TWI461112B - 電子鎮流器及用於控制至少一個光源的方法 - Google Patents

Description

電子鎮流器及用於控制至少一個光源的方法

本發明涉及一種用於驅動至少一光源的電子鎮流器，其中此電子鎮流器具有：一輸入端以連接一供電電壓；一輸出端以連接至少一光源；以及一振盪器，其設計成可在其輸出端上提供一具有第一頻率f_osc 之振盪器輸出信號。此振盪器具有一校準輸入端，以使第一頻率f_osc 改變；以及一微控制器，其對至少一光源提供一種具有第二頻率f_signal 之至少一光譜成份之驅動信號。該微控制器是與該振盪器輸出端相耦接且設計成依據第一頻率f_osc 來產生第二頻率f_signal 。本發明另外亦涉及用於藉由上述之電子鎮流器來驅動至少一光源的方法。

本發明特別是與一周期信號(例如，PWM(脈波寬度調變)信號)的產生有關，此周期信號具有儘可能高的頻率f_signal 和儘可能高的頻率解析度，這是藉由微控制器在使用一與該微控制器相耦接的振盪器之一儘可能小的頻率f_osc 來產生。

在照明的技術領域中，上述問題例如會發生在一放電燈點燃時。為了點燃一放電燈，需要一種高的電壓，其藉由共振而產生。在一般之成本有利的方法中，須激發一共振電路之共振頻率或該共振頻率之諧波頻率。為了顯示該共振電路之全部的容許度(tolerance)，則頻率須改變(即，掃 描)。為了以儘可能小的最大誤差來求出具有最大值之容許度，則頻率步階(step)之解析度須較高。在另一種應用中，燈電流之切換頻率須改變，以防止該燈中的共振效應。在另一種應用中，一電子電路中的切換頻率須改變，以使所發出的電磁干擾之頻帶比在固定的切換頻率時還寬。

與時間有關的周期信號通常藉由一微控制器來產生。於此，該微控制器通常由具有固定頻率f_osc 之振盪器來設定時脈。藉由內部的計數器(例如，所謂PWM單元)，則可產生周期性之信號，其具有可調整的頻率f_signal 或可調整的接通/切斷時間且可由該微控制器發出。在先前技術中，即將產生的周期信號之相對頻率解析度越小，則在可支配之固定的振盪器頻率f_osc 中可產生的信號之頻率f_signal 越高。

一種例子已指出：該振盪器頻率f_osc 是10MHz，即，周期長度是100奈秒。在一種即將產生之頻率f_signal =10kHz之信號中，該周期長度包括100微秒。然後，一周期長度包括該振盪器頻率之時脈之1000個擺動(ticks)。相對頻率解析度因此是1/1000=0.1%。然而，若應產生一種頻率f_signal =1MHz之信號，則周期長度須為1微秒且只具有該由振盪器頻率f_osc 所預設之時脈之10個擺動。於是，相對頻率解析度下降至1/10=10%。先前技術中，該相對頻率解析度是與f_osc /f_signal 成比例。此比值越小，則即將產生的信號中的相對頻率解析度越小。

先前技術中，須選取頻率f_osc 之振盪器，其解析度1/f_osc 已足夠精細，以便產生該頻率f_signal 的信號所需之解析度。例如，若頻率f_signal 等於100kHz且解析度是1%(即，頻率之步階是1%)之信號可被調整，則先前技術中須選取一種振盪器頻率是100kHz/1%=10MHz之振盪器。

通常，使用一微控制器中依標準化而製成的頻率f_osc 的振盪器，以藉由該微控制器來產生一種頻率f_signal 之信號。於是，在選取該微控制器時須關閉該積體式振盪器。為了在該微控制器之輸出端上製備高頻率f_signal 之信號且該信號因此具有較高的解析度，則通常需要選取配備良好且因此較昂貴之微控制器。

由先前技術中已知，經由一振盪器之校準輸入端可對該振盪器所使用之信號之頻率f_osc 進行調整，這可在設有振盪器之電子鎮流器起動之前來進行一次且用來使不同的電子鎮流器可在其輸出端上提供即將用於與其相連接的光源的可比較之信號。

由DE 43 01 184 A1中已知一種用於至少一放電燈之控制裝置，其具有：一連接至直流電壓源之整流器，以使流經該放電燈之電流方向作低頻的變化；以及一電流設定器，其連接至一電流感測器。高頻用之振盪器可藉由高頻操作時的控制信號來改變，其中流經一電感和該放電燈的電流被接通或切斷且可藉由脈衝寬度之調整使所造成的電流保持固定。藉由該振盪器之高頻的變化，則可防止由於共振現象所產生的不穩定。此振盪器可以是一般的電壓控 制振盪器(VCO)，其中由此VCO所發出的頻率可藉由在其控制輸入端上所施加的電壓之變化來改變。除了一控制輸入端以外，一種VCO亦可支配一校準輸入端，藉此可對所施加的電壓和所發出的頻率之間的相依性作調整。藉由此種控制裝置，則會產生本文開頭所述的問題。

本發明的目的是進一步提供上述的電子鎮流器或上述的方法，以便在使用一給定的具有振盪頻率f_osc 之振盪器時可藉由與該振盪器相耦接的微控制器來產生一種具有儘可能高的頻率f_signal 及/或儘可能高的頻率解析度之信號。

上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項特徵的電子鎮流器以及一種具有申請專利範圍第11項特徵的方法來達成。

本發明以下述認知為基準：為了以最佳方式達成上述目的，當振盪器在該電子鎮流器之操作期間受到控制時，可使用該振盪器之校準輸入端。依據本發明，該電子鎮流器另外具有一驅動電路，其與該校準輸入端相耦接，其中該驅動電路須設計成在該電子鎮流器之操作期間經由該校準輸入端來改變該第一頻率f_osc 。

由該微控制器所產生的周期信號之頻率f_signal 因此在操作期間受到調整、改變或微調，這是藉由該振盪器在操作時的頻率f_osc 之改變(即，再校準)來達成。在對各周期信號之頻率f_signal 作調整時可達成的解析度特別是與該振盪器之 頻率f_osc 相對於該微控制器所產生的信號之頻率f_signal 之比值無關。該解析度只與「該振盪器本身之頻率f_osc 可藉由何種解析度來改變」有關。

例如，如上所述，若應產生一種頻率f_signal =100kHz且解析度是1%之信號，在極端情況下當一振盪器在操作期間可以1%步階來校準時，則可選取一種頻率f_osc 是100kHz之振盪器。於是，對該振盪器之頻率f_osc 之需求可較先前技術中者少很多。

藉由使用一種較低頻率f_osc 之振盪器，則在實現一種與先前技術相同的結果時可較省成本。這特別是可歸因於能以功能較少的微控制器來產生多個與時間有關的信號，此乃因在產生一種高的中間頻率時不需內部之鎖相回路(PLL)且內部之定時器功能之解析度可較低。於是，可使該微控制器的成本節省20至40%。本發明特別是可用於多種應用中，以使用一微控制器之內部RC振盪器以取代一外部振盪器。先前技術中需要該外部振盪器，以製備多種比以內部RC振盪器所可達成的頻率還高的振盪器頻率f_osc 。

然而，本發明仍然能以微控制器之內部振盪器或微控制器之外部振盪器來實現。

藉由本發明，則另外可使振盪器之電流損耗量下降，此乃因電流損耗量都隨著頻率f_osc 而增加。

可校準之振盪器之頻率之容許度通常高於固定頻率之振盪器(即，石英或共振器)之容許度。因此，當一已調整的 頻率f_signal 之準確的絕對值需具有相對應的容許度時，使用本發明將特別有利，但必須確保：一具有特定解析度之特定的頻率範圍被一即將產生的與時間有關的信號所包含(就像本文開頭所述之應用例的情況一樣)。

依據第一較佳之實施形式，該振盪器須與該微控制器相耦接，以使該振盪器可對該微控制器供應時脈。另一設計方式是，該微控制器包括一種定時裝置，特別是脈波寬度調變裝置，其設計成可提供該驅動信號，其中該振盪器須與該微控制器相耦接，以使該振盪器可對該定時裝置提供時脈。於是，可使該定時裝置之輸出比較值或預刻度(pre-scale)值改變。

該電子鎮流器較佳是包括一校準暫存器，其是與該振盪器相耦接。於此，以當該校準暫存器中可調整一可預設的值為較佳，其中該校準暫存器設計成在該電子鎮流器操作時可使該可預設的值改變。這樣可特別簡單地使頻率f_osc 改變且因此亦使f_signal 改變。

該可預設的值較佳是以0.5%至10%之步階來改變。於是，可達成一種在大部份的應用中足夠精細的頻率解析度。

在需要時為了進一步形成一種起始值，則可將該校準暫存器設計成可儲存至少一可預設的值。另一方式是，亦可儲存該校準暫存器之值，此時須確定一種共振，以防止此共振(聲頻共振)或調整此共振(點燃此共振)。

f_signal 對f_osc 之比值較佳是介於1：1和100：1之間。

依據第一較佳的形式，該共振器如上所述是設置在微控制器中。依據第二較佳的形式，該共振器亦可設置在微控制器的外部。

其它較佳的實施形式描述在申請專利範圍各附屬項中。

以本發明之電子鎮流器作為參考而設定的較佳實施形式及其優點只要可使用，則亦可適用於本發明的方法中。

以下將參考所附的圖式來詳述本發明之電子鎮流器之一實施例。

第1圖顯示本發明之電子鎮流器之一實施例的構造圖，其包括一方塊10，其中就本發明而言已為此行的專家所十分知悉之元件未示於圖中。這些元件例如包括無線電干擾元件、元件功率因數修正元件、橋接電路、耦合和共振電容器、燈抗流圈及類似物件等等。在該方塊10之輸出端A上連接一光源La(此例是一放電燈)。本發明可容易地轉用至其它形式的光源。第1圖所示的電子鎮流器包括一供電電壓端Uv，其一方面與方塊10相耦接，且另一方面與微控制器12相耦接。微控制器12包括一介面14，經由此一介面可控制一驅動電路16。此一驅動電路16是與一校準暫存器18相耦接且設計成可在該電子鎮流器操作時使該校準暫存器18中的載入值改變。該校準暫存器18是與振盪器22之校準輸入端20相耦接，該振盪器22依據施加至其輸 入端20上的信號以提供一種頻率f_osc 的信號至定時裝置24。此定時裝置24特別是可以為脈波寬度調變裝置。

定時裝置24的輸出端是與微控制器12之輸出端相耦接，定時裝置24在其輸出端上提供一種在頻率f_signal 時具有至少一光譜成份的驅動信號給至少一光源，此時該定時裝置依據頻率f_osc 而產生該頻率f_signal ，這已十分為人所知。

在所示的實施例中該振盪器22是微控制器12的一部份，但此振盪器22亦可配置在微控制器12的外部，以驅動該微控制器12。本實施例中該振盪器22提供時脈給該定時裝置24，但亦可使該振盪器22提供時脈給該微控制器12本身，這例如經由該微控制器12之時脈輸入端來達成。

經由該介面14亦可在使用該驅動電路16的情況下，在該電子鎮流器操作時將該提供至微控制器12之輸出端上信號之頻率f_signal 予以改變，此時該驅動電路16經由該校準暫存器18而與振盪器22之校準輸入端20相耦接。提供至微控制器12之輸出端上的信號例如可用來驅動一種半橋式電路之開關，此半橋式電路之半橋的中點是與該輸出端A相耦接，以驅動該燈La。

除了上述的優點以外，本發明另外亦可用來以高的解析度來調整一系列的光截波(chopping)，這例如可藉由投影燈中的色輪來達成。同樣，在LED投影中或LED背景照明中可以高的時間解析度且在使用一成本特別有利的微控制器下對不同的光位準進行控制。

第1圖所示的微控制器例如可以是AVR家庭的一種ATMEL微控制器，其包括一種RC振盪器，其中可經由一校準暫存器18來各別地使振盪器之電容器和歐姆電阻接通或關閉。這在本發明中是在操作時經由振盪器22之校準輸入端20來達成。

10‧‧‧方塊

12‧‧‧微控制器

14‧‧‧介面

16‧‧‧驅動電路

18‧‧‧校準暫存器

20‧‧‧校準輸入端

22‧‧‧振盪器

24‧‧‧定時裝置

第1圖本發明之電子鎮流器之一實施例的圖解。

10‧‧‧方塊

12‧‧‧微控制器

14‧‧‧介面

16‧‧‧驅動電路

18‧‧‧校準暫存器

20‧‧‧校準輸入端

22‧‧‧振盪器

24‧‧‧定時裝置

Claims (11)

1. 一種用於驅動至少一光源的電子鎮流器，其中此電子鎮流器包括：-一輸入端，用來與一供電電壓相連接；-一輸出端，用來與該至少一光源相連接，-一振盪器，其設計成在其輸出端上提供一種第一頻率之振盪器輸出信號，其中此振盪器具有一校準輸入端，以使第一頻率改變；以及-一微控制器，其對至少一光源提供一種具有第二頻率之至少一光譜成份之驅動信號，該微控制器是與該振盪器輸出端相耦接且設計成依據該第一頻率來產生該第二頻率；其特徵為：該電子鎮流器另外具有一驅動電，其是與該校準輸入端相耦接，其中此驅動電路設計成可在該電子鎮流器操作時經由該校準輸入端來使該第一頻率改變其中，該電子鎮流器包括一校準暫存器，其與該振盪器相耦接。
2. 如申請專利範圍第1項之電子鎮流器，其中該振盪器係與該微控制器相耦接，以使該振盪器將時脈提供給該微控制器。
3. 如申請專利範圍第1項之電子鎮流器，其中該微控制器包括一種定時裝置，其設計成可提供一驅動信號，其中該振盪器係與該微控制器相耦接，以使該振盪器將時脈提供給該定時裝置。
4. 如申請專利範圍第1項之電子鎮流器，其中在該校準暫存器中能設置可預設的值，該校準暫存器設計成在該電子鎮流器的操作期間改變該可預設的值。
5. 如申請專利範圍第4項之電子鎮流器，其中該可預設的值可以0.5%至10%之步階而變化。
6. 如申請專利範圍第1項之電子鎮流器，其中該校準暫存器設計成可儲存至少一可預設的值。
7. 如申請專利範圍第1項之電子鎮流器，其中該第二頻率/該第一頻率之比值介於1：1和100：1之間。
8. 如申請專利範圍第1項之電子鎮流器，其中該振盪器設置在微控制器中。
9. 如申請專利範圍第1項之電子鎮流器，其中該振盪器設置在微控制器之外部。
10. 如申請專利範圍第3項之電子鎮流器，其中定時裝置是一脈波寬度調變裝置。
11. 一種用於驅動至少一光源的方法，其藉由一電子鎮流器來進行，此電子鎮流器包括：一輸入端，其用來與一供電電壓相連接；一輸出端，其用來與至少一光源相連接；一振盪器，其設計成在其輸出端上提供一第一頻率之振盪器輸出信號，其中此振盪器具有一校準輸入端，以改變第一頻率；一微控制器，其對至少一光源提供一種具有第二頻率之至少一光譜成份之驅動信號，該微控制器是與該振盪器輸出端相耦接且設計成依據該第一頻率來產生該第二頻率；以及一與該振盪器相耦接的校準 暫存器；此方法包括：藉由一種與該校準輸入端相耦接的驅動電路以便在該電子鎮流器操作時改變該第一頻率。