AT14661U1 - Potentialgetrennte Betriebsschaltung mit sekundärseitiger Parametererfassung für den Einsatz als PFC-Schaltung - Google Patents

Abstract

Die stellt eine Betriebsschaltung zur Ansteuerung einer LED-Strecke bereit, aufweisend einen primärseitig mit einer Versorgungsspannung versorgten potentialgetrennten getakteten Wandler, insbesondere einen Flyback-Konverter, der an seiner Primärseite ein getaktetes Schaltelement aufweist, wobei Anschlüsse für die LED-Strecke (LS) ausgehend von der Sekundärseite des Wandlers versorgt sind, und eine sekundärseitig angeordnete Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, das getaktete Schaltelement anzusteuern, wobei die Steuereinheit lediglich sekundärseitig erfasste Parameter auswertet und die Ansteuerung des Schaltelements davon abhängig verändert.

Description

Beschreibung

POTENTIALGETRENNTE BETRIEBSSCHALTUNG MIT SEKUNDÄRSEITIGER PARAMETER¬ERFASSUNG FÜR DEN EINSATZ ALS PFC-SCHALTUNG

[0001] Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung zur Ansteuerung wenigstens einer LED-Strecke aufweisend wenigstens eine LED. Insbesondere weist die Betriebsschaltung einengetakteten Wandler, z.B. einen Flyback-Wandler (auch als isolierter Sperrwandler bezeichnet)und eine sekundärseitige Steuereinheit auf, die verschiedene Parameter (Messwerte) insbe¬sondere ausschließlich sekundärseitig erfasst. Die sekundärseitig erfassten Parameter könnenausgewertet werden, um eine Fehlerkorrektur bereitzustellen und um eine Funktionsweise einerLeistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) zu ermöglichen.

[0002] Die Betriebsschaltung ist dabei durch eine elektrisch isolierende Barriere in wenigstenseine Primärseite und eine davon potentialgetrennte Sekundärseite geteilt. Der getaktete Wand¬ler ist dazu eingerichtet, elektrische Energie von der Primärseite durch induktive Kopplung aufdie Sekundärseite der Betriebsschaltung zu übertragen. Eine Steuereinheit ist auf der Sekun¬därseite der Betriebsschaltung angeordnet.

[0003] Ausgangspunkt der Erfindung ist die zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung nichtveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 10 2012 215 481.7. In dieser Anmeldung ist bereitsin der Fig. 3 eine Betriebsschaltung mit einer sekundärseitigen Steuereinheit gezeigt. Es istdaraus bereits bekannt, dass die sekundärseitige Anordnung der Steuereinheit die Möglichkeiteröffnet, dass Parameter einer LED-Strecke sekundärseitig ausgewertet werden können.

[0004] Fig. 1, die der Fig. 3 aus der oben genannten deutschen Anmeldung entspricht, zeigtdabei bereits in einem Blockschaltbild eine primärseitig mit einem Gleich- oder Wechselstromversorgte Betriebsschaltung. Der Wechselstrom wird ggf. durch einen Gleichrichter (rectifier)gleichgerichtet. Über einen mit einem aktiv gesteuerten Schaltelement getakteten Wandler(flyback converter) wird sekundärseitig die LED-Strecke LS versorgt. Der getaktete Wandlerweist dazu einen Transformator T1, T11 zur potential-getrennten Energieübertragung auf. Es istauch zu erkennen, dass eine Steuereinheit, die in Fig. 1 auch als "ASIC" bezeichnet ist, alterna¬tiv verwirklicht durch eine integrierte Schaltung IC oder einen Mikrocontroller, sekundärseitigangeordnet ist.

[0005] Klar zu sehen ist, dass die sekundärseitige Steuereinheit beispielsweise am Mittenpunkteines Spannungsteilers bestehend aus einem ersten Widerstand Rsnsi und einem zweiten Wi¬derstand Rsns2 eine Betriebsspannung der LED-Strecke LS ermitteln kann. Auch ist es derSteuereinheit S möglich, beispielsweise einen Durchschnittsstrom durch die LED-Strecke aneinem Filter, bestehend aus einem Filter-Widerstand Rfi|ti und einem Filter-Kondensator Cm,am Mittenpunkt zwischen Filter-Widerstand Rm und Filter-Kondensator Cfi|ti, zu ermitteln.

[0006] Die Steuereinheit S ist jedoch darauf angewiesen, beispielsweise auch primärseitigeInformationen auszuwerten bzw. zu erfassen, um z.B. einen Nulldurchgang (ZX) des hochfre¬quenten Stromes auf der Primärseite des getakteten Wandlers sowie die Versorgungsspannungzu erfassen bzw. auswerten zu können.

[0007] Die primärseitige Eingangsspannung kann nur aus Parametern des getakteten Wandlers(Tastverhältnis, Frequenz, Wicklungsverhältnisse, usw.) indirekt ermittelt werden. Wenn derprimärseitige Schalter eingeschaltet ist, fällt über der Primärwicklung T1 des Transformators inetwa die Eingangsspannung ab. Die während dieser Phase auf der Sekundärseite T11 anlie¬gende Spannung hängt vom Wicklungsverhältnis des Transformators T1, T11 ab. Auf ähnlicheWeise kann der Nulldurchgang des hochfrequenten Stromes auf der Primärseite des Flyback-Konverters (ZX-Detection) auf der Sekundärseite anhand einer Überwachung der Spannung ander Sekundärseite des Transformators T1, T11 erfasst werden.

[0008] Detaillierte Pegelinformationen bezüglich der Versorgungsspannung bzw. Netzspannungkönnen nicht erfasst werden. Es kann jedoch die Information über ein Anliegen oder Nichtanlie¬ gen einer Wechselspannung (AC-Spannung) ausreichend sein, bzw. über ein Umschalten oderAnliegen einer Gleichspannung (DC-Spannung), was z.B. einen Notlichtbetrieb anzeigen kann.

[0009] Die Steuerung des getakteten Wandlers erfolgt potentialgetrennt, insbesondere induktiv,durch Ansteuerung eines zweiten Übertragers T2. Über eine Steuerung des zweiten Übertra¬gers T2 erfolgt dann eine Ansteuerung des Schalters, z.B. die Aktivierung/Deaktivierung einesGates (beispielsweise eines Feldeffekttransistors FET, oder eines MOSFETs).

[0010] Somit kann die Steuereinheit S, obwohl sie sekundärseitig angeordnet ist, den primärsei¬tig angeordneten getakteten Schalter des Flyback-Konverters ansteuern und entsprechend denTakt bzw. die Ton-Zeit des Flyback-Konverters einstellen. Der zweite Übertrager kann beispiels¬weise auch als sog. Coreless Transformer (Luftspule) oder als Optokoppler ausgeführt sein.

[0011] Ausgehend von dem oben dargelegten Stand der Technik hat es sich die Erfindung nunzum Ziel gesetzt, die sekundärseitige Erfassung der Parameter und zusätzlicher Parameter zunutzen, um die Betriebsschaltung bzw. den getakteten Wandler zur Leistungsfaktorkorrektureinzusetzen. Durch die rein sekundärseitige Erfassung der Parameter werden Kosten für dieSchaltung sowie die SchalWLeistungsverluste reduziert, da keine aufwendige und teure Über¬tragung der zu erfassenden Parameter über die elektrisch isolierende Barriere erfolgen muss.Insbesondere Transformatoren, die den SELV-Bestimmungen entsprechen verursachen relativhohe Kosten für eine Schaltung. Auch eine Durchbrechung der elektrisch isolierenden Barrierewird vermieden.

[0012] Die Erfindung stellt daher eine Lösung bereit, wie sie mit den unabhängigen Ansprüchenbeansprucht ist. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0013] In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine Betriebsschaltung zur Ansteuerung einerLED-Strecke (LS) bereit, aufweisend einen primärseitig mit einer Versorgungsspannung ver¬sorgten potentialgetrennten getakteten Wandler, insbesondere einen Flyback-Konverter, der anseiner Primärseite ein getaktetes Schaltelement aufweist, wobei Anschlüsse für die LED-Strecke ausgehend von der Sekundärseite des Wandlers versorgt sind, und eine sekundärseitigangeordnete Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, das getaktete primärseitige Schaltelementanzusteuern, wobei die Steuereinheit lediglich sekundärseitig erfasste Parameter auswertet(Messwerte erfasst) und die Ansteuerung des Schaltelements davon abhängig verändert.

[0014] Die Steuereinheit kann ausgehend von der Sekundärseite des Wandlers elektrischversorgt sein.

[0015] Die Steuereinheit kann eine ausgehend von der Sekundärseite des Wandlers, insbe¬sondere mittels eines Spannungsteilers gelieferte Versorgungsspannung erfassen.

[0016] Die Steuereinheit kann eine Treiberschaltung ansteuern. Die Treiberschaltung kann dasSchaltelement ansteuern.

[0017] Die Steuereinheit kann einen Strom durch die Sekundärseite des getakteten Wandlerserfassen, insbesondere an einem Strommesswiderstand.

[0018] Die Steuereinheit kann den Strom durch die Sekundärseite des getakteten Wandlersüber einen Offset-Widerstand erfassen, der insbesondere mit der potentialhöheren Seite desStrommesswiderstands einerseits und der Steuereinheit andererseits verbunden ist.

[0019] Die Steuereinheit kann einen weiteren Strom durch die LED-Strecke erfassen, insbe¬sondere an einem weiteren Strommesswiderstand.

[0020] Der Spannungsteiler kann parallel zu der LED-Strecke angeordnet sein. Zwischen derpotential höheren Seite des Spannungsteilers und der LED-Strecke kann eine Diode verschaltetsein.

[0021] Parallel mit dem Spannungsteiler und der LED-Strecke (LS) kann ein Kondensatorverschaltet sein.

[0022] Die Steuereinheit kann zumindest den weiteren Strom, die sekundärseitige Versor- gungsspannung und/oder einen die entsprechende elektrische Größe widergebenden Parame¬ter bezüglich wenigstens eines Schwellenwertes überwachen.

[0023] Die Steuereinheit kann das getaktete Schaltelement deaktivieren/aktivieren, wenn derweitere Strom die sekundärseitige Versorgungsspannung und/oder der Parameter den wenigs¬tens einen Schwellenwert, insbesondere für eine vorbestimmte Zeit, über- oder unterschreitet.

[0024] Die Steuereinheit kann eine Zählerschaltung aufweisen oder funktional damit verbundensein. Die Steuereinheit kann bei einem Über-/Unterschreiten des wenigstens einen Schwellen¬wertes ein Inkrementieren/Dekrementieren eines Zählerwertes durch die Zählerschaltung aus-lösen.

[0025] Die Steuereinheit kann das getaktete Schaltelement deaktivieren/aktivieren, wenn derZählerwert einen vorbestimmten Wert erreicht und ein Zustand der Über- /Unterschreitungbezüglich des wenigstens einen Schwellenwertes unverändert ist.

[0026] Bei jedem Inkrementieren/Dekrementieren des Zählerwertes kann eine Überprüfungdahingehend erfolgen, ob die Über- /Unterschreitung vorliegt.

[0027] Die Steuereinheit kann die sekundärseitige Versorgungsspannung bezüglich einesoberen Spannungsschwellenwerts und/oder eines unteren Spannungsschwellenwerts auswer¬ten.

[0028] Die Steuereinheit kann den weiteren Strom bezüglich eines maximalen/minimalenStromwertes auswerten, bzw. einen Anstieg/Abfall des weiteren Stromes über einen maxima¬len/minimalen Stromwert. Es kann insbesondere ein Grad des Anstiegs/Abfalls erfasst undausgewertet werden.

[0029] Der Steuereinheit kann der wenigstens eine Schwellenwert zugeführt werden, insbeson¬dere über eine Bus-Schnittstelle.

[0030] Der Offset-Widerstand kann einen Spannungsabfall über den Strommesswiderstand ineinen positiven Spannungsbereich verschieben.

[0031] Die Treiberschaltung kann das Ausgangssignal zur Ansteuerung des Schaltelementsausgeben, wenn ihr von der Steuereinheit ein Eingangssignal zugeführt wird.

[0032] Die Treiberschaltung kann das Eingangssignal von einer Steuereinheit empfangen unddieses mittels eines Übertragungselements, z.B. eines Optokopplers, einer induktiven Kopp¬lung, einer kapazitiven Kopplung, und/oder eines Widerstands, von der Sekundärseite auf einePrimärseite der Betriebsschaltung übertragen und gegebenenfalls filtern und/oder verstärken.

[0033] Das Übertragungselement kann ein hochohmiger Widerstand z.B. größer 1 ΜΩ sein.

[0034] Die insbesondere passive Treiberschaltung kann zur Ansteuerung des Schaltelementsvorgesehen sein. Die Treiberschaltung kann, bei Ansteuerung durch die Steuereinheit, dasgetaktete Schaltelement, insbesondere das Gate eines Transistors, mit einem von der Steuer¬einheit festgelegten Takt betreiben.

[0035] Der Wandler kann die elektrisch isolierende Barriere der Betriebsschaltung überbrücken.Die elektrisch isolierende Barriere kann eine galvanisch isolierende Barriere bzw. eine SELV-Barriere sein.

[0036] Die Steuereinheit kann Nulldurchgänge einer Eingangsspannung erfassen. Sobald derNulldurchgang erkannt wird muss der Treiber eingeschaltet werden. Hiermit kann garantiertwerden, dass die Schaltung im Boundary-Conduction-Mode und bei konstantem Ton als PFCarbeitet.

[0037] Die Steuereinheit kann auf Basis der Nulldurchgänge und insbesondere der Sekundär¬seitigen Spannung einen Verlauf der Eingangsspannung bestimmen.

[0038] Die Steuereinheit kann aus auf der Sekundärseite erfassten Parameteren eine durchden getakteten Wandler aufgenommen Leistung bestimmen.

[0039] Die Steuereinheit kann das getaktete Schaltelement so ansteuern, dass sich ein derEingangsspannung folgender Verlauf der von dem getakteten Wandler aufgenommenen Leis¬tung ergibt.

[0040] In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein LED- Modul oder Betriebsgerät zumBetreiben einer LED-Strecke bereit, aufweisend eine Betriebsschaltung wie vorstehend be¬schrieben und eine damit versorgte LED-Strecke.

[0041] In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Be¬triebsschaltung für eine LED-Strecke bereit, wobei: eine sekundärseitig angeordnete Steuerein¬heit, die dazu eingerichtet ist, ein getaktetes Schaltelement eines primärseitig mit einer Versor¬gungsspannung versorgten potentialgetrennten getakteten Wandlers, insbesondere eines Fly-back-Konverter, der an seiner Primärseite ein getaktetes Schaltelement aufweist, und An¬schlüsse für eine LED-Strecke ausgehend von der Sekundärseite des Wandlers versorgt, anzu¬steuern, wobei die Steuereinheit lediglich sekundärseitig erfasste Parameter auswertet und dieAnsteuerung des Schaltelements davon abhängig verändert.

[0042] Die Erfindung wird nunmehr auch mit Blick auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen: [0043] Fig. 1 zeigt eine erste Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik.

[0044] Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen

Schaltungsanordnung.

[0045] Fig. 3 zeigt exemplarisch sekundärseitig erfasste und ermittelte Parameter.

[0046] Fig. 4 zeigt exemplarisch Schaltungsparameter bei Ansteuerung des Schalt¬ elements S1.

[0047] Fig. 5 zeigt exemplarisch weitere Schaltungsparameter.

[0048] Fig. 6 zeigt exemplarisch eine Überstromerkennung durch die sekundärsei¬ tige Steuereinheit SE.

[0049] Figs. 7a und 7b zeigen schematisch Möglichkeiten der Fehlererkennung durch die sekundärseitige Steuereinheit SE.

[0050] Figs. 8a und 8b zeigen schematisch weitere Möglichkeiten der Fehlererkennung durch die sekundärseitige Steuereinheit SE.

[0051] Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsan¬ordnung, die ausgehend von einer Versorgungsspannung Vmains, die durch einen Gleichrichter Rgleichgerichtet wird und mittels eines Glättungskondensators Cg geglättet wird, primärseitigversorgt ist. Eine Steuerschaltung SE ist auf der Sekundärseite der Betriebsschaltung ausFig. 1 vorgesehen, die die eine elektrisch-isolierende Barriere überbrückende TreiberschaltungDRV ansteuert.

[0052] Über die Treiberschaltung DRV wird dann vorzugsweise ein primärseitiges Schaltele¬ment S1 eines getakteten Wandlers angesteuert, der zur Übertragung elektrischer Energie vonder Primärseite auf die Sekundärseite vorgesehen ist, und insbesondere einen die elektrisch¬isolierende Barriere überbrückenden Transformator TR aufweist.

[0053] Es wird also folglich mittels der Ansteuerung von der sekundärseitigen Steuereinheit SEüber die Treiberschaltung DRV das Schaltelement S1 angesteuert, um elektrische Energie vonder Primärseite des Transformators TR auf die Sekundärseite des Transformators zu übertra¬gen.

[0054] Auf der Sekundärseite des Transformators ist ein Spannungsteiler vorgesehen, beste¬hend aus einem ersten Widerstand Rseci und einem zweiten Widerstand RSec2> mittels dem dieauf der Sekundärseite induzierte Spannung Vsec, d.h. die durch induktive Kopplung an der Se¬kundärseite des Transformators TR induzierte Spannung, erfasst werden kann. Ausgehend vondieser sekundärseitigen Spannung Vsec kann dann wiederum ein Rückschluss auf die auf derPrimärseite des Transformators bzw. auf der Primärseite der Betriebsschaltung anliegende

Spannung Vin gezogen werden, wie oben bereits beschrieben.

[0055] Weiter kann auch ein Nulldurchgang (Zx, zero Crossing) der VersorgungsspannungVmains erfasst werden, indem die auf der Sekundärseite induzierte Spannung Vsec erfasst wird(s.o.).

[0056] Wie in Fig. 3 gezeigt kann durch die sekundärseitige Steuerschaltung SE an einemersten Strommesswiderstand RLsec der sekundärseitige Strom lL_Sec erfasst werden, d.h. derStrom an der Sekundärseite/Sekundärwicklung des Transformators TR. Ebenso kann die se¬kundärseitige Spannung Vsec bestimmt werden, sowie die Zeitpunkte (ZX) des Erreichens desNullpunkts durch den sekundärseitigen Strom lL_Prim und gleichzeitig des Abfallens der sekun¬därseitigen Spannung Vsec. Diese Informationen werden nun eingesetzt, um den getaktetenWandler in einem Grenzmodus (Boundary-Conduction-Mode) bzw. lückendem Betrieb (Discon-tinous-Conduction-Mode) als eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC, Power-Factor-Correction Circuit) zu betreiben und insbesondere mit einer konstanten Einschaltzeitdauer Tondes Schaltelements S1 über die Hälfte einer Halbwelle der Versorgungsspannung.

[0057] Sobald ein Nulldurchgang (ZX) erkannt wird, wird der Treiber (wieder) eingeschaltet.Hierdurch kann garantiert werden, dass die Schaltung und insbesondere der getaktete Wandlerim Boundary-Conduction-Mode und bei konstanter Einschaltzeitdauer Ton des SchaltelementsS1 als Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC) arbeitet.

[0058] Wenn der getaktete Wandler in einem Boundary-Conduction- Mode betrieben wird, folgtder Durchschnitt des Versorgungsstroms der Versorgungsspannung und der getaktete Wandlerfungiert als Leistungsfaktorkorrekturschaltung.

[0059] Mit Hilfe des erkannten Erreichen des Nullpunkts zum Zeitpunkt ZX kann ein sog. Valley-Switching (d.h. ein Spannungsminimum-Schalten; auch bekannt als Nulldurchgangsschalten)des Schaltelements S1 (beispielsweise realisiert als Feldeffekttransistor FET, MOSFET,...)ermöglicht werden. Insbesondere wird erst bei minimaler Spannung über dem Schaltelement S1das Schaltelement S1 aktiviert/eingeschaltet, wodurch Schaltverluste minimiert, zumindest aberreduziert werden können. Hier durch können Leistungsverluste und elektromagnetische Störun¬gen (EMI) beim Schalten des Schaltelements S1 vermieden oder reduziert werden. Insbesonde¬re erfolgt ein Schalten des Schaltelements S1 dann, wenn die Drain-zu-Source Spannungminimal ist.

[0060] Während einer Einschaltphase Ton des Schaltelements S1 wird als sekundärseitigeSpannung Vsec über den Spannungsteiler aus dem ersten Widerstand Rseci und im zweitenWiderstand RseC2 eine Spannung erfasst, die der primärseitigen Spannung geteilt durch dasWindungsverhältnis des Transformators TR darstellt. Aus dieser Information kann nun auchbestimmt werden, ob an der Schaltung eine Wechselspannung oder eine Gleichspannunganliegt. Diese Information kann auch verwendet werden, um eine THD-Störung (Total HarmonieDistortion) zu korrigieren oder zu kompensieren.

[0061] Fig. 4 zeigt exemplarisch den Verlauf der Ansteuerspannung (die von der Steuereinheitausgegeben wird) für das Schaltelement S1 (oben) mit konstanter Einschaltzeitdauer Ton.

[0062] Die untere Kurve in Fig. 4 zeigt den zwischen zwei Werten springenden Verlauf derSpannung Vsec. Der obere konstante Wert entspricht dabei der Spannung VLEd, während deruntere Wert (bei eingeschaltetem Schalter) der Eingangsspannung Vmains entspricht. Wenndiese eine gleichgerichtete AC- Spannung ist, ist die Einhüllende der unteren Werte eine Sinus¬kurve. Somit lässt sich aus der Spannung Vsec auch erkennen, ob die Spannung Vmains eine AC-Spannung odereine DC-Spannung ist.

[0063] Wiederum mit Bezug auf Fig. 1 kann die Steuerschaltung SE an einen zweiten Strom¬messwiderstand Rled den Strom durch die LED-Strecke mit wenigstens einer LED erfassen undbestimmen und so davon abhängig eine Steuerung des Schaltelements S1 ausführen. So kanneine sehr exakte Steuerung des LED Stroms ILed erfolgen.

[0064] Fig. 5 zeigt dabei exemplarisch den Verlauf einer Spannung Vin an der Primärseite des

Transformators TR (oben) sowie den durch die Steuereinheit SE erfassten resultierenden StromIled durch die LED-Strecke (unten).

[0065] Mittels des Offset-Widerstands RLoffeet sowie vorzugsweise einer internen Stromquellekann der Spannungsabfall über einen zusätzlichen Widerstand RLsec in einen positiven Span¬nungsbereich verschoben werden, da es andernfalls nicht möglich ist negative Ströme zu erfas¬sen. Aus dieser positiv verschobenen Spannung kann dann eine Information über die Größedes sekundärseitigen Stroms bestimmt werden. Bei Kenntnis und mit Hilfe des Wicklungsver¬hältnisses des Transformators TR kann daher einer Strombegrenzung des primärseitigenStroms von der Sekundärseite aus erfolgen.

[0066] Fig. 6 zeigt dabei eine Überstromerkennung, bei der der sekundärseitige an der Sekun¬därwicklung des Transformators TR erfasst Strom lL_sec mit einer vorgegebenen Referenzspan¬nung Vcomp, bzw. einem davon abgeleiteten Wert, verglichen wird. Die Referenzspannung VCOmpist insbesondere ein Spannungsschwellenwert für einen Komparator der Steuereinheit SE (IC,ASIC, ...). Die Referenzspannung Vcomp kann entweder - wie andere Schwellenwerte der Steu¬ereinheit SE auch - in der Steuereinheit SE vorgegeben sein oder, insbesondere im Betrieb undvorzugsweise durch Zuführung über eine Schnittstelle bzw. durch Ablegen in einem der Steuer¬einheit SE zugänglichen und funktional mit ihr verbunden Speicher, festgelegt werden. Sobalddie Referenzspannung Vcomp an einem Eingang des Komparators überschritten wird ändert sichder Ausgang des Komparators bzw. ein durch ihn ausgegebener Wert und der Komparatorsignalisiert damit einen Überstrom. So kann die Steuereinheit SE den Überstrom erkennen.

[0067] Mit den oben beschriebenen Möglichkeiten zur Erfassung von Parametern auf der Se¬kundärseite ist es nun möglich auf einfache Weise auf Fehler zu reagieren.

[0068] Mit Informationen über die sekundärseitige Spannung Vsec, die ungefähr der Spannungan der Leuchtmittelstrecke entspricht, kann die Steuereinheit SE sehr schnell auf einen Unter-spannungs- oder Überspannungsfehler reagieren. Mit Hilfe der Information über die sekundär¬seitige Spannung Vsec und Information über den Strom ILEd durch die LED-Strecke kann weiterdie LED-Streckenleistung durch Iled*Vled bestimmt werden und eine Unterlast bzw. eine Über¬last erkannt werden. Auch kann mittels des gemessenen LED Stroms Iled ein Kurzschluss oderein offener Stromkreis (keine angeschlossene Last) von der Steuereinheit SE erkannt werden.

[0069] Mit einer Information über einen sekundärseitigen Spitzenstromhub kann auch der Spit¬zenstrom auf der Primärseite bestimmt werden. Ist dieser primärseitige Spitzenstrom zu hoch,so wird die Steuereinheit SE (die vorzugsweise als IC, ASIC, Mikrocontroller, FPGA (FieldProgrammable Gate Array) ausgebildet ist) die Einschaltzeitdauer Ton des getakteten Schalt¬elements S1 des getakteten Wandlers reduzieren oder den getakteten Wandler deaktivieren,d.h. abschalten. Liegt ein Fehlerzustand nicht mehr vor, so kann die Steuereinheit SE dengetakteten Wandler wieder wie gewünscht betreiben.

[0070] Entsprechende von der Steuereinheit SE erfasste bzw. bestimmte Größen bzw. dadurcherkennbare Fehlerzustände sind in den Figs. 7 und 8 dargestellt.

[0071] Wie in Fig. 7a) gezeigt, ist es das Ziel der Steuereinheit SE den LED-Strom ILed aufeinen in der Steuereinheit SE vorgegebenen bzw. ihr zugeführten Sollwert lson zu steuern. DieSteuerschaltung SE überwacht die sekundärseitige Spannung V^c und überprüft insbesondere,ob eine Überschreitung eines oberen Schwellenwertes Umax für die sekundärseitige SpannungVsec vorliegt.

[0072] Überschreitet die sekundärseitige Spannung V^c den oberen Schwellenwert Umax sowird überprüft, für welche Zeitdauer der obere Schwellenwert Umax für die sekundärseitigeSpannung Vsec überschritten wird. Dazu wird insbesondere eine Variable bzw. ein ,Flag' (Bit-Schalter) cmp_vsec_high gesetzt und gleichzeitig ein Zählerwert durch eine Zählerschaltung(Counter) vorzugsweise stetig inkrementiert/dekrementiert (der Zählerwert kann z.B. von einemvorgegebenen Wert auf null dekrementiert werden). Wird durch den Zähler ein bestimmterMaximalzählerwert über-/unterschritten, und hält der Zustand, bei dem die sekundärseitigeSpannung Vsec den oberen Schwellenwert Umax überschreitet, immer noch an, d.h. ist die Vari- able/das Flag cmp_vsec_high immer noch gesetzt, so wird die Treiberschaltung deaktiviert(DRVin oder DRV0ut entspricht DRV_off) bzw. ein Signal an die Treiberschaltung DRV übermit¬telt, die anzeigt, dass der primärseitige Schalter nicht mehr getaktet betrieben werden soll undinsbesondere deaktiviert, d.h. nicht leitend geschaltet werden soll. Unter „setzen" einer Variab-le/eines Flags ist dabei eine definierte Veränderung eines Speicherinhalts zu verstehen, z.B.von dem Wert 0 auf den Wert 1 oder umgekehrt.

[0073] Der Schwellenwert Umax ist insbesondere in der Steuereinheit SE vorgegeben, oder ineinem durch die Steuereinheit SE zugreifbaren Speicher abgelegt.

[0074] Entsprechend kann eine Erkennung einer Unterspannung erfolgen, wie es in Fig. 7b)gezeigt ist. Hier wird nun - im Gegensatz zu Fig. 7a) - die sekundärseitige Spannung Vsec da¬hingehend überprüft, ob sie unter einen unteren Schwellenwert Umin fällt, der entweder in derSteuereinheit SE vorgegeben ist, oder in einem durch die Steuereinheit SE zugreifbaren Spei¬cher abgelegt ist. In Fig. 7b) ist gezeigt, dass für ein kurzzeitiges Unterschreiten des unterenSchwellenwerts zwar analog zu der Erkennung der Überschreitung eine Variable/ein ,Flag'cmp_vsec_low gesetzt und ein Zähler gestartet wird. Steigt jedoch die sekundärseitige Span¬nung Vsec innerhalb oder am Ende eines Zählintervalls erneut über den unteren SchwellenwertUmin an, so wird das Flag cmp_vsec_low zurückgesetzt und es erfolgt weiterhin eine Überwa¬chung der sekundärseitigen Spannung Vsec bzgl. der Schwellenwerte. Tritt erneut eine Über¬schreitung des unteren Schwellenwerts Umin auf, so wird erneut die Variable/das Flagcmp_vsec_low gesetzt und wiederum z.B. ein Hochzählen des Zählerwerts durch die Zähler¬schaltung (counter) veranlasst. Ist wiederum ein bestimmter Wert für den Wert des Zählerserreicht und liegt die Unterschreitung des unteren Schwellenwerts Umm immer noch vor, soerfolgt wiederum eine Deaktivierung des Schaltelements S1 bzw. wird durch die SteuereinheitSE ein entsprechendes Signal ausgegeben, das die Treiberschaltung DRV dazu veranlasst,das getaktete Schaltelement S1 nicht mehr getaktet zu betreiben.

[0075] Entsprechend, kann wie in den Figs. 8a) und 8b) gezeigt, auch eine Erkennung einesKurzschlusses bzw. einer offenen Schaltung erfolgen. Hierbei überwacht die Steuereinheit SEden Strom ILed und vergleicht diesen mit entweder einem oberen Schwellenwert cmp_iled_highfür den Strom lLED oder mit einem unteren Schwellenwert cmpjledjowfür den LED- Strom lLED.Wird folglich von der Steuereinheit SE ein Strom durch die LED-Strecke Iled erfasst, der überden oberen Schwellenwert cmp_iled_high für den Strom durch die LED-Strecke cmp_iled_highsteigt, vorzugsweise für eine bestimmte Zeit, so wird wiederum die getaktete Ansteuerung desSchaltelements S1 ausgesetzt (durch ein Signal DRV_off) bzw. die Treiberschaltung DRVdeaktiviert. Entsprechend wird bei Unterschreitung des unteren Schwellenwerts cmpjledjowfür den Strom durch die LED-Strecke ebenfalls die Treiberschaltung DRV durch ein SignalDRV_off deaktiviert bzw. eine getaktete Ansteuerung des Schalters S1 unterbrochen.

[0076] Somit wird eine rein sekundärseitige Fehlererkennung und Korrektur ermöglicht, ohnedass auf der Primärseite der Betriebsschaltung eine Steuereinheit vorgesehen werden muss.Es kann folglich auch die Übertragung primärseitiger Informationen auf die Sekundärseite zurErkennung von Fehlerzuständen vermieden werden und damit die Kosten für die Betriebsschal¬tung reduziert werden.

[0077] Die Treiberschaltung DRV überträgt dabei vorzugsweise ein Signal von der Steuerein¬heit SE auf die Primärseite der Betriebsschaltung, insbesondere durch induktive oder kapazitiveKopplung oder durch Verwendung eines die elektrisch isolierende Barriere durchbrechendenWiderstandes, der gemäß der SELV-Anforderung dimensioniert ist (beispielsweise im Mega-Ohm-Bereich). Weiter kann die Treiberschaltung DRV ein von der Steuereinheit SE ausgege¬benes Signal DRV_off auswerten bzw. auf der Primärseite aufbereiten (z.B. Verstärken) umdieses dem Schaltelement S1 für den getakteten Betrieb zuzuführen. Die Treiberschaltung DRVkann jedoch auch ein Signal von der Steuereinheit SE annehmen und dann abhängig davon aufder Primärseite ein die Taktung des getakteten Schaltelements S1 bestimmendes Signal er¬zeugen.

[0078] Die Schwellenwerte können auch veränderbar sein und insbesondere durch während des Betriebs z.B. über eine Busschnittstelle zugeführte Signale vorgegeben werden.

[0079] Die Steuereinheit SE steuert das getaktete Schaltelement S1 insbesondere so an, dasssich ein PFC-Verhalten ergibt, dass also eine Leistungsfaktorkorrektur erfolgt. Dazu steuert dieSteuereinheit SE das Schaltelement S1 so an, dass die Leistlingsaufnahme des getaktetenWandlers im Wesentlichen dem sinusförmigen Verlauf der Eingangsspannung Vmains folgt. DieSteuereinheit SE kann aus der Spannung Vsec und dem Strom lsec und evtl, zusätzlichen Para¬metern des getakteten Wandlers (Tastverhältnis, Frequenz, Wicklungsverhältnisse, usw.) einenParameter ermitteln, der die von dem Wandler aufgenommene Leistung wiedergibt. Ebenfallssind die Zeitpunkte der Nulldurchgänge ZX bekannt. Zumindest auf Basis der NulldurchgängeZX, aber auch auf Grundlage des Verlaufes der sekundärseitigen Spannung Vsec kann dieSteuereinheit SE den Verlauf der Eingangsspannung Vmains ermitteln. Die Steuerschaltung SEsteuert vorzugsweise das Schaltelement S1 dann so an, dass sich der gewünschte Verlauf derLeistungsaufnahme ergibt.

Claims (29)

1. Ansprüche 1. Betriebsschaltung zur Ansteuerung einer LED-Strecke (LS), aufweisend: - einen primärseitig mit einer Versorgungsspannung versorgten potentialgetrennten getak¬teten Wandler, insbesondere einen Flyback-Konverter, der an seiner Primärseite ein ge¬taktetes Schaltelement (S1) aufweist, wobei Anschlüsse für die LED-Strecke (LS) aus¬gehend von der Sekundärseite des Wandlers versorgt sind, und - eine sekundärseitig angeordnete Steuereinheit (SE), die dazu eingerichtet ist, das getak¬tete Schaltelement (S1) anzusteuern, wobei die Steuereinheit (SE) lediglich sekundär¬seitig erfasste Parameter auswertet und die Ansteuerung, insbesondere den Einschalt¬zeitpunkt des Schaltelements (S1) davon abhängig verändert.
2. 2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (SE) ausgehend von derSekundärseite des Wandlers elektrisch versorgt ist.
3. 3. Betriebsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtetist, eine ausgehend von der Sekundärseite des Wandlers, insbesondere mittels einesSpannungsteilers (Rsecl, Resec2), gelieferte Versorgungsspannung (Vsec) zu erfassen.
4. 4. Betriebsschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE)eine Treiberschaltung (DRV) ansteuert, und wobei die Treiberschaltung (DRV) das Schalt¬element (S1) ansteuert.
5. 5. Betriebsschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE)einen Strom (lLsec) durch die Sekundärseite des getakteten Wandlers erfasst, insbesonderean einem Strommesswiderstand (RLsec)·
6. 6. Betriebsschaltung nach Anspruch 5 oder Anspruch 5 und einem der vorgehenden Ansprü¬che, wobei die Steuereinheit (SE) den Strom (lLsec) durch die Sekundärseite des getaktetenWandlers über einen Offset-Widerstand (R|_offset) erfasst, der insbesondere mit der potenti¬alhöheren Seite des Strommesswiderstands einerseits und der Steuereinheit (SE) ande¬rerseits verbunden ist.
7. 7. Betriebsschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE)einen weiteren Strom (ILed) durch die LED-Strecke (LS) erfasst, insbesondere an einemweiteren Strommesswiderstand (Rled)-
8. 8. Betriebsschaltung nach Anspruch 3 oder Anspruch 3 und einem der vorgehenden Ansprü¬che, wobei der Spannungsteiler (Rseci, RseC2) parallel zu der LED-Strecke (LS) angeordnetist, und zwischen der potential höheren Seite des Spannungsteilers (Rseci, RseC2) und derLED-Strecke (LS) eine Diode (D) verschaltet ist.
9. 9. Betriebsschaltung nach Anspruch 3 oder Anspruch 3 und einem der vorgehenden Ansprü¬che, wobei parallel mit dem Spannungsteiler (Rseci, Rsec2) und der LED-Strecke (LS) einKondensator (C) verschaltet ist.
10. 10. Betriebsschaltung nach den Ansprüchen 3 und 7 oder den Ansprüchen 3 und 7 und einemder vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) zumindest den weiteren Strom(Iled), die sekundärseitige Versorgungsspannung (Vsec) und/oder einen, die entsprechendeelektrische Größe widergebenden Parameter bezüglich wenigstens eines Schwellenwertes(Umin, Umax, CMPJLEDhigh, CMPJLEDJow) überwacht.
11. 11. Betriebsschaltung nach Anspruch 10 oder Anspruch 10 und einem der vorgehenden An¬sprüche, wobei die Steuereinheit (SE) das getaktete Schaltelement (S1) deakti-viert/aktiviert, wenn der weitere Strom (lLED) die sekundärseitige Versorgungsspannung(Vsec) und/oder der Parameter den wenigstens einen Schwellenwert, insbesondere für einevorbestimmte Zeit, über- oder unterschreitet.
12. 12. Betriebsschaltung nach Anspruch 10 oder Anspruch 10 und einem der vorgehenden An¬sprüche, wobei die Steuereinheit (SE) eine Zählerschaltung (counter) aufweist oder funkti¬onal damit verbunden ist, und wobei die Steuereinheit (SE) bei einem Über-/Unterschreitendes wenigstens einen Schwellenwertes ein Inkrementieren/Dekrementieren eines Zähler¬wertes durch die Zählerschaltung (counter) auslöst.
13. 13. Betriebsschaltung nach Anspruch 12 oder Anspruch 12 und einem der vorgehenden An¬sprüche, wobei die Steuereinheit (SE) das getaktete Schaltelement deaktiviert/aktiviert,wenn der Zählerwert einen vorbestimmten Wert erreicht und die Über-/Unterschreitung be¬züglich des wenigstens einen Schwellenwertes unverändert ist.
14. 14. Betriebsschaltung nach Anspruch 12 oder Anspruch 12 und einem der vorgehenden An¬sprüche, wobei bei jedem Inkrementieren/Dekrementieren des Zählerwertes eine Überprü¬fung dahingehend erfolgt, ob die Über-/Unterschreitung vorliegt.
15. 15. Betriebsschaltung nach Anspruch 3 oder Anspruch 3 und einem der vorgehenden Ansprü¬che, wobei die Steuereinheit (SE) die sekundärseitige Versorgungsspannung (VseC) bezüg¬lich eines oberen Spannungsschwellenwerts (Umax) und/oder eines unteren Spannungs¬schwellenwerts (Umin) auswertet.
16. 16. Betriebsschaltung nach Anspruch 7 oder Anspruch 7 und einem der vorgehenden Ansprü¬che, wobei die Steuereinheit (SE) den weiteren Strom (ILed) bezüglich eines maxima-len/minimalen Stromwertes überwacht, insbesondere einen Anstieg/Abfall des weiterenStromes über einen maximalen/minimalen Stromwert.
17. 17. Betriebsschaltung nach Anspruch 10 oder Anspruch 10 und einem der vorgehenden An¬sprüche, wobei der Steuereinheit (SE) der wenigstens eine Schwellenwert zugeführt wird,insbesondere über eine Bus-Schnittstelle.
18. 18. Betriebsschaltung nach Anspruch 6 oder Anspruch 6 und einem der vorgehenden Ansprü¬che, wobei der Offset-Widerstand (RLOffset) einen Spannungsabfall über den Strom¬messwiderstand (R|_sec) in einen positiven Spannungsbereich verschiebt.
19. 19. Betriebsschaltung nach Anspruch 4 oder Anspruch 4 und einem der vorgehenden Ansprü¬che, wobei die Treiberschaltung (DRV) das Ausgangssignal (DRVout) zur Ansteuerung desSchaltelements (S1) ausgibt, wenn ihr von der Steuereinheit (SE) ein Eingangssignal(DRVim) zugeführt wird.
20. 20. Betriebsschaltung nach Anspruch 19 oder Anspruch 19 und einem der vorgehenden An¬sprüche, wobei die Treiberschaltung (DRV) das Eingangssignal (DRV|N) von einer Steuer¬einheit (SE) empfängt und dieses mittels eines Übertragungselements, insbesondere einesOptokopplers, einer induktiven Kopplung, einer kapazitiven Kopplung, und/oder eines Wi¬derstands, von der Sekundärseite auf eine Primärseite der Betriebsschaltung überträgt undgegebenenfalls filtert und/oder verstärkt.
21. 21. Betriebsschaltung nach Anspruch 20 oder Anspruch 20 und einem der vorgehenden An¬sprüche, wobei das Übertragungselement ein hochohmiger Widerstand z.B. größer 1 ΜΩist.
22. 22. Betriebsschaltung nach Anspruch 4 oder Anspruch 4 und einem der vorgehenden Ansprü¬che, wobei die insbesondere passive Treiberschaltung (DRV) zur Ansteuerung des Schalt¬elements (S1) vorgesehen ist und wobei die Treiberschaltung (DRV) dazu eingerichtet ist,bei Ansteuerung durch die Steuereinheit (SE) das getaktete Schaltelement (S1), insbeson¬dere das Gate eines Transistors, mit einem von der Steuereinheit (SE) festgelegten Taktzu betreiben.
23. 23. Betriebsschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Wandler dieelektrisch isolierende Barriere der Betriebsschaltung überbrückt, und wobei die elektrischisolierende Barriere eine galvanisch isolierende Barriere oder eine SELV-Barriere ist.
24. 24. Betriebsschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE)Nulldurchgänge (ZX) einer Eingangs Spannung (Vmains) erfasst.
25. 25. Betriebsschaltung nach Anspruch 24 oder Anspruch 24 und einem der vorgehenden An¬sprüche, wobei die Steuereinheit (SE) auf Basis der Nulldurchgänge (ZX) und insbesonde¬re der Sekundärseitigen Spannung (Vsec) einen Verlauf der Eingangsspannung (Vmains) be¬stimmt.
26. 26. Betriebsschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE)aus auf der Sekundärseite erfassten Parameteren eine durch den getakteten Wandler auf¬genommen Leistung bestimmt.
27. 27. Betriebsschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE)das getaktete Schaltelement (S1) so ansteuert, dass sich ein der Eingangsspannung(Vmains) folgender Verlauf der von dem getakteten Wandler aufgenommenen Leistungergibt.
28. 28. LED-Modul oder Betriebsgerät zum Betreiben einer LED-Strecke (LS), aufweisend eineBetriebsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine damit versorgteLED-Strecke (LS).
29. 29. Verfahren zum Betreiben einer Betriebsschaltung für LED-Strecken, wobei: - eine sekundärseitig angeordnete Steuereinheit (SE), die dazu eingerichtet ist, ein getak¬tetes Schaltelement (S1) eines primärseitig mit einer Versorgungsspannung versorgtenpotentialgetrennten getakteten Wandlers, insbesondere eines Flyback-Konverter, der anseiner Primärseite ein getaktetes Schaltelement (S1) aufweist, und Anschlüsse für eineLED-Strecke (LS) ausgehend von der Sekundärseite des Wandlers versorgt, anzusteu¬ern, wobei die Steuereinheit (SE) lediglich sekundärseitig erfasste Parameter auswertetund die Ansteuerung des Schaltelements (S1) davon abhängig verändert. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen