AT18055U1 - Flyback converter for operating one or more lamps, associated method and operating device - Google Patents
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Abstract
Eine getaktete Sperrwandlerschaltung zum direkten Betreiben von Leuchtmitteln (11) weist einen steuerbaren Schalter (S), einen ersten Transformator (T1) mit einer Primärwicklung (L1), welche mit dem steuerbaren Schalter (S) verbunden ist, und einer Sekundärwicklung (L2), mit welcher das Leuchtmittel (2) verbindbar ist, einen zweiten Transformator (T2) mit einer ersten Primärwicklung (L3) zum Erfassen des durch den Schalter (S) fließenden Stroms, einer zweiten Primärwicklung (L4) zum Erfassen des durch das Leuchtmittel (2) fließenden Stroms und einer Sekundärwicklung (L5) zum Erzeugen eines den Schalterstrom (lp) und den Leuchtmittelstrom (Is) wiedergebenden Signals, und eine Steuereinrichtung (5) zum Ansteuern des Schalters (S) auf der Grundlage des Signals auf.A clocked flyback converter circuit for directly operating lamps (11) has a controllable switch (S), a first transformer (T1) with a primary winding (L1), which is connected to the controllable switch (S), and a secondary winding (L2), with which the lamp (2) can be connected, a second transformer (T2) with a first primary winding (L3) for detecting the current flowing through the switch (S), a second primary winding (L4) for detecting the current flowing through the lamp (2) flowing current and a secondary winding (L5) for generating a signal representing the switch current (lp) and the lamp current (Is), and a control device (5) for controlling the switch (S) on the basis of the signal.
Description
SPERRWANDLERSCHALTUNG ZUM BETREIBEN VON LEUCHTMITTELN MIT SPITZENSTROMWERTSTEUERUNG UND MITTELSTROMWERTERFASSUNG FLYBACK CONVERTER CIRCUIT FOR OPERATING LAMPS WITH PEAK CURRENT VALUE CONTROL AND AVERAGE CURRENT VALUE DETECTION
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine getaktete Sperrwandlerschaltung und ein Verfahren zum Steuern einer getakteten Sperrwandlerschaltung. Die Erfindung betrifft insbesondere einen getakteten Sperrwandler zum direkten Betreiben einer oder mehrerer Leuchtdioden. The present invention relates to a clocked flyback converter circuit and a method for controlling a clocked flyback converter circuit. The invention relates in particular to a clocked flyback converter for directly operating one or more light-emitting diodes.
[0002] Ein Sperrwandler, auch Hoch-Tiefsetzsteller (englisch „flyback converter“) genannt, ist ein Gleichspannungswandler, der elektrische Energie zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsseite mittels eines Transformators galvanisch entkoppelt überträgt. Mit einem Sperrwandler kann eine am Eingang zugeführte Gleichspannung mit geringem schaltungstechnischen Aufwand in eine Gleichspannung mit einem anderen Spannungsniveau umgewandelt werden. A flyback converter, also known as a flyback converter, is a DC-DC converter that transmits electrical energy between an input and an output side in a galvanically decoupled manner using a transformer. With a flyback converter, a direct voltage supplied at the input can be converted into a direct voltage with a different voltage level with little circuitry effort.
[0003] Aus der US 2014/0153292 A1 ist eine getaktete Sperrwandlerschaltung bekannt, bei der eine Steuereinrichtung einen die Primärspule des Transformators an Masse ankoppelnden Schalter zur Taktung des Sperrwandlers selektiv mit einer bestimmten Frequenz und Einschaltdauer ein- und wieder ausschaltet. Die US 2014/0153292 A1 schlägt vor, eine solche getaktete Sperrwandlerschaltung zur direkten Speisung von Leuchtdioden (LEDs) zu nutzen, wobei der durch den steuerbaren Schalter fließende Strom mittels eines Messwiderstands erfasst und der Schalter ausgeschaltet wird, sobald der erfasste Strom einen vorgegebenen Schwellenwert für den maximalen Schalterstrom (Spitzenstromwert) erreicht. [0003] From US 2014/0153292 A1 a clocked flyback converter circuit is known in which a control device selectively switches a switch that couples the primary coil of the transformer to ground to clock the flyback converter on and off again at a specific frequency and duty cycle. US 2014/0153292 A1 proposes using such a clocked flyback converter circuit to directly power light-emitting diodes (LEDs), whereby the current flowing through the controllable switch is detected by means of a measuring resistor and the switch is switched off as soon as the detected current reaches a predetermined threshold value the maximum switch current (peak current value) is reached.
[0004] Gemäß der US 2014/0153292 A1 wird für eine Regelung der Abgabeleistung der Schwellenwert an die ermittelte Abweichung zwischen dem an die Leuchtdioden abgegebenen Strom und einem vorgegebenen Soll-Abgabestrom angepasst. Der an die Leuchtdioden abgegebene Strom wird hierzu mittels der von einer primärseitigen Hilfswicklung des Transformators abgegebenen Spannung bestimmt, wobei in dem Verlauf der Spannung der Zeitpunkt der abfallenden Flanke ermittelt wird, um die Zeitdauer des Stromflusses durch die Sekundärwicklung in der Sperrphase zu bestimmen. [0004] According to US 2014/0153292 A1, for regulating the output power, the threshold value is adapted to the determined deviation between the current delivered to the light-emitting diodes and a predetermined target output current. For this purpose, the current delivered to the light-emitting diodes is determined by means of the voltage delivered by an auxiliary winding on the primary side of the transformer, the time of the falling edge being determined in the course of the voltage in order to determine the duration of the current flow through the secondary winding in the blocking phase.
[0005] Dies hat den Nachteil, dass für die Erfassung des Abgabestroms und für die Erfassung des Schalterstroms jeweils separate Bauteile/Schaltungen nötig sind, was den Aufbau insgesamt komplex und teuer macht. Zudem werden für den Empfang des den LED-Strom anzeigenden Signals und des den Schalterstrom anzeigenden Signals bei einer Steuereinrichtung, wie einem Mikrocontroller, zwei Eingangsanschlüsse benötigt. [0005] This has the disadvantage that separate components/circuits are required for detecting the output current and for detecting the switch current, which makes the overall structure complex and expensive. In addition, two input connections are required for receiving the signal indicating the LED current and the signal indicating the switch current in a control device such as a microcontroller.
[0006] Ein weiterer Nachteil ist, dass bei niedrigen Schwellenwerten für die Abschaltung des Schalters (kleine Dimm-Pegel) beim Einschalten des Schalters auftretende Stromspitzen ein ungewolltes Ausschalten des Schalters auslösen können. Um dem entgegenzuwirken kann ein Minimal- Schwellenwert oberhalb zu erwartender Stromspitzen gesetzt werden, was jedoch die Steuerung oder Regelung des Dimm-Pegels über das Variieren des Schwellenwerts im unteren Dimm-Bereich einschränkt. Another disadvantage is that at low threshold values for switching off the switch (small dimming levels), current peaks that occur when the switch is switched on can trigger an unwanted switching off of the switch. To counteract this, a minimum threshold value can be set above expected current peaks, but this limits the control or regulation of the dimming level by varying the threshold value in the lower dimming range.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, eine Sperrwandlerschaltung insbesondere für den direkten Betrieb von einem oder mehreren Leuchtmitteln insbesondere LEDs, ein Betriebsgerät und ein Verfahren zum Steuern einer Sperrwandlerschaltung bereitzustellen, die eine genaue Steuerung und Regelung über einen großen Lastbereich mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau erlauben. The invention is based on the object of providing devices and methods which reduce the problems described. The object is in particular to provide a flyback converter circuit, in particular for the direct operation of one or more lighting devices, in particular LEDs, an operating device and a method for controlling a flyback converter circuit, which allow precise control and regulation over a large load range with a simple and cost-effective structure.
[0008] Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet. [0008] This task is solved according to the features of the independent claims. The invention is further developed by the features of the dependent claims.
[0009] Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Sperrwandlerschaltung einen steuerbaren Schalter, einen ersten Transformator mit einer Primärwicklung, welche mit dem steuerbaren Schalter verbunden ist, und einer Sekundärwicklung, mit welcher das Leuchtmittel verbindbar ist, einen zweiten Transformator mit einer ersten Primärwicklung zum Erfassen des durch den According to the present invention, a flyback converter circuit has a controllable switch, a first transformer with a primary winding which is connected to the controllable switch and a secondary winding to which the lighting means can be connected, a second transformer with a first primary winding for detecting the through the
Schalter fließenden Stroms, einer zweiten Primärwicklung zum Erfassen des durch das Leuchtmittel fließenden Stroms und einer Sekundärwicklung zum Erzeugen eines den Schalterstrom und den Leuchtmittelstrom wiedergebenden Signals, und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Schalters auf der Grundlage dieses Signals auf. Switch current flowing, a second primary winding for detecting the current flowing through the lamp and a secondary winding for generating a signal representing the switch current and the lamp current, and a control device for controlling the switch on the basis of this signal.
[0010] Der zweite Transformator erlaubt eine isolierte/potentialgetrennte Stromerfassung sowohl des Schalterstroms auf der Primärseite der Sperrwandlerschaltung als auch des LED-Stroms auf der Sekundärseite, wobei die erste Primärwicklung von dem durch die Primärwicklung des ersten Transformators bzw. den Schalter fließenden Strom durchflossen wird und die zweite Primärwicklung von dem durch die Sekundärwicklung des ersten Transformators fließenden Strom durchflossen wird. Die Sekundärwicklung des zweiten Transformators ist mit der Steuereinrichtung gekoppelt und gibt ein Signal aus, aus dem der Schalterstrom und der sekundärseitige, das Leuchtmittel und ggf. den Ladekondensator speisende Strom ermittelt werden kann. The second transformer allows an isolated/isolated current detection of both the switch current on the primary side of the flyback converter circuit and the LED current on the secondary side, with the current flowing through the primary winding of the first transformer or the switch flowing through the first primary winding and the current flowing through the secondary winding of the first transformer flows through the second primary winding. The secondary winding of the second transformer is coupled to the control device and outputs a signal from which the switch current and the current on the secondary side that feeds the lamp and possibly the charging capacitor can be determined.
[0011] Somit sind für die Erfassung des Abgabestroms (LED-Stroms) und des Schalterstroms keine separaten Schaltungen nötig und die Anzahl der erforderlichen Eingangsanschlüsse der Steuereinrichtung kann reduziert werden. Zudem führt die Bestimmung des durch den Schalter und die Primärwicklung des ersten Transformators fließenden Stroms mittels der ersten Primärwicklung des zweiten Transformators zu einer Verbesserung der Genauigkeit der Erfassung von Strömen im unteren Dimm-Bereich bzw. bei geringen Schwellenwerten. [0011] Therefore, no separate circuits are necessary for detecting the output current (LED current) and the switch current and the number of required input connections of the control device can be reduced. In addition, determining the current flowing through the switch and the primary winding of the first transformer using the first primary winding of the second transformer leads to an improvement in the accuracy of the detection of currents in the lower dimming range or at low threshold values.
[0012] Die Ansteuerung des Schalters auf der Grundlage des Signals kann permanent oder nur in bestimmten Betriebszuständen erfolgen. Die Ansteuerung des Schalters kann ausschließlich auf der Grundlage des Signals und einer Vorgabe der Abgabeleistung oder auf der Grundlage weiterer erfasster Messgrößen basieren. The switch can be activated on the basis of the signal permanently or only in certain operating states. The control of the switch can be based exclusively on the signal and a specification of the output power or on the basis of other measured variables.
[0013] Die Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, den zeitlichen Mittelwert des Leuchtmittelstroms auf der Grundlage des Signals zu ermitteln und das Aus- und/oder Wiedereinschalten des Schalters auf der Grundlage einer ermittelten Abweichung des zeitlichen Mittelwerts von einem vorgegebenen Wert zu bestimmen. The control device can be designed to determine the time average value of the lamp current based on the signal and to determine the switching off and/or on of the switch on the basis of a determined deviation of the time average value from a predetermined value.
[0014] Der Steuereinrichtung kann ein Dimmsignal zuführbar sein, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, den vorgegebenen Wert auf Grundlage des Dimmsignals zu setzen. A dimming signal can be supplied to the control device, the control device being designed to set the predetermined value based on the dimming signal.
[0015] Die Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, den Schalter auszuschalten, wenn der mittels des Signals ermittelte Schalterstrom einen Schwellenwert erreicht. The control device can be designed to turn off the switch when the switch current determined by means of the signal reaches a threshold value.
[0016] Zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein den Schwellenwert zu ändern, um der ermittelten Abweichung entgegenzuwirken. In addition, the control device can be designed to change the threshold value in order to counteract the determined deviation.
[0017] Die Sperrwandlerschaltung kann je nach Anwendung im Grenzbetrieb, bei dem der Schalter wiedereingeschaltet wird, sobald der Strom der Sekundärspule des ersten Transformators auf null abgesunken ist oder die Nulllinie danach erstmalig mit einer positiven Flanke erreicht, oder im diskontinuierlichen Betriebsmodus betrieben werden, bei dem der Schalter nicht sofort wiedereingeschaltet wird, sobald der sekundärseitige Strom auf null abgesunken ist bzw. die Nulllinie mit einer positiven Flanke erreicht. Die Betriebsmodi können auch in Abhängigkeit der angeschlossenen Leuchtmittel oder der Abgabeleistung der Sperrwandlerschaltung gewechselt werden. Depending on the application, the flyback converter circuit can be operated in limit operation, in which the switch is switched on again as soon as the current of the secondary coil of the first transformer has dropped to zero or the zero line is then reached for the first time with a positive edge, or in discontinuous operating mode in which the switch is not switched on again immediately as soon as the current on the secondary side has fallen to zero or reaches the zero line with a positive edge. The operating modes can also be changed depending on the connected lamps or the output power of the flyback converter circuit.
[0018] Hierzu kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, den Betriebsmodus der Sperrwandlerschaltung vom Grenzbetrieb in den diskontinuierlichen Betrieb zu wechseln, wenn der Schwellenwert auf einen Minimalwert absinkt. Der Minimalwert kann vom Hersteller oder Anwender vorgegeben oder auf der Grundlage von von der Steuereinrichtung ermittelten Betriebsparametern bestimmt oder geändert werden. For this purpose, the control device can be designed to change the operating mode of the flyback converter circuit from limit operation to discontinuous operation when the threshold value drops to a minimum value. The minimum value can be specified by the manufacturer or user or determined or changed based on operating parameters determined by the control device.
[0019] Die Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, den Zeitpunkt, zu dem der Stromfluss durch die Sekundärwicklung des ersten Transformators während der Ausschaltphase auf null abgesunken ist, mittels des Signals zu bestimmen. The control device can be designed to use the signal to determine the time at which the current flow through the secondary winding of the first transformer has dropped to zero during the switch-off phase.
[0020] In dem diskontinuierlichen Betrieb können aufgrund von parasitären Effekten nach dem Ausschalten Oszillationen der Spannung über dem Schalter auftreten. Um Schaltverluste des In discontinuous operation, oscillations in the voltage across the switch can occur after switching off due to parasitic effects. To reduce switching losses
Schalters zu vermeiden, sollten solche Oszillationen beim Wählen des Wiedereinschaltzeitpunktes berücksichtigt werden bzw. der Wiedereinschaltzeitpunkt so gewählt werden, dass zum Wiedereinschaltzeitpunkt die Spannungsschwingung auf einen Nulldurchgang nach einem Spannungsminimum fällt. Hierfür kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, im diskontinuierlichen Betriebsmodus der Sperrwandlerschaltung den Spannungsverlauf über dem Schalter auf der Grundlage des Signals zu ermitteln und den Schalter zu einem Zeitpunkt, bei dem der Spannungsverlauf ein Spannungsminimum aufweist, einzuschalten. To avoid the switch, such oscillations should be taken into account when selecting the restart time or the restart time should be chosen so that at the restart time the voltage oscillation falls to a zero crossing after a voltage minimum. For this purpose, the control device can be designed to determine the voltage curve across the switch on the basis of the signal in the discontinuous operating mode of the flyback converter circuit and to switch on the switch at a time at which the voltage curve has a voltage minimum.
[0021] Alternativ kann die Erfassung des Spannungsverlaufs über dem Schalter mittels einer Hilfswicklung des ersten Transformators erfolgen. Alternatively, the voltage curve across the switch can be detected using an auxiliary winding of the first transformer.
[0022] Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Betriebsgerät für Leuchtdioden zumindest eine der beschriebenen Sperrwandlerschaltungen auf. According to the present invention, an operating device for light-emitting diodes has at least one of the flyback converter circuits described.
[0023] Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern der den ersten Transformator und den zweiten Transformator aufweisenden Sperrwandlerschaltung die Schritte: According to the present invention, a method for controlling the flyback circuit including the first transformer and the second transformer comprises the steps:
- Ansteuern des Schalters, - controlling the switch,
- Erfassen des durch den Schalter fließenden Stroms mittels einer ersten Primärwicklung des zweiten Transformators, - detecting the current flowing through the switch using a first primary winding of the second transformer,
- Erfassen des durch das Leuchtmittel fließenden Stroms mittels einer zweiten Primärwicklung des zweiten Transformators, - detecting the current flowing through the lamp by means of a second primary winding of the second transformer,
- Erzeugen eines den Schalterstrom und den Leuchtmittelstrom wiedergebenden Signals mittels einer Sekundärwicklung des zweiten Transformators, und - Generating a signal representing the switch current and the lamp current by means of a secondary winding of the second transformer, and
- Bestimmen eines Zeitpunkts für das Aus- und/oder Wiedereinschalten des Schalters auf Grundlage des Signals auf. - Determine a time for turning the switch off and/or on again based on the signal.
[0024] In dem Bestimmungsschritt kann der zeitliche Mittelwert des Leuchtmittelstroms auf der Grundlage des Signals ermittelt und das Aus- und/oder Wiedereinschalten des Schalters auf der Grundlage einer ermittelten Abweichung des zeitlichen Mittelwerts von einem vorgegebenen Wert bestimmt werden. In the determination step, the time average value of the lamp current can be determined on the basis of the signal and the switching off and/or on again of the switch can be determined based on a determined deviation of the time average value from a predetermined value.
[0025] Zusätzlich kann das Verfahren die Schritte: - Empfangen eines Dimmsignals für das Leuchtmittel, und - Setzen des vorgegebenen Werts auf Grundlage des Dimmsignals aufweisen. In addition, the method can have the steps: - receiving a dimming signal for the lamp, and - setting the predetermined value based on the dimming signal.
[0026] In dem Verfahren kann der Schalter ausgeschaltet werden, wenn der mittels des Signals ermittelte Schalterstrom einen Schwellenwert erreicht. In the method, the switch can be switched off when the switch current determined using the signal reaches a threshold value.
[0027] Zusätzlich kann das Verfahren den Schritt des Änderns des Schwellenwerts aufweisen, um der ermittelten Abweichung entgegenzuwirken. In addition, the method may include the step of changing the threshold value in order to counteract the determined deviation.
[0028] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
[0029] Fig. 1 eine getaktete Sperrwandlerschaltung nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, 1 shows a clocked flyback converter circuit according to a first exemplary embodiment according to the present invention,
[0030] Fig. 2 eine getaktete Sperrwandlerschaltung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, und 2 shows a clocked flyback converter circuit according to a second exemplary embodiment according to the present invention, and
[0031] Fig. 3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Darstellung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 is a simplified flowchart showing the method according to the present invention.
[0032] Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Schaltung eines Sperrwandlers 1 zum direkten Betrieb von einem oder mehreren Leuchtmitteln 2 nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 shows a simplified circuit of a flyback converter 1 for direct operation of one or more lighting devices 2 according to a first exemplary embodiment according to the present invention.
[0033] Das Leuchtmittel 2 kann eine Leuchtdiode (LED) oder mehrere LEDs umfassen. Die LEDs können anorganische oder organische LEDs sein. Die mehreren LEDs können in Serie oder parallel geschaltet sein. Die mehreren LEDs können auch in komplexeren Anordnungen verschaltet sein, beispielsweise in mehreren zueinander parallel geschalteten Reihenschaltungen. Während beispielhaft zwei LEDs dargestellt sind, kann das Leuchtmittel auch nur eine LED oder mehr als zwei LEDs aufweisen. The light source 2 can comprise a light-emitting diode (LED) or several LEDs. The LEDs can be inorganic or organic LEDs. The multiple LEDs can be connected in series or in parallel. The multiple LEDs can also be connected in more complex arrangements, for example in multiple series connections connected in parallel. While two LEDs are shown as an example, the light source can also have only one LED or more than two LEDs.
[0034] An den zwei Eingangsanschlüssen 3, 4 der abgebildeten Sperrwandlerschaltung 1 wird eine Versorgungsspannung zugeführt, die eine Gleichspannung oder eine gleichgerichtete Wechselspannung sein kann und die mittels des ersten Transformators T1 galvanisch entkoppelt in eine Gleichspannung mit einem dem Leuchtmittel 2 entsprechenden Spannungsniveau umgewandelt wird. Der zweite Transformator T2 dient zur Erfassung des primärseitigen Stroms Ip und des sekundärseitigen Stroms Is für die Steuerschaltung 5 unter Aufrechterhaltung der galvanischen Entkopplung. A supply voltage is supplied to the two input connections 3, 4 of the flyback converter circuit 1 shown, which can be a direct voltage or a rectified alternating voltage and which is converted in a galvanically decoupled manner by means of the first transformer T1 into a direct voltage with a voltage level corresponding to the lamp 2. The second transformer T2 is used to detect the primary-side current Ip and the secondary-side current Is for the control circuit 5 while maintaining the galvanic decoupling.
[0035] Der von der Steuerschaltung 5 ansteuerbare Schalter S, die Primärwicklung L1 des Transformators T1 und die erste Primärwicklung L3 des Transformators T2 sind in Reihe zwischen dem ersten Eingangsanschluss 1 und dem zweiten Eingangsanschluss 2 geschaltet. Der zweite Eingangsanschluss 2 kann mit Masse verbunden und das Bezugspotential von allen primärseitigen Signal- und Betriebsspannungen sein. The switch S which can be controlled by the control circuit 5, the primary winding L1 of the transformer T1 and the first primary winding L3 of the transformer T2 are connected in series between the first input connection 1 and the second input connection 2. The second input connection 2 can be connected to ground and be the reference potential of all primary-side signal and operating voltages.
[0036] An den zwei Ausgangsanschlüssen 6, 7 der in Fig. 1 gezeigten Sperrwandlerschaltung 1 ist das aus einer Reihenschaltung von im Beispiel zwei LEDs gebildete Leuchtmittel 2 angeschlossen. Die Sekundärwicklung L2 des Transformators T1, die zweite Primärwicklung L4 des Transformators T2 und eine Diode D sind in Reihe zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 6 und dem zweiten Ausgangsanschluss 7 geschaltet. Ein Kondensator C (Ladekondensator) ist an den Ausgangsanschlüssen 6, 7 parallel angekoppelt. Primär- und Sekundärwicklung L1, L2 des Transformators T1 weisen eine unterschiedliche Polarität/Wicklungsrichtung auf. The lamp 2, which is formed from a series connection of two LEDs in the example, is connected to the two output connections 6, 7 of the flyback converter circuit 1 shown in FIG. 1. The secondary winding L2 of the transformer T1, the second primary winding L4 of the transformer T2 and a diode D are connected in series between the first output terminal 6 and the second output terminal 7. A capacitor C (charging capacitor) is coupled in parallel to the output connections 6, 7. The primary and secondary windings L1, L2 of the transformer T1 have a different polarity/winding direction.
[0037] Der steuerbare Schalter S kann ein Leistungsschalter, ein Feldeffekttransistor oder ein Bipolartransistor sein. Der steuerbare Schalter S kann ein Transistor mit isolierter Gateelektrode sein. The controllable switch S can be a power switch, a field effect transistor or a bipolar transistor. The controllable switch S can be a transistor with an insulated gate electrode.
[0038] Die Steuerschaltung 5 kann eine integrierte Halbleiterschaltung sein oder eine integrierte Halbleiterschaltung umfassen. Die Steuereinheit 14 kann als ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC, „Application Speecific Integrated Circuit“) oder eine Kombination der genannten Einheiten ausgestaltet sein. The control circuit 5 may be an integrated semiconductor circuit or may comprise an integrated semiconductor circuit. The control unit 14 can be designed as a processor, a microprocessor, a controller, a microcontroller or an application-specific special circuit (ASIC, “Application Speecific Integrated Circuit”) or a combination of the units mentioned.
[0039] Der Steuerschaltung 5 werden ein über den Eingangsanschluss 8 empfangenes DimmSignal zur Helligkeitssteuerung des Leuchtmittels 2 (Variieren der Abgabeleistung) und das von der Sekundärwicklung L5 des zweiten Transformators T2 erzeugte, den primär- und sekundärseitigen Strom I,, Is anzeigende Signal zugefährt. The control circuit 5 is supplied with a dimming signal received via the input connection 8 for controlling the brightness of the lamp 2 (varying the output power) and the signal generated by the secondary winding L5 of the second transformer T2 and indicating the primary and secondary side current I,, Is.
[0040] Entsprechend der empfangenen Signale schaltet die Steuerschaltung 5 den Schalter S wiederholt ein und wieder aus, wobei nach dem Einschalten die Primärwicklung L1 des Transformators T1 und die Primärwicklung L3 des Transformators T2 von Strom durchflossen werden. Während der Einschaltphase unterdrückt die Diode D einen Stromfluss auf der Sekundärseite des Transformators T1, wohingegen die Sekundärwicklung L5 des zweiten Transformators T2 einen dem ansteigenden primärseitigen Strom Ip entsprechenden Strom bzw. einen proportionalen Spannungswert an die Steuerschaltung 5 abgibt. According to the signals received, the control circuit 5 repeatedly switches the switch S on and off again, with current flowing through the primary winding L1 of the transformer T1 and the primary winding L3 of the transformer T2 after switching on. During the switch-on phase, the diode D suppresses a current flow on the secondary side of the transformer T1, whereas the secondary winding L5 of the second transformer T2 outputs a current corresponding to the increasing primary-side current Ip or a proportional voltage value to the control circuit 5.
[0041] Nach dem Ausschalten (Sperrphase) wird die in der Primärwicklung L1 des Transformators T1 gespeicherte Energie über die Sekundärwicklung L2 des Transformators T1 abgegeben bzw. erzwingt einen Stromfluss auf der Sekundärseite durch die Diode D. Der Kondensator C wird geladen, das an den Ausgangsanschlüssen 6, 7 der Sperrwandlerschaltung 1 angeschlossene Leuchtmittel 2 leuchtet. Der Stromfluss auf der Sekundärseite nimmt linear ab und wird im diskontinuierlichen (lückenden) Betrieb sowie im Grenzbetrieb schließlich null bevor die Steuerschaltung 5 den Schalter S wieder einschaltet. After switching off (blocking phase), the energy stored in the primary winding L1 of the transformer T1 is released via the secondary winding L2 of the transformer T1 or forces a current flow on the secondary side through the diode D. The capacitor C is charged, which is connected to the The lamp 2 connected to the output connections 6, 7 of the flyback converter circuit 1 lights up. The current flow on the secondary side decreases linearly and ultimately becomes zero in discontinuous (intermittent) operation and in limit operation before the control circuit 5 switches the switch S on again.
[0042] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der die Abgabeleistung bestimmende sekundärseitige Strom Is mittels dem Transformator T2 erfasst, wobei die Sekundärwicklung L5 des zweiten Transformators T2 einen dem abfallenden sekundärseitigen Strom Is entsprechenden Strom bzw. einen proportionalen Spannungswert an die Steuerschaltung 5 abgibt, welche eine Abweichung des zeitlichen Mittelwerts des sekundärseitigen Stroms Is von einem von dem Dimm-Signal vorgegebenen Wert von der Sperrwandlerschaltung 1 bestimmt. According to the present invention, the secondary-side current Is which determines the output power is detected by means of the transformer T2, with the secondary winding L5 of the second transformer T2 emitting a current corresponding to the falling secondary-side current Is or a proportional voltage value to the control circuit 5, which has a Deviation of the time average value of the secondary-side current Is from a value predetermined by the dimming signal is determined by the flyback converter circuit 1.
[0043] Ein Variieren der Abgabeleistung erfolgt zumindest in einem ersten Bereich der Abgabeleistung, in dem die Sperrwandlerschaltung 1 im Grenzbetrieb/-Modus betrieben wird, durch ein Variieren eines vorgegebenen Schwellenwertes bis zu dem nach dem Einschalten des Schalters S der Strom I, durch den Schalter 7 linear ansteigt. Bei Erreichen des Schwellenwerts wird der Schalter S ausgeschaltet. Die Höhe des Schwellenwerts bestimmt in diesem Modus die Abgabeleistung bzw. die Helligkeit des von dem Leuchtmittel 2 abgegebenen Lichtes. The output power is varied at least in a first range of the output power, in which the flyback converter circuit 1 is operated in limit operation/mode, by varying a predetermined threshold value up to the current I through which the switch S is switched on Switch 7 increases linearly. When the threshold value is reached, the switch S is switched off. In this mode, the height of the threshold value determines the output power or the brightness of the light emitted by the lamp 2.
[0044] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Anstieg des primärseitigen Stroms I, ebenfalls mit dem Transformator T2 erfasst und beim Erreichen des Schwellenwerts der Schalter ausgeschaltet werden. According to the present invention, the increase in the primary-side current I is also detected with the transformer T2 and the switch is switched off when the threshold value is reached.
[0045] Wird der Dimm-Pegel bzw. die abzugebende Leistung verringert, sinkt die Abschaltschwelle. Ein Absenken der Abschaltschwelle ist jedoch oft nicht beliebig möglich, da es bei kleinen Schwellenwerten zu Problemen hinsichtlich der Erfassung und Verarbeitung des geringen Stromwerts kommen kann. If the dimming level or the power to be delivered is reduced, the switch-off threshold decreases. However, it is often not possible to lower the switch-off threshold arbitrarily, since small threshold values can lead to problems with the detection and processing of the low current value.
[0046] Aus diesem Grund kann, insbesondere wenn der zu setzende Schwellenwert kleiner oder gleich einem Minimalwert ist, lediglich die Abweichung des zeitlichen Mittelwerts des sekundärseitigen Stroms Is von einem von dem Dimm-Signal vorgegebenen Wert mittels dem von dem Transformator T2 abgegebenen Signal bestimmt und die Einschaltdauer des Schalters S entsprechend der abzugebenden Leistung bzw. der ermittelten Abweichung gesetzt werden. Wird der Minimalwert überschritten, erfolgt die Steuerung wieder wie oben beschrieben. For this reason, particularly if the threshold value to be set is less than or equal to a minimum value, only the deviation of the time average value of the secondary-side current Is from a value predetermined by the dimming signal can be determined by means of the signal emitted by the transformer T2 and the duty cycle of the switch S can be set according to the power to be delivered or the deviation determined. If the minimum value is exceeded, control takes place again as described above.
[0047] Alternativ erfolgt ein Grenzbetrieb der Sperrwandlerschaltung 1 bei einem Schwellenwert oberhalb des Minimalwerts und ein diskontinuierlicher Betrieb, wenn der Schwellenwert kleiner oder gleich dem Minimalwert ist. Im Grenzbetrieb wird dabei der Schwellenwert entsprechend der abzugebenden Leistung bzw. der ermittelten Abweichung variiert, der primärseitige Strom Ip mittels dem von dem Transformator T2 abgegebenen Signal erfasst und der Schalter ausgeschaltet, wenn der primärseitige Strom I, den Schwellenwert erreicht. Alternatively, limit operation of the flyback converter circuit 1 occurs at a threshold value above the minimum value and discontinuous operation occurs when the threshold value is less than or equal to the minimum value. In limit operation, the threshold value is varied according to the power to be delivered or the deviation determined, the primary-side current Ip is detected using the signal emitted by the transformer T2 and the switch is switched off when the primary-side current I reaches the threshold value.
[0048] Erreicht der Schwellenwert den Minimalwert, wechselt die Sperrwandlerschaltung 1 von dem Grenzbetrieb in den diskontinuierlichen Betrieb, bei dem der Schalter S nicht sofort wieder eingeschaltet wird, nachdem der erfasste sekundärseitige Strom Is zu einem Zeitpunkt tauı auf null abgefallen ist oder die Nulllinie mit einer positiven Flanke erreicht, und bei dem die Zeitdauer von dem Zeitpunkt tu bis zum Wiedereinschalten des Schalter S entsprechend der abzugebenden Leistung bzw. der ermittelten Abweichung bei konstantem Schwellenwert variiert wird. [0048] If the threshold value reaches the minimum value, the flyback converter circuit 1 changes from limit operation to discontinuous operation, in which the switch S is not immediately switched on again after the detected secondary-side current Is has dropped to zero or the zero line at a time tauı a positive edge is reached, and in which the time period from the time tu until the switch S is switched on again is varied according to the power to be delivered or the determined deviation with a constant threshold value.
[0049] Für die Erfassung des primärseitigen Stroms Ip und des sekundärseitigen Stroms Is können sowohl die Spannungsflanken als auch der Stromverlauf in dem von der Sekundärwicklung L5 des zweiten Transformators T2 erzeugten Signal bestimmt und ausgewertet werden, wobei über das Wicklungsverhältnis der Primärwicklungen L3 und L4 zueinander der jeweilige Anteil des primär- und sekundärseitigen Stroms 1,, Is in dem Signal skalierbar ist und mit der Wahl der Anzahl der Wicklungen der Sekundärwicklung L5 das Signal insgesamt skalierbar ist. Vorteilhafterweise entspricht das Wicklungsverhältnis der Primärwicklungen L3 und L4 dem Wicklungsverhältnis der Wicklungen L1 und L2 zueinander. For the detection of the primary-side current Ip and the secondary-side current Is, both the voltage edges and the current curve in the signal generated by the secondary winding L5 of the second transformer T2 can be determined and evaluated, using the winding ratio of the primary windings L3 and L4 to one another the respective proportion of the primary and secondary side current 1,, Is in the signal is scalable and the signal as a whole is scalable by selecting the number of windings of the secondary winding L5. Advantageously, the winding ratio of the primary windings L3 and L4 corresponds to the winding ratio of the windings L1 and L2 to one another.
[0050] Im diskontinuierlichen Betrieb können in der Ausschaltphase Oszillationen der über dem Schalter S anliegenden Spannung auftreten, welche bei der Wahl des Wiedereinschaltzeitpunkte zu berücksichtigen sind, um Schaltverluste zu verringern. Hierfür wird der Wiedereinschaltzeitpunkt so gewählt, dass zum Wiedereinschaltzeitpunkt die Spannungsschwingung über dem Schalter S ein Spannungsminimum zeigt, wobei die Steuerschaltung 5 Spannungsminima über dem Schalter S auf der Grundlage des von der Sekundärwicklung L5 abgegebenen Signals des In discontinuous operation, oscillations of the voltage present across the switch S can occur in the switch-off phase, which must be taken into account when selecting the switch-on time in order to reduce switching losses. For this purpose, the restart time is selected so that at the restart time the voltage oscillation across the switch S shows a voltage minimum, the control circuit 5 voltage minimums across the switch S based on the signal emitted by the secondary winding L5
Transformators T1 detektiert oder vorausberechnet. Transformer T1 detected or calculated in advance.
[0051] Alternativ kann, wie in Fig. 2 gezeigt, die Erfassung des Spannungsverlaufs über dem Schalter S mittels einer Hilfswicklung L6 des ersten Transformators T1 erfolgen, wobei die Steuerschaltung 5 das von der Hilfswicklung L6 abgegebene Signal an ihrem Eingangsanschluss 9 empfangt, das den Schalter S ansteuernde Signal am Ausgang 10 abgibt und das von der Sekundärwicklung L5 abgegebene Signal am Eingangsanschluss 12 empfängt. Alternatively, as shown in Fig. 2, the voltage curve across the switch S can be detected by means of an auxiliary winding L6 of the first transformer T1, with the control circuit 5 receiving the signal emitted by the auxiliary winding L6 at its input terminal 9, which is the Switch S emits the signal controlling at the output 10 and receives the signal emitted by the secondary winding L5 at the input connection 12.
[0052] Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der in Fig. 2 gezeigten Sperrwandlerschaltung 1 anstelle des zweiten Transformators T2 nur seine Primärwicklungen L3, L4 und die Sekundärwicklung L5 eingezeichnet, welche miteinander magnetisch gekoppelt sind. To simplify the illustration, only its primary windings L3, L4 and the secondary winding L5, which are magnetically coupled to one another, are shown in the flyback converter circuit 1 shown in FIG. 2 instead of the second transformer T2.
[0053] Ein Betriebsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Sperrwandlerschaltungen 1 und einen Gleichrichter mit Leistungsfaktorkorrektur, der aus einer Netz-Wechselspannung die an den Eingangsanschlüssen 3, 4 anliegende Gleichspannung erzeugt, aufweisen, wobei die Steuerung des Gleichrichters auch durch die Steuerschaltung 5 erfolgen kann. An operating device according to the present invention can have one of the flyback converter circuits 1 shown in FIGS The rectifier can also be controlled by the control circuit 5.
[0054] In Fig. 3 ist ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm dargestellt, das die einzelnen Schritte bei der Durchführung des oben ausführlich beschriebenen Verfahrens zeigt. 3 shows a highly simplified flow chart which shows the individual steps in carrying out the method described in detail above.
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