CN110446311A - 操作装置和操作光源组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作光源组件(17)的操作装置(10)和方法。向变压器单元(12)提供直流电压(UG)。光源组件(17)在输出侧连接到变压器单元(12)上。控制单元(19)操控变压器单元(12)的变压器开关(30)。变压器单元(12)具有与变压器开关(30)串联布置的变压器电感(32)。针对流经变压器电感(32)的感应电流(IL)向控制单元(19)预先给定了表征光源组件(17)的照明功率的期望电流强度(Isoll)，并且控制单元(19)产生变压器切换信号(W)，其使变压器开关(30)切换至其导通状态或其中断状态。如果感应电流(IL)达到了可预先给定的电流峰值(IP)，则变压器开关(30)切换至其中断状态。如果期望电流强度(Isoll)小于在最小电流峰值(IPmin)时的平均电流强度，则变压器单元(12)在非连续工作模式下以动作期持续时间(ts)和非动作期持续时间(tn)运行。

Description

操作装置和操作光源组件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作与操作装置连接的光源组件的操作装置和方法。
背景技术
调光至低照明功率存在问题。在通过脉冲宽度调制进行调光时会达到很高的频率，由此开关损耗升高并且在电磁兼容性和干扰噪音方面可能形成临界频率。由DE 102013 216 877 A1已知在变压器开关的每个切换周期之后插入切断时间，从而实现非连续工作，其中在动作期持续时间期间电流流经光源组件并且然后插入其间没有电流流过的切断时间(非动作期持续时间)，此后在随后的切换周期中再次实现电流流通。
WO 2016/050689 A2描述了时钟激发的电子能量转换器，其能用于可调光的镇流器。已知在每个切换周期之后插入附加的切断时间被视为关键的，因为在变压器开关切换至中断状态时在变压器开关上出现电压振荡、尤其是由于寄生的储能元件。因此为了解决上述问题而提出了，在非连续工作模式下在每个切换周期结束时插入切断时间，其持续时间与电路的固有频率如此调谐，使得变压器开关的下一个接通时刻在变压器开关的振荡电压最小时实现。由此变压器开关的接通时刻与当前要转换的功率无关地能实现近乎最优的切换减荷。
在这种操作方法中，选择变压器开关的接通时刻是非常重要的。为此插入的附加切断持续时间必须匹配于构成的谐振电路的固有频率，这一点的前提条件在于固有频率已知。固有频率具体取决于寄生效应和构件属性，其在实践中基于使用的器件的电特性的公差通常无法容易地算出并且然后必须在个别情况中根据经验来确定。通过这种方法使得切断时间通过固有频率量化。
发明内容
因此本发明的目的在于，实现一种用于操作光源组件的操作装置和方法，借助该装置和该方法能以简单地方式实现低照明功率的调节，而无需确定和考虑固有频率。
所述目的通过具有如下所述的特征的操作装置和具有如下所述的特征的方法实现。
根据本发明的操作装置具有带有输入端子和输出端子的变压器单元。例如来自直流电源的直流电压可以施加于输入端子。在输出端子上可以连接光源组件。变压器单元具有变压器开关和变压器电感。变压器开关能通过控制单元来操控。该控制单元被配置用于基于期望电流强度操控变压器单元或变压器开关。该期望电流强度通过信号或调节值预先给定，并且描述了光源组件的调光水平。期望电流强度涉及流经变压器单元的电流的平均值，该电流至少部分地流经光源单元。期望电流强度例如可以描述流经变压器电感的感应电流IL的平均值，其在下面也被称为平均感应电流。
操作装置此外具有测量电路。该测量电路被配置用于检测至少一个测量参量，所述至少一个测量参量描述流经变压器电感的感应电流。该至少一个测量参量被传输至控制单元。
控制单元具有变压器切换装置，其被配置用于产生用于变压器开关的变压器切换信号。变压器切换装置能构造成集成电路，例如由市场上可获得的、也可以称为PFC-IC(“PFC”是指“Power Factor Correction”、即功率因数校正)的标准器件构成。此处描述的借助PFC-IS实现的电路或功能并不用于功率因数校正。而是该PFC-IC使得一种用于实现变压器切换装置的有利方案成为可能。
通过变压器切换装置如此产生变压器切换信号：一旦至少一个测量参量指出感应电流的过零点，变压器开关就在单个切换周期内切换至导通状态，并且一旦至少一个测量参量指出感应电流已经达到预先给定的电流限值时，变压器开关就切换至中断状态。在感应电流每次位于过零点时接通变压器开关，并且当感应电流已经达到预先给定的电流限值时再切断。变压器切换装置能使得切换周期在连续工作模式下直接相继地进行。
当预先给定的期望电流强度会导致电流强度(电流峰值)的最大值时，其小于最小可调节电流峰值，则控制单元在非连续工作模式下运行变压器单元。在非连续工作模式下，感应电流的电流峰值恒定且相应于尽可能小的、可调节的值，其被称为最小电流峰值。在这种非连续工作模式下，单个周期的总持续时间被分为动作期持续时间和非动作期持续时间。基于期望电流强度确定动作期持续时间和非动作期持续时间之比。动作期持续时间相应于变压器单元的切换周期的数量。在动作期持续时间期间通过变压器切换信号来切换变压器开关。在非动作期持续时间期间禁止切换变压器开关。在非动作期持续时间内变压器开关保持在其中断状态下。
非动作期持续时间可以被足够长地选择，使得在变压器开关上电压振荡减弱，此后变压器开关在下一个动作期持续时间的随后的切换周期内再次切换至导通状态。由此无需精确知晓在变压器开关上电压振荡的相位。因此非动作期持续时间应不低于最小持续时间。非动作期持续时间和动作期持续时间可以在考虑用于非动作期持续时间的最小持续时间的情况下彼此匹配，从而达到期望电流强度。在此示出了，这种操控的频率可以在例如至少2至3kHz时选择(由动作期持续时间和非动作期持续时间组成的总持续时间的倒数)，这一点实现了光源组件无闪烁运行。
光源组件优选地具有至少一个光源和尤其是至少一个半导体光源。如果多个半导体光源应用在光源组件中，它们可以串联和/或并联。例如发光二极管可以作为光源。
下述情况是优选的：控制单元被配置用于，如果平均期望电流强度导致电流峰值的大小至少等于最小电流峰值，则在连续工作模式下运行变压器单元。在此切换周期直接彼此连接。换句话说非动作期持续时间在连续工作模式下等于零。
此外下述情况是有利的：控制单元被配置用于，基于平均期望电流强度和用于动作期持续时间和非动作期持续时间的预先给定的总持续时间期望值和/或非动作期持续时间的预先给定的最小值，首先计算动作期持续时间的持续时间计算值，其预先给定切换周期的数量，并且切换周期的该数量四舍五入为整数，以由此获得动作期持续时间。因此动作期持续时间至少相应于切换周期持续时间或切换周期的切换周期持续时间的两倍、三倍等。
在一种优选实施方式中，控制单元被配置用于，基于期望电流强度和第一边界条件确定描述由动作期持续时间和非动作期持续时间组成的总持续时间的第一极限值，并且基于期望电流强度和第二边界条件确定描述由动作期持续时间和非动作期持续时间组成的总持续时间的第二极限值。第一边界条件可以是描述总持续时间的目标频率。第二边界条件可以是非动作期持续时间的最小持续时间。借助这两个边界条件能确定作为第一极限值的实际频率的下限值和作为第二极限值的实际频率的上限值。该实际频率相应于总持续时间的倒数并且因此描述了每时间单位内动作期持续时间和非动作期持续时间之间的切换频率。
在此下述情况是有利的：控制单元被配置用于，使在动作期持续时间和非动作期持续时间之间切换的实际频率在从下限值至上限值的多个频率值之间变化。由此在不改变照明功率的情况下影响可能的噪音形成。
此外控制单元可以被配置用于，与确定的动作期持续时间相关地计算非动作期持续时间，使得能达到平均期望电流强度。
可以与切换周期的切换周期持续时间无关地确定和调节非动作期持续时间，该切换周期产生于动作期持续时间。因此下述情况是不重要的，非动作期持续时间是否相应于切换周期持续时间的整数倍。
此外下述情况是有利的：控制单元被配置用于，测量和存储用于动作期持续时间的实际值。然后，测量的实际值可以用于计算并且如有必要调整非动作期持续时间，以便可以说进行微调。在此例如，流经光源组件的电流的平均电流强度可以更好地匹配于平均期望电流强度或可以达到用于实现预期频率的非动作期持续时间的长度或者说由动作期持续时间和非动作期持续时间组成的总持续时间的长度。
在一种优选实施方式中，变压器电路设计成降压变压器。降压变压器也被称为降压斩波器和降压变换器。
在一种实施方式中，变压器电路具有变压器电容器，其布置成与输出端子并联。变压器电容器因此在连接的光源组件处与光源组件并联。
在一种实施方式中，变压器电路具有变压器二极管。变压器二极管的阴极与变压器开关电连接，并且变压器二极管的阳极直接与变压器电容器电连接。
在一种优选实施方式中，测量电路具有配属于变压器电感的测量线圈。在测量线圈中根据变压器电感中的磁场来感应产生测量电压，其用作测量参量。感应产生的测量电压用于描述流经变压器电感的感应电流。
附加地或替选地，测量电路具有电流测量电阻。该电流测量电阻优选地与输出端子或与其所连接的光源组件串联。电流测量电阻处的电压因此用于描述在运行中流经光源组件的电流。
为了产生用于给变压器单元供电的直流电压可以使用直流电源，其尤其是可以由直流变压器构成。该直流变压器可以将电网电压转换成为变压器单元供电的被整流的直流电压。
附图说明
本发明的优选实施方式由从属权利要求、说明书和附图得出。下面借助附图详细阐述本发明的优选实施例。其中：
图1示出了用于操作光源组件的操作装置的实施例的框图，
图2示出了图1的操作装置的控制单元和变压器单元的实施例的框图，
图3示出了根据图2的变压器单元和控制单元连同变压器切换装置的实施例，该变压器切换装置由用于功率因数校正的集成电路构成，
图4和5分别示出了在连续工作模式中在根据图2和3的实施例中的感应电流经由变压器电感的示例性时间走向，
图6示出了针对变压器单元的非连续工作模式确定动作期持续时间和非动作期持续时间的示意性原理图，和
图7示出了在以流经光源组件的电流的低平均电流强度来操作所连接的光源组件时非连续工作模式的示例图。
附图标记列表
10 操作装置
11 直流电源
12 变压器单元
13 第一输入端子
14 第二输入端子
15 第一输出端子
16 第二输出端子
17 光源组件
18 半导体光源
19 控制单元
20 调光器
21 直流变压器
22 控制部
30 变压器开关
31 场效应晶体管
32 变压器电感
33 变压器二极管
34 变压器电容器
35 变压器切换装置
36 控制输出端
37 与门
38 第一比较元件
39 第一计数元件
40 计数输入端
41 第一计数单元
42 第二计数单元
43 第二计数元件
44 第二比较元件
45 复位输入端
46 起动输入端
47 第三计数单元
48 第三计数元件
49 检测元件
50 检测输入端
55 驱动器
56 测量电路
57 测量线圈
58 第一有效电阻
59 第一测量输入端
60 电流测量电阻
61 第二测量输入端
65 第二有效电阻
66 第三有效电阻
67 第四有效电阻
B 工作模式信号
D 调光信号
fist 实际频率
IP 电流峰值
IPmin 最小电流峰值
IL 感应电流
M 接地电位
Psoll 期望照明功率
R 复位信号
S 变压器切换信号
UG 直流电压
UN 电网电压
UV 供电电压
Ta 切断持续时间
Te 接通持续时间
tn 非动作期持续时间
TP 切换周期持续时间
ts 动作期持续时间
TG 总周期时间。
具体实施方式
在图1中说明了操作装置10的实施例的框图。该操作装置10具有直流电源11，该直流电源在输出侧提供直流电压UG。
在直流电源11上连接变压器单元12。变压器单元12具有第一输入端子13和第二输入端子14，在其之间提供直流电压UG。变压器单元12此外还具有第一输出端子15和第二输出端子16，其中具有至少一个光源和示例性地至少一个半导体光源18的光源组件17连接到输出端子15、16处。如果在光源组件17中设有多个半导体光源18，它们能彼此串联和/或并联。每个半导体光源18示例性地由发光二极管构成。
变压器单元12能通过控制单元19来操控。调光信号D由调光器20传输至控制单元19，该调光信号预先给定了期望电流强度Isoll用于流过变压器单元12的电流的平均值，而流过光源组件17的光源电流I1的平均值取决于该流过变压器单元12的电流。控制单元19根据调光信号D和尤其是根据期望电流强度Isoll来操控变压器单元12，并且借助变压器单元12相应于要求的期望电流强度Isoll调整实际的电流强度。
如在图1中示意性说明的，直流电源11示例性地由直流变压器21构成，该直流变压器可以通过控制部22来操控。对此可替选地，该控制单元19不仅用于操控变压器单元12也用于操控直流变压器21。该直流变压器21将输入侧的电网电压UN转换为被整流的直流电压UG。
在图2中说明了用于操作装置10的实施例的控制单元19和变压器单元12的框图。在第一输入端子13和第二输入端子14之间施加直流电压UG。示例性地，该第二输入端子14与参考电位、例如接地电位M连接。变压器单元12具有可操控的变压器开关30，其在实施例中由半导体开关和尤其是场效应晶体管31构成。场效应晶体管31的漏极端子与第一输入端子13连接。场效应晶体管31的源极端子通过变压器电感32与第一输出端子15连接。此外场效应晶体管31的源极端子与变压器二极管33的阴极连接，其阳极与第二输出端子16连接。此外，变压器电容器34连接在接入输出端子15、16之间并且其进而与光源组件17并联。
为了产生用于切换变压器开关30的变压器切换信号W，控制单元19具有变压器切换装置35。变压器切换装置35具有控制输出端36，在该控制输出端处提供变压器切换信号W。控制输出端36和与门37的非反相的输入端连接。与门37的输出端与变压器开关30的控制端子和示例性地场效应晶体管31的栅极端子连接。与门37的输出端示例性地通过驱动器55与场效应晶体管31的栅极端子连接。
与门37的另一个反相输入端与第一比较元件38的输出端连接。第一比较元件38的输入端与第一计数元件39连接。第一计数元件39的计数输入端40和与门37的输出端连接。第一计数元件39和第一比较元件38构成第一计数单元41。
此外，控制单元19示例性地具有第二计数单元42，该第二计数单元42具有第二计数元件43和与第二计数元件43连接的第二比较元件44。第二计数元件43具有用于产生计数时钟的内部时钟发生器，该计数时钟被传递至第二比较元件44。第二比较元件44具有输出端子，其与第二计数元件43的复位输入端45和第一计数元件39的复位输入端45连接。第二比较元件44可以通过输出端提供用于复位第一计数元件39和第二计数元件43的复位信号R。
第二计数元件43的起动输入端46与第一比较元件38的输出端连接。第一比较元件38在其输出端处提供工作模式信号B。
在此描述的实施例中还设有第三计数单元47，其具有第三计数元件48和与第三计数元件48连接的检测元件49。检测元件49的检测输入端50与第一比较元件38的输出端连接。
控制单元19此外还具有测量电路56。测量电路56示例性地具有测量线圈57，该测量线圈以下述方式配属于变压器电感32：变压器电感32的磁场能在测量线圈57中感应产生电压。在测量线圈57中感应产生的电压描述了流过变压器电感32的感应电流IL。测量线圈57一方面与接地电位M连接，另一方面通过第一有效电阻58与变压器切换装置35的第一测量输入端59连接。在测量线圈57中感应产生的电压构成了第一测量参量S1，其被传输至变压器切换装置35。
此外，测量电路56具有电流测量电阻60。该电流测量电阻60在一侧与变压器单元12的第二输出端子16以及与变压器切换装置35的第二测量输入端61连接，并且在另一侧与接地电位M连接。如果变压器二极管33在变压器开关30导通时中断，则施加在电流测量电阻60上的电压因此是流过变压器电感32的感应电流IL的表征。施加在电流测量电阻60上的电压构成了测量参量S2，该测量参量S2被输送至变压器切换装置35。即使变压器二极管33导通并且感应电流IL流经变压器二极管33但不流经电流测量电阻60，测量线圈57也实现了感应电流IL的测量。
在光源组件17被连接时，感应电流IL流经由光源组件17和变压器电容器34组成的并联电路，其中光源电流I1流经光源组件17且电容器电流I2流经变压器电容器34：IL＝I1+I2。通过变压器单元12提供的感应电流IL因此是光源电流I1的表征，由此为了根据调光信号D调节所希望的照明功率可以预先给定电流期望值Isoll用于感应电流IL的平均值，其被称为平均感应电流IL。
借助图4-7阐明了具有根据图2的控制单元19和变压器单元12的操作装置10的工作原理。
如果通过调光信号D所要求的平均感应电流IL的期望电流强度Isoll产生了电流强度的最大值(电流峰值IP)，其至少与最小可调节的电流峰值IPmin一样大，则变压器单元12可以在连续的工作模式下运行，正如在图4和5中示意性示出的那样。计数单元41、42、47是不动作的并且工作模式信号B为低(LOW)(数字零)，从而变压器切换信号W通过与门37传输至变压器开关30的控制端子(在此为场效应晶体管31的栅极)。变压器切换装置35评估施加在第一测量输入端59处的第一测量参量S1和施加在第二测量输入端61处的第二测量参量S2。通过第一测量参量S1确定感应电流IL的过零点。通过第二测量参量S2确定：流经变压器电感32的感应电流IL是否已经达到可预先给定的或可调节的电流峰值IP。在感应电流IL处于过零点时，变压器切换信号W切换为高(HIGH)(数字1)，并且变压器开关30切换至其导通状态。感应电流IL开始流动，其连续升高。只要感应电流IL达到电流限值IG，则变压器切换装置35将变压器切换信号W从高(HIGH)切换至低(LOW)，由此变压器开关30转为其中断状态。感应电流IL此外可以流经变压器电感32、光源组件17和变压器二极管33，其连续减少并最终达到零值。再次通过变压器切换装置35识别出该过零点，并且变压器开关30在下一个切换周期内再次接通。
在每个切换周期内，变压器开关30在接通持续时间te期间是导通的并且在随后的切断持续时间ta内是中断的。当感应电流IL处于过零点时，在每个切换周期开始时变压器开关30切换至其导通状态，在接通持续时间te结束时切换至其中断状态，并且在切断持续时间ta期间停留在此状态直至切换周期结束。接通持续时间te和切断持续时间ta的总和相应于切换周期持续时间TP。
变压器单元12的在图4和5中说明的工作模式可以称作连续工作模式或也能称作临界工作模式，其中一旦感应电流IL的过零点被确定，则感应电流IL的流动立即通过切换变压器开关30重新被引起。感应电流IL在两个依次的切换周期之间的中断持续时间在这种连续工作模式下尽可能短。为了正确计算平均感应电流IL，必须考虑该中断持续时间。为此例如引入描述中断持续时间的校正因数。各个切换周期在连续工作模式下基本上直接相互连接，并且中断持续时间如技术限制下能实现的那样短。
通过比较图4和5可以示意性看出，照明功率的降低在连续工作模式下可以通过减小电流峰值IP实现。例如在调光信号或其它描述照明功率的信号被传递至其的变压器切换装置35中，可以借助平均感应电流IL的期望电流强度Isoll确定电流峰值IP。这导致了：切换周期持续时间TP减少并且变压器开关30的切换频率被提高。在所要求的照明功率非常低、即电流峰值IP非常低时切换频率非常高，并且连续工作模式不适于或无法配置用于更强的调光，例如自约200kHZ的切换频率起。确定或预先给定不允许被低于的最小电流峰值IPmin。因此，如果期望电流强度Isoll导致小于最小电流峰值IPmin的电流峰值IP，则根据本发明从连续工作模式切换为非连续工作模式。
在该非连续工作模式下，电流峰值IP不会继续减小，而是恒定保持为最小电流峰值IPmin。由此得出最小切换周期持续时间TPmin(当IP＝IPmin时)，如在图7中所示。为了能继续降低光源组件17的照明功率，在变压器单元12的非连续工作模式下确定并交替调整动作期持续时间ts和非动作期持续时间tn，其相应于总持续时间TG的总和。在动作期持续时间期间与连续工作类似地允许变压器开关30的切换，而变压器开关30在非动作期持续时间tn期间保持在其中断状态下。动作期持续时间ts或与一个最小切换周期持续时间TPmin大小相等或与多个最小切换周期持续时间TPmin大小相等。在图7中示例性示出非连续工作模式，其中动作期持续时间ts与三个最小切换周期持续时间TPmin大小相等。紧随其后连接非动作期持续时间tn，在此期间变压器开关保持不导通。
非动作期持续时间tn可以与最小切换周期持续时间TPmin无关地被确定或调整。
基于具有最小切换周期持续时间TPmin的连续工作，与所要求的期望照明功率对比照明功率极限值的份额相应地确定动作期持续时间ts对比总持续时间TG的份额，该最小切换周期持续时间为从连续工作至非连续工作的过渡的照明功率的极限值。由此首先得出持续时间计算值tr。该持续时间计算值tr相应于计算因数乘以切换周期持续时间TP、例如最小切换周期持续时间TPmin。计算因数四舍五入至整数(即包括一不包括零的自然数)(见图6)。然后使非动作期持续时间tn匹配于所确定的动作期持续时间ts，从而尽可能理想地满足下述条件中的一个或多个：
1.如此选择在动作期持续时间ts和非动作期持续时间tn之间的比，即照明功率尽可能地接近期望照明功率；
2.非动作期持续时间tn至少与预先给定的最小持续时间一样长或位于非动作期持续时间tn的预先给定的期望持续时间范围内；
3.由动作期持续时间ts和非动作期持续时间tn构成的总持续时间TG尽可能相应于预先给定的总期望持续时间或位于总持续时间TG的预先给定的期望持续时间范围内。
通过上述第三个条件可以在非连续工作模式下达到预期的频率，由此避免光源组件17的闪烁。
此外，足够长地选择非动作期持续时间tn，从而在变压器开关30由导通状态切换至中断状态时可能出现的电压振荡由于缓冲而减弱(参见上述第二个条件)。
下面要借助图6基于实例来阐明用于执行非连续工作的参数。
例如可以设想，由调光信号D所要求的照明功率为最大照明功率的25％。也可以设想，照明功率在连续工作中可以被减小至最大照明功率的50％。所以基于最小电流峰值IPmin，在动作期持续时间ts和非动作期持续时间tn之间占空比达到50％，以相应于最大可能照明功率的25％获得预期照明功率。
在此可以设想3000Hz的目标频率fZiel作为参数或第一边界条件，以便防止光源组件17闪烁。
在此适用：
其中PWM是占空比，示例性地为50％，并且n表示在动作期持续时间ts期间切换周期的数量。对于目标频率fZiel适用：
然后由上述公式(1)和(2)在动作期持续时间ts内可以确定切换周期的数量n：
对于在此示例性设想的数值来说：该占空比PWM等于0.5，最小切换周期持续时间TPmin例如为10μs并且目标频率fZiel为3000Hz。由此得出在动作期持续时间ts内切换周期的计算数量n*，即作为计算结果n*等于16.67。因为切换周期的数量只能是整数，则计算数值n*四舍五入，示例性地n等于17。在最小切换周期持续时间TPmin时如下所述得出非动作期持续时间tn：
通过切换周期的数量的计算数值n*四舍五入为整数，则预先给定的目标频率fZiel不能被精确地得到。借助公式(2)能确定实际得出的实际频率fist，其在本数例中fist等于2941Hz。基于第一边界条件得出的实际频率fist可以作为极限值并且尤其是作为用于定义频率范围的下限值。
另一个第二边界条件可以是非动作期持续时间tn的最小持续时间。最小持续时间可以如此预先给定，使得在变压器开关30上位于感应电流IL的过零点之后的电压的振荡通过系统中存在的阻尼被充分减弱。上面给出的公式(1)和(2)相应地适用。例如作为最小持续时间选择非动作期持续时间tn等于56μs。如果应用于公式(1)中，动作期持续时间ts的切换周期的数量n四舍五入之后得出n等于6。
随后，借助切换周期的数量类似于公式(4)可以确定非动作期持续时间tn，在此得出tn等于60μs。
类似于公式(2)，对于由此得出的实际频率fist适用：
基于第二边界条件得出的实际频率fist可以作为极限值且尤其可以作为用于定义频率范围的上限值。
基于之前的计算，一方面通过预先给定目标频率fZiel并且另一方面通过预先给定非动作期持续时间tn的最小持续时间，可以分别为频率范围确定极限值。例如可以基于预先给定目标频率来确定实际频率fist，并且该实际频率fist用作频率下限值。附加地，可以通过预先给定非动作期持续时间tn的最小持续时间来计算实际频率fist，其可以用作频率的上限值。在下限值和上限值之间的范围内，与用于动作期持续时间ts的切换周期的数量n的选择相关地，可以根据下述关系式对相同占空比PWM的不同的频率进行调整：
在此下述情况是可能的，在不改变照明功率的情况下改变和调整动作期持续时间ts的切换周期的数量n，由此能影响产生的噪音。在考虑之前确定的示例性数量值时，在占空比PWM等于50％时通过从n等于6至n等于17来改变动作期持续时间ts的切换周期的数量n、根据公式(6)可以得出十二种不同的频率f(n)，在它们之间可以进行切换，而不会改变光源组件的亮度或照明功率。
下述情况也是可能的，在下极限频率和上极限频率之间的总频谱内任意改变实际频率，其中这一点仅通过改变占空比和因此改变照明功率和亮度来实现。为此可以使用一种算法，该算法根据公式(6)将离散的可能的频率f(n)用作参考点，并且改变离散值f(n)之间的频率f，从而得出平均照明功率，该照明功率相应于所要求的照明功率并且在此使得照明功率与平均照明功率的偏差(差异)最小化。
在动作期持续时间ts期间和/或在变压器单元12的连续工作期间，在下述时刻接通变压器开关30(变压器切换信号W的上升的边沿)，在该时刻场效应晶体管31的在变压器开关30上施加的振荡的电压(漏极-源极-电压)具有第一最小值。这一点与感应电流IL的过零点相应。
确定的动作期持续时间ts存储在第一比较元件38中且确定的非动作期持续时间tn存储在第二比较元件44中。切换周期的数量由第一计数元件39通过计数输入端40采集。在第一比较元件38中测试：是否达到相应于动作期持续时间ts的切换周期数量。如果是这种情况，则在第一比较元件38的输出端处将工作模式信号B从低(LOW)切换至高(HIGH)。由此与门37可以说被锁定。该与门用作门电路并且能够中断变压器切换信号W，该变压器切换信号随后不再被传输至变压器开关30。
计数元件39优选随着出现变压器切换信号W的下降边沿而增量。由此能实现，工作模式信号B从低(LOW)向高(HIGH)的切换过程优选地直接发生在变压器切换信号W的下降边沿上。通过这种时间协调能避免峰值。
工作模式信号B此外被传输至起动输入端46，该起动输入端起动第二计数元件43，只要运行切换信号B从低(LOW)切换至高(HIGH)。在第二比较元件44中检测，已确定的或存储的非动作期持续时间tn是否过期。只要已经确定这一点，则第二比较元件44产生用于第一计数元件39和第二计数元件43的复位信号。由此在第一计数单元41中引起了，工作模式信号B再次从高(HIGH)切换至低(LOW)，这标志着下一个动作期持续时间ts的开始。与门37能将变压器切换信号W传输至变压器开关30。因为感应电流IL是零，所以变压器切换装置35引起变压器开关30切换至导通状态，并且开始下一个动作期持续时间ts。只要在动作期持续时间ts期间达到预先给定的切换周期的数量，则与门37通过工作模式信号B再次被中断，变压器开关30同样被中断并且非动作期持续时间tn开始。这种流程在非连续工作期间循环重复，其中循环持续时间相应于总持续时间TG。
借助可选的第三计数单元47能测量实际的动作期持续时间ts。通过工作模式信号B从低(LOW)被切换至高(HIGH)，检测单元49经由检测输入端50来激活并借助第三计数元件48的计数脉冲来检测时间。随着动作期持续时间ts结束，工作模式信号B从低(LOW)被切换至高(HIGH)，这一点通过检测元件49检测并且进而确定动作期持续时间ts的精确的持续时间。该持续时间可以用于确定和/或调整非动作期持续时间tn。
在描述的实施例中未对流径光源组件的电流进行调节。流经光源组件的光源电流I1或光源组件17的照明功率在不反馈相应的测量值的情况下进行调节或控制。
在图3中说明在使用PFC-ICs的情况下用于实现控制单元19的实施方案。例如的MP44014类的IC作为PFC-IC投入使用，其构成变压器切换装置35。这种IC的结构和作用方式已知，因此不需要对此详细叙述。所使用的IC具有八个端子。IC端子“ZCS”构成第一测量输入端59而IC端子“CS”构成第二测量输入端61。IC端子“栅极”构成控制输出端36。IC供电端子“VCC”与供电电压UV连接并且接地端子“GND”与接地电位M连接。
第一脉冲宽度调制信号PWM1经由第二有效电阻65施加于IC端子“MULT”处，并且第二脉冲宽度调制信号PWM2经由第三有效电阻66施加于IC输入端“FB”处，并且通过由第三有效电阻66和第四有效电阻67组成的串联电路施加于IC端子“COMP”处。第一电容器68使IC端子“MULT”与接地电位M连接，并且第二电容器69使IC端子“FB”和“COMP”连接。电容器68、69限定脉冲宽度调制信号PWM1、PWM2的带宽。
脉冲宽度调制信号PWM1、PWM2通过变压器切换装置35中的乘法器彼此相乘并且定义电流限值IG。通过两个脉冲宽度调制的和过滤的、尤其是低通过滤的信号的相乘能实现二次方特征曲线并且在数字量化时、尤其在低电流强度时改善分辨率。
本发明涉及用于操作光源组件17的操作装置10和方法。向变压器单元12提供直流电压UG。光源组件17在输出侧连接到变压器单元12上。控制单元19操控变压器单元12的变压器开关30。变压器单元12具有与变压器开关30串联布置的变压器电感32。借助测量电路56检测表示流经变压器电感32的感应电流IL的至少一个测量参量。为控制单元19预先给定期望电流强度Isoll用于感应电流IL的平均值。期望电流强度Isoll表示设定的照明功率。可以由期望电流强度Isoll如此确定感应电流IL的电流峰值IP，使得感应电流IL的相应于期望电流强度Isoll的平均值被设定。控制单元19产生变压器切换信号W，其使得变压器开关30切换至其导通状态或其中断状态。如果感应电流IL具有过零点，切换周期开始时将变压器开关30切换至其导通状态。然后感应电流IL升高并且达到确定的或预先给定的电流峰值IP。在该时刻，变压器开关30被切换至其中断状态，这导致感应电流IL下降。一旦感应电流IL等于零，则切换周期结束并且下一个切换周期开始。如果期望电流强度Isoll小于流经变压器单元12的电流在不应被低于的预先给定的最小电流峰值IPmin时的平均值，则变压器单元12在非连续工作模式下运行，其中动作期持续时间ts包括一个或多个完整的切换周期，并且动作期持续时间ts连接于非动作期持续时间tn。动作期持续时间ts与非动作期持续时间tn被协调成，使得感应电流IL至少基本上相应于期望电流强度Isoll。此外，可以选择非动作期持续时间tn，使得其具有最小持续时间。替选地或附加地，在保持动作期持续时间ts与非动作期持续时间tn之比的情况下，调节或预先给定总持续时间TG，使得非动作期持续时间tn不小于最小持续时间和/或至少基本上达到总持续时间期望值。

Claims (19)

1.操作装置(10)，用于操作与所述操作装置(10)连接的光源组件(17)，所述操作装置包括：
变压器单元(12)，所述变压器单元具有用于施加直流电压(UG)的输入端子(13、14)、能与所述光源组件(17)电连接的输出端子(15、16)、能操控的变压器开关(30)和变压器电感(32)，
控制单元(19)，所述控制单元被配置用于基于用于流经变压器电感(32)的感应电流(IL)的平均值的期望电流强度(Isoll)来操控所述变压器单元(12)，
测量电路(56)，所述测量电路被配置用于测量表征所述感应电流(IL)的至少一个测量参量，其中所述至少一个测量参量被传输至变压器切换装置(35)，
其中所述变压器切换装置(35)被配置用于产生变压器切换信号(W)，一旦所述至少一个测量参量指出所述感应电流(IL)的过零点，所述变压器切换信号(W)就在切换周期期间将变压器开关(30)切换至导通状态，并且一旦所述至少一个测量参量指出所述感应电流(IL)已达到能预先给定的电流峰值(IP)，所述变压器切换信号(W)就在切换周期期间将所述变压器开关(30)切换至中断状态，
其中所述控制单元(19)被配置用于：如果所述期望电流强度(Isoll)小于所述感应电流(IL)在预先给定的最小电流峰值(IPmin)时的平均值，在非连续工作模式下运行所述变压器单元(12)，
其中所述控制单元(19)被配置用于：为非连续工作模式基于所述期望电流强度(Isoll)确定非动作期持续时间(tn)和描述动作期持续时间(ts)的切换周期的数量，并且在所述动作期持续时间(ts)期间通过所述变压器切换信号(W)实现所述变压器开关(30)的切换，并且在所述非动作期持续时间(tn)期间禁止将所述变压器开关(30)切换至导通状态。
2.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，
所述控制单元(19)被配置用于：如果所述期望电流强度(Isoll)至少与所述感应电流(IL)在预先给定的最小电流峰值(IPmin)时的平均值一样大，在连续工作模式下运行所述变压器单元(12)。
3.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，
所述控制单元(19)被配置用于：基于所述期望电流强度(Isoll)以及所述动作期持续时间和所述非动作期持续时间(tn)的预先给定的总持续时间期望值，首先计算用于所述动作期持续时间(ts)的持续时间计算值(tr)且基于所述持续时间计算值(tr)确定所述动作期持续时间(ts)。
4.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，
所述控制单元(19)被配置用于：基于所述期望电流强度(Isoll)以及所述非动作期持续时间(tn)的预先给定的最小值，首先计算所述动作期持续时间(ts)的持续时间计算值(tr)且基于所述持续时间计算值(tr)确定所述动作期持续时间(ts)。
5.根据权利要求3或4所述的操作装置，其特征在于，
所述控制单元(19)被配置用于：选择切换周期持续时间(TP、TPmin)的最接近所述持续时间计算值(tr)的整数倍之一，以获得所述动作期持续时间(ts)。
6.根据权利要求3或4所述的操作装置，其特征在于，
所述控制单元(19)被配置用于：根据所述动作期持续时间(ts)计算所述非动作期持续时间(tn)，使得得出的在所述感应电流(IL)和所述期望电流强度(Isoll)之间的差尽可能小。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置，其特征在于，
所述控制单元(19)被配置用于：基于所述期望电流强度(Isoll)和第一边界条件确定描述由所述动作期持续时间(ts)和所述非动作期持续时间(tn)组成的总持续时间(TG)的第一极限值，并且基于所述期望电流强度(Isoll)和第二边界条件确定描述由所述动作期持续时间(ts)和所述非动作期持续时间(tn)组成的总持续时间(TG)的第二极限值。
8.根据权利要求7所述的操作装置，其特征在于，
所述第一边界条件是描述所述总持续时间(TG)的目标频率(fZiel)和/或所述第二边界条件是所述非动作期持续时间(tn)的最小持续时间。
9.根据权利要求7所述的操作装置，其特征在于，
所述第一极限值相应于在所述动作期持续时间和所述非动作期持续时间之间的切换的实际频率(fist)的下限值，且所述第二极限值相应于实际频率(fist)的上限值。
10.根据权利要求9所述的操作装置，其特征在于，
所述控制单元(19)被配置用于：使在所述动作期持续时间和所述非动作期持续时间之间的切换的所述实际频率(fist)在从所述下限值至所述上限值的多个频率值之间变化。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置，其特征在于，
所述控制单元(19)被配置用于：测量和存储所述动作期持续时间(ts)的实际值。
12.根据权利要求11所述的操作装置，
所述控制单元(19)被配置用于：根据所述动作期持续时间(ts)的所测量的和所存储的实际值计算所述非动作期持续时间(tn)。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置，其特征在于，
变压器电路(12)是降压变压器。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置，其特征在于，
变压器电路(12)具有变压器电容器(34)，所述变压器电容器与所述输出端子(15、16)并联。
15.根据权利要求14所述的操作装置，其特征在于，
所述变压器单元(12)具有变压器二极管(33)，所述变压器二极管的阴极与所述变压器开关(30)和所述变压器电感(32)直接电连接，并且所述变压器二极管的阳极与所述变压器电容器(34)直接电连接。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置，其特征在于，
所述测量电路(56)具有配属于所述变压器电感(32)的测量线圈(57)，在所述测量线圈中通过所述变压器电感(32)的磁场感应产生电压作为测量参量。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置，其特征在于，
所述测量电路(56)具有电流测量电阻(60)，所述电流测量电阻与所述输出端子(15、16)串联。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的操作装置，其特征在于，
设有用于产生直流电压(UG)的直流变压器(21)。
19.用于借助操作装置(10)操作光源组件(17)的方法，所述操作装置包括：变压器单元(12)，所述变压器单元具有变压器开关(30)、变压器电感(32)、施加直流电压(UG)的输入端子(13、14)、和与所述光源组件(17)电连接的输出端子(15、16)；和测量电路(56)，所述测量电路(56)被配置用于测量至少一个测量参量，所述测量参量表征流经所述变压器电感(32)的感应电流(IL)，所述方法包括：
-针对所述感应电流(IL)预先给定期望电流强度(Isoll)，
-产生变压器切换信号(W)，一旦所述至少一个测量参量指出所述感应电流(IL)的过零点，所述变压器切换信号(W)就在切换周期期间将所述变压器开关(30)切换至导通状态，一旦所述至少一个测量参量指出所述感应电流(IL)已达到预先给定的电流峰值(IP)，所述变压器切换信号(W)就在所述切换周期期间将所述变压器开关(30)切换至中断状态，
-如果所述期望电流强度(Isoll)小于所述感应电流(L)在预先给定的最小电流峰值(IPmin)时的平均值，则设定非连续工作，其中基于所述期望电流强度(Isoll)确定描述动作期持续时间(ts)的切换周期的数量和非动作期持续时间(tn)，并且在所述动作期持续时间(ts)期间通过所述变压器切换信号(W)实现所述变压器开关(30)的切换，并在所述非动作期持续时间(tn)期间通过所述变压器切换信号(W)禁止所述变压器开关(30)的切换。
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