用于操作具有负载突变的发光机构的方法和电路布置结构

摘要

一种用于发光机构(18)、尤其是LED线路的操作电路，具有有源时钟功率因数修正电路(11)，该功率因数修正电路产生已被调节的输出电压(U

说明书

本发明涉及用于操作发光机构尤其是负载的方法和电路布置结构，该负载执行快 速的功率突变。

为了操作LED灯，通常采用功率因数修正后的电网部分。因为LED线路，尤其 是可调光的LED线路不是恒定负载，故该电网部分通常被调节。为此，通常执行电 网部分的输出电压监测。该输出电压作为调节参数使用。为了获得有利的功率因数和 进入电力网的低回馈，所述调节通常具有很高的时间常数。因此，控制器通常例如低 于20Hz工作。在电网电压的整个振荡过程中执行功率因数改变的调节会导致不利的 功率因数和进而进入电力网的较大回馈。

尤其在快速负载变化时，例如当LED线路的突然接通、断开或调光时，常见的 缓慢调节不能随之起作用。这导致了该电网部分的输出电压显著波动。

因此，WO2011/045372A1示出一种用于操作LED模块的操作电路。在那里，借 助功率因数修正而由交流电压产生直流电压。但尤其在快速负载变化时出现输出电压 波动。

本发明基于以下任务，即提供一种方法和一种电路布置结构，它们保证了可快速 变化的负载的更安全无故障的操作运行。

根据本发明的用于发光机构尤其是LED线路的操作电路，包括有源时钟功率因 数修正电路，该功率因数修正电路产生被调节的输出电压，该输出电压在除此之外的 至少一个变换器级上直接或间接地向该发光机构供电。所述调节借助控制单元进行， 该控制单元作为调节参数控制该功率因数修正电路的开关时钟。该操作电路设计用 于，当存在预定事件，例如发光机构的能量需求快速或突然变化时，有选择地：

-利用前馈控制来突然改变该调节参数的值，和/或

-改变该输出电压的控制回路的时间常数。因而，可以保持恒定的操作电压并因 此保证可靠的操作运行。

该控制单元优选包括减法器，该减法器形成发光机构当前所耗用的功率与发光机 构在功率变化后所耗用的功率的差值。该控制单元优选根据所述差值检测所述预定事 件。因此，可以很简单灵活地确定何时需要干预常规调节。

该控制单元有利地包括比较器，该比较器将原先求出的差值与至少一个阈值相比 较，并且根据比较结果来检测所述预定事件。因此，可以更简单地确定何时需要干预 常规调节。

该操作电路优选设计用于，当存在该发光机构的能量需求快速或突然增大时，利 用前馈控制突然增大该调节参数的值，并且当存在该发光机构的能量需求快速或突然 减小时，利用前馈控制突然减小该调节参数的值。因而，可以可靠补偿负载突变。

或者，该操作电路设计用于，当存在该发光机构的能量需求快速或突然增大时， 减小该输出电压的控制回路的时间常数，并且当存在该发光机构的能量需求快速或突 然减小时，减小该输出电压的控制回路的时间常数。因此，也可以可靠补偿负载突变。

该控制单元还优选被构造用于，当存在预定事件时，通过计算规程或表格的读取 来确定调节参数的数值或控制回路的时间常数。因此，可以以存储器需求低或计算负 荷低的方式来确定对调节的干预。

本发明的方法用于操作发光机构尤其是LED线路。借助有源时钟功率因数修正， 产生被调节的输出电压。利用该输出电压直接或间接供给该发光机构。所述调节作为 调节参数利用该功率因数修正的时钟。当存在预定事件，例如发光机构(18)的能量 需求快速或突然改变时，有选择地：

-利用前馈控制来突然改变该调节参数(t_ON)的值，和/或

-改变该输出电压(U_BUS)的控制回路的时间常数。因此可以保持恒定的操作电 压并因而保证可靠的操作运行。

以下，结合示出了本发明的有利实施例的附图来举例描述本发明，其中：

图1示出了本发明的电路布置结构的第一实施例，

图2示出了本发明方法的第一实施例，

图3示出了本发明方法的第二实施例。

首先，结合图1以及一个实施例来介绍本发明电路布置结构的整体结构和整体工 作方式。随后，借助图2来说明在本发明的另一个实施例内的控制器的具体功能。最 后，结合图3和图4来说明本发明方法的实施例的工作方式。在相似的视图中没有重 复示出和描述相似的特征。

图1示出本发明的电路布置结构的第一实施例。操作电路1包括功率因数修正电 路11，其与电网连接端10相连。功率因数修正电路11的输出端与整流电容器12相 连。功率因数修正电路11的输出端还与分压器13相连。分压器13此时由欧姆电阻 14、15构成。欧姆电阻14此时与功率因数修正电路11和输出端和欧姆电阻15相连。 此外，欧姆电阻15在其另外一端接地。功率因数修正电路11的输出端还与脉宽调制 器17相连。脉宽调制器17的输出端与LED模块18相连。分压器13的中心点还与 控制单元16相连。控制单元16又与该功率因数修正电路11相连。另外，操作电路 1包括微型控制器21。微型控制器21与控制单元16和脉宽调制器17相连。可选地， 微型控制器21还与功率因数修正电路11相连。

功率因数修正电路11执行存在于电网连接端10处的电网信号的有源时钟功率因 数修正。即，功率因数修正电路11选择电网信号振荡的多个部分并且在其输出端输 出这些部分。接地的滤波电容器12对由功率因数修正电路11输出的信号进行滤波处 理。因此得到直流电压U_BUS。直流电压U_BUS被供给脉宽调制器17。脉宽调制器执行 直流电压U_BUS的脉宽调制并因此产生经过脉宽调制的直流电压UPWM。脉宽调制器 17的输出信号UPWM被输出给LED模块18。脉宽调制器和LED模块对于本发明并 不重要。也可以采用并非LED模块的负载。脉宽调制不一定是必需的。或者，也可 以进行振幅调制或者其它形式的脉冲调制。脉宽调制器17优选以高频时钟开关控制 器的形式构成。它在这里可以是单级变换器或多级变换器，例如是反激式变换器(隔 离闭塞变流器)、降压变换器(降压变流器)、共振半桥变换器(优选具有电位隔离功能) 或者这种或类似的变换器拓扑的串联电路。直流电压信号U_BUS也可以被直接用于操 作负载，在这里，随即例如可以设有调适用线性控制器或者断开LED电流的开关。

分压器13按照欧姆电阻14、15划分功率因数修正电路11的输出电压U_BUS。最 终的信号U_M作为调节参数被供给控制单元16。根据调节参数U_M，控制单元产生调 节参数t_ON并且将其传输给功率因数修正电路11。控制单元16因此调节输出电压 U_BUS。为了获得尽可能好的功率因数，控制单元16此时以明显小于在电网连接端10 处的电网频率的频率工作。控制单元优选以小于50Hz且尤其优选小于20Hz的频率 工作。

微型控制器21接收信号，该信号启动当前由LED线路18耗用的功率的变化并 且发送相应的调光信号19给脉宽调制器17。代替脉宽调制器17和LED模块18，也 可以采用不同的可调式发光机构。重要的只是微型控制器21对当前耗用的功率进行 调节。微型控制器21此时例如处理按照DALI标准的信号。也可以想到将多个独立 负载连接至功率因数修正电路。微型控制器21于是控制至少一个、优选控制大部分 的且尤其优选控制全部的连接负载。

微型控制器21附加通过控制信号20将所存在的负载突变通知控制单元16。控 制信号20优选包括所存在的负载突变的大小和方向。或者，它总是报告实际功率需 求。一旦控制单元16的微型控制器21预示这样的负载突变，则所述调节受到影响。 这可通过两种不同方式实现。

第一选项是调节加速。在此情况下，控制单元16缩小调节的时间常数以使调节 信号t_ON适应LED线路18的变化的功率需求。在其它情况下，所述调节通过控制单 元16保持不变。但所述调节的加速会暂时引起和接受不利的功率因数。不利的功率 因数在所述调节加速运行结束时存在。于是，所述调节高于20Hz、优选高于50Hz 且尤其优选高于200Hz工作。

第二可能性是短时间跨接常规调节。在此情况下发生通过控制单元16的调节前 馈控制。结合图2来详细介绍该选项的具体实施方式。

在第二选项中也要暂时容忍不利的功率因数以保持功率因数修正电路的输出电 压稳定。在第二种情况下，功率因数处于不利范围的时刻明显短于在第一选项时的情 况。但在该很短的期间内，功率因数与在第一选项时相比明显不利。

但如上所述，在快速负载变化时可能对调节操作有所苛求。因此，控制单元16 根据由微型控制器21所传输的功率需求信息确定前馈耦合选择信号并将其传输给选 择机构。选择机构用于在刚说明的常规调节操作和前馈耦合中做出选择。控制单元 16还确定前馈耦合信号并将其供给该选择机构。前馈耦合信号对应于施加给所述调 节的调节参数。只要该前馈耦合选择信号显示前馈耦合操作，则该选择机构通过延迟 机构回送前馈耦合信号。因此，控制单元16没有长时间反馈耦合其自身的输出信号。 在此所示的操作对应于已经结合图1加以描述的第二选项。

前馈耦合信号此时或是通过计算规程来计算，或是从存储的表格中读出。此时， 前馈耦合信号与负载突变大小和其方向相关。尤其当负载突变应通过脉宽调制来补偿 时，恒定值可被用于前馈耦合。脉宽调制时，负载突变总是通过相同的大小实现。

图3示出了根据本发明的负载操作方法的第一实施例。在第一步骤50中求出当 前功率需求和未来功率需求。这在本发明的电路布置结构中通过控制单元16进行。 通过该微型控制器21，此时只传输当前功率需求。

在第二步骤51中，当前功率需求和未来功率需求被相互比较。如果该差值大于 一个阈值，则该差值作为负载突变被检测到。在此情况下以第三步骤52继续进行。 在此步骤中求出适于补偿负载突变的调节参数。这如上所述可以通过计算规程或表格 的读取来实现。该步骤在所述电路布置结构中通过控制单元16来实现。

在第四步骤53中，刚求出的调节参数在控制单元中被处理。即，前馈调节通常 通过控制单元来确定的调节值。在第五步骤54中调节该功率因数修正电路。此时利 用来自第四步骤53的该调节参数。

如果在第二步骤51中该差值小于该阈值，则没有检测到负载突变。在此情况下 直接以第五步骤54继续进行。在第五步骤54后，重新以第一步骤50开始。任意频 繁地重复进行在此所示的方法。

在图4中示出了本发明方法的第二实施例。它基本上对应于图3所示的方法。但 如果在第二步骤51中该差值大于该阈值，则在第三步骤60中只加速该调节。即，该 调节的时间常数明显减小。在步骤60后利用第五步骤54继续进行。

或者，代替生硬比较，也可以根据所述差值采取不同方法。因此例如可以想到采 用第二阈值。若低于第一阈值，则控制单元不干预工作。若在两个阈值之间，则该调 节加速。这对应于图4所示的选项。若高于上阈值，则进行如图3所示的前馈调节。

本发明不局限于所示的实施例。如上所述，可以采用不同的负载或多个负载。也 可以想到使用并非偏离功率因数修正电路的电网部分。所有上述的特征或者如图所示 的特征可以在本发明的范围内有利地任意相互组合。