AT517937B1 - OPERATION OF LIGHTING DEVICES - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Versorgen von Beleuchtungseinrichtungen mit vorwärtsgeregelter Leistung, wobei -ein Leistungsmodulator (4) mit DC-Spannung (8) versorgt wird, - die DC- Spannung (8) auf der Basis einer AC-Spannung (1) oder schwankender DCSpannung erzeugt wird, und - der Leistungsmodulator Leistung an die Beleuchtungseinrichtung liefert, wobei eine Steuereinheit (5) den zeitlichen Verlauf der an den Leistungsmodulator (4) gelieferten DC- Spannung (8) misst und den Leistungsmodulator (4) steuert, um den leistungsbestimmenden Parameter des Leistungsmodulators (4) abhängig von der gemessenen DC-Spannung (8) festzulegen, wobei der leistungsbestimmende Parameter die Frequenz und/oder die relative Einschaltdauer eines gesteuerten Schalters des Leistungsmodulators (4) ist, wobei die Steuereinheit (5) den aktuellen ebenso wie wenigstens einen zurückliegenden Abtastwert der gemessenen DC-Spannung (8) verarbeitet.A method of supplying pre-regulated power lighting means, wherein a power modulator (4) is supplied with DC voltage (8), - the DC voltage (8) is generated on the basis of an AC voltage (1) or a fluctuating DC voltage , and - the power modulator supplies power to the illumination device, wherein a control unit (5) measures the time profile of the DC voltage (8) supplied to the power modulator (4) and controls the power modulator (4) to determine the power-determining parameter of the power modulator ( 4) depending on the measured DC voltage (8), wherein the power-determining parameter is the frequency and / or the duty cycle of a controlled switch of the power modulator (4), wherein the control unit (5) the current as well as at least one past sample the measured DC voltage (8) processed.
Description
Beschreibungdescription
BETRIEB VON BELEUCHTUNGSEINRICHTUNGENOPERATION OF LIGHTING DEVICES
[0001] Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die elektrische Versorgung von Beleuchtungseinrichtungen, wie etwa zum Beispiel Leuchtstofflampen, Hochdruck- Entladungslampen, organische oder anorganische Leuchtdioden, etc.The invention relates generally to the electrical supply of lighting devices, such as, for example, fluorescent lamps, high-pressure discharge lamps, organic or inorganic light-emitting diodes, etc.
[0002] Die Anforderungen bezüglich zulässiger Oberwellen für elektronische Vorschaltgeräte für Lampen, die mit Netzstrom versorgt werden, sind bei niedrigeren Nennleistungen, z.B. unter 25 W, niedriger im Vergleich zu höheren Nennwerten. Daher ist bei den niedrigeren Nennleistungen ein aktiver PFC (Leistungsfaktor-Korrektureinheit mit gesteuertem Schalter) nicht notwendig.The requirements for permissible harmonics for electronic ballasts for lamps, which are supplied with mains power, are at lower rated power, e.g. below 25 W, lower compared to higher rated values. Therefore, at the lower power ratings, an active PFC (controlled-switch power factor correction unit) is not necessary.
[0003] Wenn andererseits kein derartiger aktiver PFC in dem Vorschaltgerät vorgesehen ist, kann das Problem bestehen, dass ein Speicherkondensator immer bis zu dem maximalen Spitzenwert der mit dem elektronischen Vorschaltgerät verbundenen Netzspannung aufgeladen wird, so dass die Busspannung synchron mit der Netzspannung schwankt. Um genauer zu sein, zeigt die Gleichspannung an dem Speicherkondensator eine Wechselstromwelligkeit mit der doppelten Frequenz der Netzversorgungsspannung.On the other hand, if no such active PFC is provided in the ballast, there may be a problem that a storage capacitor is always charged up to the maximum peak value of the mains voltage connected to the electronic ballast, so that the bus voltage fluctuates in synchronism with the mains voltage. To be more specific, the DC voltage on the storage capacitor exhibits an AC ripple at twice the frequency of the mains supply voltage.
[0004] Wenn nun aus Kostengründen ein DC/AC-Wandler verwendet wird, der mit der Busspannung versorgt wird und Wechselspannung an die Beleuchtungseinrichtung liefert, dessen Betriebsfrequenz nicht verändert werden kann, besteht das Problem, dass die Leistungsversorgung für die Beleuchtungseinrichtung und folglich die Lichtintensität synchron mit der Netzspannung schwankt.Now, if for cost reasons, a DC / AC converter is used, which is supplied with the bus voltage and AC voltage to the lighting device whose operating frequency can not be changed, there is the problem that the power supply for the lighting device and thus the light intensity fluctuates synchronously with the mains voltage.
[0005] Die US 2005231133 A1 betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen und Steuern der Leistung von Lasten insbesondere einer oder mehrerer Leuchtdioden (LEDs). Die US 2005231133 A1 zeigt in der Fig. 16 einen Treiber für Leuchtdioden, bei dem der Schalter 214 eines Konverters mittels einer Pulsbreitenmodulation (bei fixer Frequenz) angesteuert wird.US 2005231133 A1 relates to methods and devices for providing and controlling the power of loads, in particular one or more light-emitting diodes (LEDs). In FIG. 16, US 2005231133 A1 shows a driver for light emitting diodes, in which the switch 214 of a converter is controlled by means of a pulse width modulation (at a fixed frequency).
AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGOBJECT OF THE PRESENT INVENTION
[0006] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, um den Einfluss der Welligkeit einer Gleichspannung eines Leistungsmodulators für Beleuchtungseinrichtungen auf die Charakteristiken des Betriebs der Beleuchtungseinrichtungen zu verringern. „Welligkeit“ soll als eine Schwankung einer vorzugsweise unipolaren Gleichspannung verstanden werden, wobei die Schwankung kleiner als der Gleichspannungspegel ist.It is the object of the present invention to propose a method to reduce the influence of the ripple of a DC voltage of a power modulator for lighting devices on the characteristics of the operation of the lighting devices. "Ripple" is to be understood as a fluctuation of a preferably unipolar DC voltage, wherein the fluctuation is smaller than the DC voltage level.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
[0007] Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden die zentrale Idee der vorliegenden Erfindung weiter.This object is achieved by means of the features of the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the present invention.
[0008] Im Allgemeinen schlägt die Erfindung einen Vorwärtssteuerungsansatz vor. Ein Parameter der Versorgungsspannung für den Leistungsmodulator wird gemessen und ausgewertet, um einen leistungsbestimmenden Faktor des Leistungsmodulators festzulegen. Es gibt kein Rückkopplungssignal von der (von dem Leistungsmodulator versorgten) Lampenschaltung, um den Einfluss der Welligkeit auszugleichen. Dies schließt das Vorhandensein von Rückkopplungssignalen für andere Zwecke nicht aus.In general, the invention proposes a feed-forward approach. A power supply voltage parameter is measured and evaluated to determine a power determining factor of the power modulator. There is no feedback signal from the lamp circuit (supplied by the power modulator) to compensate for the influence of the ripple. This does not preclude the presence of feedback signals for other purposes.
[0009] Hierfür schlägt die Erfindung ein Verfahren zur elektrischen Versorgung dieser Beleuchtungsvorrichtungen, ein Computersoftwareprogramm, das ein derartiges Verfahren ausführt, wenn es auf einer Rechenvorrichtung läuft, eine Spannungsversorgungseinheit ebenso wie eine integrierte Schaltung, wie etwa zum Beispiel eine ASIC, zum Implementieren des Spannungs-versorgungs-Steuerverfahrens vor.To this end, the invention proposes a method of supplying power to these lighting devices, a computer software program that executes such a method when running on a computing device, a power supply unit as well as an integrated circuit, such as an ASIC, for implementing the voltage supply tax procedure before.
[0010] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Versorgung von Be leuchtungseinrichtungen mit vorwärtsgesteuerter Leistung vorgeschlagen, wobei [0011] - ein Leistungsmodulator mit DC-Spannung versorgt wird, [0012] - die DC-Spannung auf der Basis einer Wechselstromspannung oder schwankender DC-Spannung (z.B. schwankender Batteriespannung) erzeugt wird, und [0013] - der Leistungsmodulator elektrische Leistung an die Beleuchtungseinrichtung liefert, wobei eine Steuereinheit den zeitlichen Verlauf der an den Leistungsmodulator gelieferte DC-Spannung misst und den Leistungsmodulator steuert, um den leistungsbestimmenden Parameter des Leistungsmodulators abhängig von der gemessenen. DC-Spannung festzulegen, wobei der leistungsbestimmende Parameter die Frequenz und/oder die relative Einschaltdauer eines gesteuerten Schalters des Leistungsmodulators (4) ist, wobei die Steuereinheit (5) den aktuellen ebenso wie wenigstens einen zurückliegenden Abtastwert der gemessenen DC-Spannung (8) verarbeitet.[0010] According to a first aspect of the invention, there is proposed a method of supplying pre-energized lighting means, wherein [0011] - a power modulator is supplied with DC voltage, - the DC voltage based on an AC voltage or [0013] - the power modulator supplies electrical power to the lighting device, wherein a control unit measures the time course of the DC voltage supplied to the power modulator and controls the power modulator to determine the power determining parameter of the power modulator depending on the measured. Determining the DC voltage, wherein the power-determining parameter is the frequency and / or the duty cycle of a controlled switch of the power modulator (4), wherein the control unit (5) processes the current as well as at least one past sample of the measured DC voltage (8) ,
[0014] Die Steuereinheit kann basierend auf der gemessenen Leistung bzw. Spannung einen Nennwert für den leistungsbestimmenden Parameter des Leistungsmodulators festlegen.The control unit may determine a nominal value for the power-determining parameter of the power modulator based on the measured power or voltage.
[0015] Der leistungsbestimmende Parameter kann die Frequenz und/oder die relative Einschaltdauer eines gesteuerten Schalters des Leistungsmodulators sein.The power-determining parameter may be the frequency and / or the relative duty cycle of a controlled switch of the power modulator.
[0016] Die Steuereinheit kann die gemessene Leistung bzw. Spannung digital verarbeiten.The control unit can process the measured power or voltage digitally.
[0017] Die Steuereinheit kann den Strom ebenso wie wenigstens einen vergangenen Abtastwert der gemessenen Leistung bzw. Spannung verarbeiten.The control unit may process the current as well as at least one past sample of the measured power or voltage.
[0018] Die Leistung bzw. Spannung kann auf der Basis einer Versorgungsgleichspannung des Leistungsmodulators gemessen werden.The power or voltage can be measured on the basis of a DC supply voltage of the power modulator.
[0019] Die Leistung bzw. Spannung für den Leistungsmodulator kann ohne die Verwendung eines aktiven PFC bereitgestellt sein.The power for the power modulator may be provided without the use of an active PFC.
[0020] Die an den Leistungsmodulator gelieferte Leistung bzw. Spannung kann eine Welligkeit mit einer Frequenz aufweisen, die gleich der Frequenz der Netzwechselspannung oder ein Vielfaches davon ist.The power delivered to the power modulator or voltage may include a ripple having a frequency equal to or greater than the frequency of the AC mains voltage.
[0021] Der Leistungsmodulator kann z.B. ein Halbbrückenwandler, ein Vollbrückenwandler, ein Abwärtswandler und/oder ein Aufwärtswandler sein.The power modulator may be e.g. a half-bridge converter, a full-bridge converter, a buck converter and / or an up-converter.
[0022] Die Beleuchtungseinrichtung kann eine oder mehrere LEDs oder Entladungslampen sein.The lighting device may be one or more LEDs or discharge lamps.
[0023] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung, wie etwa z.B. eine ASIC oder einen Mikrocontroller, der dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Another aspect of the invention relates to an integrated circuit, such as e.g. an ASIC or a microcontroller designed to perform a method according to any one of the preceding claims.
[0024] Weitere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich, wenn die folgende Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsformen gelesen wird, wenn diese in Verbindung mit den Figuren der beigefügten Zeichnungen genommen wird.Further features, advantages and objects of the present invention will become apparent when the following description of non-limiting embodiments is read when taken in conjunction with the figures of the accompanying drawings.
[0025] Figur 1 zeigt schematisch eine Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung unterFigure 1 shows schematically a circuit according to the present invention below
Verwendung eines Halbbrückenwandlers als Leistungsmodulator und [0026] Figur 2 zeigt schematisch eine Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung unterUse of a Half-Bridge Converter as a Power Modulator, and FIG. 2 shows schematically a circuit according to the present invention under
Verwendung eines Abwärtswandlers als Leistungsmodulator.Using a buck converter as a power modulator.
[0027] In Figur 1 ist eine Netzspannungsversorgung 1, d.h. eine Wechselspannung mit einem Spitzenwert von z.B. 220 V oder 240 V und einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz, gezeigt. Die Netzspannung 1 wird z.B. von einem Brückengleichrichter 2 gleichgerichtet und an einen Speicherkondensator 3 geliefert. Der Speicherkondensator 3 liefert eine Gleichspannung („Busspannung“), die synchron mit der Netzspannung 1 moduliert sein kann. Die Busspannung wird an einen Leistungsmodulator 4 geliefert, der Leistung an eine Lichtquelle 7 liefert.In Figure 1, a mains voltage supply 1, i. an alternating voltage with a peak value of e.g. 220V or 240V and a frequency of 50Hz or 60Hz. The mains voltage 1 is e.g. rectified by a bridge rectifier 2 and supplied to a storage capacitor 3. The storage capacitor 3 supplies a DC voltage ("bus voltage"), which can be modulated synchronously with the mains voltage 1. The bus voltage is supplied to a power modulator 4 which supplies power to a light source 7.
[0028] Wie in Figur 1 gezeigt, ist zwischen dem Gleichrichter 2 und dem Speicherkondensator 3 kein aktiv geschalteter PFC bereitgestellt, so dass die Gleichspannung 8 des Speicherkondensators 3 eine Wechselstromwelligkeit mit der zweifachen Frequenz der Netzspannung 1 zeigt.As shown in Figure 1, no active switched PFC is provided between the rectifier 2 and the storage capacitor 3, so that the DC voltage 8 of the storage capacitor 3, an AC ripple with twice the frequency of the mains voltage 1 shows.
[0029] Die Erfindung schlägt vor, die Netzspannung 1 oder die Busspannung 8, die an den Leistungsmodulator (wobei der D/A-Wandler nur ein Beispiel dafür ist) 4 geliefert wird, d.h. die Spannung 8 an dem Speicherkondensator 3, zu erfassen und diese Information an eine Steuereinheit 5 zu liefern.The invention proposes to supply the mains voltage 1 or the bus voltage 8 to the power modulator (the D / A converter being just one example) 4, i. E. to detect the voltage 8 on the storage capacitor 3, and to supply this information to a control unit 5.
[0030] Die Steuereinheit 5 wird dann den Leistungsmodulator 4, d.h. einen Leistungsfestlegungsparameter von diesem, abhängig von der gemessenen Netzspannung 1 oder Busspannung 8 vorwärtssteuern. Die Erfindung schlägt insbesondere eine digitale und/oder integrierte Implementierung einer derartigen Steuereinheit 5 vor.The control unit 5 is then the power modulator 4, i. a power setting parameter of this, depending on the measured mains voltage 1 or bus voltage 8 forward drive. In particular, the invention proposes a digital and / or integrated implementation of such a control unit 5.
[0031] Der gezeigte Halbbrücken-D/A-Wandler 4 ist ein Beispiel für den Leistungsmodulator. Andere Beispiele sind z.B. ein Abwärtswandler z.B. zum Liefern von Leistung an LEDs (organische oder anorganische Leuchtdioden) oder ein Gegentaktwandler für die Verwendung in Vorschaltgeräten für Leuchtstofflampen mit einer niedrigen Versorgungsspannung von z.B. 12 V. Eine Alternative, die nur ein Beispiel für viele ist, wird später unter Bezug auf Figur 2 erklärt werden.The half-bridge D / A converter 4 shown is an example of the power modulator. Other examples are e.g. a buck converter, e.g. for providing power to LEDs (organic or inorganic light emitting diodes) or a push-pull converter for use in ballasts for fluorescent lamps having a low supply voltage of e.g. 12 V. An alternative, which is only one example for many, will be explained later with reference to FIG.
[0032] In dem gezeigten Beispiel weist der Leistungsmodulator einen Halbbrücken-D/A- Wandler 4 mit zwei seriell angeschlossenen Schaltelementen S1, S2 (wie etwa zum Beispiel MOS-FETs) und eine Last auf, die eine Resonanzschaltung 6 und die Lichtquelle 7 aufweist.In the example shown, the power modulator comprises a half-bridge D / A converter 4 with two series-connected switching elements S1, S2 (such as, for example, MOS-FETs) and a load comprising a resonant circuit 6 and the light source 7 ,
[0033] Wie ebenfalls in Figur 1 gezeigt, wird ein Analogsignal 11 gemessen, das wenigstens den zeitlichen Verlauf (nicht notwendigerweise auch den Absolutpegel) der Busspannung 8 und/oder der Netzspannung 1 darstellt. Dieses gemessene Analogsignal 11 kann von einem A/D-Wandler 9 in einen N-Bit-Digitalwert (wobei N eine ganze Zahl größer als 1 und vorzugsweise größer als 2 ist) digitalisiert werden und dann an eine Umwandlungseinheit 10 der Steuereinheit 5 geliefert werden. Es ist auch möglich, dass das Analogsignal 11 gemessen wird, das wenigstens den Absolutpegel der Busspannung 8 und/oder der Netzspannung 1 darstellt.As also shown in Figure 1, an analog signal 11 is measured, which represents at least the time course (not necessarily the absolute level) of the bus voltage 8 and / or the mains voltage 1. This measured analog signal 11 may be digitized by an A / D converter 9 into an N-bit digital value (where N is an integer greater than 1 and preferably greater than 2) and then provided to a conversion unit 10 of the control unit 5. It is also possible that the analog signal 11 is measured, which represents at least the absolute level of the bus voltage 8 and / or the mains voltage 1.
[0034] Die Umwandlungseinheit 10 wandelt den gelieferten digitalen aktuellen Abtastwert e(k) und wahlweise auch einen oder mehrere zurückliegende Werte e(k-1) in einen Leistungsmodulationsparameter x(k) um, der z.B. über eine Treiberschaltung 12 an den Leistungsmodulator 4 geliefert wird.The conversion unit 10 converts the supplied digital current sample e (k) and optionally also one or more past values e (k-1) into a power modulation parameter x (k), e.g. is supplied via a driver circuit 12 to the power modulator 4.
[0035] Die Umwandlung kann z.B. unter Verwendung einer in einem Speicher 13 gespeicherten Nachschlagtabelle oder unter Verwendung einer vorzugsweise digital implementierten Funktion durchgeführt werden.The conversion may be e.g. using a lookup table stored in memory 13 or using a preferably digitally implemented function.
[0036] Der aktuelle Abtastwert e(k) oder der umgewandelte Wert x(k) kann für die Verwendung in der Umwandlung von nachfolgenden Werten von x(k) in einem Register 14 gespeichert werden.The current sample e (k) or converted value x (k) may be stored in a register 14 for use in converting subsequent values of x (k).
[0037] Auf diese Weise wird der Leistungsmodulator 4 abhängig von dem gemessenen analogen Spannungssignal gesteuert. Folglich wird der Wert x(k) für das Steuersignal für den Leistungsmodulator 4 in einer digitalen Weise berechnet. Im Allgemeinen wird der Leistungsmodulator 4, d.h. ein leistungsbestimmender Parameter von diesem, durch die Umwandlungseinheit 10 abhängig von der gemessenen Netzspannung 1 und/oder der Busspannung 8 gesteuert. In dem vorliegenden veranschaulichenden Beispiel legt der Leistungsmodulator die Betriebsfrequenz f des Halbbrückenwandlers mit der angeschlossenen Lastschaltung 6 abhängig von der gemessenen Busspannung 8 und/oder Netzspannung 1 fest.In this way, the power modulator 4 is controlled depending on the measured analog voltage signal. Consequently, the value x (k) for the control signal for the power modulator 4 is calculated in a digital manner. In general, the power modulator 4, i. a power-determining parameter of this, controlled by the conversion unit 10 depending on the measured mains voltage 1 and / or the bus voltage 8. In the present illustrative example, the power modulator sets the operating frequency f of the half-bridge converter with the connected load circuit 6 as a function of the measured bus voltage 8 and / or mains voltage 1.
[0038] In dem vorliegenden Beispiel ist z.B. die Leistungsversorgung der Lichtquelle eine direkte Funktion des an den Leistungsmodulator gelieferten Frequenzsteuersignals, so dass die aktuell gelieferte Leistung für die Lichtquelle aus dem Frequenzsteuerwert abgeleitet werden kann.In the present example, e.g. the power supply of the light source is a direct function of the frequency control signal provided to the power modulator so that the currently supplied power for the light source can be derived from the frequency control value.
[0039] Das Datenregister kann folglich Informationen über den aktuell gelieferten Leistungsab tastwert oder einen oder mehrere seiner früheren Werte an die Last 6 liefern.The data register may thus provide information about the currently supplied duty value or one or more of its previous values to the load 6.
[0040] Die Umwandlungseinheit wird vorzugsweise nicht nur mit dem Busspannungs- oder dem Netzspannungssignal beliefert, sondern auch mit einer Ausgabe des Datenregisters 14 und folglich dem aktuellen und/oder (einem) früheren Leistungswert/en.The conversion unit is preferably supplied with not only the bus voltage or the mains voltage signal, but also with an output of the data register 14 and thus the current and / or previous performance value (s).
[0041] Im Allgemeinen berechnet die Umwandlungseinheit 10 einen Leistungsfestlegungswert abhängig von dem vorhergehenden Datenregisterwert und dem Wert der gemessenen Busoder Netzspannung.In general, the conversion unit 10 calculates a power setting value depending on the previous data register value and the value of the measured bus or mains voltage.
[0042] In Figur 2 ist ein Abwärtswandler als ein weiteres Beispiel für einen Leistungsmodulator, der eine Lichtquelle LED antreibt, gezeigt. Diese Schaltung kann von einer Netzspannungsversorgung, d.h. mit einer Wechselspannung mit einem Spitzenwert von z.B. 220 V oder 240 V und einer Frequenz von 50 Flz oder 60 Hz, beliefert werden. Die Netzspannung kann z.B. durch einen Brückengleichrichter gleichgerichtet und an einen Speicherkondensator geliefert werden. Der Speicherkondensator liefert eine Gleichspannung („Busspannung“)’, die synchron mit der Netzspannung moduliert sein kann. Die Busspannung wird an den Abwärtswandler (Leistungsmodulator) geliefert, der Leistung an eine Lichtquelle LED liefert.In Figure 2, a buck converter is shown as another example of a power modulator driving a light source LED. This circuit can be powered by a mains voltage supply, i. with an alternating voltage with a peak value of e.g. 220 V or 240 V and a frequency of 50 Flz or 60 Hz. The mains voltage can e.g. rectified by a bridge rectifier and delivered to a storage capacitor. The storage capacitor supplies a DC voltage ("bus voltage"), which can be modulated synchronously with the mains voltage. The bus voltage is supplied to the buck converter (power modulator), which provides power to a light source LED.
[0043] Als eine Alternative ist es auch möglich, den Leistungswandler (Abwärtswandler) mit einer niedrigen Versorgungsspannung, z.B. 12 V von einer Batteriequelle zu versorgen.As an alternative, it is also possible to use the power converter (down converter) with a low supply voltage, e.g. 12 V from a battery source.
[0044] Ähnlich Figur 1 braucht keine aktiv geschaltete PFC zwischen dem Gleichrichter und dem Speicherkondensator bereitgestellt werden, so dass die Gleichspannung des Speicherkondensators eine Wechselspannungswelligkeit mit der doppelten Frequenz der Netzspannung darstellt.Similarly, Figure 1 need not actively switched PFC be provided between the rectifier and the storage capacitor, so that the DC voltage of the storage capacitor is an AC ripple with twice the frequency of the mains voltage.
[0045] Die Erfindung schlägt vor, die Netzspannung oder die Busspannung, die an den Abwärtswandler geliefert wird, d.h. die Spannung an dem Speicherkondensator, am Mittelpunkt des Widerstands-Spannungsteilers R9 und R10 zu erfassen und diese Information Vs an eine Steuereinheit zu liefern.The invention proposes to use the mains voltage or bus voltage supplied to the buck converter, i. to detect the voltage on the storage capacitor, at the midpoint of the resistance voltage divider R9 and R10, and to supply this information Vs to a control unit.
[0046] Wenn der Schalter S1 geschlossen ist, fließt ein Strom von dem Speicherkondensator durch die Lichtquelle LED, den Kondensator C1, die Drossel L1 und den Schalter S1.When the switch S1 is closed, a current flows from the storage capacitor through the light source LED, the capacitor C1, the inductor L1 and the switch S1.
[0047] Die Drossel L1 wird magnetisiert. Wenn der Schalter S1 geöffnet ist, fließt weiterhin der Strom durch die Diode D1 in dem Freilaufpfad durch die Diode D1 die Lichtquelle LED, den Kondensator C1, bis entweder die Drossel L1 entmagnetisiert ist oder der Schalter S1 wieder geschlossen wird.The inductor L1 is magnetized. When the switch S1 is opened, the current continues to flow through the diode D1 in the freewheeling path through the diode D1, the light source LED, the capacitor C1, until either the inductor L1 is demagnetized or the switch S1 is closed again.
[0048] Der Abwärtswandler kann von der Steuereinheit abhängig von der an die Steuereinheit gelieferten Information Vs gesteuert werden. Die an die Lichtquelle LED gelieferte Leistung wird durch das Schaltverhältnis des Schalters S1 bestimmt. Die Leistung kann durch die Modulation der Frequenz oder der Impulsbreite des Steuersignals S1D moduliert werden, das den Schalter S1 steuert.The buck converter may be controlled by the control unit depending on the information Vs supplied to the control unit. The power supplied to the light source LED is determined by the switching ratio of the switch S1. The power can be modulated by the modulation of the frequency or the pulse width of the control signal S1D controlling the switch S1.
[0049] Es ist nicht notwendig, eine Regelung mit geschlossener Schleife zu verwenden, um die Leistung an der Lichtquelle LED konstant zu halten. Zum Beispiel benötigt eine Stromregelung durch Messen des Stroms durch die LED einen hohen Aufwand für die Messung, da die LED nicht mit Erde verbunden ist. Wenn der Strom durch den Schalter S1 gemessen wird, gibt es keine Information über den Strom durch die LED während der Zeit, in der der Schalter S1 offen ist.It is not necessary to use a closed-loop control to keep the power at the light source LED constant. For example, current regulation by measuring the current through the LED requires a great deal of measurement because the LED is not connected to ground. When the current through the switch S1 is measured, there is no information about the current through the LED during the time the switch S1 is open.
[0050] Es kann ausreichend sein, wenn der Schalter S1 mit einer gegebenen relativen Einschaltdauer (Impulsbreite) und einer gegebenen Frequenz gesteuert wird. Da die Lichtquelle LED und die Werte der in dem Leistungswandler enthaltenen Komponenten bekannt sind, kann die einzige Änderung in der Versorgungsspannung sein. Durch Messen der Busspannung oder der Versorgungsspannung an dem Mittelpunkt des Widerstandsspannungsteilers R9 und R10 kann diese Information Vs an die Steuereinheit geliefert werden, und die Steuerung des Schalters S1 kann abhängig von der gemessenen Spannung oder Leistung gesteuert werden.It may be sufficient if the switch S1 is controlled with a given duty ratio (pulse width) and a given frequency. Since the light source LED and the values of the components included in the power converter are known, the only change may be in the supply voltage. By measuring the bus voltage or the supply voltage at the midpoint of the resistive voltage divider R9 and R10, this information Vs can be supplied to the control unit, and the control of the switch S1 can be controlled depending on the measured voltage or power.
[0051] In dem vorliegenden Beispiel ist z.B. die an die Lichtquelle gelieferte Leistung eine direkte Funktion des an den Leistungsmodulator gelieferten Impulsbreitensteuersignals, so dass die aktuell gelieferte Leistung für die Lichtquelle aus dem Impulsbreitensteuerwert abgeleitet werden kann.In the present example, e.g. the power delivered to the light source is a direct function of the pulse width control signal provided to the power modulator so that the currently supplied power for the light source can be derived from the pulse width control value.
[0052] Die Funktion in dem vorliegenden Beispiel wäre die Folgende: Wenn die Spannung Vs sinkt, wird die Impulsbreite vergrößert, um die an die Lichtquelle LED gelieferte Leistung aufrecht zu erhalten. Wenn die Spannung Vs sinkt, wird die Impulsbreite verringert, um die an die Lichtquelle LED gelieferte Leistung aufrecht zu erhalten.The function in the present example would be as follows: As the voltage Vs decreases, the pulse width is increased to maintain the power delivered to the light source LED. As the voltage Vs decreases, the pulse width is decreased to maintain the power delivered to the light source LED.
[0053] Der Leistungsmodulator für den Antrieb der Lichtquelle kann z.B. ein Halbbrückenwandler, ein Vollbrückenwandler, ein Gegentakt-, ein Abwärts-Aufwärts- oder ein Aufwärtswandler sein.The power modulator for driving the light source may be e.g. a half-bridge converter, a full-bridge converter, a push-pull, a down-up or an up-converter.
[0054] Wie dargestellt, umfasst die Erfindung die folgenden Aspekte: [0055] Netzeingang mit A/D-Wandler (Gleichrichter).As shown, the invention includes the following aspects: [0054] Power input with A / D converter (rectifier).
[0056] Sensorsignal proportional zu der Gleichspannung (= Busspannung).Sensor signal proportional to the DC voltage (= bus voltage).
[0057] Analoges Sensorsignal wird mit einer Auflösung von >= 1 Bit in eine digitale Information umgewandelt.Analog sensor signal is converted with a resolution of> = 1 bit in a digital information.
[0058] Eine Leistungsstufe, der die Busgleichspannung zugeführt wird, hat einen Eingang, der den an eine Last (Lichtquelle, Entladungslampe, LED) gelieferten Leistungsfluss steuert. Normalerweise ist der Eingang ein Steuersignal eines Leistungsschalters.A power stage to which the DC bus voltage is applied has an input which controls the power flow supplied to a load (light source, discharge lamp, LED). Normally, the input is a control signal of a circuit breaker.
[0059] Einen Modulator, der einen Eingang, der Information über die Leistung annimmt, die an die Last geliefert werden soll, ebenso wie einen Ausgang hat, der mit dem Steuereingang der Leistungsstufe verbunden ist. Normalerweise ist der Modulator eine PWM-Einheit.A modulator having an input which receives information about the power to be supplied to the load as well as an output connected to the control input of the power stage. Normally, the modulator is a PWM unit.
[0060] Einen Taktgeber, der einen Aktualisierungszyklus des Datenregisters auslöst.A clock that initiates an update cycle of the data register.
[0061] Ein Datenregister, das Information über die an die Last gelieferte Leistung zum aktuellen Zeitpunkt hält.A data register that holds information about the power delivered to the load at the current time.
[0062] Der Eingang des Datenregisters ist mit einer Umwandlungseinheit verbunden.The input of the data register is connected to a conversion unit.
[0063] Die Umwandlungseinheit hat einen Eingang, der mit dem zu der Busspannung proportionalen digitalen Signal verbunden ist, und einen Ausgang, der mit dem Eingang des Datenregisters verbunden ist. Die Umwandlungseinheit kann auch mit einem Speicher oder externen Informationen (kann ein Dateneingang oder Konfigurationsinformation sein) verbunden werden. Die Umwandlung kann eine lineare Verstärkung oder eine nichtlineare Funktion oder eine Nachschlagtabelle (LUT) sein.The conversion unit has an input connected to the digital signal proportional to the bus voltage and an output connected to the input of the data register. The conversion unit may also be connected to a memory or external information (may be a data input or configuration information). The conversion may be a linear gain or a non-linear function or a look-up table (LUT).
[0064] 1. Ausführungsform: Lineare Funktion: [0065] Der Eingang des Datenregisters X(k) wird durch eine Kombination des vorhergehenden Datenregisterwerts X(k-1) mit dem Wert der Busspannung e(k) erzeugt. X(k)=f(X(k-l),e(k),I) [0066] Die Kombination wird als (synchrone) Logik implementiert.1. Embodiment: Linear Function: The input of the data register X (k) is generated by combining the previous data register value X (k-1) with the value of the bus voltage e (k). X (k) = f (X (k-1), e (k), I) The combination is implemented as (synchronous) logic.
[0067] Die Kombination ist eine lineare Verstärkung X(k)=K-e(k) [0068] Die Kombination ist eine LinearsummeThe combination is a linear gain X (k) = K-e (k) The combination is a linear sum
X(k) = ΣΚί · e(k-i) + EL, · X(k-j) + IX (k) = ΣΚί * e (k-i) + EL, * X (k-j) + I
[0069] 2. Ausführungsform: Nichlineare Funktion: [0070] Die Kombination ist eine nichtlineare Summe X(k) = LKi(e,X) · e(k-i) + YJ^e,X) · X(k-j) + I(e,X) [0071] Die Kombination kann als Software implementiert werden.2nd Embodiment: Nonlinear Function: The combination is a nonlinear sum X (k) = LKi (e, X) · e (ki) + YJ e, X) · X (kj) + I ( e, X) The combination can be implemented as software.
[0072] Die Laststufe ist eine Halbbrücke mit einer Resonanzschaltung.The load stage is a half bridge with a resonant circuit.
[0073] Das Steuersignal an den Modulator ist eine Frequenz.The control signal to the modulator is a frequency.
[0074] Die Umwandlung hat eine positive Vorwärtscharakteristik, d.h. die Frequenz nimmt mit steigender Busspannung zu.The conversion has a positive forward characteristic, i. the frequency increases with increasing bus voltage.
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