WO2013152373A1 - Operating device for an illuminant and method for operating an operating device - Google Patents

Operating device for an illuminant and method for operating an operating device Download PDF

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WO2013152373A1
WO2013152373A1 PCT/AT2013/000071 AT2013000071W WO2013152373A1 WO 2013152373 A1 WO2013152373 A1 WO 2013152373A1 AT 2013000071 W AT2013000071 W AT 2013000071W WO 2013152373 A1 WO2013152373 A1 WO 2013152373A1
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operating device
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factor correction
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Hans Auer
Christoph VONACH
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Tridonic Gmbh & Co. Kg
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Abstract

An operating device (2) for an illuminant (3) comprises a power factor correction circuit (20), a transformer (30), which is connected to the power factor correction circuit (20) and has an output (41) for supplying power to the illuminant (3), and a control device (14) having an input (51) for sensing the voltage (Vbus) that is provided for the transformer (30) by the power factor correction circuit (20). The control device (14) is set up to perform an evaluation of voltage ripples in the voltage (Vbus) and to take the evaluation as a basis for determining a load (3) connected to the output (41) of the transformer (30) and/or an output power from the transformer (30).

Description

Betriebsgerät für ein Leuchtmittel und Verfahren zum Betreiben eines Betriebsgeräts  Operating device for a lamp and method for operating a control gear
Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für ein Leuchtmittel. Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Betriebsgeräte, die eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung aufweisen. Eine Leistungsfaktorkorrektur („Power Factor Correction", PFC) wird eingesetzt, um Oberwellenströrne in einem Eingangsstrom zu beseitigen bzw. zumindest zu verringern. Oberwellenströme können insbesondere bei nicht-linearen Verbrauchern, wie es beispielsweise Gleichrichter mit nachfolgender Glättung in Netzteilen sind, auftreten, da bei derartigen Verbrauchern der Eingangsstrom trotz der sinusförmigen Eingangsspannung in seiner Phase verschoben und nicht-sinusförmig verzerrt wird. Den dabei auftretenden höherfrequenten Oberschwingungen kann durch eine dem jeweiligen Gerät vorgeschaltete aktive oder getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung entgegengewirkt werden. Leistungsfaktorkorrekturschaltungen werden auch bei Betriebsgeräten für Leuchtmitte!, beispielsweise bei elektronischen Vorschaltgeräten für Entladungslampen oder bei LED-Konvertern, eingesetzt. Die Verwendung derartiger Schaltungen bei Geräten zum Betreiben von Leuchtmitteln ist sinnvoll, da Normen die zulässige Rücksendung von Oberwellen in das Versorgungsnetz beschränken. The invention relates to a control gear for a lighting means. In particular, the invention relates to such operating devices having a power factor correction circuit. A Power Factor Correction (PFC) is used to eliminate or at least reduce harmonic currents in an input current, and harmonic currents can occur especially in non-linear loads, such as rectifiers with subsequent smoothing in power supplies In spite of the sinusoidal input voltage, the input current is phase-shifted and non-sinusoidally distorted in such consumers, and the resulting higher-frequency harmonics can be counteracted by an active or clocked power factor correction circuit upstream of the respective device electronic ballasts for discharge lamps or LED converters., The use of such circuits in devices for operating bulbs makes sense, since standards zuläs limit the return of harmonics to the supply network.
Es ist allgemein wünschenswert, Betriebsgeräte für unterschiedliche Leuchtmitte! verwenden zu können, beispielsweise für LED-Module mit unterschiedlicher Anzahl von LEDs. Es ist wünschenswert, Betriebsgeräte anzugeben, die eine mit dem Ausgang des Wandlers verbundene Last automatisch erkennen kön- nen. Dies erlaubt, die Steuerung oder Regelung des Betriebsgeräts an die Last anzupassen, falls dies erforderlich ist. Hierfür kann das Betriebsgerät Informationen selbsttätig anhand einer Messung einen Messwert ermitteln und einen Betriebsparameter abhängig von dem Messwert anpassen. Die EP 1 881 745 A1 beschreibt, dass anhand einer Wendelwiderstandsmessung eine Lampentyperkennung durchgeführt wird. Zündparameter werden entsprechend dieser Lampentyperkennung gesetzt und die Lampe wird gestartet. Aus der Zündspannung wird auf die Leistung geschlossen und aus dieser Leistung wiederum auf die bei korrekter Lampentyperkennung für diese Leistung vorliegende Parameter für eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung. It is generally desirable to have control gear for different illuminants! to use, for example, for LED modules with different numbers of LEDs. It is desirable to specify operating devices that can automatically detect a load connected to the output of the converter. This allows to adapt the control of the operating equipment to the load, if necessary. For this purpose, the operating device information can automatically determine a measured value based on a measurement and adjust an operating parameter depending on the measured value. EP 1 881 745 A1 describes that a lamp type detection is carried out on the basis of a helical resistance measurement. Ignition parameters are set according to this lamp type detection and the lamp is started. From the ignition voltage is closed to the power and in turn from this power to the present at the correct lamp type detection for this power parameters for a power factor correction circuit.
Die WO 2009/146934 A2 beschreibt Verfahren und Vorrichtungen, bei denen ausgehend von einem Parameter einer aktiven Leistungsfaktorkorrekturschal- tung ("PFC"), insbesondere der gemessenen Ein-Zeit eines PFC-Schalters, wenigstens ein Betriebsparameter des Betriebsgeräts gesetzt werden. WO 2009/146934 A2 describes methods and devices in which, based on a parameter of an active power factor correction circuit ("PFC"), in particular the measured on-time of a PFC switch, at least one operating parameter of the operating device is set.
Die Erkennung einer Last am Ausgang des Betriebsgeräts kann insbesondere dann eine Herausforderung darstellen, wenn das Betriebsgerät ein so genann- tes SELV („Separated Extra-Low Voltage" oder„Safety Extra-Low Voltage")- Gerät ist. Bei einem derartigen Gerät liegt aus Sicherheitsgründen eine Potentialtrennung zwischen einer SELV-Seite mit niedrigen Spannungen und einer Nicht-SELV-Seite vor, die galvanisch von der SELV-Seite getrennt ist. Eine derartige galvanische Trennung bzw. Potentialtrennung wird aus Sicherheits- gründen bei Betriebsgeräten für Leuchtmittei gefordert, um einen ELV („Extra- Low Voitage")-Bereich durch eine so genannte Potentiaibarriere oder SELV- Barriere von Bereichen mit höherer Versorgungsspannung, insbesondere Netzspannung, zu trennen. Herkömmliche Ansätze zur Detektion von Eigenschaften einer Last am Ausgang des Wandlers, d.h. am Ausgang der SELV-Seite, beinhalten die Erfassung einer Messgröße auf der SELV-Seite. Eine entsprechende Auswertung und Steuerung erfordert dann jedoch die Verwendung einer entsprechenden Logik auf der SELV-Seite oder die Rückführung der Messgröße über die SELV- Barriere. Beide Vorgehensweisen sind mit zusätzlichem schaltungstechnischen Aufwand verbunden. The detection of a load at the output of the operating device can be particularly challenging if the operating device is a so-called SELV ("Separated Extra-Low Voltage" or "Safety Extra-Low Voltage") device. In such a device, for safety reasons, a potential separation between a SELV side with low voltages and a non-SELV side, which is galvanically isolated from the SELV side. Such galvanic separation or potential separation is required for safety reasons in operating devices for Leuchtmittei to an ELV ("Extra Low Voitage") - area through a so-called potentiabili barrier or SELV barrier of areas with higher supply voltage, in particular mains voltage Conventional approaches for detecting characteristics of a load at the output of the converter, ie at the output of the SELV side, involve the acquisition of a measured variable on the SELV side, but corresponding evaluation and control then requires the use of a corresponding logic on the SELV Side or the feedback of the measured quantity via the SELV barrier Both methods involve additional circuit complexity.
Aufgabe ist, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die Verbesserungen im Hinblick auf die genannten Probleme bieten. Aufgabe ist, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, bei denen eine Last am Ausgang und/oder eine Ausgangsleistung des Betriebsgeräts erkannt werden kann. Aufgabe ist, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, bei denen bei einem Betriebsgerät mit Potentialbarriere eine Erfassung einer Messgröße auf der Sekundärseite nicht unbedingt für eine Lasterkennung erforderlich ist. The object is to provide devices and methods which offer improvements with regard to the aforementioned problems. Task is, devices and Specify a method in which a load at the output and / or an output of the operating device can be detected. The object is to specify devices and methods in which, in the case of an operating device with a potential barrier, detection of a measured variable on the secondary side is not necessarily required for a load detection.
Erfindungsgemäß werden ein Betriebsgerät für ein Leuchtmittel und ein Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen angegeben. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte und bevorzugte Aus- führungsformen der Erfindung, According to the invention, an operating device for a luminous means and a method with the features specified in the independent claims are specified. The dependent claims define advantageous and preferred embodiments of the invention,
Bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispiefen weist ein Betriebsgerät eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung auf, die eine Spannung an einen Wandler bereitstellt. Der Wandler kann ein isolierter oder nichtisoiierter Resonanzwandler sein, beispielsweise ein LLC-Resonanzwandler. Ein Ausgang der Wandlers, der auch als Ausgang des Betriebsgeräts dienen kann, versorgt im Betrieb ein Leuchtmittel mit Energie. Eine Steuereinrichtung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann so ausgestaltet und eingerichtet sein, dass sie basierend auf der Auswertung von Spannungsrippeln, insbesondere der Spitze-Spitze-Spannung in der Spannung, die die Leistungsfaktorkorrekturschaltung an den Wandler bereitstellt, eine mit dem Ausgang des Wandlers verbundene Last und/oder eine Ausgangsleistung des Wandler bestimmt. In prior art methods and apparatus, an operating device includes a power factor correction circuit that provides a voltage to a converter. The transducer may be an isolated or non-isolated resonant converter, such as an LLC resonant converter. An output of the converter, which can also serve as the output of the operating device, supplies a lighting means with energy during operation. A power factor correction circuit controller may be configured and arranged to apply a load and / or voltage associated with the output of the converter based on the evaluation of voltage ripples, in particular the peak-to-peak voltage in the voltage that the power factor correction circuit provides to the converter determines an output power of the converter.
Die Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen erlauben die Erkennung einer Last und/oder Ausgangsleistung des Wandlers basierend auf der Auswertung von Spannungsrippeln, insbesondere der Spitze-Spitze- Spannung in der von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung bereitgestellten Spannung. Die Messgröße, die zur Lasterkennung ausgewertet wird, wird pri- märseitig erfasst. Die Erfassung einer Messgröße auf der SELV-Seite des Be- triebsgeräts ist zur Lasterkennung nicht unbedingt erforderlich. The methods and devices of embodiments allow the detection of a load and / or output power of the converter based on the evaluation of voltage ripples, in particular the peak-to-peak voltage in the voltage provided by the power factor correction circuit. The measured variable, which is evaluated for load detection, is recorded on the primary side. The detection of a measured variable on the SELV side of the operating device is not absolutely necessary for load detection.
Beispielhaft für die Erkennung unterschiedlicher Lasten kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Anzahl von LEDs zu erkennen, die vom Ausgang des Wandlers mit Energie versorgt werden. Diese oder andere Laster- kennungen sind basierend auf der Amplitude von Spannungsrippeln in der von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung bereitgestellten Spannung möglich, ohne dass eine Messgröße über die SELV-Barriere rückgeführt werden muss. Die Steuereinrichtung kann die Last unter Verwendung eines Kennfelds, beispielsweise durch Tabellenabfrage ermitteln. Die Steuereinrichtung kann die so ermittelte Last verwenden, um basierend auf einem weiteren Kennfeid, beispielsweise durch eine weitere Tabellenabfrage, Parameter für den Betrieb des Wandlers zu ermitteln, die für die erkannte Last verwendet werden sollen. Die Steuereinrichtung kann den Betrieb des Betriebsgeräts abhängig von der erkannten Last und/oder Ausgangsleistung auf unterschiedliche Weise steuern. As an example of detecting different loads, the controller may be configured to detect a number of LEDs energized by the output of the converter. These or other vice Identifications are possible based on the amplitude of voltage ripples in the voltage provided by the power factor correction circuit, without having to feed back a measure across the SELV barrier. The controller may determine the load using a map, such as a table query. The controller may use the load thus determined to determine parameters for the operation of the converter to be used for the detected load based on another characteristic, for example, another table query. The control device can control the operation of the operating device depending on the detected load and / or output power in different ways.
Bei einer Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Lichtintensität des Leuchtmittels abhängig von der erkannten Last auf einen Sollwert einzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Farbverschiebung abhängig von der erkannten Last zu unterdrücken. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um Flackern abhängig von der erkannten Last zu unterdrücken. Die Steuereinrichtung kann auf unterschiedliche Weise auf den Betrieb des Betriebsgeräts einwirken, um dieses abhängig von der erkannten Last zu steuern. Die Steuereinrichtung kann einen Betriebsmodus für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung abhängig von der erkannten Last auswählen. Die Steuereinrichtung kann abhängig von der erkannten Last auswählen, ob die Leistungs- faktorkorrekturschaltung in einem DCM ("Discontinuous Conduction Mode")- Betrieb oder im Grenzbereich zwischen kontinuierlichem und kontinuierlichem Strom durch die Induktivität, d.h. im BCM ("Borderline Conduction Mode" oder "Boundary Conduction Mode")-Betrieb betrieben werden soll. Die Steuereinrichtung kann auch Betriebsparameter für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung abhängig von der erkannten Last auswählen. Beispielweise kann die Steuereinrichtung die Ein-Zeit (,,Ton"-Zeit) des Leistungsschalters der Leistungsfaktorkorrekturschaltung im BCM-Betrieb abhängig von der erkannten Last einstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung die Wartezeit oder Mindestwartezeit vor dem Einschalten des Leistungsschalters der Leistungsfaktor- korrekturschaltung im DCM-Betrieb abhängig von der erkannten Last einstellen. In one embodiment, the control device can be set up to set a light intensity of the luminous means to a desired value as a function of the detected load. Alternatively or additionally, the control device can be set up to suppress a color shift depending on the detected load. Alternatively or additionally, the control device can be set up to suppress flickering depending on the detected load. The control device can act in different ways on the operation of the operating device to control this depending on the detected load. The controller may select an operation mode for the power factor correction circuit depending on the detected load. Depending on the detected load, the controller may select whether the power factor correction circuit is in a DCM ("Discontinuous Conduction Mode") mode or at the interface between continuous and continuous current through the inductor, ie in Borderline Conduction Mode ("BCM"). Boundary Conduction Mode ") operation. The controller may also select operating parameters for the power factor correction circuit depending on the detected load. For example, the controller may set the on time ("tone" time) of the power factor correction circuit breaker in BCM operation depending on the detected load Alternatively or additionally, the controller may set the wait time or minimum wait time before turning on the power factor switch of the power factor correction circuit. Set correction circuit in DCM mode depending on the detected load.
Die Steuereinrichtung kann auch einen Betriebsmodus für den Wandler abhän- gig von der erkannten Last auswählen. Die Steuereinrichtung kann abhängig von der erkannten Last auswählen, ob der Wandler in einem gepulsten Betrieb betrieben werden soll, in dem eine Halbbrücke oder Vollbrücke des Wandlers für ein bestimmtes Zeitintervali ausgeschaltet wird, oder ob der Wandler in einem kontinuierlichen Betrieb betrieben werden soll, beispielsweise für Amplitu- dendimmen. Die Steuereinrichtung kann abhängig von der erkannten Last Betriebsparameter für den Wandler automatisch festlegen, beispielsweise eine Schaltfrequenz von Schaltern der Halbbrücke oder Vollbrücke des Wandlers. The controller may also select an operating mode for the converter depending on the detected load. The controller may select, depending on the detected load, whether the converter is to be operated in a pulsed mode in which a half-bridge or full-bridge of the converter is turned off for a certain time interval, or whether the converter is to be operated in a continuous mode, for example Amplitude dimming. Depending on the detected load, the control device can automatically set operating parameters for the converter, for example a switching frequency of switches of the half bridge or full bridge of the converter.
Das Betriebsgerät kann als Konstantstromqueile ausgestaltet sein. Das Be- triebsgerät kann auch als Konstantspannungsquelle ausgestaltet sein. Das Betriebsgerät kann so ausgestaltet sein, dass eine Regelung auf der Ausgangsspannung des Betriebsgeräts erfolgt. The operating device can be configured as a constant current source. The operating device can also be designed as a constant voltage source. The operating device can be designed so that a control takes place on the output voltage of the operating device.
Die Steuereinrichtung kann in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere einer anwendungsspezifischen Spezialschaltung (ASIC, „Application Specific Integrated Circuit"), ausgestaltet sein. The control device may be in the form of an integrated circuit, in particular an application-specific special circuit (ASIC, "application-specific integrated circuit").
Verfahren nach den verschiedenen Ausführungsformen und die damit jeweils erzielten Wirkungen entsprechen den Ausgestaltungen des Betriebsgeräts nach Ausführungsbeispielen. Method according to the various embodiments and the effects thus achieved correspond to the embodiments of the operating device according to embodiments.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. FIG. 1 zeigt ein Beleuchtungssystem mit einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem Ausführungsbeispiel. The invention will be explained below with reference to the drawings based on preferred embodiments. FIG. 1 shows a lighting system having a power factor correction circuit according to an embodiment.
FIG. 2 zeigt ein Schaltbild eines Betriebsgeräts nach einem Ausführungsbeispiel. FIG. 3 illustriert eine Lasterkennung basierend auf einer Spitze-Spitze- Spannung von Spannungsrippeln einer Busspannung, die von der Steuereinrichtung eines Betriebsgeräts nach einem Ausführungsbeispiei eingesetzt wird. FIG. 2 shows a circuit diagram of an operating device according to an exemplary embodiment. FIG. FIG. 3 illustrates a load detection based on a peak-to-peak voltage of voltage ripple of a bus voltage used by the controller of an operating device according to an embodiment.
FIG. 4 illustriert die Ermittlung einer Spitze-Spitze-Spannung von Spannungsrippeln, die von der Steuereinrichtung eines Betriebsgeräts nach einem Ausführungsbeispiei eingesetzt wird. FIG. 5 ist eine Biockdiagrammdarsteliung einer Steuereinrichtung eines Betriebsgeräts nach einem Ausführungsbeispiel. FIG. 4 illustrates the determination of a peak-to-peak voltage of voltage ripples used by the controller of an operating device according to an embodiment. FIG. 5 is a block diagram of a controller of an operating device according to an embodiment.
FIG. 1 zeigt eine Blockdiagrammdarstellung eines Beieuchtungssystems 1 , das ein Betriebsgerät 2 für ein Leuchtmittel 3, beispielsweise für LEDs umfasst. Das Betriebsgerät 2 kann mit einem Bus 4 oder einem Drahtloskommunikationssys- tem verbunden sein, um Dämmbefehle zu empfangen und/oder Statusmeldungen auszugeben. FIG. 1 shows a block diagram representation of a lighting system 1, which comprises an operating device 2 for a luminous means 3, for example for LEDs. The operating device 2 may be connected to a bus 4 or a wireless communication system in order to receive attenuation commands and / or to output status messages.
Das Betriebsgerät 2 kann beispielsweise als elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für eine Gasentladungslampe, Leuchtstofflampe oder ein anderes Fluoreszenzleuchtmittel oder als LED-Konverter ausgestaltet sein. Das Betriebsgerät 2 weist einen Gleichrichter 10 zum Gleichrichten einer Versorgungsspannung, beispielsweise der Netzspannung auf. Das Betriebsgerät 2 weist eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung 1 1 auf. Das Betriebsgerät 2 weist eine Steu- ereinrichtung 14 auf. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 1 1 stellt eine Spannung Vbus, die auch als Busspannung bezeichnet wird, für nachgeschaltete Komponenten des Betriebsgeräts 2 bereit. Eine weitere Spannungsumsetzung und/oder Dimmfunktionen können beispielsweise über einen Wandler 12, der als Resonanzwandler ausgestaltet sein kann, erreicht werden. Der Wandler 12 kann einen Transformator oder anderen Umsetzer aufweisen, um eine galvanische Trennung zwischen einer SELV-Seite und einer Nicht-SELV-Seite des Betriebsgeräts zu erreichen. Der Gleichrichter 10 kann, möglicherweise über ein Hochfrequenzfilter, an eine Wechselspannung, insbesondere an eine Netzspannung, angeschlossen sein. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 kann von dem Gleichrichter 10 eine gleichgerichtete Wechselspannung als Eingangsspannung empfangen. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 erfüllt Glättungsfunktionen und erzeugt eine Gleichspannung Vbus, die an den Wandler 12 bereitgestellt wird. Die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 erzeugte Spannung, die als Versorgungsspannung für den Wandler 12 verwendet wird, weist jedoch noch Span- nungsrippel auf, d.h. weist eine Welligkeit auf. The operating device 2 can be designed, for example, as an electronic ballast (ECG) for a gas discharge lamp, fluorescent lamp or another fluorescent illuminant or as an LED converter. The operating device 2 has a rectifier 10 for rectifying a supply voltage, for example the mains voltage. The operating device 2 has a power factor correction circuit 11. The operating device 2 has a control device 14. The power factor correction circuit 11 provides a voltage Vbus, which is also referred to as a bus voltage, for downstream components of the operating device 2. Another voltage conversion and / or dimming functions can be achieved, for example, via a converter 12, which can be designed as a resonant converter. The converter 12 may include a transformer or other converter to achieve galvanic isolation between a SELV side and a non-SELV side of the operating device. The rectifier 10 can be connected to an AC voltage, in particular to a mains voltage, possibly via a high-frequency filter. The power factor correction circuit 11 may receive a rectified AC voltage from the rectifier 10 as an input voltage. The power factor correction circuit 11 performs smoothing functions and generates a DC voltage Vbus provided to the converter 12. However, the voltage generated by the power factor correction circuit 11, which is used as the supply voltage for the converter 12, still has voltage ripples, ie, has a ripple.
Die Funktionsweise des Betriebsgeräts 2 und insbesondere der Steuereinrichtung 14 wird unter Bezugnahme auf FIG. 2-6 ausführlicher beschrieben. Allgemein kann die Steuereinrichtung 14 die Leistungsfaktorkorrekturschaitung 11 und/oder den Wandler 12 abhängig von einer Last 3 am Ausgang des Wand- lers 12 und/oder abhängig von der Ausgangsleistung des Betriebsgeräts steuern. Die Steuereinrichtung 14 ist eingerichtet, um die Last 3 abhängig von einer Auswertung, insbesondere der Spitze-Spitze-Spannung von Spannungsrtppeln der Spannung Vbus zu erkennen, die die Leistungsfaktorkorrekturschaitung 11 an den Wandler 12 bereitstellt. Die Steuereinrichtung 14 kann den Betrieb des Betriebsgeräts abhängig von der erkannten Last steuern. Beispielhaft für die Erkennung der Last ist die automatische Erkennung einer Anzahl von LEDs oder die anderweitige automatische Erkennung von Eigenschaften des Leuchtmittels 3. FIG. 2 ist ein Schaltbild des Betriebsgeräts 2 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Betriebsgerät 2 weist allgemein einen Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20, einen der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 nachgeschalteten Wandler 30 und die Steuereinrichtung 14 auf. Der Wandler 30 kann insbesondere als Resonanzwandler ausgestaltet sein. Einem Eingang 19 der Leistungsfaktorkor- rekturschaltung 20 kann eine gleichgerichtete Wechselspannung als Eingangsspannung Vin zugeführt werden. Die gleichgerichtete Wechselspannung muss nicht die Eingansspannung des Betriebsgeräts 2 sein. Beispielsweise kann ein Gleichrichter 10 vorgesehen sein, der eine Netzspannung gleichrichtet und als Eingangsspannung Vin an die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 bereitsteilt. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann die Topologie eines Boost- Konverters aufweisen. The operation of the operating device 2 and in particular of the control device 14 will be described with reference to FIG. 2-6 described in more detail. In general, the control device 14 can control the power factor correction circuit 11 and / or the converter 12 as a function of a load 3 at the output of the converter 12 and / or depending on the output power of the operating device. The control device 14 is set up to detect the load 3 as a function of an evaluation, in particular the peak-to-peak voltage of voltage pulses of the voltage Vbus which the power factor correction circuit 11 provides to the converter 12. The controller 14 may control the operation of the operating device depending on the detected load. Exemplary for the detection of the load is the automatic detection of a number of LEDs or the other automatic detection of properties of the light source 3. FIG. 2 is a circuit diagram of the operating device 2 according to one embodiment. The operating device 2 generally has a power factor correction circuit 20, a power factor correction circuit 20 downstream converter 30 and the control device 14 on. The converter 30 can be configured in particular as a resonant converter. An input 19 of the power factor correction circuit 20 can be supplied with a rectified AC voltage as the input voltage Vin. The rectified AC voltage need not be the input voltage of the operating device 2. For example, a rectifier 10 may be provided which rectifies a mains voltage and provides as an input voltage Vin to the power factor correction circuit 20. The power factor correction circuit may include the topology of a boost converter.
Die gleichgerichtete Wechselspannung Vin wird einer Induktivität oder Spule 21 zugeführt. Die Induktivität 21 ist mit einer Diode 22 zwischen den Eingangsan- schluss und einen Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 in Serie geschaltet. Der Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 ist mit einem Eingang des Wandlers 30 verbunden und steiit die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 erzeugte Spannung Vbus als Versorgungsspannung für den Wandler 30 bereit. The rectified AC voltage Vin is supplied to an inductance or coil 21. The inductance 21 is connected in series with a diode 22 between the input terminal and an output of the power factor correction circuit 20. The output of the power factor correction circuit 20 is connected to an input of the converter 30 and provides the voltage Vbus generated by the power factor correction circuit 20 as the supply voltage to the converter 30.
Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 weist einen Ladekondensator 23 am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 auf. An die Verbindung zwischen der Induktivität 21 und der Diode 22 ist ein steuerbarer elektronischer Schafter 24, der ein Leistungsschalter ist und der beispielsweise als Feldeffekttransistor (FET), insbesondere als OSFET, ausgebildet sein kann, angeschlossen. Der Schalter 24 kann über einen (nicht dargestellten) Shunt- Widerstand mit Masse verbunden sein. Der Schalter 24 wird von der Steuereinrichtung 14 des Betriebsgeräts 2 in den Ein-Zustand und den Aus-Zustand ge- schaltet. Die Steuereinrichtung 14 weist einen entsprechenden Ausgang 52 zum Aussteuern eines PFC-Steuersignals auf, mit dem beispielsweise die Gatespannung des Schalters 24 kontrolliert werden kann. The power factor correction circuit 20 has a charging capacitor 23 at the output of the power factor correction circuit 20. To the connection between the inductor 21 and the diode 22 is a controllable electronic Schafter 24, which is a circuit breaker and, for example, as a field effect transistor (FET), in particular as OSFET, may be formed connected. The switch 24 may be connected to ground via a shunt resistor (not shown). The switch 24 is switched by the control device 14 of the operating device 2 in the on state and the off state. The control device 14 has a corresponding output 52 for controlling a PFC control signal, with which, for example, the gate voltage of the switch 24 can be controlled.
Im eingeschalteten Zustand des Schalters 24 ist die Induktivität 21 über den Schalter 24 mit Masse verbunden, wobei die Diode 22 sperrt, so dass die Induktivität 21 aufgeladen und Energie in der Induktivität 21 gespeichert wird. Ist hingegen der Schalter 24 ausgeschaltet, d.h. offen, ist die Diode 22 leitend, so dass sich die Induktivität 21 über die Diode 22 in den Ladekondensator 23 entladen kann und die in der Induktivität 21 gespeicherte Energie in den Ladekon- densator 23 übertragen wird. When the switch 24 is switched on, the inductance 21 is connected to ground via the switch 24, the diode 22 blocking, so that the inductance 21 is charged and energy is stored in the inductance 21. On the other hand, if the switch 24 is turned off, i. open, the diode 22 is conductive, so that the inductor 21 can discharge via the diode 22 in the charging capacitor 23 and the energy stored in the inductor 21 is transferred to the charging capacitor 23 capacitor.
Der Schalter 24 wird von der Steuereinrichtung 14 angesteuert, die in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere als ASIC, ausgestaltet sein kann. Die Leistungsfaktorkorrektur wird durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des Schalters 24 erzielt, wobei die Schaltfrequenz für den Schalter 24 viel größer als die Frequenz der gleichgerichteten Wechselspannung Vin ist. The switch 24 is driven by the control device 14, which may be configured in the form of an integrated circuit, in particular as an ASIC. Power factor correction is performed by repeatedly turning the power on and off Switch 24 achieved, wherein the switching frequency for the switch 24 is much larger than the frequency of the rectified AC voltage Vin.
Der Wandier 30 empfängt die Versorgungsspannung Vbus, die von der Leis- tungsfaktorkorrekturschaltung 20 am Ausgang der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 bereitgestellt wird. Der Wandler 30 kann ein Elektrolyt umfassen, um eine galvanische Trennung zwischen einer Nicht-SELV-Seite des Betriebsgeräts 2 und einer SELV-Seite des Betriebsgeräts 2 zu erreichen. Eine entsprechende Potentialbarriere 49 bzw. SELV-Barriere 49 trennt die Nicht-SELV- Seite des Betriebsgeräts 2 von der SELV-Seite des Betriebsgeräts 2. The Wandier 30 receives the supply voltage Vbus, which is provided by the power factor correction circuit 20 at the output of the power factor correction circuit 20. The transducer 30 may include an electrolyte to achieve electrical isolation between a non-SELV side of the driver 2 and a SELV side of the driver 2. A corresponding potential barrier 49 or SELV barrier 49 separates the non-SELV side of the operating device 2 from the SELV side of the operating device 2.
Der Wandler 30 weist einen Transformator mit einer Primärspule 34 und einer Sekundärspule 36 auf. Der Wandier 30 kann als LLC-Resonanzwandler mit Halbbrückenansteuerung ausgestaltet sein, der einen LLC-Resonanzkreis um- fasst. Die Primärspuie 34 des Transformators kann auch als eine der Induktivitäten des LLC-Resonanzkreises wirken. Der LLC-Resonanzkreis umfasst eine weitere Induktivität 33 und eine Kapazität 35. Der LLC-Resonanzkreis mit den Induktivitäten 33, 34 und der Kapazität 35 kann ais Serienresonanzkreis ausgestaltet sein. Die kleinere Induktivität 33 des LLC-Resonanzkreis kann auch in den Transformator integriert sein und kann beispielsweise eine Streuinduktivität der Primärspule 34 sein. The converter 30 has a transformer with a primary coil 34 and a secondary coil 36. The wander 30 may be configured as a half-bridge drive LLC resonant converter that includes an LLC resonant circuit. The primary winding 34 of the transformer may also act as one of the inductors of the LLC resonant circuit. The LLC resonant circuit includes another inductor 33 and a capacitor 35. The LLC resonant circuit with the inductors 33, 34 and the capacitor 35 may be configured as a series resonant circuit. The smaller inductance 33 of the LLC resonant circuit may also be integrated into the transformer and may be, for example, a leakage inductance of the primary coil 34.
Der Wandler 30 wird im Betrieb primärseitig durch getaktetes Schaltern von Schaltern 31 , 32 einer Halbbrücke gesteuert. Die Schalter 31 , 32 können als Feldeffekttransistoren (FETs), insbesondere als MOSFETs ausgestaltet sein. Die Steuereinrichtung 14 kann ein wechselseitig getaktetes Schalten der Schalter 31 , 32 bewirken. Die Ansteuerung der Schalter erfolgt so, dass jeweils maximal einer der Schalter 31 , 32 leitend geschaltet ist. Die Steuereinrichtung 14 kann die Halbbrücke mit den Schalter 31 , 32 in unterschiedlichen Betriebsmodi ansteuern. In einem ersten Betriebsmodus kann eine Schaltfrequenz der Schalter 31 , 32 relativ zu einer Resonanzfrequenz des LLC-Resonanzkreises geändert werden, um Amplitudendimmen zu erreichen. In einem zweiten Betriebsmodus kann die Halbbrücke so gesteuert werden, dass ein gepulster Betrieb des Wandlers 30 resultiert. Dazu können beide Schalter 3 , 32 über eine be- stimmte Zeitdauer in den Aus-Zustand geschaltet werden. Die entsprechende Wahl des Betriebsmodus und/oder von Betriebsparametern kann die Steuereinrichtung 14 automatisch basierend auf einer erkannten Last 3 am Ausgang 41 und/oder basierend auf einer erkannten Ausgangsleistung am Ausgang 41 des Betriebsgeräts 2 vornehmen. Die Erkennung erfolgt beispielsweise basierend auf einer Spitze-Spitze-Spannung von Spannungsrippeln, wie noch ausführlicher beschrieben wird. Die Steuereinrichtung 14 ist zum Erzeugen von Steuersignalen eingerichtet, die über einen mit dem ersten Schalter 31 gekoppelten ersten Ausgang 53 und einen mit dem zweiten Schalter 32 gekoppelten zwet- ten Ausgang 54 ausgesteuert werden können. During operation, the converter 30 is controlled on the primary side by clocked switching of switches 31, 32 of a half-bridge. The switches 31, 32 can be designed as field-effect transistors (FETs), in particular as MOSFETs. The control device 14 can effect a mutually clocked switching of the switches 31, 32. The control of the switch is such that in each case a maximum of one of the switches 31, 32 is turned on. The control device 14 can control the half bridge with the switches 31, 32 in different operating modes. In a first mode of operation, a switching frequency of the switches 31, 32 may be changed relative to a resonant frequency of the LLC resonant circuit to achieve amplitude dimming. In a second mode of operation, the half-bridge may be controlled to result in pulsed operation of the converter 30. For this purpose, both switches 3, 32 can be connected via a period of time switched to the off state. The corresponding selection of the operating mode and / or of operating parameters can be carried out automatically by the control device 14 based on a detected load 3 at the output 41 and / or based on a recognized output power at the output 41 of the operating device 2. For example, the detection is based on a peak-to-peak voltage of voltage ripples, as described in more detail below. The control device 14 is set up to generate control signals which can be controlled via a first output 53 coupled to the first switch 31 and a twelfth output 54 coupled to the second switch 32.
Der Wandler 30 weist eine Sekundärseite mit einer Sekundärspule 36 des Transformators auf. Die Sekundärseite kann einen Gleichrichter mit Dioden 37, 38 und einen Kondensator 39 am Ausgang des Gleichrichters aufweisen. Wei- terhin kann eine Induktivität 40 vor den Ausgang 41 des Wandlers 30 geschaltet sein. Die Induktivität 40 kann auch weggelassen werden, beispielsweise wenn der Wandler 30 als Konstantspannungsquelle betrieben wird. The converter 30 has a secondary side with a secondary coil 36 of the transformer. The secondary side may comprise a rectifier with diodes 37, 38 and a capacitor 39 at the output of the rectifier. Furthermore, an inductance 40 can be connected in front of the output 41 of the converter 30. The inductance 40 may also be omitted, for example when the converter 30 is operated as a constant voltage source.
Mit dem Ausgang 41 des Wandlers kann eine Last 3 gekoppelt und insbeson- dere leitend verbunden sein. Die Last 3 kann mehrere Leuchtdioden (LEDs) umfassen. Die Last 3, die ein Leuchtmittel ist, kann anorganische und/oder organische LEDs umfassen. Die LEDs können parallel geschaltet sein, wie schematisch in FIG. 2 dargestellt. Die LEDs können aber auch in Serie geschaltet sein, oder es kann eine Kombination von Serien- und Paralleischaltun- gen verwendet werden. A load 3 may be coupled to the output 41 of the converter and, in particular, may be conductively connected. The load 3 may comprise a plurality of light-emitting diodes (LEDs). The load 3, which is a luminous means, may comprise inorganic and / or organic LEDs. The LEDs may be connected in parallel, as shown schematically in FIG. 2 shown. The LEDs can also be connected in series, or a combination of series and parallel connections can be used.
Die Steuereinrichtung 14 ist eingerichtet, um die Last 3 oder eine Ausgangsleistung, die über den Ausgang 41 ausgegeben wird, automatisch zu erkennen. Dazu wird die zeitabhängige Spannung Vbus, die die Leistungsfaktorkorrektur- schaltung 20 an den Wandler 30 als Versorgungsspannung bereitstellt, ausgewertet, wie unter Bezugnahme auf FIG. 3-6 näher beschrieben wird. Die Steuereinrichtung 14 kann den Betrieb der Leistungsfaktorkorrekturschaitung 20 und/oder des Wandlers 30 automatisch abhängig von der erkannten Last an unterschiedliche Betriebsmodi und/oder Betriebsparameter anpassen. Dazu wird der Steuereinrichtung 14 eine Messgröße zugeführt, mit der die Steuereinrichtung 14 die Spannung Vbus erfassen kann. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 14 über einen Spannungsteiler mit Widerständen 26, 27 die Spannung Vbus zeitaufgelöst erfassen, die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 als Versorgungsspannung an den Wandler 30 bereitgestellt wird. Es kann eine A/D-Wandlung erfolgen, bevor die entsprechende Messgröße einem Eingang 51 der Steuereinrichtung 14 zugeführt wird. Die Welligkeit bzw. Spannungsrippel in der Spannung Vbus, die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 bereitgestellt wird, kann ausgedrückt werden als The controller 14 is configured to automatically detect the load 3 or an output power output via the output 41. For this purpose, the time-dependent voltage Vbus, which provides the power factor correction circuit 20 to the converter 30 as the supply voltage, is evaluated, as described with reference to FIG. 3-6 is described in more detail. The controller 14 may automatically adjust the operation of the power factor correction circuit 20 and / or the converter 30 to different operating modes and / or operating parameters depending on the detected load. For this purpose, the control device 14 is supplied with a measured variable with which the control device 14 can detect the voltage Vbus. By way of example, the control device 14 can detect the voltage Vbus in a time-resolved manner via a voltage divider with resistors 26, 27, which voltage is supplied as a supply voltage to the converter 30 by the power factor correction circuit 20. An A / D conversion can take place before the corresponding measured variable is fed to an input 51 of the control device 14. The ripple in the voltage Vbus provided by the power factor correction circuit 20 can be expressed as
V(t)=~ )i(t) dt + V(tO). (1 ) V (t) = ~) i (t) dt + V (t0). (1 )
Hierbei ist i(t) ein zeitlich oszillierender Ladestrom des Ladekondensators und C die Kapazität des Ladekondensators. Die Spannungsrippel, die durch den ersten Term auf der rechten Seite von Gleichung (1 ) hervorgerufen werden, weisen eine Spitze-Spitze-Spannung auf, die abhängig von der Last 3 am Ausgang 41 des Wandlers 30, auch wenn der Ausgang 41 galvanisch von dem Messpunkt getrennt ist, an dem die Spannung Vbus für die Steuereinrichtung 14 erfasst wird. Nach Here, i (t) is a time-oscillating charging current of the charging capacitor and C is the capacity of the charging capacitor. The voltage ripples, which are caused by the first term on the right side of equation (1), have a peak-to-peak voltage which depends on the load 3 at the output 41 of the converter 30, even if the output 41 is galvanically grounded Measuring point is separated, at which the voltage Vbus for the control device 14 is detected. To
p=Vi=i2R=V2/R (2) ist die Ausgangsleistung am Ausgang 41 von der Last R abhängig. Entsprechend kann beispielsweise eine Verringerung des Ausgangsstroms zu einer Verringerung der Spitze-Spitze-Spannung der Spannungsrippel führen. p = Vi = i 2 R = V 2 / R (2), the output power at the output 41 is dependent on the load R. Accordingly, for example, a reduction in the output current may result in a reduction in the peak-to-peak voltage of the voltage ripple.
FIG. 3 veranschaulicht für die in FIG. 2 dargestellte Schaltung die Abhängigkeit der Spitze-Spitze-Spannung der Spannungsrippel von der Last. Bei der dargestellten Abhängigkeit ändert sich die Last um mehr als einen Faktor von zehn. Beispielhaft für eine derartige Änderung der Last ist die Änderung der Anzahl von LEDs, die von dem Betriebsgerät mit Energie versorgt werden. Eine Änderung der Anzahl von LEDs kann auch im Betrieb auftreten, beispielsweise aufgrund eines Ausfalls von LEDs. Die Änderung der Last führt zu einer Änderung der Spitze-Spitze-Spannung der Spannungsrippel in der Spannung Vbus, die die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 bereitsteilt Die in FIG. 3 dargestellte Spitze-Spitze-Spannung 70 kann beispielsweise als Differenz zwischen Maximum und Minimum der Spannung Vbus in einer Periode, d.h. als Spannungsdifferenz erfasst werden. FIG. Figure 3 illustrates for the in FIG. 2 shows the dependence of the peak-to-peak voltage of the voltage ripple on the load. In the illustrated dependency, the load changes by more than a factor of ten. Exemplary of such a change in load is the change in the number of LEDs energized by the operating equipment. A change in the number of LEDs can also occur during operation, for example due to a failure of LEDs. The change in load results in a change in the peak-to-peak voltage of the voltage ripple in the voltage Vbus provided by the power factor correction circuit 20. For example, the peak-to-peak voltage 70 illustrated in FIG. 3 may be detected as the difference between the maximum and minimum of the voltage Vbus in a period, that is, as a voltage difference.
Diese Lastabhängigkeit der Spitze-Spitze-Spannung 70 der Spannungsrippel in der Spannung Vbus erlaubt die Erkennung der Last und/oder Ausgangsleistung basierend auf einer Auswertung der Spannungsrippel und insbesondere basierend auf dessen Spannungsdifferenz zwischen Minimum und Maximum der Spannung Vbus. This load dependency of the peak-to-peak voltage 70 of the voltage ripple in voltage Vbus allows the detection of the load and / or output power based on an evaluation of the voltage ripple and in particular based on its voltage difference between minimum and maximum voltage Vbus.
Eine Kennlinie, wie sie beispielhaft in FIG. 3 dargestellt ist und die die Last in Beziehung zur Spitze-Spitze-Spannung der Spannungsrippel setzt, kann von der Steuereinrichtung 14 zur Lasterkennung verwendet werden. Dazu kann beispielsweise ein entsprechendes Kennfeld verwendet werden. A characteristic as shown by way of example in FIG. 3, which sets the load in relation to the peak-to-peak voltage of the voltage ripple, may be used by the load sensing controller 14. For this purpose, for example, a corresponding map can be used.
FIG. 4 illustriert die Bestimmung der Spitze-Spitze-Spannung 70 der Spannungsrippel. Die gleichgerichtete Wechselspannung 61 wird der Leistungsfak- torkorrekturschaltung 20 zugeführt. Eine Periode der nicht gleichgerichteten Wechseispannung entspricht zwei Perioden 62 der gleichgerichteten Wechselspannung 61. Während eines Zeitfensters, dessen Länge gleich oder größer der Periode 62 der gleichgerichteten Wechselspannung ist, kann die Spannung Vbus, die die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 bereitstellt, abgetastet wer- den. Die resultierenden Abtastwerte 65, 66, 67, 68 können ausgewertet werden, um eine Spitze-Spitze-Spannung 70 der Spannungsrippel 64 zu bestimmen. FIG. 4 illustrates the determination of the peak-to-peak voltage 70 of the voltage ripple. The rectified AC voltage 61 is supplied to the power factor correction circuit 20. One period of the non-rectified AC voltage corresponds to two periods 62 of the rectified AC voltage 61. During a time window whose length is equal to or greater than the period 62 of the rectified AC voltage, the voltage Vbus provided by the PF correction circuit 20 can be sampled. The resulting samples 65, 66, 67, 68 may be evaluated to determine a peak-to-peak voltage 70 of the voltage ripple 64.
Verschiedene Auswertungen können vorgenommen werden. Bei einer Ausges- taltung bestimmt die Steuereinrichtung 14 ein Maximum 68 und ein Minimum 67 der Abtastwerte, die während der Periode 62 auftreten. Eine Differenz zwischen dem Maximum 68 und dem Minimum 67 kann als Maß für die Spitze- Spitze-Spannung der Spannungsrippel verwendet werden. Komplexere Verarbeitungstechniken sind möglich. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung eine Sinuskurve an die Abtastwerte 65, 66, 67, 68 anfitten, um die Amplitude als einen der beiden Fätparameter zu bestimmen. Das folgende Beispiel veranschaulicht die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 14 bei der Lasterkennung. Eine Messgröfie, die die Spannung Vbus repräsentiert, wird von der Steuereinrichtung 14 an einem Eingang empfangen oder an einem Messpunkt erfasst. Eine A/D-Wandlung kann vorgenommen werden. Basierend auf Abtastwerten kann eine automatische Amplitudener- kennung durchgeführt werden. Dabei wird die Amplitude der Spannungsrippei ermittelt. Die ermittelte Amplitude kann verwendet werden, um die Last zu erkennen. Die Last kann beispielsweise durch eine Tabelienabfrage ermittelt werden. Ein Kennfeld kann verwendet werden, um basierend auf der Amplitude die Last und/oder Ausgangsleistung zu bestimmen. Alternativ ist auch eine rechnerische Ermittlung bspw. anhand eines Algorithmus anstelle der Tabelle möglich. Bei einer rechnerischen Ermittlung oder einer Tabellenabfrage kann auch eine Kompensation über die Alterung des Betriebsgeräts 2 berücksichtig werden. Es können beispielsweise unterschiedliche Tabellenwerte für unterschiedliche Altersstufen des Betriebsgeräts 2 vorliegen, die je nach der Aite- rung des Betriebsgeräts 2 verwendet werden. Alternativ kann auch ein Kompensationsfaktor, der sich über die Alterung des Betriebsgeräts 2 ändert, mit in der Berechung berücksichtigt werden. Bei der Alterung des Betriebsgeräts 2 kann beispielsweise die sich ändernde Kapazität des Ladekondensators 23 eine Rolle spielen, wobei diese Änderung kompensiert werden kann. Various evaluations can be made. In one embodiment, the controller 14 determines a maximum 68 and a minimum 67 of the samples that occur during the period 62. A difference between the maximum 68 and the minimum 67 may be used as a measure of the peak-to-peak voltage of the voltage ripple. More complex processing techniques are possible. For example, the controller may apply a sinusoid to the samples 65, 66, 67, 68 to determine the amplitude as one of the two parameters of the parameters. The following example illustrates the operation of the controller 14 in load detection. A variable representing the voltage Vbus is received by the controller 14 at an input or detected at a measurement point. An A / D conversion can be made. Based on samples an automatic amplitude detection can be performed. The amplitude of the Spannungsrippei is determined. The determined amplitude can be used to detect the load. The load can be determined, for example, by a table query. A map may be used to determine the load and / or output power based on the amplitude. Alternatively, a computational determination, for example, based on an algorithm instead of the table possible. In a computational determination or a table query and compensation for the aging of the operating device 2 can be considered. For example, there may be different table values for different age levels of the operating device 2, which are used depending on the Aiter- tion of the operating device 2. Alternatively, a compensation factor that changes over the aging of the operating device 2 can also be taken into account in the calculation. During the aging of the operating device 2, for example, the changing capacity of the charging capacitor 23 may play a role, this change can be compensated.
Die Steuereinrichtung 14 des Betriebsgeräts 2 kann weitere Funktionen ausführen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 14 des Betriebsgeräts 2 abhängig von der erkannten Last, d.h. abhängig von der ermittelten Spitze-Spitze- Spannung der Busspannung Vbus, automatisch einen Betriebsmodus der Leis- tungsfaktorkorrekturschaltung 20, Betriebsparameter der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20, einen Betriebsmodus des Wandlers 30 und/oder Betriebsparameter des Wandlers 30 festlegen. The control device 14 of the operating device 2 can perform other functions. In particular, the control device 14 of the operating device 2 may depend on the detected load, i. depending on the determined peak-to-peak voltage of the bus voltage Vbus, automatically determine an operating mode of the power factor correction circuit 20, operating parameters of the power factor correction circuit 20, an operating mode of the converter 30 and / or operating parameters of the converter 30.
FIG. 5 zeigt die Funktionsweise der Steuereinrichtung 14 nach einem Ausfüh- rungsbeispiei in einer Funktionsblockdarstellung. FIG. 5 shows the mode of operation of the control device 14 according to an embodiment. tion example in a function block representation.
Die Steuereinrichtung 14 kann eine Logik 81 zur Ermittlung der Spitze-Spitze- Spannung der Spannungsrippel in der Spannung Vbus, die die Leistungsfak- torkorrekturschaltung 20 bereitstellt, aufweisen. Die Logik 81 kann ein Kennfeld verwenden, um eine Last zu ermitteln. Basierend auf der Last am Ausgang des Wandlers können verschiedene Funktionen angepasst werden. The control device 14 may have a logic 81 for determining the peak-to-peak voltage of the voltage ripple in the voltage Vbus that the power factor correction circuit 20 provides. The logic 81 may use a map to determine a load. Various functions can be adjusted based on the load at the output of the converter.
Die Steuereinrichtung 14 kann eine Funktion 82 zur Auswahl eines Betriebsmodus der Leistungsfaktorkorrekturschaltung aufweisen. Die Funktion 82 kann automatisch einen Betriebsmodus für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 abhängig von der erkannten Last auswählen. Die Funktion 82 kann abhängig von der erkannten Last auswählen, ob die Leistungsfaktorkorrekturschaltung in einem DCM ("Discontinuous Conduction Mode")-Betrieb oder im Grenzbereich zwischen kontinuierlichem und kontinuierlichem Strom durch die Induktivität, d.h. im BCM ("Borderline Conduction Mode" oder "Boundary Conduction Mode")-Betrieb betrieben werden soll. Falls andere Betriebsmodi für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 verfügbar sind, kann die Funktion 82 entsprechend einen der Betriebsmodi auswählen, beispielsweise einen CCM ("Conti- nuous Conduction Mode")-Betriebsmodus. The controller 14 may include a function 82 for selecting an operating mode of the power factor correction circuit. The function 82 may automatically select an operating mode for the power factor correction circuit 20 depending on the detected load. The function 82 may select, depending on the detected load, whether the power factor correction circuit is in a DCM ("Discontinuous Conduction Mode") mode or in the border region between continuous and continuous current through the inductance, i. in BCM (Borderline Conduction Mode or Boundary Conduction Mode) operation. If other operating modes are available for the power factor correction circuit 20, the function 82 may accordingly select one of the operating modes, for example, a continuous conduction mode (CCM) mode of operation.
Die Funktion 82 kann auch Betriebsparameter für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung abhängig von der erkannten Last auswählen. Beispielweise kann die Steuereinrichtung die Ein-Zeit (,,Ton"-Zeit) des Leistungsschalters 24 der Leis- tungsfaktorkorrekturschaltung 20 im BC -Betrieb abhängig von der erkannten Last einstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung die Wartezeit oder Mindestwartezeit vor dem Einschalten des Leistungsschalters 24 der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 im DCM-Betrieb abhängig von der erkannten Last einstellen. The function 82 may also select operating parameters for the power factor correction circuit depending on the detected load. For example, the controller may set the on time ("tone" time) of the power factor correction circuit 20 of the power factor correction circuit 20 in BC operation depending on the detected load Alternatively or additionally, the controller may set the wait time or minimum wait time before turning on the power switch 24 of the power factor correction circuit 20 in DCM operation depending on the detected load set.
Die Steuereinrichtung 14 kann eine Funktion 85 zur Halbbrückenansteuerung des Wandlers 30 aufweisen. Die Funktion 85 kann abhängig von der erkannten Last auswählen, ob der Wandler 30 in einem gepulsten Betrieb betrieben werden soll, in dem eine Halbbrücke oder Vollbrücke des Wandlers für ein be- stimmtes Zeitinterval! ausgeschaltet wird, oder ob der Wandler 30 in einem kontinuierlichen Betrieb betrieben werden soll, beispielsweise für Amplitudendimmen. Die Funktion 85 kann abhängig von der erkannten Last Betriebsparameter für den Wandler automatisch festlegen, beispielsweise eine Schaltfre- quenz der Schalter 31 , 32 der Halbbrücke des Wandlers 30. The control device 14 may have a function 85 for half-bridge control of the converter 30. The function 85 may select, depending on the detected load, whether the converter 30 is to be operated in a pulsed mode in which a half bridge or full bridge of the converter for a correct time interval! is turned off, or whether the converter 30 is to be operated in a continuous operation, for example, for amplitude dimming. The function 85 can automatically set operating parameters for the converter depending on the detected load, for example a switching frequency of the switches 31, 32 of the half-bridge of the converter 30.
Die Steuereinrichtung 14 kann weitere Funktionen aufweisen, beispielsweise eine Funktion 83 zur Unterdrückung von iastabhängigen Farbfehlern und/oder eine Funktion 84 zur iastabhängigen Anpassung einer Intensitätssteuerung oder intensitätsregelung der von dem Leuchtmittel 3 ausgegebenen Lichts. Weitere Funktionen zur iastabhängigen Steuerung und/oder Regelung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 und/oder des Wandlers 30 können realisiert werden. Die Steuereinrichtung 14 kann ausgestaltet sein, um die verschiedenen Funktionen zur Anpassung des Betriebs des Betriebsgeräts an die erkannte Last und/oder Ausgangsleistung kennfeld basiert anzupassen. Dazu können beispielsweise weitere Kennfelder vorgesehen sein, die Betriebsmodi und/oder Betriebsparameter für den Betrieb des Betriebsgeräts 2 als Funktion der Last angeben. Das Kennfeld, das die Spitze-Spitze-Spannung der Spannungsrippel zur Last in Beziehung setzt, und die Kennfelder, die die Last in Beziehung zu Betriebsparametern setzen, können auch kombiniert ausgeführt sein. The control device 14 may have further functions, for example a function 83 for suppressing iast-dependent chromatic aberrations and / or a function 84 for the iast-dependent adaptation of an intensity control or intensity control of the light emitted by the luminous means 3. Other functions for the iast-dependent control and / or regulation of the power factor correction circuit 20 and / or the converter 30 can be realized. The controller 14 may be configured to map based on the various functions for adapting the operation of the operating device based on the detected load and / or output power. For this purpose, for example, further maps may be provided which indicate operating modes and / or operating parameters for the operation of the operating device 2 as a function of the load. The map that relates the peak-to-peak voltage of the voltage ripple to the load and the maps that relate the load to operating parameters may also be combined.
Während Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrie- ben wurden, können Abwandlungen bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert werden. Während beispielsweise ein Betriebsgerät detailliert beschrieben wurde, das als Konstantstromqueile arbeiten kann, kann das Betriebsgerät auch als Konstantspannungsquelie ausgestaltet sein. Während eine Erkennung der Spitze-Spitze-Spannung von Spannungsrippeln durch Differenzbildung beschrieben wurde, können auch andere Techniken eingesetzt werden, beispielsweise die Bestimmung der Spitze-Spitze- Spannung der Spannungsrippel als ein Fitparameter aus einem Fit oder durch Auswertung der Amplitude der Spannung oder der Spannungsrippel. Anstelle von oder zusätzlich zur Verwendung von Kennfeldern kann die Bestimmung der Last und/oder Ausgangsleistung aus einer Spitze-Spitze- Spannung von Spannungsrippein auch durch rechnerische Auswertung einer Funktion erfolgen. While embodiments have been described with reference to the figures, modifications may be made in other embodiments. For example, while an operating device has been described in detail that can work as a constant current source, the operating device can also be designed as a constant voltage source. While differential peaking detection of peak-to-peak voltage of voltage ripples has been described, other techniques may be used, such as determining the peak-to-peak voltage of the voltage ripple as a fit parameter from a fit or by evaluating the amplitude of the voltage or voltage ripple , Instead of or in addition to the use of maps, the determination of the load and / or output power from a peak-to-peak voltage of Spannungsrippein can also be done by arithmetic evaluation of a function.
Induktivitäten und Kapazitäten der Leistungsfaktorkorrekturschaltung und/oder des Wandlers können als separate induktive bzw. kapazitive Elemente ausgestaltet sein. Gerade kleinere Induktivitäten und Kapazitäten der Leistungsfaktor- korrekturschaitung und/oder des Wandlers können auch parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten sein. Inductances and capacitances of the power factor correction circuit and / or of the converter can be designed as separate inductive or capacitive elements. Especially smaller inductors and capacities of the power factor correction circuit and / or the converter can also be parasitic inductances and capacitances.
Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, beispielsweise bei einem elektronischen Vor- schaltgerät oder bei einem LED-Konverter, verwendet werden. Methods and devices according to embodiments can be used in operating devices for lighting, for example, in an electronic ballast or an LED converter.

Claims

P AT E N T A S P R Ü C H E 1 . Betriebsgerät (2) für ein Leuchtmittel (3), umfassend: P AT E N T A S P R E C H E 1. Operating device (2) for a light source (3), comprising:
eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20), a power factor correction circuit (20),
einen Wandler (30), der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) verbunden ist und einen Ausgang (41 ) zur Energieversorgung des Leuchtmittels (3) aufweist, und a converter (30) connected to the power factor correction circuit (20) and having an output (41) for energizing the lighting means (3), and
eine Steuereinrichtung (14) mit einem Eingang (51 ) zum Erfassen einer von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) an den Wandler (30) bereitgestellten Spannung (Vbus), wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um eine Auswertung von Spannungsrippeln (64) der Spannung (Vbus) durchzuführen und um basierend auf der Auswertung eine mit dem Ausgang (41 ) des Wand- lers (30) verbundene Last (3) und/oder eine Ausgangsleistung des Wandlers (30) zu bestimmen. a control device (14) having an input (51) for detecting a voltage (Vbus) provided by the power factor correction circuit (20) to the converter (30), the control device (14) being arranged to provide an evaluation of voltage ripples (64) Perform voltage (Vbus) and to determine based on the evaluation of a connected to the output (41) of the converter (30) load (3) and / or an output power of the converter (30).
2. Betriebsgerät (2) nach Anspruch 1 , 2. operating device (2) according to claim 1,
wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um während eines Zeitinter- valls (62) Abtastwerte (65, 66, 68, 69) der Spannung (Vbus) zu ermitteln. wherein the control device (14) is set up to determine samples (65, 66, 68, 69) of the voltage (Vbus) during a time interval (62).
3. Betriebsgerät (2) nach Anspruch 2, umfassend 3. Operating device (2) according to claim 2, comprising
einen Gleichrichter (10), der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) gekoppelt und eingerichtet ist, um eine Wechselspannung gleichzurichten, wobei das Zeitintervaii wenigstens eine Periode (62) der Wechselspannung umfasst. a rectifier (10) coupled to the power factor correction circuit (20) and arranged to rectify an AC voltage, the time interval including at least one period (62) of the AC voltage.
4. Betriebsgerät (2) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, 4. operating device (2) according to claim 2 or claim 3,
wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, dass die Auswerung basie- rend auf einer Spitze-Spitze-Spannung (70) zwischen einem während des Zeitintervalls (62) erfassten maximalen Abtastwert (68) und einem während des Zeitintervalls (62) erfassten minimalen Abtastwert (67) zu bestimmen. wherein the controller (14) is arranged to determine the evaluation based on a peak-to-peak voltage (70) between a maximum sample (68) detected during the time interval (62) and a minimum sample acquired during the time interval (62) (67).
5. Betriebsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um durch eine Tabellenabfrage basierend auf der Spitze-Spitze-Spannung (70) die mit dem Ausgang (41) des Wandlers (30) verbundene Last (3) zu bestimmen. 5. Operating device (2) according to one of the preceding claims, wherein the control device (14) is adapted to by a table query based on the peak-to-peak voltage (70) connected to the output (41) of the converter (30) load (3) to determine.
6. Betriebsgerät (2) nach Anspruch 5, 6. operating device (2) according to claim 5,
wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um durch die Tabellenabfrage eine Anzahl von mit dem Ausgang (41 ) des Wandlers (30) verbundenen Leuchtdioden zu ermitteln. wherein the control device (14) is arranged to use the table query to determine a number of light-emitting diodes connected to the output (41) of the converter (30).
7. Betriebsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgang (41 ) des Wandlers (30) galvanisch von einem Eingang des Wandlers (30), der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) verbunden ist, getrennt ist. 7. Operating device (2) according to one of the preceding claims, wherein the output (41) of the converter (30) is galvanically isolated from an input of the converter (30) which is connected to the power factor correction circuit (20).
8. Betriebsgerät (2) nach Anspruch 7, 8. operating device (2) according to claim 7,
wobei der Wandler (30) als LLC-Resonanzwandler (30) ausgestaltet ist. wherein the transducer (30) is configured as an LLC resonant converter (30).
9. Betriebsgerät (2) nach Anspruch 8, 9. operating device (2) according to claim 8,
wobei die Steuereinrichtung (14) für eine Halbbrückenansteuerung des LLC- Resonanzwandlers (30) eingerichtet ist, wherein the control means (14) is arranged for a half bridge drive of the LLC resonant converter (30),
wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um die Halbbrückenansteuerung abhängig von der Last (3) und/oder der Ausgangsleistung anzupassen. wherein the control means (14) is arranged to adjust the half-bridge drive depending on the load (3) and / or the output power.
10. Betriebsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um abhängig von der ermittelten Last (3) und/oder Ausgangsleistung die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) und/oder den Wandler (30) zu steuern, um einen von dem Leuchtmittel (3) abgegebenen Lichtstrom auf einen Sollwert einzustellen. 10. Operating device (2) according to one of the preceding claims, wherein the control device (14) is set up to control the power factor correction circuit (20) and / or the converter (30) as a function of the determined load (3) and / or output power, to set a luminous flux emitted by the luminous means (3) to a desired value.
11. Betriebsgerät (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches als LED-Konverter ausgestaltet ist. 11. Operating device (2) according to one of the preceding claims, which is designed as an LED converter.
12. Betriebsgerät (2) nach einem Ansprüche 1-10, 12. operating device (2) according to any one of claims 1-10,
welches als Vorschaitgerät für eine Entladungslampe ausgestaltet ist. which is designed as Vorschaitgerät for a discharge lamp.
13. Verfahren zum Betreiben eines Betriebsgeräts (2) für ein Leuchtmittel (3), wobei das Betriebsgerät (2) eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) und einen Wandler (30) umfasst, der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) verbunden ist und einen Ausgang (41 ) zur Energieversorgung des Leuchtmitteis (3) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: 13. A method for operating an operating device (2) for a luminous means (3), wherein the operating device (2) comprises a power factor correction circuit (20) and a converter (30) which is connected to the power factor correction circuit (20) and an output (41 ) for energizing the luminous means (3), the method comprising:
Erfassen einer von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) an den Wandler (30) bereitgestellten Spannung (Vbus), Detecting a voltage (Vbus) provided by the power factor correction circuit (20) to the converter (30),
Auswertung von Spannungsrippeln (64) der Spannung (Vbus) und  Evaluation of voltage ripples (64) of the voltage (Vbus) and
Bestimmen einer mit dem Ausgang (41 ) des Wandlers (30) verbundenen Last (3) und/oder einer Ausgangsleistung des Wandlers (30) basierend auf der Auswertung der Spannungsrippel. Determining a load (3) connected to the output (41) of the transducer (30) and / or an output power of the transducer (30) based on the evaluation of the voltage ripples.
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
das mit dem Betriebsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1-12 durchgeführt wird. which is performed with the operating device (2) according to one of claims 1-12.
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