2-4-1 前言
目前複金屬燈所使用的安定器，以傳統的電磁耦合式居多。傳統電磁 耦合式安定器，因操作在市電頻率，所以體積大且笨重，啟動時間較長，
且容易閃爍。另外，其能量轉換效率低，並且隨著使用時間增加而呈現衰 減現象，加上發熱等諸多問題，讓產品設計上受到相當大的限制與困擾。
為了解決傳統式安定器的種種缺點，並進一步提高發光效率以達到節約能 源的目的，可採用電子式安定器(Electronic Ballast)。電子式安定器通常工 作於20KHz 以上的高頻，且具有體積小、重量輕、無音頻噪音等優點。
早期的複金屬燈電子式安定器因價格太昂貴，很難被市場所接受，故 僅見於少數特殊場合。而造成複金屬燈電子式安定器如此昂貴的原因是它 本身物理特性上的兩大缺憾：熱點燈較困難與音頻共振的問題。其它如：
冷點燈啟動暫態所需時間較長的特性，雖不會影響複金屬燈穩定時的工 作，但也是間接造成複金屬燈電子式安定器稀有的原因之一 [43, 44] 。
然而，由於電力電子技術的快速發展，加上半導體製造技術的進步，
低成本、大功率的電力電子元件已大量使用於高頻電力電子轉換器，促使 電子式安定器研發腳步加快，價位逐漸降低[45]。
常見的電子安定器電路拓樸大多是由螢光燈的安定器電路架構衍生而 來，該類的架構為共振電路，此轉換器包含一 LC 共振槽路，此共振槽路 與負載串接，利用共振產生之振盪電壓與電流提供開關切換所需之零電壓 或零電流，及負載所需的交流電壓，此類電路都是利用工作頻率相異於音 頻共振頻率的方法來完成穩定的控制。如圖2-12 所示，一般電子安定器基 本電路架構可分為主動式功因修正器和 DC/AC 高頻諧振式電路兩部分。
前級為主動式功因修正器，後級為高頻諧振電路，由個別的控制電路產生 驅動信號觸發開關，亦可用同步開關的方式整合成單級。主動式功因修正
器主要功能是提高輸入電源之功率因數及提供高頻諧振式電路之輸入電 壓。高頻諧振式電路經由開關切換產生交流電壓提供給燈管使用。
圖2-12 一般的電子安定器電路方塊圖
2-4-2 換流器拓樸架構
一般電子安定器之設計均先將市電整流為直流電，再經換流器切成高 頻交流弦波。換流器的結構有很多種，本節介紹幾種安定器常用的換流器。
z Class-E 諧振換流器：
圖2-13 為 Class-E 諧振換流器的基本架構，Class-E 換流器的功率 開關元件S 具有零電壓或零電流切換的特性，非常適合操作在高頻。
此種換流器只需一個功率開關元件，但是在功率開關元件兩端電壓差
為VS(max) =4Vdc[65]，功率開關需較大耐壓與耐流，因此 Class-E 諧振換
流器一般適用在小功率負載。
圖2-13 Class-E 諧振換流器基本架構
z 半橋式(Class-D)換流器
圖 2-14 為半橋式換流器的基本架構，電容C1及C2串聯並接於 Vdc，每個電容電壓為
2 Vdc
。當開關S1導通S2截止，諧振電路的端電壓
VAB為電容C1上的電壓 2 Vdc
。反之，開關S2導通S1截止，VAB 為-2 Vdc
。
S1、S2不斷地交互導通，諧振電路就可得到振幅為±
2 Vdc
的方波電壓。
因每個開關截止時其兩端電壓為Vdc，所以每個功率開關元件其耐壓額 定最低不可低於Vdc。
圖2-14 半橋式換流器基本架構
z 推挽式換流器
推挽式換流器經由開關S1及S2交互導通，可在線圈N3感應出方波 電壓以供給諧振電路。當開關S2導通，S1截止時，電流Ii經線圈N2向 開關S2流動，此時線圈N1、N3有電壓感應產生，開關S1兩端所承受 的電壓為線圈N1所感應之電壓加上輸入電壓Vdc，開關S1承受的電壓 相當於2Vdc。同樣地，開關S1導通，S2截止時，開關S2所承受的電壓 亦為2Vdc。在選擇功率開關元件時，必須要選擇至少能承受二倍輸入 電壓，否則會損壞功率開關元件。由於耐高電壓的功率開關元件價格 較為昂貴，也因此推挽式換流器應用於高輸入電壓時較為不理想。
推挽式換流器有一嚴重缺點就是如果兩個功率開關元件特性不一 致，變壓器鐵心容易趨於飽和狀態。但是在功率晶體的驅動電路上，
推挽式架構具有共地驅動的優點。
圖2-15 推挽式換流器基本架構
z 全橋式換流器
在前面討論的半橋式換流器中，輸出方波電壓只為±
2 Vdc
，而推挽式換 流器可輸出任意振幅大小方波電壓，但功率開關元件需承受二倍輸入電 壓。因此，在須提供較高的功率且要求開關元件需有較小的耐壓、耐流額
定的場合時可使用全橋式換流器，如圖2-16所示。全橋式換流器的特性與 半橋式換流器相同，其缺點是需要四個功率開關元件，同時開關S1及S3需 要隔離驅動，全橋式換流器電路較半橋式換流器複雜。
圖2-16 全橋式換流器基本架構
2-4-3 討論
綜合以上各種換流器的討論，Class-E 換流器之輸出功率完全靠單一 功率開關元件，其元件耐電壓、電流應力需求較高，故只適合於小功率安 定器(50Ｗ)。在功率開關元件應力需較低及成本較少等考量下，半橋式換 流器廣泛應用於中等功率安定器中(50W-200W)。至於在大功率安定器 (200W 以上)中，多採用全橋式拓樸結構。概括而言，由於電子安定器使 用功率均屬中等，且半橋式具有結構簡單、效率高、適合高頻操作、共振 電流接近正弦波等優點，因此被大多數電子安定器採用[46-48]。然而，HID 燈其廣泛分佈且不易預測的音頻共振頻率範圍使得該類的電路有使用上 的限制。
採用此電路架構時，共振頻率將受限於元件參數值，以圖2-17 的半橋 式串聯諧振並聯負載電路為例，啟動時燈管內阻非常大，故忽略燈管之影
響，此時電路的共振頻率為
方波換流器所組成的電子安定器。前者具有良好的功率因數和穩定的直流 電壓輸出，並且引用主動箝位式的柔切技術來來降低切換損及雜訊干擾，
後者則有效地解決音頻共振的問題。