DE102016013733B4

DE102016013733B4 - Method for operating a power factor correction circuit

Info

Publication number: DE102016013733B4
Application number: DE102016013733.9A
Authority: DE
Inventors: Reiner Nowitzki; Tobias Fuhr
Original assignee: FINEPOWER GmbH
Current assignee: FINEPOWER GmbH
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2036-11-18
Also published as: DE102016013733A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Leistungsfaktorkorrektur, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsfaktor für eine begrenzte Zeitdauer reduziert wird.A method of operating a power factor correction, characterized in that the power factor is reduced for a limited period of time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung.The invention relates to a method for operating a power factor correction circuit.

Leistungsfaktorkorrekturschaltungen (engl. Power Factor Correction, PFC) sind beispielsweise notwendig zur Versorgung elektrischer Verbraucher aus öffentlichen Stromnetzen. Typischerweise werden solche Schaltungen als Hochsetzsteller mit integrierter Gleichrichtung betrieben, wobei die Form des Eingangsstroms der Form der Eingangsspannung angepasst wird.Power Factor Correction (PFC) circuits, for example, are needed to power electrical loads from public power grids. Typically, such circuits are operated as step-up converters with integrated rectification, the shape of the input current being adjusted to the shape of the input voltage.

Dabei entsteht am Ausgang einer PFC-Schaltung ein gleichförmiger Strom mit überlagertem Wechselanteil der doppelten Frequenz der Netzspannung. Dieser sogenannte Rippelstrom wird üblicherweise über hochkapazitive Bauelemente, wie beispielsweise Elektrolytkondensatoren, an dem elektrischen Verbraucher vorbeigeführt. Dadurch ergibt sich eine der Kapazität und Frequenz umgekehrt proportionale Wechselspannung, welche der gleichförmigen Ausgangsspannung der PFC überlagert ist. Durch eine genügend große Kapazität muss dieser Wechselanteil begrenzt werden, um die ordnungsgemäße Funktion der Leistungsfaktorkorrektur sicherzustellen.This results in the output of a PFC circuit, a uniform current with superimposed alternating component of twice the frequency of the mains voltage. This so-called ripple current is usually passed over high-capacitive components, such as electrolytic capacitors, to the electrical load. This results in an alternating voltage which is inversely proportional to the capacitance and frequency, which is superimposed on the uniform output voltage of the PFC. Due to a sufficiently large capacity, this alternating component must be limited in order to ensure the proper function of the power factor correction.

In dynamischen Betriebssituationen, beispielsweise beim Ein- und Ausschalten des elektrischen Verbrauchers oder bei Lastsprüngen, entstehen zusätzliche Spannungsschwankungen, welche durch eine Spannungsregelung ausgeglichen werden müssen. Die Spannungsregelung in einer PFC ist vergleichsweise langsam, wodurch eine Ausregelung von Spannungsschwankungen mehrere Netzperioden dauern kann. Insbesondere bei Lastsprüngen hin zu maximaler Belastung sind der Spannungsregelung durch eine maximal zulässige Stromvorgabe Grenzen gesetzt, sodass nach einem Spannungseinbruch bei maximaler Belastung keine Ausregelung der Spannung mehr möglich ist, sondern diese auf einem zu niedrigen Niveau verharrt. Als Folge daraus ist keine ordnungsgemäße Leistungsfaktorkorrektur mehr möglich.In dynamic operating situations, for example when switching on and off the electrical load or load jumps, additional voltage fluctuations, which must be compensated by a voltage control. The voltage regulation in a PFC is comparatively slow, whereby a compensation of voltage fluctuations can take several mains periods. Especially with load jumps to maximum load the voltage control by a maximum allowable current specification limits, so that after a voltage dip at maximum load no more regulation of the voltage is possible, but this remains at too low a level. As a result, proper power factor correction is no longer possible.

Die einfachste Lösung, um dieser Problematik gegenzusteuern ist das Einfügen zusätzlicher Speicherelemente am Ausgang der PFC, beispielsweise eine Vergrößerung der Ausgangskapazität soweit, dass selbst bei maximal denkbaren Lastwechseln nur ein geringer Spannungseinbruch entsteht. Diese Möglichkeit hat den Nachteil, dass zusätzliche Kondensatoren, vor Allem Elektrolytkondensatoren, benötigt werden und damit die Herstellkosten steigen und der notwendige Bauraum erheblich vergrößert wird.The simplest solution to counter this problem is the insertion of additional memory elements at the output of the PFC, for example, an increase in the output capacitance to the extent that even with maximum conceivable load changes only a small voltage drop. This possibility has the disadvantage that additional capacitors, especially electrolytic capacitors, are needed and thus increase the manufacturing costs and the necessary space is considerably increased.

Wird als elektrischer Verbraucher eine leistungselektronisch gesteuerte Energiewandlung eingesetzt, kann die Steuerung der Energiewandlung so verändert werden, dass die Dynamik der Laständerungen reduziert wird. Diese Möglichkeit ist jedoch nicht immer gegeben, da insbesondere aktive, beispielweise elektro-mechanische oder elektro-chemische Verbraucher gewisse Leistungssprünge benötigen oder hervorrufen.If a power-electronically controlled energy conversion is used as the electrical load, the control of the energy conversion can be changed in such a way that the dynamics of the load changes are reduced. However, this possibility is not always given, since in particular active, for example, electro-mechanical or electro-chemical consumers require or cause certain performance leaps.

Die DE10303246B3 offenbart ein Verfahren zum Schutz einer PFC-Schaltung bei zu starkem Absinken der Ausgangsspannung. Hierbei wird ein kritischer Schaltzustand erfasst und die Ansteuerung der Schalter unterbrochen. Nachteilig hierbei ist, dass durch eine Unterbrechung der Ansteuerung zwar die Bauteile geschützt werden, jedoch die Ausgangsspannung insbesondere bei einer kontinuierlichen Lastanforderung weiter absinkt. Durch eine solche Verfahrensweise können während des aktiven Betriebs einer PFC zu starke Spannungsschwankungen nicht ausgeglichen werden.The DE10303246B3 discloses a method for protecting a PFC circuit when the output voltage drops too much. In this case, a critical switching state is detected and the control of the switch is interrupted. The disadvantage here is that although the components are protected by an interruption of the drive, but the output voltage drops further, in particular in a continuous load request. Such a procedure can not compensate for excessive voltage fluctuations during active operation of a PFC.

In der DE102013208720A1 wird unter anderem ein Verfahren zur Steuerung einer Leistungswandlerschaltung beansprucht, welches 3 unterschiedliche Betriebsarten aufweist. Dabei wird der Eingangsstrom immer in Abhängigkeit der Eingangsspannung gesteuert, und der Ausgangsspannungsbereich in 3 Bereiche unterteilt, wobei der Durchschnittswert des Eingangsstroms in jedem der 3 Bereiche unterschiedlich gesteuert wird, sodass abhängig vom Wert der Ausgangsspannung entweder ein konstanter Eingangsstrom, eine konstante Leistung oder eine konstante Ausgangsspannung erzeugt wird. Unter dem Durchschnittswert wird dabei der durchschnittliche Wert während eines Zyklus des Eingangsstroms verstanden. Mit einem derartigen Verfahren der Steuerung eines Durchschnittswerts des Eingangsstroms kann jedoch nicht schnell genug auf hochdynamische Spannungseinbrüche reagiert werden, da eine Durchschnittsbildung zumindest einen gesamten Netzzyklus zur Messerfassung benötigt, währenddessen die Ausgangsspannung bereits unter einen minimalen Wert abgesunken sein kann.In the DE102013208720A1 Among other things, a method for controlling a power converter circuit is claimed, which has 3 different operating modes. The input current is always controlled as a function of the input voltage and the output voltage range is divided into 3 ranges, whereby the average value of the input current in each of the 3 ranges is controlled differently, so that depending on the value of the output voltage either a constant input current, a constant power or a constant Output voltage is generated. The average value is understood to mean the average value during one cycle of the input current. With such a method of controlling an average value of the input current, however, it is not possible to react fast enough to high-dynamic voltage dips, since averaging requires at least an entire network cycle for measuring detection, during which the output voltage may already have dropped below a minimum value.

Hingegen wird in DE102012017397A1 ein Verfahren vorgestellt, welches durch Verändern der einzelnen Anteile einer Regelstruktur (Konstant-, Integral- und Differentialanteile) auch schnellere transiente Spannungsänderungen ausgleichen kann.On the other hand, in DE102012017397A1 presented a method which can compensate for faster transient voltage changes by changing the individual components of a control structure (constant, integral and differential components).

Die DE102011109333A1 offenbart eine unabhängig von der Eingangsspannung generierte Kurvenform des Eingangsstroms, wobei die Kurvenform im Sinne der Offenbarung weiterhin sinusförmig ist, um einen möglichst hohen Leistungsfaktor sicherzustellen. Zur Vermeidung von Stromspitzen im Sinus-Nulldurchgang wird ferner vorgeschlagen, während des Nulldurchgangs für eine bestimmte, begrenzte Zeitdauer den Stromfluss zu unterbinden, indem das Stromformsignal zu Null gesetzt wird. Durch diese Methode können vor allem die elektromagnetischen Störaussendungen niedrig und der Leistungsfaktor hochgehalten werden, allerdings kann damit kein Vorteil für eine schnelle Ausregelung von Lastschwankungen erreicht werden.The DE102011109333A1 discloses a waveform of the input current generated independently of the input voltage, the waveform being sinusoidal in the sense of the disclosure to ensure the highest possible power factor. In order to avoid current peaks in the sinusoidal zero crossing, it is also proposed, during the zero crossing, for a specific, limited duration of time to prevent the flow of current by the current waveform signal is set to zero. In particular, the electromagnetic emissions can be kept low and the power factor can be kept high by this method, but no advantage for a rapid compensation of load fluctuations can be achieved.

In DE102012111853A1 wird ebenfalls eine solche zur DE102011109333A1 ähnliche Steuermethode vorgeschlagen, welche ebenfalls EMV- und Effizienzvorteile bewirkt, jedoch Lastschwankungen nicht vorteilhaft bedienen kann.In DE102012111853A1 will also be such a DE102011109333A1 proposed similar control method, which also causes EMC and efficiency advantages, but can not handle load fluctuations advantageous.

Die DE102014221511A1 beschreibt ein Verfahren zur Leistungsfaktorkorrektur, welches eine Deaktivierung des Schalters in einem bestimmten Zeitraum symmetrisch zum Maximum einer Sinushalbwelle durchführt, wobei sich dies während der nachfolgenden Halbwellen periodisch wiederholt und die Deaktivierungszeiten variabel sind. Auch diese Vorgehensweise kann hochdynamische Lastschwankungen nur sehr eingeschränkt ausgleichen.The DE102014221511A1 describes a method for power factor correction, which performs a deactivation of the switch in a certain period symmetrically to the maximum of a half-sine wave, this periodically repeated during the subsequent half-waves and the deactivation times are variable. Also, this approach can compensate for highly dynamic load fluctuations only very limited.

Hee-Chul Lee et. al. beschreiben in ihrem Beitrag „Current stress minimizing control scheme for power factor correction (PFC) boost pre-regulator“ (2007 7th international conference on power electronics) eine Abweichung von der sinusförmigen Stromform symmetrisch um den Scheitel der sinusförmigen Eingangsspannung, wobei die Abweichung in einer Kappung besteht, wodurch die maximale Stromstärke begrenzt werden soll. Hierdurch wird jedoch eine Ausregelung von Lastschwankungen erschwert.Hee-Chul Lee et. al. describe in their article "Current stress minimizing control scheme for power factor correction (PFC) boost pre-regulator" (2007 7th international conference on power electronics) a deviation of the sinusoidal current waveform symmetrical about the vertex of the sinusoidal input voltage, the deviation in a Capability is, whereby the maximum current is to be limited. As a result, however, a balancing of load fluctuations is made more difficult.

Eine sehr einfache Methode zum Ausgleich von zumindest einem Lastabfall ist die abschnittsweise Deaktivierung der PFC, wie sie beispielsweise Salato in „PFC selektiv abschalten“ ( Design&Elektronik, 2013, Nr. 12 ) beschreibt. Dadurch kann aber eine sprunghafte Lasterhöhung nicht ausgeführt werden.A very simple method for compensating for at least one load drop is the partial deactivation of the PFCs, such as selectively switching off Salato in "PFC" ( Design & Electronics, 2013, No. 12 ) describes. As a result, however, a sudden load increase can not be carried out.

Die DE102011007229A1 offenbart unter anderem ein Verfahren zum Betrieb einer Leistungsfaktorkorrektur, welches für eine begrenzte Zeitdauer eine Reduktion der Sollwertvorgabe auf Null durch Phasenan- bzw. -abschnittsteuerung durchführt, welche zu einer Unterbrechung des Stromflusses führt. Dadurch wird eine Reduktion der Leistungsaufnahme unter Beibehaltung eines möglichst hohen Leistungsfaktors ermöglicht; wiederum ist eine schnelle Ausregelung der Ausgangsspannung bei Lastsprüngen durch ein solches Verfahren nicht in zufriedenstellender Weise möglich.The DE102011007229A1 discloses, inter alia, a method of operating a power factor correction which, for a limited period of time, performs a reduction of the setpoint default to zero by phase-on-section control resulting in an interruption of the current flow. This allows a reduction in power consumption while maintaining the highest possible power factor; In turn, a rapid control of the output voltage at load jumps by such a method is not possible in a satisfactory manner.

Eine weitere Lösung zur vorliegenden Aufgabe der schnellen Spannungsstabilisierung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 offenbart. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich durch die Unteransprüche.Another solution to the present task of rapid voltage stabilization is disclosed by a method having the features of claim 1. Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb einer Leistungsfaktorkorrektur, welches hochdynamische Spannungstransienten ausgleichen kann.It proposes a method for operating a power factor correction, which can compensate for highly dynamic voltage transients.

Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert dabei den Leistungsfaktor für eine begrenzte Zeitdauer, indem eine Sollwertvorgabe für eine Eingangsstromform verändert wird. Dabei kann die Reduktion bzw. Veränderung der Sollwertvorgabe jederzeit während einer Sinus-Halbwelle der Eingangsspannung gestartet werden und zu Beginn einer neuen Halbwelle wieder zu einer sinusförmigen Sollwertvorgabe zurückgekehrt werden. Gleichzeitig wird der Stromfluss nicht unterbrochen, also beispielsweise die Sollwertvorgabe immer Werte größer Null besitzen. Damit kann auf schnelle und einfache Art und Weise auf eine dynamische Änderung, insbesondere einer Last oder eines Versorgungsnetzes, reagiert werden und Betriebsparameter dauerhaft in einem optimalen Wertebereich gehalten werden. Es können sehr schnelle Änderungen der Ausgangsspannung, deren Zeitkonstanten im Bereich der Periodendauer der Taktfrequenz der Schaltelemente liegen, ausgeglichen oder zumindest abgemildert werden. Dabei kann auf eine Anpassung der Regelparameter, wie Proportional- oder Integralverstärkung und/oder Regelzeitkonstanten, verzichtet werden.The method according to the invention reduces the power factor for a limited period of time by changing a setpoint input for an input current form. In this case, the reduction or change in the setpoint specification can be started at any time during a sine-half cycle of the input voltage and be returned to a sinusoidal setpoint specification at the beginning of a new half-cycle. At the same time the current flow is not interrupted, so for example, the setpoint specification always have values greater than zero. This can be responded to a dynamic change, in particular a load or a supply network, and operating parameters are kept permanently in an optimal range in a quick and easy way. Very fast changes of the output voltage whose time constants lie in the range of the period of the clock frequency of the switching elements can be compensated or at least mitigated. In this case, an adaptation of the control parameters, such as proportional or integral gain and / or control time constants, can be dispensed with.

Durch das vorgeschlagene Verfahren kann die Ausgangsspannung beispielsweise durch maximalen Strom sehr viel schneller erhöht werden als dies durch reine Amplitudenerhöhung eines ansonsten der Eingangsspannungsform angepassten Eingangsstroms möglich wäre. Üblicherweise besitzt die Eingangsspannung einer PFC eine Sinusform, sodass es das Ziel ist, die Eingangsstromform ebenfalls in Sinusform zu gestalten, möglichst ohne Phasenversatz zwischen Eingangsstrom und Eingangsspannung. Die Änderung der sinusförmigen Sollwertvorgabe beispielsweise hin zu einer trapezförmigen Sollwertvorgabe führt damit zu einem trapezförmigen Eingangsstrom, wodurch der Ausgangskapazität eine höhere Ladung zugeführt werden kann als dies bei einer sinusförmigen Stromform in derselben Zeitdauer der Fall wäre. Somit muss weniger Energie in den Ausgangskapazitäten zwischengespeichert werden und diese können kleiner und kompakter dimensioniert werden. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens verändert die Sollstromform in Abhängigkeit der Differenz der Ausgangsspannung vom Sollwert der Ausgangsspannung. Bei sehr hohen Abweichungen kann zum Beispiel ein rechteckförmiger bzw. konstanter Stromverlauf eingestellt werden, um die Änderung der Ausgangsspannung schnellstmöglich wieder auszugleichen. Bei niedrigeren Abweichungen führt eine rechteckförmige Sollwertvorgabe möglicherweise zu einer Überkompensation, wodurch die Ausgangsspannung zu stark ansteigt. Durch eine von der Differenz der Ausgangsspannung von einem Sollwert proportional abhängige Veränderung der Sollstromform, ausgehend von der Sollstromform für einen möglichst hohen Leistungsfaktor, kann eine stabile, schwingungsfreie Kompensation erreicht werden.By the proposed method, the output voltage can be increased much faster, for example by maximum current than would be possible by pure increase in amplitude of an otherwise adapted to the input voltage waveform input current. Usually, the input voltage of a PFC has a sinusoidal shape, so that the goal is also to make the input current form in sinusoidal form, if possible without phase offset between input current and input voltage. The change of the sinusoidal setpoint input, for example, to a trapezoidal setpoint specification thus leads to a trapezoidal input current, whereby the output capacitance can be fed a higher charge than would be the case with a sinusoidal current form in the same period of time. Thus, less energy must be cached in the output capacities and these can be sized smaller and more compact. Another feature of the method according to the invention changes the desired current shape as a function of the difference of the output voltage from the nominal value of the output voltage. For very high deviations, for example, a rectangular or constant current waveform can be adjusted to compensate for the change in the output voltage as quickly as possible. For lower deviations, a rectangular setpoint specification may result in a Overcompensation, causing the output voltage to rise too much. By a from the difference of the output voltage of a setpoint proportionally dependent change in the desired current form, starting from the desired current waveform for the highest possible power factor, a stable, vibration-free compensation can be achieved.

Eine günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens reduziert den Leistungsfaktor, sobald ein oberer Schwellwert einer Spannung überschritten wird. Insbesondere kann die Eingangsstromform abweichend von einem sinusförmigen Verlauf in einen konstanten, niedrigeren als den Mittelwert des vorangegangenen Stromverlaufs betragenden Stromverlauf gestaltet werden. Dadurch ist ein möglichst hoher Leistungsfaktor während des Betriebs innerhalb von vordefinierten Spannungsbereichen möglich, und es wird nur dem unerwünschten Überschreiten einer maximalen Ausgangsspannung auf einfache und schnelle Art und Weise entgegengewirkt. Dabei ist ein je nach Leistungsanforderung und Dynamik von Null verschiedener Stromverlauf notwendig, um eine möglichst schwingungsfreie Ausregelung von Spannungsschwankungen zu erreichen. Diese Ausgestaltung des Verfahrens hat außerdem den Vorteil, dass eine Spannungsüberhöhung unter Aufrechterhaltung des Betriebs ausgeregelt werden kann, wo ansonsten eine Sicherheitsabschaltung notwendig wäre. Eine Unterbrechung der Stromführung ist nicht erfindungsgemäß und würde zu einem zu starken Einbruch oder unerwünschten Schwingungen der Ausgangsspannung führen.A favorable embodiment of the method according to the invention reduces the power factor as soon as an upper threshold value of a voltage is exceeded. In particular, the input current form deviating from a sinusoidal curve can be designed into a constant, lower current profile than the average value of the preceding current profile. As a result, the highest possible power factor during operation within predefined voltage ranges is possible, and it is counteracted only the unwanted exceeding a maximum output voltage in a simple and fast manner. In this case, depending on the power demand and dynamics of zero different current waveform is necessary to achieve a vibration-free as possible compensation of voltage fluctuations. This embodiment of the method also has the advantage that a voltage overshoot while maintaining the operation can be compensated, where otherwise a safety shutdown would be necessary. An interruption of the current conduction is not according to the invention and would lead to an excessive burglary or unwanted oscillations of the output voltage.

Analog kann auch der Leistungsfaktor reduziert werden, sobald ein unterer Schwellwert einer Spannung unterschritten wird. Beispielsweise kann die Eingangsstromform abweichend von einem sinusförmigen Verlauf in einen konstanten, höheren als den Mittelwert des vorangegangenen Stromverlaufs betragenden Stromverlauf gestaltet werden. Weiter kann der Stromverlauf, wie bereits beschrieben, auch trapezförmig oder rechteckförmig sein. Dadurch ist ein möglichst hoher Leistungsfaktor während des Betriebs innerhalb von vordefinierten Spannungsbereichen möglich, und es wird nur dem unerwünschten Absinken der Ausgangsspannung auf einfache und schnelle Art und Weise entgegengewirkt. Diese Ausgestaltung des Verfahrens hat den Vorteil, dass ein Spannungseinbruch unter Aufrechterhaltung des Betriebs ausgeregelt werden kann, wo ansonsten eine Sicherheitsabschaltung notwendig wäre.Similarly, the power factor can be reduced as soon as a lower threshold value of a voltage is exceeded. For example, the input current form deviating from a sinusoidal curve can be designed into a constant, higher current profile than the mean value of the preceding current profile. Furthermore, the current profile, as already described, can also be trapezoidal or rectangular. As a result, the highest possible power factor during operation within predefined voltage ranges is possible, and it is counteracted only the unwanted drop in the output voltage in a simple and fast manner. This embodiment of the method has the advantage that a voltage dip while maintaining the operation can be compensated, where otherwise a safety shutdown would be necessary.

Der obere bzw. untere Schwellwert kann von zumindest einer Eingangs- oder Ausgangsspannung abhängig sein. Ändert sich etwa der Effektivwert einer Eingangsspannung, so ändert sich auch eine minimal notwendige Ausgangsspannung, um eine Leistungsfaktorkorrektur sicher und effizient betreiben zu können, da der Wert einer Ausgangsspannung immer über dem Scheitelwert einer Eingangsspannung liegen muss. Außerdem kann bei einer erhöhten Eingangsspannung auch eine höhere Ausgangsspannung zugelassen werden. Die Schwellwerte können aber auch von einer Ausgangsspannung abhängig sein. Die gespeicherte Energie in einer Kapazität ist proportional zum Quadrat der Spannung an der Kapazität, sodass bei höherer Spannung auch wesentlich mehr Energie gespeichert ist und damit ohne Anwendung des beanspruchten Verfahrens auch dynamische Vorgänge wie Leistungssprünge oder vorübergehende erhöhte oder verringerte Energieabnahme weniger Auswirkungen haben als dies bei niedrigeren Spannungswerten der Fall ist. Jedoch kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren sowohl bei niedrigeren als auch bei höheren Ausgangsspannungen eine weitere Abmilderung von dynamischen Vorgängen erreicht werden, wobei der Eingriff durch das erfindungsgemäße Verfahren in Abhängigkeit der Ausgangsspannung unterschiedlich stark sein kann.The upper or lower threshold value may be dependent on at least one input or output voltage. If, for example, the effective value of an input voltage changes, a minimum required output voltage also changes in order to be able to operate a power factor correction safely and efficiently, since the value of an output voltage must always be above the peak value of an input voltage. In addition, a higher input voltage can be allowed at an increased input voltage. However, the threshold values can also be dependent on an output voltage. The stored energy in a capacitance is proportional to the square of the voltage across the capacitance, so much more energy is stored at higher voltage and, therefore, less dynamic effects such as performance leaps or transient increased or decreased energy dissipation without application of the claimed method lower voltage values is the case. However, with the proposed method both at lower and at higher output voltages a further mitigation of dynamic processes can be achieved, wherein the intervention by the method according to the invention can vary depending on the output voltage.

Insbesondere kann der obere bzw. untere Schwellwert vom Momentanwert einer Eingangs- oder Ausgangsspannung abhängig sein. Tritt ein schneller Ausgangsspannungseinbruch im Sinus-Nulldurchgang einer Eingangsspannung auf, so kann der untere Schwellwert auch niedriger als der Scheitelwert einer Eingangsspannung sein; im Falle eines Spannungseinbruchs im Scheitel einer Eingangsspannung muss dieser Schwellwert entsprechend höher als der Scheitelwert der Eingangsspannung sein. Einer Spannungsspitze im Sinus-Nulldurchgang kann ebenso ein niedrigerer oberer Schwellwert zugeordnet werden wie einer Spannungsspitze im Scheitelwert einer Eingangsspannung.In particular, the upper or lower threshold value can be dependent on the instantaneous value of an input or output voltage. If a fast output voltage drop occurs in the sine-zero crossing of an input voltage, the lower threshold value may also be lower than the peak value of an input voltage; in the case of a voltage dip in the peak of an input voltage, this threshold must be correspondingly higher than the peak value of the input voltage. A voltage peak in the sinusoidal zero crossing can also be assigned a lower upper threshold value than a voltage peak at the peak value of an input voltage.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich, wenn der obere oder untere Schwellwert von einem über eine Zeitdauer ermittelten Wert von zumindest einer Eingangs- oder Ausgangsspannung abhängig ist, insbesondere einem Mittelwert oder einem Effektivwert. Damit werden geringfügige Spannungsschwankungen, vor allem der netzfrequente Wechselanteil in der Ausgangsspannung, nicht für die Applikation des vorgeschlagenen Verfahrens berücksichtigt.A further advantageous embodiment of the method results if the upper or lower threshold value is dependent on a value determined over a period of time of at least one input or output voltage, in particular an average value or an effective value. Thus, minor voltage fluctuations, especially the mains frequency alternating component in the output voltage, are not taken into account for the application of the proposed method.

Der obere oder untere Schwellwert kann auch aus einer Lastcharakteristik abgeleitet sein. Besitzt die Last beispielsweise eine kapazitive oder ohmsche Charakteristik, so wird beim Zuschalten der Last ein hoher Ausgleichsstrom fließen, wodurch die Ausgangsspannung der PFC kurzzeitig stark absinken kann. Wird die Last abgeschaltet, fließt aufgrund der durch Regelstrukturen vorgegebenen Zeitkonstanten der Ausgangsstrom noch weiter und führt zu einem schnellen Anstieg der Ausgangsspannung. Ist eine Lastcharakteristik bekannt, kann durch voreingestellte, beispielsweise von der Lastspannung abhängige Sollwerte, welche in einem Speicherelement abgelegt sein können, auf eine Lastzu- oder abschaltung ohne nennenswerte Zeitverzögerung reagiert werden.The upper or lower threshold value can also be derived from a load characteristic. If, for example, the load has a capacitive or resistive characteristic, then a high compensation current will flow when the load is switched on, as a result of which the output voltage of the PFC can drop sharply for a short time. If the load is switched off, the output current continues to flow due to the time constants prescribed by control structures and leads to a rapid increase in the output voltage. If a load characteristic is known, can by preset, for example dependent on the load voltage Setpoints, which may be stored in a memory element, are responded to a load connection or disconnection without appreciable time delay.

Die Erfindung wird anhand 1 bis 4 im Folgenden näher erläutert.

1 stellt die typischen Spannungs- und Stromverläufe einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung dar, wie sie bei Applikation eines bekannten Verfahrens üblicherweise bei einem Lastsprung auftreten
2 stellt die typischen Spannungs- und Stromverläufe einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung bei einem kurzzeitigen Einbruch der Eingangsspannung dar, welche sich bei Einsatz eines bekannten Verfahrens ergeben
3 stellt die typischen Spannungs- und Stromverläufe einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung bei einer kurzzeitigen Überhöhung der Eingangsspannung dar, welche sich bei Einsatz eines bekannten Verfahrens ergeben
4 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel die qualitativen Spannungs- und Stromverläufe einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens bei einem Lastsprung von kleiner zu mittelgroßer Leistungsabnahme
5 zeigt in einem zweiten Ausführungsbeispiel die qualitativen Spannungs- und Stromverläufe einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens bei einem Lastsprung von kleiner zu großer Leistungsabnahme
6 zeigt in einem dritten Ausführungsbeispiel die qualitativen Spannungs- und Stromverläufe einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens bei einem kurzzeitigen Einbruch der Eingangsspannung
7 zeigt in einem vierten Ausführungsbeispiel die qualitativen Spannungs- und Stromverläufe einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens bei einer kurzzeitigen Überhöhung der Eingangsspannung
8 zeigt weitere Ausführungsbeispiele für Stromformen, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise eingesetzt werden können

The invention is based on 1 to 4 explained in more detail below.

1 represents the typical voltage and current waveforms of a power factor correction circuit, as they usually occur in a load jump when applying a known method
2 represents the typical voltage and current waveforms of a power factor correction circuit at a brief drop in input voltage, which result when using a known method
3 represents the typical voltage and current waveforms of a power factor correction circuit with a short-term increase in the input voltage, which result when using a known method
4 shows in a first embodiment, the qualitative voltage and current waveforms of a power factor correction circuit when using the proposed method with a load jump from small to medium power loss
5 shows in a second embodiment, the qualitative voltage and current waveforms of a power factor correction circuit when using the proposed method in a load jump from small to large power loss
6 shows in a third embodiment, the qualitative voltage and current waveforms of a power factor correction circuit when using the proposed method in a brief drop in the input voltage
7 shows in a fourth embodiment, the qualitative voltage and current waveforms of a power factor correction circuit when using the proposed method in a short-term increase of the input voltage
8th shows further embodiments of current forms, which can be used with the inventive method in an advantageous manner

Nachfolgend sind gleiche Komponenten mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.Hereinafter, like components are identified by the same reference numerals.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: typischer Zeitverlauf Eingangsspannungtypical time course input voltage
1111: zu erwartender Zeitverlauf Eingangsspannungexpected time course input voltage
22: typischer sinusförmiger Zeitverlauf Eingangsstromtypical sinusoidal time course input current
2121: dreieckförmiger Stromverlauftriangular current course
2222: ellipsenförmiger Stromverlaufelliptical current profile
2323: trapezförmiger Stromverlauftrapezoidal current course
2424: rechteckförmiger Stromverlaufrectangular current flow
2525: Amplitude des EingangsstromsAmplitude of the input current
33: typischer Zeitverlauf Ausgangsspannungtypical time course output voltage
44: Zeitverlauf LeistungsanforderungTime history performance requirement
4141: niedriger Leistungswertlow power value
4242: erster höherer Leistungswertfirst higher power value
4343: zweiter höherer Leistungswertsecond higher power value
55: Beginn LeistungsanstiegBeginning performance increase
5151: Beginn erfindungsgemäßes VerfahrenStart inventive method
66: Ende LeistungsanstiegEnd performance increase
77: kritischer Zeitpunktcritical time
88th: unterer Schwellwert Ausgangsspannunglower threshold output voltage
8181: unterer Schwellwert Eingangsspannunglower threshold input voltage
99: oberer Schwellwert Ausgangsspannungupper threshold output voltage
9191: oberer Schwellwert Eingangsspannungupper threshold input voltage

Ein typischer Betriebszustand in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung und dessen Auswirkungen auf die Spannungs- und Stromverläufe ist in 1 dargestellt. Bekannte Verfahren zur Einstellung eines möglichst hohen Leistungsfaktors führen den Stromverlauf (2) möglichst exakt dem Spannungsverlauf der Eingangsspannung (1) nach, wobei die Amplitude des Stromverlaufs (2) je nach Lastanforderung mit einer zur Regler-Zeitkonstanten einer Regeleinheit für eine Ausgangsspannung (3) proportionalen Zeitverzögerung angepasst wird. Da eine Regelung einer Ausgangsspannung (3) zur Maximierung des Leistungsfaktors den Wechselanteil einer Eingangsspannung (1) gerade nicht ausregeln darf, ist eine Zeitkonstante im Bereich von mehreren Perioden der Eingangs-Wechselspannung (1) notwendig. Daher ändert sich der Stromverlauf (2) in 1 nicht, da dies erst nach einigen weiteren Halbwellen, welche aus Detailgründen nicht dargestellt sind, der Fall ist. Ein typischer Zeitverlauf einer Ausgangsspannung (3) ergibt sich bei bekannten Verfahren für eine Leistungsfaktorkorrektur, welche die Eingangsstromform (2) der Form der Eingangsspannung (1) anpassen. Bis zum einem ersten Zeitpunkt (5) sei eine Leistungsanforderung (4) auf einem niedrigen Wert (41). Dann befindet sich ein System, bestehend aus Leistungsfaktorkorrekturschaltung und Regeleinheit, in einem eingeschwungenen und stabilen Zustand, wobei die Eingangsstromform (2) zur Erreichung eines möglichst hohen Leistungsfaktors der Eingangsspannungsform (1) nachgeführt wird. Zum ersten Zeitpunkt (5) tritt in diesem Beispiel ein Leistungsanstieg auf, welcher bis zu einem zweiten Zeitpunkt (6) andauert und zu einer ersten höheren Leistungsanforderung (42) führt. Bekannte Regel- bzw. Betriebsverfahren zur Leistungsfaktorkorrekturschaltung können dabei nur verzögert auf die erhöhte Leistungsanforderung (42) reagieren, um den Leistungsfaktor konstant hoch zu halten. Bei schnellen Leistungsänderungen oder Leistungssprüngen hin zu maximaler Leistung ergibt sich das Problem, dass der Eingangsstrom (2) aufgrund von internen Regelgrenzen nicht mehr erhöht werden kann und damit selbst bei Integralregelstrukturen eine bleibende oder zumindest sehr lang andauernde Regelabweichung entsteht. Diese Regelabweichung äußert sich im gezeigten Beispiel in Form einer zu niedrigen Ausgangsspannung (3) ab dem Lastsprung (41, 42), welche aufgrund der kapazitiven Energiespeicherung bei kleineren Ausgangsspannungen (3) zu erhöhten Wechselanteilen führt. Insbesondere kann es dabei zu einem kritischen Zeitpunkt (7) zu einer Gleichheit von Eingangsspannung (1) und Ausgangsspannung (3) kommen, wodurch keine Leistungsfaktorkorrektur mehr möglich ist. Dabei muss in der Praxis keine Gleichheit herrschen, bedingt durch endliche Signallaufzeiten, Messungenauigkeiten und dergleichen ist bereits bei verbleibenden 10 - 20 V Unterschied zwischen Eingangsspannung (1) und Ausgangsspannung (3) keine zufriedenstellende Leistungsfaktorkorrektur mehr möglich. Umgekehrt kann auch ebenso der Fall eintreten, dass die Ausgangsspannung (3) unter den Wert der Eingangsspannung (1) sinkt, dann findet teilweise passive Gleichrichtung mit unkontrollierbaren Stromspitzen und der Gefahr der Zerstörung von Bauteilen statt.A typical operating state in a power factor correction circuit and its effects on the voltage and current waveforms is in 1 shown. Known methods for setting the highest possible power factor lead the current profile ( 2 ) as exactly as possible the voltage curve of the input voltage ( 1 ), wherein the amplitude of the current profile ( 2 ) depending on the load request with a controller time constant of a control unit for an output voltage ( 3 ) proportional time delay is adjusted. Since a regulation of an output voltage ( 3 ) to maximize the power factor, the AC component of an input voltage ( 1 ) is not allowed to regulate, is a time constant in the range of several periods of the input AC voltage ( 1 ) necessary. Therefore the current course changes ( 2 ) in 1 not, since this is the case only after a few more half waves, which are not shown for reasons of detail. A typical time course of an output voltage ( 3 ) results in known methods for power factor correction, which the input current waveform ( 2 ) the shape of the input voltage ( 1 ) to adjust. Until a first date ( 5 ) be a performance requirement ( 4 ) at a low value ( 41 ). Then, a system consisting of power factor correction circuit and control unit is in steady state and stable, with the input current waveform ( 2 ) to achieve the highest possible power factor of the input voltage form ( 1 ) is tracked. At the first time ( 5 ), an increase in performance occurs in this example, which until a second time ( 6 ) and at a first higher performance requirement ( 42 ) leads. Known control or operating methods for power factor correction circuit can only be delayed to the increased power requirement ( 42 ) to keep the power factor constant high. For fast power changes or power jumps to maximum power, the problem arises that the input current ( 2 ) can not be increased due to internal control limits and thus even in Integralregelstrukturen a lasting or at least very long-lasting control deviation arises. This control deviation manifests itself in the example shown in the form of a too low output voltage ( 3 ) from the load jump ( 41 . 42 ), which due to the capacitive energy storage at lower output voltages ( 3 ) leads to increased exchange rates. In particular, at a critical time ( 7 ) to equality of input voltage ( 1 ) and output voltage ( 3 ), whereby no power factor correction is possible. There is no need for equality in practice, due to finite signal propagation times, measurement inaccuracies and the like, the difference between the input voltage (10 - 20 V) is already present. 1 ) and output voltage ( 3 ) no satisfactory power factor correction possible. Conversely, it may also be the case that the output voltage ( 3 ) below the value of the input voltage ( 1 ) decreases, then partially passive rectification takes place with uncontrollable current peaks and the risk of destruction of components.

Ein ähnliches Verhalten bei Anwendung von bekannten Verfahren zur Leistungsfaktorkorrektur ergibt sich bei einem kurzzeitigen Absinken einer Eingangsspannung (1), wie in 2 gezeigt. Üblicherweise wird der Regelwert einer Ausgangsspannungsregelung in einer Leistungsfaktorkorrektur mit dem Momentanwert einer Eingangsspannung (1) multipliziert, sodass sich eine der Eingangsspannungsform (1) angepasste Eingangsstromform (2) ergibt. Sinkt die Eingangsspannung (1) wie gezeigt kurzzeitig ab, führt dies auch unmittelbar zu einem Absinken des Eingangsstroms (2). Dadurch sinkt auch die Ausgangsspannung (3) ab, und ein typisches Verfahren zur Leistungsfaktorkorrektur kann erst nach einigen Perioden der Eingangsspannung (1), welche hier aus Detailgründen nicht dargestellt sind, die Ausgangsspannung (3) wieder auf einen vorgegebenen Sollwert anheben. Auch in diesem gezeigten Beispiel kann die Ausgangsspannung zu einem kritischen Zeitpunkt (7) derart weit absinken, dass keine Leistungsfaktorkorrektur mehr möglich ist bzw. die Gefahr der Bauteilzerstörung besteht.A similar behavior when using known methods for power factor correction results in a brief drop in an input voltage ( 1 ), as in 2 shown. Usually, the control value of an output voltage regulation in a power factor correction with the instantaneous value of an input voltage ( 1 ), so that one of the input voltage form ( 1 ) adapted input current form ( 2 ). Decreases the input voltage ( 1 ) as shown briefly, this also leads directly to a drop in the input current ( 2 ). This also reduces the output voltage ( 3 ), and a typical power factor correction process can only take place after a few periods of input voltage ( 1 ), which are not shown here for reasons of detail, the output voltage ( 3 ) to a preset setpoint again. Also in this example shown, the output voltage at a critical time ( 7 ) fall so far that no power factor correction is possible or there is a risk of component destruction.

3 stellt die gegenteilige Situation dar, dass eine Eingangsspannung (1) kurzzeitig überhöht ist. Durch die im Vergleich zur Periodendauer einer Eingangs-Wechselspannung (1) große Zeitkonstante einer Regelung führt eine kurzzeitig überhöhte Eingangsspannung (1) zu einer unmittelbaren Vergrößerung eines Eingangsstroms (2), da, wie in den Ausführungen zu 2 erwähnt, in typischen Verfahren zur Leistungsfaktorkorrektur der Regelwert mit dem Momentanwert einer Eingangsspannung (1) multipliziert wird, um einen möglichst hohen Leistungsfaktor zu erreichen. Die Folge daraus ist eine erhöhte Ausgangsspannung (3) mit einem durch die Charakteristik von kapazitiven Energiespeichern resultierenden reduzierten Wechselanteil. Durch eine derartige Situation ergeben sich mit bekannten Verfahren üblicherweise keine Probleme, einen Leistungsfaktor optimal einzustellen. Jedoch kann je nach Dauer und Höhe der Überhöhung einer Eingangsspannung (1) eine Ausgangsspannung (3) vorübergehend (bis zum Einsetzen der Ausregelung nach einer einer Regelzeitkonstanten entsprechenden Verzögerung) so stark ansteigen, dass Bauteilgrenzen überschritten werden, beispielsweise maximal zulässige Betriebsspannungen von kapazitiven oder Halbleiter-Bauelementen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass Bauelemente mit höheren zulässigen Betriebsspannungen eingesetzt werden müssen als dies eigentlich durch eine ordnungsgemäße Leistungsfaktorkorrektur bei stationären Betriebszuständen notwendig wäre. Eine ähnliche Situation ergibt sich wiederum, wenn eine Lastanforderung (4), umgekehrt wie in 1 dargestellt, von einem höheren Wert (42) auf einen niedrigeren Wert (41) abfällt. Dadurch steigt die Ausgangsspannung (3) auf einen erhöhten Wert an und es gilt dasselbe wie für 3 erläutert. 3 represents the opposite situation in that an input voltage ( 1 ) is temporarily excessive. By compared to the period of an input AC voltage ( 1 ) large time constant of a control results in a temporarily excessive input voltage ( 1 ) to an immediate enlargement of an input current ( 2 ), as in the comments too 2 mentions, in typical power factor correction methods, the control value with the instantaneous value of an input voltage ( 1 ) is multiplied to achieve the highest possible power factor. The consequence of this is an increased output voltage ( 3 ) with a reduced alternating component resulting from the characteristic of capacitive energy stores. By such a situation, known methods usually do not present any problems in optimally setting a power factor. However, depending on the duration and amount of overshoot of an input voltage ( 1 ) an output voltage ( 3 ) temporarily (until the onset of the compensation after a delay corresponding to a control time constant) increase so much that component limits are exceeded, for example, maximum permissible operating voltages of capacitive or semiconductor components. Conversely, this means that components with higher allowable operating voltages must be used than would actually be necessary by a proper power factor correction in steady-state operating conditions. A similar situation arises again when a load request ( 4 ), vice versa as in 1 represented by a higher value ( 42 ) to a lower value ( 41 ) drops. This increases the output voltage ( 3 ) and the same applies as for 3 explained.

Ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren ist in 4 dargestellt. Dabei sind dieselben Voraussetzungen wie für das Beispiel in 1 gegeben. Eine Leistungsfaktorkorrektur arbeitet bis zu einem ersten Zeitpunkt (5) in einem stabilen, eingeschwungenen Zustand und liefert eine Leistung (41). Vom ersten Zeitpunkt (5) bis zu einem zweiten Zeitpunkt (6) findet wiederum eine Leistungserhöhung hin zu einem ersten höheren Wert (42) statt. Als Folge daraus sinkt die Ausgangsspannung (3) ab. Das erfindungsgemäße Verfahren wird zu dem Zeitpunkt (51) aktiviert, an dem die Ausgangsspannung (3) einen unteren Schwellwert (8) unterschreitet. Das vorgeschlagene Verfahren verändert dabei die Form des Eingangsstroms (2) ab diesem Zeitpunkt (51) derart, dass die Ausgangsspannung (3) schneller wieder ansteigt als dies durch ein bekanntes Verfahren möglich wäre. Im dargestellten Fall wird dabei die Eingangsstromform (2) während einer Halbwelle trapezförmig gestaltet. Eine trapezförmige Stromform kann bei gleichem Maximalwert (Amplitude) im Vergleich zu einer Sinusform in derselben Zeiteinheit mehr Ladung transportieren, da sich die Ladung aus der Integration der Stromform im Zeitbereich ergibt und eine Trapezform so gestaltet werden kann, dass ein höherer Integralwert als bei einer Sinusform mit derselben Amplitude entsteht. Weitere beispielhafte Stromformen sind in 8 dargestellt.A first embodiment of the inventive method is in 4 shown. Here are the same conditions as for the example in 1 given. A power factor correction works until a first time ( 5 ) in a stable, steady state and provides a power ( 41 ). From the first moment ( 5 ) until a second time ( 6 ) again finds a power increase towards a first higher value ( 42 ) instead of. As a result, the output voltage drops ( 3 ). The method according to the invention is (at the time 51 ), at which the output voltage ( 3 ) a lower threshold ( 8th ) falls below. The proposed method alters the shape of the input current ( 2 ) from this point ( 51 ) such that the output voltage ( 3 ) rises faster than this through a known method would be possible. In the case shown, the input current form ( 2 ) Trapezoidal shaped during a half-wave. A trapezoidal current waveform can carry more charge at the same maximum value (amplitude) compared to a sine waveform in the same unit of time because the charge results from the integration of the current waveform in the time domain and a trapezoidal shape can be made to have a higher integral value than a sinusoidal waveform arises with the same amplitude. Further exemplary current forms are in 8th shown.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Verfahrens zeigt 5, in dem die Stromform (2) rechteckförmig gestaltet wird, um eine im Rahmen der zulässigen Strombelastung maximal schnelle Ausregelung von Spannungs- oder Lastschwankungen zu erreichen. Wie bereits in den Ausführungen zu 4 erwähnt, kann mit einem rechteckförmigen Stromverlauf die größtmögliche Ladungsmenge in die Ausgangskapazitäten einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung transportiert werden; bei derselben Amplitude wie bei Sinusform im Vergleich ergibt sich rechnerisch eine etwa 57% höhere Ladungsmenge. Der reale Wert kann dabei aufgrund von Bauteilverlusten, endlichen Schaltzeiten und Messtoleranzen von dem rechnerischen Wert abweichen. Weiter dargestellt in 5 ist die Möglichkeit, dass der Zeitpunkt (51) der Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl während einer Halbwelle einer Eingangsspannung (1) als auch zum Nulldurchgang einer Eingangsspannung (1), wie in 4 angedeutet, auftreten kann. Außerdem kann der Zeitpunkt (51) der Aktivierung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, während oder nach einem Lastwechselvorgang liegen. Der Zeitpunkt (51), an dem das vorgeschlagene Verfahren startet, ist erfindungsgemäß abhängig von einem Überschreiten eines oberen oder Unterschreiten eines unteren Schwellwerts zumindest einer Eingangs- oder Ausgangsspannung. Der Zeitpunkt (51) kann auch bei bekannter Lastcharakteristik und beispielsweise vorbestimmter Lastwechsel bereits vor einem Lastwechsel liegen.A second embodiment of the proposed method shows 5 in which the current form ( 2 ) is designed rectangular in order to achieve a maximum in the context of the permissible current load compensation of voltage or load fluctuations. As already mentioned in the comments 4 mentioned, can be transported with a rectangular waveform, the largest possible amount of charge in the output capacitances of a power factor correction circuit; at the same amplitude as in sinusoidal form in comparison results in an approximately 57% higher charge amount. The real value may deviate from the calculated value due to component losses, finite switching times and measurement tolerances. Further illustrated in 5 is the possibility that the time ( 51 ) activation of the method according to the invention both during a half-wave of an input voltage ( 1 ) as well as to the zero crossing of an input voltage ( 1 ), as in 4 indicated, can occur. In addition, the time ( 51 ) of the activation of the method according to the invention before, during or after a load change operation. Point of time ( 51 ), at which the proposed method starts, is according to the invention dependent on exceeding an upper or falling below a lower threshold value of at least one input or output voltage. Point of time ( 51 ) can already be before a load change even with known load characteristics and, for example, predetermined load changes.

Ein drittes günstiges Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Verfahrens ist in 6 dargestellt. Bei einem kurzzeitigen Einbruch der Eingangsspannung (1) sinkt die Ausgangsspannung (3) ebenfalls ab. Sinkt die Ausgangsspannung (3) unterhalb des unteren Schwellwerts (8), wird erfindungsgemäß die Sollstromform geändert. Alternativ hierzu kann auch das Absinken der Eingangsspannung (1) unterhalb eines unteren Schwellwerts (81) detektiert werden, indem der zu erwartende Verlauf der Eingangsspannung (11) mit dem realen Verlauf (1) verglichen wird. Der untere Schwellwert (81) kann dabei durch eine Differenzbildung von zu erwartendem Verlauf (11) und realem Verlauf (1) der Eingangsspannung (1) detektiert werden. Dabei kann die Differenzbildung zu einem beliebigen Zeitpunkt ausgewertet werden.A third favorable embodiment of the proposed method is in 6 shown. In the event of a brief drop in the input voltage ( 1 ) the output voltage drops ( 3 ) also off. Decreases the output voltage ( 3 ) below the lower threshold ( 8th ), the target current shape is changed according to the invention. Alternatively, the decrease of the input voltage ( 1 ) below a lower threshold ( 81 ) are detected by the expected course of the input voltage ( 11 ) with the real history ( 1 ) is compared. The lower threshold ( 81 ) can by a difference of expected course ( 11 ) and real history ( 1 ) of the input voltage ( 1 ) are detected. The subtraction can be evaluated at any time.

7 zeigt den umgekehrten Fall einer überhöhten Eingangsspannung (1). In diesem vierten Ausführungsbeispiel steigt die Ausgangsspannung (3) über den oberen Schwellwert (9) an, wodurch erfindungsgemäß die Sollstromform geändert wird. Alternativ hierzu kann auch das Ansteigen der Eingangsspannung (1) über einen oberen Schwellwert (91) detektiert werden, indem der zu erwartende Verlauf der Eingangsspannung (11) mit dem realen verlauf (1) verglichen wird. Der obere Schwellwert (91) kann wiederum durch Differenzbildung von zu erwartendem Verlauf (11) und realem Verlauf (1) der Eingangsspannung (1) detektiert werden. Die Differenzbildung kann ebenfalls zu einem beliebigen Zeitpunkt ausgewertet werden. 7 shows the reverse case of an excessive input voltage ( 1 ). In this fourth embodiment, the output voltage increases ( 3 ) above the upper threshold ( 9 ), whereby according to the invention the desired current shape is changed. Alternatively, the increase of the input voltage ( 1 ) above an upper threshold ( 91 ) are detected by the expected course of the input voltage ( 11 ) with the real history ( 1 ) is compared. The upper threshold ( 91 ) can in turn be calculated by subtracting the expected course ( 11 ) and real history ( 1 ) of the input voltage ( 1 ) are detected. The difference can also be evaluated at any time.

8 zeigt Beispiele weiterer Stromformen, welche erfindungsgemäß die Aufgabe einer schnellen Ausregelung von Spannungsschwankungen lösen. Dabei ist der Übersichtlichkeit dienend nur eine Halbwelle dargestellt. Ausgehend von einer durch bekannte Verfahren zu Einstellung eines möglichst hohen Leistungsfaktors erzeugten Sinusform des Eingangsstroms (2) kann die Form, wie bereits in 4 dargestellt, beispielsweise in eine Trapezform (23) geändert werden. Dadurch kann bei derselben Amplitude (25) eine höhere Ladung pro Zeiteinheit in die Ausgangskapazitäten einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung transportiert werden. Es kann sogar ein niedrigerer Amplitudenwert und gleichzeitig eine größere Ladung realisiert werden, wenn die Trapezform (23) einer Rechteckform (24) angenähert wird. Es können auch andere Stromformen realisiert werden, wie eine Ellipsenform (22) oder eine Dreiecksform (21). Bei einer Dreiecksform (21) mit demselben Maximal- bzw. Amplitudenwert (25) wäre die Ladungsmenge um ca. 21% geringer als bei einer Sinusform (2); eine durchschnittliche Trapezform (23) mit derselben Amplitude (25) würde eine um ca. 18% höhere, Ellipse (22) um ca. 23 % höhere und eine Rechteckform (24) sogar um ca. 57% höhere Ladungsmenge liefern. Daher ist ein dreieckförmiger Stromverlauf (21) mit derselben Amplitude vorzugsweise bei einem leichten Lastabfall zielführend, während eine Trapez- (23), oder Rechteckform (24) des Eingangsstroms (mit derselben Amplitude (25) wie eine Sinusform (2)) vor allem bei sehr starken Lasterhöhungen die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe am Besten lösen. Anstelle einer zu starken Veränderung der Stromform bei gleichbleibender Amplitude (25) kann aber auch die Amplitude (25) im Falle eines Lastanstiegs weiter erhöht, im Falle eines Lastabfalls verringert werden, um die Stromform so ähnlich wie möglich an einer Sinusform (2) zu halten und damit den Leistungsfaktor nur so wenig wie nötig zu verringern, um eine entsprechend hinreichend schnelle Ausregelung von dynamischen Vorgängen in einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung zu erreichen. Ebenso kann mit einer Ellipsenform (22) der Leistungsfaktor durch deren oberwellenarmen (im Gegensatz zu Trapez- (23), Dreieck- (21) und Rechteckform (24) knickfreien) Verlauf hoch gehalten werden. 8th shows examples of other current forms, which solve the problem of the invention of a rapid control of voltage fluctuations according to the invention. The clarity serving only a half-wave is shown. Starting from a sinusoidal form of the input current generated by known methods for setting the highest possible power factor (US Pat. 2 ), the shape, as already in 4 represented, for example, in a trapezoidal shape ( 23 ). As a result, at the same amplitude ( 25 ) a higher charge per unit time are transported into the output capacitances of a power factor correction circuit. Even a lower amplitude value and at the same time a larger charge can be realized if the trapezoidal shape ( 23 ) of a rectangular shape ( 24 ) is approximated. Other current forms can also be realized, such as an elliptical shape ( 22 ) or a triangular shape ( 21 ). In a triangular form ( 21 ) with the same maximum or amplitude value ( 25 ), the amount of charge would be about 21% lower than with a sinusoidal form ( 2 ); an average trapezoidal shape ( 23 ) with the same amplitude ( 25 ) would be an approximately 18% higher ellipse ( 22 ) by about 23% higher and a rectangular shape ( 24 ) even deliver about 57% higher charge amount. Therefore, a triangular current waveform ( 21 ) with the same amplitude preferably at a slight load drop purposeful, while a trapezoidal ( 23 ), or rectangular shape ( 24 ) of the input current (with the same amplitude ( 25 ) like a sinusoidal shape ( 2 )), especially at very high load increases solve the problem underlying the invention best. Instead of an excessive change of the current form at a constant amplitude ( 25 ) but also the amplitude ( 25 ) are increased further in the case of a load increase, in the case of a load drop, to reduce the current shape as closely as possible to a sinusoidal shape ( 2 ) and thus to reduce the power factor as little as necessary in order to achieve a correspondingly sufficiently fast compensation of dynamic processes in a power factor correction circuit. Likewise, with an elliptical shape ( 22 ) the power factor by their low-harmonic (in contrast to trapezoidal ( 23 ), Triangular ( 21 ) and rectangular shape ( 24 ) kink-free) course are kept high.

Claims

A method of operating a power factor correction , characterized in that the power factor is reduced for a limited period of time.

Method according to Claim 1 , characterized in that an input current form (2) deviates from an input voltage form (1).

Method according to Claim 1 or 2 , characterized by changing a setpoint specification.

Method according to Claim 3 , characterized by a difference of a voltage of their setpoint proportional deviation of the setpoint input from the setpoint input for the highest possible power factor.

Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the power factor is reduced when an upper voltage threshold (9, 91) is exceeded.

Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the power factor is reduced when falling below a lower voltage threshold (8, 81).

Method according to Claim 5 or 6 , characterized in that the voltage threshold values (8, 9, 81, 91) are dependent on at least one input (1) or output voltage (3).

Method according to Claim 7 , characterized in that the voltage threshold values (8, 9, 81, 91) are dependent on the instantaneous value of at least one input (1) or output voltage (3).

Method according to Claim 7 , characterized in that the voltage threshold values (8, 9, 81, 91) are dependent on a value of at least one input (1) or output voltage (3) determined over a period of time.

Method according to Claim 7 , characterized in that the voltage threshold values (8, 9, 81, 91) are dependent on a load characteristic.