DE102013216878A1

DE102013216878A1 - Zweistufiger getakteter elektronischer Energiewandler

Info

Publication number: DE102013216878A1
Application number: DE102013216878.0A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Mayer; Olaf Busse; Maximilian Gerber; Horst Werni
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-02-26
Also published as: WO2015024808A1; US20160204693A1; EP3036824A1; CN105474525A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler (20) zum Übertragen einer elektrischen Leistung, mit einem ersten Anschluss (38, 40) zum Anschließen einer elektrischen Energiequelle, einem zweiten Anschluss (42, 44) zum Anschließen eines Verbrauchers (46) und einem Zwischenkreiskondensator (28), wobei eine erste Stufe (1) des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers (20) einen ersten Wandler im Hochsetzbetrieb aufweist, der eine elektrische Spannung am ersten Anschluss (38, 40) in eine elektrische Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator (28) wandelt, und wobei der Zwischenkreiskondensator (28) eine zweite Stufe (2) des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers (20) versorgt, die den Verbraucher (46) in der Leistung steuerbar mit elektrischer Energie versorgt. Erfindungsgemäß weist der Energiewandler eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die von der zweiten Stufe (2) dem Zwischenkreiskondensator (28) entnommene Leistung derart einzustellen, dass ein durch die Leistungsentnahme bewirktes momentanes Minimum der Zwischenkreisspannung größer als ein vorgegebener Spannungsvergleichswert (50, 54) ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler zum Übertragen einer elektrischen Leistung, mit einem ersten Anschluss zum Anschließen einer elektrischen Energiequelle, einem zweiten Anschluss zum Anschließen eines Verbrauchers und einem Zwischenkreiskondensator, wobei eine erste Stufe des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers einen ersten Wandler im Hochsetzbetrieb aufweist, der eine elektrische Spannung am ersten Anschluss in eine elektrische Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator wandelt, und wobei der Zwischenkreiskondensator eine zweite Stufe des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers versorgt, die den Verbraucher in der Leistung steuerbar mit elektrischer Energie versorgt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Leuchtvorrichtung mit einem Leuchtmittel und einem elektrischen Anschluss zum Anschließen der Leuchtvorrichtung an eine elektrische Energiequelle. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers zum Übertragen einer elektrischen Leistung von einer an dem Energiewandler angeschlossenen elektrischen Energiequelle an einen ebenfalls an dem Energiewandler angeschlossenen Verbraucher, wobei eine erste Stufe des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers einen ersten Wandler im Hochsetzbetrieb nutzt, der eine eingangsseitige elektrische Spannung der elektrischen Energiequelle in eine elektrische Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator wandelt, welcher Zwischenkreiskondensator eine zweite Stufe des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers mit elektrischer Energie versorgt, welche zweite Stufe den Verbraucher in der Leistung steuerbar mit elektrischer Energie versorgt.
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem wenigstens zweistufigen elektronischen Vorschaltgerät mit einer Boost Power Factor Control (PFC)-Stufe am Eingang und einem Zwischenkreiselektrolytkondensator. Bei Elektrolytkondensatoren ist neben der Kapazität ein wichtiger Parameter der äquivalente Serienwiderstand (ESR), mit dem Verluste des Elektrolytkondensators im bestimmungsgemäßen Betrieb wie Ohm’sche Leitungsverluste, dielektrische Umpolungsverluste und/oder dergleichen zusammengefasst erfasst werden. Der ESR kann den bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektrolytkondensators erheblich beeinträchtigen.
Insbesondere bei tiefen Temperaturen ist der Wert des ESR sehr groß. Dadurch ergeben sich Funktionsprobleme bei einem Kaltstart des Vorschaltgeräts. Im Stand der Technik wird versucht, diese Probleme mit Hilfe von Materialeinsatz zu lösen. Dies ist sowohl hinsichtlich der Entwicklung geeigneter Vorschaltgeräte aufwändig als auch mit zusätzlichen Kosten und Materialaufwand bei dem Vorschaltgerät verbunden.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, bei einem gegebenen zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler einen Betrieb auch bei tiefen Temperaturen zu ermöglichen, ohne in die die Leistung stellenden Bauelemente des Energiewandlers eingreifen zu müssen.
Als Lösung wird ein zweistufiger getakteter elektronischer Energiewandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weiterhin wird eine Leuchtvorrichtung gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruch 5 vorgeschlagen. Verfahrensseitig wird ein Betrieb eines einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers gemäß dem unabhängigen Anspruch 6 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, den ESR des Zwischenkreiskondensators zu nutzen, um den Zwischenkreiskondensator möglichst rasch zu erwärmen. Zu diesem Zweck soll ein Rippel auf der Zwischenkreisspannung im bestimmungsgemäßen Betrieb möglichst groß sein, so dass durch den ESR ein möglichst großer Stromfluss bewirkt wird, der eine entsprechende Wärmeleistung zur Folge hat. Der Rippel ist eine, in der Regel hochfrequente, Spannungsschwankung der Zwischenkreisspannung und entsteht auf der Zwischenkreisspannung durch den getakteten Betrieb der beiden Stufen des Energiewandlers. Zugleich ist der Rippel hinsichtlich seiner Amplitude derart zu begrenzen, dass unerwünschte Effekte auf Teile oder die Gesamtheit des Energiewandlers weitgehend vermieden werden. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass das Unterschreiten einer minimalen Zwischenkreisspannung zum Abschalten von weiteren Komponenten des Wandlers oder an ihn angeschlossener Verbraucher führen kann und/oder ein direkter Stromfluss von der Energiequelle in den Zwischenkreiskondensator unter Umgehung des Hochsetzbetriebs der ersten Stufe erfolgen kann.
Zu diesem Zweck ist energiewandlerseitig vorgesehen, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, die von der zweiten Stufe dem Zwischenkreiskondensator entnommene Leistung derart einzustellen, dass ein durch die Leistungsentenahme bewirktes momentanes Minimum der Zwischenkreisspannung größer als ein vorgegebener Spannungsvergleichswert ist. Durch geeignete Wahl des vorgegebenen Spannungsvergleichswerts kann erreicht werden, dass ein unzulässiges Unterschreiten der Zwischenkreisspannung vermieden werden kann. Die vorgenannten Probleme können durch geeignete Wahl des Spannungsvergleichswerts somit weitgehend vermieden werden.
Die zu übertragende Leistung ist in der Regel die Leistung, die der Energiewandler der Energiequelle entnimmt und dem Verbraucher bereitstellt. Die zweite Stufe des Energiewandlers kann durch einen Tiefsetzsteller, aber auch durch einen Resonanzumrichter, Kombinationen hiervon, mehrere solcher Schaltungen und/oder dergleichen gebildet sein. Der Zwischenkreiskondensator kann durch einen elektronischen Kondensator gebildet sein, beispielsweise einen Folienkondensator, einen Keramikkondensator, insbesondere aber auch durch einen Elektrolytkondensator. Gerade bei Elektrolytkondensatoren, die als Zwischenkreiskondensatoren eingesetzt werden, erweist sich die Erfindung als besonders vorteilhaft.
Damit das momentane Minimum der Zwischenkreisspannung, in der Regel durch den Rippel wesentlich mitbestimmt ist, beeinflusst werden kann, ist die von der zweiten Stufe dem Zwischenkreiskondensator entnommene Leistung einstellbar, das heißt, somit wird dem Verbraucher nur die Leistung bereitgestellt, die mittels der zweiten Stufe dem Zwischenkreiskondensator tatsächlich entnommen wird. Demzufolge ist die zweite Stufe hinsichtlich der entnommenen Leistung vorzugsweise mittels der Steuereinheit steuerbar. Zugleich kann der Spannungsvergleichswert ebenfalls mittels der Steuereinheit bereitgestellt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Steuereinheit auch die Vergleichsfunktion des Vergleichs der Zwischenkreisspannung mit dem Spannungsvergleichswert bereitstellt und eine entsprechende Steuerung beziehungsweise Regelung für die zweite Stufe des Energiewandlers bewirkt. Darüber hinaus ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, die Zwischenkreisspannung auf momentane Minima hin zu überwachen, das heißt, vorzugsweise in einzelnes Minimum der Zwischenkreisspannung zu ermitteln, insbesondere hinsichtlich des Spannungswertes. Dies kann als Grundlage für die weitere Steuerung dienen.
In einer konkreten Ausgestaltung bei einem elektronischen Vorschaltgerät kann ein Spannungshub am Zwischenkreiselektrolytkondensator mittels des Mikroprozessors als Steuereinheit erfasst werden. In Abhängigkeit des erfassten Spannungshubs wird sodann der Ausgangsstrom beziehungsweise die Ausgangsleistung eingestellt. Sobald der Spannungshub in einem unkritischen Bereich, beispielsweise +/– 50 V, liegt, dies entspricht einem kleinen ESR, kann die gewünschte Ausgangsleistung angefahren werden.
Mit der Erfindung kann der Einsatz von Elektrolytkondensatoren mit großer Kapazität, die deutlich teurer sind, vermieden werden. Außerdem können Elektrolytkondensatoren verwendet werden, die einen hohen ESR bei tiefen Temperaturen aufweisen. Dies kann sogar vorteilhaft sein, weil dann eine möglichst rasche Erwärmung des Elektrolytkondensators erreicht werden kann.
Ferner steigt bei Alterung des Elektrolytkondensators in der Regel der ESR an. Durch die Erfindung werden somit Ausfälle am Lebensdauerende weitgehend reduziert, da mit einem kleineren Strom beziehungsweise einer kleineren Leistung gestartet werden kann. Folglich steigt die Qualität des elektronischen Vorschaltgerätes. Beispielsweise kann unter diesen Umständen eine längere Lebensdauer garantiert werden, denn es müssen bei der Berechnung der Lebensdauer nicht mehr so große Toleranzfenster berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann eine größere Unabhängigkeit bei der Auswahl von Elektrolytkondensatoren erreicht werden. Ein wichtiger vorteilhafter Aspekt ist, dass der Einsatz eines elektronischen Vorschaltgerätes bis zu tiefen Temperaturen von –30 bis –40° C ermöglicht werden kann.
Die Erfindung nutzt im Wesentlichen eine Kombination aus zwei Maßnahmen, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist es, die abgenommene Leistung der zweiten Stufe 2 derart zu begrenzen, dass die Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator, der in der Regel als Elektrolytkondensator ausgebildet ist, keine Extremwerte annimmt. Folglich wird die Leistung derart begrenzt, dass die minimale Spannung des Zwischenkreises nicht unter einen bestimmten vorgegebenen Vergleichswert absinkt, das heißt, größer als der Vergleichswert ist. Ein zweckmäßiger Wert für den Spannungsvergleichswert liegt beispielsweise geringfügig unterhalb einer minimalen Zwischenkreisspannung im bestimmungsgemäßen Betrieb. Damit kann vermieden werden, dass eine maximale Zwischenkreisspannung am Elektrolytkondensator zu groß wird.
In dieser Offenbarung ist eine „Boost“-Stufe eine Stufe eines gattungsgemäßen zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers, die im Hochsetzbetrieb betrieben wird. Der Begriff „Boost“ bedeutet demnach einen Hochsetzbetrieb. Entsprechend bedeutet „Buck“ einen Tiefsetzbetrieb.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Spannungsvergleichswert unter Berücksichtigung eines in Abhängigkeit von einem zeitlich entsprechenden Momentanwert der elektrischen Spannung am ersten Anschluss ermittelten Momentanspannungsvergleichswerts gebildet ist und die Leistungsentnahme derart eingestellt wird, dass das momentane Minimum der Zwischenkreisspannung den Momentanspannungsvergleichswert im Wesentlichen erreicht. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass die Eingangsspannung am ersten Anschluss eine nicht-konstante Spannung sein kann, insbesondere eine Wechselspannung. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, den Spannungsvergleichswert als Momentanspannungsvergleichswert auszubilden, der in Abhängigkeit der momentan am ersten Anschluss anliegenden Spannung nachgeführt werden kann, um auf diese Weise den erfinderischen Effekt auch bei nicht konstanten Spannungen am ersten Anschluss weiter zu verbessern. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Momentanspannungsvergleichswert der Spannung am ersten Anschluss entspricht oder diese um einen gewissen Betrag überschreitet, der beispielsweise mittels eines Faktors und/oder mittels eines festen Ergänzungswerts bestimmt werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor, dass die zweite Stufe des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers einen zweiten Wandler im Tiefsetzbetrieb oder einen Resonanzwandler aufweist. Natürlich kann auch eine Kombination von mehreren Wandlern am Zwischenkreiskondensator angeschlossen sein, die vorzugsweise entsprechend steuerbar sind. Dadurch lässt sich die Erfindung sehr gut auf elektronische Vorschaltgeräte des Standes der Technik anwenden, so dass auch eine Nachrüstung bereits vorhandener elektronischer Vorschaltgeräte mit der Erfindung möglich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Zwischenkreiskondensator einen Temperatursensor auf. Der Temperatursensor kann beispielsweise durch ein Thermoelement, einen NTC-Widerstand, eine Infrarotmesseinrichtung oder dergleichen gebildet sein. Vorzugsweise ist der Temperatursensor an einer Oberfläche des Zwischenkreiskondensators angebracht oder kontaktiert diesen. Darüber hinaus kann der Temperatursensor natürlich auch in den Zwischenkreiskondensator integriert sein. Beispielsweise kann der Temperatursensor mittels Kleben oder Klemmen am Zwischenkreiskondensator befestigt sein. Diese Ausgestaltung erlaubt es, für die Steuerung die Temperatur des Zwischenkreiskondensators zu nutzen. Insbesondere kann natürlich vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Ablauf in Abhängigkeit von der Unterschreitung einer Vergleichstemperatur aktiviert wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der erfindungsgemäße Ablauf nur dann aktiviert wird, wenn er aufgrund der Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur, erforderlich ist.
Wird zusätzlich noch die Umgebungstemperatur vor dem Start beispielsweise des elektronischen Vorschaltgerätes erfasst, kann der Ausgangsstrom beziehungsweise die Ausgangsleistung entsprechend vorbelegt werden, damit ein sicherer Start vom elektronischen Vorschaltgerät gewährleistet werden kann.
Die mit der Erfindung vorgeschlagene Leuchtvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtvorrichtung einen zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler gemäß der Erfindung aufweist, der als Verbraucher das Leuchtmittel in der Leistung steuerbar mit elektrischer Energie versorgt. Dadurch können die mit dem erfindungsgemäßen Energiewandler erreichten Vorteile und Eigenschaften auch mit der Leuchtvorrichtung erreicht werden. Gerade bei der Leuchtvorrichtung erweist sich dies als vorteilhaft, da die Zuverlässigkeit des bestimmungsgemäßen Betriebs deutlich verbessert werden kann, insbesondere bei tiefen Temperaturen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme von elektronischen Vorschaltgeräten, beispielsweise in Bezug auf Flackern, Blinken oder dergleichen, können erheblich reduziert, wenn nicht sogar vollständig vermieden werden. Vorzugsweise ist der Anschluss der Leuchtvorrichtung durch den ersten Anschluss des Energiewandlers gebildet. Am zweiten Anschluss des Energiewandlers kann das Leuchtmittel als Verbraucher angeschlossen sein.
Verfahrensseitig sieht die Erfindung insbesondere vor, dass die von der zweiten Stufe dem Zwischenkreiskondensator entnommene Leistung derart eingestellt wird, dass ein durch die Leistungsentnahme bewirktes momentanes Minimum der Zwischenkreisspannung einen vorgegebenen Spannungsvergleichswert überschreitet. Das heißt, dass das momentane Minimum der Zwischenkreisspannung den Spannungsvergleichswert nicht unterschreitet. Dadurch können die zur Vorrichtung genannten Vorteile und Eigenschaften erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass als Spannungsvergleichswert ein in Abhängigkeit von einem zeitlich entsprechenden Momentanwert der elektrischen Spannung am ersten Anschluss ermittelter Momentanspannungsvergleichswert verwendet wird und das momentane Minimum der Zwischenkreisspannung den Momentanspannungsvergleichswert im Wesentlichen erreicht. Dadurch wird erreicht, dass der Zwischenkreiskondensator mit einem maximal möglichen Strom beaufschlagt wird, der noch einen bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiewandlers erlaubt, so dass mittels des ESR des Zwischenkreiskondensators eine möglichst rasche Erwärmung erreicht werden kann. Auf die bereits zuvor bezüglich des Energiewandlers genannten Vorteile wird verwiesen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die erste Stufe auf einen Mittelwert der Zwischenkreisspannung geregelt wird. Dies erlaubt es, den Betrieb des Energiewandlers weiter zu optimieren. So kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit über einen entsprechenden Umschaltmechanismus verfügt, mit dem die Regelung auf den Spannungsmittelwert eingestellt werden kann.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Zwischenkreisspannung überwacht wird und die erste Stufe bei Überschreiten einer Bemessungsspannung des Energiewandlers abgeschaltet wird. Die Bemessungsspannung ist die Spannung, für die der Energiewandler im bestimmungsgemäßen Betrieb maximal ausgelegt ist. Die Bemessungsspannung ist auch von der Normung erfasst, weshalb ergänzend zur Definition auf die Normung verwiesen wird. Hierdurch kann eine Schutzfunktion bereitgestellt werden, die sicherstellt, dass die Durchführung des Verfahrens der Erfindung den Energiewandler nicht beschädigt. Die Zuverlässigkeit des Betriebs des Energiewandlers kann hierdurch weiter verbessert werden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten der Bemessungsspannung durch die Zwischenkreisspannung die erste Stufe automatisch wieder aktiviert wird. Dieses Merkmal ist im Zusammenhang mit der automatischen Abschaltung des Energiewandlers, wie zuvor diskutiert, zu sehen, so dass eine automatische Wiederaufnahme des bestimmungsgemäßen Betriebs realisiert werden kann, sobald die Spannung am Zwischenkreiskondensator die Bemessungsspannung wieder unterschreitet. Dadurch können manuelle Eingriffe weitgehend vermieden werden und die Ergonomie des Betriebs kann erhöht werden.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Energiewandler eingangsseitig eine Wechselspannung verwendet und derart gesteuert wird, dass ein eingangsseitiger Leistungsfaktor maximiert wird. Hierdurch können Netzrückwirkungen reduziert werden, insbesondere, damit durch die Normung gesetzte Grenzwerte eingehalten werden können, aber auch, um weitere elektrische Einrichtungen hinsichtlich ihres Betriebs optimieren zu können. Insbesondere umfasst dieses Merkmal auch eine sogenannte Leistungsfaktorregelung beziehungsweise Leistungsfaktorsteuerung, auch Power Factor Control oder PFC genannt.
Eine Weiterbildung der Erfindung schlägt vor, dass eine Temperatur im Bereich des Zwischenkreiskondensators erfasst wird. Dies erlaubt es, das Verfahren temperaturabhängig zu adaptieren und eine entsprechende Steuerwirkung zu erreichen. Darüber hinaus kann hierdurch erreicht werden, dass das Verfahren der Erfindung nur bei Unterschreiten eines Temperaturvergleichswertes ausgeführt wird. Diese kann die Ergonomie des Energiewandlers oder auch daran angeschlossener Verbraucher verbessern.
Deshalb wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass die erfasste Temperatur mit einem Temperaturvergleichswert verglichen wird und das Einstellen der Leistung der zweiten Stufe nur bei Unterschreiten des Vergleichswerts durchgeführt wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Erfassen der Temperatur mit einem Einschalten des Energiewandlers automatisch durchgeführt wird. Auf diese Weise kann bereits beim Einschalten entschieden werden, ob das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig beziehungsweise erforderlich ist.
Schließlich kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass als zweite Stufe ein zweiter Wandler im Tiefsetzbetrieb oder ein Resonanzwandler verwendet wird. Auf die Vorteile und Eigenschaften des entsprechenden Wandlers wird verwiesen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung regelt die erste, als Boost ausgeführte Stufe derart, dass die PFC-Bedingung erfüllt ist und der Mittelwert der Ausgangsspannung geregelt wird. Hohe Ausgangsspannungen, die aufgrund eines hohen ESR des Zwischenkreiskondensators entstehen, können weitgehend ignoriert werden, weil sie zunächst keinen Einfluss auf den Mittelwert haben. Um Bauteile des Wandlers sicher schützen zu können, wird vorzugsweise eine Überspannungsabschaltung implementiert, welche die Regelung auf den PFC bei zu hohen Spannungen kurzzeitig deaktiviert. Hierdurch können die Bauteile beider Stufen des Energiewandlers zuverlässig vor einer Überspannung geschützt werden. Zugleich ist zu beachten, dass der Zwischenkreiskondensator, nämlich der Elektrolytkondensator, weniger geladen wird, wenn im Spannungsmaximum einfach abgeschaltet wird. Damit kann ein Absinken der minimalen Zwischenkreisspannung die Folge sein, so dass die Gefahr einer Abschaltung steigt. Durch geeignete Leistungsregelung der zweiten Stufe kann dies jedoch reduziert werden.
Auch wenn zuvor im Wesentlichen auf die Leistung bezüglich der Wirkung der Erfindung abgestellt worden ist, sind die Gedanken der Erfindung gleichermaßen auf eine entsprechende Stromregelung beziehungsweise Stromübertragung anwendbar. Insbesondere kann zwischen diesen Größen unter Nutzung der entsprechenden Spannung in bekannter Weise umgerechnet werden.
Um nicht beim allerersten Start mit einer zu großen Leistung anzufahren, ist es zweckmäßig, den Energiewandler mit einer möglichst geringen Leistung zu starten. Eine Möglichkeit, dieses zu erreichen, ist der Einsatz eines Integral-Reglers für die Ausgangsleistung beziehungsweise den Ausgangsstrom des Energiewandlers. Wird der Regler entsprechend niedrig initialisiert, steigt die Leistung von einem sehr kleinen Wert aus an.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale der Erfindung.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 schematisch ein elektronisches Ersatzschaltbild für einen Elektrolytkondensator,
2 schematisch ein Diagramm für die Temperatur- und Frequenzabhängigkeit des ESR und der Impedanz des Elektrolytkondensators gemäß 1,
3 schematisch ein Diagramm einer Aufheizkurve ausgewählter Bauteile eines Vorschaltgerätes,
4 schematisch ein Schaltbild für einen zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler, wie er der Erfindung zugrundeliegt,
5 schematisch ein Diagramm für einen Stromfluss in einer ersten Stufe des Energiewandlers gemäß 4,
6 schematisch ein Diagramm für einen Stromfluss durch ein elektronisches Schaltelement der zweiten Stufe des Energiewandlers gemäß 4,
7 schematisch ein Diagramm für einen Stromfluss in der ersten Stufe des Energiewandlers gemäß 4,
8 ein schematisches Prinzipschaltbild zur Erläuterung des Spitzenstroms in der ersten Stufe gemäß 4,
9 schematisch ein Diagramm für eine Zwischenkreisspannung an einem zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler gemäß der Erfindung in einem Normalbetrieb,
10 schematisch ein Diagramm wie 9 bei hohem ESR und maximaler Leistung,
11 schematisch ein Diagramm wie 9 bei hohem ESR und geringer Leistung, und
12 schematisch ein Diagramm, welches den Anlauf eines Energiewandlers gemäß der Erfindung darstellt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Mit steigender Lebensdauer des Elektrolytkondensators sinkt grundsätzlich seine tatsächlich nutzbare Kapazität, wohingegen der ESR seinen Wert erhöht. Ergänzend wirken Umweltparameter auf den ESR ein, beispielsweise steigt bei niedrigen Temperaturen der Wert des ESR an. Ein Ersatzschaltbild für einen Elektrolytkondensator ist in 1 dargestellt. Der Elektrolytkondensator, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, weist eine nutzbare Kapazität 12 auf, zu der in Serie der ESR 14 geschaltet ist. Das in 1 dargestellte Ersatzschaltbild eines Elektrolytkondensators liegt der gattungsgemäßen Anwendung bei dem wenigstens zweistufigen elektronischen Vorschaltgerät zugrunde. Ein solcher Elektrolytkondensator wird bei einem zweistufigen elektronischen Energiewandler 20 gemäß 4 als Zwischenkreiskondensator 28 eingesetzt.
2 zeigt ein Diagramm mit Messprototollen bezüglich einer Impedanz und des ESR bei verschiedenen Frequenzen und Temperaturen eines typischen Elektrolytkondensators wie dem Elektrolytkondensator 10 gemäß 1. Auf der Abszisse ist im logarithmischen Maßstab die Frequenz in Hertz angegeben, wohingegen auf der Ordinate ebenfalls im logarithmischen Maßstab die Impedanz und der ESR jeweils in Ohm angegeben sind. Oberhalb des Diagramms ist eine Tabelle dargestellt, die eine Zuordnung der unterschiedlichen Kurven des Diagramms zu Temperaturwerten des Elektrolytkondensators erlaubt.
Insgesamt zeigt sich, dass bei Raumtemperatur, beispielsweise bei 25° C und tiefen Temperaturen, beispielsweise –25° C der ESR des Elektrolytkondensators wesentlich höher als bei 85° C ist, in der Regel um einen Faktor im Bereich von 10 bis 20. Dies gilt natürlich ebenso für den Zwischenkreiselektrolytkondensator, wie er im wenigstens zweistufigen elektronischen Energiewandler 20 als Vorschaltgerät Verwendung findet. Bei einem Window-Treiber, das heißt, ein Treiber mit großem Ausgangskennlinienfeld, insbesondere bezüglich Strom und Spannung, liegt ein Ausgangsstrombereich beispielsweise bei 250 mA bis etwa 1 A. Dabei wird ein Ausgangsleistungsbereich von etwa 0,9 W bis 90 W abgedeckt. Wird das elektronische Vorschaltgerät bei maximaler Leistung gestartet, das heißt, bei maximaler Ausgangsleistung von 90 W, ist am Zwischenkreiselektrolytkondensator 28 ein großer Spannungshub die Folge, beispielsweise +/– 80 V. Dies kann dazu führen, dass das Licht einer an dem Vorschaltgerät angeschlossenen Leuchte flackert oder das elektronische Vorschaltgerät abschaltet, um unzulässige Betriebszustände zu vermeiden.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass aufgrund der Eigenerwärmung des Vorschaltgerätes der hohe ESR bei niedrigen Temperaturen in der Regel kein Problem für einen dauerhaften Betrieb darstellt. Gerade der ESR selbst des Elektrolytkondensators unterstützt ein schnelles Aufheizen des Elektrolytkondensators und sorgt durch diese zusätzliche Eigenerwärmung dafür, dass der Elektrolytkondensator den Bereich der niedrigen Temperatur verlässt und somit der bestimmungsgemäße Betrieb nach einer Betriebszeit erreicht. Eine solche Aufheizkurve zeigt beispielsweise 3 in einem Diagramm, bei dem auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate die Temperatur in ° C aufgetragen sind. Wie aus 3 ersichtlich ist, erreicht der Elektrolytkondensator selbst bei einer dauerhaft niedrigen Umgebungstemperatur von –25° C nach einer bestimmten Betriebszeit eine Temperatur von 0° C. Im praktischen Betrieb werden die Leuchtentemperatur und damit die Umgebungstemperatur für das Vorschaltgerät weiter ansteigen. In 3 ist folglich das Verhalten eines aktiv gekühlten elektronischen Vorschaltgeräts dargestellt. Unabhängig von der Temperatur neigen Elektrolytkondensatoren aufgrund der hohen Verluste bei hohem ESR dazu, sich wenigstens so weit aufzuheizen, bis der ESR so niedrig geworden ist, dass kein weiteres Aufheizen mehr stattfindet. Es stellt sich folglich ein Gleichgewicht ein. Der Elektrolytkondensator sorgt auf diese Weise selbst für eine entsprechende Erwärmung.
Bezogen auf das Problem mit dem Vorschaltgerät bei sehr niedrigen Temperaturen, wie zuvor erläutert, bedeutet dies, dass sich durch die Eigenerwärmung des Elektrolytkondensators der ESR verringert und somit sich ebenfalls der Spannungshub am Zwischenkreiselektrolytkondensator reduziert, so dass die bestimmungsgemäß gewünschte maximale Leistung eingestellt werden kann. Üblicherweise weist das elektronische Vorschaltgerät für seinen bestimmungsgemäßen Betrieb eine Rechnereinheit in Form eines Microcontrollers oder dergleichen als Steuereinheit auf, die zugleich auch eine Umgebungstemperatur erfasst. So ist es möglich, noch vor Bereitstellung der gewünschten maximalen Leistung die Ausgangsleistung so weit zu reduzieren, dass ein Betrieb bei reduzierter Leistung ermöglicht ist. Sobald sich der Elektrolytkondensator hinreichend erwärmt hat, wird automatisch auf die gewünschte maximale Ausgangsleistung gestellt.
Eine Lösung dieser Problematik kann dadurch erreicht werden, dass ein Elektrolytkondensator mit einer entsprechend großen Kapazität und/oder einem entsprechend großen Temperaturbereich im elektronischen Vorschaltgerät genutzt wird. Darüber hinaus besteht natürlich die Möglichkeit, den zulässigen Umgebungstemperaturbereich für den bestimmungsgemäßen Betrieb des elektronischen Vorschaltgeräts entsprechend einzuschränken, beispielsweise auf einen Bereich von –15° C bis +50° C anstelle von –30° C bis +50° C. Auch hierbei kann ein Flackern auftreten, bis der Zwischenkreiselektrolytkondensator hinreichend aufgewärmt ist. Eine weitere Möglichkeit, schaltungstechnisch eine Verbesserung zu bewirken, kann durch Parallelschalten eines großen Folienkondensators zum Zwischenkreiselektrolytkondensator erreicht werden. Diese Maßnahmen sind jedoch mit einem nicht unerheblichen Kostenanteil und mit Auswirkungen auf den Aufbau des elektronischen Vorschaltgeräts verbunden, weshalb diese Maßnahmen nur bei extremen Situationen zum Einsatz kommen. Die Problemstellung soll anhand von 4 weiter erläutert werden, die in schematischer Schaltbilddarstellung einen zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler 20 der gattungsgemäßen Art zeigt, wie er häufig in einem gattungsgemäßen elektronischen Vorschaltgerät zum Einsatz kommt.
4 zeigt einen zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler 20, der zum Übertragen einer elektrischen Leistung dient. Der Energiewandler 20 weist als ersten Anschluss zwei Anschlussklemmen 38, 40 auf, mittels denen der Energiewandler 20 an eine nicht weiter dargestellte elektrische Energiequelle wie einem öffentlichen Energieversorgungsnetz oder dergleichen angeschlossen werden kann. Eine erste Stufe 1 des Energiewandlers 20 weist eine elektronische Induktivität 22 auf, die mit einem Anschluss an die Anschlussklemme 38 und mit einem weiteren Anschluss an ein elektronisches Schaltelement 26, hier ein Schalttransistor, angeschlossen ist. Der Schalttransistor ist vorliegend als MOS-FET ausgebildet, dessen Source-Anschluss an die Anschlussklemme 40 angeschlossen ist. Sein Drain-Anschluss ist neben der elektrischen Verbindung mit der Induktivität 22 an eine Anode einer Diode 24 angeschlossen. Die Kathode der Diode 24 ist an einen Zwischenkreiskondensator 28 angeschlossen, der seinerseits ebenfalls an die Anschlussklemme 40 angeschlossen ist. Die Induktivität 22, der MOS-FET 26 und die Diode 24 bilden die erste Stufe des elektronischen Energiewandlers 20. Die erste Stufe des Energiewandlers 20 arbeitet vorliegend im Hochsetzbetrieb, wodurch eine elektrische Spannung am ersten Anschluss in eine elektrische Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator 28 gewandelt wird, die die Spannung am ersten Anschluss übersteigt.
Am Zwischenkreiskondensator 28 ist ferner als zweite Stufe 2 des Energiewandlers 20 ein elektronisches Schaltelement 30, vorliegend ebenfalls als MOS-FET ausgebildet, mit seinem Drain-Anschluss angeschlossen. Der Source-Anschluss des MOS-FET 30 ist an eine Kathode einer Diode 32 und eine weitere Induktivität 34 angeschlossen. Ein Anodenanschluss der Diode 32 ist an die Anschlussklemme 40 angeschlossen. Mit einem zweiten Anschluss der Induktivität 34 ist diese an einen Kondensator 36 sowie eine Anschlussklemme 42 eines zweiten Anschlusses zum Anschließen eines Verbrauchers angeschlossen. Der Kondensator 36 ist mit seinem zweiten Anschluss ebenfalls an die Anschlussklemme 40 angeschlossen, an die auch die Anschlussklemme 44 des zweiten Anschlusses angeschlossen ist.
Die zweite Stufe 2 des Energiewandlers 20 arbeitet vorliegend im Tiefsetzbetrieb. Eine am Kondensator 36 bereitgestellte elektrische Spannung ist somit kleiner als die Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator 28, der vorliegend als Elektrolytkondensator ausgebildet ist.
5 zeigt den bestimmungsgemäßen Betrieb des Hochsetzstellers im Hochsetzbetrieb gemäß der ersten Stufe. Auf der Abszisse ist die Zeit dargestellt, wohingegen auf der Ordinate der Strom durch die Induktivität 22 dargestellt ist. Wie aus 5 ersichtlich ist, ist der MOS-FET 26 für eine vorgegebene Zeitspanne eingeschaltet, so dass der Strom durch die Induktivität 22 beginnend bei 0 bis zu einem maximalen Wert im Wesentlichen linear ansteigt. Im Bereich des Strommaximums wird der MOS-FET 26 abgeschaltet und der Strom kommutiert über die Diode 24 in den Elektrolytkondensator 28, der vorliegend den Zwischenkreiskondensator bildet. Der Stromfluss durch die Induktivität 22 und die Diode 24 nimmt etwa linear ab, bis die Energie in der Induktivität 22 abgebaut ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom durch die Induktivität 22 0 und der MOS-FET 26 wird erneut eingeschaltet, wodurch ein neuer Zyklus folgt.
6 zeigt den Betrieb des Tiefsetzstellers der Stufe 2, wobei auf der Abszisse ebenfalls die Zeit und auf der Ordinate der Strom durch den MOS-FET 30 dargestellt sind. Zu erkennen ist, dass der MOS-FET 30 im Koordinatenursprung eingeschaltet wird, woraufhin ein Strom vom Zwischenkreiskondensator 28 über den MOS-FET 30 und die Induktivität 34 in den Kondensator 36 erfolgt. Der Strom steigt in etwa linear an bis zu einem maximalen Wert. Bei Erreichen des maximalen Wertes wird der MOS-FET 30 ausgeschaltet und der Strom durch den MOS-FET 30 sinkt auf 0 ab. Über die Diode 32 kann nach Abschalten des MOS-FET 30 der Stromfluss durch die Induktivität 34 so lange aufrecht erhalten werden, bis die in ihr gespeicherte Energie abgebaut ist.
Folgende Effekte wirken sich bei dieser Schaltung gemäß 4 negativ aus:

– Die erste Stufe erzeugt durch den Ladestrom einen positiven Spannungsanstieg am Zwischenkreiskondensator 28.
– Die zweite Stufe erzeugt durch den Entladestrom für den Zwischenkreiskondensator 28 eine negative Spannung, welche in Gegenrichtung zum positiven Spannungsanstieg, bewirkt durch die erste Stufe, wirkt.
– Die beiden Stufen des Energiewandlers 20 sind in der Regel nicht synchronisiert, so dass die beiden vorgenannten Effekte eine Spannungsamplitude der Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator 28 stark erhöhen.
– Der Zwischenkreiskondensator, der als Elektrolytkondensator ausgebildet ist, weist einen ESR auf, der für hohe Frequenzen zwar deutlich niedriger ist als bei 100 Hz, dafür sind jedoch die Spitzenströme des Energiewandlers 20 deutlich höher als der mittlere Strom.
– Anhand der 7 und 8 wird ein Beispiel gezeigt, bei dem der Hochfrequenzspitzenstrom um den Faktor 4 größer ist.

8 zeigt ein prinzipielles Ersatzschaltbild für einen elektronischen Energiewandler, wie er anhand der 4 bezüglich der Stufe 1 bereits beschrieben ist. Im Unterschied zu 4 ist an den Zwischenkreiskondensator 28 nicht die zweite Stufe 2, sondern stattdessen ein elektrischer Verbraucher in Form eines elektrischen Widerstands 46 angeschlossen. In 4 sind weitere Parameter angegeben, nämlich eine Eingangsspannung von 200 V an den Anschlussklemmen 38, 40, eine Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator 28 von 400 V und eine Leistung des Verbrauchers 46 von 100 W. Aus den angegebenen Werten ergibt sich ein mittlerer Strom zu 100 W/200 V = 0,5 A. Entsprechend ergibt sich dazu ein Spitzenstrom zu 1 A. Dies ist im Diagramm der 7 dargestellt, das auf der Abszisse die Zeit darstellt und auf der Ordinate den Strom durch die Induktivität 22, hier I_Boost darstellt. Aus 7 ist ersichtlich, dass der mittlere Strom, hier als I_mean bezeichnet, halb so groß ist wie der in 7 dargstellte Peak-Strom.
Zusammenfassend ist somit festzuhalten, dass der Zwischenkreiskondensator 28, der zwischen zwei Hochfrequenzwandler-Stufen, nämlich der Stufe 1 und der Stufe 2, angeordnet ist, dazu führt, dass sich beim Wechselspannungsbetrieb die Rippelspannungen am Zwischenkreiskondensator 28 aufgrund des 100-Hz-Rippels mit den Spannungen aufgrund des Hochfrequenz-Rippels überlagern. Der ESR ist bei Hochfrequenzströmen zwar niedriger, dafür sind die Hochfrequenz-Spitzenströme höher.
Beim Anlaufen des Energiewandlers 20 sind deshalb folgende Punkte zu beachten:

– Es dürfen keine zu hohen Spannungen am Zwischenkreiskondensator 28 auftreten. Diese können nicht nur den Elektrolytkondensator gefährden, sondern vor allem auch die beteiligten elektronischen Bauelemente, insbesondere die Halbleiterbauteile des Energiewandlers 20, zum Beispiel MOS-FETs, Dioden und/oder dergleichen.
– Sehr niedrige Spannungen am Zwischenkreiskondensator 28 können hingegen zum Abschalten des gesamten Gerätes führen. Dies erfolgt aufgrund von Sicherheitsschaltungen, um Flackern bei Betrieb von Leuchten zu vermeiden und/oder ein angeschlossenes Leuchtmittel zu schützen.
– Es sollte vorzugsweise kein wiederholtes An- und Abschalten erfolgen, weil das Flackern beziehungsweise Blinken des Lichtes als sehr störend empfunden wird.

Dieses Verhalten ist ein wesentlicher Grund, warum gattungsgemäße Vorschaltgeräte nicht für sehr niedrige Temperaturen, beispielsweise kleiner als –20° C, zugelassen sind. Im Stand der Technik wird deshalb zumeist nur getestet, bis zu welchem ESR das Gerät noch zuverlässig startet oder, alternativ, es wird ein ausreichend guter und teurer Elektrolytkondensator als Zwischenkreiskondensator eingesetzt. Jede Änderung am Energiewandler 20 beziehungsweise auch die Qualifizierung neuer Elektrolytkondensatoren als Zwischenkreiskondensatoren nimmt sehr viel Zeit in Anspruch und ist teuer.
9 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung einen Graph für die Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator in einem Normalbetrieb, wobei die Abszisse eine Zeitachse darstellt und die Ordinate die Zwischenkreisspannung. 9 zeigt den Normalbetrieb mit einer Zwischenkreisspannung, die im Rhythmus einer am ersten Anschluss des Energiewandlers 20 anliegenden Wechselspannung schwankt. Zu erkennen ist, dass eine Rippelspannung überlagert ist, welche aufgrund des Betriebs der beiden Stufen des Energiewandlers 20 entsteht.
10 zeigt schematisch ein Diagramm wie 9, wobei hier der Zwischenkreiskondensator 28, der ein Elektrolytkondensator ist, einen hohen ESR aufweist. Zugleich wird mittels der zweiten Stufe des Energiewandlers 20 die maximale Leistung aus dem Zwischenkreiskondensator 28 entnommen. Zu erkennen ist, dass die Amplitude sowohl in Bezug auf die Netzfrequenz als auch in Bezug auf den Rippel erheblich erhöht ist.
Die 9 bis 10 zeigen Betriebszustände des Energiewandlers 20 gemäß 4 bei entsprechendem Betrieb, wobei am ersten Anschluss eine Netzwechselspannung als Versorgungsspannung angeschlossen ist. Zu erkennen ist, dass gemäß der Erfindung die Leistungsentnahme durch die zweite Stufe derart geregelt ist, dass ein vorgegebener Spannungsvergleichswert nicht unterschritten wird, das heißt, dass ein momentanes Minimum der Zwischenkreisspannung größer als der vorgegebene Spannungsvergleichswert ist. Der Spannungsvergleichswert ist hier mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet. Zugleich ist die Leistung der zweiten Stufe derart eingestellt, dass die maximale Zwischenkreisspannung 52 nicht überschritten wird. Diese ist anhand der Bemessungsspannung des Energiewandlers 20 festgelegt.
Aus 10 ist ersichtlich, dass der ESR des Zwischenkreiskondensators 28 genutzt wird, um den Zwischenkreiskondensator 28 zu erwärmen. Dies ist insbesondere zweckmäßig in Bezug auf die mit 3 dargestellte Eigenschaft, dass nämlich der Zwischenkreiskondensator sich rasch erwärmt aufgrund des hohen ESR und dies zugleich zu einer Reduzierung des ESR führt, bis ein Gleichgewichtszustand eingestellt ist.
11 zeigt eine Darstellung der Nutzung des hohen ESR des Zwischenkreiskondensators 28 bei einer niedrigen Leistung, die durch die zweite Stufe des Energiewandlers 20 entnommen wird. Entsprechend erhöht ist ein Spannungsvergleichswert 54 vorgegeben, so dass auch hier eine möglichst rasche Erwärmung des Elektrolytkondensators erreicht werden kann.
12 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung einen Anlauf eines zweistufig getakteten elektronischen Energiewandlers wie dem Energiewandler 20 der 4 unter Nutzung des Verfahrens der Erfindung. Auf der Abszisse ist wieder die Zeit aufgetragen, wohingegen auf der Ordinate die entsprechenden Werte der im Diagramm angegebenen Parameter angegeben sind. Zu erkennen ist, dass die Leistung bis zum Zeitpunkt 1 linear von 0 ansteigt und dann gemäß einer Kurve bis zum gewünschten Wert der Leistung weiter ansteigt. Zu erkennen ist ferner, dass sich während des Leistungsanstiegs der Wert des ESR des Zwischenkreiskondensators 28 asymptotisch reduziert bis auf einen Wert im bestimmungsgemäßen Betrieb. Entsprechend erhöht sich die Temperatur des Zwischenkreiskondensators 28 bis auf eine Temperatur, bei der sich ein Gleichgewicht einstellt.
Zu erkennen ist ferner, dass ein Spannungsvergleichswert, hier minimale BUS-Spannung genannt, entsprechend der unterschiedlichen Betriebszustände angepasst wird. Die minimale Bussspannung in 12 ist das real gemessene Minimum innerhalb einer halben Netzperiode (10ms). Dieses ergibt sich erfindungsgemäß, weil eine untere Grenze definiert ist, dargestellt durch das untere Plateau innerhalb des Verlaufs des real gemessenen Minimums. Diese Grenze ist immer fix. In einem ersten Abschnitt 1, bei dem die Leistung von 0 linear ansteigt, wird die minimale BUS-Spannung entsprechend linear auf einen vorgegebenen Wert reduziert. In einem zweiten Zeitraum 2 wird die minimale BUS-Spannung konstant gehalten, bis sie in einem darauf folgenden Zeitraum 3 wieder linear ansteigt, um dann im Anschluss des Zeitraums 3 auf den dort erreichten Wert konstant gehalten zu werden.
Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend.
So können natürlich Funktionen, insbesondere elektronische Bauteile und der Energiewandler, beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten gleichermaßen für den erfindungsgemäßen Energiewandler und umgekehrt. Folglich können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.

Claims

Zweistufiger getakteter elektronischer Energiewandler (20) zum Übertragen einer elektrischen Leistung, mit einem ersten Anschluss (38, 40) zum Anschließen einer elektrischen Energiequelle, einem zweiten Anschluss (42, 44) zum Anschließen eines Verbrauchers (46) und einem Zwischenkreiskondensator (28), wobei eine erste Stufe (1) des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers (20) einen ersten Wandler im Hochsetzbetrieb aufweist, der eine elektrische Spannung am ersten Anschluss (38, 40) in eine elektrische Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator (28) wandelt, und wobei der Zwischenkreiskondensator (28) eine zweite Stufe (2) des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers (20) versorgt, die den Verbraucher (46) in der Leistung steuerbar mit elektrischer Energie versorgt, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit die dazu eingerichtet ist, die von der zweiten Stufe (2) dem Zwischenkreiskondensator (28) entnommene Leistung derart einzustellen, dass ein durch die Leistungsentnahme bewirktes momentanes Minimum der Zwischenkreisspannung größer als ein vorgegebener Spannungsvergleichswert (50, 54) ist.
Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsvergleichswert (50, 54) unter Berücksichtigung eines in Abhängigkeit von einem zeitlich entsprechenden Momentanwert der elektrischen Spannung am ersten Anschluss (38, 40) ermittelten Momentanspannungsvergleichswerts gebildet ist und die Leistungsentnahme derart eingestellt wird, dass das momentane Minimum der Zwischenkreisspannung den Momentanspannungsvergleichswert im Wesentlichen erreicht.
Energiewandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe (2) des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers (20) einen zweiten Wandler im Tiefsetzbetrieb oder einen Resonanzwandler aufweist.
Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator einen Temperatursensor (28) aufweist.
Leuchtvorrichtung mit einem Leuchtmittel und einem elektrischen Anschluss zum Anschließen der Leuchtvorrichtung an eine elektrische Energiequelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtvorrichtung einen zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandler (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, der als Verbraucher das Leuchtmittel in der Leistung steuerbar mit elektrischer Energie versorgt.
Verfahren zum Betrieb eines einen Zwischenkreiskondensator (28) aufweisenden zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers (20) zum Übertragen einer elektrischen Leistung von einer an dem Energiewandler angeschlossenen elektrischen Energiequelle an einen ebenfalls an dem Energiewandler angeschlossenen Verbraucher (46), wobei eine erste Stufe des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers (20) einen ersten Wandler im Hochsetzbetrieb nutzt, der eine eingangsseitige elektrische Spannung der elektrischen Energiequelle in eine elektrische Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator (28) wandelt, welcher Zwischenkreiskondensator (28) eine zweite Stufe des zweistufigen getakteten elektronischen Energiewandlers mit elektrischer Energie versorgt, welche zweite Stufe den Verbraucher (46) in der Leistung steuerbar mit elektrischer Energie versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zweiten Stufe dem Zwischenkreiskondensator (28) entnommene Leistung derart eingestellt wird, dass ein durch die Leistungsentnahme bewirktes momentanes Minimum der Zwischenkreisspannung einen vorgegebenen Spannungsvergleichswert (50, 54) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsvergleichswert (50, 54) ein in Abhängigkeit von einem zeitlich entsprechenden Momentanwert der elektrischen Spannung am ersten Anschluss ermittelter Momentanspannungsvergleichswert verwendet wird und das momentane Minimum der Zwischenkreisspannung den Momentanspannungsvergleichswert im Wesentlichen erreicht.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe auf einen Mittelwert der Zwischenkreisspannung geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisspannung überwacht wird und die erste Stufe bei Überschreiten einer Bemessungsspannung des Energiewandlers (20) abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten der Bemessungsspannung durch die Zwischenkreisspannung, die erste Stufe automatisch wieder aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (20) eingangsseitig eine Wechselspannung verwendet und derart gesteuert wird, dass ein eingangsseitiger Leistungsfaktor maximiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur im Bereich des Zwischenkreiskondensators (28) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Temperatur mit einem Temperaturvergleichswert verglichen wird und das Einstellen der Leistung der zweiten Stufe nur bei Unterschreiten des Vergleichswerts durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Temperatur mit einem Einschalten des Energiewandlers (20) automatisch durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Stufe ein zweiter Wandler im Tiefsetzbetrieb oder ein Resonanzwandler verwendet wird.