WO2019211129A1 - Betriebsgerät für leuchtmittel mit einem resonanzwandler und einer helligkeitssteuerung - Google Patents

Betriebsgerät für leuchtmittel mit einem resonanzwandler und einer helligkeitssteuerung Download PDF

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WO2019211129A1
WO2019211129A1 PCT/EP2019/060421 EP2019060421W WO2019211129A1 WO 2019211129 A1 WO2019211129 A1 WO 2019211129A1 EP 2019060421 W EP2019060421 W EP 2019060421W WO 2019211129 A1 WO2019211129 A1 WO 2019211129A1
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WO
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operating
resonant converter
switching frequency
operating voltage
voltage
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PCT/EP2019/060421
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sascha GSTIR
Stefan Stark
Original Assignee
Tridonic Gmbh & Co Kg
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    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/38—Switched mode power supply [SMPS] using boost topology

Definitions

  • the present invention relates to an operating device for lighting means, in which the light source for the lighting device with a resonant converter and a brightness control
  • Illuminant necessary operating voltage or the operating current is generated by means of a resonant converter and in which the brightness of the light emitted from the light source can be controlled or regulated, and a method for controlling the operating device.
  • Resonance converters with a series or parallel resonant circuit are often used in operating devices to enable energy-efficient operation with low switching losses.
  • DE 10 2012 007 450 Al proposes operating the LLC resonant converter in a first operating mode at high dimming levels and switch at low dimming levels in a second operating mode, wherein in the first operating mode the desired brightness is adjusted by a change in the switching frequency of the half-bridge and generates a pulsed signal at the output of the converter in the second operating mode by repeatedly suppressing turn-on of both switches of the half-bridge so that the brightness can be adjusted by pulse width modulation.
  • the range of brightness control by the pulse width modulation is limited in particular when using light-emitting diodes (LEDs) as the light source, since the modulation at low dimming levels can be perceived by the human eye as a disturbing flicker.
  • the control of the various operating modes and their change is complex.
  • the invention has for its object to provide devices and methods that reduce the problems described.
  • the object is an operating device for lighting means with a resonant converter and a method for controlling a resonant converter to provide precise control and regulation over a large load range with a simple and inexpensive construction.
  • an operating device for operating one or more lighting means comprises a resonant converter for generating a voltage and a current for the operation of the lighting means, a power factor correction circuit for generating a
  • Switching frequency of the resonant converter controls and reduces the operating voltage, if the switching frequency would exceed a threshold for a non-changed operating voltage.
  • a brightness control or regulation in a known manner via a change in the switching frequency wherein for a reduction in brightness increases the switching frequency and when reaching a maximum switching frequency, the operating voltage or input voltage of the resonant converter is reduced to the output power and / or the switching frequency to reduce.
  • the level of the maximum switching frequency or the threshold value can be determined by the increase in the
  • the brightness of the light emitted by the light source can be controlled according to a dimming signal.
  • the operating device may reduce the brightness continuously or stepwise.
  • the control device can be designed to receive a switch-off or dimming signal, which indicates a reduction in the power to be transmitted by the resonant converter, and the
  • the current or set switching frequency can be detected and compared directly with the threshold.
  • the current switching frequency and the threshold may be one be assigned to the current dimming level or a dimming threshold, wherein the
  • Control means is adapted to reduce the operating voltage when the dimming value indicated by the dimming signal falls below the dimming threshold.
  • the power factor correction circuit may include an inverse converter or boost converter, wherein the controller is configured to interrupt the clocking of the boost converter to reduce the operating voltage when the switching frequency exceeds the threshold.
  • the controller may be configured to set the switching frequency to a lower value to compensate for the drop in power transmitted through the resonant converter due to the reduced operating voltage and to increase the switching frequency to achieve a further reduction in the power transmitted through the resonant converter.
  • control device may be configured to increase the switching frequency only up to the threshold and to achieve a further reduction of the through the
  • Resonant converter transmitted power at fixed Wegffequenz the operating voltage gradually or continuously to reduce.
  • the resonant converter may be one of two inductors and a capacitance of existing LLC converters. Since in many operating devices, a power factor correction circuit and a
  • Control device are included, no additional components must be used. This is a very cost-effective implementation possible.
  • Power factor correction circuit and a resonant converter having operating device for operating one or more lamps, the following steps:
  • Fig. 3 is a circuit of the resonant converter of the operating device shown in Fig. 1
  • Fig. 4 is a diagram showing the course of the frequency-dependent amplification of
  • Fig. 5 is a simplified flow diagram illustrating the method according to the
  • Fig. 1 shows a simplified schematic representation of an operating device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the operating device 1 is used for operation of a connected to its output terminals 2, 3 bulbs 4, which a
  • LED Light emitting diode
  • OLED Organic light emitting diode
  • OLEDs may include.
  • the operating device 1 has a connected to the input terminals 5, 6
  • the power factor correction circuit 7 serves to provide the operating voltage for the resonant converter 8, which may be a DC voltage of 400 volts, as well as for the correction of
  • DC converter are chosen so that the input current of the circuit follows a sinusoidal waveform, which is in phase with the course of the AC line voltage.
  • the Provision of the operating voltage is achieved by the power factor correction circuit 7 from the mains voltage.
  • the power factor correction circuit 7 shown has a rectifier 10 with directly downstream boost converter (English boost converter).
  • the boost converter consists of a coil 11 which is connected in series with a freewheeling diode 12, a charging capacitor 13 and a switch 14 which switches the coil to ground.
  • the switch 14 is turned on by applying a turn-on signal to the terminal 15 from the controller 9 or a separate control means provided for the power factor correction circuit 7.
  • the power factor correction circuit 7 For determining the current flowing through the switch 14 and the voltage oscillating across the switched off switch 14, the power factor correction circuit 7 has a measuring resistor 16 connected in series with the switch 14 and an auxiliary winding 17 inductively coupled to the coil 11.
  • the auxiliary winding 17 is connected at its one end to ground and at the other end via the diode 18 and a resistor 19 to a signal output 20 for the control device 9 (not shown in Fig. 2).
  • the signal output 20 is also connected via a resistor 21 to a node between the switch 14 and the measuring resistor 16.
  • the switch 14 is clocked by the controller 9 so that at medium to high dimming levels at the output terminals 22, 23 an operating voltage for the resonant converter 8 of 400 volts is applied and at low dimming levels this operating voltage is reduced, the operating voltage up to the value of the rectified AC mains voltage with complete shutdown of the timing of the switch 14 and the power factor correction scarf device 7 may decrease.
  • Fig. 3 shows a simplified circuit of the resonant converter 8, which is a primary-side circuit
  • Secondary coil 26 having transformer are coupled via a potential barrier 28.
  • Resonant converter 8 converts those provided by the power factor correction circuit 7
  • the primary-side circuit 24 comprises an LLC resonant circuit, which is designed as a series resonant circuit and has a first inductor 29, a second inductor 30 and a capacitor 31 in a series connection, and a half-bridge with a first switch 32 and a second switch 33. At the half-bridge is provided by the power factor correction circuit 7 operating voltage, wherein the first switch 32 to the output terminal 22 and the second switch 33 via a resistor 35 to the output terminal 23 of the
  • Power correction circuit 7 is connected.
  • the resonant circuit is connected to the middle of the half-bridge between the two switches 32 and 33, and a first terminal of the first inductor 29 of the resonant circuit to the node between the first switch 32 and the second switch 33 of the half-bridge circuit.
  • a second terminal of the first inductor 29 is connected to a first terminal of the second inductance 30 of the resonant circuit and a second terminal of the second inductance 30 of the resonant circuit to a first terminal of the capacitor 31.
  • the secondary side 25 has a secondary coil 26 downstream and formed by a first diode 36 and a second diode 37 rectifier.
  • the center of the secondary coil 26 is connected to the output terminal 3 and the ends of the secondary coil 26 via the diodes 36 and 37 to the output terminal 2.
  • a capacitor 38 is connected in parallel with the output terminals 2, 3.
  • the capacitor 31 may be connected between the inductors 29 and 30.
  • the control device 9 controls the first switch 32 and the second switch 33 such that only one of the two switches is always turned on.
  • each of the switches 32, 33 are switched with the same Wegifequenz, wherein for changing the brightness of the connected to the output terminals 2, 3 light source 4 (dimming level), the Wegffequenz, with which the switches 32, 33 are switched clocked, is changed ,
  • Fig. 4 shows a characteristic curve of the ffequenzcomben transfer function (ratio of the voltage U out at the output terminals 2, 3 for the voltage U to the
  • the gain decreases with an increase in the switching frequency, which means a reduction in the brightness, wherein the switching sequence fi the new exemplary operating point 39 and at the switching frequency f s the further exemplary operating point 40 is present.
  • the curve levels off significantly with increasing switching frequency, so that for a further reduction of the gain, and thus ultimately the brightness, the
  • the switching frequency f s or a dimming level assigned to it is set as a threshold value, wherein a dimming signal indicating the dimming level to be set can be fed to the control device 9 at the terminal 41 of the operating device 1 shown in FIG.
  • Threshold f s controls the controller 9, the power factor correction circuit 7 so that it reduces the operating voltage, resulting in a change in the gain or the
  • the reduction of the operating voltage can be done as a particularly simple solution by switching off the power factor correction circuit 7 and the timing of the switch 14.
  • Dimming level another, lower threshold (eg the switching frequency fi) increases the Control device 9, the operating voltage back to the original value (400 volts).
  • fi is preferably selected so that the frequency F s is again set after switching to the original operating voltage of here 400V.
  • the reduction and / or increase of the operating voltage can take place in several steps, to each of which different threshold values are assigned.
  • the switching frequency can be continuously increased and at the same time the operating voltage continuously from the
  • Control device 9 can be reduced. Instead of a dimming signal can at the terminal 41 of the control device 9 a on or
  • the controller 9 lowers the brightness of the lamp in the manner described above to zero upon receipt of the switch-off signal.
  • the control device 9 can lower or leave the operating voltage at a low level and, after falling below the threshold value f s
  • the control device 9 controls the switches 14, 32 and 33 directly. However, it is also possible that the power factor correction circuit 7 and / or the
  • Resonance converter 8 have internal control means for driving the switch 14 and the switches 32 and 33 and the control device 9, only a control signal for the
  • the controller 9 may be a processor, a microprocessor, a controller, a
  • Microcontroller or an application-specific special circuit ASIC, "Application Specific
  • FIG. 5 shows a simplified flow diagram of the method according to the present invention.

Landscapes

  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsgerät, das einen Resonanzwandler (8) zum Erzeugen einer Spannung bzw. eines Stroms für den Betrieb eines Leuchtmittels (4), eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (7) zum Erzeugen einer Betriebsspannung für den Resonanzwandler (8) und eine Steuereinrichtung (9) aufweist, welche die Schaltfrequenz des Resonanzwandlers (8) steuert und die Betriebsspannung verringert, wenn die Schaltfrequenz einen Schwellenwert (fs) übersteigt.

Description

Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einem Resonanzwandler und einer Helligkeitssteuerung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, bei dem die für das
Leuchtmittel nötige Betriebsspannung bzw. der Betriebsstrom mittels eines Resonanzwandlers erzeugt wird und bei dem die Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichts gesteuert oder geregelt werden kann, sowie ein Verfahren zum Steuern des Betriebsgeräts. Resonanzwandler mit einem Serien- oder Parallelresonanzkreis werden oft in Betriebsgeräten eingesetzt, um einen energieeffizienten Betrieb mit geringen Schaltverlusten zu ermöglichen.
Ein solches Betriebsgerät, bei dem der Resonanzwandler einen Resonanzkreis mit zwei
Induktivitäten und einer Kapazität (LLC) und eine primärseitige Halbbrücke aufweist, ist aus der DE 10 2012 007 450 Al bekannt. Um einen großen Last-/Dimmbereich abzudecken und auch bei geringen Last-/Dimmbereichen eine genaue Steuer- oder Regelung zu ermöglichen, schlägt die DE 10 2012 007 450 Al vor, den LLC -Resonanzwandler bei hohen Dimm-Pegeln in einem ersten Betriebsmodus zu betreiben und bei niedrigen Dimm-Pegeln in einem zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wobei im ersten Betriebsmodus die gewünschte Helligkeit durch eine Änderung der Schaltffequenz der Halbbrücke eingestellt wird und im zweiten Betriebsmodus durch wiederholtes Unterdrücken von Einschaltvorgängen beider Schalter der Halbbrücke ein gepulstes Signal am Ausgang des Wandlers erzeugt wird, so dass die Helligkeit durch Pulsweitenmodulation eingestellt werden kann. Der Bereich der Helligkeitssteuerung durch die Pulsweitenmodulation ist jedoch insbesondere bei der Verwendung von Leuchtdioden (LEDs) als Leuchtmittel begrenzt, da die Modulation bei geringen Dimm-Pegeln vom menschlichen Auge als störendes Flackern wahrgenommen werden kann. Zudem ist die Steuerung der verschiedenen Betriebsmodi und deren Wechsel komplex. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, ein Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einem Resonanzwandler und ein Verfahren zum Steuern eines einen Resonanzwandler aufweisenden Betriebsgeräts bereitzustellen, die eine genaue Steuerung und Regelung über einen großen Lastbereich mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau erlauben.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Betriebsgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Leuchtmittel einen Resonanzwandler zum Erzeugen einer Spannung und eines Stroms für den Betrieb der Leuchtmittel, eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung zum Erzeugen einer
Betriebsspannung für den Resonanzwandler und eine Steuereinrichtung auf, welche die
Schaltfrequenz des Resonanzwandlers steuert und die Betriebsspannung verringert, wenn für eine nicht veränderte Betriebsspannung die Schaltfrequenz einen Schwellenwert übersteigen würde.
Somit kann eine Helligkeitssteuerung oder -regelung in bekannter Weise über eine Änderung der Schaltfrequenz erfolgen, wobei für eine Verringerung der Helligkeit die Schaltfrequenz erhöht und beim Erreichen einer maximalen Schaltfrequenz die Betriebsspannung bzw. Eingangsspannung des Resonanzwandlers reduziert wird, um die Abgabeleistung und/oder die Schaltfrequenz zu reduzieren. Die Höhe der maximalen Schaltfrequenz bzw. des Schwellenwerts kann vom Anstieg der
Schaltverluste, der von der Steuereinrichtung maximal erzeugbaren Frequenz der Schaltsignale, der maximalen Schaltfrequenz der Schalter des Resonanzwandlers und/oder von Frequenzen abhängen, bei denen ungewollte Oszillationen aufgrund von parasitären Effekten auftreten. Die Helligkeit des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichts kann entsprechend einem Dimm- Signal gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Betriebsgerät beim Empfangen eines Ausschaltbefehls die Helligkeit kontinuierlich oder schrittweise reduzieren. Hierzu kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, ein Ausschalt- oder Dimmsignal, welches eine Verringerung der durch den Resonanzwandler zu übertragenden Leistung anzeigt, zu empfangen und die
Schaltfrequenz für eine Verringerung der Leistung zu erhöhen, wenn das Ausschaltsignal bzw. das Dimm-Signal empfangen wird.
Die aktuelle oder einzustellende Schaltfrequenz kann erfasst und direkt mit dem Schwellenwert verglichen werden. Alternativ können die aktuelle Schaltfrequenz und der Schwellenwert einem aktuellen Dimm-Pegel bzw. einem Dimm-Schwellenwert zugeordnet sein, wobei die
Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Betriebsspannung zu verringern, wenn der von dem Dimm-Signal angezeigte Dimm-Wert den Dimm-Schwellenwert unterschreitet. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann einen Inverswandler oder Aufwärtswandler aufweisen, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Taktung des Aufwärtswandlers zu unterbrechen, um die Betriebsspannung zu verringern, wenn die Schaltffequenz den Schwellenwert übersteigt.
Zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die Schaltffequenz auf einen niedrigeren Wert zu setzen, um den Abfall der durch den Resonanzwandler übertragenen Leistung auf Grund der reduzierten Betriebsspannung auszugleichen und zur Erzielung einer weiteren Verringerung der durch den Resonanzwandler übertragenen Leistung die Schaltffequenz wieder zu erhöhen.
Alternativ kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die Schaltffequenz nur bis zu dem Schwellenwert zu erhöhen und zur Erzielung einer weiteren Verringerung der durch den
Resonanzwandler übertragenen Leistung bei fixierter Schaltffequenz die Betriebsspannung schrittweise oder kontinuierlich zu verringern.
Der Resonanzwandler kann ein aus zwei Induktivitäten und einer Kapazität bestehender LLC- Wandler sein. Da in vielen Betriebsgeräten eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung und eine
Steuereinrichtung enthalten sind, müssen keine zusätzlichen Bauteile eingesetzt werden. Damit ist einer sehr kostengünstige Realisierung möglich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern eines eine
Leistungsfaktorkorrekturschaltung und einen Resonanzwandler aufweisenden Betriebsgeräts zum Betreiben einer oder mehrerer Leuchtmittel die folgende Schritte auf:
- Erzeugen einer Betriebsspannung durch die Leistungsfaktorkorrekturschaltung für den
Resonanzwandler;
- Steuern der Schaltffequenz des Resonanzwandlers zum Erzeugen einer Spannung und eines Stroms für den Betrieb der Leuchtmittel; und
- Verringern der Betriebsspannung, wenn die Schaltffequenz einen Schwellenwert übersteigt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Betriebsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung des in Fig. 1 gezeigten Betriebsgeräts, Fig. 3 eine Schaltung des Resonanzwandlers des in Fig. 1 gezeigten Betriebsgeräts, Fig. 4 ein Diagramm mit dem Verlauf der frequenzabhängigen Verstärkung des
Resonanzwandlers, und Fig. 5 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Darstellung des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Betriebsgeräts 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Betriebsgerät 1 dient zum Betrieb von einem an seinen Ausgangsanschlüssen 2, 3 angeschlossenen Leuchtmittel 4, welches eine
Leuchtdiode (LED, OLED) oder mehrere in Serie oder parallel geschaltete LEDs, OLEDs umfassen kann.
An den zwei Eingangsanschlüssen 5, 6 des ab gebildeten Betriebsgeräts 1 wird eine
Versorgungsspannung zugeführt, die eine Netz-Wechselspannung von 230 Volt sein kann. Das Betriebsgerät 1 weist eine mit den Eingangsanschlüssen 5, 6 verbundene
Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7, einen mit den Ausgangsanschlüssen 2, 3 verbundenen
Resonanzwandler 8 und eine die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 und den Resonanzwandler 8 steuernde Steuereinrichtung 9 auf.
Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 dient zur Bereitstellung der Betriebsspannung für den Resonanzwandler 8, welche eine Gleichspannung von 400 Volt sein kann, sowie zur Korrektur des
Leistungsfaktors (sog. Power Factor Correction), bei der die Schaltzeiten des mit einer
pulsweitenmodulierten Steuerspannung ein- und ausgeschalteten Schalters eines
Gleichspannungswandlers so gewählt werden, dass der Eingangsstrom der Schaltung einem sinusförmigen Verlauf folgt, der in Phase mit dem Verlauf der Netz-Wechselspannung ist. Die Bereitstellung der Betriebsspannung wird durch die Leistungsfaktor-korrekturschaltung 7 aus der Netzspannung erzielt.
Eine vereinfachte schematische Darstellung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 ist in Fig. 2 gezeigt. Die gezeigte Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 weist einen Gleichrichter 10 mit direkt nachgeschaltetem Aufwärtswandler (englisch Boost-Converter) auf. Der Aufwärtswandler besteht aus einer Spule 11 , die in Reihe mit einer Freilaufdiode 12 geschaltet ist, einem Ladekondensator 13 und einem Schalter 14, der die Spule gegen Masse schaltet. Der Schalter 14 wird durch Anlegen eines Einschaltsignals an dem Anschluss 15 von der Steuereinrichtung 9 oder einer separaten, für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 vorgesehenen Steuereinrichtung eingeschaltet.
Für die Ermittlung des durch den Schalter 14 fließenden Stroms und der über dem ausgeschalteten Schalter 14 oszillierenden Spannung weist die Leistungsfaktor-korrekturschaltung 7 einen in Reihe mit dem Schalter 14 geschalteten Messwiderstand 16 bzw. eine mit der Spule 11 induktiv gekoppelte Hilfswicklung 17 auf. Die Hilfswicklung 17 ist mit ihrem einen Ende mit Masse und mit dem anderen Ende über die Diode 18 und einen Widerstand 19 mit einem Signalausgang 20 für die Steuereinrichtung 9 (in Fig. 2 nicht gezeigt) verbunden. Der Signalausgang 20 ist auch über einen Widerstand 21 mit einem Knoten zwischen dem Schalter 14 und dem Messwiderstand 16 verbunden.
Der Schalter 14 wird von der Steuereinrichtung 9 so getaktet, dass bei mittleren bis hohen Dimm- Pegeln an den Ausgangsanschlüssen 22, 23 eine Betriebsspannung für den Resonanzwandler 8 von 400 Volt anliegt und bei niedrigen Dimm-Pegeln diese Betriebsspannung verringert wird, wobei die Betriebsspannung bis zu dem Wert der gleichgerichteten Netz-Wechselspannung bei vollständiger Abschaltung der Taktung des Schalters 14 bzw. der Leistungsfaktor-korrekturschal tung 7 absinken kann.
Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Schaltung des Resonanzwandlers 8, der eine primärseitige Schaltung
24 und eine Sekundärseite 25 umfasst, welche mittels eines eine Primärspule 27 und eine
Sekundärspule 26 aufweisenden Transformators über eine Potentialbarriere 28 gekoppelt sind. Der
Resonanzwandler 8 wandelt die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 bereitgestellte
Betriebsspannung (z.B. eine 400 Volt Gleichspannung) in eine Gleichspannung bzw. Gleichstrom für das Leuchtmittel um. Die Gleichspannung, die für das Leuchtmittel 4 erzeugt wird, wird durch den gewünschten Arbeitspunkt des Leuchtmittels 4 bestimmt. Die primärseitige Schaltung 24 umfasst einen LLC-Resonanzkreis, der als Serienresonanzkreis ausgestaltet ist und eine erste Induktivität 29, eine zweite Induktivität 30 und eine Kapazität 31 in einer Serienschaltung aufweist sowie eine Halbbrücke mit einem ersten Schalter 32 und einem zweiten Schalter 33. An der Halbbrücke liegt die von der Leistungsfaktor-korrekturschaltung 7 bereitgestellte Betriebsspannung an, wobei der erste Schalter 32 mit dem Ausgangsanschluss 22 und der zweite Schalter 33 über einen Widerstand 35 mit dem Ausgangsanschluss 23 der
Leistungskorrekturschaltung 7 verbunden ist. Der Resonanzkreis ist mit der Mitte der Halbbrücke zwischen den zwei Schaltern 32 und 33 verbunden und ein erster Anschluss der ersten Induktivität 29 des Resonanzkreises mit dem Knoten zwischen dem ersten Schalter 32 und dem zweiten Schalter 33 der Halbbrückenschaltung. Ein zweiter Anschluss der ersten Induktivität 29 ist mit einem ersten Anschluss der zweiten Induktivität 30 des Resonanzkreises verbunden und ein zweiter Anschluss der zweiten Induktivität 30 des Resonanzkreises mit einem ersten Anschluss der Kapazität 31.
Die Sekundärseite 25 weist einen der Sekundärspule 26 nachgeschalteten und durch eine erste Diode 36 und eine zweite Diode 37 gebildeten Gleichrichter auf. Die Mitte der Sekundärspule 26 ist mit dem Ausgangsanschluss 3 verbunden und die Enden der Sekundärspule 26 über die Dioden 36 und 37 mit dem Ausgangsanschluss 2. Ein Kondensator 38 ist parallel zu den Ausgangsanschlüssen 2, 3 geschaltet.
Andere Ausgestaltungen des LLC-Resonanzkreises sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann die Kapazität 31 zwischen die Induktivitäten 29 und 30 geschaltet sein.
Im Betrieb des Resonanzwandlers 8 steuert die Steuereinrichtung 9 den ersten Schalter 32 und den zweiten Schalter 33 so, dass immer nur einer der beiden Schalter leitend geschaltet ist. Dabei kann jeder der Schalter 32, 33 mit derselben Schaltifequenz geschaltet werden, wobei zum Ändern der Helligkeit des an den Ausgangsanschlüssen 2, 3 angeschlossenen Leuchtmittels 4 (Dimm-Pegel) die Schaltffequenz, mit der die Schalter 32, 33 getaktet geschaltet werden, geändert wird. Eine
Vorschrift für die Zuordnung eines Dimm-Pegels zu einer entsprechenden Schaltfrequenz kann vom Hersteller oder Anwender ggf. auch für verschiedene Leuchtmittel, welche unterschiedliche Lasten darstellen, vorgegeben und z.B. gespeichert werden. Fig. 4 zeigt einen charakteristischen Verlauf der ffequenzabhängigen Übertragungsfunktion (Verhältnis der Spannung Uout an den Ausgangsanschlüssen 2, 3 zur Spannung Uin an den
Ausgangsanschlüssen 22, 23) bzw. der ffequenzabhängigen Verstärkung des Resonanzwandlers 8. Ausgehend von einem beispielhaft gewählten Arbeitspunkt 38 des Resonanzwandlers 8 bei einer Schaltf equenz fo verringert sich die Verstärkung bei einer Erhöhung der Schaltffequenz, was eine Verringerung der Helligkeit bedeutet, wobei bei der Schaltffequenz fi der neue beispielhafte Arbeitspunkt 39 und bei der Schaltffequenz fs der weitere beispielhafte Arbeitspunkt 40 vorliegt. Wie in dem Diagramm gezeigt, flacht der Verlauf mit zunehmender Schaltffequenz deutlich ab, so dass für eine weitere Verringerung der Verstärkung, und damit letztlich der Helligkeit, die
Schaltffequenz überproportional erhöht werden muss. Mit Hilfe der Erfindung kann eine solche problematische Erhöhung der Frequenz zur weiteren Verringerung der Ausgangsspannung vermieden werden.
In der Fig. 4 ist der besseren Übersichtlichkeit halber nur eine Kurve dargestellt. Tatsächlich ist der Kurvenverlauf jedoch lastabhängig, wobei die Kurven für zunehmend kleinere Lasten für
Frequenzen oberhalb eines lastunabhängigen Betriebspunkts zunehmend flacher verlaufen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schaltffequenz fs oder ein ihr zugeordneter Dimmpegel als Schwellenwert gesetzt, wobei ein den einzustellenden Dimmpegel anzeigendes Dimmsignal am Anschluss 41 des in Fig. 1 gezeigten Betriebsgeräts 1 der Steuereinrichtung 9 zuführbar ist.
Erreicht oder übersteigt die Schaltfrequenz bei der im normalen Betrieb vorgesehenen
Betriebsspannung von 400V aufgrund eines erforderlichen niedrigen Dimmpegels den
Schwellenwert fs, steuert die Steuereinrichtung 9 die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 so, dass diese die Betriebsspannung verringert, was zu einer Änderung der Verstärkung bzw. des
Verhältnisses Uout/Um und zu einem anderen Arbeitspunkt mit einer niedrigeren, unterhalb des Schwellenwerts fs liegenden Schaltfrequenz führt.
Die Verringerung der Betriebsspannung kann als besonders einfache Lösung durch ein Abschalten der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 bzw. der Taktung des Schalters 14 erfolgen. Nach der
Verringerung der Betriebsspannung ändert die Steuereinrichtung 9 ausgehend von der niedrigeren
Schaltfrequenz dann wieder die Schaltfrequenz, um die Verstärkung einem neu einzustellenden
Dimm-Pegel anzupassen. Unterschreitet die Schaltfrequenz bei der Anpassung auf wieder höhere
Dimmpegel einen anderen, niedrigeren Schwellenwert (z.B. die Schaltfrequenz fi), erhöht die Steuereinrichtung 9 die Betriebsspannung wieder auf den ursprünglichen Wert (400 Volt). Dabei ist fi vorzugsweise so gewählt, dass nach dem Umschalten auf die ursprüngliche Betriebsspannung von hier 400V wieder die Frequenz Fs einzustellen ist. Alternativ kann die Verringerung und/oder Erhöhung der Betriebsspannung in mehreren Schritten erfolgen, zu denen jeweils unterschiedliche Schwellenwerte zugeordnet sind.
Es ist auch möglich bei einem Herunter-Dimmen die Schaltffequenz nur bis zu dem Schwellenwert fs zu erhöhen und zur Erzielung einer weiteren Verringerung der Helligkeit bei fixierter
Schaltffequenz die Betriebsspannung schrittweise oder kontinuierlich entsprechend dem Dimm- Signal zu verringern. Alternativ können bei einem Herunter-Dimmen die Schaltffequenz kontinuierlich erhöht und gleichzeitig die Betriebsspannung kontinuierlich von der
Steuereinrichtung 9 verringert werden. Anstelle eines Dimm-Signals kann an dem Anschluss 41 der Steuereinrichtung 9 ein Ein- oder
Ausschaltsignal zuführbar sein, wobei die Steuereinrichtung 9 beim Empfang des Ausschaltsignals die Helligkeit des Leuchtmittels in der oben beschriebenen Weise bis auf null absenkt. Beim Empfang des Einschaltsignals kann die Steuereinrichtung 9 die Betriebsspannung auf ein niedriges Niveau absenken oder belassen und nach dem Unterschreiten des Schwellenwerts fs die
Betriebsspannung erhöhen.
Wird in der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 anstelle des Aufwärtswandlers ein Inverswandler eingesetzt, kann die Betriebsspannung weiter verringert werden. In den beschriebenen Beispielen steuert die Steuereinrichtung 9 die Schalter 14, 32 und 33 direkt an. Es ist jedoch auch möglich, dass die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 und/oder der
Resonanzwandler 8 interne Steuereinrichtungen für die Ansteuerung des Schalters 14 bzw. der Schalter 32 und 33 aufweisen und die Steuereinrichtung 9 lediglich ein Steuersignal für die
Änderung der Betriebsspannung bzw. der Schaltffequenz an die internen Steuereinrichtungen sendet.
Die Steuereinrichtung 9 kann als ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein
Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC,„Application Specific
Integrated Circuit“) oder eine Kombination der genannten Einheiten ausgestaltet sein. Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Claims

Patentansprüche 1. Betriebsgerät zum Betreiben einer oder mehrerer Leuchtmittel (4), aufweisend:
einen Resonanzwandler (8) zum Bereitstellen einer Spannung und eines Stroms für den Betrieb der Leuchtmittel (4),
eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (7) zum Bereitstellen einer Betriebsspannung für den Resonanzwandler (8) und
eine Steuereinrichtung (9) zum Steuern einer Schaltfrequenz des Resonanzwandlers (8), dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (9) dazu ausgelegt ist, die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (7) so zu steuern, dass die Betriebsspannung verringert wird, wenn die Schaltfrequenz bei
unveränderter Betriebsspannung einen Schwellenwert (fs) übersteigen würde.
2. Betriebsgerät nach Anspruch 1, wobei
die Steuereinrichtung (9) dazu ausgelegt ist, ein Ausschalt- oder Dimm-Signal, welches eine Verringerung der durch den Resonanzwandler zu übertragenden Leistung anzeigt, zu empfangen und die Schaltfrequenz für eine Verringerung der Leistung zu erhöhen, wenn das Ausschaltsignal bzw. das Dimm-Signal empfangen wird.
3. Betriebsgerät nach Anspruch 2, wobei
die Steuereinrichtung (9) dazu ausgelegt ist, die Betriebsspannung zu verringern, wenn ein bestimmter, dem Schwellenwert (fs) zugeordneter Dimm-Pegel unterschritten wird.
4. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (7) einen Inverswandler aufweist.
5. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (7) einen Aufwärtswandler aufweist.
6. Betriebsgerät nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgelegt ist, die Taktung des Aufwärtswandlers zu unterbrechen, um die Betriebsspannung zu verringern, wenn die Schaltfrequenz den Schwellenwert (fs) übersteig würde.
7. Betriebsgerät nach Anspruch 6, wobei
die Steuereinrichtung (9) dazu ausgelegt ist, die Schaltfrequenz auf einen niedrigeren Wert zu setzen, um den Abfall der durch den Resonanzwandler (8) übertragenen Leistung auf Grund der abgefallenen Betriebsspannung auszugleichen und zur Erzielung einer weiteren Verringerung der durch den Resonanzwandler (8) übertragenen Leistung die Schaltfrequenz zu erhöhen
8. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
die Steuereinrichtung (9) dazu ausgelegt ist, die Schaltfrequenz nur bis zu dem
Schwellenwert zu erhöhen und zur Erzielung einer weiteren Verringerung der durch den
Resonanzwandler (8) übertragenen Leistung bei fixierter Schaltfrequenz die Betriebsspannung zu verringern.
9. Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
der Resonanzwandler (8) ein LLC -Wandler ist.
10. Verfahren zum Steuern eines eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (7) und einen
Resonanzwandler (8) aufweisenden Betriebsgeräts (1) zum Betreiben einer oder mehrerer
Leuchtmittel (4), mit den Schritten:
Erzeugen einer Betriebsspannung durch die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (7) für den Resonanzwandler (8), und
Steuern der Schaltfrequenz des Resonanzwandlers (8) zum Erzeugen einer Spannung bzw. eines Stroms für den Betrieb der Leuchtmittel (4),
gekennzeichnet durch
Verringern der Betriebsspannung, wenn die Schaltfrequenz bei unveränderter
Betriebsspannung einen Schwellenwert übersteigen würde.
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