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    Zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC) in einem Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler wird eine Induktivität (301) mit einer gleichgerichteten Eingangs-Wechselspannung versorgt. Die Induktivität (301) wird dabei mittels eines Schalters (306) wahlweise geladen beziehungsweise entladen. Die Einschalt-Zeitdauer des Schalters (306) und damit die Ladezeit der Induktivität (301) wird auf Grundlage eines Vergleichs einer Ausgangs-Gleichspannung mit einer festen Bezugspannung gesteuert. Der Schalter (306) wird dabei ausgeschaltet, um die Induktivität (301) zu entladen, bis der Strom durch die Induktivität auf Null abgesunken ist. DOLLAR A Gemäß der Erfindung wird während der Ausschalt-Zeitdauer des Schalters (306) ein Signal an einem Messpunkt (308) dazu verwendet, sowohl die Ausgangs-Gleichspannung als auch den Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität (301) herzuleiten.For power factor correction (PFC) in an AC / DC power converter, an inductor (301) is supplied with a rectified input AC voltage. The inductance (301) is selectively charged or discharged by means of a switch (306). The turn-on time of the switch (306) and hence the charging time of the inductance (301) is controlled based on a comparison of a DC output voltage with a fixed reference voltage. The switch (306) is turned off to discharge the inductance (301) until the current through the inductance has dropped to zero. DOLLAR A According to the invention, during the turn-off period of the switch (306), a signal at a measurement point (308) is used to derive both the DC output voltage and the zero-crossing of the current through the inductor (301).
    公开号:DE102004025597A1
    申请号:DE102004025597
    申请日:2004-05-25
    公开日:2005-12-22
    发明作者:Günter MARENT；Stefan Zudrell-Koch
    申请人:Tridonic Atco GmbH and Co KG；
    IPC主号:H02M1-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eineVorrichtung zur Leistungsfaktorkorrektur (PFC, Power Factor Correction).TheThe present invention relates to a method and a methodPower Factor Correction (PFC) device.
    [0002] Dastechnische Gebiet der vorliegenden Erfindung ist insbesondere dasder Leistungsfaktorkorrektur bei Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler.TheTechnical field of the present invention is in particular thepower factor correction for AC / DC power converters.
    [0003] Leistungsfaktorkorrekturbeeinflusst die Art, wie elektrische Geräte Strom dem Stromnetz entnehmen.Die Netzwechselspannung weist bekanntlich einen sinusförmigen Zeitverlaufauf. Idealerweise sollte daher auch der vom Netz entnommene Strom ebenfallseinen sinusförmigenZeitverlauf aufweisen. Dieser Idealfall kommt aber nicht immer vor,vielmehr kann der Strom sogar erheblich von einer Sinus-Hüllkurveabweichen. Falls der entnommene Strom nicht sinusförmig ist,werden indessen Oberwellen im Netzstrom erzeugt. Diese Oberwellenströme im Versorgungsnetzsollen mit Hilfe einer Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung verringertwerden.Power Factor Correctioninfluences the way electrical devices draw power from the power grid.The AC line voltage is known to have a sinusoidal time courseon. Ideally, therefore, also the power taken from the grid should alsoa sinusoidalTime course have. This ideal case does not always occurrather, the current can even be significantly affected by a sine wave envelopediffer. If the withdrawn current is not sinusoidal,However, harmonics are generated in the mains current. These harmonic currents in the supply networkshould be reduced by means of a power factor correction circuitbecome.
    [0004] Umeinen sinusförmigenund sich in Phase zur Netzwechselspannung befindenden Eingangsstromzu erreichen, ist aus dem Stand der Technik die Benutzung einereine Aufwärtswandler-Topologie aufweisendenaktiven Leistungsfaktorkorrektur vorgeschlagen worden.Arounda sinusoidaland input current in phase with the AC mains voltageTo achieve, is from the prior art, the use of ahaving an up-converter topologyactive power factor correction has been proposed.
    [0005] In 1 isteine derartige bekannte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 125 gezeigt,die auf einer Aufwärtswandler-Topologiebasiert. Ein Glättungskondensator 104 filtertdabei eine gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannung, die mittelseines Spannungsteilers 105, 106 gemessen wird.Die Eingangs-Wechselspannung wird einer Induktivität 101 zugeführt, wobeieine Sekundärwicklung 102 die Nulldurchgänge desStroms durch die Induktivität 101 feststellt.Weiterhin ermöglichtein Strommesswiderstand (Shunt) 108 in der Source-Leitungeines Transistors 107 die Erfassung des Induktivitäts-Spitzenstroms,um einen evtl. Überstromzustandfeststellen zu können.Parallel zu einem Ausgangskondensator 111 ist ein zweiterSpannungsteiler 109, 110 angeordnet, um die Ausgangs-Gleichspannung zu messenund einen Überspannungszustandbspw. aufgrund von Lastsprüngenfestzustellen.In 1 is such a known power factor correction circuit 125 shown based on a boost converter topology. A smoothing capacitor 104 it filters a rectified input AC voltage, which by means of a voltage divider 105 . 106 is measured. The input AC voltage becomes an inductance 101 fed, with a secondary winding 102 the zero crossings of the current through the inductance 101 finds. Furthermore, a current measuring resistor (shunt) 108 in the source line of a transistor 107 the detection of the peak inductance current in order to determine a possible overcurrent condition can. Parallel to an output capacitor 111 is a second voltage divider 109 . 110 arranged to measure the DC output voltage and determine an overvoltage condition, for example due to load jumps.
    [0006] Diegenannten vier Messungen, die in der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 125 stattfinden, werdenmittels vier Messeingänge 117, 118, 119, 120 einerSteuerschaltung 116 durchgeführt. Die Steuerschaltung 116 weistzusätzlicheinen Ausgang 121 auf, überden der Schalter 107 gesteuert wird. Somit werden an derintegrierten Schaltung insgesamt fünf Pins allein für die Leistungsfaktor-Korrekturbelegt.The four measurements mentioned in the power factor correction circuit 125 be held by means of four measuring inputs 117 . 118 . 119 . 120 a control circuit 116 carried out. The control circuit 116 also has an output 121 on, over which the switch 107 is controlled. Thus, a total of five pins are occupied on the integrated circuit alone for the power factor correction.
    [0007] Einein der Druckschrift DE-10032846A1 offenbarte weiterentwickelte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 216 istin 2 dargestellt. EineSekundärwicklung 202 derInduktivitätstellt die Nulldurchgängedes Stroms durch eine Induktivität 201 fest.Ein Spannungsteiler 206, 207 wird zur Messung derAusgangs-Gleichspannung benutzt.An improved power factor correction circuit disclosed in DE-10032846A1 216 is in 2 shown. A secondary winding 202 The inductance represents the zero crossings of the current through an inductance 201 firmly. A voltage divider 206 . 207 is used to measure the DC output voltage.
    [0008] Diesezwei Messungen – Nulldurchgänge desInduktivitäts-Stroms und Ausgangs-Gleichspannung – werdenvon einer Steuerschaltung 210 durchgeführt. Zur Steuerung eines Schalters 205 weistdie Steuerschaltung 210 einen Ausgang 213 auf.Zwei weitere Eingänge 214, 215 dienenzu der Versorgung der Steuerschaltung 210.These two measurements - zero crossings of the inductor current and output DC voltage - are provided by a control circuit 210 carried out. For controlling a switch 205 has the control circuit 210 an exit 213 on. Two more inputs 214 . 215 serve to supply the control circuit 210 ,
    [0009] Indieser Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 216 speist diegleichgerichtete Eingangs-Wechselspannung eine Induktivität 201.Die Induktivität 201 wirdmittels eines Schalters 205 wahlweise geladen beziehungsweiseentladen. Die Einschalt-Zeitdauer des Schalters 205 unddamit die Ladezeit der Induktivität 201 wird dabei aufGrundlage eines Vergleichs der Ausgangs-Gleichspannung mit einerfesten Bezugsspannung gesteuert. Der Schalter 205 wirdausgeschaltet, um die Induktivität 201 zuentladen, bis der Strom durch die Induktivität 201 auf Null abgesunkenist.In this power factor correction circuit 216 the rectified input AC voltage feeds an inductance 201 , The inductance 201 is by means of a switch 205 optionally loaded or unloaded. The switch-on time of the switch 205 and thus the charging time of the inductance 201 is controlled on the basis of a comparison of the DC output voltage with a fixed reference voltage. The desk 205 is turned off to the inductance 201 to discharge until the current through the inductor 201 has dropped to zero.
    [0010] Ausdem Stand der Technik ist auch bekannt, auf eine Messung der Eingangs-Wechselspannung zurErreichung eines sinusförmigenund in Phase zur Eingangs-Wechselspannung Eingangsstroms zu verzichten.Dies beruht auf der Funktionsweise der Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 216 undder Tatsache, dass der Schalter 205 mit einer wesentlichhöherenFrequenz (mindestens 10 kHz) ein- und ausgeschaltet wird, als dieFrequenz der Netzspannung (typischerweise 50 Hz) und daher als dieFrequenz der Eingangs-Gleichspannung (typischerweise 100 Hz). Dementsprechendfolgt die Hüllkurvedes Stroms durch die Induktivität 201,der dem Eingangsstrom entspricht, von Natur aus der Eingangs-Wechselspannung.From the prior art is also known to dispense with a measurement of the input AC voltage to achieve a sinusoidal and in phase to the input AC voltage input current. This is based on the operation of the power factor correction circuit 216 and the fact that the switch 205 at a much higher frequency (at least 10 kHz) than the frequency of the mains voltage (typically 50 Hz) and therefore as the frequency of the input DC voltage (typically 100 Hz). Accordingly, the envelope of the current follows through the inductance 201 which corresponds to the input current, inherently the input AC voltage.
    [0011] Ausgangspunktund Aufgabe fürdie vorliegende Erfindung ist es, eine aktive Leistungsfaktorkorrekturmit verringertem Aufwand zu schaffen. Dies bedeutet insbesondere,dass zur Gewährleistungder Leistungsfaktorkorrektur eine möglichst geringe Anzahl vonMessungen durchgeführtwerden soll, so dass bspw. die Anzahl der an einer integrierten Schaltungbelegten Pins verringert werde kann.starting pointand task forthe present invention is an active power factor correctionto create with reduced effort. This means in particularthat for the guaranteethe power factor correction the lowest possible number ofMeasurements performedso that, for example, the number of connected to an integrated circuitoccupied pins can be reduced.
    [0012] Außerdem sollauch eine neue Art der Ermittlung eines Nulldurchgangs des Eingangsstromsangegeben werden.In addition, a new way of determining a zero crossing of the input current to are given.
    [0013] DieAufgabe wird erfindungsgemäß durch dieMerkmale der unabhängigenAnsprüchegelöst. DieabhängigenAnsprüchebilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafterWeise weiter.TheThe object is achieved by theCharacteristics of the independentclaimssolved. Thedependentclaimsform the central idea of the invention in a particularly advantageousContinue.
    [0014] ZentralerPunkt der Erfindung ist, dass ein einziger Messpunkt genügt, um eineaktive Leistungsfaktorkorrektur zu erhalten.centralPoint of the invention is that a single measuring point is sufficient to areceive active power factor correction.
    [0015] Gleichzeitigkann gemässder vorliegenden Erfindung auch eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung,die lediglich einen einzigen Messpunkt aufweist, vor Überströmen geschützt werden.simultaneouslycan according tothe present invention also includes a power factor correction circuit,which has only a single measuring point, be protected against overcurrents.
    [0016] Gemäss einemersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Leistungsfaktorkorrekturin einem Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler vorgesehen.In diesem Verfahren speist eine gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannungeine Induktivität,die mittels eines Schalters wahlweise geladen beziehungsweise entladenwird. Die Einschalt-Zeitdauerdes Schalters und damit die Ladezeit der Induktivität wird auf Grundlageeines Vergleichs einer Ausgangs-Gleichspannung mit einer festenBezugsspannung gesteuert. Der Schalter wird weiterhin ausgeschaltet,um die Induktivitätzu entladen, bis der Strom durch die Induktivität auf Null abgesunken ist.Erfindungsgemäß wird während derAusschalt-Zeitdauer des Schalters ein Signal an einem Messpunktdazu verwendet, die Ausgangs-Gleichspannungsowie den Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität herzuleiten.According to oneThe first aspect of the present invention is a power factor correction methodprovided in an AC / DC power converter.In this method, a rectified input AC voltage feedsan inductance,which optionally loaded or unloaded by means of a switchbecomes. The switch-on timeof the switch, and thus the charging time of the inductor is based ona comparison of a DC output voltage with a fixed oneReference voltage controlled. The switch is still switched off,around the inductanceto discharge until the current through the inductor has dropped to zero.According to the invention, during theSwitch off period of the switch a signal at a measuring pointused to the DC output voltageand derive the zero crossing of the current through the inductance.
    [0017] Dabeikann sich der Messpunkt beispielsweise an einem parallel zum Schaltereingebauten Spannungsteiler befinden.thereFor example, the measuring point may be at one side parallel to the switchbuilt-in voltage divider are located.
    [0018] Diemaximale Einschalt-Zeitdauer des Schalters kann anhand des maximalzulässigenInduktivitäts-Stromsund der Eingangs-Wechselspannung berechnet werden.Themaximum switch-on time of the switch can be determined by the maximumpermissibleInductor currentand the input AC voltage.
    [0019] Hierfür kann dieaktuelle Eingangs-Wechselspannung berechnet werden.For this, thecurrent input AC voltage can be calculated.
    [0020] Dieaktuelle Eingangs-Wechselspannung kann beispielsweise auf Basisder Ausgangs-Gleichspannung, der Einschalt-Zeitdauer, und der Zeitdauer, in derder durch die Induktivität 301 fließende Stromnach dem Öffnendes Schalters auf Null abfällt,berechnet werden.The current input AC voltage may be, for example, based on the DC output voltage, the ON period, and the period of time in which by the inductance 301 flowing current drops to zero after opening the switch, can be calculated.
    [0021] Gemäss einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zurLeistungsfaktorkorrektur in einem Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandlervorgesehen, wobei der Nulldurchgang des Induktivitäts-Stroms durch dieErfassung der Schalter-Spannung hergeleitet wird.According to oneAnother aspect of the present invention is a method forPower factor correction in an AC / DC power converterprovided, wherein the zero crossing of the inductor current through theDetection of the switch voltage is derived.
    [0022] Gemäss einemnoch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungfür einenWechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler vorgesehen. DieLeistungsfaktorkorrektur-Schaltung weist eine mit einer gleichgerichteteEingangs-Wechselspannung versorgte Induktivität auf. Ein Schalter ist zurSteuerung des Ladens bzw. Entladens der Induktivität vorgesehen.Weiterhin ist eine Steuerschaltung zur Ansteuerung des Schaltersvorgesehen, wobei die Steuerschaltung den Schalter ausschaltet,bis der Strom durch die Induktivität auf Null abgesunken ist. Erfindungsgemäß weistdie Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung einen mit der Steuerschaltungverbundenen Messpunkt auf, der währendder Ausschalt-Zeitdauer des Schalters sowohl zur Ermittlung derAusgangs-Gleichspannung als auch des Nulldurchgangs des Stroms durchdie Induktivitätdient.According to oneStill another aspect of the present invention is a power factor correction circuitfor oneAC / DC power converter provided. ThePower factor correction circuit has one with a rectified oneInput AC voltage supplied inductance. A switch is toControlling the charging or discharging the inductance provided.Furthermore, a control circuit for driving the switchprovided, wherein the control circuit switches off the switch,until the current through the inductance has dropped to zero. According to the inventionthe power factor correction circuit one with the control circuitconnected measuring point during thethe switch-off period of the switch both for determining theOutput DC voltage as well as the zero crossing of the current throughthe inductanceserves.
    [0023] Gemäss einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungfür einenWechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler vorgesehen, wobeidie Steuerschaltung nur einen einzigen Messeingang aufweist, deran einen parallel zum Schalter eingebauten Spannungsteiler angeschlossenist.According to oneAnother aspect of the present invention is a power factor correction circuitfor oneAC / DC power converter provided, whereinthe control circuit has only a single measuring input, theconnected to a parallel to the switch built-in voltage divideris.
    [0024] Gemäss einemnoch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungfür einenWechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler vorgesehen, wobeidie Steuerschaltung den Nulldurchgang des Induktivitäts-Stromsdurch die Erfassung der Schalter-Spannungherleitet.According to oneStill another aspect of the present invention is a power factor correction circuitfor oneAC / DC power converter provided, whereinthe control circuit the zero crossing of the inductance currentby detecting the switch voltagederives.
    [0025] Dabeikann die Spannungsversorgung der Steuerschaltung zumindest teilweise über denMesseingang erfolgen.therethe voltage supply of the control circuit can at least partially over theMeasuring input done.
    [0026] Ausführungsbeispieleder Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.embodimentsThe invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.
    [0027] 1 zeigteine aus dem Stand der Technik bekannte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungfür einenWechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler, 1 shows a power factor correction circuit known from the prior art for an AC / DC power converter,
    [0028] 2 zeigteine weitere bekannte Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung für einenWechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler, 2 shows another known power factor correction circuit for an AC / DC power converter,
    [0029] 3 zeigteine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltungfür einenWechselspannungs-/ Gleichspannungs-Leistungswandler gemäss einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung, und 3 shows a power factor correction circuit for an AC / DC power converter according to an embodiment of the present invention, and
    [0030] 4 istein Zeitdiagramm fürdie Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung nach 3. 4 is a timing diagram for the power factor correction circuit after 3 ,
    [0031] In 3 isteine Ausführungsformeiner Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 314 gemäss der vorliegendenErfindung gezeigt.In 3 is an embodiment of a power factor correction circuit 314 according to the present invention.
    [0032] DieEingangs-Wechselspannung Vin wird von einemGlättungskondensator 303 gesiebtund einer Induktivität 301,i.e. einer Spule, zugeführt.Die Induktivität 301 istvor einer Diode 302 zwischen einem Eingangsanschluss 315 undeinem Ausgangsanschluss 318 in Serie geschaltet. An demEingangsanschluss 315 liegt die Eingangs-WechselspannungVin an, während an dem Ausgangsanschluss 318 die Ausgangs-GleichspannungVout bereitgestellt wird. Ein Ausgangs-Gleichspannungskondensator 307 verbindetden Ausgangsanschluss 318 mit Masse. An die Verbindung 317 zwischender Induktivität 301 undder Diode 302 ist ein steuerbarer Schalter 306 angeschlossen.The input AC voltage V in is from a smoothing capacitor 303 sieved and an inductance 301 , ie a coil fed. The inductance 301 is in front of a diode 302 between an input terminal 315 and an output terminal 318 connected in series. At the input port 315 is the input AC voltage V in , while at the output terminal 318 the output DC voltage V out is provided. An output DC capacitor 307 connects the output terminal 318 with mass. To the connection 317 between the inductance 301 and the diode 302 is a controllable switch 306 connected.
    [0033] Wennder Schalter 306 eingeschaltet ist, ist die Induktivität 301 gegenMasse kurzgeschlossen und die Diode 302 gesperrt. Die Induktivität 301 lädt sichdann auf und Energie wird dadurch in der Induktivität 301 gespeichert.When the switch 306 is on, is the inductance 301 shorted to ground and the diode 302 blocked. The inductance 301 then recharges and energy is thereby in the inductance 301 saved.
    [0034] Wennder Schalter 306 hingegen ausgeschaltet ist, ist die Diode 302 leitend.Die Induktivität 301 entlädt sichdann überdie Diode 302 in den Ausgangs-Gleichspannungskondensator 307.Die Energie wird dadurch an den Ausgangs-Gleichspannungskondensator 307 übertragen.When the switch 306 On the other hand, the diode is off 302 conductive. The inductance 301 then discharges via the diode 302 in the output DC capacitor 307 , The energy is thereby applied to the output DC capacitor 307 transfer.
    [0035] DerSchalter 306 wird von einer Steuerschaltung 309 angesteuert.Zu diesem Zweck weist die Steuerschaltung 309 einen Ausgang 311 auf, über dendem Schalter 306 ein Steuersignal zugeführt wird. Die Frequenz desSteuersignals (typischerweise mindestens 10 kHz) und daher des Ein-und Ausschaltens des Schalters 306 ist wesentlich höher als dieFrequenz der Netzspannung (typischerweise 50 Hz) und der gleichgerichtetenEingang-Wechselspannung (typischerweise 100 Hz).The desk 306 is from a control circuit 309 driven. For this purpose, the control circuit 309 an exit 311 on, over the switch 306 a control signal is supplied. The frequency of the control signal (typically at least 10 kHz) and therefore the switching on and off of the switch 306 is much higher than the frequency of the mains voltage (typically 50 Hz) and the rectified input AC voltage (typically 100 Hz).
    [0036] ZurBestimmung der Einschalt-Zeitdauer bzw. der Ausschalt-Zeitdauer des Schalters 306 benötigt dieSteuerschaltung 309 Informationen über die Ausgangs-Gleichspannungbzw. überden Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität 301. Diesdeshalb, da die Einschalt-Zeitdauer des Schalters 306 unddamit die Ladezeit der Induktivität 301 auf Grundlageeines Vergleichs der Ausgangs-Gleichspannung mit einer festen Bezugsspannunggesteuert wird und auf Grundlage der Vorgabe, dass die Steuerschaltung 309 denSchalter 306 solange ausschaltet, bis der Strom durch dieInduktivität 301 aufNull abgesunken ist.For determining the switch-on time duration or the switch-off time duration of the switch 306 needs the control circuit 309 Information about the DC output voltage or about the zero crossing of the current through the inductance 301 , This is because the turn-on time of the switch 306 and thus the charging time of the inductance 301 is controlled on the basis of a comparison of the DC output voltage with a fixed reference voltage and based on the specification that the control circuit 309 the switch 306 as long as turns off until the current through the inductor 301 has dropped to zero.
    [0037] Umdiese Informationen zu ermitteln, wird wie in 3 gezeigtgemässder vorliegenden Erfindung lediglich ein einziger Messpunkt 308 benötigt. DerMesspunkt 308 befindet sich an einem parallel zum Schalter 306 angeordnetenSpannungsteiler 304, 305. Der Messpunkt 308 istan einen Messeingang 310 der Steuerschaltung 309 angeschlossen, sodass der Steuerschaltung 309 ein entsprechendes Messsignalzugeführtwerden kann.To determine this information, as in 3 shown according to the present invention, only a single measuring point 308 needed. The measuring point 308 is located on a parallel to the switch 306 arranged voltage divider 304 . 305 , The measuring point 308 is at a fair entrance 310 the control circuit 309 connected, so the control circuit 309 a corresponding measurement signal can be supplied.
    [0038] Beiausgeschaltetem Schalter 306 wird mittels des Messpunkts 308 dieAusgangs-Gleichspannung gemessen. Die Steuerschaltung 309 kannmit dieser Information die nächsteEinschalt-Zeitdauer des Schalters 306 bestimmen und zwarauf Grundlage eines Vergleichs der gemessenen Ausgangs-Gleichspannungmit einer festen Referenzspannung.With switch off 306 is determined by the measuring point 308 measured the output DC voltage. The control circuit 309 With this information, the next turn-on time of the switch 306 determined on the basis of a comparison of the measured output DC voltage with a fixed reference voltage.
    [0039] DieserVergleich kann beispielsweise mittels eines Kondensators durchgeführt werden.Ab dem Einschalt-Zeitpunktdes Schalters 306 wird der Kondensator über eine Stromquelle aufgeladen.Daraus ergibt sich eine ansteigende Kondensator-Spannung. Sobalddiese Kondensator-Spannung die gemessene Ausgangs-Gleichspannungerreicht, wird der Schalter 306 abgeschaltet und der Kondensator entladen.This comparison can be carried out for example by means of a capacitor. From the switch-on time of the switch 306 the capacitor is charged via a power source. This results in an increasing capacitor voltage. As soon as this capacitor voltage reaches the measured output DC voltage, the switch becomes 306 switched off and discharged the capacitor.
    [0040] Im übrigen kanndie Zahl der benötigtenPins weiter verringert werden, wenn der Messpunkt darüber hinausauch die Funktion der Spannungsversorgung der integrierten Schaltung übernimmt.For the rest, canthe number of neededPins continue to be reduced when the measurement point beyond thatalso takes over the function of the power supply of the integrated circuit.
    [0041] In 4 istein Zeitdiagramm fürdie Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung 314 nach 3 gezeigt.In 4 is a timing diagram for the power factor correction circuit 314 to 3 shown.
    [0042] DasZeitverhalten verschiedener Spannungen und Ströme wird darin betrachtet, nämlich: – derSteuersignal-Spannung Vsteuer des Ausgangs 311 derSteuerschaltung 309, – derSpannung VS und des Stroms IS desSchalters 306, – derSpannung VL und des Stroms IL derInduktivität 301,und – derSpannung VD und des Stroms ID derDiode 302. The timing of various voltages and currents is considered therein, namely: - the control signal V control voltage of the output 311 the control circuit 309 . - The voltage V S and the current I S of the switch 306 . - The voltage V L and the current I L of the inductance 301 , and - The voltage V D and the current I D of the diode 302 ,
    [0043] Während derEinschalt-Zeitdauer ton des Schalters 306 steigtder Strom IL durch die Induktivität 301 linearan.During the switch-on time t on of the switch 306 the current I L rises through the inductance 301 linear.
    [0044] Wirdnach der Zeitdauer ton der Schalter 306 ausgeschaltet,nimmt die Spannung VS des Schalters 306 denWert der Ausgangs-Gleichspannung Vout an. Außerdem sinktder Strom IL durch die Induktivität 301 abdem Zeitpunkt des Ausschaltens des Schalters 306 wiederlinear ab.Will after the time t on the switch 306 switched off, takes the voltage V S of the switch 306 the value of the DC output voltage V out . In addition, the current I L decreases due to the inductance 301 from the time the switch is turned off 306 again linearly.
    [0045] Wennsich der Strom IL durch die Induktivität 301 aufNull entladen hat, ist der Strom ID durchdie Diode 302 ebenfalls gleich Null. Ab diesem Zeitpunkt sinkendie Spannung VD der Diode 302 unddie Spannung VS des Schalters 306.When the current I L through the inductance 301 has discharged to zero, the current I D through the diode 302 also equal to zero. From this point on, the voltage V D of the diode decreases 302 and the voltage V S of the switch 306 ,
    [0046] Mittelsdes Messpunkts 308 misst die Steuerschaltung 309 dieSpannung VS des Schalters 306. DieSteuerschaltung 309 kann daher das Absinken der SpannungVS und dessen Ursache, nämlich den Nulldurchgang desStroms durch die Induktivität 301, erfassen.Unmittelbar darauf schaltet die Steuerschaltung 309 denSchalter 306 ein. Die Zeitdauer tgap zwischendem Nulldurchgang des Induktivitäts 301 -Stromsund dem Einschalten des Schalters 306 bleibt klein gegenüber derAunschaltzeitdauer toff des Schalters 306.By means of the measuring point 308 measures the control circuit 309 the voltage V S of the switch 306 , The control circuit 309 Therefore, the decrease of the voltage V S and its cause, namely the zero crossing of the current through the inductance 301 , to capture. Immediately afterwards, the control circuit switches 309 the switch 306 one. The time t gap between the zero crossing of the inductance 301 Current and turning on the switch 306 remains small compared to the Aunchaltzeitdauer t off of the switch 306 ,
    [0047] DieLeistungsfaktorkorrektur-Schaltung 314 soll auch vor einem Über-Eingangsstromgeschützt werden.Hierzu wird der maximale Wert des Stroms durch die Induktivität 301 begrenzt.Diese Begrenzung wird dadurch gewährleistet, dass die Einschaltzeitdauerton des Schalters 306 eine maximaleEinschaltzeitdauer ton max nicht überschreitet.The power factor correction circuit 314 should also be protected against an over-input current. For this purpose, the maximum value of the current through the inductance 301 limited. This limitation is ensured by the fact that the switch-on period t on of the switch 306 does not exceed a maximum switch-on time t on max .
    [0048] DieInduktivitäts-Spannungwird durch folgende Gleichung definiert:
    [0049] BeimLösen dieserGleichung ergibt sich für diemaximale Einschalt-Zeitdauer ton max:
    [0050] Umden aktuellen Wert der Eingangs-Wechselspannung Vin zuberechnen, wird Gleichung 1 benutzt. Es wird angenommen, dass derSchalter 306 zum Zeitpunkt t=0 eingeschaltet wird. DerSchalter 306 wird dann wieder zum Zeitpunkt t=ton ausgeschaltet. Ab dem Zeitpunkt t=ton sinkt der Induktivitäts-Strom linear und erreichtden Wert Null zum Zeitpunkt t=ton+toff1, wobei toff1=toff–tgap. Nach Integrieren der Gleichung 1 ergibtsich systembedingt:
    [0051] Darausfolgt folgende Beziehung zwischen der Eingangs-Wechselspannung und der Ausgangs-Gleichspannung:
    [0052] NachGleichung 5 berechnet die Steuerschaltung 309 den aktuellenWert der Eingangs-Wechselspannung Vin aufBasis der letzten gemessenen Ausgangs-Gleichspannung Vout,der letzten gemessenen Einschalt-Zeitdauer ton,und der letzten gemessenen Zeitdauer toff1.According to Equation 5, the control circuit calculates 309 the current value of the input AC voltage V in based on the last measured DC output voltage V out , the last measured on-time t on , and the last measured time t off1 .
    权利要求:
    Claims (18)
    [1]
    Verfahren zur Leistungsfaktorkorrektur in einemWechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler, wobei einegleichgerichtete Eingangs-Wechselspannung eine Induktivität (301)speist, die Induktivität(301) mittels eines Schalters (306) wahlweisegeladen beziehungsweise entladen wird, die Einschalt-Zeitdauerdes Schalters (306) und damit die Ladezeit der Induktivität (301)auf Grundlage eines Vergleichs einer Ausgangs-Gleichspannung miteiner festen Bezugsspannung gesteuert wird, und der Schalter(306) ausgeschaltet wird, um die Induktivität (301)zu entladen, bis der Strom durch die Induktivität (301) auf Null abgesunkenist, dadurch gekennzeichnet, dass während derAusschalt-Zeitdauer des Schalters (306), ein Signal aneinem Messpunkt (308) dazu verwendet wird, sowohl die Ausgangs-Gleichspannungals auch den Nulldurchgang des Stroms durch die Induktivität (301)herzuleiten.A method of power factor correction in an AC / DC power converter, wherein a rectified input AC voltage is an inductance ( 301 ), the inductance ( 301 ) by means of a switch ( 306 ) is optionally charged or discharged, the switch-on period of the switch ( 306 ) and thus the charging time of the inductance ( 301 ) is controlled on the basis of a comparison of an output DC voltage with a fixed reference voltage, and the switch ( 306 ) is turned off to the inductance ( 301 ) until the current through the inductance ( 301 ) has dropped to zero, characterized in that during the switch-off period of the switch ( 306 ), a signal at a measuring point ( 308 ) is used both the output DC voltage and the zero crossing of the current through the inductance ( 301 ) derive.
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Messpunkt (308) an einen parallel zum Schalter(306) eingebauten Spannungsteiler (304, 305)angeschlossen ist.Method according to claim 1, characterized in that the measuring point ( 308 ) to a parallel to the switch ( 306 ) built-in voltage divider ( 304 . 305 ) connected.
    [3]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,dass die maximale Einschalt-Zeitdauer des Schalters (306)anhand des maximal zulässigenInduktivitäts(301) -Stroms und der Eingangs-Wechselspannung berechnetwird.Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the maximum switch-on period of the switch ( 306 ) based on the maximum permissible inductance ( 301 ) Current and the input AC voltage is calculated.
    [4]
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die aktuelle Eingangs-Wechselspannung berechnetwird.Method according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that the current input AC voltage is calculatedbecomes.
    [5]
    Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die aktuelle Eingangs-Wechselspannung auf Basis der Ausgangs-Gleichspannung,der Einschalt-Zeitdauer, und der Zeitdauer, in der der durch dieInduktivität(301) fließendeStrom nach dem Öffnendes Schalters auf Null abfällt,berechnet wird.Method according to Claim 4, characterized in that the current input AC voltage is determined on the basis of the DC output voltage, the switch-on time duration, and the time duration in which the current through the inductance ( 301 ) flowing current after opening the switch drops to zero, is calculated.
    [6]
    Verfahren zur Leistungsfaktorkorrektur in einem Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler,wobei eine gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannung eine Induktivität (301)speist, die Induktivität(301) mittels eines Schalters (306) wahlweisegeladen beziehungsweise entladen wird, die Einschalt-Zeitdauerdes Schalters (306) und damit die Ladezeit der Induktivität (301)auf Grundlage eines Vergleichs einer Ausgangs-Gleichspannung miteiner festen Bezugsspannung gesteuert wird, und der Schalter(306) ausgeschaltet wird, um die Induktivität (301)zu entladen, bis der Strom durch die Induktivität (301) auf Null abgesunkenist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nulldurchgang desInduktivitäts(301) -Stroms durch die Erfassung der Schalter (306) -Spannungermittelt wird.Method for power factor correction in ei An AC / DC power converter, wherein a rectified input AC voltage is an inductance ( 301 ), the inductance ( 301 ) by means of a switch ( 306 ) is optionally charged or discharged, the switch-on period of the switch ( 306 ) and thus the charging time of the inductance ( 301 ) is controlled on the basis of a comparison of an output DC voltage with a fixed reference voltage, and the switch ( 306 ) is turned off to the inductance ( 301 ) until the current through the inductance ( 301 ) has dropped to zero, characterized in that the zero crossing of the inductance ( 301 ) Current by detecting the switches ( 306 ) Voltage is detected.
    [7]
    Integrierte Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dasssie zur Durchführungeines Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegtist.Integrated circuit, characterized in thatto carry it outa method according to any one of the preceding claimsis.
    [8]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung für einen Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler,aufweisend: eine mit einer gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannungversorgte Induktivität(301), einen Schalter (306) zur Steuerungdes Ladens bzw. Entladens der Induktivität (301), und eineSteuerschaltung (309) zur Ansteuerung des Schalters (306),wobei die Steuerschaltung (309) den Schalter (306)ausschaltet, bis der Strom durch die Induktivität (301) auf Null abgesunkenist, gekennzeichnet durch einen mit der Steuerschaltung(309) verbundenen Messpunkt (308), der für die Ermittlungsowohl der Ausgangs-Gleichspannung wie auch des Nulldurchgangs desStroms durch die Induktivität(301) dient.Power factor correction circuit for an AC to DC power converter, comprising: an inductance (A) supplied with a rectified input AC voltage ( 301 ), a switch ( 306 ) for controlling the charging or discharging of the inductance ( 301 ), and a control circuit ( 309 ) for controlling the switch ( 306 ), wherein the control circuit ( 309 ) the switch ( 306 ) turns off until the current through the inductance ( 301 ) has dropped to zero, characterized by one with the control circuit ( 309 ) connected measuring point ( 308 ), which is used to determine both the output DC voltage and the zero crossing of the current through the inductance ( 301 ) serves.
    [9]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung nach Anspruch8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messpunkt (308) aneinen parallel zum Schalter (306) eingebauten Spannungsteiler(304, 305) angeschlossen ist.Power factor correction circuit according to claim 8, characterized in that the measuring point ( 308 ) to a parallel to the switch ( 306 ) built-in voltage divider ( 304 . 305 ) connected.
    [10]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung nach einem derAnsprüche8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (309)die maximale Einschalt-Zeitdauerdes Schalters (306) anhand des maximal zulässigen Induktivitäts (301)-Strom und der Eingangs-Wechselspannungberechnet.Power factor correction circuit according to one of claims 8 or 9, characterized in that the control circuit ( 309 ) the maximum switch-on time of the switch ( 306 ) based on the maximum permissible inductance ( 301 ) Current and the input AC voltage.
    [11]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung nach einem derAnsprüche8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (309)die aktuelle Eingangs-Wechselspannungberechnet.Power factor correction circuit according to one of Claims 8 to 10, characterized in that the control circuit ( 309 ) calculates the current input AC voltage.
    [12]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (309)die aktuelle Eingangs-Wechselspannungauf Basis der Ausgangs-Gleichspannung, der Einschalt-Zeitdauer,und der Zeitdauer, in der der durch die Induktivität (301)fließendeStrom nach dem Öffnendes Schalters auf Null abfällt,berechnet.Power factor correction circuit according to claim 11, characterized in that the control circuit ( 309 ) the current input AC voltage on the basis of the DC output voltage, the turn-on time, and the period in which by the inductance ( 301 ) flowing current after opening the switch drops to zero, calculated.
    [13]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung für einen Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler,wobei eine mit einer gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannungversorgte Induktivität(301), einen Schalter (306) zur Steuerungdes Ladens bzw. Entladens der Induktivität (301), und eineSteuerschaltung (309) zur Ansteuerung des Schalters (306),wobei die Steuerschaltung (309) den Schalter (306)ausschaltet, bis der Strom durch die Induktivität (301) auf Null abgesunkenist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung(309) nur einen einzigen Messeingang (310) aufweist,der an einen parallel zum Schalter (306) eingebauten Spannungsteiler (304, 305)angeschlossen ist.Power factor correction circuit for an AC / DC power converter, wherein an inductance (AC) supplied with a rectified input AC voltage ( 301 ), a switch ( 306 ) for controlling the charging or discharging of the inductance ( 301 ), and a control circuit ( 309 ) for controlling the switch ( 306 ), wherein the control circuit ( 309 ) the switch ( 306 ) turns off until the current through the inductance ( 301 ) has dropped to zero, characterized in that the control circuit ( 309 ) only a single measuring input ( 310 ), which is connected to a parallel to the switch ( 306 ) built-in voltage divider ( 304 . 305 ) connected.
    [14]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung für einen Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler,wobei eine mit einer gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannungversorgte Induktivität(301), einen Schalter (306) zur Steuerungdes Ladens bzw. Entladens der Induktivität (301), und eineSteuerschaltung (309) zur Ansteuerung des Schalters (306),wobei die Steuerschaltung (309) den Schalter (306)ausschaltet, bis der Strom durch die Induktivität (301) auf Null abgesunkenist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung(309) den Nulldurchgang des Induktivitäts (301) -Stroms durchErfassung der Schalter (306) -Spannung ermittelt.Power factor correction circuit for an AC / DC power converter, wherein an inductance (AC) supplied with a rectified input AC voltage ( 301 ), a switch ( 306 ) for controlling the charging or discharging of the inductance ( 301 ), and a control circuit ( 309 ) for controlling the switch ( 306 ), wherein the control circuit ( 309 ) the switch ( 306 ) turns off until the current through the inductance ( 301 ) has dropped to zero, characterized in that the control circuit ( 309 ) the zero crossing of the inductance ( 301 ) Current by detecting the switches ( 306 ) Voltage.
    [15]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung für einen Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Leistungswandler,aufweisend: eine mit einer gleichgerichtete Eingangs-Wechselspannungversorgte Induktivität(301), einen Schalter (306) zur Steuerungdes Ladens bzw. Entladens der Induktivität (301), und eineSteuerschaltung (309) zur Ansteuerung des Schalters (306),wobei die Steuerschaltung (309) den Schalter (306)ausschaltet, bis der Strom durch die Induktivität (301) auf Null abgesunkenist, gekennzeichnet durch einen mit der Steuerschaltung(309) verbundenen Messpunkt (308), der für die Ermittlungdes Nulldurchgangs des Stroms durch die Induktivität (301) dient,wobei der Messpunkt (308) an einen parallel zum Schalter(306) eingebauten Spannungsteiler (304, 305)angeschlossen ist.Power factor correction circuit for an AC to DC power converter, comprising: an inductance (A) supplied with a rectified input AC voltage ( 301 ), a switch ( 306 ) for controlling the charging or discharging of the inductance ( 301 ), and a control circuit ( 309 ) for controlling the switch ( 306 ), wherein the control circuit ( 309 ) the switch ( 306 ) turns off until the current through the inductance ( 301 ) has dropped to zero, characterized by one with the control circuit ( 309 ) connected measuring point ( 308 ), which is used to determine the zero crossing of the current through the inductance ( 301 ), the measuring point ( 308 ) to a parallel to the switch ( 306 ) built-in voltage divider ( 304 . 305 ) connected.
    [16]
    Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung nach einem derAnsprüche7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung derSteuerschaltung (309) zumindest teilweise über denMesseingang (310) erfolgt.Power factor correction circuit according to one of claims 7 to 15, characterized in that the power supply of the control circuit ( 309 ) at least partially over the measuring input ( 310 ) he follows.
    [17]
    Betriebsgerätfür Lampen,aufweisend eine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis16.control gearfor lamps,comprising a power factor correction circuit according to one of claims 8 to16th
    [18]
    Elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladunglampen, aufweisendeine Leistungsfaktorkorrektur-Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis16.Electronic ballast for gas discharge lamps, comprisingA power factor correction circuit according to any one of claims 8 to16th
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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