AT13438U1

AT13438U1 - Betriebsgerät für ein Leuchtmittel

Info

Publication number: AT13438U1
Application number: ATGM148/2012U
Authority: AT
Original assignee: Tridonic Gmbh & Co Kg
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-12-15

Abstract

Betriebsgerät für ein Leuchtmittel, umfassend: -eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung,-einen Wandler, der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung verbunden ist-und einen Ausgang zur Energieversorgung des Leuchtmittels aufweist, und eine Steuereinrichtung mit einem Eingang zum Erfassen einer von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung an den Wandler bereitgestellten Spannung, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine Amplitude von Spannungsrippeln der Spannung zu ermitteln und um basierend auf der Amplitude eine mit dem Ausgang des Wandlers verbundene Last und/oder eine Ausgangsleistung des Wandlers zu bestimmen.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 438 Ul 2013-12-15

Beschreibung

BETRIEBSGERÄT FÜR EIN LEUCHTMITTEL

[0001] Die Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für ein Leuchtmittel. Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Betriebsgeräte, die eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung aufweisen.

[0002] Eine Leistungsfaktorkorrektur („Power Factor Correction", PFC) wird eingesetzt, um Oberwellenströme in einem Eingangsstrom zu beseitigen bzw. zumindest zu verringern. Oberwellenströme können insbesondere bei nicht-linearen Verbrauchern, wie es beispielsweise Gleichrichter mit nachfolgender Glättung in Netzteilen sind, auftreten, da bei derartigen Verbrauchern der Eingangsstrom trotz der sinusförmigen Eingangsspannung in seiner Phase verschoben und nicht-sinusförmig verzerrt wird. Den dabei auftretenden höherfrequenten Oberschwingungen kann durch eine dem jeweiligen Gerät vorgeschaltete aktive oder getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung entgegengewirkt werden. Leistungsfaktorkorrekturschaltungen werden auch bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, beispielsweise bei elektronischen Vorschaltgeräten für Entladungslampen oder bei LED-Konvertern, eingesetzt. Die Verwendung derartiger Schaltungen bei Geräten zum Betreiben von Leuchtmitteln ist sinnvoll, da Normen die zulässige Rücksendung von Oberwellen in das Versorgungsnetz beschränken.

[0003] Es ist allgemein wünschenswert, Betriebsgeräte für unterschiedliche Leuchtmittel verwenden zu können, beispielsweise für LED-Module mit unterschiedlicher Anzahl von LEDs. Es ist wünschenswert, Betriebsgeräte anzugeben, die eine mit dem Ausgang des Wandlers verbundene Last automatisch erkennen können. Dies erlaubt, die Steuerung oder Regelung des Betriebsgeräts an die Last anzupassen, falls dies erforderlich ist. Hierfür kann das Betriebsgerät Informationen selbsttätig anhand einer Messung einen Messwert ermitteln und einen Betriebsparameter abhängig von dem Messwert anpassen.

[0004] Die EP 1 881 745 A1 beschreibt, dass anhand einer Wendelwiderstandsmessung eine Lampentyperkennung durchgeführt wird. Zündparameter werden entsprechend dieser Lampentyperkennung gesetzt und die Lampe wird gestartet. Aus der Zündspannung wird auf die Leistung geschlossen und aus dieser Leistung wiederum auf die bei korrekter Lampentyperkennung für diese Leistung vorliegende Parameter für eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung.

[0005] Die WO 2009/146934 A2 beschreibt Verfahren und Vorrichtungen, bei denen ausgehend von einem Parameter einer aktiven Leistungsfaktorkorrekturschaltung ("PFC"), insbesondere der gemessenen Ein-Zeit eines PFC-Schalters, wenigstens ein Betriebsparameter des Betriebsgeräts gesetzt werden.

[0006] Die Erkennung einer Last am Ausgang des Betriebsgeräts kann insbesondere dann eine Herausforderung darstellen, wenn das Betriebsgerät ein so genanntes SELV („Separated Extra-Low Voltage" oder „Safety Extra-Low Voltage")-Gerät ist. Bei einem derartigen Gerät sind liegt aus Sicherheitsgründen eine Potentialtrennung zwischen einer SELV-Seite mit niedrigen Spannungen und einer Nicht-SELV-Seite vor, die galvanisch von der SELV-Seite getrennt ist. Eine derartige galvanische Trennung bzw. Potentialtrennung wird aus Sicherheitsgründen bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel gefordert, um einen ELV („Extra-Low Voltage")-Bereich durch eine so genannte Potentialbarriere oder SELV-Barriere von Bereichen mit höherer Versorgungsspannung, insbesondere Netzspannung, zu trennen.

[0007] Herkömmliche Ansätze zur Detektion von Eigenschaften einer Last am Ausgang des Wandlers, d.h. am Ausgang der SELV-Seite, beinhalten die Erfassung einer Messgröße auf der SELV-Seite. Eine entsprechende Auswertung und Steuerung erfordert dann jedoch die Verwendung einer entsprechenden Logik auf der SELV-Seite oder die Rückführung der Messgröße über die SELV-Barriere. Beide Vorgehensweisen sind mit zusätzlichem schaltungstechnischen Aufwand verbunden.

[0008] Aufgabe ist, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die Verbesserungen im Hinblick auf die genannten Probleme bieten. Aufgabe ist, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, bei 1 /10 österreichisches Patentamt AT 13 438 Ul 2013-12-15 denen eine Last am Ausgang und/oder eine Ausgangsleistung des Betriebsgeräts erkannt werden kann. Aufgabe ist, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, bei denen bei einem Betriebsgerät mit Potentialbarriere eine Lasterkennung nicht basierend auf einer Erfassung einer Messgröße auf der Sekundärseite durchgeführt werden muss.

[0009] Erfindungsgemäß werden Betriebsgerät für ein Leuchtmittel und ein Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen angegeben. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

[0010] Bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen weist ein Betriebsgerät eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung auf, die eine Spannung an einen Wandler bereitstellt. Der Wandler kann ein Resonanzwandler sein, beispielsweise ein LLC-Resonanzwandler. Ein Ausgang der Wandlers, der auch als Ausgang des Betriebsgeräts dienen kann, versorgt im Betrieb ein Leuchtmittel mit Energie. Eine Steuereinrichtung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann so ausgestaltet und eingerichtet sein, dass sie basierend auf einer Amplitude von Spannungsrippein in der Spannung, die die Leistungsfaktorkorrekturschaltung an den Wandler bereitstellt, eine mit dem Ausgang des Wandlers verbundene Last und/oder eine Ausgangsleistung des Wandler bestimmt.

[0011] Die Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen erlauben die Erkennung einer Last und/oder Ausgangsleistung des Wandlers basierend auf der Amplitude von Span-nungsrippeln in der von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung bereitgestellten Spannung. Die Messgröße, die zur Lasterkennung ausgewertet wird, wird primärseitig erfasst. Die Erfassung einer Messgröße auf der SELV-Seite des Betriebsgeräts ist zur Lasterkennung nicht unbedingt erforderlich.

[0012] Beispielhaft für die Erkennung unterschiedlicher Lasten kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Anzahl von LEDs zu erkennen, die vom Ausgang des Wandlers mit Energie versorgt werden. Dies ist basierend auf der Amplitude von Spannungsrippein in der von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung bereitgestellten Spannung möglich, ohne dass eine Messgröße über die SELV-Barriere rückgeführt werden muss.

[0013] Die Steuereinrichtung kann die Last unter Verwendung eines Kennfelds, beispielsweise durch Tabellenabfrage ermitteln. Die Steuereinrichtung kann die so ermittelte Last verwenden, um basierend auf einem weiteren Kennfeld, beispielsweise durch eine weitere Tabellenabfrage, Parameter für den Betrieb des Wandlers zu ermitteln, die für die erkannte Last verwendet werden sollen. Die Steuereinrichtung kann den Betrieb des Betriebsgeräts abhängig von der erkannten Last und/oder Ausgangsleistung auf unterschiedliche Weise steuern.

[0014] Bei einer Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Lichtintensität des Leuchtmittels abhängig von der erkannten Last auf einen Sollwert einzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um eine Farbverschiebung abhängig von der erkannten Last zu unterdrücken. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um Flackern abhängig von der erkannten Last zu unterdrücken.

[0015] Die Steuereinrichtung kann auf unterschiedliche Weise auf den Betrieb des Betriebsgeräts einwirken, um dieses abhängig von der erkannten Last zu steuern. Die Steuereinrichtung kann einen Betriebsmodus für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung abhängig von der erkannten Last auswählen. Die Steuereinrichtung kann abhängig von der erkannten Last auswählen, ob die Leistungsfaktorkorrekturschaltung in einem DCM ("Discontinuous Conduction Mode")-Betrieb oder im Grenzbereich zwischen kontinuierlichem und kontinuierlichem Strom durch die Induktivität, d.h. im BCM ("Borderline Conduction Mode" oder "Boundary Conduction Mode")-Betrieb betrieben werden soll. Die Steuereinrichtung kann auch Betriebsparameter für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung abhängig von der erkannten Last auswählen. Beispielweise kann die Steuereinrichtung die Ein-Zeit ("Ton"-Zeit) des Leistungsschalters der Leistungsfaktorkorrekturschaltung im BCM-Betrieb abhängig von der erkannten Last einstellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung die Wartezeit oder Mindestwartezeit vor dem Einschalten 2/10 österreichisches Patentamt AT 13 438 Ul 2013-12-15 des Leistungsschalters der Leistungsfaktorkorrekturschaltung im DCM-Betrieb abhängig von der erkannten Last einstellen.

[0016] Die Steuereinrichtung kann auch einen Betriebsmodus für den Wandler abhängig von der erkannten Last auswählen. Die Steuereinrichtung kann abhängig von der erkannten Last auswählen, ob der Wandler in einem gepulsten Betrieb betrieben werden soll, in dem eine Halbbrücke oder Vollbrücke des Wandlers für ein bestimmtes Zeitintervall ausgeschaltet wird, oder ob der Wandler in einem kontinuierlichen Betrieb betrieben werden soll, beispielsweise für Amplitudendimmen. Die Steuereinrichtung kann abhängig von der erkannten Last Betriebsparameter für den Wandler automatisch festlegen, beispielsweise eine Schaltfrequenz von Schaltern der Halbbrücke oder Vollbrücke des Wandlers.

[0017] Das Betriebsgerät kann als Konstantstromquelle ausgestaltet sein. Das Betriebsgerät kann auch als Konstantspannungsquelle ausgestaltet sein. Das Betriebsgerät kann so ausgestaltet sein, dass eine Regelung auf der Ausgangsspannung des Betriebsgeräts erfolgt.

[0018] Die Steuereinrichtung kann in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere einer anwendungsspezifischen Spezialschaltung (ASIC, „Application Specific Integrated Circuit"), ausgestaltet, sein Verfahren nach den verschiedenen Ausführungsformen und die damit jeweils erzielten Wirkungen entsprechen den Ausgestaltungen des Betriebsgeräts nach Ausführungsbeispielen.

[0019] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.

[0020] FIG. 1 zeigt ein Beleuchtungssystem mit einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem Ausführungsbeispiel.

[0021] FIG. 2 zeigt ein Schaltbild eines Betriebsgeräts nach einem Ausführungsbeispiel.

[0022] FIG. 3 illustriert eine Lasterkennung basierend auf einer Amplitude von Spannungsrip pein einer Busspannung, die von der Steuereinrichtung eines Betriebsgeräts nach einem Ausführungsbeispiel eingesetzt wird.

[0023] FIG. 4 illustriert die Ermittlung einer Amplitude von Spannungsrippein, die von der Steuereinrichtung eines Betriebsgeräts nach einem Ausführungsbeispiel eingesetzt wird.

[0024] FIG. 5 illustriert schematisch Funktionseinheiten der Steuereinrichtung eines Betriebs geräts nach einem Ausführungsbeispiel.

[0025] FIG. 6 ist eine Blockdiagrammdarstellung einer Steuereinrichtung eines Betriebsgeräts nach einem Ausführungsbeispiel.

[0026] FIG. 1 zeigt eine Blockdiagrammdarstellung eines Beleuchtungssystems 1, das ein Betriebsgerät 2 für ein Leuchtmittel 3, beispielsweise für LEDs umfasst. Das Betriebsgerät 2 kann mit einem Bus 4 oder einem Drahtloskommunikationssystem verbunden sein, um Dimmbefehle zu empfangen und/oder Statusmeldungen auszugeben.

[0027] Das Betriebsgerät 2 kann beispielsweise als elektronisches Vorschaltgerät (EVG) für eine Gasentladungslampe, Leuchtstofflampe oder ein anderes Fluoreszenzleuchtmittel oder als LED-Konverter ausgestaltet sein. Das Betriebsgerät 2 weist einen Gleichrichter 10 zum Gleichrichten einer Versorgungsspannung, beispielsweise der Netzspannung auf. Das Betriebsgerät 2 weist eine Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur 11 auf. Das Betriebsgerät 2 weist eine Steuereinrichtung 14 auf. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung stellt eine Spannung Vbus, die auch als Busspannung bezeichnet wird, für nachgeschaltete Komponenten des Betriebsgeräts 2 bereit. Eine weitere Spannungsumsetzung und/oder Dimmfunktionen können beispielsweise über einen Wandler 12, der als Resonanzwandler ausgestaltet sein kann, erreicht werden. Der Wandler 12 kann einen Transformator oder anderen Umsetzer aufweisen, um eine galvanische Trennung zwischen einer SELV-Seite und einer Nicht-SELV-Seite des Betriebsgeräts zu erreichen. 3/10 österreichisches Patentamt AT 13 438 Ul 2013-12-15 [0028] Der Gleichrichter 10 kann, möglicherweise über ein Hochfrequenzfilter, an eine Wechselspannung, insbesondere an eine Netzspannung, angeschlossen sein. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 kann von dem Gleichrichter 10 eine gleichgerichtete Wechselspannung als Eingangsspannung empfangen. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 erfüllt Glättungsfunktionen und erzeugt grundsätzlich eine Gleichspannung Vbus, die an den Wandler 12 bereitgestellt wird. Die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 erzeugte Spannung, die als Versorgungsspannung für den Wandler 12 verwendet wird, weist jedoch noch Spannungsrippel auf, d.h. weist eine Welligkeit auf.

[0029] Die Funktionsweise des Betriebsgeräts 2 und insbesondere der Steuereinrichtung 14 wird unter Bezugnahme auf FIG. 2-6 ausführlicher beschrieben. Allgemein kann die Steuereinrichtung 14 die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 und/oder den Wandler 12 abhängig von einer Last 3 am Ausgang des Wandlers 12 und/oder abhängig von der Ausgangsleistung des Betriebsgeräts steuern. Die Steuereinrichtung 14 ist eingerichtet, um die Last 3 abhängig von einer Amplitude von Spannungsrippein der Spannung Vbus zu erkennen, die die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 11 an den Wandler 12 bereitstellt. Die Steuereinrichtung 14 kann den Betrieb des Betriebsgeräts abhängig von der erkannten Last steuern. Beispielhaft für die Erkennung der Last ist die automatische Erkennung einer Anzahl von LEDs oder die anderweitige automatische Erkennung von Eigenschaften des Leuchtmittels 3.

[0030] FIG. 2 ist ein Schaltbild des Betriebsgeräts 2 nach einem Ausführungsbeispiel.

[0031] Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, beispielsweise bei einem elektronischen Vorschaltgerät oder bei einem LED-Konverter, verwendet werden. 4/10

Claims

österreichisches Patentamt AT 13 438 Ul 2013-12-15 Ansprüche 1. Betriebsgerät für ein Leuchtmittel, umfassend: eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung, einen Wandler, der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung verbunden ist und einen Ausgang zur Energieversorgung des Leuchtmittels aufweist, und eine Steuereinrichtung mit einem Eingang zum Erfassen einer von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung an den Wandler bereitgestellten Spannung, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine Amplitude von Spannungsrippein der Spannung zu ermitteln und um basierend auf der Amplitude eine mit dem Ausgang des Wandlers verbundene Last und/oder eine Ausgangsleistung des Wandlers zu bestimmen.
2. Betriebsgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um während eines Zeitintervalls Abtastwerte der Spannung zu ermitteln.
3. Betriebsgerät nach Anspruch 2, umfassend einen Gleichrichter, der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung gekoppelt und eingerichtet ist, um eine Wechselspannung gleichzurichten, wobei das Zeitintervall wenigstens eine Periode der Wechselspannung umfasst.
4. Betriebsgerät nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Amplitude basierend auf einer Differenz zwischen einem während des Zeitintervalls erfassten maximalen Abtastwert und einem während des Zeitintervalls erfassten minimalen Abtastwert zu bestimmen.
5. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um durch eine Tabellenabfrage basierend auf der Amplitude die mit dem Ausgang des Wandlers verbundene Last zu bestimmen.
6. Betriebsgerät nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um durch die Tabellenabfrage eine Anzahl von mit dem Ausgang des Wandlers verbundenen Leuchtdioden zu ermitteln.
7. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgang des Wandlers galvanisch von einem Eingang des Wandlers, der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung verbunden ist, getrennt ist.
8. Betriebsgerät nach Anspruch 7, wobei der Wandler als LLC-Resonanzwandler ausgestaltet ist.
9. Betriebsgerät nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung für eine Halbbrückenansteuerung des LLC-Resonanzwandlers eingerichtet ist, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Halbbrückenansteuerung abhängig von der Last und/oder der Ausgangsleistung anzupassen.
10. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um abhängig von der ermittelten Last und/oder Ausgangsleistung die Leistungsfaktorkorrekturschaltung und/oder den Wandler zu steuern, um einen von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichtstrom auf einen Sollwert einzustellen.
11. Betriebsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches als LED-Konverter ausgestaltet ist.
12. Betriebsgerät nach einem Ansprüche 1 -10, welches als Vorschaltgerät für eine Entladungslampe ausgestaltet ist. 5/10 österreichisches Patentamt AT13 438U1 2013-12-15
13. Verfahren zum Betreiben eines Betriebsgeräts für ein Leuchtmittel, wobei das Betriebsgerät eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung und einen Wandler umfasst, der mit der Leistungsfaktorkorrekturschaltung verbunden ist und einen Ausgang zur Energieversorgung des Leuchtmittels aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen einer von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung an den Wandler bereitgestellten Spannung, Ermitteln einer Amplitude von Spannungsrippein der Spannung und Bestimmen einer mit dem Ausgang des Wandlers verbundenen Last und/oder einer Ausgangsleistung des Wandlers basierend auf der ermittelten Amplitude der Spannungsrippel.
14. Verfahren nach Anspruch 13, das mit dem Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 1-12 durchgeführt wird. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 6/10