DE202016105453U1

DE202016105453U1 - Echtzeitbestimmung von Schaltverzögerungen

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Publication number: DE202016105453U1
Application number: DE202016105453.2U
Authority: DE
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-01-03
Anticipated expiration: 2026-10-01
Also published as: AT16734U1

Abstract

Betriebsgerät (1) zum Betreiben einer Leuchtmittelstrecke (4) mit wenigstens einem Leuchtmittel, vorzugsweise einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode, wobei das Betriebsgerät (1) umfasst: a) wenigstens eine Konverterstufe (2) mit wenigstens einem Schalter (ST1) und wenigstens einem Energiespeicher (L1), und b) eine Steuereinheit (6), die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Schalter (ST1) zum Betreiben der Leuchtmittelstrecke (4) derart zu steuern, dass der wenigstens eine Energiespeicher (L1) zyklisch geladen und entladen wird, um eine elektrische Energie für den Betrieb der Leuchtmittelstrecke (4) bereitzustellen, c) wobei die Steuereinheit (6) zur Steuerung des wenigstens einen Schalters (ST1) dazu eingerichtet ist, an den wenigstens einen Schalter (ST1) Steuersignale (SSteuer, S1, S2) auszugeben, wobei jedes Steuersignal (SSteuer, S1, S2) einen Schaltvorgang des wenigstens einen Schalters (ST1) verursacht, d) wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, bei wenigstens einer Ausgabe eines Steuersignals (S1, S2) an den wenigstens einen Schalter (ST1) die zeitliche Verzögerung (ton_del, toff_del) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T3, T5) der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals (SSteuer, S1, S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T4, T6) des durch das jeweiligen Steuersignal (SSteuer, S1, S2) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) zu bestimmen und bei wenigstens einem folgenden Schaltvorgang die zeitliche Verzögerung (ton_del, toff_del) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T3, T5) der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals (SSteuer, S1, S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T4, T6) des durch das jeweiligen Steuersignal (SSteuer, S1, S2) verursachten Schaltvorgangs durch eine Kompensation zu berücksichtigen.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Betriebsgerät mit wenigstens einer Konverterstufe aufweisend wenigstens einen Schalter und wenigstens einen Energiespeicher zum Betreiben einer Leuchtmittelstrecke mit wenigstens einem Leuchtmittel, vorzugsweise einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode, wobei das Betriebsgerät dazu eingerichtet ist, die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe eines Steuersignals zum Verursachen eines Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters und dem tatsächlichen Zeitpunkt des Schaltvorgangs zu bestimmen sowie bei wenigstens einem folgenden Schaltvorgang diese zeitliche Verzögerung durch eine Kompensation zu berücksichtigen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein erfindungsgemäßes Beleuchtungsgerät umfassend das erfindungsgemäße Betriebsgerät und eine Leuchtmittelstrecke.
2. Hintergrund
Aus dem Stand der Technik sind Betriebsgeräte bekannt, die zum Betreiben von Leuchtmittelstrecken mit wenigstens einem Leuchtmittel, wie z. B. eine Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode, wenigstens eine Konverterstufe mit wenigstens einem Schalter und wenigstens einem Energiespeicher umfassen, um durch zyklisches Ein- und Ausschalten des wenigstens einen Schalters den wenigstens einen Energiespeicher zyklisch zu laden und entladen. Durch die Steuerung des wenigstens einen Schalters und folglich des Ladens und Entladens des wenigstens einen Energiespeichers kann die elektrische Energie bzw. der Strom gesteuert werden, die bzw. der durch das Betriebsgerät der Leuchtmittelstrecke bereitgestellt wird. Die durch das wenigstens eine Leuchtmittel der Leuchtmittelstrecke emittierte Lichtmenge hängt von der elektrischen Energie bzw. dem Strom ab, die bzw. der der Leuchtmittelstrecke durch das Betriebsgerät zugeführt wird.
Zur Steuerung des wenigstens einen Schalters, gibt die Steuereinheit des Betriebsgerätes Steuersignale an den wenigstens einen Schalter aus.
Üblicherweise werden ausgehend von der Steuereinheit die Steuersignale über einen Treiber dem wenigstens einen Schalter ausgegeben.
Zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe eines Steuersignals durch die Steuereinheit an den wenigstens einen Schalter und dem durch das Steuersignal verursachten Schaltvorgang (Einschalten oder Ausschalten) des wenigstens einen Schalters kommt es zu einer zeitlichen Verzögerung. Mit anderen Worten, schaltet der wenigstens eine Schalter nicht sofort zu dem Zeitpunkt, zu dem die Steuereinheit ein Steuersignal ausgibt, um einen Schaltvorgang des wenigstens einen Schalters zu verursachen.
Dies ist beispielhaft in 10 gezeigt. 10 zeigt nämlich beispielhaft das Schalten eines Schalters ST einer Konverterstufe zum Laden und Entladen des Energiespeichers der Konverterstufe. Der Schalter ST ist im geschlossenen Zustand leitend und im offenen Zustand nichtleitend. Der Schalter ST wird derart gesteuert, dass dieser bei Erreichen eines vorbestimmten Maximalstroms I_peak des Stroms I_L durch den Energiespeicher geöffnet bzw. nichtleitend geschaltet wird und beim Nulldurchgang des Stroms I_L, durch den Energiespeicher geschlossen bzw. leitend geschaltet wird. Diese Betriebsart ist als Grenzbetrieb („Borderline Conduction Mode/BCM”) bekannt.
Auf der linken Seite der 10 ist in dem oberen Graphen durch die gestrichelte Linie angedeutet, dass zu dem Zeitpunkt des Erreichens des vorbestimmten Maximalstroms I_peak der Schalter ST geöffnet werden sollte. Aufgrund einer zeitlichen Verzögerung t_{off_del} öffnet der Schalter ST aber nicht sofort sondern erst zu dem Zeitpunkt t_{off_del}. Folglich ist der Schalter ST während der Zeitdauer t_{off_del} noch geschlossen, wodurch der Energiespeicher weiter geladen wird und der Strom I_L durch den Energiespeicher bis auf den Stromwert I_peakneu ansteigt, der höher ist als der vorbestimmte Maximalstrom I_peak, zu dem der Schalter ausgeschaltet werden sollte. D. h. die Ausschaltverzögerung t_{off_del} führt zu einem höheren Strom I_peakneu in dem Energiespeicher, welches zu einer Sättigung oder Erhitzung des Energiespeichers führen kann.
Auf der rechten Seite der 10 ist in dem oberen Graphen durch die gestrichelte Linie angedeutet, dass beim Grenzbetrieb zu dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms I_L durch den Energiespeicher der Schalter ST geschlossen werden sollte. Aufgrund einer zeitlichen Verzögerung t_{on_del} schließt der Schalter ST aber nicht sofort sondern erst zu dem Zeitpunkt t_{on_real}. Folglich ist der Schalter ST während der Zeitdauer t_{on_del} noch offen, wodurch der Strom I_L durch den Energiespeicher für die Zeitdauer t_{on_del} auf Null (o A) bleibt. D. h. die Einschaltverzögerung t_{on_del} führt dazu, dass aus einem Grenzbetrieb (Borderline Conduction Mode/BCM”) ein lückender Betrieb bzw. Lückbetrieb („Discontinuous Conduction Mode/DCM”) wird, wodurch die Schaltverluste erhöht werden und es zu einer Schwankung im Ausgangsstrombereich der Konverterstufe kommen kann.
Bei Betriebsgeräten mit wenigstens einem Hochpotential („High-Side”-Schalter, wie es zum Beispiel der Fall ist, wenn die wenigstens eine Konverterstufe eine invertierende Wandlerstufe (Buck-Boost-Konverterstufe) oder eine Abwärtswandlerstufe (Buck-Konverterstufe) ist, werden die vorstehend beschriebenen zeitlichen Verzögerungen unter anderem durch eine parasitäre Induktivität des Transformators, der typischerweise zur galvanischen Trennung in einem Hochpotential(„High-Side”)-Treiber zum Betreiben des High-Side-Schalters vorgesehen ist, sowie der Eingangskapazität des High-Side-Schalters verursacht. Unter einem High-Side-Schalter einer Konverterstufe wird ein Schalter verstanden, der den wenigstens einen Energiespeicher der Konverterstufe gegen die Versorgungsspannung bzw. Eingangsspannung der Konverterstufe schaltet und nicht gegen Masse, bzw. gegen das höhere Potential der Eingangsspannung schaltet und nicht gegen das niedrigere Potential der Eingangsspannung.
Für den Fall, dass der High-Side-Schalter durch einen Feldeffekttransistor, wie z. B. einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) realisiert wird, ergibt sich die Eingangskapazität C_ISS des High-Side-Schalters im Wesentlichen wie folgt: C_ISS = C_GS + C_GD
Hierbei stellt C_GS die Gate-Source-Kapazität dar, welche durch die Überlappung des Source- und Kanalbereichs durch die Gate-Elektrode gebildet wird und als konstant angenommen werden kann. C_GD stellt die Gate-Drain-Kapazität dar, welche eine Funktion der Drain-Source Spannung V_DS ist, wobei diese Abhängigkeit durch folgende Formel im Wesentlichen dargestellt werden kann:
Gemäß dem Stand der Technik werden die zeitliche Verzögerung t_{on_del} zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals zum Verursachen eines Einschaltens des Schalters und dem tatsächliche Zeitpunkt des Einschaltens des Schalters und die zeitliche Verzögerung t_{off_del} zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals zum Verursachen eines Ausschaltens des Schalters und dem tatsächliche Zeitpunkt des Ausschaltens des Schalters als konstant angenommen und es wird ein gemeinsamer Verzögerungswert für die beiden zeitlichen Verzögerung typischerweise während der Herstellung für die Steuerung festgelegt.
Dies ist nachteilig, da, wie vorstehend gezeigt, die zeitlichen Verzögerungen nicht konstant sind und auch für verschiedene Lasten sich ändern können. Ferner unterscheiden sich üblicherweise die zeitliche Verzögerung t_{on_del} zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals zum Verursachen eines Einschaltens des Schalters und dem tatsächliche Zeitpunkt des Einschaltens des Schalters und die zeitliche Verzögerung t_{off_del} zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals zum Verursachen eines Ausschaltens des Schalters und dem tatsächliche Zeitpunkt des Ausschaltens des Schalters voneinander.
Um die vorstehenden Nachteile des Stands der Technik auszuräumen, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Betriebsgerät zum Betreiben einer Leuchtmittelstrecke mit wenigstens einem Leuchtmittel bereitzustellen.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Betriebsgerät zum Betreiben einer Leuchtmittelstrecke mit wenigstens einem Leuchtmittel, vorzugsweise einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode bereitgestellt, wobei das Betriebsgerät umfasst:

– wenigstens eine Konverterstufe mit wenigstens einem Schalter und wenigstens einem Energiespeicher, und
– eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Schalter zum Betreiben der Leuchtmittelstrecke derart zu steuern, dass der wenigstens eine Energiespeicher zyklisch geladen und entladen wird, um eine elektrische Energie für den Betrieb der Leuchtmittelstrecke bereitzustellen.

Hierbei ist die Steuereinheit zur Steuerung des wenigstens einen Schalters dazu eingerichtet, an den wenigstens einen Schalter Steuersignale auszugeben, wobei jedes Steuersignal einen Schaltvorgang des wenigstens einen Schalters verursacht. Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, bei wenigstens einer Ausgabe eines Steuersignals an den wenigstens einen Schalter die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweiligen Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters zu bestimmen und bei wenigstens einem folgenden Schaltvorgang die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweiligen Steuersignal verursachten Schaltvorgangs durch eine Kompensation zu berücksichtigen.
Mit anderen Worten ist das erfindungsgemäße Betriebsgerät, insbesondere die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes, dazu eingerichtet, während der Steuerung des wenigstens einen Schalters, d. h. während dem Betrieb des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes zur Steuerung des Betriebs der Leuchtmittelstrecke, die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe eines Steuersignals an den wenigstens einen Schalter und dem tatsächlichen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der wenigstens eine Schalter aufgrund des Steuersignals bzw. durch das Steuersignal verursacht schaltet, und eine Kompensation der zeitverzögerten Steuerung bzw. Ansteuerung des wenigstens einen Schalters bei einem in der Zukunft folgenden bzw. zeitlich nachfolgenden Schaltvorgang des wenigstens einen Schalters abhängig von dieser zeitlichen Verzögerung durchzuführen. D. h. die Kompensation der zeitverzögerten Steuerung des wenigstens einen Schalters durch das erfindungsgemäße Betriebsgerät, insbesondere durch die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes, bei einem in der Zukunft folgendem Schaltvorgang erfolgt abhängig von einer tatsächlichen Bestimmung, insbesondere tatsächlichen Erfassung, der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe eines Steuersignals durch die Steuereinheit und dem tatsächlichen Zeitpunkt des dadurch verursachten Schaltvorgangs.
Vorzugsweise umfasst die Leuchtmittelstrecke als Leuchtmittel (Lichtquelle) eine oder mehrere Leuchtdioden. Der Begriff „Leuchtdiode (LED)” umfasst Leuchtdioden mit Primäranregung, Leuchtdioden mit Sekundäranregung, anorganische Leuchtdioden, organische Leuchtdioden (OLEDs) sowie alle weiteren bekannten Arten von Leuchtdioden. Die Leuchtmittelstrecke kann aber zusätzlich oder alternativ auch andere bekannte Leuchtmittel, wie z. B. Leuchtstoffröhren oder Gasentladungslampen usw., umfassen, die dazu eingerichtet sind, Licht zu emittieren.
Vorzugsweise umfasst oder entspricht die wenigstens eine Konverterstufe einem aktiv getakteten DC/DC-Wandler bzw. Gleichspannungswandler, der dazu eingerichtet ist an seinem Ausgang elektrische Energie bzw. einen Strom zum Betreiben einer Leuchtmittelstrecke mit wenigstens einem Leuchtmittel bereitzustellen. Hierbei hängt die Lichtemission des wenigstens einen Leuchtmittels der Leuchtmittelstrecke von der zugeführten elektrischen Energie bzw. dem zugeführten Strom ab und folglich kann die Lichtemission durch Steuern bzw. Einstellen der zugeführten elektrischen Energie bzw. des zugeführten Stroms gesteuert werden.
Die wenigstens eine Konverterstufe kann zum Beispiel einen potentialgetrennten getakteten DC/DC-Wandler (getakteter DC/DC-Wandler mit galvanischer Trennung zwischen Eingang und Ausgang), wie z. B. einen Sperrwandler (Flyback-Konverter), Gegentaktwandler (Push-Pull-Konverter) oder einen Resonanzwandler (Resonanz-Konverter), oder einen nicht-isolierten bzw. nicht-potentialgetrennten getakteten DC/DC-Wandler (getakteter DC/DC-Wandler ohne galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang) darstellen, wie z. B. einen Abwärtswandler (Buck-Konverter, Step-Down-Konverter), Aufwärtswandler (Boost-Konverter, Step-Up-Konverter) oder einen invertierender Wandler (Buck-Boost-Konverter).
Besonders bevorzugt entspricht die wenigstens eine Konverterstufe einer Konverterstufe mit wenigstens einem High-Side-Schalter, wie z. B. einem Abwärtswandler (Buck-Konverter, Step-Down-Konverter) oder einem invertierenden Wandler (Buck-Boost-Konverter).
Der wenigstens einen Konverterstufe können im Betriebsgerät noch eine oder mehrere Konverterstufen vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet sein, sodass die wenigstens eine Konverterstufe vorzugsweise eine Stufe in einer Kette von Konverterstufen darstellt.
Der wenigstens eine Schalter der wenigstens einen Konverterstufe entspricht vorzugsweise einem Transistor. Besonders vorzugsweise entspricht der wenigstens eine Schalter einem Feldeffekttransistor (FET), insbesondere einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Der wenigstens eine Schalter kann aber auch jedem anderen dem Fachmann bekannten Schalter entsprechen, der durch Steuersignale ausgehend von einer Steuereinheit eingeschaltet (leitend geschaltet) und ausgeschaltet (nichtleitend geschaltet) werden kann. Zum Beispiel kann der wenigstens eine Schalter auch einem Bipolartransistor entsprechen.
Vorzugsweise sind der wenigstens eine Schalter und der wenigstens eine Energiespeicher derart in der wenigstens einen Konverterstufe verschaltet, dass der wenigstens eine Energiespeicher ausgehend von der dem erfindungsgemäßen Betriebsgerät, insbesondere der wenigstens einen Konverterstufe, zugeführten elektrischen Energie bzw. Versorgungsspannung durch Schalten des wenigstens einen Schalters, d. h. durch Einschalten (leitend Schalten) und Ausschalten (nichtleitend Schalten) des wenigstens einen Schalters, geladen und entladen werden kann, um am Ausgang der wenigstens einen Konverterstufe eine elektrische Energie, Spannung oder Strom bereitzustellen. Hierbei kann die am Ausgang der wenigstens einen Konverterstufe bereitgestellte elektrische Energie, Spannung oder Strom durch Steuerung des wenigstens einen Schalters bzw. durch Steuerung des Schalten des wenigstens einen Schalters gesteuert bzw. eingestellt werden.
Der wenigstens eine Schalter der wenigstens einen Konverterstufe entspricht vorzugsweise einem High-Side-Schalter. Unter einem „High-Side-Schalter„ einer Konverterstufe wird ein Schalter verstanden, der den wenigstens einen Energiespeicher der Konverterstufe gegen die Versorgungsspannung bzw. Eingangsspannung der Konverterstufe schaltet und nicht gegen Masse, oder gegen das höhere Potential der Eingangsspannung schaltet und nicht gegen das niedrigere Potential der Eingangsspannung.
Der wenigstens eine Energiespeicher ist vorzugsweise eine Induktivität bzw. eine Spule. Im eingeschalteten bzw. leitenden Zustand des wenigstens einen Schalters wird der wenigstens eine Energiespeicher geladen, d. h. die im Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie erhöht sich bzw. der durch den Energiespeicher fließende Strom (Ladestrom) steigt an. Im ausgeschalteten bzw. nicht-leitenden Zustand des wenigstens einen Schalters wird der wenigstens eine Energiespeicher entladen, d. h. die im Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie verringert sich bzw. der durch den Energiespeicher fließende Strom (Entladestrom) sinkt, um am Ausgang der wenigstens einen Konverterstufe eine elektrische Energie bzw. einen elektrischen Strom zum Betreiben der Leuchtmittelstrecke bereitzustellen.
Das erfindungsgemäße Betriebsgerät kann ferner wenigstens eine Gleichrichterschaltung und/oder wenigstens eine Filterschaltung umfassen, die der wenigsten einen Konverterstufe vorangeschaltet sind, um eine dem Betriebsgerät als Eingangsspannung zugeführte Wechselspannung gleichzurichten und/oder zu filtern. Folglich kann das erfindungsgemäße Betriebsgerät sowohl mit einer Wechselspannung, wie z. B. Netzwechselspannung, wie auch mit einer Gleichspannung, wie z. B. einer Batteriespannung, als Eingangsspannung versorgt werden.
Die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ist vorzugsweise ein Mikrokontroller, ein ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder ein Hybrid daraus, welche zur Steuerung des wenigstens einen Schalters dazu eingerichtetist, Steuersignale an den wenigstens einen Schalter auszugeben.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Betriebsgerät wenigstens einen Treiber bzw. wenigstens eine Treiberschaltung, über den bzw. die die Steuereinheit die Steuersignale an den wenigstens einen Schalter zur Steuerung dieses ausgibt. Unter einem „Treiber” bzw. einer „Treiberschaltung” wird eine Schaltung verstanden, die unteranderem den Pegel eines durch die Steuereinheit ausgegebenen Steuersignals auf einen niedrigeren oder vorzugsweise höheren Pegel umsetzt und/oder das Signal verstärkt. Mit anderen Worten wird vorzugsweise durch den wenigstens einen Treiber ein durch die Steuereinheit ausgegebenes Steuersignal eines geringen Pegels, wie z. B. ein geringer Strom von einem Digitalausgang der Steuereinheit, auf ein Steuersignal eines höheren Pegels umgesetzt und/oder verstärkt, um ein korrektes Schaltverhalten des wenigstens einen Schalters zu ermöglichen. Ein solcher Treiber ist auch als „Gate-Treiber” oder „Low-Side-Treiber” bekannt.
Für den Fall, dass der wenigstens eine Schalter ein High-Side-Schalter ist, umfasst das erfindungsgemäße Betriebsgerät vorzugsweise ferner einen weiteren Treiber der eine galvanische Trennung z. B. in Form eines Transformators, aufweist, um eine potentialfreie bzw. galvanisch-getrennte Steuerung des wenigstens einen Schalters zu ermöglichen. Ein solcher Treiber ist auch als „High-Side-Treiber” bekannt.
Folglich kann das erfindungsgemäße Betriebsgerät einen Low-Side-Treiber für eine Pegelumsetzung und/oder Verstärkung der Steuersignale der Steuereinheit sowie einen dem Low-Side-Treiber nachgeschalteten High-Side-Treiber zur galvanischen Trennung aufweisen, wobei dann die Steuereinheit vorzugsweise Steuersignale über den Low-Side-Treiber und den High-Side-Treiber an den wenigstens einen Schalter ausgibt. Der Low-Side-Treiber und der nachgeschaltete High-Side-Treiber können zusammen einen Treiber bzw. Treiberschaltung bilden, über die die Steuereinheit Steuersignale an den wenigstens einen Schalter ausgeben kann.
Die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ist dazu eingerichtet, durch Steuerung des wenigstens einen Schalters der wenigstens einen Konverterstufe die am Ausgang der wenigstens einen Konverterstufe bereitgestellte elektrische Energie bzw. elektrischen Strom für den Betrieb der Leuchtmittelstrecke zu steuern bzw. einzustellen.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit auch dazu eingerichtet, durch Steuerung des wenigstens einen Schalters eine Leistungsfaktorkorrektur-Funktion (PFC-Funktion) auszuführen, um einen Leistungsfaktor nahezu 1 bzw. gemäß gesetzlichen Vorgaben zu gewährleisten.
Unter einem „Schaltvorgang des wenigstens einen Schalters” wird ein Einschalten oder Ausschalten des wenigstens einen Schalters verstanden, das durch ein von der Steuereinheit ausgegebenes Steuersignal verursacht wird. Wenn der wenigstens eine Schalter eingeschaltet wird, wird er leitend und, wenn der wenigstens eine Schalter ausgeschaltet wird, wird er nichtleitend. Mit anderen Worten wird bei jedem Schaltvorgang des Schalters der Zustand des Schalters entweder von leitend zu nichtleitend oder von nichtleitend zu leitend verändert.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den zeitlichen Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher zu erfassen und bei der wenigstens einen Ausgabe eines Steuersignals die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweilige Steuersignal verursachten Schaltvorgangs auf Basis des zeitlichen Stromverlaufs durch den wenigstens einen Energiespeicher zu bestimmen.
Mit anderen Worten ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, auf Basis des zeitlichen Verlaufs des durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe fließenden Stroms die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Steuereinheit zum Verursachen eines Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters ein Steuersignal an den wenigstens einen Schalter ausgibt, und dem tatsächlichen Zeitpunkt des Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters zu bestimmen.
Im Folgenden sind die Begriffe „der durch den wenigstens einen Energiespeicher fließende Strom” und „der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher” als Synonyme anzusehen.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Betriebsgerät eine Erfassungseinheit, die dazu eingerichtet ist den zeitlichen Verlauf des durch den wenigstens einen Energiespeicher fließenden Stroms zu erfassen, wobei die Erfassungseinheit vorzugsweise Bestandteil der wenigstens einen Konverterstufe ist. Zum Beispiel kann zu dem Energiespeicher ein Shunt-Widerstand seriell geschaltet sein, sodass über die an dem Shunt-Widerstand abfallende Spannung der durch den wenigstens einen Energiespeicher fließende Strom erfasst werden kann und somit der zeitliche Verlauf des durch den Energiespeicher fließenden Stroms durch die Steuereinheit erfasst werden kann.
Bevorzugt weist die wenigstens eine Konverterstufe eine Messwicklung bzw. Messinduktivität auf, die mit dem wenigstens einen Energiespeicher elektromagnetisch gekoppelte ist, der vorzugsweise eine Induktivität bzw. Spule darstellt. Über diese Messwicklung kann dann die Messung des durch den wenigsten einen Energiespeicher fließenden Stroms erfolgen und folglich der zeitliche Verlauf des durch den Energiespeicher fließenden Stroms durch die Steuereinheit erfasst werden.
Ferner ist die Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs der Leuchtmittelstrecke vorzugsweise dazu eingerichtet, als Steuersignale abwechselnd ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal auszugeben, wobei die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet ist, das erste Steuersignal als Steuersignal auszugeben, um ein Einschalten des wenigstens einen Schalters als Schaltvorgang zu verursachen, und wobei die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet ist, das zweite Steuersignal als Steuersignal auszugeben, um ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters als Schaltvorgang zu verursachen.
Vorzugsweise entspricht das erste Steuersignal einem Signal eines ersten Pegels und das zweite Steuersignal einem Signal eines zweiten Pegels, der niedriger als der erste Pegel ist. Besonders bevorzugt entspricht der zweite Pegel einem Null-Pegel, sodass bei der Ausgabe des ersten Steuersignals ein Signal ausgegeben wird und bei der Ausgabe des zweiten Steuersignals kein Signal ausgegeben wird.
Des Weiteren ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, das erste Steuersignal als Steuersignal auszugeben, wenn der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den Nullwert erreicht, eine vorbestimmte Zeitdauer nach Erreichen des Nullwertes abgelaufen ist, oder eine vorbestimmte erste Zeitdauer nach der vorhergehenden Ausgabe des zweiten Steuersignals abgelaufen ist.
Mit anderen Worten ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Einschalten des wenigstens einen Schalters sowohl abhängig von einem Ereignis und/oder abhängig von einer Zeitdauer bzw. einem Zeitablauf zu steuern. Das Ereignis kann zum Beispiel ein Nulldurchgang des durch den Energiespeicher fließenden Stroms oder ein Erreichen eines vorbestimmten unteren Stromwertes bzw. Minimalstromwertes sein.
Die Betriebsart, bei der die Steuereinheit ein erstes Steuersignal ausgibt, wenn der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den Nullwert (Nulldurchgang) erreicht, um ein Einschalten des Schalters zu verursachen, ist als Grenzbetrieb („Borderline Conduction Mode”) bekannt.
Die Betriebsart, bei der die Steuereinheit ein erstes Steuersignal ausgibt, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, nachdem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den Nullwert (Nulldurchgang) erreicht hat, um ein Einschalten des Schalters zu verursachen, ist als lückender Betrieb oder Lückbetrieb („Discontinuous Conduction Mode”) bekannt.
Die Betriebsart, bei der die Steuereinheit ein erstes Steuersignal ausgibt, wenn der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher einen vorbestimmten unteren Stromwert bzw. Minimalstromwert (der ungleiche dem Nullwert ist) erreicht, um ein Einschalten des Schalters zu verursachen, ist als nichtlückender Betrieb oder Nichtlückbetrieb („Continuous Conduction Mode”) bekannt.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das zweite Steuersignal als Steuersignal auszugeben, wenn der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher einen vorbestimmten Maximalwert erreicht, oder eine vorbestimmte zweite Zeitdauer nach der vorhergehenden Ausgabe des ersten Steuersignals abgelaufen ist.
Mit anderen Worten ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters sowohl abhängig von einem Ereignis und/oder abhängig von einer Zeitdauer bzw. einem Zeitablauf zu steuern. Das Ereignis kann zum Beispiel ein Erreichen eines vorbestimmten oberen Stromwertes bzw. Maximalstromwertes sein. In allen drei oben genannten Betriebsarten kann die Steuereinheit das Ausschalten abhängig von einem Ereignis in Form eines Erreichen eines vorbestimmten oberen Stromwertes und/oder einer Zeitdauer steuern.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den vorbestimmten Minimalstromwert für den Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher, die vorbestimmte Zeitdauer nach Erreichen des Nullwertes, den vorbestimmten Maximalstromwert für den Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher, die vorbestimmte erste Zeitdauer und/oder die vorbestimmte zweite Zeitdauer einzustellen, um die durch die wenigstens eine Konverterstufe bereitgestellte elektrische Energie bzw. den durch die wenigstens eine Konverterstufe bereitgestellten Strom zum Betreiben der Leuchtmittelstrecke zu steuern bzw. einzustellen.
Ferner ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den vorbestimmten Maximalwert erreicht.
Folglich ist die Steuereinheit dann vorzugsweise dazu eingerichtet, ein zweites Steuersignal an den wenigstens einen Schalter zu dem Zeitpunkt auszugeben, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den vorbestimmten Maximalwert erreicht, um zu diesem Zeitpunkt ein Ausschalten des wenigstens einen Schalter zu verursachen, wodurch ein Ansteigen des Stroms im eingeschalteten Zustand des wenigstens eine Schalters gestoppt bzw. beendet wird und ein Abfallen bzw. Verringern des Strom im ausgeschalteten Zustand des wenigstens einen Schalters gestartet bzw. verursacht wird.
Des Weiteren ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den Nullwert erreicht, und/oder den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den Nullwert verlässt.
Folglich ist die Steuereinheit dann dazu eingerichtet, bei einem Grenzbetrieb ein erstes Steuersignal an den wenigstens einen Schalter zu dem Zeitpunkt auszugeben, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den Nullwert (Nulldurchgang) erreicht, um zu diesem Zeitpunkt ein Einschalten des wenigstens einen Schalter zu verursachen, wodurch ein Abfallen bzw. Verringern des Stroms im ausgeschalteten Zustand des wenigstens eine Schalters gestoppt wird und ein Ansteigen des Strom im eingeschalteten Zustand des wenigstens einen Schalters gestartet wird.
Ferner ist die Steuereinheit dann dazu eingerichtet, bei einem Lückbetrieb ein erstes Steuersignal an den wenigstens einen Schalter auszugeben, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer nach Erreichen des Nullwertes (Nulldurchgangs) des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher abgelaufen ist, um zu diesem Zeitpunkt ein Einschalten des wenigstens einen Schalter zu verursachen, wodurch ein Ansteigen des Strom im eingeschalteten Zustand des wenigstens einen Schalters gestartet wird.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit ferner dazu eingerichtet, den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher einen vorbestimmten Minimalwert (der ungleich dem Nullwert ist) erreicht.
Folglich ist die Steuereinheit dann dazu eingerichtet, bei einem Nichtlückbetrieb ein erstes Steuersignal an den wenigstens einen Schalter zu dem Zeitpunkt auszugeben, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher den vorbestimmten Minimalwert erreicht, um zu diesem Zeitpunkt ein Einschalten des wenigstens einen Schalter zu verursachen, wodurch ein Abfallen bzw. Verringern des Stroms im ausgeschalteten Zustand des wenigstens eine Schalters gestoppt wird und ein Ansteigen des Strom im eingeschalteten Zustand des wenigstens einen Schalters gestartet wird.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das erste Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters auf Basis des Zeitpunktes zu bestimmen, zu dem der zeitliche Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher nach dem Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Steuersignals einen ansteigenden Strom darstellt.
Mit anderen Worten ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das erste Steuersignal verursachten Einschaltens des wenigstens einen Schalters auf Basis des Zeitpunktes zu bestimmen, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher anzusteigen beginnt. Der Zeitpunkt, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher zu steigen beginnt, entspricht nämlich dem tatsächlichen Zeitpunkt, zu dem der wenigstens eine Schalter aufgrund des ersten Steuersignals eingeschaltet wird.
Vorzugsweise wir also die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das erste Steuersignal verursachten Einschaltens des wenigstens einen Schalters auf Basis des Zeitpunktes bestimmt, zu dem sich der zeitliche Verlauf des durch den wenigstens einen Energiespeicher fließenden Stroms dahingehend verändert, dass der während dem ausgeschalteten Zustand des Schalters konstante oder fallende Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher zu steigen beginnt. Hierbei kann der im ausgeschalteten Zustand des Schalters konstante Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher auch einem Strom mit einem Stromwert von Null entsprechen, d. h. keinem Stromfluss in dem wenigstens einem Energiespeicher entsprechen.
Hierfür umfasst die Steuereinheit vorzugsweise einen Zähler, wobei die Steuereinheit zum Bestimmen der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das erste Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters vorzugsweise dazu eingerichtet ist,

– den Zähler zum Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Steuersignals zu starten,
– den Zähler zum Zeitpunkt zu stoppen, zu dem der zeitliche Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher nach dem Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Steuersignals einen ansteigenden Strom darstellt, und
– auf Basis des Zählwertes des Zählers die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das erste Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters zu bestimmen.

Unter einem „Zähler” wird eine Einrichtung verstanden, die dazu eingerichtet ist, nach einem Start-Signal solange mit einem konstanten Zählintervall hochzuzählen bis ein Stopp-Signal empfangen wird und vorzugsweise den Zählwert dann abzuspeichern. Folglich kann dann durch einen Zähler die Zeitdauer erfasst werden, die zwischen dem Start-Signal und dem Stopp-Signal vergangen ist, wenn das konstante Zählintervall bekannt ist.
Ferner ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das zweite Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters auf Basis des Zeitpunktes zu bestimmen, zu dem der zeitliche Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher nach dem Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Steuersignals einen fallenden Strom darstellt.
Mit anderen Worten ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das zweite Steuersignal verursachten Ausschaltens des wenigstens einen Schalters auf Basis des Zeitpunktes zu bestimmen, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher zu fallen bzw. sinken beginnt. Der Zeitpunkt, zu dem der Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher zu fallen beginnt, entspricht nämlich dem tatsächlichen Zeitpunkt, zu dem der wenigstens eine Schalter aufgrund des zweiten Steuersignals ausgeschaltet wird.
Vorzugsweise wir also die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das zweite Steuersignal verursachten Ausschaltens des wenigstens einen Steuersignals auf Basis des Zeitpunktes bestimmt, zu dem sich der zeitliche Verlauf des durch den wenigstens einen Energiespeicher fließenden Stroms dahingehend verändert, dass der während dem eingeschalteten Zustand des Schalters steigende Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher zu fallen beginnt.
Hierfür umfasst die Steuereinheit vorzugsweise einen Zähler, wobei die Steuereinheit zum Bestimmen der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das zweite Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters vorzugsweise dazu eingerichtet ist,

– den Zähler zum Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Steuersignals zu starten,
– den Zähler zum Zeitpunkt zu stoppen, zu dem der zeitliche Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher nach dem Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Steuersignals einen fallenden Strom darstellt, und
– auf Basis des Zählwertes des Zählers die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das zweite Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters zu bestimmen.

Des Weiteren ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, bei jeder Ausgabe eines Steuersignals an den wenigstens einen Schalter die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweilige Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters zu bestimmen.
Mit anderen Worten ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, bei jedem Schaltzyklus bzw. Steuerzyklus der zyklischen Steuerung des Ein- und Ausschalten des wenigstens einen Schalter und folglich des zyklischen Ladens- und Entladens des wenigstens einen Energiespeichers die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweilige Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters zu bestimmen.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, periodisch die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweilige Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters zu bestimmen.
Mit anderen Worten ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, bei jedem n-ten Schaltzyklus bzw. Steuerzyklus der zyklischen Steuerung des Ein- und Ausschalten des wenigstens einen Schalter und folglich des zyklischen Ladens- und Entladens des wenigstens einen Energiespeichers, wobei n größer gleich 1 ist, die zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweilige Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters zu bestimmen.
Ferner umfasst die Steuereinheit vorzugsweise einen Komparator oder einen Analog-Digital-Wandler zum Bestimmen der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweilige Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters.
Mit anderen Worten kann zum Bestimmen der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das jeweilige Steuersignal verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters der zeitliche Verlauf des durch den wenigstens einen Energiespeicher fließenden Stroms als analoges Signal in der Steuereinheit durch einen Komparator ausgewertet werden oder in der Steuereinheit durch einen Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal gewandelt werden, um dann digital ausgewertet zu werden.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal in Abhängigkeit der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des entsprechenden vorhergehenden Steuersignals und dem tatsächlichen Zeitpunkt des durch das entsprechende vorhergehende Steuersignal verursachten Schaltvorgang des wenigstens einen Schalters auszugeben, um eine Kompensation der zeitlichen Verzögerung zu erreichen.
Das heißt, die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, in einem Schaltzyklus die zeitliche Verzögerung zwischen der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Einschalten des wenigstens einen Schalters und/oder die zeitliche Verzögerung zwischen der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Ausschalten des wenigstens einen Schalters zu bestimmen, um dann in wenigstens einem nachfolgenden, vorzugsweise in dem direkt nachfolgenden, Schaltzyklus das erste Steuersignals abhängig von der im vorherigen Schaltzyklus bestimmten zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Einschalten des wenigstens einen Schalters und/oder das zweite Steuersignals abhängig von der im vorherigen Schaltzyklus bestimmten zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Ausschalten des wenigstens einen Schalters auszugeben, um eine Kompensation der zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Einschalten des wenigstens einen Schalters und/oder der zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Ausschalten des wenigstens einen Schalters zu erreichen.
Die Kompensation der zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Einschalten des wenigstens einen Schalters kann zum einen durch eine Anpassung der vorbestimmten ersten Zeitdauer erfolgen, insbesondere bei einer Steuerung des Einschaltens des wenigstens einen Schalters abhängig von einer Zeitdauer, wobei die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet ist, das erste Steuersignal auszugeben, wenn die vorbestimmte erste Zeitdauer nach der vorhergehenden Ausgabe des zweiten Steuersignals abgelaufen ist.
Zum anderen kann die Kompensation der zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Einschalten des wenigstens einen Schalters durch eine Anpassung des vorbestimmten unteren Stromwertes bzw. Minimalstromwertes (der beim Grenzbetrieb gleich dem Nullwert und beim Nichtlückbetrieb ungleich dem Nullwert ist) oder eine Anpassung der vorbestimmten Zeitdauer nach dem Nulldurchgang des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher (beim Nichtlückbetrieb) erfolgen, insbesondere bei einer Steuerung des Einschalten des wenigstens einen Schalter abhängig von einem Ereignis. Hierbei ist vorzugsweise die Steuereinheit dazu eingerichtet, das erste Steuersignal auszugeben, wenn der vorbestimmte Minimalstromwert erreicht wird oder wenn eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Nulldurchgang des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher abgelaufen ist.
Die Kompensation der zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Ausschalten des wenigstens einen Schalters kann zum einen durch eine Anpassung der vorbestimmten zweiten Zeitdauer erfolgen, insbesondere bei einer Steuerung des Ausschaltens des wenigstens einen Schalters abhängig von einer Zeitdauer, wobei die Steuereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet ist, das zweite Steuersignal auszugeben, wenn die zweite Zeitdauer nach der vorhergehenden Ausgabe des ersten Steuersignals abgelaufen ist.
Zum anderen kann die Kompensation der zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Ausschalten des wenigstens einen Schalters durch eine Anpassung des vorbestimmten oberen Stromwertes bzw. Maximalstromwertes erfolgen, insbesondere bei einer Steuerung des Ausschaltens des wenigstens einen Schalter abhängig von einem Ereignis. Hierbei ist vorzugsweise die Steuereinheit dazu eingerichtet, das zweite Steuersignal auszugeben, wenn der vorbestimmte Maximalstromwert erreicht wird.
Folglich ist die Steuereinheit vorzugsweise zur Kompensation der beiden zeitlichen Verzögerungen dazu eingerichtet, den vorbestimmten Minimalstromwert für den Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher, die vorbestimmte Zeitdauer nach Erreichen des Nullwertes, den vorbestimmten Maximalstromwert für den Strom durch den wenigstens einen Energiespeicher, die vorbestimmte erste Zeitdauer und/oder die vorbestimmte zweite Zeitdauer einzustellen bzw. zu ändern.
Die vorstehend genannten optionalen Merkmale können gemäß der vorliegenden Erfindung beliebig kombiniert werden, um die erfindungsgemäße Vorrichtung zu ergeben.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Beleuchtungsgerät bereitgestellt, das ein, wie vorstehend beschriebenes, erfindungsgemäßes Betriebsgerät und eine Leuchtmittelstrecke mit wenigstens einem Leuchtmittel, vorzugsweise eine Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode, umfasst, wobei das Betriebsgerät dazu eingerichtet ist, die Leuchtmittelstrecke zu betreiben.
4. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben. Darin zeigt:
1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsgerätes mit einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;
2 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Gleichrichter- und/oder Filterschaltung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;
3 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines High-Side-Treibers einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;
4 schematisch ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf von durch die Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ausgegebenen Steuersignalen, sowie von den tatsächlichen Schaltvorgängen des wenigstens einen Schalters der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ohne eine Kompensation von zeitlichen Verzögerungen der Schaltvorgänge und den entsprechenden zeitlichen Verlauf des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;
5 schematisch ein weiteres Beispiel für den zeitlichen Verlauf von durch die Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ausgegebenen Steuersignalen, sowie von den tatsächlichen Schaltvorgängen des wenigstens einen Schalters der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ohne eine Kompensation von zeitlichen Verzögerungen der Schaltvorgänge und den entsprechenden zeitlichen Verlauf des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;
6 schematisch ein weiteres Beispiel für den zeitlichen Verlauf von durch die Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ausgegebenen Steuersignalen, sowie von den tatsächlichen Schaltvorgängen des wenigstens einen Schalters der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ohne eine Kompensation von zeitlichen Verzögerungen der Schaltvorgänge und den entsprechenden zeitlichen Verlauf des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes;
7 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts;
8 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform zum Erfassen der beim Ein- und Ausschalten auftretenden zeitlichen Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe eines Steuersignals zum Schalten eines Schalters und dem Zeitpunkt des durch das Steuersignal verursachten Schaltvorgangs (Einschalten oder Ausschalten);
9 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des Eingangs-Port der Steuerschaltung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes zum Erfassen des Stroms, insbesondere den Nulldurchgang des Stroms, durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes sowie den zeitlichen Verlauf der Spannung und des Stroms des wenigstens einen Energiespeichers der wenigstens einen Konverterstufe der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes zusammen mit einem Spannungssignal, dessen Flanken den Nulldurchgang sowie das Erreichen des Maximalwertes des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher wiedergeben; und
10 schematisch eine beim Ein- und Ausschalten auftretende zeitliche Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe eines Steuersignals zum Schalten eines Schalters einer Konverterstufe und dem Zeitpunkt des durch das Steuersignal verursachten Schaltvorgangs (Einschalten oder Ausschalten).
In den Figuren weisen sich entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen auf.
Die 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungsgerätes mit einer bevorzugten Ausführungsform eines Erfindungsgemäßen Betriebsgerätes. Das erfindungsgemäße Betriebsgerät 1 bildet vorzugsweise zusammen mit der Leuchtmittelstrecke 4 aufweisend wenigstens ein Leuchtmittel ein Beleuchtungsgerät 7, wobei das Betriebsgerät 1 dazu eingerichtet ist, die Leuchtmittelstrecke 4, wie vorstehend beschrieben, zu betreiben.
Das Betriebsgerät 1 umfasst eine Steuereinheit 6 sowie wenigstens eine Konverterstufe 2 aufweisend wenigstens einen Schalter ST1 und wenigstens einen Energiespeicher L1, wobei die Steuereinheit 6 dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Schalter ST1 gemäß den vorstehenden Ausführungen zu steuern. Gemäß der Ausführungsform der 1 umfasst das Betriebsgerät 1 eine Konverterstufe 2 mit einem Schalter ST1 und einem Energiespeicher L1. Dies dient lediglich der exemplarischen Beschreibung der vorliegenden Erfindungen, sodass das erfindungsmäße Betriebsgerät auch mehrere vorzugsweise in Form einer Konverterstufenkette hintereinandergeschaltete Konverterstufen umfassen kann, wobei jede Konverterstufe mehrere Schalter und/oder mehrere Energiespeicher umfassen kann.
Die Konverterstufe 2 der 1 entspricht einem invertierendem Wandler (Buck-Boost-Konverter), sodass der Schalter ST1 einem High-Side-Schalter entspricht, der den Energiespeicher L1 gegen das höhere Potential der Eingangsspannung V_IN der Konverterstufe 2 schaltet, wenn der Schalter ST1 eingeschaltet (geschlossen/leitend) ist. Der Energiespeicher L1 entspricht vorzugsweise einer Spule bzw. einer Induktivität.
Wenn der Schalter ST1 eingeschaltet ist, d. h. leitend ist, dann fließt ein Strom vom höheren Potential der Eingangsspannung V_IN durch den leitenden Schalter ST1, den Energiespeicher L1 und den Shunt-Widerstand R1 zu dem niedrigeren Potential der Eingangsspannung V_IN. Wenn der Schalter ausgeschaltet ist, d. h. nicht leitend ist, fließt ausgehend von dem Energiespeicher L1 ein Strom durch die Diode D1, um die Ausgangskapazität C1 zu laden und somit am Ausgang der Konverterstufe 2 eine elektrische Energie, Strom bzw. Spannung bereitzustellen. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann die durch die Konverterstufe 2 bereitgestellte elektrische Energie bzw. der bereitgestellte Strom durch die Steuerung des Schalters ST1 gesteuert bzw. eingestellt werden.
Das Betriebsgerät 1 umfasst vorzugsweise wenigstens eine Treiberschaltung 5, welche zwischen die Steuereinheit 6 und den Schalter ST1 der Konverterstufe 2 geschaltet ist und die Steuersignale S_Steuer von der Steuereinheit 6 an den Schalter ST1 weiterleitet. Vorzugsweise dient die Treiberschaltung 5 der Pegelanpassung, sodass die durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale S_Steuer jeweils einen Schaltvorgang des Schalters ST1 verursachen können. Vorzugsweise umfasst die Treiberschaltung einen Low-Side-Treiber 5a und einem dem Low-Side-Treiber 5a nachgeschalteten High-Side-Treiber 511 Die Funktionen dieser beiden Treiber ist wie vorstehend bereits ausgeführt. Die Treiberschaltung 5 kann vorzugsweise auch Bestandteil der Steuereinheit 6 sein (in 1 nicht gezeigt).
Ferner umfasst das Betriebsgerät 1 vorzugsweise wenigstens eine Gleichrichter- und/oder Filterschaltung 3 zum Gleichrichten und/oder Filtern einer Eingangsspannung. Folglich kann dem Betriebsgerät 1 eine Wechselspannung V_AC wie z. B. eine Netzwechselspannung, und eine Gleichspannung V_DC, wie z. B. eine Batteriegleichspannung, als Eingangsspannung zugeführt werden.
In 1 umfasst das Betriebsgerät 1, insbesondere die wenigstens eine Konverterstufe 2, einen Shunt-Widerstand zur Erfassung des Stroms I_L durch den Energiespeicher L1. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (in den Figuren nicht gezeigt) ist anstelle des Shunt-Widerstands R1 eine Messwicklung in der Konverterstufe 2 angeordnet und mit dem Energiespeicher L1 elektromagnetisch gekoppelt, sodass die Steuereinheit 6 den Strom I_L durch den Energiespeicher L1 galvanisch getrennt erfassen kann.
Die Bestimmung der zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des ersten Steuersignals und dem tatsächlichen Einschalten des Schalters ST1 sowie der zeitlichen Verzögerung zwischen der Ausgabe des zweiten Steuersignals und dem tatsächlichen Ausschalten des Schalters ST1 und die Kompensation dieser zeitlichen Verzögerung in einem in der Zukunft nachfolgenden Schaltzyklus durch die Steuereinheit 6 ist wie vorstehend ausgeführt.
Die 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Gleichrichter- und/oder Filterschaltung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes. Die Gleichrichter- und/oder Filterschaltung 3 umfasst vorzugsweise wenigstens einen Gleichrichter 3a und wenigstens einen Filter 3b. Der Gleichrichter bzw. die Gleichrichterschaltung 3a kann zum Beispiel ein Brückengleichrichter sein. Der Filter bzw. die Filterschaltung 3b ist vorzugsweise eine Valley-Fill-Schaltung, d. h. eine passive Leistungsfaktorkorrekturfilterschaltung.
Die 3 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines High-Side-Treibers einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes. Die angegebenen Werte sind lediglich als exemplarisch anzusehen. Der High-Side-Treiber 5b umfasst einen Transformator TR1 mit einer Primärwicklung L2 und einer Sekundärwicklung L3 zur galvanischen Trennung des Eingangs des High-Side-Treibers, der direkt oder indirekt über einen weiteren Treiber mit der Steuereinheit 6 verbunden ist, von dem Ausgang des High-Side-Treibers, der mit dem wenigstens einen Schalter ST1 verbunden ist, um an diesen Steuersignale auszugeben. In 3 ist lediglich die Eingangskapazität C_gate des wenigstens einen Schalters ST1 gezeigt. Aufgrund der parasitären Induktivität des Transformators TR1 sowie der Eingangskapazität C_gate des Schalters ST1 kommt es bei der Ansteuerung des Schalters ST1 zu zeitlichen Verzögerungen zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals durch die Steuereinheit 6 und dem tatsächlichen Zeitpunkt des Schaltvorgangs des Schalters ST1.
4 zeigt schematisch ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf von durch die Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ausgegebenen Steuersignalen, sowie von den tatsächlichen Schaltvorgängen des wenigstens einen Schalters der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ohne eine Kompensation von zeitlichen Verzögerungen der Schaltvorgänge und den entsprechenden zeitlichen Verlauf des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes.
Der Signalverlauf S_Steuer zeigt den zeitlichen Verlauf der durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale, für den Fall, dass sowohl eine zeitliche Verzögerung t_{on_del} beim Einschalten des wenigstens einen Schalter ST1 wie auch eine zeitliche Verzögerung t_{off_del} beim Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 besteht. Die tatsächlichen durch die Steuersignale S_Steuer verursachten Schaltvorgänge des wenigstens einen Schalters ST1 sind durch den zeitlichen Verlauf der die Schaltvorgänge tatsächlich verursachenden Steuersignale S_real dargestellt. Ferner wird der zeitliche Verlauf des Stroms I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 gezeigt, wobei die durchgezogene Linie den Verlauf des Stroms I_L aufgrund der zeitlichen Verzögerungen t_{on_del} und t_{off_del} zeigt. Der Signalverlauf Sohne zeigt als Vergleich den zeitlichen Verlauf der durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale, für den Fall, dass keine zeitliche Verzögerung zwischen der Ausgabe eines Steuersignals und dem tatsächlichen Schaltvorgang besteht, d. h. der wenigstens Schalter ST1 schaltet sofort ein oder aus, wenn das entsprechende Steuersignal von der Steuereinheit 6 an den wenigstens einen Schalter ST1 ausgegeben wird. Hierzu wird der zeitliche Verlauf des Stroms I_L als gestrichelte Linie angezeigt.
In 4 werden die durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale S_Steuer während eines Grenzbetriebs gezeigt. D. h. die Steuereinheit gibt das erste Steuersignal S1 aus, um ein Einschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, wenn der Strom I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 den Nullwert (Nulldurchgang) erreicht. Gemäß der 4 wird ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 abhängig von einem Ereignis gesteuert. Die Steuereinheit 6 gibt nämlich das zweite Steuersignal S2 aus, um ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, wenn der Strom I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 den vorbestimmten Maximalstromwert I_max erreicht. Im Einzelnen:
Zu dem Zeitpunkt T1 gibt die Steuereinheit 6 das erste Steuersignal S1 aus, um ein Einschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, da zu dem Zeitpunkt T1 der Strom I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 den Nullwert erreicht. Aufgrund einer z. B. durch die parasitäre Induktivität des Transformators eines High-Side-Treibers und/oder Eingangskapazität des wenigstens einen Schalters verursachten zeitlichen Verzögerung t_{on_del} wird der wenigstens eine Schalter ST1 aber erst zu dem Zeitpunkt T2 eingeschaltet. Der Strom I_L bleibt also auf den Nullwert für eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T2 aufgrund der zeitlichen Verzögerung t_{on_del} zwischen dem Zeitpunkt T1 der Ausgabe des ersten Steuersignals S1 und dem tatsächlichen Zeitpunkt T2, zu dem der wenigstens eine Schalter ST1 eingeschaltet wird.
Zu dem Zeitpunkt T3 gibt die Steuereinheit 6 das zweite Steuersignal S2 aus, um ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, da zu dem Zeitpunkt T3 der Strom I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 den vorbestimmten Maximalstromwert I_max erreicht. Aufgrund einer z. B. durch die parasitäre Induktivität des Transformators eines High-Side-Treibers und/oder Eingangskapazität des wenigstens einen Schalters verursachten zeitlichen Verzögerung t_{off_del} wird der wenigstens eine Schalter ST1 aber erst zu dem Zeitpunkt T4 ausgeschaltet. Der Strom I_L steigt also für eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt T3 bis zum Zeitpunkt T4 aufgrund der zeitlichen Verzögerung t_{off_del} zwischen dem Zeitpunkt T3 der Ausgabe des zweiten Steuersignals S2 und dem tatsächlichen Zeitpunkt T4, zu dem der wenigstens eine Schalter ST1 ausgeschaltet wird, weiter an. Folglich ist der wenigstens eine Schalter für die Zeitdauer t_on von dem Zeitpunkt T2 bis zu dem Zeitpunkt T4 eingeschaltet. Der Zeitpunkt T5 des nachfolgenden Schaltzyklus entspricht dem Zeitpunkt T1 und der Zeitpunkt T6 des nachfolgenden Schaltzyklus entspricht dem Zeitpunkt T2. Folglich ist der wenigstens eine Schalter für die Zeitdauer t_off von dem Zeitpunkt T4 bis zu dem Zeitpunkt T6 ausgeschaltet
5 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel für den zeitlichen Verlauf von durch die Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ausgegebenen Steuersignalen, sowie von den tatsächlichen Schaltvorgängen des wenigstens einen Schalters der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ohne eine Kompensation von zeitlichen Verzögerungen der Schaltvorgänge und den entsprechenden zeitlichen Verlauf des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes.
Der Signalverlauf S_Steuer zeigt den zeitlichen Verlauf der durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale, für den Fall, dass sowohl eine zeitliche Verzögerung t_{on_del} beim Einschalten des wenigstens einen Schalter ST1 wie auch eine zeitliche Verzögerung t_{off_del} beim Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 besteht. Die tatsächlichen durch die Steuersignale S_Steuer verursachten Schaltvorgänge des wenigstens einen Schalters ST1 sind durch den zeitlichen Verlauf der die Schaltvorgänge tatsächlich verursachenden Steuersignale S_real dargestellt. Ferner wird der zeitliche Verlauf des Stroms I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 gezeigt, wobei die durchgezogene Linie den Verlauf des Stroms I_L aufgrund der zeitlichen Verzögerungen t_{on_del} und t_{off_del} zeigt. Der Signalverlauf Sohne zeigt als Vergleich den zeitlichen Verlauf der durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale, für den Fall, dass keine zeitliche Verzögerung zwischen der Ausgabe eines Steuersignals und dem tatsächlichen Schaltvorgang besteht, d. h. der wenigstens Schalter ST1 schaltet sofort ein oder aus, wenn das entsprechende Steuersignal von der Steuereinheit 6 an den wenigstens einen Schalter ST1 ausgegeben wird. Hierzu wird der zeitliche Verlauf des Stroms I_L als gestrichelte Linie angezeigt.
In 5 werden die durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale S_Steuer während eines Lückbetriebs gezeigt. D. h. die Steuereinheit 6 gibt das erste Steuersignal S1 aus, um ein Einschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer t_discon nach dem Erreichen des Nullwertes bzw. Nulldurchgang des Stroms I_L abgelaufen ist. Gemäß der 5 wird ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 abhängig von einem Ereignis gesteuert. Die Steuereinheit 6 gibt nämlich das zweite Steuersignal S2 aus, um ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, wenn der Strom I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 den vorbestimmten Maximalstromwert I_max erreicht. Im Einzelnen:
Zu dem Zeitpunkt T1 gibt die Steuereinheit 6 das erste Steuersignal S1 aus, um ein Einschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, da zu dem Zeitpunkt T1 die vorbestimmte Zeitdauer t_discon nach dem Erreichen des Nullwerts des Stroms I_L abgelaufen ist. Aufgrund einer z. B. durch die parasitäre Induktivität des Transformators eines High-Side-Treibers und/oder Eingangskapazität des wenigstens einen Schalters verursachten zeitlichen Verzögerung t_{on_del} wird der wenigstens eine Schalter ST1 aber erst zu dem Zeitpunkt T2 eingeschaltet. Der Strom I_L bleibt also auf den Nullwert für eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T2 aufgrund der zeitlichen Verzögerung t_{on_del} zwischen dem Zeitpunkt T1 der Ausgabe des ersten Steuersignals S1 und dem tatsächlichen Zeitpunkt T2, zu dem der wenigstens eine Schalter ST1 eingeschaltet wird.
Zu dem Zeitpunkt T3 gibt die Steuereinheit 6 das zweite Steuersignal S2 aus, um ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, da zu dem Zeitpunkt T3 der Strom I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 den vorbestimmten Maximalstromwert I_max erreicht. Aufgrund einer z. B. durch die parasitäre Induktivität des Transformators eines High-Side-Treibers und/oder Eingangskapazität des wenigstens einen Schalters verursachten zeitlichen Verzögerung t_{off_del} wird der wenigstens eine Schalter ST1 aber erst zu dem Zeitpunkt T4 ausgeschaltet. Der Strom I_L steigt also für eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt T3 bis zum Zeitpunkt T4 aufgrund der zeitlichen Verzögerung t_{off_del} zwischen dem Zeitpunkt T3 der Ausgabe des zweiten Steuersignals S2 und dem tatsächlichen Zeitpunkt T4, zu dem der wenigstens eine Schalter ST1 ausgeschaltet wird, weiter an. Folglich ist der wenigstens eine Schalter für die Zeitdauer t_on von dem Zeitpunkt T2 bis zu dem Zeitpunkt T4 eingeschaltet.
Zu dem Zeitpunkt T4a erreicht der Strom I_L den Nullwert. Die Steuereinheit gibt dann zu dem Zeitpunkt T5 des nachfolgenden Schaltzyklus das erste Steuersignal S1 wieder aus, damit der Strom I_L für die vorbestimmte Zeitdauer t_discon zwischen dem Zeitpunkt T4a und dem Zeitpunkt T5 auf dem Nullwert bleibt. Der Zeitpunkt T5 des nachfolgenden Schaltzyklus entspricht also dem Zeitpunkt T1 und der Zeitpunkt T6 des nachfolgenden Schaltzyklus entspricht dem Zeitpunkt T2. Der wenigstens eine Schalter ist für die Zeitdauer t_off von dem Zeitpunkt T4 bis zu dem Zeitpunkt T6 ausgeschaltet.
6 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel für den zeitlichen Verlauf von durch die Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ausgegebenen Steuersignalen, sowie von den tatsächlichen Schaltvorgängen des wenigstens einen Schalters der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes ohne eine Kompensation von zeitlichen Verzögerungen der Schaltvorgänge und den entsprechenden zeitlichen Verlauf des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe des erfindungsgemäßen Betriebsgerätes.
Der Signalverlauf S_Steuer zeigt den zeitlichen Verlauf der durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale, für den Fall, dass sowohl eine zeitliche Verzögerung t_{on_del} beim Einschalten des wenigstens einen Schalter ST1 wie auch eine zeitliche Verzögerung t_{off_del} beim Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 besteht. Die tatsächlichen durch die Steuersignale S_Steuer verursachten Schaltvorgänge des wenigstens einen Schalters ST1 sind durch den zeitlichen Verlauf der die Schaltvorgänge tatsächlich verursachenden Steuersignale S_real dargestellt. Ferner wird der zeitliche Verlauf des Stroms I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher I_L gezeigt, wobei die durchgezogene Linie den Verlauf des Stroms I_L aufgrund der zeitlichen Verzögerungen t_{on_del} und t_{off_del} zeigt. Der Signalverlauf S_ohne zeigt als Vergleich den zeitlichen Verlauf der durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale, für den Fall, dass keine zeitliche Verzögerung zwischen der Ausgabe eines Steuersignals und dem tatsächlichen Schaltvorgang besteht, d. h. der wenigstens Schalter ST1 schaltet sofort ein oder aus, wenn das entsprechende Steuersignal von der Steuereinheit an den wenigstens einen Schalter ST1 ausgegeben wird. Hierzu wird der zeitliche Verlauf des Stroms I_L als gestrichelte Linie angezeigt.
In 6 werden die durch die Steuereinheit 6 ausgegebenen Steuersignale S_Steuer während eines Lückbetriebs gezeigt, wobei sowohl das Einschalten wie auch das Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 abhängig von einer Zeitdauer gesteuert werden. Die Steuereinheit 6 gibt nämlich das erste Steuersignal S1 aus, wenn eine vorbestimmte erste Zeitdauer t₁ nach der Ausgabe des zweiten Steuersignals S2 abgelaufen ist, um ein Einschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen. Die Steuereinheit 6 gibt das zweite Steuersignal S2 aus, wenn eine vorbestimmte zweite Zeitdauer t₂ nach der Ausgabe des ersten Steuersignals S1 abgelaufen ist, um ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen.
Zu dem Zeitpunkt T1 gibt die Steuereinheit 6 das erste Steuersignal S1 aus, um ein Einschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, da zu dem Zeitpunkt T1 die vorbestimmte erste Zeitdauer t₁ nach der Ausgabe des zweiten Signals S2 abgelaufen ist. Aufgrund einer z. B. durch die parasitäre Induktivität des Transformators eines High-Side-Treibers und/oder Eingangskapazität des wenigstens einen Schalters verursachten zeitlichen Verzögerung t_{on_del} wird der wenigstens eine Schalter ST1 aber erst zu dem Zeitpunkt T2 eingeschaltet. Der Strom I_L sinkt also weiter für eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T2 aufgrund der zeitlichen Verzögerung t_{on_del} zwischen dem Zeitpunkt T1 der Ausgabe des ersten Steuersignals S1 und dem tatsächlichen Zeitpunkt T2, zu dem der wenigstens eine Schalter ST1 eingeschaltet wird.
Zu dem Zeitpunkt T3 gibt die Steuereinheit 6 das zweite Steuersignal S2 aus, um ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 zu verursachen, da zu dem Zeitpunkt T3 die vorbestimmte zweite Zeitdauer t₂ nach der Ausgabe des ersten Signals S1 abgelaufen ist. Aufgrund einer z. B. durch die parasitäre Induktivität des Transformators eines High-Side-Treibers und/oder Eingangskapazität des wenigstens einen Schalters verursachten zeitlichen Verzögerung t_{off_del} wird der wenigstens eine Schalter ST1 aber erst zu dem Zeitpunkt T4 ausgeschaltet. Der Strom I_L steigt also für eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt T3 bis zum Zeitpunkt T4 aufgrund der zeitlichen Verzögerung t_{off_del} zwischen dem Zeitpunkt T3 der Ausgabe des zweiten Steuersignals S2 und dem tatsächlichen Zeitpunkt T4, zu dem der wenigstens eine Schalter ST1 ausgeschaltet wird, weiter an. Folglich ist der wenigstens eine Schalter für die Zeitdauer t_on von dem Zeitpunkt T2 bis zu dem Zeitpunkt T4 eingeschaltet.
Der Zeitpunkt T5 des nachfolgenden Schaltzyklus entspricht dem Zeitpunkt T1 und der Zeitpunkt T6 des nachfolgenden Schaltzyklus entspricht dem Zeitpunkt T2. Folglich ist der wenigstens eine Schalter für die Zeitdauer t_off von dem Zeitpunkt T4 bis zu dem Zeitpunkt T6 ausgeschaltet.
7 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts. Das Verfahren 100 ist ein Verfahren zur Erfassung der zeitlichen Verzögerungen t_{on_del} und t_{off_del} sowie zur Kompensation dieser.
In dem ersten Verfahrensschritt S101 des Verfahrens 100 erfasst die Steuereinheit 6 den zeitlichen Verlauf des Stroms I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1.
In dem zweiten Verfahrensschritt S102 verursacht die Steuereinheit 6 einen Schaltvorgang des wenigstens einen Schalters ST1 und startet den Zähler.
Hierbei entspricht der in 7 gezeigt Schritt S102a dem zweiten Schritt, wenn die Steuereinheit 6 ein Einschalten des wenigstens einen Schalter ST1 als Schaltvorgang verursacht und der in 7 gezeigt Schritt S102b entspricht dem zweiten Schritt, wenn die Steuereinheit ein Ausschalten des wenigstens einen Schalter ST1 als Schaltvorgang verursacht.
Auf den zweiten Verfahrensschritt S102a folgt der dritte Verfahrensschritt S103a, in dem die Steuereinheit 6 bestimmt, ob der zeitliche Verlauf des Stroms I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 einen steigenden Strom darstellt bzw. ob der Strom I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 zu steigen beginnt. Wenn dies der Fall ist (JA) dann folgt der vierte Verfahrensschritt S104.
Auf den zweiten Verfahrensschritt S102b folgt der dritte Verfahrensschritt S103b, in dem die Steuereinheit 6 bestimmt, ob der zeitliche Verlauf des Stroms I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher 1 einen fallenden Strom darstellt bzw. ob der Strom I_L durch den wenigstens einen Energiespeicher L1 zu fallen beginnt. Wenn dies der Fall ist (JA) dann folgt der vierte Verfahrensschritt S104.
Im vierten Verfahrensschritt S104 stoppt die Steuereinheit den Zähler und wertet den Zähler stand aus.
Für den Fall, dass in dem ersten Verfahrensschritt S102a die Steuereinheit ein Einschalten des wenigstens einen Schalters ST1 verursacht hat, bestimmt die Steuereinheit dann im fünften Verfahrensschritt S105a auf Basis des Zählerstandes des Zählers die zeitliche Verzögerung bzw. Einschaltverzögerung (t_{on_del}) zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des ersten Signals zum Verursachen des Einschaltens und dem tatsächlichen Zeitpunkt, zu dem der wenigstens eine Schalter ST1 eingeschaltet wird.
Für den Fall, dass in dem ersten Verfahrensschritt S102b die Steuereinheit ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters ST1 verursacht hat, bestimmt die Steuereinheit dann im fünften Verfahrensschritt S105b auf Basis des Zählerstandes des Zählers die zeitliche Verzögerung bzw. Ausschaltverzögerung (t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe des zweiten Signals zum Verursachen des Ausschaltens und dem tatsächlichen Zeitpunkt, zu dem der wenigstens eine Schalter ST1 ausgeschaltet wird.
Im dem sechsten Verfahrensschritt S106 führt die Steuereinheit 6 dann eine Kompensierung der zeitlichen Einschaltverzögerung t_{on_del} und/oder der zeitlichen Ausschaltverzögerung t_{off_del} bei wenigstens einem in der Zukunft nachfolgenden Schaltvorgang auf Basis der im Verfahrensschritt S105a bestimmten zeitlichen Einschaltverzögerung t_{on_del} und/oder der im Verfahrensschritt S105b bestimmten zeitlichen Ausschaltverzögerung t_{off_del} durch.
8 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform zum Erfassen der beim Ein- und Ausschalten auftretenden zeitlichen Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Ausgabe eines Steuersignals zum Schalten eines Schalters und dem Zeitpunkt des durch das Steuersignal verursachten Schaltvorgangs (Einschalten oder Ausschalten).
Gemäß der 8 soll der Schalter ST einer Konverterstufe, wie z. B. der Schalter ST1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2, gemäß dem Grenzbetrieb gesteuert werden. D. h. der Schalter ST1 soll geöffnet werden, d. h. nichtleitend geschaltet werden, wenn der Strom I_L durch den Energiespeicher der Konverterstufe einen vorbestimmten Maximalwert I_peak erreicht hat, und geschlossen werden, d. h. leitend geschaltet werden, beim Nulldurchgang des Stroms I_L durch den Energiespeicher der Konverterstufe (vgl. ST_soll in 8).
Auf der linken Seite der 8 ist der Ausschaltvorgang des Schalters ST gezeigt. Beim Erreichen des vorbestimmten Maximalstroms I_peak durch den Energiespeicher soll der Schalter ST geöffnet werden (vgl. ST_soll auf der linken Seite der 8). D. h. zum Zeitpunkt des Erreichens des vorbestimmten Maximalstroms I_peak wird ein entsprechendes Steuersignal dem Schalter ST zugeführt. Das Öffnen des Schalters ST erfolgt aber erste nach einer zeitlichen Verzögerung t_{off_del} (vgl. ST_ist auf der linken Seite der 8). Folglich steigt der Strom I_L durch den Energiespeicher noch für die Zeitdauer t_{off_del} an, nachdem der vorbestimmte Maximalwert I_peak erreicht wurde.
Um die Ausschaltverzögerung t_{off_del} zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter ST ausgeschaltet, d. h. geöffnet werden soll, und dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter ST tatsächlich geöffnet wird, zu bestimmen, wird ein Zähler zu dem Zeitpunkt gestartet, zu dem der Schalter ST geöffnet werden soll (vgl. zeitlichen Verlauf des Zähler links unten der 8). Aufgrund der Ausschaltverzögerung t_{off_del} öffnet der Schalter aber nicht sofort, wodurch der Strom I_L durch den Energiespeicher weiter ansteigt. Sobald der Strom I_L durch den Energiespeicher zu sinken beginnt, weiß die Steuerschaltung, dass der Schalter tatsächlich geöffnet wurde, d. h. dass der Ausschaltvorgang tatsächlich getätigt wurde. Folglich stoppt die Steuerschaltung den Zähler zum Zeitpunkt, zu dem der Strom zu sinken beginnt (vgl. zeitlichen Verlauf des Zähler links unten der 8). Der Wert des Zähler entspricht dann der Ausschaltverzögerung t_{off_del}.
Auf der rechten Seite der 8 ist der Einschaltvorgang des Schalters ST im Grenzbetrieb der Konverterstufe gezeigt. Beim Nulldurchgang des Stroms I_L durch den Energiespeicher soll der Schalter ST geschlossen werden (vgl. ST_soll auf der rechten Seite der 8). D. h. beim Nulldurchgang des Stroms I_L durch den Energiespeicher wird ein entsprechendes Steuersignal dem Schalter ST zugeführt. Das Schließen des Schalters ST erfolgt aber erste nach einer zeitlichen Verzögerung t_{on_del} (vgl. ST_ist auf der rechten Seite der 8). Folglich bleibt der Strom I_L durch den Energiespeicher noch für die Zeitdauer t_{on_del} auf Null (o A), nachdem der Nulldurchgang des Stroms I_L durch den Energiespeicher erfolgt ist.
Um die Einschaltverzögerung t_{on_del} zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter ST eingeschaltet, d. h. geschlossen, werden soll, und dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter ST tatsächlich geschlossen wird, zu bestimmen, wird ein Zähler zu dem Zeitpunkt gestartet, zu dem der Schalter ST geschlossen werden soll (vgl. zeitlichen Verlauf des Zähler rechts unten der 8). Aufgrund der Einschaltverzögerung t_{on_del} wird der Schalter aber nicht sofort geschlossen, wodurch der Strom I_L durch den Energiespeicher auf Null (o A) bleibt. Sobald der Strom I_L durch den Energiespeicher zu steigen beginnt, weiß die Steuerschaltung, dass der Schalter tatsächlich geschlossen wurde, d. h. dass der Einschaltvorgang tatsächlich getätigt wurde. Folglich stoppt die Steuerschaltung den Zähler zum Zeitpunkt, zu dem der Strom zu steigen beginnt (vgl. zeitlichen Verlauf des Zähler rechts unten der 8). Der Wert des Zähler entspricht dann der Ausschaltverzögerung t_{off_del}.
9 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des Eingangs-Port der Steuerschaltung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes zum Erfassen des Stroms, insbesondere den Nulldurchgang des Stroms, durch den wenigstens einen Energiespeicher der wenigstens einen Konverterstufe der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes. 9 zeigt ferner den zeitlichen Verlauf der Spannung und des Stroms des wenigstens einen Energiespeichers der wenigstens einen Konverterstufe der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betriebsgerätes zusammen mit einem Spannungssignal, dessen Flanken den Nulldurchgang sowie das Erreichen des Maximalwertes des Stroms durch den wenigstens einen Energiespeicher wiedergeben.
Die Spannungsquelle V1 und die Dioden D5 und D6 der in 9 oben gezeigten Schaltung sind vorzugsweise in einer Steuereinheit bzw. Steuerschaltung μC integriert, wobei die Steuereinheit μC vorzugsweise ein Mikrokontroller ist. Die Steuereinheit μC entspricht vorzugsweise der Steuereinheit 6 des in 1 gezeigten Betriebsgerätes 1. Die Nulldurchgangserfassungsspannung V_ZX wird vorzugsweise über einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) von der Steuereinheit μC ausgewertet. Als Eingangsspannung der in 9 oben gezeigten Schaltung dient die Spannung V_L über den wenigstens einen Energiespeicher L1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2.
Die in 9 oben gezeigte Schaltung umfasst eine Spannungsquelle V1, drei Dioden D5, D6 und D7, zwei Widerstände R4 und R3, zwei Kapazitäten C5 und C6 sowie eine Eingangsspanungsquelle V3, die der Spannung V_L. über den Energiespeicher L1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2 entspricht.
Die beiden Dioden D5 und D6 sind in Serie geschaltet, wobei die Anode der Diode D6 mit der Kathode der Diode D5 verbunden ist. Die Serienschaltung aus den Dioden D5 und D6 ist parallel zu der Spannungsquelle V1 geschaltet, wobei die Kathode der Diode D6 mit dem höheren Potential der Spannungsquelle V1 und die Anode der Diode D5 mit dem niedrigeren Potential der Spannungsquelle V1 verbunden ist. Parallel zu der Diode D5 ist der Widerstand R4 geschaltet, wobei ein Anschluss des Widerstands R4 mit dem Knoten zwischen den Dioden D6 und D5 und der andere Anschluss des Widerstands R4 mit dem Knoten, der auf dem niedrigeren Potential der Spannungsquelle V1 liegt, verbunden ist. Parallel zu dem Widerstand R4 ist die Kapazität C5 geschaltet. Ein Anschluss der Kapazität C5 ist mit dem Knoten verbunden, der auf dem niedrigeren Potential der Spannungsquelle V1 liegt, und der andere Anschluss der Kapazität C5 ist mit einem Anschluss der Kapazität C6 verbunden, wobei der andere Anschluss der Kapazität C6 mit dem Knoten zwischen den Dioden D5 und D6 verbunden ist. Parallel zu der Kapazität C5 ist der Widerstand R3 geschaltet. Ein Anschluss des Widerstands R3 ist mit dem Knoten verbunden, der auf dem niedrigeren Potential der Spannungsquelle V1 liegt, und der andere Anschluss der Kapazität C5 ist mit dem Anschluss der Kapazität C6 verbunden, mit der auch die Kapazität C5 verbunden ist. Parallel zu dem Widerstand R3 ist die Eingangsspanungsquelle V3 geschaltet. Ein Anschluss der Eingangsspannungsquelle V3 ist mit dem Knoten verbunden, der auf dem niedrigeren Potential der Spannungsquelle V1 liegt, und der andere Anschluss der Eingangsspannungsquelle V3 ist mit der Kathode der Diode D7 verbunden. Die Anode der Diode 7 ist mit dem Knoten verbunden, mit dem auch jeweils ein Anschluss der Kapazitäten C5 und C6 sowie des Widerstands R3 verbunden ist. Das niedrigere Potential der Spannungsquelle V1 liegt vorzugsweise auf Masse (GND).
Die in der Schaltung und den beiden Graphen der 9 angegebenen Werte sind lediglich als Beispiel angegeben.
Während des Betriebs der in 1 gezeigten Konverterstufe 1 im Grenzbetrieb, gibt es drei Zustände der in 9 oben gezeigten Schaltung:

1. Zustand P_I: Der Schalter ST1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2 ist geöffnet, d. h. nichtleitend, und der Strom I_L durch den Energiespeicher L1 der Konverterstufe 2 ist noch positiv. In diesem Zustand liegt über den Energiespeicher L1 eine negative Spannung V_L an und der Strom I_L durch den Energiespeicher L1 sinkt (vgl. Zustand P_I in dem oberen Graphen der 9). Dadurch fließt in der in 9 oben gezeigten Schaltung ein Strom über GND über den Widerstand R3 und die Diode D7. Zusätzlich fließt ein Strom über GND über den Widerstand R4 und lädt dadurch die Kapazität C6. Der Spannungsabfall V_ZX über den Widerstand R4 ist sehr gering und deshalb fällt beinahe keine Spannung am Analog-Digital-Umsetzer (ADC) ab (vgl. Zustand P_I in dem unteren Graphen der 9).
2. Zustand P_II: Der Schalter ST1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2 ist geöffnet, d. h. nichtleitend, und der Strom I_L durch den Energiespeicher L1 der Konverterstufe 2 ist negativ. Die Diode D1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2 verhindert, dass ein negativer Strom fließen kann und klemmt somit den Strom I_L auf Null (o A) (vgl. Zustand P_II in dem oberen Graphen der 9). Dadurch fällt auch keine Spannung V_L über den Energiespeicher L1 der Konverterstufe L1 ab (vgl. Zustand P_II in dem oberen Graphen der 9). Der Kathodenanschluss der Diode D7 besitzt nun ein höheres Potential wie der Anodenanschluss und somit kann kein Strom mehr durch die Diode D7 fließen. Die zuvor geladene Energie der Kapazität C6 wird nun über den Widerstand R4 und der Diode D6 abgebaut. Die Spannung V_ZX über dem Widerstand R4 wird durch die interne Versorgungspannung V1 der Steuereinheit μC und der Schutzdiode D6 begrenzt (vgl. Zustand P_I in dem unteren Graphen der 9).
3. Zustand P_III: Der Schalter ST1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2 ist geschlossen, d. h. leitend, und der Strom I_L durch den Energiespeicher L1 der Konverterstufe 2 beginnt zu steigen. In diesem Zustand liegt die positive Eingangsspannung V_IN der in 1 gezeigten Konverterstufe 2 über dem Energiespeicher L1 der Konverterstufe 2 und somit an der Kathode der Diode D₁ der Konverterstufe 2 an. Durch das höhere Potential der Kathode gegenüber der Anode der Diode D₁, fließt wieder kein Strom durch die Diode D₁ und somit wird die Spannung V_ZX über dem Widerstand R4 wieder aus dem Strom der Kapazität C6 generiert.

Wie lange die Spannung V_ZX über dem Analog-Digital-Umsetzer (ADC) im 3. Zustand P_II konstant auf dem HIGH-Level (3,3 V + Diodenspannung D6) bleibt ist abhängig von der Kapazität C6 und dem Widerstands R3. Je höher der Wert der Kapazität C6, desto länger bleibt die Spannung V_ZX auf dem HIGH-Level. Je höher der Wert des Widerstands R3, desto langsamer ist der Entladevorgang der Kapazität C6 und desto länger bleibt die Spannung V_ZX auf dem HIGH-Level. Die gestrichelte Linie in dem unteren Graphen der 9 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung V_ZX, wenn der Widerstand R3 = 47 kΩ ist, und die gestrichelte Linie mit Punkten zwischen den Strichen in dem unteren Graphen der 9 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung V_ZX, wenn der Widerstand R3 = 4,7 kΩ ist.
Der zeitliche Verlauf der am Widerstand R4 abfallenden Spannung V_ZX (vgl. gestichelte Linie in dem unteren Graphen der 9) weist zwei Flanken auf. Die erste Flanke bzw. steigende Flanke gibt den Zeitpunkt an, zu dem der Nulldurchgang des Stroms I_L durch den Energiespeicher L1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2 erfolgt. Die zweite Flanke bzw. fallende Flanke gibt den Zeitpunkt an, zu dem der Strom I_L durch den Energiespeicher L1 der in 1 gezeigten Konverterstufe 2 seine Richtung umkehrt bzw. zu dem der Schalter ST1 der Konverterstufe 2 geöffnet wird. Die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter ST1 öffnet, und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung V_ZX auf Null fällt, kann man bestimmen. Man kann gemäß den vorstehenden Ausführungen eine zeitliche Verzögerung des Öffnens des Schalters ermitteln.

Claims

Betriebsgerät (1) zum Betreiben einer Leuchtmittelstrecke (4) mit wenigstens einem Leuchtmittel, vorzugsweise einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode, wobei das Betriebsgerät (1) umfasst: a) wenigstens eine Konverterstufe (2) mit wenigstens einem Schalter (ST1) und wenigstens einem Energiespeicher (L1), und b) eine Steuereinheit (6), die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Schalter (ST1) zum Betreiben der Leuchtmittelstrecke (4) derart zu steuern, dass der wenigstens eine Energiespeicher (L1) zyklisch geladen und entladen wird, um eine elektrische Energie für den Betrieb der Leuchtmittelstrecke (4) bereitzustellen, c) wobei die Steuereinheit (6) zur Steuerung des wenigstens einen Schalters (ST1) dazu eingerichtet ist, an den wenigstens einen Schalter (ST1) Steuersignale (S_Steuer, S1, S2) auszugeben, wobei jedes Steuersignal (S_Steuer, S1, S2) einen Schaltvorgang des wenigstens einen Schalters (ST1) verursacht, d) wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, bei wenigstens einer Ausgabe eines Steuersignals (S1, S2) an den wenigstens einen Schalter (ST1) die zeitliche Verzögerung (t_{on_del}, t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T3, T5) der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals (S_Steuer, S1, S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T4, T6) des durch das jeweiligen Steuersignal (S_Steuer, S1, S2) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) zu bestimmen und bei wenigstens einem folgenden Schaltvorgang die zeitliche Verzögerung (t_{on_del}, t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T3, T5) der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals (S_Steuer, S1, S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T4, T6) des durch das jeweiligen Steuersignal (S_Steuer, S1, S2) verursachten Schaltvorgangs durch eine Kompensation zu berücksichtigen.
Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 1, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, den zeitlichen Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) zu erfassen und bei der wenigstens einen Ausgabe eines Steuersignals (S_Steuer, S1, S2) die zeitliche Verzögerung (t_{on_del}, t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T3, T5) der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals (S_Steuer, S1, S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T4, T6) des durch das jeweilige Steuersignal (S_Steuer, S1, S2) verursachten Schaltvorgangs auf Basis des zeitlichen Stromverlaufs durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) zu bestimmen.
Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, – wobei die Steuereinheit (6) zur Steuerung des Betriebs der Leuchtmittelstrecke (4) dazu eingerichtet ist, als Steuersignale (S_Steuer, S1, S2) abwechselnd ein erstes Steuersignal (S1) und ein zweite Steuersignal (S2) auszugeben; – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, das erste Steuersignal (S1) als Steuersignal (S_Steuer) auszugeben, um ein Einschalten des wenigstens einen Schalters (ST1) als Schaltvorgang zu verursachen, und – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, das zweite Steuersignal (S2) als Steuersignal (S_Steuer) auszugeben, um ein Ausschalten des wenigstens einen Schalters (ST1) als Schaltvorgang zu verursachen.
Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 3, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, das erste Steuersignal (S1) als Steuersignal (S_Steuer) auszugeben wenn – der Strom (I_L) durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) den Nullwert erreicht, – eine vorbestimmte Zeitdauer (t_discon) nach Erreichen des Nullwertes abgelaufen ist, oder – eine vorbestimmte erste Zeitdauer (t₁) nach der vorhergehenden Ausgabe des zweiten Steuersignals (S2) abgelaufen ist.
Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, das zweite Steuersignal (S2) als Steuersignal (S_Steuer) auszugeben wenn – der Strom (I_L) durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) einen vorbestimmten Maximalwert (I_max) erreicht, oder – eine vorbestimmte zweite Zeitdauer (t₂) nach der vorhergehenden Ausgabe des ersten Steuersignals (S1) abgelaufen ist.
Betriebsgerät (1) gemäß einem der Anspruch 3 bis 5, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Strom (I_L) durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) den vorbestimmten Maximalwert (I_max) erreicht.
Betriebsgerät (1) gemäß einem der Anspruch 3 bis 6, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, – den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Strom (I_L) durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) den Nullwert erreicht, und/oder – den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Strom (I_L) durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) den Nullwert verlässt.
Betriebsgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, die zeitliche Verzögerung (t_{on_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T5) der Ausgabe des ersten Steuersignals (S1) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T6) des durch das erste Steuersignal (S1) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) auf Basis des Zeitpunktes (T2, T6) zu bestimmen, zu dem der zeitliche Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) nach dem Zeitpunkt (T1, T5) der Ausgabe des ersten Steuersignals (S1) einen ansteigenden Strom (I_L) darstellt.
Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 8, – wobei die Steuereinheit (6) einen Zähler umfasst, – wobei die Steuereinheit (6) zum Bestimmen der zeitlichen Verzögerung (t_{on_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T5) der Ausgabe des ersten Steuersignals (S1) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T6) des durch das erste Steuersignal (S1) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) dazu eingerichtet ist, – den Zähler zum Zeitpunkt (T1, T5) der Ausgabe des ersten Steuersignals (S1) zu starten, – den Zähler zum Zeitpunkt (T2, T6) zu stoppen, zu dem der zeitliche Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) nach dem Zeitpunkt (T1, T5) der Ausgabe des ersten Steuersignals (S1) einen ansteigenden Strom (I_L) darstellt, und – auf Basis des Zählwertes des Zählers die zeitliche Verzögerung (t_{on_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T5) der Ausgabe des ersten Steuersignals (S1) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T6) des durch das erste Steuersignal (S1) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) zu bestimmen.
Betriebsgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, die zeitliche Verzögerung (t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T3) der Ausgabe des zweiten Steuersignals (S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T4) des durch das zweite Steuersignal (S2) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) auf Basis des Zeitpunktes (T4) zu bestimmen, zu dem der zeitliche Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) nach dem Zeitpunkt (T3) der Ausgabe des zweiten Steuersignals (T4) einen fallenden Strom (I_L) darstellt.
Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 10, – wobei die Steuereinheit (6) einen Zähler umfasst, – wobei die Steuereinheit (6) zum Bestimmen der zeitlichen Verzögerung (t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T3) der Ausgabe des zweiten Steuersignals (S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T4) des durch das zweite Steuersignal (S2) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) dazu eingerichtet ist, – den Zähler zum Zeitpunkt (T3) der Ausgabe des zweiten Steuersignals (S2) zu starten, – den Zähler zum Zeitpunkt (T4) zu stoppen, zu dem der zeitliche Stromverlauf durch den wenigstens einen Energiespeicher (L1) nach dem Zeitpunkt (T3) der Ausgabe des zweiten Steuersignals (S2) einen fallenden Strom (I_L) darstellt, und – auf Basis des Zählwertes des Zählers die zeitliche Verzögerung (t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T3) der Ausgabe des zweiten Steuersignals (S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T4) des durch das zweite Steuersignal (S2) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) zu bestimmen.
Betriebsgerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, bei jeder Ausgabe eines Steuersignals (S_Steuer, S1, S2) an den wenigstens einen Schalter (ST1) die zeitliche Verzögerung (t_{on_del}, t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T3, T5) der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals (S1, S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T4, T6) des durch das jeweilige Steuersignal (S1, S2) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) zu bestimmen.
Betriebsgerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuereinheit (6) dazu eingerichtet ist, periodisch die zeitliche Verzögerung (t_{on_del}, t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T3, T5) der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals (S1, S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T4, T6) des durch das jeweilige Steuersignal (S1, S2) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) zu bestimmen.
Betriebsgerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die Steuereinheit (6) einen Komparator oder einen Analog-Digital-Wandler zum Bestimmen der zeitlichen Verzögerung (t_{on_del}, t_{off_del}) zwischen dem Zeitpunkt (T1, T3, T5) der Ausgabe des jeweiligen Steuersignals (S1, S2) und dem tatsächlichen Zeitpunkt (T2, T4, T6) des durch das jeweilige Steuersignal (S1, S2) verursachten Schaltvorgangs des wenigstens einen Schalters (ST1) umfasst.
Beleuchtungsgerät (7) mit einem Betriebsgerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Leuchtmittelstrecke (4) aufweisend wenigstens ein Leuchtmittel, vorzugsweise einer Leuchtdiodenstrecke mit wenigstens einer Leuchtdiode, wobei das Betriebsgerät (1) dazu eingerichtet ist, die Leuchtmittelstrecke (4) zu betreiben.