TWI281364B - Electronic ballast - Google Patents

Description

1281364 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係關於一種電子安定器，尤指一種藉由回流電路使切換 開關之反向驅動電壓處於切換開關所能承受之最大電壓範圍内之 電子安定器。 【先前技術】 螢光燈的光效大約每瓦電力可發出80流明的光是傳統白織 燈每瓦16流明的五倍，壽命約6000小時也是白熾燈（約2〇〇〇小 時）的三倍，所發出的熱量約佔輸入功率的37%，比白熾燈發出的 熱量佔輸人功率61%少了料。這些伽加上螢光燈系統技術的 進^使付榮光燈取代白織燈，成為目前辦公大樓與家居生活中 的主要照明用光源。 然而，實驗室中又發現，以高頻方式驅動燈管發光，可以在 同樣的輸入功率下獲得較咼的光輸出。換句話說，就是比較省電。 近年來，由於電力電子技術發展成熟，此技術成功的應用在電子 文疋器上’使電子安定取代了榮光燈系統巾的啟動器和傳統安 定器。 請參閱第-圖（a)，其係為習知電子安定器之電路結構示意 圖’如圖所7F，電子安定器10係屬於一非預熱型且使用推挽式並 (push-pull parallel resonant circuit) 疋一，其係包含直流電源丨丨、輸出變壓器ι2、螢光燈a、切換開 1281364 關Q1及Q2 ，主要藉由控制切換開關Q1及Q2的運作使輸出變 壓器12將直流電源11所提供之直流電壓轉換成高頻交流電，以 觸發多組螢光燈13。其中，線圈ή係為輸出變壓器I?之一組線 圈’用以監測輸出變壓1 12之初次側繞組的電流變化，以控制切 換開關Q1及Q2之運作。 第一圖（a)所述之電子安定器、10具有下列幾項優點：i•電 路驅動簡單；2.燈管可以並聯使用，取下其巾之—個燈管，另外 的燈管可以繼續工作；3·輸出兩端可以正常工作在開路及短路模 式，不需額外賴電路；4•更紐f不織新啟動電子安定器即 可點冗燈& ’以及5.可設計在不同應用之電子安定器，例如：迅 速啟動（rapid start)，立即啟動（instant伽⑴以及程式啟動 (program start)。反之，電子安定器1〇具有切換開關Q1，Q2 之電壓應力大姻賴器T1製造工藝高且體積較大以及電感π :她大等缺點’尤其疋關於切換卿Q1，Q2之電壓應力大的問 題虽電子女定益10由瞬間啟動至呈現穩定狀態這段期間，直流 電源11會於啟糾_輸纽蚊電紐，之後在紐下降一直 1電子奴③1〇呈現穩定狀料，輸出賴才會趨於敎，而切 門開闕㈣2之集極_咖，C)至射極（Emitter，E)之 :所承叉之電屋係與直流電源u的輸出電麗呈現線性的闕係，因 〇當直流電源n瞬間輸出很大之賴值時，將致使切換開關 (如第—圖⑻所示）在啟動_需承受很大的餅 1281364 值。 因此未導通之切換開關Q1或是Q2之集極至射極之間必須要 能夠瞬間承受很大的輸入電壓，否則將導致切換開關以或是 損壞，使電子安定器1〇無法正常運作。舉例而言，當電子安定界 10啟動時，切換開關Q1導通而另一切換開關Q2關閉，則切換開 關Q2之集極至射極之間必須承受.直流電源u所產生之瞬間大電 壓；反之，當切換開關q2導通而切換_ Q1 _，則切換開關 Q1之集極至射極必須承受直流電源u所產生之瞬間大·。因此 習知電子安定H 10之電路設計必須伽麵極雜概夠承受瞬 間大電壓之電晶體，通常個之切換_為能夠承受丨.贈_ 的電晶體’目前這翻型之電晶體其產品選擇性少且生產成本也 較高。 一》月參閱第一圖（a)，其係為另一習知電子安定器之電路結構 示意圖，針對第一圖（a)之電子安定器10必須使用能夠在隼極 至射極之間承受_大賴之電晶翻缺點，後續業界發展出如 第一圖（a)所示之電子安定器2G，其係藉由—柑位電路（咖 —)22將電子安定器20啟動瞬間直流電源21產生之電壓姑 過電感T2後所輸出之瞬間高電壓限·-限制電壓以下，使得切 換開_、Q2的鎌至射極所承受之賴㈤變低，用以避免 電壓經過電感T2後輪出之電壓為L6KV，而與電感T2 1281364 連接之柑位電路22可將l· 6KV的電壓限縮至1KV以下，如此一來， 電子安定器20就可選擇使用較低電壓額度之切換開關電晶體。一 般選用之切換開關為能夠承受1〇KV電壓或是以下的電晶體，其 產品選擇性多且生產成本也較低，而且具有切換開關Q1、Q2的切 換速度較快且切換損失較小的優點。 由於相位電路22將直流電源21啟動瞬間產生之電麼經過電 感T2後輸出之瞬間高電壓限縮於一預定限制電壓以下，所減少的 電壓將轉換成電流Iz，請再參閱第二圖⑷，當切換開關奶關閉 而切換開關Q2導通時’電流Iz將流經切換開關Q2的射極⑻ 及集極（C) ’但是，切換開關Q2在啟動時會因措位電路22所產 生之電流Iz太大，使其基極⑻與射極⑻之間的反向驅動電 壓超過最大可承受之賴值’如此將造成切換關Q2損害或是工 作壽命縮短，進而影響電子安定器2〇之性能及工作週期。 請參考第二圖⑻’其係於電子安定器2〇中使用ST公司所 設計製造之職BUL1臓切綱關w、Q2時，她電路之電流 Iz以及切換開關Q1或是Q2的Veb及VcE的波形圖。其中，編號 BUL1102E之切換開_、Q2其基極與射極之間所能承受之最大反° 向驅動電壓為m ’即Veb最大可為12V，而集極與射極之間所能 承受之最大電壓為L 1KV，即VeE最大可為h 1KV。由圖中可知， 電子安定H 20在啟__換開_或是Q2的I電壓會被限 制在1. ικν以下’而且触電路會產生電流Iz，且場開關、 1281364 Q2之基極與射極間所承受之反向驅動電壓—會超過ι2ν，進而造 成切換開關損害或是工作壽命縮短。 縱上所述’第二圖（a)所述之電子安定H 2G藉由柑位電路 22將直流電源21啟動瞬間產生之電壓經過電感τ2後輸出之瞬間 高電壓限縮於-預定限㈣壓以下，來改善第―圖⑷所述之電 ”女疋器10之電路a又计必須使用在集極至射極能夠承受瞬間大電 [之電曰曰體的缺點’但是，第二圖（a)所示之切換開關以、 在啟動瞬間時會關位電路22所產生之電流&太大，使其基極 ”射極之間的反向驅動電壓超過最大可^受之電壓值，如此將造 成切換開關Ql、Q2損害或是jl作壽命縮短的問題。 因此，如何發展-種可改善上述習知技術缺失，且能將切換 開關之基極與射極間所承受之反向驅動電壓控制在_開關本身 所能承受之最大電壓範圍内之電子安定器，實為目前迫切需要解 決之問題。 【發明内容】 本案之主要目的在於提供一種可藉由回流電路使切換開關 之反向驅動賴降低之電子安定器，俾解決傳統電子安定器之切 換開關因柑位電路的運作而造成其基極與射極間的反向驅動電壓 超過最大所能承受之電壓值，而將造成切換卿損害或是工作壽 np細短，進而影響電子安定器之性能及工作週期等缺點。 本案之次要目的在於提供一種電子安定器將回流電路跨接於 1281364 刀換開關之集極和射極兩端，使柑位電路所產生之輸出電流經由 回流電路傳送至輸出變壓器，而不流經切湖關的基極與射極， 柑位電路所產生之電流將不會影響切換開關的反向驅動電壓，以 使切換簡之反向_電顯於__職承受之最大電壓範 圍内。 祀 為達上述目的’本案之—較廣義實施樣態為提供—種電子安 疋為其係包含· -輸出變壓器；複數個切換開關，·一控制電路， 電連接於該等切換_，用以控繼等切換關之運作，·—直流麵 電源’用以產生-直流電壓；—柑位電路，電連接於該直流電源， 其係預設-限制電壓，用以於該直流電壓超過該限機壓時，將 該直流電壓限制於該限制電壓以下並產生—輸出電流；以及複數 個回流電路，電連接於該柑位電路且跨接於該等切換開關之兩 側，用以提供該輸出電流之傳輸路徑，以使切制關之反向 驅動電壓處於該等切換開關所能承受之最大電壓範圍内。 根據本案之構想，其中該輸出變壓器係為一中央抽頭式變壓籲 器，用以將該直流電源所產生之該直流·轉換成—高頻交流電 壓，以觸發複數個螢光燈。 根據本案之構想，其中該柑位電路係為一突波電壓吸收器 (Transient Voltage Suppressors)，而該突波電壓吸收器係為— 齊納二極體，用以於該直流電壓超過該限制電壓時，將該直流電 壓限制於該限制電壓以下並產生該輸出電流。 11 1281364 根據本案之構想，其中該等切換開關係為—卿形式之雙極 接合面電晶體，具有—基極（如ej)、-集極（⑽ect〇r，c) 及一射極（Emitter, E)。 根據本案之構想，其令該等回流電路係跨接於該等切換開關 之該集極與騎極之間，使該池電路魅生之該輸出電流經由 该等回流電路傳送至該輸出變壓器，以使該等切換開關之反向驅 動電遂處於該等切綱騎能承受之最A賴範圍内。 根據本案之構想，其中該等回流電路係為一二極體，用以提馨 供該輸出電流之傳輸路徑，以使該等切換開關之_與射極間的 反向驅動電壓處於該等切換_所能承受之最大電壓範圍内。 本案之另較廣義實施樣悲為提供一種電子安定器，盆係包 3 ·複數個切換開關；一直流電源，用以產生一直流電壓；一掊 位電路’電連接於該直流電源，其係預設一限制電壓，用以於該 直流電壓超過該限制電壓時，將該直流電壓限制於該限制電壓以 下並產生一輸出電流；以及複數個回流電路，電連接於該柑位電鲁 路且跨接於該等切換開關之兩侧，用以提供該輸出電流之傳輸路 徑，以使該等切換關之反向‘_維持在該等切換開關所能 承受之最大電壓範圍内。 根據本案之構想，其中該等切換開關係為一 NPN形式之雙極 接合面電晶體，具有一基極（Base，B)、一集極（c〇llect〇^c) 及一射極（Emitter，E：)。 12 1281364 根據本案之構想，財該相流電路係跨接於該等切換開關 之該集極與婦極之間，使該触電路賴生之·^電流細由 該等喊電路傳送至該輪出變屋器，以使該等切換開關之反向驅 動電[處n等切換開關所能承受之最大電壓範圍内。 根據本案之構想，其中該等回流電路係為—二極體，用以提 供该輸出電流之傳輸路徑，以使該_換_之基極與射極間的 反向驅動電壓處於該等切換_所能承受之最大電壓範圍内。 根據本案之構想，其中該柑位電路係為一突波電墨吸收器 (Transient Voltage Suppressors)，而該突波電壓吸收器係為一 齊納二極體’_於職流麵超職限 壓限制於·下錢生職㈣流。 «本案之構想，其巾_子蚊器更包含—輸出變壓器， 其係與該等切制M電連接，用⑽織流魏職生之該直流 電壓轉換成—高頻交流賴，以觸發複數個營光燈。 根據本案之構想，其巾輯出賴器係為—巾央抽 器。 、 根據本案之構想，其中該電子安定器更包含—控制電路，電 連接於該等切換開關及該直流電源，用以控制該等切換開關之運 作。 13 1281364 【實施方式】 詳特徵與優_—些典型實施例將在後段的說明中 ΠΓ解的是本案能夠衫__上具有各種的變 /、白不脫離本案的賴，且其巾的·及圖示在本質上係當 作說明之用，而非用以限制本案。 /、田 請參閱第三圖’聽為杨錄實關之電子安定器之硬體 _方塊4圖。如第三_示，電子安定器3G係包含直流電源 括位電路32、控制電路33、輸出變壓ϋ 34、峨開關Q卜 Q2以及回流電路35。 直流電源31係用以產生—直流電壓，其中，當電子安定哭加 由瞬間啟齡呈_定狀態紐_，錢躲31會於啟動時瞬 間輸出很大之輸㈣壓值，之後在慢慢下降—直到電子安定器3〇 呈現穩定狀態時輸出電壓才會趨於穩定。 控制電路33係由域Τ2、電阻R2以及輸出變壓器^ 所組成，其係與直流電源3卜切換開陳及Q2、扭位電路32及 輸出變壓器34電性連接，主要用以控制切換開_及Q2之運作， 即當切換開關Q1導通時’切換開關q2關閉，當切換開關Q2導通 時，切換開關Q1關閉，用以使輸出變壓器34之初次側繞組 (pHmair winding)的輸入電壓具有變動，才能使輸出變壓器^ 將直流電源31所提供之直流電壓轉換成高頻交流電，以觸發多組 螢光燈36。其中，線圈T1係為輪出變壓器34之一組線圈。 14 1281364 ::實施例中，輸出變壓器34係為—中央抽頭式變壓器，其 與螢光燈36之間係具有穩定電容 榮光燈36之亮度。切換開㈣及^，他調整所連接之 ’ 集極（Collector，C)及 一射極（Emitter，E)。 直流電源31峨生讀峨係_峨32兩端所承受 =及切換_、Q2之集極及射極之_受之職呈現線 =關係’且触電路32係預設-限制電壓，當電子安定器30 動_直流電源31啟動瞬間產生之電壓經過電感T2後之直流 ^超過該限制電壓時，柑位電路32會將該直流電壓限制於該限 以下，使得切換開_、Q2的集極至射極所承受之電壓㈤ 良低，用以避免切換開關Q1或是Q2因集極至射極所承受之電壓 (Vc〇過大而造成切換_ Q1较敗損壞的情形。 一 2於触電路32將直流電源31所獅之咖高限制於 二預定限制賴以下，所減少的賴將轉換成電流ίζ，而為了避 免因電流Ιζ流經切換開_或是Q2 _極⑻及集極⑹時， 因為推位電路32所產生之電流ίζ太大，使得切換開闕以或是收 的基極⑻與射極⑻之_反向鶴碰n，超過最大 ，能承受之電麵，而造成切換開關損害或是工作壽命縮短的問 畸’因此’需將回流電路351跨接於切換開關Q1之集極與射極之 間’回流電路352跨接於切換開聽之集極與射極之間，使得扭 15 1281364 位電路32所產生之輸出電流Iz經由回流電路35丨或是邪2傳送 至輪出變壓器34，而不流經切換開關Q1或是Q2的基極（B)與射 極（E)，如此一來，柑位電路32所產生之電流Iz將不會影響切 換開關Ql、Q2的反向驅動電壓，以使切換開關之反向驅動電壓處 於切換開關所能承受之最大電壓範圍内，將可解決習知電子安定 器之切換開關容易損害或是工作壽命縮短等問題。當然，本案之 柑位電路32係為一突波電壓吸收器（Transient v〇ltage Suppressors)，於本實施例中該突波電壓吸收器係以一齊納二極鲁 體為佳，而回流電路351、352係以一二極體為佳，但不以此為限， 任何可達到相同功效之電路設計均為本案所保護之範圍。 舉例而言，當電子安定器30由啟動瞬間至呈現穩定狀態之 間，切換開關Q1受控制電路33之觸發導通，而切換開關以受控 制關閉時，柑位電路3 2所產生之輸出電流丨z將經由回流電路3 5 i 流至輸出變壓器34後再回到柑位電路32。至於，當切換開關Q2 受控制電路33之觸發導通，而切換開關Q2受控制關閉時，柑位# 電路32所產生之電;Iz將經由回流電路352流至輸出變壓器34 後再回到柑位電路32。由於柑位電路32所產生之輸出電流Iz並 不會經由切換開_卜Q2之集極⑹與射極⑻流至輸出變壓 器34，因此，切換開關Ql、Q2的基極與射極之間的反向驅動電壓， 即Veb ’就能夠維持在最大所能承受之電壓值内。 請參閱第三圖⑹，其係為第三圖（a)所示之柑位電路之電 16 1281364 流Iz以及切換開關的Veb及Vce的波形圖，切換開關Q1及Q2與第 二圖（b)同樣使用ST公司所設計製造之編號BUL1102E切換開關， 相較於第二圖（b)及第三圖（b)之Veb波形可知，本案之電子安 定器30於切換開關Q1及Q2之集極（C)和射極（E)之間跨接回 流電路351、352，能夠使切換開關qi及Q2之反向驅動電壓Veb 處於編號BUL1102E切換開關所能承受之最大電壓範圍内。 於上述實加例中’切換開關Q1及Q2可使用ST公司所設計製 造之編號BUL1102E切換開關或是使用飛利浦公司所設計製造之編 _ 號BUJ403A切換開關，回流電路35卜352可使用VISHAY公司所 製造之編號BA159二極體，但不此為限，任何具有同樣功能之晶 片於此皆可併入參考。

緃上所述，本案之電子安定器藉由將回流電路跨接於切換開 關之集極和射極兩端，他位電路所產生之輸出電流經由回流電 路傳送至輸出類H，科流經切換開_基極與射極，括位電 路所產生之電流將不會影響切換開關的反向驅動電壓，以使切換 開關之反向驅動電壓處於切換關所能承受之最大魏範圍二，、 料解決f知切換_料損害或是讀壽命縮短等=，2而 提升電子安定器之生產良率及使用工作週期。是以， ^ 安定器極具產業之價值，爰依法提出申請。 案之電子 飾，然皆不 本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修 脫如附申請專利範圍所欲保護者。 17 1281364 【圖式簡單說明】 第-圖（a) ··其係為—習知電子安定器之硬體架構方塊示意圖。 第-圖（b) ··其係為第-圖⑷所示之切換開關9卜收之集極 至射極之間所承受之電壓波形圖。 為另—習知電子安定器之硬體架構方塊示意圖。 第Θ (b) ·其係為第二圖⑷所示之柑位電路之電流&以及 切換開關的VEB及VcE的波形圖。 圖（a) ·其係為本案較佳實施例之電子安定器之硬體架構方 塊示意圖。 第圖⑹·其係為第三圖（a)所示之柑位電路之電流ιζ以及切 換開關的Veb及I的波形圖。 10122022 31 【主要7L件符號說明】 電子安定器 輸出變壓器 電子安定器 柑位電路 直流電源 33:控制電路 351 :回流電路 36 :螢光燈 11 ·· 直流電源 13 : 螢光燈 21 : 直流電源 30 : 電子安定器 32 : 括位電路 34 : 輸出變壓器 352 :回流電路

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Claims (1)

1281364 十、申請專利範圍： 1· 一種電子安定器，其係包含： 一輸出變壓器； 複數個切換開關； -控制電路’電連接於該等切換麵，用以控制該等切換開 關之運作； ' 一直流電源，用以產生一直流電壓；

-柑位電路’電連接於該直流電源，其係預設—限制電壓， 用以於該錢電壓超過該關電麟，將該直流電壓限制於該限 制電壓以下並產生一輪出電流；以及 、以" |數個回流電路’電連接於飾位電路骑接於該等切換開 關之兩侧’肋提供該細較之傳輸雜，贿該等切換開關 之反向驅動電壓處於該等切換開關所能承受之最大電壓範圍内。

2:如申睛專利範圍第）項所述之電子安定器，其中該輸出變遷 係為-中央_式變壓器，肋將該直流電騎產生之該直流 壓轉換成貞交流麵，明發複數個螢光燈。 3. 如申睛專利範圍第J項所述之電子安定器，其中該扭位電路 為一突波電壓吸收器（―t _age Suppres_)，而該 波電壓吸收器係為-齊納二極體，用以於該直流電壓超過該限 電屢時’將該直流物艮制於該限制電壓以下並產生該輸出電滞 4. 如申μ專利减第丨項所述之電子安定器，其中該等切換開j 係為一 NPN形式之雙極接合面電晶體，具有一基極（㈣β) 19 1281364 一集極（Collector，C)及一射極（Emitter，E)。 i如申請專利範圍第4項所述之電子安定器，其中該等回流電路 係跨接於該等通_之該雜與該射極之間，使前位電路所 產生之該輸出電流經由該等回流電路傳送至該輪出變壓器，以使 該等切換開關之反向驅動電壓處於該等切換開關所能承受之最大 電壓範圍内。 &如申請專利範圍第5項所述之電子安定器，其中該等回流電路 係為-二極體，用以提供該輸出電流之傳輸路經，以使該等切換鲁 開關之基極與射極間的反向驅動電壓處於該等切換開關所能承受 之最大電壓範圍内。 7· —種電子安定器，其係包含： 複數個切換開關； 一直流電源，用以產生一直流電壓； 一柑位電路，電連接於該直流電源，其係預設-限制電壓， 用以於該直流輕超過該限制電壓時，將該直流電壓限制於該限⑩ 制電壓以下並產生—輸出電流；以及 複數個回·電路’電連接於該柑位電路且跨接於該等切換開 關之兩側’用以提供該輸出電流之傳輸路徑，以使該等切換開關 之反向驅動電壓維持在該等切換開關所能承受之最大電壓範圍 内。 8·如申凊專利圍第7項所述之電子安定器，其中該等切換開關 20 I28l364 係為-NPN形式之雙極接合面電晶體 _隹 I極（Base，B)、 集極（C〇llect〇r’ C)及一射極（Emitter，E)。 9·如申請專利範圍第8項所述之電子安定器 :接於該等切換開關之該集極與該一 ★々之該輸出電魅由該等喊電路傳送至該輪出賴器，以使 轉=換關之反向驅動電壓處於該等切換開關所能承受之最大 電麼範圍内。 1 =請專利細第9項所述之電子蚊器，其中該等回流電€ …、、、-鐘’用以提健輸出電流之傳輸路徑，以使該等切 換開關之基極與射極_反向鶴電壓處於該等城觸所能承 艾之最大電壓範圍内。 11.如中請專利細第7項所述之電子钱器，其中_立電路 係為-突波電壓吸收器（Transient Suppres_)，而該 突波電壓吸收器係為-齊納二極體，用以於該直流輕超過該限 制電壓時，將該直流電壓限制於該限制電壓以下並產生該輸出電籲 12.如中料利細第7項所述之電子安定^，其巾電子安定器 更包含-輪出變麵，其係與該等切換_電連接，用以將該直 流電源所產生之職流轉換成—高敝流霞，以觸 個螢光燈。 13·如中請專利範圍第12項所述之電子安定器，其中該輸出變壓 21 1281364 器係為一中央抽頭式變壓器。 14.如申請專利範圍第7項所述之電子安定器，其中電子安定器 更包含一控制電路，電連接於該等切換開關及該直流電源，用以 控制該等切換開關之運作。

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