DE102017221786A1 - Lamp operating device with converter in the DCM - Google Patents

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Harald Netzer
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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.
The control circuit can be designed to
  • 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.
To set a dimming value
  • 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 einem derartigen 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
Further features, properties and advantages of the invention will now be explained with reference to embodiments and the accompanying figures of the drawings.
  • 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 of 1 ,
  • 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 to 10 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 1 ist schematisch ein an sich bekannter Buck-Konverter zum Betrieb einer Leuchtmittelstrecke 6 gezeigt.In 1 schematically is a known buck converter for operating a light source path 6 shown.

Dabei wird ausgehend von einer DC-Busspannung 1, auch mit VBus bezeichnet, bei leitend Schalten eines Halbleiterschalters 2 eine Induktivität 4 aufgeladen, die sich bei dem ausgeschalteten Zustand 3 des Schalters 2 über einen Kondensator 5 (oder alternativ direkt über eine Leuchtmittel-Last) entlädt.It is based on a DC bus voltage 1 , also with V bus when conducting, a semiconductor switch is turned on 2 an inductance 4 charged in the off state 3 of the switch 2 over a capacitor 5 (or alternatively directly via a lamp load) discharges.

Ausgehend von dem Kondensator 5 wird also eine DC-Betriebsspannung VLED für eine Leuchtmittelstrecke 6 bereitgestellt. Im eingeschalteten Zustand des Schalters 2 steigt die Spannung VLED durch Laden des Kondensators, während sie im ausgeschalteten Zustand des Schalters 2 absinkt. Somit kommt es zu einem variierenden Verlauf des Stroms ILED durch die Leuchtmittelstrecke 6, wobei das menschliche Auge bei entsprechender hochfrequenter Ansteuerung des Schalters 2 nur den zeitlichen Mittelwert wahrnimmt.Starting from the capacitor 5 So is a DC operating voltage V LED for a light path 6 provided. In the switched-on state of the switch 2 the tension increases V LED by charging the capacitor while in the off state of the switch 2 decreases. Thus, there is a varying course of the current I LED through the light path 6 , wherein the human eye with appropriate high-frequency control of the switch 2 only perceives the time average.

Der Schalter 2 wird durch eine in 1 nicht dargestellte Steuerschaltung über einen Signaleingang 3 angesteuert. Die Steuerschaltung kann ein ASIC oder bevorzugt ein Mikrocontroller sein.The desk 2 is replaced by an in 1 not shown control circuit via a signal input 3 driven. The control circuit may be an ASIC or preferably a microcontroller.

2 zeigt entsprechende Signal,- Spannungs- und Stromverläufe. 2 shows corresponding signal, - voltage and current characteristics.

Das Signal HS ist der Pegel an dem Steuereingang 3 des Schalters 2. Während einer Zeitdauer ton ist dieser Schalter leitend geschaltet, während er in den Zeitdauern toff und tdead nicht leitend geschaltet ist.The signal HS is the level at the control input 3 of the switch 2 , During a period of time ton, this switch is turned on while it is in the periods t off and dead is not switched on.

In der Zeitdauer toff ist die Diode 7 in 1 leitend.In the period t off is the diode 7 in 1 conductive.

Der unterste Kurvenverlauf in 2 schließlich ist der Stromverlauf durch die Induktivität 4, der mit IL bezeichnet ist. Während der Einschaltzeitdauer ton des Schalters 2 steigt dieser Strom an, während er in der Ausschaltzeitdauer toff absinkt, bis er einen ersten (fallenden) Nulldurchgang vollzieht. Aufgrund von Resonanzeffekten kommt es dann zu einem Schwingungsverlauf während der Zeitdauer tdead . Ein Wiedereinschalten in dieser Stromlücke erfolgt erfindungsgemäß immer zu einem zeitlichen Bereich, in dem der Strom IL durch die Induktivität 4 einen ansteigenden Nulldurchgang vollzieht.The lowest curve in 2 Finally, the current flow through the inductance 4 , of the denoted by IL. During the switch-on period t on of the switch 2 this current increases while in the off-time period t off decreases until it makes a first (falling) zero crossing. Due to resonance effects, a vibration course then occurs during the time duration dead , A reconnection in this current gap is carried out according to the invention always to a temporal range in which the current IL through the inductance 4 performs a rising zero crossing.

Die Einschaltzeitdauer ton kann von einer Steuerschaltung zeitgesteuert ausgegeben werden. Die Einschaltzeitdauer ton kann indessen auch die Folge einer Hysterese-Regelung sein, bei der der Schalter 2 nicht-leitend geschaltet wird, sobald der ansteigende Schalterstrom einen vorgegebenen oberen Abschaltwert Ipeak erreicht hat.The switch-on period t on can be timed out by a control circuit. The turn-on time ton can, however, also be the result of a hysteresis control in which the switch 2 is switched non-conductive, as soon as the rising switch current a predetermined upper Abschaltwert I peak has reached.

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 4 wird gleichzeitig durch die Steuerschaltung abgeschätzt, wie zum Beibehalten einer kontinuierlichen Leistungsverringerung die ton -Zeit zuerst sprunghaft auf einen neuen Arbeitspunkt verlängert werden muss (wie gesagt, entweder durch eine echte zeitliche Vorgabe oder durch Erhöhung der Abschaltschwelle bei einer Hystereseregelung), bevor dann um diesen abgeschätzten Arbeitszeitpunkt herum eine ton-Zeitregelung durchgeführt wird.If, for example, the luminous flux power is to be reduced in intermittent operation, it is necessary to suddenly trigger a higher-time reclosing time for the switch. According to the invention, the thus-threatening power jump is now compensated for by maintaining a tone-time control when the switch-off period is held. That is, in a choice of an increment of the positive zero crossings of the current IL by the inductance deviating from the current state 4 is simultaneously estimated by the control circuit, as for maintaining a continuous power reduction t on -Zeit must first be extended abruptly to a new operating point (as I said, either by a real time specification or by increasing the switch-off threshold in a hysteresis control), before then at this estimated working time around a ton-time control is performed.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also im lückenden Betrieb die Einschaltzeitdauer ton nicht festgehalten, sondern adaptiv gestaltet und eine ton -Zeit Regelung aufrechterhalten.In contrast to the prior art, the on-duration time ton is not recorded in intermittent operation, but designed adaptive and a t on -Time control maintained.

Dies hat regelungstechnisch darüber hinaus den Vorteil, dass durchgehend eine ton -Zeitregelung aufrechterhalten wird, also sowohl im lückenden Betrieb als auch im kritischen Modus beziehungsweise ggf. auch im kontinuierlichen Betriebsmodus.This has control technology beyond the advantage that a continuous t on -Time control is maintained, so both in intermittent operation as well as in critical mode or possibly also in the continuous mode of operation.

Umgekehrt, wenn beispielsweise zum Ausführen eines Dimmens die Lichtleistung wieder erhöht werden soll, wird zuerst die Totzeit tdead durch einen Sprung der Nulldurchgang-Inkremente nach unten verringert, und gleichzeitig auch sprunghaft die ton -Zeit auf einen geschätzten Arbeitspunkt verringert, um Lichtleistungssprünge zu vermeiden, indem dann an diesem geschätzten Arbeitspunkt die ton-Zeitregelung fortgeführt wird.Conversely, if, for example, to perform a dimming, the light output is to be increased again, first the dead time dead reduced by a jump of the zero-crossing increments down, and at the same time the leaps t on Time is reduced to an estimated operating point to avoid light power jumps, then at this estimated operating point, the sound-time control is continued.

Wichtig ist dabei nochmals zu betonen, dass sich die Einschaltzeitdauer ton des Schalters 2 entweder direkt aus einer ton-Zeitregelung, aber auch indirekt, nämlich insbesondere durch Vorgabe einer Abschaltschwelle IPeak für den Schalterstrom vergeben kann. Der neue Arbeitspunkt kann somit eine neue Einschaltzeitdauer oder eine neue Abschaltschwelle sein.It is important to emphasize again that the switch-on time t on of the switch 2 either directly from a tone-time control, but also indirectly, namely in particular by setting a switch-off threshold I peak can allocate for the switch current. The new operating point can thus be a new switch-on time or a new switch-off threshold.

Ein Sprung des Totzeit-Inkrements, also des gewählten positiven Nulldurchgangs während der Zeit tdead , kann auch dann ausgelöst werden, wenn die ton-Zeitregelung beziehungsweise die Abschaltschwellenregelung an einem oberen beziehungsweise unteren vorgegebenen Grenzwert für die ton -Zeit beziehungsweise die Abschaltschwelle IPeak stößt.A jump in the dead time increment, ie the selected positive zero crossing during the time dead , can also be triggered when the tone-time control or the Abschaltschwellenregelung at an upper or lower predetermined limit for the t on Time or the switch-off threshold I peak encounters.

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 Abschaltschwelle IPeak zu erzielen. Diese berechnete Totzeit tdead 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 Abschaltschwelle IPeak beziehungsweise der ton -Zeitregelung entsprechend eingestellt werden, worauf dann die ton -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 oder ton -Zeit kann multidimensional sein, derart, dass die Wahl der Abschaltschwelle IPeak (oder der direkten ton -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 der ton -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 Stroms ILED die Abschaltschwelle so gelegt, dass sich möglichst eine konstante Frequenz des Auftretens der Einschaltvorgänge ergibt, also möglichst die Totzeit tdead konstant gehalten wird.
  • - 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 des Schalters 2 unterschiedlich vorgegeben sein kann. In 3 ist zu sehen, dass das erfindungsgemäße „Valley Switching“, also das inkrementale Springen zwischen unterschiedlichen Inkrementen an positiven Nulldurchgängen des Stroms durch das Energiespeicherelement (Induktivität 4) bevorzugt nur in einem oberen Dimmbereich, anschließend an 100% Nominalleistung der LED-Strecke ausgeführt wird. Bei einem Herabdimmen von beispielsweise unterhalb von 10% Dimmlevel wird die Totzeit im lückenden Betrieb derart groß, dass das abklingende Nachschwingen des Stroms durch die Induktivität 4 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 unterhalb von 1% Nominalleistung auf Grenzen, da eine sehr lange Totzeit ggf. zu optisch sichtbaren Effekten führen kann. Daher ist eine maximale Totzeit tdeadmax 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 Totzeit tdeadnom und der nominalen Abschaltschwelle Ipeaknom . 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 .
    Aus diesen Eingangswerten berechnet der Block A in 4 anhand einer Funktion oder einer Abgleichstabelle die nominalen Werte für die Totzeit tdeadnom sowie die Abschaltschwelle Ipeaknom (oder die Einschaltzeitdauer tonnom ). 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 in 4 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.)
If, for example, a new time average for the LED current is to be triggered when a new dimming value is specified, the sequence is as follows:
  • - 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 threshold I peak to achieve. This calculated dead time dead 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-off I peak or the t on Timing be adjusted accordingly, then what the t 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 or t on -Time can be multidimensional, such that the choice of shutdown threshold I peak (or the direct t 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 the t 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 current I 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 time dead is kept constant.
  • - 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 the switch 2 can be specified differently. In 3 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 (inductance 4 ) 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 inductance 4 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 time t 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 time t deadnom and the nominal shutdown threshold I 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 ,
    From these input values, block A calculates in 4 using a function or an adjustment table, the nominal values for the dead time t deadnom as well as the switch-off threshold I peaknom (or the switch-on period t 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 in 4 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.)

Im Block B ist die eigentliche Stromregelung „current regulator“ vorgesehen, der der Sollwert Inom sowie der aktuell gemessene Istwert für den LED-Strom IMEAS zugeführt wird.In block B, the actual current control "current regulator" is provided, which is the setpoint I nom as well as the currently measured actual value for the LED current I MEAS is supplied.

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 Inom erhält.Furthermore, a dead-time compensation unit is provided "t dead compensator ", which as input information, the selected Valley of the block "Select nearest neighbor" and the time average of the current through the LED track I nom receives.

Um nunmehr die Abweichung und somit einen Sprung in der Leuchtmittelleistung zu verhindern, der durch die Abweichung des Valleys von der berechneten Nominaltotzeit tdeadnom entsteht, wird die Ausgangsgröße der Stromregelung „current regulator“ durch den Totzeit-Kompensator „tdeadcompensator “, zur Verschiebung des Arbeitspunkts verändert, so dass sich daraus eine neue Abschaltschwelle für den Schalterstrom „new Ipeak “ ergibt.In order to prevent now the deviation and thus a jump in the luminous power, the deviation of the valleys from the calculated nominal dead time t deadnom is created, the output variable of the current regulation "current regulator" by the dead time compensator t dead-compensator ", Changed to shift the operating point, so that therefrom a new switch-off threshold for the switch current" new I peak "Results.

Diese Abläufe sollen nochmals anhand der Signalverläufe von 5 gezeigt werden.These processes are again based on the waveforms of 5 to be shown.

Dabei wird das Szenario vorausgesetzt, dass zu einem Zeitpunkt T1 ein Sprung in der Sollwert-Vorgabe Inom für den zeitlichen Mittelwert des Stromes eingeht. Nach Eingang eines derartigen Sollwert-Sprungs schließt sich eine Berechnungsphase an, die benötigt wird, um die Berechnung durchzuführen, die in 4 dargestellt wird.The scenario assumes that at one time T1 a jump in the setpoint specification I nom for the time average of the current is received. Upon receipt of such a setpoint jump, a computation phase, which is needed to perform the computation that is in 4 is pictured.

Wie in 5 zu sehen ist, erfolgt die Berechnung der für die Einstellung des neuen Sollwerts Inom notwendigen nominalen Totzeit tdeadnom. Tatsächlich wird indessen das nächstliegende Valley „nearest neighbor“ zu der nominalen Totzeit tdeadnom eingestellt.As in 5 can be seen, the calculation is carried out for the setting of the new setpoint I nom necessary nominal dead time tdeadnom. In fact, however, the nearest valley becomes "nearest neighbor" to the nominal deadtime t deadnom set.

Durch diese Abweichung der nominalen Totzeit tdeadnom von der zeitlichen Lage des nächsten Valleys ergibt sich ein Kompensationswert IPKCOMP , der von dem Block „tdead compensator“ in 4 unmittelbar zur sprunghaften Veränderung des Arbeitspunkts der Stromregelung verwendet wird. Durch diese sprunghafte Verstellung des Arbeitspunkts werden also tatsächlich die Sprünge in der Leuchtmittelleistung verhindert, da anderseits der Stromregler zwar auch diesen Regelfehler (Abweichung der tatsächlichen Totzeit von der nominalen Totzeit) ausregeln würde, die zeitliche Dauer des Ausregelns indessen zu optisch sichtbaren Effekten führen könnte.Due to this deviation of the nominal dead time t deadnom From the time position of the next Valleys results in a compensation value I PKCOMP from the block "t dead compensator " in 4 is used directly for sudden change in the operating point of the current control. By this erratic adjustment of the operating point so the jumps in the Leuchtmittereistung are actually prevented because on the other hand, the current regulator would also rule out this control error (deviation of the actual dead time of the nominal dead time), the time duration of Ausregelns meanwhile could lead to optically visible effects.

ZX-Erfassungsschaltungen:ZX-detection circuits:

Mit Bezug auf 6 wird nunmehr eine Anwendung der Erfindung auf einen Buck-Konverter beschrieben. Dabei werden zwei mögliche Zero-Cross Erfassungsschaltungen 10, 20 erläutert, die alternativ oder gleichzeitig in einem Konverter vorliegen können.Regarding 6 An application of the invention to a buck converter will now be described. There are two possible zero-cross detection circuits 10 . 20 explained, which may alternatively or simultaneously be present in a converter.

In 6 ist ein Buck-Konverter gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, dessen Leistungspfad aufweist einen Buck-Schalter M1, eine Buck-Diode D1, einen von dem Konverter gespeisten Ausgangsfilter-Kondensator C1, der ein beliebiges Tiefpassfilter sein kann, sowie die Buck-Induktivität L1-A sowie einen Messwiderstand (Shunt) R1 zur Messung des Buck-Stroms.In 6 there is shown a buck converter according to the present invention whose power path comprises a buck switch M1 , a buck diode D1 , an output filter capacitor fed by the converter C1 , which may be any low-pass filter, as well as the buck inductance L1 -A and a measuring resistor (shunt) R1 for measuring the buck current.

Diodenbasierte Schaltung 10:Diode-based circuit 10:

Die Schaltung in 6 weist einerseits eine erste Erfassungsschaltung 10 und eine zweite Erfassungsschaltung 20 auf, die alternativ oder gleichzeitig vorliegen können, und die jeweils ausgebildet sind, ein Signal zu erzeugen, das den Zeitpunkt wiedergibt, zu dem der Induktivitätsstrom IL durch die Buck-Induktivität L1-A die Nulllinie kreuzt, was im Englischen als ,zero crossing ZX‘ bezeichnet wird.The circuit in 6 on the one hand has a first detection circuit 10 and a second detection circuit 20 , which may be alternative or simultaneous, and each adapted to generate a signal representing the instant at which the inductor current IL through the buck inductor L1 -A crosses the zero line, which in English is called, zero crossing ZX '.

Zuerst soll erläutert werden, die erste Erfassungsschaltung 10 für das ZX-Ereignis. Diese Schaltung weist auf zwei Dioden D20, D21, zwei ohmsche Widerstände R20, R21 sowie eine Zenerdiode Z20.First, let us explain the first detection circuit 10 for the ZX event. This circuit has two diodes D20 . D21 , two ohmic resistors R20 . R21 and a zener diode Z20 ,

Diese Schaltung wird verwendet, um ein Signal zu erzeugen, das den Beginn der Totzeit tdead detektiert, also den ersten Abfall des Induktivitätsstroms IL auf Null. Während der Ausschaltzeitdauer des Schalters M1 sinkt der Strom IL von einem Maximalwert IPK auf Null. Während diesem Absinken ist die Spannung am Mittelpunkt (gemessen von der Kathode der Diode D1 gegen Ground-Potential) auf dem logischen Pegel „low“. Das bedeutet, dass das Signal ZCD_1_filtered, das beispielsweise einem Pin eines Mikrocontrollers oder ASIC zugeführt werden kann, während dieser Zeit auch auf „low“ gezogen ist, da die Diode D20 leitend ist.This circuit is used to generate a signal indicating the onset of dead time dead detected, ie the first drop of the inductor current IL to zero. During the switch-off period of the switch M1 the current IL decreases from a maximum value I PK to zero. During this drop, the voltage at the midpoint (measured from the cathode of the diode D1 against ground potential) at the logic level "low". This means that the signal ZCD_1_filtered, which can be supplied, for example, to a pin of a microcontroller or ASIC, is also pulled low during this time since the diode D20 is conductive.

Wenn der Strom IL den ersten Nulldurchgang vollzogen hat, wird der Stromfluss negativ, d.h. die Stromrichtung durch die Induktivität L1-A dreht sich um und die Steigung am Mittelpunkt steigt an. Das bedeutet, dass die Diode D20 sperrt und somit das Signal ZCD_1_filtered auf das Potential logisch „high“ gezogen wird, nämlich durch die zugeführte Niedervolt-Versorgungsspannung VDD und die Widerstände R20, R21. Diese steigende Flanke (von low auf high) des Signals ZCD_1_filtered startet dann in der Steuerschaltung (beispielsweise einen Mikrocontroller) einen Zähler für die Totzeit tdead . Dieser Zähler läuft, bis die gewünschte eingestellte Totzeit abgelaufen ist und dann die Steuerschaltung über das Signal 3 wieder den Schalter M1 ein(leitend) schaltet.When the current IL has completed the first zero crossing, the current flow becomes negative, ie the current direction through the inductance L1 -A turns around and the slope at the midpoint increases. That means the diode D20 blocks and thus the signal ZCD_1_filtered is pulled to the potential logic "high", namely by the supplied low-voltage supply voltage V DD and the resistors R20 . R21 , This rising edge (from low to high) of the signal ZCD_1_filtered then starts in the control circuit (for example, a microcontroller) a counter for the dead time dead , This counter runs until the desired dead time has elapsed and then the control circuit through the signal 3 again the switch M1 on (conductive) switches.

Bei der in 6 dargestellten Implementierung gibt die Steuerschaltung während des Laufens des Zählers für die Totzeit ein Signal ZCD_Filter_1_out auf einem logisch hohen Pegel (high) aus, welches wiederum über die Diode D21 das Signal ZCD_1_filtered auf „high“ zieht. Dies hat den Vorteil, dass dadurch ein erneutes Starten des Totzeit-Zählers vermieden wird, d.h. ein Neustarten bei weiteren steigenden Flanken des Signals ZCD_1_filtered werden damit verhindert bzw. ausgeblendet.At the in 6 As shown, the control circuit outputs a signal ZCD_Filter_1_out to a logic high (high) while the counter for the dead time is running, which in turn is passed through the diode D21 the signal ZCD_1_filtered pulls "high". This has the advantage that thereby re-starting the dead time counter is avoided, ie restarting at further rising edges of the signal ZCD_1_filtered are thus prevented or hidden.

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 D21 nicht notwendig wären. However, it is also possible to achieve this suppression of further rising edges (each time in reverse current direction), for example by software solution in a microcontroller, so that then the output of the signal ZCD_Filter_1_out and the diode D21 would not be necessary.

Erfassungsschaltung 20 mit Hilfswicklung und Transistor:Detection circuit 20 with auxiliary winding and transistor:

Es soll nunmehr die zweite Erfassungsschaltung 20 für das ZX-Ereignis erläutert werden.It will now be the second detection circuit 20 for the ZX event.

Diese Schaltung wird verwendet, um mögliche Wiedereinschaltzeitpunkte für den Schalter M1 zu bestimmen (für den Fall, dass als die Wiedereinschaltzeitpunkte nicht vorab aufgrund der bekannten Bauteildimensionierungen abgelegt bzw. berechnet sind).This circuit is used to detect possible reclosing times for the switch M1 to be determined (in the event that as the reconnection times are not stored or calculated in advance due to the known component dimensions).

Bekanntlich werden geringe minimale Schaltverluste erreicht, wenn die Spannung über den Schalter M1 bei seinem Einschalten gering und möglichst ein Minimum ist, was bedeutet, dass die Mittenpunktspannung (Kathode der Diode D1) zu diesem Bereich ein Maximum aufweist. Es geht also darum, dass diejenigen Zeitpunkte (Zählwerte des Totzeit-Zählers) ermittelt werden, bei denen die Mittenpunktspannung möglichst hoch ist.As is known, low minimum switching losses are achieved when the voltage across the switch M1 is low and as minimal as possible when it is switched on, which means that the midpoint voltage (cathode of the diode D1 ) has a maximum to this area. It is therefore important that those times (counts of the dead time counter) are determined in which the midpoint voltage is as high as possible.

Der Zusammenhang zwischen Spannung über einer Induktivität und Strom durch die Induktivität ist bekanntlich gegeben durch: u L ( t ) = L d t L d t

Figure DE102017221786A1_0001
The relationship between voltage across an inductor and current through the inductor is known to be given by: u L ( t ) = L * d t L d t
Figure DE102017221786A1_0001

Dies bedeutet, dass die Spannung über der Induktivität L1-A positiv ist, wenn die Steigung des Stroms IL positiv ist, und die Spannung negativ ist, wenn die Steigung des Stroms negativ ist. Aufgrund der 90° Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an einer Induktivität tritt ein Spannungs-Maximum beim positiv gehenden Nulldurchgang des Stromes auf, oder ein Spannungs-Minimum beim negativ gehenden Nulldurchgang des Stromes. Eine Umkehrung der Spannung erfolgt jeweils beim Maximum und Minimum des Stromes durch die Induktivität.This means that the voltage is above the inductance L1 -A is positive when the slope of the current IL is positive and the voltage is negative when the slope of the current is negative. Due to the 90 ° phase shift between current and voltage at an inductance, a voltage maximum occurs at the positive going zero crossing of the current, or a voltage minimum at the negative going zero crossing of the current. A reversal of the voltage takes place in each case at the maximum and minimum of the current through the inductance.

Um minimale Schaltverluste zu erzielen, soll also somit der Schalter M1 beim positiv gehenden Nulldurchgang des Stromes IL wieder eingeschaltet werden. Eine Umkehrung der Spannung über der Induktivität L1-A erfolgt beim Strom-Minimum vor diesem positiv gehenden Null-Durchgang. Diese Umkehrung der Spannung über der Induktivität wird gemäß der Erfindung verwendet, um die optimalen Wiedereinschaltzeitpunkte zu detektieren. Genauer gesagt liegt der detektierte Zeitpunkt bei diesem Ansatz gemäß der Erfindung um eine halbe Halbwelle der Schwingung des Induktivitätsstroms IL nach seinem ersten Nulldurchgang vor dem optimalen Zeitpunkt für das Wiedereinschalten.In order to achieve minimum switching losses, so should the switch M1 be turned on at the positive going zero crossing of the current IL again. A reversal of the voltage across the inductor L1 -A takes place at the current minimum before this positive zero crossing. This reversal of the voltage across the inductor is used in accordance with the invention to detect the optimal reclosing times. More specifically, the detected time in this approach according to the invention is half a half wave of the oscillation of the inductor current IL after its first zero crossing before the optimal time for reconnection.

Indessen liegen bei realen Schaltungen Einschaltverzögerungen zwischen der Ausgabe eines Signals und dem tatsächlichen Wiedereinschalten des Schalters M1 vor, so dass bei einem Auslösen des Einschaltvorgangs in den Schalter M1 bei dem Strom-Minimum zeitlich vor dem positiv gehenden Nulldurchgang in der Praxis dann das tatsächliche Einschalten des Schalters M1 etwa auf den optimalen Zeitpunkt, also dem zeitlichen Bereich des positiv gehenden Nulldurchgangs des Induktivitätsstroms IL fällt.However, real circuits have turn-on delays between the output of a signal and the actual reconnection of the switch M1 before, so that when triggering the switch-on in the switch M1 at the current minimum, before the positive going zero crossing in practice, then the actual switching on of the switch M1 falls approximately to the optimal time, ie the time range of the positive going zero crossing of the inductor current IL.

Gemäß der Erfindung ist wie ersichtlich eine Hilfswicklung L1-B vorgesehen, die mit der eigentlichen Induktivität L1-A im Leistungspfad des Konverters gekoppelt ist. As can be seen, an auxiliary winding according to the invention L1-B provided with the actual inductance L1-A is coupled in the power path of the converter.

Wenn die Spannung über L1 positiv ist, sperrt die Diode D30 und der Schalter Q30 ist eingeschaltet. Das Signal ZCD_1 das einem Pin einer Steuereinheit zugeführt werden kann, ist somit logisch niedrig (low). Wenn die Spannung über L1 negativ ist, leitet die Diode D30 und der Schalter Q30 ist ausgeschaltet. Somit wird das Signal ZCD_1 über den Widerstand R30 auf das Potential logisch hoch (high) gezogen, was dem Potential der zugeführten Niedervolt-Spannungsversorgung VDD entspricht.When the voltage over L1 is positive, the diode blocks D30 and the switch Q30 is on. The signal ZCD_1 which can be supplied to a pin of a control unit is thus logically low. When the voltage over L1 is negative, conducts the diode D30 and the switch Q30 is switched off. Thus, the signal ZCD_1 becomes via the resistor R30 pulled to the potential logic high (high), which corresponds to the potential of the supplied low-voltage power supply VDD.

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 4)The rule algorithm that calculates the target dead time now selects one of the values in this filed valley array. The control algorithm (block B) then selects the valley closest to tdeadnom based on tdeadnom. This tdeadvalley is then set (New Tdead in 4 )

Typischerweise wird die berechnete Totzeit von den verfügbaren Valley-Werten abweichen, sodass eine neue Abschaltschwelle für den Peak-Strom berechnet wird (oder eine neue ton -Zeit berechnet wird), um mit der ausgewählten Totzeit den gewünschten durchschnittlichen Strom zu erreichen.Typically, the calculated dead time will differ from the available Valley values, so a new peak current cut-off threshold is calculated (or a new one) t on Time) to reach the desired average current with the selected dead time.

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.
In the illustrated implementation, measurement paths are provided, which can be defined as follows:
  • 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 tdead ein nötiger Peak-Strom Ipk-comp berechnet und sprunghaft eingestellt wird, um einen gewünschten Strom-Mittelwert Iavg zu erreichen. Jede Abweichung im realen Peak-Strom vom berechneten, gewünschten Wert Ipk-comp führt zu einem Fehler im Mittelwert Iavg . Daher ist es von Bedeutung, dass der real im Wandler sich einstellende Peak-Strom mit dem berechneten (gewünschten) Peak-Strom Ipk-comp übereinstimmt.The requirements for the accuracy of keeping the peak current are particularly large when the peak current is calculated, for example as described above. As explained in the present description above, there is the approach that fits a stepwise (incrementally) adjustable dead time dead a necessary peak current I pk comp calculated and set abruptly to a desired current average I avg to reach. Any deviation in the real peak current from the calculated desired value I pk comp leads to an error in the mean I avg , Therefore, it is important that the actual real in the converter adjusting peak current with the calculated (desired) peak current I pk comp matches.

Bei derartiger Vorausberechnung eines nötigen Peak-Stroms bei sprunghaft veränderter Totzeit tdead (im diskontinuierlichem Modus des Wandlers) ist eine Kompensation der realen Ausschaltverzögerung besonders wichtig.With such a precalculation of a necessary peak current with a sudden change in the dead time dead (in the discontinuous mode of the converter) compensation of the real switch-off delay is particularly important.

7 zeigt, wie sich bei zwei unterschiedlichen Arbeitspunkten (Steigung des Stroms durch die Buck-Induktivität bei leitfähigem Schalter) real ein unterschiedlicher Peak-Strom einstellen kann. Wie in 7 ersichtlich, kann bei einem gewünschten Abschaltschwellenwert von 1A je nach Arbeitspunkt sich beispielsweise ein realer Abschaltschwellenwert von 1,2A oder 1,1A einstellen, auch wenn die Ausschaltverzögerung (die ja Bauteilbedingt ist) konstant ist. 7 shows how a different peak current can actually be set at two different operating points (slope of the current through the buck inductance with a conductive switch). As in 7 It can be seen, for example, a real shutdown threshold of 1.2A or 1.1A can be set at a desired shutdown threshold of 1A depending on the operating point, even if the turn-off delay (which is indeed component-dependent) is constant.

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 8 gezeigt.This is in 8th shown.

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 9 ist eine mögliche Implementierung dieser Kompensation dieser Ausschaltverzögerung gezeigt.In 9 a possible implementation of this compensation of this off-delay is shown.

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 R1, R2 und dem Kondensator C1) wird der Schwellenwert zu einem Komparator geführt, der den Schwellenwert mit dem tatsächlichen Spannungsabfall beispielsweise an einem Shunt (Messwiderstand) vergleicht, wobei der Spannungsabfall an dem Shunt den Strom durch die Buck-Induktivität wiedergibt. Wenn der gemessene Strom (bzw. die dabei abfallende Spannung) den Schwellwert erreicht, bzw. überschreitet, schaltet der Komparator seinen Ausgang, was zu einem Abschalten des Buck-Schalters führt.After deducting this correction or compensation factor Ipk_overshoot, the digital peak current value is converted into a DA converter in an analog threshold. By means of an optional level adjustment and filtering (by means of the resistors R1 . R2 and the capacitor C1 ), the threshold is passed to a comparator which compares the threshold with the actual voltage drop at, for example, a shunt, the voltage drop across the shunt representing the current through the buck inductor. When the measured current (or the falling voltage) reaches or exceeds the threshold value, the comparator switches its output, which leads to a switch-off of the Buck switch.

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 10 wiedergibt. Indessen können auch andere Möglichkeiten verwendet werden, um eine Information bezüglich der Steilheit des Stromanstiegs durch den Schalter zu bestimmen. Infrage kommen dabei die Verwendung von wenigstens einem von dem Wert der Induktivität L, der Eingangsspannung Vbus oder der Ausgangsspannung VLED sowie beliebige Kombinationen davon.According to the invention, the factor "Ipk_overshoot" is determined as a function of the measured LED voltage, for example in accordance with an analytical function or a stored table which, for example, fulfills the function 10 reproduces. However, other possibilities can be used to determine information regarding the slope of the current rise through the switch. In this case, the use of at least one of the value of the inductance L, the input voltage come into question V bus or the output voltage V LED as well as any combinations thereof.

Der Zusammenhang zwischen dem Korrekturwert Ipk_overshoot und dem gewählten Parameter ist bei einem Beispiel von 10 linear (lineare Abhängigkeit der Spannung über der LED Strecke VLED ). Indessen kann diese Abhängigkeit auch nicht linear sein.The relationship between the Ipk_overshoot correction value and the selected parameter is an example of 10 linear (linear dependence of the voltage across the LED range V LED ). However, this dependence can not be linear.

Es ist auch möglich, dass der Korrekturfaktor Ipk_overshoot kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen berechnet wird. Während der Ausschaltverzögerung tdoff steigt der Buck-Strom um einen Wert IpkOV an, sodass bei konstanter Ausschaltverzögerung daher zu jeder Zeit der zu korrigierende Overshoot-Wert IpkOV berechnet werden kann, nach folgender Formel: V B u s V L E D = L I p k _ o v t d o f f I p k _ o v = t d o f f V B u s V L E D L

Figure DE102017221786A1_0002
It is also possible that the correction factor Ipk_overshoot is calculated continuously or at regular intervals. During the off-delay t doff the buck current increases by one value I pkOV so that at constant OFF delay therefore at any time to be corrected Overshoot value I pkOV can be calculated according to the following formula: V B u s - V L e D = L * I p k _ O v t d O f f I p k _ O v = t d O f f * V B u s - V L e D L
Figure DE102017221786A1_0002

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.

Claims (18)

Betriebsgerät zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln (1), insbesondere einer oder mehrere LED(s), - aufweisend eine Steuerschaltung (2), die eine getaktete Konverterschaltung (3) mit einem Energiespeicherelement (4) und wenigstens einem Schalter (5) aufweist, der ausgehend von der Steuerschaltung (2) getaktet ist, - wobei die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist, durch Ansteuerung des Schalters die Konverterschaltung (3) wahlweise wenigstens im kritischen Modus oder im Modus mit lückendem Strom zu betreiben, - wobei die Steuerschaltung im lückenden Betrieb den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters (5) in diskreten Inkrementen in einen der zeitlichen Bereiche nach dem ersten Nulldurchgang setzt, in denen der Strom durch das Energiespeicherelements (4) einen steigenden Nulldurchgang vollführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist, bei einer inkrementellen Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts eine die Leuchtmittel-Leistung beeinflussenden Rückführgrösse durch direkte oder indirekte Veränderung der Einschaltzeitdauer des Schalters (5) zu regeln.Operating device for the dimmable operation of light sources (1), in particular one or more LED (s), comprising a control circuit (2) having a clocked converter circuit (3) with an energy storage element (4) and at least one switch (5) is clocked starting from the control circuit (2), - wherein the control circuit (2) is designed to operate by driving the switch, the converter circuit (3) optionally at least in critical mode or in the mode with lückendem current, - wherein the control circuit in the lückenden Operation sets the reconnection time of the switch (5) in discrete increments in one of the temporal ranges after the first zero crossing, in which the current through the energy storage element (4) performs a rising zero crossing, characterized in that the control circuit (2) is designed to with an incremental change the Wiederschaltschaltzeitpunkts a luminous flux performance affecting feedback size by direct or indirect change of the switch-on of the switch (5) to regulate. Betriebsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist, - bei einer inkrementellen Verlängerung des Wiedereinschaltzeitpunkts inkrementell die Einschaltzeitdauer zu verlängern und eine Regelung mit der Steuergrösse „Einschaltzeitdauer“ durchzuführen und, - bei einer inkrementellen Verringerung des Wiedereinschaltzeitpunkts inkrementell die Einschaltzeitdauer zu verkürzen und dann eine Regelung mit der Steuergrösse „Einschaltzeitdauer“ durchzuführen.Operating device after Claim 1 in which the control circuit (2) is adapted to: - incrementally increase the on-time with an incremental extension of the reclosing time and perform control with the "on period"control; and incrementally reduce the on period with an incremental decrease in the reconnect time, and then to carry out a control with the control value "switch-on time period". Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist, 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.Operating device according to one of the preceding claims, in which the control circuit (2) is designed to carry out an incremental extension of the reclosing time if the control with the control value "switch-on time" results in predetermined minimum or maximum values of the switch-on duration or a variable influencing them. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Steuergerät dazu ausgelegt ist, die Veränderung der Einschaltzeitdauer des Schalters (5) indirekt durch Vorgabe einer Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter (5) oder direkt durch Vorgabe der Einschaltzeitdauer vorzugeben.Operating device according to one of the preceding claims, in which the control device is designed to specify the change in the switch-on period of the switch (5) indirectly by specifying a switch-off threshold for the current through the switch (5) or directly by specifying the switch-on time. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, bei einem Übergang vom kritischen Modus in den Modus mit lückendem Strombetrieb den Wert für die Einschaltzeitdauer des Schalters sprunghaft zu verlängern.Operating device according to one of the preceding claims, in which the control circuit is designed to increase the value for the switch-on time of the switch in a transition from the critical mode to the mode with latching current operation. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konverterschaltung ein Boost-, Buck- oder Flybackkonverter ist.Operating device according to one of the preceding claims, wherein the converter circuit is a boost, buck or flyback converter. Verfahren zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere einer oder mehrere LED(s), unter Verwendung einer Steuerschaltung, die eine Konverterschaltung mit einem Energiespeicherelement und wenigstens einem Schalter aufweist, der ausgehend von der Steuerschaltung angesteuert ist, wobei die Konverterschaltung im Modus mit lückendem Strom betrieben wird wobei im lückenden Betrieb den Wiedereinschaltzeitpunkt in diskreten Inkrementen in den Bereich eines steigenden Nulldurchgangs des Stroms durch das Speicherelements liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines Dimmwerts - eine zu dem einzustellenden Dimmwert vordefinierte Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter oder eine Einschaltzeitdauer des Schalters festgelegt wird, - ein steigender Nulldurchgang als tatsächlichen Wiedereinschaltzeitpunkt eingestellt wird, der demjenigen theoretischen 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 wird.Method for the dimmable operation of lamps, in particular one or more LED (s), using a control circuit having a converter circuit with an energy storage element and at least one switch, which is driven by the control circuit, wherein the converter circuit operated in the mode with lückendem current is in the latching operation, the reclosing time in discrete increments in the range of a rising zero crossing of the current through the memory element, characterized in that for setting a dimming value - a pre-defined to the set dimming threshold for the current through the switch or a switch-on of the switch is set, - an increasing zero crossing is set as the actual reconnection time, which comes closest to the theoretical reconnection, which is the shutdown and the Einschaltzeitdauer and the ei - the switch-off threshold or the switch-on time depends on the deviation of the actual switch-on time from the theoretical switch-on time is changed. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die vordefinierte Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter oder eine Einschaltzeitdauer des Schalters nicht nur von dem einzustellenden Dimmwert, sondern von wenigstens einem weiteren Parameter abhängt, wie bspw. der Spannung über den Leuchtmitteln.Method according to Claim 7 in which the predefined switch-off threshold for the current through the switch or a switch-on time duration of the switch depends not only on the dimming value to be set but on at least one further parameter, such as the voltage across the lighting means. Steuerschaltung, bspw. ASIC oder vorzugsweise Mikrocontroller, die für ein Verfahren nach einem der Ansprüche ausgelegt ist.Control circuit, for example. ASIC or preferably microcontroller, which is designed for a method according to one of the claims. Schaltung zur Erfassung des Nulldurchgangs des Stroms durch die Induktivität eines Buck-Konverters, insbesondere eines Buck-Konverters in einem Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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.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 according to one of Claims 1 to 6 comprising a diode circuit connected to the potential at a connection point of the diode of the buck converter and a switch of the buck converter which generates a preferably digital detection signal whose preferably logic level changes at a zero crossing of the current through the inductance. Schaltung nach Anspruch 10, aufweisend einen software-mässige oder hardware-mässig ausgebildeten Block, der verhindert, dass sich der Pegel des Erfassungssignals nach einem ersten Nulldurchgang bei weiteren Nulldurchgängen verändert.Switching to Claim 10 comprising a software-moderate or hardware-trained block, which prevents the level of the detection signal after a first zero crossing at further zero crossings changed. Betriebsgerät aufweisend eine Schaltung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 sowie eine Steuerschaltung, vorzugsweise einen Mikrokontroller, der/dem das Erfassungssignal zugeführt ist.Operating device having a circuit according to one of Claims 10 or 11 and a control circuit, preferably a microcontroller, to which the detection signal is supplied. Betriebsgerät nach Anspruch 12, wobei eine definierte Pegeländerung des Erfassungssignals einen Zähler in dem Mikrokontroller auslöst.Operating device after Claim 12 , wherein a defined level change of the detection signal triggers a counter in the microcontroller. Schaltung zur Erfassung des unteren Umkehrpunkts des Stroms durch die Induktivität eines Buck-Konverters, insbesondere eines Buck-Konverters in einem Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend eine mit der Induktivität des Buck-Konverters magnetisch gekoppelte Hilfswicklung, die ein Signal erzeugt, dass einen ein Detektionssignal erzeugenden Transistor schaltet, wenn der Strom durch die Induktivität seinen unteren Umkehrpunkt erreicht.Circuit for detecting the lower reversal point of the current through the inductance of a buck converter, in particular a buck converter in an operating device according to one of Claims 1 to 6 comprising an auxiliary winding magnetically coupled to the inductance of the buck converter which generates a signal that switches a transistor producing a detection signal when the current achieved by the inductor its lower reversal point. Betriebsgerät aufweisend eine Schaltung nach Anspruch 14 sowie eine Steuerschaltung, vorzugsweise einen Mikrokontroller, der/dem das Detektionssignal zugeführt ist.Operating device having a circuit according to Claim 14 and a control circuit, preferably a microcontroller, to which the detection signal is supplied. Betriebsgerät nach Anspruch 15, wobei eine definierte Pegeländerung des Erfassungssignals einen Zähler in dem Mikrokontroller auslöst.Operating device after Claim 15 , wherein a defined level change of the detection signal triggers a counter in the microcontroller. Betriebsgerät für Leuchtmittel, Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 12, 13, 15 oder 16 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.Operating device for lamps, operating device according to one of Claims 1 to 6 . 12 . 13 . 15 or 16 comprising a clocked on the primary side by means of a switch converter, in particular Buck converter, comprising a control circuit which switches the switch non-conductive after a predetermined period of time ton or upon reaching a Abschaltwerts the rising switch current again, wherein the control circuit, a feedback signal is supplied, the voltage is reflected by the lighting device supplied by the operating device, the control circuit setting the time duration t on or the cut-off value as a function of the return signal. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach Anspruch 17, bei dem die Zeitdauer ton oder der Abschaltwerts bei niedrigerer Spannung über den Leuchtmitteln niedriger einstellt als bei höherer Spannung über den Leuchtmitteln.Operating device for bulbs after Claim 17 in which the time duration ton or the switch-off value at lower voltage sets above the lighting means lower than at higher voltage across the lighting means.
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