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Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung zum Betreiben einer Last. Die Betriebsschaltung ist insbesondere zum Betreiben einer Leuchtmittelanordnung mit wenigstens einem Leuchtmittel eingerichtet. Bei dem wenigstens einen Leuchtmittel handelt es sich insbesondere um ein Halbleiterleuchtmittel, wie etwa eine Leuchtdiode. Die Betriebsschaltung dient insbesondere dazu, eine Eingangsspannung umzuwandeln, um eine geeignete Betriebsspannung bzw. einen geeigneten Betriebsstrom für die Last bereitzustellen.
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Eine Betriebsschaltung für das Betreiben einer Leuchtdiode ist aus
DE 10 2012 215 481 A1 bekannt. Die Betriebsschaltung weist eine galvanische Trennung auf. Eine sekundärseitig angeordnete Steuereinheit wird über eine Sekundärwicklung des Transformators versorgt. Um zum Einschaltzeitpunkt eine ausreichende Energieversorgung der Steuereinheit sicherzustellen, wird die Primärseite mit der Sekundärseite über einen hochohmigen Startwiderstand gekoppelt und dadurch die galvanische Trennung aufgehoben.
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DE 10 2010 031 247 A1 beschreibt eine Betriebsschaltung für eine LED-Beleuchtung. Die Betriebsschaltung hat zwei Wandlerschaltungen, die über jeweils eine Steuereinrichtung gesteuert werden. Die Wandlerschaltungen sind galvanisch über einen Transformator getrennt. Über Hilfswicklungen wird eine Gleichspannungsversorgung für die Steuereinrichtungen erzeugt.
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DE 10 2014 208 305 A1 offenbart eine Betriebsschaltung mit mehreren Ausgängen für jeweils eine Leuchtdiode. Die Betriebsschaltung ist galvanisch getrennt und eine sekundärseitig angeordnete Steuereinrichtung wird über eine Sekundärwicklung mit elektrischer Energie versorgt.
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Beim LED-Treiber UM10722 (User Manual, Rev. 1.1, 19. August 2014) wird für unterschiedliche Wandlerschaltungen eine gemeinsame Steuereinrichtung verwendet. Die elektrische Energie zum Betreiben der Steuereinrichtung für die Wandlerschaltungen wird durch zwei Hilfswicklungen an den Transformatoren der Wandlerschaltungen abgenommen.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Betriebsschaltung mit mehreren separaten Wandlerschaltungen den Betrieb der Wandlerschaltungen auf einfache Weise zu synchronisieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Betriebsschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die Betriebsschaltung hat eine von einer ersten Steuereinrichtung ansteuerbare erste Wandlerschaltung. Die erste Wandlerschaltung hat einen Eingang, der dazu eingerichtet ist, an eine Eingangsspannung angeschlossen zu werden. Bei der Eingangsspannung handelt es sich insbesondere um eine Gleichspannung bzw. gleichgerichtete Wechselspannung. Die erste Wandlerschaltung ist dazu eingerichtet, an einem Ausgang eine Ausgangsspannung für eine zweite Wandlerschaltung bereitzustellen. Die zweite Wandlerschaltung wird mittels einer zweiten Steuereinrichtung gesteuert. Ausgangsseitig ist an die zweite Wandlerschaltung die Last anschließbar. Die zweite Wandlerschaltung ist dazu eingerichtet, die Ausgangsspannung der ersten Wandlerschaltung in eine Betriebsspannung und/oder einen Betriebsstrom für die Last umzuwandeln.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind die beiden Wandlerschaltungen galvanisch nicht voneinander getrennt.
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Die beiden Steuereinrichtungen sind unabhängig voneinander und als separate Schaltungen aufgebaut. Sie können in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei den Steuereinrichtungen jeweils um Standard-ICs.
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Die erste Betriebsschaltung hat eine erste Versorgungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, eine erste Versorgungsspannung für die erste Steuereinrichtung zu erzeugen. Mittels einer ersten Hilfswicklung ist die erste Versorgungsschaltung induktiv mit einer ersten Wandlerinduktivität der ersten Wandlerschaltung gekoppelt. Über die erste Hilfswicklung kann elektrische Energie für das Erzeugen der ersten Versorgungsspannung bereitgestellt werden.
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Eine zweite Versorgungsschaltung der Betriebsschaltung ist dazu eingerichtet, eine zweite Versorgungsspannung für die zweite Steuereinrichtung zu erzeugen. Die zweite Versorgungsschaltung ist mittels einer zweiten Hilfswicklung induktiv mit der ersten Wandlerinduktivität gekoppelt.
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Durch das Versorgen der beiden Steuereinrichtungen über Hilfswicklungen, die beide mit der ersten Wandlerinduktivität gekoppelt sind, kann eine Synchronisierung des Starts nach dem Anlegen der Eingangsspannung auf einfache Weise erreicht werden, ohne die beiden Steuereinrichtungen integriert ausbilden zu müssen. Somit kann für jede Steuereinrichtung eine verfügbare Standardschaltung bzw. ein verfügbarer Standard-IC verwendet werden. Gleichzeitig ist es nicht erforderlich, die beiden Steuereinrichtungen mittels steuerungstechnischer Methoden zu koppeln. Zur Synchronisation des Starts des Betriebs wird erfindungsgemäß die gemeinsame induktive Kopplung der Hilfswicklungen an die erste Wandlerinduktivität verwendet.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht auch die Möglichkeit, die beiden Versorgungsschaltungen voneinander zu trennen, insbesondere unterschiedliche Massepotentiale für die erste Versorgungsschaltung und die zweite Versorgungsschaltung bzw. die erste Hilfswicklung und die zweite Hilfswicklung bereitzustellen.
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Bevorzugt sind die beiden Versorgungsschaltungen voneinander getrennt und sind insbesondere nicht direkt miteinander verbunden und nicht integral ausgebildet. Das Bezugspotential der ersten Steuereinrichtung und/oder der ersten Hilfswicklung ist durch ein erstes Massepotential gebildet, während das Bezugspotential der zweiten Steuereinrichtung und/oder der zweiten Hilfswicklung durch ein zweites Massepotential gebildet ist.
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Erfindungsgemäß sind die erste Steuereinrichtung und die zweite Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den Steuerbetrieb der Wandlerschaltungen innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zu starten. Sobald eine der beiden Steuereinrichtungen und zunächst die erste Steuereinrichtung den Betrieb zu einem Startzeitpunkt startet, beginnt die jeweils andere Steuereinrichtung, insbesondere zweite Steuereinrichtung, ihren Betrieb ausgehend von dem Startzeitpunkt innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne. Die vorgegebene Zeitspanne ist bevorzugt ausreichend klein, bevor die erste Wandlerschaltung schon wieder abgeschaltet und ausreichend groß, damit schon eine Ausgangsspannung aufgebaut wurde. Innerhalb dieser Zeitspanne erzeugt somit die erste Steuereinrichtung ein erstes Wandlerschaltsignal für einen ersten Wandlerschalter der ersten Wandlerschaltung und die zweite Steuereinrichtung erzeugt ein zweites Wandlerschaltsignal für einen zweiten Wandlerschalter der zweiten Wandlerschaltung.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren unter Verwendung eines der Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Betriebsschaltung, bei dem nach dem Anlegen der Eingangsspannung der Betrieb der beiden Steuereinrichtungen ab dem Startzeitpunkt innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne beginnt.
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Bevorzugt sind die Versorgungsschaltungen derart ausgebildet, dass nach dem Einschalten der Eingangsspannung beide Versorgungsspannungen innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne erzeugt werden. Dadurch ist eine Synchronisation bzw. einem wesentlichen zeitgleiches Starten des Betriebs durch die beiden Steuereinrichtungen ermöglicht.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die zeitliche Synchronisation beim Start des Betriebs der ersten und zweiten Steuereinrichtung ausschließlich über die Kopplung der ersten und der zweiten Versorgungsschaltung mit der ersten Wandlerinduktivität. Weitere Synchronisationsmittel sind insbesondere nicht vorhanden.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die erste Versorgungsschaltung eine Anlaufschaltung mit wenigstens einem Anlaufwiderstand aufweist, die mit dem Eingangsspannungspotential verbunden ist, so dass beim Einschalten der Eingangsspannung ausreichend Energie zur Verfügung steht, um den Betrieb der ersten Steuereinrichtung zu starten. Die weitere Energieversorgung erfolgt dann insbesondere mittels der ersten Hilfswicklung.
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Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Versorgungsschaltung derart ausgebildet sein, dass die beim Einschalten der Eingangsspannung erzeugte Energie in der zweiten Hilfswicklung ausreichend groß ist, um den Betrieb der zweiten Steuereinrichtung zu starten. Bei dieser Ausgestaltung kann unabhängig davon, ob die erste Wandlerschaltung bereits ihren korrekten Betrieb aufgenommen hat, der Start des Betriebs der beiden Steuereinrichtungen koordiniert erfolgen, um unerwünschtes Flackern zu vermeiden. Zunächst ist die erste Wandlerschaltung in Betrieb und dann startet die zweite Wandlerschaltung zeitverzögert den Betrieb. Die beiden Hilfswicklungen werden mit ausreichend elektrischer Energie durch das Magnetfeld der ersten Wandlerinduktivität versorgt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Versorgungsschaltungen oder zumindest Teile davon identisch aufgebaut. Ein Unterschied und vorzugsweise der einzige Unterschied kann darin bestehen, dass die erste Versorgungsschaltung zusätzlich über wenigstens einen Anlaufwiderstand mit der Eingangsspannung verbunden ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der ersten Versorgungsschaltung und/oder der zweiten Versorgungsschaltung weist diese ein steuerbares Bauelement auf, das einen veränderbaren ohmschen Widerstand hat. Bei dem steuerbaren Bauelement kann es sich zum Beispiel um einen Bipolartransistor handeln. Der veränderbare ohmsche Widerstand kann durch den Kollektor-Emitter-Widerstand gebildet sein. Über den veränderbaren ohmschen Widerstand des steuerbaren Bauelements kann eine konstante Versorgungsspannung auch dann bereitgestellt werden, wenn sich die an die Versorgungsschaltung angeschlossene Versorgungslast der betreffenden Steuereinrichtung verändert.
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Es ist bevorzugt, wenn die erste Versorgungsschaltung und/oder die zweite Versorgungsschaltung eine Stromverstärkungsstufe aufweist. Die Stromverstärkungsstufe kann einen Bipolartransistor und/oder Feldeffekttransistor und/oder Operationsverstärker aufweisen. Mittels der Stromverstärkungsstufe kann eine konstante Versorgungsspannung auch bei größeren Stromentnahmen aufrechterhalten werden.
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Es ist bevorzugt, wenn die für die Erzeugung der Versorgungsspannung zumindest in der zweiten Versorgungsschaltung erforderliche elektrische Energie ausschließlich über die Hilfswicklung bereitgestellt wird. Eine zusätzliche elektrische Energieeinspeisung für die erste Versorgungsschaltung kann durch Verbindung mit der Eingangsspannung über den Anlaufwiderstand vorhanden sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste Wandlerschaltung eine Aufwärtswandlerschaltung. Die zweite Wandlerschaltung kann eine Abwärtswandlerschaltung sein. Die erste Wandlerschaltung kann bevorzugt dazu eingerichtet sein, eine Leistungsfaktorkorrektur durchzuführen.
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Die erste Hilfswicklung kann neben dem Bereitstellen von elektrischer Energie für die erste Versorgungsschaltung eine weitere Funktion haben. Die erste Hilfswicklung kann beispielsweise über eine Stromsignalleitung mit der ersten Steuereinrichtung verbunden sein. Über die Stromsignalleitung kann die erste Steuereinrichtung den Stromverlauf in der ersten Wandlerinduktivität detektieren bzw. insbesondere detektieren, wann der Strom durch die erste Wandlerinduktivität einen Nulldurchgang aufweist. Dadurch ist es möglich, das erste Wandlersteuersignal für den ersten Wandlerschalter der ersten Wandlersteuerung abhängig von dem Strom durch die erste Wandlerinduktivität zu erzeugen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Betriebsschaltung,
- 2 und 3 jeweils einen beispielhaften, schematischen zeitlichen Verlauf einer Ausgangsspannung an einem Ausgang einer ersten Wandlerschaltung, einer Betriebsspannung am Ausgang einer zweiten Wandlerschaltung sowie einen Betriebsstrom am Ausgang der zweiten Wandlerschaltung gemäß dem Stand der Technik,
- 4 einen beispielhaften, schematischen zeitlichen Verlauf einer Ausgangsspannung an einem Ausgang einer ersten Wandlerschaltung, einer Betriebsspannung am Ausgang einer zweiten Wandlerschaltung sowie einen Betriebsstrom am Ausgang der zweiten Wandlerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Versorgungsschaltung und
- 6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Versorgungsschaltung.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Betriebsschaltung 10 zum Betreiben einer Last 11. Bei der Last 11 handelt es sich beispielsgemäß um eine Leuchtmittelanordnung 12 mit wenigstens einem Leuchtmittel 13. Bei dem Leuchtmittel 13 handelt es sich insbesondere um eine Leuchtdiode. Die Leuchtmittelanordnung 12 kann mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete Leuchtmittel 13 aufweisen.
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Die Betriebsschaltung 10 weist eine erste Wandlerschaltung 14 sowie eine zweite Wandlerschaltung 15 auf. Die erste Wandlerschaltung 14 ist dazu eingerichtet, mit einem Eingang 14a an eine Eingangsspannung UE angeschlossen zu werden. Die erste Wandlerschaltung 14 ist außerdem dazu eingerichtet, an ihrem Ausgang 14b eine Ausgangsspannung UA bereitzustellen. Die Eingangsspannung UE und die Ausgangsspannung UA sind Gleichspannungen. Bei der ersten Wandlerschaltung 14 handelt es sich beispielsgemäß um einen Gleichspannungswandler und insbesondere einen Aufwärtswandler.
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Wie es in 1 außerdem veranschaulicht ist, wird die Eingangsspannung UE durch Gleichrichten einer Netzspannung UN erzeugt. Hierzu weist die Betriebsschaltung 10 eine Gleichrichterschaltung 16 auf. Die Gleichrichterschaltung 16 kann auch eine Filterschaltung zum Eliminieren oder Reduzieren von Störungen aufweisen.
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Ein Eingang 15a der zweiten Wandlerschaltung 15 ist mit dem Ausgang 14b der ersten Wandlerschaltung 14 verbunden, so dass am Eingang 15a der zweiten Wandlerschaltung 15 die Ausgangsspannung UA anliegt. Die zweite Wandlerschaltung 15 ist dazu eingerichtet, eine Betriebsspannung UB und/oder einen Betriebsstrom IB zum Betreiben der Last 11 und beispielsgemäß der Leuchtmittelanordnung 12 zu erzeugen. Die Last 11 bzw. Leuchtmittelanordnung 12 ist an den Ausgang 15b der zweiten Wandlerschaltung 15 angeschlossen. Die zweite Wandlerschaltung 15 ist beim Ausführungsbeispiel als Abwärtswandler ausgeführt.
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Die Eingänge 14a, 15a und die Ausgänge 14b, 15b der Wandlerschaltungen 14, 15 haben jeweils einen Anschluss höheren Potentials und einen Anschluss niedrigeren Potentials. Der Anschluss niedrigeren Potentials ist beispielsgemäß jeweils mit einem ersten Massepotential M1 verbunden.
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Die erste Wandlerschaltung 14 weist eine Reihenschaltung aus einer ersten Wandlerinduktivität 20 und einer ersten Wandlerdiode 21 auf. Die Anode der ersten Wandlerdiode 21 ist mit der ersten Wandlerinduktivität 20 sowie einem ersten Wandlerschalter 22 der ersten Wandlerschaltung 14 verbunden. Der andere Kontakt des ersten Wandlerschalters 22 ist mit der ersten Masse M1 verbunden. Parallel zum Ausgang 14b der ersten Wandlerschaltung 14 ist ein erster Wandlerkondensator 23 geschaltet.
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Die erste Wandlerschaltung 14 wird durch eine erste Steuereinrichtung 24 angesteuert. Hierfür erzeugt die erste Steuereinrichtung 24 ein erstes Wandlerschaltsignal S1 zur Ansteuerung des ersten Wandlerschalters 22. Mittels des ersten Wandlerschaltsignals S1 wird der erste Wandlerschalter 22 zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand umgeschaltet, um den ersten Wandlerkondensator 23 auf die gewünschte Ausgangsspannung UA aufzuladen.
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Zur Versorgung der ersten Steuereinrichtung 24 ist eine erste Hilfswicklung 25 mit der ersten Wandlerinduktivität 20 induktiv gekoppelt. Die erste Hilfswicklung 25 ist beim Ausführungsbeispiel in Reihe zwischen das erste Massepotential M1 und eine erste Versorgungsschaltung 26 geschaltet. Ausgangsseitig stellt die erste Versorgungsschaltung 26 eine erste Versorgungsspannung V1 für die erste Steuereinrichtung 24 bereit. Ein Masseanschluss der ersten Steuereinrichtung 24 ist mit der ersten Masse M1 verbunden.
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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die erste Hilfswicklung 25 die Funktion, die elektrische Energie bereitzustellen und an die erste Versorgungsschaltung 26 zu liefern, die für das Erzeugen der ersten Versorgungsspannung V1 notwendig ist. Weitere Energiequellen zum Betreiben der ersten Steuereinrichtung 24 bzw. zum Erzeugen der ersten Versorgungsspannung V1 sind beim Ausführungsbeispiel nicht vorhanden.
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Über eine Stromsignalleitung 27 ist die erste Hilfswicklung 25 außerdem mit der ersten Steuereinrichtung 24 verbunden, insbesondere unmittelbar verbunden. Über die erste Stromsignalleitung 27 kann die Steuereinrichtung 24 einen Nulldurchgang des durch die erste Wandlerinduktivität 20 fließenden Stromes erkennen und/oder den Stromverlauf des durch die erste Wandlerinduktivität 20 fließenden Stromes detektieren. Somit hat die erste Hilfswicklung 25 beim Ausführungsbeispiel die weitere Funktion, ein für den Stromverlauf charakterisierendes Signal für die erste Steuereinrichtung 24 zu erzeugen und über die Stromsignalleitung 27 zu übermitteln.
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Die zweite Wandlerschaltung 15 weist zwischen dem Anschluss höheren Potentials am Eingang 15a und dem Anschluss höheren Potentials am Ausgang 15b eine Reihenschaltung aus einem zweiten Wandlerschalter 30 und einer zweiten Wandlerinduktivität 31 auf. Parallel zum Ausgang 15b der zweiten Wandlerschaltung 15 ist ein zweiter Wandlerkondensator 32 geschaltet. Die Verbindung zwischen dem zweiten Wandlerschalter 30 und der zweiten Wandlerinduktivität 31 ist mit der Kathodenseite einer zweiten Wandlerdiode 33 verbunden, deren anodenseitiger Anschluss mit dem ersten Massepotential M1 verbunden ist.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist in die Verbindung zwischen der Kathode der zweiten Wandlerdiode 33 und dem zweiten Wandlerschalter 30 einerseits sowie der zweiten Wandlerinduktivität 31 andererseits ein erster Widerstand 34 geschaltet. Die Verbindung zwischen dem ersten Widerstand 34 und der zweiten Wandlerinduktivität 31 ist mit einem Bezugspotential und beispielsgemäß einem zweiten Massepotential M2 verbunden.
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Der zweite Wandlerschalter 30 wird über ein zweites Wandlerschaltsignal S2 einer zweiten Steuereinrichtung 38 angesteuert, um zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand umgeschaltet zu werden. Der zweiten Steuereinrichtung 38 können Strom- und/oder Spannungssignale übermittelt werden, auf deren Basis das zweite Wandlerschaltsignal S2 erzeugt wird. Beim Ausführungsbeispiel wird der Strom und/oder die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Wandlerschalter 30 und der Kathode der zweiten Wandlerdiode 33 erfasst. Zusätzlich oder optional kann der vom Ausgang 15b in die Last 11 fließende Betriebsstrom IB und/oder die am Ausgang 15b anliegende Betriebsspannung UB erfasst und der Steuereinrichtung 38 übermittelt werden. Entsprechende Messleitungen sind in 1 schematisch gestrichelt veranschaulicht.
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Zur Energieversorgung der zweiten Steuereinrichtung 38 ist eine zweite Hilfswicklung 39 mit der ersten Wandlerinduktivität 20 der ersten Wandlerschaltung 14 induktiv gekoppelt. Die zweite Hilfswicklung 39 ist in Reihe zwischen das zweite Massepotential M2 und eine zweite Versorgungsschaltung 40 geschaltet, die ausgangsseitig eine zweite Versorgungsspannung V2 für die zweite Steuereinrichtung 38 bereitstellt. Als Massepotential der zweiten Steuereinrichtung 38 wird das zweite Massepotential M2 verwendet. Die zweite Hilfswicklung 39 stellt die erforderliche elektrische Energie bereit, um die zweite Versorgungsspannung V2 zu erzeugen. Beispielsgemäß sind keine anderen Energiequellen vorhanden, die zur Versorgung der zweiten Steuereinrichtung 38 bzw. zur Erzeugung der zweiten Versorgungsspannung V2 verwendet werden.
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Somit sind beispielsgemäß die beiden Hilfswicklungen 25, 39 voneinander getrennt und mit unterschiedlichen Massepotentialen M1, M2 verbunden. Dementsprechend sind auch die Bezugspotentiale der ersten Steuereinrichtung 24 und der zweiten Steuereinrichtung 38 voneinander verschieden.
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Eine galvanische Trennung zwischen den beiden Wandlerschaltungen 14, 15 ist beim Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen.
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In 5 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Realisierung der ersten Versorgungsschaltung 26 und/oder der zweiten Versorgungsschaltung 40 veranschaulicht. Die betreffende Hilfswicklung 25 bzw. 39 ist beispielsgemäß über einen zweiten Widerstand 44 mit dem jeweiligen Massepotential M1 bzw. M2 verbunden. Der andere Anschluss der Hilfswicklung 25 bzw. 39 ist über eine Reihenschaltung aus einem dritten Widerstand 45, einem ersten Kondensator 46 sowie einer ersten Zenerdiode 47 mit dem betreffenden Massepotential M1 bzw. M2 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem ersten Kondensator 46 und der ersten Zenerdiode 47 ist über eine erste Diode 48 sowie einen vierten Widerstand 49 mit einem Steuereingang 50 eines steuerbaren Bauelements 51 verbunden. Das steuerbare Bauelement 51 ist beim Ausführungsbeispiel durch einen Bipolartransistor und insbesondere einen npn-Bipolartransistor 52 gebildet. Der Steuereingang 50 ist der Basisanschluss des npn-Bipolartransistors 52. Der Emitter des npn-Bipolartransistors stellt außerdem einen Versorgungsanschluss 54 dar, an dem die betreffende Versorgungsspannung V1, V2 bereitgestellt wird. Zwischen den Versorgungsanschluss 54 und das betreffende Massepotential M1 bzw. M2 ist ein zweiter Kondensator 55 geschaltet. Eine zweite Zenerdiode 56 verbindet den Steueranschluss 50 und beispielsgemäß die Basis des npn-Bipolartransistors 52 mit dem betreffenden Massepotential M1 bzw. M2, wobei die Kathodenseite der zweiten Zenerdiode 56 mit dem Steueranschluss 50 verbunden ist. Die Kathode der ersten Zenerdiode 47 ist mit der Anode der ersten Diode 48 verbunden. Die Kathode der ersten Diode 48 ist zum einen mit dem vierten Widerstand 49 und zum anderen mit dem Kollektor des npn-Bipolartransistors 52 verbunden.
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Beispielsgemäß besteht der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Versorgungsschaltung darin, dass die erste Versorgungsschaltung 26 zusätzlich über wenigstens einen Anlaufwiderstand 60 mit der Eingangsspannung UE verbunden ist. Über den Anlaufwiderstand 60 wird insbesondere zum Start des Betriebs zusätzlich elektrische Energie bereitgestellt.
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Die in 5 veranschaulichte Schaltung dient dazu, die betreffende Versorgungsspannung V1, V2 am Versorgungsanschluss 54 auf einen konstanten Wert zu stabilisieren unabhängig davon, ob sich die durch die betreffende Steuereinrichtung 24 bzw. 38 gebildete Last verändert. Verändert sich die Versorgungslast, wird durch die Rückkopplung der Kollektor-Emitter-Widerstand verändert, um die betreffende Versorgungsspannung V1, V2 konstant zu halten.
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In 6 ist ein abgewandeltes und vereinfachtes Ausführungsbeispiel der ersten Versorgungsschaltung 26 und/oder der zweiten Versorgungsschaltung 40 veranschaulicht. Im Wesentlichen wurde auf das steuerbare Bauelement 51 verzichtet, wodurch auch die zweite Zenerdiode 56 entfallen kann. Im Übrigen kann auf die Erläuterung zu 5 verwiesen werden.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass dann, wenn von Widerständen die Rede ist, ohmsche Widerstände gemeint sind. Die beschriebenen Bauelemente wurden zur Unterscheidung mit einem nummerierenden Zusatz („erste“, „zweite“, usw.) versehen. Dieser nummerierende Zusatz dient nur der sprachlichen Unterscheidung. Es ist nicht notwendig, dass ein zweites oder drittes Bauteil nur dann vorhanden sein kann, wenn es auch ein entsprechendes erstes Bauteil gibt. Der nummerierende Zusatz hat keine einschränkende Bedeutung im Hinblick auf das Vorhandensein weiterer Bauteile oder eine Reihenfolge von Bauteilen.
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Die insoweit beschriebene Schaltung stellt eine Spannungsversorgung für die beiden Steuereinrichtungen 24, 38 über die jeweiligen Hilfswicklungen 25, 39 und die Versorgungsschaltungen 26, 40 bereit. Die in den Hilfswicklungen 25, 39 erzeugte Energie wird durch die induktive Kopplung mit der ersten Wandlerinduktivität 20 erreicht. Wird in der ersten Wandlerinduktivität 20 ein Magnetfeld induziert, steht Energie für das Erzeugen der Versorgungsspannungen V1, V2 zur Verfügung. Durch die Maßnahme, beide Versorgungsspannungen V1, V2, insbesondere ausschließlich durch induktives Koppeln mit der ersten Wandlerinduktivität 20 zu erzeugen, kann das gleichzeitige Einschalten der Steuereinrichtungen 24, 38 erreicht werden und mithin eine Synchronisation des Betriebsstarts sowohl der ersten Wandlerschaltung 14 als auch der zweiten Wandlerschaltung 15. Der sich daraus ergebende Vorteil wird anhand der 2-4 nachfolgend erläutert.
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In den 2-4 ist jeweils ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der Ausgangsspannung UA, der Betriebsspannung UB und des Betriebsstromes ID veranschaulicht. Bei dem in 2 dargestellten Fall wird zu einem ersten Zeitpunkt t1 die Eingangsspannung UE angelegt und der erste Wandlerkondensator 23 lädt sich auf. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 beginnt die zweite Wandlerschaltung 15 zu arbeiten und der zweite Wandlerschalter 30 wird durch das zweite Wandlerschaltsignal S2 zwischen einem leitenden und einem sperrenden Zustand umgeschaltet. Dadurch wird der erste Wandlerkondensator 23 abwechselnd geladen und entladen. Da die erste Steuereinrichtung 24 noch nicht in Betrieb ist und noch kein erstes Wandlerschaltsignal S1 erzeugt, ist die Spannungsschwankung der Ausgangsspannung UA nach dem zweiten Zeitpunkt t2 groß und die Differenz zwischen der Ausgangsspannung UA und der Betriebsspannung UB ist zumindest zeitweise zu klein, so dass die zweite Wandlerschaltung 15 nicht korrekt arbeitet. Dadurch entstehen sehr große Schwankungen des Betriebsstroms IB. Wird - wie beim Ausführungsbeispiel - als Last 11 eine Leuchtmittelanordnung 12 betrieben, entstehen dadurch wahrnehmbare Flackereffekte.
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Zu einem dritten Zeitpunkt t3 beginnt die erste Steuereinrichtung 24 bzw. die erste Wandlerschaltung 14 zu arbeiten und die Ausgangsspannung UA wird auf den gewünschten Wert geregelt. Es ist zu erkennen, dass dadurch die Stromschwankungen nach dem dritten Zeitpunkt t3 erheblich nachlassen.
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Bei dem in 3 veranschaulichten Fall sei umgekehrt zu der Darstellung gemäß 2 angenommen, dass zunächst die erste Wandlerschaltung 14 und zeitlich anschließend die zweite Wandlerschaltung 15 in Betrieb genommen wird. Zum ersten Zeitpunkt t1 wird wiederum die Eingangsspannung UE angelegt und der erste Wandlerkondensator 23 lädt sich entsprechend auf. Zu dem zweiten Zeitpunkt t2 wird das erste Wandlerschaltsignal S1 erzeugt und die erste Wandlerschaltung 14 beginnt zu arbeiten. Dadurch wird die Ausgangsspannung UA auf den gewünschten Wert geregelt. Ist die gewünschte Ausgangsspannung UA erreicht und der erste Wandlerkondensator 23 aufgeladen, ist das Regelziel erreicht und die erste Steuereinrichtung 24 veranlasst, dass der erste Wandlerschalter 22 in seinem sperrenden Zustand verbleibt. Zu einem dritten Zeitpunkt t3 beginnt nun die zweite Steuereinrichtung 38 das zweite Wandlerschaltsignal S2 zu erzeugen und die zweite Wandlerschaltung 15 beginnt ihren Betrieb. Aufgrund der Trägheit der Regelung der ersten Wandlerschaltung 14 führt dies dazu, dass die Ausgangsspannung UA nach dem dritten Zeitpunkt t3 sehr stark abfällt und die Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung UA und der Betriebsspannung UB nach dem dritten Zeitpunkt t3 zu klein wird, so dass die zweite Wandlerschaltung 15 nicht korrekt arbeiten kann. Auch dies führt zu entsprechenden Schwankungen des Betriebsstroms IB, wie es in 3 veranschaulicht ist. Erst ab einem vierten Zeitpunkt t4 kann durch das Nachregeln der Ausgangsspannung UA die Schwankungen des Betriebsstroms IB ausreichend klein gehalten werden.
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Anhand der geschilderten Beispiele gemäß der 2 und 3 ist zu erkennen, dass ein sequentielles Inbetriebnehmen der beiden Wandlerschaltungen 14, 15 zu unerwünscht großen Schwankungen des Betriebsstromes IB führen kann, was im Falle des Betreibens einer Leuchtmittelanordnung 12 als Last 11 zu wahrnehmbaren Flackereffekten führen kann.
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Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem Beginn des Betriebs einer der beiden Wandlerschaltungen 14 oder 15 und dem Beginn des Betriebs der jeweils anderen Wandlerschaltung 15 bzw. 14 eine vorgegebene Zeitspanne nicht überschritten wird. Ziel ist es, die beiden Wandlerschaltungen 14, 15 im Wesentlichen gleichzeitig mit einer möglichst geringen Zeitverzögerung einzuschalten, die jedenfalls kleiner ist als die vorgegebene Zeitspanne. Bei der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass beide Steuereinrichtungen 24, 38 im Wesentlichen gleichzeitig mit elektrischer Energie versorgt werden, die über die Hilfswicklungen 25, 39, 39 bereitgestellt wird. Wie es in 4 veranschaulicht ist, wird zu einem ersten Zeitpunkt t1 die Eingangsspannung UE angelegt, so dass sich der erste Wandlerkondensator 23 auflädt. Durch dieses Einschalten werden in den Hilfswicklungen 25, 39 Spannungen induziert, so dass die Versorgungsspannungen V1, V2 für die Steuereinrichtungen 24, 38 erzeugt werden können. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 beginnen die Steuereinrichtungen 24, 38 ihren Betrieb nur etwas zeitverzögert und beispielsgemäß zumindest innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne von maximal 10 bis 30 ms, beispielsweise 20 ms. Zunächst beginnt der Betrieb der ersten Steuereinrichtung 24 und zeitverzögert der Betrieb der zweiten Steuereinrichtung 38 innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne. Dadurch wird die Betriebsspannung UB und der Betriebsstrom IB erzeugt, wobei der Betriebsstrom IB nur sehr kleine Stromschwankungen aufweist. Ein Flackern einer Leuchtmittelanordnung 12 oder andere negative Auswirkungen beim Betrieb einer Last 11 können dadurch vermieden werden.
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Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung mit zwei gesteuerte Wandlerschaltungen 14, 15 zum Betreiben einer Last 11, insbesondere einer Leuchtmittelanordnung 12. Jede Wandlerschaltung 14, 15 wird durch eine zugeordnete separate Steuereinrichtung 24, 38 angesteuert. Zur Versorgung der Steuereinrichtungen 24, 38 sind Hilfswicklungen 25, 39 vorhanden, die induktiv mit einer ersten Wandlerinduktivität 20 der ersten Wandlerschaltung 14 gekoppelt sind. Sobald die erste Wandlerinduktivität 20 ein Magnetfeld erzeugt, steht elektrische Energie zum Versorgen der Steuereinrichtungen 24, 38 im Wesentlichen gleichzeitig bereit, so dass der Betrieb der beiden Steuereinrichtungen 24, 38 und mithin der beiden Wandlerschaltungen 14, 15 im Wesentlichen gleichzeitig gestartet werden kann. Dadurch lassen sich unerwünschte Stromschwankungen eines für die Last 11 bereitgestellten Betriebsstromes IB vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Betriebsschaltung
- 11
- Last
- 12
- Leuchtmittelanordnung
- 13
- Leuchtmittel
- 14
- erste Wandlerschaltung
- 14a
- Eingang der ersten Wandlerschaltung
- 14b
- Ausgang der ersten Wandlerschaltung
- 15
- zweite Wandlerschaltung
- 15a
- Eingang der zweiten Wandlerschaltung
- 15b
- Ausgang der zweiten Wandlerschaltung
- 16
- Gleichrichterschaltung
- 20
- erste Wandlerinduktivität
- 21
- erste Wandlerdiode
- 22
- erster Wandlerschalter
- 23
- erster Wandlerkondensator
- 24
- erste Steuereinrichtung
- 25
- erste Hilfswicklung
- 26
- erste Versorgungsschaltung
- 27
- Stromsignalleitung
- 30
- zweiter Wandlerschalter
- 31
- zweite Wandlerinduktivität
- 32
- zweiter Wandlerkondensator
- 33
- zweite Wandlerdiode
- 34
- erster Widerstand
- 38
- zweite Steuereinrichtung
- 39
- zweiten Hilfswicklung
- 40
- zweite Versorgungsschaltung
- 44
- zweiter Widerstand
- 45
- dritter Widerstand
- 46
- erster Kondensator
- 47
- erste Zenerdiode
- 48
- erste Diode
- 49
- vierter Widerstand
- 50
- Steuereingang
- 51
- steuerbares Bauelement
- 52
- npn-Bipolartransistor
- 54
- Versorgungsanschluss
- 55
- zweiter Kondensator
- 56
- zweite Zenerdiode
- 60
- Anlaufwiderstand
- IB
- Betriebsstrom
- M1
- erstes Massepotenzial
- M2
- zweites Massepotenzial
- S1
- erstes Wandlersteuersignal
- S2
- zweites Wandlersteuersignal
- t1
- erster Zeitpunkt
- t2
- zweiter Zeitpunkt
- t3
- dritter Zeitpunkt
- t4
- vierter Zeitpunkt
- UA
- Ausgangsspannung
- UB
- Betriebsspannung
- UE
- Eingangsspannung
- UN
- Netzspannung
- V1
- erste Versorgungsspannung
- V2
- zweite Versorgungsspannung
