AT16743U1 - Inverter circuit with adaptive dead time - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wechselrichter-Schaltung, die einen Wechselrichter aufweist, insbesondere eine Wechselrichter-Halbbrückenschaltung, mit wenigstens zwei in Serie geschalteten und mit Gleichspannung versorgten Schaltern, an deren Mittenpunkt bei wechselseitiger Taktung der Schalter eine Wechselspannung bereitstellbar ist, und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Schalter zu takten und ein an dem Mittenpunkt abgegriffenes Messignal, insbesondere eine Mittenpunktspannung, auszuwerten, und abhängig von dem Messsignal die Taktung jedes der Schalter separat derart einzustellen, dass eine Totzeit zwischen einem Deaktivieren eines der Schalter und einem Aktivieren eines anderen Schalters variabel festgelegt ist.The invention relates to an inverter circuit which has an inverter, in particular an inverter half-bridge circuit, with at least two switches connected in series and supplied with direct voltage, at the center of which the switch can be provided with an alternating voltage, and a control unit which does so is set up to clock the switches and to evaluate a measurement signal tapped at the center point, in particular a center point voltage, and to set the timing of each of the switches separately in such a way that a dead time between deactivating one of the switches and activating another switch depending on the measurement signal is set variably.
Description
WECHSELRICHTER-SCHALTUNG MIT ADAPTIVER TOTZEIT INVERTER SWITCHING WITH ADAPTIVE DEAD TIME
[0001] Die Erfindung betrifft eine Wechselrichter-Schaltung und insbesondere eine Wechselrichter-Halbbrückenschaltung sowie eine Treiberschaltung für Leuchtmittel mit einer solchen Wechselrichter-Schaltung. Zudem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Ansteuerung einer Wechselrichter-Schaltung bzw. von Schaltelementen wie Schaltern und/oder Transistoren eines Wechselrichters. Bei dem Leuchtmittel kann es sich dabei insbesondere um eine oder mehrere LEDs handeln. The invention relates to an inverter circuit and in particular an inverter half-bridge circuit and a driver circuit for lamps with such an inverter circuit. In addition, the invention relates to a method for controlling an inverter circuit or switching elements such as switches and / or transistors of an inverter. The illuminant can in particular be one or more LEDs.
[0002] Treiberschaltungen für Leuchtmittel sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden üblicherweise ausgehend von einer elektrischen Versorgung, insbesondere einer Wechselspannung bzw. einer Netzspannung versorgt. Diese Wechselspannung kann einem Gleichrichter und insbesondere ausgehend davon einer diesem nachgeschalteten Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC-Schaltung) zugeführt werden, die eine Gleichspannung (DC-Spannung), die ggf. noch eine Restwelligkeit aufweist, bereitstellen. Diese erzeugte Gleichspannung wird dann einem insbesondere hochfrequent getakteten Wechselrichter zugeführt, der aus der Gleichspannung eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt. Die erzeugte Wechselspannung wird dann dem Leuchtmittel zugeführt, wobei dem Leuchtmittel vorgeschaltet noch andere Schaltungskomponenten wie beispielsweise ein Gleichrichter und/oder ein Filter, insbesondere ein Rippelfilter, vorgeschaltet sein können. Driver circuits for lamps are known from the prior art and are usually supplied starting from an electrical supply, in particular an AC voltage or a mains voltage. This alternating voltage can be supplied to a rectifier and, in particular, based on this, to a power factor correction circuit (PFC circuit) connected downstream thereof, which provide a direct voltage (DC voltage), which may still have a ripple. This generated DC voltage is then fed to a particularly high-frequency clocked inverter, which generates a high-frequency AC voltage from the DC voltage. The alternating voltage generated is then fed to the illuminant, with other circuit components, such as a rectifier and / or a filter, in particular a ripple filter, connected upstream of the illuminant.
[0003] Der Wechselrichter und insbesondere die Wechselrichter-Halbbrücke weisen in der Regel zwei in Serie geschaltete Schalter auf, die als Leistungstransistoren (FET, MOSFET) ausgestaltet sein können und von einer Steuereinheit getaktet werden. Vorzugsweise kann ausgehend von dem Wechselrichter ein Resonanzkreis gespeist sein. Ebenso kann ein Transformator vorgesehen sein, der z.B. zur Übertragung über eine elektrisch isolierende Barriere eingesetzt werden kann. Dieser Transformator kann auch mit dem Resonanzkreis gekoppelt sein. The inverter and in particular the inverter half-bridge usually have two switches connected in series, which can be designed as power transistors (FET, MOSFET) and are clocked by a control unit. A resonant circuit can preferably be supplied starting from the inverter. A transformer can also be provided, e.g. can be used for transmission over an electrically insulating barrier. This transformer can also be coupled to the resonance circuit.
[0004] Bei den Schaltvorgängen der Schalter des Wechselrichters ist darauf zu achten, dass ein sogenanntes „hartes Schalten" vermieden wird. Unter einem „harten Schalten" ist zu verstehen, dass während einer Freilaufphase eines Stroms durch die Halbbrücke durch die Freilaufdiode (parallel zum Schalter und ggf. in diesen integriert) der andere Schalter eingeschaltet wird. Dabei kann es sonst zu Beschädigungen des Schalters kommen. When switching the switches of the inverter, care must be taken to avoid so-called “hard switching”. “Hard switching” is understood to mean that during a free-running phase of a current through the half-bridge through the free-wheeling diode (parallel to the Switch and if necessary integrated in this) the other switch is turned on. Otherwise the switch may be damaged.
[0005] Die Schalter des Wechselrichters werden dabei durch die Steuereinheit jeweils für eine Einschaltzeitdauer leitend (ton-Zeit) geschaltet, wobei die Einschaltzeitdauern der beiden Schalter normalerweise gleich lang sind. Die Ansteuerung erfolgt beispielsweise derart, dass zwischen dem Ausschalten des einen Schalters und dem Einschalten des anderen Schalters bei einer Wechselrichter-Halbbrücke eine sogenannte Totzeit fixe taead ix vorgesehen ist, während der keiner der beiden Schalter aktiviert, d.h. leitend geschaltet ist. The switches of the inverter are each switched on by the control unit for a switch-on period (ton time), the switch-on times of the two switches normally being of the same length. The control takes place, for example, in such a way that a so-called dead time fixed taead ix is provided between the switching off of one switch and the switching on of the other switch in the case of an inverter half bridge, during which neither of the two switches activates, i.e. is switched on.
[0006] Fig. 1a zeigt exemplarisch einen Ausschnitt einer Treiberschaltung, mit einem als Wechselrichter-Halbbrücke ausgebildeten Wechselrichter. Der Wechselrichter wird an seiner potentialhöheren Seite mit einer Versorgungsspannung Vpoc, bzw. einer Busspannung, versorgt. Die Versorgungsspannung Voc kann z.B. 400V betragen. Die Halbbrücke weist zwei Schalter Ls, HS auf, die von einer Steuereinheit SE angesteuert werden. Der potentialhöherer Schalter HS wird von der Steuereinheit SE durch ein Ansteuersignal hs angesteuert, während ein potentialniedrigerer Schalter LS von der Steuereinheit SE durch ein Ansteuersignal Is angesteuert wird. An einem Mittenpunkt mp der Wechselrichter-Halbbrücke kann dann eine Mittenpunktspannung Vmp erfasst werden. Fig. 1a shows an example of a section of a driver circuit with an inverter designed as an inverter half-bridge. The higher potential side of the inverter is supplied with a supply voltage Vpoc or a bus voltage. The supply voltage Voc can e.g. 400V. The half-bridge has two switches Ls, HS, which are controlled by a control unit SE. The higher-potential switch HS is controlled by the control unit SE by a control signal hs, while a lower-potential switch LS is controlled by the control unit SE by a control signal Is. A center point voltage Vmp can then be detected at a center point mp of the inverter half bridge.
[0007] Fig. 1b zeigt einen idealen Fall der Ansteuerung der Schalter LS, HS der WechselrichterHalbbrücke und ein entsprechendes, beispielsweise durch die Steuereinheit SE erfasstes Spannungssignal Vmp an dem Mittenpunkt mp der Wechselrichter-Halbbrücke. Die Erfassung der Mittenpunktspannung Vmp erfolgt insbesondere in einer zeitlichen Phase der Taktung der Fig. 1b shows an ideal case of the control of the switch LS, HS of the inverter half-bridge and a corresponding, for example, detected by the control unit SE voltage signal Vmp at the center point mp of the inverter half-bridge. The detection of the center point voltage Vmp takes place in particular in a temporal phase of the clocking
Schalter LS, HS, in der der potentialniedrigere Schalter LS geöffnet ist. Insbesondere ist während der Spannungserfassung an dem Mittenpunkt mp des Wechselrichters lediglich der potentialhöhere Schalter HS geschlossen. In Fig. 1b ist eine verschränkte bzw. wechselseitige Taktung der Schalter LS, HS und die Mittenpunktspannung Vmp schematisch dargestellt, wobei ein rechteckiger Ansteuerpuls des Ansteuersignales Is für den Schalter LS mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, während ein rechteckiger Ansteuerpuls des Ansteuersignales hs für den potentialhöheren Schalter HS gestrichelt dargestellt ist. Ebenfalls veranschaulicht ist die Totzeitdauer taead_#x, die exemplarisch zwischen dem Ende der Einschaltzeitdauer des potentialniedrigeren Schalters LS und dem Beginn der Einschaltzeitdauer des potentialhöheren Schalters HS vorgesehen ist. Switch LS, HS, in which the lower-potential switch LS is open. In particular, only the higher potential switch HS is closed during the voltage detection at the center point mp of the inverter. In Fig. 1b an interleaved or mutual clocking of the switches LS, HS and the center point voltage Vmp is shown schematically, a rectangular drive pulse of the drive signal Is for the switch LS is shown with a solid line, while a rectangular drive pulse of the drive signal hs for the potential-higher switch HS is shown in dashed lines. Also illustrated is the dead time period taead_ # x, which is provided, for example, between the end of the switch-on period of the lower-potential switch LS and the beginning of the switch-on period of the higher potential switch HS.
[0008] In Fig. 1b ist auch dargestellt, dass die Spannung Vmp nach dem Ausschalten des potentialniedrigeren Schalters LS ansteigt und nach Ausschalten des potentialhöheren Schalters HS abfällt. Es ist insbesondere gezeigt, dass die Mittenpunktspannung Vmp nach Aktivierung des potentialhöheren Schalters HS auf null absinkt, bevor der potentialniedrigere Schalter LS aktiviert wird. Das Potential am Mittenpunkt entspricht dann so lange dem Nullpotential, bis nach Aktivierung des potentialniedrigeren Schalters LS der potentialhöhere Schalters HS aktiviert wird. Dies erfolgt dadurch, dass die Zeit zwischen dem Sperren des potentialniedrigeren Schalters LS und dem Leiten des potentialhöheren Schalters HS genutzt dazu wird, das Potential an dem Mittenpunkt mp auf die Versorgungsspannung Vpc zu ziehen. Die Totzeit taead fix ZWiSchen einem Sperren des potentialhöheren Schalters HS und dem Leiten des potentialniedrigeren Schalters LS wird indessen verwendet, um die Mittenpunkt Spannung Vmp auf null bzw. Erde zu ziehen. Hierdurch wird erreicht, dass beim Einschalten des jeweiligen Schalters die Potentialdifferenz über dem Schalter möglichst Null ist. So können Schaltverluste vermieden werden und die Belastung insbesondere für die Schalter wird gering gehalten. In Fig. 1b it is also shown that the voltage Vmp rises after switching off the lower-potential switch LS and drops after switching off the higher-potential switch HS. In particular, it is shown that the center point voltage Vmp drops to zero after activation of the higher-potential switch HS before the lower-potential switch LS is activated. The potential at the center point then corresponds to the zero potential until after activation of the lower-potential switch LS the higher-potential switch HS is activated. This is done by using the time between the blocking of the lower-potential switch LS and the conducting of the higher-potential switch HS to pull the potential at the center point mp to the supply voltage Vpc. The dead time taead fix between blocking the higher-potential switch HS and conducting the lower-potential switch LS is, however, used to pull the center point voltage Vmp to zero or earth. This ensures that the potential difference across the switch is as zero as possible when the respective switch is switched on. Switching losses can thus be avoided and the load, in particular for the switches, is kept low.
[0009] Der Verlauf der Spannungskurve Vmp ist jedoch abhängig von der durch die Treiberschaltung betriebenen Last bzw. dem angeschlossenen Leuchtmittel. So kann der Fall eintreten, dass bei einem Einschalten des potentialniedrigeren Schalters LS das Nullpotential noch nicht erreicht ist, wenn dieser leitend geschaltet werden soll. Das bedeutet, dass die vorgesehene Totzeit taead fix IN diesem Fall nicht ausreicht, um die Mittenpunktspannung Vmp bis zum Einschalten des potentialniedrigeren Schalters LS auf das Bezugspotential Masse zu ziehen. Dies ist in Fig. 2a gezeigt. Somit liegt bei Einschalten des potentialniedrigeren Schalters LS eine Spannung ungleich Null an. Die Potentialdifferenz beim Einschalten führt daher zu erhöhten Schaltverlusten. However, the course of the voltage curve Vmp is dependent on the load operated by the driver circuit or the connected lamp. This can result in the fact that when the lower-potential switch LS is switched on, the zero potential has not yet been reached if it is to be switched on. This means that the intended dead time taead fix is not sufficient in this case to pull the center point voltage Vmp to the reference potential ground until the lower-potential switch LS is switched on. This is shown in Fig. 2a. Thus, when the lower-potential switch LS is switched on, a voltage other than zero is present. The potential difference when switching on therefore leads to increased switching losses.
[0010] Umgekehrt kann es sein, dass bei Einschalten des potentialhöheren Schalters HS das Potential am Mittenpunkt mp, d.h. die Mittenpunktsspannung Vmp, Noch nicht das Niveau der Versorgungsspannung Vpoc erreicht hat und somit ein Potential am Mittenpunkt mp anliegt, das ungleich der Versorgungsspannung Vpoc ist. Dies ist in Fig. 2b veranschaulicht. Wird nun der potentialhöhere Schalter HS eingeschaltet, so entstehen auch hier höhere Schaltverluste durch den rapiden Anstieg der Spannung am Mittenpunkt mp. Conversely, when the higher-potential switch HS is switched on, the potential at the center point mp, i.e. the center point voltage Vmp has not yet reached the level of the supply voltage Vpoc and there is therefore a potential at the center point mp which is not equal to the supply voltage Vpoc. This is illustrated in Fig. 2b. If the higher-potential switch HS is now switched on, higher switching losses also arise here due to the rapid increase in the voltage at the center point mp.
[0011] Das vorstehend genannte und in den Figs. 2a und 2b veranschaulichte Verhalten ist insbesondere bei geringen Lasten zu beobachten, die eine geringere Flankensteilheit des Spannungssignals Vmp und damit langsamer ansteigende und abfallende Flanken verursachen. Um hier ein spannungsfreies Schalten, d.h. ein Schalten zu dem Zeitpunkt zu erreichen, an dem die Spannung über den Schaltern beim Einschalten jeweils Null beträgt, wäre daher eine Verlängerung der Totzeit taead ix Notwendig. The above and in Figs. The behavior illustrated in FIGS. 2a and 2b can be observed in particular at low loads, which cause a lower edge steepness of the voltage signal Vmp and thus more slowly rising and falling edges. To ensure voltage-free switching, i.e. To achieve switching at the point in time when the voltage across the switches when switching on is zero, an extension of the dead time taead ix would be necessary.
[0012] Bei großen Lasten ist indessen ein anderes Verhalten zu beobachten. Hier kann es zu einem steileren Flankenverlauf der Mittenpunktspannung Vmp kommen. Dies kann zur Folge haben, dass die Mittenpunktspannung Vmp nach Deaktivierung des potentialhöheren Schalters HS bereits auf das Nullpotential abgefallen ist, und so bei einem Einschalten des potentialniedrigeren Schalters LS bereits wieder einen Anstieg der Mittenpunktspannung Vmp erfolgt ist, wie dies in Fig. 2c gezeigt ist. Folglich ist auch dann das am Mittenpunkt mp anliegende Potential nicht das Nullpotential wodurch ebenfalls Schaltungsverluste entstehen. However, a different behavior can be observed for large loads. This can lead to a steeper slope of the center point voltage Vmp. This can have the consequence that the center point voltage Vmp has already dropped to zero potential after deactivation of the higher-potential switch HS, and so when the lower-potential switch LS is switched on, the center point voltage Vmp has already risen again, as shown in FIG. 2c . Consequently, the potential present at the center point mp is not the zero potential, which also results in circuit losses.
[0013] Andererseits kann bei Deaktivierung des potentialniedrigeren Schalters LS und vor Aktivierung des potentialhöheren Schalters HS das Phänomen beobachtet werden, dass die Mittenpunktspannung Vmp Schon auf die Betriebsspannung Voc angestiegen ist und bereits wieder abfällt, wenn der potentialhöhere Schalter HS aktiviert, d.h. leitend geschaltet wird. Dies ist in Fig. 2d veranschaulicht. Dadurch unterscheidet sich das Potential am Mittenpunkt des Wechselrichters mp von dem Potential der Betriebsspannung Voc des Wechselrichters wodurch es wiederum zu Schaltverlusten kommt. On the other hand, when the lower-potential switch LS is deactivated and before the higher-potential switch HS is activated, the phenomenon can be observed that the midpoint voltage Vmp has already risen to the operating voltage Voc and already drops again when the higher-potential switch HS is activated, i.e. is turned on. This is illustrated in Figure 2d. As a result, the potential at the center point of the inverter mp differs from the potential of the operating voltage Voc of the inverter, which in turn leads to switching losses.
[0014] Entsprechend müsste bei hohen Lasten die Totzeit taeaa ix verkürzt werden, um die Potentialdifferenz beim Einschalten des jeweiligen Schalters von Null gewährleisten zu können. Accordingly, the dead time taeaa ix would have to be shortened at high loads in order to be able to ensure the potential difference of zero when the respective switch is switched on.
[0015] Da Schaltverluste in Vorschaltgeräten möglichst vermieden werden sollen, um beispielsweise eine thermische Belastung zu reduzieren, bzw. die elektronischen Komponenten der Treiberschaltung zu schonen (bei einem Schalten insbesondere von Leistungstransistoren bei einer Potentialdifferenz ungleich Null können diese beschädigt werden), stellt die Erfindung eine Lösung bereit, die es erlaubt eine potentialdifferenzfreie Schaltung des Wechselrichters zu ermöglichen. Since switching losses in ballasts should be avoided as much as possible, for example to reduce thermal stress, or to protect the electronic components of the driver circuit (when switching, in particular, power transistors with a potential difference other than zero, these can be damaged), the invention provides a solution that allows the inverter to be switched without potential differences.
[0016] Die Erfindung stellt daher eine Wechselrichter-Schaltung, eine Treiberschaltung mit einer solchen Wechselrichter-Schaltung sowie ein Verfahren zum Betrieb der WechselrichterSchaltung gemäß der unabhängigen Ansprüche bereit. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The invention therefore provides an inverter circuit, a driver circuit with such an inverter circuit and a method for operating the inverter circuit according to the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
[0017] In einem ersten Aspekt wird eine Wechselrichter-Schaltung bereitgestellt, aufweisend einen Wechselrichter, insbesondere eine Wechselrichter-Halbbrückenschaltung, mit wenigstens zwei in Serie geschalteten und mit Gleichspannung versorgten Schaltern, an deren Mittenpunkt bei wechselseitiger Taktung der Schalter eine Wechselspannung bereitstellbar ist, und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Schalter zu takten und ein an dem Mittenpunkt abgegriffenes Messsignal, insbesondere eine Mittenpunktspannung, auszuwerten, und abhängig von dem Messsignal die Taktung jedes der Schalter separat derart einzustellen, dass eine Totzeit zwischen einem Deaktivieren eines der Schalter und einem Aktivieren eines anderen Schalters variabel festgelegt ist. In a first aspect, an inverter circuit is provided, comprising an inverter, in particular an inverter half-bridge circuit, with at least two switches connected in series and supplied with DC voltage, at the center of which, with alternating clocking, the switch can be provided with an AC voltage, and a control unit which is set up to clock the switches and to evaluate a measurement signal tapped at the center point, in particular a center point voltage, and to set the timing of each of the switches separately in such a way that a dead time between deactivation of one of the switches and activation of another switch is set variably.
[0018] Die Steuereinheit kann das an dem Mittenpunkt abgegriffene Messsignal in unterschiedlichen zeitlichen Phasen der Taktung der Schalter auswerten. [0018] The control unit can evaluate the measurement signal tapped at the center point in different time phases of the clocking of the switches.
[0019] Für jeden der Schalter kann ein Schwellenwert vorgesehen sein. Die Steuereinheit kann das abgegriffene Messsignal bezüglich der Schwellenwerte auswerten, und abhängig von dem Ergebnis der jeweiligen Auswertung den Schalter, für den der Schwellenwert definiert ist, aktivieren/deaktivieren. [0019] A threshold value can be provided for each of the switches. The control unit can evaluate the tapped measurement signal with respect to the threshold values and, depending on the result of the respective evaluation, activate / deactivate the switch for which the threshold value is defined.
[0020] Die Steuereinheit kann den Schwellenwert für jeden Schalter speichern und/oder jeweils ein ihr zugeführtes Signal als Schwellenwert für wenigstens einen der Schalter auswerten und/oder speichern. [0020] The control unit can store the threshold value for each switch and / or evaluate and / or store a signal supplied to it as a threshold value for at least one of the switches.
[0021] Die Steuereinheit kann einen Flankenverlauf des Messsignals erfassen und jeden der Schalter abhängig von dem Flankenverlauf aktivieren/deaktivieren. [0021] The control unit can detect an edge profile of the measurement signal and activate / deactivate each of the switches depending on the edge profile.
[0022] Die Steuereinheit kann bei einer ansteigenden Flanke des Messsignals einen Schalter und bei einer abfallenden Flanke des Messsignals einen anderen Schalter aktivieren/deaktivieren. The control unit can activate / deactivate a switch on a rising edge of the measurement signal and another switch on a falling edge of the measurement signal.
[0023] Die Steuereinheit kann nach Erreichen eines Schwellenwertes erst nach einer vorbestimmten Zeitdauer den zugehörigen Schalter aktivieren/deaktivieren. After reaching a threshold value, the control unit can only activate / deactivate the associated switch after a predetermined period of time.
[0024] Die Steuereinheit kann die Zeitdauer des Aktivierens/ Deaktivierens der Schalter abhängig von einer Zielfrequenz einstellen. [0024] The control unit can set the duration of the activation / deactivation of the switches depending on a target frequency.
[0025] Die Steuereinheit kann die Totzeit nach einem/jedem wechselseitigen Aktivieren der Schalter neu berechnen. The control unit can recalculate the dead time after each / each mutual activation of the switches.
[0026] Die Steuereinheit kann das Messsignal als Spannungswert des Mittenpunkts in einer [0026] The control unit can measure the measurement signal as a voltage value of the center point in a
Phase auswerten, in der wenigstens der potentialniedrigere Schalter geöffnet ist. [0027] Die Totzeit kann abhängig von der erfassten Mittenpunktspannung variierbar sein. Evaluate the phase in which at least the lower-potential switch is open. The dead time can be varied depending on the detected center point voltage.
[0028] Die Steuereinheit kann jeweils einen Komparator zum Vergleich des Messsignals mit dem jeweiligen Schwellenwert aufweisen. [0028] The control unit can each have a comparator for comparing the measurement signal with the respective threshold value.
[0029] Die Steuereinheit kann ein von jedem der Komparatoren ausgegebenes Signal auswerten und abhängig davon, insbesondere nach Ablauf der Totzeit, die Schalter mittels Ansteuersignalen aktivieren. [0029] The control unit can evaluate a signal output by each of the comparators and, depending on this, in particular after the dead time has elapsed, activate the switches by means of control signals.
[0030] Die Steuereinheit kann ein IC, ASIC und/oder Mikrokontroller sein. The control unit can be an IC, ASIC and / or microcontroller.
[0031] Der Wechselrichter kann einen Resonanzkreis, insbesondere einen LLC-Resonanzkreis, speisen. [0031] The inverter can feed a resonance circuit, in particular an LLC resonance circuit.
[0032] In einem weiteren Aspekt wird eine Treiberschaltung mit einer Wechselrichter-Schaltung, wie sie vorstehend beschrieben ist, bereitgestellt. In another aspect, a driver circuit with an inverter circuit as described above is provided.
[0033] In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, insbesondere einer Wechselrichter-Halbbrückenschaltung, mit wenigstens zwei in Serie geschalteten und mit Gleichspannung versorgten Schaltern, an deren Mittenpunkt bei wechselseitiger Taktung der Schalter eine Wechselspannung bereitgestellt wird, und einer Steuereinheit, die die Schalter taktet und ein an dem Mittenpunkt abgegriffenes Messsignal, insbesondere eine Mittenpunktspannung, auswertet und abhängig von dem Messsignal die Taktung jedes der Schalter separat derart einzustellen, dass eine Totzeit zwischen einem Deaktivieren eines der Schalter und einem Aktivieren eines anderen Schalters variabel festgelegt wird. In yet another aspect, a method for operating an inverter, in particular an inverter half-bridge circuit, with at least two switches connected in series and supplied with DC voltage, at the center of which the switch is provided with an AC voltage, and a control unit , which clocks the switches and evaluates a measurement signal tapped at the center point, in particular a center point voltage, and, depending on the measurement signal, adjusts the clocking of each of the switches separately such that a dead time between deactivating one of the switches and activating another switch is variably defined .
[0034] Die Erfindung wird nunmehr mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen: The invention will now be described with reference to the figures. Show it:
[0035] Fig. 1a schematisch eine Wechselrichter-Ansteuerung; 1a schematically shows an inverter control;
[0036] Fig. 1b schematisch Ansteuersignale für Wechselrichterschalter und einen Mittenpunktspannungs-Verlauf; Fig. 1b schematically control signals for inverter switches and a midpoint voltage curve;
[0037] Figs. 2a-2d Mittenpunktspannungs-Verläufe bei unterschiedlichen Lasten; Figs. 2a-2d midpoint voltage curves with different loads;
[0038] Fig. 3 schematisch eine Treiberschaltung mit einer Wechselrichter-Schal-3 schematically shows a driver circuit with an inverter switch
tung gemäß der Erfindung; [0039] Figs. 4a und 49 schematisch Komponenten einer Steuereinheit gemäß der Erfindung; [0040] Fig. 5 schematisch eine erfindungsgemäße Schalteransteuerung; und device according to the invention; Figs. 4a and 49 schematically show components of a control unit according to the invention; 5 schematically shows a switch control according to the invention; and
[0041] Fig. 6 schematisch eine Wechselrichter-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 6 schematically shows an inverter circuit according to an embodiment of the invention.
[0042] Fig. 3 zeigt eine Treiberschaltung 1 mit einer Wechselrichter-Schaltung 6 gemäß der Erfindung. Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau der Treiberschaltung 1 zum Betreiben eines Leuchtmittels 2, insbesondere einer LED-Strecke mit wenigstens einer LED. Die LEDs der LEDStrecke können in Serie, parallel oder in einer Serien-/Parallelschaltung angeordnet sein. Fig. 3 shows a driver circuit 1 with an inverter circuit 6 according to the invention. 3 schematically shows the structure of the driver circuit 1 for operating a lamp 2, in particular an LED section with at least one LED. The LEDs of the LED line can be arranged in series, in parallel or in a series / parallel connection.
[0043] Die Treiberschaltung 1 wird vorzugsweise von einer Eingangsspannung Vin z.B. in Form einer Wechselspannung bzw. ausgehend von der Netzspannung gespeist. Die Eingangsspannung Vin wird an der Eingangsseite der Treiberschaltung 1 vorzugsweise einem Gleichrichter 3 und/oder einem Filter (bspw. einem EMlI-Filter 4 (electromagnetic interference filter) zugeführt, der elektromagnetische Störungen austfiltert. The driver circuit 1 is preferably driven by an input voltage Vin e.g. fed in the form of an alternating voltage or starting from the mains voltage. The input voltage Vin is preferably fed to a rectifier 3 and / or a filter (for example an EMII filter 4 (electromagnetic interference filter) on the input side of the driver circuit 1, which filters out electromagnetic interference.
[0044] Die gleichgerichtete und ggf. gefilterte Eingangsspannung der Treiberschaltung 1 wird dann vorzugsweise einer Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) 5 zugeführt, die ausgangsseitig eine Versorgungsspannung Vpc, insbesondere eine Busspannung, erzeugt. Die Versorgungsspannung Vpce ist vorzugsweise eine Gleichspannung bzw. eine näherungsweise konstante Busspannung, die ggf. eine Restwelligkeit aufweist. Bspw. kann es sich bei der Versorgungsspannung Voc um eine Gleichspannung (DC-Spannung) von 400V handeln. The rectified and, if necessary, filtered input voltage of the driver circuit 1 is then preferably fed to a power factor correction circuit (PFC) 5, which generates a supply voltage Vpc, in particular a bus voltage, on the output side. The supply voltage Vpce is preferably a DC voltage or an approximately constant bus voltage, which may have a ripple. E.g. the supply voltage Voc can be a direct voltage (DC voltage) of 400V.
[0045] Alternativ kann die Versorgungsspannung Voc auch eine Gleichspannung bzw. eine konstante Spannung wie z.B. eine Batteriespannung sein. In diesem Fall kann auf den Gleichrichter 3, den optionalen Filter 4 und/oder die Leistungsfaktor-Korrekturschaltung 5 verzichtet werden. Alternatively, the supply voltage Voc can also be a DC voltage or a constant voltage such as be a battery voltage. In this case, the rectifier 3, the optional filter 4 and / or the power factor correction circuit 5 can be dispensed with.
[0046] Die Versorgungsspannung Voc versorgt eine Wechselrichter-Schaltung 6. Bei der Wechselrichter-Schaltung 6 handelt es sich dabei vorzugsweise um einen DC/AC-Wandler, der die Versorgungsspannung Vpoc mittels eines Wechselrichters und insbesondere mittels eines Halbbrücken-Wechselrichters wechselrichtet. Die Wechselrichter-Schaltung 6 umfasst vorzugsweise zudem einen Resonanzkreis (LLC-Resonanzkreis), der von dem Wechselrichter gespeist wird. Eine Induktivität des Resonanzkreises kann als Primärwicklung für einen Übertrager dienen. Der Übertrager ist vorgesehen, um Strom über eine galvanische Barriere 7 von einer Primärseite des Übertragers auf eine Sekundärseite des Übertragers zu übertragen. Die Wechselrichter-Schaltung 6 ist also ein getakteter Wandler, bei dem der Resonanzkreis ausgehend von dem Wechselrichter mit den wenigstens zwei Schaltern LS, HS gespeist ist. The supply voltage Voc supplies an inverter circuit 6. The inverter circuit 6 is preferably a DC / AC converter which inverts the supply voltage Vpoc by means of an inverter and in particular by means of a half-bridge inverter. The inverter circuit 6 preferably also comprises a resonance circuit (LLC resonance circuit) which is fed by the inverter. An inductance of the resonance circuit can serve as a primary winding for a transformer. The transformer is provided in order to transmit current via a galvanic barrier 7 from a primary side of the transformer to a secondary side of the transformer. The inverter circuit 6 is thus a clocked converter, in which the resonant circuit is fed from the inverter with the at least two switches LS, HS.
[0047] Auf der Sekundärseite der galvanisch trennenden Barriere 7 ist ein AC/DC-Wandler 8 gezeigt, der auch andere Komponenten wie bspw. einen Gleichrichter oder einen Filter umfassen kann. Die Schalter LS, HS werden durch eine Steuereinheit 9 angesteuert, die entsprechend die Schalter vorzugsweise alternierend ein, d.h. in ihren leitenden Zustand, bzw. aus, d.h. in ihren nicht-leitenden Zustand, schaltet. Die Sekundärseite des UÜbertragers versorgt eine Last und/oder das Leuchtmittel 2. On the secondary side of the galvanically isolating barrier 7, an AC / DC converter 8 is shown, which can also include other components such as a rectifier or a filter. The switches LS, HS are controlled by a control unit 9, which accordingly switches the switches preferably alternately, i.e. in their conductive state, or off, i.e. in their non-conductive state. The secondary side of the U-transmitter supplies a load and / or the illuminant 2.
[0048] Die galvanische Barriere 7 kann eine SELV-Barriere (SicherheitskleinspannungsBarriere) sein und kann durch den Übertrager überwunden werden, wobei der Übertrager insbesondere als Transformator ausgestaltet sein kann. Die Übertragung elektrischer Energie von der Primärseite zur Sekundärseite des UÜbertragers über die galvanische Barriere 7 hinweg wird ebenfalls durch die Steuereinheit 9 durch Ansteuerung der Schalter LS, HS gesteuert bzw. geregelt. The galvanic barrier 7 can be a SELV barrier (safety extra-low voltage barrier) and can be overcome by the transformer, the transformer being able to be designed in particular as a transformer. The transmission of electrical energy from the primary side to the secondary side of the transmitter via the galvanic barrier 7 is likewise controlled or regulated by the control unit 9 by activating the switches LS, HS.
[0049] Die Steuereinheit 9 ist vorzugsweise auf der Primärseite der galvanischen Barriere 7 angeordnet, kann aber auch auf der Sekundärseite angeordnet sein. Zur Einstellung eines gewünschten Stroms durch das Leuchtmittel 2 wird dann von der Steuereinheit 9 eine elektrische Größe primärseitig (Doppelpfeil) und/oder sekundärseitig (Doppelpfeil gepunktet) gemessen. Auf Basis dieser zurückgeführten Werte steuert die Steuereinheit 9 dann den Wechselrichter bzw. die Schalter des Wechselrichters der Wechselrichter-Schaltung 6 derart an, dass der gewünschte Strom durch das Leuchtmittel fließt. Die Steuereinheit sorgt dafür, dass die Last in Form einer Lichtquelle insbesondere in Form einer LED-Strecke mit dem gewünschten Strom versorgt wird. The control unit 9 is preferably arranged on the primary side of the galvanic barrier 7, but can also be arranged on the secondary side. To set a desired current through the illuminant 2, the control unit 9 then measures an electrical variable on the primary side (double arrow) and / or on the secondary side (double arrow dotted). On the basis of these returned values, the control unit 9 then controls the inverter or the switches of the inverter of the inverter circuit 6 in such a way that the desired current flows through the lamp. The control unit ensures that the load in the form of a light source, in particular in the form of an LED section, is supplied with the desired current.
[0050] Kern der Erfindung ist es die Lastbereiche, für die die Treiberschaltung verwendet werden kann, zu vergrößern und dabei insbesondere das Problem zu vermeiden, dass bei kleinen Lasten die feste Totzeit ta4ead fix ZU kurz und für große Lasten die Totzeit taead fix ZU lang ist. Die Erfindung sieht es daher vor, für jeden Schalter des Wechselrichters der WechselrichterSchaltung 6 einen Schwellenwert vorzusehen und insbesondere für jeden der beiden Schalter LS, HS der Halbbrücke. Immer dann, wenn die Mittenpunktspannung Vmp den zugehörigen Schwellenwert unter- bzw. überschreitet, wird das Einschalten des zugeordneten Schalters ausgelöst. Die Schwellenwerte sind somit ideal abgestimmt, auf die Spannungsverhältnisse an dem jeweiligen Schalter. Daher ergibt sich eine variable bzw. eine adaptive Totzeit tqead_adpt abhängig von den Flankenverläufen der Spannungsveränderung an dem Mittenpunkt mp des Wechselrichters. Dabei ist diese adaptive Anpassung der Totzeit tgead_adpı IM Normalbetrieb der Wechselrichterschaltung vorhanden und nicht etwa in einem Fehlerzustand, wobei dem beispielsweise zur Verhinderung eine Beschädigung der Schaltung gezielt die Totzeit tdead_adpt verändert wird, im Ubrigen, d.h. im Normalbetrieb, jedoch konstant ist. The essence of the invention is to increase the load ranges for which the driver circuit can be used and in particular to avoid the problem that the fixed dead time ta4ead fix ZU short for small loads and the dead time taead fix ZU too long for large loads is. The invention therefore provides to provide a threshold value for each switch of the inverter of the inverter circuit 6 and in particular for each of the two switches LS, HS of the half bridge. Whenever the center point voltage Vmp falls below or exceeds the associated threshold value, the associated switch is triggered. The threshold values are thus ideally matched to the voltage conditions at the respective switch. This results in a variable or an adaptive dead time tqead_adpt depending on the flanks of the voltage change at the center point mp of the inverter. This adaptive adaptation of the dead time tgead_adpı IM normal operation of the inverter circuit is present and not, for example, in an error state, the dead time tdead_adpt being specifically changed to prevent damage to the circuit, for the rest, i.e. in normal operation, but is constant.
[0051] Fig. 4a zeigt exemplarisch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Steuereinheit 9 zur Ansteuerung der Wechselrichters der Wechselrichter-Schaltung 6 und insbesondere des potentialhöheren Schalters HS bzw. des potentialniedrigeren Schalters LS. Insbesondere ist die 4a shows an example of an embodiment of the control unit 9 according to the invention for controlling the inverter of the inverter circuit 6 and in particular the higher-potential switch HS or the lower-potential switch LS. In particular, the
Steuereinheit 9 so ausgestaltet, dass sie an einem Spannungsteiler die Mittenpunktspannung Vmp erfassen kann und abhängig davon jeweils die Schalter LS, HS des Wechselrichters durch die Ansteuersignale hs und Is ansteuern kann. Control unit 9 is configured in such a way that it can detect the center point voltage Vmp on a voltage divider and, depending on it, can control the switches LS, HS of the inverter by the control signals hs and Is.
[0052] Hierzu kann in der Steuereinheit 9 für jeden der Schalter ein Schwellenwert abgespeichert sein, bzw. kann dieser Schwellenwert der Steuereinheit 9 von extern zugeführt oder von dieser ausgewertet werden. Insbesondere kann die Steuereinheit 9 Information über das angeschlossene Leuchtmittel, bzw. die betriebene Last empfangen oder auswerten, insbesondere über einen Bus, wie einen Gebäudetechnik Bus (z.B. per DALI-Protokoll). Es kann auch möglich sein, dass der Schwellenwert für jeden Schalter der Steuereinheit, beispielsweise über den Bus, zuführbar ist, und somit z.B. abhängig von dem angeschlossenen Leuchtmittel einstellbar ist. For this purpose, a threshold value can be stored in the control unit 9 for each of the switches, or this threshold value can be supplied to the control unit 9 externally or can be evaluated by the latter. In particular, the control unit 9 can receive or evaluate information about the connected illuminant or the operated load, in particular via a bus, such as a building services bus (e.g. via DALI protocol). It may also be possible that the threshold value can be supplied to each switch of the control unit, for example via the bus, and thus e.g. is adjustable depending on the connected illuminant.
[0053] In Fig. 4b ist detaillierter dargestellt, wie die Steuereinheit 9 ausgestaltet sein kann. Die Mittenpunktspannung Vmp bzw. ein diese wiedergebende Parameter, wird an einem Eingang 40 der Steuereinheit 9 erfasst und für jeden Schalter einem Komparator K1, K2 zugeführt. Im dargestellten Beispiel ist für den potentialhöheren Schalter HS ein erster Komparator K1 und für den potentialniedrigeren Schalter LS ein zweiter Komparator K2 vorgesehen. Jedem der Komparatoren K1, K2 ist dann ein für den jeweiligen Schalter vorgesehener Schwellenwert zugeführt. Ein Schwellenwert SWis ist z.B. dem Komparator K1 für den potentialhöheren Schalter HS zugeführt, während ein weiterer Schwellenwert SWi_s dem Komparator K2 für den potentialniedrigeren Schalter HS zugeführt wird. Die Ausgaben der Komparatoren K1, K2, die auf einem Vergleich der Mittenpunktspannung Vmp mit dem jeweiligen Schwellenwert SWus, SWis beruht, werden einer Erkennungsschaltung 41 zugeführt, der auch eine Standard-Totzeit tJead default bekannt sein kann. Die Erkennungsschaltung 41 kann als Teil der Steuereinheit 9 ausgebildet sein. Die Steuereinheit 9 gibt dann die Ansteuersignale hs und Is an die Schalter HS und LS über einen jeweiligen Ausgang 42, 43 aus, um diese abhängig von dem jeweiligen Vergleich des Schwellenwerts für jeden Schalter mit der Mittenpunktspannung Vmp anzusteuern, insbesondere leitend zu schalten, d.h. für ihre jeweilige Einschaltzeitdauer (ton-Zeit). 4b shows in more detail how the control unit 9 can be designed. The center point voltage Vmp or a parameter reflecting it is detected at an input 40 of the control unit 9 and fed to a comparator K1, K2 for each switch. In the example shown, a first comparator K1 is provided for the higher-potential switch HS and a second comparator K2 for the lower-potential switch LS. A threshold value provided for the respective switch is then supplied to each of the comparators K1, K2. A threshold value SWis is e.g. fed to the comparator K1 for the higher-potential switch HS, while a further threshold value SWi_s is fed to the comparator K2 for the lower-potential switch HS. The outputs of the comparators K1, K2, which are based on a comparison of the center point voltage Vmp with the respective threshold value SWus, SWis, are fed to a detection circuit 41, which can also be known as a standard dead time tJead default. The detection circuit 41 can be designed as part of the control unit 9. The control unit 9 then outputs the control signals hs and Is to the switches HS and LS via a respective output 42, 43 in order to control them, in particular to switch them on, depending on the respective comparison of the threshold value for each switch with the center point voltage Vmp, i.e. for their respective switch-on time (ton time).
[0054] Dabei ist zu beachten, dass jeweils auch ausgewertet werden kann, wie der Flankenverlauf der Mittenpunktspannung Vmp zum Vergleichszeitpunkt ist. Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist oben die Mittenpunktspannungskurve Vmp gezeigt und ebenso sind die Schwellenwerte SWLis, SWus für die Schalter LS, HS des Wechselrichters aufgetragen. Dabei repräsentiert der Schwellenwert SWps den Schwellenwert für den potentialhöheren Schalter HS, während der Schwellenwert SWHs den Schwellenwert für den potentialniedrigeren Schalter LS darstellt. It should be noted that it can also be evaluated in each case what the edge profile of the center point voltage Vmp is at the time of comparison. This is shown in FIG. 5. Here the center point voltage curve Vmp is shown and the threshold values SWLis, SWus for the switches LS, HS of the inverter are also plotted. The threshold value SWps represents the threshold value for the higher potential switch HS, while the threshold value SWHs represents the threshold value for the lower potential switch LS.
[0055] Wie aus der zweiten Kurve von oben ersichtlich ist, wird bei Überschreiten des Schwellenwerts SWus bei ansteigender Flanke der Mittenpunktspannung Vmp ein Signal durch den Komparator K1 erzeugt, das anzeigt, dass der zugehörige potentialhöhere Schalter HS nun leitend geschaltet werden kann. Ebenso wird bei Unterschreiten des Schwellenwerts SWis durch den Komperator K2 signalisiert, dass nun bei abfallender Flanke der Mittenpunktspannung Vmpe der potentialniedrigere Schalter LS aktiviert werden kann. Die Signale der Komperatoren K1, K2 sind dabei nur exemplarisch veranschaulicht und können andere Verläufe zeigen. Wird ein Erreichen eines Schwellenwertes SW_s/SW4s signalisiert, so beginnt ab dem Zeitpunkt der Signalisierung eine Verzögerungszeitdauer tyead_adpt, die in der Steuereinheit 9 abgespeichert ist, dieser zuführbar ist, bzw. durch sie berechnet wurde. Die Verzögerungszeitdauer taead_adpt kann insbesondere gleich der Zeitdauer taead_defautt SEIN. As can be seen from the second curve from above, when the threshold value SWus is exceeded on a rising edge of the center point voltage Vmp, a signal is generated by the comparator K1, which indicates that the associated higher-potential switch HS can now be switched on. Likewise, if the threshold value SWis is undershot, the comparator K2 signals that the lower-potential switch LS can now be activated on a falling edge of the center-point voltage Vmpe. The signals from the comparators K1, K2 are only illustrated by way of example and can show other courses. If reaching a threshold value SW_s / SW4s is signaled, a delay time period tyead_adpt begins from the time of the signaling, which is stored in the control unit 9, which can be supplied, or was calculated by it. The delay period taead_adpt can in particular be equal to the period taead_defautt.
[0056] Insbesondere ist die Verzögerungszeitdauer tqaelay_defaut PrOogrammierbar, d.h. während des Betriebs der Steuereinheit 9 veränderlich. Entsprechend sind die Einschaltzeitpunkte der Schalter das Resultat der Zielfrequenz, die durch den Wechselrichter bei einer Frequenzsteuerung eingestellt wird. Insofern wird die jeweilige Totzeit taead adpt Aadaptiv durch die Steuereinheit für jeden Schaltzyklus, d.h. für jedes wechselseitige Einschalten der Schalter HS, LS berechnet. In particular, the delay period tqaelay_defaut is programmable, i.e. changeable during the operation of the control unit 9. Accordingly, the switch-on times of the switches are the result of the target frequency, which is set by the inverter during frequency control. In this respect, the respective dead time taead adpt Aadaptiv by the control unit for each switching cycle, i.e. the switches HS, LS are calculated for each mutual switch-on.
[0057] Wie in Fig. 6 gezeigt, speist der erfindungsgemäße Wechselrichter insbesondere einen LLC-Wandler, der im Folgenden näher beschrieben wird. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Wechselrichter-Schaltung 6 zur Versorgung des Leuchtmittels 2, hier dargestellt als LED. As shown in FIG. 6, the inverter according to the invention in particular feeds an LLC converter, which is described in more detail below. 6 shows an embodiment of the inverter circuit 6 for supplying the illuminant 2, shown here as an LED.
Dabei zeigt Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für den AC/DC-Wandler 8 aus Fig. 3 sowie einen diesem nachgeschalteten Filter 20. Wie in Fig. 3 gezeigt, versorgt die Versorgungsspannung Voc die Wechselrichter-Schaltung 6 der Treiberschaltung 1. Eingangsseitig ist in der Wechselrichter-Schaltung 6 ein getakteter Wechselrichter vorgesehen. In Fig. 6 ist bspw. ein Wechselrichter in Form einer Halbbrückenschaltung 21 gezeigt. Die Halbbrückenschaltung 21 ist von der Versorgungsspannung Vpc versorgt und weist vorzugsweise den potentialniedrigeren Schalter LS und den potentialhöheren Schalter HS auf. Dabei ist zu verstehen, dass die getaktete Schaltung zumindest einen Schalter aufweist. Als Wechselrichter mit einem Schalter kann bspw. ein Flyback-Wandler zum Einsatz kommen. 6 shows an exemplary embodiment of the AC / DC converter 8 from FIG. 3 and a filter 20 connected downstream thereof. As shown in FIG. 3, the supply voltage Voc supplies the inverter circuit 6 of the driver circuit 1. The input side is in the Inverter circuit 6 a clocked inverter is provided. An inverter in the form of a half-bridge circuit 21 is shown in FIG. 6, for example. The half-bridge circuit 21 is supplied by the supply voltage Vpc and preferably has the lower-potential switch LS and the higher-potential switch HS. It should be understood that the clocked circuit has at least one switch. A flyback converter, for example, can be used as an inverter with a switch.
[0058] Die Schalter LS, HS der Halbbrückenschaltung 21 können als Transistoren, z.B. FEToder MOSFET, ausgestaltet sein. Die Schalter LS, HS können durch Steuersignale Is, hs, die von der Steuereinheit 9 ausgegeben werden, angesteuert werden. Der potentialniedrigere Schalter LS ist mit einer primärseitigen Masse verbunden. Am potentialhöheren Schalter HS der Halbbrückenschaltung 21 liegt dagegen die Eingangsspannung VDC an. The switches LS, HS of the half-bridge circuit 21 can be used as transistors, e.g. FET or MOSFET. The switches LS, HS can be controlled by control signals Is, hs, which are output by the control unit 9. The lower-potential switch LS is connected to a primary-side ground. In contrast, the input voltage VDC is present at the higher potential switch HS of the half-bridge circuit 21.
[0059] Am Mittenpunkt mp der Halbbrückenschaltung 21, d.h. zwischen den beiden Schaltern LS, HS, ist der Resonanzkreis 22 in Form eines Serienresonanzkreises angeschlossen, bestehend aus einem Resonanzkondensator Cr und einer Resonanzinduktivitat Lr. Zusätzlich ist in dem Resonanzkreis eine Wicklung L1 vorgesehen. Alternativ kann erfindungsgemäß auch ein Parallelresonanzkreis am Mittenpunkt mp der Halbbrückenschaltung 21 verbunden sein. Der Resonanzkreis 22 ist zwischen der primärseitigen Masse und dem Mittenpunkt mp der Halbbrückenschaltung vorgesehen. Der Resonanzkreis 22 wird in diesem Fall als LLC-Resonanzkreis bezeichnet. Der Resonanzkondensator Cr und die Resonanzinduktivität Lr bilden vorzugsweise einen LC-Resonanzkreis. At the midpoint mp of the half-bridge circuit 21, i.e. between the two switches LS, HS, the resonance circuit 22 is connected in the form of a series resonance circuit, consisting of a resonance capacitor Cr and a resonance inductance Lr. In addition, a winding L1 is provided in the resonance circuit. Alternatively, according to the invention, a parallel resonance circuit can also be connected at the center point mp of the half-bridge circuit 21. The resonant circuit 22 is provided between the primary-side mass and the center point mp of the half-bridge circuit. The resonance circuit 22 is referred to in this case as an LLC resonance circuit. The resonance capacitor Cr and the resonance inductor Lr preferably form an LC resonance circuit.
[0060] Die Wicklung/Spule L1 ist vorzugsweise für die Primärwicklung eines Übertragers 23 in Form z.B. eines Transformators, vorgesehen. Der in Fig. 6 gezeigte Übertrager 23 umfasst die Primärwicklung L1, also die Wicklung L1 des LLC-Resonanzkreises, und eine mit dieser Primärwicklung L1 elektromagnetisch gekoppelte Sekundärwicklung L2. Durch die transformatorische Kopplung zwischen der Wicklung L1 und der Sekundärwicklung L2 erfolgt eine Energieübertragung über die galvanische Barriere 7 hinweg, wenn der Transformator entsprechend angesteuert ist, insbesondere durch Steuerung der Taktung der Schalter HS, LS durch die Steuereinheit 9. Der Übertrager 23 kann zusätzlich auch eine Streuinduktivität und eine Hauptinduktivität aufweisen (nicht gezeigt). Die Streuinduktivität kann in Serie zu der Wicklung L1 vorgesehen sein. Die Hauptinduktivität kann zum Führen des Magnetisierungsstroms dienen und vorzugsweise parallel zur Wicklung L1 angeordnet sein. The winding / coil L1 is preferably for the primary winding of a transformer 23 in the form e.g. a transformer. The transformer 23 shown in FIG. 6 comprises the primary winding L1, that is to say the winding L1 of the LLC resonant circuit, and a secondary winding L2 which is electromagnetically coupled to this primary winding L1. Due to the transformer coupling between the winding L1 and the secondary winding L2, energy is transferred across the galvanic barrier 7 if the transformer is controlled accordingly, in particular by controlling the timing of the switches HS, LS by the control unit 9. The transformer 23 can additionally have a leakage inductance and a main inductance (not shown). The leakage inductance can be provided in series with the winding L1. The main inductance can serve to carry the magnetizing current and can preferably be arranged parallel to the winding L1.
[0061] Durch die Sekundärwicklung L2 des Übertragers 23 fließt im Betrieb vorzugsweise ein Wechselstrom (AC-Strom). Die Spannung der Sekundärwicklung L2 wird anschließend vorzugsweise einem Gileichrichter 24 zugeführt, der im dargestellten Beispiel durch die Dioden D1 und D2 gebildet wird. Die Sekundärwicklung L2 des Ubertragers 23 weist zusätzlich eine Anzapfung bzw. Abzapfung auf, die insbesondere als Mittenpunkt-Abzapfung vorgesehen sein kann. Diese Mittenpunkt-Abzapfung bildet ein Potential des Gleichrichters 24 bzw. ein Potential der an der LED-Strecke anliegenden Spannung Vie ab. An alternating current (AC current) preferably flows through the secondary winding L2 of the transformer 23 during operation. The voltage of the secondary winding L2 is then preferably fed to a rectifier 24, which in the example shown is formed by the diodes D1 and D2. The secondary winding L2 of the transmitter 23 additionally has a tap or tap, which can be provided in particular as a center tap. This center point tap represents a potential of the rectifier 24 or a potential of the voltage Vie applied to the LED path.
[0062] Eine Seite der Sekundärwicklung L2 ist dabei mit einer Anode der ersten Diode D1 verbunden, während die andere Seite der Sekundärwicklung L2 mit der Anode der zweiten Diode D2 verbunden ist. Die jeweiligen Katoden der Dioden D1, D2 sind zusammengeführt und bilden ein Ausgangspotential des Gleichrichters 24. Der Gleichrichter 24 kann ausgangsseitig mit einem Speicher- oder Filterkondensator C2 gekoppelt sein. Als Speicherkondensator kann insbesondere ein Elektrolytkondensator (ELKO) eingesetzt werden. One side of the secondary winding L2 is connected to an anode of the first diode D1, while the other side of the secondary winding L2 is connected to the anode of the second diode D2. The respective cathodes of the diodes D1, D2 are brought together and form an output potential of the rectifier 24. The rectifier 24 can be coupled on the output side to a storage or filter capacitor C2. In particular, an electrolytic capacitor (ELKO) can be used as the storage capacitor.
[0063] Um eine von dem Gleichrichter 24 ausgegebene Spannung zu filtern und insbesondere eine Rippeifilterung bereitzustellen, ist dem Kondensator C2 eine Induktivität L£ nachgeschaltet, die wiederum mit einem weiteren Kondensator C3 verbunden ist. Die Kondensatoren C2 und C3 sind dabei an ihrer potentialhöheren Seite mit der Induktivität Lf verbunden, während sie mit ihrer potentialniedrigeren Seite mit der sekundärseitigen Masse verbunden sind. Das sekundär-In order to filter a voltage output by the rectifier 24 and in particular to provide a ripple filter, the capacitor C2 is followed by an inductance L £, which in turn is connected to a further capacitor C3. The capacitors C2 and C3 are connected on their higher potential side to the inductor Lf, while they are connected on their lower potential side to the secondary-side ground. The secondary
seitige Massepotential kann sich von dem primärseitigen unterscheiden. side ground potential can differ from the primary side.
[0064] An der Primärseite der in Fig. 6 dargestellten Wechselrichter-Schaltung 6 können Mittel 25 zum Messen eines primärseitigen Stroms bzw. des Stroms durch den Resonanzkreis 22 vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Mittel 25 zum Messen des Stroms Iı_.c durch den Resonanzkreis 22 als Messwiderstand (Shunt) ausgestaltet, der in Fig. 6 nicht gezeigt ist. Der Messwiderstand kann in bekannter Weise in Serie zu der Wicklung L1 des Übertragers 23 geschaltet sein. Wenn an dem Messwiderstand eine anliegende Spannung durch die Steuereinheit 9 erfasst wird, ist die Steuereinheit 9 in der Lage, den Strom durch den Resonanzkreis 22 zu erfassen. Entsprechend kann die Steuereinheit 9 also eine Steuerung der Schalter LS, HS der Halbbrücke 21 durchführen. On the primary side of the inverter circuit 6 shown in FIG. 6, means 25 for measuring a current on the primary side or the current through the resonant circuit 22 can be provided. The means 25 for measuring the current Iı_.c through the resonance circuit 22 are preferably designed as a measuring resistor (shunt), which is not shown in FIG. 6. The measuring resistor can be connected in series with the winding L1 of the transformer 23 in a known manner. If an applied voltage is detected by the control unit 9 at the measuring resistor, the control unit 9 is able to detect the current through the resonance circuit 22. Accordingly, the control unit 9 can control the switches LS, HS of the half bridge 21.
[0065] Weiter können auf der Primärseite der Wechselrichter-Schaltung Mittel 26 zum Messen einer Spannung Vı: über die primärseitige Wicklung L1 vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Spannungsmessung dadurch erfolgen, dass beide Seiten der Primärwicklung L1 so mit der Steuereinheit 9 verbunden sind, dass diese die Spannung an der Induktivität L1 erfassen kann. Insgesamt kann der Steuereinheit 9 also eine direkte Information über die an der Wicklung L1 anliegende Spannung Vi: zugänglich sein. Alternativ kann zwischen den Anschlüssen der Wicklung L1 auch ein Spannungsteiler (nicht gezeigt) vorgesehen sein und der Steuereinheit 9 kann entsprechend eine Teilspannung des Spannungsteilers zugeführt werden, die dann eine an der Wicklung L1 anliegende Spannung VL1 als Ist-Signal für die Spannung widergeben kann. Furthermore, means 26 for measuring a voltage V: via the primary-side winding L1 can be provided on the primary side of the inverter circuit. According to one embodiment, the voltage measurement can be carried out by connecting both sides of the primary winding L1 to the control unit 9 in such a way that the latter can detect the voltage across the inductor L1. Overall, the control unit 9 can therefore have direct information about the voltage Vi: applied to the winding L1. Alternatively, a voltage divider (not shown) can also be provided between the connections of the winding L1 and the control unit 9 can accordingly be supplied with a partial voltage of the voltage divider, which can then reflect a voltage VL1 applied to the winding L1 as an actual signal for the voltage.
[0066] Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 9 auf der Sekundärseite der in Fig. 6 dargestellten Schaltung einen Parameter, der den Strom und/oder die Spannung auf der Sekundärseite widergibt, erfasst. Der Parameter kann bspw. über eine Widerstands- oder Kondensator-Schaltung über die galvanische Barriere 7 zurückgeführt sein. So kann die Steuereinheit 9 insbesondere eine auf die Sekundärseite übertragene Spannung bzw. einen Strom erfassen. Auch hier kann entsprechend eine Ansteuerung der Schalter LS, HS der Halbbrücke 21 durch die Steuereinheit 9 erfolgen (siehe Andeutung durch den gestrichelten Pfeil in Fig. 6). Of course, it can also be provided that the control unit 9 detects a parameter on the secondary side of the circuit shown in FIG. 6 that reflects the current and / or the voltage on the secondary side. The parameter can be fed back, for example, via a resistance or capacitor circuit via the galvanic barrier 7. The control unit 9 can in particular detect a voltage or a current transmitted to the secondary side. Here too, the switches LS, HS of the half-bridge 21 can be controlled accordingly by the control unit 9 (see the indication by the dashed arrow in FIG. 6).
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