在用於照明器件的電流或功率調節的驅動設備中的cos(Φ)修正的製作方法

2023-07-08 11:06:41 4

專利名稱：在用於照明器件的電流或功率調節的驅動設備中的cos(Φ)修正的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於調節照明器件(例如氣體放電式燈、LED或0LED)的運行特性、尤其地亮度的方法以及驅動設備、例如電子控制設備。
背景技術：
為調節照明器件常進行電流或功率調節。在該調節中獲取電流和電壓。為對燈電流和燈電壓進行這樣的測量，相應的電路大多具有測量分流器(Mess-aumt)和分壓器。尤其地，對於氣體放電式燈，用於驅動該氣體放電式燈的電路具有諧振迴路。藉助於該諧振迴路也可通過頻率對燈進行調光。為此，驅動設備通常具有時鐘控制的AC/DC轉換器(例如半橋或全橋)，通過其可以變化地調整頻率。現在，可通過在諧振曲線上的U/I工作點的移位對燈進行調光。為此，驅動設備可具有調節單元，其調節AC/DC轉換器以及前置的電路單元，例如PFC(功率因數修正)電路的頻率。現在，在出現諧振迴路時存在的問題為，測得的燈電流和測得的燈電壓未必是同相的。同樣地，在燈或電路的其它部件處出現的寄生電容可產生這樣的相位差。即，當不僅測量燈電流和燈電壓而且也已知相位角時，才可獲得燈的實際有效功率。此外，也可通過其它電路元件(例如線路或布線電容)引起寄生電容。由於線路電容可出現下述情況，即，電容電流大於電流的有效分量。由此，在調節中。最終恆定調節的是通過線路的電流，而不是通過燈的實際電流。在極端情況中，燈熄滅，其中，調節電路未獲取該情況並且繼續調節通過線路的電容電流。這種線路電容在調節其它驅動設備(例如對於用於驅動LED的驅動設備)時也可起到不利的作用。尤其地，在低的調光功率時，在測得的電流和電壓之間可出現大的相位差(相位角Φ)。因此，在這種情況中確定相位角並且由此確定實際的有效功率尤其地重要。為此，歐洲的專利文獻文件EP 0 876 742 Bl提供了一種解決方案。該專利文獻顯示了用於調節至少一個氣體放電式燈的運行特性的方法，尤其是通過電子控制設備驅動該氣體放電式燈。取決於調節量(1st)進行調節。在此，該調節量(1st)基於燈電流(IL) 的有效分量(即其實數部分)或基於相應於有效分量的大小。因此，計算燈電流的有效分量(即其實數部分)並且以這種方式消除在寄生的線路電容上流動的電容電流的影響。以下，測得的實際值到其有效分量的轉換稱為「C0S(O)修正」，其中，Φ表示在電流和電壓之間的相位差。然而，為此在所闡述的現有技術中必要的是，應剛好在電壓的最大值的時刻測量電流。由此，對測量的時間上的準確性提出高的要求。因此存在的風險為，通過以下方式的調節不可靠，即，未獲取電壓達到其最大值的準確的時刻。

發明內容
因此本發明的目的為，提供用於調節和/或獲取照明器件、如氣體放電式燈的運行狀態的方法以及為此設計的驅動設備，在其中，可可靠地補償出現在測得的燈電壓和測得的燈電流之間的相位差。該目的通過權利要求1的特徵實現。在從屬權利要求中給出本發明的其它有利擴展。因此，本發明涉及一種用於照明器件、例如氣體放電式燈、LED或OLED的驅動設備的受調節的交流(AC)運行的方法。在此，使用通過照明器件的電流以及在照明器件上的電壓的變化曲線的特徵點在時間上的間隔，用於調節過程中的實際值和/或理論值的 οο8(Φ)修正。獲得在大小上未知的且與運行狀態(例如照明器件溫度、照明器件的特有的
公差範圍、調光電平......)相關的在照明器件上的電壓的DC分量和/或流過照明器件的
電流的DC分量，並且在C0s(O)修正時進行考慮。在此，特徵點可為通過照明器件的電流以及在照明器件上的電壓的變化曲線的同符號斜率部分的頂點或交零點。時間上的間隔可與AC運行的頻率相結合，以用於獲得修正因數。因此，可通過乘法進行該結合。該頻率可相應於驅動設備的時鐘控制的DC/AC轉換器的頻率，並且由此從中導出
該頻率。備選地，可從照明器件上的電流和/或電壓的兩個特徵點的間隔中獲得該頻率。有利地，功率或電流調節地驅動照明器件。可使用/應用頻率變化和/或PWM調製作為受調節的運行的控制量。有利地，獲得特徵點的多個時間上的間隔或對其濾波以用於COS(O)修正。可取決於運行狀態設置時間上的平均值或濾波值、尤其是其中的時間常數。有利地，取決於運行狀態實施cos (Φ)修正。例如，可取決於運行狀態激活或取消激活該修正。優選地，藉助於帶有二極體特徵曲線的部件獲取通過照明器件的電流的變化曲線的交零點，其中，優選地，通過帶有電阻器特徵曲線的部件獲取電流的幅度。此外，本發明涉及一種調節單元。該調節電路具有電路、尤其是集成的電路(如 μ C或ASIC)。在此，該電路設計成用於執行以上描述的方法。最終，本發明涉及一種用於照明器件受調節地運行的驅動設備。在此，該驅動設備具有控制電路，其為照明器件提供允許的電流。此外，其具有測量分流器，用於測量通過照明器件的電流。此外，其包括分壓器，用於測量在照明器件上的電壓。最終，其具有調節單元，調節單元藉助於測量分流器和分壓器的測量來調節控制電路。在此，該運行設備被設計成，使得其適合用於執行以上描述的方法。控制電路可具有時鐘控制的DC/AC轉換器，例如半橋或全橋。同樣，控制電路可具有置於DC/AC轉換器之後的諧振電路。優選地，控制電路利用交變電流驅動照明器件。備選地，控制電路可為下述電路，即，其適合用於驅動一個或多個LED和/或0LED。 在此，其也可為降壓轉換器、升壓轉換器、反激式轉換器，或者同樣可為其它電路調節器 (例如半橋或全橋)。有利地，控制電路適合於，利用脈寬調製(PWM)驅動一個或多個LED 和/或0LED。


現在，根據以下對實施方式的描述並且參考附圖介紹其它特性、優點和特徵。附圖中圖Ia顯示了帶有電壓和電流特徵曲線的時間線圖，圖Ib顯示了帶有電壓和電流量的矢量圖，圖2顯示了數學的計算方法的示意性的圖示，圖3顯示了驅動設備的示意性的圖示，圖4顯示了當電壓具有直流分量Vdc WFSET時，帶有電壓和電流特徵曲線的時間線圖，以及圖5顯示了用於照明器件的根據本發明的驅動設備的另一實施方式的示意性的圖示。
具體實施例方式圖1以時間線圖顯示了燈電壓Ulamp和燈電流Ilamp的變化曲線。如可在該示例中看出的那樣，在這兩者之間存在相位差Φ。在此，電流超前於電壓。由此可得到電容性的運行。如已經提及的那樣，對此存在不同的可能性。例如，這可由於寄生電容而出現，該寄生電容通過燈接線引起。也可能的是，通過諧振迴路引起電容性的運行。在此，尤其是在氣體放電式燈中使用這種諧振迴路。在此，尤其地在通過改變頻率對燈進行調光時，可出現這種電容性的運行。在圖Ib的矢量圖中，結合相位解釋了燈電流和燈電壓之間的關係。同樣在此可看出的是，燈電流比燈電壓超前相位角Φ。由此得出，燈電流具有平行於燈電壓的分量。和垂直於燈電壓的分量Ic。在此，平行於燈電壓的分量表示有效分量。從該電流和燈電壓中可計算出有效功率。燈電流的垂直於燈電壓的分量代表無功電流Ic，即電容性的分量。由於燈線路而引起的寄生電容，現在可出現的情況為，電容性的電流大於電流的有效分量。由此，在調節中，最終恆定調節的是通過線路(即通過布線)的電流，而不是恆定調節通過燈的實際有效電流。在極端情況中，燈熄滅，而其中，調節單元未獲知該情況。該調節單元替代地繼續調節通過布線的電容性的電流。為了防止這種情況，現在根據圖Ia解釋根據本發明的方法。在根據本發明的方法中，獲取電流和電壓特徵線的特徵點的時間上的間隔。藉助於該間隔計算相位差。那麼，可藉助於相位差的所計算的值計算測得的燈電流的有效分量。由此可能的是，通過電流的有效分量和/或有效功率正確地調節燈。因此，現在，在圖Ia的示例中，通過獲取燈電流和燈電壓的交零點獲得相位差。在這種對交零點的測量中重要的是，不僅已知交零點的時刻，而且也已知在該時刻電流或電壓信號的斜率的符號。由此可排除的是，例如混淆0°和180°的相位角。在此，在圖Ia的示例中，獲取帶有負的斜率的信號的交零點。但是顯然也可能的是，獲取帶有正的斜率的交零佔。然而，現在為了更準確地獲得相位差可設想，進行多次這種測量。在此，可通過例如濾波函數或積分確定時間上的平均值。與簡單的測量相比，其具有更高的精度並且對於誤差更不敏感。然而在此不利的是，以這種方式進行多次測量的調節進行得更緩慢。這在
5一定的運行狀態中是所不期望的。例如在高動態調光時，即，當在短時間內大程度地改變調光電平時，驅動設備的快速響應更為重要。因此在這種情況中優選的是，進行下述調節，即， 僅僅進行少次數的或者同樣僅僅進行一次測量。在此也可設想，在接下來的低動態調光時， 例如更慢地改變調光電平的設置或者甚至不再改變調光電平的設置時，再次以多次測量為基礎進行更準確的調節。即，在根據本發明的方法中可設置，是否應對於更高的精度進行更緩慢的修正行為，或者對於稍微降低的精度進行快速的修正行為。S卩，可總結地說，通過時間信息進行相位差的補償。通過測量兩個特徵點獲得該時間信息。例如在此可使用燈的電流和電壓的交零點、峰值等。與此相反地，前述的現有技術需要計算幅度信息，即，在電壓峰值的時刻的電流值。本發明的優點為，與在現有技術中要求保持和計算幅度信息相比，通過實現計數器可更容易地實現例如在數位化集成的意義中的時間上的信息。為此，現在根據圖2進行更準確的解釋。在此，圖2顯示了用於計算燈電流的有效分量的數學方法的可能的實施方式。在此，通過測量獲得燈電流Ilamp。同樣通過測量獲得燈電壓ulamp。優選地，即時地且連續地(或者同樣以一定的時間間隔)進行這兩個測量，由此可獲取電壓和電流特徵線。在此，存在以下可能性，即，直接以數學的方法處理這兩個信號，或者還可在其中加入其它處理步驟。在此例如可能的是，藉助於AD轉換器使信號數位化。同樣可設想其它工作步驟，例如對信號的濾波。分別將這兩個信號輸送到交零點檢測器zcd，其分別獲取交零點的時刻並且可選地也獲取在該交零點的時刻信號變化曲線的斜率的符號。將所獲得的時刻分別輸送到計數器C。優選地，在交零點檢測單元中或者在聯接在交零點檢測單元和計數器C之間的獨立的單元中確定，兩個信號交零點分別是上升的還是下降的信號。為此例如可使用補償器， 其通過將比較信號的實際值與之前儲存的值(即延遲的值)確定，是上升沿還是下降沿。將兩個交零點的時刻輸送到其處的計數器測量交零點的時間上的間隔。在此，可如此設計計數器，即，其在燈電流的交零點的時刻開始計數，並且在燈電壓的交零點的時刻停止計數。因此，計數間隔反映出在兩個上升的或者下降的交零點之間的時間差。將該時間間隔At乘以控制單元(例如半橋)的當前頻率。由此，可獲得反映相位角Φ的值。在此，該頻率相應於周期的逆Γ1。如已經提及的那樣，可直接從提供時鐘信號的調節單元中提取該頻率。那麼尤其地有利的是，如稍後解釋的那樣，在相同的調節單元中執行圖2中的數學方法。然而，電壓或通過燈的電流的頻率自身不必精確地相應於控制單元(例如通過半橋)的頻率。因此，例如此外附加地也可使用交零點計算，以用於從中獲取實際在燈中出現的電流和/或電壓的頻率方面的信息。由此，不僅可獲取交零點的時間差，而且也可從交零點信息中獲得乘數「頻率」。現在，可通過以下公式確定相位角Φ，
360:.其中，Δ t為測得的時間差，並且T為直接或間接地獲取的AC信號的周期。對相位角Φ應用函數，尤其地如在圖2中顯示的那樣應用餘弦函數以用於計算修正因數。在此，可通過函數計算或者但是同樣可通過查詢表進行從相位角Φ到修正因數的換算。因此尤其地可設想後者，因為實現餘弦函數代表高的成本。接下來，使由此確定的修正因數乘以燈電流Ilamp的平均值。在此，通過單元avg進行燈電流平均值的計算。由此，乘以修正因數得到用於燈電流的實際值的修正的值
權利要求
1.一種用於以調節的方式驅動用於照明器件、例如LED、OLED或氣體放電式燈的優選地可調光的驅動設備的AC運行的方法，其中，使用通過所述照明器件的電流以及在所述照明器件上的電壓的變化曲線的特徵點的時間上的間隔在考慮在所述照明器件上的電壓的 DC分量和/或流過所述照明器件的電流的DC分量的情況下用於調節的實際值和/或額定值的cos(O)修正。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述特徵點可為通過所述照明器件的電流以及在所述照明器件上的電壓的變化曲線的同符號斜率部分的頂點或交零點。
3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，時間上的間隔可與AC運行的頻率相結合、例如以乘法的方式，以用於獲得修正因數。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述頻率相應於所述驅動設備的時鐘控制的DC/AC轉換器的頻率。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，通過在照明器件上的電流和/或電壓的兩個特徵點的間隔來獲得所述頻率。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，功率或電流調節所述照明器件的運行。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，被調節運行的控制量為頻率變化和/或PWM調製。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，獲得多個特徵點的時間上的間隔或對其濾波以用於C0S(O)修正。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，取決於運行狀態調整時間上的平均值或濾波值、尤其是其中的時間常數。
10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，取決於運行狀態實施 008(Φ)修正，並且例如，取決於運行狀態激活或取消激活所述修正。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，數位化地實施所述COS(O) 修正。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助於帶有二極體特徵線的部件獲取通過所述照明器件的電流的變化曲線的交零點，其中，優選地，通過帶有電阻特徵線的部件獲取所述電流的振幅。
13.—種控制電路、尤其是集成的電路、如yc或ASIC，所述電路設計成用於執行根據前述權利要求中任一項所述的方法。
14.一種用於以調節的方式驅動照明器件的驅動設備、優選地用於以可調光的方式驅動所述照明器件的驅動設備，其具有根據權利要求13所述的控制電路。
15.根據權利要求14所述的運行設備，其特徵在於，此外其具有時鐘控制的DC/AC轉換器，例如半橋或全橋，並且具有置於之後的諧振電路，其利用交變電流驅動所述照明器件。
16.根據權利要求14或15所述的驅動設備，其特徵在於，所述控制電路為這樣的電路， 例如降壓轉換器、升壓轉換器、反激式轉換器但是或者同樣為其它電路調節器、例如半橋或全橋，其設計成用於尤其是利用PWM驅動一個或多個LED和/或0LED。
17.一種光源，其具有根據權利要求14至16中任一項所述的驅動設備以及至少一個聯接的照明器件、例如LED、OLED或氣體放電式燈。
全文摘要
本發明涉及一種用於以調節的方式驅動用於照明器件、例如LED、OLED或氣體放電式燈的優選地可調光的驅動設備的AC運行的方法。在此，使用通過照明器件的電流以及在照明器件上的電壓的變化曲線的特徵點的時間上的間隔在考慮在照明器件上的電壓的DC分量和/或流過照明器件的電流的DC分量的情況下用於調節的實際值和/或額定值的cos(Φ)修正。
文檔編號H05B41/28GK102511202SQ201080039609
公開日2012年6月20日 申請日期2010年9月3日 優先權日2009年9月4日
發明者克裡斯蒂安·內森松, 安德烈·米特巴其, 豪斯特·諾德格, 馬庫斯·邁爾霍費爾 申請人:特裡多尼克有限兩合公司