专利名称：电子安定器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电子安定器及其控制方法，尤其涉及一种应用于荧光灯的电子安定器及其控制方法。
背景技术：
荧光灯是一种灯管中具有少量水银、管壁内侧涂布有一层磷光物质的灯种，低压时部分水银会在灯管中气化，同时灯管两端的灯丝(阴极)也因受热而对灯管内部释放电子，用以离子化灯管内的水银蒸气。灯管两端的电压差使得汞离子导电、进而产生白光放电以放射出紫外光，紫外光会被管壁内侧的磷光物质所吸收、进而放射出可见光。
众所周知，不管所使用的电子安定器是实时启动或是快速启动的型态，只要电子安定器处于经常开关的应用情形之下，都会降低荧光灯管的使用寿命。
为了改善这个缺点，公知技术中出现了一种应用阶段式启动方法的电子安定器，可有效延长荧光灯的使用寿命50％、减低成本以及能量的损耗。这种电子安定器具备一个精确的启动机制，可将启动程序分成独立且定义清楚的二个阶段，以消除其它的启动方法所具有的缺陷。
请参阅图1，其为美国专利编号6,111,369号发明的代表图，其中电子安定器10是由启动电路11、预热电路12、以及放电电路13所构成，如前所述，电子安定器10的运作分成二个阶段(1)阴极预热(pre-heat)阶段当启动器113产生一第一频率信号时，变压器一次侧线圈125的压降增加，使得变压器二次侧线圈121、122、以及123中产生感应电流，该感应电流流经灯丝141、142、151、以及152，对荧光灯14和15进行预热程序，将其加热至将近700℃左右。
在本阶段中，由于a点相对b点的电压近似于c点相对b点的电压，因此虽然流经变压器一次侧线圈125的是一股相对大的电流，但a点与c点之间的电压降却是很小，造成了荧光灯14和15仅具有微小的电压降，而这即是延长灯管的使用寿命所必须的。
(2)灯管偏压阶段当阴极预热阶段完成后，启动器113即产生从第一频率平顺地变成第二频率的信号，该第二频率信号停止预热电路12的运作并启动放电电路13，使得电容132的压降(也就是荧光灯14和15的压降)增加，以激发(ignite)预热中的荧光灯14和15。
在本阶段中，预热电路12的停止运作虽然会使得变压器二次侧线圈121、122、以及123的压降减少，也会使得流经灯丝141、142、151、以及152的电流减少，但灯丝两端的压降仍然无法完全消除；另外，预热电路12中的电容124的电压应力仍然偏高，则是该发明的另一个缺点。
请参阅图2，其为美国专利编号5,920,155号发明的代表图，其中电子安定器20是由主逆变器21、以及灯丝逆变器22所构成。电子安定器20的运作除了仍分成类似前述的二个阶段之外，其也具有类似前述的缺点，即在荧光灯稳态运行时灯丝功率散失的问题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种电子安定器及其控制方法，在荧光灯稳态运行时可有效减少或消除灯丝上的功率损耗。
根据本发明的主要目的，提供一种电子安定器，用以提供电能于一荧光灯电路，该电子安定器包括一预热(pre-heat)电感；一第一谐振电路，并联连接于该预热电感且耦合于该荧光灯电路，该第一谐振电路是根据一第一谐振频率以预热该荧光灯电路；一第二谐振电路，耦接于该荧光灯电路，并根据一第二谐振频率以激发(ignite)该荧光灯电路；以及一启动电路，耦接于该第二谐振电路，并根据该第一谐振频率及该第二谐振频率、分别且连续地提供电能于该第一谐振电路及该第二谐振电路。
根据上述构想，其中该荧光灯电路包括至少一荧光灯及至少二预热线圈，且每个荧光灯是彼此串联连接，每个预热线圈的线圈数皆相同。
根据上述构想，其中该第一谐振电路包括一第一谐振电容及一第一谐振电感，该第一谐振电容是串联连接于该第一谐振电感，该第一谐振电感与该预热电感共同接至地，且该第一谐振电感为一第一变压器的一次侧线圈，每个预热线圈为该第一变压器的二次侧线圈。
根据上述构想所述的电子安定器还包括一第一开关，串联连接于该预热电感与地之间，该第一开关于该第一谐振电路预热该荧光灯电路时开启，并于该第二谐振电路激发该荧光灯电路之后关闭，以消除流经该预热电感和该荧光灯电路中的灯丝的一电流。
根据上述构想，其中该第二谐振电路包括一第二谐振电容及一第二谐振电感，该第二谐振电容并联连接于该荧光灯电路，且该第二谐振电感为一第二变压器的一次侧线圈，该预热电感为该第二变压器的二次侧线圈。
根据上述构想，其中该启动电路包括一直流隔离电容组，耦接于一直流电压源，包括彼此串联的一第一直流隔离电容及一第二直流隔离电容；一开关组，包括彼此串联的一第二开关及一第三开关，该第二开关及该第三开关分别具有一控制端，该开关组并联连接于该直流隔离电容组；以及一控制电路，耦接于每个该控制端，用以交替切换该第二开关及该第三开关的运作。
根据本发明的另一目的，提供一种具选择性消除荧光灯电路中的灯丝电流的电子安定器，包括一预热(pre-heat)电感；一第一谐振电路，并联连接于该预热电感且耦合于该荧光灯电路，该第一谐振电路是根据一第一谐振频率以预热该荧光灯电路；一第二谐振电路，耦接于该荧光灯电路，并根据一第二谐振频率以激发(ignite)该荧光灯电路；一启动电路，耦接于该第二谐振电路，并根据该第一谐振频率及该第二谐振频率、分别且连续地提供电能于该第一谐振电路及该第二谐振电路；以及一第一开关，串联连接于该预热电感与地之间，该第一开关于该第一谐振电路预热该荧光灯电路时开启，并于该第二谐振电路激发该荧光灯电路之后关闭，以消除流经该预热电感和该荧光灯电路灯丝的一电流。
根据上述构想，其中该荧光灯电路包括至少一荧光灯及至少二预热线圈，且每个荧光灯彼此串联连接，每个预热线圈的线圈数皆相同。
根据上述构想，其中该第一谐振电路包括一第一谐振电容及一第一谐振电感，该第一谐振电容串联连接于该第一谐振电感，该第一谐振电感与该预热电感共同接至地，且该第一谐振电感为一第一变压器的一次侧线圈，每个预热线圈为该第一变压器的二次侧线圈。
根据上述构想，其中该第二谐振电路包括一第二谐振电容及一第二谐振电感，该第二谐振电容并联连接于该荧光灯电路，且该第二谐振电感为一第二变压器的一次侧线圈，该预热电感为该第二变压器的二次侧线圈。
根据上述构想，其中该启动电路包括一直流隔离电容组，耦接于一直流电压源，包括彼此串联的一第一直流隔离电容及一第二直流隔离电容；一开关组，包括彼此串联的一第二开关及一第三开关，该第二开关及该第三开关分别具有一控制端，该开关组并联连接于该直流隔离电容组；以及一控制电路，耦接于每个该控制端，用以交替切换该第二开关及该第三开关的运作。
根据本发明的另一目的，提供一种电子安定器的控制方法，用以提供电能于一荧光灯电路，该电子安定器包括一预热(pre-heat)电感、一第一谐振电路、一第二谐振电路、一启动电路、以及一开关，该第一谐振电路并联连接于该预热电感且耦合于该荧光灯电路，该第二谐振电路耦接于该荧光灯电路，该启动电路耦接于该第二谐振电路，该开关串联连接于该预热电感与地之间，该控制方法包括下列步骤控制电路产生一第一谐振频率，同时开启该开关；该第一谐振电路根据该第一谐振频率于该荧光灯电路产生一第一谐振电流，以预热该荧光灯电路；该控制电路产生一第二谐振频率，该第二谐振电路根据该第二谐振频率于该荧光灯电路产生一第二谐振电流，以激发(ignite)该荧光灯电路；以及关闭该开关，以消除流经该预热电感和该荧光灯电路灯丝的一电流。
根据上述构想，其中该控制电路分别且连续地产生该第一谐振频率及该第二谐振频率。
本发明与图1的公知技术相比，其优势在于谐振电路中的谐振电容具有较低的电压应力，且只须增加一低压开关即可切断流过灯丝的电流；若与图2的公知技术相比，其优势在于当处于发光状态时的荧光灯功率损耗更低。
藉由下列附图及详细说明，可更深入的了解本发明。
图1为公知的第一种电子安定器的电路结构图；图2为公知的第二种电子安定器的电路结构图；图3为本发明第一较佳实施例的电路结构图；以及图4为本发明第二较佳实施例的电路结构图。
其中，附图标记说明如下10 电子安定器 11 启动电路111 直流/交流转换器 112 频率控制电路113 启动器 114 保护电路12 预热电路 21、122、123二次侧线圈124 电容 125 一次侧线圈13 放电电路 131 电感132 电容 14 荧光灯141、142灯丝 15 荧光灯16 交流电压151、152灯丝 a、b、c 节点20 电子安定器 21 主逆变器22 灯丝逆变器 30 电子安定器31 预热电感 32 第一谐振电路321 第一谐振电容 322 第一谐振电感33 第二谐振电路 331 第二谐振电容332 第二谐振电感 34 启动电路341、342总线电容343、344金属氧化物半导体场效应晶体管开关345 控制电路 35 荧光灯电路351、352荧光灯 353、354、355 预热线圈356、357、358、359 灯丝 40 电子安定器41 预热电感 42 第一谐振电路421 第一谐振电容 422 第一谐振电感
43 第二谐振电路431 第二谐振电容432第二谐振电感44启动电路441、442 总线电容443、444 金属氧化物半导体场效应晶体管开关445控制电路45荧光灯电路451、452 荧光灯 453、454、455 预热线圈456、457、458、459 灯丝46开关具体实施方式
请参阅图3，其为本发明所述电子安定器的第一较佳实施例的电路结构图；其中电子安定器30是由预热电感31、第一谐振电路32、第二谐振电路33、以及启动电路34所构成，用以提供电能于荧光灯电路35。
一般的预热型荧光灯电路包括至少一荧光灯以及至少一预热线圈，在本实施例中，荧光灯电路35则包括二个荧光灯351、352以及三个预热线圈353、354、355，荧光灯351、352彼此串联连接，预热线圈353、354、355的线圈数皆相同。
第一谐振电路32包括第一谐振电容321及第一谐振电感322，第一谐振电容321串联连接于第一谐振电感322，第一谐振电感322与预热电感31共同接至地，且第一谐振电感322与预热线圈353、354、355磁耦合以共同构成一第一变压器，第一谐振电感322为该第一变压器的一次侧线圈，预热线圈353、354、355为该第一变压器的二次侧线圈。
第二谐振电路33包括第二谐振电容331及第二谐振电感332，第二谐振电容331并联连接于荧光灯电路35，且第二谐振电感332与预热电感31磁耦合以共同构成一第二变压器，第二谐振电感332为该第二变压器的一次侧线圈，预热电感31为该第二变压器的二次侧线圈。
启动电路34包括总线电容341和342、金属氧化物半导体场效应晶体管开关343和344、以及控制电路345；总线电容341和342彼此串联并耦接于一直流电压源，其被用作直流隔离电容，彼此串联的金属氧化物半导体场效应晶体管开关343和344则分别以其栅极端连接于控制电路345，使得启动电路34能够交替切换金属氧化物半导体场效应晶体管开关343和344的运作以产生一方波，该方波经由第二谐振电路33即成为一正弦波。
电子安定器30的运作原理如下所述。
控制电路345先以程序化的方式设计产生一较高的频率(约70KHz左右)，由于这个频率接近第一谐振电容321及第一谐振电感322的自然谐振频率，因此会在第一谐振电感322产生一相对大的压降，这代表了在荧光灯灯丝356、357、358和359中产生一相对大的电流，持续对荧光灯351和352进行预热作用以达到一定的阴极温度。
在渡过一段预热期之后(约一秒左右)，控制电路34会将谐振频率平稳且连续地降低至约40KHz左右，由于这个频率接近第二谐振电容331及第二谐振电感332的自然谐振频率，因此第二谐振电路33会在第二谐振电容331产生一相对大的压降以激发荧光灯351和352。
值得一提的是，由于预热作用的频率大约是二倍的激发作用的频率，因此在预热状态，第二谐振电容331可说是具有一相对小的压降，此举可有效消除了公知技术中荧光灯常发生的辉光电流(glow current)，使得整个电子安定器及荧光灯的效能表现更好。
在激发了荧光灯351和352之后，荧光灯351和352上的压降便会稍降至一稳定值，而整个系统即处于发光状态，此时不论是荧光灯灯丝上的压降或是流经的电流皆已降低；若与预热状态相比，该压降实际上是非常小的，而这有助于减少荧光灯的功率损耗以及延长荧光灯的使用寿命。
请参阅图4，其为本发明所述电子安定器的第二较佳实施例的电路结构图；与图3惟一不同之处在于，电子安定器40中多加入了一个开关46，其串联连接于预热电感41与地之间。
电子安定器40的运作原理如下所述。
在预热状态时，开关46须保持开启，使得第一谐振电路42能够正常运作；一旦荧光灯451和452激发之后(也就是进入了系统稳定的发光状态时)，开关46须保持关闭，以消除流经预热电感41和荧光灯电路45的电流，这会使得荧光灯灯丝456、457、458、和459上的压降降低至几乎接近零的状态，以减少发生在荧光灯灯丝上的功率损耗。
除此之外，为了降低开关46上的电压应力(voltage stress)，在系统处于激发状态时开关46一定得处于关闭状态不可，否则此时所产生的第二谐振电感432上的高压被耦合至第一谐振电路42时便会击穿开关46。
由此可知，本发明的电子安定器确实可有效改善公知技术所具有的当进入稳定的发光状态时荧光灯灯丝上的压降无法完全消除的问题；当然，前述的公知技术同样可以引入一开关以消除荧光灯电流，然而由于电路结构的不同，它们的开关电压应力仍然偏高，增加电路结构的成本，但本发明的电子安定器则可有效改善这些缺点，另外，即使本发明在不连接开关46的情形之下(即，电子安定器30)，荧光灯的压降仍然低到只有1.6伏特而已。
综上所述，本发明与图1的公知技术相比，其优势在于谐振电路中的谐振电容具有较低的电压应力，且只须增加一低压开关即可切断流过灯丝的电流；若与图2的公知技术相比，其优势在于当处于发光状态时的荧光灯功率损耗更低。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明的申请专利范围，由熟悉本领域的技术人员所进行的各种修饰，皆属于本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种电子安定器，用以提供电能于一荧光灯电路，该电子安定器包括一预热电感；一第一谐振电路，并联连接于该预热电感且耦合于该荧光灯电路，该第一谐振电路是根据一第一谐振频率以预热该荧光灯电路；一第二谐振电路，耦接于该荧光灯电路，并根据一第二谐振频率以激发该荧光灯电路；以及一启动电路，耦接于该第二谐振电路，并根据该第一谐振频率及该第二谐振频率、分别且连续地提供电能于该第一谐振电路及该第二谐振电路。
2.如权利要求1所述的电子安定器，其中该荧光灯电路包括至少一荧光灯及至少二预热线圈，且每个荧光灯彼此串联连接，每个预热线圈的线圈数皆相同。
3.如权利要求2所述的电子安定器，其中该第一谐振电路包括一第一谐振电容及一第一谐振电感，该第一谐振电容串联连接于该第一谐振电感，该第一谐振电感与该预热电感共同接至地，且该第一谐振电感为一第一变压器的一次侧线圈，每个预热线圈为该第一变压器的二次侧线圈。
4.如权利要求3所述的电子安定器，其中还包括一第一开关，串联连接于该预热电感与地之间，该第一开关于该第一谐振电路预热该荧光灯电路时开启，并于该第二谐振电路激发该荧光灯电路之后关闭，以消除流经该预热电感和该荧光灯电路中的灯丝的一电流。
5.如权利要求1所述的电子安定器，其中该第二谐振电路包括一第二谐振电容及一第二谐振电感，该第二谐振电容并联连接于该荧光灯电路，且该第二谐振电感为一第二变压器的一次侧线圈，该预热电感为该第二变压器的二次侧线圈。
6.如权利要求1所述的电子安定器，其中该启动电路包括一直流隔离电容组，耦接于一直流电压源，包括彼此串联的一第一直流隔离电容及一第二直流隔离电容；一开关组，包括彼此串联的一第二开关及一第三开关，该第二开关及该第三开关分别具有一控制端，该开关组并联连接于该直流隔离电容组；以及一控制电路，耦接于每个该控制端，用以交替切换该第二开关及该第三开关的运作。
7.一种具选择性消除荧光灯电路中的灯丝的电流的电子安定器，包括一预热电感；一第一谐振电路，并联连接于该预热电感且耦合于该荧光灯电路，该第一谐振电路是根据一第一谐振频率以预热该荧光灯电路；一第二谐振电路，耦接于该荧光灯电路，并根据一第二谐振频率以激发该荧光灯电路；一启动电路，耦接于该第二谐振电路，并根据该第一谐振频率及该第二谐振频率、分别且连续地提供电能于该第一谐振电路及该第二谐振电路；以及一第一开关，串联连接于该预热电感与地之间，该第一开关于该第一谐振电路预热该荧光灯电路时开启，并于该第二谐振电路激发该荧光灯电路之后关闭，以消除流经该预热电感和该荧光灯电路中的灯丝的一电流。
8.如权利要求7所述的电子安定器，其中该荧光灯电路包括至少一荧光灯及至少二预热线圈，且每个荧光灯彼此串联连接，每个预热线圈的线圈数皆相同。
9.如权利要求8所述的电子安定器，其中该第一谐振电路包括一第一谐振电容及一第一谐振电感，该第一谐振电容串联连接于该第一谐振电感，该第一谐振电感与该预热电感共同接至地，且该第一谐振电感为一第一变压器的一次侧线圈，每个预热线圈为该第一变压器的二次侧线圈。
10.如权利要求7所述的电子安定器，其中该第二谐振电路包括一第二谐振电容及一第二谐振电感，该第二谐振电容并联连接于该荧光灯电路，且该第二谐振电感为一第二变压器的一次侧线圈，该预热电感为该第二变压器的二次侧线圈。
11.如权利要求7所述的电子安定器，其中该启动电路包括一直流隔离电容组，耦接于一直流电压源，包括彼此串联的一第一直流隔离电容及一第二直流隔离电容；一开关组，包括彼此串联的一第二开关及一第三开关，该第二开关及该第三开关分别具有一控制端，该开关组并联连接于该直流隔离电容组；以及一控制电路，耦接于每个该控制端，用以交替切换该第二开关及该第三开关的运作。
12.一种电子安定器的控制方法，用以提供电能于一荧光灯电路，该电子安定器包括一预热电感、一第一谐振电路、一第二谐振电路、一启动电路、以及一开关，该第一谐振电路并联连接于该预热电感且耦合于该荧光灯电路，该第二谐振电路耦接于该荧光灯电路，该启动电路耦接于该第二谐振电路，该开关串联连接于该预热电感与地之间，该控制方法包括下列步骤控制电路产生一第一谐振频率，同时开启该开关；该第一谐振电路根据该第一谐振频率于该荧光灯电路产生一第一谐振电流，以预热该荧光灯电路；该控制电路产生一第二谐振频率，该第二谐振电路根据该第二谐振频率于该荧光灯电路产生一第二谐振电流，以激发该荧光灯电路；以及关闭该开关，以消除流经该预热电感和该荧光灯电路的一电流。
13.如权利要求12所述的控制方法，其中该控制电路分别且连续地产生该第一谐振频率及该第二谐振频率。
全文摘要
一种电子安定器，用以提供电能于一荧光灯电路，该电子安定器包括一预热电感；一第一谐振电路，并联连接于该预热电感且耦合于该荧光灯电路，该第一谐振电路是根据一第一谐振频率以预热该荧光灯电路；一第二谐振电路，耦接于该荧光灯电路，并根据一第二谐振频率以激发该荧光灯电路；以及一启动电路，耦接于该第二谐振电路，并根据该第一谐振频率及该第二谐振频率、分别且连续地提供电能于该第一谐振电路及该第二谐振电路。上述谐振电路中的谐振电容具有较低的电压应力，且只须增加一低压开关即可切断流过灯丝的电流，当处于发光状态时的荧光灯功率损耗更低。
文档编号H05B41/298GK1665369SQ200410007460
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月4日 优先权日2004年3月4日
发明者胡小巨, 刘晨阳, 应建平 申请人:台达电子工业股份有限公司