AT12747U1 - Aktive leistungsfaktorkorrektur bspw. in einem led-konverter - Google Patents

Abstract

Eine Schaltung (30, 40) zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) ausgehend von einer Netzspannung (Vin) wird vorgeschlagen, aufweisend- eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) mit einer von der Netzspannung (Vin) versorgte Induktivität (L31) und einem steuerbaren Schalter (T31) zur Steuerung des Ladens und Entladens der Induktivität (L31), und-mindestens einen Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') zur galvanischen Trennung der Ausgangsspannung (Vout) zur Netzspannung (Vin), wobei beim Entladen der Induktivität (L31) dem Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') ein erster Teil der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt wird.

Description

österreichisches Patentamt AT 12 747 Ul 2012-10-15

Beschreibung

LEUCHTMITTEL-BETRIEBSGERÄT, INSBESONDERE FÜR LEDS, MIT GALVANISCH GETRENNTEM PFC

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leuchtmittel- Betriebsgeräte mit aktiver Leistungsfaktorkorrektur („Power Factor Control" oder „PFC") und insbesondere auf eine Schaltung mit galvanisch getrennter Leistungsfaktorkorrektur. Das technische Anwendungsgebiet der Erfindung ist insbesondere das der Versorgung und Steuerung einer Lichtquelle mittels einer solchen Schaltung.

[0002] Im Allgemeinen widerspiegelt der Leistungsfaktor die Stromentnahme eines elektrischen Geräts aus dem Stromnetz. Die Netzwechselspannung weist bekanntlich einen sinusförmigen Zeitverlauf auf und idealerweise sollte daher der vom Netz entnommene Strom ebenfalls einen sinusförmigen Zeitverlauf aufweisen. Dieser durch einen Leistungsfaktor von 1 gekennzeichnete Idealfall kommt aber nicht immer vor, vielmehr kann der Strom sogar erheblich von einer Sinus-Hüllkurve abweichen, wobei dann der Leistungsfaktor sinkt.

[0003] Bei einem Leistungsfaktor unter 1 ist also der entnommene Strom nicht sinusförmig, so dass Oberwellen im Netzstrom erzeugt werden. Diese unerwünschten Obenwellenströme im Versorgungsnetz werden bekanntermaßen mit Hilfe einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung verringert werden.

[0004] Um einen sinusförmigen und sich in Phase zur Netzwechselspannung befindenden Eingangsstrom zu erreichen, ist aus dem Stand der Technik beispielsweise die Benutzung einer in Fig. 1 gezeigten auf Aufwärtswandler-Topologie basierenden aktiven Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 20 bekannt. „Aktiv" daher, da ein Schalter aktiv durch Steuersignale von einer Steuereinheit ein- und ausgeschaltet wird.

[0005] Dabei filtert ein Glättungskondensator C21 eine gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannung Vin, die mittels eines Spannungsteilers R21, R22 gemessen wird. Die Eingangs-Wechselspannung Vin wird einer Induktivität L21 zugeführt, wobei eine Sekundärwicklung L22 die Nulldurchgänge des Stroms durch die Induktivität L21 feststellt.

[0006] Weiterhin ermöglicht ein Strommesswiderstand (Shunt) R23 in Serie zu dem Schalter, bspw. in der Source-Leitung eines Transistors T21, die Erfassung des Induktivitäts-Spitzenstroms, um einen evtl. Überstromzustand feststellen zu können. Parallel zu einem Ausgangskondensator C22 ist ein zweiter Spannungsteiler R24, R25 angeordnet, um die Bus-Gleichspannung Vbus zu messen und einen Überspannungszustand bspw. aufgrund von Lastsprüngen festzustellen.

[0007] Diese vier Messungen werden mittels vier Messeingänge 21,22, 23, 24 von einer Steuerschaltung 25 durchgeführt, wobei diese Steuerschaltung 25 abhängig von diesen Messungen den Transistor bzw. Schalter T21 derart steuert, dass die Bus-Spannung konstant bleibt und der Leistungsfaktor erhöht wird.

[0008] Nachteilig ist es bei diesem Stand der Technik, dass die Schaltung 20 keine galvanisch getrennte Spannung liefern kann.

[0009] Die US 2007040516 A1 offenbart in diesem Zusammenhang eine Schaltung mit Leistungsfaktorkorrektur zur Umwandlung von Wechselspannung in galvanisch getrennter Gleichspannung. Nachdem ein Gleichrichter eine Netzspannung in eine gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannung umgewandelt hat, wird diese wiederum von einem Konverter 10 in eine zum Betrieb einer Lampe geeignete Gleichspannung umgewandelt.

[0010] Der in Fig. 2 gezeigte Konverter 10 zur Erzeugung der Ausgangs-Gleichspannung Vout ist ein Halbbrücken- Konverter, der aus einem Gegentaktwandler 11 und einer Äusgangsstufe 12 zur Energiespeicherung und Tiefpassfilterung besteht.

[0011] Dem Konverter 10 ist eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (nicht gezeigt) vorge- 1 /13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15 schaltet, welche als aktive Leistungsfaktorkorrektur für eine nahezu sinusförmige Stromaufnahme aus dem Netz sorgt. Diese vorgeschaltete Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung liefert dem Konverter 10 eine hochtransformierte Bus-Gleichspannung Vin.

[0012] Der Gegentaktwandler bzw. die Halbbrücke 11 besteht aus zwei Transistoren T11, T12, wie beispielsweise zwei MOSFET Transistoren, die parallel zu zwei Kapazitäten C11, C12 geschaltet sind. Der Mittenpunkt der zwei in Serie geschalteten Transistoren T11, T12 ist derart mit der Primärseite n1 eines Transformators verbunden, dass eine Seite dieser primären Transformatorspule n1 abwechselnd gegen eine positive und negative Spannung geschaltet ist. Die andere Seite der primären Transformatorspule n2 wird durch den kapazitiven Spannungsteiler C11, C12 auf eine feste Spannung gehalten.

[0013] Auf der Sekundärseite n2 des Transformators wird die durch den Gegentaktwandler 11 erzeugte zerhackte Wechselspannung von der Ausgangsstufe 12 gleichgerichtet und geglättet. Die resultierende Ausgangs-Spannung Vout beträgt dann im kontinuierlichen Betrieb: Vout = f (n2/n1 * Vbus).

[0014] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorzuschlagen.

[0015] Grundsätzliche Idee der Erfindung ist es, dass ein Teil des Stromflusses von dem Schalter der aktiven Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung unmittelbar dem Transformator zugeführt wird und nicht erst einer Zwischenspeicherung unterzogen wird.

[0016] Eine Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung kann somit eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung mit einer Induktivität und einem aktiv angesteuerten Schalter aufweisen, wobei der Stromfluss von der Induktivität bzw. durch den Schalter (wenn dieser geschlossen ist) stets zu einem Teil einer Zwischenspeicherung in einem Kondensator verwendet wird, während der andere Teil des Stromflusses direkt einem Potentialtrennungs-Transformator zugeführt wird.

[0017] Die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung der vorliegenden Erfindung hat einerseits die normale Aufgabe einer derartigen Schaltung, übernimmt aber andererseits auch die Funktion der Halbbrücke der US 2007040516 A1.

[0018] Die Ansteuerung des Leistungsfaktorkorrektur-Schalters liegt insbesondere auf Netzniveau. Wenn nunmehr die Rückführung sekundärseitig, nämlich von der Ausgangsspannung her erfolgt, muss diese Rückführung potentialgetrennt sein, um auch weiterhin eine vollständige Potentialtrennung zwischen der Eingangsseite (Netzseite) und der Ausgangsseite zu haben.

[0019] Grundsätzlich lässt sich also die Erfindung dann vorteilhaft anwenden, wenn Anforderung an einer potentialgetrennten Ausgangsspannung besteht.

[0020] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

[0021] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung (allgemein: Eingangsspannung) auf: [0022] - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung mit einer von der Netzspannung versorgte

Induktivität und einem steuerbaren Schalter zur Steuerung des Ladens und Entladens der Induktivität, und [0023] - mindestens einen Potentialtrennungs-Transformator zur galvanischen Trennung der

Ausgangsspannung zur Netzspannung. Beim Entladen der Induktivität wird dem Po-tentialtrennungs-Transformator ein erster Teil der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt.

[0024] Die Schaltung kann mindestens einen Kondensator zur Zwischenspeicherung eines 2/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15 zweiten Teils der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie aufweisen.

[0025] Die vom Kondensator zwischengespeicherte Energie kann dem Potentialtrennungs-Transformator vorzugsweise im nächsten Laden/Entladen Zyklus weitergeleitet werden.

[0026] Die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung kann in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Modus betrieben werden.

[0027] Die Energiespeicherungs-Leistung des Kondensators kann kleiner sein als die eines Elektrolytkondensators.

[0028] Die Ausgangsspannung kann von einem Tiefpass gefiltert werden.

[0029] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, wie bspw. ein Leuchtdioden-Konverter mit einer oben beschriebenen Schaltung vorgeschlagen.

[0030] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung (allgemein: Eingangsspannung), wobei [0031] - die Netzspannung eine Induktivität einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung versorgt, [0032] - ein steuerbarer Schalter der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung das Laden und Ent laden der Induktivität steuert, und [0033] - ein Potentialtrennungs-Transformator zur galvanischen Trennung der Ausgangs spannung zur Netzspannung dient. Beim Entladen der Induktivität wird dem Potential-trennungs-Transformator ein erster Teil der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt.

[0034] Ein zweiter Teil der von der Induktivität während des Ladens gespeicherten Energie kann von mindestens einem Kondensator zwischengespeichert werden.

[0035] Die vom Kondensator zwischengespeicherte Energie kann dem Potentialtrennungs-Transformator weitergeleitet werden.

[0036] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltung zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorgeschlagen. Sie weist insbesondere auf: [0037] - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung zur Erzeugung einer nicht-potentialgetrenn ten Busspannung (internen stabilisierten DC-Spannung), [0038] - eine Steuerschaltung zur Steuerung der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung, wobei die zum Zweck dieser Steuerung notwendige Erkenntnis der Busspannung von der Ermittlung der Ausgangsspannung hergeleitet wird.

[0039] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Leuchtdioden-Konverter mit einer derartigen Schaltung vorgeschlagen.

[0040] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung ausgehend von einer Netzspannung vorgeschlagen, wobei [0041] - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung eine nicht-potentialgetrennte Busspannung erzeugt, und [0042] - eine Steuerschaltung die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung steuert, [0043] - wobei die zum Zweck dieser Steuerung notwendige Erkenntnis der Busspannung von der Ermittlung der Ausgangsspannung abgeleitet wird.

[0044] Gemäß einem weiteren ersten Aspekt der Erfindung wird eine integrierte Schaltung vorgeschlagen, die zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist. 3/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15 [0045] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt.

[0046] Fig. 1 zeigt einen bekannten DC-DC Wandler zur Umwandlung einer Gleichspannung in einer galvanisch getrennten Gleichspannung, [0047] Fig. 2 zeigt eine bekannte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung, [0048] Fig. 3 zeigt eine Schaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, [0049] Fig. 4 zeigt eine Schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und [0050] Fig. 5 zeigt eine Schaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0051] In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.

[0052] Eingangsseitig liegt an der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 30 eine Eingangs-Spannung Vin an, die eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 31 versorgt, die wiederum eine DC-Busspannung Vbus erzeugt.

[0053] Unter „Busspannung" ist nicht etwa die Spannung einer externen Busleitung zu verstehen, sondern eine DC-Versorgungsspannung.

[0054] Diese Eingangs-Wechselspannung Vin ist vorzugsweise eine von einem Gleichrichter (nicht gezeigt) gleichgerichtete Netz-Wechselspannung.

[0055] Die Eingangs-Wechselspannung Vin wird einer Induktivität L31, i.e. einer Spule, zugeführt. Die Spule L31 ist mit einer Diode D31 in Serie geschaltet und zwar zwischen einem ersten mit der Eingangs-Wechselspannung Vin beaufschlagten Eingangsanschluss DCJN/MAINS und einem zweiten Busspannungsanschluss 33, an dem die Bus-Gleichspannung Vbus bereitgestellt wird.

[0056] Ein Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31, der vorzugsweise als Elektrolytkon-densator ausgebildet ist, verbindet den Busspannungsanschluss 33 mit Masse und stabilisiert als Zwischenspeicherelement die Busspannung. Parallel zu diesem Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 sind auch zwei Schalter T32, T33 in Serie geschaltet. Die Schalter bzw. die Leistungsschalter T31, T32, T33 sind vorzugsweise gleich.

[0057] Der Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 ist von dem Gleichrichter (nicht gezeigt), der die Eingangs-Wechselspannung gleichrichtet, über die Schaltelemente Diode D31 und Schalter T32 entkoppelt.

[0058] An die Verbindung 32 zwischen der Spule L31 und der Diode D31 ist ein Transistor bzw. ein steuerbarer Schalter T31 angeschlossen.

[0059] Zwischen der Drain-Leitung 32 des Schalters T31 und dem Mittenpunkt 34 der Schalter T32, T33 sind die Primärseite N1 eines ersten Transformators N1-N2 und die Primärseite NT eines zweiten Transformators NT-N2' in Serie angeschlossen. Auch wenn beide Transformatoren N1-N2, NT-N2' unterschiedlich sein können, sind sie vorzugsweise gleich dimensioniert.

[0060] Wenn der Schalter T31 eingeschaltet ist, ist die Spule L31 gegen Masse kurzgeschlossen und die Diode D31 gesperrt. Die Spule L31 lädt sich auf, so dass eigentlich Energie in dieser Spule L31 gespeichert werden kann.

[0061] Bei eingeschaltetem Schalter T31 fließt also vom Netz Vin über die Spule L31 ein Strom durch den Schalter T31.

[0062] Eine weitere Stromkomponente kommt indessen von dem Mittenpunkt der Schalter T32, T33 über die Primärseite des Transformators N1, N2 durch den Schalter T31.

[0063] Bei geöffnetem Schalter reiht die Spule L31 bekannterweise einen Strom über die Diode D31. Das heißt, dass die Diode D31 leitend ist und, dass die Spule L31 sich dann über die 4/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15

Diode D31 in den Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 entlädt. Die Energie wird dadurch an den Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 übertragen.

[0064] Eine weitere Stromkomponente fließt indessen nunmehr von dem Verbindungspunkt 32 zwischen dem Schalter T31 und der Diode D31 wiederum (diesmal in umgekehrter Richtung) über die Primärseite N1 des Transformators N1, N2 zu dem Mittenpunkt 34 der Schalter T32, T33.

[0065] In einem Ein- und Ausschalten Zyklus des Schalter T31 wird erfindungsgemäß nur ein Teil des fließenden Stroms zum Ausgangs-Kondensator C31 und zur Busspannung Vbus zugeführt. Gemäß dem Stand der Technik hingegen fließt der ganze Strom zur Busspannung, siehe Fig. 2 in Kombination mit Fig. 1.

[0066] Die Sekundärseiten N2 und N2' der Transformatoren N1-N2 und NT-N2' sind in Serie geschaltet und jeweils mit einer Diode D32, D33 verbunden. Diese zwei Dioden D32, D33 sind auch an einem Punkt 36 miteinander angeschlossen.

[0067] Die Spannung, die sich zwischen dem Mittenpunkt 35 der Transformatoren N1-N2, NT-N2' und dem Verbindungspunkt 36 der Dioden D32, D33 ergibt, wird dann einem Tiefpass zugeführt und dementsprechend gefiltert bzw. gemittelt.

[0068] Dieser Tiefpass besteht beispielsweise aus einer Drossel L32 und einem Ausgangskon-densator C32, wobei am Ausgangskondensator C32 sich die Ausgangs-Spannung Vout ergibt.

[0069] Die beiden Schalter bzw. MOSFET-Transistoren T32, T33 können von der Steuerschaltung 50 synchronisiert mit dem Schalter T31 angesteuert werden. Beispielsweise kann der Schalter T32 synchron zu dem Schalter T31 eingeschaltet und gegebenenfalls auch ausgeschaltet werden. Der Schalter T33 kann dagegen dann eingeschaltet werden, wenn der Schalter T31 und gegebenenfalls auch der Schalter T32 durch die Steuerschaltung 50 geöffnet wird. Der Ein- und oder Ausschaltzeitpunkt der Schalter T32, T33 kann aber auch durch die Regelschleife oder aufgrund der anliegenden Last gewählt werden. Um einen Halbbrückenkurzschluß zu vermeiden, kann eine Totzeit vor dem Einschalten des Schalters T32 oder des Schalters T33 eingefügt werden. Dieser synchrone Betrieb kann vor allem bei einem Betrieb mit hoher Last, beispielsweise maximaler Helligkeit des angeschlossenen Leuchtmittels, angewendet werden.

[0070] Im Falle eines vom Betrieb mit hoher Last, beispielsweise maximaler Helligkeit des angeschlossenen Leuchtmittels, abweichenden Betriebsmodus kann es erforderlich sein, die Ansteuerung der beiden Schalter T32, T33 zu ändern. Ein solcher Betriebsmodus kann beispielsweise vorliegen, wenn keine Last, nur eine geringe Last anliegt oder ein Fehler wie beispielsweise ein Leerlauffall oder auch ein Lastkurzschluß vorliegt. Beispielsweise kann die Taktfrequenz der beiden Schalter erhöht werden, wobei es möglich sein kann, dass durch die Steuereinheit einer der beiden Schalter T32, T33 synchron zu dem Schalter T31 eingeschaltet wird, die beiden Schalter T32, T33 aber dann mit höherer Frequenz getaktet werden. Es kann gegebenenfalls auch Zeiträume geben, in denen entweder beide oder nur ein Schalter nicht getaktet werden. Auf diese Weise ist ein sogenannter Burst-Betrieb möglich.

[0071] Es ist aber auch möglich, die Schalter T31, T32 und T33 asynchron zuneinander zu betreiben.

[0072] Die Diode D31 kann auch durch einen weiteren Schalter T34 ersetzt werden, der dann ebenfalls durch die Steuereinheit aktiv getaktet und kontrolliert wird. Die Schalter T31-T34 können synchron oder asynchron, im Burst-Betrieb oder in einer weiteren Betriebsart betrieben werden [0073] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die dort dargestellte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 40 umfasst im Wesentlichen die Komponenten der in Fig. 3 gezeigten Schaltung 30.

[0074] Die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung hat sich gegenüber Fig. 3 insofern geändert, dass der Ausgangs-Gleichspannungskondensator C31 durch zwei in Serie geschaltete Kondensatoren C41, C42 ersetzt worden ist. Diese Kondensatoren C41, C42 sind vorzugsweise 5/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15

Elektrolytkondensatoren.

[0075] Die Schalter T32, T33 sind in dieser Ausführungsform nicht mehr vorgesehen.

[0076] Parallel zu jedem Kondensator C41, C42 ist eine Diode D41, D42 geschaltet, wobei der Mittenpunkt 34' der Kondensatoren C41, C42 und somit auch der Dioden D41, D42 mit der Serienanordnung der beiden Transformatoren N1-N2, NT- N2' verbunden ist.

[0077] Die Funktionsweise der Schaltung 40 ist ähnlich wie die der in Fig. 3 gezeigten Schaltung 30.

[0078] Somit wird in jedem Zyklus ton-toff des Schalters T31 ein Teil des fließenden Stroms zur Busspannung Vbus zugeführt, während der andere Teil unmittelbar in die Primärseiten N1, NT der Transformatoren N1-N2, NT-N2' fließt.

[0079] Erfindungsgemäß wird dementsprechend der direkt durch die Transformatoren N1-N2, NT- N2' umgesetzte Anteil, der also nicht zum Halten der Busspannung Vbus über die Elektrolytkondensatoren C41, C42 dient, direkt und verlustfreier umgesetzt.

[0080] Infolgedessen können die Kondensatoren C41, C42 gemäß Fig. 4 einfacher ausgestaltet werden als bei einer herkömmlichen Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung.

[0081] Es ist ggf. sogar möglich, für die Kondensatoren C41, C42 auf Elektrolytkondensatoren zu verzichten. Dies bringt ggf. Kostenvorteile und Lebensdauervorteile.

[0082] Auf jeden Fall kann durch die Direktumsetzung eines Teiles des Stromflusses Kapazität der Elektrolytkondensatoren C41, C42 deutlich verringert werden.

[0083] Von den zwei beschriebenen Ausführungsformen 30, 40 hat die Schaltungsausführungsform 30 gemäß Fig. 3 den meisten Kontrollspielraum, da sie die beiden Schalter bzw. MOS-FETs Transistoren T32, T33 umfasst. Diese Kontrolle bringt aber den folgenden Nachteil mit sich, dass diese Schalter T32, T33 auch synchronisiert werden müssen.

[0084] Dieser Mehraufwand zum Betreiben bzw. Kontrollieren der Schaltung 30, entfällt hingegen bei der Schaltungsausführungsform 40 gemäß Fig. 4, da die Schalter T32, T33 dort nicht eingesetzt werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines entsprechenden Kontrollers für diese Schalter T32, T33, was die Leistungsfaktorkorrektur insgesamt vereinfacht.

[0085] Fig. 5 zeigt wie die erfindungsgemäße aktive Leistungsfaktorkorrektur basierend auf die in Fig. 4 gezeigten Schaltung 40 durchgeführt werden kann.

[0086] Alternativ kann erfindungsgemäß auch die Schaltungstopologie der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform gewählt werden.

[0087] Der Schalter T31 wird von einer Steuerschaltung 50 angesteuert. Zu diesem Zweck weist die Steuerschaltung 50 einen Ausgang 51 auf, über den dem Schalter T31 ein Steuersignal zugeführt wird. Die Frequenz des Steuersignals (typischerweise mindestens 10 kHz) und daher des Ein- und Ausschaltens des Schalters 306 ist wesentlich höher als die Frequenz der Netzspannung (typischerweise 50 Hz) und der gleichgerichteten Eingang-Wechselspannung (typischerweise 100 Hz).

[0088] Zur Bestimmung der Einschalt-Zeitdauer ton bzw. der Ausschalt-Zeitdauer toff des Schalters T31 benötigt die Steuerschaltung 50 Informationen über die Bus-Spannung Vbus (bzw. über die Ausgangsspannung Vout) bzw. über den Nulldurchgang des Stroms durch die Spule L31.

[0089] Dies deshalb, da die Einschalt-Zeitdauer ton des Schalters T31 und damit die Ladezeit der Spule L31 auf Grundlage eines Vergleichs der Bus-Gleichspannung Vbus mit einer festen Bezugsspannung gesteuert wird und auf Grundlage der Vorgabe, dass die Steuerschaltung 50 den Schalter T31 solange ausschaltet, bis der Strom durch die Spule 301 auf Null abgesunken ist.

[0090] Die Information über den Nulldurchgang des Stroms durch die Spule L31 wird eigentlich 6/13

Claims (15)

1. österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15 nur im diskontinuierlichen Betrieb benötigt, in welchem der Spulenstrom tatsächlich in jeder Periode auf Null absinkt. Im kontinuierlichen Betrieb hingegen geht der Spulenstrom bei Ausschalten des Schalters T31 nicht auf Null zurück, so dass diese Nulldurchgang-Information auch nicht notwendig ist. [0091] Für die Leistungsfaktorkorrektur können auch Informationen über die Eingangs-Spannung Vin oder den Spitzenstroms durch die Spule L31 benötigt werden, im Letzteren Fall insbesondere um Überstromzustände zu verhindern. [0092] Festzuhalten bleibt also, dass die Steuerschaltung 50 die Bus-Gleichspannung Vbus oder die Ausgangsspannung Vout kennen muss und ggf. auch noch die Eingangs-Spannung Vin, den Nulldurchgang des Spulenstroms oder den Spulenspitzenstrom. [0093] Wie bereits aus Fig. 2 bekannt, können der Nulldurchgang des Spulenstroms und der Spulenspitzenstrom jeweils mittels einer Sekundärwicklung L22 und eines Strommesswiderstandes R23 ermittelt werden. [0094] Allerdings im Unterschied zum Stand der Technik, bei der die Steuerschaltung 25 die Busspannung Vbus sowie den Verlauf der Netzeingangsspannung Vin über zwei Spannungsteiler R21, R22 und R24, R25 überwacht, kann die Ansteuerung des Schalters T31 den Verlauf der Netzspannung sowie die Ausgangsspannung an dem Filter C32, L32 erfassen. [0095] Die dazwischenliegende Busspannung Vbus wird dagegen nicht mehr erfasst. [0096] Dies ist möglich, da die Busspannung Vbus über die Transformatoren N1-N2, N1'-N2' mit der Ausgangsspannung Vout „hart" verkoppelt ist, so dass sich etwaige unzulässige Zustände bei der Busspannung Vbus unmittelbar in der Ausgangsspannung Vout erkennen lassen würden. [0097] Fig. 5 zeigt ebenfalls wie eine Last 60, insbesondere ein Leuchtmittel wie bspw. eine Leuchtdiode, direkt an den Ausgang der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 30, 40 angeschlossen sein kann. [0098] Alternativ kann bspw. das Leuchtmittel mittels eines nachfolgenden Konverters (nicht gezeigt) angesteuert werden. Dieser nachfolgende Konverter kann eine einfache Konstant-Stromquelle sein. Das Leuchtmittel kann aber auch von einem oder mehreren Konvertern mit eigener Regelung angesteuert werden, wobei dann diese Konverter vorzugsweise voneinander unabhängige Helligkeits-Einstellungen (bzw. -Steuerungen) oder -Regelungen aufweisen. [0099] Die Steuerschaltung 50 weist einen zusätzlichen Eingang 61 auf, der eine lastabhängige Größe (wie bspw. Spannung, Strom oder Leistung) misst bzw. erfasst. Ansprüche 1. Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend eine Schaltung (30, 40) zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) ausgehend von einer Eingangsspannung, wie bspw. einer Netzspannung (Vin), aufweisend - eine aktive Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) mit einer von der Eingangsspannung (Vin) versorgte Induktivität (L31) und einem steuerbaren Schalter (T31) zur Steuerung des Ladens und Entladens der Induktivität (L31), und - mindestens einen Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') zur galvanischen Trennung der Ausgangsspannung (Vout) von der Eingangsspannung (Vin), wobei beim Entladen der Induktivität (L31) dem Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') ein erster Teil der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt wird.
2. 2. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach Anspruch 1, aufweisend mindestens einen Zwischenspeicherelement, insbesondere einen Kondensator (C31) zur Zwischenspeicherung eines zweiten Teils der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie. 7/13 österreichisches Patentamt AT12 747U1 2012-10-15
3. 3. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach Anspruch 2, wobei die vom Kondensator (C31) zwischengespeicherte Energie dem Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1N2') vorzugsweise im nächsten Laden/Entladen Zyklus weitergeleitet wird.
4. 4. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorigen Ansprüchen, wobei die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Modus betrieben wird.
5. 5. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorigen Ansprüchen, wobei die Energiespeicherungs-Leistung des Kondensators (C31) kleiner ist als die eines Elektrolytkondensators.
6. 6. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorigen Ansprüchen, wobei die Ausgangsspannung (Vout) von einem Tiefpass (L32, C32) gefiltert wird.
7. 7. Betriebsgerät für Leuchtmittel nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Leuchtdioden-Konverter ist.
8. 8. Beleuchtungseinheit mit zumindest einem Leuchtmittel und einem Betriebsgerät gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
9. 9. Verfahren zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel, ausgehend von einer Netzspannung (Vin), wobei - die Netzspannung (Vin) ggf. gleichgerichtet wird und eine Induktivität (L31) einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) versorgt, - ein steuerbarer Schalter (T31) der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) das Laden und Entladen der Induktivität (L31) steuert, und - ein Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') zur galvanischen Trennung der Ausgangsspannung (Vout) zur Netzspannung (Vin) dient, wobei beim Entladen der Induktivität (L31) dem Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') ein erster Teil der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie direkt zugeführt wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein zweiter Teil der von der Induktivität (L31) während des Ladens gespeicherten Energie von mindestens einem Kondensator (C31) zwischengespeichert wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die vom Kondensator (C31) zwischengespeicherte Energie dem Potentialtrennungs-Transformator (N1-N2, N1'-N2') weitergeleitet wird.
12. 12. Betriebsgerät für Leuchtmittel, aufweisend eine Schaltung (30, 40) zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) ausgehend von einer Netzspannung (Vin), aufweisend - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) zur Erzeugung einer nicht-potentialgetrennten Busspannung (Vbus)', - eine Steuerschaltung (50) zur Steuerung der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31), wobei die zum Zweck dieser Steuerung notwendige Erkenntnis der Busspannung (Vbus) von der Ermittlung der Ausgangsspannung (Vout) hergeleitet wird.
13. 13. Beleuchtungseinheit mit zumindest einem Leuchtmittel und einem Betriebsgerät gemäß Anspruch 12.
14. 14. Verfahren zur potentialgetrennten Erzeugung einer Ausgangsspannung (Vout) in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel, ausgehend von einer ggf. gleichgerichteten Netzspannung (Vin), wobei - eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) eine nicht-potentialgetrennte DC-Bus-spannung (Vbus) erzeugt, und 8/13 österreichisches Patentamt AT 12 747 Ul 2012-10-15 - eine Steuerschaltung (50) die Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung (31) steuert, wobei die zum Zweck dieser Steuerung notwendige Erkenntnis der Busspannung (Vbus) von der Ermittlung der Ausgangsspannung (Vout) abgeleitet wird.
15. 15. Integrierte Schaltung, insbesondere ASIC, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und 14 ausgelegt ist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 9/13