DE102007057312A1 - Active power factor correction, for example in an LED converter - Google Patents

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DE102007057312A1
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Abstract

Eine Schaltung (30, 40) zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout), ausgehend von einer Netzspannung (Vin), wird vorgeschlagen, aufweisend - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) mit einer von der Netzspannung (Vin) versorgten Induktivität (L31) und einem steuerbaren Schalter (T31) zur Steuerung des Ladens und Entladens der Induktivität (L31) und - mindestens einen Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') zur galvanischen Trennung der Ausgangsspannung (Vout) zur Netzspannung (Vin), wobei beim Entladen der Induktivität (L31) dem Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') ein erster Teil der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt wird.A circuit (30, 40) for the isolated production of an output voltage (Vout), starting from a mains voltage (Vin), is proposed, comprising - a power factor correction circuit (31) with an inductance (L31) supplied by the mains voltage (Vin) and a controllable switch (T31) for controlling the charging and discharging of the inductance (L31) and - at least one potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 ') for galvanic isolation of the output voltage (Vout) to the mains voltage (Vin), wherein when discharging the inductance (L31) the potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 '), a first part of the energy stored by the inductance (L31) during charging is supplied directly.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (in englisch Power Factor Control oder PFC) und insbesondere auf eine Schaltung mit galvanisch getrennter Leistungsfaktorkorrektur. Das technische Anwendungsgebiet der Erfindung ist insbesondere das der Versorgung und Steuerung einer Lichtquelle mittels einer solchen Schaltung.The The present invention relates to active power factor correction (in English Power Factor Control or PFC) and in particular on a circuit with galvanically isolated power factor correction. The technical field of application of the invention is in particular the the supply and control of a light source by means of such a circuit.

Im Allgemeinen widerspiegelt der Leistungsfaktor die Stromentnahme eines elektrischen Geräts aus dem Stromnetz. Die Netzwechselspannung weist bekanntlich einen sinusförmigen Zeitverlauf auf und idealerweise sollte daher der vom Netz entnommene Strom ebenfalls einen sinusförmigen Zeitverlauf aufweisen. Dieser durch einen Leistungsfaktor von 1 gekennzeichnete Idealfall kommt aber nicht immer vor, vielmehr kann der Strom sogar erheblich von einer Sinus-Hüllkurve abweichen, wobei dann der Leistungsfaktor sinkt.in the Generally, the power factor reflects the current drain an electrical device from the mains. The AC line voltage points known to have a sinusoidal time course and ideally Therefore, the current drawn from the grid should also be sinusoidal Time course have. This one with a power factor of 1 However, the ideal case characterized does not always occur, but rather can the current even deviates significantly from a sinusoidal envelope, where then the power factor drops.

Bei einem Leistungsfaktor unter 1 ist also der entnommene Strom nicht sinusförmig, so dass Oberwellen im Netzstrom erzeugt werden. Diese unerwünschten Oberwellenströme im Versorgungsnetz werden bekanntermaßen mit Hilfe einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung verringert werden.at If the power factor is less than 1, the current removed is not sinusoidal, so that harmonics are generated in the mains current. These unwanted harmonic currents in the utility grid will be As is known, with the aid of a power factor correction circuit be reduced.

Um einen sinusförmigen und sich in Phase zur Netzwechselspannung befindenden Eingangsstrom zu erreichen, ist aus dem Stand der Technik beispielsweise die Benutzung einer in 1 gezeigten auf Aufwärtswandler-Topologie basierenden aktiven Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 20 bekannt. „Aktiv" daher, da ein Schalter aktiv durch Steuersignale von einer Steuereinheit ein- und ausgeschaltet wird.In order to achieve a sinusoidal and in phase to the mains AC voltage input current, for example, the use of a in. From the prior art 1 shown up-converter topology based active power factor correction circuit 20 known. "Active", therefore, because a switch is actively turned on and off by control signals from a control unit.

Dabei filtert ein Glättungskondensator C21 eine gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannung Vin, die mittels eines Spannungsteilers R21, R22 gemessen wird. Die Eingangs-Wechselspannung Vin wird einer Induktivität L21 zugeführt, wobei eine Sekundärwicklung L22 die Nulldurchgänge des Stroms durch die Induktivität L21 feststellt.there a smoothing capacitor C21 filters a rectified one Input AC voltage Vin, by means of a voltage divider R21, R22 is measured. The input AC voltage Vin becomes one Inductor L21 supplied, wherein a secondary winding L22 the zero crossings of the current through the inductance L21 determines.

Weiterhin ermöglicht ein Strommesswiderstand (Shunt) R23 in Serie zu dem Schalter, bspw. in der Source-Leitung eines Transistors T21, die Erfassung des Induktivitäts-Spitzenstroms, um einen evtl. Überstromzustand feststellen zu können. Parallel zu einem Ausgangskondensator C22 ist ein zweiter Spannungsteiler R24, R25 angeordnet, um die Bus-Gleichspannung Vbus zu messen und einen Überspannungszustand bspw. aufgrund von Lastsprüngen festzustellen.Farther enables a current measuring resistor (shunt) R23 in series to the switch, for example in the source line of a transistor T21, the detection of the peak inductor current to one possibly be able to determine overcurrent condition. Parallel to an output capacitor C22 is a second voltage divider R24, R25 arranged to measure the bus DC voltage Vbus and an overvoltage condition eg due to load jumps determine.

Diese vier Messungen werden mittels vier Messeingänge 21, 22, 23, 24 von einer Steuerschaltung 25 durchgeführt, wobei diese Steuerschaltung 25 abhängig von diesen Messungen den Transistor bzw. Schalter T21 derart steuert, dass die Bus-Spannung konstant bleibt und der Leistungsfaktor erhöht wird.These four measurements are made using four measuring inputs 21 . 22 . 23 . 24 from a control circuit 25 performed, this control circuit 25 depending on these measurements, the transistor or switch T21 is controlled such that the bus voltage remains constant and the power factor is increased.

Nachteilig ist es bei diesem Stand der Technik, dass die Schaltung 20 keine galvanisch getrennte Spannung liefern kann.It is disadvantageous in this prior art that the circuit 20 can not supply galvanically isolated voltage.

Die US 2007040516 A1 offenbart in diesem Zusammenhang eine Schaltung mit Leistungsfaktorkorrektur zur Umwandlung von Wechselspannung in galvanisch getrennter Gleichspannung. Nachdem ein Gleichrichter eine Netzspannung in eine gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannung umgewandelt hat, wird diese wiederum von einem Konverter 10 in eine zum Betrieb einer Lampe geeignete Gleichspannung umgewandelt.The US 2007040516 A1 discloses in this context a circuit with power factor correction for the conversion of alternating voltage in galvanically isolated DC voltage. After a rectifier has converted a mains voltage into a rectified input AC voltage, this in turn is converted by a converter 10 converted into a DC voltage suitable for operating a lamp.

Der in 2 gezeigte Konverter 10 zur Erzeugung der Ausgangs-Gleichspannung Vout ist ein Halbbrücken-Konverter, der aus einem Gegentaktwandler 11 und einer Ausgangsstufe 12 zur Energiespeicherung und Tiefpassfilterung besteht.The in 2 shown converter 10 for generating the DC output voltage Vout is a half-bridge converter, which consists of a push-pull converter 11 and an output stage 12 for energy storage and low pass filtering exists.

Dem Konverter 10 ist eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (nicht gezeigt) vorgeschaltet, welche als aktive Leistungsfaktorkorrektur für eine nahezu sinusförmige Stromaufnahme aus dem Netz sorgt. Diese vorgeschaltete Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung liefert dem Konverter 10 eine hochtransformierte Bus-Gleichspannung Vin.The converter 10 is preceded by a power factor correction circuit (not shown), which provides as an active power factor correction for a nearly sinusoidal current consumption from the network. This upstream power factor correction circuit provides the converter 10 a step-up bus DC voltage Vin.

Der Gegentaktwandler bzw. die Halbbrücke 11 besteht aus zwei Transistoren T11, T12, wie beispielsweise zwei MOSFET Transistoren, die parallel zu zwei Kapazitäten C11, C12 geschaltet sind. Der Mittenpunkt der zwei in Serie geschalteten Transistoren T11, T12 ist derart mit der Primärseite n1 eines Transformators verbunden, dass eine Seite dieser primären Transformatorspule n1 abwechselnd gegen eine positive und negative Spannung geschaltet ist. Die andere Seite der primären Transformatorspule n2 wird durch den kapazitiven Spannungsteiler C11, C12 auf eine feste Spannung gehalten.The push-pull converter or half-bridge 11 consists of two transistors T11, T12, such as two MOSFET transistors connected in parallel with two capacitors C11, C12. The center point of the two series-connected transistors T11, T12 is connected to the primary side n1 of a transformer such that one side of this primary transformer coil n1 is alternately connected to a positive and negative voltage. The other side of the primary transformer coil n2 is held at a fixed voltage by the capacitive voltage divider C11, C12.

Auf der Sekundärseite n2 des Transformators wird die durch den Gegentaktwandler 11 erzeugte zerhackte Wechselspannung von der Ausgangsstufe 12 gleichgerichtet und geglättet. Die resultierende Ausgangs-Spannung Vout beträgt dann im kontinuierlichen Betrieb: Vout = f(n2/n1·Vbus).On the secondary side n2 of the transformer is the through the push-pull converter 11 generated chopped AC voltage from the output stage 12 rectified and smoothed. The resulting output voltage Vout is then in continuous operation: Vout = f (n2 / n1 * Vbus).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorzuschlagen.It It is an object of the present invention to provide an improved circuit for the electrically isolated generation of an output voltage starting from to propose a mains voltage.

Grundsätzliche Idee der Erfindung ist es, dass ein Teil des Stromflusses von dem Schalter der aktiven Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung unmittelbar dem Transformator zugeführt wird und nicht erst einer Zwischenspeicherung unterzogen wird.basic Idea of the invention is that a part of the current flow of the Switch of the active power factor correction circuit immediately the transformer is supplied and not only a temporary storage is subjected.

Eine Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung kann somit eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung mit einer Induktivität und einem aktiv angesteuerten Schalter aufweisen, wobei der Stromfluss von der Induktivität bzw. durch den Schalter (wenn dieser geschlossen ist) stets zu einem Teil einer Zwischenspeicherung in einem Kondensator verwendet wird, während der andere Teil des Stromflusses direkt einem Potentialtrennungs-Transformator zugeführt wird.A Circuit for the isolated generation of an output voltage starting from a mains voltage can thus be a power factor correction circuit with an inductance and an actively controlled switch have, wherein the current flow from the inductance or through the switch (when it is closed) always to one Part of a caching is used in a capacitor while the other part of the current flow directly to a potential separation transformer is supplied.

Die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung der vorliegenden Erfindung hat einerseits die normale Aufgabe einer derartigen Schaltung, übernimmt aber andererseits auch die Funktion der Halbbrücke der US 2007040516 A1 .The power factor correction circuit of the present invention on the one hand has the normal task of such a circuit, but on the other hand also assumes the function of the half bridge of US 2007040516 A1 ,

Die Ansteuerung des Leistungsfaktorkorrektur-Schalters liegt insbesondere auf Netzniveau. Wenn nunmehr die Rückführung sekundärseitig, nämlich von der Ausgangsspannung her erfolgt, muss diese Rückführung potentialgetrennt sein, um auch weiterhin eine vollständige Potentialtrennung zwischen der Eingangsseite (Netzseite) und der Ausgangsseite zu haben.The Activation of the power factor correction switch is in particular at network level. If now the return secondary side, namely from the output voltage, this feedback must be be isolated, to continue a full Potential separation between the input side (mains side) and the To have an outlet side.

Grundsätzlich lässt sich also die Erfindung dann vorteilhaft anwenden, wenn Anforderung an einer potentialgetrennten Ausgangsspannung besteht.in principle So can the invention then be used advantageously, if there is a requirement for a potential-separated output voltage.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.The Asked object is achieved by the Features of the independent claims solved. The dependent claims form the central one Thoughts of the invention in a particularly advantageous manner.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung (allgemein: Eingangsspannung)

  • – eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung mit einer von der Netzspannung versorgte Induktivität und einem steuerbaren Schalter zur Steuerung des Ladens und Entladens der Induktivität, und
  • – mindestens einen Potentialtrennungs-Transformator zur galvanischen Trennung der Ausgangsspannung zur Netzspannung. Beim Entladen der Induktivität wird dem Potentialtrennungs-Transformator ein erster Teil der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt.
According to a first aspect of the invention, a circuit for electrically isolated generation of an output voltage from a mains voltage (in general: input voltage)
  • A power factor correction circuit having a mains voltage supplied inductance and a controllable switch for controlling the charging and discharging of the inductance, and
  • - At least one potential separation transformer for galvanic isolation of the output voltage to the mains voltage. When the inductance is discharged, a first portion of the energy stored by the inductor during charging is directly supplied to the potential separation transformer.

Die Schaltung kann mindestens einen Kondensator zur Zwischenspeicherung eines zweiten Teils der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie aufweisen.The Circuit can have at least one capacitor for caching a second part of the inductance during of the store stored energy.

Die vom Kondensator zwischengespeicherte Energie kann dem Potentialtrennungs-Transformator vorzugsweise im nächsten Laden/Entladen Zyklus weitergeleitet werden.The Energy cached by the capacitor may be preferred to the potential separation transformer be forwarded in the next load / unload cycle.

Die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung kann in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Modus betrieben werden.The Power factor correction circuit can be in a continuous or discontinuous mode.

Die Energiespeicherungs-Leistung des Kondensators kann kleiner sein als die eines Elektrolytkondensators.The Energy storage performance of the capacitor may be smaller as that of an electrolytic capacitor.

Die Ausgangsspannung kann von einem Tiefpass gefiltert werden.The Output voltage can be filtered by a low-pass filter.

Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, wie bspw. ein Leuchtdioden-Konverter mit einer oben beschriebenen Schaltung vorgeschlagen.According to one Another first aspect of the invention is a control gear for light sources, such as, for example, a light-emitting diode converter proposed with a circuit described above.

Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung (allgemein: Eingangsspannung), wobei

  • – die Netzspannung eine Induktivität einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung versorgt, – ein steuerbarer Schalter der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung das Laden und Entladen der Induktivität steuert, und
  • – ein Potentialtrennungs-Transformator zur galvanischen Trennung der Ausgangsspannung zur Netzspannung dient. Beim Entladen der Induktivität wird dem Potentialtrennungs-Transformator ein erster Teil der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt.
According to a further first aspect of the invention, a method is proposed for electrically isolated generation of an output voltage from a mains voltage (generally: input voltage), wherein
  • The line voltage supplies an inductance of a power factor correction circuit, a controllable switch of the power factor correction circuit controls the charging and discharging of the inductance, and
  • - A potential separation transformer for galvanic isolation of the output voltage to the mains voltage is used. When the inductance is discharged, a first portion of the energy stored by the inductor during charging is directly supplied to the potential separation transformer.

Ein zweiter Teil der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie kann von mindestens einem Kondensator zwischengespeichert werden.One second part of the inductance during Energy stored in the store can be from at least one capacitor be cached.

Die vom Kondensator zwischengespeicherte Energie kann dem Potentialtrennungs-Transformator weitergeleitet werden.The Cached energy from the capacitor can be forwarded to the potential separation transformer become.

Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorgeschlagen. Sie weist insbesondere auf:

  • – eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung zur Erzeugung einer nicht-potentialgetrennten Busspannung,
  • – eine Steuerschaltung zur Steuerung der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung, wobei die zum Zweck dieser Steuerung notwendige Erkenntnis der Busspannung von der Ermittlung der Ausgangsspannung hergeleitet wird.
According to a further first aspect of the invention, a circuit for the potential-separated generation of an output voltage starting from a mains voltage is proposed. In particular, it indicates:
  • A power factor correction circuit for generating a non-isolated bus voltage,
  • - A control circuit for controlling the quiet tion factor correction circuit, wherein the purpose of this control necessary knowledge of the bus voltage is derived from the determination of the output voltage.

Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Leuchtdioden-Konverter mit einer derartigen Schaltung vorgeschlagen.According to one Another first aspect of the invention is a light-emitting diode converter proposed with such a circuit.

Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorgeschlagen, wobei

  • – eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung eine nicht-potentialgetrennte Busspannung erzeugt, und
  • – eine Steuerschaltung die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung steuert,
  • – wobei die zum Zweck dieser Steuerung notwendige Erkenntnis der Busspannung von der Ermittlung der Ausgangsspannung abgeleitet wird.
According to a further first aspect of the invention, a method for the potential-separated generation of an output voltage from a mains voltage is proposed, wherein
  • A power factor correction circuit generates a non-isolated bus voltage, and
  • A control circuit controls the power factor correction circuit,
  • - Wherein the purpose of this control necessary knowledge of the bus voltage is derived from the determination of the output voltage.

Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird eine integrierte Schaltung vorgeschlagen, die zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist.According to one Another first aspect of the invention is an integrated circuit proposed to carry out a method described above is designed.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt.Further Features and advantages of the invention will become apparent upon reading the following description of preferred embodiments, the refers to the drawing.

1 zeigt einen bekannten DC-DC Wandler zur Umwandlung einer Gleichspannung in einer galvanisch getrennten Gleichspannung, 1 shows a known DC-DC converter for converting a DC voltage in a galvanically isolated DC voltage,

2 zeigt eine bekannte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung, 2 shows a known power factor correction circuit,

3 zeigt eine Schaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 3 shows a circuit according to a first embodiment of the invention,

4 zeigt eine Schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 4 shows a circuit according to a second embodiment of the invention, and

5 zeigt eine Schaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 shows a circuit according to a third embodiment of the invention.

In 3 ist eine Ausführungsform einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.In 3 is an embodiment of a power factor correction circuit 30 shown in accordance with the present invention.

Eingangsseitig liegt an der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 30 eine Eingangs-Spannung Vin an, die eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 31 versorgt, die wiederum eine Busspannung Vbus erzeugt.On the input side is the power factor correction circuit 30 an input voltage Vin, which is a power factor correction circuit 31 supplied, which in turn generates a bus voltage Vbus.

Diese Eingangs-Wechselspannung Vin ist vorzugsweise eine von einem Gleichrichter (nicht gezeigt) gleichgerichtete Netzspannung.These Input AC voltage Vin is preferably one of a rectifier rectified line voltage (not shown).

Die Eingangs-Wechselspannung Vin wird einer Induktivität L31, i. e. einer Spule, zugeführt. Die Spule L31 ist mit einer Diode D31 in Serie geschaltet und zwar zwischen einem ersten mit der Eingangs-Wechselspannung Vin beaufschlagten Eingangsanschluss DC_IN/MAINS und einem zweiten Busanschluss 33, an dem die Bus-Gleichspannung Vbus bereitgestellt wird.The input AC voltage Vin is supplied to an inductor L31, ie, a coil. The coil L31 is connected in series with a diode D31 between a first input terminal DC_IN / MAINS supplied with the input AC voltage Vin and a second bus terminal 33 to which the bus DC voltage Vbus is provided.

Ein Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31, der vorzugsweise als Elektrolytkondensator ausgebildet ist, verbindet den Busanschluss 33 mit Masse. Parallel zu diesem Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 sind auch zwei Schalter T32, T33 in Serie geschaltet. Die Schalter bzw. die Leistungsschalter T31, T32, T33 sind vorzugsweise gleich.An output DC capacitor C31, which is preferably designed as an electrolytic capacitor, connects the bus connection 33 with mass. Parallel to this output DC capacitor C31 and two switches T32, T33 are connected in series. The switches or the circuit breakers T31, T32, T33 are preferably the same.

An die Verbindung 32 zwischen der Spule L31 und der Diode D31 ist ein Transistor bzw. ein steuerbarer Schalter T31 angeschlossen.To the connection 32 between the coil L31 and the diode D31, a transistor or a controllable switch T31 is connected.

Zwischen der Drain-Leitung 32 des Schalters T31 und dem Mittenpunkt 34 der Schalter T32, T33 sind die Primärseite N1 eines ersten Transformators N1–N2 und die Primärseite N1' eines zweiten Transformators N1'–N2' in Serie angeschlossen. Auch wenn beide Transformatoren N1–N2, N1'–N2' unterschiedlich sein können, sind sie vorzugsweise gleich dimensioniert.Between the drain line 32 of the switch T31 and the middle point 34 the switches T32, T33 are the primary side N1 of a first transformer N1-N2 and the primary side N1 'of a second transformer N1'-N2' connected in series. Although both transformers N1-N2, N1'-N2 'may be different, they are preferably the same size.

Wenn der Schalter T31 eingeschaltet ist, ist die Spule L31 gegen Masse kurzgeschlossen und die Diode D31 gesperrt. Die Spule L31 lädt sich auf, so dass eigentlich Energie in dieser Spule L31 gespeichert werden kann.If the switch T31 is turned on, the coil L31 is grounded short-circuited and the diode D31 locked. The coil L31 charges itself up, so that energy is actually stored in this L31 coil can be.

Bei eingeschaltetem Schalter T31 fließt also vom Netz Vin über die Spule L31 ein Strom durch den Schalter T31.at switched switch T31 thus flows from the network Vin the coil L31 a current through the switch T31.

Eine weitere Stromkomponente kommt indessen von dem Mittenpunkt der Schalter T32, T33 über die Primärseite des Transformators N1, N2 durch den Schalter T31.A however, further current component comes from the midpoint of the switches T32, T33 via the primary side of the transformer N1, N2 through the switch T31.

Bei geöffnetem Schalter reiht die Spule L31 bekannterweise einen Strom über die Diode D31. Das heißt, dass die Diode D31 leitend ist und, dass die Spule L31 sich dann über die Diode D31 in den Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 entlädt. Die Energie wird dadurch an den Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 übertragen.at When the switch is open, the coil L31 is known to line up a current through the diode D31. It means that the diode D31 is conductive and that the coil L31 then over the diode D31 discharges into the output DC capacitor C31. The energy is thereby applied to the output DC capacitor C31 transferred.

Eine weitere Stromkomponente fließt indessen nunmehr von dem Verbindungspunkt 32 zwischen dem Schalter T31 und der Diode D31 wiederum (diesmal in umgekehrter Richtung) über die Primärseite N1 des Transformators N1, N2 zu dem Mittenpunkt 34 der Schalter T32, T33.Meanwhile, another current component now flows from the connection point 32 between the switch T31 and the diode D31 again around (this time in the opposite direction) via the primary side N1 of the transformer N1, N2 to the midpoint 34 the switch T32, T33.

In einem Ein- und Ausschalten Zyklus des Schalter T31 wird erfindungsgemäß nur ein Teil des fließenden Stroms zum Ausgangs-Kondensator C31 und zur Busspannung Vbus zugeführt. Gemäß dem Stand der Technik hingegen fließt der ganze Strom zur Busspannung, siehe 2 in Kombination mit 1.In an on and off cycle of the switch T31, according to the invention, only a part of the flowing current is supplied to the output capacitor C31 and to the bus voltage Vbus. In contrast, according to the prior art, the whole current flows to the bus voltage, see 2 in combination with 1 ,

Die Sekundärseiten N2 und N2' der Transformatoren N1–N2 und N1'–N2' sind in Serie geschaltet und jeweils mit einer Diode D32, D33 verbunden. Diese zwei Dioden D32, D33 sind auch an einem Punkt 36 miteinander angeschlossen.The secondary sides N2 and N2 'of the transformers N1-N2 and N1'-N2' are connected in series and each connected to a diode D32, D33. These two diodes D32, D33 are also at one point 36 connected to each other.

Die Spannung, die sich zwischen dem Mittenpunkt 35 der Transformatoren N1–N2, N1'–N2' und dem Verbindungspunkt 36 der Dioden D32, D33 ergibt, wird dann einem Tiefpass zugeführt und dementsprechend gefiltert bzw. gemittelt.The tension that is between the midpoint 35 the transformers N1-N2, N1'-N2 'and the connection point 36 of the diodes D32, D33 is then fed to a low-pass filter and accordingly filtered or averaged.

Dieser Tiefpass besteht beispielsweise aus einer Drossel L32 und einem Ausgangskondensator C32, wobei am Ausgangskondensator C32 sich die Ausgangs-Spannung Vout ergibt.This For example, low pass consists of a choke L32 and a Output capacitor C32, wherein at the output capacitor C32, the output voltage Vout yields.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die dort dargestellte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 40 umfasst im Wesentlichen die Komponenten der in 3 gezeigten Schaltung 30. 4 shows a further embodiment of the invention. The power factor correction circuit shown there 40 essentially comprises the components of in 3 shown circuit 30 ,

Die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung hat sich gegenüber 3 insofern geändert, dass der Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren C41, C42 ersetzt worden ist. Diese Kondensatoren C41, C42 sind vorzugsweise Elektrolytkondensatoren.The power factor correction circuit has faced 3 in that the output DC capacitor C31 has been replaced by two capacitors C41, C42 connected in series. These capacitors C41, C42 are preferably electrolytic capacitors.

Die Schalter T32, T33 sind in dieser Ausführungsform nicht mehr vorgesehen.The Switches T32, T33 are not in this embodiment more provided.

Parallel zu jedem Kondensator C41, C42 ist eine Diode D41, D42 geschaltet, wobei der Mittenpunkt 34' der Kondensatoren C41, C42 und somit auch der Dioden D41, D42 mit der Serienanordnung der beiden Transformatoren N1–N2, N1'–N2' verbunden ist.Parallel to each capacitor C41, C42, a diode D41, D42 is connected, wherein the center point 34 ' the capacitors C41, C42 and thus also the diodes D41, D42 is connected to the series arrangement of the two transformers N1-N2, N1'-N2 '.

Die Funktionsweise der Schaltung 40 ist ähnlich wie die der in 3 gezeigten Schaltung 30.The operation of the circuit 40 is similar to the one in 3 shown circuit 30 ,

Somit wird in jedem Zyklus ton-toff des Schalters T31 ein Teil des fließenden Stroms zur Busspannung Vbus zugeführt, während der andere Teil unmittelbar in die Primärseiten N1, N1' der Transformatoren N1–N2, N1'–N2' fließt.Consequently In each cycle ton-toff of the switch T31 becomes part of the flowing one Current supplied to the bus voltage Vbus while the other part directly into the primary sides N1, N1 ' the transformers N1-N2, N1'-N2 'flows.

Erfindungsgemäß wird dementsprechend der direkt durch die Transformatoren N1–N2, N1'–N2' umgesetzte Anteil, der also nicht zum Halten der Busspannung Vbus über die Elektrolytkondensatoren C41, C42 dient, direkt und verlustfreier umgesetzt.According to the invention accordingly directly through the transformers N1-N2, N1'-N2 'converted portion, that is not to hold the bus voltage Vbus via the electrolytic capacitors C41, C42 serves, directly and lossless implemented.

Infolgedessen können die Kondensatoren C41, C42 gemäß 4 einfacher ausgestaltet werden als bei einer herkömmlichen Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung.As a result, the capacitors C41, C42 according to FIG 4 be made simpler than in a conventional power factor correction circuit.

Es ist ggf. sogar möglich, für die Kondensatoren C41, C42 auf Elektrolytkondensatoren zu verzichten. Dies bringt ggf. Kostenvorteile und Lebensdauervorteile.It is possibly even possible for the capacitors C41, C42 to dispense with electrolytic capacitors. This brings If necessary, cost advantages and service life benefits.

Auf jeden Fall kann durch die Direktumsetzung eines Teiles des Stromflusses Kapazität der Elektrolytkondensatoren C41, C42 deutlich verringert werden.On In any case, by directly converting part of the current flow Capacity of the electrolytic capacitors C41, C42 significantly be reduced.

Von den zwei beschriebenen Ausführungsformen 30, 40 hat die Schaltungsausführungsform 30 gemäß 3 den meisten Kontrollspielraum, da sie die beiden Schalter bzw. MOSFETs Transistoren T32, T33 umfasst. Diese Kontrolle bringt aber den folgenden Nachteil mit sich, dass diese Schalter T32, T33 auch synchronisiert werden müssen.Of the two described embodiments 30 . 40 has the circuit embodiment 30 according to 3 most control margin, since it comprises the two switches or MOSFETs transistors T32, T33. However, this control has the following disadvantage that these switches T32, T33 must also be synchronized.

Dieser Mehraufwand zum Betreiben bzw. Kontrollieren der Schaltung 30, entfällt hingegen bei der Schaltungsausführungsform 40 gemäß 4, da die Schalter T32, T33 dort nicht eingesetzt werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines entsprechenden Kontrollers für diese Schalter T32, T33, was die Leistungsfaktorkorrektur insgesamt vereinfacht.This additional effort to operate or control the circuit 30 , however, omitted in the circuit embodiment 40 according to 4 because the switches T32, T33 are not used there. This eliminates the need for a corresponding controller for these switches T32, T33, which simplifies power factor correction as a whole.

5 zeigt wie die erfindungsgemäße aktive Leistungsfaktorkorrektur basierend auf die in 4 gezeigten Schaltung 40 durchgeführt werden kann. 5 shows how the inventive active power factor correction based on the in 4 shown circuit 40 can be carried out.

Alternativ kann erfindungsgemäß auch die Schaltungstopologie der in 3 gezeigten Ausführungsform gewählt werden.Alternatively, according to the invention, the circuit topology of in 3 shown embodiment can be selected.

Der Schalter T31 wird von einer Steuerschaltung 50 angesteuert. Zu diesem Zweck weist die Steuerschaltung 50 einen Ausgang 51 auf, über den dem Schalter T31 ein Steuersignal zugeführt wird. Die Frequenz des Steuersignals (typischerweise mindestens 10 kHz) und daher des Ein- und Ausschaltens des Schalters 306 ist wesentlich höher als die Frequenz der Netzspannung (typischerweise 50 Hz) und der gleichgerichteten Eingang-Wechselspannung (typischerweise 100 Hz).The switch T31 is controlled by a control circuit 50 driven. For this purpose, the control circuit 50 an exit 51 on, via the switch T31, a control signal is supplied. The frequency of the control signal (typically at least 10 kHz) and therefore the switching on and off of the switch 306 is much higher than the frequency of the mains voltage (typically 50 Hz) and the rectified input AC voltage (typically 100 Hz).

Zur Bestimmung der Einschalt-Zeitdauer ton bzw. der Ausschalt-Zeitdauer toff des Schalters T31 benötigt die Steuerschaltung 50 Informationen über die Bus-Spannung Vbus (bzw. über die Ausgangsspannung Vout) bzw. über den Nulldurchgang des Stroms durch die Spule L31.To determine the switch-on time t on or the switch-off time toff of the switch T31 requires the control circuit 50 information about the bus voltage Vbus (or via the output voltage Vout) or via the zero crossing of the current through the coil L31.

Dies deshalb, da die Einschalt-Zeitdauer ton des Schalters T31 und damit die Ladezeit der Spule L31 auf Grundlage eines Vergleichs der Bus-Gleichspannung Vbus mit einer festen Bezugsspannung gesteuert wird und auf Grundlage der Vorgabe, dass die Steuerschaltung 50 den Schalter T31 solange ausschaltet, bis der Strom durch die Spule 301 auf Null abgesunken ist.This is because the turn-on time t on of the switch T31, and hence the charging time of the coil L31 is controlled based on a comparison of the bus DC voltage Vbus with a fixed reference voltage and on the basis that the control circuit 50 Turn off the switch T31 until the current through the coil 301 has dropped to zero.

Die Information über den Nulldurchgang des Stroms durch die Spule L31 wird eigentlich nur im diskontinuierlichen Betrieb benötigt, in welchem der Spulenstrom tatsächlich in jeder Periode auf Null absinkt. Im kontinuierlichen Betrieb hingegen geht der Spulenstrom bei Ausschalten des Schalters T31 nicht auf Null zurück, so dass diese Nulldurchgang-Information auch nicht notwendig ist.The Information about the zero crossing of the current through the Spool L31 is actually only needed in discontinuous operation, in which the coil current actually in each period drops to zero. In continuous operation, however, the coil current goes when switching off the switch T31 does not return to zero, so that this zero crossing information is not necessary either.

Für die Leistungsfaktorkorrektur können auch Informationen über die Eingangs-Spannung Vin oder den Spitzenstroms durch die Spule L31 benötigt werden, im Letzteren Fall insbesondere um Überstromzustände zu verhindern.For The power factor correction can also provide information about the input voltage Vin or the peak current through the coil L31 are required, in the latter case in particular to overcurrent conditions to prevent.

Festzuhalten bleibt also, dass die Steuerschaltung 50 die Bus-Gleichspannung Vbus oder die Ausgangsspannung Vout kennen muss und ggf. auch noch die Eingangs-Spannung Vin, den Nulldurchgang des Spulenstroms oder den Spulenspitzenstrom.So it remains to be noted that the control circuit 50 must know the bus DC voltage Vbus or the output voltage Vout and possibly also the input voltage Vin, the zero crossing of the coil current or the coil tip current.

Wie bereits aus 2 bekannt, können der Nulldurchgang des Spulenstroms und der Spulenspitzenstrom jeweils mittels einer Sekundärwicklung L22 und eines Strommesswiderstandes R23 ermittelt werden.As already out 2 As is known, the zero crossing of the coil current and the coil peak current can each be determined by means of a secondary winding L22 and a current measuring resistor R23.

Allerdings im Unterschied zum Stand der Technik, bei der die Steuerschaltung 25 die Busspannung Vbus sowie den Verlauf der Netzeingangsspannung Vin über zwei Spannungsteiler R21, R22 und R24, R25 überwacht, kann die Ansteuerung des Schalters T31 den Verlauf der Netzspannung sowie die Ausgangsspannung an dem Filter C32, L32 erfassen.However, unlike the prior art in which the control circuit 25 If the bus voltage Vbus and the profile of the mains input voltage Vin are monitored via two voltage dividers R21, R22 and R24, R25, the triggering of the switch T31 can detect the profile of the mains voltage as well as the output voltage at the filter C32, L32.

Die dazwischenliegende Busspannung Vbus wird dagegen nicht mehr erfasst.The Intermediate bus voltage Vbus, however, is no longer detected.

Dies ist möglich, da die Busspannung Vbus über die Transformatoren N1–N2, N1'–N2' mit der Ausgangsspannung Vout „hart" verkoppelt ist, so dass sich etwaige unzulässige Zustände bei der Busspannung Vbus unmittelbar in der Ausgangsspannung Vout erkennen lassen würden.This is possible because the bus voltage Vbus via the Transformers N1-N2, N1'-N2 'with the output voltage Vout is "hard" coupled, so that any improper States at the bus voltage Vbus directly in the output voltage Vout would recognize.

5 zeigt ebenfalls wie eine Last 60, insbesondere ein Leuchtmittel wie bspw. eine Leuchtdiode, direkt an den Ausgang der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 30, 40 angeschlossen sein kann. 5 also shows like a load 60 , In particular, a light source such as a light emitting diode, directly to the output of the power factor correction circuit 30 . 40 can be connected.

Alternativ kann bspw. das Leuchtmittel mittels eines nachfolgenden Konverters (nicht gezeigt) angesteuert werden. Dieser nachfolgende Konverter kann eine einfache Konstant-Stromquelle sein. Das Leuchtmittel kann aber auch von einem oder mehreren Konvertern mit eigener Regelung angesteuert werden, wobei dann diese Konverter vorzugsweise voneinander unabhängige Helligkeits-Einstellungen (bzw. -Steuerungen) oder -Regelungen aufweisen.alternative can, for example, the light source by means of a subsequent converter (not shown) are controlled. This subsequent converter can be a simple constant current source. But the bulb can also be controlled by one or more converters with their own regulation, in which case these converters are preferably independent of each other Brightness settings (or controls) or controls.

Die Steuerschaltung 50 weist einen zusätzlichen Eingang 61 auf, der eine lastabhängige Größe (wie bspw. Spannung, Strom oder Leistung) misst bzw. erfasst.The control circuit 50 has an additional entrance 61 which measures or records a load-dependent quantity (such as voltage, current or power).

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Claims (15)

Schaltung (30, 40) zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) ausgehend von einer Eingangsspannung, wie bspw. einer Netzspannung (Vin), aufweisend – eine aktive Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) mit einer von der Eingangsspannung (Vin) versorgte Induktivität (L31) und einem steuerbaren Schalter (T31) zur Steuerung des Ladens und Entladens der Induktivität (L31), und – mindestens einen Potentialtrennungs-Transformator (N1–N2, N1'–N2') zur galvanischen Trennung der Ausgangsspannung (Vout) von der Eingangsspannung (Vin), wobei beim Entladen der Induktivität (L31) dem Potentialtrennungs-Transformator (N1–N2, N1'–N2') ein erster Teil der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt wird.Circuit ( 30 . 40 ) for the potential-separated generation of an output voltage (Vout) from an input voltage, such as a mains voltage (Vin), comprising - an active power factor correction circuit ( 31 ) with an inductance (L31) supplied by the input voltage (Vin) and a controllable switch (T31) for controlling the charging and discharging of the inductance (L31), and - at least one potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 ' ) for galvanically isolating the output voltage (Vout) from the input voltage (Vin), wherein when the inductance (L31) is discharged, the potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 ') receives a first portion of the inductance (L31) during stored energy is supplied directly to the store. Schaltung (30, 40) nach Anspruch 1, aufweisend mindestens einen Kondensator (C31) zur Zwischenspeicherung eines zweiten Teils der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie.Circuit ( 30 . 40 ) according to claim 1, comprising at least one capacitor (C31) for latching a second part of the energy stored by the inductance (L31) during charging. Schaltung (30, 40) nach Anspruch 2, wobei die vom Kondensator (C31) zwischengespeicherte Energie dem Potentialtrennungs-Transformator (N1–N2, N1'–N2') vorzugsweise im nächsten Laden/Entladen Zyklus weitergeleitet wird.Circuit ( 30 . 40 ) according to claim 2, wherein the energy cached by the capacitor (C31) is forwarded to the potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 ') preferably in the next charge / discharge cycle. Schaltung (30, 40) nach einem der vorigen Ansprüchen, wobei die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Modus betrieben wird.Circuit ( 30 . 40 ) according to one of the preceding claims, wherein the power factor correction circuit ( 31 ) is operated in a continuous or discontinuous mode. Schaltung (30, 40) nach einem der vorigen Ansprüchen, wobei die Energiespeicherungs-Leistung des Kondensators (C31) kleiner ist als die eines Elektrolytkondensators.Circuit ( 30 . 40 ) according to one of the preceding claims, wherein the energy storage capacity of the capacitor (C31) is smaller than that of an electrolytic capacitor. Schaltung (30, 40) nach einem der vorigen Ansprüchen, wobei die Ausgangsspannung (Vout) von einem Tiefpass (L32, C32) gefiltert wird.Circuit ( 30 . 40 ) according to one of the preceding claims, wherein the output voltage (Vout) is filtered by a low-pass filter (L32, C32). Leuchtdioden-Konverter mit einer Schaltung (30, 40) nach einem der vorigen Ansprüche.Light-emitting diode converter with a circuit ( 30 . 40 ) according to one of the preceding claims. Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend eine Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Operating device for light bulbs, comprising a circuit according to one of claims 1 to 6th Verfahren zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) ausgehend von einer Netzspannung (Vin), wobei – die Netzspannung (Vin) eine Induktivität (L31) einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) versorgt, – ein steuerbarer Schalter (T31) der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) das Laden und Entladen der Induktivität (L31) steuert, und – ein Potentialtrennungs-Transformator (N1–N2, N1'–N2') zur galvanischen Trennung der Ausgangsspannung (Vout) zur Netzspannung (Vin) dient, wobei beim Entladen der Induktivität (L31) dem Potentialtrennungs-Transformator (N1–N2, N1'–N2') ein erster Teil der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt wird.A process for the potential-separated generating an output voltage (Vout) from a mains voltage (Vin), wherein - the mains voltage (Vin), an inductance (L31) of a Lei stungsfaktorkorrektur circuit ( 31 ), - a controllable switch (T31) of the power factor correction circuit ( 31 ) controls the charging and discharging of the inductance (L31), and - a potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 ') for the galvanic isolation of the output voltage (Vout) to the mains voltage (Vin), wherein when discharging the inductance ( L31) the potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 '), a first part of the energy stored by the inductance (L31) during charging is supplied directly. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein zweiter Teil der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie von mindestens einem Kondensator (C31) zwischengespeichert wird.The method of claim 9, wherein a second part that of the inductor (L31) during charging stored energy of at least one capacitor (C31) cached becomes. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die vom Kondensator (C31) zwischengespeicherte Energie dem Potentialtrennungs-Transformator (N1–N2, N1'–N2') weitergeleitet wird.The method of claim 10, wherein the of the capacitor (C31) cached energy the potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 ') is forwarded. Schaltung (30, 40) zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) ausgehend von einer Netzspannung (Vin), aufweisend – eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) zur Erzeugung einer nicht-potentialgetrennten Busspannung (Vbus), – eine Steuerschaltung (50) zur Steuerung der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31), wobei die zum Zweck dieser Steuerung notwendige Erkenntnis der Busspannung (Vbus) von der Ermittlung der Ausgangsspannung (Vout) hergeleitet wird.Circuit ( 30 . 40 ) for the potential-separated generation of an output voltage (Vout) from a mains voltage (Vin), comprising - a power factor correction circuit ( 31 ) for generating a non-isolated bus voltage (Vbus), - a control circuit ( 50 ) for controlling the power factor correction circuit ( 31 ), wherein for the purpose of this control necessary knowledge of the bus voltage (Vbus) is derived from the determination of the output voltage (Vout). Betriebsgerät für Leuchtmittel, bspw. Leuchtdioden-Konverter, aufweisend eine Schaltung (30, 40) nach Anspruch 12.Operating device for lamps, for example light-emitting diode converter, comprising a circuit ( 30 . 40 ) according to claim 12. Verfahren zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) ausgehend von einer Netzspannung (Vin), wobei – eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) eine nicht-potentialgetrennte Busspannung (Vbus) erzeugt, und – eine Steuerschaltung (50) die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) steuert, wobei die zum Zweck dieser Steuerung notwendige Erkenntnis der Busspannung (Vbus) von der Ermittlung der Ausgangsspannung (Vout) abgeleitet wird.Method for electrically generating an output voltage (Vout) from a mains voltage (Vin), wherein - a power factor correction circuit ( 31 ) generates a non-isolated bus voltage (Vbus), and - a control circuit ( 50 ) the power factor correction circuit ( 31 ), wherein the knowledge of the bus voltage (Vbus) necessary for the purpose of this control is derived from the determination of the output voltage (Vout). Integrierte Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und 14 ausgelegt ist.Integrated circuit, characterized in that for carrying out a method according to one of the claims 9 to 11 and 14 is designed.
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