071_093-055AP-TW

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071_093-055AP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

發明專利說明書


※申請案號：093118004	※I P C 分類：

一、	發明名稱：
	具定功率控制之自激式電子安定器(全文下載)

二、

中文發明摘要：

一種具定功率控制之自激式電子安定器，其至少包含：一交流/直流轉換器；一組半橋式直流/交流轉換器，係具有一驅動電路連接上述交流/直流轉換器，並控制一組半橋開關來提供一穩定的方波電源給後端連接之一串聯諧振並聯負載電路；一定功率控制電路，係分別連接上述驅動電路以及上述串聯諧振並聯負載電路所組成；如上述構造，該定功率控制電路可抓取偵測電感所偵測之電流信號，來控制改變該驅動電路的切換頻率，藉以改變該半橋開關的切換頻率，來影響該半橋開關的輸出功率，使該後端串聯諧振並聯負載電路的負載功率不隨輸入電壓變化而變動者。

三、

英文發明摘要：

四、	指定代表圖：
	(一)本案指定代表圖為：圖二
	(二)本代表圖之元件符號簡單說明：
	1．．．交流/直流轉換器
	11．．．交流電源
	12．．．第一橋式二極體
	13．．．第一電容
	2．．．半橋式直流/交流轉換器
	21．．．驅動電路
	22．．．半橋開關
	23．．．串聯諧振並聯負載電路
	231．．．燈管負載
	4．．．定功率控制電路

五、	本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

六、	發明說明：
	【發明所屬之技術領域】
[n]	一種具定功率控制之自激式電子安定器，其至少包含：一交流/直流轉換器；一組半橋式直流/交流轉換器，係具有一驅動電路連接上述交流/直流轉換器，並控制一組半橋開關來提供一穩定的方波電源給後端連接之一串聯諧振並聯負載電路；一定功率控制電路，係分別連接上述驅動電路以及上述串聯諧振並聯負載電路所組成；如上述構造，該定功率控制電路可抓取偵測電感所偵測之電流信號，來控制改變該驅動電路的切換頻率，藉以改變該半橋開關的切換頻率，來影響該半橋開關的輸出功率，使該後端串聯諧振並聯負載電路的負載功率不隨輸入電壓變化而變動者。
	【先前技術】
[n]	本發明係有關一種具定功率控制之自激式電子安定器，特指一種在半橋式直流/交流轉換器上增設一使用較少的電子元件的定功率控制電路，以穩定燈管負載的功率，使燈管負載的亮度不受輸入電壓變化之影響，同時大幅降低定功率控制電路的成本。
	【發明內容】
[n]	隨著科技的進步與經濟的發展，人類對照明的需求與日俱增。按大多數的燈光照明，皆需要利用安定器來工作。安定器就好比照明的心臟一般，只有使用設計良好，品質穩定的安定器才能完全發揮光源的特性及確保光源之使用壽命。
[n]	近年來，由於電力電子技術的大幅進步，電子式安定器已逐漸取代傳統的電磁式安定器。除了短小輕薄之外，更進一步提升了燈源的發光效率及光照品質。
[n]	自激式電子安定器架構，有下列幾種優點：
[n]	(1)　啟動快
[n]	(2)　不閃爍
[n]	(3)　高發光效率
[n]	但習用的自激式電子安定器架構，由於缺乏定功率控制電路的控制機制，當輸入功率隨輸入電壓成正比例升高時，將無法維持燈管亮度的穩定，且燈管功率亦隨燈管老化的關係成正比例升高。
[n]	也由於習用的自激式電子安定器無法維持燈管亮度的穩定，為改善上述設計，目前的做法如圖一所示，係在自激式電子安定器a上外接一定功率調整電路b，操作時先在該定功率調整電路b輸入端取一電壓信號，而在Pmos下取一電流信號，經由中兩運算放大器去作比較，去控制mosfet Q5、Q6的Vgs信號，使Q5、Q6在線性區動作，Q5、Q6等效成可變電阻來控制Lg2的電流流量，藉以穩定燈管的功率，使燈管的亮度不受輸入電壓變化之影響。
[n]	然而此種習用的自激式電子安定器，觀其構造仍隱藏有不少缺失：
[n]	1.傳統定功率自激式電子安定器，其電路中的電子元件數總共有多達29個元件，由於其定功率控制電路需使用如此多的電子元件，不但電路複雜且元件數多，使製作成本提高。
[n]	2.該定功率控制電路含有四顆Mosfet、兩顆運算放大器，為了這兩運算放大器，還需另外供給獨立直流電源，十分不便。
[n]	本案發明人有鑑於上述習用的架構於實際施用時的缺失，且積累個人從事相關產業開發實務上多年之經驗，精心研究，終於研發出一種定功率控制之自激式電子安定器。
	【實施方式】
[n]	爰是，本發明之主要目的，旨在提供一種定功率控制之自激式電子安定器，而可不必另外供給獨立直流電源，並精簡電子元件數量，有效降低生產製作的成本。
[n]	為達上述之目的，本發明其至少包含：一交流/直流轉換器，係用以提供一穩定之直流電路；一組半橋式直流/交流轉換器，係具有一驅動電路連接上述交流/直流轉換器，並控制一組半橋開關來提供一穩定的方波電源給後端連接之一串聯諧振並聯負載電路；一定功率控制電路，係分別連接上述驅動電路以及上述串聯諧振並聯負載電路其至少包括：一初級變壓器，係連接該串聯諧振並聯負載電路，用以偵測負載端的電流信號；一次級變壓器，係感應上述初級變壓器所偵測之電流信號；一第一整流器，係將電流交流信號整流成直流信號；一第一電組與一第二電阻，係用以分壓直流信號；一稽納二極體，係用以限制直流信號的電壓大小；一電容，用以調控直流信號，使驅動電路能正常起動；一功率晶體，係以接收調整後之直流信號作為基準，用以分流該驅動電路的電流信號；一第二整流器，係連接該驅動電路，而可將該驅動電路的電流信號做整流，再傳輸至上述功率晶體中所組成。
[n]	如上述構造，可藉由該初級變壓器抓取電流信號，再由功率晶體控制以直流信號作為基準改變該驅動電路的電流信號，再輸出至該驅動電路中，以改變該驅動電路的切換頻率，藉以改變該半橋開關的切換頻率，來影響輸出功率，使後端串聯諧振並聯負載電路的負載功率不隨輸入電壓變化而變動者。
[n]	茲為便於　貴審查委員能更進一步對本發明之構造、使用及其特徵有更深一層，明確、詳實的認識與瞭解，發明人舉出較佳之實施例，配合圖式詳細說明如下：首先請參閱圖二所示，本發明係包含：一交流/直流轉換器1，係用以提供一穩定之直流電路，其包括：一交流電源11，用以供應交流電；一組第一橋式二極體12，係可將交流電轉換為直流；一第一電容13，用以儲存所轉換之直流電，並提供該半橋式直流/交流轉換器2電源。
[n]	一組半橋式直流/交流轉換器2，係具有一驅動電路21連接上述交流/直流轉換器1，並控制一組半橋開關22，該半橋開關22包括：係由開關Q1及開關Q2所組成，用以提供一穩定的方波電源給後端連接之一串聯諧振並聯負載電路23，該串聯諧振並聯負載電路23係具有依序串聯之一諧振電感LR、一燈管負載231、一諧振電容Co以及一與該燈管負載231並聯之電容Cp 所組成。
[n]	當交流/直流轉換器1啟動導通該半橋式直流/交流轉換器2之驅動電路21，經過該驅動電路21之電阻R1、電阻R2、電容Cg、電阻R3，供給電容Cg的電壓，使半橋開關22之開關Q1導通。再由該驅動電路21之電感LD汲取該串聯諧振並聯負載電路23之諧振電感LR的電流信號，經該驅動電路21之電感Lg、電容Cgd諧振來產生弦波，並經過稽納二極體D5、D6 產生方波，以控制半橋開關的閘級訊號，而半橋開關藉由閘級訊號的供給來產生方波電源供給串聯諧振並聯負載電路23。該驅動電路21之電容Cg是用於控制該半橋開關22之開關Q1和開關Q2都off的時間，此時該串聯諧振並聯負載電路23之諧振電感LR的能量需由該半橋開關22之開關Q2內部的二極體來放電。
[n]	當該驅動電路21之電容Cg上的電壓，足以使該半橋開關22 之開關Q1導通時，電流路徑循由該驅動電路21之電容C6、該串聯諧振並聯負載電路23之電容Cp、該串聯諧振並聯負載電路23之燈管負載231、該串聯諧振並聯負載電路23之諧振電感LR、該半橋開關22之開關Q2行成一導通路徑。電容Cg是控制該半橋開關22之開關Q1和開關Q2都off的時間，此時諧振電感LR的能量需由該半橋開關22之開關Q2內部的二極體來放電，並經由重新經過電阻R5、電阻R2、電容Cg、電阻R3，供給電容Cg的電壓，行成一週期。
[n]	一定功率控制電路4，如圖二、圖五、圖六所示，係分別連接上述驅動電路21之電感Lg兩端以及上述串聯諧振並聯負載電路23其至少包括：一初級變壓器41，係接設於該串聯諧振並聯負載電路23之諧振電感LR以及燈管負載231之間，用以偵測負載端的電流信號；一次級變壓器42，係感應上述初級變壓器41所偵測之電流信號；一第一整流器43，為一組橋式二極體，用以將電流信號做全橋整流整流成直流信號；一第一電組44與一第二電阻45，係用以分壓直流信號；一稽納二極體46，係用以限制直流信號的電壓大小；一電容 47，用以調控直流信號，使驅動電路21能正常起動，防止在開機時發生點不亮的情況；一功率晶體48，係以接收調整後之直流信號作為基準，用以分流該驅動電路21的電流信號；一第二整流器49，為一組橋式二極體，係連接該驅動電路21之電感Lg兩端，用以將該驅動電路21的電流信號做全橋整流整流成直流信號，再傳輸至上述功率晶體48中。
[n]	如上述構造，依圖二、圖三、圖五、圖六所示，當自激式電子安定器設計為一個38W的定功率控制，其輸入的該交流/直流轉換器1的交流電源11為110V，60Hz，該半橋開關22的開關Q1及開關Q2的工作頻率為 70kHz，可藉由該定功率控制電路4之初級變壓器41抓取流經該串聯諧振並聯負載電路23之諧振電感LR以及燈管負載231之間的電流信號，再由該次級變壓器42上的弦波經該第一整流器43全波整流後，變成直流，經該第一電組44與該第二電阻45分壓直流信號；經稽納二極體46與電容47，再輸入功率晶體48控制以直流信號作為基準改變該驅動電路21的電流信號，再輸出至該驅動電路21中，以改變該驅動電路21的切換頻率，藉以改變該半橋開關22的切換頻率，來影響輸出功率，使後端串聯諧振並聯負載電路23的燈管負載231之功率在市電110V的正負15%變化，不隨輸入電壓變化而變動，達到定功率的功能，穩定燈管負載231的功率及亮度，且燈管負載231的功率不會隨燈管老化的關係成正比例升高。
[n]	本創作之第二實施例，如圖六、圖七所示，上述構造中，該定功率控制電路4應用在不同的該串聯諧振並聯負載電路23上，該串聯諧振並聯負載電路23係具有依序串聯之一諧振電感、一諧振電容、一燈管負載231以及一與該燈管負載231並聯之電容所組成。該定功率控制電路4之初級變壓器41，係接設於該串聯諧振並聯負載電路23之諧振電容以及燈管負載231之間。
[n]	本創作之第三實施例，如圖五、圖八所示，上述構造中，該定功率控制電路4之第一整流器43可為單一二極體，做半波整流。
[n]	本創作之第四實施例，如圖五、圖九所示，上述構造中，該定功率控制電路4之第二整流器49可為單一二極體，做半波整流。
[n]	藉由上述實施之呈現，可知，本創作具有以下之優點：
[n]	1.本發明之定功率控制電路4可不必另外供給獨立直流電源。
[n]	2.本發明當輸入電壓在市電110伏的正負15%變化時，定功率電路能穩定安定器功；且燈管功率較不隨燈管老化而產生變動。
[n]	3.本發明的燈管負載231其亮度不受輸入電壓變化之影響，更可應用於燈管負載231亮度穩定要求甚高的光源，如HID燈等光源。加上本身元件數少，成本低，更可大幅拓展定功率控制之自激式電子安定器在HID等之氣體放電燈的市場。
[n]	4.本發明之定功率控制電路4使用較少的電子元件，可大幅降低成本，提高產業效益。
[n]	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，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
[n]	綜由上對本發明之技術結構詳細揭述，本發明之構造確實能達到可不必另外供給獨立直流電源，並精簡電子元件數量，有效降低生產製作的成本的目的，且未見於業界相關產品當中，應符合發明專利之要件，申請人爰依專利法之規定，向　鈞局提起發明專利之申請，並懇請早日賜准本案專利，實感德惠。
	【圖式簡單說明】
[n]	圖一，傳統定功率自激式電子安定器電路圖；
[n]	圖二，為本發明定功率自激式電子安定器電路圖；
[n]	圖三，為無定功率控制與有定功率控制的輸入功率比較圖；
[n]	圖四，為無定功率控制與有定功率控制的燈管功率比較圖；
[n]	圖五，為本發明定功率自激式電子安定器之詳細電路圖；
[n]	圖六，為本發明定功率控制電路之電路圖；
[n]	圖七，為本發明第二實施例之定功率自激式電子安定器之電路圖；
[n]	圖八，為本發明第三實施例之定功率控制電路之電路圖；
[n]	圖九，為本發明第四實施例之定功率控制電路之電路圖。
	【主要元件符號說明】
[y]	1．．．交流/直流轉換器
[y]	11．．．交流電源
[y]	12．．．第一橋式二極體
[y]	13．．．第一電容
[y]	2．．．半橋式直流/交流轉換器
[y]	21．．．驅動電路
[y]	22．．．半橋開關
[y]	23．．．串聯諧振並聯負載電路
[y]	231．．．燈管負載
[y]	4．．．定功率控制電路
[y]	41．．．初級變壓器
[y]	42．．．次級變壓器
[y]	43．．．第一整流器
[y]	44．．．第一電組
[y]	45．．．第二電阻
[y]	46．．．稽納二極體
[y]	47．．．電容
[y]	48．．．功率晶體
[y]	49．．．第二整流器
[y]	a．．．自激式電子安定器
[y]	b．．．定功率調整電路

七、

申請專利範圍：

1. 一種具定功率控制之自激式電子安定器，其至少包含：一交流/直流轉換器，係用以提供一穩定之直流電路；一組半橋式直流/交流轉換器，係具有一驅動電路連接上述交流/直流轉換器，並控制一組半橋開關來提供一穩定的弦波電源給後端連接之一串聯諧振並聯負載電路；一定功率控制電路，係分別連接上述驅動電路以及上述串聯諧振並聯負載電路其至少包括：一初級變壓器，係連接該串聯諧振並聯負載電路，用以偵測負載端的電流信號；一次級變壓器，係感應上述初級變壓器所偵測之電流信號；一第一整流器，係將電流交流信號整流成直流信號；一第一電阻與一第二電阻，係用以分壓直流信號；一稽納二極體，係用以限制直流信號的電壓大小；一電容，用以調控直流信號，使驅動電路能正常起動；一功率晶體，係以接收調整後之直流信號作為基準，用以分流該驅動電路的電流信號；一第二整流器，係連接該驅動電路，而可將該驅動電路的電流信號做整流，再傳輸至上述功率晶體中；可藉由該初級變壓器抓取電流信號，再由功率晶體控制以直流信號作為基準改變該驅動電路的電流信號，再輸出至該驅動電路中，以改變該驅動電路的切換頻率，藉以改變該半橋開關的切換頻率，來影響輸出功率，使後端串聯諧振並聯負載電路的負載功率不隨輸入電壓變化而變動者。
2.如申請專利範圍第1項所述一種具定功率控制之自激式電子安定器，其中該第一整流器可為一組橋式二極體，用以將電流信號做全橋整流整流成直流信號。
3.如申請專利範圍第1項所述一種具定功率控制之自激式電子安定器，其中該第一整流器可為單一二極體。
4.如申請專利範圍第1項所述一種具定功率控制之自激式電子安定器，其中該第一整流器可為一組橋式二極體，用以將電流信號做全橋整流整流成直流信號。
5.如申請專利範圍第1項所述一種具定功率控制之自激式電子安定器，其中該第二整流器可為單一二極體。
6.如申請專利範圍第1項所述一種具定功率控制之自激式電子安定器，其中該交流/直流轉換器，係包括：一交流電源，用以供應交流電；一組第一橋式二極體，係可將交流電轉換為直流；一第一電容，用以儲存所轉換之直流電，並提供該半橋式直流/交流轉換器電源。
7.如申請專利範圍第1項所述一種具定功率控制之自激式電子安定器，其中該串聯諧振並聯負載電路係具有串聯之一諧振電感、一諧振電容、一燈管負載以及一與該燈管負載並聯之電容所組成。
8.如申請專利範圍第1項所述一種具定功率控制之自激式電子安定器，其中該串聯諧振並聯負載電路係具有依序串聯之一諧振電感、一燈管負載、一諧振電容以及一與該燈管負載並聯之電容所組成。
9.如申請專利範圍第1項所述一種具定功率控制之自激式電子安定器，其中該串聯諧振並聯負載電路係具有依序串聯之一諧振電感、一諧振電容、一燈管負載以及一與該燈管負載並聯之電容所組成。

八、	圖式：
	圖一圖二(代表圖) 圖三圖四圖五圖六圖七圖八圖九

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