DE102014206438A1 - Circuit arrangement for operating n loads - Google Patents
Circuit arrangement for operating n loads Download PDFInfo
- Publication number
- DE102014206438A1 DE102014206438A1 DE102014206438.4A DE102014206438A DE102014206438A1 DE 102014206438 A1 DE102014206438 A1 DE 102014206438A1 DE 102014206438 A DE102014206438 A DE 102014206438A DE 102014206438 A1 DE102014206438 A1 DE 102014206438A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- converter
- switch
- circuit arrangement
- strands
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
- H05B45/30—Driver circuits
- H05B45/37—Converter circuits
- H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
- H05B45/382—Switched mode power supply [SMPS] with galvanic isolation between input and output
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
- H05B45/30—Driver circuits
- H05B45/37—Converter circuits
- H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von n Lasten, n größer gleich 2, umfassend einen Eingang mit einem ersten (E1) und einem zweiten Eingangsanschluss (E2) zum Koppeln mit einer Versorgungsspannung (Vin), n Ausgänge mit jeweils einem ersten (A11; A21) und einem zweiten Ausgangsanschluss (A21; A22) zum Koppeln mit der jeweiligen i-ten Last, i = 1 bis n, einen Wandler mit einem Wandlerschalter (S0), mindestens einer Wandlerinduktivität (L1) sowie n Wandlerdioden (D1, D2), wobei eine Serienschaltung aus der Wandlerinduktivität (L1) und dem Wandlerschalter (S0) zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss (E1, E2) gekoppelt ist, n Stränge umfassend jeweils mindestens eine Serienschaltung mit jeweils einem i-ten elektronischen Schalter (Si) mit i = 1 bis n, einer i-ten der n Wandlerdioden (Di) sowie dem jeweiligen i-ten Ausgang, wobei die n Serienschaltungen parallel geschaltet sind und derart mit der Wandlerinduktivität (L1) gekoppelt sind, dass in der Wandlerinduktivität (L1) gespeicherte Energie in der Entladephase des Wandlers durch Leitendschalten des jeweiligen i-ten elektronischen Schalters (Si) am i-ten Ausgang bereitstellbar ist, eine Ansteuervorrichtung (12) zur Ansteuerung des Wandlerschalters (S0) und der n elektronischen Schalter (Si), wobei die Ansteuervorrichtung (12) ausgelegt ist, den Wandlerschalter (S0) mit einem Ansteuersignal (Gate0) anzusteuern, das sich aus n, den n Strängen zugewiesenen Teilphasen (Ti) zusammensetzt, sowie die elektronischen Schalter (Si) mit einem jeweiligen Ansteuersignal (Gate1, Gate2) anzusteuern, wobei ein Conduction Mode der Schaltungsanordnung definiert ist in Bezug auf den Stromfluss durch die Wandlerinduktivität (L1), wobei eine Leitendphase des Wandlerschalters (S0) eingerahmt ist von den Leitendphasen zweier verschiedener der n Wandlerdioden, wobei die Ansteuervorrichtung (12) ausgelegt ist, die Ansteuersignale (Gate0; Gate1, Gate2) für den Wandlerschalter (S0) und die Schalter (Si) derart bereitzustellen, dass zumindest einer der n Stränge innerhalb der ihm zugewiesenen Teilphase (Ti) im Continuous Conduction Mode (CCM) oder im Boundary Conduction Mode (BCM) betrieben wird, und die Schalter (Si) außerhalb der ihnen zugewiesenen Teilphase (Ti) nicht-leitend geschaltet sind.The invention relates to a circuit arrangement for operating n loads, n greater than or equal to 2, comprising an input having a first (E1) and a second input terminal (E2) for coupling to a supply voltage (Vin), n outputs each having a first (A11; A21) and a second output terminal (A21; A22) for coupling to the respective i-th load, i = 1 to n, a converter with a converter switch (S0), at least one converter inductance (L1) and n converter diodes (D1, D2) , wherein a series circuit of the Wandlerinduktivität (L1) and the converter switch (S0) between the first and the second input terminal (E1, E2) is coupled, n strands comprising at least one series circuit each having an ith electronic switch (Si) with i = 1 to n, an i-th of the n converter diodes (Di) and the respective i-th output, wherein the n series circuits are connected in parallel and coupled to the Wandlerinduktivität (L1), that in the converter inductance (L1) stored energy in the discharge phase of the converter by Leitendschalten the respective i-th electronic switch (Si) at the i-th output is provided, a drive device (12) for controlling the converter switch (S0) and the n electronic switch ( Si), wherein the drive device (12) is adapted to drive the converter switch (S0) with a drive signal (Gate0), which consists of n, the sub-phases assigned to n strands (Ti), and the electronic switch (Si) with a respective Drive signal (Gate1, Gate2) to control, wherein a Conduction Mode of the circuit arrangement is defined with respect to the current flow through the Wandlerinduktivität (L1), wherein a Leitendphase of the converter switch (S0) is framed by the Leitendphasen two different of the n converter diodes, wherein the drive device (12), the drive signals (Gate0; Gate1, gate2) for the transducer switch (S0) and the switches (Si) such that at least one of the n strands within its assigned subphase (Ti) is operated in Continuous Conduction Mode (CCM) or Boundary Conduction Mode (BCM) , and the switches (Si) outside the subphase (Ti) assigned to them are switched non-conducting.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von n Lasten, n ≥ 2, umfassend einen Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluss zum Koppeln mit einer Versorgungsspannung, n Ausgänge mit jeweils einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluss zum Koppeln mit der jeweiligen i-ten Last, i = 1 bis n, einen Wandler mit einem Wandlerschalter, mindestens einer Wandlerinduktivität sowie n Wandlerdioden, wobei eine Serienschaltung aus der Wandlerinduktivität und dem Wandlerschalter zwischen den ersten und den zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist, n Stränge umfassend jeweils mindestens eine Serienschaltung aus jeweils einem i-ten elektronischen Strangschalter mit i = 1 bis n, einer i-ten der n Wandlerdioden sowie dem jeweiligen i-ten Ausgang mit i = 1 bis n, wobei die n Serienschaltungen parallel geschaltet sind und derart mit der Wandlerinduktivität gekoppelt sind, dass in der Wandlerinduktivität gespeicherte Energie in der Entladephase des Wandlers durch Leitendschalten des jeweiligen i-ten elektronischen Strangschalters am i-ten Ausgang bereitstellbar ist, und eine Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung des Wandlerschalters und der n elektronischen Strangschalter, wobei die Ansteuervorrichtung ausgelegt ist, zum einen den Wandlerschalter mit einem Ansteuersignal anzusteuern, das sich aus n, den n Strängen zugewiesenen Teilphasen zusammensetzt, sowie andererseits die elektronischen Strangschalter mit einem jeweiligen Ansteuersignal anzusteuern, wobei ein Conduction Mode der Schaltungsanordnung definiert ist in Bezug auf den Stromfluss durch die Wandlerinduktivität, wobei eine Leitendphase des Wandlerschalters eingerahmt ist von den Leitendphasen zweier verschiedener der n Wandlerdioden.The present invention relates to a circuit arrangement for operating n loads, n ≥ 2, comprising an input having a first and a second input terminal for coupling to a supply voltage, n outputs each having a first and a second output terminal for coupling to the respective i-th Load, i = 1 to n, a converter with a converter switch, at least one converter inductor and n converter diodes, wherein a series circuit of the Wandlerinduktivität and the converter switch between the first and the second input terminal is coupled, n strands comprising at least one series circuit of one each i-th electronic string switch with i = 1 to n, an i-th of the n converter diodes and the respective ith output with i = 1 to n, wherein the n series circuits are connected in parallel and coupled to the Wandlerinduktivität such that in the Wandlerinduktivität stored energy in the discharge phase de s converter can be provided by Leitendschalten the respective i-th electronic string switch at the i-th output, and a drive device for controlling the converter switch and the n electronic strand switch, wherein the drive device is designed, on the one hand to control the converter switch with a drive signal resulting from n, on the other hand, the electronic string switches with a respective drive signal to control, wherein a Conduction Mode of the circuit is defined with respect to the current flow through the Wandlerinduktivität, wherein a Leitendphase the converter switch is framed by the Leitendphasen two different n converter diodes.
Die Erfindung wird im Nachfolgenden am Beispiel von LEDs als Lasten dargestellt. Sie ist jedoch auch bei anderen Arten von Lasten einsetzbar. The invention will be illustrated below as an example of LEDs as loads. However, it can also be used for other types of loads.
Stand der TechnikState of the art
Moderne LED-Beleuchtungslösungen erfordern oftmals eine homogene Licht-Abstrahlcharakteristik. Da eine LED als solche eine Punktlichtquelle darstellt, wird daher eine zusätzliche, verlustbehaftete Optik oder der Einsatz einer größeren Menge an LEDs, gegebenenfalls auch in Verbindung mit einer entsprechenden Optik, wie beispielsweise einem Milchglas, notwendig. Um eine maximale Systemeffizienz, eine gute thermische Verteilung und gleichzeitig eine hinreichende Homogenisierung des Lichts hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik zu erhalten, hat sich der Einsatz von vielen, verteilt angeordneten Kleinleistungs-LEDs (beispielsweise OSRAM TOPLED) im Vergleich zum Einsatz von nur wenigen Hochleistungs-LEDs (beispielsweise OSRAM OSLON) oftmals bewährt. Modern LED lighting solutions often require a homogeneous light emission characteristic. Since an LED as such represents a point light source, therefore, an additional, lossy optics or the use of a larger amount of LEDs, possibly also in conjunction with a corresponding optics, such as a frosted glass, necessary. In order to achieve maximum system efficiency, good thermal distribution and at the same time sufficient homogenization of the light with regard to the emission characteristic, the use of many, distributed low-power LEDs (for example OSRAM TOPLED) compared to the use of only a few high-power LEDs ( For example, OSRAM OSLON) often proven.
Um den Schaltungsaufwand zur Bestromung von größeren LED-Mengen einzugrenzen, wird neben der Reihenschaltung, welche oftmals nur begrenzt möglich ist, da SELV-Grenzwerte eingehalten werden müssen, auch die Parallelschaltung mehrerer Kleinleistungs-LED-Ketten vollzogen. Aber auch bei Hochleistungs-LEDs ist in bestimmten Fällen eine Parallelschaltung erforderlich. In order to limit the circuit complexity for the energization of larger quantities of LEDs, in addition to the series connection, which is often only possible to a limited extent, since SELV limit values must be adhered to, the parallel connection of several low-power LED chains is also performed. But even with high-power LEDs, a parallel connection is required in certain cases.
Bedingt durch Produktionstoleranzen haben LEDs leicht verschiedene Vorwärtsspannungen, die es bei der Bestromung von parallelen Strängen auszugleichen gilt. So wird durch unterschiedliche Schaltungen versucht, den Strom je Zweig zu symmetrieren. Hier wäre im Idealfall der Strom jedes Strangs identisch, da der Lichtstrom jeder LED in sehr guter Näherung proportional zum durch sie fließenden elektrischen Strom ist. Due to production tolerances, LEDs have slightly different forward voltages, which must be compensated for when supplying parallel strings. Thus, attempts are made by different circuits to balance the current per branch. Ideally, the current of each string would be identical here, since the luminous flux of each LED is, to a very good approximation, proportional to the electric current flowing through it.
Dies führt jedoch immer dazu, dass die in den LEDs umgesetzte Leistung je Strang leicht unterschiedlich ist. Dies rührt von den verschiedenen Strangspannungen bei idealerweise identischem Strom her. Dadurch können sich thermische Ungleichheiten auf dem LED-Modul ergeben, welche im schlimmsten Fall zu einem deutlichen Temperaturunterschied der Bauteile (LEDs) eines Strangs oder mehrerer Stränge führen. Ganz ohne irgendwelche thermischen oder elektrischen Ausgleichsmechanismen zwischen einzelnen parallel geschalteten Strängen verstärken sich diese Ungleichheiten zunehmend, denn die Vorwärtsspannung einer LED nimmt mit der Temperatur ab, wodurch heißere LEDs tendenziell mehr Strom ziehen als kühlere. Da die Lebensdauer von LEDs stark von deren Sperrschichttemperatur abhängig ist, würde ein gegenüber anderen überlasteter Strang somit erhöhtem Verschleiß (Abfall des Lichtstroms) bzw. einer höheren Ausfallwahrscheinlichkeit unterliegen.However, this always means that the power converted in the LEDs per strand is slightly different. This is due to the different phase voltages in ideally identical currents. This can result in thermal inequalities on the LED module, which in the worst case lead to a significant difference in temperature of the components (LEDs) of a strand or multiple strands. Without any thermal or electrical balancing mechanisms between individual strings connected in parallel, these inequalities increase as the forward voltage of an LED decreases with temperature, whereby hotter LEDs tend to draw more current than cooler ones. Since the lifetime of LEDs is highly dependent on their junction temperature, an overstressed strand would thus be subject to increased wear (drop in luminous flux) or a higher probability of failure.
In diesem Zusammenhang ist aus der
Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung ist bekannt aus der
Wie erwähnt, weisen LEDs, ebenso wie andere elektronische Bauteile, produktionsbedingt Toleranzen hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften auf. Aufgrund dessen ergibt sich bei einer Parallelschaltung mehrerer Bauteile bzw. Bauteilgruppen an ein- und derselben Quelle eine Unsymmetrie der jeweiligen Strangleistungen und -ströme. Im speziellen Fall der LEDs gibt es verhältnismäßig große Abweichungen der Vorwärtsspannung, was in Verbindung mit ihrer stark nichtlinearen Kennlinie besonders störend bei Parallelschaltungen ist: Je kleiner die Strangspannung, desto überproportional höher ist der Strom. Dies führt zu einer inhomogenen Lichtleistung zwischen den Strängen, zu einer erhöhten Erwärmung der betroffenen LEDs mit schnellerer Alterung bzw. schnellerem Ausfall als Folge. As mentioned, LEDs, as well as other electronic components, production tolerances on their electrical properties. Because of this results in a parallel connection of several components or groups of components at one and the same source an asymmetry of the respective strand outputs and currents. In the special case of the LEDs, there are relatively large deviations of the forward voltage, which, in conjunction with their highly non-linear characteristic, is particularly disturbing in parallel circuits: the smaller the strand voltage, the more disproportionately higher is the current. This leads to an inhomogeneous light output between the strands, to an increased heating of the affected LEDs with faster aging or faster failure as a result.
Häufig findet eine Strangstromsymmetrierung statt. Durch Verschachtelung bzw. Verzopfung, wie beispielsweise in der
Die Leistungssymmetrierung von LED-Strängen (oder anderen Lasten), wie sie beispielsweise aus der erwähnten
Durch diese Lösung werden die Strangleistungen symmetriert, wodurch ein thermischer Ausgleich der Laststränge zueinander stattfindet. Dadurch werden Hotspots vermieden und damit die Gefahr einer schnellen Alterung bzw. eines schnellen Ausfalls von LEDs deutlich reduziert. Through this solution, the strand performances are balanced, whereby a thermal compensation of the load strands takes place to each other. This avoids hot spots and thus significantly reduces the risk of rapid aging or rapid failure of LEDs.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Schaltungsanordnungen ist der Idealzustand dadurch gekennzeichnet, dass die Strangspannungen in den parallelen Strängen gleich sind. Durch Leistungs- oder Stromsymmetrierung wird versucht, Abweichungen von diesem Idealzustand im Hinblick auf eine Reduktion des Verschleißes zu kompensieren. Die in den Strängen verwendeten LEDs sind vom gleichen Typ, d.h. sie haben im Idealzustand die gleiche Vorwärtsspannung und geben eine Strahlung der gleichen Wellenlänge ab. In einer anderen Ausgestaltung sind die verwendeten LEDs von unterschiedlichem Typ, um beispielsweise durch Mischung verschiedenfarbigen Lichts den gewünschten Farbort auch ohne Farbkonversion einzustellen. Dabei sind die einzelnen Stränge derart bestückt, dass ihre jeweiligen Summenspannungen untereinander möglichst gleich sind, und dass die Intensität der bei symmetrierter Leistung erzeugten Primärlichtfarben zur gewünschten Lichtfarbe und Lichtintensität führt.In the generic circuit arrangements known from the prior art, the ideal state is characterized in that the strand voltages in the parallel strands are the same. Power or current balancing attempts to compensate for deviations from this ideal state in terms of reducing wear. The LEDs used in the strands are of the same type, i. they ideally have the same forward voltage and emit radiation of the same wavelength. In another embodiment, the LEDs used are of different types, for example, by mixing different colored light to set the desired color location without color conversion. In this case, the individual strands are equipped such that their respective sum voltages are as similar as possible to each other, and that the intensity of the primary light colors generated at symmetrized power leads to the desired light color and light intensity.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung derart weiterzubilden, dass eine Erweiterung des Einsatzspektrums ermöglicht wird. The object of the present invention is to develop a generic circuit arrangement such that an extension of the range of applications is made possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1.This object is achieved by a circuit arrangement having the features of
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer gegebenen Topologie unterschiedliche Lichteffekte erzeugt werden können, indem eine den gewünschten Lichteffekt erzeugende Ansteuerung zwischen den beiden Extremzuständen – Leistungssymmetrierung oder Stromsymmetrierung – eingestellt wird. The present invention is based on the finding that, given a given topology, different light effects can be generated by setting a control which generates the desired light effect between the two extreme states-power balancing or current balancing.
Dies eröffnet die Möglichkeit, bewusst Stränge mit unterschiedlicher Strangspannung vorzusehen, beispielsweise einen Strang mit einer Strangspannung von 37V und einen Strang mit einer Strangspannung von 40V. 40V lassen sich beispielsweise erzeugen durch zwölf blaue LEDs. 37V lassen sich realisieren durch mehrere rote und weiße, in Serie geschaltete LEDs. Bei Stromsymmetrierung sind beide Stränge gleich hell. Bei Leistungssymmetrierung ist der Strang mit der höheren Flussspannung dunkler. Werden – wie in dem soeben genannten Beispiel vorgesehen – LEDs mit verschiedenen Farben in den Strängen verwendet, kann durch die vorliegende Erfindung eine Farbsteuerung realisiert werden. Ist die Spannungsdifferenz zwischen der höchsten und der zweithöchsten Strangspannung in jedem Fall größer als der größtmögliche Spannungsabfall an einem der Strangschalter, kann der Strangschalter des Stranges mit der höchsten Strangspannung entfallen und durch einen Kurzschluss ersetzt werden.This opens up the possibility of consciously providing strands of different strand tension, for example a strand with a strand voltage of 37V and a strand with a strand voltage of 40V. For example, 40V can be generated by twelve blue LEDs. 37V can be realized by several red and white, serially connected LEDs. With current balancing, both strands are equally bright. With power balancing, the strand with the higher forward voltage is darker. If, as provided in the example just mentioned, LEDs with different colors in the strands are used, a color control can be realized by the present invention. If the voltage difference between the highest and the second highest phase voltage in each case is greater than the largest possible voltage drop at one of the string switches, the string switch of the string with the highest phase voltage can be omitted and replaced by a short circuit.
Durch die vorliegende Erfindung kann damit der Farbort der von der gesamten Schaltungsanordnung abgegebenen Strahlung lediglich durch unterschiedliche Ansteuerung der Schalter der Schaltungsvorrichtung wunschgemäß variiert werden. Es kann eine mit der Ansteuervorrichtung gekoppelte Benutzerschnittstelle vorgesehen werden, auf der ein Benutzer einen gewünschten Farbort spezifieren kann, wobei dann die Ansteuervorrichtung diesen Farbort in eine geeignete Ansteuerung der erwähnten Schalter umsetzt.By means of the present invention, the color location of the radiation emitted by the entire circuit arrangement can thus be varied as desired only by different activation of the switches of the circuit device. A user interface coupled to the drive device can be provided, on which a user can specify a desired color location, in which case the drive device converts this color location into a suitable drive of the mentioned switches.
Erfindungsgemäß ist deshalb die Ansteuervorrichtung ausgelegt, die Ansteuersignale für den Wandlerschalter und die Schalter der Stränge derart bereitzustellen, dass zumindest einer der n Stränge innerhalb der ihm zugewiesenen Teilphase im Continuous Conduction Mode (CCM) oder im Boundary Conduction Mode (BCM) betrieben wird, und die Schalter der Stränge außerhalb der ihnen zugewiesenen Teilphase nichtleitend geschaltet sind. According to the invention, the drive device is therefore designed to provide the drive signals for the converter switch and the switches of the strands in such a way that at least one of the n strands within the subphase assigned to it is operated in Continuous Conduction Mode (CCM) or Boundary Conduction Mode (BCM), and the switches of the strands are switched non-conducting outside of their assigned subphase.
Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung arbeitet die Symmetrierschaltung gemäß der erwähnten
Wie weiter unten noch ausführlicher dargestellt werden wird, kann durch einen Wechsel zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi (CCM, BCM, DCM) kontinuierlich von einer Leistungssymmetrierung in eine Stromsymmetrierung und umgekehrt übergegangen werden. As will be explained in more detail below, switching between the different operating modes (CCM, BCM, DCM) can be carried out continuously from power balancing to current balancing and vice versa.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Ansteuervorrichtung ausgelegt ist, die Ansteuersignale für den Wandlerschalter und für die Schalter der Stränge derart bereitzustellen, dass zumindest einer der n Stränge innerhalb der ihm zugewiesenen Teilphase im DCM und zumindest einer der n Stränge innerhalb der ihm zugewiesenen Teilphase im BCM oder im CCM betrieben wird; oder alle n Stränge innerhalb der ihnen zugewiesenen Teilphasen im CCM betrieben werden oder höchstens einer davon innerhalb der ihm zugewiesenen Teilphase im BCM betreiben wird; oder zumindest einer der n Stränge innerhalb der ihm zugewiesenen Teilphase im DCM und zumindest einer der n Stränge innerhalb der ihm zugewiesenen Teilphase im CCM betrieben wird. In der ersten Variante lässt sich Leistungssymmetrierung erzielen oder sogar eine Überkompensation derart, dass ein Strang mit höherer Strangspannung eine kleinere Leistung abbekommt, während die zweite Variante ermöglicht, dass in Strängen mit unterschiedlichen Flussspannungen jeweils der gleiche Strom fließt. Mit der dritten Variante können Zwischenzustände oder Übergangszustände erreicht werden.A preferred embodiment is characterized in that the drive device is designed to control the drive signals for the To provide transformer switches and for the switches of the strands such that at least one of the n strands is operated within the subphase assigned to it in the DCM and at least one of the n strands within the subphase assigned to it in the BCM or in the CCM; or all n strands within the sub-phases assigned to them are operated in the CCM or at most one will operate within the sub-phase assigned to it in the BCM; or at least one of the n strands within the sub-phase assigned to it in the DCM and at least one of the n strands within the sub-phase assigned to it is operated in the CCM. In the first variant, it is possible to achieve power balancing or even an overcompensation such that a strand with a higher strand voltage acquires a lower power, while the second variant allows the same current to flow in strands with different forward voltages. With the third variant, intermediate states or transition states can be achieved.
Bevorzugt ist jede Teilphase zusammengesetzt aus einer On-Zeit ton, in der der Wandlerschalter leitend geschaltet ist und zur Aufmagnetisierung der Wandlerinduktivität führt, und einer Off-Zeit toffi, in der der Wandlerschalter nicht-leitend, jedoch der jeweilige i-te Strangschalter leitend geschaltet ist und die entweder mit dem Abmagnetisieren der Wandlerinduktivität oder mit dem erneuten Leitendschalten des Wandlerschalters endet.Each subphase is preferably composed of an on time t on , in which the converter switch is turned on and leads to the magnetization of the converter inductance, and an off time t offi , in which the converter switch is nonconductive, but the respective i th string switch is turned on and ends either with the demagnetization of the Wandlerinduktivität or with the re Leitendschalten the converter switch.
In diesem Zusammenhang kann die Ansteuervorrichtung ausgelegt sein, die Ansteuersignale für alle beteiligten Schalter derart bereitzustellen, dass die On-Zeiten ton konstant sind und die Off-Zeiten toffi variabel. Dadurch kann erreicht werden, dass bei maximaler Gesamtschaltfrequenz, also optimaler Wandlerausnutzung, für jeden Umschaltvorgang die Vorteile des BCM ausgenutzt werden können, dass gleichzeitig eine Leistungssymmetrierung stattfindet, und dass drittens das Störspektrum der Gesamtanordung auf mindestens drei einzelne Frequenzlinien aufgespreizt wird, wodurch sich die elektromagnetische Verträglichkeit der Gesamtanordnung deutlich verbessert.In this connection, the drive device can be designed to provide the drive signals for all involved switches such that the on-times t on are constant and the off-times t offi variable. It can thereby be achieved that at maximum overall switching frequency, ie optimum utilization of the converter, the advantages of the BCM can be utilized for each switching operation, that power balancing takes place at the same time, and thirdly that the interference spectrum of the overall arrangement is spread to at least three individual frequency lines, as a result of which the electromagnetic Compatibility of the overall arrangement significantly improved.
Schließlich lässt sich für diese Betriebsweise ein einfaches Regelkonzept für die Leistungssymmetrierung realisieren, bei dem durch die On-Zeit ton die Leistung an sich eingestellt wird, und sich die Endpunkte der Off-Zeiten toffi sowie die Umschaltpunkte zwischen den Strangschaltern automatisch durch Erkennung der Abmagnetisierung der Wandlerinduktivität ergeben.Finally, a simple control concept for power balancing can be realized for this mode of operation, in which the power is set per se by the on-time t on , and the endpoints of the off-times t offi and the switchover points between the strand switches are detected automatically by recognition of the Abmagnetization of the converter inductance result.
Alternativ kann die Ansteuervorrichtung ausgelegt sein, die Ansteuersignale für alle beteiligten Schalter derart bereitzustellen, dass die On-Zeiten ton und die Off-Zeiten toff konstant sind. Dies entspricht der Standardbetriebsweise für die gattungsgemäßen Schaltungsanordnungen und ermöglicht alle oben beschriebenen Extrem- und Zwischenzustände bei annähernd beliebigen Leistungen und bei zwei Ausgangssträngen. Schließlich kann die Ansteuervorrichtung ausgelegt sein, die Ansteuersignale für alle beteiligten Schalter derart bereitzustellen, dass die Summen aus den jeweiligen On-Zeiten toni und Off-Zeiten toffi für i = 1 bis n konstant sind. Durch diese Maßnahme kann eine Symmetrierung auch bei mehr als zwei Ausgangssträngen erzielt werden.Alternatively, the drive device may be designed to provide the drive signals for all involved switches such that the on-times t on and the off-times t off are constant. This corresponds to the standard mode of operation for the generic circuit arrangements and allows all the above-described extreme and intermediate states at almost any power and two output lines. Finally, the drive device can be designed to provide the drive signals for all involved switches such that the sums of the respective on-times t oni and off-times t offi are constant for i = 1 to n. By this measure, a symmetrization can be achieved even with more than two output strands.
Besonders bevorzugt ist die Ansteuervorrichtung ausgelegt, zwei elektronische Schalter während der Leitendphase des Wandlerschalters gegenläufig umzuschalten. Particularly preferably, the drive device is designed to switch two electronic switches in opposite directions during the Leitendphase the converter switch.
Bevorzugt ist die Wandlerinduktivität als Transformator mit mindestens einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung realisiert. Dadurch kann der Eingang galvanisch von den Lasten getrennt werden, wodurch einschlägige SELV-Vorschriften erfüllt werden können. The converter inductance is preferably realized as a transformer with at least one primary winding and one secondary winding. This allows the input to be galvanically isolated from the loads, allowing it to meet relevant SELV regulations.
Zur Verhinderung von Flickereffekten kann dem jeweiligen i-ten Ausgang ein i-ter Kondensator parallel geschaltet sein. To prevent flicker effects, an i-th capacitor can be connected in parallel with the respective i-th output.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist seriell zum Wandlerschalter ein Shunt-Widerstand gekoppelt. Dieser ermöglicht die Messung des Primärstroms und damit über die bekannten Größen Eingangsgleichspannung, On-Zeit und Wert der Wandlerinduktivität auch die Messung der Eingangsleistung. In a preferred embodiment, a shunt resistor is serially coupled to the converter switch. This allows the measurement of the primary current and thus on the known quantities DC input voltage, on-time and value of the Wandlerinduktivität also the measurement of the input power.
Der Wandler ist bevorzugt als Flyback-Wandler, als Aufwärtswandler, als SEPIC-Wandler oder als Drossel-Inverswandler ausgebildet. Diese Wandler ermöglichen eine Umsetzung der Erfindung, wohingegen sich die Erfindung nicht realisieren lässt mit einem Buck-Wandler, mit einem Ćuk-Wandler oder mit einem Zeta-Wandler. Der Grund hierfür ist, dass in allen drei letztgenannten Wandlertopologien nicht nur während der Off-Zeiten, sondern auch während der On-Zeiten Energiepakete vom Eingang an den gerade aktivierten Ausgangsstrang übertragen werden, die sich überlagern können oder aber vom exakten Umschaltzeitpunkt zwischen den Strangschaltern abhängig sind, wodurch die oben beschriebene intrinsische Symmetriereigenschaft einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung verloren ginge. Anders ausgedrückt wäre bei diesen drei Topologien pro Strang mindestens eine eigene, unabhängige Ausgangsinduktivität nötig, womit diese Lösung kostenmäßig schon in die Nähe der ganz vorne beschriebenen, ungünstigsten Variante kommen würde, bei der jeder Strang von einem kompletten eigenen Wandler versorgt wird.The converter is preferably designed as a flyback converter, as an up-converter, as a SEPIC converter or as a choke inverter converter. These converters make it possible to implement the invention, whereas the invention can not be implemented with a buck converter, with a uc converter or with a zeta converter. The reason for this is that in all three latter converter topologies, energy packets are transmitted from the input to the currently activated output line, not only during the off-times, but also during the on-times, which can overlap or depend on the exact switching time between the line switches are, whereby the above-described intrinsic symmetry property of a generic circuit arrangement would be lost. In other words, these three topologies would require at least one separate, independent output inductance per string, which would cost them close to the most unfavorable variant outlined above, where each string is powered by a complete converter of its own.
Die i-te Last umfasst bevorzugt mindestens eine LED, besonders bevorzugt jedoch eine Serienschaltung einer Vielzahl von LEDs. Es können auch Parallelschaltungen von Serienschaltungen von LEDs vorgesehen sein. The i-th load preferably comprises at least one LED, but more preferably a series connection of a plurality of LEDs. Parallel circuits of series circuits of LEDs can also be provided.
„n“ kann insbesondere gleich zwei sein. In diesem Fall umfasst die Ansteuervorrichtung bevorzugt ein D-Flip-Flop, dessen Eingang mit dem Eingang des Wandlerschalters gekoppelt ist, wobei der Q-Ausgang des D-Flip-Flops mit einem ersten elektronischen Schalter und der
Wie bereits erwähnt, steht die vorliegende Erfindung vor dem Hintergrund, durch unterschiedliche Ansteuerung der Schalter einen gewünschten Zustand zwischen Leistungssymmetrierung und Stromsymmetrierung einzustellen, um dadurch gewünschte optische Effekte zu erzielen. Nichtsdestotrotz kann die Ansteuerungsvorrichtung aus Sicherheitsgründen insbesondere auch zur Verhinderung eines vorzeitigen Verschleißes ausgelegt sein, die Teilphasen zu variieren, insbesondere wenn einer der Stränge einen vorgebbaren Temperaturschwellwert über- oder unterschritten hat. Insbesondere in diesem Zusammenhang können die LEDs auch alle vom gleichen Typ sein, d.h. Strahlung derselben Wellenlänge abstrahlen.As already mentioned, the present invention is based on the setting of a desired state between power balancing and current balancing by different activation of the switches, in order thereby to achieve desired optical effects. Nevertheless, for safety reasons, the activation device can also be designed in particular to prevent premature wear, to vary the partial phases, in particular if one of the strands has exceeded or fallen below a predefinable temperature threshold value. In particular, in this context, the LEDs may all be of the same type, i. Radiate radiation of the same wavelength.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further preferred embodiments emerge from the subclaims.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)Short description of the drawing (s)
Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
In den unterschiedlichen Ausführungsformen werden für gleiche und gleich wirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Diese werden der Übersichtlichkeit halber nur einmal eingeführt. In the different embodiments, the same reference numerals are used for the same and the same effect elements. These are introduced only once for the sake of clarity.
Die Widerstände R1, R2 sowie R3 erzeugen in unerwünschter Weise Verlustleistung. The resistors R1, R2 and R3 undesirably generate power loss.
Um bei der in
Unabhängig vom Prinzip der jeweils genutzten Wandlerschaltung ist eine Leistungssymmetrierung prinzipiell in jedem Schaltwandler oder linear geregelten Konzept umsetzbar. Bei Sperrwandlern, insbesondere bei Flyback-Wandlern, kann dies jedoch besonders einfach realisiert werden. Regardless of the principle of the respective converter circuit used, power balancing can in principle be implemented in any switching converter or linearly controlled concept. In flyback converters, especially in flyback converters, this can be realized particularly easily.
In den nachfolgenden Ausführungen wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee am Beispiel eines in
Primärseitig umfasst der Flyback-Wandler von
Die über dem Widerstand R0 abfallende Spannung wird mit dem Sense-Eingang einer Ansteuervorrichtung
Es wird davon ausgegangen, dass die Regelbandbreite der Gate0-Ansteuerung relativ gering ist im Vergleich zur Schaltfrequenz, die beispielsweise bei 270 kHz liegen kann. Das heißt, der von einem jeweiligen PWM-Controller der Ansteuervorrichtung
Zur Simulation einer starken Unsymmetrie weist der zweite Strang St2 von
Im Betrieb werden die Strangschalter S1 und S2 durch entsprechende Ansteuerung von Gate1 und Gate2 bei jedem primären Schaltzyklus des Sperrwandlers abwechselnd eingeschaltet, vergleiche hierzu
Es ergibt sich eine Teilung der primären Schaltfrequenz auf der Sekundärseite, d.h. nur jeder zweite Schaltimpuls geht durch denselben Strang. Die im Sperrwandler übertragene Energie je Schaltzyklus wird dabei abwechselnd auf Strang St1 oder Strang St2 geleitet. Bei der Verwendung von mehr als zwei Strängen müssen auf der Sekundärseite folglich auch alle Stränge hintereinander zyklisch abwechselnd eingeschaltet werden, wodurch sich aus Sicht eines Laststrangs eine Teilung der primären Schaltfrequenz durch die Anzahl der Laststränge ergibt. This results in a division of the primary switching frequency on the secondary side, i. only every second switching pulse goes through the same string. The energy transferred in the flyback converter per switching cycle is thereby alternately conducted to strand St1 or strand St2. Consequently, when using more than two strings, all strings must also be cyclically alternately switched on one after the other on the secondary side, resulting in a division of the primary switching frequency by the number of load strings from the perspective of a load string.
Um während der nicht-aktiven Zeitabschnitte und während der Aktivität der Primärseite ein Abfließen der Energie eines Strangs zu verhindern, ist pro Strang eine Diode vorzuschalten, siehe die Dioden D1 bzw. D2 in
Um den hochfrequenten Stromripple (Frequenz = primäre Schaltfrequenz / Anzahl der Laststränge) an den LEDs gering zu halten, sind parallel hierzu Kondensatoren C1, C2 nötig. Der nötige Wert dieser Kondensatoren C1, C2 steigt dabei mit der Anzahl der Laststränge an, da auch die zu überbrückende Zeit bis zum Wiedereinschalten des jeweiligen Strangs steigt. In order to keep the high-frequency current ripple (frequency = primary switching frequency / number of load strings) low on the LEDs, capacitors C1, C2 are required in parallel. The required value of these capacitors C1, C2 increases with the number of load strings, since the time to be bridged increases until the respective string is switched on again.
In der Praxis kann die Ansteuerung von Gate1 und Gate2 beispielsweise über einen digitalen Ringzähler-Baustein erfolgen, welcher vom konzeptbedingten Ripple auf der Sekundärseite getriggert wird. Die Triggerung kann auch durch das primärseitige Gate-Signal Gate0 erfolgen, gegebenenfalls auch galvanisch getrennt über einen Optokoppler. Auch der Einsatz eines Mikrocontrollers oder einer anderen digitalen oder analogen Schaltung anstatt eines Ringzählers ist denkbar. In practice, the control of Gate1 and Gate2 can be done for example via a digital ring counter module, which is triggered by the conceptual ripple on the secondary side. The triggering can also be effected by the primary-side gate signal Gate0, optionally also galvanically isolated via an optocoupler. The use of a microcontroller or other digital or analog circuit instead of a ring counter is conceivable.
Besonders im Fall von nur zwei Strängen St1, St2 kann die Ansteuerung der Strangschalter S1, S2 besonders einfach mit einem D-Flip-Flop erfolgen, siehe hierzu
Da die Regelbandbreite der Gate0-Ansteuerung relativ gering ist im Vergleich zur Schaltfrequenz, siehe oben, wird auch bei wechselnder Last, d.h. einer Umschaltung der Stränge auf der Sekundärseite, immer die gleiche Energiemenge übertragen. Der Tastgrad ändert sich nur sehr träge, sein Wert ändert sich nicht aufgrund von Lastsprüngen mit einer Frequenz, die der primären Schalfrequenz dividiert durch die Strangzahl entspricht, wodurch sich langfristig bei dergestalt wechselnder Last ein Mittelwert einstellt.
Bei der Darstellung von
Die Leistungen PSt1, PSt2 sind jedoch annähernd identisch, siehe hierzu
Würden die zwei im Beispiel von
Dies wird dadurch erreicht, dass immer nur ein Strang eingeschaltet ist, wodurch sichergestellt wird, dass durch jeden Strang abwechselnd Strom fließt. Bei mehreren parallel geschalteten Strängen würde der Strom im Wesentlichen durch den Strang fließen, der den geringeren Widerstand bzw. die geringste Vorwärtsspannung hat. This is accomplished by always turning on only one strand, ensuring that each strand alternately flows. With multiple strings connected in parallel, the current would flow substantially through the strand having the lower resistance and the lowest forward voltage, respectively.
Der Stromsymmetrierungsfaktor k sei wie folgt definiert: The current balancing factor k is defined as follows:
Aus der oben erläuterten Zielvorgabe PSt1 = PSt2 ergibt sich weiter:
Es folgt: It follows:
Der relative Unterschied der Strangströme ISt1, ISt2 hängt somit nur vom Verhältnis der jeweiligen Strangspannungen VSt1, VSt2 zueinander ab. The relative difference of the phase currents I St1 , I St2 thus depends only on the ratio of the respective phase voltages V St1 , V St2 to each other.
Für praktische Anwendungen, in denen sich die Vorwärtsspannungen der parallelisierten Stränge nur leicht unterschieden, also beispielsweise für k >= 0.95, kann die hier gezeigte Leistungssymmetrierung somit auch hinsichtlich der Stromsymmetrie akzeptable Ergebnisse vorweisen. For practical applications in which the forward voltages of the parallelized strings differ only slightly, for example for k> = 0.95, the power balancing shown here can thus also show acceptable results in terms of current symmetry.
Alle bisher gezeigten Eigenschaften gelten, abgesehen von möglichen Abweichungen in der Systemdynamik, ebenso auch für alle SEPICs, siehe
Um dieselbe prozentuale Symmetrierung (Faktor k) mit einfachen Widerständen oder linearen Regellösungen, beispielsweise Stromspiegeln, zu erreichen, müsste dabei pro Widerstand eine relativ hohe Menge an Verlustleistung in Kauf genommen werden, typischerweise noch einmal dieselbe Leistung, die ein Strang verbraucht. Eine kleine Rechnung für zwei LED-Stränge, deren LED-Leistungen nur durch zwei gleich große Serienwiderstände (es ist ja zunächst nicht bekannt, welcher Strang die größere Vorwärtsspannung aufweist) vollständig symmetriert werden sollen, zeigt, dass die Serienwiderstände so hochohmig gewählt werden müssten, dass über dem ersten Widerstand die Vorwärtsspannung des zweiten LED-Strang abfällt und über dem zweiten Widerstand die Vorwärtsspannung des ersten LED-Strangs. Die Verlustleistung wäre dann mindestens so groß wie die Nutzleistung. Durch Anwendung der bis hier und im folgenden beschriebenen Erfindung kann der Wirkungsgrad der Gesamtanordnung annähernd verdoppelt werden.Achieving the same percent symmetry (factor k) with simple resistors or linear control solutions, such as current mirrors, would require a relatively high amount of power dissipation per resistor, typically the same amount of power consumed by a string. A small calculation for two LED strings whose LED performance is only to be fully balanced by two series resistors of the same size (it is not known at first which string has the greater forward voltage) shows that the series resistors would have to be chosen with such a high resistance, that across the first resistor, the forward voltage of the second LED strand drops and above the second resistor, the forward voltage of the first LED strand. The power loss would be at least as large as the net power. By employing the invention described heretofore and hereinafter, the efficiency of the overall arrangement can be approximately doubled.
Die pro primärseitigem Einschaltzeitintervall Ini, siehe beispielsweise
Der Stromanstieg dazwischen entspricht Vin/L1 und wird als linear angenommen. Schließlich ergibt sich daraus, wie zu erwarten, der arithmetische Mittelwert aus Anfangs- und Endstrom multipliziert mit der Eingangsspannung Vin und mit dem Einschaltzeitintervall ton:
Die analoge Überlegung führt für das direkt darauf folgende Diodenleit-Zeitintervall beispielsweise im Strang 1 zu:
Dabei bezeichnet WSt1 das Energiepaket, das während der dem ersten Strang zugewiesenen Teilphase an ihn abgegeben wird.In this case, W St1 denotes the energy package which is delivered to it during the partial phase assigned to the first strand.
Ist Iax > 0, liegt CCM (continuous conduction mode) vor, der allgemeine Fall. Der Sonderfall Iax = 0 wird mit DCM (discontinuous conduction mode) bezeichnet, der Grenzfall dazwischen, bei dem der Strom pro Periode nur an einem Punkt, an dem der primärseitige Schalter wieder eingeschaltet wird, null ist, wird mit BCM (boundary conduction mode) bezeichnet. If I ax > 0, there is CCM (continuous conduction mode), the general case. The special case I ax = 0 is called DCM (discontinuous conduction mode), the borderline case in which the current per period is zero only at a point at which the primary-side switch is turned on again, with BCM (boundary conduction mode ) designated.
Sowohl für DCM als auch für BCM gilt:
In den
Der Wandler muss auf die vorkommenden Spitzenwerte ausgelegt sein. Die tatsächliche Ausgangsleistung pro Strang errechnet sich durch:
T = T1 + T2 + ... + Tx. The converter must be designed for the occurring peak values. The actual output per string is calculated by:
T = T 1 + T 2 + ... + T x .
Daraus ergibt sich, dass die Gesamtperiode T und somit die Stromnullpausen in der Darstellung von
Es empfiehlt sich jedoch, genau komplementär zu schalten, wie auch schon im Zusammenhang mit der Ansteuerung unter Zuhilfenahme eines D-Flip-Flops, siehe
Ohne die Konstanz von Frequenz und Tastgrad, also ton = const. und toff = const., aufzugeben, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Konstellation bei der Ansteuerung gemäß
T lässt sich ohne Verlust der Leistungssymmetrierung für beliebig viele Stränge weiter verkürzen, wenn nach allen Strängen BCM gewählt wird, wie in
Ausgehend von der Darstellung in
Daraus folgt: Leistungssymmetrierung kann jetzt nicht mehr vorliegen. Nach wie vor – so wie in den
Für den Zeitabschnitt „In1“ gilt demnach:
Für die beiden Ausgangsspannungen gilt aufgrund ihrer oben beschriebenen entmagnetisierenden Wirkung:
Für die beiden Ausgangsleistungen gilt Arbeit pro Zeit, also:
Die oben bereits angewandte „dritte binomische Formel“ erleichtert das Folgende erheblich, denn Leistung durch Spannung ergibt den Strom:
Die vom Eingang aus gesehene Gleichung
Dies in beide obige Gleichungen für ISt1 und ISt2 eingesetzt, ergibt:
Damit ist nachgewiesen, dass bei zwei abwechselnd eingeschalteten Ausgangssträngen in einem SEPIC, Flyback- oder invertierenden Wandler, bei f = const., bei D = const. und bei generellem CCM, eine inhärente Stromsymmetrierung zwischen den beiden Strängen gegeben ist, unabhängig davon, wie unterschiedlich ihre Flussspannungen sind.This proves that with two alternately switched output strands in a SEPIC, flyback or inverting transducer, at f = const., At D = const. and in general CCM, there is an inherent current balance between the two strings, no matter how different their fluence voltages are.
Entstehen die Stromformen des betrachteten Wandlers aus den
Ferner lässt sich an
Es muss nicht mehr im Detail beschrieben werden, dass für
Werden die Dauern von toff zwischen den einzelnen Strängen variiert, was einen CCM mit konstanter ton, aber variabler Frequenz ergibt, kann dadurch das Verhältnis der einzelnen Strangströme zueinander gesteuert und ungleich eins werden. Den gleichen Effekt erzielt ein zusätzliches Variieren von ton zwischen den einzelnen Teilphasen Ti, wodurch sich eine konstante Frequenz des Gesamtwandlers ergeben kann, sich in den Teilphasen aber der Tastgrad ändert. Wird schließlich nur ton variiert und toff konstant gehalten, können die Strangströme ebenfalls bewusst „schief“ zueinander gesteuert werden.If the durations of t off between the individual strings are varied, resulting in a CCM with a constant t on but variable frequency, the ratio of the individual phase currents can be controlled to one another and not equal to one. The same effect is achieved by an additional variation of t on between the individual partial phases Ti, whereby a constant frequency of the total converter can result, but the duty cycle changes in the partial phases. Finally, if only t on is varied and t off kept constant, the phase currents can also be consciously controlled "askew" to one another.
All diesen Wandlern ist gemein, dass sie eine so genannte einfache Spannungsglättung an ihrem Ausgang aufweisen. Bezüglich der Symmetriereigenschaften weicht der Aufwärtswandler jedoch vom bisher Beschriebenen teilweise ab.
Aus der Regel „Strom = Arbeit durch Spannung durch Zeit“ ergeben sich:
Da bei aktivem Aufwärtswandlerschalter während ton der Stromzuwachs gleich ist wie oben, gilt der gleiche Satz an Gleichungen auch hier:
Somit erzeugt auch der Aufwärtswandler mit genau zwei parallelen, abwechselnd aktiv geschalteten Ausgangssträngen bei generellem CCM und den übrigen, von oben bekannten Bedingungen eine inhärente Ausgangsstromsymmetrierung. Umgekehrt gelten alle Möglichkeiten und Einschränkungen von oben auch hier. Da reine Hochsetzsteller nie isolierte Wandlerinduktivitäten aufweisen, können sie einfacher als die bisher beschriebenen Topologien, insbesondere deren isolierte Formen, im CCM betrieben werden. Denn die Streuinduktivität jeder isolierten Wandlerinduktivität verstärkt die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei CCM signifikant.Thus, the up-converter also generates inherent output current balancing with exactly two parallel, alternately active output lines in general CCM and the other conditions known from above. Conversely, all possibilities and restrictions from above apply here as well. Since pure boost converters never have isolated transducer inductances, they can be operated more easily than the previously described topologies, in particular their isolated forms, in the CCM. Indeed, the leakage inductance of each isolated transducer inductor significantly amplifies the above-described difficulties in CCM.
Für einen Aufwärtswandler mit mehreren Ausgängen in generellem DCM gilt, wie schon an
Im Gegensatz zu den zunächst betrachteten hoch- und tiefsetzenden Wandlern, wie beispielsweise dem Flyback-Wandler, wird beim Aufwärtswandler auch dann der Eingangsspannungsquelle Vin Energie entzogen, wenn der Wandlerschalter S0 zwar schon ausgeschaltet ist, aber noch Strom fließt, nämlich über Dx während toffx. Die beim Flyback-Wandler gültige Gleichung
Da bei nur geringfügig unterschiedlichen Ausgangsspannungen auch die Dx-Leitzeitdauern toffx ähnlich sind, kann auch für den Aufwärtswandler mit mehreren parallel liegenden und sequentiell aktiv geschalteten Ausgangssträngen im generellen DCM eine näherungsweise Leistungssymmetrierung zwischen den Strängen unterstellt werden. Since only slightly different output voltages and the D x -Leitzeitertauern t offx are similar, an approximate power balancing between the strands can be assumed for the up-converter with multiple parallel and sequentially active output strands in the general DCM.
Bei genauer Betrachtung wird jedoch pro Teilphase Tx umso mehr Energie in der Wandlertopologie zwischengespeichert, je länger toffx dauert, also je langsamer der Strom abfällt bzw. der magnetische Fluss in der Hochsetzspule abmagnetisiert. Längeres toffx korreliert wie beim Flyback-Wandler mit kleinerer Ausgangsspannung VStx, womit für den Aufwärtswandler bei DCM für zwei oder mehr Ausgangsstränge eine Art Leistungsüberkompensation gilt:
Der Strang mit der geringsten Flussspannung wird mit der meisten Leistung versorgt. On closer examination, however, the more energy is stored in the converter topology per subphase T x , the longer t offx lasts, that is, the slower the current drops or the magnetic flux in the boost coil demagnetizes. Longer t offx correlates with smaller output voltage V Stx , as with the flyback converter, so that for the up-converter at DCM for two or more output lines a kind of power overcompensation applies:
The strand with the lowest flux voltage is supplied with the most power.
In
Aus
Bei Betrieb im CCM und toff = const. ergibt sich eine Schaltung, die gegenüber Kurzschluss in einem Strang inhärent unempfindlich ist, sofern eine primärseitige Spitzenstromüberwachung eingreift und das primärseitige Einschaltzeitfenster nach einer Freilaufphase (in die die Entladephase bei kurzgeschlossenem Strang entartet) entsprechend verkürzt.When operating in CCM and t off = const. results in a circuit that is inherently insensitive to short circuit in a strand, provided that a primary-side peak current monitoring intervenes and the primary-side switch-on after a freewheeling phase (in which degenerate the depletion phase at shorted strand degenerate) accordingly shortened.
Unabhängig von der Anzahl der Stränge und von der Betriebsweise kann eine primärseitige Spannungsüberwachung während toffx, die auf den höchstmöglichen Wert aller Strangspannungen bezogen ist, alle durch Unterbrechung geschädigten Stränge erkennen und eine Zerstörung des Wandlers durch Zuschalten des nächsten Strangschalters vermeiden. Die „Position“ des offenen Strangs kann gespeichert, der Sollwert des Primärstroms entsprechend reduziert, der entsprechende Strangschalter beim nächsten Umlauf übersprungen werden.Regardless of the number of strands and operation, primary-side voltage monitoring during t offx , which is related to the highest possible value of all the line voltages , can detect all lines damaged by interruption and avoid destruction of the converter by connecting the next line switch. The "position" of the open string can be saved, the setpoint of the primary current can be reduced accordingly, the corresponding string switch can be skipped during the next circulation.
Bei dem in
Schließlich lassen sich durch bewusst unterschiedliche Windungszahlen pro Sekundärstrang bzw. durch Zwischenanzapfungen der Sekundärwicklung bei nach wie vor gültiger Leistungssymmetrierung (DCM bei Flyback, SEPIC und Buck-Boost) deutlich stärker voneinander abweichende Strangströme einstellen, wenn dies die angeschlossenen LEDs so erfordern, wenn beispielsweise die weißen LEDs den dreifachen Strom erfordern wie ein paar farbige zur Farbortkorrektur. Finally, by deliberately different numbers of turns per secondary strand or by intermediate taps of the secondary winding in still valid power balancing (DCM at flyback, SEPIC and buck-boost) set significantly more divergent strand currents, if so require the connected LEDs, if, for example, the white LEDs require the threefold current like a few colored ones for color locus correction.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2012/164511 A1 [0007, 0010, 0020, 0020] WO 2012/164511 A1 [0007, 0010, 0020, 0020]
- US 2010/0295472 A1 [0008, 0011] US 2010/0295472 A1 [0008, 0011]
- DE 102010002228 A1 [0010] DE 102010002228 A1 [0010]
- DE 102010041613 A1 [0010] DE 102010041613 A1 [0010]
- DE 102010041632 A1 [0010] DE 102010041632 A1 [0010]
- EP 1788850 A1 [0010] EP 1788850 A1 [0010]
- DE 102010041618 A1 [0010] DE 102010041618 A1 [0010]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014206438.4A DE102014206438A1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Circuit arrangement for operating n loads |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014206438.4A DE102014206438A1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Circuit arrangement for operating n loads |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014206438A1 true DE102014206438A1 (en) | 2015-06-03 |
Family
ID=53058622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014206438.4A Ceased DE102014206438A1 (en) | 2014-04-03 | 2014-04-03 | Circuit arrangement for operating n loads |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102014206438A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110177413A (en) * | 2019-06-27 | 2019-08-27 | 无锡格兰德微电子科技有限公司 | A kind of current ripples control device of constant-current source |
CN111528841A (en) * | 2020-05-25 | 2020-08-14 | 北京机械设备研究所 | Flexible muscle electric signal sensing and collecting device and method |
Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5400239A (en) * | 1992-12-11 | 1995-03-21 | Northern Telecom Limited | Power converter with plural regulated outputs |
US20020011824A1 (en) * | 2000-07-06 | 2002-01-31 | Sluijs Ferdinand Jacob | Multi-output DC/DC converter in PFM/PWM mode |
DE10259353A1 (en) * | 2002-12-18 | 2004-07-22 | Infineon Technologies Ag | Generating number of regulated direct voltages from common input voltage involves alternately supplying at least two charge storage devices from inductive storage device |
DE10334598A1 (en) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Infineon Technologies Ag | Multi-channel DC-DC converter |
EP1788850A1 (en) | 2005-11-22 | 2007-05-23 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | An arrangement for driving LED cells |
US20080116818A1 (en) * | 2006-11-21 | 2008-05-22 | Exclara Inc. | Time division modulation with average current regulation for independent control of arrays of light emitting diodes |
US20100283322A1 (en) * | 2009-05-06 | 2010-11-11 | Polar Semiconductor, Inc. | Multiple output power supply |
US20100295472A1 (en) | 2009-05-06 | 2010-11-25 | Polar Semiconductor, Inc. | Power supply for floating loads |
US20110043181A1 (en) * | 2009-07-20 | 2011-02-24 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Single-inductor-multiple-output regulator with auto-hopping control and the method of use |
DE102010002228A1 (en) | 2010-02-23 | 2011-08-25 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 81543 | lighting device |
DE102010041618A1 (en) | 2010-09-29 | 2011-12-22 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Circuit configuration for operating semiconductor light sources e.g. LEDs, has series capacitor switched between electrical energy converter and input terminal of rectifiers in one of operation strands |
DE102010041613A1 (en) | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Osram Ag | Circuit device for operating semiconductor light sources, has current-compensated choke switched between switch and rectifier, where leakage inductance of current-compensated choke is used as converter inductance |
DE102010041632A1 (en) | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources |
WO2012164511A1 (en) | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Osram Ag | A method of driving led lighting sources and related device |
DE102011117455A1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-02 | Austriamicrosystems Ag | Controlled supply circuit |
US20130154508A1 (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | Cree, Inc. | Simo converters that generate a light output |
-
2014
- 2014-04-03 DE DE102014206438.4A patent/DE102014206438A1/en not_active Ceased
Patent Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5400239A (en) * | 1992-12-11 | 1995-03-21 | Northern Telecom Limited | Power converter with plural regulated outputs |
US20020011824A1 (en) * | 2000-07-06 | 2002-01-31 | Sluijs Ferdinand Jacob | Multi-output DC/DC converter in PFM/PWM mode |
DE10259353A1 (en) * | 2002-12-18 | 2004-07-22 | Infineon Technologies Ag | Generating number of regulated direct voltages from common input voltage involves alternately supplying at least two charge storage devices from inductive storage device |
DE10334598A1 (en) * | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Infineon Technologies Ag | Multi-channel DC-DC converter |
EP1788850A1 (en) | 2005-11-22 | 2007-05-23 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | An arrangement for driving LED cells |
US20080116818A1 (en) * | 2006-11-21 | 2008-05-22 | Exclara Inc. | Time division modulation with average current regulation for independent control of arrays of light emitting diodes |
US20100283322A1 (en) * | 2009-05-06 | 2010-11-11 | Polar Semiconductor, Inc. | Multiple output power supply |
US20100295472A1 (en) | 2009-05-06 | 2010-11-25 | Polar Semiconductor, Inc. | Power supply for floating loads |
US20110043181A1 (en) * | 2009-07-20 | 2011-02-24 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Single-inductor-multiple-output regulator with auto-hopping control and the method of use |
DE102010002228A1 (en) | 2010-02-23 | 2011-08-25 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 81543 | lighting device |
DE102010041618A1 (en) | 2010-09-29 | 2011-12-22 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Circuit configuration for operating semiconductor light sources e.g. LEDs, has series capacitor switched between electrical energy converter and input terminal of rectifiers in one of operation strands |
DE102010041613A1 (en) | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Osram Ag | Circuit device for operating semiconductor light sources, has current-compensated choke switched between switch and rectifier, where leakage inductance of current-compensated choke is used as converter inductance |
DE102010041632A1 (en) | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources |
WO2012164511A1 (en) | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Osram Ag | A method of driving led lighting sources and related device |
DE102011117455A1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-02 | Austriamicrosystems Ag | Controlled supply circuit |
US20130154508A1 (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | Cree, Inc. | Simo converters that generate a light output |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110177413A (en) * | 2019-06-27 | 2019-08-27 | 无锡格兰德微电子科技有限公司 | A kind of current ripples control device of constant-current source |
CN111528841A (en) * | 2020-05-25 | 2020-08-14 | 北京机械设备研究所 | Flexible muscle electric signal sensing and collecting device and method |
CN111528841B (en) * | 2020-05-25 | 2023-05-09 | 北京机械设备研究所 | Flexible muscle electric signal sensing and collecting device and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102010041632A1 (en) | Circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources | |
DE102009024611B4 (en) | Power circuit and lighting device | |
EP3028377B1 (en) | Direct current converter | |
EP2829157B1 (en) | Operating circuit for leds, having dimming signal comprising high-frequency modulated pulse packet signal with harmonised frequencies | |
DE102011078245A1 (en) | Voltage transformer and voltage conversion method | |
EP2712273B1 (en) | Multichannel current source having series and shunt dimming switch in each channel | |
EP2837259A1 (en) | Method for operating an llc resonant transformer for a lamp, transformer, and led converter | |
AT512780B1 (en) | Switching power supply and inverter and strand monitoring with such a switching power supply | |
DE112016005676T5 (en) | A multi-strand control unit with independent current setting for each strand | |
DE102010008275B4 (en) | Device for powering several LED units | |
DE102012204060A1 (en) | CONTROLLER FOR POWER CONVERTER | |
EP2066011B1 (en) | Method for controlling a direct current power converter | |
DE102016107609A1 (en) | Energizing device and lighting device | |
DE102015113017A1 (en) | Lighting device and light | |
DE102014117578A1 (en) | Feedforward circuit for fast analog dimming in LED drivers | |
DE102010002081A1 (en) | LED voltage measurement | |
WO2012139846A1 (en) | Converter device | |
EP3350911B1 (en) | Pfc module for intermittent flow | |
DE102010048951A1 (en) | Power source with dimming device | |
DE102014206438A1 (en) | Circuit arrangement for operating n loads | |
EP2416624A1 (en) | Switching system and method for operating at least one first and at least one second LED | |
DE102021118988A1 (en) | Transient suppression systems and methods in electrical circuits | |
EP3487055B1 (en) | Auxiliary power supply | |
DE102010041618A1 (en) | Circuit configuration for operating semiconductor light sources e.g. LEDs, has series capacitor switched between electrical energy converter and input terminal of rectifiers in one of operation strands | |
EP2777364B1 (en) | Method for operating at least one led by means of dithering |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R230 | Request for early publication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |