AT14564U1 - Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC) mit THD-Korrektur - Google Patents

Abstract

Aktiv getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC), aufweisend einen Eingang, an dem eine Netzwechselspannung zuführbar ist, einen Gleichrichter (D1, D2, D3, D4), einen ausgehend von dem Gleichrichter (D1, D2, D3, D4) gespeisten Filterkondensator (CHF), und einen Schalter (S1), der durch eine Steuerschaltung steuerbar ist, um eine Induktivität (Lboost) während einer Einschaltzeitdauer zu laden und während einer Ausschaltzeitdauer zu entladen, wobei die Steuerschaltung (SS) dazu eingerichtet ist, eine Kondensatorspannung über dem Filterkondensator (CHF) zu messen und abhängig von der Messung der Kondensatorspannung eine Einschaltzeitdauer des Schalters zu verändern.

Description

Beschreibung

LEISTUNGSFAKTORKORREKTURSCHALTUNG (PFC) MIT THD-KORREKTUR

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur aktiv getakteten Leistungsfaktorkorrektur undein Verfahren zum Steuern einer solchen Schaltung. Insbesondere betrifft die Erfindung dastechnische Gebiet der Leistungsfaktorkorrektur bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, insbeson¬dere LEDs.

[0002] Eine Leistungsfaktorkorrektur (Power factor correction, PFC), wird eingesetzt, um Ober¬wellenströme in einem Eingangsstrom zu beseitigen bzw. zumindest zu verringern. Obenwellen¬ströme können insbesondere bei nicht-linearen Verbrauchern auftreten, wie beispielsweise beiGleichrichtern mit nachfolgender Glättung in Netzteilen, da bei derartigen Verbrauchern derEingangsstrom der sinusförmigen Eingangsspannung in seiner Phase verschoben und nicht¬sinusförmig verzehrt wird (beispielsweise durch harmonische Oberwellen). Den auftretendenOberwellen kann durch eine dem jeweiligen Gerät vorgeschaltete aktive oder getaktete Leis¬tungsfaktorkorrekturschaltung entgegen gewirkt werden.

[0003] Leistungsfaktorkorrekturschaltungen werden auch bei Betriebsgeräten für Leuchtmitteleingesetzt, die beispielsweise in elektronischen Vorschaltgeräten oder LED-Konvertern zumEinsatz kommen. Die Verwendung derartiger Schaltungen bei Geräten zum Betreiben vonLeuchtmitteln ist wünschenswert, da Normen die zulässige Rücksendung von Oberwellen in dasVersorgungsnetz beschränken.

[0004] Für die Leistungsfaktorkorrekturschaltungen wird häufig eine Schaltungstopologie ver¬wendet, die auf der Topologie eines Aufwärtswandlers (Boost-Konverter) beruht. Dabei wirdeine mit einer gleichgerichteten Wechselspannung versorgte Induktivität oder Spule durchEinschalten und Ausschalten eines steuerbaren Schalters mit Energie geladen, bzw. entladen.Der Entladestrom der Induktivität fließt über eine Diode zu einer Ausgangskapazität sodass amAusgang eine gegenüber der Eingangsspannung erhöhte Gleichspannung abgegriffen werdenkann. Ebenso sind jedoch auch andere Konverterarten in Leistungsfaktorkorrekturschaltungenüblich, wie beispielsweise Flyback-Konverter (isolierter Sperrwandler) oder Buck-Konverter(Tiefsetzsteller).

[0005] Leistungsfaktorkorrekturschaltungen können eine Steuerschaltung aufweisen, die dieStromaufnahme kontrolliert. Dazu kann beispielsweise die Einschaltzeitdauer (Ton-Zeit) für denverwendeten Schalter eingestellt werden, also die Zeit, in der der Schalter sich in einem Ein-Zustand befindet, um Energie in der Spule zu speichern.

[0006] Durch unerwünschte Kapazitäten im Eingangsbereich kann es dazu kommen, dass eineoder mehrere der harmonischen Oberwellen/Oberschwingungen nicht in dem gewünschtenUmfang unterdrückt werden. Dies kann zu einem Stromspitzenwert (Strompeak) in der Strom¬aufnahme der Leistungsfaktorkorrekturschaltung bei einem Wiederanstieg der Eingangsspan¬nung führen.

[0007] Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun insbesondere auf eine Klirrfaktor-Korrektur(THD-Korrektur, wobei THD für Total Harmonie Distortion steht) und bezieht sich insbesondereauf die Verbesserung einer aktiv getakteten Leistungsfaktorkorrekturschaltung.

[0008] Es ist dabei bekannt, dass nach der Gleichrichtung der Netzwechselspannung in derLeistungsfaktorkorrekturschaltung ein Kondensator vorgesehen ist, der insbesondere als Filter¬kondensator fungiert. Ein solcher Kondensator ist beispielsweise in der WO 2012145772 A1 inFig. 1 als Kondensator 26 gezeigt.

[0009] Dieser dem Gleichrichter nachgeschaltete Kondensator verursacht, dass, nachdem diegleichgerichtete Wechselspannung in ihrem Verlauf einen Scheitelwert angenommen hat, dieSpannung der eigentlichen PFC-Schaltung (Induktivität, Schalter, Diode) nicht tatsächlich weiterdem gleichgerichteten Sinusverlauf der Netzwechselspannung folgt und nach dem Scheitelwertebenfalls absinkt, sondern vielmehr relativ flach abfällt, da der Kondensator die PFC-Schaltung noch weiter mit Spannung versorgt.

[0010] Ein Wiederaufladen und eine Stromaufnahme durch die PFC- Schaltung erfolgt dannerst wieder zu einem Zeitpunkt, zu dem die nächste ansteigende Netzhalbwelle eine Spannungoberhalb der abgesunkenen Kondensatorspannung erreicht.

[0011] Dies führt jedoch dazu, dass die Stromaufnahme der PFC- Schaltung nicht der im We¬sentlichen sinusförmigen Netzwechselspannung bzw. der gleichgerichteten Netzwechselspan¬nung folgt und darüber hinaus auch die Stromaufnahme nur in relativ kurzen Abschnitten er¬folgt, nämlich immer dann, wenn die aktuelle Amplitude der gleichgerichteten Netzwechsel¬spannung größer ist als die aktuell anliegende Kondensatorspannung.

[0012] Ein entsprechender Kurvenverlauf ist in Fig. 1 gezeigt, die einen Spannungsverlauf anMesspunkten A und B einer Schaltung, wie sie exemplarisch in Fig. 5 gezeigt ist, wiedergibt.

[0013] In Fig. 1 ist oben einerseits ein Verlauf einer gleichgerichteten Wechselspannung andem Kondensator CHf gezeigt, die an dem Messpunkt A erfasst werden kann (hellgraue Kurve).Die Spannung an dem Kondensator CHf entspricht der Spannung vor der Induktivität Lb00st derPFC-Schaltung. Weiter ist ein Spannungsverlauf aufgetragen, der an dem Messpunkt B derSchaltung aus Fig. 5 erfasst werden kann (dunkelgraue Kurve). Der Faktor X in Fig. 1 zeigtdabei die Abweichung an, die durch die Verwendung des Filterkondensators CHf zwischengleichgerichteter Netzwechselspannung und der Spannung an dem Kondensator CHf (ent¬spricht der gleichgerichteten Wechselspannung) entsteht. In Fig. 1 unten ist eine entsprechendeStromaufnahme der PFC-Schaltung dargestellt, die nach dem anfänglichen Laden des Konden¬sators nur noch dann erfolgt, wenn die gleichgerichtete Netzwechselspannung über die Kon¬densatorspannung am Kondensator CHf steigt.

[0014] Es ist nun Ziel der Erfindung, die bekannten Leistungsfaktorkorrekturschaltungen dahin¬gehend zu verbessern, dass der Spannungsverlauf besser der gleichgerichteten Netzwechsel¬spannung folgt und auch die Stromaufnahme sinusförmiger verläuft.

[0015] Es wird daher eine aktiv getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung, eine Leuchte mitder aktiv getakteten Leistungsfaktorkorrekturschaltung, ein Betriebsgerät mit einer Leistungsfak¬torkorrekturschaltung und ein Verfahren zur Steuerung einer Leistungsfaktorkorrekturschaltungnach den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Weitere Merkmale der Erfindung sind Ge¬genstand der abhängigen Ansprüche.

[0016] In einem Aspekt wird eine aktiv getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC-Schaltung) bereitgestellt, aufweisend einen Eingang, an dem eine Netzwechselspannung zu-führbar ist, einen Gleichrichter, einen ausgehend von dem Gleichrichter gespeisten Filterkon¬densator, und einen Schalter, der durch eine Steuerschaltung steuerbar ist, um eine Induktivität,welche nachfolgend auf den Filterkondensator angeordnet ist, während einer Einschaltzeitdauerzu laden und während einer Ausschaltzeitdauer zu entladen. Die Steuerschaltung kann eineKondensatorspannung über dem Filterkondensator messen und abhängig von der Messung derKondensatorspannung eine Einschaltzeitdauer des Schalters verändern.

[0017] Die Steuerschaltung kann abhängig von der Messung der Kondensatorspannung undabhängig von einer vorgegebenen oder durch Messung zugeführten Sollwertkurve die Ein¬schaltzeitdauer des Schalters verändern, und so die Kondensatorspannung auf die Sollwertkur¬ve regeln.

[0018] Die Steuerschaltung kann den Verlauf der vorzugsweise gleichgerichteten Netzwechsel¬spannung durch Messung erfassen. Die Steuerschaltung kann zu einem Zeitpunkt einen Span¬nungswert der Netzwechselspannung und/oder einen eine Spannung wiedergebenden Wertbestimmen, und diesen insbesondere aus einer gemessenen oder vorgegebenen Sollwertkurveermitteln.

[0019] Die Steuerschaltung kann die Einschaltzeitdauer des Schalters verlängern, während derVerlauf der erfassten vorzugsweise gleichgerichteten Netzwechselspannung und/oder dervorgegebenen oder gemessenen Sollwertkurve nach Erreichen eines Scheitelwerts in Richtung

Nulldurchgang verläuft.

[0020] Die Steuerschaltung kann die Einschaltzeitdauer des Schalters verkürzen, während derVerlauf der erfassten vorzugsweise gleichgerichteten Netzwechselspannung und/oder dergemessenen oder vorgegebenen Sollwertkurve in Richtung eines Scheitelwerts verläuft.

[0021] Die Steuerschaltung kann die Einschaltdauer des Schalters solange verändern, bis dieKondensatorspannung im Wesentlichen den Wert der, insbesondere ansteigenden, gleichge¬richteten Netzwechselspannung und/oder der gemessenen oder vorgegebenen Sollwertkurveannimmt.

[0022] Die Sollwertkurve kann in ihrem zeitlichen Verlauf dem zeitlichen Verlauf einer gleichge¬richteten Netzwechselspannung entsprechen.

[0023] Die Steuerschaltung kann die Kondensatorspannung mit der gleichgerichteten Netz¬wechselspannung und/oder der gemessenen oder vorgegebenen Sollwertkurve vergleichenund abhängig davon die Einschaltzeitdauer des Schalters regeln/steuern. Die Steuerschaltungkann insbesondere an wenigstens einem bestimmten Zeitpunkt einen Wert der gleichgerichte¬ten Netzwechselspannung und/oder der gemessenen oder vorgegebenen Sollwertkurve mitdem Wert der Kondensatorspannung vergleichen.

[0024] Die Steuerschaltung kann die Einschaltzeitdauer des Schalters als Stellgröße bestim¬men.

[0025] Die gemessene oder vorgegebene Sollwertkurve kann in einem mit der Steuerschaltungverbundenen Speicher, insbesondere in einer Tabelle, gespeichert sein.

[0026] Die Gleichrichtung der erfassten Netzwechselspannung kann durch einen zweitenGleichrichter erfolgen. Die Erfassung der Netzwechselspannung/die Messung der Sollwertkurvekann an einem dem zweiten Gleichrichter nachgeschalteten Spannungsteiler erfolgen.

[0027] In einem weiteren Aspekt wird eine Leuchte mit einer Leistungsfaktorkorrekturschaltungbereitgestellt, wie sie vorstehend beschrieben ist, insbesondere eine Leuchte mit LED Leucht¬mitteln.

[0028] In einem noch weiteren Aspekt wird ein Betriebsgerät für ein Leuchtmittel, insbesondereLEDs, bereitgestellt aufweisend eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung wie sie vorstehendbeschrieben ist.

[0029] In wiederum einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer aktiv getak¬teten Leistungsfaktorkorrekturschaltung bereitgestellt, die einen Eingang aufweist, an dem eineNetzwechselspannung zuführbar ist, einen Gleichrichter, einen ausgehend von dem Gleichrich¬ter gespeisten Filterkondensator, und einen Schalter, der durch eine Steuerschaltung steuerbarist, um eine Induktivität während einer Einschaltzeitdauer zu laden und während einer Aus¬schaltzeitdauer zu entladen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung eine Konden¬satorspannung über dem Filterkondensator misst und abhängig von der Messung der Konden¬satorspannung eine Einschaltzeitdauer des Schalters verändert.

[0030] Die Erfindung wird nunmehr auch mit Bezug auf die Figuren beschrieben: [0031] Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das eine Abweichung eines Verlaufs einer gleichgerichte¬ ten Netzwechselspannung zu einer Kondensatorspannung und eine entspre¬chende Stromaufnahme durch die PFC-Schaltung darstellt.

[0032] Fig. 2 zeigt eine exemplarische Ausführungsform einer Betriebsschaltung gemäß der

Erfindung.

[0033] Fig. 3 zeigt ein Prinzip einer Regelung einer Einschaltzeitdauer des Schalters.

[0034] Fig. 4 zeigt ein weiteres Prinzip einer Regelung der Einschaltzeitdauer des Schalters.

[0035] Fig. 5 zeigt exemplarisch eine Schaltung, in der eine gleichgerichtete Netzwechsel¬ spannung und eine Kondensatorspannung erfasst werden, um die Spannungs¬verläufe aus Fig. 1 zu ermitteln und eine erfindungsgemäße Regelung/Steue-rung auszuführen.

[0036] Fig. 6 zeigt einen exemplarischen Kurvenverlauf einer erfindungsgemäßen Leistungs- f aktorkorrektu rschaltu ng.

[0037] Die Erfindung sieht vor, dass die Steuerschaltung der aktiv getakteten Leistungsfaktor¬korrekturschaltung eine Spannung über dem Kondensator misst. Dies ist zu unterscheiden vonder Messung der Eingangsspannung wie sie nach dem Stand der Technik erfolgt.

[0038] Bevorzugt erfolgt gemäß der Erfindung eine Regelung dahingehend, dass die Konden¬satorspannung möglichst einer vorgegebenen Sollwertkurve, die vorzugsweise im Wesentlichenwie die Netzwechselspannung bzw. die gleichgerichtete Netzwechselspannung verläuft, folgt,und insbesondere einer absinkenden Sinuskurve der gleichgerichteten Netzwechselspannung(obwohl die Netzwechselspannung nicht notwendigerweise einen idealen sinusförmigen Verlaufaufweist wird im Folgenden zum Zweck der Vereinfachung von einem sinusförmigen Verlaufausgegangen; bei einer gleichgerichteten Netzwechselspannung ist dabei jede zweite Halbwel¬le invertiert).

[0039] Abhängig von einem Vergleich der gemessenen Kondensatorspannung und einemSollwert, der entweder durch die Erfassung der Netzwechselspannung bestimmt oder durcheine, in einem mit der Steuerschaltung verbundenen Speicher gespeicherten gemessenen odervorgegebenen Sollwertkurve definiert wird, ermittelt ein Regelalgorithmus, wie die Einschaltzeit¬dauer für den Schalter der Leistungsfaktorkorrektur-/PFC-Schaltung verändert werden soll.

[0040] Der Sollwert bestimmt sich durch die Sollwertkurve insbesondere dadurch, dass derSollwert aus Sollwertkurve zeitlich synchron zu der Messung der Kondensatorspannung erfolgt.Die Sollwertkurve kann dabei z.B. durch Messung der zugeführten Netzwechselspannung füreine bestimmte Zeitdauer durch die Steuerschaltung erfasst und gespeichert werden, so dassinsbesondere nach einer initialen Erfassung auf die gespeicherte Sollwertkurve zugegriffenwerden kann.

[0041] Insbesondere wird die Einschaltzeitdauer verlängert, wenn die Netzwechselspannung,oder entsprechend die Sollwertkurve, nach Erreichen ihres Scheitelwerts abfällt, oder verkürzt,wenn die Netzwechselspannung wieder ansteigt (hierbei wird von der Repräsentation dergleichgerichteten Netzwechselspannungshalbwellen im positiven Bereich ausgegangen, wie inFig. 1 gezeigt; bei invertierter Darstellung erfolgt ein Anstieg nach Erreichen des Scheitelwertsund Abfall nach Erreichen des Nullpunkts um Scheitelwert hin). Umso mehr beispielsweise dieEinschaltzeitdauer verlängert wird, desto steiler wird die Spannung an dem Filterkondensatorabsinken. Entsprechend würde bei einer Verkürzung der Einschaltzeitdauer des Schalters derAbfall des Spannungsverlaufs der Kondensatorspannungskurve flacher.

[0042] In einer Regelschleife, die die Ausgangsspannung der Leistungsfaktorkorrekturschaltungregelt, wird bereits eine normalerweise im Wesentlichen konstante Einschaltzeitdauer bzw. einesich nur sehr langsam verändernde Einschaltzeitdauer bestimmt. Dieser überlagert wird nun dieim Verhältnis dazu schnelle Veränderung der Einschaltzeitdauer, so dass die Kondensator¬spannung und die Stromaufnahme sinusförmiger verlaufen.

[0043] Einerseits wird also durch eine Verlängerung der Einschaltzeitdauer die Kondensator¬spannung stärker absinken als in Fig. 1 durch die dunkelgraue Kurve gezeigt. Darüber hinauswird es durch dieses stärkere Absinken auch zu einem längeren Ladezeitraum kommen, sodass die stärker abgesunkene Kondensatorspannung unter Stromaufnahme in einem größerenHub wieder bis zur Erreichung des Scheitelwerts/Spitzenwerts (Peak) der gleichgerichtetenNetzwechselspannung aufgeladen wird.

[0044] Es erfolgt folglich in einer bevorzugten Ausführungsform die Regelung der Ausgangs¬spannung in einer Regelschleife, die eine Vorgabe für eine Sollwertkurve für den Spannungs¬ verlauf über den Kondensator mit einbezieht. Grundsätzlich ist aber auch vorstellbar, dass diesauch mittels einer Tabelle oder einer Funktion in einer reinen Vorwärtssteuerung der Einschalt¬zeitdauer erzielt werden kann. Eine .echte' Regelung (Feedback Control) hat indessen denVorteil, diese sich automatisch auf unterschiedliche Lastgegebenheiten (Art der LED-Strecke,Dimmzustand, etc.) einstellen kann.

[0045] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Spannungsverlauf der vorzugswei¬se gleichgerichteten Netzwechselspannung kontinuierlich erfasst und es erfolgt somit ein Ver¬gleich der gemessenen vorzugsweise gleichgerichteten Netzwechselspannung mit der gemes¬senen Kondensatorspannung, wobei dieser Vergleich die Regeldifferenz darstellt/ergibt und derRegelalgorithmus abhängig von dieser Regeldifferenz die Einschaltzeitdauer verändert undinsbesondere verlängert.

[0046] Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine Erfassung durch eine Steuerschaltungnur zu diskreten Zeitpunkten erfolgt, wobei die Zeitabstände der Messungen einstellbar undinsbesondere für die Erfassung der vorzugsweise gleichgerichteten Netzwechselspannung unddas Messen der Kondensatorspannung verschieden sein können.

[0047] Insbesondere wird also, nachdem die vorzugsweise gleichgerichtete Netzwechselspan¬nung einen Scheitelpunkt erreicht hat, die Einschaltzeitdauer stetig wachsend ansteigen, bis diegemessene Kondensatorspannung auf ein Niveau im Bereich der wieder ansteigenden Netz¬wechselspannung abgesunken ist. Danach wird die Einschaltzeitdauer zuerst sehr stark unddann zunehmend weniger stark absinken, um eine lediglich minimal veränderte Einschaltzeit¬dauer im Bereich des nächsten Scheitels der gleichgerichteten Netzwechselspannung zu errei¬chen.

[0048] Das Erfassen der Kondensatorenspannung erfolgt gemäß der Erfindung durch eineSteuerschaltung SS vorzugsweise durch einen Spannungsteiler R1, R2 am Messpunkt A, derdem Filterkondensator CHf ausgehend von der Gleichrichtung (Gleichrichter D2, D3, D4, D5)nachgeschaltet ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Dem Filterkondensator CHf ist an dessen mit denDioden D2 und D4 des Gleichrichters verbundenem Anschluss die Induktivität Lboost nachge¬schaltet. Der andere Anschluss der Induktivität Lb00st ist mit dem Verbindungspunkt vom getakte¬ten Schalter S1 und PFC-Diode Dboost verbunden. Über die PFC-Diode Dboost wird durch dieTaktung des Schalters S1 die Energie von der Induktivität Lboost jeweils in der Ausschaltphasedes Schalters S1 in den Glättungskondensator CeiCaP (als Ausgangskapazität) übertragen. Aus¬gehend vom dem Glättungskondensator CeiCaP kann direkt eine LED als Lichtquelle oder auchein nachfolgender Gleichspannungswandler zum Betreiben einer LED gespeist werden.

[0049] Die Erfassung der Netzwechselspannung erfolgt vorzugsweise durch eine Messung derSpannung vor dem Gleichrichter D2, D3, D4, D5, beispielsweise am Messpunkt B mittels einesSpannungsteilers R3, R4. Die Verbindung von der Steuerschaltung SS zu dem Messpunkt Bzur Erfassung der vorzugsweise gleichgerichtet erfassten Netzwechselspannung ist gestricheltdargestellt, da statt der Erfassung, auch eine Sollwertvorgabe durch eine hinterlegte Funktionoder eine Sollwertkurve erfolgen kann, die z.B. in Form einer Nachschlagetabelle (Look-Up-Tabelle) hinterlegt sein kann, vorzugsweise in einem von der Steuerschaltung SS zugreifbarenSpeicher (nicht gezeigt).

[0050] Die Erfassung der Sollwertkurve bzw. des Verlaufs der gleichgerichteten Netzwechsel¬spannung kann dabei in einer separaten Erfassungsschaltung ES erfolgen, die beispielsweiseeinen zweiten Gleichrichter und einen diesem nachgelagerten zweiten Spannungsteiler R3', R4'aufweist. Eine entsprechende Ausgestaltung ist in Fig. 5 gezeigt.

[0051] Es ist jedoch auch möglich, dass die Erfassung der Netzwechselspannung als Wechsel¬spannungsgröße mit positiven und negativen Werten an einem der Gleichrichtung vorgeschalte¬ten Spannungsteiler R3, R4 vor dem Gleichtrichter D2, D3, D4, D5 erfolgt, wie es in Fig. 2gezeigt ist, und dass in der Steuerschaltung SS eine Gleichrichtung der an dem Messpunkt Berfassten Spannung erfolgt oder direkt eine Wechselspannung ausgewertet wird, die auchnegative Werte aufweisen kann.

[0052] Neben der Messung der Netzwechselspannung zum Ermitteln der Sollwertkurve bzw.eines Sollwerts ist es wie gesagt auch möglich, den Verlauf der Sollwertkurve beispielsweisedurch eine Funktion oder eine Tabelle zu beschreiben, die in einem Speicher, der mit der Steu¬erschaltung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung assoziiert ist abgelegt ist. Die Steuerschal¬tung liest dann diese Funktion bzw. Tabelle synchron mit dem Verlauf der Netzwechselspan¬nung oder der Kondensatorspannung aus.

[0053] Fig. 3 zeigt schematisch wie die Steuerschaltung SS gemäß der Erfindung die Ein¬schaltzeitdauer Ton bestimmt. Die Steuerschaltung in einer Ausführungsform der Erfindung weistdafür zunächst eine Steuereinheit 1 auf, der die Ausgangsspannung UOLrt der PFC Schaltung alsRückführgröße zugeführt ist. Weiter ist der Steuereinheit 1 ein Sollwert Un0m für die Ausgangs¬spannung zugeführt. Aus diesen beiden Eingangswerten berechnet die Steuereinheit 1 einenvorläufigen Wert Ton caic für die Einschaltdauer des Schalters S1.

[0054] Diese errechnete Einschaltdauer (Ton_caic) wird einer Klirrfaktor-Kompensationseinheit 2zugeführt. Diese ruft einen Kompensationsfaktor Ton add für die Einschaltzeitdauer aus einerNachschlagtabelle 3 (Look-Up-Table) ab, abhängig von einem erfassten Wert der gleichgerich¬teten Wechselspannung Uin oder einem entsprechenden Wert einer Hinterlegten Sollwertkurve.Der Kompensationsfaktor Ton add für die Einschaltzeitdauer Ton bestimmt sich also durch dieerfasste Eingangsspannung Uin, die der Steuerschaltung SS zugeführt wird und die beispiels¬weise an einem einem Gleichrichter nachgeschalteten Spannungsteiler R3, R4/R3', R4' von derSteuerschaltung SS erfasst wird. Alternativ kann statt der Nachschlagtabelle auch eine Funktionin einem Speicher der Steuerschaltung SS hinterlegt sein, so dass der KompensationsfaktorTon add für die Einschaltzeitdauer Ton durch Auswerten der Funktion für den zugeführten Ein¬gangsspannungswert Uin durch die Steuerschaltung SS bestimmt wird.

[0055] In der Klirrfaktor-Kompensationseinheit 2 wird dann der von der Nachschlagetabel-le/durch die Funktion gelieferte Kompensationsfaktor Ton add für die Einschaltzeitdauer Ton mitder von der Steuereinheit 1 berechneten Einschaltzeitdauer Ton caic zu der durch den SchalterS1 einzustellenden Einschaltzeitdauer Ton kombiniert.

[0056] Die Erfindung kann weiter verbessert werden wenn statt der Nachschlagetabelle bzw.der Hinterlegung einer Funktion tatsächlich die Kondensatorspannung erfasst wird, da sonst dieNachschlagetabelle für alle verwendeten Lasten und Versorgungsvarianten spezifiziert seinmüsste. Da hier oftmals Kompromisse eingegangen werden müssen, führt eine Kompensationmittels direkter Messung der gleichgerichteten Netzwechselspannung häufig zu besseren Er¬gebnissen.

[0057] Daher liegt eine weitere Verbesserung in dem Verfahren, wie es schematisch in Fig. 4gezeigt ist. Anstelle einer Nachschlagetabelle wird hier eine Klirrfaktor-Korrektureinheit 4 einge¬setzt, die eine der Steuerschaltung SS zugeführte Eingangsspannung Uin sowie die SpannungUcapacitator über dem Kondensator CHf, beispielsweise in einer PI-/PID-Regelung, auswertet. DieKorrektur erfolgt auch hier, um den Einfluss des kapazitiven Effekts des Kondensators CHf zureduzieren.

[0058] Die Steuereinheit 1', die im Wesentlichen der Steuereinheit 1 aus Fig. 3 entsprechenkann, führt eine relativ langsame Regelung der Einschaltzeitdauer Ton auf Basis der rückgeführ¬ten Ausgangs Spannung Uout der PFC- Schaltung und einem Sollwert für die Spannung Un0mdurch und berechnet eine vorläufige Einschaltzeitdauer als Ton_Caic· Die Klirrfaktor-Korrekturein¬heit 4 berechnet nun basierend auf den von ihr ausgewerteten Spannungswert Uin, der diegleichgerichtete Netzwechselspannung wiedergibt, und der Kondensatorspannung Ucapacitator denKompensationsfaktor Ton_add_caic für die Einschaltzeitdauer. Dieser Wert wird dann von der Klirr¬faktor-Kompensationseinheit 2', die im Wesentlichen der Klirrfaktor-Kompensationseinheit 2 ausFig. 3 entsprechen kann, mit der von der Steuereinheit 1' berechneten Einschaltzeitdauer Ton_ca,czu der tatsächlich für das Schalter S1 einzustellenden Einschaltzeitdauer Ton kombiniert.

[0059] Zu bemerken ist hierbei, dass die von der Klirrfaktor-Korrektureinheit 4 vorgenommeneRegelung wesentlich schneller ist, als die von der Steuereinheit T durchgeführten Regelung, wobei auch die Regelung der Steuereinheit 1/1' ebenfalls durch einen PI- oder PID- Reglererfolgen kann. Statt einem PI- oder PID-Regler kann auch jeweils ein anderer geeigneter Reglereingesetzt werden.

[0060] Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung, bei der dieSpannung über dem Filterkondensator CHf an einem Mittenpunkt A eines Spannungsteilers ausden Widerständen R1, R2 erfolgt. Die Steuerschaltung SS erfasst dabei die Spannung überdem Kondensator CHf und steuert gleichzeitig den Schalter S1. Zudem erfasst die Steuerschal¬tung SS eine gleichgerichtete Netzwechselspannung Uin an einem Mittenpunkt B eines zweitenSpannungsteilers R3', R4'. In Fig. 5 erfolgt die Erfassung der gleichgerichteten Netzwechsel¬spannung Uin in einer separaten Erfassungsschaltung ES, die einen zweiten Gleichrichter auf¬weist, dem der zweite Spannungsteiler nachgeschaltet ist. Es erfolgt also eine Erfassung derNetzwechselspannung mit Hilfe eines zweiten Gleichrichters.

[0061] Es ist jedoch zu verstehen, dass die gleichgerichtete Netzwechselspannung Uin auchdurch Interpolation aus der an dem Kondensator CHf gemessenen Spannung berechnet werdenkann (z.B. aus einem Scheitelwert der gleichgerichtete Netzwechselspannung, einer Frequenzder gleichgerichteten Netzwechselspannung,...).

[0062] Die so gestaltete Lösung erlaubt daher ein einfacheres Korrigieren des Klirrfaktors, dakeine Look-up-Tabelle bzw. Funktion vorgesehen sein muss. Insgesamt wird so eine besserePerformanz über den gesamten Bereich der Eingangsspannung und Eingangsfrequenz sowie inAbhängigkeit mit einem größeren Lastbereich ermöglicht.

[0063] Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm für den Verlauf der Eingangs Spannung UPFcder PFC-Schaltung (oben), der Stromaufnahme des Netzstroms lPFc der PFC-Schaltung (Mitte)und der Einschaltzeitdauer Ton des Schalters S1 für eine erfindungsgemäße Schaltung aus denFigs. 2 und 5.

[0064] Der ideale Kurvenverlauf ist dabei jeweils gepunktet, ein Kurvenverlauf ohne Optimie¬rung jeweils gestrichelt und der optimierte Kurvenverlauf strich-gepunktet dargestellt.

[0065] Es ist auch zu verstehen, dass nicht notwendigerweise die gleichgerichtete Netzwech¬selspannung als Sollwert erfasst werden muss. Es kann, wie anhand von Fig. 2 erläutert, auchdie nicht-gleichgerichtete Netzwechselspannung von der Steuerschaltung erfasst werden, wo¬bei dann durch die Steuerschaltung SS ein entsprechender Vorzeichenwechsel für Netzwech¬selspannung im Bereich der „negativen" Halbwellen in die Berechnung der EinschaltzeitdauerTon bzw. in den Vergleich der Kondensatorspannung und des Sollwerts einbezogen werdenmuss.

Claims (14)

1. Ansprüche 1. Aktiv getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC), aufweisend: - einen Eingang, an dem eine Netzwechselspannung zuführbar ist, - einen Gleichrichter, - einen ausgehend von dem Gleichrichter gespeisten Filterkondensator, und einen Schal¬ter, der durch eine Steuerschaltung steuerbar ist, um eine Induktivität während einerEinschaltzeitdauer zu laden und während einer Ausschaltzeitdauer zu entladen, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, eine Kondensatorspannung über dem Filter¬kondensator zu messen und abhängig von der Messung der Kondensatorspannung eineEinschaltzeitdauer des Schalters zu verändern.
2. 2. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach Anspruch 1, - wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, abhängig von der Messung der Kon¬densatorspannung und abhängig von einer vorgegebenen oder durch Messung zuge¬führten Sollwertkurve die Einschaltzeitdauer des Schalters zu verändern, um somit dieKondensatorspannung auf die Sollwertkurve zu regeln.
3. 3. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach Anspruch 1 oder 2, - wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, den Verlauf der vorzugsweise gleichge¬richteten Netzwechselspannung durch Messung zu erfassen, und wobei die die Steuer¬schaltung dazu eingerichtet ist, zu einem Zeitpunkt einen Spannungswert der vorzugs¬weise gleichgerichteten Netzwechselspannung zu bestimmen.
4. 4. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, - wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, die Einschaltzeitdauer des Schalters zuverlängern während der Verlauf der erfassten vorzugsweise gleichgerichteten Netz¬wechselspannung und/oder der vorgegebenen oder gemessenen Sollwertkurve nach Er¬reichen eines Scheitelwerts in Richtung Nulldurchgang verläuft.
5. 5. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, - wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, die Einschaltzeitdauer des Schalters zuverkürzen während der Verlauf der erfassten vorzugsweise gleichgerichteten Netzwech¬selspannung und/oder der gemessenen oder vorgegebenen Sollwertkurve in Richtungeines Scheitelwerts verläuft.
6. 6. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, - wobei die Steuerschaltung die Einschaltdauer des Schalters solange verändert, bis dieKondensatorspannung im Wesentlichen den Wert der ansteigenden gleichgerichtetenNetzwechselspannung und/oder der gemessenen oder vorgegebenen Sollwertkurve an¬nimmt.
7. 7. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, - wobei die Sollwertkurve in ihrem zeitlichen Verlauf dem zeitlichen Verlauf einer gleichge¬richteten Netzwechselspannung entspricht.
8. 8. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, - wobei die Steuerschaltung die Kondensatorspannung mit der vorzugsweise gleichge¬richteten Netzwechselspannung und/oder der gemessenen oder vorgegebenen Soll¬wertkurve vergleicht und abhängig davon die Einschaltzeitdauer des Schalters re-gelt/steuert, und insbesondere an wenigstens einem bestimmten Zeitpunkt einen Wertder vorzugsweise gleichgerichteten Netzwechselspannung und/oder der gemessenenoder vorgegebenen Sollwertkurve mit dem Wert der Kondensatorspannung vergleicht.
9. 9. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, - wobei die Steuerschaltung die Einschaltzeitdauer des Schalters als Stellgröße bestimmt.
10. 10. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, - wobei die gemessene oder vorgegebene Sollwertkurve in einem mit der Steuerschaltungverbundenen Speicher, insbesondere in einer Tabelle, gespeichert ist.
11. 11. Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der vorgehenden Ansprüche, - wobei die Gleichrichtung der erfassten gleichgerichteten Netzwechselspannung durcheinen zweiten Gleichrichter erfolgt und die Erfassung der gleichgerichteten Netzwech-selspannung/die Messung der Sollwertkurve an einem dem zweiten Gleichrichter nach¬geschalteten Spannungsteiler erfolgt.
12. 12. Leuchte mit einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. 13. Betriebsgerät für ein Leuchtmittel umfassend eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung nacheinem der Ansprüche 1 bis 11.
14. 14. Verfahren zur Steuerung einer aktiv getakteten Leistungsfaktorkorrekturschaltung, dieeinen Eingang aufweist, an dem eine Netzwechselspannung zuführbar ist, einen Gleich¬richter, einen ausgehend von dem Gleichrichter gespeisten Filterkondensator, und einenSchalter, der durch eine Steuerschaltung steuerbar ist, um eine Induktivität während einerEinschaltzeitdauer zu laden und während einer Ausschaltzeitdauer zu entladen, dadurchgekennzeichnet, dass die Steuerschaltung eine Kondensatorspannung über dem Filter¬kondensator misst und abhängig von der Messung der Kondensatorspannung eine Ein¬schaltzeitdauer des Schalters verändert. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen