DE102014221489A1

DE102014221489A1 - Genaue Stromversorgungszeitbasis für LED-Beleuchtung-Treiber

Info

Publication number: DE102014221489A1
Application number: DE102014221489.0A
Authority: DE
Inventors: Julian Tyrrell; Sander Heuvelmans; Nebjosa Jelaca; Gary Hague
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: US20160119992A1; CN105554973A; DE102014221489B4; US9474120B2; CN105554973B

Abstract

Eine Steuervorrichtung (306) für eine Treiberschaltung (300) einer Festkörper-Beleuchtungs-, (SSL – solid state lightning)-Vorrichtung (309) wird beschrieben, wobei die Treiberschaltung (300) einen Leistungswandler (305) aufweist. Die Steuervorrichtung (306) ist dazu konfiguriert, einen Dimmpegel für die SSL-Vorrichtung (309) zu bestimmen, ein Synchronisationssignal (411) zu bestimmen, eine Sequenz von PWM-Pulsen (517) derart zu bestimmen, dass die Sequenz von PWM-Pulsen (517) einen oder mehrere PWM-Pulse pro Halbzyklus einer Wechselstromversorgungsspannung aufweist und der eine oder die mehreren PWM-Pulse für einen aktuellen Halbzyklus n von dem Synchronisationssignal (411) für zumindest einen Halbzyklus vor dem aktuellen Halbzyklus n abhängen, und den Leistungswandler (305) in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument betrifft Treiberschaltungen für Festkörperbeleuchtungs(SSL – Solid State Lighting)-Vorrichtungen. Insbesondere betrifft das vorliegende Dokument Treiberschaltungen, die konfiguriert sind, ein Flimmern von SSL-Vorrichtungen zu reduzieren oder zu entfernen, insbesondere bei relativ niedrigen Dimmpegeln.
Hintergrund
SSL(Solid State Lighting)-Leuchtkörper-Baugruppen, zum Beispiel LED(Light Emitting Diode)-basierte Leuchtkörper-Baugruppen, ersetzen derzeit GLS (General Lighting Service) oder Glühlampen. SSL-Vorrichtungen weisen typischerweise eine Treiberschaltung und/oder einen Leistungswandler auf, um elektrische Energie von einer Netzstromversorgung in elektrische Energie umzuwandeln, die für eine SSL-Lichtquelle geeignet ist, die in der SSL-Vorrichtung enthalten ist (zum Beispiel eine Anordnung von LEDs).
Die Treiberschaltung für eine SSL-Vorrichtung sollte konfiguriert sein zum Umwandeln der AC-Stromversorgungsspannung in eine möglicherweise konstante Lastspannung und einen Laststrom. Insbesondere sollten die Treiberschaltungen konfiguriert sein zum Steuern der Lastspannung (die auch als die Treiberspannung bezeichnet wird) und des Laststroms (der auch als SSL-Strom bezeichnet wird) derart, dass die SSL-Vorrichtung nicht in einer Weise flimmert, die für das menschliche Auge sichtbar ist. Weiter sollten Treiberschaltungen konfiguriert sein zum Betreiben einer SSL-Vorrichtung bei verschiedenen Dimmpegeln. Das emittierte Licht der SSL-Vorrichtung sollte kein sichtbares Flimmern zeigen, auch bei relativ niedrigen Dimmpegeln.
Das vorliegende Dokument adressiert das oben angeführte technische Problem von SSL-Vorrichtungen und beschreibt ein effizientes Verfahren und System zum Betreiben einer SSL-Vorrichtung ohne sichtbares Flimmern.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt wird eine Steuervorrichtung für eine Treiberschaltung einer Festkörper-Beleuchtung(SSL – solid state lightning)-Vorrichtung beschrieben. Die SSL-Vorrichtung kann eine oder mehrere lichtemittierende Diode(n) (LEDs – light emitting diodes) aufweisen. Die Treiberschaltung weist einen Leistungswandler auf, der konfiguriert ist zum Übertragen von Energie von einem Eingang der Treiberschaltung an die SSL-Vorrichtung. Der Leistungswandler kann einen isolierenden oder nicht-isolierenden Leistungswandler aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Leistungswandler einen linearen Regler aufweisen. Der Leistungswandler kann einen Induktor (zum Beispiel einen Transformator) aufweisen, der konfiguriert ist zum Speichern von Energie von dem Eingang der Treiberschaltung und Freigeben der gespeicherten Energie für die SSL-Vorrichtung. Weiter kann der Leistungswandler einen Leistungsschalter aufweisen, der in Serie mit dem Induktor angeordnet ist und der konfiguriert ist, einen Induktorstrom durch den Induktor zu ermöglichen, wenn der Leistungsschalter in einem eingeschalteten (AN) Zustand ist. Insbesondere kann der Leistungsschalter (der zum Beispiel einen MOS(metal oxide semiconductor)-Transistor aufweisen kann) in einen eingeschalteten Zustand gesetzt werden, um Energie in dem Induktor zu speichern, und der Leistungsschalter kann in einen ausgeschalteten (AUS) Zustand gesetzt werden, um die Energie in Richtung der SSL-Vorrichtung freizugeben. Beispielsweise kann der Leistungswandler einen Sperr- bzw. Flyback-Leistungswandler aufweisen.
Die Energie an dem Eingang der Treiberschaltung kann von der AC-Stromversorgungsspannung mit einer Stromversorgungsfrequenz abgeleitet werden. Die AC-Stromversorgungsspannung weist typischerweise eine Sequenz von Zyklen auf (mit der Stromversorgungsfrequenz) oder eine Sequenz von Halbzyklen (mit der doppelten Stromversorgungsfrequenz). Die Eingangsspannung des Leistungswandlers kann von einer gleichgerichteten Version der AC(alternating current)-Stromversorgungsspannung abgeleitet werden (auch als die gleichgerichtete Eingangsspannung oder als die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung bezeichnet). Die Eingangsspannung variiert typischerweise in Übereinstimmung mit einer Zyklusfrequenz (die das Doppelte der Frequenz der Stromversorgungsspannung sein kann, d. h. die Zyklusfrequenz kann die doppelte Stromversorgungsfrequenz sein). Die Stromversorgungsfrequenz kann 50 Hz oder 60 Hz entsprechen. Die AC-Stromversorgungsspannung kann eine Wellenform zeigen oder haben, die eine Sequenz von Vollwellen hat. Die Vollwellen können in der Wellenform mit der Stromversorgungsfrequenz wiederholt werden. Jede Vollwelle kann in zwei Halbwellen unterteilt werden. Die Wellenform der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung kann Rauschen und/oder Verzerrungen aufweisen. Dies kann zu Variationen der Zyklusfrequenz und/oder zu Variationen der Dauer der Halbzyklen der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung führen.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Bestimmen eines Dimmpegels für die SSL-Vorrichtung. Der Dimmpegel kann basierend auf Information abgeleitet werden, die in der Wellenform der AC-Stromversorgungsspannung enthalten ist (zum Beispiel basierend auf einer Modulation der Wellenform und/oder basierend auf einem Phasenschnittwinkel). Alternativ oder zusätzlich kann der Dimmpegel basierend auf Information bestimmt werden, die auf einem getrennten Kommunikationskanal (zum Beispiel über Bluetooth oder über Wireless LAN) empfangen wurde.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Betreiben des Leistungswandlers in einem ersten Betriebsmodus zur Energieversorgung der SSL-Vorrichtung mit einem ersten Energiepegel. Der erste Energiepegel von Energie kann ausreichend hoch sein derart, dass die SSL-Vorrichtung sichtbares Licht emittiert.
Für einen Betrieb des Leistungswandlers in dem ersten Betriebsmodus kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein, den Leistungsschalter wiederholt in einen eingeschalteten Zustand zu setzen, abhängig von einem Erfassen eines Freilaufs des Induktors, und den Leistungsschalter in einen ausgeschalteten Zustand zu setzen, abhängig von einem Erfassen, dass der Induktorstrom einen vorgegebenen Spitzenstrom erreicht hat. Während des ersten Betriebsmodus kann der Leistungsschalter des Leistungswandlers zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand mit einer Kommutationszyklusrate kommutiert werden. Die Kommutationszyklusrate kann in dem Bereich von 100 kHz sein. Der vorgegebene Spitzenstrom kann von dem Dimmpegel abhängig sein. Insbesondere kann der vorgegebene Spitzenstrom erhöht werden, wenn der Dimmpegel steigt (und umgekehrt). Somit kann der Leistungswandler in einem Grenzleitungsmodus (BCM – boundary conduction mode) betrieben werden, wenn in dem ersten Betriebsmodus. Der erste Betriebsmodus kann derart sein, dass die SSL-Vorrichtung mit einem im Wesentlichen konstanten SSL-Strom versorgt wird, wodurch Licht mit einem im Wesentlichen konstanten Beleuchtungspegel emittiert wird.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Durchführen eines PWM-Dimmens. Zu diesem Zweck kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein zum Betreiben des Leistungswandlers in dem ersten Betriebsmodus in einer Sequenz von PWM-Pulsen und zum Betreiben des Leistungswandlers in einem zweiten Betriebsmodus zwischen den PWM-Pulsen. In dem zweiten Betriebsmodus wird der Leistungswandler betrieben zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung mit einem zweiten Energiepegel. Der zweite Energiepegel von Energie ist niedriger als der erste Energiepegel von Energie. Insbesondere kann der zweite Energiepegel von Energie derart sein, dass die SSL-Vorrichtung kein sichtbares Licht emittiert. Der zweite Betriebsmodus kann ein Wartungsmodus sein, während dem Energie an die Steuervorrichtung geliefert wird. Für ein PWM-Dimmen kann der Leistungswandler zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus wechseln. Die relative Dauer des ersten Betriebsmodus (relativ zu dem zweiten Betriebsmodus) kann durch die Breite und/oder die PWM-Frequenz der PWM-Pulse gesteuert werden. Die PWM-Frequenz kann (im Durchschnitt) ein Vielfaches der Zyklusfrequenz sein oder diesem (im Durchschnitt) entsprechen.
Für einen Betrieb des Leistungswandlers in dem zweiten Betriebsmodus kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein, den Leistungsschalter regelmäßig in den eingeschalteten Zustand für eine vorgegebene eingeschaltete Dauer zu setzen und den Leistungsschalter in den ausgeschalteten Zustand für eine vorgegebene ausgeschaltete Dauer zu setzen. Eingeschaltete Zustände und ausgeschaltete Zustände können sich abwechseln. Die Einschaltdauer und die Ausschaltdauer können derart sein, dass die übertragene Energie mit dem zweiten Energiepegel ausreichend ist, um die Steuervorrichtung in Betrieb zu halten. Andererseits kann die übertragene Energie mit dem zweiten Energiepegel nicht ausreichend sein, um die SSL-Vorrichtung zu veranlassen, sichtbares Licht zu emittieren. Somit kann der zweite Betriebsmodus verwendet werden, um einen kontinuierlichen Betrieb der Treiberschaltung auch bei niedrigen Dimmpegeln sicherzustellen.
Durch Abwechseln des ersten Betriebsmodus und des zweiten Betriebsmodus mit der PWM-Frequenz kann die SSL-Vorrichtung betrieben werden, Lichtpulse mit der PWM-Frequenz zu erzeugen. Die PWM-Frequenz kann ausreichend hoch sein (zum Beispiel 100 Hz oder höher), um sicherzustellen, dass die Lichtpulse für ein menschliches Auge nicht sichtbar sind. Auf diese Weise kann der mittlere Beleuchtungspegel weiter reduziert werden, d. h. relativ niedrige Dimmpegel können implementiert werden.
Es sollte angemerkt werden, dass sich die PWM-Frequenz der PWM-Pulse von der oben angeführten Kommutierungszyklusrate des Leistungsschalters unterscheidet. Die PWM-Frequenz definiert die (durchschnittliche) Wiederholungsrate der PWM-Pulse, wobei der Leistungswandler während der PWM-Pulse in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird. In anderen Worten, während der PWM-Pulse, die mit der PWM-Frequenz auftreten, kann der Leistungsschalter des Leistungswandlers zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand mit der Kommutierungszyklusrate geschaltet werden. Folglich ist die PWM-Frequenz typischerweise wesentlich niedriger (in dem Bereich von 100 Hz) als die Kommutierungszyklusrate (in dem Bereich von 100 kHz).
Die Sequenz von PWM-Pulsen weist PWM-Pulse auf (zum Beispiel im Durchschnitt mit der PWM-Frequenz). Die PWM-Pulse haben eine Pulsbreite oder eine Pulsdauer, die den Dimmpegel der SSL-Vorrichtung beeinflussen. Die Sequenz von PWM-Pulsen kann mit der AC-Stromversorgungsspannung synchronisiert werden. Insbesondere kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein zum Bestimmen der Sequenz von PWM-Pulsen basierend auf der AC-Stromversorgungsspannung (insbesondere basierend auf der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung).
Insbesondere kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein zum Bestimmen eines Synchronisationssignals durch Vergleichen einer Spannung, die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist (insbesondere die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung), mit einer vorgegebenen Schwelle. Das Synchronisationssignal kann eine Sequenz von Pulsen aufweisen, wobei ein Puls der Sequenz von Pulsen einem Zeitpunkt entspricht oder mit diesem assoziiert ist, wenn die Spannung, die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist (insbesondere die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung), die vorgegebene Schwelle kreuzt. Insbesondere kann ein Puls jedes Mal erzeugt werden, wenn die Spannung, die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist (insbesondere die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung), die vorgegebene Schwelle kreuzt. Alternativ kann das Synchronisationssignal eine Rechteckfunktion aufweisen, wobei eine Flanke der Rechteckfunktion einem Zeitpunkt entspricht oder mit diesem assoziiert ist, wenn die Spannung, die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist (insbesondere die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung), die vorgegebene Schwelle kreuzt. Insbesondere kann eine Flanke der Rechteckfunktion jedes Mal erzeugt werden, wenn Spannung, die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist (insbesondere die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung), die vorgegebene Schwelle kreuzt. Somit kann das Synchronisationssignal indikativ sein für eine momentane Phase und eine momentane Dauer (oder Periode) der Halbzyklen der Spannung, die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist (insbesondere die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung).
Weiter kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein zum Bestimmen der Sequenz von PWM-Pulsen basierend auf dem Synchronisationssignal derart, dass die Sequenz von PWM-Pulsen einen oder mehrere PWM-Puls(e) pro Halbzyklus der AC-Stromversorgungsspannung aufweist. Zusätzlich kann die Sequenz von PWM-Pulsen derart bestimmt werden, dass der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) für einen aktuellen Halbzyklus (der hier durch die Ganzzahl n identifiziert wird) abhängig ist/sind von dem Synchronisationssignal für zumindest einen Halbzyklus vor dem aktuellen Halbzyklus n. Der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) für den aktuellen Halbzyklus ist/sind typischerweise auch abhängig von dem Synchronisationssignal für den aktuellen Halbzyklus. Indem der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) (insbesondere eine Phase und/oder eine Dauer oder Breite des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s)) abhängig ist/sind von früheren Halbzyklen der AC-Stromversorgungsspannung, kann das Rauschen und/oder die Verzerrungen, die in der AC-Stromversorgungsspannung enthalten sind, reduziert werden, wodurch eine stabile Zeitbasis für die Sequenz von PWM-Pulsen vorgesehen wird, und wodurch die Erzeugung von flimmerfreiem Licht ermöglicht wird, auch in dem Fall einer verzerrten AC-Stromversorgungsspannung.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Bestimmen einer vorherigen Periode für einen vorherigen Halbzyklus (zum Beispiel der Halbzyklus, der durch n – 1 identifiziert wird). Weiter kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein zum Bestimmen eines Periodenfehlers basierend auf dem Synchronisationssignal für den aktuellen Halbzyklus n und basierend auf der vorherigen Periode. Eine aktuelle Periode für den aktuellen Halbzyklus n kann bestimmt werden durch Aktualisieren der vorherigen Periode unter Verwendung des Periodenfehlers. Somit kann die aktuelle Periode für den aktuellen Halbzyklus n auf eine rekursive Weise bestimmt werden. Der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) für den aktuellen Halbzyklus n kann/können basierend auf der aktuellen Periode bestimmt werden. Insbesondere kann die aktuelle Periode eine Dauer und eine Phase des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) angeben.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Anwenden einer Dämpfung auf den Periodenfehler zum Bestimmen der aktuellen Periode für den aktuellen Halbzyklus n. Die Dämpfung kann verwendet werden zum Steuern einer Geschwindigkeit einer Adaption der Steuervorrichtung hinsichtlich Änderungen in der AC-Stromversorgungsspannung. Weiter kann die Dämpfung verwendet werden, um ein Ausmaß zu steuern, zu dem Rauschen und/oder Verzerrungen aus der AC-Stromversorgungsspannung entfernt werden.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Bestimmen eines Phasenreferenzsignals, das eine Sequenz von Sägezahn-Abschnitten aufweist derart, dass eine Dauer eines Sägezahn-Abschnitts für den vorherigen Halbzyklus n – 1 der vorherigen Periode entspricht. Das Phasenreferenzsignal kann eine Phase des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) angeben, der/die für den vorherigen Halbzyklus der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung erzeugt wurde(n). Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Bestimmen eines Phasenfehlers basierend auf dem Synchronisationssignal für den aktuellen Halbzyklus n und basierend auf dem Phasenreferenzsignal für den vorherigen Halbzyklus n – 1. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein zum Bestimmen der aktuellen Periode für den aktuellen Halbzyklus n durch Aktualisieren der vorherigen Periode ebenfalls unter Verwendung des Phasenfehlers. Auf diese Weise können auch Phasenvariationen der AC-Stromversorgungsspannung berücksichtigt werden.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Anwenden einer Dämpfung auf den Phasenfehler zum Bestimmen der aktuellen Periode für den aktuellen Halbzyklus n. Wie oben angegeben, kann die Dämpfung verwendet werden zum Steuern einer Geschwindigkeit einer Adaption der Steuervorrichtung hinsichtlich Änderungen in der AC-Stromversorgungsspannung. Weiter kann die Dämpfung verwendet werden, um ein Ausmaß zu steuern, zu dem Rauschen und/oder Verzerrungen aus der AC-Stromversorgungsspannung entfernt werden.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Bestimmen eines Phasensignals, das jeweils eine Sequenz von Phasenabschnitten für eine Sequenz von Halbzyklen aufweist derart, dass ein Phasenabschnitt für den aktuellen Halbzyklus n eine Dauer hat, die der aktuellen Periode entspricht, und einen Basis-Sägezahn oder ein ganzzahliges Vielfaches eines Basis-Sägezahns aufweist. Der Basis-Sägezahn kann von einem vorgegebenen Minimumwert (zum Beispiel 0) bis zu einem vorgegebenen Maximalwert reichen. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Bestimmen des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) für den aktuellen Halbzyklus n basierend auf dem Phasenabschnitt für den aktuellen Halbzyklus n. Insbesondere kann die Steuervorrichtung konfiguriert sein zum Erzeugen eines PWM-Pulses zu Zeitpunkten, die einem festen Ausschnitt eines Basis-Sägezahns entsprechen. Der feste Ausschnitt kann von dem Dimmpegel abhängen.
Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Erzeugen des Phasenreferenzsignals und/oder des Phasensignals unter Verwendung eines Taktsignals mit einer vorgegebenen Taktfrequenz.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Treiberschaltung für eine SSL-Vorrichtung beschrieben. Die Treiberschaltung weist einen Leistungswandler auf. Weiter weist die Treiberschaltung eine Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung kann Merkmale aufweisen, die in dem vorliegenden Dokument beschrieben werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Leuchtkörper-Baugruppe beschrieben. Die Leuchtkörper-Baugruppe weist ein elektrisches Verbindungsmodul auf, das konfiguriert ist zum elektrischen Verbinden mit einer Stromversorgung, wodurch eine Eingangsspannung vorgesehen wird. Weiter weist die Leuchtkörper-Baugruppe eine Treiberschaltung auf, wie in dem vorliegenden Dokument beschrieben, die konfiguriert ist zum Umwandeln einer Eingangsspannung in ein Treibersignal für eine Festkörper-Beleuchtung(SSL)-Vorrichtung. Zusätzlich weist die Leuchtkörper-Baugruppe die SSL-Vorrichtung auf, die konfiguriert ist zum Vorsehen von Licht in Übereinstimmung mit dem Treibersignal.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung und/oder einer Treiberschaltung beschrieben, wie in dem vorliegenden Dokument dargelegt. Das Verfahren kann Schritte aufweisen, die den Merkmalen der Steuervorrichtung und/oder Treiberschaltung entsprechen, die in dem vorliegenden Dokument beschrieben werden. Insbesondere kann das Verfahren einen Betrieb einer SSL(Solid State Lighting)-Vorrichtung unter Verwendung einer Treiberschaltung betreffen. Die Treiberschaltung weist einen Leistungswandler auf, der konfiguriert ist zum Übertragen von Energie von einem Eingang der Treiberschaltung an die SSL-Vorrichtung. Die Energie an dem Eingang kann von einer AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet werden, die eine Sequenz von Zyklen aufweist.
Das Verfahren weist ein Bestimmen eines Dimmpegels für die SSL-Vorrichtung auf. Weiter weist das Verfahren ein Bestimmen eines Synchronisationssignals durch Vergleichen einer gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung mit einer vorgegebenen Schwelle auf. Zusätzlich weist das Verfahren ein Bestimmen einer Sequenz von PWM-Pulsen basierend auf dem Synchronisationssignal auf derart, dass die Sequenz von PWM-Pulsen einen oder mehrere PWM-Puls(e) pro Halbzyklus der AC-Stromversorgungsspannung aufweist, und derart, dass der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) für einen aktuellen Halbzyklus n von dem Synchronisationssignal für zumindest einen Halbzyklus vor dem aktuellen Halbzyklus n abhängig ist/sind. Weiter weist das Verfahren auf ein Betreiben des Leistungswandlers in einem ersten Betriebsmodus zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung mit einem ersten Energiepegel in der Sequenz von PWM-Pulsen, und ein Betreiben des Leistungswandlers in einem zweiten Betriebsmodus zwischen den PWM-Pulsen. In dem zweiten Betriebsmodus wird der Leistungswandler betrieben zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung mit einem zweiten Energiepegel. Der zweite Energiepegel ist niedriger als der erste Energiepegel und der erste Energiepegel und/oder eine Breite des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) hängen von dem Dimmpegel ab.
Das Verfahren kann als Hardware unter Verwendung von Logikkomponenten implementiert werden, wie in dem vorliegenden Dokument beschrieben wird. Alternativ kann das Verfahren als Software auf einem Prozessor implementiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Softwareprogramm beschrieben. Das Softwareprogramm kann ausgebildet sein zur Ausführung auf einem Prozessor und zum Durchführen der Verfahrensschritte, die in dem vorliegenden Dokument dargelegt werden, bei Ausführung auf dem Prozessor.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein Softwareprogramm aufweisen, das ausgebildet ist zur Ausführung auf einem Prozessor und zum Durchführen der Verfahrensschritte, die in dem vorliegenden Dokument dargelegt werden, bei Ausführung auf dem Prozessor.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt beschrieben. Das Computerprogramm kann ausführbare Anweisungen aufweisen zum Durchführen der Verfahrensschritte, die in dem vorliegenden Dokument dargelegt werden, bei Ausführung auf einem Computer.
Es sollte angemerkt werden, dass die Verfahren und Systeme, einschließlich ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele, wie in dem vorliegenden Dokument dargelegt, eigenständig oder in Kombination mit den anderen Verfahren und Systemen verwendet werden können, die in diesem Dokument offenbart werden. Zusätzlich sind die Merkmale, die in dem Kontext eines Systems dargelegt werden, auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar. Weiter können alle Aspekte der Verfahren und Systeme, die in dem vorliegenden Dokument dargelegt werden, beliebig kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche miteinander in beliebiger Weise kombiniert werden.
In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „koppeln” oder „gekoppelt” auf Elemente, die in elektrischer Kommunikation miteinander sind, entweder direkt, zum Beispiel über Leitungen, oder auf eine andere Weise verbunden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird im Folgenden in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei
1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Leuchtkörper-Baugruppe zeigt;
2a ein Blockdiagramm von beispielhaften Komponenten einer Treiberschaltung für eine SSL-Vorrichtung zeigt;
2b ein Blockdiagramm von beispielhaften Komponenten der Steuervorrichtung einer Treiberschaltung zeigt;
3 ein Schaltungsdiagramm einer beispielhaften Treiberschaltung für eine SSL-Vorrichtung zeigt;
4 ein Blockdiagramm von beispielhaften Komponenten eines Systems zum Bestimmen eines Phasensignals für die Erzeugung einer Sequenz von PWM-Pulsen zeigt;
5a und 5b beispielhafte Phasensignale sind;
6 eine Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges ist; und
7 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb einer SSL-Vorrichtung auf eine flimmerfreie Weise zeigt.
Detaillierte Beschreibung
In dem vorliegenden Dokument umfasst eine Leuchtkörper-„Baugruppe” alle erforderlichen Komponenten, um eine herkömmliche Glühfaden-basierte Glühlampe zu ersetzen, insbesondere Glühlampen zur Verbindung mit der Standard-Stromversorgung. Im britischen Englisch (und in dem vorliegenden Dokument) wird diese Stromversorgung als „mains”-Elektrizität bezeichnet, während in US-Englisch diese Versorgung typischerweise als „power line” bezeichnet wird. Andere Begriffe umfassen AC-Leistung, Netzstrom, Haushaltsenergie und Energieversorgung. Es ist offensichtlich, dass diese Begriffe einfach austauschbar sind, und dieselbe Bedeutung haben.
Typischerweise wird in Europa Elektrizität mit 230–240 VAC oder 230 VAC + 10%/6% bei 50 Hz und in Nordamerika mit 110–120 VAC oder 114 V–126 V bei 60 Hz geliefert. Die in dem vorliegenden Dokument dargelegten Prinzipien gelten für jede geeignete Stromversorgung, einschließlich der angeführten Netz-/Stromversorgung, und eine gleichgerichtete AC-Stromversorgung.
1 ist eine schematische Ansicht einer Leuchtkörper-Baugruppe. Die Baugruppe 1 weist ein Lampengehäuse 2 und ein elektrisches Verbindungsmodul 4 auf. Das elektrische Verbindungsmodul 4 kann ein Einschrauben-Typ sein oder ein Bajonett-Typ oder jede andere geeignete Verbindung mit einer Lampenfassung. Typische Beispiele für ein elektrisches Verbindungsmodul 4 sind die E11-, E14- und E27-Einschrauben-Typen in Europa und die E12-, E17- und E26 Einschrauben-Typen in Nordamerika. Weiter ist eine Lichtquelle 6 (auch als eine SSL-Vorrichtung bezeichnet) in dem Gehäuse 2 vorgesehen. Beispiele für derartige Lichtquellen 6 sind eine Festkörper-Lichtquelle oder SSL-Vorrichtung 6, wie eine lichtemittierende Diode (LED – light emitting diode) oder ein organische lichtemittierende Diode (OLED – organic light emitting diode). Die Lichtquelle 6 kann durch eine einzelne lichtemittierende Vorrichtung vorgesehen werden oder durch eine Vielzahl von LEDs. Typische SSL-Vorrichtungen 6 weisen eine Vielzahl von in Serie angeordneten LEDs auf derart, dass die Ein-Spannung V_on der SSL-Vorrichtung aus der Summe von Ein-Spannungen der einzelnen LEDs resultiert. Typische Werte für Ein-Spannungen von SSL-Vorrichtungen liegen in dem Bereich von 10 V–100 V.
Normalerweise bleibt der Spannungsabfall über eine SSL-Vorrichtung 6 im Wesentlichen konstant (bei der Ein-Spannung V_on der SSL-Vorrichtung 6), unabhängig von der Intensität des von der SSL-Vorrichtung 6 emittierten Lichts. Die Intensität des von der SSL-Vorrichtung 6 emittierten Lichts wird typischerweise durch den Treiberstrom durch die SSL-Vorrichtung 6 gesteuert.
Die Treiberschaltung 8 befindet sich in dem Lampengehäuse 2 und dient dazu, eine Versorgungselektrizität (d. h. die Stromversorgung), die über das elektrische Verbindungsmodul 4 empfangen wird, in eine gesteuerte Treiberspannung und einen Treiberstrom für die Lichtquelle 6 umzuwandeln. In dem Fall einer Festkörper-Lichtquelle 6 ist die Treiberschaltung 8 konfiguriert, einen gesteuerten Treiber-Gleichstrom an die Lichtquelle 6 zu liefern.
Das Gehäuse 2 bietet eine ausreichend robuste Umhausung für die Lichtquelle und die Treiberkomponenten und umfasst optische Elemente, die erforderlich sein können zum Vorsehen des gewünschten Ausgangslichts von der Baugruppe. Das Gehäuse 2 kann auch eine Wärmesenke-Fähigkeit vorsehen, da eine Verwaltung der Temperatur der Lichtquelle bei einer Maximierung einer Lichtausgabe und einer Lebensdauer der Lichtquelle wichtig sein kann. Demgemäß ist das Gehäuse typischerweise ausgebildet, zu ermöglichen, dass von der Lichtquelle erzeugte Wärme weg von der Lichtquelle und aus der Baugruppe als Ganzes heraus geleitet wird.
2a zeigt beispielhafte Komponenten einer Treiberschaltung 8, 200 einer SSL-Vorrichtung 6, 250. Die Treiberschaltung 200 weist einen Gleichrichter 210 auf, der eine Wechselstrom(AC – alternating current)-Energieversorgung von der Stromversorgung empfängt und einen gleichgerichteten Strom (DC) an seinem Ausgang liefert. Diese DC-Leistung wird durch einen Leistungswandler 230 empfangen, der zur Ausgabe einer gesteuerten DC-Treiberspannung und/oder eines gesteuerten Treiberstroms an die SSL-Vorrichtung 250 dient. Die Spannungs- und Stromcharakteristiken des Treibersignals (einschließlich der Treiberspannung und des Treiberstroms) werden bestimmt von dem Typ und der Anzahl von LEDs, die in der Lichtquelle 6 (d. h. der SSL-Vorrichtung 250) verwendet werden. Die an die SSL-Vorrichtung 250 gelieferte Leistung wird in Abhängigkeit von gewünschten Betriebsbedingungen der SSL-Vorrichtung 250 gesteuert. In einem Beispiel umfasst die SSL-Vorrichtung 250 eine Vielzahl von in Serie verbundenen LEDs und erfordert ein Treibersignal mit einer Treiberspannung von 50 V oder mehr. Im Allgemeinen kann die Treiberspannung in dem Bereich von 10 V bis über 100 V sein, abhängig von der Anzahl von LEDs in der SSL-Vorrichtung 250.
Die Treiberschaltung 200 kann weiter eine Steuervorrichtung 220 aufweisen, die konfiguriert ist zum Steuern des Leistungswandler 230, um ein geeignetes Treibersignal zu erzeugen (d. h. eine geeignete Treiberspannung und einen geeigneten Treiberstrom) als eine Funktion der gleichgerichteten Stromversorgungsspannung. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 220 konfiguriert sein zum Anpassen eines Spannungsumwandlungsverhältnisses des Leistungswandlers 230 basierend auf der gleichgerichteten (aber variierenden) Spannung, die von dem Gleichrichter 210 vorgesehen wird. Weiter kann die Steuervorrichtung 220 konfiguriert sein zum Steuern des Leistungswandlers 230, um einen geeigneten Treiberstrom an die SSL-Vorrichtung 250 zu liefern, wodurch die Intensität des Lichts gesteuert wird, das von der SSL-Vorrichtung 250 emittiert wird.
Der Leistungswandler 230 kann eine induktive Energiespeichervorrichtung (zum Beispiel einen Induktor oder einen Transformator) und eine Schaltvorrichtung aufweisen. Die Schaltvorrichtung (auch als Leistungsschalter bezeichnet) kann durch die Steuervorrichtung 220 gesteuert werden und kann durch eine MOS-FET(metal oxide semiconductor field effect transistor)-Vorrichtung oder eine andere Vorrichtung vorgesehen werden, die geeignet ist zum Schalten von hoher Spannung (zum Beispiel mehrere Zehn-Volt). Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Steuervorrichtung 220 die Schaltvorrichtung selbst aufweisen kann, wodurch das Vorsehen einer geeigneten Treiberspannung für die SSL-Vorrichtung 250 direkt gesteuert wird. Der Leistungswandler 230 kann eine unterschiedliche Schaltungstopologie aufweisen. Zum Beispiel kann der Leistungswandler 230 eine Buck- bzw. Abwärtswandlerschaltung, eine Boost- bzw. Aufwärtswandlerschaltung, eine Buck/Boost-Wandlerschaltung, eine SEPIC(single-ended primary-inductor converter)-Schaltung und/oder eine Sperrwandler(fly-back)schaltung aufweisen.
2b zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Steuervorrichtung 220. Die Steuervorrichtung 220 umfasst eine Ereigniserfassungseinheit 42, die verbunden ist zum Empfangen von Sensor/Rückkopplungssignalen S (zum Beispiel zum Empfangen der gleichgerichteten Spannung, die von dem Gleichrichter 210 vorgesehen wird), eine Ausgangssteuervorrichtung 43 zum Ausgeben von Steuersignalen C (zum Beispiel an den Leistungswandler 230), eine Verarbeitungseinheit 44 zur Gesamtsteuerung des Systems und eine Datenspeichereinheit 46 zum Speichern von Daten zur Verwendung durch die Verarbeitungsvorrichtung. Eine Kommunikations-Eingang/Ausgang-Einheit 48 kann vorgesehen sein, um der Verarbeitungseinheit 44 zu ermöglichen, mit anderen Vorrichtungen zu kommunizieren, zum Beispiel unter Verwendung eines geeigneten drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsprotokolls. Die Steuervorrichtung 220 umfasst auch einen Stromversorgungsregler 50, der Leistung an die Vorrichtungen in der Steuervorrichtung 220 liefert, und einen Taktsignalgenerator 52 (wie eine Oszillatorschaltung) zum Liefern eines Referenztaktsignals an die Verarbeitungseinheit 44. Der Taktsignalgenerator 52 kann konfiguriert sein zum Erzeugen eines Taktsignals aus den Sensor/Rückkopplungssignalen S (zum Beispiel aus der gleichgerichteten Spannung, die von dem Gleichrichter 210 vorgesehen wird), wodurch eine Synchronisierung der Treiberschaltung 200 mit der Stromversorgungsfrequenz ermöglicht wird. In anderen Worten, der Taktsignalgenerator 52 kann die Periodizität des Stromversorgungszyklus nutzen, um die Treiberschaltung 200 mit dem Stromversorgungszyklus zu synchronisieren.
Die Verarbeitungseinheit 44 arbeitet zum Erzeugen der Steuersignale C zum Steuern der Schaltvorrichtung oder -vorrichtungen in dem Leistungswandler 230. Typischerweise sind die Steuersignale pulsbreitenmodulierte (PWM – pulse-width modulated) Signale, die den Arbeitszyklus (das heißt, das Verhältnis der Länge eines ”eingeschalteten Zustands” des Leistungsschalters über der Länge eines kompletten Kommutierungszyklus, der eine Phase eines eingeschalteten Zustands und eine nachfolgende Phase eines ausgeschalteten Zustands aufweist) der Schaltvorrichtung in dem Leistungswandler 230 steuern, und somit die Ausgangstreiberspannung steuern. In einem Ausführungsbeispiel ist die Steuervorrichtung 220 als ein Mikrocontroller oder als eine integrierte Schaltung implementiert.
3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer beispielhaften Treiberschaltung 300, 200, 8 einer Leuchtkörper-Baugruppe 1. Die Treiberschaltung 300 kann verwendet werden zum Vorsehen von elektrischer Leistung an eine Last 309, 250, 6 (die zum Beispiel eine lichtemittierende Diode (LED) oder ein LED-Array sein kann). Die Treiberschaltung 300 weist eine „elektromagnetische Interferenz(EMI – electromagnetic interference)”-Filtereinheit 301 und einen Gleichrichter 302, 210 auf, um eine gleichgerichtete Eingangsspannung 229 aus der Stromversorgung 330 an dem Kondensator 341 zu erzeugen. Weiter weist die Treiberschaltung 300 eine Steuervorrichtung 306 auf, die konfiguriert ist zum Steuern eines Leistungswandlers der Treiberschaltung 300. Die Steuervorrichtung 306 kann die oben beschriebene Steuervorrichtung 220 aufweisen. Die Steuervorrichtung 306 kann gestartet werden unter Verwendung eines oder mehrerer Einschaltwiderstände 315. Weiter kann die Steuervorrichtung 306 mit einem Versorgungsspannung-Kondensator (nicht gezeigt) gekoppelt sein, der konfiguriert ist zum Vorsehen der Versorgungsspannung Vcc an die Steuervorrichtung 306 (die zum Beispiel als eine integrierte Schaltung (IC – integrated circuit) implementiert sein kann). In dem dargestellten Beispiel weist die Treiberschaltung 300 einen einstufigen Leistungswandler 305 auf, der einen Sperrwandler 305 aufweist. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Treiberschaltung 300 einen mehrstufigen Leistungswandler aufweisen kann. Weiter sollte angemerkt werden, dass der Leistungswandler 305 andere Typen von Wandlern aufweisen kann, insbesondere isolierte oder nicht-isolierte Wandler. Der Sperrwandler 305 von 3 weist einen Transformator 307 auf, der eine Primärspule 320 und eine Sekundärspule 321 hat und eine zusätzliche Hilfsspule 322 hat, zum Beispiel für Messzwecke. Die Hilfsspule 322 kann verwendet werden, um Information hinsichtlich der Ausgangsspannung 231 (auch als Treiberspannung bezeichnet) der Treiberschaltung 300 an die Steuervorrichtung 306 zu liefern. Weiter kann die Treiberschaltung 300 einen Ausgangskondensator (oder Speicherkondensator) 308 aufweisen, der die elektrische Leistung speichert, die an die Lichtquelle 309 zu liefern ist. Der Sperrwandler 305 weist eine Diode 204 auf, die konfiguriert ist, einen umgekehrten Energiefluss aus dem Ausgang des Sperrwandlers 305 an den Eingang des Sperrwandlers 305 während eines ausgeschalteten Zustands des Schalters 202 des Sperrwandlers 305 zu verhindern.
Die Eingangsspannung in den Leistungswandler 305 entspricht der gleichgerichteten Eingangsspannung 229. Die Eingangsspannung 229 kann unter Verwendung von Eingangsspannungserfassungsmitteln 208, 209 erfasst werden, wodurch das erfasste Spannungssignal 234 an die Steuervorrichtung 306 vorgesehen wird. In dem dargestellten Beispiel sind die Eingangsspannungserfassungsmittel 208, 209 unter Verwendung eines Spannungsteilers, der die Widerstände 208, 209 aufweist, implementiert. Weiter wird ein erfasstes Stromsignal 233 unter Verwendung von Stromerfassungsmitteln 203 bestimmt und wird an die Steuervorrichtung 306 geliefert. Das erfasste Stromsignal 233 ist indikativ für den Strom durch den Leistungsschalter 202 des Sperrwandlers 305 oder für den Induktorstrom durch die Primärwicklung 320 des Transformators 307. In dem dargestellten Beispiel sind die Stromerfassungsmittel unter Verwendung eines Shunt-Widerstands 203 implementiert, der in Serie mit dem Leistungsschalter 202 angeordnet ist.
Die Steuervorrichtung 306 kann konfiguriert sein zum Bestimmen eines Gate-Steuersignals 232, um den Schalter 202 der zweiten Wandlerstufe 305 in einen ausgeschalteten Zustand zu setzen, sobald der Strom Is durch den Schalter 202 einen vorgegebenen Spitzenstrom Ip erreicht. Das Gate-Steuersignal 232 kann basierend auf dem erfassten Stromsignal 233 und/oder basierend auf einem Freilaufsignal bestimmt werden, das zum Beispiel von der Hilfswicklung 322 des Transformators 307 vorgesehen werden kann. Insbesondere kann das Gate-Steuersignal 232 gesetzt werden, um den Leistungsschalter 202 in den ausgeschalteten Zustand zu versetzen, sobald das erfasste Stromsignal 233 einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat (was typischerweise abhängig ist von dem vorgegebenen Spitzenstrom Ip). Weiter kann das Gate-Steuersignal 232 gesetzt werden, um den Leistungsschalter 202 in den eingeschalteten Zustand zu versetzen, sobald ein Freilauf der Primärwicklung 320 des Sperrwandlers 305 erfasst wurde.
Die Treiberschaltung 300 kann konfiguriert sein zum Vorsehen eines Laststroms oder SSL-Stroms 403 an die SSL-Vorrichtung 309 zum Erzeugen eines flimmerfreien Lichts. Weiter kann die Treiberschaltung 300 konfiguriert sein zum Abdecken eines hohen Leistungsfaktors und einer harmonischen Verzerrung. Dies sollte auch in dem Fall eines Dimmens der SSL-Vorrichtung erreicht werden, d. h. in Fällen, wenn der Dimmpegel der SSL-Vorrichtung modifiziert wird.
Der Pegel der Beleuchtung, die durch die SSL-Vorrichtung 309 emittiert wird, kann durch Modifizieren des Durchschnittsstroms durch die SSL-Vorrichtung 309 modifiziert werden. Der Durchschnittsstrom durch die SSL-Vorrichtung 309 kann auf analoge Weise modifiziert werden, wobei der Pegel eines im Wesentlichen kontinuierlichen Stroms 403 durch die SSL-Vorrichtung 309 modifiziert wird.
Dies kann als analoges oder lineares Dimmen bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Durchschnittsstrom durch die SSL-Vorrichtung 309 modifiziert werden durch Vorsehen eines pulsbreitenmodulierten (PWM – pulse width modulated), im Wesentlichen diskontinuierlichen Stroms 403 an die SSL-Vorrichtung 309. Letzteres wird als PWM-Dimmen bezeichnet. Bei einem PWM-Dimmen basiert der Pegel des SSL-Stroms 403 typischerweise auf der Pulsbreite und Periode eines PWM-Signals, während bei einem analogen Dimmen der Pegel des SSL-Stroms 403 auf der Amplitude eines analogen Signals basiert.
Der Dimmpegel einer SSL-Vorrichtung 309 kann unter Verwendung eines Dimmers in dem Stromversorgungsnetz eingestellt werden. Der Dimmer kann einen Phasenschnitt-Dimmer und/oder einen digitalen Dimmer aufweisen. Die Treiberschaltung 300 kann konfiguriert sein zum Bestimmen des Dimmpegels basierend auf der Wellenform der gleichgerichteten Eingangsspannung 229. Alternativ oder zusätzlich kann der Dimmpegel an die Treiberschaltung 300 unter Verwendung eines zugewiesenen Kommunikationspfads (zum Beispiel über Bluetooth oder drahtloses LAN) kommuniziert werden. Die Treiberschaltung 300 kann konfiguriert sein zum Steuern des Leistungswandlers 305 basierend auf dem Dimmpegel. Insbesondere kann die Treiberschaltung 300 konfiguriert sein zum Erzeugen eines pulsbreitenmodulierten SSL-Stroms 403 zum Reduzieren des Durchschnittspegels des SSL-Stroms 403 und zum Reduzieren des Dimmpegels der SSL-Vorrichtung 309.
Eine Möglichkeit für einen Betrieb der SSL-Vorrichtung 309 auf eine intermittierende Weise kann sein, den pulsbreitenmodulierten SSL-Strom 403 basierend auf dem Referenztaktsignal des Taktsignalgenerators 52 der Steuervorrichtung 306, 220 zu erzeugen. Ein Arbeitszyklus des pulsbreitenmodulierten SSL-Stroms 403 kann verwendet werden, um den Dimmpegel der SSL-Vorrichtung 309 zu definieren. Dies kann nachteilig sein, da in dem Fall eines einstufigen Leistungswandlers 305 mit PFC(Power Factor Control)-Funktion die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung 229 direkt an den Eingang der Wandlerstufe 305 zugeführt wird. Als Resultat davon entspricht die Eingangsspannung 229 des Leistungswandlers 305 einem Halbwellen-AC-Signal 229. Da das Referenztaktsignal hinsichtlich der Stromversorgungsspannung 330 typischerweise asynchron ist, führt dies zu einer Situation, in der der pulsbreitenmodulierte SSL-Strom 403 basierend auf verschiedenen Phasen der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 bestimmt werden kann. Eine derartige Phasenverschiebung führt zu einer arbiträren Änderung der Energiemenge, die an die SSL-Vorrichtung 309 übertragen wird. Die arbiträre Änderung der Energiemenge, die an die SSL-Vorrichtung 309 geliefert wird, kann zu einem sichtbaren Flimmern-Effekt führen.
6 zeigt, dass das menschliche Auge am empfindlichsten ist für sichtbares Flimmern in dem Bereich von 4 Hz bis 8 Hz mit Lichtvariationen von –60 dB hinsichtlich des DC-Lichtpegels. Ein Dimmen erhöht typischerweise die Empfindlichkeit einer SSL-Vorrichtung 309 hinsichtlich Rauschen und Störungen. 6 zeigt die Flimmern-Empfindlichkeits-Reaktion 611 des Auges und die gemessene spektrale Reaktion 612 einer SSL-Baugruppe 1. In dem dargestellten Beispiel gibt es kein sichtbares Flimmern, obwohl das emittierte Licht eine relativ hohe 100 Hz-Komponente hat.
Das vorliegende Dokument beschreibt ein Verfahren und eine entsprechende Steuervorrichtung 306, 220, die konfiguriert sind zum Eliminieren möglicher Interferenzen zwischen der Eingangsspannung 229 (d. h. zwischen der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229) an dem Eingang des Leistungswandlers 305 und dem pulsbreitenmodulierten SSL-Strom 403, der an die SSL-Vorrichtung 309 geliefert wird. In anderen Worten, ein Verfahren und eine Steuervorrichtung werden beschrieben, die konfiguriert sind zum Vorsehen eines pulsbreitenmodulierten SSL-Stroms 403, der die Emission von flimmerfreiem Licht veranlasst, auch wenn die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung 229 Rauschen und Verzerrungen zeigt. Zu diesem Zweck kann die Erzeugung des pulsbreitenmodulierten SSL-Stroms 403 mit der Stromversorgungsfrequenz synchronisiert werden. Als Resultat davon bleibt die Energieübertragung über verschiedene Zyklen der Stromversorgung 330 konstant. Dadurch kann ein Flimmern-Effekt der SSL-Vorrichtung 309 vermieden werden.
Wie oben angegeben, wird der Lichtpegel der SSL-Vorrichtung 309 typischerweise in Abhängigkeit von der PWM-Pulsbreite (zum Beispiel dem Arbeitszyklus) des pulsbreitenmodulierten SSL-Stroms 403 durch die SSL-Vorrichtung 309 gesetzt. Die PWM-Frequenz der PWM-Pulse des pulsbreitenmodulierten SSL-Stroms 403 kann basierend auf der Stromversorgung 330 abgeleitet werden. Insbesondere kann die PWM-Frequenz von der Stromversorgungsfrequenz durch einen Multiplikationsfaktor abgeleitet werden, d. h. die PWM-Frequenz kann proportional zu der Stromversorgungsfrequenz oder zu der Zyklusfrequenz sein, wobei der Proportionalitätsfaktor eine Ganzzahl sein kann.
Zur Steuerung der PWM-Operation der SSL-Vorrichtung 309 kann ein PWM-Steuersignal verwendet werden. Das PWM-Steuersignal kann eine Sequenz von PWM-Pulsen aufweisen, wobei ein PWM-Puls ein Zeitintervall angibt, während dem ein Puls des SSL-Stroms 403 durch die Treiberschaltung 300 zu erzeugen ist. Wie oben angegeben, kann die PWM-Frequenz der PWM-Pulse von der Stromversorgungsfrequenz oder von der Zyklusfrequenz abgeleitet werden. Die Breite der PWM-Pulse kann verwendet werden, um den Dimmpegel der SSL-Vorrichtung 309 zu steuern.
Wie oben angegeben, bestimmt der durchschnittliche Vorwärts-SSL-Strom die Helligkeit der SSL-Vorrichtung 309. Der durchschnittliche SSL-Strom kann unter Verwendung von zwei Ansätzen gedimmt werden: Die Verwendung eines linearen Dimmverfahrens durch direktes Ändern des durchschnittlichen SSL-Stroms 403 und die Verwendung eines PWM-Dimmens durch Ein- und Ausschalten des SSL-Stroms 403 mit einer relativ hohen PWM-Frequenz, wodurch der durchschnittliche SSL-Strom 403 reduziert wird. Die PWM-Frequenz des PWM-Steuersignals sollte ausreichend hoch sein, um sichtbares Flimmern zu vermeiden, das das menschliche Auge erkennen kann. Weiter sollte die PWM-Frequenz des PWM-Steuersignals stabil sein, auch hinsichtlich Rauschen und Verzerrungen der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229.
In der Tat ist die Stromversorgung 330 typischerweise nicht völlig stabil und zeigt Variationen bei der Zyklusdauer und/oder Phase. Ein Beibehalten einer genauen Zeitbasis, die ein solches Rauschen in der Stromversorgung 330 filtert, ermöglicht, dass das PWM-Steuersignal stabil ist. Insbesondere ermöglicht eine genaue Zeitbasis einer Steuervorrichtung 306, die PWM-Pulse in dem Stromversorgungszyklus zu platzieren derart, dass eine ausreichend hohe PFC(Power Factor Corrected)-Zahl erzielt wird. Die Zeitbasis zum Erzeugen einer Sequenz von PWM-Pulsen kann unter Verwendung einer PLL(Phase-Lock-Loop)-Struktur erzeugt werden zum Koppeln eines Phasensignals mit dem Stromversorgungszyklus oder mit einem Halbzyklus der Stromversorgung 330. Auf diese Weise kann transientes Rauschen in der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 entfernt werden, wodurch eine stabile Zeitbasis zum Erzeugen der Sequenz von PWM-Pulsen vorgesehen wird.
4 zeigt ein beispielhaftes System zum Bestimmen eines Phasensignals 417, das mit der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 gekoppelt ist. Das System kann in der Steuervorrichtung 306 implementiert sein. Das System weist eine Synchronisationseinheit 421 auf, die konfiguriert ist zum Erzeugen eines Synchronisationssignals 411 basierend auf der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229. Insbesondere kann die Synchronisationseinheit 421 konfiguriert sein zum Vergleichen der Amplitude der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 mit einer vorgegebenen Schwelle. Das Synchronisationssignal 411 kann einen ersten Pegel haben (zum Beispiel hoch), wenn die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung 229 die vorgegebene Schwelle übersteigt, und das Synchronisationssignal 411 kann einen zweiten Pegel haben (zum Beispiel niedrig), wenn die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung 229 unter der vorgegebenen Schwelle liegt. Alternativ oder zusätzlich kann das Synchronisationssignal 411 einen Puls aufweisen, jedesmal, wenn die gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung 229 die vorgegebene Schwelle kreuzt (von unter zu über der Schwelle und/oder von über zu unter der Schwelle). Die 5a und 5b zeigen ein beispielhaftes Synchronisationssignal 411 für eine beispielhafte gleichgerichtete AC-Stromversorgungsspannung 229. Weiter zeigen die 5a und 5b eine erste Schwelle 501, die verwendet wird zum Bestimmen des Übergangs von der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 auf einer ansteigenden Flanke der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229. Zusätzlich zeigen die 5a und 5b eine zweite Schwelle 502 (die kleiner ist als die erste Schwelle 501), die verwendet wird zum Bestimmen des Übergangs der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 auf einer abfallenden Flanke der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229.
Das System weist weiter eine Periode-Erfassungseinheit 423 auf. Die Periode-Erfassungseinheit 423 ist konfiguriert zum Bestimmen eines Periodenfehlers 413 basierend auf dem Synchronisationssignal 411 und basierend auf der Periode p(n – 1) 415, die für den vorherigen Zyklus (n – 1) verwendet wird. In anderen Worten, die Periode-Erfassungseinheit 423 kann konfiguriert sein zum Bestimmen, um wieviel sich die aktuell gemessene Periode (oder Zykluslänge) der Stromversorgung 330 für den aktuellen Zyklus n (durch das Synchronisationssignal 411 gegeben) von der Periode p(n – 1) (oder Zykluslänge) unterscheidet, die zum Bestimmen der Sequenz von PWM-Pulsen (durch die Periode 415 gegeben) für den vorherigen Zyklus (n – 1) verwendet wurde. Unter Verwendung eines Zählers count(n) kann eine aktuell gemessene Periode (von dem Zählerwert count(n) gegeben) bestimmt werden. Die aktuell gemessene Periode kann von der Periode 415 subtrahiert werden, um den Periodenfehler e₁(n) 413 zu bestimmen, d. h. e₁(n) = count(n) – p(n – 1).
Weiter weist das System eine Phasenerfassungseinheit 424 auf, die konfiguriert ist zum Bestimmen eines Phasenfehlers 414 basierend auf dem Synchronisationssignal 411 und basierend auf einem Phasenreferenzsignal 416 (das dem Phasensignal 417 entsprechen kann) für den vorherigen Zyklus (n – 1). Insbesondere kann bestimmt werden, ob das Phasensignal 417 (von dem Phasenreferenzsignal 416 gegeben) in Phase ist mit den Halbzyklen der Stromversorgung 330 (von dem Synchronisationssignal 411 gegeben). Das Phasenreferenzsignal 416 kann einem Sägezahn entsprechen mit einer zyklischen Zählung von 0 bis zu einem vorgegebenen maximalen Wert in einem Zeitintervall, das durch die Periode p(n – 1) 415 bestimmt wird. Die Phasenerfassungseinheit 414 kann konfiguriert sein zum Bestimmen des Werts des Sägezahns an dem Zeitpunkt, wenn das Synchronisationssignal 411 einen Übergang oder einen Puls zeigt. Dieser Wert kann für den Phasenfehler e₂(n) 414 zwischen dem Phasensignal 417 (das zum Erzeugen der Sequenz von PWM-Pulsen in dem vorherigen Zyklus (n – 1) verwendet wurde) und dem aktuellen Zyklus n der gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 indikativ sein. Der Phasenfehler e₂(n) kann bestimmt werden als e₂(n) = Sägezahnwert(n), wobei Sägezahnwert(n) der Wert der Sägezähne des Phasenreferenzsignals 416 an dem Zeitpunkt ist, wenn das Synchronisationssignal 411 einen Übergang oder einen Puls zeigt. Möglicherweise kann ein Überlauf des Phasenfehlers berücksichtigt werden durch Subtrahieren der Hälfte der maximalen Anzahl des Sägezahns von Sägezahnwert(n) zum Bestimmen des Phasenfehlers e₂(n).
Das System weist eine Periodebestimmungseinheit 425 auf, die konfiguriert ist zum Bestimmen der Periode p(n) 415 für den aktuellen Zyklus n (der als die Basis zum Bestimmen des Phasensignals 417 für den aktuellen Zyklus n verwendet wird) basierend auf dem Periodenfehler 413 und basierend auf dem Phasenfehler 414. Insbesondere kann die Periode p(n) 415 auf eine rekursive Weise bestimmt werden durch Aktualisieren einer vorher verwendeten Periode p(n – 1). Beispielsweise kann die aktuelle Periode p(n) 415 an dem Halbzyklus n bestimmt werden als p(n) = p(n – 1) + a·e₁(n) + b·e₂(n), wobei e₁(n) der Periodenfehler 413 bei dem Halbzyklus n ist, a ∊ {0, 1} eine Dämpfung für den Periodenfehler 413 ist, e₂(n) der Phasenfehler 414 bei dem Halbzyklus n ist, und b ∊ {0, 1} eine Dämpfung für den Phasenfehler 414 ist. Durch Setzen der Dämpfungen können die Adaptionsgeschwindigkeit und/oder die Menge von Rauschen in dem Phasensignal 417 gesteuert werden. Insbesondere durch Reduzieren der Dämpfungen kann die Adaptionsgeschwindigkeit und die Menge von Rauschen reduziert werden.
Das System weist weiter eine Phasensignal-Erzeugungseinheit 422 auf, die konfiguriert ist zum Erzeugen des Phasensignals 417 basierend auf der Periode p(n) 415 und basierend auf einem Taktsignal 412. Das Phasensignal 417 kann einen Basis-Sägezahn aufweisen, der von einer vorgegebenen unteren Grenze (zum Beispiel 0) zu einer vorgegebenen oberen Grenze (zum Beispiel 255) variiert. Die Rampe des Sägezahns kann basierend auf der Periode p(n) 415 erhöht oder reduziert werden. Insbesondere kann das Phasensignal 417 bestimmt werden derart, dass die Länge einer Sägezahn-Periode für den Halbzyklus n der Periode p(n) für den Halbzyklus n entspricht. Die Phasensignal-Erzeugungseinheit 422 kann konfiguriert sein zum Erzeugen eines Phasensignals 417, das einen oder mehrere Basis-Sägezähne pro Sägezahn-Periode umfasst. Dies wird in den 5a und 5b gezeigt, wo ein Phasensignal 417, das einen einzelnen Basis-Sägezahn pro Sägezahn-Periode aufweist (5a), und ein Phasensignal 417, das drei Basis-Sägezähne pro Sägezahn-Periode aufweist (5b), gezeigt werden. Die Sägezahn-Periode entspricht der Periode p(n) für den Halbzyklus n.
Insgesamt ermöglicht das in 4 gezeigte System die Erzeugung eines Phasensignals 417, das verwendet werden kann, um zuverlässig einen oder mehrere PWM-Puls(e) in jedem Halbzyklus einer gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 zu setzen. Ein PWM-Puls kann zum Beispiel an einem vorgegebenen Ausschnitt jedes Basis-Sägezahns des Phasensignals 417 gesetzt werden. Durch Erhöhen der Breite des Ausschnitts kann die Breite der PWM-Pulse erhöht werden (und umgekehrt). Somit kann das Phasensignal 417 verwendet werden zum Bestimmen einer stabilen Sequenz von PWM-Pulsen zum Erzeugen von flimmerfreiem Licht.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 700 zum Betreiben einer SSL-Vorrichtung 309 unter Verwendung einer Treiberschaltung 300. Die Treiberschaltung 300 weist einen Leistungswandler 305 auf, der konfiguriert ist zum Übertragen von Energie von einem Eingang der Treiberschaltung 300 an die SSL-Vorrichtung 309. Die Treiberschaltung 300 ist konfiguriert zum Ableiten der Energie an dem Eingang von einer AC-Stromversorgungsspannung bei einer Stromversorgungsfrequenz und mit einer Sequenz von Zyklen. Das Verfahren 700 weist ein Bestimmen 701 eines Dimmpegels für die SSL-Vorrichtung 309 auf. Weiter weist das Verfahren 700 auf ein Bestimmen 702 eines Synchronisationssignals 411 durch Vergleichen einer gleichgerichteten AC-Stromversorgungsspannung 229 mit einer vorgegebenen Schwelle 501, 502. Somit ist das Synchronisationssignal 411 indikativ für die Länge oder die Dauer eines Halbzyklus der AC-Stromversorgungsspannung. Die Länge oder die Dauer eines Halbzyklus der AC-Stromversorgungsspannung kann aufgrund von Rauschen und/oder Verzerrungen der AC-Stromversorgungsspannung variieren. Das Verfahren 700 betrifft ein Entfernen eines derartigen Rauschens und/oder von Verzerrungen, um eine stabile Zeitbasis vorzusehen zum Erzeugen einer Sequenz von PWM-Pulsen zur Erzeugung von flimmerfreiem Licht.
Das Verfahren 700 weist auf ein Bestimmen 703 einer Sequenz von PWM-Pulsen 517 basierend auf dem Synchronisationssignal 411 derart, dass die Sequenz von PWM-Pulsen 517 einen oder mehrere PWM-Puls(e) pro Halbzyklus der AC-Stromversorgungsspannung aufweist. Weiter wird die Sequenz von PWM-Pulsen 517 derart bestimmt, dass der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) für einen aktuellen Halbzyklus n abhängt/abhängen von dem Synchronisationssignal 411 für zumindest einen Halbzyklus vor dem aktuellen Halbzyklus n. Weiter hängt/hängen der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) für den aktuellen Halbzyklus n typischerweise von dem Synchronisationssignal 411 für den aktuellen Halbzyklus n ab. Durch Berücksichtigung des Synchronisationssignals 411 für eine Vielzahl von Halbzyklen können Variationen der Dauer der Halbzyklen der AC-Stromversorgungsspannung ausgeglichen werden, wodurch eine stabile Zeitbasis zur Erzeugung der PWM-Pulse vorgesehen wird.
Das Verfahren 700 weist weiter auf ein Betreiben 704 des Leistungswandlers 305 in einem ersten Betriebsmodus zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung 309 mit einem ersten Energiepegel in der Sequenz von PWM-Pulsen 517, und ein Betreiben des Leistungswandlers 305 in einem zweiten Betriebsmodus zwischen den PWM-Pulsen 517, wobei in dem zweiten Betriebsmodus der Leistungswandler 305 zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung 309 mit einem zweiten Energiepegel betrieben wird. Der zweite Energiepegel ist niedriger als der erste Energiepegel, wodurch ein PWM-modulierter SSL-Strom 403 erzeugt wird. Weiter hängen der erste Energiepegel und/oder eine Breite des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) von dem Dimmpegel ab, wodurch sichergestellt wird, dass die SSL-Vorrichtung 309 den geeigneten Lichtpegel emittiert.
Somit kann eine PLL verwendet werden, um eine Periode 415 zeitlich zu verfolgen, unter Verwendung eines Tiefpass-Rückkopplungsschleifenfilters in einer in 4 gezeigten Struktur, wobei die Periode 415 zum Erzeugen einer Sequenz von PWM-Pulsen verwendet wird. Die Struktur umfasst 50/60 Hz-Stromversorgungen und geringe Variationen von der Stromversorgung. Die Zeitbasis (d. h. das Phasensignal 417) kann verwendet werden zum Erzeugen der Sequenz von PWM-Pulsen, zum Beispiel eine Vielzahl von PWM-Pulsen pro Halbzyklus, wodurch ein sichtbares Flimmern reduziert oder entfernt wird, wenn ein Leuchtkörper 1 gedimmt wird.
Die PLL-Struktur von 4 ist konfiguriert zum Verfolgen des Synchronisationssignals 411 über einen oder zwei Halbzyklen der Stromversorgung 330. Dies kann verwendet werden, um gerade-ungerade Effekte eines DC-Offsets in der Stromversorgung 330 zu entfernen. Unter Verwendung eines Takts (zum Beispiel bei 10 MHz) kann das Phasensignal 417 erzeugt werden, wobei das Phasensignal 417 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder mehr Rampen oder Basis-Sägezähne pro Halbzyklus aufweisen kann. Die Anzahl von Pulsen pro Halbzyklus kann von einem Benutzer auswählbar sein. Eine Begrenzung der Rückkopplung kann unter Verwendung von anpassbaren Dämpfungen erreicht werden. Der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) eines Halbzyklus kann/können an der Stromversorgungsspitze zentriert sein (möglicherweise von der Rampe des Phasensignals 417 versetzt). Die Dauer der PWM-Pulse kann eine feste Anzahl von Zählungen einer Rampe des Phasensignals 417 sein.
Die Steuervorrichtung 306 kann konfiguriert sein zum Initialisieren eines Werts für die Periode 415, um ein schnelles Koppeln (locking) zu ermöglichen. Zu diesem Zweck kann die Periode 415 anfänglich (zum Beispiel für 3–5 Halbzyklen) nur basierend auf der Periode-Bestimmungseinheit 423 und basierend auf dem Periodenfehler 413 bestimmt werden (ohne Berücksichtigung des Phasenfehlers 414). Als Resultat davon kann eine schnelle Umwandlung der Periode 415 erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich können die Dämpfungen a und/oder b variiert werden, um eine schnelle Umwandlung der Periode 415 und des Phasensignals 417 zu ermöglichen. Insbesondere können die Dämpfungen a und/oder b bei dem Start des Betriebs relativ hoch eingestellt werden und können dann allmählich verringert werden.
Es sollte angemerkt werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme darstellen. Fachleute auf dem Gebiet werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die, obwohl hier nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Sinn und Umfang aufgenommen sind. Zusätzlich sind alle in dem vorliegenden Dokument angeführten Beispiele und Ausführungsbeispiele hauptsächlich ausdrücklich nur für Erläuterungszwecke vorgesehen, um den Leser bei einem Verständnis der Prinzipien der vorgeschlagenen Verfahren und Systeme zu unterstützen. Weiter sollen alle Aussagen hier, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung vorsehen, sowie spezifische Beispiele davon, deren Äquivalente umfassen.

Claims

Eine Steuervorrichtung (306) für eine Treiberschaltung (300) einer Festkörper-Beleuchtung(SSL – solid state lightning)-Vorrichtung (309), wobei die Treiberschaltung (300) einen Leistungswandler (305) aufweist, der konfiguriert ist zum Übertragen von Energie von einem Eingang der Treiberschaltung (300) an die SSL-Vorrichtung (309); wobei die Energie an dem Eingang von einer AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist, die eine Sequenz von Zyklen aufweist; wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum – Bestimmen eines Dimmpegels für die SSL-Vorrichtung (309); – Bestimmen eines Synchronisationssignals (411) durch Vergleichen einer Spannung (229), die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist, mit einer vorgegebenen Schwelle (501, 502); – Bestimmen einer Sequenz von PWM-Pulsen (517) basierend auf dem Synchronisationssignal (411) derart, dass – die Sequenz von PWM-Pulsen (517) einen oder mehrere PWM-Puls(e) pro Halbzyklus der AC-Stromversorgungsspannung aufweist; und – der eine oder die mehreren PWM-Puls(e) für einen aktuellen Halbzyklus n von dem Synchronisationssignal (411) für zumindest einen Halbzyklus vor dem aktuellen Halbzyklus n abhängt/abhängen; und – Betreiben des Leistungswandlers (305) in einem ersten Betriebsmodus zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung (309) mit einem ersten Energiepegel in der Sequenz von PWM-Pulsen (517), und Betreiben des Leistungswandlers (305) in einem zweiten Betriebsmodus zwischen den PWM-Pulse (517); wobei der Leistungswandler (305) in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung (309) mit einem zweiten Energiepegel; wobei der zweite Energiepegel niedriger ist als der erste Energiepegel; und wobei der erste Energiepegel und/oder eine Breite des einen oder mehrerer PWM-Pulse von dem Dimmpegel abhängen.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß Anspruch 1, wobei eine Phase und/oder eine Dauer des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) für den aktuellen Halbzyklus n von dem Synchronisationssignal (411) für zumindest einen Halbzyklus vor dem aktuellen Halbzyklus n abhängt/abhängen.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum – Bestimmen einer vorherigen Periode (415) für einen vorherigen Halbzyklus n – 1; – Bestimmen eines Periodenfehlers (413) basierend auf dem Synchronisationssignal (411) für den aktuellen Halbzyklus n und basierend auf der vorherigen Periode (415); – Bestimmen einer aktuellen Periode (415) für den aktuellen Halbzyklus n durch Aktualisieren der vorherigen Periode (415) unter Verwendung des Periodenfehlers (413); und – Bestimmen des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) für den aktuellen Halbzyklus n basierend auf der aktuellen Periode (415).
Die Steuervorrichtung (306) gemäß Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum Bestimmen der aktuellen Periode (415) für den aktuellen Halbzyklus n auf eine rekursive Weise.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum Anwenden einer Dämpfung auf den Periodenfehler (413) zum Bestimmen der aktuellen Periode (415) für den aktuellen Halbzyklus n.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum – Bestimmen eines Phasenreferenzsignals (416), das eine Sequenz von Sägezahn-Abschnitten aufweist derart, dass eine Dauer eines Sägezahn-Abschnitts für den vorherigen Halbzyklus n – 1 der vorherigen Periode (415) entspricht; – Bestimmen eines Phasenfehlers (414) basierend auf dem Synchronisationssignal (411) für den aktuellen Halbzyklus n und basierend auf dem Phasenreferenzsignal (416) für den vorherigen Halbzyklus n – 1; und – Bestimmen der aktuellen Periode (415) für den aktuellen Halbzyklus n durch Aktualisieren der vorherigen Periode (415) ebenfalls unter Verwendung des Phasenfehlers (414).
Die Steuervorrichtung (306) gemäß Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum Anwenden einer Dämpfung auf den Phasenfehler (414) zum Bestimmen der aktuellen Periode (415) für den aktuellen Halbzyklus n.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum – Bestimmen eines Phasensignals (417), das eine Sequenz von Phasenabschnitten jeweils für eine Sequenz von Halbzyklen hat, derart, dass ein Phasenabschnitt für den aktuellen Halbzyklus n eine Dauer hat, die der aktuellen Periode (415) entspricht, und einen Basis-Sägezahn oder ein ganzzahliges Vielfaches eines Basis-Sägezahns aufweist; wobei der Basis-Sägezahn von einem vorgegebenen Minimumwert bis zu einem vorgegebenen Maximalwert reicht; und – Bestimmen des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) für den aktuellen Halbzyklus n basierend auf dem Phasenabschnitt für den aktuellen Halbzyklus n.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum Erzeugen eines PWM-Pulses zu Zeitpunkten, die einem festen Ausschnitt eines Basis-Sägezahns entsprechen; wobei der feste Ausschnitt von dem Dimmpegel abhängt.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum Erzeugen des Phasenreferenzsignals (416) und/oder des Phasensignals (417) unter Verwendung eines Taktsignals (412) mit einer vorgegebenen Taktfrequenz.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Synchronisationssignal (411) aufweist – eine Sequenz von Pulsen, wobei ein Puls aus der Sequenz von Pulsen einem Zeitpunkt entspricht, wenn die Spannung (229), die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist, die vorgegebene Schwelle (501, 502) kreuzt; oder – eine Rechteckfunktion, wobei eine Flanke der Rechteckfunktion einem Zeitpunkt entspricht, wenn die Spannung (229), die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist, die vorgegebene Schwelle (501, 502) kreuzt.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Leistungswandler (305) aufweist – einen Induktor (307), der konfiguriert ist zum Speichern von Energie von dem Eingang der Treiberschaltung (300) und Freigeben der gespeicherten Energie an die SSL-Vorrichtung (309); und – einen Leistungsschalter (202), der in Serie mit dem Induktor (307) angeordnet ist und der konfiguriert ist, einen Induktorstrom durch den Induktor (307) zu ermöglichen, wenn in einem eingeschalteten Zustand.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß Anspruch 12, wobei für den Betrieb des Leistungswandlers (305) in dem ersten Betriebsmodus die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum wiederholten – Setzen des Leistungsschalters (202) in einen Ein-Zustand, abhängig von einem Erfassen eines Freilaufs des Induktors (307); und – Setzen des Leistungsschalters (203) in einen Aus-Zustand, abhängig von einem Erfassen, dass der Induktorstrom einen vorgegebenen Spitzenstrom erreicht hat; wobei der vorgegebene Spitzenstrom von dem Dimmpegel abhängig ist.
Die Steuervorrichtung (306) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei für den Betrieb des Leistungswandlers (305) in dem zweiten Betriebsmodus die Steuervorrichtung (306) konfiguriert ist zum periodischen – Setzen des Leistungsschalters (202) in einen Ein-Zustand für eine vorgegebene Ein-Dauer (612); und – Setzen des Leistungsschalters (203) in einen Aus-Zustand für eine vorgegebene Aus-Dauer (613); wobei die Ein-Dauer (612) und die Aus-Dauer (613) derart sind, dass die übertragene Energie mit dem zweiten Energiepegel ausreichend ist, um die Steuervorrichtung (306) in Betrieb zu halten.
Verfahren (700) zum Betreiben einer Festkörper-Beleuchtung(SSL – solid state lightning)-Vorrichtung (309) unter Verwendung einer Treiberschaltung (300), wobei die Treiberschaltung (300) einen Leistungswandler (305) aufweist, der konfiguriert ist zum Übertragen von Energie von einem Eingang der Treiberschaltung (300) an die SSL-Vorrichtung (309); wobei die Energie an dem Eingang von einer AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist, die eine Sequenz von Zyklen aufweist; wobei das Verfahren (700) aufweist – Bestimmen (701) eines Dimmpegels für die SSL-Vorrichtung (309); – Bestimmen (702) eines Synchronisationssignals (411) durch Vergleichen einer Spannung (229), die von der AC-Stromversorgungsspannung abgeleitet ist, mit einer vorgegebenen Schwelle (501, 502); – Bestimmen (703) einer Sequenz von PWM-Pulsen (517) basierend auf dem Synchronisationssignals (411) derart, dass – die Sequenz von PWM-Pulsen (517) einen oder mehrere PWM-Puls(e) pro Halbzyklus der AC-Stromversorgungsspannung aufweist; und – der eine oder die mehrere(n) PWM-Puls(e) für einen aktuellen Halbzyklus n von dem Synchronisationssignal (411) für zumindest einen Halbzyklus vor dem aktuellen Halbzyklus n abhängt/abhängen; und – Betreiben (704) des Leistungswandlers (305) in einem ersten Betriebsmodus zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung (309) mit einem ersten Energiepegel in der Sequenz von PWM-Pulsen (517), und Betreiben des Leistungswandlers (305) in einem zweiten Betriebsmodus zwischen den PWM-Pulse (517); wobei der Leistungswandler (305) in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird zum Liefern von Energie an die SSL-Vorrichtung (309) mit einem zweiten Energiepegel; wobei der zweite Energiepegel niedriger ist als der erste Energiepegel; und wobei der erste Energiepegel und/oder eine Breite des einen oder der mehreren PWM-Pulse(s) von dem Dimmpegel abhängt/abhängen.