DE102008057333A1

DE102008057333A1 - Adaptiver PFC für Leuchtmittel-Lastkreis, insbesondere Lastkreis mit LED

Info

Publication number: DE102008057333A1
Application number: DE102008057333A
Authority: DE
Inventors: Michael Zimmermann; Dominique Combet
Original assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2010054834A1; AT516396B1; CN102217417B; DE112009002486B4; US20110241569A1; EP2353345A1; EP2353345B1; CN102217417A; AT516396A5; US9035565B2; DE112009002486A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer aktiv getakteten PFC-Schaltung mit direkt oder indirekt angeschlossenem Lastkreis am Ausgang der PFC-Schaltung, wobei der Lastkreis ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere LEDs aufweist, wobei der PFC-Schaltung wenigstens ein die Leistungsaufnahme des Lastkreises wiedergebendes Messsignal oder ein die Leistungsaufnahme angebendes externes Steuersignal zugeführt wird, und eine Steuerschaltung kontinuierlich oder vorzugsweise in zwei oder mehr Stufen die Betriebsweise der PFC-Schaltung abhängig von dem Steuersignal bzw. Messsignal einstellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Schaltungen zum Betrieb von Leuchtmitteln, wie beispielsweise Gasentladungslampen oder anorganischen oder organischen LEDs.
Bei vielen Betriebsgeräten für Leuchtmittel ist es üblich, dass die Leuchtmittel entweder hochfrequent (insbesondere bei Gasentladungslampen) oder aber durch PWM-Modulation (beispielsweise insbesondere bei LEDs) betrieben werden. Dazu sind sogenannte Treiberschaltungen vorgesehen, die beispielsweise in Form eines PWM-Modulators, einer Voll- oder Halbbrückenschaltung, etc. ausgebildet sein können. Diesen Treiberschaltungen wird üblicherweise eine DC-Versorgungsspannung zugeführt, der ggf. ein sogenannter Ripple überlagert sein kann.
Zur Bereitstellung dieser DC-Versorgungsspannung wird oft eine sogenannte PFC-Schaltung (Power Factor Correction) als aktive Leistungsfaktorkorrekturschaltung verwendet. Diese PFC-Schaltung erzeugt also die DC-Versorgungsspannung ausgehend von einer üblicherweise gleichgerichteten Netzversorgungsspannung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich dabei stets um sogenannte aktiv getaktete PFC-Schaltungen, also Schaltungen, bei denen die Leistungsaufnahme der PFC-Schaltung durch Taktung eines Schaltelements, wie beispielsweise eine Transistors vorgegeben wird. Bei geschlossenem Schaltelement wird dabei eine Induktivität aufmagnetisiert, die sich dann bei geöffnetem Schalter über eine Diode in einen Speicherkondensator entlädt.
Eine gewisse Problematik entsteht, wenn sich die Lastaufnahme des an dem Ausgang der PFC-Schaltung angeschlossenen Lastkreises (aufweisend die Treiberschaltung und die Leuchtmittel) sehr stark verändern kann, was insbesondere der Fall ist, wenn die angeschlossenen Leuchtmittel auf sehr niedrige Dimmwerte (beispielsweise 1% oder weniger der Nennleistung) gedimmt werden. Insbesondere LEDs können auf einen Bereich weiter unter 1% Nennleistung gedimmt werden.
Bei diesem stark gedimmten Betrieb wechselt die PFC-Schaltung automatisch und ungesteuert gemäss dem Stand der Technik in einen sogenannten Burst-Modus, bei dem sich die Schaltung mit relativ niedriger Frequenz ein- und ausschaltet, um ein unzulässiges übermäßiges Ansteigen der Ausgangsspannung der PFC-Schaltung zu vermeiden. Dieser Burst-Modus (Ein- und Ausschalten) hat eine sehr niedrige Frequenz und verursacht indessen unterschiedliche Probleme, wie beispielsweise die Instabilität der DC-Versorgungsspannung für die angeschlossene Treiberschaltung, akustische Probleme, ggf. Flackern der Leuchtmittel etc.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aktiv getaktete PFC-Schaltung hinsichtlich ihres Verhaltens bei unterschiedlicher Lastaufnahme an ihrem Ausgang zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer aktiv getakteten PFC-Schaltung mit direkt oder indirekt angeschlossenem Lastkreis am Ausgang der PFC-Schaltung. Der Lastkreis weist dabei ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere LEDs, auf. Der PFC-Schaltung wird wenigstens ein die Leistungsaufnahme des Lastkreises wiedergebendes Messsignal oder ein die Leistungsaufnahme angebendes externes Steuersignal zugeführt. Eine Steuerschaltung stellt kontinuierlich oder vorzugsweise in zwei oder mehr Stufen die Betriebsweise der PFC-Schaltung abhängig von dem Steuersignal bzw. Messsignal ein.
Dabei kann ein Dimmen unterhalb 1% der Nennleistung vorgesehen werden, insbesondere bei LEDs als Leuchtmitteln.
Die Betriebsweise der PFC-Schaltung kann bspw. durch Änderung von Zeitkonstanten der PFC-Schaltung verändert werden.
Die Zeitkonstanten können dabei die Zeitkonstanten einer Regelung der Taktung eines Schalters der PFC-Schaltung sein. Vorzugsweise wird dabei bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die Regelung verlangsamt.
Bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises kann die Taktung eines Schalters der PFC-Schaltung mit Impulspausen erfolgen („Discontinous Mode”).
Die PFC-Schaltung kann ausgehend von einer Netzspannung betrieben werden. Bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises wird die PFC-Schaltung gezielt nur während Zeitdauern betrieben, in denen die Netzspannungsamplitude hoch und vorzugsweise grösser als ein direkt oder indirekt gegebener Schwellenwert ist.
Wenn die PFC-Schaltung ausgehend von einer Netzspannung betrieben wird, kann bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die PFC-Schaltung mit einem Impulszug getaktet werden, der zeitlich im Bereich des Scheitels der Netzspannung gestartet wird.
Der Impulszug kann dabei bspw. vor Erreichen des Nulldurchgangs der Netzspannung gestoppt werden, wobei bis zum nächstfolgenden Impulszug eine Pause eingelegt wird.
Die Taktung der PFC-Schaltung kann mit der Netzspannung synchronisiert werden.
Die Betriebsweise der PFC-Schaltung kann durch Änderung einer Sollwertvorgabe für die über die Taktung der PFC-Schaltung als Stellgrösse geregelte Ausgangsspannung der PFC-Schaltung verändert werden.
Wenn das Messsignal bzw. Steuersignal eine Lastkreis-Leistungsaufnahme wiedergibt, die unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt, kann die Betriebsweise der PFC-Schaltung in einem diskreten Schritt verändert werden.
Der Lastkreis kann eine getaktete Treiberschaltung aufweist, deren Taktung mit der Taktung der PFC-Schaltung synchronisiert werden kann.
Die Treiberschaltung kann dabei PWM-moduliert sein und die Einschaltzeitdauer des Duty Cycles der Treiberschaltung nur in Perioden erfolgen, in denen die PFC-Schaltung mit Impulszügen aktiv getaktet ist, aber nicht in den Impulspausen zwischen zwei Impulszügen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Integrierte Steuerschaltung, insbesondere ASIC oder Mikrokontroller, die zum Lastadaptiven Betrieb einer PFC-Schaltung ausgebildet ist.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere für eine oder mehrere LEDs, aufweisend eine Steuerschaltung, die adaptiv, d. h. lastabhängig eine PFC-Schaltung betreibt, an die wiederum eine vorzugsweise getaktete LED-Treiberschaltung angeschlossen ist.
Das Betriebsgerät ist insbesondere ein dimmbares Gerät, dem bspw. (digitale) Dimmsignale über einen externen Anschluss, insbesondere eine Busleitung zuführbar sind. Dabei kann ein Dimmen unterhalb von 1% Nennleistung vorgesehen sein.
Weitere Aspekte, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele und anhand der Figuren der begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt dabei schematisch ein Betriebsgerät mit adaptiver PFC-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, und
2 zeigt im Detail einen beispielsweisen Aufbau einer PFC-Schaltung mit einem Lastkreis mit einem LED-Treiber (Konverter) und LEDs als Leuchtmitteln.
3 zeigt im Detail einen weiteren beispielsweisen Aufbau einer PFC-Schaltung mit einem Lastkreis mit einem LED-Treiber (Konverter) und LEDs als Leuchtmittel.
Wie in 1 ersichtlich, werden Leuchtmittel 6 ausgehend von einer Spannung U_in versorgt, die insbesondere eine Netzwechselspannung sein kann. Diese Netzwechselspannung U_in wird ggf. gefiltert und dann einem Gleichrichter 1 zugeführt. Die gleichgerichtete Wechselspannung wird dann einer getakteten PFC-Schaltung 2 zugeführt. An deren Ausgang wird oft ein Elektrolyt-Speicherkondensator 3 zur Stabilisierung der Ausgangsspannung U_out angeschlossen. Diese Spannung U_out ist eine DC-Versorgungsspannung, die wiederum dann einem Lastkreis 4 zugeführt ist, der insbesondere eine Treiberschaltung (Konverter) 5 sowie die zu versorgenden Leuchtmittel 6 aufweist.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen eine Steuerschaltung 7, die insbesondere als integrierte Schaltung wie beispielsweise ein ASIC, ein Mikrocontroller oder ein Hybridlösung davon ausgebildet sein kann. Es ist anzumerken, dass die innerhalb der Steuerschaltung 7 in 1 dargestellten Blöcke nur logisch zusammenhängend angeordnet sind, aber durchaus auf unterschiedliche Module verteilt sein können.
Die Steuerschaltung 7 kann aufweisen eine PFC-Regelung 9, der Rückführsignale aus dem Bereich der Eingangsspannung U_in, dem Bereich des PFCs (beispielsweise Schalterstrom) sowie die Ausgangsspannung Uout zugeführt werden. Der PFC-Regelung kann weiterhin ein Sollwert für die Ausgangsspannung U_outsoll zugeführt, wobei die PFC-Regelung 9 dann beispielsweise die Taktung, insbesondere den sogenannten duty cycle des Schalters des PFC 2 als Steuergröße zur Regelung der Ausgangsspannung U_out auf die Sollwertvorgabe U_outsoll verwenden kann.
Weiterhin kann in der Steuerschaltung 7 vorgesehen sein eine Lastkreisregelung 10. Dieser Lastkreisregelung können Messsignale aus dem Bereich der Treiberschaltung 5 wie auch aus dem Bereich der Leuchtmittel (Leuchtmittelspannung, Leuchtmittelstrom etc.) zugeführt werden. Die Lastkreisregelung verwendet dann üblicherweise eine Taktung von Schaltern der Treiberschaltung 5 als Steuergröße um beispielsweise einen die Leuchtmittelleistung wiedergebenden Parameter auf eine Sollwertvorgabe zu regeln.
In der Steuerschaltung 7 ist weiterhin ein logischer Block Moduswahl 11 vorgesehen, den ebenfalls Messsignale aus dem Bereich des PFCs, der Treiberschaltung 5 sowie der Leuchtmittel 6 zuführbar sind und alternativ oder zusätzlich dazu auch Informationen über eine Dimmwertvorgabe 8. Mittels dieser Moduswahleinheit 11 kann die Betriebsweise des PFCs kontinuierlich oder schrittweise in wenigstens zwei unterschiedliche Betriebsweisen verändert werden.
Grundsätzlich ist gemäß der vorliegenden Erfindung nunmehr vorgesehen, dass die PFC-Schaltung 2 bzw. die zugeordnete Steuerschaltung 7 selbsttätig (mittels Rückführsignalen) oder aber über das anliegende externe Signal erkennt, dass die Leistungsaufnahme des Lastkreises 4 gering (d. h. unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts) liegt. Die PFC-Schaltung 2 wird dann hinsichtlich ihrer Betriebsweise adaptiv auf diesen erkannten Zustand (geringe Last) eingestellt.
Beispielsweise können Zeitkonstanten des PFCs wie beispielsweise das zeitliche Antwortverhalten der PFC-Regelung 9 abhängig von der Lastaufnahme des Lastkreises verändert werden. Dazu kann beispielsweise bei erkannter oder vorgegebener niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises 4 die Regelschleife 9 verlangsamt werden.
Eine weitere Möglichkeit ist es, dass die Moduswahleinheit 11 eine Taktung des Schalters in dem PFC 2 in Form von Impulszügen vorgibt, wobei zwischen den Impulszügen längere Impulspausen vorgesehen sind (’discontinuous mode’ oder Burst-Mode).
Gemäß der Erfindung ist auch vorzugsweise vorgesehen, dass bei bekannter oder vorgegebener niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises 4 gezielt Einschaltzyklen (Impulszüge) selektiv nur in dem Bereich aktiviert werden, indem zeitlich gesehen die Amplitude der Eingangsspannung U_in (Netzspannung) groß, d. h. vorzugsweise größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Da also in diesem zeitlichen Bereich die Netzeingangsspannung verhältnismäßig groß ist, wird die PFC-Schaltung in diesem Zeitraum wenig Strom aufnehmen.
Erfindungsgemäß kann also der selektive Betrieb des PFCs in dem Betriebsmodus ’niedrige Last’ mit der Netzeingangsspannung synchronisiert sein.
Dazu kann wie in 1 schematisch dargestellt, die Steuerschaltung 7 ein Synchronisationssignal zugeleitet werden, das den Verlauf der Netzeingangsspannung wiedergibt, und dass vor dem Gleichrichter, zwischen dem Gleichrichter und dem PFC wie auch aus dem Bereich des PFC 2 abgeleitet sein kann. Eine weitere Alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Veränderung der Betriebsart der PFC-Schaltung 2 für den Modus ’niedrige Last’ ist es, beispielsweise bei niedrigen Dimmwerten die Ausgangsspannung V_out der PFC-Schaltung 2 zu verringern, beispielsweise durch entsprechende Verringerung des Sollwerts für die Ausgangsspannung U_outsoll. Dieser Betriebsweise könnten die Leuchtmittel 6, insbesondere LEDs, dann sowohl über die Amplitude der Ausgangsspannung U_out wie auch über die Lastkreisregelung 10, beispielsweise durch Einstellung eines Tastverhältnisses (PWM-Modulation) eines Schalters des LED-Treibers 5 eingestellt werden.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung stellt sich auch die Treiberschaltung 5 adaptiv auf niedrige Dimmwerte ein. Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Einschaltflanken der Impulse einer PWM-Ansteuerung eines Schalters der Treiberschaltung 5 den Einschaltflanken oder zumindest der ersten Einschaltflanke der Impulszüge (Impulspakete) der PFC-Schaltung 2 synchronisiert sind. Dadurch ist sichergestellt, dass zum Zeitpunkt der Einschaltflanke der PWM-Ansteuerung und während der Einschaltzeitdauer der PWM-Modulation der Treiberschaltung 5 durch gleichzeitige aktive Impulspakete der PFC-Schaltung 2 eine klar definierte (und geregelte) Versorgungsspannung U_out für die Treiberschaltung 5 vorliegt.
Dagegen kann zugelassen werden, dass zumindest im Bereich der Ausschaltzeitdauer der PWM-Modulation des Schalters der Treiberschaltung 5 die Versorgungsspannung Uout (Ausgangsspannung der PFC-Schaltung 2) nicht konstant ist und beispielsweise aufgrund in diesem Zeitraum nicht vorhandener Taktung der PFC-Schaltung 2 absinkt.
Die Frequenz der Impulszüge der PFC-Schaltung 2 ist vorzugsweise wesentlich größer als das doppelte der Netzfrequenz in diesem Bereich von beispielsweise mehr als 100 Hz kann dann eine etwaige Helligkeitsänderung der Leuchtmittel (Flackern) für das menschliche Auge kaum mehr wahrgenommen werden.
2 zeigt den Aufbau einer PFC-Schaltung 2 und einer Treiberschaltung 5 zur Versorgung von LEDs als Leuchtmittel 6.
Die PFC-Schaltung 2 weist im wesentlichen eine Spule L3, die aufmagnetisiert wird, wenn der Schalter (Transistor) S2 auf einen Ansteuerbefehl S2D von der integrierten Schaltung 7 aus vorgegeben geschlossen ist.
Wenn der Schalter S2 dann geöffnet wird, entlädt sich die Energie der aufmagnetisierten Spule L3 über ein Diode D2 zum Speicherkondensator C2.
An dem Pin ZXCSVB kann einerseits bei geschlossenem Schalter S2 der Spannungsabfall an dem Messwiderstand (Shunt) R11 und somit der Strom durch den Schalter S2 gemessen werden. Bei geöffnetem Schalter S2 kann die Ausgangsspannung U_out an diesem Pin gemessen werden.
Die Treiberschaltung 5 weist einen weiteren Schalter S1 auf und ist als Buck-Konverter ausgeführt. Der Strom durch den Schalter S1 kann mittels eines Messwiderstands (Shunt) R1 an einem Pin CS der Steuerschaltung 7 zugeführt werden. An dem Pin S1D wird ein Steuersignal für den Schalter S1 durch die Steuerschaltung 7 ausgegeben.
Bei geschlossenem Schalter S1 fließt der Strom durch die Leuchtdioden und eine Spule L1 und steigt im Wesentlichen linear mit der Magnetisierung der Spule an. Bei ausgeschaltetem Schalter S1 baut sich die Energie der Spule L1 durch einen Stromfluss wiederum durch die LEDs und die Freilaufdiode D1 im Wesentlichen linear ab, bis der Schalter S1 schließlich wieder eingeschaltet wird. Mittels des Spannungsteilers R5, R6 kann an einem Messpunkt und Pin ZX der Zeitpunkt ermittelt werden, indem die Magnetisierung der Spule L1 im Wesentlichen abgebaut ist und somit der Strom durch den Freilaufpfad (Diode D1, LED-Strecke, L1) nicht mehr weitergetrieben wird.
3 zeigt eine Ansteuerschaltung zum Betreiben mindestens einer LED und eine Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur, wobei die Ansteuerschaltung durch eine Steuereinheit 80 gesteuert wird. Die Steuerschaltung 80 kann die Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC Schaltung 2) abhängig vom anliegenden Helligkeitsbefehl oder Lastzustand wahlweise in eine von der normalen Betriebsweise abweichende Betriebsweise versetzen.
Die PFC-Schaltung 2 weist im wesentlichen eine Spule L3, die aufmagnetisiert wird, wenn der Schalter (Transistor) S2 auf einen Ansteuerbefehl S2D von der integrierten Schaltung 7 aus vorgegeben geschlossen ist.
Wenn der Schalter S2 dann geöffnet wird, entlädt sich die Energie der aufmagnetisierten Spule L3 über ein Diode D2 zum Speicherkondensator C2.
An dem Pin ZXCSVB kann bei geöffnetem Schalter S2 einerseits die Ausgangsspannung U_out an diesem Pin gemessen werden, andererseits kann auch der Zeitpunkt der Entmagnetisierung der Spule L3 festgestellt werden.
Die Treiberschaltung 5 weist einen weiteren Schalter S1 auf und ist als Buck-Konverter ausgeführt. Der Strom durch den Schalter S1 kann mittels eines Messwiderstands (Shunt) R1 an einem Pin CS der Steuerschaltung 7 zugeführt werden. An dem Pin S1D wird ein Steuersignal für den Schalter S1 durch die Steuerschaltung 7 ausgegeben.
Bei geschlossenem Schalter S1 fließt der Strom durch die Leuchtdioden und eine Spule L1 und steigt im Wesentlichen linear mit der Magnetisierung der Spule an. Bei ausgeschaltetem Schalter S1 baut sich die Energie der Spule L1 durch einen Stromfluss wiederum durch die LEDs und die Freilaufdiode D1 im Wesentlichen linear ab, bis der Schalter S1 schließlich wieder eingeschaltet wird. Mittels des Spannungsteilers R5, R6 kann an einem Messpunkt und Pin ZX der Zeitpunkt ermittelt werden, indem die Magnetisierung der Spule L1 im Wesentlichen abgebaut ist und somit der Strom durch den Freilaufpfad (Diode D1, LED-Strecke, L1) nicht mehr weitergetrieben wird.
Die Steuerschaltung 80 steuert die Treiberschaltung 5 an und kann weiterhin die Kontrolleinheit 81 der Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur 2 (PFC Schaltung 2) beeinflußen, beispielsweise aktivieren oder deaktivieren. Die Kontrolleinheit 81 führt in diesem Beispiel die PFC-Regelung durch.
Die abweichende Betriebsweise kann ein Burst Modus (Taktung mit Impulspausen) sein. Der Burst Modus (Taktung mit Impulspausen) kann zur Netzspannung synchronisiert sein. Der Burst Modus (Taktung mit Impulspausen) kann zu einem Vielfachen der Netzspannung synchronisiert sein.
Das Versetzen in die abweichende Betriebsweise kann durch eine zeitweise Deaktivierung der Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur erfolgen. Die Deaktivierung kann durch eine zusätzliche Signalaufschaltung an einem der Erfassungsanschlüsse der Kontrolleinheit 81 der Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur 2 erfolgen. Die Dauer der Pausen kann beim Burst Modus (Taktung mit Impulspausen) vom anliegenden Helligkeitsbefehl oder Lastzustand abhängig sein. Die Dauer der Burst-Pakete (Impulszüge) kann beim Burst Modus (Taktung mit Impulspausen) vom anliegenden Helligkeitsbefehl oder Lastzustand abhängig sein. Die Dauer der Pausen kann beim Burst Modus (Taktung mit Impulspausen) mit ansteigender Helligkeit oder ansteigender Last verringert werden.
Die Dauer der Burst-Pakete (Impulszüge) kann beim Burst Modus mit ansteigender Helligkeit oder ansteigender Last erhöht werden. Die Dauer der Pausen und/oder die Dauer der Burst-Pakete (Impulszüge) kann beim Burst Modus schrittweise geändert werden.
Die Wiederholrate der Burst-Pakete (Impulszüge) kann beim Burst Modus (Taktung mit Impulspausen) oberhalb der Wahrnehmbarkeitsgrenze liegen. Beispielsweise kann eine Wiederholrate im Bereich von 150 Hz bis zu 450 Hz gewählt werden.
Die Deaktivierung kann durch eine zusätzliche Signalaufschaltung an dem Multipliziereingang der Kontrolleinheit 81 der Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur Schaltung erfolgen. In diesem Beispiel findet die Messung mit dem Multipliziereingang über den an die Netzspannung angeschlossenen Widerstand R15 statt. Es kann aber auch direkt die Ansteuerung des Schalters S2 beeinflußt (beispielsweise) deaktiviert werden.
Die Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur kann bei maximaler Helligkeit oder maximaler Last dauernd aktiviert sein. Die PFC Schaltung (Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur) kann mehrere Ansteuerschaltungen zum Betreiben mindestens einer LED versorgen.
Die mehreren Ansteuerschaltungen können zum Betreiben verschiedenfarbiger LEDs genutzt werden.
Somit kann ein Beleuchtungssystem mit einer Vorrichtung zum Betreiben von LEDs gemäß der Erfindung aufgebaut werden. Das Beleuchtungssystem kann so aufgebaut sein, daß die Ansteuerschaltung durch eine Steuerschaltung gesteuert wird und die Steuerschaltung die Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur abhängig vom dem Signal eines Farbsensors wahlweise in einen von der normalen Betriebsweise abweichende Betriebsweise versetzt.
Über einen Steuerbefehl für die Steuerschaltung können die Aktivierungsparameter für die abweichende Betriebsweise eingestellt oder geändert werden.
Somit wird ein Verfahren zum Betreiben von LEDs ermöglicht, wobei eine Steuerschaltung die Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur abhängig vom anliegenden Helligkeitsbefehl oder Lastzustand wahlweise in einen von der normalen Betriebsweise abweichenden Betriebsweise versetzt.
Durch die zusätzliche, von der normalen Betriebsweise abweichende Betriebsweise kann das Beleuchtungssystem in einen erweiterten Helligkeitsbereich angesteuert werden und dem Nutzer steht somit ein flexibleres Beleuchtungssystem zur Verfügung. Gerade bei Anwendungen mit Farbmischung ist ein sehr weiter Helligkeitsbereich vorteilhaft, um eine möglichst große Vielfalt an zur Verfügung stehenden Mischverhältnissen zu erreichen.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer aktiv getakteten PFC-Schaltung mit direkt oder indirekt angeschlossenem Lastkreis am Ausgang der PFC-Schaltung, wobei der Lastkreis ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere LEDs aufweist, wobei der PFC-Schaltung wenigstens ein die Leistungsaufnahme des Lastkreises wiedergebendes Messsignal oder ein die Leistungsaufnahme angebendes externes Steuersignal zugeführt wird, und eine Steuerschaltung kontinuierlich oder vorzugsweise in zwei oder mehr Stufen die Betriebsweise der PFC-Schaltung abhängig von dem Steuersignal bzw. Messsignal einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei der die Betriebsweise der PFC-Schaltung durch Änderung von Zeitkonstanten der PFC-Schaltung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitkonstanten die Zeitkonstanten einer Regelung der Taktung eines Schalters der PFC-Schaltung sind und vorzugsweise bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die Regelung verlangsamt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die Taktung eines Schalters der PFC-Schaltung mit Impulspausen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die PFC-Schaltung ausgehend von einer Netzspannung betrieben wird, und – bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die PFC-Schaltung gezielt nur während Zeitdauern betrieben wird, in denen die Netzspannungsamplitude hoch und vorzugsweise grösser als ein direkt oder indirekt gegebener Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die PFC-Schaltung ausgehend von einer Netzspannung betrieben wird, und – bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die PFC-Schaltung mit einem Impulszug getaktet wird, der zeitlich im Bereich des Scheitels der Netzspannung gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Impulszug vor Erreichen des Nulldurchgangs der Netzspannung gestoppt wird und bis zum nächstfolgenden Impulszug eine Pause eingelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – die PFC-Schaltung ausgehend von einer Netzspannung betrieben wird, und – die Taktung der PFC-Schaltung mit der Netzspannung synchronisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betriebsweise der PFC-Schaltung durch Änderung einer Sollwertvorgabe für die über die Taktung der PFC-Schaltung als Stellgrösse geregelte Ausgangsspannung der PFC-Schaltung verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn das Messsignal bzw. Steuersignal eine Lastkreis-Leistungsaufnahme wiedergibt, die unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt, die Betriebsweise der PFC-Schaltung in einem diskreten Schritt verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lastkreis eine getaktete Treiberschaltung aufweist, deren Taktung mit der Taktung der PFC-Schaltung synchronisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Treiberschaltung PWM-moduliert ist und die Einschaltzeitdauer der Treiberschaltung nur in Perioden erfolgt, in denen die PFC-Schaltung mit Impulszügen aktiv getaktet ist, aber nicht in den Impulspausen zwischen zwei Impulszügen.
Integrierte Steuerschaltung, insbesondere ASIC oder Mikrokontroller, die zum Lastadaptiven Betrieb einer PFC-Schaltung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere für eine oder mehrere LEDs, aufweisend eine Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine PFC-Schaltung betreibt, an die wiederum eine vorzugsweise getaktete LED-Treiberschaltung angeschlossen ist.
Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere für eine oder mehrere LEDs, aufweisend: – eine aktive getaktete PFC-Schaltung, und – einen direkt oder indirekt am Ausgang der PFC-Schaltung angeschlossenen Lastkreis, wobei der Lastkreis ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere LEDs aufweist, wobei der PFC-Schaltung wenigstens ein die Leistungsaufnahme des Lastkreises wiedergebendes Messsignal oder ein die Leistungsaufnahme angebendes externes Steuersignal zugeführt ist, und eine Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, kontinuierlich oder vorzugsweise in zwei oder mehr Stufen die Betriebsweise der PFC-Schaltung abhängig von dem Steuersignal bzw. Messsignal einzustellen.
Betriebsgerät nach Anspruch 15, bei der die Betriebsweise der PFC-Schaltung durch Änderung von Zeitkonstanten der PFC-Schaltung veränderbar ist.
Betriebsgerät nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Zeitkonstanten die Zeitkonstanten einer Regelung der Taktung eines Schalters der PFC-Schaltung sind und vorzugsweise bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die Regelung verlangsamt ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die Taktung eines Schalters der PFC-Schaltung mit Impulspausen erfolgt.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem – die PFC-Schaltung ausgehend von einer Netzspannung betrieben ist, und – bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die PFC-Schaltung gezielt nur während Zeitdauern betrieben wird, in denen die Netzspannungsamplitude hoch und vorzugsweise grösser als ein direkt oder indirekt gegebener Schwellenwert ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem die Betriebsweise der PFC-Schaltung durch Änderung einer Sollwertvorgabe für die über die Taktung der PFC-Schaltung als Stellgrösse geregelte Ausgangsspannung der PFC-Schaltung veränderbar ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem, wenn das Messsignal bzw. Steuersignal eine Lastkreis-Leistungsaufnahme wiedergibt, die unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt, die Betriebsweise der PFC-Schaltung in einem diskreten Schritt veränderbar ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem die Betriebsweise der PFC-Schaltung durch eine zeitweise Deaktivierung der PFC-Schaltung veränderbar ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Deaktivierung durch eine zusätzliche Signalaufschaltung an einem der Erfassungsanschlüsse der Kontroleinheit (81) der PFC Schaltung oder durch Deaktivierung der Ansteuerung des Schalters (S2) der PFC Schaltung erfolgt.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem – die PFC-Schaltung ausgehend von einer Netzspannung betrieben ist, und – die Taktung der PFC-Schaltung mit der Netzspannung synchronisiert ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei dem – die PFC-Schaltung ausgehend von einer Netzspannung betrieben ist, und – bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die PFC-Schaltung gezielt nur während Zeitdauern betrieben wird, in denen die Netzspannungsamplitude hoch und vorzugsweise grösser als ein direkt oder indirekt gegebener Schwellenwert ist.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei dem – die PFC-Schaltung ausgehend von einer Netzspannung betrieben wird, und – bei niedriger Leistungsaufnahme des Lastkreises die PFC-Schaltung mit einem Impulszug getaktet wird, der zeitlich im Bereich des Scheitels der Netzspannung gestartet wird.
Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei der Lastkreis eine getaktete Treiberschaltung aufweist, deren Taktung mit der Taktung der PFC-Schaltung synchronisiert ist.
Betriebsgerät nach Anspruch 25, bei dem die Treiberschaltung PWM-moduliert ist und die Einschaltzeitdauer der Treiberschaltung nur in Perioden erfolgt, in denen die PFC-Schaltung mit Impulszügen aktiv getaktet ist, aber nicht in den Impulspausen zwischen zwei Impulszügen.
Beleuchtungssystem, aufweisend ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere LEDs, sowie ein Betriebsgerät nach einem der Ansprüche 15 bis 26.