DE202019103455U1 - DC / DC converter with a damping circuit - Google Patents

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Abstract

Gleichspannungswandler mit
Anschlüssen (2, 3) zum Zuführen einer von dem Gleichspannungswandler (1) zu wandelnden Gleichspannung,
einem mit den Anschlüssen (2, 3) parallel verbundenen Strompfad, der einen ersten Schalter (7) und eine erste Spule (6), welche in Reihe geschaltet sind, aufweist,
einer mit der ersten Spule (6) parallel verbundenen Dämpfungsschaltung, die eine erste Diode (15) und einen ersten Kondensator (13), welche in Reihe geschaltet sind, aufweist und die mit einem der Anschlüsse (2, 3) und einem Schaltungspunkt zwischen der ersten Spule (6) und dem Schalter (7) verbunden ist,
einem von einem Schaltungspunkt zwischen der ersten Diode (15) und dem ersten Kondensator (13) zu dem anderen der Anschlüsse (2, 3) führenderen Strompfad, der eine zweite Diode (16) und zweite Spule (14), welche in Reihe geschaltet sind, aufweist,
einem mit den Anschlüssen (2, 3) parallel verbundenen zweiten Kondensator (17), und
einer Steuereinrichtung (12) zum Ansteuern des ersten Schalters (7), wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den ersten Schalter (7) auszuschalten bevor der durch die zweite Spule (14), die zweite Diode (16) und den Schalter (7) fließende Strom auf null abgefallen ist.

Figure DE202019103455U1_0000
DC / DC converter with
Connections (2, 3) for supplying a DC voltage to be converted by the DC voltage converter (1),
a current path connected in parallel to the terminals (2, 3), which has a first switch (7) and a first coil (6) which are connected in series,
a damping circuit connected in parallel to the first coil (6), which has a first diode (15) and a first capacitor (13) which are connected in series and which has one of the connections (2, 3) and a connection point between the first coil (6) and the switch (7) is connected,
a current path leading from a junction between the first diode (15) and the first capacitor (13) to the other of the connections (2, 3), a second diode (16) and second coil (14) which are connected in series , having,
a second capacitor (17) connected in parallel to the terminals (2, 3), and
a control device (12) for controlling the first switch (7), wherein the control device (12) is designed to turn off the first switch (7) before the second coil (14), the second diode (16) and the switch (7) flowing current has dropped to zero.
Figure DE202019103455U1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichspannungswandler mit einer Dämpfungsschaltung. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Gleichspannungswandler für den Einsatz in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel, wie Leuchtdioden und ein solches Betriebsgerät.The present invention relates to a DC-DC converter with a damping circuit. The invention relates in particular to a DC voltage converter for use in an operating device for lighting means, such as light-emitting diodes and such an operating device.

Dämpfungsschaltungen (engl.: Snubber Circuits) werden oft in Spannungswandlern eingesetzt, um störende Hochfrequenzen und/oder Spannungsspitzen, welche insbesondere beim Abschalten der induktiven Last auftreten, zu dämpfen. Hierzu wird im einfachsten Fall ein aus einem Widerstand und einer Kapazität bestehender Snubber parallel zum Schalter und/oder der induktiven Last (dem Energiespeicher des Spannungswandlers) geschaltet. Diese Schaltung erhöht jedoch die Verlustleistung des Spannungswandlers, so dass ein Kompromiss zwischen der Höhe der Dämpfung/Spannungsbegrenzung und der durch die zusätzliche Maßnahme entstehenden Verlustleistung gefunden werden muss.Snubber circuits are often used in voltage converters in order to attenuate disruptive high frequencies and / or voltage peaks that occur in particular when the inductive load is switched off. For this purpose, in the simplest case, a snubber consisting of a resistor and a capacitance is connected in parallel to the switch and / or the inductive load (the energy store of the voltage converter). However, this circuit increases the power dissipation of the voltage converter, so that a compromise must be found between the level of attenuation / voltage limitation and the power dissipation resulting from the additional measure.

Die US 2014/0362623 A1 offenbart eine Dämpfungsschaltung für einen Sperrwandler (engl.: flyback converter), bei dem in bekannter Weise ein Strompfad, der den Schalter und die Primärwicklung des Transformators aufweist, von einem der Eingangsanschlüsse zum anderen Eingangsanschluss führt. Die Dämpfungsschaltung weist hier eine erste Diode und einen Snubber-Kondensator, welche parallel zu der Primärwicklung geschaltet sind und einen von einem Schaltungspunkt zwischen der ersten Diode und dem ersten Kondensator zu dem anderen Eingangsanschluss führenden Strompfad, der aus einer zweiten Diode und zweiten Spule, welche in Reihe geschaltet sind, gebildet ist, auf. Mit der Dämpfungsschaltung kann nach dem Ausschalten des Schalters der Strom durch die Primärwicklung kurzzeitig über den Snubber-Kondensator und die erste Diode weiterfließen. Nach dem Einschalten des Schalters entlädt sich der Snubber-Kondensator mit einem Stromfluss durch den Schalter, die zweite Spule und die zweite Diode.The US 2014/0362623 A1 discloses a damping circuit for a flyback converter, in which a current path, which has the switch and the primary winding of the transformer, leads from one of the input connections to the other input connection in a known manner. The damping circuit here has a first diode and a snubber capacitor, which are connected in parallel to the primary winding and a current path leading from a node between the first diode and the first capacitor to the other input terminal, which consists of a second diode and a second coil, which are connected in series, is formed on. With the damping circuit, the current can briefly continue to flow through the primary winding via the snubber capacitor and the first diode after the switch has been switched off. After switching on the switch, the snubber capacitor discharges with a current flow through the switch, the second coil and the second diode.

Gemäß der US 2014/0362623 A1 wird, um die Verlustleistung zu reduzieren, ein Teil der im Snubber-Kondensator gespeicherten Energie mittels eines zweiten Transformators auf die Sekundärseite des Sperrwandlers übertragen, wobei die zweite Spule die Primärwicklung des zweiten Transformators ist.According to the US 2014/0362623 A1 In order to reduce the power loss, part of the energy stored in the snubber capacitor is transferred to the secondary side of the flyback converter by means of a second transformer, the second coil being the primary winding of the second transformer.

Die Verwendung eines zweiten Transformators verteuert jedoch den Gleichspannungswandler und steht einer Miniaturisierung der Schaltung des Gleichspannungswandlers entgegen.However, the use of a second transformer makes the DC-DC converter more expensive and prevents miniaturization of the DC-DC converter circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, Gleichspannungswandler und ein Betriebsgerät zum Betreiben von Leuchtmitteln bereitzustellen, die kompakt und kostengünstig herzustellen sind und bei denen Hochfrequenzen und/oder Spannungsspitzen mit geringen Verlusten gedämpft werden können.The invention is based on the object of specifying devices and methods which reduce the problems described. The object is in particular to provide DC voltage converters and an operating device for operating lighting means that are compact and inexpensive to manufacture and in which high frequencies and / or voltage peaks can be attenuated with low losses.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.This object is achieved according to the features of independent claim 1. The invention is further developed by the features of the dependent claims.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Gleichspannungswandler Anschlüsse zum Zuführen einer von dem Gleichspannungswandler zu wandelnden Gleichspannung, einen mit den Anschlüssen parallel verbundenen Strompfad, der einen ersten Schalter und eine erste Spule, welche in Reihe geschaltet sind, enthält, eine mit der ersten Spule parallel verbundene Dämpfungsschaltung, einen mit den Anschlüssen parallel verbundenen zweiten Kondensator und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des ersten Schalters auf. Die Dämpfungsschaltung ist mit einem der Anschlüsse und einem Schaltungspunkt zwischen der ersten Spule und dem Schalter verbunden und weist eine erste Diode und einen ersten Kondensator auf, welche in Reihe geschaltet sind.According to the present invention, a DC / DC converter has connections for supplying a DC voltage to be converted by the DC / DC converter, a current path connected in parallel to the connections and containing a first switch and a first coil connected in series, one connected in parallel with the first coil Attenuation circuit, a second capacitor connected in parallel to the terminals and a control device for controlling the first switch. The attenuation circuit is connected to one of the terminals and to a node between the first coil and the switch and has a first diode and a first capacitor which are connected in series.

Der erste Kondensator nimmt nach dem Ausschalten des ersten Schalters einen Teil der in der ersten Spule gespeicherten Energie auf und wird geladen. Nach dem Wiedereinschalten des ersten Schalters fließt ein Strom vom dem ersten Kondensator, über den ersten Schalter, die zweite Spule und die zweite Diode und der erste Kondensator beginnt sich zu entladen. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, den ersten Schalter auszuschalten, bevor dieser Strom auf null abgefallen ist, so dass die in der zweiten Spule gespeicherte Energie einen Strom über die zweite Diode, die erste Diode und den zweiten Kondensator treibt und diesen lädt. Auf diese Weise wird ein Teil der in der Dämpfungsschaltung gespeicherten Energie in den mit den Anschlüssen parallel verbundenen zweiten Kondensator überführt und dem Gleichspannungswandler für die Wandlung wieder zur Verfügung gestellt. Es ist kein zusätzlicher Transformator oder eine zusätzliche Primärwicklung beim Sperrwandler nötig.After the first switch is turned off, the first capacitor absorbs part of the energy stored in the first coil and is charged. After the first switch is switched on again, a current flows from the first capacitor, via the first switch, the second coil and the second diode, and the first capacitor begins to discharge. The control device is designed to switch off the first switch before this current has dropped to zero, so that the energy stored in the second coil drives a current through the second diode, the first diode and the second capacitor and charges it. In this way, part of the energy stored in the damping circuit is transferred to the second capacitor connected in parallel to the terminals and made available again to the DC voltage converter for conversion. No additional transformer or an additional primary winding is required for the flyback converter.

Die Höhe der zurückgeführten Energie hängt neben der Ansteuerung des ersten Schalters bzw. den Schaltzeitpunkten auch von der Dimensionierung des ersten Kondensators und der zweiten Spule ab, so dass die Kapazität des ersten Kondensators und/oder die Induktivität der zweiten Spule im Vergleich zu einer Schaltung mit einer reinen Dämpfungsfunktion stark vergrößert wird. Insbesondere mit der Wahl der Induktivität der zweiten Spule kann die Höhe der zurückgeführten Energie beeinflusst werden.The amount of returned energy depends on the control of the first switch or the switching times also on the dimensioning of the first capacitor and the second coil, so that the capacitance of the first capacitor and / or the inductance of the second coil compared to a circuit with a pure damping function is greatly increased. In particular with the choice of the inductance of the second coil, the The amount of energy returned can be influenced.

Der zweite Kondensator kann der Glättungskondensator einer mit den Anschlüssen verbundenen Gleichrichter- oder Leistungsfaktorkorrekturschaltung sein, so dass kein zusätzlicher Kondensator benötigt wird. Auf diese Weise sind keine zusätzlichen Bauteile nötig und es muss nur die Ansteuerung des ersten Schalters angepasst und ggf. ein größerer erster Kondensator und eine größere zweite Spule vorgesehen werden.The second capacitor can be the smoothing capacitor of a rectifier or power factor correction circuit connected to the terminals, so that no additional capacitor is required. In this way, no additional components are necessary and only the control of the first switch needs to be adapted and, if necessary, a larger first capacitor and a larger second coil must be provided.

Das Laden des zweiten Kondensators durch die Dämpfungsschaltung kann immer oder nur zu bestimmten Zeiten, Schaltfrequenzen, Lastzuständen (Dimmpegel) und/oder Betriebszuständen (lückender Betrieb) erfolgen. Die Intensität des Ladens bzw. der Zeitpunkt des Ausschaltens des ersten Schalters kann von den Schaltfrequenzen, Lastzuständen und/oder Betriebszuständen abhängen oder fest vorgegeben sein, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein kann, den ersten Schalter auszuschalten während der durch die zweite Spule, die zweite Diode und den Schalter fließende Strom ansteigt oder wenn der durch die zweite Spule, die zweite Diode und den Schalter fließende Strom sein Maximum erreicht.The second capacitor can be charged by the damping circuit always or only at certain times, switching frequencies, load conditions (dimming level) and / or operating conditions (intermittent operation). The intensity of charging or the time at which the first switch is switched off can depend on the switching frequencies, load states and / or operating states or be fixedly predefined, wherein the control device can be designed to switch off the first switch while the second coil, the second Diode and the switch increases or when the current flowing through the second coil, the second diode and the switch reaches its maximum.

Mittels der an dem ersten Kondensator anliegenden Spannung (Mittelwert) kann die vom Gleichspannungswandler abgegebene Spannung bestimmt werden, wobei der Gleichspannungswandler Mittel zum Erfassen der an dem ersten Kondensator abfallenden Spannung aufweist und die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, zumindest die von dem Gleichspannungswandler abgegebene Spannung auf der Grundlage der erfassten Spannung zu bestimmen, eine Abweichung zwischen der bestimmten Spannung und einer von dem Gleichspannungswandler abzugebenden Spannung zu ermitteln und den ersten Schalter auf der Grundlage der ermittelten Abweichung zu steuern.The voltage output by the DC voltage converter can be determined by means of the voltage applied to the first capacitor (mean value), the DC voltage converter having means for detecting the voltage drop across the first capacitor and the control device being designed to apply at least the voltage output by the DC voltage converter to the To determine the basis of the detected voltage, to determine a deviation between the determined voltage and a voltage to be output by the DC voltage converter and to control the first switch on the basis of the determined deviation.

Die erfindungsgemäße Dämpfungsschaltung kann bei einer Vielzahl von Gleichspannungswandleren angewendet werden. Insbesondere kann der Gleichspannungswandler ein Sperrwandler sein, bei dem die erste Spule die Primärwicklung des Transformators des Sperrwandlers ist.The damping circuit according to the invention can be used in a large number of DC voltage converters. In particular, the DC voltage converter can be a flyback converter in which the first coil is the primary winding of the transformer of the flyback converter.

Der Sperrwandler kann ein Synchronwandler sein, bei dem die Diode auf der Sekundärseite des Sperrwandlers durch einen von der Steuereinrichtung steuerbaren zweiten Schaltern ersetzt ist.The flyback converter can be a synchronous converter in which the diode on the secondary side of the flyback converter is replaced by a second switch controllable by the control device.

Die Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, den zweiten Schalter auszuschalten, nachdem der durch die Sekundärwicklung des Transformators des Sperrwandlers fließende Strom nach dem Ausschalten des ersten Schalters auf null abgesunken ist und eine negativen Wert erreicht hat.The control device can be designed to switch off the second switch after the current flowing through the secondary winding of the transformer of the flyback converter has dropped to zero and has reached a negative value after the first switch has been switched off.

Die Anschlüsse können lösbare Anschlüsse oder feste Lötverbindungen, beispielsweise auf einer Platine, sein.The connections can be detachable connections or fixed soldered connections, for example on a circuit board.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Betriebsgerät zum Betreiben von Leuchtmitteln einen der oben beschriebenen Gleichspannungswandler auf. According to the present invention, an operating device for operating lighting means has one of the DC voltage converters described above.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gleichspannungswandlers gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 3 in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der von dem in 2 gezeigten Gleichspannungswandler abgegebenen Spannung und der Spannung am Snubber-Kondensator, und
  • 4 ein Ausführungsbeispiel eines Betriebsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a first embodiment of a DC voltage converter according to the present invention,
  • 2 a second embodiment of a DC voltage converter according to the present invention,
  • 3 in a diagram the relationship between the in 2 voltage output and the voltage on the snubber capacitor, and
  • 4th an embodiment of an operating device according to the present invention.

Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Components with the same functions are identified by the same reference symbols in the figures.

1 zeigt eine vereinfachte Schaltung eines Gleichspannungswandlers 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der gezeigte Gleichspannungswandler 1 ist ein Sperrwandler, auch Hoch-Tiefsetzsteller (englisch „flyback converter“) genannt, der elektrische Energie zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsseite mittels eines Transformators T, welcher der galvanischen Trennung (Schutztrennung) zur Netzspannungsseite mit geerdetem Sternpunkt dient, überträgt. Mit einem Sperrwandler kann eine am Eingang zugeführte Gleichspannung mit geringem schaltungstechnischen Aufwand in eine Gleichspannung mit einem anderen Spannungsniveau umgewandelt werden, wobei der Niveauunterschied in einfacher Weise durch die Wahl des Wicklungsverhältnisses des Transformators beeinflussbar ist. 1 shows a simplified circuit of a DC voltage converter 1 according to a first embodiment of the present invention. The DC / DC converter shown 1 is a flyback converter, also called flyback converter, which transfers electrical energy between an input and an output side by means of a transformer T, which is used for galvanic isolation (protective separation) to the mains voltage side with a grounded star point. With a flyback converter, a DC voltage supplied to the input can be converted into a DC voltage with a different voltage level with little circuitry complexity, the level difference being easily influenced by the choice of the transformer's winding ratio.

An den zwei Eingangsanschlüssen 2, 3 des abgebildeten Gleichspannungswandlers 1 wird eine Versorgungsspannung zugeführt, die eine Gleichspannung oder eine gleichgerichtete Wechselspannung ist und die mittels des Transformators T galvanisch entkoppelt in eine Gleichspannung mit einem anderen Spannungsniveau umgewandelt und an zwei Ausgangsanschlüssen 4, 5 des Gleichspannungswandlers 1 ausgegeben wird. An den zwei Ausgangsanschlüssen 4, 5 können Leuchtmittel, beispielsweise LEDs oder ein weiterer Wandler (nicht gezeigt) angeschlossen sein.At the two input connections 2 , 3 of the DC / DC converter shown 1 a supply voltage is supplied which is a direct voltage or a rectified alternating voltage and which is galvanically decoupled by means of the transformer T and converted into a direct voltage with a different voltage level at two output connections 4th , 5 of the DC / DC converter 1 is issued. At the two output connections 4th , 5 lighting means, for example LEDs or another converter (not shown) can be connected.

Die Primärwicklung 6 des Transformators T, ein steuerbarer Schalter 7 und ein Messwiderstand 8 sind in Reihe zwischen dem ersten Eingangsanschluss 1 und dem zweiten Eingangsanschluss 2, welcher mit Masse verbunden sein kann, geschaltet. Die Sekundärwicklung 9 des Transformators T und eine Diode 10 sind in Reihe zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 4 und dem zweiten Ausgangsanschluss 5 geschaltet. Ein Puffer-/Speicherkondensator 11 ist an den Ausgangsanschlüssen 4, 5 parallel angekoppelt. Primär- und Sekundärwicklung 6, 9 des Transformators T weisen eine unterschiedliche Polarität/Wicklungsrichtung auf. Der Schalter 7 wird von einer Steuereinrichtung 12 gesteuert, um diesen ein- und auszuschalten.The primary winding 6th of the transformer T, a controllable switch 7th and a measuring resistor 8th are in series between the first input port 1 and the second input port 2 , which can be connected to ground, switched. The secondary winding 9 of the transformer T and a diode 10 are in series between the first output port 4th and the second output terminal 5 switched. A buffer / storage capacitor 11 is at the output terminals 4th , 5 coupled in parallel. Primary and secondary winding 6th , 9 of the transformer T have a different polarity / winding direction. The desk 7th is controlled by a control device 12 controlled to turn it on and off.

Die Steuereinrichtung 12 kann eine integrierte Halbleiterschaltung sein oder eine integrierte Halbleiterschaltung umfassen. Die Steuereinrichtung 12 kann als ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC, „Application Specific Integrated Circuit“) oder eine Kombination der genannten Einheiten ausgestaltet sein.The control device 12 may be a semiconductor integrated circuit or comprise a semiconductor integrated circuit. The control device 12 can be designed as a processor, a microprocessor, a controller, a microcontroller or an application-specific special circuit (ASIC, “Application Specific Integrated Circuit”) or a combination of the units mentioned.

Die Steuereinrichtung 12 schaltet den Schalter 7 wiederholt ein und wieder aus, wobei nach dem Einschalten ein Strom durch die Primärwicklung 6 des Transformators T und den Messwiderstand 8 fließt, welcher von der Steuereinrichtung 12 mittels der über dem Messwiderstand 8 abfallenden Spannung erfasst wird. Während der Einschaltphase unterdrückt die Diode 10 einen Stromfluss auf der Sekundärseite des Transformators T. Erreicht der Strom durch die Primärwicklung 6 einen Schwellenwert, schaltet die Steuereinrichtung 12 den Schalter 7 aus. Nach dem Ausschalten (Sperrphase) wird die in der Primärwicklung 6 des Transformators T gespeicherte Energie über die Sekundärwicklung 9 des Transformators T abgegeben bzw. erzwingt einen Stromfluss auf der Sekundärseite durch die Diode 10. Der Kondensator 11 wird geladen, das ggf. an den Ausgangsanschlüssen 6, 7 angeschlossene Leuchtmittel 2 leuchtet.The control device 12 turns the switch 7th repeatedly on and off again, with a current flowing through the primary winding after switching on 6th of the transformer T and the measuring resistor 8th which flows from the control device 12 by means of the above the measuring resistor 8th falling voltage is detected. The diode suppresses during the switch-on phase 10 a current flow on the secondary side of the transformer T. If the current reaches through the primary winding 6th a threshold value, the control device switches 12 the switch 7th out. After switching off (blocking phase), the in the primary winding 6th of the transformer T stored energy through the secondary winding 9 of the transformer T delivered or forces a current flow on the secondary side through the diode 10 . The condenser 11 is loaded, possibly at the output connections 6th , 7th connected illuminants 2 shines.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Gleichspannungswandler 1 eine Dämpfungsschaltung mit einem Kondensator 13, einer Spule 14 und zwei Dioden 15, 16 auf. Die Diode 15 und der Kondensator 13 formen einen Strompfad, der parallel zu der Primärwicklung 6 angeordnet ist und der von einem Schaltungspunkt zwischen der Primärwicklung 6 und dem Schalter 7 zu dem Eingangsanschluss 2 führt.According to the present invention, the DC voltage converter 1 a snubber circuit with a capacitor 13 , a coil 14th and two diodes 15th , 16 on. The diode 15th and the capacitor 13 form a current path that is parallel to the primary winding 6th is arranged and that of a node between the primary winding 6th and the switch 7th to the input port 2 leads.

Die Diode 16 und die Spule 14 formen einen weiteren Strompfad, der von einem Schaltungspunkt zwischen dem Schalter 7 und dem Messwiderstand 8 zu einem Schaltungspunkt zwischen der Diode 15 und dem Kondensator 13 führt, so dass der Stromfluss in diesen Pfad (bei geöffneten Schalter 7) von der Steuereinrichtung 12 mittels des Messwiderstands 8 erfasst werden kann. Alternativ kann der Strompfad direkt am Eingangsanschluss 3 angekoppelt sein.The diode 16 and the coil 14th form another current path leading from a node between the switch 7th and the measuring resistor 8th to a node between the diode 15th and the capacitor 13 leads, so that the current flow in this path (with open switch 7th ) from the control device 12 by means of the measuring resistor 8th can be captured. Alternatively, the current path can be connected directly to the input connector 3 be coupled.

Nach dem Ausschalten des Schalters 7 fließt kurzzeitig ein Strom von der Primärwicklung 6, durch den Kondensator 13 und die Diode 15, welcher den Kondensator 13 lädt und den Anstieg der Spannung über der Primärwicklung 6 begrenzt/dämpft. Die Diode 15 sperrt ein Entladen des Kondensators 13 über die Primärwicklung 6, nachdem der Strom auf null abgesunken ist, und der geöffnete Schalter 7 verhindert ein Entladen über die Spule 14. Während des Stromflusses durch den Kondensator 13 in der Dämpfungsphase steigt der durch die Sekundärwicklung 9 fließende Strom an und fällt nach dieser Dämpfungsphase wieder ab. Nach dem Wiedereinschalten des Schalters 7 fließt ein Strom vom dem Kondensator 13, über den Schalter 7, die Spule 14 und die Diode 16, so dass sich der Kondensator 13 entlädt.After turning off the switch 7th A current flows briefly from the primary winding 6th , through the capacitor 13 and the diode 15th which is the capacitor 13 loads and the increase in voltage across the primary winding 6th limited / attenuates. The diode 15th prevents the capacitor from discharging 13 via the primary winding 6th after the current drops to zero, and the switch opened 7th prevents discharging through the coil 14th . During the current flow through the capacitor 13 in the damping phase it increases due to the secondary winding 9 flowing current and drops again after this damping phase. After switching the switch on again 7th a current flows from the capacitor 13 , over the switch 7th , the sink 14th and the diode 16 so that the capacitor 13 discharges.

Die Steuereinrichtung 12 erfasst den durch den Schalter 7 fließenden Strom, der sich aus dem Strom durch die Primärwicklung 6 und dem Strom durch die Spule 14, die Diode 16 und den Kondensator (Entladestrom) zusammensetzt und schaltet den Schalter 7 aus, wenn der erfasste Strom einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht. Der Schwellenwert ist zumindest zweitweise so gewählt, dass zum Zeitpunkt des Ausschaltens der Strom (Entladestrom) durch die Spule 14, die Diode 16 und den Kondensator noch nicht auf null abgefallen ist. Ein solches Ausschalten bewirkt einen von der in der Spule 14 gespeicherten Energie gespeisten Stromfluss durch die Diode 16, die Diode 15 und einen mit den Eingangsanschlüssen 2, 3 parallel verbundenen Kondensator 17, welcher durch diesen Stromfluss geladen bzw. zusätzlich mit Energie versorgt wird. Dieser Ladestrom kann von der Steuereinrichtung 12 mittels des Messwiderstands erfasst und bei der Wahl des nächsten Ein- und/oder Ausschaltzeitpunkts des Schalters 7 berücksichtigt werden.The control device 12 detects the through the switch 7th flowing current resulting from the current through the primary winding 6th and the current through the coil 14th who have favourited diode 16 and the capacitor (discharge current) composes and switches the switch 7th off when the detected current reaches a predetermined threshold. The threshold value is selected at least in part so that at the time of switching off the current (discharge current) through the coil 14th who have favourited diode 16 and the capacitor has not yet dropped to zero. Such a shutdown causes one of the in the coil 14th stored energy fed current flow through the diode 16 who have favourited diode 15th and one with the input terminals 2 , 3 parallel connected capacitor 17th which is charged or additionally supplied with energy by this current flow. This charging current can from the control device 12 detected by means of the measuring resistor and when selecting the next switch-on and / or switch-off time of the switch 7th be taken into account.

Der Kondensator 17 kann Bestandteil einer dem Gleichspannungswandler 1 vorgelagerten und diesen speisenden Gleichrichter- oder Leistungsfaktorkorrekturschaltung sein oder kann zu dem Pufferkondensator der Gleichrichter- bzw. Leistungsfaktorkorrekturschaltung zusätzlich vorhanden sein. Das Aus- und/oder Einschalten des Schalters 7 kann zu vorgegebenen Zeiten und somit auch ohne die Erfassung des durch den Schalter 7 fließenden Stroms bzw. ohne das Vorsehen des Messwiederstands 8 erfolgen, wobei der Entladestrom zum Zeitpunkt des Ausschaltens noch nicht auf null abgefallen ist.The condenser 17th can be part of a DC / DC converter 1 upstream rectifier or power factor correction circuit feeding it, or can be present in addition to the buffer capacitor of the rectifier or power factor correction circuit. Turning the switch off and / or on 7th can at specified times and thus without the detection of the by the switch 7th flowing current or without the provision of the measuring resistor 8th take place, the discharge current has not yet fallen to zero at the time of switching off.

Für eine genaue Steuerung oder Regelung ist insbesondere bei sich ändernden Lasten/Dimmpegeln eine Bestimmung der von dem Gleichspannungswandler abgegebenen Spannung nötig. Eine direkte Messung der abgegebenen Spannung über die mittels dem Transformator T geschaffenen Potentialbarriere hinweg ist oft nur mit hohem Aufwand mit einem Optokoppler, einem zweiten Transformator oder einer zusätzlichen Hilfswicklung möglich.For a precise control or regulation, a determination of the voltage output by the DC voltage converter is necessary, particularly in the case of changing loads / dimming levels. A direct measurement of the voltage output across the potential barrier created by means of the transformer T is often only possible with great effort using an optocoupler, a second transformer or an additional auxiliary winding.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die von dem Gleichspannungswandler abgegebenen Spannung UA mittels der Spannung Uc an dem Kondensator 13 bestimmt. Hierfür erfasst, wie in 2 gezeigt, die Steuereinrichtung 12 zusätzlich die Spannung Uc direkt am Kondensator 13. Alternativ kann die Erfassung mittels eines Spannungsteilers (nicht gezeigt) erfolgen.According to a second exemplary embodiment of the present invention, the voltage UA output by the DC voltage converter is applied to the capacitor by means of the voltage Uc 13 certainly. For this purpose, as recorded in 2 shown the control device 12 additionally the voltage Uc directly on the capacitor 13 . Alternatively, the detection can take place by means of a voltage divider (not shown).

Die Steuereinrichtung 12 berechnet die von dem Gleichspannungswandler abgegebene Spannung UA mit der Gleichung UA=a·UC+b, wobei die Konstanten a und b vom Hersteller oder Anwender an dem Gleichspannungswandler 1 oder einem baugleichen Gleichspannungswandler 1 experimentell ermittelt und in der Steuereinrichtung 12 gespeichert werden. Alternativ kann der Hersteller oder Anwender in einem Experiment oder mit der Gleichung eine Tabelle, welche jedem von einer Vielzahl von Spannungswerten Uc einen Spannungswert UA zuordnet, erstellen und in der Steuereinrichtung 12, welche die abgegebene Spannung UA mit der Tabelle bestimmt, hinterlegen. Es ist auch möglich für verschiedene Lasten/Leuchtmittel jeweils eine Gleichung bzw. Tabelle zu ermitteln und zu speichern, wobei die Auswahl der von der Steuereinrichtung 12 anzuwendenden Gleichung bzw. Tabelle manuell durch den Anwender oder automatisch durch eine Detektion der an dem Gleichspannungswandler 1 angeschlossenen Lasten/Leuchtmittel erfolgt.The control device 12 calculates the voltage UA output by the DC voltage converter using the equation U A = a · U C + b, with the constants a and b provided by the manufacturer or user on the DC voltage converter 1 or a structurally identical DC voltage converter 1 determined experimentally and in the control device 12 get saved. Alternatively, the manufacturer or user can create a table in an experiment or with the equation, which assigns a voltage value UA to each of a plurality of voltage values Uc, and in the control device 12 which determines the output voltage UA with the table. It is also possible to determine and store an equation or table for different loads / lighting means, the selection of which is made by the control device 12 applicable equation or table manually by the user or automatically by detecting the on the DC voltage converter 1 connected loads / lamps.

3 zeigt in einem Diagramm die nahezu lineare Funktion UA=f(Uc), welche experimentell für den Sperrwandler mit verschiedenen Spannungs- bzw. Abgabeleistungseinstellungen ermittelt wurde. Die Werte sind von der Dimensionierung/Auslegung des Sperrwandlers abhängig. Mit der ermittelten Funktion bzw. der ermittelten Tabelle kann die von dem Gleichspannungswandler 1 abgegebenen Spannung UA in einfacher Weise mit der gemessenen Spannung Uc bestimmt werden, ohne eine zusätzliche Hilfswicklung oder einen Optokoppler vorsehen zu müssen. 3 shows in a diagram the almost linear function UA = f (Uc), which was determined experimentally for the flyback converter with different voltage or output power settings. The values depend on the dimensioning / design of the flyback converter. With the determined function or the determined table, the from the DC voltage converter 1 output voltage UA can be determined in a simple manner with the measured voltage Uc, without having to provide an additional auxiliary winding or an optocoupler.

Die Diode 10 auf der Sekundärseite kann, wie in 2 gezeigt, durch einen von der Steuereinrichtung 12 steuerbaren Schalter 18 ersetzt werden. Die Steuereinrichtung 12 steuert die Schalter 7 und 18 so an, dass diese abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, wobei zwischen dem Ausschalten des einen Schalters und dem Einschalten des anderen Schalters eine Totzeit liegen kann. Die Schalter 7, 18 können Transistoren, wie IGBTs oder MOSFETs, sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinrichtung 12 dazu ausgelegt, den Schalter 18 auszuschalten nachdem der durch die Sekundärwicklung 9 des Transformators T fließende Strom nach dem Ausschalten des Schalters 7 auf null abgesunken ist und eine negativen Wert erreicht hat.The diode 10 on the secondary side, as in 2 shown by one of the controller 12 controllable switch 18th be replaced. The control device 12 controls the switches 7th and 18th so that they are switched on and off alternately, with a dead time between switching off one switch and switching on the other switch. The switches 7th , 18th can be transistors such as IGBTs or MOSFETs. According to one embodiment of the present invention, the control device 12 designed to turn the switch 18th turn off after the through the secondary winding 9 of the transformer T after the switch is turned off 7th has dropped to zero and has reached a negative value.

4 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Betriebsgeräts 19 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Betriebsgerät 19 weist den in 1 oder 2 gezeigten Gleichspannungswandler 1, einen Netzanschluss L, N zum Anschluss des Betriebsgeräts 19 an eine Netz-Wechselspannung und einen Gleichrichter 20 mit Leistungsfaktorkorrektur auf, der aus der Netz-Wechselspannung die an den Eingangsanschlüssen 2, 3 des Gleichspannungswandlers 1 anliegende Gleichspannung erzeugt, wobei die Schaltzeiten des mit einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung ein- und ausgeschalteten Schalters so gewählt werden, dass der Eingangsstrom des Gleichrichters 20 einem sinusförmigen Verlauf folgt, der in Phase mit dem Verlauf der Netz-Wechselspannung ist. Das Betriebsgeräts 19 dient zum Betrieb von einem an den Ausgangsanschlüssen 4, 5 angeschlossenen Leuchtmittel 23, welches eine Leuchtdiode (LED, OLED) oder mehrere in Serie oder parallel geschaltete LEDs, OLEDs umfassen kann. 4th shows a simplified schematic representation of an operating device 19th according to an embodiment of the present invention. The control gear 19th indicates the in 1 or 2 DC-DC converter shown 1 , a mains connection L, N for connecting the control gear 19th to an AC mains voltage and a rectifier 20th with power factor correction derived from the AC mains voltage applied to the input connections 2 , 3 of the DC / DC converter 1 generated DC voltage, the switching times of the switch, which is switched on and off with a pulse-width modulated control voltage, are selected so that the input current of the rectifier 20th follows a sinusoidal curve that is in phase with the curve of the AC mains voltage. The control gear 19th is used to operate one of the output connections 4th , 5 connected lamps 23 , which can comprise a light-emitting diode (LED, OLED) or several LEDs, OLEDs connected in series or in parallel.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2014/0362623 A1 [0003, 0004]US 2014/0362623 A1 [0003, 0004]

Claims (9)

Gleichspannungswandler mit Anschlüssen (2, 3) zum Zuführen einer von dem Gleichspannungswandler (1) zu wandelnden Gleichspannung, einem mit den Anschlüssen (2, 3) parallel verbundenen Strompfad, der einen ersten Schalter (7) und eine erste Spule (6), welche in Reihe geschaltet sind, aufweist, einer mit der ersten Spule (6) parallel verbundenen Dämpfungsschaltung, die eine erste Diode (15) und einen ersten Kondensator (13), welche in Reihe geschaltet sind, aufweist und die mit einem der Anschlüsse (2, 3) und einem Schaltungspunkt zwischen der ersten Spule (6) und dem Schalter (7) verbunden ist, einem von einem Schaltungspunkt zwischen der ersten Diode (15) und dem ersten Kondensator (13) zu dem anderen der Anschlüsse (2, 3) führenderen Strompfad, der eine zweite Diode (16) und zweite Spule (14), welche in Reihe geschaltet sind, aufweist, einem mit den Anschlüssen (2, 3) parallel verbundenen zweiten Kondensator (17), und einer Steuereinrichtung (12) zum Ansteuern des ersten Schalters (7), wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den ersten Schalter (7) auszuschalten bevor der durch die zweite Spule (14), die zweite Diode (16) und den Schalter (7) fließende Strom auf null abgefallen ist.DC / DC converter with Connections (2, 3) for supplying a DC voltage to be converted by the DC voltage converter (1), a current path connected in parallel to the terminals (2, 3), which has a first switch (7) and a first coil (6) which are connected in series, a damping circuit connected in parallel to the first coil (6), which has a first diode (15) and a first capacitor (13) which are connected in series and which has one of the connections (2, 3) and a connection point between the first coil (6) and the switch (7) is connected, a current path leading from a junction between the first diode (15) and the first capacitor (13) to the other of the connections (2, 3), a second diode (16) and second coil (14) which are connected in series , having, a second capacitor (17) connected in parallel to the terminals (2, 3), and a control device (12) for controlling the first switch (7), wherein the control device (12) is designed to turn off the first switch (7) before the second coil (14), the second diode (16) and the switch (7) flowing current has dropped to zero. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, aufweisend eine Gleichrichter- oder Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) zum Erzeugen der an den Anschlüssen zuzuführenden Gleichspannung, wobei der zweite Kondensator (17) der Glättungskondensator der Gleichrichter- bzw. Leistungsfaktorkorrekturschaltung (20) ist.DC-DC converter according to Claim 1 , comprising a rectifier or power factor correction circuit (20) for generating the direct voltage to be supplied to the terminals, the second capacitor (17) being the smoothing capacitor of the rectifier or power factor correction circuit (20). Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den ersten Schalter (7) auszuschalten während der durch die zweite Spule (14), die zweite Diode (16) und den Schalter (7) fließende Strom ansteigt.DC-DC converter according to Claim 1 or 2 wherein the control device (12) is designed to switch off the first switch (7) while the current flowing through the second coil (14), the second diode (16) and the switch (7) increases. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den ersten Schalter (7) auszuschalten, wenn der durch die zweite Spule (14), die zweite Diode (16) und den Schalter (7) fließende Strom sein Maximum erreicht.DC-DC converter according to Claim 1 or 2 , wherein the control device (12) is designed to switch off the first switch (7) when the current flowing through the second coil (14), the second diode (16) and the switch (7) reaches its maximum. Gleichspannungswandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend Mittel zum Erfassen der über den ersten Kondensator (13) abfallenden Spannung, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, zumindest die von dem Gleichspannungswandler (1) abgegebene Spannung auf der Grundlage der erfassten Spannung zu bestimmen, eine Abweichung zwischen der bestimmten Spannung und einer von dem Gleichspannungswandler (1) abzugebenden Spannung zu ermitteln und den ersten Schalter (7) auf der Grundlage der ermittelten Abweichung zu steuern.DC voltage converter according to one of the preceding claims, having Means for detecting the voltage drop across the first capacitor (13), wherein the control device (12) is designed to determine at least the voltage output by the DC voltage converter (1) on the basis of the detected voltage, to determine a deviation between the determined voltage and a voltage to be output by the DC voltage converter (1), and the first switch (7) to control based on the determined deviation. Gleichspannungswandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Gleichspannungswandler (1) ein Sperrwandler und die erste Spule (6) die Primärwicklung des Transformators (T) des Sperrwandlers ist.DC voltage converter according to one of the preceding claims, wherein the DC voltage converter (1) is a flyback converter and the first coil (6) is the primary winding of the transformer (T) of the flyback converter. Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, wobei der Sperrwandler ein Synchronwandler ist, bei dem die Diode (10) auf der Sekundärseite des Sperrwandlers (1) durch einen von der Steuereinrichtung (12) steuerbaren zweiten Schaltern (18) ersetzt ist.DC-DC converter according to Claim 6 wherein the flyback converter is a synchronous converter in which the diode (10) on the secondary side of the flyback converter (1) is replaced by a second switch (18) controllable by the control device (12). Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung (12) dazu ausgelegt ist, den zweiten Schalter (18) auszuschalten nachdem der durch die Sekundärwicklung (9) des Transformators (T) des Sperrwandlers fließende Strom nach dem Ausschalten des ersten Schalters (7) auf null abgesunken ist und einen negativen Wert erreicht hat.DC-DC converter according to Claim 7 , wherein the control device (12) is designed to switch off the second switch (18) after the current flowing through the secondary winding (9) of the transformer (T) of the flyback converter has dropped to zero after the first switch (7) has been switched off and a has reached a negative value. Betriebsgerät zum Betreiben von Leuchtmitteln (21) mit einem Gleichspannungswandler (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche.Operating device for operating lighting means (21) with a DC voltage converter (1) according to one of the preceding claims.
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