DE102018110334A1 - Operating device for lamps with a resonant converter and a brightness control - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsgerät, das einen Resonanzwandler (8) zum Erzeugen einer Spannung bzw. eines Stroms für den Betrieb eines Leuchtmittels (4), eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (7) zum Erzeugen einer Betriebsspannung für den Resonanzwandler (8) und eine Steuereinrichtung (9) aufweist, welche die Schaltfrequenz des Resonanzwandlers (8) steuert und die Betriebsspannung verringert, wenn die Schaltfrequenz einen Schwellenwert (fs) übersteigt. The present invention relates to an operating device comprising a resonant converter (8) for generating a voltage for the operation of a luminous means (4), a power factor correction circuit (7) for generating an operating voltage for the resonant converter (8) and a control device (9 ), which controls the switching frequency of the resonant converter (8) and reduces the operating voltage when the switching frequency exceeds a threshold (fs).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, bei dem die für das Leuchtmittel nötige Betriebsspannung bzw. der Betriebsstrom mittels eines Resonanzwandlers erzeugt wird und bei dem die Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichts gesteuert oder geregelt werden kann, sowie ein Verfahren zum Steuern des Betriebsgeräts.The present invention relates to an operating device for lighting means, in which the operating voltage required for the lighting means or the operating current is generated by means of a resonant converter and in which the brightness of the light emitted from the light source can be controlled or regulated, and a method for controlling the operating device ,
Resonanzwandler mit einem Serien- oder Parallelresonanzkreis werden oft in Betriebsgeräten eingesetzt, um einen energieeffizienten Betrieb mit geringen Schaltverlusten zu ermöglichen.Resonance converters with a series or parallel resonant circuit are often used in operating devices to enable energy-efficient operation with low switching losses.
Ein solches Betriebsgerät, bei dem der Resonanzwandler einen Resonanzkreis mit zwei Induktivitäten und einer Kapazität (LLC) und eine primärseitige Halbbrücke aufweist, ist aus der
Der Bereich der Helligkeitssteuerung durch die Pulsweitenmodulation ist jedoch insbesondere bei der Verwendung von Leuchtdioden (LEDs) als Leuchtmittel begrenzt, da die Modulation bei geringen Dimm-Pegeln vom menschlichen Auge als störendes Flackern wahrgenommen werden kann. Zudem ist die Steuerung der verschiedenen Betriebsmodi und deren Wechsel komplex.However, the range of brightness control by the pulse width modulation is limited in particular when using light-emitting diodes (LEDs) as the light source, since the modulation at low dimming levels can be perceived by the human eye as a disturbing flicker. In addition, the control of the various operating modes and their change is complex.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, ein Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einem Resonanzwandler und ein Verfahren zum Steuern eines einen Resonanzwandler aufweisenden Betriebsgeräts bereitzustellen, die eine genaue Steuerung und Regelung über einen großen Lastbereich mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau erlauben.The invention has for its object to provide devices and methods that reduce the problems described. In particular, it is an object to provide a lighting device driver with a resonant converter and a method of controlling a driver having a resonant converter that permit accurate control over a large load range with a simple and inexpensive construction.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.This object is achieved according to the features of the independent claims. The invention is further developed by the features of the dependent claims.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Betriebsgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Leuchtmittel einen Resonanzwandler zum Erzeugen einer Spannung und eines Stroms für den Betrieb der Leuchtmittel, eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung zum Erzeugen einer Betriebsspannung für den Resonanzwandler und eine Steuereinrichtung auf, welche die Schaltfrequenz des Resonanzwandlers steuert und die Betriebsspannung verringert, wenn für eine nicht veränderte Betriebsspannung die Schaltfrequenz einen Schwellenwert übersteigen würde.According to the present invention, an operating device for operating one or more lighting means comprises a resonant converter for generating a voltage and a current for the operation of the lighting means, a power factor correction circuit for generating an operating voltage for the resonant converter and a control device which controls the switching frequency of the resonant converter and the Operating voltage reduced when the switching frequency would exceed a threshold for a non-changed operating voltage.
Somit kann eine Helligkeitssteuerung oder -regelung in bekannter Weise über eine Änderung der Schaltfrequenz erfolgen, wobei für eine Verringerung der Helligkeit die Schaltfrequenz erhöht und beim Erreichen einer maximalen Schaltfrequenz die Betriebsspannung bzw. Eingangsspannung des Resonanzwandlers reduziert wird, um die Abgabeleistung und/oder die Schaltfrequenz zu reduzieren.Thus, a brightness control or regulation in a known manner via a change in the switching frequency, wherein for a reduction in brightness increases the switching frequency and when reaching a maximum switching frequency, the operating voltage or input voltage of the resonant converter is reduced to the output power and / or the switching frequency to reduce.
Die Höhe der maximalen Schaltfrequenz bzw. des Schwellenwerts kann vom Anstieg der Schaltverluste, der von der Steuereinrichtung maximal erzeugbaren Frequenz der Schaltsignale, der maximalen Schaltfrequenz der Schalter des Resonanzwandlers und/oder von Frequenzen abhängen, bei denen ungewollte Oszillationen aufgrund von parasitären Effekten auftreten.The level of the maximum switching frequency or the threshold value may depend on the increase of the switching losses, the maximum frequency of the switching signals that can be generated by the control device, the maximum switching frequency of the switches of the resonance converter and / or frequencies at which unwanted oscillations due to parasitic effects occur.
Die Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichts kann entsprechend einem Dimm-Signal gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Betriebsgerät beim Empfangen eines Ausschaltbefehls die Helligkeit kontinuierlich oder schrittweise reduzieren. Hierzu kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, ein Ausschalt- oder Dimmsignal, welches eine Verringerung der durch den Resonanzwandler zu übertragenden Leistung anzeigt, zu empfangen und die Schaltfrequenz für eine Verringerung der Leistung zu erhöhen, wenn das Ausschaltsignal bzw. das Dimm-Signal empfangen wird.The brightness of the light emitted by the light source can be controlled according to a dimming signal. Alternatively or additionally, when receiving a turn-off command, the operating device may reduce the brightness continuously or stepwise. To this end, the controller may be configured to receive a turn-off or dimming signal indicative of a decrease in power to be transmitted through the resonant converter and to increase the switching frequency for a reduction in power when the turn-off signal or the dimming signal is received ,
Die aktuelle oder einzustellende Schaltfrequenz kann erfasst und direkt mit dem Schwellenwert verglichen werden. Alternativ können die aktuelle Schaltfrequenz und der Schwellenwert einem aktuellen Dimm-Pegel bzw. einem Dimm-Schwellenwert zugeordnet sein, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Betriebsspannung zu verringern, wenn der von dem Dimm-Signal angezeigte Dimm-Wert den Dimm-Schwellenwert unterschreitet.The current or set switching frequency can be detected and compared directly with the threshold. Alternatively, the current switching frequency and the threshold may be associated with a current dimming level and a dimming threshold, respectively, wherein the controller is configured to reduce the operating voltage when the dimming value indicated by the dimming signal falls below the dimming threshold ,
Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann einen Inverswandler oder Aufwärtswandler aufweisen, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Taktung des Aufwärtswandlers zu unterbrechen, um die Betriebsspannung zu verringern, wenn die Schaltfrequenz den Schwellenwert übersteigt.The power factor correction circuit may comprise an inverse converter or a boost converter, wherein the control device is designed to interrupt the clocking of the boost converter, to decrease the operating voltage when the switching frequency exceeds the threshold.
Zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die Schaltfrequenz auf einen niedrigeren Wert zu setzen, um den Abfall der durch den Resonanzwandler übertragenen Leistung auf Grund der reduzierten Betriebsspannung auszugleichen und zur Erzielung einer weiteren Verringerung der durch den Resonanzwandler übertragenen Leistung die Schaltfrequenz wieder zu erhöhen.In addition, the controller may be configured to set the switching frequency to a lower value to compensate for the drop in power transmitted through the resonant converter due to the reduced operating voltage and to increase the switching frequency again to achieve a further reduction in power transmitted through the resonant converter.
Alternativ kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die Schaltfrequenz nur bis zu dem Schwellenwert zu erhöhen und zur Erzielung einer weiteren Verringerung der durch den Resonanzwandler übertragenen Leistung bei fixierter Schaltfrequenz die Betriebsspannung schrittweise oder kontinuierlich zu verringern.Alternatively, the controller may be configured to increase the switching frequency only up to the threshold and gradually or continuously reduce the operating voltage to achieve a further reduction in the power transmitted through the resonant converter at a fixed switching frequency.
Der Resonanzwandler kann ein aus zwei Induktivitäten und einer Kapazität bestehender LLC-Wandler sein. Da in vielen Betriebsgeräten eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung und eine Steuereinrichtung enthalten sind, müssen keine zusätzlichen Bauteile eingesetzt werden. Damit ist einer sehr kostengünstige Realisierung möglich.The resonant converter may be one of two inductors and a capacitance of existing LLC converters. Since a power factor correction circuit and a control device are included in many operating devices, no additional components need to be used. This is a very cost-effective implementation possible.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern eines eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung und einen Resonanzwandler aufweisenden Betriebsgeräts zum Betreiben einer oder mehrerer Leuchtmittel die folgende Schritte auf:
- - Erzeugen einer Betriebsspannung durch die Leistungsfaktorkorrekturschaltung für den Resonanzwandler;
- - Steuern der Schaltfrequenz des Resonanzwandlers zum Erzeugen einer Spannung und eines Stroms für den Betrieb der Leuchtmittel; und
- - Verringern der Betriebsspannung, wenn die Schaltfrequenz einen Schwellenwert übersteigt.
- - generating an operating voltage by the power factor correction circuit for the resonant converter;
- - controlling the switching frequency of the resonant converter to generate a voltage and a current for the operation of the lighting means; and
- - Reduce the operating voltage when the switching frequency exceeds a threshold.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines Betriebsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung, -
2 eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung des in1 gezeigten Betriebsgeräts, -
3 eine Schaltung des Resonanzwandlers des in1 gezeigten Betriebsgeräts, -
4 ein Diagramm mit dem Verlauf der frequenzabhängigen Verstärkung des Resonanzwandlers, und -
5 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Darstellung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 An embodiment of an operating device according to the present invention, -
2 a power factor correction circuit of in1 shown operating device, -
3 a circuit of the resonant converter of in1 shown operating device, -
4 a diagram with the course of the frequency-dependent amplification of the resonant converter, and -
5 a simplified flow diagram for illustrating the method according to the present invention.
Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Components with the same functions are identified in the figures with the same reference numerals.
An den zwei Eingangsanschlüssen
Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung
Eine vereinfachte schematische Darstellung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung
Für die Ermittlung des durch den Schalter
Der Schalter
Die primärseitige Schaltung
Der Resonanzkreis ist mit der Mitte der Halbbrücke zwischen den zwei Schaltern
Die Sekundärseite
Andere Ausgestaltungen des LLC-Resonanzkreises sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann die Kapazität
Im Betrieb des Resonanzwandlers
In der
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schaltfrequenz
Erreicht oder übersteigt die Schaltfrequenz bei der im normalen Betrieb vorgesehenen Betriebsspannung von 400V aufgrund eines erforderlichen niedrigen Dimmpegels den Schwellenwert
Die Verringerung der Betriebsspannung kann als besonders einfache Lösung durch ein Abschalten der Leistungsfaktorkorrekturschaltung
Alternativ kann die Verringerung und/oder Erhöhung der Betriebsspannung in mehreren Schritten erfolgen, zu denen jeweils unterschiedliche Schwellenwerte zugeordnet sind.Alternatively, the reduction and / or increase of the operating voltage can take place in several steps, to each of which different threshold values are assigned.
Es ist auch möglich bei einem Herunter-Dimmen die Schaltfrequenz nur bis zu dem Schwellenwert
Anstelle eines Dimm-Signals kann an dem Anschluss
Wird in der Leistungsfaktorkorrekturschaltung
In den beschriebenen Beispielen steuert die Steuereinrichtung
Die Steuereinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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