之影響而降低之現象所致。 I

C:\Pr〇5ram Fi ies\Pat.Gal:\55449. pt.d 第 25 頁 4271 0 0 五、發明說明（22) ；再重覆檢討一次總阻抗公式’可憶起當時計算結果之數！值為〜Z為（6 2 . 9 - j 4 1. 9 )歐姆’亦即7 5 . 6歐姆，此乃無向量| 1 值’因此計算結果之電流值為3 . 6 6安培，功率因數為 j 83%。雖然這是根據L，C和R的實際電路數值計算出來之結丨果，吾人應知，此等計算出來之數值並不正確。 | 為使阻抗計算公式符合本發明所揭示氣體放電激發之半| 諧振電路中之實際操作情形’茲再重新計算如下^ | j 為符合所測得之電流里（4 . 0 6安培）之要求，電路之總阻 j抗值應為68. 2歐姆’但吾人也了解，電力損耗電阻值62.9 j歐姆不能改變，因此~Z計算公式變為（62. 9-j26 )歐姆，始；能符合所測得之電流值和功率因數值，亦即： (6) 1¾ =(4.06)2(62_9)= 1037 瓦特(輸入） I (7) V^2.9)- + (-26)2 = 68,1 歐姆 ] j (S) \ \ Vin 277 了 = H = 4.06 安倍 \ r !及(9) ^ 62.9 押=68 } - 0,92 PF，以上計J i $結杲即與測得之數值相符。 | 在丨^和,、兩個電抗文件兩端所測得之電壓降數值分別為 1 8 9伏特和3 4 2伏特。以電流值4. 0 6安培除這兩個電壓僅之後分別為4 6. 5 5歐姆（L)和8 4 · 2 4歐姆（C)。將這兩個電抗值

C:\Program Files\Patent\55449, ptd 第 26 頁 r 4 2710 0 五、發明說明（23) 混合後所求得之理論電抗佶盔饥值马 K46. 55-84 24Λ+ ·。歐姆。但吾人知道’總電抗值或—：[3 7 · 6 9 包饥值馮— j26歐姆。因此，電路之總電抗值—宕為動作（前已說明）所激發之半ϋ ^ 电路中由燈之切換改可說明如下。之+ 4振作用的影響。々和Xc之修 (10)

2TrfC 以1=0.116及(；=31><10-6.代入式中可兹，此項頻率即為燈内之切換作M帛帛。此二68赫頻率6 0赫茲不同，也不是利頻率與線路振頻率時所算得之頻率數值。电路各種數值求解諧由此可知，視在操作頻率， θ 半個週期期門内β ^ — b置脈衝移轉率，在每— :t月期間内疋在—個超過線路頻率隹母，亚不得完全控制系統之操作頰率’因严内。線路頻母隔半個周期就會震激一次上述之 $燈内之切換機構. 作方式，事實上，係在該半個週期内：L:;路’改變其操壓進行之電壓放大作用而將燈内、電路對燈驅動電位，如圖9至圖12各曲線圖所示。产燦瞬間動作向前移有效值為正常〇CV之Q倍。圖9所二鉍動開路電壓（0CV)之兩端電壓VI及燈電流、在起動時之^輪入電壓vin，電感器谷益及燈電壓、及\在起動期内之曲。圖10所示為電燈笔流曲線，係供比較之用。圖丨:圖，其中有重覆之線在操作期間内之實際情形。 σ圖12所示此等特性曲

4 271 0 0 五、發明說明（24) ------- 因此，交切換燈電路使、值變為[( 68-60 )/ 60 ]i〇〇，或 1 3 Z，超過正常《a；[值（4 3. 了歐姆），而心值則變為 ^6 0/ (、6 8 -- 6 0 ) X 1 〇〇，或 7 . 5%，低於正常值（8 5 7 歐姆）。這就是為何本電路體積成本都低於—般標準鎮流電路之部份原因。请注意者乃係，本電路之放電燈操作功率因數高於通常可獲得之功率因數，普通燈之功率因數大約在9 〇 %和9丨％之間’但本電路之功率為；[0 04/( 26() X 4. 0 6 ) =95_ 1%。此點 |與一電阻器之功率耗損機能和品質更為近似。 j 1 關於由交流電源將電能有效地移轉至燈負載之功能，本| I發明揭示之電路可符合載文寧理論的要求，亦即，當兩個j |電氣裝置的阻抗相等時，在這兩個裝置之間的電能移轉為 |最大。燈的電阻值為（1〇〇4/(4.06)2)=60_9歐姆。對放電I j燈而言’電源的阻抗值為2α =(L/C)1/2 = (〇.ii6/3ix j j l〇_u)"2 = 歐姆。這兩個電阻值幾近相等，因此應有最 j j令效的能ϊϊ；移轉效果以及最兩的操作功率因數。 j | 在為一隻放電燈選擇其電路各種數值時，應瞭解各該電| |路數值可能因不同的燈而各異；亦即，某一製造商製造的I —種1 0 0 0瓦放電燈，其選定的電路各項數值，對另一製造 I 商生產之1 0 Q [)瓦燈泡並#最好的電路數值，因為住何燈之! i切換動作特性，部份.係依其燈内填充之氣體，所使用之電1 5 ^ j 丨漿成份’組合以及燈之本身和其内部各電極間之幾何位置丨 ! | |關而決定，最直接的程序乃是所選擇之電容器能夠供應由丨 j前述第（2 )項計算公式所求出之額定電流。而所選擇之電 !

] _ I

C：XiVogram Files\Pateat\55449. ptd 第 28 頁 4271 0 0

C：\P]Ogram !7iles\Palent\55449. ptcl 第 29 頁 4 2 7 1 0 0 五、發明説明（26) 表4 燈之類別：175瓦水銀燈電路值： L =.079亨利 C =29微法拉 νιη Ι,η W- in Ρ.Ε Vtp 120 1.68 180.0 .89 133 1.68 調諧頻率105.4赫茲 ----- — ._ 175.5 燈之類別：125瓦水銀燈電路值： L=0J14亨利 C =20微法拉 * - s周證頻率105.4赫茲 V y in k . W. T in P.F. V!P I.p w1P w!oss 120 1.274 128.5 0.86 120.5 1.274 124.8 ----- 37 表6 燈之類別：1500瓦金屬鹵素燈

電路值： L =.04亨利 C =59微法拉 ' _* - j；調諧頻率104赫茲j 卜 lin win P.F. V.P Ϊ.Ρ Wip --- 1. w,oss j l 277 5.92 1532 .924 280.2 5.92 15.4 * —1 _ P 28 I

IMI C:XProsiraii! Fi Ies\Parent\55449. ptcl 30页五、發明說明（27) 以上各範例中每一案例雖然只列有一個輸入電壓，但應知，各該電路亦能在比表列輸入電壓高或低之輸入電壓情況下正常操作。輸入電壓之範圍因不同類別的燈種而各 | 異，當然，一如以前之說明，電壓之變動應視各種不同因j

素以及燈之動態阻抗和結構而定。 I 另請讀者瞭解者乃係，電路各組件數值之不同組合可適 | ! 用於大多數放電燈。雖線路各組件數值之異動可能導致各 i 種不同的特性數值，諸如：實際送達放電燈之電力瓦特 | 值，功率因數，磁傾角容差值（d i p t ο 1 e r a n c e )，流明輪 | j出值，免受線路電壓變化影響之特性，系統L. P . W.達成率 I等，但，各種放電燈均能利用各種不同的數值組合進行操 j作。以下表7所列數據係一 1 7 5瓦水銀燈之各項電路數值=[ I其中之電感器數值變化較大，而電容器數值則變化甚小。I 1 ! ! 表7 ! 燈之類別：Π5瓦水銀燈 vin Iin win P.F. V.P wlp L(H) 120 1.535 178 .961 133.1 170 .117 28 120 1.665 180 .891 134.1 176 .077 28 120 1.754 180 .854 131.1 Π6 .067 28 120 1.78 176 .819 138.7 172 .049 27 120 1.87 176 .785 138.4 173 .042 27 120 1.89 176 .773 139.7 m .0385 27 .

C:\Prograin Fi Ios\Patent\55449. ptd 第Μ頁 4271〇〇五、發明說明（28) 在本發明揭示的電路中，該放電燈可當做一個室内震置之ON OFF開關，免除使用昂貴的特殊電感性照明負载開關’繼電器，heavy duty contact types或lighting contractors。當燈發生變化時，電源開關也隨之變化。在以上的說明中，並未提及燈之接通或關斷（開關）動作，此乃假設該交流電源本身已受開關之控制。但，在大發明揭示的電路中極有彳能提供簡單的切換開關動作7 13中使用的起動電路與圖7中之起動電路相同，在1 即有一個在正常作業時呈開路狀態之開關35 ’护二中和電阻器33相串接。圖13中之電路係連接至交产32 開關35未閉合前（開路），該電略並不工^ 4 ’ 時，充電電流開始流向電容器1 6，益左H “閉合夠大的電荷時就會將燈1 〇起動。就起；功：：兮上獲得足可採用~暫態開關或一簡單塑「按下 3 ’開關3 5 在燈被起動後，該起動電路就不再工作j」、開關，因為 ώ在！的：端有-暫時分路’用以關斷該放電㉟。在圖13 ，，另—暫態接觸開關37和〆限制雷m ^ & 13 轳。荇一 ^私阻茚3 8與放電燈筇如。間&之，將開關37閉合即可將診访兩政〇 ^ — 電路之外’益有充份的時間使該放電媳二在，1 3二而也關斷燈1 〇和電路中其他组件。為;丨，工弘一1""化，! 好裝用一個起動開關當做其暫態接觸=^ 士目的，取 Q 7 ^ ^ ,ζ. 欠4旧關3 5，如此，當開鼽3 7放崧俊電路不致重新起動。應注音 _ ' Aw 心^乃疋’ 5¾讀板電 4尽身亚不能自行開始振盪。因此，去4 -r s πΚ ^ 田-丁'統破關斷·時，即个再及取電流，這就是與許多先前技術所設計電路比較時

C:\Program Files\Patent\55449. ptd 427100

五、發明說明（29) I

一項最重大的優點。另有利罔該起動開關3 5啟動電路點燃I 該放電燈之後，放電燈才會發生切換動作或「震激」該諧i 振電路並開始發光。在按下上述關斷開關之前，該放電燈| 即繼續工作。 ί 本發明電路之另一優點係與燈的使用壽命末期時有時會發生之情事有關。金屬鹵素燈在使用壽命末期時有時會破裂或崩碎，因而會使熱電弧燈管材料掉落在其照明區内= 為預防此一可能發生的安全危害事故，通常係使用一個防 I護置，其上留有一進出門或採用一種遮蔽式電弧管燈之設| 計。但是，燈體發生破碎的原因通常都是由於燈的電力係|

來自一個對燈的操作實情並無直接關係的供電電源；亦 I 即，不論燈是否已損壞不克使周，其驅動電壓則仍是在烘| 應中。但是如果採用本發明揭示的放電燈操作電路，就不i 會發生此一現象，因為燈之驅動電壓係因燈本身内部的切| 丨換操作而發生，並非因燈之停止工作動作時而產生。當丨

|時，〇 c v已降低到線路電壓的電位，其強度已不足以驅動 I 放電燈之操作。 ί ! !

j I |此，除非以人工操作，否則該開關通常係停留在連接開路 |

C:\ProgramFilcs\PatentA55449.ptd 第 33 頁 /1271 Ο Ο 五、發明說明（30) 電路的位置上。將開關移至位置一時就會起動燈之操作，| ί

移至第三個位置時就會關（切）斷燈之電源。 I 圖1 3和圖1 4之兩種開關，也可採用半導體裝置。其中之| 「切斷」電路，可採用連接一個與燈並聯之小型閘路控制 ί i 管（圖卡未顯示）或類似方式為之。如使該閘路控制管接通電源的期間持續二個週期以上時，即可和前述開關3 7 —樣以相同方式使燈熄滅。也可罔一閘路控制管替代開關3 5。 j 甴於此等半導體裝置僅供切換強度有限的電流和電壓，並 | |不需要消耗大電力，因此其體積可以小於繼電器，普通開 | |關或其他控制裝置的體積。 I ' } 圖7所示電路曾和各式放電燈（包括各種額定功率之高壓納燈及水銀燈）乾合使用，且效果甚佳。配合一個4 0 0瓦 HPS燈使用時，曾將一 5 7微法拉電容器和一 0 . 0 7 7亨利電感 j 器連接在電路中並附接至一 1 2 0交流電壓供電電源。在輸； I ί

C:\Program Files\Patent\55449. ptd % 34 頁五、發明說明（31) ~ ] 極體25及一射頻阻流器2 6相串接。另一串聯電路，包括一 —極體3 2，一個電阻器3 3和一個阻流器3 4則係與燈並聯。最後有~電容器1 6 (選定和電感器丨4發生諧振之用）係一端 |輿燈連接’另一端則連接至該交流電源之另一邊。 j j Μ周諧振電路組件L和C之不同數值設定在比線路頻率超！過二或偶數倍數之頻率上發生半諧振的方法，可對上述各種電路進行更多的不同設計。其重大優點仍係可藉以縮小各項電路組件的體積。如眾所週知，任一組件，例如一個电容器或電感器’如果設計成專供在120赫茲頻率上諧振 j 之用時’其體積一定小於設計成專在6 0赫茲頻率上操作之| j也谷器或電感器的體積。採罔本發明揭示之系統，與燈配j i合使用之各組件已不再受限於交流電源的頻率fs，因此可ί 製成體積更小的組件。本說明書所稱「相容頻率」一詞，j 叫者應瞭解，.包括一個大约為n fs的頻率匕，其中之^乃指 j

C：MVoffra；i； Fi i〇s\Patent\55449. ptd

第35頁 4 271 0 0 j五、發明說明（32) ~~ ' 1

:斷電路’其中包括一開關4 0 ’二極體3 2及電阻器3.3。兮严關40可從其中性位置轉移至接通或切斷之位置以執二二j 說明的功能。 I 特別重要的事實乃是，除該放電燈外，電路内各％斧 j 輕易地裝入一個通常用以裝設槓桿式切換開關之壁裝^ j盒内，而且只有兩條導線48和49伸出盒外接至該放電$。 |因此’此類燈具之佈線已不像傳統式自熱電燈那麼複难知j |費甩昂貴了。赤柙 !圖17所示係本發明另一具體實例，其中之氣體放電燈50 I j可供家庭使用’其中之半諧振組件電路5 1和52係裝在二個j |壁裝式外盒5 4内，盒内另裝有一個圖];3所說明的接通及二| |斷切換電路。該切換電路係採用按鈕式開關並依前域之^ j j式操作s同樣地*只有兩條導線5 6和5 7從壁裝外盒内伸出j j後接至該放電燈’如此，可簡化佈線程序。 ^

按照以上在圖1 3和1 4說明的方法，利用燈受一小型開關關觸發後做為主要的切換元件控制其本身電源接通與切^ 的功能，對於以光電池操作燈具的裝置助益莫大。—般传| 法是使用一個光電（P E)控制裝置當周圍光線低弱時將燈接| i通電源，而當周圍光線升高時就將燈關熄。許多室外發光i l(照明）裝具都採闵此項技術，但其電路可靠性不高，而且j i價格昂貴，壽命較短。再者，目前使用之硫鎘（Cds)電池 i |產品在南電壓下操作時下僅容易故障損i裒，其繼電器之接| 觸月更時常結合在一起並在一些鎮流燈電路的若干無功負j |載中發生震顫動作。當這些鎮流電路故障時，在更換談光I 5 、 i

427100 五、發明說明（33) ----"" I— 電池以前，該放電燈但是，依據本發明揭^會全天24小時都停留在發光狀態、有光電功能之主要切=的原理，當燈本身發生變化時，具㈣所示電路=:農置亦隨之變化。係與一串聯電路連接，，發明之原理。其中之交流電源5 9 以及一個電容器6 2， f電路包括―電感測器6 〇，一個燈選定。有一個第—#制f元件之數值係依以上說明的方式端，該電路有―打^電j電路係跨接在該電感器輸入側之兩

67彼此串接。有„Cd】^器65，一個電阻器66及一個SCR 該SCR(矽控整流器）之門池68和—個閘極電阻器69連接至 I 方# # 3¾ R n二 3極，陽極及陰極。 ] 在3电感器6 〇的另一伽古 I該電路包括一PTc電阻個第二控制電路與其相連， i另有—⑽電池73和_=^個串赌之閘路控制管了卜 7 !的Μ朽 -閑極電阻器74連接至該閘路控制管 | (1的閘極，陽極和陰極。 \ 當光線暗時，Γ d 9 Φ 4 e。u ;辦3狀田产〇電池68的電阻值較高，因此藉由二極 j @ μ泰治法波閘控至〜種導電狀態（ON)。流經本電 )/ 2 -電谷益62充電並依前述原理啟動燈之操作。燈破起彳交P T C冤阻器6 5的電阻值升高，將此一電路與系統脫離關係，而燈則繼續操作。 *白天周圍光線較強時’ Cds電池73的電阻值變低，而 |觸發闡路控制管71使其接通（〇N)，在燈之兩端間提供—低 ί 且值通路，使燈發生去離化作用並熄滅。燈熄滅後，流 !經PfCjf阻器之電流使該電阻器溫度升高，並使第二控制 j電路停止工作。然後，當日光消失時，燈就會準備再被起 1

II mm

Ψ I

第3?頁 ::MYogratn FUcs\Patent\55449. otd 4271 Ο 〇

五、發明說明（34) 動。其效f I9為本發明另—具體實例之電路，其功能與圖1 8之咖路相似，但此電路中僅使用—只⑽電池。在圖”中- 邊第一控制電路包括一PTC電阻器76，與一電阻器？7和 SCR 78相串接.。閘極電阻器79 一邊連接至，另連接至—二極體80。另—控制電路包括一電阻器82，與— 閘路控制f 8 3相串接。閘路電阻器8 4係連接至該閘路控器83 :閘極，同時也連接至二極體8〇。t亥二極體和該J 控制管的閘極均連接至C dS電池8 5。 © 如上所述，CdS電池85在黑暗環境中的電阻值使SCR 78 變為導電性，從而起動燈之操作。燈被起動後，pTc電阻器7 6可有效地使SC R電路停止工作。發光時，cd S電池的低電阻值觸發該閘路控制管使其導電，並使燈熄滅。以下特就起動燈時所需開路電（OCV)之形成進行討論。為此，將參閱圖2 0之電路加以說明，該電路包括一交流電源88，電感器89和一電容器90與燈91串接》二極體92和電阻器9 3係跨接於燈之兩端，協助形成所需要之〇 CV。該交流電源是一 1 2 0伏交流電源’亦即其巔值電壓大約為1 7 0伏特。二極體9 2在圖示之極性時，電容器9 0係在供電之電壓之第一個正性半週期中進行充電，產生一個電壓，實質上等於該交流電源之巔值電壓（亦即：大約為1 7 0伏特）。在開始產生該起動用ocv時，該電感器並未發生重要作闬° 因此，可將該電路視為'一個串聯電路’其輪入電塵e與·一個由1 7 0伏電瓶替代之電容器相串接。該電容性電池電壓

1

MI

SB 第38頁在 2"Π Ο Ο 五、發明說明（35) i ! 之作用係以電荷量提高輸入電壓之正弦波，使電路之輸入電壓在3 4 0伏特和零伏特之間發生瞬間變化。 0 CV之電壓值等於電容性電池上直流電壓之平方值和交 I流輪入電壓均方根值平方值二者之和的平方根值，亦即： i |

| ocv = ^(vdcy-+(vZy, I j -7(170)2 +(120)2' ! I = 208伏特均方根値： i ! f j i j 更普的解釋，乃係 i

i p I

! 五=(及 e = En^xSmot, I i

0CV = V772^2 I i j I = V^2 + ((^2)7)3 j j = 4e- + i

i I i — i i 式中之e二:[20，故：OCV =1 2 0 = 2 0 8伏特均方根 i ; - i值。 ί j · I 本發明之基本電路概念除可適用上述之高強度放電燈之丨 |外，也可適用於螢光燈。圖21所示電路中包括一電感器95 ： 1和一電容器96，連接至一 120伏特交流電源。螢光燈100之 \ 丨燈絲97和98係與該電感器電容器電路以及一 26瓦特高電壓 ί i ) i脈波起動電路101相串接。該起動電路包括一第一串聯電 | i路，由一阻流器i02和一二極體103及一跨接燈絲兩端之 i

I

C:\Prograiii Fi ies\l)at_cnt\55449· dU] 第 39 頁 427100 五、發明說明（36) PTC電阻器1 04相串接。電容器1 0 6和一個有分接點之電感器107彼此串接後再與該弟一電路並聯。電阻器和一 Si dac 1 09係連接在二極體1 〇3和電感器上^分接°之間:而電容Is 11 0則係連接在該S i d a c和P T C電阻器1 〇 4之間。最初’PTC電阻i 04之電阻值甚低，燈糸電流可3流經該第一串接電路。此電流使該PTC電阻器升溫並提高豆雷阻值。同時，電容器110係通過電阻器1〇8進行充電 '，當pTC 電阻值增加時’電荷強度也隨之增加。當電容器丨丨^上之電荷強度到達該S i dac的崩潰電壓時，電容器乃經由談 I Sidac和電感器107被分接之一端進行放電產生^—個^ 衝，施加至該放電燈上.此時，燈絲已加熱至可使燈起動的強度，因此燈即開始操作。燈之操作情況與以上說明者相似，亦即燈本身震激l—c 電路95及96 ’使其發生平諸振功能’並在L — c電路和燈之間=換電源D此點不再贅述。在圖2丨中，二極體M3可省略不周:其功能改由一串聯二極體—電阻-PTC電路執行— 〜違吃路係跨接在如圖4所示電路之輸入端。圖2 2所示係本發明揭示螢光燈起動與操作雷路之另—具體實例，*中之120伏交流電源U5係與一電感器n6，」、 p1^容器117，一只螢光燈120的兩個燈絲U8和119盥一個 PTC電容器〗23相串接。本電路利用電容器ιΐ7起動燈之奸作。在冷却狀態日寺’ PTC電阻之電阻值甚低，加孰電流 ^燈之兩端燈絲，使電容器U7充電。當燈絲加熱後且私谷益1〗7的電壓到達所需要之〇cv ( 時，該螢光 4 2710 0 五、發明說明（37) 燈即開始工作= 圖23所示電路可用以一括-電感器126，C個並聯的螢光燈’該電路包 129。二極體135係虚J^，i32和U3的燈絲127及命六、PTC笔阻益136 ’燈132的燈絲12 8以及一％谷盗1 3 7相串聯 m μ t π π · Ά· 同樣地，燈絲12 9亦係與一二極體 138，PTC電阻13Θ及一雷六笑1/(η 4由y 版，《各态1 40相串聯。上述兩個電容器之π ,側則連接至電的迴路。該兩個並聯螢光燈之操作實上w圖22的毛路操作—樣，亦即兩個電容器1 3 7和i 4 〇在燈絲加狐期間分別經由各自的二極體_pTc電路進行充電，當電容器獲得足夠的電荷且燈絲加溫至相當熱度後，兩個燈就會如以上說明之的情況一樣開始起動操作。圖2 4所不電路係用以操作兩個與一 2 7 7伏特交電源串聯的瑩光燈3該電源經由—電感器丨4 5連接至燈丨4 7的燈练 i 4 6 ’然反逆由一個包括一二極體丨4 8和~ ρ τ ◦電阻器i 4 9的串聯電路興燈1 4 7的其他燈絲]_ 5 〇。該串聯電路亦包括一個由燈1 5 3燈絲1 5 2，PTC電阻器i 54，燈1 5 3另一燈絲1 5 5和電容器1 5 δ的串聯電路連接至該電源的另—側。與任钶串聯電路一樣，電源電壓為各負载上電壓之和，而流經整個電路的電流則相同。因此，電容器丨5 6當螢先燈燈絲加溫時即可經由二極體丨4 8和PT C電阻器1 4 9進行充電。當電容上之電壓到達兩隻螢光燈所需要的足夠〇 C V電壓時，燈絲也加溫完成，燈即被點燃。 . 圖2 5乃係一多電壓鎮流電路丨6 0的電路簡圖，該電路可使一個依據本發明設計構成的單一放電燈择作電絡使吊不

C:\Program Π lcs\PatenT；\55449. ptd 第4】頁 4 27100 I五 '發明說明（38) =二j ί包壓操作。該放電燈操作電路包括—個放電^ ^ OCTp '—個40 0瓦金屬鹵素燈），一個電感器L和一個二+ 聯電路，並依前述方式工作。因此，該放電：士個调i “用燈1 6 2本身的放電崩潰電壓，至少在每一次 7 ，二4，時間内，激勵上述串接之電感器L·和電容器人上之其產生一瞬間之均方根值〇cv電壓，其電壓值約電壓之兩倍，用以驅動該放電燈162的操作： = 一個依據本發明另-具體實例雪庳補二：電路164，用以建立-個多電壓或輸入 :容哭„ 可&電容量電路164包括彼此並聯之兩個 :。叩V2 〇Cv3亚分別與另一電容器cv.i以及開關1 66及1 68連開關1 66和1 68的功能係根據施加至該多電壓鎮流電路二，電厂_況’加w除電容器。… 二= :C^cV3。例如圖25所示，開關166和168同時都在 :广气，。心因此’只有電容器〜1係連接至燈162以及電感 _^、丁谐振電路與該電感器L共同操作，並將額定曾至燈162。圖25中之電路内1電燈是—侧〇瓦金，^ 燈，線路電壓最好設定在277伏特。電容器&之電 :量最好。又定在2 2微法拉。如杲線路電壓降低壓2 4 〇伏特可利用開關m之閉合將-個3微法拉的電㈣並聯到電路内（如圖2 6所不）’用以將足夠的電流供應至燈 162。另外，可將開關丨68閉合後再將另—個3微法拉並聯 t容器增加到電路内，如圖27所示，因此’當線路電整繼

"ograiii Fi ics\Pateni:\55449. ptd

Π

4271〇〇十-------- 立、發明說明（39) ___ 之放電ί;Γ作伏電:時內^會將6微法拉的電容量增加到上％ L’電容〜以及燈i62丄:：：；「個間Π電感器電路，利用門關知^、，电路'-σ 4即可組成一多電壓鎮 _ , ，汗* 15控制並聯電容量的方法，使該雷政-Γ ""、力1" 二個不同線路電壓中杠打^ ^ 表使'^兒路可利罔種設計因而可減少：：： —個電做為電路之輸入電壓，以路中所使，的：；π 壓補償功能的放電燈操作電經過適當選定說明)及電感量L之；里(可例將如Λ上以二電計成能與各種不同線致电壓鎮流電路160之構造設此夕卜根據可變電壓和不同種類放電燈配合使用/ 型態，也可將多電^ :路164中各電容量和開關的、结構種不同線路電廢：：種:;T r 6°之構型設計成僅能與同此夕卜’ 結構個至聯，而且可藉-切換機構生1^此並聯並與線路電壓中任一線路兩。、擇性刀換方找利用π個不各該雷容吾也可安才】^保作該放電燈操作電路。此加沒：Γ姑由成戳此串聯的設計（與上述#聯電容量並聯，以選擇性方：；#二容量中任/ 。^电路心电奴夏。該切換機構可設計成每一雪容夂有 ’ Μ可㈣其他方式之開關設計安排例^ :驾 AD:，，或使周-處理器度本圖中未顯示）= 今^巧關可虼疋一種繼電器或一電子切換敦置，諸如_淨硌控制Τ =該可變電容量電路可以採用一種輪入電壓感演

：M5r〇sraui Fi ies\Paieni\55449. ptd 第43 I 4 27 1 Ο 〇 p------ -- I五、發明說S月（40) _ 1電路167 (如圖27所示），兩以綠知 <開關1 66和1 68，根據依需要增減阕得之施加於該放電燈操作雪路之'"開關1 電容量。 .“路之輪入電壓圖28所示係一調光電路17〇之電調控依本發明設計製造及捶作访簡圖，該電路係吊以該放電燈操作電路包括—個严2免燈操作電路的光度。屬齒素燈_) ’ 一個電感;L和二，◦〇瓦特金接依前述方式操作。如前所试，分個包合Cf>1，彼此串的放電崩潰機制至少在每一羊個^二電證1 72二利用其本身感器L和電容器CP1電路產生 "均^㈣前述串接之電電壓值約為用以弓區動吁杜輯1句方根值開路電磨，其私i ^馮用u驅動該放電燈^ 72之人倍。調光電路1 70則包括一你 4 电&值的兩的可變電容電$丨7 4。4 ，jS明一種具體實例設計 _： VJ可變電容電路174包括電容器 _系，及一個開關1了6。二力能係根據是否需要調節放電燈的光度，來增加或減少電踅残Γ 的泰 b又个關m即是在閉（γ2)人^:各量。例如：如圖28所示》該開部盥熳中.Λ广呔態。因此，電容器^和。二者气:品;Ϊ V:琢器1连接，與電感器L 一起進行半諧振電 ίΠΛΛ4電流以使燈⑺全功率操作。當需要調節燈 1開關176立即切換至關斷（0FF)的位置，減放士产179^里，如圖29所示。在圖28和29所示的電路中，定：:77^:=1特金屬產素燈’而線路電壓最好設判玷蛩々r 兒谷最好設定在1 7微法拉’由開關控則宜設定為5微法拉。

C:\Program ^ies\Patent\55449. 4 2710 0 五、發明說明（41) 如以前對圖25和26所做的說明，在六θ 在今'昍八4 9。士 β 、仕璉疋包谷頁（例如，土况明公式2時所做的說明）和兩 17Λ ^琢之後，調光雷技二可η成能與平同的線路1壓和不同種類的燈配v運 :摔：=或r少電容量的開關機㈤，最好使用-種手 =作式=關，但，亦可利同—處理胃（圖中未顯示）以包方式电動方式或電磁方式控制該開關1 7 6。例如：開，1 76可採j 一繼電器或一閘路控制管為之。此外’可將各電容器設計成彼此串聯（而非並聯）連接的方式，再利周—開關至少與該等串聯電容器中任一電容器並聯，以選

G 擇性方式將該並聯之電容量部份來改變供應至放電燈的♦ 流量。电本發明揭示之放電燈操作電路，在輸入電源電壓的每一半個週期内利用該放電燈本身之放電崩潰電壓機制激勵一 _聯電感器（L)和電容器（c)產生一 0CV使其電壓值大約等於輪入電壓的兩倍，用以驅動該放電燈’同時並利用電容量的大小將流經該燈之電流限制在正確的數值。如此，固為該放電燈本身就是~個具有切換功能的氣體動力式半導體等效電路，通常在一專供放電燈配合使用之高頻率鎮流電路中裝周一個矽動力半導體切換開關（以切換調節器或電源的方式）的需要也就消除了。利用適當之半諸振功盎迴路及燈的控制電路，燈本身變為一切換功能產生器，從而使現今科技高頻鎮流電路設計中通常利用矽晶裝置建立放電燈接通（強力脈衝激勵）與關斷（控制電力）操作順序之電力處理的需要性因而降低。由於此種利用燈本身執

C: '^Program Fi Ies\Patcnt\55449. pid 第 45 頁 ^ 42710 0

C:NPro^rain Fiies\Patcrit\55449. ptd 第46頁

Claims

4 271 0 0 六、申請專利範園 1. —種放電燈操作電路，包括：一個預定頻率之交流電壓電源；一個放電燈；一個與上述交流電壓電源和放電燈串聯連接之串聯諧振電路，該諧振電路的頻率被調諧在超過上述預定輸入電壓頻率上，該放電燈以介於上述預定頻率和上述調諧頻率之間的頻率上重覆執行切換動作，以激發上述諧振電路進入振盪狀態，且該串聯諧振電路能使該放電保持其持續操作；以及一個與該放電燈串聯之可變電容電路，包括至少一個電容器及至少一個切換裝置，以選擇方式使該電容器與該放電燈之連接接通與切斷藉以改變由上述電源供應至該放電燈之電流量。 2. 根據申請專利範圍第1項之放電燈操作電路，其中之上述串聯諧振電路包括一個與上述放電燈相串接之第二電容器，當上述至少一個切換裝置分別切換至閉合和開路位置時，上述之至少一個電容器即分別與該第二電容器相並聯或斷接。 3. 根據申請專利範圍第2項之放電燈操作電路，其中之至少一個切換裝置在切至開路位置以使該放電燈的光度黯淡。 4. 根據申請專利範圍第2項之放電燈操作電路，其中之交流電源能產生一第一交流電壓和一第二交流電壓，該第二交流電壓比該第一交流電塵高，當該第二交流電壓及該

第47頁 427100 六、申請專利範園第一交流電壓產生時，該至少一個切換裝置會分別地對應位於開路及閉合位置上。 5.根據申請專利範圍第4項之放電燈操作電路，尚包括一輸入電壓感測裝置，用以感測供應至該串聯諧振電路及放電器的電壓究竟是該第一交流電壓，抑或是該第二交流電壓。該輸入電壓感測裝置之功能係當其感測到該第一交流電壓及該第二交流電壓時，會自動地使該至少一個切換裝置會分別對應切換至開路或閉合位置。. 6· —種利用一交流電源操作一放電燈之方法，包括下列各項步驟：將一個以一電感器和一電容器組成之諧振電路與該放電燈相串接；利用該放電燈内部之切換特性在該電源大致上每一半個週期内激勵該電感器和該電容器，該放電燈和該諧振電路相互配合至少以半諧振方式在彼此之間轉移功率；及操控一切換裝置以選擇性方式將一個第二電容器和該諧振電路之間的連接接合及切斷。 7. 根據申請專利範圍第6項的方法，其中之操控步驟包括下列各項步驟：_ 使該切換裝置接合，俾將該第二電容器與該電容器並聯，使該放電燈以全功率操作；及使該切換裝置轉至開路位置，將該第二電容器與該電容器之間的連接切斷，以使該放電燈光度變黯。 8. 根據申請專利範圍第6項的方法，其中之電源可產生

第48頁 427100 六、申請專利範圍 ί 1 一第一交流電壓以及利闬該第一交流電壓所產生之第二交i 流電壓，該第二交流電壓高於該第一交流電壓，該方法另j 包括下列各項步驟； I 使該切換裝置轉至閉合位置，當產生該第一交流電i j i壓時將該第二電容器與該電容器並聯；及丨使該切換裝置轉至開路位置，當產生該第二交流電壓時，將該第二電容器與該電容器之間的連接切斷。 I 9.根據申請專利範圍第6項的方法，該方法另亦包括下 | 列各項步驟： j 感測該第一交流電壓和該第二交流電壓中之任一電i i :廢禮已施加該諸振電路及該放電燈；丨； i | 如該第一交流電壓施加上時，使該切換裝置轉至閉 j i合位置，將該第二電容·器與該電容器並聯；及 i 如施加之電壓為該第二交流電壓時，使該切換裝置丨 i 轉至開路位置，將該第二電容器和該電容器之間的連接切 | 斷。 ^

C: \Program Fi ics\Pat:enL\55449, ptd 第 49 頁