Die Erfindung betrifft eine Konverterschaltung, insbesondere eine Konverterschaltung für Betriebsgeräte für Leuchtmittel. Die Erfindung betrifft weiter ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere LEDs, und ein Verfahren zur Steuerung der Konverterschaltung. Die Erfindung umfasst auch den Betrieb von Leuchtmitteln, beispielsweise Leuchtdioden (LED) als Last.The invention relates to a converter circuit, in particular a converter circuit for operating devices for lighting. The invention further relates to an operating device for lighting means, in particular LEDs, and a method for controlling the converter circuit. The invention also includes the operation of light sources, for example light emitting diodes (LED) as a load.
Grundsätzlich ist bereits bekannt, ein LED-Modul, beispielsweise mit einer LED-Strecke, die eine oder mehrere in Serie oder parallel geschaltete LEDs aufweisen kann, ausgehend von einem Betriebsgerät über einen elektrischen Laststrom mit elektrischer Leistung zu versorgen. Es ist ebenfalls bekannt, dass zur Erzeugung dieser elektrischen Leistung das Betriebsgerät ein Schaltnetzteil, beispielsweise in Form einer getakteten Konverterschaltung, umfasst. Dabei wird ein von der getakteten Konverterschaltung, zum Beispiel einem Abwärtswandler, an einem Ausgang bereitgestellter Ausgangsstrom als Laststrom typischerweise in einer Regelschleife auf einen konstanten Stromwert geregelt. Der konstante Stromwert kann als Sollwert, beispielsweise auf Grundlage einer Dimmereinstellung (Dimmwert), bereitgestellt werden.In principle, it is already known to supply an LED module, for example with an LED track, which may have one or more LEDs connected in series or in parallel, starting from an operating device via an electrical load current with electrical power. It is also known that for generating this electrical power, the operating device comprises a switched-mode power supply, for example in the form of a clocked converter circuit. In this case, an output current provided by the clocked converter circuit, for example a down-converter, at an output is typically regulated as a load current in a control loop to a constant current value. The constant current value can be provided as a setpoint value, for example based on a dimmer setting (dimming value).
Am Ausgang der getakteten Konverterschaltung ist in der Regel ein Kondensator vorgesehen. Dieser Ausgangskondensator wird in einer Einschaltphase des getakteten Schalters zunächst aufgeladen. Damit steigt bei konstantem Strom die Ausgangsspannung UAUS an dem Ausgangskondensator, die einer an dem Lastausgang der Konverterschaltung anliegenden Lastspannung ULED entspricht, zunächst linear, also mit einer konstanten Steigung, an. Wenn die erreichte Ausgangs- oder Lastspannung ULED eine Vorwärtsspannung UF einer am Lastausgang angeschlossenen LED-Strecke erreicht, beginnt ein nennenswerter Laststrom ILED zu fließen. In der Folge weicht der Anstieg der Lastspannung ULED von einem linearen Anstieg mit konstanter Steigung ab, insbesondere flacht der Verlauf der Lastspannung ULED stark ab.At the output of the clocked converter circuit, a capacitor is usually provided. This output capacitor is first charged in a switch-on of the clocked switch. This increases the output voltage at constant current U OFF at the output capacitor, the one applied to the load output of the converter circuit load voltage U LED corresponds to, initially linear, ie with a constant slope, on. When the output or load voltage reached U LED reaches a forward voltage U F connected to the load output LED track, a significant load current begins I LED to flow. As a result, the increase of the load voltage deviates U LED from a linear increase with a constant slope, in particular flat the course of the load voltage U LED strong.
Um zu erreichen, dass der Wert der Vorwärtsspannung UF möglichst schnell erreicht wird, so dass nach einem Einschalten des Betriebsgeräts mit möglichst geringer Verzögerung eine Lichtabgabe erfolgt, ist ein schnelles Erreichen der Vorwärtsspannung UF durch die Ausgangsspannung UAUS wünschenswert. Entsprechend sind die Reglerparameter eines Reglers in der Regelschleife zur Regelung des Ausgangsstroms IAUS entsprechend einem Laststrom ILED , zu dimensionieren.To achieve that the value of the forward voltage U F is reached as quickly as possible, so that after switching on the operating device with the least possible delay, a light output, is a rapid achievement of the forward voltage U F through the output voltage U OFF desirable. Accordingly, the controller parameters of a controller in the control loop for controlling the output current I OFF according to a load current I LED to dimension.
Problematisch ist allerdings, dass bei einer wie vorstehend geschilderten Auslegung der Regelschleife für den Ausgangsstrom IAUS , also ein Wert der Vorwärtsspannung UF durch die Ausgangsspannung UAUS möglichst schnell erreicht wird, in der Last eine kurze Stromspitze des Laststroms ILED dann auftritt, wenn die Lastspannung ULED den Wert der Vorwärtsspannung UF der Last erreicht und eine LED-Strecke leitend wird. Diese Laständerung kann sich bei einer LED-Strecke in einem unerwünschten, deutlich wahrnehmbaren Lichtblitz äußern, bis sich die Regelschleife auf einen neuen Betriebszustand bei einer veränderten Last eingestellt hat. Dieses Verhalten der Regelschleife ist insbesondere auch für den für die geschilderte Anwendung häufig genutzten PI-Regler zu beobachten, der zwar eine hohe stationäre Genauigkeit mit einer gegen Null laufenden Regelabweichung im eingeschwungenen Zustand aufweist, jedoch aufgrund der gegenüber dem Proportionalregler reduzierten Kreisverstärkung ein langsames Regelverhalten zeigt.The problem, however, is that in an above-described design of the control loop for the output current I OFF , that is a value of the forward voltage U F through the output voltage U OFF is reached as quickly as possible, in the load a short current peak of the load current I LED then occurs when the load voltage U LED the value of the forward voltage U F reaches the load and an LED track becomes conductive. This change in load can manifest itself in an undesirable, clearly perceptible flash of light in an LED track, until the control loop has adjusted to a new operating state with a changed load. This behavior of the control loop can also be observed in particular for the PI controller which is frequently used for the described application, which indeed has a high steady-state accuracy with a control deviation approaching zero in the steady state, but shows a slow control behavior due to the reduced loop gain compared to the proportional controller ,
Es ist daher Aufgabe zu lösen, die vorstehend geschilderten gegensätzlichen Anforderungen, zum Einen ein zeitlich schnelles Erreichen der Vorwärtsspannung UF durch die bereitgestellte Ausgangsspannung UAUS zu erzielen, zum Anderen einen Lichtblitz im Fall des Erreichens der Vorwärtsspannung UF durch die bereitgestellte Ausgangsspannung UAUS zu vermeiden, zu erfüllen.It is therefore an object to solve the above-described conflicting requirements, on the one hand, a timely achievement of the forward voltage U F by the provided output voltage U OFF on the other hand, a flash of light in the case of reaching the forward voltage U F by the provided output voltage U OFF to avoid fulfilling.
Diese Aufgabe wird mittels der Konverterschaltung nach Anspruch 1, sowie des entsprechenden Betriebsgeräts und des Verfahrens gemäß den nebengeordneten Ansprüchen, gelöst.This object is achieved by means of the converter circuit according to claim 1, as well as the corresponding operating device and the method according to the independent claims.
In den untergeordneten Ansprüchen werden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gezeigt.In the dependent claims advantageous developments of the invention are shown.
In einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Konverterschaltung zum Betreiben einer Last, bevorzugt wenigstens eines Leuchtmittels, insbesondere einer LED, vorgesehen. Die Konverterschaltung weist einen Wandlerschaltkreis mit einem getakteten Schalter zur Erzeugung eines Ausgangsstroms, einen Steuerschaltkreis ausgelegt für eine Ansteuerung des Schalters zu einer Regelung des Ausgangsstroms mittels einer Regelschleife und Messmittel zur Ermittlung einer Ausgangsspannung oder des Ausgangstroms auf. Der Steuerschaltkreis ist dabei dafür ausgelegt, zumindest einen Parameter der Regelschleife zu ändern, wenn eine Änderung einer Lastspannungsänderung oder des Laststroms erkannt wird.In a first aspect of the invention, a converter circuit is provided for operating a load, preferably at least one luminous means, in particular an LED. The converter circuit has a converter circuit with a clocked switch for generating an output current, a control circuit designed for driving the switch to a regulation of the output current by means of a control loop and measuring means for determining an output voltage or the output current. The control circuit is designed to change at least one parameter of the control loop when a change in a load voltage change or the load current is detected.
Ein zentraler Gedanke der Erfindung ist daher, eine Änderung des Lastverhaltens einer Last der Konverterschaltung in der Konverterschaltung zu erkennen und zumindest einen Parameter der Regelschleife für die Konstantregelung des Ausgangsstroms zur Last zu ändern, wenn ein geändertes Lastverhalten erkannt wird. Dies ermöglicht es, die Konverterschaltung nicht lediglich für ein schnelles Erreichen eines Sollwerts der Ausgangsspannung hin zu optimieren, sondern auch eine Unterdrückung einer unerwünschten Lichtemission einer LED-Strecke zu erreichen. Somit wird also erfindungsgemäß eine Information über den Verlauf einer Ausgangsspannung der Konverterschaltung ermittelt, um Betriebszustände der betriebenen Last, wie beispielsweise „LED-Strecke leitet noch nicht“ und „LED-Strecke beginnt zu leiten“ unterscheiden zu können. Abhängig von dieser gewonnenen Information über die genannten Betriebszustände können nun für die Betriebszustände vorzugsweise unterschiedliche Regelschleifenparameter, beispielsweise Reglerparameter, verwendet werden, beispielsweise Verstärkungsfaktoren und Zeitkonstanten.A central idea of the invention is therefore to detect a change in the load behavior of a load of the converter circuit in the converter circuit and to change at least one parameter of the control loop for the constant control of the output current to the load, if a changed load behavior is detected. This allows the Not only to optimize converter circuit for a quick reaching a target value of the output voltage back, but also to achieve a suppression of unwanted light emission of an LED track. Thus, according to the invention, an information about the course of an output voltage of the converter circuit is determined in order to be able to distinguish operating states of the operated load, such as "LED route does not conduct" and "LED route begins to conduct". Depending on this information obtained about the aforementioned operating states, different control loop parameters, for example controller parameters, can now be used for the operating states, for example amplification factors and time constants.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Konverterschaltung dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel zumindest einen Messwiderstand umfasst, der eingerichtet ist, einen Summenstrom umfassend den Ausgangsstrom und einen Ladestrom einer Ausgangskapazität des Wandlerschaltkreis zu erfassen, und/oder einen weiteren Messwiderstand umfasst, der eingerichtet ist, den Ausgangsstrom, insbesondere ausschließlich den Laststrom des Wandlerschaltkreis zu erfassen.In a preferred embodiment, the converter circuit is characterized in that the measuring means comprises at least one measuring resistor which is adapted to detect a sum current comprising the output current and a charging current of an output capacitance of the converter circuit, and / or comprises a further measuring resistor which is set up Output current, in particular exclusively to detect the load current of the converter circuit.
Die Konverterschaltung nach einer vorteilhaften Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass der zumindest eine zu ändernde Parameter der Regelschleife ein Sollwert des Ausgangsstroms ist.The converter circuit according to an advantageous embodiment is characterized in that the at least one parameter of the control loop to be changed is a desired value of the output current.
Alternativ oder zusätzlich ist die Konverterschaltung derart ausgebildet, dass der Steuerschaltkreis zunächst einen ersten Sollwert des Ausgangsstroms einstellt, und, wenn die Änderung der Ausgangsspannungsänderung oder des Ausgangsstroms eine Änderung einer Leitfähigkeit einer Last signalisiert, der Steuerschaltkreis einen zweiten Sollwert des Ausgangsstroms einstellt, wobei der erste Sollwert des Ausgangsstroms größer als der zweite Sollwert des Ausgangsstroms ist.Alternatively or additionally, the converter circuit is configured such that the control circuit first adjusts a first setpoint value of the output current and, if the change in the output voltage change or the output current signals a change in conductivity of a load, the control circuit sets a second setpoint value of the output current, the first one Setpoint of the output current is greater than the second setpoint of the output current.
Damit kann eine LED-Strecke in einem stark gedimmten Betrieb gestartet werden. Dieser Betrieb kann beispielsweise bei lediglich 1% oder lediglich 1 ‰ eines Nennstroms liegen und ein unerwünschtes Aufleuchten bei Leitendwerden der LED-Strecke unterdrückt werden. In der Startphase der Konverterschaltung hingegen ist ein größerer Sollwert für den Strom vorgebbar, der dann bei Erkennen einer Änderung der Ausgangsspannungsänderung auf den stark gedimmten Stromwert verringert wird. Damit wird eine Startphase der Konverterschaltung vorteilhaft verkürzt, da mit einem großen Ladestrom die Ausgangskapazität des Wandlerschaltkreis zunächst schnell geladen werden kann.This allows an LED track to be started in a heavily dimmed mode. For example, this operation can be as low as 1%, or just 1%, of a rated current, suppressing unwanted illumination when the LED link is conducting. In contrast, in the starting phase of the converter circuit, a larger setpoint value for the current can be predetermined, which is then reduced to the heavily dimmed current value upon detection of a change in the output voltage change. In order for a start phase of the converter circuit is advantageously shortened, since with a large charging current, the output capacitance of the converter circuit can first be charged quickly.
Alternativ oder zusätzlich ist der zumindest eine zu ändernde Parameter der Regelschleife ein Reglerparameter eines Reglers der Regelschleife. Alternativ oder zusätzlich erfolgt eine Änderung des zumindest einen zu ändernden Parameters der Regelschleife mittels Umschalten zwischen Reglern, insbesondere auch Reglern unterschiedlichen Typs, zum Beispiel P- und PI-Regler.Alternatively or additionally, the at least one parameter of the control loop to be changed is a controller parameter of a regulator of the control loop. Alternatively or additionally, there is a change in the at least one parameter of the control loop to be changed by means of switching between controllers, in particular regulators of different types, for example P and PI controllers.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist der Reglerparameter des Reglers ein Verstärkungsfaktor eines Reglers und/oder eine Zeitkonstante eines Reglers, insbesondere eines PI-Reglers.According to one embodiment of the invention, the controller parameter of the controller is a gain factor of a controller and / or a time constant of a controller, in particular of a PI controller.
Die Änderung der Reglerparameter des PI-Regler ermöglicht die Vorteile des PI-Reglers im stationären eingeschwungenen Zustand mit einer verbesserten Startphase der Wandlerschaltung zu verbinden, so dass insbesondere unmittelbar nach einem Einschalten schnell ein konstanter Ladestrom für die Ausgangskapazität zu Verfügung steht, zügig bis zum Erreichen der Vorwärtsspannung der LED-Strecke geladen wird und dann durch eine Änderung zumindest eines Reglerparameters vorteilhafte Regelschleifencharakteristiken für den Ausgangsstrom erreichbar sind.The change in the controller parameters of the PI controller makes it possible to combine the advantages of the PI controller in steady state steady state with an improved start phase of the converter circuit, so that in particular immediately after switching quickly a constant charging current for the output capacitance is available, quickly to reach the forward voltage of the LED path is loaded and then advantageous control loop characteristics for the output current can be achieved by changing at least one controller parameter.
Gemäß einer Ausführung der Konverterschaltung wird die Änderung der Lastspannung oder des Laststroms mittels periodischem Abtasten der Ausgangsspannung erfasst. Alternativ kann die Änderung der Lastspannung oder des Laststroms mittels Erfassen eines beginnenden Stromflusses eines Ausgangsstroms bestimmt werden.According to an embodiment of the converter circuit, the change of the load voltage or the load current is detected by periodically sampling the output voltage. Alternatively, the change in the load voltage or the load current may be determined by detecting an incipient current flow of an output current.
Mittels einer periodischen Abtastung der Ausgangsspannung und der damit ermöglichten einfachen Auswertung in einem integrierten Schaltkreis, lässt sich mit geringem zusätzlichem Aufwand in einer Konverterschaltung das erfindungsgemäße Vorgehen implementieren. Die Nutzung vorhandener Mikroprozessoren und integrierter Schaltkreise und einfach zu erstellender Programmmodule, die darauf laufen, wird ermöglicht.By means of a periodic sampling of the output voltage and thus enabling simple evaluation in an integrated circuit, the procedure according to the invention can be implemented with little additional effort in a converter circuit. The use of existing microprocessors and integrated circuits and easy-to-build program modules running on it is made possible.
Gemäß einer Ausführung der Konverterschaltung wird aus den abgetasteten Ausgangsspannungswerten eine Steigung eines Lastspannungsverlaufs ermittelt.According to an embodiment of the converter circuit, a slope of a load voltage characteristic is determined from the sampled output voltage values.
Insbesondere kann eine Änderung (Reduzierung) der Steigung des Lastspannungsverlaufs als eine Änderung der Leitfähigkeit der Last erkannt werden. Auch kann ein beginnender Stromfluss des Laststroms, insbesondere über einen Messwiderstand in Serie zu der Last, als eine Änderung der Leitfähigkeit der Last erkannt werden.In particular, a change (reduction) in the slope of the load voltage characteristic can be recognized as a change in the conductivity of the load. Also, an incipient current flow of the load current, in particular via a measuring resistor in series with the load, can be recognized as a change in the conductivity of the load.
Die Konverterschaltung nach einem Ausführungsbeispiel zeigt den Wandlerschaltkreis dafür eingerichtet, den Ausgangsstrom als Laststrom (Diodenstrom) für den Betrieb eines LED-Moduls zu erzeugen.The converter circuit according to an embodiment shows the converter circuit therefor configured to generate the output current as a load current (diode current) for the operation of an LED module.
Insbesondere der Betrieb von LED-Modulen mit ihrer für Halbleiterdioden typischen Vorwärtsspannung, ab der ein Laststrom fließt, und damit erst ein Lichtstrom, ist für das erfindungsgemäße Vorgehen vorteilhaft. Die hohen Stückzahlen dieser Produkte sind zugleich vorteilhaft, da die einfache Implementierung der Erfindung hohe Skalierungseffekte bei den Kosten erwarten lässt und diese Produkte preissensibel sind.In particular, the operation of LED modules with their typical for semiconductor diodes forward voltage from which a load current flows, and thus only a luminous flux, is advantageous for the inventive method. The high volumes of these products are also advantageous because the simple implementation of the invention promises high scaling effects in terms of cost, and these products are price sensitive.
Die Konverterschaltung einer bevorzugten Ausführung ist als Abwärtswandler (Tiefsetzsteller, Buck-Konverter) ausgelegt.The converter circuit of a preferred embodiment is designed as a down converter (buck converter, Buck converter).
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung löst ein Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einer Konverterschaltung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele die Aufgabe.According to a second aspect of the invention, an operating device for lighting means with a converter circuit according to one of the preceding embodiments solves the problem.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das einen Wandlerschaltkreis mit einem getakteten Schalter zur Erzeugung eines Ausgangsstroms, einen Steuerschaltkreis für eine Ansteuerung des Schalters und für eine Regelung des Ausgangsstroms mittels einer Regelschleife, und Messmittel zur Ermittlung einer Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms umfasst. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Änderung einer Ausangsspannungsänderung oder des Ausgangstroms mittels des Messmittels erkannt wird, und, wenn eine Änderung erkannt wird, zumindest ein Parameter der Regelschleife geändert wird.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a method comprising a converter circuit with a clocked switch for generating an output current, a control circuit for driving the switch and for regulating the output current by means of a control loop, and measuring means for determining an output voltage or of the output current. The method is characterized in that a change in an output voltage change or the output current is detected by means of the measuring means, and if a change is detected, at least one parameter of the control loop is changed.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Figuren Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Gleiche Elemente in den Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer als Blockschaltbild dargestellten Konverterschaltung gemäß der Erfindung,
- 2 beispielhafte Signalverläufe zur Umschaltung zwischen Bereichen gemäß der Erfindung, und
- 3 ein einfaches Ablaufdiagramm für ein Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung.
Embodiments and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures, the figures describing only exemplary embodiments of the invention. Identical elements in the figures are given the same reference numerals. It shows - 1 An embodiment of a block diagram illustrated converter circuit according to the invention,
- 2 exemplary signal curves for switching between areas according to the invention, and
- 3 a simple flowchart for a control method according to the invention.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Konverterschaltung dargestellt. Hierbei ist als Beispiel eine als Abwärtswandler verwirklichte Konverterschaltung gezeigt, die eine Ausgangsspannung UAUS und einen Ausgangsstrom IAUS für den Betrieb eines LED-Moduls 3 bereitstellt. Die Ausgangsspannung UAUS entspricht einer Lastspannung ULED über das LED-Modul 3. Der Ausgangsstrom IAUS entspricht einem Laststrom ILED für das LED-Modul 3. Die Erfindung kann mit allen anderen getakteten Konvertern ebenso realisiert werden.In 1 a first embodiment of a converter circuit according to the invention is shown. Here, as an example realized as a buck converter converter circuit is shown, which has an output voltage U OFF and an output current I OFF for the operation of an LED module 3 provides. The output voltage U OFF corresponds to a load voltage U LED via the LED module 3 , The output current I OFF corresponds to a load current I LED for the LED module 3 , The invention can be realized with all other clocked converters as well.
Das LED-Modul 3 umfasst eine oder mehrere LEDs, deren abgegebener Lichtstrom proportional zu dem Ausgangsstrom IAUS ist.The LED module 3 includes one or more LEDs whose output luminous flux is proportional to the output current I OFF is.
Die in 1 dargestellte Konverterschaltung verfügt über einen Wandlerschaltkreis 1, der wie dargestellt, als Abwärtswandler ausgeführt sein kann. Die Funktion eines Abwärtswandler ist an sich bekannt, so dass im Folgenden lediglich die Grundzüge erläutert werden.In the 1 shown converter circuit has a converter circuit 1 which, as shown, can be implemented as a down converter. The function of a buck converter is known per se, so that only the basic features are explained below.
Ein Schalter 4, meist als ein Transistor ausgeführt, wird angesteuert von einem Steuerschaltkreis 6 periodisch regelmäßig ein- und ausgeschaltet. Üblich sind einige hundert bis mehrere Millionen Schaltzyklen je Sekunde. Dadurch wird elektrische Energie von der links angeschlossenen Spannungsquelle 2 zu dem am Ausgang der Wandlerschaltung 1 rechts angeschlossenen LED-Modul 3 als Last übertragen. Die beiden reaktiven Schaltelemente Spule (Induktivität) LBUCK und die Ausgangskapazität (Ausgangskondensator) CBUCK ermöglichen als Energiespeicher die Versorgung des LED-Moduls 3 in den Phasen, in denen der Schalter 4 geöffnet ist, mit elektrischer Energie. Die Induktivität der Spule LBUCK trennt eine hohe Eingangsspannung Uv von dem LED-Modul 3. Der Ausgangsstrom IAUS kann durch eine geeignete Steuerung der Ein- und Ausschaltzeiten des Schalters 4 eingestellt werden. Diese Einstellung erfolgt üblicherweise in einer Regelschleife (Regelkreis), um die Ausgangsspannung UAUS und/oder Ausgangsstrom IAUS auf einen gewünschten Wert zu regeln.A switch 4 , usually designed as a transistor, is driven by a control circuit 6 Periodically periodically switched on and off. There are usually a few hundred to several million switching cycles per second. This will generate electrical energy from the left-side power source 2 to that at the output of the converter circuit 1 right connected LED module 3 transmitted as a load. The two reactive switching elements coil (inductance) L BUCK and the output capacitance (output capacitor) C BUCK enable energy storage as the supply of the LED module 3 in the phases in which the switch 4 is open, with electrical energy. The inductance of the coil L BUCK separates a high input voltage Uv from the LED module 3 , The output current I OFF can by a suitable control of the on and off times of the switch 4 be set. This setting is usually done in a control loop (control loop) to the output voltage U OFF and / or output current I OFF to regulate to a desired value.
Bei konstanter Halbleitertemperatur ist der abgegebene Lichtstrom des LED-Moduls 3 annähernd proportional zum elektrischen Strom IAUS gleich ILED . Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer LED ist eine exponentielle Kennlinie. Kleine Schwankungen in der Spannung ULED verursachen große Stromänderungen des Stroms ILED . Eine LED wird aufgrund ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie nicht direkt von einer Spannungsquelle angetrieben, wohl aber ist ein direkter Betrieb an einer Stromquelle, bevorzugt einer Konstantstromquelle, problemlos möglich und üblich. Um einen Lichtstrom abzugeben, muss die anliegende Spannung ULED eine Flussspannung UF der LED überschreiten.At constant semiconductor temperature, the emitted luminous flux of the LED module 3 approximately proportional to the electric current I OFF equal I LED , The current-voltage characteristic of an LED is an exponential characteristic. Small fluctuations in tension U LED cause large current changes of the current I LED , An LED is not driven directly by a voltage source due to its current-voltage characteristic, but a direct operation on a power source, preferably a constant current source, is easily possible and usual. To deliver a luminous flux, the applied voltage must U LED a forward voltage U F exceed the LED.
Während einer Einschaltzeit Te des Schalters 4 fließt der Ausgangsstrom IAUS durch die Spule LBUCK und durch die Last; die Diode DBUCK sperrt. Während der Ausschaltphase Ta des Schalters 4 wird die in der Induktivität der Spule LBUCK gespeicherte Energie abgebaut: Der Ausgangsstrom IAUS über den Ausgang des Wandlerschaltkreises 1 fließt weiter, nun jedoch durch die Diode DBUCK und aus der in dem Kondensator CBUCK gespeicherten elektrischen Energie.During a switch-on time T e of the switch 4 the output current flows I OFF through the coil L BUCK and by the burden; the diode D BUCK locks. During the switch-off phase T a of the switch 4 which is in the inductance of the coil L BUCK stored energy dissipated: the output current I OFF over the output of the converter circuit 1 continues to flow, but now through the diode D BUCK and out of the in the condenser C BUCK stored electrical energy.
Die Spule LBUCK und der Kondensator CBUCK bilden einen Tiefpass zweiter Ordnung. Effektiv wird die Abwärtswandlung dadurch erreicht, dass aus der Rechteckspannung der Gleichanteil herausgefiltert wird. Wie hoch dieser übrigbleibende Gleichanteil ist, kann durch das Tastverhältnis eingestellt werden.The sink L BUCK and the capacitor C BUCK form a low pass second order. Effectively, the down conversion is achieved by filtering out the DC component from the square-wave voltage. How high this remaining DC component can be adjusted by the duty cycle.
In einer nichtlückenden Betriebsart des Abwärtswandlers (englisch Continuous Current Mode, abgekürzt CCM: kontinuierlicher Betrieb) fällt ein Strom durch die Spule LBUCK während des gesamten Schalterperiode nie auf Null, da der Schalter 4 erneut geschlossen wird, bevor die in der Spule LBUCK gespeicherte magnetische Energie vollständig abgebaut ist. Im Gegensatz dazu sinkt in einem lückenden_Betrieb (englisch: Discontinuous Current Mode, abgekürzt DCM; diskontinuierlicher Betrieb) der Strom durch die Spule LBUCK regelmäßig während jeder Schalterperiode auf Null. Die Schalterperiode kann zeitlich in eine dritte Phase eingeteilt werden: Zu den auch im nichtlückenden Betrieb auftretenden Phasen der Energiespeicherung bei geschlossenem Schalter 4 einerseits und der Energiefreisetzung bei offenem Schalter 4 andererseits kommt eine dritte Phase ohne Stromfluss durch die Spule LBUCK , in der das angeschlossene LED-Modul 3 ausschließlich aus dem Kondensator CBUCK versorgt wird.In a non-clipping mode of the buck converter (English Continuous Current Mode, abbreviated CCM: continuous operation), a current passes through the coil L BUCK never to zero during the entire switch period, as the switch 4 is closed again before being in the coil L BUCK stored magnetic energy is completely degraded. In contrast, in a discontinuous operation (English: Discontinuous Current Mode, abbreviated DCM, discontinuous operation), the current through the coil decreases L BUCK regularly during each switch period to zero. The switch period can be divided into a third phase in terms of time: The phases of energy storage also occurring in non-latching operation when the switch is closed 4 on the one hand and the energy release with open switch 4 On the other hand, there is a third phase without current flow through the coil L BUCK in which the connected LED module 3 exclusively from the condenser C BUCK is supplied.
Ob ein kontinuierlicher oder ein lückender Betrieb vorliegt, hängt von Induktivität, Schaltfrequenz, Eingangsspannung, Ausgangsspannung UAUS und dem fließenden Ausgangsstrom IAUS ab. Da sich diese Parameter teilweise rasch ändern können, muss im Allgemeinen bei der Auslegung der Schaltung, insbesondere eines Reglers, der Übergang zwischen den beiden Betriebsarten berücksichtigt oder vermieden werden. Die beiden Betriebsarten unterscheiden sich hinsichtlich einer Steuerkennlinie, also der Abhängigkeit der Ausgangsspannung UAUS von einem Tastverhältnis der Schalteransteuerung.Whether a continuous or a gaping operation is present, depends on inductance, switching frequency, input voltage, output voltage U OFF and the flowing output current I OFF from. Since these parameters can sometimes change rapidly, the transition between the two operating modes must generally be considered or avoided when designing the circuit, in particular a controller. The two operating modes differ with regard to a control characteristic, ie the dependence of the output voltage U OFF of a duty cycle of the switch driver.
Die Regelung des Ausgangsstroms IAUS als Regelgröße erfolgt in einer Regelschleife. Die Größe des Ausgangstroms IAUS wird von einem Messmittel 5 erfasst. Insbesondere kann über einen in Serie zu dem LED-Modul 3 Messwiderstand RMESS (Shuntwiderstand) eine für den Strom repräsentative Größe erfasst werden. Diese repräsentative Größe wird in einem Addierer 7 (Summierer) mit invertiertem Vorzeichen mit einem Sollwert 13 (Führungsgröße) zu dem Ausgangsstrom IAUS addiert, um eine Regeldifferenz zu erzeugen. Die am Ausgang des Summierers 7 ausgegebene Regeldifferenz wird einem Eingang eines Regler 8 zugeführt. Der Regler 8 erzeugt in Abhängigkeit von der an seinem Eingang anliegenden Regeldifferenz 14 ein Ansteuersignal 15 für den Schalter 4.The regulation of the output current I OFF as a controlled variable takes place in a control loop. The size of the output current I OFF is from a measuring device 5 detected. In particular, via one in series with the LED module 3 measuring resistor R MEAS (Shunt resistance), a variable representative of the current can be detected. This representative size is in an adder 7 (Summer) with inverted sign with a setpoint 13 (Reference) to the output current I OFF added to produce a control difference. The at the output of the summer 7 output control difference is an input of a controller 8th fed. The regulator 8th generated as a function of the control difference applied to its input 14 a drive signal 15 for the switch 4 ,
Als Regler 8 kann für die Regelung eines Ausgangsstroms IAUS vorteilhaft ein Regler 8 mit einer proportional-integralen Regelcharakteristik (PI-Regler) eingesetzt werden. Der I-Anteil des PI-Reglers gewährleistet eine stationäre Genauigkeit der Regelung, also im eingeschwungenen Fall des Regelkreises. Damit ist nach Ablauf eines Einschwingvorgangs keine bleibende Regelabweichung festzustellen, das heißt die Regeldifferenz ist Null und der Ausgangsstrom IAUS entspricht in seiner Höhe einem vorgegebenen Sollwert. Aufgrund der gegenüber einem reinen Proportionalregler geringeren Verstärkung KPI des PI-Reglers ist der PI-Regler ein nicht unbedingt schnell auf Veränderungen der Regelgröße, in vorliegenden Fall des Ausgangsstroms, reagierender Regler. Typische Reglerparameter des PI-Reglers sind eine Zeitkonstante TN („Nachstellzeit“) und die Verstärkung KPI . Diese Reglerparameter bestimmen die dynamischen und statischen Eigenschaften der Regelschleife, die den Summierer 7, den Regler 8 und die Regelstrecke mit den Elementen des Wandlerschaltkreises 1, insbesondere den Schalter 4 umfasst.As a regulator 8th can be used to control an output current I OFF advantageous a regulator 8th be used with a proportional-integral control characteristic (PI controller). The I component of the PI controller ensures a steady-state accuracy of the control, ie in the settled case of the control loop. Thus, after the transient has elapsed, no permanent control deviation can be determined, that is, the control difference is zero and the output current I OFF corresponds in height to a predetermined setpoint. Due to the lower gain compared to a pure proportional controller K PI In the case of the PI controller, the PI controller is a regulator that does not necessarily react quickly to changes in the controlled variable, in this case the output current. Typical controller parameters of the PI controller are a time constant T N ("Reset time") and the gain K PI , These controller parameters determine the dynamic and static properties of the control loop that make up the summer 7 , the regulator 8th and the controlled system with the elements of the converter circuit 1 , especially the switch 4 includes.
Der Steuerschaltkreis 6 einer Ausführung der Erfindung umfasst neben dem bereits genannten Summierer 7 und Regler 8 eine Reglerparametersteuerung 10 und eine Sollwertsteuerung 11.The control circuit 6 an embodiment of the invention comprises in addition to the already mentioned summer 7 and regulators 8th a controller parameter control 10 and a setpoint control 11 ,
Die Reglerparametersteuerung 10 einer Ausführung speichert zwei oder mehr Reglerparametersätze, für den Regler 8, wobei sich die Reglerparametersätze in zumindest einem Reglerparameter, beispielsweise der Zeitkonstante TN und/oder der Reglerverstärkung KPI unterscheiden. Die Reglerparametersteuerung stellt einen ausgewählten Reglerparametersatz in einem Reglerdimensionierungssignal 9 dem Regler 8 zu Verfügung, dessen Reglerübertragungsfunktion entsprechend dem ausgewählten Reglerparametersatz dimensioniert wird.The controller parameter control 10 One embodiment stores two or more sets of controller parameters for the controller 8th , wherein the controller parameter sets in at least one controller parameter, such as the time constant T N and / or the controller gain K PI differ. The controller parameter controller provides a selected controller parameter set in a controller sizing signal 9 the controller 8th whose controller transfer function is dimensioned according to the selected controller parameter set.
Alternativ können mehrere Regler 8 vorgesehen sein, die sich in zumindest einem Reglerparameter unterscheiden, wobei einer der Regler 8 ausgewählt wird.Alternatively, several controllers 8th be provided, which differ in at least one controller parameters, wherein one of the controller 8th is selected.
Die Sollwertsteuerung 11 ermittelt einen Sollwert für den Ausgangsstrom IAUS . Bekannt, in 1 jedoch nicht dargestellt, ist es, den Sollwert für den Ausgangsstrom IAUS entsprechend einer Dimmvorgabe (Dimmwert) einzustellen. Entsprechend einer Ausführung der Erfindung wird der Sollwert 13 zusätzlich entsprechend einem erkannten Betriebszustand der Konverterschaltung eingestellt, wie nachstehend mit Bezug zu 2 näher erläutert wird.The setpoint control 11 determines a setpoint for the output current I OFF , Known, in 1 however, not shown, is the setpoint for the output current I OFF according to a dimming input (dimming value). According to an embodiment of the invention, the desired value 13 additionally set in accordance with a recognized operating state of the converter circuit as described below with reference to 2 is explained in more detail.
Die Messmittel 5 können in einer einfachen Ausführung einen ersten Messwiderstand RMESS1 umfassen, der in Serie zu dem Ausgangskondensator CBUCK und dem LED-Modul 3 angeordnet ist. Der Messwiderstand RMESS1 kann dazu genutzt werden, eine für einen Summenstrom aus einem Ladestrom IBUCK des Kondensators CBUCK und dem Ausgangsstrom IAUS , der einem Laststrom ILED über das LED-Modul 3 entspricht, repräsentative Größe zu erfassen (messen). Alternativ oder zusätzlich können die Messmittel 5 auch einen zweiten Messwiderstand RMESS2 , angeordnet in Serie zu dem LED-Modul 3 und parallel zu der Ausgangskapazität CBUCK , umfassen. Der zweite Messwiderstand RMESS2 ermöglicht es, unmittelbar eine für den Ausgangsstrom IAUS , der einem Laststrom ILED über das LED-Modul 3 entspricht, repräsentative Größe zu erfassen (messen). The measuring equipment 5 can in a simple design a first measuring resistor R MESS1 include in series with the output capacitor C BUCK and the LED module 3 is arranged. The measuring resistor R MESS1 can be used, one for a summation current from a charging current I BUCK of the capacitor C BUCK and the output current I OFF that a load current I LED via the LED module 3 corresponds to capture (measure) representative size. Alternatively or additionally, the measuring means 5 also a second measuring resistor R MESS2 , arranged in series with the LED module 3 and parallel to the output capacitance C BUCK , include. The second measuring resistor R MESS2 allows one directly for the output current I OFF that a load current I LED via the LED module 3 corresponds to capture (measure) representative size.
Alternativ oder zusätzlich können die Messmittel 5 einen Spannungsteiler mit Messwiderständen RMESS3 und RMESS4 aufweisen, wobei der Spannungsteiler parallel zu der Last, also dem LED-Modul 3, angeordnet ist. Der Spannungsteiler teilt die Ausgangsspannung UAUS Die heruntergeteilte Ausgangspannung kann dann von dem Steuerschaltkreis 6 abgetastet werden.Alternatively or additionally, the measuring means 5 a voltage divider with measuring resistors R MESS3 and R MESS4 have, wherein the voltage divider parallel to the load, so the LED module 3 , is arranged. The voltage divider shares the output voltage U OFF The divided output voltage can then be supplied by the control circuit 6 be scanned.
Die Messmittel 5 übermitteln die für den Ausgangsstrom IAUS repräsentative Größe 16 an den Summierer 7 für den Vergleich, insbesondere eine Differenzwertbildung mit dem Sollwert 13 für den Ausgangsstrom IAUS .The measuring equipment 5 transmit the for the output current I OFF representative size 16 to the summer 7 for the comparison, in particular a difference value formation with the setpoint 13 for the output current I OFF ,
Die Messmittel 5 übermitteln weiter die für den Ausgangsstrom IAUS und/oder den Summenstrom repräsentative Größe 12 an den Steuerschaltkreis 6 für die Ermittlung eines Sollwerts in der Sollwertsteuerung 11 und/oder der Reglerparametersteuerung 10.The measuring equipment 5 transmit further for the output current I OFF and / or the sum flow representative size 12 to the control circuit 6 for determining a setpoint in the setpoint control 11 and / or the controller parameter control 10 ,
Der Steuerschaltkreis 6 kann als integrierter Schaltkreis (IC), insbesondere auch als Mikrokontroller ausgeführt sein.The control circuit 6 can be designed as an integrated circuit (IC), in particular as a microcontroller.
In 2 werden beispielhafte Signalverläufe zur Umschaltung zwischen Bereichen gemäß der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Signalverläufe wird im Folgenden die erfindungsgemäße Veränderung zumindest eines Parameters der Regelschleife für den Ausgangsstrom IAUS erläutert.In 2 Exemplary waveforms for switching between areas according to the invention are shown. On the basis of these signal curves, the change according to the invention of at least one parameter of the control loop for the output current will be described below I OFF explained.
In der oberen 2 ist der Verlauf der Ausgangsspannung UAUS entsprechend einer an dem LED-Modul 3 anliegenden Lastspannung ULED über der Zeit t dargestellt. Dabei wird eine Betriebsphase der getakteten Konverterschaltung nach Einschalten der getakteten Konverterschaltung betrachtet. In dieser Betriebsphase, die zum Beispiel 100 ms dauern kann, wird der Schalter 4 zyklisch ein- und ausgeschaltet. Der Regler 8 wird auf einen konstanten Strom IBUCK geregelt. Dieser konstante Strom IBUCK lädt in dieser Phase zunächst den Ausgangskondensator CBUCK auf. Da noch kein Ausgangsstrom IAUS zur Last fließen kann, steigt die Ausgangsspannung UAUS linear an:
In the upper 2 is the course of the output voltage U OFF according to one on the LED module 3 applied load voltage U LED shown over time t. In this case, an operating phase of the clocked converter circuit is considered after switching on the clocked converter circuit. In this phase of operation, which may take, for example, 100 ms, the switch becomes 4 cyclically switched on and off. The regulator 8th will be on a constant current I BUCK regulated. This constant stream I BUCK initially charges the output capacitor in this phase C BUCK on. There is no output current yet I OFF can flow to the load, the output voltage increases U OFF linear to:
In (1) ist CBUCK konstant, es wird auf einen konstante Ladestroms IBUCK geregelt und UAUS ist die mit der Zeit t linear ansteigende Ausgangsspannung.In ( 1 ) C BUCK constant, it will be at a constant charging current I BUCK regulated and U OFF is the linearly increasing output voltage with time t.
Die Spannung UAUS steigt in einem ersten Bereich der oberen 2, bei angenommenem konstanten Strom linear, also mit einer konstanten Steigung, an. In diesem ersten Bereich ist die Spannung UAUS noch kleiner als die Vorwärtsspannung UF des LED-Moduls 3, so dass kein oder lediglich ein verschwindend geringer Stromfluss über das LED-Modul 3 erfolgt. Der Ausgangsstrom IAUS entsprechend dem Laststrom ILED ist nahezu Null. Der Strom fließt als Ladestrom IBUCK in den Ausgangskondensator CBUCK .The voltage U OFF rises in a first area of the upper 2 , at a constant current assumed linear, that is with a constant slope to. In this first area is the tension U OFF even smaller than the forward voltage U F of the LED module 3 , so that no or only a negligible current flow through the LED module 3 he follows. The output current I OFF according to the load current I LED is almost zero. The current flows as a charging current I BUCK in the output capacitor C BUCK ,
Wenn die Spannung UAUS in einen Bereich der Vorwärtsspannung UF gelangt, beginnt die LED-Strecke des LED-Moduls 3 einen Stromfluss des Ausgangsstroms IAUS zuzulassen. Die Leitfähigkeit der LED-Strecke wird größer. Eine Steigung des Anstiegs der Ausgangsspannung UAUS verändert, insbesondere verringert sich. Diese Veränderung der Spannungsänderung dUAUS/dt wird gemäß einer Ausführung der Erfindung genutzt, den Zeitpunkt zu bestimmen, um eine Änderung zumindest eines Parameters der Regelschleife vorzunehmen.When the tension U OFF in a range of forward voltage U F the LED track of the LED module starts 3 a current flow of the output current I OFF permit. The conductivity of the LED track becomes larger. A slope of the rise of the output voltage U OFF changed, in particular, decreases. This change in the voltage change dU OUT / dt is used according to an embodiment of the invention to determine the time to make a change of at least one parameter of the control loop.
Insbesondere kann der Zeitpunkt für die Änderung des zumindest einen Parameters dadurch bestimmt werden, dass der Steuerschaltkreis 6 erkennt, dass die Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt nicht mehr konstant mit großer Änderungsgeschwindigkeit erfolgt, sondern die Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt abnimmt. Beispielsweise kann der Steuerschaltkreis 6 eingerichtet sein, zu erkennen, dass eine Änderung d2UAUS/dt2 der Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt mit einem Wert kleiner als Null erfolgt, also die Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt mit einer geringeren und nicht mehr konstanten, sondern abnehmenden Änderungsrate erfolgt.In particular, the time for the change of the at least one parameter can be determined by the fact that the control circuit 6 detects that the output voltage change dU OUT / dt is no longer constant with a large rate of change, but the output voltage change dU OUT / dt decreases. For example, the control circuit 6 be adapted to recognize that a change d 2 U OFF / dt 2 of the output voltage change dU OUT / dt takes place with a value less than zero, so the output voltage change dU OUT / dt with a lower and no longer constant, but decreasing rate of change takes place.
Damit wird es ermöglicht, erfindungsgemäß zumindest einen Parameter des Regelkreises so zu ändern, dass eine unerwünschte Lichtabgabe des LED-Moduls 3 unterbunden wird.This makes it possible, according to the invention, to change at least one parameter of the control loop so that an undesired light output of the LED module 3 is prevented.
In einem weiteren Bereich oberhalb der Vorwärtsspannung UF ist kein oder ein lediglich sehr geringer weiterer Anstieg der Ausgangsspannung UAUS feststellbar, also dUAUS/dt sehr gering bis Null, da in diesem Bereich die charakteristischen Eigenschaften der LED-Strecke des LED-Moduls 3 dominieren.In another area above the forward voltage U F is no or only a very small further increase in the output voltage U OFF ascertainable, ie dU AUS / dt very low to zero, since in In this area the characteristic features of the LED range of the LED module 3 dominate.
Zugleich können die Parameter der Regelschleife für den Ausgangsstrom IAUS für die Zeitdauer TLADEN des Ladens des Ausgangskondensators CBUCK so gewählt werden, dass die Zeitdauer tLADEN möglichst gering wird. Damit wird eine schnelle Abgabe von Licht in einem Einschaltvorgang der Konverterschaltung und eines mit ihr ausgestatteten Betriebsgeräts erreicht.At the same time, the parameters of the control loop for the output current I OFF for the duration T LOAD charging the output capacitor C BUCK be chosen so that the duration t LOAD as low as possible. This achieves a rapid delivery of light in a switch-on process of the converter circuit and a control gear equipped with it.
Die untere Teilfigur der 2 stellt dazu den Stromverlauf 17 des Laststroms ILED in Abhängigkeit von der Lastspannung ULED für eine LED-Modul 3 dar. Mit Erreichen des Werts der Vorwärtsspannung UF durch die Lastspannung ULED beginnt ein Laststrom ILED zu fließen, der mit weiter zunehmender Lastspannung ULED stark ansteigt. Der Anstieg des Stroms ILED wird durch die Regelschleife zur Regelung der Ausgangsspannung UAUS auf die Lastspannung ULED,AP und den Laststrom ILED;AP entsprechend dem eingestellten Sollwert 13 des Ausgangsstroms IAUS geregelt.The lower part of the figure 2 sets the current curve 17 of the load current I LED depending on the load voltage U LED for an LED module 3 With reaching the value of the forward voltage U F by the load voltage U LED begins a load current I LED to flow with increasing load voltage U LED rises sharply. The rise of the current I LED is controlled by the control loop to regulate the output voltage U OFF on the load voltage U LED, AP and the load current I LED; AP according to the set value 13 of the output current I OFF regulated.
Wird entsprechend einer Ausführung der Erfindung der zweite Messwiderstand RMESS2 zu einer direkten Erfassung des Ausgangsstroms IAUS genutzt, so ist die Erfassung eines Abschnitts mit veränderter Steigung in dem Verlauf der Spannung UAUS (Knick) nicht erforderlich. In diesem Fall wird die Unterscheidung zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand der Wandlerschaltkreises aufgrund einer Veränderung der Leitfähigkeit des LED-Moduls 3 als Last des Wandlerschaltkreises allein mittels Detektion eines Ausgangsstroms IAUS als Laststrom ILED möglich. Insbesondere kann die Änderung zumindest eines Reglerparameters dann ausgeführt werden, wenn der Beginn eines Stromflusses des Stroms IAUS bzw. ILED festgestellt wird.Is according to an embodiment of the invention, the second measuring resistor R MESS2 to a direct detection of the output current I OFF used is the detection of a section with a changed slope in the course of the voltage U OFF (Kink) not required. In this case, the distinction between a first and a second operating state of the converter circuit due to a change in the conductivity of the LED module 3 as load of the converter circuit alone by means of detection of an output current I OFF as a load current I LED possible. In particular, the change of at least one controller parameter can then be carried out when the beginning of a current flow of the current I OFF respectively. I LED is detected.
3 zeigt ein einfaches Ablaufdiagramm für ein Steuerungsverfahren gemäß einer Anwendung der Erfindung. Dabei wird die Erfindung anhand eines Startprozesses für das Hochfahren eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel, beispielsweise mit einer Konstantregelung des Laststroms als Beispiel herangezogen. Das Betriebsgerät umfasst eine Konverterschaltung mit einem Wandlerschaltkreis. Der Wandlerschaltkreis hat mit einen getakteten Schalter und ist zur Erzeugung des Laststroms für das Leuchtmittel ausgelegt. Weiter verfügt der Wandlerschaltkreis über einen Steuerschaltkreis für eine Ansteuerung des Schalters und zur Regelung des Laststroms, sowie Messmittel zur Ermittlung einer Lastspannung oder des Laststroms. 3 shows a simple flowchart for a control method according to an application of the invention. The invention is based on a startup process for the startup of an operating device for lighting, for example, used with a constant control of the load current as an example. The operating device comprises a converter circuit with a converter circuit. The converter circuit has a clocked switch and is designed to generate the load current for the lamp. Further, the converter circuit has a control circuit for driving the switch and for controlling the load current, and measuring means for determining a load voltage or the load current.
Nach einem Start des Betriebsgeräts wird zunächst in einem Schritt S1 ein erster Parametersatz für den Regler 8 der Regelschleife ausgewählt und gesetzt. Der erste Parametersatz kann beispielsweise eine Regelkreisverstärkung KPI und eine Nachlaufzeit TN eines PI-Reglers der Regelschleife umfassen.After a start of the operating device is first in a step S1, a first parameter set for the controller 8th the control loop is selected and set. The first parameter set may, for example, a control loop gain K PI and a follow-up time T N a PI controller of the control loop.
Alternativ oder zusätzlich kann der erste Parametersatz einen vorbestimmten Sollwert 13 für eine Laststrom ILED umfassen.Alternatively or additionally, the first parameter set may have a predetermined desired value 13 for a load current I LED include.
Der erste Parametersatz ist bevorzugt darauf ausgelegt, ein schnelles Laden des Ausgangskondensators CBUCK an dem Ausgang des Wandlerschaltkreis 1 zu gewährleisten. Insbesondere ist die Regelschleife mit dem ersten Parametersatz so ausgelegt, dass die Ausgangsspannung UAUS und damit die Lastspannung ULED möglichst schnell den Wert einer Vorwärtsspannung VF der Last, insbesondere eine Vorwärtsspannung VF einer LED, erreicht. Dies erfordert zum Beispiel eine schnelle Steuerung des mittleren Laststroms oder ein Laden des Ausgangskondensators CBUCK mit einem festgelegten, geeignet gesteuerten elektrischen Strom.The first parameter set is preferably designed to allow fast charging of the output capacitor C BUCK at the output of the converter circuit 1 to ensure. In particular, the control loop with the first parameter set is designed so that the output voltage U OFF and thus the load voltage U LED as fast as possible the value of a forward voltage V F the load, in particular a forward voltage V F an LED, reached. This requires, for example, fast control of the average load current or charging of the output capacitor C BUCK with a fixed, suitably controlled electrical current.
Während des Anstiegs der Ausgangsspannung UAUS über den Ausgangskondensator CBUCK werden in einer Schleife die Schritte S2 bis S4 durchlaufen, bis eine Abbruchsbedingung erfüllt ist.During the rise of the output voltage U OFF over the output capacitor C BUCK will loop through steps S2 through S4 until a termination condition is met.
Im Einzelnen wird beispielsweise die Ausgangsspannung UAUS mit einer vorbestimmten Abtastrate entsprechend einer Abtastperiode Δt abgetastet und jeweils ein Spannungswert der Ausgangsspannung UAUS gemessen. Die Abtastperiode in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt 1ms. Aus den entsprechend gemessenen Spannungswerten der Ausgangsspannung UAUS und der Abtastrate Δt kann in einem Schritt S2 eine Steigung, also eine Veränderung der Ausgangsspannung UAUS ermittelt werden:
mit der Abtastperiode Δt, einer Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt, einem gemessen Spannungswert UAUS_n für einen ersten Abtastzeitpunkt n und einem gemessenen Spannungswert UAUS_n-1 für einen vorhergehenden Abtastzeitpunkt n-1.In detail, for example, the output voltage U OFF sampled at a predetermined sampling rate corresponding to a sampling period Δt and a voltage value of the output voltage, respectively U OFF measured. The sampling period in a preferred embodiment of the invention is 1 ms. From the corresponding measured voltage values of the output voltage U OFF and the sampling rate .DELTA.t can be a slope in a step S2, ie a change in the output voltage U OFF be determined: with the sampling period Δt, an output voltage change dU OUT / dt, a measured voltage value U OUT_n for a first sampling instant n and a measured voltage value U OUT_n-1 for a preceding sampling instant n-1.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Änderung der Ausgangsspannung UAUS oder des Ausgangsstroms IAUS mittels des Messmittels erfasst wird. Wenn eine erfasste Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt oder ein Ausgangsstrom IAUS eine Änderung einer Leitfähigkeit des LED-Moduls 3 signalisiert, ändert der Steuerschaltkreis 6 zumindest einen der Parameter der Lastromregelschleife.The method is characterized in that a change in the output voltage U OFF or the output current I OFF is detected by the measuring means. When a detected output voltage change dU OUT / dt or an output current I OFF a change in conductivity of the LED module 3 signals, the control circuit changes 6 at least one of the parameters of the Lastromregelschleife.
Anschließend an Schritt S2 wird in Schritt S3 eine Veränderung des Anstiegs der Ausgangsspannung UAUS ermittelt. Diese Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt tritt für das Beispiel einer oder mehrerer Leuchtdioden als Last auf, wenn die Ausgangsspannung UAUS und damit auch die Lastspannung ULED den Wert der Vorwärtsspannung UF der LED erreicht.Subsequent to step S2, in step S3, a change in the rise of the output voltage U OFF determined. This output voltage change dU OUT / dt occurs as a load for the example of one or more light-emitting diodes when the output voltage U OFF and thus also the load voltage U LED the value of the forward voltage U F reached the LED.
Dies kann in Schritt S3 mittels Ermitteln einer Veränderung der Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt erreicht werden. Für einen nahezu linearen Anstieg der Ausgangsspannung UAUS ist die Ausgangspannungsänderung dUAUS/dt konstant oder nahezu konstant. Bei Erreichen des Werts der Vorwärtsspannung UF durch die Ausgangsspannung UAUS und Änderung der Leitfähigkeit des LED-Moduls 3 erfolgt ein schnelles Abflachen des Anstiegs der Ausgangsspannung UAUS . Dies kann in der in 3 gezeigten Ausführung in Schritt S3 durch Ermitteln der Änderung d2UAUS/dt2 der Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt erzielt werden.This can be achieved in step S3 by determining a change in the output voltage change dU OUT / dt. For a nearly linear increase of the output voltage U OFF the output voltage change dU OUT / dt is constant or nearly constant. Upon reaching the value of the forward voltage U F through the output voltage U OFF and change the conductivity of the LED module 3 there is a rapid flattening of the rise of the output voltage U OFF , This can be done in the 3 as shown in step S3, by determining the change d 2 U OUT / dt 2 of the output voltage change dU OUT / dt.
Im anschließenden Schritt S4 wird die ermittelte Änderung d2ULED/dt2 der Lastspannungsänderung dULED/dt dazu genutzt zu entscheiden, ob sie kleiner als eine Grenze, beispielsweise kleiner als Null ist. Ist dies nicht der Fall, also ist in Schritt S4 der Fall „NEIN“ gegeben, so wird das Verfahren mit dem Schritt S2 fortgesetzt. Damit wird die Regelung des Ausgangstroms IAUS unverändert mit dem ersten Reglerparametersatz ausgeführt. Die Überwachung des Anstiegs der Ausgangsspannung UAUS wird unverändert fortgeführt.In the subsequent step S4, the determined change d 2 U LED / dt 2 of the load voltage change dU LED / dt is used to decide whether it is smaller than a limit, for example less than zero. If this is not the case, ie if the case "NO" is given in step S4, the method is continued with step S2. This will be the regulation of the output current I OFF unchanged with the first controller parameter set. The monitoring of the increase of the output voltage U OFF will continue unchanged.
Wird hingegen in Schritt S4 bestimmt, dass die ermittelte Änderung d2UAUS/dt2 der Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt kleiner als 0 ist, somit Schritt S4 als Ergebnis „JA“ ausgibt, so wird das Verfahren mit dem Schritt S5 fortgesetzt. In dem Schritt S5 wird ein zweiter Reglerparametersatz für den Regler 8 in der Regelschleife gesetzt. Der zweite Reglerparametersatz ist vorteilhaft dafür ausgelegt, einen glatten linearen Verlauf einer Dimmkurve für das LED-Modul 3 als Last des Wandlerschaltkreises 1 verwirklichen. Da erfindungsgemäß das Umschalten auf den zweiten Reglerparamtersatz bereits zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem die LED des LED-Moduls 3 gerade beginnt zu leiten, wird ein blitzartiges Aufleuchten oder Flackern der LED aufgrund der Veränderung der Leitfähigkeit der LED bei Überschreiten der Vorwärtsspannung UF vermieden.On the other hand, if it is determined in step S4 that the detected change d 2 U OFF / dt 2 of the output voltage change dU OUT / dt is smaller than 0, thus outputting step S4 as a result of "YES", the process proceeds to step S5. In step S5, a second controller parameter set for the controller 8th set in the regular loop. The second controller parameter set is advantageously designed to provide a smooth linear course of a dimming curve for the LED module 3 as the load of the converter circuit 1 realize. Since, according to the invention, switching to the second controller parameter set already takes place at a point in time, to which the LED of the LED module 3 is just beginning to conduct a flash-like flashing or flickering of the LED due to the change in the conductivity of the LED when the forward voltage is exceeded U F avoided.
Alle beschriebenen, gezeigten und/oder beanspruchten Merkmale können im Rahmen der in den Ansprüchen definierten Erfindung beliebig miteinander kombiniert werden.All features described, shown and / or claimed may be combined as desired within the scope of the invention as defined in the claims.
So kann die Erfindung nicht nur für ein geschaltetes Netzteil für einen Wandlerschaltkreis 1 in Abwärtswandlertoplogie (Buck-Konverter, Tiefsetzsteller, Abwärtsregler), sondern auch für weitere schaltende Gleichspannungswandler wie zum Beispiel Wandler in LLC-Resonanzwandler-Topologie genutzt werden.Thus, the invention not only for a switched power supply for a converter circuit 1 in down-converter topology (Buck converter, buck converter, buck regulator), but also for other switching DC-DC converters such as LLC resonant converter topology converters.
Auch sind für die Implementierung der Erfindung, insbesondere des Erkennens einer Änderung der Ausgangsspannungsänderung dUAUS/dt, andere als das mit Bezug zu 3 geschilderte Verfahren der Bildung einer zweiten Ableitung des Ausgangsspannungsverlaufs UAUS möglich. Beispielsweise kann aus den Abtastwerten der Ausgangsspannung UAUS eine lineare Extrapolation des Anstiegs der Ausgangsspannung UAUS und entsprechend zu erwartende künftige Abtastwerte für die Ausgangsspannung UAUS ermittelt werden. Eine Abweichung eines gemessenen Abtastwerts der Ausgangsspannung UAUS von einem für diesen Abtastwert erwarteten prognostizierten Ausgangsspannungswert UAUS kann dann als Auslösebedingung für das Ändern des zumindest einen Parameters der Regelschleife in den Schritten S4 und S5 genutzt werden.Also, for the implementation of the invention, particularly the detection of a change in the output voltage change dU OUT / dt, are other than with reference to 3 described method of forming a second derivative of the output voltage waveform U OFF possible. For example, from the samples of the output voltage U OFF a linear extrapolation of the increase of the output voltage U OFF and corresponding expected future samples for the output voltage U OFF be determined. A deviation of a measured sample of the output voltage U OFF from a predicted output voltage value expected for that sample U OFF can then be used as a trigger condition for changing the at least one parameter of the control loop in the steps S4 and S5 be used.
