DE102015223723A1 - Switching regulator for operating light sources with peak current value control and average current value detection - Google Patents
Switching regulator for operating light sources with peak current value control and average current value detection Download PDFInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltregler zum Betreiben von Leuchtmitteln mit einer Steuerschaltung (4). Die Steuerschaltung (4) ist dazu ausgelegt, mittels Ansteuerung des mit einer Spule gekoppelten Schalters (5) den Schaltregler (3) in einem Grenzbetriebsmodus zu betreiben, wenn die durch das Leuchtmittel (2) gebildete Last so hoch ist, dass die sich ergebende Abschaltschwelle über einem vorgegebenen Mindestwert der Abschaltschwelle liegt, und in einem diskontinuierlichen Betriebsmodus mit dem Mindestwert der Abschaltschwelle zu betreiben, wenn die durch das Leuchtmittel (2) gebildete Last so niedrig ist, dass die sich bei einem Grenzbetriebsmodus ergebende Abschaltschwelle unter dem vorgegebenen Mindestwert der Abschaltschwelle liegen würde. Das den Strom wiedergebende Signal wird sowohl im Falle des Grenzbetriebsmodus wie auch im Falle des diskontinuierlichen Betriebsmodus der Steuerschaltung (4) zugeführt, ohne extern einer Mittelwertbildung unterzogen zu werden.The present invention relates to a switching regulator for operating lamps with a control circuit (4). The control circuit (4) is designed to operate the switching regulator (3) in a limit operating mode by driving the coil-coupled switch (5) when the load formed by the lighting means (2) is so high that the resulting turn-off threshold is above a predetermined minimum value of the switch-off threshold, and to operate in a discontinuous operating mode with the minimum value of the switch-off threshold, if the load formed by the lighting means (2) is so low that the switch-off threshold resulting from a limit operating mode is below the predetermined minimum value of the switch-off threshold would. The signal representing the current is supplied to the control circuit (4) both in the case of the limit operation mode and in the case of the discontinuous operation mode, without externally averaging.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltregler zum Betreiben von Leuchtmitteln und ein Verfahren zum Steuern eines solchen Schaltreglers. Die Erfindung betrifft insbesondere Schaltregler, die in Betriebsgeräten zum Versorgen einer oder mehrerer Leuchtdioden eingesetzt werden. The present invention relates to a switching regulator for operating lamps and a method for controlling such a switching regulator. In particular, the invention relates to switching regulators which are used in operating devices for supplying one or more light-emitting diodes.
Ein Betriebsgerät zum Versorgen einer oder mehrerer Leuchtdioden ist aus der
Die Lichtabstrahlung einer Leuchtdiode hängt vom Stromfluss durch die Leuchtdiode ab. Zur Helligkeitssteuerung oder Helligkeitsregelung werden Leuchtdioden daher typischerweise in einem Modus betrieben, in dem der Stromfluss durch die Leuchtdiode durch das Betriebsgerät gesteuert oder geregelt wird. The light emission of a light emitting diode depends on the current flow through the light emitting diode. For brightness control or brightness control, light-emitting diodes are therefore typically operated in a mode in which the current flow through the light-emitting diode is controlled or regulated by the operating device.
Zur Ansteuerung von Leuchtdioden können Schaltregler verwendet werden, beispielsweise Aufwärtswandler oder Abwärtswandler, die in der Technik auch als Boost-Konverter bzw. Buck-Konverter bezeichnet werden. In einem derartigen Schaltregler steuert eine Steuereinrichtung einen schnellen Schalter an, der im eingeschalteten Zustand einen Stromfluss durch eine Spule (beim Buck-Konverter auch durch die Leuchtdiode) bewirkt. Nach dem Ausschalten treibt die Spule (beim Buck-Konverter) den Strom weiter durch die Leuchtdiode. Switching regulators may be used to drive light-emitting diodes, for example up-converters or down-converters, which are also referred to in the art as boost converters or buck converters. In such a switching regulator controls a control device to a fast switch, which causes a current flow through a coil (in the Buck converter, also by the light emitting diode) in the on state. After switching off, the coil (with the Buck converter) drives the current through the LED.
Für die Steuerung- oder Regelung wird von der Steuerschaltung des Schaltreglers eine Vielzahl von Messgrößen erfasst, um Abweichungen von vorgegebenen Betriebsparametern, wie Lichtfarbe und Helligkeit, oder Verschiebungen im Lichtspektrum bei unterschiedlichen Dimmpegeln, entgegenwirken zu können. For the control or regulation of the control circuit of the switching regulator, a plurality of measured variables detected in order to counteract deviations from predetermined operating parameters, such as light color and brightness, or shifts in the light spectrum at different levels of dimming.
Für die Erfassung der Messgrößen und das Erzeugen von entsprechenden Signalen, die der Steuerschaltung zuführbar bzw. von dieser verarbeitbar sind, werden zusätzliche Bauteile/Schaltungen benötigt, was den Aufbau des Schaltreglers insgesamt komplex und teuer macht. For the detection of the measured variables and the generation of corresponding signals which can be supplied to the control circuit or processable by this, additional components / circuits are needed, which makes the structure of the switching regulator as a whole complex and expensive.
Die Schaltregler werden je nach Anwendung im kontinuierlichen Betriebsmodus, bei dem der Schalter wiedereingeschaltet wird, bevor der Strom durch die Spule auf null abgesunken ist, im Grenzbetrieb, bei dem der Schalter wiedereingeschaltet wird, sobald der Spulenstrom auf null abgesunken ist oder die Nulllinie mit einer positiven Flanke erreicht, oder im diskontinuierlichen Betriebsmodus betrieben werden, bei dem der Schalter nicht sofort wiedereingeschaltet wird, sobald der Spulenstrom auf null abgesunken ist bzw. die Nulllinie mit einer positiven Flanke erreicht. The switching regulators, depending on the application in the continuous mode of operation, in which the switch is switched back to before the current through the coil has dropped to zero, in the limit mode, in which the switch is switched back as soon as the coil current has dropped to zero or the zero line with a reached positive edge, or operated in the discontinuous operating mode, in which the switch is not immediately switched back on when the coil current has dropped to zero or reaches the zero line with a positive edge.
Im kontinuierlichen Betriebsmodus (nichtlückender Betrieb) und im Grenzbetrieb kann ein Dimmen der Leuchtdiode bzw. eine Änderung der Abgabeleistung des Schaltreglers sehr einfach über eine Änderung des Schwellenwerts des Spulenstroms, bei dem der Schalter ausgeschaltet wird, erfolgen. Jedoch können bei niedrigem Dimmpegel bzw. niedrigen Abgabeströmen an die Leuchtdiode Probleme auftreten. In the continuous operating mode (non-latching operation) and in the limit operation, a dimming of the light emitting diode or a change in the output power of the switching regulator can be done very easily by changing the threshold value of the coil current at which the switch is turned off. However, problems can occur at low dimming levels and low output currents to the light emitting diode, respectively.
So ist ein Absenken der Abschaltschwelle im Grenzbetrieb oft nicht beliebig möglich, da es bei kleinen Schwellenwerten zu Problemen hinsichtlich der Erfassung und Verarbeitung des geringen Stromwerts kommen kann. Für niedrige Abgabeströme wird außerdem für den kontinuierlichen Betriebsmodus eine große Spule benötigt, was den Konverter teuer macht und seine Abmessungen vergrößert. Thus lowering the switch-off threshold in limit operation is often not possible at will, since small threshold values can lead to problems with the detection and processing of the low current value. Low output currents also require a large coil for the continuous mode of operation, which makes the converter expensive and increases its size.
Jedoch werden für die Steuerung des Umschaltens zwischen den Betriebsmodi und die Realisierung der Pulsfrequenzmodulation bei dem beschriebenen Betriebsgerät zusätzliche Bauteile/Schaltungen benötigt, was den Aufbau des Betriebsgeräts insgesamt komplex und teuer macht. However, additional components / circuits are required for the control of the switching between the operating modes and the realization of the pulse frequency modulation in the described operating device, which makes the structure of the operating device as a whole complex and expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, einen Schaltregler, ein Betriebsgerät und ein Verfahren zum Steuern eines Schaltreglers für den Betrieb von einem oder mehreren Leuchtmitteln bereitzustellen, die eine genaue Steuerung und Regelung mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau erlauben. The invention has for its object to provide devices and methods that reduce the problems described. The object is in particular to provide a switching regulator, an operating device and a method for controlling a switching regulator for the operation of one or more light sources, which provide precise control and Allow regulation with a simple and inexpensive construction.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet. This object is achieved according to the features of the independent claims. The invention is further developed by the features of the dependent claims.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Schaltregler, insbesondere z.B. ein Abwärtswandler, zum Betreiben von einem oder mehreren Leuchtmitteln eine Steuerschaltung, die einen mit einer Spule gekoppelten Schalter des Schaltreglers ansteuert, und Mittel zum direkten oder indirekten Erfassen des durch die Spule fließenden Stroms und zur Zuführung eines diesen Strom wiedergebenden Signals an die Steuerschaltung auf. Dabei wird der Schalter ausgeschaltet, wenn das Signal anzeigt, dass der Strom eine Abschaltschwelle erreicht hat. Die Steuerschaltung ist ausgelegt, mittels Ansteuerung des Schalters den Schaltregler in einem Grenzbetriebsmodus zu betreiben, wenn die durch das oder die mehreren Leuchtmittel gebildete Last so hoch ist, dass die sich ergebende Abschaltschwelle über einem vorgegebenen Mindestwert der Abschaltschwelle liegt, und in einem diskontinuierlichen Betriebsmodus mit dem Mindestwert der Abschaltschwelle zu betreiben, wenn die durch das oder die mehreren Leuchtmittel gebildete Last so niedrig ist, dass die sich bei einem Grenzbetriebsmodus ergebende Abschaltschwelle unter dem vorgegebenen Mindestwert der Abschaltschwelle liegen würde, wobei das Signal sowohl im Falle des Grenzbetriebsmodus als auch im Falle des diskontinuierlichen Betriebsmodus der Steuerschaltung zugeführt wird, ohne extern einer Mittelwertbildung unterzogen zu werden. D.h. die Steuerschaltung ist so eingerichtet, dass sie sowohl im Grenzbetriebsmodus als auch im diskontinuierlichen Modus den Schalter auf Basis des zugeführten, den Strom wiedergebenden Signals ansteuert. According to the present invention, a switching regulator, in particular e.g. a down converter for driving one or more light sources, a control circuit that drives a switch of the switching regulator coupled to a coil, and means for directly or indirectly detecting the current flowing through the coil and for supplying a signal representing this current to the control circuit. The switch is turned off when the signal indicates that the current has reached a turn-off threshold. The control circuit is configured to operate the switching regulator in a limit operating mode by driving the switch when the load formed by the one or more lamps is so high that the resulting turn-off threshold is above a predetermined minimum value of the turn-off threshold, and in a discontinuous operating mode to operate at the minimum level of the turn-off threshold when the load formed by the one or more illuminants is so low that the turn-off threshold resulting from a limit operating mode would be below the predetermined minimum turn-off threshold, the signal in both the limit operating mode and the case the discontinuous mode of operation of the control circuit is supplied without externally being averaged. That the control circuit is arranged to actuate the switch on the basis of the supplied signal representing the current, both in the limit operating mode and in the discontinuous mode.
Somit kann der Schaltregler bei höherer Last im Grenzbetriebsmodus betrieben werden, was eine einfache und genaue Steuerung des Stroms durch das oder die Leuchtmittel mittels der Änderungen der Abschaltschwelle erlaubt. Fällt der Maximalwert des Stroms durch das oder die mehreren Leuchtmittel bzw. die Abschaltschwelle aufgrund von unterschiedlichen Lastanforderungen, wie Dimmen, auf einen so geringen Wert, dass eine weitere Verringerung zu Problemen hinsichtlich der Erfassung, Verarbeitung, etc. dieses geringen Stromwerts führen würde, erfolgt ein Umschalten in einen diskontinuierlichen Betriebsmodus, bei dem dann allein die Totzeit des Stroms die Stellgröße darstellt. Thus, the switch regulator can be operated at higher load in the limit operating mode, which allows a simple and accurate control of the current through the one or more bulbs by means of the changes of the switch-off threshold. If the maximum value of the current through the one or more lamps or the switch-off threshold due to different load requirements, such as dimming, falls to such a low value that further reduction would lead to problems with detection, processing, etc. of this low current value a switchover to a discontinuous operating mode, in which then only the dead time of the current represents the manipulated variable.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Schaltregler zum Betreiben von einem oder mehreren Leuchtmitteln eine Steuerschaltung auf, die einen mit einer Spule gekoppelten Schalter des Schaltreglers ansteuert, und Mittel zum direkten oder indirekten Erfassen des durch die Spule fließenden Stroms und zur Zuführung eines diesen Strom wiedergebenden Signals an die Steuerschaltung auf, wobei der Schalter ausgeschaltet wird, wenn das Signal anzeigt, dass der Strom eine Abschaltschwelle erreicht hat. Die Steuerschaltung ist dazu ausgelegt, mittels Ansteuerung des Schalters den Schaltregler in einem Grenzbetriebsmodus zu betreiben, wenn die durch das oder die mehreren Leuchtmittel gebildete Last so hoch ist, dass die sich ergebende Abschaltschwelle über einem vorgegebenen Mindestwert liegt, und in einem diskontinuierlichen Betriebsmodus mit dem Mindestwert der Abschaltschwelle abwechselnd mit dem Grenzbetriebsmodus zu betreiben, wenn die durch das oder die mehreren Leuchtmittel gebildete Last so niedrig ist, dass die sich bei einem Grenzbetriebsmodus ergebende Abschaltschwelle unter dem vorgegeben Mindestwert der Abschaltschwelle liegen würde. Das den Strom wiedergebende Signal kann sowohl im Falle des Grenzbetriebsmodus wie auch im Falle des diskontinuierlichen Betriebsmodus der Steuerschaltung zugeführt werden, ohne extern einer Mittelwertbildung unterzogen zu werden. According to the present invention, a switching regulator for operating one or more lighting means comprises a control circuit which drives a switch of the switching regulator coupled to a coil, and means for directly or indirectly detecting the current flowing through the coil and for supplying a signal representing this current to the control circuit, the switch being turned off when the signal indicates that the current has reached a shutdown threshold. The control circuit is configured to operate the switching regulator in a limit operating mode by driving the switch when the load formed by the one or more illuminants is so high that the resulting turn-off threshold is above a predetermined minimum value and in a discontinuous operating mode Minimum value of the shutdown threshold to operate alternately with the limit operating mode when the load formed by the one or more lamps is so low that the resulting in a limit operating mode shutdown threshold would be below the predetermined minimum value of the shutdown threshold. The signal representing the current can be supplied to the control circuit in the case of the limit operating mode as well as in the case of the discontinuous operating mode, without being externally averaged.
Beim diskontinuierlichen Betriebsmodus kann es, wenn der Zeitpunkt des Wiedereinschaltens neben der Lastanforderung/Dimmpegelvorgabe auch vom Spannungsverlauf (Nulldurchgang oder Spannungsminimum) über dem Schalter abhängt, zu einem verspäteten Wiedereinschalten und somit zu einem geringeren Strommittelwert als gewünscht kommen. Durch das Abwechseln von dem diskontinuierlichen Betriebsmodus und dem Grenzbetriebsmodus kann dies insbesondere in einem Übergangsbereich durch den erhöhten Strommittelwert in dem darauffolgenden Grenzbetriebsmodus ausgeglichen werden. In the discontinuous operating mode, if the time of restarting next to the load request / dimming level specification also depends on the voltage curve (zero crossing or voltage minimum) above the switch, a delayed restart and thus a lower average current value than desired. By alternating between the discontinuous operating mode and the limit operating mode, this can be compensated in particular in a transition region by the increased average current in the subsequent limit operating mode.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, von dem Betrieb, in dem der Schaltregler in dem diskontinuierlichen Betriebsmodus mit dem Mindestwert der Abschaltschwelle abwechselnd mit dem Grenzbetriebsmodus betrieben wird, in einen Betrieb, in dem der Schaltregler in dem diskontinuierlichen Betriebsmodus mit dem Mindestwert der Abschaltschwelle und nicht abwechselnd mit dem Grenzbetriebsmodus betrieben wird, zu wechseln, wenn ein erstes Steuersignal von der Steuerschaltung empfangen wurde oder wenn der Zeitabschnitt TPeriod, in dem die Steuerschaltung den Schalter ein, aus und wieder einschaltet, einen Maximalwert annimmt. The control circuit may be adapted to operate from the operation in which the switching regulator is operated in the discontinuous operating mode with the minimum value of the shutdown threshold alternately with the limit operating mode, in which the switching regulator in the discontinuous operating mode with the minimum value of the shutdown threshold alternating with the Limit mode is operated to change when a first control signal from the control circuit has been received or when the period T period in which the control circuit, the switch on, off and on again assumes a maximum value.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, von dem Betrieb, in dem der Schaltregler in dem diskontinuierlichen Betriebsmodus mit dem Mindestwert der Abschaltschwelle nicht abwechselnd mit dem Grenzbetriebsmodus betrieben wird, in den Betrieb, in dem der Schaltregler in dem diskontinuierlichen Betriebsmodus mit dem Mindestwert der Abschaltschwelle abwechselnd mit dem Grenzbetriebsmodus betrieben wird, zu wechseln, wenn ein zweites Steuersignal von der Steuerschaltung empfangen wurde oder wenn der Zeitabschnitt TPeriod, in dem die Steuerschaltung den Schalter ein, aus und wieder einschaltet, einen Minimalmalwert annimmt. The control circuit may be configured to alternate, from the operation in which the switching regulator is not alternately operated with the limit operating mode in the discontinuous operating mode with the minimum value of the turn-off threshold, to the operation in which the switching regulator alternates in the discontinuous operating mode with the minimum value of the turn-off threshold is operated with the limit operating mode to change when a second control signal from the control circuit has been received or when the period T period in which the control circuit turns the switch on and off, a Mindestmalwert assumes.
Das oder die mehreren Leuchtmittel können Leuchtdioden sein. The one or more light sources may be light emitting diodes.
Die Steuerschaltung kann einen Komparator zum Vergleichen des Signals mit einem den Mindestwert repräsentierenden Signal aufweisen. The control circuit may comprise a comparator for comparing the signal with a signal representing the minimum value.
Die Steuerschaltung kann dazu eingerichtet sein, in dem Grenzbetriebsmodus die Abschaltschwelle entsprechend einem empfangenen Dimmsignal zu ändern. The control circuit may be configured to change the switch-off threshold according to a received dimming signal in the limit operating mode.
Die Steuerschaltung kann dazu eingerichtet sein, in dem diskontinuierlichen Betriebsmodus einen Strommittelwert Iavg für den Zeitabschnitt TPeriod in dem die Steuerschaltung den Schalter ein, aus und wieder einschaltet entsprechend der Gleichung: Iavg = 0,5·IPeak·TActive/TPeriod zu ermitteln und den Zeitpunkt des Wiedereinschaltens des Schalters auf Grundlage des ermittelten Strommittelwerts Iavg zu bestimmen, wobei IPeak der vorgegebene Mindestwert der Abschaltschwelle und TActive die Summe der Einschaltdauer TOn und der Ausschaltdauer TOff des Schalters sind. Somit ist keine zusätzliche Schaltung zur Bestimmung des Strommittelwerts und kein zusätzlicher Eingang (Pin) an der Steuerschaltung zum Eingeben des extern bestimmten Strommittelwerts nötig. The control circuit may be configured to, in the discontinuous mode of operation, turn on and off a current average I avg for the period T period in which the control circuit turns the switch on according to the equation: I avg = 0.5 * I peak * T active / T Period to determine and to determine the time of restarting the switch based on the determined average current I avg , where I Peak, the predetermined minimum value of the switch-off threshold and T Active, the sum of the duty cycle T On and the switch-off T Off of the switch. Thus, no additional circuitry for determining the average current and no additional input (pin) to the control circuit is required to input the externally determined average current.
Die Steuerschaltung kann dazu eingerichtet sein, in dem diskontinuierlichen Betriebsmodus den Strommittelwert Iavg nach der Ausschaltdauer TOff des Schalters bis zum Zeitpunkt des Wiedereinschaltens des Schalters kontinuierlich zu ermitteln und den ermittelten Strommittelwert Iavg kontinuierlich mit einem dem Dimmsignal entsprechenden Wert zu vergleichen, um den Zeitpunkt des Wiedereinschaltens zu bestimmen. The control circuit may be configured to continuously determine the average current value I avg after the switch-off period T Off of the switch in the discontinuous operating mode until the switch is switched on again and to compare the ascertained average current value I avg continuously with a value corresponding to the dimming signal in order to obtain the Time of restarting to determine.
Die Steuerschaltung kann dazu eingerichtet sein, ein den Spannungsverlauf über dem Schalter wiedergebendes Signal zu erfassen und in dem diskontinuierlichen Betriebsmodus den Zeitpunkt des Wiedereinschaltens auf Grundlage des ermittelten Strommittelwerts Iavg zu bestimmen. The control circuit may be configured to detect a signal representing the voltage profile across the switch and, in the discontinuous operating mode, to determine the time of the restarting on the basis of the determined average current value I avg .
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Schaltregler zum Betreiben von einem oder mehreren Leuchtmitteln eine Steuerschaltung auf, die dazu ausgelegt ist, mittels Ansteuerung eines mit einer Spule gekoppelten Schalters den Schaltregler in einem diskontinuierlichen Betriebsmodus zu betreiben, Mittel zum direkten oder indirekten Erfassen des durch die Spule fließenden Stroms und zur Zuführung eines diesen Strom wiedergebenden ersten Signals an die Steuerschaltung, und Mittel zum direkten oder indirekten Erfassen des von dem Schaltregler abgegebenen und durch das oder die Leuchtmittel fließenden Stroms oder der an das oder die Leuchtmittel abgegebenen Spannung und zur Zuführung eines diesen Strom bzw. der Spannung wiedergebenden zweiten Signals an die Steuerschaltung auf, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, den Schalter auszuschalten, wenn das erste Signal anzeigt, dass der Strom eine Abschaltschwelle erreicht hat, den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters auf Grundlage des zweiten Signals zu regeln, und den Verstärkungsfaktor der Regelschleife für den Wiedereinschaltzeitpunkt bei einer in aufeinanderfolgenden Schaltzyklen zunehmenden Zeitspanne, in der der Schalter ausgeschaltet ist, zu erhöhen. According to the present invention, a switching regulator for operating one or more lighting means comprises a control circuit which is designed to operate the switching regulator in a discontinuous operating mode by means of a switch coupled to a coil, means for directly or indirectly detecting the current through the coil flowing current and supplying a current reproducing this first signal to the control circuit, and means for directly or indirectly detecting the output from the switching regulator and by the one or more bulbs flowing current or the output to the one or more bulbs voltage and supplying a current or the voltage reproducing second signal to the control circuit, wherein the control circuit is adapted to turn off the switch, when the first signal indicates that the current has reached a shutdown threshold, the reclosing time of the switch based e of the second signal, and to increase the gain of the control loop for the reconnection time at an increasing in successive switching cycles period in which the switch is turned off.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters und/oder die Abschaltschwelle in Abhängigkeit von einem empfangenen Dimmsignal zu ändern, wobei in der Regelschleife das zweite Signal als Regelgröße mit einem empfangenem Dimmsignal verglichen und der Verstärkungsfaktor für die Regelabweichung bei der Zunahme der Zeitspanne vergrößert werden kann. The control circuit may be configured to change the switch-on time of the switch and / or the switch-off threshold in response to a received dimming signal, wherein in the control loop the second signal is compared as a control variable with a received dimming signal and the gain factor for the control deviation with the increase of the time span can be increased.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Schaltregler zum Betreiben von einem oder mehreren Leuchtmitteln eine Steuerschaltung, die dazu ausgelegt ist, mittels Ansteuerung eines mit einer Spule gekoppelten Schalters den Schaltregler in einem diskontinuierlichen Betriebsmodus zu betreiben, Mittel zum direkten oder indirekten Erfassen des durch die Spule fließenden Stroms und zur Zuführung eines diesen Strom wiedergebenden ersten Signals an die Steuerschaltung, und Mittel zum direkten oder indirekten Erfassen des von dem Schaltregler abgegebenen und durch das oder die Leuchtmittel fließenden Stroms oder der an das oder die Leuchtmittel abgegebenen Spannung und zur Zuführung eines diesen Strom bzw. der Spannung wiedergebenden zweiten Signals an die Steuerschaltung auf, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, den Schalter auszuschalten, wenn das erste Signal anzeigt, dass der Strom eine Abschaltschwelle erreicht hat, die Abschaltschwelle in Abhängigkeit von einem empfangenem Dimmsignal zu verändern, und den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters auf Grundlage des zweiten Signals zu regeln. According to the present invention, a switching regulator for operating one or more light emitting means comprises a control circuit adapted to operate the switching regulator in a discontinuous operating mode by driving a switch coupled to a coil, means for detecting, directly or indirectly, the current flowing through the coil Current and for supplying a current representing this current first signal to the control circuit, and means for directly or indirectly detecting the output from the switching regulator and by the one or more bulbs flowing current or the voltage delivered to the one or more bulbs and for supplying a current or this the power reproducing second signal to the control circuit, wherein the control circuit is adapted to turn off the switch when the first signal indicates that the current has reached a shutdown threshold, the shutdown threshold in response to a received To change dimming signal, and to regulate the switch-on time of the switch based on the second signal.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, die Abschaltschwelle entsprechen einer Funktion oder einer Tabelle, welche jedem Wert des empfangenen Dimmsignals eine Abschaltschwelle zuordnet, zu setzten. The control circuit may be configured to set the shutdown threshold according to a function or a table which assigns a shutdown threshold to each value of the received dimming signal.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters in Abhängigkeit von einem empfangenen Dimmsignal zu ändern. The control circuit may be adapted to the switch-on time of the switch in Change dependence on a received dimming signal.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, bei einer Änderung des empfangenem Dimmsignals, bis zu einem bestimmten Wert des empfangenem Dimmsignals den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters bei konstanter Abschaltschwelle zu verändern und unterhalb des bestimmten Werts die Abschaltschwelle bei konstanter Ausschaltzeitspanne des Schalters bzw. bei konstantem Zeitabschnitt, in dem der Strom durch die Spule auf null abfällt und der Schalter wieder eingeschaltet wird, zu verändern. The control circuit may be adapted to change the switch-on time of the switch at a constant switch-off threshold and below the predetermined value, the switch-off threshold at a constant switch-off of the switch or at a constant period, in a change of the received dimming signal, up to a certain value of the received dimming signal the current through the coil drops to zero and the switch is turned back on.
Der Schaltregler kann ein Abwärts- oder Aufwärtswandler sein. The switching regulator may be a buck or boost converter.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Betriebsgerät für Leuchtdioden einen der oben beschriebenen Schaltregler auf. According to the present invention, a control device for light emitting diodes on one of the switching regulator described above.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern eines Schaltreglers für den Betrieb von einem oder mehreren Leuchtmitteln die Schritte Ansteuern eines mit einer Spule gekoppelten Schalters des Schaltreglers, Erfassen des durch die Spule fließenden Stroms und Erzeugen eines diesen Strom wiedergebenden Signals auf, wobei der Schalter ausgeschaltet wird, wenn das Signal anzeigt, dass der Strom eine Abschaltschwelle erreicht hat. Durch das Ansteuern des Schalters wird der Schaltregler in einem Grenzbetriebsmodus betrieben, wenn die durch das oder die mehreren Leuchtmittel gebildete Last so hoch ist, dass die sich ergebende Abschaltschwelle über einem vorgegeben Mindestwert der Abschaltschwelle liegt, und in einem diskontinuierlichen Betriebsmodus mit dem Mindestwert der Abschaltschwelle abwechselnd mit dem Grenzbetriebsmodus betrieben, wenn die durch das oder die mehreren Leuchtmittel gebildete Last so niedrig ist, dass die sich bei einem Grenzbetriebsmodus ergebende Abschaltschwelle unter dem vorgegeben Mindestwert der Abschaltschwelle liegen würde. According to the present invention, a method of controlling a switching regulator for the operation of one or more bulbs comprises the steps of driving a coil-coupled switch of the switching regulator, detecting the current flowing through the coil, and generating a signal representing that current is turned off when the signal indicates that the current has reached a shutdown threshold. By driving the switch, the switching regulator is operated in a limit operating mode when the load formed by the one or more illuminants is so high that the resulting turn-off threshold is above a predetermined minimum turn-off threshold and in a discontinuous operating mode with the minimum turn-off threshold operated alternately with the limit operating mode when the load formed by the one or more lamps is so low that the switch-off threshold resulting from a limit operating mode would be below the predetermined minimum value of the switch-off threshold.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern eines Schaltreglers für den Betrieb von einem oder mehreren Leuchtmitteln die Schritte Ansteuern eines mit einer Spule gekoppelten Schalters des Schaltreglers in einem diskontinuierlichen Betriebsmodus, Erfassen des durch die Spule fließenden Stroms und Erzeugen eines diesen Strom wiedergebenden ersten Signals, und Erfassen des von dem Schaltregler abgegebenen und durch das oder die Leuchtmittel fließenden Stroms oder der an das oder die Leuchtmittel abgegebenen Spannung und Erzeugen eines diesen Strom bzw. der Spannung wiedergebenden zweiten Signals, wobei der Schalter ausgeschaltet wird, wenn das erste Signal anzeigt, dass der Strom eine Abschaltschwelle erreicht hat, der Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters auf Grundlage des zweiten Signals geregelt wird, und der Verstärkungsfaktor der Regelschleife für den Wiedereinschaltzeitpunkt bei einer in aufeinanderfolgenden Schaltzyklen zunehmenden Zeitspanne, in der der Schalter ausgeschaltet ist, erhöht wird. In accordance with the present invention, a method of controlling a switching regulator for operating one or more light emitting devices comprises the steps of driving a coil-coupled switch of the switching regulator in a discontinuous mode of operation, detecting the current flowing through the coil, and generating a first signal representative of that current and detecting the current delivered by the switching regulator and flowing through the lamp (s) or the voltage output to the lamp (s) and generating a second signal representing that current or voltage, the switch being turned off when the first signal indicates that that the current has reached a switch-off threshold, the switch-on instant of the switch is regulated on the basis of the second signal, and the amplification factor of the control loop for the switch-on instant at a time increasing in successive switching cycles, in which d he switch is off, is increased.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern eines Schaltreglers für den Betrieb von einem oder mehreren Leuchtmitteln die Schritte Ansteuerung eines mit einer Spule gekoppelten Schalters des Schaltreglers in einem diskontinuierlichen Betriebsmodus, Erfassen des durch die Spule fließenden Stroms und Erzeugen eines diesen Strom wiedergebenden ersten Signals und Erfassen des von dem Schaltregler abgegebenen und durch das oder die Leuchtmittel fließenden Stroms oder der an das oder die Leuchtmittel abgegebenen Spannung und Erzeugen eines diesen Strom bzw. der Spannung wiedergebenden zweiten Signals, wobei der Schalter ausgeschaltet wird, wenn das erste Signal anzeigt, dass der Strom eine Abschaltschwelle erreicht hat, die Abschaltschwelle in Abhängigkeit von einem empfangenem Dimmsignal geändert wird, und den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters auf Grundlage des zweiten Signals geregelt wird. According to the present invention, a method of controlling a switching regulator for the operation of one or more lighting means comprises the steps of driving a switch coupled to a coil of the switching regulator in a discontinuous mode of operation, detecting the current flowing through the coil, and generating a first signal representing that current and sensing the current output by the switching regulator and flowing through the lamp (s) or the voltage output to the lamp (s) and generating a second signal representing that current or voltage, the switch being turned off when the first signal indicates that the current has reached a turn-off threshold, the turn-off threshold is changed in response to a received dim signal, and the switch-on timing of the switch is controlled based on the second signal.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Components with the same functions are identified in the figures with the same reference numerals.
Das Betriebsgerät
Der steuerbare Schalter
Der steuerbare Schalter
Die Steuerschaltung
Die Steuerschaltung
Im eingeschalteten Zustand des steuerbaren Schalters
Der aktuelle Spulenstrom iL kann während der Einschaltphase mittels der über einen Messwiderstand
Die Steuerschaltung
Der obere und/oder untere Schaltschwellenwert IPeak, Ilow kann intern durch die Steuerschaltung
In einer möglichen Ausführungsform kann mittels der Überwachung über die weitere Induktivität
Die Steuerschaltung
Die Steuerschaltung
Wie in den Diagrammen A2 und A3 der
Der sich während des zickzackförmigen zeitlichen Verlaufs des Signals ISNS ergebende Mittelwert des Stroms stellt eine von der Steuerschaltung
Die obere Abschaltschwelle IPeak (Ausschaltschwelle) kann jedoch nicht beliebig abgesenkt werden, da es bei geringen Stromwerten zu Problemen hinsichtlich der Erfassung und Verarbeitung des geringen Stromwerts kommen kann. However, the upper switch-off threshold I Peak (switch-off threshold) can not be lowered arbitrarily, since at low current values, problems can arise with regard to the detection and processing of the low current value.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wechselt die Steuerschaltung
Die Abschaltschwelle IPeak im Diagramm B3 entspricht dem vorgegebenen Mindestwert. Eine Veränderung des Strommittelwerts Iavg steuert die Steuerschaltung
Der zu steuernde Strommittelwert Iavg kann im diskontinuierlichen Betriebsmodus entsprechend der Gleichung:
Wie in
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel keine externe Ermittlung des Strommittelwerts Iavg, weder im Grenzbetriebsmodus noch im diskontinuierlichen Betriebsmodus. An der Steuerschaltung
Wie in
Um Schaltverluste des Schalters
Wird der Schalter
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt ein Abwechseln von dem diskontinuierlichen Betriebsmodus und dem Grenzbetriebsmodus, wenn die durch die LED(s) gebildete Last so niedrig ist, dass die sich bei einem Grenzbetriebsmodus ergebende obere Abschaltschwelle Ipeak unter dem vorgegeben Mindestwert der Abschaltschwelle Ipeak liegen würde. According to the present invention, a change from the discontinuous operating mode to the limit operating mode occurs when the load formed by the LED (s) is so low that the upper turn-off threshold I peak resulting in a limit operating mode would be below the predetermined minimum value of the turn-off threshold I peak ,
Dieses Abwechseln kann insbesondere in einem Übergangsbereich zu einem genaueren Strommittelwert Iavg über zwei Perioden TPeriod führen, da der aus dem diskontinuierlichen Betriebsmodus resultierende zu niedrige Strommittelwert Iavg mit dem im darauffolgenden Grenzbetriebsmodus zu hohen Strommittelwert Iavg ausgeglichen werden kann. Dieser Aspekt des Abwechselns von dem diskontinuierlichen Betriebsmodus und dem Grenzbetriebsmodus stellt für sich einen vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Jedoch wird das Signal ISNS sowohl im Falle des Grenzbetriebsmodus wie auch im Falle des diskontinuierlichen Betriebsmodus der Steuerschaltung zugeführt, ohne einer externen Mittelwertbildung unterzogen zu werden. This alternation can lead to a more precise mean current value I avg over two periods T period , in particular in a transition region, since the resulting too low average current value I avg from the discontinuous operating mode can be compensated for by the high mean current value I avg which is too high in the subsequent limit operating mode. This aspect of alternating between the discontinuous mode of operation and the limit mode of operation constitutes in itself an advantageous aspect of the present invention. However, both in the case of the limit mode of operation and in the case of the discontinuous mode of operation, the signal ISNS is fed to the control circuit without undergoing external averaging ,
Das Ende eines Wechselbetriebs bzw. der Übergang vom Wechselbetrieb zu einem fortwährenden diskontinuierlichen Betriebsmodus kann mittels eines empfangenen Steuersignals ausgelöst werden oder von der Länge des Zeitabschnittes t3 bis t4 oder der Länge der Periode TPeriod des diskontinuierlichen Betriebsmodus abhängig sein, wobei ein Ende eines Wechselbetriebs bzw. der Übergang vom Wechselbetrieb zu einem fortwährenden diskontinuierlichen Betriebsmodus erfolgt, wenn die Länge einen Maximalwert annimmt. Der Wechsel im Mischbetrieb erfolgt nach jeweils einigen wenigen Schaltzyklen. The end of an alternating operation or the transition from alternating operation to a continuous discontinuous operating mode can be triggered by means of a received control signal or depending on the length of the time period t 3 to t 4 or the length of the period T period of the discontinuous operating mode, wherein an end of an alternating operation or the transition from alternating operation to a continuous discontinuous operating mode takes place when the length assumes a maximum value. The change in mixed operation takes place after a few switching cycles.
In gleicher Weise kann ein Übergang vom einem fortwährenden diskontinuierlichen Betriebsmodus zu dem Wechselbetrieb mittels eines empfangenen Steuersignals ausgelöst werden oder von der Länge des Zeitabschnittes t3 bis t4 oder der Länge der Periode TPeriod des diskontinuierlichen Betriebsmodus abhängig sein, wobei ein Start eines Wechselbetriebs bzw. der Übergang vom einem fortwährenden diskontinuierlichen Betriebsmodus zum Wechselbetrieb erfolgt, wenn die Länge einen Minimalwert annimmt. Der Minimalwert und der Maximalwert können gleich sein. Similarly, a transition from a continuous discontinuous mode of operation to the alternating mode by means of a received control signal can be triggered or depending on the length of the period t 3 to t 4 or the length of the period T period of the discontinuous mode of operation, wherein a start of a Wechselbetriebss or The transition from a continuous discontinuous mode of operation to alternating mode occurs when the length assumes a minimum value. The minimum value and the maximum value can be the same.
Nach dem Ausschalten des Schalters
Der Zeitpunkt, wann der Stromfluss durch die Spule
Die Steuerung des in
Das Betriebsgerät
Das Betriebsgerät
Der Steuerschaltung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuerschaltung
Die Abschaltschwelle IPeak kann von der Steuerschaltung
Mit der gesetzten Abschaltschwelle IPeak erfolgt durch die Steuerschaltung
Sinkt auf Grund von, zum Beispiel, Temperatur- oder Spannungsschwankungen die mittels des Signals Sis ermittelte Abgabeleistung bei konstantem Dimmsignal/Dimmwert ab, verkürzt die Steuerschaltung
Bei einem Ansteigen der Abgabeleistung mit konstantem Dimmsignal/Dimmwert wird von der Steuerschaltung
In dem diskontinuierlichen Betriebsmodus ist die Beziehung zwischen der Änderung der Totzeit Tdead und der Änderung der Abgabeleistung vorzugsweise nicht linear. Eine Verschiebung des Wiedereinschaltzeitpunkts bei kleinen Totzeiten Tdead bewirkt eine größere Änderung der Abgabeleistung als eine Verschiebung um ein identisches ∆t bei großen Totzeiten Tdead. Wird also bei der Regelung der Abgabeleistung die Totzeit Tdead in gleichgroßen Schritten geändert, verschlechtert sich das Ansprechverhalten der Regelung bei größeren Totzeiten Tdead (kleinen Abgabeleistungen), da ein Anpassungsschritt bei großen Totzeiten Tdead eine sehr geringe Auswirkung auf die Änderung der Abgabeleistung hat und viele Anpassungsschritte/Schaltzyklen nötig werden. In the discontinuous mode of operation, the relationship between the change of the dead time T dead and the change of the output power is preferably not linear. A shift of the reconnection time at small dead times T dead causes a larger change in the output power than a shift by an identical Δt at large dead times T dead . Thus, when the dead time T dead is changed in equally large steps in the regulation of the power output, the response of the control at larger dead times T dead (small power outputs) deteriorates because an adjustment step for large dead times T dead has a very small effect on the change in output power and many adaptation steps / switching cycles become necessary.
Um das Ansprechverhalten in einfacher Weise zu verbessern, kann die Steuerschaltung
Die aktuelle Totzeit Tdead kann aus dem von der Steuerschaltung
In dem oben beschrieben Ausführungsbeispiel setzt die Steuerschaltung
In einem Ausführungsbeispiel des Betriebsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Änderung der Totzeit Tdead in Abhängigkeit vom Dimmsignal bei weitgehend konstanter Abschaltschwelle IPeak bis zu einem bestimmten Dimmwert oder bis zu einer bestimmten Abgabeleistung und unterhalb dieses Dimmwerts bzw. dieser Abgabeleistung erfolgt von der Steuerschaltung
Ein Kondensator
Die Steuerschaltung
Wird der Schalter
Die Schaltzyklus-Steuereinrichtung
Zeigt das Signal ISNS an, dass der Stromfluss auf null abgesunken ist, startet die Schaltzyklus-Steuereinrichtung
In einem Ausführungsbeispiel setzt die Abgabeleistungs-Steuereinrichtung
Ein weiterer Messwiderstand
Die Regelung der Abgabeleistung durch die Abgabeleistungs-Steuereinrichtung
Die beschriebene Regelung/Stabilisierung der Abgabeleistung mit oder ohne Korrektur durch den Verstärkungsfaktor k kann auch bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, bei denen ein Wechsel zwischen Grenzbetriebsmodus und diskontinuierlichem Betriebsmodus in Abhängigkeit von der Abschaltschwelle erfolgt, angewendet werden. The described regulation / stabilization of the output power with or without correction by the gain factor k can also be applied in the embodiments described above, in which a change between the limit operating mode and the discontinuous operating mode as a function of the switch-off threshold occurs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2013/152368 A1 [0002] WO 2013/152368 A1 [0002]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Sheng Liu et al.: “An adaptive on-time controlled boost LED driver with high dimming ratio”, IECON 2012 – 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, vol., no., pp. 210, 214, 25–28 Oct. 2012 [0010] Sheng Liu et al .: "Adaptive on-time controlled boost LED driver with high dimming ratio", IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, vol., No., Pp. 210, 214, 25-28 Oct. 2012 [0010]
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