DE102014107429A1

DE102014107429A1 - Schaltungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben der Schaltungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102014107429A1
Application number: DE102014107429.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Braunschmid; Martin Bulling; Elmar Hinrichs
Original assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH; Vossloh Schwabe GmbH
Current assignee: Vossloh Schwabe Deutschland GmbH; Vossloh Schwabe GmbH
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung (15) sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsvorrichtung (15). Die Schaltungsvorrichtung (15) dient zum Betreiben einer Last (27) und insbesondere einer Leuchtmittelanordnung. Insbesondere soll es dabei möglich sein, nicht nur die elektrische Leistung bzw. die Versorgung der Last (27) vorzunehmen, sondern auch eine digitale Kommunikation über die Versorgungsleitungen, an die die Last (27) angeschlossen ist, zu ermöglichen und zu verbessern. Die Schaltungsvorrichtung weist eine Netzfilterschaltung und einen daran angeschlossene Gleichrichterschaltung (19) auf, die eine gleichgerichtete Zwischenspannung (UZ) für eine Wandlerschaltung (25) bereitstellt. Die Wandlerschaltung (25) wandelt die Zwischenspannung (UZ) in eine Ausgangsgleichspannung (UA) um. Die Wandlerschaltung (25) hat hierfür einen ansteuerbaren Wandlerschalter (29) dessen Wandlersteuersignal (WS) von einer Regelvorrichtung (36) erzeugt wird. Während einer Einschaltphase, solange die Ausgangsspannung (UA) kleiner ist als ein Spannungsschwellenwert (US), liegt für die Regelvorrichtung (36) keine den Betrag der Ausgangsspannung (UA) umgebende Messgröße (M) vor. Um wegen der dadurch großen Regelabweichung (A) einen hohen Ausgangsstrom (IA) zu vermeiden, modifiziert eine Strombegrenzungsschaltung (40) die Messgröße (M) und/oder die Regelabweichung (A) und/oder das erzeugte Wandlersteuersignal (WS).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zum Anschließen und Betreiben einer elektrischen Last, insbesondere einer Leuchtmittelanordnung, sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsvorrichtung. Die Leuchtmittelanordnung weist wenigstens ein Leuchtmittel und vorzugsweise mehrere Leuchtmittel auf, die in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sein können. Bei den Leuchtmitteln handelt es sich insbesondere um Halbleiterleuchtmittel, wie Leuchtdioden oder Lumineszenzdioden.
Eine Schaltungsvorrichtung zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung ist beispielsweise aus DE 10 2009 025 184 A1 bekannt. Die Schaltungsvorrichtung weist einen Schaltungseingang zum Anschließen einer Spannungsquelle auf. Eine Gleichrichterschaltung erzeugt aus der angelegten Eingangsspannung eine gleichgerichtete Zwischenspannung, die über eine Wandlerschaltung mit einem gesteuerten Wandlerschalter in einer Ausgangsspannung gewandelt wird. Die Ausgangsspannung wird über eine Messschaltung erfasst und eine entsprechende Messgröße wird einer Regelungsvorrichtung übermittelt. Die Regelungsvorrichtung steuert den Wandlerschalter zur Einstellung der Ausgangsspannung an. Die Schaltungsvorrichtung weist auch eine Strombegrenzungsschaltung auf, deren Funktionsweise nicht beschrieben ist.
Aus US 7 443 700 B2 geht ebenfalls eine Schaltungsvorrichtung mit einer Gleichrichterschaltung, einer Wandlerschaltung mit einem ansteuerbaren Wandlerschalter, mit einer Messschaltung sowie einer Regelungsvorrichtung hervor. Die Regelungsvorrichtung weist außerdem eine Strombegrenzungsschaltung auf. Über eine Messspule der Messschaltung wird eine den durch die Last fließenden Ausgangsstrom beschreibende Messgröße erfasst und mit einem Grenzwert verglichen. Wird dieser Grenzwert überschritten, wird eine die Ausgangsspannung beschreibende Messgröße um einen Additionswert erhöht. Dieser um den Additionswert veränderte Spannungswert wird in der Regelvorrichtung zur Erzeugung des Wandlersteuersignals für den Wandlerschalter verwendet, wodurch eine Spannungsreduzierung und dadurch wiederum die Strombegrenzung erreicht werden kann.
Durch die Strombegrenzung gemäß US 7 443 700 B2 wird zwar beim Betrieb der Schaltungsvorrichtung der Ausgangsstrom durch die Last effektiv begrenzt, allerdings kann es dadurch während des Betriebs auch zu Abweichungen zwischen der Ausgangsspannung und einem Spannungssollwert kommen, da zur Strombegrenzung die Ausgangsspannung reduziert wird. Treten während des Betriebs kleinere und sehr kurzzeitige Störungen im Bereich von einigen Millisekunden auf, verursacht die Strombegrenzungsschaltung häufiges Eingreifen und eine ungleichmäßige Ausgangsspannung im Betrieb.
Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Schaltungsvorrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb mit verbesserter Strombegrenzungsfunktion zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruche 16 gelöst.
Die Schaltungsvorrichtung weist eine mit einem Schaltungseingang verbundene Gleichrichterschaltung auf, die eine an den Schaltungseingang angelegte Eingangsspannung in eine gleichgerichtete Zwischenspannung gleichrichtet. Mit der Gleichrichterschaltung ist eine Wandlerschaltung verbunden. Die Wandlerschaltung enthält einen ansteuerbaren Wandlerschalter, der von einem Wandlersteuersignal angesteuert wird und dadurch zwischen seinem leitenden und seinem sperrenden Zustand umgeschaltet wird. Die Wandlerschaltung wandelt die Zwischenspannung in eine Ausgangsspannung, die an einem Schaltungsausgang angelegt wird. An diesen Schaltungsausgang wird die Last, beispielsweise eine Leuchtmittelanordnung, zu deren Betrieb angeschlossen.
Die Schaltungsvorrichtung weist außerdem eine Messschaltung auf. Die Messschaltung erzeugt eine Messgröße, die nach dem Ende der Einschaltphase die Ausgangsspannung charakterisiert. Über eine Regelvorrichtung kann somit nach dem Ende der Einschaltphase durch Vergleich der Messgröße mit einem Sollwert die Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Spannungssollwert geregelt werden.
Der Regelvorrichtung ist eine Strombegrenzungsschaltung zugeordnet, die dazu eingerichtet ist, zumindest während eines ersten Zeitabschnitts einer Einschaltphase und höchstens bis zum Ende der Einschaltphase einen am Schaltungsausgang bereitgestellten und zur Last fließenden Ausgangsstrom zu beeinflussen bzw. zu begrenzen. Die Strombegrenzungsschaltung ist dazu eingerichtet, den Betrag und/oder den Gradienten des Ausgangsstromes während der Einschaltphase zu begrenzen. Die Einschaltphase beginnt zu einem Einschaltzeitpunkt entweder mit dem Anlegen der Eingangsspannung oder durch Einschalten des Betriebs der Wandlerschaltung bei anliegender Eingangsspannung. Am Einschaltzeitpunkt ist die Ausgangsspannung in der Regel gleich null. Bei den bevorzugten Ausführungen der Messschaltung liefert die Messschaltung während des ersten Zeitabschnitts ab dem Einschaltzeitpunkt keine Messgröße, die den jeweils aktuellen Wert der Ausgangsspannung charakterisiert. Dies führt dazu, dass die Regelvorrichtung während dieses ersten Zeitabschnitts als aktuelle Ausgangsspannung einen Wert von null Volt erkennt, so dass die Regelabweichung sehr groß ist. Dies führt wiederum dazu, dass während dieses ersten Zeitabschnitts ein großer Ausgangsstrom fließt.
Bei einer Last, insbesondere einer Leuchtmittelanordnung, die an eine Busleitung angeschlossen und über die Schaltungsvorrichtung betrieben wird, findet auf der Busleitung eine Kommunikation statt. Eine solche Kommunikation kann beispielsweise dazu dienen, die Last, beispielsweise eine Leuchtmittelanordnung zu steuern. Die Kommunikationssignale können insbesondere dadurch gestört werden, dass Netzfilterinduktivitäten eines Netzfilters die magnetische Sättigung erreichen. Daher begrenzt die Strombegrenzungsschaltung zumindest während des ersten Zeitabschnitts der Einschaltphase und höchstens bis zum Ende der Einschaltphase den Ausgangsstrom. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass während des ersten Zeitabschnitts die Messgröße und/oder eine von einem Reglerausgang zu einem Reglereingang der Regelvorrichtung rückgekoppelte Rückkopplungsgröße- wie etwa die Regelabweichung – durch die Strombegrenzungsschaltung verändert bzw. so vorgegeben wird, dass die Regelvorrichtung unabhängig von dem aktuellen Wert der Ausgangsspannung betrieben wird, beispielsweise dadurch, dass der Regelvorrichtung eine geringere Regelabweichung vorgegeben wird und/oder dass durch die Rückkopplungsgröße das Regelverhalten beeinflusst wird. Über den Betrag der veränderten bzw. modifizierten Messgröße kann die Steigung zur Erhöhung der Ausgangsspannung vorgegeben werden. Zwar wird dadurch die Zeitdauer vergrößert, bis die Ausgangsspannung den Spannungssollwert erreicht hat, aber der Ausgangsstrom wird erheblich reduziert, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel um den Faktor 3 bis 4. Die Einschaltphase dauert vorzugsweise maximale eine Sekunde und beispielsweise mindestens etwa 10 bis 12 Netzperioden. Eine längere Regelabweichung zwischen dem Spannungssollwert und der Ausgangsspannung kann während der Einschaltphase hingenommen werden, um die Kommunikation in diesem Zeitraum nicht zu stören.
Die Einschaltphase endet, wenn eine vorgegebene Bedingung erreicht ist, beispielsweise wenn die Ausgangsspannung sich unter Berücksichtigung eines Toleranzbandes auf den Spannungssollwert stabilisiert hat. Nach dem Ende der Einschaltphase ist die Strombegrenzungsschaltung wirkungslos. Während des Normalbetriebs im Anschluss an die Einschaltphase hat die Strombegrenzungsschaltung vorzugsweise keine Funktion und begrenzt zumindest den Ausgangsstrom nicht. Somit werden im Normalbetrieb schnellere Regelvorgänge auch mit kurzzeitig höheren Ausgangsströmen zugelassen. Da im Normalbetrieb höhere Ausgangsströme lediglich sehr kurzzeitig anliegen – insbesondere um wenigstens eine Größenordnung kürzer als während der Einschaltphase – ist es zu Gunsten der Regelung vorteilhaft, diese höheren Ausgangsströme zuzulassen. Hingegen wird der Ausgangsstrom während der vergleichsweise langen Einschaltphase begrenzt, da ansonsten während der Einschaltphase die Kommunikation über die Versorgungsleitungen (zum Beispiel Busleitung), an die die Last angeschlossen ist, nicht oder nicht fehlerfrei möglich ist.
Die Bedingung zum Beenden der Einschaltphase ist vorzugsweise dann erfüllt, wenn eines oder mehrere der folgenden Merkmale erfüllt ist bzw. sind, wobei diese Merkmale jeweils für sich oder in Kombination eine notwenige oder hinreichende Bedingung darstellen:

– Seit dem Einschaltzeitpunkt ist eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen.
– Der Wert der Ausgangsspannung liegt ununterbrochen für zumindest eine vorgegebene Zeitdauer innerhalb eines Toleranzbandes, das den Spannungssollwert aufweist bzw. an den Spannungssollwert angrenzt.
– Der Ladezustand eines an den Schaltungsausgang angeschlossenen Ausgangskondensators entspricht zumindest einem vorgegebenen Mindestwert, von beispielsweise 60% bis 80%.
– Die Ausgangsspannung hat einen Spannungsschwellenwert überschritten bzw. hat diesen Spannungsschwellenwert ununterbrochen für zumindest eine vorgegebene Zeitdauer überschritten.

Wie erläutert können diese einzelnen Merkmale auch miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Einschaltphase beendet wird, wenn sich die Ausgangsspannung stabilisiert hat, spätestens jedoch nach einer vorgegebenen Zeitdauer, beispielsweise nach einer Sekunde.
Bei der bevorzugten Ausführungsform beeinflusst die Strombegrenzungsschaltung während des ersten Zeitabschnitts bzw. während der Einschaltphase die von der Messspannung erzeugte Messgröße und/oder eine von einem Reglerausgang zu einem Reglereingang der Regelvorrichtung rückgekoppelte Rückkopplungsgröße. Mittels der Rückkopplungsgröße kann auch direkt das Reglerverhalten zur Strombegrenzung des Ausgangsstromes beeinflusst werden. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, einen den Spannungssollwert charakterisierenden Referenzwert und/oder die Regelabweichung, also Differenz zwischen dem Referenzwert und der Messgröße, zur Strombegrenzung zu beeinflussen.
Die Messgröße, die von der Messschaltung bereitgestellt wird, beschreibt insbesondere erst nach Ablauf des ersten Zeitabschnitts und/oder nach Ende der Einschaltphase den Betrag der Ausgangsspannung. Zumindest während des ersten Zeitabschnitts oder während der gesamten Einschaltphase liefert die Messschaltung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel keine den Betrag der Ausgangsspannung korrekt beschreibende Messgröße. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Messschaltung nicht lineare, beispielsweise schwellenwertabhängig schaltende Bauelemente wie Zenerdioden aufweist, so dass die Messschaltung erst ab einem bestimmten Schwellenwert der Ausgangsspannung eine gültige Messgröße bereitstellen kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Regelvorrichtung oder die Strombegrenzungsschaltung jeweils einen Mikrocontroller. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen sind ein oder zwei Mikrocontroller vorhanden, wobei jeweils ein Mikrocontroller zu der Strombegrenzungsschaltung gehört.
Die Wandlerschaltung kann eine erste galvanische Trenneinrichtung aufweisen. Eine zweite galvanische Trenneinrichtung kann bei einem Ausführungsbeispiel in der Messschaltung vorhanden sein. Die zweite galvanische Trenneinrichtung unterteilt die Messschaltung in einen primärseitigen Messzweig und einen sekundärseitigen Messzweig. Der sekundärseitige Messzweig ist mit der Last bzw. den zur Last führenden Versorgungsleitungen bzw. Busleitungen verbunden. Der primärseitige Messzweig ist mit der Regelungsvorrichtung verbunden.
Die Strombegrenzungsschaltung kann entweder primärseitig oder sekundärseitig angeordnet sein und somit entweder mit dem primärseitigen Messzweig oder mit dem sekundärseitigen Messzweig verbunden sein. Ein in der Strombegrenzungsschaltung vorhandener Mikrocontroller ist dementsprechend entweder primärseitig oder sekundärseitig angeordnet. Die primärseitige Anordnung der Strombegrenzungsschaltung vereinfacht den Aufbau. Der Mikrocontroller der Strombegrenzungsschaltung kann bei dieser Variante auch Steuerfunktionen der Regelungsvorrichtung übernehmen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der sekundärseitige Messzweig wenigstens ein nicht lineares Bauteil und/oder wenigstens ein schwellenwertabhängig schaltendes Bauteil und/oder wenigstens eine Zenerdiode auf. Die zweite galvanische Trenneinrichtung der Messschaltung kann beispielsweise durch einen Optokoppler gebildet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Optokopplerdiode des Optokopplers in Reihe zu dem wenigstens ein nicht linearen Bauteil und/oder zu dem wenigstens einen schwellenwertabhängig schaltenden Bauteil und/oder zu der wenigstens einen Zenerdiode des sekundärseitigen Messzweigs geschaltet. Der Optokopplertransistor ist im primärseitigen Messzweig angeordnet und vorzugsweise in Reihe zu einem Messwiderstand geschaltet. An diesem Messwiderstand liegt eine Messspannung an, die die Messgröße der Messschaltung bildet.
Bei dieser Ausführung definiert die wenigstens eine Zenerdiode des sekundärseitigen Messzweigs einen Spannungsschwellenwert für die Ausgangsspannung. Durch die Zenerdioden fließt erst dann ein Strom zu der Optokopplerdiode, wenn die Ausgangsspannung zumindest dem Spannungsschwellenwert entspricht. Dadurch kann der Arbeitsbereich des Optokopplers angepasst werden. Sobald die Ausgangsspannung diesen Spannungsschwellenwert erreicht hat, ist der erste Zeitabschnitt der Einschaltphase beendet. Während dieses ersten Zeitabschnitts fließt weder ein sekundärseitiger, noch ein primärseitiger Messstrom, der durch die Ausgangsspannung verursacht ist.
Wie erläutert kann die Strombegrenzungsschaltung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel während des ersten Zeitabschnitts der Einschaltphase einen primärseitigen und/oder sekundärseitigen Messstrom bewirken oder verändern. Dadurch kann die Regelvorrichtung zur Regelung der Ausgangsspannung mithilfe eines Standard-Reglers realisiert werden, da lediglich dessen äußere Beschaltung verändert wird. Die Manipulation der Messgröße durch die Strombegrenzungsschaltung gestattet beispielsweise die Verwendung von Standard-ICs, wie etwa des Typs TDA 4862 der Firma Infineon Technologies zur Erzeugung des Wandlersteuersignals, um die Ausgangsspannung zu regeln.
Die Schaltungsvorrichtung kann bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Netzfilterschaltung aufweisen. Die Netzfilterschaltung enthält wenigstens eine Netzfilterinduktivität und beispielsweise zusätzlich einen oder mehrere Netzfilterkondensatoren, etwa einen X-Kondensator und zwei Y-Kondensatoren. Die Netzfilterinduktivitäten sind dabei auf den Normalbetrieb nach dem Ende der Einschaltphase dimensioniert. Durch einen großen Ausgangsstrom während der Einschaltphase können die Netzinduktivitäten daher in die magnetische Sättigung gelangen, was eine Kommunikation auf den Versorgungsleitungen bzw. Busleitungen stören bzw. unterdrücken kann.
Es ist vorteilhaft, wenn der Netzfilterschaltung ein Sensor zugeordnet ist, der einen Sättigungszustand der wenigstens einen Netzfilterinduktivität ermittelt und ein entsprechendes Sensorsignal erzeugt. Beispielsweise kann der Sensor hochfrequente Ströme und/oder Spannungen im Netzfilter erkennen, die charakteristisch sind für den Sättigungszustand der wenigstens einen Netzfilterinduktivität. Anhand dieses Sensorsignals kann während der Einschaltphase ein zu großer Ausgangsstrom erkannt und über die Strombegrenzungsschaltung reduziert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 und 2 jeweils ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsvorrichtung,
3 bis 5 jeweils ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Regelungsvorrichtung und einer Strombegrenzungsschaltung für die Schaltungsvorrichtung nach 2,
6a, 6b und 7 jeweils ein Blockschalbild einer Realisierungsform eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsvorrichtung,
8 den Ausgangsstrom IA und die Ausgangsspannung UA während der Einschaltphase ohne Strombegrenzung in schematischer Prinzipdarstellung,
9 den Ausgangsstrom IA und die Ausgangsspannung UA während der Einschaltphase bei einem Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung mit einer Strombegrenzung und
10 das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Schaltungsvorrichtung.
In 1 ist das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsvorrichtung 15 veranschaulicht. Die Schaltungsvorrichtung 15 weist einen Eingangsanschluss 16 auf, an dem eine Eingangsspannung UE einer Netzspannungsquelle 17 anliegt. Die Eingangsspannung UE wird beispielsgemäß über eine Netzfilterschaltung 18 an eine Gleichrichterschaltung 19 angelegt. Die Gleichrichterschaltung 19 wandelt die Eingangsspannung UE, bei der es sich um eine Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes handelt, in eine gleichgerichtete Zwischenspannung UZ um. Zur Glättung dieser Zwischenspannung UZ ist ein Gleichrichterkondensator 20 an den Ausgang der Gleichrichterschaltung 19 angeschlossen.
Die Netzfilterschaltung 18 weist wenigstens eine und beispielsgemäß zwei Netzfilderinduktivitäten 21 auf. Die Netzfilterschaltung 18 ist an sich bekannter Weise aufgebaut. Die Netzfilterinduktivitäten 21 sind in jeweils eine der beiden Anschlussleitungen eingesetzt. Außerdem können mehrere Netzfilterkondensatoren, wie etwa X-Kondensatoren oder Y-Kondensatoren vorahnden sein.
Mit der Gleichrichterschaltung 19 ist eine Wandlerschaltung 25 verbunden. Eingangsseitig liegt an der Wandlerschaltung 25 die gleichgerichtete Zwischenspannung UZ an. Die Wandlerschaltung 25 wandelt die Zwischenspannung UZ in eine Ausgangsspannung UA, die an einem Schaltungsausgang 26 der Schaltungsvorrichtung 15 bereitgestellt wird. An diesen Schaltungsausgang 26 kann eine Last 27 angeschlossen und über die Schaltungsvorrichtung 15 mit elektrischer Energie versorgt und betrieben werden.
Die Wandlerschaltung 25 ist als Sperrwandler ausgeführt. Auch andere Wandlertopologien zur Gleichspannungswandlung können verwendet werden. Die Wandlerschaltung 25 ist als Vierpol ausgeführt und weist entsprechend einen ersten Wandlereingangsanschluss 25a, einen zweiten Wandlereingangsanschluss 25b, einen ersten Wandlerausgangsanschluss 26a und einen zweiten Wandlerausgangsanschluss 26b auf. Die beiden Wandlerausgangsanschlüsse 26a, 26b bilden beim Ausführungsbeispiel gelichzeitig den Schaltungsausgang 26, an den die Last 27 über eine Versorgungsleitung oder Busleitung B angeschlossen ist.
Zwischen dem ersten Wandlereingangsanschluss 25a und dem zweiten Wandlereingangsanschluss 25b ist eine Reihenschaltung aus einer Primärwicklung 28a, einem gesteuerten Wandlerschalter 29 und einem Wandlerwiderstand 30 angeordnet. Galvanisch getrennt von diesem primärseitigen Teil der Wandlerschaltung 25 ist ein sekundärseitiger Wandlerkreis 31 mit einer Sekundärwicklung 28b, die über eine Wandlerdiode 32 mit dem ersten Wandlerausgangsanschluss 26a verbunden ist. Die Sekundärwicklung 28b ist mit ihrem anderen Anschluss mit dem zweiten Wandlerausgangsanschluss 26b verbunden. Zwischen den beiden Wandlerausgangsanschlüssen 26a, 26b ist ein Ausgangskondensator 33 geschaltet, an dem die Ausgangsspannung UA anliegt.
Der Wandlerschalter 29 wird durch ein Wandlersteuersignal WS angesteuert. Das Wandlersteuersignal WS wird von einer Regelvorrichtung 36 erzeugt. Die Regelvorrichtung 36 ist dazu eingerichtet, die Ausgangsspannung UA auf einen Spannungssollwert UA_Soll zu regeln. Außerdem kann über die Regelvorrichtung 36 auch der am Schaltungsausgang 26 bereitgestellte und zur Last 27 fließende Ausgangsstrom IA beeinflusst werden.
Der Regelungsvorrichtung wird eine Messgröße M übermittelt, die von einer Messschaltung 37 bereitgestellt wird. Nach dem Ende einer Einschaltphase, im Normalbetrieb der Schaltungsvorrichtung 15, beschreibt die Messgröße M den Betrag der Ausgangsspannung UA. Hierfür ist die Messschaltung 37 mit dem Schaltungsausgang 26 bzw. mit der Busleitung B verbunden.
Wie erläutert, hat die Wandlerschaltung 25 beim Ausführungsbeispiel eine erste galvanische Trenneinrichtung 28, die beispielsgemäß durch die beiden miteinander gekoppelten Wicklungen 28a, 28b gebildet ist. Um die galvanische Trennung des die Last 27 aufweisenden Ausgangskreises bzw. Lastkreises von der Primärseite aufrecht zu erhalten, weist die Messschaltung 37 beim Ausführungsbeispiel nach 1 eine zweite galvanische Trenneinrichtung 38 auf. Bei der zweiten galvanischen Trenneinrichtung 38 kann es sich beispielsweise um einen Optokoppler handeln, was anhand der 6 und 7 später noch erläutert wird.
Neben der Messgröße M kann der Regelvorrichtung 36 außerdem eine oder mehrere weitere Messwerte übermittelt werden. Beispielsweise kann der primärseitig durch den Wandlerschalter 29 und die Primärwicklung 28a fließende Strom anhand einer am Wandlerwiderstand 30 anliegenden Spannung UI in der Regelvorrichtung 36 ermittelt werden. Die am Wandlerwiderstand 30 anliegende Spannung UI kann der Regelvorrichtung 36 übermittelt werden. Es ist außerdem möglich, Mittel zur Erkennung des Nulldurchgangs der an der Primärwicklung 28a oder der Sekundärwicklung 28b anliegenden Spannung vorzusehen und an die Regelvorrichtung 36 zu übermitteln. Dadurch wird beispielsweise der Betrieb der Wandlerschaltung 25 im sogenannten „kritischen Betriebsmodus“ ermöglicht.
Zur Regelung der Ausgangsspannung UA wird in der Regelvorrichtung 36 die Messgröße M mit einem Referenzwert R verglichen. Der Referenzwert R charakterisiert den Spannungssollwert UA_Soll der Ausgangsspannung UA. Beispielsweise wird die Differenz zwischen dem Referenzwert R und der Messgröße M in oder außerhalb eines Reglers 39 gebildet und dem Regler 39 als Regelabweichung A bereitgestellt. Anhand der Regelabweichung A beeinflusst der Regler 39 das Wandlersteuersignal WS. Beispielsweise kann der Regler 39 das Puls-Pause-Verhältnis (duty cyle) des Wandersteuersignals WS zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Ausgangsspannung UA anpassen.
Zur der Schaltungsvorrichtung 15 gehört außerdem eine Strombegrenzungsschaltung 40. Die Strombegrenzungsschaltung 40 ist dazu eingerichtet, den Ausgangsstrom IA während einer Einschaltphase TE zu begrenzen (9). Die Einschaltphase TE beginnt zu einem Einschaltzeitpunkt t0. Zum Einschaltzeitpunkt t0 wird entweder die Eingangsspannung UE an den Schaltungseingang 16 angelegt oder es wird bei anliegender Eingangsspannung UE die Wandlerschaltung 25 in Betrieb genommen. Zum Einschaltzeitpunkt t0 ist die Ausgangsspannung UA in der Regel gleich null und der Ausgangskondensator 33 ist ungeladen.
Mit dem Einschaltzeitpunkt t0 beginnt ein erster Zeitabschnitt T1 der Einschaltphase. Während dieses ersten Zeitabschnitts T1 ist die Ausgangsspannung UA kleiner als ein vorgegebener Spannungsschwellenwert US. Während dieses ersten Zeitabschnittes T1 wird durch die Messschaltung 37 keine Messgröße M bereitgestellt, die den tatsächlichen Wert der Ausgangsspannung UA beschreibt. Beispielsgemäß ist die durch die Ausgangsspannung UA erzeugte Messgröße M während dieses ersten Zeitabschnitts T1 gleich null (M = 0). Daher wäre die Regelabweichung A ohne zusätzliche Maßnahmen maximal, was den Regler 39 dazu veranlassen würde, das Wandlersteuersignal WS zur Erhöhung der Ausgangsspannung UA einzustellen. Dies hätte wiederum zur Folge, dass der Ausgangsstrom IA sehr groß würde, wenn keine Strombegrenzungsfunktion implementiert ist. Ohne eine Strombegrenzung kann der Ausgangsstrom IA bei einem Ausführungsbeispiel einen Maximalwert IA_max von beispielsgemäß etwa 5 A annehmen (8).
Bei der Schaltungsvorrichtung 15 nach 1 wird deswegen über die Strombegrenzungsschaltung 40 ein Modifikationswert D erzeugt und zumindest während des ersten Zeitabschnitts T1 der Einschaltphase TE zur Messgröße M addiert. Für den Vergleich mit dem Referenzwert R steht somit der Betrag aus der Summe der Messgröße M und des Modifikationswertes D zur Verfügung, wobei diese Summe als modifizierte Messgröße M* bezeichnet wird. Über den Modifikationswert D wird somit die Regelabweichung A während des ersten Zeitabschnitts T1 verringert. Der Modifikationswert D ist kleiner als der Referenzwert R, so dass nach wie vor eine Regelabweichung A vorhanden ist und der Regler 39 ein Wandlersteuersignal WS zur Erhöhung der Ausgangsspannung UA erzeugt. Die Ausgangsspannung UA steigt aufgrund der geringen Regelabweichung A verglichen mit dem Fall ohne Strombegrenzung langsamer an (9). Der Maximalwert IA_max des Ausgangsstromes IA kann auf diese Weise erheblich reduziert werden, beispielsgemäß um den Faktor von etwa 3 bis 4 gegenüber einer Einschaltphase TE ohne Strombegrenzung, wie sie in 8 veranschaulicht ist.
Anstelle einer Addition der Messgröße M mit dem Modifikationswert D kann die modifizierte Messgröße M* auch dadurch gebildet werden, dass der jeweils größere der beiden Werte aus Messgröße M und Modifikationswert D zur Bildung der Regelabweichung A verwendet wird, es gilt also M* = M + D oder M* = max {M, D}, wobei A = R – M* ist.
Die Strombegrenzungsschaltung 40 kann einen Mikrocontroller µC aufweisen. Mit Hilfe dieses Mikrocontrollers µC kann ein Ein- und/oder Ausschaltsignal ON/OFF für den Regler 39 erzeugt werden. Nach dem Einschalten startet der Regler 39 das Erzeugen des Wandlersteuersignals WS. Im ausgeschalteten Zustand verbleibt der Wandlerschalter 29 in seiner Trennstellung. Ein Wandlersteuersignal WS liegt im ausgeschalteten Zustand des Reglers 39 nicht an.
In 2 ist eine erste Abwandlung der Schaltungsvorrichtung 15 gezeigt. Die wesentlichen Merkmale stimmen mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 überein, so dass auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann. Auch die Funktionsweise ist im Wesentlichen dieselbe. Der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen liegt darin, dass die Messschaltung 37 keine galvanische Trenneinrichtung aufweist. Jeweils eine zweite galvanische Trenneinrichtung 38 ist beim Ausführungsbeispiel nach 2 im Übertragungspfad der Regelabweichung A sowie im Übertragungspfad des Ein- und/oder Ausschaltsignals ON/OFF angeordnet.
In 3 ist eine weitere Abwandlung der Regelvorrichtung 36 bzw. der Strombegrenzungsschaltung 40 veranschaulicht. Dabei werden der Messwert M, der Modifikationswert D sowie der Referenzwert R wie veranschaulicht stufenweise miteinander verknüpft. Zunächst kann beispielsweise eine Summe – oder alternativ der Maximalwert – aus der Messgröße M und dem Modifikationswert D zur Messgröße M* verknüpft werden. Diese modifizierte Messgröße M* kann anschließend von dem Referenzwert R abgezogen und daraus die Regelabweichung A ermittelt werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen gemäß der 1 bis 3 ist jeweils eine Eingangsschnittstelle für ein Eingangssignal E an der Strombegrenzungsschaltung 40 und vorzugsweise dem Mikrocontroller µC der Strombegrenzungsschaltung 40 vorhanden. Das Eingangssignal E kann Einstellparameter vorgeben und beispielsweise auch den Referenzwert R und/oder den Modifikationswert D bestimmen. Das Eingangssignal E bzw. die Eingangsschnittstelle ist daher jeweils sekundärseitig vorgesehen. In Abwandlung hierzu ist es auch möglich, die Eingangsschnittstelle zum Übermitteln des Eingangssignals E primärseitig vorzusehen, insbesondere dann, wenn die Regelvorrichtung 36 einen Mikrocontroller µC aufweist, wie es schematisch in 5 veranschaulicht ist.
Bei den Ausführungsbeispielen für die Strombegrenzungsschaltung 40 und die Regelvorrichtung 36 gemäß der 4 und 5 ist jeweils ein Mikrocontroller µC primärseitig und sekundärseitig angeordnet. Die beiden Mikrocontroller µC können bidirektional miteinander kommunizieren, wobei für jeden vorhandenen Kommunikationsweg jeweils eine zweite galvanische Trenneinrichtung 38 vorhanden ist. Der Mikrocontroller µC der Regelvorrichtung 36 erzeugt das Ein- und/oder Ausschaltsignal ON/OFF für den Regler 39 und gibt dem Regler 39 außerdem die Regelabweichung A vor. Die modifizierte Messgröße M* kann bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 4 und 5 entweder primärseitig im Mikrocontroller µC der Regelvorrichtung 36 oder sekundärseitig im Mikrocontroller µC der Strombegrenzungsschaltung 40 durchgeführt werden.
6a veranschaulicht ein konkretisiertes Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung 15. Auf den vorstehend beschriebenen prinzipiellen Aufbau mit der Netzfilterschaltung 18, der Gleichrichterschaltung 19 und der Wandlerschaltung 25 wird Bezug genommen. Nachfolgend werden weitere Bestandteile der Schaltungsvorrichtung 15 im Einzelnen erläutert.
Der ersten galvanischen Trenneinrichtung 28 und beispielsgemäß der Primärwicklung 28a ist eine Zusatzwicklung 45 zugeordnet, die einerseits mit einem Massepotenzial GND verbunden ist und mit ihrem anderen Anschluss über eine erste Diode 46 und einen ersten Widerstand 47 mit einer Bezugsleitung 48 verbunden ist. Die Bezugsleitung 48 ist über einen ersten Kondensator 49 mit Massepotenzial GND verbunden. Die Verbindungsleitung 48 ist außerdem über einen zweiten Widerstand 50 an die gleichgerichtete Zwischenspannung UZ sowie einen ersten Spannungsteiler 51 angeschlossen. Der erste Spannungsteiler 51 ist andererseits mit Massepotenzial GND verbunden. Der erste Spannungsteiler 51 weist zwei in Reihe geschaltete Spannungsteilerwiderstände 51a, 51b auf.
Die Messschaltung 37 weist als zweite galvanische Trenneinrichtung 38 einen Optokoppler 55 auf. Die Optokopplerdiode 56 ist in einem sekundärseitigen Messzweig 57 der Messschaltung 37 angeordnet. Der sekundärseitige Messzweig 57 weist eine Reihenschaltung aus wenigstens einer Zenerdiode 58 – und beispielsgemäß zwei Zenerdioden 58 –, einem dritten Widerstand 59 und der Optokopplerdiode 56 auf. Die Anode der Optokopplerdiode 56 ist über den dritten Widerstand 59 mit der Anodenseite der Reihenschaltung der wenigstens einen Zenerdiode 58 verbunden. Die Kathodenseite der wenigstens einen Zenerdiode 58 ist mit dem ersten Wandlerausgangsanschluss 26a und die Kathodenseite der Optokopplerdiode 56 mit dem zweiten Wandlerausgangsanschluss 26b verbunden. Ein vierter Widerstand 60 verbindet außerdem den zweiten Wandlerausgangsanschluss 26b mit dem Verbindungspunkt zwischen dem dritten Widerstand 59 und der wenigstens einen Zenerdiode 58.
Der Optokopplertransistor 63 des Optokopplers 55 ist in einem primärseitigen Messzweig 64 der Messschaltung 37 angeordnet. Der Kollektor ist dabei mit der Bezugsleitung 48 verbunden. Der Emitter ist über einen zweiten Spannungsteiler 65 mit dem Massepotenzial GND verbunden. Auch der zweite Spannungsteiler 65 weist zwei in Reihe geschaltete Spannungsteilerwiderstände 65a, 65b auf, wobei der mit Massepotenzial GND verbundene Spannungsteilerwiderstand 65b als Messwiderstand der Messschaltung dient, an dem eine Messspannung UM anliegt. Beispielsgemäß bildet die Messspannung UM die modifizierte Messgröße M*.
Der Regler 39 ist beim Ausführungsbeispiel nach 6a als integrierter Schaltkreis ausgeführt. Er weist mehrere Eingänge und einen Ausgang zur Ausgabe des Wandlersteuersignals WS auf. An einem ersten Anschluss P1 wird dem Regler 39 die modifizierte Messgröße M* zugeführt. Hierfür ist der erste Anschluss P1 mit dem Messwiderstand verbunden. Die Messspannung UM wird an einen ersten Differenzverstärker 66 des Reglers 39 übermittelt. Beispielsgemäß ist der invertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers 66 mit dem ersten Anschluss P1 verbunden. Am anderen Eingang des ersten Differenzverstärkers 66 liegt der Referenzwert R an. Der Ausgang des ersten Differenzverstärkers 66 ist mit einem Eingang eines Multiplizierers 67 verbunden. Der andere Eingang des Multiplizierers 67 ist mit einem zweiten Anschluss P2 des Reglers 39 verbunden. Dieser zweite Anschluss P2 ist mit dem Mittenabgriff des ersten Spannungsteilers 51 verbunden. Ein dritter Anschluss P3 des Reglers 39 ist mit dem Wandlerwiderstand 30 verbunden, so dass dem Regler 39 über den dritten Anschluss P3 die am Wandlerwiderstand 30 anliegende Spannung UI übermittelt wird.
Der Regler 39 weist einen zweiten Differenzverstärker 68 auf. Der eine Eingang des zweiten Differenzverstärkers 68, beispielsweise der invertierende Eingang, ist mit dem dritten Anschluss P3 des Reglers 39 verbunden, so dass an diesem invertierenden Eingang die am Messwiderstand 30 anliegende Spannung UI anliegt. Der andere Eingang des zweiten Differenzverstärkers 68 ist mit dem Ausgang des Multiplizierers 67 verbunden. Der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers 68 ist mit einer Logikschaltung 69 zur Erzeug des Wandlersteuersignals WS verbunden, über die das Puls-Paus-Verhältnis des Wandlersteuersignals eingestellt wird.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Regler 39 einen vierten Anschluss P4 auf, der über einen fünften Widerstand 74 mit der Zusatzspule 45 verbunden ist. Der vierte Eingang P4 des Reglers 39 ist mit dem Eingang eines dritten Differenzverstärkers 75 und beispielsweise mit dem nicht invertierenden Eingang verbunden. An dem anderen und beispielsweise dem invertierenden Eingang des dritten Differenzverstärkers 75 liegt ein vorgegebener Vergleichswert V an.
Zur Versorgung des Reglers 39 ist dieser über einen fünften Anschluss P5 mit der Bezugsleitung 48 und über einen sechsten Anschluss P6 mit Massepotenzial GND verbunden. Zwischen diesen beiden Anschlüssen ist der erste Kondensator 49 angeordnet.
Ein siebter Anschluss P7 des Reglers 39 ist mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers 66 verbunden. Zwischen dem ersten Anschluss P1 und dem sieben Anschluss P7 ist eine äußere Beschaltung des Reglers 39 in Form einer Rückkopplungsschaltung 76 vorhanden. Die Rückkopplungsschaltung 76 weist zumindest einen zwischen den siebten Anschluss P7 und den ersten Anschluss P1 geschalteten zweiten Kondensator 77 auf. Durch diese Rückkopplung kann eine integrierende Funktion (I-Anteil der Reglerfunktion) des ersten Differenzverstärkers 66 bzw. der Reglers 39 erreicht werden. Parallel zu dem zweiten Kondensator 77 ist beispielsgemäß ein sechster Widerstand 78 geschaltet. In Reihe zur der Parallelschaltung aus dem zweiten Kondensator 77 und sechstem Widertand 78 kann außerdem ein siebter Widerstand 79 geschaltet sein, der mit dem siebten Anschluss P7 des Reglers 39 verbunden ist.
Am achten Anschluss P8 des Reglers wird das Wandlersteuersignal WS ausgegeben. Als gesteuerter Wandlerschalter dient beispielsgemäß ein Feldeffekttransistor. Das Wandlersteuersignal WS liegt am Gate des Feldeffekttransistors an.
Die Strombegrenzungsschaltung 40 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6a primärseitig angeordnet. Ein Ausgangsanschluss 83 der Strombegrenzungsschaltung 40 ist mit der Verbindung zwischen dem Optokopplertransistor 63 und dem zweiten Spannungsteiler 65 verbunden. Der Ausgangsanschluss 83 der Strombegrenzungsschaltung 40 ist über einen gesteuerten Schalter und beispielsgemäß einen Bipolartransistor 84 über einen achten Widerstand 85 mit Masse GND verbunden. Bei leitendem Bipolartransistor 84 liegt am Ausgangsanschluss 83 ein Potenzial an, das im Wesentlichen dem Potenzial der Masse GND entspricht. Sperrt der Bipolartransistor 84, ist die Strombegrenzungsschaltung 40 ohne Einfluss auf die Regelung und somit inaktiv. Der gesteuerte Schalter, beispielsgemäß der Bipolartransistor 84, ist mit seinem Steuereingang mit einem Mikrocontroller µC der Strombegrenzungsschaltung 40 verbunden. Dieser Mikrocontroller µC kann über eine Bezugsspannung UX mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Verbindung zwischen der Basis des Bipolartransistors 84 und dem Mikrocontroller µC kann über einen neunten Widerstand 86 erfolgen und mittels eines gegen Masse GND geschalteten dritten Kondensators 87 gepuffert sein.
Die in 6a veranschaulichte Ausführungsform der Strombegrenzungsschaltung 15 arbeitet wie folgt:
Zum Einschaltzeitpunkt t0 ist der Ausgangskondensator 33 ungeladen. Die Ausgangsspannung UA zum Einschaltzeitpunkt t0 ist gleich null Volt. Solange die Ausgangsspannung UA den durch die wenigstens einen Zenerdiode 58 vorgegebenen Spannungsschwellenwert US nicht überschritten hat, fließt durch die Optokopplerdiode 56 kein sekundärseitiger Messstorm IS. Der Optokopplertransistor 63 sperrt während dieses ersten Zeitabschnitts T1.
Dies hätte zur Folge, dass der Regler 39 eine große Regelabweichung A feststellt, was einen entsprechend großen Ausgangsstrom IA zur Folge hätte (vgl. 8). Um während des ersten Zeitabschnittes T1 der Einschaltphase TE derart große Ausgangsströme IA zu vermeiden, veranlasst der Mikrocontroller µC der Strombegrenzungsschaltung 40 zum Einschaltzeitpunkt t0 das Umschalten des gesteuerten Schalters – beispielsgemäß des Bipolartransistors 84 – in seinen sperrenden Zustand, so dass ein Strom durch die Rückkopplungsschaltung 76 zum Laden und Entladen des zweiten Kondensators 77 über den mit Masse GND verbundenen Spannungsteilerwiderstand 65b des zweiten Spannungsteilers 65 nach Masse GND fließt. Der Betrag diese mit Masse GND verbundenen Spannungsteilerwiderstand 65b des zweiten Spannungsteilers 65 wird entsprechend groß dimensioniert, beispielsweise im Megaohmbereich. Ist der zweite Kondensator 77 vollständig geladen, ist die am ersten Anschluss P1 anliegende Messspannung UM durch das Spannungsteilerverhältnis des sechsten Widerstands 78 gegenüber dem mit Masse GND verbundenen Spannungsteilerwiderstand 65b des zweiten Spannungsteilers 65 bestimmt. Das integrierende Verhalten des ersten Differenzverstärkers 66 bzw. des Reglers 39 wird dadurch begrenzt. Wenn also der Ausgang des ersten Differenzverstärkers 66 langsamer ansteigt, ist auch der Gradient des Ausgangswertes des Multiplizierers 67 begrenzt, was wiederum den Stromgradienten des durch den Wandlerschalter 29 fließenden Stromes und schließlich den Stromgradienten des Ausgangsstromes IA begrenzt.
Durch diese Gradientenbegrenzung des Ausgangsstromes IA mithilfe der Strombegrenzungsschaltung hat der Ausgangskondensator 33 ausreichend Zeit sich ausreichend aufzuladen, bevor der Betrag des Ausgangsstromes IA zu groß wird. Wie aus 9 ersichtlich ist, steigt die Ausgangsspannung UA durch diese Maßnahme während des ersten Zeitabschnittes T1 kontinuierlich und beispielsgemäß linear an. Über den Betrag des mit Masse GND verbundenen Spannungsteilerwiderstands 65b des zweiten Spannungsteilers 65 kann die Steigung des Spannungsanstiegs der Ausgangsspannung UA und des Stromanstiegs des Ausgangsstromes IA und dadurch indirekt auch der Betrag des Ausgangsstroms IA bzw. dessen Maximalwert IA_max eingestellt werden.
Sobald die Ausgangsspannung UA zu einem ersten Zeitpunkt ta den Spannungsschwellenwert US überschreitet, fließt ein sekundärseitiger Messstrom IS durch die Optokopplerdiode 56 und der Optokopplertransistor 63 wird leitend. Der primärseitige Messstrom IP durch den Optokopplertransistor 63 wird abhängig von dem Betrag des sekundärseitige Messstromes IS verändert und steigt mit zunehmender Ausgangsspannung UA an.
Nach dem ersten Zeitpunkt ta ist die Strombegrenzungsschaltung 40 nicht mehr erforderlich, da am ersten Anschluss P1 eine die Ausgangsspannung UA beschreibende Messspannung UM anliegt, die bereits größer ist als der Spannungsschwellenwert US. Der Mikrocontroller µC der Strombegrenzungsschaltung 40 schaltet den Bipolartransistor 84 daher zu einem zweiten Zeitpunkt tb in seinen leitenden Zustand. Zum zweiten Zeitpunkt tb endet die Einschaltphase TE. Der erste Anschluss P1 für die Messspannung UM ist dann über den Spannungsteilerwiderstand 65a des zweiten Spannungsteilers 65, den Bipolartransistor 84 und den achten Widerstand 85 mit Masse GND verbunden ist. Der ist Betrag der ohmschen Widerstände der Reihenschaltung aus dem Spannungsteilerwiderstand 65a des zweiten Spannungsteilers 65 und dem achten Widerstand 85 viel kleiner (mindestens eine Größenordnung) als der Betrag des anderen, mit Masse GND verbundenen Spannungsteilerwiderstands 65b des zweiten Spannungsteilers 65. Dadurch ist der maximale Strom durch die Rückkopplungsschaltung 76 zum Laden und Entladen des zweiten Kondensators 77 nach dem Ende der Einschaltphase TE größer, so dass die während der Einschaltphase TE erreichte Begrenzung des Ausgangswertes des ersten Differenzverstärkers 66 aufgehoben ist.
Das Umschalten und mithin das Deaktivieren der Strombegrenzungsschaltung 40 zum zweiten Zeitpunkt tb erfolgt dann, wenn eine vorgegebene Bedingung für das Beenden der Einschaltphase TE erfüllt ist. Beispielsweise kann dies dann erfolgen, wenn sich die Ausgangsspannung UA stabilisiert hat. Das Stabilisieren der Ausgangsspannung UA kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass die Ausgangsspannung UA für eine vorgegebene Zeitdauer ohne Unterbrechung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt, das den Spannungssollwert UA_Soll enthält. Alternativ hierzu kann als Bedingung zum Beenden der Einschaltphase auch geprüft werden, ob seit dem Einschaltzeitpunkt t0 eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist. Die Dauer der Einschaltphase TE kann etwa bis zu einer Sekunde betragen. Vorzugsweise beträgt die Dauer der Einschaltphase TE mindestens 10 bis 15 Perioden bezogen auf die Wechselspannung der Eingangsspannung UE.
Der Multiplizierer 67 und der zweite Differenzverstärker dienen zur Anpassung der Stromaufnahme an die Eingangsspannung UE, so dass eine Leistungsfaktorkorrektur (PFC) der Schaltungsvorrichtung 15 implementiert ist.
In 6b sind gegenüber 6a abgewandelte Ausgestaltungen der Strombegrenzungsschaltung 40 und der Rückkopplungsschaltung 76 veranschaulicht. Die Strombegrenzungsschaltung 40 gemäß 6b ist derart aufgebaut, dass die Bezugsspannung UX über den gesteuerten Schalter – beispielsgemäß den Bipolartransistor 84 – und den achten Widerstand 85 mit dem Ausgangsanschluss 83 verbunden ist. In der Verbindung zwischen dem neunten Widerstand 86 am Ausgang des Mikrocontrollers µC und der Basis des Bipolartransistors 84 ist die zweite Diode 89 geschaltet, deren Anode bei dieser Ausführungsform mit der Basis des Bipolartransistors 84 (Steuereingang des gesteuerten Schalters) und über einen zehnten Widerstand 88 mit dem siebten Anschluss P7 des Reglers 39 verbunden ist. Die Kathode dieser zweiten Diode 89 ist zum einen mit dem neunten Widerstand 86 und zum anderen über den dritten Kondensator 87 mit der Bezugsspannung UX verbunden. Der dritte Kondensator ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Unterschied zu 6a einerseits mit der Bezugsspannung UX und dem Kollektor des Bipolartransistors 84 und andererseits mit der zweiten Diode 89, dem neunten Widerstand 86 und der Masse GND verbunden.
Bei der Ausführungsform nach 6b ist der zweite Spannungsteiler 65 aus der 6a aufgelöst. Anstelle dieses zweiten Spannungsteilers 65 ist der Optokopplertransistor 63 über einen Kopplungswiderstand 65c mit dem ersten Anschluss P1 verbunden. Der Optokopplertransistor 63 ist außerdem über einen Abzweigwiderstand 65d mit Masse GND verbunden.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels der Schaltungsvorrichtung 15 nach 6b ist während der Einschaltphase TE wie folgt:
Zum Einschaltzeitpunkt t0, also zu Beginn der Einschaltphase TE, veranlasst der Mikrocontroller µC der Strombegrenzungsschaltung 40 das Anlegen eines High-Signals am neunten Widerstand 86, beispielsweise der Bezugsspannung UX. Dadurch sperrt die zweite Diode 89 und es kann über die Rückkopplungsschaltung 86 ein Basisstrom in den Bipolartransistor 84 fließen, so dass dieser leitet. Über den achten Wiederstand 85 und den Ausgangsanschluss 83 der Strombegrenzungsschaltung 40 wird daher die Bezugsspannung UX an den ersten Anschluss P1 angelegt. Die Differenz zwischen der modifizierten Messspannung UM (Messgröße M*) und dem Referenzwert R wird dadurch verkleinert, obwohl der Optokopplertransistor 63 noch sperrt. Die Regelabweichung A am Ausgang des ersten Differenzverstärkers 66 wird dadurch verringert und analog zum vorherbeschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß 6a der Stromgradient des Ausgangsstromes IA begrenzt. Bevor der Ausgangsstrom IA zu große Werte annimmt, erreicht die Ausgangsspannung UA den Spannungsschwellenwert US und der Optokopplertransistor 63 wird zu dem ersten Zeitpunkt ta leitend, so dass ein primärseitiger Messstrom IP durch den Abzweigwiderstand 65d zur Masse GND fließen kann. Somit liegt als Messspannung UM am ersten Anschluss P1 der durch den sekundärseitigen Messstrom IP und den Abzweigwiderstand 65d und über den Kopplungswiderstand 65c angelegte Spannungswert an, der den Betrag der Ausgangsspannung UA beschreibt.
Am Ende der Einschaltphase TE, wenn die Bedingung erfüllt ist, legt der Mikrocontroller µC an den neunten Widerstand 86 ein Low-Signal (beispielsweise etwa Massepotenzial) an, so dass kein ausreichender Basisstrom für den Bipolartransistor 84 bereitgestellt wird. Der über die Rückkopplungsschaltung 76 durch den zehnten Widerstand 88 fließende Strom wird über die zweite Diode 89 und den neunten Widerstand 86 zu Masse GND abgleitet. Dadurch wird der Biopolartransistor 84 in seinen sperrenden Zustand umgeschaltet, den er im Normalbetrieb nach dem Ende der Einschaltphase TE einnimmt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung 15 ist in 7 veranschaulicht. Der Unterschied der Ausführungsform nach 7 gegenüber der Ausführungsform aus den 6a und 6b besteht darin, dass die Strombegrenzungsschaltung 40 sekundärseitig angeordnet ist und/oder einen optional abgewandelten Aufbau aufweist. Außerdem ist die Rückkopplungsschaltung 76 beim Ausführungsbeispiel nach 7 abgewandelt und weist verglichen mit 6a lediglich den zweiten Kondensator 77 auf.
Die Strombegrenzungsschaltung 40 gemäß 7 ist derart aufgebaut, dass die Bezugsspannung UX über den Bipolartransistor 84 und den achten Widerstand 85 mit dem Ausgangsanschluss 83 verbunden ist. In der Verbindung zwischen dem neunten Widerstand 86 und der Basis des Bipolartransistors 84 ist die zweite Diode 89 geschaltet, deren Kathode bei dieser Ausführungsform der Basis des Bipolartransistors 84 zugeordnet ist. Die zweite Diode 89 ist hier Bestandteil einer Kopplungsschaltung 90, mit der die Strombegrenzungsschaltung 40 mit dem Schaltungsausgang 26 und beispielsgemäß dem ersten Wanderschalterausgang 26a gekoppelt ist. Zu der Kopplungsschaltung 90 gehören außerdem ein zehnter Widerstand 91 und ein elfter Widerstand 92 die parallel zueinander und in Reihe zu einem vierten Kondensator 93 geschaltet sind. Der vierte Kondensator 93 ist anderseits mit dem ersten Wandlungsschalterausgang 86a verbunden. Der zehnte Widerstand 91 ist mit der Kathode der zweiten Diode 89 und der elfte Widerstand 92 mit der Anode dieser zweiten Diode 89 verbunden.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels der Schaltungsvorrichtung 15 nach 7 ist wie folgt:
Durch die Strombegrenzungsschaltung 40 wird während des ersten Zeitabschnitts T1 ein sekundärseitiger Messstrom IS durch die Optokopplerdiode 56 erzeugt wird, was wiederum dazu führt, dass der Optokopplertransistor 63 leitet und somit ebenfalls ein primärseitiger Messstrom IS durch den Optokopplertransistor 63 und nachfolgend durch den zweiten Spannungsteiler 65 fließt. Um den sekundärseitigen Messstrom IS zu erzeugen, obwohl die wenigstens eine Zenerdiode 58 sperrt, schaltet der Mikrocontroller µC der Strombegrenzungsschaltung 40 den Bipolartransistor 84 in den leitenden Zustand um, so dass am Ausgangsanschluss 83 – und somit an der Optokopplerdiode 56 – in etwa die Bezugsspannung UX anliegt.
Solange die Ausgangsspannung UA während des ersten Zeitabschnitts T1 kleiner ist als der Spannungsschwellenwert US veranlasst der Mikrocontroller µC der Strombegrenzungsschaltung 40, dass sich der Bipolartransistor 84 in seinem leitenden Zustand befindet und daher über den achten Widerstand 85 ein sekundärseitiger Messstrom IS durch die Optokopplerdiode 56 fließt, der wiederum einen entsprechenden primärseitigen Messstrom IP durch den Optokopplertransistor 63 und den zweiten Spannungsteiler 65 bewirkt. Daher wird während dieses ersten Zeitabschnitts T1 die Regelabweichung A reduziert, so dass der Gradient des Ausgangsstromes IA während des ersten Zeitabschnitts T1 begrenzt ist, wodurch auch der Anstieg des Ausgangsstromes IA bis zum Ende des ersten Zeitabschnitts T1 begrenzt ist.
Über die Kopplungsschaltung 90 kann erkannt werden, wenn die Ausgangsspannung UA ihren Spannungssollwert erreicht hat und sich nicht weiter vergrößert. In diesem Fall fließt durch die Kopplungsschaltung 90 kein Strom und die zweite Diode 89 sperrt. Der Bipolartransistor 84 wird dadurch in seinen sperrenden Zustand geschaltet. Da zu diesem Zeitpunkt die Ausgangsspannung UA größer ist als der Spannungsschwellenwert US hat das Umschalten des Bipolartransistors 84 zum zweiten Zeitpunkt tb am Ende der Einschaltphase TE keine Auswirkung.
In 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Strombegrenzungsschaltung 15 veranschaulicht. Dort ist der Netzfilterschaltung 18 ein Sensor 97 zugeordnet, der hochfrequente Strom- und/oder Spannungsänderungen in zumindest einer der Netzfilterinduktivitäten 21 erfassen kann. Derart hochfrequente Strom- und/oder Spannungsänderungen sind ein Anzeichen dafür, dass sich zumindest eine der Netzfilterinduktivitäten 21 in der magnetischen Sättigung befindet, was wiederum durch einen zu hohen Ausgangsstrom IA bewirkt ist. Das Sensorsignal dieses Sensors 97 wird der Strombegrenzungsschaltung 40 übermittelt, die abhängig vom Sensorsignal das vom Regler 39 bzw. der Regelvorrichtung 36 erzeugte Wandlersteuersignal WS zu einem modifizierten Wandlersteuersignal WS* beeinflusst. Dadurch kann eine Reduzierung des Ausgangsstromes IA über die Strombegrenzungsschaltung 40 erreicht werden.
Jedenfalls wird bei allen Ausführungsbeispielen der Strombegrenzungsschaltung 15 die Funktion der Strombegrenzungsschaltung 40 am Ende der Einschaltphase TE deaktiviert. Während des sich an die Einschaltphase TE anschließenden Normalbetriebs findet durch die Strombegrenzungsschaltung 40 keine Modifikation der Regelvorrichtung 36 zur Beeinflussung des Ausgangsstromes IA statt.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung 15 sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schaltungsvorrichtung 15. Die Schaltungsvorrichtung 15 dient zum Betreiben einer Last 27 und insbesondere einer Leuchtmittelanordnung. Insbesondere soll es dabei möglich sein, nicht nur die elektrische Leistung bzw. die Versorgung der Last 27 vorzunehmen, sondern auch eine digitale Kommunikation über die Versorgungsleitungen, an die die Last 27 angeschlossen ist, zu ermöglichen und zu verbessern. Die Schaltungsvorrichtung weist eine Netzfilterschaltung und einen daran angeschlossene Gleichrichterschaltung 19 auf, die eine gleichgerichtete Zwischenspannung UZ für eine Wandlerschaltung 25 bereitstellt. Die Wandlerschaltung 25 wandelt die Zwischenspannung UZ in eine Ausgangsgleichspannung UA um. Die Wandlerschaltung 25 hat hierfür einen ansteuerbaren Wandlerschalter 29 dessen Wandlersteuersignal WS von einer Regelvorrichtung 36 erzeugt wird. Während einer Einschaltphase, solange die Ausgangsspannung UA kleiner ist als ein Spannungsschwellenwert US, liegt für die Regelvorrichtung 36 keine den Betrag der Ausgangsspannung UA umgebende Messgröße M vor. Um wegen der dadurch großen Regelabweichung A einen hohen Ausgangsstrom IA zu vermeiden, modifiziert eine Strombegrenzungsschaltung 40 die Messgröße M und/oder die Regelabweichung A und/oder das Wandlersteuersignal WS.
Bezugszeichenliste

15: Schaltungsvorrichtung
16: Schaltungseingang
17: Netzspannungsquelle
18: Netzfilterschaltung
19: Gleichrichterschaltung
20: Gleichrichterkondensator
21: Netzfilterinduktivität
25: Wandlerschaltung
25a: erster Wandlereingangsanschluss
25b: zweiter Wandlereingangsanschluss
26: Schaltungsausgang
26a: erster Wandlerausgangsanschluss
26b: zweiter Wandlerausgangsanschluss
27: Last
28: erste galvanische Trenneinrichtung
28a: Primärwicklung
28b: Sekundärwicklung
29: Wandlerschalter
30: Wandlerwiderstand
31: Wandlerkreis
32: Wandlerdiode
36: Regelvorrichtung
37: Messschaltung
38: zweite galvanische Trenneinrichtung
39: Regler
40: Strombegrenzungsschaltung
45: Zusatzwicklung
46: erste Diode
47: erster Widerstand
48: Bezugsleitung
49: erster Kondensator
50: zweiter Widerstand
51: erster Spannungsteiler
51a: Spannungsteilerwiderstand des ersten Spannungsteilers
51b: Spannungsteilerwiderstand des ersten Spannungsteilers
55: Optokoppler
56: Optokopplerdiode
57: sekundärseitiger Messzweig
58: Zenerdiode
59: dritter Widerstand
60: vierter Widerstand
63: Optokopplertransistor
64: primärseitiger Messzweig
65: zweiter Spannungsteiler
65a: Spannungsteilerwiderstand des zweiten Spannungsteilers
65b: Spannungsteilerwiderstand des zweiten Spannungsteilers
65c: Kopplungswiderstand
65d: Abzweigwiderstand
66: erster Differenzverstärker
67: Multiplizierer
68: zweiter Differenzverstärker
69: Logikschaltung
74: fünften Widerstand
75: dritter Differenzverstärker
76: Rückkopplungsschaltung
77: zweiter Kondensator
78: sechster Widerstand
79: siebter Widerstand
83: Ausgangsanschluss
84: Bipolartransistor
85: achter Widerstand
86: neunter Widerstand
87: dritter Kondensator
88: zehnter Widerstand
89: zweite Diode
90: Kopplungsschaltung
91: zehnter Widerstand
92: elfter Widerstand
93: vierter Kondensator
97: Sensor
µC: Mikrocontroller
A: Regelabweichung
B: Busleitung
D: Modifikationswert
E: Eingangssignal
GND: Massepotenzial
IA: Ausgangsstrom
IA_max: Maximalwert des Ausgangsstromes
IP: primärseitiger Messstrom
IS: sekundärseitiger Messstrom
M: Messgröße
M*: modifizierte Messgröße
ON/OFF: Ein- und/oder Ausschaltsignal
P1: erster Anschluss des Reglers
P2: zweiter Anschluss des Reglers
P3: dritter Anschluss des Reglers
P4: vierter Anschluss des Reglers
P5: fünfter Anschluss des Reglers
P6: sechster Anschluss des Reglers
P7: siebter Anschluss des Reglers
P8: achter Anschluss des Reglers
R: Referenzwert
t0: Einschaltzeitpunkt
T1: erster Zeitabschnitt der Einschaltphase
ta: erster Zeitpunkt
tb: zweiter Zeitpunkt
TE: Einschaltphase
UA: Ausgangsspannung
UA_soll: Sollwert der Ausgangsspannung
UE: Eingangsspannung
UI: Spannung am Wandlerwiderstand
US: Spannungsschwellenwert
UX: Bezugsspannung
UZ: Zwischenspannung
V: Vergleichswert
WS: Wandlersteuersignal
WS*: modifiziertes Wandlersteuersignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009025184 A1 [0002]
US 7443700 B2 [0003, 0004]

Claims

Schaltungsvorrichtung (15) zum Betreiben einer elektrischen Last (27), mit einem Schaltungseingang (16), der zum Anschließen der Schaltungsvorrichtung (15) an eine Spannungsquelle (17) eingerichtet ist, mit einer Gleichrichterschaltung (19), die dazu eingerichtet ist, eine am Schaltungseingang (16) anliegenden Eingangsspannung (UE) in eine gleichgerichtete Zwischenspannung (UZ) gleichzurichten, mit einer mit der Gleichrichterschaltung (19) verbundenen und einen ansteuerbaren Wandlerschalter (29) aufweisenden Wandlerschaltung (25), die dazu eingerichtet ist, die Zwischenspannung (UZ) in eine Ausgangsspannung (UA) zu wandeln, wobei die Ausgangsspannung (UA) an einem Schaltungsausgang (26) anliegt, an den die Last (27) anschließbar ist, mit einer Messschaltung (37), die dazu eingerichtet ist, zumindest nach dem Ende einer Einschaltphase (TE) eine die Ausgangsspannung (UA) beschreibende Messgröße (M) zu erzeugen, mit einer Regelvorrichtung (36), der die Messgröße (M) übermittelt wird, und die ein Wandlersteuersignal (WS) für den Wandlerschalter (29) erzeugt, um die Ausgangsspannung (UA) auf einen vorgegebenen Spannungssollwert (UA_soll) zu regeln, und mit einer Strombegrenzungsschaltung (40), die dazu eingerichtet ist, den Betrag und/oder den Gradienten eines am Schaltungsausgang (26) zur Last (27) fließenden Ausgangsstroms (IA) zumindest während eines ersten Zeitabschnitts (T1) der Einschaltphase (TE) und höchstens bis zum Ende der Einschaltphase (TE) zu begrenzen, wobei die Einschaltphase (TE) mit dem Anlegen der Eingangsspannung (UE) und/oder dem Einschalten der Wandlerschaltung (25) zu einem Einschaltzeitpunkt (t0) beginnt und mit dem Eintritt einer vorgegebenen Bedingung endet (tb).
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung (40) zumindest während dieses ersten Zeitabschnitts (T1) der Einschaltphase (ZE) die Messgröße (M) und/oder eine dem Anschluss (P1) der Regelvorrichtung (36) übermittelte Rückkopplungsgröße der Regelvorrichtung (36) verändert, so dass eine modifizierte Messgröße (M*) an dem Anschluss (P1) anliegt, die unabhängig von der Ausgangsspannung (UA) und/oder der die Ausgangsspannung (UA) beschreibenden Messgröße (M) ist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (37) erst nach dem ersten Zeitabschnitt (T1) und/oder nach dem Ende der Einschaltphase (TE) eine Messgröße (M) bereitstellt, die durch den Betrag der Ausgangsspannung (UA) charakterisiert ist.
Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (36) oder die Strombegrenzungsschaltung (40) wenigstens einen Mikrokontroller (µC) aufweist.
Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerschaltung (25) eine erste galvanische Trenneinrichtung (28) aufweist.
Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (37) einen mit der Last (27) verbundenen sekundärseitigen Messzweig (57) und einen primärseitigen Messzweig (64) aufweist, der über eine zweite galvanische Trenneinrichtung (38) mit dem sekundärseitigen Messzweig (57) gekoppelt ist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung (40) mit dem primärseitigen Messzweig (64) oder dem sekundärseitigen Messzweig (57) verbunden ist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundärseitige Messzweig (57) wenigstens ein nicht lineares Bauteil und/oder wenigstens ein schwellenwertabhängig schaltendes Bauteil und/oder wenigstens eine Zenerdiode (58) aufweist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundärseitige Messzweig (57) in Reihe zu dem wenigstens einen nicht lineares Bauteil und/oder zu dem wenigstens einen schwellenwertabhängig schaltenden Bauteil und/oder zu der wenigstens einen Zenerdiode (58) eine Optokopplerdiode (56) eines Optokopplers (55) aufweist.
Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während des ersten Zeitabschnitts (T1) der Einschaltphase (TE), in dem die Ausgangsspannung (UA) kleiner ist als ein Spannungsschwellenwert (US), durch die Ausgangsspannung (UA) kein durch den primärseitigen oder sekundärseitigen Messzweig (57, 64) fließender primärseitiger oder sekundärseitiger Messstrom (IP, IS) verursacht wird.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung (40) während der Einschaltphase (TE) einen durch den sekundärseitigen Messzweig (57) fließenden sekundärseitigen Messstrom (IS) und/oder einen durch den primären Messzweig (64) fließenden primären Messstrom (IP) erzeugt. Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungsschaltung (40) während der Einschaltphase (TE) einen Stromgradienten des Ausgangsstromes (IA) begrenzt, so dass der sich während der Einschaltphase (TE) ergebende Betrag des Ausgangsstromes (IA) begrenzt ist.
Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Netzfilterschaltung (18) an den Schaltungseingang (16) angeschlossen ist, die wenigstens eine Netzfilterinduktivität (21) aufweist.
Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzfilterschaltung (18) ein Sensor (97) zugeordnet ist, der einen Sättigungszustand der wenigstens eine Netzfilterinduktivität (21) ermittelt und ein entsprechendes Sensorsignal erzeugt.
Schaltungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingung zum Beenden der Einschaltphase (TE) erfüllt ist, – wenn seit dem Einschaltzeitpunkt (t0) eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist und/oder – wenn die Ausgangsspannung (UA) für zumindest eine vorgegebene Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt und/oder – wenn der Ladezustand eines an den Schaltungsausgang (26) angeschlossenen Ausgangskondensators (33) zumindest einem vorgegebenen Mindestwert entspricht.
Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsvorrichtung (15), mit einem Schaltungseingang (16), mit einer Gleichrichterschaltung (19), die eine anliegende Eingangsspannung (UE) in eine gleichgerichtete Zwischenspannung (UZ) gleichrichtet, mit einer mit der Gleichrichterschaltung (19) verbundenen und einen ansteuerbaren Wandlerschalter (29) aufweisenden Wandlerschaltung (25), mit einer Messschaltung (37), die eine die Ausgangsspannung (UA) beschreibende Messgröße (M) erzeugen kann, mit einem Schaltungsausgang (26) an den die Last (27) angeschlossen ist, mit einer Regelvorrichtung (36), der die Messgröße (M) übermittelt wird, und die ein Wandlersteuersignal (WS) für den Wandlerschalter (29) erzeugt, um die Ausgangsspannung (UA) auf einen vorgegebenen Spannungssollwert (UA_soll) zu regeln, und mit einer Strombegrenzungsschaltung (40) aufweist, mit folgenden Schritten: – Anlegen einer Eingangsspannung (UE) an den Schaltungseingang (16) und/oder Einschalten der Wandlerschaltung (25) zum Wandeln der gleichgerichtete Zwischenspannung (UZ) in eine Ausgangsspannung (UA) zu einem Einschaltzeitpunkt (t0), – Begrenzen des Betrags und/oder des Gradienten eines am Schaltungsausgang (26) zur Last (27) fließenden Ausgangsstroms (IA) zumindest während eines ersten Zeitabschnitts (T1) einer Einschaltphase (TE) und höchstens bis zum Ende der Einschaltphase (TE), wobei die Einschaltphase (TE) zum Einschaltzeitpunkt (t0) beginnt und mit dem Eintritt einer vorgegebenen Bedingung endet (tb).