TWI432933B - 電子安定器 - Google Patents
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Description
本揭示內容是有關於一種電子安定器,且特別是有關於一種可產生非對稱驅動訊號的電子安定器。
目前,氣體放電式的螢光燈管(fluorescent lamp)已成為普遍使用的照明設備。螢光燈管的發光效率優於傳統白熾燈泡,因為螢光燈管所消耗的能量中較高比例被轉化為可見光,產生的廢熱較少。因此,同一亮度下的螢光燈管的操作溫度比白熾傳統燈泡要低,且發光效率較佳,經常可見於各種照明應用當中。
習知的螢光燈管需要搭配電子安定器使用。請參閱第1圖,其繪示習知的電子安定器100的示意圖。習知的電子安定器100中可包含直流電源180、整流電路190、逆變器160、變壓模組120以及諧振電路140。
然而,螢光燈管在低溫下(如螢光燈管剛啟動時)或低功率下(如螢光燈管被調光設定於低亮度下操作時)容易產生紋波(striation)現象,請一併參閱第2圖,第2圖繪示習知的螢光燈管200發生紋波現象的示意圖。發生紋波現象的螢光燈管200將有亮暗閃爍的情況,將影響使用者的視覺感受,此外,低功率下的紋波現象亦限制了螢光燈管200的調光範圍。
習之解決紋波現象的方法包含,在電子安定器100中逆變器160的驅動訊號加入一直流分量,或是,提供非對稱波形作為驅動訊號,藉此可解決螢光燈管200上的紋波現象。
加入直流分量的驅動訊號,請參閱第3圖,其繪示加入直流分量104的驅動訊號波形102的示意圖。然而,第3圖所繪示的驅動訊號波形中,直流分量會持續銷耗螢光燈管的單邊燈絲發光物質,導致燈管壽命縮短。
另一種習知解決方式中,提供非對稱波形作為驅動訊號,請參閱第4圖,其繪示習知的一種非對稱驅動波形106的示意圖。非對稱波形可以透過非對稱驅動電路達到,但是非對稱驅動電路會導致螢光燈管的電子安定器其中ㄧ個功率開關元件(如雙載子接面電晶體)進入過度飽和,過度飽和的功率開關元件將導致切換損耗上升並使得操作溫度提高。
習知的螢光燈管需要搭配電子安定器使用。請參閱第1圖,其繪示習知的電子安定器100的示意圖。習知的電子安定器100中可包含直流電源180、整流電路190、逆變器160、變壓模組120以及諧振電路140。
然而,螢光燈管在低溫下(如螢光燈管剛啟動時)或低功率下(如螢光燈管被調光設定於低亮度下操作時)容易產生紋波(striation)現象,請一併參閱第2圖,第2圖繪示習知的螢光燈管200發生紋波現象的示意圖。發生紋波現象的螢光燈管200將有亮暗閃爍的情況,將影響使用者的視覺感受,此外,低功率下的紋波現象亦限制了螢光燈管200的調光範圍。
習之解決紋波現象的方法包含,在電子安定器100中逆變器160的驅動訊號加入一直流分量,或是,提供非對稱波形作為驅動訊號,藉此可解決螢光燈管200上的紋波現象。
加入直流分量的驅動訊號,請參閱第3圖,其繪示加入直流分量104的驅動訊號波形102的示意圖。然而,第3圖所繪示的驅動訊號波形中,直流分量會持續銷耗螢光燈管的單邊燈絲發光物質,導致燈管壽命縮短。
另一種習知解決方式中,提供非對稱波形作為驅動訊號,請參閱第4圖,其繪示習知的一種非對稱驅動波形106的示意圖。非對稱波形可以透過非對稱驅動電路達到,但是非對稱驅動電路會導致螢光燈管的電子安定器其中ㄧ個功率開關元件(如雙載子接面電晶體)進入過度飽和,過度飽和的功率開關元件將導致切換損耗上升並使得操作溫度提高。
為解決上述問題,本揭示文件所提出的一種電子安定器,用以對應發光負載(例如氣體放電式的螢光燈管),其中,電子安定器產生非對稱驅動波形至高頻推挽式逆變器中的兩個開關元件,於本案的非對稱驅動波形中包含用以放電關斷上述兩個開關元件之兩個放電波形部份,其中上述兩放電波形部份的電流幅度與時間寬度相異,進而實現非對稱驅動波形。本案的驅動波形中對應兩個開關元件的充電波形部份大致相同,僅主要採用放電波形部份的不同來實現兩開關元件的放電關斷時間差異化,藉此以解決螢光燈管的紋波現象。
本揭示內容之一態樣是在提供一種電子安定器,其用於對應一發光負載,該電子安定器包含變壓模組、諧振電路、高頻推挽式逆變器以及驅動控制模組。諧振電路耦接至該變壓模組。高頻推挽式逆變器包含一第一開關元件以及一第二開關元件。驅動控制模組與變壓模組以及高頻推挽式逆變器耦接,該驅動控制模組用以產生一非對稱驅動波形至該第一開關元件與該第二開關元件,其中該非對稱驅動波形包含用以放電關斷該第一開關元件之一第一放電波形部份與用以放電關斷該第二開關元件之一第二放電波形部份,其中該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之一電流幅度與一時間寬度相異。
根據本揭示內容之一實施例,其中該第一開關元件與該第二開關元件分別為一電流控制型開關元件。
根據本揭示內容之一實施例,第一開關元件與第二開關元件可分別為一雙載子接面電晶體。
根據本揭示內容之一實施例,其中該驅動控制模組包含一驅動繞線、一第一電阻以及一第一二極體,該驅動繞線繞設於該變壓模組之一磁性元件上,該驅動繞線之兩端分別耦接至該第一開關元件與該第二開關元件之基極,該第一電阻與該第一二極體兩者並聯且耦接於該驅動繞線與該第二開關元件之基極之間。
於上述實施例中,其中該第一二極體之陽極耦接至該第二開關元件之基極,該第一二極體之陰極耦接至該驅動繞線,藉由該第一二極體限制電流流向,該第一開關元件之一關斷放電路徑通過該第一電阻,而該第二開關元件之一關斷放電路徑通過該第一二極體,使該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之該電流幅度與該時間寬度相異,藉此形成該非對稱驅動波形。
於上述實施例中,其中該驅動控制模組更包含一第二二極體、一第二電阻以及一第三電阻,該第二二極體之陽極耦接至該第一開關元件之一端以及該第二開關元件之一端,該第二電阻耦接於該第二二極體之陰極與該第一開關元件之基極之間,該第三電阻耦接於該第二二極體之陰極與該第二開關元件之基極之間。
於上述實施例中,其中該第一開關元件之一導通充電路徑通過該第二二極體、該第三電阻以及該第一二極體,而該第二開關元件之一導通充電路徑通過該第一電阻、該第二二極體以及該第二電阻。
於上述實施例中,其中該第二電阻與該第三電阻具有相近之電阻值,且明顯大於該第一電阻之電阻值。
根據本揭示內容之一實施例,其中該驅動控制模組包含一第一驅動繞線以及一第二驅動繞線,該第一驅動繞線以及該第二驅動繞線繞設於該變壓模組之一磁性元件上,該第一驅動繞線用以產生該非對稱驅動波形中對應該第一開關元件之該第一放電波形部份,該第二驅動繞線用以產生該非對稱驅動波形中對應該第二開關元件之該第二放電波形部份。
於上述實施例中,其中對應該第一開關元件該驅動控制模組更包含一第一電阻、一第一二極體以及一第二電阻,該第二電阻與該第一二極體兩者並聯並且與該第一電阻串聯,且耦接於該第一驅動繞線與該第一開關元件之基極之間,對應該第二開關元件該驅動控制模組更包含一第三電阻以及一第二二極體,該第三電阻與該第二二極體兩者並聯,且耦接於該第二驅動繞線與該第二開關元件之基極之間。
於上述實施例中,該第一開關元件之一關斷放電路徑通過該第一二極體以及該第一電阻,而該第二開關元件之一關斷放電路徑通過該第二二極體,使該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之該電流幅度與該時間寬度相異,藉此形成該非對稱驅動波形。
於上述實施例中,其中該第一開關元件之一導通充電路徑通過該第一電阻以及該第二電阻,而該第二開關元件之一導通充電路徑通過該第三電阻。
於上述實施例中,其中該第二電阻與該第三電阻具有相近之電阻值,且明顯大於該第一電阻之電阻值。
根據本揭示內容之一實施例,電子安定器更包含一直流電源以及一整流電路,該整流電路耦接於該直流電源與該高頻推挽式逆變器之間。
根據本揭示內容之一實施例,電子安定器更包含一調節電容,該調節電容耦接於該變壓模組之二次側與該發光負載之間。
本揭示內容之一態樣是在提供一種電子安定器,其用於對應一發光負載,該電子安定器包含變壓模組、諧振電路、高頻推挽式逆變器以及驅動控制模組。諧振電路耦接至該變壓模組。高頻推挽式逆變器包含一第一開關元件以及一第二開關元件。驅動控制模組與變壓模組以及高頻推挽式逆變器耦接,該驅動控制模組用以產生一非對稱驅動波形至該第一開關元件與該第二開關元件,其中該非對稱驅動波形包含用以放電關斷該第一開關元件之一第一放電波形部份與用以放電關斷該第二開關元件之一第二放電波形部份,其中該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之一電流幅度與一時間寬度相異。
根據本揭示內容之一實施例,其中該第一開關元件與該第二開關元件分別為一電流控制型開關元件。
根據本揭示內容之一實施例,第一開關元件與第二開關元件可分別為一雙載子接面電晶體。
根據本揭示內容之一實施例,其中該驅動控制模組包含一驅動繞線、一第一電阻以及一第一二極體,該驅動繞線繞設於該變壓模組之一磁性元件上,該驅動繞線之兩端分別耦接至該第一開關元件與該第二開關元件之基極,該第一電阻與該第一二極體兩者並聯且耦接於該驅動繞線與該第二開關元件之基極之間。
於上述實施例中,其中該第一二極體之陽極耦接至該第二開關元件之基極,該第一二極體之陰極耦接至該驅動繞線,藉由該第一二極體限制電流流向,該第一開關元件之一關斷放電路徑通過該第一電阻,而該第二開關元件之一關斷放電路徑通過該第一二極體,使該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之該電流幅度與該時間寬度相異,藉此形成該非對稱驅動波形。
於上述實施例中,其中該驅動控制模組更包含一第二二極體、一第二電阻以及一第三電阻,該第二二極體之陽極耦接至該第一開關元件之一端以及該第二開關元件之一端,該第二電阻耦接於該第二二極體之陰極與該第一開關元件之基極之間,該第三電阻耦接於該第二二極體之陰極與該第二開關元件之基極之間。
於上述實施例中,其中該第一開關元件之一導通充電路徑通過該第二二極體、該第三電阻以及該第一二極體,而該第二開關元件之一導通充電路徑通過該第一電阻、該第二二極體以及該第二電阻。
於上述實施例中,其中該第二電阻與該第三電阻具有相近之電阻值,且明顯大於該第一電阻之電阻值。
根據本揭示內容之一實施例,其中該驅動控制模組包含一第一驅動繞線以及一第二驅動繞線,該第一驅動繞線以及該第二驅動繞線繞設於該變壓模組之一磁性元件上,該第一驅動繞線用以產生該非對稱驅動波形中對應該第一開關元件之該第一放電波形部份,該第二驅動繞線用以產生該非對稱驅動波形中對應該第二開關元件之該第二放電波形部份。
於上述實施例中,其中對應該第一開關元件該驅動控制模組更包含一第一電阻、一第一二極體以及一第二電阻,該第二電阻與該第一二極體兩者並聯並且與該第一電阻串聯,且耦接於該第一驅動繞線與該第一開關元件之基極之間,對應該第二開關元件該驅動控制模組更包含一第三電阻以及一第二二極體,該第三電阻與該第二二極體兩者並聯,且耦接於該第二驅動繞線與該第二開關元件之基極之間。
於上述實施例中,該第一開關元件之一關斷放電路徑通過該第一二極體以及該第一電阻,而該第二開關元件之一關斷放電路徑通過該第二二極體,使該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之該電流幅度與該時間寬度相異,藉此形成該非對稱驅動波形。
於上述實施例中,其中該第一開關元件之一導通充電路徑通過該第一電阻以及該第二電阻,而該第二開關元件之一導通充電路徑通過該第三電阻。
於上述實施例中,其中該第二電阻與該第三電阻具有相近之電阻值,且明顯大於該第一電阻之電阻值。
根據本揭示內容之一實施例,電子安定器更包含一直流電源以及一整流電路,該整流電路耦接於該直流電源與該高頻推挽式逆變器之間。
根據本揭示內容之一實施例,電子安定器更包含一調節電容,該調節電容耦接於該變壓模組之二次側與該發光負載之間。
請參閱第5圖,其繪示根據本揭示文件之一實施例中一種電子安定器300的功能方塊圖。如第5圖所示,本實施例中的電子安定器300包含變壓模組320、諧振電路340、高頻推挽式逆變器(Push-Pull inverter)360以及驅動控制模組380。於實際應用中,電子安定器300可更包含直流電源390以及整流電路392。
如第5圖所示,整流電路392耦接於直流電源390與高頻推挽式逆變器392之間。整流電路392用以對直流電源390提供的直流電源輸入進行整流,並提供至高頻推挽式逆變器360。高頻推挽式逆變器360耦接至變壓模組320的一次側(primary side),高頻推挽式逆變器360用以將整流後的直流電源輸入調變為切換交流訊號,並提供至變壓模組320。
諧振電路340與變壓模組320耦接。於此實施例中,諧振電路340為並聯於變壓模組320之一次側。諧振電路340可用以將切換交流訊號轉換為弦波交流訊號,隨後,弦波交流訊號通過該變壓模組320並用以驅動發光負載400。於此實施例中,發光負載400可為螢光燈管,例如氣體放電式的螢光燈管,但本發明並不以此為限。
於此實施例中,高頻推挽式逆變器360包含第一開關元件S1以及第二開關元件S2。驅動控制模組380與變壓模組320以及高頻推挽式逆變器360耦接,驅動控制模組380用以產生非對稱驅動波形382至高頻推挽式逆變器360的第一開關元件S1與第二開關元件S2。
請一併參閱第6圖,其繪示根據本揭示文件之一實施例中非對稱驅動波形382的波形示意圖。如第6圖所示,本實施例中驅動控制模組380所產生的非對稱驅動波形382為隨時間變化的驅動電流波形,可用以控制電流控制型的第一開關元件S1與第二開關元件S2。
於此實施例中,第一開關元件S1與第二開關元件S2分別為一電流控制型開關元件,舉例來說實際應用中,第一開關元件S1與第二開關元件S2可分別為一雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor, BJT)。雙載子接面電晶體本身係以電流作為切換訊號,當雙載子接面電晶體由導通切換至關斷時,須將雙載子接面電晶體的基極與輸出端之間累積的電荷進行放電(discharge),也就是說,可視為需導入一個反向電流至第一開關元件S1與第二開關元件S2的基極,以將其關斷。
如第6圖所示,於此實施例中,非對稱驅動波形382包含用來控制第一開關元件S1的相位P1與用來控制第二開關元件S2的相位P2。
在非對稱驅動波形382的相位P1部分包含了用來充電導通第一開關元件S1之第一充電波形部份383以及用以放電關斷第一開關元件S1之第一放電波形部份384。
在非對稱驅動波形382的另一相位P2部分包含了用來充電導通第二開關元件S2之第二充電波形部份385以及用以放電關斷第二開關元件S2之第二放電波形部份386。
須特別說明的是,驅動控制模組380所產生的非對稱驅動波形382中,係透過第一放電波形部份384與第二放電波形部份386之間的電流幅度與時間寬度相異,藉此形成本案所謂的非對稱驅動波形382。本案的驅動波形中對應兩個開關元件的充電波形部份大致上相似,但不限定於充電波形部份相同,主要採用第一放電波形部份384與第二放電波形部份386之間不同來實現兩開關元件的放電關斷時間差異化,藉此以解決發光負載400(螢光燈管)的紋波現象。
高頻推挽式逆變器360中第一開關元件S1與第二開關元件S2大致上為交替開啟以形成切換交流訊號,驅動波形中充電波形部份383, 385所佔時間比率較大,習知技術中主要使驅動波形中充電波形部份不對稱,但是習知作法將使第一開關元件S1與第二開關元件S2其中ㄧ個開關元件進入過度飽和,過度飽和的開關元件將導致切換損耗上升並使得操作溫度提高。
如第6圖所示,本案所利用的放電波形部份384, 386所佔時間比率較小,透過調整第一放電波形部份384與第二放電波形部份386來實現兩開關元件的放電關斷時間差異化,對驅動訊號的整體改變較少,且不易受到操作溫度影響。於下列段落中本發明揭露至少兩種電路實施例可用來形成上述的非對稱驅動波形382。
請一併參閱第7圖中,其繪示第5圖中電子安定器300的驅動控制模組380於一實施例中採用單繞線設計之驅動控制模組380a的示意圖。如第7圖所示,驅動控制模組380a為單繞線雙向驅動設計,其包含驅動繞線W0、第一電阻R1以及第一二極體D1,驅動繞線W0繞設於變壓模組320之磁性元件322上,驅動繞線W0之兩端分別耦接至第一開關元件S1與第二開關元件S2之基極,第一電阻R1與第一二極體D1兩者並聯且耦接於驅動繞線W0與第二開關元件S2之基極之間。
如第7圖所示,實際應用中,驅動控制模組380a可更包含第二二極體D2、第二電阻R2以及第三電阻R3,第二二極體D2之陽極耦接至該第一開關元件S1之一端以及第二開關元件S2之一端,第二電阻R2耦接於第二二極體D2之陰極與第一開關元件S1之基極之間,第三電阻R3耦接於第二二極體D2之陰極與第二開關元件S2之基極之間。
於此實施例中,第二電阻R2與第三電阻R3可具有相近之電阻值,且明顯大於第一電阻R1之電阻值。舉例來說,假設第二電阻R2與第三電阻R3之電阻值分別為22歐姆(ohm, Ω),而第一電阻R1之電阻值為1歐姆(ohm, Ω)。
於此實施例中,諧振電路340為並連於變壓模組320之一次側的電容元件(如第7圖所示)。此外,此實施例中的電子安定器可更進一步包含調節電容單元394,調節電容單元394耦接於該變壓模組320之二次側與發光負載400之間,調節電容單元394主要是調節輸出電流的電容(Ballast Capacitor),在穩態下調節電容單元394也會參與諧振電路340工作。
請一併參閱第8A圖至第8D圖,其分別繪示第7圖之驅動控制模組380a中第一開關元件S1與第二開關元件S2的充放電路徑示意圖。第8A圖繪示第一開關元件S1之導通充電路徑Ch1,第8B圖繪示第一開關元件S2之關斷放電路徑Ds1,第8C圖繪示第二開關元件S2之導通充電路徑Ch2,第8D圖繪示第二開關元件S2之關斷放電路徑Ds2。
如第8B圖與第8D圖所示,其中該第一二極體D1之陽極耦接至該第二開關元件S2之基極,第一二極體D2之陰極耦接至驅動繞線W0,藉由第一二極體D1限制電流流向,第一開關元件S1之關斷放電路徑Ds1通過第一電阻R1。而第二開關元件S2之關斷放電路徑D2通過第一二極體D1。
理想情況下,第一二極體D1可視為零電阻。因此,第一開關元件S1之關斷放電路徑Ds1上通過的電阻值約為1歐姆,第二開關元件S2之關斷放電路徑Ds2上通過的電阻值約為0歐姆。第一開關元件S1之關斷放電路徑Ds1與第二開關元件S2之關斷放電路徑Ds2的電阻值差異比例接近無限大(實際應用中仍須考量通過驅動繞線W0、第一開關元件S1以及第二開關元件S2的微小電阻值)。
透過第一開關元件S1之關斷放電路徑Ds1與第二開關元件S2之關斷放電路徑Ds2的電阻值差異,使第一放電波形部份384與該第二放電波形部份386之電流幅度與時間寬度相異,請一併參閱第6圖,關斷放電路徑Ds1的電阻值較大,使第一放電波形部份384電流幅度較小與時間寬度較長,關斷放電路徑Ds2的電阻值較小,使第二放電波形部份386電流幅度較大與時間寬度較短,藉此形成非對稱驅動波形382。
另一方面,如第8A圖與第8C圖所示,第一開關元件S1之導通充電路徑Ch1通過第二二極體D2、第三電阻R3以及第一二極體D1,而第二開關元件S2之導通充電路徑Ch2通過第一電阻R1、第二二極體D2以及第二電阻R2。
理想情況下,第一二極體D1與第二二極體D2可視為零電阻。因此,第一開關元件S1之導通充電路徑Ch1上通過的電阻值為22歐姆,第二開關元件S2之導通充電路徑Ch2上通過的電阻值為23歐姆。因此,第一開關元件S1之導通充電路徑Ch1與第二開關元件S2之導通充電路徑Ch2所經的電阻值差異比例較小,大致上可視為相似,因此本實施例中的第一開關元件S1與第二開關元件S2的兩者充電導通時間為大致上相似,但不限於相同。
透過第7圖中的本案的驅動波形中對應兩個開關元件的充電波形部份大致相同,僅主要採用放電波形部份的不同來實現兩開關元件的放電關斷時間差異化,藉此以解決螢光燈管的紋波現象。
但本發明之電子安定器300的驅動控制模組380電路架構並不限於上述第7圖中的驅動控制模組380a。
此外,請一併參閱第9圖,其繪示第5圖中電子安定器300的驅動控制模組380於另一實施例中採用雙繞線設計之驅動控制模組380b的示意圖。如第9圖所示,驅動控制模組380b為雙繞線單向驅動設計。
如第9圖所示,驅動控制模組380b包含第一驅動繞線W1以及第二驅動繞線W2,第一驅動繞線W1以及第二驅動繞線W2繞設於變壓模組320之磁性元件322上。
第一驅動繞線W1用以驅動第一開關元件S1,並產生非對稱驅動波形382中對應第一開關元件S1之第一放電波形部份384(如第6圖所示)。第二驅動繞線W2用以驅動第二開關元件S2,並產生該非對稱驅動波形382中對應第二開關元件S2之第二放電波形部份386(如第6圖所示)。
如第9圖所示,對應第一開關元件S1的部份,驅動控制模組380b更包含第一電阻R1、第一二極體D1以及第二電阻R2,第二電阻R2與第一二極體D1兩者並聯並且與第一電阻R1串聯,且耦接於第一驅動繞線W1與第一開關元件S1之基極之間。另一方面,對應第二開關元件S2的部份,驅動控制模組380b更包含第三電阻R3以及第二二極體D2,第三電阻R3與第二二極體D2兩者並聯,且耦接於第二驅動繞線W2與第二開關元件S2之基極之間。
於此實施例中,第二電阻R2與第三電阻R3可具有相近之電阻值,且明顯大於第一電阻R1之電阻值。舉例來說,假設第二電阻R2與第三電阻R3之電阻值分別為22歐姆(ohm, Ω),而第一電阻R1之電阻值為1歐姆(ohm, Ω)。
理想情況下,第一二極體D1與第二二極體D2可視為零電阻。如第9圖所示,第一開關元件S1之關斷放電路徑通過第一二極體D1以及第一電阻R1,通過之電阻值為1歐姆。而第二開關元件S2之關斷放電路徑通過第二二極體D2,通過之電阻值可約為0歐姆。藉此,使第一放電波形部份384與第二放電波形部份386之電流幅度與時間寬度相異,藉此形成非對稱驅動波形382(如第6圖所示),電阻值差異形成非對稱驅動波形的相關內容已在先前實施例中詳述,可參照先前實施例的敘述內容,再此不另贅述。
另一方面,驅動控制模組380b中第一開關元件S1之導通充電路徑通過第一電阻R1以及第二電阻R2,通過之電阻值可約為23歐姆。而第二開關元件S2之導通充電路徑通過第三電阻R3,通過之電阻值可約為22歐姆。因此,第一開關元件S1之導通充電路徑與第二開關元件S2之導通充電路徑所經的電阻值差異比例較小,大致上可視為相似,但不限於相同。
綜上所述,本揭示文件提出的一種電子安定器可用以對應發光負載,並產生非對稱驅動波形至高頻推挽式逆變器中的兩個開關元件,於本案的非對稱驅動波形中包含用以放電關斷上述兩個開關元件之兩個放電波形部份,其中上述兩放電波形部份的電流幅度與時間寬度相異,進而實現非對稱驅動波形,藉此可解決螢光燈管的紋波現象。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本揭示內容,任何熟習此技藝者,在不脫離本揭示內容之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
如第5圖所示,整流電路392耦接於直流電源390與高頻推挽式逆變器392之間。整流電路392用以對直流電源390提供的直流電源輸入進行整流,並提供至高頻推挽式逆變器360。高頻推挽式逆變器360耦接至變壓模組320的一次側(primary side),高頻推挽式逆變器360用以將整流後的直流電源輸入調變為切換交流訊號,並提供至變壓模組320。
諧振電路340與變壓模組320耦接。於此實施例中,諧振電路340為並聯於變壓模組320之一次側。諧振電路340可用以將切換交流訊號轉換為弦波交流訊號,隨後,弦波交流訊號通過該變壓模組320並用以驅動發光負載400。於此實施例中,發光負載400可為螢光燈管,例如氣體放電式的螢光燈管,但本發明並不以此為限。
於此實施例中,高頻推挽式逆變器360包含第一開關元件S1以及第二開關元件S2。驅動控制模組380與變壓模組320以及高頻推挽式逆變器360耦接,驅動控制模組380用以產生非對稱驅動波形382至高頻推挽式逆變器360的第一開關元件S1與第二開關元件S2。
請一併參閱第6圖,其繪示根據本揭示文件之一實施例中非對稱驅動波形382的波形示意圖。如第6圖所示,本實施例中驅動控制模組380所產生的非對稱驅動波形382為隨時間變化的驅動電流波形,可用以控制電流控制型的第一開關元件S1與第二開關元件S2。
於此實施例中,第一開關元件S1與第二開關元件S2分別為一電流控制型開關元件,舉例來說實際應用中,第一開關元件S1與第二開關元件S2可分別為一雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor, BJT)。雙載子接面電晶體本身係以電流作為切換訊號,當雙載子接面電晶體由導通切換至關斷時,須將雙載子接面電晶體的基極與輸出端之間累積的電荷進行放電(discharge),也就是說,可視為需導入一個反向電流至第一開關元件S1與第二開關元件S2的基極,以將其關斷。
如第6圖所示,於此實施例中,非對稱驅動波形382包含用來控制第一開關元件S1的相位P1與用來控制第二開關元件S2的相位P2。
在非對稱驅動波形382的相位P1部分包含了用來充電導通第一開關元件S1之第一充電波形部份383以及用以放電關斷第一開關元件S1之第一放電波形部份384。
在非對稱驅動波形382的另一相位P2部分包含了用來充電導通第二開關元件S2之第二充電波形部份385以及用以放電關斷第二開關元件S2之第二放電波形部份386。
須特別說明的是,驅動控制模組380所產生的非對稱驅動波形382中,係透過第一放電波形部份384與第二放電波形部份386之間的電流幅度與時間寬度相異,藉此形成本案所謂的非對稱驅動波形382。本案的驅動波形中對應兩個開關元件的充電波形部份大致上相似,但不限定於充電波形部份相同,主要採用第一放電波形部份384與第二放電波形部份386之間不同來實現兩開關元件的放電關斷時間差異化,藉此以解決發光負載400(螢光燈管)的紋波現象。
高頻推挽式逆變器360中第一開關元件S1與第二開關元件S2大致上為交替開啟以形成切換交流訊號,驅動波形中充電波形部份383, 385所佔時間比率較大,習知技術中主要使驅動波形中充電波形部份不對稱,但是習知作法將使第一開關元件S1與第二開關元件S2其中ㄧ個開關元件進入過度飽和,過度飽和的開關元件將導致切換損耗上升並使得操作溫度提高。
如第6圖所示,本案所利用的放電波形部份384, 386所佔時間比率較小,透過調整第一放電波形部份384與第二放電波形部份386來實現兩開關元件的放電關斷時間差異化,對驅動訊號的整體改變較少,且不易受到操作溫度影響。於下列段落中本發明揭露至少兩種電路實施例可用來形成上述的非對稱驅動波形382。
請一併參閱第7圖中,其繪示第5圖中電子安定器300的驅動控制模組380於一實施例中採用單繞線設計之驅動控制模組380a的示意圖。如第7圖所示,驅動控制模組380a為單繞線雙向驅動設計,其包含驅動繞線W0、第一電阻R1以及第一二極體D1,驅動繞線W0繞設於變壓模組320之磁性元件322上,驅動繞線W0之兩端分別耦接至第一開關元件S1與第二開關元件S2之基極,第一電阻R1與第一二極體D1兩者並聯且耦接於驅動繞線W0與第二開關元件S2之基極之間。
如第7圖所示,實際應用中,驅動控制模組380a可更包含第二二極體D2、第二電阻R2以及第三電阻R3,第二二極體D2之陽極耦接至該第一開關元件S1之一端以及第二開關元件S2之一端,第二電阻R2耦接於第二二極體D2之陰極與第一開關元件S1之基極之間,第三電阻R3耦接於第二二極體D2之陰極與第二開關元件S2之基極之間。
於此實施例中,第二電阻R2與第三電阻R3可具有相近之電阻值,且明顯大於第一電阻R1之電阻值。舉例來說,假設第二電阻R2與第三電阻R3之電阻值分別為22歐姆(ohm, Ω),而第一電阻R1之電阻值為1歐姆(ohm, Ω)。
於此實施例中,諧振電路340為並連於變壓模組320之一次側的電容元件(如第7圖所示)。此外,此實施例中的電子安定器可更進一步包含調節電容單元394,調節電容單元394耦接於該變壓模組320之二次側與發光負載400之間,調節電容單元394主要是調節輸出電流的電容(Ballast Capacitor),在穩態下調節電容單元394也會參與諧振電路340工作。
請一併參閱第8A圖至第8D圖,其分別繪示第7圖之驅動控制模組380a中第一開關元件S1與第二開關元件S2的充放電路徑示意圖。第8A圖繪示第一開關元件S1之導通充電路徑Ch1,第8B圖繪示第一開關元件S2之關斷放電路徑Ds1,第8C圖繪示第二開關元件S2之導通充電路徑Ch2,第8D圖繪示第二開關元件S2之關斷放電路徑Ds2。
如第8B圖與第8D圖所示,其中該第一二極體D1之陽極耦接至該第二開關元件S2之基極,第一二極體D2之陰極耦接至驅動繞線W0,藉由第一二極體D1限制電流流向,第一開關元件S1之關斷放電路徑Ds1通過第一電阻R1。而第二開關元件S2之關斷放電路徑D2通過第一二極體D1。
理想情況下,第一二極體D1可視為零電阻。因此,第一開關元件S1之關斷放電路徑Ds1上通過的電阻值約為1歐姆,第二開關元件S2之關斷放電路徑Ds2上通過的電阻值約為0歐姆。第一開關元件S1之關斷放電路徑Ds1與第二開關元件S2之關斷放電路徑Ds2的電阻值差異比例接近無限大(實際應用中仍須考量通過驅動繞線W0、第一開關元件S1以及第二開關元件S2的微小電阻值)。
透過第一開關元件S1之關斷放電路徑Ds1與第二開關元件S2之關斷放電路徑Ds2的電阻值差異,使第一放電波形部份384與該第二放電波形部份386之電流幅度與時間寬度相異,請一併參閱第6圖,關斷放電路徑Ds1的電阻值較大,使第一放電波形部份384電流幅度較小與時間寬度較長,關斷放電路徑Ds2的電阻值較小,使第二放電波形部份386電流幅度較大與時間寬度較短,藉此形成非對稱驅動波形382。
另一方面,如第8A圖與第8C圖所示,第一開關元件S1之導通充電路徑Ch1通過第二二極體D2、第三電阻R3以及第一二極體D1,而第二開關元件S2之導通充電路徑Ch2通過第一電阻R1、第二二極體D2以及第二電阻R2。
理想情況下,第一二極體D1與第二二極體D2可視為零電阻。因此,第一開關元件S1之導通充電路徑Ch1上通過的電阻值為22歐姆,第二開關元件S2之導通充電路徑Ch2上通過的電阻值為23歐姆。因此,第一開關元件S1之導通充電路徑Ch1與第二開關元件S2之導通充電路徑Ch2所經的電阻值差異比例較小,大致上可視為相似,因此本實施例中的第一開關元件S1與第二開關元件S2的兩者充電導通時間為大致上相似,但不限於相同。
透過第7圖中的本案的驅動波形中對應兩個開關元件的充電波形部份大致相同,僅主要採用放電波形部份的不同來實現兩開關元件的放電關斷時間差異化,藉此以解決螢光燈管的紋波現象。
但本發明之電子安定器300的驅動控制模組380電路架構並不限於上述第7圖中的驅動控制模組380a。
此外,請一併參閱第9圖,其繪示第5圖中電子安定器300的驅動控制模組380於另一實施例中採用雙繞線設計之驅動控制模組380b的示意圖。如第9圖所示,驅動控制模組380b為雙繞線單向驅動設計。
如第9圖所示,驅動控制模組380b包含第一驅動繞線W1以及第二驅動繞線W2,第一驅動繞線W1以及第二驅動繞線W2繞設於變壓模組320之磁性元件322上。
第一驅動繞線W1用以驅動第一開關元件S1,並產生非對稱驅動波形382中對應第一開關元件S1之第一放電波形部份384(如第6圖所示)。第二驅動繞線W2用以驅動第二開關元件S2,並產生該非對稱驅動波形382中對應第二開關元件S2之第二放電波形部份386(如第6圖所示)。
如第9圖所示,對應第一開關元件S1的部份,驅動控制模組380b更包含第一電阻R1、第一二極體D1以及第二電阻R2,第二電阻R2與第一二極體D1兩者並聯並且與第一電阻R1串聯,且耦接於第一驅動繞線W1與第一開關元件S1之基極之間。另一方面,對應第二開關元件S2的部份,驅動控制模組380b更包含第三電阻R3以及第二二極體D2,第三電阻R3與第二二極體D2兩者並聯,且耦接於第二驅動繞線W2與第二開關元件S2之基極之間。
於此實施例中,第二電阻R2與第三電阻R3可具有相近之電阻值,且明顯大於第一電阻R1之電阻值。舉例來說,假設第二電阻R2與第三電阻R3之電阻值分別為22歐姆(ohm, Ω),而第一電阻R1之電阻值為1歐姆(ohm, Ω)。
理想情況下,第一二極體D1與第二二極體D2可視為零電阻。如第9圖所示,第一開關元件S1之關斷放電路徑通過第一二極體D1以及第一電阻R1,通過之電阻值為1歐姆。而第二開關元件S2之關斷放電路徑通過第二二極體D2,通過之電阻值可約為0歐姆。藉此,使第一放電波形部份384與第二放電波形部份386之電流幅度與時間寬度相異,藉此形成非對稱驅動波形382(如第6圖所示),電阻值差異形成非對稱驅動波形的相關內容已在先前實施例中詳述,可參照先前實施例的敘述內容,再此不另贅述。
另一方面,驅動控制模組380b中第一開關元件S1之導通充電路徑通過第一電阻R1以及第二電阻R2,通過之電阻值可約為23歐姆。而第二開關元件S2之導通充電路徑通過第三電阻R3,通過之電阻值可約為22歐姆。因此,第一開關元件S1之導通充電路徑與第二開關元件S2之導通充電路徑所經的電阻值差異比例較小,大致上可視為相似,但不限於相同。
綜上所述,本揭示文件提出的一種電子安定器可用以對應發光負載,並產生非對稱驅動波形至高頻推挽式逆變器中的兩個開關元件,於本案的非對稱驅動波形中包含用以放電關斷上述兩個開關元件之兩個放電波形部份,其中上述兩放電波形部份的電流幅度與時間寬度相異,進而實現非對稱驅動波形,藉此可解決螢光燈管的紋波現象。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本揭示內容,任何熟習此技藝者,在不脫離本揭示內容之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300‧‧‧電子安定器
200‧‧‧螢光燈管
400‧‧‧發光負載
120、320‧‧‧變壓模組
140、340‧‧‧諧振電路
160‧‧‧逆變器
360‧‧‧高頻推挽式逆變器
380、380a、380b‧‧‧驅動控制模組
180、390‧‧‧直流電源
190、392‧‧‧整流電路
102‧‧‧驅動訊號波形
104‧‧‧直流分量
106、382‧‧‧非對稱驅動波形
383‧‧‧第一充電波形部份
384‧‧‧第一放電波形部份
385‧‧‧第二充電波形部份
386‧‧‧第二放電波形部份
394‧‧‧調節電容單元
P1‧‧‧對應第一開關元件的相位
P2‧‧‧對應第二開關元件的相位
S1‧‧‧第一開關元件
S2‧‧‧第二開關元件
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之說明如下:
第1圖繪示習知的電子安定器的示意圖;
第2圖繪示習知的螢光燈管發生紋波現象的示意圖;
第3圖繪示加入直流分量的驅動訊號波形的示意圖;
第4圖繪示習知的一種非對稱波形驅動訊號的示意圖;
第5圖繪示根據本揭示文件之一實施例中一種電子安定器的功能方塊圖;
第6圖繪示根據本揭示文件之一實施例中非對稱驅動波形的波形示意圖;
第7圖繪示第5圖中電子安定器的驅動控制模組380於一實施例中採用單繞線設計之驅動控制模組的示意圖;
第8A圖繪示第7圖中第一開關元件之導通充電路徑;
第8B圖繪示第7圖中第一開關元件之關斷放電路徑;
第8C圖繪示第7圖中第二開關元件之導通充電路徑;
第8D圖繪示第7圖中第二開關元件之關斷放電路徑;以及
第9圖繪示第5圖中電子安定器的驅動控制模組於另一實施例中採用雙繞線設計之驅動控制模組的示意圖。
第1圖繪示習知的電子安定器的示意圖;
第2圖繪示習知的螢光燈管發生紋波現象的示意圖;
第3圖繪示加入直流分量的驅動訊號波形的示意圖;
第4圖繪示習知的一種非對稱波形驅動訊號的示意圖;
第5圖繪示根據本揭示文件之一實施例中一種電子安定器的功能方塊圖;
第6圖繪示根據本揭示文件之一實施例中非對稱驅動波形的波形示意圖;
第7圖繪示第5圖中電子安定器的驅動控制模組380於一實施例中採用單繞線設計之驅動控制模組的示意圖;
第8A圖繪示第7圖中第一開關元件之導通充電路徑;
第8B圖繪示第7圖中第一開關元件之關斷放電路徑;
第8C圖繪示第7圖中第二開關元件之導通充電路徑;
第8D圖繪示第7圖中第二開關元件之關斷放電路徑;以及
第9圖繪示第5圖中電子安定器的驅動控制模組於另一實施例中採用雙繞線設計之驅動控制模組的示意圖。
382‧‧‧非對稱驅動波形
383‧‧‧第一充電波形部份
384‧‧‧第一放電波形部份
385‧‧‧第二充電波形部份
386‧‧‧第二放電波形部份
P1‧‧‧對應第一開關元件的相位
P2‧‧‧對應第二開關元件的相位
Claims (15)
- 一種電子安定器,用於對應一發光負載,該電子安定器包含:
一變壓模組;
一諧振電路,耦接至該變壓模組;
一高頻推挽式逆變器,該高頻推挽式逆變器包含一第一開關元件以及一第二開關元件;以及
一驅動控制模組,與該變壓模組以及該高頻推挽式逆變器耦接,該驅動控制模組用以產生一非對稱驅動波形至該第一開關元件與該第二開關元件,其中該非對稱驅動波形包含用以放電關斷該第一開關元件之一第一放電波形部份與用以放電關斷該第二開關元件之一第二放電波形部份,其中該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之一電流幅度與一時間寬度相異。 - 如申請專利範圍第1項所述之電子安定器,其中該第一開關元件與該第二開關元件分別為一電流控制型開關元件。
- 如申請專利範圍第2項所述之電子安定器,其中該第一開關元件與該第二開關元件分別為一雙載子接面電晶體。
- 如申請專利範圍第1項所述之電子安定器,其中該驅動控制模組包含一驅動繞線、一第一電阻以及一第一二極體,該驅動繞線繞設於該變壓模組之一磁性元件上,該驅動繞線之兩端分別耦接至該第一開關元件與該第二開關元件之基極,該第一電阻與該第一二極體兩者並聯且耦接於該驅動繞線與該第二開關元件之基極之間。
- 如申請專利範圍第4項所述之電子安定器,其中該第一二極體之陽極耦接至該第二開關元件之基極,該第一二極體之陰極耦接至該驅動繞線,藉由該第一二極體限制電流流向,該第一開關元件之一關斷放電路徑通過該第一電阻,而該第二開關元件之一關斷放電路徑通過該第一二極體,使該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之該電流幅度與該時間寬度相異,藉此形成該非對稱驅動波形。
- 如申請專利範圍第5項所述之電子安定器,其中該驅動控制模組更包含一第二二極體、一第二電阻以及一第三電阻,該第二二極體之陽極耦接至該第一開關元件之一端以及該第二開關元件之一端,該第二電阻耦接於該第二二極體之陰極與該第一開關元件之基極之間,該第三電阻耦接於該第二二極體之陰極與該第二開關元件之基極之間。
- 如申請專利範圍第6項所述之電子安定器,其中該第一開關元件之一導通充電路徑通過該第二二極體、該第三電阻以及該第一二極體,而該第二開關元件之一導通充電路徑通過該第一電阻、該第二二極體以及該第二電阻。
- 如申請專利範圍第6項所述之電子安定器,其中該第二電阻與該第三電阻具有相近之電阻值,且明顯大於該第一電阻之電阻值。
- 如申請專利範圍第1項所述之電子安定器,其中該驅動控制模組包含一第一驅動繞線以及一第二驅動繞線,該第一驅動繞線以及該第二驅動繞線繞設於該變壓模組之一磁性元件上,該第一驅動繞線用以產生該非對稱驅動波形中對應該第一開關元件之該第一放電波形部份,該第二驅動繞線用以產生該非對稱驅動波形中對應該第二開關元件之該第二放電波形部份。
- 如申請專利範圍第9項所述之電子安定器,其中對應該第一開關元件該驅動控制模組更包含一第一電阻、一第一二極體以及一第二電阻,該第二電阻與該第一二極體兩者並聯並且與該第一電阻串聯,且耦接於該第一驅動繞線與該第一開關元件之基極之間,對應該第二開關元件該驅動控制模組更包含一第三電阻以及一第二二極體,該第三電阻與該第二二極體兩者並聯,且耦接於該第二驅動繞線與該第二開關元件之基極之間。
- 如申請專利範圍第10項所述之電子安定器,該第一開關元件之一關斷放電路徑通過該第一二極體以及該第一電阻,而該第二開關元件之一關斷放電路徑通過該第二二極體,使該第一放電波形部份與該第二放電波形部份之該電流幅度與該時間寬度相異,藉此形成該非對稱驅動波形。
- 如申請專利範圍第10項所述之電子安定器,其中該第一開關元件之一導通充電路徑通過該第一電阻以及該第二電阻,而該第二開關元件之一導通充電路徑通過該第三電阻。
- 如申請專利範圍第10項所述之電子安定器,其中該第二電阻與該第三電阻具有相近之電阻值,且明顯大於該第一電阻之電阻值。
- 如申請專利範圍第1項所述之電子安定器,更包含一直流電源以及一整流電路,該整流電路耦接於該直流電源與該高頻推挽式逆變器之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之電子安定器,更包含一調節電容單元,該調節電容單元耦接於該變壓模組之二次側與該發光負載之間。
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