DE102010039154A1 - Modulation of a PFC in DC mode - Google Patents

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Peter Lampert
Dr. Mitterbacher Andre
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Abstract

Ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere eines Elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) für Gasentladungslampen, weist eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) zur Verringerung von Oberschwingungen bei der Eingangsstromaufnahme auf. Dabei wird eingangsseitig nur während vorbestimmter Zeitdauern (tON) Strom aufgenommen. Die vorbestimmte Zeitdauer (tON) der Stromaufnahme wird dabei bei eingangsseitigem Anliegen einer DC-Spannung moduliert, wobei der Modulationshub lastabhängig ist.An operating device for illuminants, in particular an electronic ballast (EVG) for gas discharge lamps, has a power factor correction circuit (PFC) for reducing harmonics in the input current consumption. On the input side, current is only consumed during predetermined time periods (tON). The predetermined time period (tON) of the current consumption is modulated when a DC voltage is present on the input side, the modulation stroke being load-dependent.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Betrieb eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel, wie beispielsweise eines elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) für Gasentladungslampen oder LEDs. Das Betriebsgerät weist dabei eine aktiv getaktete Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC, Power Factor Correction) zur Verringerung von Oberschwingungen bei der Eingangsstromaufnahme auf, die bspw. in Form eines Schaltreglers (Hochsetzstellers) mit einem getakteten Schalter ausgebildet ist, wobei der Schalter von einer Steuerschaltung angesteuert wird.The invention relates to methods for operating a control gear for lighting, such as an electronic ballast (ECG) for gas discharge lamps or LEDs. The operating device in this case has an actively clocked power factor correction circuit (PFC, Power Factor Correction) for reducing harmonics in the input current recording, which is formed, for example, in the form of a switching regulator (boost converter) with a clocked switch, wherein the switch is controlled by a control circuit becomes.
  • Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Computersoftware-Programmprodukt zur Unterstützung eines derartigen Verfahrens, auf einen Steuerbaustein, der durch Programmierung und/oder Hartverdrahtung ein derartiges Verfahren unterstützen kann, sowie auf ein Betriebsgerät für Leuchtmittel.The invention further relates to a computer software program product for supporting such a method, to a control module which can support such a method by programming and / or hard wiring, as well as to an operating device for lighting means.
  • Wie gesagt, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Betriebsgeräte für Lasten in Form von Leuchtmittel, die PFC-Schaltungen aufweisen. Ein derartiges, aus der DE 10128588 A1 bekanntes Betriebsgerät ist in 1 dargestellt. Genauer gesagt handelt es sich bei dem in 1 dargestellten Gerät um ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG). Dieses in 1 dargestellte Vorschaltgerät ist eingangsseitig über ein Hochfrequenzfilter 1 an eine Netzversorgungsspannung U0 angeschlossen. Der Ausgang des Hochfrequenzfilters 1 ist mit einer Gleichrichterschaltung 2 in Form eines Vollbrückengleichrichters verbunden. Die von der Gleichrichterschaltung 2 gleichgerichtete Versorgungswechselspannung stellt zugleich die Eingangsspannung Ui für die Glättungsschaltung 3 dar. Diese wird im vorliegenden Beispiel durch einen Glättungskondensator C1 sowie eine Induktivität L1, einen steuerbaren Schalter in Form eines MOS-Feldeffekttransistors S1 und eine Diode D1 aufweisenden Hochsetzsteller gebildet. Anstelle des Hochsetzstellers können auch andere Schaltregler verwendet werden. Die PFC-Schaltung wird durch die Wahl der Ansteuerung des Schalters S1 gebildet.As said, the present invention relates to loads in the form of bulbs having PFC circuits. Such, from the DE 10128588 A1 known operating device is in 1 shown. More specifically, it is in the 1 shown device to an electronic ballast (ECG). This in 1 The ballast shown on the input side via a high-frequency filter 1 connected to a mains supply voltage U 0 . The output of the high frequency filter 1 is with a rectifier circuit 2 connected in the form of a full-bridge rectifier. That of the rectifier circuit 2 rectified AC supply voltage also represents the input voltage U i for the smoothing circuit 3 This is formed in the present example by a smoothing capacitor C1 and an inductance L1, a controllable switch in the form of a MOS field effect transistor S1 and a diode D1 having boost converter. Instead of the boost converter, other switching regulators can be used. The PFC circuit is formed by the selection of the control of the switch S1.
  • Durch ein entsprechendes Schalten des MOS-Feldeffekttransistors S1 wird in an sich bekannter Weise (s. beispielsweise auch WO 99/34647 A1 ) eine über dem nachfolgend angeordneten Speicherkondensator C2 anliegende Zwischenkreisspannung UZ erzeugt, die dem Wechselrichter 4 zugeführt wird. Der Wechselrichter 4 wird im vorliegenden Beispiel durch zwei weitere in einer Halbbrückenanordnung angeordnete MOS-Feldeffekttransistoren S2 und S3 gebildet. Durch hochfrequentes Takten dieser beiden Schalter S2 und S3 wird an deren Mittenabgriff eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, die dem Lastkreis 5 mit der daran angeschlossenen Gasentladungslampe LA zugeführt wird.By a corresponding switching of the MOS field-effect transistor S1 is in a conventional manner (see, for example, also WO 99/34647 A1 ) generates an applied over the subsequently arranged storage capacitor C2 intermediate circuit voltage U Z , which the inverter 4 is supplied. The inverter 4 is formed in the present example by two further arranged in a half-bridge arrangement MOS field effect transistors S2 and S3. By high-frequency clocking these two switches S2 and S3, a high-frequency alternating voltage is generated at the center tap, which the load circuit 5 is supplied with the connected gas discharge lamp LA.
  • Die Funktionsweise dieses Hochsetzstellers ist im Prinzip bereits bekannt und soll daher im folgenden lediglich kurz zusammengefasst werden. Ist der Feldeffekttransistor S1 leitend, steigt der Strom in der Induktivität L1 linear an. Sperrt hingegen der Feldeffekttransistor S1, entlädt sich der Strom in den Speicherkondensator C2. Durch ein gezieltes Ansteuern des Schalters S1 kann die Energieaufnahme des Hochsetzstellers und damit auch die an dem Speicherkondensator C2 anliegende Zwischenkreisspannung (Busspannung) UZ beeinflusst werden.The operation of this boost converter is already known in principle and should therefore be summarized in the following only briefly. If the field effect transistor S1 is conductive, the current in the inductance L1 increases linearly. If, however, the field effect transistor S1 blocks, the current discharges into the storage capacitor C2. By selectively controlling the switch S1, the energy consumption of the boost converter and thus also the intermediate circuit voltage (bus voltage) U Z applied to the storage capacitor C2 can be influenced.
  • Das Ansteuern des Schalters S1 des Hochsetzstellers erfolgt durch eine Steuerschaltung 6, welche entsprechende Schaltinformationen erzeugt und an eine sich an die Steuerschaltung 6 anschließende Treiberschaltung 7 übermittelt. Diese wiederum setzt die Schaltinformationen in entsprechende Leistungs-Steuersignale um und steuert über die Leitung 14 das Gate des Feldeffekttransistors S1. In gleicher Weise werden von der Steuerschaltung 6 und der Treiberschaltung 7 auch Signale zum Ansteuern der beiden Feldeffekttransistoren S2 und S3 des Wechselrichters 4 erzeugt. Sämtliche Komponenten der Steuereinheit 6 können beispielsweise über einen zentralen Taktgeber 8 synchronisiert werden, der ihnen entsprechende Taktsignale übermittelt. Die Steuereinheit 6 ist als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet und nimmt dementsprechend nur wenig Platz ein.The driving of the switch S1 of the boost converter is effected by a control circuit 6 which generates corresponding switching information and to a to the control circuit 6 subsequent driver circuit 7 transmitted. This in turn converts the switching information into corresponding power control signals and controls over the line 14 the gate of the field effect transistor S1. In the same way are from the control circuit 6 and the driver circuit 7 also signals for driving the two field effect transistors S2 and S3 of the inverter 4 generated. All components of the control unit 6 for example, via a central clock 8th be synchronized, which transmits them corresponding clock signals. The control unit 6 is designed as an application-specific integrated circuit (ASIC) and accordingly takes up little space.
  • Das Berechnen der Schaltinformationen für den Schalter S1 des Hochsetzstellers erfolgt durch einen innerhalb der Steuerschaltung 6 angeordneten digitalen Regelkreis 9. Hierzu weist die Steuerschaltung 2 Analog/Digital-Wandler ADC1 und ADC2 auf, welche die über die Eingangsleitung 15 zugeführte Eingangsspannung Ui und die über die Eingangsleitung 16 zugeführte Zwischenkreisspannung UZ in Digitalwerte umsetzen.The calculation of the switching information for the switch S1 of the boost converter is performed by one within the control circuit 6 arranged digital control loop 9 , For this purpose, the control circuit 2 Analog / digital converters ADC 1 and ADC 2 on which the via the input line 15 supplied input voltage U i and via the input line 16 convert supplied DC link voltage U Z into digital values.
  • Der Rechenblock 12 dient dazu, auf Basis des aktuellen Werts der Zwischenkreisspannung UZ eine geeignete Einschaltdauer für den Schalter S1 zu berechnen. Bevor allerdings anhand der von dem Rechenblock 12 bestimmten Einschaltdauer ein Steuersignal für den Schalter S1 erzeugt wird, wird die Einschaltdauer allerdings noch durch einen Zusatzwert ergänzt (verlängert), der von dem Schaltzeit-Verlängerungsblock 13 bestimmt wird. Hierzu weist der Schaltzeit-Verlängerungblock 13 einen Speicher mit einer Tabelle auf, die jeden Wert der Eingangsspannung Ui ein bestimmtes Zeitintervall zuordnet, um das die Einschaltzeit des Schalters S1 verlängert wird. Der Wert dieses Zusatzintervalles wird der von dem Rechenblock 12 berechneten Einschaltdauer wie gesagt hinzugefügt und einem Ausgangsblock 11 übermittelt. Dieser erzeugt eine entsprechende Schaltinformation, die der Treiberschaltung 7 zugeführt wird, welche dann schließlich durch ein entsprechendes Steuersignal über die Leitung 14 an den Schalter S1 übermittelt.The computational block 12 serves to calculate on the basis of the current value of the intermediate circuit voltage U Z a suitable duty cycle for the switch S1. Before, however, on the basis of the computational block 12 certain duty cycle, a control signal for the switch S1 is generated, the duty cycle is, however, supplemented (extended) by an additional value of the switching time extension block 13 is determined. For this purpose, the switching time extension block 13 a memory having a table which assigns each value of the input voltage U i a certain time interval by which the on-time of the switch S1 is prolonged. The value of this additional interval becomes that of the arithmetic block 12 Calculated duty cycle as I said added and an output block 11 transmitted. This generates a corresponding switching information, that of the driver circuit 7 is fed, which then finally by a corresponding control signal via the line 14 transmitted to the switch S1.
  • In allgemeinster Weise besteht der Zusammenhang zwischen der Einschaltverlängerung und der Eingangsspannung darin, dass die Einschaltverlängerung umso größer ist, je niedriger die Eingangsspannung Ui ist. Insbesondere wird also die Einschaltverlängerung im Bereich der Nulldurchgänge der sinusförmigen Wechselspannung erfolgen, die am Eingang anliegt.In the most general way, the relationship between the turn-on extension and the input voltage is that the lower the input voltage U i , the greater the turn-on extension. In particular, therefore, the switch-on extension will take place in the region of the zero crossings of the sinusoidal alternating voltage which is present at the input.
  • Ergänzend ist zu bemerken, dass die Steuerschaltung 6 auch zum Betreiben der beiden Schalter S2 und S3 des Wechselrichters 4 verwendet wird. Hierzu können ein oder mehrere – nicht dargestellte – Analog/Digital-Wandler vorgesehen sein, welche dem Lastkreis 5 entnommene Betriebsparameter in Digitalwerte umsetzen und dem digitalen Regelkreis 9 zuführen. Dargestellt ist ein Regelblock 10, der in Abhängigkeit von den Eingangssignalen Steuerinformationen für die Schalter S2 und S3 berechnet und der Treiberschaltung 7 übermittelt. Die Treiberschaltung 7 erzeugt wiederum entsprechende Steuersignale und überträgt diese über die Leitungen 17 und 18 an die Gates der beiden Feldeffekttransistoren S2 und S3 des Wechselrichters 4.In addition, it should be noted that the control circuit 6 also for operating the two switches S2 and S3 of the inverter 4 is used. For this purpose, one or more - not shown - analog / digital converter may be provided, which the load circuit 5 convert extracted operating parameters into digital values and the digital control loop 9 respectively. Shown is a rule block 10 which calculates control information for the switches S2 and S3 in response to the input signals and the driver circuit 7 transmitted. The driver circuit 7 in turn generates corresponding control signals and transmits them via the lines 17 and 18 to the gates of the two field effect transistors S2 and S3 of the inverter 4 ,
  • Die geschilderte aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung ist für den AC-Betrieb gut geeignet, schließlich erfolgt ja die Einschaltzeitdauerverlängerung abhängig von einer Erfassung der Nulldurchgänge der anliegenden sinusförmigen Wechselspannung U0.The described known from the prior art circuit is well suited for AC operation, after all, yes, the switch-on time extension is dependent on a detection of the zero crossings of the applied sinusoidal AC voltage U 0 .
  • Allgemein ist dagegen bei Anliegen einer DC-Spannung an eine derartige Schaltung die Einschaltzeitdauer-Verlängerung außer Kraft. Das Anliegen einer DC-Spannung erfolgt beispielsweise im Notbetrieb. Die bekannte Schaltung arbeitet also im Notbetrieb ohne Einschaltdauerverlängerung und somit mit konstanter Frequenz. Diese feste Betriebsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) 3 erzeugt somit Störungen mit im wesentlichen fester Frequenz. Dies kann Probleme mit den auch für Notlichtbetrieb (DC-Betrieb) geltenden EMV-Vorschriften geben.Generally, however, when a DC voltage is applied to such a circuit, the on-time extension is disabled. The concern of a DC voltage, for example, in emergency mode. The known circuit thus operates in emergency mode without duty cycle extension and thus with a constant frequency. This fixed operating frequency of the power factor correction circuit (PFC) 3 thus generates interference at a substantially fixed frequency. This can cause problems with the EMC regulations that also apply to emergency lighting operation (DC operation).
  • WO 2006/042640 A2 schafft für dieses Problem Abhilfe, indem sie lehrt, dass auch bei einer DC-Versorgung der PFC, der dann eigentlich mit konstanter Schaltfrequenz schalten würde, gezielt eine Frequenzveränderung (ein sogenannter „Sweep Mode”, auch als „wobbeln” bekannt, d. h. eine zyklisch wiederkehrende Beschleunigung und Verlangsamung einer Frequenz) durchgeführt wird. WO 2006/042640 A2 Removes this problem by teaching that, even with a DC supply, the PFC, which would then actually switch with a constant switching frequency, specifically detects a frequency change (a so-called "sweep mode", also known as "wobbling", ie cyclically recurring acceleration and deceleration of a frequency) is performed.
  • In der praktischen Ausgestaltung sieht dies insbesondere derart aus, dass ausgehend von einem nominalen Ton-Wert für den Schalter des Konverters stufenweise die Ton-Zeit inkrementiert wird, und dann wieder verringert wird, bis sie symmetrisch unterhalb des nominalen Ton-Werts abgesunken ist. Dies wiederholt sich zyklisch.In the practical embodiment, this is particularly such that, starting from a nominal T on value for the switch of the converter, the T on time is gradually increased, and then reduced again until it has fallen symmetrically below the nominal T on value is. This is repeated cyclically.
  • Dies bedeutet, dass für den AC-Betrieb die aus 1 bekannte Schaltung weiter verwendet werden kann. Indessen wird im DC-Betrieb die Betriebsfrequenz des PFC moduliert, um sozusagen das Störspektrum der Schaltung auf Nebenbänder außerhalb der Mitten-Betriebsfrequenz zu „verwässern”. Dies ermöglicht eine Einhaltung der EMV-Vorschriften. Die Modulation kann dabei in einer Änderung der Modulationstiefe (d. h. Verlängerung/Verkürzung der Einschaltzeit des getakteten Schalters) und/oder der Änderung der Schaltfrequenz liegen.This means that for the AC operation the off 1 known circuit can continue to be used. Meanwhile, in DC operation, the operating frequency of the PFC is modulated so as to "dilute" the noise spectrum of the circuit to sub-bands outside the center operating frequency. This allows compliance with EMC regulations. The modulation may be a change in the modulation depth (ie extension / shortening of the switch-on time of the clocked switch) and / or the change of the switching frequency.
  • Bei geringen Dimmwerten und/oder bei geringer Last ist natürlich der Nominalwert für die Ton-Zeit des Schalters des PFCs verringert. Somit besteht natürlich nur ein verringerter Frequenzhub zur Verringerung der Ton-Zeit unter den Nominalwert. Somit besteht bei diesem Verfahren das Risiko, dass bei dem symmetrischen Absenken der Ton-Zeit unzulässige Einschaltzeiten für den Schalter erreicht werden.Of course, at low dimming levels and / or low load, the nominal value for the on time of the switch of the PFC is reduced. Thus, of course, there is only a reduced frequency swing for reducing the on- time below the nominal value. Thus, there is the risk with this method that impermissible switch-on times for the switch are achieved in the case of the symmetrical lowering of the on- time.
  • Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gesetzt, ein Verfahren zum Betrieb eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel bereit zu stellen, das einen zuverlässigen Betrieb der Leuchtmittel sicherstellt.The present invention has therefore set itself the task of providing a method for operating a control device for lighting means, which ensures reliable operation of the lighting means.
  • Die Erfindung bildet den Gedanken weiter, dass der sweep mode, auch als „wobble” bekannt, abhängig von der Last adaptiv einstellbar ist, wobei die Last sich beispielsweise bei Multilampen-Geräte, an die Lampen unterschiedlicher Wattage angeschlossen werden können, oder auch bei unterschiedlichen Dimmpegeln verändern kann.The invention further forms the idea that the sweep mode, also known as "wobble", is adaptively adjustable depending on the load, the load being able to be connected, for example, to multi-lamp devices, to lamps of different wattages, or even to different ones Dimming levels can change.
  • Daher wird bei verringerter Last und/oder verringerter Ton-Zeit für geringere Dimmwerte der Frequenzhub verringert, derart, dass also die Abweichung oberhalb/unterhalb des Nominalwerts verringert wird. Somit wird insbesondere verhindert, dass bei dem symmetrischen Absenken der Ton-Zeit unzulässige (zu kurze) Einschaltzeiten für den Schalter erreicht werden wurden.Therefore, with reduced load and / or reduced tone time for lower dimming values, the frequency sweep is reduced so that the deviation above / below the nominal value is reduced. Thus, in particular it is prevented that impermissible (too short) switch-on times for the switch were achieved in the case of the symmetrical lowering of the sound time.
  • Genauer gesagt, wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.More specifically, the object is solved by the features of the independent claims.
  • Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.
  • Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zum Betrieb eines Betriebsgeräts für Lasten in Form von Leuchtmitteln, insbesondere eines elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) für Gasentladungslampen vorgesehen. Das Betriebsgerät weist dabei eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) zur Verringerung von Oberschwingungen bei der Eingangsstromaufnahme auf. Dabei wird die Arbeitsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung bei eingangsseitigem Anliegen einer DC-Spannung moduliert. Der Modulationshub ist dabei lastabhängig.According to the invention, therefore, a method for operating an operating device for loads in the form of bulbs, in particular an electronic ballast (ECG) for Gas discharge lamps provided. The operating device in this case has a power factor correction circuit (PFC) for reducing harmonics in the input power consumption. In this case, the operating frequency of the power factor correction circuit is modulated at the input-side concern of a DC voltage. The modulation stroke is load-dependent.
  • Der Modulationshub hängt vorzugsweise von der Wattage der angeschlossenen Leuchtmittel und/oder des aktuellen Dimmpegels ab.The modulation stroke preferably depends on the wattage of the connected lamps and / or the current dimming level.
  • Die Ausgangsspannung des PFC kann geregelt werden. Die Modulation der Frequenz kann durch eine oder mehrere der folgenden Methoden erfolgen:
    • – Modulation eines Sollwerts der Ausgangsspannung,
    • – Beaufschlagung einer Modulation auf einen direkt oder indirekt erfassten Istwert der Ausgangsspannung, und/oder
    • – Modulation der Steuergrösse der Regelung.
    The output voltage of the PFC can be regulated. The modulation of the frequency can be done by one or more of the following methods:
    • - Modulation of a setpoint of the output voltage,
    • - Applying a modulation to a directly or indirectly detected actual value of the output voltage, and / or
    • - Modulation of the control variable of the control.
  • Die Einschaltzeitdauer tON des Schalters wird vorzugsweise stufenweise moduliert.The switch-on time t ON of the switch is preferably modulated stepwise.
  • Es kann außerdem vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer vorgegeben unteren Schwelle der Last die Taktung des Schalters der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nicht mehr moduliert wird.It may also be provided that upon reaching a predetermined lower threshold of the load, the timing of the switch of the power factor correction circuit is no longer modulated.
  • Bei der Erfindung ist es weiterhin erwünscht, dass zuerst ein Nominalwert für die Einschaltzeitdauer des Schalters berechnet wird, wobei dementsprechend eine bestimmte Sollbusspannung am Ausgang des PFCs eingestellt wird, und dann die Modulation der Taktung des Schalters der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung erfolgt.In the invention, it is further desired to first calculate a nominal value for the on period of the switch, accordingly setting a certain desired bus voltage at the output of the PFC and then modulating the timing of the switch of the power factor correction circuit.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass bei Erreichen einer vorgegeben oberen Schwelle der Last die Taktung des Schalters der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung normal, d. h. ohne eine Beschränkung moduliert wird. Dies bedeutet, dass ab einer bestimmten Leistung der sweep-mode vom Erfindungsgemäßen Verfahren uneingeschränkt ausgeführt wird und demnach die nominale Amplitude des Frequenzhubs nicht eingeschränkt wird. Somit wird bei stärkerer Leistung die auch stärkere EMV-Belastung wirksam eingeschränkt, identisch wie bei dem aus WO 2006/042640 A2 bekannten Verfahren.It can also be provided that, when a predetermined upper threshold of the load is reached, the timing of the switch of the power factor correction circuit is modulated normally, ie without a restriction. This means that, as of a certain power, the sweep mode is carried out without restriction by the method according to the invention and accordingly the nominal amplitude of the frequency sweep is not restricted. Thus, with stronger performance, the even stronger EMC load is effectively limited, identical to that of the WO 2006/042640 A2 known methods.
  • Die Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) kann in Form eines Schaltreglers mit getaktetem Schalter ausgebildet sein. Zur Verringerung von Störungen kann der Schalter dabei derart getaktet werden, dass seine Einschalt-Zeitdauer und/oder seine Schaltfrequenz bei eingangsseitigem Anliegen einer DC-Spannung moduliert wird.The power factor correction circuit (PFC) may be in the form of a switched-mode switching regulator. In order to reduce interference, the switch can be clocked in such a way that its switch-on time duration and / or its switching frequency is modulated on the input-side presence of a DC voltage.
  • Die Modulationsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) kann dabei derart gewählt sein, dass sich in der Ausgangsspannung der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) eine dementsprechende Welligkeit einstellt. Mit anderen Worten, die Modulation der PFC-Schaltung wird durch diese selbst bzw. eine Zwischenbusregelung nicht ausgesteuert. Vielmehr erfolgt die Kompensierung dieses „Ripples” in der Busspannung (d. h. die Zwischenkreisspannung, die von der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung ausgegeben wird und am Speicherkondensator anliegt) zur Konstanthaltung der Leistungsaufnahme der Leuchtmittel durch Frequenzvariation des Wechselrichters. Dazu kann die Steuereinheit in an sich bekannter Weise einen Betriebsparameter wie beispielsweise den Lampenstrom und die Lampenspannung erfassen und abhängig von dieser Erfassung und einer Abweichung von einem Sollwert die Frequenz des Wechselrichters variieren.The modulation frequency of the power factor correction circuit (PFC) can be selected such that adjusts a corresponding ripple in the output voltage of the power factor correction circuit (PFC). In other words, the modulation of the PFC circuit is not controlled by this or a Zwischenbusregelung. Rather, the compensation of this "ripples" in the bus voltage (that is, the intermediate circuit voltage, which is output by the power factor correction circuit and applied to the storage capacitor) to keep constant the power consumption of the lamps by frequency variation of the inverter. For this purpose, the control unit can detect an operating parameter such as, for example, the lamp current and the lamp voltage in a manner known per se and vary the frequency of the inverter depending on this detection and a deviation from a desired value.
  • Die Modulationsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 15 Hz und 500 Hz, vorzugsweise zwischen 90 und 130 Hz gewählt werden. Beim Stand der Technik wird die Modulation bekanntlich mit den Nulldurchgängen der Wechselspannung verknüpft, so dass sich eine Modulationsfrequenz von 100 Hz (Europa) bzw. 120 Hz (USA) ergeben kann. Bei der Erfindung ist dagegen die Modulationsfrequenz frei einstellbar und optimierbar.The modulation frequency of the power factor correction circuit may be selected, for example, in a range between 15 Hz and 500 Hz, preferably between 90 and 130 Hz. In the prior art, the modulation is known to be associated with the zero crossings of the AC voltage, so that a modulation frequency of 100 Hz (Europe) and 120 Hz (USA) may result. In the invention, however, the modulation frequency is freely adjustable and optimized.
  • Bei Anliegen einer DC-Spannung kann die Modulation natürlich nicht mehr durch den Nulldurchgänge der Eingangsspannung ausgelöst werden. Erfindungsgemäß kann daher vorgesehen sein, dass die Modulation der PFC-Schaltung mittels einer Timerschaltung erfolgt, mittels der Werte aus einer Look-up-Tabelle ausgelesen werden.Of course, if a DC voltage is applied, the modulation can no longer be triggered by the zero crossings of the input voltage. According to the invention, it can therefore be provided that the modulation of the PFC circuit takes place by means of a timer circuit, by means of which values are read out from a look-up table.
  • Diese Werte sind wie beim Stand der Technik Verlängerungwerte, die auf den eigentlichen Reglerwert TON_Regler der Steuerschaltung aufgeschlagen werden. Der Reglerwert TON_Regler ist dabei die Einschaltzeitdauer für den Schalter, die von einem Regler zur Konstanthaltung der Ausgangsspannung des PFC berechnet wurde.As in the prior art, these values are extension values that are added to the actual controller value T ON_controller of the control circuit . The controller value T ON_controller is the switch-on time for the switch, which was calculated by a controller to keep the output voltage of the PFC constant.
  • Erfindungsgemäß kann automatisch auf die Modulation mittels der Timerschaltung und der Look-up-Tabelle umgeschaltet werden, sobald das Betriebsgerät das Anliegen einer DC-Spannung erkennt. Grundsätzlich ist das automatische Erkennen des Notlichtbetriebs (Anliegen einer DC-Spannung) bereits aus der EP 490329 B1 bekannt. Es wird auf die dortige 4, Bezugszeichen C25 und R21 verwiesen.According to the invention can be automatically switched to the modulation by means of the timer circuit and the look-up table as soon as the operating device detects the concern of a DC voltage. Basically, the automatic detection of the emergency light operation (concern of a DC voltage) is already out of the EP 490329 B1 known. It gets to the local 4 , Reference numerals C25 and R21.
  • Die Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) kann im sogenannten Grenzmodus („Borderline Mode”) betrieben werden. The power factor correction circuit (PFC) can be operated in the so-called borderline mode.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Computersoftware-Programmprodukt vorgesehen, das ein derartiges Verfahren unterstützt, wenn es auf einer Recheneinrichtung in einem Betriebsgerät läuft bzw. durch Hartverdrahtung (ASIC) implementiert ist.According to the invention, a computer software program product is further provided, which supports such a method when it runs on a computing device in an operating device or is implemented by hard wiring (ASIC).
  • Weiterhin ist erfindungsgemäß auch ein Steuerbaustein (Mikrocontroller, ASIC, etc.) für ein Leuchtmittel-Betriebsgerät vorgesehen, der zur Unterstützung eines derartigen Verfahrens ausgelegt ist.Furthermore, according to the invention, a control module (microcontroller, ASIC, etc.) is also provided for a lighting apparatus which is designed to support such a method.
  • Schließlich schlägt die Erfindung auch ein Betriebsgerät für Leuchtmittel vor.Finally, the invention also proposes an operating device for lighting means.
  • Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr anhand der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels deutlich gemacht werden. In den begleitenden Figuren zeigenFurther features, aspects and advantages of the present invention will now be made apparent from the explanation of an embodiment. In the accompanying figures show
  • 1 eine aus dem Stand der Technik DE 101 28 588 A1 bekannte Schaltung, 1 one of the prior art DE 101 28 588 A1 known circuit,
  • 2a eine erfindungsgemäße Schaltung, 2a a circuit according to the invention,
  • 2b eine weitere erfindungsgemäße Schaltung, und 2 B another circuit according to the invention, and
  • 3 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a diagram for explaining the method according to the invention.
  • Es ist zu verstehen, dass erfindungsgemäß für den AC-Betrieb die Schaltung von 1 beibehalten werden kann. 2a und 2b zeigt zusätzlich die Bauteile, die für einen erfindungsgemäßen Betrieb mit DC-Netzspannung notwendig sein können. Im übrigen entsprechen sich diejenigen Bauteile, die in den beiden Figuren dieselben Bezugszeichen tragen.It is understood that according to the invention for the AC operation, the circuit of 1 can be maintained. 2a and 2 B additionally shows the components that may be necessary for operation according to the invention with DC mains voltage. For the rest, those components which bear the same reference numerals in the two figures correspond.
  • Um das Störspektrum der Schaltung auch im Notfallbetrieb (DC-Netzbetrieb) zu verbessern, weist die erfindungsgemäße Schaltung wie in 2a dargestellt, eine Steuerschaltung 6 auf, die mittels eines Signals 15, das die gleichgerichtete Eingangsspannung Ui wiedergibt, und einer Schaltung 20 das Anliegen einer AC- oder DC-Spannung erkennt. Dabei kann beispielsweise eine Schaltung verwendet werden, die aus 4 der EP 490329 A1 grundsätzlich bekannt ist. Diese DC-Erkennungsschaltung 20 steuert einen Taktgenerator 8 an. Dieser Taktgenerator 8 ersetzt sozusagen die Nulldurchgänge der bei DC- nicht mehr vorhandenen Netzspannung. Der Taktgenerator 8 steuert somit das Auslesen der Verlängerungswerte für die Einschaltzeitdauer des Schalters S1 aus einer Look-Up-Tabelle an.In order to improve the interference spectrum of the circuit in emergency mode (DC network operation), the inventive circuit as in 2a shown, a control circuit 6 on, by means of a signal 15 representing the rectified input voltage U i and a circuit 20 detects the presence of an AC or DC voltage. In this case, for example, a circuit can be used which 4 of the EP 490329 A1 is basically known. This DC detection circuit 20 controls a clock generator 8th at. This clock generator 8th replaces, so to speak, the zero crossings of the mains voltage which is no longer present at DC. The clock generator 8th thus controls the reading of the extension values for the switch-on period of the switch S1 from a look-up table.
  • Wie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, wird ggf. auch die Busspannung UZ gemessen und der Steuereinheit 6 zurückgeführt (Busspannungssignal 16), um durch Variation der Schaltfrequenz des Schalters S1 die Busspannung UZ auf einen Sollwert UREF zu regeln. Die Regelung der Busspannung ergibt also einen Reglerwert TON_Regler für die Ein- und Ausschaltzeitdauer des Schalters, welcher Reglerwert TON_Regler auch bei DC-Betrieb mit einem sich periodisch verändernden Zusatzwert TON_ADD beaufschlagt wird, um die Modulationstiefe und/oder die Schaltfrequenz zur Verbesserung des Störspektrums zu modulieren.As is generally known from the prior art, if necessary, the bus voltage U Z is measured and the control unit 6 returned (bus voltage signal 16 ) to control by varying the switching frequency of the switch S1, the bus voltage U Z to a target value U REF . The control of the bus voltage thus results in a controller value T ON_regulator for the on and off duration of the switch, which controller value T ON_regulator is also applied during DC operation with a periodically changing additional value T ON_ADD to the modulation depth and / or the switching frequency to improve the To modulate the interference spectrum.
  • Bei Anliegen einer AC-Spannung ist diese Regelung der Busspannung UZ mittels Erfassung der Busspannung 16 und durch den Regelkreis 9 indessen verhältnismäßig langsam im Vergleich zur Modulationsfrequenz bzw. Änderung der Einschaltzeitdauer ton des Schalters S1, so dass diese Modulation in der Busspannung UZ also nicht ausgeregelt wird und die Busspannung eine entsprechende im Verhältnis zur Schaltfrequenz des Schalter S1 niederfrequente Welligkeit aufweisen wird.When applying an AC voltage, this control of the bus voltage U Z by means of detection of the bus voltage 16 and through the control loop 9 Meanwhile, relatively slow compared to the modulation frequency or change the turn-on time t on of the switch S1, so that this modulation in the bus voltage U Z is not compensated and the bus voltage will have a corresponding in relation to the switching frequency of the switch S1 low-frequency ripple.
  • Diese Welligkeit der Busspannung kann indessen durch die Rückführung eines die Leuchtmittel-Leistung wiedergebenden Parameters 19 (Leuchtmittelspannung, Leuchtmittelstrom, Erfassung der Lichtleistung über einen optischen Sensor oder dgl.) als Istwert und die Ansteuerung der Schaltfrequenz des Wechselrichters 4 zur Konstanthaltung der Leuchtmittel-Leistung auf einen vorgegebenen Sollwert kompensiert werden. Die Kompensation der Welligkeit der Busspannung kann alternativ auch durch eine sogenannte „Feed Forward” Einstellung der Schaltfrequenz des Wechselrichters 4 erfolgen. Insbesondere kann mit steigender Höhe der aktuellen Busspannung die Schaltfrequenz des Wechselrichters 4 erhöht werden und bei sinkender Busspannung die Schaltfrequenz gesenkt werden.However, this ripple of the bus voltage can be compensated by the return of a parameter representing the luminous power 19 (Lamp voltage, light source current, detection of the light output via an optical sensor or the like.) As the actual value and the control of the switching frequency of the inverter 4 be compensated for maintaining the illuminant power to a predetermined setpoint. The compensation of the ripple of the bus voltage can alternatively also by a so-called "feed forward" setting the switching frequency of the inverter 4 respectively. In particular, with increasing height of the current bus voltage, the switching frequency of the inverter 4 be increased and the switching frequency can be lowered with decreasing bus voltage.
  • Bei Anliegern einer DC-Spannung werden die aus der Look-up-Tabelle ausgelesenen Zusatzwerte Ton_add in einen Speicher des ASICs 6 geladen. Dann werden diese Ton_add Werte vom Schaltzeitverlängerungsblock 13 zur regulären Ton_Regler vom Regler 12 addiert: Ton = Ton_add + Ton_Regler When a DC voltage is applied, the additional values T on_add read from the look-up table are stored in a memory of the ASIC 6 loaded. Then these T on_add values from the switching time extension block become 13 to the regular T on_regulator from the controller 12 added: T on = T on_add + T on_regulator
  • Dabei wird jeder Ton-Index für eine einstellbare Zeitdauer ('Sweep value') eingestellt und anschließend der nächste Index aus der Look-Up-Tabelle ausgewählt. Durch Veränderung des Sweep values kann die Modulationsfrequenz eingestellt werden.Each T on index is set for an adjustable period of time ('sweep value') and then the next index is selected from the look-up table. By changing the sweep value, the modulation frequency can be adjusted.
  • In der praktischen Ausgestaltung sieht dies insbesondere derart aus, dass ausgehend von einem nominalen Ton-Wert für den Schalter des Konverters stufenweise die Ton-Zeit inkrementiert wird, und dann wieder verringert wird, bis sie symmetrisch unterhalb des nominalen Ton-Werts abgesunken ist. Dies wiederholt sich zyklisch. Durch die Modulation des Ton-Wertes wird erreicht, dass der Toff Wert mitmoduliert wird, da der PFC im Borderline Mode betrieben wird, d. h. es erfolgt ein Einschalten bei einem Drosselstrom = 0. Somit ist die PFC-Frequenz mit einem Frequenzhub moduliert, der proportional zur Ton-Modulation ist.In the practical embodiment, this in particular looks like that starting from a nominal T on value for the switch of the converter is incremented incrementally the on time, and then reduced again until it has dropped symmetrically below the nominal T on value. This is repeated cyclically. The modulation of the T on value ensures that the T off value is also modulated, since the PFC is operated in borderline mode, ie switching on at a throttle current = 0. Thus, the PFC frequency is modulated with a frequency sweep, which is proportional to the T on modulation.
  • Es ist dabei zu betonen, dass zuerst die Regelschleife, die am Ausgang des PFCs eine bestimmte Sollbusspannung einstellen soll, ein Nominalwert für die Einschaltzeitdauer berechnet, und dann dieser Nominalwert gezielt zeitlich verändert wird. Die zeitliche Veränderung ergibt sich also nicht als Auswirkung des Regelalgorithmus, sondern wird erst nach Berechnung des Nominalwerts beaufschlagt. Somit liegt hier auch dann eine zyklische Frequenzveränderung oder Ton-Zeitveränderung vor, wenn Versorgungsspannung und Last konstant sind.It should be emphasized that first the control loop, which is to set a certain setpoint bus voltage at the output of the PFC, calculates a nominal value for the switch-on time duration, and then this nominal value is temporally changed in time. The temporal change does not result as an effect of the control algorithm, but is only applied after calculation of the nominal value. Thus, there is also a cyclic frequency change or T on -teitveränderung even if supply voltage and load are constant.
  • Um nun unzulässige Einschaltzeiten bei verringerter Last zu verhindern, wird also erfindungsgemäß der „Sweep Mode” abhängig von der Last adaptiv eingestellt, wobei die Last sich beispielsweise bei Multilampen-Geräte, an die Lampen unterschiedlicher Wattage angeschlossen werden können, oder auch bei unterschiedlichen Dimmpegeln verändern kann. Es wird also insbesondere der Frequenzbereich für den „Sweep Mode” des PFCs lastabhängig adaptiv eingestellt. 2a zeigt dazu beispielsweise einen weiteren, eine Lampeninformation wiedergebenden Parameter 22, welcher Informationen über die angeschlossene Last an den Ausgangsblock 11 liefert. Diese Informationen können bspw. Daten über die angeschlossene Last (wie z. B. über Erkennung des Lampentypes bzw. Wattage und/oder deren nominale Leistung) sein.In order to prevent inadmissible switch-on times with reduced load, the "sweep mode" is thus set adaptively according to the invention, wherein the load can be changed, for example, in multi-lamp devices to which lamps of different wattages can be connected, or also at different dimming levels can. In particular, the frequency range for the "sweep mode" of the PFC is thus adjusted to be load-dependent adaptive. 2a shows, for example, another, a lamp information reproducing parameters 22 , which provides information about the connected load to the output block 11 supplies. This information can be, for example, data about the connected load (such as via detection of the lamp type or wattage and / or their nominal power).
  • 2b zeigt hingegen eine Schnittstelle 20, welche über eine Steuerleitung 21 eine Vorgabe für den gewünschten Dimmpegel erhält. Die Schnittstelle 20 kann dabei auch in der Steuereinheit 6 integriert sein. Die Vorgabe des Dimmpegels kann als ein digitales oder analoges Steuersignal vorliegen. Dieser vorgegebene Dimmpegel (Dimmwert) wird über den Parameter 23 dem Ausgangsblock 11 zugeführt. Der Parameter 23 enthält also eine Information über die Last, insbesondere eine Information über die Abweichung von der nominalen Last. Dieser Ausgangsblock 11 kann mit dieser Information dann wie zuvor beschrieben den sogenannten „Sweep Mode” abhängig von der Last adaptiv einstellen. In 2b nicht dargestellt ist der Einfluß der Schnittstelle auf die Ansteuerung des Betriebsgerätes zur Änderung der Helligkeit. Beispielsweise kann dies in bekannter Weise durch Änderung der Frequenz des Wechselrichters oder auch durch Änderung der Einschaltzeit der Schalter des Wechselrichters erfolgen. 2 B shows an interface 20 , which via a control line 21 receives a preset for the desired dimming level. the interface 20 can also be in the control unit 6 be integrated. The default of the dimming level can be present as a digital or analog control signal. This preset dimming level (dimming value) is set via the parameter 23 the starting block 11 fed. The parameter 23 Thus contains information about the load, in particular information about the deviation from the nominal load. This output block 11 With this information, as described above, the so-called "sweep mode" can be adaptively adjusted depending on the load. In 2 B not shown is the influence of the interface on the control of the operating device to change the brightness. For example, this can be done in a known manner by changing the frequency of the inverter or by changing the turn-on of the switch of the inverter.
  • 3 zeigt hierzu in einem Zeit-Zeit-Diagramm vier Beispiele (von links nach rechts) von „Sweep Mode” Zyklen (jeweils mit vom Nominalwert ausgehenden ansteigenden, abfallenden und wieder ansteigenden stufenweisen Änderungen der Einschaltdauer des Schalters und einer nominalen Amplitude von 200 ns) bei unterschiedlichen Lasten, bei denen die drei rechten auf Grund einer niedrigen Last durch das erfindungsgemäße Verfahren in ihrer Amplitude begrenzt werden. Die X-Achse stellt dabei den grundsätzlichen zeitlichen Verlauf ohne Skalierung dar, während die Y-Achse die zeitliche Dauer der Einschaltzeit des Schalters wiedergibt und somit mit der Höhe der Ausgangsspannung des PFC korrespondiert. Somit wird verständlich, dass das linke Beispiel einer höheren Last bzw. einer höheren abgegebenen Leistung oder einem höheren Dimmpegel entspricht als die anderen. 3 shows in a time-time diagram four examples (from left to right) of sweep mode cycles (each with nominal, rising, falling, and rising step changes in switch on duration and a nominal amplitude of 200 ns) different loads, in which the three right are limited due to a low load by the inventive method in amplitude. The X-axis represents the basic time course without scaling, while the Y-axis represents the time duration of the switch-on time of the switch and thus corresponds to the level of the output voltage of the PFC. Thus, it will be understood that the left example corresponds to a higher load, higher power, or higher dimming level than the others.
  • Letztendlich hängt also der Frequenzhub von dem Nominalwert für die Ton-Zeit ab. Der Nominalwert ergibt sich aus dem Regelalgorithmus und entspricht in den vier Beispielen 300, 200, 100 und 250 ns.Ultimately, therefore, the frequency deviation depends on the nominal value for the on- time. The nominal value results from the control algorithm and corresponds to 300, 200, 100 and 250 ns in the four examples.
  • Bei geringen Dimmwerten und/oder bei geringer Last ist natürlich der Nominalwert für die Ton-Zeit des Schalters des PFCs verringert, wie in den drei rechten Beispielen gezeigt. Daher wird bei verringerter Last und/oder verringerter Ton-Zeit für geringere Dimmwerte der Frequenzhub verringert, derart, dass also die Abweichung oberhalb/unterhalb des Nominalwerts verringert wird. die nominelle Amplitude des Sweep modes, hier 200 ns, die sich aus dem Frequenzhub ergibt, wird also durch das erfindungsgemäße Verfahren abhängig von der Last und somit von der nominellen Einschaltdauer des Schalters eingeschränkt. Somit wird insbesondere verhindert, dass bei dem symmetrischen Absenken der Ton-Zeit unzulässige (zu kurze) Einschaltzeiten für den Schalter erreicht werden wurden.Of course, at low dimming levels and / or low load, the nominal value for the on time of the switch of the PFC is reduced, as shown in the three right hand examples. Therefore, with reduced load and / or reduced T on time for lower dimming values, the frequency deviation is reduced so that the deviation above / below the nominal value is reduced. The nominal amplitude of the sweep mode, in this case 200 ns, which results from the frequency sweep, is therefore limited by the method according to the invention depending on the load and thus on the nominal switch-on duration of the switch. Thus, in particular it is prevented that impermissible (too short) turn-on times for the switch were achieved in the case of the symmetrical lowering of the on- time.
  • Das zweite und vierte Beispiel zeigen dabei, dass die Modulation durch den „Sweep Mode” teilweise verhindert, d. h. „abgeschnitten” werden kann, wenn die Einschaltdauer unter den kritischen Wert fällt. Bei einer stufenweisen Veränderung der Einschaltdauer, wie in den Beispielen gezeigt, ist es möglich, dass dabei einzelne Stufen „abgeschnitten” werden. Die Stufen, die also im unzulässigen Bereich liegen würden, werden verhindert und stattdessen die Einschaltzeitdauer solange auf dem niedrigsten erlaubten Wert festgesetzt. Somit sind im zweiten Beispiel die zwei vom „Sweep Mode” vorgeschriebenen Stufen mit TON = 50 ns und 0 ns abgeschnitten oder verhindert, bei denen die Einschaltdauer auf dem noch erlaubten Wert TON = 100 ns verbleibt. Sobald die vom „Sweep Mode” vorgeschriebene Einschaltdauer im erlaubten Bereich, also über 100 ns, wieder ansteigt, wird auch tatsächliche Einschaltdauer wieder entsprechend eingestellt. Damit der Nominalwert nicht verfälscht wird, werden die oberen Spitzen der Modulation entsprechend der unteren Spitzen angepasst, also abgeschnitten, damit der Durchschnittswert nicht verfälscht wird.The second and fourth examples show that the modulation by the "sweep mode" partially prevented, that can be "cut off" when the duty cycle drops below the critical value. In a stepwise change in the duty cycle, as shown in the examples, it is possible that individual stages are "cut off". The levels that would thus be in the impermissible range are prevented and instead the turn-on time period is set to the lowest permissible value. Thus, in the second example, the two stages prescribed by "sweep mode" are cut off or prevented with T ON = 50 ns and 0 ns, in which the duty cycle remains at the still permitted value T ON = 100 ns. As soon as the duty cycle prescribed by "sweep mode" rises again in the permitted range, ie above 100 ns, the actual duty cycle is set again accordingly. So that the nominal value is not distorted, the upper peaks of the modulation are adjusted according to the lower peaks, so cut off, so that the average value is not distorted.
  • Die Bestimmung, bei welcher Stufe ein Zyklus des „Sweep Mode” abgeschnitten werden soll, kann zu Beginn des Zyklus des „Sweep Mode” erfolgen oder sobald der aktuelle Nominalwert der Einschaltdauer bestimmt worden ist.The determination at which stage a cycle of the "Sweep Mode" should be cut off, can be made at the beginning of the cycle of the "Sweep Mode" or as soon as the current nominal value of the duty cycle has been determined.
  • Bei besonders geringer Last, wie im dritten Beispiel gezeigt, kann sogar der Frequenzhub ganz verhindert werden. Da jedoch auf Grund der entsprechend verringerten Leistung auch die EMV-Belastung niedrig ist, stellt so eine Begrenzung keine wesentliche Einschränkung bezüglich der EMV-Verträglichkeit dar. Bei sehr geringen Dimmwerten und somit sehr geringer Ton-Zeit (Nominalwert) kann also der Hub bis auf Null verringert werden, d. h. bei bestimmten Dimmpegeln oder geringen Lasten wird der „Sweep Mode” aufgehoben.At particularly low load, as shown in the third example, even the frequency deviation can be completely prevented. However, because of the correspondingly reduced power and the EMC load is low, such a limitation does not constitute a significant limitation in terms of EMC compatibility. At very low Dimmwerten and thus very low T on time (nominal value) so the stroke can be reduced to zero, ie at certain dimming levels or low loads, the "sweep mode" is canceled.
  • Wie bereits erwähnt, liegt bei der Erfindung auch eine zyklische Frequenzveränderung oder Ton-Zeitveränderung vor, wenn Versorgungsspannung und Last konstant sind. Gerade dann ist der „Sweep Mode” mit einer uneingeschränkten Modulation auf Grund der höheren Leistung zu wählen, um die EMV-Belastung durch den PFC zu verringern. Dies wird durch das linke (d. h. erste) Beispiel wiedergegeben.As already mentioned, in the case of the invention there is also a cyclical frequency change or on-time change if the supply voltage and the load are constant. Just then, the sweep mode with unrestricted modulation due to the higher power has to be chosen to reduce the EMC load of the PFC. This is represented by the left (ie first) example.
  • Es kann in der Steuereinheit des PFCs ein Minimalwert Ton-min vorgegeben sein, dieser liegt in 3 bei 100 ns. Somit kann die Steuereinheit auch ohne Kenntnis eventuell vorliegender Dimmwertvorgaben (Dimmpegel) oder Lasten aufgrund des durch den Regelalgorithmus ermittelten Werts für Ton und die sich ergebende Differenz zu Ton-min den zulässigen Frequenzhub ermitteln.It can be specified in the control unit of the PFCs a minimum value T on-min , this is in 3 at 100 ns. Thus, the control unit can determine the allowable frequency deviation even without knowledge of any existing dimming value specifications (dimming level) or loads due to the value determined by the control algorithm for T on and the resulting difference to T on-min .
  • Denkbar ist jedoch auch, dass, wenn der Nominalwert von Ton einen vorgegeben Minimalwert, beispielsweise 250 ns, erreicht, der „Sweep Mode” ausgesetzt wird. Dies würde bedeuten, dass lediglich bei dem ersten Beispiel ein unveränderter „Sweep Mode” angewandt werden würde, während der „Sweep Mode” bei den übrigen ausgesetzt ist.However, it is also conceivable that if the nominal value of T on reaches a predetermined minimum value, for example 250 ns, the "sweep mode" is suspended. This would mean that only in the first example would an unchanged "sweep mode" be applied, while the "sweep mode" would be exposed to the others.
  • Grundsätzlich lässt sich der „Sweep Mode” dadurch erreichen, dass eine Modulation des Rückführsignals (Istwertsignal für die Ausgangsspannung) erfolgt, so dass dann aufgrund dieser 'Verfälschung' der PFC-Regler eine Modulation der Ton-Zeit mit dem Versuch unternehmen wird, die ihm variierend erscheinende Ausgangsspannung konstant zu regeln. Wenn die genannte Lösung gewählt wird, nämlich eine Berechnung des Ton-Nominalwerts mit nachträglicher Modulation ist darauf zu achten, dass die Modulation so schnell ist, dass der Regler nicht ausregeln kann. Somit kann tatsächlich von einem konstanten Ton-Nominalwert mit nachträglicher schneller Modulation ausgegangen werden.Basically, the "sweep mode" can be achieved by a modulation of the feedback signal (actual value signal for the output voltage), so that then due to this 'falsification' the PFC controller will undertake a modulation of the T on time with the attempt to regulate it varying appearing output voltage constant. If the chosen solution is chosen, namely a calculation of the T on -nominal value with subsequent modulation, it must be ensured that the modulation is so fast that the controller can not compensate. Thus, in fact, a constant tone nominal value with subsequent fast modulation can be assumed.
  • Alternativ kann natürlich auch die Sollwertvorgabe für die Ausgangsspannung moduliert werden. Bei einer Modulation der Sollwertvorgabe oder der Istwertvorgabe ist darauf zu achten, dass dies in einem Frequenzbereich erfolgt, den der Regelalgorithmus ausregeln kann.Alternatively, of course, the setpoint specification for the output voltage can be modulated. When modulating the setpoint specification or the actual value specification, it must be ensured that this is done in a frequency range that the control algorithm can compensate.
  • Es soll festgehalten werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz in Betriebsgeräten für Leuchtmittel neben den in den Beispielen beschriebenen elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) für Gasentladungslampen auch in Betriebsgeräten für anorganische und organische Leuchtdioden (LED) anwendbar ist.It should be noted that the method according to the invention for use in operating devices for lighting means in addition to the electronic ballasts (ECG) for gas discharge lamps described in the examples also in control gear for inorganic and organic light-emitting diodes (LED) is applicable.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte PatentliteraturCited patent literature
    • DE 10128588 A1 [0003, 0040] DE 10128588 A1 [0003, 0040]
    • WO 99/34647 A1 [0004] WO 99/34647 A1 [0004]
    • WO 2006/042640 A2 [0013, 0028] WO 2006/042640 A2 [0013, 0028]
    • EP 490329 B1 [0034] EP 490329 B1 [0034]
    • EP 490329 A1 [0045] EP 490329 A1 [0045]

Claims (23)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Betriebsgeräts für Lasten in Form von Leuchtmitteln, insbesondere eines Elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) für Gasentladungslampen, wobei das Betriebsgerät eine mittels eines Schalters aktiv getaktete Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) zur Verringerung von Oberschwingungen bei der Eingangsstromaufnahme aufweist, wobei – die Taktung des Schalters der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung bei eingangsseitigem Anliegen einer DC-Spannung zwischen zwei Grenzwerten moduliert wird, so dass die Grenzwerte einen Modulationshub definieren, und – der Modulationshub durch Veränderung des unteren und/oder des oberen Grenzwerts lastabhängig eingestellt wird.A method of operating an operating device for loads in the form of light bulbs, in particular an electronic ballast (EVG) for gas discharge lamps, wherein the operating device comprises a switch means active clocked power factor correction circuit (PFC) for reducing harmonics in the input power receiving, - the timing of the switch of the power factor correction circuit is modulated at the input side of a DC voltage between two limit values, so that the limits define a modulation stroke, and - The modulation stroke is adjusted by changing the lower and / or the upper limit load dependent.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Modulationshub von der Wattage der angeschlossenen Leuchtmittel und/oder des aktuellen Dimmpegels abhängt.The method of claim 1, wherein the modulation of the wattage of the connected lamps and / or the current dimming level depends.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausgangsspannung des PFC geregelt wird und die Modulation der Frequenz durch einen oder mehrere der folgenden Schritte erfolgt: – Modulation eines Sollwerts der Ausgangsspannung, – Beaufschlagung einer Modulation auf einen direkt oder indirekt erfassten Istwert der Ausgangsspannung, und/oder – Modulation der Steuergrösse der Regelung.Method according to claim 1 or 2, wherein the output voltage of the PFC is controlled and the modulation of the frequency is performed by one or more of the following steps: - Modulation of a setpoint of the output voltage, - Applying a modulation to a directly or indirectly detected actual value of the output voltage, and / or - Modulation of the control variable of the control.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einschaltzeitdauer tON des Schalters vorzugsweise stufenweise moduliert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the switch-on time t ON of the switch is preferably modulated stepwise.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen einer vorgegeben unteren Schwelle der Last die Taktung des Schalters der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nicht mehr moduliert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that on reaching a predetermined lower threshold of the load, the timing of the switch of the power factor correction circuit is no longer modulated.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst ein Nominalwert für die Einschaltzeitdauer des Schalters berechnet wird, wobei dementsprechend eine bestimmte Sollbusspannung am Ausgang des PFCs eingestellt wird, und dann die Modulation der Taktung des Schalters der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that first a nominal value for the switch-on period of the switch is calculated, and accordingly a certain desired bus voltage is set at the output of the PFC, and then the modulation of the timing of the switch of the power factor correction circuit.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen einer vorgegeben oberen Schwelle der Last die Taktung des Schalters der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung normal, d. h. ohne eine Beschränkung moduliert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that upon reaching a predetermined upper threshold of the load, the timing of the switch of the power factor correction circuit normal, d. H. is modulated without a restriction.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) derart gewählt wird, dass sich in der Ausgangsspannung der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) eine nicht ausgeregelte Welligkeit einstellt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the modulation frequency of the power factor correction circuit (PFC) is selected such that adjusts an unregulated ripple in the output voltage of the power factor correction circuit (PFC).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welligkeit der Ausgangsspannung zur Konstanthaltung der Leistung der Leuchtmittel in einem folgenden Leuchtmittel-Regelkreis kompensiert wird.A method according to claim 8, characterized in that the ripple of the output voltage for constant maintenance of the power of the lighting means is compensated in a following lighting control circuit.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtmittel-Regelkreis die Welligkeit der zugeführten Ausgangsspannung durch Variation der Betriebsfrequenz der Leuchtmittel kompensiert.A method according to claim 9, characterized in that the lighting means control circuit compensates for the ripple of the supplied output voltage by varying the operating frequency of the lighting means.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) in einem Bereich zwischen 50 Hz und 500 Hz, vorzugsweise 90 Hz bis 130 Hz gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the modulation frequency of the power factor correction circuit (PFC) in a range between 50 Hz and 500 Hz, preferably 90 Hz to 130 Hz is selected.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) mittels einer Timerschaltung erfolgt, mittels der Werte aus einer Look-Up-Tabelle ausgelesen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the modulation of the power factor correction circuit (PFC) takes place by means of a timer circuit, by means of which values are read out of a look-up table.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass automatisch auf die Modulation mittels Timerschaltung und Look-Up-Tabelle umgeschaltet wird, sobald durch das Betriebsgerät das Anliegen einer DC-Spannung erkannt wird.A method according to claim 10, characterized in that automatically switched to the modulation by means of timer circuit and look-up table as soon as the concern of a DC voltage is detected by the operating device.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) im sogenannten Grenzmodus betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the power factor correction circuit (PFC) is operated in the so-called limit mode.
  15. Computersoftware-Programmprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche unterstützt, wenn es auf einer Recheneinrichtung in einem Betriebsgerät läuft bzw. durch Hartverdrahtung implementiert ist.Computer software program product, characterized in that it supports a method according to one of the preceding claims, when it runs on a computing device in an operating device or is implemented by hardwiring.
  16. Steuerbaustein für ein Leuchtmittel-Betriebsgerät, insbesondere integrierte Schaltung wie bspw. ASIC, Mikrokontroller oder Hybridversion davon, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Unterstützung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgelegt ist.Control module for a lamp operating device, in particular integrated circuit such as. ASIC, microcontroller or hybrid version thereof, characterized in that it is designed to support a method according to one of claims 1 to 14.
  17. Betriebsgerät für Lasten in Form von Leuchtmitteln, insbesondere Elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für Gasentladungslampen, wobei das Betriebsgerät eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) zur Verringerung von Oberschwingungen bei der Eingangsstromaufnahme aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung bei eingangsseitigem Anliegen einer DC-Spannung zwischen zwei Grenzwerten der Taktung moduliert wird, so dass die Grenzwerte einen Modulationshub definieren, und – der Modulationshub durch Veränderung des unteren und/oder des oberen Grenzwerts lastabhängig eingestellt wird..Operating device for loads in the form of bulbs, in particular electronic ballast (ECG) for gas discharge lamps, wherein the operating device, a power factor correction circuit (PFC) for reducing input signal current harmonic distortion, characterized in that the operating frequency of the power factor correction circuit is modulated at the input side of a DC voltage between two thresholds of the clock, such that the thresholds define a modulation swing, and - the modulation swing Change in the lower and / or upper limit is set load-dependent.
  18. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) derart gewählt ist, dass sich in der Ausgangsspannung der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) eine dementsprechende Welligkeit einstellt.Operating device according to one of Claims 17, characterized in that the modulation frequency of the power factor correction circuit (PFC) is selected such that a corresponding ripple occurs in the output voltage of the power factor correction circuit (PFC).
  19. Betriebsgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Welligkeit behaftete Ausgangsspannung einem Leuchtmittel-Regelkreis zugeführt wird, der zur Konstanthaltung der Leistung der Leuchtmittel die Betriebsfrequenz der Leuchtmittel variiert.Operating device according to claim 18, characterized in that the ripple afflicted output voltage is supplied to a lighting control circuit which varies the operating frequency of the lighting means for keeping constant the power of the lighting means.
  20. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) in einem Bereich zwischen 50 Hz und 500 Hz, vorzugsweise 90 Hz bis 130 Hz gewählt ist.Operating device according to one of claims 17 to 19, characterized in that the modulation frequency of the power factor correction circuit (PFC) is selected in a range between 50 Hz and 500 Hz, preferably 90 Hz to 130 Hz.
  21. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation der Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) mittels einer Timerschaltung erfolgt, mittels der Werte aus einer Look-Up-Tabelle ausgelesen werden.Operating device according to one of Claims 17 to 20, characterized in that the modulation of the power factor correction circuit (PFC) takes place by means of a timer circuit, by means of which values are read out of a look-up table.
  22. Betriebsgerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es zur automatischen Aktivierung der Modulation mittels Timerschaltung und Look-Up-Tabelle bei Anliegen einer DC-Spannung ausgelegt ist.Operating device according to claim 20, characterized in that it is designed for automatically activating the modulation by means of timer circuit and look-up table when a DC voltage is applied.
  23. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsfaktor-Korrekturschaltung (PFC) für den Grenzmodusbetrieb ausgelegt ist.Operating device according to one of Claims 17 to 22, characterized in that the power factor correction circuit (PFC) is designed for limit mode operation.
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