TWI418248B - 無極燈高頻發生器之延遲啟動電路及使用其之高頻發生器 - Google Patents

Description

無極燈高頻發生器之延遲啟動電路及使用其之高頻發生器

本發明有關一種無極燈高頻產生器之延遲啟動電路以及使用該電路之高頻產生器。尤其有關一種在無極燈高頻產生器啟動時，減緩對電源功率開關衝擊，增強高頻產生器可靠性之無極燈高頻產生器之延遲啟動電路以及使用其之高頻產生器。

近年來業界發展出新一代的照明裝置：無極燈(又可稱磁能燈)其運作原因主要係靠電磁感應及氣體放電的基本原理，以高頻電磁感應技術將能量耦合至燈泡內，使燈泡內產生電磁感應，令燈泡內之離子震盪發出可見光，由於無極燈不具備傳統燈泡的鎢絲及電極，故無傳統缺失外，具備有使用壽命長(可達100,000小時以上)發光效率高、省電、演色性佳、不閃爍、光線柔和、不受震動及不受電壓波動影響、熱量散發少等等優勢，為舊有螢光燈、省電燈等照明裝置所無法企及，且在節能高效率主流需求下，無極燈有可能取代主流的LED燈成為次世代之照明主流。

無極燈主要可區分為三部份，電源電路、高頻產生器及塗佈有三基色螢光粉之燈泡。其動作原理是先將市電(即交流電)轉換成直流電，再將該直流電鎮震盪升壓為預定規格的高頻電能，使高頻電能通過燈泡中心部位的感應線圈(耦合器)產生強磁場，令預先填充在燈泡內之低壓汞和惰性氣體雪崩電離(avalanche ionization)成等離子體(plasma)，等離子體中之受激發汞原子在返回基態(ground state)過程中會輻射出254nm之紫外線，燈炮內壁螢光粉受紫外線照射轉換成可見光。

高頻產生器一般由功率因素校正電路及高頻振盪電路組成，前者主要功能係向後者提供穩定電壓，降低交流電之諧波干擾。而該高頻振盪電路係由濾波電路、高頻自激振盪電路及自舉浮壓啟動電路所組成。其中，高頻自激振盪電路係提供燈炮內部之耦合電感一高頻電壓，經過耦合電感產生高磁場來激發螢光氣體放電而使燈泡發光。

然而，在功率因素校正電路的輸出電壓達到預定之設定值前，多半會存在較高的尖峰電流衝擊而出現突發電流，若無極燈在功率因素校正電路輸出電壓建立之前，即啟動進入工作模式，該功率校正電路之功率器件MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體)管上所產生之尖峰電流會更大，升壓時間更長，損及電源功率開關，降低無極燈高頻產生器之可靠性。且無極燈之保險絲即可能因瞬間電流過大而易熔斷，影響無極燈運行的穩定度及可靠性。

據此，極需要一種可克服上述缺點之無極燈用之高頻產生器。

本發明人對無極燈之高頻產生器進行廣泛研究之結果，發現藉由在該高頻產生器中設計一延遲啟動電路，可克服上述問題，因而完成本發明。

本發明之主旨在提供一種用於無極燈高頻產生器之可減緩對電源功率開關之衝擊作用、可增強高頻產生器之可靠性，使無極燈更穩定運行的無極燈高頻產生器延遲啟動電路，以及具備該延遲啟動電路的高頻產生器。

本發明之第一目的係提供一種延遲啟動電路，其係使用於包括依序以串聯方式連接之一濾波整流電路、一功率因素校正電路、一逆變電路以及一諧振電路之無極燈高頻產生器，該延遲啟動電路之特徵為包括一電連接於該功率校正電路之輸出電源端並同時具有接地功能之分壓電路及一電連接於該分壓電路輸出端及該諧振電路間之第一電容。

依據本發明之延遲啟動電路，其進而又包括一包括第一電阻以及一二極管之電容保護電路，該第一電阻與該二極管串聯連接後，再與第1電容相並聯。

依據本發明之延遲啟動電路，其中該分壓電路又包括依序串聯在該功率因素校正電路輸出正端與接地之間的第二電阻及第三電阻，而該第一電容連接於該第二電阻與該第三電阻之連接點。

依據本發明之延遲啟動電路，可減緩無極燈高頻產生器在啟動時對功率因素校正電路之電源功率開關衝擊，故而可增進無極燈之工作穩定性及可靠性。

本發明之第二目的係提供一種無極燈之高頻產生器，其包括一濾波整流電路、一功率因素校正電路、一逆變電路以及一諧振電路之無極燈高頻產生器，其特徵為在該功率因素校正電路與該逆變電路之間，設有前述本發明之延遲啟動電路且該延遲啟動電路包括一電連接於該功率校正電路之輸出電源端並具有接地功能的分壓電路及一電連接於該分壓電路之輸出端及該諧振電路間之第一電容。

依據本發明之無極燈高頻產生器，其中該濾波整流電路輸入端與外部電連接，其輸出端與該功率因素校正電路的輸入端電連接，而該功率因素校正電路之輸出端與該逆變電路之輸出端電連接，該逆變電路之輸出端與該諧振電路之輸入端電連接。

依據本發明之無極燈高頻產生器，其中該延遲啟動電路進而又包括一包括第一電阻以及一二極管之電容保護電路，該第一電阻與該二極管串聯連接後，並聯於該第一電容兩端。

依據本發明之無極燈高頻產生器，其中該延遲啟動電路中之該分壓電路又包括依序串聯在該功率因素校正電路輸出正端與接地之間的第二電阻及第三電阻，而該第一電容連接於該第二電阻與該第三電阻之連接點。

依據本發明之無極燈高頻產生器，其又包括一高頻電磁干擾濾波電路，該高頻電干擾濾波電路係連接在該功率因素校正電路與該逆變電路之間。

依據本發明之無極燈高頻產生器，其又包括一驅動電路，該驅動電路係連接在該高頻電磁干擾濾波電路與該逆變電路之間，且該驅動電路包括一晶體管、在該晶體管外圍之阻容元件(RC)、一穩壓管。

依據本發明之無極燈高頻產生器，其中該功率因素校正電路又包括功率因素控制器、其外圍阻容元件、場效應管、升壓變壓器、穩壓管及電容。該穩壓管之正極與該升壓變壓器及該場效應管之汲極分別相接，其負極與該電容相連接後接地，且該場效應管之閘極與該功率因素控制器相接且其源極接地。

本發明之第三目的係提供一種無極燈，其包括一燈泡以及一與該燈泡連接之高頻產生器，其特徵為該高頻產生器係如上述本發明之高頻產生器。

依據本發明之無極燈高頻產生器之延遲啟動電路，由於係在高頻產生器內旁通延遲啟動電路，故可避免瞬間電流過大而可增加高頻產生器之可靠性，進而增加無極燈運轉之穩定性。

本發明將參考圖式列舉具體例對本發明更加以詳細說明，但該等圖式以及具體例僅為說明本發明之目的，而非用以限制本發明之範圍。

第1圖為本發明無極燈之概略示意圖。如第1圖所示，本發明之無極燈100包括一燈泡(內含耦合器)20及與該燈泡20電性連接之高頻產生器10。

至於本發明中之高頻產生器10，更具體而言，如第2圖所示，係包含：一濾波整流電路11；一功率因素校正電路12、一逆變電路13、一諧振電路14。該濾波整流電路11之輸入端與外部電源電性連接，其輸出端與該功率因素校正電路12之輸入端電性連接；且該功率因素校正電路12之輸出端又與該逆變電路13之輸入端電性連接，該逆變電路13輸出端與該諧振電路14輸入端連接，該諧振電路14之輸出端則透過一未圖示之耦合器與該燈泡20電性連接。此外，於該逆變電路13與諧振電路14之間又旁通有一保護電路15及一驅動電路18，而使該逆變電路13、諧振電路14、該保護電路15及該驅動電路18形成一電路迴路，且在該功率因素校正電路12與該諧振電路14之間，又旁通有一延遲啟動電路16。

據此，除了藉由旁通之該保護電路15對電路進行保護以外，又可藉由設置有該延遲啟動電路16，可在該功率因素校正電路12電壓建立之前先通過該延遲啟動電路16，避免該功率因素校正電路12之電壓立即進入工作模式，而可避免出現較高尖峰電流，而可確保功率因素校正電路12電壓建立後再啟動逆變電路13，藉此增加無極燈100之工作穩定性。

本發明中該濾波整流電路11又包括一濾波電路及一整流電路；該濾波電路可使用電磁干擾(EMI)濾波電路，且與外部電源連接，其目地是用以防止電源雜訊進入電路而干擾其他用電設備，阻止電路中雜訊輸入電路而影響燈的正常操作。該整流電路可使用一般通用之整流電路，在本發明中並未加以限制，例如可使用橋式整流器等，而該橋式整流器可對交流電進行整流後獲得電路工作之脈衝直流電源。至於該整流電路及其所發揮之作用機制為熟知本技藝者所悉知，故於本文將不再贅述。

再者，本發明中之該功率因素校正電路12可為主動式功率因素校正電路(APFC，Active Power Factor Correction)，而可實現高功率因素值、低諧波，降低產品對市電之干擾，以使產品滿足相關諧波標準之要求。

至於本發明之高頻產生器之功率因素校正電路12之電路圖，如第3圖所示，主要是由功率因素控制器晶片IC1、MOSFET功率管Q1、升壓變壓器T4、超高速整流二極管D2、輸出電容C7及反饋迴路所組成。其作用方式如下：於MOSFET功率管Q1導通時，超高速整流二極管D2截止，輸出電容C7通過負載放電。當MOSFET功率管Q1由導通轉變為斷開時，變壓器T4產生的突變電動勢使超高速整流二極管D2導通，變壓器T4中之儲能經超高速整流二極管D2釋放，對輸出電容C7充電。由於MOSFET功率管Q1及超高速整流二極管D2交替導通，使得整流電路輸出電流經變壓器T4連續流動。本發明中採用雙環反饋控制方案。內環反饋之作用是將全波整流輸出至直流脈衝電壓，透過由R2及R10所組成之電壓分壓器取樣輸出至功率因素控制器IC1晶片第3腳，以保證通過變壓器T4之電流時時刻刻跟隨輸入電壓依正弦規律變化之軌跡。外環反饋是用作APFC變壓器輸出直流電壓之反饋控制。直流輸出電壓係透過由R12、R3及R9組成之電壓分壓器取樣並輸入到MC33262的第1腳，功率因素控制器IC1晶片輸出脈寬調制(PWM，Pulse Width Modulation)驅動訊號調節MOSFET功率管Q1之導通，以使產品滿足THD之要求同時穩定輸出電壓。

本發明之功率因素控制電路IC1可使用CRM控制型MC33262晶片。MC33262晶片係透過對輸入輸出條件及電感電流是否過零測試來控制MOSFET功率管的接通或斷開，以達到產品整體工作處在高PF值、低THD(總諧波失真，Total Harmonic Distortion)，以使產品產生儘量低的諧波，以滿足UEC61000-3-2之要求。由於MC33262晶片之控制作用，使得輸入電流緊跟隨輸入電壓而變化，呈平滑之幾乎無相移之正弦波，以保證產品功率因素高於0.98。

本發明之無極燈高頻產生器10，如第4圖所示，又包括一高頻EMI濾波電路17，該高頻EMI濾波電路17連接於該功率因素校正電路12之輸出正端與該逆變電路13之間，該高頻EMI濾波電路17包括電容C11、C12、電感L1、L2以及電感線圈T6。但此高頻EMI濾波電路17之此結構僅為例舉，而非限制本發明。在本發明中，各種通用濾波電路均可使用。

此外，本發明之無極燈高頻產生器10中所包括之延遲啟動電路，如第4圖及第5圖所示，包括分壓電路161及第一電容C17，該分壓電路161連接在該高頻EMI濾波器17之輸出端與接地之間並具有接地功能，該第一電容C17連接在該分壓電路161之輸出端與該諧振電路14間。透過該延遲啟動電路16可減緩無極燈高頻產生器10啟動時，對電源APFC電路功率開關元件之電流衝擊，從而保護功率因素校正電路12，提高無極燈100之工作穩定性及可靠性。

較好，該延遲啟動電路16進而包括電容保護電路162，該電容保護電路162又包括一第一電阻R17及二極管D5，該第一電阻R17與該二極管D5串接後，與該第一電容C17相並聯。該電容保護電路162可在諧整電路接入點出現異常尖峰電流衝擊時，分流電容之尖峰電流，以防止電容被擊穿，增加電路的可靠性。

具體而言，該分壓電路161包括依次串聯在該高頻EMI濾波電路17之輸出正端與接地之間的第二電阻R15及第三電阻R16，該第一電容C17連接於該第二電阻R15及該第三電阻R16之連接點。

接著說明本發明無極燈高頻產生器10中所包括之逆變電路13。該逆變電路13可為半橋變換電路。具體而言，該半橋變換電路包括耦接的線圈T5A、T5B、T5C、MOSFET功率管Q2、Q7、穩壓管D11、D12、D14、D15及其外圍阻容元件，該線圈T5A及T5C係透過電感器L7相連接，線圈T5A與反向相接的穩壓管D11、D12及串聯電阻R20、R21並聯後設於該MOSFET功率管Q2之源極與閘極之間；線圈T5C與反向相接的穩壓管D14、D15及串聯電阻R22、R23並聯後設於該MOSFET功率管Q7之源極與閘極之間。該MOSFET功率管Q2之源極與該MOSFET功率管Q7之汲極連接，閘極與驅動電路18相偕，汲極與功率因素校正電路12之輸出端相接，該MOSFET功率管Q7之閘極與異常控制電路U52之輸入端相接，而其源極接地。

具體言之，該諧振電路14包括依次串聯之電感L7及電容C20，該電感L7一端與該延遲啟動電路16之輸出端相連，另一端與該電容C20相連，該電容C20之另一端與該燈管17相連。

較好該諧振電路14進而包括電阻R26，該電阻R26係與該電容C20相並聯。於斷電時，該電阻R26可協助該電容C20放電，從而對該電容C20發揮保護作用。

本發明之無極燈高頻產生器10中所包括之保護電路15又包括開路保護電路以及斷路保護電路，分別於該燈泡20開路及斷路時對電路進行保護。其可通過半橋變換電路使MOSFET功率管停止而停止交替導通，以使得諧振電路14停止振盪，從而使無極燈100停止工作。

較好，本發明之無極燈高頻產生器10中所包括之驅動電路18進而包括晶體管Q4、Q6及其外圍之阻容元件C25、C26、R18、R19及穩壓管D4，該驅動電路18之輸入端透過電阻R15與功率因素校正電路12之輸出正端連接，輸出端透過二極管D9與MOSFET功率管Q2之閘極連接。由功率因素校正電路12輸出的相對穩定直流訊號使得穩壓管D4導通後，由Q6與Q4及其周邊之阻容元件組成之電路從左到右快速導通，從而加速啟動MOSFET功率管Q2，減少開關損耗。

當該無極燈100工作時，電源經由該濾波整流電路11形成脈衝直流電傳遞至該功率因素校正電路12，隨後該直流電首先經過該延遲啟動電路16，藉由其延遲作用，使該驅動電路14中之C17兩端電壓逐漸升高，當電壓達到穩壓管D4之擊穿電壓時，該電路即進入啟動模式，使得由晶體管Q6、Q4、穩壓管D4及周邊之阻容元件組成之驅動電路從左到右快速導通，從而快速啟動MOSFET功率管Q2，使MOSFET功率管Q2、Q7交替導通而形成高頻交流訊號，經電感器L7及電容C20諧振輸出至耦合電極，耦合電極產生磁場，激發螢光氣體放電使該燈泡20發光。此時驅動電路18停止工作。加上該延遲電路啟動16後，該無極燈100在該功率因素校正電路12電壓建立之前避免了立即啟動進入工作模式，故而在該功率因素校正電路12輸出電壓建立到設定值之前，可避免出現較高之尖峰電流，亦即該功率因素校正電路12之功率裝置MOSFET功率管上的尖峰電流不會過大，延續時間不會過長，MOSFET功率管不需要有更大的裕量以防止過流燒毀，保險絲因過大瞬間電流而斷熔的可能性減少，從而確保功率因素校正電路12電壓建立後再啟動逆變電壓13，使產品工作穩定性加大。

應了解本發明中無極燈之驅動電路18及保護電路15為非必要電路，而是可視情況加以選用之電路，故本發明範圍不限定於須包含該兩電路。

本發明已就本發明之較佳實施狀態進行說明，但本發明不限於上述之具體實施例，凡在不脫離本發明範圍內所進行之修飾及修改，均應屬本發明之範圍。

10．．．高頻產生器

11．．．濾波整流電路

12．．．功率因素校正電路

13．．．逆變電路

14．．．諧振電路

15．．．保護電路

16．．．延遲啟動電路

161．．．分壓電路

162．．．電容保護電路

17．．．電感器

18．．．驅動電路

20．．．燈泡

100．．．無極燈

第1圖為本發明無極燈之概略示意圖。

第2圖為本發明之高頻產生器之動作示意圖。

第3圖為本發明之高頻產生器之功率因素校正電路之電路圖。

第4圖為本發明之高頻產生器部分工作電路圖。

第5圖為本發明之延遲啟動電路之放大原理圖。

10．．．高頻產生器

11．．．濾波整流電路

12．．．功率因素校正電路

13．．．逆變電路

14．．．諧振電路

15．．．保護電路

16．．．延遲啟動電路

Claims (9)

1. 一種延遲啟動電路，其係使用於包括：依序以串聯方式連接之一濾波整流電路、一功率因素校正電路、一逆變電路以及一諧振電路之無極燈高頻產生器，該延遲啟動電路之特徵為包括一電連接於該功率校正電路之輸出電源正極端，該並具有接地功能之分壓電路及一電連接於該分壓電路之輸出端及該諧振電路間之第一電容。
2. 如申請專利範圍第1項之延遲啟動電路，其進而又包括一包括第一電阻以及一二極管之電容保護電路，該第一電阻與該二極管串聯連接後，再與該第一電容相並聯。
3. 如申請專利範圍第1項之延遲啟動電路，其中該分壓電路又包括依序串聯在該功率因素校正電路輸出正端與接地之間的第二電阻及第三電阻，而該第一電容連接於該第二電阻與該第三電阻之連接點。
4. 一種無極燈之高頻產生器，其包括：一濾波整流電路、一功率因素校正電路、一逆變電路以及一諧振電路之無極燈高頻產生器，其特徵在於：該功率因素校正電路與該逆變電路之間，係設有申請專利範圍第1至3項中任一項之延遲啟動電路，且該延遲啟動電路包括一電連接於該功率校正電路之輸出電源正端並具有接地功能之分壓電路及一電連接於該分壓電路之輸出端及該諧振電路間之第一電容。
5. 如申請專利範圍第4項之高頻產生器，其中該濾波整流電路輸入端與外部電連接，其輸出端與該功率因素校正電路的輸入端電連接，而該功率因素校正電路之輸出端與該逆變電路之輸出端電連接，該逆變電路之輸出端與該諧振電路之輸入端電連接。
6. 如申請專利範圍第4項之高頻產生器，其又包括一高頻電磁干擾濾波電路，該高頻電干擾濾波電路係連接在該功率因素校正電路與該逆變電路之間。
7. 如申請專利範圍第4項之高頻產生器，其又包括一驅動電路，該驅動電路係連接在該高頻電磁干擾濾波電路與該逆變電路之間，且該驅動電路包括一晶體管、在該晶體管外圍之阻容元件(RC)、一穩壓管。
8. 如申請專利範圍第4項之高頻產生器，其中該功率因素校正電路又包括功率因素控制器、其外圍阻容元件、場效應管、升壓變壓器、穩壓管及電容。該穩壓管之陽極與該升壓變壓器及該場效應管之汲極分別相接，陰極與該電容相連接後接地，且該場效應管之閘極與該功率因素控制器相接且其源極接地。
9. 一種無極燈，其包括一燈泡以及一與該燈泡連接之高頻產生器，其特徵為該高頻產生器係如申請專利範圍第4至8項中任一項之高頻產生器。