DE102013107772A1

DE102013107772A1 - Softstart einer Leistungswandlerstufe

Info

Publication number: DE102013107772A1
Application number: DE102013107772.2A
Authority: DE
Inventors: Wenqi Zhou
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2015-02-19

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Hochfahren einer Wandlerstufe eines elektrischen Leistungswandlers auf eine Normausgangsspannung beschrieben. Das Verfahren umfasst, wenn eine Ausgangsspannung der Wandlerstufe über einer Startspannung ist, ein Einschalten der Wandlerstufe, ein Bestimmen einer anfänglichen Ausgangsspannung der Wandlerstufe und ein Regeln der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung, welche gleich der anfänglichen Ausgangsspannung der Wandlerstufe plus eine Offset-Spannung ist. Ferner umfasst das Verfahren, wenn die Ausgangsspannung eine Endspannung erreicht, ein Regeln der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung, welche gleich der Normausgangsspannung ist. Die Wandlerstufe kann insbesondere eine Power-Factor-Correction-(PFC)-Stufe sein. Ferner werden ein elektrischer Leistungswandler und ein Beleuchtungssystem beschrieben, bei denen ein derartiges Verfahren eingesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hochfahren einer Wandlerstufe eines Leistungswandlers sowie auf einen Leistungswandler, bei dem ein derartiges Verfahren implementiert ist, und ein Beleuchtungssystem, das einen solchen Leistungswandler umfasst. Das Verfahren ermöglicht im Besonderen ein sanftes Hochfahren der Wandlerstufe, in Fachkreisen Softstart genannt. Der Leistungswandler kann insbesondere ein mehrstufiger Leistungswandler, wie beispielsweise ein zweistufiger Leistungswandler sein. In größerem Detail kann sich das Verfahren auf das Hochfahren einer Power-Factor-Correction-(PFC)-Stufe eines elektrischen Leistungswandlers beziehen.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise zweistufige Leistungswandler bekannt, bei denen die erste Wandlerstufe z. B. durch eine PFC-Schaltung und die zweite Wandlerstufe z. B. durch eine Halbbrückenschaltung gebildet sind. Nach dem Einschalten des Leistungswandlers wird zunächst die erste Wandlerstufe, d. h. in diesem Beispiel die PFC-Schaltung, hochgefahren. Bei einem abrupten Einschalten der PFC-Schaltung besteht allerdings die Gefahr, dass die Ausgangsspannung der PFC-Schaltung schnell ansteigt oder das Tastverhältnis für einen Transistor der Wandlerstufe unmittelbar nach dem Start sehr hoch ist, so dass an die PFC-Stufe angeschlossene Bauteile beschädigt werden können. Beispielsweise kann ein an den Ausgang der PFC-Schaltung angeschlossener Kondensator durch die abrupt eingeschaltete PFC-Schaltung derart schnell aufgeladen werden, dass es zu einer Überhitzung und somit einer Beschädigung des Kondensators kommen kann.
Um eine Beschädigung angeschlossener Bauteile während des Hochfahrens zu vermeiden, wird manchmal eine Analogregelschaltung eingesetzt, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist. Die 1 zeigt eine PFC-Schaltung, deren Eingang über eine Gleichrichterbrücke 4 und einen Filter 5 an einen Wechselstrom-(AC)-Eingang gekoppelt ist. Der Ausgang der PFC-Schaltung bildet ferner einen Gleichstrom-(DC)-Ausgang.
Bei der Analogregelschaltung 2, die in 1 dargestellt ist, ist ein Kondensator C1 an einen Kompensationsanschluss COMP der Regelschaltung 2 gekoppelt. Hierdurch wird der Anstieg der Spannung an dem Kompensationsanschluss 2 verlangsamt, um eine plötzliche Veränderung des Tastverhältnisses für einen Transistor 3 der PFC-Schaltung zu verhindern. Auf diese Weise soll ein zu schneller Anstieg der Spannung über dem Ausgangskondensator 6 der PFC-Schaltung vermieden werden.
Bei der in 1 gezeigten Schaltung besteht jedoch der Nachteil, dass der an den Kompensationsanschluss der Regelschaltung 2 gekoppelte Kompensator C1 auch die Phasenkompensation und die transiente Antwortcharakteristik der PFC-Schaltung beeinflusst. Ferner müssen die Regelparameter erneut geprüft und eingestellt werden, wenn eine längere oder eine kürzere Softstart-Zeit erforderlich ist.
Alternativ ist es aus dem Stand der Technik bekannt, eine Digitalsteuerung für eine PFC-Schaltung zu verwenden, bei welcher die Sollspannung während der Einschaltphase schrittweise erhöht wird. Hierdurch ist das Softstart-Verhalten der PFC-Schaltung zwar unabhängig von der Regelung während des Normalbetriebs. Allerdings kann auch eine bekannte digitale Regelung nur unzureichend auf die spezifischen Bedingungen beim Einschalten der PFC-Schaltung, wie beispielsweise eine unmittelbar nach Beginn der Stromversorgung an dem Ausgang der PFC-Stufe auftretende Ausgangsspannung, reagieren.
Es ist daher wünschenswert, ein Hochfahren einer Wandlerstufe eines elektrischen Leistungswandlers nach dem Einschalten zu ermöglichen, wobei die Gefahr einer Beschädigung angeschlossener Bauelemente minimiert wird, und wobei die spezifischen Bedingungen während des Einschaltens berücksichtigt werden. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, den elektrischen Leistungswandler gemäß Anspruch 8 sowie das Beleuchtungssystem gemäß Anspruch 17 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Hochfahren einer Wandlerstufe eines elektrischen Leistungswandlers auf eine Normausgangsspannung bereit. Das Verfahren umfasst, wenn eine Ausgangsspannung der Wandlerstufe über einer vorbestimmten Startspannung ist, ein Einschalten der Wandlerstufe, ein Bestimmen einer anfänglichen Ausgangsspannung der Wandlerstufe, und ein Regeln der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung, welche gleich der anfänglichen Ausgangsspannung der Wandlerstufe plus eine Offset-Spannung ist. Das Verfahren umfasst ferner, wenn die Ausgangsspannung eine Endspannung erreicht, ein Regeln der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung, welche gleich der Normausgangsspannung ist. Bei diesem Verfahren wird die Wandlerstufe während des Hochfahrens auf eine Sollausgangsspannung geregelt, welche gleich der anfänglichen Ausgangspannung der Wandlerstufe plus eine Offset-Spannung ist. Im Allgemeinen ergibt sich unmittelbar, nachdem eine Versorgungsspannung an den Eingang der Wandlerstufe, wie z. B. einer PFC-Stufe, angelegt wird, und noch bevor die Wandlerstufe eingeschaltet wird und ihren Betrieb aufnimmt, eine Ausgangsspannung am Ausgang der Wandlerstufe. Das beschriebene Verfahren berücksichtigt diese Ausgangsspannung beim Hochfahren und startet den Softstart-Vorgang ausgehend von der anfänglichen Ausgangsspannung plus eine Offset-Spannung. Auf diese Weise wird eine allzu abrupte Änderung der Ausgangsspannung bzw. eine allzu abrupte Änderung des Tastverhältnisses der Ausgangsspannung vermieden. Der Sollwert der Regelung während des Hochfahrens berücksichtigt somit zu Beginn der Regelung automatisch die aktuelle Eingangsspannung der Wandlerstufe, indem die sich bei dieser aktuellen Eingangsspannung einstellende tatsächliche Ausgangsspannung der Wandlerstufe berücksichtigt wird, um einen Startwert für die Sollausgangsspannung festzulegen. Es ist somit nicht mehr erforderlich, dass die Regelschaltung für eine spezifische Eingangsspannung programmiert oder eingestellt wird.
Die anfängliche Ausgangsspannung bezieht sich dabei auf eine an dem Ausgang der Wandlerstufe erfasste Ausgangsspannung, bevor die Regelung der Wandlerstufe beginnt. Beispielsweise kann die anfängliche Ausgangsspannung unmittelbar nach dem Einschalten an dem Ausgang der Wandlerstufe erfasst werden, oder kann der Startspannung entsprechen. Die anfängliche Ausgangsspannung wird während des Hochfahrens der Wandlerstufe verwendet, um den jeweils aktuellen Sollwert für die Ausgangsspannung zu bestimmen, der ferner von der Offset-Spannung abhängt. Während die anfängliche Ausgangsspannung somit als konstanter Wert während des Hochfahrens in die Berechnung der jeweils aktuellen Sollausgangsspannung eingeht, kann die Offset-Spannung zeitlich geändert werden, wie es unten näher erläutert wird. Das Bestimmen der anfänglichen Ausgangsspannung kann ein Erfassen der anfänglichen Ausgangsspannung umfassen. Alternativ kann die anfängliche Ausgangsspannung als die Startspannung bestimmt, d. h. festgelegt werden, wie ebenfalls unten näher erläutert wird.
Beim weiteren Hochfahren wird die Sollausgangsspannung durch die Regelung an die steigende aktuelle Ausgangsspannung der Wandlerstufe angepasst, indem die Sollausgangsspannung beispielsweise um ein Spannungsinkrement erhöht wird. Das Spannungsinkrement kann beispielsweise ein vor dem Starten der Leistungswandlerstufe vorbestimmtes Spannungsinkrement sein, um ein sanftes Hochfahren zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Wert des Spannungsinkrementes in einen Festspeicher geschrieben und beim Starten der Leistungswandlerstufe von einem Controller ausgelesen werden. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Spannungsinkrement vor dem Starten des Leistungswandlers in einem beschreibbaren Speicher abgelegt wird, so dass der Leistungswandler, beispielsweise über eine Programmierschnittstelle, auf verschiedene Lasten und/oder auf verschiedene Anforderungen während des Hochfahrens angepasst werden kann.
In manchen Ausführungen kann das Spannungsinkrement veränderlich sein. Somit kann die Offset-Spannung und damit auch die Sollausgangsspannung beispielsweise an die aktuelle Ausgangsspannung der Wandlerstufe angepasst werden, so dass das sanfte Hochfahren weiter optimiert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Offset-Spannung während des Hochfahrens einmal oder mehrfach um ein Spannungsdekrement verringert werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Offset-Spannung während des Hochfahrens über einen oder mehrere Schritte um jeweils ein Inkrement erhöht wird und/oder über einen oder mehrere Schritte um jeweils ein Dekrement verringert wird. Der oder die Werte der Inkremente und/oder Dekremente können vorbestimmt sein, wie oben beschrieben wurde, oder kann abhängig von einer aktuellen Nutzeingabe oder einer aktuellen Last angepasst werden. Durch die Inkremente und Dekremente wird die Offset-Spannung verändert. Darüber hinaus beginnt das Hochfahren erst dann, wenn die aktuelle Ausgangsspannung der Wandlerstufe über einer vorbestimmten Startspannung ist. Somit wird vermieden, dass die Wandlerstufe bei einer zu geringen Eingangsspannung eingeschaltet wird, wodurch sich eine Beschädigung der Wandlerstufe ergeben könnte. Ferner wird in einigen Ausführungsformen ein Digitalcontroller, der das beschriebene Verfahren ausführt, über den Ausgang der Wandlerstufe mit elektrischer Leistung versorgt. Durch diesen Verfahrensschritt wird in diesen Ausführungsformen sichergestellt, dass das Hochfahren der Wandlerstufe erst dann beginnt, wenn der Digitalcontroller zuverlässig durch die Wandlerstufe mit Leistung versorgt wird und das Hochfahren der Wandlerstufe ordnungsgemäß regeln kann.
Solange die Ausgangsspannung nicht über der Startspannung ist, wird die Wandlerstufe hingegen nicht eingeschaltet. Die Startspannung kann insbesondere eine vorbestimmte Startspannung sein, die beispielsweise in einem Digitalcontroller programmiert ist. Das Verfahren kann beispielsweise anfänglich einen weiteren Schritt des Festlegens der Startspannung und/oder der Endspannung umfassen, beispielsweise in Abhängigkeit eines entsprechenden Signals und/oder einer an den Ausgang der Wandlerstufe und/oder des elektrischen Leistungswandlers gekoppelten Last.
Darüber hinaus wird durch das beschriebene Verfahren ein Überschwingen der Ausgangsspannung vermieden, da die Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung geregelt wird, welche die nach dem Einschalten der Wandlerstufe anliegende Ausgangsspannung der Wandlerstufe, d. h. die anfängliche Ausgangsspannung, berücksichtigt und sich von dieser lediglich um eine Offset-Spannung unterscheidet.
Durch das Vorsehen einer Regelung während des Hochfahrens können ferner unterschiedliche Lasten berücksichtigt werden, die an den Ausgang der Wandlerstufe gekoppelt sind. Im Vergleich zu einem starren Softstart-Prozess, bei dem eine vorbestimmte Erhöhung der Sollausgangsspannung unabhängig von der anfänglichen Ausgangsspannung vor dem Hochfahren stattfindet, kann somit ein allzu schneller Anstieg der Ausgangsspannung für unterschiedliche angeschlossene Lasten vermieden werden.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Offset-Spannung in Abhängigkeit einer an den Ausgang der Wandlerstufe gekoppelten Nutzlast eingestellt wird, z. B. anfänglich nach dem Einschalten oder kontinuierlich während des Hochfahrens. Beispielsweise kann die Offset-Spannung in Abhängigkeit der Induktivität der gekoppelten Nutzlast eingestellt werden und/oder in Abhängigkeit der an der Nutzlast anliegenden Spannung und/oder in Abhängigkeit des durch die Nutzlast fließenden Stroms. Desweiteren kann es alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die Offset-Spannung in Abhängigkeit der Eingangsspannung des Leistungswandlers eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Rate, mit der die Offset-Spannung zeitlich verändert wird, in Abhängigkeit einer an den Ausgang der Wandlerstufe gekoppelten Nutzlast eingestellt werden.
Die Offset-Spannung kann zu Beginn der Regelung insbesondere auf eine anfänglich vorbestimmte Start-Offset-Spannung eingestellt werden. Um die aktuelle Offset-Spannung an die aktuelle Ausgangsspannung während des sanften Hochfahrens anzupassen, kann die Soll-Ausgangsspannung dann während der Regelung bis zum Erreichen der Endspannung um ein oder mehrere Spannungsinkremente erhöht oder um ein oder mehrere Spannungsdekremente verringert werden.
Es sollte verstanden werden, dass die Offset-Spannung nur am Anfang der Regelung einer Differenz zwischen der aktuellen (d. h. anfänglichen) Ausgangsspannung und der aktuellen (d. h. anfänglichen) Sollausgangsspannung entspricht. Für die Regelung während des Hochfahrens ist die kontinuierliche Erfassung der aktuellen Ausgangsspannung der Wandlerstufe während des Hochfahrens insbesondere nicht unbedingt erforderlich. Dennoch wird die aktuelle Ausgangsspannung im Allgemeinen erfasst werden, um den Zeitpunkt zu bestimmen, wann das Hochfahren beendet wird, und/oder um die Offset-Spannung während des Hochfahrens einzustellen. Im Verlauf des Hochfahrens entspricht die Offset-Spannung der Differenz zwischen der anfänglichen Ausgangsspannung und der aktuellen Sollausgangsspannung. Das Verfahren kann beispielsweise in einem Digitalcontroller, bevorzugt in einem Mikrocontroller implementiert sein. Dies ermöglicht es, dass die Parameter des Verfahrens, wie beispielsweise die Startspannung, die Endspannung, die Offset-Spannung, eine anfängliche (Start-)Offset-Spannung und/oder Spannungsinkremente und -dekremente flexibel programmiert werden können. Auf diese Weise kann das Verfahren für eine Anwendung des elektrischen Leistungswandlers in verschiedenen Applikationen angepasst werden. Der Digitalcontroller kann beispielsweise die Analogregelschaltung 2 in der 1 ersetzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wandlerstufe eine erste Wandlerstufe, insbesondere eine erste Transistor-Wandlerstufe des elektrischen Leistungswandlers. Hierdurch wird ein sanftes Hochfahren der ersten Wandlerstufe des Leistungswandlers ermöglicht, so dass die nachfolgenden Wandlerstufen des Leistungswandlers vor einer zu schnell ansteigenden Spannung bzw. vor einem zu schnell ansteigenden Tastverhältnis der von der ersten Wandlerstufe ausgegebenen Ausgangsspannung geschützt werden. Der elektrische Leistungswandler kann beispielsweise ein mehrstufiger Leistungswandler, insbesondere ein zweistufiger Leistungswandler sein. Eine zweite Stufe des elektrischen Leistungswandlers kann beispielsweise eine Halbbrückenschaltung, insbesondere eine resonanten Halbbrückenschaltung, ein Cuk-Wandler oder Ähnliches sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wandlerstufe eine Power-Factor-Correction-(PFC)-Schaltung. Eine PFC-Schaltung, in Fachkreisen auch Leistungsfaktorkorrekturfilter genannt, kann einen Leistungsfaktor erhöhen, damit dieser in einem gesetzlich vorgegebenen Bereich bleibt. Üblicherweise werden PFC-Schaltungen als erste Wandlerstufe in einem elektrischen Leistungswandler eingesetzt. Bei einem Einsatz des Verfahrens zum Hochfahren der PFC-Schaltung kann somit effizient ein Schutz aller nachfolgenden (Transistor-)Wandlerstufen des elektrischen Leistungswandlers gewährleistet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Regeln eine PI-Regelung (proportional-integral control). In alternativen Ausführungsformen umfasst das Regeln eine P-Regelung (proportional control) oder eine PID-Regelung (proportional-integral-derivative control). Es kann in einigen Ausführungsformen vorgesehen sein, dass sich das Regeln vor dem Erreichen der Endspannung von dem Regeln nach dem Erreichen der Endspannung in zumindest einem Regelungsparameter unterscheidet. Beispielsweise kann das Regeln vor dem Erreichen der Endspannung zusätzlich zu den Regelungsparametern des Regelns nach Erreichen der Endspannung einen weiteren Satz von PI-Parametern umfassen. Diese P-, PI- oder PID-Regelung bzw. die dabei involvierten Regelungsparameter können von einer Änderung der Sollausgangsspannung beeinflusst werden. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf eine P-, PI- oder PID-Regelung beschränkt. Vielmehr sind zusätzlich oder alternativ auch andere Arten der Regelung möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Endspannung eine vorbestimmte Endspannung. In dieser Ausführungsform ist die Endspannung beispielsweise vorher programmiert worden und wird nicht während des Hochfahrens, d. h. nach dem Einschalten der Wandlerstufe, geändert. In einigen Ausführungsformen wird die Endspannung in Abhängigkeit einer an den Ausgang der Wandlerstufe gekoppelten Last eingestellt, wie es oben erwähnt wurde. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ein Einstellen der Endspannung in Abhängigkeit einer an den Ausgang der Wandlerstufe gekoppelten Last umfassen, beispielsweise wie es unten näher erläutert wird.
Es ist dabei besonders bevorzugt, dass die Endspannung niedriger als die Normausgangsspannung ist. Auf diese Weise wird ein Überschwingen der Ausgangsspannung der Wandlerstufe am Ende des Hochfahrens vermieden.
In einigen Ausführungsformen kann die Endspannung ein vorbestimmter Bruchteil der Normausgangsspannung sein. In diesem Fall wird das Hochfahren der Wandlerstufe abgeschlossen, sobald die Endspannung den Bruchteil, d. h. einen Prozentsatz der Normausgangsspannung erreicht. Der Bruchteil kann dabei ein vorbestimmter Bruchteil sein, der während des Hochfahrens der Wandlerstufe, d. h. nach dem Einschalten der Wandlerstufe, nicht verändert wird.
Wird der die Endspannung definierende, vorbestimmte Bruchteil der Normausgangsspannung während des Hochfahrens nicht verändert, dann liegt die Endspannung vorzugsweise im Bereich von 60% bis 97% der Normausgangsspannung, besonders bevorzugt im Bereich von 75% bis 95% der Normausgangsspannung.
Alternativ oder zusätzlich kann die Normausgangsspannung eine vorbestimmte Normausgangsspannung sein, die während des Hochfahrens der Wandlerstufe zumindest zeitweise nicht geändert wird. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Normausgangsspannung in Abhängigkeit einer an den Ausgang der Wandlerstufe gekoppelten Last und/oder eines empfangenen externen Dimming-Signals eingestellt wird.
In einigen Ausführungsformen werden die Startspannung, die Start-Offset-Spannung, die Endspannung und/oder die Normausgangspannung in einem ersten Verfahrensschritt festgelegt. Die Start-Offset-Spannung entspricht dabei der Offset-Spannung am Beginn der Regelung, d. h. unmittelbar nach dem Einschalten der Wandlerstufe.
Die Start-Offset-Spannung liegt in einigen Ausführungsformen zwischen 0,1 V und 100 V, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 V und 20 V und besonders bevorzugt zwischen 2 V und 12 V.
Die Start-Offset-Spannung, Spannungsinkremente und/oder Spannungsdekremente, die bei der zeitlichen Veränderung der Offset-Spannung während des Hochfahrens verwendet werden, können in einigen Ausführungsformen basierend auf der anfänglichen Ausgangsspannung festgelegt werden.
Anstelle durch absolute Werte kann es in einigen Ausführungsformen beispielsweise vorgesehen sein, die Start-Offset-Spannung als Bruchteil der anfänglichen Ausgangsspannung oder der Startspannung der Wandlerstufe festzulegen. Beispielsweise liegt die Start-Offset-Spannung dann im Bereich zwischen 0,1% und 30% der anfänglichen Ausgangsspannung oder der Startspannung der Wandlerstufe, vorzugsweise zwischen 0,2% und 10% der anfänglichen Ausgangsspannung oder der Startspannung der Wandlerstufe und besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 5% der anfänglichen Ausgangsspannung oder der Startspannung der Wandlerstufe.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, die Offset-Spannung während des Hochfahrens als Bruchteil einer aktuellen Ausgangsspannung der Wandlerstufe zu bestimmen. Beispielsweise legt die Offset-Spannung im Bereich zwischen 0,1% und 25% der aktuellen Ausgangsspannung der Wandlerstufe, vorzugsweise zwischen 0,2% und 10% der aktuellen Ausgangsspannung der Wandlerstufe und besonders bevorzugt zwischen 0,5% und 5% der aktuellen Ausgangsspannung der Wandlerstufe. Um die aktuelle Ausgangsspannung festzustellen, kann das Verfahren ein Erfassen einer aktuellen Ausgangsspannung der Wandlerstufe, z. B. während des Regelns umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter ein Ändern der Offset-Spannung nach dem Einschalten der Wandlerstufe und vor dem Erreichen der vorbestimmten Endspannung. In diesen Ausführungsformen wird die Offset-Spannung während des Hochfahrens als Funktion der Zeit geändert. Auf diese Weise kann die Wandlerstufe schneller hochgefahren werden, um an ihrem Ausgang die gewünschte Normausgangsspannung auszugeben. Beispielsweise kann die Offset-Spannung kontinuierlich geändert werden oder aus der aktuellen Normausgangspannung und/oder der aktuellen Ausgangsspannung der Wandlerstufe abgeleitet werden. Insbesondere kann die zeitliche Änderung der Offset-Spannung durch ein oder mehrere entsprechende Spannungsinkremente eingestellt werden, so dass die jeweils aktuelle Sollausgangsspannung aus der Summe einer anfänglichen, z. B. anfänglich vorbestimmten, (Start-)Offset-Spannung, der nach dem Start der Wandlerstufe gemessenen anfänglichen Ausgangsspannung der Wandlerstufe sowie der Summe der über der Zeit akkumulierten Spannungsinkremente und/oder -dekremente gebildet wird.
Es ist dabei besonders bevorzugt, dass die Offset-Spannung nach dem Einschalten der Wandlerstufe und vor dem Erreichen der vorbestimmten Endspannung in regelmäßigen zeitlichen Abständen geändert wird, beispielsweise indem die Offset-Spannung um ein oder mehrere Spannungsinkremente und/oder -dekremente in regelmäßigen zeitlichen Abständen geändert wird. In diesen Ausführungsformen kann die Offset-Spannung schrittweise erhöht oder verringert werden. Insbesondere können die Spannungsinkremente und/oder -dekremente, um welche die Offset-Spannung während des Hochfahrens in mehreren Schritten geändert wird, schrittweise erhöht oder verringert werden. Alternativ kann die Offset-Spannung in den regelmäßigen zeitlichen Abständen jeweils um einen gleichen Betrag, einen gleichen Prozentsatz oder Ähnliches geändert werden. In einigen Ausführungsformen wird die Offset-Spannung nach dem Einschalten der Wandlerstufe und vor dem Erreichen der vorbestimmten Endspannung zumindest dreimal, bevorzugt zumindest zehnmal geändert. Die Offset-Spannung kann alternativ kontinuierlich geändert werden. Unabhängig von einer schrittweisen oder kontinuierlichen Änderung kann die Offset-Spannung mit einer konstanten oder variablen Rate geändert werden.
Es kann in einigen Ausführungsformen vorgesehen sein, dass alle oder einige der genannten Verfahrensschritte wiederholt ausgeführt werden. Beispielsweise können die Schritte mit einer Periode von zwischen 1 μs und 500 ms, insbesondere zwischen 10 μs und 100 ms und bevorzugt zwischen 100 μs und 50 ms wiederholt werden.
In einigen Ausführungsformen wird die Offset-Spannung in den regelmäßigen zeitlichen Abständen jeweils um einen Betrag zwischen 1 V und 10 V, insbesondere zwischen 1,5 V und 8 V und bevorzugt zwischen 2 V und 4 V geändert, insbesondere erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Erfassen der aktuellen Ausgangsspannung der Wandlerstufe während des Hochfahrens und ein Anpassen der Offset-Spannung, so dass eine Differenz zwischen der aktuellen Ausgangsspannung und der Sollausgangsspannung ungefähr konstant bleibt. Insbesondere kann die Differenz zwischen der aktuellen Ausgangsspannung und der Sollausgangsspannung während des gesamten Hochfahrens ungefähr konstant gehalten werden, oder während zumindest der Hälfte der Zeit des Hochfahrens. Eine Differenz wird dabei als ungefähr konstant betrachtet, wenn sie zeitlich um weniger als 20%, insbesondere weniger als 10% und bevorzugt weniger als 5% variiert.
In einigen Ausführungsformen beträgt die Differenz zwischen der aktuellen Ausgangsspannung und der Sollausgangsspannung zwischen 1 V und 10 V, insbesondere zwischen 1,5 V und 8 V und bevorzugt zwischen 2 V und 4 V.
In einigen Ausführungsformen sind die Spannungsinkremente und/oder -dekremente derart vorbestimmt, beispielsweise indem sie auf den beim Hochfahren der Wandlerstufe zu erwartenden Verlauf der Ausgangsspannung abgestimmt sind, so dass die Differenz zwischen der aktuellen Ausgangsspannung und der Sollausgangsspannung während zumindest der Hälfte der Zeit des Hochfahrens ungefähr konstant gehalten wird. In diesen Ausführungsformen kann dann darauf verzichtet werden, die Offset-Spannung in Abhängigkeit von der aktuellen Ausgangsspannung zu Regeln. Beispielsweise kann dazu ein kontinuierliches Erhöhen der Sollausgangsspannung in regelmäßigen zeitlichen Abständen vorgesehen sein.
In einem weiteren Aspekt wird ein elektrischer Leistungswandler mit zumindest einer Wandlerstufe und einem an die erste Wandlerstufe gekoppelten Digitalcontroller, der einen Betrieb der ersten Wandlerstufe regelt, bereitgestellt. Der Digitalcontroller ist dazu eingerichtet, nach Beginn einer Leistungsversorgung des elektrischen Leistungswandlers folgende Schritte durchzuführen: Erfassen einer Ausgangsspannung an einem Ausgang der ersten Wandlerstufe, Vergleichen der Ausgangsspannung mit einer Startspannung und, wenn die Ausgangsspannung über der Startspannung ist, Einschalten der Wandlerstufe, Bestimmen einer anfänglichen Ausgangsspannung der Wandlerstufe und Regeln der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung, welche gleich der anfänglichen Ausgangsspannung der Wandlerstufe plus eine Offset-Spannung ist. Der Digitalcontroller ist ferner dazu eingerichtet, anschließend folgende Schritte durchzuführen: Wenn die Ausgangsspannung eine Endspannung erreicht, Regeln der Wandlerstufe auf eine Soll-Ausgangsspannung, welche gleich einer Normausgangsspannung ist.
Der Digitalcontroller kann dazu eingerichtet sein, die genannten Schritte wiederholt durchzuführen und/oder weitere Schritte und Aspekte des oben beschriebenen Verfahrens zu implementieren. Beispielsweise kann der Digitalcontroller in den einzelnen Phasen jeweils einen aktuellen Wert der Ausgangsspannung der ersten Wandlerstufe verwenden, wie beispielsweise eine an deren Ausgang aktuell erfasste Ausgangsspannung. Zum Erfassen der aktuellen Ausgangsspannung kann der Digitalcontroller an den Ausgang der ersten Wandlerstufe gekoppelt sein. Beispielsweise kann an dem Ausgang der ersten Wandlerstufe ein Spannungsteiler vorgesehen sein, wobei dessen geteilte Spannung an einen Rückkopplungseingang des Digitalcontrollers zurückgeführt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Wandlerstufe eine Power-Factor-Correction-(PFC)-Schaltung. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Leistungswandler zumindest eine zweite Wandlerstufe umfassen, welche beispielsweise an den Ausgang der ersten Wandlerstufe gekoppelt ist. Die zweite Wandlerstufe kann beispielsweise eine Halbbrückenschaltung, insbesondere eine resonante Halbbrückenschaltung, einen Cuk-Wandler oder Ähnliches umfassen. Die erste Wandlerstufe kann in einigen Ausführungsformen ohne Zwischenschaltung einer weiteren (Transitor-)Wandlerstufe an einen Eingang des elektrischen Leistungswandlers gekoppelt sein.
In einigen Ausführungsformen ist der elektrische Leistungswandler dazu eingerichtet, Ausgangsleistungen in einem Bereich von 15 W bis 400 W, insbesondere zwischen 25 W und 250 W und bevorzugt zwischen 40 und 150 W zu liefern. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Leistungswandler dazu eingerichtet sein, eine oder mehrere Lichtquellen, insbesondere eine Anordnung einer oder mehrerer Leuchtdioden und/oder organischer lichtemittierender Vorrichtungen (organic light emitting devices) mit elektrischer Leistung zu versorgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform implementiert der Digitalcontroller bei der Regelung der Ausgangsspannung der ersten Wandlerstufe eine PI-Regelung. Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform implementiert der Digitalcontroller alternativ oder zusätzlich bei der Regelung der Ausgangsspannung der ersten Wandlerstufe eine P- oder eine PID-Regelung.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Digitalcontroller die Regelparameter der P-Regelung und/oder der PI-Regelung und/oder der PID-Regelung in Abhängigkeit von der Offset-Spannung (V_off) und/oder von der Sollausgangsspannung (V_ref(ss)) zumindest einmal ändert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Endspannung eine vorbestimmte Endspannung, die während des Hochfahrens der ersten Wandlerstufe nicht verändert wird. Die Endspannung kann beispielsweise niedriger als die Normausgangsspannung sein. In einigen Ausführungsformen ist die Endspannung ein vorbestimmter Bruchteil der Normausgangsspannung.
Die Normausgangsspannung kann eine vorbestimmte Normausgangsspannung sein, die in den Digitalcontroller vor dem Einschalten des elektrischen Leistungswandlers programmiert wurde. In einigen Ausführungsformen enthält der elektrische Leistungswandler ferner einen Signaleingang für eine Angabe der Normausgangsspannung. Der Signaleingang kann an den Digitalcontroller und/oder einen an den Digitalcontroller gekoppelten Speicher gekoppelt sein, um die Angabe der Normausgangsspannung zu empfangen. Auf diese Weise kann die Normausgangsspannung von einem Anwender vorgegeben werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Digitalcontroller die Normausgangsspannung in Abhängigkeit einer an einen Ausgang des elektrischen Leistungswandlers angeschlossenen Last und/oder einer an den Ausgang der ersten Wandlerstufe angeschlossenen Last einstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Digitalcontroller einen Mikrocontroller, beispielsweise einen 8-Bit-Mikrocontroller. Das Verwenden eines Mikrocontrollers ermöglicht eine flexible und einfache Programmierung des Digitalcontrollers. Beispielsweise können in einigen Ausführungsformen die Startspannung, die Endspannung, die Offset-Spannung, die Rate der Erhöhung der Offset-Spannung und/oder die Normausgangsspannung in den Digitalcontroller bzw. Mikrocontroller programmiert sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erhöht der Digitalcontroller die Offset-Spannung nach dem Einschalten des elektrischen Leistungswandlers und vor dem Erreichen der Endspannung zumindest einmal. Wie oben beschrieben wurde, kann der Digitalcontroller die Offset-Spannung schrittweise oder kontinuierlich ändern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ändert der Digitalcontroller die Offset-Spannung nach dem Einschalten des elektrischen Leistungswandlers und vor dem Erreichen der Endspannung in regelmäßigen zeitlichen Abständen. Dabei kann der Digitalcontroller die Offset-Spannung in einigen Fällen um jeweils den gleichen Betrag oder den gleichen Prozentsatz ändern. Alternativ oder zusätzlich ändert der Digitalcontroller die Offset-Spannung mit einer vorbestimmten Rate, entweder schrittweise oder kontinuierlich.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Beleuchtungssystem mit einem elektrischen Leistungswandler der oben beschriebenen Art und einer elektrischen Lichtquelle, die an einen Ausgang des elektrischen Leistungswandlers gekoppelt ist, bereit. Die elektrische Lichtquelle kann beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden und/oder eine oder mehrere organische lichtemittierende Vorrichtungen, in Fachkreisen Organic Light Emitting Devices genannt, umfassen. Die Lichtquelle kann beispielsweise zur Innen- oder Außenraumbeleuchtung ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Lichtquelle zur Hintergrundbeleuchtung einer elektrischen Anzeige, wie beispielsweise eines Bildschirms ausgebildet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt
1 eine PFC-Schaltung mit Analogregelschaltung aus dem Stand der Technik,
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
3 einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung einer PFC-Schaltung gemäß einer Ausführungsform und
4 einen zeitlichen Verlauf der Sollausgangsspannung einer PFC-Schaltung gemäß einer Ausführungsform.
2 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform dar. In Schritt 202 beginnt das Verfahren, beispielsweise sobald der elektrischen Leistungswandler an seinem Eingang mit elektrischer Leistung versorgt wird. Der Leistungswandler kann beispielsweise über einen Schalter eingeschaltet werden. Alternativ kann der elektrische Leistungswandler automatisch eingeschaltet werden, wenn eine Eingangsspannung an einem Eingang der elektrischen Leistungswandlers einen vorbestimmten Spannungswert überschreitet.
Das Verfahren schreitet zu Schritt 204 fort, bei dem die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc der ersten Wandlerstufe des elektrischen Leistungswandlers mit einer vorbestimmten Startspannung V_pfc(start) verglichen wird. In der Ausführungsform der 2 wird die jeweils aktuell erfasste Ausgangsspannung der ersten Wandlerstufe mit V_pfc bezeichnet. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass das in 2 dargestellte Verfahren auch bei einer anderen Wandlerstufe als einer PFC-Schaltung verwendet werden kann.
Wenn in Schritt 204 festgestellt wird, dass die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe die Startspannung V_pfc(start) noch nicht erreicht hat, kehrt das Verfahren zu Schritt 202 zurück, d. h. mit dem Hochfahren der Wandlerstufe wird noch nicht begonnen. Wenn in Schritt 204 andernfalls festgestellt wird, dass die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc über der Startspannung V_pfc(start) liegt, wird die Wandlerstufe in Schritt 206 eingeschaltet und eine anfängliche Ausgangsspannung V_pfc(ss) der Wandlerstufe bestimmt. Diese wird im Allgemeinen ungefähr gleich der Startspannung V_pfc(start) sein. Allerdings kann sich durch den geringen zeitlichen Versatz durch das Erfassen der Ausgangsspannung V_pfc, das Vergleichen mit der Startspannung V_pfc(start) und das Einschalten der Wandlerstufe eine Änderung in V_pfc ergeben, die durch ein einmaliges Erfassen des anfänglichen V_pfc(ss) unmittelbar nach dem Einschalten berücksichtigt wird. Allerdings kann in alternativen Ausführungsformen zur Vereinfachung V_pfc(ss) = V_pfc(start) angenommen werden. Der Wert von V_pfc(ss) wird in den nachfolgenden Verfahrensschritten als konstante Bezugsgröße verwendet.
Sodann wird die Regelung mit einer Sollausgangspannung V_ref(ss) begonnen, welche gleich der anfänglichen Ausgangsspannung V_pfc(ss) plus eine Offset-Spannung V_off ist: V_ref(ss) = V_pfc(ss) + V_off. (1)
Dabei beschreibt die Offset-Spannung V_off im Allgemeinen den Unterschied zwischen der jeweils aktuellen Sollausgangsspannung und der anfänglichen Ausgangsspannung der Wandlerstufe. Zu Beginn der Regelung ist die Offset-Spannung V_off beispielsweise durch eine anfänglich vorbestimmte Start-Offset-Spannung V_off(start) gegeben, die beispielsweise in einen Digitalcontroller des elektrischen Leistungswandlers programmiert ist, der das Verfahren der 2 ausführt. V_pfc bezeichnet die aktuell am Ausgang der ersten Wandlerstufe erfasste Ausgangsspannung, deren Wert dann zum Überprüfen eines Abbruchkriteriums für die im Folgenden beschriebene Regelschleife verwendet werden kann.
Mit der nach der Formel (1) festgelegten Sollausgangsspannung V_ref(ss) beginnt das Regeln während des Softstart-Prozesses in Schritt 208. Während des Regeln wird kontinuierlich überprüft, ob die jeweils aktuell erfasste Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe eine vorbestimmte Endspannung V_pfc(ssend) erreicht hat. Solange die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc die Endspannung V_pfc(ssend) noch nicht erreicht hat, wird in der Ausführungsform der 2 die Soll-Ausgangsspannung V_ref(ss) durch V_off in Schritt 212 angepasst, d. h. in der Regel erhöht. Im Allgemeinen umfasst die Offset-Spannung einen konstanten anfänglichen Startwert V_off(start) und eine zeitlich veränderliche Komponente V_off ^veränd(t): V_off(t) = V_off(start) + V_off ^veränd(t), (2) wobei V_off ^veränd(t = 0) = 0, so dass V_off(t = 0) = V_off(start) gilt. Die veränderliche Komponente V_off ^veränd(t) der Offset-Spannung ergibt sich beispielsweise durch im Laufe des Hochfahrens akkumulierte Inkremente und Dekremente. Beispielsweise kann bei einem n-ten Durchlauf durch den Schritt 212 die Sollausgangsspannung um ein Inkrement ΔV_ref erhöht werden: V_ref(ss)_n = V_ref(ss)_n-1 + ΔV_ref, (3)
ΔV_ref ist vorzugsweise ein zuvor festgelegter, konstanter Wert. Obwohl oben eine Erhöhung der Sollausgangsspannung V_ref(ss) um das Spannungsinkrement ΔV_ref in Schritt 212 gemäß Gleichung (2) beschrieben worden ist, wird der Fachmann erkennen, dass der Schritt 212 in manchen Durchläufen die Sollausgangsspannung unverändert lassen kann. In diesem Fall bleibt der Wert der Sollausgangsspannung V_ref(ss) während des Hochfahrens, d. h. während der aus den Schritten 208 und 210 gebildeten Schleife, zumindest kurzzeitig konstant. Dies entspricht einem Durchlaufen der Schleife mit einem Spannungsinkrement ΔV_ref = 0 V. Im Allgemeinen kann ΔV_ref positiv, negativ oder gleich null sein. ΔV_ref kann bei zumindest zwei, insbesondere zumindest fünf, Durchläufen durch den Schritt 212 einen unterschiedlichen Wert haben.
Im Allgemeinen ist V_off zeitabhängig. Beispielsweise kann V_off(t) nur von der Zeit abhängen und sich nur als Funktion dieser ändern. Es sind aber auch Varianten denkbar, in denen sich V_off(t) als Funktion der Soll-Ausgangsspannung V_ref(ss) und/oder als Funktion der aktuellen Ausgangsspannung V_pfc ergibt. Desweiteren kann die Offset-Spannung V_off(t) in manchen Ausgestaltungen von einer oder mehreren der folgenden Größen abhängen: Der angeschlossenen Last, einem Temperaturwert, der Startspannung V_pfc(start), der Endspannung V_pfc(ssend). Alternativ kann die Offset-Spannung zeitlich kontinuierlich, beispielsweise ohne Unstetigkeit im zeitlichen. Verlauf von V_off(t) verändert werden. Während des Hochfahrens der Wandlerstufe erhöht sich die Soll-Ausgangsspannung V_ref(ss) in diesen Ausführungsformen somit um die im Allgemeinen zeitabhängige Offset-Spannung V_off(t), die insbesondere auch die kontinuierliche Zunahme der tatsächlichen Ausgangsspannung V_pfc(t) der Wandlerstufe berücksichtigen kann: V_ref(ss)(t) = V_pfc(ss) + V_off(t). (4)
In einer bevorzugten Ausführung ist es dabei vorteilhaft, wenn die Erhöhung der aktuellen Ausgangsspannung V_pfc beim Durchlaufen der aus den Schritten 208 und 210 gebildeten Schleife gerade dem Spannungsinkrement ΔV_ref entspricht, so dass die Spannungsdifferenz zwischen der aktuellen Sollausgangsspannung und der aktuellen Ausgangsspannung wenigstens näherungsweise konstant bleibt. Dies entspricht einer Offset-Spannung von V_off(t) = V_pfc – V_pfc(ss), (5) d. h. die Offset-Spannung V_off(t) spiegelt in diesen Ausführungsformen die zeitliche Zunahme der Ausgangsspannung V_pfc während des Hochfahrens wieder. Die Sollausgangsspannung unterscheidet sich dann somit von der aktuellen Ausgangsspannung um die Start-Offset-Spannung V_off(start).
Durch die oben beschriebenen Varianten der Änderung der Soll-Ausgangsspannung V_ref(ss)(t) kann insbesondere auch einer Regelung der tatsächlichen Ausgangsspannung V_pfc(t) beeinflusst werden und damit besonders vorteilhaft auf den Softstart-Prozesses eingestellt werden. Somit können beispielsweise ein Überschwingen der Regelung und/oder starke Änderungen des Tastverhältnisses von einem oder mehreren Transistoren 3 der PFC-Schaltung effizient verhindert oder minimiert werden. Als Transistoren können insbesondere MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) verwendet werden.
Wenn in Schritt 210 festgestellt wird, dass die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc die Endspannung V_pfc(ssend) erreicht hat, wird die Regelung der Wandlerstufe in Schritt 214 mit einer Sollausgangsspannung V_ref fortgesetzt, die der Normausgangsspannung V_ref(norm) entspricht. Das Verfahren fährt anschließend in Schritt 216 mit der normalen Regelung basierend auf V_ref(norm) fort. Die normale Regelung kann dabei eine P-, eine PI- oder PID-Regelung umfassen. Die Endspannung V_pfc(ssend) und/oder die Normausgangsspannung V_ref(norm) können jeweils vorbestimmt und beispielsweise in dem Digitalcontroller, der das Verfahren der 2 ausführt, programmiert sein. Die Endspannung V_pfc(ssend), die Sollausgangsspannung V_ref(ss), die Start-Offset-Spannung V_off(start) und die Normausgangsspannung V_ref(norm) werden beispielsweise vorab und unabhängig voneinander festgelegt. Diese Größen können dabei insbesondere in Abhängigkeit von der angeschlossenen Last dimensioniert werden und/oder durch Schaltungsvorgaben, beziehungsweise Anforderungsprofile der jeweiligen Anwendung, festgelegt werden.
3 stellt einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe dar. Sobald der Eingang des elektrischen Leistungswandlers mit elektrischer Leistung versorgt wird, liegt eine Eingangsspannung an der ersten Wandlerstufe an, so dass auch an deren Ausgang eine Ausgangsspannung V_pfc anliegt, welche ungleich Null ist. Wenn die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe ab einem Zeitpunkt t_start größer als die vorbestimmte Startspannung V_pfc(start) ist, beginnt das Hochfahren der Wandlerstufe. Diese Phase ist in 3 als Softstart bezeichnet.
In 3 erreicht die Ausgangsspannung V_pfc der ersten Wandlerstufe zu dem Zeitpunkt t_start die Startspannung V_pfc(start), so dass die Wandlerstufe gestartet wird (siehe Schritt 206 in 2). Im folgenden Zeitabschnitt nimmt die Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe in Folge der Softstart-Regelung kontinuierlich zu (siehe Schritte 208, 210 und 212 der 2) und folgt dabei der Sollausgangsspannung V_ref(ss) gemäß einer der Gleichungen (1)–(4). In Folge des kontinuierlichen Ansteigens der Ausgangsspannung V_pfc erreicht diese zu einem Zeitpunkt t_ssend eine vorbestimmte Endspannung V_pfc(ssend) (siehe Schritt 210 in 2). Zu diesem Zeitpunkt beendet der Digitalcontroller das Hochfahren der Wandlerstufe und geht in einen normalen Betrieb über. Aufgrund der Regelung im normalen Betrieb steigt die Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe noch einige Zeit an, bevor sie die Normausgangsspannung V_pfc(norm) erreicht.
4 zeigt die zeitliche Veränderung der tatsächlichen Ausgangspannung V_pfc der Wandlerstufe sowie der Sollausgangspannung V_ref. In 4 sind V_pfc und V_ref jeweils für ein Szenario, in dem die Eingangsspannung des elektrischen Leistungswandlers 100 V beträgt, und für ein Szenario, in dem die Eingangsspannung des elektrischen Leistungswandlers 240 V beträgt, dargestellt.
In 4 ist ein zeitlicher Ausschnitt der Darstellung in 3 gezeigt, welcher nach dem Zeitpunkt t_start, d. h. nach dem Beginn des Hochfahrens der Wandlerstufe, liegt. Wie in 4 ersichtlich ist, wird die Sollausgangsspannung V_ref während des Hochfahrens kontinuierlich erhöht. Die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe nähert sich zeitlich langsam der Sollausgangsspannung V_ref an. Kurz bevor die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe die Normausgangsspannung V_pfc(norm) = V_ref(norm) erreicht, endet das Hochfahren der Wandlerstufe, wenn die aktuelle Ausgangsspannung V_pfc die Endspannung V_pfc(ssend) erreicht (nicht in 4 gezeigt), und es beginnt die normale Regelung. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sollausgangsspannung V_ref auf den Normwert V_ref(norm) geändert. Da die tatsächliche Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe jedoch zu diesem Zeitpunkt bereits recht nahe an der Normausgangsspannung V_ref(norm) ist, kommt es nicht zu abrupten Veränderungen der Ausgangsspannung V_pfc. Vielmehr nähert sich die tatsächliche Ausgangsspannung V_pfc der Normausgangsspannung V_ref(norm) langsam an. In der Sprache der Gleichungen (2) und (4) bedeutet dies, dass die Erhöhung der durch die Start-Offset-Spannung V_off(start) gegebenen anfänglichen Offset-Spannung während des wiederholten Durchlaufens der Regelschleife insgesamt geringer ist, als die Zunahme der aktuellen Ausgangsspannung V_pfc der Wandlerstufe.
Weitere Veränderungen, Ersetzungen und Weglassungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen sind möglich. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass an den Ausgang der Wandlerstufe alternativ oder zusätzlich eine oder mehrere weitere Wandlerstufen, wie z. B. ein Cuk-Wandler angeschlossen sind.
Bezugszeichenliste

2: Regelschaltung
3: Transistor
4: Gleichrichterbrücke
5: Filter
6: Kondensator
202–216: Verfahrensschritte
C1, C2: Kondensator
D1: Diode
GND: Masse
P1: Primärwicklung
R1, R2, R3, R4, R5, R6: Widerstand
S1: Sekundärwicklung
TX: Transformator
V_pfc: Ausgangsspannung
V_ref: Soll-Ausgangsspannung
V_off: Offset-Spannung
V_pfc(start): Startspannung
V_pfc(ssend): Endspannung
V_ref(norm): Normausgangsspannung

Claims

Verfahren zum Hochfahren einer Wandlerstufe eines elektrischen Leistungswandlers auf eine Normausgangsspannung (V_ref(norm)), umfassend: wenn eine Ausgangsspannung (V_pfc) der Wandlerstufe über einer Startspannung (V_pfc(start)) ist, Einschalten (206) der Wandlerstufe, Bestimmen einer anfänglichen Ausgangsspannung (V_pfc(ss)) der Wandlerstufe und Regeln der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung (V_ref(ss)), welche gleich der anfänglichen Ausgangsspannung (V_pfc(ss)) der Wandlerstufe plus eine Offset-Spannung (V_off) ist, und, wenn die Ausgangsspannung (V_pfc) eine Endspannung (V_pfc(ssend)) erreicht (210), Regeln (216) der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung, welche gleich der Normausgangsspannung (V_ref(norm)) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wandlerstufe eine Power-Factor-Correction-(PFC)-Schaltung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Regeln eine P-Regelung (proportional control) und/oder eine PI-Regelung (proportional-integral control) und/oder eine PID-Regelung (proportional-integral-derivative control) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Endspannung (V_pfc(ssend)) niedriger als die Normausgangsspannung (V_ref(norm)) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Endspannung (V_pfc(ssend)) ein vorbestimmter Bruchteil der Normausgangsspannung (V_ref(norm)) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter ein Ändern (212) der Offset-Spannung (V_off) nach dem Einschalten der Wandlerstufe und vor dem Erreichen der vorbestimmten Endspannung (V_pfc(ssend)) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Offset-Spannung (V_off) nach dem Einschalten der Wandlerstufe und vor dem Erreichen der vorbestimmten Endspannung (V_pfc(ssend)) in regelmäßigen zeitlichen Abständen geändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Erfassen der aktuellen Ausgangsspannung (V_pfc) der Wandlerstufe während des Hochfahrens und ein Anpassen der Offset-Spannung (V_off), so dass eine Differenz zwischen der aktuellen Ausgangsspannung (V_pfc) und der Sollausgangsspannung (V_ref(ss)) ungefähr konstant bleibt.
Elektrischer Leistungswandler mit zumindest einer ersten Wandlerstufe und einem an die erste Wandlerstufe gekoppelten Digitalcontroller, der einen Betrieb der ersten Wandlerstufe regelt, wobei der Digitalcontroller dazu eingerichtet ist, nach Beginn einer Leistungsversorgung des elektrischen Leistungswandlers folgende Schritte durchzuführen: Erfassen einer Ausgangsspannung (V_pfc) an einem Ausgang der ersten Wandlerstufe, Vergleichen der Ausgangsspannung (V_pfc) mit einer Startspannung (V_pfc(start)) und, wenn die Ausgangsspannung (V_pfc) über der Startspannung (V_pfc(start)) ist, Einschalten der Wandlerstufe, Bestimmen einer anfänglichen Ausgangsspannung (V_pfc(ss)) der Wandlerstufe und Regeln der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung (V_ref(ss)), welche gleich der anfänglichen Ausgangsspannung (V_pfc(ss)) der Wandlerstufe plus eine Offset-Spannung (V_off) ist, und wenn die Ausgangsspannung (V_pfc) eine Endspannung (V_pfc(ssend)) erreicht, Regeln der Wandlerstufe auf eine Sollausgangsspannung, welche gleich einer Normausgangsspannung (V_ref(norm)) ist.
Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 9, wobei die erste Wandlerstufe eine Power-Factor-Correction-(PFC)-Schaltung umfasst.
Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 9 oder 10, welcher ferner zumindest eine zweite Wandlerstufe umfasst, die an den Ausgang der ersten Wandlerstufe gekoppelt ist.
Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Digitalcontroller eine P-Regelung, und/oder eine PI-Regelung und/oder eine PID-Regelung implementiert.
Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Endspannung (V_pfc(ssend)) niedriger als die Normausgangsspannung (V_ref(norm)) ist.
Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Endspannung (V_pfc(ssend)) ein vorbestimmter Bruchteil der Normausgangsspannung (V_ref(norm)) ist.
Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Digitalcontroller einen Mikrocontroller umfasst.
Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Digitalcontroller die Offset-Spannung (V_off) nach dem Einschalten des elektrischen Leistungswandlers und vor dem Erreichen der Endspannung (V_pfc(ssend)) zumindest einmal ändert.
Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei der Digitalcontroller die Offset-Spannung (V_off) nach dem Einschalten des elektrischen Leistungswandlers und vor dem Erreichen der vorbestimmten Endspannung (V_pfc(ssend)) in regelmäßigen zeitlichen Abständen ändert.
Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Offset-Spannung (V_off) konstant ist, während die Wandlerstufe auf die Endspannung geregelt wird.
Beleuchtungssystem mit einem elektrischen Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 9 bis 18 und einer elektrischen Lichtquelle, die an einen Ausgang des elektrischen Leistungswandlers gekoppelt ist.