TWI312261B - - Google Patents

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1312261 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於本案發明人的曰本特許第2733817號（ 美國專利第5495405號）發明的利用發明或其技術旨趣的利 用’且有關於-種光源用的換流器電路，適用相容於冷陰 極營光管（Cold Cathode Flu〇rescent Lamp CCFL)、外部電二 冷陰極管（External Electrode Flu〇rescent LampEEFL)、霓虹 燈等放電管。 【先前技術】 近年來，面光源的用途廣泛，不僅可以用在廣告顯示 以及個人電腦上，也擴大用在液晶電視機等機器上。 於是對用來驅動面光源的換流器電路而言，也就要求 小型並且有高效率。 在此如下所示，將說明近年來冷陰極管用換流器電路 的變遷，以及與日本特許第2733817號發明之間的關係。 冷陰極管用換流器電路是一種普遍使用的傳統電路， 也就是如圖17所示的集極共振型電路。該電路也常稱為 Royer電路，但Royer電路的正式定義是指：使變壓器呈飽 和狀態後再進行開關動作的逆轉，也就是利用集極側的共 振方式來進行逆轉（反向）動作而被稱為集極振盪型電路，或 為與Royer電路做區別，宜稱為集極共振型R〇yer電路。 惟，當初的冷陰極管用換流器電路是使用有一種完全 沒有利用二次側電路的共振機構，而昇壓變壓器是使用洩 漏電感少也就是閉路型變壓器。在這時代背景下，業者噶 5 知所謂閉路型變壓 流器電路中的昇壓 壓器二次側的輸出 少。 器思' ^日）¾漏電感少的 變壓器的洩漏電感， 電壓，不是較佳形態 變壓器。又對於換 其認知是指降低變 ’且希望盡可能減 、”。w成二次側電路 電路動作頻率還高 頻革-疋有-返較換流器

二次側電路中，装放、、；疋使該時代背景中的變壓器 關，且不對換振頻率是與換流器電路的動作頻率無 谷⑶是—為了進杆；mu。又，穩流電 立Β電机穩定化所需的構件。 的形態為人:!極電路還有-種諸如圖18所示 報，如圖19所示，^疋揭不日本特開平7·211472號公 路中，_ 電路普及而為人所知’也就是該電 Τ 一次側電路的J£据艏漆* ^ 倍，也就是被稱為Μ共振型電HP共振頻率的3 屢器適於”漏電感值增加到某=度㈣所使用的昇壓變

此時’如圖20的說明所示 Λ抑 3次高諧波入成，… τ ^…路的振盪頻率與 反D成而產生一梯狀波形。 2!所X的3倍#_電路的冷陰極管電流是呈一圖 以所不的波形。 Μ 。在業者所說的閉 稱呼的定義是模糊 又一邊磁通量洩漏 不是假設如上狀態 此時，昇壓變塵器的名稱有些混乳 路變壓器是否適當，仍有其討論空間， =清。要如何形容一邊關閉磁路結構但 夕的狀態是問題所在。也就是這些用語 的專門技術用語。 6 1312261 所謂3倍共振用變壓器的形狀是如圖22所示為扁 平里t耗磁路結構呈閉鎖狀態，但磁通量漁漏較以往 技#還大，也就是具有較大的洩漏電感值。 不管怎樣，該技術思想（圖18所示）是指：藉著昇麼變 堡器的_感值增大到某程度時，在該浅漏電感(圖Μ中 為Le)與歼壓變壓器二次側所構的電容成分之間建構一共振 =路’並設定該共振頻率為換流器電路頻率的3倍，以使 付一次側電路產生3 +古上比、ri> / ri 1 Λ 生3 -人间詻波（圖19所示），讓管電流波形 為梯形波狀（圖2G所示）。此時穩流電容C2雖然是作為穩流 仁也可以發揮做為部分共振電容的功能。 藉此，如日本特開平7_2li472號公報所揭示，換流器 的轉換效率可見到相當改善，而且昇壓變壓器也更小型。 又该3倍共振的技術思想，已成為近年來連同目前集極丘 振型冷陰極管用換流考雷 '、 _、 L益電路的基礎，稱現在所普及的集極 共振型換流器電聪+ ^ 中有相▲的數量都利用該技術也並非 s過其貫。 _ 成為本發明基礎的日本專利第2733817號發明 揭示，幵壓變壓琴台匕 x月 Γ 1996 地小型化及高效率。該發明 攸1 jyb年廣泛開私音 °貫對於筆記型電腦的換流器電路達 到小5^化及向效率有古许二虹 ^ Ϋ κ Λ 有回度貝獻。这疋使換流器電路的動作 頻率及二次側電路的！ 切作 4此 振（振盈）頻率接近一致的發明，並且 進一步加大前述3位 ，同時也增大二〜 昇壓變壓器㈣漏電感值 人側電容成分予以實現。 該技術是利用如下效果，也就是當換流器電路在二次 7

!312261 側電路的共振頻率附近動作時，昇壓。。 流動的激磁電流會減少，於是可提昇由變^次繞組上所 所得到的功率，以及減少昇壓變壓器的鋼損^-次繞組側 同時在該發明的揭示後便形成，對於— 動機構、除了集極共振型的傳統電路外，還:側電路的驅 - = = :動機構，以及使用多數諸如用以檢測 等。二連串：：而予以切換的零電流開關型驅動機構 發明術中，每L發”是藉由該 =關係’而有助於該發明中二次側電路的共振技術能 從昇麼變麼器中茂漏電感值的觀點來看，盘 陰極管用換流器電路有關的背景技術變遷，也：；以視^ =史⑽勢h也就是換流器電路的世代翻新且昇㈣壓器 、"爲電感值變大，同時二次侧電路的共振頻率變低。 1·:厭。換流器電路的高效率化及小型化是藉由適當選擇 升复’ .、、态的改良及其驅動頻率而實現。對此，本案發明 人是於日本發明專利公開公報㈣細_ 168585號中^圖 23所示（是一用以說明由驅動機構側所看到的功率改盖方式 的說明圖’橫轴為頻率、"昇塵變壓器一次繞組：電壓 相：與電流相位的相位差。其說㈣愈接近零，表示功率 愈能被改善），如此詳細揭示說明圖及從該驅動機構側所看 到的高效率化方式。 另—方面’如同美國專利第6U4814_b1號公報及曰本 特開日σ 59-032370號公報所示，高效率的換流器電路是藉由 8 1312261 电’開闕機構所獲得的技術思想，是業者之間極力提倡 惟’這些技術思想欠缺對昇壓變壓器功率改善 *此將高效率的由來當作是關電晶體溫度降低的目的 奸對此點，詳加說明如下。

零電流《機構是換流器電路中，電力控制手段的里 —種’其代表諸如圓24及圖30所示的零電流開_電 防亚且是揭示於美國專利第611481锁號公報及 :外咖70號公報中。又，本案發明人也在諸如日本特 、’8 288080號尹揭不過相同技術。（如圖29所示） ^如以美國專利第6114814_Β1號公報來作為主要說明:， 也就如下所示。 美國專利第6114814如號公報中有一用以說明圖乃所 不的傳統零電流開關型電路的動作說明圖，並顯示在圖

ll(Flg’ll) ’其中Flg.11A，11B是顯示出完全沒有電力控制 的狀態；Fig.11C，11D是有電力控制的狀態；叫邮，叩則 是顯示電壓有效值的相位，是位於電流有效值的相位之前 的狀態下’欲實現零電流開關動作的形態。又如圖％所干 在於邮2 4 Figl2A，12B較顯示不是零電流開關動作 控制的其中一種型態。 在該圖中，Fig.llA是顯示_驅動電力在最大時，變壓 器一次繞組上的電壓，FigllB則是顯示此.時變壓器一次繞 組上所流動的電流。在冷陰極管用換流器電路中的零電流

1312261 «機構是指檢測出-電流成為零時的時序後，進行 機構開啟。在最大電力時，也就是令流通角為亀完全不 做電力控制時’附加在變壓器—次繞組上的電壓、電流有 效值沒有相位差。這也意味著功率良好。 其次’ Fig.llc是顯示為控制驅動電力時將流通角縮小 的變壓器-次繞組電M。又，Fig.11D是顯示此時的變㈣ -次繞組所流動的電流。在該圖中，驅動機構的開關電晶 體形成導通狀態是在電流為零時。而另—方面，開關電晶 體形成截止狀態則不是在電流為零時。此時，加在—次繞 組的電壓、電流有效值有相位差產生。結果造成此時二 率不佳。 另一方面，Fig.UA同樣是限制流通角以執行電力控制 ，但在此忽視零電流開關機構下進行控制能將一次繞組中 的電壓、電流有效值相位平整。此時，從變壓器―次繞組 側所視的功率相當良好，且昇壓變壓器的發熱極少。但這 並不是零電流開關機構。 在此，零電流開關機構與構成換流器電路高效率的技 術產生矛盾。美國專利第6114814-B1號發明的技.術思想， 也就是在零電流開關機構中針對Figl2A，12B所示的狀態， 並且是當做換流器電路的轉換效率不佳而予以排除。 而發明人依比較實驗後可知，對Fig llc，11D的控制方 法來說，很明顯的，Fig. 12A，12B的控制方法所進行的換流 器電路其轉換效率較高。 在此得一結論’就是零電流開關機構可使換流器電路 10 1312261 ▼來同放率的結果是錯誤的。而會產生如此誤解的背景則 是如下所示。 令電抓開關機構中，尤其是限於完全不進行電力控制 的形態，昇壓變壓器的一次繞組的電壓相位與電流相位間 必…“又有相位差的存在。為此，i改善昇壓變壓器功率， 減夕人繞組的電流’並使流動在開關電晶體的電流也為 最小，結果使得昇壓變壓器—次繞組的溫度及開關電晶體 的溫度降低 改善換流器的效率。認為這是一 種誤認，認

為该焉效率是藉零電流開關機構而實現。 美國專利第6114814-Β1號公報中的Hg.llA’llB其 ^是7°王不進行電力控制的形態，此時的動作狀態是與 :般電流共振型動作狀態等效。換句話說，高效率的換流 Γ電路並不疋藉零電流開關機構所實現的，事實上是藉傳 統電流共振型機構所實現。 曰 斤β在電/;IL共振型換流器電路是熱陰極管點燈用， 圖7所示的電路是一般採用的。如此電流共振型電路 二疋基本電路結構’並沒有調光機構。在&，電流共振型 電路中欲進行調光時，則在前段設置DC-DC轉換器電路以 進行調光。 圖28是一種將傳統電流振盪型電路與前述設有D(： — 轉換器電路組合後的冷陰極管用換流器的調光電路。在 該例中是藉開關機構Qs、抗流線圈Lc、同步慣性二極體 DS、平流電容Cv而構造成一 DC—DC轉換器電路。 另一方面，也有另一提案，其方式為改良該電流共振 11 1312261 電路以遠订調光。圖29是顯示日 報所掘+ AA w 特開千8-288080號公

孰所揭不的調光電路，計時器電路W I 過一宕主 11核測零電路後經 疋時間，頻率控制電路12 、- 舛日士。。+ 埘開關兀件2、3截止。 A益電路1〇、n是一 RS觸發器 截止 在—定眸 ^零電流進行設定， 疋時間後再重設。這是藉檢測零電产， 啟後經過一宕Η士 * "L將開關機構開 。 疋㈣，再將開關機構關閉的方式以進行調光 ¥中=揭露在美國專利第61咖㈣號公報的 如圖30所示的電路圖，RS觸發器m是 經過-定時間後予以重設。美國專利第 ”將 14 BM#b公報、特開平8-288080號公報皆是檢測零電 -後將開關機構開啟’同時設定RS觸發器，經過一定時間 後再予以重設，將開關機構關閉。每—專利都是在電流丘 振型電路的開關機構具有調光魏，並具有一種在調光:夺 _流相位使其位於電壓有效值相位之後的特徵，完全 是同一技術思想，且實現方法上也大致相同。 在本案發明人所知巾，藉日本特開平8 288_號公報 進行調光時，控制冷陰極t或熱陰極管迄至相切的狀態 時’並已確認得知開關機構的電晶體電流會增多且產生發 熱。 [專利文獻1]日本專利第2733817號說明書。 [專利文獻2]曰本特開昭59_〇3237〇號公報。 [專利文獻3]日本特開平7_211472號公報。 [專利文獻4]曰本特開平8_288〇8〇號公報。 12 1312261 [專利文獻5]日本特開2〇〇3_168585號公報。 [專利文獻6]美國專利第5495405號說明書。 [專利文獻7]美國專利第6114814-B1號說明書。 【發明内容】 採用傳統集極共振型電路的換流器電路的電力控制機構中 ，如圖17所示，在對放電管作調光時，一般是藉由設於前段的 DC — DC轉換器電路控制。

又’ DC-DC轉換器的動作頻率—般是與換流器電路的共 振頻率無關’關的時序不是零電壓，也不是零電流。不只如 此，來自DC — DC轉換器中開關機構的熱能也不是那麼多， — DC轉換器電路也不會使換流器電路整體的轉換效率降低。 傳統換流器電路中轉換效率變差是由於集極共振型電路的 轉換效率較低’而不是因為DC—DC轉換器的轉換效率低的緣 故。這意味著：零電流開關機構未必有助於換流器電路的轉換 效率改善。 為檢視此技術，如圖28所示，進行將傳統換流器電路中的 集極共振型電路換成電流共振型電路的實驗。結果確認，傳統 半橋式電流共振型電路是因為電湄剎田 电你利用效率差，所以在電源電 I較低日τΓ有不能獲得良好結果的問顯在户 ]喊存在’但電源電壓較高時 ’換流器電路的轉換效率則大大地提昇。 在此’將電流振盡型電路與零雷# A η # ♦ l "IL開關機構間的關係整理 如下。在零電流開關機構中，不限制法 卜丨氏制机通角，完全不進行電力 控制時’如圖25中的Fig. 11A，B所千曰，】 n^ 則由變壓器一次繞組側 所視的電壓、電流有效值相位差轡小 I v ’功率良好，因此換流器 13 G12261 電路的轉換效率也良好。 其次’在零電流開關機構中進行電力控制時，令電壓波形 形成圖25中的Fig· 11C以進行電力控制。此時，限制流通角進 订電力控制時’如圖25的Figl1D所示，電壓、電流有效 值相位差變大’功率降低，電流增多，銅損增加，使變壓器一 次繞組的溫度增加。又為了增加電流，也使開關機構電晶體的 溫度增加。結果使換流器的轉換效率降低。 也就疋說’對冷陰極管用換流器電路的轉換效率改善上最 有助m的’不疋零電流開關機構，而是刻意促成藉零電流開關 機構所設定特定條件下的昇壓變壓器其功率改善效應。在特定 條件下扣的疋不限制流通角時的形態。這便所謂的電流共振 型電路。 進一步觀察’便知如下所示。 圖31是一將圖25中Fig UC，UD的電壓與電流關係整合 成一圖，以說明零電流開關機構中的變壓器一次繞組的電壓與 電流及其相位關係。這是用以進行電力控制時，圖25中 Flg.llC’llD流通角設定約25%時的圖。此時，圖3ι中的^點 為開關機構成為開啟的時序，π點縣開關機構成為關閉的時 序。又’波形ES是附與變壓器一次繞組的電壓，波形ΕΓ是指 其電壓有效值，波形Iw則為流動在變麼器―次繞組的電流。由 該圖可知：首先針對開關機構的開啟是零電流時序，但關閉時 則不是零電流時序。又，4 α帝兩，士 又如此進灯零電流開關控制時與波形（電 壓有效值）Er相比，波形（電流）Iw的相位必然延遲。 更進一步觀察，便知如下所示。針對與波形（電壓有效值 14 1312261 )Er相比絲（電流）Iw的相位延遲多少，由延遲角與流通角（ 負荷比)間的關係來看則其成為一反比的單純關係。圖Μ便是 將該狀態作成圖式。 圖32疋顯不(：退著流通角的變化，算出電塵有效值的相位 與電流相位如何改變，例如說明流通角在25%時，電流相對於 電壓的延遲角為67.5deg。由咳圖俤釦"τ &山— δ田°系圚便知，可异出流通角（負荷比） 為25%時的電流相對於電壓相位延遲大略為67.$㈣。

其次’針對功率進行檢討的是圖33、34 在圖33 令-次側換算的負荷電流為I，激磁電流以 tan Θ表tf -人繞組的電流則以1/c〇s θ (功率的倒數）表示。 圖34是顯示針對功率檢討時的一次側換算負荷電流、激 磁電流、與-次繞組電流間的關係；其說明延遲角較大時，則 激磁電流較多’無效電流較多。 圖％中，合成電流是指1/c〇s0(功率的倒數）。令此為電 流相位相對於電蜃有效值的延遲為電流延遲角Θ，肖1/c〇s0( 功率的倒數）間的關係作成圖式表示。要知道相對於負荷電流有 幾倍的一次繞組電流流動的狀態，由圖34可知如下所示。電流 相對於電壓有效值相位的延遲為日寺與—次繞組的電流 完全不延遲時相比，能有2·61倍多的電流流動。 差’因銅損增加，使得一次繞組的溫度增多，又 因此功率非常 ’根據同樣理 由可知，開關機構的電晶體溫度也增多。 也就是使用零電流開關機構控制電力時，如美國專利第 6114814-Β1號、日本特開平8_288_號或特開昭冰〇切7〇號 各公報所示的流通角控制機構進行電力控制時，由用以改良功 15 1312261 率的觀點來看，可獲得如下結論。 在流通角較大的狀態，也就是電流相位相對於電壓有效值 相位的延遲較少的狀態下，換流器電路的轉換效率良好。然而 流通角較小時，電流相位的延遲較大，為此功率變差，流動在 變壓器一次繞組的電流增多，因此換流器電路的轉換效率惡化 。尤其在流通角愈窄、電流相位延遲愈接近9〇deg，無效電流 遽增’效率急速惡化。 如此狀態，例如筆記型電腦採用零電流開關機構時使用 AC接合器時’電源電壓變成最高，但在該條件下，執行電力限 制而使液晶畫面較暗時，電流相位的延遲變得最大。此時，實 際上換流器電路會產生非常高的溫度。 進而，藉零電&開關機構進行電流控制日夺，仍舊有不能避 免換流器電路的動作頻率有變動的問題存在。 在此非常清楚的是，在電力控制的狀態下為構成效率佳的 換流器電路，$電流開關的技術思想非為必要。相反的是不利 。為構造成-轉換效率佳的換流器電路，須排除上述技術思相 ’採用-使昇壓變壓器—次繞組上的功率最佳的方法。 另方面可Λ施日本專利2733817號（美國專利第 5495405號）中技術旨趣的其他方法是採用固定頻率的他激型驅 動機構者居多，此時仍有問題存在，纟就是因電路參數的變化 使--人側電路的共振頻率偏移或_次側驅動電路的驅動頻率 烏移使#不&以功率改善效應表;見最佳的共振頻率來驅動。 二次側電路的共振頻率與一次侧電路的驅動頻率有錯開時 便使換肌益電路的政率極度惡化。由如此情形，在使用固定 16 1312261 頻率的他激型驅動機構時，降低二次 人—* 惻電路中共振電路的Q， v匕為較廣的共振特性，以對應頻率 砂曰〕問喊。因如此理由 ，固定頻率的他他激型驅動機構中 的Q。 更難叫向二次側共振電路 又，零電流開關機構或固定頻率的 ,.他激型驅動機構是可構 =效率的換流器電路，但有電路零件的參數多且成本高的問 MS α此外’集極共振型電路雖具有效率不佳且溫度高的問 =在’但成本低廉。有此’以低成本化的裝置來說集極共振 聖電路仍又到極大支持，而這些問 ^ 仍成為向效率換流器普及 化的障礙所在。 【實施方式】 :發明是有鑑於上述觀點而構建，其目的是提供—種 的換流器電路’排除傳統集極共振型放電管用換 ^電路，將此做成電流共振型，且可反映出曰本專利第 27338Π號（美國專利第湘彻號）的技術旨趣。 又’本發明是一種換流器電路， 構無關的時序進行電力 ^ /、…抓開關機 • 料^力控制，纽善由㈣變M器-次伽 所達到的功率。4，反而積極利用傳 的技術思想所排除在外的時序，妒有:含^ “開關機構 你「町吋序，犯有效改善昇壓變壓 一次繞组側的功率。 。甲 π具體而言，電流共振型換流器電路是具有一昇 器，該昇壓變壓器的一次繞组 堯、，且具有中心分接點，該中心八 接點是連接於電源側，—次繞 刀 人，、堯組的其他兩端子是與兩個雷 心的集極端相連，該電晶體的射極端是與前述具有中心 17 1312261 分接點的電流變壓器其-次繞組的各端子相料，該電、、& 變壓器的中心分接點又連接於接地側，該電流變壓器^ 次繞組是具有-與該兩個電晶體的基極相連接以檢測 晶體的射極電流，檢測共振電流能進行振遭為其特徵的— 次側驅動機構，該昇壓變壓器的二次側電路具有小的、漏 電感值，該二次側電路設有放電管，該昇壓變壓器的二二 侧電路是具有可適當附加在該昇壓變壓器的分布電容=

放電管周邊產生的寄生電容，這此電 及该 一 —电谷成分疋予以合成而 構成二次側電容，該二次側電容與該沒漏電感構造成” 共振電路，該放電管是相對於該電容成分而並聯時，構造 m因素（q值）的串聯共振電路，可獲得高的昇壓 二使該放電管點亮，並使相對變麼器一次繞組側看到的 =電流相位差較少；又，為—種放電管用換流器電路 :則=刚器的中心分接點與電源間設有開關機構 :為该換流器電路的電力控制機構；χ，令該電力控 ，可#曰厂 序/、電流共振電路的振盪頻率無關時 了使升廢變壓器—次繞組側看到的功率惡化。 率同控制用的開關時序與換流器電路的振盈頻 率μ的=堡、電流有效值相位均等，以提供一功 手艮好的驅動機構。 [發明的效果] 路變電共振型電路無須做很大的電 電路的轉換效率“士果可仍了大‘“換流蒸 、、°果了將換流器電路的溫度降低。此時 18

1312261 型==用所使用的IC是可照樣採用傳統集極共振 電路所用的廉價品’因此成本能極低。 又 換流益電路的動作瓶漆；b τ + 振雷跤,率疋正確地反映出二次侧共 振屯路的共振頻率，因 成的頻寄生電容變動時所造 j杈昇換流益電路的可靠性。 電路：：在放電管周邊所產生的寄生電容值是決定二次側 明的眸H數，儘官如此’在申請本發 的夺還未看到有被標準化的狀態。 在工業發展上仍為大問題，但依照本發明，電流共 路可自動尋找最恰當的驅動頻率，s此即使未揭露 ::重要常數’換流器電路也可以自動地在二次側電路的 ' :頻率下動作。又’對於業者(熟知此項技藝人士)而言， 二、成為種啟發有關二次側電路中，放電管周邊寄生 電容的重要性。 …又依本發明，可實現一種換流器電路，可提高設定 ::側共振電路的Q值’因此可使換流器電路的動作頻率 知疋，進行電力控制時，頻率變動也少。 又同時變壓器也可小型化。反倒是使用與傳統集極 共振型電路所使用的變壓器同—外徑尺寸的形態時，可使 用 '、勺50%至謂的大電力。此時當然不用說必須做如此變 更，也就是改變二次繞組的繞捲數，以具有適當的洩露電 在此無 須贅言，按此實現的變壓器是與傳統型式相 同但電氣特性又完全不同。 進而，對於變壓器中二次繞組的寄生振動，也可獲得 19 1312261 足夠的抑制效果 波。 ’使變壓器一 次繞組的電流波形接近正弦

一而又以一個換流器電路可同時將多數放電管點^ 藉此，可泰7<县接银 an 路。 易…以早一電路而將多數放電管點亮的電 也可實現-換流器電路，在外部電極冷陰極管 (E肌W驅動上，藉共振昇壓μ電壓㈣，並心 率驅動。 回双 [用以實施發明的最佳形態] 以下’參考附圓詳加說明。 [實施例1] 圖1是顯示本發明一實施例的等效電路圖。τι為具有 中〜分接點的洩漏磁通量性的昇壓變壓器，該昇壓變壓器 T1疋具有洩漏電感Ls。又，該昇壓變壓器的二次側繞組是 構造成一分布參數性延遲電路，分布電容為Cw。又，U $ 為凋整共振頻率時可適當附加的電容，Cs是放電管周邊 所產生的寄生電容。Qi、Q2為開關機構的電晶體。電晶體 Q1、Q2的集極各連結於變壓器丁i 一次繞組的起始端及末 ^又，變壓器丁2是一電流變壓器，其一次側繞組是連接 於電晶體Ql、Q2的射極，連接成可檢測流動在電晶體以 、Q2的射極電流。又，連接成以變壓器T2所檢測的電流 是正向反饋於電晶體、q2的基極。 此外，變壓器T2的一次繞組是如此時構造成具有中心 刀接點的連接，但也可分離該繞組，檢測流動在電晶體的 20 1312261

j (〇 * "厂μ π ·~*'-**I 集極繞組的電流，這些形態 士相兩妨 /、本發明技術思想均等。_ 一人谢电路的電容成為Cw、ca、Γ<； θ — 宄，由.& is疋予以合成而成為共振雷 谷與洩漏電感Ls共同構造忐辟- 電

妒雷政士 】構化成顯不昇壓變壓器的二次側A ^電路中，圖2所示的串聯共据 振電路。此時的Z為放電普 阻抗，Ei = Es · k · N2/N1、k A 刼人 為耦合係數、N1，N2各為—次 ，％、、且及二次繞組的繞捲數。

又’換流器的振蘆頻率是藉該二次側電路的共振頻率 為fr時’該fr則如下所示。

2^VMc7Tca+cJ 電流共振型電路的振盈頻率是藉一並載串聯共振 (Parallel loaded serial _anee)電路的作用使猶低的頻率 成為振盈頻率。

、傳統疋以固定頻率機構的他激型驅動時其二次側電路 為例，二次側電路的參數是在14仏小的筆記型電腦例中 ，放電管阻抗Z大約為賺Ω，換流器電路動作頻率大約 為60kHz’在如此條件下，洩漏電感Ls的適用值為24〇祕 至280mH，二次側電容的適用值則為25pF至3〇pF。 如上述形態，傳統機構中6〇kHz下的洩漏電感U及二 次側電容的電抗各約為1〇〇kn，與放電管阻抗約為一致的值 為適用值。此時共振電路的Q值是1或略大於1。固定頻率 機構的他激型時，由電路可靠性的觀點來看，Q值太高並不 好0 此外’在本發明中，為得到高的Q值，宜令泡漏電感 Ls為較小值，且相對地加大二次側電容。又，本電路是一 21 1312261 使一次側共振電路相對於串聯共振電路的電容成分，呈並 聯連接負荷的並載串聯共振（Parallel lGaded如⑷⑽麵叫 的電路’ S此當Q值低於i時’電路的㈣便不持續。 又’本發明基本上是電流共振型，以電流共振型的共 通性質來說，投入電源後沒有一些起動機構時，便不能使 振盈起動。 [實施例2]

其次’ ® 3是顯示本發明另一實施例的等效電路圖， 在前段追加有DC-DC轉換器的電路。在此’電阻ri、電容 ci、半導體閘流管（thyristor)sl、及二極體Di是構成其起 動電路。Rt、Ct是用以決定0咖轉換器中，開關頻率的 時間參數，可與後段的電流共振型其電流振i頻率無關下 進行設定。QS是D〇DC轉換器的開關機構，&為同步慣 性二極體，可展現如後述的重要功能。又，Dr是再生二極 體。這些電晶體Ql、Q2、開關機構Qs、同步慣性二極體 Ds、再生二極體Dr也可替換成M〇s_FET等開關機構。又 ，本發明可適用在一般電流共振型電路，電流共振型自激 型振盡電路也可替換成圖4所示的半橋式等形I也就是 圖^是一等效電路圖，相對於傳統半橋式電流共振型電路 而貫施本發明的另一實施例。 本發明的特性是於在同步慣性二極體Ds或抗流線圈Lc 的後面沒有平整用電容。因此，並不是一只設有dc — DC 換流器的形態。又，另一特徵則在於不需要dc—dc轉換 為包路的抗流線圈Lc。此時，與抗流線圈Lc相當的阻抗是 22 1312261 相當於昇壓變壓器T1的一次侧洩漏阻抗。為實現如此電路 ’昇璧變墨器T1則須為洩漏磁通量型變壓器。此外，一次 繞組側的洩漏阻抗值不足時，也可適當地增加阻抗。因此 ’本發明並不是將插入抗流線圈排除。 本發明的主要觀點是令開關機構中’開關機構Qs的開 關時序與換流器的振盪頻率無關。藉此，電流共振型電路 疋概與變壓器一次繞組上的電壓有效值相位與所流動的電 飢相位均專，如此可改善功率。 而用以改善功率的裝置也有其他種類。這是指利用一 在美國專利第61U814-B1號中排除在外的Fig l2A、12β的 夺序此時，須使電流共振型振盪頻率與電力控制電路的 振盪頻率同步。 L貝她伊j *圖5是顯示本發明的又一實施例中等效電路圖。開關 機構的電晶體Q1、Q2其射極是以電流檢測電阻以，R5而接 Ί流檢測電阻R 4、R 5是用以檢測共振電流的電阻，放 大器Al ' A2是用以檢測產生在該電阻的電壓。ρι、打是 成形為所檢測的電壓，所合成的波形是供應到三角波產生 電路F3及分頻電路Dv。藉以分頻電路〜所做分頻的電麼 ’驅動電晶體Ql、q2。蕻丨士，普相 ^ 藉此實現一電流共振型自激型振 又’使分頻電路…兼為多路振遭器的功能，也可 作為電流共振型電路的起動機構。 大二，的管電流是回饋到錯誤放大器A3後予以放 比車乂益A4肖三角波相比，生成一開關機構^的開 23 1312261 關訊號。圖6是顯干古如 中雷曰轉m …、控制電路的各部分波形]幵1關機構 " Q2的開關是以流動在昇壓變壓器T1是一次 繞組電流It成為零的時 _ 斤中進仃’因此電流相位與電晶體 Q 02的開關訊號其相位相等。 又’開關機構〇s砧pq θ , * 的開關疋由昇壓變壓器Τ1上的電流 穴峰來看呈對稱的妝能 下進订。因此，昇壓變壓器Τ1的一 -人繞組上其電壓的有效值相# β Α+ 功率 值相位疋與電流相位相等，可改善 [實施例4] 為H是Γ示—内建有同步振盪電路例，其具有的功能 '皮开^开’並將所檢測的電流 +玖ϋ成疋間隔狀態。該同步振盪 為、振引進型、他張振盪型、PLL型等。 (作用） 路4:二Γ流共振型驅動機構為何可帶給換流器電 硌问效率的原因進行說明。 圖8是一包含到昇壓轡 , 复壓态中一次側驅動電路在内的 —-人側共振電路的等效電路圖， 、人 # 路中昇壓變壓哭盥Α ^ , Τ * ° & 、流益電 ” U冷陰極官之間的關係。在等效電路中， =變壓器是以三端子等效電路表示。在美國專利第 6⑽H-m 號、第 6,633，138 號或第 6 259,6 特開2002-233158號中魈盔t , 儿及曰本 59 03237" v初 取仙，而在日本特開昭 奶則遽公報（美國專利第细他號公報）及日本特開 24 1312261 2003-168585號中則稱為共振電路，但都是指同一物。 在該圖中，Cc為一次側的耦合電容，其設置目的是為 了諸如在電流共振型電路中截斷電流用，或，驅動機構為 fUll-bridge(H-Bridge)電路時，將開關不平衡所得到的直流 成分截斷用而插入。冷陰極管用的換流器電路中，一般使 具有相當大的值，能使其與共振不相干。這與熱陰極管用 電流共振型換流器電路的技術思想不同。又，令耦合電容 與共振相關時，則換流器電路的溫度增多，轉換效率降低

Le疋變壓器的洩漏電感（依關係學會的稱呼），用以與 藉JIS測疋法的洩漏電感Ls區分。m為變壓器的互感。 為變壓器二次繞組的分布電容、Ca是用以調整共振頻率時 適度附加的共振電谷、Cs是放電管周邊所發生的寄生電容 、其等予以合成後便成為二次側共振電容，z為放電管阻抗 另/、作為參考’就是變屡3 ώ 法τ !益、·堯組的自感為Lo、麵合係 數為k時，則這些數據間關係如下所示。

Le = k · Lo ( 1-k) . Lo

Ls ~ L + -_L Λ c 1 1 I---

Le M 又，在 般電流共振型電故占 路中’檢測共振電流的檢測 機構是設於變壓器一次側，能 ' 檢測變壓器一次側的輸入電 流。 25

1312261 使用等效電路進行電路模擬時，可獲得如下結果。 也就疋在圖9中，各橫轴表示換流器電路的驅動頻率 ’圖9上面是顯示由變壓器—次側觀察的電壓與電流間的 2特性，圖9下面則是附與放電管的阻抗Z供給電壓的 ，遞純。該圖中，放電管的阻抗z是呈3階段變化。工 疋扣同阻抗' Π為中阻抗、瓜則為低阻抗的形態。 一般作為熱陰極管點燈電料，❹的半橋型電流共 振型電路是使共振電路與負荷㈣，在穩定放電時對於負 =具昇㈣用。此外，為驅動冷陰極管，使：次側共振 电路形成並載串聯共振（Parallel丨 ded Senal resonance)電路 ，在“放電時也使其對負荷具有昇此時在圖9 ^面叙相位特性與零度線交又的頻率上便決定換流器電路 的驅動頻率。 特性文變放電管阻&z為高、中、低等狀態時的相位 可知，與共振電路的阻抗相比，隨著放電管阻抗的變 相位…所不’以圖8的檢測機構1所檢測的電流 ==振電流的相位還慢，換流器電路的振盈頻率便 ο、、路的共振頻率還低的頻率振盪。又，阻抗小 :便沒有可與零度相交叉的頻率。這表示：減少放電管阻 = 程度時’該電流共振型換流器電路中無法持 rL!::抗較低時，這表示共振電路的q值較低。也 就疋本發明中，太 Q錄低狀m能使電路㈣持續進 仃 發明以Q值較高的條件構成便形成必要。 26 1312261 此外’ Q值高時反倒有利於本發明。這是因為q值愈 高，二次側電路的共振電流也變大，使電流共振型電路: «穩定。又’ Q值較高，意指昇壓變壓器的昇壓比也會提 高。

具體而言，為構造成—高Q的共振電路時，可將昇壓 變壓器的二次繞組減少到比傳統他激型驅動機構時的值並 加大設定二次側電容成分值。為使洩漏阻抗值是與二次适 組的繞捲數呈2次方比例’只能稍微減少繞捲數，便可： 大降㈣漏阻抗值。結果便可將—為得到所需電壓的_ 率縮小，可將昇壓變壓器進一步小型化。 其次，如下所示，說明本發明的電流共振型電路 力控制機構間的關係。 _在圖5的電路中，各開關機構的開關時序是如圖⑺所 不圖10 7C ,兒明圖，顯示本實施例中各開關機構的時序 與電流1關機構Qs的開關時序是與電晶體以及以同步 ’流動在電晶冑Q1、Q2電流的相位與附與在昇壓變壓器 T1 -次繞組的電壓有效值均等下進行㈣。此時，流^ 昇塵變壓器丁i中心分接點的電流是如h所示。 在 更詳加觀察可知，Π的時序’也就是開關機構&為導 通時’如圖U所㈣開關機構Qs為導料的電流流動等 效電路圖所示，電流是通過開關機構①而朝昇壓變屢器T1 流動。 其次，在圖10的皿時序中，開關機構QS為截止時， 電流則如圖的開關機構Qs為截止時的電流流動等效電 27 2261 路圖所示，通過同步慣性二極體Ds而流動。 此時所產生的電流並不單純。圖12的電流只不過是其 中—種形態’在實際的昇壓變壓器的一次繞組上常常有很 大的振動電流產生。 。圖13 {顯示® 1〇白勺m時序中電流振動狀態圖。該振 電机的發生原因將於後面補述，在本發明中發生有如此 的振動電流時，便將圖14的開關機構Qs為截止時所出現 的振動電流再生到電源。如圖14的等效電路圖所示，引起 ' T便透過QS有逆向電流流動’該電流是透過再生二 極體Dr而將其再生到電源。 也就是相對於順向流動的共振電流，令昇壓變壓器η ::次繞組為與短路同一的狀態，使共振電流的能量不致 生到雷方面#對於$向流動的振動電流，則使其再 電源，以使振動的能量衰減。 選擇傳統1%轉換器的調光電路中，沒有可只 k擇如此再生電流而使1 量，因此一次❸且上右： 積存振動電流的能 %上有不預期的電流振動出現。 二人’針對為何發生如此振動電流進行說明。 古電1=陰極管用的昇堡變壓器，其繞捲數多在可產生 间電昼的變慶器其二次繞在了產生 析儀測定時，其結果如圖15料里』存在。以阻抗分 明高電塵用昇塵變屋器的 ：15 --說明圖’說 的狀態。圖%量自發共振存在 性，可看到多數共振。發生如此；繞組側測量阻抗特 生如此寄生振動的原因是由於昇 28

1312261 壓變壓器的二次繞阻形成分布參數狀，冷陰極管用換流器 電路的變壓器等高壓用變壓器的二次繞組上，其所產生的 各種寄生振動為原因所在。 在圖5中I的共振是一被稱為一般眾知變壓器的 自發共振。而變壓器中雖未被一般所知但也有]3、瓜、吖 的自U存在。其中π共振的能量大，也成為電流振動 而顯現在一次繞組側。如此電流振動是被當作「不預期的 共振」，也揭示在曰本特開昭56-88678號中。 圖16是一說明圖，說明冷陰極管用昇壓變壓器的一次 堯，且上所產生的振動電流狀態。由該說明圖可知，一 組上的電流不是理相 ^ ^ &心弦波，並有局次方且不預期的共振 電抓重㉝。換“電路的驅動頻率其整數倍頻率與圓！ 不的高次共振頻率—耖士 更顯著。 旱致日r則使不預期的電流的共振現象 不良= = = 電晶體Μ2的開關時序造成 6,633，138號、日本特門+特開昭59·032370號、美國專利第 測零電流以決定=Γ28_號等所揭示，也就是檢 遠影響。因此的零電流開關機構電路會受到深 (dump)時是有效的。 使振動電流衰減 有關以上作用是針對將開關機構 體Q1及Q2同步的# p4的開關蚪序與電晶 夕的开八％進行說明，但鱼 所流動電流的開關機 、日日體Ql、Q2上 現同-作用及效果的開關時序為非同步時，也可展 29 1312261 圖式簡單說明】 圖1是顯示本發明一實施例的等效電路圖； 圖 •圖2是顯示昇壓變壓器的二次側共振電路的等效電路 圖3是本發明另一實施例的等效電路圖； ㈣Z 4是一等效電路圖，顯示相對於傳統半橋式電流共 振^•電路，而實施本發明實施例時的形態；

圖5是顯示本發明又一實施例的等效電路圖. 波形^是顯示上述實施例中，控制電路的各部分波形的 圖7是顯示内建有同步振盥電路的形態， 共振型電路的起動機構； 電μ 是—等效電路圖，顯示—連上述實施例的昇壓變 ^的〜人側驅動電路包含在内的二次側共振電路；

,、Μ圖9中上者是顯示由變壓器一次側所看到的電壓與電 抓相位特性圖，下者是顯示附與 性圖； 电s阻抗的電壓傳遞特 明圖圖1。是顯示本實施例中各開關機構的時序及電流的說

?是本發明實施例中開關機構Qs料 流動#效電路圖； 电L 本發明實施例中開關機構Qs 4截止時的電流 "IL動等效電路圖； 圖13是顯示圖10的瓜時序中電流振動狀態圖； 30 1312261 ，圖Μ是-等效電路圖，說明本發明實施例中開關機構 Qs為載止時所顯現的振動電流在電源再生； 圖15是-說明圖，說明本發明實施例中高電 變壓器的二次繞組上有多量自發共振存在的狀態； 圖16是-說明圖，說明本發明實施例中冷陰極 壓變壓器的—次繞組上所產生的振動電流的狀態；

口。圖口是一等效電路圖，顯示作為傳統冷陰極管用換济 器電路使用的集極共振型電路； L 圖18是傳統冷陰極管用換流器的等效電路圖； 圖19是一說明圖，在傳統冷陰極管用換流器 二 -人側電路的共振頻率是—次側電路振㈣率的3倍； 圖20 1波形圖’顯示傳統冷陰極管用㈣器電 振虚頻率與3次高職合成而產生梯形波形； 圖21疋—波形圖，顯示—流動在傳統所謂3倍共振 電路的冷陰極管的電流波形； 、x 路構if/—制圖’顯示傳統所謂3倍共振時所用的磁 路構k封鎖的磁通量洩漏較多的變壓器； 是—說明圖’說明傳統冷陰極管用換流器電路的 ’辱動機構侧來看的功率改善方式； =24疋θ傳統換流器電路中零電流開關型的電路圖； . 5疋5兄明圖’說明傳統零電流開關型電路的動作 制形態；& D兄明圖’顯示不是傳統零電流開關動作的控 31 -兒明傳統零電流開關機構中變壓 一次繞組的電壓有效值的波形

1312261 圖27是傳統熱陰極管點燈用電流共振型電路； 換哭ίΓΛ傳統電流共振型電路與前段設置的DC~DC轉 …5而成的冷陰極管用換流器電路的調光電路； 中的本發明人揭示的日本特開平8 — 2咖(）號發明 T的凋光電路； 光電二-是美國專利第6⑽⑽號中㈣所揭示_ 圖31圖是一說明圖， 器一次繞組的電屋與電流 及其相位關係； 圖32是-計算圖’依傳統零電流開關機構中流通角變 化，電壓有效值的相位與電流相位如何變化； 圖33是-說明圖，顯示傳統零電流開關機構中針對功 率檢討時的一次側換算負荷電流、激磁電流及一次繞組電 流的關係；及 圖34是一說明圖，說明傳統零電流開關中延遲角為 67.5deg·時激磁電流多而使電流變成2 61倍的形態。 32 1312261

【主要元件符號說明】 τι ...............變壓器

Ls................茂漏電感

Lc................抗流線圈

Cw，Ca，Cs，Cl，Cc…·電容 Ql,Q2,Qs·· .......電晶體 〇 z............. •放電管阻抗 N1 ........... ··· 次繞組 N2 ......... •…二次繞組

Rl、R4、R5 .......電阻

Dl、Ds、Dr……二極體 Al、A2、A3 -·放大器 A4..................比較器 FI、F2.........微分電路 F3.......三角波產生電路

Dv...............分頻電路 S 1....................閘流管

33

Claims (1)

1312261 泣替換I 申請專利範圍 一種放電管用換流器電路，良 马一電流共振型換流器電路，其 特徵在於包含有昇壓變壓考，#θγ_ 益該昇壓變壓器的一次繞組具有 中心分接點，該中心分接點鱼垃 a 八 电源側連接，該一次繞組的二 端子分別與二電晶體的隼搞$ 们杲極連接，該電晶體的射極與呈有中 心分接點的1流變㈣其-切組各端子連接，該電流變壓 器的中心分接點與接地侧連接，該電流變壓器的二次繞組具 有與二電晶體的基極連接以檢測出共振電流而能進行振盪的 一次側驅動機構，該昇壓變壓器的二次側電路具有小的漏茂 電感值’該二次側電路具有放電管’該昇壓變壓器的二次側 電路具有可適當賦與該昇壓變壓器其分布電容的電容，及產 生於該放電管周邊的寄生電容，所述電容成分經合成而構成 二次侧電容’該二次侧電容與該漏浅電感構成串聯共振電路 ，該放電管相對於該電容成分並聯連接以構成高品質因素的 串聯共振電路，藉此獲得高昇壓比，以點亮該放電管，並且 自該昇壓變壓器一次繞組側所得的相對於電壓的電流相位差 較小。 2. 依據申請專利範圍第〗項的放電管用換流器電路，其中，該 昇C變壓器的中心分接點與電源間設有一開關機構，作為該 電流共振型換流器電路的電力控制機構，且令該開關機構的 切換時序與該電流共振型電路的振盪頻率無關下進行。 3. 依據申請專利範圍第2項的放電管用換流器電路，其中，該 昇壓變壓器中心分接點與開關機構間設有抗流線圈。 4. 依據申請專利範圍第2項的放電管用換流器電路，其中，該 34 1312261 1 丨Rn 修ί 如_ ____--·'-.’ • 開關機構為關閉狀態時’該昇壓變壓器的一次繞組上所流動 寄生的振動電流其流向是與該電流共振型換流器電路的共振 電流相反，以使該寄生振動其共振電流的能量再生到電源， 能使該振動電流衰減。 5.依據申請專利範圍第丨項的放電管用換流器電路，其中，將 該電晶體射極連接的電流變壓器替換為電流檢測電阻，且藉 由檢測流經該電流檢出電阻電流，以獲得前述電晶體的開^ 時序。

6·依據申請專利範圍第2項的放電管㈣流器電路，其中，今 電力控制機構的振盈頻率是與該電流共振型電路的振盈財 流 同步，亚且賦與前述昇壓變壓器中，一次繞組的電壓、電 波形有效值的相位大致均等。 至第6項中任一項的放電管用換流 同步振盪電路，使該同步振盪電路 依據申請專利範圍第i項 器電路，其中，還具有一 兼為啟動機構。

35 1312261 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：圖1。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： …電阻 二極體 閘流管 ΤΙ、T2 ..........變壓器 R1 ••… L s..................Ά漏電感 D1 ..... Cw,Ca，Cs，Cl.........電容 S1…… Q1,Q2 ...............電晶體 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：