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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungskonverter, welcher beispielsweise zum Betreiben von Leuchtmitteln, insbesondere von LED-Leuchtmitteln, einsetzbar ist, und ein Verfahren zum Betreiben eines Spannungskonverters.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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LED-Leuchtmittel haben sich in den vergangenen Jahren als energieeffiziente und umweltfreundliche Alternative zu Glühlampen und Kompaktleuchtstofflampen etabliert. Sie werden hinter Vorschaltgeräten betrieben, welche mittels Spannungswandlern einen definierten Arbeitspunkt bei einer Niedervolt-Gleichspannung und einer entsprechenden Stromstärke einstellen. Signifikante Abweichungen von diesem Arbeitspunkt können in Fehlerfällen resultieren, welche beispielsweise zum Verlöschen oder zur Zerstörung der LED-Leuchtmittel führen können.
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Die Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Betriebs von LED-Leuchtmitteln erfordert daher eine Auswertung und Überwachung der zugeführten elektrischen Größen, insbesondere der elektrischen Spannung und der aufgenommenen elektrischen Leistung, hinsichtlich unterschiedlicher Fehlerfälle. Der hierfür zu leistende Zusatzaufwand hinsichtlich Schaltungskomponenten und -komplexität schlägt sich bei Massenprodukten wie LED-Beleuchtungssystemen erheblich in den Stückkosten nieder. Unter anderem erfordert die Auswertung einer Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen, dass die in den Vorschaltgeräten eingesetzten Integrierten Schaltungen (ICs, ASICs) mit einer größeren Zahl von Anschlüssen (Pins) versehen werden müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Spannungskonverter und ein entsprechend ausgestaltetes Verfahren zum Betrieben eines Spannungskonverters bereitzustellen, womit mit einfachen Mitteln eine verbesserte Auswertung von bei einem Betrieb mit einem elektrischen Verbraucher, insbesondere einem LED-Leuchtmittel, auftretenden elektrischen Größen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spannungskonverter mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 10 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Spannungskonverters mit den Merkmalen der Patentansprüche 13 bzw. 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Spannungskonverter und Verfahren zum Betrieb eines Spannungskonverters angegeben, welche insbesondere den Aufwand zur Auswertung von elektrischen Größen wie der elektrischen Spannung und der aufgenommenen elektrischen Leistung verringern. Dies senkt die Stückkosten der Spannungskonverter und gewährleistet zugleich eine lange Lebensdauer der damit betriebenen Verbraucher.
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Ein Spannungskonverter nach einem ersten Aspekt umfasst einen steuerbaren Schalter zum getakteten Betreiben des Spannungskonverters, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung, welche von einer in einem geöffneten Zustand des Schalters entlang eines Arbeitspfades desselben abfallenden Spannung abhängig ist, sowie eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen des Spannungskonverters in Abhängigkeit von der erfassten Spannung.
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Jeder der Mehrzahl der unterschiedlichen Fehlerfälle findet seinen Niederschlag in jener Spannung, welche entlang des Arbeitspfades des Schalters in dessen geöffneten Zustand erfasst wird. Die Erfassungseinrichtung kann dementsprechend einfach gehalten sein. Dies trifft auch auf die Bestimmungseinrichtung zu, welche lediglich eine einzige elektrische Größe, nämlich die erfasste Spannung, auszuwerten hat und nur über einen Anschluss oder Pin zur Auswertung der Spannung, aus welcher eine Aussage über die unterschiedlichen Fehlerfälle abgeleitet werden kann, verfügen muss. Insgesamt wird somit der Schaltungsaufwand zum Bestimmen der Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen minimiert, was die Stückkosten des Spannungskonverters auf der Seite der variablen Kosten entlastet.
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Zudem gewährleistet eine lediglich auf der erfassten Spannung basierende, umfassendere Auswertung und Überwachung der elektrischen Größen, insbesondere der elektrischen Spannung und der elektrischen Leistung, einen ordnungsgemäßen Betrieb und eine lange Lebensdauer des an dem Spannungskonverter angeschlossenen elektrischen Verbrauchers.
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Dabei wird unter einem Spannungskonverter insbesondere eine Vorrichtung verstanden, welche eine zugeführte Gleichspannung in eine andere Gleichspannung mit oder ohne Wechselspannungsanteil umsetzt, beispielsweise um den Arbeitspunkt eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines LED-Leuchtmittels, einzustellen.
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Steuerbare Schalter sind insbesondere solche Schalter, welche in einer elektronischen Schaltung auf externe Veranlassung hin, beispielsweise durch eine integrierte Schaltung oder einen Prozessor, eine leitfähige elektrische Verbindung einrichten oder aufheben. Beispiele für steuerbare Schalter umfassen etwa Halbleitertransistoren und Relais.
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Die Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen kann eine Überspannung umfassen.
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Eine Auswertung der erfassten Spannung hinsichtlich eines Fehlerfalls der Überspannung ermöglicht ein Abschalten des Spannungskonverters (“Over Voltage Protection“, OVP), bevor der angeschlossener Verbraucher zerstört wird, oder auch ein gegen den Fehlerfall gerichtetes Ausregeln des Arbeitspunktes. Zudem kann so garantiert werden, dass bei einem SELV-Gerät in einem Fehlerfall die Ausgangsspannung die SELV-Grenze nicht überschreitet und somit keine lebensgefährlichen Situationen entstehen.
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Unter einer Überspannung wird insbesondere verstanden, dass die erfasste Spannung eine vorgegebene Obergrenze überschreitet. Letztere kann somit eine lange Lebensdauer eines angeschlossenen Verbrauchers gewährleisten.
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Die Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen kann auch eine Unterspannung umfassen.
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Eine Auswertung der erfassten Spannung hinsichtlich eines Fehlerfalls der Unterspannung ermöglicht ein Abschalten des Spannungskonverters (“Under Voltage Protection“, UVP bzw. “Short Circuit Protection“, SCP), bevor der angeschlossene Verbraucher undefinierte Beleuchtungszustände einnimmt. Alternativ kann der Arbeitspunkt des Verbrauchers gegen den Fehlerfall gerichtet ausgeregelt werden.
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Dabei wird unter einer Unterspannung insbesondere verstanden, wenn die erfasste Spannung eine vorgegebene Untergrenze unterschreitet oder nicht überschreitet. Diese Untergrenze kann somit den einwandfreien Betrieb des angeschlossenen Verbrauchers sicherstellen.
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Die Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen kann auch eine Überleistung umfassen.
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Ähnlich wie bei dem Fehlerfall der Überspannung ermöglicht eine Auswertung der erfassten Spannung hinsichtlich eines Fehlerfalls der Überleistung ein Abschalten des Spannungskonverters (“Over Power Protection“, OPP), bevor der angeschlossene Verbraucher Schaden nimmt, oder auch ein gegen den Fehlerfall gerichtetes Ausregeln des Arbeitspunktes, wobei zusätzlich eine Information über einen beim Betrieb des Spannungskonverters auftretenden Strom berücksichtigt wird.
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Eine Überleistung liegt insbesondere dann vor, wenn eine als Funktion der erfassten Spannung bestimmte aufgenommene Leistung eine vorgegebene Obergrenze überschreitet.
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Die Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen kann ebenso eine Unterleistung umfassen.
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Eine Auswertung der erfassten Spannung hinsichtlich eines Fehlerfalls der Unterleistung ermöglicht analog zum Fehlerfall der Unterspannung ein Abschalten des Spannungskonverters (“Under Power Protection“, UPP), bevor der angeschlossene Verbraucher undefinierte Betriebszustände einnimmt, oder auch ein gegen den Fehlerfall gerichtetes Ausregeln des Arbeitspunktes des Verbrauchers, wobei zusätzlich eine Information über einen beim Betrieb des Spannungskonverters auftretenden Strom berücksichtigt wird.
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Insbesondere ist eine Unterleistung dann gegeben, wenn eine als eine Funktion der erfassten Spannung bestimmte aufgenommene Leistung eine vorgegebene Untergrenze unterschreitet oder nicht überschreitet.
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Die Bestimmungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, einen jeweiligen aus der Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen des Spannungskonverters durch einen Vergleich der erfassten Spannung mit einem jeweiligen aus einer vorgegebenen Mehrzahl von unterschiedlichen Schwellenwerten zu bestimmen.
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Jeder der Mehrzahl der unterschiedlichen Fehlerfälle ist grundsätzlich durch einen einfachen Vergleich mit jeweils einem dafür vorgesehenen Schwellenwert bestimmbar, was mit einem nur geringen schaltungstechnischen Aufwand verbunden ist. Jeder der Mehrzahl der unterschiedlichen Fehlerfälle ist dabei prinzipiell unabhängig von und gleichzeitig zu jedem anderen der Mehrzahl der unterschiedlichen Fehlerfälle bestimmbar. Es ist also insbesondere möglich, zeitgleich das Eintreten mehrerer der Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen zu überwachen.
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Ein Schwellenwertvergleich ist anhand analoger oder digitaler Signale möglich und beispielsweise mittels eines analogen Komparators oder einer dazu eingerichteten integrierten digitalen Schaltung realisierbar.
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Die Bestimmungseinrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, den Vergleich in Abhängigkeit einer digitalisierten erfassten Spannung durchzuführen.
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Hierdurch sind prinzipiell sämtliche der Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen auch digital bestimmbar. Eine Digitalisierung der erfassten Spannung, etwa mittels eines Analog-Digital-Wandlers (ADC), eröffnet eine potenziell genauere Erfassung und Verarbeitung derselben, beispielsweise mittels eines Mikrocontrollers oder Microprozessors.
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Die Bestimmungseinrichtung kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dazu eingerichtet sein, den Vergleich in Abhängigkeit eines Spitzenwertes der erfassten Spannung durchzuführen.
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Hierdurch sind bei Spannungswandlern, bei welchen die Information über die dem Verbraucher, insbesondere einem LED-Leuchtmittel, zugeführte Spannung in einem Spitzenwert der erfassten Spannung enthalten ist, die Fehlerfälle der Über- bzw. Unterleistung mit einfachen Mitteln bestimmbar. Diese Fehlerfälle können dann durch einfache Vergleiche mit jeweils dafür vorgesehenen Schwellenwerten bestimmt werden, in welche jeweils der Spitzenwert der erfassten Spannung eingeht.
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Ein Resonanzwandler (“LLC Converter“) ist ein Beispiel für einen Spannungswandler, bei dem die Information über die zugeführte Spannung in dem Spitzenwert der erfassten Spannung enthalten sein kann.
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Den Spitzenwert kann etwa ein Nachführkomparator (“Tracking Comparator“) bereitstellen, dem die erfasste Spannung eingangsseitig zugeführt wird.
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Die Bestimmungseinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform auch dazu eingerichtet sein, den Vergleich in Abhängigkeit einer mit einem vorgegebenen Faktor skalierten erfassten Spannung durchzuführen.
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Hierdurch ist beispielsweise der Fehlerfall der Überleistung mit einfachen Mitteln bestimmbar. Das Produkt aus der erfassten Spannung, welche analog oder digital und gegebenenfalls als Spitzenwert vorliegen kann, mit dem vorgegebenen Faktor, insbesondere einer vorgegebenen Stromstärke, ergibt vorzugsweise die dem Verbraucher zugeführte Leistung. Der Fehlerfall der Überleistung kann dann durch einen einfachen Vergleich mit einem dafür vorgesehenen Schwellenwert bestimmt werden.
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Eine Produktbildung kann beispielsweise mittels eines analogen Multiplizierers oder einer Multiplizier-Logik erfolgen.
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Ein Spannungskonverter nach einem zweiten Aspekt umfasst einen steuerbaren Schalter zum getakteten Betreiben des Spannungskonverters, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung, welche von einer in einem geöffneten Zustand des Schalters entlang eines Arbeitspfades desselben abfallenden Spannung abhängig ist, sowie eine Leistungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer aufgenommenen Leistung des Spannungskonverters in Abhängigkeit einer mit einem vorgegebenen Faktor skalierten erfassten Spannung.
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Hierdurch ist eine dem Verbraucher, insbesondere einem LED-Leuchtmittel, zugeführte Leistung mit einfachen Mitteln bestimmbar. Die dem Verbraucher zugeführte Leistung ergibt sich dabei vorzugsweise als ein Produkt des vorgegebenen Faktors, insbesondere einer vorgegebenen Stromstärke, mit der erfassten Spannung, welche analog oder digital und gegebenenfalls als Spitzenwert vorliegen kann.
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Eine geeignete Leistungserfassungseinrichtung kann beispielsweise als analoger Multiplizierer oder als Multiplizier-Logik ausgebildet sein.
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Der Spannungskonverter kann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein induktiver Spannungskonverter sein, welcher aus der Gruppe umfassend Sperrwandler, Abwärtswandler und Resonanzwandler ausgewählt ist.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Spannungskonverter für den Betrieb mit einem Leuchtmittel, insbesondere einem LED-Leuchtmittel, ausgestaltet, wobei jedoch die Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsfall einer Betriebsschaltung für ein Leuchtmittel beschränkt ist.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Spannungskonverters nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst: getaktetes Betreiben des Spannungskonverters mittels eines steuerbaren Schalters; Erfassen einer Spannung, welche zu einer in einem geöffneten Zustand des Schalters entlang eines Arbeitspfades desselben abfallenden Spannung abhängig ist, mittels einer Erfassungseinrichtung; und Bestimmen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen des Spannungskonverters in Abhängigkeit von der erfassten Spannung mittels einer Bestimmungseinrichtung.
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Spannungskonverters nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst: getaktetes Betreiben des Spannungskonverters mittels eines steuerbaren Schalters, Erfassen einer Spannung, welche zu einer in einem geöffneten Zustand des Schalters entlang eines Arbeitspfades desselben abfallenden Spannung abhängig ist, mittels einer Erfassungseinrichtung, und Bestimmen einer Leistung des Spannungskonverters in Abhängigkeit einer mit einem vorgegebenen Faktor skalierten erfassten Spannung mittels einer Leistungsbestimmungseinrichtung.
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Das Bestimmen der Leistung des Spannungskonverters kann insbesondere in Abhängigkeit eines Spitzenwertes der erfassten Spannung durchgeführt werden. Somit können für das Verfahren insbesondere Spannungswandler, bei welchen die Information über die dem Verbraucher, insbesondere einem LED-Leuchtmittel, zugeführte Spannung in dem Spitzenwert der erfassten Spannung enthalten ist, verwendet werden.
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Das Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung kann jeweils Verfahrensmerkmale umfassen, welche den zuvor beschriebenen Merkmalen des Spannungskonverters gemäß dem ersten bzw. zweiten Aspekt der Erfindung entsprechen. Demzufolge sind die diesbezüglich zuvor genannten Vorrichtungsmerkmale des Spannungskonverters der vorliegenden Erfindung in dem Verfahren analog nutzbar, und das Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit den korrespondierenden Vorrichtungsmerkmalen dargelegten Vorteile auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente bezeichnen.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Spannungskonverters nach einem Ausführungsbeispiel;
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2 zeigt einen Schaltplan eines beispielhaften Sperrwandlers nach dem Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt einen Schaltplan eines beispielhaften Abwärtswandlers nach dem Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt einen Schaltplan eines beispielhaften Resonanzwandlers nach dem Ausführungsbeispiel;
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5 zeigt eine Tabelle mit beispielhaften Bestimmungseinrichtungen für verschiedene Spannungskonverter nach dem Ausführungsbeispiel; und
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6 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Betreiben des Spannungskonverters nach dem Ausführungsbeispiel.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Die Figuren sind schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt, sondern vielmehr derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und ihr Zweck dem Fachmann verständlich werden.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Spannungskonverters 10, 20, 30 nach einem Ausführungsbeispiel.
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Der Spannungskonverter 10, 20, 30 umfasst einen steuerbarer Schalter 11, eine Erfassungseinrichtung 12 sowie eine Bestimmungseinrichtung 13 und ist insbesondere zum Einsatz in einer Betriebsschaltung für ein Leuchtmittel, beispielsweise ein LED-Leuchtmittel, ausgestaltet.
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Der steuerbare Schalter 11 wird zum Betreiben des Spannungskonverters 10, 20, 30 periodisch geöffnet und periodisch geschlossen. In einem geschlossenen Zustand des Schalters 11 wird eine dem Spannungskonverter 10, 20, 30 eingangsseitig in Form einer Gleichspannung zugeführte Energie in einem Energiespeicher des Spannungskonverters 10, 20, 30 gespeichert, während in einem geöffneten Zustand des Schalters 11 die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie an einen ausgangsseitig angeschlossenen Verbraucher, beispielsweise an ein LED-Leuchtmittel, abgegeben wird. In dem geöffneten Zustand des Schalters baut sich entlang eines Arbeitspfades desselben eine Spannung auf, welche mittels der Erfassungseinrichtung 12 erfassbar ist. Die Bestimmungseinrichtung 13 dient dazu, eine Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen des Spannungskonverters in Abhängigkeit von der erfassten Spannung zu bestimmen. Diese Ausführungen treffen gleichermaßen auf die im Folgenden anhand 2–4 beschriebenen Spannungswandler 10, 20, 30 zu.
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2 zeigt einen Schaltplan eines Sperrwandlers 10 nach dem Ausführungsbeispiel.
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Der Sperrwandler 10 umfasst als Energiespeicher primär- bzw. sekundärseitige Speicherinduktivitäten LP und LS mit einem gemeinsamen magnetischen Fluss. Der steuerbare Schalter 11 ist beispielsweise als Halbleiter-Leistungsschalter ausgeführt. In dem geschlossenen Zustand des Schalters 11 wird dem Sperrwandler 10 eine in Form einer Gleichspannung VIN zugeführte Energie über die Induktivität LP geführt, dort in Form eines sich aufbauenden Magnetfeldes gespeichert und über den Schalter 11 einem Massepotential zugeführt. In dem geöffneten Zustand des Schalters 11 wird die gespeicherte Energie über die Induktivität LS abgerufen und an ausgangsseitig angeschlossene LED-Leuchtmittel abgegeben. Die Erfassungseinrichtung 12 umfasst im Falle des Sperrwandlers 10 eine Hilfsinduktivität LA, welche ebenfalls mit dem gemeinsamen magnetischen Fluss der Speicherinduktivitäten LP und LS gekoppelt ist. Damit wird aus dem Energiespeicher eine Spannung abgezweigt, welche von einer in einem geöffneten Zustand des Schalters 11 entlang dessen Arbeitspfades abfallenden Spannung abhängig ist und einen Rückschluss auf die dem ausgangsseitig angeschlossenen Verbraucher zugeführte Spannung ermöglicht. Die abgezweigte Spannung liegt an einem ohmsche Widerstände R1 und R2 umfassenden Spannungsteiler an, wobei eine Teilspannung derselben als erfasste Spannung an einen mit VSNS bezeichneten Anschluss herausgeführt ist. Mit diesem Anschluss ist die Bestimmungseinrichtung 13 gekoppelt, welche im Zusammenhang mit 5 näher erläutert wird. VDD,HV bezeichnet in 2 eine aus dem Sperrwandler gewonnene Versorgungsspannung für die vorzugsweise in Form einer integrierten Schaltung ausgebildete Bestimmungs- oder Auswertungseinrichtung 13.
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3 zeigt einen Schaltplan eines Abwärtswandlers 20 nach dem Ausführungsbeispiel.
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Der Abwärtswandler 20 umfasst als Energiespeicher eine Speicherinduktivität L und eine Speicherkapazität C. Der steuerbare Schalter 11 liegt als Halbleiter-Leistungsschalter vor. In dem geschlossenen Zustand des Schalters 11 wird dem Abwärtswandler 20 eine in Form einer Gleichspannung VIN zugeführte Energie zugeführt, welche über den Schalter 11 und die Speicherinduktivität L die ausgangsseitig angeschlossenen LED-Leuchtmitteln betreibt und die dazu parallel geschaltete Speicherkapazität C auflädt. In dem geöffneten Zustand des Schalters 11 wird die in Form magnetischer bzw. elektrischer Felder gespeicherte Energie aus der Induktivität L und der Kapazität C abgerufen, um die ausgangsseitig angeschlossenen LED-Leuchtmittel zu betreiben. Im Falle des Abwärtswandlers 20 umfasst die Erfassungseinrichtung 12 eine Hilfsinduktivität LA, welche an den magnetischen Fluss mit der Speicherinduktivität L angebunden ist. Damit wird aus dem magnetischen Energiespeicher eine Spannung abgezweigt, welche von einer in einem geöffneten Zustand des Schalters 11 entlang dessen Arbeitspfades abfallenden Spannung abhängig ist und einen Rückschluss auf die dem ausgangsseitig angeschlossenen Verbraucher zugeführte Spannung zulässt. Ähnlich wie bei dem Sperrwandler 10 von 2 ist eine Teilspannung der abgezweigten Spannung als erfasste Spannung an den Anschluss VSNS herausgeführt. Wiederum bildet dieser den Anknüpfungspunkt für die weiter unten im Detail ausgeführte Bestimmungseinrichtung 13.
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4 zeigt einen Schaltplan eines Resonanzwandlers 30 nach dem Ausführungsbeispiel.
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Der Resonanzwandler 30 weist einen eingangsseitigen Resonanzkreis mit einer Induktivität LR und einer Kapazität CR auf, welcher an dem Anschluss VIN mittels einer Gleichspannung gespeist und durch ein wechselseitiges periodisches Öffnen und Schließen von steuerbaren Halbleiter-Leistungsschaltern 11, 11‘ insbesondere im Bereich seiner Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt wird. Diese Schwingung überträgt sich über die Trenninduktivitäten L und eine Gleichrichterschaltung auf einen ausgangsseitigen, resonanzangepassten Schwingkreis, welcher das angeschlossene LED-Leuchtmittel speist. Die Erfassungseinrichtung 12 umfasst im Falle des Resonanzwandlers 30 eine Hilfsinduktivität LA, welche von demselben magnetischen Fluss durchsetzt ist wie die Trenninduktivitäten L. Die darüber abgezweigte Spannung ist von einer in einem geöffneten Zustand des Schalters 11 entlang dessen Arbeitspfades abfallenden Spannung abhängig und ermöglicht einen Rückschluss auf die dem ausgangsseitig angeschlossenen Verbraucher zugeführte Spannung. In oben dargestellter Weise wird eine Teilspannung derselben als erfasste Spannung an einem mit VSNS bezeichneten Anschluss bereitgestellt, an welchem wiederum die nachfolgend näher erläuterte Bestimmungseinrichtung 13 angeschlossen ist.
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5 zeigt eine Tabelle mit beispielhaften Ausführungsformen für die in 1–5 gezeigten Bestimmungseinrichtungen 13 für die verschiedenen Spannungskonverter 10, 20, 30.
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In der Tabelle von 5 ist jeweils dem Sperrwandler 10, dem Abwärtswandler 20 und dem Resonanzwandler 30 eine Spalte und jeweils der Erfassung der Überspannung, der Unterspannung, der Überleistung und der Unterleistung eine Zeile zugeordnet. Jede Tabellenzelle zeigt also eine beispielhafte Teilschaltung der Bestimmungseinrichtung 13 an, mit welcher für einem bestimmten Spannungswandler-Typ aus der erfassten Spannung VSNS ein spezieller der Mehrzahl von verschiedenen Fehlerfällen bestimmt werden kann. Einzelne der Teilschaltungen sind dabei für mehrere der Mehrzahl von Fehlerfällen einsetzbar.
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Beispielsweise zeigt 5(a) eine Schaltung, welche als Teil der Bestimmungseinrichtung 13 in sämtlichen der drei Spannungswandler-Typen zum Einsatz kommen kann. Sie vergleicht die erfasste Spannung VSNS mit einem vorgegebenen Schwellenwert TOVP, welcher für eine nicht zu überschreitende Maximalspannung steht. Als Vergleichsschaltung 14 genügt beispielsweise ein analoger Komparator. Trifft die Bedingung VSNS > TOVP zu, so ist der Fehlerfall der Überspannung bestimmt.
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5(b) und 5(c) zeigen Schaltungen zum Bestimmen des Fehlerfalls der Unterspannung. Darin wird die erfasste Spannung VSNS jeweils mit einem vorgegebenen Schwellenwert TUVP verglichen, welcher eine nicht zu unterschreitende bzw. eine zu überschreitende Mindestspannung vorgibt. Im Fall des Sperrwandlers 10 wird die erfasste Spannung VSNS zunächst mittels eines Analog/Digital-Wandlers 15 digitalisiert (vgl. 5(b)). Der Vergleich erfordert dann eine digitale Vergleichslogik 14. Ein Unterschreiten oder fehlendes Überschreiten des Schwellenwerts TUVP bestimmt dabei den Fehlerfall der Unterspannung.
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5(d) und 5(e) stellen Schaltungen zum Bestimmen des Fehlerfalls der Überleistung dar.
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Beim Sperrwandler 10 und beim Abwärtswandler 20 erfolgt zunächst jeweils eine Digitalisierung der erfassten Spannung VSNS mittels eines Analog-/Digital-Wandlers 15. Beim Resonanzwandler 30 wird dagegen ein Spitzenwert der erfassten Spannung VSNS ermittelt, da bei diesem Spannungswandler-Typ die Information über die dem Verbraucher zugeführte Spannung bzw. Leistung in dem Spitzenwert der erfassten Spannung VSNS enthalten ist. Den Spitzenwert stellt ein Nachführkomparator 16 bereit, dem die erfasste Spannung eingangsseitig zugeführt ist. Die auf diese Weise aufbereitete Spannung VSNS wird jeweils mit einem vorgegebenen Faktor ISEL multipliziert, welcher einen Stromwert für die Überleistungserkennung repräsentiert und vorgegeben ist. Hierzu kann der jeweils gewünschte Wert für ISEL aus einem Speicher der beispielsweise als integrierte Schaltung bzw. ASIC ausgestalteten Bestimmungseinrichtung 13 ausgelesen oder über einen externen Widerstand vorgegeben werden. Die Produktbildung erfolgt durch einen analogen Multiplizierer 17 in 5(d) oder eine digitale Multiplikationslogik 17 in 5(e). Anschließend wird das Produkt mit einem vorgegebenen Schwellenwert TOPP verglichen, welcher einer Maximalleistung entspricht. Falls der Schwellenwert TOPP überschritten wird, ist der Fehlerfall der Überleistung gegeben.
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5(f) und 5(g) zeigen Schaltungen zum Bestimmen des Fehlerfalls der Unterleistung. Sie entsprechen den Schaltungen von 5(d) und 5(e), wobei jedoch bei diesen Beispielen auf die Produktbildung mit ISEL verzichtet worden ist, da sich die Leistung unmittelbar in der erfassten Spannung VSNS wiederspiegelt, so dass ein Vergleich der erfassten Spannung VSNS mit einem entsprechend vorgegebenen Schwellenwert TUPP ausreichend ist. Dieser Schwellenwert TUPP, welcher von dem Schwellenwert TUVP abweichend sein kann, repräsentiert eine Mindestspannung bei einer vorgegebenen Mindestleistung. Unterschreitet die erfasste Spannung diesen Schwellenwert TUPP, so liegt der Fehlerfall einer Unterleistung vor.
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6 zeigt schematisch den Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben eines Spannungskonverters, beispielsweise des Spannungskonverters 10, 20, 30 von 1–5, nach einem Ausführungsbeispiel.
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In einem ersten Schritt 110 wird der Spannungskonverter, beispielsweise der Spannungskonverter 10, 20, 30, mittels eines steuerbaren Schalters, beispielsweise des steuerbaren Schalters 11 von 2–4, derartig periodisch getaktet, dass eine eingangsseitig zugeführte Energie über einen oder mehrere Energiespeicher des Spannungskonverters an einen ausgangsseitig angeschlossenen Verbraucher, insbesondere ein LED-Leuchtmittel, abgegeben wird.
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In einem zweiten Schritt 120 wird mittels einer Erfassungseinrichtung, beispielsweise der Erfassungseinrichtung 12 von 1–4, eine Spannung erfasst, welche von der entlang des Arbeitspfades des Schalters in dem geöffneten Zustand des Schalters abfallenden Spannung abhängig ist (in dem geschlossenen Zustand des Schalters 11 ist dieser Arbeitspfad kurzgeschlossen, ohne dass eine nennenswerte Spannung abfallen würde).
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In einem dritten Schritt 130 wird eine Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen des Spannungskonverters dadurch bestimmt, dass die erfasste Spannung, beispielsweise die in 2–4 gezeigte Spannung VSNS, einer Bestimmungseinrichtung zugeführt wird. Diese ist dazu eingerichtet, sämtliche der Mehrzahl von unterschiedlichen Fehlerfällen in Abhängigkeit von der erfassten Spannung zu bestimmen, da sich diese jeweils in der erfassten Spannung abbilden und durch eine entsprechende Signalverarbeitung erkannt werden können. Die Bestimmungseinrichtung kann beispielsweise wie in 5 dargestellt ausgestaltet sein.
