DE102015211203A1 - Galvanically isolated LED converter with secondary voltage setting - Google Patents

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Abstract

Es wird ein LED-Konverter bereitgestellt, aufweisend eine getaktete Schaltung, insbesondere eine LLC-Schaltung, und einen in die getaktete Schaltung integrierten oder separat folgenden Transformator, eine Steuerschaltung, die die Spannung an der Sekundärseite des Transformators durch Taktung wenigstens eines Schalters der getakteten Schaltung steuert. Zudem weist der LED-Konverter eine Spannungsveränderungsschaltung auf, der die Spannung an der Sekundärseite des Transformators zugeführt ist und die ein Einstellmittel aufweist, mittels dem die Amplitude der Spannung am Ausgang der Spannungsveränderungsschaltung vorzugsweise in diskreten Schritten einstellbar ist, wobei ausgehend von der Spannung am Ausgang der Spannungsveränderungsschaltung eine LED-Last versorgbar ist.An LED converter is provided, comprising a clocked circuit, in particular an LLC circuit, and a transformer integrated in or connected to the clocked circuit, a control circuit which controls the voltage on the secondary side of the transformer by clocking at least one switch of the clocked circuit controls. In addition, the LED converter has a voltage variation circuit, which is supplied with the voltage at the secondary side of the transformer and having an adjustment means by means of which the amplitude of the voltage at the output of the voltage variation circuit is preferably adjustable in discrete steps, starting from the voltage at the output the voltage change circuit, an LED load can be supplied.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leuchtmittelkonverter und insbesondere einen LED-Konverter bzw. einen AC/DC-Wandler, von dem ausgehend ein Leuchtmittel bzw. eine LED versorgbar ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Betriebsgerät mit einem solchen Konverter und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Konverters. Dabei weist der Konverter insbesondere eine LLC-Schaltung auf, die ausgehend von einer Wechselspannung (AC-Spannung) gespeist wird. The invention relates to a light-emitting converter and in particular an LED converter or an AC / DC converter, from which starting a light source or an LED can be supplied. In addition, the invention relates to an operating device with such a converter and a method for operating such a converter. In this case, the converter has, in particular, an LLC circuit which is fed from an AC voltage.

Bekannt ist es bereits, einen Konverter mit einem Transformator vorzusehen, dessen Primärseite ausgehend von einem Resonanzkreis gespeist wird und ausgehend von dessen Sekundärseite die Versorgung einer Last erfolgt. Dabei ist die von dem Konverter betriebene Last (beispielsweise eine LED oder LED-Last) abhängig von der Art und/oder Anzahl sowie von der Verschaltungsweise der Last (im Folgenden wird stellvertretend von LEDs bzw. einer LED-Last gesprochen). Somit können unterschiedliche Ausgangsspannungen benötigt werden. It is already known to provide a converter with a transformer, the primary side is fed starting from a resonant circuit and starting from the secondary side, the supply of a load. In this case, the load operated by the converter (for example an LED or LED load) is dependent on the type and / or number as well as the manner in which the load is connected (in the following, the term is used to refer to LEDs or an LED load). Thus, different output voltages may be needed.

Bei einer konstanten Ausgangsspannungen oder Busspannung ist dabei beispielsweise eine weitere Buck-Wandlerstufe (Abwärtswandlerstufe) vorgesehen, mittels der, durch Veränderung des Einschaltverhältnisses oder Tastverhältnisses der Taktung des Buckkonverter-Schalters, eine große Bandbreite möglicher LED-Versorgungspannungen abgedeckt werden können. In the case of a constant output voltage or bus voltage, for example, a further buck converter stage (down-converter stage) is provided, by means of which a wide range of possible LED supply voltages can be covered by changing the turn-on ratio or pulse duty cycle of the buck converter switch.

Dabei kann auf Lösungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, zurückgegriffen werden. So sind beispielsweise die Dokumente US 2005/0068792 A1 , US 7,880,577 B1 und WO 2005/036726 A1 mit entsprechenden Schaltungen bekannt. In this case, solutions can be used, as are known from the prior art. For example, the documents US 2005/0068792 A1 . US Pat. No. 7,880,577 B1 and WO 2005/036726 A1 with appropriate circuits known.

Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zur Abdeckung verschiedener Ausgangsspannungen (beispielsweise 120 V für die USA und 230 V für Europa) an einem LED-Konverter zwei unabhängige Schaltungsausgänge bereitzustellen, die dann entsprechend mit einem Verbraucher verbunden werden, bzw. deren Verbindung dann durch den dem Konverter nachfolgende Schaltungsteile an den Verbraucher durchgeschaltet werden. Also, it is known in the art to provide two independent circuit outputs to cover different output voltages (eg, 120V for the US and 230V for Europe) on an LED converter, which are then respectively connected to a load, or their connection then be switched through by the converter subsequent circuit parts to the consumer.

Dies ist beispielsweise in 1 gezeigt, die eine Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik zeigt. Hier ist auf der Primärseite des Transformators T1 eine LLC-Schaltung bestehend aus dem Kondensator C1, der Induktivität Lleakage sowie der primärseitigen Übertrager-Induktivität L1 des Transformators T1 angeordnet. Die LLC-Schaltung wird ausgehend von einer Wechselspannung gespeist, beispielsweise von einer durch eine Halbbrückenschaltung erzeugte Wechselspannung. Zudem ist eine Magnetisierungs-Induktivität Lmag gezeigt, die parallel zu der primärseitigen Induktivität L1 des Transformators T1 angeordnet ist. This is for example in 1 showing a circuit arrangement according to the prior art. Here, an LLC circuit consisting of the capacitor C1, the inductance L leakage and the primary-side transformer inductance L1 of the transformer T1 is arranged on the primary side of the transformer T1. The LLC circuit is powered by an AC voltage, such as an AC voltage generated by a half-bridge circuit. In addition, a magnetization inductance L mag is shown, which is arranged parallel to the primary-side inductance L1 of the transformer T1.

Auf der Sekundärseite des Transformators T1 sind zwei Ausgangskreise K1 und K2 vorgesehen. Die Komponenten der Ausgangskreise K1 und K2 sind dabei im Wesentlichen gleich, jedoch hinsichtlich ihrer Dimensionierung unterschiedlich gewählt. An einem sekundärseitigen Ausgangsanschluss VO1 des Ausgangskreises K1 wird dabei eine erste Ausgangsspannung Vout1 bereitgestellt, während an einem zweiten sekundärseitigen Ausgang des Wandlers VO2 eine zweite Ausgangsspannung Vout2 bereitgestellt wird. Abhängig von dem Einsatzbereich, beispielsweise von dem Land in dem der Konverter eingesetzt werden soll, wird dann ein Anschluss für den Verbraucher über den sekundärseitigen Ausgang VO1 oder VO2 gewählt. Diese Auswahl kann beispielsweise durch einen Einstellmechanismus, z.B. einen Schalter an einem den Konverter aufweisenden Betriebsgerät erfolgen, mit dem der Konverter auf eine Versorgungsspannung mit 110–120V oder auf eine Versorgungsspannung mit 230–240V eingestellt wird, um so eine entsprechende Ausgangsspannung für die LEDs zu erzeugen. On the secondary side of the transformer T1, two output circuits K1 and K2 are provided. The components of the output circuits K1 and K2 are substantially the same, but chosen differently in terms of their dimensions. A first output voltage V out1 is provided at a secondary side output terminal V O1 of the output circuit K1, while a second output voltage V out2 is provided on a second secondary-side output of the converter V O2. Depending on the field of application, for example of the country in which the converter is to be used, a connection for the consumer is then selected via the secondary-side output V O1 or V O2 . This selection can be made, for example, by an adjustment mechanism, for example a switch on a converter having the operating device, with which the converter is set to a supply voltage of 110-120V or to a supply voltage of 230-240V, so as to provide a corresponding output voltage for the LEDs produce.

Im Stand der Technik ist es auch bekannt, dass die Ausgangsspannung natürlich über die Ansteuerung des LLC Konverters (Taktung der Halbbrücke) verändert werden kann. Dies erfordert typischerweise eine sekundärseitige Erfassung, bspw. einer LED Spannung, die dann über die galvanische Barriere zurück zu einer primärseitigen Steuerschaltung, z.B. für eine Wechselrichtersteuerung, übermittelt werden muss. It is also known in the prior art that the output voltage can, of course, be changed by driving the LLC converter (clocking of the half-bridge). This typically requires secondary-side detection, for example of an LED voltage, which is then fed back across the galvanic barrier to a primary-side control circuit, e.g. for an inverter control, must be transmitted.

Mit der bekannten Schaltung entstehen jedoch hohe zusätzliche Kosten, da, wie in 1 gezeigt, große Teile der Schaltung redundant ausgelegt sein müssen, obwohl sie möglicherweise im laufenden Betrieb nicht zum Einsatz kommen. Zudem kann es je nach Ausgestaltung des Konverters und Zugänglichmachung der von dem Konverter versorgten Anschlüssen zu Fehlverdrahtungen kommen, die sowohl die betriebene Last als auch den Konverter beschädigen können. With the known circuit, however, high additional costs arise because, as in 1 As shown, large parts of the circuit must be designed to be redundant, although they may not be used during operation. In addition, depending on the configuration of the converter and making available the connections supplied by the converter, incorrect wiring can occur, which can damage both the operated load and the converter.

Die Erfindung schlägt nunmehr eine vereinfachte Anordnung vor, die es dennoch erlaubt, dem Konverter für verschiedene Einsatzgebiete anzupassen. Insbesondere stellt die Erfindung dafür einen LED-Konverter, ein Betriebsgerät und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The invention now proposes a simplified arrangement, which nevertheless allows to adapt the converter for different applications. In particular, the invention provides an LED converter, an operating device and a method according to the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

In einem ersten Aspekt wird ein LED-Konverter bereitgestellt, aufweisend eine getaktete Schaltung, insbesondere eine LLC-Schaltung, und einen in die getaktete Schaltung integrierten oder separat folgenden Transformator, und eine Steuerschaltung, die die Spannung an der Sekundärseite des Transformators durch Taktung wenigstens eines Schalters der getakteten Schaltung steuert. Zudem weist der LED-Konverter eine Spannungsveränderungsschaltung auf, der die Spannung an der Sekundärseite des Transformators zugeführt ist und die Einstellmittel aufweist, mittels dem die Amplitude der Spannung am Ausgang der Spannungsveränderungsschaltung vorzugsweise in diskreten Schritten einstellbar ist (ohne die Taktung des Schalters verändern zu müssen). Ausgehend von der Spannung am Ausgang der Spannungsveränderungsschaltung ist eine LED-Last versorgbar. In a first aspect, an LED converter is provided, comprising a clocked one Circuit, in particular an LLC circuit, and a transformer integrated into the clocked circuit or separately following, and a control circuit which controls the voltage on the secondary side of the transformer by clocking at least one switch of the clocked circuit. In addition, the LED converter has a voltage variation circuit, which is supplied with the voltage on the secondary side of the transformer and having the adjusting means by means of which the amplitude of the voltage at the output of the voltage variation circuit is preferably adjustable in discrete steps (without having to change the timing of the switch ). Based on the voltage at the output of the voltage variation circuit, an LED load can be supplied.

Die Spannungsveränderungsschaltung kann eine Serienschaltung von wenigstens zwei mit dem Ausgang der Spannungsveränderungsschaltung verbundenen Kondensatoren aufweisen. Das Einstellmittel kann selektiv die Serienschaltung verkürzen oder verlängern. The voltage variation circuit may comprise a series connection of at least two capacitors connected to the output of the voltage variation circuit. The adjustment means can selectively shorten or lengthen the series connection.

Die getaktete Schaltung kann von einem Wechselrichter und insbesondere einer getakteten Halbbrückenschaltung mit einer Wechselspannung gespeist werden. The clocked circuit can be fed by an inverter and in particular a clocked half-bridge circuit with an AC voltage.

Die getaktete Schaltung kann durch eine LLC-Schaltung (insbesondere eine resonante potentialgetrennte Halbbrückenschaltung), einen isolierten Sperrwandler oder eine andere Schaltreglertopologie mit einem Transformator zur Potentialtrennung gebildet werden. The clocked circuit may be formed by an LLC circuit (in particular a resonant isolated half-bridge circuit), an isolated flyback converter, or another switching regulator topology with a potential separation transformer.

Von dem Ausgang der Spannungsveränderungsschaltung kann eine getaktete Wandlerstufe, insbesondere ein Abwärtswandler gespeist werden, der ein getaktetes Schaltelement aufweist. From the output of the voltage variation circuit, a clocked converter stage, in particular a down converter can be fed, which has a clocked switching element.

Das Einstellmittel kann von einer Steuereinheit auf der Sekundärseite des Transformators angesteuert werden. The adjusting means can be controlled by a control unit on the secondary side of the transformer.

Die Steuereinheit kann das Einstellmittel das getaktete Schaltelement der Wandlerstufe ansteuern. The control unit can control the setting means the clocked switching element of the converter stage.

Die Steuereinheit kann eine Flussspannung an der LED-Strecke und/oder ein Tastverhältnis und/oder eine Einschaltzeitdauer und/oder die Taktfrequenz des Schaltelements der Wandlerstufe erfassen. Die Steuereinheit kann abhängig davon das Einstellmittel ansteuern. The control unit can detect a forward voltage at the LED path and / or a duty cycle and / or a switch-on time duration and / or the clock frequency of the switching element of the converter stage. The control unit can control the setting means depending on this.

Die Steuereinheit kann das Einstellmittel bei Erreichen eines Schwellenwertes für die Flussspannung, das Tastverhältnis und/oder die Einschaltzeitdauer und/oder die Taktfrequenz ansteuern. Die Steuereinheit kann somit durch die Ansteuerung eine Änderung der Ausgangsspannung verursachen. The control unit may actuate the adjustment means upon reaching a threshold value for the forward voltage, the duty cycle and / or the switch-on time duration and / or the clock frequency. The control unit can thus cause a change in the output voltage by the control.

Der Schwellenwert kann eine untere Grenze für das Tastverhältnis, eine minimale Flussspannung und oder eine minimale Einschaltzeitdauer oder eine maximale Taktfrequenz definieren. Die Steuereinheit kann das Einstellmittel bei Erreichen des Schwellenwertes aktivieren (oder deaktivieren), insbesondere einen Schalter schließen (oder öffnen). The threshold may define a lower limit for the duty cycle, a minimum forward voltage and or a minimum on-time or a maximum clock frequency. The control unit may activate (or deactivate) the setting means upon reaching the threshold value, in particular close (or open) a switch.

Das Einstellelement kann ein Transistor oder ein Schalter sein. The adjustment element may be a transistor or a switch.

In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Betriebsgerät bereit, aufweisend einen LED-Konverter wie vorstehend beschrieben, eine mit dem Ausgangsanschluss der Spannungsveränderungsschaltung verbundene Wandlerstufe und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit sekundärseitig angeordnet ist und wenigstens das Einstellmittel ansteuert, und insbesondre unabhängig von der Taktung des wenigstens einen Schalters der getakteten Schaltung. In a further aspect, the invention provides an operating device comprising an LED converter as described above, a converter stage connected to the output terminal of the voltage varying circuit, and a control unit, the controller being disposed on the secondary side and driving at least the adjusting means, and more particularly independent of the timing the at least one switch of the clocked circuit.

In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines LED Konverters bereitgestellt, wobei eine Steuerschaltung eine Spannung an der Sekundärseite eines in eine getaktete Schaltung integrierten oder separat folgenden Transformators durch Taktung wenigstens eines Schalters der getakteten Schaltung, insbesondere einer LLC-Schaltung, steuert. Dabei ist eine Spannungsveränderungsschaltung vorgesehen, der die Spannung an der Sekundärseite des Transformators zugeführt ist und die ein Einstellmittel aufweist, mittels dem die Amplitude der Spannung am Ausgang der Spannungsveränderungsschaltung vorzugsweise in diskreten Schritten einstellbar ist, wobei ausgehend von der Spannung am Ausgang der Spannungsveränderungsschaltung eine LED-Last versorgbar ist. In still another aspect, there is provided a method of operating an LED converter, wherein a control circuit controls a voltage on the secondary side of a clocked integrated or separately following transformer by clocking at least one switch of the clocked circuit, in particular an LLC circuit. In this case, a voltage variation circuit is provided, which is supplied to the voltage on the secondary side of the transformer and having an adjusting means by which the amplitude of the voltage at the output of the voltage variation circuit is preferably adjustable in discrete steps, starting from the voltage at the output of the voltage variation circuit, an LED Load is available.

Die Erfindung wird nunmehr auch mit Blick auf die Figuren beschrieben. The invention will now be described with reference to the figures.

Es zeigen Show it

1 eine Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik und 1 a circuit arrangement according to the prior art and

2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Insgesamt schlägt die Erfindung vor, einen Konverter bereitzustellen, der im Vergleich zum in 1 gezeigten Beispiel weniger komplex ist, und es beispielsweise nicht erfordert, zusätzliche Induktivitäten am Kern des Transformators anzuordnen. Zudem wird vermieden, dass nach einem Ersetzen der sekundärseitigen Induktivitäten auch die primärseitigen Kenngrößen des Transformators (insbesondere der Streuinduktivität Lleakage) geändert werden. Eine solche Änderung erfordert somit stets eine primärseitige Steuerung und ein Erfassen der Ausgangsspannung, was ebenfalls zu erhöhten Kosten beispielsweise durch Einsatz von Optokopplern zur Rückführung von Signalen von der Sekundärseite zu der Primärseite der galvanischen Barriere führt. 2 a circuit arrangement according to the invention. Overall, the invention proposes to provide a converter which, compared to in 1 example shown is less complex, and it does not require, for example, to arrange additional inductances at the core of the transformer. In addition, it is avoided that after a replacement of the secondary-side inductors and the primary-side characteristics of the transformer (in particular the leakage inductance L leakage ) are changed. A Such a change thus always requires primary-side control and detection of the output voltage, which likewise leads to increased costs, for example through the use of optocouplers for returning signals from the secondary side to the primary side of the galvanic barrier.

Die Erfindung schlägt nun einen Konverter vor, der ebenfalls eine LLC Schaltung auf einer Primärseite, d.h. primärseitig zur der galvanischen Trennung, aufweist und die immer auf die gleiche Spannung der sekundärseitigen Induktivität regelt. Insgesamt wird also ein resonanter Konverter bereit gestellt, der einen einzigen Ausgangskreis aufweist. The invention now proposes a converter which also has an LLC circuit on a primary side, i. on the primary side for the galvanic isolation, and which always regulates to the same voltage of the secondary-side inductance. Overall, therefore, a resonant converter is provided which has a single output circuit.

In 2 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, deren Primärseite im Wesentlichen der aus 1 entspricht. Wie zu erkennen ist, ist auf der Sekundärseite eines Transformators T2 nur noch ein Ausgangskreis KA mit einer einzigen sekundärseitigen Induktivität L2 vorgesehen, von der ausgehend eine Gleichrichterschaltung GR mit Dioden D1–D4 gespeist ist. Je nach Polarität der an der sekundärseitigen Induktivität induzierten Spannung ist lediglich eine Diagonale D1, D4 oder D3, D2 des Gleichrichters aktiv bzw. leitend. In 2 a circuit arrangement is shown whose primary side is essentially made of 1 equivalent. As can be seen, on the secondary side of a transformer T2 only one output circuit KA is provided with a single secondary-side inductance L2, from which a rectifier circuit GR with diodes D1-D4 is fed. Depending on the polarity of the voltage induced at the secondary-side inductance, only one diagonal D1, D4 or D3, D2 of the rectifier is active or conductive.

Die primärseitige LLC-Schaltung kann indessen von einer Wechselrichterschaltung HB mit einer Wechselspannung, z.B. mit einer Amplitude von 400V versorgt sein. Beispielsweise kann die LLC-Schaltung dazu mit einem Mittenpunkt einer getakteten Halbbrückenschaltung verbunden sein (nicht gezeigt), die einen getakteten ersten Schalter HS und zweiten Schalter LS aufweist, die im Wesentlichen alternierend betrieben werden. Die Wechselrichterschaltung HB weist somit wenigstens einen getakteten Schalter auf und ist zusammen mit der LLC-Schaltung in der 2 zur getaktete Schaltung GS zusammengefasst. Der wenigstens eine getaktete Schalter der Wechselrichterschaltung HB kann durch eine Steuerschaltung SS angesteuert werden, die bspw. ein ASIC oder ein Mikrokontroller sein kann. Die Steuerschaltung SS kann den Schalter geregelt, also unter Verwendung eines primärseitigen und/oder sekundärseitigen Rückführsignals ansteuern. Meanwhile, the primary-side LLC circuit may be supplied by an inverter circuit HB with an AC voltage, for example, having an amplitude of 400V. For example, the LLC circuit may be connected to a midpoint of a clocked half-bridge circuit (not shown) having a clocked first switch HS and second switch LS which operate in a substantially alternating manner. The inverter circuit HB thus has at least one clocked switch and is together with the LLC circuit in the 2 summarized to the clocked circuit GS. The at least one clocked switch of the inverter circuit HB can be controlled by a control circuit SS, which may be, for example, an ASIC or a microcontroller. The control circuit SS can control the switch, that is, it can drive using a primary-side and / or secondary-side feedback signal.

Der Ausgangskreis KA weist nun eine Spannungsveränderungsschaltung SVS auf, die es ermöglicht, Ausgangsspannungen mit unterschiedlicher Amplitude am Ausgangsanschluss AA des Ausgangskreises KA bereitzustellen. The output circuit KA now has a voltage variation circuit SVS, which makes it possible to provide output voltages of different amplitude at the output terminal AA of the output circuit KA.

Die hinsichtlich ihrer Amplitude unterschiedlichen Ausgangsspannungen können erreicht werde, ohne dass die Taktung des Schalters der getakteten Schaltung zu verändern. The output voltages different in amplitude can be achieved without changing the timing of the switch of the clocked circuit.

Die Spannungsveränderungsschaltung SVS weist dazu ein Einstellmittel EM auf. Das Einstellmittel EM kann insbesondere ein Schalter bzw. ein Transistor (FET, MOSFET, ...) sein. Ausgehend von der Gleichrichterschaltung GR und parallel zu der Serienschaltung der Dioden D3 und D4 ist in der Spannungsveränderungsschaltung SVS eine Serienschaltung von Kondensatoren C2 und C3 verschaltet. Weiter ist das Einstellmittel EM mit den zwei Kondensatoren C2, C3 derart verschaltet, dass durch Betätigung des Einstellmittels EM die Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss AA, die auch als Busspannung bezeichnet wird, verändert wird. Dazu verbindet das Einstellmittel EM z.B. selektiv einen Mittenpunkt der Dioden-Serienschaltung D3, D4 mit einem Mittenpunkt der Kondensator-Serienschaltung C2, C3. So kann beispielsweise an dem Ausgangsanschluss AA mittels des Einstellmittels zwischen einer Ausgangsspannung Vout mit einer Amplitude von 30 V auf eine Ausgangsspannung Vout mit einer Amplitude 60 V umgeschaltet werden. Der Regelbereich einer dem Ausgangskreis KA nachgeschalteten Wandlerstufe WS, beispielsweise der eines Buck-Konverter, wird dann halbiert bzw. verdoppelt. The voltage variation circuit SVS has for this purpose an adjustment means EM. The adjusting means EM can in particular be a switch or a transistor (FET, MOSFET,...). Starting from the rectifier circuit GR and parallel to the series connection of the diodes D3 and D4, a series circuit of capacitors C2 and C3 is connected in the voltage variation circuit SVS. Furthermore, the adjusting means EM is connected to the two capacitors C2, C3 in such a way that the output voltage at the output terminal AA, which is also referred to as a bus voltage, is changed by actuation of the adjusting means EM. For this purpose, the adjusting means EM, for example, selectively connects a center point of the diode series circuit D3, D4 to a midpoint of the capacitor series circuit C2, C3. For example, at the output terminal AA by means of the adjusting means, it is possible to switch over between an output voltage V out having an amplitude of 30 V to an output voltage V out having an amplitude of 60 V. The control range of the output circuit KA downstream converter stage WS, for example, a buck converter, is then halved or doubled.

Dabei kann das Einstellmittel EM entweder durch eine Steuereinheit SE oder aber durch einen manuellen Schalter einstellbar sein. In this case, the adjusting means EM can be adjustable either by a control unit SE or by a manual switch.

Beispielsweise ist es so möglich, eine Ausgangsspannung bereit zu stellen, die durch Schalten eines Einstellmittels verdoppelt, bzw. halbiert werden kann. Hierzu ist keine extra Induktivität an dem Transformator notwendig und die primärseitigen, für die Steuerung relevanten Kenngrößen, müssen nicht verändert werden. For example, it is thus possible to provide an output voltage which can be doubled or halved by switching an adjustment means. For this purpose, no extra inductance on the transformer is necessary and the primary-side, relevant to the control parameters need not be changed.

Es kann zudem vorgesehen sein, dass das Einstellmittel EM dazu verwendet wird mehr als zwei Ausgangsspannungen einzustellen. Abhängig von der Anzahl der Kondensatoren in der Kondensator-Serienschaltung können so verschiedene Ausgangsspannungen Vout an dem Ausgangsanschluss AA bereitgestellt werden. Ist eine Steuereinheit SE zur Ansteuerung des Einstellmittels EM vorgesehen, so kann abhängig von einer Erfassung einer aktuellen Flussspannung VLED an Leuchtmitteln LED eine Ansteuerung des Einstellmittels EM erfolgen. Dabei ist zu verstehen, dass eine Ansteuerung des Einstellmittels EM auch abhängig vom Tastgrad bzw. Tastverhältnis DC (duty cycle) oder der Einschaltzeitdauer und/oder der Taktfrequenz eines getakteten Schaltelements der nachfolgenden Wandlerstufe WS, insbesondere des Buck-Konverters, erfolgen kann. Insbesondere kann die Steuereinheit SE sowohl das Einstellmittel EM als auch das getaktete Schaltelement der Wandlerstufe WS ansteuern. It can also be provided that the adjusting means EM is used to set more than two output voltages. Depending on the number of capacitors in the capacitor series circuit, different output voltages V out can thus be provided at the output terminal AA. If a control unit SE is provided for controlling the setting means EM, a triggering of the setting means EM can take place as a function of detection of a current forward voltage V LED on the light sources LED. It should be understood that a control of the adjusting means EM also depending on the duty cycle or duty cycle DC (duty cycle) or the switch-on and / or the clock frequency of a clocked switching element of the subsequent converter stage WS, in particular the buck converter, can take place. In particular, the control unit SE can control both the adjusting means EM and the clocked switching element of the converter stage WS.

Dazu kann ein Schwellenwert vorgesehen sein, der von der Steuereinheit SE mit einer erfassten Flussspannung VLED, einem Tastverhältnis DC und oder einer Einschaltzeitdauer Ton und/oder einer Taktfrequenz f verglichen wird. Wird der Schwellenwert unter- oder überschritten, so erfolgt eine Ansteuerung des Einstellmittels EM und eine Änderung der Ausgangsspannung Vout. Der Schwellenwert stellt dabei vorzugsweise eine untere Grenze für die Flussspannung VLED an dem Leuchtmittel LED, der Einschaltzeitdauer des Schaltelements, der Taktfrequenz und oder des Tastverhältnisses DC dar. Insbesondere bei einem Unterschreiten des Schwellenwerts wird ein als Schalter ausgestaltetes Einstellelement EM geschlossen. For this purpose, a threshold value can be provided, which is provided by the control unit SE with a detected forward voltage V LED , a duty cycle DC and or a turn-on time T on and / or a clock frequency f is compared. If the threshold value is exceeded or exceeded, the control means EM and a change in the output voltage V out are actuated . The threshold value preferably represents a lower limit for the forward voltage V LED on the LED, the switch-on time of the switching element, the clock frequency and the duty cycle DC.

Eine Spannungsverdoppelung bzw. Halbierung ist im Beispiel der 2 gegeben, wenn das Einstellmittel EM als Schalter ausgebildet ist, der geschlossen bzw. geöffnet, werden kann. Bei geschlossenem, d.h. bei leitendem, Schalter wird dann einer der beiden Kondensatoren während einer ersten Halbwelle der sekundärseitig induzierten AC Spannung geladen, während in der zweiten Halbwelle mit umgekehrter Polarität der zweite Kondensator aufgeladen wird, sodass sich die Spannung am Ausgangsanschluss AA für beide Kondensatoren addiert. A voltage doubling or halving is in the example of 2 given when the adjustment means EM is designed as a switch that can be closed or opened. When the switch is closed, ie when the switch is conductive, one of the two capacitors is then charged during a first half-cycle of the secondary-side induced AC voltage, while in the second half-cycle with reversed polarity the second capacitor is charged, so that the voltage at the output terminal AA adds up for both capacitors ,

Gleichzeitig bleibt die Spannung über der sekundärseitigen Induktivität L2 immer konstant, sodass die eigentliche LLC Regelung von der Schaltung der Ausgangsspannung unberührt bleibt. Somit wird der LLC Regelkreis mit den Steuersignalen zur Taktung des Wechselrichters HB durch dieses umschalten des Einstellmittels EM nicht beeinflusst. Somit kann eine primärseitige Steuerschaltung SS, die die Taktung des wenigstens einen Schalters der getakteten Schaltung GS steuert, diese Steuerung unabhängig von der Steuerung der Steuereinheit SE durchführen. At the same time, the voltage across the secondary-side inductance L2 always remains constant, so that the actual LLC control remains unaffected by the circuit of the output voltage. Thus, the LLC control loop is not affected by the control signals for clocking the inverter HB by this switching of the adjusting means EM. Thus, a primary-side control circuit SS, which controls the timing of the at least one switch of the clocked circuit GS, perform this control independently of the control of the control unit SE.

Dabei ist zu verstehen, dass das sekundärseitige Einstellmittel EM (beispielsweise Schalter, FET, MOSFET...) durch die Steuereinheit SE in Form eines Mikrocontrollers (bzw. ASIC, IC, ...), und insbesondere eines Mikrocontrollers, der das hochfrequent getaktete Schaltelement eines nachfolgenden Buck-Konverters ansteuert, angesteuert werden kann. So kann bei Erreichen eines minimalen Tastverhältnisses DC für das hochfrequent getaktete Schaltelement der Wandlerstufe WS die Steuereinheit SE ein Verringern der Ausgangsspannung Vout des Ausgangskreises KA durch Öffnen des Einstellmittels EM bzw. Schalters veranlassen. An Stelle oder zusätzlich zu dem Tastverhältnis DC des hochfrequent getakteten Wandlerschaltelements der Wandlerstufe WS kann auch die Einschaltzeitdauer Ton und/oder die Taktfrequenz f des Wandlerschaltelements zur Steuerung des Einstellmittels und/oder die Flussspannung VLED durch die LED-Last LED verwendet werden. It should be understood that the secondary-side adjusting means EM (for example, switch, FET, MOSFET ...) by the control unit SE in the form of a microcontroller (or ASIC, IC, ...), and in particular a microcontroller, which clocked the high-frequency Switching element of a subsequent buck converter drives, can be controlled. Thus, upon reaching a minimum duty cycle DC for the high-frequency clocked switching element of the converter stage WS, the control unit SE can cause a decrease in the output voltage V out of the output circuit KA by opening the adjusting means EM or switch. Instead of or in addition to the duty cycle DC of the high-frequency clocked converter switching element of the converter stage WS and the on-time T on and / or the clock frequency f of the converter switching element for controlling the adjusting and / or the forward voltage V LED can be used by the LED load LED.

Gemäß der Erfindung kann somit eine Ansteuerung des Wechselrichters HB auf der Primärseite des Transformators T2 bzw. der galvanischen Barriere unabhängig von einer Ansteuerung des Wandlerschaltelements der nachfolgenden Wandlerstufe WS erfolgen, wobei, wie gesagt, eine Steuereinheit SE zur Ansteuerung des Wandlerschaltelements der Wandlerstufe WS auch das Einstellmittel EM im Ausgangskreise KA des Transformators T2 ansteuern kann. According to the invention, therefore, a control of the inverter HB on the primary side of the transformer T2 and the galvanic barrier can be independent of a control of the converter switching element of the subsequent converter stage WS, wherein, as stated, a control unit SE for controlling the converter switching element of the converter stage WS and the Adjusting means EM in the output circuit KA of the transformer T2 can control.

Das Einstellmittel EM erlaubt so die Ausgangsspannung Vout zwischen wenigstens zwei Werten (beispielsweise einem Nennwert und einem doppelten Nennwert bzw. einem halbierten Nennwert) umzuschalten. The adjusting means EM thus allows the output voltage V out to be switched between at least two values (for example, a nominal value and a double nominal value or a halved nominal value).

Da an der sekundärseitigen Induktivität L2 des Transformators T2 keine Änderung auftritt, kann der primärseitige resonante Konverter im Wesentlichen mit unveränderten Arbeitspunkt betrieben werden. Auch kann der LED-Konverter selbst mit lediglich einem Paar Ausgangsanschlüssen AA, AA1 ausgestaltet sein, was Verdrahtungsfehler reduziert. Das Vorsehen einer weiteren sekundärseitigen Induktivität ist nicht erforderlich. Since no change occurs at the secondary-side inductance L2 of the transformer T2, the primary-side resonant converter can be operated essentially with an unchanged operating point. Also, the LED converter itself may be configured with only a pair of output terminals AA, AA1, which reduces wiring errors. The provision of a further secondary-side inductance is not required.

Die Steuereinheit SE kann auch auf der Primärseite der getakteten Schaltung GS angeordnet sein und das Einstellmittel EM über eine vorzugsweise potentialgetrennte Ansteuerung (Optokoppler, Transformator etc.) betätigen. Es wäre auch möglich, dass die Steuereinheit SE in die Steuerschaltung SS integriert ist. The control unit SE can also be arranged on the primary side of the clocked circuit GS and actuate the adjusting means EM via a preferably electrically isolated control (optocoupler, transformer, etc.). It would also be possible for the control unit SE to be integrated in the control circuit SS.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2005/0068792 A1 [0004] US 2005/0068792 A1 [0004]
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  • WO 2005/036726 A1 [0004] WO 2005/036726 A1 [0004]

Claims (12)

LED-Konverter, aufweisend: – eine getaktete Schaltung (GS), insbesondere eine LLC-Schaltung, und – einen in die getaktete Schaltung (GS) integrierten oder separat folgenden Transformator (T2), – eine Steuerschaltung (SS), die die Spannung an der Sekundärseite des Transformators durch Taktung wenigstens eines Schalters der getakteten Schaltung (GS) steuert, gekennzeichnet durch eine Spannungsveränderungsschaltung (SVS), der die Spannung an der Sekundärseite des Transformators (T2) zugeführt ist und die Einstellmittel (EM) aufweist, mittels dem die Amplitude der Spannung am Ausgang (AA) der Spannungsveränderungsschaltung (SVS) vorzugsweise bei konstanter Taktung des Schalters und vorzugsweise in diskreten Schritten einstellbar ist, wobei ausgehend von der Spannung (Vout) am Ausgang (AA) der Spannungsveränderungsschaltung direkt oder indirekt eine LED-Last (LED) versorgbar ist. LED converter, comprising: - a clocked circuit (GS), in particular an LLC circuit, and - a transformer (T2) integrated into or separately connected to the clocked circuit (GS), - a control circuit (SS) which supplies the voltage the secondary side of the transformer controlled by clocking at least one switch of the clocked circuit (GS), characterized by a voltage variation circuit (SVS), which is supplied to the voltage on the secondary side of the transformer (T2) and the adjusting means (EM), by means of which the amplitude the voltage at the output (AA) of the voltage variation circuit (SVS) is preferably adjustable with constant clocking of the switch and preferably in discrete steps, wherein starting from the voltage (V out ) at the output (AA) of the voltage variation circuit directly or indirectly an LED load ( LED) can be supplied. LED-Konverter nach Anspruch 1, wobei die Spannungsveränderungsschaltung (SVS) eine Serienschaltung von wenigstens zwei mit dem Ausgang (AA) der Spannungsveränderungsschaltung (SVS) verbundenen Kondensatoren (C2, C3) aufweist.  LED converter according to claim 1, wherein the voltage variation circuit (SVS) comprises a series connection of at least two capacitors (C2, C3) connected to the output (AA) of the voltage variation circuit (SVS). LED-Konverter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die getaktete Schaltung (GS) von einem Wechselrichter (HB) und insbesondere einer getakteten Halbbrückenschaltung mit einer Wechselspannung gespeist wird.  LED converter according to claim 1 or 2, wherein the clocked circuit (GS) by an inverter (HB) and in particular a clocked half-bridge circuit is supplied with an AC voltage. LED-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei von dem Ausgang (AA) der Spannungsveränderungsschaltung (SVS) eine getaktete Wandlerstufe (WS), insbesondere ein Abwärtswandler gespeist wird, der ein getaktetes Schaltelement aufweist.  LED converter according to one of the preceding claims, wherein from the output (AA) of the voltage variation circuit (SVS) a clocked converter stage (WS), in particular a down converter is fed, which has a clocked switching element. LED-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Einstellmittel (EM) von einer Steuereinheit (SE) auf der Sekundärseite des Transformators (T2) angesteuert wird.  LED converter according to one of the preceding claims, wherein the adjusting means (EM) by a control unit (SE) on the secondary side of the transformer (T2) is driven. LED-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) das Einstellmittel (EM) und das getaktete Schaltelement der Wandlerstufe (WS) ansteuert.  LED converter according to one of the preceding claims, wherein the control unit (SE) controls the adjusting means (EM) and the clocked switching element of the converter stage (WS). LED-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (SE) eine Flussspannung (VLED) an einem Leuchtmittel (LED) und/oder ein Tastverhältnis (DC) und/oder eine Einschaltzeitdauer (Ton) und/oder die Taktfrequenz (f) des getakteten Schaltelements der Wandlerstufe erfasst und abhängig davon das Einstellmittel (EM) ansteuert. LED converter according to one of the preceding claims, wherein the control unit (SE) has a forward voltage (V LED ) at a light source (LED) and / or a duty cycle (DC) and / or a switch-on time period (T on ) and / or the clock frequency ( f) of the clocked switching element of the converter stage detected and depending on the adjusting means (EM) controls. LED-Konverter nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (SE) das Einstellmittel (EM) bei Erreichen eines Schwellenwertes für die Flussspannung (VLED), das Tastverhältnis (DC) und/oder die Einschaltzeitdauer (Ton) und/oder die Taktfrequenz (f) ansteuert, und durch die Ansteuerung eine Änderung der Ausgangsspannung (Vout) verursacht. LED converter according to claim 7, wherein the control unit (SE) the setting means (EM) upon reaching a threshold value for the forward voltage (V LED ), the duty cycle (DC) and / or the switch-on time (T on ) and / or the clock frequency ( f), and causes a change in the output voltage (V out ) by the drive. LED-Konverter nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Schwellenwert eine untere Grenze für das Tastverhältnis (DC), eine minimale Flussspannung (VLED) und oder eine minimale Einschaltzeitdauer (Ton) und/oder eine maximale Taktfrequenz (f) definiert, und die Steuereinheit (SE) das Einstellmittel (EM) bei Erreichen des Schwellenwertes aktiviert, insbesondere einen Schalter schließt. LED converter according to claim 7 or 8, wherein the threshold value defines a lower limit for the duty cycle (DC), a minimum forward voltage (V LED ) and or a minimum on-time (T on ) and / or a maximum clock frequency (f), and the control unit (SE) activates the setting means (EM) when the threshold value is reached, in particular closes a switch. LED-Konverter nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Einstellelement ein Schalter oder ein Transistor ist.  LED converter according to one of the preceding claims, wherein the adjusting element is a switch or a transistor. Betriebsgerät aufweisend einen LED-Konverter nach Anspruch 1, eine mit dem Ausgangsanschluss (AA) einer Spannungsveränderungsschaltung (SVS) verbundene Wandlerstufe (WS) und eine Steuereinheit (SE), wobei die Steuereinheit (SE) sekundärseitig angeordnet ist und wenigstens das Einstellmittel (EM) ansteuert, und insbesondre unabhängig von einer Taktung des wenigstens einen Schalters der getakteten Schaltung (GS).  Operating device having an LED converter according to Claim 1, a converter stage (WS) connected to the output terminal (AA) of a voltage variation circuit (SVS) and a control unit (SE), the control unit (SE) being arranged on the secondary side and at least the setting means (EM) and in particular independent of a clocking of the at least one switch of the clocked circuit (GS). Verfahren zum Betrieb eines LED Konverters, wobei eine Steuerschaltung (SS) eine Spannung an einer Sekundärseite eines in eine getaktete Schaltung integrierten oder separat folgenden Transformators (T2) durch Taktung wenigstens eines Schalters der getakteten Schaltung (GS), insbesondere eine LLC-Schaltung, steuert, gekennzeichnet durch eine Spannungsveränderungsschaltung (SVS), der die Spannung an der Sekundärseite des Transformators (T2) zugeführt wird und die ein Einstellmittel (EM) aufweist, mittels dem die Amplitude der Spannung am Ausgang (SS) der Spannungsveränderungsschaltung (SVS) vorzugsweise in diskreten Schritten einstellbar ist, wobei ausgehend von der Spannung am Ausgang (AA) der Spannungsveränderungsschaltung eine LED-Last (LED) versorgbar ist.  Method for operating an LED converter, wherein a control circuit (SS) controls a voltage on a secondary side of a clocked circuit or separately following transformer (T2) by clocking at least one switch of the clocked circuit (GS), in particular an LLC circuit, marked by a voltage variation circuit (SVS) to which the voltage is applied to the secondary side of the transformer (T2) and which has an adjustment means (EM) by means of which the amplitude of the voltage at the output (SS) of the voltage variation circuit (SVS) is preferably adjustable in discrete steps . wherein starting from the voltage at the output (AA) of the voltage variation circuit, an LED load (LED) can be supplied.
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