AT16263U1

AT16263U1 - PFC circuit with voltage-dependent signal feed

Info

Publication number: AT16263U1
Application number: ATGM26/2015U
Authority: AT
Inventors: Nesensohn Christian; Züger Dominik
Original assignee: Tridonic Gmbh & Co Kg
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2019-05-15
Also published as: DE102014221511A1

Abstract

In einem Aspekt wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere wenigstens eine LED, bereitgestellt, aufweisend eine ausgehend von einer Netzspannung versorgte aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung mit einem durch eine Steuereinheit angesteuerten getakteten Schalter, wobei das Betriebsgerät eine Steuereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Taktung des Schalters abhängig von einem zugeführten Messsignal durchzuführen, sowie eine Signalverarbeitungseinheit, die in zeitlichen Bereichen um den Scheitel der Netzspannung herum, bspw. in zeitlichen Bereichen, in denen die Amplitude der Netzspannung über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Amplitude des Messsignals derart verändert, dass sich während der zeitlichen Bereiche eine sich durch die somit ergebende Taktung des Schalters verringerte Leistungsaufnahme der Leistungsfaktorkorrekturschaltung ergibt.In one aspect, an operating device for lighting means, in particular at least one LED, is provided comprising an active power factor correction circuit supplied from a mains voltage with a clocked switch controlled by a control unit, wherein the operating device has a control unit which is set up to clock the switch in temporal regions around the vertex of the mains voltage, for example in temporal regions in which the amplitude of the mains voltage is above a predetermined threshold value, the amplitude of the measuring signal is changed in such a way that during the temporal regions results in a reduced power consumption of the power factor correction circuit due to the resulting clocking of the switch.

Description

Beschreibungdescription

PFC-SCHALTUNG MIT SPANNUNGSABHÄNGIGER SIGNALZUFÜHRUNG [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsgerät für den Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere LEDs. Das Betriebsgerät weist dabei eine PFC-Schaltung, das heißt eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung, auf. Ein getakteter Schalter der PFC-Schaltung wird durch eine Steuereinheit angesteuert und insbesondere getaktet betrieben. Dabei ist der Steuereinheit wenigstens ein Signal zugeführt, von dem abhängig die Steuereinheit den Schalter ansteuert. Insbesondere weist das die PFC- Schaltung an einer Drossel eine Messwicklung auf, von der ausgehend der Steuereinheit ein Stromsignal zugeführt ist. Die Steuereinheit kann anhand des so zugeführten Stromsignals beispielsweise einen Nulldurchgang einer das Betriebsgerät versorgenden elektrischen Versorgung, insbesondere einer gleichgerichteten Netzspannung erkennen bzw. durch eine Überwachung des Stroms durch die Messwicklung erfassen. Gewöhnlich wird dabei die Steuereinheit den Schalter so ansteuern, dass der Schalter immer dann eingeschaltet wird, wenn der Strom durch die Messwicklung auf null abgesunken ist. Die Erfindung betrifft also auch eine Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur und ein Verfahren zum Steuern einer solchen Schaltung.PFC CIRCUIT WITH VOLTAGE-DEPENDENT SIGNAL FEEDING The invention relates to an operating device for operating lamps, in particular LEDs. The operating device has a PFC circuit, that is to say a power factor correction circuit. A clocked switch of the PFC circuit is controlled by a control unit and is operated, in particular, clocked. In this case, the control unit is supplied with at least one signal, on which the control unit controls the switch. In particular, the PFC circuit has a measuring winding on a choke, from which a current signal is supplied to the control unit. The control unit can use the current signal supplied in this way to detect, for example, a zero crossing of an electrical supply that supplies the operating device, in particular a rectified mains voltage, or can detect it by monitoring the current through the measuring winding. Usually, the control unit will control the switch so that the switch is always turned on when the current through the measuring winding has dropped to zero. The invention thus also relates to a circuit for power factor correction and a method for controlling such a circuit.

[0002] Eine Leistungsfaktorkorrektur („Power Factor Correction, PFC) wird eingesetzt, um Oberwellenströme in einem Eingangsstrom zu beseitigen bzw. zumindest zu verringern. Oberwellenströme können insbesondere bei nicht-linearen Verbrauchern, wie es beispielsweise Gleichrichter mit nachfolgender Glättung in Netzteilen sind, auftreten, da bei derartigen Verbrauchern der Eingangsstrom trotz der sinusförmigen Eingangsspannung in seiner Phase verschoben und nicht-sinusförmig verzerrt wird. Den dabei auftretenden höherfrequenten Oberschwingungen kann durch eine dem jeweiligen Gerät vorgeschaltete aktive oder getaktete Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung entgegengewirkt werden.A power factor correction (PFC) is used to eliminate or at least reduce harmonic currents in an input current. Harmonic currents can occur in particular in the case of non-linear consumers, such as, for example, rectifiers with subsequent smoothing in power supply units, since the phase of the input current is shifted and non-sinusoidally distorted in spite of the sinusoidal input voltage in such consumers. The higher-frequency harmonics that occur can be counteracted by an active or clocked power factor correction circuit connected upstream of the respective device.

[0003] Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungen werden auch bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel eingesetzt, beispielsweise bei elektronischen Vorschaltgeräten oder LED-Konvertern. Die Verwendung derartiger Schaltungen bei Geräten zum Betreiben von Leuchtmitteln ist wünschenswert oder erforderlich, da Normen die zulässige Rücksendung von Oberwellen in das Versorgungsnetz beschränken.Power factor correction circuits are also used in operating devices for lamps, for example in electronic ballasts or LED converters. The use of such circuits in devices for operating lamps is desirable or necessary because standards restrict the permissible return of harmonics into the supply network.

[0004] Für Leistungsfaktorkorrekturschaltungen wird häufig eine Schaltungstopologie verwendet, die auf der Topologie eines Aufwärtswandlers beruht. Dabei wird eine mit einer gleichgerichteten Wechselspannung versorgte Induktivität oder Spule durch Einschalten und Ausschalten eines steuerbaren Schalters mit Energie geladen bzw. entladen. Der Entladestrom der Induktivität fließt über eine Diode zu einer Ausgangskapazität, so dass am Ausgang eine gegenüber der Eingangsspannung erhöhte Gleichspannung abgegriffen werden kann. Ebenso sind jedoch auch andere Konverterarten in Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungen üblich, wie beispielsweise Flyback-Konverter oder Buck- Konverter.A circuit topology based on the topology of a step-up converter is often used for power factor correction circuits. In this case, an inductor or coil supplied with a rectified AC voltage is charged or discharged with energy by switching a controllable switch on and off. The discharge current of the inductance flows via a diode to an output capacitance, so that a DC voltage that is higher than the input voltage can be tapped at the output. However, other types of converters in power factor correction circuits are also common, such as flyback converters or buck converters.

[0005] Eine derartige Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. Insbesondere ist ein Betrieb mit einem kontinuierlichen Strom durch die zuvor erwähnte Induktivität (so genannter „Continuous Conduction Mode, CCM), ein Betrieb mit einem diskontinuierlichen Induktivitäts- oder Spulenstrom („Discontinuous Conduction Mode, auch DCM-Betriebsmodus) oder ein Betrieb im Grenzbereich zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Strom durch die Induktivität bekannt. Der zuletzt erwähnte Betriebsmodus, der gerade an der Grenze zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Betrieb liegt, wird auch als so genannter „Critical Conduction Mode, „Boundary Conduction Mode oder „Borderline Conduction Mode (BCM-Betriebsmodus) bezeichnet.[0005] Such a power factor correction circuit can be operated in various operating modes. In particular, an operation with a continuous current through the aforementioned inductance (so-called "Continuous Conduction Mode, CCM), an operation with a discontinuous inductance or coil current (" Discontinuous Conduction Mode, also DCM operating mode) or an operation in the border area between continuous and discontinuous current through the inductance known. The last-mentioned operating mode, which is just on the border between continuous and discontinuous operation, is also referred to as the so-called “critical conduction mode,” “boundary conduction mode” or “borderline conduction mode (BCM operating mode).

[0006] Um eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung im BCM-Betriebsmodus zu betreiben, kann eine Steuereinheit eingesetzt werden, die an einem Eingang ein Eingangssignal empfängt, das von dem Strom in der Induktivität abhängt. Das Eingangssignal kann beispielsweise induktiv mit einer Detektionswindung oder Messwicklung erfasst und dem Eingang zugeführt werden. Die /15In order to operate a power factor correction circuit in the BCM operating mode, a control unit can be used which receives an input signal at an input which depends on the current in the inductance. The input signal can, for example, be detected inductively with a detection winding or measuring winding and fed to the input. The / 15

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Steuereinheit kann so ausgestaltet sein, dass sie basierend auf dem Eingangssignal Nulldurchgänge des Stroms durch die Induktivität erkennt und als Antwort darauf ein Steuersignal aussteuert, um einen neuen Ladevorgang der Induktivität zu beginnen. Die Steuereinheit kann das Signal, das vom Strom durch die Induktivität abhängt, mit einem Schwellenwert vergleichen, um ein erneutes Schalten des Schalters in den Ein-Zustand abhängig von einem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs einzuleiten. Entsprechend ausgestaltete Steuereinheiten können in Form von integrierten Halbleiterschaltungen ausgeführt sein (bzw. als integrierte Schaltung IC, anwendungsspezifische integrierte Schaltung ASIC, als Mikrokontroller,...).The control unit can be designed in such a way that it detects zero crossings of the current through the inductor based on the input signal and, in response thereto, modulates a control signal in order to start a new charging process for the inductor. The control unit can compare the signal, which depends on the current through the inductance, with a threshold value in order to initiate a renewed switching of the switch into the on state depending on a result of the threshold value comparison. Correspondingly designed control units can be designed in the form of integrated semiconductor circuits (or as an integrated circuit IC, application-specific integrated circuit ASIC, as a microcontroller, ...).

[0007] Um die Ausgangsleistung anpassen zu können, kann die Zeitdauer, in der der Schalter jeweils in den Ein-Zustand, also leitend, geschaltet wird und die auch als „T_on-Zeit bezeichnet wird, angepasst werden.In order to be able to adapt the output power, the time period in which the switch is switched to the on state, that is to say conductive, and which is also referred to as “T _on time”, can be adapted.

[0008] Betriebsgeräte für Leuchtmittel sollen für größere Leistungsbereiche verwendbar sein. Bei herkömmlichen Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungen, bei denen die Steuereinheit bei einem Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität den Schalter erneut schaltet, kann die Bereitstellung von Ausgangsleistungen, die klein im Vergleich zur maximalen Ausgangsleistung sind, mit Schwierigkeiten verbunden sein. Beispielsweise kann die T_on-Zeit nicht beliebig verkürzt werden. Es kann zu einem unerwünschten Übergang in einen so genannten „BurstModus kommen, bei dem zur Vermeidung unzulässig hoher Ausgangsspannungen die Leistungsfaktorkorrekturschaltung vorübergehend ausgeschaltet bleibt. Die resultierenden Helligkeitsschwankungen in dem Licht, das von dem Leuchtmittel ausgegeben wird, werden als unangenehm empfunden. Die Helligkeitsschwankungen sind also durch das menschliche Auge z.B. als flackern wahrnehmbar. Dies läuft dem Ziel zuwider, eine möglichst gleichförmige Lichtabgabe zu gewährleisten.Operating devices for lamps should be usable for larger power ranges. In conventional power factor correction circuits, in which the control unit switches the switch again when the current through the inductance passes zero, the provision of output powers which are small compared to the maximum output power can be difficult. For example, the T _on time cannot be shortened arbitrarily. An undesired transition into a so-called “burst mode” can occur, in which the power factor correction circuit remains temporarily switched off in order to avoid impermissibly high output voltages. The resulting fluctuations in brightness in the light that is emitted by the illuminant are perceived as unpleasant. The fluctuations in brightness can thus be perceived by the human eye as flickering, for example. This runs counter to the goal of ensuring the most uniform possible light emission.

[0009] Aus dem Stand der Technik ist z.B. bekannt, dass, wenn ein Betriebsgerät eine geringe Last betreiben soll, gleichzeitig jedoch eine hohe Netzspannungsamplitude anliegt, ein Wechsel der Betriebsart erfolgt.From the prior art is e.g. It is known that if an operating device is to operate a low load, but at the same time there is a high mains voltage amplitude, the operating mode changes.

[0010] Beispielsweise kann von der Ansteuerung von dem kontinuierlichen, nicht-lückenden Betrieb (CCM) in den diskontinuierlichen, lückenden Betrieb (DCM) gewechselt werden. Insbesondere erfolgen ein Ausschalten des getakteten Schalters bei Erreichen einer maximalen Busspannung und ein Wiedereinschalten des Schalters nach einem Absinken unter einen vordefinierten Hysteresewert, insbesondere in einen niederfrequenten Bereich von insbesondere kleiner als 10 Hz.For example, the control can be switched from continuous, non-intermittent operation (CCM) to discontinuous, intermittent operation (DCM). In particular, the clocked switch is switched off when a maximum bus voltage is reached and the switch is switched on again after it has dropped below a predefined hysteresis value, in particular into a low-frequency range of in particular less than 10 Hz.

[0011] Somit ergibt sich auch ein Problem dahingehend, dass in einem Grenzbetrieb zwischen dem nicht-lückenden Betrieb und dem lückenden Betrieb (BCM) eine vorgegebene minimale Einschaltzeitdauer (T_on-Zeit) eingestellt und dann, da eine Energieübertragung durch die PFCSchaltung nicht weiter reduziert werden kann, ein Anstieg der von der PFC- Schaltung ausgegebenen Ausgangsspannung erfolgt. Dies resultiert in der bereits erwähnten Veränderung der von den angeschlossenen Leuchtmitteln abgegebenen Helligkeit beziehungsweise einer Helligkeits-Fluktuation.Thus, there is also a problem in that in a limit operation between the non-intermittent operation and the intermittent operation (BCM) a predetermined minimum switch- _on time period (T _on time) is set and then because an energy transfer through the PFC circuit does not continue can be reduced, there is an increase in the output voltage output by the PFC circuit. This results in the aforementioned change in the brightness emitted by the connected illuminants or a brightness fluctuation.

[0012] Da diese periodischen Veränderungen wahrnehmbar sind, ist es ein Ziel der Erfindung, diesen Anstieg der PFC- Ausgangsspannung zu vermeiden und insbesondere einen Betrieb ohne periodische Störung zu erlauben. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur bereitzustellen, die das Risiko eines Übergangs in den „Burst-Modus bei Abgabe kleinerer Leistungen verringert.Since these periodic changes are perceptible, it is an object of the invention to avoid this rise in the PFC output voltage and in particular to allow operation without periodic interference. The invention is therefore based on the object of providing a method and a circuit for power factor correction which reduces the risk of a transition to the “burst mode when delivering smaller powers.

[0013] Die Erfindung stellt daher ein Betriebsgerät und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.[0013] The invention therefore provides an operating device and a method according to the independent claims.

[0014] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.[0014] Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

[0015] In einem ersten Aspekt wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere wenigstens eine LED, bereitgestellt, aufweisend eine ausgehend von einer Netzspannung versorgte aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung mit einem durch eine Steuereinheit angesteuerten getakteten[0015] In a first aspect, an operating device for light sources, in particular at least one LED, is provided, comprising an active power factor correction circuit supplied from a mains voltage with a clocked controlled by a control unit

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Schalter, wobei das Betriebsgerät eine Steuereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Taktung des Schalters abhängig von einem zugeführten Messsignal durchzuführen, sowie eine Signalverarbeitungseinheit, die in zeitlichen Bereichen um den Scheitel der Netzspannung herum, bspw. in zeitlichen Bereichen, in denen die Amplitude der Netzspannung über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Amplitude des Messsignals derart verändert, dass sich während der zeitlichen Bereiche eine sich durch die somit ergebende Taktung des Schalters verringerte Leistungsaufnahme der Leistungsfaktorkorrekturschaltung ergibt.Switch, wherein the operating device has a control unit that is set up to carry out the clocking of the switch depending on a supplied measurement signal, and a signal processing unit that is in time areas around the peak of the mains voltage, for example in time areas in which the amplitude the mains voltage is above a predetermined threshold value, the amplitude of the measurement signal changes in such a way that during the time ranges there is a reduced power consumption of the power factor correction circuit due to the resulting switching of the switch.

[0016] Die Signalverarbeitungseinheit kann die Leistungsfaktorkorrekturschaltung selektiv deaktivieren und/oder aktivieren.[0016] The signal processing unit can selectively deactivate and / or activate the power factor correction circuit.

[0017] Das Messsignal kann einen Verlauf einer Netzspannung wiedergeben. Insbesondere kann das Messsignal ein Spannungssignal sein. Das Messsignal kann ein von der Netzspannung abgeleitetes Signal sein.[0017] The measurement signal can reproduce a profile of a mains voltage. In particular, the measurement signal can be a voltage signal. The measurement signal can be a signal derived from the mains voltage.

[0018] Das Messsignal kann einen Strom durch eine Spule der Leistungsfaktorkorrekturschaltung wiedergeben.The measurement signal can reproduce a current through a coil of the power factor correction circuit.

[0019] Das Messsignal kann der Steuereinheit von einem Spannungsteiler und/oder einem Strommesswiderstand zugeführt werden.The measuring signal can be supplied to the control unit by a voltage divider and / or a current measuring resistor.

[0020] Die Signalverarbeitungseinheit kann das Messsignal verändern, und insbesondere einen Pegel eines Messsignals anheben, insbesondere bis die Netzspannung einen zweiten Schwellenwert unterschreitet.The signal processing unit can change the measurement signal, and in particular raise a level of a measurement signal, in particular until the line voltage falls below a second threshold value.

[0021] Das Messsignal kann ein Stromrückführsignal sein, das von einer Messwicklung an einer Induktivität der Leistungsfaktorkorrekturschaltung der Steuereinheit zugeführt ist.The measurement signal can be a current feedback signal which is fed from a measurement winding to an inductance of the power factor correction circuit of the control unit.

[0022] Die Netzspannung kann eine gleichgerichtete Wechselspannung sein.The mains voltage can be a rectified AC voltage.

[0023] Der Schwellenwert kann gleich dem zweiten Schwellenwert sein.The threshold value can be equal to the second threshold value.

[0024] Die Signalverarbeitungseinheit kann bei Erreichen des Schwellenwertes einen Eingang der Steuereinheit mit einem bestimmten Potential verbinden. Das bestimmte Potential kann Masse sein.When the threshold value is reached, the signal processing unit can connect an input of the control unit to a certain potential. The certain potential can be mass.

[0025] Die Signalverarbeitungseinheit kann einen weiteren Schalter aufweisen, der leitend schaltet, wenn die Netzspannung den Schwellenwert erreicht, und nicht-leitend schaltet, wenn der zweite Schwellenwert erreicht wird.[0025] The signal processing unit can have a further switch which switches on when the mains voltage reaches the threshold value and switches off when the second threshold value is reached.

[0026] Die Signalverarbeitungseinheit kann insbesondere bei leitendem weiteren Schalter einen Widerstand eines Spannungsteilers überbrücken.The signal processing unit can bridge a resistor of a voltage divider, in particular when a further switch is conducting.

[0027] Die Signalverarbeitungseinheit kann einen noch weiteren Schalter aktivieren, der einen Eingang der Steuereinheit mit einer definierten Spannung, insbesondere einer SteuereinheitVersorgungsspannung verbindet.The signal processing unit can activate yet another switch that connects an input of the control unit with a defined voltage, in particular a control unit supply voltage.

[0028] In einem weiteren Aspekt wird eine Leuchte oder Lampe mit einem Betriebsgerät bereitgestellt, wie es vorstehend beschrieben ist.In a further aspect, a luminaire or lamp with an operating device is provided, as described above.

[0029] In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum betreiben eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel, insbesondere wenigstens einer LED, bereitgestellt, aufweisend eine ausgehend von einer Netzspannung versorgte aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung mit einem durch eine Steuereinheit angesteuerten getakteten Schalter, wobei das Betriebsgerät eine Steuereinheit aufweist, die die Taktung des Schalters abhängig von einem zugeführten Messsignal durchführt, sowie eine Signalverarbeitungseinheit, die in zeitlichen Bereichen um den Scheitel der Netzspannung herum, bspw. in zeitlichen Bereichen, in denen die Amplitude der Netzspannung über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Amplitude des Messsignals derart verändert, dass sich während dieser zeitlichen Bereiche eine durch die sich somit ergebende Taktung des Schalters verringerte Leistungsaufnahme der Leistungsfaktorkorrekturschaltung ergibt.[0029] In yet another aspect, a method for operating an operating device for light sources, in particular at least one LED, is provided, comprising an active power factor correction circuit supplied from a mains voltage with a clocked switch controlled by a control unit, the operating device having a control unit, which carries out the clocking of the switch depending on a supplied measurement signal, and a signal processing unit which, in time areas around the peak of the line voltage, for example in time areas in which the amplitude of the line voltage is above a predetermined threshold value, the amplitude of the measurement signal changes that during these time ranges there is a reduced power consumption of the power factor correction circuit due to the resulting switching of the switch.

[0030] Die Erfindung wird nun auch mit Blick auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigt:The invention will now be described with reference to the figures. It shows:

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Patentamt [0031] Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Betriebsgeräts gemäß der Erfindung;Patentamt [0031] FIG. 1 shows a block diagram of an operating device according to the invention;

[0032] Fig. 2 eine exemplarische Schaltungsanordnung;Figure 2 shows an exemplary circuit arrangement;

[0033] Fig. 3 exemplarische Signalverläufe;[0033] FIG. 3 exemplary signal profiles;

[0034] Fig. 4 eine exemplarische Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;Figure 4 shows an exemplary circuit arrangement according to the invention;

[0035] Fig. 5 weitere exemplarische Signalverläufe;[0035] FIG. 5 further exemplary signal profiles;

[0036] Fig. 6 eine weitere exemplarische Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung; und [0037] Fig. 7 noch weitere exemplarische Signalverläufe.6 shows a further exemplary circuit arrangement according to the invention; and [0037] FIG. 7 still further exemplary signal profiles.

[0038] Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Beleuchtungssystems 1, das ein Betriebsgerät 2 für ein Leuchtmittel oder eine Leuchtmittelstrecke 3 umfasst. Das Leuchtmittel 3 kann beispielsweise wenigstens eine LED aufweisen. Das Betriebsgerät 2 kann mit einem Bus oder einem Drahtloskommunikationssystem verbunden sein, um Dimmbefehle zu empfangen und/oder Statusmeldungen abzugeben.1 shows a block diagram of a lighting system 1, which comprises an operating device 2 for a lamp or a lamp path 3. The illuminant 3 can have at least one LED, for example. The operating device 2 can be connected to a bus or a wireless communication system in order to receive dimming commands and / or to issue status messages.

[0039] Das Betriebsgerät 2 kann beispielsweise als elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für Gasentladungslampen, Leuchtstofflampen oder andere Fluoreszenzleuchtmittel, oder auch als LED-Konverter ausgestaltet sein. Das Betriebsgerät 2 weist einen Gleichrichter 10 zum Gleichrichten einer Versorgungsspannung, insbesondere einer Netzspannung auf. Das Betriebsgerät 2 weist weiter eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 (PFC-Schaltung) auf, die eine Ausgangsspannung für nachgeschaltete Komponenten des Betriebsgeräts 2 bereitstellt. Diese Ausgangsspannung wird auch als Ausgangsspannung V_OUt der PFC-Schaltung bezeichnet. Eine weitere Spannungsumsetzung und/oder -funktion kann über ein DC-DC Wandler 12, der als LLC-Resonanzwandler ausgestaltet sein kann und/oder einen Ausgangstreiber 13 erreicht werden. Eine Steuereinheit 14 kann verschiedene Steuer- oder Regelfunktionen erfüllen, beispielsweise zur Umsetzung von Dimmbefehlen, die über den Bus 4 betrieben werden.The operating device 2 can be configured, for example, as an electronic ballast (EVG) for gas discharge lamps, fluorescent lamps or other fluorescent lamps, or as an LED converter. The operating device 2 has a rectifier 10 for rectifying a supply voltage, in particular a mains voltage. The operating device 2 also has a power factor correction circuit 11 (PFC circuit) which provides an output voltage for downstream components of the operating device 2. This output voltage is also referred to as the output voltage V _OU t of the PFC circuit. A further voltage conversion and / or function can be achieved via a DC-DC converter 12, which can be designed as an LLC resonance converter and / or an output driver 13. A control unit 14 can perform various control or regulating functions, for example for implementing dimming commands that are operated via the bus 4.

[0040] Die Funktionsweise des Betriebsgeräts mit der PFC-Schaltung 11 wird nun weiter mit Bezugnahme auf die weiteren Figuren beschrieben.The operation of the operating device with the PFC circuit 11 will now be further described with reference to the other figures.

[0041] Fig. 2 zeigt nun ein exemplarisches Beispiel einer PFC- Schaltung 11. Eine Versorgungswechselspannung, beispielsweise die Netzspannung, wird von dem Gleichrichter 10 in eine gleichgerichtete Wechselspannung umgesetzt, die als Eingangsspannung V,_N zwischen einem Eingangsanschluss der PFC-Schaltung 11 und Masse anliegt.Fig. 2 now shows an exemplary example of a PFC circuit 11. An AC supply voltage, for example the mains voltage, is converted by the rectifier 10 into a rectified AC voltage, which as input voltage V, _N between an input terminal of the PFC circuit 11 and Mass is present.

[0042] Die Eingangswechselspannung V,_N wird von einem Eingangskondensator C1 gefiltert und einer Induktivität L1a zugeführt, die als Spule ausgebildet sein kann. Die Induktivität L1a ist mit einer Diode D1 zwischen dem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss der PFCSchaltung 11 in Serie geschaltet. An dem mit einer Ausgangskapazität, bzw. einem Ausgangskondensator C2 gekoppelten Ausgangsanschluss wird eine Ausgangs- Gleichspannung V_0Ut bereitgestellt. Die Ausgangs- Gleichspannung V_OUt dient zur Versorgung einer Last, welche durch die die PFC-Schaltung 11 versorgt ist.The AC input voltage V, _N is filtered by an input capacitor C1 and fed to an inductor L1a, which can be designed as a coil. The inductor L1a is connected in series with a diode D1 between the input connection and an output connection of the PFC circuit 11. An output DC voltage V _0U t is provided at the output connection coupled to an output _capacitance or an output capacitor C2. The DC output voltage V _OU t serves to supply a load which is supplied by the PFC circuit 11.

[0043] Bei der Last kann es sich beispielsweise um einen DC-DC Wandler (Gleichspannung/Gleichspannungswandler) 12 mit einem damit verbundenen Leuchtmittel 3 beziehungsweise ein weiteres Betriebsgerät für ein Leuchtmittel handeln.The load can be, for example, a DC-DC converter (direct voltage / direct voltage converter) 12 with a lamp 3 connected to it or a further operating device for a lamp.

[0044] An der Verbindung zwischen der Induktivität L1a und der Diode D1 ist ein steuerbarer Schalter S1 angeschlossen, der als steuerbares Schaltmittel dient. Der steuerbare Schalter S1 kann über einen Shunt-Widerstand R4 mit Masse verbunden sein. Der Schalter S1 ist ein steuerbarer, elektronischer Schalter, insbesondere ein Leistungsschalter (beispielsweise Feldeffekttransistor FET oder MOSFET).At the connection between the inductor L1a and the diode D1, a controllable switch S1 is connected, which serves as a controllable switching means. The controllable switch S1 can be connected to ground via a shunt resistor R4. The switch S1 is a controllable, electronic switch, in particular a power switch (for example field effect transistor FET or MOSFET).

[0045] Der Schalter wird von einer Steuereinheit SE der PFC- Schaltung 11 ein- und ausgeschaltet, das heißt, in einen leitenden beziehungsweise nichtleitenden Zustand versetzt. Die Steuereinheit SE weist dafür einen entsprechenden Ausgang 27 zum Ansteuern beziehungsweise zur Ausgabe eines Steuersignals auf, mit dem beispielsweise die Gate- Spannung desThe switch is switched on and off by a control unit SE of the PFC circuit 11, that is to say put in a conductive or non-conductive state. The control unit SE has a corresponding output 27 for driving or for outputting a control signal with which, for example, the gate voltage of the

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Schalters S1 gesteuert werden kann.Switch S1 can be controlled.

[0046] Im eingeschalteten Zustand des Schalters S1 ist die Induktivität L1a über den Schalter S1 mit Masse verbunden, so dass die Induktivität L1 a aufgeladen und Energie in der Induktivität L1a gespeichert wird. Ist hingegen der Schalter S1 ausgeschaltet, also offen bzw. nicht leitend, so entlädt sich die Induktivität L1a über die Diode D1 in den Ausgangskondensator C2. Die in der Induktivität L1a gespeicherte Energie wird also in den Ausgangskondensator C2 übertragen.When switch S1 is on, inductor L1a is connected to ground via switch S1, so that inductor L1a is charged and energy is stored in inductor L1a. If, however, the switch S1 is switched off, that is to say open or not conducting, the inductance L1a is discharged via the diode D1 into the output capacitor C2. The energy stored in the inductor L1a is therefore transferred to the output capacitor C2.

[0047] Der Schalter S1 wird von der Steuereinheit SE angesteuert. Die Leistungsfaktorkorrektur wird durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des Schalters S1 erzielt, wobei die Schaltfrequenz für den Schalter S1 insbesondere größer ist als die Frequenz der gleichgerichteten Eingangs-Wechsel Spannung V|_N. Die PFC-Schaltung 11 kann als Buskonverter arbeiten. Die Funktionsweise der Steuereinrichtung wird im Folgenden noch weiter beschrieben.The switch S1 is controlled by the control unit SE. The power factor correction is achieved by repeatedly switching the switch S1 on and off, the switching frequency for the switch S1 being in particular greater than the frequency of the rectified input alternating voltage V | _N. The PFC circuit 11 can work as a bus converter. The mode of operation of the control device is described further below.

[0048] Die Steuereinheit SE weist weiter einen Eingang 25 auf. Abhängig von einem an dem Eingang 25 empfangenen Eingangssignal kann die Steuereinheit SE den Schalter S1 in den leitenden beziehungsweise nichtleitenden Zustand schalten. Das an dem Eingang 25 empfangene Eingangssignal bestimmt somit die Ausschaltzeitdauer (T_OFF-Zeit), das heißt, die Zeitdauer, während der der Schalter S1 nach dem Schalten in dem Aus-Zustand beziehungsweise im nichtleitenden Zustand bleibt, bevor er wieder in den leitenden Zustand geschaltet wird.The control unit SE also has an input 25. Depending on an input signal received at input 25, control unit SE can switch switch S1 into the conductive or non-conductive state. The input signal received at input 25 thus determines the switch-off time period (T _OF F time), that is to say the time period during which switch S1 remains in the off state or in the non-conductive state after switching, before it switches back to the conductive state State is switched.

[0049] Die Steuereinheit SE kann das an dem Eingang 25 empfangene Eingangssignal mit einem Schwellenwert vergleichen. Dazu kann die Steuereinheit SE beispielsweise einen entsprechenden Komparator umfassen. Abhängig von einem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs kann die Steuereinheit SE den Schalter S1 in einen Ein-Zustand schalten. Beispielsweise kann die Steuereinheit SE den Schalter S1 wieder in den leitenden Zustand schalten, wenn das an dem Eingang 25 empfangene Eingangssignal einen Schwellenwert unterschreitet. Die Steuereinheit SE kann so ausgestaltet sein, dass eine Erkennung eines Nulldurchgangs für das an dem Eingang 5 empfangene Eingangssignal durchgeführt wird. Ein erkannter Nulldurchgang kann das Einschalten des Schalters S1 in den Ein-Zustand auslösen.The control unit SE can compare the input signal received at the input 25 with a threshold value. For this purpose, the control unit SE can comprise, for example, a corresponding comparator. Depending on a result of the threshold value comparison, the control unit SE can switch the switch S1 to an on state. For example, the control unit SE can switch the switch S1 back into the conductive state when the input signal received at the input 25 falls below a threshold value. The control unit SE can be configured in such a way that a zero crossing is carried out for the input signal received at the input 5. A detected zero crossing can trigger the switch S1 to be switched to the on state.

[0050] Die Steuereinheit SE kann weitere Eingänge aufweisen. Beispielsweise kann ein weiterer Eingang 21 mit einem ersten Spannungsteiler mit Widerständen R5, R6 gekoppelt sein, um die Ausgangsspannung V_Out der PFC-Schaltung 11 zu erfassen. Ein weiterer Eingang 23 kann mit einem zweiten Spannungsteiler mit Widerständen R1, R2 verbunden sein, um die geglättete Eingangsspannung zu erfassen. Die Steuereinheit SE kann so die Einschaltzeitdauer (T_on-Zeit) des Schalters S1 auch abhängig von der Eingangsspannung und/oder der Ausgangsspannung festlegen beziehungsweise steuern. Die Einschaltzeitdauer kann unabhängig von dem Eingangssignal, das an dem Eingang 25 empfangen wird, bestimmt werden. Das Eingangssignal, das an dem Eingang 25 bereitgestellt wird, kann von der Steuereinheit SE zur Bestimmung des Zeitpunkts verwendet werden, an dem der Schalter S1 wieder in den Ein-Zustand geschaltet wird und somit die Ausschaltzeitdauer (T_off-Zeit) festlegen.[0050] The control unit SE can have further inputs. For example, a further input 21 having a first voltage divider with resistors R5, R6 may be coupled to the output voltage V _O ut of the PFC circuit 11 to be detected. Another input 23 can be connected to a second voltage divider with resistors R1, R2 in order to detect the smoothed input voltage. The control unit SE can thus also determine or control the switch- _on period (T _on time) of the switch S1 depending on the input voltage and / or the output voltage. The switch-on period can be determined independently of the input signal that is received at input 25. The input signal, which is provided at input 25, can be used by control unit SE to determine the point in time at which switch S1 is switched back to the on state and thus determine the switch-off period (T _of f time).

[0051] Durch das an dem Eingang 25 empfangene Eingangssignal, beziehungsweise abhängig davon, kann die Steuereinheit SE anhand des Schwellenwertvergleichs ein erneutes Schalten des Schalters S1 in einen Ein-Zustand auslösen und auch einen Betrieb im lückenden Betrieb (DCM) erlauben.Due to the input signal received at the input 25, or depending on it, the control unit SE can trigger a renewed switching of the switch S1 into an on-state on the basis of the threshold value comparison and also allow operation in intermittent operation (DCM).

[0052] Weiter weist die Schaltung eine weitere Messinduktivität L1b auf, insbesondere eine Messwicklung oder Messspule, die über einen Messwiderstand R3 mit dem Eingang 25 der Steuereinheit verbunden ist. Die Induktivität L1b ist dazu vorgesehen, das Ende einer Freilaufphase des Spulenstroms durch die Induktivität L1a zu erkennen. Der an der Messinduktivität L1b erfasste Spulenstrom wird über den Messwiderstand R3 dem Eingang 25 der Steuereinheit SE zugeführt. Erreicht der Strom durch die Induktivität L1a den Wert null, es liegt also ein Nulldurchgang vor, wird der Schalter S1 eingeschaltet, das heißt leitend geschaltet, um Energie in der Induktivität L1a zu speichern. Die Einschaltzeitdauer des Schalters S1 kann, wie gesagt, durch die Ausgangsspannung V_OUt über den Kondensator C2 bestimmt werden, die an demFurthermore, the circuit has a further measuring inductance L1b, in particular a measuring winding or measuring coil, which is connected to the input 25 of the control unit via a measuring resistor R3. The inductor L1b is provided to detect the end of a free-running phase of the coil current through the inductor L1a. The coil current detected at the measuring inductance L1b is fed to the input 25 of the control unit SE via the measuring resistor R3. If the current through the inductance L1a reaches the value zero, ie there is a zero crossing, the switch S1 is switched on, that is to say switched on, in order to store energy in the inductance L1a. The switch-on period of the switch S1 can, as stated, be determined by the output voltage V _OU t via the capacitor C2, which is connected to the

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Patentamt ersten Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R5, R6 erfasst wird. Dieser Spannungswert wird der Steuereinheit an Eingang 21 zugeführt.Patent office first voltage divider consisting of the resistors R5, R6 is detected. This voltage value is fed to the control unit at input 21.

[0053] Weiter kann die Einschaltzeitdauer des Schalters S1 von der aktuellen Versorgungsspannung V|_N abhängen, die an dem zweiten Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R1 und R2 gebildet ist.Furthermore, the switch-on time of the switch S1 can vary from the current supply voltage V | _N depend, which is formed on the second voltage divider consisting of the resistors R1 and R2.

[0054] Ist der Schalter S1 geschlossen, steigt der Strom I_L1 durch die Induktivität L1a linear an aufgrund des Induktivitätsverhaltens. Wird der Schalter S1 jedoch geöffnet, das heißt nicht leitend geschaltet, wird der Strom durch die Induktivität L1a über die Diode D1 zu der Kapazität C2 getrieben, die hierdurch geladen wird.If the switch S1 is closed, the current I _L1 rises linearly through the inductance L1a due to the inductance behavior. However, if the switch S1 is opened, that is to say not switched on, the current is driven by the inductance L1a via the diode D1 to the capacitance C2, which is thereby charged.

[0055] Während dieser Zeit fällt der Strom durch die Induktivität L1a linear auf null ab, was an dem Eingang 25 der Steuereinheit SE erkannt werden kann. Der Schalter S1 würde daher durch Ansteuerung über den Ausgang 27 der Steuereinheit SE entsprechend angesteuert und wieder eingeschaltet.During this time, the current through the inductance L1a drops linearly to zero, which can be recognized at the input 25 of the control unit SE. The switch S1 would therefore be activated accordingly by activation via the output 27 of the control unit SE and switched on again.

[0056] Exemplarische Signalverläufe sind in Fig. 3 gezeigt für Ein- und Ausschaltphasen 36, 37 des Schalters S1. Hier wird insbesondere der Stromverlauf l_Li an der Induktivität L1a exemplarisch gezeigt (mitte) und ebenfalls die in der Messinduktivität L1b induzierte Spannung U|_N. Das Eingangssignal am Eingang 25 ist also abhängig vom Spulenstrom l_L durch die Induktivität L1a und erlaubt die Detektion von Nulldurchgängen des Spulenstroms. Die Steuereinheit SE kann über den Ausgang 27 ein Steuersignal zum Steuern des Schalters S1 ausgeben, das bei 31 dargestellt ist. Das erfasste Signal ist beispielsweise proportional zu einer Zeitableitung des Spulenstroms durch die Induktivität L1a.Exemplary signal profiles are shown in FIG. 3 for switch-on and switch-off phases 36, 37 of switch S1. Here, in particular, the current profile l _L i at the inductor L1a is shown as an example (center) and also the voltage U | induced in the measuring inductor L1b _N. The input signal at the input 25 is therefore dependent on the coil current I _L through the inductance L1a and allows the detection of zero crossings of the coil current. The control unit SE can output a control signal for controlling the switch S1 via the output 27, which is shown at 31. The detected signal is, for example, proportional to a time derivative of the coil current by the inductor L1a.

[0057] Wenn der Schalter S1 in den Ein-Zustand geschaltet wird, steigt der Spulenstrom 33 an. Entsprechend weist das Eingangssignal 32 am Eingang 25 der Steuereinheit SE einen ersten Wert auf. Wenn nach der Einschaltzeitdauer 36 der Schalter S1 wieder in den Aus-Zustand geschaltet wird, wird Energie aus der Induktivität L1a in den Ausgangskondensator C2 übertragen. Der Spulenstrom 33 sinkt entsprechend ab. Der Abfall des Spulenstroms 33 führt dazu, dass das Eingangssignal 32 am Eingang 25 der Steuereinheit SE einen zweiten Wert aufweist. Ein Abfall des Spulenstroms auf null oder einen anderen, kleineren Schwellenwert kann erkannt werden, indem das Eingangssignal 32 mit einem Schwellenwert 34 verglichen wird. Das Erreichen des Schwellenwerts 34 wird als Zeitpunkt T_zx für einen Nulldurchgang erkannt. Als Antwort darauf schaltet die Steuereinheit SE den Schalter S1 wieder in den Ein-Zustand. Die Ausschaltzeitdauer 37, das heißt die Zeitdauer, in der der Schalter S1 nicht leitend geschaltet ist, ist so gewählt, dass ein Betrieb an der Grenze zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Stromfluss (nicht-lückendem Betrieb und lückendem Betrieb) durch die Induktivität L1a erfolgt.When switch S1 is switched to the on state, coil current 33 increases. Correspondingly, the input signal 32 at the input 25 of the control unit SE has a first value. When the switch S1 is switched back to the off state after the switch-on period 36, energy is transferred from the inductance L1a into the output capacitor C2. The coil current 33 drops accordingly. The drop in the coil current 33 means that the input signal 32 at the input 25 of the control unit SE has a second value. A drop in the coil current to zero or another, smaller threshold value can be detected by comparing the input signal 32 with a threshold value 34. Reaching the threshold value 34 is recognized as time T _zx for a zero crossing. In response to this, the control unit SE switches the switch S1 back to the on state. The switch-off time period 37, that is to say the time period in which the switch S1 is not turned on, is selected such that the inductance L1a operates at the boundary between continuous and discontinuous current flow (non-intermittent operation and intermittent operation).

[0058] Die Steuereinheit SE kann nun den Betrieb der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 an unterschiedliche Lasten und/oder Dimmlevel anpassen, in dem beispielsweise die Einschaltzeitdauer 36 angepasst wird. Dabei kann bei kleiner werdenden Lasten und/oder kleineren Dimmleveln, die Einschaltzeitdauer 36 auf einen zulässigen Minimalwert verringert werden. Bei Erreichen des Minimalwerts kann ein Übergang in den DCM-Betriebsmodus (lückender Betrieb) eingeleitet werden.The control unit SE can now adapt the operation of the power factor correction circuit 11 to different loads and / or dimming levels, for example by adapting the switch-on period 36. In this case, the switch-on time 36 can be reduced to an allowable minimum value with decreasing loads and / or smaller dimming levels. When the minimum value is reached, a transition to the DCM operating mode (intermittent operation) can be initiated.

[0059] Da die Steuereinheit SE dazu eingerichtet ist, in dem Grenzbetrieb (BCM) zu arbeiten, ist der verfügbare Leistungsbereich begrenzt. Je kleiner die an die PFC-Schaltung 11 angeschlossene Last ist, desto kürzer wird die Einschaltzeitdauer T_ON des Schalters S1 gewählt. Dies erfolgt so lange, bis die minimale Einschaltzeitdauer für den Schalter S1 erreicht ist. Selbst diese minimale Einschaltzeitdauer ist jedoch ausreichend groß, um die Ausgangskapazität C2 am Ausgang der PFC-Schaltung 11 zu laden und so die Spannung V_Out zu erhöhen.Since the control unit SE is set up to work in the limit mode (BCM), the available power range is limited. The smaller the load connected to the PFC circuit 11, the shorter the switch-on time T _{ON of} the switch S1. This continues until the minimum switch-on time for switch S1 is reached. However, even this minimum switch-on time is sufficiently long to charge the output capacitance C2 at the output of the PFC circuit 11 and thus to increase the voltage V _O ut.

[0060] Wird nun ein bestimmter Spannungswert erreicht, so schaltet die Steuereinheit SE den Schalter S1 aus, bis die Ausgangsspannung V_OUt unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt. Dies erfolgt im Zuge eines Überspannungsschutzes. Dies resultiert in dem sogenannten „Burstmode, bei dem die Ausgangskapazität C2 jeweils bis in den Bereich des Überspannungsschutzes geladen wird und ein Laden der Ausgangskapazität C2 dann verhindert wird.If a certain voltage value is now reached, the control unit SE switches the switch S1 off until the output voltage V _OU t falls below a predetermined threshold value. This takes place in the course of surge protection. This results in the so-called “burst mode,” in which the output capacitance C2 is charged up to the area of the overvoltage protection and charging of the output capacitance C2 is then prevented.

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PatentamtPatent Office

Somit ergibt sich am Ausgang der PFC-Schaltung 11 ein Hochspannungsrippei mit einer Wiederholungsrate von möglicherweise wenigen Sekunden.This results in a high-voltage ripple with a repetition rate of possibly a few seconds at the output of the PFC circuit 11.

[0061] Um nun einen den „Burst-Modus zu vermeiden, muss die durch die PFC-Schaltung 11 übertragene Energie begrenzt werden. Die Erfindung erlaubt es nun insbesondere, die Einschaltzeitdauer des Schalters S1 bei einem bestimmten Wert der Eingangsspannung V,_N beziehungsweise der geglätteten Netzspannung V,_{N s} so zu begrenzen, dass weniger Energie übertragen wird. Dies erlaubt eine höhere Energieübertragung während der Arbeitszeit und deshalb längere Einschaltzeitdauern des Schalters S1.To avoid the “burst mode”, the energy transmitted by the PFC circuit 11 must be limited. In particular, the invention now allows the switch-on period of the switch S1 to be limited at a specific value of the input voltage V, _N or the smoothed mains voltage V, _{N s} so that less energy is transmitted. This allows a higher energy transfer during working hours and therefore longer switch-on times for switch S1.

[0062] Eine Ausführungsform der Erfindung ist nun in Fig. 4 gezeigt, die eine erfindungsgemäße Signalverarbeitungseinheit SVE aufweist (Komponenten in dem gestrichelten Bereich). Mit Blick auf Fig. 2 bereits beschriebene Komponenten sind entsprechend bezeichnet. Wie in Fig. 4 zu erkennen, ist als Teil der Signalverarbeitungseinheit SVE ein dritter Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R7 und R8 zwischen dem Eingangskondensator C1 und dem zweiten Spannungsteiler vorgesehen.An embodiment of the invention is now shown in FIG. 4, which has a signal processing unit SVE according to the invention (components in the dashed area). Components already described with reference to FIG. 2 are designated accordingly. As can be seen in FIG. 4, a third voltage divider consisting of the resistors R7 and R8 is provided between the input capacitor C1 and the second voltage divider as part of the signal processing unit SVE.

[0063] An einem Mittenpunkt des dritten Spannungsteilers ist eine Zenerdiode Z1 vorgesehen, die mit ihrer Katode an dem Mittenpunkt verbunden ist. Die Anode der Zenerdiode ist mit der Basis eines Transistors Q1 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q1 ist über einen Verbindungswiderstand R9 mit der Basis eines zweiten Transistors Q2 verbunden, während der Emitter des Transistors Q1 mit einem weiteren Potenzial, insbesondere Masse verbunden ist. In dem Pfad zwischen Emitter des Transistors Q1 und Masse kann ein Offset-Widerstand R_Off vorgesehen sein, der in Fig. 4 gepunktet eingezeichnet ist. Hierdurch kann ein Potenzial definiert werden, das bei Aktivierung des Transistors Q1 eingestellt wird. Der Verbindungswiderstand R9 ist mit der Basis des zweiten Transistors Q2 verbunden, dessen Emitter mit einer Spannungsquelle beziehungsweise einem Potenzial einer Spannungsquelle verbunden ist. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Steuereinheit-Versorgungsspannung VCC. Der Kollektor des zweiten Transistors Q2 ist hingegen über eine zweite Diode D2 in Durchlassrichtung mit dem Eingang 25 der Steuereinheit SE verbunden.A zener diode Z1 is provided at a center point of the third voltage divider and is connected to its cathode at the center point. The anode of the zener diode is connected to the base of a transistor Q1. The collector of transistor Q1 is connected to the base of a second transistor Q2 via a connecting resistor R9, while the emitter of transistor Q1 is connected to a further potential, in particular ground. An offset resistor R _O ff can be provided in the path between the emitter of transistor Q1 and ground, which is shown in dotted lines in FIG. 4. In this way, a potential can be defined, which is set when transistor Q1 is activated. The connection resistor R9 is connected to the base of the second transistor Q2, whose emitter is connected to a voltage source or a potential of a voltage source. This is in particular the control unit supply voltage VCC. The collector of the second transistor Q2, however, is connected via a second diode D2 in the forward direction to the input 25 of the control unit SE.

[0064] Liegt nun an dem Widerstand R8 des dritten Spannungsteilers eine definierte Spannung an (diese durch Dimensionierung der Widerstände R8, R9 des dritten Spannungsteilers eingestellt werden) und übersteigt diese definierte Spannung die Durchbruchsspannung der Zenerdiode und die Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors Q1, so wird der Pfad zwischen dem Kollektor und dem Emitter des ersten Transistors Q1 leitend. Leitet der erste Transistor Q1, so wird auch der zweite Transistor Q2 leitend und der Nulldurchgangserkennungseingang 25 der Steuereinheit SE wird mit dem Potenzial VCC verbunden. In der Folge kann die Steuereinheit SE keinen Nulldurchgang des Stroms l_Li durch die Induktivität L1a beziehungsweise eine Freilaufphase der Induktivität L1a bestimmen und die Steuereinheit SE wird den Schalter S1 nicht einschalten.Is now a defined voltage across the resistor R8 of the third voltage divider (these can be set by dimensioning the resistors R8, R9 of the third voltage divider) and this defined voltage exceeds the breakdown voltage of the zener diode and the base-emitter voltage of the first transistor Q1, the path between the collector and the emitter of the first transistor Q1 becomes conductive. If the first transistor Q1 is conducting, then the second transistor Q2 is also conducting and the zero crossing detection input 25 of the control unit SE is connected to the potential VCC. As a result, the control unit SE cannot determine a zero crossing of the current I _L i through the inductor L1a or a free-running phase of the inductor L1a, and the control unit SE will not switch on the switch S1.

[0065] Da folglich die PFC-Schaltung 11 bei Spitzenwerten der Spannung beziehungsweise bei Spannungswerten der elektrischen Versorgungsspannung über einen Schwellenwert ausgeschaltet ist, muss die Einschaltzeitdauer des Schalters S1 während der aktiven Phase der PFCSchaltung 11 erhöht werden, um einen ausreichenden Leistungstransfer zu gewährleisten. Hierdurch wird jedoch der „Burstmode der PFC-Schaltung 11 verhindert. Die Transistoren Q1, Q2 sin also spannungsgesteuerte Schalter.[0065] As a result, since the PFC circuit 11 is switched off at a peak value of the voltage or at voltage values of the electrical supply voltage above a threshold value, the switch-on period of the switch S1 must be increased during the active phase of the PFC circuit 11 in order to ensure sufficient power transfer. However, this prevents the “burst mode of the PFC circuit 11. The transistors Q1, Q2 are thus voltage-controlled switches.

[0066] Fig. 5 zeigt eine entsprechende exemplarische Darstellung des Spannungsverlaufs durch den Eingangskondensator C1 (oben) und des Stromverlaufs durch die Induktivität L1a (unten). Ebenfalls ist die Abschaltschwelle THR der PFC-Schaltung 11 durch eine gestrichelte Linie eingezeichnet. Dieser Schwellenwert THR entspricht folglich dem Spannungswert, an dem der erste Transistor Q1 leitend geschaltet wird. Es wird also in zeitlichen Bereichen, in denen die Amplitude der Netzspannung über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Amplitude des Messsignals, das der Steuereinheit SE zugeführt ist, derart verändert, dass sich während der zeitlichen Bereiche eine verringerte Leistungsaufnahme der Leistungsfaktorkorrekturschaltung ergibt. Oben ist die Spannung V_Ci an dem Eingangskondensator C1 aufgetragen, wie sieFIG. 5 shows a corresponding exemplary representation of the voltage profile through the input capacitor C1 (top) and the current profile through the inductor L1a (bottom). The shutdown threshold THR of the PFC circuit 11 is also shown by a dashed line. This threshold value THR therefore corresponds to the voltage value at which the first transistor Q1 is turned on. Thus, in time ranges in which the amplitude of the mains voltage lies above the predetermined threshold value, the amplitude of the measurement signal which is fed to the control unit SE is changed such that there is a reduced power consumption of the power factor correction circuit during the time ranges. The voltage V _C i is plotted on the input capacitor C1 as it is at the top

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Patentamt an dem dritten Spannungsteiler erfasst wird. Bei Überschreiten des Schwellenwertes THR, d.h. ab dem Zeitpunkt ab dem der Transistor Q1 schaltet, wird die PFC-Schaltung deaktiviert. Ein resultierender Verlauf des Stroms l_Li durch die Spule L1a ist unten aufgetragen.Patent office on the third voltage divider is detected. When the threshold value THR is exceeded, ie from the point in time at which the transistor Q1 switches, the PFC circuit is deactivated. A resulting course of the current I _L i through the coil L1a is plotted below.

[0067] Allgemein wird also im Bereich der Spitzenwerte der elektrischen Versorgungsspannung, insbesondere der gleichgerichteten Netzspannung, selektiv die Stromerfassung am Eingangssignal der Steuereinheit SE verändert. Insbesondere kann in diesem Bereich, das heißt, in dem Bereich oberhalb des Schwellenwerts, bzw. im Bereich des Scheitels der Versorgungsspannung das an dem Eingang 25 der Steuereinheit SE zugeführte Stromerfassungssignal so nach oben verschoben werden, dass in dem seitlichen Bereich der Spitzenwerte der gleichgerichteten Netzspannung, die Steuereinheit keinen Nulldurchgang des Spulenstroms durch die Induktivität L1a erfassen kann. Hierdurch wird eine Art lückender Betrieb (discontinuos conduction mode, DCM) durch Manipulation des von der Messinduktivität Lb1 zugeführten Signals im Bereich der Spitzen der Netzspannung erzielt. Der dem lückenden Betrieb zumindest ähnliche Betrieb kann dabei einen 100 Hz-Rhythmus aufweisen.In general, in the area of the peak values of the electrical supply voltage, in particular the rectified mains voltage, the current detection at the input signal of the control unit SE is selectively changed. In particular, in this area, that is, in the area above the threshold value or in the area of the peak of the supply voltage, the current detection signal fed to the input 25 of the control unit SE can be shifted upwards in such a way that in the lateral area the peak values of the rectified mains voltage , The control unit cannot detect a zero crossing of the coil current through the inductor L1a. In this way, a kind of intermittent operation (discontinuos conduction mode, DCM) is achieved by manipulating the signal supplied by the measuring inductor Lb1 in the region of the peaks of the mains voltage. The operation, which is at least similar to the intermittent operation, can have a 100 Hz rhythm.

[0068] Das selektive Deaktivieren der PFC-Schaltung 11 kann jedoch zu einem erhöhten 100 Hz-Rippel führen, der unter Umständen akustisch wahrnehmbar sein kann. In einer weiteren Ausführungsform, die in Fig. 6 dargestellt ist, wird nunmehr nicht mehr ein der Steuereinheit SE zugeführtes Stromsignal verändert, sondern das die geglättete Netzspannung V,_{N s} wiedergebende Signal, das an dem zweiten Spannungsteiler erfasst wird, wird verändert.However, the selective deactivation of the PFC circuit 11 can lead to an increased 100 Hz ripple, which may be audible under certain circumstances. In a further embodiment, which is shown in FIG. 6, a current signal supplied to the control unit SE is no longer changed, but the signal representing the smoothed mains voltage V, _{N s} , which is detected at the second voltage divider, is changed.

[0069] Bekanntlich erfasst die Steuereinheit SE die Netzspannung so, dass die Energieaufnahme durch die PFC-Schaltung 11 den Sinusverlauf der elektrischen Versorgungsspannung nachbilden kann. Die Einschaltzeitdauer des Schalters S1 wird insbesondere länger gewählt, je höher die aktuelle Amplitude der Netzspannung V|_N beziehungsweise der elektrischen Versorgungsspannung ist.As is known, the control unit SE detects the mains voltage in such a way that the energy consumption by the PFC circuit 11 can emulate the sine curve of the electrical supply voltage. The switch-on period of the switch S1 is in particular chosen to be longer, the higher the current amplitude of the mains voltage V | _N or the electrical supply voltage.

[0070] Fig. 6 zeigt nun eine Ausführungsform der Erfindung, die in weiten Teilen der Schaltung aus Fig. 4 entspricht. Gleiche Schaltungsteile sind entsprechend gleich bezeichnet. Im Wesentlichen ist lediglich die Signalverarbeitungseinheit SVE' anders ausgestaltet.FIG. 6 now shows an embodiment of the invention which largely corresponds to the circuit from FIG. 4. The same circuit parts are correspondingly labeled the same. Essentially, only the signal processing unit SVE 'is designed differently.

[0071] Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist wieder ein dritter Spannungsteiler mit den Widerständen R7', R8' vorgesehen, der zwischen dem Eingangskondensator C1 und dem zweiten Spannungsteiler aus den Widerständen R1, R2 vorgesehen ist. An einem Mittenpunkt des dritten Spannungsteilers ist wie in Fig. 4 eine Zenerdiode ZT vorgesehen, die mit der Basis eines Transistors QT verbunden ist. Der Kollektor des Transistors QT ist dabei mit einem Mittenpunkt des zweiten Spannungsteilers verbunden und somit mit dem Eingang 23 der Steuereinheit SE. Der Emitter des Transistors QT ist mit einem definierten Potenzial verbunden, insbesondere mit Masse. Jedoch kann vorgesehen sein, dass in dem Verbindungszweig zwischen Emitter und Masse ein weiterer Offset-Widerstand R_OFf' angeordnet ist, der gewählt sein kann, um ein entsprechendes Potenzial einzustellen. Der optionale Offset-Widerstand R_OFF' ist in der Fig. 6 gepunktet dargestellt.As can be seen from FIG. 6, a third voltage divider with resistors R7 ', R8' is again provided, which is provided between the input capacitor C1 and the second voltage divider made up of resistors R1, R2. At a center point of the third voltage divider, as in FIG. 4, a Zener diode ZT is provided, which is connected to the base of a transistor QT. The collector of the transistor QT is connected to a center point of the second voltage divider and thus to the input 23 of the control unit SE. The emitter of the transistor QT is connected to a defined potential, in particular to ground. However, it can be provided that a further offset resistor R _OF f 'is arranged in the connecting branch between emitter and ground, which can be selected in order to set a corresponding potential. The optional offset resistor R _OFF 'is shown in dotted lines in FIG. 6.

[0072] Steigt nun die an dem Mittenpunkt des dritten Spannungsteilers definierte Spannung an (diese kann durch entsprechende Dimensionierung der Widerstände R7' und R8' eingestellt werden) und entspricht folglich die Spannung an dem Widerstand R8' der Durchbruchsspannung der Zenerdiode Z1 plus der Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q1, beziehungsweise überschreitet sie diese, so wird der Pfad zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q1 leitend. Dadurch wird der Eingang 23 der Steuereinheit SE wird mit Masse beziehungsweise dem definierten Potenzial verbunden. Insbesondere wird der potenzialniedrigere Widerstand R2 des zweiten Spannungsteilers überbrückt. Hierdurch sinkt die an dem Eingang 23 der Steuereinheit SE erkannte Spannung auf null ab. Die Steuereinheit SE kann das am Eingang empfangene Signal zur Bestimmung der Einschaltzeitdauer des Schalters S1 bestimmen. Die Einschaltzeitdauer des Schalters S1 wird daher auf ein Minimum reduziert.Now increases the voltage defined at the center point of the third voltage divider (this can be adjusted by appropriately dimensioning the resistors R7 'and R8') and consequently the voltage across the resistor R8 'corresponds to the breakdown voltage of the Zener diode Z1 plus the base Emitter voltage of transistor Q1, or exceeds it, the path between the collector and the emitter of transistor Q1 becomes conductive. As a result, the input 23 of the control unit SE is connected to ground or the defined potential. In particular, the potential-lower resistor R2 of the second voltage divider is bridged. As a result, the voltage detected at the input 23 of the control unit SE drops to zero. The control unit SE can determine the signal received at the input to determine the switch-on time of the switch S1. The switch-on period of the switch S1 is therefore reduced to a minimum.

[0073] Die Signalverarbeitungseinheit SVE' manipuliert nun also die Erfassung der elektrischen Versorgungsspannung dahingehend, dass bei hohen Amplituden der elektrischen Versor8/15The signal processing unit SVE 'now manipulates the detection of the electrical supply voltage in such a way that at high amplitudes the electrical supply 8/15

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Patentamt gungsspannung eine niedrigere Netzspannungsamplitude an der Steuereinheit SE erkannt wird. Dies erfolgt dadurch, dass selektiv der zweite Spannungsteiler und insbesondere der Widerstand R2 des zweiten Spannungsteilers kurzgeschlossen wird, indem der Mittenpunkt und damit das Signal am Eingang 23 der Steuereinheit SE über den Transistor Q1 kurzgeschlossen wird. Da nun an der Steuereinheit SE statt einer hohen Amplitude der elektrischen Versorgungsspannung eine relativ niedrige Amplitude erkannt wird, wird die Einschaltzeitdauer (TonZeit) auf einen Minimalwert eingestellt.Patent office supply voltage a lower line voltage amplitude is detected at the control unit SE. This is done by selectively short-circuiting the second voltage divider and in particular the resistor R2 of the second voltage divider by short-circuiting the center point and thus the signal at the input 23 of the control unit SE via the transistor Q1. Since a relatively low amplitude is now recognized on the control unit SE instead of a high amplitude of the electrical supply voltage, the switch-on time (TonTime) is set to a minimum value.

[0074] Der Vorteil gegenüber der Anordnung aus Fig. 4 besteht dann darin, dass im Bereich der hohen Spannungsamplituden nicht das Schalten des PFC-Schalters S1 komplett deaktiviert wird. Vielmehr erfolgt ein Schalten bei minimaler Einschaltzeitdauer (T_on-Zeit).The advantage over the arrangement from FIG. 4 is that the switching of the PFC switch S1 is not completely deactivated in the region of the high voltage amplitudes. Rather, switching takes place with a minimal switch- _on time (T _on time).

[0075] Da insgesamt die Energieübertragung durch die eigentlich zu geringe Energieübertragung im Bereich der hohen Amplituden verringert werden würde, kompensiert die Steuereinheit SE beziehungsweise ein Regelalgorithmus, der in der Steuereinheit SE implementiert ist, und dem die Ausgangsspannung der PFC-Schaltung 11 zugeführt wird, diese geringere Energieübertragung dadurch, dass zur Vermeidung eines Absinkens der Busspannung die Einschaltzeitdauer außerhalb der hohen Spannungsamplituden erhöht wird.Since overall the energy transmission would be reduced by the actually too low energy transmission in the area of the high amplitudes, the control unit SE or a control algorithm, which is implemented in the control unit SE and to which the output voltage of the PFC circuit 11 is supplied, compensates, this lower energy transmission in that, in order to avoid a drop in the bus voltage, the switch-on time outside the high voltage amplitudes is increased.

[0076] Fig. 7 veranschaulicht einen entsprechenden Signalverlauf. Im oberen Teil ist einerseits die Spannung V_C1 an dem Eingangskondensator C1 aufgetragen, wie sie an dem dritten Spannungsteiler erfasst wird. V_R2 stellt die Spannung an dem Wiederstand R2 des zweiten Spannungsteilers dar. Bei Überschreiten des Schwellenwertes THR, d.h. ab dem Zeitpunkt ab dem der Transistor Q1' schaltet, fällt die Spannung VR2 auf null. Ein entsprechender Verlauf des Stroms I_L1 durch die Spule L1a ist unten aufgetragen.7 illustrates a corresponding signal curve. In the upper part, on the one hand, the voltage V _{C1 is} plotted on the input capacitor C1, as is detected on the third voltage divider. V _R2 represents the voltage across the resistor R2 of the second voltage divider. When the threshold THR is exceeded, ie from the point in time at which the transistor Q1 'switches, the voltage VR2 falls to zero. A corresponding course of the current I _L1 through the coil L1a is plotted below.

[0077] Ganz allgemein ist die Idee gemäß diesem Aspekt der Erfindung, dass im Bereich der Netzspannungsspitzen, also immer dann wenn die Netzspannung einen vorgegebenen Schwellenwert THR überschreitet, das Rückführmesssignal für die Netzspannung gezielt verringert wird.The idea according to this aspect of the invention is very general that in the area of the line voltage peaks, that is to say whenever the line voltage exceeds a predetermined threshold value THR, the feedback measurement signal for the line voltage is specifically reduced.

[0078] In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird tatsächlich ein Nulldurchgang der Netzspannung vorgetäuscht, indem der Widerstand R2 des Widerstandsteilers kurzgeschlossen wird. Alternativ kann der Emitter nicht auf Massepotential, sondern über einen weiteren Widerstand R_Off, Hoff' auf Masse geführt werden. Somit würde der Steuereinheit SE an dem Eingang 23 nicht ein Nulldurchgang, sondern nur eine verringerte Netzspannungsamplitude größer als Null vorgespielt werden. Dies führt dazu, dass die Steuereinheit SE dann nicht die minimale Ton-Zeit für den Nulldurchgang einstellen wird, sondern eine verringerte, aber eben nicht die minimale Ton-Zeit, was dazu führt, dass die Sprünge zwischen dem Aktivieren/Deaktivieren der PFC-Schaltung hinsichtlich der Ton-Zeit weniger drastisch ausfallen, was weiterhin Vorteile hinsichtlich des 100Hz- Rippels und akustischer Störungen hat.In the illustrated embodiment, a zero crossing of the mains voltage is actually simulated by short-circuiting the resistor R2 of the resistor divider. Alternatively, the emitter cannot be brought to ground potential, but to ground via a further resistor R _O ff, Hoff '. Thus, the control unit SE would not be shown a zero crossing at the input 23, but only a reduced mains voltage amplitude greater than zero. This means that the control unit SE will then not set the minimum tone time for the zero crossing, but rather a reduced, but not the minimum tone time, which leads to the jumps between the activation / deactivation of the PFC circuit turn out to be less drastic in terms of the tone time, which also has advantages with regard to the 100 Hz ripple and acoustic interference.

[0079] Der weitere Widerstand R_Off, Roff' kann auch am Kollektor des Schalters Q1, Q1' verschaltet werden. Insgesamt wird die Parallelschaltung des Widerstands R2 mit dem wenigstens einen weiteren zugeschalteten parallelen Widerstand R_Off, Roff' im Zweig des Transistors Q1, Q1' den Widerstandsteiler derart verändern, dass das Signal am Eingang 23 der Steuereinheit SE des PFCs eine niedrigere Netzspannung als tatsächlich aktuell anliegend vorspielt.The further resistor R _O ff, Roff 'can also be connected to the collector of the switch Q1, Q1'. Overall, the parallel connection of the resistor R2 with the at least one additional parallel resistor R _O ff, Roff 'in the branch of the transistor Q1, Q1' will change the resistor divider such that the signal at the input 23 of the control unit SE of the PFCs has a lower mains voltage than actually currently auditioning.

[0080] Da dadurch die Verzerrung der Regelung des PFCs in Sachen optimalem Leistungsfaktor verschlechtert wird, kann das Aktivieren der oben genannten Funktion auf geringe Lastbereiche, d.h. insbesondere bei einem Herabdimmen der angeschlossenen Leuchtmittelstrecke, beschränkt werden.Since this distorts the distortion of the control of the PFC in terms of optimal power factor, the activation of the above-mentioned function can be applied to small load ranges, i.e. in particular when dimming down the connected lamp path.

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PatentamtPatent Office

Claims

Expectations

1. Operating device for lamps (3), in particular at least one LED, comprising:

- An active power factor correction circuit (11) supplied from a mains voltage (V, _N ) with a clocked switch (S1) controlled by a control unit (SE), wherein

- The operating device (2) has the control unit (SE), which is set up to carry out the clocking of the switch (S1) depending on a supplied measurement signal, and a signal processing unit (SVE, SVE '), which are in time ranges around the apex of the Mains voltage (V _{! N} ) around, for example in time ranges in which the amplitude of the mains voltage (V, _N ) is above a predetermined threshold value (THR), the amplitude of the measurement signal changes in such a way that during these time ranges a by Resulting clocking of the switch (S1) results in reduced power consumption of the power factor correction circuit (11).

2. Operating device according to claim 1, wherein the signal processing unit (SVE, SVE ') selectively deactivates and / or activates the power factor correction circuit (11).

3. Operating device according to claim 1 or 2, wherein the measurement signal represents a profile of a line voltage (V | _N ) and / or is a signal derived from the line voltage (V, _N ).

4. Operating device according to one of the preceding claims, wherein the measurement signal reflects a current through a coil (L1a) of the power factor correction circuit (11).

5. Operating device according to one of the preceding claims, wherein the measurement signal of the control unit (SE) from a voltage divider (R1, R2) and / or a current measuring resistor (R3) is supplied.

6. Operating device according to one of the preceding claims, wherein the signal processing unit (SVE, SVE ') changes the measurement signal, and in particular raises a level of a measurement signal, in particular until the mains voltage (V _{! N} ) falls below a second threshold value.

7. Operating device according to one of the preceding claims, wherein the measurement signal is a current feedback signal which is fed from a measurement winding to an inductance (L1b) of the power factor correction circuit (11) of the control unit (SE).

8. Operating device according to one of the preceding claims, wherein the mains voltage (V, _N ) is a rectified AC voltage.

9. Operating device according to one of the preceding claims, wherein the threshold value (THR) is equal to the second threshold value.

10. Operating device according to one of the preceding claims, wherein the signal processing unit (SVE, SVE ') is set up to connect an input of the control unit (SE) with a certain potential when the threshold value (THR) is reached.

11. Operating device according to one of the preceding claims, wherein the signal processing unit (SVE, SVE ') has a further switch (Q1) which turns on when the mains voltage (V _{! N} ) reaches the threshold value (THR) and switches non-conductive when the second threshold is reached.

12. Operating device according to claim 11, wherein the signal processing unit (SVE, SVE ') bridges a resistor of the voltage divider (R1, R2), in particular when the further switch (Q1) is conductive.

13. Operating device according to claim 11 or 12, wherein the signal processing unit (SVE, SVE ') activates yet another switch (Q1) which connects an input of the control unit (SE) with a defined voltage, in particular a control unit supply voltage (VCC).

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14. Luminaire or lamp with an operating device according to one of the preceding claims and with at least one lamp.

15. A method for operating an operating device for lighting means (3), in particular at least one LED, comprising an active power factor correction circuit (11) supplied from a mains voltage (V, _N ) with a clocked switch (S1) controlled by a control unit (SE), The operating device (2) has the control unit (11), which carries out the clocking of the switch (S1) as a function of a supplied measurement signal, and a signal processing unit (SVE, SVE '), which in time ranges around the peak of the mains voltage (V | _N ) around, for example in time ranges in which the amplitude of the mains voltage (V, _N ) lies above a predetermined threshold value, the amplitude of the measurement signal changes in such a way that during these time ranges a resulting switching of the switch ( S1) results in reduced power consumption of the power factor correction circuit (11).

4 sheets of drawings

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Fig. 1

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Fig. 4

^LV C1 THR / i ! 1 j i i i 1 Ai J 1 ä ! ! I u M L Fig , 5

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Fig. 6

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