Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, bei dem die für das Leuchtmittel nötige Betriebsspannung bzw. der Betriebsstrom mittels eines Resonanzwandlers erzeugt wird und bei dem der an das Leuchtmittel abgegebene Strom für die Steuerung des Resonanzwandlers erfasst wird, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Steuern des Betriebsgeräts.
Resonanzwandler mit einem Serien- oder Parallelresonanzkreis werden oft in Betriebsgeräten eingesetzt, um einen energieeffizienten Betrieb mit geringen Schaltverlusten zu ermöglichen. Für die Steuerung oder Regelung des Betriebsgeräts kann der von dem Resonanzwandler abgegebene Strom erfasst werden.
Die
Ein Betriebsgerät gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1 ist in der
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, ein Betriebsgerät für Leuchtmittel mit einem Resonanzwandler und ein Verfahren zum Steuern eines einen Resonanzwandler aufweisenden Betriebsgeräts bereitzustellen, die eine genaue Erfassung des an das Leuchtmittel abgegebenen Stroms oder der dem Leuchtmittel zugeführten Spannung mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau erlauben.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Betriebsgerät zum Betreiben von Leuchtmitteln einen Resonanzwandler zum Bereitstellen einer Spannung und eines Stroms für den Betrieb des Leuchtmittels, eine Messschaltung zum Erfassen des von dem Resonanzwandler an das Leuchtmittel abgegebenen Stroms und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Resonanzwandlers auf der Grundlage des erfassten Stroms auf. Der Resonanzwandler besteht zumindest aus einer Halbbrückenschaltung, einem mit der Halbbrückenschaltung gekoppelten Resonanzkreis und einem mit dem Resonanzkreis gekoppelten Übertrager. Die Messschaltung weist einen Transformator und einen Brückengleichrichter mit vier steuerbaren Schalter auf, wobei zumindest eine Primärwicklung des Transformators den von der Sekundärwicklung des Übertragers abgegebenen Strom erfasst, der Brückengleichrichter den von der Sekundärwicklung des Transformators abgegebenen Strom gleichrichtet und die vier steuerbaren Schalter auf der Grundlage eines zwischen den zwei Schaltern der Halbbrückenschaltung erfassten Signals angesteuert werden. Das Steuern des Resonanzwandlers erfolgt auf der Grundlage des gleichrichteten Stroms, welcher den von dem Resonanzwandler an das Leuchtmittel abgegebenen Strom anzeigt.
Der Transformator dient der Signalübertagung zu der für die Ansteuerung der Halbbrückenschaltung primärseitig angeordneten Steuereinrichtung mit Beibehalten der galvanischen Trennung, wobei das Erfassen des von der Sekundärwicklung des Übertragers abgegebenen Stroms durch den Transformator eine genaue Bestimmung des an das Leuchtmittel abgegebenen Stroms ermöglicht. Die Ansteuerung des Brückengleichrichters auf der Grundlage des zwischen den zwei Schaltern der Halbbrückenschaltung erfassten Signals ermöglicht im Gegensatz zu einer Ansteuerung auf der Grundlage der Ansteuersignale der Schalter der Halbbrückenschaltung eine vollständige Gleichrichtung des Stromes, da keine Anteile des Stroms durch ein aus der Totzeit zwischen den Ansteuersignalen bedingtes verspätetes Einschalten abgeschnitten werden.
Die Sekundärwicklung des Übertragers kann mit einem Zweiweggleichrichter, insbesondere einen Brückengleichrichter, verbunden sein, wobei der Transformator mit dem Zweiweggleichrichter bzw. dem Brückengleichrichter verbunden ist und eine Primärwicklung zum Erfassen des in den Gleichrichter fließenden positiven Stroms und eine Primärwicklung zum Erfassen des in den Gleichrichter fließenden negativen Stroms aufweist.
Die Messschaltung kann einen Komparator aufweisen, der das erfasste Signal mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht und ein Einschaltsignal an die Schalter eines Zweigs des Brückengleichrichters ausgibt, wenn das erfasste Signal oberhalb der vorgegebenen Spannung liegt, und ein Einschaltsignal an die Schalter des anderen Zweigs des Brückengleichrichters ausgibt, wenn das erfasste Signal unterhalb der vorgegebenen Spannung liegt.
Die Schalter des einen Zweigs des Brückengleichrichters können PNP-Transistoren sein und die Schalter des anderen Zweigs des Brückengleichrichters NPN-Transistoren.
Der Resonanzwandler kann ein LLC-Resonanzwandler sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern eines einen Resonanzwandler und einen Übertrager aufweisenden Betriebsgeräts zum Betreiben von Leuchtmitteln folgende Schritte auf:
Ein Brückengleichrichter kann mit der Sekundärwicklung des Übertragers verbundenen sein, wobei der durch den Brückengleichrichter fließende positive Strom mittels einer ersten Primärwicklung des Transformators erfasst wird und der durch den Brückengleichrichter fließende negative Strom mittels einer zweiten Primärwicklung des Transformators erfasst wird.
Das erfasste Signal kann mit einer vorgegebenen Spannung verglichen werden, wobei ein Einschaltsignal an die Schalter eines Zweigs des Brückengleichrichters ausgegeben wird, wenn das erfasste Signal oberhalb der vorgegebenen Spannung liegt, und ein Einschaltsignal an die Schalter des anderen Zweigs des Brückengleichrichters ausgegeben wird, wenn das erfasste Signal unterhalb der vorgegebenen Spannung liegt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
An den zwei Eingangsanschlüssen L, N des abgebildeten Betriebsgeräts 1 wird eine Versorgungsspannung zugeführt, die eine Netz-Wechselspannung von 230 Volt sein kann. Das Betriebsgerät 1 weist eine mit den Eingangsanschlüssen L, N verbundene Leistungsfaktorkorrekturschaltung 5, einen mit den Ausgangsanschlüssen 2, 3 verbundenen Resonanzwandler 6, eine Messschaltung 7 und eine zumindest den Resonanzwandler 6 steuernde Steuereinrichtung 8 auf.
Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 5 dient zur Bereitstellung der Betriebsspannung für den Resonanzwandler 6 an den Schaltungspunkten 9 und 10, welche eine Gleichspannung von 400 Volt sein kann, sowie zur Korrektur des Leistungsfaktors (sog. Power Factor Correction), bei der die Schaltzeiten des mit einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung ein- und ausgeschalteten Schalters eines Gleichspannungswandlers so gewählt werden, dass der Eingangsstrom der Schaltung einem sinusförmigen Verlauf folgt, der in Phase mit dem Verlauf der Netz-Wechselspannung ist, aus welcher die Bereitstellung der Betriebsspannung erzielt wird.
Der primärseitige Schaltungsteil 11 umfasst einen LLC-Resonanzkreis, der als Serienresonanzkreis ausgestaltet ist und eine Kapazität 16, eine erste Induktivität 17 und die Primärspule 13 als eine zweite Induktivität 30 in einer Serienschaltung aufweist sowie eine Halbbrücke mit einem ersten Schalter 18 und einem zweiten Schalter 19. An der Halbbrücke liegt die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 7 an den Schaltungspunkten 9 und 10 bereitgestellte Betriebsspannung an, wobei der erste Schalter 18 mit dem Schaltungspunkt 9 und der zweite Schalter 19 mit dem Schaltungspunkt 9 verbunden ist. Der LLC-Resonanzkreis ist mit dem Schaltungspunkt 9 und der Mitte M der Halbbrücke zwischen den zwei Schaltern 18 und 19 verbunden, d.h. der Serienresonanzkreis ist parallel zum zweiten Schalter 19 und in Reihe zum ersten Schalter 18 geschaltet.
Der sekundärseitige Schaltungsteil 12 weist einen mit der Sekundärspule 14 verbundenen und durch vier Dioden 20..23 gebildeten Brückengleichrichter und einen dem Brückengleichrichter nachgeschalteten und mit den Ausgangsanschlüssen 2, 3 parallel verbundenen Pufferkondensator 24 auf. Alternativ kann ein Zweiweggleichrichter mit zwei Dioden verwendet werden, wobei die Mitte der Sekundärspule 14 mit dem Ausgangsanschluss 3 verbunden und die Enden der Sekundärspule 14 über die zwei Dioden mit dem Ausgangsanschluss 2 verbunden ist.
Der Resonanzwandler 6 wandelt die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 5 an den Schaltungspunkten 9 und 10 bereitgestellte Betriebsspannung in eine gewünschte Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom für das Leuchtmittel 4 um. Hierfür steuert die Steuereinrichtung 8 den ersten Schalter 18 und den zweiten Schalter 19 so, dass immer nur einer der beiden Schalter leitend geschaltet ist. Dabei kann jeder der Schalter 18, 19 mit derselben Schaltfrequenz geschaltet werden, wobei zum Ändern der Helligkeit (Dimm-Pegel) des an den Ausgangsanschlüssen 2, 3 angeschlossenen Leuchtmittels 4 die Schaltfrequenz, mit der die Schalter 18, 19 getaktet geschaltet werden, geändert wird. Eine Vorschrift für die Zuordnung eines Dimm-Pegels zu einer entsprechenden Schaltfrequenz kann vom Hersteller oder Anwender ggf. auch für verschiedene Leuchtmittel, welche unterschiedliche Lasten darstellen, vorgegeben und z.B. gespeichert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für die Regelung des Resonanzwandlers 6 bzw. die Ansteuerung der Schalter 18, 19 der von dem Resonanzwandler 6 an das Leuchtmittel 4 abgegebene Strom mittels der Messschaltung 7 erfasst. Die in
Der abwechselnd in den zwei Primärwicklungen 25, 26 fließende Strom wird von der Sekundärwicklung 27 über die Potentialbarriere 15 hinweg erfasst und von dem steuerbaren Gleichrichter 28 der Messschaltung 7 gleichgerichtet. Die Ansteuerung des Gleichrichters 28 erfolgt auf der Grundlage des Spannungsverlaufs über dem LLC-Resonanzkreis, welcher je nach Wickelrichtung des Transformators proportional oder umgekehrt proportional zu dem Verlauf des von der Sekundärwicklung 27 abgegebenen Stroms ist. Hierzu erfasst die Messschaltung 7 die Spannung zwischen der Mitte M der Halbbrücke und dem Schaltungspunkt 10, welcher Masse sein kann, und bestimmt daraus die Ein- und/oder Ausschaltzeitpunkte des steuerbaren Gleichrichter 28, um den von der Sekundärwicklung 27 abgegebenen Strom vollständig, und ohne dass Anteile im Stromverlauf wegen eines zu späten Einschaltens und/oder zu frühen Ausschaltens abgeschnitten und somit nicht mitgemessen werden, gleichzurichten. Ein zu spätes Einschalten des Gleichrichters 28 würde beispielsweise bei einer Steuerung des Gleichrichters 28 mittels den von der Steuereinrichtung 8 an den ersten Schalter 18 und den zweiten Schalter 19 abgegebenen Einschaltsignale S1, S2 auf Grund der Totzeit zwischen den Einschaltsignalen S1, S2 erfolgen.
An dem Anschluss 35 liegt die in
Der von der Sekundärwicklung 27 abgegebene und von dem Brückengleichrichter der Messschaltung 7 gleichgerichtete Strom wird an dem Schaltungspunkt 36 von der Steuereinrichtung 8 mittels einem Messwiderstand R4 erfasst, welche den Resonanzwandler 6 auf der Grundlage des erfassten Stroms steuert oder regelt. Hierzu kann eine Abweichung zwischen dem erfassten Strom und einem vorgegebenen Wert ermittelt und der Resonanzwandler 6 so gesteuert werden, dass die ermittelte Abweichung verringert wird.
Die Steuereinrichtung 8 kann als ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC, "Application Specific Integrated Circuit") oder eine Kombination der genannten Einheiten ausgestaltet sein.
Das Invertieren des Schaltsignals bzw. der Schalter 34 kann entfallen, wenn die Zweige des Brückengleichrichters der Messschaltung 7 jeweils Transistoren mit unterschiedlichen Polarität aufweisen, wie zum Beispiel NPN-Transistoren für die Schalter 30, 31 und PNP-Transistoren für die Schalter 32, 33. Zudem oder alternativ kann ein Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichter mit zwei Schaltern verwendet werden.
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