AT16546U1 - Pulse-width-modulated control of a clocked circuit with adjustable power transmission - Google Patents

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AT16546U1
AT16546U1 ATGM32/2015U AT322015U AT16546U1 AT 16546 U1 AT16546 U1 AT 16546U1 AT 322015 U AT322015 U AT 322015U AT 16546 U1 AT16546 U1 AT 16546U1
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Tridonic Gmbh & Co Kg
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Abstract

Verfahren und Betriebsgerät zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung einer getakteten Schaltung insbesondere einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (PFC-Schaltung) Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verbesserung der Regel- und Steuerung dimmbarer Leuchtmittel bei Niedriglast. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Betriebsgerät (1) für Leuchtmittel, insbesondere Konverter für wenigstens eine LED, aufweisend eine Steuereinheit (14), die dazu ausgelegt ist, eine getaktete Schaltung (20), wie bspw. eine PFC-Schaltung, mittels eines gepulsten Signals (52) anzusteuern: - das sich in einem Dimmbereich oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändert, dass sich bei vorzugsweise fester Frequenz der Impulse die Einschaltzeitdauer ton der Impulse verändert, und - das sich in einem Dimmbereich unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändert, dass sich in Richtung niedriger Dimmwerte die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse stufenweise erhöht und in den Bereichen konstanter Ausschaltzeitdauer die Einschaltzeitdauer ton kontinuierlich ändert und in den Bereich der Sprünge der Stufen der Ausschaltzeitdauer toff die Einschaltzeitdauer ton sprungweise erhöht.Method and operating device for pulse-width-modulated control of a clocked circuit, in particular a power factor correction circuit (PFC circuit) The present invention relates generally to the improvement of the regulation and control of dimmable lamps at low load. The invention relates to an operating device (1) for illuminants, in particular a converter for at least one LED, comprising a control unit (14) which is designed to use a clocked circuit (20), such as a PFC circuit to trigger a pulsed signal (52): - which changes in a dimming range above a predetermined threshold value by the fact that the switch-on time ton of the pulses changes at a preferably fixed frequency of the pulses, and - which changes in a dimming range below a predetermined threshold value, that the switch-off time toff of the pulses increases gradually in the direction of low dimming values and the switch-on time ton continuously changes in the areas of constant switch-off time and the switch-on time ton increases step by step in the range of the steps of the switch-off time toff.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Betriebsgerät für Leuchtmittel zur Durchführung des Verfahrens zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung einer getakteten Schaltung, insbesondere einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (PFC-Schaltung) im Einsatz bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, also beispielsweise zur direkten oder indirekten Ansteuerung einer LED-Strecke.The invention relates to a method and an operating device for lamps for performing the method for pulse-width-modulated control of a clocked circuit, in particular a power factor correction circuit (PFC circuit) in use in control gear for lamps, so for example for direct or indirect control of an LED -Route.

[0002] Pulsweitenmodulierte (PWM) Ansteuerungen basieren auf einer Modulationsart, bei der eine technische Größe (z. B. elektrische Spannung) zwischen zwei Werten wechselt. Dabei wird bei konstanter Frequenz das Tastverhältnis (Impulsdauer zu Periodendauer) eines Rechteckpulses moduliert, also die Breite des ihn bildenden Impulses. Allerdings sind auch PWMAnsteuerungen bekannt, bei denen sich die Frequenz der Impulse ändern kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird diese weitere Definition von PWM verwendet.Pulse width modulated (PWM) controls are based on a type of modulation in which a technical variable (e.g. electrical voltage) changes between two values. The pulse duty factor (pulse duration to period duration) of a rectangular pulse is modulated at constant frequency, that is, the width of the pulse forming it. However, PWM controls are also known in which the frequency of the pulses can change. In the context of the present invention, this further definition of PWM is used.

[0003] Ein reines pulsbreitenmoduliertes Signal wird beispielsweise erzeugt, indem ein linear an- oder absteigendes Signal (Dreieck- oder Sägezahnspannung) mit dem analogen Eingangssignal verglichen wird, das je nach seinem Wert eine kurze oder eine lange Zeit über diesem liegt. An den Schnittpunkten wird das Ausgangssignal zwischen zwei Logikpegeln umgeschaltet. Es hat damit wie ein Digitalsignal den Vorteil, dass es nur - hier: zwei - diskrete Werte annehmen kann, ist aber in seinem Tastverhältnis stufenlos veränderbar.A pure pulse width modulated signal is generated, for example, by comparing a linearly increasing or decreasing signal (triangular or sawtooth voltage) with the analog input signal, which is a short or a long time above this depending on its value. At the intersections, the output signal is switched between two logic levels. Like a digital signal, it has the advantage that it can only assume - here: two - discrete values, but its pulse duty factor is infinitely variable.

[0004] Wenn also im Betrieb einer dimmbaren Beleuchtung durch eine Dimmwertvorgabe oder anderweitige Lastvorgabe eine geringere Lichtleistung vorgegeben wird, so wird gemäß dem Stand der Technik das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation (im weiteren als PWMModulation oder als PWM-Regelung bezeichnet) vorzugsweise bei konstanter Frequenz verringert, bis ein vorgegebener Minimalwert für die Zeit erreicht wird, bei der sich der erste Logikpegel eingestellt hat. Diese Zeit wird im Folgenden ton-Zeit genannt, da bis zu diesem Zeitpunkt typischerweise der (Last-) Schalter (z.B. ein FET) einer getakteten Schaltung (z.B. einer PFCSchaltung) eingeschaltet ist. Der Minimalwert für ton alleine kann nicht unterschritten werden, da dieser durch physikalische Randbedingungen festgelegt ist (z.B. durch Auflösungs- und Regelungsgrenzen der zugeordneten Regelschaltung sowie durch die Zeitkonstanten von AD-Wandlern usw.).Thus, when operating a dimmable lighting by a dimming value or other load specification a lower light output is specified, the pulse duty factor of the pulse width modulation (hereinafter referred to as PWM modulation or PWM control) is preferably reduced at a constant frequency according to the prior art , until a predetermined minimum value is reached for the time at which the first logic level has been reached. This time is referred to below as the on time, since typically the (load) switch (for example an FET) of a clocked circuit (for example a PFC circuit) has been switched on until this time. The minimum value for ton alone cannot be undershot, since this is determined by physical boundary conditions (e.g. by the resolution and control limits of the assigned control circuit and by the time constants of AD converters, etc.).

[0005] Wenn also nach Erreichen des Minimalwertes der ton-Zeit eine weitere Lastverringerung erreicht werden soll, erfolgt dies nach derzeitigem Stand der Technik dadurch, dass die restliche Zeit der Periode, also bis zum Beginn des darauffolgenden Impulses, verlängert wird. Diese Zeit wird im Folgenden tofr Zeit genannt, da bis zu diesem Zeitpunkt der (Last-)Schalter ausgeschaltet ist. Durch Verlängerung der toff-Zeit ergibt sich ein Anstieg des sog. K-Faktors, welcher das Verhältnis der „Nicht-Stromflusszeit geteilt durch „Stromflusszeit angibt.If, after reaching the minimum value of the t on time, a further load reduction is to be achieved, this is done according to the current state of the art in that the remaining time of the period, that is until the beginning of the subsequent pulse, is extended. In the following, this time is called t ofr time since the (load) switch is switched off by this point in time. Extending the t off time results in an increase in the so-called K factor, which indicates the ratio of the “non-current flow time divided by“ current flow time.

[0006] In der PFC-Schaltungstechnik (Power Factor Correction, PFC) wird als Stromflusszeit diejenige Zeit bezeichnet, in der durch die eingangsseitige Induktivität Strom fließt (Lade- und Entladestrom lL). Als Nicht-Stromflusszeit wird diejenige Zeit bezeichnet, in der keinerlei Strom fließt.In PFC circuit technology (Power Factor Correction, PFC), the current flow time is the time in which current flows through the input-side inductance (charging and discharging current I L ). The non-current flow time is the time during which no current flows.

[0007] Während die PWM-Regelung in einem Bereich hoher Last ausschließlich eine ton-ZeitRegelung zu bewältigen hat, muss in einem Bereich niedriger Last die ton-Zeit-Regelung auf dem ton - Minimalwert eingefroren werden und auf eine Regelung durch Veränderung der Ausschaltzeitdauer toff gewechselt werden. Letzteres stellt sehr hohe Ansprüche an die Schaltungstechnik und ist ohne stetig wiederkehrender Fehler im Betriebsablauf nicht zu bewerkstelligen.[0007] has While the PWM control in a high load to handle only a t on -ZeitRegelung needs in a low-load, the t on -time control on the t on - are frozen minimum value and on a scheme by changing the switch-off time t off can be changed. The latter places very high demands on the circuit technology and can not be accomplished without constantly recurring errors in the operating sequence.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Betriebsgerät zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung einer getakteten Schaltung, insbesondere einer LeistungsThe invention is therefore based on the object of a method and an operating device for pulse-width-modulated control of a clocked circuit, in particular a power

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AT 16 546 U1 2020-01-15 österreichisches patentamt faktorkorrektur-Schaltung (PFC-Schaltung) anzugeben, die ein problem- und störungsfreies Dimmen im Bereich niedriger bzw. sehr niedriger Last beliebiger Leucht-Strecken ermöglicht.AT 16 546 U1 2020-01-15 Austrian patent office to specify factor correction circuit (PFC circuit), which enables problem-free and trouble-free dimming in the range of low or very low load of any lighting path.

[0009] Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Durch die abhängigen Ansprüche wird der zentrale Gedanke der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weitergebildet.[0009] This object is achieved according to the present invention by the features of the independent claims. The central idea of the invention is developed in a particularly advantageous manner by the dependent claims.

[0010] Erfindungsgemäß wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel beansprucht, insbesondere ein Konverter für wenigstens eine LED, welcher eine Steuereinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, eine getaktete Schaltung, wie bspw. eine PFC-Schaltung, mittels eines gepulstes Signal anzusteuern. Erfindungsgemäß verändert sich das Signal in einem Dimmbereich oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch, dass sich bei vorzugsweise fester Frequenz der Impulse die Einschaltzeitdauer ton der Impulse verändert, und in einem Dimmbereich unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch, dass sich in Richtung niedriger Dimmwerte die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse stufenweise erhöht und in den Bereichen konstanter Ausschaltzeitdauer die Einschaltzeitdauer ton kontinuierlich ändert und in den Bereich der Sprünge der Stufen der Ausschaltzeitdauer tOff die Einschaltzeitdauer Ton sprungweise erhöht.According to the invention, an operating device for lamps is claimed, in particular a converter for at least one LED, which has a control unit which is designed to control a clocked circuit, such as a PFC circuit, by means of a pulsed signal. According to the invention, the signal changes in a dimming range above a predefined threshold value by the fact that the switch-on time t on of the pulses changes at a preferably fixed frequency of the pulses, and in a dimming range below a predefined threshold value by the switch-off period t off in the direction of lower dimming values of the pulses gradually increased and in the areas of constant switch-off time the on period t on changes continuously and in the region of the jumps of the stages of the turn-off time t O the on period Ton ff jump increased.

[0011] Alternativ dazu wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel beansprucht, insbesondere ein Konverter für wenigstens eine LED, welcher eine Steuereinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen dimmbaren Betrieb der Leuchtmittel anzusteuern, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, ein gepulstes Signal auszugeben. Dieses Signal verändert sich in einem Dimmbereich oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch, dass bei vorzugsweise fester Frequenz der Impulse die Einschaltzeitdauer ton der Impulse verändert wird. Ferner verändert sich das Signal in einem Dimmbereich unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch, dass in Richtung niedriger Dimmwerte die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse zumindest teilweise kontinuierlich erhöht und die Einschaltzeitdauer ton kontinuierlich verringert wird.Alternatively, an operating device for lamps is claimed, in particular a converter for at least one LED, which has a control unit which is designed to control dimmable operation of the lamps, the control unit being designed to output a pulsed signal. This signal changes in a dimming range above a predetermined threshold value in that the switch-on time t on of the pulses is changed at a preferably fixed frequency of the pulses. Furthermore, the signal changes in a dimming range below a predetermined threshold value in that, in the direction of low dimming values, the switch-off time period t off of the pulses is at least partially continuously increased and the switch-on time period t on is continuously reduced.

[0012] Die Steuereinheit eines solchen Betriebsgerätes kann erfindungsgemäß einen PWMModulator aufweisen, dem ein Vorgabesignal für die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse von einem Controller zugeführt wird, wobei der PWM-Modulator die Einschaltzeitdauer ton abhängig von einem Rückführsignal regelt, das einen Parameter des Betriebs der Leuchtmittel direkt oder indirekt wiedergibt.The control unit of such an operating device can have a PWM modulator according to the invention, to which a preset signal for the switch-off time t off of the pulses is supplied by a controller, the PWM modulator regulating the switch-on time t on depending on a feedback signal that is a parameter of the operation the lamp directly or indirectly.

[0013] Erfindungsgemäß weist der Controller eines solchen Betriebsgerätes eine Schnittstelle zur Entgegennahme eines Dimmsignals auf.[0013] According to the invention, the controller of such an operating device has an interface for receiving a dimming signal.

[0014] Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren beansprucht, zum Betrieb einer PFC-Schaltung für den Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere wenigstens einer LED, wobei der Schalter der PFC-Schaltung durch ein Signal getaktet wird. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem Dimmbereich oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts das Signal dadurch verändert, dass sich bei vorzugsweise fester Frequenz der Impulse die Einschaltzeitdauer ton der Impulse verändert.Furthermore, a method is claimed according to the invention for operating a PFC circuit for operating lamps, in particular at least one LED, the switch of the PFC circuit being clocked by a signal. This method is characterized in that the signal changes in a dimming range above a predetermined threshold value in that the switch-on time to n of the pulses changes with a preferably fixed frequency of the pulses.

[0015] Weiterhin kann sich das getaktete Signal in einem Dimmbereich unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändern, dass sich in Richtung niedriger Dimmwerte die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse stufenweise erhöht, in den Bereichen konstanter Ausschaltzeitdauer sich die Einschaltzeitdauer ton kontinuierlich ändert und in dem Bereich der Sprünge der Stufen der Ausschaltzeitdauer toff die Einschaltzeitdauer ton sprungweise erhöht.Furthermore, the clocked signal can change in a dimming range below a predetermined threshold in that the switch-off time t off of the pulses increases gradually in the direction of low dimming values, in the areas of constant switch-off time the switch-on time t on changes continuously and in the range of the jumps in the stages of the switch-off time period t off the switch-on time period t on increases step by step.

[0016] Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.Further advantages, features and properties of the present invention are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

[0017] Figur 1 zeigt ein Beleuchtungssystem mit einer aktiv getakteten Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC) nach einem möglichen Ausführungsbeispiel, [0018] Figur 2 zeigt ein Schaltbild einer aktiv getakteten Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem möglichen Ausführungsbeispiel,1 shows a lighting system with an actively clocked power factor correction circuit (PFC) according to a possible embodiment, [0018] FIG. 2 shows a circuit diagram of an actively clocked power factor correction circuit according to a possible embodiment,

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AT 16 546 U1 2020-01-15 österreichisches patentamtAT 16 546 U1 2020-01-15 Austrian patent office

[0019] Figur 3 FIG. 3 zeigt Ströme und Spannungen zur Erläuterung der Funktionsweise der aktiv getakteten Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 in einem möglichen Betriebsmodus, 2 shows currents and voltages to explain the mode of operation of the actively clocked power factor correction circuit according to the exemplary embodiment from FIG. 2 in a possible operating mode, [0020] Figur 4 FIG. 4 zeigt das Prinzip der einfachsten Ausführungsform einer Rückkopplungsbasierten PFC-Schaltung nach dem Stand der Technik, shows the principle of the simplest embodiment of a feedback-based PFC circuit according to the prior art, [0021] Figur 5 FIG. 5 zeigt das Prinzip einer K-Faktor-basierten Rückkopplung einer PFC-Schaltung nach dem Stand der Technik, shows the principle of a K-factor based feedback of a PFC circuit according to the prior art, [0022] Figur 6 FIG. 6 zeigt den Puls-Verlauf einer K-Faktor-basierten PFC-Schaltung nach dem Stand der Technik, shows the pulse profile of a K-factor-based PFC circuit according to the prior art, [0023] Figur 7 FIG. 7 zeigt die Abhängigkeit von ton bzw. des K-Faktors von der Last bei einer PFCSchaltung nach dem Stand der Technik,shows the dependence of t on or the K factor on the load in a PFC circuit according to the prior art, [0024] Figur 8 FIG. 8 zeigt das Prinzip einer externen K-Faktor-basierten Rückkopplung einer erfindungsgemäßen PFC-Schaltung, shows the principle of an external K-factor-based feedback of a PFC circuit according to the invention, [0025] Figur 9 FIG. 9 zeigt die Abhängigkeit von ton bzw. des K-Faktors von der Last bei einer PFCSchaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.shows the dependence of t on or the K factor on the load in a PFC circuit according to the present invention.

[0026] Ein Anwendungsgebiet der Erfindung sind Betriebsgeräte mit Leistungsfaktorkorrektur. Eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC, Power Factor Correction) 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 nichtsinusförmig verzerrt wird. Den dabei auftretenden höherfrequenten Oberschwingungen kann durch eine dem jeweiligen Gerät vorgeschaltete aktive oder getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung entgegengewirkt werden.An area of application of the invention is operating devices with power factor correction. 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 in such consumers is shifted despite the sinusoidal input voltage and is non-sinusoidally distorted. The higher-frequency harmonics that occur can be counteracted by an active or clocked power factor correction circuit connected upstream of the respective device.

[0027] Für Leistungsfaktorkorrekturschaltungen wird häufig eine Schaltungstopologie verwendet, die auf einem auch als Hochsetzsteller oder Aufwärtswandler bezeichneten Boost-Konverter beruht. Dabei wird eine mit einer gleichgerichteten Wechselspannung versorgte Induktivität oder Spule durch Einschalten/Ausschalten eines steuerbaren Schalters mit einem Eingangsstrom geladen bzw. entladen. Der Entladestrom der Induktivität fließt über eine Diode zu dem mit einer Ausgangskapazität gekoppelten Ausgang des Konverters, so dass am Ausgang eine gegenüber der Eingangsspannung erhöhte Gleichspannung abgegriffen werden kann. Andere Konverterarten können ebenfalls verwendet werden. Leistungsfaktorkorrekturschaltungen können in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. Insbesondere ist ein Betrieb mit einem kontinuierlichen Strom durch die zuvor erwähnte Induktivität (so genannter Continuous Conducton Mode. CCM), ein Betrieb mit einem diskontinuierlichen Induktivitäts- oder Spulenstrom (Discontinuous Conduction Mode, DCM) oder ein Betrieb im Grenzbereich zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Strom durch die Induktivität (Borderline Conduction Mode oder Boundary Conduction Mode, BCM) bekannt. Beim BCM-Betrieb kann ein Abfallen des Spulenstroms auf Null während der Entladephase der Spule als Anlass dafür genommen, einen neuen Schaltzyklus zu starten und den Schalter wieder einzuschalten, um die Spule erneut zu laden. Über die Dauer der Zeit, während der der Schalter jeweils eingeschaltet ist, kann die Leistungsfaktorkorrekturschaltung gesteuert oder geregelt werden. Im DCM-Betrieb wird hingegen nach einem Nulldurchgang des Spulenstroms während der Entladephase zunächst eine vorgegeben zusätzliche Wartezeit abgewartet werden, bis der Schalter erneut geschlossen wird.For power factor correction circuits, a circuit topology is often used, which is based on a boost converter also referred to as a step-up converter or step-up converter. An inductor or coil supplied with a rectified AC voltage is charged or discharged with an input current by switching a controllable switch on / off. The discharge current of the inductance flows via a diode to the output of the converter coupled to an output capacitance, so that a DC voltage that is higher than the input voltage can be tapped at the output. Other types of converters can also be used. Power factor correction circuits can be operated in various operating modes. In particular, operation with a continuous current through the aforementioned inductance (so-called Continuous Conducton Mode. CCM), operation with a discontinuous inductance or coil current (Discontinuous Conduction Mode, DCM) or operation in the border area between continuous and discontinuous current the inductance (Borderline Conduction Mode or Boundary Conduction Mode, BCM) is known. In BCM operation, a drop in the coil current to zero during the discharge phase of the coil can be used as an occasion to start a new switching cycle and to switch the switch on again in order to recharge the coil. The power factor correction circuit can be controlled or regulated over the duration of the time during which the switch is in each case switched on. In DCM mode, on the other hand, after a zero crossing of the coil current during the discharge phase, a predetermined additional waiting time will first be waited until the switch is closed again.

[0028] Die DE 10 2004 025 597 A1 beschreibt eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung, bei der während der Ausschalt-Zeitdauer des Schalters eine Ausgangs-Gleichspannung hergeleitet wird.[0028] DE 10 2004 025 597 A1 describes a power factor correction circuit in which an output DC voltage is derived during the switch-off period.

[0029] Bei einem Betrieb einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung im DCM-Modus kann die Wartezeit vor einem erneuten Einschalten des Wandlers abhängig von einer Last, d.h. abhän3/15When operating a power factor correction circuit in DCM mode, the waiting time before switching the converter on again can be dependent on a load, i. abhän3 / 15

AT 16 546 U1 2020-01-15 österreichisches patentamt gig von einer Ausgangsleistung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung, gewählt werden, um eine vorgegebene Busspannung zu halten. Wird der Schalter unmittelbar nach Ablauf dieser Zeit wieder eingeschaltet, kann dies zu Irregularitäten im Spulenstrom führen. Wird der Einschaltzeitpunkt nur abhängig von der vorgegebenen Wartezeit und unabhängig vom Verhalten der Leistungsfaktorkorrekturschaltung gewählt, kann auch eine erhöhte Dissipation und somit ein Erwärmen des Schaltmittels auftreten. Aufgabe ist, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, die Verbesserungen im Hinblick auf die genannten Probleme bieten. Aufgabe ist, Verfahren und Vorrichtungen zur Leistungsfaktorkorrektur anzugeben, bei denen ein Betrieb über einen grösseren Bereich von Lasten möglich ist. Aufgabe ist auch, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, bei denen das dynamische Verhalten der Leistungsfaktorkorrekturschaltung während des Zeitraums, in dem der Schalter im Aus-Zustand ist, bei der Bestimmung des Einschaltzeitpunkts berücksichtigt werden kann.AT 16 546 U1 2020-01-15 Austrian patent office gig from an output power of the power factor correction circuit, can be selected to maintain a predetermined bus voltage. If the switch is switched on again immediately after this time, this can lead to irregularities in the coil current. If the switch-on time is selected only as a function of the specified waiting time and independently of the behavior of the power factor correction circuit, increased dissipation and thus heating of the switching means can also occur. The task is to specify methods and devices that offer improvements with regard to the problems mentioned. The task is to specify methods and devices for power factor correction in which operation over a larger range of loads is possible. It is also an object to specify methods and devices in which the dynamic behavior of the power factor correction circuit during the period in which the switch is in the off state can be taken into account when determining the switch-on time.

[0030] Bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen kann eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung für ein Leuchtmittel in mehreren Betriebsmodi betrieben werden. Abhängig von einer Last, die beispielsweise über die Ausgangsleistung detektiert werden kann, kann ein Betriebsmodus aus mehreren Betriebsmodi ausgewählt werden. In einem ersten Betriebsmodus, der ein DCM-Betriebsmodus sein kann, wird eine Mindestwartezeit zwischen dem Ausschalten des Schaltmittels und einem erneuten Einschalten des Schaltmittels bestimmt. Ein Einschaltzeitpunkt für das Schaltmittel wird nicht nur abhängig von der Mindestwartezeit, sondern auch abhängig von einer über das Schaltmittel abfallenden Spannung festgelegt. Dies erlaubt eine Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Leistungsfaktorkorrekturschaltung während des Aus-Zustands des Schaltmittels zur Bestimmung des Einschaltzeitpunkts. Bei einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem Ausführungsbeispiel ist eine Steuereinrichtung ausgestaltet, um das entsprechende Verfahren auszuführen.In methods and devices according to embodiments, a power factor correction circuit for a lamp can be operated in several operating modes. Depending on a load that can be detected via the output power, for example, an operating mode can be selected from a plurality of operating modes. In a first operating mode, which can be a DCM operating mode, a minimum waiting time between switching off the switching means and switching the switching means on again is determined. A switch-on time for the switching means is not only determined as a function of the minimum waiting time, but also as a function of a voltage drop across the switching means. This allows the dynamic behavior of the power factor correction circuit to be taken into account during the off state of the switching means in order to determine the switch-on time. In the case of a power factor correction circuit according to one exemplary embodiment, a control device is designed to carry out the corresponding method.

[0031] Das Schaltmittel kann ein Leistungsschalter, insbesondere ein FET oder MOSFET sein, und die über das Schaltmittel abfallende Spannung kann die Drain-Source-Spannung des Leistungsschalters sein, während der Leistungs- Schalter in den Aus-Zustand geschaltet ist.The switching means can be a circuit breaker, in particular an FET or MOSFET, and the voltage dropping across the switching means can be the drain-source voltage of the circuit breaker while the circuit breaker is switched to the off state.

[0032] Die Steuereinrichtung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann den Einschaltzeitpunkt abhängig von dem zeitabhängigen Verhalten der über die Drain-Source-Strecke des Leistungsschalters abfallenden Spannung festlegen. Die Steuereinrichtung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann Zeitfenster definieren, die zulässigen Einschaltzeiten entsprechen und die jeweils bei den Zeiten liegen, an denen die über die Drain-Source-Strecke des Leistungsschalters abfallenden Spannung sich einem lokalen Minimum nähert oder dieses durchläuft. D.h., der Schalter wird nur eingeschaltet, wenn nicht nur die Mindestwartezeit abgelaufen ist, sondern sich die Spannung am Schaltmittel in einem Tal befindet. Eine solche Vorgehensweise wird auch als Valley Switching bezeichnet. Die Steuereinrichtung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann Informationen über die Spannung an der Drain-Source-Strecke des Schaltmittels bzw. dessen Veränderung auf verschiedene Weise erhalten. Bei einer Ausgestaltung kann der durch die Induktivität der Leistungsfaktorkorrekturschaltung fließende Strom erfasst und der Zeitpunkt, an dem die Spannung an der Drain-Source- Strecke des Schaltmittels ein Extremum aufwiest, abhängig von einem Vergleich des Stroms durch die Spule mit einem Referenzwert bestimmt werden. Der Steuereinrichtung kann ein entsprechendes Messsignal zugeführt werden, das den Strom in der Spule bzw. dessen Nulldurchgänge anzeigt. Das Messsignal kann so erzeugt werden, dass es Nulldurchgänge des Spulenstroms und deren Richtung anzeigt. Ein lokales Minimum bzw. Tal der Spannung am Schaltmittel kann abhängig von einem Nulldurchgang des Spulenstroms in einer bestimmten Richtung erkannt werden.The control device of the power factor correction circuit can determine the switch-on time depending on the time-dependent behavior of the voltage drop across the drain-source path of the circuit breaker. The control device of the power factor correction circuit can define time windows which correspond to the permissible switch-on times and which each lie at the times at which the voltage drop across the drain-source path of the circuit breaker approaches a local minimum or passes through it. This means that the switch is only switched on if not only the minimum waiting time has expired, but the voltage on the switching device is in a valley. Such a procedure is also known as valley switching. The control device of the power factor correction circuit can receive information about the voltage at the drain-source path of the switching means or its change in various ways. In one configuration, the current flowing through the inductance of the power factor correction circuit can be detected and the point in time at which the voltage on the drain-source path of the switching means has an extremum can be determined depending on a comparison of the current through the coil with a reference value. The control device can be supplied with a corresponding measurement signal which indicates the current in the coil or its zero crossings. The measurement signal can be generated in such a way that it indicates zero crossings of the coil current and their direction. A local minimum or valley of the voltage on the switching means can be detected depending on a zero crossing of the coil current in a certain direction.

[0033] Zur Detektion des Nulldurchgangs des Stroms kann eine entsprechende Erfassungsschaltung vorgesehen sein, mit der beispielsweise über eine Windung der Spulenstroms erfasst und mit einem Referenzwert verglichen wird.To detect the zero crossing of the current, a corresponding detection circuit can be provided, with which, for example, a winding of the coil current is detected and compared with a reference value.

[0034] Die Steuereinrichtung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann abhängig von der Last bzw. Ausgangsleistung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung einen Übergang zwischen dem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus vornehmen. Der zweite BetriebsmoThe control device of the power factor correction circuit can make a transition between the first operating mode and a second operating mode depending on the load or output power of the power factor correction circuit. The second operating mo

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AT 16 546 U1 2020-01-15 österreichisches patentamt dus kann ein CCM-Betrieb oder BCM-Betrieb sein. Im zweiten Betriebsmodus kann die Leistungsfaktorkorrekturschaltung durch Einstellen der Ein-Zeit, während der das Schaltmittel jeweils eingeschaltet wird, gesteuert oder geregelt werden. Im ersten Betriebsmodus kann die Leistungsfaktorkorrekturschaltung durch Einstellen der Mindestwartezeit gesteuert oder geregelt werden. Im ersten Betriebsmodus kann die Ein-Zeit, während der das Schaltmittel jeweils eingeschaltet wird, gleich Wert gewählt werden, der dem Minimalwert der in dem zweiten Betriebsmodus zulässigen Ein-Zeiten entspricht. Die Mindestwartezeit kann nur im ersten Betriebsmodus für die Steuerung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung definiert und verwendet werden.AT 16 546 U1 2020-01-15 austrian patent office dus can be a CCM or BCM company. In the second operating mode, the power factor correction circuit can be controlled or regulated by setting the on time during which the switching means is switched on. In the first operating mode, the power factor correction circuit can be controlled or regulated by setting the minimum waiting time. In the first operating mode, the on-time during which the switching means is switched on can be selected to be the same value that corresponds to the minimum value of the on-times permissible in the second operating mode. The minimum waiting time can only be defined and used in the first operating mode for controlling the power factor correction circuit.

[0035] Wenn die Steuereinrichtung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung erkennt, dass die Last bzw. Ausgangsleistung unter einen Schwellenwert abfällt, kann die Steuereinrichtung automatisch vom zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus wechseln.If the control device of the power factor correction circuit detects that the load or output power falls below a threshold value, the control device can automatically switch from the second operating mode to the first operating mode.

[0036] Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach Ausführungsbeispielen kann insbesondere zur Leistungsfaktorkorrektur für einen Wechselspannung/Gleichspannung-Wandler verwendet werden, so dass es sich in diesem Fall bei der Eingangsspannung um eine gleichgerichtete Wechselspannung und bei der Ausgangsspannung um eine Gleichspannung handelt. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach Ausführungsbeispielen kann gemäß der Topologie eines Boost-Konverters aufgebaut sein, so dass der Entladestrom der Induktivität über eine Diode dem mit einer Ausgangskapazität gekoppelten Ausgangsanschluss zugeführt wird. Die beschriebenen Verfahren und Ausgestaltungen sind auch auf andere Konverter-Topologien anwendbar. Bei jedem der Ausführungsbeispiele kann im ersten Betriebsmodus, beispielsweise im DCM-Betriebsmodus, ein Einschaltzeitpunkt so gewählt werden, dass kumulativ die folgenden drei Bedingungen erfüllt sind: die Mindestwartezeit ist abgelaufen; der Strom durch die Induktivität ist an einem Nulldurchgang; und die Drain-Source-Spannung des Schaltmittels ist auf ein lokales Minimum abgefallen.The power factor correction circuit according to embodiments can be used in particular for power factor correction for an AC / DC converter, so that in this case the input voltage is a rectified AC voltage and the output voltage is a DC voltage. The power factor correction circuit according to exemplary embodiments can be constructed in accordance with the topology of a boost converter, so that the discharge current of the inductance is fed via a diode to the output connection coupled to an output capacitance. The methods and configurations described can also be applied to other converter topologies. In each of the exemplary embodiments, a switch-on time can be selected in the first operating mode, for example in the DCM operating mode, in such a way that the following three conditions are met cumulatively: the minimum waiting time has expired; the current through the inductance is at a zero crossing; and the drain-source voltage of the switching means has dropped to a local minimum.

[0037] Die Steuereinrichtung kann in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere einer anwendungsspezifischen Spezialschaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit), ausgestaltet sein. Die Steuereinrichtung kann einen gemeinsamen Messeingang zum Erfassen einer dem Spulenstrom bzw. einem Nulldurchgang dieses Stroms entsprechenden Messgröße aufweisen, die auch zur Bestimmung der Zeitfenster verwendet wird, die einem lokalen Minimum bzw. der über das Schaltmittel abfallenden Spannung entsprechen.The control device can be designed in the form of an integrated circuit, in particular an application-specific special circuit (ASIC, Application Specific Integrated Circuit). The control device can have a common measurement input for detecting a measured variable corresponding to the coil current or a zero crossing of this current, which is also used to determine the time windows which correspond to a local minimum or the voltage drop across the switching means.

[0038] Verfahren und Leistungsfaktorkorrekturschaltung können bei einem Betriebsgerät für ein Leuchtmittel, beispielsweise für ein elektronisches Vorschaltgerät für Fluoreszenzleuchtmittel oder für einen LED-Konverter verwendet werden. Bei diesem Anwendungsfall ermöglichen Ausführungsbeispiele der Erfindung, dass eine Anpassung über einen weiten Bereich unterschiedlicher Leistungsniveaus oder Komponenten des jeweils verwendeten Betriebsgerät möglich ist und dabei energieeffizientes Schalten auch in einem DCM-Betriebsmodus erreicht wird.The method and power factor correction circuit can be used in an operating device for a lamp, for example for an electronic ballast for fluorescent lamps or for an LED converter. In this application, exemplary embodiments of the invention make it possible to adapt over a wide range of different power levels or components of the operating device used in each case and in this way to achieve energy-efficient switching even in a DCM operating mode.

[0039] FIG. 1 zeigt eine Blockdiagrammdarstellung eines Beleuchtungssystems 1, das ein Betriebsgerät 2 und ein von diesem betriebenes Leuchtmittel 3, beispielsweise eine oder mehrere LEDs oder OLEDs aufweist. Das Betriebsgerät 2 kann mit einem Bus 4 oder einem Drahtloskommunikationssystem verbunden sein, um Dimmbefehle zu empfangen und/oder Statusmeldungen auszugeben.[0039] FIG. 1 shows a block diagram representation of a lighting system 1 which has an operating device 2 and an illuminant 3 operated by the latter, for example one or more LEDs or OLEDs. The operating device 2 can be connected to a bus 4 or a wireless communication system in order to receive dimming commands and / or to output status messages.

[0040] Das Betriebsgerät 2 kann beispielsweise als elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für eine Gasentladungslampe, Leuchtstofflampe oder ein anderes Fluoreszenzleuchtmittel oder als LED-Konverter ausgestaltet sein. Das Betriebsgerät 2 weist einen Gleichrichter 10 zum Gleichrichten einer Versorgungsspannung, beispielsweise der Netzspannung auf. Das Betriebsgerät 2 weist eine Schaltung 1 zur Leistungsfaktorkorrektur mit zugeordneter Steuereinrichtung 14 auf.The operating device 2 can be configured, for example, as an electronic ballast (EVG) for a gas discharge lamp, fluorescent lamp or another fluorescent lamp or as an LED converter. The operating device 2 has a rectifier 10 for rectifying a supply voltage, for example the mains voltage. The operating device 2 has a circuit 1 for power factor correction with an associated control device 14.

[0041] Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung stellt eine Ausgangsspannung für nachgeschaltete Komponenten des Betriebsgeräts 2 bereit, die auch als Busspannung Vbus bezeichnet wird. Eine weitere Spannungsumsetzung und/oder Dimmfunktionen können beispielsweise über einen DC/DC-Wandler 12, der als LLC-Resonanzwandler ausgestaltet sein kann, und/oderThe power factor correction circuit provides an output voltage for downstream components of the operating device 2, which is also referred to as the bus voltage Vbus. A further voltage conversion and / or dimming functions can, for example, via a DC / DC converter 12, which can be designed as an LLC resonance converter, and / or

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AT 16 546 U1 2020-01-15 österreichisches patentamt einen Ausgangstreiber 13 erreicht werden.AT 16 546 U1 2020-01-15 Austrian patent office an output driver 13 can be achieved.

[0042] Die Funktionsweise der Leistungsfaktorkorrekturschaltung und ihrer Steuereinrichtung 14 wird unter Bezugnahme auf FIG. 2 und 3 ausführlicher beschrieben.The operation of the power factor correction circuit and its control device 14 is described with reference to FIG. 2 and 3 described in more detail.

[0043] Allgemein kann die Steuereinrichtung 14 die Leistungsfaktorkorrekturschaltung in mehrere Betriebsmodi steuern, die wenigstens einen DCM (Discontinuous Conduction Mode)Betriebsmodus als ersten Betriebsmodus und einen zweiten Betriebsmodus umfassen. Der zweite Betriebsmodus kann ausgewählt sein aus einem CCM (Continuous Conduction Mode)Betriebsmodus und einem BCM (Borderline Conduction Mode oder Boundary Conduction Mode)- Betriebsmodus. Im ersten Betriebsmodus kann eine Anpassung an unterschiedliche Last bzw. unterschiedliche Ausgangsleistung dadurch erreicht werden, dass eine Mindestwartezeit eingestellt wird, die zwischen dem Ausschalten eines Schaltmittels und dem erneuten Einschalten vergehen muss. Die Steuereinrichtung 14 steuert dabei das Schaltmittel so, dass nicht nur der Ablauf der Mindestwartezeit in das Kriterium zum Einschalten des Schaltmittels eingeht, sondern zusätzlich das zeitabhängige Verhalten der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung berücksichtigt wird. Das Schaltmittel kann abhängig davon wieder eingeschaltet werden, ob die Mindestwartezeit abgelaufen und eine Drain-Source-Spannung des Schaltmittels ein bestimmtes Kriterium erfüllt. Das Kriterium kann beinhalten, dass die Drain-Source-Spannung des Schaltmittels einen lokalen Minimalwert als Funktion der Zeit erreicht. Dieses Kriterium kann überprüft werden, indem der Steuereinrichtung 14 eine Größe zugeführt wird, die Informationen über Nulldurchgänge des Stroms in einer Spule der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung beinhaltet.In general, the control device 14 can control the power factor correction circuit in a plurality of operating modes, which comprise at least one DCM (discontinuous conduction mode) operating mode as the first operating mode and a second operating mode. The second operating mode can be selected from a CCM (Continuous Conduction Mode) operating mode and a BCM (Borderline Conduction Mode or Boundary Conduction Mode) operating mode. In the first operating mode, an adaptation to different loads or different output power can be achieved by setting a minimum waiting time that must elapse between switching off a switching device and switching it on again. The control device 14 controls the switching means such that not only the expiry of the minimum waiting time is included in the criterion for switching on the switching means, but also the time-dependent behavior of the power factor correction circuit is taken into account. The switching means can be switched on again depending on whether the minimum waiting time has expired and whether a drain-source voltage of the switching means fulfills a specific criterion. The criterion can include that the drain-source voltage of the switching means reaches a local minimum value as a function of time. This criterion can be checked by supplying the control device 14 with a quantity which contains information about zero crossings of the current in a coil of the power factor correction circuit.

[0044] FIG. 2 ist ein Schaltbild der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 nach einem Ausführungsbeispiel. Eine Versorgungs-Wechselspannung, beispielsweise die Netzspannung, wird von einem (in FIG. 2 nicht dargestellten) Gleichrichter in eine gleichgerichtete Wechselspannung umgesetzt, die als Eingangs- Wechselspannung Vin zwischen einem Eingangsanschluss der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 und Masse anliegt. Die Eingangs-Wechselspannung Vin wird einer Induktivität oder Spule 21 zugeführt. Die Induktivität 21 ist mit einer Diode 22 zwischen den Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss 27 der LeistungsfaktorKorrekturschaltung 20 in Serie geschaltet. An dem mit einem Ladekondensator 23 gekoppelten Ausgangsanschluss 27 wird eine Ausgangs-Gleichspannung Vout bereitgestellt. Zwischen die Induktivität 21 und Masse kann ein weiterer Kondensator 25 geschaltet sein, der parallel zu einer Serienschaltung aus Schalter 24 und Widerstand 26 geschaltet ist. Der Kondensator 25 kann mit demselben Anschluss der Diode 22 verbunden sein, mit dem auch die Induktivität 21 verbunden ist.[0044] FIG. 2 is a circuit diagram of the power factor correction circuit 20 according to an embodiment. An alternating supply voltage, for example the mains voltage, is converted by a rectifier (not shown in FIG. 2) into a rectified alternating voltage which is present as an alternating input voltage Vin between an input terminal of the power factor correction circuit 20 and ground. The input AC voltage Vin is fed to an inductor or coil 21. The inductance 21 is connected in series with a diode 22 between the input connection and an output connection 27 of the power factor correction circuit 20. An output DC voltage Vout is provided at the output terminal 27 coupled to a charging capacitor 23. A further capacitor 25 can be connected between the inductance 21 and ground, which is connected in parallel with a series circuit comprising the switch 24 and the resistor 26. The capacitor 25 can be connected to the same connection of the diode 22 to which the inductance 21 is also connected.

[0045] Die Ausgangs-Gleichspannung Vout dient zur Versorgung einer Last, der die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 vorgeschaltet ist. Bei der Last kann es sich beispielsweise um Komponenten eines Betriebsgeräts für ein Leuchtmittel wie beispielsweise eine Leuchtstofflampe, eine Halogen-Lampe, eine Leuchtdiodenanordnung etc. handeln. Die Last kann einen LLCResonanzwandler mit Potentialtrennung umfassen.The DC output voltage Vout is used to supply a load, which is connected upstream of the power factor correction circuit 20. The load can be, for example, components of an operating device for a lamp, such as a fluorescent lamp, a halogen lamp, a light-emitting diode arrangement, etc. The load can include an LLC resonance converter with potential isolation.

[0046] An die Verbindung zwischen der Induktivität 21 und der Diode 22 ist ein steuerbarer elektronischer Schalter 24 angeschlossen, der ein Leistungsschalter ist und der beispielsweise als Feldeffekttransistor (FET), insbesondere als MOSFET, ausgebildet sein kann. Der Schalter 24 kann über einen Widerstand 26 mit Masse verbunden sein, wobei der Widerstand 26 als Shunt-Widerstand dienen kann. Der Schalter 24 wird von der Steuereinrichtung 14 der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 mittels eines gepulsten Signals in den Ein-Zustand und den Aus-Zustand geschaltet. Die Steuereinrichtung 14 weist einen entsprechenden Ausgang 41 zum Aussteuern eines Steuersignals auf, mit dem beispielsweise die Gatespannung des Schalters 24 direkt oder indirekt (bspw. über eine Treiberschaltung) kontrolliert werden kann.A controllable electronic switch 24 is connected to the connection between the inductor 21 and the diode 22, which is a power switch and which can be designed, for example, as a field effect transistor (FET), in particular as a MOSFET. The switch 24 can be connected to ground via a resistor 26, wherein the resistor 26 can serve as a shunt resistor. The switch 24 is switched by the control device 14 of the power factor correction circuit 20 by means of a pulsed signal into the on state and the off state. The control device 14 has a corresponding output 41 for controlling a control signal with which, for example, the gate voltage of the switch 24 can be controlled directly or indirectly (for example via a driver circuit).

[0047] Im eingeschalteten Zustand des Schalters 24 ist die Induktivität 21 über den Schalter 24 mit Masse verbunden, wobei die Diode 8 sperrt, so dass die Induktivität 21 aufgeladen und Energie in der Induktivität 21 gespeichert wird. Ist hingegen der Schalter 24 ausgeschaltet, d.h. offen, ist die Diode 22 leitend, so dass sich die Induktivität 21 über die Diode 22 in den LadeIn the switched-on state of the switch 24, the inductor 21 is connected to ground via the switch 24, the diode 8 blocking, so that the inductor 21 is charged and energy is stored in the inductor 21. On the other hand, if switch 24 is turned off, i.e. open, the diode 22 is conductive, so that the inductance 21 through the diode 22 in the drawer

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Kondensator 23 entladen kann und die in der Induktivität 21 gespeicherte Energie in den Ladekondensator 23 übertragen wird.Capacitor 23 can discharge and the energy stored in the inductor 21 is transferred to the charging capacitor 23.

[0048] Der Schalter 24 wird von einer Steuereinrichtung 14 angesteuert, die in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere als ASIC, ausgestaltet sein kann. Die Leistungsfaktorkorrektur wird durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des Schalters 24 erzielt, wobei die Schaltfrequenz für den Schalter 24 viel grösser als die Frequenz der gleichgerichteten EingangsWechselspannung Vin ist. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 kann als Boost-Konverter arbeiten. Der Steuereinrichtung 14 können verschiedene Messgrößen zugeführt werden, die zur Steuerung oder Regelung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 oder anderer Komponenten des Betriebsgeräts ausgewertet werden können. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 14 über einen Spannungsteiler mit Widerständen 36, 37 die Ausgangsspannung erfassen.The switch 24 is controlled by a control device 14, which can be designed in the form of an integrated circuit, in particular as an ASIC. The power factor correction is achieved by repeatedly switching the switch 24 on and off, the switching frequency for the switch 24 being much greater than the frequency of the rectified input AC voltage Vin. The power factor correction circuit 20 can operate as a boost converter. The control device 14 can be supplied with various measured variables which can be evaluated for controlling or regulating the power factor correction circuit 20 or other components of the operating device. For example, the control device 14 can detect the output voltage via a voltage divider with resistors 36, 37.

[0049] Der Steuereinrichtung 14 kann auch eine Messgröße zugeführt werden, die anzeigt, wann ein Strom lL in der Induktivität 21 einen Nulldurchgang aufweist bzw. mit welchem Vorzeichen der Nulldurchgang erfolgt. Die entsprechende Erfassungsschaltung kann eine Windung 31 oder kleine Spule 31, die induktiv mit der Induktivität 21 gekoppelt ist, aufweisen. Die Windung 31 ist über eine Diode 32 und einen Widerstand 33 mit einem Knoten verbunden, der über einen weiteren Widerstand 34 mit einem Knoten zwischen dem Schalter 24 und dem Widerstand 26 verbunden ist. Das Signal am Eingang 42 der Steuereinrichtung 14 zeigt Nulldurchgänge des Stroms lL in der Induktivität 21 insbesondere in den Zeitperioden, in denen der Schalter 24 in den Aus-Zustand geschaltet ist, an.The control device 14 can also be supplied with a measured variable which indicates when a current I L in the inductor 21 has a zero crossing or with which sign the zero crossing takes place. The corresponding detection circuit can have a winding 31 or a small coil 31, which is inductively coupled to the inductor 21. The winding 31 is connected via a diode 32 and a resistor 33 to a node, which is connected via a further resistor 34 to a node between the switch 24 and the resistor 26. The signal at the input 42 of the control device 14 indicates zero crossings of the current I L in the inductor 21, in particular in the time periods in which the switch 24 is switched to the off state.

[0050] Die Steuereinrichtung 14 erzeugt das gepulste Steuersignal, um zyklisch den Schalter 24 in den Ein-Zustand (leitenden Zustand) bzw. den Aus-Zustand (nichtleitenden Zustand) zu schalten. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen, insbesondere abhängig von einer Last bzw. Ausgangsleistung. Bei höheren Lasten bzw. Ausgangsleistungen wird ein zweiter Betriebsmodus verwendet, der ein BCM-Betrieb oder CCM-Betrieb sein kann. Die Zeitdauer, während der der Schalter 24 jeweils eingeschaltet wird, kann dabei eingestellt werden, um die Ausgangsspannung auf einem Sollwert zu halten. Die Zeitdauer, während der der Schalter 24 jeweils eingeschaltet wird, kann abhängig von einer Last bzw. Ausgangsleistung am Ausgang 27 gewählt werden. Solange die Last bzw. Ausgangsleistung grösser als ein Schwellenwert ist, kann durch Erniedrigung der Ein- Zeit, d.h. Zeitdauer, während der der Schalter 24 jeweils eingeschaltet wird, eine Anpassung des Betriebs vorgenommen werden. Wenn die Last bzw. Ausgangsleistung den Schwellenwert erreicht, kann ein erster Betriebsmodus aktiviert werden, der ein DCM-Betrieb ist. Dabei wird nach dem Schalten des Schalters 24 in den Aus-Zustand nicht unmittelbar der Schalter 24 wieder eingeschaltet, wenn der Strom lL in der Induktivität 21 auf Null abgefallen ist, sondern es ist eine bestimmte Mindestwartezeit vorgesehen. Die Ein-Zeit kann im DCM-Betrieb auf einem vorgegebenen festen Wert gehalten werden, der der kleinste im BCM-Betrieb für die Ein-Zeit wählbare Wert sein kann. Eine Anpassung an unterschiedliche Lasten bzw. Ausgangsleistungen kann im ersten Betriebsmodus, d.h. im DCM- Betrieb, durch Anpassung der Mindestwartezeit erfolgen.The control device 14 generates the pulsed control signal in order to cyclically switch the switch 24 to the on state (conductive state) or the off state (nonconductive state). This can be done in different ways, in particular depending on a load or output power. With higher loads or output powers, a second operating mode is used, which can be a BCM operation or CCM operation. The length of time during which the switch 24 is switched on can be set in order to keep the output voltage at a desired value. The time period during which the switch 24 is switched on can be selected as a function of a load or output power at the output 27. As long as the load or output power is greater than a threshold value, the operation can be adapted by reducing the on-time, ie the time period during which the switch 24 is switched on. When the load or output power reaches the threshold, a first operating mode can be activated, which is a DCM operation. After the switch 24 is switched to the off state, the switch 24 is not immediately switched on again when the current I L in the inductor 21 has dropped to zero, but a certain minimum waiting time is provided. The on time can be kept in DCM mode at a predetermined fixed value, which can be the smallest value that can be selected for the on time in BCM mode. An adaptation to different loads or output powers can take place in the first operating mode, ie in DCM mode, by adapting the minimum waiting time.

[0051] Nebenbei bemerkt wird im ersten Betriebsmodus, d.h. im DCM- Betrieb, ein Einschaltzeitpunkt für den Schalter nicht nur entsprechend der Mindestwartezeit festgelegt, sondern auch abhängig von dem zeitabhängigen Verhalten des Stroms lL durch die Induktivität 21 und abhängig von dem zeitabhängigen Verhalten der Spannung, die zwischen Drain-Anschluss und Source-Anschluss des Schalters 24 abfällt.Incidentally, in the first operating mode, ie in DCM operation, a switch-on time for the switch is not only determined according to the minimum waiting time, but also depending on the time-dependent behavior of the current I L through the inductor 21 and depending on the time-dependent behavior of the Voltage that drops between the drain connection and the source connection of the switch 24.

[0052] FIG. 3 illustriert die Steuerung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 20 durch die Steuereinrichtung 14 in dem zweiten Betriebsmodus, der beispielhaft als BCM-Betrieb dargestellt ist. Durch die Gatespannung Vg am Schalter 24 wird der Schalter in den Ein- Zustand und in den Aus-Zustand geschaltet. Wenn der Schalter in den Aus-Zustand geschaltet wird, entlädt sich die Induktivität 21 und der Spulenstrom lL 51 nimmt ab. Im BCM- Betrieb kann ein neuer Einschaltvorgang dadurch ausgelöst werden, dass der Strom lL 51 bei 54 auf Null abfällt oder einen Nulldurchgang aufweist. Durch das entsprechende Steuersignal 52 wird der Schalter 24 dann wieder eingeschaltet, um die Induktivität 21 erneut zu laden. Im BCM-Betrieb kann die Ein- Zeit[0052] FIG. 3 illustrates the control of the power factor correction circuit 20 by the control device 14 in the second operating mode, which is shown as an example as a BCM operation. The switch is switched to the on state and the off state by the gate voltage Vg at the switch 24. When the switch is switched to the off state, the inductance 21 discharges and the coil current I L 51 decreases. In BCM operation, a new switch-on process can be triggered by the current I L 51 falling to zero at 54 or having a zero crossing. The switch 24 is then switched on again by the corresponding control signal 52 in order to reload the inductance 21. In BCM mode, the on time

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AT 16 546 U1 2020-01-15 österreichisches patentamt angepasst werden, um die Busspannung für unterschiedliche Lasten und/oder Ausgangsleistungen stabil zu halten. Ebenfalls in FIG. 3 dargestellt ist die Spannung 53, die zwischen Drain- Anschluss und Source-Anschluss des Schalters 24 im BCM-Betrieb abfällt. Während in FIG. 3 beispielhaft ein BCM-Betrieb illustriert ist, kann der zweite Betriebsmodus, der bei größeren Lasten und/oder größeren Ausgangsleistungen aktiviert werden kann, auch ein CCMBetrieb sein. Im CCM-Betrieb kann das Einschalten des Schalters 24 ausgelöst werden, wenn der Strom lL durch die Induktivität 21 einen von Null verschiedenen Referenzwert erreicht.AT 16 546 U1 2020-01-15 Austrian patent office can be adapted to keep the bus voltage stable for different loads and / or output powers. Also in FIG. 3 shows the voltage 53 which drops between the drain connection and the source connection of the switch 24 in BCM operation. While in FIG. 3 illustrates a BCM operation as an example, the second operating mode, which can be activated with larger loads and / or larger output powers, can also be a CCM operation. In CCM mode, the switch 24 can be switched on when the current I L through the inductance 21 reaches a non-zero reference value.

[0053] FIG. 4 illustriert das Prinzip der einfachsten Ausführungsform einer Rückkopplungsbasierten PFC-Schaltung nach dem Stand der Technik. Ein Controller vergleicht die VbusSpannung mit einem Referenzwert Ref und regelt den ton-Wert durch An- und Ausschalten des Schalters 24 so, dass die Ausgangsspannung Vout für einen nahezu konstanten Dimmwert sorgt (Prinzip der PWM- Modulation). Der PWM-Modulator liefert somit ein getaktetes entsprechend moduliertes Signal.[0053] FIG. 4 illustrates the principle of the simplest embodiment of a feedback-based PFC circuit according to the prior art. A controller compares the Vbus voltage with a reference value Ref and regulates the t on value by turning the switch 24 on and off so that the output voltage Vout ensures an almost constant dimming value (principle of PWM modulation). The PWM modulator thus delivers a clocked, correspondingly modulated signal.

[0054] Diese Art der Dimmwert-Regelung ist für den Bereich hoher Dimmwerte robust und wird im Stand der Technik derzeit nicht in Frage gestellt. Probleme ergeben sich - wie in der Beschreibungseinleitung bereits angedeutet - bei niedrigen Dimmwertvorgaben, da aus physikalischen Gründen der ton-Wert nicht beliebig klein gewählt werden kann. Um dennoch einen entsprechend geringen Dimmwert - also eine entsprechend niedrige Ausgangsspannung Vout - zu erhalten, wird im Modulationssignal ein stromloser Zustand erzeugt, der durch den K-Faktor, die Dauer des nicht-stromlosen Zustandes tactive und die Einschaltdauer des Schalters 24 ton durch folgende Gleichung charakterisiert ist - siehe auch Figur 6:This type of dimming value control is robust for the range of high dimming values and is currently not questioned in the prior art. Problems arise - as already indicated in the introduction to the description - with low dimming value specifications, since for physical reasons the t on value cannot be chosen arbitrarily small. In order to nevertheless a correspondingly low dimming level - thus a correspondingly low output voltage Vout - to obtain, in the modulation signal, an electroless state is generated, the t by the K factor, the duration of the non-energized state t acti ve and the duty cycle of the switch 24 on is characterized by the following equation - see also FIG. 6:

toff K ' ^active on [0055] Dieses Problem wird nach derzeitigem Stand der Technik dadurch gelöst (siehe Figur 7), dass ab dem Mindestwert für ton bei abnehmender Last, der K-Faktor kontinuierlich erhöht wird (gestrichelte Linie), also bei eingefrorenem ton (waagrechte durchgezogene Linie) bei der gewünschten niedrigen Last eine Regelung der Ausschaltzeitdauer toff erfolgt, mit den damit verbundenen bereits in der Beschreibungseinleitung angeführten schaltungs- und regelungstechnischen Problemen.toff K '^ active on [0055] This problem is solved according to the current state of the art (see FIG. 7) in that from the minimum value for t on with decreasing load, the K factor is continuously increased (dashed line), that is, at frozen t on (horizontal solid line) at the desired low load the switch-off time t off is regulated, with the associated circuitry and control problems already mentioned in the introduction to the description.

[0056] Die Erfindung löst diese Probleme dahingehend, dass bei niedrigen Lastvorgaben (Dimmwertvorgaben) weiterhin eine Veränderung der ton-Zeit erfolgt, ohne die minimale ton-Zeit zu unterschreiten. Dies erfolgt dadurch, dass in Richtung geringerer Lastvorgabe die ton-Zeit sägezahnförmig wenigstens einmal, vorzugsweise mehrfach, sprunghaft erhöht wird, um dann wieder vorzugsweise kontinuierlich abzufallen. Somit kann die minimale ton-Zeit-Vorgabe eingehalten werden und dennoch über den gesamten Lastbereich die ton-Zeit veränderbar gehalten werden.The invention solves these problems in such a way that at low load specifications (dimming value specifications) the t on time continues to be changed without falling below the minimum t on time. This is done in that the t on- time sawtooth is increased suddenly at least once, preferably several times, in the direction of lower load specification in order to then preferably decrease again continuously. This means that the minimum t on time specification can be adhered to and the t on time can be kept changeable over the entire load range.

[0057] Es wird also die minimale ton-Zeit-Vorgabe eingehalten, ohne die ton-Zeit im unteren Lastbereich einzufrieren.[0057] The minimum t on time specification is thus observed without freezing the t on time in the lower load range.

[0058] Der Bereich des sägezahnförmigen Verlaufs der ton-Zeit erfolgt vorzugsweise in einem unteren Lastbereich, nachdem (von der maximalen Last kommend in Richtung geringerer Last) die ton- Zeit erstmalig die minimale ton-Zeit erreicht hat.[0058] The area of the saw-toothed shape of the t on -time is preferably carried out in a lower load range after (of the maximum load to the load coming lower) t on - time t for the first time, the minimum on -time has reached.

[0059] Im Bereich des sägezahnförmigen Verlaufs der ton-Zeit wird der k-Faktor wieder erhöht, was vorzugsweise in der Form einer stufenweise (diskret) K-Wertveränderung erfolgt.In the area of the sawtooth-shaped course of the t on time, the k factor is increased again, which preferably takes the form of a step-wise (discrete) change in the K value.

[0060] Der erhöhende Sprung des K-Werts erfolgt dabei synchron zu einem Sprung, mit dem die ton-Zeit erhöht wird. In den Bereichen konstanten K-Werts fällt wird dann die ton-Zeit vorzugsweise kontinuierlich in Richtung niedrigerer Last verringert.The increasing jump in the K value takes place synchronously with a jump with which the ton time is increased. In the areas of constant K value, the t on time is then preferably reduced continuously in the direction of lower load.

[0061] Abhängig von einer sich verringerten Lastwertvorgabe wird gemäß Figur 8 somit in Stufen die K-Wertvorgabe für die PWM-Regelung erhöht, sodass also stufenweise verlängerte tOff Zeiten eingestellt (feed forward) werden. Somit kann im Bereich der K-Wert-Stufen bei konstantem K-Wert eine kontinuierlich sich veränderte ton-Zeit-Regelung abhängig von der Lastvorgabe in diesem Bereich erfolgen.[0061] Depending on a value input to reduced load is thus in accordance with the K-value specification for the PWM control increases figure 8 in steps so that so gradually extended t O ff times be set (feed forward). Thus, in the area of the K-value stages with a constant K-value, a continuously changing t on- time regulation can take place depending on the load specification in this area.

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AT 16 546 U1 2020-01-15 österreichisches patentamt [0062] Der K-Wert kann der Steuereinheit, die das gepulste Signal mit veränderlicher ton-Zeit ausgibt, von Außen vorgegeben werden, Es kann aber auch intern in dieser Steuereinheit erzeugt werden, bspw. mittels einer Look-Up-Tabelle unter Verwendung einer ermittelten (aufgrund eines zurückgeführten Messwerts) oder zugeführten Lastvorgabe.AT 16 546 U1 2020-01-15 Austrian Patent Office [0062] The K value can be externally specified for the control unit which outputs the pulsed signal with a variable t on time, but it can also be generated internally in this control unit. For example, using a look-up table using a determined (based on a returned measured value) or supplied load specification.

[0063] Vorzugsweise wird gemäß Figur 9 eine Dimmwertvorgabe einem (Mikro-) Controller pC zugeführt, der dann abhängig von der Dimmwertvorgabe ein K-Wertvorgabesignal der Steuereinheit, die das gepulste Signal mit veränderlicher ton-Zeit ausgibt.According to FIG. 9, a dimming value specification is preferably fed to a (micro) controller pC, which then, depending on the dimming value specification, outputs a K value specification signal from the control unit, which outputs the pulsed signal with a variable t on time.

[0064] Alternativ kann sich die K-Wertvorgabe im Bereich niedriger Lasten nicht stufenweise sondern auch kontinuierlich verändern. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund zweiter variierbarer Parameter (ton-Zeit und toff-Zeit bzw. K-Wert) natürlich die sich ergebenden Änderungen weniger drastisch ausfallen im Vergleich zum stufenweisen einfrieren des K-Werts (K-Faktors).Alternatively, the K value specification in the area of low loads cannot change step by step but also continuously. This has the advantage that, due to the second variable parameters (t on time and t off time or K value), the resulting changes are of course less drastic compared to the gradual freezing of the K value (K factor).

[0065] Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der vorliegenden Erfindung um ein PWMSignal im weiteren Sinne handelt, da sich die Frequenz der Impulse (Modulations-Frequenz) regelungsabhängig jederzeit verändern kann.It should be noted that the present invention is a PWM signal in a broader sense, since the frequency of the pulses (modulation frequency) can change at any time depending on the control system.

[0066] Allerdings muss erfindungsgemäß in der Tat das Ausgabesignal in Form eines PWMSignals mit variierender Frequenz zum Treiben des Schalters einer PFC-Schaltung verwendet werden, was bei der technischen Umsetzung dieser Regelung zu berücksichtigen ist.However, according to the invention, the output signal in the form of a PWM signal with a varying frequency must in fact be used to drive the switch of a PFC circuit, which must be taken into account in the technical implementation of this regulation.

Claims (5)

1. Betriebsgerät (1) für Leuchtmittel, insbesondere Konverter für wenigstens eine LED, aufweisend eine Steuereinheit (14), die dazu ausgelegt ist, eine getaktete Schaltung (20), wie bspw. eine PFC- Schaltung, mittels eines gepulsten Signals (52) anzusteuern, das direkt oder indirekt einem Schalter der getakteten Schaltung (20) als Ansteuersignal zugeführt ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, das gepulste Signal zu erzeugen:Operating device (1) for illuminants, in particular converter for at least one LED, comprising a control unit (14) which is designed to operate a clocked circuit (20), such as a PFC circuit, by means of a pulsed signal (52) to be controlled, which is supplied directly or indirectly to a switch of the clocked circuit (20) as a control signal, the control unit being designed to generate the pulsed signal: - das sich in einem Dimmbereich oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändert, dass sich bei vorzugsweise fester Frequenz der Impulse die Einschaltzeitdauer ton der Impulse verändert, und- Which changes in a dimming range above a predetermined threshold value in that the switch-on time to n of the pulses changes at a preferably fixed frequency of the pulses, and - das sich in einem Dimmbereich unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändert, dass sich in Richtung niedriger Dimmwerte die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse stufenweise erhöht und in den Bereichen konstanter Ausschaltzeitdauer die Einschaltzeitdauer ton kontinuierlich ändert und in den Bereich der Sprünge der Stufen der Ausschaltzeitdauer toff die Einschaltzeitdauer ton sprungweise erhöht.- That changes in a dimming range below a predetermined threshold value in that the switch-off time t off of the pulses increases gradually in the direction of low dimming values and the switch-on time to n changes continuously in the areas of constant switch-off time and in the area of the jumps in the steps of the switch-off time t off the switch-on time t on increases suddenly. 2. Betriebsgerät (1) für Leuchtmittel, insbesondere Konverter für wenigstens eine LED, aufweisend eine Steuereinheit (14), die dazu ausgelegt ist, einen dimmbaren Betrieb der Leuchtmittel anzusteuern, das direkt oder indirekt einem Schalter der getakteten Schaltung (20) als Ansteuersignal zugeführt ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, das gepulste Signal zu erzeugen:2. Operating device (1) for lamps, in particular converter for at least one LED, comprising a control unit (14) which is designed to control dimmable operation of the lamps, which is supplied directly or indirectly to a switch of the clocked circuit (20) as a control signal , the control unit being designed to generate the pulsed signal: - das sich in einem Dimmbereich oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändert, dass sich bei vorzugsweise fester Frequenz der Impulse (52) die Einschaltzeitdauer ton der Impulse verändert, und- Which changes in a dimming range above a predetermined threshold value in that the switch-on time to n of the pulses changes at a preferably fixed frequency of the pulses (52), and - das sich in einem Dimmbereich unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändert, dass sich in Richtung niedriger Dimmwerte die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse zumindest teilweise kontinuierlich erhöht und die Einschaltzeitdauer ton kontinuierlich verringert wird.- That changes in a dimming range below a predefined threshold value in that the switch-off time period t off of the pulses increases at least partially continuously in the direction of low dimming values and the switch-on time period t on is continuously reduced. 3. Betriebsgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (14) einen PWM-Modulator aufweist, dem ein Vorgabesignal (Ref) für die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse von einem Controller (pC) zugeführt wird, wobei der PWM-Modulator die Einschaltzeitdauer ton abhängig von einem Rückführsignal regelt, das einen Parameter des Betriebs der Leuchtmittel direkt oder indirekt wiedergibt.3. Operating device (1) according to claim 1 or 2, wherein the control unit (14) has a PWM modulator, to which a predetermined signal (Ref) for the switch-off period t off of the pulses is supplied by a controller (pC), the PWM Modulator regulates the switch-on time t on depending on a feedback signal that directly or indirectly reproduces a parameter for the operation of the lamps. 4. Betriebsgerät nach Anspruch 3, bei dem der Controller (pC) eine Schnittstelle zur Entgegennahme eines Dimmsignals aufweist.4. Operating device according to claim 3, wherein the controller (pC) has an interface for receiving a dimming signal. 5. Verfahren zum Betrieb einer PFC-Schaltung (20) zum Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere wenigstens einer LED, wobei der Schalter (24) der PFC-Schaltung (20) durch ein Signal (52) getaktet wird,5. Method for operating a PFC circuit (20) for operating lamps, in particular at least one LED, the switch (24) of the PFC circuit (20) being clocked by a signal (52), - das sich in einem Dimmbereich oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändert, dass sich bei vorzugsweise fester Frequenz der Impulse die Einschaltzeitdauer ton der Impulse verändert, und- Which changes in a dimming range above a predetermined threshold value in that the switch-on time to n of the pulses changes at a preferably fixed frequency of the pulses, and - das sich in einem Dimmbereich unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts dadurch verändert, dass sich in Richtung niedriger Dimmwerte die Ausschaltzeitdauer toff der Impulse stufenweise erhöht und in den Bereichen konstanter Ausschaltzeitdauer die Einschaltzeitdauer ton kontinuierlich ändert und in den Bereich der Sprünge der Stufen der Ausschaltzeitdauer toff die Einschaltzeitdauer ton sprungweise erhöht.- That changes in a dimming range below a predetermined threshold value in that the switch-off time t off of the pulses increases gradually in the direction of low dimming values and the switch-on time t on changes continuously in the areas of constant switch-off time and in the area of the jumps in the steps of the switch-off time t off the switch-on time t on increases suddenly.
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