DE202014106015U1 - Circuit for power factor correction with zero-crossing detection - Google Patents

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Abstract

Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur mit einem Schalter (1), der mittels einer Steuerungseinrichtung (24) zum Schalten eines Spulenstroms ein- und ausschaltbar ist; und einen Signalausgang (14) zum Erfassen des Stroms durch den Schalter (1) in Zeitdauern, in denen der Schalter (Ml) geschlossen ist, und zum Erfassen des Nulldurchgangs des Spulenstroms (3) in Zeitdauern, in denen der Schalter (l) geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schalter (l) für die Erfassung des Nulldurchgangs ein zumindest einen Kondensator (11) aufweisender und mit dem Signalausgang (14) gekoppelter Bypass vorgesehen ist.Circuit for power factor correction with a switch (1), which is switched on and off by means of a control device (24) for switching a coil current; and a signal output (14) for detecting the current through the switch (1) during periods in which the switch (Ml) is closed and for detecting the zero crossing of the coil current (3) during periods in which the switch (l) is open characterized in that on the switch (l) for detecting the zero crossing a at least one capacitor (11) exhibiting and with the signal output (14) coupled bypass is provided.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht allgemein auf sogenannte Hochsetzsteller-Leistungsfaktorkorrekturschaltungen (im Englischen „Boost PFC“ genannt). Insbesondere betrifft die Erfindung Leistungsfaktorkorrekturschaltungen für den Einsatz in Betriebsgeräten oder elektronischen Vorschaltgeräten für Leuchtmittel. The present invention relates generally to boost converter power factor correction circuits. In particular, the invention relates to power factor correction circuits for use in operating devices or electronic ballasts for lighting.

Hochsetzsteller, auch Aufwärtswandler genannt (englisch Boost-Converter), dienen dazu, das Niveau einer zugeführten Gleichspannung für einen Verbraucher auf ein höheres Niveau umzusetzen (Boost). Derartige Schaltungen finden beispielsweise Anwendung bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, wie elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs) für Gasentladungslampen oder LED-Konvertern. Wenn die Leuchtmittel hochfrequent betrieben werden sollen, wird die am Ausgang des Hochsetzstellers bereitgestellte Gleichspannung über Wechselrichter in eine hochfrequente Wechselspannung ungesetzt. Step-up converters, also called boost converters, serve to boost the level of a supplied DC voltage for a consumer to a higher level (Boost). Such circuits are used, for example, in control gear for lamps, such as electronic ballasts (ECGs) for gas discharge lamps or LED converters. If the lamps are to be operated at high frequency, the DC voltage provided at the output of the boost converter is set via inverter into a high-frequency AC voltage.

Gleichzeitig kann eine derartige Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors (Power Factor Correction) verwendet werden, bei der dann die Schaltzeiten des mit einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung ein- und ausgeschalteten Schalters des Hochsetzstellers so gewählt werden, dass der Eingangsstrom der Schaltung einem sinusförmigen Verlauf folgt, der in Phase mit dem Verlauf der Eingangsspannung ist. Dazu verfolgt eine Steuerung die Eingangsspannung und nutzt diese als Referenz um die Einschaltzeit der Pulsweitenmodulation zu regeln. At the same time, such a circuit for correcting the power factor (Power Factor Correction) can be used, in which then the switching times of the switched with a pulse width modulated control voltage switch on and off the boost converter are chosen so that the input current of the circuit follows a sinusoidal course, the in Phase with the course of the input voltage is. For this purpose, a controller tracks the input voltage and uses it as a reference to regulate the switch-on time of the pulse width modulation.

Einfache Netzteile von Betriebsgeräten mit Gleichrichter und nachfolgendem Glättungskondensator erzeugen im Stromnetz Oberwellenströme, da das Netzteil dem Stromnetz nur dann einen Strom zum Nachladen des Glättungskondensators entnimmt, wenn die sinusförmige Eingangsspannung größer als die Spannung am Kondensator ist, was zu einer kurzzeitigen hohen Stromaufnahme führt. Solchen Oberwellenströmen/Oberschwingungen kann durch eine aktive oder getaktete Leistungsfaktorkorrekturschaltung entgegengewirkt werden. Simple power supplies of Rectifier rectifiers and subsequent smoothing capacitors generate harmonic currents in the grid since the power supply only draws a current to recharge the smoothing capacitor when the sinusoidal input voltage is greater than the capacitor voltage resulting in a momentary high current draw. Such harmonic currents / harmonics can be counteracted by an active or clocked power factor correction circuit.

Der Betrieb eines Hochsetzstellers bzw. einer Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur wird üblicherweise von einer Steuer- und Regeleinrichtung, z.B. einen ASIC, „Application Specific Integrated Circuit“), welche eine Vielzahl von Messgrößen erfasst, gesteuert. The operation of a power factor correction circuit is usually controlled by a controller, e.g. an ASIC, "Application Specific Integrated Circuit"), which detects a plurality of measured variables, controlled.

Um die Anzahl der Anschlüsse der Steuer- und Regeleinrichtung für eine Erfassung der Messgrößen von einer Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur bzw. eines Hochsetzstellers zu reduzieren, schlägt die WO2007/121945A2 vor, die Leistungsfaktorkorrekturschaltung so zu gestalten, dass mehrere nicht gleichzeitig zu erfassende Messgrößen an einem Erfassungspunkt der Schaltung abgegriffen werden können. Insbesondre schlägt die WO2007/121945A2 vor, die Erfassung des Schalterstroms mit der Erfassung des Stroms der Spule bzw. dessen Nulldurchgängen zu kombinieren, so dass hierfür nur ein Eingang (Pin) an der Steuer- und Regeleinrichtung bereitgestellt werden muss. In order to reduce the number of terminals of the controller for detecting the quantities from a power factor correction circuit or a boost converter, the WO2007 / 121945A2 to design the power factor correction circuit so that a plurality of not simultaneously detected measures at a detection point of the circuit can be tapped. Insbesondre suggests the WO2007 / 121945A2 to combine the detection of the switch current with the detection of the current of the coil or its zero crossings, so that for this purpose only one input (pin) must be provided to the control and regulating device.

Bei der in der WO2007/121945A2 offenbarten Leistungsfaktorkorrekturschaltung wird die Information über den Schalterstrom durch einen mit dem Schalter in Reihe geschalteten Messwiderstand gewonnen und das Signal zur Detektion des Spulenstroms mittels einer mit der Ladespule induktiv gekoppelten Erfassungsspule erfasst. Die Erfassung des Spulenstroms wird mit einer Diode von der Erfassung des Schalterstroms entkoppelt. When in the WO2007 / 121945A2 disclosed power factor correction circuit, the information about the switch current is obtained by a measuring resistor connected in series with the switch and detects the signal for detecting the coil current by means of a detection coil inductively coupled to the charging coil. The detection of the coil current is decoupled with a diode from the detection of the switch current.

Die Verwendung der gekoppelten Erfassungsspule macht die Schaltung teuer und komplex. Da die negative Halbwelle in dem Signal zur Detektion des Spulenstroms durch die Diode zur Entkoppelung abgeschnitten wird, ist ein Detektion von Nulldurchgängen bei kleinen Signalpegeln schwierig. The use of the coupled detection coil makes the circuit expensive and complex. Since the negative half wave in the signal for detecting the coil current through the diode is cut off for decoupling, detection of zero crossings at small signal levels is difficult.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung bereitzustellen, die eine Reduzierung der Anzahl der Anschlüssen einer Steuer- und Regeleinrichtung für die Erfassung der Messgrößen erlaubt und die einen einfachen Aufbau aufweist. It is an object of the present invention to provide a power factor correction circuit which allows a reduction in the number of terminals of a control device for detecting the measured quantities and which has a simple structure.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet. This object is achieved according to the features of the independent claim 1. The invention is further developed by the features of the dependent claims.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung einen Schalter, der mittels einer Steuerungseinrichtung zum Schalten eines Spulenstroms ein- und ausschaltbar ist und einen Signalausgang zum Erfassen des Spulenstroms durch den Schalter in Zeitdauern, in denen der Schalter geschlossen ist, und zum Erfassen des Nulldurchgangs des Spulenstroms in Zeitdauern, in denen der Schalter geöffnet ist, auf, wobei an dem Schalter für die Erfassung des Nulldurchgangs ein zumindest einen Kondensator aufweisender und mit dem Signalausgang gekoppelter Bypass vorgesehen ist. According to the present invention, a power factor correction circuit includes a switch that is switchable on and off by a coil current switching control means, and a signal output for detecting the coil current through the switch during periods when the switch is closed and detecting the zero crossing of the coil current during periods in which the switch is open, wherein at the switch for detecting the zero crossing at least one capacitor having and coupled to the signal output bypass is provided.

Somit ist für die Erfassung des Spulenstroms keine mit der Ladespule induktiv gekoppelte Erfassungsspule nötig, was einen einfachen Aufbau der Schaltung erlaubt. Zudem weist das Signal zur Ermittlung des Schalterstroms bzw. dessen Nulldurchgänge einen hohen Dynamikumfang auf, so dass Nulldurchgänge auch bei Signalen mit kleiner Amplitude ermittelt werden können. Thus, no inductively coupled to the charging coil detection coil is necessary for the detection of the coil current, which allows a simple construction of the circuit. In addition, the signal for determining the switch current or its zero crossings on a high dynamic range, so that zero crossings can be determined even with small amplitude signals.

Der Bypass kann einen Widerstand und einen Kondensator, welche parallel zu dem Schalter geschaltet sind, aufweisen. The bypass may include a resistor and a capacitor connected in parallel with the switch.

Vorteilhaft ist ein Messwiderstand für die Ermittlung des durch den Schalter fließenden Stroms vorgesehen, der in Serie mit der Spule und dem Schalter geschaltet ist, wobei der Widerstand des Bypasses mit dem Messwiderstand verbunden ist. Advantageously, a measuring resistor is provided for detecting the current flowing through the switch, which is connected in series with the coil and the switch, wherein the resistance of the bypass is connected to the measuring resistor.

Der Signalausgang kann an einem Knoten zwischen dem Widerstand des Bypasses und dem Kondensator des Bypasses angekoppelt sein. The signal output may be coupled at a node between the resistance of the bypass and the capacitor of the bypass.

Vorteilhaft ist an dem Knoten ein Spannungsteiler angekoppelt, wobei der Spannungsteiler an dem Knoten über einen mit einem Widerstand in Serie geschalteten Kondensator angekoppelt sein kann. Advantageously, a voltage divider is coupled to the node, wherein the voltage divider may be coupled to the node via a capacitor connected in series with a resistor.

Die Schaltung kann die Steuerungseinrichtung selbst aufweisen, wobei die Steuerungseinrichtung dem an dem Spannungsteiler ankommendem Signal eine Offset-Spannung über den Spannungsteiler hinzufügt und einen Komparator aufweist der das mit der Offset-Spannung beaufschlagte Signal mit der Offset-Spannung für eine Ermittlung des Nulldurchgangs vergleicht. Dies bewirkt eine erleichterte Detektion der Nulldurchgänge bei kleinen Amplituden des erfassten Signals. The circuit may comprise the control device itself, wherein the control means adds an offset voltage across the voltage divider to the signal arriving at the voltage divider and has a comparator which compares the signal applied to the offset voltage with the offset voltage for detection of the zero crossing. This causes easier detection of the zero crossings at small amplitudes of the detected signal.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß der vorliegenden Erfindung, 1 A first embodiment of a circuit for correcting the power factor according to the present invention,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß der vorliegenden Erfindung, 2 A second embodiment of a circuit for correcting the power factor according to the present invention,

3 zwei Diagramme mit Signalverläufen von Spannungen der in 3 gezeigten Schaltung, und 3 two diagrams with waveforms of voltages of in 3 shown circuit, and

4 Ausschnitte aus den in der 3 gezeigten Diagrammen, 4 Excerpts from the in the 3 shown diagrams,

5 eine Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß dem Stand der Technik; und 5 a circuit for correcting the power factor according to the prior art; and

6 zwei Diagramme mit Signalverläufen von Spannungen der in 5 gezeigten Schaltung. 6 two diagrams with waveforms of voltages of in 5 shown circuit.

Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Insbesondere die Bauelemente in den Schaltungen mit gleichen Bezugszeichen können jedoch unterschiedlich dimensioniert sein. Components with the same functions are identified in the figures with the same reference numerals. In particular, the components in the circuits with the same reference numerals, however, can be dimensioned differently.

5 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß dem Stand der Technik, bei der Schalterstrom durch einen mit dem Schalter 1 in Reihe geschalteten Messwiderstand 2 erfasst und der Spulenstrom bzw. dessen zeitlicher Verlauf mittels einer mit der Ladespule 3 gekoppelten Erfassungsspule 4 induktiv erfasst wird. Die induktive Erfassung des Spulenstroms ist mit einer Diode 5 von der Erfassung des Schalterstroms entkoppelt. 5 shows a circuit diagram of a circuit for correcting the power factor according to the prior art, in the switch current through one with the switch 1 series-connected measuring resistor 2 recorded and the coil current or its time course by means of a charge coil 3 coupled detection coil 4 is detected inductively. The inductive detection of the coil current is with a diode 5 decoupled from the detection of the switch current.

Bei der in 5 zeigten Schaltung wird der Spule 3 über die Eingangsanschlüsse 6 und 7 eine Eingangs-Gleichspannung zugeführt. Die Spule 3 ist mit einer Diode 12 zwischen dem Eingangsanschluss 6 und einem Ausgangsanschluss 8 in Serie geschaltet. An den mit einem Ladekondensator 10 gekoppelten Ausgangsanschlüssen 8 und 9 wird eine Ausgangs-Gleichspannung bereitgestellt. Parallel zu der Serienschaltung aus dem Schalter 1 und dem Widerstand 2 ist ein Kondensator 11 angeordnet. Der Kondensator 11, der ein sogenannter „Snubber“-Kondensator ist, soll störende Hochfrequenzen oder Spannungsspitzen, die meist beim Schalten induktiver Lasten (hier der Spule 3) auftreten, reduzieren. Der Eingangsanschluss 7 ist mit dem Ausgangsanschluss 9 verbunden und weist ein niedriges Potential (z.B. Masse) gegenüber dem Eingangsanschluss 6 auf. At the in 5 showed circuit becomes the coil 3 via the input terminals 6 and 7 an input DC voltage supplied. The sink 3 is with a diode 12 between the input terminal 6 and an output terminal 8th connected in series. At the with a charging capacitor 10 coupled output connections 8th and 9 an output DC voltage is provided. Parallel to the series connection from the switch 1 and the resistance 2 is a capacitor 11 arranged. The capacitor 11 , which is a so-called "snubber" capacitor, should disturbing high frequencies or voltage spikes, usually when switching inductive loads (here the coil 3 ), reduce. The input connection 7 is with the output connector 9 connected and has a low potential (eg ground) opposite the input terminal 6 on.

Die mit der Spule 3 induktiv gekoppelte Erfassungsspule 4 ist mit ihrem einen Ende mit dem Eingangsanschluss 7 und mit dem anderen Ende über die Diode 5 und einem Widerstand 13 mit einem Signalausgang 14 für eine Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) verbunden. Der Signalausgang 14 ist auch über einen Widerstand 15 mit einem Knoten zwischen dem Schalter 1 und dem Messwiderstand 2 verbunden. The one with the coil 3 inductively coupled detection coil 4 is with its one end to the input port 7 and with the other end over the diode 5 and a resistance 13 with a signal output 14 for a control device (not shown). The signal output 14 is also about a resistance 15 with a node between the switch 1 and the measuring resistor 2 connected.

Wird der Schalter 1 durch Anlegen eines Steuersignals an einem Steuereingang 16, der mit dem Schalter 1 über einen Widerstand 17 verbunden ist, geschlossen, fließt ein Strom von dem Eingangsanschluss 6, durch die Spule 3, den Schalter 1 und den Messwiderstand 2 zu dem Eingangsanschluss 6. Die durch diesen Strom am Messwiderstand 2 abfallende Spannung kann von der Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) am Signalausgang 14 erfasst werden. Die Widerstände 13 und 15 dienen zur Begrenzung des Stromflusses in die Steuer- und Regeleinrichtung. Will the switch 1 by applying a control signal to a control input 16 that with the switch 1 about a resistance 17 connected, a current flows from the input terminal 6 , through the coil 3 , the switch 1 and the measuring resistor 2 to the input terminal 6 , The current through the measuring resistor 2 decreasing voltage may be from the controller (not shown) at the signal output 14 be recorded. The resistors 13 and 15 serve to limit the flow of current in the control and regulating device.

Nach dem Ausschalten des Schalters 1 treibt die Spule 3 einen Strom (Abmagnetisierungstrom) durch die Diode 12 und den Ladekondensator 10. Der Ladekondensator 10 wird dadurch aufgeladen. Desweiteren treten nach dem Ausschalten Oszillationen des Stromes durch die Spule 1 um eine Nulllinie auf, die durch einen aus der Spule 1, dem Kondensator 11 und einer Kapazität (nicht gezeigt) an den Eingangsanschlüssen 6 und 7 gebildeten Resonanzkreis bedingt sind. After switching off the switch 1 drives the coil 3 a current (Abmagnetisierungsstrom) through the diode 12 and the charging capacitor 10 , The charging capacitor 10 is charged by it. Furthermore occur after switching off oscillations of the current through the coil 1 around a zero line, passing through one from the coil 1 , the capacitor 11 and a capacitor (not shown) at the input terminals 6 and 7 formed resonant circuit are conditional.

Die Oszillationen des Stromes durch die Spule 1 werden mittels der mit der Ladespule 3 gekoppelten Erfassungsspule 4 induktiv erfasst und von der Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) an dem Signalausgang 14 detektiert. The oscillations of the current through the coil 1 be using the with the charging coil 3 coupled detection coil 4 inductively detected and by the control and regulating device (not shown) at the signal output 14 detected.

Das Diagramm 18 in 6 zeigt den Signalverlauf einer zwischen dem Signalausgang 14 und dem Eingangsanschluss 7 gemessenen Spannung U14 und das Diagramm 19 den Signalverlauf einer zwischen dem Knoten 20 und dem Eingangsanschluss 7 gemessenen Spannung U20. Der Signalverlauf in dem gestrichelt umrandeten Bereich 21 in dem Diagramm 18 repräsentiert den Anstieg des Stroms durch den Schalter 1 während der Einschaltzeit. Nach dem Ausschalten des Schalters 1 oszilliert der Signalverlauf, wobei die Amplitude mit der Zeit abnimmt. Für ein erneutes Einschalten des Schalters 1 zum Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stroms durch die Spule 3 wird die Spannung U14, z.B. mittels eines Komparators, mit einem Schwellenwert 22 verglichen bzw. jedes Unterschreiten des Schwellenwertes 22 detektiert. The diagram 18 in 6 shows the waveform one between the signal output 14 and the input terminal 7 measured voltage U 14 and the diagram 19 the waveform of a between the node 20 and the input terminal 7 measured voltage U 20 . The waveform in the dashed border area 21 in the diagram 18 represents the increase of the current through the switch 1 during the switch-on time. After switching off the switch 1 the waveform oscillates, with the amplitude decreasing with time. For a restart of the switch 1 at the time of the zero crossing of the current through the coil 3 is the voltage U 14 , for example by means of a comparator, with a threshold 22 compared or any falling below the threshold 22 detected.

Wie aus dem Diagramm 18 in 6 zu sehen ist, ist die Amplitude der Spannung U14 bei einer Zeit t von ca. 90µs soweit abgefallen, dass die Spannung U14 den Schwellenwert 22 nicht mehr erreicht und der Nulldurchgang nicht mehr detektiert werden kann. Like from the diagram 18 in 6 can be seen, the amplitude of the voltage U 14 at a time t of about 90μs has dropped so far that the voltage U 14 is the threshold 22 can no longer be reached and the zero crossing can no longer be detected.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Funktionsweise des Ladens des Ladekondensators 10 durch Öffnen und Schließen des Schalters in der in 1 gezeigten Schaltung entspricht der Funktionsweise der in 5 gezeigten Schaltung. Die Erzeugung des an dem Signalausgang 14 bereitgestellten Signals, der Spannung U14, ist jedoch verschieden. Die in 1 gezeigte Schaltung weist keine mit der Ladespule 3 gekoppelten Erfassungsspule 4 und keine mit der Erfassungsspule 4 verbundene Diode 5 auf. 1 shows a first embodiment of a circuit for correcting the power factor according to the present invention. The operation of charging the charging capacitor 10 by opening and closing the switch in the in 1 shown circuit corresponds to the operation of in 5 shown circuit. The generation of the at the signal output 14 provided signal, the voltage U 14 , however, is different. In the 1 shown circuit has none with the charging coil 3 coupled detection coil 4 and none with the detection coil 4 connected diode 5 on.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist an dem Schalter l für die Erfassung des Nulldurchgangs des durch die Spule 3 fließenden Stroms ein zumindest einen Kondensator 11a aufweisender und mit dem Signalausgang 14 gekoppelter Bypass angeschlossen. According to the present invention, at the switch l for the detection of the zero crossing of the through the coil 3 flowing current at least one capacitor 11a having and with the signal output 14 coupled bypass connected.

In der in 1 gezeigten Schaltung besteht der Bypass aus einem Widerstand 22 und einem Kondensator 11a, der auch die oben beschriebene Funktion eines „Snubber“-Kondensators erfüllt und der mit dem zwischen der Spule 3 und der Diode 12 liegenden Knoten 20 verbunden ist. Der Bypass ist mit dem Schalter 1 parallel und in Reihe mit der Spule 3 und dem Messwiderstand 2 geschaltet. Der Signalausgang 14 ist über den Widerstand 13 mit einem Knoten 23 zwischen dem Widerstand 22 und dem Kondensator 11a verbunden. In the in 1 As shown, the bypass consists of a resistor 22 and a capacitor 11a which also fulfills the function of a "snubber" capacitor described above and that between the coil 3 and the diode 12 lying nodes 20 connected is. The bypass is with the switch 1 parallel and in series with the coil 3 and the measuring resistor 2 connected. The signal output 14 is about the resistance 13 with a knot 23 between the resistance 22 and the capacitor 11a connected.

Wird der Schalter 1, der ein FET oder MOSFET sein kann, in der in 1 gezeigten Schaltung durch Anlegen des Steuersignals an dem Steuereingang 16 eingeschaltet, wird der Bypass von dem Schalter 1 kurzgeschlossen und es fließt ein Strom von dem Eingangsanschluss 6, durch die Spule 3, den Schalter 1 und den Messwiderstand 2 zu dem Eingangsanschluss 6. Die durch den Strom am Messwiderstand 2 abfallende Spannung kann von der Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) am Signalausgang 14 erfasst werden. Will the switch 1 , which may be a FET or MOSFET, in the 1 shown circuit by applying the control signal to the control input 16 turned on, the bypass is from the switch 1 shorted and a current flows from the input terminal 6 , through the coil 3 , the switch 1 and the measuring resistor 2 to the input terminal 6 , The current through the measuring resistor 2 decreasing voltage may be from the controller (not shown) at the signal output 14 be recorded.

Nach dem Ausschalten des Schalters 1 treibt, wie oben beschrieben, die Spule 3 einen Strom (Abmagnetisierungstrom) durch die Diode 12 und den Ladekondensator 10, der den Ladekondensator 10 auflädt. Der Bypass ist Teil des Resonanzkreises, der die Oszillationen des Stromes durch die Spule 1 um eine Nulllinie nach dem Ausschalten bzw. einen Wechselstrom durch den Ladekondensator 10, den Widerstand 22 und den Messwiderstand 2 verursacht. After switching off the switch 1 drives, as described above, the coil 3 a current (Abmagnetisierungsstrom) through the diode 12 and the charging capacitor 10 holding the charging capacitor 10 charging. The bypass is part of the resonant circuit that controls the oscillations of the current through the coil 1 by a zero line after switching off or an alternating current through the charging capacitor 10 , the resistance 22 and the measuring resistor 2 caused.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Spannungsverlauf der durch den Wechselstrom an dem Widerstand 22 und dem Messwiderstand 2 abfallenden, oszillierenden Spannung an dem Signalausgang 14 von der Steuer- und Regeleinrichtung (nicht gezeigt) detektiert werden. Da keine Diode zur Entkoppelung der Erfassung des Spulenstroms von der Erfassung des Schalterstroms gemäß der vorliegenden Erfindung nötig ist, weist das Signal zur Ermittlung des Schalterstroms bzw. dessen Nulldurchgänge einen höheren Dynamikumfang auf, so dass Nulldurchgänge auch mit Signalen mit kleiner Amplitude ermittelt werden können. According to the present invention, the voltage waveform through the alternating current at the resistor 22 and the measuring resistor 2 falling, oscillating voltage at the signal output 14 be detected by the control and regulating device (not shown). Since no diode for decoupling the detection of the coil current from the detection of the switch current according to the present invention is required, the signal for detecting the switch current or its zero crossings has a higher dynamic range, so that zero crossings can be determined even with small amplitude signals.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in 2 gezeigte Schaltung weist zusätzlich zu der in 1 gezeigten Schaltung eine Steuer- und Regeleinrichtung 24 mit dem Steuereingang 16 und dem Signalausgang 14 auf. Die Steuer- und Regeleinrichtung 24 ermittelt den Verlauf (Anstieg) des Stromes durch den geschlossenen Schalter 1 und den Stromverlauf (Nulldurchgänge) durch die Spule 3 bei geöffnetem Schalter 1 basierend auf der an dem Signalausgang 14 gemessenen Spannung U14 und steuert das Ein- und Ausschalten des an dem Steuereingang 16 über den Widerstand 17 angeschlossenen Schalters 1 auf Grundlage der ermittelten Verläufe. Vorteilhafter Weise erfasst und bewertet die Steuer- und Regeleinrichtung 24 weitere Betriebsparameter, wie die an den Eingangsanschlüssen 6 und 7 anliegende Eingangsspannung, die an den Ausgangsanschlüssen 8 und 9 anliegende Ausgangsspannung und/oder Signale zum aktuellen Leistungsbedarf einer nachgeschalteten Last. 2 shows a second embodiment of a circuit for correcting the power factor according to the present invention. In the 2 In addition to the circuit shown in FIG 1 shown circuit a control and regulating device 24 with the control input 16 and the signal output 14 on. The control and regulating device 24 determines the course (increase) of the current through the closed switch 1 and the current flow (zero crossings) through the coil 3 with the switch open 1 based on the at the signal output 14 measured voltage U 14 and controls the switching on and off of the control input 16 about the resistance 17 connected switch 1 based on the determined courses. Advantageously, the control and regulating device detects and evaluates 24 other operating parameters, such as those on the input terminals 6 and 7 applied input voltage at the output terminals 8th and 9 applied output voltage and / or signals to the current power requirement of a downstream load.

In der in 2 gezeigten Schaltung ist der Signalausgang 14 über einen aus den Widerständen 25 und 26 bestehenden Spannungsteiler, einen Kondensator 27 und den Widerstand 13 mit dem Knoten 23 verbunden. Der Kondensator 27 ist mit dem Spannungsteiler über einen Knoten 28 verbunden und dient zur Entkoppelung von von der Steuer- und Regeleinrichtung 24 abgegebenen Gleichspannung. In the in 2 The circuit shown is the signal output 14 over one of the resistors 25 and 26 existing voltage divider, a capacitor 27 and the resistance 13 with the node 23 connected. The capacitor 27 is with the voltage divider across a node 28 connected and used for decoupling of the control and regulating device 24 delivered DC voltage.

Der Widerstand 25 ist mit seinem einen Ende mit dem Knoten 28 und mit seinem andern Ende mit dem Eingangsanschluss 7 verbunden. Der Widerstand 26 ist mit seinem einen Ende mit dem Knoten 28 und mit seinem andern Ende mit einem Spannungsausgang 29 der Steuer- und Regeleinrichtung 24 verbunden. The resistance 25 is with its one end to the knot 28 and with its other end to the input terminal 7 connected. The resistance 26 is with its one end to the knot 28 and with its other end with a voltage output 29 the control and regulating device 24 connected.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Anlegen einer Gleichspannung über den Spannungsausgang 29 an dem Spannungsteiler die zu messende Spannung U14 mit einer zusätzlichen Spannung (Offset-Spannung) beaufschlagt werden. Dies ermöglicht die Messung auch von Signalen mit geringer Amplitude bzw. die Detektion deren Nulldurchgänge, wenn die Offset-Spannung zur Detektion der Nulldurchgänge verwendet wird. In the second embodiment according to the present invention, by applying a DC voltage across the voltage output 29 at the voltage divider, the voltage to be measured U 14 with an additional voltage (offset voltage) are applied. This allows the measurement even of low amplitude signals or the detection of their zero crossings when the offset voltage is used to detect the zero crossings.

Das Diagramm 30 in 3 zeigt den Signalverlauf der zwischen dem Signalausgang 14 und dem Eingangsanschluss 7 gemessenen Spannung U14 und das Diagramm 31 den Signalverlauf einer zwischen dem Knoten 20 und dem Eingangsanschluss 7 gemessenen Spannung U20. Der Signalverlauf der Spannung U14 in dem gestrichelt umrandeten Bereich 21 in dem Diagramm 30 repräsentiert den Anstieg des Stroms durch den Schalter 1 während der Einschaltzeit. Die Steuer- und Regeleinrichtung 24 überwacht diesen Stromanstieg, z.B. durch Vergleichen mit einem Grenzwert, und steuert den Schalter 1 über den Steuereingang 16 entsprechend bzw. schaltet den Schalter 1 ab, wenn der Grenzwert erreicht bzw. überschritten wird. The diagram 30 in 3 shows the waveform between the signal output 14 and the input terminal 7 measured voltage U 14 and the diagram 31 the waveform of a between the node 20 and the input terminal 7 measured voltage U 20 . The waveform of the voltage U 14 in the dashed bordered area 21 in the diagram 30 represents the increase of the current through the switch 1 during the switch-on time. The control and regulating device 24 monitors this current increase, eg by comparing with a limit, and controls the switch 1 via the control input 16 accordingly or switches the switch 1 when the limit is reached or exceeded.

Wie in 3 gezeigt oszillieren nach dem Ausschalten des Schalters 1 die Signalverläufe der Spannung U14 und der Spannung U20, wobei deren Amplituden mit der Zeit abnehmen. Wie oben beschrieben kann für die Ermittlung des Zeitpunktes für ein erneutes Einschalten des Schalters 1 die Spannung U14, z.B. mittels eines Komparators, mit einem Schwellenwert 22a verglichen bzw. jedes Unterschreiten des Schwellenwertes 22a detektiert werden, um zu einem bestimmten Zeitpunkt, z.B. zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des Stroms durch die Spule 3 den Schalter 1 wieder einzuschalten. Da keine Diode zur Entkoppelung der Erfassung des Spulenstroms von der Erfassung des Schalterstroms verwendet wird, ist die untere Halbewelle des Spannung U14 nicht abgeschnitten, was die Ermittlung von Nulldurchgängen auch mit Signalen mit kleiner Amplitude erlaubt. As in 3 shown oscillate after turning off the switch 1 the waveforms of the voltage U 14 and the voltage U 20 , wherein their amplitudes decrease with time. As described above, for the determination of the time for turning on the switch again 1 the voltage U 14 , for example by means of a comparator, with a threshold value 22a compared or any falling below the threshold 22a be detected at a certain time, for example, at the time of a zero crossing of the current through the coil 3 the switch 1 turn back on. Since no diode is used to decouple the detection of the coil current from the detection of the switch current, the lower half-wave of the voltage U 14 is not cut off, which allows the detection of zero crossings, even with small amplitude signals.

Zudem entspricht in dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung der Schwellenwert 22a der Offset-Spannung bzw. wird die Offset-Spannung als Schwellenwert 22a für die Ermittlung der Nulldurchgänge des Stromes verwendet. Wie in 3 gezeigt stellt der Schwellenwert 22a infolgedessen eine Basislinie für die Schwingung/Oszillation der Spannung U20 dar, so dass für ein Detektion der Nulldurchgänge keine Minimal-Amplitude der Spannung U20 erforderlich ist. In addition, in the second embodiment according to the present invention, the threshold value corresponds 22a the offset voltage or the offset voltage is the threshold value 22a used for the determination of the zero crossings of the current. As in 3 shown represents the threshold 22a as a result, a baseline for the oscillation / oscillation of the voltage U 20 , so that for detecting the zero crossings no minimum amplitude of the voltage U 20 is required.

4 zeigt Diagramme 33 und 34, welche einen zeitliche Ausschnitt aus den in der 3 gezeigten Diagrammen 30 bzw. 31 darstellen. Wie in 4 gezeigt sind die Verläufe der Spannungen U14 und U20 um 90 Grad phasenverschoben. Die Linie 32 markiert einen optimalen Zeitpunkt für das Wiedereinschalten des Schalters 1. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom durch die Spule 3 null und die Spannung U20 nimmt zu, so dass hier minimale Schaltverluste zu erwarten sind. Dieser optimale Zeitpunkt tritt bei jedem zweiten Nulldurchgang der Spannung U14 auf. Die Folgen von ungünstig gewählten Schaltzeiten bezüglich der Oszillation und deren Folgen sowie die Bestimmung von optimalen Schaltzeiten sind der WO2013/152372A2 auf Seite 11, Zeile 17, bis Seite 14, Zeile 28 zu entnehmen. 4 shows diagrams 33 and 34 , which a temporal excerpt from in the 3 shown diagrams 30 respectively. 31 represent. As in 4 shown are the curves of the voltages U 14 and U 20 phase-shifted by 90 degrees. The line 32 marks an optimal time for switching the switch back on 1 , At this time, the current is through the coil 3 zero and the voltage U 20 increases, so that here minimal switching losses are to be expected. This optimum time occurs at every other zero crossing of the voltage U 14 . The consequences of unfavorably selected switching times with respect to the oscillation and its consequences as well as the determination of optimum switching times are the WO2013 / 152372A2 on page 11, line 17, to page 14, line 28 refer.

Leistungsfaktorkorrekturschaltungen können wie in der WO2013/152372A2 beschrieben in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. Insbesondere kann ein Betrieb mit einem kontinuierlichen Strom durch die Spule 3 (so genannter „Continuous Conducton Mode“, CCM), ein Betrieb mit einem diskontinuierlichen Spulenstrom („Discontinuous Conduction Mode“, DCM) oder ein Betrieb im Grenzbereich zwischen kontinuierlichem und diskontinuierlichem Strom durch die Spule („Borderline Conduction Mode“ oder „Boundary Conduction Mode“, BCM) gewählt werden. Beim BCM-Betrieb kann ein Abfallen des Spulenstroms auf null während der Entladephase der Spule 3 als Anlass dafür genommen, einen neuen Schaltzyklus zu starten und den Schalter 1 wieder zu schließen, um die Spule erneut zu laden. Über die Dauer der Zeit, während der der Schalter jeweils eingeschaltet ist, kann der Leistungsfaktor gesteuert oder geregelt werden. Im DCM-Betrieb wird hingegen nach einem Nulldurchgang des Spulenstroms während der Entladephase zunächst eine vorgegebene zusätzliche Wartezeit abgewartet, bis der Schalter 1 erneut geschlossen wird. Power factor correction circuits may, as in the WO2013 / 152372A2 described operated in different operating modes. In particular, operation may be with a continuous current through the coil 3 (Continuous Conduction Mode, CCM), Discontinuous Conduction Mode (DCM), or Borderline Conduction Mode or Boundary Conduction Mode ", BCM). In BCM operation, the coil current may drop to zero during the discharge phase of the coil 3 as an opportunity to start a new switching cycle and the switch 1 close again to reload the coil. Over the duration of the time during which the switch is turned on, the power factor can be controlled or regulated. In DCM mode, on the other hand, after a zero crossing of the coil current during the discharge phase, a predetermined additional waiting time is initially waited until the switch 1 is closed again.

So kann die Wartezeit vor einem erneuten Einschalten des Schalters 1 abhängig von einer Last, d.h. abhängig von einer Ausgangsleistung der Schaltung, gewählt werden, um eine vorgegebene Ausgangsspannung zu halten. Die Steuer- und Regeleinrichtung 24 kann abhängig von der Last ein Betriebsmodus aus mehreren Betriebsmodi auswählen, wobei in einem ersten Betriebsmodus, der ein DCM-Betriebsmodus sein kann, eine Mindestwartezeit zwischen dem Ausschalten des Schalters 1 und einem erneuten Einschalten des Schalters 1 bestimmt wird. Ein Einschaltzeitpunkt für den Schalter 1 wird nicht nur abhängig von der Mindestwartezeit, sondern auch abhängig von einer über dem Schalter 1 abfallenden Spannung festgelegt. Dies erlaubt eine Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Schaltung während des Aus-Zustands des Schalters 1 zur Bestimmung des Einschaltzeitpunkts. So the waiting time before switching the switch on again 1 depending on a load, that is, depending on an output power of the circuit, are selected to hold a predetermined output voltage. The control and regulating device 24 For example, depending on the load, one operating mode may be selected from a plurality of operating modes, and in a first operating mode, which may be a DCM operating mode, a minimum wait time between turning off the switch 1 and a restart of the switch 1 is determined. A switch-on time for the switch 1 not only depends on the minimum waiting time, but also depends on one above the switch 1 declining voltage. This allows for consideration of the dynamic behavior of the circuit during the off state of the switch 1 for determining the switch-on time.

In dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das zu erfassende, oszillierende Signal mit einer Spannung (Offset-Spannung) beaufschlagt und mit einem der Offset-Spannung entsprechenden Schwellenwert 22a für die Ermittlung von Nulldurchgänge verglichen. In the in 2 shown second embodiment of a circuit according to the present invention, the voltage to be detected (oscillating signal to be detected) (offset voltage) is applied and with a threshold value corresponding to the offset voltage 22a compared for the determination of zero crossings.

Diese Beaufschlagung und die Wahl des Schwellenwerts stellen einen Aspekt der Erfindung dar, der im Übrigen unabhängig von dem an dem Schalter l gekoppelten Bypass ist. This loading and the selection of the threshold represent an aspect of the invention which is incidentally independent of the bypass coupled to the switch l.

Die Beaufschlagung des zu erfassenden, oszillierenden Signals mit einer Offset-Spannung und der Einsatz der Offset-Spannung als Schwellenwert 22a kann Vorteilhafterweise, muss aber nicht, mit einer Schaltung wie in 5 gezeigt kombiniert werden. Dies ist hier besonders vorteilhaft, da der Dynamikumfang des an dem Signalausgang 14 bereitgestellten Signals durch die Diode 5 eingeschränkt ist. The application of the oscillating signal to be detected with an offset voltage and the use of the offset voltage as a threshold value 22a may advantageously, but need not, with a circuit as in 5 be shown combined. This is particularly advantageous here, since the dynamic range of the at the signal output 14 provided signal through the diode 5 is restricted.

Hierzu wird in der in 5 gezeigten Schaltung an dem Signalausgang 14 die Steuer- und Regeleinrichtung 24 über einen Spannungsteiler verbunden, wobei ein Widerstand des Spannungsteilers mit seinem einen Ende mit dem Signalausgang 14 und mit seinem andern Ende mit dem Eingangsanschluss 7 verbunden wird und der andere Widerstand des Spannungsteiler mit seinem einen Ende mit dem Signalausgang 14 und mit seinem andern Ende mit einem Spannungsausgang 29 der Steuer- und Regeleinrichtung 24 verbunden wird. Optional kann ein Kondensator 27 zwischen dem Spannungsteiler und dem Signalausgang 14 zur Entkoppelung von von der Steuer- und Regeleinrichtung 24 abgegebener Gleichspannung vorgesehen sein. This is done in the in 5 shown circuit at the signal output 14 the control and regulating device 24 connected via a voltage divider, wherein a resistor of the voltage divider with its one end to the signal output 14 and with its other end to the input terminal 7 is connected and the other resistor of the voltage divider with its one end to the signal output 14 and with its other end with a voltage output 29 the control and regulating device 24 is connected. Optionally, a capacitor 27 between the voltage divider and the signal output 14 for decoupling from the control and regulating device 24 delivered DC voltage can be provided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (7)

Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur mit einem Schalter (1), der mittels einer Steuerungseinrichtung (24) zum Schalten eines Spulenstroms ein- und ausschaltbar ist; und einen Signalausgang (14) zum Erfassen des Stroms durch den Schalter (1) in Zeitdauern, in denen der Schalter (Ml) geschlossen ist, und zum Erfassen des Nulldurchgangs des Spulenstroms (3) in Zeitdauern, in denen der Schalter (l) geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schalter (l) für die Erfassung des Nulldurchgangs ein zumindest einen Kondensator (11) aufweisender und mit dem Signalausgang (14) gekoppelter Bypass vorgesehen ist. Circuit for power factor correction with a switch ( 1 ), which by means of a control device ( 24 ) is switched on and off for switching a coil current; and a signal output ( 14 ) for detecting the current through the switch ( 1 ) in periods in which the switch (Ml) is closed, and for detecting the zero crossing of the coil current ( 3 ) in periods in which the switch (1) is open, characterized in that at the switch (l) for detecting the zero crossing an at least one capacitor ( 11 ) and with the signal output ( 14 ) coupled bypass is provided. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass aus einem Widerstand (22) und einem Kondensator (11a), welche parallel zu dem Schalter (1) geschaltet sind, aufweist. Circuit according to Claim 1, characterized in that the bypass consists of a resistor ( 22 ) and a capacitor ( 11a ), which are parallel to the switch ( 1 ) are connected. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwiderstand (2) in Serie mit einer Spule (3) und dem Schalter (1) geschaltet ist und der Widerstand (22) des Bypasses mit dem Messwiderstand (2) verbunden ist. A circuit according to claim 2, characterized in that a measuring resistor ( 2 ) in series with a coil ( 3 ) and the switch ( 1 ) and the resistor ( 22 ) of the bypass with the measuring resistor ( 2 ) connected is. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang (14) an einem Knoten zwischen dem Widerstand (22) des Bypasses und den Kondensator (11a) des Bypasses angekoppelt ist. Circuit according to Claim 3, characterized in that the signal output ( 14 ) at a node between the resistor ( 22 ) of the bypass and the capacitor ( 11a ) of the bypass is coupled. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Knoten ein Spannungsteiler angekoppelt ist. A circuit according to claim 4, characterized in that at the node, a voltage divider is coupled. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler an dem Knoten über einen mit einem Widerstand (13) in Serie geschalteten Kondensator (27) angekoppelt ist. Circuit according to Claim 5, characterized in that the voltage divider at the node is connected across one with a resistor ( 13 ) connected in series capacitor ( 27 ) is coupled. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung die Steuerungseinrichtung (24) aufweist; die Steuerungseinrichtung (24) dem an dem Spannungsteiler ankommendem Signal eine Offset-Spannung über den Spannungsteiler hinzufügt; und die Steuerungseinrichtung (24) einen Komparator aufweist der das mit der Offset-Spannung beaufschlagte Signal mit der Offset-Spannung für eine Ermittlung des Nulldurchgangs vergleicht. Circuit according to Claim 5 or 6, characterized in that the circuit comprises the control device ( 24 ) having; the control device ( 24 ) adds an offset voltage across the voltage divider to the signal arriving at the voltage divider; and the control device ( 24 ) comprises a comparator which compares the signal applied to the offset voltage with the offset voltage for a determination of the zero crossing.
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