DE102021208417A1 - METHOD OF RUNNING A SWITCHED SWITCHING ISOLATION POWER CONVERTER WITH AN OUTPUT POWER RANGE TO RUN A CONNECTABLE LOAD - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines getakteten isolierenden Leistungswandlers mit einem Ausgangsleistungsbereich zum Betreiben einer anschließbaren Last, wobei sich der Ausgangsleistungsbereich aus einem zulässigen Ausgangsspannungsbereich und einem zulässigen Ausgangsstrombereich ergibt, wobei der Leistungswandler einen Schalter, eine Induktivität und eine Ein-Austastvorrichtung aufweist.Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:- in einem ersten Betriebsmodus, der von dem maximalen Ausgangsstrom des Leistungswandlers von 100% bis zu einem reduzierten Ausgangsstrom reicht, Einstellen der Ein-Austastvorrichtung auf ein Tastverhältnis von 100%, und Verstellen der Wandlertaktfrequenz, um den Ausgangsstrom des Leistungswandlers für die Last zu reduzieren,- in einem zweiten Betriebsmodus, der von dem reduzierten Ausgangsstrom bis zu dem minimalen Ausgangsstrom reicht, beibehalten der Wandlertaktfrequenz und Einstellen des Tastverhältnisses um den Arbeitspunkt zu verändern, und damit den Ausgangsstrom des getakteten Wandlers für die Last weiter zu verringern, wobei eine Ein-Austastvorrichtungsfrequenz ab einem Tastverhältnis, das im Bereich von 40% bis 20% liegt, mit abnehmendem Tastverhältnis reduziert wird, um eine Modulationstiefe der Strommodulation des Ausgangsstroms in einem gewünschten Bereich zu halten, wobei die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz bei dem Tastverhältnis, das im Bereich von 40% bis 20% liegt, um den Faktor 2 bis 40, vorzugsweise um den Faktor 3 bis 15 höher liegt als die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz bei minimalem Tastverhältnis.The invention relates to a method for operating a clocked isolating power converter with an output power range for operating a load that can be connected, the output power range resulting from a permissible output voltage range and a permissible output current range, the power converter having a switch, an inductance and an on/off device Method is characterized by the following steps:- in a first mode of operation, ranging from the maximum output current of the power converter of 100% to a reduced output current, setting the on/off device to a duty cycle of 100%, and adjusting the converter clock frequency to the output current of the power converter for the load,- in a second mode of operation ranging from the reduced output current to the minimum output current, maintaining the converter clock frequency and adjusting the duty cycle around the working point to change, and thus to further reduce the output current of the clocked converter for the load, wherein an on-blanking device frequency from a duty cycle that is in the range of 40% to 20% is reduced with decreasing duty cycle, to a modulation depth of the current modulation of the output current in a desired range, with the on/off gate frequency being higher than the on/off gate frequency by a factor of 2 to 40, preferably by a factor of 3 to 15 at the duty cycle which is in the range of 40% to 20% minimum duty cycle.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines getakteten isolierenden Leistungswandlers mit einem Ausgangsleistungsbereich zum Betreiben einer anschließbaren Last.The invention relates to a method for operating a switched-mode isolating power converter with an output power range for operating a connectable load.

Hintergrundbackground

Elektronische Schaltungen, z.B. Leistungswandler zur Versorgung einer Last mit elektrischer Energie oder Leistung, also zu deren Wandlung zwischen einer Quelle und einer Last, sind heutzutage meist getaktet betrieben, um verlustarm arbeiten zu können, und müssen fast immer geregelt sein. Zu diesem Zweck muss solch ein getakteter elektronischer Leistungswandler verschiedene Spannungsübersetzungen zwischen seinem Ein- und Ausgang ermöglichen können, und dies auch bei unterschiedlichen Ausgangsströmen. Anders ausgedrückt muss dieser Leistungswandler verschiedene Ausgangsströme einstellen und somit kontrollieren können, wobei sich -je nach momentaner Belastung - verschiedene Spannungsübersetzungen zwischen seinem Ein- und Ausgang ergeben können. Jeder hier betrachtete getaktete elektronische Leistungswandler muss folglich in einem flächenförmigen und einstückig zusammenhängenden Arbeitsbereich in einem IV-Diagramm, das vom Ausgangsstrom IA als x-Achse und von der Spannungsübersetzung als y-Achse aufgespannt wird, ordnungsgemäß arbeiten, also verlustarm elektrische Energie oder Leistung wandeln können. Ist der zeitliche Mittelwert der Eingangsspannung im Wesentlichen konstant und als solcher bekannt, wovon im Weiteren stets ausgegangen wird, kann an der y-Achse obigen IV-Diagramms statt der Spannungsübersetzung auch direkt die Ausgangsspannung VA aufgetragen sein.Electronic circuits, for example power converters for supplying a load with electrical energy or power, ie for converting it between a source and a load, are nowadays mostly operated in a clocked manner in order to be able to work with low losses, and almost always have to be controlled. For this purpose, such a clocked electronic power converter must be able to enable different voltage transformations between its input and output, even with different output currents. In other words, this power converter must be able to set and thus control different output currents, which can result in different voltage conversions between its input and output, depending on the current load. Each clocked electronic power converter considered here must therefore work properly in a planar and integrally coherent work area in an IV diagram that is spanned by the output current I A as the x-axis and the voltage conversion as the y-axis, i.e. low-loss electrical energy or power can walk. If the average value of the input voltage over time is essentially constant and known as such, which is always assumed below, the output voltage V A can also be plotted directly on the y-axis of the above IV diagram instead of the voltage ratio.

Der getaktete elektronische Leistungswandler muss ferner im Stande sein, mittels einer speziellen Steuergröße und abhängig von seiner momentanen Belastung einen bestimmten Arbeitspunkt innerhalb seines flächenförmigen Arbeitsbereichs immer und wiederholt anzufahren, was letztlich durch schnelle und exakte Einstellung der momentan zu übertragenden Leistung geschieht. Nur dann taugt der betrachtete getaktete elektronische Leistungswandler als Stellglied innerhalb des Regelkreises für eine elektronische Energiewandlung oder Energieversorgung. Dieser Regelkreis kommt in allen Betriebsgeräten, Laborstromversorgungen, Schaltnetzteilen, Gleichspannungs- oder Gleichstromwandlern, aktiven Spannungs- oder Stromquellen oder ähnlichem vor und übernimmt eine zweite Koordinate innerhalb des Arbeitsbereichs, die auch Regelkoordinate genannt sei. Eine erste Koordinate entspricht der Lastkennlinie. Der Schnittpunkt zwischen diesen beiden Koordinaten, also zwischen Lastkennlinie und Regelkoordinate, ergibt obigen Arbeitspunkt. Ist dieser Regelkreis bspw. auf den Ausgangsstrom des getakteten elektronischen Leistungswandlers ausgerichtet, steht seine zugehörige Regelkoordinate in besagtem IV-Diagramm senkrecht auf der IA-Achse an der Stelle, die dem gerade vorgegebenen Sollwert für den Ausgangsstrom IA entspricht. Bei einer Regelung auf die Ausgangsspannung liegt die zugehörige Regelkoordinate waagerecht im IV-Diagramm auf der Höhe, die dem gerade vorgegebenen Sollwert der Ausgangsspannung VA entspricht.The clocked electronic power converter must also be able, using a special control variable and depending on its current load, to approach a specific working point within its planar working area repeatedly and repeatedly, which ultimately happens through quick and precise adjustment of the power to be transmitted at the moment. Only then is the clocked electronic power converter under consideration suitable as an actuator within the control loop for electronic energy conversion or energy supply. This control circuit occurs in all control gear, laboratory power supplies, switched-mode power supplies, DC or DC converters, active voltage or current sources or similar and takes on a second coordinate within the working area, which is also called the control coordinate. A first coordinate corresponds to the load characteristic. The point of intersection between these two coordinates, i.e. between the load characteristic and the control coordinate, results in the above working point. If this control circuit is, for example, geared to the output current of the clocked electronic power converter, its associated control coordinates in said IV diagram are perpendicular to the I A axis at the point that corresponds to the currently specified target value for the output current I A . In the case of control to the output voltage, the associated control coordinates lie horizontally in the IV diagram at the level that corresponds to the setpoint value of the output voltage V A that has just been specified.

Entladungslampen oder Leuchtdioden als Last haben in sich vorgegebene Brenn- oder Flußspannungen, wodurch deren Lastkennlinien zu quasi waagerechten Geraden innerhalb des Arbeitsbereichs im IV-Diagramm werden. Solche Lasten werden bevorzugt stromgeregelt mit Energie versorgt, damit sich ein gut definierter Arbeitspunkt ergibt. Ohm`sche Lasten hingegen haben als Kennlinien schräge Geraden, die allesamt den Nullpunkt des IV-Diagramms schneiden. Diese Kennlinien sind umso flacher, je niederohmiger die Last ist. Solche Lasten sind bevorzugt auch stromgeregelt mit Energie zu versorgen, um einen gut definierten Arbeitspunkt am Schnittpunkt zwischen der flachen Kennlinie und der senkrechten Regelkoordinate zu erhalten. Hochohmige Lasten mit ihren steilen Kennlinien sind hingegen am besten spannungsgeregelt zu versorgen, weil die Regelkoordinaten dann waagerecht im Arbeitsbereich liegen. Eine dritte Möglichkeit bietet die Regelung einer elektronischen Schaltung zur Energieversorgung auf ihre momentane Leistung. Die sich dann ergebenden Regelkoordinaten sind lauter jeweils zur Winkelhalbierenden des IV-Diagramms symmetrische Hyperbeln, die die Kennlinien aller obigen Lasten ebenso schneiden zur Bildung gut definierter Arbeitspunkte insbesondere bei höheren Leistungen. Leistungshyperbeln als Regelkoordinaten eignen sich daher besonders gut für eine Regelung auf maximal zulässige Leistung bei Überlastung des getakteten elektronischen Leistungswandlers.Discharge lamps or light-emitting diodes as a load have inherent burning or flow voltages, as a result of which their load characteristics become quasi-horizontal straight lines within the working range in the IV diagram. Such loads are preferably supplied with energy in a current-controlled manner so that a well-defined operating point results. Ohmic loads, on the other hand, have oblique straight lines as characteristic curves, all of which intersect the zero point of the IV diagram. These characteristic curves are flatter the lower the resistance of the load. Such loads should preferably also be supplied with energy in a current-controlled manner in order to obtain a well-defined operating point at the intersection between the flat characteristic curve and the vertical control coordinate. High-impedance loads with their steep characteristic curves, on the other hand, are best supplied with voltage control because the control coordinates are then horizontal in the working range. A third option is to regulate an electronic circuit for supplying energy to its instantaneous performance. The resulting control coordinates are all hyperbolas symmetrical to the bisecting line of the IV diagram, which also intersect the characteristic curves of all the above loads to form well-defined operating points, especially at higher power levels. Power hyperbolas as control coordinates are therefore particularly well suited for control to the maximum permissible power when the clocked electronic power converter is overloaded.

Insbesondere für Betriebsgeräte, die zum Versorgen von Leuchtdioden als Last vorgesehen sind, kann ein flächenförmiger und einstückig zusammenhängender Arbeitsbereich bspw. durch die sechs Größen

  • • maximaler Ausgangsstrom
  • • maximale Ausgangsleistung
  • • maximale Ausgangsspannung
  • • minimaler Ausgangsstrom
  • • minimale Ausgangsleistung
  • • minimale Ausgangsspannung
definiert sein, also durch lauter Regelkoordinaten. Soll der minimale Ausgangsstrom bei null liegen, die gesamte Versorgungsschaltung also leerlaufstabil sein, empfiehlt sich statt der minimalen Ausgangsleistung - die dann ja null ist - die minimal mögliche Leerlaufausgangsspannung als neuer definierender Punkt. Soll dieselbe Versorgungsschaltung zusätzlich kurzschlussfest sein, ist als weiterer definierender Punkt der minimal einstellbare Kurzschlußstrom geeigneter als die minimale Ausgangsspannung, die jetzt ja null betragen soll. Die Verbindungskurve zwischen diesen beiden letztgenannten Punkten ersetzt obige Koordinate der minimalen Ausgangsleistung und soll „bauchig“ möglichst nahe am Nullpunkt des IV-Diagramms vorbeziehen. Diese Verbindungskurve soll keinesfalls in Form bspw. eines Fingers in den Arbeitsbereich hineinragen, wodurch ein wichtiges Flächenstück aus dem Arbeitsbereich herausgeschnitten werden würde. Jeder durch lauter Regelkoordinaten oder durch die ersten vier davon plus minimale Leerlaufausgangsspannung plus minimal möglicher Kurzschlußstrom plus Verbindungskurve dazwischen eingegrenzte Arbeitsbereich wird im Weiteren als „geforderter Arbeitsbereich“ angesehen. Letztere Kurve kann in Abschnitten durchaus einer minimalen Ausgangsleistung nahekommen.In particular for operating devices that are intended to supply light-emitting diodes as a load, a planar and integrally coherent working area can be defined, for example, by the six sizes
  • • maximum output current
  • • maximum output power
  • • maximum output voltage
  • • minimum output current
  • • minimum output power
  • • minimum output voltage
be defined, i.e. by nothing but rule coordinates. If the minimum output current is to be zero, i.e. the entire supply circuit should be stable when idling, instead of the minimum output power - which is then zero - the minimum possible no-load output voltage is recommended as a new defining point. If the same supply circuit is also to be short-circuit proof, the minimum short-circuit current that can be set is another defining point that is more suitable than the minimum output voltage, which should now be zero. The connection curve between these last two points replaces the above coordinate of the minimum output power and should be “bulky” as close as possible to the zero point of the IV diagram. This connecting curve should in no way protrude into the work area in the form of a finger, for example, which would cut an important surface area out of the work area. Each working range delimited by nothing but control coordinates or by the first four of them plus minimum no-load output voltage plus minimum possible short-circuit current plus connecting curve in between is regarded as "required working range". The latter curve can come close to a minimum output power in sections.

Die meisten elektronischen Schaltungen zur Wandlung elektrischer Energie oder Leistung, die einer Quelle entnommen wird und nach Wandlung zur Versorgung einer Last dient, insbesondere alle Betriebsgeräte, Laborstromversorgungen, Schaltnetzteile, Gleichspannungs- oder Gleichstromwandler, aktive Spannungs- oder Stromquellen oder ähnliches nutzen als Quelle das öffentliche Stromversorgungsnetz, das üblicherweise eine bekannte effektive Spannung zwischen 90 V und 277 V anbietet bei einem idealerweise sinusförmigen Spannungsverlauf und bei einer Frequenz zwischen 50 Hz und 60 Hz. Um damit kompatibel zu sein, dürfen die Verzerrungen, die der Eingangsstrom bspw. eines Betriebsgeräts im Vergleich zu seiner Eingangsspannung aufweist, gewisse enge Grenzen nicht überschreiten. Bei allen Eingangsleistungen > 5 W ist dazu ein Leistungsfaktorkorrektor nötig, der oft mit PFC (= Power Factor Corrector) abgekürzt ist und in Leistungsflussrichtung gesehen direkt auf den Eingang der gesamten elektronischen Schaltung folgt. Dessen Ausgang, über einen großen Zwischenkreiskondensator gepuffert, ist die sogenannte Zwischenkreisspannung E, auf deren zeitlichen Mittelwert der PFC geregelt ist. Die Zwischenkreisspannung E ist also bekannt und in etwa konstant und versorgt den eigentlichen getakteten elektronischen Leistungswandler mit Energie, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er oft eine galvanische Isolation zwischen seinem Ein- und seinem Ausgang aufweist, und dass er immer einen wie oben schon beschriebenen flächenförmigen und einstückig zusammenhängenden Arbeitsbereich anbietet. Sein drittes Charakteristikum ist die spezielle Steuergröße, womit verschiedene Arbeitspunkte innerhalb seines Arbeitsbereichs kontrolliert angefahren werden können.Most electronic circuits for converting electrical energy or power that is taken from a source and used to supply a load after conversion, in particular all operating devices, laboratory power supplies, switched-mode power supplies, DC or DC converters, active voltage or current sources or similar use the public source as a source Power supply network that usually offers a known effective voltage between 90 V and 277 V with an ideally sinusoidal voltage curve and at a frequency between 50 Hz and 60 Hz to its input voltage does not exceed certain narrow limits. For all input powers > 5 W, a power factor corrector is required, which is often abbreviated to PFC (= Power Factor Corrector) and, viewed in the direction of power flow, directly follows the input of the entire electronic circuit. Its output, buffered via a large intermediate circuit capacitor, is the so-called intermediate circuit voltage E, on whose time average the PFC is regulated. The intermediate circuit voltage E is therefore known and approximately constant and supplies the actual clocked electronic power converter with energy, which is characterized in that it often has galvanic isolation between its input and its output, and that it always has a planar form as described above and offers an integral, cohesive workspace. Its third characteristic is the special control variable, with which various working points within its working range can be approached in a controlled manner.

Alle getakteten elektronischen Leistungswandler umfassen jeweils mindestens einen Speicherkondensator und mindestens eine Speicherinduktivität oder Speicherspule oder Speicherdrossel sowie mindestens eine Gleichrichterdiode und mindestens einen aktiv steuerbaren Leistungstransistor. Damit sind die drei einfachsten Leistungswandlertopologien Tiefsetzsteller (Buck), Hochsetzsteller (Boost) und Drosselinverswandler (Buck-Boost bzw. Flyback) bereits umrissen. Letzterer benötigt zwingend zwei Speicherkondensatoren, einen zweiten parallel zu seinem Ausgang, und kann eine Ausgangsspannung kleiner oder gleich oder größer als seine Eingangsspannung erzeugen. Bei ersterem ist ein Ausgangs-Speicherkondensator nicht obligat, aber meist vorhanden, wie es den weiteren Ausführungen zugrunde gelegt ist, und er kann nur eine Ausgangsspannung erzeugen, die kleiner als seine Eingangsspannung ist. Der Hochsetzsteller wiederum benötigt zwingend einen Speicherkondensator nur an seinem Ausgang, über dem grundsätzlich eine Ausgangsspannung anliegt, die größer als die Eingangsspannung des Hochsetzstellers ist. Werden stattdessen zwei Speicherinduktivitäten spendiert, die auch gekoppelt sein können, und wandert einer der Speicherkondensatoren als Binnenkondensator zwischen Leistungstransistor und Gleichrichterdiode, lässt sich daraus ein Cuk-Wandler konstruieren. Zeta-Wandler und SEPIC (single-ended primary inductor converter) sind aus dem Cuk-Wandler hervorgegangen und benötigen einen weiteren Speicherkondensator wieder zwingend, der Zeta-Wandler an seinem Eingang und der SEPIC an seinem Ausgang. Alle drei letztgenannten Leistungswandlertopologien können eine Ausgangsspannung erzeugen, die sowohl größer als auch gleich als auch kleiner als die jeweilige Eingangsspannung sein kann, und benötigen dazu jeweils dieselbe spezielle Steuergröße wie der Drosselinverswandler, deren Wert in allen vier Topologien sogar jeweils das gleiche Spannungsübersetzungsverhältnis erzeugt. Cuk- und Drosselinverswandler erzeugen ihre Ausgangsspannungen in negativer Polarität in Bezug zu ihren Eingangsspannungen. In den meisten Fällen ist eine PWM oder eine anderweitige digitale Taktung zwischen „Ein“ und „Aus“ des mindestens einen aktiven Leistungstransistors die hierfür vorgesehene spezielle Steuergröße mit ihrem Tastverhältnis oder Duty-Cycle D als darzustellendem Wert.All clocked electronic power converters each include at least one storage capacitor and at least one storage inductance or storage coil or storage inductor and at least one rectifier diode and at least one actively controllable power transistor. This already outlines the three simplest power converter topologies: step-down converter (buck), step-up converter (boost) and inductive inverse converter (buck-boost or flyback). The latter necessarily requires two storage capacitors, a second one in parallel with its output, and can produce an output voltage less than or equal to or greater than its input voltage. In the case of the former, an output storage capacitor is not obligatory, but is usually present, as is the basis for the further explanations, and it can only generate an output voltage that is smaller than its input voltage. The step-up converter, in turn, requires a storage capacitor only at its output, across which an output voltage is generally present that is greater than the input voltage of the step-up converter. If two storage inductances are used instead, which can also be coupled, and one of the storage capacitors moves as an internal capacitor between the power transistor and the rectifier diode, a Cuk converter can be constructed from this. Zeta converters and SEPIC (single-ended primary inductor converters) have emerged from the Cuk converter and again require an additional storage capacitor, the Zeta converter at its input and the SEPIC at its output. All three of the latter power converter topologies can generate an output voltage that can be greater than, equal to, or lower than the respective input voltage, and each requires the same special control variable as the buck-buck converter, the value of which even generates the same voltage transformation ratio in all four topologies. Cuk and buck buck converters produce their output voltages in negative polarity with respect to their input voltages. In most cases, a PWM or some other type of digital clocking between “on” and “off” of the at least one active power transistor is the special control variable provided for this, with its duty cycle D as the value to be displayed.

Bei allen diesen sechs getakteten elektronischen Leistungswandlern kann der mindestens eine Speicherkondensator mit dem Zwischenkreiskondensator identisch sein. Beim Hochsetzsteller, beim Flyback und beim SEPIC kann auch der zweite Speicherkondensator, also der Ausgangskondensator, mit dem Zwischenkreiskondensator identisch sein, wenn diese drei Leistungswandlertopologien wie sehr oft als PFC eingesetzt werden. Beim Drosselinverswandler, beim Zeta-Wandler und beim SEPIC kann die jeweils mit einer durchgehenden Masseleitung verbundene Speicherinduktivität durch einen Transformator ersetzt sein, wodurch aus dem Drosselinverswandler ein Flyback-Wandler entsteht. Daraus folgt, dass Flyback und SEPIC auch als isolierende PFCs ausgebildet sein können. Einen isolierenden Cuk-Wandler zu konstruieren ist ebenso möglich, aber komplizierter. Ein Cuk-Wandler in reiner PFC-Funktion ist unüblich, gleiches gilt für den Zeta-Wandler.In all of these six clocked electronic power converters, the at least one storage capacitor can be identical to the intermediate circuit capacitor. With the step-up converter, with the flyback and with the SEPIC, the second can also be used The storage capacitor, i.e. the output capacitor, must be identical to the intermediate circuit capacitor if these three power converter topologies are used as PFCs, as is very often the case. In the case of the buck-inductor converter, the zeta converter and the SEPIC, the storage inductance connected to a continuous ground line can be replaced by a transformer, as a result of which the buck-inverter converter becomes a flyback converter. It follows from this that flyback and SEPIC can also be designed as insulating PFCs. Constructing an isolating cuk converter is also possible, but more complicated. A Cuk converter with a pure PFC function is unusual, the same applies to the Zeta converter.

Solange alle Zeitpunkte beider Schaltaktivitäten „Einschalten“ und „Ausschalten“ des mindestens einen aktiven Leistungstransistors in allen diesen Wandlern von außen vorgegeben werden, handelt es sich um einen sogenannten hartschaltenden elektronischen Leistungswandler oder kurz hartschaltenden Wandler. Der Nachteil davon sind starke Funkstörungen und Schaltverluste proportional zur Taktfrequenz sowie quadratisch proportional zum Spannungsbereich. Diese Verluste treten besonders im sogenannten „continuous conduction mode“ (CCM) auf, der für kleinere Ausgangsströme automatisch in einen „critical conduction mode“ (CRM) oder „transient conduction mode“ (TCM) übergeht. Dabei berührt der Strom der mindestens einen Speicherinduktivität pro Takt einmal die Nulllinie, zeigt dabei aber annähernd keine Lücke. Da dieser Modus obige Schaltverluste und Funkstörungen deutlich reduziert, wird er für quasi alle hartschaltenden elektronischen Leistungswandler kleiner und mittlerer Leistungen (bis bspw. 500 W) als Normalmodus vorgesehen und liegt auch hier allen weiteren Beschreibungen dieser Sorte von Wandlern zugrunde. Im Unterschied zu obigen hartschaltenden Wandlern werden hier die Einschaltzeitpunkte des Leistungstransistors nicht mehr von außen vorgegeben, sondern ergeben sich aus optimalen Zustandspunkten innerhalb der Schaltung. As long as all times of the two switching activities “switching on” and “switching off” of the at least one active power transistor in all these converters are specified externally, it is a so-called hard-switching electronic power converter or, for short, hard-switching converter. The disadvantage of this is strong radio interference and switching losses proportional to the clock frequency and quadratically proportional to the voltage range. These losses occur in particular in the so-called "continuous conduction mode" (CCM), which automatically switches to a "critical conduction mode" (CRM) or "transient conduction mode" (TCM) for smaller output currents. The current of the at least one storage inductance touches the zero line once per cycle, but shows almost no gap. Since this mode significantly reduces the above switching losses and radio interference, it is intended as the normal mode for virtually all hard-switching electronic power converters of small and medium power (up to e.g. 500 W) and is also the basis for all further descriptions of this type of converter. In contrast to the above hard-switching converters, the switch-on times of the power transistor are no longer specified from the outside, but result from optimal status points within the circuit.

Die Größe der mindestens einen Speicherinduktivität innerhalb dieser sechs grundlegenden Eintakt-Leistungswandler vom Tiefsetzsteller bis zum SEPIC beeinflusst den minimal möglichen Ausgangsstrom, und deren Sättigungsverhalten sowie die Dimensionierung der übrigen am Wandler beteiligten Bauteile begrenzen den maximal möglichen Ausgangsstrom. Letzteres ist im laufenden Betrieb schlecht erkennbar und muss daher durch Regelung auf einen zu diesem Maximum passend abgespeicherten oder anderweitig vorgehaltenen Sollwert eingehalten werden. Die maximale Ausgangsspannung ist entweder auf die Eingangsspannung gedeckelt wie beim Tiefsetzsteller oder durch die Dimensionierung der Bauteile begrenzt, die maximale Ausgangsleistung ist über die maximal zulässigen Verluste limitiert. Auch diese beiden Dinge sind von der Regelung zu erkennen und gemäß abgespeicherter oder anderweitig vorgehaltener Maximal-Sollwerte abzufangen. Der Hochsetzsteller ist insofern ein Sonderfall, da seine minimale Ausgangsspannung auf die momentane Eingangsspannung E begrenzt ist.The size of the at least one storage inductor within these six basic single-ended power converters from the buck converter to the SEPIC influences the minimum possible output current, and their saturation behavior and the dimensioning of the other components involved in the converter limit the maximum possible output current. The latter is difficult to detect during operation and must therefore be maintained by regulating to a setpoint that is stored or otherwise maintained to match this maximum. The maximum output voltage is either capped at the input voltage as with the step-down converter or limited by the dimensioning of the components, the maximum output power is limited by the maximum permissible losses. These two things can also be recognized by the control system and intercepted according to stored or otherwise available maximum setpoint values. The step-up converter is a special case in that its minimum output voltage is limited to the instantaneous input voltage E.

Werden zwei aktiv steuerbare Leistungstransistoren in derselben Leistungswandlertopologie eingesetzt, entstehen als sogenannte Gegentakt-Leistungswandler unter anderem die Synchronvarianten der sechs obigen Wandlertopologien vom Tiefsetzsteller bis zum SEPIC beziehungsweise ihre zugehörigen strom-bidirektionalen Wandler oder auch Halbbrücken, die einen sogenannten Brückenzweig aus zwei seriell verschalteten Leistungstransistoren umfassen, der zum Eingang hin über den ersten Speicherkondensator abgeschlossen ist. Dieser liegt hier zwischen der Arbeitselektrode des oberen und der Bezugselektrode des unteren Leistungstransistors und kann auch mit einem Zwischenkreiskondensator identisch sein. Die beiden nicht mit dem ersten Speicherkondensator verbundenen „großen“ Elektroden beider Leistungstransistoren, also die Bezugselektrode des oberen und die Arbeitselektrode des unteren Leistungstransistors, bilden gemeinsam einen Mittelpunkt des Brückenzweiges. Neben einer Funktionsänderung für die Speicherinduktivität, die weiter unten noch beschrieben wird, und neben mindestens einer zusätzlichen Gleichrichterdiode, die zusammen mit der im Tiefsetzsteller schon vorhandenen einen vollwellentauglichen Gleichrichter bildet, der vom zweiten Speicherkondensator abgeschlossen ist, benötigen die Halbbrücken zusätzlich mindestens einen dritten Speicherkondensator in Serie zur Speicherinduktivität, der den Gleichspannungsanteil der Ausgangsspannung am Mittelpunkt des Brückenzweigs aufnimmt. Bildet dieser dritte Speicherkondensator zusammen mit der Speicherinduktivität, die bei Halbbrücken vorteilhaft zumindest teilweise durch einen Transformator realisiert ist, einen Resonanzkreis mit einer Eigenfrequenz knapp unterhalb einer niedrigsten Taktfrequenz der Ausgangsspannung am Mittelpunkt des Brückenzweigs, entsteht eine resonante Halbbrücke mit ZVS-Schaltentlastung. Letzteres bedeutet, dass jeder Einschaltvorgang eines am getakteten Leistungswandler beteiligten Leistungstransistors, hier also beider Leistungstransistoren des einen Brückenzweigs, spannungslos geschieht, wodurch jegliche Einschaltverluste vermieden und damit auch die Funkstörungen minimiert sind. Der frequenzerniedrigende Effekt des rein-ohmschen Anteils jeder Last, also von allen nichtreaktiven Elementen, die an den Ausgang des Gleichrichters angeschlossen sind, darf mit dazu genutzt werden, mit allem an den Mittelpunkt des Brückenzweigs Angeschlossenen unter die Taktfrequenz zu gelangen. Zum Erzielen dieser sehr vorteilhaften ZVS-Schaltentlastung wird der Resonanzkreis und der daran angeschlossene Gleichrichter von seinem Brückenzweig also fast immer überresonant mit Energie versorgt, er verhält sich somit zumindest leicht induktiv. Zur Reduktion der zu übertragenden Leistung wird die Taktfrequenz eines resonanten elektronischen ZVS-Leistungswandlers grundsätzlich erhöht. Dabei verhält sich der Resonanzkreis zunehmend stärker induktiv, wodurch letztlich die übertragbare Wirkleistung gedrosselt wird. Bei allen resonanten elektronischen Leistungswandlern ist die spezielle Steuergröße also deren Taktfrequenz, und wie schon oben bei CRM oder TCM sind auch hier die jeweiligen Einschaltzeitpunkte der Leistungstransistoren nicht von außen vorgebbar, sondern durch optimale Zustandspunkte aus dem Inneren der Schaltung definiert. Sobald im Weiteren von einem Betriebs- oder Ansteuerverfahren für eine Leistungsübertragung die Rede sein wird, gelten entweder CRM bzw. TCM oder resonantes ZVS als Normalmodus.If two actively controllable power transistors are used in the same power converter topology, the so-called push-pull power converters result, among other things, in the synchronous variants of the six converter topologies above from the step-down converter to the SEPIC or their associated current-bidirectional converters or half-bridges, which include a so-called bridge arm made of two power transistors connected in series , which is terminated towards the input via the first storage capacitor. This lies between the working electrode of the upper and the reference electrode of the lower power transistor and can also be identical to an intermediate circuit capacitor. The two "large" electrodes of both power transistors that are not connected to the first storage capacitor, i.e. the reference electrode of the upper power transistor and the working electrode of the lower power transistor, together form a center point of the bridge arm. In addition to a functional change for the storage inductance, which will be described further below, and in addition to at least one additional rectifier diode, which together with the one already present in the step-down converter forms a full-wave rectifier that is terminated by the second storage capacitor, the half-bridges also require at least a third storage capacitor in Series for storage inductance, which absorbs the DC component of the output voltage at the middle point of the bridge arm. If this third storage capacitor together with the storage inductance, which in the case of half-bridges is advantageously at least partially realized by a transformer, forms a resonant circuit with a natural frequency just below a lowest clock frequency of the output voltage at the midpoint of the bridge branch, a resonant half-bridge with ZVS switching load relief is created. The latter means that each switching-on process of a power transistor involved in the clocked power converter, in this case both power transistors of one bridge branch, occurs without voltage, which avoids any switch-on losses and thus also minimizes radio interference. The frequency-lowering effect of the purely ohmic part of each load, i.e. all non-reactive elements connected to the output of the rectifier, can be used to get everything connected to the midpoint of the bridge arm below the clock frequency. To achieve this very advantageous ZVS shift relief the resonant circuit and the rectifier connected to it are almost always supplied with energy in an over-resonant manner by its bridge branch, so it behaves at least slightly inductively. In order to reduce the power to be transmitted, the clock frequency of a resonant electronic ZVS power converter is generally increased. The resonant circuit behaves more and more inductively, which ultimately reduces the active power that can be transmitted. With all resonant electronic power converters, the special control variable is their clock frequency, and as with CRM or TCM above, the respective switch-on times of the power transistors cannot be specified from the outside, but are defined by optimal state points from the inside of the circuit. As soon as an operating or control method for power transmission is discussed below, either CRM or TCM or resonant ZVS apply as the normal mode.

Die Bezeichnung „Gegentakt-Leistungswandler“ impliziert das Vorhandensein von mindestens zwei Leistungstransistoren im selben getakteten Leistungswandler, oder allgemein von einer geraden Anzahl derselben. Je zwei davon werden prinzipiell komplementär angesteuert, wodurch der Leistungswandler unabhängig von der momentanen Schaltstellung immer niederohmig bleibt. Beim Umschalten werden jedoch meist sogenannte Ansteuerpausen oder Taktlücken oder Tastlücken zwischen den Ansteuersignalen der zwei an einem Gegentakt beteiligten Leistungstransistoren eingeräumt, um das Kommutieren auf die neue Schaltstellung möglichst verlust- und störungsarm zu ermöglichen. Dies ist insbesondere bei resonantem ZVS wichtig, da dort diese Pausen oder Lücken stark variable Zeitdauern aufweisen können. Bei CRM oder TCM hingegen können diese Pausen oder Lücken als näherungsweise konstant angenommen und entsprechend eingestellt werden, da sie nur von bekannten Reaktanzen aus dem Inneren der Schaltung abhängen.The term "push-pull power converter" implies the presence of at least two power transistors in the same switched-mode power converter, or generally an even number of them. In principle, two of them are controlled in a complementary manner, which means that the power converter always remains low-impedance, regardless of the current switching position. When switching, however, so-called control pauses or clock gaps or key gaps are usually allowed between the control signals of the two power transistors involved in a push-pull in order to enable commutation to the new switching position with as little loss and interference as possible. This is particularly important in the case of resonant ZVS, since there these pauses or gaps can have highly variable durations. With CRM or TCM, on the other hand, these pauses or gaps can be assumed to be approximately constant and adjusted accordingly, since they only depend on known reactances from inside the circuit.

Die Speicherinduktivität aus den sechs Eintakt-Leistungswandlern vom Tiefsetzsteller bis zum SEPIC, in der gleichstrombehaftete Ströme oder bei CCM sogar unterbrechungsfreie oder nichtlückende Gleichströme, die nur noch eine Welligkeit in Taktfrequenz aufweisen, gespeichert sein können, ist bei der Halbbrücke in eine Resonanzinduktivität oder in einen induktiven Anteil des Resonanzkreises übergegangen mit folglich deutlich reduzierten Henry-Werten. Denn zumindest im Transformatorabschnitt dieser Resonanzinduktivität fließt nun reiner Wechselstrom in der Frequenz der Ausgangsspannung am Mittelpunkt des Brückenzweigs. I. d. R. reicht die Streuinduktivität des Transformators zur Bildung der Resonanzinduktivität nicht aus, weshalb meist eine diskrete Resonanzspule dazu in Serie geschaltet werden muss. Denn auch der mindestens eine dritte Speicherkondensator wird durch entsprechende Verkleinerung zum Resonanzkondensator, um über die Impedanz „Wurzel (L/C)“ des mit ihm entstandenen Resonanzkreises den Ausgangsstrombereich der resonanten Halbbrücke einzustellen. Alternativ oder zusätzlich zur diskreten Resonanzspule kann mindestens eine Spule in Serie zum Ausgang des Gleichrichters vor den Ausgang der gesamten resonanten Halbbrücke, also vor den zweiten Speicherkondensator geschaltet sein, die dann filtert und somit speichert sowie gleichzeitig, wenn ihr Wert klein genug ist, am Resonanzvorgang teilnimmt.The storage inductance from the six single-ended power converters from the step-down converter to the SEPIC, in which currents with DC currents or, in the case of CCM, even uninterrupted or continuous DC currents that only have a ripple in clock frequency, can be stored, is in the half-bridge in a resonant inductance or in a inductive portion of the resonant circuit with consequent significantly reduced Henry values. At least in the transformer section of this resonant inductance, pure alternating current now flows at the frequency of the output voltage at the midpoint of the bridge branch. i.d. The leakage inductance of the transformer is usually not sufficient to form the resonance inductance, which is why a discrete resonance coil usually has to be connected in series. This is because the at least one third storage capacitor also becomes a resonant capacitor by being correspondingly reduced in size, in order to set the output current range of the resonant half-bridge via the “root (L/C)” impedance of the resonant circuit created with it. As an alternative or in addition to the discrete resonance coil, at least one coil can be connected in series with the output of the rectifier before the output of the entire resonant half-bridge, i.e. before the second storage capacitor, which then filters and thus stores and at the same time, if its value is small enough, at the resonance process participates.

Neben besagtem Ausgangsstrombereich und der Tatsache, dass jede Halbbrücke in etwa die Hälfte ihrer Eingangsspannung E an ihren Ausgang übertragen kann (1:1-Windungsverhältnis im Transformator und Grätz-Gleichrichter angenommen), wird der mögliche Arbeitsbereich einer resonanten Halbbrücke von ihren natürlichen ZVS-Grenzen definiert, die gemäß 2 im IV-Diagramm liegen. Bei einem Windungsverhältnis n = nsek/nPrim des Transformators und einem Mittelpunktgleichrichter, der aufgrund seiner nur zwei nötigen Gleichrichterdioden und seiner eingebauten Spannungshalbierung häufiger als der Grätz-Gleichrichter eingesetzt wird, bekommt eine resonante Halbbrücke den Wert n*E/4 als Bezugsspannung für ihre ZVS-Grenzen. Diese natürlichen Grenzen können die Achsen des IV-Diagramms berühren oder sogar schneiden, eine resonante Halbbrücke kann sowohl leerlaufstabil als auch kurzschlussfest sein. Die beiden Regelkoordinaten „maximaler Ausgangsstrom“ und „maximale Ausgangsspannung“ stutzen den möglichen Arbeitsbereich zurecht, und dessen obere und rechte natürliche ZVS-Grenze kann die Regelkoordinate „maximale Leistung“ ersetzen, wenn die Ansteuerung des Brückenzweiges mittels symmetrischem Gegentakt diese natürliche Arbeitsbereichsbegrenzung entweder kennt (Maximalarbeitspunkte in einem µ-Prozessor oder -Controller abgespeichert) oder kontinuierlich ausmisst oder gar nicht überschreiten kann. Letzteres ist insbesondere bei sogenannten Selbstschwingern intrinsisch gegeben, wenn ihre Ansteuerungen optimal auf ihre Resonanzkreise abgestimmt sind.In addition to the output current range mentioned and the fact that each half-bridge can transfer approximately half of its input voltage E to its output (assuming a 1:1 turns ratio in the transformer and Grätz rectifier), the possible operating range of a resonant half-bridge is limited by its natural ZVS limits defined according to 2 lie in the IV diagram. With a turns ratio of n = n sec /n prim of the transformer and a midpoint rectifier, which is used more frequently than the Grätz rectifier due to the fact that it only requires two rectifier diodes and its built-in voltage halving, a resonant half-bridge has the value n*E/4 as the reference voltage for their ZVS limits. These natural limits can touch or even intersect the axes of the IV diagram, a resonant half-bridge can be open-circuit stable as well as short-circuit-proof. The two control coordinates "maximum output current" and "maximum output voltage" trim the possible working range, and its upper and right natural ZVS limit can replace the control coordinate "maximum power" if the control of the bridge branch by means of symmetrical push-pull either knows this natural working range limitation ( Maximum operating points stored in a µ-processor or controller) or continuously measured or not exceeded at all. The latter is intrinsically given in particular with so-called self-oscillating systems if their controls are optimally matched to their resonant circuits.

Generell problematisch in Bezug auf seine Erreichbarkeit und Regelbarkeit bleibt jedoch der Bereich kleiner Ausgangsströme, kleiner Ausgangsspannungen bzw. kleiner Ausgangsleistungen, nicht nur bei einer resonanten Halbbrücke, sondern auch bei allen sechs Eintakt-Leistungswandlern. Bei der resonanten Halbbrücke bestimmt die genaue Form und Auslegung des Resonanzkreises, wie weit der mögliche Arbeitsbereich unten links am Ursprung, also die natürliche ZVS-Grenze am Nullpunkt des IV-Diagramms vorbeiläuft.However, the range of small output currents, small output voltages or small output powers remains generally problematic with regard to its accessibility and controllability, not only with a resonant half-bridge, but also with all six single-ended power converters. In the case of the resonant half-bridge, the exact shape and design of the resonant circuit determines how far the possible working range runs past the origin at the bottom left, i.e. the natural ZVS limit at the zero point of the IV diagram.

Zur Auswahl der Leistungswandlertopologie als Stellglied für bspw. ein Betriebsgerät sowie zu deren Auslegung und Dimensionierung einschließlich ihrer speziellen Steuergröße wird der geforderte Arbeitsbereich im IV-Diagramm herangezogen. Je größer dieser Arbeitsbereich sein soll und vor allem je näher er an die Achsen des IV-Diagramms heranreichen soll, wodurch sich die Spreizung der Ausgangsgrößen erhöht, desto kostspieliger wird dieses Stellglied, denn sein natürlicher Arbeitsbereich weicht fast grundsätzlich von dem geforderten ab. Nach üblicher Auslegung und Dimensionierung als eine erste Möglichkeit wird dieser natürliche Arbeitsbereich so groß gemacht, dass er den geforderten umschließt, was logischerweise kostentreibend ist. Dann schaufelt der getaktete elektronische Leistungswandler unnötig viel Blindleistung hin und her oder benötigt eine unnötig komplizierte Topologie. Beides treibt Kosten und Verluste nach oben, kann aber auch zu einer Vergrößerung des natürlichen Arbeitsbereichs führen sowie dazu, dass der Leistungswandler Flächen bedienen kann, die in seinem Arbeitsbereich gar nicht gefordert sind. Ein strom-bidirektionaler Wandler ist bspw. hilfreich für einen Ausgangsstrom gleich null, auch wenn der negative Teil seines Arbeitsbereichs gar nicht gebraucht wird.The required operating range in the IV diagram is used to select the power converter topology as an actuator for, for example, an operating device and to design and dimension it, including its special control variable. The larger this working range should be and, above all, the closer it should be to the axes of the IV diagram, which increases the spread of the output variables, the more expensive this actuator will be, because its natural working range deviates almost fundamentally from the required one. According to usual design and dimensioning as a first possibility, this natural working area is made so large that it encloses the required one, which is logically costly. Then the clocked electronic power converter shovels an unnecessarily large amount of reactive power back and forth or requires an unnecessarily complicated topology. Both drive up costs and losses, but can also lead to an increase in the natural working area and to the fact that the power converter can serve areas that are not required in its working area. For example, a current-to-bidirectional converter is useful for zero output current, even if the negative part of its working range is not used at all.

Eine ausgewählte und schon optimierte Leistungswandlertopologie kann einen Abschnitt des geforderten Arbeitsbereichs in ihrem Normalmodus auch prinzipiell nicht zulassen, weshalb als zweite Möglichkeit ihr Normalmodus, beispielsweise ZVS, zeitweise verlassen werden muss, was dann jeweils zu erhöhten Funkstörungen, erhöhten Verlusten und reduzierten Wirkungsgraden führt. Ein weiterer v. a. bei den sechs Eintakt-Leistungswandlern für kleinere Leistungen fast immer angewandter Normalmodus ist der oben schon erwähnte „Critical Conduction Mode“ (CRM) oder „Transient Conduction Mode“ (TCM), bei dem der Strom in der mindestens einen Speicherinduktivität pro Taktperiode genau einmal oder maximal zweimal zu null werden soll. Dieser eine oder erste Punkt wird jedes Mal detektiert, danach wird jedes Mal gewartet, bis die Spannung über dem noch ausgeschalteten Leistungstransistor minimal geworden ist, und erst dann wird dieser erneut eingeschaltet. Der Strom in der Speicherinduktivität wird also periodisch zu null, hat aber so gut wie keine Lücken bei diesem häufig angewandten weiteren Normalmodus. In Verbindung mit der höchstmöglichen Taktfrequenz in Form einer niedrigst-möglichen On-Zeit des Leistungstransistors ergeben sich daraus über den Wert der mindestens einen Speicherinduktivität die niedrigst-möglichen Ausgangsströme für den Normalmodus, die obendrein von den momentanen Ein- und Ausgangsspannungen abhängen. Wird obiges Spannungsminimum verstreichen gelassen und der Leistungstransistor jedes Mal erst später eingeschaltet, wird zwar ein noch kleinerer Ausgangsstrom ermöglicht, aber auch der verlust- und funkstörminimierende CRM oder TCM verlassen. Eine Möglichkeit, beides zumindest im Ansatz gleichzeitig einzuhalten, also periodisch verspätet einschalten und trotzdem Spannungsminima zu treffen, wird in WO-2016/050689 -A2 offenbart.In principle, a selected and already optimized power converter topology cannot allow a section of the required operating range in its normal mode, which is why, as a second option, its normal mode, for example ZVS, must be temporarily abandoned, which then leads to increased radio interference, increased losses and reduced efficiencies. Another normal mode that is almost always used, especially with the six single-ended power converters for lower outputs, is the above-mentioned "Critical Conduction Mode" (CRM) or "Transient Conduction Mode" (TCM), in which the current in at least one storage inductance per clock period should become zero exactly once or at most twice. This one or first point is detected each time, after which it is waited each time until the voltage across the still switched-off power transistor has become minimal, and only then is it switched on again. The current in the storage inductance is therefore periodically zero, but has almost no gaps in this frequently used additional normal mode. In conjunction with the highest possible clock frequency in the form of the lowest possible on-time of the power transistor, this results in the lowest possible output currents for the normal mode via the value of the at least one storage inductance, which also depend on the instantaneous input and output voltages. If the above voltage minimum is allowed to elapse and the power transistor is switched on later each time, an even smaller output current is made possible, but the CRM or TCM, which minimizes losses and radio interference, is also abandoned. A possibility to comply with both at the same time, at least to some extent, i.e. to switch on periodically with a delay and still meet minimum voltage levels, is presented in WO-2016/050689 -A2 revealed.

Das Letztgenannte ist jedoch nur aufwendig realisierbar. Eine einfachere und dritte Möglichkeit zur Arbeitsbereichsvergrößerung nach unten führt zu einem Betrieb im sogenannten Burstmodus. Dabei wird während der sogenannten „Bursts“ ein Leistungswandler in seinem Normalmodus betrieben, und zwischen zwei Bursts komplett abgeschaltet, also während dieser Pause sein aktiver Leistungstransistor beispielsweise einfach nicht angesteuert. Dies geschieht periodisch, wodurch sich neben der Taktfrequenz als spezieller Steuergröße für den Leistungswandler als solchen eine zweite Steuergröße ergibt in Form einer Burst-Dauer und einer Pausendauer zwischen jeweils zwei Bursts. Die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anfängen von Bursts sei „Burst-Periode“ genannt, deren Kehrwert entsprechend „Burst-Frequenz“. Der Gedanke dahinter ist eine Ausdünnung der Zusatzverluste aufgrund der Verletzung des CRM- oder TCM-Prinzips, weil diese Zusatzverluste nicht in jeder Taktperiode des Leistungswandlers auftreten, sondern nur zu Beginn jedes Bursts. Dabei muss besagte Burst-Periode natürlich deutlich länger als die Taktperiode des eigentlichen Leistungswandlers sein. Ist das nicht der Fall, kann sich eine Art „Einzelpuls-Burstbetrieb“ ergeben, dessen optimale Variante in WO-2016/050689 -A2 beschrieben ist.However, the latter can only be implemented with great effort. A simpler and third option for increasing the working range downwards leads to operation in the so-called burst mode. During the so-called "bursts", a power converter is operated in its normal mode and completely switched off between two bursts, i.e. its active power transistor is simply not activated during this pause, for example. This happens periodically, which results in a second control variable in the form of a burst duration and a pause duration between two bursts in addition to the clock frequency as a special control variable for the power converter as such. The time between two consecutive beginnings of bursts is called "burst period", the reciprocal of which is called "burst frequency". The idea behind this is a thinning out of the additional losses due to the violation of the CRM or TCM principle, because these additional losses do not occur in every clock period of the power converter, but only at the beginning of each burst. Of course, the said burst period must be significantly longer than the clock period of the actual power converter. If this is not the case, a kind of "single-pulse burst operation" can result, the optimal variant of which is shown in WO-2016/050689 -A2 is described.

Viertens kann die Dimensionierung einer Leistungswandlertopologie, insbesondere wenn es sich um eine resonante handelt, entweder periodisch wiederkehrend oder blockweise umgeschaltet werden je nachdem, welcher Teil eines Arbeitsbereichs aktuell gebraucht wird. Bei blockweiser Umschaltung wird zusätzliche Blindleistung zugeschaltet, wenn ein vergrößerter oder veränderter Arbeitsbereich erforderlich ist, und wieder weggeschaltet, wenn dieser nicht mehr nötig ist. Bei periodischer Umschaltung kann sich eine Kombination mit obiger dritter Möglichkeit ergeben, wenn die periodisch zugeschaltbare Blindleistung so beschaffen und so hoch ist, dass sich durch ihre Zuschaltung der Leistungswandler auftrennt in einen Blindleistungsschwinger und einen Gleichrichter, der samt einer Last faktisch abgekoppelt ist. Während der Bursts oder während eines kontinuierlichen Betriebs im Normalmodus ist die zuschaltbare Blindleistung weggeschaltet, um den Gleichrichter und die Last eben nicht abzukoppeln, sondern normal mit Energie zu versorgen.Fourth, the dimensioning of a power converter topology, especially if it is a resonant one, can be switched either periodically or in blocks, depending on which part of a working range is currently needed. With block switching, additional reactive power is switched on when an increased or changed working range is required, and switched off again when this is no longer necessary. In the case of periodic switching, a combination with the third option above can result if the reactive power that can be switched on periodically is of such a nature and high that when it is switched on, the power converter separates into a reactive power oscillator and a rectifier, which is actually decoupled together with a load. During the bursts or during continuous operation in normal mode, the reactive power that can be switched on is switched off in order not to decouple the rectifier and the load, but to supply them with energy normally.

Eine fünfte Möglichkeit insbesondere für nicht-resonante Leistungswandlertopologien besteht in der zeitweisen strukturellen Umschaltung der Leistungswandlertopologie. Beispielsweise kann durch Überbrückung des Binnenkondensators und der eigentlichen Gleichrichterdiode durch eine zusätzliche schaltbare Gleichrichterdiode aus einem SEPIC ein Hochsetzsteller gemacht werden, wie es bspw. in EP-1710898-B1 oder in US-8,379,422-B2 offenbart ist.A fifth possibility exists, particularly for non-resonant power converter topologies in the temporary structural switching of the power converter topology. For example, by bypassing the internal capacitor and the actual rectifier diode with an additional switchable rectifier diode, a step-up converter can be made from a SEPIC, as is the case, for example, in EP-1710898-B1 or in US-8,379,422-B2 is revealed.

Eine Kombination aus obiger dritter und der fünften Möglichkeit ist in EP-2952060 -B1 gezeigt. Dort besteht eine Pause zwischen zwei Bursts jeweils aus einem kurzzeitigen Kurzschluss des Gleichrichters einer resonanten Halbbrücke, wobei diese Pause minimal eine halbe Taktperiode des Brückenzweigs lang andauern kann und auch darauf synchronisiert ist. Umgekehrt kann ein einzelner Burst minimal dieselbe Dauer aufweisen. Dazwischen sind sämtliche Kombinationen mit einer Zeitrasterung in dieser halben Taktperiode möglich. Eine Umschaltung der Topologie liegt deshalb vor, weil der Brückenzweig auch während der Pausen weiter getaktet wird, wobei der daran angeschlossene und dann jeweils in sich geschlossene Resonanzkreis immer (fast) nur Blindleistung verarbeitet. Somit rückt dies auch in die Nähe obiger Möglichkeit Vier mit periodischer Zuschaltung von viel Blindleistung.A combination of the third option above and the fifth option is in EP-2952060 -B1 shown. There, a pause between two bursts consists of a brief short-circuit in the rectifier of a resonant half-bridge, with this pause being able to last at least half a clock period of the bridge branch and being synchronized thereto. Conversely, a single burst can have minimally the same duration. In between, all combinations with a time grid in this half clock period are possible. The topology is switched because the bridge arm continues to be clocked during the pauses, with the resonant circuit connected to it and then closed in itself always (almost) only processing reactive power. This also comes close to option four above with periodic activation of a large amount of reactive power.

Ziel bei alldem, insbesondere im jeweiligen Burstmodus, kann neben dem gewünschten Mittelwert auch eine bestimmte Welligkeit eines Ausgangssignals sein. Diese Welligkeit soll unabhängig vom Mittelwert des Ausgangssignals und damit vom Tastverhältnis einer dieses Ausgangssignal steuernden Taktung sein.In addition to the desired mean value, the goal in all of this, especially in the respective burst mode, can also be a certain ripple of an output signal. This ripple should be independent of the mean value of the output signal and thus of the pulse duty factor of a clocking that controls this output signal.

AufgabeTask

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines getakteten elektronischen Leistungswandlers für bspw. ein Betriebsgerät für Leuchtdioden anzugeben, das keine unnötigen Schaltungserweiterungen für den Leistungswandler erfordert, sondern obige Möglichkeiten Zwei bis Vier zur Erweiterung seines Arbeitsbereichs zu kleineren Ausgangsströmen hin in optimaler Weise miteinander kombiniert. Dabei umfasst das Betriebsverfahren zumindest zwei Bereiche, einen Bereich mit Betrieb des Leistungswandlers in seinem Normalmodus und mindestens einen zweiten Bereich mit einem speziellen Ansteuerverfahren für einen Burstmodus. Dabei wird einer anderen Herangehensweise als in WO-2016/050689 -A2 folgend ausdrücklich KEIN Einzelpuls-Burstbetrieb angestrebt, der ein absolutes Minimum an Welligkeit in einem Ausgangssignal zur Folge hat, sondern ausgehend von einer erlaubten und größeren Welligkeit in demselben Ausgangssignal wird eine Burst-Dauer und eine Pausenzeit zwischen zwei Bursts ermittelt. Dabei soll die Welligkeit des Ausgangsstroms bzw. die Modulationstiefe des Ausgangsstroms in einem gewünschten Bereich, der von der Modulationsfrequenz abhängt, und dabei bevorzugt unterhalb eines Grenzwertes, der von der Modulationsfrequenz abhängt, bleiben mit dem Ziel, unerwünschte Flicker- und Stroboskop-Effekte bei der angeschlossenen LED-Last zu vermeiden bzw. zu minimieren.It is the object of the invention to specify a method for operating a clocked electronic power converter, for example for an operating device for light-emitting diodes, which does not require any unnecessary circuit extensions for the power converter, but instead optimally combines the two to four options above for expanding its working range towards smaller output currents combined. In this case, the operating method comprises at least two areas, an area with operation of the power converter in its normal mode and at least a second area with a special control method for a burst mode. A different approach than in WO-2016/050689 -A2, NO single-pulse burst operation is expressly aimed at, which results in an absolute minimum of ripple in an output signal, but based on a permitted and larger ripple in the same output signal, a burst duration and a pause time between two bursts are determined. The ripple of the output current or the modulation depth of the output current should remain in a desired range that depends on the modulation frequency, and preferably below a limit value that depends on the modulation frequency, with the aim of avoiding unwanted flicker and stroboscopic effects in the to avoid or minimize the connected LED load.

Wichtige Nebenbedingung für alle unten noch zu betrachtenden Lösungen für das Ansteuerverfahren ist eine Leistungsübertragung über eine galvanische Isolationsbarriere hinweg.An important secondary condition for all solutions for the control method to be considered below is power transmission across a galvanic isolation barrier.

Die erlaubte Welligkeit nimmt bei kleiner werdenden Ausgangsströmen in einer Art und Weise zu, wie sie insbesondere für die Stromversorgung von Leuchtdioden sinnvoll ist, die bis zu sehr geringen Helligkeiten - fast bis an ihre physikalische Grenze heran - heruntergedimmt werden sollen.The permitted ripple increases with decreasing output currents in a way that makes sense, in particular, for the power supply of light-emitting diodes that are to be dimmed down to very low levels of brightness - almost to their physical limit.

Da diese Welligkeit auch von der Ausgangsspannung, die der Leistungswandler momentan abgeben soll, abhängt, muss das Betriebsverfahren ferner die Möglichkeit bieten, diese Ausgangsspannung im Ifd. Betrieb zu messen. Im Falle von bspw. seriell auf einem Modul zusammengeschalteten Leuchtdioden, die vom Leistungswandler ihres Betriebsgeräts zu versorgen sind, hängt die Ausgangsspannung von der momentanen Temperatur des Moduls ab. Außerdem soll ein für das angegebene Betriebsverfahren vorgesehenes Betriebsgerät alternativ viele verschiede Module mit unterschiedlichen Flußspannungen mit Strom versorgen können, sodass die Ausgangsspannung beim erstmaligen Start des Betriebsgeräts immer eine unbekannte Größe ist.Since this ripple also depends on the output voltage that the power converter is supposed to deliver at the moment, the operating method must also offer the possibility of this output voltage in the Ifd. to measure operation. In the case of, for example, light-emitting diodes that are connected in series on a module and are to be supplied by the power converter of their operating device, the output voltage depends on the current temperature of the module. In addition, an operating device provided for the specified operating method should alternatively be able to supply many different modules with different forward voltages with current, so that the output voltage is always an unknown quantity when the operating device is started for the first time.

Schließlich soll das Betriebsverfahren ermöglichen, den demgemäß getakteten elektronischen Leistungswandler eines damit ausgestatteten Betriebsgeräts „aus dem Nichts“ heraus anfahren zu lassen, also einen minimal möglichen Dimmsollwert von Anfang an umsetzen zu können, um auf diese Weise den berüchtigten Einschaltlichtblitz zu vermeiden.Ultimately, the operating procedure should enable the correspondingly clocked electronic power converter of a control gear equipped with it to start up "out of nowhere", i.e. to be able to implement a minimum possible dimming setpoint from the start in order to avoid the notorious switch-on light flash.

Die nähere Erläuterung des Betriebsverfahrens fußt beispielhaft auf einer resonanten Halbbrücke mit Serienresonanzkreis zwischen ihrem Brückenzweig und ihrem Gleichrichter, wobei der Serienresonanzkreis einen Transformator umfasst, und wobei mindestens einer der Wicklungen dieses Transformators mindestens ein Bypasskondensator parallelgeschaltet ist, dessen Kapazität mittels des angegebenen Ansteuerverfahrens kontrolliert variabel ist. Hier wird auch beschrieben, wie dasselbe Ansteuerverfahren auf Ansteuerungen von anderen getakteten elektronischen Leistungswandlern als Stellglieder innerhalb geregelter Betriebsgeräte, wie sie besonders vorteilhaft zur Versorgung von Leuchtdioden vorgesehen sind, angewandt werden kann.The more detailed explanation of the operating method is based, for example, on a resonant half-bridge with a series resonant circuit between its bridge arm and its rectifier, the series resonant circuit comprising a transformer, and at least one of the windings of this transformer being connected in parallel with at least one bypass capacitor whose capacitance is variable in a controlled manner using the specified control method . It is also described here how the same control method can be applied to controls of other clocked electronic power converters as actuators within controlled operating devices, such as they are provided particularly advantageously for the supply of light-emitting diodes can be used.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben eines getakteten isolierenden Leistungswandlers mit einem Ausgangsleistungsbereich zum Betreiben einer anschließbaren Last, wobei sich der Ausgangsleistungsbereich aus einem zulässigen Ausgangsspannungsbereich und einem zulässigen Ausgangsstrombereich ergibt, wobei der Leistungswandler mindestens ein Schalter aufweist, welcher durch eine Steuerung mit einer geeigneten Wandlertaktfrequenz betrieben wird um mindestens eine im Stromkreis liegende Induktivität auf- und abzumagnetisieren, und eine Ein-Austastvorrichtung als Teil der Steuerung, die einen Ausgangsstrom des Leistungswandlers synchron mit der Wandlertaktfrequenz periodisch auf einen Ausgangskondensator leitet. Der Ausgangskondensator filtert hier vorteilhaft den Ausgangsstrom des Leistungswandlers.The object is achieved according to the invention with a method for operating a clocked isolating power converter with an output power range for operating a load that can be connected, the output power range resulting from a permissible output voltage range and a permissible output current range, the power converter having at least one switch which is controlled by a controller is operated at a suitable converter clock frequency in order to magnetize and demagnetize at least one inductance in the circuit, and an on/off gating device as part of the controller, which periodically directs an output current of the power converter to an output capacitor synchronously with the converter clock frequency. Here, the output capacitor advantageously filters the output current of the power converter.

Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

  • - in einem ersten Betriebsmodus, der von dem maximalen Ausgangsstrom des Leistungswandlers von 100% bis zu einem reduzierten Ausgangsstrom reicht, Einstellen der Ein-Austastvorrichtung auf ein Tastverhältnis von 100%, und Verstellen der Wandlertaktfrequenz, um den Ausgangsstrom des Leistungswandlers für die Last zu reduzieren,
  • - in einem zweiten Betriebsmodus, der von dem reduzierten Ausgangsstrom bis zu dem minimalen Ausgangsstrom reicht, beibehalten der Wandlertaktfrequenz und Einstellen des Tastverhältnisses um den Arbeitspunkt zu verändern, und damit den Ausgangsstrom des getakteten Wandlers für die Last weiter zu verringern, wobei eine Ein-Austastvorrichtungsfrequenz ab einem Tastverhältnis, das im Bereich von 40% bis 20% liegt, mit abnehmendem Tastverhältnis reduziert wird, um eine Modulationstiefe der Strommodulation des Ausgangsstroms in einem gewünschten Bereich zu halten, mit dem Ziel die Lichtqualität zu optimieren z.B. um stroboskopische Effekte zu minimieren. Gleichzeitig wird durch die Reduzierung der Ein-Austastvorrichtungsfrequenz die zeitliche Auflösung des Stellglieds bzw. die Auflösung der Wirkung des Tastverhältnisses der Ein-Austastvorrichtung wunschgemäß erhöht, so dass die Stromregelung eine bessere Auflösung erhält. Die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz ist bei dem Tastverhältnis, das im Bereich von 40% bis 20% liegt, vorteilhaft um den Faktor 2 bis 40, vorzugsweise um den Faktor 3 bis 15 höher als die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz bei minimalem Tastverhältnis.
The procedure is characterized by the following steps:
  • - in a first mode of operation ranging from the maximum output current of the power converter of 100% to a reduced output current, setting the on-off device to a duty cycle of 100%, and adjusting the converter clock frequency to reduce the output current of the power converter for the load ,
  • - in a second mode of operation, ranging from the reduced output current to the minimum output current, maintaining the converter clock frequency and adjusting the duty cycle to change the operating point, and thus further reduce the output current of the clocked converter for the load, with a on-off gating device frequency from a duty cycle in the range of 40% to 20%, is reduced with a decreasing duty cycle in order to keep a modulation depth of the current modulation of the output current in a desired range, with the aim of optimizing the light quality, e.g. to minimize stroboscopic effects. At the same time, by reducing the on/off gate frequency, the temporal resolution of the actuator or the resolution of the effect of the duty cycle of the on/off gate is increased, as desired, so that the current control has a better resolution. The on/off device frequency at the duty cycle, which is in the range of 40% to 20%, is advantageously higher by a factor of 2 to 40, preferably by a factor of 3 to 15, than the on/off device frequency at the minimum duty cycle.

Das Verfahren wird zur Übertragung von elektrischer Leistung über eine galvanische Barriere hinweg genutzt, wobei die galvanische Barriere z.B. ein Isolationstransformator bzw. ein Leistungsübertrager ist, wobei die Ein-Austastvorrichtung die Strompulse mit einem verstellbaren Tastverhältnis auf den Ausgangskondensator leitet, welcher dazu dient den Ausgangsstrom zu filtern. Der Ausgangsstrom wird in dem oben genannten zweiten Betriebsmodus, der von dem reduzierten Ausgangsstrom bis zu dem minimalen Ausgangsstrom reicht, mittels Verstellen des Tastverhältnisses reduziert bzw. gedimmt. Der Ausgangsstrom wird durch das Ein-Austasten der Strompulse moduliert. Diese Modulation ist abhängig von der Ein-Austastvorrichtungsfrequenz sowie vom Tastverhältnis sowie von der Größe des Ausgangskondensators.The method is used to transfer electrical power across a galvanic barrier, where the galvanic barrier is e.g. an isolation transformer or a power transformer, the on-off gating device directs the current pulses with an adjustable duty cycle to the output capacitor, which serves to supply the output current filter. The output current is reduced or dimmed in the above-mentioned second operating mode, which ranges from the reduced output current to the minimum output current, by adjusting the duty cycle. The output current is modulated by on/off gating of the current pulses. This modulation is dependent on the on/off device frequency as well as the duty cycle and the size of the output capacitor.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Ein-Austastvorrichtung vier Arbeitspunkte auf:

  • - Beim Arbeitspunkt 1 liegt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz in einem Bereich zwischen 60Hz und 600Hz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 200Hz und 450Hz, und das Tastverhältnis in einem Bereich zwischen 0,05% bis 10%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1% und 5%,
  • - Beim Arbeitspunkt 2 liegt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz in einem Bereich zwischen 800Hz und 4000Hz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1000Hz und 2000Hz, und das Tastverhältnis in einem Bereich zwischen 15% bis 35%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20% und 30%,
  • - Beim Arbeitspunkt 3 liegt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz in einem Bereich zwischen 800Hz und 4000Hz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1000Hz und 2000Hz, und das Tastverhältnis in einem Bereich zwischen 65% bis 85%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 70% und 80%,
  • - Beim Arbeitspunkt 4 liegt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz in einem Bereich zwischen 60Hz und 600Hz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 200Hz und 450Hz, und das Tastverhältnis in einem Bereich zwischen 90% bis 100%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 98% und 100%.
In a particularly preferred embodiment, the on/off gating device has four operating points:
  • - At operating point 1, the on/off gate frequency is in a range between 60Hz and 600Hz, preferably in a range between 200Hz and 450Hz, and the duty cycle in a range between 0.05% to 10%, preferably in a range between 1% and 5 %,
  • - At operating point 2, the on/off device frequency is in a range between 800Hz and 4000Hz, preferably in a range between 1000Hz and 2000Hz, and the duty cycle is in a range between 15% and 35%, preferably in a range between 20% and 30%,
  • - At operating point 3, the on/off device frequency is in a range between 800Hz and 4000Hz, preferably in a range between 1000Hz and 2000Hz, and the duty cycle is in a range between 65% and 85%, preferably in a range between 70% and 80%,
  • - At operating point 4, the on/off gate frequency is in a range between 60Hz and 600Hz, preferably in a range between 200Hz and 450Hz, and the duty cycle in a range between 90% and 100%, preferably in a range between 98% and 100%.

Mit dieser Maßnahme werden die oben genannten Ziele besonders gut erreicht und die Lichtqualität erhöht sich über den gesamten Dimmbereich beträchtlich.With this measure, the above goals are achieved particularly well and the light quality increases considerably over the entire dimming range.

In einer weiteren Ausführungsform steigt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz im Bereich zwischen dem Arbeitspunkt 1 und dem Arbeitspunkt 2 linear über dem Tastverhältnis an. Dies stellt vorteilhaft einen besonders weichen und im Licht nicht wahrnehmbaren Übergang zwischen den Arbeitspunkten sicher.In a further embodiment, the on-blanker frequency increases linearly over the duty cycle in the range between operating point 1 and operating point 2. This advantageously ensures a particularly soft transition between the operating points that is not perceptible in the light.

In einer anderen Ausführungsform fällt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz im Bereich zwischen dem Arbeitspunkt 3 und dem Arbeitspunkt 4 linear über dem Tastverhältnis ab. Auch hier wird durch die Maßnahme eine besonders konstante bzw. angenehme Lichtqualität beim dimmen angestrebt.In another embodiment, in the range between operating point 3 and operating point 4, the on/off gate frequency falls linearly over the duty cycle. Here, too, the aim is to achieve a particularly constant and pleasant quality of light when dimming.

In einer weiteren Ausführungsform bleibt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz im Bereich zwischen dem Arbeitspunkt 2 und dem Arbeitspunkt 3 im Wesentlichen konstant. Auch diese Maßnahme dient einem möglichst gleichförmigen Dimmvorgang ohne sichtbare Stufen in der Lichtabgabe.In another embodiment, the on/off gate frequency remains substantially constant in the range between operating point 2 and operating point 3. This measure also serves to ensure that the dimming process is as uniform as possible without visible steps in the light output.

In einer bevorzugten Ausführungsform wiederholen sich Pulsmuster der Ein-Austastvorrichtung periodisch mit der Ein-Austastvorrichtungsfrequenz. Diese Maßnahme dient vorteilhaft einer vereinfachten Steuerung des Leistungswandlers und stellt auch eine hochwertige Lichtqualität sicher.In a preferred embodiment, pulse patterns of the on-blanker repeat periodically at the on-blanket frequency. This measure is advantageously used for simplified control of the power converter and also ensures a high quality of light.

In einer anderen Ausführungsform ist der Ausgangskondensator der Ein-Austastvorrichtung nachgeschaltet und parallel zu Ausgangsklemmen des Leistungswandlers geschaltet, und die Kapazität des Ausgangskondensators wird derart gewählt, dass eine Modulationstiefe der Strommodulation des Ausgangsstroms folgende Kriterien erfüllt:

  • - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 70Hz bis 100Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 50% bis 10% und vorzugsweise im Bereich 25% bis 10%,
  • - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 200Hz bis 240Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 60% bis 12% und vorzugsweise im Bereich 30% bis 12%,
  • - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 500Hz bis 600Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 80% bis 26% und vorzugsweise im Bereich 65% bis 26%,
  • - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 1000Hz bis 1200Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 85% bis 36% und vorzugsweise im Bereich 80% bis 36%,
  • - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 1200Hz bis 4000Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 100% bis 36% und vorzugsweise im Bereich 90% bis 36%.
In another embodiment, the output capacitor is connected downstream of the on-off device and in parallel with the output terminals of the power converter, and the capacitance of the output capacitor is selected such that a modulation depth of the current modulation of the output current meets the following criteria:
  • - With an on-off-blanker frequency of 70Hz to 100Hz, the modulation depth is in the range of 50% to 10% and preferably in the range of 25% to 10%,
  • - With an on-off-blanker frequency of 200Hz to 240Hz, the modulation depth is in the range of 60% to 12% and preferably in the range of 30% to 12%,
  • - With an on-off-blanker frequency of 500Hz to 600Hz, the modulation depth is in the range of 80% to 26% and preferably in the range of 65% to 26%,
  • - With an on-off-blanker frequency of 1000Hz to 1200Hz, the modulation depth is in the range of 85% to 36% and preferably in the range of 80% to 36%,
  • - With an on-blanker frequency of 1200Hz to 4000Hz, the modulation depth is in the range 100% to 36% and preferably in the range 90% to 36%.

Diese Maßnahme stellt vorteilhaft ein gleichmäßiges Leuchten aller an den Leistungswandler angeschlossenen LED's im gesamten Dimmbereich sicher, und ermöglicht ein hochwertiges, wenig moduliertes Licht bei größeren Leistungen.This measure advantageously ensures uniform lighting of all LEDs connected to the power converter in the entire dimming range, and enables high-quality light with little modulation at higher power levels.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist innerhalb einer Periode der Ein-Austastvorrichtungsfrequenz mindestens ein Zeitabschnitt vorgesehen, an dem die anschließbare Last vermessen wird. Dies stellt eine genaue Regelung der Ausgangsleistung des getakteten Leistungswandlers sicher, der das Verfahren ausführt. Das hat vorteilhaft eine hohe Lichtqualität zur Folge.In a particularly preferred embodiment, at least one time segment is provided within a period of the on/off switching device frequency, in which the load that can be connected is measured. This ensures accurate regulation of the output power of the switched-mode power converter performing the method. This advantageously results in a high quality of light.

In einer Ausgestaltung der vorherigen Ausführungsform findet der Zeitabschnitt, an dem die anschließbare Last vermessen wird, zu einem Zeitpunkt statt, an dem die Ein-Austastvorrichtung den Ausgangsstrom des Leistungswandlers auf den Ausgangskondensator leitet, wobei der Zeitabschnitt im Bereich 10us bis 5000us und vorzugsweise im Bereich 50us bis1000us liegt. Diese Maßnahme dient einer einfachen und präzisen Regelung des getakteten Leistungswandlers.In a refinement of the previous embodiment, the period of time at which the connectable load is measured occurs at a time when the on/off device directs the output current of the power converter onto the output capacitor, the period of time being in the range 10us to 5000us and preferably in the range 50us to 1000us. This measure is used for simple and precise regulation of the clocked power converter.

Besonders bevorzugt werden während des Zeitabschnittes, an dem die anschließbare Last vermessen wird, Größen gemessen, welche für eine Stromregelung des Leistungswandlers als Eingangsgrößen benötigt werden, insbesondere ein Eingangsstrom und eine Eingangsspannung auf einer Primärseite des Leistungswandlers sowie eine Ausgangsspannung auf der Sekundärseite des Leistungswandlers. Durch diese Maßnahme ist eine besonders genaue Regelung des getakteten Leistungswandlers möglich.During the time segment in which the load that can be connected is measured, variables are particularly preferably measured which are required as input variables for current regulation of the power converter, in particular an input current and an input voltage on a primary side of the power converter and an output voltage on the secondary side of the power converter. This measure enables a particularly precise regulation of the clocked power converter.

In einer Weiterbildung der vorherigen Ausführungsform werden mithilfe der gemessenen Größen insbesondere ein Eingangsstrom und eine Eingangsspannung auf einer Primärseite des Leistungswandlers sowie eine Ausgangsspannung auf der Sekundärseite des Leistungswandlers und mithilfe des Tastverhältnisses und eines Modells für die anfallenden Verluste zwischen Primär- und Sekundärseite des Wandlers der Ausgangsstrom berechnet und durch das Verstellen des Tastverhältnisses geregelt. Diese Maßnahme stellt ebenfalls eine gute und genaue Regelung der Ausgangsleistung sicher.In a development of the previous embodiment, the measured variables are used in particular to calculate an input current and an input voltage on a primary side of the power converter and an output voltage on the secondary side of the power converter, and the output current using the duty cycle and a model for the losses occurring between the primary and secondary sides of the converter calculated and controlled by adjusting the duty cycle. This measure also ensures good and precise regulation of the output power.

Der durch das angegebene Verfahren steuerbare elektronische Leistungswandler wird umfasst von einem Betriebsgerät für die Steuerung und Energieversorgung von Leuchtdioden, die zur Beleuchtung vorgesehen sind.The electronic power converter that can be controlled by the specified method is comprised of an operating device for the control and power supply of light-emitting diodes that are provided for lighting.

Als Pulsmuster wird im Folgenden ein Muster der Strompulse angesehen, die auf den Ausgangskondensator des Schaltwandler fließen bzw. nicht-fließen indem die Strompulse mittels der Ein-Austast-Vorrichtung ein- und ausgetastet werden.In the following, a pattern of the current pulses that are applied to the output capacitor of the switching converter flow or not flow by the current pulses being gated on and off by means of the on-off gating device.

Als Ein-Austast-Vorrichtung wird im Folgenden eine Vorrichtung angesehen, mit der der Stromfluss bzw. die Strompulse auf den Ausgangskondensator des Schaltwandlers ein- und ausgetastet werden können. Das Ein- und Austasten der Strompulse geschieht synchron zur Schaltfrequenz des Wandlers, also zur Wandlertaktfrequenz. Ausführungsbeispiele für die Ein-Austast-Vorrichtung: wären z. B.:

  • - Bei einem getakteten Wandler mit LLC-Topologie mit Halbbrückenschaltern und LLC Resonanzkreisen wird ein Bypass-Kondensator ein- und ausgetastet.
  • - Bei einem getakteten Wandler in Flyback-Topologie oder in einer anderen Eintakt-Leistungswandlertopologie mit einem MOS-FET als getaktetem Schalter und einem Transformator wird der MOS-FET ein- und ausgetastet. Austasten bedeutet hier, dass der MOS-FET nicht im Wandlertakt schaltet, sondern für die Aus-Tastzeit permanent ausgeschaltet bleibt.
In the following, a device with which the current flow or the current pulses on the output capacitor of the switching converter can be keyed in and out is considered as an on/off keying device. The current pulses are switched on and off synchronously with the switching frequency of the converter, i.e. with the converter clock frequency. Exemplary embodiments for the on/off device: e.g. e.g.:
  • - In a clocked converter with LLC topology with half-bridge switches and LLC resonant circuits, a bypass capacitor is keyed in and out.
  • - In a flyback topology clocked converter or other single-ended power converter topology with a MOSFET as a clocked switch and a transformer, the MOSFET is keyed on and off. Blanking here means that the MOS-FET does not switch in the converter cycle, but remains permanently switched off for the off-switching time.

Das Tastverhältnis entspricht dem zeitlichen Anteil in % währenddessen die Strompulse auf den Ausgangskondensator fließen d.h. Ein-getastet sind. Das Tastverhältnis hier entspricht also vom Prinzip her dem Tastverhältnis bei einer klassischen PulsweitenmodulationThe duty cycle corresponds to the percentage of time during which the current pulses flow to the output capacitor, i.e. are switched on. In principle, the duty cycle here corresponds to the duty cycle in a classic pulse width modulation

Die Wandlertaktfrequenz ist die Taktfrequenz des getakteten isolierenden Leistungswandlers, also die Frequenz, mit dem der oder die Schalter bzw. Transistoren des getakteten isolierenden Leistungswandlers ein- bzw. ausgeschaltet werden.The converter clock frequency is the clock frequency of the switched-mode isolating power converter, ie the frequency at which the switch or transistors of the switched-mode isolating power converter are switched on and off.

Als Ein-Austastvorrichtungsfrequenz wird im Folgenden die Frequenz der Ein-Austastvorrichtung, welche mit der Wandlertaktfrequenz synchronisiert ist, angesehen. In einer Periode der Ein-Austastvorrichtungsfrequenz kann mehrmals der Strompfad vom Ausgang des getakteten isolierenden Leistungswandlers auf den Ausgangskondensator des getakteten isolierenden Leistungswandlers geschaltet werden. Die Ein-Ausschaltvorrichtung erzeugt also in einer Periode ein Pulsmuster, wobei die Pulse Strompulse, welche in den Ausgangskondensator fließen, darstellen.In the following, the frequency of the on/off device, which is synchronized with the converter clock frequency, is regarded as the on/off device frequency. In one period of the on-off-sampler frequency, the current path may be switched from the output of the switched-mode isolating power converter to the output capacitor of the switched-mode isolating power converter several times. The on/off switching device thus generates a pulse pattern in one period, the pulses representing current pulses which flow into the output capacitor.

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.Preferred embodiments can be found in the dependent claims and the disclosure as a whole, whereby the presentation does not always distinguish in detail between device and use aspects; at least implicitly, the disclosure is to be read with regard to all categories of claims.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines getakteten isolierenden Leistungswandlers ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.Further advantageous developments and refinements of the method according to the invention for operating a clocked isolating power converter result from further dependent claims and from the following description.

Figurenlistecharacter list

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

  • 1a einen durch sechs Regelkoordinaten begrenzten geforderten Arbeitsbereich im IV-Diagramm,
  • 1b einen bis zu den Achsen des IV-Diagramms ausgedehnten günstigen Arbeitsbereich,
  • 1c einen bis zu den Achsen des IV-Diagramms ausgedehnten ungünstigen Arbeitsbereich,
  • 2 einen möglichen Arbeitsbereich eines resonanten LLCC-Halbbrückenwandlers mit mindestens einer schaltbaren Resonanzkapazität,
  • 3a einen Arbeitsbereich eines hartschaltenden Tiefsetzstellers,
  • 3b einen Arbeitsbereich bspw. eines hartschaltenden SEPICs,
  • 4a ein Modell zur Welligkeitsermittlung an ohmscher Last,
  • 4b ein Modell zur Welligkeitsermittlung mit differenziellem Lastwiderstand,
  • 5 Frequenzen für konstante Welligkeit eines durch PWM gesteuerten Mittelwertes abhängig vom Duty-Cycle oder Tastverhältnis derselben PWM,
  • 6a eine Anwendung des Betriebsverfahrens auf ein Weitbereichs-LED-Betriebsgerät in einer Darstellung seines vollen Dimmbereichs von 100% bis unter 1%,
  • 6b eine detailliertere Darstellung des unteren Dimmbereichs des Betriebsgeräts mit dem Betriebsverfahren,
  • 7a gemessene Signale am rechten Rand der 6b,
  • 7b gemessene Signale an einem Punkt in der Mitte von 6b,
  • 7c gemessene Signale am linken Rand der 6b,
  • 8 eine Darstellung möglicher Trajektorien zum Starten eines neu installierten Weitbereich-Betriebsgeräts aus völliger Dunkelheit und anschließendem Hochfahren der LED-Helligkeit.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description of exemplary embodiments and from the drawings, in which identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols. show:
  • 1a a required work area in the IV diagram delimited by six control coordinates,
  • 1b a favorable working range extended to the axes of the IV diagram,
  • 1c an unfavorable working range extended to the axes of the IV diagram,
  • 2 a possible working range of a resonant LLCC half-bridge converter with at least one switchable resonant capacitance,
  • 3a a working range of a hard-switching step-down converter,
  • 3b a working area, e.g. of a hard-switching SEPIC,
  • 4a a model for determining ripple on an ohmic load,
  • 4b a model for ripple determination with differential load resistance,
  • 5 Frequencies for constant ripple of a PWM controlled mean depending on the duty cycle or duty cycle of the same PWM,
  • 6a an application of the operating method to a wide-range LED control gear in a representation of its full dimming range from 100% to less than 1%,
  • 6b a more detailed representation of the lower dimming range of the control gear with the operating procedure,
  • 7a measured signals at the right edge of the 6b ,
  • 7b measured signals at a point in the middle of 6b ,
  • 7c measured signals on the left edge of the 6b ,
  • 8th a representation of possible trajectories for starting a newly installed wide-range control gear from complete darkness and then ramping up the LED brightness.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Da die Begrenztheit der möglichen Arbeitsbereiche von getakteten elektronischen Leistungswandlern, jeweils betrieben in ihrem Normalmodus, durch das anzugebende Betriebsverfahren insbesondere zu noch kleineren Ausgangsleistungen oder -strömen hin überwunden werden kann, werden zunächst die natürlichen Grenzen der möglichen Arbeitsbereiche einiger ausgewählter getakteter elektronischer Leistungswandler beschrieben und den Grenzen eines geforderten Arbeitsbereichs gegenübergestellt. Das Betriebsverfahren besagt, dass es einen damit beaufschlagten getakteten elektronischen Leistungswandler in seinem Normalmodus betreibt, solange der geforderte Arbeitspunkt im möglichen Arbeitsbereich des Leistungswandlers liegt, und dass es denselben Leistungswandler in einem Burstmodus betreibt, sobald der geforderte Arbeitspunkt links von dem möglichen Arbeitsbereich liegt. Ferner kann das Betriebsverfahren die Modusgrenze zwischen diesen beiden Bereichen selbständig erkennen. Innerhalb des Burstmodus wird von dem Betriebsverfahren eine spezielle Takterzeugung angewandt.Since the limitations of the possible working ranges of clocked electronic power converters, each operated in their normal mode, can be overcome by the operating method to be specified, in particular for even smaller output powers or currents, the natural limits of the possible working ranges of some selected clocked electronic power converters are first described and the Boundaries of a required work area compared. The operating method states that it operates a switched-mode electronic power converter loaded with it in its normal mode as long as the required operating point is within the possible operating range of the power converter, and that it operates the same power converter in a burst mode as soon as the required operating point is to the left of the possible operating range. Furthermore, the operating method can independently recognize the mode boundary between these two areas. A special clock generation is used by the operating method within the burst mode.

1a zeigt einen insbesondere für Weitbereichs-LED-Betriebsgeräte typischen geforderten Arbeitsbereich im IV-Diagramm, der durch die eingangs bereits aufgezählten sechs Regelkoordinaten definiert ist. „Weitbereich“ ist dabei zu verstehen als eine Möglichkeit, verschiedene LED-Module, deren Arbeitspunkte allesamt innerhalb des geforderten Arbeitsbereichs liegen, alternativ von ein- und demselben LED-Betriebsgerät versorgen und betreiben lassen zu können. Nach oben ist dieser Arbeitsbereich durch die maximale Ausgangsspannung VAMax begrenzt, die für SELV-Geräte zumeist bei 54 V liegt, was sich aus den normativ maximal erlaubten 60 V minus 10 % davon errechnet. Wegen ihrer Sicherheitsrelevanz muss diese Grenze zuverlässig vermessen und geregelt sein. Auf dieser Grenze - und natürlich auch darunter - gibt der Leistungswandler umso mehr Leistung ab, je höher der Ausgangsstrom ist. Daher geht diese VAMax-Regelkoordinate über in die PAMax-Regelkoordinate, die der Hyperbel der konstanten und maximal möglichen Ausgangsleistung PAMax entspricht. Beim Durchlaufen dieser Hyperbel nimmt die Ausgangsspannung VA um so viel ab, um wieviel der Ausgangsstrom IA zunimmt. Beim maximal zulässigen Ausgangsstrom IAMax übernimmt die hierzu gehörige Regelkoordinate, die auf der rechten Seite senkrecht im IV-Diagramm steht, die Begrenzung des Arbeitsbereichs. Da viele getaktete elektronische Leistungswandler für IAMax keine topologisch vorgegebene Grenze haben, muss diese Grenze regelungstechnisch sichergestellt werden, genauso wie oft auch die Grenze der maximalen Ausgangsleistung. 1a shows a required working range in the IV diagram, which is particularly typical for wide-range LED control gear, which is defined by the six control coordinates already listed at the beginning. "Wide range" is to be understood as a possibility of being able to alternatively supply and operate various LED modules whose working points are all within the required working range from one and the same LED control gear. This working range is limited upwards by the maximum output voltage VAMax , which is mostly 54 V for SELV devices, which is calculated from the normatively maximum permitted 60 V minus 10% of it. Due to its safety relevance, this limit must be reliably measured and regulated. At this limit - and of course also below it - the power converter delivers more power the higher the output current. This V AMax control coordinate therefore transitions into the P AMax control coordinate, which corresponds to the hyperbola of the constant and maximum possible output power P AMax . When passing through this hyperbola, the output voltage V A decreases by as much as the output current I A increases. With the maximum permissible output current I AMax, the associated control coordinates, which are on the right-hand side vertically in the IV diagram, take over the limitation of the working range. Since many clocked electronic power converters do not have a topologically specified limit for I AMax , this limit has to be ensured in terms of control technology, just like the limit of the maximum output power often does.

Viele hartschaltende oder anderweitig getaktete elektronische Leistungswandler arbeiten bei sehr kleinen Ausgangsspannungen nicht ordnungsgemäß, sodass die IAMax-Regelkoordinate bei einer minimalen Ausgangsspannung VAMin endet und die Begrenzung des Arbeitsbereichs von der dazugehörigen VAMin-Regelkoordinate übernommen wird. Die nun sowieso schon kleine Ausgangsleistung reduziert sich mit abnehmendem Ausgangsstrom IA noch weiter, bis die Hyperbel der konstanten und minimal möglichen Ausgangsleistung PAMin erreicht wird. Je weiter der Ausgangsstrom IA sinkt, desto höher muss im Gegenzug die Ausgangsspannung VA werden. Alle noch kleineren Ausgangsleistungen, also alle Arbeitspunkte unterhalb oder links von dieser PAMin-Hyperbel, sind von einem bestimmten Leistungswandler in seinem Normalmodus nicht erreichbar. Gleiches gilt für einen minimalen Ausgangsstrom IAMin, der im Normalmodus eines Leistungswandlers nicht unterschritten werden kann. Daher ist die linke Begrenzung des Arbeitsbereichs die Regelkoordinate für IAMin.Many hard-switching or otherwise clocked electronic power converters do not operate properly at very small output voltages, so the I AMax control coordinate ends at a minimum output voltage V AMin and the limitation of the operating range is taken over by the associated V AMin control coordinate. The output power, which is already small anyway, is reduced even further as the output current I A decreases, until the hyperbola of the constant and minimum possible output power P AMin is reached. The further the output current I A falls, the higher the output voltage V A must be in return. All even smaller output powers, ie all operating points below or to the left of this P AMin hyperbola, cannot be reached by a specific power converter in its normal mode. The same applies to a minimum output current I AMin, which cannot be fallen below in the normal mode of a power converter. Hence the left boundary of the working area is the rule coordinate for I AMin .

Diese Begrenzung ist die kritischste aus zwei Gründen. Viele LED-Betriebsgeräte können vor ihrer Inbetriebnahme auf einen individuellen maximalen Ausgangsstrom eingestellt werden, der kleiner als der konstruktiv mögliche maximale Ausgangsstrom sein kann. Wenn der LED-Strom dimmbar sein soll, also wenn der Ausgangsstrom im Betrieb reduzierbar sein soll, wird der Grad dieser Reduktion immer relativ zum eingestellten Maximalstrom angegeben. Damit wird auch der tatsächlich geforderte minimale Ausgangsstrom kleiner, wenn der maximale Ausgangsstrom kleiner eingestellt worden ist. Soll das Gerät obendrein seinen Ausgangsstrom bis (fast) auf null herunterdimmen können, muss dies vom darin arbeitenden Leistungswandler über seinen möglichen Arbeitsbereich im Normalmodus entweder erreichbar sein, oder das angegebene Betriebsverfahren mit einem zweiten Bereich im Burstmodus für besonders kleine Ausgangsströme kann für diesen Leistungswandler angewandt werden.This limitation is the most critical for two reasons. Many LED control gear can be set to an individual maximum output current before they are put into operation, which can be smaller than the maximum output current that is possible in the design. If the LED current should be dimmable, i.e. if the output current should be able to be reduced during operation, the degree of this reduction is always specified relative to the maximum current set. This means that the minimum output current actually required is also smaller if the maximum output current has been set smaller. If the device is also to be able to dim its output current down to (almost) zero, this must either be achievable by the power converter working in it over its possible operating range in normal mode, or the specified operating procedure with a second range in burst mode for particularly small output currents can be used for this power converter become.

In 1b ist ein geforderter Arbeitsbereich für „Dimm to dark“, also für ein Reduzieren des Ausgangsstroms IA auf null gezeigt. Die linke Begrenzung des geforderten Arbeitsbereichs entspricht nun einem Abschnitt der VA-Achse des IV-Diagramms, der oben bei VAMax endet. Dorthin ist der Arbeitsbereich im Vergleich zu 1a ausgedehnt. Da für alle Arbeitspunkte auf diesem Abschnitt ein PA = 0 gilt, kann die Hyperbel für die minimale Leistung PAMin keine Begrenzung mehr sein. Es bietet sich also an, den Arbeitsbereich gleichzeitig auch auf einen Ausgangskurzschluss auszudehnen, also auf Arbeitspunkte unter VAMin, insbesondere auf Arbeitspunkte mit VA = 0. Dabei soll der Leistungswandler imstande sein, den Kurzschlußstrom sicher zu begrenzen und - besser noch - auf erträgliche Werte zu reduzieren. Dieser den ausgedehnten geforderten Arbeitsbereich unten begrenzende Abschnitt der IA-Achse endet rechts bei IAMax.In 1b shows a required working range for "dimming to dark", i.e. for reducing the output current I A to zero. The left boundary of the required workspace now corresponds to a portion of the VA axis of the IV diagram ending at VAMax above. Thither is the work area compared to 1a extended. Since P A = 0 applies to all working points on this section, the hyperbola for the minimum power P AMin can no longer be a limitation. It makes sense So it's time to expand the working range to an output short-circuit at the same time, i.e. to working points below V AMin , in particular to working points with V A = 0. The power converter should be able to safely limit the short-circuit current and - even better - reduce it to tolerable values . This section of the I A axis, which delimits the extended required working range below, ends on the right at I AMax .

Fraglich sind jedoch das linke Ende des IA-Achsenabschnitts und das untere Ende des VA-Achsenabschnitts, deren Verbindungskurve 1 die Hyperbel minimaler Ausgangsleistung ersetzen muss. Denn keine Hyperbel einer noch so kleinen minimalen Ausgangsleistung schneidet eine der Achsen des IV-Diagramms. In 1b ist ein möglicher günstiger Verlauf dieser Verbindungkurve 1 dargestellt. In ihrem mittleren Bereich ähnelt sie einer Hyperbel minimaler Ausgangsleistung PAMin, zur VA-Achse hin entfernt sie sich von dieser Hyperbel und endet auf dieser Achse an einem neu zu definierenden Punkt VALeerMin. Der Ausgangsstrom kann also zu null werden, aber nicht unterhalb dieser minimalen Leerlaufausgangsspannung. Vergleichbares gibt für den Endpunkt dieser Verbindungskurve auf der IA-Achse, der auch wieder von der Hyperbel einer theoretischen minimalen Leistung entfernt ist und durch den minimal möglichen Kurzschlussausgangsstrom IAKurzMin definiert wird.Questionable, however, are the left end of the I A -intercept and the lower end of the V A -intercept, whose connecting curve 1 must replace the hyperbola of minimum output power. Because no hyperbola of a minimum output power, no matter how small, intersects one of the axes of the IV diagram. In 1b a possible favorable course of this connection curve 1 is shown. In its central area, it resembles a hyperbola of minimum output power P AMin , toward the VA axis it moves away from this hyperbola and ends on this axis at a point V ALeerMin that is to be newly defined. So the output current can go to zero, but not below this minimum open circuit output voltage. There is something comparable for the end point of this connection curve on the I A axis, which is again removed from the hyperbola of a theoretical minimum power and is defined by the minimum possible short-circuit output current I AShortMin .

1c unterscheidet sich von der vorausgehenden Figur einzig in dieser Verbindungskurve, hier 1' zwischen den Punkten V'ALeerMin bei IA = 0 und I'AKurzMin bei VA = 0. Insbesondere für resonante elektronische Leistungswandler kann diese Verbindungskurve 1' fingerförmig in den Arbeitsbereich hineinragen und somit wichtige Arbeitspunkte unerreichbar machen, wenn der resonante Wandler unter einem für ihn gegebenen Normalmodus an allen Arbeitspunkten bspw. das ZVS-Prinzip einhalten soll. Durch eine Optimierung des Resonanzsystems, die meist mit Erhöhung der Blindleistung und somit Schwächung des Wirkungsgrads des Leistungswandlers einhergeht, kann diese Verbindungslinie gestreckt oder die Lücke im Arbeitsbereich sogar ganz geschlossen werden. Das angegebene Betriebsverfahren ermöglicht es hingegen, ohne zusätzliche Arbeit an der Dimensionierung eines Resonanz- oder sonstigen Leistungswandlersystems Arbeitspunkte „innerhalb dieses Fingers“ anfahren zu können. 1c differs from the previous figure only in this connection curve, here 1' between the points V' ALeerMin at I A = 0 and I' AShortMin at V A = 0. In particular for resonant electronic power converters, this connection curve 1' can protrude like a finger into the working area and thus make important working points unattainable if the resonant converter is to comply with the ZVS principle at all working points, for example, in a normal mode given to it. By optimizing the resonance system, which usually goes hand in hand with an increase in the reactive power and thus a reduction in the efficiency of the power converter, this connecting line can be stretched or the gap in the working range can even be closed completely. The specified operating method, on the other hand, makes it possible to approach operating points "within this finger" without additional work on the dimensioning of a resonant or other power converter system.

2 zeigt in dicken durchgehenden Linien die natürlichen Grenzen des möglichen Arbeitsbereichs eines experimentell untersuchten resonanten elektronischen LLCC-Leistungswandlers im IV-Diagramm. Im Gegensatz zu den vorausgehenden und zu den nachfolgenden Figuren sind hier die VA-Achse in Volt [V] und die IA-Achse in Milliampere [mA] skaliert. In dünn durchgezogenen Linien ist ein geforderter Arbeitsbereich eines Weitbereichs-LED-Betriebsgeräts für „Dimm to dark“ eingezeichnet, wofür der LLCC-Leistungswandler vorgesehen ist. Die ungenutzt dazwischen liegenden schraffierten Flächen sollen natürlich so klein wie möglich sein, was durch Optimierung des Resonanzsystems erreicht werden kann. Die nur qualitativ eingezeichneten Stellen nE/4 und E/Wurzel(LC) resultieren daraus und berücksichtigen die in jedem resonanten elektronischen Leistungswandler möglichen Überhöhungen. E bedeutet dabei die Eingangsspannung für den LLCC-Leistungswandler, wie sie ihm bspw. von einem Leistungsfaktorkorrektor zur Verfügung gestellt wird, und nE/4 bedeutet, dass in dem hier zugrunde gelegten Leistungswandler eine Halbbrücke als Wechselrichter und eine Mittelpunktschaltung als Gleichrichter arbeiten, n beschreibt das Windungsverhältnis nSek/nPrim des in dieser Topologie obligaten Transformators. Der schraffierte Bereich oberhalb des dünn eingezeichneten geforderten Arbeitsbereichs kann mitgenutzt werden, wenn die Ansteuerung des LLCC-Leistungswandlers seine ZVS-Grenzen entweder erkennt oder intrinsisch einhält. Letzteres ist besonders gut mit sogenannten Selbstschwingern zu erreichen. 2 shows in bold solid lines the natural limits of the possible working range of an experimentally studied LLCC resonant electronic power converter in the IV diagram. In contrast to the previous and following figures, here the V A axis is scaled in volts [V] and the I A axis in milliamperes [mA]. A required working range of a wide-range LED control gear for "dimming to dark", for which the LLCC power converter is intended, is drawn in thin solid lines. The unused hatched areas in between should of course be as small as possible, which can be achieved by optimizing the resonance system. The points nE/4 and E/root(LC), which are only drawn in qualitatively, result from this and take into account the excessive increases that are possible in every resonant electronic power converter. E means the input voltage for the LLCC power converter, as it is made available to it by a power factor corrector, for example, and nE/4 means that in the power converter on which this is based, a half-bridge works as an inverter and a midpoint circuit as a rectifier, n describes the turns ratio n sec /n prim of the obligatory transformer in this topology. The hatched area above the thinly drawn required operating range can also be used if the control of the LLCC power converter either recognizes its ZVS limits or adheres to them intrinsically. The latter can be achieved particularly well with so-called self-oscillators.

Der Punkt VALeerMin bei IA = 0 des geforderten Arbeitsbereichs ist von den dick und durchgezogen eingezeichneten natürlichen Grenzen des möglichen Arbeitsbereichs NICHT umfasst. Die Verbindungskurve 2 als Begrenzung „minimaler Ausgangsstrom“ des möglichen Arbeitsbereichs führt daran vorbei. Bspw. eine der Kapazitäten im Resonanzsystem des LLCC-Wandlers kann verändert, zumeist vergrößert werden wie in US 63/032,468 vorgeschlagen, wodurch sich der linke Teil des möglichen Arbeitsbereichs in eine Form ändert, wie sie durch dicke gestrichelte Linien eingezeichnet ist, insbesondere durch eine günstiger verlaufende Verbindungskurve 3. Damit wird der Punkt der minimalen Leerlauf-Ausgangsspannung VALeerMin umschlossen. Oft ergibt sich nach Umschaltung und insbesondere Vergrößerung eines der Resonanzkondensatoren, dass die maximal geforderte Ausgangsspannung VAMax für kleine Ausgangsströme nicht mehr erreichbar ist, wie an der nun gültigen oberen Begrenzung 4 des möglichen Arbeitsbereichs erkennbar. Je nach geforderter Ausgangsspannung VA muss also bspw. die eine Kapazität vergrößert werden oder nicht. Dann ist besonders vorteilhaft das angegebene Betriebsverfahren anwendbar, vor allem wenn es wie hier dargestellt mindestens einen Bereich 5 gibt, der weder mit der einen Größe eines Resonanzkondensators noch mit der anderen Größe desselben Resonanzkondensators innerhalb der natürlichen Grenzen der möglichen Arbeitsbereiche liegt.The point V ALeerMin at I A = 0 of the required working range is NOT covered by the natural boundaries of the possible working range drawn in bold and solid lines. Connection curve 2 as the "minimum output current" limitation of the possible working range bypasses this. For example, one of the capacitances in the resonant system of the LLCC converter can be changed, usually increased as in U.S. 63/032,468 proposed, whereby the left-hand part of the possible operating range changes to a form as drawn by thick dashed lines, in particular by a more favorable connection curve 3. This encloses the point of the minimum no-load output voltage VAleerMin . After switching and, in particular, enlarging one of the resonant capacitors, it is often the case that the maximum required output voltage V AMax can no longer be achieved for small output currents, as can be seen from the upper limit 4 of the possible working range that is now valid. Depending on the required output voltage V A , for example, one capacitance must be increased or not. The specified operating method can then be applied particularly advantageously, especially if, as shown here, there is at least one area 5 which does not lie within the natural limits of the possible working areas either with one size of a resonant capacitor or with the other size of the same resonant capacitor.

Bei Betrieb im Normalmodus soll kein Arbeitspunkt unterhalb der von VALeerMin definierten Horizontalen angefahren werden, bei Überlastung oder Kurzschluss geschieht dies zwangsweise. Der unterhalb von VALeerMin schraffiert eingezeichnete Arbeitsbereich als Teil des möglichen Arbeitsbereichs zeigt, dass fast jeder resonante Wandler, insbesondere der hier zugrunde gelegte, kurzschlussfest ist.When operating in normal mode, no operating point should be below the Hori defined by V ALeerMin be approached zontal, in the event of an overload or short circuit, this happens compulsorily. The hatched working range below V ALeerMin as part of the possible working range shows that almost every resonant converter, especially the one used here, is short-circuit proof.

Dünn und gestrichelt sind ferner die sogenannten Isotachen eingezeichnet, also die Arbeitskurven bei jeweils konstanter (griechisch „Iso“ = gleich) Taktfrequenz (griechisch „tachys“ = Geschwindigkeit) der resonanten Halbbrücke. Der Sprung in der Taktfrequenz zwischen zwei benachbarten Isotachen beträgt jeweils 10 kHz, die niedrigere Taktfrequenz liegt jeweils rechts. Die hohe Steilheit dieser Isotachen im IV-Diagramm, jeweils gültig für den kleineren Wert eines vergrößerbaren Resonanzkondensators, zeigt, dass der im Experiment gewählte LLCC-Leistungswandler bereits von sich aus eine ausgeprägte Stromquellencharakteristik aufweist. Der volle Spannungshub von 15 V bis 54 V bewirkt bei konstanter Taktfrequenz nur wenige mA Änderung des Ausgangsstroms IA. Zur Ausregelung von Änderungen der Ausgangsspannung VA ist also nur eine geringe Frequenzverstellung nötig, um den Ausgangsstrom konstant zu halten.The so-called isotaches are also drawn thin and dashed, i.e. the working curves at a constant (Greek "iso" = equal) clock frequency (Greek "tachys" = speed) of the resonant half-bridge. The jump in the clock frequency between two adjacent isotaches is 10 kHz in each case, the lower clock frequency is on the right. The high steepness of these isotaches in the IV diagram, each valid for the smaller value of an enlargeable resonance capacitor, shows that the LLCC power converter selected in the experiment already has a pronounced current source characteristic. The full voltage swing from 15 V to 54 V causes only a few mA change in the output current I A at a constant clock frequency. In order to compensate for changes in the output voltage V A , only a small frequency adjustment is necessary in order to keep the output current constant.

Auch bei den Eintakt-Leistungswandlern gibt es natürliche Grenzen ihrer möglichen Arbeitsbereiche, insbesondere bei CRM oder TCM als ihrem Normalmodus, die durch die Topologie an sich, durch die Auslegung ihrer Bauteile und durch den Taktgenerator definiert sind. Der Taktgenerator erzeugt bspw. aus einem analogen Signal eine PWM mit einer Taktperiode T, womit der aktive Leistungstransistor angesteuert wird. Dabei wechseln sich Einschaltzeitdauern tOn und Ausschaltzeitdauern toff jeweils ab. Es gilt also tOn + toff = T. Eine für den möglichen Arbeitsbereich wichtige Größe ist die minimale Einschaltzeitdauer tOnMin, die der Taktgenerator noch zuverlässig erzeugen kann. Die zweite wichtige Größe ist der Wert L der in jedem Eintakt-Leistungswandler mindestens einen vorkommenden Speicherinduktivität. Die Eingangsspannung E, die immer auch von einem Leistungsfaktorkorrektor angeboten sein kann, und auf die die Ausgangsspannung VA zurückbezogen werden kann, ist die dritte wichtige Größe.Even with single-ended power converters, there are natural limits to their possible operating ranges, especially with CRM or TCM as their normal mode, which are defined by the topology itself, by the design of their components and by the clock generator. The clock generator generates, for example, a PWM with a clock period T from an analog signal, with which the active power transistor is driven. Switch-on periods t on and switch-off periods t off alternate in each case. It is therefore t On +t off = T. A variable that is important for the possible operating range is the minimum switch-on time t OnMin that the clock generator can still reliably generate. The second important quantity is the value L of the at least one storage inductance occurring in each single-ended power converter. The input voltage E, which can always be provided by a power factor corrector and to which the output voltage V A can be related, is the third important variable.

Der Arbeitsbereich eines Tiefsetzstellers als Leistungswandler im IV-Diagramm von 3a ist mit seiner oberen Begrenzung VAMax intrinsisch auf seine Eingangsspannung E gedeckelt. Denn jeder Tiefsetzsteller kann nur Ausgangsspannungen VA kleiner als seine Eingangsspannung erzeugen. Gestrichelt eingezeichnet, da nur durch Sekundärparameter der Bauteile des Tiefsetzstellers definiert, sind die Koordinaten für die maximale Ausgangsleistung PAMax und den maximalen Ausgangsstrom IAMax. Die untere Begrenzung desselben Arbeitsbereichs liegt bei VA = 0, wofür der aktive Leistungstransistor bei höheren Ausgangsströmen nur sehr selten und sehr kurz eingeschaltet wird und bei kleinen Ausgangsströmen so gut wie überhaupt nicht mehr. Für die folgende Überlegung zur Herleitung der linken Begrenzung 11 für kleine Ausgangsströme, auf der gerade noch der für den betrachteten Tiefsetzsteller vorgesehene Normalmodus gegebenen ist, sei als ebendieser der oben schon erläuterte CRM oder TCM vorausgesetzt.The working range of a step-down converter as a power converter in the IV diagram of 3a is intrinsically capped at its input voltage E with its upper limit V AMax . This is because each step-down converter can only generate output voltages V A that are lower than its input voltage. The coordinates for the maximum output power P AMax and the maximum output current I AMax are drawn in dashed because they are only defined by secondary parameters of the components of the step-down converter. The lower limit of the same working range is at V A = 0, for which the active power transistor is only switched on very rarely and very briefly at higher output currents and almost never at all at low output currents. For the following consideration for the derivation of the left-hand limitation 11 for small output currents, on which the normal mode provided for the buck converter under consideration is just given, the CRM or TCM already explained above is assumed to be the same.

Der Strom IL in der Speicherinduktivität L vollführt also einen lückenlosen und gleichmäßigen Sägezahnverlauf zwischen null und ÎL. Für den Tiefsetzsteller folgt daraus erstens, dass sich sein Ausgangsstrom durch die einfache Gleichung I A = I ^ L / 2

Figure DE102021208417A1_0001
definiert, weil die Speicherinduktivität L direkt in Serie zu seinem Ausgang geschaltet ist, und zweitens, dass das für den CCM (Continuous Conduction Mode) bekannte Spannungsübersetzungsverhältnis V A / E = t O n / T
Figure DE102021208417A1_0002
hier ebenso gilt. Der Spitzenstrom gehorcht der Bedingung I ^ L = ( E V A ) t O n / L
Figure DE102021208417A1_0003
gemäß der steigenden Flanken obigen Sägezahns, woraus sich I A M i n = ( E V A ) t O n M i n / 2 L
Figure DE102021208417A1_0004
für einen minimal möglichen Ausgangsstrom IAMin ergibt. Dieser hängt nicht nur linear von tOnMin ab, sondern ist auch umso größer, je kleiner VA ist. Dies führt zu der fehlenden Ecke, dargestellt durch die Diagonale 11, in der Umgebung des Ursprungs des IV-Diagramms im Arbeitsbereich von 3a sogar für einen Tiefsetzsteller als einfachsten getakteten elektronischen Leistungswandler.The current I L in the storage inductance L thus performs an uninterrupted and uniform sawtooth curve between zero and Î L . For the step-down converter, it follows firstly that its output current can be determined by the simple equation I A = I ^ L / 2
Figure DE102021208417A1_0001
defined because the storage inductance L is connected directly in series to its output, and secondly, that the voltage transformation ratio known for the CCM (Continuous Conduction Mode). V A / E = t O n / T
Figure DE102021208417A1_0002
applies here as well. The peak current obeys the condition I ^ L = ( E V A ) t O n / L
Figure DE102021208417A1_0003
according to the rising edges of the above sawtooth, resulting in I A M i n = ( E V A ) t O n M i n / 2 L
Figure DE102021208417A1_0004
for a minimum possible output current I AMin . This not only depends linearly on t OnMin , but is also greater the smaller V A is. This leads to the missing corner, represented by the diagonal 11, in the vicinity of the origin of the IV diagram in the work area of 3a even for a buck converter as the simplest clocked electronic power converter.

3b zeigt dieselbe Überlegung für die vier tief- und hochsetzenden Eintakt-Leistungswandler, nämlich Drosselinverswandler, Cuk, Zeta und SEPIC, die bei gleichem tOn/T jeweils - abgesehen von der Polarität - identische Spannungsübersetzungen erzeugen, wobei ersterer zur Herleitung herangezogen wird. Im Gegensatz zum Tiefsetzsteller können die „hiesigen Vier“ theoretisch unendlich hohe Ausgangsspannungen erzeugen, weshalb die Koordinate für VAMax hier gestrichelt eingezeichnet ist, denn die maximale Ausgangsspannung muss in die Bauteile hineindimensioniert, als maximaler Sollwert abgespeichert oder anderweitig vorgehalten und von einer Regelung eingehalten werden. Da nun die Speicherinduktivität L nur noch dann mit dem Ausgang verbunden ist, wenn der aktive Transistor gerade ausgeschaltet ist, gilt für den Ausgangsstrom I A = ( I ^ L / 2 ) ( t O f f / T )

Figure DE102021208417A1_0005
mit einem Gewichtungsfaktor tOff/T im Vergleich zum Tiefsetzsteller, der die relative Ankoppeldauer des Ausgangs an die Speicherinduktivität L beziffert. Deshalb weicht auch die Spannungsübersetzung des Drosselinverswandlers mit V A / E = t O n / t O f f
Figure DE102021208417A1_0006
von obiger ab. Weil die Speicherinduktivität im Drosselinverswandler von der Eingangsspannung direkt aufmagnetisiert wird, gehorcht der Spitzenstrom nun der geänderten Bedingung I ^ L = E t O n / L
Figure DE102021208417A1_0007
anhand der steigenden Flanken obigen Sägezahns. Die beiden letzten Gleichungen in die darüber für IA eingesetzt ergibt I A = E 2 t O n 2 / 2 L V A T
Figure DE102021208417A1_0008
nach Eliminierung von tOff. Die spätere Fokussierung auf tOnMin wird hierdurch vorbereitet. Der Term tOn 2/T lässt sich wie folgt t O n 2 / T = V A t O n / ( V A + E )
Figure DE102021208417A1_0009
umformen, wobei obige Spannungsübersetzung des Drosselinverswandlers erneut zum Einsatz kommt sowie das tOn + toff = T. Damit lässt sich die Periodendauer T und das tOn 2 aus der Gleichung für den Ausgangsstrom I A = E 2 t O n / 2 L ( V A + E )
Figure DE102021208417A1_0010
eliminieren. Das minimal mögliche tOnMin dort eingesetzt ergibt I A m i n = E 2 t O n M i n / 2 L ( V A + E )
Figure DE102021208417A1_0011
als Bedingung für den minimal möglichen Ausgangsstrom, von denselben Größen abhängig wie beim Tiefsetzsteller und wieder umso größer, je kleiner die Ausgangsspannung ist. Die letzte Gleichung führt zu der Kurve 12 als natürliche linke Begrenzung des möglichen Arbeitsbereichs eines Drosselinverswandlers, wie er in 3b dargestellt ist. Beide Begrenzungen 11 und 12 der jeweiligen Arbeitsbereiche wandern umso näher an die VA-Achse heran, je größer die Speicherinduktivität L ist. Damit ist obige erste Möglichkeit, durch Erhöhung einer installierten Blindleistung einen möglichen Arbeitsbereich zu vergrößern, bestätigt. 3b shows the same reasoning for the four step-down and step-up single-ended power converters, namely inductor inverse converters, Cuk, Zeta and SEPIC, which produce identical voltage transformations with the same t On /T apart from the polarity, whereby the former is used for the derivation. In contrast to the step-down converter, the "local four" can theoretically generate infinitely high output voltages, which is why the coordinates for V AMax are shown here as dashed lines, because the maximum output voltage must be dimensioned into the components, stored as a maximum setpoint or otherwise maintained and maintained by a controller . Since now the storage inductance L only then with the off connected when the active transistor is currently off, applies to the output current I A = ( I ^ L / 2 ) ( t O f f / T )
Figure DE102021208417A1_0005
with a weighting factor t Off /T compared to the step-down converter, which quantifies the relative coupling time of the output to the storage inductance L. Therefore, the voltage ratio of the choke inverse converter also deviates V A / E = t O n / t O f f
Figure DE102021208417A1_0006
from above. Because the storage inductance in the inverse-throttle converter is directly magnetized by the input voltage, the peak current now obeys the changed condition I ^ L = E t O n / L
Figure DE102021208417A1_0007
using the rising edges of the above sawtooth. The last two equations inserted into the above for I A yields I A = E 2 t O n 2 / 2 L V A T
Figure DE102021208417A1_0008
after eliminating t Off . This prepares for later focusing on t OnMin . The term t On 2 /T can be written as follows t O n 2 / T = V A t O n / ( V A + E )
Figure DE102021208417A1_0009
transform, whereby the above voltage conversion of the buck inverse converter is used again, as well as the t on + t off = T. This allows the period T and the t on 2 from the equation for the output current I A = E 2 t O n / 2 L ( V A + E )
Figure DE102021208417A1_0010
eliminate. The minimum possible t OnMin inserted there results I A m i n = E 2 t O n M i n / 2 L ( V A + E )
Figure DE102021208417A1_0011
as a condition for the minimum possible output current, dependent on the same variables as with the step-down converter and again the larger the smaller the output voltage. The last equation leads to curve 12 as the natural left limit of the possible operating range of a buck-boost converter, as shown in 3b is shown. The greater the storage inductance L, the closer the two boundaries 11 and 12 of the respective working areas move to the V A axis. This confirms the first possibility above of enlarging a possible working range by increasing an installed reactive power.

Die Berechnung des Arbeitsbereichs eines hartschaltenden reinen Hochsetzstellers läuft analog ab und ergibt I A m i n = E 2 t O n M i n / 2 L V A

Figure DE102021208417A1_0012
als Bedingung für den minimal möglichen Ausgangsstrom. Der Arbeitsbereich des Hochsetzstellers entspricht - abgesehen von der feststehenden Hyperbel der maximalen Ausgangsleistung PAMax - exakt dem des Drosselinverswandlers, nur um 1 E parallel zur VA-Achse noch oben verschoben.The calculation of the operating range of a hard-switching pure step-up converter is analogous and results in I A m i n = E 2 t O n M i n / 2 L V A
Figure DE102021208417A1_0012
as a condition for the minimum possible output current. Apart from the fixed hyperbola of the maximum output power P AMax , the working range of the step-up converter corresponds exactly to that of the choke inverse converter, only shifted upwards by 1 E parallel to the V A axis.

Dass kleine und sehr kleine Ausgangsströme selbst mit den einfachsten getakteten elektronischen Leistungswandlern, den Eintakt-Leistungswandlern, in ihrem Normalmodus (bspw. CRM oder TCM) nicht erreichbar sind, obwohl dies bspw. für ein tiefes Dimmen von LED nötig ist, wenn diese von den Leistungswandlern versorgt und gesteuert werden, unterstreicht die Notwendigkeit des angegebenen Betriebsverfahrens.The fact that small and very small output currents cannot be achieved even with the simplest clocked electronic power converters, the single-ended power converters, in their normal mode (e.g. CRM or TCM), although this is necessary, for example, for deep dimming of LEDs when they are powered by the powered and controlled by power converters underscores the need for the specified method of operation.

Im Gegensatz zu vielen anderen Verfahren der Takterzeugung spielt hier die Restwelligkeit der vom angegebenen Betriebsverfahren gesteuerten Größe die entscheidende Rolle. Diese Restwelligkeit, die auch als Modulationstiefe der Strommodulation des Ausgangsstroms bezeichnet werden kann, soll in einem gewünschten Bereich gehalten werden, um unerwünschte Stroboskopeffekte und Lichtflicker zu vermeiden bzw. zu minimieren. Deshalb muss zunächst diese Restwelligkeit definiert werden, die von einer Taktung verursacht nicht nur von der Periodendauer T, sondern auch vom Tastverhältnis oder Duty-Cycle D derselben Taktung abhängt.In contrast to many other methods of clock generation, the residual ripple of the variable controlled by the specified operating method plays the decisive role here. This residual ripple, which can also be referred to as the modulation depth of the current modulation of the output current, should be kept within a desired range in order to avoid or minimize undesired stroboscopic effects and light flicker. Therefore, this residual ripple must first be defined, which is caused by clocking and not only depends on the period T, but also on the duty cycle D of the same clocking.

4a zeigt das Einstiegmodell hierfür. Ein konstanter Strom IC wird dabei mit einer Periodendauer T periodisch unterbrochen auf die Parallelschaltung bestehend aus Filterkondensator CA und Lastwiderstand RA geschaltet. Während der Zeitdauern tOn steht der „Schalter“ auf „On“, während der Zeitdauern tOff entsprechend auf „Off“. Wie schon oben gilt tOn + tOff = T. Damit entspricht der zeitliche Mittelwert IA des Ausgangsstroms IA gemäß I _ A = I C t O n / T = I c D

Figure DE102021208417A1_0013
dem zeitlich gewichteten Ladestrom IC, wobei zugleich das Tastverhältnis oder der Duty-Cycle D = tOn / T definiert ist. Ebenso wird klar, dass der Ladestrom IC dem maximalen Ausgangsstrom IAMax entspricht, für den ein D = 1 gelten muss. Dieser maximale Ausgangsstrom entspricht entweder dem Nenn- oder Konstruktionsstrom eines kompletten elektronischen Leistungswandlers oder dem Strom, den ein getakteter elektronischer Leistungswandler im Normalmodus an einem Arbeitspunkt auf der natürlichen linken Begrenzung seines möglichen Arbeitsbereichs abgibt. 4a shows the entry-level model for this. A constant current I C is periodically interrupted with a period T and connected to the parallel circuit consisting of filter capacitor C A and load resistor R A . The "switch" is set to " On " during the periods t On and to " Off " accordingly during the periods t Off. As above, t On + t Off = T. The mean value over time I A of the output current I A corresponds to I _ A = I C t O n / T = I c D
Figure DE102021208417A1_0013
the time-weighted charging current I C , with the duty cycle or duty cycle D = t On / T being defined at the same time. It is also clear that the charging current I C corresponds to the maximum output current I AMax for which D=1 must apply. This maximum output current corresponds to either the rated or design current of a complete electronic power converter, or the current that a switched mode electronic power converter can deliver in normal mode at an operating point on the natural left limit of its possible working range.

Als Vereinfachung soll gelten, dass die Welligkeit der Filterkondensatorspannung VC der Welligkeit des Ausgangsstroms IA genau entspricht, was für rein ohmsche Lasten mit relativ hohem Widerstandswert als zulässige Vereinfachung angenommen werden darf, weil die absolute Stromwelligkeit klein gegenüber der absoluten Spannungswelligkeit ist und letztere somit kaum beeinflusst. Dann ist die Definition der Welligkeit X durch C A D e l t a ( V c ) = X = I _ A t O f f

Figure DE102021208417A1_0014
zulässig. Durch Einsetzen der Gleichung darüber entsteht mit X = T I _ A ( 1 D ) = T I C D ( 1 D )
Figure DE102021208417A1_0015
die dazugehörige Gleichung, aus der tOff eliminiert ist. Die Auflösung nach T bzw. nach der Taktfrequenz f = 1/T führt mit f = I C D ( 1 D ) / X = I C ( D D 2 ) / X = I C ( 1 4 ( D 1 2 ) 2 ) / X
Figure DE102021208417A1_0016
zur gesuchten Bestimmungsgleichung für die von D abhängige Taktfrequenz f bei konstanten IC und X. Sie beschreibt eine auf den Kopf gestellte Parabel zweiter Ordnung mit einem f P e a k = I C / 4 X = I C / 4 ( C A D e l t a ( V C ) )
Figure DE102021208417A1_0017
als Maximum bei D = ½ und mit Nullstellen bei D = 0 und bei D = 1. Die Auflösung von X in der vorletzten Gleichung bringt mit f = ( 1 4 ( D 1 2 ) 2 ) I C / ( C A D e l t a ( V C ) )
Figure DE102021208417A1_0018
die vier Abhängigkeiten der Taktfrequenz zutage, um die Ausgangswelligkeit Delta (VC) konstant zu halten:

  • • Je höher die Kapazität des Ausgangsfilterkondensators CA ist, desto niedriger kann die Taktfrequenz f gewählt sein.
  • • Je höher der Ladestrom bzw. der maximale Ausgangsstrom IC ist, desto höher muss die Taktfrequenz f gewählt sein.
  • • Je niedriger die Ausgangswelligkeit Delta(VC) sein soll, desto höher muss die Taktfrequenz f gewählt sein.
  • • Der Term ¼-(D-½)2 beschreibt die auf den Kopf gestellte Parabel, deren Werte abhängig vom Tastverhältnis D mit den obigen drei statischen Faktoren multipliziert werden müssen, um die tatsächlich passende Taktfrequenz f zu erhalten.
As a simplification, the ripple of the filter capacitor voltage V C corresponds exactly to the ripple of the output current I A , which can be assumed as a permissible simplification for purely ohmic loads with a relatively high resistance value, because the absolute current ripple is small compared to the absolute voltage ripple and the latter is therefore small hardly affected. Then the definition of the ripple X is complete C A D e l t a ( V c ) = X = I _ A t O f f
Figure DE102021208417A1_0014
allowed. Inserting the equation above gives with X = T I _ A ( 1 D ) = T I C D ( 1 D )
Figure DE102021208417A1_0015
the corresponding equation from which t Off is eliminated. The resolution according to T or according to the clock frequency f = 1/T also leads f = I C D ( 1 D ) / X = I C ( D D 2 ) / X = I C ( 1 4 ( D 1 2 ) 2 ) / X
Figure DE102021208417A1_0016
to the required conditional equation for the D-dependent clock frequency f at constant I C and X. It describes an upside down parabola of the second order with a f P e a k = I C / 4 X = I C / 4 ( C A D e l t a ( V C ) )
Figure DE102021208417A1_0017
as a maximum at D = ½ and with zeros at D = 0 and at D = 1. The resolution of X in the penultimate equation brings with it f = ( 1 4 ( D 1 2 ) 2 ) I C / ( C A D e l t a ( V C ) )
Figure DE102021208417A1_0018
the four dependencies of the clock frequency to keep the output ripple delta (V C ) constant:
  • • The higher the capacity of the output filter capacitor C A , the lower the clock frequency f can be selected.
  • • The higher the charging current or the maximum output current I C , the higher the clock frequency f must be selected.
  • • The lower the output ripple Delta(V C ) should be, the higher the clock frequency f must be selected.
  • • The term ¼-(D-½) 2 describes the upside down parabola whose values, depending on the duty cycle D, must be multiplied by the above three static factors in order to obtain the clock frequency f that actually fits.

Eine sich aus diesem Parabelterm ergebende Erhöhung der Taktfrequenz „in der Mitte“ der D-Werte und eine Reduzierung dieser Frequenz an „den Rändern“ ist ein Kernpunkt des angegebenen Ansteuerverfahrens, um über einen weiten D-Bereich hinweg eine konstante Restwelligkeit Delta(Vc) zu erzielen beziehungsweise eine maximal zulässige Restwelligkeit konstant auszunutzen. Von der Rückseite aus betrachtet, also gültig für konstante Taktfrequenz f, ist die Restwelligkeit Delta ( V C ) = X   / C A

Figure DE102021208417A1_0019
eines durch die zugehörige Taktung gesteuerten Signals umso größer, je näher D bei ½ liegt.An increase in the clock frequency "in the middle" of the D values resulting from this parabola term and a reduction of this frequency at "the edges" is a key point of the specified control method in order to achieve a constant residual ripple Delta(V c ) or to constantly utilize a maximum permissible residual ripple. Viewed from the rear, i.e. valid for a constant clock frequency f, is the residual ripple delta ( V C ) = X / C A
Figure DE102021208417A1_0019
of a signal controlled by the associated timing, the greater the closer D is to ½.

4b veranschaulicht den bei LED-Versorgung vorliegenden Lastfall. Dem jetzt nur noch differenziellen Lastwiderstand R'A, der auch deutlich niederohmiger als obiger RA ist, ist eine LED-Kette in Serie geschaltet, die in das ganze Modell eine konstante Ausgangsspannung VA einprägt. Insbesondere deshalb wirkt Delta(Vc) wesentlich stärker welligkeitsbildend als bei obiger rein ohmscher Belastung. Damit beziffert obige Berechnung die niedrigsten aller möglichen Frequenzen für konstante Restwelligkeit bei Steuerung durch Taktung, denn eine durch einen niederohmigeren differenziellen Widerstand verursachte stärkere Welligkeitsbildung kann nur durch entsprechend höhere Taktfrequenzen kompensiert werden, um letztlich wieder die gleiche konstante und niedrige Restwelligkeit zu erzielen. 4b illustrates the load case present with LED supply. An LED chain is connected in series to the now only differential load resistance R' A , which is also significantly lower in resistance than R A above, which impresses a constant output voltage V A into the entire model. For this reason in particular, Delta(V c ) has a significantly stronger ripple-forming effect than with the above purely ohmic load. The above calculation thus quantifies the lowest of all possible frequencies for constant residual ripple when controlled by clocking, because a stronger ripple formation caused by a lower-impedance differential resistance can only be compensated for by correspondingly higher clock frequencies in order to ultimately achieve the same constant and low residual ripple again.

Für 5 wird die letzte Aussage mit der Berechnung darüber kombiniert. Obige Parabelgleichung ergibt über die Umrechnung f M a x = 2 f P e a k = I C / 2 X = I C / 2 ( C A D e l t a ( V C ) )

Figure DE102021208417A1_0020
die umgekehrte Parabel 20 als unterste Begrenzung für die Taktfrequenzen, die für eine Taktung gewählt werden können, um insbesondere bei rein ohmschen Lasten eine als zulässig gegebene Restwelligkeit über den gesamten D-Bereich von 0 bis 1 sowohl nicht zu überschreiten als auch optimal auszunutzen. Je differenzieller der ohmsche Anteil der Last und je dominanter eine fest eingeprägte LED-Lastspannung VA wird, dargestellt durch die Bewegung des fallenden Scharparameters R'A, desto stärker wirkt eine Taktung welligkeitsbildend in der Umgebung von D = ½, und die Parabel geht mehr und mehr über in die Form eines symmetrischen Giebeldachs bestehend aus den zwei winkelhalbierenden Geradenabschnitten 22 und 23 von 5. Die Steigung dieser Geradenabschnitte entspricht der Steigung der Parabel 20 an ihren Nullstellen, da ein differenzieller Widerstand an den Randwerten D = 0 (kein Ausgangsstrom) und D = 1 (idealer Gleichstrom als Ausgangsstrom) keine Rolle spielt. Der Berührungspunkt zwischen diesen Geradenabschnitten liegt auf einer Taktfrequenz fMax. Der Wert 2fMax hat nur konstruktive Gründe, wie sich im Folgenden zeigen wird. In einem dem angegebenen Ansteuerverfahren zugrundeliegenden Experiment zeigt sich, dass bei üblicher Dimensionierung der Ausgangsfilterkapazität CA und daran angeschlossenen LED-Moduln, die üblicherweise LED-Serienschaltungen umfassen, obige Giebeldachform 22+23 des Frequenzgangs einer Taktung sehr gut damit übereinstimmt, eine zulässige Restwelligkeit des durch diese Taktung gesteuerten Signals über den gesamten D-Bereich derselben Taktung exakt einzuhalten.For 5 the last statement is combined with the calculation about it. The above parabolic equation results from the conversion f M a x = 2 f P e a k = I C / 2 X = I C / 2 ( C A D e l t a ( V C ) )
Figure DE102021208417A1_0020
the inverted parabola 20 as the lowest limit for the clock frequencies that can be selected for clocking, in particular in the case of purely resistive loads in order not to exceed and optimally utilize a residual ripple given as permissible over the entire D range from 0 to 1. The more differential the ohmic component of the load and the more dominant a fixed LED load voltage V A becomes, represented by the movement of the falling family parameter R' A , the stronger the clocking has a ripple-forming effect in the vicinity of D = ½, and the parabola expands and more about in the form of a symmetrical gable roof consisting of the two bisecting straight line sections 22 and 23 of 5 . The gradient of these straight line sections corresponds to the gradient of the parabola 20 at its zero points, since a differential resistance at the boundary values D=0 (no output current) and D=1 (ideal direct current as the output current) is irrelevant. the touch point between these straight line sections is at a clock frequency f max . The value 2f Max is only for constructive reasons, as will be shown below. An experiment on which the specified control method is based shows that with the usual dimensioning of the output filter capacitance CA and the LED modules connected to it, which usually include LED series circuits, the above gable roof shape 22+23 of the frequency response of a clocking corresponds very well with a permissible residual ripple of the of the signal controlled by this timing must be maintained exactly over the entire D range of the same timing.

Wird der differenzielle Widerstand R'A noch kleiner, entwickelt das „Giebeldach“, also der für konstante Restwelligkeit nötige Frequenzgang, eine deutliche Spitze und schließlich eine Polstelle bei D = ½. Die Spitze deutet an, dass dort der Ausgangsstrom IA aus 4b bei sehr kleinen differenziellen Widerständen sogar zu lücken beginnen kann, was einer unendlich hohen Restwelligkeit gleichkommt, die sehr hohe Taktfrequenzen zu ihrer Kompensation benötigt. Die Polstelle schließlich gilt für R'A → 0, wobei die Taktfrequenz f gegen unendlich gehen müsste, um eine Restwelligkeitsgrenze einzuhalten. In anderen Worten ist es sinnlos, reinen oder idealen Dioden oder Leuchtdioden einen Kondensator als Energiespeicher parallelzuschalten.If the differential resistance R' A becomes even smaller, the "gable roof", i.e. the frequency response required for constant residual ripple, develops a clear peak and finally a pole at D = ½. The peak indicates that the output current I A from there 4b With very small differential resistances, gaps can even begin, which is equivalent to an infinitely high residual ripple that requires very high clock frequencies to compensate for it. Finally, the pole point applies to R' A → 0, where the clock frequency f would have to approach infinity in order to comply with a residual ripple limit. In other words, it makes no sense to connect a capacitor as an energy store in parallel with pure or ideal diodes or light-emitting diodes.

Im Folgenden wird der Vermutung nachgegangen, dass für alle D > ½ die Ausschaltzeitdauer toff = tOffMin einer Takterzeugung konstant sei, und dass für alle D < ½ die Einschaltzeitdauer tOn = tOnMin derselben Takterzeugung konstant sei. In der Mitte, also bei D = ½, gilt beides, also toff = tOffMin = tOn = tOnMin = TMin/2.In the following, the assumption is followed that for all D > 1/2 the switch-off time t off = t OffMin of a clock generation is constant, and that for all D < 1/2 the switch-on time t On = t OnMin of the same clock generation is constant. In the middle, i.e. at D = ½, both apply, i.e. t off = t OffMin = t On = t OnMin = T Min /2.

Der über f = 1  /  T  und  u ¨ ber  D = t O n T

Figure DE102021208417A1_0021
ermittelbare Zusammenhang D / f = t O n
Figure DE102021208417A1_0022
ermöglicht die Berechnung der Taktfrequenz f bei konstanter Ausschaltzeit tOffMin = TMin/2 abhängig von D, wobei D > ½ gilt: t O n = D / f = T t O f f M i n = T T M i n / 2   ;
Figure DE102021208417A1_0023
D / f = 1 / f T M i n / 2 ;   T M i n / 2 = 1 / f D / f = ( 1 D ) / f .
Figure DE102021208417A1_0024
the over f = 1 / T and and ¨ calculated D = t O n / T
Figure DE102021208417A1_0021
identifiable connection D / f = t O n
Figure DE102021208417A1_0022
enables the clock frequency f to be calculated with a constant switch-off time t OffMin = T Min /2 depending on D, where D > ½ applies: t O n = D / f = T t O f f M i n = T T M i n / 2 ;
Figure DE102021208417A1_0023
D / f = 1 / f T M i n / 2 ; T M i n / 2 = 1 / f D / f = ( 1 D ) / f .
Figure DE102021208417A1_0024

Die letzte Gleichung führt zu f = 2   f M a x ( 1 D )

Figure DE102021208417A1_0025
als gesuchtes Ergebnis, wobei TMin = 1 / fMax berücksichtig ist. Dies ist exakt die Bestimmungsgleichung für das Geradenstück 22 von 5.The last equation leads to f = 2 f M a x ( 1 D )
Figure DE102021208417A1_0025
as the searched result, taking into account T Min = 1 / f Max . This is exactly the equation for the straight line 22 of 5 .

Dieselbe Berechnung für D < ½ bei einer Takterzeugung mit konstanter Einschaltzeitdauer tOn = tOnMin ergibt über t O n M i n = T M i n / 2 = 1  /  2 f M a x = D / f

Figure DE102021208417A1_0026
die Gleichung f = 2   f M a x D
Figure DE102021208417A1_0027
als Bestimmungsgleichung für das Geradenstück 23 aus 5.The same calculation for D < ½ with a clock generation with a constant switch-on time t On = t OnMin results in over t O n M i n = T M i n / 2 = 1 / 2 f M a x = D / f
Figure DE102021208417A1_0026
the equation f = 2 f M a x D
Figure DE102021208417A1_0027
as a conditional equation for the straight segment 23 5 .

Die dort mit dem Geradenzug 22+23 dargestellte Giebeldachform genügt also exakt einem Takterzeugungsschema, bei dem für alle D > ½ die Ausschaltzeitdauer tOff konstant bleibt und für alle D < ½ die Einschaltzeitdauer tOn. Das angegebene Ansteuerungsverfahren verhält sich zumindest in zwei zusammenhängenden Abschnitten variabler D-Werte des gesamten D-Bereiches dementsprechend oder zumindest näherungsweise entsprechend diesem Takterzeugungsschema.The gable roof shape shown there with the straight line 22+23 is therefore exactly sufficient for a clock generation scheme in which the switch-off time t Off remains constant for all D>½ and the switch-on time t On for all D<½. The control method specified behaves accordingly or at least approximately according to this clock generation scheme, at least in two contiguous sections of variable D values of the entire D range.

Dieses Ansteuerverfahren, also bei D = 0 beginnend mit einer konstanten Einschaltzeit tOn das D bis ½ zu vergrößern, indem die Taktfrequenz linear zunimmt, und danach mit konstanter Ausschaltzeit toff das D weiter bis 1 zu vergrößern, indem die Taktfrequenz wieder linear abnimmt, kann bspw. für die Übertragung analoger Signale über eine galvanische Isolationsbarriere hinweg angewandt werden, wobei das Signal im Tastverhältnis D kodiert ist, oder für die Erzeugung des Taktsignals für den mindestens einen aktiven Leistungstransistor eines getakteten elektronischen Leistungswandlers, der elektrische Leistung über eine galvanische Barriere in Form eines Isolationstransformators übertragen soll, wobei die Höhe der Leistung im Tastverhältnis D kodiert ist, oder für die Steuerung eines Burstmodus', was im Folgenden näher erläutert wird.This control method, i.e. at D = 0 starting with a constant switch-on time t on , increasing D by ½ by linearly increasing the clock frequency, and then increasing D further to 1 with a constant switch-off time t off , by linearly decreasing the clock frequency again, can be used, for example, for the transmission of analog signals across a galvanic isolation barrier, with the signal being encoded in the duty cycle D, or for generating the clock signal for the at least one active power transistor of a switched-mode electronic power converter that converts electrical power across a galvanic barrier into Is to be transmitted in the form of an isolation transformer, with the level of power being encoded in the duty cycle D, or for controlling a burst mode, which is explained in more detail below.

Von einem D = 1 beginnend bedeutet dasselbe Ansteuerverfahren, mit einer niedrigen Takt- oder Burstfrequenz f während einer relativ kurzen Zeitdauer tOff einen Energiefluss periodisch auszuschalten und von dort beginnend das D zu verkleinern, indem tOff konstant gehalten und die Takt- oder Brustfrequenz f erhöht wird bis zu einem D = ½. Daher heißt die dazu korrespondierende Diagonale 22 aus 5 auch Konstant-toff-Ast des Ansteuerverfahrens. Am Punkt D = ½ hat f einen maximalen Wert fMax, und sind die Ausschaltzeitdauer tOff - also die Pause zwischen bspw. zwei aufeinanderfolgenden Bursts - und die Einschaltzeitdauer tOn - also bspw. die Burstdauer - gleich lang. Danach wird diese Einschaltzeitdauer tOn konstant gehalten, und zu einer weiteren Reduktion des Tastverhältnisses D wird die Takt- oder Burstfrequenz f wieder reduziert. Daher wird die dazu korrespondierende Diagonale 23 aus 5 auch als Konstant-ton-Ast des Ansteuerverfahrens bezeichnet. Das Tastverhältnis D bedeutet ab hier auf die beispielhafte Beschreibung eingeschränkt nur jeweils das Verhältnis aus Burstlänge tOn zu Burstperiode 1/f., in einem nicht weiter beschriebenen Allgemeinfall kann es aber auch das Verhältnis aus Einschaltzeitdauer zu Taktperiode bedeuten. Gleiches gilt für die Zeitdauern tOn und tOff, die nur hier auf die beispielhafte folgende Beschreibung eingeschränkt eine Burstlänge und eine Pausendauer beschreiben, in einem Allgemeinfall aber ebenso eine Einschaltzeit und eine Ausschaltzeit bezeichnen können.Starting from a D = 1, the same driving method means periodically switching off a flow of energy with a low clock or burst frequency f during a relatively short period of time t Off and starting from there decreasing the D by keeping t Off constant and the clock or burst frequency f is increased up to a D = ½. Therefore the corresponding diagonal is called 22 5 also constant toff branch of the control method. At the point D = ½, f has a maximum value f Max , and the switch-off time t Off - ie the pause between, for example, two consecutive bursts - and the switch-on time t On - e.g. the burst duration - is the same length. Thereafter, this switch-on time t On is kept constant, and to further reduce the pulse duty factor D, the clock or burst frequency f is reduced again. Therefore, the corresponding diagonal 23 is off 5 also referred to as the constant tone branch of the control method. From here on, the duty cycle D means, restricted to the exemplary description, only the ratio of burst length t On to burst period 1/f 1 , but in a general case that is not described further it can also mean the ratio of switch-on time to clock period. The same applies to the time durations t On and t Off , which only describe a burst length and a pause duration here, restricted to the exemplary following description, but in a general case can also denote an on time and an off time.

6a zeigt ganz links einen Bereich mit obigem Ansteuerverfahren und einige mögliche Effekte davon sowie insgesamt die Einbindung dieses Ansteuerverfahrens in ein Betriebsverfahren für Stromversorgungen, insbesondere für LED-Betriebsgeräte, die ihren Ausgangsstrom auf Werte nahe null herunterdimmen können sollen. Das hier verzeichnete Tastverhältnis D bezieht sich grundsätzlich auf das obige Ansteuerverfahren, bei dem im Wesentlichen die Taktfrequenz verstellt wird, insbesondere in den Bereichen von D zwischen 99% und 80% sowie zwischen 30 % und 1 %. In diesen Bereichen ist die Welligkeit W des Ausgangssignals, hier des Ausgangsstroms bspw. zur Versorgung von LED, zwar erhöht auf zulässige Werte zwischen 5% und 10%, aber wie für das angegebene Ansteuerverfahren gefordert jeweils konstant. In diesen beiden Bereichen arbeitet das Betriebsgerät jeweils in einem Burstmodus. 6a shows on the far left an area with the above control method and some of its possible effects as well as the overall integration of this control method in an operating method for power supplies, especially for LED control gear, which should be able to dim their output current to values close to zero. The pulse duty factor D recorded here basically relates to the above control method, in which essentially the clock frequency is adjusted, particularly in the ranges of D between 99% and 80% and between 30% and 1%. In these areas, the ripple W of the output signal, here the output current, for example for supplying LEDs, is increased to permissible values between 5% and 10%, but is constant in each case, as required for the specified control method. In these two areas, the control gear operates in a burst mode.

Rechts davon herrscht ein D = 100% sowie eine ebenso konstante, aber kleinere Welligkeit W des Ausgangssignals bezogen auf einen Maximalstrom, der dem Punkt PS = 100 % entspricht. Hier ist der Ausgangsstrom an der x-Achse relativ in Form eines Prozentsatzes PS angetragen, jeweils bezogen auf obigen Maximalstrom. In dem größeren rechten Bereich der 6a arbeitet das Betriebsgerät in seinem Normalmodus wie durch D = 100 % repräsentiert (also kein Burstmodus), der darin angewandte hartschaltende oder anderweitig angesteuerte elektronische Eintakt- oder Gegentakt-Leistungswandler bedient folglich lauter solche Arbeitspunkte, die innerhalb seines möglichen Arbeitsbereichs gemäß einer der 1a bis 3b liegen. Im Normalmodus wird die Welligkeit W fast ausschließlich von der Arbeit des Leistungswandlers in Interaktion mit seinem Ausgangsfilter und dem parallel dazu wirkenden differenziellen Widerstand der gerade angeschlossenen Last bestimmt. Denn in den meisten Fällen ist es die Aufgabe des Leistungswandlers, neben der Einstellung des geforderten Ausgangsstroms die Schwankungen in seiner internen Versorgungsspannung E aktiv herauszufiltern bzw. herauszuregeln, die fast immer von einem Netzgleichrichter oder von einem Leistungsfaktorkorrektor bereitgestellt wird und daher fast immer einen sogenannten „Netzbrumm“ von doppelter Netzfrequenz aufweist. Diese Arbeit eines Leistungswandlers im Normalmodus ist zwar Bestandteil des angegeben Betriebsverfahrens, wird aber aufgrund ihrer weitreichenden Bekanntheit nicht weiter beschrieben. Einzig zur Restwelligkeit bzw. der Modulationstiefe der Strommodulation des Ausgangsstroms in der Leistungswandler-Taktfrequenz des geforderten Ausgangsstroms sei angemerkt, dass die Restwelligkeit mit Reduktion des Ausgangsstroms absolut abnimmt, wenn die Taktfrequenz des Leistungswandlers zur Erzielung dieser Reduktion zunimmt. Das in jedem getakteten Leistungswandler enthaltene Ausgangstiefpassfilter, dessen Komponenten zumindest teilweise auch von einem Resonanzkreis umfasst sein können, wirkt dann umso besser, je kleiner der aktuelle Ausgangsstrom sein soll. Bei entsprechender Filterabstimmung kann erreicht werden, dass die Restwelligkeit sogar relativ zum aktuellen Ausgangsstrom konstant ist im gesamten rechten Bereich von PS = 100 % bis herunter zu PS = 10 %.To the right of this there is a D = 100% and an equally constant but smaller ripple W of the output signal in relation to a maximum current which corresponds to the point PS = 100%. Here the output current is plotted on the x-axis in relative terms in the form of a percentage PS, each related to the maximum current above. In the larger right area of the 6a the control gear works in its normal mode as represented by D = 100% (i.e. no burst mode), the hard-switching or otherwise controlled electronic single-ended or push-pull power converters used in it consequently serve only those operating points that are within its possible operating range according to one of the 1a until 3b lay. In the normal mode, the ripple W is determined almost exclusively by the work of the power converter in interaction with its output filter and the differential resistance of the currently connected load acting in parallel. Because in most cases it is the task of the power converter, in addition to setting the required output current, to actively filter out or regulate out the fluctuations in its internal supply voltage E, which is almost always provided by a mains rectifier or a power factor corrector and therefore almost always a so-called " Mains hum" of twice the mains frequency. While this operation of a normal mode power converter is part of the specified method of operation, it is not further described because it is well known. Regarding the residual ripple or the modulation depth of the current modulation of the output current in the power converter clock frequency of the required output current, it should be noted that the residual ripple decreases in absolute terms with a reduction in the output current if the clock frequency of the power converter increases to achieve this reduction. The output low-pass filter contained in each clocked power converter, the components of which can also be at least partially surrounded by a resonant circuit, works all the better the smaller the current output current should be. With appropriate filter tuning, it can be achieved that the residual ripple is constant relative to the current output current in the entire right-hand range from PS = 100% down to PS = 10%.

Obiger maximale Ausgangsstrom ist entweder bei einer (bspw. vom angeschlossenen LED-Modul vorgegebenen) Ausgangsspannung konstruktiv maximal möglich oder bei Inbetriebnahme des Betriebsgeräts fest und unterhalb des maximal möglichen Wertes eingestellt. Im Normalmodus kann fast jeder getaktete elektronische Leistungswandler bei allen für ihn üblichen Ausgangsspannungen 40% bis 4% dieses maximalen Ausgangsstroms erreichen, die Modusgrenze des angegebenen Betriebsverfahrens liegt also bei PS = 40% ... 4%. Diese Modusgrenze entspricht der linken natürlichen Grenze eines für den im Betriebsgerät arbeitenden Leistungswandler möglichen Arbeitsbereichs gemäß einer der 1a bis 3b. Soll dennoch ein Arbeitspunkt knapp links davon bedient werden, springt das angegebene Betriebsverfahren in seinen Burstmodus, üblicherweise mit einem D = 99% oder von ähnlichem Wert. Dabei bleibt der Wert der speziellen Steuergröße, bspw. der Taktfrequenz, womit der Leistungswandler AUF die Grenze seines möglichen Arbeitsbereichs gelangt ist, für alle weiteren Aktionen jenseits dieser Grenze im Burstmodus jeweils konstant. Dadurch entfällt auch das aktive Ausregeln des Netzbrumms, also das Herausfiltern der Schwankungen der internen Versorgungsspannung E. Der Sprung in der Welligkeit W in 6a von ca. 3% auf ca. 10% an der Stelle einer Modusgrenze mit Prozentsatz PS = 10% ist genau davon verursacht, denn jeder getaktete elektronische Leistungswandler, der starr angesteuert wird, gibt alle Schwankungen seiner Eingangsspannung E wie hier den Netzbrumm proportional an seinen Ausgang weiter. Das Weitergeben dieser Schwankungen an den momentanen Ausgangsstrom ist bei allen kleineren als für die Modusgrenze üblichen Prozentsätzen PS = 40 % ...4 %, wo generell im Burstmodus gearbeitet wird, auch deshalb möglich, weil an diesen Stellen die übertragene Leistung bereits deutlich reduziert ist und damit auch die die Schwankungen verursachende Amplitude des Netzbrumms.The above maximum output current is either the maximum possible with an output voltage (e.g. specified by the connected LED module) or is fixed and set below the maximum possible value when the operating device is commissioned. In normal mode, almost every clocked electronic power converter can achieve 40% to 4% of this maximum output current at all output voltages that are usual for it, so the mode limit of the specified operating method is PS = 40% ... 4%. This mode limit corresponds to the left natural limit of a possible working range for the power converter working in the control gear according to one of 1a until 3b . If, however, an operating point is to be served just to the left of it, the specified operating method jumps into its burst mode, usually with a D=99% or a similar value. The value of the special control variable, for example the clock frequency, with which the power converter has reached the limit of its possible operating range, remains constant for all further actions beyond this limit in burst mode. This also eliminates the need for active correction of the mains hum, i.e. filtering out the fluctuations in the internal supply voltage E. The jump in the ripple W in 6a from approx. 3% to approx. 10% at the point of a mode limit with a percentage PS = 10% is caused precisely by this, because every clocked electronic power converter that is rigidly controlled outputs all fluctuations in its input voltage E wie here the mains hum is proportionally passed on to its output. Passing on these fluctuations to the instantaneous output current is also possible for all percentages PS = 40% ... 4% that are smaller than the usual mode limit, where work is generally carried out in burst mode, because the transmitted power is already significantly reduced at these points and thus also the amplitude of the mains hum that causes the fluctuations.

Da laut 5 beim Eintritt in den Burstmodus mit bspw. D99 = 0,99 theoretisch fast unendlich niedrige Burstfrequenzen f möglich wären, wird in der Praxis an dieser Stelle die Burstfrequenz f99 so hoch eingestellt, dass die Welligkeit W des Ausgangssignals trotz Schwankungen der internen Versorgungsspannung den zulässigen Wert von bspw. 5% bis 10% nicht übersteigt. Daraus ergibt sich auch die zunächst konstante Ausschaltzeitdauer tOff, also die Pausendauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden an dieser Stelle noch sehr langen Bursts, über f 9 9 = 1  / ( t O n + t O f f ) = D 9 9 / t O n

Figure DE102021208417A1_0028
und t O f f = t O n / D 9 9 t O n = ( 1 D 9 9 ) t O n / D 9 9
Figure DE102021208417A1_0029
zu t O f f = ( 1 D 9 9 ) / f 9 9 .
Figure DE102021208417A1_0030
Because loud 5 when entering the burst mode with e.g. D 99 = 0.99 theoretically almost infinitely low burst frequencies f would be possible, in practice at this point the burst frequency f 99 is set so high that the ripple W of the output signal despite fluctuations in the internal supply voltage permissible value of, for example, 5% to 10%. This also results in the initially constant switch-off time t Off , ie the pause duration between two consecutive bursts, which are still very long at this point f 9 9 = 1 / ( t O n + t O f f ) = D 9 9 / t O n
Figure DE102021208417A1_0028
and t O f f = t O n / D 9 9 t O n = ( 1 D 9 9 ) t O n / D 9 9
Figure DE102021208417A1_0029
to t O f f = ( 1 D 9 9 ) / f 9 9 .
Figure DE102021208417A1_0030

Für Prozentsätze PS wie in 6a eingezeichnet bspw. kleiner als 10 % wechselt das Betriebsverfahren in seinen Burstmodus. In diesem Bereich des Betriebsverfahrens ist die Welligkeit W des Ausgangsstroms deutlich größer als im Bereich mit Normalmodus des getakteten elektronischen Leistungswandlers. Diese größere Welligkeit W des Ausgangsstroms im Burstmodus ist sogar erwünscht, weil Lichtinstallationen mit vielen Leuchtdioden, die in Serie geschaltet sind und somit mit demselben Strom betrieben werden, ein grobkörniges Aussehen bekommen, wenn derselbe Strom sehr weit heruntergedimmt wird und dabei absolut glatt wäre. Grund sind Fehlstellen im LED-Kristall, die jeder einzelnen Leuchtdiode einen individuellen Minimalstrom aufprägen, der durchaus noch positiv ist, und bei dessen Unterschreiten die betroffene Leuchtdiode erstmals absolut dunkel wird. Manche Leuchtdioden tun dies als erste, während eine andere vielleicht als einzige bis zum Schluss leuchtet. Die optische Erscheinung einer mit vielen Leuchtdioden ausgestatteten und derart betriebenen Lichtinstallation leidet darunter erheblich. Durch die größeren zulässigen Werte der Welligkeit W des Leuchtdiodenstroms bei diesen geringen Helligkeiten, bspw. bei PS < 10%, leuchten alle an derselben Lichtinstallation beteiligten Leuchtdioden annähernd gleich hell, aber sozusagen mikro-gepulst, und eine weitere Verdunkelung geschieht durch Reduktion eines Tastverhältnisses, das vom Auge in eine sich kontinuierlich reduzierende Helligkeit geglättet wird. Hinzu kommt ein positiver Glitzereffekt, denn bei sehr geringen Helligkeiten ist das menschliche Auge daran gewöhnt, dass die Lichtquellen leicht flackern wie bspw. der natürliche Sternenhimmel.For percentages PS as in 6a shown, for example, less than 10%, the operating method changes to its burst mode. In this area of the operating method, the ripple W of the output current is significantly larger than in the normal mode area of the clocked electronic power converter. This larger ripple W of the output current in burst mode is even desirable because lighting installations with many light-emitting diodes that are connected in series and are therefore operated with the same current get a coarse-grained appearance if the same current is dimmed down very far and is absolutely smooth. The reason for this are flaws in the LED crystal, which impose an individual minimum current on each individual light-emitting diode, which is still positive, and if the current falls below this, the affected light-emitting diode goes completely dark for the first time. Some light-emitting diodes are the first to do this, while another may be the only one that lights up to the end. The optical appearance of a light installation equipped with many light-emitting diodes and operated in this way suffers considerably as a result. Due to the higher permissible values of the ripple W of the light-emitting diode current at these low brightnesses, e.g. at PS < 10%, all light-emitting diodes involved in the same light installation shine almost equally brightly, but so to speak micro-pulsed, and a further darkening occurs by reducing a duty cycle, which is smoothed by the eye into a continuously reducing brightness. There is also a positive glitter effect, because the human eye is used to light sources flickering slightly at very low levels of brightness, such as the natural starry sky.

Genau deswegen erlaubt das angegebene Betriebsverfahren im Burstmodus sogar noch höhere Werte für die Welligkeit W des Ausgangsstroms bspw. eines mit dem Betriebsverfahren arbeitenden LED-Betriebsgeräts, als sie das oben beschriebene und hierfür grundsätzlich vorgesehene Konstant-toff-und-dann-konstant-tOn-Ansteuerverfahren eigentlich ergäbe. Dazu wird das Ansteuerverfahren, bei dem zunächst unter einem im Wesentlichen konstanten tOff die Burstfrequenz f erhöht wird, um das Tastverhältnis D zu reduzieren, ab einem ersten Punkt A abgewandelt, an dem die Burstfrequenz f einen Wert fDACH erreicht, der deutlich unter dem Wert von fMax aus 5 liegt. In 6a liegt dieser Punkt A etwa bei D = 80%. Danach, also für kleiner werdende D, wird klassische PWM bei einer konstanten Burstfrequenz f = fDACH verwendet, wodurch die Welligkeit W gemäß Zeichnung steil ansteigt auf einen Wert von 80% für D = ½, womit ein Maximalwert beziffert ist. Üblicherweise soll diese Spitzenwelligkeit 25% ... 40% des Ausgangsstroms an der Modusgrenze betragen. Bei weiterer Reduktion des Tastverhältnisses unter D = ½ bei unveränderter Burstfrequenz f = fDACH nimmt die Welligkeit ebenso steil wieder ab, wie sie zuvor zugenommen hat bis zu einem zweiten Punkt B, nach dessen Überschreitung eine kleinere Burstfrequenz f < fDACH nötig ist gemäß des Konstant-tOn-Asts 23 des angegebenen Ansteuerverfahrens. Dieser zweite Punkt B liegt gemäß 6a bspw. bei etwa D = 30 %. Für noch kleinere Tastverhältnisse D hält die Welligkeit W wieder konstant den zulässigen Wert von bspw. 5% bis 10% ein wegen einer Befolgung des Konstant-tOn-Asts 23 des angegebenen Ansteuerverfahrens.This is precisely why the specified operating method in burst mode allows even higher values for the ripple W of the output current, e.g -Control method would actually result. For this purpose, the control method, in which the burst frequency f is first increased under a substantially constant t off in order to reduce the duty cycle D, is modified from a first point A, at which the burst frequency f reaches a value f DACH , which is significantly below the value of f Max 5 lies. In 6a this point A is approximately at D = 80%. After that, i.e. for decreasing D, classic PWM is used at a constant burst frequency f=f DACH , whereby the ripple W according to the drawing rises steeply to a value of 80% for D=½, which is a maximum value. Typically this peak ripple should be 25%...40% of the output current at the mode limit. If the duty cycle is further reduced below D = ½ with an unchanged burst frequency f = f DACH , the ripple decreases just as steeply as it had previously increased up to a second point B, after which a smaller burst frequency f < f DACH is required according to Constant t On -Asts 23 of the specified control method. This second point B is according to 6a e.g. at about D = 30%. For even smaller duty ratios D, the ripple W again constantly maintains the permissible value of, for example, 5% to 10% because of compliance with the constant t on branch 23 of the specified control method.

Diese Spitze im Verlauf der Welligkeit W über dem Tastverhältnis D entspricht der Giebeldachform von 5 bestehend aus dem ansteigenden Ast oder Konstant-toff-Ast 22 und dem abfallenden Ast oder Konstant-tOn-Ast 23, nur invers interpretiert: War dort das Ziel, über eine Frequenzverstellung die Welligkeit W über alle D konstant zu halten, ist soeben die Frequenz konstant f = fDACH, wodurch in 6a die Welligkeit W über einer Variation des Tastverhältnisses D von bspw. 80 % bis 30 % ansteigen und wieder abfallen muss mit einem Welligkeitsmaximum bei D = ½, also bei PS = 5 %. Denn bei einem als konstant angenommenem Tastverhältnis D verhält sich eine Welligkeit Wx generell mit einem Faktor proportional zur Periodendauer 1/fx. Werden zwei Welligkeiten aus demselben Leistungswandler und ihre zugehörigen Periodendauern miteinander verglichen, kürzt sich gemäß W 1 / W 2 = ( 1  / f 1 ) / ( 1  / f 2 ) = f 2 / f 1

Figure DE102021208417A1_0031
obiger Proportionalitätsfaktor heraus, und es bestätigt sich nicht nur, dass eine höhere Frequenz f2 eine geringere Welligkeit W2 zur Folge hat und dementsprechend eine geringere Frequenz f1 eine höhere Welligkeit W1, sondern auch, dass die Welligkeiten im umgekehrten Verhältnis zu ihren Frequenzen stehen, was sich auch aus der Definition der Periodendauern ergibt. Daher verläuft hier über D die Welligkeit W genau in derselben Giebeldachform, nach welcher in 5 die Frequenz f verläuft.This peak in the course of the ripple W over the duty cycle D corresponds to the gabled roof shape of 5 consisting of the rising branch or constant toff branch 22 and the falling branch or constant t on branch 23, only interpreted inversely: If the goal there was to keep the ripple W constant over all D by adjusting the frequency, this is just that Frequency constant f = f DACH , resulting in 6a the ripple W must rise and fall again over a variation of the pulse duty factor D of, for example, 80% to 30%, with a ripple maximum at D=½, ie at PS=5%. Because with a pulse duty factor D assumed to be constant, a ripple W x generally behaves with a factor proportional to the period duration 1/f x . Will two ripples come out of the same power converter and their associated period lengths are compared with one another, is reduced according to W 1 / W 2 = ( 1 / f 1 ) / ( 1 / f 2 ) = f 2 / f 1
Figure DE102021208417A1_0031
above proportionality factor out, and it is not only confirmed that a higher frequency f 2 results in lower ripple W 2 and correspondingly a lower frequency f 1 results in higher ripple W 1 , but also that the ripples are inversely related to their frequencies stand, which also results from the definition of the period lengths. Therefore the ripple W runs over D exactly in the same gabled roof shape, according to which in 5 the frequency f runs.

6b zeigt einen solchen ersten Punkt A, an dem die Konstant-toff-Ansteuerung des Burstmodus' in eine Konstant-fDacH-PWM übergeht, und einen zweiten Punkt B, an dem die klassische Burst-PWM in eine Konstant-ton-Ansteuerung für den Burstmodus übergeht, als Stellen auf den jeweiligen x- bzw. D-Achsen und dazwischen die konstante Burstfrequenz f = fDACH < fMax sowie die davon verursachten Effekte. Weil hier nur noch Arbeitspunkte unterhalb der Modusgrenze, also lauter solche im Burstmodus dargestellt sind, kann das Tastverhältnis D den Prozentsatz PS von 6a auf der x-Achse ersetzen. 6b ist die Vergrößerung und Detaillierung des kurzen linken Teils der vorausgehenden Figur. Die Restwelligkeit W bezieht sich hier auf den Wert des Ausgangsstroms an der Modusgrenze bei D = 100 %, wenn der differenzielle Lastwiderstand über den hier betrachteten Ausgangsstrom-Teilbereich hinweg konstant ist. Auffällig ist, dass alle Übergänge trotz der Änderungen im Ansteuerverfahren jeweils stetig ablaufen. 6b shows such a first point A, at which the constant-toff control of the burst mode 'transitions into a constant-f DacH -PWM, and a second point B, at which the classic burst PWM in a constant-ton control for the Burst mode transitions, as positions on the respective x and D axes and in between the constant burst frequency f = f DACH < f Max and the effects caused by it. Because here only working points below the mode limit, so louder those are shown in burst mode, the duty cycle D can the percentage PS from 6a replace on the x-axis. 6b is the enlargement and detailing of the short left part of the previous figure. The residual ripple W here refers to the value of the output current at the mode limit at D = 100% if the differential load resistance is constant over the output current sub-range considered here. It is striking that all transitions are continuous despite the changes in the control process.

Im oberen Graphen ist gestrichelt die besagte Giebeldachform bestehend aus dem Konstant-toff-Ast 22 und dem Konstant-tOn-Ast 23 eingezeichnet, wonach diejenigen Burstfrequenzen f in kHz darstellbar sind, die sich theoretisch gemäß dem angegebenen Ansteuerverfahren ergeben, um - wie im unteren Graphen abschnittsweise dargestellt - eine konstante Restwelligkeit W von bspw. 5 % in Bezug auf den Ausgangsstrom an der Modusgrenze zu erhalten. Wie durch die gepunktete Diagonale und die Schraffuren darunter dargestellt, sind an der Modusgrenze am rechten Rand dieses unteren Graphen ¾ der Restwelligkeit durch die Schwankungen der internen Versorgungsspannung E bzw. durch den Netzbrumm verursacht, dessen Effekt bei Abnahme der Ausgangsleistung, für Versorgung von LED also bei Abnahme des Ausgangsstroms und somit bei Abnahme von D ebenso linear abnimmt. Daher darf am linken Rand, also bspw. bei D = 1 %, die volle Restwelligkeit durch den Burstbetrieb als solchen verursacht sein, wofür beispielsweise eine Burstfrequenz f01 = 100 Hz ausreicht, wohingegen am rechten Rand nur noch ¼ der Restwelligkeit für die Effekte eines Burstmodus' übrig ist. Experimente ergeben, dass für eine Burstfrequenz f98 an der Stelle D = 98 % weitere 300 Hz addiert werden müssen, um die Summe der vom Burstmodus und vom Netzbrumm verursachten Restwelligkeiten W unter den dafür zulässigen Wert von bspw. 5 % zu bekommen. Deshalb muss dort, also bspw. bei D = 98 %, die Burstfrequenz f98 beispielsweise 400 Hz betragen, und bei D = 1 % genügen 100 Hz als Burstfrequenz f01 für denselben Effekt, was in Form der Endpunkte der durchgezogenen Linie an den entsprechenden Stellen des oberen Graphen der 6b gezeigt ist. Dies kommt auch dem zugute, dass bei PS < 1 %, also bei D < 10 % eine viermal höhere Auflösung zwischen den einzelnen Dimm-Sollwertstufen gefordert ist als in der Umgebung der Modusgrenze, was bei den oben genannten Burstfrequenzen zu jeweils gleichlangen Stufen der Verlängerung oder Verkürzung von Burst- oder Pausenzeitdauern im angegebenen Ansteuerverfahren führt. Es hilft folglich bei der Einhaltung einer logarithmischen Dimmkennlinie, indem es eine in einer (digitalen) Regelungsschaltung vorgegebene Bit-Zahl besonders gut dafür ausnutzt.The above-mentioned gable roof shape consisting of the constant toff branch 22 and the constant t on branch 23 is drawn in dashed lines in the upper graph, according to which those burst frequencies f can be represented in kHz that theoretically result according to the specified control method in order to - as in shown in sections in the lower graph - to obtain a constant residual ripple W of, for example, 5% in relation to the output current at the mode limit. As shown by the dotted diagonal and the hatching below, at the mode limit on the right-hand edge of this lower graph, ¾ of the residual ripple is caused by the fluctuations in the internal supply voltage E or by the mains hum, the effect of which is when the output power decreases, i.e. for supplying LEDs when the output current decreases and thus when D decreases, it also decreases linearly. Therefore, on the left-hand edge, e.g. at D = 1%, the full residual ripple may be caused by the burst operation as such, for which a burst frequency f 01 = 100 Hz is sufficient, whereas on the right-hand edge only ¼ of the residual ripple is left for the effects of a burst mode' is left. Experiments show that for a burst frequency f 98 at the point D = 98%, a further 300 Hz must be added in order to get the sum of the residual ripples W caused by the burst mode and the mains hum below the permissible value of 5%, for example. Therefore, there, for example at D = 98%, the burst frequency f 98 must be 400 Hz, for example, and at D = 1% 100 Hz are sufficient as burst frequency f 01 for the same effect, which is indicated in the form of the end points of the solid line at the corresponding Positions of the upper graph of the 6b is shown. This also benefits the fact that at PS < 1%, i.e. at D < 10%, a four times higher resolution between the individual dimming setpoint levels is required than in the vicinity of the mode limit, which at the above-mentioned burst frequencies results in levels of extension of the same length or shortening of burst or pause durations in the specified control method. Consequently, it helps to maintain a logarithmic dimming characteristic by making particularly good use of a number of bits specified in a (digital) control circuit.

Wegen der schon sehr kleinen Ausgangsstromwerte kommt eine LED-Last hier in den Bereich des Knies in ihrer Kennlinie. Mit Abnahme des Ausgangsstroms nimmt der differenzielle Lastwiderstand hier so stark zu und mit ihm eine Filterwirkung für den Ausgangsstrom, dass dessen Restwelligkeitswerte, die im Zuge der gesamten Beschreibung zu 6b genannt sind, sogar relativ zum Momentanwert des Ausgangsstroms gelten.Due to the already very small output current values, an LED load here comes into the area of the knee in its characteristic. With a decrease in the output current, the differential load resistance increases so much here, and with it a filter effect for the output current, that its residual ripple values, which are used in the course of the entire description, increase 6b are mentioned, even apply relative to the instantaneous value of the output current.

Dem Unterschied zwischen f01 und f98 in der nötigen Burstfrequenz geschuldet nimmt der Abstand von Werten nahe null bei D = 1 % auf beispielsweise 300 Hz bei D = 98 % zu zwischen der durchgezogenen Linie des oberen Graphen dieser Figur, nach der die Burstfrequenzen tatsächlich einzustellen sind, und der gestrichelten Linie 22+23 für theoretisch konstante Restwelligkeit. Zwischen den Punkten A und B jedoch wird der Verlauf dieser Linie, der hier gepunktet dargestellt ist, verlassen, und stattdessen bei einer konstanten Burstfrequenz fDACH, hier bspw. bei 2,0 kHz oder besonders vorteilhaft bei nur 1.25 kHz, mittels klassischer PWM das Tastverhältnis D variiert. Punkt A liegt in diesem Beispiel bei D = 65 %, Punkt B bei 36 %. Zwischen diesen beiden Punkten entsteht aufgrund der eigentlich zu niedrigen Burstfrequenz ein ähnliches Giebeldach im unteren Graphen für die Restwelligkeit W, wie es oben durch die durchgezogene waagerechte Linie für die Burstfrequenz fDACH abgeschnitten wird. Außerhalb dieser beiden Punkte bedeuten die im unteren Graphen dargestellten Schraffuren jeweils das, was der Netzbrumm von der zulässigen Restwelligkeit W wegnimmt. Um dies auszugleichen, ist im oberen Graphen der dazu nötige Überhang bei der Burstfrequenz f eingezeichnet in Form des Abstandes zwischen durchgezogenen und gestrichelten Linien. Weil Wegnahme und Überhang linear von D abhängen, liegt im angegebenen Ansteuerverfahren der Punkt B näher bei D = ½ bzw. bei PS = 5 % als der Punkt A. Verallgemeinert ausgedrückt liegt Punkt B keinesfalls weiter entfernt von D = ½ als Punkt A.Due to the difference between f 01 and f 98 in the necessary burst frequency, the distance increases from values close to zero at D = 1% to, for example, 300 Hz at D = 98% between the solid line of the upper graph of this figure, according to which the burst frequencies actually are to be set, and the dashed line 22+23 for theoretically constant residual ripple. Between points A and B, however, the course of this line, which is shown here as a dotted line, is left and instead at a constant burst frequency f DACH , here for example at 2.0 kHz or particularly advantageously at only 1.25 kHz, using classic PWM duty cycle D varies. In this example, point A is at D = 65%, point B at 36%. Due to the fact that the burst frequency is actually too low, between these two points there is a similar gabled roof in the lower graph for the residual ripple W, as it is cut off above by the solid horizontal line for the burst frequency f DACH . Outside of these two points, the hatching shown in the graph below means what the mains hum removes from the permissible residual ripple W. To compensate for this, in the upper graph, the necessary overhang at the burst frequency f is shown in the form of the distance between solid and dashed lines. Because removal and overhang depend linearly on D, point B is closer to D = ½ or PS = 5% than point A in the specified control method. Expressed in general terms, point B is by no means further away from D = ½ than point A.

Ein weiterer Grund für die Deckelung der Brustfrequenz f auf den Wert fDACH, der mit bspw. 2,0 kHz oder 1,25 kHz deutlich unter dem Wert von fMax liegt, ist ein akustischer. Beleuchtungsobjekte tendieren dazu, auf den elektrisch in ihnen vorkommenden Frequenzen, ihren Vielfachen oder auf möglichen Subharmonischen davon auch mechanisch zu schwingen und entsprechende Störgeräusche abzugeben. Große Leuchten für große Leuchtstofflampen brummen oft mit 100 Hz. Je kleiner und kompakter die Lichtinstallationen werden wie zum Beispiel für LED-Anwendungen, desto höher wird die Frequenz, auf der sie auch mechanisch schwingen können. Mehrere kHz als mechanische Eigenresonanz sind möglich, dabei sind 3 kHz als Eigenresonanz wahrscheinlicher als 1,25 kHz. Daher ist angestrebt, mit dem Wert von fDACH immer unterhalb solcher mechanischer Eigenresonanzen zu bleiben. Das menschliche Ohr schließlich ist für Dauergeräusche auf 1,25 kHz noch weniger empfindlich als für Dauergeräusche auf höheren Frequenzen. Schließlich lassen sich mit solch relativ niedrigen Burstfrequenzen auch Stroboskopeffekte relativ sicher vermeiden in den Gebieten, die von einem LED-Modul beleuchtet werden, das von einem Betriebsgerät versorgt und gesteuert wird, dessen elektronischer Leistungswandler gemäß dem angegebenen Betriebsverfahren arbeitet.Another reason for capping the chest frequency f to the value f DACH , which at 2.0 kHz or 1.25 kHz, for example, is well below the value of f Max , is an acoustic one. Illuminated objects tend to oscillate mechanically at the frequencies that occur electrically in them, their multiples or at possible subharmonics thereof and emit corresponding noise. Large luminaires for large fluorescent lamps often hum at 100 Hz. The smaller and more compact the light installations become, such as for LED applications, the higher the frequency at which they can oscillate mechanically. Several kHz as mechanical natural resonance are possible, with 3 kHz as natural resonance being more likely than 1.25 kHz. The aim is therefore to always remain below such mechanical natural resonances with the value of f DACH . Finally, the human ear is even less sensitive to continuous noise at 1.25 kHz than to continuous noise at higher frequencies. Finally, with such relatively low burst frequencies, stroboscopic effects can also be avoided relatively reliably in the areas that are illuminated by an LED module that is supplied and controlled by an operating device whose electronic power converter works according to the specified operating method.

Am unteren Ende der Skala für die Burstfrequenzen stehen die 60 Hz ganz bewusst. Denn unterhalb dieser niedrigsten vorkommenden Burstfrequenz kann sowohl vom LED-Modul, das von einem Betriebsgerät versorgt und gesteuert wird, dessen elektronischer Leistungswandler gemäß dem angegebenen Betriebsverfahren arbeitet, als auch vom davon beleuchteten Gebiet ein unangenehmer Flicker ausgehen.The 60 Hz are deliberately at the lower end of the scale for the burst frequencies. Because below this lowest occurring burst frequency, an unpleasant flicker can emanate both from the LED module, which is supplied and controlled by an operating device whose electronic power converter works according to the specified operating method, and from the area illuminated by it.

7a zeigt auf dem Weg hin zu kleineren Prozentsätzen PS den Arbeitspunkt für D = 99 % bzw. PS = 9,9 %, also einen ersten möglichen Arbeitspunkt nach der Modusgrenze. Die Taktfrequenz des Normalmodus' einer für diese Messung herangezogenen resonanten Halbbrücke, deren Arbeitsbereich in 2 dargestellt ist, liegt hier konstant bei bspw. 160 kHz. Sie umfasst mindestens einen schaltbaren Bypasskondensator, der im Normalmodus jenseits der Modusgrenze auch tatsächlich ständig abgekoppelt ist. Dieser Bypasskondensator wird zur Aufnahme der 7a erstmals periodisch für eine jeweils sehr kurze Zeit angekoppelt. Das Ankoppeln ist an der zweitobersten Messkurve 21 zu erkennen, die jeweils einen tiefen Wert zeigt, wenn der Bypasskondensator angekoppelt ist, und einen konstant hohen, wenn er abgekoppelt ist. Der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ankoppelaktivitäten, also zwischen zwei fallenden Flanken der Messkurve 21, ist die Burstperiode 1/f. Dieselbe Kurve 21 verdeutlicht das für diesen Arbeitspunkt nötige maximale Tastverhältnis D, mit „tief“ also eine abgekoppelte und mit „hoch“ eine von der resonanten Halbbrücke normal versorgte Last. Denn der schaltbare Bypasskondensator ist so groß, dass er bei seiner Ankopplung die Last faktisch abkoppelt und die resonante Halbbrücke in (fast) reine Blinkleistungsarbeit schickt, wodurch in diesen Zeiten (fast) keine Wirkleistung gebraucht wird. Dadurch wird es sehr elegant möglich, wie eingangs gefordert einen Energiefluss in Form eines Stromes periodisch zu unterbrechen und somit auch mit einer resonanten Halbbrücke, die eine fast ideale Wechselstromquelle ist, einen Betrieb im Burstmodus zu erzeugen. Genau dies ist an der obersten Messkurve 46 zu erkennen, die den aus dem an den Transformator der resonanten Halbbrücke angeschlossenen Gleichrichter herausfließenden Strom darstellt: Dieser wird jedes Mal abrupt zu null, sobald der Bypasskondensator angekoppelt wird. Die dritte Messkurve 47 zeigt den Ausgangsstrom, und die unterste oder vierte Messkurve 9 den Eingangsstrom der gesamten resonanten Halbbrücke, der aufgrund einer dafür nötigen niederohmigen Messung bei gleichzeitig hoher Messverstärkung extrem verrauscht ist. Die zugehörigen Nullpegel sind links an der y-Achse durch 046, 021 und 047 markiert wie auch ebenso in den beiden Folgefiguren. Der Nullpegel der Messkurve 9 liegt am unteren Rand des Fensters oder darunter und ist deshalb nicht dargestellt. 7a shows the working point for D=99% or PS=9.9% on the way to smaller percentages PS, i.e. a first possible working point after the mode limit. The clock frequency of the normal mode 'of a resonant half-bridge used for this measurement, whose operating range in 2 is shown here is constant at, for example, 160 kHz. It includes at least one switchable bypass capacitor, which in normal mode is actually constantly decoupled beyond the mode limit. This bypass capacitor is used to accommodate the 7a coupled for the first time periodically for a very short time. The coupling can be seen from the second-top measurement curve 21, which shows a low value when the bypass capacitor is coupled and a constantly high value when it is uncoupled. The time interval between two consecutive coupling activities, ie between two falling edges of the measurement curve 21, is the burst period 1/f. The same curve 21 illustrates the maximum pulse duty factor D required for this operating point, with “low” meaning a decoupled load and “high” a load that is normally supplied by the resonant half-bridge. Because the switchable bypass capacitor is so large that when it is connected it actually decouples the load and sends the resonant half-bridge into (almost) pure flashing power work, which means that (almost) no active power is needed at these times. This makes it very elegantly possible, as initially required, to periodically interrupt an energy flow in the form of a current and thus also to generate operation in burst mode with a resonant half-bridge, which is an almost ideal AC source. This is precisely what can be seen from the top trace 46, which represents the current flowing out of the rectifier connected to the transformer of the resonant half-bridge: this becomes abruptly zero each time the bypass capacitor is coupled. The third measurement curve 47 shows the output current, and the bottom or fourth measurement curve 9 shows the input current of the entire resonant half-bridge, which is extremely noisy due to a low-impedance measurement that is required for this while at the same time having a high measurement amplification. The associated zero levels are marked on the left on the y-axis by 0 46 , 0 21 and 0 47 as well as in the two following figures. The zero level of the measurement curve 9 is at or below the lower edge of the window and is therefore not shown.

Für 7b wird das Tastverhältnis D vom Maximum, das es in der vorausgehenden Figur hat, auf etwa 40 % reduziert. Gut zu erkennen sind die viel längeren Nullpausen im „obersten“ Strom 46, der aus dem Gleichrichter herausfließt, sowie die dazu korrespondierenden längeren Ankoppelphasen des mindestens einen schaltbaren Bypasskondensators, zu erkennen an den jeweils niedrigen Pegeln in der zweitobersten Messkurve 21. Im Gegensatz zur vorausgehenden Figur erscheint die Kurve 47 für den Ausgangsstrom weiter entfernt von der Messkurve 21, da er wie gefordert abgenommen hat. Die Bursts sind kürzer geworden. Die unterste Kurve 9 repräsentiert wie oben den Eingangsstrom der gesamten resonanten Halbbrücke.For 7b the duty cycle D is reduced to about 40% from the maximum it has in the previous figure. The much longer zero pauses in the "upper" current 46, which flows out of the rectifier, and the corresponding longer coupling phases of the at least one switchable bypass capacitor can be seen clearly, as can be seen from the respective low levels in the second-to-top measurement curve 21. In contrast to the previous one In the figure, the curve 47 for the output current appears further away from the measurement curve 21 since it has decreased as required. The bursts have become shorter. As above, the bottom curve 9 represents the input current of the entire resonant half-bridge.

Die Welligkeit des Ausgangsstroms 47 ist an diesem Arbeitspunkt deutlich höher als am Arbeitspunkt der vorausgehenden Figur. Herkunft und Auswirkung davon sind oben bereits ausführlich beschrieben.The ripple of the output current 47 is significantly higher at this operating point than at the operating point in the previous figure. origin and end The effects of this have already been described in detail above.

7c schließlich zeigt die Messkurven zum niedrigsten möglichen Arbeitspunkt gemäß 6b, also bei einem Tastverhältnis D in der Umgebung von 1% bzw. bei einem Prozentsatz PS von deutlich kleiner 1%. Im Gegensatz zu beiden vorausgehenden Figuren ist hier die Zeitauflösung feiner, weshalb im Gleichrichter-Ausgangsstrom 46 und im Halbbrücken-Eingangsstrom 9 einzelne Halbbrückentakte erkennbar werden, weshalb andererseits aber keine vollständige Burstperiode mehr darstellbar ist. Der Ausgangsstrom 47 ist wie gefordert weiter nach unten gewandert, und seine Welligkeit ist wieder so klein wie die in 7a. Die Last ist wie an Stromkurve 46 gut zu erkennen fast permanent abgekoppelt. An 7c wird, wie insbesondere an dem vollständigen Piek 46a im Gleichrichter-Ausgangsstrom 46 zu erkennen, ferner deutlich, dass im Burstmodus die Beginn- und bei resonanten Leistungswandlern vor allem die Endzeitpunkte jedes einzelnen Bursts besonders vorteilhaft synchron zur Arbeit des Leistungswandlers in einem Normalmodus erfolgen. Bei anderen Leistungswandlertopologien als einer resonanten Halbbrücke, bspw. bei den Eintakt-Leistungswandlern, können zur Erzeugung der Pausen zwischen den Bursts einzelne oder mehrere Ansteuerpulse hintereinander für den mindestens einen aktiven Leistungstransistor des getakteten Leistungswandlers ausgelassen werden. Das Tastverhältnis innerhalb der Bursts entspricht dabei bspw. einem minimalen für den niedrigsten Arbeitspunkt im Normalmodus nötigen Tastverhältnis. 7c finally shows the measurement curves for the lowest possible working point according to 6b , i.e. with a duty cycle D in the vicinity of 1% or with a percentage PS of significantly less than 1%. In contrast to the two previous figures, the time resolution is finer here, which is why individual half-bridge cycles can be seen in the rectifier output current 46 and in the half-bridge input current 9, which is why, on the other hand, a complete burst period can no longer be represented. The output current 47 has moved further down as required, and its ripple is again as small as that in 7a . As can be seen from current curve 46, the load is almost permanently decoupled. At 7c It is also clear, as can be seen in particular from the complete peak 46a in the rectifier output current 46, that in the burst mode the start and, in the case of resonant power converters, above all the end times of each individual burst are particularly advantageously synchronous with the work of the power converter in a normal mode. In power converter topologies other than a resonant half-bridge, for example in single-ended power converters, one or more control pulses in succession for the at least one active power transistor of the clocked power converter can be omitted to generate the pauses between the bursts. The duty cycle within the bursts corresponds, for example, to a minimum duty cycle required for the lowest operating point in normal mode.

Als erste Bedingung für das in 7c dargestellte minimale Tastverhältnis D und damit für die minimal mögliche Burstlänge Tmess (muss noch in die Figur eingezeichnet werden, auf bei LLCaddC!) ergibt sich somit die Periodendauer einer vollständigen Taktung des im Betriebsgerät arbeitenden Leistungswandlers. Zwischen den beiden Flanken im Logiksignal 21, deren erste das Abkoppeln und deren zweite das Wieder-Ankoppeln des mindestens einen schaltbaren Bypasskondensators wiedergibt, erscheinen genau zwei Pulse des Gleichrichter-Ausgangsstroms 46. Denn die hier betrachtete resonante Halbbrücke ist ein Gegentaktwandler, und die Mittelpunktschaltung ist ein Vollwellengleichrichter. Somit gibt es immer zwei Energieübertragungsphasen pro Taktperiode.As the first condition for the in 7c The minimum duty cycle D shown and thus the minimum possible burst length T mess (must still be drawn in the figure, see LLCaddC!) results in the period of complete clocking of the power converter working in the control gear. Exactly two pulses of the rectifier output current 46 appear between the two edges in the logic signal 21, the first of which represents the decoupling and the second the recoupling of the at least one switchable bypass capacitor a full wave rectifier. Thus there are always two energy transfer phases per clock period.

Zweitens muss jede geregelte Stromversorgung, insbesondere ein Betriebsgerät, das zur Energieversorgung und zum Betrieb von mannigfaltigen Arten von LED-Moduln eingerichtet ist, die daran angeschlossene Last kontinuierlich vermessen. Beispielsweise ist die Ausgangsspannung beim erstmaligen Anschalten oder nach sehr langer Betriebspause nicht bekannt, und dieselbe Spannung variiert stark mit der Modultemperatur. Beleuchtet das Modul bspw. eine Außenfassade im Winter und wurde gerade angeschaltet, kann die Ausgangsspannung deutlich höher liegen als nach einem Dauerbetrieb desselben Moduls im Sommer.Second, any regulated power supply, particularly an operating device that is designed to power and operate various types of LED modules, must continuously measure the load connected to it. For example, the output voltage is not known when first switched on or after a very long period of inactivity, and the same voltage varies greatly with module temperature. For example, if the module illuminates an exterior facade in winter and has just been switched on, the output voltage can be significantly higher than after continuous operation of the same module in summer.

Die Messung kann nur geschehen, solange der in der Stromversorgung arbeitende Leistungswandler auch tatsächlich Leistung wandelt und an seine Last abgibt, also nur während der Bursts, weil nur dann eine Ausgangsspannung entsteht und ein Ausgangsstrom auf seinen (Dimm-)Sollwert geregelt werden kann. Diese Vermessung muss jeweils eingeschwungen sein, um pro Burst wenigstens einen sinnvollen Wert für den aktuellen Ausgangsstrom und für die aktuelle Ausgangsspannung erhalten zu können. Denn dazwischen kann gar nichts gemessen werden, da dann jeweils (fast) nur Blindleistung vorliegt. Die kurzen Bursts mit ihrer Dauer Tmess müssen länger als 10 µs, oder bevorzugt länger als 50 µs oder wie in einem anderen Ausführungsbeispiel länger als 150 µs sein. Dies entspricht bei 160 kHz als beispielhafter Taktfrequenz 1,6 oder 8 oder 24 vollen Taktperioden, womit die erste Bedingung „mindestens eine volle Taktperiode“ jeweils eingehalten ist. Dabei müssen die Burst-Dauern Tmess nur länger als die Periodendauer einer vollständigen Leistungswandler-Taktung sein, sie müssen jedoch keine ganzzahligen Vielfachen davon betragen. Die minimal mögliche Burstlänge Tmess entspricht der konstanten tOn von oben für den Konstant-tOn-Ast 23 des Ansteuerverfahrens nach 5. Im Falle einer Burstfrequenz f01 = 100 Hz und eines minimalen Tastverhältnisses D = 1 % ergeben sich ein tOn von 100 µs beziehungsweise 16 volle Taktperioden der beispielhaften resonanten Halbbrücke als Burstlänge.The measurement can only take place as long as the power converter working in the power supply actually converts power and delivers it to its load, i.e. only during the bursts, because only then does an output voltage arise and an output current can be regulated to its (dimming) setpoint. This measurement must be settled in each case in order to be able to obtain at least one meaningful value for the current output current and for the current output voltage for each burst. Because nothing can be measured in between, since then there is (almost) only reactive power. The short bursts with their duration T mess must be longer than 10 μs, or preferably longer than 50 μs or, as in another exemplary embodiment, longer than 150 μs. At 160 kHz as an example clock frequency, this corresponds to 1.6 or 8 or 24 full clock periods, whereby the first condition “at least one full clock period” is met in each case. In this case, the burst durations T meas only have to be longer than the period duration of a complete power converter clocking, but they do not have to be integer multiples thereof. The minimum possible burst length T mess corresponds to the constant t on from above for the constant t on branch 23 of the control method 5 . In the case of a burst frequency f 01 =100 Hz and a minimum duty cycle D=1%, a t On of 100 μs or 16 full clock periods of the exemplary resonant half-bridge results as the burst length.

Die Kenntnis der Ausgangsspannung und infolgedessen deren Messung sind auch deshalb wichtig, weil das angegebene Betriebsverfahren anhand unterschiedlicher Werte der Ausgangsspannung variieren kann. Insbesondere die Modusgrenze kann im Falle einer resonanten Halbbrücke als elektronischer Leistungswandler bei umso höheren Taktfrequenzen fGrenz liegen, je niedriger die momentane Ausgangsspannung VA ist. Auch die Burstfrequenz f98 oder f99 nach Überschreiten der Modusgrenze kann von der Ausgangsspannung abhängen: Je höher diese ist und infolgedessen je kleiner der Ausgangsstrom, desto tiefer kann die Burstfrequenz liegen, was ebenso der Ausnutzung einer fest vorgegebenen Zeitquantisierung (= bspw. Bitzahl für Umwandlung in Burstlängen) zugutekommt: Je geringer der Ausgangsstrom ist, desto geringer müssen auch die einzelnen Stromstufen für den gleichen Dimmeffekt sein. Je tiefer die Burstfrequenz ist, je länger also die Bursts sind, desto mehr gleichlange „Zeitquanten“ passen dort hinein, und um desto feinere Stufen kann der Ausgangsstrom verstellt werden.Knowing the output voltage, and consequently measuring it, is also important because the specified operating procedure may vary with different values of the output voltage. In particular, in the case of a resonant half-bridge as an electronic power converter, the mode limit can be at higher clock frequencies flimit , the lower the instantaneous output voltage V A is. The burst frequency f 98 or f 99 after exceeding the mode limit can also depend on the output voltage: The higher this is and consequently the smaller the output current, the lower the burst frequency can be, which also means the use of a fixed time quantization (= e.g. number of bits for conversion into burst lengths): The lower the output current, the lower the individual current levels must be for the same dimming effect. The lower the burst frequency, i.e. the longer the bursts are, the more “time quanta” of the same length fit in there, and the finer they are The output current can be adjusted in more stages.

8 zeigt ein daraus folgendes mögliches Vorgehen, wie das angegebene Ansteuerverfahren und das angegebene Betriebsverfahren in einem LED-Betriebsgerät angewandt werden können, um den mitunter schwierigsten aller möglichen Fälle zu lösen. Im betrachteten Betriebsgerät sei als elektronischer Leistungswandler eine resonante Halbbrücke installiert, an die ein dafür zulässiges LED-Modul oder eine zulässige Kombination daraus angeschlossen ist. Das Betriebsgerät weiß aber nicht, was genau gerade angeschlossen ist. Das Betriebsgerät kennt nur einen Modusgrenzenschnitt 6 durch die Ausgangsspannungen, also eine diese Linie beschreibende Tabelle von Modusgrenzen-Taktfrequenzen fGrenz abhängig von der jeweiligen Ausgangsspannung VA, unterhalb derer Normalmodus gilt, und auf denen der Burstmodus vollführt wird. Eine dritte Spalte dieser Tabelle, die oft bspw. ein sogenanntes „look-up table“ ist, kann die zu den Ausgangsspannungen VA gehörigen niedrigsten Burstfrequenzen f01 enthalten. Das betrachtete Betriebsgerät wird nun erstmals gestartet und soll aus völliger Dunkelheit - also beginnend von seinem minimal möglichen Ausgangsstrom IA - die daran angeschlossenen LED heraufdimmen. Der berühmt-berüchtigte Einschaltlichtblitz soll dabei unbedingt vermieden werden, es ist also vom Betriebsgerät besser ein zu kleiner als ein zu großer Ausgangsstrom einzustellen. 8th shows a possible procedure resulting from this, how the specified control method and the specified operating method can be used in an LED control gear in order to solve what is sometimes the most difficult of all possible cases. A resonant half-bridge is installed as an electronic power converter in the control gear under consideration, to which a permissible LED module or a permissible combination thereof is connected. However, the control gear does not know exactly what is currently connected. The operating device only knows a mode limit cut 6 through the output voltages, ie a table of mode limit clock frequencies f limit describing this line as a function of the respective output voltage V A , below which normal mode applies and at which burst mode is carried out. A third column of this table, which is often a so-called “look-up table”, for example, can contain the lowest burst frequencies f 01 associated with the output voltages V A . The control gear under consideration is now started for the first time and should dim up the LEDs connected to it from complete darkness - i.e. starting from its minimum possible output current I A . The notorious switch-on light flash should be avoided at all costs, so it is better to set the control gear to an output current that is too small than too large.

Dazu geht das Betriebsgerät zunächst vom ungünstigsten Fall 7 in puncto Ausgangsstrom aus, und das bedeutet, dass ein Modul mit der kleinsten möglichen Ausgangsspannung, bspw. mit 15 V, angeschlossen sei, weil jeder resonante elektronische Leistungswandler dann naturgemäß am meisten Strom abgibt. Deshalb gehört zu dieser Ausgangsspannung auch die höchste Modusgrenzen-Taktfrequenz fGrenz0, auf der die Halbbrücke startet, und zugleich die höchste Burstfrequenz f01 für die unterste Dimmstellung. Mit dieser Burstfrequenz wird das kleinste mögliche Tastverhältnis D, bspw. 1 %, eingestellt. Sobald auf dem sich daraus ergebenden Start-Arbeitspunkt 8 die ersten paar Bursts mit konstanter Dauer tMess = tOn und entsprechend langen Pausen dazwischen stattgefunden haben, hat das Betriebsgerät seine aktuelle Ausgangsspannung VA gemessen.To do this, the control gear initially assumes the worst case 7 in terms of output current, which means that a module with the lowest possible output voltage, e.g. 15 V, is connected because every resonant electronic power converter then naturally delivers the most current. This output voltage therefore also includes the highest mode limit clock frequency f Grenz0 at which the half-bridge starts, and at the same time the highest burst frequency f 01 for the lowest dimming position. The smallest possible pulse duty factor D, for example 1%, is set with this burst frequency. As soon as the first few bursts with a constant duration tmeas = ton and correspondingly long pauses in between have taken place at the starting operating point 8 resulting from this, the operating device has measured its current output voltage V A .

Beträgt diese tatsächlich 15 V, bleibt alles unverändert, außer dass gemäß Dimmgeschwindigkeit einerseits und gemäß dem angegebenen Ansteuerverfahren andererseits die Burstfrequenz erst erhöht, dann auf fDACH konstant gehalten und danach wieder reduziert wird, um dadurch das Tastverhältnis D und damit den Dimmpegel kontinuierlich zu erhöhen. Wird dabei die Modusgrenze erreicht, geht der Burstmodus in den Normalmodus über. Darüber hinaus, also zu noch höheren Dimmpegeln hin, wird der elektronische Leistungswandler im betrachteten Betriebsgerät mittels seiner speziellen Steuergröße innerhalb der natürlichen Grenzen seines möglichen Arbeitsbereichs in seinem Normalmodus betrieben und gesteuert, im Falle einer resonanten Halbbrücke also mittels Reduktion ihrer Taktfrequenz. Für alle diese Steuerungen ist der grundsätzlich immer aktive Ausgangsstromregler zuständig.If this is actually 15 V, everything remains unchanged, except that the burst frequency is first increased according to the dimming speed on the one hand and according to the specified control method on the other hand, then kept constant at f DACH and then reduced again in order to continuously increase the duty cycle D and thus the dimming level . If the mode limit is reached, the burst mode changes to normal mode. In addition, i.e. towards even higher dimming levels, the electronic power converter in the operating device under consideration is operated and controlled in its normal mode within the natural limits of its possible operating range using its special control variable, i.e. in the case of a resonant half-bridge by reducing its clock frequency. The output current controller, which is always active, is responsible for all of these controls.

Wird jedoch eine höhere Ausgangsspannung gemessen, erniedrigt das betrachtete Betriebsgerät zunächst seine Modusgenzen-Taktfrequenz auf den Wert fGrenz1 und eventuell auch seine niedrigste Burstfrequenz f01 gemäß obiger Tabelle, um beides auf die neu gemessene Ausgangsspannung VA anzupassen. Dieser Vorgang 19 läuft im Hintergrund ständig ab, denn die Ausgangsspannung kann sich im Ifd. Betrieb auch ändern, bspw. durch Temperaturänderung des LED-Moduls, durch Fehlerfälle oder durch Steuerungen auf Modulebene, bspw. durch spontane Überbrückung einzelner LED. Ist die Messung der Ausgangsspannung stabil, kann das Betriebsgerät mit dem gleichen Hinaufdimmen 10 beginnen wie oben für ein VA = 15 V beschrieben, nur eben mit geänderten Startwerten incl. des angepassten Wertes für die Modusgrenzen-Taktfrequenz fGrenz1. An einem Arbeitspunkt 13 auf der Linie des besagten Modusgrenzenschnitts 6 erkennt der Ausgangsstromregler eine Burstfrequenz unterhalb des für diese Ausgangsspannung üblichen Wertes fGrenz1 und damit die Modusgrenze. Folglich wird der Burstmodus verlassen und auf der Taktfrequenz fGrenz1 in den Normalmodus der resonanten Halbbrücke übergegangen. Ab Arbeitspunkt 13 wird durch Erniedrigung der Taktfrequenz fHB der Ausgangsstrom IA soweit erhöht, bis entlang der Kennlinie 14 für die jeweilige Ausgangsspannung der gewünschte Arbeitspunkt 15 erreicht ist, der hier bspw. bei einem Ausgangsstrom IA = 200 mA liegt. Für alle dazu nötigen Steuerungen ist wie schon oben der Ausgangsstromregler zuständig, weil nur dieser einen ständigen Soll-Ist-Vergleich für den Ausgangsstrom durchführt.However, if a higher output voltage is measured, the control gear under consideration first lowers its mode limit clock frequency to the value f limit1 and possibly also its lowest burst frequency f 01 according to the table above, in order to adapt both to the newly measured output voltage V A . This process 19 runs constantly in the background, because the output voltage can change in Ifd. Operation can also change, e.g. due to a change in temperature of the LED module, due to errors or by controls at module level, e.g. due to spontaneous bridging of individual LEDs. If the measurement of the output voltage is stable, the operating device can start with the same dimming up 10 as described above for a V A =15 V, only with changed start values including the adjusted value for the mode limit clock frequency f limit1 . At an operating point 13 on the line of said mode limit intersection 6, the output current controller detects a burst frequency below the value f limit1 that is usual for this output voltage and thus the mode limit. As a result, the burst mode is exited and the normal mode of the resonant half-bridge is switched to at the clock frequency f limit1 . Starting at operating point 13, the output current I A is increased by reducing the clock frequency f HB until the desired operating point 15 is reached along the characteristic curve 14 for the respective output voltage, which is here, for example, at an output current I A =200 mA. As above, the output current controller is responsible for all the controls required for this, because it is the only one that carries out a constant target/actual comparison for the output current.

Der Charme dieses Vorgehens liegt erstens in der oben schon beschriebenen besonders guten Ausnutzung digitaler Regelprozessoren, wodurch mit relativ wenig Aufwand große Leistungsbereiche möglich werden, und zweitens in einer verbesserten Ausnutzung der natürlichen Grenzen des möglichen Arbeitsbereichs eines resonanten Leistungswandlers mit einem komplexeren Resonanzsystem.The charm of this approach lies firstly in the above-described particularly good utilization of digital control processors, which makes large power ranges possible with relatively little effort, and secondly in improved utilization of the natural limits of the possible working range of a resonant power converter with a more complex resonance system.

Bei den Eintakt-Leistungswandlern im CRM, TCM oder Valley-Detect-Modus als ihrem häufigsten Normalmodus, der die Grenze zwischen Continuous Conduction Mode (CCM) und Discontinuous Conduction Mode (DCM) markiert, gilt genau wegen dieser Grenzlage der Sonderfall, dass deren Taktfrequenz ein Maß für den momentan übertragenen Strom ist (vom DCM herkommend), und dass gleichzeitig das innere Tastverhältnis dieser Taktfrequenz ein Maß für deren Spannungsübersetzung ist (vom CCM herkommend). Dabei ist die Ausgangsspannung umso höher, je höher dieses innere Tastverhältnis ist, und der übertragene Strom umso höher, je niedriger die Taktfrequenz ist. Wie schon zur Herleitung der 3a und 3b beschrieben, ist der limitierende Faktor für beides die minimal mögliche Einschaltzeit tOnMin für den aktiven Leistungstransistor. Dies limitiert kleine Ausgangsspannungen wegen des dafür nötigen kleinen Tastverhältnisses bei gleichzeitig kleinen Ausgangsströmen wegen der dafür nötigen hohen Frequenz. Daher fehlt in den dortigen natürlichen Arbeitsbereichen die „linke untere Ecke“, jeweils „abgeschnitten“ von den natürlichen Grenzen 11 oder 12. Wegen dieser starken Verkopplung der einzelnen Größen untereinander ergibt es bei den Eintakt-Leistungswandlern keinen Sinn, pro geänderter Ausgangsspannung andere Grenzparameter und Burstparameter einzustellen. Stattdessen ist die Modusgrenze einfach dann erreicht, wenn tOn = tOnMin gilt.With the single-ended power converters operating in CRM, TCM or Valley Detect mode as their most common normal mode, which is the boundary between Continuous Conduction Mode (CCM) and Discontinuous Con duction mode (DCM), precisely because of this limit position, the special case applies that the clock frequency is a measure of the currently transmitted current (coming from the DCM), and that at the same time the inner pulse duty factor of this clock frequency is a measure of its voltage conversion (coming from the CCM). ). In this case, the output voltage is higher, the higher this internal pulse duty factor is, and the transmitted current is higher, the lower the clock frequency is. As already for the derivation of 3a and 3b described, the limiting factor for both is the minimum possible switch-on time t OnMin for the active power transistor. This limits small output voltages because of the small pulse duty factor required for this, with simultaneously small output currents because of the high frequency required for this. Therefore, the "lower left corner" is missing in the natural working areas there, each "cut off" from the natural limits 11 or 12. Because of this strong coupling of the individual variables with each other, it does not make sense for single-ended power converters to use different limit parameters and set burst parameters. Instead, the mode limit is simply reached when t On = t OnMin .

Analog dazu kann auch die Modusgrenzen-Taktfrequenz fGrenz, die ja gleichzeitig die Maximalfrequenz für den Normalmodus darstellt und daher einem tOnMin nahekommt, für resonante Halbbrücken, die als elektronische Leistungswandler in Betriebsgeräten für LED arbeiten, für alle Ausgangsspannungen als konstant festgelegt sein. Im untersuchten Beispiel ist fGrenz auf einen Wert von 166,5 kHz fixiert, und das innere Tastverhältnis ist hier generell für beide beteiligten Leistungstransistoren etwas kleiner als ½ wie für resonante Halbbrücken in den allermeisten Fällen üblich. Auch kann die minimale Burstfrequenz f01 konstant sein und unabhängig von der momentanen Ausgangsspannung VA beispielsweise 100 Hz betragen. Dadurch steht der Modusgrenzenschnitt 16 senkrecht in 8, und obiges zur selben Figur gehöriges Vorgehen vereinfacht sich insofern, als dafür die Ausgangsspannungsmessung unwichtig wird, und dass durch die grundsätzlich immer aktive Ausgangsstromregelung in der Umgebung des Arbeitspunkts 17 oder oberhalb davon automatisch entschieden wird, ob Burstmodus oder Normalmodus vorliegt.Similarly, the mode limit clock frequency f limit , which at the same time represents the maximum frequency for the normal mode and is therefore close to t OnMin , can be fixed as constant for all output voltages for resonant half-bridges that work as electronic power converters in operating devices for LEDs. In the example examined, f limit is fixed at a value of 166.5 kHz, and the internal duty cycle is generally slightly less than ½ for both power transistors involved, as is usual in most cases for resonant half bridges. The minimum burst frequency f 01 can also be constant and be 100 Hz, for example, independently of the instantaneous output voltage V A . As a result, the mode boundary section 16 is perpendicular to 8th , and the above procedure, which belongs to the same figure, is simplified in that the output voltage measurement is unimportant for this, and the always active output current control in the vicinity of the operating point 17 or above it automatically decides whether burst mode or normal mode is present.

Weil die spezielle Steuergröße diesseits der Modusgrenze, also im Normalmodus, meistens wobbelt, um beispielsweise den Netzbrumm zu kompensieren, jenseits der Modusgrenze für den Burstbetrieb jedoch starr ist, sollte die Modusgrenze eine Hysterese (nicht dargestellt) umfassen, also aus zwei nahe benachbarten oder sogar parallelen Grenzlinien bestehen, die ihre Modusänderungen richtungsabhängig und gegenläufig verursachen. Sinnvollerweise liegt eine erste Grenzlinie, an der vom Normalmodus in den Burstmodus übergegangen wird, bei kürzeren tOn bzw. bei höheren fGrenz als eine zweite Grenzlinie, an der vom Burstmodus wieder in den Normalmodus zurückgewechselt wird. Der Abstand zwischen diesen beiden Grenzlinien entspricht sinnvollerweise dem maximal möglichen Wobbel der speziellen Steuergröße für den jeweiligen Normalmodus. Auf diese Weise wird wirkungsvoll vermieden, dass ein elektronischer Leistungswandler periodisch - bspw. in doppelter Versorgungsnetzfrequenz - zwischen seinen beiden Modi hin- und herspringen muss.Because the special control variable on this side of the mode limit, i.e. in normal mode, mostly wobbles, for example to compensate for mains hum, but is rigid beyond the mode limit for burst operation, the mode limit should include a hysteresis (not shown), i.e. from two closely adjacent or even parallel boundary lines that cause their mode changes to be directional and counter-current. It makes sense for a first boundary line, at which there is a transition from normal mode to burst mode, to be at shorter t on or at higher f limit than a second boundary line at which there is a change back from burst mode to normal mode. The distance between these two boundary lines sensibly corresponds to the maximum possible wobble of the special control variable for the respective normal mode. In this way, it is effectively avoided that an electronic power converter has to jump back and forth between its two modes periodically—for example, at twice the supply network frequency.

BezugszeichenlisteReference List

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natürliche Grenze „links unten“, also für kleine Ausgangsströme und kleine Ausgangsspannungen, eines möglichen Arbeitsbereichs für einen getakteten elektronischen Leistungswandler in günstiger Formnatural limit "bottom left", i.e. for small output currents and small output voltages, of a possible working range for a clocked electronic power converter in a favorable form
1'1'
selbiges in ungünstiger Formthe same in an unfavorable form
22
selbiges für eine resonante Halbbrücke als getakteten LLCC-Leistungswandlerthe same for a resonant half-bridge as a switched LLCC power converter
33
selbiges wie 2 für eine vergrößerte Resonanzkapazität innerhalb des LLCC-Leistungswandlerssame as FIG. 2 for increased resonant capacitance within the LLCC power converter
44
obere natürliche Grenze des möglichen Arbeitsbereichs bei hohen Ausgangsspannungen und mittleren bis kleinen Ausgangsströmen für eine vergrößerte Resonanzkapazität innerhalb des LLCC-Leistungswandlersupper natural limit of the possible working range at high output voltages and medium to low output currents for an increased resonant capacitance within the LLCC power converter
55
Teil eines geforderten Arbeitsbereichs, der von keinem der möglichen Arbeitsbereiche umfasst istPart of a required work area that is not covered by any of the possible work areas
66
Modusgrenzenschnitt allgemeinMode boundary cut general
1616
Modusgrenzenschnitt bei konstanter fGrenz Mode limit cut at constant f limit
77
Einstiegs-Arbeitspunkt allgemeinEntry working point in general
1717
Einstiegs-Arbeitspunkt bei konstanter fGrenz Entry operating point at constant f limit
88th
Ermittlung der allgemeinen Einstiegs-Modusgrenzfrequenz fGrenz0 Determination of the general entry mode limit frequency f limit0
99
Meßsignal für den Eingangsstrom einer resonanten HalbbrückeMeasuring signal for the input current of a resonant half-bridge
1010
Hinaufdimmen im Burstmodus laut angegebenem AnsteuerverfahrenDimming up in burst mode according to the specified control method
1111
linke natürliche Grenze eines möglichen Arbeitsbereichs bei kleinen Ausgangsströmen für einen Tiefsetzsteller im CRM oder TCMleft natural limit of a possible working range with small output currents for a step-down converter in the CRM or TCM
1212
linke natürliche Grenze eines möglichen Arbeitsbereichs bei kleinen Ausgangsströmen für einen der vier hoch- und tiefsetzenden Eintakt-Leistungswandler im CRM oder TCMleft natural limit of a possible working range with small output currents for one of the four step-up and step-down single-ended power converters in the CRM or TCM
1313
Arbeitspunkt auf der Modusgrenze bei vorliegender AusgangsspannungOperating point on the mode limit when the output voltage is present
1414
Hinaufdimmen im NormalmodusDim up in normal mode
1515
Zielarbeitspunkttarget operating point
1919
Ifd. Anpassung von fGrenz (und f01) anhand der aktuellen AusgangsspannungIfd. Adjustment of f limit (and f 01 ) based on the current output voltage
2020
Parabel der tiefsten möglichen Frequenzen für gleichmäßige Restwelligkeit bei unterschiedlichen TastverhältnissenParabola of the lowest possible frequencies for uniform residual ripple with different duty cycles
2121
Logiksignal gemäß angegebenem AnsteuerverfahrenLogic signal according to specified control method
2222
Konstant-toff-Ast des angegebenen AnsteuerverfahrensConstant toff branch of the specified control method
2323
Konstant-tOn-Ast des angegebenen AnsteuerverfahrensConstant t On -Ast of the specified control method
4646
Ausgangsstrom des Gleichrichters des getakteten elektronischen LeistungswandlersOutput current of the rectifier of the switched-mode electronic power converter
4747
Ausgangsstrom IA des gesamten elektronischen Leistungswandlers geeignet als LED-BetriebsstromOutput current I A of the entire electronic power converter suitable as LED operating current

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • US 63032468 [0061]US63032468 [0061]

Claims (11)

Verfahren zum Betreiben eines getakteten isolierenden Leistungswandlers mit einem Ausgangsleistungsbereich zum Betreiben einer anschließbaren Last, wobei sich der Ausgangsleistungsbereich aus einem zulässigen Ausgangsspannungsbereich (UA) und einem zulässigen Ausgangsstrombereich ergibt, wobei der Leistungswandler aufweist: - mindestens ein Schalter, welcher durch eine Steuerung mit einer geeigneten Wandlertaktfrequenz betrieben wird um - mindestens eine im Stromkreis liegende Induktivität (4, 5a) auf- und abzumagnetisieren, - eine Ein-Austastvorrichtung als Teil der Steuerung, die einen Ausgangsstrom des Leistungswandlers synchron mit der Wandlertaktfrequenz periodisch auf einen Ausgangskondensator leitet, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - in einem ersten Betriebsmodus, der von dem maximalen Ausgangsstrom des Leistungswandlers von 100% bis zu einem reduzierten Ausgangsstrom reicht, Einstellen der Ein-Austastvorrichtung auf ein Tastverhältnis von 100%, und Verstellen der Wandlertaktfrequenz, um den Ausgangsstrom des Leistungswandlers für die Last zu reduzieren, - in einem zweiten Betriebsmodus, der von dem reduzierten Ausgangsstrom bis zu dem minimalen Ausgangsstrom reicht, beibehalten der Wandlertaktfrequenz und Einstellen des Tastverhältnisses um den Arbeitspunkt zu verändern, und damit den Ausgangsstrom des getakteten Wandlers für die Last weiter zu verringern, wobei eine Ein-Austastvorrichtungsfrequenz ab einem Tastverhältnis, das im Bereich von 40% bis 20% liegt, mit abnehmendem Tastverhältnis reduziert wird, um eine Modulationstiefe der Strommodulation des Ausgangsstroms in einem gewünschten Bereich zu halten, wobei die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz bei dem Tastverhältnis, das im Bereich von 40% bis 20% liegt, um den Faktor 2 bis 40, vorzugsweise um den Faktor 3 bis 15 höher liegt als die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz bei minimalem Tastverhältnis.Method for operating a clocked isolating power converter with an output power range for operating a load that can be connected, the output power range resulting from a permissible output voltage range (U A ) and a permissible output current range, the power converter having: - at least one switch, which is controlled by a controller with a is operated at a suitable converter clock frequency in order to - magnetize and demagnetize at least one inductance (4, 5a) in the circuit, - a switch-on/off-switching device as part of the controller, which periodically conducts an output current of the power converter synchronously with the converter clock frequency to an output capacitor, characterized by the following Steps: - in a first mode of operation, ranging from the maximum output current of the power converter of 100% to a reduced output current, setting the on/off device to a duty cycle of 100%, and adjusting the wall ler clock frequency in order to reduce the output current of the power converter for the load, - in a second operating mode, which ranges from the reduced output current to the minimum output current, maintaining the converter clock frequency and adjusting the duty cycle to change the operating point, and thus the output current of the clocked to further reduce the converter for the load, with an on-off gating device frequency being reduced from a duty cycle that is in the range of 40% to 20% as the duty cycle decreases, in order to keep a modulation depth of the current modulation of the output current in a desired range, the On-blanker frequency at the duty cycle, which is in the range 40% to 20%, is higher than the on-blanker frequency at minimum duty cycle by a factor of 2 to 40, preferably by a factor of 3 to 15. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein-Austastvorrichtung vier Arbeitspunkte aufweist: - Beim Arbeitspunkt 1 liegt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz in einem Bereich zwischen 60Hz und 600Hz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 200Hz und 450Hz, und das Tastverhältnis in einem Bereich zwischen 0,05% bis 10%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1% und 5%, - Beim Arbeitspunkt 2 liegt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz in einem Bereich zwischen 800Hz und 4000Hz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1000Hz und 2000Hz, und das Tastverhältnis in einem Bereich zwischen 15% bis 35%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20% und 30%, - Beim Arbeitspunkt 3 liegt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz in einem Bereich zwischen 800Hz und 4000Hz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1000Hz und 2000Hz, und das Tastverhältnis in einem Bereich zwischen 65% bis 85%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 70% und 80%, - Beim Arbeitspunkt 4 liegt die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz in einem Bereich zwischen 60Hz und 600Hz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 200Hz und 450Hz, und das Tastverhältnis in einem Bereich zwischen 90% bis 100%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 98% und 100%.procedure according to claim 1 , characterized in that the on/off blanking device has four operating points: - At operating point 1, the on/off blanking device frequency is in a range between 60Hz and 600Hz, preferably in a range between 200Hz and 450Hz, and the duty cycle is in a range between 0.05% to 10%, preferably in a range between 1% and 5%, - At operating point 2, the on/off blanking device frequency is in a range between 800Hz and 4000Hz, preferably in a range between 1000Hz and 2000Hz, and the duty cycle is in a range between 15% to 35%, preferably in a range between 20% and 30%, - At operating point 3, the on/off blanking device frequency is in a range between 800Hz and 4000Hz, preferably in a range between 1000Hz and 2000Hz, and the duty cycle is in a range between 65% to 85%, preferably in a range between 70% and 80%, - At operating point 4, the on/off gating device frequency is in a range calibrated between 60Hz and 600Hz, preferably in a range between 200Hz and 450Hz, and the duty cycle in a range between 90% to 100%, preferably in a range between 98% and 100%. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz im Bereich zwischen dem Arbeitspunkt 1 und dem Arbeitspunkt 2 linear über dem Tastverhältnis ansteigt.procedure according to claim 2 , characterized in that the on-blanker frequency increases linearly over the duty cycle in the range between operating point 1 and operating point 2. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz im Bereich zwischen dem Arbeitspunkt 3 und dem Arbeitspunkt 4 linear über dem Tastverhältnis abfällt.procedure according to claim 2 or 3 , characterized in that the on-blanker frequency falls linearly over the duty cycle in the range between operating point 3 and operating point 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein-Austastvorrichtungsfrequenz im Bereich zwischen dem Arbeitspunkt 2 und dem Arbeitspunkt 3 im Wesentlichen konstant ist.Method according to one of claims 2 until 4 , characterized in that the on-blanker frequency is substantially constant in the range between operating point 2 and operating point 3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich Pulsmuster der Ein-Austastvorrichtung periodisch mit der Ein-Austastvorrichtungsfrequenz wiederholen.Method according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that pulse patterns of the on-blanker repeat periodically at the on-blanker frequency. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangskondensator der Ein-Austastvorrichtung nachgeschaltet und parallel zu Ausgangsklemmen des Leistungswandlers geschaltet ist, und die Kapazität des Ausgangskondensators derart gewählt wird, dass eine Modulationstiefe der Strommodulation des Ausgangsstroms folgende Kriterien erfüllt: - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 70Hz bis 100Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 50% bis 10% und vorzugsweise im Bereich 25% bis 10%, - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 200Hz bis 240Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 60% bis 12% und vorzugsweise im Bereich 30% bis 12%, - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 500Hz bis 600Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 80% bis 26% und vorzugsweise im Bereich 65% bis 26%, - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 1000Hz bis 1200Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 85% bis 36% und vorzugsweise im Bereich 80% bis 36%, - Bei einer Ein-Austastvorrichtungsfrequenz von 1200Hz bis 4000Hz liegt die Modulationstiefe im Bereich 100% bis 36% und vorzugsweise im Bereich 90% bis 36%.Method according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the output capacitor is connected downstream of the on/off device and in parallel with the output terminals of the power converter, and the capacitance of the output capacitor is selected in such a way that a modulation depth of the current modulation of the output current meets the following criteria: - At an on/off device frequency of 70 Hz to 100Hz the modulation depth is in the range 50% to 10% and preferably in the range 25% to 10%, - At an on-blanker frequency of 200Hz to 240Hz the modulation depth is in the range 60% to 12% and preferably in the range 30% to 12% , - With an on-blanking device frequency of 500Hz to 600Hz, the modulation depth is in the range 80% to 26% and preferably in the range 65% to 26%, - With an on-blanking device frequency of 1000Hz to 1200Hz, the modulation depth is in the range 85% to 36% % and preferably in the range 80% to 36%, - With an on-blanker frequency of 1200Hz to 4000Hz, the modulation depth is in the range 100% to 36% and preferably in the range 90% to 36%. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Periode der Ein-Austastvorrichtungsfrequenz mindestens ein Zeitabschnitt vorgesehen ist, an dem die anschließbare Last vermessen wird.Method according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that at least one time segment is provided within a period of the on/off gating device frequency at which the connectable load is measured. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabschnitt, an dem die anschließbare Last vermessen wird, zu einem Zeitpunkt stattfindet, an dem die Ein-Austastvorrichtung den Ausgangsstrom des Leistungswandlers auf den Ausgangskondensator leitet, wobei der Zeitabschnitt im Bereich 10us bis 5000us und vorzugsweise im Bereich 50us bis1000us liegt.procedure according to claim 8 , characterized in that the period of time at which the connectable load is measured takes place at a point in time when the on/off device conducts the output current of the power converter onto the output capacitor, the period of time being in the range 10us to 5000us and preferably in the range 50us to 1000us lies. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Zeitabschnittes, an dem die anschließbare Last vermessen wird, Größen gemessen werden, welche für eine Stromregelung des Leistungswandlers als Eingangsgrößen benötigt werden, insbesondere ein Eingangsstrom und eine Eingangsspannung auf einer Primärseite des Leistungswandlers sowie eine Ausgangsspannung auf der Sekundärseite des Leistungswandlers.Method according to one of Claims 8 or 9 , characterized in that during the time segment in which the load that can be connected is measured, variables are measured which are required as input variables for current regulation of the power converter, in particular an input current and an input voltage on a primary side of the power converter and an output voltage on the secondary side of the power converter. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe der gemessenen Größen insbesondere ein Eingangsstrom und eine Eingangsspannung auf einer Primärseite des Leistungswandlers sowie eine Ausgangsspannung auf der Sekundärseite des Leistungswandlers und mithilfe des Tastverhältnisses und eines Modells für die anfallenden Verluste zwischen Primär- und Sekundärseite des Wandlers der Ausgangsstrom berechnet wird und durch das Verstellen des Tastverhältnisses geregelt wird.procedure according to claim 10 , characterized in that the measured variables are used in particular to calculate an input current and an input voltage on a primary side of the power converter and an output voltage on the secondary side of the power converter, and the output current is calculated using the duty cycle and a model for the losses occurring between the primary and secondary sides of the converter and is controlled by adjusting the duty cycle.
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