专利名称：高频式电子安定装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种安定装置，特别是涉及一种应用谐振原理，并以一频率100KHz以上的电源提供一高照度放电灯使用的高频式电子安定装置。
背景技术：
如图1所示，是一般的电子安定装置1用于一照明系统所使用的点灯方式，为了点亮一高照度放电灯11，该电子安定装置1包含一邻近该高照度放电灯11的输出电容C9、一双向触发二极管D8，及一激励线圈L3，该激励线圈L3具有一初级线圈N1及一比该初级线圈N1的线圈数还多的次级线圈N2。
其点灯的原理，为该输出电容C9将所储存的电荷量通过该双向触发二极管D8放电至该激励线圈L3的初级线圈N1上，此时因为该次级线圈N2的线圈数比该初级线圈N1还多，所以该次级线圈N2可感应到一更高的电压而使得该高照度放电灯11被点亮。
然而，随着使用时间的增加，该高照度放电灯11会逐渐老化或者接触不良时，该输出电容C9、双向触发二极管D8，及激励线圈L3势必要一直维持在高电压的状态下，才更有机会让该高照度放电灯11被点亮，而在高电压的状态下，不但会造成高温而使得该输出电容C9、双向触发二极管D8，及激励线圈L3损坏，更容易产生高压放电的危险。
除此之外，该电子安定装置1是借由该激励线圈L3的该初级线圈N1与次级线圈N2的感应原理来得到更高的电压，才能使得该高照度放电灯11被点亮，这种方式不但需要庞大的线圈缠绕而造成成本高昂，另外，当该输出电容C9、双向触发二极管D8，及激励线圈L3在承受高电压的同时，还会因为和其它外围组件之间并没有完善的隔离保护，以致于当施工在现场进行时，常常会发生误触该电子安定装置1而造成电击伤害的危险。
发明内容本发明的目的，是在提供一种成本低且效率高的高频式电子安定装置，该高频式电子安定装置是利用谐振原理以频率100KHz以上的谐振电压点亮该高照度放电灯后，仍能以频率100KHz以上的稳定供电频率供应该高照度放电灯的安定装置，并且提供激活控制及隔离保护的功能。
于是，本发明的高频式电子安定装置被电连接于一交流电源与一高照度放电灯之间，它包含一供电单元、一控制单元、一振荡单元、一半桥式驱动单元、一谐振单元，及一检测单元。
该供电单元电连接至该交流电源，用以提供本发明所需的用电，该控制单元具有一与该供电单元电连接的电子开关，当该电子开关开启时，可供电使得该振荡单元产生一频率100KHz以上的振荡信号。
该半桥式驱动单元具有一与该振荡单元电连接的输入端、一提供检测信号的检测端、一与该供电单元电连接的电源端，及一将所接收到的信号放大输出的输出端，当该振荡单元产生一振荡信号送至该半桥式驱动单元的输入端后，被放大的该振荡信号会由该半桥式驱动单元的输出端送至该谐振单元，使得该谐振单元产生一谐振电压，而让跨越在该谐振电压上的该高照度放电灯被点亮。而当该高照度放电灯无法被点亮时，该检测单元可借由该半桥式驱动单元的检测端拾取一检测信号送回到该控制单元，并由该控制单元经一时间延迟后再导通该电子开关，使得该供电单元继续供电，就可以持续进行点亮该高照度放电灯的动作。
下面结合附图及实施例对本发明高频式电子安定装置进行详细说明。
图1是一电路图，说明现有技术中的通常的电子安定装置。
图2是一方块流程图，说明根据本发明的一较佳实施例应用于一照明系统中的流程。
图3是一电路图，说明根据本发明的该较佳实施例的电子安定装置。
图4是一波形图，说明根据本发明的该较佳实施例的A-G两端的电压波形。
图5是一波形图，说明根据本发明的该较佳实施例的B-G两端的电压波形。
图6是一波形图，说明根据本发明的该较佳实施例的C-G两端的电压波形。
图7是一波形图，说明根据本发明的该较佳实施例的D-G两端的电压波形。
图8是一波形图，说明根据本发明的该较佳实施例的D-G两端的电压波形。
图9是一波形图，说明根据本发明的该较佳实施例的D-G两端的电压波形。
图10是一波形图，说明根据本发明的该较佳实施例的D-G两端的电压波形。
具体实施方式本发明以下的较佳实施例是以40W的高照度放电灯作为说明，并可以具体实施，而非限制本案只可应用于本发明的较佳实施例。
如图2、3所示，本发明高频式电子安定装置的较佳实施例是适用于一照明系统，该照明系统具有一交流电源2，及一高照度放电灯3，该高频式电子安定装置包含一供电单元4、一控制单元5、一振荡单元6、一半桥式驱动单元7、一谐振单元8，及一检测单元9。
该交流电源2为得自于一般商用电源，其电压为AC110V或220V，频率为50Hz或60Hz。该高照度放电灯(High Intensity Discharge，HID)3是指水银灯、氙灯、复金属灯、霓虹灯，及高压钠灯等所属的照明组件。
该供电单元4具有一滤波模块41、一高电压模块42，及一低电压模块43，该高、低电压模块用以提供本发明中各单元的电源需求，另该滤波模块41是用于滤除电源的干扰噪声。
该交流电源2经由一保险丝F1及一负性温度系数电阻NTC，再经由一电涌吸收器V1及一抗流圈T1与一高频旁路电容器C1所组成的一滤波模块41到该高电压模块42及该低电压模块43。
该交流电源2分别供应于该高电压模块42及该低电压模块43，该高电压模块42提供一高压约270V的直流电源供应于该半桥式驱动单元7，而该低电压模块43供应一直流电压约5V至15V于该控制单元5及该振荡单元6，该振荡单元6具有一振荡电路，其振荡频率受控于一时间常数电阻R9与具并联效果的一电阻VR1，及一时间常数电容器C7，该振荡单元6的输出通过一高频变压器T3耦合到该半桥式驱动单元7，该半桥式驱动单元7的输出端接至该谐振单元8，而高照度放电灯3的两端接在该谐振单元8的二谐振电容器C11与C12串联的两端，该检测单元9的检测信号取自一感测电阻R15，该检测单元9控制该低电压模块43的输出及该控制单元5。
该高电压模块42与该交流电源2间的连接设有三组跳线JP1、JP2、JP3，当该交流电源2的电压为AC220V时，该跳线JP2与跳线JP3分别接到一桥式整流器的AC端，该桥式整流器是由四只二极管D1、D2、D3及D4所构成的二极管电路，其直流正电压的输出端为该二极管D1与D3的N型端，而直流负电压的输出端为该二极管D2与D4的P型端，该高电压模块42的滤波电容器是由一滤波电容器C2与一滤波电容器C3串联所组成，其目的为执行整流作用后的滤波功能，以保证本模块能提供直流电源于该半桥式驱动单元7，而其负载电阻是由电阻R1与R2串联所组成；当该交流电源2的交流电压为AC110V、60Hz时，为了得到与AC220V、60Hz同等的直流电压，此时该跳线JP1与跳线JP2成ON(通)状态，或该跳线JP1与跳线JP3成ON状态，而构成一倍压整流电路，以得到与AC220V，60HZ相同的直流电压输出，其波形配合图4所示，为图3中A点与G点间的波形。
该低电压模块43是接于该交流电源2的该滤波模块41的输出侧，并借由一低频变压器T2的初级线圈将电能传导到次级线圈，其采电磁耦合方式，而该低频变压器T2采AC220V与AC110V共享的原线圈，因此不必考虑该交流电源2的输入电压值，该低频变压器T2的次级线圈两端接于一桥式整流器的AC侧，而该桥式整流器是由四只二极管D5、D6、D7及D8所组成，其低压正电源得自该二极管D5及D6的N型端，而低压负电源得自该二极管D7与D8的P型端，其低压正电源分为三路供电，第一路是经由一限流电阻R10供应一高频变压器T3的初级线圈的中点端，第二路是经由一晶体管Q3的集电极至射极供应该谐振单元8的一集成电路IC1，第三路是经由一PNP型的晶体管Q1的射极至集电极后经一限流电阻R4使该晶体管Q3的集电、射极两端导通，当该晶体管Q3的基极电压高于一稳压二极管ZD1的崩溃电压时，其电流经一限流电阻R5及该稳压二极管ZD1后，再经由一晶体管Q2的基极与射极而到该低电压模块43的负电端，此时经一时间常数电容器C5放电，该晶体管Q1亦呈导通状态，且因为有该低频变压器T2的隔离作用，该交流电源2与该低电压模块43呈隔离状态。
该谐振单元8为由该集成电路IC1、控制频率高低的该时间常数电阻R9，及该时间常数电容器C7所组成，当本发明开机时，就是该晶体管Q3的射极有正电压输出时，一晶体管Q6的集电极端与射极端呈OFF(断)状态，该集成电路IC1的振荡频率由该时间常数电容C7、该时间常数电阻R9，及该集成电路IC1的常数值而定，该时间常数电阻R9越小则频率越高，因此本发明的频率是由一低频段往一高频段上升的激活方式，在该低频段到该高频段的过程中，有一频率会与该谐振单元8产生串联谐振，而当该低电压模块43经一时间常数电阻R8向一时间常数电容C6充电时，该时间常数电容C6的两端电压会大于一稳压二极管ZD2的崩溃电压，使该晶体管Q6的集极端与射极端呈ON状态，此时该集成电路IC1的第6脚端的电阻值因为该时间常数电阻R9与该电阻VR1，及该晶体管Q6的集极端与射极端的等效电阻Rce两者并联而变小，使得该集成电路IC1的振荡频率上升，而到原设定的供电频率，由此可知本发明开机时的频率自该低频段往该高频段，期间经过一谐振频率用来让该高照度放电灯3点火，而后到达原设定的100KHz以上的高频电源供电于该高照度放电灯3。该谐振单元8的两输出端接于该高频变压器T3的初级线圈，并借由电磁耦合作用，将100KHz以上的高频电源传送到该高频变压器T3的次级线圈，其次级线圈有二组线圈分别供电于该半桥式驱动单元7的二输入端，因为有该高频变压器T3的隔离，而使得本发明的该高电压模块42与该低电压模块43呈隔离状态。
该半桥式驱动单元7是由一power MOSFET Q7、一power MOSFETQ8，与门极电路所组成。该power MOSFET Q7与该power MOSFET Q8的栅极分别接有一闸极电阻R12、R13及一栅极电荷快速放电二极管D10、D11，同时该power MOSFET Q7与该power MOSFET Q8的栅极均接于该高频变压器T3的二组次级线圈，该power MOSFET Q7的漏极为一电源端，并接至该高电压模块42的直流端(A点)，该powerMOSFET Q7的源极与该power MOSFET Q8的漏极连接形成一输出端(B点)，而该power MOSFET Q8的源极再连接至一跳线JP4后形成一检测端，并与该控制单元5的一感测电阻R15的一端连接，该跳线JP4是为了方便检视该power MOSFET Q7与该power MOSFETQ8栅极的波形及电压特性，当本发明开机后，若一切正常，在B点与G点间所得的波形特性如图5所示，此B点的输出经一耦合电容C10至C点，其波形如图6所示，再传送至该谐振单元8。
该谐振单元8是由一谐振电感器T4与二谐振电容器C11、C12所组成，这些谐振电容器(C11、C12)能承受Q倍的谐振电压于这些谐振电容器的两端，若设Fr为C点的频率，Vr为C点的电压，VL为该谐振电感器T4两端的电压，Vc为这些谐振电容器两端的电压，当VL＝Vc时，该谐振单元8处于谐振状态，此时这些谐振电容器两端的电压Vc＝QVr，式中R为电路电阻，L为该谐振电感器T4的电感量，C为这些谐振电容器的电容量，本发明在开机后，该振荡频率由该低频段往该高频段上升期间，当该谐振单元8发生谐振状态时，应用这些谐振电容器两端的电压Vc＝QVr所产生的高压来执行该高照度放电灯3的点火动作，而该高频段上升最后的频率为该高照度放电灯3的照明频率；根据此理，本发明也可自该高频段往低频段下降，其经谐振频率点火动作后，而至设定的该低频段，该低频段的频率为该高照度放电灯3的照明频率，其点火后该高照度放电灯3两端的电压波形为D点的波形，如图7所示，而如图8所示的为D点所测得的点火电压波形。
该控制单元5具有一延迟电路，及作为电子开关的该晶体管Q3，该延迟电路是在当该谐振单元8执行点火动作于该高照度放电灯3不成功时，其设计约在3秒左右时间，本发明应立即关机以保护本发明的安全，其执行3秒左右的点火电压波形如图9所示，其动作原理为是如图9的连续点火高压产生时，该感测电阻R15两端的电压持续上升，并经由一整流二极管D12整流后，继续经由一电容器C8、一电容器C9、一电阻R16，及一放电电阻R14所组成的一π型滤波电路，当该电容器C8的电压上升最后高于一稳压二极管ZD3的崩溃电压时，一晶体管Q5的基极因受到偏压而导通，直流电压经一限流电阻R6、该晶体管Q5的射极而到一硅控整流器Q4的栅极，使该硅控整流器Q4呈Turn-ON(启通)的状态，此时该晶体管Q3的基极因该硅控整流器Q4导通的关系，而使该集成电路IC1停止动作，此动作发生的时间约3秒左右，但是可就各种该高照度放电灯3的特性而定其点火时间，而不限于本发明的实施例。
该延迟电路是当该控制单元5的该硅控整流器Q4呈Turn-ON的状态时，该低电压模块43的低压电源经PNP型的该晶体管Q1的射极、基极，及一时间常数电阻R3向该时间常数电容器C5充电，约经80秒后，该时间常数电容器C5充电饱和，此时PNP型的该晶体管Q1的集电极电流下降，该硅控整流器Q4因维持电流不足而使该硅控整流器Q4成为Turn-OFF(关断)的状态，而该晶体管Q3的基极因受到偏压而导通，则将来自于该低电压模块43的低压电源供应给该振荡单元6，于是再重新执行该高照度放电灯3的点火动作，若点火再失败，则再经80秒后再执行点火动作，直到对该高照度放电灯3点火成功为止，其动作的点火电压波形如图10所示，在正常动作下，该硅控整流器Q4呈Turn-OFF的状态，该晶体管Q3的基极电压大于该稳压二极管ZD1的崩溃电压值，而使得该晶体管Q2呈现导通，让该时间常数电容器C5呈放电状态，该限流电阻R4、R5皆为了限制电流而设。
归纳上述，本发明的高频式电子安定装置，主要是应用该谐振单元8的串联谐振原理，在开机时从设定的该低频段上升到该高频段其间的振荡频率，与该谐振单元8的该谐振电感器T4及这些谐振电容器(C11、C12)发生串连谐振时，应用这些谐振电容器(C11、C12)两端所产生的谐振电压执行该高照度放电灯3的点火动作，点火动作完成后，其设定的该高频段或该低频段的设定点为该高照度放电灯3的照明电压与所需的100KHz以上的电源频率，本发明并设有可检测点火状况的该检测单元9，及位于该控制单元5中的该延迟电路，以保证本发明在点火失败时，可以经一段时间的延迟再执行点火动作直到点火成功为止，如此就不会因为持续点火所产生的高温而让本发明有烧毁的顾虑，以达成本发明高频式电子安定装置应有的品质要求及保护功能，所以确实能达到本发明的目的。
权利要求
1.一种电子安定装置，适用于一照明系统，该照明系统具有一交流电源，及一高照度放电灯，该电子安定装置包含一连接至该交流电源的供电单元、一控制单元、一振荡单元、一半桥式驱动单元、一谐振单元，及一检测单元，其特征在于该控制单元，具有一与该供电单元电连接的电子开关；该振荡单元与该控制单元电连接，输出一由低频起始至高频100KHz以上的振荡信号；该半桥式驱动单元具有一与该振荡单元电连接的输入端、一输出检测信号的检测端、一与该供电单元电连接的电源端，及一将该输入端的该振荡信号放大输出的输出端；该谐振单元电连接于该半桥式驱动单元的输出端，该振荡信号经由该半桥式驱动单元放大输出至该谐振单元，产生一谐振电压使跨越在该谐振电压上的该高照度放电灯点亮；及该检测单元电连接于该半桥式驱动单元的检测端及该控制单元两者之间，该高照度放电灯无法被点亮时，该检测单元经由该半桥式驱动单元的检测端拾取一检测信号送至该控制单元，让该控制单元的电子开关继续导通，使得该振荡单元持续得到供电而继续点亮该高照度放电灯。
2.根据权利要求1所述的电子安定装置，其特征在于该供电单元还具有一连接至该半桥式驱动单元的高电压模块，及一低电压模块，该高电压模块包括一个二极管电路，及三组跳线，该交流电源的供电电压不足以提供该高照度放电灯时，就借由这些跳线的切换使得该二极管电路形成一倍压整流电路，而该供电电压会经由该倍压整流电路后提升以提供该高照度放电灯，该交流电源的供电电压能满足该高照度放电灯时，就借由这些跳线的切换使得该二极管电路形成一高压整流电路，使该供电电压经过该高压整流电路后输出至该半桥式驱动单元的电源端；及该低电压模块连接至该控制单元，该控制单元发出一信号使其电子开关开启时，该低电压模块提供该振荡单元所需的电源而产生该振荡信号。
3.根据权利要求2所述的电子安定装置，其特征在于该供电单元还具有一电连接于该交流电源的滤波模块，该高电压模块及低电压模块均电连接该滤波模块后得到交流电源供应。
4.根据权利要求1所述的电子安定装置，其特征在于该振荡单元具有一振荡电路，及一与该振荡电路相配合的调频电路，该电子开关导通时，该振荡电路产生一频率与该调频电路设定值相配合的振荡信号。
5.根据权利要求1所述的电子安定装置，其特征在于该控制单元还具有一电连接于该电子开关的延迟电路，该控制单元由该检测信号得知需导通该电子开关时，会经该延迟电路延迟一段时间。
全文摘要
一种高频式电子安定装置，适用于一照明系统，该照明系统具有一交流电源，及一高照度放电灯，该高频式电子安定装置电连接于该交流电源与该高照度放电灯之间，包含一供电单元、一控制单元、一振荡单元、一半桥式驱动单元、一谐振单元，及一检测单元，该振荡单元可产生一频率100KHz以上的振荡信号，并由该半桥式驱动单元放大输出至该谐振单元，当该谐振单元产生一谐振电压时，跨越在该谐振电压上的该高照度放电灯被点亮，若无法点亮时，该控制单元会由该检测单元的反馈信号得知无法点亮的情形，而继续进行点亮该高照度放电灯的动作。
文档编号H05B41/288GK1630448SQ20031012330
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年12月18日
发明者陈宏飞, 卢俊杰, 余洪烈, 洪棕堡 申请人:中诠光电股份有限公司