TWI326565B - - Google Patents

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1326565 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本判俩D辩細紐錢絲奸较輯兩組降 =式功因改善電路整合成單-級，並共用主動墟_，以減 少控制電軸_元件數，且將魏之絲_操作於零電壓斑 =流切換導通情況，以減少_树切換損失以達到高效率的 【先前技術】 電子安定n大乡是聽賴妓為 功率半導體元件為開關，作高頻的切換動作，提供營光=載= 電源。D類串並聯共__子___ 早、效率^適合高聽作、魏錢接虹 值嶋峨點，因而被大多__採用。_= 振式螢光《子安定將採自激或外激之驅動方絲娜里主動 _=自激式摘取負載電流回授自行產生驅動信號，不需額外控 ㈣路:成她。_，自蝴子安技自规天上的限 • 制’不谷易達到向功因、調光、預熱控制等功能。 •第一圖所示’為一般市面上所最常見的半橋結構之D類串並聯 共振式螢光燈電子安定器驅動螢光燈的電路結構。主要利用兩组直 流電源提供能量給D類串並聯共振式螢光燈電子安定写，缺後串並 聯共振式電子安定器再做高頻切換來驅動營光燈負载，該電路 是由兩支串聯的螢光燈管所構成，串聯共振部分由電感。與電容 Cs所組成，並聯共振部分包含電容Cp、與⑶，其中燈絲電 5 流只通過Cfl與Cf2。理論上，兩個主動開關S1與S2具有相同 的導通時間’因此共振電路的輸入電麼不存在直流成分，但由於 元件上的差異與考量電路參數的變化，直流成分有可能存在於共 振包路中’因此需要利用電容Cs來濾除共振電路中所存在的直流 成分。 利用兩組半波整流電路可以提供第一圖所需的直流電壓源，若 在半波整流電路後方再加上兩崎雜式職器，配合適當得電 路參數設計與絲關元件切換時間㈣，不僅可以提供穩定的 直流電Μ源，並且也將具有拥修正的效果，如第二圖所示。第 二圖中有兩組降升壓式轉換H，其中的降升壓式轉換器丨經由整 流二極體D3將交流輸人電源的正半波轉換成直流電壓；降升麼式 轉換器II，經由整流二極體D4將交流輸入電源的負半波轉換成直 流電壓’此雙級的安定H需要兩組控制電路，分別控制兩組降升 壓式轉換ϋ與D類串並聯共振式換流器，且主觸_數目多達 四個’攻種雙級的架構需要兩次功率轉換的過程，增加切換損失 和額外的傳導損失，使得整_電路效舞低；而且，需要兩組 控制電路分別驅動功因修正電路與共振式換流I額外增加的抑 制電路和切換元件使得電路結構複雜化，成本也姉提高。對= 低單價、成本敏感的電子安定器而言，並不利於其產品的市場競 爭力。 【發明内容】 本發明之主要目的係在提供一具有電路構造簡單、控制容 易、可提高效率並降低成本之縣燈電子安定器。 本發明之主要特徵是在被動遽波器之輪出端並接兩組降升 =轉換器，其每—組降升壓馳中各設有兩二極體、-主動開 =、儲能電感與直流鏈電容所組成；且利用每—組降升壓轉換哭 2主動_與直流鏈電容與共振電路形成—D類串並聯共 螢光燈電子安定器。 【實施方式】 聰狀觀手段，茲 舉出較佳可狀實施例，並配合圖式所示詳加說明如下： 本發明係保存降升壓式轉換器與D類共振換流器的特性與優點， 單級高功因D_«共振式螢級f子安⑽，電路結構 7&兩組降升壓轉換器與D類共振換流器。整合的過程是人 ，圖中_的開關&與開關V開關从開關如，並重新安排電感 Γ極體认和认位置，得到第三圖之單級高功因D類串並聯 /、振式螢光燈電子安定11，整合後的電m組控概路及兩個 主動開關，控制電路_脈波寬度調變的控制方式，朗定主動開關 的切換頻率與責任週期。由於兩組降升壓式轉換器的儲能電感分別負 貝輸入電源的半個週期，不會同時有電流流過，因此，實際電路是利 用-個鐵心和兩組繞線來製作電感‘與^。缝開關元件兄及& 為雙向導通開關，可以使用聰FET，其基底韻間的二極體可用來 作為A和/¾ ’毋需額外並聯二極體。因此，與其它單級高功因登光燈 電子女疋②電路相比較’本發明所提出的單級〇_並聯共振式高功 因螢光燈電子安定㈣財的二極體數目很瞧地大為減少了，其中 減少的二極體，部分是快速二鍾。所以，將使得本研究計畫的電路 在1本上更具有競爭力。另外’電路巾的被動紐m 以及電容 g是用來消轉鋪的高㈣流成份，使輸人電流呈低頻卿z)的正 弦波。 —為/證實整合後賴型單級高功因D辭朗舰式螢光燈電子 女疋益的可行性，本發明將以兩支串聯的赛螢光燈為設計實例，分 ^電路的操作原理與轉模式，彻基本波分析法推導電路方程式: j電路巾的各項參數，使兩崎升壓轉㈣皆操作料連續電流導 通=式’⑽D_並聯共振式螢光燈電子安定n設計於零電壓與零 電流切換導通操作情況下，以_高功因、波、低切換損失盘高 第三圖的單級高功因D類串並聯共振式螢光燈電子安定器具有對 稱性的電路結構，主動關必財相_工作獅，因此，必 須採用對稱脈波寬度調變來控綱關.&，主動開_觸發信號如 第四圖所7F ’ bb為開關⑦、02的閘極電壓，其脈波寬度相等 ^補’陰影部分為怠遲時間，在怠遲時間内&、^均為低電位， 备思遲時間增加時，脈波寬度減少，怠遲時間不能為零，以防止開關 .仏同時導通。圖中&為^&的責任週期，^義為脈波&度 與工作週期的比值。 ’又 …安定㈣路結構與㈣電路紐雛，對於輸人電源而言，其正 半週與負半週的卫作模式相似，不_只是導通元件改變，當輸入電 源正半週時’降升壓轉換器1謂，將輸人交流W轉換^流電源 W ’同時間’降升壓轉換器n不工作；反之，當輸入電源負半週時， =升壓轉換H 11:11作，將輸人交流電轉換成錢電源Μ，而降升 壓轉換器I U作。為簡化分析，本文只針對正半波電源作分析，並 忽略被動歧f路Iw'Cm ’它帛減轉翻的錢成分，不影響轉 換器動作。 〜 為了達到功因修正的目的’降升壓轉換器必須工作在不連續電流 模式’在此—條件下，根據功率開關元件的導通狀態，在—‘二 週期内，電路可區分為五個王作模式，如第五圖所示1六圖顯示在 1326565 各工作模式下的電壓及的電流理論波形，其中，第六圖(a)顯示輸入電 壓為正半週時的波形；第六圖(b)顯示輸入電壓為負半週時的波形。 一、 工作模式: 工作模式I開始於閘極訊號由咼電位變為低電位的瞬間 關閉，經過短暫的怠遲時間後，閘級訊號由低電位變為高電位， 0並未立即導通，因為共振電路成電感性，共振電流人落後電壓，在 02關閉瞬間，人為負值並流向二極體A’一旦A導通，0兩端電壓 幾乎為零(-0.7V)，整流後的輸入電壓跨在I〆上，降升壓轉換器工作於 DCM電感電流/〆從零開始線性增加，/p/增加的速度與輸入電壓成 正比’當心與/，的和大於零時，二極體A戴止，進入工作模式u。 二、 工作模式ΙΙ(?1 : 込導通，部分/ρ流過0，剩餘部分流經共振電路，G保持在導通 狀態’ 兩端電壓仍然等於整流後的輸入電壓，心繼續線性增加， Α由負漸漸增加至正值，之後，心與Λ共同流過心由於^切換導通 時電壓、電流鱗於零’具有零賴及零電流切換導通優點，切換損 失很小。當閘極電壓F㈣轉為低準位時，開關ρ/截止，此時，^到達 峰值’進入工作模式ΙΠ。 三、 工作模式ΙΙΙ(ί2 </<ί3): 進入工作模式III的瞬間’開關⑦截止，Λ為正值，其路徑由開關 ㈣換到二極體Α，對。充電’為了使轉換器工作於職，。兩端 電壓(PV_2)必須設計大於輸入交流電壓的峰值，使^為逆向偏墨心 不再流過輸入電源，而是流經&對C/充電、兩端電壓為負值 (-M)力從峰值開始線性下降。由於&的峰值與輸入電壓成正比關 係，因此，心可能比厶晚下降至零；也可能比厶早下降至零，前者， 1326565 當Λ下降至零時，進入工你η, 工作模式糾。 作模式心；後者，當心下降至零時，進入 阶〇 m時乂為正且流經仏’仏兩端電壓等於二極體導通電 位磁為％彳乎為零，經過短暫的怠遲時間後，閘級訊號心由低電 ί然而’&並未立即導通，迨7,經過零點變負時，仏切 、l如同心仏具有零電壓及零電流切換導通優點，切換損失很 小〇 四、 工作模式IV-a(i3<i<i4): 厶流經過β?，h繼續下降，杳+_± da ㈣7 ^ · 騎科續電流的工作模式，在閘級 嫩H恤&遞_零，鱗，進入工作模 式V 〇 五、 工作模式IV-b(i3<i<i4): 在此工作模式下，心為零’ ^截止；人為正且流經D2 零點變負時，&切換導通，進入工作模式V。 田“過 六、 工作模式ν(ί4<ί<ί5): 在此工作模式下仏導通，人流經么，電容 當心由高電位變為低電位瞬間置〜、振-路’ 工作模式工。 a戥止電路進入下-高頻週期的 &、&的工作貝任週期均等於0.5，控制降升 干π Ρ 流模式，且在每-輸入電源週期内，使開關切換頻率= 咏續電 輸入電流可以追隨輸人電壓波形且同相位，如此可^ 2疋’則 數。所以整流器輸入電流4的峰值會追隨輸入電壓波形，第= 波前的輸入電流/ρ示意波形。 弟七圖為慮 當儲能電感的電壓對時間的積分小於零時，降升壓轉換器工作於 10 1326565 非連續電流模式’若是降升壓轉換器能於輸人電壓峰_，能操作於 不連續電流導通模式，财德於輸人電義每__作點必定都能 工作於不連續電流導通模式，因此，直流鏈電壓必需大於輸入· 壓的岭值。 私 • 第八圖為輪入電壓％與輸入電流4波形，輸入電流非常接近正弦 :波且與輸入電壓同相，安定器效率為90% ;功率因數為輸入電 机的總諧波失真為8〇%。第九圖為兩組降升壓轉換器的電感電流波 _ 形，當輸入電壓正半波時，只有降升壓轉換器I有電通過，當輸^ 電壓負半波時，只有降升壓轉換器11有電流通過，電感電流在i個電 源週期内，均操作於不連續電流導通模式。 第十圖顯示燈管電壓％及燈管電流‘的波形，燈管電壓與電孤 電流幾乎同相，燈管呈現電阻性；燈管電流的峰值因數_丨％。第 十:圖顯示~、/Wi2與人在輸入電壓於正半波峰值，零點附近與 負半波峰值時的波形’制波形與理論推導娜料—致。&與&均 開始於負電流，此負電流電流流過主動開關旁的並聯二極體(A，^)， • 絲開_端電壓輕，這表示主動關❽與&確實可以零電壓切 換導通。第十二圖顯示長時間的波形，從圖中亦可發 現，兩組降升壓轉換器工作於不連續電流導通模式，且分別於輸入電 源的正、負半週工作。 综上所述，本發明所提出的單級高功因D類串並聯共振式登光燈 電子安定H單級高功崎光燈電子安定器，不但具有電路構造簡單、 控制容易及高效率與低成本等優點、經由實際測量結果顯示此單級高 力因的電子安定器整體電路效率高達9〇% ;輸入電源的功率因數也高 達0.99 ;而輸入電流的總諧波失真為8 〇%。 11 【圖式簡單說明】 第1為D _並聯共振式換流^縣燈電子安定器。 第〜圖為雙級高功目D類串並聯共振式螢光燈電子找器電路 架構。 ° 笛一 —圖為單級尚功因D類串並聯共振式螢光燈電子安定器。 第四圖為主動開關觸發信號對稱脈波寬度調變。 第五圖為工作模式I、II、III、IV-a、IV-b、V。 第六圖為理論波形。 第七圖為令示意波形。 第八圖為輸入電壓匕與輸入電流波形。 第九圖為降升壓式轉換器電流^與波形。 第十圖為燈管電壓與燈管電流/arc波形》 第十一圖為、/r、/幻與/幻波形。 第十二圖為長時間量測的、/r、/S7與4波形。 【主要元件符號說明】

濾波器Cr 燈弩FL1、FL2 降升壓式轉換器I、II D類串並聯共振式換流器螢光燈電子安定器10 Ls、Lm、Lpi、Lp2、Lpf] ' Lpj2 l%Cm' Cs、Cp、Cfl、Cf2、Cl、C2 開關元件、、心 主動開關、& 12 1326565 開關仏、込 二極體 /)/、Ζλ?、、乃<5

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Claims (1)

1326565 十、申請專利範圍： 1 . 一種單級高功因D類串並聯共振式螢光燈電子安定器， 其包含有： 一被動濾波器，係由電感與電容串接於電源輸入端，用來消除高 頻電流； ^ ° 兩組降升壓轉換器，其係並接於被動渡波器之輸 降升壓轉換器中各設有兩二極趙、一主動開二電：直且 流鏈電容所域’以提供穩定的錄電壓及具有功因修正效 果； - D類串並聯共振式螢光燈電子安定^，係由^動卩⑽⑸、奶 及二直流鏈電容(□、⑵之間設有_共振電路組成，以提供負 載點燈； ' 其中，每-組降升壓轉換器之主動開關與直流鍵電容皆為d類 串並聯共振式螢光燈電子安定器所共用，以減少控制電路進而 降低成本。 2.如申請專利翻第1項所述之單級高功因D類串並聯妓 =螢删子細’其中_路包含電_容組 如共振部分及數電容與燈管所形成並聯共振部分。 3 ·如申請專利範，項所述之單級^ d _串並料 =螢先燈電子安打，其中儲能電感係利用—鐵心和兩⑽線 電感_責輸入電源的半個週期，； 4.如申請專利範圍第1項所述之單級高功因D類串並聯共 1326565 振式營先_子安定器，其 主動開_係由開_與二極體〇_ 料通卩，村减用錢切效電雜(腦即當開又 關’其基底i極間的二極體可用來作為二極體di和二極龍， 毋需額外並聯二極體，使整體電路可減少快速二極體之需求。 5 ·如申請專利範圍第i項所述之單級高功因d類串並聯 共振式螢級電子安定H，其具有對雛的電路結構，必須採用 對稱脈波寬度調變來控制開關Q1、Q2’使其與雙向主動開關^、 S2具有相同的工作週期。

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