DE102015203950A1

DE102015203950A1 - Betriebsgerät mit Erkennung des Wegfalls der Versorgungsspannung

Info

Publication number: DE102015203950A1
Application number: DE102015203950.1A
Authority: DE
Inventors: Patrick Marte; Christian Nesensohn; Oliver Wynnyczenko
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-09-08
Also published as: AT16194U1

Abstract

Es wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel bereitgestellt, aufweisend eine aktiv mittels eines Schalters getaktete PFC-Schaltung, die einen ausgehend von einer Steuerschaltung getakteten Schalter aufweist und ausgehend von einer Versorgungsspannung versorgt wird, wobei die Steuerschaltung den Schalter mit einer Regelschleife taktet, bei der die erfasste Ausgangsspannung der PFC-Schaltung die Istgrösse und die Taktung des Schalters die Steuergrösse ist, und Erfassungsmittel für die Einschaltzeitdauer der Taktung des Schalters, die den zeitlichen Verlauf der Einschaltzeitdauer erfassen und abhängig davon auf wenigstens zwei der folgenden drei möglichen Zustände der Versorgungsspannung schließen: Anliegen einer DC-Spannung, Anliegen einer AC-Spannung, oder Wegfall der Versorgungsspannung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsgerät, insbesondere für Leuchtmittel und vorzugsweise auf ein Notlichtbetriebsgerät, das es erlaubt, den Wegfall einer Versorgungsspannung an eingangsseitigen Anschlüssen des Betriebsgeräts zu erkennen und insbesondere von anderen Zuständen der Versorgungsspannung zu unterscheiden.
Das Betriebsgerät weist dazu vorzugsweise Erfassungsmittel auf, die die anliegende Versorgungsspannung auswerten. Insbesondere weist das Betriebsgerät weiter eine Leistungsfaktorkorrektur- bzw. PFC-Schaltung auf. Die PFC-Schaltung weist einen getakteten Schalter auf, der von einer Steuerschaltung getaktet wird. Zudem können die Erfassungsmittel, die z. B. als Erkennungsschaltung realisiert sind, auch Teil der Steuerschaltung sein, um eine AC-Versorgungsspannung und/oder eine DC-Versorgungsspannung zu erkennen, mit der das Betriebsgerät versorgt wird.
Es ist dabei bekannt, dass eine Erkennung einer Versorgungsspannung dahingehend, ob eine AC Spannung (Wechselspannung) oder eine DC Spannung (Gleichspannung) vorliegt, vor allem für Betriebsgeräte in Notlichtgeräten wichtig ist. Betriebsgeräte in Notlichtgeräten verwenden die Unterscheidung zwischen AC-Spannung und DC-Spannung dazu, einen Notlichtbetrieb zu erkennen und ggf. in einen Notlichtbetrieb zu wechseln. Die DC-Spannung kann dabei eine Versorgung ausgehend von einem Energiespeicher wie einer Batterie bzw. einem Akkumulator anzeigen, die nach Ausfall der AC-Versorgungsspannung aktiviert wird.
Folglich wird abhängig von der am Eingang des Betriebsgeräts erkannten Versorgungsspannung der Betriebsmodus des Betriebsgeräts gewählt (bei AC-Versorgung beispielsweise Normalbetrieb, bei DC-Versorgung Notlichtbetrieb).
Es ist auch bekannt, dass zur Erfassung des Anliegens einer DC-Versorgungsspannung oder einer AC-Versorgungsspannung eine Schaltung mit einem asymmetrischen Spannungsteiler verwendet werden kann, wobei auf Basis eines an dem asymmetrischen Spannungsteiler abgegriffenen Signals (beispielsweise dessen Mittenpunktspannung) eine anliegende AC-Spannung von einer DC-Spannung unterschieden werden kann.
Problematisch ist nunmehr, dass in einigen Betriebsgeräten zwischen den eingangsseitigen Netzanschlüssen des Betriebsgeräts und dem Spannungsteiler eine Filterschaltung vorgesehen ist, die Kondensatoren aufweist. Fällt nunmehr die Versorgungsspannung zu einem Zeitpunkt einer hohen Versorgungsspannungs- bzw. Netzspannungsamplitude aus, sind die Kondensatoren der Filterschaltung zunächst auf eine hohe Spannung aufgeladen und entladen sich langsam über den (insbesondere asymmetrischen) Spannungsteiler. Somit wird an dem Spannungsteiler nicht sofort der Wegfall der Versorgungsspannung erkannt, sondern vielmehr, dass beispielsweise statt der vorher anliegenden AC-Spannung eine DC-Spannung anliegt.
Die von den Kondensatoren ausgegebene DC-Spannung führt somit dazu, dass die Steuerschaltung des Betriebsgeräts Maßnahmen einleitet, die für den Fall vorgesehen sind, dass eine DC-Spannung erkannt wird. So kann beispielsweise ein Starten des Betriebsgeräts insgesamt erfolgen, um beispielsweise zugeordnete Leuchtmittel für den Notlichtbetriebsmodus zu aktivieren. Andererseits können auch durch das bereits aktive Betriebsgerät entsprechende Leuchtmittel aktiviert werden.
Diese Reaktion ist indessen unerwünscht, da insgesamt der Anlauf des Betriebsgeräts bzw. die Aktivierung der entsprechenden Leuchtmittel zu einer Belastung der verwendeten Schaltungskomponenten führt und lediglich bis zur Erschöpfung der in den Kondensatoren gespeicherten Energie eine Versorgung möglich ist.
Diese Energie sollte indessen verwendet werden, um andere Funktionen des Betriebsgeräts zu aktivieren. Bei einem kompletten Wegfall der Versorgungsspannung sollte die Steuerschaltung (beispielsweise ein ASIC oder Microcontroller zur Regelung des PFC) z. B. in einen Ruhezustand/Schlafmodus (sleep mode) übergehen und die Leuchtmittel sollen nicht gestartet werden. Stattdessen sollte die verbleibende Energie genutzt werden, um beispielsweise Betriebsparameter der Steuerschaltung abzuspeichern.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine exakte Erkennung des Wegfalls der Versorgungsspannung zu ermöglichen.
Die Erfindung schlägt dazu ein Betriebsgerät und ein Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einem ersten Aspekt wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel bereitgestellt, aufweisend eine aktiv mittels eines Schalters getaktete PFC-Schaltung, die einen ausgehend von einer Steuerschaltung getakteten Schalter aufweist und ausgehend von einer Versorgungsspannung versorgt wird, wobei die Steuerschaltung den Schalter mit einer Regelschleife taktet, bei der die erfasste Ausgangsspannung der PFC-Schaltung die Istgrösse und die Taktung des Schalters die Steuergrösse ist, und Erfassungsmittel für die Einschaltzeitdauer der Taktung des Schalters, die den zeitlichen Verlauf der Einschaltzeitdauer erfassen und abhängig davon auf wenigstens zwei der folgenden drei möglichen Zustände der Versorgungsspannung schließen: Anliegen einer DC-Spannung, Anliegen einer AC-Spannung, oder Wegfall der Versorgungsspannung.
Das Betriebsgerät kann bei Anliegen einer DC-Spannung in einen Notbeleuchtungsmodus oder -betrieb übergehen, und/oder bei Wegfall der AC-Spannung Betriebsdaten abspeichern und/oder sich dann abschalten.
Die Erfassungsmittel können in der Steuerschaltung integriert sein.
Die Erfassungsmittel können die Eischaltzeitdauer und/oder einen Anstieg der Einschaltzeitdauer auswerten, insbesondere bezüglich eines Schwellenwerts für die Einschaltzeitdauer.
Die Erfassungsmittel können die Einschaltzeitdauer in vorbestimmten Zeitintervallen auswerten und/oder einen Anstieg innerhalb eines Intervalls mit einem Schwellenwert für den Anstieg vergleichen.
Die Erfassungsmittel und/oder die Steuerschaltung können einen Wegfall der Versorgungsspannung erkennen, wenn die Einschaltzeitdauer den Schwellenwert für die Einschaltzeitdauer überschreitet, und/oder der Anstieg der Einschaltzeitdauer einen Schwellenwert für den Einschaltzeitdaueranstieg überschreitet.
In dem Betriebsgerät kann wenigstens ein mit der Versorgungsspannung versorgter Spannungsteiler vorgesehen sein. Der Spannungsteiler kann asymmetrisch sein.
Die Erfassungsmittel können dazu eingerichtet sein, an dem Spannungsteiler Spannungswerte zu erfassen und die erfassten Spannungswerte auszuwerten. Basierend darauf kann das Anliegen der DC-Spannung und das Anliegen der AC-Spannung erkannt werden.
Die Erfassungsmittel können eine zeitliche Veränderung eines Werts eines Verhältnisses einer Ausschaltzeitdauer zu der Einschaltzeitdauer erfassen.
Die Erfassungsmittel können den Wert des Verhältnisses bezüglich eines Schwellenwertes auswerten.
Die Erfassungsmittel können den Wert des Verhältnisses bezüglich eines Schwellenwertes für eine vorbestimmte Zeit/in einem vorbestimmten Zeitfenster auswerten.
Die Erfassungsmittel können die AC Versorgungsspannung erkennen, wenn der Wert des Verhältnisses der Ausschaltzeitdauer zu der Einschaltzeitdauer in dem Zeitfenster oder in aufeinanderfolgenden Zeitfenstern um den Schwellenwert schwankt, z. B. abwechselnd über oder unter dem Schwellenwert liegt.
Die Erfassungsmittel können die DC Versorgungsspannung erkennen, wenn der Wert des Verhältnisses der Ausschaltzeitdauer zu der Einschaltzeitdauer in dem Zeitfenster oder in aufeinanderfolgenden Zeitfenstern lediglich über dem Schwellenwert liegt.
Die Erfassungsmittel können den Wegfall der Versorgungsspannung erkennen, wenn der Wert des Verhältnisses der Ausschaltzeitdauer zu der Einschaltzeitdauer in dem Zeitfenster oder in aufeinanderfolgenden Zeitfenstern lediglich unter dem Schwellenwert liegt.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Erkennung des Zustands der Versorgungsspannung eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel bereitgestellt, wobei eine aktiv mittels eines Schalters getaktete PFC-Schaltung, einen ausgehend von einer Steuerschaltung getakteten Schalter aufweist und ausgehend von einer Versorgungsspannung versorgt wird, wobei die Steuerschaltung den Schalter mit einer Regelschleife taktet, bei der die erfasste Ausgangsspannung der PFC-Schaltung die Istgrösse und die Taktung des Schalters die Steuergrösse ist, und Erfassungsmittel für die Einschaltzeitdauer der Taktung des Schalters, die den zeitlichen Verlauf der Einschaltzeitdauer erfassen und abhängig davon auf wenigstens zwei der folgenden drei möglichen Zustände der Versorgungsspannung schließen: Anliegen einer DC-Spannung, Anliegen einer AC-Spannung, oder Wegfall der Versorgungsspannung.
Integrierte Steuerschaltung, die zur Unterstützung des Verfahrens ausgebildet ist, wie es vorstehend beschrieben ist.
Die Erfindung wird nunmehr mit Bezug auf die Figuren und mit weiteren Aspekten beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch einen exemplarischen Schaltungsaufbau gemäß der Erfindung;
2 schematisch einen Spannungsteiler;
3 exemplarisch verschiedene Spannungsverläufe;
4 schematisch einen Spannungsteiler mit vorgeschaltetem Filter;
5 exemplarisch Kurvenverläufe zur Erkennung eines Wegfalls der Versorgungsspannung;
6 schematisch eine PFC-Schaltung; und
7 exemplarisch Verläufe von Versorgungsspannungen im Vergleich zu zeitlichen Veränderungen eines Verhältnisses einer Ausschaltzeitdauer t_off zu einer Einschaltzeitdauer t_on.
Ein exemplarischer Aufbau der Schaltung mit den erfindungsgemäßen Komponenten ist in 1 gezeigt. Ausgehend von einer elektrischen Versorgung/Versorgungsspannung V, ist ein optionaler Filter F, beispielsweise ein EMI (Elektro-Magnetische Interferenz) Filter gespeist, dem der Spannungsteiler ST nachgeschaltet ist. Bei dem Filter F kann es sich auch um einen anderen Filter handeln. Ausgehend von dem Spannungsteiler ST erfolgt eine Versorgung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC mit dem getakteten Schalter S1. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC kann wiederum einen Konverter K speisen, von dem Ausgehend ein Leuchtmittel bzw. eine Last LA betrieben wird.
Eine Steuerschaltung S ist ebenfalls gezeigt, die den getakteten Schalter S1 der Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC in einer Regelschleife getaktet ansteuert, bei der die erfasste Ausgangsspannung V_BUS der PFC-Schaltung die Istgrösse und die Taktung des Schalters S1 die Steuergrösse ist. Weiter sind Erfassungsmittel E vorgesehen, die den zeitlichen Verlauf einer Einschaltzeitdauer t_on erfassen können. Die Erfassungsmittel E können dabei Teil der Steuerschaltung S (z. B. ein Mikrocontroller, ASIC, ...) oder separat davon vorgesehen sein. Eine integrierte Einheit SI mit Erfassungsmitteln E und der Steuerschaltung S ist daher ebenfalls dargestellt. Die Erfassungsmittel E können dann abhängig von der erfassten Einschaltzeitdauer t_on wenigstens zwei der folgenden drei möglichen Zustände der Versorgungsspannung erkennen: Anliegen einer DC-Spannung, Anliegen einer AC-Spannung, und/oder Wegfall der Versorgungsspannung. Dazu können die Erfassungsmittel E an dem Spannungsteiler ST ein Signal erfassen anhand dessen eine Unterscheidung zwischen einem AC oder DC-Betrieb erfolgen kann (Pfeil von dem Spannungsteiler ST zu den Erfassungsmitteln E).
Weiter wird durch die Erfassungsmittel E erfasst, wie sich die Einschaltzeitdauer t_on des PFC-Schalters S1 verhält (Pfeil von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC zu den Erfassungsmitteln E). Die Steuerschaltung S führt eine Regelung der von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC ausgegebenen Ausgangs- bzw. Busspannung V_BUS (Pfeil von der PFC-Schaltung zur Steuerschaltung S) durch und regelt die Einschaltzeitdauer t_on des PFC-Schalters S1 entsprechend (Pfeil von der Steuerschaltung S zur Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC) in einer verhältnismäßig schnellen Regelschleife. Dabei versucht die Steuerschaltung S, die Ausgangsspannung des PFCs konstant zu halten. Zusätzlich kann die Steuerschaltung S auch noch Funktionen des Konverters K (z. B. ein Flyback-, Boost-, Buck-Konverter, ...) steuern (gestrichelter Pfeil).
Fällt nun die Versorgungsspannung V vollständig weg, so versucht die Steuerschaltung S weiterhin, die Ausgangsspannung V_BUS der Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC konstant zu halten. Dies führt sehr schnell zu einer Verlängerung der Einschaltzeitdauer t_on des PFC-Schalters S1, die durch die Erfassungsmittel E gemäß der Erfindung erfasst und ausgewertet wird. Insbesondere können die Erfassungsmittel E in zeitlichen Abständen, beispielsweise in zeitlichen Intervallen, die Einschaltzeitdauern t_on des PFC-Schalters S1 erfassen. Erfolgt eine solche Messung in regelmäßigen Intervallen, so können die Erfassungsmittel E aus zwei aufeinanderfolgenden Messungen ein Verhalten der Einschaltzeitdauer t_on bestimmen.
Einerseits kann so bestimmt werden, ob die Einschaltzeitdauer t_on bei einer Messung über einem für die Erfassungsmittel E vorgesehenen oder diesen zugeführten Schwellenwert liegt. Ist dies der Fall, wird ein Wegfall der Versorgungsspannung V und insbesondere einer AC-Versorgungsspannung erkannt und eine entsprechende Routine kann ausgeführt werden. Es können dann Maßnahmen ergriffen werden, die für den Wegfall der Versorgungsspannung V vorgesehen sind, insbesondere das Versetzen der Steuerschaltung S in einen Ruhezustand und Abspeichern von Betriebsparametern in der Steuerschaltung S (Pfeil von den Erfassungsmitteln E zur Steuerschaltung S). Es erfolgt insbesondere keine Aktivierung von Leuchtmitteln bzw. Betriebsmitteln und es erfolgt auch kein Start- bzw. Neustart des Betriebsgeräts.
Andererseits kann auch ein Ansteigeverhalten bestimmt werden. So kann innerhalb eines Erfassungsintervalls bzw. zwischen zwei Erfassungszeitpunkten ein Anstieg der Einschaltzeitdauer t_on bestimmt werden, da der Abstand zwischen zwei Messungen bekannt ist. Liegt der Anstieg bzw. der Wert des Anstiegs über einem den Erfassungsmitteln E vorgegebenen Schwellenwert, so kann auf den Wegfall der Versorgungsspannung V geschlossen werden (insbesondere unabhängig von der Auswertung an dem z. B. asymmetrischen Spannungsteiler). Entsprechend kann, wie oben beschrieben, eine Routine für den Wegfall der Versorgungsspannung V von der Steuerschaltung S ausgeführt werden, z. B. nach empfang eines den Wegfall anzeigenden Signals durch die Steuerschaltung S von den Erfassungsmitteln E.
Ebenso kann nur ein Betrieb der zugeordneten Leuchtmittel im Notbetriebsmodus freigegeben werden, wenn einerseits die asymmetrische Spannungsteilerschaltung ST anzeigt, dass eine DC-Spannung anliegt und andererseits die Auswertung der Einschaltzeitdauer t_on bzw. des Anstieges der Einschaltzeitdauer t_on ergibt, dass keine zu lange Einschaltzeitdauer t_on bzw. kein übermäßiger Anstieg oder Sprung vorliegt.
2 zeigt schematisch einen Spannungsteiler ST, an dem eine Eingangsspannung V_IN anliegt, die ausgehend von der Versorgungsspannung V über die Leitungen L und N geliefert wird. Gezeigt ist ein asymmetrischer Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen R1, R2, R3 und R4, wobei die Eingangsspannung V_IN an den Widerständen R1 und R3 erfasst wird. Der Widerstandswert der Widerstände R1 und R3 ist dabei verschieden. Ein Erfassungspunkt (Mess-Pin) PV_OUT ist an einem Mittenpunkt zwischen den Widerständen R3 und R4 vorgesehen zur Erfassung einer Ausgabespannung V_OUT. Der asymmetrische Spannungsteiler führt dazu, dass sich bei negativen und positiven Halbwellen der Eingangsspannung V_IN unterschiedliche Spannungsspitzenwerte der Ausgabespannung V_OUT ergeben.
Dies ist in 3 veranschaulicht, in der Spannungsverläufe für die Ausgabespannung V_OUT für verschiedene Eingangsspannungen V_IN (AC-Spannung (AC), positive gleichgerichtete AC-Spannung (+Rectified AC), negative gleichgerichtete AC-Spannung (–Rectified AC), positive DC-Spannung (+DC), negative DC-Spannung (–DC)) dargestellt sind. Dabei sind die Spannungsverläufe für die Ausgabespannung V_OUT dargestellt, die von den Erfassungsmitteln E und/oder der Steuerschaltung S an dem Erfassungs-Pin PV_OUT an dem Spannungsteiler ST erfasst werden können.
4 zeigt nunmehr die Schaltung aus 3 mit vorgeschaltetem Filter F. Dieser Filter weist insbesondere zwei Spulen/Induktivitäten L_EMI1, L_EMI2 sowie zwei zwischen den Versorgungsleitungen L, N parallel geschaltete Kondensatoren C_EMI1 und C_EMI2. Die Kondensatoren laden sich, wie bereits ausgeführt bei Anliegen einer Versorgungsspannung auf. Es können auch andere Filter vorgesehen sein, die Kondensatoren aufweisen, die sich nach einem Wegfall der Versorgungsspannung V zunächst entladen müssen.
5 veranschaulicht wie der Wegfall einer Versorgungsspannung V erkannt werden kann. Hier liegt beispielsweise eine AC Spannung als Versorgungsspannung V am Eingang des Betriebsgeräts an, bzw. an der (asymmetrischen) Spannungsteilerschaltung ST aus 2. Entsprechend ergibt sich der in 5 oben aufgetragene Verlauf der Ausgabespannung V_OUT. Es kann nun ein Schwellenwert bzw. Referenzwert Ref_Voff vorgegeben sein. Unterschreitet die Ausgabespannung V_OUT diesen Referenzwert Ref_Voff, insbesondere für eine bestimmte Zeitdauer, kann ein Ausfall der Versorgungsspannung V erkannt werden.
Der Zeitpunkt jedoch, an dem eine Unterschreitung des Schwellenwertes Ref_Voff für die Ausgabespannung V_OUT von den Erfassungsmitteln E erkannt werden kann, hängt vom Ladezustand der Filterkondensatoren ebenso ab wie von deren Kapazität. Fällt beispielsweise zu einem Ausfallzeitpunkt t_cut die Versorgungsspannung V aus, so wird bei geringem Ladestand und/oder geringer Kapazität der Kondensatoren der Referenzwert Ref_Voff rasch unterschritten (angedeutet durch die gestrichelte Fortsetzung des Kurvenverlaufs).
Bei hohem Ladestand und/oder hoher Kapazität der Kondensatoren erfolgt jedoch ein langsamerer Abfall der Ausgabespannung V_OUT und somit wird der Referenzwert Ref_Voff später unterschritten (angedeutet durch die gestrichpunktete Fortsetzung des Kurvenverlaufs). Insgesamt kann sich so eine vom Ladestand der Kondensatoren abhängige zeitliche Verzögerung Δt ergeben für die Erkennung eines Wegfalls der Versorgungsspannung V.
Wird nun aber wie in 5 unten gezeigt die Einschaltzeitdauer des PFC-Schalters S1 überwacht, so ist eine schnellere Erkennung möglich. Ist beispielsweise für die Einschaltzeitdauer t_on des Schalters S1 ein Schwellenwert Ref_tonVoff vorgesehen, so kann die Unterbrechung der Versorgungsspannung V, z. B. der AC Versorgungsspannung, erkannt werden, wenn die Einschaltzeitdauer den Schwellenwert Ref_tonVoff für die Einschaltzeitdauer t_on überschreitet.
Weiter kann ausgewertet werden, ob in einem bestimmten Zeitintervall ein Anstieg des Einschaltzeitdauerwerts t_on erfolgt, beispielsweise dann, wenn eine Überprüfung innerhalb von bestimmten Zeitintervallen insbesondere kontinuierlich, z. B. nach Überschreiten des Schwellenwerts Ref_tonVoff für die Einschaltzeitdauer t_on erfolgt. Ist folglich innerhalb von zwei Messungen die Einschaltzeitdauer t_on so stark angestiegen, dass sich ein Wert ergibt, der über einem Wert für die maximal zulässige Steigung der Einschaltzeitdauer t_on liegt, so kann auch hierdurch der Ausfall der Versorgungsspannung V erkannt werden. Die Zeit Δt kann also, wie in 5 unten gezeigt, stark verkürzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, statt einer Überwachung des Verhaltens der Einschaltzeitdauer t_on, das Verhältnis einer Ausschaltzeitdauer t_off zur der Einschaltzeitdauer t_on zu erfassen und basierend darauf eine Diskriminierung bezüglich der Zustände der Versorgungsspannung vorzunehmen. Es ist dann entweder kein Spannungsteiler notwendig oder es kann ein symmetrischer Spannungsteiler eingesetzt werden. Insbesondere wird der Wert des Verhältnisses ermittelt und ausgewertet. Im Folgenden wird dafür lediglich der Begriff Verhältnis verwendet.
6 zeigt einen Ausschnitt der Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC aus 1 detaillierter. Gezeigt ist hier eine Spule L1, deren Magnetisierungszustand mittels einer Hilfswicklung L2 über einen Widerstand R5 an einem Messpunkt (oder Pin) ZX erfasst wird. Dies geschieht insbesondere zur Erfassung eines Nulldurchgangs der angelegten Spannung V_IN bzw. der Versorgungsspannung V. Weiter ist der PFC Schalter S1 gezeigt, der in Serie mit einem Messwiderstand R_shunt geschaltet ist und die Versorgungsleitungen L, N verbinden kann. An dem Messwiderstand R_shunt kann mittels eines Abgriffs (Pin) CS ein Strom durch den Schalter erfasst werden („current sense”), während mittels eines Abgriffs Pt_on die Einschaltzeitdauer t_on des Schalters S1 erfasst werden kann. Der Schalter S1 kann dabei als Transistor und insbesondere als FET oder MOSFET ausgebildet sein.
Der Schalter ist an der bezüglich des Potentials höheren Seite folglich mit dem Ausgang der Spule L1 sowie mit einer Anode einer Diode D1 verbunden. An der Katode der Diode D1 ist parallel zu der Serienschaltung des Schalters S1 mit dem Messwiderstand R_shunt ein Glättungskondensator C1 verschaltet. Ebenso kann an dem Abgriff Pt_on auch die Ausschaltzeitdauer bestimmt werden, oder diese kann sich aus der Zeit zwischen zwei Einschaltzeitpunkten des Schalters S1 ergeben.
In einer ersten Phase, in der der Schalter S1 geschlossen ist, fließt Strom durch die Spule L1 und den Schalter S1.
In dieser Phase wird die Energie in der Spule L1 gespeichert. In einer zweiten Phase wird der Schalter S1 geöffnet und die Spule L1 treibt den Strom durch die Diode D1 bis der Spulenstrom den Wert Null (ZX, „zero crossing”) erreicht. Danach beginnt erneut die erste Phase.
Das Verhältnis der Ausschaltzeitdauer t_off und der Einschaltzeitdauer t_on des Schalters S1 hängt direkt von der momentanen Versorgungsspannung V ab. Das Verhältnis der Ausschaltzeitdauer t_off zu der Einschaltzeitdauer t_on des Schalters S1 der PFC Schaltung ist also eine Art invertierter „duty cycle”.
Insbesondere ergibt sich das Verhältnis wie folgt:
wobei die Spannung V_BUS die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC ausgegebene Spannung ist und V die Versorgungsspannung V, die der Eingangsspannung V_IN entsprechen kann oder einer Netzversorgungsspannung V_MAINS.
Dabei entspricht die Spannung V_BUS der Spannung an dem Kondensator C1 und wird insbesondere durch Regelung des PFC Schalters S1 durch die Steuerschaltung S konstant gehalten. Die Erfassungsmittel E werten das Verhältnis der Ausschaltzeitdauer t_off zu der Einschaltzeitdauer t_on nun bezüglich eines Schwellenwerts limit aus. Da die Einschaltzeitdauer t_on und die Ausschaltzeitdauer t_off durch die Erfassungsmittel E erfasst werden, kann nun eine AC bzw. DC-Spannungserkennung durch Auswerten des Verhältnisses der Einschaltzeitdauer t_on und der Ausschaltzeitdauer t_off innerhalb eines bestimmten Zeitfensters (beispielsweise 5–20 ms, vorzugsweise 10 ms) erfolgen.
Liegt das Verhältnis t_off zu t_on zu bestimmten Zeitpunkten oberhalb des vorgegebenen Schwellenwerts „limit”, dann aber auch unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts „limit” und schwankt so also insgesamt, so werten die Erfassungsmittel E dies als Anliegen einer AC Spannung aus und das Betriebsgerät stellt einen entsprechenden Betrieb ein. Insbesondere erfolgt diese Schwankung in dem Zeitfenster oder in zwei aufeinanderfolgenden Zeitfenstern.
Bleibt das Verhältnis Ausschaltzeitdauer t_off zu Einschaltzeitdauer t_on dagegen konstant und insbesondere konstant über dem vorgegebenen Schwellenwert „limit” wird auf das Anliegen einer DC Spannung geschlossen.
Ist das Verhältnis der Ausschaltzeitdauer t_off zu Einschaltzeitdauer t_on dagegen konstant aber auf einem geringen Wert und damit unterhalb des Schwellenwerts „limit” (die Steuerschaltung S versucht also die maximale Einschaltzeitdauer t_on des Schalters S1 einzustellen) wird auf einen Ausfall der Versorgungsspannung geschlossen.
Ein Graph, der die Abhängigkeit des Verhältnisses der Ausschaltzeitdauer t_off zu Einschaltzeitdauer t_on veranschaulicht ist in 7 gezeigt. Dort ist beispielsweise der Verlauf der Versorgungsspannung V und des Verhältnisses Ausschaltzeitdauer t_off zu Einschaltzeitdauer t_on Für Wechselspannungen AC von 230 V und 150 V und Gleichspannungen DC von 230 V und 150 V.
Beide Aspekte der Erfindung erlauben es daher eine verbesserte Erkennung des Versorgungsspannungswegfall zu ermöglichen.
Es ist zu verstehen, dass die Komponenten aus 1 Teil eines Notlichtbetriebsgeräts sein können. Die Steuerschaltung S kann die Funktionalität der Erfassungsmittel E umfassen und auch andere Steueraufgaben erfüllen. Ebenso ist jedoch zu verstehen, dass die Komponenten in anderen Modulen vorgesehen sind. So kann ein Filter F z. B. dem Betriebsgerät vorgeschaltet und somit nicht Teil des Betriebsgeräts sein. Ebenso kann der Konverter K auch dem Betriebsgerät nachgeschaltet sein. Auch können die Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC und ein asymmetrischer Spannungsteiler parallel angeordnet sein und so jeweils ausgehend von der Versorgungsspannung V separat versorgt werden, wobei an dem Spannungsteiler und der Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC dann jeweils die Ausgabespannung V_OUT und die Einschaltzeitdauer t_on erfasst werden können. Die Erfassungsmittel E und die Steuerschaltung S können als integrierte Steuerschaltung SI ausgebildet sein.

Claims

Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend: – eine aktiv mittels eines Schalters (S1) getaktete PFC-Schaltung (PFC), die einen ausgehend von einer Steuerschaltung (S) getakteten Schalter (S1) aufweist und ausgehend von einer Versorgungsspannung (V) versorgt wird, wobei die Steuerschaltung (S) den Schalter (S1) mit einer Regelschleife taktet, bei der die erfasste Ausgangsspannung (V_BUS) der PFC-Schaltung die Istgrösse und die Taktung des Schalters (S1) die Steuergrösse ist, – Erfassungsmittel (E) für die Einschaltzeitdauer (t_on) der Taktung des Schalters (S1), die den zeitlichen Verlauf der Einschaltzeitdauer (t_on) erfassen und abhängig davon auf wenigstens zwei der folgenden drei möglichen Zustände der Versorgungsspannung schließen: – Anliegen einer DC-Spannung – Anliegen einer AC-Spannung, oder – Wegfall der Versorgungsspannung.
Betriebsgerät nach Anspruch 1, wobei das Betriebsgerät dazu ausgelegt ist, – bei Anliegen einer DC-Spannung in einen Notbeleuchtungsmodus überzugehen, und/oder – bei Wegfall der AC-Spannung Betriebsdaten abzuspeichern und/oder sich dann abzuschalten.
Betriebsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erfassungsmittel (E) in der Steuerschaltung (S) integriert sind.
Betriebsgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, die Eischaltzeitdauer (t_on) und/oder einen Anstieg der Einschaltzeitdauer (t_on) auszuwerten, insbesondere bezüglich eines Schwellenwerts (Ref_Voff)
Betriebsgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, die Einschaltzeitdauer (E) in vorbestimmten Zeitintervallen auszuwerten.
Betriebsgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind einen Wegfall der Versorgungsspannung (V) zu erkennen, wenn die Einschaltzeitdauer (t_on) den Schwellenwert für die Einschaltzeitdauer (Ref_Voff) überschreitet, und/oder der Anstieg der Einschaltzeitdauer (t_on) einen Schwellenwert für den Einschaltzeitdaueranstieg überschreitet.
Betriebsgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei in dem Betriebsgerät wenigstens ein mit der Versorgungsspannung (V) versorgter Spannungsteiler (ST) vorgesehen ist, insbesondere ein asymmetrischer Spannungsteiler.
Betriebsgerät nach Anspruch 7, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, an dem Spannungsteiler (ST) Spannungswerte zu erfassen und auszuwerten, und basierend darauf das Anliegen der DC-Spannung und das Anliegen der AC-Spannung zu erkennen.
Betriebsgerät nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, eine zeitliche Veränderung eines Werts eines Verhältnisses (t_off/t_on) einer Ausschaltzeitdauer (t_off) zu der Einschaltzeitdauer (t_on) zu erfassen.
Betriebsgerät nach Anspruch 9, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, den Wert des Verhältnisses (t_off/t_on) zu erfassen und bezüglich eines Schwellenwertes (limit) auszuwerten.
Betriebsgerät nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, den Wert des Verhältnisses (t_off/t_on) bezüglich des Schwellenwertes (limit) für eine vorbestimmte Zeit/in einem vorbestimmten Zeitfenster auszuwerten.
Betriebsgerät nach Anspruch 11, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, die AC-Spannung zu erkennen, wenn der Wert des Verhältnisses (t_off/t_on) in dem Zeitfenster um den Schwellenwert (limit) schwankt, insbesondere wechselnd über oder unter dem Schwellenwert liegt.
Betriebsgerät nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, die DC-Spannung zu erkennen, wenn der Wert des Verhältnisses in dem Zeitfenster lediglich über dem Schwellenwert (limit) liegt.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Erfassungsmittel (E) dazu eingerichtet sind, den Wegfall der Versorgungsspannung (V) zu erkennen, wenn der Wert des Verhältnisses in dem Zeitfenster lediglich unter dem Schwellenwert (limit) liegt.
Verfahren zur Erkennung des Zustands der Versorgungsspannung eines Betriebsgerät für Leuchtmittel, wobei eine aktiv mittels eines Schalters getaktete PFC-Schaltung, einen ausgehend von einer Steuerschaltung getakteten Schalter aufweist und ausgehend von einer Versorgungsspannung versorgt wird, wobei die Steuerschaltung den Schalter mit einer Regelschleife taktet, bei der die erfasste Ausgangsspannung der PFC-Schaltung die Istgrösse und die Taktung des Schalters die Steuergrösse ist, – Erfassungsmittel für die Einschaltzeitdauer t_on der Taktung des Schalters, die den zeitlichen Verlauf der Einschaltzeitdauer erfassen und abhängig davon auf wenigstens zwei der folgenden drei möglichen Zustände der Versorgungsspannung schliessen: – Anliegen einer DC-Spannung – Anliegen einer AC-Spannung, oder – Wegfall der Versorgungsspannung.
Integrierte Steuerschaltung, die zur Unterstützung eines Verfahrens nach 15 ausgelegt ist.
Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend: – eine aktiv mittels eines Schalters (S1) getaktete PFC-Schaltung (PFC), die einen ausgehend von einer Steuerschaltung (S) getakteten Schalter (S1) aufweist und ausgehend von einer Versorgungsspannung (V) versorgt wird, wobei die Steuerschaltung (S) den Schalter (S1) mit einer Regelschleife taktet, bei der die erfasste Ausgangsspannung (V_BUS) der PFC-Schaltung die Istgrösse und die Taktung des Schalters (S1) die Steuergrösse ist, – Erfassungsmittel (E) für die Einschaltzeitdauer (t_on) und der Ausschaltdauer (t_off) der Taktung des Schalters (S1), die eine zeitliche Veränderung eines Werts eines Verhältnisses (t_off/t_on) der Ausschaltzeitdauer (t_off) zu der Einschaltzeitdauer (t_on) erfassen und abhängig davon auf wenigstens zwei der folgenden drei möglichen Zustände der Versorgungsspannung schließen: – Anliegen einer DC-Spannung – Anliegen einer AC-Spannung, oder – Wegfall der Versorgungsspannung.