DE102010041613A1 - Circuit device for operating semiconductor light sources, has current-compensated choke switched between switch and rectifier, where leakage inductance of current-compensated choke is used as converter inductance - Google Patents

Circuit device for operating semiconductor light sources, has current-compensated choke switched between switch and rectifier, where leakage inductance of current-compensated choke is used as converter inductance Download PDF

Info

Publication number
DE102010041613A1
DE102010041613A1 DE102010041613A DE102010041613A DE102010041613A1 DE 102010041613 A1 DE102010041613 A1 DE 102010041613A1 DE 102010041613 A DE102010041613 A DE 102010041613A DE 102010041613 A DE102010041613 A DE 102010041613A DE 102010041613 A1 DE102010041613 A1 DE 102010041613A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current
converter
compensated
circuit
choke
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102010041613A
Other languages
German (de)
Inventor
Bernhard Siessegger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Priority to DE102010041613A priority Critical patent/DE102010041613A1/en
Publication of DE102010041613A1 publication Critical patent/DE102010041613A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40Details of LED load circuits
    • H05B45/44Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/48Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs organised in strings and incorporating parallel shunting devices
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/35Balancing circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/382Switched mode power supply [SMPS] with galvanic isolation between input and output
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/375Switched mode power supply [SMPS] using buck topology
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/38Switched mode power supply [SMPS] using boost topology
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/385Switched mode power supply [SMPS] using flyback topology
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • H05B45/3725Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/39Circuits containing inverter bridges
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Abstract

The device has two operating strands, where each strand comprises a rectifier (Re1), an input terminal, an output terminal, a reference potential and a current-compensated choke switched between a switch and the rectifier, where leakage inductance of the current-compensated choke is used as converter inductance. Semiconductor light sources are switched between the rectifier and the reference potential. The leakage inductance of the current-compensated choke is used as resonance inductance of a half bridge transducer.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier Halbleiterlichtquellen in mindestens zwei Betriebssträngen. Die Schaltungsanordnung stellt sicher, dass in den mindestens zwei Betriebssträngen immer der gleiche Strom fließt, ungeachtet der im jeweiligen Betriebsstrang herrschenden Spannungsverhältnisse.The invention relates to a circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources in at least two operating sections. The circuit arrangement ensures that the same current always flows in the at least two operating sections, regardless of the voltage conditions prevailing in the respective operating section.

Hintergrundbackground

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier Halbleiterlichtquellen nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources according to the preamble of the main claim.

Aus der Baddela, S. M.; Zinger, D. S. „Parallel connected LEDs operated at high to improve current sharing”, Conference Record of the IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 2004, 3–7 Oct. 2004, pp. 1677–1681, Vol. 3 ist eine Symmetrierung von LED-Strömen mittels Kondensatoren in Reihe zu Gleichrichtern bekannt. Allerdings wird hier der kapazitive Blindwiderstand der Kondensatoren genutzt, der ja frequenzabhängig ist. Dies ist insofern nachteilig, da in verschiedenen Anwendungen aufgrund bestimmter Rahmenbedingungen die Betriebsfrequenz der Halbleiterlichtquellen nicht festgelegt sein kannFrom the Baddela, SM; Zinger, DS "Parallel Connected LEDs Operated at High to Improve Current Sharing", Conference Record of the IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 2004, 3-7 Oct. 2004, pp. 1677-1681, Vol. 3 is a balancing of LED currents by means of capacitors in series with rectifiers known. However, here the capacitive reactance of the capacitors is used, which is indeed frequency-dependent. This is disadvantageous because in various applications due to certain conditions, the operating frequency of the semiconductor light sources can not be fixed

Die Stromsymmetrierung über stromkompensierte Drosseln ist im Stand der Technik bekannt, siehe z. B. die EP 1788 850 B1 der Anmelderin. Dort ist eine Schaltungsanordnung offenbart, in der mehrere stromkompensierte Drosseln kaskadenförmig ineinandergeschaltet sind. Für n Betriebsstränge werden n – 1 stromkompensierte Drosseln benötigt.The current balancing via current-compensated reactors is known in the art, see, for. B. the EP 1788 850 B1 the applicant. There, a circuit arrangement is disclosed in which a plurality of current-compensated reactors are connected in cascade. For n operating strands, n - 1 current - compensated chokes are required.

Aus der US 7408308 B2 ist ebenfalls eine Schaltungsanordnung bekannt, die mittels kaskadenförmig verschalteter stromkompensierter Drosseln eine Stromsymmetrierung der an die stromkompensierten Drosseln angeschlossenen Betriebsstränge erreicht.From the US 7408308 B2 a circuit arrangement is also known which achieves a current balancing of the operating sections connected to the current-compensated reactors by means of cascade-connected current-compensated reactors.

Aus der EP 1 286 572 A2 ist ebenfalls eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der Ströme in Leuchtstofflampen bekannt, die dafür eine stromkompensierte Drossel einsetzt.From the EP 1 286 572 A2 A circuit arrangement for balancing the currents in fluorescent lamps is also known, which uses a current-compensated choke for this purpose.

Diese bekannten Schaltungen haben jedoch den Nachteil, dass die stromsymmetrierenden Maßnahmen in eine bestehende Schaltung integriert wird, so dass zusätzliche Bauteilekosten anfallen. Dies macht das Produkt durch die zusätzlichen Bauteile größer und verursacht hohe Kosten.However, these known circuits have the disadvantage that the current-symmetrizing measures is integrated into an existing circuit, so that additional component costs incurred. This makes the product larger due to the additional components and causes high costs.

Aufgabetask

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier Halbleiterlichtquellen anzugeben, die gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnungen weniger Bauvolumen benötigt und kostengünstiger herzustellen ist.It is an object of the invention to provide a circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources, which requires less construction volume compared to the circuit arrangements known from the prior art and is less expensive to produce.

ZusammenfassungSummary

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier Halbleiterlichtquellen, aufweisend:

  • – einen elektrischen Energiewandler, mit
  • – mindestens einem Schalter,
  • – einer Wandlerinduktivität und
  • – mindestens zwei Betriebssträngen, von denen jeder einen Gleichrichter mit je einem Eingangsanschluss, einem Ausgangsanschluss und einem Bezugspotential aufweist,
  • – mindestens eine stromkompensierte Drossel, wobei
die stromkompensierte Drossel zwischen den Schalter und die Gleichrichter geschaltet ist und die Streuinduktivität der stromkompensierten Drossel als Wandlerinduktivität genutzt wird, und wobei die Halbleiterlichtquellen jeweils zwischen den Gleichrichter und dessen Bezugspotenzial geschaltet sind. Durch diese Maßnahme kann die große und teure Wandlerinduktivität eingespart werden, ohne das sich in der Schaltungsanordnung Einschränkungen oder Nachteile ergeben. Gleichzeitig werden die Halbleiterlichtquellen alle mit dem gleichen Strom betrieben, so das eine sehr gute Helligkeitsverteilung über alle betriebenen Halbleiterlichtquellen gegeben ist.The object is achieved according to the invention with a circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources, comprising:
  • - an electric energy converter, with
  • At least one switch,
  • - A Wandlerinduktivität and
  • At least two operating trains, each of which has a rectifier, each having an input terminal, an output terminal and a reference potential,
  • - At least one current-compensated choke, wherein
the current-compensated choke is connected between the switch and the rectifier, and the leakage inductance of the current-compensated choke is used as the converter inductance, and wherein the semiconductor light sources are respectively connected between the rectifier and its reference potential. By this measure, the large and expensive converter inductance can be saved without resulting in the circuit restrictions or disadvantages. At the same time, the semiconductor light sources all come with the same Power operated, so that a very good brightness distribution over all operated semiconductor light sources is given.

Bevorzugt weist die Schaltungsanordnung pro Betriebsstrang eine zusätzliche Diode auf, die nicht zur jeweils zugrundeliegenden Wandlertopologie gehört. Diese Diode gehört zum Gleichrichter, der die notwendige Sperrspannung sichert, die die Halbleiterlichtquellen oft nicht aufweisen.Preferably, the circuit arrangement per operating line to an additional diode, which does not belong to the respective underlying converter topology. This diode belongs to the rectifier, which ensures the necessary reverse voltage that often does not have the semiconductor light sources.

Der elektrische Energiewandler kann dabei ein Abwärtswandler sein. Ist dies der Fall, wird die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel bevorzugt als Wandlerausgangsinduktivität des Abwärtswandlers genutzt.The electrical energy converter can be a down converter. If this is the case, the leakage inductance of the at least one current-compensated choke is preferably used as converter output inductance of the down converter.

Bei größeren Anlagen kann die Schaltungsanordnung bevorzugt mehrere stromkompensierte Drosseln und mehrere Gleichrichter umfassen, wobei die stromkompensierten Drosseln einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweisen, und wobei die ersten Eingänge miteinander verbunden sind, und die ersten Ausgänge jeweils mit einem zugehörigen Gleichrichter verbunden sind, und wobei der zweite Ausgang einer stromkompensierten Drossel jeweils mit dem zweiten Eingang der darauffolgenden stromkompensierten Drossel verbunden ist und der zweite Ausgang der letzten stromkompensierten Drossel mit dem zweiten Eingang der ersten stromkompensierten Drossel verbunden ist. Diese Verschaltung sichert einen effizienten Betrieb der Halbleiterlichtquellen bei optimaler Stromsymmetrierung der angeschlossenen Betriebsstränge. Besonders bevorzugt ist eine Strommessschaltung zwischen den zweiten Ausgang der letzten stromkompensierten Drossel und den zweiten Eingang der ersten stromkompensierten Drossel geschaltet. Für die gesamte Anordnung genügt eine Strommessschaltung, da die weiteren Betriebsstränge ja alle den Strom führen, auf den im Betriebsstrang mit der Strommessschaltung geregelt wird.For larger systems, the circuitry may preferably include a plurality of common mode chokes and a plurality of rectifiers, the common mode chokes having first and second inputs, first and second outputs, and wherein the first inputs are interconnected and the first outputs each connected to one associated with the rectifier, and wherein the second output of a current-compensated throttle is respectively connected to the second input of the subsequent current-compensated throttle and the second output of the last current-compensated throttle is connected to the second input of the first current-compensated throttle. This interconnection ensures efficient operation of the semiconductor light sources with optimum current balancing of the connected operating strands. Particularly preferably, a current measuring circuit is connected between the second output of the last current-compensated throttle and the second input of the first current-compensated throttle. For the entire arrangement is sufficient, a current measuring circuit, since the other operating lines yes all lead the current to which is regulated in the operating line with the current measuring circuit.

In einer weiteren Ausführungsform kann der elektrische Energiewandler auch ein Ćuk-Wandler sein, und die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel als Wandlerausgangsinduktivität genutzt werden.In a further embodiment, the electrical energy converter can also be a uc-converter, and the leakage inductance of the at least one current-compensated choke can be used as converter output inductance.

In einer weiteren Ausführungsform kann der elektrische Energiewandler auch ein Sepic-Wandler sein, und die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel als Wandlerinduktivität im Konverterkreis genutzt werden.In a further embodiment, the electrical energy converter can also be a Sepic converter, and the leakage inductance of the at least one current-compensated choke can be used as a converter inductance in the converter circuit.

In einer weiteren Ausführungsform kann der elektrische Energiewandler ebenfalls ein Zeta-Wandler sein, und die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel als Wandlerausgangsinduktivität genutzt werden.In a further embodiment, the electrical energy converter can also be a zeta converter, and the leakage inductance of the at least one current-compensated choke can be used as converter output inductance.

In einer weiteren Ausführungsform kann der elektrische Energiewandler auch ein Halbbrückenwandler sein, und die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel als Resonanzinduktivität des Halbbrückenwandlers genutzt werden.In a further embodiment, the electrical energy converter can also be a half-bridge converter, and the leakage inductance of the at least one current-compensated choke can be used as resonance inductance of the half-bridge converter.

Je nach Auslegung der Schaltungsanordnung kann einer der oben behandelten Wandlertypen der optimale Wandlertyp für eine bestimmte Anwendung sein.Depending on the design of the circuitry, one of the types of transducers discussed above may be the optimal type of transducer for a particular application.

Der elektrische Energiewandler wird dabei bevorzugt derart betrieben, dass die Ströme durch die stromkompensierte Drosseln periodisch auf Null zurückgehen. Damit ist ein reiner Wechselstrombetrieb und eine optimale Symmetrierung der Strangströme gegeben.The electrical energy converter is preferably operated in such a way that the currents through the current-compensated reactors periodically return to zero. This is a pure AC operation and optimum symmetrization of the strand currents given.

Die Halbleiterlichtquellen sind dabei bevorzugt organische oder nichtorganische Leuchtdioden. Diese benötigen für gleiche Helligkeit üblicherweise gleiche Betriebsströme, deswegen ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für diesen Typ Halbleiterlichtquellen optimal geeignet.The semiconductor light sources are preferably organic or non-organic light-emitting diodes. These usually require the same operating currents for the same brightness, which is why the circuit arrangement according to the invention is optimally suited for this type of semiconductor light sources.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der elektrische Energiewandler einen Transformator aufweisen, der zwischen die mindestens eine stromkompensierte Drossel und den mindestens einen Schalter geschaltet ist. Diese Ausführungsform kann dann von Vorteil sein, wenn die Strangspannungen stark unterschiedlich zur Eingangsspannung sind.In a further preferred embodiment, the electrical energy converter may have a transformer which is connected between the at least one current-compensated choke and the at least one switch. This embodiment may be advantageous if the phase voltages are very different from the input voltage.

Die stromkompensierte Drossel weist bevorzugt ein Windungsverhältnis von 1:1 auf. Diese Maßnahme senkt die Kosten für die Herstellung der stromkompensierten Drossel, in vielen Fällen können Standardbauteile verwendet werden.The current-compensated choke preferably has a turn ratio of 1: 1. This measure reduces the cost of manufacturing the current-compensated choke, in many cases standard components can be used.

Sollen in bestimmten Anordnungen die Strangströme voneinander abweichen, da z. B. verschiedenfarbige Leuchtdioden verschiedene Betriebsströme benötigen, so kann die stromkompensierte Drossel auch ein Windungsverhältnis von ungleich 1:1 aufweisen. Je nach dem Windungsverhältnis werden auch die Strangströme unterschiedlich sein. If, in certain arrangements, the phase currents deviate from each other, since z. B. different colored light emitting diodes require different operating currents, the current-compensated choke can also have a turns ratio of unequal 1: 1. Depending on the turns ratio and the strand currents will be different.

Es wird ein quasi-paralleler Betrieb von mehreren Leuchtdioden und/oder mehreren Leuchtdiodensträngen mittels eines gemeinsamen Gleichspannungswandlers vorgeschlagen, wobei die Stromstärken des durch die Leuchtdioden fließenden Stroms näherungsweise identisch sind. Es muss lediglich auf den Strom in einer Leuchtdiode bzw. in einem Strang von Leuchtdioden geregelt werden. Hierzu wird ein Wandler verwendet der eine oder mehrere stromkompensierte Drosseln enthält, wobei die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln genutzt werden.A quasi-parallel operation of a plurality of light-emitting diodes and / or a plurality of light-emitting diode strands is proposed by means of a common DC-DC converter, wherein the current intensities of the current flowing through the light-emitting diodes are approximately identical. It only has to be regulated to the current in a light emitting diode or in a string of light emitting diodes. For this purpose, a converter is used which contains one or more current-compensated reactors, wherein the stray inductances of the current-compensated reactors are used.

Die bisher beschriebene Strom-Symmetrierung mittels stromkompensierter Drosseln ist insbesondere dann anwendbar, wenn ein periodischer Stromfluss vorliegt bzw. erzeugt wird, der – wie oben bereits erwähnt – immer wieder auf null zurückgeht. Mit sehr vielen geschalteten leistungselektronischen Schaltungen lassen sich derartige Stromflüsse erzeugen. So kann die bisherige dargestellte Stromquelle durch einen beliebigen Wechselrichter realisiert werden. Auch Gleichspannungswandler, sogenannte DC/DC-Wandler, basieren auf diversen hoch- und/oder tiefstellenden Wandlerkonzepten und lassen sich entsprechend modifizieren. Im Folgenden werden einige Varianten aufgezeigt, insbesondere deren erfindungsgemäße Ausführungen, bei denen die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln genutzt werden.The current balancing by means of current-compensated reactors described so far is particularly applicable when a periodic current flow is present or is generated, which - as already mentioned above - always returns to zero. With very many switched electronic power circuits, such power flows can be generated. Thus, the previous illustrated power source can be realized by any inverter. Also DC-DC converters, so-called DC / DC converters, are based on various high and / or low-level transducer concepts and can be modified accordingly. In the following, some variants are shown, in particular their embodiments according to the invention, in which the leakage inductances of the current-compensated reactors are used.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier Halbleiterlichtquellen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.Further advantageous developments and refinements of the circuit arrangement according to the invention for operating at least two semiconductor light sources emerge from further dependent claims and from the following description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and with reference to the drawings, in which the same or functionally identical elements are provided with identical reference numerals. Showing:

1 das Prinzip der Verwendung einer stromkompensierten Drossel Lcm zur Symmetrierang der beiden LED-Ströme Io1 und Io2, 1 the principle of using a current-compensated inductor Lcm to Symmetrierang the two LED currents Io1 and Io2,

2 die Symmetrierung der beiden Ausgangsströme Io1 und Io2 durch die stromkompensierte Drossel Lcm in weiten Grenzen unabhängig von den LED-Flussspannungen Vo1 und Vo2, 2 the balancing of the two output currents Io1 and Io2 by the current-compensated choke Lcm within wide limits independently of the LED forward voltages Vo1 and Vo2,

3 die Symmetrierang der beiden Ausgangsströme Io1 und Io2 trotz stark unterschiedlicher Lasten, 3 the symmetry of the two output currents Io1 and Io2 despite very different loads,

4 die Automatische Überbrückung von D2 im Open-Circuit-Fehlerfall, 4 the automatic bridging of D2 in the open-circuit error case,

5 die Symmetrierung der beiden Ausgangsströme Io1 und Io2 durch die stromkompensierte Drossel Lcm in weiten Grenzen unabhängig von den Belastungen durch R1 und R2, 5 the balancing of the two output currents Io1 and Io2 by the current-compensated choke Lcm within wide limits independent of the loads by R1 and R2,

6 den Verzicht auf eine Gleichrichtung und einen bei unsymmetrischer Belastung der Stromquelle Diskontinuierlichen Stromfluss durch die Leuchtdioden, 6 the elimination of rectification and unbalanced load of the current source discontinuous current flow through the LEDs,

7 den Verzicht auf eine Gleichrichtung und einen bei symmetrischer Belastung der Stromquelle Diskontinuierlichen Stromfluss durch die Leuchtdioden, 7 the elimination of a rectification and a symmetrical loading of the current source discontinuous current flow through the LEDs,

8a die Symmetrierung mehrerer Leuchtdioden oder Leuchtdiodenstränge mittels mehrer verschalteter stromkompensierter Drosseln gemäß einer Schaltungsvariante A (Baumstruktur), 8a the balancing of several light-emitting diodes or light-emitting diode strands by means of several interconnected current-compensated chokes according to a circuit variant A (tree structure),

8b die Symmetrierung mehrerer Leuchtdioden oder Leuchtdiodenstränge mittels mehrer verschalteter stromkompensierter Drosseln gemäß einer Schaltungsvariante B (Ringstruktur), 8b the symmetrization of several light-emitting diodes or light-emitting diode strands by means of several interconnected current-compensated chokes according to a circuit variant B (ring structure),

8c eine Ausführungsform der Schaltungsvariante B ohne Lcm5, 8c an embodiment of the circuit variant B without Lcm5,

8d eine Ausführungsform der Schaltungsvariante B ohne Lcm5 mit unsymmetrischer Verdopplerschaltung als Gleichrichter und ZVS-Halbbrückenschaltung zur Realisierung der Wechselstromquelle, 8d an embodiment of the circuit variant B without Lcm5 with unbalanced doubler circuit as a rectifier and ZVS half-bridge circuit for the realization of the AC power source,

8e eine Ausführungsform der Schaltungsvariante B ohne Lcm5 mit unsymmetrischer Verdopplerschaltung als Gleichrichter und Class-E-Wandler zur Realisierung der Wechselstromquelle, der zudem die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln als Resonanzinduktivitäten nutzt, 8th an embodiment of the circuit variant B without Lcm5 with unbalanced doubler circuit as a rectifier and Class E converter for the realization of the AC power source, which also uses the stray inductances of the current-compensated reactors as resonance inductances,

8f die Symmetrierung mehrerer Leuchtdioden oder Leuchtdiodenstränge mittels mehrer verschalteter stromkompensierter Drosseln gemäß einer Schaltungsvariante C (Serienparallelstruktur), 8f the symmetrization of several light-emitting diodes or light-emitting diode strands by means of a plurality of interconnected current-compensated chokes according to a circuit variant C (series-parallel structure),

8g die Symmetrierung mehrerer Leuchtdioden oder Leuchtdiodenstränge mittels mehrer verschalteter stromkompensierter Drosseln gemäß einer Schaltungsvariante C mit besonders vorteilhafter Strommessschaltung, 8g the balancing of several light-emitting diodes or light-emitting diode strings by means of several interconnected current-compensated chokes according to a circuit variant C with a particularly advantageous current measuring circuit,

9 eine ungleiche Aufteilung der Leuchtdiodenströme im Verhältnis 3:5 durch entsprechende Verschaltung dreier stromkompensierter Drosseln Lcm1 ... Lcm3 mit einem Windungsverhältnis von jeweils 1:1, 9 an unequal distribution of the light-emitting diode currents in the ratio 3: 5 by corresponding connection of three current-compensated reactors Lcm1 ... Lcm3 with a turn ratio of 1: 1, respectively

10a einen Drossel-Abwärtswandler mit Stromsymmetrierung und zwei Ausgängen, die jeweils eine nicht zur eigentlichen Wandlertopologie gehörende Flussdiode aufweisen, und mit induktiver Auskopplung des Leuchtdiodenstrommeßwertes, 10a a choke-down converter with current balancing and two outputs, each having a not belonging to the actual converter topology flow diode, and with inductive coupling of the LED Stromommeßwertes,

10b den Drossel-Abwärtswandler mit Stromsymmetrierung und zwei Ausgängen nach 10a mit ohmscher Ermittlung des LED-Strommeßwertes und Komparator Cmp1 zur Erkennung eines lückenden Stroms in der Wandlerinduktivität L1, 10b the choke down converter with current balancing and two outputs after 10a with ohmic determination of the LED current measurement value and comparator Cmp1 for detecting a discontinuous current in the converter inductance L1,

10c einen Drossel-Abwärtswandler mit Stromsymmetrierung und drei Ausgängen, 10c a choke-down converter with current balancing and three outputs,

11 die Strom-Symmetrie an dem Drossel-Abwärtswandler mit Stromsymmetrierung und zwei Ausgängen, 11 the current symmetry at the choke-down converter with current balancing and two outputs,

12 eine genauere Darstellung der Strom-Symmetrie, 12 a more detailed representation of the current symmetry,

13 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Drossel-Abwärtswandlers mit Stromsymmetrierung und zwei Ausgängen, der die Streuinduktivität der stromkompensierten Drossel als Wandlerinduktivität nutzt, 13 a particularly advantageous embodiment of the inductor-down converter with current balancing and two outputs, which uses the leakage inductance of the current-compensated inductor as a converter inductance,

14 weitere Messungen des Drossel-Abwärtswandlers mit Stromsymmetrierung und zwei Ausgängen im Vergleich, 14 further measurements of the inductor-buck converter with current balancing and two outputs in comparison,

15 die Erhöhung der Ausgangsströme an der besonders vorteilhaften Ausführungsform des Drossel-Abwärtswandlers mit Stromsymmetrierung und zwei Ausgängen durch Erhöhen der Eingangsspannung, 15 the increase of the output currents in the particularly advantageous embodiment of the inductor-down converter with current balancing and two outputs by increasing the input voltage,

16a einen Auf-Abwärtswandler mit zwei Ausgängen basierend auf einem Cuk-Wandler in einer Variante A1, 16a an up-down converter with two outputs based on a Cuk converter in a variant A1,

16b einen Auf-Abwärtswandler mit zwei Ausgängen basierend auf einem Cuk-Wandler in einer Variante A2, bei der die beiden Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drossel die Wandlerausgangsinduktivitäten bilden, 16b an up-down converter with two outputs based on a Cuk converter in a variant A2, in which the two leakage inductances of the current-compensated inductor form the converter output inductances,

17a einen Auf-Abwärtswandler mit zwei Ausgängen basierend auf einem Cuk-Wandler in einer Variante B1, die nur eine Wandlerausgangsinduktivität, dafür aber pro Ausgang eine nicht zur eigentlichen Wandlertopologie gehörende Flussdiode aufweist, 17a an up-down converter with two outputs based on a Cuk converter in a variant B1, which has only one converter output inductance, but per output a not belonging to the actual converter topology flow diode,

17b einen Auf-Abwärtswandler mit zwei Ausgängen basierend auf einem Cuk-Wandler in einer Variante B2, bei der die Wandlerausgangsinduktivität durch die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drossel gebildet ist, und bei der jeder Ausgang eine nicht zur eigentlichen Wandlertopologie gehörende Flussdiode aufweist, 17b a two-output up-down converter based on a Cuk converter in a variant B2 in which the converter output inductance is formed by the leakage inductances of the current-compensated inductor and in which each output has a flow diode not belonging to the actual converter topology,

18a einen Auf-Abwärtswandler mit zwei Ausgängen basierend auf einem SEPIC-Wandler in einer ersten Variante, 18a a two-output up-down converter based on a SEPIC converter in a first variant,

18b einen Auf-Abwärtswandler mit zwei Ausgängen basierend auf einem SEPIC-Wandler in einer zweiten Variante, bei der die Wandlerausgangsinduktivitäten durch die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drossel gebildet werden. 18b a two-output up-down converter based on a SEPIC converter in a second variant in which the converter output inductances are formed by the leakage inductances of the common mode choke.

19 einen Halbbrücken-Wechselrichter mit resonantem Ausgangskreis bestehend aus Lr, Cr1 und Cr2 realisiert eine Wechselstromquelle in der Anordnung ähnlich der Schaltungsvariante B ohne Lcm5 aus 8c, 19 a half-bridge inverter with resonant output circuit consisting of Lr, Cr1 and Cr2 realizes an AC source in the arrangement similar to the circuit variant B without Lcm5 8c .

20a einen Halbbrücken-Wechselrichter mit rückwärts kurzschließenden Gleichrichtern bzw. unsymmetrischen Spannungsverdopplern, (identisch mit 8d!) 20a a half-bridge inverter with reverse-shorted rectifiers or unbalanced voltage doublers, (identical to 8d !)

20b eine andere Darstellung des Halbbrücken Wechselrichters mit rückwärts kurzschließenden Gleichrichtern, wobei jede stromkompensierte Drossel durch eine Ersatzschaltung bestehend aus einem Transformator und zwei Streuinduktivitäten Ls ersetzt ist, und wobei die Streuinduktivitäten in Serie zur Resonanzinduktivität Lr wirken, 20b another illustration of the half-bridge inverter with reverse short-circuiting rectifiers, wherein each current-compensated reactor is replaced by an equivalent circuit consisting of a transformer and two leakage inductances Ls, and wherein the leakage inductances in series to the resonance inductor Lr act,

20c eine vorteilhafte Weiterbildung des Halbbrücken-Wechselrichters mit rückwärts kurzschließenden Gleichrichtern, bei der die Gesamtheit der Streuinduktivitäten Ls die Funktion der Resonanzdrossel Lr vollständig übernehmen, und bei der pro Gleichrichtereingang ein Resonanzkondensator angedeutet ist, um die Schaltung zum multiresonanten Halbbrückenwandler weiterzubilden, 20c an advantageous embodiment of the half-bridge inverter with backward short-circuiting rectifiers, in which the entirety of the leakage inductances Ls completely take over the function of the resonance inductor Lr, and in which a resonant capacitor is indicated for each rectifier input, in order to further develop the circuit for multiresonant half-bridge converter,

21a einen Halbbrücken-Wechselrichter mit drei rückwärts sperrenden und drei vorwärts sperrenden Gleichrichtern, 21a a half-bridge inverter with three reverse blocking and three forward blocking rectifiers,

21b eine andere Darstellung des Halbbrücken-Wechselrichters aus 21a, wobei jede stromkompensierte Drossel durch eine Ersatzschaltung bestehend aus einem Transformator und zwei Streuinduktivitäten Ls ersetzt ist, und wobei die Streuinduktivitäten in Serie zur Resonanzinduktivität Lr wirken, 21b another representation of the half-bridge inverter 21a wherein each current compensated reactor is replaced by an equivalent circuit consisting of a transformer and two leakage inductances Ls, and wherein the leakage inductances act in series with the resonance inductor Lr,

21c eine vorteilhafte Weiterbildung des Halbbrücken-Wechselrichters aus 21b, bei der die Gesamtheit der Streuinduktivitäten Ls die Funktion der Resonanzdrossel Lr vollständig übernehmen, und bei der pro Gleichrichtereingang ein Resonanzkondensator angedeutet ist, um die Schaltung zum multiresonanten Halbbrückenwandler weiterzubilden, 21c an advantageous embodiment of the half-bridge inverter 21b in which the entirety of the leakage inductances Ls completely take over the function of the resonance choke Lr, and in which a resonance capacitor is indicated for each rectifier input, in order to further develop the circuit for the multi-resonant half-bridge converter,

21d eine vorteilhafte Weiterbildung des Halbbrücken-Wechselrichters aus 21c, bei der die Gesamtheit der Streuinduktivitäten Ls die Funktion der Resonanzdrossel Lr vollständig übernehmen, mit einem zusätzlichen Transformator Tr, der zur galvanischer Trennung und/oder zur Spannungsanpassung dient, 21d an advantageous embodiment of the half-bridge inverter 21c in which the entirety of the leakage inductances Ls completely take over the function of the resonance choke Lr, with an additional transformer Tr, which serves for electrical isolation and / or for voltage adjustment,

21e eine vorteilhafte Weiterbildung des Halbbrücken-Wechselrichters aus 21d mit primärseitiger Strommessung, 21e an advantageous embodiment of the half-bridge inverter 21d with primary-side current measurement,

21f eine vorteilhafte Weiterbildung des Halbbrücken-Wechselrichters mit lauter rückwärts sperrenden Gleichrichtern und dem zusätzlichen Transformator Tr, der zur galvanischer Trennung und/oder zur Spannungsanpassung dient, wobei der Transformator zwei Sekundärwicklungen ns1 und ns2 aufweist, die gegensinnig gepolt sind, 21f an advantageous embodiment of the half-bridge inverter with all reverse blocking rectifiers and the additional transformer Tr, which is used for galvanic isolation and / or voltage adjustment, the transformer having two secondary windings ns1 and ns2, which are poled in opposite directions,

22 einen Pulsweitenmodulationsregler mit einer festfrequenten Pulsweitenmodulation, 22 a pulse width modulation controller with a fixed-frequency pulse width modulation,

23 einen Pulsweitenmodulationsregler mit Betrieb an der Lückgrenze, wobei weder Schaltfrequenz noch Ein- oder Ausschaltdauer konstant sind, 23 a pulse width modulation controller with operation at the gap limit, wherein neither switching frequency nor on or off duration are constant,

24 einen auf einem Current-Mode Control Prinzip basierender Regler, 24 a controller based on a current-mode control principle,

25 eine weitere Ausführung eines Drossel-Abwärtswandlers mit drei Ausgängen und mit Stromrichtungs- und Stromnulldurchgangserkennung, 25 another embodiment of a three-output choke-buck converter with current sense and current zero crossing detection,

26 einen Drossel-Aufwärtswandler mit zwei Ausgängen, bei dem die stromkompensierte Drossel an einer Stelle des Wandlers sitzen muß, die nicht für eine Induktivität gedacht ist, weshalb ein mit der Wandlereingangsinduktivität gekoppelter zusätzlicher Spannungsbegrenzungszweig erforderlich ist, 26 a choke-up converter with two outputs, in which the current-compensated choke must sit in a position of the converter which is not intended for an inductance, which is why an additional voltage-limiting branch coupled to the converter input inductance is required,

27 einen Drossel-Inverswandler mit einer entsprechenden Überwachung der Abmagnetisierung der stromkompensierten Drosseln, 27 a throttle inverse converter with a corresponding monitoring of the demagnetization of the current-compensated chokes,

28a das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der beiden Lastströme I1 und I2 durch die sich einstellende Gleichspannung V0 über dem Kondensator C0 bei zwei rückwärts kurzschließenden Gleichrichtern mit Spannungsverdopplung (Schaltungstyp VVD) in Serienschaltung, 28a the block diagram of a circuit arrangement for balancing the two load currents I1 and I2 by the self-adjusting DC voltage V0 across the capacitor C0 in two reverse-shorting rectifiers with voltage doubling (circuit type VVD) in series,

28b das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der beiden Lastströme I1 und I2 durch die sich einstellende Gleichspannung V0 über dem Kondensator C0 bei zwei rückwärts kurzschließenden Gleichrichtern mit Stromausgang (Schaltungstyp CD) in Serienschaltung, 28b the block diagram of a circuit arrangement for balancing the two load currents I1 and I2 by the self-adjusting DC voltage V0 across the capacitor C0 in two backward shorting rectifiers with current output (circuit type CD) in series,

28c die Situation bei Typ VVD für den Fall Ii > 0, 28c the situation with type VVD for the case Ii> 0,

28d die Situation bei Typ VVD für den Fall Ii = 0, 28d the situation with type VVD for the case Ii = 0,

28e die Situation bei Typ VVD für den Fall Ii < 0, 28e the situation with type VVD for the case Ii <0,

28f Ausgewählte Strom- und Spannungsverläufe der Schaltung nach 28a, 28f Selected current and voltage curves of the circuit 28a .

28g das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der beiden Lastströme I1 und I2 durch die sich einstellende Gleichspannung V0 über dem Kondensator C0 im Versorgungsspannungspfad bei einem rückwärts und einem vorwärts sperrendem Gleichrichter mit einfachem Spannungsausgang (Schaltungstyp VD) in Parallelschaltung, 28g the schematic diagram of a circuit arrangement for balancing the two load currents I1 and I2 by the self-adjusting DC voltage V0 across the capacitor C0 in the supply voltage path at a backward and a forward blocking rectifier with a simple voltage output (circuit type VD) in parallel,

28h die Situation bei Typ VD gemäß 28k für den Fall Ii > 0, 28h the situation with type VD according to 28k for the case Ii> 0,

28i die Situation bei Typ VD gemäß 28k für den Fall Ii = 0, 28i the situation with type VD according to 28k in case Ii = 0,

28j die Situation bei Typ VD gemäß 28k für den Fall Ii < 0, 28j the situation with type VD according to 28k for the case Ii <0,

28k das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der beiden Lastströme I1 und I2 durch die sich einstellende Gleichspannung V0 über dem Kondensator C0, der zwischen die Spannungsquelle und das Bezugspotenzial geschaltet ist, bei einem rückwärts und einem vorwärts sperrendem Gleichrichter mit einfachem Spannungsausgang (Schaltungstyp VD) in Parallelschaltung, 28k the schematic diagram of a circuit arrangement for balancing the two load currents I1 and I2 by the self-adjusting DC voltage V0 across the capacitor C0, which is connected between the voltage source and the reference potential, in a reverse and a forward-blocking rectifier with a simple voltage output (circuit type VD) in parallel .

29a eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I11, I12, ..., I32 trotz unterschiedlicher Last (Schaltungstyp VVDa), 29a a circuit arrangement for balancing the LED currents I11, I12,..., I32 despite different load (circuit type VVDa),

29b eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I11, I12, ..., I32 trotz unterschiedlicher Last (Schaltungstyp CDa), 29b a circuit arrangement for balancing the LED currents I11, I12,..., I32 despite different load (circuit type CDa),

29c eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I11, I12, ..., I32 trotz unterschiedlicher Last (Schaltungstyp VDa), 29c a circuit arrangement for balancing the LED currents I11, I12,..., I32 despite different load (circuit type VDa),

29d eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I11, I12, ..., I32 trotz unterschiedlicher Last mit unterschiedlichen Gleichrichterpaaren (Schaltungstyp CDVVDVDa), 29d a circuit arrangement for balancing the LED currents I11, I12,..., I32 despite different load with different rectifier pairs (circuit type CDVVDVDa),

30a eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I11, I12, ..., I32 trotz unterschiedlicher Last (Schaltungstyp VVDb), 30a a circuit arrangement for balancing the LED currents I11, I12,..., I32 despite different load (circuit type VVDb),

30b eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I11, I12, ..., I32 trotz unterschiedlicher Last (Schaltungstyp CDb), 30b a circuit arrangement for balancing the LED currents I11, I12,..., I32 despite different load (circuit type CDb),

30c eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I11, I12, ..., I32 trotz unterschiedlicher Last (Schaltungstyp VDb), 30c a circuit arrangement for balancing the LED currents I11, I12,..., I32 despite different load (circuit type VDb),

30d eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I11, I12, ..., I32 trotz unterschiedlicher Last mit unterschiedlichen Gleichrichterpaaren (Schaltungstyp CDVVDVDb), 30d a circuit arrangement for balancing the LED currents I11, I12,..., I32 despite different load with different rectifier pairs (circuit type CDVVDVDb),

31 eine Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der LED-Ströme I1, I2, I3 und I4 trotz unterschiedlicher und geschalteter Last (Schaltungstyp VVDb), 31 a circuit arrangement for balancing the LED currents I1, I2, I3 and I4 despite different and switched load (circuit type VVDb),

32 einen Klasse-E-Wandler als Quelle zur Speisung der Schaltung nach 31, 32 a class E converter as a source to power the circuit after 31 .

33 eine prinzipielle Wandleranordnung mit stromkompensierter Drossel Lcm als Stromverteilernetzwerk, 33 a principal converter arrangement with current-compensated choke Lcm as power distribution network,

34 die Möglichkeiten A) bis C) als „Building-Blocks” von Wandlern, wobei mittels zwei Kondensatoren ein Gleichstrom durch die stromkompensierten Drossel Lcm verhindert wird, 34 the possibilities A) to C) as "building blocks" of transducers, wherein by means of two capacitors a direct current through the current-compensated choke Lcm is prevented,

35 die Vereinigung der Möglichkeiten A) bis C) aus 34 in einer Abbildung, zur Resonanzzelle erweitert, wobei optionale Resonanzkondensatoren Cr (hier beispielhaft gegen Masse geschaltet) dargestellt sind, 35 the union of possibilities A) to C) 34 in a figure, expanded to the resonance cell, wherein optional resonance capacitors Cr (shown here as an example connected to ground) are shown,

36 die Allgemeine Darstellung des Building Blocks gemäß 35, 36 the general presentation of the building block according to 35 .

37 die Schaltung gemäß der 2, mit eingezeichneter Resonanzzelle CCC1, 37 the circuit according to the 2 , with marked resonant cell CCC1,

38 einen ZVS-Halbbrückenwandler, der die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln nutzt, 38 a ZVS half-bridge converter that uses the leakage inductances of the current-compensated chokes,

39a die Grundstruktur des Tiefsetzstellers oder Buck-Wandlers mit angedeuteten Positionen für ZVS-ermöglichende Resonanzelemente, 39a the basic structure of the buck converter or buck converter with indicated positions for ZVS-enabling resonant elements,

39b die Grundstruktur des Hochsetzstellers oder Boost-Wandlers mit angedeuteten Positionen für ZVS-ermöglichende Resonanzelemente, 39b the basic structure of the boost converter or boost converter with indicated positions for ZVS-enabling resonance elements,

39c die Grundstruktur des Cúk-Wandlers mit angedeuteten Positionen für ZVS-ermöglichende Resonanzelemente, 39c the basic structure of the Cúk converter with indicated positions for ZVS-enabling resonance elements,

40 einen multiresonanten Cúk-Wandler, der die stromkompensierten Drossel Lcm1 zur Symmetrierung der beiden LED-Ströme Io1 und Io2 verwendet, und der die Streuinduktivität von Lcm1 als Resonanzinduktivität nutzt, 40 a multi-resonant Cúk converter, which uses the current-compensated inductor Lcm1 to balance the two LED currents Io1 and Io2, and which uses the leakage inductance of Lcm1 as a resonance inductance,

41 Spannungs- und Stromformen des multiresonanten Cúk-Wandlers, 41 Voltage and current forms of the multiresonant Cúk converter,

42 einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden SEPIC-Wandler, 42 a multiresonant inherent current-symmetrizing SEPIC converter,

43 einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Zeta-Wandler, 43 a multiresonant inherent current-symmetrizing zeta converter,

44 einen inhärent stromsymmetrierenden Class-E-Wandler mit hartschaltenden Gleichrichterdioden, 44 an inherently current-symmetric class E converter with hard-switching rectifier diodes,

45 einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Class-E-Wandler, 45 a multi-resonant inherent current-symmetrizing Class E converter,

46 einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Buck-Wandler, 46 a multi-resonant inherent current-symmetrizing buck converter,

47 einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Boost-Wandler, 47 a multi-resonant inherent current-balanced boost converter,

48 einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Drosselinverswandler, 48 a multiresonant inherently current-symmetrizing choke inverse converter,

49 einen multiresonanten Cúk-Wandler mit 4 inhärent stromsymmetrierenden Ausgängen durch 3 stromkompensierte Drosseln in Baumschaltung, 49 a multi-resonant Cúk converter with 4 inherently current-symmetrizing outputs through 3 tree-connected, current-compensated ballasts,

50 einen multiresonanten Cúk-Wandler mit 3 inhärent stromsymmetrierenden Ausgängen durch 3 stromkompensierte Drosseln in symmetrischer Ringschaltung, 50 a multi-resonant Cúk converter with 3 inherently current-symmetrizing outputs through 3 current-compensated chokes in balanced ring connection,

51 einen multiresonanten Cúk-Wandler mit 2 Ausgängen, deren Ströme sich durch 3 stromkompensierte Drosseln inhärent im Verhältnis 3:5 zueinander einstellen, 51 a multiresonant Cúk converter with 2 outputs, whose currents are inherently set by 3 current-compensated reactors in a ratio of 3: 5,

52 einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Flyback-Wandler, 52 a multiresonant inherent current-symmetrizing flyback converter,

53a einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Cúk-Wandler in isolierender Form mit gemeinsamem Pluspol der Ausgänge, 53a a multi-resonant inherent current-symmetrizing Cúk converter in insulating form with common plus pole of the outputs,

53b einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Cúk-Wandler in vollständig isolierender Form, 53b a multiresonant inherent current-symmetrizing CUC converter in completely insulating form,

54a einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Zeta-Wandler in isolierender Form mit gemeinsamem Minuspol der Ausgänge, 54a a multiresonant inherent current-symmetrizing zeta converter in insulating form with common negative pole of the outputs,

54b einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden Zeta-Wandler in vollständig isolierender Form, 54b a multiresonant inherently current-symmetrizing zeta converter in completely insulating form,

55a einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden SEPIC-Wandler in vollständig isolierender Form mit aufgeteiltem Blockkondensator. 55a a multi-resonant inherent current-symmetrizing SEPIC converter in completely insulating form with split capacitor.

55a einen multiresonanten inhärent stromsymmetrierenden SEPIC-Wandler in vollständig isolierender Form mit gemeinsamen Blockkondensator. 55a a multi-resonant inherent current-symmetrizing SEPIC converter in completely insulating form with common blocking capacitor.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

1 zeigt das Prinzip der Erfindung der LED-Strom-Symmetrierung mittels einer stromkompensierten Drossel, wie man sie zur Dämpfung von Gleichtaktstörungen sog. Common Mode Störungen in Netzfilter einsetzt. Im Gegensatz zu derartigen Anwendungen als Filter sind jedoch hier immer 2 Anschlüsse der stromkompensierten Drossel miteinander verbunden. Die Wechselstromquelle liefert den Strom Ii, der von der stromkompensierten Drossel Lcm in zwei identische Ströme Icm1 und Icm2 aufgeteilt wird. Diese werden durch die Gleichrichter Re1 und Re2 gleichgerichtet. Die sich ergebenden Gleichströme Io1 und Io2 besitzen ebenfalls die gleiche Stärke und speisen die Leuchtdioden D1 und D2. Die Gleichströme Io1 und Io2 sind in sehr guter Näherung unabhängig von den Flussspannungen Vo1 und Vo2 der verwendeten Dioden. Die Spannung an der Wechselstromquelle Vi stellt sich entsprechend dem eingeprägten Strom Ii und den verwendeten Gleichrichteranordnungen samt Lasten, d. h. Leuchtdioden ein. 1 shows the principle of the invention of the LED current balancing by means of a current-compensated choke, as they are used to attenuate common-mode noise so-called common mode interference in line filter. In contrast to such applications as a filter, however, always two connections of the current-compensated choke are connected to one another here. The AC source supplies the current Ii which is split by the current compensated inductor Lcm into two identical currents Icm1 and Icm2. These are rectified by the rectifiers Re1 and Re2. The resulting DC currents Io1 and Io2 also have the same strength and feed the LEDs D1 and D2. The direct currents Io1 and Io2 are to a very good approximation independent of the forward voltages Vo1 and Vo2 of the diodes used. The voltage at the AC power source Vi adjusts itself according to the impressed current Ii and the rectifier arrangements used, including loads, ie light-emitting diodes.

2 zeigt eine konkrete Ausführung des Gleichrichters als unsymmetrische Spannungsverdoppler-Schaltung. Anstelle der unsymmetrischen Spannungsverdoppler-Schaltung könnten auch andere Gleichrichterschaltungen, wie etwa eine Einweggleichrichtung, ein symmetrischer Spannungsverdoppler oder eine mehrstufige Spannungsvervielfacherschaltung, auch als Kaskadenschaltung oder Cockroft-Walton-Schaltung bezeichnet, verwendet werden. 2 shows a concrete embodiment of the rectifier as unbalanced voltage doubler circuit. Instead of the single-ended voltage doubler circuit, other rectifier circuits, such as a half-wave rectification, a balanced voltage doubler, or a multi-stage voltage multiplier circuit, also referred to as a cascade or Cockroft-Walton circuit, could be used.

Wichtig ist dabei generell, dass die beiden Ströme Icm1 und Icm2 während jeder Periode durch null gehen sollten bzw. müssen, damit sich der Kern der stromkompensierten Drossel wieder abmagnetisiert. Andernfalls verliert nach wenigen Perioden die stromkompensierte Drossel ihre symmetrierende Wirkung, da der Kern aufgrund eines Gleichspannungsanteils in Sättigung geht und dann zwei nicht miteinander gekoppelte Spulen, jeweils mit einer Induktivität die der Streuinduktivität entspricht, übrig bleiben.It is generally important that the two currents Icm1 and Icm2 should go through zero during each period, so that the core of the current-compensated choke demagnetizes again. Otherwise, after a few periods, the current-compensated choke loses its balancing effect, since the core saturates due to a DC component and then two non-coupled coils, each with an inductance corresponding to the leakage inductance, remain.

3a zeigt eine weitere Ausführung der in 2 dargestellten Schaltung, wobei stark unterschiedliche Lasten an den beiden Ausgängen vorhanden sind. Im Gegensatz zur 2 wird nun an einem Ausgang ein Leuchtdiodenstrang, bestehend aus zwei Leuchtdioden verwendet, wohingegen eine einzelne Leuchtdiode am zweiten Ausgang zeitweise mittels des Transistors Q1 kurzgeschlossen werden kann. Mittels des Steuersignals V lässt sich über den Pulsweitenmodulator PWM ein Dimmen der Leuchtdiode D2 realisieren. 3a shows a further embodiment of in 2 shown circuit, with very different loads are present at the two outputs. In contrast to 2 Now, a light emitting diode strand consisting of two light emitting diodes is used at an output, whereas a single light emitting diode at the second output can be temporarily shorted by means of the transistor Q1. By means of the control signal V can be realized via the pulse width modulator PWM dimming of the LED D2.

Die Stromquelle wird dabei mit einem Sinusgenerator mit einer Frequenz von 48 kHz und einem Serienwiderstand von 50 Ohm realisiert. Je nach Amplitude des Signalgenerators ergeben sich die Fälle 1 bis 3 wie sie in der nachfolgend dargestellten Tabelle aufgeführt sind. In den Fällen 1 und 2 ist der Transistor Q1 ausgeschaltet (0% Tastgrad), wohingegen im Fall 3 der Transistor eingeschaltet ist (100% Tastgrad). Man erkennt die sehr gute Symmetrierung der beiden Ausgangsströme Io1 und Io2 trotz stark unterschiedlicher Belastung der beiden Ausgänge. Fall Io1 [mA] Io2 [mA] Vo1 [V] Vo2 [V] 1 1,06 1,06 3,051 1,526 2 15,33 15,33 3,410 1,768 3 17,06 17,13 3,429 0 Tabelle 1: Messwerte zur Schaltung nach Fig. 3 The power source is realized with a sine wave generator with a frequency of 48 kHz and a series resistance of 50 ohms. Depending on the amplitude of the signal generator, the cases 1 to 3 are as shown in the table below. In cases 1 and 2, the transistor Q1 is turned off (0% duty cycle), whereas in case 3 the transistor is turned on (100% duty cycle). One recognizes the very good symmetrization of the two output currents Io1 and Io2 despite greatly different loading of the two outputs. case Io1 [mA] Io2 [mA] Vo1 [V] Vo2 [V] 1 1.06 1.06 3,051 1,526 2 15.33 15.33 3,410 1,768 3 17.06 17.13 3,429 0 Table 1: Measured values for the circuit according to FIG. 3

Im Folgenden soll ein Ausfall einer Leuchtdiode in einer solchen Schaltungsanordnung betrachtet werden. Fällt eine Leuchtdiode mit einem Kurzschluss aus, so werden alle anderen Leuchtdioden von der Schaltung weiterhin mit Nennstrom betrieben, was als ”optimales Verhalten im Fehlerfall” zu betrachten ist. Fällt hingegen eine Leuchtdiode mit einer Unterbrechung aus, steigt die Spannung über dieser Leuchtdiode auf ein Mehrfaches der Flussspannung an und zudem werden alle anderen Leuchtdioden mit zu geringen Strömen betrieben. Eine Symmetrierung ist nur noch teilweise gegeben. Die hohe Spannung über der defekten Leuchtdiode kann jedoch andererseits als Vorteil gewertet werden, da dies eine Detektion der defekten Leuchtdiode sehr vereinfacht und eine automatische Überbrückung dieser Leuchtdiode mittels des für das Dimmen ohnehin vorhandenen Schalters bzw. Transistors ermöglicht. In sicherheitsrelevanten Anwendungen wie etwa im Automobilbereich kann damit in beiden Fehlerfällen – Unterbrechung und Kurzschluss – ein Notbetrieb sichergestellt werden.In the following, a failure of a light emitting diode in such a circuit arrangement will be considered. If a light-emitting diode fails with a short circuit, then all other light-emitting diodes are still operated by the circuit with rated current, which is to be regarded as "optimum behavior in the event of a fault". If, however, a light-emitting diode fails with an interruption, the voltage across this light-emitting diode rises to a multiple of the forward voltage and, moreover, all the other light-emitting diodes are operated with too low currents. Symmetrization is only partially given. On the other hand, however, the high voltage across the defective light-emitting diode can be regarded as an advantage since this greatly simplifies detection of the defective light-emitting diode and enables automatic bypassing of this light-emitting diode by means of the switch or transistor which is present anyway for dimming. In safety-relevant applications, such as in the automotive sector, it is thus possible to ensure emergency operation in both fault situations - interruption and short-circuit.

In 4 ist der Ausschnitt um die Diode D2 aus einer erweiterten Schaltung gemäß der 3 dargestellt. Fällt die Leuchtdiode D2 durch eine Unterbrechung aus, wird aufgrund der hohen Spannung über D2, die durch die stromkompensierte Drossel generiert wird, der Komparator kippen, das beim Einschalten der Schaltung zurückgesetzte Flip-Flop setzen, und damit Q1 dauerhaft einschalten.In 4 is the section around the diode D2 from an extended circuit according to the 3 shown. If the LED D2 fails due to a break, due to the high voltage across D2 generated by the current-compensated choke, the comparator will flip, resetting the flip-flop reset when the circuit turns on, thus turning Q1 on permanently.

Prinzipiell funktioniert diese Art der Strom-Symmetrierung nicht nur für Leuchtdioden, sondern für beliebige Lasten, so wie sie beispielsweise in 5 dargestellt sind. Hier sind beliebige denkbare Lasten als R1 und R2 dargestellt. Da symmetrische Lasten angenommen werden, können die Gleichrichterschaltungen Re1 und Re2 inklusive der enthaltenen Glättungskondensatoren weggelassen werden. 6 zeigt solch eine Schaltung mit Leuchtdioden als Last. Die Folge ist ein diskontinuierlicher Stromfluss durch die Leuchtdioden – nur in der positiven Halbschwingung der Stromquelle fließt Strom durch die beiden Leuchtdioden. In der negativen Halbschwingung sperren die beiden Leuchtdioden. Die Sperrspannung entspricht der Leerlaufspannung der nicht-idealen Stromquelle.In principle, this type of current balancing not only works for light-emitting diodes, but for any loads, such as in 5 are shown. Any conceivable loads are shown here as R1 and R2. Since balanced loads are assumed, the rectifier circuits Re1 and Re2 including the included smoothing capacitors can be omitted. 6 shows such a circuit with LEDs as a load. The result is a discontinuous current flow through the LEDs - only in the positive half-wave of the power source current flows through the two LEDs. In the negative half-cycle, the two LEDs lock. The reverse voltage corresponds to the open circuit voltage of the non-ideal power source.

Im Fall einer idealen Stromquelle, die eine unendlich hohe Leerlaufspannung besitzt, muss die Schaltung nach 7 verwendet werden, um eine Zerstörung der Leuchtdioden aufgrund einer zu hohen Sperrspannung zu verhindern. Anstelle jeweils einer Leuchtdiode werden jeweils zwei antiparallel geschaltete Leuchtdioden an den beiden Ausgängen von Lcm verwendet. Nun wird die Stromquelle für beide Polaritäten belastet.In the case of an ideal power source, which has an infinitely high open circuit voltage, the circuit must after 7 be used to prevent destruction of the LEDs due to excessive reverse voltage. Instead of one light-emitting diode in each case two antiparallel-connected LEDs are used at the two outputs of Lcm. Now the power source is charged for both polarities.

Die Funktion der Strom-Symmetrierung durch die stromkompensierte Drossel ist sowohl im Fall der 6 wie auch der 7 gegeben, da sichergestellt ist, dass die beiden Drosselströme während einer Periode wieder durch Null gehen, dass heißt eine Abmagnetisierung des Kerns der stromkompensierten Drossel wird ermöglicht; damit ist die oben aufgestellt Forderung erfüllt. Allerdings ist das Weglassen der Gleichrichterschaltung nicht empfehlenswert, nachdem dies bedingt durch die hohe Welligkeit des Leuchtdiodenstroms zu einer Reduktion der Lichtausbeute der Leuchtdioden führt.The function of the current balancing by the current-compensated choke is both in the case of 6 as well as the 7 given that it is ensured that the two inductor currents go through zero again during a period, that is, a demagnetization of the core of the current-compensated inductor is made possible; so that the above requirement is met. However, the omission of the rectifier circuit is not recommended after this leads due to the high ripple of the LED current to a reduction in the luminous efficacy of the LEDs.

Sollen im Gegensatz zur Darstellung in 1 mehr als zwei Leuchtdioden oder Leuchtdiodenstränge betrieben werden, ist dies mit mehreren stromkompensierten Drosseln möglich. 8a zeigt eine erste Schaltungsvariante A, 8b zeigt eine zweite Schaltungsvariante B, in welcher Art und Weise die stromkompensierten Drosseln miteinander verschaltet werden können, um mehrere Leuchtdioden oder Leuchtdiodenstränge mit den gleichen Strömen zu versorgen.In contrast to the representation in 1 more than two light-emitting diodes or light-emitting diode strands are operated, this is possible with multiple current-compensated chokes. 8a shows a first circuit variant A, 8b shows a second circuit variant B, in which manner the current-compensated reactors can be interconnected to supply a plurality of light-emitting diodes or light-emitting diode strands with the same currents.

Die Variante B hat gegenüber Variante A den Vorteil, dass einerseits die Anzahl der Ausgänge, sofern man durch alle Leuchtdioden den gleichen Strom fordert, keine Potenz von 2 sein muss (zumindest dann, wenn nur 1:1 Drosseln verwendet werden sollen und man den gleichen Strom durch alle Leuchtdioden fordert) und andererseits alle stromkompensierten Drosseln für den gleichen Laststrom auszulegen sind.Variant B has the advantage over variant A that, on the one hand, the number of outputs, if one requires the same current through all LEDs, need not be a power of 2 (at least if only 1: 1 chokes are to be used and the same Current through all light-emitting diodes demands) and on the other hand all current-compensated chokes must be designed for the same load current.

Die stromkompensierte Drossel Lcm5 ist optional und führt zu einem ”Ringschluss”, was die symmetrische Aufteilung der Ströme auf die Ausgänge verbessert. Dies ist jedoch eher theoretisch zu sehen, da sich dieser Effekt in der Praxis nicht zuletzt wegen der ohnehin sehr guten Symmetrierung jedoch nicht signifikant auswirkt. Daher wird man aus Kosten- und Effizienzgründen, denn ein zusätzlicher ohmscher Widerstand verursacht Verluste, die Drossel Lcm5 in den üblichen Anwendungen nicht einsetzen. Die Variante A benötigt n Drosseln bei n Ausgängen, die Variante B ”ohne Ringschluss” benötigt n – 1 Drosseln bei n Ausgängen.The current-compensated choke Lcm5 is optional and leads to a "ring closure", which improves the symmetrical distribution of the currents on the outputs. However, this is more theoretically to be seen, since However, this effect in practice, not least because of the already very good balancing but does not significantly affect. Therefore, for cost and efficiency reasons, because additional ohmic resistance causes losses, the choke Lcm5 will not be used in the usual applications. Variant A requires n chokes at n outputs, variant B "without ring closure" requires n - 1 chokes at n outputs.

Die 8c zeigt eine konkrete Ausführungsform der 8b wobei die stromkompensierte Drossel Lcm5 weggelassen wurde und als Gleichrichter lediglich einfache Einweggleichrichter zur Anwendung kommen.The 8c shows a concrete embodiment of 8b wherein the current-compensated inductor Lcm5 has been omitted and only simple half-wave rectifiers are used as rectifiers.

Die 8d zeigt eine weitere Konkretisierung der Schaltungsvariante B analog der 8b, allerdings ohne Lcm5, wobei eine unsymmetrische Verdopplerschaltung als Gleichrichter und eine ZVS-Halbbrückenschaltung zur Realisierung der Wechselstromquelle verwendet wird.The 8d shows a further concretization of the circuit variant B analogous to 8b but without Lcm5, with an unbalanced doubling circuit used as a rectifier and a ZVS half-bridge circuit for realizing the AC power source.

Eine weitere Ausführungsform der Schaltungsvariante B gemäß der 8b, allerdings ohne Lcm5, zeigt die 8e. Dabei wird eine unsymmetrische Verdopplerschaltung als Gleichrichter und ein Class-E-Wandler zur Realisierung der Wechselstromquelle genutzt. Zudem werden die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln als Resonanzinduktivitäten genutzt.A further embodiment of the circuit variant B according to the 8b , but without Lcm5, shows the 8th , In this case, an unbalanced doubler circuit is used as a rectifier and a class E converter for the realization of the AC power source. In addition, the stray inductances of the current-compensated reactors are used as resonance inductors.

In 8f ist eine Variante C dargestellt, welche bereits aus dem Stand der Technik, der DE 10 2006 040 026 und WO 2005/038828 A2 , für Kaltkathodenlampen bekannt ist. Die Variante C besitzt die gleichen Vorteile wie die Variante B, allerdings sind n Drosseln erforderlich. Im Bereich der Kaltkathodenlampen ist es stand der Technik mittels eines in den Sekundärkreisen angeordneten Messwiderstands Rsh die Funktion der Schaltungsanordnung zu überprüfen. Dies kann analog in LED-Schaltungen erfolgen, was durch die Potenzialtrennung erleichtert wird. Allerdings fließen bei stromkompensierten Drosseln mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 entsprechend hohe Sekundärströme Is, so dass man aus Gründen der Verlustleistung nur kleine Widerstandswerte für Rsh verwenden wird, was die Schwierigkeit kleiner Messspannungen mit sich bringt. Die Anordnung nach 8g eliminiert diesen Nachteil wie auch den Nachteil, dass der Regelung eine hochfrequente Wechselspannung zur Verfügung gestellt wurde, durch den Einsatz eines Stromtransformators Tr samt zugehöriger Beschaltung für die Strommessung.In 8f a variant C is shown, which is already known from the prior art, the DE 10 2006 040 026 and WO 2005/038828 A2 , is known for cold cathode lamps. The variant C has the same advantages as the variant B, but n chokes are required. In the field of cold cathode lamps, it was state of the art to check the function of the circuit arrangement by means of a measuring resistor Rsh arranged in the secondary circuits. This can be done analogously in LED circuits, which is facilitated by the isolation. However, with current-compensated reactors with a transmission ratio of 1: 1 correspondingly high secondary currents Is flow, so that for reasons of power loss only small resistance values will be used for Rsh, which entails the difficulty of small measuring voltages. The arrangement after 8g eliminates this disadvantage as well as the disadvantage that the control of a high-frequency AC voltage has been made available through the use of a current transformer Tr and associated circuitry for the current measurement.

Die Anordnungen gemäß den 8a, 8b und 8f erlauben auch unterschiedliche große Ströme durch die Leuchtdioden beziehungsweise Leuchtdiodenstränge, allerdings ist immer nur eine Aufteilung der Leuchtdiodenströme in festen Verhältnissen möglich. So stehen beispielsweise der Strom durch die Leuchtdiode D1 und der durch die Leuchtdiode D2 in 9 im Verhältnis 3 zu 5. Eine solche Anordnung kann insbesondere für den Betrieb von mehreren Leuchtdioden unterschiedlichen Typs z. B. in einer Leuchte vorteilhaft sein, z. B. mit einer Kombination zu einer warmweißen Lichtquelle hoher Lichtausbeute durch die Kombination von kaltweißen Leuchtdioden sowie roten Leuchtdioden mit jeweils hoher Lichtausbeute.The arrangements according to the 8a . 8b and 8f also allow different large currents through the light-emitting diodes or light-emitting diode strands, but only a division of the light-emitting diode currents in fixed ratios is possible. For example, the current through the light emitting diode D1 and through the light emitting diode D2 in 9 in the ratio 3 to 5. Such an arrangement can in particular for the operation of several light emitting diodes of different types z. B. be advantageous in a lamp, z. B. with a combination of a warm white light source high luminous efficacy by the combination of cold white light emitting diodes and red light emitting diodes, each with high luminous efficacy.

Die Schaltung gemäß der 10a basiert auf einem Drossel-Abwärtswandler, bestehend aus einem Eingangskondensator C1, einem Schalttransistor Q1, einer Tiefsetzdrossel L1 und einer Diode D3, um einen pulsierenden Gleichstrom durch die Drossel L1 zu erzeugen. Dieser Strom wird mittels der stromkompensierten Drossel Lcm1 auf beiden Gleichrichter bestehend aus D1, C1 und D2, C2 aufgeteilt und letztlich an den beiden Ausgängen den Leuchtdioden D11 und D12 bereitgestellt. Einer der beiden Leuchtdiodenströme wird dabei mittels der Strommesseinrichtung Im erfasst und der Regelung Crtl zugeführt, die entsprechend das Tastverhältnis des Transistors Q1 verändert. Anstelle von zwei Ausgängen könnten, analog zu den obigen Schaltungen, auch mehrere Ausgänge generiert werden. Ebenso könnten anstelle einzelner Leuchtdioden auch Leuchtdiodenstränge verwendet werden.The circuit according to the 10a is based on a choke-down converter consisting of an input capacitor C1, a switching transistor Q1, a step-down inductor L1 and a diode D3 to generate a pulsating direct current through the inductor L1. This current is divided by means of the current-compensated inductor Lcm1 on both rectifiers consisting of D1, C1 and D2, C2 and finally provided at the two outputs of the LEDs D11 and D12. One of the two light-emitting diode currents is detected by means of the current measuring device Im and supplied to the control Crtl, which changes the duty cycle of the transistor Q1 accordingly. Instead of two outputs, analogous to the above circuits, several outputs could be generated. Likewise, instead of individual light-emitting diodes and light-emitting diode strands could be used.

10b zeigt eine Weiterentwicklung der Schaltung der 10a, wobei die Strommessung mittels des Shunts Rs erfolgt. Wesentlicher ist jedoch der Komparator Cmp1, an dessen Ausgang F („Freilaufsignal”) ein Low Signal generiert wird, solange die Diode D1 leitet. Ein Leiten von D1 ist gleichbedeutend damit, dass die Drossel L1 freiläuft, d. h. sich die Stromstärke in L1 abbaut, da in L1 gespeicherte Energie in die Kondensatoren C1 und/oder C2 übertragen wird. Ist L1 stromfrei, muss wegen der beiden Dioden D1 und D2 auch die stromkompensierte Drossel Lcm1 stromfrei sein. Daher kann die Detektion der Abmagnetisierung der stromkompensierten Drossel Lcm1 dadurch erfolgen, dass nach dem Öffnen des Schalters Q1 und dem anschließenden Schalten auf Low des Komparatorausgangs F mindestens so lange gewartet wird, bis F wieder High wird. 10b shows a further development of the circuit of 10a , wherein the current measurement is effected by means of the shunt Rs. More important, however, is the comparator Cmp1, at the output F ("freewheeling signal"), a low signal is generated as long as the diode D1 conducts. Directing D1 means that the inductor L1 freewheels, ie, the current decreases in L1, because energy stored in L1 is transferred to the capacitors C1 and / or C2. If L1 is de-energized, the current-compensated choke Lcm1 must also be de-energized because of the two diodes D1 and D2. Therefore, the detection of the demagnetization of the current-compensated inductor Lcm1 can take place in that, after the opening of the switch Q1 and the subsequent switching to low of the comparator output F, it is waited at least until F becomes high again.

Die 10c zeigt einen Drossel-Abwärtswandler mit drei Ausgängen, wobei nur noch die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln als Speicherdrosseln des Wandlers verwendet werden. Die Strom-Messeinrichtung Imea bestimmt einen der Ausgangsströme und liefert ein zu diesem Ausgangsstrom proportionales und auf GND bezogenes Messsignal. Der Komparator Cmp1 wird zur Detektion der Abmagnetisierung der stromkompensierten Drosseln Lcm1 und Lcm2 genutzt. Die Mess-Signale Im und F werden der nicht dargestellten Regelung zugeführt, die ihrerseits hieraus das Ansteuersignal Dr für den Leistungsschalter generiert.The 10c shows a three-output throttle down-converter, with only the leakage inductances of the current-compensated chokes being used as the storage chokes of the converter. The current measuring device Imea determines one of the output currents and supplies an input to this output current proportional and GND-related measurement signal. The comparator Cmp1 is used to detect the demagnetization of the current-compensated chokes Lcm1 and Lcm2. The measurement signals Im and F are fed to the control unit, not shown, which in turn generates therefrom the drive signal Dr for the circuit breaker.

Die 11 und 12 zeigen Messungen der Strom-Symmetrie an einer Schaltung gemäß der 10a. Idealerweise sollte das Verhältnis Io1/Io2 = 1 unabhängig vom Verhältnis der beiden Ausgangsspannungen Vo1/Vo2 sein.The 11 and 12 show measurements of current symmetry on a circuit according to the 10a , Ideally, the ratio Io1 / Io2 = 1 should be independent of the ratio of the two output voltages Vo1 / Vo2.

Für die Messung wurde die Regelung außer Kraft gesetzt und der Transistor mit einem konstanten Tastgrad von 50% sowie konstanter Frequenz angesteuert, um Effekte durch die Regelung sowie die Änderung des Tastgrads ausschließen zu können, und damit die Wirkung der Symmetrierung besonders einfach untersuchen zu können. Die Schaltfrequenz wurde in drei Messreihen zwischen 12, 24 und 48 kHz variiert. Die Eingangsspannung wurde konstant auf 10 V gehalten und die Belastung am 2. Ausgang verändert, wohingegen die am 1. Ausgang (mit 150 Ohm) unverändert blieb. Die Drossel L1 hat in dieser Ausführungsform einen Wert von 100 uH. Die verwendete stromkompensierte Drossel ist vom Typ EPCOS B82721-K2701-N20 mit einer Induktivität von 2 × 10 mH, einem Serienwiderstand von 2 × 0,60 Ohm und einem Nennstrom von 0,7 A.For the measurement, the control has been overridden and the transistor with a constant duty cycle of 50% and constant frequency driven in order to exclude effects due to the control and the change of the duty cycle, and thus to be able to examine the effect of balancing particularly easy. The switching frequency was varied in three series of measurements between 12, 24 and 48 kHz. The input voltage was kept constant at 10 V and the load at the 2nd output changed, whereas that at the 1st output (at 150 Ohm) remained unchanged. The reactor L1 has a value of 100 μH in this embodiment. The current-compensated choke used is of the type EPCOS B82721-K2701-N20 with an inductance of 2 × 10 mH, a series resistance of 2 × 0.60 ohms and a rated current of 0.7 A.

Man erkennt aus der 12, dass bei geringerer Schaltfrequenz die Strom-Symmetrie auch für geringere Verhältnisse von Vo1/Vo2 und damit für größere Belastungen noch gewährleistet ist. Der Grund hierfür ist, dass der Wandler bei geringerer Schaltfrequenz erst bei einer höheren Belastung in den kontinuierlichen Betrieb übergeht.One recognizes from the 12 in that, with a lower switching frequency, the current symmetry is still ensured even for lower ratios of Vo1 / Vo2 and thus for greater loads. The reason for this is that the converter goes into continuous operation at a lower switching frequency only at a higher load.

Die Kurve 81 stellt die Funktion der Anordnung unter Beweis – hier wurde die stromkompensierte Drossel durch zwei Widerstände mit je 0,68 Ohm ersetzt, um zu veranschaulichen, welche symmetrierende Wirkung durch den Serienwiderstand der stromkompensierten Drossel allein erreicht wird.Curve 81 proves the function of the arrangement - here the current compensated choke has been replaced by two 0.68 ohm resistors to illustrate which balancing effect is achieved by the series resistance of the common mode choke alone.

13 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführung des Wandlers gemäß der 10a. Dabei wird die Strommessung durch Auswertung des Spannungsabfalls über dem Shunt Rs realisiert. Wesentlicher ist jedoch die ”Einsparung” der ”eigentlichen Tiefsetzsteller-Drossel” L1 – stattdessen werden die beiden ohnehin vorhandenen Streuinduktivitäten Ls1 und Ls2 der stromkompensierten Drossel hierfür verwendet. Diese Maßnahme führt zudem zu einer besseren Symmetrierung der beiden Ausgangsströme wie aus 14 hervorgeht. 13 shows a particularly advantageous embodiment of the converter according to the 10a , The current measurement is realized by evaluating the voltage drop across the shunt Rs. More important, however, is the "saving" of the "actual buck converter choke" L1 - instead, the two already existing leakage inductances Ls1 and Ls2 of the current-compensated choke are used for this purpose. This measure also leads to a better symmetrization of the two output currents as from 14 evident.

Der Wandler gemäß 13 wurde, wie bei allen hier angeführten Messungen, mit deaktivierter Stromregelung betrieben, um zu zeigen, inwieweit die Symmetrierung der Ausgangsströme mit zunehmenden Ausgangsströmen abnimmt. Hierzu wurde der Wandler mit R1 = 75 Ohm und R2 = 150 Ohm belastet und die Eingangsspannung schrittweise erhöht. 15 zeigt das Verhältnis der beiden Ausgangsströme Io1/Io2 über dem mittleren Ausgangsstrom (Io1 + Io2)/2. Man erkennt, dass bis zu einem mittleren Strom von 350 mA die ”Unsymmetrie” unter 5% bleibt. Dies entspricht dem halben Nennstrom von 700 mA der verwendeten stromkompensierten Drossel.The converter according to 13 was operated with current control disabled, as in all the measurements reported here, to show how the balancing of the output currents decreases with increasing output currents. For this purpose, the converter was loaded with R1 = 75 ohms and R2 = 150 ohms and the input voltage increased stepwise. 15 shows the ratio of the two output currents Io1 / Io2 above the mean output current (Io1 + Io2) / 2. It can be seen that up to an average current of 350 mA, the "asymmetry" remains below 5%. This corresponds to half the rated current of 700 mA of the current-compensated choke used.

In den 16 und 17 sind zwei erfindungsgemäße Ausführungsformen basierend auf dem Cuk-Wandlerkonzept dargestellt. Die in den 16a und 16b dargestellten Schaltungen verwenden die Kondensatoren C31 und C32 um einen Gleichstromfluss, der sich durch die stromkompensierte Drossel aufgrund der unterschiedlichen Ausgangsspannungen einstellen würde, zu verhindern. Die Schaltungen der 17a und 17b nutzen hierfür die Dioden D1 und D2 analog zur Realisierung in den bereits beschriebenen Drosselwandlern.In the 16 and 17 two embodiments of the invention based on the Cuk converter concept are shown. The in the 16a and 16b The circuits shown use capacitors C31 and C32 to prevent a DC current that would be set by the current-compensated choke due to the different output voltages. The circuits of 17a and 17b use for this purpose the diodes D1 and D2 analogous to the realization in the already described throttle converters.

Wie beim oben erläuterten Drossel-Abwärtswandler kann die ausgangsseitige Drossel L2 in der 17a oder die Drosseln L21 und L22 in der 16a weggelassen werden, wie dies in den 16b und 17b dargestellt ist, wobei dann die Streuinduktivitäten Ls1 und Ls2 der stromkompensierten Drossel deren Aufgabe mit übernehmen.As in the above-described throttle-down converter, the output-side reactor L2 in the 17a or the chokes L21 and L22 in the 16a be omitted, as in the 16b and 17b is shown, in which case the stray inductances Ls1 and Ls2 of the current-compensated choke take over their task.

Im Fall eines Wandlers mit n Ausgängen sind in der Realisierung gemäß der 16 n Kondensatoren und n Dioden in den Ausgangskreisen nötig (C31, ..., C3n und D31, ..., D3n). Im Fall einer Realisierung gemäß der 17 sind dies 1 Kondensator (C3) und n + 1 Dioden (D3 und D1, ..., Dn). Die erstere Realisierung hat den besseren Wirkungsgrad, da hier weniger Dioden im Ausgang erforderlich sind, wohingegen die zweite mit weniger Bauteilen auskommt.In the case of a converter with n outputs are in the realization according to the 16 n capacitors and n diodes in the output circuits necessary (C31, ..., C3n and D31, ..., D3n). In the case of a realization according to the 17 these are 1 capacitor (C3) and n + 1 diodes (D3 and D1, ..., Dn). The former implementation has the better efficiency, since fewer diodes are required in the output, whereas the second requires fewer components.

Die 18a und 18b zeigen zwei erfindungsgemäße Ausführungsformen basierend auf dem SEPIC-Wandlerkonzept, wobei in der Ausführung der 18b die Streuinduktivitäten Ls1 und Ls2 der stromkompensierten Drossel die Aufgabe der beiden Drosseln L10 und L20 mit übernehmen. The 18a and 18b show two embodiments of the invention based on the SEPIC converter concept, wherein in the embodiment of 18b the leakage inductances Ls1 and Ls2 of the current-compensated choke take over the task of the two inductors L10 and L20.

Die 19 zeigt eine erfindungsgemäße Realisierung eines Wechselrichters, basierend auf einer schaltentlasteten Halbbrückenschaltung mit resonantem Ausgangskreis bestehend aus Lr, Cr1 und dem optionalen Cr2, die eine Wechselstromquelle realisiert. Die Halbbrücke ist nullspannungsschaltend. Diese Wechselstromquelle speist eine Anordnung ähnlich der in 8b bis 8e offenbarten.The 19 shows an inventive implementation of an inverter, based on a switch-balanced half-bridge circuit with resonant output circuit consisting of Lr, Cr1 and the optional Cr2, which realizes an AC power source. The half-bridge is zero voltage switching. This AC power source feeds an arrangement similar to that in FIG 8b to 8th disclosed.

Dabei ermöglichen die sogenannten ”Trapezkondensatoren” C1 und C2 ein näherungsweise spannungsfreies Abschalten der Transistoren Q1 und Q2. Die Transistoren Q1 und Q2 besitzen ein festes, zeitlich unveränderliches Tastverhältnis, werden also nicht mit einer Pulsweitenmodulation angesteuert. Dieses ist so gewählt, dass nie Q1 und Q2 gleichzeitig leitend sind. Die Tastgrade der beiden Transistoren müssen nicht gleich groß sein. So kann Q1 einen Tastgrad von 60% und Q2 einen Tastgrad von 35% besitzen.The so-called "trapezoidal capacitors" C1 and C2 enable an approximately voltage-free switching off of the transistors Q1 and Q2. The transistors Q1 and Q2 have a fixed, time-invariant duty cycle, so are not driven by a pulse width modulation. This is chosen so that Q1 and Q2 are never conductive at the same time. The duty cycles of the two transistors do not have to be the same size. Thus, Q1 can have a 60% duty cycle and Q2 a 35% duty cycle.

Die Stromregelung Ctrl verwendet den Spannungsabfall über den Widerstand Rs um den gewünschten Sollstrom durch die Leuchtdiode D5, und damit durch alle Leuchtdioden, durch eine Veränderung der Schaltfrequenz der Transistoren Q1 und Q2, einzustellen. Dieser Sollstrom könnte beispielsweise durch eine übergeordnete Steuerung eines Lichtmanagementsystems vorgegeben werden (nicht dargestellt).The current control Ctrl uses the voltage drop across the resistor Rs to the desired target current through the light emitting diode D5, and thus set by all light emitting diodes, by changing the switching frequency of the transistors Q1 and Q2. This nominal current could be predetermined, for example, by a higher-level control of a light management system (not shown).

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in der 19 auf die Darstellung eines Eingangsfilters (vor dem Eingangskondensator Ci), zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen verzichtet. Auch in allen nachfolgenden Schaltungen wird hierauf verzichtet.For the sake of clarity was in the 19 to the representation of an input filter (in front of the input capacitor Ci), for the suppression of electromagnetic interference. Also in all subsequent circuits is omitted.

Wegen der beiden Kondensatoren Cr1 und Cr2 kann der in die Gleichrichterschaltungen Re1 bis Re5 fließende Strom Ii keinen Gleichanteil besitzen. Es sind daher nur Gleichrichterschaltungen sinnvoll, die an ihrem Eingang einen reinen Wechselstrom aufnehmen. Werden solche Gleichrichterschaltungen verwendet ist eine magnetische Sättigung der stromkompensierten Drosseln Lcm1 bis Lcm4 sicher verhindert. Beispielsweise können Gleichrichterzellen basierend auf der unsymmetrischen Spannungsverdoppler-Schaltung verwendet werden, wie sie in 2 dargestellt sind. Eine beispielhafte Ausführung mit diesen rückwärtsleitenden Gleichrichterschaltungen zeigt 20a.Because of the two capacitors Cr1 and Cr2, the current Ii flowing into the rectifier circuits Re1 to Re5 can not have a DC component. Therefore, only rectifier circuits make sense, which receive a pure alternating current at their input. If such rectifier circuits are used, magnetic saturation of the current-compensated chokes Lcm1 to Lcm4 is reliably prevented. For example, rectifier cells may be used based on the single-ended voltage doubler circuit as described in US Pat 2 are shown. An exemplary embodiment with these reverse conducting rectifier circuits is shown 20a ,

20b ist eine andere Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung nach 20a wobei jede stromkompensierte Drossel durch eine Ersatzschaltung bestehend aus einem Transformator und zwei Streuinduktivitäten Ls ersetzt ist. 20b is another illustration of the inventive circuit according to 20a wherein each current compensated choke is replaced by an equivalent circuit consisting of a transformer and two stray inductances Ls.

Bei entsprechender Dimensionierung der Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln kann die Gesamtheit der Streuinduktivitäten Ls die Funktion der Resonanzdrossel Lr vollständig übernehmen, wie dies die modifizierte Ausführung gemäß der 20c darstellt. Die Wirkung des optionalen Resonanzkondensators Cr2 wird nun durch die optionalen Resonanzkondensatoren Cr21 bis Cr25 erzielt. Nachdem die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln ohnehin vorhanden sind, lässt sich in dieser Ausführung eine kostengünstigere und kompaktere Bauweise realisieren.With appropriate dimensioning of the leakage inductances of the current-compensated chokes, the entirety of the leakage inductances Ls can completely take over the function of the resonance choke Lr, as the modified embodiment according to FIGS 20c represents. The effect of the optional resonant capacitor Cr2 is now achieved by the optional resonant capacitors Cr21 to Cr25. After the stray inductances of the current-compensated chokes are present anyway, a more cost-effective and more compact design can be realized in this embodiment.

21a zeigt eine abgewandelte Variante der Schaltung gemäß 19 bzw. 20a, die mit rückwärtssperrenden Gleichrichterschaltungen auskommt. Die Gleichrichterschaltungen sind dabei so verschaltet, dass kein Gleichanteil im Strom Ii verursacht wird, so dass die Gleichstromfreiheit durch die beiden Kondensatoren Cr1 und Cr2 gewährleistet wird. Beispielhaft sind Re1 und Re4 als Einweggleichrichter dargestellt. Dabei besitzen Re1 bis Re3 und Re4 bis Re6 die gleiche Eingangsstromrichtung bzw. Polarität der verwendeten Dioden. Vorteilhaft an dieser Schaltungsvariante ist die symmetrische Ausnutzung beider Halbschwingungen welche durch die Brückenschaltung bereitgestellt wird sowie die Eigenschaft, dass nur n – 2 stromkompensierte Drosseln zur Bereitstellung von n Ausgängen erforderlich sind und weniger Dioden für die rückwärtssperrenden Gleichrichterschaltungen erforderlich sind als für die rückwärtsleitenden Gleichrichterschaltungen, was zudem zumeinst einen höheren Wirkungsgrad mit sich bringt. 21a shows a modified variant of the circuit according to 19 respectively. 20a which manages with reverse blocking rectifier circuits. The rectifier circuits are connected so that no DC component is caused in the current Ii, so that the DC current is ensured by the two capacitors Cr1 and Cr2. By way of example, Re1 and Re4 are shown as half-wave rectifiers. Re1 to Re3 and Re4 to Re6 have the same input current direction or polarity of the diodes used. The advantage of this circuit variant is the symmetrical utilization of both half-oscillations provided by the bridge circuit and the property that only n-2 current-compensated chokes are required to provide n outputs and fewer diodes are required for the reverse-blocking rectifier circuits than for the reverse-conducting rectifier circuits In addition, at a higher level of efficiency.

Die Schaltung der 21a hat jedoch den Nachteil, dass nicht alle Leuchtdioden bzw. Leuchtdiodenstränge mit dem gleichen Anschluss, z. B. der Kathode, auf GND bzw. das gemeinsame Bezugspotenzial gelegt werden können, was dazu führt, dass bei der Verwendung gleichartiger Leuchtdioden diese unterschiedlich gut gekühlt werden. Dies ist insbesondere im Fall von High-Power-Leuchtdioden ein großer Nachteil. Die Anwendung der Schaltung gemäß der 21a erscheint daher insbesondere für Low-Power-Leuchtdioden, z. B. Radiale Leuchtdioden, oder Arrays aus diesen sinnvoll. Im Fall von High-Power-Leuchtdioden könnte die Verwendung von zwei unterschiedlichen Leuchtdiodenbauformen Abhilfe schaffen, wobei einmal die Kathode und einmal die Anode eine besonders gute thermische Anbindung and das verwendete Leuchtdiodengehäuse aufweist. Diese beiden unterschiedlichen Ausführungen erfordern jedoch unterschiedliche Leuchtdioden-Chip-Strukturen, die im allgemeinen Fall jedoch unterschiedliche Eigenschaften (z. B. Farbe) aufweisen, was oftmals unerwünscht ist. Im beispielhaften Fall eines MAG-GIE-Konzepts werden jedoch bewusst zwei unterschiedliche farbige Leuchtdiodentypen (mint/blaugrün und amber/bernsteinfarben) verwendet, so dass in einer solchen Anwendung die Schaltung sinnvoll erscheint. Allerdings besitzen die beiden unterschiedlichen Leuchtdiodentypen auch ein unterschiedliches Temperaturverhalten, insbesondere eine Farbverschiebung mit der Temperatur, so dass die Möglichkeit unterschiedliche Betriebsströme in beiden Leuchtdiodentypen einstellen zu können wünschenswert erscheint, was jedoch für die Schaltung gemäß der 21a ohne erheblichen Aufwand durch eine entsprechende Zusatzbeschaltung nicht möglich ist. Es bleibt damit bei der Feststellung, dass die Schaltung gemäß der 21a primär für Low-Power-Leuchtdioden vorteilhaft erscheint.The circuit of 21a However, has the disadvantage that not all light-emitting diodes or light-emitting diode strands with the same connection, z. As the cathode, can be placed on GND or the common reference potential, which means that when using similar light-emitting diodes are cooled differently good. This is a great disadvantage, especially in the case of high-power LEDs. The application of the circuit according to the 21a Therefore, especially for low-power LEDs, z. B. Radial light-emitting diodes, or arrays of these useful. In the case of high-power LEDs, the Use of two different light-emitting diode types remedy, once the cathode and once the anode has a particularly good thermal connection to the light-emitting diode housing used. However, these two different embodiments require different light-emitting diode chip structures, which in the general case, however, have different properties (eg color), which is often undesirable. In the exemplary case of a MAG-GIE concept, however, two different colored light emitting diode types (mint / blue-green and amber / amber-colored) are deliberately used, so that in such an application the circuit appears meaningful. However, the two different LED types also have a different temperature behavior, in particular a color shift with the temperature, so that the ability to set different operating currents in both types of LEDs desirable, but this is for the circuit according to the 21a without considerable effort by a corresponding additional circuit is not possible. It thus remains in the determination that the circuit according to the 21a primarily for low-power LEDs advantageous appears.

Die 21b zeigt eine andere Darstellung der Schaltung gemäß der 21a wobei jede stromkompensierte Drossel durch eine Ersatzschaltung bestehend aus einem Transformator und zwei Streuinduktivitäten Ls ersetzt ist.The 21b shows another illustration of the circuit according to the 21a wherein each current compensated choke is replaced by an equivalent circuit consisting of a transformer and two stray inductances Ls.

Bei entsprechender Dimensionierung der Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln kann die Gesamtheit der Streuinduktivitäten Ls die Funktion der Resonanzdrossel Lr vollständig übernehmen, wie dies die modifizierte Ausführung gemäß der 21c darstellt. Die Wirkung des optionalen Resonanzkondensators Cr2 wird nun durch die optionalen Resonanzkondensatoren Cr21 bis Cr26 erzielt. Nachdem die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln ohnehin vorhanden sind, lässt sich in dieser Ausführung eine kostengünstigere und kompaktere Bauweise realisieren.With appropriate dimensioning of the leakage inductances of the current-compensated chokes, the entirety of the leakage inductances Ls can completely take over the function of the resonance choke Lr, as the modified embodiment according to FIGS 21c represents. The effect of the optional resonant capacitor Cr2 is now achieved by the optional resonant capacitors Cr21 to Cr26. After the stray inductances of the current-compensated chokes are present anyway, a more cost-effective and more compact design can be realized in this embodiment.

Die 21d zeigt eine weitere vorteilhafte Weiterbildung analog zur der Schaltungsanordnung gemäß der 21c, nun jedoch mit Transformator Tr, der zur galvanischen Trennung und/oder zur Spannungsanpassung dient. Dabei übernimmt gegebenenfalls die Streuinduktivität des Transformators zusammen mit der Gesamtheit der Streuinduktivitäten Ls die Funktion der Resonanzdrossel Lr vollständig. Um eine galvanische Trennung zu realisieren wird mittels einer Optokopplerschaltung Opto das Strommesssignal entsprechend vom sekundärseitigen auf den primärseitigen Teil der Schaltung übertragen.The 21d shows a further advantageous development analogous to the circuit arrangement according to the 21c , but now with transformer Tr, which is used for galvanic isolation and / or voltage adjustment. If appropriate, the leakage inductance of the transformer together with the entirety of the leakage inductances Ls completely assumes the function of the resonance choke Lr. In order to realize a galvanic isolation, the current measuring signal is transmitted correspondingly from the secondary side to the primary side part of the circuit by means of an opto-coupler circuit Opto.

Der Aufwand der galvanisch getrennten Übertragung des Strommesssignals gemäß der 21d entfällt bei der Schaltung Gemäß der 21e, da hier der Primärstrom des Transformators anstelle eines Leuchtdiodenstroms gemessen wird. Unter der Voraussetzung dass ein Transformator verwendet wird, der in seinen Eigenschaften dem eines idealen Transformators sehr nahe kommt, d. h. der Transformator Tr sollte eine große Hauptinduktivität und gute Kopplung aufweisen, ist der sich ergebende Fehler vernachlässigbar klein. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden die optionalen Kondensatoren Cr21 bis Cr26 nicht dargestellt, obwohl diese auch in dieser Schaltung unverändert genutzt werden könnten.The cost of galvanically isolated transmission of the current measuring signal according to the 21d not applicable to the circuit According to the 21e because here the primary current of the transformer is measured instead of a light-emitting diode current. Assuming that a transformer is used which is very close in characteristics to that of an ideal transformer, ie the transformer Tr should have a large main inductance and good coupling, the resulting error is negligibly small. For ease of illustration, the optional capacitors Cr21 to Cr26 have not been shown, although they could be used unchanged in this circuit as well.

Die 21f zeigt eine weitere vorteilhafte Weiterbildung analog zur der nach 21e, wobei der Transformator Tr mit zwei Sekundärwicklungen ns1 und ns2 ausgeführt ist. Diese Schaltung vermeidet den Nachteil, dass nicht alle Leuchtdioden bzw. Leuchtdiodenarrays mit der gleichen Polarität gegenüber dem gemeinsamen Bezugspotenzial, z. B. des Kühlkörpers, ausgeführt werden können. Daher eignet sich diese Schaltungsanordnung insbesondere auch für High-Power-Leuchtdioden.The 21f shows a further advantageous development analogous to the after 21e , wherein the transformer Tr is designed with two secondary windings ns1 and ns2. This circuit avoids the disadvantage that not all light-emitting diodes or light-emitting diode arrays with the same polarity with respect to the common reference potential, for. B. the heat sink can be performed. Therefore, this circuit is particularly suitable for high-power LEDs.

Die dargestellten magnetischen Bauelemente können vorteilhafterweise in einem magnetischen Bauelement integriert werden, insbesondere in einem keramischen Bauelement das beispielsweise in LTCC-Technologie hergestellt wird.The illustrated magnetic components can advantageously be integrated in a magnetic component, in particular in a ceramic component which is produced for example in LTCC technology.

Die Nutzung der Streuinduktivitäten ist insbesondere bei der Integration mehrerer funktional unterschiedlicher magnetischer Bauelemente in einem magnetischen Bauelement von Vorteil, da sich hier im Vergleich zu konventioneller Verwendung mehrerer diskreter Bauelemente meistens durch die Integration verhältnismäßig große Streuinduktivitäten ergeben, sie sich nun vorteilhaft nutzen lassen.The use of the stray inductances is particularly advantageous in the integration of a plurality of functionally different magnetic components in a magnetic component, since in comparison with conventional use of a plurality of discrete components, the integration results in comparatively large stray inductances and can now be used to advantage.

Die Konstruktion der stromkompensierten Drossel ist vorteilhafter Weise so zu realisieren, dass sie eine definierte Streuinduktivität besitzt und die stromkompensierte Drossel auch bei hohen Stromstärken nicht in Sättigung geht. Hierzu werden vorteilhafterweise Konstruktionen verwendet, wie sie in der EP 0 275 499 A1 oder der DE 36 21 573 A1 beschrieben sind. Für den Einsatz zu Beleuchtungszwecken erscheint insbesondere eine Ausführung gemäß der DE 3621573 A1 vorteilhaft.The design of the current-compensated choke is advantageously to be realized so that it has a defined leakage inductance and the current-compensated choke is not saturated even at high currents. For this purpose, constructions are advantageously used, as in the EP 0 275 499 A1 or the DE 36 21 573 A1 are described. For use for lighting purposes, in particular, an embodiment according to the DE 3621573 A1 advantageous.

Die DE 36 21 573 löst im Wesentlichen die gleiche Aufgabenstellung wie die EP 0 275 499 A1 : Es wird die Realisierung für eine stromkompensierte Drossel mit großer zusätzlicher Streu-Induktivität zur Unterdrückung symmetrischer Störungen vorgestellt. Im Gegensatz zur EP 0 275 499 A1 wird in der DE 36 21 573 nicht für jeden „außen liegenden” Leiter ein eigener „Außenkern” benutzt, sondern nur ein Außenkern für alle. Hierzu werden zwei luftspaltlose Ringkerne für die Stromkompensierte Drossel verwendet, wobei zunächst der erste Kern gleichmäßig über den gesamten Umfang, um ein geringes äußeres Magnetfeld zu erhalten, bewickelt wird. Dann wird konzentrisch über diesen ersten Ringkern aus Ferrit ein zweiter Eisenpulverkern aus Carbonyleisen gelegt. Nun wird durch beide Ringkerne mit der gleichen Windungszahl und gegebenenfalls etwas dickerem Draht für gleiche Kupferwiderstände der beiden Wicklungen die zweite Wicklung gewickelt. Durch die Wahl der Kernquerschnitte lassen sich die Nenninduktivität der Stromkompensierten Drossel und die gegen symmetrische Störungen wirkende Streu-Induktivität getrennt voneinander einstellen. The DE 36 21 573 solves essentially the same task as the EP 0 275 499 A1 : The realization of a current-compensated choke with large additional leakage inductance for the suppression of symmetrical disturbances is presented. In contrast to EP 0 275 499 A1 will be in the DE 36 21 573 not for each "outside" ladder its own "outer core" used, but only one outer core for all. For this purpose, two air gapless ring cores are used for the current-compensated choke, wherein initially the first core is uniformly wound over the entire circumference in order to obtain a small external magnetic field. Then a second iron powder core of carbonyl iron is placed concentrically over this first ferrite ferrite core. Now, the second winding is wound by both ring cores with the same number of turns and possibly slightly thicker wire for the same copper resistances of the two windings. By choosing the core cross-sections, the nominal inductance of the current-compensated choke and the stray inductance acting against symmetrical disturbances can be adjusted separately.

Eine erste Ausführung der Regelung für den Wandler gemäß der 10c ist der in 22 dargestellte Pulsweitenmodulationsregler. Er realisiert eine festfrequente Pulsweitenmodulation. Dieser Regler besteht aus dem Fehlerverstärker Op1 der das Fehlersignal Vea als PID-Regler aus dem gemessenen Ausgangsstrom und dem zum Sollstrom gehörigen Referenzsignal Vref erzeugt. Dieses wird im PWM-Komparator Cmp2 mit einer Rampenspannung verglichen. Bei einem herkömmlichen Pulsweitenmodulationsregler würde das erzeugte Signal P dem Gatetreiber Drv des Leistungsschalters zugeführt werden. Mittels der zusätzlichen Logik FWC wird jedoch sichergestellt, dass eine Abmagnetisierung der stromkompensierten Drosseln erfolgt ist bevor der Q1 erneut eingeschaltet werden kann, d. h. ggfs. wird durch das Freilaufsignal F die Einschaltdauer beschnitten: Geht das eigentliche PWM-Signal P auf Low wird das RS-FlipFlop durch die fallende Flanke gesetzt. Das RS-Flip-Flop „merkt” sich, dass die Schaltung in der Abmagnetisierungsphase begriffen ist. Würde in dieser Phase das PWM-Signal wieder High werden, so würde das Und-Gatter ein High werden des Ausgangs Dr verhindern. Erst wenn das Abmagnetisierungssignal in Form eines High werden des Mess-Signals F eintrifft, wird das FF über den R-Eingang zurück gesetzt. Um einen sicheren Betrieb der Schaltung, insbesondere einen sicheren Anlauf der Schaltung, zu ermöglichen, ist der Timer Tmr vorgesehen, dessen Zeitwert der maximal denkbaren Abmagnetisierungsdauer entspricht. Ist das FF länger als diese Zeitdauer gesetzt, geht der Ausgang des Timers auf High und führt zu einem automatischen Rücksetzen des Flip-Flops. Greift die zusätzliche Logik FWC ein, so führt dies dazu, dass der Regelkreis geöffnet wird und der eigentliche Regler Op1 an die Grenze läuft, so dass P ein Signal mit maximalem Tastgrad wird. Dieses Öffnen des Regelkreises und die damit einhergehende Abweichung des geforderten Ausgangsstroms vom Sollwert wird jedoch in Kauf genommen um die Symmetrierung der Ausgangsströme sicherstellen zu können.A first embodiment of the scheme for the converter according to the 10c is the in 22 illustrated pulse width modulation controller. He realizes a fixed-frequency pulse width modulation. This controller consists of the error amplifier Op1 which generates the error signal Vea as a PID controller from the measured output current and the reference signal Vref associated with the reference current. This is compared in the PWM comparator Cmp2 with a ramp voltage. In a conventional pulse width modulation controller, the generated signal P would be supplied to the gate driver Drv of the circuit breaker. By means of the additional logic FWC, however, it is ensured that a demagnetization of the current-compensated chokes has taken place before the Q1 can be switched on again, ie if necessary, the on-time is cut off by the freewheel signal F. If the actual PWM signal P goes low, the RS FlipFlop set by the falling edge. The RS flip-flop "notices" that the circuit is in the demagnetization phase. If the PWM signal were to become high again at this stage, the AND gate would prevent the output Dr from becoming high. Only when the demagnetization signal arrives in the form of a high of the measurement signal F, the FF is reset via the R input. In order to enable safe operation of the circuit, in particular a safe start-up of the circuit, the timer Tmr is provided, the time value of which corresponds to the maximum conceivable demagnetization time. If the FF is set for longer than this time, the output of the timer goes high and automatically resets the flip-flop. If the additional logic FWC intervenes, this leads to the fact that the control loop is opened and the actual controller Op1 runs to the limit, so that P becomes a signal with maximum duty cycle. However, this opening of the control loop and the associated deviation of the required output current from the setpoint is accepted in order to be able to ensure the balancing of the output currents.

Anstelle des Reglers nach 22, der festfrequente Pulsweitenmodulation realisiert, kann auch der in 23 dargestellte Regler für die Schaltung nach 10c zum Einsatz kommen, der einen Betrieb an der Lückgrenze (Boundary Conduction Mode) sicherstellt, wobei weder Schaltfrequenz noch Ein- oder Ausschaltdauer konstant sind. Im Gegensatz zur obigen Ausführung wird hier nicht mit einer konstanten Schaltfrequenz gearbeitet, sondern mit einer variablen: Sobald der Strom durch die Drossel null erreicht, wird der Transistor wieder eingeschaltet. Der Fehlerverstärker und der Pulsweitenkomparator sind wie in 22 mittels Op1 und Comp2 realisiert.Instead of the regulator after 22 , which realizes fixed frequency pulse width modulation, can also be used in 23 shown controller for the circuit after 10c used, which ensures operation at the boundary boundary (Boundary Conduction Mode), where neither switching frequency nor on or off duration are constant. In contrast to the above embodiment, it does not work with a constant switching frequency, but with a variable: As soon as the current through the inductor reaches zero, the transistor is switched on again. The error amplifier and the pulse width comparator are as in 22 realized by means of Op1 and Comp2.

Ist eine Abmagnetisierung der Drosseln erfolgt, so führt der Low-High-Übergang von F dazu, dass der Rampengenerator Ramp beginnt eine neue Rampe zu erzeugen. Diese wird mit dem Fehlersignal vom Komparator Cmp2 verglichen. Je höher das Fehlersignal ist, umso länger bleibt P bzw. Dr im High Zustand und folglich Q1 eingeschaltet, bevor Cmp2 auf Low kippt. Ein Low an Dr hat eine Abmagnetisierung der Drosseln zur Folge bis irgendwann die Abmagnetisierung durch einen erneuten Low-High-Übergang von F bestätigt wird, was zur Erzeugung einer neuen Rampe führt.If a demagnetization of the chokes has taken place, the low-high transition of F causes the ramp generator Ramp to start generating a new ramp. This is compared with the error signal from the comparator Cmp2. The higher the error signal is, the longer does P and / or Dr remain in the high state, and consequently Q1 is switched on before Cmp2 tilts to low. A low on Dr results in a demagnetization of the chokes, until at some point the demagnetization is confirmed by a renewed low-high transition of F, which leads to the generation of a new ramp.

Um einen sicheren Betrieb der Schaltung, insbesondere einen sicheren Anlauf der Schaltung, zu ermöglichen, ist der Timer Tmr vorgesehen, dessen Zeitwert der maximal denkbaren Abmagnetisierungsdauer entspricht. Ist der Ausgang länger als diese Zeitdauer auf Low, so wird eine neue Rampe generiert, und es wird nicht weiter auf einen Low-High-Übergang von F gewartet.In order to enable safe operation of the circuit, in particular a safe start-up of the circuit, the timer Tmr is provided, the time value of which corresponds to the maximum conceivable demagnetization time. If the output is low for longer than this time, a new ramp will be generated and no further wait for a low-high transition of F.

Einen auf einem Current-Mode Control Prinzip basierender Regler für die Schaltung nach 25 stellt 24 dar. Auch dieser Regler realisiert einen Betrieb an der Lückgrenze (Boundary Conduction Mode). Der Regelverstärker Op1 erzeugt an seinem Ausgang das Signal Vea das mit dem aktuellen Strommesswert Im2 verglichen wird. Übersteigt der Wert von Im2 den von Vea führt der High-Low-Übergang von P zum Rücksetzen des Flip-Flops und damit zum Abschalten von Q1. In der nachfolgenden Abmagnetisierungsphase bleibt F zunächst auf High, da der aktuelle Stromwert größer Null ist. Ist die Abmagnetisierung erfolgt, so kommt es (aufgrund einer parasitären Schwingung, die kurzzeitig Icm negativ werden lässt) zum unter Umständen mehrfachen Kippen des Komparators Cmp1, wobei der High-Low-Übergang von F das Setzen des Flip-Flops bewirkt und damit Q1 wieder eingeschaltet wird. Wie bei den obigen Schaltungen auch, ist ein zusätzlicher Timer Tmr vorgesehen, der nach langer Dauer des Flip-Flops im ungesetzten Zustand dieses setzt und so das „Anlaufen” gewährleistetA controller based on a current-mode control principle for switching to 25 provides 24 This controller also realizes a operation at the Boundary Conduction Mode. The control amplifier Op1 generates at its output the signal Vea which is compared with the current current measurement Im2. If the value of Im2 exceeds that of Vea, the high-low transition of P leads to the reset of the flip-flop and thus to the shut-down of Q1. In the subsequent demagnetization phase, F initially remains high, since the current current value is greater than zero. If the demagnetization has taken place, it may (due to a parasitic oscillation, which briefly causes Icm to become negative) possibly multiple flips of the comparator Cmp1, where the high-low transition of F causes the setting of the flip-flop and thus Q1 is turned on again. As with the above circuits also, an additional timer Tmr is provided, which sets after a long period of the flip-flop in the unlocked state, thus ensuring the "start"

25 illustriert eine andere Ausführung eines Drossel-Abwärtswandlers mit drei Ausgängen. Im Gegensatz zur Schaltung gemäß 10c erfolgt nun die Strommessung mittels des Shunts Rs am gemeinsamen Speise-Anschluss des Stromverteilnetzwerkes anstelle an einem der Ausgänge der Schaltung. Die Strom-Messeinrichtung Imea wird durch einen Differenzverstärker realisiert, der ein zum zu messenden Strom Icm proportionales und auf GND bezogenes Messsignal liefert, nachdem das Signal Im2 dem entsprechend verstärkten und Masse-bezogenen Spannungsabfall über dem Shunt Rs entspricht. Der zeitliche Mittelwert des Spannungsabfalls über Rs entspricht dem zeitlichen Mittelwert der Summe aller LED-Ströme. Um der Regelung den zeitlichen Mittelwert der Ausgangsströme zur Verfügung stellen zu können, ist der Tiefpass LP vorhanden. Wie in der Schaltung gemäß der 10c wird der Komparator Cmp1 zur Detektion der Abmagnetisierung der stromkompensierten Drosseln Lcm1 und Lcm2 genutzt. Als Regelschaltung können die Schaltungen gemäß den 22, 23 und 24 zur Anwendung kommen 25 illustrates another embodiment of a three output choke down converter. Unlike the circuit according to 10c Now the current measurement takes place by means of the shunt Rs at the common feed terminal of the power distribution network instead of at one of the outputs of the circuit. The current measuring device Imea is implemented by a differential amplifier, which supplies a measuring current proportional to the current Icm to be measured and to GND, after the signal Im2 corresponds to the correspondingly amplified and ground-related voltage drop across the shunt Rs. The time average of the voltage drop across Rs corresponds to the time average of the sum of all LED currents. In order to be able to provide the time average of the output currents to the control, the low pass LP is present. As in the circuit according to the 10c the comparator Cmp1 is used to detect the demagnetization of the current-compensated chokes Lcm1 and Lcm2. As a control circuit, the circuits according to the 22 . 23 and 24 come into use

26 zeigt einen Drossel-Aufwärtswandler mit zwei Ausgängen. Der eigentliche Aufwärtswandler besteht dabei aus der Speicherdrossel L1, dem Schalttransistor Q1 und den Dioden D1 bzw. D2. Wie beim oben beschriebenen Abwärtswandler kann auch bei einem Aufwärtswandler die Regelung auf einen der beiden Ausgangsströme oder auf den Strom erfolgen, der in den Speise-Anschluss des Stromverteilnetzwerkes hinein fließt. In der hier betrachteten Schaltung erfolgt die Regelung auf einen der Ausgangsströme. Zusätzlich kann ein unterlagerter Stromregelkreis im Sinne einer ”current mode contol” verwendet werden, die den Schalterstrom – erfasst mittels des Widerstands Rq – zur Regelung heranzieht. 26 shows a choke-up converter with two outputs. The actual boost converter consists of the storage inductor L1, the switching transistor Q1 and the diodes D1 and D2. As with the buck converter described above, even in a boost converter, regulation may be to one of the two output currents or to the current flowing into the feed terminal of the power distribution network. In the circuit considered here, the control takes place on one of the output currents. In addition, a subordinate current control loop in the sense of a "current mode contol" can be used, which uses the switch current - detected by the resistor Rq - for control.

Die beim Drossel-Abwärtswandler vorteilhaft nutzbaren Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drossel Ls1 und Ls2 sind beim Aufwärtswandler unerwünscht, da diese zu hohen Spannungsspitzen beim Abschalten des Transistors Q1 führen: Ls1 und Ls2 verhindern, dass die Ströme in den Ausgangskreisen von 0 auf den jeweils halben Stromwert des Drosselstromes durch L1 zum Zeitpunkt des Abschaltens des Transistors springen können. Daher ist ein Snubber-Netzwerk vorzusehen, was die Schalterspannung begrenzt. Dieses kann dissipativ in Form eines RDC-Netzwerkes paralllel zu Q1 ausgeführt sein, oder als optionaler Klemmkreis für die Transistor-Spannung aus Ld und D3 bestehen und nichtdissipativ sein. Der dargestellte Klemmkreis begrenzt die Schalterspannung direkt nach dem Öffnen von Q1 auf einen Wert der sich aus dem Übersetzungsverhältnis des durch Ld und L1 gebildeten Transformators sowie der Eingangsspannung ergibt. Ld und L1 sollten möglichst gut miteinander magnetisch verkoppelt sein. Angenommen, die Eingangsspannung betrage 10 V und Ld besteht aus doppelt so vielen Windungen wie L1, so würde die Transistorspannung auf einen Wert der der doppelten Eingangsspannung, folglich 20 V, begrenzt werden, da dann die Diode D3 zu leiten beginnt und die Spannung am Transistor klemmt.The leakage inductances of the current-compensated choke Ls1 and Ls2, which can be used advantageously in the choke-down converter, are undesirable in the step-up converter because they lead to high voltage peaks when the transistor Q1 is turned off. Ls1 and Ls2 prevent the currents in the output circuits from 0 to the respective half current value of the Throttle current can jump through L1 at the time of turning off the transistor. Therefore, a snubber network should be provided, which limits the switch voltage. This may be implemented dissipatively in the form of an RDC network parallel to Q1, or as an optional terminal circuit for the transistor voltage of Ld and D3 and may be non-dissipative. The illustrated clamp circuit limits the switch voltage immediately after opening Q1 to a value resulting from the gear ratio of the transformer formed by Ld and L1 and the input voltage. Ld and L1 should be magnetically coupled together as well as possible. Assuming that the input voltage is 10V and Ld is twice as many turns as L1, the transistor voltage would be limited to a value of twice the input voltage, hence 20V, since diode D3 will then begin to conduct and the voltage on the transistor stuck.

Im Gegensatz zum Abwärtswandler gibt es beim Aufwärtswandler keine Einschränkung bezüglich lückendem und kontinuierlichem Betrieb, zumindest solange die Streuinduktivitäten vernachlässigbar klein sind. Unabhängig vom Betriebsmodus wird während Q1 eingeschaltet ist die stromkompensierte Drossel entmagnetisiert, der Strom durch die stromkompensierte Drossel wird also zu Null und durch das nachfolgende Sperren der beiden Dioden D1 und D2 bleibt dieser Zustand bis zum nächsten Abschalten von Q1 erhalten.In contrast to the buck converter, the buck converter has no restriction on continuous and continuous operation, at least as long as the stray inductances are negligibly small. Regardless of the mode of operation, while Q1 is on, the current compensated inductor is demagnetized, so the current through the current compensated inductor becomes zero, and the subsequent blocking of the two diodes D1 and D2 maintains that state until the next time Q1 is turned off.

Daher ist beim Boost-Wandler keine der oben beschriebenen Regelschaltungen erforderlich, denn selbst wenn der Wandler im kontinuierlichen Betrieb bezüglich der Drossel L1 arbeit, ist aufgrund der Topologie immer sichergestellt, dass das Stromverteilungsnetzwerk im diskontinuierlichen Betrieb betrieben wird und folglich immer eine Abmagnetisierung der stromkompensierten Drosseln im Netzwerk gegeben ist.Therefore, the Boost converter does not require any of the control circuits described above, because even if the converter operates continuously with respect to inductor L1, the topology always ensures that the power distribution network is operated in discontinuous operation and thus always demagnetization of the common mode chokes is given in the network.

Wie beim Abwärtswandler ist auch beim Drossel-Inverswandler eine entsprechende Überwachung bzw. Regelung erforderlich, so dass die Abmagnetisierung der stromkompensierten Drosseln sicher gewährleistet wird. Die 27 zeigt einen solchen Wandler, der wie der oben beschriebene Aufwärtswandler einen optionalen Klemmkreis für die Transistor-Spannung – aus Ld und D3 bestehend – enthält.As with the buck converter, a corresponding monitoring or control is also required in the case of the inverse-change converter, so that the demagnetization of the current-compensated throttles is reliably ensured. The 27 shows such a converter, which like the above-described up-converter contains an optional clamping circuit for the transistor voltage - consisting of Ld and D3 - contains.

Um die Abmagnetisierung der Drosseln zu detektieren sind unterschiedliche Schaltungsgrößen nutzbar. Unter anderem kann eine Strommessung des Stromes durch L1 oder eine Strommessung des in das Stromverteilungsnetzwerk hinein fließenden Stroms erfolgen. Es kann auch mittels zweier Spannungsmessungen überprüft werden, dass die Dioden D1 und D2 sperren. Auch kann auf jede der stromkompensierten Drosseln eine zusätzliche dritte Wicklung aufgebracht werden und dann ausgewertet werden, dass alle diese Spannungen zu Null geworden sind. Alternativ kann auch die Spannung über dem Schalttransistor ausgewertet werden. Nach dem ursprünglichen hohen Wert welcher durch den Klemmkreis bestimmt wird, fällt während der Abmagnetisierungsphase die Spannung am Schalter auf die Summe aus Eingangsspannung und dem Mittelwert der Beträge der beiden Ausgangsspannungen um dann nochmals auf die Eingangsspannung, sobald alle Drosseln abmagnetisiert sind, abzufallen. Dieser zweite Abfall der Schalterspannung kann ebenfalls für die Detektion genutzt werden.In order to detect the demagnetization of the chokes different circuit sizes are available. Among other things, current measurement of the current through L1 or current measurement of the current flowing into the power distribution network may occur. It can also be checked by means of two voltage measurements that the diodes D1 and D2 block. Also, an additional third winding can be applied to each of the current-compensated chokes and then evaluated that all of these Tensions have become zero. Alternatively, the voltage across the switching transistor can be evaluated. After the initial high value which is determined by the terminal circuit, during the demagnetization phase, the voltage across the switch drops to the sum of the input voltage and the average of the amounts of the two output voltages and then again to the input voltage as soon as all the reactors are demagnetized. This second drop in switch voltage can also be used for detection.

In der Ausführung gemäß 27 wird jedoch eine weitere Möglichkeit für die Detektion verwendet Hierfür wird die Spannung über der Drossel Ld verwendet werden, denn ist diese auf Null abgefallen, sind alle Drosseln abmagnetisiert und es kann ab diesem Zeitpunkt der Schalter Q1 wieder eingeschaltet werden. Analog zu den obigen Regelschaltungen gemäß den 22 bis 24 lassen sich auch für den Inverswandler entsprechende Regelschaltungen ausführen.In the execution according to 27 However, if another possibility is used for the detection. For this, the voltage across the inductor Ld will be used, because if it has fallen to zero, all inductors are demagnetized and the switch Q1 can be switched on again from this point on. Analogous to the above control circuits according to the 22 to 24 can be run for the inverter converter corresponding control circuits.

Die folgenden Figuren betrachten eine weitere Variante der Strom-Symmetrierung bei mehreren Zweigen. Die Strom-Symmetrierung wird durch die Reihenschaltung eines Kondensators, einer Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsquelle sowie zweier entgegengesetzt verschalteter, rückwärts leitender Gleichrichterschaltungen, welche jeweils eine oder mehrere in Reihe geschaltete Leuchtdioden beinhalten, realisiert. Jede dieser Schaltungsanordnungen liefert zwei auf ein gemeinsames Potenzial (z. B. Masse) bezogene ,Leuchtdiodenausgänge'. Es können mehrere dieser Schaltungsanordnungen verwendet werden, sofern mehr als zwei ,Leuchtdiodenausgänge' benötigt werden.The following figures consider a further variant of the current balancing in several branches. The current balancing is realized by the series connection of a capacitor, an AC or AC voltage source and two oppositely connected, reverse-conducting rectifier circuits, which each include one or more light-emitting diodes connected in series. Each of these circuits provides two LED outputs related to a common potential (eg, ground). Several of these circuit arrangements can be used, if more than two 'LED outputs' are required.

Die 28a und 28b zeigen Ausführungen solcher Schaltungsanordnungen. In den beiden Figuren werden die Schaltungstypen VVD und CD dargestellt. Der Schaltungstyp VVD basiert auf einer Spannungsverdopplungsschaltung und der Schaltungstyp CD basiert auf einer einfachen Stromglättungsschaltung.The 28a and 28b show embodiments of such circuits. The two figures show the circuit types VVD and CD. The circuit type VVD is based on a voltage doubling circuit and the circuit type CD is based on a simple current smoothing circuit.

Die Funktionsweise der Schaltung gemäß der 28a illustrieren die 28c bis 28e. Im Folgenden wird zur Vereinfachung der Erklärung die Annahme getroffen, dass alle Bauelemente ideal seien, d. h. insbes. die Dioden verhalten sich als ideale Schalter.The operation of the circuit according to the 28a illustrate the 28c to 28e , In the following, to simplify the explanation, the assumption is made that all components are ideal, ie in particular the diodes behave as ideal switches.

Die Quelle Q arbeitet dabei als Stromquelle. Wird von der Quelle Q ein positiver Strom Ii geliefert, so zeigt 28c die für die Funktion relevanten Bauelemente: Der Strom Ii fließt durch die Diode D11, teilt sich dann auf C11 und R1 auf, um dann über die zum einfacheren Verständnis eingezeichnete Masseverbindung M, die Diode D22 und den Kondensator C0 zur Quelle zurück zu fließen. Die Last R2 wird während dieses Zeitbereichs durch den Kondensator C2 versorgt. Die Stärke des Stromes Ii > 0 hat nur Einfluss auf den Laststrom I1, nicht jedoch auf I2.The source Q works as a power source. If a positive current Ii is supplied by the source Q, then shows 28c the components relevant to the function: The current Ii flows through the diode D11, then splits to C11 and R1, and then flow back to the source via the ground connection M, the diode D22 and the capacitor C0 drawn for ease of understanding. The load R2 is supplied by the capacitor C2 during this time range. The magnitude of the current Ii> 0 only has an effect on the load current I1, but not on I2.

Fließt kein Strom Ii durch die Quelle Q, so illustriert 28d, dass die Lasten R1 bzw. R2 von den zugehörigen Kondensatoren C1 bzw. C2 mit Energie versorgt werden. Nachdem die Kondensatorspannungen V1 und V2 positiv sind, teilt sich die jeweilige Kondensatorspannung über den beiden Dioden D11 und D12 bzw. D21 und D22 auf und alle Dioden sperren.If no current Ii flows through the source Q, so illustrated 28d in that the loads R1 and R2 are supplied with energy by the associated capacitors C1 and C2, respectively. After the capacitor voltages V1 and V2 are positive, divides the respective capacitor voltage across the two diodes D11 and D12 or D21 and D22 and lock all diodes.

Die 28e zeigt entsprechend die relevanten Bauelemente in dem Fall, dass die Quelle Q einen negativen Strom liefert. Hier ist das Verhalten der beiden Gleichrichter genau umgekehrt: Für Q ist nun effektiv nur GR2 vorhanden wohingegen GR1 nicht sichtbar ist. Die Stärke des Stromes Ii < 0 hat nur Einfluss auf den Laststrom I2, nicht jedoch auf I1.The 28e shows correspondingly the relevant components in the case that the source Q provides a negative current. Here the behavior of the two rectifiers is exactly the opposite: For Q, only GR2 is effectively present, whereas GR1 is not visible. The magnitude of the current Ii <0 has only an effect on the load current I2, but not on I1.

Aufgrund des Kondensators C0 kann durch die Quelle kein Gleichstrom fließen bzw. Ii kann keinen Gleichanteil besitzen, da der Kondensator C0 als Blockkondensator oder Symmetrierkondensator wirkt. Nachdem der positive Anteil des Stromes von Ii letztlich den Laststrom I1 bestimmt (da der positive Anteil von Ii von D12 gesperrt wird, muss er durch D11 fließen und da durch C1 kein Gleichstrom fließen kann, muss der zeitliche Mittelwert des positiven Anteils von Ii gleich dem zeitlichen Mittelwert von I1 entsprechen) und der in negative Anteil von Ii den Laststrom I2 bestimmt, müssen die zeitlichen Mittelwerte der Lastströme I1 und 12 gleich groß sein. Es werden also beide Lasten R1 und R2 mit dem gleichen Strom betrieben (Strom-Symmetrierung).Due to the capacitor C0 can flow through the source no DC or Ii can not have a DC component, since the capacitor C0 acts as a blocking capacitor or Symmetrierkondensator. Since the positive portion of the current of Ii ultimately determines the load current I1 (since the positive portion of Ii is blocked by D12, it must flow through D11, and since no direct current can flow through C1, the time average of the positive portion of Ii must equal the time average of I1) and the negative portion of Ii determines the load current I2, the time averages of the load currents I1 and 12 must be equal. Thus, both loads R1 and R2 are operated with the same current (current balancing).

Die 28f stellt beispielhafte Strom- und Spannungsverläufe der Schaltung nach 28a dar. Dabei wurden der Einfachheit halber rechteckförmige Stromverläufe angenommen. Zur Illustration wurde ein Tastverhältnis von 2:1 angenommen.The 28f illustrates exemplary current and voltage characteristics of the circuit 28a For the sake of simplicity, rectangular current profiles were assumed. For illustration, a duty cycle of 2: 1 was assumed.

Für die Darstellung der auftretenden Spannungen in der unteren Hälfte der Abbildung wurde neben der Annahme idealer Bauelemente eine ideale Glättung der Lastströme angenommen, was unendlich große Kondensatoren C1 und C2 bedingt, so dass die Ausgangspannungen V1 und V2 keine Welligkeit aufweisen. Zudem wurde davon ausgegangen, dass keine Zeitbereiche mit Ii = 0 auftreten. Es werden zwei unterschiedlich große Lasten mit R1 = 3 Ohm und R2 = 4 Ohm angenommen. Damit ergeben sich die Ausgangsspannungen V1 = I1·R1 = 2·3 = 6 V und V2 = I2·R2 = 2·4 = 4 V, sowie die dargestellten zeitlichen Verläufe von V12, V22, V0 und Vi.For the representation of the occurring stresses in the lower half of the figure an ideal smoothing of the load currents was assumed in addition to the assumption of ideal components, which is infinitely large Capacitors C1 and C2 conditionally, so that the output voltages V1 and V2 have no ripple. In addition, it was assumed that no time ranges with Ii = 0 occur. Two different sized loads with R1 = 3 ohms and R2 = 4 ohms are assumed. This results in the output voltages V1 = I1 * R1 = 2 * 3 = 6 V and V2 = I2 * R2 = 2 * 4 = 4 V, as well as the illustrated time profiles of V12, V22, V0 and Vi.

Betrachtet man die Masche {Masse – D12 – Q – C0 – D22 – Masse}, so muss die folgende Maschengleichung erfüllt sein: V12(t) = Vi(t) + V0(t) + V22(t). Considering the mesh {mass - D12 - Q - C0 - D22 - mass}, the following mesh equation must be satisfied: V12 (t) = Vi (t) + V0 (t) + V22 (t).

Aus 28f geht hervor, dass diese zu jedem Zeitpunkt, und damit auch für die gestrichelt eingetragenen zeitlichen Mittelwerte (mit Überstrich gekennzeichnet), erfüllt ist.Out 28f shows that it is fulfilled at all times, and therefore also for the dashed chronological mean values (marked with a hyphen).

Vorteilhafterweise wird die Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsquelle durch die Sekundärwicklung eines Transformators gebildet, da dies eine besonders einfache Möglichkeit ist, eine potenzialfreie Quelle zu erzeugen.Advantageously, the AC or AC voltage source is formed by the secondary winding of a transformer, as this is a particularly simple way to produce a potential-free source.

Die 28g zeigt das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Symmetrierang der beiden Lastströme I1 und I2 durch die sich einstellende Gleichspannung V0' über dem Kondensator C0 im Versorgungsspannungspfad bei einem rückwärts sperrendem Gleichrichter GR1 und einem vorwärts sperrendem Gleichrichter GR2 mit einfachem Spannungsausgang (Schaltungstyp VD) in Parallelschaltung. Der Kondensator C0 unterdrückt einen Gleichstromanteil im Versorgungsstrom Ii. Da Vi eine reine Wechselspannungsquelle ist, kann die Summe aus der Spannung über der Wechselspannungsquelle Vi und der Spannung über dem Kondensator C0 einen Gleichanteil enthalten. Dieser Anteil entspricht der tatsächlichen Spannungsdifferenz der beiden Gleichrichter GR1 und GR2. Da ein Gleichrichter vorwärts sperrt und der andere Gleichrichter rückwärts sperrt, wird jeder Gleichrichter jeweils mit einer Halbwelle des Wechselstroms Ii versorgt. Durch den Gleichanteil der Spannungen Vi + V0 wird auch eine unterschiedliche Leistung in den beiden Betriebssträngen zugelassen, so dass der Strom in beiden Strängen gleich groß sein kann. Würde z. B. der Strom I11 im ersten Betriebsstrang im Mittel größer werden als der Strom I21 im zweiten Betriebsstrang, so würde sich der Kondensator C0 entladen und die Spannung V0 sinken, so dass auch die Spannung V1 sinken und gleichzeitig die Spannung V2 betragsmäßig steigen würde, was dem unterschiedlichen Stromfluss entgegenwirkt und somit die Stromhöhen symmetriert.The 28g shows the schematic diagram of a circuit arrangement for Symmetrierang the two load currents I1 and I2 by the self-adjusting DC voltage V0 'across the capacitor C0 in the supply voltage path at a reverse blocking rectifier GR1 and a forward blocking rectifier GR2 with a simple voltage output (circuit type VD) in parallel. The capacitor C0 suppresses a DC component in the supply current Ii. Since Vi is a pure AC voltage source, the sum of the voltage across the AC voltage source Vi and the voltage across the capacitor C0 may include a DC component. This proportion corresponds to the actual voltage difference of the two rectifiers GR1 and GR2. Since one rectifier blocks forward and the other rectifier blocks backwards, each rectifier is supplied with one half-wave of the alternating current Ii. Due to the DC component of the voltages Vi + V0 also a different power in the two operating lines is allowed, so that the current in both strands can be the same size. Would z. B. the current I11 in the first operating line on average be greater than the current I21 in the second line of operation, the capacitor C0 would discharge and the voltage V0 fall, so that the voltage V1 decrease and at the same time the voltage V2 would increase in amount, which counteracts the different current flow and thus symmetrizes the current levels.

28k zeigt das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Symmetrierung der beiden Lastströme I1 und I2 durch die sich einstellende Gleichspannung V0 über dem Kondensator C0, der zwischen die Spannungsquelle und das Bezugspotenzial geschaltet ist, bei einem rückwärts und einem vorwärts sperrendem Gleichrichter mit einfachem Spannungsausgang (Schaltungstyp VD) in Parallelschaltung. Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung ist gleich der Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß der 28g. Hier ist lediglich der Kondensator C0 an einer anderen Stelle im Strompfad eingefügt, was aber die Wirkungsweise nicht beeinträchtigt. 28k shows the schematic diagram of a circuit arrangement for balancing the two load currents I1 and I2 by the self-adjusting DC voltage V0 across the capacitor C0, which is connected between the voltage source and the reference potential, in a backward and a forward-blocking rectifier with a simple voltage output (circuit type VD) in parallel. The operation of this circuit arrangement is equal to the operation of the circuit arrangement according to the 28g , Here, only the capacitor C0 is inserted at another position in the current path, but this does not affect the operation.

Die 28h zeigt das Phasenschaltbild der 28k für den Fall Ii > 0, die 28i zeigt das Phasenschaltbild der 28k für den Fall Ii = 0, und die 28j das Phasenschaltbild der 28k für den Fall Ii < 0. Die jeweils sperrenden Dioden sind durch eine Leitungsunterbrechung gekennzeichnet, die jeweils leitenden Dioden sind ordnungsgemäß dargestellt. Im Fall Ii = 0 ist die Spannungsquelle durch eine weitere Leitungsunterbrechung gekennzeichnet.The 28h shows the phase diagram of 28k for the case Ii> 0, the 28i shows the phase diagram of 28k for the case Ii = 0, and the 28j the phase diagram of the 28k for the case Ii <0. The respective blocking diodes are characterized by a line break, the respective conductive diodes are shown properly. In the case of Ii = 0, the voltage source is characterized by a further line break.

Werden mehr als zwei Leuchtdiodenausgänge benötigt, verwendet man vorteilhafter Weise

  • a) mehrere Transformatoren, die primärseitig in Reihe geschaltet sind, die insbesondere bei stark unterschiedlichen Lasten bzw. Leuchtdioden möglichst ideale Eigenschaften aufweisen,
  • b) einen Transformator mit mehreren Sekundärwicklungen, und insbesondere bei stark unterschiedlichen Lasten bzw. Leuchtdioden zusätzliche stromkompensierte Drosseln, die die Sekundärströme untereinander symmetrieren,
  • c) eine Kombination aus den Punkten a) und b).
If more than two LED outputs are required, it is advantageously used
  • a) a plurality of transformers, which are connected in series on the primary side, which have the most ideal properties, in particular in the case of very different loads or light-emitting diodes,
  • b) a transformer having a plurality of secondary windings, and in particular for very different loads or light-emitting diodes additional current-compensated reactors, which balance the secondary currents with each other,
  • c) a combination of points a) and b).

Primärseitig wird der Transformator durch eine der üblichen leistungselektronischen Schaltungen, beispielsweise einen Halbbrücken-, Vollbrücken-, Gegentakt- oder Class-E-Wandler angesteuert. Vorteilhafterweise handelt es sich hierbei um eine schaltentlastete Schaltung, die das ZVS- oder ZCS-Prinzip nutzt.The primary side of the transformer is controlled by one of the usual power electronic circuits, such as a half-bridge, full bridge, push-pull or Class E converter. Advantageously, this is a switch-relieved circuit that uses the ZVS or ZCS principle.

Eine Integration mehrerer induktiver Bauelemente (Trafos, stromkompensierter Drosseln oder eine Kombination von solchen Bauelementen) in ein Bauelement erscheint aufgrund der möglichen Reduktion der Baugröße des Gerätes wie auch in der Komplexität in der Fertigung, Prüfung und Beschaffung besonders vorteilhaft. Insbesondere beim Schaltungstyp CD können zudem die erforderlichen Induktivitäten (z. B. L1, L2 in ) ebenfalls mit integriert werden (z. B. mit dem erforderlichen Transformator). Auch eine Integration der Symmetrierungs-Kondensatoren (z. B. C0) mit magnetischen Bauelementen in einem gegebenenfalls monolithisch integrierten Bauelement z. B. in LTCC-Technik ist möglich und könnte je nach Anwendung und Anforderungen an das Produkt (z. B. Automotive-Applikation) eine weitere Volumen und Kosten-Reduktion ermöglichen. An integration of several inductive components (transformers, current-compensated chokes or a combination of such components) in a component appears particularly advantageous due to the possible reduction of the size of the device as well as in the complexity of manufacturing, testing and procurement. In particular, in the circuit type CD, the required inductances (eg L1, L2 in ) are also integrated (eg with the required transformer). An integration of the balancing capacitors (eg C0) with magnetic components in an optionally monolithically integrated component z. For example, in LTCC technology is possible and could, depending on the application and requirements for the product (eg Automotive application) allow further volume and cost reduction.

Die Gleichrichterschalter können als Synchrongleichrichter ausgeführt werden, insbesondere können die in der Schaltung ohnehin vorhandenen Transformatoren für die Ansteuerung der Halbleiterschalter des Synchrongleichrichters verwendet werden.The rectifier switch can be designed as a synchronous rectifier, in particular, the already existing in the circuit transformers for driving the semiconductor switches of the synchronous rectifier can be used.

Die 29a, 29b, 29c und 29d und die 30a, 30b, 30c und 30d zeigen einen Schaltungsaufbau, bei dem in allen Fällen eine ZVS-betriebene Halbbrücke mehrere Leuchtdioden bzw. Leuchtdiodenstränge mit dem gleichen Strom versorgt. Je nach Auslegung kann der Kondensator Cr2 vorhanden sein. In den 29a, 29b, 29c und 29d werden gemäß der obigen Aufzählung unter Punkt a) mehrere Transformatoren verwendet, wohingegen die 30a, 30b, 30c und 30d jeweils eine Schaltung gemäß Punkt b) angibt. Die Schaltungen nach den 29a, 30a basieren auf dem Schaltungstyp VVD (analog zu 28a), wohingegen die Schaltungen nach den 29b, 30b auf dem Schaltungstyp CD (analog zu 28b) beruhen. Die 29c und 30c zeigen Schaltungen, die auf dem Schaltungstyp VD analog der 28k basieren, wohingegen die 29d eine Mischform darstellt, bei der jede. Gruppe zweier an eine Sekundärwicklung eines Transformators Tr1 ... Tr3 angeschlossenen Gleichrichter jeweils nach einem der oben beschriebenen Schaltungstypen arbeitet, die Gruppe an Transformator TR1 nach dem Schaltungstyp CD, die Gruppe an Transformator TR2 nach dem Schaltungstyp VVD, und die Gruppe an Transformator TR3 nach dem Schaltungstyp VD. Bei der 30d ist die Situation analog zu 29d, lediglich wird ein gemeinsamer Transformator mit einer Primärwicklung und drei Sekundärwicklungen verwendet, bei denen die Gruppe an der ersten Sekundärwicklung (von oben gezählt) nach dem Schaltungstyp CD, die Gruppe an der zweiten Sekundärwicklung nach dem Schaltungstyp VVD, und die Gruppe an der dritten Sekundärwicklung nach dem Schaltungstyp VD arbeitet.The 29a . 29b . 29c and 29d and the 30a . 30b . 30c and 30d show a circuit structure in which in all cases a ZVS-powered half-bridge supplies a plurality of light-emitting diodes or light-emitting diode strands with the same current. Depending on the design, the capacitor Cr2 may be present. In the 29a . 29b . 29c and 29d According to the above list under point a) several transformers are used, whereas the 30a . 30b . 30c and 30d each indicates a circuit according to point b). The circuits after the 29a . 30a are based on the circuit type VVD (analogous to 28a ), whereas the circuits according to 29b . 30b on the circuit type CD (similar to 28b ). The 29c and 30c show circuits that are analogous to the circuit type VD 28k whereas the 29d a hybrid form in which each. Group of two connected to a secondary winding of a transformer Tr1 ... Tr3 rectifier operates according to one of the types of circuit described above, the group of transformer TR1 according to the circuit type CD, the group of transformer TR2 to the circuit type VVD, and the group of transformer TR3 after the circuit type VD. In the 30d the situation is analogous to 29d , only a common transformer with a primary winding and three secondary windings is used, in which the group at the first secondary winding (counted from above) on the circuit type CD, the group on the second secondary winding according to the circuit type VVD, and the group on the third secondary winding works according to the circuit type VD.

In allen Figuren wurden Leuchtdioden oder Leuchtdiodenstränge als Last der Gleichrichter GR dargestellt, die mit der Kathode auf GND liegen. Dies muss nicht zwingend der Fall sein – es kann auch die Anode bei entsprechender Schaltungsanpassung auf GND gelegt werden. Dies könnte insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die Gehäuse der verwendeten LEDs jeweils mit der Anode des LED-Chips verbunden sind, da dann alle LED-Gehäuse auf einen gemeinsamen elektrisch mit Masse verbundenen Kühlkörper gelegt werden können, was zu einer besonders guten Kühlung der Leuchtdioden führt.In all figures, light-emitting diodes or light-emitting diode strings were shown as the load of the rectifier GR, which lie with the cathode at GND. This need not necessarily be the case - it can also be the anode with appropriate circuit adaptation to GND. This could be particularly advantageous if the housing of the LEDs used are each connected to the anode of the LED chip, since then all the LED housing can be placed on a common electrically connected to ground heat sink, resulting in a particularly good cooling LED leads.

31 zeigt einen Schaltungsaufbau bei dem ein Transformator mit zwei Sekundärwicklungen, entsprechend dem Punkt b) in der obigen Aufzählung, zum Betrieb von 4 Leuchtdiodenausgängen verwendet wird. Mittels der stromkompensierten Drossel Tr12 wird die Symmetrierung der beiden Sekundärströme sichergestellt. Zum Dimmen der LEDs werden die elektronischen Schalter S11 bis S41 mit einem PWM-Signal angesteuert. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Verhältnisse bei 0% bzw. 100% Tastgrad der Schalter. 31 shows a circuit arrangement in which a transformer with two secondary windings, according to the point b) in the above list, is used to operate 4 LED outputs. By means of the current-compensated choke Tr12, the balancing of the two secondary currents is ensured. For dimming the LEDs, the electronic switches S11 to S41 are driven with a PWM signal. Table 1 below shows the ratios at 0% or 100% duty cycle of the switches.

Als Signalquelle Q diente eine Funktionsgenerator mit f = 50 kHz. Die Widerstände R1 bis R4 sind zur Strommessung, jedoch für die eigentliche Funktion nicht erforderlich. Es wurden folgende Bauelemente verwendet:
Tr1: Trafo 1:1:1, Lp = Ls1 = Ls2 = 1 mH, fres = 750 kHz, RDC < 1R0
Tr12: Stromkompensierte Drossel EPCOS B82721-K2701-N20, 2 × 10 mH, 2 × 0R60 typ. RDC
Alle Dioden: SS34 (3 A, 40 V, Schottky)
Weiße Leuchtdioden
alle Kondensatoren: 10 uF, 25 V, X7R, TDK
R1 ... R4: 10R, 1%, 0805
The signal source Q was a function generator with f = 50 kHz. The resistors R1 to R4 are for current measurement, but not required for the actual function. The following components were used:
Tr1: Transformer 1: 1: 1, Lp = Ls1 = Ls2 = 1mH, fres = 750kHz, RDC <1R0
Tr12: EPCOS B82721-K2701-N20 current-compensated choke, 2 × 10 mH, 2 × 0R60 typ. RDC
All diodes: SS34 (3 A, 40 V, Schottky)
White LEDs
all capacitors: 10uF, 25V, X7R, TDK
R1 ... R4: 10R, 1%, 0805

32 zeigt den „vorderen” Teil der Schaltung nach 31, allerdings wird nun als Generator ein Klasse-E-Wandler verwendet. Dieser hat den Vorteil mit einem einzigen Leistungstransistor Q1 auszukommen und zudem wird dieser mit ZVS (Nullspannungsschalten) betrieben. Entgegen des üblichen Nachteils des Klasse-E-Wandlers eine mit anderen Schaltungstopologien sehr hohe Schalterspitzenspannung zu erfordern, ist dieser Nachteil hier etwas abgemildert, da die Gleichrichter bzw. die Leuchtdioden aufgrund ihres nichtlinearen Verhaltens eine Abflachung der Drain-Schwingung bewirken, so dass ein Transistor mit geringerer maximal zulässiger Drain-Spannung verwendet werden kann, 5 als man dies für eine vergleichbare ohmsche Last erwarten würde. 32 shows the "front" part of the circuit 31 , but now as a generator, a class E-converter is used. This has the advantage to get along with a single power transistor Q1 and also this is operated with ZVS (zero voltage switching). Contrary to the usual disadvantage of the class E converter to require a very high switch tip voltage with other circuit topologies, this disadvantage is somewhat mitigated here, since the rectifier or the LEDs due to their cause a flattening of the drain oscillation, so that a transistor with a lower maximum allowable drain voltage can be used, 5 as one would expect for a comparable resistive load.

Die in der Tabelle 1 dargestellten Messwerte konnten auch mit dieser Quelle analog gemessen werden. Es wurden folgende Bauelemente verwendet:
Q1: IRFR110
DQ: nicht bestückt (optional, wenn ein MOSFET als Q1 verwendet wird, da dann bei Nicht-Bestückung die Body-Diode Funktion übernimmt; zwingend erforderlich, wenn Q1 ein Bipolar-Transistor oder IGBT ist)
RG: 10R, 1%, 0805
CR: 1 nF, 100 V
CS: 10 uF, 25 V, X7R, TDK

Figure 00480001
The measured values shown in Table 1 could also be measured analogously with this source. The following components were used:
Q1: IRFR110
DQ: not populated (optional, if a MOSFET is used as Q1, because then the body diode function is taken over when not equipped, mandatory if Q1 is a bipolar transistor or IGBT)
RG: 10R, 1%, 0805
CR: 1 nF, 100V
CS: 10uF, 25V, X7R, TDK
Figure 00480001

Die folgenden Figuren betrachten eine dritte Variante der 20 Stromsymmetrierung.The following figures consider a third variant of the 20 current balancing.

Auch in dieser Ausführungsform wird ein quasi-paralleler Betrieb von mehreren Leuchtdioden und/oder mehreren LED-Strängen mittels eines DC/DC-Wandlers vorgeschlagen, wobei die Stromstärken des durch die Leuchtdioden fließenden Stroms näherungsweise identisch sind. Es muss lediglich auf den Strom in einer Leuchtdiode bzw. in einem Strang von Leuchtdioden geregelt werden. Der Wandler besitzt ein Stromverteilungsnetzwerk welches eine oder mehrere stromkompensierte Drosseln in einer prinzipiellen Verschaltung gemäß 1 enthält. Um die gewünschte Funktionsweise des Stromverteilungsnetzwerkes garantieren zu können, wird vorgeschlagen, das Stromverteilnetzwerk mit Kondensatoren zu erweitern, so dass sich Resonanzzellen aus Stromkompensierten Drosseln und Kondensatoren ergeben, wie dies in den 34 bis 36 dargestellt ist. Die zusätzlichen Kondensatoren unterbinden einen Gleichstromfluss durch die stromkompensierten Drosseln, so dass die stromkompensierten Drosseln nur von Wechselstrom durchflossen werden was zumindest in jedem Nulldurchgang des Stromes eine vollständige Abmagnetisierung der Drosseln ermöglicht, was für deren Funktionsweise von entscheidender Bedeutung ist.In this embodiment as well, a quasi-parallel operation of a plurality of light-emitting diodes and / or a plurality of LED strings is proposed by means of a DC / DC converter, wherein the current intensities of the current flowing through the light-emitting diodes are approximately identical. It only has to be regulated to the current in a light emitting diode or in a string of light emitting diodes. The converter has a power distribution network which one or more common mode chokes in a basic interconnection according to 1 contains. In order to guarantee the desired functioning of the power distribution network, it is proposed to expand the Stromverteilnetzwerk with capacitors, so that resonant cells result from current-compensated chokes and capacitors, as shown in the 34 to 36 is shown. The additional capacitors prevent a DC flow through the current-compensated chokes, so that the current-compensated chokes are only traversed by alternating current which allows at least in each zero crossing of the current complete demagnetization of the chokes, which is crucial for their operation.

Gehen die Ströme durch alle Wicklungen der stromkompensierten Drosseln periodisch auf Null zurück, so hat dies die gewünschte gute Symmetrierung der Leuchtdiodenströme zur Folge, da dann die stromkompensierten Drosseln im Stromverteilnetzwerk in der gewünschten Weise wirken. Die Funktionsweise von stromkompensierten Drosseln beruht darauf, dass jede Wicklung der Drossel eine sehr hohe Impedanz aufweist. Durch entsprechende Stromflüsse in beiden Wicklungen heben sich die generierten magnetischen Flüsse im Kern und damit die hohen Impedanzen gegenseitig auf. Für eine gute Funktion einer stromkompensierten Drossel sind daher hohe Induktivitätswerte der Wicklungen erforderlich, weshalb üblicherweise Kerne aus hochpermeablem Magnetmaterial ohne Luftspalt zum Einsatz kommen, die verhältnismäßig geringe Sättigungsströme bedingen. Um eine Sättigung des magnetischen Kern der stromkompensierten Drossel aufgrund eines dauerhaften Gleichstroms zu vermeiden wird daher eine periodische Stromfreiheit der beiden Wicklungen im Sinne der Erfindung realisiert.If the currents through all windings of the current-compensated reactors periodically return to zero, this results in the desired good balancing of the light-emitting diode currents, since then the current-compensated reactors in the current distribution network act in the desired manner. The operation of current-compensated chokes is based on the fact that each winding of the choke has a very high impedance. By corresponding current flows in both windings, the generated magnetic fluxes in the core and thus the high impedances cancel each other out. For a good function of a current-compensated inductor high inductance values of the windings are therefore required, which is why usually cores made of high-permeability magnetic material without air gap are used, which cause relatively low saturation currents. In order to avoid saturation of the magnetic core of the current-compensated choke due to a permanent direct current therefore a periodic current freedom of the two windings is realized according to the invention.

Die bisher beschriebene Strom-Symmetrierung mittels stromkompensierter Drosseln ist insbesondere dann anwendbar, sofern ein periodischer Stromfluss vorliegt bzw. erzeugt wird, der – wie bereits erwähnt – immer wieder auf null zurückgeht. Mit sehr vielen geschalteten leistungselektronischen Schaltungen lassen sich derartige Stromflüsse erzeugen. So kann die in den bisherigen Figuren dargestellte Wechselstromquelle durch einen beliebigen Wechselrichter realisiert werden. Diesem folgen Gleichrichter, um die Leuchtdioden mit einem Gleichstrom mit möglichst geringer Welligkeit zu versorgen.The current balancing by means of current-compensated reactors described so far is particularly applicable if a periodic current flow is present or is generated, which - as already mentioned - always returns to zero. With very many switched electronic power circuits, such power flows can be generated. Thus, the AC power source shown in the previous figures can be realized by any inverter. This is followed by rectifiers to provide the LEDs with a DC with the lowest possible ripple.

33 zeigt eine solche prinzipielle Wandleranordnung mit stromkompensierter Drossel Lcm als Stromverteilernetzwerk die als Gleichspannungswandler aufgefasst werden kann. Es sind unterschiedlichste Arten von Gleichspannungswandlern, basierend auf hoch- und/oder tiefsetzenden Wandlerkonzepten bekannt, die sich mit Stromverteilnetzwerken zum Betrieb von Leuchtdioden modifizieren lassen. 33 shows such a principal converter arrangement with current-compensated inductor Lcm as a power distribution network which can be regarded as a DC-DC converter. There are a wide variety of types of DC-DC converters, based on high- and / or low-setting converter concepts known that can be modified with Stromverteilnetzwerken for the operation of light emitting diodes.

Erfindungsgemäß werden Wandlerstrukturen verwendet, die keinen Gleichstrompfad durch die stromkompensierte Drossel aufweisen, d. h. die arithmetische Mittelwerte der Ströme Icm1 und Icm2 in 1 sind aufgrund schaltungstechnischer Maßnahmen Null. Als gleichstromunterbindende Bauelemente werden insbesondere mindestens 2 Kondensatoren jeweils in Reihe zu einem der drei Anschlüsse der stromkompensierten Drossel verwendet. Das heißt die erfindungsgemäße Realisierung weist eine der in 34 dargestellten Möglichkeiten A) bis C) als Bestandteil des Wandlers auf.According to the invention, converter structures are used which do not have a DC current path through the current-compensated choke, ie the arithmetic mean values of the currents Icm1 and Icm2 in FIG 1 are zero due to circuit engineering measures. In particular, at least two capacitors are used in each case in series with one of the three terminals of the current-compensated choke as DC-blocking components. That is, the implementation of the invention has one of in 34 shown possibilities A) to C) as part of the converter.

Die in 34 dargestellten Resonanzzellen enthalten mindestens 2 Kondensatoren, können dabei Teil der Wechsel- oder Gleichrichter sein und können neben der Gleichstrom unterbindenden Funktion weitere Funktionen im zugehörigen Wechsel- oder Gleichrichter wahrnehmen. In einem Halbbrücken-Wechselrichter kann der Kondensator die Aufgabe des Resonanzkondensators besitzen. In Gleichrichtern des Typs unsymmetrischer Verdoppler oder Kaskadenschaltungen ist dieser Kondensator der Eingangskondensator bzw. der erste Kondensator der Schubsäule.In the 34 Resonance cells shown contain at least 2 capacitors, can be part of the AC or rectifier and can perform next to the DC-blocking function more functions in the associated AC or rectifier. In a half-bridge inverter, the capacitor may have the role of the resonance capacitor. In rectifiers of the type of unbalanced doubler or cascade circuits, this capacitor is the input capacitor or the first capacitor of the thrust column.

Die Vereinigung der Möglichkeiten A) bis C) aus der 34 ist in einer 35 dargestellt, wobei die stromkompensierte Drossel durch die Ersatzschaltung aus zwei fest gekoppelten (mit einem Kopplungsfaktor von eins) Induktivitäten Lt1 und Lt2 und den beiden Streuinduktivitäten Ls1 und Ls2 dargestellt ist. Einer der beiden Kondensatoren C1 bis C3 kann – wie oben bereits ausgeführt – entfallen, ohne dass hierdurch die inhärente Gleichstromfreiheit durch die beiden Wicklungen der stromkompensierten Drossel beeinflusst werden. Diese Gleichstromfreiheit wird auch nicht durch weitere, beliebig in der Schaltung einfügbare Kondensatoren beeinflusst. So zeigt die 35 noch optionale Kondensatoren Cr (gestrichelt), die beispielhaft gegen Masse geschaltet dargestellt sind. Diese Kondensatoren sind vorteilhafterweise Resonanzkondensatoren, die zusammen mit den Streuinduktivitäten Ls1 und Ls2 wirken und beispielsweise für die Schaltentlastung innerhalb des Wandlers genutzt werden können.The union of possibilities A) to C) from the 34 is in one 35 , wherein the current-compensated choke is represented by the equivalent circuit of two fixedly coupled (with a coupling factor of one) inductors Lt1 and Lt2 and the two leakage inductances Ls1 and Ls2. As already explained above, one of the two capacitors C1 to C3 can be dispensed with, without the inherent direct current freedom being influenced by the two windings of the current-compensated choke. This DC freedom is not affected by other, freely insertable in the circuit capacitors. That's how it shows 35 still optional capacitors Cr (dashed), which are shown as an example connected to ground. These capacitors are advantageously resonance capacitors, which act together with the leakage inductances Ls1 and Ls2 and can be used, for example, for the switching discharge within the converter.

Weitere Abwandlungen der Resonanzzellen (auch als „Building Blocks” bezeichnet) sind zulässig, sofern die Gleichstromfreiheit nicht beeinträchtigt wird. Daher können neben zusätzlichen Kondensatoren auch beliebige Bauelemente in Reihe zu den Wicklungen der stromkompensierten Drossel und den Kondensatoren geschaltet werden. Insbesondere ist die Reihenschaltung der Wicklungen einer oder mehrerer weiterer stromkompensierter Drosseln sinnvoll, sofern der Wandler mehr als zwei Ausgänge besitzen soll. Die 36 zeigt einen für die Praxis relevanten Fall eines sehr allgemeinen Building Blocks.Further modifications of the resonant cells (also referred to as "building blocks") are permitted, as long as the DC freedom is not impaired. Therefore, in addition to additional capacitors, any components in series with the windings of the current-compensated choke and the capacitors can be switched. In particular, the series connection of the windings of one or more further current-compensated chokes makes sense, if the converter should have more than two outputs. The 36 shows a case relevant to the practice of a very general building block.

Die 37 zeigt die Schaltung gemäß der 2, die ebenfalls die Resonanzzellenstruktur enthält. Diese wurde zur Illustration eingezeichnet und mit CCC1 gekennzeichnet. Nachdem die Schaltungen gemäß den 3 und 5 auf dem gleichen Schaltungsprinzip basieren, enthalten auch diese die entsprechende Konfiguration.The 37 shows the circuit according to the 2 which also contains the resonant cell structure. This was drawn for illustration and labeled CCC1. After the circuits according to the 3 and 5 based on the same circuit principle, these also contain the corresponding configuration.

Weitere Beispiele für Wandler die eine solche Konfiguration enthalten sind neben den in 8d angegebenen Halbbrückenwandler auch der in 8e angegebene Class-E-Wandler.Other examples of transducers containing such a configuration are in addition to those in FIG 8d specified half-bridge converter and the in 8th specified Class E converter.

Die 38 zeigt einen ZVS-Halbbrückenwandler der die Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drosseln als Resonanzinduktivität nutzt.The 38 shows a ZVS half-bridge converter that uses the leakage inductances of the current-compensated reactors as resonance inductance.

Die folgenden Figuren betrachten eine weitere Variante der Stromsymmetrierung mehrerer Leuchtdiodenstränge mit multiresonanten Zellwandlern.The following figures consider a further variant of the current balancing of several light-emitting diode strands with multiresonant cell transducers.

Die 39a, 39b und 39c zeigen die Grundschaltungen eines Tiefsetzstellers oder Buck-Wandlers (39a), eines Hochsetzstellers oder Boost-Wandlers (39b) und eines Cúk-Wandlers (39c). Letzterer kann im Gegensatz zu den ersten beiden Wandlern Ausgangsspannungen produzieren, deren Betrag kleiner oder größer als seine momentane Eingangsspannung sein kann. Alle drei Topologien gehören zur Gruppe der Einzelschalter-Gleichspannungswandler. Dargestellt ist jeweils ihre hart schaltende Variante, deren Wechselrichterschalter nach bekannten Pulsweitenmodulationsverfahren angesteuert werden. Nicht dargestellt sind jeweils die Details zur Ansteuerung des Wechselrichterschalters Q1 bzw. S1 und zur Reglerstruktur, die bestimmte Ausgangsgrößen zur Ansteuerung des Wechselrichters zurückführt. Der Strommesswiderstand RS ist angedeutet.The 39a . 39b and 39c show the basic circuits of a buck converter or buck converter ( 39a ), a boost converter or boost converter ( 39b ) and a Cúk converter ( 39c ). The latter, unlike the first two transducers, can produce output voltages whose magnitude can be smaller or larger than its instantaneous input voltage. All three topologies belong to the group of single-switch DC-DC converters. Shown is their respective hard-switching variant, the inverter switches are controlled by known pulse width modulation method. Not shown in each case are the details for controlling the inverter switch Q1 or S1 and the controller structure, which returns certain output variables for controlling the inverter. The current measuring resistor RS is indicated.

Ferner sind gestrichelt angedeutet diejenigen Positionen (C1, Lcm1, C11), an denen die (mindestens) drei Resonanzelemente hinzugefügt werden müssen, um obige hartschaltenden Grundtopoliegen in ihre doppeltnullspannungsschaltenden (Double ZVS) multiresonanten Äquivalente abzuändern. Äquivalente deshalb, weil ein multiresonanter Buck-Wandler nur tiefsetzen kann, ein multiresonanter Boost-Wandler nur hochsetzen kann und ein multiresonanter Cúk-Wandler eben beides kann. Solche Schaltungen sind besonders dann sinnvoll, wenn unvermeidliche Streuinduktivitäten vorliegen und gleichzeitig hoher Wirkungsgrad, hohe Baudichte sowie eine gute elektromagnetische Verträglichkeit gefordert sind: Die Streuinduktivitäten bilden den induktiven Teil eines Resonanzkreises, der auf die Betriebsfrequenz abgestimmt ist. Also indicated by dashed lines are those positions (C1, Lcm1, C11) at which the (at least) three resonant elements must be added to modify the above hard-switching fundamental tuplances into their double ZVS multiresonant equivalents. Equivalent because a multi-resonant buck converter can only deep-set, a multiresonant boost converter can only raise and a multi-resonant Cúk converter just can do both. Such circuits are particularly useful when unavoidable stray inductances are present and at the same time high efficiency, high density and good electromagnetic compatibility are required: The stray inductances form the inductive part of a resonant circuit, which is tuned to the operating frequency.

Jede stromkompensierte Drossel hat auch einen nicht kompensierten Streuanteil, auf dieser Tatsache beruht die Erfindung. Um die Schaltungsanordnung gemäß der 39c für mehrere Leuchtdiodenstränge weiterzubilden ist die Stromkompensierte Drossel dort einzufügen, wo der Cük-Wandler als Vorraussetzung für das Nullspannungsschalten eine Induktivität benötigt, also z. B. an der Stelle der Induktivität Lcm1.Each current-compensated choke also has an uncompensated Streuanteil, based on this fact, the invention. To the circuit arrangement according to the 39c for further development of light-emitting diode strands, the current-compensated choke is to be inserted where the ck converter, as a prerequisite for the zero-voltage switching, requires an inductance, ie, for example. B. at the location of the inductance Lcm1.

Gemäß der Erfindung werden die Streuinduktivitäten der mindestens einen stromkompensierten Drossel dazu verwendet, Resonanzkreise zu erzeugen, die es erlauben, die Leistungsschalter innerhalb der Wandlerschaltungen schaltentlastet zu betreiben.According to the invention, the stray inductances of the at least one current-compensated choke are used to generate resonant circuits which allow the circuit breakers within the converter circuits to be switched-relieved.

Es wird ein quasi-paralleler Betrieb von mehreren Leuchtdioden und/oder mehreren Leuchtdiodensträngen mittels eines Wandlers vorgeschlagen, der nur einen Wechselrichter besitzt, und wobei alle Leuchtdioden vom gleichen Strom durchflossen werden. Es muss lediglich auf den Strom in einer Leuchtdiode bzw. in einem Strang von Leuchtdioden geregelt werden.It is proposed a quasi-parallel operation of a plurality of light-emitting diodes and / or a plurality of light-emitting diode strands by means of a converter having only one inverter, and wherein all the light-emitting diodes are traversed by the same current. It only has to be regulated to the current in a light emitting diode or in a string of light emitting diodes.

Oben genannter gemeinsamer Wechselrichter besteht hier grundsätzlich aus nur einem elektronischen Leistungsschalter und mindestens einer Speicherinduktivität. Der Leistungsschalter kann eine ungesteuerte antiparallele Diode (Inversdiode) enthalten, und wird mittels einer speziellen frequenzvariablen und zustandsabhängigen PWM angesteuert. Die oben genannte Stromkompensierte Drossel ist dabei ausdrücklich nicht als Speicherinduktivität anzusehen. Damit kommen als grundsätzliche Wandlertopologien alle sechs bekannten Einzelschalter-Gleichspannungswandler in Frage, der Buck-, der Boost-, der Drosselinvers-, der Cúk-, der Zeta- und der SEPIC-Converter.The above-mentioned common inverter consists in principle of only one electronic circuit breaker and at least one storage inductor. The power switch may include an uncontrolled anti-parallel diode (inverse diode), and is driven by a special frequency variable and state dependent PWM. The above-mentioned current-compensated choke is expressly not to be regarded as a storage inductance. Thus, all six known single-switch DC-DC converters come into consideration as basic converter topologies, the Buck, the Boost, the Drosselinvers, the Cúk, the Zeta and the SEPIC converter.

Die erfindungsgemäß mehreren Gleichrichter enthalten genauso viele Dioden, wie Leuchtdiodenstränge vorgesehen sind. Also sind bei N Leuchtdiodensträngen genau N Gleichrichterdioden aufzufinden. Die Anzahl der schon erwähnten Speicherinduktivitäten beträgt in Buck-, Boost- oder Drosselinvers-Topologie ebenfalls genau N, in Cúk-, SEPIC- oder Zeta-Topologie N + 1. Deren Induktivitätswerte sind im betrachteten Multi-Output-Wandler in etwa gleich. Im Gegensatz zu manchen speziellen Einzelschalter-Gleichspannungswandlern, beispielsweise solchen mit Eingangs- oder Ausgangs-Ripplestromkompensation, darf bei den hier vorgestellten inhärent stromsymmetrierenden Multi-Output-Wandlern keine dieser Speicherinduktivitäten mit einer der anderen Speicherinduktivitäten gekoppelt sein.The inventively more rectifier contain as many diodes as light-emitting diode strands are provided. So with N light-emitting diode strings exactly N rectifier diodes can be found. The number of memory inductances mentioned above is also exactly N in buck, boost or throttle inverse topology, in Cúk, SEPIC or zeta topology N + 1. Their inductance values are approximately the same in the considered multi-output converter. In contrast to some special single-switch DC-DC converters, such as those with input or output Ripplestromkompensation, none of these memory inductances must be coupled to one of the other storage inductances in the presented here inherently current-symmetric multi-output converters.

Im Unterschied zu obigen Ausführungsformen arbeiten alle hier vorgestellten Wandler in allen ihren Zweigen im „Double ZVS Multiresonant Conduction Mode”. Vorteilhaft an dieser Betriebsweise ist die resonante Schaltentlastung aller Schaltflanken aller beteiligten Gleichrichterdioden sowie der Einschaltflanke des Wechselrichterschalters. Ferner kann bei den drei Wandlern mit Stromausgang (Guck, Cúk und Zeta) zur Speisung von Leuchtdioden der sonst übliche Ausgangsfilterkondensator weggelassen werden, was insbesondere die Regelbarkeit eines möglichen übergeordneten Beleuchtungssystems erleichtert.In contrast to the above embodiments, all the transducers presented here work in all their branches in "Double ZVS Multiresonant Conduction Mode". An advantage of this mode of operation is the resonant switching relief of all switching edges of all participating rectifier diodes and the switch-on of the inverter switch. Furthermore, in the case of the three current output converters (see, Cúk and Zeta) for feeding light-emitting diodes, the otherwise customary output filter capacitor can be omitted, which in particular facilitates the controllability of a possible higher-level lighting system.

Die oben schon erläuterten Resonanzzellen spielen auch hier eine Schlüsselrolle. Bei N vorgesehenen inhärent stromsymmetrierenden Ausgängen umfasst die Resonanzzelle zusätzlich zur mindestens einen stromkompensierten Drossel mindestens N Kondensatoren in Reihe zu den Anschlüssen der stromkompensierten Drossel.The resonance cells explained above also play a key role here. At N provided inherent current-symmetrizing outputs, the resonant cell comprises in addition to at least one current-compensated inductor at least N capacitors in series with the terminals of the current-compensated inductor.

Erfindungsgemäß wird die stromkompensierte Drossel immer dort eingefügt, wo bei der Überleitung eines hartschaltenden CCM- in einen multiresonanten Doppel-ZVS-Einzelschalterwandler die zusätzliche Resonanzinduktivität verschaltet wird. Die links oder rechts davon erforderlichen Serienkondensatoren sind in der vorgesehenen Wandlertopologie entweder schon vorhanden, oder sie werden ebenfalls neu hinzugefügt als N Resonanzkondensatoren jeweils parallel zu einer der N Gleichrichterdioden. Wenn auch nicht direkt ersichtlich, bleibt die Serienschaltung zur stromkompensierten Drossel auch in dieser Konfiguration bestehen. Die Kapazität dieser neuen N „Gleichrichterkondensatoren” ist jeweils ungefähr gleich. Schließlich wird parallel zum Wechselrichterschalter noch ein weiterer Resonanzkondensator, der sogenannte Wechselrichterkondensator, geschaltet. Das Kapazitätsverhältnis zwischen diesem Wechselrichterkondensator und der Summe aller N Gleichrichterkondensatoren bildet ein wichtiges Designkriterium für diese multiresonanten Wandler.According to the invention, the current-compensated choke is always inserted where, in the transition of a hard-switching CCM into a multiresonant double ZVS single-switch converter, the additional resonance inductance is connected. The series capacitors to the left or right thereof are either already present in the intended converter topology, or they are also newly added as N resonant capacitors each parallel to one of the N rectifier diodes. Although not directly apparent, the series connection to the current-compensated choke also remains in this configuration. The capacity of these new N "rectifier capacitors" is about the same. Finally, in parallel to the inverter switch yet another resonant capacitor, the so-called Inverter capacitor, switched. The capacitance ratio between this inverter capacitor and the sum of all N rectifier capacitors is an important design criterion for these multiresonant transducers.

Bei N Gleichrichterdioden innerhalb der betrachteten Wandlertopologien für N stromsymmetrierende Ausgänge sind immer – wie oben schon beschrieben – mindestens N Speicherinduktivitäten vorhanden. Zusätzlich werden immer entsprechend viele Block- oder Filterkondensatoren verwendet, die sich dann auch auf die unterschiedlichen Ausgangsspannungen pro Zweig unterschiedlich aufladen können. Da die jeweilige Ausgangsspannung sich in der Sperrspannung der zugehörigen Gleichrichterdiode widerspiegelt, ist zusätzlich zur Freiheit, pro Ausgangszweig einen unabhängigen Kondensator sich individuell aufladen lassen zu können, die „wechselspannungsmäßige Elastizität” durch mindestens N unabhängige Speicherinduktivitäten die zweite Grundvoraussetzung für inhärente Stromsymmetrierung in den multiresonanten Einzelschalter-Gleichspannungswandlern. Da analog zu den Gleichrichterdioden auch über diesen Speicherinduktivitäten die Spannungen pro Zweig unterschiedlich sein können, dürfen diese Speicherinduktivitäten, wie oben schon erwähnt, weder untereinander noch mit einer evtl. vorhandenen Eingangsspeicherinduktivität verkoppelt sein.With N rectifier diodes within the considered converter topologies for N current-symmetrizing outputs, at least N storage inductances are always present, as already described above. In addition, always correspondingly many block or filter capacitors are used, which can then charge differently to the different output voltages per branch. Since the respective output voltage is reflected in the blocking voltage of the associated rectifier diode, in addition to the freedom to be able to charge independently for each output branch, the "alternating elasticity" by at least N independent Speicherinduktivitäten the second prerequisite for inherent current balancing in the multiresonant single switch -Gleichspannungswandlern. Since, analogously to the rectifier diodes, the voltages per branch can also be different over these memory inductances, these memory inductances, as already mentioned above, must not be coupled with each other nor with any existing input storage inductance.

Es ergeben sich schaltentlastete Wandler, in welchen sowohl der Schalter S als auch die Dioden schaltentlastet, vorzugsweise beide nullspannungsgeschaltet, betrieben werden.This results in switch-relieved converters in which both the switch S and the diodes are switched-relieved, preferably both zero-voltage switched.

Dies führt zu einer Reduktion der Verluste, insbesondere der Schaltverluste, wesentlich geringeren elektromagnetischen Störungen, und wegen der kleineren nötigen EMV-Filter zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad der betrachteten Schaltung. Aufgrund der stark reduzierten Schaltverluste lassen sich diese Wandler mit höherer Schaltfrequenz betreiben, was wiederum zu einer Reduktion der Baugrößen der Energiespeicher, also der Drosseln und Kondensatoren führt und damit Wandler mit geringerem Bauvolumen ermöglicht. Im Gegensatz zu den pulsweitenmodulierten Wandlern, welche die Ausgangsbasis bilden, werden die multiresonanten Wandler nicht mit konstanter, sondern mit veränderlicher Frequenz zu Regelung der Ausgangsleistung betrieben, was wiederum zur Verbesserung ihrer EMV beiträgt.This leads to a reduction of the losses, in particular the switching losses, significantly lower electromagnetic interference, and because of the smaller necessary EMC filters to a higher overall efficiency of the considered circuit. Due to the greatly reduced switching losses, these converters can be operated with a higher switching frequency, which in turn leads to a reduction of the size of the energy storage, so the chokes and capacitors and thus allows converter with a smaller volume. In contrast to the pulse width modulated converters which form the basis of the output, the multiresonant transducers are not operated with constant, but with variable frequency to regulate the output power, which in turn contributes to the improvement of their EMC.

Die 40 zeigt einen, wie oben beschrieben erweiterten multiresonanten Cúk-Wandler. Dabei wurde die Schaltung gemäß der 39c um die Resonanzelemente C1, C11 und C21 erweitert, die sich parallel zu dem nullspannungsgeschalteten Schalter S und den Dioden D10 und D20 befinden. Die Induktivitäten für die Resonanzkreise, welche das entlastete Schalten bewerkstelligen, sind als stromkompensierte Drossel in Form der beiden Streuinduktivitäten Ls1 und Ls2 ausgebildet. Die Blockkondensatoren C10 und C20 bilden mit Lcm1 eine Resonanzzelle. Die folgende Tabelle zeigt eine beispielhafte Dimensionierung sowie die Betriebsdaten, welche mit den Strom und Spannungsverläufen gemäß korrespondieren: Ci 10 μF L1 500 μH S1, D1 IRFR120N (MOSFET und dessen Body-Diode) C1 50 nF Lcm1 Lt1 = Lt2 = 10 mH, Ls1 = Ls2 = 100 uH C10, C20 10 μF D10, D20 Schottky Diode SS36 L10, L20 100 μH C11, C12 8 nF C12, C022 10 μF D11 eine weiße LED, Typ OSRAM Dragon D21 Reihenschaltung zwei weiße LEDs, Typ wie D11 Betriebsdaten des Cúk-Wandlers: Vi 18 V f 100 kHz D 50% Io1 –737 mA Io2 –743 mA The 40 shows a multiresonant CUC converter as described above. The circuit was according to the 39c extended by the resonant elements C1, C11 and C21, which are in parallel with the zero-voltage switched switch S and the diodes D10 and D20. The inductors for the resonant circuits, which accomplish the relieved switching, are designed as a current-compensated choke in the form of the two leakage inductances Ls1 and Ls2. Block capacitors C10 and C20 form a resonant cell with Lcm1. The following table shows an example dimensioning as well as the operating data, which corresponds to the current and voltage curves according to correspond: ci 10 μF L1 500 μH S1, D1 IRFR120N (MOSFET and its body diode) C1 50 nF LCM1 Lt1 = Lt2 = 10 mH, Ls1 = Ls2 = 100 uH C10, C20 10 μF D10, D20 Schottky diode SS36 L10, L20 100 μH C11, C12 8 nF C12, C022 10 μF D11 a white LED, type OSRAM Dragon D21 Series connection two white LEDs, type like D11 Operating data of the Cúk converter: vi 18 v f 100 kHz D 50% Io1 -737 mA io2 -743 mA

Gemäß der seit 1988 bekannten Theorie der Einzelschalter-Gleichspannungswandler sind die äußeren Größen sowie alle Strom- und Spannungszeitverläufe im inneren der sogenannten Wandlerzelle (bestehend aus S1, D1, C1, Lcm1, D10, C11, D20, C21) eines Cúk-Wandlers annähernd identisch mit denen eines Drosselinvers-, SEPIC- oder Zeta-Wandlers, wenn besagte Wandlerzelle gleich dimensioniert ist und S1 gleichermaßen angesteuert wird. Daher kann auf die separate Dimensionierung und Simulation dieser drei anderen Topologien (siehe die 42, 43 und 48) verzichtet werden.According to the known since 1988 theory of single-switch DC-DC converters, the external variables and all current and voltage waveforms inside the so-called converter cell (consisting of S1, D1, C1, Lcm1, D10, C11, D20, C21) of a Cúk converter are approximately identical with those of a Drosselelinvers-, SEPIC or zeta converter, when said converter cell is the same size and S1 is equally driven. Therefore, the separate sizing and simulation of these three other topologies (see the 42 . 43 and 48 ) are waived.

Diese Wandlertheorie ermöglicht es auch, bei gleicher Dimensionierung besagter Wandlerzelle und annähernd gleichen Zeitverläufen in dieser Wandlerzelle die äußeren Größen eines rein tiefsetzenden oder eines rein hochsetzenden Wandlers zu berechnen. Die folgende Tabelle zeigt die entsprechenden Ergebnisse für die sogenannten „zellgleichen” Buck- und Boost-Wandler. Dabei entsprechen die Ausgangsspannungen des Tiefsetzers denjenigen des Cúk-Wandlers, jedoch bei höheren LED-Strömen und höherer Eingangsspannung. Im multiresonanten Hochsetzer stimmen die Eingangsspannung und die mittleren LED-Ströme mit denen des Cúk-Wandlers überein, allerdings erzeugt ein solcher Hochsetzer dann im Mittel 24 V an seinen Ausgängen. Betriebsdaten Buck multiresonant Vi 24 V f 100 kHz D 50% Io1 0,98 A Io2 0,94 A Betriebsdaten Boost multiresonant Vi 18 V f 100 kHz D 50% Vo mittl. 24 V Io mittl. 740 mA This converter theory also makes it possible, with the same dimensioning of said converter cell and approximately the same time courses, to calculate the external variables of a purely deep-set converter or a purely high-setting converter in this converter cell. The following table shows the corresponding results for the so-called "cell-like" buck and boost converters. The output voltages of the buck converter correspond to those of the Cúk converter, but at higher LED currents and higher input voltage. In the multiresonant step-up converter, the input voltage and the average LED currents are the same as those of the Cúk converter, however, such a step-up converter generates an average of 24 V at its outputs. Operating data Buck multiresonant vi 24V f 100 kHz D 50% Io1 0.98 A io2 0.94 A Operating data boost multiresonant vi 18 v f 100 kHz D 50% Vo average. 24V Io middle. 740 mA

42 zeigt einen multiresonanten SEPIC-Wandler mit zwei sich inhärent symmetrierenden Ausgängen. Den entsprechenden multiresonanten Zeta-Wandler zeigt die 43. Hierzu sind zu allen Schaltern (d. h. Transistoren und Dioden) entsprechende Kapazitäten parallel zu schalten, so dass sich zusammen mit den Streuinduktivitäten der stromkompensierten Drossel die Resonanzzelle mit den entsprechenden Resonanzkreisen für die Schaltentlastung ergibt. 42 shows a multiresonant SEPIC converter with two inherently symmetrizing outputs. The corresponding multiresonant zeta converter shows the 43 , For this purpose, to all switches (ie transistors and diodes) corresponding capacitances to be connected in parallel, so that, together with the stray inductances of the current-compensated choke results in the resonant cell with the corresponding resonant circuits for the switching discharge.

Die 44 zeigt einen Class-E-Wandler mit hartschaltenden Gleichrichterdioden am Ausgang. Diese wurden ebenfalls durch das Hinzufügen entsprechender paralleler Kapazitäten in einen entsprechenden Multiresonanten Class-E-Wandler gemäß der 45 überführt.The 44 shows a class E converter with hard-switching rectifier diodes at the output. These were also accomplished by adding appropriate parallel capacitances to a corresponding multi-resonant Class E converter according to the 45 transferred.

Auffällig ist die Ähnlichkeit dieser 45 zu 40: Der einzige sichtbare Unterschied ist die Polung der Gleichrichterdioden. Im Gegensatz zum Cúk-Wandler sind im Class-E-Wandler der Wechselrichterkondensator C1 und ein resonantes Anpassungsnetzwerk vor dem Gleichrichter, das hier exakt aus der Resonanzelle besteht, schon immer feste Schaltungsbestandteile gewesen, weshalb aus einem annähernd idealen Sinusstrom heraus gleichgerichtet wird, was natürlich in beiden Polaritäten geschehen kann. Nicht sichtbar ist, dass im Class-E-Wandler die Kondensatoren C10 und C20 deutlich kleinere Kapazitäten haben als im Cúk-Wandler, da sie in ersterem ja als Resonanzelemente wirken sollen, in letzterem „nur” als Blockkondensatoren.Striking is the similarity of this 45 to 40 : The only visible difference is the polarity of the rectifier diodes. In contrast to the Cúk converter, the inverter capacitor C1 and a resonant matching network in front of the rectifier, which is exactly out of resonance here, have always been fixed circuit components in the Class E converter, which means that rectification is achieved from an approximately ideal sinusoidal current, which is natural can happen in both polarities. Is not visible that in the class E converter, the capacitors C10 and C20 have much smaller capacities than in the Cúk converter, since they are supposed to act as resonance elements in the former, in the latter "only" as blocking capacitors.

46 zeigt den multiresonanten, inhärent stromsymmetrierenden Buck-Wandler oder Tiefsetzsteller, 47 den entsprechenden Boost-Wandler oder Hochsetzsteller, 48 schließlich den entsprechenden Drosselinverswandler. 46 shows the multiresonant, inherently current-symmetrizing buck converter or buck converter, 47 the corresponding boost converter or boost converter, 48 finally, the corresponding throttle invers converter.

49 zeigt einen multiresonanten Cúk-Wandler mit 4 inhärent stromsymmetrierenden Ausgängen in Baumschaltung der drei stromkompensierten Drosseln. In der dargestellten Weise ist die Strombelastung zwischen Lcm1 ... Lcm3 im Mittel ausgeglichen, jedoch „sehen” die beiden mittleren Ausgangszweige auf jeden Fall mehr Serieninduktivität als die beiden äußeren. Dies lässt sich beheben, indem die Punkte C und D sowie die Punkte E und F jeweils kurzgeschlossen werden, und indem die beiden Verbindungen zwischen G und C sowie zwischen H und F weggelassen werden. Dann ist allerdings zu beachten, dass Lcm1 mit der doppelten Strombelastung konfrontiert ist im Vergleich zu den beiden nachgeschalteten stromkompensierten Drosseln Lcm2 und Lcm3. In 50 ist ein multiresonanter Cúk-Wandler mit drei Ausgängen und symmetrischer Ringschaltung der drei stromkompensierten Drosseln dargestellt, in 51 schließlich ein multiresonanter Cúk-Wandler mit zwei Ausgängen und drei stromkompensierten Drosseln, die so verschaltet sind, dass sich die Ströme zwischen Ausgang 1 und 2 im Verhältnis 3:5 aufteilen. Hier ist zu beachten, dass sich die Strombelastungen der drei stromkompensierten Drosseln Lcm1, Lcm2 und Lcm3 im Verhältnis 4:2:1 einstellen. Das Verhältnis zwischen den Kapazitäten von C11 und C21 muss ebenfalls 3:5 betragen, das zwischen den Kapazitäten der Blockkondensatoren C10 und C20 kann 3:5 betragen, das zwischen den Filterinduktivitäten L10 und L20 kann umgekehrt 5:3 betragen. Ohne dies durch weitere Figuren zu belegen, gilt dennoch, dass sich solche komplexeren Symmetrierschaltungen auch untereinander kombinieren lassen, und dass sie ebenso auf die anderen Topologien der 42 bis 48 übertragbar sind. 49 shows a multi-resonant Cúk converter with 4 inherently current-balanced outputs in tree circuit of the three current-compensated chokes. As shown, the current load is balanced between Lcm1 ... Lcm3 on average, but in any case the two middle output branches "see" more series inductance than the two outer ones. This can be remedied by shorting points C and D and points E and F, respectively, and omitting the two connections between G and C and between H and F. However, it should be noted that Lcm1 is confronted with twice the current load compared to the two downstream current-compensated chokes Lcm2 and Lcm3. In 50 is a multiresonant Cúk transducer with three outputs and symmetrical ring circuit of the three current - compensated chokes, in 51 Finally, a multi-resonant Cúk converter with two outputs and three current-compensated chokes, which are connected so that the currents between output 1 and 2 in the ratio 3: 5 split. It should be noted here that the current loads of the three current-compensated chokes Lcm1, Lcm2 and Lcm3 are set in the ratio 4: 2: 1. The ratio between the capacitances of C11 and C21 must also be 3: 5, that between the capacitances of the blocking capacitors C10 and C20 can be 3: 5, that between the filter inductances L10 and L20 can conversely be 5: 3. Without substantiating this with other figures, it is nevertheless true that such more complex balancing circuits can also be combined with one another, and that they are equally applicable to the other topologies of the 42 to 48 are transferable.

In 52 ist die isolierende Variante des Drosselinverswandlers dargestellt, der multiresonante inhärent stromsymmetrierende Flyback-Converter. Die 53a und 53b zeigen entsprechende Cúk-Wandler, die 54a und 54b isolierende multiresonante Zeta-Wandler und 55 schließlich die entsprechende Form des SEPIC-Converters, dargestellt mit jeweils 2 Ausgängen. Es versteht sich von selbst, dass in diesen Topologien jeweils auch bewusst asymmetrische Ausgänge und/oder mehr als 2 Ausgänge gemäß den 49 bis 51 möglich sind. Den Forward-Konverter, der oft als isolierender Tiefsetzsteller betrachtet wird, bewusst übergehend, weil er aufgrund seiner zusätzlichen Dioden eher eine Art „Viertelbrücke” ist, lassen sich der Tief- und der Hochsetzsteller in ihrer Grundform nicht isolieren. Bei den anderen vier Topologien addieren sich die Streuinduktivitäten von Isolierungstransformatoren und stromkompensierten Drosseln in ihrer Wirkung als Resonanzinduktivität. Dadurch wird ein prinzipielles Problem dieser Multiresonanzwandler, nämlich dass die sich „natürlich” ergebenden Streuinduktivitäten oft zu klein geraten, entschärft. Bei großer erforderlicher mittlerer Spannungsübersetzung kann das Windungsverhältnis im Isolierungstransformator von 1:1 abweichen.In 52 is the insulating variant of the Drosselelinverswandlers shown, the multi-resonant inherent current-symmetric flyback converter. The 53a and 53b show corresponding Cúk converters that 54a and 54b isolating multiresonant zeta converters and 55 finally the corresponding form of the SEPIC converter, shown with 2 outputs each. It goes without saying that in these topologies each consciously asymmetric outputs and / or more than 2 outputs according to the 49 to 51 possible are. The forward converter, which is often regarded as an isolating step-down converter, deliberately transitory, because it is more of a kind of "quarter bridge" due to its additional diodes, can not isolate the low- and high-boost converter in their basic form. In the other four topologies, the leakage inductances of insulation transformers and current-compensated reactors add up in their effect as resonance inductance. As a result, a fundamental problem of these multi-resonance converters, namely that the "naturally" resulting stray inductances are often too small, is mitigated. For large required mean voltage ratio, the turns ratio in the isolation transformer may differ from 1: 1.

Aufgrund seiner topologischen Symmetrie nimmt der Cúk-Wandler gemäß 53a und 53b eine Sonderstellung ein: Er kann nur durch Aufspalten seines Blockkondensators C10, C20 in einen primärseitigen C9 und in die sekundärseitigen C'10, C'20 und durch Einfügen eines Transformators T1 genau an diesem neu entstandenen Knoten isoliert werden. Daher kommen auch nur im Cúk-Wandler in seiner isolierenden Form die zwei Komponenten C9 und T1 neu hinzu. Allerdings ist auch nur dort T1 rein wechselstrommäßig beansprucht. Theoretisch ließen sich SEPIC & Zeta genauso isolieren. Beim SEPIC entstünde dann aber ein Kreis aus Trafosekundärwicklung, Block-C und Speicherspule. Von ihrer Wirkung her „degeneriert” eine solche Schaltung in eine 2-Wicklungs-Speicherspule und in einen wieder vereinigten Block-C auf der Primärseite. Beim Zeta geschieht dies analog, nur primär- und sekundärseitig vertauscht. Daher sind in den 54 und 55 nur diese vereinfachten Topologien dargestellt, und die Isolierungstransformatoren tragen die Bezeichnungen der Speicherspulen der Ursprungstopologien, aus denen sie hervorgegangen sind.Due to its topological symmetry, the Cúk converter increases 53a and 53b It can only be isolated by splitting its blocking capacitor C10, C20 into a primary-side C9 and into the secondary-side C'10, C'20 and by inserting a transformer T1 precisely at this newly formed node. Therefore, only in Cúk converter in its insulating form, the two components C9 and T1 newly added. However, only T1 is subject to pure AC. Theoretically SEPIC & Zeta could be isolated as well. With the SEPIC, however, a circle of transformer secondary winding, block C and storage coil would then emerge. In terms of their effect, such a circuit "degenerates" into a 2-coil storage coil and into a recombined block-C on the primary side. In the Zeta this happens analogously, only reversed on the primary and secondary side. Therefore, in the 54 and 55 only these simplified topologies are shown, and the isolation transformers carry the names of the storage coils of the source topologies from which they originated.

Grundsätzlich gibt es bei allen 4 Topologien jeweils drei Möglichkeiten zu isolieren, jeweils vom Eingang aus gesehen: Kommt die stromkompensierte Drossel als erstes, ist pro Ausgang jeweils ein unabhängiger Isoliertransformator nötig; die Flyback- und SEPIC-Wandler gemäß den 52 und 55 sind so dargestellt. Kommt die stromkompensierte Drossel erst nach der Isolierungslinie wie beispielsweise anhand des Cúks und des Zetas dargestellt, genügt ein gemeinsamer Isolierungstrafo, bei gemeinsamem Sekundärpotenzial mit einer Sekundärwicklung gemäß den 53a und 54a, bei vollständiger Isolierung mit je einer unabhängigen Sekundarwicklung pro Ausgang gemäß den 53b und 54b.In principle, there are three options for each of the four topologies to isolate, each viewed from the input: If the current-compensated choke is the first, an independent isolation transformer is required per output; the flyback and SEPIC converters according to the 52 and 55 are shown like this. If the current-compensated choke is shown only after the isolation line, as shown, for example, by the Cúk and the Zeta, a common isolation transformer with a common secondary potential with a secondary winding in accordance with the 53a and 54a , with complete isolation, each with one independent secondary winding per output according to 53b and 54b ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1788850 B1 [0004] EP 1788850 B1 [0004]
  • US 7408308 B2 [0005] US 7408308 B2 [0005]
  • EP 1286572 A2 [0006] EP 1286572 A2 [0006]
  • DE 102006040026 [0137] DE 102006040026 [0137]
  • WO 2005/038828 A2 [0137] WO 2005/038828 A2 [0137]
  • EP 0275499 A1 [0168, 0169, 0169] EP 0275499 A1 [0168, 0169, 0169]
  • DE 3621573 A1 [0168, 0168] DE 3621573 A1 [0168, 0168]
  • DE 3621573 [0169, 0169] DE 3621573 [0169, 0169]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Baddela, S. M.; Zinger, D. S. „Parallel connected LEDs operated at high to improve current sharing”, Conference Record of the IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 2004, 3–7 Oct. 2004, pp. 1677–1681, Vol. 3 [0003] Baddela, SM; Zinger, DS "Parallel Connected LEDs Operated at High to Improve Current Sharing", Conference Record of the IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 2004, 3-7 Oct. 2004, pp. 1677-1681, Vol. 3 [0003]

Claims (15)

Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier Halbleiterlichtquellen (D11, D21), aufweisend: – einen elektrischen Energiewandler, mit – mindestens einem Schalter (Q1), – einer Wandlerinduktivität und – mindestens zwei Betriebssträngen, von denen jeder einen Gleichrichter (D1/C1, D2/C2) mit je einem Eingangsanschluss, einem Ausgangsanschluss und einem Bezugspotential aufweist, – mindestens eine stromkompensierte Drossel Lcm1, wobei die stromkompensierte Drossel (Lcm1) zwischen den Schalter (S1) und die Gleichrichter (D1/C1, D2/C2) geschaltet ist und die Streuinduktivität der stromkompensierten Drossel (Lcm1) als Wandlerinduktivität genutzt wird, und wobei die Halbleiterlichtquellen (D11, D21) jeweils zwischen den Gleichrichter (D1/C1, D2/C2) und dessen Bezugspotenzial geschaltet sind.Circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources (D11, D21), comprising: - an electric energy converter, with At least one switch (Q1), - A Wandlerinduktivität and At least two operating trains, each of which has a rectifier (D1 / C1, D2 / C2) each having an input terminal, an output terminal and a reference potential, - At least one current-compensated inductor Lcm1, wherein the current compensated inductor (Lcm1) is connected between the switch (S1) and the rectifiers (D1 / C1, D2 / C2) and the stray inductance of the current compensated inductor (Lcm1) is used as the transducer inductance, and wherein the semiconductor light sources (D11, D21) respectively between the rectifier (D1 / C1, D2 / C2) and its reference potential are switched. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie pro Betriebsstrang eine zusätzliche Diode aufweist, die nicht zur jeweils zugrundeliegenden Wandlertopologie gehört.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that it has an additional diode per operating line, which does not belong to the respective underlying converter topology. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler ein Abwärtswandler istCircuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical energy converter is a down converter Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel (Lcm1) als Wandlerausgangsinduktivität des Abwärtswandlers genutzt wirdCircuit arrangement according to claim 3, characterized in that the leakage inductance of the at least one current-compensated choke (Lcm1) is used as Wandlerausgangsinduktivität the down converter Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere stromkompensierte Drosseln (Lcm1 ... Lcm5) und mehrere Gleichrichter (Re1 ... Re5) umfasst, wobei die stromkompensierten Drosseln (Lcm1 ... Lcm5) einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweisen, und wobei die ersten Eingänge miteinander verbunden sind, und die ersten Ausgänge jeweils mit einem zugehörigen Gleichrichter verbunden sind, und wobei der zweite Ausgang einer stromkompensierten Drossel (Lcm1 ... Lcm5) jeweils mit dem zweiten Eingang der darauffolgenden stromkompensierten Drossel (Lcm1 ... Lcm5) verbunden ist und der zweite Ausgang der letzten stromkompensierten Drossel (Lcm5) mit dem zweiten Eingang der ersten stromkompensierten Drossel Lcm1) verbunden ist.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a plurality of current-compensated chokes (Lcm1 ... Lcm5) and a plurality of rectifiers (Re1 ... Re5), wherein the current-compensated chokes (Lcm1 ... Lcm5) a first and a second input and a first and a second output, and wherein the first inputs are connected to each other, and the first outputs are each connected to an associated rectifier, and wherein the second output of a current-compensated inductor (Lcm1 ... Lcm5) each with is connected to the second input of the subsequent common-mode choke (Lcm1 ... Lcm5) and the second output of the last common-mode choke (Lcm5) is connected to the second input of the first common-mode choke Lcm1). Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strommessschaltung (Rsh, Tr) zwischen den zweiten Ausgang der letzten stromkompensierten Drossel (Lcm5) und den zweiten Eingang der ersten stromkompensierten Drossel (Lcm1) geschaltet ist.Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that a current measuring circuit (Rsh, Tr) is connected between the second output of the last current-compensated choke (Lcm5) and the second input of the first current-compensated choke (Lcm1). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler ein Ćuk-Wandler ist, und die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel (Lcm) als Wandlerausgangsinduktivität genutzt wird.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical energy converter is a uc-converter, and the leakage inductance of the at least one current-compensated inductor (Lcm) is used as a converter output inductance. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler ein Sepic-Wandler ist, und die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel (Lcm) als Wandlerinduktivität im Konverterkreis genutzt wird.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical energy converter is a Sepic converter, and the leakage inductance of the at least one current-compensated inductor (Lcm) is used as a converter inductance in the converter circuit. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler ein Zeta-Wandler ist, und die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel (Lcm) als Wandlerausgangsinduktivität genutzt wird.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical energy converter is a zeta converter, and the leakage inductance of the at least one current-compensated inductor (Lcm) is used as a converter output inductance. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler ein Halbbrückenwandler ist, und die Streuinduktivität der mindestens einen stromkompensierten Drossel (Lcm) als Resonanzinduktivität des Halbbrückenwandlers genutzt wird.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electrical energy converter is a half-bridge converter, and the leakage inductance of the at least one current-compensated choke (Lcm) is used as resonance inductance of the half-bridge converter. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler derart betrieben wird, dass die Ströme durch die stromkompensierte Drosseln (Lcm1 ... Lcm5) periodisch auf Null zurückgehen.Circuit arrangement according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the electrical energy converter is operated such that the currents through the current-compensated chokes (Lcm1 ... Lcm5) periodically go back to zero. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen (D11, D21) organische oder nichtorganische Leuchtdioden sind. Circuit arrangement according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the semiconductor light sources (D11, D21) are organic or non-organic light-emitting diodes. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiewandler einen Transformator (Tr) aufweist, der zwischen die mindestens eine stromkompensierte Drossel und den mindestens einen Schalter geschaltet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that the electrical energy converter has a transformer (Tr), which is connected between the at least one current-compensated choke and the at least one switch. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die stromkompensierte Drossel ein Windungsverhältnis von 1:1 aufweist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the current-compensated choke has a turns ratio of 1: 1. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die stromkompensierte Drossel ein Windungsverhältnis von ungleich 1:1 aufweist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the current-compensated choke has a turns ratio of unequal 1: 1.
DE102010041613A 2010-09-29 2010-09-29 Circuit device for operating semiconductor light sources, has current-compensated choke switched between switch and rectifier, where leakage inductance of current-compensated choke is used as converter inductance Ceased DE102010041613A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010041613A DE102010041613A1 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Circuit device for operating semiconductor light sources, has current-compensated choke switched between switch and rectifier, where leakage inductance of current-compensated choke is used as converter inductance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010041613A DE102010041613A1 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Circuit device for operating semiconductor light sources, has current-compensated choke switched between switch and rectifier, where leakage inductance of current-compensated choke is used as converter inductance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010041613A1 true DE102010041613A1 (en) 2012-03-29

Family

ID=45804538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010041613A Ceased DE102010041613A1 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Circuit device for operating semiconductor light sources, has current-compensated choke switched between switch and rectifier, where leakage inductance of current-compensated choke is used as converter inductance

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102010041613A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014206438A1 (en) 2014-04-03 2015-06-03 Osram Gmbh Circuit arrangement for operating n loads

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3621573A1 (en) 1986-06-27 1988-01-07 Siemens Ag Current-compensated spark-suppression inductor (radio-suppression inductor)
EP0275499A1 (en) 1986-12-23 1988-07-27 Siemens Aktiengesellschaft Current-compensated choke coil for spark interference suppression
EP1286572A2 (en) 2001-07-23 2003-02-26 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Ballast for operating at least one low-pressure discharge lamp
WO2005038828A2 (en) 2003-10-06 2005-04-28 Microsemi Corporation A current sharing scheme and device for multiple ccf lamp operation
US20060284569A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Au Optronics Corporation Balanced circuit for multi-LED driver
US7285921B2 (en) * 2006-01-04 2007-10-23 Taipei Multipower Electronics Co., Ltd. Electric current balancing device
DE102006040026A1 (en) 2006-08-25 2008-03-13 Minebea Co., Ltd. Transformer for current balancing
EP1788850B1 (en) 2005-11-22 2008-06-04 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH An arrangement for driving LED cells
US7408308B2 (en) 2005-05-13 2008-08-05 Sharp Kabushiki Kaisha LED drive circuit, LED lighting device, and backlight
US20090195169A1 (en) * 2008-02-01 2009-08-06 Delta Electronics, Inc. Power supply circuit with current sharing for driving multiple sets of dc loads
WO2010056004A2 (en) * 2008-11-11 2010-05-20 주식회사 인성전자 Current balance circuit for efficiently driving an led light and lamp
US20100237802A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Sanken Electric Co., Ltd. Current balancing device, led lighting device, and lcd b/l module

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3621573A1 (en) 1986-06-27 1988-01-07 Siemens Ag Current-compensated spark-suppression inductor (radio-suppression inductor)
EP0275499A1 (en) 1986-12-23 1988-07-27 Siemens Aktiengesellschaft Current-compensated choke coil for spark interference suppression
EP1286572A2 (en) 2001-07-23 2003-02-26 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Ballast for operating at least one low-pressure discharge lamp
WO2005038828A2 (en) 2003-10-06 2005-04-28 Microsemi Corporation A current sharing scheme and device for multiple ccf lamp operation
US7408308B2 (en) 2005-05-13 2008-08-05 Sharp Kabushiki Kaisha LED drive circuit, LED lighting device, and backlight
US20060284569A1 (en) * 2005-06-16 2006-12-21 Au Optronics Corporation Balanced circuit for multi-LED driver
EP1788850B1 (en) 2005-11-22 2008-06-04 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH An arrangement for driving LED cells
US7285921B2 (en) * 2006-01-04 2007-10-23 Taipei Multipower Electronics Co., Ltd. Electric current balancing device
DE102006040026A1 (en) 2006-08-25 2008-03-13 Minebea Co., Ltd. Transformer for current balancing
US20090195169A1 (en) * 2008-02-01 2009-08-06 Delta Electronics, Inc. Power supply circuit with current sharing for driving multiple sets of dc loads
WO2010056004A2 (en) * 2008-11-11 2010-05-20 주식회사 인성전자 Current balance circuit for efficiently driving an led light and lamp
US20100237802A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Sanken Electric Co., Ltd. Current balancing device, led lighting device, and lcd b/l module

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Baddela, S. M.; Zinger, D. S. "Parallel connected LEDs operated at high to improve current sharing", Conference Record of the IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 2004, 3-7 Oct. 2004, pp. 1677-1681, Vol. 3
BADDELA, S.M.; ZINGER, D.S.: Parallel Connected LEDs Operated at High Frequency to Improve Current Sharing. In: Conference Record of the 2004 IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 2004, 3-7 Oct., pp. 1677-1681 vol.3. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014206438A1 (en) 2014-04-03 2015-06-03 Osram Gmbh Circuit arrangement for operating n loads

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010041632A1 (en) Circuit arrangement for operating at least two semiconductor light sources
DE102015115071B4 (en) Multi-cell power conversion methods and multi-cell power converters
DE102010037684B4 (en) LED driver with open loop dimming control
DE102010031242B4 (en) LED lighting system with operating data memory
DE102010049246A1 (en) Driver circuit with increased power factor
DE102012007478B4 (en) Converter for a light source, LED converter and method for operating a converter
DE102016103828A1 (en) Multi-cell power conversion method with fault detection and multi-cell power converter
DE202012013553U1 (en) LED luminescence
DE102010031244A1 (en) Modular LED lighting system
WO2012113442A1 (en) Dc-to-dc converter and method for operating a dc-to-dc converter
DE102016102160A1 (en) Control module comprising means for estimating an electrical variable for a switching converter and method for controlling a switching converter
DE112012001746T5 (en) Power conversion device and equipped with such a power supply device in a vehicle
AT512780B1 (en) Switching power supply and inverter and strand monitoring with such a switching power supply
DE102010003797A1 (en) Modular LED lighting system with emergency light function
DE102010016439A1 (en) Full bridge power converter i.e. asymmetric zero-voltage switching full-bridge power converter, has two switches not provided in conducting state, where one of switches and another switch are provided in conducting state during time period
DE102010031247A1 (en) Low voltage power supply for a LED lighting system
DE102010056332A1 (en) Power converter with a switch coupled between windings
DE102012204060A1 (en) CONTROLLER FOR POWER CONVERTER
DE102012108965A1 (en) Power source with improved dimming device
DE102010031230A1 (en) Modular LED lighting system with internal bus
DE102018124818A1 (en) POWER CONVERTER USING BIDIRECTIONAL, ACTIVE EQUIPPED BRIDGE
WO2011047818A1 (en) Device for controlling a plurality of electrical consumers
DE102010031236A1 (en) LED lighting system
DE102010041618A1 (en) Circuit configuration for operating semiconductor light sources e.g. LEDs, has series capacitor switched between electrical energy converter and input terminal of rectifiers in one of operation strands
DE102019219662A1 (en) DC voltage converter

Legal Events

Date Code Title Description
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20120629