TW530522B - Power factor correction device having an electronic ballast function - Google Patents

Description

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發明背景 本發明係有關於一種功率因數改善裝置（p〇wer factor correction device)，特別地，係有關於一種具 有電子安定器功能的功率因數改善裝置（p〇wer fact〇r correction device)，其在一功率因數改善電路中增加一 可產生電子安定器功能之控制電路以達到減少諧波干擾、 省功率、省空間及穩定的系統可靠性的目的。 安疋為的功率因數係表示一輪入電流真正運用於安定 器的有效功率百分比。由於以高頻方式驅動燈泡發光的電 子安定器具有較高的光輸出，也就是較省電，因此已取代 傳統安定器及起動器而被廣泛應用，例如，使用於各類投 影機（projectors)上。傳統上，一投影機的燈泡點燈電路 設計通常是將功率因數改善轉換器及電子安定器 (Ballast)分開’如第1圖所示。第2圖係一傳統投射器燈 泡點燈系統線路圖。在第2圖中該系統包括一整流器2 1、 一功率因數改善電路22、一能量儲存電3、一電子安定 器（Ballast)電路24、一點燈器25及一燈泡LAMP。如第2 圖所示，該整流器2 1是一全橋式整流器，其由二極體 B D1 B D 4所組成’及一濾波電容器c 1，避免雜訊對系統之 干擾，例如，將110VAC轉成150VDC或將22 0VAC轉成 300VDC。邊功率因數改善電路22主要包括一變壓器T1、啟 動電阻器R1、R2、T1波形感測電阻器R3、一積分濾波電容 C2、一阻截二極體D1、一金屬氧化物半導體場效電晶體開 關（MOSFET switch) Q1及一控制器CTRL1。該整流器21的 輸出端耗接至該啟動電阻器R1的一端及該變壓5| T 1中第

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五、發明說明（2) =n的楚端發/亥電阻器r 1的另-端耦接至電阻器R2的 及一順=低;二fTu的另一端麵接至該開關91的源極端 / 一/體D2。該電阻器以另一端耦接至該控制 ^ ί人知、該接地積分渡波電容C2及該二極體D1 阻：R°3 = ”二V胃二極體的順向端（f點8)耦接至該電 :=厂二變壓器T1中的第二電感TL2 -端，該第 感。2的另一端則接地，該電阻器R3的另一端 輪入端。該控制器CTRU的輸出端經-電 控制^CTRLl的輸入端及一接地電阻器R5。在此纟 该電路22利用該控制器CTRU分別 =壓器兩電感端的輸出及一來自該開 出1壓：Ϊ 3 =係用以修正該變壓器兩電感端的輸 出電£猎此選擇性地改變開關Q1的工作周期（0N duty at 10)及/或其頻率以提供正確的功率因數輸出。1 使用該阻截二極體D1來阻止儲存在電容器C2中之電、

以致影響該感測電阻器R3之感測I，進而使得控 "IL CTRL1無法輸出正確的功率因數。同樣地，二極體 於儲存來自該功率因數改善電路22直流輸出的接地電容㈡ 也是具有相同的功由於負載情況會影響到電流 的輸出相位同調性（output phase c〇herence)，例如， 影機若只使用白熾燈泡時的輸出電壓及電流同相： 維持功率因數輸出 於 輸？功士因數為100%，然而’實務上的負載較為複雜，可 以疋一尚壓汞燈，此時，會先使用電容器（C3)來 能，因此，就需要一電子安定器來 ” 0535-6551TWFl;A90059;Sue.ptc 第5頁 530522 Λ_η 曰 修正 i號901辦u 五、發明說明（3) 例：，超過0·95。該Ballast電路24即是用作 疋杰。傳統上，如第2圖所示，該電路24包括一 "l 2。忒開關Q2的源極連接該電容C3未接地的一 其間，電阻器R6自該控制器接收一輸入二的直 路】至該阻截二極體D3的負電端及該LC並聯電

Um2 : 端。該電感器U同時連接至外部燈泡 電聯電路的接地電容C4。該二極體的正 另-端一電阻器以的-端。該電阻器”的 同時，該電阻^ ^ TRL 2以產生—回饋信號胸。 人α、電另一端連接至該點燈器25的一端，其包 S —用以點火的變愿哭T9%; m 、 器CTRU，哕點及一用以控制該變壓器T2的控制 山. Λ 、且态25的另一端連接該燈泡LAMP的另一 端。該控制器利用該w $ D r D k , 力 ^ pa ga〇〇 ^ ^ 〇 貝k號BFB輸出一控制信號來調整 忒開關Q2的輸出頻率，藉此 > ^ ^ 的LC共振電路所冑出至直机對父流轉換功能 極μ至該燈泡的輸出功率受到調控。該二 ώ + r 口月1述的一極體D1般可防止該開關Q2的汲極端電 流及電壓逆流影響到哕铗 ^ ^ I AMP的雷@ a id 饋號，進而影響供應至該燈泡 的電£而導致該燈泡發光（投射 指數）。例如，當燈泡的朵η棒奴士才幻光閃k 影晝面的投影產生抖動現超過G.G1時所導致投 電路22會將整流器2ΐυ;<專^ ’前述功率因數改善 用該Ballast電路24=ΛΛϋ 80VDC附近，在利 供燈泡LAMP所* 0 f Γ·，、電降壓至約85VDC左右以提 仏 X i的電壓。但前述這類結構的電路相當複 雜，5會i耗y空間、費成本等缺： 第6頁 0535-6551TWF1;A90059;Sue.ptc 530522 曰 修正 五、發明說明（4) 因此’本發明之一目的為提供一種具有電子安定器功 月匕的功率因數改善裝置（p〇wer fact〇r correction device) ’其在一功率因數改善電路中增加一可產生電子 安定器功能之控制電路以提供本裝置省電、省空間及穩定 的系統可靠性。 、 本發明係提供一種具有電子安定器功能的功率因數改 善裝置（P〇wer fact〇r correction device)，其在一功率 =ίϊ ί ΐ路I增加一可產生電子安定器功能之控制電路 、置省電、省空間及穩定的系統可靠性。該呈右 電子安定器功能的功率因數改善電路包括：一燈 /用 提H明；-點燈器’串接該燈泡以啟動 k知用以接收該燈泡兩端電壓並根據 路，並聯於該電壓/電流控制器， 善電 整輸出之電源以保護電路及提升系統據靠亥回饋信號調 [符號說明] 罪14燈泡燈泡。 2 1〜整流器； 22〜功率因數改善電路； « 24〜Ballast 電路； 2 5〜點燈器； 4 1〜電壓及電流控制器。 圖示之簡單說明

0535-6551TWFl;A90059;Sue.ptc 第7頁 530522 案號 90120214 五、發明說明（5) 而易見’下文特舉-較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 第1圖顯示一傳統投射器的燈泡點燈電路方塊示意 圖； 第2圖顯示根據第1圖之部份燈泡點燈電路圖； 第3圖係本發明一具有電子安定器功能的功率因數改 善電路；及 第4圖係第3圖的功能性方塊圖。 較佳實施例之詳細說明 全文中之相同編號係代表相同元件。 參考第3圖，係本發明一具有電子安定器功能的功率 因數改善電路。在第3圖中，主要是將第2圖中的BaUast 電路加以重新設計’使之與原功率因數改善電路2 2、點燈 器25及燈泡LAMP連接時，可具有原電子安定器的功能但卻 不需原電子安定器原有的複雜電路，因而產生該具有電子 女疋益功能的功率因數改善電路。如第3圖所示，除固有 用於將交流電（AC)轉換成直流電（Dc)的整流器21、用於調 整功率因數的功率因數改善電路2 2、用於點亮燈泡的點燈 裔25及用於照明的燈泡LAMP外，還包括一電壓/電流控制 電路3 1。由於除該控制電路3丨外，其餘各電路皆相同於第 2圖’故在此不再重複說明，而僅就與第2圖不同處作說 明。在該電壓及電流控制器3丨中，包括一儲存電容Ce、用 以測量燈泡兩端電壓差的感測電阻gR36、R37、R38及 \39、一外部控制開關別及一控制器CTRL 4。如第3圖所 不’該儲存電容兩端Cvcc及Bvcc係跨接於整流器21之輸出

麗 〇535-6551TWFl;A90059;Sue.ptc ^" 哲 〇 百 ' 530522 90120214 曰 修正 五、發明說明（6) ，，功率因數改善電路（PFC circuit)原輸出端。注意， 不同於傳統連接方式，本發明係將來自整流器21的輪 出螭耦接在電容器Ce的正電壓端而將來自pFC電路22的輸 出端耦接在電容器Ce的負電壓端，但是，傳統上，是直 將PFC電路22的輸出端連接在儲存電容C3的負電壓端，電 ^3的正電壓端則接地。經由節點Cvcc耦接至感測電阻 :的。一端及點燈器25。感測電_的另-端麵接至感测 電阻R37的一端及該控制器CTRL 4内的差動放大器（未顯 示&的輸入端。感測電阻R37的另一端耦接至電組R39的 一端及PFC電路的回饋信號。電阻R39連接至電阻R38的一 端及控制器CTRL 4内的差動放大器的另一輸入端。電阻 R38的另一端耦接節點Bvcc及該外部控制開關sn的一端。 該外部控制開關SN的另一端耦接燈泡的正電壓端。 t在上述結構下，因燈泡的電阻R會因隨使用的時間而 變化，為使輸出功率固定，必須根據電阻1^的變化調整供 ，於其上的電壓v與電流丨，以使其燈泡的功率消耗為固、 ==據此，控制器CTRL4利用電阻器R36 —R39將燈泡兩端的 電堅分別輸入至内部的差動放大器以取得燈泡目冑的電壓 值，再將该電壓值回饋eed —back)給控制以調整 輸出及儲存於該儲存電容Ce中的電荷值，其調整的電 圍約^20至90 VDC之間，藉此維持一穩定輸出功率來保持 燈泡壳度的恆定，因而避免光閃爍現象的發生。該外 制開關SN連接至-外部控制電路以提供另類點燈的選擇二 該開關SN可以是一繼電器(relay)、一金屬氧化物半導體 (MOS)兀件或一閘流體元件（thyrist〇r) 〇

第9頁 m 0535-6551TWF1;A90059;Sue.p t c 530522 案號 90120214 五、發明說明（7) 第4圖係第3圖的功能性方塊圖。如第4圖所示，先利 用一整流is將輸入之交流電壓由丨丨〇/22〇VAC轉換成電路操 作所需之直流電壓1 50/3 〇〇 VDC，再利用本發明的pj?c裝置 中的電壓及電流控制電路產生一回饋控制信號（feed —back controi )FBC來控制PFC電路直接產生約85VD(：左右的輸出 J =給燈泡使用。如此，即可節省BaUast電路所需 = 降低成本、節省空間及減少功率損耗。 右该k泡疋一父流燈泡，則需增加— 換的直流對交流轉換技 half bridge式^橋式電路（仙加咖叮 雖然本發明已以一較每 以限定本發明，任何熟不然其並非用 之精神及範圍内，者可做西知纟 人士在不脫離本發明 範圍當視後附之申；專利飾，因此本發明之保護 月寻利轭圍所界定者為準。 Η 0535-6551TWFl;A90059;Sue.ptc 第10頁 _

Claims (1)

1. 530522 案號 90120214 六、申請專利範圍 括： 年月日_^正 1 · 一種具有電子安定器功能的功率因數改善裝置，包 一燈泡； 二儲存電容’用以提供該燈泡發光所需之電壓值； 複數個感測電阻器，用以測量該燈泡兩端的電壓值； 。=電壓及電流控制器，用以根據在該燈泡兩端所測量 之電反值來產生一回饋控制（feed_back c〇ntr〇l)信號； 一功率因數改善控制器，用以根據該回饋控制信號來 调整该儲存電容中之電壓值。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包括一外部 控制開關，用以自外部控制該燈泡發光。 3 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該燈泡是一 直流燈泡。 4 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該燈泡是一 交流燈泡。 5 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中，該發光所需 之電壓值是一範圍落在2〇至9〇v間的電壓。 6· 一種具有電子安定器功能的功率因數改善裝置，包 括： 一燈泡； 一整流器，用以提供一直流操作電壓； 一儲存電容’用以儲存燈泡發光所需之電壓； 一點燈器’用以利用該儲存電容所儲存之電壓啟動燈 泡發光； 複數個感測電阻器，用以測量該燈泡兩踹的電壓值；

   0535-6551TWFl;A90059;Sue.ptc 530522 ___n 修正 曰 t號 90120214 申請專利範圍 一電壓及電流控制哭 ^ 之電壓值來產生一回奸二，用以根據在該燈泡兩端所測量 一功率因數改善ΐς制（feed_2ck contr〇i)信號； 整接收自該整流器的ί愚1 „據該回饋控制信號來調 壓值。 以改蛟提供至该儲存電容中之電 了·如申請專利範圍第6 豆 直流燈泡。 負之表置/、中’该燈泡是一 8 ·如申請專利範圍第 交流燈泡。 禾^項之衣置其中，該燈泡是一 9·如申請專利範圍第8項之裝置，其中， 流燈泡一交流雷愿，、 為k供該交 1 〇.如申,Λ Λ:步包括一直流對交流轉換器。 机轉換器是一全橋式電路。 孩直机對交 該直流對交 該功率因數 電感，其 a _ I! ·如申請專利範圍第9項之裝置，其中 机轉換器是一半橋式電路。 1 2·如申請專利範圍第9項之裝置，其中 改善電路進一步包括： :變壓器，、包括一第一電感及一接地 忒第一電感一端連接該儲存電容的正電 _ 啟動電阻器，包括一第一電阻及一第二雷阳虫 -起，其t，該啟動電阻器一端連接至該第：：：J接名 儲存電容相連接的同一 電感中與驾 端； 鳊且其乂接點連接至該整流器輪注 積为濾波電容，連接至該啟動電阻器一山 其耗接於該接地第二電丄:‘

   0535-6551TWF1;A90059;Sue.ptc 第12頁 530522 _案號90120214_年月日_ί±±_ 六、申請專利範圍 波電容與該啟動電阻器的交接點之間； 一功率感測電阻器，其一端連接至該阻截二極體與該 接地第二電感間的交接點； 一金屬氧化物半導體場效電晶體開關，包括一源極、 一汲極及一閘極，其中，該源極同時連接至該第一電感另 一端及一用以連接至輸出端之順向二極體，該汲極連接至 一用於偵測回饋電壓之接地電阻；及 一控制器，其輸出端透過一用以阻抗匹配的電阻器連 接至該金屬氧化物半導體場效電晶體開關的閘極而其輸入 端同時連接至該電壓及電流控制器的輸出端、該金屬氧化 物半導體場效電晶體開關與該接地電阻的交接點、該功率 感測電阻器的另一端及該啟動電阻器、該阻截二極體與該 積分濾波電容三者的交接點。

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