DE102012007451B4 - Converter for a light source, LED converter and method for operating an LLC resonant converter - Google Patents

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Abstract

Wandler für ein Leuchtmittel (3; 5), umfassendeine primärseitige Schaltung (20; 50; 90) mit einer Halbbrückenschaltung, die zwei im Betrieb wechselseitig getaktete Schalter (21, 22) umfasst, und mit einem LLC-Resonanzkreis (25-27),eine von der primärseitigen Schaltung (20; 50; 90) galvanisch getrennte Sekundärseite (30) mit einem Ausgang (35) zur Energieversorgung des Leuchtmittels (3; 5), undeine Steuereinrichtung (14), die eingerichtet ist, um abhängig von einer Phasenlage eines Stroms (52; 73) in der primärseitigen Schaltung (20; 50; 90) einen Fehlerzustand am Ausgang (35) der Sekundärseite (30) zu erkennen,wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um den Fehlerzustand abhängig von einem Zeitpunkt (TN) eines Nulldurchgangs des Stroms (52; 73) zu erkennen.Converter for a lighting device (3; 5), comprisinga primary-side circuit (20; 50; 90) with a half-bridge circuit which comprises two switches (21, 22) which are alternately clocked during operation, and with an LLC resonant circuit (25-27),a secondary side (30) which is galvanically isolated from the primary-side circuit (20; 50; 90) and has an output (35) for supplying energy to the lighting device (3; 5), anda control device (14) which is set up to detect an error state at the output (35) of the secondary side (30) depending on a phase position of a current (52; 73) in the primary-side circuit (20; 50; 90),wherein the control device (14) is set up to detect the error state depending on a time (TN) of a zero crossing of the current (52; 73).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wandler zur Versorgung eines Leuchtmittels, einen LED-Konverter und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Wandlers. Die Erfindung betrifft insbesondere derartige Vorrichtungen und Verfahren, bei denen ein Leuchtmittel, insbesondere ein Leuchtmittel, das ein oder mehrere Leuchtdioden umfasst, mit einem so genannten SELV („Separated Extra-Low Voltage“ oder „Safety Extra-Low Voltage“)-Gerät mit Energie versorgt wird.The invention relates to a converter for supplying a lighting device, an LED converter and a method for operating such a converter. The invention relates in particular to such devices and methods in which a lighting device, in particular a lighting device that comprises one or more light-emitting diodes, is supplied with energy using a so-called SELV ("Separated Extra-Low Voltage" or "Safety Extra-Low Voltage") device.

Wandler mit Potentialtrennung dienen zur galvanisch entkoppelten Übertragung von elektrischer Energie von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite. Derartige Wandler werden in verschiedenen Anwendungen zur Strom- oder Spannungsversorgung, wie beispielsweise in getakteten Schaltnetzteilen, eingesetzt. Bei getakteten Wandlern werden steuerbare Schalter, die in Form von Leistungsschaltern ausgestaltet sein können, verwendet und getaktet betrieben, um elektrische Energie auf die Ausgangsseite zu übertragen. Eine galvanisch entkoppelte Energieübertragung kann durch Verwendung eines Transformators oder anderen Übertragers erzielt werden. 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.Converters with potential isolation are used for the galvanically decoupled transfer of electrical energy from an input side to an output side. Such converters are used in various applications for current or voltage supply, such as in clocked switching power supplies. In clocked converters, controllable switches, which can be designed in the form of power switches, are used and operated in a clocked manner to transfer electrical energy to the output side. Galvanically decoupled energy transfer can be achieved by using a transformer or other transmitter. Such galvanic isolation or potential isolation is required for safety reasons in operating devices for lamps in order to separate an ELV ("extra-low voltage") area from areas with a higher supply voltage, in particular mains voltage, by means of a so-called potential barrier or SELV barrier.

Zum Betreiben von Leuchtmitteln können Wandler eingesetzt werden, die als so genannte Resonanzwandler ausgestaltet sind, die einen Resonanzkreis aufweisen. Der Resonanzkreis kann ein Serien- oder Parallelresonanzkreis sein. Bei der Ausgestaltung von Wandlern besteht das Ziel, Verluste gering zu halten. Resonanzwandler, die einen LLC-Resonanzkreis mit zwei Induktivitäten und einer Kapazität umfassen, können primärseitig resonant oder quasiresonant gesteuert werden. Derartige Wandler haben den Vorteil, dass ein energieeffizienter Betrieb mit relativ geringen Schaltverlusten möglich ist.Converters designed as so-called resonant converters, which have a resonant circuit, can be used to operate lighting devices. The resonant circuit can be a series or parallel resonant circuit. When designing converters, the aim is to keep losses to a minimum. Resonant converters, which include an LLC resonant circuit with two inductors and a capacitor, can be controlled resonantly or quasi-resonantly on the primary side. Such converters have the advantage that energy-efficient operation with relatively low switching losses is possible.

Aus Sicherheitsgründen soll der Betrieb eines Wandlers erlauben, zumindest bestimmte Betriebszustände, beispielsweise Leerlauf oder Kurzschluss am Ausgang des SELV-Bereichs, zu erkennen. Ein herkömmlicher Ansatz verwendet hierzu eine direkte Messung beispielsweise der Ausgangsspannung, die in der sekundärseitigen Schaltung durchgeführt wird. Die auf der Sekundärseite erfasste Spannung kann dann über einen Isolator zur Primärseite rückgeführt wird. Die Überbrückung der SELV-Barriere erfordert entsprechende Komponenten, die Bauraum und/oder Kosten des Betriebsgeräts erhöhen. Die US 2012/0033453 A1 beschreibt ein Beispiel für einen Resonanzwandler, der eine Halbbrücke und einen LLC-Kreis umfasst und bei dem ein Isolator vorgesehen ist, um eine ausgangsseitig gemessene Größe an die Eingangsseite zurückzuführen.For safety reasons, the operation of a converter should allow at least certain operating states to be detected, such as open circuit or short circuit at the output of the SELV range. A conventional approach uses a direct measurement of, for example, the output voltage, which is carried out in the secondary-side circuit. The voltage recorded on the secondary side can then be fed back to the primary side via an isolator. Bridging the SELV barrier requires corresponding components that increase the installation space and/or cost of the operating device. US 2012/0033453 A1 describes an example of a resonant converter comprising a half-bridge and an LLC circuit and in which an isolator is provided to feed a quantity measured on the output side back to the input side.

Die US 6 087 782 A betrifft ein Resonanznetzteil. Das Resonanznetzteil enthält eine Gleichspannungsquelle und Schaltelemente zur alternativen Verbindung eines Schwingkreises, der die Primärwicklung eines Transformators enthält, mit der Gleichspannungsquelle und mit Masse. Um Fehler in der Last auf einer Sekundärseite des Transformators zu erkennen, die dazu führen würden, dass das Resonanznetzteil versucht, eine übermäßige Leistung zu liefern, wird die Leistung auf der Primärseite erfasst, und wenn diese Primärleistung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird die Schwingungsfrequenz erhöht, um die Leistung zu verringern.The US 6 087 782 A relates to a resonant power supply. The resonant power supply includes a DC voltage source and switching elements for alternately connecting a resonant circuit including the primary winding of a transformer to the DC voltage source and to ground. To detect faults in the load on a secondary side of the transformer that would cause the resonant power supply to attempt to deliver excessive power, the power on the primary side is sensed and if this primary power exceeds a predetermined threshold, the oscillation frequency is increased to reduce the power.

Die WO 2011 / 113 948 A1 betrifft ein LED-Beleuchtungssystem mit einer modularen Betriebsschaltung mit einem ersten Modul, das ein zweites Teilmodul, vorzugsweise einen isolierten energieübertragenden DC/DC-Wandler, und eine Steuereinheit aufweist. Das System verfügt außerdem über ein oder mehrere zweite Module, vorzugsweise Lampenmanagementmodule, die jeweils mindestens ein weiteres Untermodul, vorzugsweise eine Konstantstromquelle, und eine Steuereinheit aufweisen. Mindestens eine LED-Schienenleuchte wird von dem anderen Teilmodul gespeist. Das erste Modul überträgt elektrische Energie vom zweiten Teilmodul zum anderen Teilmodul jedes zweiten Moduls, und parallel zu dieser Energieübertragung ist eine interne, vorzugsweise bidirektionale Kommunikationsschnittstelle zwischen der Steuereinheit des ersten Moduls und der Steuereinheit in jedem zweiten Modul vorgesehen.The WO 2011 / 113 948 A1 relates to an LED lighting system with a modular operating circuit with a first module which has a second sub-module, preferably an isolated energy-transmitting DC/DC converter, and a control unit. The system also has one or more second modules, preferably lamp management modules, each of which has at least one further sub-module, preferably a constant current source, and a control unit. At least one LED track light is powered by the other sub-module. The first module transmits electrical energy from the second sub-module to the other sub-module of every second module, and in parallel to this energy transfer, an internal, preferably bidirectional communication interface is provided between the control unit of the first module and the control unit in every second module.

Es besteht ein Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren, die Verbesserungen für eine Detektion bestimmter Betriebszustände, insbesondere eines Kurzschlusses am Ausgang und/oder einer offenen Schaltung am Ausgang, bieten. Insbesondere besteht ein Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren, bei denen der schaltungstechnische Aufwand und/oder die Kosten, die bei herkömmlichen Vorrichtungen zum Überbrücken der SELV-Barriere verbunden sind, reduziert oder vermieden werden können. Es besteht auch ein Bedarf an derartigen Vorrichtungen und Verfahren, die geringe Schaltverluste aufweisen.There is a need for devices and methods that offer improvements for detecting certain operating states, in particular a short circuit at the output and/or an open circuit at the output. In particular, there is a need for devices and methods in which the circuit complexity and/or costs associated with conventional devices for bridging the SELV barrier can be reduced or avoided. There is also a need for such devices and methods that have low switching losses.

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren, ein Wandler und ein LED-Konverter mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen angegeben. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.According to the invention, a method, a converter and an LED converter with the features specified in the independent claims The dependent claims define embodiments.

Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung weist ein LLC-Resonanzwandler, der eine primärseitige Halbbrückenschaltung und einen LLC-Resonanzkreis umfasst, eine Steuereinrichtung auf, die abhängig von einer Phasenlage eines Stroms in der primärseitigen Schaltung bestimmte Betriebszustände wie einen Kurzschluss am Ausgang der Sekundärseite und/oder eine offene Schaltung am Ausgang der Sekundärseite detektieren kann. Die Steuereinrichtung führt die Detektion von Fehlerzuständen, die den Ausgang der Sekundärseite betreffen, basierend auf einer Messgröße durch, die in der primärseitigen Schaltung erfasst wird.According to embodiments of the invention, an LLC resonant converter comprising a primary-side half-bridge circuit and an LLC resonant circuit has a control device which can detect certain operating states such as a short circuit at the output of the secondary side and/or an open circuit at the output of the secondary side depending on a phase position of a current in the primary-side circuit. The control device carries out the detection of error states which affect the output of the secondary side based on a measured variable which is recorded in the primary-side circuit.

Zur Detektion eines Fehlerzustands kann ein Zeitpunkt erfasst werden, an dem ein Strom, der zwischen dem LLC-Resonanzkreis und Masse fließt, einen Nulldurchgang aufweist. Es kann ermittelt werden, ob dieser Zeitpunkt innerhalb eines Intervalls um eine Referenzzeit liegt. Die Referenzzeit kann die Mitte zwischen einer ersten Schaltzeit, bei der vor dem Nulldurchgang ein erster Schalter der Halbbrückenschaltung zuletzt in den Aus-Zustand geschaltet wird, und einer zweiten Schaltzeit, bei der nach dem Nulldurchgang ein zweiter Schalter der Halbbrückenschaltung erstmalig in den Aus-Zustand geschaltet wird, sein. To detect a fault condition, a point in time can be detected at which a current flowing between the LLC resonant circuit and ground has a zero crossing. It can be determined whether this point in time is within an interval around a reference time. The reference time can be the middle between a first switching time, at which a first switch of the half-bridge circuit is last switched to the off state before the zero crossing, and a second switching time, at which a second switch of the half-bridge circuit is first switched to the off state after the zero crossing.

Die Vorrichtungen und Verfahren können insbesondere eine offene Schaltung und/oder ein Kurzschluss am Ausgang der Sekundärseite erkennen. Die Vorrichtungen und Verfahren nutzen, dass bei dem LLC-Resonanzwandler primärseitig erfasste Messgrößen, die einen Strom in der Primärseite repräsentieren, Informationen darüber liefern können, ob eine offene Schaltung oder ein Kurzschluss am Ausgang der Sekundärseite vorliegt. Dies erlaubt, auch ohne Messung in der sekundärseitigen Schaltung eine offene Schaltung und/oder einen Kurzschluss am Ausgang der sekundärseitigen Schaltung zu detektieren.The devices and methods can in particular detect an open circuit and/or a short circuit at the output of the secondary side. The devices and methods make use of the fact that measured variables recorded on the primary side of the LLC resonant converter, which represent a current in the primary side, can provide information about whether there is an open circuit or a short circuit at the output of the secondary side. This allows an open circuit and/or a short circuit at the output of the secondary side circuit to be detected even without a measurement in the secondary side circuit.

Nach einem Ausführungsbeispiel wird ein Wandler für ein Leuchtmittel angegeben. Der Wandler umfasst eine primärseitige Schaltung und eine davon galvanisch getrennte Sekundärseite. Die primärseitige Schaltung weist eine Halbbrückenschaltung, die einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, und einen mit einem Knoten zwischen den Schaltern der Halbbrücke verbundenen LLC-Resonanzkreis auf. Die Sekundärseite weist einen Ausgang zur Energieversorgung des Leuchtmittels auf. Der Wandler umfasst eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um abhängig von einer Phasenlage eines Stroms in der primärseitigen Schaltung einen Fehlerzustand am Ausgang der Sekundärseite zu erkennen.According to one embodiment, a converter for a lighting device is specified. The converter comprises a primary-side circuit and a secondary side that is electrically isolated from it. The primary-side circuit has a half-bridge circuit that comprises a first switch and a second switch, and an LLC resonant circuit connected to a node between the switches of the half-bridge. The secondary side has an output for supplying energy to the lighting device. The converter comprises a control device that is set up to detect an error state at the output of the secondary side depending on a phase position of a current in the primary-side circuit.

Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um Steuersignale zum getakteten Schalten der zwei Schalter der Halbbrücke zu erzeugen. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um den Fehlerzustand am Ausgang der Sekundärseite abhängig von einer Phasenlage des primärseitigen Stroms relativ zu den Steuersignalen zu erkennen.The control device can be configured to generate control signals for clocked switching of the two switches of the half-bridge. The control device can be configured to detect the fault state at the output of the secondary side depending on a phase position of the primary-side current relative to the control signals.

Die primärseitige Schaltung kann eingerichtet sein, um zum Erfassen des Stroms eine Spannung an einem Messwiderstand, der zwischen einen Schalter der Halbbrückenschaltung und Masse geschaltet ist, abzugreifen. Der Messwiderstand kann zwischen denjenigen Schalter, der auf der Niederpotentialseite der Halbbrücke angeordnet ist, und Masse geschaltet sein. Ein Shunt-Widerstand kann gleichzeitig als Messwiderstand verwendet werden. Auf diese Weise kann eine einfache und kostengünstige Erfassung des primärseitigen Stroms realisiert werden.The primary-side circuit can be set up to tap a voltage at a measuring resistor that is connected between a switch of the half-bridge circuit and ground in order to detect the current. The measuring resistor can be connected between the switch that is arranged on the low-potential side of the half-bridge and ground. A shunt resistor can also be used as a measuring resistor. In this way, simple and cost-effective detection of the primary-side current can be achieved.

Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um den Fehlerzustand abhängig von einem Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des Stroms zu erkennen.The control device is designed to detect the fault condition depending on a time of a zero crossing of the current.

Ein Komparator kann einen Eingang zum Empfangen eines Messsignals, das zu dem Strom proportional ist, aufweisen. Die Steuereinrichtung kann mit einem Ausgang des Komparators gekoppelt sein, um den Zeitpunkt des Nulldurchgangs zu bestimmen. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Überwachung des Nulldurchgangs des Stroms möglich.A comparator may have an input for receiving a measurement signal that is proportional to the current. The control device may be coupled to an output of the comparator in order to determine the time of the zero crossing. This enables simple and cost-effective monitoring of the zero crossing of the current.

Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um eine Abweichung zwischen dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs und einer Referenzzeit zu bestimmen und um den Fehlerzustand abhängig von einem Schwellenwertvergleich der Abweichung zu erkennen.The control device can be configured to determine a deviation between the time of the zero crossing and a reference time and to detect the error condition depending on a threshold comparison of the deviation.

Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um die Referenzzeit abhängig von einer ersten Schaltzeit, bei der ein erster Schalter der Halbbrückenschaltung in einen Aus-Zustand geschaltet wird, und einer zweiten Schaltzeit, bei der ein zweiter Schalter der Halbbrückenschaltung in einen Aus-Zustand geschaltet wird, zu bestimmen. Die erste Schaltzeit kann dem letzten Schaltvorgang des ersten Schalters in den Aus-Zustand vor dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms entsprechen, und die zweite Schaltzeit kann dem ersten Schaltvorgang des zweiten Schalters in den Aus-Zustand nach dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms entsprechen. Die erste Schaltzeit kann dem N-ten Schaltvorgang des ersten Schalters in den Aus-Zustand vor dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms entsprechen, und die zweite Schaltzeit kann dem N-ten Schaltvorgang des zweiten Schalters in den Aus-Zustand nach dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms entsprechen, wobei N eine natürliche Zahl ist.The control device can be configured to determine the reference time depending on a first switching time at which a first switch of the half-bridge circuit is switched to an off state and a second switching time at which a second switch of the half-bridge circuit is switched to an off state. The first switching time can correspond to the last switching operation of the first switch to the off state before the corresponding zero crossing of the current, and the second switching time can correspond to the first switching operation of the second switch to the off state after the corresponding zero crossing of the current. The first switching time can correspond to the Nth switching operation of the first switch to the off state before the corresponding zero crossing of the current, and the second switching time can correspond to the Nth switching operation of the second switch to the off state after the corresponding corresponding zero crossing of the current, where N is a natural number.

Der erste Schalter kann zwischen einen Versorgungsanschluss der primärseitigen Schaltung und den LLC-Resonanzkreis geschaltet sein. Der zweite Schalter kann zwischen den LLC-Resonanzkreis und ein Referenzpotential, insbesondere Masse, geschaltet sein. D.h. der erste Schalter kann der Schalter auf der Hochpotentialseite der Halbbrückenschaltung sein, und der zweite Schalter kann der Schalter auf der Niederpotentialseite der Halbbrückenschaltung sein.The first switch can be connected between a supply terminal of the primary-side circuit and the LLC resonant circuit. The second switch can be connected between the LLC resonant circuit and a reference potential, in particular ground. This means that the first switch can be the switch on the high-potential side of the half-bridge circuit and the second switch can be the switch on the low-potential side of the half-bridge circuit.

Die Steuereinrichtung kann so eingerichtet sein, dass die Referenzzeit die Mitte zwischen der ersten Schaltzeit und der zweiten Schaltzeit ist.The control device can be arranged such that the reference time is the middle between the first switching time and the second switching time.

Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um ein erstes getaktetes Steuersignal und ein zweites getaktetes Steuersignal zum Steuern der Halbbrückenschaltung zu erzeugen. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um die Referenzzeit abhängig von sowohl dem ersten getakteten Steuersignal als auch dem zweiten getakteten Steuersignal zu bestimmen.The control device can be configured to generate a first clocked control signal and a second clocked control signal for controlling the half-bridge circuit. The control device can be configured to determine the reference time depending on both the first clocked control signal and the second clocked control signal.

Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um zum Durchführen des Schwellenwertvergleichs die Abweichung zwischen dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs und der Referenzzeit mit einem Schwellenwert zu vergleichen, der kleiner ist als eine Periode des ersten getakteten Steuersignals und des zweiten getakteten Steuersignals. Der Schwellenwert kann von einer Schaltfrequenz abhängen, mit der die Steuereinrichtung die Schalter der Halbbrückenschaltung schaltet.The control device can be set up to carry out the threshold value comparison by comparing the deviation between the time of the zero crossing and the reference time with a threshold value that is smaller than a period of the first clocked control signal and the second clocked control signal. The threshold value can depend on a switching frequency with which the control device switches the switches of the half-bridge circuit.

Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um basierend auf der Phasenlage des Stroms eine offene Schaltung oder einen Kurzschluss am Ausgang der Sekundärseite zu erkennen.The control device can be configured to detect an open circuit or a short circuit at the output of the secondary side based on the phase position of the current.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein LED-Konverter bereitgestellt, der den Wandler nach einem Ausführungsbeispiel umfasst.According to a further embodiment, an LED converter is provided which comprises the converter according to an embodiment.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Beleuchtungssystem angegeben, das den LED-Konverter und ein damit gekoppeltes Leuchtmittel umfasst. Das Leuchtmittel kann ein oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) umfassen. Die LEDs können anorganische und/oder organische LEDs umfassen. Die LEDs können in ein LED-Modul integriert sein, das separat von dem LED-Konverter ausgeführt ist. Das Beleuchtungssystem kann weiterhin eine zentrale Steuerung umfassen, die eingerichtet ist, um Dimmbefehle an den LED-Konverter zu übermitteln oder vom LED-Konverter übertragene Signale auszuwerten.According to a further embodiment, a lighting system is specified which comprises the LED converter and a light source coupled thereto. The light source can comprise one or more light-emitting diodes (LEDs). The LEDs can comprise inorganic and/or organic LEDs. The LEDs can be integrated into an LED module which is designed separately from the LED converter. The lighting system can further comprise a central controller which is set up to transmit dimming commands to the LED converter or to evaluate signals transmitted by the LED converter.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines LLC-Resonanzwandlers für ein Leuchtmittel angegeben. Der LLC-Resonanzwandler umfasst eine primärseitige Schaltung und eine davon galvanisch getrennte Sekundärseite. Die primärseitige Schaltung weist eine Halbbrückenschaltung, die einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, und einen mit einem Knoten zwischen den Schaltern der Halbbrücke verbundenen LLC-Resonanzkreis auf. Die Sekundärseite weist einen Ausgang zur Energieversorgung des Leuchtmittels auf. Bei dem Verfahren wird eine Messgröße in der primärseitigen Schaltung erfasst, die von einem Strom in der primärseitigen Schaltung abhängt. Ein Fehlerzustand am Ausgang der Sekundärseite wird basierend auf einer Phasenlage des Stroms erkannt.According to a further embodiment, a method for operating an LLC resonant converter for a lighting device is specified. The LLC resonant converter comprises a primary-side circuit and a secondary side that is galvanically isolated from it. The primary-side circuit has a half-bridge circuit that comprises a first switch and a second switch, and an LLC resonant circuit connected to a node between the switches of the half-bridge. The secondary side has an output for supplying energy to the lighting device. In the method, a measured variable is recorded in the primary-side circuit that depends on a current in the primary-side circuit. An error state at the output of the secondary side is detected based on a phase position of the current.

Zum Erkennen des Fehlerzustands wird eine Abweichung zwischen einem Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des Stroms und einer Referenzzeit bestimmt. Die Abweichung wird mit einem Schwellenwert verglichen.To detect the fault condition, a deviation between a point in time at which the current crosses zero and a reference time is determined. The deviation is compared with a threshold value.

Die Referenzzeit kann einer Mitte zwischen einer ersten Schaltzeit, zu der der erste Schalter vor dem Nulldurchgang in den Aus-Zustand geschaltet wird, und einer zweiten Schaltzeit, zu der der zweite Schalter nach dem Nulldurchgang in den Aus-Zustand geschaltet wird, bestimmt werden. Die erste Schaltzeit kann dem letzten Schaltvorgang des ersten Schalters in den Aus-Zustand vor dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms entsprechen, und die zweite Schaltzeit kann dem ersten Schaltvorgang des zweiten Schalters in den Aus-Zustand nach dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms entsprechen. Die erste Schaltzeit kann dem N-ten Schaltvorgang des ersten Schalters in den Aus-Zustand vor dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms entsprechen, und die zweite Schaltzeit kann dem N-ten Schaltvorgang des zweiten Schalters in den Aus-Zustand nach dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms entsprechen, wobei N eine natürliche Zahl ist.The reference time may be determined to be midway between a first switching time at which the first switch is switched to the off state before the zero crossing and a second switching time at which the second switch is switched to the off state after the zero crossing. The first switching time may correspond to the last switching operation of the first switch to the off state before the corresponding zero crossing of the current, and the second switching time may correspond to the first switching operation of the second switch to the off state after the corresponding zero crossing of the current. The first switching time may correspond to the N-th switching operation of the first switch to the off state before the corresponding zero crossing of the current, and the second switching time may correspond to the N-th switching operation of the second switch to the off state after the corresponding zero crossing of the current, where N is a natural number.

Das Erkennen des Fehlerzustands kann eine Detektion einer offenen Schaltung am Ausgang oder eines Kurzschlusses am Ausgang der Sekundärseite basierend auf der Phasenlage umfassen.Detecting the fault condition may include detecting an open circuit at the output or a short circuit at the secondary side output based on the phase position.

Ausgestaltungen des Verfahrens nach vorteilhaften oder bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie die damit jeweils erzielten Wirkungen entsprechen den unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen beschriebenen Ausgestaltungen. Das Verfahren kann mit einem Wandler oder LED-Konverter nach einem Ausführungsbeispiel automatisch ausgeführt werden.Embodiments of the method according to advantageous or preferred embodiments and the effects achieved thereby correspond to the embodiments described with reference to the devices. The method can be carried out automatically with a converter or LED converter according to one embodiment.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssystems mit einem LED-Konverter nach einem Ausführungsbeispiel.
  • 2 zeigt ein Schaltbild eines Wandlers nach einem Ausführungsbeispiel.
  • 3 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild des Wandlers zur Erläuterung der Funktionsweise.
  • 4 illustriert Steuersignale zur Halbbrückenansteuerung, die eine Steuereinrichtung des Wandlers nach einem Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebsmodus erzeugt.
  • 5 illustriert die Funktionsweise der Steuereinrichtung bei der Erkennung eines Fehlerzustands basierend auf einer Phasenlage eines Stroms in der primärseitigen Schaltung.
  • 6 zeigt ein Schaltbild eines Wandlers nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings using preferred embodiments.
  • 1 shows a schematic representation of a lighting system with an LED converter according to an embodiment.
  • 2 shows a circuit diagram of a converter according to an embodiment.
  • 3 shows a simplified circuit diagram of the converter to explain how it works.
  • 4 illustrates control signals for half-bridge control, which a control device of the converter according to an embodiment generates in a first operating mode.
  • 5 illustrates the functionality of the control device when detecting a fault condition based on a phase position of a current in the primary side circuit.
  • 6 shows a circuit diagram of a converter according to another embodiment.
  • 7 is a flowchart of a method according to an embodiment.

Die Merkmale der verschiedenen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern dies in der nachfolgenden Beschreibung nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.The features of the various embodiments described below can be combined with one another, unless this is expressly excluded in the following description.

1 zeigt ein Beleuchtungssystem 1, bei dem ein Betriebsgerät 2 nach einem Ausführungsbeispiel LEDs 3 mit Energie versorgt. Das Betriebsgerät 2 kann als LED-Konverter ausgestaltet sein. Der LED-Konverter 2 kann als Konstantstromquelle ausgebildet sein. Der LED-Konverter 2 kann so ausgestaltet sein, dass die Helligkeit der LEDs 3 über Befehle, die beispielsweise über einen Bus 4 oder drahtlos übertragen werden, einstellbar ist. Der LED-Konverter 2 kann eine entsprechende Schnittstelle zur Kommunikation mit einem zentralen Steuergerät umfassen und eingerichtet sein, um über die Schnittstelle Dimmbefehle zu empfangen. 1 shows a lighting system 1 in which an operating device 2 supplies LEDs 3 with energy according to one embodiment. The operating device 2 can be designed as an LED converter. The LED converter 2 can be designed as a constant current source. The LED converter 2 can be designed such that the brightness of the LEDs 3 can be adjusted via commands that are transmitted, for example, via a bus 4 or wirelessly. The LED converter 2 can comprise a corresponding interface for communication with a central control device and can be set up to receive dimming commands via the interface.

Der LED-Konverter 2 kann als SELV-Gerät ausgestaltet sein, bei dem eine primärseitige Schaltung (beispielsweise eine nicht-SELV-Seite) und eine sekundärseitige Schaltung (beispielsweise eine SELV-Seite) galvanisch getrennt sind. Der LED-Konverter 2 kann einen AC/DC-Wandler 10 umfassen. Der AC/DC-Wandler 10 kann eingerichtet sein, um eingangsseitig mit einer Netzspannung gekoppelt zu werden. Der AC/DC-Wandler 10 kann als so genannte Glättungsschaltung oder Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC) ausgestaltet sein. Der AC/DC-Wandler 10 stellt eine Busspannung Vbus an einen Wandler bereit, der eine eingangs- bzw. primärseitige Schaltung 11 und eine davon galvanisch getrennte ausgangs- bzw. sekundärseitige Schaltung 13 aufweist. Eine galvanische Trennung wird durch einen Transformator 12 oder anderen Umsetzer erreicht.The LED converter 2 can be designed as a SELV device in which a primary-side circuit (for example a non-SELV side) and a secondary-side circuit (for example a SELV side) are galvanically isolated. The LED converter 2 can comprise an AC/DC converter 10. The AC/DC converter 10 can be set up to be coupled to a mains voltage on the input side. The AC/DC converter 10 can be designed as a so-called smoothing circuit or power factor correction (PFC) circuit. The AC/DC converter 10 provides a bus voltage Vbus to a converter which has an input or primary-side circuit 11 and an output or secondary-side circuit 13 which is galvanically isolated therefrom. Galvanic isolation is achieved by a transformer 12 or other converter.

Der LED-Konverter 2 weist eine Steuereinrichtung 14 auf. Die Steuereinrichtung 14 kann eine integrierte Halbleiterschaltung, insbesondere eine anwendungsspezifische integrierte Halbleiterschaltung (ASIC, „Application Specific Integrated Circuit“), sein. Die Steuereinrichtung 14 kann in die primärseitige Schaltung 11 integriert sein. Die Steuereinrichtung 14 kann sich auf der Nicht-SELV-Seite des LED-Konverters 2 befinden.The LED converter 2 has a control device 14. The control device 14 can be an integrated semiconductor circuit, in particular an application-specific integrated semiconductor circuit (ASIC). The control device 14 can be integrated into the primary-side circuit 11. The control device 14 can be located on the non-SELV side of the LED converter 2.

Der LED-Konverter 2 ist so ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung 14 automatisch Fehlerzustände erkennt, bei denen am Ausgang des LED-Konverters 2 eine offene Schaltung oder ein Kurzschluss vorliegt. Dazu kann die Steuereinrichtung 14 die Detektion des Fehlerzustands, beispielsweise einer offenen Schaltung oder eines Kurzschlusses am sekundärseitigen Ausgang des LED-Konverters 2, basierend auf einer Phasenlage eines Stroms in der primärseitigen Schaltung durchführen. Die Steuereinrichtung 14 kann den Fehlerzustand insbesondere detektieren, indem sie zur Ermittlung der Phasenlage einen Zeitpunkt, an dem der Strom einen Nulldurchgang aufweist, mit einer Referenzzeit vergleicht, die durch getaktete Steuersignale für die Halbbrückenansteuerung festgelegt ist.The LED converter 2 is designed such that the control device 14 automatically detects error states in which there is an open circuit or a short circuit at the output of the LED converter 2. To this end, the control device 14 can detect the error state, for example an open circuit or a short circuit at the secondary-side output of the LED converter 2, based on a phase position of a current in the primary-side circuit. The control device 14 can detect the error state in particular by comparing a point in time at which the current has a zero crossing with a reference time that is defined by clocked control signals for the half-bridge control in order to determine the phase position.

Wie in 1 schematisch dargestellt ist, kann bei dem LED-Konverter 2 die Steuereinrichtung 14 Fehlerzustände, wie eine offene Schaltung oder einen Kurzschluss am Ausgang der Sekundärseite, automatisch detektieren, ohne dafür eine Messung auf der Sekundärseite durchführen zu müssen. Es ist nicht unbedingt erforderlich, auf der Sekundärseite entsprechende Komponenten zur Detektion einer offenen Schaltung oder eines Kurzschluss am Ausgang der Sekundärseite vorsehen zu müssen. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, sekundärseitig erfasste Werte über die SELV-Barriere an die Steuereinrichtung 14 rückführen zu müssen. Falls die Steuereinrichtung 14 einen Fehlerzustand detektiert, kann sie automatisch einen entsprechenden Betriebsmodus des LED-Konverters 2 einleiten. Ein derartiger Betriebsmodus kann beispielsweise eine Sicherheitsabschaltung und/oder die Ausgabe von Signalen, die das Vorliegen eines Fehlerzustands anzeigen, umfassen. Eine entsprechende Steuerung des LED-Konverters 2 kann wiederum auf der Primärseite erfolgen. Die Steuereinrichtung 14 kann den AC/DC-Wandler 10 und/oder die Eingangsseite 11 für einen Betriebsmodus im Fehlerfall steuern, um beispielsweise eine Sicherheitsabschaltung und/oder die Ausgabe von Signalen, die das Vorliegen eines Fehlerzustands anzeigen, zu bewirken.As in 1 As shown schematically, in the LED converter 2 the control device 14 can automatically detect error states, such as an open circuit or a short circuit at the output of the secondary side, without having to carry out a measurement on the secondary side. It is not absolutely necessary to have to provide corresponding components on the secondary side for detecting an open circuit or a short circuit at the output of the secondary side. It is also not absolutely necessary to have to feed values recorded on the secondary side back to the control device 14 via the SELV barrier. If the control device 14 detects an error state, it can automatically initiate a corresponding operating mode of the LED converter 2. Such an operating mode can, for example, include a safety shutdown and/or the output of signals that indicate the presence of an error state. A corresponding control of the LED converter 2 can in turn take place on the primary side. The control device 14 can control the AC/DC converter 10 and/or the input side 11 for an operating mode in the event of a fault, for example to cause a safety shutdown and/or the output of signals indicating the presence of a fault condition.

Bei dem LED-Konverter 2 kann die Steuereinrichtung 14 weitere Funktionen erfüllen. Die Steuereinrichtung 14 kann beispielsweise eine Überstromschutzfunktion ausführen, bei der durch Änderung der Taktung der Schalter der Halbbrücke der primärseitige und/oder ausgangsseitige Strom verringert wird, auch wenn kein Kurzschluss vorliegt. Die Steuereinrichtung 14 kann auch herkömmliche Funktionen der Steuerung eines LED-Konverters ausführen, wie die Umsetzung von Befehlen, die über einen Bus 4 oder über eine Drahtlosschnittstelle empfangen werden, um die Helligkeit eines Leuchtmittels einzustellen.In the case of the LED converter 2, the control device 14 can perform additional functions. The control device 14 can, for example, perform an overcurrent protection function in which the primary-side and/or output-side current is reduced by changing the timing of the switches of the half-bridge, even if there is no short circuit. The control device 14 can also perform conventional functions for controlling an LED converter, such as implementing commands received via a bus 4 or via a wireless interface in order to adjust the brightness of a light source.

Die Funktionsweise und der Aufbau von Wandlern nach Ausführungsbeispielen werden unter Bezugnahme auf 2-7 näher beschrieben.The functionality and structure of converters according to embodiments are described with reference to 2-7 described in more detail.

2 ist ein Schaltbild eines Wandlers 19 nach einem Ausführungsbeispiel. Der Wandler 19 umfasst eine primärseitige Schaltung 20 und eine Sekundärseite 30. Es liegt Potentialtrennung zwischen der primärseitigen Schaltung 20 und der Sekundärseite 30 vor. Zur Trennung kann ein Transformator mit einer Primärspule 28 und einer Sekundärspule 29 vorgesehen sein. Der Wandler 19 kann bei dem LED-Konverter 2 oder bei einem anderen Betriebsgerät zum Betreiben von LEDs verwendet werden, um die Funktionen der in 1 dargestellten primärseitigen Schaltung 11, der galvanischen Trennung 12 und der Sekundärseite 13 zu erfüllen. Der Wandler 19 wirkt als DC/DC-Wandler. Die Sekundärseite 30 kann ein SELV-Bereich sein, der durch eine SELV-Barriere 39 vom primärseitigen Bereich getrennt ist. Die primärseitige Schaltung 20 kann alle Komponenten beinhalten, die nicht zum SELV-Bereich gehören. 2 is a circuit diagram of a converter 19 according to an embodiment. The converter 19 comprises a primary-side circuit 20 and a secondary side 30. There is potential separation between the primary-side circuit 20 and the secondary side 30. A transformer with a primary coil 28 and a secondary coil 29 can be provided for separation. The converter 19 can be used in the LED converter 2 or in another operating device for operating LEDs in order to implement the functions of the 1 shown primary side circuit 11, the galvanic isolation 12 and the secondary side 13. The converter 19 acts as a DC/DC converter. The secondary side 30 can be a SELV area that is separated from the primary side area by a SELV barrier 39. The primary side circuit 20 can contain all components that do not belong to the SELV area.

Die primärseitige Schaltung 20 umfasst einen LLC-Resonanzkreis, der als Serienresonanzkreis ausgestaltet ist. Der LLC-Resonanzkreis weist eine erste Induktivität 25, eine zweite Induktivität 26 und eine Kapazität 27 in einer Serienschaltung auf. Gemäß der allgemeinen Terminologie in diesem technischen Gebiet wird der Begriff „LLC-Resonanzkreis“ bzw. „LLC-Resonanzwandler“ so verwendet, dass damit ein Resonanzkreis mit zwei Induktivitäten und einer Kapazität bzw. ein entsprechender Wandler bezeichnet wird, wobei es nicht darauf ankommt, ob die Induktivität 26 zwischen die Induktivität 25 und den Kondensator 27 geschaltet ist oder der Kondensator 27 zwischen die induktiven Elemente 25 und 26 geschaltet ist. Die symbolisch dargestellte zweite Induktivität 26 kann die Magnetisierungsinduktivität der Primärspule 28 des Transformators sein. Die Primärspule 28 und Sekundärspule 29 sollen in dieser Darstellung nur das Wicklungsverhältnis bzw. die galvanisch gekoppelte Energieübertragung des Transformators illustrieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch die erste Induktivität 25 als Streuinduktivität in den Transformator integriert sein. Das zweite induktive Element 26 kann die Haupt-Induktivität des Resonanzkreises sein, deren Induktivität größer als die erste Induktivität 25 ist. Andere Ausgestaltungen des LLC-Resonanzkreises sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann die Kapazität 27 zwischen die Induktivitäten 25 und 26 geschaltet sein. In dem LLC-Resonanzkreis können auch Widerstände 24 vorhanden sein, die in 2 schematisch dargestellt sind und bei denen es sich um parasitäre Widerstände von Schaltungselementen und/oder um Leitungswiderstände halten kann.The primary-side circuit 20 comprises an LLC resonant circuit which is designed as a series resonant circuit. The LLC resonant circuit has a first inductance 25, a second inductance 26 and a capacitor 27 in a series connection. According to the general terminology in this technical field, the term "LLC resonant circuit" or "LLC resonant converter" is used to refer to a resonant circuit with two inductances and a capacitor or a corresponding converter, whereby it is not important whether the inductance 26 is connected between the inductance 25 and the capacitor 27 or the capacitor 27 is connected between the inductive elements 25 and 26. The symbolically represented second inductance 26 can be the magnetization inductance of the primary coil 28 of the transformer. In this illustration, the primary coil 28 and secondary coil 29 are only intended to illustrate the winding ratio or the galvanically coupled energy transfer of the transformer. Alternatively or additionally, the first inductance 25 can also be integrated into the transformer as a leakage inductance. The second inductive element 26 can be the main inductance of the resonant circuit, whose inductance is greater than the first inductance 25. Other designs of the LLC resonant circuit are also possible. For example, the capacitance 27 can be connected between the inductances 25 and 26. Resistors 24 can also be present in the LLC resonant circuit, which in 2 are shown schematically and which may be parasitic resistances of circuit elements and/or line resistances.

Die primärseitige Schaltung 20 umfasst eine Halbbrücke mit einem ersten Schalter 21, der ein Leistungsschalter sein kann, und einem zweiten Schalter 22, der ein Leistungsschalter sein kann. Der erste Schalter 21 und der zweite Schalter 22 können identisch sein, und die Halbbrücke kann als symmetrische Halbbrücke ausgebildet sein. Die Schalter können als Feldeffekttransistoren, beispielsweise als MOSFETs ausgebildet sein. Der Resonanzkreis ist mit einem Knoten zwischen dem ersten Schalter 21 und dem zweiten Schalter 22 verbunden. Der Resonanzkreis ist mit der Mitte der Halbbrücke zwischen den zwei Schaltern 21 und 22 verbunden. Ein erster Anschluss der ersten Induktivität 25 des Resonanzkreises kann mit dem Knoten zwischen dem ersten Schalter 21 und dem zweiten Schalter 22 der Halbbrückenschaltung verbunden sein. Ein zweiter Anschluss der ersten Induktivität 25 kann mit einem ersten Anschluss der zweiten Induktivität 26 des Resonanzkreises verbunden sein. Ein zweiter Anschluss der zweiten Induktivität 26 des Resonanzkreises kann mit einem ersten Anschluss der Kapazität 27 verbunden sein. Ein Shunt-Widerstand 23 kann zwischen den zweiten Schalter 22 und ein Referenzpotential, beispielsweise Masse, geschaltet sein, um eine Fehlerabschaltung zu ermöglichen und beispielsweise Abschaltzeiten im Fall einer Fehlerabschaltung ausreichend kurz zu halten. Wie noch ausführlicher beschrieben wird, kann im Betrieb des Wandlers 19 eine über den Shunt-Widerstand 23 oder einen anderen Messwiderstand der primärseitigen Schaltung abfallende Spannung zeitaufgelöst erfasst werden. Dadurch kann die Phasenlage des Stroms ermittelt werden, der durch den zweiten Schalter 22 fließt, wenn der zweite Schalter 22 im Ein-Zustand ist.The primary-side circuit 20 comprises a half-bridge with a first switch 21, which can be a power switch, and a second switch 22, which can be a power switch. The first switch 21 and the second switch 22 can be identical, and the half-bridge can be designed as a symmetrical half-bridge. The switches can be designed as field-effect transistors, for example as MOSFETs. The resonant circuit is connected to a node between the first switch 21 and the second switch 22. The resonant circuit is connected to the center of the half-bridge between the two switches 21 and 22. A first terminal of the first inductance 25 of the resonant circuit can be connected to the node between the first switch 21 and the second switch 22 of the half-bridge circuit. A second terminal of the first inductance 25 can be connected to a first terminal of the second inductance 26 of the resonant circuit. A second terminal of the second inductance 26 of the resonant circuit can be connected to a first terminal of the capacitance 27. A shunt resistor 23 can be connected between the second switch 22 and a reference potential, for example ground, in order to enable fault shutdown and, for example, to keep shutdown times sufficiently short in the event of fault shutdown. As will be described in more detail, during operation of the converter 19, a voltage drop across the shunt resistor 23 or another measuring resistor of the primary-side circuit can be detected in a time-resolved manner. This makes it possible to determine the phase position of the current that flows through the second switch 22 when the second switch 22 is in the on state.

Im Betrieb des Wandlers 19 steuert die Steuereinrichtung 14 den ersten Schalter 21 und den zweiten Schalter 22. Dabei kann jeder der Schalter jeweils mit derselben Schaltfrequenz geschaltet werden. Die Steuereinrichtung 14 steuert den ersten Schalter 21 und den zweiten Schalter 22 so, dass zu jeder Zeit maximal einer der beiden Schalter leitend geschaltet ist. Zur Einstellung der Helligkeit kann die Steuereinrichtung 14 beispielsweise die Schaltfrequenz ändern, um den Wert der frequenzabhängigen Übertragungsfunktion bzw. Verstärkung des Wandlers 19 einzustellen.When the converter 19 is in operation, the control device 14 controls the first switch 21 and the second switch 22. Each of the switches can be switched at the same switching frequency. The control device 14 controls the first switch 21 and the second switch 22 so that at any time a maximum of one of the two switches is switched on. To adjust the brightness, the control device 14 can, for example, change the switching frequency in order to change the value of the frequency-dependent Transfer function or gain of the converter 19.

3 zeigt eine vereinfachte Darstellung des Wandlers 49 zur Erläuterung der Wirkungsweise der Steuereinrichtung 14. Die primärseitige Schaltung 50 mit der Steuereinrichtung 14 weist eine Anordnung auf, mit der Nulldurchgänge eines Stroms in der primärseitigen Schaltung erkannt werden können. 3 shows a simplified representation of the converter 49 to explain the mode of operation of the control device 14. The primary-side circuit 50 with the control device 14 has an arrangement with which zero crossings of a current in the primary-side circuit can be detected.

In der primärseitigen Schaltung 50 wird ein Strom überwacht oder abgetastet, der beispielsweise durch den zweiten Schalter 22 und somit durch den als Messwiderstand dienenden Shunt-Widerstand 23 fließt, wenn der erste Schalter 21 durch ein erstes Steuersignal ctrl1 in den Aus-Zustand und der zweite Schalter 22 durch ein zweites Steuersignal ctrl2 in den Ein-Zustand geschaltet ist.In the primary-side circuit 50, a current is monitored or sampled which, for example, flows through the second switch 22 and thus through the shunt resistor 23 serving as a measuring resistor when the first switch 21 is switched to the off state by a first control signal ctrl1 and the second switch 22 is switched to the on state by a second control signal ctrl2.

Aufgrund des getakteten Schaltens des ersten Schalters 21 und des zweiten Schalters 22 fließt in der Halbbrückenschaltung ein Strom, der sich gemäß der Schaltfrequenz der Schalter zyklisch ändert. Die resultierende Zeitabhängigkeit des Stroms, der in der primärseitigen Schaltung auftritt, hängt von der Last am Ausgang 35 der Sekundärseite ab. Insbesondere wird die Phasenlage des Stroms relativ zu der Taktung des ersten Steuersignals ctrl1 und des zweiten Steuersignals ctrl2 von der Last am Ausgang 35 der Sekundärseite ab. Während der zweite Schalter 22 durch das zweite Steuersignal ctrl2 in den Ein-Zustand geschaltet ist und der ersten Schalter 21 durch das erste Steuersignal ctrl1 in den Aus-Zustand geschaltet ist, kann eine Messgröße isns erfasst werden, die zum Strom 52 proportional ist, der fließt, wenn der zweite Schalter 22 im Ein-Zustand und der erste Schalter 21 im Aus-Zustand ist. Die Messgröße isns kann as Spannung über einen Messwiderstand, beispielsweise den Shunt-Widerstand 23 erfasst werden.Due to the clocked switching of the first switch 21 and the second switch 22, a current flows in the half-bridge circuit which changes cyclically according to the switching frequency of the switches. The resulting time dependence of the current that occurs in the primary-side circuit depends on the load at the output 35 of the secondary side. In particular, the phase position of the current relative to the clocking of the first control signal ctrl1 and the second control signal ctrl2 depends on the load at the output 35 of the secondary side. While the second switch 22 is switched to the on state by the second control signal ctrl2 and the first switch 21 is switched to the off state by the first control signal ctrl1, a measured variable isns can be recorded which is proportional to the current 52 that flows when the second switch 22 is in the on state and the first switch 21 is in the off state. The measured quantity isns can be recorded as a voltage across a measuring resistor, for example the shunt resistor 23.

Die Phasenlage des Stroms kann abhängig von einem Zeitpunkt bestimmt werden, an dem der Strom 52 einen Nulldurchgang aufweist, während sich der zweite Schalter 22 im Ein-Zustand und der erste Schalter 21 im Aus-Zustand befindet. Zur einfachen Erkennung des Nulldurchgangs kann die zum Strom proportionale Messgröße isns einem Eingang eines Komparators 51 zugeführt werden. Der andere Eingang des Komparators 51 kann mit einer Referenz, insbesondere Masse gekoppelt sein. Ein Ausgang des Komparators 51 ist mit einem Eingang der Steuereinrichtung 14 gekoppelt. Ein Sprung im Ausgangssignal isns_cmp des Komparators 51 zeigt den Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms 52 an, aus dem ermittelt werden kann, ob am Ausgang 35 der Sekundärseite eine offene Schaltung oder ein Kurzschluss vorliegt.The phase position of the current can be determined depending on a point in time at which the current 52 has a zero crossing while the second switch 22 is in the on state and the first switch 21 is in the off state. To easily detect the zero crossing, the measured variable isns proportional to the current can be fed to an input of a comparator 51. The other input of the comparator 51 can be coupled to a reference, in particular ground. An output of the comparator 51 is coupled to an input of the control device 14. A jump in the output signal isns_cmp of the comparator 51 indicates the point in time of the zero crossing of the current 52, from which it can be determined whether there is an open circuit or a short circuit at the output 35 of the secondary side.

Die Steuereinrichtung 14 kann als integrierte Halbleiterschaltung, insbesondere als ein Chip, insbesondere als ein ASIC, ausgestaltet sein. Dieselbe integrierte Halbleiterschaltung, die die Steuersignale ctrl1 und ctrl2 zur Halbbrückenansteuerung erzeugt, kann basierend auf der Phasenlage des in der primärseitigen Schaltung fließenden Stroms 52 erkennen, ob am Ausgang der Sekundärseite 35 eine offene Schaltung oder ein Kurzschluss vorliegt.The control device 14 can be designed as an integrated semiconductor circuit, in particular as a chip, in particular as an ASIC. The same integrated semiconductor circuit that generates the control signals ctrl1 and ctrl2 for half-bridge control can detect, based on the phase position of the current 52 flowing in the primary-side circuit, whether there is an open circuit or a short circuit at the output of the secondary side 35.

Wie unter Bezugnahme auf 5 noch näher beschrieben werden wird, kann ein Fehlerzustand, bei dem am Ausgang der Sekundärseite 35 eine offene Schaltung oder ein Kurzschluss vorliegt, abhängig von einer Abweichung zwischen dem Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des Stroms und der zeitlichen Mitte zwischen einer ersten Schaltzeit, bei der das erste Steuersignal ctrl1 vor dem Nulldurchgang den ersten Schalter 21 in den Aus-Zustand schaltet, und einer zweiten Schaltzeit, bei der das zweite Steuersignal ctrl2 nach dem Nulldurchgang den zweiten Schalter 22 in den Aus-Zustand schaltet, erkannt werden. As with reference to 5 will be described in more detail, a fault condition in which an open circuit or a short circuit is present at the output of the secondary side 35 can be detected depending on a deviation between the time of a zero crossing of the current and the midpoint between a first switching time at which the first control signal ctrl1 switches the first switch 21 to the off state before the zero crossing and a second switching time at which the second control signal ctrl2 switches the second switch 22 to the off state after the zero crossing.

4 zeigt schematisch das von der Steuereinrichtung 14 an den ersten Schalter 21 ausgegebene Steuersignal 61 und das an den zweiten Schalter 22 ausgegebene Steuersignal 62, mit dem der entsprechende Schalter geschaltet wird. Beide Schalter werden periodisch mit derselben Schaltfrequenz geschaltet, wobei die Schalter wechselseitig getaktet sind. Das Steuersignal kann beispielsweise einer Gatespannung entsprechen, die an die Gateelektrode der Schalter angelegt wird. 4 shows schematically the control signal 61 output by the control device 14 to the first switch 21 and the control signal 62 output to the second switch 22, with which the corresponding switch is switched. Both switches are periodically switched with the same switching frequency, with the switches being alternately clocked. The control signal can, for example, correspond to a gate voltage that is applied to the gate electrode of the switches.

Eine Schaltzyklusdauer 65 des Steuersignals 61 für den ersten Schalter 21 und eine Schaltzyklusdauer 65 des Steuersignals 62 für den zweiten Schalter 22, die jeweils als Zeit zwischen aufeinanderfolgenden steigenden Flanken des Steuersignals definiert sein kann, ist für beide Schalter gleich. Die Schaltzyklusdauer 65 entspricht der Dauer eines Schaltzyklus des ersten Schalters 21 und zweiten Schalters 22. Die Schalter 21 und 22 werden so wechselseitig getaktet geschaltet, dass jeweils nur maximal einer der Schalter leitend geschaltet ist. Eine Totzeit zwischen dem Ausschalten eines Schalters und dem Einschalten des anderen Schalters kann klein sein im Vergleich zum Inversen der Schaltfrequenz, d.h. klein im Vergleich zu der Schaltzyklusdauer 65 eines Schaltzyklus. Entsprechend kann die Dauer 66, während der die Schalter in jedem Schaltzyklus im Aus-Zustand sind, größer sein als die Zeitdauer 67, während der die Schalter in jedem Schaltzyklus im Ein-Zustand sind.A switching cycle duration 65 of the control signal 61 for the first switch 21 and a switching cycle duration 65 of the control signal 62 for the second switch 22, which can each be defined as the time between successive rising edges of the control signal, are the same for both switches. The switching cycle duration 65 corresponds to the duration of a switching cycle of the first switch 21 and second switch 22. The switches 21 and 22 are switched in a mutually clocked manner such that only a maximum of one of the switches is switched on at a time. A dead time between switching off one switch and switching on the other switch can be small compared to the inverse of the switching frequency, i.e. small compared to the switching cycle duration 65 of a switching cycle. Accordingly, the duration 66 during which the switches are in the off state in each switching cycle can be greater than the time duration 67 during which the switches are in the on state in each switching cycle.

Das Inverse der Schaltzyklusdauer 65 ist die Schaltfrequenz. Die Schaltfrequenz kann so gewählt sein, dass sie beispielsweise größer als die Eigenfrequenz des LLC-Resonanzkreises ist. Die Schaltfrequenz kann im Normalbetrieb des Wandlers, in dem keine offene Schaltung und kein Kurzschluss am Ausgang 35 des Wandlers erkannt wird, verändert werden, um die Helligkeit des Leuchtmittels einzustellen.The inverse of the switching cycle duration 65 is the switching frequency. The switching frequency can be chosen so that it is, for example, greater than the natural frequency of the LLC resonant circuit. The switching frequency The frequency can be changed during normal operation of the converter, in which no open circuit or short circuit is detected at the output 35 of the converter, in order to adjust the brightness of the lamp.

5 veranschaulicht die Funktionsweise der Steuereinrichtung 14 zur Detektion eines Fehlerzustands, bei dem am Ausgang 35 der Sekundärseite 30 eine offene Schaltung oder ein Kurzschluss vorliegt. In diesem Fall arbeitet der LLC-Resonanzkreis mit einem nur geringen Leistungsverbrauch, der beispielsweise durch parasitäre Widerstände 24 verursacht werden kann. 5 illustrates the operation of the control device 14 for detecting an error condition in which there is an open circuit or a short circuit at the output 35 of the secondary side 30. In this case, the LLC resonant circuit operates with only a low power consumption, which can be caused, for example, by parasitic resistors 24.

Wenn am Ausgang 35 der Sekundärseite 30 eine offene Schaltung oder ein Kurzschluss vorliegt, wird das Verhalten des LLC-Resonanzkreises durch die Induktivitäten bestimmt bzw. der LLC-Resonanzkreis arbeitet im „induktiven Modus“. In diesem Fall ist der Strom, der von dem Knoten zwischen den Schaltern 21, 22 der Halbbrückenschaltung in den LLC-Resonanzkreis bzw. vom LLC-Resonanzkreis durch die Schalter 21, 22 der Halbbrückenschaltung fließt, eine im Wesentlichen dreiecksförmige Form aufweisen. Die Phasenlage des Stroms relativ zu den Steuersignalen für die Schalter 21, 22 kann 90° bzw. π/2 betragen.If there is an open circuit or a short circuit at the output 35 of the secondary side 30, the behavior of the LLC resonant circuit is determined by the inductances or the LLC resonant circuit operates in "inductive mode". In this case, the current that flows from the node between the switches 21, 22 of the half-bridge circuit into the LLC resonant circuit or from the LLC resonant circuit through the switches 21, 22 of the half-bridge circuit has a substantially triangular shape. The phase position of the current relative to the control signals for the switches 21, 22 can be 90° or π/2.

5 zeigt den Strom 73 als Funktion der Zeit, der von dem Knoten zwischen den Schaltern 21, 22 der Halbbrückenschaltung in den LLC-Resonanzkreis bzw. vom LLC-Resonanzkreis durch die Schalter 21, 22 der Halbbrückenschaltung fließt. Zum Erkennen der Phasenlage des Stroms, wenn der zweite Schalter 22 in den Ein-Zustand geschaltet ist, kann die über einen Messwiderstand abfallende Spannung, beispielsweise die Spannung V_Shunt über dem Shunt-Widerstand 23, überwacht werden. Ein Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs des Stroms, der auftritt, während der potentialniedrigere Schalter 22 der Halbbrücke in den Ein-Zustand geschaltet ist, wird erfasst. 5 shows the current 73 as a function of time, which flows from the node between the switches 21, 22 of the half-bridge circuit into the LLC resonant circuit or from the LLC resonant circuit through the switches 21, 22 of the half-bridge circuit. To detect the phase position of the current when the second switch 22 is switched to the on state, the voltage dropping across a measuring resistor, for example the voltage V_Shunt across the shunt resistor 23, can be monitored. A time TN of the zero crossing of the current, which occurs while the lower-potential switch 22 of the half-bridge is switched to the on state, is recorded.

Der Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs des Stroms wird mit der Taktung der zeitabhängigen Steuersignale für die Schalter der Halbbrücke verglichen, um zu ermitteln, ob ein Fehlerzustand vorliegt. Dazu kann eine Referenzzeit TM bestimmt werden. Ist eine Abweichung des Zeitpunkts TN des Nulldurchgangs von der Referenzzeit TM kleiner als ein Schwellenwert, d.h. liegt der Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs in einem Intervall 75 um die Referenzzeit TM, wird ein Fehlerzustand erkannt.The time TN of the zero crossing of the current is compared with the timing of the time-dependent control signals for the switches of the half-bridge in order to determine whether a fault condition exists. A reference time TM can be determined for this purpose. If the deviation of the time TN of the zero crossing from the reference time TM is smaller than a threshold value, i.e. if the time TN of the zero crossing is in an interval 75 around the reference time TM, a fault condition is detected.

Die Referenzzeit TM kann definiert sein als zeitliche Mitte zwischen einer ersten Schaltzeit T1, bei der der potentialhöhere Schalter 21 der Halbbrücke vor dem Nulldurchgang zuletzt in den Aus-Zustand geschaltet wurde, und einer zweiten Schaltzeit T2, bei der der potentialniedrigere Schalter 22 der Halbbrücke nach dem Nulldurchgang erstmalig in den Aus-Zustand geschaltet wird. Die so definierte Referenzzeit TM ist von der Mitte der Aus-Zeit des ersten Schalters und von der Mitte der Ein-Zeit des zweiten Schalters verschieden.The reference time TM can be defined as the midpoint between a first switching time T1, at which the higher-potential switch 21 of the half-bridge was last switched to the off state before the zero crossing, and a second switching time T2, at which the lower-potential switch 22 of the half-bridge is switched to the off state for the first time after the zero crossing. The reference time TM defined in this way is different from the midpoint of the off time of the first switch and from the midpoint of the on time of the second switch.

Für eine Referenzzeit TM, die basierend auf sowohl der Flanke 71 des ersten Steuersignals für den ersten Schalter als auch basierend auf der Flanke 72 des zweiten Steuersignals für den zweiten Schalter definiert ist, kann anhand der Abweichung zwischen dem Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs des Stroms und der Referenzzeit TM auf einfache Weise ein Fehlerzustand detektiert werden. Die Referenzzeit TM unterscheidet sich um dieselbe Zeitdifferenz 76 von sowohl der ersten Schaltzeit T1, bei der der potentialhöhere Schalter 21 der Halbbrücke vor dem Nulldurchgang zuletzt in den Aus-Zustand geschaltet wurde, und der zweiten Schaltzeit T2, bei der der potentialniedrigere Schalter 22 der Halbbrücke nach dem Nulldurchgang erstmalig in den Aus-Zustand geschaltet wird.For a reference time TM, which is defined based on both the edge 71 of the first control signal for the first switch and based on the edge 72 of the second control signal for the second switch, an error state can be easily detected based on the deviation between the time TN of the zero crossing of the current and the reference time TM. The reference time TM differs by the same time difference 76 from both the first switching time T1, at which the higher-potential switch 21 of the half-bridge was last switched to the off state before the zero crossing, and the second switching time T2, at which the lower-potential switch 22 of the half-bridge is switched to the off state for the first time after the zero crossing.

Die Steuereinrichtung 14 kann die Abweichung zwischen dem Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs und der Referenzzeit TM auf unterschiedliche Weise erkennen. Bei einer Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung 14 einen die Referenzzeit TM anzeigenden Wert rechnerisch ermitteln und mit dem Zeitpunkt TN des Nulldurchgang vergleich. Der Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs des Stroms kann beispielsweise als Sprung im Ausgangssignal des Komparators 51 erkannt werden.The control device 14 can detect the deviation between the time TN of the zero crossing and the reference time TM in different ways. In one embodiment, the control device 14 can calculate a value indicating the reference time TM and compare it with the time TN of the zero crossing. The time TN of the zero crossing of the current can be detected, for example, as a jump in the output signal of the comparator 51.

Bei einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung 14 sowohl einen die erste Schaltzeit T1 repräsentierenden Wert als auch einen die zweite Schaltzeit T2 repräsentierenden Wert ermitteln und den Mittelwert als Referenzzeit TM bestimmen. Die erste Schaltzeit T1 und die zweite Schaltzeit T2 können dabei durch Detektion der Signalflanken 71, 72 erkannt werden.In a further embodiment, the control device 14 can determine both a value representing the first switching time T1 and a value representing the second switching time T2 and determine the average value as the reference time TM. The first switching time T1 and the second switching time T2 can be recognized by detecting the signal edges 71, 72.

Bei einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung 14 eine erste Zeitdifferenz zwischen der Flanke 71 des ersten Steuersignals und dem Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs des Stroms sowie eine zweite Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs und der Flanke 72 des zweiten Steuersignals ermitteln. Die entsprechenden Signalflanken in den Steuersignalen bzw. im Ausgangssignal des Komparators können dabei als Triggersignale dienen, mit denen eine Zähleinrichtung gestartet und gestoppt wird. Der Unterschied zwischen der ersten Zeitdifferenz und der zweiten Zeitdifferenz quantifiziert die Abweichung zwischen dem Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs des Stroms und der Referenzzeit TM.In a further embodiment, the control device 14 can determine a first time difference between the edge 71 of the first control signal and the time TN of the zero crossing of the current and a second time difference between the time TN of the zero crossing and the edge 72 of the second control signal. The corresponding signal edges in the control signals or in the output signal of the comparator can serve as trigger signals with which a counting device is started and stopped. The difference between the first time difference and the second time difference quantifies the deviation between the time TN of the zero crossing of the current and the reference time TM.

Die Referenzzeit TM, mit der der Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs des Stroms im LLC-Resonanzkreis bzw. des Stroms durch einen Messwiderstand in Beziehung gesetzt wird, muss nicht abhängig von den in 5 dargestellten Signalflanken 71, 72 ermittelt werden, die dem Nulldurchgang unmittelbar vorausgehen bzw. nachfolgen. Beispielsweise kann die Referenzzeit TM auch als Mitte zwischen einer Signalflanke des Steuersignals ctrl1 für den ersten Schalter 21 der Halbbrücke, die die N-te Signalflanke zum Ausschalten des ersten Schalters 21 vor dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms ist, und einer Signalflanke des Steuersignals ctrl2 für den zweiten Schalter 22 der Halbbrücke, die die N-te Signalflanke zum Ausschalten des zweiten Schalters 22 nach dem entsprechenden Nulldurchgang des Stroms ist, ermittelt werden. Unter Bezugnahme auf 4 kann, wenn der Nulldurchgang des Stroms, der während der Periode 83 auftritt, mit einer Referenzzeit verglichen wird, die Referenzzeit TM auch als zeitliche Mitte zwischen der in 4 dargestellten Signalflanke 81 des ersten Steuersignals und der Signalflanke 82 des zweiten Steuersignals ermittelt werden, die jeweils die zweite entsprechende Flanke vor bzw. nach dem Nulldurchgang ist.The reference time TM, with which the time TN of the zero crossing of the current in the LLC resonant circuit or the current through a measuring resistor is related, does not have to be dependent on the 5 shown signal edges 71, 72, which immediately precede or follow the zero crossing. For example, the reference time TM can also be determined as the middle between a signal edge of the control signal ctrl1 for the first switch 21 of the half-bridge, which is the Nth signal edge for switching off the first switch 21 before the corresponding zero crossing of the current, and a signal edge of the control signal ctrl2 for the second switch 22 of the half-bridge, which is the Nth signal edge for switching off the second switch 22 after the corresponding zero crossing of the current. With reference to 4 If the zero crossing of the current occurring during period 83 is compared with a reference time, the reference time TM can also be considered as the midpoint between the 4 shown signal edge 81 of the first control signal and the signal edge 82 of the second control signal, which is the second corresponding edge before or after the zero crossing.

Wenn die Steuereinrichtung 14 basierend auf der Phasenlage des Stroms in der primärseitigen Schaltung erkennt, dass ein Fehlerzustand vorliegt, beispielsweise ein offener Ausgang oder ein Kurzschluss am Ausgang, kann die Steuereinrichtung 14 automatisch einen bestimmten Betriebsmodus des Wandlers bzw. des den Wandler enthaltenden Betriebsgeräts einleiten. Beispielsweise kann ein Signal, das das Vorliegen eines Fehlers anzeigt, ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Sicherheitsabschaltung durchgeführt werden.If the control device 14 detects, based on the phase position of the current in the primary-side circuit, that a fault condition exists, for example an open output or a short circuit at the output, the control device 14 can automatically initiate a specific operating mode of the converter or the operating device containing the converter. For example, a signal indicating the presence of a fault can be output. Alternatively or additionally, a safety shutdown can be carried out.

Weitere Ausgestaltungen von Vorrichtungen und Verfahren können in anderen Ausführungsbeispielen realisiert sein. Beispielsweise kann die Phasenlage des Stroms nicht nur unter Verwendung des in 3 dargestellten Komparators, sondern auch auf andere Weise ermittelt werden. Beispielsweise kann der Steuereinrichtung 14 die Messgröße zugeführt werden, die den Strom in der primären Schaltung anzeigt, wenn der zweite Schalter 22 der Halbbrücke im Ein-Zustand ist. Die Steuereinrichtung 14 kann den Strom überwachen, um den Nulldurchgang zu detektieren.Further embodiments of devices and methods can be implemented in other embodiments. For example, the phase position of the current can be determined not only using the 3 The current can be determined not only by means of the comparator shown, but also in other ways. For example, the control device 14 can be supplied with the measured variable which indicates the current in the primary circuit when the second switch 22 of the half-bridge is in the on state. The control device 14 can monitor the current in order to detect the zero crossing.

6 zeigt einen Wandler 89 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Elemente und Einrichtungen, die in Ausgestaltung und Funktion Elementen oder Einrichtungen entsprechen, die mit Bezugnahme auf 1-5 beschrieben wurden, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. 6 shows a converter 89 according to a further embodiment. Elements and devices which correspond in design and function to elements or devices which are described with reference to 1-5 are designated by the same reference numerals.

Der Wandler 89 weist eine primärseitige Schaltung 90 auf, die dem Nicht-SELV-Bereich des Wandlers 89 entsprechen kann. Die Messgröße isns, die den Strom repräsentiert, der zwischen dem LLC-Resonanzkreis und Masse fließt, wenn der Schalter 22 auf der Niederpotentialseite der Halbbrücke in den Ein-Zustand geschaltet ist, kann durch einen A/D-Wandler 91 A/D-gewandelt und der Steuereinrichtung 14 zugeführt werden. Die Steuereinrichtung 14 kann den aktuellen Wert des Stroms isns mit einer Rate abfragen, die größer als die Schaltfrequenz der Schalter 21, 22 der Halbbrücke ist. Basierend auf dem zeitabhängig erfassten Strom isns kann die Steuereinrichtung 14 durch digitale Signalverarbeitung den Zeitpunkt TN des Nulldurchgangs ermitteln und mit einer Referenzzeit TM vergleichen, wie unter Bezugnahem auf 4 beschrieben wurde.The converter 89 has a primary-side circuit 90 that may correspond to the non-SELV range of the converter 89. The measured variable isns, which represents the current that flows between the LLC resonant circuit and ground when the switch 22 on the low-potential side of the half-bridge is switched to the on state, may be A/D converted by an A/D converter 91 and fed to the control device 14. The control device 14 may query the current value of the current isns at a rate that is greater than the switching frequency of the switches 21, 22 of the half-bridge. Based on the time-dependently detected current isns, the control device 14 may determine the time TN of the zero crossing by digital signal processing and compare it with a reference time TM, as described with reference to 4 was described.

7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100, das von der Steuereinrichtung 14 zum Steuern eines Wandlers durchgeführt werden kann. Der Wandler kann als Wandler nach einem Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein. Der Wandler weist einen LLC-Resonanzkreis mit Halbbrückenansteuerung auf. Der Wandler weist eine primärseitige Schaltung und eine davon galvanisch getrennte Sekundärseite auf. Die primärseitige Schaltung kann beispielsweise ein Nicht-SELV-Bereich des Wandlers sein und die Sekundärseite kann der SELV-Bereich des Wandlers sein. 7 is a flow chart of a method 100 that can be carried out by the control device 14 for controlling a converter. The converter can be designed as a converter according to an embodiment. The converter has an LLC resonant circuit with half-bridge control. The converter has a primary-side circuit and a secondary side that is galvanically isolated from it. The primary-side circuit can be, for example, a non-SELV region of the converter and the secondary side can be the SELV region of the converter.

Bei 101 werden nach Betriebsstart des Wandlers die Schalter der Halbbrückenschaltung getaktet geschaltet.At 101, the switches of the half-bridge circuit are switched in a clocked manner after the converter has started operating.

Bei 102 wird ein Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des Stroms erfasst, der zwischen dem LLC-Resonanzkreis und Masse fließt, wenn der Schalter auf der Niederpotentialseite der Halbbrückenschaltung in einen Ein-Zustand geschaltet ist.At 102, a zero-crossing time of the current flowing between the LLC resonant circuit and ground when the switch on the low potential side of the half-bridge circuit is switched to an on state is detected.

Bei 103 wird eine Abweichung zwischen dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs und einer Referenzzeit ermittelt. Die Referenzzeit kann eine zeitliche Mitte zwischen Schaltvorgängen sein, mit denen Schalter der Halbbrückenschaltung vor bzw. nach dem Nulldurchgang in den Aus-Zustand geschaltet werden.At 103, a deviation between the time of the zero crossing and a reference time is determined. The reference time can be a temporal center between switching operations with which switches of the half-bridge circuit are switched to the off state before or after the zero crossing.

Bei 104 kann die Abweichung einem Schwellenwertvergleich unterzogen werden. Falls die Abweichung größer ist als der Schwellenwert, kehrt das Verfahren zu 101 zurück. Die Ermittlung der Phasenlage des Stroms in der primärseitigen Schaltung muss nicht bei jedem Schaltzyklus erfolgen, kann aber in gewissen abständen wiederholt werden, um das Auftreten eines Fehlerzustands auch im laufenden Betriebs zu erkennen.At 104, the deviation can be subjected to a threshold comparison. If the deviation is greater than the threshold, the method returns to 101. The determination of the phase position of the current in the primary-side circuit does not have to be carried out at every switching cycle, but can be repeated at certain intervals in order to detect the occurrence of a fault condition even during operation.

Falls bei 104 erkannt wird, dass die Abweichung kleiner ist als der Schwellenwert, zeigt dies einen Fehlerzustand an. Entsprechend wird bei 105 ein Fehler-Betriebsmodus eingeleitet. Dazu kann ein Signal, das das Vorliegen eines Fehlers anzeigt, ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Sicherheitsabschaltung durchgeführt werden.If it is detected at 104 that the deviation is smaller than the threshold value, this indicates an error condition. Accordingly, an error operating mode is initiated at 105. For this purpose, a signal indicating the presence of an error can be output. Alternatively or additionally, a safety shutdown can be carried out.

Während Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben wurden, können Abwandlungen bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert werden. Während die Auswertung einer Phasenlage eines primärseitig erfassten Stroms zur Erkennung eines Fehlerzustands am Ausgang der Sekundärseite detailliert beschrieben wurde, können die Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen auch zur Erkennung anderer Betriebszustände eingesetzt werden. Beispielsweise kann nicht nur bestimmt werden, ob die Phasenlage des Stroms relativ zu den Schaltzyklen der Schalter der Halbbrücke näherungsweise 90° ist, sondern die Phasenlage des Stroms kann quantitativ ermittelt werden, um eine Last am Ausgang des Wandlers zu erkennen.While embodiments have been described with reference to the figures, modifications can be implemented in further embodiments. While the evaluation of a phase position of a current detected on the primary side to detect a fault condition at the output of the secondary side has been described in detail, the methods and devices according to embodiments can also be used to detect other operating states. For example, not only can it be determined whether the phase position of the current is approximately 90° relative to the switching cycles of the switches of the half-bridge, but the phase position of the current can be determined quantitatively in order to detect a load at the output of the converter.

Die Erfassung einer den Strom auf der Primärseite repräsentierenden Größe muss nicht am Shunt-Widerstand erfolgen. Beispielsweise kann ein von dem Shunt-Widerstand verschiedener Messwiderstand vorgesehen werden.The measurement of a quantity representing the current on the primary side does not have to take place at the shunt resistor. For example, a measuring resistor different from the shunt resistor can be provided.

Die Steuereinrichtung der Wandler und LED-Konverter nach Ausführungsbeispielen kann als integrierte Halbleiterschaltung ausgestaltet sein. Die Steuereinrichtung kann als anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC, „Application Specific Integrated Circuit“) oder als anderer Chip ausgestaltet sein.The control device of the converters and LED converters according to embodiments can be designed as an integrated semiconductor circuit. The control device can be designed as an application-specific special circuit (ASIC, “Application Specific Integrated Circuit”) or as another chip.

Induktivitäten und Kapazitäten können jeweils durch entsprechende induktive bzw. kapazitive Elemente, beispielsweise als Spulen bzw. Kondensatoren, gebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass kleinere Induktivitäten, beispielsweise eine Induktivität des LLC-Resonanzkreises, als Streuinduktivität ausgebildet sind. Ähnlich können kleinere Kapazitäten als Streukapazitäten ausgebildet sein.Inductances and capacitors can each be formed by corresponding inductive or capacitive elements, for example as coils or capacitors. However, it is also possible for smaller inductances, for example an inductance of the LLC resonant circuit, to be designed as stray inductances. Similarly, smaller capacitors can be designed as stray capacitors.

Wandler und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können insbesondere zur Energieversorgung von LEDs eingesetzt werden.Converters and methods according to embodiments can be used in particular for supplying energy to LEDs.

Claims (14)

Wandler für ein Leuchtmittel (3; 5), umfassend eine primärseitige Schaltung (20; 50; 90) mit einer Halbbrückenschaltung, die zwei im Betrieb wechselseitig getaktete Schalter (21, 22) umfasst, und mit einem LLC-Resonanzkreis (25-27), eine von der primärseitigen Schaltung (20; 50; 90) galvanisch getrennte Sekundärseite (30) mit einem Ausgang (35) zur Energieversorgung des Leuchtmittels (3; 5), und eine Steuereinrichtung (14), die eingerichtet ist, um abhängig von einer Phasenlage eines Stroms (52; 73) in der primärseitigen Schaltung (20; 50; 90) einen Fehlerzustand am Ausgang (35) der Sekundärseite (30) zu erkennen, wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um den Fehlerzustand abhängig von einem Zeitpunkt (TN) eines Nulldurchgangs des Stroms (52; 73) zu erkennen.Converter for a lighting device (3; 5), comprising a primary-side circuit (20; 50; 90) with a half-bridge circuit, which comprises two switches (21, 22) which are alternately clocked during operation, and with an LLC resonant circuit (25-27), a secondary side (30) which is galvanically isolated from the primary-side circuit (20; 50; 90) and has an output (35) for supplying energy to the lighting device (3; 5), and a control device (14) which is set up to detect a fault state at the output (35) of the secondary side (30) depending on a phase position of a current (52; 73) in the primary-side circuit (20; 50; 90), wherein the control device (14) is set up to detect the fault state depending on a time (TN) of a zero crossing of the current (52; 73). Wandler nach Anspruch 1, wobei die primärseitige Schaltung (20; 50; 90) eingerichtet ist, um zum Erfassen des Stroms (52; 73) eine Spannung an einem Messwiderstand (23), der zwischen einen Schalter (22) der Halbbrückenschaltung und Masse geschaltet ist, abzugreifen.Converter to Claim 1 , wherein the primary-side circuit (20; 50; 90) is arranged to tap a voltage at a measuring resistor (23) which is connected between a switch (22) of the half-bridge circuit and ground in order to detect the current (52; 73). Wandler nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Komparator (51) einen Eingang zum Empfangen eines Messsignals, das zu dem Strom (52; 73) proportional ist, aufweist, und wobei die Steuereinrichtung (14) mit einem Ausgang (35) des Komparators (51) gekoppelt ist, um den Zeitpunkt (TN) des Nulldurchgangs zu bestimmen.Converter to Claim 1 or Claim 2 , wherein a comparator (51) has an input for receiving a measurement signal which is proportional to the current (52; 73), and wherein the control device (14) is coupled to an output (35) of the comparator (51) in order to determine the time (TN) of the zero crossing. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um eine Abweichung zwischen dem Zeitpunkt (TN) des Nulldurchgangs und einer Referenzzeit (TM) zu bestimmen und um den Fehlerzustand abhängig von einem Schwellenwertvergleich der Abweichung zu erkennen. Converter according to one of the preceding claims, wherein the control device (14) is arranged to determine a deviation between the time (TN) of the zero crossing and a reference time (TM) and to detect the error state depending on a threshold value comparison of the deviation. Wandler nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um die Referenzzeit (TM) abhängig von einer ersten Schaltzeit (T1), bei der ein erster Schalter (21) der Halbbrückenschaltung in einen Aus-Zustand geschaltet wird, und einer zweiten Schaltzeit (T2), bei der ein zweiter Schalter (22) der Halbbrückenschaltung in einen Aus-Zustand geschaltet wird, zu bestimmen.Converter to Claim 4 , wherein the control device (14) is arranged to determine the reference time (TM) as a function of a first switching time (T1) at which a first switch (21) of the half-bridge circuit is switched to an off state, and a second switching time (T2) at which a second switch (22) of the half-bridge circuit is switched to an off state. Wandler nach Anspruch 5, wobei der erste Schalter (21) zwischen einen Versorgungsanschluss der primärseitigen Schaltung (20; 50; 90) und den LLC-Resonanzkreis (25-27) geschaltet ist, und wobei der zweite Schalter (22) zwischen den LLC-Resonanzkreis (25-27) und ein Referenzpotential, insbesondere Masse, geschaltet ist, und wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um die Referenzzeit (TM) als Mitte zwischen der ersten Schaltzeit (T1) und der zweiten Schaltzeit (T2) zu bestimmen.Converter to Claim 5 , wherein the first switch (21) is connected between a supply terminal of the primary-side circuit (20; 50; 90) and the LLC resonant circuit (25-27), and wherein the second switch (22) is connected between the LLC resonant circuit (25-27) and a reference potential, in particular ground, and wherein the control device (14) is arranged to determine the reference time (TM) as the middle between the first switching time (T1) and the second switching time (T2). Wandler nach einem der Ansprüche 4-6, wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um ein erstes getaktetes Steuersignal (ctrl1; 61) und ein zweites getaktetes Steuersignal (ctrl2; 62) zum Steuern der Halbbrückenschaltung zu erzeugen, und wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um die Referenzzeit (TM) abhängig von sowohl dem ersten getakteten Steuersignal (ctrl1; 61) als auch dem zweiten getakteten Steuersignal (ctrl2; 62) zu bestimmen.Converter according to one of the Claims 4 - 6 , wherein the control device (14) is arranged to generate a first clocked control signal (ctrl1; 61) and a second clocked control signal (ctrl2; 62) for Controlling the half-bridge circuit, and wherein the control device (14) is arranged to determine the reference time (TM) depending on both the first clocked control signal (ctrl1; 61) and the second clocked control signal (ctrl2; 62). Wandler nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um zum Durchführen des Schwellenwertvergleichs die Abweichung mit einem Schwellenwert zu vergleichen, der kleiner ist als eine Periode des ersten getakteten Steuersignals (ctrl1; 61) und des zweiten getakteten Steuersignals (ctrl2; 62).Converter to Claim 7 , wherein the control device (14) is arranged to compare the deviation with a threshold value which is smaller than a period of the first clocked control signal (ctrl1; 61) and the second clocked control signal (ctrl2; 62) in order to carry out the threshold value comparison. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (14) eingerichtet ist, um basierend auf der Phasenlage des Stroms (52; 73) eine offene Schaltung oder einen Kurzschluss am Ausgang (35) der Sekundärseite (30) zu erkennen.Converter according to one of the preceding claims, wherein the control device (14) is arranged to detect an open circuit or a short circuit at the output (35) of the secondary side (30) based on the phase position of the current (52; 73). LED-Konverter, umfassend den Wandler (19; 49; 89) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.LED converter comprising the converter (19; 49; 89) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben eines LLC-Resonanzwandlers (19; 49; 89) für ein Leuchtmittel (3; 5), wobei der LLC-Resonanzwandler (19; 49; 89) eine primärseitige Schaltung (20; 50; 90) mit einer Halbbrückenschaltung, die einen ersten Schalter (21) und einen zweiten Schalter (22) aufweist, und mit einem LLC-Resonanzkreis (25-27) sowie eine von der primärseitigen Schaltung (20; 50; 90) galvanisch getrennte Sekundärseite (30) mit einem Ausgang (35) zur Energieversorgung des Leuchtmittels (3; 5) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen einer Messgröße (isns; 74) in der primärseitigen Schaltung (20; 50; 90), die von einem Strom (52; 73) in der primärseitigen Schaltung (20; 50; 90) abhängt, und Erkennen eines Fehlerzustands am Ausgang (35) der Sekundärseite (30) basierend auf einer Phasenlage des Stroms (52; 73), wobei das Erkennen des Fehlerzustands umfasst: Bestimmen einer Abweichung zwischen einem Zeitpunkt (TN) eines Nulldurchgangs des Stroms (52; 73) und einer Referenzzeit (TM), und Vergleichen der Abweichung mit einem Schwellenwert.Method for operating an LLC resonant converter (19; 49; 89) for a lighting device (3; 5), wherein the LLC resonant converter (19; 49; 89) comprises a primary-side circuit (20; 50; 90) with a half-bridge circuit, which has a first switch (21) and a second switch (22), and with an LLC resonant circuit (25-27) and a secondary side (30) which is galvanically isolated from the primary-side circuit (20; 50; 90) and has an output (35) for supplying energy to the lighting device (3; 5), wherein the method comprises: Detecting a measured variable (isns; 74) in the primary-side circuit (20; 50; 90) which depends on a current (52; 73) in the primary-side circuit (20; 50; 90), and Detecting an error state at the output (35) of the secondary side (30) based on a phase position of the current (52; 73), wherein the detection of the fault condition comprises: determining a deviation between a time (TN) of a zero crossing of the current (52; 73) and a reference time (TM), and comparing the deviation with a threshold value. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Referenzzeit (TM) als Mitte zwischen einer ersten Schaltzeit (T1), zu der der erste Schalter (21) vor dem Nulldurchgang in den Aus-Zustand geschaltet wird, und einer zweiten Schaltzeit (T2), zu der der zweite Schalter (22) nach dem Nulldurchgang in den Aus-Zustand geschaltet wird, bestimmt wird.Procedure according to Claim 11 , wherein the reference time (TM) is determined as the middle between a first switching time (T1) at which the first switch (21) is switched to the off state before the zero crossing and a second switching time (T2) at which the second switch (22) is switched to the off state after the zero crossing. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei das Erkennen des Fehlerzustands umfasst: Erkennen einer offenen Schaltung oder eines Kurzschlusses am Ausgang (35) der Sekundärseite (30) basierend auf der Phasenlage.Procedure according to Claim 11 or Claim 12 , wherein detecting the fault condition comprises: detecting an open circuit or a short circuit at the output (35) of the secondary side (30) based on the phase position. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, das mit dem Wandler (19; 49; 89) nach einem der Ansprüche 1-9 durchgeführt wird.Method according to one of the Claims 11 - 13 , which is connected to the converter (19; 49; 89) according to one of the Claims 1 - 9 is carried out.
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