TWI328335B - - Google Patents

Description

、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種驅動裝置及方法，特別是指一種 利用電壓振幅調變來取代脈衝寬度調變之驅動裝置及方法 〇 【先前技術】 參閱圖1，習知的用於驅動一放電管17的驅動裝置包 含一電壓轉換單元11、一衰減電路單元12、一換流單元13 及一電流檢測單元15，其中，該升壓變壓器113包括二個 一次繞組114、115。 該電壓轉換單元11包括一相位檢測單元U1、一校正 調變單元112、一升壓變壓器113、一開關116、一整^單 元117及一遽波單_元118。 該升壓變壓器113的一次繞組115的一端電連接到一交 流電源18，而另一端接透過該開關116電連接到地。該開 關116受一控制信號控制在導通與不導通之間切換，以使該 一次繞組115將該交流電源丨8輸出的交流電壓（例如 90V〜260V)升壓成另一交流電壓，且該開關116的導通時 間與該已升壓的交流電壓的大小成正比，因此該控制信號 的脈衝寬度會影響該已升壓的交流電壓的大小。該整流單 元117及該濾波單元118依序對該已升壓的交流電壓進行整 流及濾波，以產生一直流電壓當作該電壓轉換單元u的輪 出。該校正調變單元112產生該開關116的控制信號，並根 據一反應該直流電壓的大小之基準電壓信號，對該控制信 1328335 號進行脈衝寬度調變（PWM)，以穩定該直流電壓在想要的 值（例如380V) » 該相位檢測單元111檢測該交流電源丨8輸出的交流電 I及電流的相位差，並產生一反應該相位差的相位檢測信 5虎°該校正調變單元1丨2根據該相位檢測信號，透過該升壓 變壓器113的一次繞組114控制該一次繞組115，以使該交 流電源18輸出的交流電壓及電流實質上同相（in phase)， 來才父正功率因素（power factor )。 該衰減電路單元12檢測該電壓轉換單元11輸出的直流 電壓的大小’並產生該基準電壓信號。 該換流單元13包括一控制單元131、一開關單元132 及一升壓變壓器14〇。 該升壓變壓器133包括一電連接到該開關單元132的 —次繞組141及一電連接到該放電管I?的二次繞組142。 β亥開關單元132是一半橋型電路，且包括四個二極體 13 3~ 136、二開關137、138及一電容139。該二極體133的 陽極電連接到該二極體135的陰極，且接收該電壓轉換單 元11輸出的直流電壓，而其陰極透過該開關137電連接到 該二極體134的陽極、該二極體135的陽極、該二極體136 的陰極及該電容丨39的一端。該二極體134的陰極透過該 開關13 8電連接到該一極體13 6的陽極、該一次繞組^ 4 ^ 的一端及地。該電容139的另一端電連接到該一次繞組i4i 的另端。3玄_開關137、138分別受二控制信號控制在導 通與不導通之間切換，以使該電壓轉換單元u輸出的直流 6 電壓被轉換成一交流的驅動信號，並經由該升壓變壓器140 進行升壓後，驅動該放電管17。 該二開關137、138的時序如圖2所示’其中，橫軸代 表時間，波形21是該開關137的控制信號，波形22是該 開關138的控制信號。在波形21、22中，高電位表示該二 開關137、138導通，而低電位表示該二開關13<7、138不 導通。該開關137的控制信號的脈衝寬度是固定的，使該 關關137的工作比（duty ratio)(即導通時間/(導通時間+不 導通時間））f質上等於50%，而該開％ 138的控制信號的 脈衝寬度是可調變的，且會影響該開關單元132轉換出的 駆動信號的大小，進而影響流過該放電管17的電流（以下 簡稱放電管17電流）的大小。 、-亥控制單元131產生该二開關13 7、13 8的控制信號， 並根據一反應該放電管17電流的大小之電流偵測信號，對 該開關138的控制信號進行脈衝寬度調變，以穩定該放電 管Π的電流在想要的值，且根據一猝發（burst)信號，在 輸出該等控制信號與不輸出該等控制信號之間切換。 。亥猝發Is號及该放電管17電流的時序如圖3所示，其 中，橫軸代表時間，波形31是該猝發信號，波形32是該 放電管17電流。在波形31中，高電位表示該控制單元i3i 輸出該等控制信號（此時，該放電管17電流的大小不為〇 ，且疋慢慢地從〇提升到穩定值，以避免過衝（〇versh〇〇〇 )’而低電位表示該控制單元131不輸出該等控制信號（此 時，該放電管Π電流的大小為〇)。因此，在該換流單元 1328335 13中，該開關138的工作比與該猝發信號共同配合以決定 該放電管17電流的平均值，進而決定該放電管17的亮度 。藉由改變該開關13 8的工作比或該猝發信號，可以調整 該放電管17的亮度’達到調光（Dimming )的效果。 該電流檢測單元15檢測該放電管17電流的大小，並 產生該電流檢測信號。

當該開關138的工作比小於40%，在該開關138切換 為不導通到該開關13 7切換為導通的這段時間内（如圓2 的T所示），會有電流通過該等二極體ι35、136，使得該等 二極體135、136會因為發熱而容易損壞，且這些能量以熱 月&方式被消耗掉’也使得能量的使用效率變差。 再者，在該放電管17電流的大小固定時，隨著該放電 管17因為使用而老化，該放電管17的亮度會降低，此時 ，為了維持原本亮度，必須提高該放電管17電流。因.此， 在設計時，會使該開關138的工作比較小，以預留該放電

管Π電流的調整空間’但如此一來，卻會使上述問題更加 明顯。 由於在利用脈衝寬度調變將一直流電壓轉換成一交流 的驅動信號來驅動一負載時’可能會造成問題，例如上述 用於驅動該放電管17的駆動裝置會有元件容易損壞及能量 用效率差的問題’使4解決脈衝寬度調變所造成的問題 成為一個重要課題。 【發明内容】 因此，本發明之目的即在提供一種驅動裝置，藉由調 8 變直流電壓的大小來避免脈衝寬度調變所造成的問題。 於疋’本發明驅動裝置適用於驅動一負載，且包含： 一電壓轉換單元，利用脈衝寬度調變，將一交流電源 輸出的交流電壓轉換成一直流電壓； 一衰減電路單元，檢測該直流電壓的大小，並產生一 基準電壓信號； 一換流單元，將該直流電壓轉換成一交流的驅動信號 ，並根據一猝發信號決定是否輸出該驅動信號來驅動該負 載； 一電流檢測單元’檢測該負載電流的大小，並產生一 電流檢測信號；及 一加總單元’根據該基準電壓信號及該電流檢測信號 ’產生一回授信號，當作該電壓轉換單元調變脈衝寬度的 參考。 而本發明之另一目的即在提供一種驅動方法，藉由調 變直流電壓的大小來避免脈衝寬度調變所造成的問題。 於是，本發明驅動方法適用於驅動一負載，且包含以 下步驟： 利用脈衝寬度調變，將一交流電壓轉換成一直流電壓 > 將該直流電壓轉換成一交流的驅動信號，並根據一猝 發信號決定是否輸出該驅動信號來驅動該負載；及 根據一反應該直流電壓的大小之基準電壓信號及一反 應S玄負載電流的大小之電流檢測信號，產生一回授信號， 1328335 當作調變脈衝寬度的參考。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚地呈現。 本發明驅動裝置之較佳實施例適用於驅動至少一放電 管47。當本實施例用於驅動複數放電管47時，該等放電管 47呈並聯，且可藉由一均流電路來平衡該等放電管電流 。以下以本實施例用於驅動一放電管47的情形來說明。值 付庄意的是，本發明也可以用於驅動其它負載，不以該放 電管47為限。 參閱圖4，本實施例包含一電壓轉換單元41、一衰減 電路單元42、一換流單元43、一電流檢測單元45及一加 總單元46。 该電壓轉換單元41用於將一交流電源48輸出的交流 電壓升壓轉換成一直流電壓及校正功率因素，且包括一相 位檢測單元411、一校正調變單元412、一升壓變壓器413 、一開關416、一整流單元417及一濾波單元418，其中， «•亥升壓變壓器41 3包括二個一次繞組414、415。該電壓轉 換單元41的動作與習知類似，不同之處在於該校正調變單 凡Π2是根據一回授信號，對該開關416的控制信號進行脈 衝寬度調變，以穩定該直流電壓在想要的值。 該衰減電路單元42檢測該電壓轉換單元41輸出的直 流電磨的大小，並產生一基準電壓信號。 10 1328335 開關單元432 該換流單元43包括一控制單元43 i、 及一升壓變壓器440。 該升壓變壓器440包括一電連接到該開關單元432的 一次繞組441及一電連接到該放電管47的二次繞組442。 該開關單元432用於將該電壓轉換單元41輸出的直流 電壓轉換成一父流的驅動信號，並經由該升壓變壓器Mo 進行升壓後，驅動該放電管47。該開關單元432可為一全 橋型電路或是一半橋型電路，在本實施例中以該半橋電路 做垅明，且該半橋型電路包括四個二極體433〜436、二開關 437、438及一電容439。該開關單元432的動作與習知類 似’不同之處在於該開關438的控制信號。 該二開關437、438的時序如圖5所示，其中，橫軸代 表時間，波形51是該開關437的控制信號，波形52是嗜 開關438的控制信號。在波形51、52中，高電位表示該二 開關437、438導通，而低電位表示該二開關437、似不 導通。該開關437的控制信號的脈衝寬度是固定的，使該

開關437的工作比之最佳值為观，而該開關顿的控S 信號的脈衝寬度也是固定的，使該開，“38的工作比之最 佳值為40%〜5〇〇/0的範圍内。 X控制單疋43 1產生该二開關437、438的控制信號， 並根據-猝發信號，在輸出該等控制信號與不輸出該 制信號之間切換。 役 該猝發信號及該放電管47 f流㈣序如圖 中’橫轴代表時間，波形&是該摔發信號，波形62、是： 11 1328335 放電管47電流。在波形61中，高電位表示該控制單元川 輸出該等控制信號（此時，該放電管47電流的大小不為〇 ，且是慢慢地從0提升到穩定值，以避免過衝），而低電位 表不该控制單元43 1不輸出該等控制信號（此時，該放電 管47電流的大小為〇> Λ 該電流檢測單元45檢測該放電管47電流的大小，並 產生一電流檢測信號。在本實施例中，該電流檢測信號是 ~~電壓信號。 在本實施例中，是藉由改變該電壓轉換單元41輸出的 直流電壓的大小，來調整該換流單元43轉換出的驅動信號 的大小，進而調整該放電管47電流的大小（詳細調整情形 如下段所述）。因此，該直流電壓的大小與該猝發信號共同 配合以決定該放電管47電流的平均值，進而決定該放電管 47的亮度。 參閱圖4與圖7 ’該加總單元46包括一取樣保持單元 461、一積分器462及一計算放大器463。該取樣保持單元 在該放電管47電流的大小不為〇且穩定時（如圖6中 的Tsteady所示）’對該電流檢測信號進行取樣保持，以產生 —取樣信號。該積分器462對該取樣信號積分，以產生一 積分信號。該計算放大器463對該積分信號及該基準電壓 k號進行計算（例如：相加或相減），以產生該回授信號（ 可以是一電壓信號或一電流信號）。因此該回授信號可用於 調整該電壓轉換單元41輸出的直流電壓的大小及補償該放 電管47電流的大小。 12 1328335 在本實施例中，該積分器462是一反相積分器，且將 一參考電壓與該取樣信號相減後再積分，以產生該積分信 號’而該計算放大器463是一差異放大器，且將該積分信 號與該基準電愿信號相減，以產生該回授信號。 習知是將該直流電壓固定，改變該開關438的工作比 ，以調整該放電管47電流，而本實施例是將該開關438的 工作比固定’改變該直流電壓，以調整該放電管47電流， 如此一來，可以避免該換流單元43因脈衝寬度調變所造成 的元件容易損壞及能量使用效率差的問題。 在本實施例中，因為該猝發信號，該放電管47電流的 大小會在為0與不為〇之間切換，如果該取樣保持單元461 不是只在該放電管47電流的大小穩定時才對該電流檢測信 號進行取樣，將導致該直流電壓隨著猝發信號改變，如圖6 的波形6 3所示。 值得注意的是，該電流檢測信號除了是一電壓信號之 也可以疋一電流信號、一頻率信號或一工作（加以）信 且°亥加總單70 46的架構會隨該電流檢測信號的形式而

電路實現。

電壓。 的驅動方法包含以下步驟： 41利用脈衝寬度調變，將 13 1328335 步驟82是該換流單元43將該直流電壓轉換成該交流 的驅動6號，並根據該猝發信號決定是否輸出該驅動信號 來驅動該放電管47。 步驟83是該加總單元46根據該衰減電路單元42產生 的基準電壓信號及該電流檢測單元45產生的電流檢測信號 ，產生該回授信號，當作該電壓轉換單元41調變脈衝寬度 的參考》

歸納上述，在將一直流電壓轉換成一交流的驅動信號 來動一負載時，本發明藉由調變該直流電壓的大小，可以 避免脈衝寬度S周變所造成的問題，確實可以達到本發明的 目的。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即Α凡依本發❹請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。

【圖式簡單說明】 圖1是-電路示意圖’說明習知的用於驅動一放電管 的驅動裝置； 開關單 二:信是號時序圖’說明該習知的_置的- 圖3是一時序圖，缔ΒΒ ^ °月&玄1知的驅動裝置的一猝發作 號與該放電管電流的關係； ° 圖4是一電路示意圖 施例； ，說明本發明驅動裝置之較佳實 14 1328335 圖5是一時序圖，說明該較佳實施例的一開關單元的 控制信號； 圖6是一時序圖，說明該較佳實施例的一猝發信號、 一放電管電流及一非理想直流電壓的關係； 圖7是一電路示意圖，說明該較佳實施例的一加總單 元；及 圖8是一流程圖，說明本發明驅動方法之較佳實施例 〇

15 1328335 【主要元件符號說明】 41 · ·· 電壓轉換單元 438 · · 開關 411 · · 相位檢測單元 439 · · 電容 412 · · 校正調變單元 440 · · 升壓變壓器 413 .. 升壓變壓器 441 · · 一次繞組 414 .. 一次繞組 442 · · 二次繞組 415 · · 一次繞組 45 · · · 電流檢測單元 416 · · 開關 46 · · · 加總單元 417 .. 整流單元 461 · · 取樣保持單元 418 ·. 濾波單元 462 · 積分器 42- · · 衰減電路單元 463 · · 計鼻放大 43 · · · 換流單元 47· · · 放電管 431 · · 控制單元 48· · · 父流電源 432 · · 開關單元 51、52 波形 433〜436 二極體 61〜63· 波形 437 · · 開關 81〜83· 步驟 16

Claims (1)

1328335 十、申請專利範圍： 1' 種驅動裝置’適用於驅動一負載，且包含： 一電壓轉換單元，利用脈衝寬度調變，將一交流電 源輪出的交流電壓轉換成一直流電壓； 一农減電路單元，檢測該直流電壓的大小，並產生 一基準電壓信號； 一換流單元，將該直流電壓轉換成一交流的驅動信 號’並根據一猝發信號決定是否輸出該驅動信號來驅動 該負載； 一電流檢測單元’檢測該負載電流的大小，並產生 一電流檢測信號；及 一加總單元’根據該基準電壓信號及該電流檢測信 號’產生一回授信號，當作該電壓轉換單元調變脈衝寬 度的參考。 2. 依據申请專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中，該加 總單元在該負載電流的大小不為〇且穩定時，對該電流 檢測信號進行取樣保持’以產生一取樣信號，並根據該 基準電壓信號及該取樣信號’產生該回授信號。 3. 依據申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中，該電 流檢測信號是一電壓信號，且該加總單元包括： 一取樣保持單元，在該負載電流的大小不為〇且穩 定時，對該電流檢測信號進行取樣保持，以產生一取樣 信號； 一積分器，對該取樣信號積分，以產生—積分信號 17 1328335 :及 °十算放大器’對該積分信號及該基準電壓信號進 行計算’以產生該回授信號。 4.依據申請專利範圍第3項所述之驅動裝置，其中，該積 分器是一反相積分器’且將一參考信號與該取樣信號相 減後再積分，以產生該積分信號，而該計算放大器是一 差異放大器’且將該積分信號與該基準電壓信號相減， 以產生該回授信號。 5 ·依據申請專利範圍第1項所述之驅動裝置，其中，該換 流單元包括： 一開關單元’是一半橋型電路，且包括二開關，該 開關單元藉由切換該二開關，將該直流電壓轉換成該驅 動信號。 6. 依據申請專利範圍第5項所述之驅動裝置，其中，該二 開關的工作比是固定的，且一個的工作比實質上等於 50%，而另一個的工作比實質上在4〇%〜5〇0/。的範圍内。 7. 依據申請專利範圍第6項所述之驅動裝置，其中，該加 總單元在該負載電流的大小不為〇且穩定時，對該電流 檢測信號進行取樣保持，以產生一取樣信號，並根據該 基準電壓信號及該取樣信號，產生該回授信號。 8. 依據申請專利範圍第6項所述之驅動裝置，其中，該電 流檢測信號是一電壓信號，且該加總單元包括： 一取樣保持單元，在該負載電流的大小不為〇且穩 定時，對該電流檢測信號進行取樣保持，以產生一取樣 18 1328335 信號； 一積分器，對該取樣信號積分’以產生一積分信號 ;及 一計算放大器，對該積分信號及該基準電壓信號進 行計算，以產生該回授信號。 9·依據申請專利範圍第8項所述之驅動裝置，其中，該積 分器是一反相積分器，且將一參考信號與該取樣信號相 減後再積分，以產生該積分信號，而該計算放大器是一 差異放大器，且將該積分信號與該基準電壓信號相減， 以產生該回授信號。 1 〇·依據申請專利範圍第6項所述之驅動裝置，其中，該換 流單元更包括： —升壓變壓器，包括一電連接到該開關單元的一次 %組及一電連接到該負載的二次繞組，且升壓該驅動信 號以驅動該負載；及 一控制單7L，產生該二開關的控制信號，並根據該 ^猝發信號決定是否輸出該等控制信號。 據申α專利範圍第1〇項所述之驅動裝置，其中，該電 流檢測信號是-電壓信號，且該加總單元包括： 、士取樣保持單％，在該負載電流的大小不為〇且穩 广時’對該電流檢測信號進行取樣，以產生一取樣 信說； 反相積刀盗，將一參考信號與該取樣信號相減後 再積分，以產生一積分信號；及 19 1328335 一差異放大器，將該積分信號與該基準電壓信號相 減’以產生該回授信號。 12. 依據申請專利範圍第11項所述之驅動裝置，其中，該電 壓轉換單元更校正功率因素。 13. —種驅動方法，適用於驅動一負載，且包含以下步驟： 利用脈衝寬度調變，將一交流電壓轉換成一直流電 壓； 將該直流電壓轉換成一交流的驅動信號，並根據一 猝發信號決定是否輸出該驅動信號來驅動該負載；及 根據一反應該直流電壓的大小之基準電壓信號及一 反應該負載電流的大小之電流檢測信號，產生一回授信 號，當作調變脈衝寬度的參考。 14.依據申請專利範圍第13項所述之驅動方法，其中，產生 該回授信號的步驟包括： 在该負載電流的大小不為〇且穩定時，對該電流檢 測信號進行取樣保持，以產生一取樣信號，並根據該基 準電壓L號及S亥取樣信號，產生該回授信號。 15.依據申请專利範圍第13項所述之驅動方法，其中，產生 該回授信號的步驟包括以下子步驟： 在該負載電流的大小不為〇且穩定時對該電流檢 測信號進行取樣保持，以產生一取樣信號； 對該取樣信號積分，以產生一積分信號；及 對該積分信號及該基準電壓信號進行計算，以產生 該回授信號。 20 1328335 16. 依據申唄專利範圍第15項所述之驅動方法，其中’產生 該積分k號的子步驟包括將一參考信號與該取樣信號相 減後再積A，以產生該積分信冑，而產生㈣授信號的 子步驟包括將該積分信號與該基準電壓信號相減，以產 生該回授信號。 17. 依據申請專利範圍第13項所述之驅動方法，其中，是利 用一包括二開關的半橋型開關單元將該直流電壓轉換成 該驅動信號。 18·依據申請專利範圍第17項所述之驅動方法，其中，該二 開關的工作比是固定的，且一個的工作比實質上等於 5〇% ’而另一個的工作比實質上在40%〜50%的範圍内。 19·依據申請專利範圍第18項所述之驅動方法，其中’產生 該回授信號的步驟包括： 在該負載電流的大小不為〇且穩定時，對該電流檢 測信號進行取樣保持’以產生一取樣信號，並根據該基 準電壓信號及該取樣信號，產生該回授信號。 2〇.依據申請專利範圍第19項所述之驅動方法，其中，更包 括—步驟是校正功率因素。 21