Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle, vorzugsweise einer Halbleiterlichtquelle, beispielsweise einer oder mehrerer Leuchtdioden (LEDs, light emitting diodes).The present invention relates to a circuit device and a method for operating a light source, preferably a semiconductor light source, for example one or more light emitting diodes (LEDs).
Zum Betreiben von Leuchtdioden als Lichtquelle wird herkömmlicherweise ein Buck-Treiber verwendet, der eine Eingangsspannung, die größer als eine zum Betrieb der Leuchtdioden erforderliche Spannung ist, in eine niedrigere Spannung umsetzt. Als „Spannung“ wird dabei im Folgenden, falls es nicht anders angegeben ist, immer eine auf eine Schaltungsmasse bezogene Spannung bezeichnet.For operating light-emitting diodes as a light source, a buck driver is conventionally used, which converts an input voltage which is greater than a voltage required for operation of the light-emitting diodes into a lower voltage. In the following, unless otherwise stated, "voltage" is always referred to as a voltage related to a circuit ground.
6 zeigt ein Beispiel für einen bekannten Buck-Treiber 1100. Zwischen einem Eingangsanschluss IN, der zum Anlegen einer Eingangsspannung Vin vorgesehen ist, und einen Masseknoten GND sind in dieser Reihenfolge ein als n-Kanal-MOSFET ausgebildeter Schalttransistor M1101, eine Glättungsinduktivität L1101, eine Leuchtdiode LED und ein Stromfühlwiderstand RS1100 in Serie geschaltet. Die Anode der Leuchtdiode LED ist mit der Glättungsinduktivität L1101 verbunden und die Kathode mit dem Stromfühlwiderstand RS1100. Die abgebildete Leuchtdiode LED kann auch stellvertretend für eine Mehrzahl von Leuchtdioden stehen. 6 shows an example of a known buck driver 1100 , Between an input terminal IN which is to apply an input voltage Vin is provided, and a ground node GND are in this order, designed as an n-channel MOSFET switching transistor M1101 , a smoothing inductance L1101 , a light-emitting diode LED and a current sensing resistor RS1100 connected in series. The anode of the LED LED is with the smoothing inductance L1101 connected and the cathode with the current sensing resistor RS1100 , The illustrated LED LED can also be representative of a plurality of light-emitting diodes.
Eine Freilaufdiode D1101 ist mit ihrer Kathode an einen Knoten N1101 zwischen dem MOSFET M1101 und der Glättungsinduktivität L1101 angeschlossen und mit ihrer Anode an Masse GND. Ein Glättungskondensator C1101 ist zwischen einen Knoten N1102, der mit der Anode der Leuchtdiode LED verbunden ist, und den Masseknoten GND geschaltet.A freewheeling diode D1101 is with her cathode at a node N1101 between the mosfet M1101 and the smoothing inductance L1101 connected and grounded with their anode GND , A smoothing capacitor C1101 is between a node N1102 connected to the anode of the LED LED connected, and the ground node GND connected.
Ein Knoten N1103 zwischen der Leuchtdiode LED und dem Stromfühlwiderstand RS1100 ist mit einem Eingang eines Verstärkers U1102 verbunden. Ein Ausgang des Verstärkers U1102 ist mit einem Eingang eines Regelglieds U1103 verbunden. A knot N1103 between the LED LED and the current sensing resistor RS1100 is with an input of an amplifier U1102 connected. An output of the amplifier U1102 is with an input of a control element U1103 connected.
An dem anderem Eingang des Regelglieds U1103 liegt ein einem Sollstrom entsprechendes Signal Iset an.At the other entrance of the control element U1103 is a signal corresponding to a desired current Iset on.
Ein Ausgang des Regelglieds U1103 ist mit einem Steuereingang Pctrl eines Controllers U1101 verbunden. Ein typisches Beispiel für einen Controller, der für diese Anwendung verwendet werden kann, ist der Power-Factor-Corrector-Controller L6562. An einen Versorgungsspannungsanschluss Pvcc des Controllers U1101 ist eine Versorgungsspannung Vcc angelegt, ein Masseanschluss Pgnd ist mit Masse GND verbunden. Zwischen Versorgungsspannungsanschluss Pvcc und Masseanschluss Pgnd ist ein Blockkondensator C1104 geschaltet.An output of the control element U1103 is with a control input PCTRL a controller U1101 connected. A typical example of a controller that can be used for this application is the power factor corrector controller L6562 , To a supply voltage connection Pvcc of the controller U1101 is a supply voltage Vcc created, a ground connection Pgnd is with mass GND connected. Between supply voltage connection Pvcc and ground connection Pgnd is a block capacitor C1104 connected.
Ein Steuerausgang Pgd des Controllers U1101 ist mit einem Eingang Phin eines Treiberbausteins U1104 verbunden. Ein typisches Beispiel für einen Treiberbaustein, der für diese Anwendung verwendet werden kann, ist der Halbbrücken-Gatetreiber FAN7380. Dieser enthält sowohl einen niedrigseitigen Treiber als auch einen hochseitigen Treiber. Davon wird in dieser Anwendung nur der hochseitige Treiber mit dem hochseitigen Eingang Phin und dem hochseitigen Ausgang Phout verwendet.A control output Pgd of the controller U1101 is with an input Phin of a driver chip U1104 connected. A typical example of a driver chip that can be used for this application is the FAN7380 half-bridge gate driver. This contains both a low-side driver and a high-side driver. Of these, only the high-side driver with the high-side input Phin and the high-side output Phout is used in this application.
An einen Versorgungsspannungsanschluss Pvcc des Treiberbausteins U1104 ist die Versorgungsspannung Vcc angelegt, ein Masseanschluss Pgnd ist mit Masse GND verbunden. Zwischen Versorgungsspannungsanschluss Pvcc und Masseanschluss Pgnd ist ein Blockkondensator C1103 geschaltet. Eine Bootstrapdiode D1102 ist mit ihrer Anode an den Versorgungsspannungsanschluss Pvcc und mit ihrer Kathode an einen hochseitigen Versorgungsspannungsanschluss Pvb angeschlossen. Ein Bootstrapkondensator C1102 ist zwischen den hochseitigen Versorgungsspannungsanschluss Pvb und einen hochseitigen Masseanschluss Pvs geschaltet. Der hochseitige Masseanschluss Pvs ist mit dem ersten Knoten N1101 verbunden. Der hochseitige Ausgang Phout ist mit dem Gate des Schalttransistors M1101 verbunden.To a supply voltage connection Pvcc of the driver block U1104 the supply voltage Vcc is applied, a ground connection Pgnd is with mass GND connected. Between supply voltage connection Pvcc and ground connection Pgnd is a block capacitor C1103 connected. A bootstrap diode D1102 is with its anode to the supply voltage connection Pvcc and with its cathode to a high side power supply terminal Pvb connected. A bootstrap capacitor C1102 is between the high side supply voltage connection Pvb and a high-side ground connection pvs connected. The high-side ground connection pvs is with the first node N1101 connected. The high side output Phout is connected to the gate of the switching transistor M1101 connected.
Im Betrieb wird der Schalttransistor M1101 mit einer vorbestimmten Frequenz getaktet. Dadurch entsteht an dem Knoten N1101 eine getaktete Spannung. Diese wird durch die Glättungsinduktivität L1101 und den Glättungskondensator C1101 geglättet, so dass die Leuchtdiode LED mit einer geglätteten Gleichspannung betrieben wird. Diese Gleichspannung ist um das Tastverhältnis, also den Quotient aus Einschaltzeit Ton und Periodendauer T des Schaltens (=Einschaltzeit Ton + Ausschaltzeit Toff), kleiner als die Eingangsspannung Vin.In operation, the switching transistor M1101 clocked at a predetermined frequency. This results in the node N1101 a clocked voltage. This is due to the smoothing inductance L1101 and the smoothing capacitor C1101 smoothed so that the light emitting diode LED is operated with a smoothed DC voltage. This DC voltage is the duty cycle, ie the quotient of the switch-on time volume and period duration T of switching (= on time Ton + off time Toff), less than the input voltage Vin.
Eine an dem Stromfühlwiderstand RS1100 abfallende Spannung wird durch den Verstärker U1102 verstärkt und in dem Regelglied U1103 mit dem Pegel des Signals Iset verglichen. Entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs und einer Regelcharakteristik erzeugt das Regelglied U1103 ein Fehlersignal, das dem Steuereingang Pctrl des Controllers U1101 zugeführt wird. Dieser erzeugt an seinem Steuerausgang Pgd ein Gatetreibersignal zum Schalten des Schalttransistors M1101. One on the current sensing resistor RS1100 Declining voltage is provided by the amplifier U1102 strengthened and in the regulator U1103 with the level of the signal Iset compared. The control element generates according to a result of the comparison and a control characteristic U1103 an error signal, which is the control input PCTRL of the controller U1101 is supplied. This generates at its control output Pgd a gate drive signal for switching the switching transistor M1101 ,
Verstärker U1102, Regler U1103 und Controller U1101 sind auf den gemeinsamen Masseknoten GND bezogen und erzeugen daher auf die gemeinsame Masse bezogene Signale. Zum Treiben des Schalttransistors M1101 wird jedoch ein Signal benötigt, das höher als dessen Sourcespannung ist, die im eingeschalteten Zustand des Schalttransistors in etwa der Eingangsspannung Vin entspricht.amplifier U1102 , Controller U1103 and controllers U1101 are on the common ground node GND and therefore generate signals related to the common ground. To drive the switching transistor M1101 However, a signal is required which is higher than its source voltage, which corresponds in the on state of the switching transistor in about the input voltage Vin.
Im ausgeschalteten Zustand des Schalttransistors M1101 leitet die Freilaufdiode D1101, der Knoten N1101 hat also in etwa Massepotential (unter Vernachlässigung der Durchflussspannung der Freilaufdiode D1101). In diesem Zustand wird der Bootstrapkondensator C1102 über die Bootstrapdiode D1102 ungefähr auf den Wert der Versorgungsspannung Vcc aufgeladen. Wenn der Schalttransistor M1101 dann eingeschaltet wird, springt die Spannung an dem Knoten N1101 etwa auf die Eingangsspannung Vin (unter Vernachlässigung der Sättigungsspannung des Schalttransistors M1101). Damit steigt die Spannung an dem hochseitigen Masseanschluss Pvs ebenfalls auf etwa die Eingangsspannung Vin an. An dem hochseitigen Versorgungsspannungsanschluss Pvb entsteht eine Spannung, die etwa um Vcc höher ist als die Eingangsspannung Vin. Die Bootstrapdiode D1102 sperrt und verhindert somit eine Rückwirkung der erhöhten Spannung auf Vcc. Die Spannung an dem Bootstrapkondensator C1102 dient als Versorgungsspannung für die Ausgangsstufen des hochseitigen Treiberbausteins, der somit ein Ausgangssignal im Bereich Vin bis Vin + Vcc liefern kann. Ein Signal in diesem Bereich ist geeignet, den Schalttransistor M1101 in dem eingeschalteten Zustand zu halten. Der Treiberbaustein U1104 führt intern eine Pegelverschiebung des an seinem hochseitigen Eingang Phin empfangenen Gatetreibersignal durch und gibt es an seinem hochseitigen Ausgang Phout so aus, dass es auf die hochseitige Masse, also das Sourcepotential des Schalttransistors M1101, bezogen ist.In the off state of the switching transistor M1101 conducts the freewheeling diode D1101 , the knot N1101 So it has approximately ground potential (neglecting the forward voltage of the freewheeling diode D1101 ). In this state, the bootstrap capacitor C1102 via the bootstrap diode D1102 approximately to the value of the supply voltage Vcc charged. When the switching transistor M1101 then turned on, the voltage jumps at the node N1101 approximately to the input voltage Vin (neglecting the saturation voltage of the switching transistor M1101 ). This increases the voltage at the high-side ground connection pvs also at about the input voltage Vin on. At the high side supply voltage connection Pvb creates a tension that is about Vcc higher than the input voltage Vin , The bootstrap diode D1102 locks and thus prevents a reaction of the increased voltage Vcc , The voltage on the bootstrap capacitor C1102 serves as a supply voltage for the output stages of the high-side driver module, thus providing an output signal in the range Vin until Vin + Vcc can deliver. A signal in this range is suitable, the switching transistor M1101 to keep in the on state. The driver block U1104 internally performs a level shift of the gate drive signal received at its high side input Phin and outputs it at its high side output pHout so that it is on the high-side ground, so the source potential of the switching transistor M1101 , is related.
Durch den geschlossenen Regelkreis und eine geeignete Festlegung der Regeleigenschaften des Regelglieds U1103 und der Arbeitsweise des Controllers U1103 kann das Tastverhältnis so geregelt werden, dass ein Strom durch die Leuchtdiode LED einem durch das Signal Iset bestimmten Sollstrom entspricht.Due to the closed loop and a suitable definition of the control characteristics of the control element U1103 and the operation of the controller U1103 For example, the duty cycle can be regulated so that a current through the light-emitting diode LED corresponds to a desired current determined by the signal Iset.
Bei dem Buck-Treiber 1100 wird ein hochseitiger Schalttransistor verwendet, das heißt ein Schalttransistor, der von der Leuchtdiode aus gesehen auf der Seite der höheren Spannung angeordnet ist, also zwischen Leuchtdiode und Eingangsspannung.In the buck driver 1100 is a high-side switching transistor is used, that is, a switching transistor, which is seen from the LED arranged on the side of the higher voltage, ie between LED and input voltage.
7 zeigt ein Beispiel für einen Reverse-Buck-Treiber 1200, bei dem ein niedrigseitiger Schalttransistor verwendet, das heißt ein Schalttransistor, der von der Leuchtdiode aus gesehen auf der Seite der niedrigeren Spannung angeordnet ist, also zwischen Leuchtdiode und Masse. 7 shows an example of a reverse buck driver 1200 in which uses a low-side switching transistor, that is, a switching transistor, which is arranged as seen from the LED on the side of the lower voltage, that is, between light emitting diode and ground.
In diesem Fall sind zwischen einen Eingangsanschluss IN, der zum Anlegen einer Eingangsspannung Vin vorgesehen ist, und einen Masseknoten GND eine Glättungsinduktivität L1201, eine Leuchtdiode LED, ein als n-Kanal-MOSFET ausgebildeter Schalttransistor M1201 und ein Stromfühlwiderstand RS1200 in dieser Reihenfolge in Serie geschaltet. Die Anode der Leuchtdiode LED ist mit der Glättungsinduktivität L1201 verbunden und die Kathode mit dem Schalttransistor M1201. Auch hier kann die abgebildete Leuchtdiode LED stellvertretend für eine Mehrzahl von Leuchtdioden stehen.In this case, there are between one input terminal IN which is provided for applying an input voltage Vin, and a ground node GND a smoothing inductance L1201 , a light-emitting diode LED , a switching transistor formed as an n-channel MOSFET M1201 and a current sensing resistor RS1200 connected in series in this order. The anode of the LED LED is with the smoothing inductance L1201 connected and the cathode to the switching transistor M1201 , Again, the illustrated light emitting diode LED represent a plurality of LEDs.
Eine Freilaufdiode D1201 ist mit ihrer Kathode an den Eingangsanschluss IN angeschlossen und mit ihrer Anode an einen Knoten N1202 zwischen der Leuchtdiode LED und dem MOSFET M1101. Ein Glättungskondensator C1201 ist zwischen einen Knoten N1201, der mit der Anode der Leuchtdiode LED verbunden ist, und den Knoten N1202 geschaltet.A freewheeling diode D1201 is with its cathode to the input terminal IN connected and with its anode to a node N1202 between the LED LED and the MOSFET M1101 , A smoothing capacitor C1201 is between a node N1201 connected to the anode of the LED LED connected, and the node N1202 connected.
Ein Knoten N1203 zwischen dem Schalttransistor M1201 und dem Stromfühlwiderstand RS1200 ist mit einem Stromfühleingang Pipk eines Controllers U1201 verbunden. Auch hier kann beispielsweise der L6562 verwendet werden. An einen Versorgungsspannungsanschluss Pvcc des Controllers U1201 ist eine Versorgungsspannung Vcc angelegt, ein Masseanschluss Pgnd ist mit Masse GND verbunden. Zwischen Versorgungsspannungsanschluss Pvcc und Masseanschluss Pgnd ist ein Blockkondensator C1204 geschaltet. An einen Sollwerteingang Piset ist ein einem Sollstrom entsprechendes Signal Iset angelegt. Ein Steuerausgang Pgd des Controllers U1201 ist mit dem Gate des Schalttransistors M1201 verbunden.A knot N1203 between the switching transistor M1201 and the current sensing resistor RS1200 is with a power sense input pipk of a controller U1201 connected. Again, for example, the L6562 be used. To a supply voltage connection Pvcc of the controller U1201 is a supply voltage Vcc created, a ground connection Pgnd is with mass GND connected. Between supply voltage connection Pvcc and ground connection Pgnd is a block capacitor C1204 connected. At a setpoint input Piset, a signal Iset corresponding to a setpoint current is applied. A control output Pgd of the controller U1201 is connected to the gate of the switching transistor M1201 connected.
Der Betrieb verläuft ähnlich wie derjenige des Buck-Treibers 1100. Anstelle der beim Buck-Treiber 1100 extern angeordneten Komponenten Verstärker U1102 und Regelglied U1103 werden in diesem Beispiel ein interner Verstärker und ein internes Regelglied des Controllers U1201 verwendet. The operation is similar to that of the buck driver 1100 , Instead of the buck driver 1100 externally arranged components amplifier U1102 and control member U1103 become in this example an internal amplifier and an internal controller of the controller U1201 used.
Allerdings sind bei dem Reverse-Buck-Treiber 1200 sowohl die an dem Stromfühlwiderstand RS1200 abfallende Spannung als auch das an das Gate des Schalttransistors M1201 anzulegende Signal auf die gemeinsame Masse GND bezogen. Eine Bootstrapschaltung zum Erzeugen eines um die Eingangsspannung Vin erhöhten Signals ist daher nicht erforderlich.However, at the reverse buck driver 1200 both at the current sensing resistor RS1200 falling voltage and that to the gate of the switching transistor M1201 signal to be applied to the common ground GND based. A bootstrap circuit for generating a signal which is increased by the input voltage Vin is therefore unnecessary.
Somit kommt der Reverse-Buck-Treiber 1200 ohne eine getrennte Treiberschaltung mit hochseitigem Treiber aus, und der Controller U1201 kann direkt den Schalttransistor M1201 ansteuern. Daher kann diese Anordnung leichter und kostengünstiger realisiert werden, wenn eine Isolation vom Stromnetz nicht erforderlich ist, also die Eingangsspannung nicht von dem Stromnetz isoliert ist.Thus comes the reverse buck driver 1200 without a separate driver circuit with high-side driver, and the controller U1201 can directly switch the transistor M1201 drive. Therefore, this arrangement can be made easier and cheaper if an isolation from the mains is not required, so the input voltage is not isolated from the mains.
Da an der Anode der Leuchtdiode jedoch die volle Eingangsspannung Vin anliegt (z.B. 400V) und nicht nur die erforderliche Betriebsspannung, die gegenüber der Eingangsspannung reduziert ist (z.B. 250 V), ist eine höhere Isolationsklasse für die Leuchtdiodenanschlüsse erforderlich, was die gesamte Installation aufwändiger und teurer macht. Außerdem ist der wirkliche Strom durch die Leuchtdioden bei einem Reverse-Buck-Treiber schwieriger zu bestimmen als bei einem Buck-Treiber, weil der Stromfühlwiderstand zusätzlich auch den Ladestrom des Kondensators erfasst.However, since at the anode of the light emitting diode, the full input voltage Vin is applied (eg 400V) and not only the required operating voltage, which is reduced compared to the input voltage (eg 250 V), a higher insulation class for the LED connections is required, making the entire installation more complex and makes more expensive. In addition, the real current through the light emitting diodes in a reverse buck driver is more difficult to determine than in a buck driver, because the current sensing resistor also detects the charging current of the capacitor.
Somit ist für hohe Spannungen (z.B. > 100 V) ein Buck-Treiber mit hochseitigem Schalttransistor zu bevorzugen. Wünschenswert wäre es, dabei ohne einen zusätzlichen hochseitigen Treiber auszukommen.Thus, for high voltages (e.g.,> 100V), a Buck driver with high side switching transistor is preferable. It would be desirable to do without an additional high-side driver.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsvorrichtung bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle bereitzustellen, wobei wie bei dem bekannten Buck-Treiber ein hochseitiges Schaltelement verwendet wird, ohne dass dafür ein eigener hochseitiger Treiber erforderlich ist.It is therefore an object of the present invention to provide a circuit device or a method for operating a light source, wherein, as in the known buck driver, a high-side switching element is used without requiring a dedicated high-side driver.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Dabei kann das Verfahren auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrichtung weitergebildet sein oder umgekehrt.The object is achieved by a circuit device according to claim 1 or by a method according to claim 15. Further developments of the invention are specified in the subclaims. In this case, the method can also be developed by the below-mentioned or in the dependent claims executed features of the device or vice versa.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lichtquelle enthält ein Schaltelement zum Zerhacken einer zwischen einen Eingangsknoten und einen Masseknoten angelegten Eingangsspannung, eine erste Induktivität und einen ersten Kondensator zum Glätten der zerhackten Eingangsspannung zum Erzeugen einer geglätteten Betriebsspannung für die Lichtquelle, eine erste Diode, deren Kathode mit einem Knoten verbunden ist, der zwischen dem Schaltelement und der ersten Induktivität angeordnet ist und an dem die zerhackte Eingangsspannung anliegt, zum Bilden eines geschlossenen Stromkreises für einen bei ausgeschaltetem Schaltelement durch die erste Induktivität fließenden Strom, eine Steuereinheit, die so angeordnet und daran angepasst ist, abhängig von dem erfassten Strom ein getaktetes Steuersignal für das Schaltelement zu erzeugen und an einen Steueranschluss des Schaltelements anzulegen, wobei ein Masseanschluss der Steuereinheit mit dem Knoten verbunden ist, und eine Bootstrap-Schaltung zum Erzeugen einer Spannung an einem Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit, deren Wert mit Bezug auf den Masseknoten sich entsprechend einer Spannungsänderung an dem Knoten ändert.The circuit arrangement for operating a light source according to the invention comprises a switching element for chopping an input voltage applied between an input node and a ground node, a first inductance and a first capacitor for smoothing the chopped input voltage to produce a smoothed operating voltage for the light source, a first diode, the cathode thereof a node connected between the switching element and the first inductance and to which the chopped input voltage is applied, for forming a closed circuit for a current flowing through the first inductance when the switching element is switched off, a control unit arranged and adapted thereto to generate, depending on the detected current, a clocked control signal for the switching element and to apply to a control terminal of the switching element, wherein a ground terminal of the control unit is connected to the node, and a A bootstrap circuit for generating a voltage at a supply voltage terminal of the control unit whose value with respect to the ground node changes according to a voltage change at the node.
Bei einer solchen Schaltungsanordnung mit hochseitigem Schaltelement, das zwischen dem Eingangsanschluss und der Lichtquelle angeordnet ist, kann beispielsweise die Steuereinheit ein Steuersignal für das Schaltelement erzeugen, das direkt an einen Steueranschluss des Schaltelements angelegt werden kann, ohne durch einen zusätzlichen hochseitigen Treiber auf einen geeigneten Spannungspegel transformiert werden zu müssen. Dadurch können beispielsweise Kosten und Platz auf einer Leiterplatte gespart und ein Herstellungsverfahren vereinfacht werden.For example, in such a high-side switching element circuit disposed between the input terminal and the light source, the control unit may generate a control signal for the switching element which may be applied directly to a control terminal of the switching element without being driven to an appropriate voltage level by an additional high-side driver to be transformed. As a result, for example, costs and space can be saved on a circuit board and a manufacturing process can be simplified.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Bootstrap-Schaltung eine zweite Diode, deren Anode mit dem Versorgungsspannungsanschluss der Schaltungsanordnung verbunden ist und deren Kathode mit dem Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit verbunden ist, und einen zweiten Kondensator, der zwischen den Versorgungsspannungsanschluss und den Masseanschluss der Steuereinheit geschaltet ist.In an advantageous development, the bootstrap circuit includes a second diode whose anode is connected to the supply voltage terminal of the circuit arrangement and whose cathode is connected to the supply voltage terminal of the control unit, and a second capacitor which is connected between the supply voltage terminal and the ground terminal of the control unit.
Dadurch kann beispielsweise eine hochgelegte Versorgungsspannung für die Steuereinheit mittels weniger einfacher elektronischer Bauteile verwirklicht werden.As a result, for example, a high supply voltage for the control unit can be realized by means of less simple electronic components.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter einen Stromdetektor zum Erfassen eines durch die Lichtquelle fließenden Stromes, wobei die Steuereinheit weiter daran angepasst ist, den durch den Stromdetektor erfassten Strom auf einen vorgegebenen Sollwert zu regeln. In an advantageous development, the circuit arrangement further contains a current detector for detecting a current flowing through the light source, wherein the control unit is further adapted to control the current detected by the current detector to a predetermined desired value.
Dadurch kann beispielsweise ein konstanter Strom durch die Lichtquelle und dadurch eine konstante Lichtintensität verwirklicht werden.As a result, for example, a constant current through the light source and thus a constant light intensity can be realized.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter ein Regelglied, das so angeordnet und daran angepasst ist, den durch den Stromdetektor erfassten Strom mit einem von außen eingegebenen Sollwert zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich ein Fehlersignal zu erzeugen und einem Steuereingang der Steuereinheit zuzuführen.In an advantageous development, the circuit arrangement further includes a control element, which is arranged and adapted to compare the current detected by the current detector with a setpoint input from the outside and depending on the comparison to generate an error signal and a control input to the control unit.
Dadurch kann beispielsweiseeine Regelcharakteristik für den Regelkreis vorgegeben werden.As a result, for example, a control characteristic for the control loop can be specified.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Regelglied als PI-Regelglied, als PD-Regelglied oder als PID-Regelglied gebildet.In an advantageous development, the control element is formed as a PI control element, as a PD control element or as a PID control element.
Dadurch kann beispielsweise die Regelungscharakteristik an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden.As a result, for example, the control characteristic can be adapted to the respective needs.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter ein Tiefpassfilter, das zwischen einen Ausgang des Regelgliedes und den Steuereingang der Steuereinheit geschaltet ist.In an advantageous development, the circuit arrangement further includes a low-pass filter which is connected between an output of the control element and the control input of the control unit.
Dadurch kann beispielsweise ein Einstreuen eines Signals mit der Schaltfrequenz des Schaltglieds in den Regelkreis unterdrückt werden.As a result, for example, a scattering of a signal with the switching frequency of the switching element can be suppressed in the control loop.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter eine dritte Diode, deren Anode mit einem Ausgang des Regelglieds oder des Tiefpassfilter verbunden ist und deren Kathode mit dem Steuereingang der Steuereinheit der Steuereinheit verbunden ist, und einen dritten Kondensator, der zwischen die Kathode der dritten Diode und den Masseanschluss der Steuereinheit geschaltet ist.In an advantageous development, the circuit arrangement further includes a third diode whose anode is connected to an output of the control element or the low-pass filter and whose cathode is connected to the control input of the control unit of the control unit, and a third capacitor connected between the cathode of the third diode and the ground terminal of the control unit is connected.
Dadurch kann beispielsweise das Fehlersignal dem Steuereingang der Steuereinheit unabhängig von einem Schaltzustand des Schaltelements und somit von einer Spannung an dem Masseanschluss der Steuereinheit zugeführt werdenAs a result, for example, the error signal can be supplied to the control input of the control unit independently of a switching state of the switching element and thus of a voltage at the ground connection of the control unit
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter eine zweite Induktivität, die einen Kern mit der ersten Induktivität gemeinsam hat, zum Erzeugen eines Signals zum Triggern des Beginns eines Schaltzyklus für das Schaltelement.In an advantageous development, the circuit arrangement further includes a second inductance, which has a core in common with the first inductance, for generating a signal for triggering the beginning of a switching cycle for the switching element.
Dadurch kann beispielsweise die Dauer der Ausschaltzeit des Schaltelementes abhängig von einer Demagnetisierungszeit der Induktivität festgelegt werden. Das Schalten kann beispielsweise so getriggert werden, dass bei einem Strom von Null das Schaltelement eingeschaltet und die erste Diode ausgeschaltet wird. Dadurch können beispielsweise sowohl Schaltverluste als auch eventuelle Funkstörungen minimiert werden.As a result, for example, the duration of the switch-off of the switching element can be set depending on a Demagnetisierungszeit the inductance. The switching can be triggered, for example, so that at a current of zero, the switching element is turned on and the first diode is turned off. As a result, for example, both switching losses and any radio interference can be minimized.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter einen Eingang für eine Gleichspannung oder ein gepulstes Signal, der über einen ersten Widerstand mit dem Versorgungsspannungsanschluss der Schaltungsanordnung verbunden ist, zum erstmaligen Starten der Schaltungsanordnung.In an advantageous development, the circuit arrangement further contains an input for a DC voltage or a pulsed signal, which is connected via a first resistor to the supply voltage terminal of the circuit arrangement, for the first start of the circuit arrangement.
Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die Schaltungsanordnung beim Einschalten zuverlässig startet.As a result, it can be achieved, for example, that the circuit arrangement starts reliably when switching on.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter eine Startstromliefereinheit, die so angeordnet und daran angepasst ist, beim Einschalten der Schaltungsanordnung einen Startstrom zum Starten der Steuereinheit an einen dafür bestimmten Anschluss der Steuereinheit zu liefern.In an advantageous development, the circuit arrangement further contains a starting current supply unit, which is arranged and adapted to deliver a starting current for starting the control unit to a specific terminal of the control unit when switching the circuit arrangement.
Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die Steuereinheit beim Einschalten der Schaltungsanordnung zuverlässig startet.As a result, it can be achieved, for example, that the control unit reliably starts when the circuit arrangement is switched on.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter eine Startstromstabilisierungseinheit, die so angeordnet und daran angepasst ist, den an den dafür bestimmten Anschluss der Steuereinheit gelieferten Startstrom zu stabilisieren, zum Unterdrücken einer Welligkeit eines durch die die Lichtquelle fließenden Stromes.In an advantageous development, the circuit arrangement further contains a starting current stabilizing unit, which is arranged and adapted to the intended to the connection of the To stabilize control unit supplied starting current, for suppressing a ripple of a current flowing through the light source.
Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass ein zum zuverlässigen Starten der Schaltungsanordnung eingespeistes gepulstes Signal in den Regelkreis einstreut und eine Welligkeit des erzeugten Stroms bewirkt.As a result, it can be prevented, for example, that a pulsed signal fed in for reliable starting of the circuit arrangement is scattered into the control loop and causes ripple in the generated current.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Schaltungsanordnung weiter eine Ausgangsspannungserfassungs- und -begrenzungseinheit, die so angeordnet und daran angepasst ist, eine Größe der aus der zerhackten Eingangsspannung erzeugten Betriebsspannung für die Lichtquelle zu erfassen und die Stromregelung durch die Steuereinheit außer Betrieb zu setzen, wenn die erfasste Spannung einen vorbestimmten Grenzwert erreicht hat.In an advantageous development, the circuit arrangement further contains an output voltage detection and limitation unit arranged and adapted to detect a magnitude of the operating voltage for the light source generated from the chopped input voltage and to disable the current regulation by the control unit when the detected voltage has reached a predetermined limit.
Dadurch kann beispielsweise eine Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung begrenzt werden.As a result, for example, an output voltage of the circuit arrangement can be limited.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Lichtquelle eine Halbleiterlichtquelle, vorzugsweise eine oder mehrere Leuchtdioden.In an advantageous development, the light source contains a semiconductor light source, preferably one or more light-emitting diodes.
Dadurch kann beispielsweise die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben einer energiesparenden Lichtquelle verwendet werden.As a result, for example, the circuit arrangement according to the invention can be used for operating an energy-saving light source.
In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält das Schaltelement ein Halbleiterschaltelement, vorzugsweise einen MOSFET oder IGBT.In an advantageous development, the switching element contains a semiconductor switching element, preferably a MOSFET or IGBT.
Dadurch kann beispielsweise das Schaltelement einfach mittels handelsüblicher Bauteile verwirklicht werden.As a result, for example, the switching element can be easily realized by means of commercially available components.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle enthält das Zerhacken einer zwischen einen Eingangsknoten und einen Masseknoten angelegten Eingangsspannung mittels eines Schaltelements, das Erzeugen einer geglätteten Betriebsspannung für die Lichtquelle durch Glätten der zerhackten Eingangsspannung mittels einer ersten Induktivität und einem ersten Kondensator, das Bilden eines geschlossenen Stromkreises für einen bei ausgeschaltetem Schaltelement durch die erste Induktivität fließenden Strom mittels einer erste Diode, deren Kathode mit einem Knoten verbunden ist, der zwischen dem Schaltelement und der ersten Induktivität angeordnet ist und an dem die zerhackte Eingangsspannung anliegt, das Erzeugen eines getaktetes Steuersignals für das Schaltelement zu erzeugen und Anlegen des erzeugten Steuersignals an einen Steueranschluss des Schaltelements anzulegen mittels einer Steuereinheit, wobei ein Masseanschluss der Steuereinheit mit dem Knoten verbunden ist, und das Erzeugen einer Spannung an einem Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit, deren Wert mit Bezug auf den Masseknoten sich entsprechend einer Spannungsänderung an dem Knoten ändert, mittels einer Bootstrap-Schaltung.The inventive method of operating a light source includes chopping an input voltage applied between an input node and a ground node by means of a switching element, generating a smoothed operating voltage for the light source by smoothing the chopped input voltage by means of a first inductor and a first capacitor, forming a closed circuit for a current flowing through the first inductance when the switching element is switched off, by means of a first diode whose cathode is connected to a node which is arranged between the switching element and the first inductance and to which the chopped input voltage is applied, generating a clocked control signal for the switching element to generate and apply applying the generated control signal to a control terminal of the switching element by means of a control unit, wherein a ground terminal of the control unit is connected to the node, and generating a voltage at a supply voltage terminal of the control unit whose value with respect to the ground node changes according to a voltage change at the node by means of a bootstrap circuit.
Bei einem solchen Verfahren kann beispielsweise die Steuereinheit ein Steuersignal für ein hochseitiges Schaltelement erzeugen, das zwischen dem Eingangsanschluss und der Lichtquelle angeordnet ist, wobei das Steuersignal direkt an einen Steueranschluss des Schaltelements angelegt werden kann, ohne durch einen zusätzlichen hochseitigen Treiber auf einen geeigneten Spannungspegel transformiert werden zu müssen. Dadurch können beispielsweise Kosten und Platz auf einer Leiterplatte gespart und ein Herstellungsverfahren vereinfacht werden.In such a method, for example, the controller may generate a control signal for a high side switching element located between the input terminal and the light source, which control signal may be applied directly to a control terminal of the switching element without being transformed to an appropriate voltage level by an additional high side driver to have to. As a result, for example, costs and space can be saved on a circuit board and a manufacturing process can be simplified.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
- 1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lichtquelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lichtquelle gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lichtquelle gemäß einem weiter abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lichtquelle gemäß einem weiter abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lichtquelle gemäß einem weiter abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 6 zeigt ein Schaltbild einer ersten bekannten Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lichtquelle.
- 7 zeigt ein Schaltbild einer zweiten bekannten Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lichtquelle.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the description of embodiments with reference to the accompanying drawings. - 1 shows a circuit diagram of a circuit arrangement for operating a light source according to an embodiment of the present invention.
- 2 shows a circuit diagram of a circuit arrangement for operating a light source according to a modified embodiment of the present invention.
- 3 shows a circuit diagram of a circuit arrangement for operating a light source according to a further modified embodiment of the present invention.
- 4 shows a circuit diagram of a circuit arrangement for operating a light source according to a further modified embodiment of the present invention.
- 5 shows a circuit diagram of a circuit arrangement for operating a light source according to a further modified embodiment of the present invention.
- 6 shows a circuit diagram of a first known circuit arrangement for operating a light source.
- 7 shows a circuit diagram of a second known circuit arrangement for operating a light source.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen Abwandlungen beschrieben.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with various modifications with reference to the accompanying drawings.
1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung 1 zum Betreiben einer Lichtquelle gemäß der Ausführungsform. Sie enthält einen Eingangsanschluss IN, der zum Anlegen einer Eingangsspannung Vin vorgesehen ist. Zwischen den Eingangsanschluss IN und einen Masseknoten GND (im Folgenden auch einfach als „Masse“ bezeichnet) sind in dieser Reihenfolge ein als n-Kanal-MOSFET ausgebildetes Schaltelement M1, eine Glättungsinduktivität L1, eine Leuchtdiode LED und ein Stromfühlwiderstand RS1 in Serie geschaltet. Die Anode der Leuchtdiode ist mit der Glättungsinduktivität L1 verbunden und die Kathode mit dem Stromfühlwiderstand RS1. 1 shows a circuit diagram of a circuit arrangement 1 for operating a light source according to the embodiment. It contains an input connection IN which is provided for applying an input voltage Vin. Between the input terminal IN and a ground node GND (hereinafter also referred to simply as "ground") are in this order a switching element formed as an n-channel MOSFET M1 , a smoothing inductance L1 , a light-emitting diode LED and a current sensing resistor RS1 connected in series. The anode of the LED is with the smoothing inductance L1 connected and the cathode with the current sensing resistor RS1.
Die Bezeichnung „eine Leuchtdiode“ bedeutet dabei, dass zumindest eine Leuchtdiode vorhanden ist. Es kann aber auch mehr als eine Leuchtdiode vorhanden sein. Beispielsweise können mehrere Leuchtdioden zueinander in Serie oder parallel geschaltet sein. Es können auch Serien- und Parallelschaltung kombiniert sein, indem beispielsweise mehrere Ketten aus in Serie geschalteten Leuchtdioden parallel geschaltet sind.The term "a light emitting diode" means that at least one light emitting diode is present. But it can also be present more than one LED. For example, several LEDs can be connected to each other in series or in parallel. It can also be combined series and parallel circuit, for example, by several chains of series-connected LEDs are connected in parallel.
Das Schaltelement ist nicht auf den als Beispiel verwendeten n-Kanal-MOSFET eingeschränkt. Es kann auch ein anderes Schaltelement verwendet werden. Bevorzugt wird ein Halbleiterschaltelement verwendet, wofür neben einem MOSFET beispielsweise auch andere Feldeffekttransistoren, Bipolartransistoren oder IGBTs in Frage kommen.The switching element is not limited to the n-channel MOSFET used as an example. It can also be used another switching element. Preferably, a semiconductor switching element is used, for which, in addition to a MOSFET, for example, other field effect transistors, bipolar transistors or IGBTs come into question.
Eine Freilaufdiode D1 ist mit ihrer Kathode an einen Knoten N1 zwischen dem erster Schaltelement M1 und der Glättungsinduktivität L1 angeschlossen und mit ihrer Anode an Masse GND. Ein Glättungskondensator C1 ist zwischen einen Knoten N2, der mit der Anode der Leuchtdiode LED verbunden ist, und den Masseknoten GND geschaltet, also parallel zu der Serienschaltung aus Leuchtdiode LED und Stromfühlwiderstand RS1. Anstatt mit dem Masseknoten GND können der Glättungskondensator C1 und/oder die Anode der Freilaufdiode D1 auch mit einem Knoten N3 zwischen der Leuchtdiode LED und dem Stromfühlwiderstand RS1 verbunden sein.A freewheeling diode D1 is with her cathode at a node N1 between the first switching element M1 and the smoothing inductance L1 connected and grounded with their anode GND , A smoothing capacitor C1 is between a node N2 connected to the anode of the LED LED connected, and the ground node GND switched, ie parallel to the series circuit of light emitting diode LED and current sensing resistor RS1 , Instead of the ground node GND can the smoothing capacitor C1 and / or the anode of the freewheeling diode D1 also with a knot N3 between the LED LED and the current sensing resistor RS1 be connected.
Der Knoten N3 ist mit einem Eingang eines Verstärkers U2 verbunden. Ein Ausgang des Verstärkers U2 ist mit einem Eingang eines Regelglieds U3 verbunden. An dem anderen Eingang des Regelglieds U3 liegt ein einem Sollstrom entsprechendes Signal Iset an. Ein Ausgang des Regelglieds U3 ist mit der Anode einer Diode D3 verbunden. Die Kathode der Diode D3 ist mit einem Steuereingang Pctrl einer Steuereinheit U1 verbunden.The knot N3 is with an input of an amplifier U2 connected. An output of the amplifier U2 is with an input of a control element U3 connected. At the other input of the control element U3 is a signal corresponding to a desired current Iset. An output of the control element U3 is with the anode of a diode D3 connected. The cathode of the diode D3 is connected to a control input Pctrl of a control unit U1 connected.
Die Steuereinheit U1 kann beispielsweise einen Controller enthalten, für den beispielsweise wie im eingangs beschriebenen Stand der Technik der L6562 verwendet werden kann. Der Versorgungsspannungsanschluss Pvcc der Steuereinheit U1 ist mit der Kathode einer Bootstrapdiode D2 verbunden. Die Anode der Bootstrapdiode D2 ist mit einem Versorgungsspannungsanschluss VCC der Schaltungsanordnung 1 verbunden, an der eine Versorgungsspannung Vcc angelegt ist. Ein Masseanschluss Pgnd der Steuereinheit U1 ist mit dem Knoten N1 verbunden. Zwischen den Versorgungsspannungsanschluss Pvcc und den Masseanschluss Pgnd der Steuereinheit U1 ist ein Bootstrapkondensator C2 geschaltet. Zwischen den Versorgungsspannungsanschluss VCC und dem Masseknoten GND der Schaltungsanordnung 1 ist ein Blockkondensator C4 geschaltet.The control unit U1 can for example contain a controller, for example, as in the prior art described above, the L6562 can be used. The supply voltage connection Pvcc the control unit U1 is with the cathode of a bootstrap diode D2 connected. The anode of the bootstrap diode D2 is with a supply voltage connection VCC the circuit arrangement 1 connected to the one supply voltage Vcc is created. A ground connection Pgnd the control unit U1 is with the node N1 connected. Between the supply voltage connection Pvcc and the ground terminal Pgnd of the control unit U1 is a bootstrap capacitor C2 connected. Between the supply voltage connection VCC and the ground node GND the circuit arrangement 1 is a block capacitor C4 connected.
Ein Kondensator C3 ist zwischen die Kathode der Diode D3 und den Masseanschluss Pgnd der Steuereinheit U1 geschaltet. Optional ist ein Widerstand R4 parallel zu dem Kondensator C3 geschaltet. Ein Steuerausgang Pgd der Steuereinheit U1 ist mit einem Steuereingang des Schaltelements M1 verbunden, im vorliegenden Beispiel also mit dem Gate des n-Kanal-MOSFETs.A capacitor C3 is between the cathode of the diode D3 and the ground terminal Pgnd of the control unit U1 connected. Optional is a resistor R4 parallel to the capacitor C3 connected. A control output Pgd of the control unit U1 is with a control input of the switching element M1 connected, in the present example so with the gate of the n-channel MOSFETs.
Im Betrieb wird das Schaltelement M1 mit einer vorbestimmten Frequenz getaktet. Dadurch entsteht an dem Knoten N1 eine getaktete Spannung. Diese wird durch die Glättungsinduktivität L1 und den Glättungskondensator C1 geglättet, so dass die Leuchtdiode LED mit einer geglätteten Gleichspannung betrieben wird. Der Induktivitätswert der Glättungsinduktivität L1 und der Kapazitätswert des Glättungskondensator C1 sind so gewählt, dass ihre Zeitkonstante erheblich größer als eine Periodendauer T des Schaltens des Schaltelements M1 ist. Die geglättete Gleichspannung ist um das Tastverhältnis, also den Quotient aus Einschaltzeit Ton und Periodendauer T des Schaltens (=Einschaltzeit Ton + Ausschaltzeit Toff), kleiner als die Eingangsspannung Vin.In operation, the switching element M1 clocked at a predetermined frequency. This results in the node N1 a clocked voltage. This is due to the smoothing inductance L1 and the smoothing capacitor C1 smoothed so that the light emitting diode LED is operated with a smoothed DC voltage. The inductance value of the smoothing inductance L1 and the capacitance value of the smoothing capacitor C1 are like that chosen that their time constant is considerably larger than a period T the switching of the switching element M1 is. The smoothed DC voltage is the duty cycle, ie the quotient of the switch-on time Ton and period duration T of switching (= on time Ton + off time Toff), less than the input voltage Vin.
Eine an dem Stromfühlwiderstand RS1 abfallende Spannung wird durch den Verstärker U2 verstärkt und in dem Regelglied U3 mit dem Pegel des Signals Iset verglichen. Entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs und einer Regelcharakteristik erzeugt das Regelglied U3 ein Fehlersignal, das auf die gemeinsame Masse GND bezogen ist.One on the current sensing resistor RS1 Declining voltage is provided by the amplifier U2 strengthened and in the regulator U3 compared with the level of the signal Iset. The control element generates according to a result of the comparison and a control characteristic U3 an error signal related to the common ground GND.
Damit die Steuereinheit U1 direkt ohne zusätzlichen hochseitigen Treiber das Gate des n-Kanal-MOSFETs steuern kann, muss ihr Masseanschluss Pgnd bei eingeschaltetem Schaltelement M1 auf eine Spannung angehoben werden, die etwa der Eingangsspannung Vin entspricht. Dazu wirken in der vorliegenden Ausführungsform die Bootstrapdiode D2 und der Bootstrapkondensator C2 in gleicher Weise wie die Bootstrapdiode D1102 und der Bootstrapkondensator C1102 des bekannten Buck-Treibers 1100.So that the control unit U1 directly without additional high-side driver can control the gate of the n-channel MOSFETs, their ground connection Pgnd must be switched on with switching element M1 be raised to a voltage which corresponds approximately to the input voltage Vin. For this purpose act in the present embodiment, the bootstrap diode D2 and the bootstrap capacitor C2 in the same way as the bootstrap diode D1102 and the bootstrap capacitor C1102 the well-known buck driver 1100 ,
Im ausgeschalteten Zustand des Schaltelements M1 leitet die Freilaufdiode D1, der Knoten N1 hat also in etwa Massepotential. Die Durchlassspannung der Freilaufdiode D1 (und für den Fall, dass deren Anode am Knoten N3 angeschlossen ist, die an dem Stromfühlwiderstand RS1 abfallende Spannung) sind dabei gegenüber der Eingangsspannung, die in der Regel einige 100 V beträgt, zu vernachlässigen.In the switched-off state of the switching element M1 conducts the freewheeling diode D1 , the knot N1 So it has approximately ground potential. The forward voltage of the freewheeling diode D1 (and in the event that their anode is at the node N3 connected to the current sensing resistor RS1 falling voltage) are negligible compared to the input voltage, which is usually a few 100V.
In diesem Zustand wird der Bootstrapkondensator C2 über die Bootstrapdiode D2 ungefähr auf die Versorgungsspannung Vcc aufgeladen. Wenn das Schaltelement M1 dann eingeschaltet wird, springt die Spannung an dem Knoten N1 etwa auf die Eingangsspannung Vin (unter Abzug einer Sättigungsspannung des Schaltelements M1). Damit steigt die Spannung an dem Masseanschluss Pgnd ebenfalls auf etwa die Eingangsspannung Vin an, und an dem Versorgungsspannungsanschluss Pvcc entsteht eine Spannung, die etwa um Vcc höher ist als die Eingangsspannung Vin. Die Bootstrapdiode D2 sperrt und verhindert somit eine Rückwirkung der erhöhten Spannung auf Vcc.In this state, the bootstrap capacitor C2 via the bootstrap diode D2 about the supply voltage Vcc charged. When the switching element M1 then turned on, the voltage jumps at the node N1 about the input voltage Vin (subtracting a saturation voltage of the switching element M1 ). Thus, the voltage at the ground terminal Pgnd also rises to about the input voltage Vin on, and at the supply voltage connection Pvcc creates a tension that is about Vcc higher than the input voltage Vin , The bootstrap diode D2 locks and thus prevents a reaction of the increased voltage Vcc ,
Der Kapazitätswert des Bootstrapkondensators C2 ist so gewählt, dass seine Entladezeitkonstante erheblich größer als die Periodendauer T des Schaltens des Schaltelements M1 ist. Die Spannung an dem Bootstrapkondensator C2 bleibt somit annähernd konstant und dient als Versorgungsspannung für Steuereinheit U1. Diese kann somit ein Ausgangssignal im Bereich Vin bis Vin + Vcc liefern, das geeignet ist, das Schaltelement M1 in dem eingeschalteten Zustand zu halten. Da die Steuereinheit U1 immer auf eine Spannung Gnd_Buck an ihrem Masseanschluss Pgnd bezogen ist, kann sie immer ein Steuersignal ausgeben, die zum Steuern des Schaltelements geeignet sind, unabhängig davon, ob die Spannung Gnd_Buck gerade ungefähr Null ist oder ungefähr der Eingangsspannung Vin entspricht.The capacity value of the bootstrap capacitor C2 is chosen so that its discharge time constant is considerably larger than the period T the switching of the switching element M1 is. The voltage on the bootstrap capacitor C2 thus remains approximately constant and serves as a supply voltage for the control unit U1 , This can thus be an output signal in the range Vin to provide Vin + Vcc, which is suitable, the switching element M1 to keep in the on state. Because the control unit U1 always related to a voltage Gnd_Buck at its ground terminal Pgnd, it can always output a control signal suitable for controlling the switching element irrespective of whether the voltage Gnd_Buck is just about zero or approximately equal to the input voltage Vin.
Damit die Steuereinheit U1 das von dem Regelglied U3 ausgegebene Fehlersignal, das auf die gemeinsame Masse GND bezogen ist, verarbeiten kann, muss dieses Signal zunächst ebenfalls auf die Spannung Gnd_Buck bezogen werden. Das geschieht mithilfe der Diode D3 und des Kondensators C3. Im ausgeschalteten Zustand des Schaltelements M1, wenn der Knoten N1 in etwa Massepotential hat, wird der Kondensator C3 über die Diode D3 auf den Pegel des von dem Regelglied U3 ausgegebene Fehlersignals aufgeladen. Wenn das Schaltelement M1 dann eingeschaltet wird und die Spannung an dem Knoten N1 etwa auf die Eingangsspannung Vin springt, wird auch der Pegel des in dem Kondensator C3 gespeicherten Fehlersignals etwa um Vin erhöht. Die Diode D3 sperrt und verhindert somit eine Rückwirkung der erhöhten Spannung auf den Ausgang des Regelglieds U3. Der Kapazitätswert des Blockkondensator C3 ist so gewählt, dass seine Entladezeitkonstante erheblich größer als die Periodendauer T des Schaltens des Schaltelements M1 ist. Dadurch bleibt der Pegel des in dem Kondensator C3 gespeicherten Fehlersignals bei eingeschaltetem Schaltelement ungefähr auf dem Wert, den er unmittelbar vor dem Einschalten angenommen hatte.So that the control unit U1 that of the regulator U3 output error signal that is on the common ground GND This signal must first also be related to the voltage Gnd_Buck. This is done with the help of the diode D3 and the capacitor C3 , In the switched-off state of the switching element M1 if the node N1 has approximately ground potential, the capacitor is C3 over the diode D3 to the level of the regulator U3 outputted error signal charged. When the switching element M1 then turn on and the voltage on the node N1 about the input voltage Vin jumps, also the level of the in the capacitor C3 stored error signal about Vin elevated. The diode D3 blocks and thus prevents a reaction of the increased voltage to the output of the control element U3 , The capacitance value of the blocking capacitor C3 is chosen so that its discharge time constant is considerably larger than the period T the switching of the switching element M1 is. This leaves the level of the capacitor in the capacitor C3 stored error signal when the switching element is about the value that he had assumed immediately before switching.
Die Bootstrapdiode D2 und die Diode D3 müssen darauf ausgelegt sein, die im eingeschalteten Zustand an ihnen abfallende hohe Sperrspannung aushalten zu können.The bootstrap diode D2 and the diode D3 must be designed to withstand the falling in the on state dropping high blocking voltage can.
Somit liegt an dem Steuereingang Pctrl der Steuereinheit U1 ein auf die Spannung Gnd_Buck an ihrem Masseanschluss bezogenes Signal an, und sie kann aus diesem Signal in gleicher Weise wie bei dem bekannten Buck-Treiber 1100 ein Gatetreibersignal erzeugen und ausgeben.Thus lies at the control input PCTRL the control unit U1 a signal related to the voltage Gnd_Buck at its ground terminal, and it can from this signal in the same manner as in the known Buck driver 1100 generate and output a gate drive signal.
Durch den geschlossenen Regelkreis und eine geeignete Festlegung der Regeleigenschaften des Regelglieds U3 und der Arbeitsweise des Controllers U1 kann das Tastverhältnis so geregelt werden, dass ein Strom durch die Leuchtdiode LED einem durch das Signal Iset bestimmten Sollstrom entspricht. Die Regelung erfolgt also durch Pulsweitenmodulation (PWM) des an das Gate des Schaltelements (M1) angelegten Steuersignals.Due to the closed loop and a suitable definition of the control characteristics of the control element U3 and the operation of the controller U1 the duty cycle can be regulated so that a Current through the LED LED one by the signal Iset corresponds to certain nominal current. The control is thus effected by pulse width modulation (PWM) of the gate of the switching element ( M1 ) applied control signal.
Somit erzielt die Schaltungsanordnung 100 dieselben Wirkungen wie der bekannte Buck-Treiber 1100 und hat dementsprechend dieselben Vorteile gegenüber dem Reverse-Buck-Treiber 1200. Allerdings benötigt sie dafür nicht den zusätzlichen Treiberbaustein mit dem hochseitigen Treiber und einige mit diesem zusammenhängende Bauelemente, so dass Kosten und Platz auf der Leiterplatte gespart werden können und ein Herstellungsverfahren vereinfacht werden kann.Thus, the circuit arrangement achieved 100 the same effects as the well-known Buck driver 1100 and accordingly has the same advantages over the reverse buck driver 1200 , However, it does not require the additional driver chip with the high-side driver and some components associated with it, so that cost and space on the PCB can be saved and a manufacturing process can be simplified.
2 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung 1a, die ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung 1 ist. Insbesondere sind dort einige Schaltungselemente näher konkretisiert und weitere Schaltungselemente hinzugefügt. Bereits früher beschriebene Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. 2 shows a circuit diagram of a circuit arrangement 1a , which is a modified embodiment of the in 1 illustrated circuit arrangement 1 is. In particular, there are some circuit elements specified in more detail and added more circuit elements. Previously described components are identified by the same reference numerals, and their description will not be repeated.
In diesem Ausführungsbeispiel wird als Steuereinheit U1 der Controllerbaustein L6562 verwendet, und die konkrete Beschaltung ist auf diesen abgestimmt. Die Beschaltung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel so, dass der Controllerbaustein basierend auf einer Spitzenstromsteuerung im Übergangsmodus arbeitet.In this embodiment, as a control unit U1 the controller block L6562 used, and the concrete wiring is tuned to this. The wiring is done in this embodiment so that the controller module operates based on a peak current control in the transition mode.
Weitere Merkmale dieses und der folgenden Ausführungsbeispiel sind jedoch nicht auf diesen Controllerbaustein und dessen spezielle Beschaltung eingeschränkt, sondern können beispielsweise auch in Kombination mit der in 1 dargestellten allgemeinen Schaltungsanordnung 1 verwendet werden.However, further features of this and the following exemplary embodiments are not restricted to this controller module and its special circuitry, but can also be used, for example, in combination with the controller of FIG 1 illustrated general circuit arrangement 1 be used.
Anstelle der Glättungsinduktivität sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Induktivitäten L1a und L1b angeordnet, die einen gemeinsamen Kern aufweisen. Der Wickelsinn ist im Schaltbild durch Punkte angegeben. Eine der beiden Induktivitäten liegt in dem Hauptstromweg und dient als Glättungsinduktivität L1a. Die zweite Induktivität L1b ist mit dem Knoten N1 verbunden, mit dem die Glättungsinduktivität L1a und die Kathode der Freilaufdiode D1 verbunden sind. Das andere Ende der Induktivität L1b ist über einen Widerstand R10 mit einem Nullstromerfassungseingang Pzcd der Steuereinheit U1 verbunden. In den Hauptstromweg ist ein zusätzlicher Serienwiderstand RS2 zwischen das Schaltelement M1 und die Glättungsinduktivität L1a geschaltet.Instead of the smoothing inductance are in this embodiment, two inductances L1a and L1b arranged, which have a common core. The winding direction is indicated in the diagram by dots. One of the two inductors is located in the main current path and serves as a smoothing inductance L1a , The second inductance L1b is with the node N1 connected, with the smoothing inductance L1a and the cathode of the freewheeling diode D1 are connected. The other end of the inductance L1b is about a resistance R10 with a zero current detection input Pzcd the control unit U1 connected. In the main current path is an additional series resistor RS2 between the switching element M1 and the smoothing inductance L1a connected.
Der Verstärker ist in diesem Ausführungsbeispiel als Operationsverstärker U2a gebildet. Knoten N3 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers U2a verbunden. Ein Widerstand R5 ist zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U2a und Masse GND geschaltet, ein Widerstand R7 zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers U2a. Somit ergibt sich eine nichtinvertierende Verstärkung von R7/R5.The amplifier is in this embodiment as an operational amplifier u2a educated. node N3 is with the non-inverting input of the operational amplifier u2a connected. A resistance R5 is between the inverting input of the operational amplifier u2a and mass GND switched, a resistor R7 between the inverting input and the output of the operational amplifier u2a , This results in a noninverting gain of R7 / R5.
Der Ausgang des Operationsverstärkers U2a ist über einen Widerstand R8 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers U3a verbunden. Zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers U3a sind ein Widerstand R9 und ein Kondensator C6 in Reihe geschaltet. An dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers U3a ist das einem Sollstrom entsprechende Signal Iset angelegt.The output of the operational amplifier u2a is about a resistance R8 with the non-inverting input of another operational amplifier u3a connected. Between the inverting input and the output of the operational amplifier u3a are a resistance R9 and a capacitor C6 connected in series. At the noninverting input of the operational amplifier u3a the signal Iset corresponding to a desired current is applied.
Somit wirkt der Operationsverstärker U3a als PI-Regelglied. Die Beschaltung kann aber auch anders vorgenommen werden, so dass der Operationsverstärker U3a eine andere Regelcharakteristik aufweist, beispielsweise als PD-Regelglied oder als PID-Regelglied.Thus, the operational amplifier acts u3a as a PI controller. The wiring can also be made differently, so that the operational amplifier u3a has a different control characteristic, for example as a PD-control element or as a PID control element.
Der Ausgang des Operationsverstärkers U3a ist über einen Widerstand R6 mit der Anode der Diode D3 verbunden. Die Kathode der Diode D3 ist mit einem Multiplizierereingang Pmult der Steuereinheit U1 verbunden, der in diesem Ausführungsbeispiel als Steuereingang dient. Wie in der Schaltungsanordnung 1 ist der Kondensator C3 (und optional der Widerstand R4) zwischen die Kathode der Diode D3 und den Masseanschluss Pgnd der Steuereinheit U1 geschaltet.The output of the operational amplifier u3a is about a resistance R6 with the anode of the diode D3 connected. The cathode of the diode D3 is connected to a multiplier input Pmult of the control unit U1 connected, which serves as a control input in this embodiment. As in the circuit arrangement 1 is the capacitor C3 (and optionally the resistor R4 ) between the cathode of the diode D3 and the ground terminal Pgnd of the control unit U1 connected.
Wie in der Schaltungsanordnung 1 ist der Masseanschluss Pgnd der Steuereinheit U1 mit dem Knoten N1 verbunden, der Versorgungsspannungsanschluss Pvcc der Steuereinheit U1 ist mit der Kathode der Bootstrapdiode D2 verbunden, zwischen die beiden Anschlüsse ist der Bootstrapkondensator C2 geschaltet, und der Steuerausgang Pgd der Steuereinheit U1 ist mit dem Steuereingang des Schaltelements M1 verbunden, also mit dem Gate des n-Kanal-MOSFETs.As in the circuit arrangement 1 is the ground connection Pgnd the control unit U1 with the node N1 connected, the power supply terminal Pvcc of the control unit U1 is with the cathode of the bootstrap diode D2 connected, between the two ports is the bootstrap capacitor C2 switched, and the control output Pgd the control unit U1 is with the control input of the switching element M1 connected, ie with the gate of the n-channel MOSFETs.
Ein Widerstand R2 ist zwischen den Knoten N1 und einen invertierenden Komparatoreingang Pinv der Steuereinheit U1 geschaltet, ein Widerstand R3 ist zwischen den invertierenden Komparatoreingang Pinv und einen Komparatorausgang Pcomp der Steuereinheit U1 geschaltet, und ein PWM-Komparatoreingang Pcs der Steuereinheit U1 ist mit einem Knoten N4 zwischen dem Schaltelement M1 und dem Serienwiderstand RS2 verbunden. A resistance R2 is between the nodes N1 and an inverting comparator input pinv the control unit U1 switched, a resistor R3 is between the inverting comparator input pinv and a comparator output Pcomp of the control unit U1 switched, and a PWM comparator input pcs the control unit U1 is with a node N4 between the switching element M1 and the series resistor RS2 connected.
Ein Widerstand R11 ist zwischen den invertierenden Komparatoreingang Pinv und den Versorgungsspannungsanschluss Pvcc der Steuereinheit U1 geschaltet. Ein Eingangsanschluss PIN für ein gepulstes Signal Vp ist mit dem Versorgungsspannungsanschluss Pvcc der Steuereinheit U1 verbunden.A resistance R11 is between the inverting comparator input pinv and the supply voltage connection Pvcc the control unit U1 connected. An input terminal PIN for a pulsed signal vp is with the supply voltage connection Pvcc the control unit U1 connected.
Der Betrieb entspricht dem der Schaltungsanordnung 1. Die Betriebsspannung für die Leuchtdiode LED wird durch Zerhacken der Eingangsspannung Vin und anschließendes Glätten gewonnen. Eine an dem Stromfühlwiderstand RS1 abfallende Spannung wird durch den mittels des Operationsverstärker U2a gebildeten Verstärker verstärkt und in dem mittels des Operationsverstärker U3a gebildeten Regelglied mit dem Pegel des Signals Iset verglichen. Das ausgegebene auf die gemeinsame Masse GND bezogene Fehlersignal wird über die Diode D3 in den Kondensator C3 gespeichert und dem als Steuereingang wirkenden Anschluss Pmult der Steuereinheit U1 zugeführt. Diese erhält ihre Versorgungsspannung über die Bootstrapdiode D2 und den Bootstrapkondensator C2 und gibt an ihrem Steuerausgang Pgd ein Gatetreibersignal aus, das direkt an das Gate des Schaltelements M1 angelegt werden kann.The operation corresponds to that of the circuit arrangement 1 , The operating voltage for the LED LED is by hacking the input voltage Vin and then smoothing. One on the current sensing resistor RS1 decreasing voltage is by the means of the operational amplifier u2a amplified amplifier formed and in the means of the operational amplifier u3a formed control element compared to the level of the signal Iset. The issued on the common mass GND referenced error signal is via the diode D3 in the condenser C3 stored and acting as a control input terminal Pmult the control unit U1 fed. This receives its supply voltage via the bootstrap diode D2 and the bootstrap capacitor C2 and outputs at its control output Pgd a gate drive signal directly to the gate of the switching element M1 can be created.
Die Einschaltzeit Ton hängt in diesem Ausführungsbeispiel von einem internen Einstellpunkt ab, der durch das Signal am Anschluss Pmult, das mit einem Spitzenwert an dem Anschluss Pcs verglichen wird, geregelt wird.The on-time Ton in this embodiment depends on an internal set point, which is controlled by the signal on the terminal Pmult, which is compared with a peak on the terminal Pcs.
Der interne Operationsverstärker des Controllerbausteins wird als normaler nichtinvertierender Verstärker genutzt, um den Anschluss Pcomp auf eine feste Spannung von 2.5V * (1 + R3/R2) zu setzen.The internal operational amplifier of the controller module is used as a normal non-inverting amplifier to set the connection Pcomp to a fixed voltage of 2.5V * (1 + R3 / R2).
Dieser interne Operationsverstärker könnte auch als Regler genutzt werden und somit den externen Operationsverstärker U3a ersetzen. In diesem Fall müsste aber zusätzlich zu der an dem Stromfühlwiderstand RS1 abfallenden Spannung auch das Signal Iset an die Steuereinheit U1 mit der hochgelegten Versorgungsspannung übertragen werden, was die Schaltungsanordnung komplexer machen und zumindest eine weitere Hochspannungsdiode erforderlich machen würde. Außerdem ist dieser interne Operationsverstärker nicht sehr widerstandsfähig gegen externe Störungen, besonders in dem Fall, in dem er als Regler genutzt wird, wenn eine große Impedanz zwischen den Anschlüssen Pinv und Pcomp liegt.This internal operational amplifier could also be used as a regulator and thus the external operational amplifier u3a replace. In this case, however, in addition to the on the current sensing resistor would have RS1 voltage drop also the signal Iset to the control unit U1 be transmitted with the high supply voltage, which would make the circuitry complex and would require at least one other high voltage diode. In addition, this internal operational amplifier is not very resistant to external noise, especially in the case where it is used as a regulator when there is a large impedance between the terminals Pinv and Pcomp.
Die Ausschaltzeit Toff hängt in diesem Ausführungsbeispiel von der Demagnetisierungszeit der Induktivität ab. Das Signal Zcd triggert den Beginn des nächsten Schaltzyklus. Dadurch wird einerseits erreicht, dass das Schaltelement M1 bei einem Strom von Null und mit der möglichst niedrigsten Spannung eingeschaltet wird. Andererseits wird auch die Diode D1 bei einem Strom von Null ausgeschaltet. The switch-off time Toff depends in this embodiment of the demagnetization of the inductance. The signal Zcd triggers the beginning of the next switching cycle. This on the one hand ensures that the switching element M1 is turned on at a current of zero and with the lowest possible voltage. On the other hand, the diode is also D1 switched off at a current of zero.
Durch diesen Betrieb, der als BCM-Betrieb (Boundary Conduction Mode) bezeichnet wird, können die Schaltverluste sowohl des Schaltelements M1 als auch der Diode D1 minimiert werden. Außerdem werden dadurch auch eventuelle Funkstörungen, die von solchen Schaltwandlern typischerweise in das Versorgungsnetz eingespeist werden, minimiert.By this operation, which is referred to as Boundary Conduction Mode (BCM), the switching losses of both the switching element M1 as well as the diode D1 be minimized. In addition, this also possible radio interference that are typically fed by such switching converters in the supply network, minimized.
Der L6562 erfordert einen Startstrom durch den Anschluss Pinv, der durch den Widerstand R11 zugeführt wird, der beispielsweise einen Widerstandswert von 470 kΩ bis 1 MΩ) haben kann.The L6562 requires a starting current through the pinv pin, which is due to the resistance R11 is supplied, which may have, for example, a resistance value of 470 kΩ to 1 MΩ).
Eine Einschränkung dieses Ausführungsbeispiels liegt darin, dass es beim ersten Einschalten der Schaltungsordnung auch bei Anliegen der Versorgungsspannung Vcc vorkommen kann, dass die hochgelegte Versorgungsspannung Vcc_Buck nicht erzeugt werden kann, weil der Knoten N2 schwebend bleibt. Durch das gepulste Signal Vp wird die hochgelegte Versorgungsspannung Vcc_Buck ein erstes Mal erzeugt, wodurch die Schaltungsordnung starten kann. Dazu muss das gepulste Signal einen Pegel haben, der hinreichend größer ist als die Versorgungsspannung Vcc. Es kann dafür beispielsweise die gepulste Spannung hinter einem zum Erzeugen der Eingangsgleichspannung Vin verwendeten Brückennetzgleichrichter verwendet werden.A limitation of this embodiment is that, when the circuit arrangement is first switched on, even when the supply voltage Vcc is present, it can happen that the high supply voltage Vcc_Buck can not be generated because the node N2 remains floating. By the pulsed signal vp The high supply voltage Vcc_Buck is generated a first time, whereby the circuit order can start. For this purpose, the pulsed signal must have a level that is sufficiently greater than the supply voltage Vcc , For example, the pulsed voltage behind a bridge rectifier used to generate the input DC voltage Vin can be used for this purpose.
Anstelle einer gepulsten Spannung kann auch eine hinreichend hohe Gleichspannung verwendet werden. Der Widerstand R1 sollte jedoch nicht mit der Eingangsspannung Vin verbunden werden, weil diese normalerweise durch das Vorhandensein eines Stützkondensators auch nach Abschalten des Netzes relativ hoch bleibt. Daher versucht die Schaltungsanordnung in diesem Fall immer wieder, neu zu starten, was zu einem Blinken der Leuchtdiode nach Abschalten des Netzes führt, bis die Energie in dem Stützkondensator verbraucht ist.Instead of a pulsed voltage, a sufficiently high DC voltage can also be used. The resistance R1 However, it should not be connected to the input voltage Vin because it will normally remain relatively high even after the power has been turned off due to the presence of a backup capacitor. Therefore, the circuit in this case tries again and again to restart, resulting in a flashing of the LED after switching off the network leads, until the energy is consumed in the backup capacitor.
Wenn der Widerstand R1 mit dem Brückennetzgleichrichter verbunden ist, wird über den Widerstand R11 ein gepulstes Signal in den Regelkreis eingeführt, das nicht kompensiert wird und daher auf dem Ausgangsstrom eine Welligkeit erzeugt, die die doppelte Frequenz der Netzspannung hat.When the resistance R1 Connected to the bridge rectifier is via the resistor R11 a pulsed signal is introduced into the control loop which is not compensated and therefore generates on the output current a ripple which has twice the frequency of the mains voltage.
3 zeigt ein Schaltbild einer zur Kompensation dieser Welligkeit geeigneten Schaltungsanordnung 1b, die ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung 1a ist. Bereits früher beschriebene Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. 3 shows a circuit diagram of a suitable circuit for compensating for this ripple 1b , which is a modified embodiment of the in 2 illustrated circuit arrangement 1a is. Previously described components are identified by the same reference numerals, and their description will not be repeated.
Der Widerstand R11 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht direkt mit dem Versorgungsspannungsanschluss Pvcc der Steuereinheit U1 verbunden, sondern über eine Serienschaltung aus einem Widerstand R10 und einer Diode D4. Dabei ist die Anode der Diode D4 mit dem Versorgungsspannungsanschluss Pvcc der Steuereinheit U1 verbunden. Eine Parallelschaltung aus einer Zenerdiode D5 und einem Kondensator C7 ist zwischen einen Verbindungsknoten zwischen den Widerständen R10 und R11 und den Masseanschluss Pgnd der Steuereinheit U1 geschaltet. Dabei ist die Anode der Zenerdiode D5 mit dem Masseanschluss Pgnd verbunden.The resistance R11 is not directly connected to the supply voltage terminal Pvcc of the control unit in this embodiment U1 connected, but via a series connection of a resistor R10 and a diode D4 , In this case, the anode of the diode D4 with the supply voltage connection Pvcc the control unit U1 connected. A parallel connection of a zener diode D5 and a capacitor C7 is between a connection node between the resistors R10 and R11 and the ground terminal Pgnd of the control unit U1 connected. The anode is the zener diode D5 connected to the ground terminal Pgnd.
Durch diese Schaltung wird ein durch den Widerstand R11 fließender Strom stabilisiert, so dass kein gepulstes Signal in den Regelkreis eingespeist wird und die Welligkeit mit der doppelten Netzfrequenz auf dem Ausgangsstrom unterdrückt wird.Through this circuit, a through the resistor R11 stabilized flowing current, so that no pulsed signal is fed into the control loop and the ripple is suppressed with twice the mains frequency on the output current.
Im Leerlaufbetrieb, wenn keine Leuchtdiode LED angeschlossen ist, fällt an dem Stromfühlwiderstand RS1 keine Spannung ab, und der Regler U3 bzw. U3a erzeugt ein maximales Fehlersignal, wodurch die Ausgangsspannung zwischen den Knoten N2 und N3 bis auf Vin hochgeregelt wird, was in einigen Fällen unerwünscht sein kann.In idle mode, if no LED LED is connected, falls to the current sensing resistor RS1 no voltage, and the regulator U3 or. u3a generates a maximum error signal, which reduces the output voltage between the nodes N2 and N3 until Vin is up-regulated, which may be undesirable in some cases.
4 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung 1c, die ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in 3 dargestellten Schaltungsanordnung 1b ist und mit der die maximale Ausgangsspannung begrenzt werden kann. Bereits früher beschriebene Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. 4 shows a circuit diagram of a circuit arrangement 1c , which is a modified embodiment of the in 3 illustrated circuit arrangement 1b is and with which the maximum output voltage can be limited. Previously described components are identified by the same reference numerals, and their description will not be repeated.
Ein Transistor Q1 ist mit seinem Emitter an dem Anschluss Pinv der Steuereinheit U1 angeschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Bipolartransistor verwendet, stattdessen kann jedoch auch ein Feldeffekttransistor verwendet werden. Der Kollektor des Transistors Q1 ist über einen Widerstand R15 mit dem Versorgungsspannungsanschluss Pvcc der Steuereinheit U1 verbunden. Ein Widerstand R13 ist zwischen Basis und Emitter geschaltet. Ein Widerstand R14 ist zwischen die Basis des Transistors Q1 und ein Ende eines Kondensators C8 geschaltet, dessen anderes Ende mit dem Masseanschluss Pgnd der Steuereinheit U1 verbunden ist. Ein Verbindungspunkt zwischen Widerstand R14 und Kondensator C8 ist mit der Anode einer Zenerdiode D7 verbunden. Die Kathode der Zenerdiode D7 ist über einen Widerstand R12 mit der Kathode einer Diode D6 verbunden. Die Anode der Diode D6 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der Induktivität L1b und dem Widerstand R6 verbunden.A transistor Q1 is with its emitter on the connector Pinv of the control unit U1 connected. In this embodiment, a bipolar transistor is used, but instead a field effect transistor may be used. The collector of the transistor Q1 is about a resistance R15 with the supply voltage connection Pvcc the control unit U1 connected. A resistance R13 is switched between base and emitter. A resistance R14 is between the base of the transistor Q1 and one end of a capacitor C8 whose other end is connected to the ground terminal Pgnd of the control unit U1 connected is. A connection point between resistance R14 and capacitor C8 is with the anode of a Zener diode D7 connected. The cathode of the Zener diode D7 is about a resistance R12 with the cathode of a diode D6 connected. The anode of the diode D6 is with a connection point between the inductance L1b and the resistance R6 connected.
Wenn die über die Induktivität L1b abgegriffene Ausgangsspannung die Summe aus Schwellenspannung der Diode D6 und Zenerspannung der Zenerdiode D7 überschreitet, wird der Transistor Q1 leitend, und die Spannung am Anschluss Pinv wird erhöht. Dadurch wird die interne Schutzschaltung des Controllerbausteins L6562 aktiviert und ein weiteres Hochregeln der Ausgangsspannung vermieden.When the over the inductance L1b tapped output voltage is the sum of the threshold voltage of the diode D6 and Zener voltage of the Zener diode D7 exceeds, the transistor Q1 conductive, and the voltage at pinv is increased. This turns the internal protection circuit of the controller module L6562 activated and avoided a further high regulation of the output voltage.
Dadurch wird eine Spannungsregelung verwirklicht, die auch für den Fall, dass zu viele in Serie geschaltete Leuchtdioden angeschlossen sind, die Ausgangsspannung konstant hält, wobei der Strom entsprechend reduziert wird.As a result, a voltage regulation is realized, which keeps the output voltage constant even in the event that too many series-connected light-emitting diodes are connected, the current being reduced accordingly.
5 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung 1d, die ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in 4 dargestellten Schaltungsanordnung 1c ist. Bereits früher beschriebene Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. 5 shows a circuit diagram of a circuit arrangement 1d , which is a modified embodiment of the in 4 illustrated circuit arrangement 1c is. Previously described components are identified by the same reference numerals, and their description will not be repeated.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Kondensator C5 zwischen die Anode der Diode D3 und Masse GND geschaltet. Somit wird das Ausgangssignal des Regelglieds U3, U3a dem Steuereingang Pctrl, Pmult der Steuereinheit U1 über ein aus dem Widerstand R6 und dem Kondensator C5 gebildetes Tiefpassfilter zugeführt. Der Kapazitätswert des Kondensators C5 ist wesentlich größer als der des Kondensators C3 und beträgt zumindest das Dreifache. Dadurch wird das dem Steuereingang Pctrl, Pmult der Steuereinheit U1 unabhängiger von einem Tastverhältnis des PWM-Schaltsteuersignals. Das bedeutet eine höhere Stabilität des Betriebsverhaltens der gesamten Schaltungsanordnung.In this embodiment, a capacitor C5 between the anode of the diode D3 and mass GND connected. Thus, the output of the control element becomes U3 . u3a the control input PCTRL . Pmult the control unit U1 about one out of the resistance R6 and the capacitor C5 formed low-pass filter supplied. The capacitance value of the capacitor C5 is much larger than that of the capacitor C3 and is at least threefold. This will be the control input PCTRL , Pmult the control unit U1 independent of a duty cycle of the PWM switching control signal. This means a higher stability of the operating behavior of the entire circuit arrangement.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Schaltungsanordnungcircuitry
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e
Buck-TreiberBuck Driver
11001100
Reverse-Buck-TreiberReverse Buck Driver
12001200
Glättungskondensatorsmoothing capacitor
C1, C1101, C1201C1, C1101, C1201
Bootstrapkondensatorbootstrap
C2, C1102C2, C1102
Kondensatorcapacitor
C3, C5-C8C3, C5-C8
Blockkondensatorblocking capacitor
C4, C1103, C1104, C1204C4, C1103, C1104, C1204
FreilaufdiodeFreewheeling diode
D1, D1101, D1201D1, D1101, D1201
BootstrapdiodeBootstrapdiode
D2, D1102D2, D1102
Diodediode
D3, D4, D6D3, D4, D6
ZenerdiodeZener diode
D5, D7D5, D7
Masse, MasseknotenMass, mass nodes
GNDGND
Spannungtension
Gnd_BuckGnd_Buck
Eingangsanschlussinput port
ININ
einem Sollstrom entsprechendes Signala desired current corresponding signal
IsetIset
Glättungsinduktivitätsmoothing
L1, L1a, L1101, L1201L1, L1a, L1101, L1201
Induktivitätinductance
L1bL1b
Leuchtdiode, LichtquelleLED, light source
LEDLED
n-Kanal-MOSFETn-channel MOSFET
M1, M1101, M1201M1, M1101, M1201
Knotennode
N1-N4, N1101-1103, N1201-1203N1-N4, N1101-1103, N1201-1203
Anschluss (Pin)Connection (pin)
PP
Komparatorausgangcomparator output
PcompP comp
PWM-KomparatoreingangPWM comparator input
Pcspcs
Steuereingangcontrol input
PctrlPCTRL
Steuerausgang, GatetreiberausgangControl output, gate driver output
PgdPgd
Masseanschlussground connection
PgndPgnd
hochseitiger Einganghigh-sided entrance
PhinPhin
hochseitiger Ausganghigh-sided output
PhoutpHout
invertierender Komparatoreinganginverting comparator input
Pinvpinv
StromfühleingangCurrent sensing input
PipkPIPK
SollwerteingangSetpoint input
PisetPiset
Multiplizierereingangmultiplier input
PmultPmult
hochseitiger Versorgungsspannungsanschlusshigh-side supply voltage connection
PvbPvb
VersorgungsspannungsanschlussSupply voltage connection
PvccPvcc
hochseitiger Masseanschlusshigh-side ground connection
Pvspvs
NullstromerfassungseingangZero current detection input
PzcdPzcd
Transistortransistor
Q1Q1
Widerstandresistance
R1-R15R1-R15
StromfühlwiderstandCurrent sensing resistor
RS1, RS1100, RS1200RS1, RS1100, RS1200
Serienwiderstandseries resistance
RS2RS2
Steuereinheit, ControllerControl unit, controller
U1, U1101, U1201U1, U1101, U1201
Treiberdriver
U1104U1104
Verstärkeramplifier
U2, U1102U2, U1102
Operationsverstärkeroperational amplifiers
U2a, U3aU2a, U3a
Regelgliedcontrol element
U3, U1103U3, U1103
Versorgungsspannungsupply voltage
VccVcc
Spannungtension
Vcc_BuckVcc_Buck
Eingangsspannunginput voltage
VinVin
gepulstes Signalpulsed signal
Vpvp
Signalsignal
ZcdZcd
