專利名稱：可變電感電子鎮流器的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種應用于熒光燈系統分段調光的可變電感，尤指一種利用內建在現有電子鎮流器內的可變電感控制器，通過改變鎮流電感以調整熒光燈系統的功率的熒光燈系統和可變電感。
背景技術：
通常在節能燈(Compact Fluorescent Lamp, CFL)系統的核心中存在一個自激振蕩半橋電子鎮流器(以下稱為通用電子鎮流器)，用以驅動熒光燈管(也稱為氣體放電燈管 (gas discharge tube)。圖1是為現有技術說明具有終止于節點B (地端)的熒光燈管11 的節能燈系統10的示意圖。盡管終端，整流，共振腔，預熱，和電磁干擾等的變化，所有自激振蕩，半橋鎮流都可被歸納至圖1的操作原理。當節能燈系統10運作時，在節能燈系統10通電后，電容C2被充電，以通過晶體管 Ql使雙向觸發開關Ul激發。飽和的變壓器Tl包含繞組Τ1-1，Τ1-2，Τ1-3，用以提供正向回饋信號，以輪流驅動晶體管Ql和晶體管Q2。變壓器Tl的飽和特性伴隨著晶體管Ql和Q2 的反向恢復時間可決定晶體管Q1、Q2的導通時間。在節能燈系統10成功啟動后，二極管D7 截止雙向觸發開關U1。電感Ll和電容C4形成串聯諧振，以升高在熒光燈管的信號電壓。 電容C5是直流阻隔電容。電阻R4是用以適當地設定起始狀態。電容C3是用以調整轉動率(slew rate)，以將切換損失減至最小。換流器在節點A輸出方波，以驅動復合的負載分支阻抗Z，負載分支阻抗Z是用以設定點亮階段的熒光燈系統的功率。通用電子鎮流器具有緊密設計與低成本的優勢，可結合熒光燈管形成自足的熒光燈系統，通常這類型熒光燈系統被稱為基本節能燈。但是基本節能燈還是面對一些挑戰，像是調光或是降低熒光燈的亮度的能力。這是因為熒光燈是利用運作在固定頻率的固定鎮流電感來發光。因此，通用電子鎮流器并不具備調光能力。另一方面，結合集成電路控制器的電子鎮流器的操作頻率則可在點亮階段被程序化，以因應調光的目的。但是結合集成電路控制器的電子鎮流器需要昂貴的N型金屬氧化物半導體晶體管開關，以盡量減少集成電路控制器的負載，和為了調光目的而擴大電子鎮流器的操作頻率范圍。另外，集成電路控制器亦是復雜的電源管理系統。雖然具有結合集成電路控制器的電子鎮流器的熒光燈系統可以調光但卻不具低成本優勢。因此，在價格敏感的照明市場中，具有結合集成電路控制器的電子鎮流器的熒光燈系統并不受到歡迎。
發明內容
本發明的一實施例提供一種熒光燈系統。該熒光燈系統包含熒光燈管，及可變電感電子鎮流器，其中該可變電感電子鎮流器是用以調整該熒光燈系統的功率。本發明的還一實施例提供一種應用于熒光燈系統的可變電感。該可變電感包含可調電感模塊和切換模塊。該切換模塊是選擇性地串聯電連接于該可調電感模塊和該熒光燈系統的熒光燈管之間，用以提供可調鎮流電感，以調整熒光燈系統的功率。
圖1是為現有技術說明具有終止于節點B的熒光燈管的節能燈系統的示意圖。圖2A是說明圖1的基本節能燈在節點A與B之間具有定電感的負載分支。圖2B是說明具有附加電感的負載分支。圖2C是說明具有消去電容的負載分支。圖3是為本發明說明可變電感電子鎮流器的第一實施例的示意圖。圖4是為本發明說明圖3的可變電感控制器的第一實施例的示意圖。圖5是為本發明說明可變電感控制器的第二實施例的示意圖。圖6是為本發明說明可變電感電子鎮流器的第三實施例的示意圖。其中，附圖標記說明如下10節能燈系統11熒光燈管30、40、50可變電感電子鎮流器320、620可變電感控制器321供電及斷電偵測器322初始狀態模塊323狀態機A、B、C、D、E、F節點C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7 電容C8消去電容D1-D7二極管Gnd地端Ll電感L2附加電感MT1、MT2主控端Q1、Q2晶體管R1-R4、R5_R6電阻Sl開關Sff切換端Tl變壓器Τ1-1、Τ1-2、Τ1_3 繞組Trigger觸發端Ul雙向觸發開關U2三極交流開關Vdd供電端
具體實施例方式圖2A是說明圖1的基本節能燈在節點A與節點B之間具有定電感的負載分支。電容C5是直流阻隔電容。對于自激振蕩半橋換流器而言，雖然自激振蕩半橋換流器的操作頻率F主要是由電感Ll和電容C4所決定，但可更進一步通過熒光燈管11的阻抗、變壓器 Tl (繞組T1-1)的特性以及晶體管Ql和Q2的反向恢復時間所修正。因為節點A輸出的方波信號具有固定的振幅，所以可通過在操作頻率F的阻抗Z決定熒光燈管11的功率。請參照圖2B，當開關S 1是關閉時，附加電感L2和電感Ll串聯以增加鎮流電感。 為了說明圖2B，圖2B中的附加電感L2是電連接在電容C5和節點B之間。附加電感L2附加在負載分支的功效是根據式(1)，使操作頻率F降至F 1/{2π* V [(L1+L2)*C4]}. (1)根據式⑵，使鎮流電感的阻抗Z增加至Z^V [(Ll+L2)/C4], (2)由式⑵可知，當附加電感L2是附加(串聯)在負載分支上時，流經鎮流電感的電流減少，如此將降低熒光燈系統的功率以及熒光燈系統的亮度。如圖2B所示，當開關S 1開啟時，因為開關S 1的路徑是為短路，所以負載分支上的總電感、操作頻率F以及阻抗Z恢復到圖2A所示的電感Li、操作頻率F和阻抗Z。因為有二種不同的鎮流電感，所以熒光燈系統的功率具有二種不同的功率位準，導致熒光燈系統的功率具有二種不同的亮度。基于上述類似的原理，如圖2C所示，消去電容C8加在圖2A的負載分支，消去電容 C8和附加電感L2在操作頻率F處形成串聯諧振，導致在負載分支上僅有電感Ll有作用。 消去電容C8被設計在操作頻率F時，約可消去附加電感L2的阻抗，亦即消去電容C8是為調整電容。如圖2C所示，開關Sl跨在消去電容C8 二端和消去電容C8并聯。當開關Sl開啟(開關Sl的路徑是為短路)時，消去電容C8和附加電感L2之間的串聯諧振被移除，留下電感Ll和附加電感L2。如圖2C所示，在熒光燈系統具有附加電感的電子鎮流器的例子中，利用提供給負載分支上二不同的電感值(電感Ll，電感Ll加上附加電感I^)，可使得熒光燈系統的功率變成可調式功率。另外，在圖2C的實際應用中，電感Ll和附加電感L2可結合成單一電感以降低成本。請參照圖3，圖3是為本發明的第一實施例說明一種提供可調功率給終止于節點B 的熒光燈管的可變電感電子鎮流器30的示意圖。如圖3所示，可變電感電子鎮流器30包含通用電子鎮流器，其中通用電子鎮流器包含二極管D1-D7，晶體管Q1-Q2，電容C1-C5，電感 Li，電阻R1-R4，變壓器Tl (包含繞組Τ1-1、Τ1-2、Τ1-3)和雙向觸發開關(diode AC switch, DIAC)U1。另外，通用電子鎮流器另包含可變電感控制器320。可變電感控制器320具有供電端Vdd電連接于節點C，觸發端Trigger電連接于節點D (雙向觸發開關Ul和電容C2的接面)，切換端SW電連接于電容C5，及地端&id電連接于節點B。可變電感控制器320具有類似于圖2B或圖2C的可變鎮流電感的功能。除了可變電感控制器320，可變電感電子鎮流器30包含和圖1中的通用電子鎮流器一樣的組件。請參照圖4，圖4是為圖3和圖4的可變電感控制器320的第一實施例的示意圖。 可變電感控制器320包含三個功能方塊供電及斷電偵測器321，初始狀態模塊322和狀態機323。可變電感控制器320另包含電阻R5、R6、電容C6、C7、附加電感L2，和三極交流開關 U2。電阻R5是電連接于供電端Vdd和供電及斷電偵測器321的輸入端之間。電阻R6是電連接于供電及斷電偵測器321的輸入端和地端&id之間。電阻R5和R6形成分壓電路，以供電給可變電感控制器320。電容C6是電連接于供電及斷電偵測器321的輸入端和地端 &id之間(和分壓電路的較低分支的電阻R6并聯)，用以濾除電源噪聲。三極交流開關U2 和附加電感L2是平行電連接于切換端SW和地端&id之間。電容C7是電連接于三極交流開關U2的間極與狀態機323的接面和觸發端Trigger之間。初始狀態模塊322確保可變電感控制器320被關閉超過預定時間之后，仍能總是從指定狀態開始。當可變電感控制器 320被關閉的時間短于預定時間時，供電及斷電偵測器321控制可變電感控制器320的直流電源以及從電源萃取出輸入信號。狀態機323在電容C7的觸發信號根據預定狀況傳送至三極交流開關U2的閘極之前，利用并聯開關避開來自電容C7的觸發信號。當并聯開關是為開啟關閉狀態時，來自電容C7的觸發信號宣洩於三極交流開關U2的主控端MT1。雙向觸發開關Ul共同激發電容C2和電容C5。另外，如圖4所示，附加電感L2可使熒光燈系統的功率如上所述的下降。因為三極交流開關U2關閉時可阻隔高頻交流電壓，所以三極交流開關U2被選擇作為開關。在狀態機323的并聯控制下，觸發信號亦可類似于電容C2觸發晶體管Ql —樣通過雙向觸發開關放電電容C7所提供。因為操作頻率F遠超過三極交流開關U2的關閉限制，三極交流開關U2自然拴鎖，所以反而轉變三極交流開關U2的組件限制成為一個優點。請參照圖5，圖5是為本發明的可變電感控制器620的第二實施例的示意圖。可變電感控制器620的組成部分具有和圖4 一樣的代號，以及類似或相同的結構與功能，在此不再贅述。但可變電感控制器620不包含附加電感L2，而另包含消去電容C8。消去電容C8 是連接切換端SW和地端&id之間(并聯三極交流開關U2)，因此可增加熒光燈系統的功率。 值得注意的是可變電感控制器620的切換模式和圖4中的可變電感控制器320相反。在圖 5中，為了要降低熒光燈系統的功率，則三極交流開關U2必須被開啟，以短路消去電容C8。 然而在圖4中，為了要降低熒光燈系統的功率，則三極交流開關U2必須被關閉，以包含附加電感L2。在上述實施例中，三極交流開關U2是由控制信號所控制，其中控制信號可來自供電及斷電偵測器321、占用偵測器(例如，用以節能調光的紅外線偵測器或超聲波偵測器) 及/或補償環境光的光偵測器。三極交流開關U2是做為一個切換模塊，用以提供給上述實施例中的可變電感控制器一個自動切換的功能。另外，機械開關也可以做為一個切換模塊， 以達到手動切換的功能。在上述實施例中，盡量減少改變原始的電子鎮流器。然而，為了熒光燈管的高電壓需求(例如高功率熒光燈系統)，信號偵測與雙向觸發開關的觸發傾向連接AC電源而不是直流電壓軌(dc voltage rail)是因為在高功率熒光燈系統關閉之后，直流電壓軌通常仍舊維持高電壓(如此，不是因減少的電壓范圍造成偵測錯誤，就是在可變電感控制器開機前激發電子鎮流器，造成觸發錯誤)；以及信號偵測與雙向觸發開關的觸發傾向連接AC電源而不是直流電壓軌是因為在可變電感控制器不受控制下，三極交流開關U2將被電子鎮流器自動觸發。請參照圖6，圖6是為本發明說明可變電感電子鎮流器50的第三實施例的示意圖。 在圖6的實施例中，除了電阻Rl的一端耦接于節點F以及可變電感控制器320的供電端 Vdd從耦接于節點C變成耦接于節點F。在熒光燈系統斷電之后，節點F具有地電壓(OV)， 節點F具有地電壓是有助于信號偵測。節點F亦輸出半波整流電源電壓，以增加電阻Rl和電容C2的充電時間，并延長雙向觸發開關Ul的激發延遲時間。為了更好的偵測，電阻R9 是耦接于節點E和可變電感控制器320內的電阻R5和R6的接合處之間，以提供全波整流電源電壓去抑制電源漣波電壓。在一些少見的例子中，自激振蕩半橋電子鎮流器采用N型金屬氧化物半導體晶體管做為和變壓器Tl 一起變化成為一個線性磁芯的開關。在這些少見的例子中，因為可變電感控制器是一個用以對電子鎮流器做平行處理的獨立組件，所以可變電感控制器的觀念仍然可被應用。綜上所述，上述提供調光功能的電子鎮流器可同時具有通用自激振蕩半橋電子鎮流器的大小與成本優勢。電子鎮流器不僅能使節能燈的制造商快速鋪貨，亦能使節能燈的使用者在小額成本下額外地節能。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種熒光燈系統，包含 熒光燈管；及該熒光燈系統的特征在于還包含可變電感電子鎮流器，用以調整該熒光燈系統的功率。
2.如權利要求1所述的熒光燈系統，其特征在于，該熒光燈管的一端是經由可變電感控制器終止于地端。
3.如權利要求1所述的熒光燈系統，其特征在于，該可變電感電子鎮流器包含 通用電子鎮流器，包含自激振蕩半橋換流器；及可變電感控制器，耦接于該通用電子鎮流器用以調整該功率。
4.如權利要求3所述的熒光燈系統，其特征在于，該可變電感控制器包含 分壓電路，電連接于地端與電源端之間，用以供電給該可變電感控制器；電容，平行電連接該分壓電路的較低分支，用以濾除噪聲； 初始狀態模塊，包含輸入端，電連接于該分壓電路的輸出節點，及輸出端； 供電及斷電偵測器，包含輸入端，電連接于該分壓電路的輸出節點，及輸出端； 狀態機，包含第一輸入端，電連接該初始狀態模塊的輸出端，第二輸入端，電連接于該供電及斷電偵測器的輸出端，及輸出端；附加電感，以串聯方式電連接于該熒光燈管，用以提供可調鎮流電感，以調整熒光燈系統的功率；及三極交流開關，平行電連接于該附加電感，用以選擇性地短路該附加電感，其中該三極交流開關的閘極端是電連接于該狀態機的輸出端和一觸發電容的一端。
5.如權利要求4所述的熒光燈系統，其特征在于，該三極交流開關是通過一電容的信號觸發，其中該電容是在該狀態機的并聯控制下，通過該通用電子鎮流器的雙向觸發開關放電。
6.如權利要求4所述的熒光燈系統，其特征在于，該三極交流開關操作在遠高于關閉頻率之上以達到閉鎖機制的功效。
7.如權利要求5所述的熒光燈系統，其特征在于，當該并聯開關是為關閉狀態時，該觸發信號宣洩於該三極交流開關的第一主控端。
8.如權利要求5所述的熒光燈系統，其特征在于，該雙向觸發開關分別為了晶體管開關與該三極交流開關共同激發二個啟動電容。
9.如權利要求4所述的熒光燈系統，其特征在于，該信號是由一端電連接于該雙向觸發開關的電容所提供。
10.如權利要求4所述的熒光燈系統，其特征在于，在該熒光燈系統斷電之后，該電源端是具有零地電壓的交流電源端，以助于信號偵測。
11.如權利要求10所述的熒光燈系統，其特征在于，另包含電阻，電連接于該分壓電路和另一交流電源端之間，用以提供全波整流電源電壓以抑制電源漣波電壓。
12.如權利要求4所述的熒光燈系統，其特征在于，該通用電子鎮流器另包含啟動電路，啟動電路包含啟動電阻，電連接于該電源端；啟動電容，電連接于該啟動電阻與該地端之間；及雙向觸發開關，電連接于該啟動電阻和該啟動電容的接合處； 其中該電源端輸出半波整流電源電壓，以增加該啟動電阻該啟動電容的充電時間，并延長該雙向觸發開關的激發延遲時間。
13.如權利要求3所述的熒光燈系統，其特征在于，該可變電感控制器包含 分壓電路，于地端與電源端之間，用以供電給該可變電感控制器；第一電容，平行電連接于該分壓電路，用以濾除噪聲； 初始狀態模塊，包含輸入端，電連接于該分壓電路的輸出節點，及輸出端； 供電及斷電偵測器，包含輸 入端，電連接于該分壓電路的輸出節點，及輸出端； 狀態機，包含第一輸入端，電連接于該初始狀態模塊的輸出端，第二輸入端，電連接于該供電及斷電偵測器的輸出端，及輸出端；消去電容，以串聯方式電連接該熒光燈管，用以提供可調鎮流電感，以調整熒光燈系統的功率；及三極交流開關，平行電連接于該消去電容，用以選擇性地短路該消去電容，其中該三極交流開關的閘極端是電連接于該狀態機的輸出端一觸發電容的一端。
14.如權利要求13所述的熒光燈系統，其特征在于，該信號是由一端電連接于該雙向觸發開關的電容所提供。
15.如權利要求13所述的熒光燈系統，其特征在于，該三極交流開關是通過一電容的信號觸發，其中該電容是在該狀態機的并聯控制下，通過該通用電子鎮流器的雙向觸發開關放電
16.如權利要求13所述的熒光燈系統，其特征在于，該三極交流開關操作在遠高于關閉頻率之上以達到閉鎖機制的功效。
17.如權利要求15所述的熒光燈系統，其特征在于，當該并聯開關是為關閉狀態時，該觸發信號宣洩於該三極交流開關的第一主控端。
18.如權利要求15所述的熒光燈系統，其特征在于，該雙向觸發開關分別為了晶體管開關與該三極交流開關共同激發二個啟動電容。
19.如權利要求13所述的熒光燈系統，其特征在于，在該熒光燈系統斷電之后，該電源端是具有零地電壓的交流電源端，以助于信號偵測。
20.如權利要求19所述的熒光燈系統，其特征在于，另包含電阻，電連接于該分壓電路和另一交流電源端之間，用以提供全波整流電源電壓以抑制電源漣波電壓。
21.如權利要求13所述的熒光燈系統，其特征在于，該通用電子鎮流器另包含啟動電路，啟動電路包含啟動電阻，電連接于該電源端； 啟動電容，電連接于該啟動電阻與該地端之間；及雙向觸發開關，電連接于該啟動電阻和該啟動電容的接合處； 其中該電源端輸出半波整流電源電壓，以增加該啟動電阻該啟動電容的充電時間，并延長該雙向觸發開關的激發延遲時間。
22.—種應用于熒光燈系統的可變電感，其特征在于，包含可調電感模塊；及切換模塊，選擇性地串聯電連接于該可調電感模塊和該熒光燈系統的熒光燈管之間， 用以提供可調鎮流電感，以調整熒光燈系統的功率。
23.如權利要求22所述的可變電感，其特征在于，該可調電感模塊是消去電容。
24.如權利要求22所述的可變電感，其特征在于，該可調電感模塊是附加電感。
25.如權利要求22所述的可變電感，其特征在于，該切換模塊是三極交流開關，用以自動切換。
26.如權利要求25所述的可變電感，其特征在于，該三極交流開關是電容性地耦接于雙向觸發開關，因此該雙向觸發開關分別為了晶體管開關與該三極交流開同激發二個啟動電容。
27.如權利要求25所述的可變電感，其特征在于，用以控制該三極交流開關的控制信號是耦接于供電及斷電偵測器，以漸次地調光。
28.如權利要求25所述的可變電感，其特征在于，用以控制該三極交流開關的控制信號是耦接于占用偵測器，以節能調光。
29.如權利要求25所述的可變電感，其特征在于，用以控制該三極交流開關的控制信號是耦接于補償環境光的光偵測器。
30.如權利要求22所述的可變電感，其特征在于，該切換模塊是機械開關，用以手動切換。
全文摘要
本發明公開了一種熒光燈系統和應用于熒光燈系統的可變電感。該熒光燈系統包含熒光燈管和可變電感電子鎮流器。該可變電感電子鎮流器包含通用電子鎮流器和可變電感控制器。該可變電感控制器是耦接于該通用電子鎮流器，用以根據不同狀況，包含附加電感或消去電容，以調整該熒光燈系統的功率。另外，選擇性的繞組加在現存變壓器上可增加該熒光燈系統的功率。因為，本發明所提供的該可變電感電子鎮流器可同時具有通用自激振蕩半橋電子鎮流器的大小與成本優勢，所以該可變電感電子鎮流器不僅能使節能燈的制造商快速鋪貨，亦能使該節能燈的使用者在小額成本下額外地節能。
文檔編號H05B41/295GK102548170SQ20111040644
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者李聲漢 申請人:李聲漢