TWI433605B - 點燈電路之控制方法及其所適用之點燈電路 - Google Patents

Description

點燈電路之控制方法及其所適用之點燈電路

本案係關於一種控制方法，尤指一種點燈電路之控制方法及其所適用之點燈電路。

高强度氣體放電燈管(High Intensity Discharge Lamp：HID Lp)由於具有光度強、壽命長、體積小、光效率高、演色性佳等特點，因此被廣泛地應用於各種戶外、室內或是汽車等照明設備中。

一般而言，高强度氣體放電燈管會連接在耐壓程度為例如5千伏特(KV)之一燈座中，且高强度氣體放電燈管需要搭配一電子安定器(ballast)來使用。請參閱第一圖，其係為習知電子安定器之電路方塊圖。如第一圖所示，習知電子安定器9係用以在高強度氣體放電燈管L_p處於啟動暫態時，激發高强度氣體放電燈管L_p，並在高强度氣體放電燈管L_p處於穩態工作時，提供穩定的電流給高强度氣體放電燈管L_p，習知電子安定器9主要包含一電源電路90以及一點燈點路91，其中電源電路90包含一交流/直流轉換器900、一直流/直流轉換器901以及一逆變器902。交流/直流轉換器900係接收一交流電壓V_ac，並轉換為一第一直流電壓V₁’，直 流/直流轉換器902係將第一直流電壓V₁’轉換為一第二直流電壓V₂’，逆變器902係將第二直流電壓V₂’轉換為一工作交流電壓V_w’，以當高強度放電燈管L_p處於穩態工作時，提供給高强度氣體放電燈管L_p。

請參閱第二圖，並配合第一圖，其中第二圖係為第一圖所示之點燈電路之電路結構示意圖。如第一及二圖所示，點燈電路91係接收電源電路90所提供之電能，例如交流/直流轉換器900所輸出之第一直流電壓V₁’或直流/直流轉換器901所輸出之第二直流電壓V₂’，並將所接收之電能轉換為高準位之激發電壓V_s’，以當高强度氣體放電燈管L_p處於暫態工作，藉由激發電壓V_s’激發高强度氣體放電燈管L_p，點燈電路91主要包含一開關元件M以及一變壓器T’，其中開關元件M係與變壓器T’之初級繞組N_f’串聯連接，且開關元件M之控制端係接收一脈衝訊號(未圖示)。變壓器T’之次級繞組N_s’係與高强度氣體放電燈管L_p電連接，當脈衝訊號為致能準位而驅使開關元件M導通時，變壓器T便將初級繞組N_f’由電源電路90所接收之電能作轉換，並於次級繞組N_s’上產生高準位之激發電壓V_s’，以激發高强度氣體放電燈管L_p，當高强度氣體放電燈管被激發後，脈衝訊號便會轉變為禁能準位或停止輸出至開關元件M之控制端，藉此使開關元件截止。

雖然習知電子安定器9之點燈電路91確實藉由激發電壓V_s’激發高强度氣體放電燈管L_p，然而由於習知點燈電路91之開關元件M所接收的脈衝訊號係為方波，又脈衝訊號由禁能(disable)準位轉換為使能(enable)準位所花費的時間極短，因此雖然開關元件M之狀態切換時間根據開關元件M本身效能不同有一定差異，然而 係對應於脈衝訊號由禁能準位轉換為使能準位的時間極短而一般在幾十納秒(圖中未示出)，但開關元件M在使能準位的導通時間一般為几十微秒甚至更長，因此開關元件M相對地由截止狀態切換為導通狀態一般會認為是瞬時的，如此一來，導致激發電壓V_s’，如第三圖所標示之S₂，會因為開關元件M係由截止狀態瞬間切換為導通狀態而具有相當大的電壓震盪A2’，且激發電壓的電壓峰值A1’亦可能達例如6KV左右，進而超過一安全電壓預設值，例如對應於燈座之耐壓程度而為5KV,，故高强度氣體放電燈管L_p的壽命便會減短，且用來供高强度氣體放電燈管L_p設置之燈座亦有熔毀的情況發生。同時此電壓震盪A₂’可能導致無法提供足夠的激發能量，從而使得高强度氣體放電燈管L_p無法順利啟動。此外，在實際應用中，由於連接在習知電子安定器9與燈座之間的輸出線其長度係隨應用場合而定，而此輸出線之寄生電容會影響激發電壓V_s’的電壓峰值A1’及電壓震盪A2’，因此會影響點燈效果或引起安全性問題。

雖然目前部份點燈電路，例如第四圖所示之點燈電路8，係額外設置一電容C’來與放電燈管L_p並聯連接，或是如第五圖所示之點燈電路7，則額外設置一電感L’來與變壓器T’之初級繞組N_f’串聯連接，以藉由電容C’或電感L’降低激發電壓V_s’的電壓峰值及電壓震盪，然而額外增加元件卻又導致對應之電子安定器或點燈電路具有體積變大及生產成本增加之缺失。

因此如何發展一種可改善上述習知技術缺失之點燈電路之控制方法及其所適用之電子安定器，實為目前迫切需要解決之課題。

本案之主要目的為提供一種點燈電路之控制方法及其所適用之點燈電路，解決習知點燈電路因開關元件係由截止狀態瞬間切換為導通狀態，使得習知點燈電路所輸出之激發電壓具有較高的電壓峰值及較大的電壓震盪，而需要額外設置電容或電感來減小激發電壓之電壓峰值及電壓震盪，導致習知點燈電路或電子安定器具有較大體積及較高生產成本之缺失，同時解決習知點燈電路因開關元件係由截止狀態瞬間切換為導通狀態，導致習知點燈電路所輸出之激發電壓其波形的參數並無法準確達到所要的目標值，使得點燈電路無法準確地激發放電燈管等缺失。

本案之另一目的為提供一種點燈電路之控制方法及其所適用之電子安定器，其係藉由控制模組輸出控制訊號來控制開關元件之阻抗，使經由開關元件傳送至第一端點與初級繞組間之導通電壓其由低準位拉昇至高準位所花費的時間對應地延長了上升時間，藉此調整激發電壓的波形特性，以準確地激發放電燈管，且本案之點燈電路的體積及生產成本因無須額外設置電容或電感來降低激發電壓的電壓峰值及電壓震盪，故本案之點燈電路的體積及生產成本皆可減少。

為達上述目的，本案之較佳實施態樣為提供一種點燈電路之控制方法，用以控制點燈電路輸出激發電壓，其中點燈電路係用以激發放電燈管，點燈電路係包含變壓器以及開關元件，開關元件係與變壓器之初級繞組電連接，點燈電路之控制方法係包含：(a)接收控制訊號以控制開關元件之阻抗，控制訊號根據預定之激發電壓的波形輸出特性設定；(b)依據控制開關元件之阻抗控制變壓器之初級繞組中的初級側電流或初級繞組兩端的初級側電壓； 以及(c)使變壓器之一次級繞組依據初級側電流或初級側電壓而產生激發電壓，以激發放電燈管。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種點燈電路，係用以接收控制訊號而輸出激發電壓激發放電燈管，點燈電路係包含：一開關元件，係接收控制訊號，且由控制訊號控制開關元件之阻抗；以及變壓器，係具有初級繞組以及次級繞組，初級繞組係與開開元件電連接，依據控制開關元件之阻抗控制變壓器之初級繞組中的初級側電流或初級繞組兩端的初級側電壓，次級繞組依據初級側電流或初級側電壓而產生激發電壓，以激發放電燈管；其中，控制訊號係依據預定之激發電壓的波形輸出特性來設定。

為達上述目的，本案之再一較佳實施態樣為提供一種點燈電路之控制方法，用以控制點燈電路輸出激發電壓，點燈電路係包含變壓器以及開關元件，開關元件係與變壓器之初級繞組電連接，點燈電路之控制方法係包含：(a)輸出控制訊號控制開關元件之運作，以使開關元件導通過程中在恆流區運作上升時間，並使上升時間與開關元件之整體導通時間的比值係等於或大於1%；(b)經由開關元件控制變壓器之初級繞組中的初級側電流或初級繞組兩端的初級側電壓；以及(c)使變壓器之次級繞組係依據初級側電流或初級側電壓而產生激發電壓，以激發放電燈管。

S₂‧‧‧習知激發電壓

1‧‧‧電子安定器

10、900‧‧‧交流/直流轉換器

11、901‧‧‧直流/直流轉換器

12、902‧‧‧逆變器

91、8、7、、13‧‧‧點燈電路

130、M‧‧‧開關元件

132‧‧‧重置電路

15‧‧‧控制模組

150‧‧‧控制電路

151‧‧‧驅動電路

152‧‧‧微控制單元

14、90‧‧‧轉換電路

V_ac‧‧‧交流電壓

V₁’、V₁‧‧‧第一直流電壓

V₂’、V₂‧‧‧第二直流電壓

V_w’、V_w‧‧‧工作交流電壓

V_ip‧‧‧內脈衝訊號

V_p‧‧‧脈衝訊號

V_c‧‧‧控制訊號

V_s’、V_s‧‧‧激發電壓

V_in‧‧‧輸入側電壓

V_safe‧‧‧預設安全值

V_a’、V_a‧‧‧導通電壓

V_ds‧‧‧端電壓

V_cc1~V_cc2‧‧‧第一電壓源~第二電壓源

I_ds‧‧‧導通電流

T’、T‧‧‧變壓器

N_f’、N_f‧‧‧初級繞組

N_s‧‧‧次級繞組

C’‧‧‧電容

C‧‧‧濾波電容

C₁‧‧‧第一電容

C_p‧‧‧寄生電容

C_s‧‧‧等效輸出電容

Q₁~Q₄‧‧‧第一~第四電晶體開關

R₁~R₇‧‧‧第一~第七電阻

L’‧‧‧電感

L_f‧‧‧初級側電感

L_sk‧‧‧等效次級側漏感感

L_pk‧‧‧等效原邊側漏感電感

R‧‧‧洩放電阻

R_e1‧‧‧第一等效電阻

R_e2‧‧‧第二等效電阻

D‧‧‧二極體

D₁‧‧‧第一偏壓二極體

D₂‧‧‧第二偏壓二極體

L_p‧‧‧放電燈管

G‧‧‧接地端

t_on‧‧‧整體導通時間

t_r‧‧‧上升時間

A1’、A1‧‧‧電壓峰值

A2’、A2‧‧‧電壓震盪

A3’、A3‧‧‧脈衝寬度

A4’、A4‧‧‧激發上升時間

A5’、A5‧‧‧激發下降時間

T_a‧‧‧第一端點

第一圖：其係為習知電子安定器之電路方塊圖。

第二圖：其係為第一圖所示之點燈電路之電路結構示意圖。

第三圖：其係為習知點燈電路所輸出之激發電壓的局部放大之電壓及時序波形圖。

第四圖：其係為另一習知點燈電路電連接於高强度氣體放電燈管之電路結構示意圖。

第五圖：其係為再一習知點燈電路電連接於高强度氣體放電燈管之電路結構示意圖。

第六圖：其係為本案較佳實施例之電子安定器之電路結構示意圖。

第七圖：其係為第六圖所示之電子安定器之部份細部電路結構示意圖。

第八圖：其係為本案另一較佳實施例之電子安定器之部份電路結構示意圖。

第九圖：其係為第七圖或第八圖所示之點燈電路當開關元件導通時之等效電路圖。

第十圖：其係為第七及八圖所示之電子安定器之電壓時序圖。

第十一圖：其係為本案之點燈電路與習知點燈電路的訊號時序比較示意圖。

第十二圖：其係為第六圖所示之激發電壓之局部放大電壓及時序波形圖。

第十三及十四圖：其係分別為第九圖所示之等效輸出電容為10納法拉，即對應於燈座未接輸出線或輸出線很短之情形時，激發電 壓的電壓峰值對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖及激發電壓的脈衝寬度對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖。

第十五及十六圖：其係分別為第九圖所示之等效輸出電容為20納法拉，即對應於輸出線約1.5米之情形時，激發電壓的電壓峰值對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖及激發電壓的脈衝寬度對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖。

第十七及十八圖：其係分別為第九圖所示之等效輸出電容為30納法拉，即對應於輸出線約3米之情形時，激發電壓的電壓峰值對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖及激發電壓的脈衝寬度對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖。

第十九至二十一圖：其係分別顯示電連接於第六圖所示之電子安定器及燈罩之間的輸出線之寄生電容為0皮法拉(pF)、100皮法拉以及200皮法拉時，激發電壓之電壓及時序波形圖。

第二十二圖：其係為本案點燈電路所輸出之激發電壓的電壓及時序波形圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，然其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第六圖，其係為本案較佳實施例之電子安定器之電路結構示意圖。如第六圖所示，電子安定器1係用於激發及供電給一放電燈管L_p，其中該放電燈管L_p可為但不限於一高强度氣體放電燈管，且可應用於各種戶外、室內或汽車等照明設備中。電子安定器1主要包含一交流/直流轉換器(AC/DC converter)10、一直流/直流轉換器(DC/DC converter)11、一逆變器(inverter)12、一點燈電路(ignition circuit)13、一控制模組15以及一濾波電容C。其中，交流/直流轉換器10與直流/直流轉換器11及逆變器12係可構成一轉換電路14，且交流/直流轉換器10係用以將一交流電壓V_ac轉換為一第一直流電壓V₁，並於本實施例中，交流/直流轉換器10係具有功率因數校正(Power Factor Correction：PFC)的功能。

直流/直流轉換器11係與交流/直流轉換器10電連接，用以將第一直流電壓V₁轉換為第二直流電壓V₂。逆變器12係與直流/直流轉換器11以及放電燈管L_p電連接，用以將第二直流電壓V₂轉換為放電燈管L_p運作時所需之一工作交流電壓V_w，以當放電燈管L_p被激發後，提供給放電燈管L_p，此外，逆變器12可為但不限工作於低頻區，例如於本實施例中，逆變器12之工作頻率為150赫玆(Hz)，因此工作交流電壓V_w亦相對可為但不限於為一低頻的方波交流電壓。更甚者，於某些實施例中，以上各功能模塊交流/直流轉換器10，直流/直流轉換器11，逆變器12可以相互整合或省略，此處不再詳述。濾波電容C則與放電燈管L_p以及轉換電路14之逆變器12電連接，其係用以將逆變器12輸出的電流進行濾波。

點燈電路13之電源輸入端係與轉換電路14電連接，例如電連接於 交流/直流轉換器10以及直流/直流轉換器11之間或直流/直流轉換器11以及逆變器12之間而接收第一直流電壓V₁或第二直流電壓V₂，點燈電路13之輸出端則與放電燈管L_p電連接，點燈電路13係將第一直流電壓V₁之電能轉換而產生一激發電壓V_s，以藉由激發電壓V_s激發放電燈管L_p。於本實施例中，點燈電路13主要包含一變壓器T、一開關元件130、一重置電路132、一洩放電阻R以及一第一電容C₁。

變壓器T係具有一初級繞組N_f以及一次級繞組N_s，其中初級繞組N_f係串聯連接於第一電容C₁及開關元件130之間，次級繞組N_s則與放電燈管L_p電連接，變壓器T係用以當開關元件130導通時，將初級繞組N_f所接收的電能以電磁方式傳送至次級繞組N_s，以於次級繞組N_s上產生激發電壓V_s。開關元件130係串聯連接於變壓器T之初級繞組N_f以及一接地端G之間，開關元件130之控制端則與控制模組15電連接，開關元件130係藉由控制模組15之控制而進行導通或截止，於本實施例中，開關元件130係可由一金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：MOSFET)所構成，因此開關元件130之漏極(drain)係與初級繞組N_f電連接，開關元件130之源極(source)係與接地端G電連接，開關元件130之閘極(gate)係與控制模組15電連接，然於其他實施例中，開關元件130亦可由絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor：IGBT)所構成。

第一電容C₁係串聯連接於交流/直流轉換器10以及變壓器T之初級繞組N_f之間，當開關元件130導通時，第一電容C₁係藉由第一直流電壓V₁而充電。洩放電阻R則與第一電容C₁並聯連接，其係用以當 開關元件130截止時，釋放第一電容C₁所儲存的電能，使點燈電路13可週期性地運作。

重置電路132並聯於由第一電容C₁與變壓器T之初級繞組N_f所組成的串聯電路兩端，用以當開關元件130截止時，提供一放電迴路給初級繞組N_f，以重置初級繞組N_f上之電能，且於本實施例中，重置電路132可為但不限於由一二極體D所構成。控制模組15係與點燈電路13之開關元件130的控制端電連接，用以輸出可設定設之一控制訊號V_c來控制開關元件130之作動，其中控制模組15藉由控制訊號V_c控制開關元件130在導通的過程中先在恆流區(saturation region；V_gs>V_th且V_ds>V_gs-V_th)運作一上升時間t_r(如第十圖所示)，使開關元件130如同一阻抗可控元件，並藉由控制訊號V_c控制開關元件130之阻抗(impedance)大小，亦即開關元件130之阻抗等於開關元件130之端電壓V_ds(即開關元件130之漏極與源極間之電壓)與流經開關元件130之導通電流I_ds的比值(V_ds/I_ds)。

於本實施例中，由於控制模組15係藉由控制訊號V_c控制開關元件130在導通的過程中先在恆流區運作了上升時間t_r，使開關元件130如同一阻抗可控元件，藉此將經由開關元件130傳送至第一端點T_a與初級繞組N_f間之導通電壓V_a其由低準位拉昇至高準位所花費的時間對應地延長了上升時間t_r，並藉由控制訊號V_c控制開關元件130之阻抗大小，以改變上升時間t_r，進而對應調整點燈電路13輸出之激發電壓V_s之波形特性，例如電壓峰值及/或電壓震盪等。於一些實施例中，第一端點T_a實際上可為但不限於為點燈電路13之正電源輸入端。

以下將以第七及八圖進一步說明第六所示之電子安定器之細部電路結構，其中第七及八圖所標示之符號a及b係對應為第六圖所示之點燈電路13之正電源輸入端以及負電源輸入端，而第七及八圖所標示之符號c及d則對應地為第六圖所示之轉換電路14之正輸出端及負輸出端。

請參閱第七圖，其係為第六圖所示之電子安定器之部份細部電路結構示意圖。如圖所示，控制模組15係包含一控制電路150以及一驅動電路151。控制電路150係用以輸出一脈衝訊號V_p，其中該脈衝訊號V_p可為但不限於為一間歇性的方波，控制電路150主要包含一微控制單元152(Micro Controller Unit：MCU)、一第一電阻R₁、一第二電阻R₂以及一第一電晶體開關Q₁。微控制單元12係與例如5V之一第一電壓源V_cc1電連接，用以輸出例如於0V~5V之間變換的一內脈衝訊號V_ip。第一電晶體開關Q₁可為但不限於由NPN雙載子接面晶體管(Bipolar Junction Transistor：BJT)所構成，第一電晶體開關Q₁之集極端(collector)係與第二電阻R₂之一端及控制電路150之輸出端電連接，第一電晶體開關Q₁之射極端(emitter)係與接地端G電連接。第一電阻R₁係電連接於微控制單元152之輸出端以及第一電晶體開關Q₁之基極端(base)之間。第二電阻R₂之另一端係與例如15V之一第二電壓源V_cc2電連接。於上述實施例中，第一電阻R₁、第二電阻R₂以及第一電晶體開關Q₁係構成一電平轉換電路，用以將微控制單元152所輸出之內脈衝訊號V_ip的準位放大，進而輸出例如於0V~15V之間變換的脈衝訊號V_p。

驅動電路151係與控制電路150之輸出端以及開關元件130之控制 端電連接，用以依據脈衝訊號V_P而輸出控制訊號V_c控制開關元件130之作動，驅動電路151主要包含一第三電阻R₃、一第四電阻R₄、一第二電晶體開關Q₂以及一第三電晶體開關Q₃。第二電晶體開關Q₂係可為但不限於由NPN雙載子接面晶體管所構成，第二電晶體開關Q₂之集極端係與第二電壓源V_cc2電連接。第三電晶體Q₃係可為但不限於由PNP雙載子接面晶體管所構成，且與第二電晶體開關Q₂構成一推挽電路，其中第三電晶體開關Q₃之基極端係與第二電晶體開關Q₂之基極端電連接，第三電晶體開關Q₂之射極端係與第二電晶體Q₂之射極端電連接，第三電晶體開關Q₃之集極端係與接地端G電連接。第三電阻R₃係與第二電晶體開關Q₂之基極端、第三電晶體開關Q₃之基極端以及控制電路150之輸出端電連接。第四電阻R₄係與第二電晶體Q₂之射極端、第三電晶體Q3之射極端以及驅動電路151之輸出端電連接。

於上述實施例中，第四電阻R₄與第三電阻R₃、第二電晶體開關Q₂以及第三電晶體開關Q₃係構成一電壓型驅動電路來控制開關元件130運作，亦即當脈衝訊號V_p為致能準位時，第二電晶體開關Q₂便為導通狀態而第三電晶體開關Q₃為截止狀態，因此開關元件130之控制端便接收到第二電壓源V_cc2之電能而使開關元件130導通，反之，當脈衝訊號V_p為禁能準位時，第二電晶體開關Q₂便為截止狀態而第三電晶體開關Q₃為導通狀態，因此開關元件130之控制端便因為連接至接地端G而使開關元件130截止。

於一些實施例中，第四電阻R₄的阻值可為但不限介於為200歐姆(Ω)至1000Ω之間，如此一來，藉由第四電阻R₄係具有高阻值，因此當開關元件130截止時，開關元件130之閘極與源極間的一寄 生電容C_p充滿電的時間便會增加，故當控制訊號V_c控制開關元件130在導通的過程中，開關元件130便會先進入恆流區並運作一上升時間t_r，而非立刻進入線性區(linear reg ion；V_GS>V_thand V_DS<V_GS-V_th)運作，此時開關元件130係形成例如阻抗可控元件，藉此將經由開關元件130傳送至第一端點T_a與初級繞組N_f間之導通電壓V_a其由低準位拉昇至高準位所花費的時間對應地延長了上升時間t_r，因此點燈電路13輸出之激發電壓V_s之波形特性便可對應調整，例如降低點燈電路13所輸出之激發電壓V_s的電壓峰值(如第十二圖所標示之A1)，同時減少激發電壓V_s的電壓震盪(如第十二圖所標示之A2)。

請參閱第八圖，其係為本案另一較佳實施例之電子安定器之部份電路結構示意圖。如第八圖所示，本實施例之電子安定器的部份電路結構係與第七圖所示之電子安定器的部份電路結構相仿，且相同符號之元件代表結構與功能相似，故元件特徵及作動方式於此不再贅述。唯相較於第七圖，本實施例之驅動電路151改由一第五電阻R₅、一第六電阻R₆、一第七電阻R₇、一第四電晶體開關Q₄、一第一偏壓二極體D₁以及一第二偏壓二極體D₂所構成。第四電晶體開關Q₄可為但不限於由PNP雙載子接面晶體管所構成，第四電晶體開關Q₄之射極端係與第六電阻R₆電連接，第四電晶體Q₄之基極端係與第五電阻R₅電連接。第六電阻R₆更與控制電路150之輸出端電連接。第五電阻R₅更與接地端G電連接，第一偏壓二極體D₁以及一第二偏壓二極體D₂係串聯連接於控制電路150之輸出端以及第四電晶體開關Q₄之基極端之間。第七電阻R₇係連接於第四電晶體Q₄之集極端以及驅動電路151之輸出端之間，且第七電阻R₇ 之阻值可為但不限於33Ω。

於上述實施例中，第五電阻R₅、第六電阻R₆、第七電阻R₇、第四電晶體開關Q₄、第一偏壓二極體D₁以及第二偏壓二極體D₂係構成電流型驅動電路來控制開關元件130運作，該電流型驅動電路所輸出之電流即為(2*V_f-V_be)/R₆，其中V_f為第一偏壓二極體D₁或第二偏壓二極體D₂之順向偏壓，V_be為第四電晶體開關Q₄之基極及射極間的壓降，由上可知，藉由第六電阻R₆使用阻值較大的電阻時，開關元件130的控制端所接收之電流便會變小，進而拉長開關元件130之閘極與源極間的寄生電容C_p充滿電的時間，故當控制訊號V_c控制開關元件130在導通的過程中，開關元件130同樣會先進入恆流區並運作了一上升時間t_r，而非立刻進入線性區(linear region；V_GS>V_thand V_DS<V_GS-V_th)工作，此時開關元件130係形成例如阻抗可控元件，藉此將經由開關元件130傳送至第一端點T_a與初級繞組N_f間之導通電壓V_a其由低準位拉昇至高準位所花費的時間對應地延長了上升時間t_r，故可對應調整點燈電路13輸出之激發電壓V_s之波形特性，例如降低點燈電路13所輸出之激發電壓V_s的電壓峰值(如第十二圖所標示之A1)，同時減少激發電壓V_s的電壓震盪(如第十二圖所標示之A2)。

請參閱第九圖，並配合第七及八圖，其中第九圖係為第七圖或第八圖所示之點燈電路當開關元件導通時之的等效電路圖。如第九圖所示，當開關元件130導通時，點燈電路13之等效電路的輸出端係具有一等效輸出電容C_s，係由例如放電燈管L_p、變壓器T的寄生電容(未圖示)以及與放電燈管L_p所連接之纜線(未圖示)的寄生電容所構成，而點燈電路13之等效電路係包含第一電容C₁、洩放 電阻R，初級側電感L_f、等效次級側漏感L_sk、等效原邊側漏感L_pk、第一等效電阻R_e1、第二等效電阻R_e2，其中初級側電感L_f係由例如變壓器T之初級繞組N_f所形成，等效次級側漏感L_sk係由例如變壓器T之次級繞組N_s的漏感等效所形成，等效原邊側漏感L_pk係由例如變壓器T之初級繞組N_f的漏電感等效所形成，第一等效電阻R_e1為變壓器T之初級繞組N_f的導線阻抗等效所形成，第二等效電阻R_e2為變壓器T之次級繞組N_s的導線阻抗等效所形成，第一端點T_a與初級繞組N_f間之導通電壓V_a則對應開關元件130本身導通或截止狀態而改變，亦即對應開關元件130導通過程中漏極及源極間的電壓差而改變，換言之，即隨開關元件130之阻抗之變化而改變。

於第九圖中，第一電容C₁之電容值可為220納法拉(nF)，洩放電阻R之阻值可為2.5KΩ，初級側電感L_f之電感值可為30微亨(uH)，等效原邊側漏感L_pk及等效次級側漏感L_sk之電感值可為1uH，第一等效電阻R_e1之阻值可為5Ω，第二等效電阻R_e2之阻值可為0.3Ω，而變壓器T之初級繞組N_f以及次級繞組N_s的匝數比值可為10，但皆不以此為限。

請參閱第十圖，其係為第七及八圖所示之電子安定器之電壓時序圖。如圖所示，當脈衝訊號V_p由禁能準位轉換為致能準位時，控制訊號V_c亦對應地由禁能準位開始提昇準位，以控制開關元件130開始導通，且由於控制訊號V_c係控制開關元件130導通的過程中先進入恆流區並運作一上升時間t_r，使開關元件130形成阻抗可控元件，因此開關元件130之跨壓V_ds並不會由高準位瞬間減少至低準位，而是對應地在上升時間t_r的範圍內由高準位瞬間逐漸 降低至低準位，又由於導通電壓V_a實際上係等於第一直流電壓V₁與開關元件130之端電壓V_ds的電壓差，亦即V_a=V₁-V_ds，因此當V_ds在上升時間t_r的範圍內逐漸減小時，導通電壓V_a便對應地在上升時間t_r的範圍內逐漸上升。

請參閱第十一圖，其係為本案之點燈電路與習知點燈電路的訊號時序比較示意圖。如第十一圖所示，當脈衝訊號V_p由禁能準位轉換為致能準位時，習知的導通電壓V_a’(如第二圖所標示)係瞬間由低準位上升至高準位，導致習知的激發電壓V_s’的波形特性並無法調整，同時造成激發電壓V_s’的電壓峰值及電壓震盪過大，然而由於本案係藉由控制模組15所輸出之控制訊號V_c控制開關元件130先進入恆流區並運作一上升時間t_r，因此本案之導通電壓V_a由低準位拉昇至高準位的時間便對應地延長了一上升時間t_r，且藉由設定控制訊號V_c的大小來控制第一開關元件130之阻抗，便可決定上升時間t_r之時間長度，如此一來，點燈電路13輸出之激發電壓V_s之波形特性，例如電壓峰值及/或電壓震盪等，便對應地被調整。

請參閱第十二圖並配合第六至八圖，其中第十二圖係為第六圖所示之之激發電壓之局部放大電壓及時序波形圖。如圖所示，由於本案係藉由控制模組15所輸出之控制訊號V_c控制開關元件130先進入恆流區並運作一上升時間t_r，藉此使本案之導通電壓V_a由低準位拉昇至高準位的時間對應地延長了一上升時間t_r，同時藉由控制訊號V_c控制第一開關元件130之阻抗，以調整上升時間t_r的時間長度，因此激發電壓V_s之電壓峰值A1便可調整至一預設安全值V_safe以下，使放電燈管L_p應用於燈座中時，燈座不易熔毀；此外 ，由第十二圖所示亦可得知，本實施例之點燈電路13所輸出之激發電壓V_s的電壓震盪A2相較於第三圖所示之習知點燈電路9所產生之激發電壓V_s’的電壓震盪係減少，因此放電燈管L_p可以更可靠地被激發而延長壽命；同時，由第十二圖所示亦可得知本實施例之點燈電路13所輸出之激發電壓V_s的整體脈衝寬度相較於第二圖所示之習知點燈電路9所產生之激發電壓V_s’的整體脈衝寬度係增加，使得在點燈過程中能夠保證足夠的能量傳遞至放電燈管L_p，保證點燈過程的順利進行。

於本實施例中，主要將激發電壓V_s的電壓峰值A1與激發電壓V_s的脈衝寬度A3作為主要的考量標準，其中，電壓峰值的安全預設值V_safe為5KV，激發電壓V_s在激發放電燈管L_p所需的最小電壓準位，例如本實施例中為2.7KV，時所需的脈衝寬度A3的最小值為1微秒(us)。

若上升時間t_r越長時，將相對地使激發電壓V_s的電壓峰值A1越加減小，然而上升時間t_r亦會影響激發電壓V_s的脈衝寬度A3，因此為了使激發電壓V_s可激發放電燈管L_p，可選擇適當的上升時間t_r，使激發電壓V_s的脈衝寬度、電壓峰值皆滿足實際需求，以下將以第十三至十八圖來示範性地說明上升時間t_r與激發電壓V_s的脈衝寬度及電壓峰值的對應關係。

請參閱第十三至十八圖，其中第十三及十四圖分別為第九圖所示之等效輸出電容為10nF，即對應於燈座未接輸出線或輸出線很短之情形時，激發電壓的電壓峰值對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖及激發電壓的脈衝寬度對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖 ，第十五及十六圖則分別為第九圖所示之等效輸出電容為20nF，即對應於輸出線約1.5米(m)之情形時，激發電壓的電壓峰值對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖及激發電壓的脈衝寬度對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖，第十七及十八圖則分別為第九圖所示之等效輸出電容為30nF，即對應於輸出線約3m之情形時，激發電壓的電壓峰值對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖及激發電壓的脈衝寬度對應導通電壓由禁能準位轉換為致能準位所增加的上升時間的波形圖。如圖所示，當上升時間t_r越長時，激發電壓V_s的電壓峰值會以類似線性地方式遞減，激發電壓V_s之脈衝寬度則會以非線性的方式變化，因此藉由選擇適當的上升時間t_r，便可使激發電壓V_s的電壓峰值及脈衝寬度符合實際需求。

因此當電連接於本案之電子安定器1及放電燈管L_p之間的輸出線(未圖示)應用範圍例如在3m內，為了讓激發電壓V_s之電壓峰值可低於5KV而符合燈座的耐壓程度，且使激發電壓V_s在激發放電燈管L_p所需的最小電壓準位2.7KV時所需的脈衝寬度達到最小值為1us，由第十三圖至十八圖可得知，上升時間t_r的範圍係介於例如0.8us至3us之間，而上升時間t_r的最佳範圍則介於例如0.9us至1.5us。

而依據根據上述之結果，於本實施例中，選擇第七圖所示之第一直流電壓V₁可為500V，放電燈管L_p可為需70瓦(W)驅動之陶瓷金鹵燈(Ceramic Metal Halide Lamp：CMH)所構成，開關元件130可由型號為SPP20N60CFD之金屬氧化物半導體場效應晶體管所構成 ，洩放電阻R可為2.5KΩ之電阻所構成，第一電容C₁可為220nF之電容所構成，濾波電容C可為68nF之電容所構成，重置電路132可使用型號為MURS260T3之二極體所構成，變壓器T之初級繞組N_f可為圈數為15匝之導線所構成，變壓器T之次級繞組N_s可為圈數為155匝之導線所構成，控制訊號V_c使開關元件130工作於恆流區的時間可為1us。

請參閱第十九至第二十一圖，其係分別顯示電連接於第六圖所示之電子安定器及燈罩之間的輸出線之寄生電容為0pF(皮法拉)、100pF以及200pF時，激發電壓之電壓及時序波形圖。如圖所示，當輸出線之寄生電容為0pF時，激發電壓V_s的峰值電壓為4.88KV，且激發電壓V_s達到激發放電燈管L_p所需的最小電壓準位，例如2.7KV，時所需的脈衝寬度A3為1.38us。當輸出線V_s之寄生電容為100pF時，激發電壓V_s的峰值電壓為4.92KV，且激發電壓V_s達到激發放電燈管L_p所需的最小電壓準位，例如2.7KV，時所需的脈衝寬度A3為1.29us。當輸出線之寄生電容為200pF時，激發電壓V_s的峰值電壓為4.9KV，且激發電壓V_s達到激發放電燈管L_p所需的最小電壓準位，例如2.7KV，時所需的脈衝寬度A3為1.15us。

請參閱第二十二圖，並配合第十二圖，其中第二十二圖係為本案點燈電路所輸出之激發電壓的電壓及時序波形圖。如圖所示，當本案之電子安定器1開始運作時，電子安定器1之點燈電路13會於每一點燈週期內輸出至少一次的激發電壓V_s來激發放電燈管L_p，例如第二十二圖所示，點燈電路13係可於每一點燈週期，亦即時間t₁至時間t₂之時間長度內，輸出多次的激發電壓V_s來激發放電 燈管L_p，而每次的激發電壓V_s其波形則如第十二圖所示。此外，第七圖及第八圖所示之實施例僅為本發明之較佳的兩實施方式，而由前述內容可知，本案之控制模組15係藉由控制開關元件130之阻抗大小使經由開關元件130傳送至第一端點T_a與初級繞組N_f間之導通電壓V_a由低準位拉昇至高準位之時間延長一上升時間t_r，而調整該上升時間t_r不但可控制激發電壓V_s之電壓峰值以及脈衝寬度外，亦可控制激發電壓V_s其它波形特性，例如電壓震盪(如第十二圖所標示之A2)、激發上升時間(如第十二圖所標示之A4)、激發下降時間(如第十二圖所標示之A5)及一點燈週期內脈衝寬度之和等，達到實際所要的目標值，使點燈電路13可準確地激發放電燈管L_p。舉例而言，當放電燈管L_p係應用於汽車之頭燈時，由於此時用來激發放電燈管L_p之激發電壓V_s的激發上升時間需達到至少100納秒(ns)以上，因此可藉由調整上升時間t_r之時間長度而使激發電壓V_s的激發上升時間達到需求。

此外，當控制訊號V_c控制開關元件130導通的過程中先進入恆流區並運作一上升時間t_r時，第一電容C₁的充電電流便受開關元件130阻抗的限制，第一電容C₁上所接收之電壓以及電流會被限制在較小值，當開關元件130飽和導通後，第一電容C₁上所接收之電壓以及電流會繼續增加，因此可以通過控制開關元件130工作在恆流區的上升時間t_r占開關元件130整體導通時間t_on(如第十一圖所示)的比值，即K₁=t_r/t_on從而限制第一電容C₁上所接收之電壓以及電流，因此第一電容C₁實際上可選擇額定電壓較小的電容來實現。於一些實施例中，該比值K₁被控制在等於或大於1%，較佳實施例中，該比值K₁被控制在10%至80%的範圍內。舉例而言， 當本案之點燈電路13所接收之電壓，例如第一直流電壓V₁，為500V時，第一電容C₁理論上需使用額定電壓為1000V的電容來實現，然而於本案中比值K₁被控制在50%左右，因而第一電容C₁實際上便可選擇額定電壓為400V的電容來實現，又因為額定電壓越小之電容其成本及體積都越小，由此可知，本案之電子安定器1或點燈電路13實會因為第一電容C₁而具有體積小及成本低之優點。

綜上所述，本案提供一種點燈電路之控制方法及其所適用之點燈電路，其係藉由控制模組輸出一控制訊號來控制開關元件之阻抗，使經由開關元件傳送至第一端點與變壓器之初級繞組間之導通電壓由低準位拉昇至高準位之時間延長一上升時間，藉此調整激發電壓之波性特性，例如減小激發電壓之電壓峰值及減少激發電壓之電壓震盪，使得本案之點燈電路無須再額外設置與放電燈管並聯連接之電容或是與變壓器之初級繞組串聯連接之電感便可使放電燈管之壽命增加並可滿足燈座之耐壓要求，故本案之點燈電路的體積及生產成本皆可減少。此外，可藉由控制該上升時間的長度來調整激發電壓之波形特性，進而使點燈電路準確地激發放電燈管。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

<A1Ex><A1Ex>

1‧‧‧電子安定器

10‧‧‧交流/直流轉換器

11‧‧‧直流/直流轉換器

12‧‧‧逆變器

13‧‧‧點燈電路

130‧‧‧開關元件

132‧‧‧重置電路

15‧‧‧控制模組

150‧‧‧控制電路

151‧‧‧驅動電路

14‧‧‧轉換電路

V_ac‧‧‧交流電壓

V₁~V₂‧‧‧第一至第二直流電壓

V_w‧‧‧工作交流電壓

V_p‧‧‧脈衝訊號

V_c‧‧‧控制訊號

V_s‧‧‧激發電壓

V_a‧‧‧導通電壓

V_ds‧‧‧端電壓

I_ds‧‧‧導通電流

T‧‧‧變壓器

N_f‧‧‧初級繞組

N_s‧‧‧次級繞組

C‧‧‧濾波電容

C₁‧‧‧第一電容

C_p‧‧‧寄生電容

R‧‧‧洩放電阻

D‧‧‧二極體

L_p‧‧‧放電燈管

G‧‧‧接地端

Claims (17)

1. 一種點燈電路之控制方法，用以控制一點燈電路輸出一激發電壓，其中該點燈電路係用以激發一放電燈管，該點燈電路係包含一變壓器以及一開關元件，該開關元件係與該變壓器之一初級繞組電連接，該點燈電路之控制方法係包含：(a)接收一控制訊號以控制該開關元件之阻抗，該控制訊號根據一預定之該激發電壓的一波形輸出特性設定；(b)依據控制該開關元件之阻抗控制該變壓器之該初級繞組中的一初級側電流或該初級繞組兩端的一初級側電壓；以及(c)使該變壓器之一次級繞組依據該初級側電流或該初級側電壓而產生該激發電壓，以激發該放電燈管。
2. 如申請專利範圍第1項所述之點燈電路之控制方法，其中該控制訊號係控制該開關元件於導通過程中先進入飽和區並運作一上升時間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之點燈電路之控制方法，其中該上升時間的時間長短係對應該開關元件之阻抗大小。
4. 如申請專利範圍第2項所述之點燈電路之控制方法，其中該上升時間不小於0.8us且不大於3us。
5. 如申請專利範圍第4項所述之點燈電路之控制方法，其中該上升時間不小於0.9us且不大於1.5us。
6. 如申請專利範圍第1項所述之點燈電路之控制方法，其中該激發電壓的該波形輸出特性包含該激發電壓之一電壓峰值、一脈衝寬度、一電壓震盪、一激發上升時間、一激發下降時間以及一點燈週期內脈衝寬度之和中至少一種 或其組合。
7. 如申請專利範圍第2項所述之點燈電路之控制方法，該控制訊號的設定係為根據該上升時間與該激發電壓的該波形輸出特性之對應關係，並選取符合預定之該激發電壓的該波形輸出特性要求的該上升時間，從而設定該控制訊號。
8. 一種點燈電路，係用以接收一控制訊號而輸出一激發電壓激發一放電燈管，該點燈電路係包含：一開關元件，係接收該控制訊號，且由該控制訊號控制該開關元件之阻抗；以及一變壓器，係具有一初級繞組以及一次級繞組，該初級繞組係與該開開元件電連接，依據控制該開關元件之阻抗控制該變壓器之該初級繞組中的一初級側電流或該初級繞組兩端的一初級側電壓，該次級繞組依據該初級側電流或初級側電壓而產生該激發電壓，以激發該放電燈管；其中，該控制訊號係依據預定之該激發電壓的一波形輸出特性來設定。
9. 如申請專利範圍第8項所述之點燈電路，其中該點燈電路更包含一控制模組輸出該控制訊號，該控制模組係與該開關元件之控制端電連接。
10. 如申請專利範圍第9項所述之點燈電路，其中該控制模組係包含一控制電路，用以輸出一脈衝訊號。
11. 如申請專利範圍第10項所述之點燈電路，其中該控制電路係包含一微控制單元以及一電平轉換電路，該微控制單元係與一第一電壓源電連接，且輸出一內脈衝訊號，該電平轉換電路係與該微控制單元電連接，用以放大該內脈衝訊號的準位，以輸出該脈衝訊號，其中該電平轉換電路係包含：一第一電阻，係與該微控制單元之輸出端電連接；一第二電阻，係與一第二電壓源電連接；以及一第一電晶體開關，該第一電晶體開關之基極端係與該第一電阻電連接，該 第一電晶體開關之集極端係與該第二電阻以及該控制電路之輸出端電連接，該第一電晶體開關之射極端係與一接地端電連接。
12. 如申請專利範圍第10項所述之點燈電路，其中該控制模組更包含一驅動電路，用以驅動該控制電路並依據該脈衝訊號而輸出可控制該開關元件之阻抗之該控制訊號，其中該驅動電路係包含：一第三電阻，係與該控制電路之輸出端電連接；一第四電阻，係與該驅動電路之輸出端電連接；一第二電晶體開關，該第二電晶體開關之基極端係與該第三電阻電連接，該第二電晶體開關之集極端係與一第二電壓源電連接，該第二電晶體開關之射極端係與該第四電阻電連接；以及一第三電晶體開關，該第三電晶體開關之基極端係與該第三電阻電連接，該第三電晶體開關之集極端係與一接地端電連接，該第三電晶體開關之射極端係與該第四電阻電連接。
13. 如申請專利範圍第10項所述之點燈電路，其中該控制模組更包含一驅動電路，用以驅動該控制電路並依據該脈衝訊號而輸出可控制該開關元件之阻抗之該控制訊號，其中該驅動電路係包含：一第五電阻，係與一接地端電連接；一第六電阻，係與該控制電路之輸出端電連接；一第七電阻，係與該驅動電路之輸出端電連接；一第四電晶體開關，該第四電晶體開關之基極端係與第五電阻電連接，該第四電晶體開關之集極端係與該第七電阻電連接，該第四電晶體開關之射極端係與該第六電阻電連接；一第一偏壓二極體；以及一第二偏壓二極體，係與該第一偏壓二極體串聯連接於該控制電路之輸出端以及該第四電晶體開關之基極端之間。
14. 如申請專利範圍第8項所述之點燈電路，其中該點燈電路包含：一重置電路，係與該變壓器之該初級繞組電連接，用以當該開關元件截止時，形成一放電迴路而重置該初級繞組上之電能；一第一電容，係與該變壓器之該初級繞組電連接，其係於該開關元件導通過程中充電；以及一洩放電阻係與該第一電容並聯連接，用以當該開關元件截止時，釋放該第一電容儲存的能量，俾使該點燈電路週期性地運作。
15. 如申請專利範圍第14項所述之點燈電路，其中該第一電容兩端之電壓可以通過控制該開關元件導通的時間而限制。
16. 一種點燈電路之控制方法，用以控制一點燈電路輸出一激發電壓，該點燈電路係包含一變壓器以及一開關元件，該開關元件係與該變壓器之一初級繞組電連接，該點燈電路之控制方法係包含：(a)輸出一控制訊號控制該開關元件之運作，以使該開關元件導通過程中在恆流區運作一上升時間，並使該上升時間與該開關元件之整體導通時間的比值係等於或大於1%；(b)經由該開關元件控制該變壓器之該初級繞組中的一初級側電流或該初級繞組兩端的一初級側電壓；以及(c)使該變壓器之一次級繞組係依據該初級側電流或該初級側電壓而產生該激發電壓，以激發該放電燈管。
17. 如申請專利範圍第16項所述之點燈電路之控制方法，其中該該上升時間與該開關元件之整體導通時間的比值大於等於10%且小於等於80%。