單級式電子安定器電路及其整流及功因修正電路的製作方法

2023-06-10 08:46:06

專利名稱：單級式電子安定器電路及其整流及功因修正電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種單級電子安定器電路，尤其涉及一種可輸出低頻方波電流 的高功因單級電子安定器電路，以驅動高壓氣體放電燈。
背景技術：
高壓氣體放電燈(HID燈)具有超高亮度、省電及低熱的功效，因此已成為 一種高質量的照明光源，深受世人的愛用，而目前HID燈的電子安定器設計方 式，可概分為[高頻弦波電流供電]與[低頻方波電流供電]兩種方式。其中高頻弦波電流供電的電子安定器電路圖如圖l所示，其電路結構較簡 單，主要包括第一級功因修正器11及第二級直-交流換流器12，並可搭配一諧 振電路13使用，減少開關元件Q1、 Q2的切換損失，所以整體轉換效率較高，但 音頻共振問題是重大、難解的隱憂，而且額定功率越小的燈管10現象越嚴重， 即使通過繁複的檢測、控制機制進行迴避，也很難完全克服，且高頻供電的HID 燈發光效率較差。因此目前市售產品幾乎都採用低頻方波電流供電的設計，將燈管工作於 lkHz以下的低頻區域，以避免音頻共振的困擾。該低頻方波電流供電具有多級 式的電路架構，如圖2所示為一三級式HID燈電子安定器電路圖，是在整流器之 後，以三級切換電路達成電源轉換功能。三級切換電路包括第一級的功因修正器21，由直流-直流轉換器(DC-DC converter)構成， 一般以升壓式轉換器(Boost converter)和降-升壓式轉換器 (Buck-Boost converter)較常被採用，第二級的高頻截波限流器22， 一般為降 壓式轉換器(Buck converter),用以調節輸出負載量；以及第三級的低頻換流 器23，以全橋式換流電路，將直流電流轉成低頻方波電流輸出給燈管IO。一般多級式電子安定器電路具有下列幾項主要缺點1. 電路結構較複雜，且使用較多量的主動切換元件。2. 多級轉換將增加電路功率損耗，使整體轉換效率降低。3. 因多級電流切換產生切換噪聲，造成彼此的電磁幹擾，易造成電路誤動作，降低電路的可靠度。4. 各級電路的控制裝置各別操作，控制電路較繁雜且功能難以統合。5. 各級電路都需自行裝設保護電路，需使用較多的檢測及決策裝置。 而解決上述多級式電子安定器電路缺點最直接的方法是簡化電路，目前可輸出低頻方波電流的電子安定器已有兩級式電路，將高頻截波限流器與低頻全 橋換流器整合成一級，但仍保留第一級的功因修正器，因此仍有上述的缺點。 因此，本案發明人即為解決上述現有電子安定器電路所使用高頻弦波電路 及低頻方波電路的缺失，提出-一種可輸出低頻方波電流的單級式電子安定器電 路，用以驅動HID燈，且整合上述現有電路的優點。發明內容本發明所要解決的技術問題在於提供一種單級式電子安定器電路，輸出低 頻方波電流驅動至少一HID燈，可簡化電路複雜度，減少主動元件的使用，以 減少多級電路的轉換損失，提高整體效率，同時可防止多級切換造成彼此的電 磁幹擾，減少因電流切換產生噪聲而造成誤動作，進而增加電路的可靠度。為實現上述的目的，本發明所提供的單級式電子安定器電路，包括一整流 與功因修正器、 一橋式換流器及一控制電路，該整流與功因修正器可輸入一交 流電源，將交流電整流成直流電，並配合橋式換流器中開關元件的切換動作以 修正輸入電流波形使具有高功率因子輸出；該橋式換流器由四開關元件組成一 橋式臂，橋式臂中點連接至該整流與功因修正器的輸出，可將直流電轉成低頻 方波輸出電流，以驅動該HID燈；及該控制電路其輸入端分別連接於該橋式換 流器的電源端及輸出端，輸出端連接該橋式換流器的該四開關元件，用以驅動 該四開關元件進行脈波寬度調變控制與保護，使該橋式換流器輸出低頻方波電 流，同時並使該整流與功因修正器的輸入電流具有高功率因子。為實現上述目的，上述本發明所提供的單級式電子安定器電路，其中該橋 式換流器的輸出端與該HID燈之間，還連接有一輸出濾波器，用以濾除輸出電 流中的諧波電流成份。為實現上述目的，上述本發明所提供的單級式電子安定器電路，其中該整 流與功因修正器由至少一組功因修正儲能電感UT連接於一組整流器所組成。 為實現上述目的，上述本發明所提供的單級式電子安定器電路，該整流與 功因修正器與該交流電源間還連接一輸入濾波器，用以濾除輸入電流中的諧波 電流。為實現上述目的，上述本發明所提供的單級式電子安定器電路，其中該控 制電路包括有一直流總線、 一第一檢測器、 一第二檢測器、 一參考電壓產生器、 一第一放大器、 一第二放大器、 一第一比較器、 一第二比較器、 一邏輯電路、 一驅動器及一方波產生器，可整合多級的控制電路，以單一脈波寬度調變控制， 同步進行輸入、輸出、穩流與調光控制，並整合控制與保護，使兩者的檢測與 決策分別由同一電路同步進行。而且，本發明還提供了一種整流及功因修正電路，其輸入端連接一交流電 源，其輸出端連接一橋式換流器形成的第一負載端與第二負載端，其特徵在於， 該電路包括 一第一整流組，由一第一二極體及一第四二極體串接組成，該第 一二極體的+端連接第四二極體的-端，形成一第一電源端連接於該交流電源的 一端，該第一二極體的-端形成一第一輸出端； 一第二整流組，由一第二二極 管及一第三二極體串接組成，該第二二極體的+端連接第三二極體的-端，形成 一第二電源端連接於該交流電源的另一端，該第三二極體的-端形成一第二輸 出端，且該第三二極體與第四二極體的+端相連接形成一共地端；及至少一儲 能電感Uc;，可串接於該第一整流組的第一電源端與交流電源之間，或者串接 於該第一整流組的第一輸出端與該第一負載端之間，或者串接於該第二整流組 的第二輸出端與該第二負載端之間。採用本發明可簡化電路複雜度，減少主動元件的使用，以減少多級電路的 轉換損失，提高整體效率，同時可防止多級切換造成彼此的電磁幹擾，減少因 電流切換產生噪聲而造成誤動作，進而增加電路的可靠度。


圖1為高頻弦波電流供電的電子安定器電路圖；圖2為 一三級式HID燈電子安定器電路；圖3為本發明單級式電子安定器電路方塊示意圖；圖4A為雙組功因修正儲能電感L附置於整流器後的雙臂值入實施例電路圖； 圖4B為單組功因修正儲能電感LpK;置於整流器後的雙臂植入實施例電路圖；圖4C為功因修正儲能電感L眠置於整流器前的雙臂植入實施例電路圖；圖4D為功因修正儲能電感We置於整流器後的單臂植入實施例電路圖； 圖4E為功因修正儲能電感Lp^置於整流器前的單臂植入實施例電路圖；圖5為本發明電路的輸入濾波器的輸出電流波形示意圖；圖6為本發明電路的輸出電壓、電流波形示意圖；圖7為本發明電路的較佳實施例統方塊圖；圖8為本發明電路的較佳實施例完整電路圖；圖9A至圖9F為圖4A的電流路徑示意圖；圖IOA至圖IOF為圖4B的電流路徑示意圖；圖11A至圖11F為圖4C的電流路徑示意圖；及圖12A至圖12F為圖4D及圖犯的電流路徑示意圖。其中，附圖標記11:功因修正器12:直-交流換流器13:諧振電路21:功因修正器22:高頻截波限流器23:低頻換流器h交流電源2:輸入濾波器3:整流及功因修正器4:橋式換流器5:輸出濾波器6:直流總線7:第一檢測器8:第二檢測器9:控制電路91:參考電壓產生器92:第一放大器93:第二放大器94:第一比較器95:第二比較器96:邏輯電路97:驅動器98:方波產生器10:HID燈管具體實施方式
如圖3所示，為本發明單級式電子安定器電路方塊示意圖，而圖4A至圖4E 則分別為本發明整流與功因修正器的五種設計實例電路圖。首先說明本發明可
輸出低頻方波電流的單級式電子安定器電路的設計原理，本發明的電子安定器電路設計主要是由一橋式換流器4及一整流與功因修正器3所組成。其中該橋式換流器4由四開關元件Q1-Q4組成一全橋的橋式臂，其中該第一 及第四開關元件Q1、 Q4的連接端形成該第一負載端(a點)；該第二及第三開關 元件Q2、 Q3的連接端形成該第二負載端(b點)；該第一及第二開關元件Q1、 Q2 的連接端連接一直流鏈電壓端連接一直流鏈電容器(CB)的+端，而該第四及第 三開關元件Q4、 Q3的連接端連接該直流鏈電容器(CB)的-端，並形成一共地端。如圖4A至圖4E所示，當上組橋式臂的第一及第二開關元件Q1、 Q2導通時， 該橋式臂的第一負載端(a點)及第二負載端(b點)間的電位等於直流鏈電壓端 Vb的屯位；而當下組橋式臂的第三及第四開關元件Q3、 Q4導通時，該橋式臂的 第一負載端(a點)及第二負載端(b點)間的a b點電位等於0。本發明應用在輸出控制方面，將輸出的第一負載端及第二負載端設計在兩 支橋式臂的中點a b點之間，其中b點定義為輸出電壓的正端，a點為負端，則 利用開關元件配對導通的方式，可使其輸出負載端的電壓Vo為正直流鏈電壓 VB、負直流鏈電壓-VB、或零電壓。因此，本發明運用載波的原理以高頻切換的方式使上述三種電壓交替出現 於輸出負載端b a點之間，而利用脈波寬度調變的方式，即可改變輸出電壓的 平均值，意即調整輸出電流與功率值，再用一輸出濾波器5將高頻成份濾除， 即得到負載所需要的低頻方波電流，而該輸出濾波器5由至少一濾波電感器Ls 串接一濾波電容器Cs組成，該HID燈並接於該濾波電容器Cs上，可用以濾除輸 出電流中的高頻諧波電流成份。而本發明在電源輸入功因修正方面，主要將整流器與功因修正器整合設計 成為一整流與功因修正器3，並將其輸出端連接至該橋式換流器4的輸出負載 端，即橋式臂的的中點a點與(或)b點，所以整流與功因修正器3的輸出端電位， 將視橋式臂導通情形成為直流鏈電壓VB或零電壓，與現有獨立的主動式功因修 正器的輸出端電位變化情形雷同，適當控制其直流鏈電壓與零電壓的時間，即 可使輸入電流具有高功因，並能控制輸入功率。本發明的圖4A至圖4E的整流與功因修正器的五種實施例，其輸出電流路徑 都是連植於橋式臂上的負載端a點與(或)b點，當下組橋式臂的第三開關元件Q3 或第四開關元件Q4導通時，其對應的負載端a b點之間的電位為低電位，故此
時功因修正儲能電感Ue為充電狀態，電流上升，如圖5所示，即為本發明電路 的輸入濾波器的輸出電流波形示意圖。而當第三開關元件Q3或第四開關元件Q4截止時，對應的上組橋式臂的第二 開關元Q2或第一開關元件Q1自然導通，使負載端a b點之間的電位為高電位，此時功因修正儲能電感Lm;為放電狀態，其儲能電流流入直流鏈電容器CB,使電流下降。因此可通過控制下組橋式臂的第三開關元件Q3或第四開關元件Q4的導 通時間，達到功因修正的效果，並控制輸入功率大小。而圖6所示即為本發明 電路的輸出電壓、電流波形示意圖，而應用波寬調變的方式，可調變輸出電壓 的平均值，即能調節輸出電流值。本發明可在直流鏈電壓端和輸出負載端分別設置一組檢測器，並將兩組檢 測信號反饋給--控制電路9，分別和參考信號作比較，以進行該橋式換流器的 脈波寬度調變控制，而當檢測信號高於默認值時，該控制電路9還可依情況分 別關閉輸入電流或輸出電流，以保護本發明電子安定器電路。由上述的原理可設計出如圖7所示的本發明較佳實施例統方塊圖，而圖8 為本發明的較佳實施例完整電路圖，本發明的電路包括有該橋式換流器4可將 直流電轉成交流低頻方波電流輸出，並由 一輸出濾波器5連接於該橋式換流器4 輸出負載端和該HID燈管10之間，以濾除輸出電流中的諧波電流成份，而輸出 低頻方波電流。該整流與功因修正器3輸入一交流電源1，可將交流電整流成直流電，其電 路包括一第一整流組、 一第二整流組及至少一儲能電感Wc,該第一整流組由 一第一二極體D1及一第二二極體D4串接組成，該第一二極體Dl的+端連接第二 二極體D4的-端，形成一第一電源端S1連接於該交流電源1的一端，該第一二極 管D1的-端形成一第一輸出端Ol。該第二整流組由一第三二極體D2及一第四二極體D3串接組成，該第三二極 管D2的+端連接第四二極體D3的-端，形成一第二電源端S2連接於該交流電源1 的另一端，該第三二極體D2的-端形成一第二輸出端02，且該第二二極體D4與 第四二極體D3的+端相連接至該共地端。該儲能電感l^可串接於該第一整流組的第一電源端Sl與交流電源之間， 如圖4C及圖4E，或者串接於該第一整流組的第一輸出端01與該第二負載端(b 點)之間，如圖4A及圖4B所示，或者串接於該第二整流組的第二輸出端02與該
第一負載端(a點)之間，如圖4A、圖4B及圖4D。該第一輸出端01可連接於該橋式換流器4的橋式臂負載端a點與(或)該第 二輸出端02可連接至該橋式臂負載端b點，以進行輸入電流波形修正，並使輸 入電流具有高功率因子。而-輸入濾波器2連接於交流電源1與該整流與功因修 正器3之間，用以濾除輸入電流中的諧波電流。該輸入濾波器2由一濾波電感器 Lf及一濾波電容器Cf串接而成，並於該濾波電容器Cf的兩端分別連接該第一及 第二電源端，該輸入濾波器2可先串接該儲能電感LpK再連接至該第一電源端。一控制電路9其輸入端分別連接於該橋式換流器4的直流鏈電壓端(CB兩端) 及其輸出負載端，而輸出端則分別連接該橋式換流器4的該四開關元件Q1 Q4， 用以驅動該四開關元件Q1 Q4進行脈波寬度調變控制與保護，使該橋式換流器 4輸出低頻方波電流。該控制電路9包括有一直流總線6、 一第一檢測器7、 一第二檢測器8、 一參 考電壓產生器91、 一第一放大器92、 一第二放大器93、 一第一比較器94、 一第 二比較器95、 一邏輯電路96、 一驅動器97及一方波產生器98。其中該直流總線6跨接於該橋式換流器4之上、下兩直流鏈電壓端，而該第 一檢測器7連接於該直流總線6，供檢測直流鏈電壓，該第二檢測器8連接於輸 出端，供檢測該橋式換流器4的輸出負載電流。該參考電壓產生器91用以產生一參考電壓信號，並分別輸出至該第一比較 器94與該第二比較器95的其中一輸入端。而該第一放大器92的輸入端連接至該 第一檢測器7，用以將該第一檢測器7的反饋信號放大。該第二放大器93的輸入 端連接於該第二檢測器8，用以將該第二檢測器8的反饋信號放大。該第一比較器94將該第一放大器92的輸出和參考電壓產生器91的輸出作 比較，而該第二比較器95則將該第二放大器93的輸出和參考電壓產生器91的輸 出作比較輸出至該邏輯電路96 。該方波產生器98用以產生一方波電壓信號，並輸出至該邏輯電路96，以決 定該換流器4輸出方波電流的頻率。該邏輯電路96即依該第一比較器94、第二 比較器95和方波產生器98的輸出產生一波寬調變信號，傳送至該驅動器97，將 該波寬調變信號放大並作電氣隔離後，再傳送至該橋式換流器4，以驅動該橋 式換流器4中的切換開關元件，以進行該橋式換流器4的脈波寬度調變控制與保 護。
為更進一步詳述本發明的整流與功因修正器3，如圖4A所示，該儲能電感 Uc設有二組，分別串接於該第一輸出端01與該第一負載端(a點)之間，以及該 第二輸出端02與該第二負載端(b點)之間，其電流路徑如圖9A至圖9F所示，當 交流電源1為正半周大於0時，先控制開關元件Q1及Q3導通，其電流則先流經二 極管Dl至該儲能電感Uvf諸能，使儲能電流lLB會上升，再經負載端(a點)、開關 元件Q3再至二極體D3回到該交流電源1，此時該直流鏈電容器CB的放電電流會 先經開關元件Ql流至負載端(b點)經該HID燈、開關元件Q3回到直流鏈電容器 CB，而該負載端b a間電位Vba等於直流鏈電壓VB的電位。接著再控制開關元件Q3及Q4導通，其電流則同樣先流經二極體D1至該儲能 電感We儲能，使儲能電流L持續上升，經負載端(a點)、開關元件Q3，經二極 管D3回到該交流電源1，此時該負載端b a間電位Vba會因開關元件Q3及Q4導通 而等於O。接著再控制開關元件Q1及Q2導通，其電流則同樣先流經二極體D1至該儲能電感Ue，經開關元件Q2對直流鏈電容器CB充電，其電流使該儲能電感Lm;放能，經二極體D3回到該交流電源1，至放能完畢，此時該負載端b a間電位V^會因 開關組件Q1及Q2導通而等於0。儲能電流I,B的波形如圖五所示，其中I,B,pk表示 Ia的峰值，TH為高頻切換周期，包括上述(Q1及Q3) 、 (Q3及Q4) 、 (Q1及Q2) 導通時間的總和，TY則為安定器輸出至燈管的低頻方波的周期。負載端電壓V^ 與燈管電流L，的波形如圖六所示。當交流電源1為負半周小於0時，先控制開關元件Q2及Q4導通，其電流則先 流經二極體D2至該儲能電感LpK儲能，使儲能電流L會上升，再經負載端(b點)、 開關元件Q4再至二極體D4回到該交流電源1，此時該直流鏈電容器CB的放電電 流會先經開關元件Q2流至負載端(a點)經該HID燈、開關元件Q4回到直流鏈電容 器Cb，而該負載端b a間電位Vba等於負直流鏈電壓-Ve的電位。接著再控制開關元件Q3及Q4導通，其電流則同樣先流經二極體D2至該儲能 電感Ue儲能，使儲能電流I,3持續上升，經負載端(b點)、開關元件Q4、 二極體 D4回到該交流電源l，此時該負載端b a間電位Vba會因開關元件Q3及Q4導通而 等於O。接著再控制開關元件Q1及Q2導通，其電流則同樣先流經二極體D1至該儲能 電感Lm;，經開關元件Q1對直流鏈電容器CB充電，其電流使該儲能電感L^放能，
經二極體D4回到該交流電源1，至放能完畢，此時該負載端b a間電位Vte會因 開關元件Q1及Q2導通而等於0。如圖4B所示，該第一整流組的第一輸出端01連接於該第二整流組的第二輸 出端02，形成一橋式整流器，再串接該儲能電感L^後串接至一第五二極體D5 的+端及一第六二極體D6的+端，該第五二極體D5的-端連接至該第一負載端(a 點)，該第六二極體D6的-端連接至第二負載端(b點)，其電流路徑如圖10A至圖 IOF所示。當設定負載電流為正半周時，先控制開關元件Q1及Q3導通，輸入電流則先 流經該儲能電感L^儲能，使儲能電流L會上升，再經二極體D5至負載端(a點)、 開關元件Q3回到該交流電源1，此時該直流鏈電容器CB的放電電流會先經開關 元件Ql流至負載端(b點)經該HID燈、開關元件Q3回到直流鏈電容器CB,而該負 載端b a間電位Vba等於直流鏈電壓VB的電位。接著再控制開關元件Q3及Q4導通，其電流則同樣先流經該儲能電感Uc儲 能，使儲能電流I,b持續上升，經二極體D5至負載端(a點)、開關元件Q3回到該 交流電源l，同時經二極體D6至負載端(b點)、開關元件Q4回到該交流電源1， 此時該負載端b a間電位Vba會因開關元件Q3及Q4導通而等於0。接著再控制開關元件Q1及Q2導通，其電流則由該儲能電感LpK;，經二極體D5、開關元件Q2對直流鏈電容器a充電，經回到該交流電源l，以及經二極體 D6、開關元件Q1對直流鏈電容器CB充電，經回到該交流電源l，其電流使該儲 能電感LpK放能，至放能完畢，此時該負載端b a間電位Vba會因開關元件Ql及 Q2導通而等於0。當設定負載電流為負半周時，先控制開關元件Q2及Q4導通，其電流則先流 經該儲能電感LpK儲能，使儲能電流I,b會上升，再二極體D6至經負載端(b點)、 開關元件Q4再回到該交流電源1，此時該直流鏈電容器CB的放電電流會先經開 關元件Q2流至負載端(a點)經該HID燈、開關元件Q4回到直流鏈電容器CB，而該 負載端b a間電位Vto等於負直流鏈電壓-Vb的電位。接著再控制開關元件Q3及Q4導通，其電流則同樣先流經該儲能電感Uc儲 能，使儲能電流ILB持續上升，經二極體D6至負載端(b點)、開關元件Q4回到該 交流電l，同時經二極體D5至負載端(a點)、開關元件Q3回到該交流電1，此時 該負載端b a間電位Vba會因開關元件Q3及Q4導通而等於0。
接著再控制開關元件Q1及Q2導通，其電流則由該儲能電感Lpp。，經二極體 D6、開關元件Q1對直流鏈電容器CB充電，回到該交流電源l，以及經二極體D5、 開關元件Q2對直流鏈電容器CB充電，回到該交流電源l，其電流使該儲能電感 Lpfc放能，至放能完畢，此時該負載端b a間電位Vba會因開關元件Ql及Q2導通 而等於O。再參閱圖4C，其中該儲能電感LpK串接於該輸入濾波器2與該第一電源端Sl 之間，該第-一整流組的第一輸出端01直接連接於第二負載端(b點)，而該第二 整流組的第二輸出端02直接連接於該第一負載端(a點)，其電流路徑如圖11A 至圖11F。當交流電源1為正半周大於0時，先控制開關元件Q3及Q4導通，其電流則先 流經該儲能電感L^:儲能，使儲能電流L.b會上升，再經二極體Dl至負載端(b點)、 開關元件Q4再至二極體D3回到該交流電源1，此時該負載端b a間電位Vto會因 開關元件Q3及Q4導通而等於0。接著再控制開關元件Q1及Q3導通，其電流則同樣先流經該儲能電感Uc， 經二極體Dl至負載端(b點)、開關元件Q1對直流鏈電容器CB充電，經二極體D3 回到該交流電源l，其電流使該儲能電感1^放能，此時該直流鏈電容器CB的放 電電流亦會經開關元件Ql流至負載端(b點)經該HID燈、開關元件Q3回到直流鏈 電容器CB，而該負載端b a間電位Vba等於直流鏈電壓VB的電位。接著再控制開關元件Q1及Q2導通，其電流則由該儲能電感L^，經二極體 Dl、開關元件Q1對直流鏈電容器CB充電，經二極體D3回到該交流電源1，其電 流使該儲能電感LpK放能，至放能完畢，此時該負載端b a間電位會因開關元 件Q1及Q2導通而等於0。當交流電源1為負半周小於0時，先控制開關元件Q3及Q4導通，其電流則先 流經該儲能電感LpK:儲能，使儲能電流L.b會上升，再經二極體D2至負載端(a點)、 開關元件Q3再至二極體D4回到該交流電源1，此時該負載端b a間電位Vba會因 開關元件Q3及Q4導通而等於0 。接著再控制開關元件Q2及Q4導通，其電流則同樣先流經該儲能電感LpFc， 經二極體D2至負載端(a點)、開關元件Q2對直流鏈電容器CB充電，再經二極體D4回到該交流電源l，其電流使該儲能電感Ue放能，此時該直流鏈電容器CB的 放電電流亦會經開關元件Q2流至負載端(a點)經該HID燈、開關元件Q4回到直流
鏈電容器CB，而該負載端b a間電位Vba等於負直流鏈電壓-VB的電位。接著再控制開關元件Q1及Q2導通，其電流則由該儲能電感Ue，經交流電 源l、 二極體D2、開關元件Q2對直流鏈電容器U充電，經二極體D4回到該交流 電源l，其電流使該儲能電感LpFc;放能，至放能完畢，此時該負載端b a間電位 Vba會因開關元件Ql及Q2導通而等於0。圖4A至圖4C的電路差別，只在於該儲能電感Uc;是串接於該整流二極體的 前或之後，以及電源極性的定義；因此兩者的控制方式是可以互相比造使用的。再參閱圖4D至圖4E，該第一整流組的第一輸出端01連接於該第二整流組的 第二輸出端02，形成一橋式整流器，該儲能電感Uc不論串接於該橋式整流器 之前或之後，以及連接於第一或第二負載端(a或b點)，其電路原理則完全相同， 因此本發明僅以圖4D作說明，該儲能電感L^串接於橋式整流器後說明，該電 感Ue再串接至該第二負載端(b點)，其電流路徑如圖12A至圖12F。當設定負載電流為正半周時，先控制開關元件Q3及Q4導通，其電流則先流 經該儲能電感1^儲能，使儲能電流lL.B會上升，經負載端(b點)、開關元件Q4再 回到該交流電源l，此時該負載端b a間電位Vba會因開關元件Q3及Q4導通而等 於0。接著再控制開關元件Q1及Q3導通，其電流則同樣先流經該儲能電感l^c， 經負載端(b點)、開關元件Q1對直流鏈電容器CB充電，再回到該交流電源l，其 電流使該儲能電感LpK放能，此時該直流鏈電容器CB的放電電流亦會經開關元件 Ql流至負載端(b點)經該HID燈、開關元件Q3回到直流鏈電容器CB，而該負載端 b a間電位Vba等於直流鏈電壓端VB的電位。接著再控制開關元件Q]及Q2導通，其電流則由該儲能電感L^，經負載端 (b點)、開關元件Q1對直流鏈電容器CB充電，經二極體D3回到該交流電源1，其 電流使該儲能電感UJ文能，至放能完畢，此時該負載端b a間電位Vba會因開 關元件Q1及Q2導通而等於0。當設定負載電流為負半周時，先控制開關元件Q2及Q4導通，其電流則先流 經該儲能電感U;儲能，使儲能電流L,會上升，再經負載端(b點)、開關元件Q4 再回到該交流電源l，該直流鏈電容器CB的放電電流亦會經開關元件Q2流至負 載端(a點)經該HID燈、開關元件Q4回到直流鏈電容器CB，而該負載端b a間電 位Vto等於負直流鏈電壓-VB的電位。
接著再控制開關元件Q3及Q4導通，其電流則同樣先流經該儲能電感Uc儲 能，使儲能電流lLB持續上升，經負載端(b點)、開關元件Q4回到該交流電源1， 此時此時該負載端b a間電位Vba會因開關元件Q3及Q4導通而等於0。接著再控制開關元件Q1及Q2導通，其電流則由該儲能電感Uc;，經負載端 (b點)、開關元件Q1對直流鏈電容器CB充電，再回到該交流電源l，其電流使該 儲能電感Ue放能，至放能完畢，此時該負載端b a間電位Vba會因開關元件Ql 及Q2導通而等於0。在輸出功率控制方面，由上述分析可知，平均輸出電壓正比於(Q1及Q3) 與(Q2及Q4)配對導通的時間比率，所以調變該導通時間比率即可控制輸出功 率。而在輸入功率控制方面，由上述分析可知，增加(Q3及Q4)配對導通的時間 比率，同時等量減少(Q1及Q2)配對導通的時間比率，將會增大輸入電流與功率， 並且不影響輸出功率；由此可知，輸入與輸出功率皆可進行獨立調變控制。當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情 況下，熟悉本領域的普通技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變 形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種單級式電子安定器電路，可輸出方波電流驅動一高壓氣體放電燈，其特徵在於，包括一整流與功因修正器，輸入端連接一交流電源，將交流電源整流成直流電，並作為輸入電流的路徑及儲能單位；一橋式換流器，由四開關元件組成兩組橋式臂，兩橋式臂中點形成負載端，負載端間連接該高壓氣體放電燈，可將直流電轉成方波輸出電流，以驅動該高壓氣體放電燈並進行輸出功率控制，該一或二負載端並連接至該整流與功因修正器的輸出端，以調變輸入電流波形使具有高功率因子並進行輸入功率控制；及一控制電路，輸入端分別連接於該橋式換流器的直流鏈電壓端及負載端，輸出端則分別連接該橋式換流器的四開關元件，用以驅動該四開關元件進行脈波寬度調變控制與保護，使該橋式換流器輸出方波電流。
2. 根據權利要求1所述的單級式電子安定器電路，其特徵在於，該高壓氣 體放電燈還連接有一輸出濾波器，用以濾除輸出電流中的諧波電流成份。
3. 根據權利要求1所述的單級式電子安定器電路，其特徵在於，該整流與 功因修正器與該交流電源間還連接一輸入濾波器，用以濾除輸入電流中的諧波 電流。
4. 根據權利要求1所述的單級式電子安定器電路，其特徵在於，該橋式換 流器分別由一第一至第四開關元件組成一全橋的橋式臂，該第一及第四開關元 件的連接端形成該第一負載端；該第二及第三開關元件的連接端形成該第二負 載端；該第一及第二開關元件的連接端連接一直流鏈電容器的+端，而該第四 及第三開關元件的連接端連接該直流鏈電容器的-端，並連接該共地端。
5. 根據權利要求1所述的單級式電子安定器電路，其特徵在於，該控制電 路包括一直流總線，連接於該橋式換流器的直流鏈電壓端； 一第一檢測器，連接於該直流總線，供檢測直流鏈電壓； 一第一放大器，輸入端連接於該第一檢測器，用以將該第一檢測器的反饋 信號放大； 一第二檢測器，連接於該橋式換流器的負載端，供檢測該橋式換流器的輸 出電流；一第二放大器，輸入端連接於該第二檢測器，用以將該第二檢測器的反饋 信號放大；一參考電壓產生器，用以產生一參考電壓信號；一方波產生器，輸出信號傳送至該邏輯電路，用以決定該換流器輸出方波 電流的頻率；一第一比較器，輸入端分別連接該第一放大器及該參考電壓產生器，用以 比較該第一檢測器的反饋信號與該參考電壓信號；一第二比較器，輸入端分別連接該第二放大器及該參考電壓產生器，用以 比較該第二檢測器的反饋信號與該參考電壓信號；一邏輯電路，輸入端分別連接至該第一比較器的輸出端及該第二比較器的 輸出端，依該第一比較器和第二比較器的比較輸出產生一波寬調變信號；及一驅動器，輸入端連接於該邏輯電路，用以將該波寬調變信號放大並作電 氣隔離後，再傳送至該橋式換流器，以驅動該橋式換流器中的四開關元件，進 行該橋式換流器的脈波寬度調變控制與保護。
6. —種整流及功因修正電路，其輸入端連接一交流電源，其輸出端連接一 橋式換流器形成的第一負載端與第二負載端，其特徵在於，該電路包括一第一整流組，由一第一二極體及一第四二極體串接組成，該第一二極體 的+端連接第四二極體的-端，形成一第一電源端連接於該交流電源的一端，該 第一二極體的-端形成一第一輸出端；一第二整流組，由一第二二極體及一第三二極體串接組成，該第二二極體 的+端連接第三二極體的-端，形成一第二電源端連接於該交流電源的另一端， 該第三二極體的-端形成一第二輸出端，且該第三二極體與第四二極體的+端相 連接形成一共地端；及至少一儲能電感Uc，可串接於該第一整流組的第一電源端與交流電源之 間，或者串接於該第一整流組的第一輸出端與該第一負載端之間，或者串接於 該第二整流組的第二輸出端與該第二負載端之間。
7. 根據權利要求6所述的整流及功因修正電路，其特徵在於，該交流電源 與該第一整流組及該第二整流組之間，還連接一輸入濾波器。
8. 根據權利要求7所述的整流及功因修正電路，其特徵在於，該輸入濾波 器串接該儲能電感Lpi至該第一電源端。
9. 根據權利要求6所述的整流及功因修正電路，其特徵在於，該橋式換流 器由一第一至第四開關元件組成一全橋電路，其中該第一及第四開關元件的連 接端形成該第一負載端；該第二及第三開關元件的連接端形成該第二負載端； 該第一及第二開關元件的連接端連接一直流鏈電容器的+端，而該第四及第三 開關元件的連接端連接該直流鏈電容器的-端，並連接該共地端。
10. 根據權利要求6所述的整流及功因修正電路，其特徵在於，該儲能電感 Lwc設有二組，分別串接於該第一輸出端與該第二負載端之間，以及該第二輸 出端與該第一負載端之間。
11. 根據權利要求6所述的整流及功因修正電路，其特徵在於，該第一整流 組的第一輸出端直接連接於第一負載端，而該第二整流組的第二輸出端直接連 接於該第二負載端。
12. 根據權利要求6所述的整流及功因修正電路，其特徵在於，該第一整流 組的第一輸出端連接於該第二整流組的第二輸出端，再連接於該第一負載端。
13. 根據權利要求12所述的整流及功因修正電路，其特徵在於，該第一輸 出端連接第二輸出端後，再串接該儲能電感L附至該第一負載端。
14. 根據權利要求12所述的整流及功因修正電路，其特徵在於，該第一輸 出端連接第二輸出端後，再串接該儲能電感L^，並分別再串接一第五二極體 至該第二負載端，以及串接一第六二極體至該第一負載端。
全文摘要
本發明公開一種單級式電子安定器電路，可輸出低頻方波電流驅動至少一高壓氣體放電燈，包括一整流與功因修正器、一橋式換流器及一控制電路，該整流與功因修正器將輸入的一交流電源整流成直流電，作為輸入電流的路徑及儲能單位；該橋式換流器由四開關元件組成一橋式臂，橋式臂中點連接至該整流與功因修正器，將直流電轉成方波輸出電流，以驅動該高壓氣體放電燈並進行輸出功率控制，該一或二負載端並連接至該整流與功因修正器的輸出端，以調變輸入電流波形使具有高功率因子並進行輸入功率控制；該控制電路的輸出端連接該橋式換流器的該四開關元件，驅動該四開關元件進行脈波寬度調變控制與保護，簡化整體電路，減少多級電路轉換損失，提高整體效率。
文檔編號H05B41/231GK101119605SQ200610103878
公開日2008年2月6日 申請日期2006年8月4日 優先權日2006年8月4日
發明者李清然, 鍾輝雄 申請人:財團法人工業技術研究院