10 電壓崩潰
2.2 音頻共振的問題與解決之道
HID燈管在高頻（約1kHz至數百kHz為較嚴重之頻帶）操作下皆會有音頻共振的現 象。輕微的音頻共振會導致弧光放電不穩定甚至燈管熄滅，嚴重的音頻共振可能導致燈 管嚴重破裂。圖2.4為HID燈管弧光放電示意圖，圖2.4(a)為燈管正常工作時之電弧，圖 2.4(b)為燈管音頻共振時之電弧。圖2.5為HID燈音頻共振發生時之實際圖片[14]，圖2.6 為燈管損毀實際圖片。
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(a) HID燈管正常工作時之弧光 (b) HID燈管發生音頻共振時之弧光 圖2.4 HID燈管弧光放電示意圖
圖2.5 HID燈管音頻共振發生時弧光閃爍之實際圖片[14]
圖2.6 HID燈管損毀實際圖片
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目前解決HID燈管發生音頻共振之方法多以避開音頻共振頻帶為主，而幾種避開音 頻共振的頻率控制方法如下所示：
(a) 低頻弦波驅動方式：[31]
此方式為傳統矽鋼片電磁耦合HID燈安定器常見的方式，其操作在市電頻率，所以 完全無音頻共振之問題，但卻有體積龐大、效率低、功因較低等缺點。
(b) 超高頻弦波驅動方式：[32]-[34]
將燈管工作頻率遠大於音頻共振頻率，燈管不會發生音頻共振，然而，第一個要考 量的是操作在較高之切換頻率，會因開關切換損失較大而導致電路效率下降之問題；第 二為燈管工作在超高頻時，電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)之問題會更加明 顯，進而為了處理EMI的問題而提高了設計上的困難度。
(c) 定頻控制之高頻弦波驅動方式：[35]-[36]
雖然HID燈產生音頻共振的頻率分布於位於幾kHz至幾百kHz的頻帶中，但在某些頻 帶範圍並不會產生音頻共振，只要將切換頻率設計在不會產生音頻共振的頻率上，也可 以使HID燈管避免此問題，穩定發光。但此方式的電路設計必須極為精準，且將其設定 在某個較寬的無音頻共振頻帶才能確保無音頻共振產生。考量到燈管的廠牌、內管泡殼 的幾何形狀以及燈管新舊與否等等因素都直接影響到無音頻共振的頻帶範圍，所以設計 上困難度較高。
(d) 頻率調變控制之高頻弦波操作方式：[37]-[38]
若採用不斷改變其工作頻率，使HID燈管工作頻率在某兩個頻率間不斷來回穿梭，
燈管電弧就會因來不及變化而不會發生音頻共振的問題。但前提是HID燈管之音頻共振 須經過精確的計算，謹慎選擇頻率調變範圍及中心頻率，如此必然會增加電路設計上複 雜度與困難度，且若不同廠牌之燈管，亦需重新計算其頻率調變範圍及中心頻率以作最
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佳化設計，此設計方式較難通用於各場牌之燈管。
(e) 自動頻率追蹤方式：[39]
此方式為利用音頻共振偵測電路，隨時偵測有無音頻共振。當偵測到有音頻共振 時，偵測腳位立即改變電壓值至迴授電路與參考電壓做比較，控制電路將即時自動修正 燈管工作頻率至無音頻共振之頻帶以避免音頻共振現象。
(f) 低頻方波驅動方式：[40]-[52]
採用低頻方波(約60Hz~500Hz)驅動方式，利用回授電路及脈波寬度調變方式以限制 燈管電流，方可使電路達成穩定的方波電流輸出。其工作頻率遠低於音頻共振頻帶，所 以無音頻共振產生。燈管電壓與燈管電流相乘得到的功率波形不容易隨著時間變動，且 約為一固定的瞬時功率值，此方法能有效避開音頻共振的問題，因此，市售的HID燈電 子安定器皆採用此種驅動方式。
(g) 高頻方波驅動方式：[53]
高頻方波驅動方式理想上同樣具有不隨時間變化之固定瞬時功率，因此，不會有音 頻共振的問題。然而，實際上完美的高頻方波形式之燈管電壓與燈管電流不易於實際電 路中產生，使得燈管的瞬時功率並非為一定值，容易造成音頻共振現象，另外，此種驅 動方式的電路效率較低。
音頻共振之頻率取決於燈管幾何構造及物理特性上，欲找出無音頻共振之較寬廣頻 帶，是相當困難的。因此，本研究採用低頻方波驅動HID燈管，能有效避開HID燈管音 頻共振之頻率。