DE112020007321T5 - Leistungswandler, Steuerung und Verfahren - Google Patents

Abstract

Leistungswandler, umfassend eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung. Eine erste Kompensationsschaltung stellt ein erstes Kompensationssignal an die APFC-Schaltung bereit. Eine zweite Kompensationsschaltung stellt ein zweites Kompensationssignal an die APFC-Schaltung bereit. Eine Lastbedarfserfassungsschaltung empfängt ein Lastbedarfssignal, um die zweite Kompensationsschaltung einzuschalten, um das zweite Kompensationssignal bereitzustellen. Es wird auch eine Steuerung für einen Leistungswandler bereitgestellt, wobei die Steuerung eine erste Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung und eine zweite Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung umfasst. Die Steuerung umfasst auch eine Lastbedarfserfassungsschaltung zum Empfangen eines Lastbedarfssignals, um die zweite Kompensationsschaltung einzuschalten, um das zweite Kompensationssignal bereitzustellen.

Description

• GEBIET DER ERFINDUNG
• Die Erfindung bezieht sich auf Leistungswandler, Steuerungen für Leistungswandler und Verfahren zur Umwandlung von Leistung und zur Steuerung der Leistungsumwandlung. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Leistungswandler mit aktiven Leistungsfaktorkorrektur (Active Power Factor Correction - APFC)-Steuerschaltungen, die transienten Änderungen der Lastbedingungen eines angeschlossenen DC-DC-Wandlers ausgesetzt sind. Die Erfindung wurde für den Einsatz mit Leistungsversorgungen und Leuchtdioden (LED)-Treibern beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese besonderen Anwendungen beschränkt.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Aktive Leistungsfaktorkorrektur (Active Power Factor Correction - APFC)-Schaltungen (auch Vorregler genannt) werden allgegenwärtig in Leistungswandlern verwendet, um Eingangsleistungsfaktor- und Oberwellenemissionen gemäß den gesetzlichen EMC- und FCC-Vorschriften zu steuern. Diese APFC-Schaltungen sind normalerweise zwischen einem Eingangsbrückengleichrichter und einem Ausgangs-DC-DC-Wandler platziert, wodurch der gleichgerichtete AC-Eingang verstärkt wird, um einen geregelten Hochspannungsausgang (HT) bereitzustellen. Solche Topologien werden allgemein als „zweistufige Leistungswandler“ bezeichnet. Der Regelkreis der APFC-Steuerung ist typischerweise so ausgelegt, dass er eine sehr langsame Reaktion auf Leitungs- und Laständerungen aufweist, was den unerwünschten Effekt hat, dass er eine große Spitze oder ein großes Tal in der HT-Leitung verursacht, wenn ein Lastschritt auf dem DC-DC-Ausgang vorhanden ist, wie er zum Beispiel beim Starten auftritt.
• Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, den DC-DC-Wandler so auszulegen, dass er einen breiten Eingangsspannungsbereich aufweist, was sich jedoch negativ auf Kosten und Effizienz auswirkt. Eine andere kostspielige Lösung besteht darin, die Größe des HT-Leitungskondensators zu vergrößern. Noch eine andere Lösung besteht darin, die DC-DC-Wandlerreaktion zu beeinträchtigen, um sicherzustellen, dass sich sein Lastbedarf nicht schnell ändern kann. Es existieren bereits Schaltungen, die die Geschwindigkeit des APFC-Regelkreises als Reaktion auf die Spannung der HT-Leitung modifizieren. Die zusätzlichen Schaltungen, die erforderlich sind, um dieses Verfahren zu implementieren, beinhalten jedoch einen genauen Komparator und eine genaue Referenzspannung, was die Kosten signifikant erhöht und dadurch die Vorteile verringert.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mindestens einen der Nachteile des Stands der Technik zu überwinden oder zu verbessern oder eine nützliche Alternative bereitzustellen.
• Es ist eine Aufgabe von mindestens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, kostengünstigere Verfahren zum Modifizieren der Geschwindigkeit eines APFC-Regelkreises bereitzustellen, um die großen Spannungsspitzen und -täler in der HT-Leitungsspannung, die auftreten, wenn ein Lastschritt auf dem DC-DC-Ausgang vorhanden ist, wesentlich zu verringern.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen in einem ersten Aspekt einen Leistungswandler bereit, umfassend:
• eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung;
• eine erste Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung;
• eine zweite Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung; und
• eine Lastbedarfserfassungsschaltung zum Empfangen eines Lastbedarfssignals, um die zweite Kompensationsschaltung einzuschalten, um das zweite Kompensationssignal bereitzustellen.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen in einem zweiten Aspekt eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit einem Leistungswandler wie oben beschrieben bereit.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen in einem dritten Aspekt eine Steuerung für einen Leistungswandler bereit, wobei die Steuerung umfasst:
• eine erste Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung;
• eine zweite Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung; und
• eine Lastbedarfserfassungsschaltung zum Empfangen eines Lastbedarfssignals, um die zweite Kompensationsschaltung einzuschalten, um das zweite Kompensationssignal bereitzustellen.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen in einem vierten Aspekt ein Verfahren zum Steuern eines Leistungswandlers mit einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung bereit, wobei das Verfahren umfasst:
• Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung;
• Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung bei Empfang eines Lastbedarfssignals.
• Andere Merkmale und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den beigefügten Ansprüchen.
• In dieser Beschreibung, einschließlich der Ansprüche, sind die Wörter „umfassen“, „umfassend“ und andere ähnliche Begriffe in einem einschließenden Sinn auszulegen, das heißt, in dem Sinn von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“ und nicht in einem ausschließlichen oder erschöpfenden Sinn, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist oder der Kontext eindeutig etwas anderes erfordert.
• Figurenliste
• Die beigefügten Figuren beinhalten die folgenden Figuren, die den Stand der Technik darstellen:
• 1 ist eine bereits in US 9,325,235 beschriebene Schaltung;
• 2 ist eine bereits in US 9,812,951 beschriebene Schaltung;
• 3 ist eine bereits in WO 2016096887 beschriebene Schaltung; und
• 4 ist eine schematische Darstellung eines typischen zweistufigen Leistungswandlers, der eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Eingangsstufe und eine DC-DC-Wandler-Ausgangsstufe umfasst. Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der besten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die im Folgenden aufgeführten beigefügten Figuren beschrieben, in denen sich in den im Folgenden aufgeführten Figuren gleiche Bezugszeichen, Namen oder andere Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen, sofern nichts anderes angegeben ist, und in denen:
• 5 eine schematische Darstellung eines Leistungswandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
• 6 eine schematische Darstellung eines Leistungswandlers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
• 7 eine schematische Darstellung eines Leistungswandlers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
• 8 typische Wellenformen in Bezug auf den Leistungswandler von 4 beim Start sind; und
• 9 typische Wellenformen in Bezug auf den Leistungswandler von 5 beim Start sind.
• Der Vollständigkeit halber entsprechen die in den 1 bis 4 und 8 angegebenen Bezugszeichen, Namen oder anderen Bezugszeichen, die alle den Stand der Technik darstellen, keiner der in den übrigen Figuren angegebenen Bezugszeichen, Namen oder anderen Bezugszeichen, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, sofern nichts anderes angegeben ist.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
• Unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 und 8 wird ein Leistungswandler 1 bereitgestellt, der eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung 2 umfasst. Eine erste Kompensationsschaltung 3 stellt ein erstes Kompensationssignal an die APFC-Schaltung 2 bereit. Eine zweite Kompensationsschaltung 4 stellt ein zweites Kompensationssignal an die APFC-Schaltung 2 bereit. Eine Lastbedarfserfassungsschaltung 5 empfängt ein Lastbedarfssignal 6, um die zweite Kompensationsschaltung 4 einzuschalten, um das zweite Kompensationssignal bereitzustellen.
• Die APFC-Schaltung 2 ist mit einer Lastschaltung 7 verbunden und das Lastbedarfssignal 6 ist ein Lasterfassungssignal 8, das von der Lastschaltung 7 abgeleitet wird. Typischerweise zeigt das Lasterfassungssignal 8 eine transiente Lastbedingung an.
• In typischen Ausführungsformen umfasst die Lastschaltung 7 eine DC-DC-Wandlerschaltung 9.
• Das Lastbedarfssignal 6 kann auch die Form eines Laständerungsanforderungssignals 10 annehmen. Eines oder beide des Lasterfassungssignals 8 und des Laständerungsanforderungssignals 10 können existieren und der Lastbedarfserfassungsschaltung 5 bereitgestellt werden.
• Das Laständerungsanforderungssignal 10 kann beispielsweise von einer externen Steuerung bereitgestellt werden.
• In einigen Ausführungsformen, wie am besten in 6 gezeigt, empfängt die Lastbedarfserfassungsschaltung 5 eines oder mehrere der Lastbedarfssignale 6, um auch die erste Kompensationsschaltung 3 einzuschalten, um das erste Kompensationssignal bereitzustellen. Die Lastbedarfserfassungsschaltung 5 empfängt eines oder mehrere der Lastbedarfssignale 6 und stellt ein erstes Schaltsignal 11 bereit, um die erste Kompensationsschaltung 3 ein- oder auszuschalten, und ein zweites Schaltsignal 12, um die zweite Kompensationsschaltung 4 ein- oder auszuschalten. In einigen Fällen ist das erste Schaltsignal 11 eine invertierte Form des zweiten Schaltsignals 12.
• Um eine mögliche Instabilität zu vermeiden oder zu minimieren, kann die zweite Kompensationsschaltung 4 nach einer Zeitverzögerung eingeschaltet werden, nachdem die erste Kompensationsschaltung 3 eingeschaltet wurde. Zum Beispiel kann die Zeitverzögerung größer oder gleich 10 ms sein. Das heißt, die erste Kompensationsschaltung 3 wird sofort eingeschaltet, während das Einschalten der zweiten Kompensationsschaltung 4 zum Beispiel um 10 ms verzögert wird.
• In anderen Ausführungsformen, wie am besten in 5 gezeigt, stellt die erste Kompensationsschaltung 3 kontinuierlich das erste Kompensationssignal an die APFC-Schaltung 2 bereit. Zum Beispiel weist die erste Kompensationsschaltung 3 anstelle einer geschalteten Verbindung mit der APFC-Schaltung 2 eine Kurzschlussverbindung mit der APFC-Schaltung 2 auf.
• Das zweite Kompensationssignal, das von der zweiten Kompensationsschaltung 4 bereitgestellt wird, gibt eine normale Steuerantwort und das erste Kompensationssignal, das von der ersten Kompensationsschaltung 3 bereitgestellt wird, gibt eine schnellere Steuerantwort. Zum Beispiel stellt das zweite Kompensationssignal eine Steuerantwort mit einer geschlossenen Bandbreite von 7 Hz bereit und das erste Kompensationssignal stellt eine Steuerantwort mit einer geschlossenen Bandbreite von 70 Hz bereit.
• In einem anderen Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine LED (Leuchtdioden)-Beleuchtungsvorrichtung mit dem oben beschriebenen Leistungswandler 1 bereit. Die Lastschaltung 7 kann eine oder mehrere LEDS 13 umfassen.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten diejenigen in der Form einer Steuerung 14 für einen Leistungswandler. Die Steuerung 14 umfasst eine erste Kompensationsschaltung 3 zum Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (Active Power Factor Correction - APFC)-Schaltung 2 und eine zweite Kompensationsschaltung 4 zum Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung 2. Die Steuerung 14 umfasst auch eine Lastbedarfserfassungsschaltung 5 zum Empfangen eines Lastbedarfssignals 6, um die zweite Kompensationsschaltung 4 einzuschalten, um das zweite Kompensationssignal bereitzustellen.
• Alle oder Teile der oben beschriebenen Schaltungen können aus diskreten Komponenten gebildet oder zusammen in der Form beispielsweise eines Halbleiterchips integriert sein. Als ein spezifischeres Beispiel kann die Steuerung 14 in der Form eines Halbleiterchips sein. In diesem Beispiel kann die Steuerung 14 einen ersten Anschluss P1, einen zweiten Anschluss P2, einen dritten Anschluss P3 und einen vierten Anschluss P4 aufweisen. Die ersten und zweiten Anschlüsse P1 und P2 dienen zum Verbinden der ersten und zweiten Kompensationsschaltungen 3 und 4 mit der APFC-Schaltung 2. Der dritte Anschluss P3 dient zum Empfangen des Lasterfassungssignals 8 und der vierte Anschluss dient zum Empfangen des Laständerungsanforderungssignals 10. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 14 zusammen mit der APFC-Schaltung 2 und/oder dem DC-DC-Wandler 9 die Form eines Halbleiterchips annehmen.
• In einem weiteren Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Leistungswandlers 1 mit einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung 2 bereit. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung 2; und Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung 2 bei Empfang eines Lastbedarfssignals 6. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen auch ein Verfahren zum Umwandeln von Leistung bereit, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Wechselstrom (AC)-Eingangsleistung 15 mit einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung 2; Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung 2; und Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung 2 bei Empfang eines Lastbedarfssignals 6. Das Verfahren umfasst typischerweise auch das Umwandeln der Eingangsleistung 15 mit DC-DC-Umwandlung, nachdem sie die APFC-Schaltung 2 durchlaufen hat. Nach der DC-DC-Umwandlung wird die Eingangsleistung dann einer Last 13 bereitgestellt. Das Lastbedarfssignal 6 kann von der DC-DC-Umwandlungsschaltung und/oder der Last abgeleitet werden.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen kostengünstige Verfahren zum Verbessern der transienten Leitungs- und Lastleistung eines zweistufigen Leistungswandlers bereit, die durch Modifizieren des Regelkreises als Reaktion auf beobachtete Änderungen der Lastspannung und/oder des Stroms erreicht werden.
• In weiteren Einzelheiten weist der APFC-Regelkreis in typischen zweistufigen Leistungswandlern, wie etwa dem in 4 dargestellten, eine sehr langsame Regelkreisreaktion mit einer typischen Bandbreite im geschlossenen Regelkreis im Bereich von 5 bis 10 Hz auf. Diese langsame Reaktion verursacht Schwierigkeiten beim Starten und auch anschließend mit scharfen Änderungen der Ausgangslast. 8 zeigt typische Startwellenformen für ein solches System, bei denen die verstärkte HT-Spannung erheblich (auf die Spannung VHTDI P) abfällt, wenn der Ausgangs-DC-DC-Wandler beginnt, Leistung zu beziehen. VHTDIP und VHTMAX sind kritische Auslegungsparameter, da diese den erforderlichen Eingangsbereich des DC-DC-Wandlers definieren.
• Der Wert von VHTDIP kann durch Erhöhen der Bandbreite im geschlossenen Regelkreis des APFC-Regelkreises signifikant verbessert werden, da dies den Effekt hat, die HT-Welligkeitsspannung zu verringern. Dies hat jedoch auch den Effekt, den Eingangs-PF zu verringern und die Oberwellenemissionen zu erhöhen. Frühere Schaltungen versuchen, sowohl einen hohen Leistungsfaktor als auch eine gute Reaktion zu erreichen, indem sie die APFC-Eingangs- und Ausgangsspannungen mit einer Vorwärtskopplungs-/Rückkopplungssteuerstrategie überwachen.
• Die PF- und Oberwellenemissionsvorschriften werden für Start- und Lastschritttransienten ignoriert, die nur für stationäre Bedingungen anwendbar sind.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nutzen dies, um ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren zu verwenden, wie oben und im Folgenden ausführlicher beschrieben.
• Unter Bezugnahme auf 6 überwacht die Lastbedarfserfassungsschaltung 5 das Lasterfassungssignal 8 und das Laständerungsanforderungssignal 10, um zu bestimmen, ob der Regelkreis von einem langsamen Modus (langsame oder normale Steuerantwort) in einen schnellen Modus (schnelle Steuerantwort) geändert werden soll. Das Lasterfassungssignal 8 kann von der Lastspannung, dem Laststrom oder der Lastleistung der Lastschaltung 7 abgeleitet werden oder darauf reagieren. Das Laständerungsanforderungssignal 10 kann von einer externen Steuerung, wie beispielsweise einem Mikrocomputer (MCU), erzeugt werden, wenn es eine wesentliche Änderung der Ausgangsleistung geben wird, beispielsweise wenn ein dimmender LED-Treiber den Dimmpegel wesentlich ändert. Die Schalter S1, S2 wählen eines von zwei verfügbaren Schleifenkompensationsnetzwerken aus, d. h. die erste Kompensationsschaltung 3 und die zweite Kompensationsschaltung 4, um entweder eine normale (langsame) Steuerantwort (für stationäre Bedingungen) oder eine schnellere Steuerantwort zur Handhabung von kurzfristigen Transienten zu geben. Zum Beispiel kann das normale Schleifenkompensationsnetzwerk (die zweite Kompensationsschaltung 4) eine geschlossene Bandbreite von 7 Hz geben, während das schnelle Schleifenkompensationsnetzwerk (die erste Kompensationsschaltung 3) eine Bandbreite von 70 Hz bereitstellen kann.
• Die Kriterien zum Erkennen einer transienten Lastbedingung werden unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen jeder Anwendung bestimmt. Das Lasterfassungssignal 8 kann auf die Lastspannung, den Laststrom oder die Lastleistung der Lastschaltung 7 reagieren. Vorteilhafterweise würde eine transiente Lastbedingung beim Starten erkannt werden. Zusätzlich kann ein externer Mikrocomputer (MCU) ein Laständerungsanforderungssignal 10 vor einer Änderung des Dimmpegels senden, was die Lastbedarfserfassungsschaltung 5 zwingt, den schnellen Modus (durch die erste Kompensationsschaltung 3) auszuwählen.
• Um eine mögliche Instabilität zu vermeiden, ist der schnell/langsame Schaltzeitpunkt vorzugsweise asymmetrisch, wobei das Schalten in den schnellen Modus sofort erfolgt, während das Schalten in den langsamen (normalen) Modus verzögert wird, typischerweise für > 10 ms.
• Die verbesserten Startwellenformen, die sich aus Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben, die in 9 angegeben sind, können direkt mit den Wellenformen in 8 verglichen werden, die sich auf bereits bekannte Schaltungen beziehen. Insbesondere werden die Variationen der HT-Spannung nach dem Start stark verringert, wie durch VHTDIP und VHTMAX angezeigt.
• Die Schaltanordnung von 6 kann mit vernachlässigbarem Kompromiss vereinfacht werden, indem der Schalter S2 durch einen Kurzschluss ersetzt wird, wie in 5 gezeigt.
• Um unvorhersehbare Schritte in der Regelschleife zu vermeiden, ist es vorteilhaft, einen Widerstand über jeden Schalter zu verbinden, um sicherzustellen, dass der Kondensator in jeder Kompensationsschleife angemessen geladen wird, während der Schalter offen ist. Vorzugsweise ist ein hochohmiger Widerstand über jeden Schalter verbunden.
• Eine schematische Darstellung einer einfachen Implementierung für einen isolierenden konstanten Strom (Constant Current - CC)-LED-Treiber gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist in 7 angegeben. Die transiente Lastbedingung, die in diesem Fall erkannt wird, ist eine niedrige Lastspannung, wie sie beim Start oder bei der Lastwiederverbindung auftritt. Die Lastspannung wird durch die Lasterfassungsspannung (Lasterfassungssignal 8) erfasst, die die Lastspannung über den Transformator T1 spiegelt. Wenn das Lasterfassungssignal 8 hoch genug ist, um den NMOS-Schalter S1 einzuschalten, wird das Schleifenkompensationsnetzwerk CF2, RF2 in die Schaltung geschaltet, was die Rückkopplung für den Verstärker A1 dominiert. Der Kondensator CA2 und RA2 stellen eine Zeitverzögerung für das Schalten in den normalen (langsamen) Modus bereit. Die Diode D2 und RA1 stellen eine schnelle Rücksetzung in den schnellen Modus bereit, wenn die Lastspannung unter einen Schwellenwert fällt, der durch das Transformatorwindungsverhältnis VREF und die NMOS-Einschaltspannung bestimmt wird. Beim Starten werden die Kondensatoren CA1, CA2 entladen, der MOSFET S1 ist ausgeschaltet und das Rückkopplungsnetzwerk umfasst nur CN1 (RF1 und CF1), was eine schnelle Steuerschleifenantwort bereitstellt. Nachdem die Lastspannung auf einen vorbestimmten Schwellenwert angestiegen ist, reicht die reflektierte Spannung an CA1 aus, um S1 einzuschalten, nach einer Zeitverzögerung, die durch RA2, CA2 bestimmt wird. Wenn S1 eingeschaltet ist, wird das Rückkopplungsnetzwerk CN2 (RF2 und CF2) parallel zu CN1 geschaltet, was eine langsame Schleifenreaktion auswählt.
• Im Fall eines digitalen Dimmtreibers, bei dem ein Steuermikroprozessor verwendet werden könnte, kann der Mikroprozessor im Fall einer signifikanten vorhergesagten Laständerung ein Laständerungsanforderungssignal bereitstellen, um S1 direkt zu steuern.
• Betrachtet man die APFC-Steuerschleife ausführlicher, erzeugt die APFC-Schaltung 2 eine HT-Versorgung durch Verstärken der gleichgerichteten Leitungsspannung. R1 und R2 stellen ein Spannungserfassungssignal bereit, das es einer APFC-Steuerung (d. h. der APFC-Schaltung 2) ermöglicht, die HT-Versorgungsspannung zu regeln.
• Die APFC-Schaltung 2 verwendet typischerweise einen Proportional-Integral (PI)-Regelkreis. Dies kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden: $$G\left(s\right)=K_P+\frac{K_i}{s}$$

  
• Wenn das schnelle Kompensationsnetzwerk (die erste Kompensationsschaltung 3) ausgewählt wird, hängen die Konstanten Kp und Ki von den Komponenten des schnellen Kompensationsnetzwerks ab: $${\text{K}}_{\text{p}}=\text{RF}1/\text{R}1$$

  

  $${\text{K}}_{\text{i}}=1/\text{R}1.\text{CF}1$$

  
• Wenn das langsame Kompensationsnetzwerk (die zweite Kompensationsschaltung 4) ausgewählt wird und der Schalter S2 bereitgestellt wird, hängen die Konstanten Kp und Ki von den Komponenten des langsamen Kompensationsnetzwerks ab: $${\text{K}}_{\text{p}}=\text{RF}2/\text{R}1$$

  

  $${\text{K}}_{\text{i}}=1/\text{R}1.\text{CF}2$$

  
• Wenn das langsame Kompensationsnetzwerk (die zweite Kompensationsschaltung 4) ausgewählt wird und der Schalter S2 nicht bereitgestellt wird, hängen die Konstanten Kp und Ki von den kombinierten Impedanzen der Komponenten des schnellen und langsamen Kompensationsnetzwerks ab. Wenn kombiniert, ist die Impedanz des langsamen Kompensationsnetzwerks dominant, wobei sie typischerweise ein Zehntel des schnellen Kompensationsnetzwerks beträgt, so dass die Werte von Kp und Ki durch die obigen Gleichungen 2a, 2b angenähert werden.
• Es versteht sich, dass die vorgenannten Ausführungsformen nur beispielhafte Ausführungsformen sind, die verwendet werden, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, und die vorliegende Erfindung ist nicht nur darauf beschränkt. Verschiedene Varianten und Modifikationen können von Durchschnittsfachleuten vorgenommen werden, ohne vom Geist und Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und diese Varianten und Modifikationen sind auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung abgedeckt. Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben wurde, versteht es sich demnach für Fachleute, dass die Erfindung in vielen anderen Formen ausgeführt werden kann. Es versteht sich für Fachleute auch, dass die Merkmale der verschiedenen beschriebenen Beispiele in anderen Kombinationen kombiniert werden können. Insbesondere versteht es sich für Fachleute, dass es verschiedene Variationen der oben beschriebenen Schaltungen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung gibt. Es gibt viele mögliche Permutationen der oben beschriebenen Schaltungsanordnungen, die für Fachleute offensichtlich sind. Demnach können die in den Ausführungsformen gezeigten Schaltungskomponenten frei ausgetauscht, in verschiedenen Anordnungen oder Reihenfolge platziert werden, stellen aber immer noch die Funktionalität bereit, die in Bezug auf die Schaltung beschrieben wurde, wie sie ursprünglich in den beschriebenen Ausführungsformen angeordnet oder geordnet war, und fallen daher immer noch in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 9325235 [0011]
• US 9812951 [0011]
• WO 2016096887 [0011]

Claims (18)

1. Leistungswandler, umfassend: eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (Active Power Factor Correction - APFC)-Schaltung; eine erste Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung; eine zweite Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung; und eine Lastbedarfserfassungsschaltung zum Empfangen eines Lastbedarfssignals, um die zweite Kompensationsschaltung einzuschalten, um das zweite Kompensationssignal bereitzustellen.
2. Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei die APFC-Schaltung mit einer Lastschaltung verbunden ist und das Lastbedarfssignal ein Lasterfassungssignal ist, das von der Lastschaltung abgeleitet wird.
3. Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei das Lasterfassungssignal eine transiente Lastbedingung anzeigt.
4. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Lastschaltung eine DC-DC-Wandlerschaltung umfasst.
5. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lastbedarfssignal ein Laständerungsanforderungssignal ist.
6. Leistungswandler nach Anspruch 5, wobei das Laständerungsanforderungssignal von einer externen Steuerung bereitgestellt wird.
7. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lastbedarfserfassungsschaltung das Lastbedarfssignal empfängt, um die erste Kompensationsschaltung einzuschalten, um das erste Kompensationssignal bereitzustellen.
8. Leistungswandler nach Anspruch 7, wobei die Lastbedarfserfassungsschaltung das Lastbedarfssignal empfängt und ein erstes Schaltsignal bereitstellt, um die erste Kompensationsschaltung ein- oder auszuschalten, und ein zweites Schaltsignal, um die zweite Kompensationsschaltung ein- oder auszuschalten.
9. Leistungswandler nach Anspruch 8, wobei das erste Schaltsignal eine invertierte Form des zweiten Schaltsignals ist.
10. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die zweite Kompensationsschaltung nach einer Zeitverzögerung eingeschaltet wird, nachdem die erste Kompensationsschaltung eingeschaltet wurde.
11. Leistungswandler nach Anspruch 10, wobei die Zeitverzögerung größer oder gleich 10 ms ist.
12. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Kompensationsschaltung kontinuierlich das erste Kompensationssignal an die APFC-Schaltung bereitstellt.
13. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das zweite Kompensationssignal eine normale Steuerantwort und das erste Kompensationssignal eine schnellere Steuerantwort gibt.
14. Leistungswandler nach Anspruch 13, wobei das zweite Kompensationssignal eine Steuerantwort mit einer geschlossenen Bandbreite von 7 Hz bereitstellt.
15. Leistungswandler nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei das erste Kompensationssignal eine Steuerantwort mit einer geschlossenen Bandbreite von 70 Hz bereitstellt.
16. LED-Beleuchtungsvorrichtung mit einem Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
17. Steuerung für einen Leistungswandler, wobei die Steuerung umfasst: eine erste Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung; eine zweite Kompensationsschaltung zum Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung; und eine Lastbedarfserfassungsschaltung zum Empfangen eines Lastbedarfssignals, um die zweite Kompensationsschaltung einzuschalten, um das zweite Kompensationssignal bereitzustellen.
18. Verfahren zum Steuern eines Leistungswandlers mit einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur (APFC)-Schaltung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines ersten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung; Bereitstellen eines zweiten Kompensationssignals an die APFC-Schaltung bei Empfang eines Lastbedarfssignals.

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