DE102015206982A1

DE102015206982A1 - Leuchtmittelkonverter mit symmetrierten Ausgangsströmen

Info

Publication number: DE102015206982A1
Application number: DE102015206982.6A
Authority: DE
Inventors: Frank Lochmann; Patrick Marte
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-10-20
Also published as: AT16368U1

Abstract

Es wird ein Leuchtmittel-Konverter mit einer LLC-Resonanzschaltung bereitgestellt, wobei ausgehend von deren Sekundärseite Leuchtmittel, wie z. B. eine LED-Strecke, versorgbar sind, wobei die LLC-Resonanzschaltung aufweist: eine Halbbrückenschaltung mit zwei in Serie geschalteten Schaltern, die von einer Steuerschaltung angesteuert werden, einen ausgehend von einem Mittenpunkt der beiden Schalter versorgten Resonanzkreis, und einen ausgehend von einem Ausgang des Resonanzkreises mit AC-Spannung gespeisten Transformator, auf dessen Sekundärseite je ein Strompfad für jede der beiden Polaritäten der AC-Spannung vorgesehen ist. Eine Erfassungsschaltung ist vorgesehen, die ein Signal erfasst, das Ströme in den beiden Strompfaden und/oder deren Verhältnis widergibt, und die Steuerschaltung stellt die Taktung der beiden Schalter der Halbbrückenschaltung abhängig von dem von der Erfassungsschaltung erfassten Signal einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtmittelkonverter zum Betrieb wenigstens eines Leuchtmittels, vorzugsweise wenigstens einer LED oder LED Strecke. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Leuchtmittekonverters. Weiter betrifft die Erfindung einen Leuchtmittelkonverter mit einer LLC Schaltung, bei der ausgehend von einer Wechselspannung ein (Serien-)Resonanzkreis versorgt ist, der wiederum zur Versorgung einer weiteren Konverterstufe zur direkten Versorgung eines Leuchtmittels dient. Die dem Leuchtmittel zugeführte Versorgungsspannung muss dann typischerweise in eine DC Spannung umgesetzt werden. Dies kann grundsätzlich beispielsweise durch einen Vollbrückengleichrichter erfolgen. Hinsichtlich energetischer Vorteile bietet sich jedoch eine Gleichrichtung ausgehend von einem Transformator an.
Ein „Leuchtmittelkonverter” ist eine elektrische Schaltung, die mit einer Eingangsspannung versorgbar ist und an die Leuchtmittel, wie bspw. eine oder mehrere LEDs, anschliessbar um somit definiert elektrisch betrieben zu werden.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise das Dokument WO 2014/060899 A2 bekannt, in dem ein Leuchtmittelkonverter in 1 beschrieben ist, der als Ausgangspunkt der Erfindung dienen kann. Ein ähnlicher Leuchtmittelkonverter ist auch in 1 gezeigt. Eine Steuerschaltung SE steuert eine Wechselrichter-Halbbrücke HB mit zwei Schaltern S1, S2 an, die in Serie geschaltet sind. Wie in 1 dargestellt, wird die Halbbrückenschaltung HB durch eine Eingangsspannung versorgt, die exemplarisch als Busspannung V_BUS dargestellt ist. Statt einer Busspannung, die normalerweise eine DC-Spannung, also eine Gleichspannung ist, kann auch eine gleichgerichtete Wechselspannung zur Versorgung der Halbbrücke dienen.
Ausgehend von einem Mittenpunkt der Halbbrücke HB, bzw. der beiden Schalter S1, S2, ist nun ein Resonanzkreis versorgt, der insbesondere aus einer Serienschaltung eines Kondensators C1, einer Induktivität L1 und einer zweiten Induktivität L2a gebildet ist. Ausgehend von der Induktivität L2a wird nun ein Transformator T1 mit einer Wechselspannung, d. h. einer AC-Spannung, gespeist. Der Transformator T1 weist die elektromagnetischen Induktivitäten, Spulen bzw. Wicklungen L2a, L2b, L2c auf. Die Induktivitäten L2b und L2c sind dabei auf der Sekundärseite des Transformators T1 angeordnet. Die Induktivitäten L2b und L2c sind als separate Induktivitäten dargestellt, da auf der Sekundärseite des Transformators T1 ein Mittenabgriff M1 vorgesehen ist.
Ausgehend von den Induktivitäten L2b und L2c ist dann jeweils ein Strompfad SP1 bzw. SP2 versorgt. Die Strompfade SP1 und SP2 verbinden somit jeweils eine Seite der Induktivität L2b, L2c mit einem Verbindungspunkt CP, wobei jeder Strompfad eine Diode zur Gleichrichtung aufweist.
Der erste Strompfad SP1 weist dabei die Diode D1 auf, während der zweite Strompfad SP2 eine zweite Diode D2 aufweist. Über den ersten Strompfad SP1 wird ein induzierte Strom I_SP1 übertragen, über den Strompfad SP2 ein induzierter Strom I_SP2. Mit dem Verbindungspunkt CP ist andererseits ein Ausgangsanschluss E1 des Leuchtmittelkonverters verbunden mit dem beispielsweise eine Last LED, z. B. ein Leuchtmittel und insbesondere wenigstens eine LED anschließbar ist.
Zwischen dem Verbindungspunkt CP und dem Ausgangsanschluss E1 ist weiter ein Glättungskondensator C2 mit seiner potentialhöheren Seite verbunden, wobei die potentialniedrigere Seite des zweiten Kondensators C2 auf dem sekundärseitigen Massepotential des Transformators liegen kann.
Die Steuerschaltung SE steuert den potentialhöheren Schalter S1 der Halbbrücke HB über ein Ansteuersignal HS („high side”-Signal) an, während sie den potentialniedrigeren Schalter S2 der Halbbrücke mit einem Signal LS („low side”-Signal) ansteuert. Dabei schaltet die Steuerschaltung SE die Schalter S1, S2, die vorzugsweise als Transistoren, z. B. FET, MOSFET, ausgebildet sind, alternierend an, um am Mittelpunkt der Halbbrücke HB eine Wechselspannung für den Transformator T1 bereitzustellen.
In der 1 ist die Primärwicklung L2a des Transformators T1 auf ihrer potentialniedrigeren Seite mit der primärseitigen Masse verbunden, ebenso wie die potentialniedrigere Seite des Halbbrückenschalters S2. Der Strom bzw. die Spannung durch die primärseitige Induktivität L2a wird durch den Transformator T1 auf die Sekundärseite übertragen, wodurch in dem ersten Strompfad SP1 der Strom I_SP1 und in dem zweiten Strompfad SP2 der Strom I_SP2 induziert wird.
Der Mittenabgriff zwischen den sekundärseitigen Induktivitäten L2b und L2c dienen indessen dazu, an dem Verbindungspunkt CP Ströme bzw. Spannungen bereitzustellen, die im Wesentlichen symmetrisch um einen Nullpunkt liegen.
über die Dioden D1 und D2 wird an dem Verbindungspunkt CP ein Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung bereitgestellt, um die Last LED zu betreiben. Die sekundärseitige Masse kann entweder mit der primärseitigen Masse verbunden sein oder davon isoliert vorgesehen werden.
Insgesamt hängt dabei die am Ausgangsanschluss E1 liegende Spannung bzw. der anliegende Strom I_SP1 bzw. I_SP2 von der an der primärseitigen Induktivität des Transformators T1 anliegenden Spannung bzw. der Wellenform der Spannung ab. Diese sind durch eine Veränderung einer Taktung bzw. Schaltfrequenz der Schalter S1, S2 bzw. einem Tastgrad (duty cycle) der Halbbrückenschaltung HB, d. h. insbesondere eine Veränderung der Einschaltzeitdauer der Schalter S1, S2, einstellbar.
Ausgehend von der in 1 gezeigten Schaltung stellt sich nun das Problem, dass die Induktivitäten L2b, L2c auf der Sekundärseite des Transformators T1 (die insbesondere zwei Hälften einer einzigen sekundärseitigen Induktivität darstellen), nicht exakt symmetrisch sind und nicht die gleichen elektrischen bzw. symmetrische Parameter aufweisen. Dies führt zu einer asymmetrischen Belastung der auf der Sekundärseite des Transformators T1 nachfolgenden Bauteile und insbesondere der Dioden D1 und D2. Es kann sogar dazu kommen, dass lediglich ein Strompfad der Strompfade SP1, SP2 und damit eine Diode D1/D2 belastet wird.
Die Erfindung stellt nun eine Lösung bereit, die es erlaubt, selbst bei ungleichen bzw. asymmetrischen Induktivitäten L2b, L2c auf der Sekundärseite des Transformators T1 eine exakte Symmetrieform der sekundärseitig ausgegebenen Ströme, d. h. dem Strom an dem Verbindungspunkt CP bzw. an dem Ausgangsanschluss E1 zu erzielen. Die Erfindung stellt dafür einen Leuchtmittelkonverter und ein Verfahren zum Betrieb eines Leuchtmittelkonverters gemäß der unabhängigen Ansprüche bereit. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einem ersten Aspekt wird ein Leuchtmittel-Konverter mit einer LLC-Resonanzschaltung bereitgestellt, wobei ausgehend von deren Sekundärseite Leuchtmittel, wie z. B. eine LED-Strecke, versorgbar sind, wobei die LLC-Resonanzschaltung aufweist: eine Halbbrückenschaltung mit zwei in Serie geschalteten Schaltern, die von einer Steuerschaltung angesteuert werden, einen ausgehend von einem Mittenpunkt der beiden Schalter versorgten Resonanzkreis, und einen ausgehend von einem Ausgang des Resonanzkreises mit AC-Spannung gespeisten Transformator, auf dessen Sekundärseite je ein Strompfad für jede der beiden Polaritäten der AC-Spannung vorgesehen ist. Eine Erfassungsschaltung ist vorgesehen, die ein Signal erfasst, das Ströme in den beiden Strompfaden und/oder deren Verhältnis widergibt, und die Steuerschaltung stellt die Taktung der beiden Schalter der Halbbrückenschaltung abhängig von dem von der Erfassungsschaltung erfassten Signal einstellt.
Die Erfassungsschaltung kann wenigstens einen Erfassungszweig aufweisen, der das den Strom durch wenigstens einen Signalpfad wiedergebende Signal erfasst.
Der wenigstens eine Erfassungszweig kann ein gleichgerichtetes Mischsignal auswerten.
Der wenigstens eine Erfassungszweig kann eine Abtast-Halte-Schaltung aufweisen.
Die Erfassungsschaltung kann für jeden Strompfad einen Erfassungszweig aufweisen.
Der wenigstens eine Erfassungszweig kann einen Schalter aufweisen, der mit einem der zwei Schaltern der Halbbrückenschaltung synchron getaktet ist.
An dem wenigstens einem Erfassungszweig kann eine Spannung und/oder ein Spannungswert erfasst wird, die proportional zu dem Strom durch einen der Strompfade ist.
Die Steuerschaltung kann abhängig von dem der Steuerschaltung zugeführten Signal einen Tastgrad der Halbbrückenschaltung verändert und insbesondere eine Einschaltzeitdauer wenigstens eines der beiden Schalter der Halbbrückenschaltung verkürzt oder verlängert.
Die Sekundärseite des Transformators kann eine mit einer primärseitigen Wicklung des Transformators gekoppelte Wicklung mit Mittelabgriff aufweist, von der ausgehend die Strompfade versorgt werden.
Jeder Strompfad kann eine Erfassungsinduktivität aufweisen, die mit wenigstens einer dritten Erfassungsinduktivität der Erfassungsschaltung elektromagnetisch gekoppelt sind. Der wenigstens eine Erfassungszweig der Erfassungsschaltung kann zwischen einem Gleichrichter und Filterschaltung angeordnet sein.
Die Steuerschaltung kann die Ansteuerung der der beiden Schalter der Halbbrückenschaltung durch Veränderung der Taktung solange verändern, bis das der Steuerschaltung zugeführten Signal einem Sollwert entspricht und/oder der Steuerschaltung zugeführte Signale insbesondere im Wesentlichen gleich sind, z. B. gleiche Signalwerte aufweisen.
Die Steuerschaltung kann die Ansteuerung der der beiden Schalter der Halbbrückenschaltung durch Veränderung der Taktung solange verändern, bis ein Sollwert für ein das der Steuerschaltung zugeführten Signal erreicht ist, das insbesondere ein Verhältnis von zwei Spannungswerten wiedergibt.
Die Erfassungsschaltung kann zwei Erfassungszweige aufweisen, deren Schalter jeweils synchron mit jeweils einem der beiden Schalter der Halbbrückenschaltung getaktet sind.
Die Erfassungsschaltung kann der Steuerschaltung zwei Signale zuführen, die jeweils einen den Strom durch einen Strompfad widergebenden elektrischen Parameter anzeigen, und/oder die beiden Signale in ein Verhältnis setzen und Informationen über das Verhältnis zur Steuereinheit übermittelt.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Symmetrieren der Stromflüsse am Ausgang einer LLC-Resonanzschaltung ausgehend von deren Sekundärseite Leuchtmittel, wie z. B. eine LED-Strecke, versorgbar sind, bereitgestellt, wobei die LLC-Resonanzschaltung, wobei eine Steuerschaltung zwei in Serie geschaltete Schalter einer Halbbrückenschaltung ansteuert, und wobei die Halbbrückenschaltung ausgehend von einem Mittenpunkt der beiden Schalter einen Resonanzkreis versorgt, und ausgehend von einem Ausgang des Resonanzkreises ein Transformator mit AC-Spannung gespeist wird, auf dessen Sekundärseite je ein Strompfad für jede der beiden Polaritäten der AC-Spannung vorgesehen ist. Eine Erfassungsschaltung erfasst ein Signal, das Ströme in den beiden Strompfaden und/oder deren Verhältnis widergibt, und die Steuerschaltung stellt die Taktung der beiden Schalter der Halbbrückenschaltung abhängig von dem von der der Erfassungsschaltung erfassten Signal ein.
Die Erfindung wird nunmehr auch mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik;
2 schematisch eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung;
3 exemplarisch eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung;
4 exemplarisch Erfassungswerte.
2 zeigt schematisch eine Schaltung gemäß der Erfindung. Ausgehend von einer Versorgung V, insbesondere einer Gleichspannung oder einer gleichgerichteten Wechselspannung, z. B. einer gleichgerichteten Netzspannung, wird eine Halbbrückenschaltung HB versorgt, die einen Resonanzkreis RK mit einer Wechselspannung versorgt.
Die Halbbrücke weist dabei, wie für 1 beschrieben, vorzugsweise wenigstens zwei in Serie geschaltete Schalter S1 und S2 auf, die von einer Steuereinheit SE angesteuert werden. Dabei kann der potential höhere Schalter über das Ansteuersignal HS und der potential niedrigere Schalter über das Ansteuersignal LS angesteuert werden.
Mit dem Resonanzkreis RK ist die primärseitige Wicklung des Transformators T1 verbunden. Ausgehend von der sekundärseitigen Wicklung des Transformators T, die einen Mittenabgriff aufweist, der die sekundärseitige Induktivität quasi in zwei Induktivitäten teilt, wird wenigstens ein Strompfad versorgt. In diesen Strompfad ist nun eine Erfassungsschaltung ES integriert, die wenigstens ein Signal erfasst, dass den Strom in dem wenigstens einen Strompfad, vorzugsweise die Ströme in zwei Strompfaden oder deren Verhältnis, wiedergibt. Eine das Signal oder die Signale bzw. das Verhältnis wiedergebende Information ist dann der Steuerschaltung SE zugeführt, die abhängig davon einen Tastgrad bzw. eine Taktung der Schalter des Wechselrichters HB durch Veränderung der Ansteuersignale MS und/oder LS verändert.
In 2 sind die Signale V1 und V2 dargestellt, die von der Erfassungsschaltung ES der Steuerschaltung SE zugeführt sind. Dabei ist zu verstehen, dass, wenn lediglich ein das Verhältnis der Stromwerte wiedergebendes Signal oder lediglich ein Signal an die Steuereinheit SE übermittelt wird, lediglich dieses Signal von der Erfassungsschaltung ES der Steuerschaltung SE zugeführt werden muss. Ausgehend von dem Transformator T kann die Last LED elektrisch versorgt werden.
Details der erfindungsgemäßen Schaltung werden nun mit Blick auf die 3a und 3b beschrieben.
In 3A ist im Wesentlichen eine der 1 entsprechende Schaltung gezeigt. Entsprechend bezeichnen die gleichen Bezugszeichen aus 1 auch im Wesentliche gleiche Teile der Schaltung in 3a. Die elektrische Versorgung V ist in 3a wiederum als Spannung V_BUS dargestellt. Der wesentliche Unterschied ist hier, dass im ersten Strompfad SP1 zwischen der Diode D1 und dem Verbindungspunkt OP eine erste Erfassungsinduktivität L3a verbunden ist. Weiter ist im zweiten Strompfad SP2 zwischen der Diode D2 und dem Verbindungspunkt CP eine zweite Erfassungsinduktivität L3b vorgesehen. Elektromagnetisch gekoppelt mit der ersten und zweiten Erfassungsinduktivität L3a und L3b ist eine dritte Erfassungsinduktivität L3c, die vorzugsweise primärseitig hinsichtlich des Resonanzkreises RK bzw. des LLC-Resonanzkreises bzw. des Transformators T1 ist.
Die erste Erfassungsinduktivität L3a und die zweite Erfassungsinduktivität L3b bilden mit der dritten Erfassungsinduktivität L3c den Wandler W1 und insbesondere einen weiteren Transformator. An der dritten Erfassungswicklung L3c wird daher ein von dem Strom durch die erste Erfassungswicklung L3a abhängiger Strom erfasst, wenn ein Strom I_SP1 durch den ersten Strompfad SP1 fließt, während ein von dem Strom I_SP2 durch den zweiten Strompfad SP2 abhängiger Strom erfasst wird, wenn der Strom I_SP2 durch den zweiten Strompfad SP2 fließt. Es ist folglich für jede Polarität der primärseitigen AC-Spannung sekundärseitig ein Strompfad für die induzierten Ströme bereitgestellt.
Der an der dritten Erfassungswicklung L3c erfasste Strom wird dann einem Gleichrichter GR zugeführt, der dann einen gleichgerichteten Strom I_sense ausgibt. Gemäß der Erfindung wird nunmehr das Stromsignal I_sense hinsichtlich einer Asymmetrie des Stromanteils durch die Strompfade SP1, SP2 bzw. durch die Dioden D1, D2 ausgewertet.
Wie in 3b gezeigt, wird das Stromsignal I_sense ausgehend vom dem Gleichrichter einer bekannten Filterschaltung FS zugeführt, bestehend aus einem Filterwiderstand RF, einer Filterkapazität CF und einem Tastwiderstand R_SENS, und hinsichtlich einer Mittelwertbildung ausgewertet, so dass letztendlich der Mittelwert I_{sense_avg} des auf der Sekundärseite des Transformator T1 fließenden Stroms als zur Regelung des LED Stroms repräsentative Signal verwertet werden kann. Das Mittelwertsignal I_{sense_avg} dient dann zur Stromreglung, wobei es als Ist-Signal verwendet wird und als Stellgröße für die Taktung der Schalter S1, S2 des Wechselrichters HB verwendet werden kann. Entsprechend wird das Mittelwertsignal I_{sense_avg} der Steuerschaltung SE als Signal (3) zugeführt.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass vor der Mittelwertbildung das kombinierte Stromsignal I_sense in Werte aufgespaltet wird, die repräsentativ sind für den Strom durch die Strompfade SP1 und SP2, bzw. die an den Dioden D1 bzw. D2 auftretenden Ströme. Hierzu ist ein erster Erfassungszweig EZ1 vorgesehen, bestehend aus einer Serienschaltung aus einem dritten Schalter S3, der mit seiner potential höheren Seite mit dem Gleichrichter GR sowie dem Filterwiderstand RF verbunden ist, und einen ersten Widerstand RH1 sowie einer ersten Kapazität CH1 gebildet wird. Zwischen dem ersten Widerstand RH1 und der ersten Kapazität CH1 wird dabei ein Spannungssignal V1 erfasst, das die über der ersten Kapazität CH1 abfallende Spannung wiedergibt.
Ein zweiter Erfassungszweig EZ2 aus einer Serienschaltung eines vierten Schalters S4, eines zweiten Widerstands RH2 und einer zweiten Kapazität CH2 ist ebenfalls zwischen dem Gleichrichter GR und der Filterschaltung verbunden. Dabei ist der potential höhere Anschluss des vierten Schalters S4 mit dem Gleichrichter GR sowie dem Filterwiderstand RF verbunden, während seine potential niedrigere Seite mit der einen Seite des zweiten Widerstands RH2 verbunden ist. Auf der anderen Seite des zweiten Widerstands RH2 ist die zweite Kapazität CH2 verbunden, die andererseits auf einem Massepotential liegt. Zwischen dem zweiten Widerstand RH2 und der zweiten Kapazität CH2 wird dabei das Messsignal V2 erfasst, das eine über der zweiten Kapazität CH2 abfallende Spannung wiedergibt.
Im ersten Erfassungszweig EZ1 fließt bei aktiviertem dritten Schalter S3 der Strom I2, im zweiten Erfassungszweig EZ2 bei aktiviertem vierten Schalter S4 der Strom I2.
Entscheidend ist nun, dass der dritte Schalter S3 und der vierte Schalter S4 synchron mit den Schaltern S1, S2 der Halbbrücke HB angesteuert werden. Beispielsweise wird der dritte Schalter S3 synchron mit dem potential höheren Schalter der Halbbrücke S1 angesteuert, während der vierte Schalter S4 synchron mit dem potential niedrigeren Schalter S2 der Halbbrücke HB angesteuert wird. Entsprechend wird der dritte Schalter S3 ausgehend von der Steuerschaltung SE mit dem Ansteuersignal HS angesteuert, während der vierte Schalter S4 mit dem Ansteuersignal LS angesteuert wird, oder anders herum.
Grundsätzlicher Gedanke der Erfindung ist es, dass die Ströme durch die Dioden D1 bzw. D2 separat ausgewertet werden können. Im vorliegenden Fall erfolgt eine nachträgliche Aufsplittung des Stromsignals I_sense, da die Kombination der beiden Ströme I_SP2 und I_SP1 bereits für die Mittelwertbildung vorgesehen ist.
Alternativ könnte auch zu der ersten Erfassungsinduktivität L3a und zu der zweiten Erfassungsinduktivität L3b eine separate gekoppelte dritte bzw. vierte Erfassungsinduktivität zur Auswertung vorgesehen sein. Auch dann könnte ein entsprechendes Spannungs- bzw. Stromsignal an die Steuerschaltung SE vermittelt werden. Weiter kann es vorgesehen sein, dass die Erfassungsschaltung ES aus den Erfassungssignalen V1 und V2 ein Verhältnis bestimmt und dieses als ein einziges Signal der Steuerschaltung SE übermittelt. Dazu kann in der Erfassungsschaltung ES eine entsprechende Schaltung zur Bildung des Verhältniswerts vorgesehen sein.
In Kenntnis des wenigstens einen Signals, das von der Erfassungsschaltung ES an die Steuerschaltung SE zugeführt wird, und das die Ströme durch die Dioden D1 bzw. D2 wiedergibt, kann nun eine Asymmetrie der sekundärseitigen Induktivitäten L2b, L2c des Transformators T1 in nicht mechanischer Weise, sondern in regelungstechnischer Weise beseitigt werden, indem im Wege einer Rückführregelung für diese Asymmetrie der zugeführte Wert zur Änderung der Taktung der Halbbrückenschalter S1, S2 und insbesondere zur Veränderung des Tastgrads (bzw. des duty cycles) der Halbbrücke HB verwendet wird.
Im in 3b gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Erfassungssignale V1 und V2, die entsprechend Spannungssignale sind, die die Ströme durch die Dioden D1 bzw. D2 wiedergeben, durch die Steuerschaltung SE (insbesondere IC, ASIC, Mikrocontroller) ausgewertet, die dann die Schalter S1, S2 der Halbbrücke HB entsprechend ansteuert. Zudem kann es vorgesehen sein, dass die Erfassungsschaltung ES einen eigenen Mikrokontroller, ASIC oder IC aufweist, der einer weiteren Steuereinheit, das Rückführsignal zuführt, woraufhin diese Steuereinheit dann die Ansteuerung der Wechselrichterschalter S1, S2 verändert.
Der Resonanzkreis bzw. der LLC Resonanzkreis wird mit dem Transformator T1 mit Mittelpunktabzapfung dazu verwendet, um einen etwas höheren Wirkungsgrad zu erreichen. Das von der Erfindung gelöste Problem adressiert also, dass abhängig vom Betriebspunkt der Strom durch die Sekundärwindungen L2b, L2c unterschiedlich sein kann. Insbesondere verhindert die Erfindung, dass der gesamte Ausgangsstrom des Transformators T1 über lediglich einen der Strompfade SP1, SP2, d. h. über eine der sekundärseitigen Induktivitäten L2b, L2c fließt, was auch eine erhebliche elektrische sowie thermische Belastung des Transformators T1 darstellt. Während typischerweise die Halbbrücke HB mit einem Tastgard (duty cycle) von 50% arbeitet, d. h. dass die Schalter S1, S2 der Halbbrücke, unter möglicher Berücksichtigung einer tot-Zeit, im Wesentlichen zu gleichen Teilen aktiv sind, gleicht die erfindungsgemäße Lösung eine etwaige Asymmetrie dadurch aus, dass der Tasstgard (duty cycle) der Halbbrücke HB korrigiert wird und insbesondere eine Einschaltzeitdauer und/oder Ausschaltzeitdauer der Halbbrückenschalter S1, S2 verändert wird.
4a–c zeigen schematisch, wie sich bei einer Asymmetrie bei im Wesentlichen gleicher Ansteuerung der Halbbrückenschalter S1, S2 durch die Ansteuersignale LS und HS unterschiedliche Ströme in den Strompfaden SP1, SP2 ergeben können.
Während die Erfassungsschaltung ES an dem ersten Erfassungszweig EZ1 das Erfassungssignal V1 ermittelt, wenn, wie in 4a und 4b gezeigt, der Schalter S1 und der dritte Schalter S3 aktiviert sind durch Ansteuerung mittels des Signals HS, ermittelt der zweite Erfassungszweig EZ2 das Erfassungssignal V2, wenn, wie in 4a und 4c gezeigt, der Schalter S2 und der vierte Schalter S4 aktiviert sind durch Ansteuerung mittels des Signals LS.
Entsprechend ergibt sich, wie in 4d gezeigt, aus den Erfassungssignalen V1 und V2 eine Abweichung ΔV, die die Asymmetrie widerspiegelt. Entsprechend kann durch die Veränderung der Ansteuerung der Halbbrückenschalter S1, S2 durch die Veränderung der Ansteuersignale LS, HS eine Veränderung der Ströme I_SP1, I_SP2 in den Strompfaden SP1, SP2 erzeugt werden. Insbesondere kann die Größe ΔV als Ist-Größe für die Asymmetrie verwendet werden, die dann der Steuerschaltung SE, die für die Ansteuerung der Halbbrückenschalter S1, S2 zuständig ist, dienen kann.
Der Strom der sekundären Induktivitäten L2b, L2c des Transformators T1 wird also über die Erfassungsinduktivitäten L3a bis L3c erfasst. Wie in 3b gezeigt, wird dieses Wechselstromsignal mittels eines Gleichrichters GR, insbesondere eines Brückengleichrichters gleichgerichtet. Durch Taktung der Schalter der Erfassungszweige EZ1, EZ2 erhält mann dann die Signale V1, V2, wie sie in den 4b und 4c gezeigt sind. Dabei verhält sich der Strom in den Induktivitäten L3a bis L3c synchron zum Schalten der Halbbrückenschalter S1, S2, die über die Steuersignale LS und HS angesteuert werden.
Dabei ist zu bemerken, dass es sich bei dem ersten Widerstand RH1 und der ersten Kapazität CH1 um eine Abtast-Halte-Schaltung („sample-and-hold”-Schaltung) handelt. Das Gleiche ist für den zweiten Widerstand RH2 und die zweite Kapazität CH2 der Fall. Somit wird das über den dritten bzw. vierten Schalter S3, S4 erfasste Messsignal also jeweils einer Abtasthaltestufe zugeführt. Dadurch entsteht das Erfassungssignal V1, also die Spannung V1 an dem Erfassungspunkt (1), während das Erfassungssignal V2, bzw. das Spannungssignal an dem Erfassungspunkt (2) entsteht, wobei das Signal am Punkt (1) proportional ist zum Strom durch die erste Erfassungsinduktivität L3a, während das Erfassungssignal V2 proportional ist zum Strom durch die zweite Erfassungsinduktivität L3b.
Die Erfassungssignale können dann beispielsweise mit dem analog Digitalkonverter eines Mikrokontrollers ausgewertet werden, der dann den Tastgrad (duty cycle) des Wechselrichters HB verändert bis das Erfassungssignal V1 am Punkt (1) dem Erfassungssignal V2 am Punkt (2) entspricht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/060899 A2 [0003]

Claims

Leuchtmittel-Konverter mit einer LLC-Resonanzschaltung, ausgehend von deren Sekundärseite Leuchtmittel (LED), wie z. B. eine LED-Strecke, versorgbar sind, wobei die LLC-Resonanzschaltung aufweist: – eine Halbbrückenschaltung (HB) mit zwei in Serie geschalteten Schaltern (S1, S2), die von einer Steuerschaltung (SE) angesteuert werden, – einen ausgehend von einem Mittenpunkt (M1) der beiden Schalter (S1, S2) versorgten Resonanzkreis (RK), und – einen ausgehend von einem Ausgang des Resonanzkreises (RK) mit AC-Spannung gespeisten Transformator (T1), auf dessen Sekundärseite je ein Strompfad (SP1, SP2) für jede der beiden Polaritäten der AC-Spannung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Erfassungsschaltung (ES) vorgesehen ist, die ein Signal (V1, V2) erfasst, das Ströme (I_SP1, I_SP2) in den beiden Strompfaden (SP1, SP2) und/oder deren Verhältnis widergibt, und – die Steuerschaltung (SE) die Taktung der beiden Schalter (S1, S2) der Halbbrückenschaltung (HB) abhängig von dem von der Erfassungsschaltung (ES) erfassten Signal (V1, V2) einstellt.
Leuchtmittel-Konverter nach Anspruch 1, wobei die Erfassungsschaltung (ES) wenigstens einen Erfassungszweig (EZ1) aufweist, der das den Strom durch einen Signalpfad (SP1) wiedergebende Signal erfasst.
Leuchtmittel-Konverter nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Erfassungszweig (EZ1) ein gleichgerichtetes Signal (I_sense) auswertet.
Leuchtmittel-Konverter nach Anspruch 2 oder 3, wobei der wenigstens eine Erfassungszweig (EZ1) eine Abtast-Halte-Schaltung (S3, RH1, CH1) aufweist.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Erfassungsschaltung (ES) für jeden Strompfad (SP1, SP2) einen Erfassungszweig (EZ1, EZ2) aufweist.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der wenigstens eine Erfassungszweig (EZ1) einen Schalter (S3, S4) aufweist, der mit einem der Schalter (S1, S2) der Halbbrückenschaltung (HB) synchron getaktet ist.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der wenigstens eine Erfassungszweig (EZ1) eine Spannung und/oder ein Spannungswert erfasst, die proportional zu dem Strom durch den Strompfad (SP1) ist.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung (SE) abhängig von dem der Steuerschaltung (SE) zugeführten Signal (V1, V2) ein Tastverhältnis der Halbbrückenschaltung (HB) verändert und insbesondere eine Einschaltzeitdauer wenigstens eines der beiden Schalter (S1, S2) der Halbbrücke (HB) verkürzt oder verlängert.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei jeder Strompfad (SP1, SP2) eine Erfassungsinduktivität (L3a, L3b) aufweist, die mit wenigstens einer dritten Erfassungsinduktivität (L3c) der Erfassungsschaltung (ES) elektromagnetisch gekoppelt sind.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der wenigstens eine Erfassungszweig (EZ1) der Erfassungsschaltung (ES) zwischen einem Gleichrichter (GR) und Filterschaltung (FS) angeordnet ist.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung (SE) die Ansteuerung der der beiden Schalter (S1, S2) der Halbbrückenschaltung (HB) durch Veränderung der Taktung solange verändert, bis das der Steuerschaltung (SE) zugeführten Signal (V1, V2) einem Sollwert entspricht und/oder der Steuerschaltung zugeführte Signale (V1, V2) insbesondere im Wesentlichen gleich sind, z. B. gleiche Signalwerte aufweisen.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung (SE) die Ansteuerung der der beiden Schalter (S1, S2) der Halbbrückenschaltung durch Veränderung der Taktung solange verändert, bis ein Sollwert für das der Steuerschaltung (SE) zugeführten Signal (V1, V2) erreicht ist, das insbesondere ein Verhältnis von zwei Spannungswerten wiedergibt.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsschaltung (ES) zwei Erfassungszweige (EZ2, EZ2) aufweist, deren Schalter (S3, S4) synchron mit jeweils einem der beiden Schalter (S1, S2) der Halbbrückenschaltung (HB) getaktet sind.
Leuchtmittel-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsschaltung (ES) der Steuerschaltung (SE) zwei Signale (V1, V2) zuführt, die jeweils einen den Strom (I_SP1, I_SP2) durch einen Strompfad (SP1, SP2) widergebenden elektrischen Parameter anzeigen, und/oder die beiden Signale (V1, V2) in ein Verhältnis setzt und Informationen über das Verhältnis zur Steuereinheit (SE) übermittelt.
Verfahren zum Symmetrieren der Stromflüsse am Ausgang einer LLC-Resonanzschaltung ausgehend von deren Sekundärseite Leuchtmittel, wie z. B. eine LED-Strecke, versorgbar sind, wobei die LLC-Resonanzschaltung, wobei – eine Steuerschaltung (SE) zwei in Serie geschaltete Schalter (S1, S2) einer Halbbrückenschaltung (HB) ansteuert, und wobei die Halbbrückenschaltung (HB) ausgehend von einem Mittenpunkt (M1) der beiden Schalter (S1, S2) einen Resonanzkreis (RK) versorgt, und ausgehend von einem Ausgang des Resonanzkreises (RK) ein Transformator (T1) mit AC-Spannung gespeist wird, auf dessen Sekundärseite je ein Strompfad (SP1, SP2) für jede der beiden Polaritäten der AC-Spannung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Erfassungsschaltung (ES) ein Signal (V1, V2) erfasst, das Ströme (I_SP1, I_SP2) in den beiden Strompfaden (SP1, SP2) und/oder deren Verhältnis widergibt, und die Steuerschaltung (SE) die Taktung der beiden Schalter (S1, S2) der Halbbrückenschaltung (HB) abhängig von dem von der der Erfassungsschaltung (ES) erfassten Signal (V1, V2) einstellt.