EP2296449A1 - Parameterizable digital PFC (power factor correlation) - Google Patents
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- EP2296449A1 EP2296449A1 EP20100182614 EP10182614A EP2296449A1 EP 2296449 A1 EP2296449 A1 EP 2296449A1 EP 20100182614 EP20100182614 EP 20100182614 EP 10182614 A EP10182614 A EP 10182614A EP 2296449 A1 EP2296449 A1 EP 2296449A1
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- H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
Definitions
- the present invention relates to control gear for lamps, in particular to an electronic ballast for at least one gas discharge lamp, in particular a fluorescent lamp.
- the input from the prior art known electronic ballasts usually forms a connected to a power supply high-frequency filter, which is connected to a rectifier circuit.
- the supply voltage directed by the rectifier circuit is supplied to a smoothing circuit for generating an intermediate circuit voltage (bus voltage).
- an inverter fed with the intermediate circuit voltage generates a high-frequency alternating voltage, which is applied to the load circuit with the gas discharge lamp arranged therein.
- the operation with the high-frequency AC voltage among other things, an increase in the luminous efficiency of the lamp result. By changing the operating frequency is also given the opportunity to operate the lamp in different levels of brightness (dimming).
- the invention relates in particular to electronic ballasts with a smoothing circuit (English: Power Factor Correction, PFC), which the DC link voltage supplied to the inverter (Bus voltage).
- PFC Power Factor Correction
- the intermediate circuit voltage is regulated to a predetermined desired value, which is effected by a control circuit arranged within the smoothing circuit. This compares the current value of the intermediate circuit voltage as an actual value with an internally specified value and accordingly controls the energy consumption of the ballast and thus the value of the intermediate circuit voltage.
- a control of the energy consumption is usually carried out with the aid of a controllable switching element.
- the present invention has now set itself the task of extending the flexibility of the smoothing circuit (PFC) such that it is particularly fair in terms of requirements for a dimmable electronic ballast.
- PFC smoothing circuit
- an electronic ballast for at least one gas discharge lamp, in particular a fluorescent lamp.
- the ballast is supplied with an input voltage and has a smoothing circuit controlled by an intermediate circuit voltage regulator for generating a regulated DC link voltage and an inverter stored with the DC link voltage. At least one lamp can be connected to the inverter.
- the ballast external commands such as dimming, can be supplied.
- the DC link controller has properties that depend on the applied commands. Unlike the EP 1 189 490 A1 If necessary, the properties of the DC link controller are also changed within the same operating state (preheating, ignition, normal operation), in particular if an external dimming value specification changes.
- the external commands are to be distinguished from the "internal" operating states, according to the EP 1 189 490 A1 different properties of the smoothing circuit cause.
- a controller can be assigned to the DC link controller, to which the external commands can be supplied and which transmits to the DC link controller dependent setpoints with respect to the dynamic characteristics or other properties of the DC link regulation.
- setpoints are, for example, values with regard to the DC link voltage, the time constants of the DC link controller and the permissible harmonics (THD).
- a bidirectional communication can take place between the controller and the DC link controller in which the DC link controller transmits to the controller operating parameters of the smoothing circuit.
- These operating parameters can be, for example, the type and / or the level of the be present input voltage and / or the DC link voltage.
- the controller can be software controlled.
- the controller can be connected to a memory in which a look-up table (LUT) is stored, which assigns corresponding setpoints for the smoothing circuit to defined external commands, for example dimming values.
- LUT look-up table
- the controller can also determine the setpoint values for the DC link control, depending on the external commands, via implemented functions.
- the characteristics of the DC link regulator may also be adjustable depending on the type and / or the level of the input voltage of the electronic ballast.
- an electronic ballast (EVG) is provided, in which the DC link controller receives set values for the operation of the smoothing circuit from a software-controlled controller.
- EMG electronic ballast
- the addition of the software-controlled controller thus allows a much more flexible design of the electronic ballast in comparison to the prior art, which brings advantages in particular with dimmable but also with non-dimmable ballasts.
- the invention further relates to lights with such ballasts, to methods for operating an electronic ballast and a computer software program product to support such methods.
- the invention also expressly relates to a microcontroller, as it can be used in such methods or ballasts.
- FIG. 1 shown schematic representation of the electronic ballast according to the invention has been dispensed with the representation of the rectifier circuit, which is usually formed by a full-bridge rectifier.
- the rectified mains voltage is supplied to the smoothing circuit, which is formed in the illustrated example by a step-up converter, which consists of an inductor L1, a diode D1, a storage capacitor C1 and a controlled by the DC link voltage regulator 1 switching elements in the form of a field effect transistor S1.
- the intermediate circuit voltage V Z provided by the smoothing circuit is supplied to a load circuit 2 containing the inverter 7 and the load circuit 8 with the gas discharge lamp LA arranged therein, which can be a fluorescent lamp.
- the intermediate circuit voltage controller 1 which is designed as a digital controller in the example shown, will now be explained in more detail.
- the current value of the intermediate circuit voltage V Z is first detected via the input line 9.
- the intermediate circuit voltage V Z could also be detected indirectly, for example via the input voltage.
- this analog value of the intermediate circuit voltage V Z is converted by an analog-to-digital converter 2 into a digital value u (k).
- the conversion takes place in each clock cycle of the intermediate circuit voltage regulator 1, wherein the clock is predetermined by a central clock in the form of a fixed-frequency oscillator 3.
- the clock signals of the clock generator 3 are also supplied to a computing unit 5, which forms the core of the digital intermediate circuit voltage regulator 1, and to a control block 6 for driving the field-effect transistor S1.
- the arithmetic unit 5 serves to calculate a control value y (k) in each clock cycle, which is transmitted to the control block 6. This converts the control value y (k) into a signal for operating the field-effect transistor S1 and thus controls its turn-on time.
- the switching of the field effect transistor S1 takes place at a time at which as no current flows through the diode D1, since As a result, the switching losses are reduced.
- a detection winding L2 which is inductively coupled to the inductance L1 of the boost converter. If the field effect transistor S1 blocks, then the current across the inductance L1 drops continuously until it reaches zero at a certain point in time.
- control circuit L6 This point in time is detected by the control circuit L6 with the aid of the detection winding L2 and the field effect transistor S1 is switched through again while avoiding switching losses.
- the control value y (k) specifies how long the field effect transistor S1 is turned on. By the duration of the power consumption of the ballast and thus the amount of the provided intermediate circuit voltage V Z is determined. However, it is also possible to change its duty cycle as a function of the current control value y (k) instead of the switch-on time of the switch S1.
- control value y (k) takes place not only on the basis of the actual value u (k) of the intermediate circuit voltage V Z , but also on the basis of the actual values and the control values in the previous clock cycles. Due to the digital properties, the control value y (k) is calculated according to a specific function, ideally after an infinite series. This infinite series consists of series members, which however in the present example are aborted after the third term in order to keep the effort for calculating the control value within an acceptable range.
- the parameters used to weight the individual row members determine the dynamic behavior of the DC link voltage regulator 1. Accordingly, by using different parameter sets for the control block 6 in calculating the control value y (k), the DC link voltage regulator 1 adapted to different requirements.
- the arithmetic unit 5 of the DC link regulator 1 is assigned an integrated controller 10, which communicates bidirectionally with the arithmetic unit 5 of the intermediate-time regulator 1 (see reference numeral 11).
- the controller 10 is connected to a memory 12. Via a digital interface 13, the controller 10 can receive digital commands, such as dimming value specifications, but also, for example, send status messages or error messages to a connected digital bus, for example with the DALI standard.
- digital commands such as dimming value specifications, but also, for example, send status messages or error messages to a connected digital bus, for example with the DALI standard.
- the DC link controller 1, the controller 10 with the interface 13 and the memory 12 may be embodied for example as an ASIC.
- the software-controlled controller 10 thus receives externally supplied digital commands via the interface 13. Furthermore, the arithmetic unit 5 of the DC link regulator 1 can report back status information or operating parameters to it. Typical examples of this feedback from the arithmetic unit 5 of the DC link regulator to the controller 10 are the type and / or level of the applied input voltage and the current value of the intermediate circuit voltage V z .
- the DC link controller 1 is set via software depending on externally supplied commands, such as dimming values or feedback from DC link controllers.
- the DC link regulator can be set to the output power of the load circuit containing the lamp.
- the external default value is in this case, for example, a signal from a controller for the power of the output circuit.
- This setting is particularly important for dimmable electronic ballasts, which may experience "static" load changes due to variable lamp power compared to non-dimmable electronic ballasts.
- properties of the smoothing circuit it must be possible for properties of the smoothing circuit to be changed even in an operating phase, in particular during operation of the lamp in the ignited state.
- T off is the switch-off duration of the switch S1 and corresponding to T on the switch-on of this switch.
- the controller 10 may also determine these specifications via implemented functions.
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
- Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Betriebsgeräte für Leuchtmittel, insbesondere auf ein elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Leuchtstofflampe.The present invention relates to control gear for lamps, in particular to an electronic ballast for at least one gas discharge lamp, in particular a fluorescent lamp.
Den Eingang aus dem Stand der Technik bekannter elektronischer Vorschaltgeräte bildet üblicherweise ein an eine Spannungsversorgung angeschlossenes Hochfrequenzfilter, welches mit einer Gleichrichterschaltung verbunden ist. Die von der Gleichrichterschaltung gerichtete Versorgungsspannung wird an einer Glättungsschaltung zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung (Busspannung) zugeführt. Ein mit der Zwischenkreisspannung gespeister Wechselrichter erzeugt schließlich eine hochfrequente Wechselspannung, welche an den Lastkreis mit der darin angeordneten Gasentladungslampe angelegt wird. Das Betreiben mit der hochfrequenten Wechselspannung hat unter anderem eine Steigerung der Lichtausbeute der Lampe zur Folge. Durch eine Änderung der Betriebsfrequenz ist darüberhinaus die Möglichkeit gegeben, die Lampe in unterschiedlichen Helligkeitsstufen (Dimmwerten) zu betreiben.The input from the prior art known electronic ballasts usually forms a connected to a power supply high-frequency filter, which is connected to a rectifier circuit. The supply voltage directed by the rectifier circuit is supplied to a smoothing circuit for generating an intermediate circuit voltage (bus voltage). Finally, an inverter fed with the intermediate circuit voltage generates a high-frequency alternating voltage, which is applied to the load circuit with the gas discharge lamp arranged therein. The operation with the high-frequency AC voltage, among other things, an increase in the luminous efficiency of the lamp result. By changing the operating frequency is also given the opportunity to operate the lamp in different levels of brightness (dimming).
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf elektronische Vorschaltgeräte mit einer Glättungsschaltung (englisch: Power Factor Correction, PFC), welche die dem Wechselrichter zugeführte Zwischenkreisspannung (Busspannung) bereitstellt. Üblicherweise wird dabei die Zwischenkreisspannung auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt, was durch eine innerhalb der Glättungsschaltung angeordnete Regelschaltung erfolgt. Diese vergleicht den aktuellen Wert der Zwischenkreisspannung als Istwert mit einem intern vorgegebenen Sollwert und steuert dementsprechend die Energieaufnahme des Vorschaltgerätes und damit den Wert der Zwischenkreisspannung. Eine Steuerung der Energieaufnahme erfolgt dabei üblicherweise mit Hilfe eines steuerbaren Schaltelementes.The invention relates in particular to electronic ballasts with a smoothing circuit (English: Power Factor Correction, PFC), which the DC link voltage supplied to the inverter (Bus voltage). Usually, the intermediate circuit voltage is regulated to a predetermined desired value, which is effected by a control circuit arranged within the smoothing circuit. This compares the current value of the intermediate circuit voltage as an actual value with an internally specified value and accordingly controls the energy consumption of the ballast and thus the value of the intermediate circuit voltage. A control of the energy consumption is usually carried out with the aid of a controllable switching element.
Die Schaltvorgänge dieses Schaltelements der Glättungsschaltung können allerdings zu Oberwellen führen, welche in das angeschlossene Spannungsversorgung "zurückstrahlen". Dies bedeutet, dass Spannung und Strom am Eingang des Vorschaltgerätes hinsichtlich ihrer Phase auseinanderlaufen und eine Verzerrung eintritt, die zur Erzeugung von Oberwellen führt, welche vom angeschlossenen Netz wahrgenommen werden können. Da sich jedoch die Oberwellen im Netz störend auswirken können, verlangen üblicherweise Normen, das während eines Normalbetriebes der Gasentladungslampe die von einem elektronischen Vorschaltgerät erzeugten Oberwellen nur unterhalb eines bestimmten Pegels in das Netz "zurückstrahlen". Die Glättungsschaltung sollte daher so ausgelegt werden, dass ein auseinanderlaufen der Spannung und des Stroms hinsichtlich ihrer Phase möglichst vermieden wird.The switching operations of this switching element of the smoothing circuit, however, can lead to harmonics, which "back" in the connected power supply. This means that the voltage and current at the input of the ballast diverge in phase and distortion occurs, which leads to the generation of harmonics, which can be perceived by the connected network. However, since the harmonics in the network can have a disruptive effect, standards usually require that during normal operation of the gas discharge lamp the harmonics generated by an electronic ballast only "re-radiate" into the network below a certain level. The smoothing circuit should therefore be designed so that a divergence of the voltage and the current in terms of their phase is avoided as possible.
Aus der
Ausgangspunkt der
Die vorliegende Erfindung hat sich nunmehr zur Aufgabe gesetzt, die Flexibilität der Glättungsschaltung (PFC) derart zu erweitern, dass es insbesondere hinsichtlich der Anforderungen an ein dimmbares elektronisches Vorschaltgerät gerecht wird.The present invention has now set itself the task of extending the flexibility of the smoothing circuit (PFC) such that it is particularly fair in terms of requirements for a dimmable electronic ballast.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.This object is achieved by the features in the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist also ein elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere eine Leuchtstofflampe vorgesehen. Das Vorschaltgerät wird mit einer Eingangsspannung versorgt und weist eine von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerte Glättungsschaltung zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einem mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeicherten Wechselrichter auf. An den Wechselrichter ist wenigstens eine Lampe anschließbar. Im Gegensatz zu der
Die externen Befehle sind insofern von den "internen" Betriebszuständen zu unterscheiden, die gemässe der
Dazu kann dem Zwischenkreis-Regler ein Controller zugeordnet sein, dem die externen Befehle zuführbar sind und der dem Zwischenkreis-Regler von den aktuell anliegenden Befehlen abhängige Sollwerte bzgl. der dynamischen Eigenschaften oder anderer Eigenschaften der Zwischenkreisreglung übermittelt.For this purpose, a controller can be assigned to the DC link controller, to which the external commands can be supplied and which transmits to the DC link controller dependent setpoints with respect to the dynamic characteristics or other properties of the DC link regulation.
Beispiele für diese Sollwerte sind beispielsweise Werte bezüglich der Zwischenkreisspannung, der Zeitkonstanten des Zwischenkreisreglers sowie der zulässigen Oberwellen (THD).Examples of these setpoints are, for example, values with regard to the DC link voltage, the time constants of the DC link controller and the permissible harmonics (THD).
Zwischen dem Controller und dem Zwischenkreis-Regler kann eine bidirektionale Kommunikation erfolgen, bei der der Zwischenkreis-Regler dem Controller Betriebsparameter der Glättungsschaltung übermittelt. Diese Betriebsparameter können beispielsweise die Art und/oder der Pegel der anliegenden Eingangsspannung und/oder der Zwischenkreisspannung sein.A bidirectional communication can take place between the controller and the DC link controller in which the DC link controller transmits to the controller operating parameters of the smoothing circuit. These operating parameters can be, for example, the type and / or the level of the be present input voltage and / or the DC link voltage.
Der Controller kann Software-gesteuert sein.The controller can be software controlled.
Der Controller kann mit einem Speicher verbunden sein, in dem eine Vergleichstabelle (LUT - Look-Up-Table) abgelegt ist, die definierten externen Befehlen, beispielsweise Dimmwerten, entsprechende Sollwerte für die Glättungsschaltung zuweist. Alternativ kann der Controller die Sollwerte für die Zwischenkreisreglung abhängig von den externen Befehlen auch über implementierte Funktionen ermitteln.The controller can be connected to a memory in which a look-up table (LUT) is stored, which assigns corresponding setpoints for the smoothing circuit to defined external commands, for example dimming values. Alternatively, the controller can also determine the setpoint values for the DC link control, depending on the external commands, via implemented functions.
Zusätzlich oder alternativ zu der Abhängigkeit von den extern zugeführten Befehlen können die Eigenschaften des Zwischenkreis-Reglers auch abhängig von der Art und/oder dem Pegel der Eingangsspannung des elektronischen Vorschaltgerätes einstellbar sein.In addition or as an alternative to the dependence on the externally supplied commands, the characteristics of the DC link regulator may also be adjustable depending on the type and / or the level of the input voltage of the electronic ballast.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) vorgesehen, bei dem der Zwischenkreis-Regler von einem Softwaregesteuerten Controller Sollwerte für den Betrieb der Glättungsschaltung erhält. Das Hinzufügen des Softwaregesteuerten Controllers ermöglicht also eine weitaus flexiblere Ausgestaltung des elektronisches Vorschaltgerätes im Vergleich zum Stand der Technik, was insbesondere bei dimmbaren aber auch bei nicht-dimmbaren Vorschaltgeräten Vorteile mit sich bringt.According to a further aspect of the present invention, an electronic ballast (EVG) is provided, in which the DC link controller receives set values for the operation of the smoothing circuit from a software-controlled controller. The addition of the software-controlled controller thus allows a much more flexible design of the electronic ballast in comparison to the prior art, which brings advantages in particular with dimmable but also with non-dimmable ballasts.
Schliesslich bezieht sich die Erfindung auch auf ein Elektronisches Vorschaltgerät für wenigstens eine Gasentladungslampe, insbesondere Leuchtstofflampe, mit einer mit einer Eingangsspannung versorgten und von einem Zwischenkreisspannungs-Regler gesteuerten Glättungsschaltung (PFC) zum Erzeugen einer geregelten DC-Zwischenkreisspannung sowie einen mit der DC-Zwischenkreisspannung gespeisten Wechselrichter, an dessen Ausgang ein Lastkreis angeschlossen ist, in den wenigstens eine Lampe einsetzbar ist, wobei
- der Zwischenkreisspannungs-Regler direkt oder indirekt die Ausgangsleistung des Lastkreises erfasst, und
- der Zwischenkreisspannungs-Regler Eigenschaften aufweist, die von der Ausgangsleistung des Lastkreises abhängen.
- the DC link voltage controller directly or indirectly detects the output power of the load circuit, and
- the DC link voltage controller has characteristics that depend on the output power of the load circuit.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auch auf Leuchten mit derartigen Vorschaltgeräten, auf Verfahren zum Betrieb eines elektronischen Vorschaltgerätes sowie ein Computer-Softwareprogramm-Produkt zur Unterstützung derartiger Verfahren.The invention further relates to lights with such ballasts, to methods for operating an electronic ballast and a computer software program product to support such methods.
Schließlich bezieht sich die Erfindung auch ausdrücklich auf einen Mikrocontroller, wie er bei derartigen Verfahren bzw. Vorschaltgeräten Verwendung finden kann.Finally, the invention also expressly relates to a microcontroller, as it can be used in such methods or ballasts.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr bezugnehmend auf die einzige Figur der in der Anlage beigefügten Zeichnungen und anhand eines detaillierten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:
- Die
Fig. 1 zeigt dabei eine schematische Darstellung eines elektronischen Vorschaltgerätes für eine Leuchtstofflampe mit einem digitalen Zwischenkreisspannungs-Regler.
- The
Fig. 1 shows a schematic representation of an electronic ballast for a fluorescent lamp with a digital DC link voltage regulator.
Bei der in
Die Funktionsweise eines Hochsetzstellers ist im Prinzip bereits bekannt und soll daher im folgenden lediglich kurz zusammengefasst werden. Ist der Feldeffekttransistor S1 leitend, steigt der Strom in der Induktivität L1 linear an. Sperrt hingegen der Feldeffekttransistor S1, entlädt sich der Strom in den Speicherkondensator C1, so dass an diesem eine aus einer Gleichspannung mit Welligkeit ("Modulation") bestehende Zwischenkreisspannung VZ entsteht. Durch ein gezieltes Ansteuern des Feldeffekttransistors S1 kann die Energieaufnahme des Aufwärtswandlers und damit auch die an dem Speicherkondensator C1 anliegende Zwischenkreisspannung VZ beeinflusst werden. Dabei besteht die Möglichkeit, die Energieaufnahme durch eine Veränderung der Einschaltzeit oder des Tastverhältnisses TON des Schalters S1 zu variieren.The operation of a boost converter is already known in principle and will therefore be summarized in the following only briefly. If the field effect transistor S1 is conductive, the current in the inductance L1 increases linearly. On the other hand, if the field-effect transistor S1 blocks, the current discharges into the storage capacitor C1, so that an intermediate-circuit voltage V Z consisting of a DC voltage with ripple ("modulation") is formed thereon. By a targeted driving of the field effect transistor S1, the energy consumption of the boost converter and thus also applied to the storage capacitor C1 intermediate circuit voltage V Z to be influenced. In this case, it is possible to vary the energy consumption by changing the switch-on time or the duty cycle T ON of the switch S1.
Im Folgenden soll nun der Zwischenkreisspannungs-Regler 1, der im dargestellten Beispiel als digitaler Regler ausgestaltet ist, näher erläutert werden. Über die Eingangsleitung 9 wird zunächst der aktuelle Wert der Zwischenkreisspannung VZ erfasst. Alternativ zu dieser direkten Erfassung könnte die Zwischenkreisspannung VZ allerdings auch indirekt, beispielsweise über die Eingangsspannung erfasst werden. Zur digitalen Weiterverarbeitung wird dieser analoge Wert der Zwischenkreisspannung VZ durch einen Analog-zu-DigitalUmsetzer 2 in einem Digitalwert u(k) umgesetzt. Die Umsetzung erfolgt in jedem Taktzyklus des Zwischenkreisspannungs-Reglers 1, wobei der Takt durch einen zentralen Taktgeber in Form eines Festfrequenzoszillators 3 vorgeben wird. Die Taktsignale des Taktgebers 3 werden außer dem Analog-zu-DigitalUmsetzer 4 auch einer Recheneinheit 5, die das Kernstück des digitalen Zwischenkreisspannungs-Reglers 1 bildet, sowie einem Steuerblock 6 zum Ansteuern des Feldeffekttransistors S1 zugeführt.In the following, the intermediate circuit voltage controller 1, which is designed as a digital controller in the example shown, will now be explained in more detail. The current value of the intermediate circuit voltage V Z is first detected via the
Die Recheneinheit 5 dient dazu, in jedem Taktzyklus einen Steuerwert y(k) zu berechnen, der an den Steuerblock 6 übermittelt wird. Dieser setzt den Steuerwert y(k) in ein Signal zum Betreiben des Feldeffekttransistors S1 um und steuert damit dessen Einschaltzeit. Das Durchschalten des Feldeffekttransistors S1 erfolgt dabei zu einem Zeitpunkt, zu dem möglichst kein Strom durch die Diode D1 fließt, da hierdurch die Schaltverluste verringert werden. Hierzu dient eine Detektionswicklung L2, welche induktiv mit der Induktivität L1 des Hochsetzstellers gekoppelt ist. Sperrt der Feldeffekttransistor S1, so fällt der Strom über die Induktivität L1 kontinuierlich ab, bis er zu einem bestimmten Zeitpunkt den Nullpunkt erreicht. Dieser Zeitpunkt wird mit Hilfe der Detektionswicklung L2 von dem Steuerblock L6 erfasst und der Feldeffekttransistor S1 unter Vermeidung von Schaltverlusten wieder durchgeschaltet. Der Steuerwert y(k) gibt dabei vor, wie lange der Feldeffekttransistor S1 leitend geschaltet wird. Durch die Zeitdauer wird die Leistungsaufnahme des Vorschaltgerätes und damit die Höhe der bereitgestellten Zwischenkreisspannung VZ bestimmt. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, anstelle der Einschaltzeit des Schalters S1 dessen Tastverhältnis in Abhängigkeit von dem aktuellen Steuerwert y(k) zu verändern.The arithmetic unit 5 serves to calculate a control value y (k) in each clock cycle, which is transmitted to the
Die Berechnung des Steuerwertes y(k) erfolgt nicht nur anhand des aktuellen Istwerts u(k) der Zwischenkreisspannung VZ, sondern auch anhand der Istwerte sowie der Steuerwerte in den vorherigen Taktzyklen. Aufgrund der digitalen Eigenschaften, wird der Steuerwert y(k) nach einer bestimmten Funktion, im Idealfall nach einer unendlichen Reihe berechnet. Diese unendliche Reihe besteht aus Reihengliedern, die jedoch im vorliegenden Beispiel nach dem dritten Glied abgebrochen werden, um den Aufwand zum Berechnen des Steuerwerts in einem vertretbaren Bereich zu halten. Dies bedeutet, dass der aktuelle Steuerwert y(k) beispielsweise anhand der folgenden Gleichung berechnet wird:
Dabei bezeichnen y(k-1) und y(k-2) die Werte des Steuerwerts in dem vorherigen bzw. dem vorvorherigen Taktzyklus, während die Werte u(k-1) und u(k-2) die Istwerte in dem vorherigen bzw. vorvorherigen Taktzyklus bezeichnen. Diese einzelnen Werte werden mit den Parameter a1, a2 bzw. b1 bis b3 gewichtet.Where y (k-1) and y (k-2) denote the values of the control value in the previous and previous clock cycles, respectively, while the values u (k-1) and u (k-2) represent the actual values in the previous and previous clock cycles, respectively ., designate a preceeding clock cycle. These individual values are weighted with the parameters a1, a2 and b1 to b3.
Wie der oben aufgeführte Gleichung entnommen werden kann, bestimmen die zur Gewichtung der einzelnen Reihenglieder herangezogenen Parameter das dynamische Verhalten des Zwischenkreisspannungs-Reglers 1. Dementsprechend kann durch Verwenden unterschiedlicher Parametersätze für den Steuerblock 6 bei der Berechnung des Steuerwerts y(k) der Zwischenkreisspannungs-Regler 1 an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.As can be seen from the above equation, the parameters used to weight the individual row members determine the dynamic behavior of the DC link voltage regulator 1. Accordingly, by using different parameter sets for the
Der Recheneinheit 5 des Zwischenkreis-Reglers 1 ist dazu erfindungsgemäß ein integrierter Controller 10 zugeordnet, der mit der Recheneinheit 5 des Zwischenzeit-Reglers 1 bidirektional kommuniziert (s. Bezugszeichen 11).According to the invention, the arithmetic unit 5 of the DC link regulator 1 is assigned an integrated
Der Controller 10 ist mit einem Speicher 12 verbunden. Über eine digitale Schnittstelle (Interface) 13 kann der Controller 10 digitale Befehle, wie beispielsweise Dimmwertvorgaben erhalten, aber auch beispielsweise Zustandsmeldungen bzw. Fehlermeldungen an einen angeschlossenen Digitalbus, beispielsweise mit dem DALI-Standard, absenden.The
Der Zwischenkreis-Regler 1, der Controller 10 mit der Schnittstelle 13 sowie der Speicher 12 können beispielsweise als ASIC ausgeführt sein.The DC link controller 1, the
Der Software-gesteuerte Controller 10 erhält also extern zugeführte Digitalbefehle über die Schnittstelle 13. Weiterhin kann ihm die Recheneinheit 5 des Zwischenkreis-Reglers 1 Zustandsinformationen bzw. Betriebsparameter zurückmelden. Typische Beispiele für diese Rückmeldung von der Recheneinheit 5 des Zwischenkreis-Reglers zu dem Controller 10 sind die Art und/oder der Pegel der anliegenden Eingangsspannung sowie der aktuelle Wert der Zwischenkreisspannung Vz.The software-controlled
Abhängig von diesen eingehenden Informationen (externe Befehle, bzw. Rückmeldung vom Zwischenkreis-Regler, Ausgangsleistung des die wenigstens eine Lampe aufweisenden Lastkreises) kann nunmehr der Controller 10 der Recheneinheit 5 des Zwischenkreis-Reglers 1 Sollwerte für den Betrieb übermitteln. Diese Sollwerte können beispielsweise die folgenden Parameter betreffen:
- Busspannungs-Sollwert abhängig von der Eingangsspannung,
- Dynamische Eigenschaften des Zwischenkreis-Reglers:
- Die Reglerkoeffizienten müssen bei kleinen Dimmwerten zur Anpassung an Dynamik- und Stabilitätsanforderungen der Regelung verändert werden.
- Zur Verbesserung des Oberschwingungsverhaltens (THD) können die TON-Werte für den Schalter ausgehend von der Tabelle vorgegeben und optimiert werden. Die Modulation der TON-Werte des Schalters ist bei kleineren Eingangsspannungen zu verringern.
- Bus voltage setpoint dependent on the input voltage,
- Dynamic properties of the DC link controller:
- The controller coefficients must be changed for small dimming values to adapt to the dynamics and stability requirements of the control.
- To improve the harmonic response (THD), the T ON values for the switch can be specified and optimized based on the table. The modulation of the T ON values of the switch should be reduced at lower input voltages.
Erfindungsgemäß wird also der Zwischenkreis-Regler 1 über Software abhängig von extern zugeführten Befehlen, wie beispielsweise Dimmwerten oder auch von Rückmeldungen von Zwischenkreis-Regler eingestellt.Thus, according to the invention, the DC link controller 1 is set via software depending on externally supplied commands, such as dimming values or feedback from DC link controllers.
Weiterhin können kann der Zwischenkreis-Regler auf die Ausgangleistung des die Lampe enthaltenden Lastkreises eingestellt werden. Der externe Vorgabewert ist also in diesem Fall bspw. ein Signal von einem Regler für die Leistung des Ausgangskreises.Furthermore, the DC link regulator can be set to the output power of the load circuit containing the lamp. The external default value is in this case, for example, a signal from a controller for the power of the output circuit.
Diese Einstellung ist besonders wichtig bei dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräten, bei den es aufgrund der veränderbaren Lampenleistung im Vergleich zu nicht-dimmbaren elektronischen Vorschaltgeräten zu "statischen" Laständerungen kommen kann. Somit muss es möglich sein, dass auch innerhalb einer Betriebsphase, insbesondere während des Betriebes der Lampe im gezündeten Zustand Eigenschaften der Glättungsschaltung verändert werden.This setting is particularly important for dimmable electronic ballasts, which may experience "static" load changes due to variable lamp power compared to non-dimmable electronic ballasts. Thus, it must be possible for properties of the smoothing circuit to be changed even in an operating phase, in particular during operation of the lamp in the ignited state.
Die maximale Amplitude wie auch die Natur der Spannungsversorgung (AC, DC) können erfindungsgemäß entweder direkt gemessen werden (beispielsweise über den Spannungsteiler und einen AD-Wandler). Alternativ können sie über die folgende mathematische Funktion indirekt erfasst werden:
Toff ist dabei die Ausschaltzeitdauer des Schalters S1 und entsprechend Ton die Einschaltzeitdauer dieses Schalters.T off is the switch-off duration of the switch S1 and corresponding to T on the switch-on of this switch.
Die Zuordnung der Vorgaben für die Zwischenkreis-Regelung durch den Controller 10 kann wie in der Figur dargestellt über eine Abgleichtabelle (Look-Up-Table) erfolgen, die in dem Speicher 12 abgelegt ist und die eingehenden Befehlen über die digitale Schnittstelle bereit sind bzw. Rückmeldungen von der Zwischenkreis-Regelung die entsprechenden Vorgaben für die Zwischenkreis-Regelung zuordnet. Alternativ oder zusätzlich kann indessen der Controller 10 diese Vorgaben auch über implementierte Funktionen ermitteln.The assignment of the specifications for the DC link control by the
Als Beispiele für die unterschiedlichen Vorgaben für die Zwischenkreis-Regelung abhängig von der Art und/oder der Eingangsspannung sollen die folgenden Szenarien genannt sein:
- Durch die Erfassung des Maximalwertes der anliegenden Wechselspannung kann auf einen bestimmten geographischen Bereich beschlossen werden (Beispielsweise Europa oder USA). Über diese indirekte Erfassung des geographischen Anwendungsbereichs kann wiederum auf zulässige THD-Grenzwerte geschlossen werden. Dementsprechend können dann die Vorgaben für die Zwischenkreis-Regelung derart erfolgen, dass die in dem entsprechenden geographischen Bereich herrschenden Normen eingehalten werden.
- Die Busspannungs-Sollwertvorgabe kann abhängig von der Höhe der erfassten Wechselspannung eingestellt werden, wobei grundsätzlich die Regel gilt, dass die Busspannung desto höher vorgegeben wird, je höher die maximale Amplitude der anliegenden Wechselspannung ist.
- Beim Anliegen einer AC-Versorgungsspannung kann ein Betrieb der Zwischenkreis-Regelung vorgegeben werden, bei denen die Einschaltzeitdauer Ton des Schalters S1 konstant ist. Im Gegensatz dazu kann beim Anliegen einer DC-Spannung vorgesehen sein, dass die Einschaltzeitdauer Ton des Schalters S1 periodisch verändert wird ("Sweep Mode").
- By recording the maximum value of the applied AC voltage can be decided on a specific geographical area (for example, Europe or USA). In turn, this indirect coverage of the geographic scope can be used to determine acceptable THD limits. Accordingly, then the specifications for the DC link control can be made such that the prevailing in the corresponding geographical area standards are met.
- The bus voltage setpoint input can be adjusted depending on the level of the detected AC voltage are, in principle, the rule applies that the bus voltage is set higher, the higher the maximum amplitude of the applied AC voltage.
- When applying an AC supply voltage, an operation of the DC link control can be specified, in which the switch-on time T on the switch S1 is constant. In contrast, when applying a DC voltage, it may be provided that the switch-on time T on of the switch S1 is changed periodically ("sweep mode").
Claims (19)
wobei dem Zwischenkreis-Regler ein Controller zugeordnet ist, dem die externen Befehle zuführbar sind und der dem Zwischenkreis-Regler von den aktuell anliegenden Befehlen abhängige Sollwerte bzgl. der dynamischen Eigenschaften übermittelt.Operating device according to claim 3,
wherein the DC link controller is assigned a controller to which the external commands can be fed and transmits the DC link controller from the currently applied commands dependent setpoints with respect to the dynamic properties.
wobei der Controller dem Zwischenkreis-Regler Sollwerte bzgl. wenigstens einem von ZwischenkreisSpannung, Zeitkonstanten des Zwischenkreisreglers und zulässigen Oberwellen (THD) übermittelt.Operating device according to claim 4,
wherein the controller transmits to the intermediate circuit controller setpoint values with respect to at least one of the intermediate circuit voltage, the time constants of the intermediate circuit controller and permissible harmonics (THD).
bei dem der Zwischenkreis-Regler dem Controller Informationen bzgl. der Art der anliegenden Eingangsspannung, dem Pegel der anliegenden Eingangsspannung und/oder der Zwischenkreisspannung übermittelt.Operating device according to claim 6,
where the DC link controller is the controller Information regarding the type of applied input voltage, the level of the applied input voltage and / or the DC link voltage transmitted.
bei dem Eigenschaften des Zwischenkreis-Reglers abhängig von der Eingangsspannung einstellbar sind.Operating device according to one of the preceding claims,
in which properties of the DC link controller are adjustable depending on the input voltage.
bei dem die externen Befehle Informationen bzgl. der Ausgangsleistung des Lastkreises sind.Operating device according to one of the preceding claims,
in which the external commands are information regarding the output power of the load circuit.
bei dem der Controller dem Zwischenkreis-Regler Sollwerte anhängig von dem Controller zugeführten Dimmwerten übermittelt.Operating device according to claim 12,
in which the controller transmits setpoints to the DC link controller, depending on the dimming values supplied by the controller.
bei dem der Controller dem Zwischenkreis-Regler Sollwerte anhängig von der Art und/oder dem Pegel der Eingangsspannung übermittelt.Operating device according to claim 12 or 13,
in which the controller transmits setpoints to the DC link controller depending on the type and / or level of the input voltage.
bei dem der Controller den Sollwert für die Zwischenkreisspannung bei höheren Eingangsspannungen erhöht.Operating device according to claim 14,
where the controller increases the DC link voltage setpoint at higher input voltages.
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