WO2014172723A1 - Converter module for operating illuminants, having a galvanically isolated clocked converter - Google Patents
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Definitions
- Converter module for the operation of lamps, with potential-separating clocked converter
- the invention relates to a converter module with clocked converter, in particular with a Flyback- andler (flyback converter, also high-buck converter), as e.g. used for the operation of light sources (LEDs, OLEDs, gas discharge lamps ).
- the invention relates to the use of floating-type clocked converters in such a converter module, which are clocked by a clocked semiconductor switch configured as a transistor, preferably a FET transistor (e.g., MOSFET).
- the potential-separating clocked converter divides the converter module into a primary side and into a potential-separated secondary side.
- the converter module a supply voltage / supply current is supplied on the primary side, the / in particular corresponds to the power supply or derived therefrom.
- a DC supply may be available.
- the supply voltage / supply current is a DC voltage / DC current or an AC voltage / AC current (DC or AC voltage / current).
- a load in particular at least one light source, is then supplied.
- the converter module is arranged in a ballast, or is part of the ballast.
- the isolated clocked converter of the converter module transmits a power from the primary side to the secondary side.
- FIG. 1 the basic mode of operation of a converter, as it is mainly considered below, will be briefly explained.
- a primary winding of the transducer is connected directly to the supply voltage / supply current, the primary current and magnetic flux into the converter increases and energy is stored in the converter Voltage is then negative so that a secondary side diode shuts off and a secondary side capacitance supplies energy to the load.
- the converter module further has a control unit, which, for example, as a proportional controller (P-controller), proportional-integral controller (PI controller), proportional-integral-differential Controller (PID controller) and / or proportional-derivative controller (PD controller) may be formed.
- a control unit an integrated circuit (IC, ⁇ SIC) or a microcontroller can further be used.
- the control unit of known converter modules After switching on or resetting the supply voltage / supply current, the control unit of known converter modules will first attempt to regulate, as quickly as possible, during a starting phase, to a nominal value for the power output which is provided for the load.
- the on-time of the converter switch FET, MOS FET, (7) is selected to be long enough to achieve high energy transfer across the converter.
- this high current is caused by the fact that after switching on the supply voltage / the supply current, a very high current from the secondary side of the converter is first requested to bring the secondary side in a desired operating condition.
- the aim of the invention is therefore to provide a solution that allows operation of the converter module and at the same time prevents damage or destruction of the converter switch, in particular by preventing it to avalanche effect / avalanche breakdown effect during the phase immediately after switching on the
- the invention provides a converter module, comprising: a potential-separated converter clocked on the primary side by means of a switch, which can be supplied on the input side from an AC voltage, in particular a mains voltage, or a DC voltage, and from the secondary side of which a load, preferably at least one light source is operable, a control unit adapted to maintain a duration of the switch in a feed forward mode and / or using a feedback To regulate the measuring signal.
- a constant or variable limitation of the switch-on time duration of the switch can be specified. "Restriction" means that the limited on-time is shorter than the one that can be set as the maximum on- time ( on- time) after the start-up phase
- the control may be a linear or ramp-up of the on-time.
- the control unit may change the switch-on time period within the determined time period in equal or variable intervals.
- the measuring signal may be a supplied parameter, in particular a feedback signal from the secondary side of the transducer,
- the measurement signal may be a parameter that reflects the current / voltage at the load and / or a parameter that reflects the type of load connected.
- the specific time duration can be 2 to 12 ms, in particular 4 to 10 ms.
- the control unit may increase the on-time by a fixed or variable value.
- the control unit can increase the on-time by 1 ps every 1 ms.
- the control unit may determine the switch-on period on the basis of a stored function and / or a look-up table.
- the invention provides a ballast for lighting means, in particular for LEDs, with a converter module as described above.
- the invention also provides a luminaire with a ballast as described above.
- the invention provides a method for operating a converter module, wherein a control unit, a switch-on of a primary-clocked by a switch clocked potential-separated converter, the input side starting from an AC voltage, in particular a mains voltage, or a DC voltage can be supplied and on the basis of whose secondary side a load, preferably at least one light source can be operated, is regulated in a feed-forward mode and / or using a feedback measuring signal, and wherein for a certain period of time or a specific number of switching cycles after switching on the DC or AC voltage is a constant or variable limitation of the switch-on time of the switch is specified.
- Fig. 2 shows schematically a converter module according to the invention.
- a switch-on means interrupting the supply voltage / supply current of the converter module, as occurs, for example, when restarting a ballast or reconnecting the mains voltage supply, but also restarting the load, ie the connected lighting means.
- the converter module with K and the load is denoted by L.
- the dashed elements indicate an optional return of a parameter from the Lasst or a parameter identifying it, which may optionally, as well or alternatively as a parameter, be supplied from the secondary side of the converter to the control unit.
- the potential separation by the transducer is indicated in the converter by a dot-dash line.
- additional modules e.g., in a ballast
- FIG. 2 with interrupted connecting lines illustrated.
- Avalanche effect / avalanche breakdown effect after switch-on during a start-up phase usually only during a few cycles, ie, approximately in a period of 6 - 12 ms, in particular 8 - 10 ms. More precisely, the start-up phase lasts until the secondary side of the converter, the capacitors are charged and the converter is settled.
- the control unit controls the converter switch in a special way during the startup phase to change on period (T o n-time), ie, the time in which the converter switch is turned on or is turned on.
- T o n-time the time in which the converter switch is turned on or is turned on.
- the invention provides, during the starting phase, the T OI, -time first to choose ge ing or limit to a low value and then over the To increase the duration of the start-up phase successively.
- a period of 4 is initially a period of 1 s be chosen.
- the T on time can then be increased. For example, at intervals of one millisecond (ms), the T on time may be increased by at least one microsecond until a maximum T cn time is reached for the transducer switch.
- ms millisecond
- the T on time may be increased by at least one microsecond until a maximum T cn time is reached for the transducer switch.
- a T on time for example, a T on time of 1-12 microseconds, in particular in the range of 4-10 microseconds set become.
- the time for the start-up phase can be permanently stored in the control unit.
- the duration of the startup phase and / or the switch-on time period can be selected as a function of, for example, a measured value or parameter supplied to the control unit, for example a parameter fed back from the secondary side.
- the time intervals at which the switch-on time period is increased can also be selected dynamically.
- a table in the form of a look-up table is stored in the control unit, and thus time intervals for increasing the EinsehaltZeitdauer or the duration for the start-up phase depending on a control unit supplied parameters are selected.
- a detection function not shown
- a converter module recognize a connected load. Therefore, when information about the connected load is transmitted to the control unit, the start-up phase or the turn-on time periods can be set depending thereon.
- the control unit can also regulate the switch-on time duration in a feed-forward mode, in particular without a measurement signal or parameter being fed back to the control unit.
- the control unit can detect that the supply voltage / the supply current has been switched on. From this detection, the control unit can then regulate the switch-on time accordingly for a certain time, or restrict, and / or change as a function of time or based on data stored in a table.
- the so-called "soft start” function thus avoids the avalanche effect or the avalanche breakdown effect and also makes it possible to perform the control with a controller that only allows a relatively low control speed. Otherwise, ie without the "soft start” function, a more expensive regulator with higher speed would be needed to achieve a reduction of the avalanche effect or the avalanche breakdown effect with a constant on- time.
- the invention has the further advantage that, with appropriate adjustment and change of the turn-on period during the start-up phase, the converter switch can also be chosen to be designed in principle for lower power (i.e., a smaller transistor can be used, for example). Since high currents during the start-up hare be avoided by the control method according to the invention, a use of these smaller switching elements is possible and an avalanche effect or avalanche breakdown effect is not to be feared.
- the solution according to the invention during the start / during the start-up phase, the maximum EinsehaltZeitdauer the Transducer switch limited, so that in this phase, the maximum current flowing through the converter switch is limited. More specifically, however, there is no fixed limit on the turn-on time of the converter switch, but the limit for the maximum turn-on time of the converter switch is ramped up or ramped up after power on / after the power reset in the startup phase. Overall, the duration of the ⁇ nönphase, ie the Einschaltzeitbegrenzung for the converter switch in the range of several Einschaltzyklen (for example, 5-15, especially 7-12 Einschaltzyklen).
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Abstract
In one aspect, the invention relates to a converter module, having: a primary-side galvanically isolated converter clocked by means of a switch, wherein said converter can be supplied from the input side by an AC voltage, particularly a mains voltage, or a DC voltage, and originating from the secondary side thereof a load, preferably at least one illuminant, can be operated; and a control unit designed to control an on-time period of the switch in a feed-forward operation and/or by using a fed-back measurement signal. A constant or variable limitation of the on-time period of the switch can be provided for a defined period of time or a defined number of switching cycles after switching on the DC or AC voltage.
Description
Konvertermodul zum Betrieb von Leuchtmitteln , mit potentialtrennendem getakteten Wandler Converter module for the operation of lamps, with potential-separating clocked converter
Die Erfindung betrifft ein Konvertermodul mit getakteten Wandler, insbesondere mit einem Flyback- andler (Sperrwandler, auch Hoch-Tiefsetzsteller), wie es z.B. für den Betrieb von Leuchtmitteln (LEDs, Oleds, Gasentladungslampen...) eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere die Verwendung von potentialtrennenden getakteten Wandlern in einem solchen Konvertermodul, die durch einen getaktetes Halbleiter- Schalter, der als Transistor, vorzugsweise als FET- Transistor (z.B. MOSFET) , ausgestaltet ist, getaktet sind. The invention relates to a converter module with clocked converter, in particular with a Flyback- andler (flyback converter, also high-buck converter), as e.g. used for the operation of light sources (LEDs, OLEDs, gas discharge lamps ...). In particular, the invention relates to the use of floating-type clocked converters in such a converter module, which are clocked by a clocked semiconductor switch configured as a transistor, preferably a FET transistor (e.g., MOSFET).
Als Ausgangspunkt für die Erfindung kann bspw . die DE 10 2010 064 032 AI angesehen werden, die den Einsatz eines Flyback-Wandlers in einem Konvertermodul . für Gasentladungslampen beschreibt. Weiter ist die EP 0 470 750 A2 zu nennen, in der die Verwendung eines Flyback- Wandlers in einem Netzteil beschrieben ist . As a starting point for the invention can, for example. DE 10 2010 064 032 AI, the use of a flyback converter in a converter module. for gas discharge lamps. Furthermore, EP 0 470 750 A2 may be mentioned, in which the use of a flyback converter in a power supply unit is described.
Der potentialtrennende getaktete Wandler teilt das Konvertermodul in eine Primärseite und in eine davon Potential getrennte Sekundärseite . Dem Konvertermodul wird primärseitig eine Versorgungsspannung/ein Versorgungsstrom zugeführt, die/der insbesondere der NetzVersorgung entspricht oder davon abgeleitet ist . Alternativ kann eine DC--Ve sorgung vorliegen. Insbesondere ist die Versorgungsspannung/der Versorgungsström eine DC- Spannung/ein DC-Strom oder eine AC-Spannung/ein AC-Strom (Gleich- oder WechselSpannung/-ström) .
Von der Sekundärseite des Konvertermoduls ausgehend wird dann eine Last, insbesondere wenigstens ein Leuchtmittel versorgt. Vorzugsweise ist das Konvertermodul in einem Vorschaltgerät angeordnet, bzw. ist Teil des Vorschaltgeräts . The potential-separating clocked converter divides the converter module into a primary side and into a potential-separated secondary side. The converter module, a supply voltage / supply current is supplied on the primary side, the / in particular corresponds to the power supply or derived therefrom. Alternatively, a DC supply may be available. In particular, the supply voltage / supply current is a DC voltage / DC current or an AC voltage / AC current (DC or AC voltage / current). Starting from the secondary side of the converter module, a load, in particular at least one light source, is then supplied. Preferably, the converter module is arranged in a ballast, or is part of the ballast.
Der potentialgetrennte getaktete Wandler des Konvertermoduls überträgt eine Leistung von der Primärseite auf die Sekundärseite. Mit Bezug auf Fig. 1 soll kurz die prinzipielle Funktionsweise eines Wandlers, wie er im Folgenden vorwiegend betrachtet ist, erläutert werden. Wenn der Schalter geschlossen ist (Fig. 1, oben}, wird eine Primärwicklung des Wandlers direkt mit der VersorgungsSpannung/dem Versorgungsstrom verbunden. Der Primärstrom und magnetische Fluss in den Wandler steigen an und Energie wird in dem Wandler gespeichert . Die auf der Sekundärseite induzierte Spannung ist dann negativ, so dass eine sekundärseitige Diode sperrt . Eine sekundärseitige Kapazität liefert Energie an die Last. The isolated clocked converter of the converter module transmits a power from the primary side to the secondary side. With reference to FIG. 1, the basic mode of operation of a converter, as it is mainly considered below, will be briefly explained. When the switch is closed (Figure 1, top), a primary winding of the transducer is connected directly to the supply voltage / supply current, the primary current and magnetic flux into the converter increases and energy is stored in the converter Voltage is then negative so that a secondary side diode shuts off and a secondary side capacitance supplies energy to the load.
Wenn der Schalter geöffnet wird (Fig. 1, unten) , fällt der primärseitige Strom und der magnetischer Fluss ab. Die sekundärseitig induzierte Spannung ist dann positiv, und die Diode sperrt nicht länger, so dass der Strom aus dem Wandler abfließen kann . Die von dem Wandler sekundärseitig bereitgestellte Energie lädt die Kapazität und versorgt die Last . Zur Regelung der übertragenen Leistung weist das Konvertermodul weiter eine Steuereinheit auf, die bspw. als Proportional-Regler ( P-Regle ) , Proportional-Integral- Regler (PI-Regler) , Proportional-Integral-Differential-
Regler (PID-Regler) und/oder Proportional-Differential- Regler (PD-Regler) ausgebildet sein. Als Steuereinheit kann weiter eine integrierte Schaltung ( IC, ÄSIC) oder ein MikroController zum Einsatz kommen. Es wird also an dem Konvertermodul eine Last betrieben, die von der Sekundärseite des Wandlers her mit Leistung betrieben wird . When the switch is opened (Figure 1, bottom), the primary side current and the magnetic flux will drop. The voltage induced on the secondary side is then positive, and the diode no longer locks, so that the current can flow out of the converter. The energy provided by the converter on the secondary side charges the capacity and supplies the load. To regulate the transmitted power, the converter module further has a control unit, which, for example, as a proportional controller (P-controller), proportional-integral controller (PI controller), proportional-integral-differential Controller (PID controller) and / or proportional-derivative controller (PD controller) may be formed. As a control unit, an integrated circuit (IC, ÄSIC) or a microcontroller can further be used. Thus, a load is operated on the converter module which is operated from the secondary side of the converter with power.
Nach einem Einschalten bzw. einem Rücksetzen der Versorgungsspannung/des Versorgungsstroms wird die Steuereinheit bekannter Konvertermodule zunächst versuchen, während einer Startphase möglichst schnell auf einen Sollwert für die Leistungsabgabe zu regeln, der für die Last vorgesehen ist. Somit wird die Einschaltzeitdauer des Wandler-Schalters (FET, MOS FET , ...) entsprechend lange gewählt, um eine hohe Energieübertragung über den Wandler zu erreichen. After switching on or resetting the supply voltage / supply current, the control unit of known converter modules will first attempt to regulate, as quickly as possible, during a starting phase, to a nominal value for the power output which is provided for the load. Thus, the on-time of the converter switch (FET, MOS FET, ...) is selected to be long enough to achieve high energy transfer across the converter.
Dies bedeutet jedoch, dass während dieser Startphase, ein sehr hoher Strom durch den Wandler-Schalter fließt. Dies ist unter anderem dadurch begründet, dass Kapazitäten auf der Sekundärseite des Wandlers, aber auch bspw . Drosseln zunächst geladen werden müssen und daher ein hoher Strombedarf auf der Sekundärseite besteht . However, this means that during this starting phase, a very high current flows through the transducer switch. This is partly due to the fact that capacity on the secondary side of the converter, but also for example. Chokes must first be charged and therefore there is a high power requirement on the secondary side.
Dies kann zu einem Lawineneffekt/Lawinendurchbrucheffekt („Avalanche-Effekt", „Avalanching" , Lawinenvervielfachung oder Trägermultiplikation) an dem Wandler-Schalter führen, der die Silizium-Struktur des Wandler-Schalters, also des Hableiterschaltdements, beschädigen oder zerstören kann, was in der Folge zu einem Ausfall des Schalters und damit des Konvertermoduls führen kann. Dieser hohe Strom wird wie gesagt dadurch verursacht, dass nach einem Einschalten
der Versorgungsspannung/des Versorgungsstroms zunächst ein sehr hoher Strom von der Sekundärseite des Wandlers angefordert wird, um die Sekundärseite in einen Sollbetriebszustand zu bringen. This can lead to an avalanche effect / avalanche effect ("avalanche effect", "avalanching", avalanche multiplication or carrier multiplication) on the converter switch, which can damage or destroy the silicon structure of the converter switch, that is to say the semiconductor switch element the result can lead to failure of the switch and thus the converter module. As I said, this high current is caused by the fact that after switching on the supply voltage / the supply current, a very high current from the secondary side of the converter is first requested to bring the secondary side in a desired operating condition.
Während eines Lawineneffekts/Lawinendurchbrucheffekts wird auch eine große Menge an Energie in thermische Energie gewandelt . Ziel der Erfindung ist es daher, eine Lösung bereitzustellen, die eine Betrieb des Konverter Moduls erlaubt und gleichzeitig eine Beschädigung oder Zerstörung des Wandler-Schalters verhindert, insbesondere dadurch, dass verhindert wird, dass es zu einem Lawineneffekt/Lawinendurchbrucheffekt, während der Phase unmittelbar nach einem Einschalten derDuring an avalanche / avalanche effect, a large amount of energy is also converted into thermal energy. The aim of the invention is therefore to provide a solution that allows operation of the converter module and at the same time prevents damage or destruction of the converter switch, in particular by preventing it to avalanche effect / avalanche breakdown effect during the phase immediately after switching on the
VersorgungsSpannung/des VersorgungsStroms kommt . Supply voltage / supply current comes.
Die erfindungsgemäße Lösung wird dabei durch eine Vorrichtung und ein Verfahren verwirklicht, wie es/sie mit den unabhängigen Ansprüchen beansprucht ist. Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The solution according to the invention is realized by an apparatus and a method as claimed in the independent claims. Further development of the invention is the subject of the dependent claims.
In einem Aspekt stellt die Erfindung ein Konvertermodul bereit, aufweisend: einen primärseitig mittels eines Schalters getakteten potentialgetrennten Wandler, der eingangsseitig ausgehend von einer AC-Spannung, insbesondere einer Netzspannung, oder einer DC-Spannung versorgbar ist und ausgehend von dessen Sekundärseite eine Last , vorzugsweise wenigstens ein Leuchtmittel betreibbar ist, eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, eine EinsehaltZeitdauer des Schalters in einem Feed Forward- Betrieb und/oder unter Verwendung eines zurückgeführten
Messignals zu regeln. Für eine bestimmte Zeitdauer oder bestimmte Anzahl an Schaltzyklen nach Einschalten der DC- oder AC-Spannung kann eine konstante oder variable Beschränkung der Einschaltzeitdauer des Schalters vorgegeben sein. „Beschränkung" bedeutet dabei, dass die beschränkte Einschaltdauer kürzer ist als diejenige, die sich nach der Startphase als maximale Einschaltzeitdauer (Ton-Zeit einstellen kann) . Die Regelung kann eine lineare oder rampenartige Erhöhung der Einschaltzeitdauer sein. In one aspect, the invention provides a converter module, comprising: a potential-separated converter clocked on the primary side by means of a switch, which can be supplied on the input side from an AC voltage, in particular a mains voltage, or a DC voltage, and from the secondary side of which a load, preferably at least one light source is operable, a control unit adapted to maintain a duration of the switch in a feed forward mode and / or using a feedback To regulate the measuring signal. For a certain period of time or a certain number of switching cycles after the DC or AC voltage has been switched on, a constant or variable limitation of the switch-on time duration of the switch can be specified. "Restriction" means that the limited on-time is shorter than the one that can be set as the maximum on- time ( on- time) after the start-up phase The control may be a linear or ramp-up of the on-time.
Die Steuereinheit kann die Einschaltzeitdauer innerhalb der bestimmten Zeitdauer in gleichen oder variablen Abständen verändern. The control unit may change the switch-on time period within the determined time period in equal or variable intervals.
Das Messignal kann ein zugeführter Parameter, insbesondere ein Rückführsignal von der Sekundärseite des Wandlers,The measuring signal may be a supplied parameter, in particular a feedback signal from the secondary side of the transducer,
5€5X,£"1 * 5 € 5X, £ " 1 *
Das Messignal kann ein den Strom/die Spannung an der Last und/oder ein den Typ der angeschlossenen Last widergebender Parameter sein. Die bestimmte Zeitdauer kann 2 bis 12 ms, insbesondere 4 bis 10 ms betragen. The measurement signal may be a parameter that reflects the current / voltage at the load and / or a parameter that reflects the type of load connected. The specific time duration can be 2 to 12 ms, in particular 4 to 10 ms.
Die Steuereinheit kann die Einschaltzeitdauer um einen festen oder variablen Wert erhöhen. The control unit may increase the on-time by a fixed or variable value.
Die Steuereinheit kann die Einschaltzeitdauer nach jeweils 1 ms um 1 ps erhöhen.
Die Steuereinheit kann die Einschaltzeitdauer auf Basis einer hinterlegten Funktion und/oder einer Look-Up-Tabelle bestimmen. The control unit can increase the on-time by 1 ps every 1 ms. The control unit may determine the switch-on period on the basis of a stored function and / or a look-up table.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Vorschaltgerät für Leuchtmittel bereit, insbesondere für LEDs, mit einem Konvertermodul wie oben beschrieben. In a further aspect, the invention provides a ballast for lighting means, in particular for LEDs, with a converter module as described above.
Die Erfindung stellt auch eine Leuchte mit einem Vorschaltgerät, wie oben beschrieben, bereit. The invention also provides a luminaire with a ballast as described above.
In noch einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren für den Betrieb eines Konvertermoduls bereit, wobei eine Steuereinheit, eine EinschaltZeitdauer eines primärseitig mittels eines Schalters getakteten potentialgetrennten Wandlers, der eingangsseitig ausgehend von einer AC-Spannung, insbesondere einer Netzspannung, oder einer DC-Spannung versorgbar ist und ausgehend von dessen Sekundärseite eine Last, vorzugsweise wenigstens ein Leuchtmittel betreibbar ist, in einem Feed-Forward- Betrieb und/oder unter Verwendung eines zurückgeführten Messignals regelt, und wobei für eine bestimmte Zeitdauer oder bestimmte Anzahl an Schaltzyklen nach Einschalten der DC- oder AC-Spannung eine konstante oder variable Beschränkung der EinschaltZeitdauer des Schalters vorgegeben ist . In a still further aspect, the invention provides a method for operating a converter module, wherein a control unit, a switch-on of a primary-clocked by a switch clocked potential-separated converter, the input side starting from an AC voltage, in particular a mains voltage, or a DC voltage can be supplied and on the basis of whose secondary side a load, preferably at least one light source can be operated, is regulated in a feed-forward mode and / or using a feedback measuring signal, and wherein for a certain period of time or a specific number of switching cycles after switching on the DC or AC voltage is a constant or variable limitation of the switch-on time of the switch is specified.
Die Erfindung wird nunmehr auch mit Blick auf die Figuren beschrieben . Dabei zeigen : The invention will now be described with reference to the figures. Showing:
Schematisch einen Grundaufbau eines Schematically a basic structure of a
getakteten potentialgetrennten Schalters;
Fig. 2 schematisch ein Konvertermodul gemäß der Erfindung . Im vorliegenden Fall ist unter einem Einschalten ein Unterbrechen der Versorgungsspannung/des Versorgungsstroms des Konvertermoduls zu verstehen, wie es z.B. bei einem Neustart eines Vorschaltgerätes oder einem Wieder- Einschalten der Netzspannungsversorgung, jedoch auch ein Neustarten der Last, d.h. des angeschlossenen Leuchtmittels, auftritt. clocked isolated switch; Fig. 2 shows schematically a converter module according to the invention. In the present case, a switch-on means interrupting the supply voltage / supply current of the converter module, as occurs, for example, when restarting a ballast or reconnecting the mains voltage supply, but also restarting the load, ie the connected lighting means.
In Fig. 2 ist das Konvertermodul mit K und die Last mit L bezeichnet. Die gestrichelten Elemente deuten eine optionale Rückführung eines Parameters von der Lasst oder einen diese Identifizierenden Parameter an, der optional, ebenso oder alternativ wie ein Parameter von der Sekundärseite des Wandlers der Steuereinheit zugeführt werden kann . Die Potentialtrennung durch den Wandler ist in dem Wandler durch eine strichgepunktete Linie angedeutet. Es ist klar, dass (z.B. in einem Vorschaltgerät ) weitere Module zwischen der NetzVersorgung und dem Konvertermodul und/oder zwischen dem Konvertermodul und der Last verbunden sein können. Dies ist in Fig . 2 mit unterbrochenen Verbindungsleitungen verdeutlicht . In Fig. 2, the converter module with K and the load is denoted by L. The dashed elements indicate an optional return of a parameter from the Lasst or a parameter identifying it, which may optionally, as well or alternatively as a parameter, be supplied from the secondary side of the converter to the control unit. The potential separation by the transducer is indicated in the converter by a dot-dash line. It will be understood that additional modules (e.g., in a ballast) may be connected between the mains supply and the converter module and / or between the converter module and the load. This is shown in FIG. 2 with interrupted connecting lines illustrated.
In den meisten Fällen tritt derIn most cases, the
Lawineneffekt/Lawinendurchbrucheffekt nach dem Einschalten während einer Anlaufphase, meist nur während einiger weniger Zyklen, auf, d.h., ungefähr in einem Zeitraum von 6 - 12 ms, insbesondere von 8 - 10 ms . Genauer gesagt dauert die Anlaufphase so lange, bis auf der Sekundärseite
des Wandlers die Kapazitäten geladen sind und der Wandler eingeschwungen ist. Avalanche effect / avalanche breakdown effect after switch-on during a start-up phase, usually only during a few cycles, ie, approximately in a period of 6 - 12 ms, in particular 8 - 10 ms. More precisely, the start-up phase lasts until the secondary side of the converter, the capacitors are charged and the converter is settled.
Um nun den Lawineneffekt zu vermeiden, wird vorgesehen, eine sog. „Softstart" Funktion in der Steuereinheit zu implementieren, d.h. die Steuereinheit steuert den Wandler-Schalter während der Anlaufphase auf besondere Weise an. Kern der Erfindung ist es nunmehr während der Anlaufphase insbesondere die Einschaltzeitdauer (Ton-Zeit), d.h. die Zeit in der der Wandler-Schalter eingeschaltet ist bzw. leitend geschaltet ist, zu verändern. In bekannten Konvertermodulen würde beispielsweise die Ton-Zeit des Wandler-Schalters auf einen festen Wert, beispielsweise 4 Mikrosekunden (]is) festgelegt . Um nunmehr den Lawinen- bzw. den Lawinendurchbrucheffekt zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, während der Anlaufphase die TOI,-Zeit zunächst ge ing zu wählen bzw. auf einen geringen Wert zu begrenzen und sie dann über die Dauer der Anlaufphase sukzessiv zu erhöhen. In order to avoid the avalanche effect, it is provided to implement a so-called "soft start" function in the control unit, ie the control unit controls the converter switch in a special way during the startup phase to change on period (T o n-time), ie, the time in which the converter switch is turned on or is turned on. in the known converter modules would for example, the T on -time of the transducer switch to a fixed value, for example 4 microseconds (] is) determined. in order to avoid now the avalanche, or avalanche breakdown effect, the invention provides, during the starting phase, the T OI, -time first to choose ge ing or limit to a low value and then over the To increase the duration of the start-up phase successively.
Deispie1sw ise kann statt einem Zeitraum von 4 ]is zunächst ein Zeitraum von 1 s gewählt werden. In festen oder variablen Abständen kann die Ton-Zeit dann erhöht werden. Zum Beispiel kann im Abstand einer Millisekunde (ms) die Ton-Zeit um wenigstens eine Mikrosekunde erhöht werden, bis eine maximale Tcn-Zeit für den Wandler-Schalter erreicht ist . Insgesamt kann somit in der Anlaufphase beispielsweise eine Ton-Zeit von 1-12 Mikrosekunden, insbesondere im Bereich von 4-10 Mikrosekunden eingestellt
werden. In der Steuereinheit kann die Zeit für die Anlaufphase fest hinterlegt sein. For this reason, instead of a period of 4] is initially a period of 1 s be chosen. In fixed or variable intervals, the T on time can then be increased. For example, at intervals of one millisecond (ms), the T on time may be increased by at least one microsecond until a maximum T cn time is reached for the transducer switch. Overall, therefore, in the start-up phase, for example, a T on time of 1-12 microseconds, in particular in the range of 4-10 microseconds set become. The time for the start-up phase can be permanently stored in the control unit.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Dauer der Anlaufphase und/oder die Einschaltzeitdauer als Funktion abhängig von beispielsweise einem der Steuereinheit zugeführten Messwert bzw. Parameter gewählt wird, beispielsweise einem von der Sekundärseite zurückgeführten Parameter. Insbesondere können die Zeitabstände zu denen die Einschaltzeitdauer erhöht wird, auch dynamisch gewählt werden. However, it is also possible for the duration of the startup phase and / or the switch-on time period to be selected as a function of, for example, a measured value or parameter supplied to the control unit, for example a parameter fed back from the secondary side. In particular, the time intervals at which the switch-on time period is increased can also be selected dynamically.
Es ist auch möglich, dass in der Steuereinheit eine Tabelle in Form einer Look-Up-Tabelle hinterlegt ist, und somit Zeitabstände für die Erhöhung der EinsehaltZeitdauer bzw. der Dauer für die Anlaufphase abhängig von einem der Steuereinheit zugeführten Parameter gewählt werden . Beispielsweise kann durch eine nicht dargestellte Erkennungsfunktion ein Konvertermodul eine angeschlossene Last erkennen. Wird daher eine Information über die angeschlossene Last an die Steuereinheit übermittelt, kann die Anlaufphase bzw. die EinschaltZeitdaue abhängig davon eingestellt werden. Die Steuereinheit kann die EinschaltZeitdauer aber auch in einem Feed-Forward-Betrieb regeln, insbesondere ohne dass ein Messignal oder Parameter an die Steuereinheit zurückgeführt wird. Beispielsweise kann die Steuereinheit erkennen, dass die Versorgungsspannung/der Versorgungsstrom eingeschaltet wurde . Ab dieser Erkennung kann die Steuereinheit die Einschaltzeitdauer dann entsprechend für eine bestimmte Zeit regeln, bzw.
beschränken, und/oder als Funktion der Zeit oder anhand von in einer Tabelle hinterlegten Daten verändern. It is also possible that a table in the form of a look-up table is stored in the control unit, and thus time intervals for increasing the EinsehaltZeitdauer or the duration for the start-up phase depending on a control unit supplied parameters are selected. For example, by a detection function, not shown, a converter module recognize a connected load. Therefore, when information about the connected load is transmitted to the control unit, the start-up phase or the turn-on time periods can be set depending thereon. The control unit can also regulate the switch-on time duration in a feed-forward mode, in particular without a measurement signal or parameter being fed back to the control unit. For example, the control unit can detect that the supply voltage / the supply current has been switched on. From this detection, the control unit can then regulate the switch-on time accordingly for a certain time, or restrict, and / or change as a function of time or based on data stored in a table.
Durch die sequenzielle Erhöhung der Einschalt Zeitdauer kann auch ein großer Spannungsabfall auf der Sekundärseite des Wandlers vermieden werden, da die Steuerung auf die Ausgangsspannung viel schneller erfolgt. By sequentially increasing the turn-on time period, a large voltage drop on the secondary side of the converter can be avoided since the control of the output voltage is much faster.
Die so ausgeführte „Softstart^-Funktion vermeidet daher den Lawineneffekt bzw. den Lawinendurchbrucheffekt und ermöglicht es ebenfalls, die Steuerung mit einem Regler durchzuführen, der lediglich eine relativ geringe Regelgeschwindigkeit erlaubt. Andernfalls, d.h. ohne die „Softstart"-Funktion, wäre ein teurerer Regler mit höherer Geschwindigkeit nötig, um eine Reduzierung des Lawineneffekts bzw. des Lawinendurchbrucheffekts bei konstanter Ton-Zeit zu erreichen . The so-called "soft start" function thus avoids the avalanche effect or the avalanche breakdown effect and also makes it possible to perform the control with a controller that only allows a relatively low control speed. Otherwise, ie without the "soft start" function, a more expensive regulator with higher speed would be needed to achieve a reduction of the avalanche effect or the avalanche breakdown effect with a constant on- time.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass bei entsprechender Einstellung und Veränderung der Einschalt Zeitdauer während der Anlaufphase auch der Wandler-Schalter so gewählt werden kann, dass er prinzipiell für eine geringere Leistung ausgelegt ist (d.h. es kann z.B. ein kleinerer Transistor verwendet werden) . Da hohe Stromflüsse während der Anlauf hase durch das erfindungsgemäße Regelverfahren vermieden werden, ist ein Einsatz dieser kleineren Schaltelemente möglich und ein Lawineneffekt bzw. Lawinendurchbrucheffekt ist nicht zu befürchten. The invention has the further advantage that, with appropriate adjustment and change of the turn-on period during the start-up phase, the converter switch can also be chosen to be designed in principle for lower power (i.e., a smaller transistor can be used, for example). Since high currents during the start-up hare be avoided by the control method according to the invention, a use of these smaller switching elements is possible and an avalanche effect or avalanche breakdown effect is not to be feared.
Zusammengefasst lässt sich also sagen, dass die erfindungsgemäße Lösung während des Start organgs/während der Anlaufphase die maximale EinsehaltZeitdauer des
Wandler-Schalters begrenzt, so dass in dieser Phase auch der maximal fließende Strom durch den Wandler-Schalter begrenzt ist. Genauer gesagt liegt jedoch keine feste Begrenzung der Einschaltzeitdauer des Wandler-Schalters vor, sondern die Begrenzung für die maximale Einschaltzeitdauer des Wandler-Schalters wird nach dem Einschalten/nach dem Netz-Reset in der Anlaufphase rampenartig oder linear erhöht. Insgesamt liegt die zeitliche Dauer der Änlaufphase, d.h. der Einschaltzeitbegrenzung für den Wandler-Schalter im Bereich mehrerer Einschaltzyklen (beispielsweise 5-15, insbesondere 7-12 Einschaltzyklen) .
In summary, it can therefore be said that the solution according to the invention during the start / during the start-up phase, the maximum EinsehaltZeitdauer the Transducer switch limited, so that in this phase, the maximum current flowing through the converter switch is limited. More specifically, however, there is no fixed limit on the turn-on time of the converter switch, but the limit for the maximum turn-on time of the converter switch is ramped up or ramped up after power on / after the power reset in the startup phase. Overall, the duration of the Änlaufphase, ie the Einschaltzeitbegrenzung for the converter switch in the range of several Einschaltzyklen (for example, 5-15, especially 7-12 Einschaltzyklen).
Claims
Ansprüche claims
Konvertermodul aufweisend: Converter module comprising:
- einen primärseitig mittels eines Schalters - A primary side by means of a switch
getakteten potentialgetrennten Wandler, der clocked isolated converter, the
eingangsseitig ausgehend von einer AC-Spannung, insbesondere einer Netzspannung, oder einer DC- Spannung versorgbar ist und ausgehend von dessen Sekundärseite eine Last, vorzugsweise wenigstens ein Leuchtmittel betreibbar ist, On the input side starting from an AC voltage, in particular a mains voltage, or a DC voltage can be supplied and starting from the secondary side of a load, preferably at least one light source is operable,
eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Einschaltzeitdauer des Schalters in einem Feed- Forward-Betrieb und/oder unter Verwendung eines zurückgeführten Messignals zu regeln, und a control unit configured to control a switch-on period of the switch in a feed-forward mode and / or using a feedback measurement signal, and
wobei für eine bestimmte Zeitdauer oder bestimmte Anzahl an Schaltzyklen nach Einschalten der DC- oder AC-Spannung eine konstante oder variable Beschränkung der EinschaltZeitdauer des Schalters vorgegeben ist. wherein for a certain period of time or a certain number of switching cycles after switching on the DC or AC voltage, a constant or variable limitation of the switch-on time of the switch is given.
Konvertermodul nach Anspruch 1, wobei die Regelung eine lineare oder rampenartige Erhöhung der Converter module according to claim 1, wherein the control is a linear or ramp-like increase of
EinschaltZeitdauer ist. Switch-on time is.
Konvertermodul nach Anspruch 1 oder.2, wobei die Converter module according to claim 1 or 2, wherein the
Steuereinheit die Einschaltzeitdauer innerhalb der bestimmten Zeitdauer in gleichen oder variablen Control unit, the turn-on time within the specified period of time in the same or variable
Abständen verändert . Changed distances.
Konvertermodul nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Messignal ein zugeführter Steuerparameter, insbesondere ein Rückführsignal von der Sekundärseite des Wandlers, ist .
Converter module according to one of the preceding claims, wherein the measuring signal is a supplied control parameter, in particular a return signal from the secondary side of the converter.
5. Konvertermodul nach Anspruch 4, wobei das Messignal ein den Strom/die Spannung an der Last und/oder ein den Typ der angeschlossenen Last widergebender Parameter ist. 5. The converter module of claim 4, wherein the measurement signal is a current / voltage at the load and / or a parameter that reflects the type of the connected load.
6. Konvertermodul nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die bestimmte Zeitdauer 2 bis 12 ms, insbesondere 4 bis 10 ms beträgt. 7. Konvertermodul nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit die Einschalt Zeitdauer um einen festen oder variablen Wert erhöht. 6. converter module according to one of the preceding claims, wherein the specific period of time is 2 to 12 ms, in particular 4 to 10 ms. 7. converter module according to one of the preceding claims, wherein the control unit increases the turn-on time by a fixed or variable value.
8. Konvertermodul nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit die Einschalt Zeitdauer nach jeweils 1 ms um 1 \is erhöht . 8. converter module according to one of the preceding claims, wherein the control unit increases the switch-on time after each 1 ms by 1 \ is.
9. Konvertermodul nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit die EinschaltZeitdauer auf Basis einer hinterlegten Funktion und/oder einer Look-9. converter module according to one of the preceding claims, wherein the control unit, the switch-on time based on a stored function and / or a look
Up-Tabelle bestimmt. Determined up-table.
10. Vorschaltgerät für Leuchtmittel, insbesondere LEDs, mit einem Konvertermodul nach einem der Vorgehenden Ansprüche. 10. Ballast for lighting, in particular LEDs, with a converter module according to one of the preceding claims.
11. Leuchte mit einem Vorschaltgerät nach Anspruch 10. 11. luminaire with a ballast according to claim 10.
12. Verfahren für den Betrieb eines Konvertermoduls, 12. Method for the operation of a converter module,
wobei in which
eine Steuereinheit, eine Einschalt Zeitdauer eines primärseitig mittels eines Schalters getakteten potentialgetrennten Wandlers, der eingangsseitig
ausgehend von einer AC-Spannung, insbesondere einer Netzspannung, oder einer DC-Spannung versorgbar ist und ausgehend von dessen Sekundärseite eine Last, vorzugsweise wenigstens ein Leuchtmittel betreibbar ist, in einem Feed-Forward-Betrieb und/oder untera control unit, a switch-on period of a primary-side clocked by a switch electrically isolated converter, the input side starting from an AC voltage, in particular a mains voltage, or a DC voltage can be supplied and starting from the secondary side of a load, preferably at least one light source is operable in a feed-forward operation and / or under
Verwendung eines zurückgeführten essignals regelt, wobei für eine bestimmte Zeitdauer oder bestimmte Anzahl an Schaltzyklen nach Einschalten der DC- oder AC-Spannung eine konstante oder variable Beschränkung der Einschaltzeitdauer des Schalters vorgegeben ist.
Using a feedback feedback signal regulates, wherein for a certain period of time or a certain number of switching cycles after switching on the DC or AC voltage, a constant or variable limitation of the switch-on time of the switch is given.
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