AT16607U1

AT16607U1 - Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur mit Nulldurchgangserfassung

Info

Publication number: AT16607U1
Application number: ATGM50/2015U
Authority: AT
Inventors: Ing Marte Patrick
Original assignee: Tridonic Gmbh & Co Kg
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2020-02-15
Also published as: DE202014106015U1

Abstract

Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur mit einem Schalter (1), der mittels einer Steuerungseinrichtung (24) zum Schalten eines Spulenstroms ein- und ausschaltbar ist; und einen Signalausgang (14) zum Erfassen des Stroms durch den Schalter (1) in Zeitdauern, in denen der Schalter (Ml) geschlossen ist, und zum Erfassen des Nulldurchgangs des Spulenstroms (3) in Zeitdauern, in denen der Schalter (1) geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schalter (1) für die Erfassung des Nulldurchgangs ein zumindest einen Kondensator (11) aufweisender und mit dem Signalausgang (14) gekoppelter Bypass vorgesehen ist.

Description

SCHALTUNG ZUR LEISTUNGSFAKTORKORREKTUR MIT NULLDURCHGANGSERFASSUNG [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht allgemein auf sogenannte Hochsetzsteller-Leistungsfaktorkorrekturschaltungen (im Englischen „Boost PFC genannt). Insbesondere betrifft die Erfindung Leistungsfaktorkorrekturschaltungen für den Einsatz in Betriebsgeräten oder elektronischen Vorschaltgeräten für Leuchtmittel.

[0002] Hochsetzsteller, auch Aufwärtswandler genannt (englisch Boost-Converter), dienen dazu, das Niveau einer zugeführten Gleichspannung für einen Verbraucher auf ein höheres Niveau umzusetzen (Boost). Derartige Schaltungen finden beispielsweise Anwendung bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, wie elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs) für Gasentladungslampen oder LED-Konvertern. Wenn die Leuchtmittel hochfrequent betrieben werden sollen, wird die am Ausgang des Hochsetzstellers bereitgestellte Gleichspannung über Wechselrichter in eine hochfrequente Wechselspannung ungesetzt.

[0003] Gleichzeitig kann eine derartige Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors (Power Factor Correction) verwendet werden, bei der dann die Schaltzeiten des mit einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung ein- und ausgeschalteten Schalters des Hochsetzstellers so gewählt werden, dass der Eingangsstrom der Schaltung einem sinusförmigen Verlauf folgt, der in Phase mit dem Verlauf der Eingangsspannung ist. Dazu verfolgt eine Steuerung die Eingangsspannung und nutzt diese als Referenz um die Einschaltzeit der Pulsweitenmodulation zu regeln.

[0004] Einfache Netzteile von Betriebsgeräten mit Gleichrichter und nachfolgendem Glättungskondensator erzeugen im Stromnetz Oberwellenströme, da das Netzteil dem Stromnetz nur dann einen Strom zum Nachladen des Glättungskondensators entnimmt, wenn die sinusförmige Eingangsspannung größer als die Spannung am Kondensator ist, was zu einer kurzzeitigen hohen Stromaufnahme führt. Solchen Oberwellenströmen/Oberschwingungen kann durch eine aktive oder getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung entgegengewirkt werden.

[0005] Der Betrieb eines Hochsetzstellers bzw. einer Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur wird üblicherweise von einer Steuer- und Regeleinrichtung, z.B. einen ASIC, „Application Specific Integrated Circuit), welche eine Vielzahl von Messgrößen erfasst, gesteuert.

[0006] Um die Anzahl der Anschlüsse der Steuer- und Regeleinrichtung für eine Erfassung der Messgrößen von einer Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur bzw. eines Hochsetzstellers zu reduzieren, schlägt die WO2007/121945A2 vor, die Leistungsfaktorkorrekturschaltung so zu gestalten, dass mehrere nicht gleichzeitig zu erfassende Messgrößen an einem Erfassungspunkt der Schaltung abgegriffen werden können. Insbesondre schlägt die WO2007/121945A2 vor, die Erfassung des Schalterstroms mit der Erfassung des Stroms der Spule bzw. dessen Nulldurchgängen zu kombinieren, so dass hierfür nur ein Eingang (Pin) an der Steuer- und Regeleinrichtung bereitgestellt werden muss.

[0007] Bei der in der WO2007/121945A2 offenbarten Leistungsfaktorkorrekturschaltung wird die Information über den Schalterstrom durch einen mit dem Schalter in Reihe geschalteten Messwiderstand gewonnen und das Signal zur Detektion des Spulenstroms mittels einer mit der Ladespule induktiv gekoppelten Erfassungsspule erfasst. Die Erfassung des Spulenstroms wird mit einer Diode von der Erfassung des Schalterstroms entkoppelt.

[0008] Die Verwendung der gekoppelten Erfassungsspule macht die Schaltung teuer und komplex. Da die negative Halbwelle in dem Signal zur Detektion des Spulenstroms durch die Diode zur Entkoppelung abgeschnitten wird, ist ein Detektion von Nulldurchgängen bei kleinen Signalpegeln schwierig.

[0009] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung bereitzustellen, die eine Reduzierung der Anzahl der Anschlüssen einer Steuer- und Regelein

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AT 16 607 U1 2020-02-15 österreichisches patentamt richtung für die Erfassung der Messgrößen erlaubt und die einen einfachen Aufbau aufweist.

[0010] Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.

[0011] Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung einen Schalter, der mittels einer Steuerungseinrichtung zum Schalten eines Spulenstroms ein- und ausschaltbar ist und einen Signalausgang zum Erfassen des Spulenstroms durch den Schalter in Zeitdauern, in denen der Schalter geschlossen ist, und zum Erfassen des Nulldurchgangs des Spulenstroms in Zeitdauern, in denen der Schalter geöffnet ist, auf, wobei an dem Schalter für die Erfassung des Nulldurchgangs ein zumindest einen Kondensator aufweisender und mit dem Signalausgang gekoppelter Bypass vorgesehen ist.

[0012] Somit ist für die Erfassung des Spulenstroms keine mit der Ladespule induktiv gekoppelte Erfassungsspule nötig, was einen einfachen Aufbau der Schaltung erlaubt. Zudem weist das Signal zur Ermittlung des Schalterstroms bzw. dessen Nulldurchgänge einen hohen Dynamikumfang auf, so dass Nulldurchgänge auch bei Signalen mit kleiner Amplitude ermittelt werden können.

[0013] Der Bypass kann einen Widerstand und einen Kondensator, welche parallel zu dem Schalter geschaltet sind, aufweisen.

[0014] Vorteilhaft ist ein Messwiderstand für die Ermittlung des durch den Schalter fließenden Stroms vorgesehen, der in Serie mit der Spule und dem Schalter geschaltet ist, wobei der Widerstand des Bypasses mit dem Messwiderstand verbunden ist.

[0015] Der Signalausgang kann an einem Knoten zwischen dem Widerstand des Bypasses und dem Kondensator des Bypasses angekoppelt sein.

[0016] Vorteilhaft ist an dem Knoten ein Spannungsteiler angekoppelt, wobei der Spannungsteiler an dem Knoten über einen mit einem Widerstand in Serie geschalteten Kondensator angekoppelt sein kann.

[0017] Die Schaltung kann die Steuerungseinrichtung selbst aufweisen, wobei die Steuerungseinrichtung dem an dem Spannungsteiler ankommendem Signal eine Offset-Spannung über den Spannungsteiler hinzufügt und einen Komparator aufweist der das mit der Offset-Spannung beaufschlagte Signal mit der Offset-Spannung für eine Ermittlung des Nulldurchgangs vergleicht. Dies bewirkt eine erleichterte Detektion der Nulldurchgänge bei kleinen Amplituden des erfassten Signals.

[0018] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

[0019] Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß der vorliegenden Erfindung, [0020] Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß der vorliegenden Erfindung, [0021] Fig. 3 zwei Diagramme mit Signalverläufen von Spannungen der in Fig. 3 gezeigten Schaltung, und [0022] Fig. 4 Ausschnitte aus den in der Fig. 3 gezeigten Diagrammen, [0023] Fig. 5 eine Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß dem Stand der Technik; und [0024] Fig. 6 zwei Diagramme mit Signalverläufen von Spannungen der in Fig. 5 gezeigten Schaltung.

[0025] Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Insbesondere die Bauelemente in den Schaltungen mit gleichen Bezugszeichen können jedoch unterschiedlich dimensioniert sein.

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AT 16 607 U1 2020-02-15 österreichisches patentamt [0026] FIG. 5 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß dem Stand der Technik, bei der Schalterstrom durch einen mit dem Schalter 1 in Reihe geschalteten Messwiderstand 2 erfasst und der Spulenstrom bzw. dessen zeitlicher Verlauf mittels einer mit der Ladespule 3 gekoppelten Erfassungsspule 4 induktiv erfasst wird. Die induktive Erfassung des Spulenstroms ist mit einer Diode 5 von der Erfassung des Schalterstroms entkoppelt.

[0027] Bei der in FIG. 5 zeigten Schaltung wird der Spule 3 über die Eingangsanschlüsse 6 und 7 eine Eingangs- Gleichspannung zugeführt. Die Spule 3 ist mit einer Diode 12 zwischen dem Eingangsanschluss 6 und einem Ausgangsanschluss 8 in Serie geschaltet. An den mit einem Ladekondensator 10 gekoppelten Ausgangsanschlüssen 8 und 9 wird eine Ausgangs-Gleichspannung bereitgestellt. Parallel zu der Serienschaltung aus dem Schalter 1 und dem Widerstand 2 ist ein Kondensator 11 angeordnet. Der Kondensator 11, der ein sogenannter „Snubber-Kondensator ist, soll störende Hochfrequenzen oder Spannungsspitzen, die meist beim Schalten induktiver Lasten (hier der Spule 3) auftreten, reduzieren. Der Eingangsanschluss 7 ist mit dem Ausgangsanschluss 9 verbunden und weist ein niedriges Potential (z.B. Masse) gegenüber dem Eingangsanschluss 6 auf.

[0028] Die mit der Spule 3 induktiv gekoppelte Erfassungsspule 4 ist mit ihrem einen Ende mit dem Eingangsanschluss 7 und mit dem anderen Ende über die Diode 5 und einem Widerstand mit einem Signalausgang 14 für eine Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) verbunden. Der Signalausgang 14 ist auch über einen Widerstand 15 mit einem Knoten zwischen dem Schalter 1 und dem Messwiderstand 2 verbunden.

[0029] Wird der Schalter 1 durch Anlegen eines Steuersignals an einem Steuereingang 16, der mit dem Schalter 1 über einen Widerstand 17 verbunden ist, geschlossen, fließt ein Strom von dem Eingangsanschluss 6, durch die Spule 3, den Schalter 1 und den Messwiderstand 2 zu dem Eingangsanschluss 6. Die durch diesen Strom am Messwiderstand 2 abfallende Spannung kann von der Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) am Signalausgang 14 erfasst werden. Die Widerstände 13 und 15 dienen zur Begrenzung des Stromflusses in die Steuer- und Regeleinrichtung.

[0030] Nach dem Ausschalten des Schalters 1 treibt die Spule 3 einen Strom (Abmagnetisierungstrom) durch die Diode 12 und den Ladekondensator 10. Der Ladekondensator 10 wird dadurch aufgeladen. Desweiteren treten nach dem Ausschalten Oszillationen des Stromes durch die Spule 1 um eine Nulllinie auf, die durch einen aus der Spule 1, dem Kondensator 11 und einer Kapazität (nicht gezeigt) an den Eingangsanschlüssen 6 und 7 gebildeten Resonanzkreis bedingt sind.

[0031] Die Oszillationen des Stromes durch die Spule 1 werden mittels der mit der Ladespule 3 gekoppelten Erfassungsspule 4 induktiv erfasst und von der Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) an dem Signalausgang 14 detektiert.

[0032] Das Diagramm 18 in Fig. 6 zeigt den Signalverlauf einer zwischen dem Signalausgang und dem Eingangsanschluss 7 gemessenen Spannung U14 und das Diagramm 19 den Signalverlauf einer zwischen dem Knoten 20 und dem Eingangsanschluss 7 gemessenen Spannung U₂o· Der Signalverlauf in dem gestrichelt umrandeten Bereich 21 in dem Diagramm 18 repräsentiert den Anstieg des Stroms durch den Schalter 1 während der Einschaltzeit. Nach dem Ausschalten des Schalters 1 oszilliert der Signalverlauf, wobei die Amplitude mit der Zeit abnimmt. Für ein erneutes Einschalten des Schalters 1 zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms durch die Spule 3 wird die Spannung Ui₄, z.B. mittels eines Komparators, mit einem Schwellenwert 22 verglichen bzw. jedes Unterschreiten des Schwellenwertes 22 detektiert.

[0033] Wie aus dem Diagramm 18 in Fig. 6 zu sehen ist, ist die Amplitude der Spannung Ui₄bei einer Zeit t von ca. 90ps soweit abgefallen, dass die Spannung Ui₄ den Schwellenwert 22 nicht mehr erreicht und der Nulldurchgang nicht mehr detektiert werden kann.

[0034] Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Funktionsweise des Ladens des Ladekondensa

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AT 16 607 U1 2020-02-15 österreichisches patentamt tors 10 durch Öffnen und Schließen des Schalters in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung entspricht der Funktionsweise der in Fig. 5 gezeigten Schaltung. Die Erzeugung des an dem Signalausgang 14 bereitgestellten Signals, der Spannung U₁₄, ist jedoch verschieden. Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung weist keine mit der Ladespule 3 gekoppelten Erfassungsspule 4 und keine mit der Erfassungsspule 4 verbundene Diode 5 auf.

[0035] Gemäß der vorliegenden Erfindung ist an dem Schalter 1 für die Erfassung des Nulldurchgangs des durch die Spule 3 fließenden Stroms ein zumindest einen Kondensator 11a aufweisender und mit dem Signalausgang 14 gekoppelter Bypass angeschlossen.

[0036] In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung besteht der Bypass aus einem Widerstand 22 und einem Kondensator 11a, der auch die oben beschriebene Funktion eines „Snubber-Kondensators erfüllt und der mit dem zwischen der Spule 3 und der Diode 12 liegenden Knoten 20 verbunden ist. Der Bypass ist mit dem Schalter 1 parallel und in Reihe mit der Spule 3 und dem Messwiderstand 2 geschaltet. Der Signalausgang 14 ist über den Widerstand 13 mit einem Knoten 23 zwischen dem Widerstand 22 und dem Kondensator 11a verbunden.

[0037] Wird der Schalter 1, der ein FET oder MOSFET sein kann, in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung durch Anlegen des Steuersignals an dem Steuereingang 16 eingeschaltet, wird der Bypass von dem Schalter 1 kurzgeschlossen und es fließt ein Strom von dem Eingangsanschluss 6, durch die Spule 3, den Schalter 1 und den Messwiderstand 2 zu dem Eingangsanschluss 6. Die durch den Strom am Messwiderstand 2 abfallende Spannung kann von der Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) am Signalausgang 14 erfasst werden.

[0038] Nach dem Ausschalten des Schalters 1 treibt, wie oben beschrieben, die Spule 3 einen Strom (Abmagnetisierungstrom) durch die Diode 12 und den Ladekondensator 10, der den Ladekondensator 10 auflädt. Der Bypass ist Teil des Resonanzkreises, der die Oszillationen des Stromes durch die Spule 1 um eine Nulllinie nach dem Ausschalten bzw. einen Wechselstrom durch den Ladekondensator 10, den Widerstand 22 und den Messwiderstand 2 verursacht.

[0039] Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Spannungsverlauf der durch den Wechselstrom an dem Widerstand 22 und dem Messwiderstand 2 abfallenden, oszillierenden Spannung an dem Signalausgang 14 von der Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) detektiert werden. Da keine Diode zur Entkoppelung der Erfassung des Spulenstroms von der Erfassung des Schalterstroms gemäß der vorliegenden Erfindung nötig ist, weist das Signal zur Ermittlung des Schalterstroms bzw. dessen Nulldurchgänge einen höheren Dynamikumfang auf, so dass Nulldurchgänge auch mit Signalen mit kleiner Amplitude ermittelt werden können.

[0040] Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung weist zusätzlich zu der in Fig. 1 gezeigten Schaltung eine Steuer- und Regeleinrichtung 24 mit dem Steuereingang 16 und dem Signalausgang 14 auf. Die Steuer- und Regeleinrichtung 24 ermittelt den Verlauf (Anstieg) des Stromes durch den geschlossenen Schalter 1 und den Stromverlauf (Nulldurchgänge) durch die Spule 3 bei geöffnetem Schalter 1 basierend auf der an dem Signalausgang 14 gemessenen Spannung U₁₄ und steuert das Ein- und Ausschalten des an dem Steuereingang 16 über den Widerstand 17 angeschlossenen Schalters 1 auf Grundlage der ermittelten Verläufe. Vorteilhafter Weise erfasst und bewertet die Steuer- und Regeleinrichtung 24 weitere Betriebsparameter, wie die an den Eingangsanschlüssen 6 und 7 anliegende Eingangsspannung, die an den Ausgangsanschlüssen 8 und 9 anliegende Ausgangsspannung und/oder Signale zum aktuellen Leistungsbedarf einer nachgeschalteten Last.

[0041] In der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ist der Signalausgang 14 über einen aus den Widerständen 25 und 26 bestehenden Spannungsteiler, einen Kondensator 27 und den Widerstand 13 mit dem Knoten 23 verbunden. Der Kondensator 27 ist mit dem Spannungsteiler über einen Knoten 28 verbunden und dient zur Entkoppelung von von der Steuer- und Regeleinrichtung 24 abgegebenen Gleichspannung.

[0042] Der Widerstand 25 ist mit seinem einen Ende mit dem Knoten 28 und mit seinem andern

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Ende mit dem Eingangsanschluss 7 verbunden. Der Widerstand 26 ist mit seinem einen Ende mit dem Knoten 28 und mit seinem andern Ende mit einem Spannungsausgang 29 der Steuerund Regeleinrichtung 24 verbunden.

[0043] In dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Anlegen einer Gleichspannung über den Spannungsausgang 29 an dem Spannungsteiler die zu messende Spannung U14 mit einer zusätzlichen Spannung (Offset- Spannung) beaufschlagt werden. Dies ermöglicht die Messung auch von Signalen mit geringer Amplitude bzw. die Detektion deren Nulldurchgänge, wenn die Offset-Spannung zur Detektion der Nulldurchgänge verwendet wird.

[0044] Das Diagramm 30 in Fig. 3 zeigt den Signalverlauf der zwischen dem Signalausgang 14 und dem Eingangsanschluss 7 gemessenen Spannung U₁₄ und das Diagramm 31 den Signalverlauf einer zwischen dem Knoten 20 und dem Eingangsanschluss 7 gemessenen Spannung U₂o· Der Signalverlauf der Spannung U₁₄ in dem gestrichelt umrandeten Bereich 21 in dem Diagramm 30 repräsentiert den Anstieg des Stroms durch den Schalter 1 während der Einschaltzeit. Die Steuer- und Regeleinrichtung 24 überwacht diesen Stromanstieg, z.B. durch Vergleichen mit einem Grenzwert, und steuert den Schalter 1 über den Steuereingang 16 entsprechend bzw. schaltet den Schalter 1 ab, wenn der Grenzwert erreicht bzw. überschritten wird.

[0045] Wie in Fig. 3 gezeigt oszillieren nach dem Ausschalten des Schalters 1 die Signalverläufe der Spannung U₁₄ und der Spannung U₂o, wobei deren Amplituden mit der Zeit abnehmen. Wie oben beschrieben kann für die Ermittlung des Zeitpunktes für ein erneutes Einschalten des Schalters 1 die Spannung Ui₄, z.B. mittels eines Komparators, mit einem Schwellenwert 22a verglichen bzw. jedes Unterschreiten des Schwellenwertes 22a detektiert werden, um zu einem bestimmten Zeitpunkt, z.B. zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des Stroms durch die Spule 3 den Schalter 1 wieder einzuschalten. Da keine Diode zur Entkoppelung der Erfassung des Spulenstroms von der Erfassung des Schalterstroms verwendet wird, ist die untere Halbewelle des Spannung U₁₄ nicht abgeschnitten, was die Ermittlung von Nulldurchgängen auch mit Signalen mit kleiner Amplitude erlaubt.

[0046] Zudem entspricht in dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung der Schwellenwert 22a der Offset-Spannung bzw. wird die Offset-Spannung als Schwellenwert 22a für die Ermittlung der Nulldurchgänge des Stromes verwendet. Wie in Fig. 3 gezeigt stellt der Schwellenwert 22a infolgedessen eine Basislinie für die Schwingung/Oszillation der Spannung U₂₀ dar, so dass für ein Detektion der Nulldurchgänge keine Minimal-Amplitude der Spannung U₂₀ erforderlich ist.

[0047] Fig. 4 zeigt Diagramme 33 und 34, welche einen zeitliche Ausschnitt aus den in der Fig. 3 gezeigten Diagrammen 30 bzw. 31 darstellen. Wie in Fig. 4 gezeigt sind die Verläufe der Spannungen U₁₄ und U₂₀ um 90 Grad phasenverschoben. Die Linie 32 markiert einen optimalen Zeitpunkt für das Wiedereinschalten des Schalters 1. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom durch die Spule 3 null und die Spannung U₂₀ nimmt zu, so dass hier minimale Schaltverluste zu erwarten sind. Dieser optimale Zeitpunkt tritt bei jedem zweiten Nulldurchgang der Spannung U₁₄ auf. Die Folgen von ungünstig gewählten Schaltzeiten bezüglich der Oszillation und deren Folgen sowie die Bestimmung von optimalen Schaltzeiten sind der WO2013/152372A2 auf Seite 11, Zeile 17, bis Seite 14, Zeile 28 zu entnehmen.

[0048] Leistungsfaktorkorrekturschaltungen können wie in der WO2013/152372A2 beschrieben in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. Insbesondere kann ein Betrieb mit einem kontinuierlichen Strom durch die Spule 3 (so genannter „Continuous Conducton Mode, CCM), ein Betrieb mit einem diskontinuierlichen Spulenstrom („Discontinuous Conduction Mode, DCM) oder ein Betrieb im Grenzbereich zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Strom durch die Spule („Borderline Conduction Mode oder „Boundary Conduction Mode, BCM) gewählt werden. Beim BCM-Betrieb kann ein Abfallen des Spulenstroms auf null während der Entladephase der Spule 3 als Anlass dafür genommen, einen neuen Schaltzyklus zu starten und den Schalter 1 wieder zu schließen, um die Spule erneut zu laden. Über die Dauer der Zeit,

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AT 16 607 U1 2020-02-15 österreichisches patentamt während der der Schalter jeweils eingeschaltet ist, kann der Leistungsfaktor gesteuert oder geregelt werden. Im DCM-Betrieb wird hingegen nach einem Nulldurchgang des Spulenstroms während der Entladephase zunächst eine vorgegebene zusätzliche Wartezeit abgewartet, bis der Schalter 1 erneut geschlossen wird.

[0049] So kann die Wartezeit vor einem erneuten Einschalten des Schalters 1 abhängig von einer Last, d.h. abhängig von einer Ausgangsleistung der Schaltung, gewählt werden, um eine vorgegebene Ausgangsspannung zu halten. Die Steuer- und Regeleinrichtung 24 kann abhängig von der Last ein Betriebsmodus aus mehreren Betriebsmodi auswählen, wobei in einem ersten Betriebsmodus, der ein DCM-Betriebsmodus sein kann, eine Mindestwartezeit zwischen dem Ausschalten des Schalters 1 und einem erneuten Einschalten des Schalters 1 bestimmt wird. Ein Einschaltzeitpunkt für den Schalter 1 wird nicht nur abhängig von der Mindestwartezeit, sondern auch abhängig von einer über dem Schalter 1 abfallenden Spannung festgelegt. Dies erlaubt eine Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Schaltung während des Aus-Zustands des Schalters 1 zur Bestimmung des Einschaltzeitpunkts.

[0050] In dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das zu erfassende, oszillierende Signal mit einer Spannung (Offset-Spannung) beaufschlagt und mit einem der Offset- Spannung entsprechenden Schwellenwert 22a für die Ermittlung von Nulldurchgänge verglichen.

[0051] Diese Beaufschlagung und die Wahl des Schwellenwerts stellen einen Aspekt der Erfindung dar, der im Übrigen unabhängig von dem an dem Schalter 1 gekoppelten Bypass ist.

[0052] Die Beaufschlagung des zu erfassenden, oszillierenden Signals mit einer Offset-Spannung und der Einsatz der Offset-Spannung als Schwellenwert 22a kann vorteilhafterweise, muss aber nicht, mit einer Schaltung wie in Fig. 5 gezeigt kombiniert werden. Dies ist hier besonders vorteilhaft, da der Dynamikumfang des an dem Signalausgang 14 bereitgestellten Signals durch die Diode 5 eingeschränkt ist.

[0053] Hierzu wird in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung an dem Signalausgang 14 die Steuerund Regeleinrichtung 24 über einen Spannungsteiler verbunden, wobei ein Widerstand des Spannungsteilers mit seinem einen Ende mit dem Signalausgang 14 und mit seinem andern Ende mit dem Eingangsanschluss 7 verbunden wird und der andere Widerstand des Spannungsteiler mit seinem einen Ende mit dem Signalausgang 14 und mit seinem andern Ende mit einem Spannungsausgang 29 der Steuer- und Regeleinrichtung 24 verbunden wird. Optional kann ein Kondensator 27 zwischen dem Spannungsteiler und dem Signalausgang 14 zur Entkoppelung von von der Steuer- und Regeleinrichtung 24 abgegebener Gleichspannung vorgesehen sein.

Claims

1. Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur mit einem Schalter (1), der mittels einer Steuerungseinrichtung (24) zum Schalten eines Spulenstroms ein- und ausschaltbar ist; und einen Signalausgang (14) zum Erfassen des Stroms durch den Schalter (1) in Zeitdauern, in denen der Schalter (Ml) geschlossen ist, und zum Erfassen des Nulldurchgangs des Spulenstroms (3) in Zeitdauern, in denen der Schalter (1) geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schalter (1) für die Erfassung des Nulldurchgangs ein zumindest einen Kondensator (11) aufweisender und mit dem Signalausgang (14) gekoppelter Bypass vorgesehen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass aus einem Widerstand (22) und einem

Kondensator (11a), welche parallel zu dem Schalter (1) geschaltet sind, aufweist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwiderstand (2) in Serie mit einer Spule (3) und dem Schalter (1) geschaltet ist und der Widerstand (22) des Bypasses mit dem Messwiderstand (2) verbunden ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang (14) an einem Knoten zwischen dem Widerstand (22) des Bypasses und den Kondensator (11a) des Bypasses angekoppelt ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Knoten ein Spannungsteiler angekoppelt ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler an dem Knoten über einen mit einem Widerstand (13) in Serie geschalteten Kondensator (27) angekoppelt ist.

7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung die Steuerungseinrichtung (24) aufweist;

die Steuerungseinrichtung (24) dem an dem Spannungsteiler ankommendem Signal eine Offset-Spannung über den Spannungsteiler hinzufügt; und die Steuerungseinrichtung (24) einen Komparator aufweist der das mit der Offset-Spannung beaufschlagte Signal mit der Offset-Spannung für eine Ermittlung des Nulldurchgangs vergleicht.