DE102013215966A1

DE102013215966A1 - Circuit arrangement and method for operating a light source

Info

Publication number: DE102013215966A1
Application number: DE102013215966.8A
Authority: DE
Inventors: John Schönberger
Original assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-10-30
Also published as: AT15822U1; WO2014172733A1

Abstract

Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels (3) umfasst einen Eingang und einen Wandler mit Leistungsfaktorkorrektur. Der Wandler weist eine Induktivität (21), ein steuerbares Schaltmittel (23), das mit der Induktivität (21) in Reihe geschaltet ist, und einen Regler (13, 30) auf. Der Regler (13, 30) umfasst ein PI-Glied. Der Regler (13, 30) ist eingerichtet, um eine Phasenverschiebung für eine Signalkomponente eines Eingangssignals des Reglers (13, 30) zu erzeugen, deren Frequenz doppelt so groß wie eine Frequenz einer Eingangsspannung ist.A circuit arrangement for operating a luminous means (3) comprises an input and a power factor correction converter. The converter has an inductor (21), a controllable switching means (23) connected in series with the inductor (21), and a regulator (13, 30). The controller (13, 30) comprises a PI element. The controller (13, 30) is arranged to produce a phase shift for a signal component of an input signal of the regulator (13, 30) whose frequency is twice as high as a frequency of an input voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels. Die Erfindung betrifft insbesondere Schaltungsanordnungen, die einen Wandler umfassen, der so betrieben wird, dass er eine Leistungsfaktorkorrektur bereitstellt.The invention relates to a circuit arrangement and a method for operating a luminous means. In particular, the invention relates to circuit arrangements including a converter operated to provide power factor correction.

Mit zunehmender Verbreitung von Leuchtmitteln wie LEDs und LED-Modulen gewinnen Schaltungsanordnungen zum Betreiben derartiger Leuchtmittel weiter an Bedeutung. Eine Leistungsfaktorkorrektur wird bei Betriebsgeräten für derartige Leuchtmittel verwendet, um die unerwünschte Erzeugung von Oberwellenströmen im Versorgungsnetz zu verringern. Der Leistungsfaktor ist ein Maß für Oberwellenströme, die von der Betriebsschaltung erzeugt werden.With increasing use of light sources such as LEDs and LED modules gain circuitry for operating such bulbs continue to gain in importance. A power factor correction is used in control gear for such bulbs to reduce the unwanted generation of harmonic currents in the supply network. The power factor is a measure of harmonic currents generated by the operating circuit.

Abhängig von der jeweiligen Anwendung der Betriebsschaltung können unterschiedliche Lösungen für die Leistungsfaktorkorrektur (PFC, „Power Factor Conversion”) gewählt werden. Beispielsweise kann eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung als Eingangsstufe zwischen einem Gleichrichter und einem Transformator vorgesehen sein. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung kann beispielsweise nach dem Prinzip eines Aufwärtswandlers arbeiten.Depending on the particular application of the operating circuit, different power factor correction (PFC) solutions can be chosen. For example, a power factor correction circuit may be provided as an input stage between a rectifier and a transformer. The power factor correction circuit may, for example, operate on the principle of an up-converter.

Es können auch so genannte einstufige PFC-Wandler eingesetzt werden, die zusätzlich zu einer Transformation auch die Leistungsfaktorkorrektur durchführen. Ein Beispiel für einen einstufigen PFC-Wandler ist ein einstufiger PFC-Sperrwandler. Derartige Schaltungsanordnungen können insbesondere bei Anwendungen eingesetzt werden, die keine besonders großen Leistungen erfordern.It is also possible to use so-called single-stage PFC converters which, in addition to a transformation, also perform the power factor correction. An example of a single stage PFC converter is a single stage PFC flyback converter. Such circuit arrangements can be used in particular in applications that do not require particularly large power.

Bei Betriebsschaltungen mit Spannungsregelung können Spannungsrippel an der Ausgangsseite, die mit der doppelten Netzfrequenz oszillieren, die Leistungsfaktorkorrektur negativ beeinflussen. Beispielsweise kann der Versuch, Spannungsrippel an der Ausgangsseite auszuregeln, bei herkömmlichen Regelkreisen dazu führen, dass Oberwellenströme nicht in dem gewünschten Maß reduziert werden. Ein Ansatz zur Lösung dieser Probleme kann darin bestehen, die Spannungsrippel an der Ausgangsseite zu unterdrücken. Dazu kann ein Ausgangskondensator mit großer Kapazität auf der Ausgangsseite vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Regler mit kleiner Bandbreite verwendet werden. Derartige Lösungsansätze können jedoch verschiedene Nachteile mit sich bringen. Beispielsweise kann die Verwendung eines Kondensators mit großer Kapazität als Ausgangskondensator wegen der Größe des Bauteils und/oder wegen möglicher Kostennachteile unerwünscht sein.For voltage regulated operation circuits, output side voltage ripples that oscillate at twice the line frequency can adversely affect PFC correction. For example, the attempt to control voltage ripples on the output side, with conventional control circuits, can lead to harmonic currents not being reduced to the desired degree. One approach to solving these problems may be to suppress the voltage ripples on the output side. For this purpose, an output capacitor with a large capacity can be provided on the output side. Alternatively or additionally, a controller with a small bandwidth can be used. However, such approaches can bring various disadvantages. For example, the use of a large capacity capacitor as the output capacitor may be undesirable because of the size of the device and / or potential cost penalties.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, bei denen eine gute Leistungsfaktorkorrektur erreicht werden kann, ohne dass Spannungsrippel an der Ausgangsseite eines Wandlers durch einen Ausgangskondensator mit großer Kapazität unterdrückt werden müssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die bei PFC-Wandlern mit Spannungsregelung verwendet werden können.The invention has for its object to provide devices and methods in which a good power factor correction can be achieved without voltage ripple must be suppressed at the output side of a converter by a high-capacity output capacitor. The invention has for its object to provide such devices and methods that can be used in PFC converters with voltage regulation.

Es werden eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels und ein Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen der Erfindung.A circuit arrangement for operating a luminous means and a method having the features specified in the independent claims are provided. The dependent claims define embodiments of the invention.

Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung wird bei einer Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels ein Regler verwendet, der ein PI(proportional-integral)-Glied umfasst und der eingerichtet ist, um einer Signalkomponente eines Eingangssignals des Reglers, die mit dem Doppelten einer Versorgungsspannungsfrequenz oszilliert, eine zusätzliche Phasenverschiebung aufzuprägen. Es hat sich gezeigt, dass durch die Phasenverschiebung der Signalkomponente, die mit dem Doppelten einer Versorgungsspannungsfrequenz oszilliert, eine gute Leistungsfaktorkorrektur erreicht werden kann, selbst wenn diese Spannungsrippel auf der Ausgangsseite nicht stark unterdrückt werden.According to embodiments of the invention, in a circuit arrangement for operating a luminous means, a regulator is used, which comprises a PI (proportional-integral) member and which is adapted to a signal component of an input signal of the controller, which oscillates at twice a supply voltage frequency, an additional Impose phase shift. It has been found that by the phase shift of the signal component which oscillates at twice the supply voltage frequency, a good power factor correction can be achieved, even if these voltage ripples are not strongly suppressed on the output side.

Eine besonders gute Leistungskorrektur kann erreicht werden, wenn die Phasenverschiebung bei der Frequenz, die gleich dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz ist, in einem Intervall um –90° liegt und/oder näherungsweise –90° ist. Dies erlaubt die Verwendung eines kleineren Ausgangskondensators und/oder eines Reglers mit größerer Bandbreite als bei herkömmlichen Regelstrategien, die nicht gezielt eine zusätzliche Phasenverschiebung einführen.A particularly good power correction can be achieved if the phase shift at the frequency which is equal to twice the supply voltage frequency is within an interval of -90 ° and / or approximately -90 °. This allows the use of a smaller output capacitor and / or a larger bandwidth regulator than conventional control strategies that do not intentionally introduce an additional phase shift.

Zum Erzeugen der entsprechenden Phasenverschiebung kann der Regler so ausgestaltet sein, dass eine Übertragungsfunktion des Reglers zwei Pole bei Frequenzen aufweist, die in einer Umgebung der Frequenz liegen, die gleich dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz ist.To generate the corresponding phase shift, the controller may be configured such that a transfer function of the regulator has two poles at frequencies that are in an environment of frequency equal to twice the supply voltage frequency.

Eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Leuchtmittels nach einem Ausführungsbeispiel umfasst einen Eingang zum Empfangen einer Wechselspannung mit einer ersten Frequenz. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Wandler mit Leistungsfaktorkorrektur, der eine Induktivität, ein steuerbares Schaltmittel, das mit der Induktivität in Reihe geschaltet ist, und einen Regler aufweist. Der Regler weist ein PI-Glied auf und ist eingerichtet, um eine Phasenverschiebung für eine Signalkomponente zu erzeugen, die eine zweite Frequenz aufweist, die doppelt so groß wie die erste Frequenz ist.A circuit arrangement for operating a luminous means according to an embodiment comprises an input for receiving an AC voltage having a first frequency. The circuit arrangement comprises a power factor correction converter having an inductance, a controllable switching means connected in series with the inductor, and a regulator. The controller has a PI gate and is arranged to phase shift a signal component which has a second frequency twice the first frequency.

Das PI-Glied weist das Verhalten eines herkömmlichen PI-Reglers auf, wird aber bei dem Regler um Komponenten zum Einführen einer zusätzlichen Phasenverschiebung ergänzt.The PI element exhibits the behavior of a conventional PI controller, but the controller is supplemented by components for introducing an additional phase shift.

Der Regler kann das PI-Glied, einen ersten Pol und einen zweiten Pol umfassen.The regulator may comprise the PI element, a first pole and a second pole.

Der erste Pol und der zweite Pol können bei einer Frequenz oder bei Frequenzen in einer Umgebung der zweiten Frequenz, d. h. nahe bei dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz, liegen. Der erste Pol und der zweite Pol können Doppelpole oder ein Pol zweiter Ordnung sein.The first pole and the second pole may be at a frequency or at frequencies in an environment of the second frequency, i. H. close to twice the supply voltage frequency. The first pole and the second pole may be double poles or a second-order pole.

Die Frequenzen, bei denen die Pole liegen, können kleiner sein als eine Frequenz, mit der das steuerbare Schaltmittel getaktet geschaltet wird.The frequencies at which the poles are located may be smaller than a frequency with which the controllable switching means is switched clocked.

Der Regler kann eine galvanische Trennung umfassen.The controller may include a galvanic isolation.

Der Wandler kann eine Eingangsseite mit der Induktivität und eine davon galvanisch getrennte Ausgangsseite aufweisen. Das PI-Glied kann auf der Ausgangsseite des Wandlers vorgesehen sein. Ein Filter, dessen Übertragungsfunktion den ersten Pol und/oder den zweiten Pol aufweist, kann auf der Eingangsseite des Wandlers vorgesehen sein.The converter may have an input side with the inductor and one of them galvanically isolated output side. The PI element may be provided on the output side of the converter. A filter whose transfer function comprises the first pole and / or the second pole may be provided on the input side of the converter.

Der Regler kann so eingerichtet ist, dass die Phasenverschiebung für die Signalkomponente, die mit dem Doppelten der Frequenz der Versorgungsspannung oszilliert, in einem Intervall um eine Phasenverschiebung von –90° liegt. Der Regler kann so eingerichtet sein, dass die Phasenverschiebung für die Signalkomponente die mit dem Doppelten der Frequenz der Versorgungsspannung oszilliert, um weniger als einen vorgegebenen Schwellenwert von –90° abweicht.The controller can be set up so that the phase shift for the signal component, which oscillates at twice the frequency of the supply voltage, lies within an interval by a phase shift of -90 °. The controller may be arranged so that the phase shift for the signal component which oscillates at twice the frequency of the supply voltage deviates by less than a predetermined threshold value of -90 °.

Der Regler kann so eingerichtet sein, dass die Phasenverschiebung für die Signalkomponente –90° ist.The controller can be set up so that the phase shift for the signal component is -90 °.

Die Schaltungsanordnung kann eine integrierte Schaltung zum Ansteuern des steuerbaren Schaltmittels umfassen. Die integrierte Schaltung kann einen Eingang aufweisen, um ein Signal zu empfangen, das die von dem Regler phasenverschobene Signalkomponente enthält.The circuit arrangement may comprise an integrated circuit for driving the controllable switching means. The integrated circuit may have an input for receiving a signal containing the signal component phase-shifted by the controller.

Die integrierte Schaltung kann eingerichtet sein, um das steuerbare Schaltmittel so zu steuern, dass eine Ein-Zeit und/oder eine Aus-Zeit des steuerbaren Schaltmittels von der jeweiligen Phase der phasenverschobenen Signalkomponente abhängen.The integrated circuit may be configured to control the controllable switching means such that an on-time and / or an off-time of the controllable switching means depends on the respective phase of the phase-shifted signal component.

Die integrierte Schaltung kann eingerichtet sein, um das steuerbare Schaltmittel so zu steuern, dass eine Spannung an einem Ausgang der Schaltungsanordnung auf einen Sollwert geregelt wird. Die Regelgröße kann eine auf der Ausgangsseite des Reglers erfasst Größe sein, beispielsweise die Ausgangsspannung selbst. Die Regelgröße kann auch eine auf der Eingangsseite, d. h. einer Primärseite des Wandlers erfasste Hilfsgröße sein. Die Hilfsgröße kann geregelt werden, um die Ausgangsspannung auf einen gewünschten Wert einzustellen. Die Hilfsgröße kann beispielsweise mit einer Hilfswindung auf der Eingangsseite erfasst werden.The integrated circuit may be configured to control the controllable switching means so that a voltage at an output of the circuit arrangement is regulated to a desired value. The controlled variable may be a variable detected on the output side of the regulator, for example the output voltage itself. The controlled variable may also have a variable on the input side, ie. H. be an auxiliary size detected a primary side of the converter. The auxiliary size can be regulated to set the output voltage to a desired value. The auxiliary size can be detected, for example, with a Hilfswindung on the input side.

Der Wandler kann ein Sperrwandler sein, der über einen Gleichrichter mit dem Eingang verbunden ist.The converter may be a flyback converter connected to the input via a rectifier.

Die Wandler kann ein PFC-Sperrwandler sein.The converters may be a PFC flyback converter.

Die Schaltungsanordnung kann eine Betriebsschaltung für wenigstens eine Leuchtdiode sein. Die Schaltungsanordnung kann einen LED-Konverter bilden oder von einem LED-Konverter umfasst sein.The circuit arrangement may be an operating circuit for at least one light-emitting diode. The circuit arrangement may form an LED converter or be comprised by an LED converter.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein System angegeben, das die Schaltungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel und wenigstens eine Leuchtdiode umfasst, die mit einem Ausgang des Wandlers verbunden ist. Die wenigstens eine Leuchtdiode kann wenigstens eine anorganische Leuchtdiode und/oder wenigstens eine organische Leuchtdiode umfassen. Die wenigstens eine Leuchtdiode kann über eine Konverterschaltung, die zwischen den Ausgang des Wandlers und die wenigstens eine Leuchtdiode geschaltet ist, mit dem Ausgang des Wandlers verbunden sein.According to a further embodiment, a system is provided which comprises the circuit arrangement according to an embodiment and at least one light-emitting diode which is connected to an output of the converter. The at least one light-emitting diode may comprise at least one inorganic light-emitting diode and / or at least one organic light-emitting diode. The at least one light-emitting diode can be connected to the output of the converter via a converter circuit, which is connected between the output of the converter and the at least one light-emitting diode.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels mit einer Schaltungsanordnung angegeben, der eine Wechselspannung mit einer ersten Frequenz zugeführt wird und die einen Wandler umfasst. Zum Betreiben des Leuchtmittels wird ein steuerbares Schaltmittel, das mit einer Induktivität des Wandlers in Reihe geschaltet ist, getaktet geschaltet. Das Verfahren umfasst eine Spannungsregelung mit einem Regler, der ein PI-Glied aufweist. Bei der Spannungsregelung erzeugt der Regler eine Phasenverschiebung für eine Signalkomponente, die eine zweite Frequenz aufweist, die doppelt so groß wie die erste Frequenz ist.According to a further exemplary embodiment, a method for operating a luminous means with a circuit arrangement is specified, to which an alternating voltage with a first frequency is supplied and which comprises a converter. To operate the lamp, a controllable switching means, which is connected in series with an inductance of the converter, switched clocked. The method includes voltage regulation with a regulator having a PI element. In voltage regulation, the controller produces a phase shift for a signal component having a second frequency that is twice the first frequency.

Weitere Merkmale des Verfahrens nach Ausführungsbeispielen und die damit erzielten Wirkungen entsprechen den weiteren Merkmalen der Schaltungsanordnung nach Ausführungsbeispielen.Further features of the method according to embodiments and the effects achieved thereby correspond to the further features of the circuit arrangement according to embodiments.

Das Verfahren kann mit der Schaltungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden. The method can be carried out with the circuit arrangement according to an embodiment.

Die Schaltungsanordnung und das Verfahren nach Ausführungsbeispielen nutzen eine Regelstrategie, bei der der Regler gezielt eine bestimmte Phasenverschiebung zumindest für solche Signale und Signalkomponenten hervorruft, deren Frequenz das Doppelte der Versorgungsspannungsfrequenz ist. Der Regler kann zusätzlich zu dem PI-Glied wenigstens ein Filter umfassen, das die entsprechende Phasenverschiebung für solche Signale und Signalkomponenten hervorruft, die bei dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz oszillieren. Das wenigstens eine Filter kann zwei Pole aufweisen. Die Pole können näherungsweise bei dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz liegen.The circuit arrangement and the method according to embodiments use a control strategy in which the controller selectively causes a certain phase shift at least for those signals and signal components whose frequency is twice the supply voltage frequency. The regulator may include, in addition to the PI element, at least one filter which causes the corresponding phase shift for those signals and signal components which oscillate at twice the supply voltage frequency. The at least one filter may have two poles. The poles may be approximately twice the supply voltage frequency.

Ein derartiger Regler kann auch als „PI + PP” oder „PIPP”-Regler bezeichnet werden, da er zusätzlich zu dem PI-Glied zwei Pole aufweist.Such a regulator may also be referred to as a "PI + PP" or "PIPP" regulator because it has two poles in addition to the PI member.

Diese Regelstrategie erlaubt eine gute Leistungsfaktorkorrektur, ohne dass hierfür die Spannungsrippel, die mit dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz oszillieren, auf der Ausgangsseite durch einen Ausgangskondensator mit großer Kapazität unterdrückt und/oder bei der Spannungsregelung durch einen Regler mit kleiner Bandbreite entfernt werden müssen. Die Regelstrategie kann insbesondere für PFC-Sperrwandler eingesetzt werden.This control strategy allows for good PFC correction, without having to suppress the voltage ripples oscillating at twice the supply voltage frequency on the output side by a high capacity output capacitor and / or in the voltage regulation by a low bandwidth regulator. The control strategy can be used in particular for PFC flyback converter.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische Elemente.The invention will be explained below with reference to the figures based on preferred embodiments. In the figures, identical reference numerals denote identical elements.

1 zeigt ein System nach einem Ausführungsbeispiel. 1 shows a system according to an embodiment.

2 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel. 2 shows a circuit diagram of a circuit arrangement according to an embodiment.

3 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Reglers nach einem Ausführungsbeispiel. 3 FIG. 10 is a block diagram representation of a regulator according to an embodiment. FIG.

4 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines Reglers nach einem Ausführungsbeispiel. 4 FIG. 10 is a block diagram representation of a regulator according to an embodiment. FIG.

5 zeigt Spannungsrippel eines Signals, das von dem Regler nach einem Ausführungsbeispiel erzeugt wird. 5 shows voltage ripples of a signal generated by the controller according to an embodiment.

6 zeigt ein von dem Regler nach einem Ausführungsbeispiel erzeugtes Signal zusammen mit einem Eingangssignal des Reglers. 6 shows a signal generated by the controller according to an embodiment together with an input signal of the controller.

7 zeigt ein Bode-Diagramm für einen Regler einer Schaltungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel und für einen herkömmlichen Regler. 7 shows a Bode diagram for a controller of a circuit arrangement according to an embodiment and for a conventional controller.

8 zeigt einen Eingangsstrom einer Schaltungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel. 8th shows an input current of a circuit arrangement according to an embodiment.

9 zeigt einen Eingangsstrom einer herkömmlichen Schaltungsanordnung, bei der ein Ausgangskondensator mit größerer Kapazität als bei 8 verwendet wird. 9 shows an input current of a conventional circuit arrangement in which an output capacitor with a larger capacity than in 8th is used.

10 zeigt ein Schaltbild einer Implementierung eines Reglers nach einem Ausführungsbeispiel. 10 shows a circuit diagram of an implementation of a controller according to an embodiment.

11 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. 11 shows a circuit diagram of a circuit arrangement according to another embodiment.

1 zeigt eine Darstellung eines Systems 1, das ein Betriebsgerät mit einer Schaltungsanordnung 2 zum Betreiben eines Leuchtmittels 3 umfasst. Das Leuchtmittel 3 kann wenigstens eine Leuchtdiode (LED) umfassen. Das Leuchtmittel 3 kann mehrere LEDs umfassen. Die LEDs können anorganische oder organische LEDs sein. 1 shows a representation of a system 1 that is an operating device with a circuit arrangement 2 for operating a light source 3 includes. The light source 3 may include at least one light emitting diode (LED). The light source 3 can include multiple LEDs. The LEDs may be inorganic or organic LEDs.

Die Schaltungsanordnung 2 weist einen Eingang 10 auf, an dem eine Versorgungsspannung zugeführt wird. Die Versorgungsspannung ist eine Wechselspannung, beispielsweise eine Netzspannung. Eine Frequenz der Versorgungsspannung am Eingang 10 wird hier auch als Versorgungsspannungsfrequenz oder als erste Frequenz bezeichnet. Das Doppelte der Versorgungsspannungsfrequenz wird als zweite Frequenz bezeichnet. Diese zweite Frequenz spielt für die Regelstrategie der Schaltungsanordnung 2 eine Rolle.The circuit arrangement 2 has an entrance 10 on, at which a supply voltage is supplied. The supply voltage is an AC voltage, for example a mains voltage. A frequency of the supply voltage at the input 10 is also referred to herein as the supply voltage frequency or as the first frequency. Double the supply voltage frequency is referred to as the second frequency. This second frequency plays for the control strategy of the circuit arrangement 2 a role.

Die Schaltungsanordnung 2 umfasst einen Gleichrichter 11, der eine gleichgerichtet Wechselspannung an einen Wandler 12 bereitstellt. Der Wandler 12 kann als Leistungsfaktorkorrektur(PFC)-Wandler ausgestaltet sein, der so betrieben wird, dass er die Rücksendung von Oberwellenströmen in das Netz reduziert. Der Wandler 12 kann beispielsweise ein Sperrwandler sein. Andere Wandlertypen können verwendet werden. Ein Ausgang des Wandlers kann mit dem Leuchtmittel 3 verbunden sein. Das Leuchtmittel 3 kann mit einem Ausgangsanschluss 14 der Schaltungsanordnung 2 verbunden sein. Das Leuchtmittel 3 kann direkt mit einem Ausgangsanschluss 14 der Schaltungsanordnung 2 verbunden sein. Alternativ kann eine Konverterschaltung zwischen den Ausgangsanschluss 14 und das Leuchtmittel 3 geschaltet sein, die vorzugsweise den Strom oder die Leistung des Leuchtmittels 3 regelt. Diese Konverterschaltung kann beispielsweise durch einen Tiefsetzsteller (Buck-Konverter), Hochsetzsteller (Boost-Konverter) oder eine Inverterschaltung (Buck-Boost-Konverter) gebildet werden.The circuit arrangement 2 includes a rectifier 11 that rectifies a rectified AC voltage to a transducer 12 provides. The converter 12 may be configured as a power factor correction (PFC) converter operated to reduce the return of harmonic currents into the network. The converter 12 For example, it can be a flyback converter. Other converter types can be used. An output of the converter can be connected to the light source 3 be connected. The light source 3 can with an output port 14 the circuit arrangement 2 be connected. The light source 3 can directly with an output port 14 the circuit arrangement 2 be connected. Alternatively, a converter circuit between the output terminal 14 and the bulb 3 be connected, preferably the current or the power of the bulb 3 regulates. This converter circuit can be formed, for example, by a buck converter (buck converter), boost converter (boost converter) or an inverter circuit (buck-boost converter).

Der Wandler 12 weist einen Regler 13 auf. Der Regler 13 kann ein Spannungsregler sein. Die Regelgröße des Reglers 13 kann beispielsweise die Ausgangsspannung des Wandlers 12 oder eine Hilfsgröße sein, die mit der Ausgangsspannung des Wandlers 12 zusammenhängt. The converter 12 has a regulator 13 on. The regulator 13 may be a voltage regulator. The controlled variable of the regulator 13 For example, the output voltage of the converter 12 or an auxiliary size that matches the output voltage of the converter 12 related.

Wie unter Bezugnahme auf 3 bis 11 detailliert beschrieben wird, weist der Regler 13 ein PI(proportional-integral)-Glied auf. Der Regler ist so eingerichtet, dass er für ein Eingangssignal, dessen Frequenz zwei Mal die Versorgungsspannungsfrequenz ist, eine bestimmte Phasenverschiebung hervorruft. Das aus dem Eingangssignal von dem Regler erzeugte Ausgangssignal kann beispielsweise eine Phasenverschiebung von –90° gegenüber dem Eingangssignal aufweisen, das mit der zweiten Frequenz, also dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz, oszilliert.As with reference to 3 to 11 is described in detail, the controller 13 a PI (proportional-integral) member. The controller is arranged to cause a certain phase shift for an input signal whose frequency is twice the supply voltage frequency. The output signal generated by the input signal from the controller may, for example, have a phase shift of -90 ° with respect to the input signal, which oscillates at the second frequency, ie twice the supply voltage frequency.

Die von dem Regler 13 für ein sinusförmiges Signal in Abhängigkeit von der Frequenz des Signals hervorgerufene Phasenverschiebung kann durch den Phasengang einer Übertragungsfunktion des Reglers 13 definiert werden. Die Übertragungsfunktion kann als Quotient der in den Frequenzbereich transformierten Ausgangsgröße des Reglers 13 zur in den Frequenzbereich transformierten Eingangsgröße des Reglers 13 definiert werden. Das komplexe Argument der Übertragungsfunktion, also die Phasenverschiebung, als Funktion der Frequenz definiert den Phasengang. Der Regler 13 kann so ausgestaltet sein, dass der Phasengang des Reglers 13 bei der zweiten Frequenz, die zwei Mal die Versorgungsspannungsfrequenz ist, einen Wert von –90° aufweist oder näherungsweise gleich –90° ist.The of the regulator 13 for a sinusoidal signal in response to the frequency of the signal caused phase shift may be due to the phase response of a transfer function of the controller 13 To be defined. The transfer function can be used as a quotient of the output variable of the controller transformed into the frequency domain 13 to the input of the controller transformed into the frequency domain 13 To be defined. The complex argument of the transfer function, ie the phase shift, as a function of the frequency defines the phase response. The regulator 13 can be designed so that the phase response of the regulator 13 at the second frequency, which is twice the supply voltage frequency, has a value of -90 ° or is approximately equal to -90 °.

2 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung 2 nach einem Ausführungsbeispiel, bei der der Wandler als Sperrwandler ausgestaltet ist. Derartige Wandler werden auch als Flyback-Wandler oder Hoch-Tiefsetzsteller bezeichnet. 2 shows a circuit diagram of a circuit arrangement 2 according to an embodiment in which the converter is designed as a flyback converter. Such converters are also referred to as flyback converters or boost / buck converters.

Der Wandler weist einen Übertrager auf, der eine primärseitige Induktivität 22 und eine sekundärseitigen Induktivität 25 umfassen kann. Eine Primärseite des Wandlers weist eine Hauptinduktivität 21 auf, in der Energie gespeichert werden kann. Die primärseitige Induktivität 22 und die Hauptinduktivität 21 sind in 2 schematisch separat dargestellt, müssen aber keine separaten Komponenten sein. Beispielsweise kann nur eine einzige Spule vorgesehen sein, die die Funktion der Hauptinduktivität 21 und der primärseitigen Induktivität 22 des Transformators ausführt. Die primärseitige Induktivität 22 des Transformators kann eine Streuinduktivität sein.The converter has a transformer which has a primary-side inductance 22 and a secondary side inductance 25 may include. A primary side of the transducer has a main inductance 21 in which energy can be stored. The primary-side inductance 22 and the main inductance 21 are in 2 shown schematically separately, but need not be separate components. For example, only a single coil can be provided which has the function of the main inductance 21 and the primary-side inductance 22 of the transformer. The primary-side inductance 22 of the transformer can be a leakage inductance.

Der Wandler weist ein steuerbares Schaltmittel 23 auf, das mit der Hauptinduktivität 21 in Reihe geschaltet ist. Das steuerbare Schaltmittel 23 wird im Betrieb des Wandlers geschaltet, um Energie von der Primärseite des Transformators, die die Eingangsseite des Wandlers ist, zur Sekundärseite, die die Ausgangsseite ist, zu übertragen. Im eingeschalteten Zustand des steuerbaren Schaltmittels 23 wird Energie in der Hauptinduktivität 21 gespeichert. Dieser Zustand wird auch als Leitphase oder Ladephase bezeichnet, in der die Hauptinduktivität 21 mit Energie geladen wird. Im ausgeschalteten Zustand des steuerbaren Schaltmittels 23 wird die zwischengespeicherte Energie zur Sekundärseite übertragen. Diese Phase wird auch als Sperrphase bezeichnet.The converter has a controllable switching means 23 on, that with the main inductance 21 is connected in series. The controllable switching means 23 is switched in the operation of the converter to transmit energy from the primary side of the transformer, which is the input side of the converter, to the secondary side, which is the output side. In the on state of the controllable switching means 23 Energy becomes the main inductance 21 saved. This condition is also referred to as the lead phase or charge phase, in which the main inductance 21 is charged with energy. In the off state of the controllable switching means 23 the cached energy is transmitted to the secondary side. This phase is also referred to as a blocking phase.

Die Sekundärseite weist einen Gleichrichter auf, der eine Diode 26 oder mehrere Dioden umfassen kann. Ein Ausgangskondensator 27 auf der Sekundärseite kann geladen werden, wenn Energie von der Primärseite zur Sekundärseite übertragen wird. Der Kondensator 27 wird auch als Ladekondensator bezeichnet.The secondary side has a rectifier, which is a diode 26 or multiple diodes. An output capacitor 27 on the secondary side can be charged when energy is transferred from the primary side to the secondary side. The capacitor 27 is also referred to as a charging capacitor.

Das steuerbare Schaltmittel 23 kann ein Transistor sein. Das steuerbare Schaltmittel 23 kann ein Leistungstransistor sein. Das steuerbare Schaltmittel 23 kann beispielsweise ein Bipolartransistor, ein Transistor mit isolierter Gateelektrode, ein Feldeffekttransistor oder ein anderer steuerbarer Schalter sein.The controllable switching means 23 can be a transistor. The controllable switching means 23 may be a power transistor. The controllable switching means 23 For example, it may be a bipolar transistor, an insulated gate transistor, a field effect transistor, or another controllable switch.

Die Schaltungsanordnung 2 weist eine Spannungsregelschleife 30 auf. Die Spannungsregelschleife 30 kann eine Spannung Vo der Ausgangsseite als Regelgröße verwenden. Die Spannung Vo der Ausgangsseite kann an einem Punkt 28, beispielsweise über einen Ohmschen Spannungsteiler, abgegriffen werden. Eine Referenzquelle 31 kann einen Sollwert Vo_ref vorgeben. Ein Differenzverstärker 32 oder Subtrahierer kann die Abweichung zwischen der Spannung Vo der Ausgangsseite und dem Sollwert bestimmen. Der Regler 13 kann das steuerbare Schaltmittel 23 schalten. Abhängig von der Abweichung, die dem Regler 13 zugeführt wird, kann beispielsweise eine Ein-Zeit des steuerbaren Schaltmittels und/oder eine Aus-Zeit des steuerbaren Schaltmittels verändert werden, um die Spannung Vo der Ausgangsseite in Richtung des Sollwerts zu regeln. Beispielsweise kann das Verhältnis von Ein-Zeit (t_on) zu Aus-Zeit (t_off) abhängig davon eingestellt werden, welches Steuersignal der Regler 13 aus dem ihm zugeführten Eingangssignal erzeugt.The circuit arrangement 2 has a voltage regulation loop 30 on. The voltage control loop 30 can use a voltage Vo of the output side as a controlled variable. The voltage Vo of the output side can be at one point 28 , for example, via an ohmic voltage divider, are tapped. A reference source 31 can specify a setpoint Vo_ref. A differential amplifier 32 or subtractor can determine the deviation between the output side voltage Vo and the target value. The regulator 13 can be the controllable switching means 23 turn. Depending on the deviation, the regulator 13 is supplied, for example, an on-time of the controllable switching means and / or an off-time of the controllable switching means can be changed to regulate the voltage Vo of the output side in the direction of the setpoint. For example, the ratio of on-time (t _on ) to off-time (t _off ) can be set depending on which control signal the controller 13 generated from the input signal supplied to it.

Die Spannung Vo der Ausgangsseite kann Spannungsrippel mit der zweiten Frequenz aufweisen, die zwei Mal die Versorgungsspannungsfrequenz ist. Derartige Spannungsrippel werden durch die Gleichrichtung hervorgerufen, die eine gleichgerichtete Wechselspannung an den Wandler 12 bereitstellt.The output side voltage Vo may include voltage ripple at the second frequency which is twice the supply voltage frequency. Such voltage ripples are caused by the rectification, the rectified AC voltage to the transducer 12 provides.

Während herkömmliche Regelstrategien versuchen, die Amplitude dieser Spannungsrippel auf der Ausgangsseite klein zu halten und/oder eine Übertragung dieser Spannungsrippel durch den Regler 13 zu dämpfen, werden bei Ausführungsbeispielen der Erfindung diese Spannungsrippel mit einer Phasenverschiebung versehen und gezielt ausgenutzt, um die Leistungsfaktorkorrektur zu verbessern. While conventional control strategies attempt to minimize the amplitude of these voltage ripples on the output side and / or transmission of these voltage ripples by the regulator 13 In embodiments of the invention, these voltage ripples are phase-shifted and selectively utilized to improve power factor correction.

3 ist eine Blockdarstellung von Komponenten eines Reglers nach einem Ausführungsbeispiel. Der Regler weist ein PI-Glied 41 auf. 3 FIG. 12 is a block diagram of components of a controller according to one embodiment. FIG. The controller has a PI element 41 on.

Der Regler weist wenigstens eine Komponente 42 zum Hervorrufen einer zusätzlichen Phasenverschiebung auf. Die wenigstens eine Komponente 42 kann ein Filter oder mehrere Filter umfassen.The controller has at least one component 42 to cause an additional phase shift. The at least one component 42 may include one or more filters.

Die wenigstens eine Komponente 42 bewirkt, dass ein Signal, das mit dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz oszilliert, mit einer zusätzlichen Phasenverschiebung versehen wird. Ein Ausgangssignal Vc der Kombination des PI-Glieds 41 und der wenigstens einen Komponente 42 zum Hervorrufen der zusätzlichen Phasenverschiebung weist eine bestimmte Phasenverschiebung gegenüber dem entsprechenden Eingangssignal auf. Diese Phasenverschiebung wird für die zweite Frequenz, d. h. die Frequenz der Spannungsrippel, so gewählt, dass durch die phasenverschobenen Spannungsrippel im Ausgangssignal Vc die gesamte harmonische Verzerrung (THD, „total harmonic distortion”) des Eingangsstroms und/oder der Eingangsspannung verringert wird.The at least one component 42 causes a signal that oscillates at twice the supply voltage frequency to be provided with an additional phase shift. An output signal Vc of the combination of the PI element 41 and the at least one component 42 for causing the additional phase shift has a certain phase shift relative to the corresponding input signal. This phase shift is chosen for the second frequency, ie the frequency of the voltage ripple, so that the phase-shifted voltage ripple in the output signal Vc reduces the total harmonic distortion (THD) of the input current and / or the input voltage.

Die wenigstens eine Komponente 42 zum Hervorrufen der zusätzlichen Phasenverschiebung kann eine Übertragungsfunktion aufweisen, die zwei Pole hat. Die zwei Pole können in einer Umgebung der zweiten Frequenz liegen, die zwei Mal die Versorgungsspannungsfrequenz ist.The at least one component 42 for causing the additional phase shift may have a transfer function having two poles. The two poles may be in a second frequency environment that is twice the supply voltage frequency.

Das Ausgangssignal Vc der Kombination aus dem PI-Glied 41 und der wenigstens einen Komponente 42 zum Hervorrufen der Phasenverschiebung kann eine Schaltersteuerung 43 beeinflussen. Die Schaltersteuerung 43 kann das steuerbare Schaltmittel 13 getaktet schalten. Das Ein- und Ausschalten des steuerbaren Schalmittels kann mit den phasenverschobenen Spannungsrippeln der Ausgangsseite zeitabhängig variieren. Diese phasenverschobenen Spannuggsrippel sind in dem Ausgangssignal Vc enthalten, das die Kombination aus dem PI-Glied 41 und der wenigstens einen Komponente 42 zum Hervorrufen der zusätzlichen Phasenverschiebung bereitstellt.The output signal Vc of the combination of the PI element 41 and the at least one component 42 for causing the phase shift, a switch control 43 influence. The switch control 43 can be the controllable switching means 13 switch clocked. The switching on and off of the controllable switching means can vary with the phase-shifted voltage ripples of the output side time-dependent. These phase shifted Spannuggsrippel are included in the output signal Vc, which is the combination of the PI member 41 and the at least one component 42 provides for causing the additional phase shift.

Die Schaltersteuerung 43 kann eine integrierte Schaltung sein. Die Schaltersteuerung 43 kann als ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC, „Application Specific Integrated Circuit”) ausgestaltet sein.The switch control 43 can be an integrated circuit. The switch control 43 may be configured as a processor, a microprocessor, a controller, a microcontroller or an application specific integrated circuit (ASIC).

4 zeigt eine Implementierung des Reglers für eine Steuervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel. Der Regler weist das PI-Glied und Komponenten 45, 46 auf. Die Komponenten 45, 46 können jeweils ein analoges Filter oder ein digitales Filter sein. Die Komponenten 45, 46 definieren jeweils einen Pol der Übertragungsfunktion. Beispielsweise kann das Filter 45 eine Übertragungsfunktion aufweisen, die einen ersten Pol hat. Das Filter 46 kann eine Übertragungsfunktion aufweisen, die einen zweiten Pol hat. Der erste Pol und der zweite Pol können in einer Umgebung der zweiten Frequenz liegen, die gleich dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz ist. Der erste Pol und der zweite Pol können bei dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz liegen. 4 shows an implementation of the controller for a control device according to an embodiment. The regulator has the PI member and components 45 . 46 on. The components 45 . 46 may each be an analog filter or a digital filter. The components 45 . 46 each define one pole of the transfer function. For example, the filter 45 have a transfer function having a first pole. The filter 46 may have a transfer function having a second pole. The first pole and the second pole may be in an environment of the second frequency equal to twice the supply voltage frequency. The first pole and the second pole may be at twice the supply voltage frequency.

Eine Vielzahl weiterer Ausgestaltungen des Reglers kann bei Ausführungsbeispielen verwendet werden. Beispielsweise können zwei Pole der Übertragungsfunktion auch durch nur ein Filter bereitgestellt werden, das Doppelpole aufweist. Während in 3 und 4 funktionale Blöcke dargestellt sind, müssen die unterschiedlichen Komponenten keine separaten Elemente sein. Beispielsweise kann ein digitaler Prozessor sowohl die Funktion des PI-Reglers als auch die Erzeugung der zusätzlichen Phasenverschiebung übernehmen.A variety of other embodiments of the controller may be used in embodiments. For example, two poles of the transfer function can also be provided by only one filter having double poles. While in 3 and 4 functional blocks are shown, the different components need not be separate elements. For example, a digital processor can take over both the function of the PI controller and the generation of the additional phase shift.

Die Verwendung der Filter oder anderer Komponenten, die den ersten Pol und den zweiten Pol bereitstellen, bewirkt eine Phasenverschiebung von näherungsweise –90° für Signale, deren Frequenz gleich dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz ist. Für die geschlossene Regelschleife ergibt sich eine gesamte Verschiebung von –180°.The use of the filters or other components providing the first pole and the second pole causes a phase shift of approximately -90 ° for signals whose frequency is equal to twice the supply voltage frequency. For the closed control loop results in a total shift of -180 °.

Das PI-Glied und die die zusätzliche Phasenverschiebung hervorrufende Komponente des Reglers können durch analoge Schaltungselemente oder in Digitaltechnik implementiert sein. Die Reihenfolge der verschiedenen Komponenten kann vertauscht werden. Beispielsweise kann die zusätzliche Phasenverschiebung eingeführt werden, bevor ein Signal dem PI-Glied zugeführt wird. Ein Filter oder beide Filter, die die zwei Pole der Übertragungsfunktion bereitstellen, können vor dem PI-Glied angeordnet sein.The PI element and the additional phase shifting component of the regulator may be implemented by analog circuit elements or in digital technology. The order of the various components can be reversed. For example, the additional phase shift may be introduced before a signal is applied to the PI element. One or both filters that provide the two poles of the transfer function may be placed before the PI gate.

Der Regler kann auch eine galvanische Trennung umfassen. Dies erlaubt, dass einige der Komponenten des Reglers auf der Sekundärseite und andere der Komponenten des Reglers auf der Primärseite angeordnet sind.The controller may also include a galvanic isolation. This allows some of the components of the regulator to be located on the secondary side and others of the regulator components on the primary side.

5 zeigt ein Signal 51 am Ausgang der Komponenten 41, 42 von 3 oder am Ausgang der Komponenten 41, 45, 46 in 4, wenn ein Eingangssignal des Reglers Spannungsrippel aufweist, die mit dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz oszillieren. Dieses Signal 51 kann als Steuersignal verwendet werden, von dem das Schalten des steuerbaren Schaltmittels 23 abhängt. 5 shows a signal 51 at the exit of the components 41 . 42 from 3 or at the exit of the components 41 . 45 . 46 in 4 when an input signal of the regulator has voltage ripples that oscillate at twice the supply voltage frequency. This signal 51 can be used as a control signal from which the switching of the controllable switching means 23 depends.

Mit gestrichelter Linie dargestellt ist ein Signal 52 am Ausgang eines PI-Glieds bei einem herkömmlichen Regler, wenn keine zusätzliche Phasenverschiebung eingeführt wird. Das Signal 51 weist eine Phasenverschiebung 53 auf, die durch die zwei Pole in der Übertragungsfunktion des Reglers bei dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz hervorgerufen werden.A dashed line shows a signal 52 at the output of a PI gate in a conventional controller, if no additional phase shift is introduced. The signal 51 has a phase shift 53 which are caused by the two poles in the transfer function of the regulator at twice the supply voltage frequency.

Die Phasenverschiebung 53 zeigt die Änderung der Phasenlage eines Reglers, der bei Ausführungsbeispielen verwendet wird, im Vergleich zu einem herkömmlichen PI-Regler ohne zusätzliche Phasenverschiebung.The phase shift 53 shows the change in the phase angle of a controller used in embodiments compared to a conventional PI controller without additional phase shift.

6 zeigt das Signal 51 am Ausgang der Komponenten 41, 42 von 3 oder am Ausgang der Komponenten 41, 45, 46 in 4 zusammen mit dem entsprechenden Eingangssignal 55 des Reglers. Das Eingangssignal 55 weist Spannungsrippel auf, die den Spannungsrippel an der Ausgangsseite des Wandlers entsprechen. 6 shows the signal 51 at the exit of the components 41 . 42 from 3 or at the exit of the components 41 . 45 . 46 in 4 together with the corresponding input signal 55 of the regulator. The input signal 55 has voltage ripples corresponding to the voltage ripple on the output side of the transducer.

Das Signal 51 weist eine Phasenverschiebung 59 von näherungsweise –90° gegenüber dem Eingangssignal 55 auf. Die Phasenverschiebung 59 wird durch die zwei Pole in der Übertragungsfunktion des Reglers bei dem Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz hervorgerufen.The signal 51 has a phase shift 59 of approximately -90 ° with respect to the input signal 55 on. The phase shift 59 is caused by the two poles in the transfer function of the regulator at twice the supply voltage frequency.

7 zeigt ein Bode-Diagramm für den Regler nach einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine zusätzliche Phasenverschiebung eingeführt wird. Das Bode-Diagramm für den Regler nach einem Ausführungsbeispiel ist dabei in durchgezogenen Linien dargestellt. Das Bode-Diagramm für einen herkömmlichen PI-Regler ist zum Vergleich mit gestrichelten Linien dargestellt. 7 shows a Bode diagram for the controller according to an embodiment in which an additional phase shift is introduced. The Bode diagram for the controller according to an embodiment is shown in solid lines. The Bode diagram for a conventional PI controller is shown by dashed lines for comparison.

Ein Phasengang 61 eines Reglers nach einem Ausführungsbeispiel ist im unteren Teil des Bode-Diagramms dargestellt. Die zweite Frequenz 60 ist zwei Mal die Versorgungsspannungsfrequenz. Der absolute Wert dieser zweiten Frequenz hängt von der Versorgungsspannungsfrequenz ab, kann für unterschiedliche Versorgungsquellen unterschiedlich sein und ist für die nachfolgenden Erläuterungen nicht von Bedeutung. Der Phasengang 61 entspricht dem komplexen Argument der Übertragungsfunktion des Reglers nach einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine zusätzliche Phasenverschiebung erzeugt wird.A phase response 61 a controller according to an embodiment is shown in the lower part of the Bode diagram. The second frequency 60 is twice the supply voltage frequency. The absolute value of this second frequency depends on the supply voltage frequency, may be different for different supply sources and is not important for the following explanation. The phase response 61 corresponds to the complex argument of the transfer function of the controller according to an embodiment in which an additional phase shift is generated.

Bei der zweiten Frequenz 60 weist der Phasengang 61 einen Funktionswert auf, der in einem Intervall 63 liegt. Das Intervall 63 definiert eine Umgebung einer Phasenverschiebung von –90°. Ein Absolutbetrag der Differenz zwischen den Intervallgrenzen des Intervalls 63 kann kleiner als 90° sein. Das Intervall 63 kann sich symmetrisch um den Wert von –90° erstrecken.At the second frequency 60 indicates the phase response 61 a function value that is in an interval 63 lies. The interval 63 defines an environment of a phase shift of -90 °. An absolute value of the difference between the interval limits of the interval 63 can be less than 90 °. The interval 63 can extend symmetrically around the value of -90 °.

Bei einem geschlossenen Regelkreis führt dieses Verhalten bei der zweiten Frequenz 60 zu einer gesamten Phasenverschiebung von –180°. Spannungsrippel, die an der Ausgangsseite vorhanden sind, werden durch den PI-Regler mit der zusätzlichen Phasenverschiebung in eine Steuerspannung umgesetzt. Die Spannungsrippel in der Steuerspannung, die ein Schalten des steuerbaren Schaltmittels des Wandlers beeinflusst, können die gesamte harmonische Verzögerung verringern. Dies gilt zumindest, so lange die Amplitude der Spannungsrippel nicht zu groß wird.With a closed loop, this behavior results in the second frequency 60 to a total phase shift of -180 °. Voltage ripples, which are present on the output side, are converted into a control voltage by the PI controller with the additional phase shift. The voltage ripples in the control voltage, which affects switching of the controllable switching means of the converter, can reduce the overall harmonic delay. This is true at least as long as the amplitude of the voltage ripple does not become too large.

Der Funktionswert des Phasengangs 61 bei der zweiten Frequenz 60 gibt die Phasenverschiebung an, die ein sinusförmiges Signal durch die Kombination des PI-Glieds mit der zusätzlichen Phasenverschiebung erfährt.The function value of the phase response 61 at the second frequency 60 indicates the phase shift that a sinusoidal signal undergoes by the combination of the PI element with the additional phase shift.

Der Phasengang 61 des Reglers, der bei Ausführungsbeispielen verwendet wird, kann bei der zweiten Frequenz 60 streng monoton fallend sein. Dies kann durch eine entsprechende Wahl der zusätzlichen Pole der Übertragungsfunktion, die zu der Phasenverschiebung führen, erreicht werden.The phase response 61 the regulator used in embodiments may be at the second frequency 60 to be strictly monotonous. This can be achieved by an appropriate choice of the additional poles of the transfer function, which lead to the phase shift.

Der Phasengang 61 des Reglers, der bei Ausführungsbeispielen verwendet wird, kann ein lokales Maximum bei einer Frequenz aufweisen, die kleiner als die zweite Frequenz 60 ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die Phasenverschiebung bei der zweiten Frequenz 60 im Intervall 63 um den Wert –90° liegt.The phase response 61 The regulator used in embodiments may have a local maximum at a frequency less than the second frequency 60 is. It can thereby be achieved that the phase shift at the second frequency 60 in the interval 63 is around the value -90 °.

Ein Phasengang 62 eines herkömmlichen PI-Reglers ohne zusätzliche Phasenverschiebung ist zum Vergleich ebenfalls im unteren Teil des Bode-Diagramms dargestellt. Der Phasengang 62 unterscheidet sich deutlich von dem Phasengang 61. Bei der zweiten Frequenz 60 weist der Phasengang 62 einen größeren (und betragsmäßig kleineren) Wert als der Phasengang 61 auf.A phase response 62 of a conventional PI controller without additional phase shift is also shown for comparison in the lower part of the Bode diagram. The phase response 62 differs significantly from the phase response 61 , At the second frequency 60 indicates the phase response 62 a larger (and smaller in terms) value than the phase response 61 on.

Der obere Teil des Bode-Diagramms zeigt die Verstärkung 64 des Reglers, der bei Ausführungsbeispielen verwendet wird, und die Verstärkung 65 eines herkömmlichen PI-Reglers ohne zusätzliche Phasenverschiebung.The upper part of the Bode diagram shows the gain 64 the regulator used in embodiments, and the gain 65 a conventional PI controller without additional phase shift.

Wie beschrieben wurde, bewirkt die zusätzliche Phasenverschiebung, mit der die Spannungsrippel durch den Regler versehen werden, dass die Spannungsrippel die gesamte harmonische Verzögerung sogar verringern können. Es ist nicht notwendig, durch Verwendung eines Ausgangskondensators mit großer Kapazität und/oder Verwendung eines Reglers mit kleiner Bandbreite Spannungsrippel in dem Steuersignal zu verringern, das der Regler erzeugt. As has been described, the additional phase shift with which the voltage ripples are provided by the regulator causes the voltage ripples to even reduce the overall harmonic delay. It is not necessary to reduce voltage ripple in the control signal generated by the regulator by using a high capacitance output capacitor and / or using a small bandwidth regulator.

8 zeigt einen beispielhaften Zeitverlauf eines Eingangsstroms 71 für eine Schaltanordnung nach einem Ausführungsbeispiel. 9 zeigt einen beispielhaften Zeitverlauf eines Eingangsstroms 72 für eine Schaltanordnung mit einem herkömmlichen PI-Regler, bei dem keine zusätzliche Phasenverschiebung erzeugt wird. Der Eingangsstrom 72 von 9 (herkömmlicher PI-Regler) wurde für einen Wandler mit einem Ausgangskondensator bestimmt, dessen Kapazität mehr als doppelt so groß war wie die Kapazität des Ausgangskondensators bei der Schaltungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel, für die der in 8 dargestellte Eingangsstrom 71 bestimmt wurde. 8th shows an exemplary time course of an input current 71 for a switching arrangement according to an embodiment. 9 shows an exemplary time course of an input current 72 for a switching arrangement with a conventional PI controller, in which no additional phase shift is generated. The input current 72 from 9 (conventional PI controller) was determined for a converter with an output capacitor whose capacity was more than twice as large as the capacitance of the output capacitor in the circuit arrangement according to an embodiment for which the in 8th illustrated input current 71 was determined.

Trotz der deutlich kleineren Kapazität des Ausgangskondensators ist die gesamte harmonische Verzögerung für die Schaltung nach einem Ausführungsbeispiel (Eingangsstrom 71 von 8) kleiner als bei dem herkömmlichen Wandler (Eingangsstrom 72 von 9).Despite the significantly smaller capacitance of the output capacitor, the overall harmonic delay for the circuit according to one embodiment (input current 71 from 8th ) smaller than in the conventional converter (input current 72 from 9 ).

10 ist ein Schaltbild zur Veranschaulichung einer Implementierung eines Reglers bei Ausführungsbeispielen. 10 FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an implementation of a regulator in embodiments. FIG.

Der Regler weist ein PI-Glied 80, ein Filter 81 zum Definieren eines ersten Pols der Übertragungsfunktion und ein weiteres Filter 82 zum Definieren eines zweiten Pols der Übertragungsfunktion auf. Die Pole in der Übertragungsfunktion, die durch die Filter 81, 82 eingeführt werden, liegen in einer Umgebung des Doppelten der Versorgungsspannungsfrequenz. Das PI-Glied kann beispielsweise eine Kapazität 83 in einer Reihenschaltung mit einem Widerstand 84 aufweisen. Das Filter 81 kann eine Kapazität 85 aufweisen. Das weitere Filter 82 kann eine weitere Kapazität 86 und einen weiteren Widerstand 87 aufweisen.The controller has a PI element 80 , a filter 81 for defining a first pole of the transfer function and another filter 82 for defining a second pole of the transfer function. The poles in the transfer function passing through the filters 81 . 82 are in an environment of twice the supply voltage frequency. The PI element may, for example, have a capacity 83 in a series connection with a resistor 84 exhibit. The filter 81 can have a capacity 85 exhibit. The further filter 82 can have another capacity 86 and another resistance 87 exhibit.

Der Regler weist eine galvanische Trennung auf. Beispielsweise kann ein Optokoppler 90 zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des Wandlers vorgesehen sein. Andere Elemente zur galvanischen Trennung können verwendet werden. Bei der dargestellten Implementierung befindet sich das PI-Glied 80 und das Filter 81 auf der Sekundärseite. Das weitere Filter 82 ist auf der Primärseite angeordnet.The controller has a galvanic isolation. For example, an optocoupler 90 be provided between the primary side and the secondary side of the converter. Other elements for galvanic isolation can be used. In the illustrated implementation, the PI element is located 80 and the filter 81 on the secondary side. The further filter 82 is arranged on the primary side.

Der Optokoppler 90 kann über einen Widerstand 92 mit einer Spannungsquelle 91 verbunden sein. Ein Ausgang der Kombination des PI-Glieds 80 und des Filters 81 ist mit einer Eingangsseite des Optokopplers 90 verbunden. Ein Operationsverstärker 93 kann eine Spannungsreferenz definieren. Der Operationsverstärker 93 kann einen Strom am Ausgang des Optokopplers 90 konstant halten.The optocoupler 90 can have a resistance 92 with a voltage source 91 be connected. An output of the PI member combination 80 and the filter 81 is with an input side of the optocoupler 90 connected. An operational amplifier 93 can define a voltage reference. The operational amplifier 93 can generate a current at the output of the optocoupler 90 keep constant.

Eine an einer Photodiode des Optokopplers 90 anliegende Spannung wird durch eine Spannungsquelle 94 über einen Spannungsteiler mit Widerständen 95, 96 bereitgestellt. Ein durch die Photodiode fließender Strom wird über einen Widerstand 97 einem Eingang eines Operationsverstärkers 99 zugeführt. Eine Spannungsquelle 98 kann eine Referenzspannung an einen weiteren Eingang bereitstellen. Das weitere Filter 82 kann mit dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 99 verbunden sein.One on a photodiode of the optocoupler 90 applied voltage is supplied by a voltage source 94 via a voltage divider with resistors 95 . 96 provided. A current flowing through the photodiode is through a resistor 97 an input of an operational amplifier 99 fed. A voltage source 98 can provide a reference voltage to another input. The further filter 82 can with the input and the output of the operational amplifier 99 be connected.

Das am Ausgang des Operationsverstärkers bereitgestellte Signal Vc kann verwendet werden, um Schaltvorgänge des steuerbaren Schaltmittels eines Wandlers zu steuern. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen Ein-Zeit und Aus-Zeit abhängig von dem Signal Vc verändert werden. Spannungsrippel in dem Signal Vo, das die Spannung auf der Ausgangsseite repräsentiert, sind mit einer entsprechenden Phasenverschiebung in dem Signal Vo vorhanden und beeinflussen das Schalten des steuerbaren Schaltmittels.The signal Vc provided at the output of the operational amplifier can be used to control switching operations of the controllable switching means of a converter. For example, the ratio between on-time and off-time may be changed depending on the signal Vc. Voltage ripples in the signal Vo representing the voltage on the output side are present with a corresponding phase shift in the signal Vo and affect the switching of the controllable switching means.

Zahlreiche weitere Implementierungen der verschiedenen Komponenten des Reglers können bei weiteren Ausführungsbeispielen verwendet werden. Andere Ausgestaltungen des PI-Glieds und der Filter 81, 82 können verwendet werden. Das PI-Glied 80 und das Filter 81 können auf der Primärseite angeordnet sein. Die Spannung Vo auf der Ausgangsseite kann über einen Optokoppler oder eine andere galvanische Trennung zur Primärseite übertragen werden.Numerous other implementations of the various components of the controller may be used in other embodiments. Other embodiments of the PI member and the filter 81 . 82 can be used. The PI member 80 and the filter 81 can be arranged on the primary side. The voltage Vo on the output side can be transmitted to the primary side via an optocoupler or other galvanic isolation.

Bei weiteren Ausgestaltungen kann auch eine andere Regelgröße verwendet werden, um eine Spannungsregelung durchzuführen. Beispielsweise kann auf der Primärseite eine Spannung erfasst werden, die von der Spannung der Ausgangsseite abhängt. Durch eine Regelung der primärseitig erfassten Spannung kann die Spannung auf der Ausgangsseitige indirekt geregelt werden.In other embodiments, another controlled variable can be used to perform a voltage regulation. For example, a voltage can be detected on the primary side, which depends on the voltage of the output side. By controlling the voltage detected on the primary side, the voltage on the output side can be regulated indirectly.

11 ist ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach einem Ausführungsbeispiel. Eine Hilfsinduktivität 101 kann induktiv mit der sekundärseitigen Induktivität 25 gekoppelt sein. Eine Spannung an der Hilfsinduktivität 101 kann erfasst werden. Beispielsweise kann über einen Ohmschen Spannungsteiler 102 die entsprechende Spannung als Hilfssignal Vaux der Spannungsregelschleife 30 zugeführt werden. Eine Referenzspannungsquelle 31 stellt ein Signal Vaux_ref bereit, das den Soll-Wert repräsentiert. 11 is a circuit diagram of a circuit arrangement according to an embodiment. An auxiliary inductance 101 can be inductive with the secondary-side inductance 25 be coupled. A voltage at the auxiliary inductance 101 can be detected. For example, via an ohmic voltage divider 102 the corresponding voltage as the auxiliary signal Vaux the voltage control loop 30 be supplied. A reference voltage source 31 provides a signal Vaux_ref representing the target value.

Der Regler 13 kann zusätzlich zu einem Eingang 105, an dem das Hilfssignal Vaux oder die Abweichung des Hilfssignals von dem Soll-Wert empfangen wird, weitere Eingänge aufweisen. Beispielsweise kann der Regler 13 einen Eingang 107 aufweisen, um zu erkennen, wann die Hauptinduktivität 21 demagnetisiert ist. Schaltvorgänge können abhängig davon ausgelöst werden, wann die Hauptinduktivität 21 demagnetisiert ist. Der Regler 13 steuert an einem Ausgang 106 ein Steuersignal aus, mit dem das steuerbare Schaltmittel 23 gesteuert wird.The regulator 13 can be in addition to an entrance 105 in which the auxiliary signal Vaux or the deviation of the auxiliary signal from the desired value is received, have further inputs. For example, the controller 13 an entrance 107 to detect when the main inductance 21 is demagnetized. Switching operations can be triggered depending on when the main inductance 21 is demagnetized. The regulator 13 controls at an exit 106 a control signal, with which the controllable switching means 23 is controlled.

Während Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben wurden, können Abwandlungen bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert werden. Beispielsweise kann der Regler, bei dem gezielt eine zusätzliche Phasenverschiebung für Spannungsrippel eingeführt wird, auch in Digitaltechnik implementiert werden. Eine entsprechende Regelung, bei der gezielt eine zusätzliche Phasenverschiebung für Spannungsrippel eingeführt wird, kann bei unterschiedlichen Wandlertypen eingesetzt werden. Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können bei Betriebsgeräten für Leuchtmittel, beispielsweise bei einem LED-Konverter, verwendet werden.While embodiments have been described with reference to the figures, modifications may be made in other embodiments. For example, the controller, in which an additional phase shift for voltage ripple is deliberately introduced, can also be implemented in digital technology. A corresponding regulation, in which an additional phase shift for voltage ripple is deliberately introduced, can be used with different converter types. Methods and devices according to embodiments can be used in operating devices for lighting, for example in an LED converter.

Claims

Circuit arrangement for operating a light source ( 3 ), comprising: an entrance ( 10 ) for receiving an AC voltage having a first frequency, a converter ( 12 ) with power factor correction, which has an inductance ( 21 ), a controllable switching means ( 23 ), which with the inductance ( 21 ) is connected in series, and a controller ( 13 . 30 ; 41 - 43 ; 41 . 43 . 45 . 46 ; 80 - 83 ), the controller ( 13 . 30 ; 41 - 43 ; 41 . 43 . 45 . 46 ; 80 - 83 ) a PI member ( 41 ; 80 ) and is arranged to perform a phase shift ( 56 ) for a signal component of an input signal of the controller ( 13 . 30 ; 41 - 43 ; 41 . 43 . 45 . 46 ; 80 - 83 ) generating a second frequency ( 60 ) which is twice as large as the first frequency.

Circuit arrangement according to Claim 1, the regulator ( 13 . 30 ; 41 - 43 ; 41 . 43 . 45 . 46 ; 80 - 83 ) the PI member ( 41 ; 80 ), a first pole and a second pole.

Circuit arrangement according to claim 2, wherein the first pole and the second pole in an environment of the second frequency ( 60 ) lie.

Circuit arrangement according to Claim 2 or Claim 3, wherein the converter ( 12 ) an input side with the inductance ( 21 ) and one of which has a galvanically isolated output side, wherein the PI element ( 41 ; 80 ) on the output side of the converter ( 12 ) and wherein a filter ( 82 ), whose transfer function has the second pole, on the input side of the converter ( 12 ) is provided.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the controller ( 13 . 30 ; 41 - 43 ; 41 . 43 . 45 . 46 ; 80 - 83 ) is arranged so that the phase shift ( 56 ) for the signal component in an interval ( 63 ) is a phase shift value of -90 °.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the controller ( 13 . 30 ; 41 - 43 ; 41 . 43 . 45 . 46 ; 80 - 83 ) is arranged so that the phase shift ( 56 ) for the signal component is approximately equal to -90 °.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the circuit arrangement comprises an integrated circuit ( 43 ) for driving the controllable switching means ( 23 ), wherein the integrated circuit has an input to the phase-shifted signal component ( 51 ) to recieve.

Circuit arrangement according to Claim 7, the integrated circuit ( 43 ) is arranged to control the controllable switching means ( 23 ) so that an on-time and / or an off-time of the controllable switching means ( 23 ) of a phase of the phase-shifted signal component ( 55 ) depend.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the converter ( 12 ) is a flyback converter, which via a rectifier ( 11 ) with the entrance ( 10 ) connected is.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the circuit arrangement ( 2 ) an operating circuit for at least one light-emitting diode ( 3 ).

System comprising the circuit arrangement ( 2 ) according to one of the preceding claims and at least one light-emitting diode ( 3 ) connected to an output of the converter ( 12 ) connected is.

Method for operating a light bulb ( 3 ) with a circuit arrangement ( 2 ), which is supplied with an alternating voltage having a first frequency and which has a converter ( 12 ), wherein a controllable switching means ( 23 ), which with an inductance ( 21 ) of the converter ( 12 ) is connected in series, is switched clocked, and wherein the method is a voltage control with a controller ( 13 . 30 ; 41 - 43 ; 41 . 43 . 45 . 46 ; 80 - 83 ), which is a PI member ( 41 ; 80 ), and wherein the voltage regulation comprises generating a phase shift ( 56 ) for a signal component ( 51 ), which has a second frequency ( 60 ) which is twice as large as the first frequency.

Method according to claim 12, provided with the circuit arrangement ( 2 ) is carried out according to one of claims 1 to 10.