TWI258162B - A three-phase electronic ballast with current equalization function - Google Patents

Description

1258162 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種電子安定器，特別是有關於一種 具有均流效果之三相式電子安定器。 【先前技術】 近年來光電相關技術不斷地推陳出新，各種電子裝置 的數位化趨勢’擴大了顯示面板的技術層次以及應用範 圍，使得常見的顯示面才反的種類從以往僅有的陰極射線管 ”、、貝示幕又坫加了液晶顯示面板以及電漿顯示面板等等。 其中由於這些冑式顯示面板與陰極射線管顯#幕在顯示原 理上有很大的不同，所以能夠輕易地達到高晝質、體積小、 重量輕、驅自電壓低以及消耗功率低等優點，更加地適用 於個人數位助理（pers〇nal digital assistant，叩八）、行動電 話、攝錄放影機、筆記型電腦、電視等消費性通訊及電子 產品上，因此，有逐漸取代陰極射線管顯示幕而成為顯示 器主流的趨勢。 但由於液晶顯示器是屬於非自體發光的顯示裝置，因 此而要有其他的辅助光源來協助其顯示影像，也就是一般 所稱的背光源。由於目前液晶顯示器的發展趨勢是朝向大 尺寸發展，所以常使用多個冷陰極燈管（cold⑽hoh flu0rescent iamp)或是多個發光二極體（led)等光源負載來 做為大尺寸液晶顯示器的背光源。 一般而言，背光源的均勻度和高亮度對液晶顯示器所 5 1258162 產生的視覺效果來說是極為重要的，因此為達到良好的領 示效果，目前大多以多光源負載的方式來設計液晶顯示器 2背光源，這也就是說，當液晶顯示器的尺寸面積越大時， 为光源所需要的光源負載也越多，因而隨之產生一些問題。 由於在具有多光源負載的光源電路中，每個光源負載 之間在特性（如阻抗特性）上的不同，以及其他每個電路元件 (如電—感及電容)之間的差異，都會造成通過每一光源負載的 電流量不盡相同’進而造成顯示畫面亮度的不均勾。 、目：具有-些均等通過每一光源負載之電流量的方 法，但每些方法大都是透過外加的控制電路來加以達成。 但外加控制電路的加人會增加背光源電路整體的體積以及 成本’而且其均流效果也不見得料理想，例如，外加控 制電路的加人會使均流電路中的元件在設計上更加不易f 在電路操作頻率有所變動之下便會失去均流效果，以及在 光源負載之阻抗特性變動的情況下亦會失去均流效果。 因此，若能夠在背光源電路中，以更簡單及更有效的 方式，均等流經每一光源負載的電流’使流經每一燈管的 電流量無論在何種外在環境條件下皆能維持在一定值，則 液晶顯示器的背光源便能散發出更為均句以及更為光亮的 光源’背光源的發光效率以及使用壽命也能隨之提高。 【發明内容】 因此本發明的主要目的就是在提供一種用以同時均流 多個光源負載之三相式電子安定哭。 1258162 本發明的另一目的就是在提供一種低電路元件數量以 及低製造成本之三相式電子安定器。 本發明的再一目的就是在提供一種能夠不受電路之操 作頻率影響之三相式電子安定器。 本發明的更一目的就是在提供一種能夠不受光源負載 之阻抗特性影響之三相式電子安定器。 為達到本發明之上述目的，符合本發明之一實施例之 二相式電子安定器包含有一三相電壓驅動電路、三變壓 為、三諧振電路。其中，三相電壓驅動電路係用以將一直 流電壓源所提供之直流電壓切換為三相電壓，並將此三相 電壓提供給該三變壓器。此三變壓器的第一次側係以三角 接法（deltaconnection)互相連接，並分別用以接收三相電壓 驅動電路所提供之三相電壓#中之一…卜，三變壓器的 第二次側係以Y接法（Yconnecti〇n)互相連接，此三變壓器 j第二次側皆會提供一輸出電壓給一負載，但每一輸出電 壓在輸出之前皆須為—諧振電路㈣波，使輸出電壓的波 形為一正弦波。 "在上述的電路之中，因為該三變壓器之第一次側及第 朴人側係互相呈現三角—γ接法（deha_Y⑶ηηαΗοη)，所以 — 角γ接法的特性以及實驗結果可知，此種電路能 夠在每一負載上達到良好的均流效果。 【實施方式】 由於般之二相式電子安定器為各個燈管負載所提供 7 1258162 之電流值容易受電源品質或負載老化等外在因素而變得不 ' 穩定，造成流經每個光源負載上的電流值會有所不同，進 而使每個光源負載的亮度不一致。因此本發明之基本概念 係將三相式電子安定器中的各個變壓器互相以三角一 γ接 法（delta-Y connection)連接，藉由三角—γ接法的特性可均 等流經每一光源負載上的電流，並且不須外加的控制電路。 第1圖繪示了符合本發明概念之一三相式電子安定器 • 1〇0之電路架構圖。在此架構中，係使用一三相電壓驅動^ 路102來提供電路中所需要的三相電源，此三相電壓驅動 電路102會接收一直流電壓Vdc，並將直流電壓γ%轉換 為交流電壓並輸出，其中三相電壓驅動電路1〇2所輸出的 二相交流電壓一般會是三相交流方波電壓。 由三相電壓驅動電路102所輸出之三相電壓會 入-三角-Y變壓器電路丨。4之中。其中三角—γ = 電路104係由多個變壓器所組成，這些變壓器的第一次側 Λ t以三角接法互相連接’以及第二次側會以γ接法互相連 接。也就是說’三角一 γ變壓器電路1〇4會先以使用三角 - 接法的第一次側來接收三相電壓驅動電路102所輸出的三 相電壓’再以使用γ接法的第二次側來輸出這些三相； 壓。依據三角-Y接法的電路特性以及實驗結果可知，由 三角-Y變壓器料104所輸出的每一相電壓大小 常平均。 3 由於三相電壓驅動電路102所輸出的交流電壓一般备 是三相交流方波電壓，所以由三角—γ變壓器電路104戶; 8 1258162 輸出的三相電壓一般也會是三相交流方波電壓。因此，由 三角一 Y變壓器電路104所輸出的每一相方波電壓還須為 一諧振電路106濾波成為一正弦電壓，才能供光源負載 使用。同樣依據三角一Y接法的電路特性以及實驗結果也 可發現流經光源負載108的每一相電流的電流大小也都會 相當穩定並且一致。 胃 依據於第1圖當中所提到的電路架構，在第2圖綠示 了符合本發明之-實施例之三相式電子安定器的電路f 此電路中的三相電壓驅動電路包含了六個開關元件（如場 效電晶體FET)，即一第一開關元件心、—第二開關元件 -第三開關元件S3、一第四開關元件S4、一第五開關元； S5以及一第六開關元件s0。每一個開關元件都具有—第— 連接端、-第二連接端以及一控制端，其中第一開關元件 S!、第三開關元件s3以及第五開關㈣§5的第—連接端备 連接在-起，用以接收直流電壓VDC的之正電位，而第二 開關元件82、第四開關元件S4以及第六開關元件S6的第： 連接端會連接在-起，用以接收直流電壓vDe的之負電^ 另夕卜，第:開關元件81、第三開關元件S3以及第五開關元 件5的弟一連接端會分別與第二開關元件S2、第四 件S4以及第六開關元件心第一連接端連接。 汗70 在本電路中會有另外一控制電路（未綠示於圖中） H、開關兀件的控制端’用以控制該六開關元 與截止。因此，控制電路適當的控制 *、 壓切換為三相方波電壓，其中該三相電二=直流電 电缓會分別輸出於第 1258162 開關元件s i與第二開關元件之連接點、第三開關元件 S3與第四開關元件心之連接點以及第五開關元件s5與第六 ，關元件s0之連接點。在本實施例中，第一開關元件 第三開關元件S3以及第五開關元件S5在切換時互相會有 20度的相位差，第二開關元件S2、第四開關元件心以及 第/、開關tl件S6在切換時互相亦會有12〇度的相位差，而 第-開關元件Sl與第二開關元件S2之間、第三開關元件 S3與第四開關元件§4之間以及第五開關元件、與第六_ 兀件S0之間在切換時皆會有18〇度的相位差。 ▲著在本只她例中’二角- Y變壓器電路係由一第一 變壓器Tl*i、一第二鐵厭哭τ 一夂i Tr2以及一第三變壓器τ 變=所組成，每-變壓器係用以處理三相變壓驅動電； 電壓其中第一變壓器h之第 、 弟一士 ΤΓ2之第一次側Np2以及第三變壓器丁。之第一 次側ΝΡ3會互相以三角接法連接在—起，並且每一第一次 側皆會接收二相變壓驅動電路所輸出之—相電壓。 也就是說，第一次側Npl的兩端會 …第二連接端以及第三開關 二 接，第-次側NP2的兩端會分別血 二弟：連接如連 連接端以及第五開關元件Ss的第1: 3的弟- NP3的㈣會分別與第五開關元件 # -開關元件S,的第二連接 5的弟-連接端以及第 另外，為了^ 以形成一三角接法。 Τι·以及第51阻隔流入第—變壓器Tri、第二變壓器 2 —器Tr3的直流成分，以避免變壓器的飽 10 1258162 和，可在第-次側Νρι與第—開“件&之第二連接端之 間次側nP2與第三開關元件S3之第二連接端之間以 及弟一次側nP3與第五開關元件心之第二連接端之間分別 串聯一第-隔離電容Csi、—第二隔離電容^以及一第三 隔離電容Css，以達到此效果。 户另外帛壓益Tr】之第二次側Ns】、第二變壓器扣 之第二次側Ns2以及第三變壓 以Y接法連接在—起，Γ弟—次側NS3會互相 並且母一弟一次側皆用以輸出一輸 出電壓給光源負載。 N合也右沈一是:兒’第二次側…1、第二次側仏2以及第二次側 曰合右—端互相連接在—起，以形成¥接法中的中性點， 、义曰有二先源負載（即本例中的燈管負載Rlamp】、Rlamp2 =NmP3)會分_第二次側％、第二次側NS2以及第 一-人側Ns3並聯，以接收第一 以及第三變壓器Tr3所J之二…1、弟二_- 所分第1側叫、第二次側…2以及第二次側NS3 波：正;;J電广樣皆為方波電壓，故須為諧振電路濾 壓後才能供應給各個負載使用。在本實施例 以及：― 弟—諧振電容CP1、-第二諧振電容CP2 ^二職電容％與第二次侧％、第二次側叫以 漏電:人並聯。其中，因為在變壓器當中都會具有 路：第：厂此漏電感便可與該並聯電容形成-諸振電 容步成：ΓΓΤγι為例，即漏電感Lsi會與第-諧振電 成1振電路’將第二次側％所輸出之方波電壓遽 1258162 二 =ΐ::塵供燈一管負載Κ—Ρ,使用’並且若能狗將第 抗匹配的話，則能夠得到更好的均流效果。同：值 第一：振電谷CP2與第二變壓器丁。之漏電感LS2的配人， 以及第三諧振電容C 一 〇 “CP3與弟二.…Tr3之漏電感Ls3的配 5白有者相同的作用。 一 μ Ϊ 3圖胥不了上述之三相式電子安定器所可能具有的 一也變化形式。例如，依據實驗結果，當每-相之輸出電 壓係用以提供較多的燈管負載使用時，本電路— 良^的均，效果，如圖所示，可由第—變㈣h提:輸出 電壓給燈管負载Rlampi及R — 4，第二變壓器％提 出電壓給燈管負載Rlamp2及R—5以及第三變壓器丁:： 供輸出電壓給燈管負載心邮3及Rlamp6。 3 再者，由於不同種類的光源負載具有{同的阻抗特 I" 口此若所使用的光源負載具有負增量電阻特性時，可 多利用-補償電容與光源負載串聯以降低該光源負 增量電阻特性’如圖所示U償電容cbi、第二補償電 容Cb2以及第三補償電容Cb3。 最後，在第2圖中，第二欠側％、％以及％之一 端會互相連接，以形成Y接法t中的中性點。但若將第二 次側NS]、叫以纟价3之_端同時連接至驅動電路之一: 地端時，亦可得到相同效果’亦即Y接法當中的中性點也 可為電路中的接地點。 雖然本發明已以多個較佳實施例揭露如上，然其並非 12 1258l62 =限定本發明，任何㈣此技藝者，在不脫離本發明之 範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之 、蔓範圍§視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】

At為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 月匕更明顯易懂’所附圖式之詳細說明如下·· 第1圖為符合本發明實施例之三相式電子安定器之架 構圖。 第2圖為符合本發明之一實施例之三相式電子安定器 之電路圖。 第3圖為符合本發明另一實施例之三相式電子安定器 之電路圖。 【主要元件符號說明】 100 ·•三相式電子安定器 104·二角—γ變壓器電路 1()8 =負載

Sl :第一開關元件 S3 :第三開關元件 I :第五開關元件

Tri :第一變壓器

Tr3:第三變壓器 102 :三相電壓驅動電路 106 :諧振電路 VDC :直流電壓 S2 ··第二開關元件 S4 :第四開關元件 S6 :第六開關元件 Tr2 :第二變壓器 Npi-Np3 :第一次側 13 1258162 NSl-Ns3 :第二次側 Cs!:第一隔離電容 Cs3 :第三隔離電容 Cp2 :第二諧振電容 Cb!:第一補償電容 Cb3 :第三補償電容 LSi_LS3 ·漏電感 Cs2 :第二隔離電容 CPl :第一諧振電容 Cp3 :第三諧振電容 Cb2 :第二補償電容 Rlampi-Rlamps :燈管負載

14

Claims (1)

1. !258162 十、申請專利範圍： —種二相式電子安定器，包含： 一三相電壓驅動電路，用以 相輸入電壓； “電昼轉換為一三 ::壓器電路’其中該變壓器電路包含複 二之一次側係分別用以接收該三相輪入電壓 ，、中-相電壓以及該些變壓器之二次側係用一一 相輪出電壓’纟中該些變壓器之第—次側係互相形成^ 角接法（delta connection)，以及該些變壓器之第二一 相形成一 γ接法（Yconnecti〇n);以及 人彳H糸互 —-諧振電路，用以諧振滤波該三相輸出電壓，以產生 =…壓…該三相正弦電壓之每一相電壓皆可 徒供至少一負載使用。 2·如申請專利範圍帛！項所述之三相式電子安定器， 其中該三相電壓驅動電路包含·· 、-第-開關元件，其中該第一開關元件之第一連接端 連接至該直流電壓之正電位； 、一第二開關元件，其中該第二開關元件之第—連接端 =接至該第一開關元件之第二連接端，該第二開關元件之 第二連接端連接至該直流電壓之負電位； -第三開關元件，其中該第三開關元件之第一連接端 連接至該直流電壓之正電位； 15 1258162 一連接端 關元件之 一第四開關元件，苴中兮 ” τ该弟四開關元件之第 連接至該第三開關元件之裳— 一 ^ 干之弟一連接端，該第四開 弟一連接端連接至該直流電壓之負電位； 一第五開關元件，苴中 ^ ^ ^ ，、中°亥弟五開關元件之第一連接端 連接至該直流電壓之正電位； 一連接端 關元件之 一第六開關元件，复中兮楚 ，、中δ亥弟六開關元件之第 連接至該第五開關元件之筮_ 弟一連接端，該第六開 弟一連接端連接至該直$ Φ ^ 且机電壓之負電位；以及 控制電路，用以切換該第一 開關元件、該第二開關 五開關元 元件、該第三開關元件、該第四開關元件、該第 件以及該第六開關元件之導通與載止。 3. 如申請專利範圍第2項所述之三相式電子安定器， 其：該第-開關元件、該第二開關元件、該第三開關元件、 广第四開關元件、4第五開關元件以及該第六開關元件皆 為一場效電晶體（FET)。 4. 如申請專利範圍第2項所述之三相式電子安定器， 其中该控制電路的控制下，㈣—開關元件、該第三開關 兀件以及該第五開關元件在切換時互相會有120度的相位 差’第二開關元件S2、第四開關元件S4以及第六開關元 件S6在切換時互相亦會有ι2〇度的相位差，而第一開關元 件si與第二開關元件S2之間、第三開關元件S3與第四開 關元件S4之間以及第五開關元件與第六開關元件S6之 16 1258162 間在切換時皆會有180度的相位差。 5.如申請專利範圍第2項所述之三相式電子安定器， 其中該變壓器電路包含： 一第一變壓器，其中該第一變壓器之第一次側之兩端 分別連接至該第一開關元件之第二連接端以及該第三開關 元件之第二連接端； 第一”艾壓态，其中該第二變壓器之第一次次側之兩 端刀別連接至該第三開關元件之第二連接端以及該第五開 關元件之第二連接端；以及 ⑴-第三變壓器，其中該第三變壓器之第一次次側之兩 %分別連接至該第五開關^件之第二連接端以及該第 關疋件之第二連接端。 φ ^ …一 7广丨地又三相式電子安定器， 其中该弟一變壓器之第一次 疋益 桩w日日 U 一 ^弟一開關元件之第二诖 接知之間，該第二變壓器之一； 連 第二連接端之間，以 -人側與該第三開關元件之 心任％之間，以及该苐三變 開關元件之第二連接端之間，皆=弟一二人側與該第五 刀另J串聯有一隔離電容。 7·如申請專利範圍第5項所述 其中，該第一變壓器之第-Α —相式電子安定器， 第二次側之一端以及該第：機、、邊弟二變壓器之 /木—變愿器一 連接以形成一中性點。 -人侧之一端互相 17 A^162 8·如申請專利範圍第 其中，該第一變壓器之第二^所述之三相式電子安定器， 第二次側之-端以及該第：：側之—端、該第二變壓器气 接至-接地點。 二、曼壓器之第二次側之-端皆建 9·如申請專利範圍第 复巾弟5項所述之三相式電子安定赛 〃、Τ该谐振電路包含： ％， 以及 —Γ譜振電容，與該第-變塵器之第二次側並聯. -弟一諧振電容’與該第二變壓器之第二次側並聯: 聯 一第三諧振電容，與該第三變壓器之第二次側並 ίο.如申請專利範圍第9項所述之三相式電子安〜 器，其中忒第一諧振電容、該第二諧振電容以及該第= 振電容係分別與該第一變壓器之漏電感、該第二變壓器 漏電感以及該第三變壓器之漏電感產生諧振。 11.如申請專利範圍第9項所述之三相式電子杂〜 器，其中該第一諧振電容、該第二諧振電容以及該第三譜 振電容之電容值係分別與該第一變壓器之漏電感、該第二 變壓器之漏電感以及該第三變壓器之漏電感之電感值阻抗 匹配。 18 1258162 12.如申請專利範圍第5項所述之三相式電子安定 器，更包含複數個補償電容分別與該第一變壓器之第二次 側之一端、該第二變壓器之第二次側之一端以及該第三變 壓器之第二次側之一端連接，用以降低該負載之負電阻增 量特性。 19