DE102017221786A1 - Lamp operating device with converter in the DCM - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere einer oder mehrere LED(s),aufweisend eine Steuerschaltung, die eine Konverterschaltung mit einem Energiespeicherelement und wenigstens einem Schalter aufweist, der ausgehend von der Steuerschaltung angesteuert ist.Dabei ist die Steuerschaltung dazu ausgelegt, durch Ansteuerung des Schalters die Konverterschaltung wahlweise wenigstens im kritischen Modus oder im Modus mit lückendem Strombetrieb zu betreiben. Im lückenden Betrieb wird der Wiedereinschaltzeitpunkt in diskreten Inkrementen in den Bereich eines steigenden Nulldurchgangs des Stroms durch das Speicherelements gesetzt.Die Steuerschaltung ist dabei dazu ausgelegt, bei einer inkrementellen Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts eine Regelung eines die Leuchtmittel-Leistung beeinflussenden Parameters durch direkte oder indirekte Veränderung der der Einschaltzeitdauer des Schalters vorzunehmen.The invention relates to an operating device for the dimmable operation of lighting means, in particular one or more LED (s), comprising a control circuit having a converter circuit with an energy storage element and at least one switch which is driven by the control circuit. The control circuit is designed to do so to operate by driving the switch, the converter circuit optionally at least in critical mode or in the mode with lückendem current operation. In the latching operation, the reclosing time is set in discrete increments in the range of a rising zero crossing of the current through the memory element. The control circuit is designed to control a parameter influencing the luminous flux by an indirect or direct change in the case of an incremental change of the reclosing time the switch-on period of the switch.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lampenbetriebsgerät, das insbesondere zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln, wie beispielsweise LEDs ausgelegt ist. Unter LEDs sind selbstverständlich auch organische LEDs (OLEDs) zu verstehen.The present invention relates to a lamp operating device, which is designed in particular for the dimmable operation of light sources, such as LEDs. Of course, LEDs also mean organic LEDs (OLEDs).
Die Erfindung betrifft genauer gesagt dimmbare Betriebsgeräte für Leuchtmittel, die einen aktiv getakteten Konverter verwenden. Dabei steuert eine Steuerschaltung einen Schalter des getakteten Konverters an, derart, dass im eingeschalteten (leitfähigen) Zustand des Schalters ein Energiespeicherelement (beispielsweise eine Induktivität) aufgeladen wird, welches Energiespeicherelement sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters (nicht leitfähiger Zustand des Schalters) wieder über die Leuchtmittelstrecke entlädt oder bevorzugt einen weiteren Energiespeicher (bspw. Kondensator) lädt, der wiederum die LED-Strecke mit einer ggf. mit Rippel behafteten DC-Spannung speist. Somit kommt es letztendlich zu einem ansteigenden und abfallenden Stromverlauf durch das Energiespeicherelement (Induktivität).More specifically, the invention relates to dimmable control gear for lighting devices that use an active clocked converter. In this case, a control circuit controls a switch of the clocked converter, such that in the switched (conductive) state of the switch, an energy storage element (for example, an inductance) is charged, which energy storage element in the off state of the switch (non-conductive state of the switch) again on the Lamp path discharges or preferably a further energy storage device (eg, capacitor) loads, which in turn feeds the LED track with a ripple afflicted with DC voltage. Thus, ultimately, there is an increasing and decreasing current flow through the energy storage element (inductance).
Wenn eine relativ hohe mittlere Lichtleistung gewünscht ist, wird natürlich das Abfallen des Stroms durch die Induktivität auf einen Wert grösser als Null begrenzt, und der Schalter wird wieder leitfähig geschaltet, bevor der Strom durch die Induktivität auf Null abgesunken ist. Wenn indessen beispielsweise für ein Dimmen die Lichtleistung verringert werden soll, wird die Wiedereinschaltschwelle (oder der entsprechende zeitliche Wiedereinschaltzeitpunkt) dementsprechend verringert (bzw. der Wiedereinschaltzeitpunkt verlängert), bis schließlich der Zustand erreicht wird, dass der Strom durch die Induktivität tatsächlich bis auf Null abfallen darf, bevor der Schalter wieder leitfähig geschaltet wird und der Strom somit wieder ansteigt.Of course, if a relatively high average light output is desired, the current drop through the inductor is limited to a value greater than zero, and the switch is again rendered conductive before the current through the inductor has dropped to zero. Meanwhile, for example, if the light output is to be decreased for dimming, the restart threshold (or the corresponding time switch-on time) is correspondingly reduced (or the reconnection time extended), until finally the state is reached that the current through the inductance actually drops to zero may before the switch is again switched conductive and the current thus rises again.
Diese Betriebsart (Wiedereinschalten bei Erreichen des Null-Pegels) wird typischerweise „kritischer Modus“ (engl. critical mode oder borderline mode) bezeichnet.This mode of operation (restarting on reaching the zero level) is typically called "critical mode" or "borderline mode".
Wenn nunmehr ausgehend von diesem kritischen Modus weiter verringert werden soll, muss natürlich eine Totzeit eingeführt werden zwischen dem Abfallen des Stroms durch die Induktivität auf Null, und dem Wiedereinschalten des Schalters. Diese Betriebsart wird dementsprechend „Modus mit lückendem Strom“ bezeichnet (engl. discontinuous mode, DCM).Of course, if it is to be further reduced starting from this critical mode, a dead time must naturally be introduced between the drop of the current through the inductance to zero and the reconnection of the switch. This mode is accordingly called "discontinuous mode" (DCM).
Es ist indessen vorteilhaft, das Wiedereinschalten im Modus mit lückendem Strom nicht zu beliebigen Zeitpunkten auszuführen, sondern nur dann, wenn der nach dem ersten Nulldurchgang (aufgrund von Resonanzeffekten) nachschwingende und somit mehrfach die Null-Linie kreuzende Strom durch die Induktivität einen ansteigenden Nulldurchgang durchführt. Nur beim Wiedereinschalten des Schalters in diesen zeitlichen Bereichen des positivem Nulldurchgangs des Stroms durch die Induktivität kann ein spannungsloses Schalten des Schalters („zero voltage switching“, ZVS) erzielt werden.It is advantageous, however, not to perform the reclosing in the lapping current mode at arbitrary times, but only when the current that trails after the first zero crossing (due to resonance effects) and thus crosses the zero line several times through the inductor makes a rising zero crossing , Only when the switch is turned on again in these time ranges of the positive zero crossing of the current through the inductance, a zero-voltage switching (ZVS) can be achieved.
Die zeitlichen Bereiche der positiven Nulldurchgänge können durch Messung (bspw. des Stroms durch die Induktivität) erfasst sein, oder aufgrund der durch die Dimensionierung der Bauteile bekannten Resonanzfrequenz vorausberechnet sein.The time ranges of the positive zero crossings can be detected by measuring (for example, the current through the inductance), or can be predicted on the basis of the resonant frequency known from the dimensioning of the components.
Somit ergibt sich also das Problem, dass im lückenden Betrieb bzw. beim Übergang vom kritischen Modus in den lückenden Betrieb die Leuchtmittelleistung nicht mehr durch kontinuierliche Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunktes stetig verändert werden kann, sondern nur in Inkrementen („valley switching“) zwischen einem oder mehreren positiven Nulldurchgängen des Stroms durch die Induktivität, was zu Sprüngen in der Lichtleistung führen kann, die auch optisch als Flackern während einer Dimmrampe wahrgenommen werden können.Thus, there is thus the problem that in the intermittent operation or in the transition from the critical mode into the lopsided operation, the luminous power can not be changed continuously by continuously changing the reconnection time, but only in increments ("valley switching") between one or more positive zero crossings of the current through the inductance, which can lead to jumps in the light output, which can also be perceived optically as flickering during a dimming ramp.
Die Erfindung setzt nunmehr an diesem Problem an und stellt eine Technik bereit, die bei einem Dimmen im lückenden Betrieb bzw. beim Übergang vom kritischen Modus in den lückenden Betrieb das Problem der Sprünge der Ausgangsleistung des Konverters zumindest verringert, auch wenn das Wiedereinschalten nur zu den Zeitpunkten der positiven Nulldurchgängen des Stroms durch die Induktivität erfolgt.The invention now addresses this problem and provides a technique which, when dimming in the leaky mode or transitioning from the critical mode to the spanning mode, at least reduces the problem of jumps in the output power of the converter, even if the reconnection only to the Time points of the positive zero crossings of the current through the inductance takes place.
Als weiteren Aspekt soll dabei die Ausgestaltung derart sein, dass nicht unbedingt ein ASIC als Steuereinrichtung benötigt wird, sondern dass auch ein Mikrokontroller die entsprechende Ansteuerung des Schalters veranlassen kann.As a further aspect, the embodiment should be such that an ASIC is not necessarily required as a control device, but that a microcontroller can also initiate the corresponding activation of the switch.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in vorteilhafter Weise weiter.This object is solved by the features of the independent claims. The dependent claims further advantageously form the central idea of the invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere einer oder mehrere LED(s). Es weist auf eine Steuerschaltung, die eine getaktete Konverterschaltung mit einem Energiespeicherelement, insbesondere wenigstens einer Induktivität, und wenigstens einem Schalter aufweist, der ausgehend von der Steuerschaltung getaktet ist. Die Konverterschaltung kann bspw. ein Buck- oder ein Boost-Konverter sein.A first aspect of the invention relates to an operating device for the dimmable operation of lighting devices, in particular one or more LED (s). It has a control circuit which has a clocked converter circuit with an energy storage element, in particular at least one inductance, and at least one switch, which is clocked starting from the control circuit. The converter circuit can be, for example, a buck converter or a boost converter.
Die Steuerschaltung ist dazu ausgelegt, dass durch Ansteuerung des Schalters die Konverterschaltung wahlweise, insbesondere von einem die Leistung vorgebenden Signal wenigstens im kritischen Modus oder im Modus mit lückendem Strom zu betreiben. In einem ersten Dimmbereich liegt also ein Betrieb im lückenden Modus vor, und in einem weiteren davon getrennten Dimmbereich ein Betrieb im kritischen Modus. Diese beiden Modi können aneinander angrenzen, es kann indessen zwischen ihnen auch ein Hybridmodus vorgesehen sein, in dem der lückende bzw. der kritische Modus im zeitlichen Multiplex vorliegen. (Optional kann sich an den kritischen Modus auch ein kontinuierlicher Modus anschliessen). The control circuit is designed such that, by activating the switch, the converter circuit can be operated selectively, in particular by a signal specifying the power, at least in the critical mode or in the mode with a gaping current. In a first dimming range, therefore, there is an operation in the latching mode, and in another separate dimming range, there is an operation in the critical mode. These two modes may be adjacent to each other, however, a hybrid mode may also be provided between them, in which the gaping or critical mode is temporally multiplexed. (Optionally, the critical mode can also be connected to a continuous mode).
Die Steuerschaltung setzt im lückenden Betrieb den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters in diskreten Inkrementen in einen der zeitlichen Bereiche nach dem ersten Nulldurchgang, in denen der Strom beim Entladen des Energiespeicherelements einen steigenden Nulldurchgang vollführt. Die Steuerschaltung ist dabei dazu ausgelegt, bei einer inkrementellen Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts eine die Leuchtmittel-Leistung beeinflussenden Rückführgrösse durch direkte oder indirekte Veränderung der Einschaltzeitdauer des Schalters zu regeln.In the latching operation, the control circuit sets the switch-on instant of the switch in discrete increments into one of the time ranges after the first zero crossing, in which the current during the discharge of the energy storage element performs a rising zero crossing. In this case, the control circuit is designed to regulate a feedback variable influencing the luminous flux power in the event of an incremental change in the reconnection time by direct or indirect change in the switch-on duration of the switch.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein,
- - bei einer inkrementellen Verlängerung des Wiedereinschaltzeitpunkts inkrementell bzw. sprunghaft die Einschaltzeitdauer zu verlängern und dann eine Regelung mit der Steuergrösse „Einschaltzeitdauer“ durchzuführen und,
- - bei einer inkrementellen Verringerung des Wiedereinschaltzeitpunkts inkrementell bzw. sprunghaft die Einschaltzeitdauer zu verkürzen und dann eine Regelung mit der Steuergrösse „Einschaltzeitdauer“ durchzuführen.
- incrementally or step-by-step, with an incremental extension of the reconnection time, the switch-on time duration and then carry out a control with the control variable "switch-on time duration" and
- - Incremental or abruptly shortening the switch-on period when there is an incremental reduction in the reclosing time, and then carry out a control with the "switch-on duration" control variable.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine inkrementelle Verlängerung des Wiedereinschaltzeitpunkts durchzuführen, wenn die Regelung mit der Steuergrösse „Einschaltzeitdauer“ vorgegebene Mindest- oder Maximalwerte der Einschaltdauer oder einer diese beeinflussenden Grösse zur Folge hat, also sozusagen diese Regelung mittels der Veränderung der Einschaltzeitdauer an ihre Grenzen stösst.The control circuit can be designed to carry out an incremental prolongation of the reconnection time if the control with the control variable "switch-on time" results in predetermined minimum or maximum values of the switch-on duration or a variable influencing them, that is to say this control by means of the change of the switch-on period to theirs Limits pushes.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, die Veränderung der Einschaltzeitdauer des Schalters indirekt durch Vorgabe einer Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter oder direkt durch Vorgabe der Einschaltzeitdauer vorzugeben.The control circuit may be configured to specify the change in the switch-on period of the switch indirectly by specifying a switch-off threshold for the current through the switch or directly by specifying the switch-on period.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, bei einem Übergang vom kritischen Modus in den Modus mit lückendem Strombetrieb den Wert für die Einschaltzeitdauer des Schalters sprunghaft zu verlängern.The control circuit may be configured to, in the event of a transition from the critical mode to the latching current mode, suddenly increase the value for the switch-on time duration of the switch.
Die Konverterschaltung kann bspw. ein Boost-, Buck- , Buck/Boost- oder FlybackKonverter sein.The converter circuit can be, for example, a boost, buck, buck / boost or flyback converter.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere einer oder mehrere LED(s),
unter Verwendung einer Steuerschaltung, die eine getaktete Konverterschaltung mit einem Energiespeicherelement und wenigstens einem Schalter aufweist, der ausgehend von der Steuerschaltung angesteuert ist. Dabei wird die Konverterschaltung in zumindest einem Teilbereich des Gesamt-Dimmbereichs im Modus mit lückendem Strom betrieben. Im lückenden Betrieb wird der Wiedereinschaltzeitpunkt in diskreten Inkrementen in den Bereich eines steigenden Nulldurchgangs des Stroms durch das Speicherelements gelegt.A further aspect of the invention relates to a method for the dimmable operation of light sources, in particular one or more LED (s),
using a control circuit having a clocked converter circuit with an energy storage element and at least one switch, which is driven by the control circuit. In this case, the converter circuit is operated in at least a partial area of the total dimming range in the mode with a gaping current. In the latching mode, the reclosing time is set in discrete increments in the range of a rising zero crossing of the current through the memory element.
Zur Einstellung eines Dimmwerts wird
- - eine zu dem einzustellenden Dimmwert vordefinierte Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter oder eine Einschaltzeitdauer des Schalters festgelegt,
- - ein steigender Nulldurchgang als tatsächlichen Wiedereinschaltzeitpunkt eingestellt, der demjenigen theroretischen Wiedereinschaltzeitpunkt am nächsten kommt, der sich aus der Abschaltschwelle bzw. der Einschaltzeitdauer und dem einzustellenden Dimmwert ergibt, und
- - die Abschaltschwelle oder die Einschaltzeitdauer abhängig von der Abweichung des tatsächlichen Wiedereinschaltzeitpunkts von dem theoretischen Wiedereinschaltzeitpunkt, verändert.
- a fixed switch-off threshold for the current through the switch or a switch-on time duration of the switch is predefined for the dimming value to be set,
- a rising zero crossing is set as the actual reclosing time, which comes closest to the theoretical reconnection time resulting from the shutdown threshold or the set duration and the dimming value to be set, and
- the switch-off threshold or the switch-on duration is changed depending on the deviation of the actual switch-on time from the theoretical switch-on time.
Die vordefinierte Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter oder eine Einschaltzeitdauer des Schalters kann dabei nicht nur von dem einzustellenden Dimmwert, sondern von wenigstens einem weiteren Parameter abhängen, wie bspw. der Spannung über den Leuchtmitteln.The predefined switch-off threshold for the current through the switch or a switch-on time duration of the switch can depend not only on the dimming value to be set, but on at least one further parameter, such as, for example, the voltage across the lighting means.
Die Erfindung betrifft auch eine Steuerschaltung, bspw. ASIC oder Mikrokontroller, die für ein derartiges Verfahren ausgelegt ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erfassung des Nulldurchgangs des Stroms durch die Induktivität eines Buck-Konverters, insbesondere eines Buck-Konverters in einem Betriebsgerät der oben ausgeführten Art,
aufweisend eine mit dem Potential an einem Verbindungspunkt der Diode des Buck-Konverters und eines Schalters des Buck-Konverters verbundene Diodenschaltung, die ein vorzugsweise digitales Erfassungssignal erzeugt, dessen vorzugsweise logischer Pegel sich bei einem Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität ändert.The invention also relates to a control circuit, for example. ASIC or microcontroller, which is designed for such a method. Another aspect of the invention relates to a circuit for detecting the zero crossing of the current through the inductance of a buck converter, in particular a buck converter in an operating device of the type described above,
having one with the potential at a connection point of the diode of the Buck converter and a switch of the Buck converter connected diode circuit which generates a preferably digital detection signal whose preferably logic level changes at a zero crossing of the current through the inductance.
Diese Schaltung kann aufweisen einen software-mässige oder hardware-mässig ausgebildeten Block, der verhindert, dass sich der Pegel des Erfassungssignals nach einem ersten Nulldurchgang bei weiteren Nulldurchgängen verändert.This circuit may comprise a software-moderate or hardware-trained block, which prevents the level of the detection signal after a first zero crossing changes at further zero crossings.
Diese Schaltung kann aufweisen eine Steuerschaltung, vorzugsweise einen Mikrokontroller, der/dem das Erfassungssignal zugeführt ist.This circuit may comprise a control circuit, preferably a microcontroller, to which the detection signal is supplied.
Eine definierte Pegeländerung des Erfassungssignals kann einen Zähler in dem Mikrokontroller auslösen.A defined level change of the detection signal can trigger a counter in the microcontroller.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erfassung des unteren Umkehrpunkts des Stroms durch die Induktivität eines Buck-Konverters,
aufweisend eine mit der Induktivität des Buck-Konverters magnetisch gekoppelte Hilfswicklung, die ein Signal erzeugt, das einen ein Detektionssignal erzeugenden Transistor schaltet, wenn der Strom durch die Induktivität seinen unteren Umkehrpunkt erreicht.A further aspect of the invention relates to a circuit for detecting the lower reversal point of the current through the inductance of a buck converter,
having a magnetically coupled to the inductance of the buck converter auxiliary winding which generates a signal which switches a detection signal generating transistor when the current through the inductor reaches its lower reversal point.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend einen primärseitig mittels eines Schalters getakteten Wandler, insbesondere Buck-Konverter,
aufweisend eine Steuerschaltung, die den Schalter nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer ton oder bei Erreichen eines Abschaltwerts des ansteigende Schalterstrom wieder nichtleitend schaltet,
wobei der Steuerschaltung ein Rückführsignal zugeführt wird, das die Spannung über die vom Betriebsgerät versorgten Leuchtmittel wiedergibt,
wobei die Steuerschaltung die Zeitdauer ton oder den Abschaltwerts abhängig von dem Rückführsignal einstellt.Yet another aspect of the invention relates to an operating device for lighting means, comprising a converter clocked on the primary side by means of a switch, in particular a buck converter,
comprising a control circuit, which switches the switch non-conductive again after a predetermined time period, ton, or upon reaching a cut-off value of the rising switch current,
wherein the control circuit is supplied with a feedback signal, which reproduces the voltage via the lighting device supplied by the operating device,
wherein the control circuit sets the duration of time ton or the cut-off value depending on the feedback signal.
Dabei wird vorzugsweise die Zeitdauer ton oder der Abschaltwerts bei niedrigerer Spannung über den Leuchtmitteln niedriger eingestellt als bei höherer Spannung über den Leuchtmitteln.In this case, preferably the time duration ton or the switch-off value is set lower at the lower voltage across the lighting means than at the higher voltage across the lighting means.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Figuren der Zeichnungen erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht eines bekannten Buck-Konverters zum Betrieb einer LED-Strecke. -
2 zeigt die Strom- und Spannungsverläufe in einemderartigen Konverter von 1 . -
3 zeigt die Anwendung des sog. Valley Switch in einem ausgewählten Dimmbereich. -
4 zeigt ein Blockschaltbild zur Ausführung der Erfindung. -
5 zeigt Signalverläufe bei der Ausführung der Erfindung. -
6 zeigt eine Implementierung der Erfindung mit zwei möglichen Zero-Cross Erfassungsschaltungen. -
7 bis 10 zeigen Signal- und Stromverläufe sowie eine schematische Schaltung (9 ) zur Kompensation der Ausschaltverzögerung bei der Peak-Strom Erfassung in getakteten Wandlern
-
1 shows a schematic view of a known buck converter for operating an LED track. -
2 shows the current and voltage waveforms in such a converter of1 , -
3 shows the application of the so-called valley switch in a selected dimming range. -
4 shows a block diagram for carrying out the invention. -
5 shows waveforms in the practice of the invention. -
6 shows an implementation of the invention with two possible zero-cross detection circuits. -
7 to10 show signal and current characteristics as well as a schematic circuit (9 ) to compensate for the off delay in the peak current detection in clocked converters
In
Dabei wird ausgehend von einer DC-Busspannung
Ausgehend von dem Kondensator
Der Schalter
Das Signal HS ist der Pegel an dem Steuereingang
In der Zeitdauer
Der unterste Kurvenverlauf in
Die Einschaltzeitdauer
Wie bereits eingangs erwähnt, führt ein Wiedereinschalten nur in diskreten Inkrementen zu den positiven Nulldurchgangsbereichen des Stroms dazu, dass im lückenden Betrieb bzw. am Übergang vom kritischen Modus in den Modus mit lückendem Betrieb Sprünge in der Lichtleistung auftreten können, da eben keine kontinuierliche Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts erfolgen soll und somit die Speisung des Transistors nicht konstant sein könnte.As already mentioned at the beginning, reclosing only in discrete increments to the positive zero-crossing ranges of the current causes leaps in the light output in the intermittent operation or at the transition from the critical mode to the mode with intermittent operation, since there is no continuous change in the light output Wiederschaltschaltzeitpunkts should take place and thus the supply of the transistor could not be constant.
Wenn beispielsweise im lückenden Betrieb die Leuchtmittelleistung verringert werden soll, muss sprunghaft ein zeitlich höherer Wiedereinschaltzeitpunkt für den Schalter angesteuert werden. Gemäß der Erfindung wird nunmehr der somit drohende Leistungssprung dadurch ausgeregelt, dass bei festgehaltener Ausschaltzeitdauer eine ton-Zeitregelung aufrechterhalten wird. D.h., bei einer Wahl eines vom aktuellen Zustands abweichenden Inkrements der positiven Nulldurchgänge des Stroms IL durch die Induktivität
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also im lückenden Betrieb die Einschaltzeitdauer ton nicht festgehalten, sondern adaptiv gestaltet und eine
Dies hat regelungstechnisch darüber hinaus den Vorteil, dass durchgehend eine
Umgekehrt, wenn beispielsweise zum Ausführen eines Dimmens die Lichtleistung wieder erhöht werden soll, wird zuerst die Totzeit
Wichtig ist dabei nochmals zu betonen, dass sich die Einschaltzeitdauer
Ein Sprung des Totzeit-Inkrements, also des gewählten positiven Nulldurchgangs während der Zeit
Wenn beispielsweise bei Vorgabe eines neuen Dimmwerts entsprechend ein neuer zeitlicher Mittelwert für den LED-Strom angesteuert werden soll, ist der Ablauf wie folgt:
- - Nach Vorgabe einer Veränderung, insbesondere eines Sprunges für den Sollwert für den mittleren LED-Strom wird von der Steuereinheit zuerst berechnet, wie lange im lückenden Betrieb die Totzeit
tdead sein müsste, um den zeitlich mittleren Strom bei gegebener AbschaltschwelleIPeak zu erzielen. Diese berechnete Totzeittdead wird normalerweise nicht auf einen Nulldurchgang des Stromes mit positiven Gradienten fallen, so dass dann einerseits der nächstliegenden Nulldurchgang mit positiven Gradienten gewählt wird, gleichzeitig aber auch die Differenz zwischen der berechneten Totzeit und der sich durch den nächstliegenden Nulldurchgang bestimmt wird. Aufgrund dieser bekannten Differenz kann dann entsprechend der neue Arbeitspunkt der AbschaltschwelleIPeak beziehungsweise derton -Zeitregelung entsprechend eingestellt werden, worauf dann dieton -Zeitregelung an diesem Arbeitspunkt fortgeführt wird. Um ein unnötiges Springen zwischen unterschiedlichen Nulldurchgängen („Valleys“) zu verhindern, die gegebenenfalls als Sprung in der Leuchtmittel-Leistung sichtbar sein können, wird immer bei Vorgabe eines neuen Durchschnitts stroms der vorherliegende Wert des Nulldurchgangs berücksichtigt, um ein Springen zwischen zwei unterschiedlichen Nulldurchgängen mit positiven Gradienten durch eine Art Hysterese-Regelung zu verhindern. - - Es wird somit bei Vorgabe eines neuen Durchschnittswerts für den Strom durch Berechnung oder durch Abgleich über eine Tabelle, etc., zuerst eine neue Abschaltschwelle
IPeak definiert, worauf folgend dann die Totzeit im lückenden Betrieb berechnet wird. - - Die Umsetzung eines einzustellenden Durchschnittsstromwerts auf eine Abschaltschwelle
IPeak oderton -Zeit kann multidimensional sein, derart, dass die Wahl der AbschaltschwelleIPeak (oder der direktenton -Zeit Vorgabe) unter Berücksichtigung weiterer Parameter erfolgt (über den einzustellenden Durchschnittsstromwert hinaus). Diese weiteren Parameter können beispielsweise sein:- ◯ Die LED-Spannung, da diese einen Einfluss darauf hat, wie sensitiv der Durchschnittswert des Stroms auf die Veränderung der Abschaltschwelle
IPeak oder derton -Zeit reagiert. - ◯ Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist es, dass die Festlegung der Abschaltschwelle oder der
ton -Zeit abhängig von dem zu erzielenden Dimmwert (ausgedrückt durch den Durchschnittsstrom) auf die Frequenz des Auftretens der Einschaltvorgänge festlegt. Vorzugsweise wird nunmehr bei einem Dimmsprung (also Sprung des Durchschnittswerts des StromsILED die Abschaltschwelle so gelegt, dass sich möglichst eine konstante Frequenz des Auftretens der Einschaltvorgänge ergibt, also möglichst die Totzeittdead konstant gehalten wird.
- ◯ Die LED-Spannung, da diese einen Einfluss darauf hat, wie sensitiv der Durchschnittswert des Stroms auf die Veränderung der Abschaltschwelle
- - Indessen ist es möglich, dass für unterschiedliche Dimmbereiche unterschiedliche Vorgaben für die einzustellende Schaltfrequenz festgelegt sind, so dass also in unterschiedlichen Dimmbereichen (also unterschiedliche Bereiche des Stroms
ILED ) die konstant zu haltende Frequenz des Auftretens der Einschaltvorgänge desSchalters 2 unterschiedlich vorgegeben sein kann. In3 ist zu sehen, dass das erfindungsgemäße „Valley Switching“, also das inkrementale Springen zwischen unterschiedlichen Inkrementen an positiven Nulldurchgängen des Stroms durch das Energiespeicherelement (Induktivität4 ) bevorzugt nur in einem oberen Dimmbereich, anschließend an 100% Nominalleistung der LED-Strecke ausgeführt wird. Bei einem Herabdimmen von beispielsweise unterhalbvon 10% Dimmlevel wird die Totzeit im lückenden Betrieb derart groß, dass das abklingende Nachschwingen des Stroms durch die Induktivität4 nicht mehr vorhanden ist bzw. keine Rolle mehr spielt. Somit kommt es zu einer Übergangszone, in der unterhalb des Dimmbereichs für das Valley Switching die Wiedereinschaltzeitdauer des Schalters kontinuierlich verstellt werden kann. Dieses kontinuierliche Erhöhen der Totzeit im lückenden Betrieb stößt indessen bei der weiteren Verringerung des Dimmpegels beispielsweise unterhalbvon 1% Nominalleistung auf Grenzen, da eine sehr lange Totzeit ggf. zu optisch sichtbaren Effekten führen kann. Daher ist eine maximale Totzeittdeadmax vorgesehen. Wenn diese erreicht wird, wird die Totzeit festgehalten und eine weitere Verringerung der Lichtmittelleistung kann dann beispielsweise nur durch andere Effekte, wie beispielsweise eine Amplituden-Verringerung erzielt werden.4 zeigt eine schematische Blockdarstellung zur Ausführung der Erfindung. Ein Block A bezeichnet dabei einen Berechnungsblock zur Berechnung der nominalen Totzeittdeadnom und der nominalen AbschaltschwelleIpeaknom . Dabei wird für diese Berechnung berücksichtigt:- - der vorgegebene Sollwert
Inom für den LED-Strom, - - der Wert der DC-Versorgungsspannung für den Konverter Vbus sowie
- - die Leuchtmittelspannung
VLED .
4 anhand einer Funktion oder einer Abgleichstabelle die nominalen Werte für die Totzeittdeadnom sowie die AbschaltschwelleIpeaknom (oder die Einschaltzeitdauertonnom ). Der Block B dient dann zur Umsetzung der Totzeitregelung ausgehend von diesen berechneten Nominalwerten. In einem ersten Block „select nearest neighbour“ wird dasjenige „valley“ (also der positive Nulldurchgang) gewählt, der der nominalen Totzeit tdeadnom an nächsten kommt. In diesem Block B ist vorab abgelegt die zeitliche Lage der „valleys“, was in4 mit „valley array“ bezeichnet ist. Das „valley“, dass der tdeadnom am nächsten kommt, wird als einzustellendes „valley“ genommen und entsprechend wird die Totzeit mit dem Wert „new Tdead“ eingestellt. (Anmerkung: Alle Berechnungen im Block A sind außerhalb der eigentlichen Regelschleife und sind somit zeitunkritisch. Sie können somit leicht durch einen Mikrokontroller bewältigt werden.) - - der vorgegebene Sollwert
- - After specification of a change, in particular a jump for the setpoint value for the average LED current, the control unit first calculates how long the idle time lapses
dead would have to be the time average current at a given shutdown thresholdI peak to achieve. This calculated dead timedead will normally not fall to a zero crossing of the current with positive gradient, so that then on the one hand, the nearest zero crossing is selected with positive gradient, but at the same time the difference between the calculated dead time and is determined by the nearest zero crossing. Due to this known difference can then according to the new operating point of the switch-offI peak or thet on Timing be adjusted accordingly, then what thet on Time regulation is continued at this operating point. In order to prevent unnecessary jumping between different zero-crossings ("valleys"), which may possibly be visible as a jump in the luminous power, always taking into account a new average current, the previous value of the zero crossing is taken into account, to jump between two different zero crossings With to prevent positive gradient by a kind of hysteresis control. - Thus, when a new average value for the current is specified by calculation or comparison via a table, etc., a new switch-off threshold is first of all established
I peak then the dead time in the gap operation is calculated. - - The conversion of a set average current value to a switch-off threshold
I peak ort on -Time can be multidimensional, such that the choice of shutdown thresholdI peak (or the directt on Time specification) taking into account further parameters (beyond the average current value to be set). These other parameters can be, for example:- ◯ The LED voltage, as it has an influence on how sensitive the average value of the current is to the change in the switch-off threshold
I peak or thet on Time responds. - ◯ Another aspect of the invention is that the determination of the switch-off or the
t on Time depending on the dimming value to be achieved (expressed by the average current) at the frequency of occurrence of the turn-on operations. Preferably, now at a dimming jump (ie jump of the average value of the currentI LED the switch-off threshold is set so that as far as possible a constant frequency of the occurrence of the switch-on results, ie as far as possible the dead timedead is kept constant.
- ◯ The LED voltage, as it has an influence on how sensitive the average value of the current is to the change in the switch-off threshold
- - However, it is possible that different specifications for the switching frequency to be set are defined for different dimming ranges, so that therefore in different dimming ranges (ie different areas of the current
I LED ) the constant frequency of occurrence of the switch-on operations of theswitch 2 can be specified differently. In3 It can be seen that the "valley switching" according to the invention, ie the incremental jump between different increments at positive zero crossings of the current through the energy storage element (inductance4 ) is preferably performed only in an upper dimming range, then at 100% nominal power of the LED track. In a dimming down, for example, below 10% dimming level, the dead time in the lopsided operation is so large that the decaying reverberation of the current through the inductance4 no longer exists or no longer plays a role. This results in a transitional zone in which below the dimming range for valley switching, the reclosing time of the switch can be continuously adjusted. However, this continuous increase in dead time in lopsided operation encounters limits in the further reduction of the dimming level, for example, below 1% nominal power, since a very long dead time may possibly lead to optically visible effects. Therefore, a maximum dead timet deadmax intended. When this is achieved, the dead time is recorded and further reduction of the light-emitting power can then be achieved, for example, only by other effects, such as amplitude reduction.4 shows a schematic block diagram for carrying out the invention. A block A designates a calculation block for calculating the nominal dead timet deadnom and the nominal shutdown thresholdI peaknom , In doing so, account is taken of this calculation:- - the specified setpoint
I nom for the LED power, - - The value of the DC supply voltage for the Vbus converter as well
- - The bulb voltage
V LED ,
4 using a function or an adjustment table, the nominal values for the dead timet deadnom as well as the switch-off thresholdI peaknom (or the switch-on periodt onnom ). Block B then serves to implement the dead time control on the basis of these calculated nominal values. In a first block "select nearest neighbor", that "valley" (ie the positive zero crossing) is selected which comes closest to the nominal dead time tdeadnom. In this block B is filed in advance the temporal position of the "valleys", which in4 denoted by "valley array". The "valley" that comes closest to the tdeadnom is taken as the "valley" to be set and accordingly the dead time is set with the value "new Tdead". (Note: All calculations in block A are outside the actual control loop and are therefore time critical, so they can easily be handled by a microcontroller.) - - the specified setpoint
Im Block B ist die eigentliche Stromregelung „current regulator“ vorgesehen, der der Sollwert
Weiterhin ist eine Totzeit-Kompensationseinheit vorgesehen „tdead compensator“, die als Eingangsinformation das ausgewählte Valley von dem Block „select nearest neighbour“ sowie den zeitlichen Mittelwert des Stroms durch die LED-Strecke
Um nunmehr die Abweichung und somit einen Sprung in der Leuchtmittelleistung zu verhindern, der durch die Abweichung des Valleys von der berechneten Nominaltotzeit
Diese Abläufe sollen nochmals anhand der Signalverläufe von
Dabei wird das Szenario vorausgesetzt, dass zu einem Zeitpunkt
Wie in
Durch diese Abweichung der nominalen Totzeit
ZX-Erfassungsschaltungen:ZX-detection circuits:
Mit Bezug auf
In
Diodenbasierte Schaltung 10:Diode-based circuit 10:
Die Schaltung in
Zuerst soll erläutert werden, die erste Erfassungsschaltung
Diese Schaltung wird verwendet, um ein Signal zu erzeugen, das den Beginn der Totzeit
Wenn der Strom IL den ersten Nulldurchgang vollzogen hat, wird der Stromfluss negativ, d.h. die Stromrichtung durch die Induktivität
Bei der in
Es ist indessen auch möglich, dieses Ausblenden von weiteren steigenden Flanken (jedes Mal bei Stromrichtungsumkehr) beispielsweise per Software-Lösung in einem Mikrocontroller zu erreichen, so dass dann die Ausgabe des Signals ZCD_Filter_1_out und die Diode
Erfassungsschaltung 20 mit Hilfswicklung und Transistor:
Es soll nunmehr die zweite Erfassungsschaltung
Diese Schaltung wird verwendet, um mögliche Wiedereinschaltzeitpunkte für den Schalter
Bekanntlich werden geringe minimale Schaltverluste erreicht, wenn die Spannung über den Schalter
Der Zusammenhang zwischen Spannung über einer Induktivität und Strom durch die Induktivität ist bekanntlich gegeben durch:
Dies bedeutet, dass die Spannung über der Induktivität
Um minimale Schaltverluste zu erzielen, soll also somit der Schalter
Indessen liegen bei realen Schaltungen Einschaltverzögerungen zwischen der Ausgabe eines Signals und dem tatsächlichen Wiedereinschalten des Schalters
Gemäß der Erfindung ist wie ersichtlich eine Hilfswicklung
Wenn die Spannung über
Das bedeutet, dass die fallenden Flanken des Signals ZCD_1 die Zeitpunkte wiedergibt, bei denen sich die Spannung über der Induktivität von negativ nach positiv verändert, was bedeutet, dass der Strom IL ein Minimum aufweist, auf das dann mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung ein positiver Nulldurchgang des InduktivitätsStroms erfolgt. Bei jeder dieser fallenden Flanken des Signals ZCD_1 wird der aktuelle Zähler-Wert des Totzeit-Zählers in einem Speicher „Valley-Array“ abgelegt.This means that the falling edges of the signal ZCD_1 represent the times at which the voltage across the inductance changes from negative to positive, which means that the current IL has a minimum, then a positive zero crossing with a certain time delay of the inductance current takes place. For each of these falling edges of the signal ZCD_1, the current counter value of the dead time counter is stored in a memory "Valley array".
Der Regel-Algorithmus der die Soll-Totzeit berechnet, wählt nun einen der Werte in diesem abgelegten Valley-Array aus. Der Regelalgorithmus (Block B) sucht sich dann, basierend auf tdeadnom, das Valley aus welches am nächsten zu tdeadnom liegt. Dieses tdeadvalley wird dann eingestellt (New Tdead in
Typischerweise wird die berechnete Totzeit von den verfügbaren Valley-Werten abweichen, sodass eine neue Abschaltschwelle für den Peak-Strom berechnet wird (oder eine neue
In der dargestellten Implementierung sind Messpfade vorgesehen, die wie folgt definiert werden können:
- R40, R41 und C40: Diese dienen zur LED-Spannungsmessung.
- R50, C50: Diese dienen zur Mittelwertbildung der Messspannung an dem Messwiderstand
R1 , um somit den Durchschnittsstrom zu ermitteln, der dann über einen AD-Wandler der Steuerschaltung zugeführt werden kann. - R51: Dieses Signal wird mittels eines Komparators mit einem eingestellten Schwellwert verglichen. Wenn der Schwellenwert erreicht wird, wird der Schalter
M1 abgeschaltet. Dies ist also eine mögliche Implementierung für eine Schwellenwertabschaltung.
- R40, R41 and C40: These are used for LED voltage measurement.
- R50, C50: These are used for averaging the measuring voltage at the measuring resistor
R1 In order to determine the average current, which can then be fed via an AD converter of the control circuit. - R51: This signal is compared by means of a comparator with a set threshold. When the threshold is reached, the switch becomes
M1 off. So this is one possible implementation for a threshold shutdown.
Kompensation der Ausschaltverzögerung bei der Peak-Strom Erfassung in getakteten WandlernCompensation of the switch-off delay in peak current detection in clocked converters
Wie bereits oben beschrieben, gibt es bei getakteten Wandlern mit primärseitig angesteuertem Schalter den Ansatz, dass der Schalter nicht-leitend geschaltet wird, wenn der Strom durch den eingeschalteten Schalter auf einen vorgegebenen Ausschaltwert (Peak-Strom) angestiegen ist.As already described above, in the case of clocked converters with a switch actuated on the primary side, there is the approach that the switch is switched to non-conductive when the current through the switched-on switch has risen to a predetermined switch-off value (peak current).
Dabei besteht das Problem, dass aufgrund von Bauteil-inhärenten Ausschaltverzögerungen eine Verzögerung zwischen dem tatsächlichen Erreichen des Peak-Strom-Werts und dem Zeitpunkt des Ausschaltens entsteht.There is the problem that, due to component-inherent turn-off delays, there is a delay between the actual achievement of the peak current value and the turn-off time.
Diese Ausschaltverzögerungen werden verursacht beispielsweise durch einen sogenannten Propagation-Delay vom Komparator und vom Gate-Treiber, sowie Flankensteilheiten und parasitären Kapazitäten. Der tatsächlich fließende Peak-Strom und der somit sich ergebende zeitliche Mittelwert ist somit verfälscht, wobei diese Abweichung abhängt von der Steilheit des Stroms dI/dT.These turn-off delays are caused for example by a so-called propagation delay from the comparator and the gate driver, as well as edge slopes and parasitic capacitances. The actually flowing peak current and thus the resulting time average is thus corrupted, this deviation depending on the slope of the current dI / dT.
Typische Ausschaltverzögerungen können beispielsweise im Bereich von mehreren 100 Nanosekunden liegen, was bei einem steilen Stromanstieg dI/dT des Schalterstroms beispielsweise dazu führen kann, das statt einem gewünschten Ausschaltwert von 1 Ampere tatsächlich der Peak-Strom bei 1,2 Ampere abgeschaltet wird.For example, typical turn-off delays may be in the order of several hundred nanoseconds, which may, for example, cause the peak current at 1.2 amps to be turned off instead of a desired switch-off value of 1 amp at a steep current increase dI / dT of switch current.
Der vorliegende Aspekt der Erfindung beschäftigt sich nunmehr mit diesem Problem. Dieser Aspekt der Erfindung kann mit dem zuvor in der vorliegenden Beschreibung genannten Aspekte kombiniert werden, aber natürlich unabhängig davon bei jeglichen anderen primärseitig aktiv getakteten Wandler, beispielswiese Buck-Konvertern, Anwendung finden.The present aspect of the invention now addresses this problem. This aspect of the invention may be combined with the aspects mentioned earlier in the present description, but of course apply independently to any other primary side active clocked converter, for example buck converters.
Die Steilheit des Stromanstiegs durch den primärseitigen Schalter hängt unter anderem von der Spannung über der Last, beispielsweise einer LED-Last ab. Bei niedrigen LED-Spannungen ist der Stromanstieg sehr steil, was zu einem großen Überschießen („overshoot“) des Peak-Stroms führt. Umgekehrt führt eine hohe LED-Spannung zu einem weniger steilen Anstieg des Stroms bei eingeschaltetem primärseitigen Schalter des getakteten Konverters, was wiederum zu einem geringeren Überschießen („overshoot“) des Peak-Stroms führt.The steepness of the increase in current through the primary-side switch depends inter alia on the voltage across the load, for example an LED load. At low LED voltages, the current increase is very steep, resulting in a large overshoot of the peak current. Conversely, a high LED voltage results in a less steep increase in current when the primary switch of the clocked converter is on, which in turn results in less overshoot of the peak current.
Gemäß der Erfindung wird nunmehr der Abschalt-Schwellenwert abhängig von der erfassten ausgangsseitigen Spannung, insbesondere einer gemessenen LED-Spannung eingestellt. Dabei wird bei hoher erfasster LED-Spannung der Schwellenwert verhältnismäßig wenig verringert (beispielsweise von 1 Ampere auf 0,95 Ampere), während er bei niedriger erfasster LED-Spannung wesentlich stärker verringert wird, beispielsweise von einem Nennwert von 1 Ampere auf 0,9 Ampere, so dass sich dann tatsächlich aufgrund der Ausschaltverzögerungen in beiden Fällen der gewünschte Abschaltschwellenwert von 1 Ampere ergibt.According to the invention, the switch-off threshold value is now set as a function of the detected output-side voltage, in particular a measured LED voltage. In this case, the threshold is relatively little reduced (for example, from 1 ampere to 0.95 amperes) at high detected LED voltage, while being significantly reduced at low detected LED voltage, for example, from a nominal value of 1 ampere to 0.9 amps , so that in fact results in both cases, the desired shutdown threshold of 1 ampere due to the off-delay.
Die Anforderungen an die Genauigkeit des Einhaltens des Peak-Stroms sind besonders groß, wenn der Peak-Strom berechnet wird, beispielsweise wie oben geschildert. Wie in der vorliegenden Beschreibung weiter oben erläutert wird, gibt es den Ansatz, dass passend zu einer stufenweise (inkrementell) einstellbaren Totzeit
Bei derartiger Vorausberechnung eines nötigen Peak-Stroms bei sprunghaft veränderter Totzeit
Gemäß der Erfindung werden nunmehr die Schwellenwerte je nach Arbeitspunkt variiert, um die Ausschaltverzögerung zu kompensieren.According to the invention, the threshold values are now varied according to the operating point in order to compensate for the switch-off delay.
Dies ist in
In einem ersten Fall ist der Abschaltschwellenwert auf 0,9A und im zweiten Fall auf 0,8A gesetzt. Aufgrund der Ausschaltverzögerung ergibt sich dann bei beiden Szenarien (mit unterschiedlicher Steigung des Stroms durch die Induktivität) jeweils der gewünschte (beispielsweise vorausberechnete) Abschaltschwellenwert von 1A und die Ausschaltverzögerung ist somit diesbezüglich kompensiert.In a first case, the shutdown threshold is set to 0.9A and in the second case to 0.8A. Due to the switch-off delay, in both scenarios (with different slope of the current through the inductance), the desired (for example, pre-calculated) switch-off threshold value of 1A results and the switch-off delay is thus compensated in this regard.
In
Es wird ein beispielsweise berechneter Peak-Strom Ipk_comp vorgegeben, der beispielsweise aus einem gewünschten Dimmwert (Strom-Mittelwert) und einer gewählten Totzeit berechnet ist, wobei dieser berechnete Peak-Strom Ipk_comp durch das Ausgangssignals eines beispielsweise Integral-Reglers deltalpk leicht korrigiert wird. Die Summe beider Pfade ergibt dann einen gewünschten Peak-Strom von beispielsweise 1A. Je nach Arbeitspunkt wird nunmehr ein Korrekturwert Ipk_overshoot von diesem berechneten gewünschten Zielwert abgezogen. Bei kleinen LED-Spannungen mit steilem Stromanstieg (großes dI/dt) wird mit einem verhältnismäßig hohem Wert korrigiert (beispielsweise kann der Wert Ipk_overshoot 0,2A betragen). Bei hohen LED-Spannungen mit flachem Stromanstieg (niedriges dI/dt) wird entsprechend weniger stark korrigiert (dann kann beispielsweise der Wert von Ipk_overshoot 0,1A betragen).An example is calculated peak current Ipk_comp, which is calculated, for example, from a desired dimming value (current average) and a selected dead time, this calculated peak current Ipk_comp is easily corrected by the output signal of an example integral controller deltalpk. The sum of both paths then gives a desired peak current of, for example, 1A. Depending on the operating point, a correction value Ipk_overshoot is now deducted from this calculated desired target value. For small LED voltages with a steep current increase (large dI / dt) is corrected with a relatively high value (for example, the value Ipk_overshoot be 0.2A). At high LED voltages with flat current increase (low dI / dt) is corrected accordingly less strong (then, for example, the value of Ipk_overshoot be 0.1A).
Nach Abzug dieses Korrektur- bzw. Kompensationsfaktors Ipk_overshoot, wird der digitale Peak-Strom-Wert in einem DA-Wandler in einen analogen Schwellenwert umgesetzt. Mittels einer optionalen Pegelanpassung und Filterung (mittels der Widerstände
Erfindungsgemäß wird der Faktor „Ipk_overshoot“ in Abhängigkeit der gemessenen LED-Spannung bestimmt, beispielsweise gemäß einer analytischen Funktion oder einer abgelegten Tabelle, die die Funktion beispielsweise gemäß
Der Zusammenhang zwischen dem Korrekturwert Ipk_overshoot und dem gewählten Parameter ist bei einem Beispiel von
Es ist auch möglich, dass der Korrekturfaktor Ipk_overshoot kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen berechnet wird. Während der Ausschaltverzögerung
Falls die Bestimmung der Einschaltzeitdauer nicht indirekt über einen Komparator-Schwellenwert passiert, sondern direkt durch die Vorgabe der Einschaltzeitdauer, kann natürlich ganz einfach die Einschaltzeitdauer um die Ausschaltverzögerung tdoff verringert werden, um den negativen Effekt der Ausschaltverzögerung zu kompensieren.Of course, if the determination of on-time does not pass indirectly through a comparator threshold, but directly through the on-time setting, then the on-time can easily be reduced by the off-delay tdoff to compensate for the off delay effect.
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WO (1) | WO2019063333A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3758204A1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-30 | Infineon Technologies Austria AG | Method for driving an electronic switch in a power converter circuit and power converter circuit |
DE102020103921B4 (en) | 2020-02-14 | 2021-12-30 | Vossloh-Schwabe Deutschland Gmbh | Operating device and method for operating a lighting arrangement |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT14723U1 (en) * | 2014-08-25 | 2016-04-15 | Tridonic Gmbh & Co Kg | Power factor correction with detection of zero crossings |
DE102015203249A1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-08-25 | Tridonic Gmbh & Co. Kg | Down converter for operating bulbs with peak current value control and average current value detection |
DE202016007618U1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-03-16 | Tridonic Gmbh & Co. Kg | Switching regulator for operating light sources with additional fine regulation of the output power |
DE102016218552A1 (en) * | 2016-09-27 | 2018-03-29 | Tridonic Gmbh & Co Kg | Clocked flyback converter circuit |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8552893B1 (en) * | 2010-11-04 | 2013-10-08 | Cirrus Logic, Inc. | Control system using nonlinear delta-sigma modulator with switching period error compensation |
WO2012109536A2 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | Power-One, Inc. | Input current shaping for transition and discontinuous mode power converter |
CN105917740B (en) * | 2014-01-17 | 2018-05-18 | 飞利浦照明控股有限公司 | Led driver and control method |
US9660542B2 (en) * | 2014-02-26 | 2017-05-23 | Infineon Technologies Austria Ag | Valley to valley switching in quasi-resonant mode for driver |
US9214862B2 (en) * | 2014-04-17 | 2015-12-15 | Philips International, B.V. | Systems and methods for valley switching in a switching power converter |
DE102014220099A1 (en) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | Osram Gmbh | Clocked electronic energy converter |
DE102015210710A1 (en) * | 2015-06-11 | 2016-12-15 | Tridonic Gmbh & Co Kg | Clocked flyback converter circuit |
WO2017074305A1 (en) * | 2015-10-26 | 2017-05-04 | Dialog Semiconductor Inc. | Adaptive valley mode switching |
-
2017
- 2017-09-29 AT ATGM218/2017U patent/AT16163U1/en not_active IP Right Cessation
- 2017-12-04 DE DE102017221786.3A patent/DE102017221786A1/en active Pending
-
2018
- 2018-09-17 WO PCT/EP2018/075050 patent/WO2019063333A1/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT14723U1 (en) * | 2014-08-25 | 2016-04-15 | Tridonic Gmbh & Co Kg | Power factor correction with detection of zero crossings |
DE102015203249A1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-08-25 | Tridonic Gmbh & Co. Kg | Down converter for operating bulbs with peak current value control and average current value detection |
DE102016218552A1 (en) * | 2016-09-27 | 2018-03-29 | Tridonic Gmbh & Co Kg | Clocked flyback converter circuit |
DE202016007618U1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-03-16 | Tridonic Gmbh & Co. Kg | Switching regulator for operating light sources with additional fine regulation of the output power |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3758204A1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-30 | Infineon Technologies Austria AG | Method for driving an electronic switch in a power converter circuit and power converter circuit |
US11228242B2 (en) | 2019-06-28 | 2022-01-18 | Infineon Technologies Austria Ag | Power converter and method for driving an electronic switch |
DE102020103921B4 (en) | 2020-02-14 | 2021-12-30 | Vossloh-Schwabe Deutschland Gmbh | Operating device and method for operating a lighting arrangement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019063333A1 (en) | 2019-04-04 |
AT16163U1 (en) | 2019-03-15 |
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