WO2019063333A1 - Lamp operating device with converter in dcm - Google Patents

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WO2019063333A1
WO2019063333A1 PCT/EP2018/075050 EP2018075050W WO2019063333A1 WO 2019063333 A1 WO2019063333 A1 WO 2019063333A1 EP 2018075050 W EP2018075050 W EP 2018075050W WO 2019063333 A1 WO2019063333 A1 WO 2019063333A1
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switch
current
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operating device
control circuit
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PCT/EP2018/075050
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German (de)
French (fr)
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Ludwig Erasmus DE CLERCQ
Harald Netzer
Frank Lochmann
Clemens KUCERA
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Tridonic Gmbh & Co Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a lamp operating device, which is designed in particular for the dimmable operation of light sources, such as LEDs.
  • LEDs also mean organic LEDs (OLEDs).
  • the invention relates to dimmable control gear for lighting devices that use an active clocked converter.
  • a control circuit controls a switch of the clocked converter, such that in the switched (conductive) state of the switch, an energy storage element (such as an inductance) is charged, which energy storage element in the off state of the switch (non-conductive state of the switch) again discharges via the light path or preferably a further energy storage device (eg, capacitor) loads, which in turn feeds the LED track with a possibly rippled with DC voltage.
  • an energy storage element such as an inductance
  • the current drop through the inductor is limited to a value greater than zero, and the switch is again rendered conductive before the current through the inductor has dropped to zero.
  • the restart threshold or the corresponding time switch-on time
  • the reconnection time extended until finally the state is reached that the current through the inductance actually drops to zero may before the switch is again switched conductive and the current thus rises again.
  • This mode of operation (restarting on reaching the zero level) is typically referred to as “critical mode” (BCM, also abbreviated to “limit operating mode”).
  • a positive zero crossing of the current through the inductance is a current which at the same time shows a positive gradient at a time when the current has the value zero, ie a first derivative of the course of the current at the time of the zero crossing greater than zero (positive) is.
  • the time ranges of the positive zero crossings can be detected by measurement (for example of the current through the inductance), or can be predicted on the basis of the resonant frequency known from the dimensioning of the components.
  • the light output can not be changed continuously by continuously changing the reconnection time, but only in increments ("valley switching operation") between a or more positive zero crossings of the current through the inductance, which can lead to jumps in the light output, which can also be perceived optically as flickering during a dimming ramp.
  • the invention addresses this problem and provides a technique which, at dimming in the leaky mode and transitioning from the critical mode to the spanning mode, at least reduces the problem of jumps in the output power of the converter, even if reconnecting only at the times the positive zero crossings of the current through the inductance takes place. Repeated jumping of the converter between two operating points, wherein the two operating points are characterized by the respective discretely spaced reclosing times of the switch, in a steady state operation of the converter is to be prevented.
  • the embodiment should be such that an ASIC is not necessarily required as a control device, but that a microcontroller can also initiate the corresponding activation of the switch.
  • a first aspect of the invention relates to an operating device for the dimmable operation of lighting devices, in particular one or more LED (s). It has a control circuit which has a clocked converter circuit with an energy storage element, in particular at least one inductance, and at least one switch, which is clocked starting from the control circuit.
  • the converter circuit can be, for example, a buck converter or a boost converter.
  • the control circuit is designed to operate the converter circuit selectively, in particular by a signal specifying the power, by driving the switch, at least in the critical mode or in the mode with a gaping current.
  • a first dimming range therefore, there is an operation in the latching mode
  • another separate dimming range there is an operation in the critical mode.
  • These two modes may be adjacent to each other, however, a hybrid mode may also be provided between them, in which the gaping or critical mode is temporally multiplexed. (Optionally, the critical mode can also be connected to a continuous mode).
  • the control circuit sets the switch-on instant of the switch in discrete increments into one of the time ranges after the first zero crossing, in which the current during the discharge of the energy storage element performs a rising zero crossing.
  • the control circuit is designed to regulate, with an incremental change in the reconnection time, a feedback variable influencing the luminous flux power by direct or indirect change in the switch-on duration of the switch.
  • the control circuit can be designed to
  • the control circuit can be designed to carry out an incremental change of the reclosing time, if the control with the control variable "switch-on time" has predetermined minimum or maximum values of the duty cycle or of a variable influencing them, so to speak, this regulation by means of the change of the switch-on to their Limits are encountered. Accordingly, the control circuit may be designed so that when the switch-on time is maximum and at the same time a set long dead time is not sufficient to achieve a desired average current, make an incremental reduction of the dead time by selecting a time earlier Wiedererschaltzeithuis.
  • the on-time is maximum when, for example, a maximum allowable peak current value I pea k is achieved by the inductor current II (coil current II).
  • An incremental extension of the reconnection time is to be understood as a time shift of the reconnection time at a later time later by a predetermined period of time.
  • the predetermined period of time may in particular comprise one or more periods of the resonance oscillation.
  • the decrease in the reconnection timing is accordingly a time shift of the reconnection timing to a time earlier by a predetermined period of time.
  • the control circuit may be configured to specify the change in the switch-on period of the switch indirectly by specifying a switch-off threshold for the current through the switch or directly by specifying the switch-on period.
  • the control circuit may be configured to, in the event of a transition from the critical mode to the latching current mode, suddenly increase the value for the switch-on time duration of the switch.
  • the converter circuit can be, for example, a boost, buck, buck / boost or flyback converter.
  • control circuit configured to perform in the latching operation, a change in the reconnection time to a calculated different reclosing time different from a current reconnection time only if the new reclosing time of the switch from the current reconnection time by a time greater than deviates predetermined value.
  • the switch-on time can be changed from period to period t pe period, that is to say very quickly.
  • the turn-off because it is generated for example by a digital / analog converter and supplied to a comparator, not be changed arbitrarily fast.
  • the turn-off threshold can be set to achieve the ideal value for Ipea k, fluctuations in the average load current can occur because the turn-off threshold can not be varied as rapidly as it is for the reclosing time.
  • this hysteresis is a frequent change (engl .: toggle) of the reconnection time.
  • a stability of the average load current is improved, so that, for example, a light output of the lamp can now be flicker-free.
  • the predetermined value is a period of time that is longer than 50% of a period of a resonant oscillation of the current through the energy storage element during a dead time of the clocked converter.
  • the predetermined value is a period of time greater than 55%, preferably a period of time greater than 62.5% of the period of a resonant oscillation of the current through the energy storage element during a dead time of the clocked converter.
  • Other values for the predetermined value between 0.5 and 1.0 are also possible.
  • Another Aspect of the invention relates to a method for dimmable operation of lamps, in particular one or more LED (s), using a control circuit having a clocked converter circuit with an energy storage element and at least one switch, which is driven by the control circuit.
  • the converter circuit is operated in at least a partial area of the total dimming range in the mode with a gaping current.
  • the reclosing time is placed in discrete increments in the range of a rising zero crossing of the current through the storage element.
  • a switch-off threshold for the current through the switch or a switch-on time of the switch predefined for the dimming value to be set is set, and a rising zero crossing is set as the actual switch-on time closest to the theoretical, calculated switch-on time which results from the switch-off threshold or the turn-on time period and the dimming value to be set, and - the switch-off threshold or the switch-on duration changed depending on the deviation of the actual switch-on time from the theoretical switch-on time.
  • the predefined switch-off threshold for the current through the switch or a switch-on period of the switch can depend not only on the dimming value to be set, but on at least one further parameter, such as the voltage across the lighting means.
  • the invention also relates to a control circuit, for example. ASIC or microcontroller, which is designed for such a method.
  • a further aspect of the invention relates to a circuit for detecting the zero crossing of the current through the inductance of a buck converter, in particular a buck converter in an operating device of the type described above, having one with the potential at a connection point of the diode of the Buck converter and a switch of the Buck converter connected diode circuit which generates a preferably digital detection signal whose preferably logic level changes at a zero crossing of the current through the inductance.
  • This circuit may include a software or hardware block that prevents the level of the detection signal from changing after a first zero crossing at further zero crossings.
  • This circuit may comprise a control circuit, preferably a microcontroller, to which the detection signal is supplied.
  • a defined level change of the detection signal can trigger a starting of a counter in the microcontroller.
  • the detection signal starts the dead time Tdead.
  • Another aspect of the invention relates to a circuit for detecting the lower reversal point of the current through the inductance of a buck converter, comprising an auxiliary winding magnetically coupled to the inductance of the buck converter which generates a signal which switches a transistor producing a detection signal when the current through the inductor reaches its lower reversal point.
  • the detection signal thus triggers a storage of the counter readings of the lower reversal points (temporal position of the "valleys").
  • Yet another aspect of the invention relates to an operating device for lighting, comprising a clocked by a switch converter (clocked converter), in particular Buck converter, comprising a control circuit, the switch after a predetermined time t on or upon reaching a switch-off of the rising Switch current again nonconductive switches,
  • a switch converter locked converter
  • Buck converter comprising a control circuit
  • control circuit is supplied with a feedback signal which reproduces the voltage via the light source supplied by the operating device, the control circuit correcting the set time period t on or the switch-off threshold depending on the feedback signal.
  • the switch-off threshold is set as a function of a set average output current I aV g_nom.
  • the set peak current I pea k may consist of a part which is adaptively calculated on the basis of the selected reclosing time, and a corrective part, which is given for example by a regulator (I regulator), in order to achieve the average output current Lvg j om to be set ,
  • the turn-off threshold is preferably set lower at lower voltage across the lighting means than at higher voltage across the lighting means.
  • a correction value (further correction value) is thus taken into account, which is determined on the basis of the voltage across the lighting means. This ensures that the set average output current is really reached, for example independently of one Slope of a current increase via the inductance.
  • the correction value which takes into account the voltage across the lighting means, prevents higher peak currents resulting from given turn-off current delays at the same turn-off threshold at lower output voltage than at high output voltage. This is because a steepness of a current increase through the switch also depends on a voltage across the lamps.
  • time duration t on can be set independently of a voltage across the lighting means. In this case, a value for a switch-off delay can be taken into account, in particular subtracted.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a known buck converter for
  • Fig. 2 shows a current waveform as a function of switch state
  • FIG. 3 shows the application of the so-called. Valley switching in a selected
  • Fig. 4 shows a block diagram for carrying out the invention.
  • Fig. 5 shows waveforms in the practice of the invention.
  • Fig. 6 shows an implementation of the invention with two possible zero-crosses
  • FIGS. 7 to 10 show signal and current waveforms as well as a schematic circuit in FIG.
  • Fig. 12 shows, associated with the time course of the predetermined load current after
  • Fig. 13 shows, associated with the time course of the predetermined load current after
  • Fig. 11 calculated values for a dead time tdead_dom and set values for the dead time tdead after a further improved design with a hysteresis.
  • Fig. 14 shows further time courses of the predetermined average load current I ; avg nom for predefined dimming curves.
  • FIG. 15 shows, for the time courses of the predetermined average load current according to FIG.
  • Dead time tdead with a hysteresis for time-increasing and time-decreasing values of the given load current in a section.
  • FIG. 1 schematically shows a known buck converter 1 for operating a light path 6 as an example of a typical load of the Buck converter 1.
  • a DC operating voltage VLED for a light path 6 is provided.
  • the voltage VLED increases by charging the capacitor, while it decreases in the off state of the switch 5.
  • the human eye perceives only the time average with appropriate high-frequency control of the switch 5.
  • the switch 5 is controlled by a control circuit 2 via a signal input (control input 3).
  • the control circuit may be an ASIC or preferably a microcontroller.
  • Fig. 2 shows corresponding signal, - voltage and current waveforms.
  • the signal HS is the level at the control input 3 of the switch 5. During a time t on , this switch 5 is turned on , while it is switched non-conducting in the periods and tdead.
  • the diode 7 in Fig. 1 is conductive.
  • the lowermost curve in FIG. 2 is the current course through the inductance 4, which is denoted by II.
  • this current increases, while in the turn-off period f it decreases until it makes a first (falling) zero crossing. Due to resonance effects, a vibration pattern then occurs during the time period tdead.
  • a reconnection in this current gap according to the invention is always carried out to a temporal range (time) in which the current II through the inductor 4 performs a rising zero crossing.
  • the on-time t on can be output by the control circuit 2 timed.
  • the on-time t on can be specified by the control circuit 2 by the switch 5 is switched non-conductive as soon as the rising switch current reaches a predetermined upper cut-off threshold I pea k.
  • reconnecting only in discrete increments to the positive zero-crossing ranges of the current means that jumps in the light output can occur in intermittent operation, or at the transition from the critical mode to the mode with intermittent operation, since just no continuous Change of the reconnection time should be made and thus the supply of the light path 6 could not be continuous.
  • the luminous flux power is to be reduced in intermittent operation, a chronologically higher reclosing time for the switch 5 must be triggered abruptly.
  • the thus threatening power jump is now compensated for by maintaining a time- on- control when the switch-off period is held fixed.
  • the on-time t on not so held in lopsided operation, but designed adaptive and maintain a t on- time control.
  • this has the advantage, in terms of control technology, that a continuous on-time regulation is maintained throughout, ie both in intermittent operation and in critical mode or possibly also in continuous operation mode.
  • the dead time tdead is reduced by a jump of the zero crossing increments, and at the same time the t on- time is suddenly reduced to an estimated operating point to avoid light power jumps by then continuing the timing at this estimated operating point.
  • the switch-on time t on of the switch 5 can result either directly from a time- on-time regulation, but also indirectly, namely in particular by predefining a switch-off threshold I pea k for the switch current.
  • the new operating point can thus be a new switch-on time or a new switch-off threshold.
  • a jump in the dead time increment that is to say the selected positive zero crossing during the time tdead, can also be triggered when the time control or the shutdown threshold regulation encounters an upper or lower predetermined limit value for the t on time or the switch off threshold I pea k.
  • the control circuit 2 After specifying a change, in particular a jump for the setpoint value for the average LED current, the control circuit 2 first calculates how long the idle time tdead would have to be in the latching mode in order to achieve the average time current at a given switch-off threshold I pe ak_nom , This calculated dead time tdeadjom will normally not fall on a zero crossing of the current with positive gradients, so that then on the one hand the nearest zero crossing with positive gradient is selected, but at the same time the difference between the calculated dead time tdead j om and the nearest zero crossing is determined. Because of this known difference can then be set according to the new operating point of the cut-off threshold I pea k or WZeitregelung accordingly, whereupon the WZeitregelung is continued at this operating point.
  • the new shutdown threshold calculation circuit tdead 2 may not use the difference between tdead j om and the selected tdead, but may use the absolute value of the selected tdead based on the selected reclosing time.
  • the given switch-off threshold I pe ak_nom also depends on the desired value of the mean output current Iavgjom (average current Lvgjom). With this predetermined switch-off threshold I pe ak_nom, the dead time tdeadjom is then calculated. In order to prevent unnecessary jumping between different zero-crossings ("valleys"), which may possibly be visible as a jump in the luminous power, always taking into account a new average current Lvg j om the previous value of the zero crossing is taken into account to jump between to prevent two different zero crossings with positive gradients by a kind of hysteresis control.
  • the conversion of a set average current value Lvg j om to a switch-off threshold Ipeak or t on- time can be multidimensional, such that the selection of the switch-off threshold I pea k (or the direct t on- time default) takes place taking into account further parameters (via the Average current value addition). These further parameters can be, for example: the LED voltage V LED , since this has an influence on how sensitively the average value I aV g of the current reacts to the change in the switch-off threshold I pea k or the t on time.
  • the determination of the switch-off threshold I pea k or the t on- time dependent on the dimming value to be achieved determines the frequency of the occurrence of the switch-on.
  • the switch-off threshold I pea k is set so that as far as possible a constant frequency of the occurrence of the switch-on results, ie if possible the dead time tdead is kept constant.
  • FIG. 3 shows that the valley switching according to the invention, ie the incremental jump between different increments at positive zero crossings of the current through the energy storage element (inductance 4), is preferably only in an upper dimming range, then at 100% nominal output of the illuminant path 6 is performed.
  • the dead time tdead in the lopsided operation is so large that the decaying reverberation of the current II through the inductance 4 is no longer present or no longer plays a role.
  • the reclosing time t on the switch 5 can be adjusted continuously.
  • the dead time tdead can be changed continuously for a change in the mean output current I aV g.
  • the dead time tdead If the dead time tdead is very large, the switching frequency of the switch 5 becomes correspondingly low. Losses due to the switching operations are correspondingly low. At a low dimming level, therefore, the dead time tdead can also be changed continuously accordingly.
  • Fig. 4 shows a schematic block diagram for carrying out the invention.
  • a block A designates a calculation block for calculating the nominal dead time tdead nom and the nominal shutdown threshold I pe ak_nom.
  • Block A in FIG. 4 calculates the nominal values for the dead time tdead nom and the switch-off threshold I pe ak_nom (or the switch-on time t on _nom) on the basis of a function or an adjustment table.
  • Block B then serves to implement the dead time control on the basis of these calculated nominal values.
  • a dead time compensation unit "tdead compensator” which receives as input information the selected valley from the block “select nearest neighbor” as well as the time mean value of the current through the LED path Lvg j om
  • the output variable of the current regulator is changed by the dead time compensator tdeadcompensator for shifting the operating point, resulting in a new Switch-off threshold for the switch current "new I pea k” results.
  • a buck converter 1 Shown in FIG. 6 is a buck converter 1 according to the present invention, the power path of which comprises a buck switch M1, a buck diode D1, an output filter capacitor C1 fed by the converter, which may be any low-pass filter, and the buck - Inductance Ll-A and a measuring resistor (shunt) Rl for measuring the buck current.
  • Diode-based circuit 8
  • a first detection circuit 8 and a second detection circuit 9 which may be present alternatively or simultaneously, and which are each adapted to generate a signal representing the time at which the inductor Ström II through the buck Inductance Ll-A crosses the zero line, which is referred to in English as 'zero crossing ZX'.
  • This circuit has two diodes D20, D21, two ohmic resistors R20, R21 and a Zener diode Z20.
  • This circuit is used to generate a signal which detects the beginning of the dead time tdead, ie the first drop of the inductor current II to zero.
  • the current II decreases from a maximum value ⁇ to zero.
  • the voltage at the midpoint (measured from the cathode of the diode D1 to ground potential) is at the logic low level, which means that the signal ZCD_l_filtered, which can be supplied to a pin of a microcontroller or ASIC, for example, during this time is also pulled low because the diode D20 is conductive.
  • the control circuit 2 outputs a ZCD_Filter_l_out signal at a logic high (high), which in turn pulls the signal ZCD l filtered high via the diode D21 has the advantage that thereby re-starting the dead time counter is avoided, ie restarting at further rising edges of the signal ZCD_l_filtered be prevented or hidden.
  • This circuit is used to determine possible reclosing times for the switch M1 (in the event that the reclosing times are not preliminarily stored due to known component dimensions).
  • the voltage across inductor L1-A is positive when the slope of current II is positive and the voltage is negative when the slope of the current is negative. Due to the 90 ° phase shift between current and voltage at an inductance, a voltage maximum occurs at the positive going zero crossing of the current, or a voltage minimum at the negative going zero crossing of the current. A reversal of the voltage takes place in each case at the maximum and minimum of the current through the inductance. In order to achieve minimum switching losses, so therefore the switch Ml should be turned on again at the positive going zero crossing of the current II. A reversal of the voltage across the inductance Ll-A occurs at a current minimum before this zero-crossing with a positive gradient.
  • the detected time in this approach according to the invention is half a half wave of the oscillation of the inductor current II after its first zero crossing before the optimal time for reconnection.
  • an auxiliary winding Ll-B is provided, which is coupled to the actual inductance Ll-A in the power path of the converter. If the voltage above LI is positive, diode D30 will turn off and switch Q30 will be on. The signal ZCD_1 which can be supplied to a pin of a control unit, in particular the control circuit 2, is thus logically low. If the voltage across LI is negative, diode D30 will conduct and switch Q30 will be off. Thus, the signal ZCD_1 is pulled up to the potential high (high) via the resistor R30, which corresponds to the potential of a supplied low-voltage power supply VDD.
  • the falling edges of the signal ZCD_1 represent the times at which the voltage across the inductance changes from negative to positive, which means that the current II has a minimum, followed by a positive zero crossing with a certain time delay of the inductance current takes place.
  • the current counter value of the dead time counter is stored in a memory "valley array”.
  • the rule algorithm that calculates the target dead time now selects one of the values in this filed valley array.
  • the control algorithm (block B) then selects, based on tdead nom, the valley which is closest to tdead nom. This tdead_vaiiey is then set ("New Tdead" in FIG. 4).
  • the calculated dead time will differ from the available Valley values, such that a new turn-off threshold I pe ak_comp for the peak current is calculated (or a new tone time is calculated) to provide the desired average current Lvgjom with the selected dead time tdead_vaiiey to reach.
  • measurement paths are provided, which can be defined as follows:
  • R40, R41 and C40 are used for LED voltage measurement.
  • R50, C50 These are used for averaging the measuring voltage across the measuring resistor Rl, in order to determine the average current, which can then be fed via an AD converter of the control circuit.
  • R51 This signal is compared by means of a comparator with a set threshold. When the threshold is reached, the switch Ml is turned off. So this is one possible implementation for a threshold shutdown.
  • turn-off delays are caused for example by a so-called propagation delay of the comparator and the gate driver, as well as finite edge slopes and parasitic capacitances.
  • the actually flowing peak current and the thus resulting time average is thus falsified, this deviation depending on the steepness of the current dl / dt.
  • typical turn-off delays may be in the range of several hundred nanoseconds, which may, for example, cause the peak current at 1.2 amps to be turned off instead of a desired turn-off value of 1 amp at a steep current increase dl / dt of the switch current.
  • the steepness of the current increase through the primary-side switch 5 depends inter alia on the voltage V LED across the load, for example an LED load.
  • V LED voltage across the load
  • the current increase is very steep, resulting in a large overshoot of the peak current, conversely, a high LED voltage V LED leads to a less steep increase in current when the primary side is on Switch of the clocked converter, which in turn leads to a lower overshoot of the peak current.
  • the switch-off threshold value is now set as a function of the detected output-side voltage, in particular a measured LED voltage.
  • the threshold value I pea k is reduced relatively little (for example, from 1 ampere to 0.95 amperes), while it is significantly reduced at a lower detected LED voltage V LED , for example, from a nominal value of 1 amp to 0.9 amperes, so that in fact results in the desired peak current of 1 ampere in both cases due to the off-delay.
  • the requirements for the accuracy of keeping the peak current are particularly large when the peak current is calculated, for example, as described above.
  • FIG. 7 shows how a different peak current can actually be set at two different operating points (slope of the current through the buck inductance when the switch 5 is conductive).
  • a switch-off threshold value of 1A depending on the operating point, a real peak current of 1.2A or 1.1A can be set, for example, even if the switch-off delay (which is dependent on the component) is constant.
  • the threshold values are now varied according to the operating point in order to compensate for the switch-off delay.
  • the shutdown threshold is set to 0.9A and in the second case to 0.8A. Due to the switch-off delay, in both scenarios (with a different slope of the current through the inductance 4), the desired (for example, pre-calculated) peak current of 1A is obtained, and the switch-off delay is thus compensated in this regard.
  • An example is calculated peak current I pea k_com P , which is calculated, for example, from a desired dimming value (current average) and a selected dead time, said calculated peak current I pea k_com P by the output signal of a controller, such as a Integral controller, deltalpk is easily corrected. The sum of both paths then gives a desired peak current of, for example, 1A. Depending on the operating point, a correction value I p k_overshoot is now deducted from this calculated desired target value. With small LED voltages with steep current increase (large dl / dt) is corrected with a relatively high value (for example, the value I p k_overshoot be 0.2A). At high LED voltages V LED with flat current increase (low dl / dt) is corrected accordingly less strong (then, for example, the value of I p k_overshoot be 0.1A).
  • the digital peak current value is converted in a DA converter DAC into an analog threshold value.
  • the threshold value is passed to a comparator, which compares the threshold value with the actual voltage drop at, for example, a shunt, the voltage drop the shunt reflects the current through the buck inductor.
  • the comparator switches its output, which leads to switching off the Buck switch 5.
  • the factor "I pe ak_overshoot" is determined as a function of the measured LED voltage V LED , for example according to an analytical function or a stored table which reproduces the function, for example, according to FIG. 10.
  • Information regarding the slope of the current increase by the switch 5. the use of at least one of the value of the inductance 4, the input voltage Vbus or the output voltage V LED and any combinations thereof.
  • the relationship between the correction value I pea k_overshoot and the selected parameter is linear in an example of FIG. 10 (linear dependence of the voltage across the LED segment V LED ). However, this dependence can not be linear.
  • the correction factor I pea k_overshoot is calculated continuously or at regular intervals.
  • the buck current increases by a value I p kov, so that, with a constant switch-off delay, the overshoot value I p k_ov to be corrected can be calculated at any time according to the following formula:
  • L denotes the value of the inductance 4 of the clocked converter.
  • 11 shows a time characteristic of a predetermined load current I aV g_nom.
  • the abscissa represents the time t for a time segment of a dimming process of a light path 6, for example a slow dimming for 4 seconds for a transition from a dimming level (dimming value) 100% to a dimming level of 1% percent.
  • Fig. 11 only a portion of the dimming process is shown in the drawing. For the complete dimming process, the value reached on the y-axis at the end of the dimming process has fallen to exactly 1% of the initial value.
  • the target brightness value in FIG. 11 is plotted in the form of a nominal average load current Lvg j om.
  • the dimming process for the light path 6 is characterized by a desired falling curve 10 of the nominal average load current Lvg j om, the clocked converter 1 provides at its output as a nominal value Lvg j om possible actual value of the average load current Lvg.
  • FIG. 12 shows values for the dead time tdead_do m and set values for the dead time tdead assigned to the time profile 10 of the predetermined load current I aV g_nom according to FIG. 11.
  • the time t for the time interval of the dimming process according to FIG. 11 is plotted on the abscissa of FIG.
  • the calculated dead time tdead j om shows a gradient 11 rising in the opposite direction to the falling curve 10 of the nominal average load current Iavg j om.
  • the clocked converter 1 generates the sinking load current I aV g with an increase in the calculated dead time tdeadjom. Since a restart of the switch 5 is to take place only at discretely spaced time points, an increase of the actually set dead time tdead takes place only in discrete steps. This leads to the stepped rising curve 12 of the dead time tdead shown in FIG. 12 over the time t for the time segment of the dimming process of the light path 6 in FIG. 11.
  • FIG. 12 shows that always the, the calculated (nominal) dead time tdead j om nearest zero crossing of the inductor current II is selected, and thus determines the current value for tdead.
  • the threshold lies at 50% of a period of the oscillation process of the clocked converter 1. In terms of time, this corresponds exactly to half the distance between two "valleys", ie two negative half-waves of the inductance current II or half a period of the resonance oscillation.
  • FIG. 12 also shows that in the case of three transitions 12.1 of the total of four transitions of the curve 12 shown, the dead time tdead enters a next higher value of the dead time tdead toggle occurs between two adjacent positive-gradient zero crossings.
  • This short-term change between adjacent discrete reconnection times is based on non-ideal determination of the peak current I pea k in conjunction with a frequent change of the positive zero crossing of the inductance current II closest to the calculated reclosing time. Also, the detection of the valleys is subject to fluctuations. The detected possible reclosing times fluctuate. This results in short-term fluctuations in the average load current Lvg and thus ILED, which can be perceptible, for example, as flickering of the light output of the illuminant section 6.
  • a change in the reconnection time to a calculated new reconnection time other than a current reclosing time is performed only if the new reconnection time of the switch deviates from the current reconnection time by a time greater than a predetermined value, in particular greater than 50% of the period of the resonance oscillation a frequent short-term change of the reconnection time is prevented by this hysteresis.
  • a stability of the average load current is improved, so that, for example, a light output of the light source can be flicker-free.
  • FIG. 13 shows values for a dead time tdead_d om and set values for the dead time tdead, assigned to the time characteristic of the predetermined load current Lvg j om according to FIG. 11, according to a further improved embodiment with a hysteresis.
  • the predetermined value is set to 10/16 and 62.5%, respectively, in the embodiment of FIG. This means that for the dimming process in the direction of a lower light output or a lower average load current I aV g, one of the calculated dead time tdeadjom remains adjacent smaller dead time tdead until the calculated dead time tdead j om is greater than 10/16 of the period the resonance oscillation deviates from the currently selected and set dead time tdead.
  • Fig. 13 shows in the illustrated step-shaped curve 13 of the dead time tdead reached by means of the introduced hysteresis suppression of choiritigen alternation at the transitions 12.1 of the course 12 of the dead time tdead to a next higher value of the dead time tdead in Fig. 12.
  • an improved since flicker-free light output of the light-emitting means path 6 is achieved by an increased temporal stability of the average load current I aV g.
  • the hysteresis introduced in the previously discussed embodiment of the clocked converter 1 further causes different operating points of the clocked converter 1 to result for a specific dimming value of the load current I aV g_nom.
  • the different operating points are each characterized by a set dead time tdead and a set peak current I pea k. This will be further explained with reference to FIG. 16.
  • FIG. 14 shows two further time courses of the predetermined average load current Ia V g_nom for the clocked converter 1 over the time t plotted in the direction of the abscissa.
  • the predetermined average load current is given in representative digital values.
  • the first curve 14 represents a dimming process in the direction of a lower average load current I aV g.
  • the second curve 15 represents a dimming process in the direction of a higher average load current I aV g.
  • the first curve 14 of the predetermined average load current I aV g_nom and the second curve 15 of the predetermined average load current I aV g_nom intersect at an intersection point 16.
  • Intersection point 16 is characterized by an assigned value of the predetermined average load current I aV g_nom which is both part of the curve 14 as well as the course 15 of the dimming operations of the average load current I aV g.
  • FIG. 15 shows values for the dead time tdead_dom and set values for the dead time tdead with a hysteresis for the time profiles 14, 15 of the predetermined load current according to FIG. 14.
  • the first curve 16 of the calculated average dead time tdeadjom represents the calculated dead time d nom for the second curve 15 of the predetermined average load current Iavg j om for a dimming operation in the direction of a higher average load current I aV g.
  • the curve 17 is the actually set dead time tdead associated with the first curve 16 of the calculated average dead time d nom.
  • the dead time tdead decreases with increasing time t.
  • the dimming value increases towards a higher light output of the light-emitting means path 6 due to an increasing average load current I aV g.
  • the second curve 18 of the calculated average dead time tdead j om represents the calculated dead time for the first curve 14 of the predetermined average load current Iavg j om for a dimming operation in the direction of a reduced average load current I aV g. This reduces the dimming value towards a weaker light output of the illuminant path 6 due to a decreasing average load current I aV g.
  • the curve 19 is the actually set dead time tdead to the second curve 18 of the calculated average dead time tdead j om corresponding to a dimming operation towards smaller dimming values.
  • a change of the selected zero crossing of the inductance current II as a reclosing time of the switch 5 is made by the control circuit 2, if the time interval between the calculated theoretical reconnection time and the currently selected reclose time greater than the product of hysteresis factor k and the period of the resonant oscillation of the clocked converter 1 is.
  • the period of the resonant oscillation of the clocked converter 1 corresponds to the time interval between two in-phase current values of the inductor current II during the resonant oscillation during the dead time tdead.
  • the time interval of two in-phase current values of the inductor current II during resonant oscillation corresponds to a height of one stage of the curves 17, 19 of the set dead time tdead in the ordinate direction of Fig. 15.
  • the height 20 in Fig. 15 is counter values , according to a normalized time.
  • a change of the selected reconnection time takes place in the exemplary embodiment selected in FIG. 15 with a hysteresis factor k of approximately 0.625. This can be seen from the fact that the change does not take place at half, ie 0.5 or 50% of the step height 20, which would correspond to the selection of the zero crossing with a positive gradient of the inductance current II temporally closest to a calculated switch-on time, but after approximately 0.625 or 62.5% corresponding to the first distance 21 at the curve 16 for decreasing dead time tdead or the distance 22 of the curve 18 for increasing dead time tdead.
  • 16 shows calculated values for the dead time tdead_d om and set values for the dead time tdead with a hysteresis for time-increasing and time-decreasing values of the predetermined load current in a section.
  • a predetermined average load current I aV g with an average current of 100 mA is provided by the clocked converter 1. This can be done on the one hand in a first operating point, which is characterized by a dead time tdead with a duration of four periods of resonance oscillation. There is thus a reconnection of the switch 5 of the clocked converter 1 at a zero crossing of the inductor current Ibuck with a positive gradient of the course of the coil current II in the fourth period of the resonant oscillation after turning off the switch 5. Turning off the switch 5 takes place in the first operating point upon reaching a peak current I pea k with a current of 300 mA.
  • a second operating point is characterized by a dead time tdead with a duration of five periods of the resonance oscillation. There is thus a reconnection of the switch 5 of the clocked converter 1 at a zero crossing of the inductor current II with a positive gradient of the course of the inductor current II in the fifth period of the resonant oscillation after turning off the switch 5. Turning off the switch 5 takes place in the second operating point upon reaching a peak current I pea k with a current of 330 mA.
  • FIG. 16 shows a value 26 of the dead time tdead of the rising dimming curve ""
  • the control circuit 2 sets the dead time with a hysteresis in FIG. 16.
  • the hysteresis may be 62.5% of the period of the resonant oscillation of the clocked converter 1.
  • the corresponding value 26 of the dead time tdead can alternatively be achieved via a falling dimming curve of the average load current I av g and a correspondingly increasing curve 23 of the dead time tdead_nom. This results in a step-increasing course 24 of the dead time tdead.
  • the control circuit 2 can determine the switch-off threshold for the peak current I pea k corresponding to the different values for the dead time tdeadi 28, tdead2 29 to I pea ki or I pe ak2 to the same setpoint I av g _nom with the current actual value of the load current I. reach aV g.
  • hysteresis factors each having different values for increasing and decreasing dimming characteristics of the load current I av g can be selected.

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Abstract

The invention relates to an operating device for the dimmable operation of illuminants, in particular of one or more LED(s), wherein the operating device has a control circuit, and also a converter circuit having an energy storage element and at least one switch driven on the basis of the control circuit; in this case, the control circuit is designed, by driving the switch, to operate the converter circuit optionally at least in the critical mode or in the mode with discontinuous current operation, wherein in discontinuous operation the restart switching time in discrete increments is put into the range of a rising zero crossing of the current through the storage element, wherein the control circuit is designed in this case, upon an incremental variation of the restart switching time, to carry out a regulation of a parameter influencing the illuminant power by means of direct or indirect variation of the switched-on time duration of the switch.

Description

Lampenbetriebsgerät mit Konverter in DCM  Lamp operating device with converter in DCM
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lampenbetriebsgerät, das insbesondere zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln, wie beispielsweise LEDs, ausgelegt ist. Unter LEDs sind selbstverständlich auch organische LEDs (OLEDs) zu verstehen. The present invention relates to a lamp operating device, which is designed in particular for the dimmable operation of light sources, such as LEDs. Of course, LEDs also mean organic LEDs (OLEDs).
Die Erfindung betrifft genauer gesagt dimmbare Betriebsgeräte für Leuchtmittel, die einen aktiv getakteten Konverter verwenden. Dabei steuert eine Steuerschaltung einen Schalter des getakteten Konverters an, derart, dass im eingeschalteten (leitfähigen) Zustand des Schalters ein Energie speicherelement (beispielsweise eine Induktivität) aufgeladen wird, welches Energie speicherelement sich im ausgeschalteten Zustand des Schalters (nicht leitfähiger Zustand des Schalters) wieder über die Leuchtmittelstrecke entlädt oder bevorzugt einen weiteren Energie Speicher (bspw. Kondensator) lädt, der wiederum die LED-Strecke mit einer ggf. mit Rippel behafteten DC-Spannung speist. Somit kommt es letztendlich zu einem ansteigenden und abfallenden Stromverlauf durch das Energiespeicherelement (Induktivität). More specifically, the invention relates to dimmable control gear for lighting devices that use an active clocked converter. In this case, a control circuit controls a switch of the clocked converter, such that in the switched (conductive) state of the switch, an energy storage element (such as an inductance) is charged, which energy storage element in the off state of the switch (non-conductive state of the switch) again discharges via the light path or preferably a further energy storage device (eg, capacitor) loads, which in turn feeds the LED track with a possibly rippled with DC voltage. Thus, ultimately, there is an increasing and decreasing current flow through the energy storage element (inductance).
Wenn eine relativ hohe mittlere Lichtleistung gewünscht ist, wird natürlich das Abfallen des Stroms durch die Induktivität auf einen Wert grösser als Null begrenzt, und der Schalter wird wieder leitfähig geschaltet, bevor der Strom durch die Induktivität auf Null abgesunken ist. Wenn indessen beispielsweise für ein Dimmen die Lichtleistung verringert werden soll, wird die Wiedereinschaltschwelle (oder der entsprechende zeitliche Wiedereinschaltzeitpunkt) dementsprechend verringert (bzw. der Wiedereinschaltzeitpunkt verlängert), bis schließlich der Zustand erreicht wird, dass der Strom durch die Induktivität tatsächlich bis auf Null abfallen darf, bevor der Schalter wieder leitfähig geschaltet wird und der Strom somit wieder ansteigt. Of course, if a relatively high average light output is desired, the current drop through the inductor is limited to a value greater than zero, and the switch is again rendered conductive before the current through the inductor has dropped to zero. Meanwhile, for example, if the light output is to be decreased for dimming, the restart threshold (or the corresponding time switch-on time) is correspondingly reduced (or the reconnection time extended), until finally the state is reached that the current through the inductance actually drops to zero may before the switch is again switched conductive and the current thus rises again.
Diese Betriebsart (Wiedereinschalten bei Erreichen des Null-Pegels) wird typischerweise „kritischer Modus" (engl, critical mode oder borderline mode, abgekürzt BCM, auch: Grenzbetriebsmodus) bezeichnet. This mode of operation (restarting on reaching the zero level) is typically referred to as "critical mode" (BCM, also abbreviated to "limit operating mode").
Wenn nunmehr ausgehend von diesem kritischen Modus die Lichtleistung weiter verringert werden soll, muss natürlich eine Totzeit eingeführt werden zwischen dem Abfallen des Stroms durch die Induktivität auf Null, und dem Wiedereinschalten des Schalters. Diese Betriebsart wird dementsprechend„Modus mit lückendem Strom" bezeichnet (engl, discontinuous mode, DCM, auch: lückender Betriebsmodus, lückender Modus). Es ist indessen vorteilhaft, das Wiedereinschalten im Modus mit lückendem Strom nicht zu beliebigen Zeitpunkten auszuführen, sondern nur dann, wenn der nach dem ersten Nulldurchgang (aufgrund von Resonanzeffekten) nachschwingende und somit mehrfach die Null-Linie kreuzende Strom durch die Induktivität einen ansteigenden Nulldurchgang durchführt. Nur bei Wiedereinschalten des Schalters in diesen zeitlichen Bereichen des positivem Nulldurchgangs des Stroms durch die Induktivität kann ein spannungsloses Schalten des Schalters („zero voltage switching", ZVS) erzielt werden. Of course, if now, starting from this critical mode, the light output is to be further reduced, a dead time must be introduced between the drop of the current through the inductor to zero and the reconnection of the switch. This operating mode is accordingly called "mode with a gaping current" (English, discontinuous mode, DCM, also: gaping operating mode, gaping mode). It is advantageous, however, not to perform the reclosing in the lapping current mode at arbitrary times, but only when the current that trails after the first zero crossing (due to resonance effects) and thus crosses the zero line several times through the inductor makes a rising zero crossing , Only upon reconnection of the switch in these time ranges of the positive zero crossing of the current through the inductance, a zero-voltage switching (ZVS) can be achieved.
Ein positiver Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität ist ein Strom, der zu einem Zeitpunkt, zu dem der Strom den Wert Null aufweist, zugleich einen positiven Gradienten zeigt, also eine erste Ableitung des Verlaufs des Stroms zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs größer als Null (positiv) ist. A positive zero crossing of the current through the inductance is a current which at the same time shows a positive gradient at a time when the current has the value zero, ie a first derivative of the course of the current at the time of the zero crossing greater than zero (positive) is.
Die zeitlichen Bereiche der positiven Nulldurchgänge können durch Messung (bspw. des Stroms durch die Induktivität) erfasst sein, oder aufgrund der durch die Dimensionierung der Bauteile bekannten Resonanzfrequenz vorausberechnet werden. Somit ergibt sich also das Problem, dass im lückenden Betrieb bzw. beim Übergang vom kritischen Modus in den lückenden Betrieb die Leuchtmittelleistung nicht mehr durch kontinuierliche Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunktes stetig verändert werden kann, sondern nur in Inkrementen („valley switching-Betrieb") zwischen einem oder mehreren positiven Nulldurchgängen des Stroms durch die Induktivität, was zu Sprüngen in der Lichtleistung führen kann, die auch optisch als Flackern während einer Dimmrampe wahrgenommen werden können. The time ranges of the positive zero crossings can be detected by measurement (for example of the current through the inductance), or can be predicted on the basis of the resonant frequency known from the dimensioning of the components. Thus, there is thus the problem that in the intermittent operation or the transition from the critical mode in the lopsided operation, the light output can not be changed continuously by continuously changing the reconnection time, but only in increments ("valley switching operation") between a or more positive zero crossings of the current through the inductance, which can lead to jumps in the light output, which can also be perceived optically as flickering during a dimming ramp.
Die Erfindung setzt an diesem Problem an und stellt eine Technik bereit, die bei einem Dimmen im lückenden Betrieb bzw. beim Übergang vom kritischen Modus in den lückenden Betrieb das Problem der Sprünge der Ausgangsleistung des Konverters zumindest verringert, auch wenn das Wiedereinschalten nur zu den Zeitpunkten der positiven Nulldurchgängen des Stroms durch die Induktivität erfolgt. Ein wiederholtes Springen des Konverters zwischen zwei Arbeitspunkten, wobei die zwei Arbeitspunkte durch die jeweiligen diskret beabstandeten Wiedereinschaltzeitpunkte des Schalters gekennzeichnet sind, in einem stationären Betrieb (engl.: steady State) des Konverters ist zu verhindern. The invention addresses this problem and provides a technique which, at dimming in the leaky mode and transitioning from the critical mode to the spanning mode, at least reduces the problem of jumps in the output power of the converter, even if reconnecting only at the times the positive zero crossings of the current through the inductance takes place. Repeated jumping of the converter between two operating points, wherein the two operating points are characterized by the respective discretely spaced reclosing times of the switch, in a steady state operation of the converter is to be prevented.
Als weiteren Aspekt soll dabei die Ausgestaltung derart sein, dass nicht unbedingt ein ASIC als Steuereinrichtung benötigt wird, sondern dass auch ein Mikrokontroller die entsprechende Ansteuerung des Schalters veranlassen kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in vorteilhafter Weise weiter. As a further aspect, the embodiment should be such that an ASIC is not necessarily required as a control device, but that a microcontroller can also initiate the corresponding activation of the switch. This object is solved by the features of the independent claims. The dependent claims further advantageously form the central idea of the invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsgerät zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere einer oder mehrere LED(s). Es weist auf eine Steuerschaltung, die eine getaktete Konverterschaltung mit einem Energiespeicherelement, insbesondere wenigstens einer Induktivität, und wenigstens einem Schalter aufweist, der ausgehend von der Steuerschaltung getaktet ist. Die Konverterschaltung kann bspw. ein Buck- oder ein Boost- Konverter sein. A first aspect of the invention relates to an operating device for the dimmable operation of lighting devices, in particular one or more LED (s). It has a control circuit which has a clocked converter circuit with an energy storage element, in particular at least one inductance, and at least one switch, which is clocked starting from the control circuit. The converter circuit can be, for example, a buck converter or a boost converter.
Die Steuerschaltung ist dazu ausgelegt, durch Ansteuerung des Schalters die Konverterschaltung wahlweise, insbesondere von einem die Leistung vorgebenden Signal wenigstens im kritischen Modus oder im Modus mit lückendem Strom zu betreiben. In einem ersten Dimmbereich liegt also ein Betrieb im lückenden Modus vor, und in einem weiteren davon getrennten Dimmbereich ein Betrieb im kritischen Modus. Diese beiden Modi können aneinander angrenzen, es kann indessen zwischen ihnen auch ein Hybridmodus vorgesehen sein, in dem der lückende bzw. der kritische Modus im zeitlichen Multiplex vorliegen. (Optional kann sich an den kritischen Modus auch ein kontinuierlicher Modus anschliessen). The control circuit is designed to operate the converter circuit selectively, in particular by a signal specifying the power, by driving the switch, at least in the critical mode or in the mode with a gaping current. In a first dimming range, therefore, there is an operation in the latching mode, and in another separate dimming range, there is an operation in the critical mode. These two modes may be adjacent to each other, however, a hybrid mode may also be provided between them, in which the gaping or critical mode is temporally multiplexed. (Optionally, the critical mode can also be connected to a continuous mode).
Die Steuerschaltung setzt im lückenden Betrieb den Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters in diskreten Inkrementen in einen der zeitlichen Bereiche nach dem ersten Nulldurchgang, in denen der Strom beim Entladen des Energiespeicherelements einen steigenden Nulldurchgang vollführt. Die Steuerschaltung ist dabei dazu ausgelegt, bei einer inkrementellen Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts eine die Leuchtmittel-Leistung beeinflussenden Rückführgröße durch direkte oder indirekte Veränderung der Einschaltzeitdauer des Schalters zu regeln. In the latching operation, the control circuit sets the switch-on instant of the switch in discrete increments into one of the time ranges after the first zero crossing, in which the current during the discharge of the energy storage element performs a rising zero crossing. In this case, the control circuit is designed to regulate, with an incremental change in the reconnection time, a feedback variable influencing the luminous flux power by direct or indirect change in the switch-on duration of the switch.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, The control circuit can be designed to
- bei einer inkrementellen Verlängerung des Wiedereinschaltzeitpunkts inkrementell bzw. sprunghaft die Einschaltzeitdauer zu verlängern und dann eine Regelung mit der Steuergröße „Einschaltzeitdauer" durchzuführen und,  incrementally or step-by-step, with an incremental prolongation of the reconnection time, the switch-on time duration and then carry out a control with the control variable "switch-on time duration" and
- bei einer inkrementellen Verringerung des Wiedereinschaltzeitpunkts inkrementell bzw. sprunghaft die Einschaltzeitdauer zu verkürzen und dann eine Regelung mit der Steuergröße „Einschaltzeitdauer" durchzuführen.  - Incremental or abruptly reduce the switch-on time and then perform a control with the control variable "switch-on time" at an incremental reduction of the reclosing time.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine inkrementelle Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts durchzuführen, wenn die Regelung mit der Steuergröße „Einschaltzeitdauer" vorgegebene Mindest- oder Maximalwerte der Einschaltdauer oder einer diese beeinflussenden Größe zur Folge hat, also sozusagen diese Regelung mittels der Veränderung der Einschaltzeitdauer an ihre Grenzen stößt. Entsprechend kann die Steuerschaltung dazu ausgelegt sein, dass wenn die Einschaltzeitdauer maximal ist und zugleich eine eingestellte lange Totzeit nicht ausreicht, einen gewünschten Strommittelwert zu erreichen, eine inkrementelle Verkürzung der Totzeit durch Wahl eines zeitlich früheren Wiedereinschaltzeitpunkts vorzunehmen. Die Einschaltzeitdauer ist maximal, wenn zum Beispiel ein maximal erlaubter Spitzenstromwert Ipeak durch den Induktivitätsstrom II (Spulenstrom II) erreicht wird. The control circuit can be designed to carry out an incremental change of the reclosing time, if the control with the control variable "switch-on time" has predetermined minimum or maximum values of the duty cycle or of a variable influencing them, so to speak, this regulation by means of the change of the switch-on to their Limits are encountered. Accordingly, the control circuit may be designed so that when the switch-on time is maximum and at the same time a set long dead time is not sufficient to achieve a desired average current, make an incremental reduction of the dead time by selecting a time earlier Wiedererschaltzeitpunkts. The on-time is maximum when, for example, a maximum allowable peak current value I pea k is achieved by the inductor current II (coil current II).
Eine inkrementelle Verlängerung des Wiedereinschaltzeitpunkts ist als eine zeitliche Verschiebung des Wiedereinschaltzeitpunkts zu einem um eine vorbestimmte Zeitdauer zeitlich später liegenden Zeitpunkt zu verstehen. Die vorbestimmte Zeitdauer (Inkrement) kann insbesondere eine oder mehrere Perioden der Resonanz Schwingung umfassen. Die Verringerung des Wiedereinschaltzeitpunkts ist entsprechend eine zeitliche Verschiebung des Wiedereinschaltzeitpunkts zu einem um ein vorbestimmte Zeitdauer zeitlich früher liegenden Zeitpunkt. An incremental extension of the reconnection time is to be understood as a time shift of the reconnection time at a later time later by a predetermined period of time. The predetermined period of time (increment) may in particular comprise one or more periods of the resonance oscillation. The decrease in the reconnection timing is accordingly a time shift of the reconnection timing to a time earlier by a predetermined period of time.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, die Veränderung der Einschaltzeitdauer des Schalters indirekt durch Vorgabe einer Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter oder direkt durch Vorgabe der Einschaltzeitdauer vorzugeben. The control circuit may be configured to specify the change in the switch-on period of the switch indirectly by specifying a switch-off threshold for the current through the switch or directly by specifying the switch-on period.
Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, bei einem Übergang vom kritischen Modus in den Modus mit lückendem Strombetrieb den Wert für die Einschaltzeitdauer des Schalters sprunghaft zu verlängern. Die Konverterschaltung kann bspw. ein Boost-, Buck-, Buck/Boost- oder Flyback-Konverter sein. The control circuit may be configured to, in the event of a transition from the critical mode to the latching current mode, suddenly increase the value for the switch-on time duration of the switch. The converter circuit can be, for example, a boost, buck, buck / boost or flyback converter.
Das Betriebsgerät einer bevorzugten Ausführung, umfasst die Steuerschaltung dafür ausgelegt, in dem lückenden Betrieb eine Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts zu einem von einem aktuellen Wiedereinschaltzeitpunkt verschiedenen berechneten neuen Wiedereinschaltzeitpunkt nur dann auszuführen, wenn der neue Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters von dem aktuellen Wiedereinschaltzeitpunkt um eine Zeit größer als ein vorbestimmter Wert abweicht. The operating device of a preferred embodiment, the control circuit configured to perform in the latching operation, a change in the reconnection time to a calculated different reclosing time different from a current reconnection time only if the new reclosing time of the switch from the current reconnection time by a time greater than deviates predetermined value.
Damit wird ein unerwünschtes Springen des Wiedereinschaltzeitpunkts zwischen benachbarten Nulldurchgängen mit positivem Gradienten des Stroms durch das Energiespeicherelement während der Totzeit vermieden. Ein solches, unerwünschtes und möglicherweise mehrfach wiederholtes Springen (engl, toggle), insbesondere zwischen benachbarten Nulldurchgängen des Stroms, tritt vor Allem dann auf, wenn eine berechnete Dauer der Totzeit für die Einstellung eines geforderten mittleren Laststroms etwa mittig zu zwei benachbarten Nulldurchgängen mit positivem Gradienten des Stroms durch das Energiespeicherelement liegt. Dann tritt der Fall ein, dass je nach aktuell detektiertem Nulldurchgang ein Wiedereinschaltzeitpunkt von zwei benachbarten Nulldurchgängen des Stroms durch das Energiespeicherelement ausgewählt wird. Die Detektion eines Nulldurchgangs ist allerdings mit Ungenauigkeiten behaftet (engl.:„Jitter"). Der Wiedereinschaltzeitpunkt kann daher immer wieder wechseln, möglicherweise für jede Schalterperiode tperiode. Erfolgt eine Ermittlung eines Spitzenstroms Ipeak, der diesen zeitlichen Wechsel des Wiedereinschaltzeitpunkts für denselben geforderten mittleren Laststrom kompensieren könnte, in idealer Weise, so ist keine Abweichung des tatsächlichen mittleren Laststroms von dem geforderten mittleren Laststrom feststellbar. This avoids undesirable jumping of the reclosing time between adjacent positive-gradient current passes through the energy storage element during the dead time. Such unwanted and possibly multiple repeated gating, especially between adjacent zero crossings of the current, occurs when a calculated duration of dead time for setting a required average load current is approximately midway to two adjacent positive gradient zero crossings the current through the energy storage element is located. Then the case occurs in that, depending on the currently detected zero crossing, a reclosing time of two adjacent zero crossings of the current through the energy storage element is selected. However, the detection of a zero crossing is subject to inaccuracies (English: "jitter") .The reconnection time can therefore change over and over again, possibly for each switch period t pe riode If there is a determination of a peak current I pea k, this temporal change of the reconnection time for could compensate for the same required average load current, ideally, so no deviation of the actual average load current from the required average load current is detected.
In der Realität führt allerdings eine nichtideale Bestimmung des Spitzenstroms Ipeak in Verbindung mit einem häufigen Wechsel der Auswahl des nächstliegenden Nulldurchgangs zu dem berechneten Wiedereinschaltzeitpunkt als ausgewählter Wiedereinschaltzeitpunkt zu kurzfristigen Schwankungen in dem mittleren Laststrom. Diese kurzfristigen Schwankungen des mittleren Laststroms können beispielsweise als Flackern eines Leuchtmittels wahrnehmbar sein. In reality, however, a non-ideal determination of the peak current Ipea k in conjunction with a frequent change in the selection of the nearest zero crossing to the calculated reclosing time as a selected reclosing time will result in short-term fluctuations in the average load current. These short-term fluctuations of the average load current can be perceptible, for example, as flickering of a light source.
Wird der Spitzenstrom Ipeak über eine Abschaltschwelle eingestellt, so kann der Wiedereinschaltzeitpunkt von Periode zu Periode tperiode, also sehr schnell, verändert werden. Die Abschaltschwelle kann hingegen, da sie zum Beispiel von einem Digital/ Analog-Konverter erzeugt und einem Komparator zugeführt wird, nicht beliebig schnell verändert werden. Auch wenn die Abschaltschwelle so eingestellt werden kann, das der ideale Wert für Ipeak erreicht wird, können Schwankungen im mittleren Laststrom auftreten, da die Abschaltschwelle nicht gleich schnell variiert werden kann wie es für den Wiedereinschaltzeitpunkt der Fall ist. If the peak current I pea k is set via a switch-off threshold, then the switch-on time can be changed from period to period t pe period, that is to say very quickly. The turn-off, however, because it is generated for example by a digital / analog converter and supplied to a comparator, not be changed arbitrarily fast. Although the turn-off threshold can be set to achieve the ideal value for Ipea k, fluctuations in the average load current can occur because the turn-off threshold can not be varied as rapidly as it is for the reclosing time.
Wird eine Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts zu einem von einem aktuellen Wiedereinschaltzeitpunkt verschiedenen berechneten neuen Wiedereinschaltzeitpunkt nur dann ausgeführt, wenn der neue Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters von dem aktuellen Wiedereinschaltzeitpunkt um eine Zeit größer als ein vorbestimmter Wert abweicht, so wird über diese Hysterese ein häufiger kurzzeitiger Wechsel (engl.: toggle) des Wiedereinschaltzeitpunkts unterbunden. Eine Stabilität des mittleren Laststroms wird verbessert, womit zum Beispiel eine Lichtabgabe des Leuchtmittels nun flackerfrei erfolgen kann. If a change in the reconnection time to a different calculated new reconnection time different from a current reconnection time only executed when the new reconnection time of the switch from the current reconnection time by a time greater than a predetermined value deviates, this hysteresis is a frequent change (engl .: toggle) of the reconnection time. A stability of the average load current is improved, so that, for example, a light output of the lamp can now be flicker-free.
Bevorzugt ist der vorbestimmte Wert eine Zeitdauer, die länger als 50% einer Periodendauer einer Resonanzschwingung des Stroms durch das Energie speicherelement während einer Totzeit des getakteten Konverters ist. Insbesondere ist der vorbestimmte Wert eine Zeitdauer länger als 55 %, bevorzugt eine Zeitdauer länger als 62.5% der Periodendauer einer Resonanzschwingung des Stroms durch das Energiespeicherelement während einer Totzeit des getakteten Konverters. Andere Werte für den vorbestimmten Wert zwischen 0.5 und 1.0 sind ebenso möglich. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln, insbesondere einer oder mehrere LED(s), unter Verwendung einer Steuerschaltung, die eine getaktete Konverterschaltung mit einem Energie speicherelement und wenigstens einem Schalter aufweist, der ausgehend von der Steuerschaltung angesteuert wird. Dabei wird die Konverterschaltung in zumindest einem Teilbereich des Gesamt-Dimmbereichs im Modus mit lückendem Strom betrieben. Im lückenden Betrieb wird der Wiedereinschaltzeitpunkt in diskreten Inkrementen in den Bereich eines steigenden Nulldurchgangs des Stroms durch das Speicherelement gelegt. Zur Einstellung eines Dimmwerts wird eine zu dem einzustellenden Dimmwert vordefinierte Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter oder eine Einschaltzeitdauer des Schalters festgelegt, ein steigender Nulldurchgang als tatsächlicher Wiedereinschaltzeitpunkt eingestellt, der demjenigen theoretischen, berechneten Wiedereinschaltzeitpunkt am nächsten kommt, der sich aus der Abschaltschwelle bzw. der Einschaltzeitdauer und dem einzustellenden Dimmwert ergibt, und - die Abschaltschwelle oder die Einschaltzeitdauer abhängig von der Abweichung des tatsächlichen Wiederein schaltzeitpunkts von dem theoretischen Wiedereinschaltzeitpunkt, verändert. Preferably, the predetermined value is a period of time that is longer than 50% of a period of a resonant oscillation of the current through the energy storage element during a dead time of the clocked converter. In particular, the predetermined value is a period of time greater than 55%, preferably a period of time greater than 62.5% of the period of a resonant oscillation of the current through the energy storage element during a dead time of the clocked converter. Other values for the predetermined value between 0.5 and 1.0 are also possible. Another Aspect of the invention relates to a method for dimmable operation of lamps, in particular one or more LED (s), using a control circuit having a clocked converter circuit with an energy storage element and at least one switch, which is driven by the control circuit. In this case, the converter circuit is operated in at least a partial area of the total dimming range in the mode with a gaping current. In latching operation, the reclosing time is placed in discrete increments in the range of a rising zero crossing of the current through the storage element. For setting a dimming value, a switch-off threshold for the current through the switch or a switch-on time of the switch predefined for the dimming value to be set is set, and a rising zero crossing is set as the actual switch-on time closest to the theoretical, calculated switch-on time which results from the switch-off threshold or the turn-on time period and the dimming value to be set, and - the switch-off threshold or the switch-on duration changed depending on the deviation of the actual switch-on time from the theoretical switch-on time.
Die vordefinierte Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter oder eine Einschaltzeitdauer des Schalters kann dabei nicht nur von dem einzustellenden Dimmwert, sondern von wenigstens einem weiteren Parameter abhängen, wie bspw. der Spannung über die Leuchtmittel. The predefined switch-off threshold for the current through the switch or a switch-on period of the switch can depend not only on the dimming value to be set, but on at least one further parameter, such as the voltage across the lighting means.
Die Erfindung betrifft auch eine Steuerschaltung, bspw. ASIC oder Mikrokontroller, die für ein derartiges Verfahren ausgelegt ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erfassung des Nulldurchgangs des Stroms durch die Induktivität eines Buck- Konverters, insbesondere eines Buck-Konverters in einem Betriebsgerät der oben ausgeführten Art, aufweisend eine mit dem Potential an einem Verbindungspunkt der Diode des Buck-Konverters und eines Schalters des Buck-Konverters verbundene Diodenschaltung, die ein vorzugsweise digitales Erfassungssignal erzeugt, dessen vorzugsweise logischer Pegel sich bei einem Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität ändert. The invention also relates to a control circuit, for example. ASIC or microcontroller, which is designed for such a method. A further aspect of the invention relates to a circuit for detecting the zero crossing of the current through the inductance of a buck converter, in particular a buck converter in an operating device of the type described above, having one with the potential at a connection point of the diode of the Buck converter and a switch of the Buck converter connected diode circuit which generates a preferably digital detection signal whose preferably logic level changes at a zero crossing of the current through the inductance.
Diese Schaltung kann aufweisen einen software-mäßig oder hardware-mäßig ausgebildeten Block, der verhindert, dass sich der Pegel des Erfassungssignals nach einem ersten Nulldurchgang bei weiteren Nulldurchgängen verändert. Diese Schaltung kann aufweisen eine Steuerschaltung, vorzugsweise einen Mikrokontroller, der/dem das Erfassungssignal zugeführt ist. This circuit may include a software or hardware block that prevents the level of the detection signal from changing after a first zero crossing at further zero crossings. This circuit may comprise a control circuit, preferably a microcontroller, to which the detection signal is supplied.
Eine definierte Pegeländerung des Erfassungssignals kann ein Starten eines Zählers in dem Mikrokontroller auslösen. Das Erfassungssignal startet die Totzeit Tdead. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erfassung des unteren Umkehrpunkts des Stroms durch die Induktivität eines Buck-Konverters, aufweisend eine mit der Induktivität des Buck-Konverters magnetisch gekoppelte Hilfswicklung, die ein Signal erzeugt, das einen ein Detektionssignal erzeugenden Transistor schaltet, wenn der Strom durch die Induktivität seinen unteren Umkehrpunkt erreicht. Das Detektionssignal löst also eine Speicherung der Zählerstände der unteren Umkehrpunkte aus (zeitliche Position der „Valleys"). A defined level change of the detection signal can trigger a starting of a counter in the microcontroller. The detection signal starts the dead time Tdead. Another aspect of the invention relates to a circuit for detecting the lower reversal point of the current through the inductance of a buck converter, comprising an auxiliary winding magnetically coupled to the inductance of the buck converter which generates a signal which switches a transistor producing a detection signal when the current through the inductor reaches its lower reversal point. The detection signal thus triggers a storage of the counter readings of the lower reversal points (temporal position of the "valleys").
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend einen mittels eines Schalters getakteten Wandler (getakteten Konverter), insbesondere Buck- Konverter, aufweisend eine Steuerschaltung, die den Schalter nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer ton oder bei Erreichen einer Abschaltschwelle des ansteigende Schalterstrom wieder nichtleitend schaltet, Yet another aspect of the invention relates to an operating device for lighting, comprising a clocked by a switch converter (clocked converter), in particular Buck converter, comprising a control circuit, the switch after a predetermined time t on or upon reaching a switch-off of the rising Switch current again nonconductive switches,
wobei der Steuerschaltung ein Rückführsignal zugeführt wird, das die Spannung über die vom Betriebsgerät versorgten Leuchtmittel wiedergibt, wobei die Steuerschaltung die eingestellte Zeitdauer ton oder die Abschaltschwelle abhängig von dem Rückführsignal korrigiert. wherein the control circuit is supplied with a feedback signal which reproduces the voltage via the light source supplied by the operating device, the control circuit correcting the set time period t on or the switch-off threshold depending on the feedback signal.
Grundlegend wird die Abschaltschwelle in Abhängigkeit von einem einzustellenden mittleren Ausgangsstrom IaVg_nom eingestellt. Insbesondere kann der eingestellte Spitzenstrom Ipeak aus einem adaptiv auf Basis des gewählten Wiedereinschaltzeitpunkts berechneten Teil, und einem korrigierenden Anteil, der zum Beispiel durch einen Regler (I- Regler) vorgegeben wird, bestehen, um den einzustellenden mittleren Ausgangsstrom Lvgjom zu erreichen. Basically, the switch-off threshold is set as a function of a set average output current I aV g_nom. In particular, the set peak current I pea k may consist of a part which is adaptively calculated on the basis of the selected reclosing time, and a corrective part, which is given for example by a regulator (I regulator), in order to achieve the average output current Lvg j om to be set ,
Dabei wird vorzugsweise die Abschaltschwelle bei niedrigerer Spannung über die Leuchtmittel niedriger eingestellt als bei höherer Spannung über die Leuchtmittel. In this case, the turn-off threshold is preferably set lower at lower voltage across the lighting means than at higher voltage across the lighting means.
Zusätzlich zu dem berechneten Spitzenstrom Ipeak, der durch einen durch den Regler ermittelten Anteil korrigiert ist, wird also ein Korrekturwert (weiterer Korrekturwert) berücksichtigt, der auf Grundlage der Spannung über die Leuchtmittel ermittelt wird. Dies gewährleistet, dass der eingestellte mittlere Ausgangsstrom wirklich erreicht wird, zum Beispiel unabhängig von einer Steilheit eines Stromanstiegs über die Induktivität. Somit verhindert der Korrekturwert, der die Spannung über die Leuchtmittel berücksichtigt, dass sich aufgrund gegebener Ausschaltstromverzögerungen bei gleicher Abschaltschwelle bei niedrigerer Ausgangsspannung höhere Spitzenströme ergeben als bei hoher Ausgangsspannung. Dies kommt daher, dass eine Steilheit eines Stromanstiegs durch den Schalter auch von einer Spannung über die Leuchtmittel abhängt. In addition to the calculated peak current I pea k, which is corrected by a component determined by the regulator, a correction value (further correction value) is thus taken into account, which is determined on the basis of the voltage across the lighting means. This ensures that the set average output current is really reached, for example independently of one Slope of a current increase via the inductance. Thus, the correction value, which takes into account the voltage across the lighting means, prevents higher peak currents resulting from given turn-off current delays at the same turn-off threshold at lower output voltage than at high output voltage. This is because a steepness of a current increase through the switch also depends on a voltage across the lamps.
Wird die Zeitdauer ton direkt vorgegeben, so kann diese unabhängig von einer Spannung über die Leuchtmittel eingestellt werden. Es kann dabei ein Wert für eine Ausschaltzeitverzögerung berücksichtigt, insbesondere abgezogen, werden. Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Figuren der Zeichnungen erläutert. If the time duration t on is specified directly, then it can be set independently of a voltage across the lighting means. In this case, a value for a switch-off delay can be taken into account, in particular subtracted. Further features, properties and advantages of the invention will now be explained with reference to embodiments and the accompanying figures of the drawings.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines bekannten Buck-Konverters zum Fig. 1 shows a schematic view of a known buck converter for
Betrieb einer LED-Strecke.  Operation of an LED track.
Fig. 2 zeigt einen Stromverlauf in Abhängigkeit von Schalterzustand und Fig. 2 shows a current waveform as a function of switch state and
Leitfähigkeit der Diode in einem derartigen Konverter nach Fig. 1.  Conductivity of the diode in such a converter of FIG. 1.
Fig. 3 zeigt die Anwendung des sog. Valley Switching in einem ausgewählten Fig. 3 shows the application of the so-called. Valley switching in a selected
Dimmbereich.  Dimming range.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild zur Ausführung der Erfindung.  Fig. 4 shows a block diagram for carrying out the invention.
Fig. 5 zeigt Signalverläufe bei der Ausführung der Erfindung. Fig. 6 zeigt eine Implementierung der Erfindung mit zwei möglichen Zero-Cross Fig. 5 shows waveforms in the practice of the invention. Fig. 6 shows an implementation of the invention with two possible zero-crosses
Erfassungsschaltungen.  Detection circuits.
Fig. 7 bis 10 zeigen Signal- und Stromverläufe sowie eine schematische Schaltung in Fig. FIGS. 7 to 10 show signal and current waveforms as well as a schematic circuit in FIG.
9 zur Kompensation der Ausschaltverzögerung bei der Peak-Strom- Erfassung in getakteten Wandlern. Fig. 11 zeigt einen Zeitverlauf eines vorgegebenen mittleren Laststroms Lvgjom. 9 to compensate for the off delay in the peak current detection in clocked converters. 11 shows a time characteristic of a predetermined average load current Lvg j om.
Fig. 12 zeigt, zugeordnet zu dem Zeitverlauf des vorgegebenen Laststroms nach Fig. 12 shows, associated with the time course of the predetermined load current after
Fig. 11, berechnete Werte für eine Totzeit tdead_domund eingestellte Werte für die Totzeit tdead. 11, calculated values for a dead time tdead_do m and set values for the dead time tdead.
Fig. 13 zeigt, zugeordnet zu dem Zeitverlauf des vorgegebenen Laststroms nach Fig. 13 shows, associated with the time course of the predetermined load current after
Fig . 11, berechnete Werte für eine Totzeit tdead_dom und eingestellte Werte für die Totzeit tdead nach einer weiter verbesserten Ausführung mit einer Hysterese. Fig. 11, calculated values for a dead time tdead_dom and set values for the dead time tdead after a further improved design with a hysteresis.
Fig. 14 zeigt weitere Zeitverläufe des vorgegebenen mittleren Laststroms I; avg nom für vorgegebene Dimmverläufe. Fig. 14 shows further time courses of the predetermined average load current I ; avg nom for predefined dimming curves.
Fig. 15 zeigt für die Zeitverläufe des vorgegebenen mittleren Laststroms nach Fig. FIG. 15 shows, for the time courses of the predetermined average load current according to FIG.
14 berechnete Werte für die Totzeit tdead_dom und eingestellte Werte für die Totzeit tdead mit einer Hysterese. 14 calculated values for the dead time tdead_do m and set values for the dead time tdead with a hysteresis.
Fig. 16 berechnete Werte für die Totzeit tdead_dom und eingestellte Werte für die 16 calculated values for the dead time tdead_dom and set values for the
Totzeit tdead mit einer Hysterese für zeitlich ansteigende und für zeitlich abfallenden Werte des vorgegebenen Laststroms in einem Ausschnitt.  Dead time tdead with a hysteresis for time-increasing and time-decreasing values of the given load current in a section.
In Fig. 1 ist schematisch ein an sich bekannter Buck-Konverter 1 zum Betrieb einer Leuchtmittelstrecke 6 als Beispiel für eine typische Last des Buck- Konverters 1 gezeigt. FIG. 1 schematically shows a known buck converter 1 for operating a light path 6 as an example of a typical load of the Buck converter 1.
Dabei wird ausgehend von einer DC-Busspannung, auch mit VBus bezeichnet, bei leitend Schalten eines Halbleiterschalters 5 (Schalter 5) eine Induktivität 4 aufgeladen, die sich bei dem ausgeschalteten Zustand des Schalters 5 über einen Kondensator CBUCK (oder alternativ direkt über eine Leuchtmittel-Last) entlädt. In this case, starting from a DC bus voltage, also referred to as VB us , when conducting a semiconductor switch 5 (switch 5), an inductance 4 is charged, which in the switched-off state of the switch 5 via a capacitor CBUCK (or alternatively directly via a light source Load) discharges.
Ausgehend von dem Kondensator CBUCK wird also eine DC-Betriebsspannung VLED für eine Leuchtmittelstrecke 6 bereitgestellt. Im eingeschalteten Zustand des Schalters 5 steigt die Spannung VLED durch Laden des Kondensators, während sie im ausgeschalteten Zustand des Schalters 5 absinkt. Somit kommt es zu einem variierenden Verlauf des Stroms ILED durch die Leuchtmittelstrecke 6, wobei das menschliche Auge bei entsprechender hochfrequenter Ansteuerung des Schalters 5 nur den zeitlichen Mittelwert wahrnimmt. Starting from the capacitor CBUCK, therefore, a DC operating voltage VLED for a light path 6 is provided. In the on state of the switch 5, the voltage VLED increases by charging the capacitor, while it decreases in the off state of the switch 5. Thus, there is a varying course of the current ILED through the light path 6, wherein the human eye perceives only the time average with appropriate high-frequency control of the switch 5.
Der Schalter 5 wird durch eine Steuerschaltung 2 über einen Signaleingang (Steuereingang 3) angesteuert. Die Steuerschaltung kann ein ASIC oder bevorzugt ein Mikrokontroller sein. The switch 5 is controlled by a control circuit 2 via a signal input (control input 3). The control circuit may be an ASIC or preferably a microcontroller.
Fig. 2 zeigt entsprechende Signal,- Spannungs- und Stromverläufe. Fig. 2 shows corresponding signal, - voltage and current waveforms.
Das Signal HS ist der Pegel an dem Steuereingang 3 des Schalters 5. Während einer Zeitdauer ton ist dieser Schalter 5 leitend geschaltet, während er in den Zeitdauern und tdead nicht-leitend geschaltet ist. The signal HS is the level at the control input 3 of the switch 5. During a time t on , this switch 5 is turned on , while it is switched non-conducting in the periods and tdead.
In der Zeitdauer f ist die Diode 7 in Fig. 1 leitend. Der unterste Kurven verlauf in Fig. 2 schließlich ist der Stromverlauf durch die Induktivität 4, der mit II bezeichnet ist. Während der Einschaltzeitdauer ton des Schalters 5 steigt dieser Strom an, während er in der Ausschaltzeitdauer f absinkt, bis er einen ersten (fallenden) Nulldurchgang vollzieht. Aufgrund von Resonanzeffekten kommt es dann zu einem Schwingungsverlauf während der Zeitdauer tdead. Ein Wiedereinschalten in dieser Stromlücke erfolgt erfindungsgemäß immer zu einem zeitlichen Bereich (Zeitpunkt), in dem der Strom II durch die Induktivität 4 einen ansteigenden Nulldurchgang vollzieht. In the period f, the diode 7 in Fig. 1 is conductive. Finally, the lowermost curve in FIG. 2 is the current course through the inductance 4, which is denoted by II. During the turn-on period t on of the switch 5, this current increases, while in the turn-off period f it decreases until it makes a first (falling) zero crossing. Due to resonance effects, a vibration pattern then occurs during the time period tdead. A reconnection in this current gap according to the invention is always carried out to a temporal range (time) in which the current II through the inductor 4 performs a rising zero crossing.
Die Einschaltzeitdauer ton kann von der Steuerschaltung 2 zeitgesteuert ausgegeben werden. Die Einschaltzeitdauer ton kann von der Steuerschaltung 2 vorgegeben werden, indem der Schalter 5 nicht-leitend geschaltet wird, sobald der ansteigende Schalterstrom eine vorgegebene obere Abschaltschwelle Ipeak erreicht. The on-time t on can be output by the control circuit 2 timed. The on-time t on can be specified by the control circuit 2 by the switch 5 is switched non-conductive as soon as the rising switch current reaches a predetermined upper cut-off threshold I pea k.
Wie bereits eingangs erwähnt, führt ein Wiedereinschalten nur in diskreten Inkrementen zu den positiven Nulldurchgangsbereichen des Stroms dazu, dass im lückenden Betrieb, bzw. am Übergang vom kritischen Modus in den Modus mit lückendem Betrieb, Sprünge in der Lichtleistung auftreten können, da eben keine kontinuierliche Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts erfolgen soll und somit die Speisung der Leuchtmittelstrecke 6 nicht kontinuierlich sein könnte. As already mentioned above, reconnecting only in discrete increments to the positive zero-crossing ranges of the current means that jumps in the light output can occur in intermittent operation, or at the transition from the critical mode to the mode with intermittent operation, since just no continuous Change of the reconnection time should be made and thus the supply of the light path 6 could not be continuous.
Wenn beispielsweise im lückenden Betrieb die Leuchtmittelleistung verringert werden soll, muss sprunghaft ein zeitlich höherer Wiedereinschaltzeitpunkt für den Schalter 5 angesteuert werden. Gemäß der Erfindung wird nunmehr der somit drohende Leistungssprung dadurch ausgeregelt, dass bei festgehaltener Ausschaltzeitdauer eine ton-Zeitregelung aufrechterhalten wird. D.h., bei einer Wahl eines vom aktuellen Zustands abweichenden Inkrements der positiven Nulldurchgänge des Stroms II durch die Induktivität 4 wird gleichzeitig durch die Steuerschaltung 2 abgeschätzt, wie zum Beibehalten einer kontinuierlichen Leistungsverringerung die ton-Zeit zuerst sprunghaft auf einen neuen Arbeitspunkt verlängert werden muss (wie gesagt, entweder durch eine echte zeitliche Vorgabe oder durch Erhöhung der Abschaltschwelle bei einer Hystereseregelung), bevor dann um diesen abgeschätzten Arbeitszeitpunkt herum eine ton-Zeitregelung durchgeführt wird. If, for example, the luminous flux power is to be reduced in intermittent operation, a chronologically higher reclosing time for the switch 5 must be triggered abruptly. According to the invention, the thus threatening power jump is now compensated for by maintaining a time- on- control when the switch-off period is held fixed. That is to say, when selecting an increment of the positive zero crossings of the current II that differs from the current state through the inductance 4, it is estimated at the same time by the control circuit 2 how, in order to maintain a continuous power reduction, the t on time first has to be extended abruptly to a new operating point ( as already mentioned, either by a real time specification or by increasing the switch-off threshold in the case of a hysteresis control), before a t on- time control is then carried out around this estimated working time.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also im lückenden Betrieb die Einschaltzeitdauer ton nicht festgehalten, sondern adaptiv gestaltet und eine ton-Zeit Regelung aufrechterhalten. Dies hat regelungstechnisch darüber hinaus den Vorteil, dass durchgehend eine ton-Zeitregelung aufrechterhalten wird, also sowohl im lückenden Betrieb als auch im kritischen Modus beziehungsweise ggf. auch im kontinuierlichen Betriebsmodus. Umgekehrt, wenn beispielsweise zum Ausführen eines Dimmens die Lichtleistung wieder erhöht werden soll, wird zuerst die Totzeit tdead durch einen Sprung der Nulldurchgang-Inkremente nach unten verringert, und gleichzeitig auch sprunghaft die ton-Zeit auf einen geschätzten Arbeitspunkt verringert, um Lichtleistungssprünge zu vermeiden, indem dann an diesem geschätzten Arbeitspunkt die Zeitregelung fortgeführt wird. In contrast to the prior art, the on-time t on not so held in lopsided operation, but designed adaptive and maintain a t on- time control. In addition, this has the advantage, in terms of control technology, that a continuous on-time regulation is maintained throughout, ie both in intermittent operation and in critical mode or possibly also in continuous operation mode. Conversely, if, for example, the light output is to be increased again to effect dimming, first the dead time tdead is reduced by a jump of the zero crossing increments, and at the same time the t on- time is suddenly reduced to an estimated operating point to avoid light power jumps by then continuing the timing at this estimated operating point.
Wichtig ist dabei nochmals zu betonen, dass sich die Einschaltzeitdauer ton des Schalters 5 entweder direkt aus einer ton-Zeitregelung, aber auch indirekt, nämlich insbesondere durch Vorgabe einer Abschaltschwelle Ipeak für den Schalterstrom ergeben kann. Der neue Arbeitspunkt kann somit eine neue Einschaltzeitdauer oder eine neue Abschaltschwelle sein. Ein Sprung des Totzeit-Inkrements, also des gewählten positiven Nulldurchgangs während der Zeit tdead, kann auch dann ausgelöst werden, wenn die WZeitregelung beziehungsweise die Abschaltschwellenregelung an einem oberen beziehungsweise unteren vorgegebenen Grenzwert für die ton-Zeit beziehungsweise die Abschaltschwelle Ipeak stößt. It is important to emphasize once again that the switch-on time t on of the switch 5 can result either directly from a time- on-time regulation, but also indirectly, namely in particular by predefining a switch-off threshold I pea k for the switch current. The new operating point can thus be a new switch-on time or a new switch-off threshold. A jump in the dead time increment, that is to say the selected positive zero crossing during the time tdead, can also be triggered when the time control or the shutdown threshold regulation encounters an upper or lower predetermined limit value for the t on time or the switch off threshold I pea k.
Wenn beispielsweise bei Vorgabe eines neuen Dimmwerts entsprechend ein neuer zeitlicher Mittelwert für den LED-Strom angesteuert werden soll, ist der Ablauf wie folgt: If, for example, a new time average for the LED current is to be triggered when a new dimming value is specified, the sequence is as follows:
Nach Vorgabe einer Veränderung, insbesondere eines Sprunges für den Sollwert für den mittleren LED-Strom wird von der Steuerschaltung 2 zuerst berechnet, wie lange im lückenden Betrieb die Totzeit tdead sein müsste, um den zeitlich mittleren Strom bei einer gegebenen Abschaltschwelle Ipeak_nom zu erzielen. Diese berechnete Totzeit tdeadjom wird normalerweise nicht auf einen Nulldurchgang des Stromes mit positiven Gradienten fallen, so dass dann einerseits der nächstliegenden Nulldurchgang mit positiven Gradienten gewählt wird, gleichzeitig aber auch die Differenz zwischen der berechneten Totzeit tdeadjom und dem nächstliegenden Nulldurchgang bestimmt wird. Aufgrund dieser bekannten Differenz kann dann entsprechend der neue Arbeitspunkt der Abschaltschwelle Ipeak beziehungsweise der WZeitregelung entsprechend eingestellt werden, worauf dann die WZeitregelung an diesem Arbeitspunkt fortgeführt wird. After specifying a change, in particular a jump for the setpoint value for the average LED current, the control circuit 2 first calculates how long the idle time tdead would have to be in the latching mode in order to achieve the average time current at a given switch-off threshold I pe ak_nom , This calculated dead time tdeadjom will normally not fall on a zero crossing of the current with positive gradients, so that then on the one hand the nearest zero crossing with positive gradient is selected, but at the same time the difference between the calculated dead time tdead j om and the nearest zero crossing is determined. Because of this known difference can then be set according to the new operating point of the cut-off threshold I pea k or WZeitregelung accordingly, whereupon the WZeitregelung is continued at this operating point.
Alternativ kann die Steuerschaltung 2 für die Berechnung der neuen Abschaltschwelle tdead nicht die Differenz zwischen tdeadjom und dem ausgewählten tdead verwenden, sondern den Absolutwert des ausgewählten tdead aufgrund des ausgewählten Wiedereinschaltzeitpunkts verwenden. Alternatively, the new shutdown threshold calculation circuit tdead 2 may not use the difference between tdead j om and the selected tdead, but may use the absolute value of the selected tdead based on the selected reclosing time.
Die gegebene Abschaltschwelle Ipeak_nom hängt auch von dem Sollwert des mittleren Ausgangsstroms Iavgjom (Durchschnittsstrom Lvgjom) ab. Mit dieser vorgegebenen Abschaltschwelle Ipeak_nom wird dann die Totzeit tdeadjom berechnet. Um ein unnötiges Springen zwischen unterschiedlichen Nulldurchgängen („Valleys") zu verhindern, die gegebenenfalls als Sprung in der Leuchtmittel-Leistung sichtbar sein können, wird immer bei Vorgabe eines neuen Durchschnittsstroms Lvgjom der vorher liegende Wert des Nulldurchgangs berücksichtigt, um ein Springen zwischen zwei unterschiedlichen Nulldurchgängen mit positiven Gradienten durch eine Art Hysterese-Regelung zu verhindern. The given switch-off threshold I pe ak_nom also depends on the desired value of the mean output current Iavgjom (average current Lvgjom). With this predetermined switch-off threshold I pe ak_nom, the dead time tdeadjom is then calculated. In order to prevent unnecessary jumping between different zero-crossings ("valleys"), which may possibly be visible as a jump in the luminous power, always taking into account a new average current Lvg j om the previous value of the zero crossing is taken into account to jump between to prevent two different zero crossings with positive gradients by a kind of hysteresis control.
Es wird somit bei Vorgabe eines neuen Durchschnittswerts für den Strom Lvgjom durch Berechnung oder durch Abgleich über eine Tabelle, etc., zuerst eine neue Abschaltschwelle Ipeak definiert, worauf folgend dann die Totzeit tdeadjom im lückenden Betrieb berechnet wird. It is thus defined when specifying a new average value for the current Lvg j om by calculation or by comparison with a table, etc., first, a new switch-off threshold I pea k, following which then the dead time is calculated Tdead j om in the continuous mode.
Die Umsetzung eines einzustellenden Durchschnittsstromwerts Lvgjom auf eine Abschaltschwelle Ipeak oder ton-Zeit kann multidimensional sein, derart, dass die Wahl der Abschaltschwelle Ipeak (oder der direkten ton-Zeit Vorgabe) unter Berücksichtigung weiterer Parameter erfolgt (über den einzustellenden Durchschnittsstromwert hinaus). Diese weiteren Parameter können beispielsweise sein: Die LED-Spannung VLED, da diese einen Einfluss darauf hat, wie sensitiv der Durchschnittswert IaVg des Stroms auf die Veränderung der Abschaltschwelle Ipeak oder der ton-Zeit reagiert. The conversion of a set average current value Lvg j om to a switch-off threshold Ipeak or t on- time can be multidimensional, such that the selection of the switch-off threshold I pea k (or the direct t on- time default) takes place taking into account further parameters (via the Average current value addition). These further parameters can be, for example: the LED voltage V LED , since this has an influence on how sensitively the average value I aV g of the current reacts to the change in the switch-off threshold I pea k or the t on time.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist es, dass die Festlegung der Abschaltschwelle Ipeak oder der ton-Zeit abhängig von dem zu erzielenden Dimmwert (ausgedrückt durch den Durchschnittsstrom Lvgjom) die Frequenz des Auftretens der Einschaltvorgänge festlegt. Vorzugsweise wird nunmehr bei einem Dimmsprung (also Sprung des Durchschnittswerts des Stroms ILED entsprechend Iavgjom) die Abschaltschwelle Ipeak so gelegt, dass sich möglichst eine konstante Frequenz des Auftretens der Einschaltvorgänge ergibt, also möglichst die Totzeit tdead konstant gehalten wird. Another aspect of the invention is that the determination of the switch-off threshold I pea k or the t on- time dependent on the dimming value to be achieved (expressed by the average current Lvg j om) determines the frequency of the occurrence of the switch-on. Preferably, in a dive jump (ie jump of the average value of the current ILED according to Iavgjom), the switch-off threshold I pea k is set so that as far as possible a constant frequency of the occurrence of the switch-on results, ie if possible the dead time tdead is kept constant.
Indessen ist es möglich, dass für unterschiedliche Dimmbereiche unterschiedliche Vorgaben für die einzustellende Schaltfrequenz festgelegt sind, so dass also in unterschiedlichen Dimmbereichen (also unterschiedliche Bereiche des Stroms ILED) die konstant zu haltende Frequenz des Auftretens der Einschaltvorgänge des Schalters 5 unterschiedlich vorgegeben sein kann. However, it is possible that for different dimming ranges different specifications for the set switching frequency are set, so that in different dimming areas (ie different areas of the current I LED ) the constant to be held frequency of occurrence of the switch-on of the switch 5 may be specified differently.
In Fig. 3 ist zu sehen, dass das erfindungsgemäße„Valley Switching", also das inkrementelle Springen zwischen unterschiedlichen Inkrementen an positiven Nulldurchgängen des Stroms durch das Energiespeicherelement (Induktivität 4) bevorzugt nur in einem oberen Dimmbereich, anschließend an 100% Nominalleistung der Leuchtmittelstrecke 6 ausgeführt wird. Bei einem Herabdimmen von beispielsweise unterhalb von 10% Dimmlevel wird die Totzeit tdead im lückenden Betrieb derart groß, dass das abklingende Nachschwingen des Stroms II durch die Induktivität 4 nicht mehr vorhanden ist bzw. keine Rolle mehr spielt. Somit kommt es zu einer Übergangszone, in der unterhalb des Dimmbereichs für den Valley Switching-Betrieb die Wiedereinschaltzeitdauer ton des Schalters 5 kontinuierlich verstellt werden kann. Ebenso kann die Totzeit tdead kontinuierlich für eine Veränderung des mittleren Ausgangsstroms IaVg verändert werden. FIG. 3 shows that the valley switching according to the invention, ie the incremental jump between different increments at positive zero crossings of the current through the energy storage element (inductance 4), is preferably only in an upper dimming range, then at 100% nominal output of the illuminant path 6 is performed. In a dimming down, for example, below 10% dimming level, the dead time tdead in the lopsided operation is so large that the decaying reverberation of the current II through the inductance 4 is no longer present or no longer plays a role. Thus, there is a transition zone in which below the dimming range for the valley switching operation, the reclosing time t on the switch 5 can be adjusted continuously. Likewise, the dead time tdead can be changed continuously for a change in the mean output current I aV g.
Ist die Totzeit tdead sehr groß, so wird die Schalfrequenz des Schalters 5 entsprechend niedrig. Verluste aufgrund der Schaltvorgänge sind entsprechend niedrig. Bei geringem Dimmlevel kann daher die Totzeit tdead auch entsprechend kontinuierlich verändert werden. If the dead time tdead is very large, the switching frequency of the switch 5 becomes correspondingly low. Losses due to the switching operations are correspondingly low. At a low dimming level, therefore, the dead time tdead can also be changed continuously accordingly.
Dieses kontinuierliche Erhöhen der Totzeit tdead im lückenden Betrieb stößt indessen bei der weiteren Verringerung des Dimmpegels beispielsweise unterhalb von 1% Nominalleistung auf Grenzen, da eine sehr lange Totzeit tdead ggf. zu optisch sichtbaren Effekten führen kann. Daher ist eine maximale Totzeit tdeadmax vorgesehen. Wenn diese erreicht wird, wird die Totzeit tdead auf der maximalen Totzeit tdeadmax festgehalten und eine weitere Verringerung der Leuchtmittelleistung kann dann beispielsweise nur durch andere Effekte, wie beispielsweise eine Amplituden- Verringerung, erzielt werden. However, this continuous increase in the dead time tdead in the lopsided mode encounters limits in the further reduction of the dimming level, for example below 1% nominal power, since a very long dead time tdead can possibly lead to optically visible effects. Therefore, a maximum dead time tdeadmax is provided. When this is achieved, the dead time tdead is kept at the maximum dead time tdeadmax, and further reduction of the lamp power can then be achieved, for example, only by other effects, such as an amplitude reduction.
Fig. 4 zeigt eine schematische Blockdarstellung zur Ausführung der Erfindung. Fig. 4 shows a schematic block diagram for carrying out the invention.
Ein Block A bezeichnet dabei einen Berechnungsblock zur Berechnung der nominalen Totzeit tdead nom und der nominalen Abschaltschwelle Ipeak_nom. A block A designates a calculation block for calculating the nominal dead time tdead nom and the nominal shutdown threshold I pe ak_nom.
Dabei wird für diese Berechnung berücksichtigt: In doing so, account is taken of this calculation:
- der vorgegebene Sollwert IaVg_nom für den LED-Strom ILED, the predetermined desired value Ia V g_nom for the LED current ILED,
- der Wert der DC- Versorgungsspannung Vbus für den getakteten Konverter 1 sowie  - The value of the DC supply voltage Vbus for the clocked converter 1 and
- die Leuchtmittelspannung VLED.  - The lighting voltage VLED.
Aus diesen Eingangswerten, sowie einem Wert der Induktivität LBUCK berechnet der Block A in Fig. 4 anhand einer Funktion oder einer Abgleichstabelle die nominalen Werte für die Totzeit tdead nom sowie die Abschaltschwelle Ipeak_nom (oder die Einschaltzeitdauer ton_nom). Der Block B dient dann zur Umsetzung der Totzeitregelung ausgehend von diesen berechneten Nominalwerten. From these input values, as well as a value of the inductance L B UC K , the block A in FIG. 4 calculates the nominal values for the dead time tdead nom and the switch-off threshold I pe ak_nom (or the switch-on time t on _nom) on the basis of a function or an adjustment table. Block B then serves to implement the dead time control on the basis of these calculated nominal values.
In einem ersten Block„select nearest neighbour" wird dasjenige„valley" (also der positive Nulldurchgang) gewählt, der der nominalen Totzeit tdead nom an nächsten kommt. In a first block "select nearest neighbor", that "valley" (ie the positive zero crossing) is selected which comes closest to the nominal dead time tdead nom.
In diesem Block B ist vorab abgelegt die zeitliche Lage der„Valleys", was in Fig. 4 mit„valley array" bezeichnet ist. Das„valley", dass der tdeadjom am nächsten kommt, wird als einzustellendes„valley" genommen und entsprechend wird die Totzeit mit dem Wert„new Tdead" eingestellt. In this block B is stored in advance the temporal position of the "valleys", which is designated in Fig. 4 with "valley array". The "valley" that comes closest to the tdeadjom is taken as the "valley" to be set and accordingly the dead time is set with the value "new Tdead".
Alle Berechnungen im Block A sind außerhalb der eigentlichen Regelschleife und sind somit zeitunkritisch. Sie können somit leicht durch einen Mikrokontroller bewältigt werden. Im Block B ist die eigentliche Stromregelung„current regulator" vorgesehen, der der Sollwert Iavg_nom sowie der aktuell gemessene Istwert für den LED-Strom IMEAS zugeführt wird. All calculations in block A are outside the actual control loop and are therefore non-time critical. They can thus easily be handled by a microcontroller. In block B, the actual current control "current regulator" is provided to which the setpoint Iav g _nom and the currently measured actual value for the LED current IMEAS is supplied.
Weiterhin ist eine Totzeit-Kompensationseinheit vorgesehen „tdead compensator", die als Eingangsinformation das ausgewählte Valley von dem Block„select nearest neighbour,, sowie den zeitlichen Mittelwert des Stroms durch die LED-Strecke Lvgjom erhält. Um nunmehr die Abweichung und somit einen Sprung in der Leuchtmittelleistung zu verhindern, der durch die Abweichung des Valleys von der berechneten Nominaltotzeit tdead_nom entsteht, wird die Ausgangsgröße der Stromregelung „current regulator" durch den Totzeit-Kompensator „tdeadcompensator", zur Verschiebung des Arbeitspunkts verändert, so dass sich daraus eine neue Abschaltschwelle für den Schalterstrom„new Ipeak" ergibt. Diese Abläufe sollen nochmals anhand der Signalverläufe von Fig. 5 gezeigt werden. Furthermore, there is provided a dead time compensation unit "tdead compensator" which receives as input information the selected valley from the block "select nearest neighbor" as well as the time mean value of the current through the LED path Lvg j om In order to prevent a jump in the luminous flux which results from the deviation of the valleys from the calculated nominal dead time tdead_nom, the output variable of the current regulator is changed by the dead time compensator tdeadcompensator for shifting the operating point, resulting in a new Switch-off threshold for the switch current "new I pea k" results. These procedures will be shown again with reference to the waveforms of Fig. 5.
Dabei wird das Szenario vorausgesetzt, dass zu einem Zeitpunkt tl ein Sprung in der Sollwert- Vorgabe i nom für den zeitlichen Mittelwert des Stromes IaVg_nom eingeht. Nach Eingang eines derartigen Sollwert-Sprungs schließt sich eine Berechnungsphase an, die benötigt wird, um die Berechnung durchzuführen, die in Fig. 4 dargestellt wird. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, erfolgt die Berechnung der für die Einstellung des neuen Sollwerts In0m notwendigen nominalen Totzeit tdeadnom. Tatsächlich wird indessen das nächstliegende Valley „nearest neighbor" zu der nominalen Totzeit tdeadjom eingestellt. Durch diese Abweichung der nominalen Totzeit tdead nom von der zeitlichen Lage des nächsten Valleys ergibt sich ein Kompensationswert ipk_comP, der von dem Block„tdead compensator" in Fig. 4 unmittelbar zur sprunghaften Veränderung des Arbeitspunkts der Stromregelung verwendet wird. Durch diese sprunghafte Verstellung des Arbeitspunkts werden also tatsächlich die Sprünge in der Leuchtmittelleistung verhindert, da anderseits der Stromregler zwar auch diesen Regelfehler (Abweichung der tatsächlichen Totzeit tdead von der nominalen Totzeit tdead nom) ausregeln würde, die zeitliche Dauer des Ausregeins indessen zu optisch sichtbaren Effekten führen könnte. In this case, the scenario is assumed that at a time t1 a jump in the setpoint input i nom for the time average of the current Ia V g_nom is received. Upon receipt of such a set point jump, a computation phase required to perform the computation illustrated in FIG. 4 follows. As can be seen in FIG. 5, the calculation of the nominal dead time tdeadnom necessary for the setting of the new nominal value I n0 m takes place. Actually, however, the nearest valley "nearest neighbor" is set to the nominal dead time tdeadjom. This deviation of the nominal dead time tdead nom from the temporal position of the next valve results in a compensation value i p k_com P , which is used directly by the block "tdead compensator" in FIG. 4 for a sudden change in the operating point of the current regulation Adjustment of the operating point thus actually prevents the jumps in the luminous flux, since on the other hand the current regulator would also correct this control error (deviation of the actual dead time tdead from the nominal dead time tdead nom), but the duration of the excitation could lead to optically visible effects.
ZX-Erfassungsschaltungen : Mit Bezug auf Fig. 6 wird nunmehr eine Anwendung der Erfindung auf den Buck- Konverter 1 beschrieben. Dabei werden zwei mögliche Zero-Cross Erfassungsschaltungen 8, 9 erläutert, die alternativ oder gleichzeitig in einem Konverter 1 vorliegen können. ZX Detection Circuits: Referring to Fig. 6, an application of the invention to the buck converter 1 will now be described. Two possible zero-cross detection circuits 8, 9 are explained, which may alternatively or simultaneously be present in a converter 1.
In Figur 6 ist ein Buck- Konverter 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, dessen Leistungspfad aufweist einen Buck-Schalter Ml, eine Buck-Diode Dl, einen von dem Konverter gespeisten Ausgangsfilter-Kondensator Cl, der ein beliebiges Tiefpassfilter sein kann, sowie die Buck- Induktivität Ll-A sowie einen Messwiderstand (Shunt) Rl zur Messung des Buck-Stroms. Shown in FIG. 6 is a buck converter 1 according to the present invention, the power path of which comprises a buck switch M1, a buck diode D1, an output filter capacitor C1 fed by the converter, which may be any low-pass filter, and the buck - Inductance Ll-A and a measuring resistor (shunt) Rl for measuring the buck current.
Diodenbasierte Schaltung 8: Diode-based circuit 8:
Die Schaltung in Figur 6 weist einerseits eine erste Erfassungsschaltung 8 und eine zweite Erfassungsschaltung 9 auf, die alternativ oder gleichzeitig vorliegen können, und die jeweils ausgebildet sind, ein Signal zu erzeugen, das den Zeitpunkt wiedergibt, zu dem der Induktivitäts ström II durch die Buck-Induktivität Ll-A die Nulllinie kreuzt, was im Englischen als ,zero crossing ZX' bezeichnet wird. The circuit in Figure 6, on the one hand, a first detection circuit 8 and a second detection circuit 9, which may be present alternatively or simultaneously, and which are each adapted to generate a signal representing the time at which the inductor Ström II through the buck Inductance Ll-A crosses the zero line, which is referred to in English as 'zero crossing ZX'.
Zuerst soll erläutert werden, die erste Erfassungsschaltung 8 für das ZX-Ereignis. Diese Schaltung weist auf zwei Dioden D20, D21, zwei ohmsche Widerstände R20, R21 sowie eine Zenerdiode Z20. First, the first detection circuit 8 for the ZX event will be explained. This circuit has two diodes D20, D21, two ohmic resistors R20, R21 and a Zener diode Z20.
Diese Schaltung wird verwendet, um ein Signal zu erzeugen, das den Beginn der Totzeit tdead detektiert, also den ersten Abfall des Induktivitätsstroms II auf Null. Während der Ausschaltzeitdauer des Schalters Ml sinkt der Strom II von einem Maximalwert Ιρκ auf Null. Während diesem Absinken ist die Spannung am Mittelpunkt (gemessen von der Kathode der Diode Dl gegen Masse-Potential) auf dem logischen Pegel„low". Das bedeutet, dass das Signal ZCD_l_filtered, das beispielsweise einem Pin eines Mikrocontrollers oder ASIC zugeführt werden kann, während dieser Zeit auch auf„low" gezogen ist, da die Diode D20 leitend ist. This circuit is used to generate a signal which detects the beginning of the dead time tdead, ie the first drop of the inductor current II to zero. During the off period of the switch Ml the current II decreases from a maximum value Ιρκ to zero. During this drop, the voltage at the midpoint (measured from the cathode of the diode D1 to ground potential) is at the logic low level, which means that the signal ZCD_l_filtered, which can be supplied to a pin of a microcontroller or ASIC, for example, during this time is also pulled low because the diode D20 is conductive.
Wenn der Strom II den ersten Nulldurchgang vollzogen hat, wird der Stromfluss negativ, d.h. die Stromrichtung durch die Induktivität Ll-A dreht sich um und die Spannung am Mittelpunkt steigt an. Das bedeutet, dass die Diode D20 sperrt und somit das Signal ZCD_l_filtered auf das Potential logisch„high" gezogen wird, nämlich durch die zugeführte Niedervolt- Versorgungsspannung VDD und die Widerstände R20, R21. Diese steigende Flanke (von low auf high) des Signals ZCD_l_filtered startet dann in der Steuerschaltung (beispielsweise einen Mikrokontroller) einen Zähler für die Totzeit tdead. Dieser Zähler läuft, bis die gewünschte eingestellte Totzeit abgelaufen ist und dann die Steuerschaltung 2 über das Signal an den Steuereingang 3 wieder den Schalter Ml ein (leitend) schaltet. When the current II has completed the first zero crossing, the current flow becomes negative, i. the current direction through the inductance Ll-A turns around and the voltage at the center increases. This means that the diode D20 blocks and thus the signal ZCD_l_filtered is pulled to the logic high potential, namely by the supplied low-voltage supply voltage VDD and the resistors R20, R21, this rising edge (from low to high) of the signal ZCD_l_filtered then starts in the control circuit (for example, a microcontroller) a counter for the dead time tdead.This counter runs until the desired dead time has expired and then the control circuit 2 via the signal to the control input 3 again switches the switch Ml (conductive).
Bei der in Figur 6 dargestellten Implementierung gibt die Steuerschaltung 2 während des Laufens des Zählers für die Totzeit ein Signal ZCD_Filter_l_out auf einem logisch hohen Pegel (high) aus, welches wiederum über die Diode D21 das Signal ZCD l filtered auf„high" zieht. Dies hat den Vorteil, dass dadurch ein erneutes Starten des Totzeit-Zählers vermieden wird, d.h. ein Neustarten bei weiteren steigenden Flanken des Signals ZCD_l_filtered werden damit verhindert bzw. ausgeblendet. In the implementation shown in Figure 6, during the run of the dead time counter, the control circuit 2 outputs a ZCD_Filter_l_out signal at a logic high (high), which in turn pulls the signal ZCD l filtered high via the diode D21 has the advantage that thereby re-starting the dead time counter is avoided, ie restarting at further rising edges of the signal ZCD_l_filtered be prevented or hidden.
Es ist indessen auch möglich, dieses Ausblenden von weiteren steigenden Flanken (jedes Mal bei Stromrichtungsumkehr) beispielsweise per Software-Lösung in einem Mikrokontroller zu erreichen, so dass dann die Ausgabe des Signals ZCD_Filter_l_out und die Diode D21 nicht notwendig wären. However, it is also possible to achieve this suppression of further rising edges (each time in reverse current direction), for example by software solution in a microcontroller, so that then the output of the signal ZCD_Filter_l_out and the diode D21 would not be necessary.
Erfassungsschaltung 9 mit Hilfswicklung und Transistor: Detection circuit 9 with auxiliary winding and transistor:
Es soll nunmehr die zweite Erfassungsschaltung 9 für das ZX-Ereignis erläutert werden. Now, the second detection circuit 9 for the ZX event will be explained.
Diese Schaltung wird verwendet, um mögliche Wiedereinschaltzeitpunkte für den Schalter Ml zu bestimmen (für den Fall, dass als die Wiedereinschaltzeitpunkte nicht vorab aufgrund der bekannten Bauteildimensionierungen abgelegt bzw. berechnet sind). This circuit is used to determine possible reclosing times for the switch M1 (in the event that the reclosing times are not preliminarily stored due to known component dimensions).
Bekanntlich werden geringe minimale Schaltverluste erreicht, wenn die Spannung über den Schalter Ml bei seinem Einschalten gering und möglichst ein Minimum ist, was bedeutet, dass die Mittelpunktspannung (Kathode der Diode Dl) zu diesem Bereich ein Maximum aufweist. Es geht also darum, dass diejenigen Zeitpunkte (Zählwerte des Totzeit-Zählers) ermittelt werden, bei denen die Mittelpunktspannung möglichst hoch ist. Der Zusammenhang zwischen Spannung über einer Induktivität und Strom durch die Induktivität ist bekanntlich gegeben durch: uL(t) = L *— As is known, low minimum switching losses are achieved when the voltage across the switch M1 is low and as minimum as possible when it is switched on, which means that the center point voltage (cathode of the diode D1) has a maximum to this region. It is therefore a question of determining those times (counts of the dead-time counter) for which the mid-point voltage is as high as possible. The relationship between voltage across an inductor and current through the inductor is known to be given by: u L (t) = L * -
Dies bedeutet, dass die Spannung über der Induktivität Ll-A positiv ist, wenn die Steigung des Stroms II positiv ist, und die Spannung negativ ist, wenn die Steigung des Stroms negativ ist. Aufgrund der 90° Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an einer Induktivität tritt ein Spannungs-Maximum beim positiv gehenden Nulldurchgang des Stromes auf, oder ein Spannungs-Minimum beim negativ gehenden Nulldurchgang des Stromes. Eine Umkehrung der Spannung erfolgt jeweils beim Maximum und Minimum des Stromes durch die Induktivität. Um minimale Schaltverluste zu erzielen, soll also somit der Schalter Ml beim positiv gehenden Nulldurchgang des Stromes II wieder eingeschaltet werden. Eine Umkehrung der Spannung über die Induktivität Ll-A erfolgt bei einem Strom- Minimum vor diesem Null-Durchgang mit positivem Gradienten. Diese Umkehrung der Spannung über der Induktivität wird gemäß der Erfindung verwendet, um die optimalen Wiedereinschaltzeitpunkte zu detektieren. Genauer gesagt liegt der detektierte Zeitpunkt bei diesem Ansatz gemäß der Erfindung um eine halbe Halbwelle der Schwingung des Induktivitätsstroms II nach seinem ersten Nulldurchgang vor dem optimalen Zeitpunkt für das Wiedereinschalten. This means that the voltage across inductor L1-A is positive when the slope of current II is positive and the voltage is negative when the slope of the current is negative. Due to the 90 ° phase shift between current and voltage at an inductance, a voltage maximum occurs at the positive going zero crossing of the current, or a voltage minimum at the negative going zero crossing of the current. A reversal of the voltage takes place in each case at the maximum and minimum of the current through the inductance. In order to achieve minimum switching losses, so therefore the switch Ml should be turned on again at the positive going zero crossing of the current II. A reversal of the voltage across the inductance Ll-A occurs at a current minimum before this zero-crossing with a positive gradient. This reversal of the voltage across the inductor is used in accordance with the invention to detect the optimal reclosing times. More specifically, the detected time in this approach according to the invention is half a half wave of the oscillation of the inductor current II after its first zero crossing before the optimal time for reconnection.
Indessen liegen bei realen Schaltungen Einschaltverzögerungen zwischen der Ausgabe eines Signals und dem tatsächlichen Wiedereinschalten des Schalters Ml vor, so dass bei einem Auslösen des Einschaltvorgangs in den Schalter Ml bei dem Strom-Minimum zeitlich vor dem positiv gehenden Nulldurchgang in der Praxis dann das tatsächliche Einschalten des Schalters Ml etwa auf den optimalen Zeitpunkt, also dem zeitlichen Bereich des positiv gehenden Nulldurchgangs des Induktivitätsstroms II fällt. Meanwhile, in real circuits, there are turn-on delays between the output of a signal and the actual turn-on of the switch M1, so that when the turn-on operation in the switch M1 is triggered at the current minimum before the positive going zero crossing in practice, then the actual turn-on of the Switch Ml falls approximately to the optimal time, ie the time range of the positive going zero crossing of the inductor current II.
Gemäß der Erfindung ist wie ersichtlich eine Hilfswicklung Ll-B vorgesehen, die mit der eigentlichen Induktivität Ll-A im Leistungspfad des Konverters gekoppelt ist. Wenn die Spannung über LI positiv ist, sperrt die Diode D30 und der Schalter Q30 ist eingeschaltet. Das Signal ZCD_1 das einem Pin einer Steuereinheit, insbesondere der Steuerschaltung 2, zugeführt werden kann, ist somit logisch niedrig (low). Wenn die Spannung über LI negativ ist, leitet die Diode D30 und der Schalter Q30 ist ausgeschaltet. Somit wird das Signal ZCD_1 über den Widerstand R30 auf das Potential logisch hoch (high) gezogen, was dem Potential einer zugeführten Niedervolt-Spannungsversorgung VDD entspricht. Das bedeutet, dass die fallenden Flanken des Signals ZCD_1 die Zeitpunkte wiedergibt, bei denen sich die Spannung über der Induktivität von negativ nach positiv verändert, was bedeutet, dass der Strom II ein Minimum aufweist, auf das dann mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung ein positiver Nulldurchgang des Induktivitäts-Stroms erfolgt. Bei jeder dieser fallenden Flanken des Signals ZCD_1 wird der aktuelle Zähler- Wert des Totzeit-Zählers in einem Speicher„Valley- Array" abgelegt. According to the invention, as can be seen, an auxiliary winding Ll-B is provided, which is coupled to the actual inductance Ll-A in the power path of the converter. If the voltage above LI is positive, diode D30 will turn off and switch Q30 will be on. The signal ZCD_1 which can be supplied to a pin of a control unit, in particular the control circuit 2, is thus logically low. If the voltage across LI is negative, diode D30 will conduct and switch Q30 will be off. Thus, the signal ZCD_1 is pulled up to the potential high (high) via the resistor R30, which corresponds to the potential of a supplied low-voltage power supply VDD. This means that the falling edges of the signal ZCD_1 represent the times at which the voltage across the inductance changes from negative to positive, which means that the current II has a minimum, followed by a positive zero crossing with a certain time delay of the inductance current takes place. For each of these falling edges of the signal ZCD_1, the current counter value of the dead time counter is stored in a memory "valley array".
Der Regel-Algorithmus der die Soll-Totzeit berechnet, wählt nun einen der Werte in diesem abgelegten Valley-Array aus. Der Regelalgorithmus (Block B) sucht sich dann, basierend auf tdead nom, das Valley aus welches am nächsten zu tdead nom liegt. Dieses tdead_vaiiey wird dann eingestellt („New Tdead" in Fig. 4) The rule algorithm that calculates the target dead time now selects one of the values in this filed valley array. The control algorithm (block B) then selects, based on tdead nom, the valley which is closest to tdead nom. This tdead_vaiiey is then set ("New Tdead" in FIG. 4).
Typischerweise wird die berechnete Totzeit von den verfügbaren Valley- Werten abweichen, sodass eine neue Abschaltschwelle Ipeak_comp für den Peak-Strom berechnet wird (oder eine neue ton-Zeit berechnet wird), um mit der ausgewählten Totzeit tdead_vaiiey den gewünschten durchschnittlichen Strom Lvgjom zu erreichen. In der dargestellten Implementierung sind Messpfade vorgesehen, die wie folgt definiert werden können: Typically, the calculated dead time will differ from the available Valley values, such that a new turn-off threshold I pe ak_comp for the peak current is calculated (or a new tone time is calculated) to provide the desired average current Lvgjom with the selected dead time tdead_vaiiey to reach. In the illustrated implementation, measurement paths are provided, which can be defined as follows:
R40, R41 und C40: Diese dienen zur LED-Spannungsmessung. R40, R41 and C40: These are used for LED voltage measurement.
R50, C50: Diese dienen zur Mittelwertbildung der Messspannung an dem Messwiderstand Rl, um somit den Durchschnittsstrom zu ermitteln, der dann über einen AD-Wandler der Steuerschaltung zugeführt werden kann. R50, C50: These are used for averaging the measuring voltage across the measuring resistor Rl, in order to determine the average current, which can then be fed via an AD converter of the control circuit.
R51: Dieses Signal wird mittels eines Komparators mit einem eingestellten Schwellwert verglichen. Wenn der Schwellenwert erreicht wird, wird der Schalter Ml abgeschaltet. Dies ist also eine mögliche Implementierung für eine Schwellenwertabschaltung. R51: This signal is compared by means of a comparator with a set threshold. When the threshold is reached, the switch Ml is turned off. So this is one possible implementation for a threshold shutdown.
Kompensation der Ausschaltverzögerung bei der Peak-Strom Erfassung in getakteten Wandlern Compensation of the switch-off delay in peak current detection in clocked converters
Wie bereits oben beschrieben, gibt es bei getakteten Konvertern (getakteten Wandlern) mit primärseitig angesteuertem Schalter 5 den Ansatz, dass der Schalter nicht-leitend geschaltet wird, wenn der Strom durch den eingeschalteten Schalter 5 auf einen vorgegebenen Ausschaltwert Ipeak (Peak-Strom, Spitzenstrom) angestiegen ist. Dabei besteht das Problem, dass aufgrund von Bauteil-inhärenten Ausschaltverzögerungen eine Verzögerung zwischen dem tatsächlichen Erreichen des Peak-Strom- Werts Ipeak und dem Zeitpunkt des Ausschaltens entsteht. As already described above, with clocked converters (clocked converters) with switch 5 activated on the primary side, there is the approach that the switch is switched to nonconducting when the current through the switched-on switch 5 reaches a predetermined switch-off value I pea k (peak current , Peak current) has risen. There is the problem that due to component-inherent turn-off delays, a delay arises between the actual achievement of the peak current value I pea k and the time of turn-off.
Diese Ausschaltverzögerungen werden verursacht beispielsweise durch einen sogenannten Propagation-Delay des Komparators und des Gate-Treibers, sowie endliche Flankensteilheiten und parasitäre Kapazitäten. Der tatsächlich fließende Peak-Strom und der somit sich ergebende zeitliche Mittelwert ist somit verfälscht, wobei diese Abweichung abhängt von der Steilheit des Stroms dl/dt. These turn-off delays are caused for example by a so-called propagation delay of the comparator and the gate driver, as well as finite edge slopes and parasitic capacitances. The actually flowing peak current and the thus resulting time average is thus falsified, this deviation depending on the steepness of the current dl / dt.
Typische Ausschaltverzögerungen können beispielsweise im Bereich von mehreren 100 Nanosekunden liegen, was bei einem steilen Stromanstieg dl/dt des Schalterstroms beispielsweise dazu führen kann, das statt einem gewünschten Ausschaltwert von 1 Ampere tatsächlich der Peak- Strom bei 1,2 Ampere abgeschaltet wird. For example, typical turn-off delays may be in the range of several hundred nanoseconds, which may, for example, cause the peak current at 1.2 amps to be turned off instead of a desired turn-off value of 1 amp at a steep current increase dl / dt of the switch current.
Der vorliegende Aspekt der Erfindung beschäftigt sich nunmehr mit diesem Problem. Dieser Aspekt der Erfindung kann mit den zuvor in der vorliegenden Beschreibung genannten Aspekten kombiniert werden, aber natürlich unabhängig davon bei jeglichen anderen primärseitig aktiv getakteten Wandlern, beispielswiese Buck- Konvertern 1, Anwendung finden. The present aspect of the invention now addresses this problem. This aspect of the invention can be combined with the aspects mentioned earlier in the present description, but of course independently apply to any other primary side actively clocked converters, for example Buck converters 1.
Die Steilheit des Stromanstiegs durch den primärseitigen Schalter 5 hängt unter anderem von der Spannung VLED über die Last, beispielsweise eine LED-Last ab. Bei niedrigen LED-Spannungen VLED ist der Stromanstieg sehr steil, was zu einem großen Überschießen (engl,„overshoot") des Peak-Stroms führt. Umgekehrt führt eine hohe LED-Spannung VLED ZU einem weniger steilen Anstieg des Stroms bei eingeschaltetem primärseitigen Schalter des getakteten Konverters, was wiederum zu einem geringeren Überschießen („overshoot") des Peak-Stroms führt. The steepness of the current increase through the primary-side switch 5 depends inter alia on the voltage V LED across the load, for example an LED load. At low LED voltages V LED , the current increase is very steep, resulting in a large overshoot of the peak current, conversely, a high LED voltage V LED leads to a less steep increase in current when the primary side is on Switch of the clocked converter, which in turn leads to a lower overshoot of the peak current.
Gemäß der Erfindung wird nunmehr der Abschalt-Schwellenwert abhängig von der erfassten ausgangsseitigen Spannung, insbesondere einer gemessenen LED-Spannung eingestellt. Dabei wird bei hoher erfasster LED-Spannung VLED der Schwellenwert Ipeak verhältnismäßig wenig verringert (beispielsweise von 1 Ampere auf 0,95 Ampere), während er bei niedriger erfasster LED-Spannung VLED wesentlich stärker verringert wird, beispielsweise von einem Nennwert von 1 Ampere auf 0,9 Ampere, so dass sich dann tatsächlich aufgrund der Ausschaltverzögerungen in beiden Fällen der gewünschte Peak-Strom von 1 Ampere ergibt. Die Anforderungen an die Genauigkeit des Einhaltens des Peak-Stroms sind besonders groß, wenn der Peak-Strom beispielsweise wie oben geschildert, berechnet wird. Wie in der vorliegenden Beschreibung weiter oben erläutert wird, gibt es den Ansatz, dass passend zu einer stufenweise (inkrementell) einstellbaren Totzeit tdead ein nötiger Peak-Strom Ipeak_comP berechnet und sprunghaft eingestellt wird, um einen gewünschten Strom-Mittelwert IaVg zu erreichen. Jede Abweichung im realen Peak-Strom vom berechneten, gewünschten Wert Ipeak_comP führt zu einem Fehler im Mittelwert IaVg. Daher ist es von Bedeutung, dass der real im Wandler sich einstellende Peak-Strom mit dem berechneten (gewünschten) Peak-Strom Ipeak_comP übereinstimmt. According to the invention, the switch-off threshold value is now set as a function of the detected output-side voltage, in particular a measured LED voltage. At a high detected LED voltage V LED, the threshold value I pea k is reduced relatively little (for example, from 1 ampere to 0.95 amperes), while it is significantly reduced at a lower detected LED voltage V LED , for example, from a nominal value of 1 amp to 0.9 amperes, so that in fact results in the desired peak current of 1 ampere in both cases due to the off-delay. The requirements for the accuracy of keeping the peak current are particularly large when the peak current is calculated, for example, as described above. As explained in the present description above, there is the approach that fits a stepwise (incrementally) adjustable dead time tdead a necessary peak current I pea k_com P is calculated and set in steps to achieve a desired current average I aV g. Any deviation in the real peak current from the calculated desired value I pea k_com P leads to an error in the mean value I aV g. It is therefore important that the actual peak current in the converter agrees with the calculated (desired) peak current I pea k_com P.
Bei derartiger Vorausberechnung eines nötigen Peak-Stroms bei sprunghaft veränderter Totzeit tdead (im diskontinuierlichem Modus des Wandlers) ist eine Kompensation der realen Ausschaltverzögerung besonders wichtig. With such a precalculation of a necessary peak current with abruptly changed dead time tdead (in the discontinuous mode of the converter), a compensation of the real switch-off delay is particularly important.
Fig. 7 zeigt, wie sich bei zwei unterschiedlichen Arbeitspunkten (Steigung des Stroms durch die Buck- Induktivität bei leitendem Schalter 5) real ein unterschiedlicher Peak-Strom einstellen kann. Wie in Figur 7 ersichtlich, kann bei einem Abschaltschwellenwert von 1A je nach Arbeitspunkt sich beispielsweise ein realer Peak-Strom von 1,2A oder 1,1A einstellen, auch wenn die Ausschaltverzögerung (die ja bauteilbedingt ist) konstant ist. FIG. 7 shows how a different peak current can actually be set at two different operating points (slope of the current through the buck inductance when the switch 5 is conductive). As can be seen in FIG. 7, with a switch-off threshold value of 1A, depending on the operating point, a real peak current of 1.2A or 1.1A can be set, for example, even if the switch-off delay (which is dependent on the component) is constant.
Gemäß der Erfindung werden nunmehr die Schwellenwerte je nach Arbeitspunkt variiert, um die Ausschaltverzögerung zu kompensieren. According to the invention, the threshold values are now varied according to the operating point in order to compensate for the switch-off delay.
Dies ist in Fig. 8 gezeigt. This is shown in FIG.
In einem ersten Fall ist der Abschaltschwellenwert auf 0,9A und im zweiten Fall auf 0,8A gesetzt. Aufgrund der Ausschaltverzögerung ergibt sich dann bei beiden Szenarien (mit unterschiedlicher Steigung des Stroms durch die Induktivität 4) jeweils der gewünschte (beispielsweise vorausberechnete) Peak-Strom von 1A und die Ausschaltverzögerung ist somit diesbezüglich kompensiert. In a first case, the shutdown threshold is set to 0.9A and in the second case to 0.8A. Due to the switch-off delay, in both scenarios (with a different slope of the current through the inductance 4), the desired (for example, pre-calculated) peak current of 1A is obtained, and the switch-off delay is thus compensated in this regard.
In Fig. 9 ist eine mögliche Implementierung dieser Kompensation dieser Ausschaltverzögerung gezeigt. In Fig. 9, a possible implementation of this compensation of this switch-off delay is shown.
Es wird ein beispielsweise berechneter Peak-Strom Ipeak_comP vorgegeben, der beispielsweise aus einem gewünschten Dimmwert (Strom-Mittelwert) und einer gewählten Totzeit berechnet ist, wobei dieser berechnete Peak-Strom Ipeak_comP durch das Ausgangssignal eines Reglers, beispielsweise eines Integral-Reglers, deltalpk leicht korrigiert wird. Die Summe beider Pfade ergibt dann einen gewünschten Peak-Strom von beispielsweise 1A. Je nach Arbeitspunkt wird nunmehr ein Korrekturwert Ipk_overshoot von diesem berechneten gewünschten Zielwert abgezogen. Bei kleinen LED-Spannungen mit steilem Stromanstieg (großes dl/dt) wird mit einem verhältnismäßig hohem Wert korrigiert (beispielsweise kann der Wert Ipk_overshoot 0,2A betragen). Bei hohen LED-Spannungen VLED mit flachem Stromanstieg (niedriges dl/dt) wird entsprechend weniger stark korrigiert (dann kann beispielsweise der Wert von Ipk_overshoot 0,1A betragen). An example is calculated peak current I pea k_com P , which is calculated, for example, from a desired dimming value (current average) and a selected dead time, said calculated peak current I pea k_com P by the output signal of a controller, such as a Integral controller, deltalpk is easily corrected. The sum of both paths then gives a desired peak current of, for example, 1A. Depending on the operating point, a correction value I p k_overshoot is now deducted from this calculated desired target value. With small LED voltages with steep current increase (large dl / dt) is corrected with a relatively high value (for example, the value I p k_overshoot be 0.2A). At high LED voltages V LED with flat current increase (low dl / dt) is corrected accordingly less strong (then, for example, the value of I p k_overshoot be 0.1A).
Nach Abzug dieses Korrektur- bzw. Kompensationsfaktors Ipk_overshoot, wird der digitale Peak- Strom-Wert in einem DA-Wandler DAC in einen analogen Schwellenwert umgesetzt. Mittels einer optionalen Pegelanpassung und Filterung (mittels der Widerstände Rl, R2 und dem Kondensator Cl in Fig. 9) wird der Schwellenwert zu einem Komparator geführt, der den Schwellenwert mit dem tatsächlichen Spannungsabfall beispielsweise an einem Shunt (Messwiderstand) vergleicht, wobei der Spannungsabfall an dem Shunt den Strom durch die Buck- Induktivität wiedergibt. Wenn der gemessene Strom (bzw. die dabei abfallende Spannung) den Schwellwert erreicht, bzw. überschreitet, schaltet der Komparator seinen Ausgang, was zu einem Abschalten des Buck-Schalters 5 führt. After subtracting this correction or compensation factor I p k_overshoot, the digital peak current value is converted in a DA converter DAC into an analog threshold value. By means of an optional level adjustment and filtering (by means of the resistors R1, R2 and the capacitor C1 in FIG. 9), the threshold value is passed to a comparator, which compares the threshold value with the actual voltage drop at, for example, a shunt, the voltage drop the shunt reflects the current through the buck inductor. When the measured current (or the falling voltage) reaches or exceeds the threshold value, the comparator switches its output, which leads to switching off the Buck switch 5.
Erfindungsgemäß wird der Faktor„Ipeak_overshoot" in Abhängigkeit der gemessenen LED-Spannung VLED bestimmt, beispielsweise gemäß einer analytischen Funktion oder einer abgelegten Tabelle, die die Funktion beispielsweise gemäß Fig. 10 wiedergibt. Indessen können auch andere Möglichkeiten verwendet werden, um eine Information bezüglich der Steilheit des Stromanstiegs durch den Schalter 5 zu bestimmen. Infrage kommen dabei die Verwendung von wenigstens einem von dem Wert der Induktivität 4, der Eingangsspannung Vbus oder der Ausgangsspannung VLED sowie beliebige Kombinationen davon. According to the invention, the factor "I pe ak_overshoot" is determined as a function of the measured LED voltage V LED , for example according to an analytical function or a stored table which reproduces the function, for example, according to FIG. 10. However, other possibilities can also be used Information regarding the slope of the current increase by the switch 5. In this case, the use of at least one of the value of the inductance 4, the input voltage Vbus or the output voltage V LED and any combinations thereof.
Der Zusammenhang zwischen dem Korrekturwert Ipeak_overshoot und dem gewählten Parameter ist bei einem Beispiel von Fig. 10 linear (lineare Abhängigkeit der Spannung über der LED Strecke VLED). Indessen kann diese Abhängigkeit auch nicht linear sein. The relationship between the correction value I pea k_overshoot and the selected parameter is linear in an example of FIG. 10 (linear dependence of the voltage across the LED segment V LED ). However, this dependence can not be linear.
Es ist auch möglich, dass der Korrekturfaktor Ipeak_overshoot kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen berechnet wird. Während der Ausschaltverzögerung tdoff steigt der Buck-Strom um einen Wert Ipkov an, sodass bei konstanter Ausschaltverzögerung daher zu jeder Zeit der zu korrigierende Overshoot-Wert Ipk_ov berechnet werden kann, nach folgender Formel:
Figure imgf000023_0001
It is also possible that the correction factor I pea k_overshoot is calculated continuously or at regular intervals. During the switch-off delay tdoff, the buck current increases by a value I p kov, so that, with a constant switch-off delay, the overshoot value I p k_ov to be corrected can be calculated at any time according to the following formula:
Figure imgf000023_0001
doff  doff
Dabei bezeichnet L den Wert der Induktivität 4 des getakteten Konverters 1. In this case, L denotes the value of the inductance 4 of the clocked converter. 1
Falls die Bestimmung der Einschaltzeitdauer nicht indirekt über einen Komparator-Schwellenwert passiert, sondern direkt durch die Vorgabe der Einschaltzeitdauer ton, kann natürlich ganz einfach die Einschaltzeitdauer ton um die Ausschaltverzögerung tdoff verringert werden, um den negativen Effekt der Ausschaltverzögerung tdoff zu kompensieren. Fig. 11 zeigt einen Zeitverlauf eines vorgegebenen Laststroms IaVg_nom. Auf der Abszisse ist die Zeit t für einen Zeitausschnitt eines Dimmvorgangs einer Leuchtmittelstrecke 6, zum Beispiel eines langsamen Dimmens über 4 Sekunden für einen Übergang von einem Dimmniveau (Dimmwert) 100 % auf ein Dimmniveau von 1% Prozent aufgetragen. In Fig. 11 ist lediglich ein Ausschnitt des Dimmvorgangs zeichnerisch dargestellt. Für den vollständigen Dimmvorgang ist der erreichte Wert auf der y-Achse zu Abschluss des Dimmvorgangs auf exakt 1 % des Anfangswerts gefallen. If the determination of the phase on time does not happen indirectly via a comparator threshold, but directly by specifying the on period t on, can of course easily the on period t on to the off tdoff be reduced to compensate for the negative effect of the OFF tdoff. 11 shows a time characteristic of a predetermined load current I aV g_nom. The abscissa represents the time t for a time segment of a dimming process of a light path 6, for example a slow dimming for 4 seconds for a transition from a dimming level (dimming value) 100% to a dimming level of 1% percent. In Fig. 11, only a portion of the dimming process is shown in the drawing. For the complete dimming process, the value reached on the y-axis at the end of the dimming process has fallen to exactly 1% of the initial value.
In Richtung der Ordinate ist in Fig. 11 der Zieldimmwert in Form eines nominalen mittleren Laststroms Lvgjom aufgetragen. Der Dimmvorgang für das Leuchtmittelstrecke 6 wird durch einen gewünschten abfallenden Verlauf 10 des nominalen mittleren Laststroms Lvgjom gekennzeichnet, den der getaktete Konverter 1 an seinem Ausgang als einem dem Nominalwert Lvgjom möglichst entsprechenden Istwert des mittlerer Laststroms Lvg bereitstellt. In the direction of the ordinate, the target brightness value in FIG. 11 is plotted in the form of a nominal average load current Lvg j om. The dimming process for the light path 6 is characterized by a desired falling curve 10 of the nominal average load current Lvg j om, the clocked converter 1 provides at its output as a nominal value Lvg j om possible actual value of the average load current Lvg.
Fig. 12 zeigt zugeordnet zu dem zeitlichen Verlauf 10 des vorgegebenen Laststroms IaVg_nom nach Fig. 11, berechnete Werte für die Totzeit tdead_domund eingestellte Werte für die Totzeit tdead. Auf der Abszisse der Fig. 12 ist die Zeit t für den Zeitausschnitt des Dimmvorgangs nach Fig. 11 aufgetragen. FIG. 12 shows values for the dead time tdead_do m and set values for the dead time tdead assigned to the time profile 10 of the predetermined load current I aV g_nom according to FIG. 11. The time t for the time interval of the dimming process according to FIG. 11 is plotted on the abscissa of FIG.
Die berechnete Totzeit tdeadjom zeigt einen gegenläufig zu dem abfallenden Verlauf 10 des nominalen mittleren Laststroms Iavgjom ansteigenden Verlauf 11. Der getaktete Konverter 1 erzeugt den sinkenden Laststrom IaVg mit einer Vergrößerung der berechneten Totzeit tdeadjom. Da ein Wiedereinschalten des Schalters 5 lediglich zu diskret beabstandeten Zeitpunkten erfolgen soll, erfolgt eine Vergrößerung der tatsächlich eingestellten Totzeit tdead lediglich in diskreten Schritten. Dies führt zu dem in Fig. 12 dargestellten stufenförmig ansteigenden Verlauf 12 der Totzeit tdead über die Zeit t für den Zeitausschnitt des Dimmvorgangs der Leuchtmittelstrecke 6 in Fig. 11. The calculated dead time tdead j om shows a gradient 11 rising in the opposite direction to the falling curve 10 of the nominal average load current Iavg j om. The clocked converter 1 generates the sinking load current I aV g with an increase in the calculated dead time tdeadjom. Since a restart of the switch 5 is to take place only at discretely spaced time points, an increase of the actually set dead time tdead takes place only in discrete steps. This leads to the stepped rising curve 12 of the dead time tdead shown in FIG. 12 over the time t for the time segment of the dimming process of the light path 6 in FIG. 11.
Es ist in Fig. 12 zu erkennen, dass stets der, der berechneten (nominalen) Totzeit tdeadjom nächstliegende Nulldurchgang des Induktivitäts Stroms II ausgewählt wird, und damit den aktuellen Wert für tdead bestimmt. Fig. 12 zeigt für alle Übergänge von einem niedrigeren Wert der Totzeit tdead zu einem nächsthöheren Wert der Totzeit tdead, dass die Schwelle bei 50% einer Periode des Schwingungsvorgangs des getakteten Konverters 1 liegt. Zeitlich entspricht dies genau der Hälfte des Abstands zweier„Täler", also zweier negativer Halbwellen des Induktivitätsstroms II oder einer halben Periodendauer der Resonanzschwingung. It can be seen in FIG. 12 that always the, the calculated (nominal) dead time tdead j om nearest zero crossing of the inductor current II is selected, and thus determines the current value for tdead. For all transitions from a lower value of the dead time tdead to a next higher value of the dead time tdead, FIG. 12 shows that the threshold lies at 50% of a period of the oscillation process of the clocked converter 1. In terms of time, this corresponds exactly to half the distance between two "valleys", ie two negative half-waves of the inductance current II or half a period of the resonance oscillation.
Fig. 12 zeigt darüber hinaus, dass bei drei Übergängen 12.1 der insgesamt vier dargestellten Übergänge des Verlaufs 12 der Totzeit tdead zu einem nächsthöheren Wert der Totzeit tdead ein kurzeitiger Wechsel (engl.: toggle) zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen mit positivem Gradienten stattfindet. FIG. 12 also shows that in the case of three transitions 12.1 of the total of four transitions of the curve 12 shown, the dead time tdead enters a next higher value of the dead time tdead toggle occurs between two adjacent positive-gradient zero crossings.
Dieser kurzeitige Wechsel zwischen benachbarten diskreten Wiedereinschaltzeitpunkten beruht auf einer nichtidealen Bestimmung des Spitzenstroms Ipeak in Verbindung mit einem häufigen Wechsel des zu dem berechneten Wiedereinschaltzeitpunkt nächstliegenden positiven Nulldurchgangs des Induktivitäts Stroms II. Auch unterliegt die Detektion der Valleys Schwankungen. Die detektierten möglichen Wiedereinschaltzeitpunkte schwanken. Damit kommt es zu kurzfristigen Schwankungen in dem mittleren Laststrom Lvg und damit ILED, die beispielsweise als Flackern der Lichtabgabe der Leuchtmittelstrecke 6 wahrnehmbar sein können. Wird eine Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts zu einem von einem aktuellen Wiedereinschaltzeitpunkt verschiedenen berechneten neuen Wiedereinschaltzeitpunkt nur dann ausgeführt, wenn der neue Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters von dem aktuellen Wiedereinschaltzeitpunkt um eine Zeit größer als ein vorbestimmter Wert, insbesondere größer als 50 % der Periodendauer der Resonanzschwingung abweicht, so wird über diese Hysterese ein häufiger kurzzeitiger Wechsel des Wiedereinschaltzeitpunkts unterbunden. Eine Stabilität des mittleren Laststroms wird verbessert, womit zum Beispiel eine Lichtabgabe des Leuchtmittels flackerfrei erfolgen kann. This short-term change between adjacent discrete reconnection times is based on non-ideal determination of the peak current I pea k in conjunction with a frequent change of the positive zero crossing of the inductance current II closest to the calculated reclosing time. Also, the detection of the valleys is subject to fluctuations. The detected possible reclosing times fluctuate. This results in short-term fluctuations in the average load current Lvg and thus ILED, which can be perceptible, for example, as flickering of the light output of the illuminant section 6. If a change in the reconnection time to a calculated new reconnection time other than a current reclosing time is performed only if the new reconnection time of the switch deviates from the current reconnection time by a time greater than a predetermined value, in particular greater than 50% of the period of the resonance oscillation a frequent short-term change of the reconnection time is prevented by this hysteresis. A stability of the average load current is improved, so that, for example, a light output of the light source can be flicker-free.
Dies ist Fig. 13 zu entnehmen. Fig. 13 zeigt, zugeordnet zu dem Zeitverlauf des vorgegebenen Laststroms Lvgjom nach Fig. 11, berechnete Werte für eine Totzeit tdead_domund eingestellte Werte für die Totzeit tdead nach einer weiter verbesserten Ausführung mit einer Hysterese. This is shown in FIG. 13. FIG. 13 shows values for a dead time tdead_d om and set values for the dead time tdead, assigned to the time characteristic of the predetermined load current Lvg j om according to FIG. 11, according to a further improved embodiment with a hysteresis.
Der vorbestimmte Wert ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 zu 10/16 bzw. 62.5 % gewählt. Das bedeutet, dass für den Dimmvorgang in Richtung auf eine geringere Lichtabgabe bzw. einen geringeren mittleren Laststrom IaVg, eine der berechneten Totzeit tdeadjom benachbarte geringere Totzeit tdead eingestellt bleibt, bis die berechnete Totzeit tdeadjom um mehr als 10/16 der Periodendauer der Resonanzschwingung von der aktuell gewählten und eingestellten Totzeit tdead abweicht. The predetermined value is set to 10/16 and 62.5%, respectively, in the embodiment of FIG. This means that for the dimming process in the direction of a lower light output or a lower average load current I aV g, one of the calculated dead time tdeadjom remains adjacent smaller dead time tdead until the calculated dead time tdead j om is greater than 10/16 of the period the resonance oscillation deviates from the currently selected and set dead time tdead.
Fig. 13 zeigt in dem dargestellten stufenförmigen Verlauf 13 der Totzeit tdead die mittels der eingeführten Hysterese erreichte Unterdrückung der kurzeitigen Wechsel bei den Übergängen 12.1 des Verlaufs 12 der Totzeit tdead zu einem nächsthöheren Wert der Totzeit tdead in Fig. 12. Damit wird beispielsweise eine verbesserte, da flackerfreie Lichtabgabe der Leuchtmittelstrecke 6 durch eine erhöhte zeitliche Stabilität des mittleren Laststroms IaVg erreicht. Die in der vorstehend diskutierten Ausführung des getakteten Konverters 1 eingeführte Hysterese bewirkt weiter, dass sich für einen bestimmten Dimmwert des Laststroms IaVg_nom unterschiedliche Arbeitspunkte des getakteten Konverters 1 ergeben können. Die unterschiedlichen Arbeitspunkte sind jeweils durch eine eingestellte Totzeit tdead und einen eingestellten Spitzenstrom Ipeak gekennzeichnet. Dies wird mit Bezug zu Fig. 16 weiter ausgeführt. Fig. 13 shows in the illustrated step-shaped curve 13 of the dead time tdead reached by means of the introduced hysteresis suppression of kurzeitigen alternation at the transitions 12.1 of the course 12 of the dead time tdead to a next higher value of the dead time tdead in Fig. 12. Thus, for example, an improved since flicker-free light output of the light-emitting means path 6 is achieved by an increased temporal stability of the average load current I aV g. The hysteresis introduced in the previously discussed embodiment of the clocked converter 1 further causes different operating points of the clocked converter 1 to result for a specific dimming value of the load current I aV g_nom. The different operating points are each characterized by a set dead time tdead and a set peak current I pea k. This will be further explained with reference to FIG. 16.
Fig. 14 zeigt zwei weitere Zeitverläufe des vorgegebenen mittleren Laststroms IaVg_nom für den getakteten Konverter 1 über der in Richtung der Abszisse aufgetragenen Zeit t. Der vorgegebene mittlere Laststrom ist in repräsentativen Digitalwerten angegeben. FIG. 14 shows two further time courses of the predetermined average load current Ia V g_nom for the clocked converter 1 over the time t plotted in the direction of the abscissa. The predetermined average load current is given in representative digital values.
Der erste Verlauf 14 stellt einen Dimmvorgang in Richtung auf einen geringeren mittleren Laststrom IaVg dar. The first curve 14 represents a dimming process in the direction of a lower average load current I aV g.
Der zweite Verlauf 15 stellt einen Dimmvorgang in Richtung auf einen höheren mittleren Laststrom IaVg dar. The second curve 15 represents a dimming process in the direction of a higher average load current I aV g.
Der erste Verlauf 14 des vorgegebenen mittleren Laststroms IaVg_nomund der zweite Verlauf 15 des vorgegebenen mittleren Laststroms IaVg_nom schneiden sich in einem Schnittpunkt 16. Schnittpunkt 16 ist durch einen zugeordneten Wert des vorgegebenen mittleren Laststroms IaVg_nom gekennzeichnet der sowohl Teil des Verlaufs 14 als auch des Verlaufs 15 der Dimmvorgänge des mittleren Laststroms IaVg ist. The first curve 14 of the predetermined average load current I aV g_nom and the second curve 15 of the predetermined average load current I aV g_nom intersect at an intersection point 16. Intersection point 16 is characterized by an assigned value of the predetermined average load current I aV g_nom which is both part of the curve 14 as well as the course 15 of the dimming operations of the average load current I aV g.
Fig. 15 zeigt für die zeitlichen Verläufe 14, 15 des vorgegebenen Laststroms nach Fig. 14 berechnete Werte für die Totzeit tdead_dom und eingestellte Werte für die Totzeit tdead mit einer Hysterese. FIG. 15 shows values for the dead time tdead_dom and set values for the dead time tdead with a hysteresis for the time profiles 14, 15 of the predetermined load current according to FIG. 14.
Der erste Verlauf 16 der berechneten mittleren Totzeit tdeadjom stellt die berechnete Totzeit d nom für den zweiten Verlauf 15 des vorgegebenen mittleren Laststroms Iavgjom für einen Dimmvorgang in Richtung auf einen höheren mittleren Laststrom IaVg dar. The first curve 16 of the calculated average dead time tdeadjom represents the calculated dead time d nom for the second curve 15 of the predetermined average load current Iavg j om for a dimming operation in the direction of a higher average load current I aV g.
Die Kurve 17 ist die tatsächlich eingestellte Totzeit tdead zugehörig zu dem ersten Verlauf 16 der berechneten mittleren Totzeit d nom. Die Totzeit tdead verringert sich mit zunehmender Zeit t. Damit erhöht sich der Dimmwert hin zu einer höheren Lichtabgabe der Leuchtmittelstrecke 6 aufgrund eines zunehmenden mittleren Laststroms IaVg. The curve 17 is the actually set dead time tdead associated with the first curve 16 of the calculated average dead time d nom. The dead time tdead decreases with increasing time t. Thus, the dimming value increases towards a higher light output of the light-emitting means path 6 due to an increasing average load current I aV g.
Der zweite Verlauf 18 der berechneten mittleren Totzeit tdeadjom stellt die berechnete Totzeit für den ersten Verlauf 14 des vorgegebenen mittleren Laststroms Iavgjom für einen Dimmvorgang in Richtung auf einen verringerten mittleren Laststrom IaVg dar. Damit verringert sich der Dimmwert hin zu einer schwächeren Lichtabgabe der Leuchtmittelstrecke 6 aufgrund eines abnehmenden mittleren Laststroms IaVg. The second curve 18 of the calculated average dead time tdead j om represents the calculated dead time for the first curve 14 of the predetermined average load current Iavg j om for a dimming operation in the direction of a reduced average load current I aV g. This reduces the dimming value towards a weaker light output of the illuminant path 6 due to a decreasing average load current I aV g.
Die Kurve 19 ist die tatsächlich eingestellte Totzeit tdead zu dem zweiten Verlauf 18 der berechneten mittleren Totzeit tdeadjom entsprechendem einem Dimmvorgang hin zu kleineren Dimm werten. The curve 19 is the actually set dead time tdead to the second curve 18 of the calculated average dead time tdead j om corresponding to a dimming operation towards smaller dimming values.
In Fig. 15 wird weiter die Wirkung der Hysterese, zum Beispiel mit einem Hysteresefaktor k mit k = 5/8 = 0.625= 62.5 % gezeigt. Ein Wechsel des ausgewählten Nulldurchgangs des Induktivitätstroms II als Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters 5 wird von der Steuerschaltung 2 vorgenommen, wenn der zeitliche Abstand zwischen dem berechneten theoretischen Wiedereinschaltzeitpunkt und dem aktuell ausgewählten Wiedereinschaltzeitpunkt betragsmäßig größer als das Produkt aus Hysteresefaktor k und der Periodendauer der Resonanzschwingung des getakteten Konverters 1 ist. FIG. 15 further shows the effect of hysteresis, for example with a hysteresis factor k with k = 5/8 = 0.625 = 62.5%. A change of the selected zero crossing of the inductance current II as a reclosing time of the switch 5 is made by the control circuit 2, if the time interval between the calculated theoretical reconnection time and the currently selected reclose time greater than the product of hysteresis factor k and the period of the resonant oscillation of the clocked converter 1 is.
Die Periodendauer der Resonanzschwingung des getakteten Konverters 1 entspricht dem zeitlichen Abstand zweier gleichphasiger Stromwerte des Induktivitäts Stroms II während der Resonanzschwingung während der der Totzeit tdead. The period of the resonant oscillation of the clocked converter 1 corresponds to the time interval between two in-phase current values of the inductor current II during the resonant oscillation during the dead time tdead.
In Fig. 15 entspricht der zeitliche Abstand zweier gleichphasiger Stromwerte des Induktivitäts Stroms II während der Resonanzschwingung einer Höhe einer Stufe der Kurven 17, 19 der eingestellten Totzeit tdead in Richtung der Ordinate der Fig. 15. Die Höhe 20 ist in Fig. 15 in Zählerwerten, entsprechend einer normierten Zeit, dargestellt. In Fig. 15, the time interval of two in-phase current values of the inductor current II during resonant oscillation corresponds to a height of one stage of the curves 17, 19 of the set dead time tdead in the ordinate direction of Fig. 15. The height 20 in Fig. 15 is counter values , according to a normalized time.
Ein Wechsel des ausgewählten Wiedereinschaltzeitpunkts erfolgt in dem in Fig. 15 gewählten Ausführungsbeispiel mit einem Hysteresefaktor k in Höhe von etwa 0.625. Dies ist daran zu erkennen, dass der Wechsel nicht bei der Hälfte, also 0,5 oder 50 % der Stufenhöhe 20 erfolgt, was der Auswahl des einem berechneten Einschaltzeitpunkt zeitlich nächstliegendem Nulldurchgangs mit positivem Gradienten des Induktivitätsstroms II entsprechen würde, sondern nach etwa 0.625 oder 62.5 % entsprechend der ersten Strecke 21 bei der Kurve 16 für abnehmende Totzeit tdead oder der Strecke 22 der Kurve 18 für zunehmende Totzeit tdead. A change of the selected reconnection time takes place in the exemplary embodiment selected in FIG. 15 with a hysteresis factor k of approximately 0.625. This can be seen from the fact that the change does not take place at half, ie 0.5 or 50% of the step height 20, which would correspond to the selection of the zero crossing with a positive gradient of the inductance current II temporally closest to a calculated switch-on time, but after approximately 0.625 or 62.5% corresponding to the first distance 21 at the curve 16 for decreasing dead time tdead or the distance 22 of the curve 18 for increasing dead time tdead.
Es wird auch deutlich, dass für einen einzustellenden Wert des mittleren Laststroms Iavgjom möglicherweise unterschiedliche Arbeitspunkte des getakteten Konverters 1 bestehen. Fig. 16 stellt berechnete Werte für die Totzeit tdead_dom und eingestellte Werte für die Totzeit tdead mit einer Hysterese für zeitlich ansteigende und für zeitlich abfallenden Werte des vorgegebenen Laststroms in einem Ausschnitt dar. It also becomes clear that there may possibly be different operating points of the clocked converter 1 for a value of the average load current Iavg j om to be set. 16 shows calculated values for the dead time tdead_d om and set values for the dead time tdead with a hysteresis for time-increasing and time-decreasing values of the predetermined load current in a section.
Aus Fig.16 wird deutlich, dass für einen vorgegebenen Wert des mittleren Laststroms IaVg_nomund einen entsprechend eingestellten Wert des mittleren Laststroms IaVg zwei unterschiedliche Arbeitspunkte aufgrund der Hysterese des getakteten Konverters 1 existieren. From FIG. 16, it becomes clear that for a given value of the average load current I aV g_nom and a correspondingly set value of the average load current I aV g, two different operating points exist due to the hysteresis of the clocked converter 1.
Aufgrund der Hysterese stellen sich die unterschiedlichen Arbeitspunkte ein, je nachdem, ob die Steuerschaltung 2 von einer niedrigeren oder einer höheren Totzeit tdead nom bzw. tdead aus zu einem aktuellen Zieldimmwert, und damit zu einem aktuellen nominalen mittleren Laststrom Iavgjom, zu einer entsprechend berechneten aktuellen Totzeit tdead nom bzw. tdead als Wiedereinschaltzeitpunkt für den Schalter 5 und dazu berechneten Spitzenstrom Ipeak_nom als Ausschaltschwelle für den Schalter 5 gelangt. Due to the hysteresis set the different operating points, depending on whether the control circuit 2 from a lower or a higher dead time tdead nom or tdead to a current Zielimmwert, and thus to a current nominal average load current Iavg j om, to a corresponding calculated current dead time tdead nom or tdead as a switch-on time for the switch 5 and calculated peak current I pe ak_nom as Ausschaltschwelle for the switch 5 passes.
In einem Beispiel ist ein vorgegebener mittlerer Laststrom IaVg mit einer mittleren Stromstärke von 100 mA durch den getakteten Konverter 1 bereitzustellen. Dies kann zum einen in einem ersten Arbeitspunkt erfolgen, der durch eine Totzeit tdead mit einer Dauer von vier Perioden der Resonanzschwingung gekennzeichnet ist. Es erfolgt also eine Wiedereinschalten des Schalters 5 des getakteten Konverters 1 bei einem Nulldurchgang des Induktivitäts Stroms Ibuck mit positivem Gradienten des Verlaufs des Spulenstrom II in der vierten Periode der Resonanzschwingung nach Ausschalten des Schalters 5. Das Ausschalten des Schalters 5 erfolgt im ersten Arbeitspunkt bei Erreichen eines Spitzenstroms Ipeak mit einer Stromstärke von 300 mA. In one example, a predetermined average load current I aV g with an average current of 100 mA is provided by the clocked converter 1. This can be done on the one hand in a first operating point, which is characterized by a dead time tdead with a duration of four periods of resonance oscillation. There is thus a reconnection of the switch 5 of the clocked converter 1 at a zero crossing of the inductor current Ibuck with a positive gradient of the course of the coil current II in the fourth period of the resonant oscillation after turning off the switch 5. Turning off the switch 5 takes place in the first operating point upon reaching a peak current I pea k with a current of 300 mA.
Ein zweiter Arbeitspunkt ist durch eine Totzeit tdead mit einer Dauer von fünf Perioden der Resonanzschwingung gekennzeichnet. Es erfolgt also eine Wiedereinschalten des Schalters 5 des getakteten Konverters 1 bei einem Nulldurchgang des Induktivitätsstroms II mit positivem Gradienten des Verlaufs des Induktivitätsstroms II in der fünften Periode der Resonanzschwingung nach Ausschalten des Schalters 5. Das Ausschalten des Schalters 5 erfolgt in dem zweiten Arbeitspunkt bei Erreichen eines Spitzenstroms Ipeak mit einer Stromstärke von 330 mA. A second operating point is characterized by a dead time tdead with a duration of five periods of the resonance oscillation. There is thus a reconnection of the switch 5 of the clocked converter 1 at a zero crossing of the inductor current II with a positive gradient of the course of the inductor current II in the fifth period of the resonant oscillation after turning off the switch 5. Turning off the switch 5 takes place in the second operating point upon reaching a peak current I pea k with a current of 330 mA.
In dem ersten Arbeitspunkt und in dem zweiten Arbeitspunkt wird in dem gewählten Zahlenbeispiel eine mittlere Stromstärke des Laststroms IaVg entsprechend ILED in Höhe von 100 mA erreicht. Fig. 16 zeigt einen Wert 26 der Totzeit tdead der über einen ansteigenden Dimmverlauf „„ In the first operating point and in the second operating point, an average current intensity of the load current I aV g corresponding to I LED in the amount of 100 mA is achieved in the selected numerical example. FIG. 16 shows a value 26 of the dead time tdead of the rising dimming curve ""
27 des mittleren Laststroms IaVg und einen entsprechend fallenden Verlauf 21 der Totzeit tdead nom erreicht wird. Daraus ergibt sich ein stufenförmiger Verlauf 22 der eingestellten Totzeit tdead. 27 of the average load current I aV g and a corresponding falling curve 21 of the dead time tdead nom is reached. This results in a step-shaped curve 22 of the set dead time tdead.
Für die Totzeit tdead für den ersten Arbeitspunkt ergibt sich daraus eine erste Totzeit tdeadi 28 in Fig. 16, da die Hysterese für den dargestellten Verlauf keine berechnete Totzeit tdead_nom 26 ergibt, die von der bereits eingestellten Totzeit tdeadi um mehr als 62.5 % abweicht. For the dead time tdead for the first operating point, this results in a first dead time tdeadi 28 in FIG. 16, since the hysteresis for the illustrated curve does not result in a calculated dead time tdead_nom 26 which deviates from the already set dead time tdeadi by more than 62.5%.
Die Steuerschaltung 2 stellt dabei in Fig. 16 die Totzeit mit einer Hysterese ein. Die Hysterese kann zum Beispiel bei 62.5 % der Periodendauer der Resonanzschwingung des getakteten Konverters 1 liegen. The control circuit 2 sets the dead time with a hysteresis in FIG. 16. For example, the hysteresis may be 62.5% of the period of the resonant oscillation of the clocked converter 1.
Der entsprechende Wert 26 der Totzeit tdead kann alternativ über einen fallenden Dimmverlauf des mittleren Laststroms Iavg und einen entsprechend ansteigenden Verlauf 23 der Totzeit tdead_nom erreicht werden. Damit ergibt sich eine stufenförmig ansteigender Verlauf 24 der Totzeit tdead. The corresponding value 26 of the dead time tdead can alternatively be achieved via a falling dimming curve of the average load current I av g and a correspondingly increasing curve 23 of the dead time tdead_nom. This results in a step-increasing course 24 of the dead time tdead.
Für die Totzeit tdead für den zweiten Arbeitspunkt ergibt sich daraus eine zweite Totzeit tdead2 29 in Fig. 16, da die Hysterese für den dargestellten Verlauf eben keine berechnete Totzeit tdead_nom 26 ergibt, die von der bereits eingestellten Totzeit tdead- um mehr als 62.5 % abweicht. Aus Fig. 16 wird damit deutlich, dass für eine berechnete Totzeit tdead_nom 26 für die Ausführung mit Hysterese zwei Arbeitspunkte existieren, die durch unterschiedliche erste Totzeit tdeadi 28 und zweite Totzeit tdead2 29 gekennzeichnet sind. For the dead time tdead for the second operating point, this results in a second dead time tdead2 29 in FIG. 16, since the hysteresis for the illustrated curve does not result in a calculated dead time tdead_nom 26 which differs from the already set dead time tdead by more than 62.5% , From FIG. 16 it thus becomes clear that for a calculated dead time tdead_nom 26 for execution with hysteresis two operating points exist, which are characterized by different first dead time tdeadi 28 and second dead time tdead2 29.
Die Steuerschaltung 2 kann die Ausschaltschwelle für den Spitzenstrom Ipeak entsprechend zu den unterschiedlichen Werten für die Totzeit tdeadi 28, tdead2 29 zu Ipeaki bzw. Ipeak2 ermitteln, um denselben Sollwert Iavg _nom mit dem aktuellen Istwert des Laststroms IaVg zu erreichen. The control circuit 2 can determine the switch-off threshold for the peak current I pea k corresponding to the different values for the dead time tdeadi 28, tdead2 29 to I pea ki or I pe ak2 to the same setpoint I av g _nom with the current actual value of the load current I. reach aV g.
Die diskutierte Ausführung der Hysterese für die Ermittlung eines Wiedereinschaltzeitpunkts des Schalters 5 erfolgt mit wertmäßig gleichem Hysteresefaktor k für einen ansteigenden und einen fallenden Dimmverlauf des Laststroms Iavg. The discussed execution of the hysteresis for the determination of a reconnection time of the switch 5 is carried out with the same value hysteresis factor k for a rising and a falling dimming curve of the load current Iavg.
Alternativ können Hysteresefaktoren mit jeweils unterschiedlichen Werten für ansteigenden und einen fallenden Dimmverlauf des Laststroms Iavg gewählt werden. Alternatively, hysteresis factors each having different values for increasing and decreasing dimming characteristics of the load current I av g can be selected.

Claims

Ansprüche claims
1. Betriebsgerät zum dimmbaren Betrieb von Leuchtmitteln (1), insbesondere einer oder mehrere LED(s), 1. operating device for the dimmable operation of light sources (1), in particular one or more LED (s),
- aufweisend eine Steuerschaltung (2), die eine getaktete Konverterschaltung (1) mit einem Energie speicherelement (4) und wenigstens einem Schalter (5) aufweist, der ausgehend von der Steuerschaltung (2) getaktet ist,  - comprising a control circuit (2) having a clocked converter circuit (1) with an energy storage element (4) and at least one switch (5), which is clocked starting from the control circuit (2),
- wobei die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist, durch Ansteuerung des Schalters die Konverterschaltung (1) wahlweise wenigstens in einem kritischen Modus oder in einem Modus mit lückendem Strom zu betreiben,  - wherein the control circuit (2) is adapted to operate by driving the switch, the converter circuit (1) optionally at least in a critical mode or in a mode with lückendem current,
- wobei die Steuerschaltung im lückenden Betrieb einen Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters (5) in diskreten Inkrementen in einen der zeitlichen Bereiche nach dem ersten Nulldurchgang setzt, in denen ein Strom durch das Energiespeicherelement (4) einen steigenden Nulldurchgang vollführt,  - wherein the control circuit in the latching operation sets a reconnection time of the switch (5) in discrete increments in one of the temporal ranges after the first zero crossing, in which a current through the energy storage element (4) performs a rising zero crossing,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist, bei einer inkrementellen Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts eine die Leuchtmittel-Leistung beeinflussenden Rückführgröße durch direkte oder indirekte Veränderung einer Einschaltzeitdauer des Schalters (5) zu regeln.  the control circuit (2) is designed to regulate a feedback variable influencing the luminous flux power by an indirect or incremental change in a switch-on time duration of the switch (5) in the event of an incremental change in the restarting time.
2. Betriebsgerät nach Anspruch 1, 2. Operating device according to claim 1,
bei dem die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist,  in which the control circuit (2) is designed to
- bei einer inkrementellen Verlängerung des Wiedereinschaltzeitpunkts inkrementell die Einschaltzeitdauer zu verlängern und eine Regelung mit der Steuergröße„Einschaltzeitdauer" durchzuführen und,  incrementally with an incremental prolongation of the reconnection time the on-time and to perform a control with the control value "on-time" and
- bei einer inkrementellen Verringerung des Wiedereinschaltzeitpunkts inkrementell die Einschaltzeitdauer zu verkürzen und dann eine Regelung mit der Steuergröße„Einschaltzeitdauer" durchzuführen.  - Incrementally reduce the on-time for an incremental decrease in the reclose time, and then perform a closed-loop control with the "on period" control.
3. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. Operating device according to one of the preceding claims,
bei dem die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist,  in which the control circuit (2) is designed to
eine inkrementelle Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts durchzuführen, wenn die Regelung mit der Steuergröße„Einschaltzeitdauer" vorgegebene Mindest- oder Maximalwerte der Einschaltdauer oder einer diese beeinflussenden Größe zur Folge hat. to carry out an incremental change of the reclosing time, if the control with the control variable "ON period" specifies predetermined minimum or maximum values of the Duty cycle or one of these influencing size result.
4. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Operating device according to one of the preceding claims,
bei dem die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist,  in which the control circuit (2) is designed to
die Veränderung der Einschaltzeitdauer des Schalters (5) indirekt durch Vorgabe einer the change in the switch-on period of the switch (5) indirectly by specifying a
Abschaltschwelle für den Strom durch den Schalter (5) oder direkt durch Vorgabe der Einschaltzeitdauer vorzugeben. Abschaltschwelle for the current through the switch (5) or directly specify by specifying the switch-on.
5. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Operating device according to one of the preceding claims,
bei dem die Steuerschaltung (2) dazu ausgelegt ist, bei einem Übergang vom kritischen wherein the control circuit (2) is adapted to transition from the critical
Modus in den Modus mit lückendem Strombetrieb den Wert für die Einschaltzeitdauer des Schalters (5) sprunghaft zu verlängern. Mode in the mode with lapping current operation, the value for the switch-on period of the switch (5) to increase suddenly.
6. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 6. Operating device according to one of the preceding claims, wherein
die Steuerschaltung (2) ausgelegt ist, in dem lückenden Betrieb  the control circuit (2) is designed in the intermittent operation
eine Veränderung des Wiedereinschaltzeitpunkts zu einem von einem aktuellen Wiedereinschaltzeitpunkt verschiedenen berechneten neuen Wiedereinschaltzeitpunkt nur dann auszuführen, wenn der neue Wiedereinschaltzeitpunkt des Schalters (5) von dem aktuellen Wiedereinschaltzeitpunkt um eine Zeit größer als ein vorbestimmter Wert abweicht.  to perform a change in the reconnection timing to a calculated new reconnection time different from a current reconnection time only when the new reconnection time of the switch (5) deviates from the current reconnection time by a time greater than a predetermined value.
7. Betriebsgerät nach Anspruch 6, wobei 7. Operating device according to claim 6, wherein
der vorbestimmte Wert eine Zeitdauer länger als 50% einer Periodendauer einer the predetermined value is a period of time longer than 50% of a period of one
Resonanzschwingung eines Stroms durch das Energiespeicherelement (4) während einer Totzeit des getakteten Konverters (1) ist. Resonant vibration of a current through the energy storage element (4) during a dead time of the clocked converter (1).
8. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Operating device according to one of the preceding claims,
wobei die Konverterschaltung ein Boost-, Buck- oder Flybackkonverter ist.  wherein the converter circuit is a boost, buck or flyback converter.
9. Schaltung zur Erfassung des Nulldurchgangs des Stroms durch eine Induktivität (4) eines Buck- Konverters, insbesondere eines Buck-Konverters in einem Betriebsgerät nach einem der9. A circuit for detecting the zero crossing of the current through an inductance (4) of a Buck converter, in particular a Buck converter in an operating device according to one of
Ansprüche 1 bis 8, Claims 1 to 8,
aufweisend eine mit einem Potential an einem Verbindungspunkt einer Diode (7) des Buck- Konverters und eines Schalters (5) des Buck-Konverters verbundene Diodenschaltung, die ein vorzugsweise digitales Erfassungssignal erzeugt, dessen vorzugsweise logischer Pegel sich bei einem Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität (4) ändert. comprising a diode connected to a potential at a connection point of a diode (7) of the Buck converter and a switch (5) of the Buck converter, which generates a preferably digital detection signal whose preferably logic level at a zero crossing of the current through the inductance (4) changes.
10. Schaltung nach Anspruch 9, aufweisend einen software-mäßige oder hardware-mäßig ausgebildeten Block, der verhindert, dass sich der Pegel des Erfassungssignals nach einem ersten Nulldurchgang bei weiteren Nulldurchgängen verändert. 10. A circuit according to claim 9, comprising a software-moderate or hardware-trained block, which prevents the level of the detection signal after a first zero crossing at further zero crossings changed.
11. Betriebsgerät aufweisend eine Schaltung nach einem der Ansprüche 9 oder 10 sowie eine Steuerschaltung (2), vorzugsweise einen Mikrokontroller, der/dem das Erfassungssignal zugeführt ist. 11. Operating device having a circuit according to one of claims 9 or 10 and a control circuit (2), preferably a microcontroller, to which the detection signal is supplied.
12. Betriebsgerät nach Anspruch 11, 12. Operating device according to claim 11,
wobei eine definierte Pegeländerung des Erfassungssignals Starten eines Zählers in dem wherein a defined level change of the detection signal starts a counter in the
Mikrokontroller auslöst. Microcontroller triggers.
13. Schaltung zur Erfassung des unteren Umkehrpunkts des Stroms durch eine Induktivität (4) eines Buck- Konverters, insbesondere eines Buck- Konverters in einem Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend 13. A circuit for detecting the lower reversal point of the current through an inductance (4) of a Buck converter, in particular a Buck converter in an operating device according to one of claims 1 to 8, comprising
eine mit der Induktivität (4) des Buck- Konverters magnetisch gekoppelte Hilfswicklung (Ll-b), die ein Signal erzeugt, das einen ein Detektionssignal erzeugenden Transistor (Q30) schaltet, wenn der Strom durch die Induktivität (4) seinen unteren Umkehrpunkt erreicht.  an auxiliary winding (Ll-b) magnetically coupled to the inductance (4) of the Buck converter and generating a signal which switches a transistor (Q30) producing a detection signal when the current through the inductance (4) reaches its lower reversal point.
14. Betriebsgerät aufweisend eine Schaltung nach Anspruch 13 sowie eine Steuerschaltung (2), vorzugsweise einen Mikrokontroller, der/dem das Detektionssignal zugeführt wird. 14. Operating device having a circuit according to claim 13 and a control circuit (2), preferably a microcontroller, to which / the detection signal is supplied.
15. Betriebsgerät nach Anspruch 14, 15. Operating device according to claim 14,
wobei eine definierte Pegeländerung des Detektionssignals Speichern eines aktuellen Zählerwerts eines Zählers in dem Mikrokontroller auslöst.  wherein a defined level change of the detection signal triggers storage of a current counter value of a counter in the microcontroller.
16. Betriebsgerät für Leuchtmittel (6), Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 11, 12, 14 oder 15 aufweisend einen primärseitig mittels eines Schalters (5) getakteten Konverter (1), insbesondere Buck-Konverter, 16. operating device for lighting means (6), operating device according to one of claims 1 to 8, 11, 12, 14 or 15 having a primary side by means of a switch (5) clocked converter (1), in particular Buck converter,
aufweisend eine Steuerschaltung (2), die den Schalter (5) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer ton oder bei Erreichen einer Abschaltschwelle des ansteigenden Schalterstroms wieder nichtleitend schaltet, wobei der Steuerschaltung (2) ein Rückführsignal zugeführt wird, das die Spannung über die vom Betriebsgerät versorgten Leuchtmittel (6) wiedergibt, wobei die Steuerschaltung (2) die Zeitdauer ton oder die Abschaltschwelle abhängig von dem Rückführsignal einstellt. comprising a control circuit (2) which switches the switch (5) non-conducting again after expiration of a predetermined period of time t on or upon reaching a switch-off threshold of the rising switch current, wherein the control circuit (2) is supplied with a feedback signal representing the voltage across the lamp (6) supplied by the operating device, the control circuit (2) setting the time duration t on or the switch-off threshold as a function of the feedback signal.
17. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach Anspruch 16, 17. operating device for lighting means according to claim 16,
bei dem die Abschaltschwelle bei niedrigerer Spannung über die Leuchtmittel (6) niedriger eingestellt wird als bei höherer Spannung über die Leuchtmittel (6).  in which the switch-off threshold is set lower at lower voltage across the lighting means (6) than at higher voltage across the lighting means (6).
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