AT12747U1

AT12747U1 - ACTIVE POWER FACTOR CORRECTION BSPW. IN AN LED CONVERTER

Info

Publication number: AT12747U1
Application number: ATGM470/2011U
Authority: AT
Original assignee: Tridonic Schweiz Ag
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2012-10-15
Also published as: WO2009068220A3; CN101878675B; EP2225918A2; DE102007057312A1; CN101878675A; WO2009068220A2; EP2225918B1

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) 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) 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 generation of an output voltage (Vout) 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 one Switch (T31) for controlling the charging and discharging of the inductance (L31), and-at least one potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 ') for the galvanic isolation of the output voltage (Vout) to the mains voltage (Vin), wherein Discharging the inductor (L31) the potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 '), a first part of the energy stored by the inductance (L31) is charged directly during charging.

Description

österreichisches Patentamt AT 12 747 Ul 2012-10-15Austrian Patent Office AT 12 747 Ul 2012-10-15

Beschreibungdescription

LEUCHTMITTEL-BETRIEBSGERÄT, INSBESONDERE FÜR LEDS, MIT GALVANISCH GETRENNTEM PFCBULB OPERATING DEVICE, ESPECIALLY FOR LEDS, WITH GALVANIC ISOLATED PFC

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leuchtmittel- Betriebsgeräte mit aktiver Leistungsfaktorkorrektur („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 present invention relates to active power factor correction ("Power Factor Control" or "PFC") light emitting devices and, more particularly, to a circuit with isolated power factor correction. The technical field of application of the invention is in particular the supply and control of a light source by means of such a circuit.

[0002] 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 general, the power factor reflects the current drain of an electrical appliance from the mains. The AC line voltage is known to have a sinusoidal time course and ideally therefore the current drawn from the mains should also have a sinusoidal time characteristic. However, this ideal case, which is characterized by a power factor of 1, does not always occur, but the current can even deviate considerably from a sine wave envelope, in which case the power factor drops.

[0003] Bei einem Leistungsfaktor unter 1 ist also der entnommene Strom nicht sinusförmig, so dass Oberwellen im Netzstrom erzeugt werden. Diese unerwünschten Obenwellenströme im Versorgungsnetz werden bekanntermaßen mit Hilfe einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung verringert werden.At a power factor below 1, therefore, the current removed is not sinusoidal, so that harmonics are generated in the mains current. These unwanted leakage currents in the supply network are known to be reduced by means of a power factor correction circuit.

[0004] Um einen sinusförmigen und sich in Phase zur Netzwechselspannung befindenden Eingangsstrom zu erreichen, ist aus dem Stand der Technik beispielsweise die Benutzung einer in Fig. 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 input current in phase with the mains AC voltage, for example, the use of an active power factor correction circuit 20 based on boost converter topology as shown in FIG. 1 is known. "Active " therefore, since a switch is actively turned on and off by control signals from a control unit.

[0005] 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.In this case, a smoothing capacitor C21 filters a rectified input AC voltage Vin, which is measured by means of a voltage divider R21, R22. The input AC voltage Vin is supplied to an inductor L21, and a secondary winding L22 detects the zero-crossings of the current through the inductor L21.

[0006] 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.Furthermore, a current measuring resistor (shunt) R23 in series with the switch, for example. In the source line of a transistor T21, the detection of the inductor peak current to determine a possible overcurrent condition can. Parallel to an output capacitor C22, a second voltage divider R24, R25 is arranged to measure the bus DC voltage Vbus and to detect an overvoltage condition, for example, due to load jumps.

[0007] 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 performed by means of four measuring inputs 21,22, 23, 24 of a control circuit 25, said control circuit 25 depending on these measurements, the transistor or switch T21 controls such that the bus voltage remains constant and the power factor is increased.

[0008] Nachteilig ist es bei diesem Stand der Technik, dass die Schaltung 20 keine galvanisch getrennte Spannung liefern kann.The disadvantage of this prior art that the circuit 20 can not deliver a galvanically isolated voltage.

[0009] 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.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, it is in turn converted by a converter 10 into a DC voltage suitable for operating a lamp.

[0010] Der in Fig. 2 gezeigte Konverter 10 zur Erzeugung der Ausgangs-Gleichspannung Vout ist ein Halbbrücken- Konverter, der aus einem Gegentaktwandler 11 und einer Äusgangsstufe 12 zur Energiespeicherung und Tiefpassfilterung besteht.The converter 10 shown in Fig. 2 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.

[0011] Dem Konverter 10 ist eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (nicht gezeigt) vorge- 1 /13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15 schaltet, 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, as an active power factor correction, provides an almost sinusoidal current consumption from the network. This upstream power factor correction circuit provides the converter 10 with a step-up bus DC voltage Vin.

[0012] 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 the half-bridge 11 consists of two transistors T11, T12, such as two MOSFET transistors, which are connected in parallel to 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.

[0013] 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, the chopped AC voltage generated by the push-pull converter 11 is rectified and smoothed by the output stage 12. The resulting output voltage Vout is then in continuous operation: Vout = f (n2 / n1 * Vbus).

[0014] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorzuschlagen.It is an object of the present invention to provide an improved circuit for the isolated generation of an output voltage starting from a mains voltage.

[0015] 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.A basic idea of the invention is that a part of the current flow from the switch of the active power factor correction circuit is supplied directly to the transformer and is not first subjected to a buffering.

[0016] 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 electrically isolated generation of an output voltage from a mains voltage can thus have a power factor correction circuit with an inductor and an actively controlled switch, the current flow from the inductance or through the switch (when it is closed) always to a Part of an intermediate storage in a capacitor is used, while the other part of the current flow is fed directly to a potential separation transformer.

[0017] 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.

[0018] 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 control of the power factor correction switch is particularly at network level. If the feedback now takes place on the secondary side, namely from the output voltage, this feedback must be electrically isolated in order to continue to have complete potential separation between the input side (mains side) and the output side.

[0019] Grundsätzlich lässt sich also die Erfindung dann vorteilhaft anwenden, wenn Anforderung an einer potentialgetrennten Ausgangsspannung besteht.In principle, the invention can then be used advantageously if there is a requirement for a potential-separated output voltage.

[0020] 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 stated object is achieved by the features of the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.

[0021] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung (allgemein: Eingangsspannung) auf: [0022] - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung mit einer von der Netzspannung versorgteAccording to a first aspect of the invention, a circuit for the potential-separated generation of an output voltage from a mains voltage (generally: input voltage) comprises: - a power factor correction circuit with one supplied by the mains voltage

Induktivität und einem steuerbaren Schalter zur Steuerung des Ladens und Entladens der Induktivität, und [0023] - mindestens einen Potentialtrennungs-Transformator zur galvanischen Trennung derInductance 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

Ausgangsspannung zur Netzspannung. Beim Entladen der Induktivität wird dem Po-tentialtrennungs-Transformator ein erster Teil der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt.Output voltage to the mains voltage. When discharging the inductor, the power separation transformer is directly supplied with a first portion of the energy stored by the inductor during charging.

[0024] Die Schaltung kann mindestens einen Kondensator zur Zwischenspeicherung eines 2/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15 zweiten Teils der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie aufweisen.The circuit may have at least one capacitor for temporary storage of the second part of the energy stored by the inductor during charging.

[0025] Die vom Kondensator zwischengespeicherte Energie kann dem Potentialtrennungs-Transformator vorzugsweise im nächsten Laden/Entladen Zyklus weitergeleitet werden.The cached energy from the capacitor may be forwarded to the potential separation transformer preferably in the next charge / discharge cycle.

[0026] Die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung kann in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Modus betrieben werden.The power factor correction circuit may be operated in a continuous or discontinuous mode.

[0027] Die Energiespeicherungs-Leistung des Kondensators kann kleiner sein als die eines Elektrolytkondensators.The energy storage performance of the capacitor may be smaller than that of an electrolytic capacitor.

[0028] Die Ausgangsspannung kann von einem Tiefpass gefiltert werden.The output voltage can be filtered by a low-pass filter.

[0029] 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 a further first aspect of the invention, an operating device for lighting means, such as, for example, a light-emitting diode converter is proposed with a circuit described above.

[0030] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung (allgemein: Eingangsspannung), wobei [0031] - die Netzspannung eine Induktivität einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung versorgt, [0032] - ein steuerbarer Schalter der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung das Laden und Ent laden der Induktivität steuert, und [0033] - ein Potentialtrennungs-Transformator zur galvanischen Trennung der Ausgangs spannung zur Netzspannung dient. Beim Entladen der Induktivität wird dem Potential-trennungs-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 [0031] - the mains voltage supplies an inductance of a power factor correction circuit, - a controllable Switch of the power factor correction circuit controls the charging and Entladen the inductance, and - a potential separation transformer for galvanic isolation of the output voltage to the mains voltage is used. When discharging the inductor, the potential-separation transformer is directly supplied with a first portion of the energy stored by the inductor during charging.

[0034] Ein zweiter Teil der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie kann von mindestens einem Kondensator zwischengespeichert werden.A second part of the energy stored by the inductor during charging can be temporarily stored by at least one capacitor.

[0035] 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.

[0036] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorgeschlagen. Sie weist insbesondere auf: [0037] - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung zur Erzeugung einer nicht-potentialgetrenn ten Busspannung (internen stabilisierten DC-Spannung), [0038] - 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 shows: - a power factor correction circuit for generating a non-isolated bus voltage (internal stabilized DC voltage), - a control circuit for controlling the power factor correction circuit, the need for the purpose of this control knowledge the bus voltage is derived from the determination of the output voltage.

[0039] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Leuchtdioden-Konverter mit einer derartigen Schaltung vorgeschlagen.According to a further first aspect of the invention, a light-emitting diode converter is proposed with such a circuit.

[0040] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorgeschlagen, wobei [0041] - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung eine nicht-potentialgetrennte Busspannung erzeugt, und [0042] - eine Steuerschaltung die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung steuert, [0043] - 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 [0041] a power factor correction circuit generates a non-isolated bus voltage, and [0042] a control circuit the power factor correction Circuit controls, wherein the knowledge of the bus voltage necessary for the purpose of this control is derived from the determination of the output voltage.

[0044] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird eine integrierte Schaltung vorgeschlagen, die zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist. 3/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15 [0045] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt.According to a further first aspect of the invention, an integrated circuit is proposed, which is designed for carrying out a method described above. Other features and advantages of the invention will become apparent upon reading the following description of preferred embodiments, which refers to the drawings, in which: FIG.

[0046] Fig. 1 zeigt einen bekannten DC-DC Wandler zur Umwandlung einer Gleichspannung in einer galvanisch getrennten Gleichspannung, [0047] Fig. 2 zeigt eine bekannte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung, [0048] Fig. 3 zeigt eine Schaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, [0049] Fig. 4 zeigt eine Schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und [0050] Fig. 5 zeigt eine Schaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 1 shows a known DC-DC converter for converting a DC voltage in a DC isolated voltage, Fig. 2 shows a known power factor correction circuit, Fig. 3 shows a circuit according to a first embodiment of the Invention Fig. 4 shows a circuit according to a second embodiment of the invention, and Fig. 5 shows a circuit according to a third embodiment of the invention.

[0051] In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.In Fig. 3, an embodiment of a power factor correction circuit 30 according to the present invention is shown.

[0052] Eingangsseitig liegt an der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 30 eine Eingangs-Spannung Vin an, die eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 31 versorgt, die wiederum eine DC-Busspannung Vbus erzeugt.On the input side, an input voltage Vin, which supplies a power factor correction circuit 31, which in turn generates a DC bus voltage Vbus, is applied to the power factor correction circuit 30.

[0053] Unter „Busspannung" ist nicht etwa die Spannung einer externen Busleitung zu verstehen, sondern eine DC-Versorgungsspannung.Under "bus voltage " is not to be understood as the voltage of an external bus, but a DC supply voltage.

[0054] Diese Eingangs-Wechselspannung Vin ist vorzugsweise eine von einem Gleichrichter (nicht gezeigt) gleichgerichtete Netz-Wechselspannung.This input AC voltage Vin is preferably rectified by a rectifier (not shown) AC line voltage.

[0055] 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 DCJN/MAINS und einem zweiten Busspannungsanschluss 33, an dem die Bus-Gleichspannung Vbus bereitgestellt wird.The input AC voltage Vin is applied to an inductor L31, i.e. a coil, fed. The coil L31 is connected in series with a diode D31 between a first input terminal DCJN / MAINS supplied with the input AC voltage Vin and a second bus voltage terminal 33 at which the bus DC voltage Vbus is provided.

[0056] Ein Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31, der vorzugsweise als Elektrolytkon-densator ausgebildet ist, verbindet den Busspannungsanschluss 33 mit Masse und stabilisiert als Zwischenspeicherelement die Busspannung. 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 Elektrolytkon-capacitor, connects the bus voltage terminal 33 to ground and stabilized as a buffer element, the bus voltage. 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.

[0057] Der Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 ist von dem Gleichrichter (nicht gezeigt), der die Eingangs-Wechselspannung gleichrichtet, über die Schaltelemente Diode D31 und Schalter T32 entkoppelt.The DC output capacitor C31 is decoupled from the rectifier (not shown) rectifying the input AC voltage via the switching elements Diode D31 and Switch T32.

[0058] 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.

[0059] 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 NT eines zweiten Transformators NT-N2' in Serie angeschlossen. Auch wenn beide Transformatoren N1-N2, NT-N2' unterschiedlich sein können, sind sie vorzugsweise gleich dimensioniert.Between the drain line 32 of the switch T31 and the middle point 34 of the switches T32, T33, the primary side N1 of a first transformer N1-N2 and the primary side NT of a second transformer NT-N2 'are connected in series. Although both transformers N1-N2, NT-N2 'may be different, they are preferably the same size.

[0060] 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.When the switch T31 is turned on, the coil L31 is shorted to ground and the diode D31 is turned off. The coil L31 charges, so that actually energy can be stored in this coil L31.

[0061] Bei eingeschaltetem Schalter T31 fließt also vom Netz Vin über die Spule L31 ein Strom durch den Schalter T31.Thus, when the switch T31 is switched on, a current flows through the switch T31 from the mains Vin via the coil L31.

[0062] Eine weitere Stromkomponente kommt indessen von dem Mittenpunkt der Schalter T32, T33 über die Primärseite des Transformators N1, N2 durch den Schalter T31.Meanwhile, another current component comes from the middle point of the switches T32, T33 via the primary side of the transformer N1, N2 through the switch T31.

[0063] 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 4/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15When the switch is open, the coil L31 is known to line up a current through the diode D31. This means that the diode D31 is conductive and that the coil L31 is then on the 4/13 Austrian Patent Office AT12 747U1 2012-10-15

Diode D31 in den Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 entlädt. Die Energie wird dadurch an den Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 übertragen.Diodes D31 discharges into the output DC capacitor C31. The energy is thereby transmitted to the output DC capacitor C31.

[0064] 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 (this time in the reverse direction) via the primary side N1 of the transformer N1, N2 to the midpoint 34 of the switches T32, T33.

[0065] 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 Fig. 2 in Kombination mit Fig. 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 entire current flows to the bus voltage, see FIG. 2 in combination with FIG. 1.

[0066] Die Sekundärseiten N2 und N2' der Transformatoren N1-N2 und NT-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 NT-N2' are connected in series and each connected to a diode D32, D33. These two diodes D32, D33 are also connected together at a point 36.

[0067] Die Spannung, die sich zwischen dem Mittenpunkt 35 der Transformatoren N1-N2, NT-N2' und dem Verbindungspunkt 36 der Dioden D32, D33 ergibt, wird dann einem Tiefpass zugeführt und dementsprechend gefiltert bzw. gemittelt.The voltage that results between the midpoint 35 of the transformers N1-N2, NT-N2 'and the connection point 36 of the diodes D32, D33 is then fed to a low-pass filter and accordingly averaged.

[0068] Dieser Tiefpass besteht beispielsweise aus einer Drossel L32 und einem Ausgangskon-densator C32, wobei am Ausgangskondensator C32 sich die Ausgangs-Spannung Vout ergibt.This low-pass filter consists for example of a choke L32 and an output capacitor C32, wherein the output voltage Vout results at the output capacitor C32.

[0069] Die beiden Schalter bzw. MOSFET-Transistoren T32, T33 können von der Steuerschaltung 50 synchronisiert mit dem Schalter T31 angesteuert werden. Beispielsweise kann der Schalter T32 synchron zu dem Schalter T31 eingeschaltet und gegebenenfalls auch ausgeschaltet werden. Der Schalter T33 kann dagegen dann eingeschaltet werden, wenn der Schalter T31 und gegebenenfalls auch der Schalter T32 durch die Steuerschaltung 50 geöffnet wird. Der Ein- und oder Ausschaltzeitpunkt der Schalter T32, T33 kann aber auch durch die Regelschleife oder aufgrund der anliegenden Last gewählt werden. Um einen Halbbrückenkurzschluß zu vermeiden, kann eine Totzeit vor dem Einschalten des Schalters T32 oder des Schalters T33 eingefügt werden. Dieser synchrone Betrieb kann vor allem bei einem Betrieb mit hoher Last, beispielsweise maximaler Helligkeit des angeschlossenen Leuchtmittels, angewendet werden.The two switches or MOSFET transistors T32, T33 can be controlled by the control circuit 50 synchronized with the switch T31. For example, the switch T32 can be switched on in synchronism with the switch T31 and possibly also switched off. On the other hand, the switch T33 can be switched on when the switch T31 and optionally also the switch T32 is opened by the control circuit 50. However, the switch-on and / or switch-off time of the switches T32, T33 can also be selected by the control loop or due to the applied load. To avoid half-bridge shorting, a dead time may be inserted before turning on the switch T32 or the switch T33. This synchronous operation can be used above all during operation with high load, for example maximum brightness of the connected lighting means.

[0070] Im Falle eines vom Betrieb mit hoher Last, beispielsweise maximaler Helligkeit des angeschlossenen Leuchtmittels, abweichenden Betriebsmodus kann es erforderlich sein, die Ansteuerung der beiden Schalter T32, T33 zu ändern. Ein solcher Betriebsmodus kann beispielsweise vorliegen, wenn keine Last, nur eine geringe Last anliegt oder ein Fehler wie beispielsweise ein Leerlauffall oder auch ein Lastkurzschluß vorliegt. Beispielsweise kann die Taktfrequenz der beiden Schalter erhöht werden, wobei es möglich sein kann, dass durch die Steuereinheit einer der beiden Schalter T32, T33 synchron zu dem Schalter T31 eingeschaltet wird, die beiden Schalter T32, T33 aber dann mit höherer Frequenz getaktet werden. Es kann gegebenenfalls auch Zeiträume geben, in denen entweder beide oder nur ein Schalter nicht getaktet werden. Auf diese Weise ist ein sogenannter Burst-Betrieb möglich.In the case of an operating mode deviating from operation with a high load, for example maximum brightness of the connected lighting means, it may be necessary to change the control of the two switches T32, T33. Such an operating mode may be present, for example, when no load, only a small load is applied or an error such as an idle case or a load short circuit is present. For example, the clock frequency of the two switches can be increased, it being possible for the control unit to switch one of the two switches T32, T33 in synchronism with the switch T31, but the two switches T32, T33 can then be clocked at a higher frequency. If necessary, there may also be periods in which either both or only one switch is not clocked. In this way, a so-called burst operation is possible.

[0071] Es ist aber auch möglich, die Schalter T31, T32 und T33 asynchron zuneinander zu betreiben.But it is also possible to operate the switches T31, T32 and T33 asynchronously to each other.

[0072] Die Diode D31 kann auch durch einen weiteren Schalter T34 ersetzt werden, der dann ebenfalls durch die Steuereinheit aktiv getaktet und kontrolliert wird. Die Schalter T31-T34 können synchron oder asynchron, im Burst-Betrieb oder in einer weiteren Betriebsart betrieben werden [0073] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die dort dargestellte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 40 umfasst im Wesentlichen die Komponenten der in Fig. 3 gezeigten Schaltung 30.The diode D31 can also be replaced by a further switch T34, which is then also actively clocked and controlled by the control unit. The switches T31-T34 can be operated synchronously or asynchronously, in burst mode or in another operating mode. FIG. 4 shows a further embodiment of the invention. The power factor correction circuit 40 shown there essentially comprises the components of the circuit 30 shown in FIG. 3.

[0074] Die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung hat sich gegenüber Fig. 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 5/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15The power factor correction circuit has changed from FIG. 3 in that the DC output capacitor C31 has been replaced by two capacitors C41, C42 connected in series. These capacitors C41, C42 are preferably 5/13 Austrian Patent Office AT12 747U1 2012-10-15

Elektrolytkondensatoren.Electrolytic capacitors.

[0075] Die Schalter T32, T33 sind in dieser Ausführungsform nicht mehr vorgesehen.The switches T32, T33 are no longer provided in this embodiment.

[0076] 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, NT- N2' verbunden ist.Parallel to each capacitor C41, C42, a diode D41, D42 is connected, wherein the center point 34 'of the capacitors C41, C42 and thus also the diodes D41, D42 with the series arrangement of the two transformers N1-N2, NT-N2' connected is.

[0077] Die Funktionsweise der Schaltung 40 ist ähnlich wie die der in Fig. 3 gezeigten Schaltung 30.The operation of the circuit 40 is similar to that of the circuit 30 shown in FIG. 3.

[0078] 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, NT der Transformatoren N1-N2, NT-N2' fließt.Thus, in each cycle ton-toff of the switch T31, a part of the flowing current is supplied to the bus voltage Vbus, while the other part flows directly into the primary sides N1, NT of the transformers N1-N2, NT-N2 '.

[0079] Erfindungsgemäß wird dementsprechend der direkt durch die Transformatoren N1-N2, NT- N2' umgesetzte Anteil, der also nicht zum Halten der Busspannung Vbus über die Elektrolytkondensatoren C41, C42 dient, direkt und verlustfreier umgesetzt.Accordingly, according to the invention, the proportion converted directly by the transformers N1-N2, NT-N2 ', which thus does not serve to hold the bus voltage Vbus via the electrolytic capacitors C41, C42, is converted directly and without loss.

[0080] Infolgedessen können die Kondensatoren C41, C42 gemäß Fig. 4 einfacher ausgestaltet werden als bei einer herkömmlichen Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung.As a result, the capacitors C41, C42 shown in Fig. 4 can be made simpler than in a conventional power factor correction circuit.

[0081] Es ist ggf. sogar möglich, für die Kondensatoren C41, C42 auf Elektrolytkondensatoren zu verzichten. Dies bringt ggf. Kostenvorteile und Lebensdauervorteile.It may even be possible to dispense with electrolytic capacitors for the capacitors C41, C42. This brings, if necessary, cost advantages and lifetime benefits.

[0082] Auf jeden Fall kann durch die Direktumsetzung eines Teiles des Stromflusses Kapazität der Elektrolytkondensatoren C41, C42 deutlich verringert werden.In any case, by directly converting part of the current flow, capacitance of the electrolytic capacitors C41, C42 can be significantly reduced.

[0083] Von den zwei beschriebenen Ausführungsformen 30, 40 hat die Schaltungsausführungsform 30 gemäß Fig. 3 den meisten Kontrollspielraum, da sie die beiden Schalter bzw. MOS-FETs 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, the circuit embodiment 30 of FIG. 3 has the most control margin, since it comprises the two switches or MOS-FETs transistors T32, T33. However, this control has the following disadvantage that these switches T32, T33 must also be synchronized.

[0084] Dieser Mehraufwand zum Betreiben bzw. Kontrollieren der Schaltung 30, entfällt hingegen bei der Schaltungsausführungsform 40 gemäß Fig. 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 expenditure for operating or controlling the circuit 30, however, is eliminated in the circuit embodiment 40 according to FIG. 4, since 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.

[0085] Fig. 5 zeigt wie die erfindungsgemäße aktive Leistungsfaktorkorrektur basierend auf die in Fig. 4 gezeigten Schaltung 40 durchgeführt werden kann.FIG. 5 shows how the active power factor correction according to the invention can be performed based on the circuit 40 shown in FIG. 4.

[0086] Alternativ kann erfindungsgemäß auch die Schaltungstopologie der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform gewählt werden.Alternatively, according to the invention, the circuit topology of the embodiment shown in Fig. 3 can be selected.

[0087] 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 driven by a control circuit 50. For this purpose, the control circuit 50 has an output 51, via which the switch T31, a control signal is supplied. The frequency of the control signal (typically at least 10 kHz) and therefore the turning on and off of the switch 306 is substantially higher than the frequency of the mains voltage (typically 50 Hz) and the rectified input AC voltage (typically 100 Hz).

[0088] 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.In order to determine the switch-on time duration ton or the switch-off time duration toff of the switch T31, the control circuit 50 needs information about the bus voltage Vbus (or the output voltage Vout) or about the zero crossing of the current through the coil L31 ,

[0089] 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 period ton 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 based on the instruction that the control circuit 50 sets the switch T31 as long as turns off until the current through the coil 301 has dropped to zero.

[0090] Die Information über den Nulldurchgang des Stroms durch die Spule L31 wird eigentlich 6/13The information about the zero crossing of the current through the coil L31 is actually 6/13

Claims

Austrian Patent Office AT12 747U1 2012-10-15 only required in discontinuous operation, in which the coil current actually drops to zero in each period. In continuous operation, however, the coil current does not go back to zero when the switch T31 is turned off, so that this zero-crossing information is also not necessary. For the power factor correction, information about the input voltage Vin or the peak current through the coil L31 may be required, in the latter case in particular to prevent overcurrent conditions. It should therefore 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. As already known from FIG. 2, 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. However, in contrast to the prior art, in which the control circuit 25 monitors the bus voltage Vbus and the course of the mains input voltage Vin via two voltage dividers R21, R22 and R24, R25, the control of the switch T31, the course of the mains voltage and the output voltage at the filter C32, L32 detect. In contrast, the intermediate bus voltage Vbus is no longer detected. This is possible because the bus voltage Vbus via the transformers N1-N2, N1'-N2 'with the output voltage Vout "hard". is coupled, so that any impermissible states at the bus voltage Vbus could be detected directly in the output voltage Vout. FIG. 5 likewise shows how a load 60, in particular a light source such as, for example, a light-emitting diode, can be connected directly to the output of the power factor correction circuit 30, 40. Alternatively, for example, the lighting means by means of a subsequent converter (not shown) are driven. This subsequent converter can be a simple constant current source. However, the light source can also be controlled by one or more converters with its own control, in which case these converters preferably have mutually independent brightness settings (or controls) or controls. The control circuit 50 has an additional input 61 which measures or detects a load dependent quantity (such as voltage, current or power). Claims 1. Operating device for lighting means, comprising a circuit (30, 40) for the isolated generation of an output voltage (Vout), starting from an input voltage, such as a mains voltage (Vin) comprising an active power factor correction circuit (31) with one of the input voltage (Vin) supplied inductance (L31) 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 the output voltage (Vout) from the input 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 inductor (L31) during charging is fed directly.

Second operating device for lighting means according to claim 1, comprising at least one intermediate storage element, in particular a capacitor (C31) for latching a second part of the energy stored by the inductance (L31) during charging. 7/13 Austrian Patent Office AT12 747U1 2012-10-15

3. Operating device for lighting means according to claim 2, wherein the capacitor (C31) cached energy to the potential separation transformer (N1-N2, N1N2 ') is preferably forwarded in the next charge / discharge cycle.

4. Lamp control device according to one of the preceding claims, wherein the power factor correction circuit (31) is operated in a continuous or discontinuous mode.

5. Operating device for lighting means according to one of the preceding claims, wherein the energy storage capacity of the capacitor (C31) is smaller than that of an electrolytic capacitor.

6. Operating device for lighting means according to one of the preceding claims, wherein the output voltage (Vout) is filtered by a low-pass filter (L32, C32).

7. operating device for lamps according to one of the preceding claims, characterized in that it is a light-emitting diode converter.

8. Lighting unit with at least one lamp and a control gear according to one of the preceding claims.

9. A method for the isolated generation of an output voltage (Vout) in a control device for lighting, starting from a mains voltage (Vin), wherein - the mains voltage (Vin) is optionally rectified and an inductance (L31) of a power factor correction circuit (31) supplied - 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 inductor (L31) the potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 '), a first part of the energy stored by the inductor (L31) is charged directly during charging.

10. The method of claim 9, wherein a second part of the energy stored by the inductor (L31) during charging is buffered by at least one capacitor (C31).

11. The method according to claim 10, wherein the capacitor (C31) cached energy to the potential separation transformer (N1-N2, N1'-N2 ') is forwarded.

12. operating device for lighting means, comprising a circuit (30, 40) for the isolated 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 the necessary for the purpose of this control knowledge of the bus voltage (Vbus) is derived from the determination of the output voltage (Vout).

13. Lighting unit with at least one lamp and a control gear according to claim 12.

14. A method for electrically isolated generation of an output voltage (Vout) in a control device for lighting, starting from an optionally rectified mains voltage (Vin), wherein - a power factor correction circuit (31) generates a non-isolated DC bus voltage (Vbus) and a control circuit (50) controls the power factor correction circuit (31), wherein the knowledge of the bus voltage (Vbus) necessary for the purpose of this control depends on the determination of the output voltage (8). Vout) is derived.

15. Integrated circuit, in particular ASIC, characterized in that it is designed for carrying out a method according to one of claims 9 to 11 and 14. 4 sheets of drawings 9/13