DE112010004816T5

DE112010004816T5 - PFC mit verringerten Pinanzahlanforderungen für einen Steuer-/Regel-IC

Info

Publication number: DE112010004816T5
Application number: DE112010004816T
Authority: DE
Inventors: Jamie Kelly
Original assignee: Tridonic UK Ltd
Current assignee: Tridonic UK Ltd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: DE112010004816B4; DE102009054692A1; EP2514083A1; WO2011073124A1; EP2514083B1; CN102792572A; CN102792572B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für Beleuchtungsmittel, wobei das Vorschaltgerät eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC aufweist, die eine Induktivität (4) aufweist, welche zyklisch auf der Basis einer Versorgungsspannung geladen und durch Betätigen eines Schalters (3) entladen wird, wobei der Schalter durch eine vorzugsweise integrierte Steuerschaltung gesteuert wird, wobei die Steuerschaltung zur Auswertung der Versorgungsspannung des PFC auf Basis eines Rückführsignals ausgelegt ist, ferner aufweisend eine Diode (5) zur Weiterleitung des Entladungsstroms von der Induktivität zum Ausgang (UBus) des PFC. Dabei wird das Rückführsignal (1) für die Steuerschaltung von einem Spannungsteiler (8) abgegriffen, der zwischen die Induktivität und die Diode geschaltet ist und der parallel zu dem Schalter angeschlossen ist, wobei in Reihe zu dem Schalter kein Messwiderstand angeschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung behandelt im Allgemeinen das Feld der Leistungsfaktorkorrekturschaltungen (PFCs) aufweisend einen Schalter, der durch eine integrierte Schaltung (IC) getaktet wird, so wie z. B. ein ASIC oder einen Mikrocontroller.
Korrekturschaltungen sind im Stand der Technik zum Herstellen einer stabilisierten (vorzugsweise gesteuerten) DC-Ausgangs(gleich)spannung basierend z. B. auf einer bereitgestellten gleichgerichteten AC-(Wechsel)Netzspannung bekannt, wobei der PFC durch Taktung eines Schalters des PFC aktiv so gesteuert wird, dass idealerweise der PFC als eine Ohmsche Last gegenüber der Netzversorgungsspannung erscheint.
Der aktiv gesteuerte PFC weist wiederum typischerweise einen getakteten Schalter auf, welcher Schalter durch eine typischerweise integrierte Steuerschaltung gesteuert wird, so wie z. B. einen ASIC. Der ASIC steuert den Schalter unter Auswertung verschiedener Feedback-Signale, d. h. Rückführsignale. Typische Feedback-Signale sind:

– die Eingangsspannung,
– der Strom durch den Schalter,
– der Nulldurchgang des Entladestroms der Induktivität, und
– die zu regelnde Ausgangsspannung.

Jedes der oben genannten Feedback-Signale wie auch das Ansteuerungssignal für den Schalter, z. B. das Gatesignal für einen FET, besetzt einen Pin (Anschluss) von einem integrierten Schaltkreis.
In der Vergangenheit gab es mehrere Versuche, die benötigte Anzahl an Pins für den Steuer-/Regel-IC für einen PFC zu verringern.
1 zeigt ein Beispiel eines PFC mit reduzierten Pin-Anzahlanforderungen für den zugehörigen Steuer-/Regel-IC. Dieses Beispiel ist in der noch nicht veröffentlichten (zum Prioritätsdatum der gegenwärtigen Erfindung) deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 034 349 gezeigt.
Wie in 1 gezeigt, wird eine AC-Netzversorgungsspannung mittels eines AC/DC-Wandlers 1 gleichgerichtet. Eine Kapazität 2 kann zur Stabilisierung der Eingangsspannung der gleichgerichteten Eingangsspannung und zur Reduzierung der Restwelligkeit davon vorgesehen werden.
Wenn der Schalter 3 in seinem leitenden Zustand ist, was durch das Steuersignal Gate 1 von einer Steuerschaltung 10 kommend gesteuert wird, wird eine Induktivität 4 geladen.
Die Steuerschaltung (d. h. Steuer-/Regel-Schaltung) 10 kann weitere Steuersignale 11 ausgeben, z. B. für eine DC/DC- oder DC/AC-(z. B. Halbbrückenkonverter zur Frequenzdimmung)Stufe, die mit der Ausgangsgleichspannung des PFC versorgt wird.
Die Steuerschaltung 10 kann auch mit zusätzlichen Feedbacksignalen 12 von folgenden Stufen oder von den Beleuchtungsmitteln versorgt werden.
Wenn der Schalter 3, der von dem Signal-Gate 1 gesteuert wird, in seinem nicht-leitenden Zustand ist, wird die mit Energie gespeiste Leiter 4 über eine Diode 5 entladen und der Entladungsstrom von der Induktivität 4 lädt eine Speicherkapazität 6. Die stabilisierte und gesteuerte DC-Spannung an der Kapazität 6 ist eine Versorgungsspannung, die entweder direkt eine Last 7 versorgen kann, oder, wie es oft bei Beleuchtungsanwendungen der Fall ist, verwendet werden kann, um für eine weitere DC/DC- oder DC/AC-Wandlerstufe bereitgestellt zu werden, wobei der Ausgang (DC- oder AC) der Wandlerstufe dann der Last zugeführt wird, wie z. B. einem Beleuchtungsmittel (LEDs, OLEDs, Entladungslampen, ...).
Wie in 1 gezeigt, benötigt diese Schaltung nur einen einzelnen Feedback-Signalpin für den zugehörigen integrierten Schaltkreis, der ein Feedbacksignal-Monitor 1 ist. Das Feedbacksignal-Monitor 1 wird an einem Spannungsteiler 8 abgegriffen, der Widerstände R1, R2 aufweist, wobei der Spannungsteiler 8 parallel zu dem Schalter 3 geschaltet ist.
Zusätzlich ist ein Messwiderstand 9 in Reihe zu der Parallelschaltung des Schalters 3 und des Spannungsteilers 8 geschaltet. Auch wenn die Schaltung von 1 nur eine verringerte Pin-Anzahlanforderung für den zugehörigen integrierten Schaltkreis darstellt, leidet sie doch unter dem Nachteil, dass die Spannung (Netzspannung oder gleichgerichtete Netzspannung) nicht gemessen oder ausgewertet werden kann. Dies ist insbesondere in den Fällen ein Nachteil, in denen die Erfassung der Eingangsspannung zur Änderung des Betriebsmodus der Last (Beleuchtungsmittel) genutzt wird, wie es typischerweise der Fall mit Notlicht-Beleuchtungseinheiten ist, die zünden oder den Betriebsmodus der entsprechenden Beleuchtungsmittel in Abhängigkeit vom Vorliegen einer Wechselspannung, keiner Versorgungsspannung oder einer DC-Versorgungsspannung ändern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine PFC-Struktur vorzuschlagen, die die Erkennung der Versorgungsspannung des PFC erlaubt, und dabei die Zahl der benötigten Pins für einen Steuer-IC niedrig hält.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Mittel der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche entwickeln die zentrale Idee der Erfindung weiter.
Gemäß der Erfindung wird eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung PFC vorgeschlagen, aufweisend eine Induktivität, welche zyklisch auf der Basis einer Versorgungsspannung geladen wird und durch Betätigen eines Schalters entladen wird, wobei der Schalter durch eine vorzugsweise integrierte Steuer- bzw. Regelschaltung angesteuert wird, die Steuerschaltung für eine Auswertung der Versorgungsspannung des PFC auf Basis eines Feedbacksignals (Rückführsignals) ausgelegt ist, ferner aufweisend eine Diode zur Weiterleitung des Entladestroms von der Induktivität zu dem Ausgang des PFC, dadurch gekennzeichnet dass das Feedbacksignal für die Steuerschaltung von einem Spannungsteiler abgezweigt wird, welcher Spannungsteiler parallel zu dem Schalter geschaltet ist und sowohl mit der Versorgungsseite wie auch der Ausgangsseite der Induktivität verbunden ist.
Der Spannungsteiler kann mit der Versorgungsseite und mit der Ausgangsseite der Induktivität jeweils durch eine Entkopplungsdiode verbunden sein.
Ein Messwiderstand kann in Reihe zu dem Schalter geschaltet sein und der Spannungsteiler ist zwischen dem Schalter und dem Messwiderstand angeschlossen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung PFC, aufweisend eine Induktivität, welche zyklisch auf der Basis einer Versorgungsspannung geladen wird und durch Betätigen eines Schalters entladen wird, wobei der Schalter durch eine vorzugsweise integrierte Steuer-/Regelschaltung gesteuert wird, die Steuerschaltung zur Auswertung der Versorgungsspannung des PFC auf Basis eines Feedbacksignals (Rückführsignals) ausgelegt ist, ferner aufweisend eine Diode zur Weiterleitung des Entladestroms der Induktivität zu dem Ausgang des PFC, dadurch gekennzeichnet, dass das Feedbacksignal für die Steuerschaltung von einem Spannungsteiler abgegriffen wird, der zwischen die Induktivität und die Diode geschaltet ist und parallel zu dem Schalter geschaltet ist, wobei kein Messwiderstand in Reihe zu dem Schalter geschaltet ist.
Ein zusätzlicher Widerstand kann zwischen die Widerstände des Spannungsteilers und die Versorgungsseite der Induktivität geschaltet sein.
Die Steuerschaltung kann ausgelegt sein, um in Zeiträumen, in denen der Schalter in dem leitenden Zustand ist, die Versorgungsspannung, welche vorzugsweise eine Netzspannung ist, und in Zeiträumen, in denen der Schalter in einem nicht-leitenden Zustand ist, die Spannung am Ausgang des PFC basierend auf dem Feedbacksignal, auszuwerten.
In Zeiträumen, wenn der Schalter in dem leitenden Zustand ist, kann zusätzlich ein Beitrag des ansteigenden Stroms durch den Schalter ausgewertet werden.
Die Steuerschaltung kann ausgelegt sein, um in Zeiträumen, in denen Steuerschaltung den Schalter nicht taktet, die Versorgungsspannung des PFC basierend auf dem Feedbacksignal zu bemessen.
Die Steuerschaltung kann zur Bemessung der Versorgungsspannung des PFC basierend auf dem Feedbacksignal, ausgelegt sein, um eine Notbeleuchtungssituation zu erkennen und Beleuchtungsmittel in einem Notfallmodus zu betreiben.
Die Steuerschaltung kann zur Bemessung der Versorgungsspannung des PFC basierend auf dem Feedbacksignal, ausgelegt sein, um das Anliegen einer AC- oder DC-Versorgungsspannung zu erkennen und Beleuchtungsmittel abhängig von dem erkannten AC- oder DC-Versorgungsmodus zu betreiben.
Die Steuerschaltung kann zur Bemessung einer AC-Versorgungsspannung des PFC oder einer gleichgerichteten Version davon basierend auf dem Feedbacksignal ausgelegt sein, um die On-Zeit (Einschaltzeitdauer), d. h. die An-Zeit, des Schalters während der Nulldurchgänge der AC-Versorgungsspannung zu erhöhen.
Die Steuerschaltung kann zur Bemessung der Versorgungsspannung des PFC ausgelegt sein, um die Maximum-Einzeit anzupassen, die für den Schalter in Abhängigkeit von der Amplitude der Versorgungsspannung erlaubt ist.
Die Steuerschaltung kann mit einem externen oder internen AD-Wandler für das Feedback-Signal versehen sein, um das Feedbacksignal digital auszuwerten.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, die Periodizität der Spannungsoszillationen zu erkennen, nachdem der Entladestrom der Induktivität seinen ersten Nulldurchgang ausgeführt hat, und zur Steuerung des Einschaltens des Schalters in Abhängigkeit von der erkannten Periodizität.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung behandelt eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung PFC, aufweisend eine Induktivität, die zyklisch auf der Basis einer Versorgungsspannung geladen wird und durch Betätigen eines Schalters entladen wird, welcher Schalter durch eine vorzugsweise integrierte Steuerschaltung gesteuert wird, ferner aufweisend eine Diode zur Weiterleitung des Entladestroms der Induktivität zu dem Ausgang des PFC, wobei die Steuerschaltung zur direkten oder indirekten Erkennung der Periodizität der Oszillation auf Basis des Feedbacksignals ausgelegt ist, nachdem der Entladungsstrom der Induktivität seinen ersten Nulldurchgang ausgeführt hat, und zur Steuerung des Einschaltens des Schalters in Abhängigkeit der erkannten Periodizität.
Die Steuerschaltung kann einen ASIC, einen Mikrocontroller oder eine Hybridform davon aufweisen und kann einen digitalen Steuerungsalgorithmus abarbeiten.
Die Erfindung sieht auch ein Betriebsgerät zum Betrieb einer Lichtquelle vor, die mit einem PFC wie oben erklärt versehen ist.
Der PFC kann eine gesteuerte DC-Spannung erzeugen, welche als eine Versorgungsspannung einer DC/DC- oder DC/AC-Wandlerstufe des Betriebsgeräts verwendet wird.
Das Betriebsgerät kann ein Notfallbetriebsgerät sein zur Zündung der zu versorgenden Beleuchtungsmittel, falls eine Notfallsituation erkannt wird, wie z. B. basierend auf einer Auswertung der Versorgungsspannung des PFC.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Betriebsgerät zum Betreiben einer Lichtquelle, die mit einem PFC wie oben definiert versehen ist. Der PFC kann dabei zur Erzeugung einer gesteuerten DC-Spannung ausgelegt sein, welche als Versorgungsspannung einer DC/DC oder DC/AC-Wandlerstufe des Betriebsgeräts verwendet wird, wobei die DC/DC oder DC/AC-Wandlerstufe Beleuchtungsmittel betreibt, so wie z. B. Entladungslampen, LEDs oder OLEDs.
Das Betriebsgerät kann ein Notfallbetriebsgerät sein, das die zu versorgenden Beleuchtungsmittel zündet, wenn eine Notfallsituation erkannt wird, wie z. B. auf der Grundlage einer Auswertung der Versorgungsspannung des PFC.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen erklärt, auf die in Verbindung mit der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Bezug genommen wird.
1 zeigt eine PFC-Schaltung wie sie aus der noch nicht veröffentlichten Druckschrift DE 10 2009 034 349 bekannt ist,
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung,
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung,
5 zeigt ein Beispiel für ein Monitorsignal der vierten Ausführungsform,
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, und
7 zeigt ein Beispiel für ein Monitorsignal der fünften Ausführungsform.
2 zeigt eine Schaltung, die eine weiter vereinfachte Schaltung im Vergleich zu der Schaltung von 1 darstellt. Im Gegensatz zu der Schaltung von 1 ist kein Messwiderstand (9 in 1) vorhanden, was den Energieverbrauch der Schaltung reduziert. Wie ersichtlich, wird in der Ausführungsform von 2 der Strom durch den Schalter 3 nicht länger gemessen, wenn der Schalter 3 in seinem leitenden (an/on) Zustand ist. Daher ist kein direkter Überstromschutz für den Schalter 3 implementiert, jedoch ist es immer noch möglich, eine Reduzierung der Busspannung U_Bus für niedrigere Netzspannungen V_Mains zu implementieren. Die Reduzierung der Busspannung (durch Reduzierung der Ein-Zeit T_on (d. h. der Anzeit T_on) für den Schalter 3), wenn sich die Netzspannung reduziert, reduziert die Leistung und verhindert eine Überhitzung des FET-Schalters 3. Gemäß der Ausführungsform von 2 ist diese Überstromschutzfunktion dennoch indirekt durch die Begrenzung der Ein-Zeit T_on für den FET-Schalter 3 implementiert. Die maximal erlaubte Ein-Zeit T_on für den FET-Schalter ist umso kürzer, je niedriger der Effektivwert der Netzspannung V_Mains ist. Anderenfalls gäbe es das Risiko, dass die Steuerung des PFC, die in der Steuerschaltung 10 implementiert ist, versuchen würde, den niedrigeren Effektivwert der Netzspannung durch Erhöhung der Ein-Zeit T_on für den FET-Schalter 3 zu kompensieren, um die Busspannung auf einem konstanten Niveau zu halten, was eine Überstromsituation verursachen könnte.
(Es gilt zu beachten, dass die Steuer-/Regelschaltung 10 in 1 auch in allen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann).
Wenn man einen niedrigeren Effektivwert hat, ist es zulässig, ein längeres T_on zu haben, da die Änderung des Induktivitätsstroms proportional zu dem Produkt von V_Mains und T_on ist. Gemäß der Erfindung variiert T_on bis zu einer Obergrenze, bei der T_on bei T_{on_max} bleiben würde, proportional zu 1/V_Mains. Die Begrenzung von T_on auf T_{on_max} setzt eine Grenze für die Eingangsleistung, da V_Mains weiterhin abnimmt (wobei angenommen wird, dass die Induktivität nicht sättigt).
Falls erwünscht, kann die reduzierte Busspannung im Falle einer niedrigeren Netzspannung dann in einer darauffolgenden DC/DC oder DC/AC Stufe kompensiert werden, um weiterhin die Beleuchtungsmittel mit konstanter Leistung zu versorgen. Ein Beispiel ist die Anpassung der Schaltfrequenz eines Halbbrückenkonverters (d. h. Wandlers) mit darauf folgendem Resonanzkreis.
3 zeigt nun eine verbesserte Ausführungsform, welche die Messung der Eingangsspannung ermöglicht.
Wie in 3 ersichtlich, ist erneut ein Spannungsteiler 8, aufweisend Widerstände R1, R2, mit der Induktivität 4 und der Diode 5 verbunden und parallel zu dem Schalter 3 geschaltet. Zusätzlich ist ein weiterer (dritter) Widerstand R3 zwischen die Eingangsseite der Induktivität 4 und den Mittelpunkt des Spannungsteilers 8 geschaltet, d. h. zwischen den Widerstand R1, R2 des Spannungsteilers 8.
Erneut ist in der Ausführungsform von 3 keine direkte Messung des Stroms durch den FET-Schalter 3 möglich, was den Vorteil der Bereitstellung eines Strombegrenzungsschutzes des Stroms durch den Schalter 3 im Falle einer Abtrennung der Induktivität 4 hätte, was durch Komponententoleranzen oder die Steuerschaltung verursacht werden kann, die die Ein-Zeit des Schalters 3 auf den Maximalwert setzt, während die Netzspannung V_Mains hoch ist. Daher kann als Schutzmaßnahme, auch in der Ausführungsform von 3, vergleichbar mit der Ausführungsform von 2, die maximale Ein-Zeit für den FET-Schalter 3 als eine Funktion der (detektierten) Netzspannung angepasst werden. Somit ist die Steuerschaltung dafür ausgelegt, die Netzspannung V_Mains zu bewerten und die maximale Ein-Zeit des Schalters 3 als eine Funktion der Netzspannung anzupassen. Je niedriger die Netzspannung ist, desto niedriger ist die maximal erlaubte Ein-Zeit des Schalters 3.
Der zusätzliche Widerstand R3 fungiert als ein Pfad zur Messung der Versorgungsspannung.
Wenn die Induktivität 4 nicht magnetisiert wird, „floated” (unbestimmtes Potential) der Abgriffpunkt des Spannungsteilers 8 für die Induktivität 4 und die Diode 5, d. h. die Versorgung des Widerstands R1, und wird daher keinen Beitrag zu dem Messsignalmonitor 1 in dem Spannungsteiler 8 geben. Daher wird, wenn die Induktivität nicht magnetisiert ist, der Spannungsteiler R2/R2 die Messung der Versorgungsspannung über den Feedbacksignal-Monitor ermöglichen.
Zu der Zeit des Anschalten des Schalters 3 ist der ohmsche Widerstand des Schalters 3 niedrig (ohmscher Widerstand RDS on, d. h. RDS an) und mittels des Spannungsteilers R1/R2 kann indirekt der Strom durch den Schalter 3 gemessen werden. Somit wird zu der Zeit des Anschalten des Schalters 3 der niederohmige Widerstand R3 keinen Beitrag geben und lediglich die Netzspannung wird durch den Spannungsteiler R3/R2 gemessen.
Andernfalls kann die Netzspannung, selbst wenn Widerstandswerte der Widerstände R1 und R3 vergleichbar sind, als konstant angenommen werden, da die Änderungen der Netzspannungen im Vergleich zu der Schaltperiode des PFC viel kleiner sind. Daher kann, wenn der Busspannungs- und der Netzspannungsbeitrag, solange der Schalter nicht leitend ist, gemessen werden, ein Netzspannungswert, der vorher abgetastet worden ist (Schalter leitend), als konstanter DC-Offset angenommen werden.
Nach der Steuerung des Schalters 3 in seinen nicht-leitenden Zustand wird die Diode 5 leitend sein und die Busspannung U_Bus kann mittels des Feedbacksignal-Monitors 1 gemessen werden, wie gesagt, bis die Induktivität 4 komplett energielos ist und daher die Ausgangsseite der Induktivität 4 in Richtung der Diode 5 floated (d. h. ein unbestimmtes Potential hat) und keinen Beitrag zu der Messung am Spannungsteiler 8 liefert.
Die Messung der Netzversorgungsspannung gemäß 3 hat den Vorteil, dass auch eine Messung der Versorgungsspannung möglich ist, selbst wenn der PFC, wie in 3 gezeigt, nicht aktiv getaktet wird, d. h. der Schalter 3 andauernd in seinem off (Aus) Zustand ist, der durch die Steuerschaltung angesteuert wird. In diesem Zustand ist die Steuerschaltung immer noch fähig, die Versorgungsspannung insofern zu auszuwerten, dass z. B. der Ausfall der Netzversorgungsspannung erkannt werden kann oder, wie es typischerweise für Notbeleuchtungen angewandt wird, der Wechsel von einer AC(Wechsel)Spannung zu einer DC(Gleich)Spannung erkannt wird.
4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung. Wie in 4 gesehen werden kann, ist der Spannungsteiler 8 bestehend aus den Widerständen R1, R2 jeweils mittels Entkopplungsdioden C1, C2 mit der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Induktivität 4 verbunden.
In unterschiedlichen Zeiträumen (d. h. Zuständen des PFC) leistet entweder die Entkopplungsdiode C1 oder die Entkopplungsdiode C2 einen Beitrag zu den Messungen des Spannungsteilers 8. Es wird nur eine Widerstandskette R1, R2 benötigt, so dass es keinen zusätzlichen Leistungsverlust gibt (im Vergleich zu dem zusätzlichen Widerstand R3 in der Ausführungsform von 3).
Da während den Zeiträumen, solange der Schalter 3 geschlossen ist, lediglich die Busspannung, jedoch nicht die Netzspannung einen Beitrag leistet, gibt es keinen DC-Offset von dem Netzspannungsbeitrag, was Vorteile mit sich bringt, was den dynamischen Bereich eines darauffolgenden A/D-Wandlers anbetrifft. Da der Effektivwert der Netzspannung (an der Kapazität 2) in der Größenordnung der Busspannung ist, ist der dynamische Bereich ungefähr verdoppelt, wenn der DC-Offset des Netzspannungsbeitrags unterdrückt ist.
Während der FET-Schalter 3 in seinem Ein-Zustand ist, gibt das Monitorsignal die Eingangsspannung wider, während der Schalter in seinem Aus-Zustand ist, gibt das Monitorsignal die Drainspannung des Schalters wider (d. h. die Busspannung U_Bus) solange sie höher ist als die Netzspannung, d. h. solange die Induktivität einen demagnetisierenden Strom erzeugt.
5 zeigt ein typisches Monitorsignal, das von dem Spannungsteiler 8 abgegriffen ist. 5 zeigt Oszillationen, d. h. Schwingungen des Monitorsignals, nachdem die Demagnetisierung der Induktivität 4 erfolgt ist, d. h. nachdem der Induktivitätsentladungsstrom seinen ersten Nulldurchgang durchgeführt hat.
Die Oszillationen werden durch die Dioden C1, C2 „gleichgerichtet”. Gemäß der Erfindung bewertet die Steuerschaltung unter Verwendung der Netzspannungsmessung die Oszillationen, um deren Periodizität zu erkennen und entsprechend ein Nullstromschalten des Schalters 3 zu steuern. Die Periodizität kennend kann die Steuerschaltung den Schalter 3 nach einer berechneten Verzögerung (die Verzögerung entspricht in etwa der Hälfte des Zeitunterschieds zwischen zwei gleichgerichteten Spitzen des Monitorsignals) nach einer Oszillationsspitze schließen, so dass der Schalter genau bei einem Nulldurchgang in seinen leitenden Zustand gebracht wird.
Die Bewertung der Oszillation führt so zu einer Feinabstimmung des Nullstromschaltens des Schalters 3.
Es gilt zu beachten, dass die Oszillation des Induktivitätsstroms nach der Demagnetisierung der Induktivität auch durch andere Signale als das Monitorsignal gemessen werden kann, das gemäß der vorliegenden Ausführungsform abgegriffen wird.
Die Verzögerung kann adaptiv berechnet werden, insbesondere durch Erkennung der Periodizität nach jedem Nulldurchgang des Demagnetisierungstroms, oder lediglich einmal für mehrere oder sogar alle darauf folgenden Einschaltsteuerungen.
6 zeigt eine weitere Entwicklung der Ausführungsform der 4, wobei zusätzlich ein Messwiderstand 9 in Reihe zu dem FET-Schalter 3 bereitgestellt ist, so dass der Strom durch den Schalter 3 gemessen werden kann, während der Schalter 3 in seinem Ein-Zustand gesteuert wird.
Nach wie vor kann die Versorgungsspannung sofort gemessen werden, nachdem dieser FET-Schalter in seinem on-Zustand ist, nachdem – siehe hierzu 7 – der Beitrag des Stroms kontinuierlich von Null ansteigt.
Erneut kann die Oszillation des Signals bewertet werden, die in Bezug auf 5 erläutert worden ist.
Wenn z. B. zwei Messungsabtastungen während der Phase des linear ansteigenden Strombeitrags vorgenommen werden, kann die Steuerschaltung eine Rückwärtsextrapolation in der Zeit vornehmen, um die reinen Netzspannungsbeiträge bei t = 0 zu berechnen. Den reinen Netzspannungsbeitrag kennend kann der Strombeitrag ohne den Netz-DC-Offset berechnet werden, z. B. für einen Überstromschutz oder zur Bestimmung des Ausschaltzeitpunkts für den Schalter, wenn der Strom einen gegebenen Schwellwert erreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009034349 [0006, 0038]

Claims

Leistungsfaktor-Korrekturschaltung PFC, aufweisend eine Induktivität (4), die auf der Basis einer Versorgungsspannung zyklisch geladen wird und durch Betätigen eines Schalters (3) entladen wird, wobei der Schalter (3) durch eine vorzugsweise integrierte Steuer-/Regelschaltung (10) angesteuert wird, die Steuer-/Regelschaltung (10) für die Auswertung der Versorgungsspannung des PFC auf der Grundlage eines Rückführsignals ausgelegt ist, ferner aufweisend eine Diode (5) für die Weiterleitung des Entladestroms von der Induktivität (4) zum Ausgang des PFC, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführsignal für die Steuer-/Regelschaltung durch einen Spannungsteiler (R1, R2) abgegriffen ist, welcher Spannungsteiler (R1, R2) zu dem Schalter (3) parallel geschaltet ist und sowohl mit der Versorgungsseite wie auch mit der Ausgangsseite der Induktivität (4) verbunden ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsteiler jeweils durch eine Entkopplungsdiode mit der Versorgungsseite und der Ausgangsseite der Induktivität verbunden ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Messwiderstand in Reihe zu dem Schalter angeschlossen ist und der Spannungsteiler zwischen den Schalter und den Messwiderstand geschaltet ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung PFC, aufweisend eine Induktivität (4), die zyklisch auf der Basis einer Versorgungsspannung geladen wird und durch Betätigen eines Schalters (3) entladen wird, wobei der Schalter durch eine vorzugsweise integrierte Steuer-/Regelschaltung (10) angesteuert wird, die Steuer-/Regelschaltung (10) für die Auswertung der Versorgungsspannung des PFC auf der Grundlage eines Rückführsignals ausgelegt ist, ferner aufweisend eine Diode (5) für die Weiterleitung des Entladestroms von der Induktivität (4) zum Ausgang des PFC, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführsignal für die Steuer-/Regelschaltung (10) von einem Spannungsteiler (R1, R2, R3) abgegriffen ist, der zwischen die Induktivität (4) und die Diode (5) geschaltet ist und parallel zum Schalter (3) geschaltet ist, wobei in Reihe an den Schalter (3) kein Messwiderstand geschaltet ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Anspruch 1, wobei ein zusätzlicher Widerstand zwischen die Widerstände des Spannungsteilers und die Versorgungsseite der Induktivität geschaltet ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung dazu ausgelegt ist, basierend auf dem Rückführsignal, die Versorgungsspannung, die vorzugsweise eine Netzspannung ist, in Zeiträumen zu auszuwerten, in denen der Schalter im leitenden Zustand ist, und die Spannung am Ausgang des PFC in Zeiträumen zu auszuwerten, in denen der Schalter im nicht-leitenden Zustand ist.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach Anspruch 8, wobei in den Zeiträumen, in denen der Schalter im leitenden Zustand ist, zusätzlich ein Beitrag von dem ansteigenden Strom durch den Schalter ausgewertet wird.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung ausgelegt ist, die Versorgungsspannung des PFC basierend auf dem Rückführsignal, und zwar in Zeiträumen, in denen die Steuer-/Regelschaltung den Schalter nicht taktet, auszuwerten.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung ausgelegt ist, die Versorgungsspannung des PFC, basierend auf dem Rückführsignal, auszuwerten, um eine Notbeleuchtungssituation zu erkennen und Beleuchtungsmittel im Notfallmodus zu betreiben.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung PFC nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung ausgelegt ist, die Versorgungsspannung des PFC basierend auf dem Rückführsignal auszuwerten, um das Anliegen einer AC- oder DC-Spannungsversorgung zu erkennen und Beleuchtungsmittel in Abhängigkeit von dem erkannten AC- oder DC-Versorgungsmodus zu betreiben.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung ausgelegt ist, eine AC-Versorgungsspannung des PFC oder eine gleichgerichtete Version davon bezogen auf das Rückführsignal auszuwerten, um die Einschaltzeitdauer des Schalters während der Nulldurchgänge der Netzspannung zu erhöhen.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung ausgelegt ist, die Versorgungsspannung des PFC auszuwerten, um die maximal erlaubte Einschaltzeitdauer für den Schalter in Abhängigkeit von der Amplitude der Versorgungsspannung anzupassen.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung mit einem externen oder internen AD-Wandler für das Rückführsignal versehen ist, um das Rückführsignal digital auszuwerten.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung ausgelegt ist, die Periodizität der Spannungsoszillationen zu erkennen, nachdem der Entladestrom der Induktivität seinen ersten Nulldurchgang durchgeführt hat, und das Einschalten des Schalters in Abhängigkeit von der erkannten Periodizität zu steuern.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung PFC, aufweisend eine Induktivität (4), die zyklisch auf der Grundlage einer Versorgungsspannung geladen wird und durch Betätigen eines Schalters (3) entladen wird, wobei der Schalter (3) durch eine vorzugsweise integrierte Steuer-/Regelschaltung (10) gesteuert wird, ferner aufweisend eine Diode für die Weiterleitung des Entladestroms von der Induktivität zum Ausgang des PFC, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regelschaltung (10) dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage eines Rückführsignals direkt oder indirekt die Periodizität der Oszillation zu erkennen, nachdem der Entladestrom der Induktivität (4) seinen ersten Nulldurchgang durchgeführt hat, und das Einschalten des Schalters (3) in Abhängigkeit von der erkannten Periodizität zu steuern.
Leistungsfaktor-Korrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer-/Regelschaltung einen ASIC, einen Mikrocontroller oder eine Hybridform davon aufweist.
Betriebsgerät für den Betrieb einer Lichtquelle, aufweisend einen PFC nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Betriebsgerät nach Anspruch 15, wobei der PFC eine gesteuerte DC-Spannung erzeugt, die als eine Versorgungsspannung einer DC/DC- oder DC/AC-Wandlerstufe des Betriebsgeräts verwendet wird.
Betriebsgerät nach Anspruch 16 oder 17, welches ein Notlichtbetriebsgerät zum Zünden der versorgten Beleuchtungsmittel ist, wenn z. B. auf Grundlage einer Bewertung der Versorgungsspannung des PFC, ein Notfall erkannt wird.