AT16925U1

AT16925U1 - Circuit for inrush current limitation in a power supply unit

Info

Publication number: AT16925U1
Application number: ATGM40/2017U
Authority: AT
Original assignee: Tridonic Gmbh & Co Kg
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2020-12-15
Also published as: DE202017100740U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung, die in Netzteilen von Betriebsgeräten zum Betreiben von Leuchtmitteln eingesetzt werden kann, wobei die Schaltung zumindest einem ersten Speicherkondensator (C1) und einem zweiten Speicherkondensator (C2), die gemeinsam eine Spannungsquelle für von dem Netzteil zu versorgende Komponenten bilden, und einem Schalter (S2), mittels dem der zweite Speicherkondensator (C2) bezüglich des Beginns des Ladens des ersten Speicherkondensators (D1) zeitverzögert eingeschaltet wird, aufweist.The present invention relates to a circuit for limiting inrush current, which can be used in power supply units of operating devices for operating lamps, the circuit having at least a first storage capacitor (C1) and a second storage capacitor (C2), which together form a voltage source for the power supply unit Form components, and a switch (S2) by means of which the second storage capacitor (C2) is switched on with a time delay with respect to the start of charging of the first storage capacitor (D1).

Description

description

SCHALTUNG ZUR EINSCHALTSTROMBEGRENZUNG BEI EINEM NETZTEIL CIRCUIT FOR INRUSH CURRENT LIMITING IN A POWER SUPPLY

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung, die in Netzteilen von Betriebsgeräten zum Betreiben von Leuchtmitteln eingesetzt werden kann. The present invention relates to a circuit for inrush current limiting, which can be used in power supplies of operating devices for operating lighting means.

[0002] Netz- und Betriebsgeräte weisen eingangsseitig meist einen von einem Netzgleichrichter gespeisten Speicherkondensator auf, der beim Einschalten oder Anschießen des Netz- bzw. Betriebsgerätes an die Netzspannung kurzeitig einen sehr hohen Einschalt- bzw. Ladestrom bewirken kann. Die Höhe des Einschaltstroms hängt von der Kapazität, der Restladung und dem Einschaltzeitpunkt bezüglich des Verlaufs der Netzwechselspannung ab. Werden mehrere Leuchten mit solchen Betriebsgeräten als Gruppe gemeinsam eingeschaltet, können die sich addierenden Einschaltströme der Geräte ein Auslösen der vorgeschalteten Sicherung herbeiführen. Power supplies and operating devices usually have on the input side a storage capacitor fed by a power rectifier, which can briefly cause a very high inrush or charging current when the power supply or operating device is switched on or connected to the mains voltage. The level of the switch-on current depends on the capacity, the remaining charge and the switch-on time with regard to the course of the AC mains voltage. If several lights with such control gear are switched on together as a group, the adding up inrush currents of the devices can trigger the upstream fuse.

[0003] Um dies zu vermeiden schlägt die DE 10 2011 001990 A1 ein Verfahren zur Einschaltstrombegrenzung vor, bei dem die Speicherkondensatoren von durch eine Netzwechselspannung gespeisten Vorschaltgeräten zu verschiedenen Zeiten nahe dem Spannungsnulldurchgang verzögert eingeschaltet werden. Die einzelnen Einschaltzeitpunkte bestimmen sich aus unterschiedlichen Wartezeiten nach der Erfassung des Nulldurchgangs oder nach Erfassung eines Einschaltsignals. Gemäß der DE 10 2011 001990 A1 wird der Detektor für den Spannungsnulldurchgang und der ein Flipflop aufweisende Einschaltsignalgenerator von einem aus der gleichgerichteten Netzspannung gespeisten Kleinspannungserzeuger versorgt, um ein kontrolliertes Einschalten auch vor dem Erreichen des Betriebszustands zu ermöglichen. In order to avoid this, DE 10 2011 001990 A1 proposes a method for limiting inrush current, in which the storage capacitors of ballasts fed by an AC voltage are switched on with a delay at different times near the voltage zero crossing. The individual switch-on times are determined from different waiting times after the zero crossing has been detected or after a switch-on signal has been detected. According to DE 10 2011 001990 A1, the detector for the voltage zero crossing and the switch-on signal generator, which has a flip-flop, are supplied by a low voltage generator fed from the rectified mains voltage in order to enable a controlled switch-on even before the operating state is reached.

[0004] Einfache Netzteile von Betriebsgeräten mit Gleichrichter und nachfolgendem Speicher-/ Glättungskondensator erzeugen während des Betriebs im Stromnetz zudem Oberwellenströme, da das Netzteil dem Stromnetz nur dann einen Strom zum Nachladen des Speicherkondensators entnimmt, wenn die sinusförmige Eingangsspannung größer als die Spannung am Kondensator ist, was zu einer kurzzeitigen hohen Stromaufnahme führt. Simple power supplies of operating devices with rectifier and subsequent storage / smoothing capacitor also generate harmonic currents during operation in the power grid, since the power supply only takes a current from the power grid to recharge the storage capacitor when the sinusoidal input voltage is greater than the voltage on the capacitor , which leads to a short-term high power consumption.

[0005] Solchen Oberwellenströmen/Oberschwingungen kann durch eine Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors (Power Factor Correction) mit einem Hochsetzsteller, auch Aufwärtswandler genannt (englisch Boost-Converter), entgegengewirkt werden. Dabei sind die Schaltzeiten des mit einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung ein- und ausgeschalteten Schalters des Hochsetzstellers so gewählt, dass der Eingangsstrom der Schaltung einem sinusförmigen Verlauf folgt, der in Phase mit dem Verlauf der Eingangsspannung ist. Such harmonic currents / harmonics can be counteracted by a circuit for correcting the power factor (Power Factor Correction) with a step-up converter, also called a step-up converter (English boost converter). The switching times of the switch of the step-up converter, which is switched on and off with a pulse-width-modulated control voltage, are selected such that the input current of the circuit follows a sinusoidal curve that is in phase with the curve of the input voltage.

[0006] Eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung bei einem Hochsetzsteller, in der ein Einschalten des Speicherkondensators erst im Nulldurchgang der gleichgerichteten, sinusförmigen Netzspannung erfolgt, ist aus der EP 0637 118 A1 bekannt. A circuit for limiting inrush current in a step-up converter, in which the storage capacitor is only switched on at the zero crossing of the rectified, sinusoidal mains voltage, is known from EP 0637 118 A1.

[0007] Für die Bestimmung des Nulldurchgangs und das Einschalten des Speicherkondensators in dem Zeitraum vom Netzanschluss bis zum Beginn des Ladevorgangs vor der Betriebsaufnahme des Netz- bzw. Betriebsgeräts, ist eine spezielle Schaltung nötig, die mit Energie versorgt werden muss. Dies macht die Geräte teuer und führt zu einem höheren Energieverbrauch. For the determination of the zero crossing and the switching on of the storage capacitor in the period from the mains connection to the start of the charging process before the start of operation of the power supply or operating device, a special circuit is required that must be supplied with energy. This makes the devices expensive and leads to higher energy consumption.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern. Aufgabe ist es insbesondere, eine Schaltungsanordnung zur Einschaltstrombegrenzung bereitzustellen, mit der der Einschaltstrom mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau verringert werden kann und die einen niedrigen Energieverbrauch aufweist. [0008] The invention is based on the object of specifying devices and methods which reduce the problems described. The object is in particular to provide a circuit arrangement for limiting the inrush current, with which the inrush current can be reduced with a simple and inexpensive structure and which has a low energy consumption.

[0009] Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet. [0009] This object is achieved according to the features of the independent claims. The invention is further developed by the features of the dependent claims.

[0010] Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Schaltung zur Strombegrenzung beim Einschalten oder Anschließen eines Netzteils, das ein eigenständiges Gerät oder eine Baugruppe zur Energieversorgung in einem Gerät, beispielsweise einem Betriebsgerät zum Betreiben von According to the present invention, a circuit for current limiting when switching on or connecting a power supply, which is a stand-alone device or an assembly for supplying energy in a device, for example an operating device for operating

Leuchtmitteln, sein kann, zumindest einen ersten Speicherkondensator und einen zweiten Speicherkondensator, die gemeinsam eine Spannungsquelle für an das Netzteil angeschlossene Komponenten bilden, und einen Schalter, mittels dem der zweite Speicherkondensator bezüglich des Beginns des Ladens des ersten Speicherkondensators zeitverzögert eingeschaltet wird, auf. Lighting means, can be at least a first storage capacitor and a second storage capacitor, which together form a voltage source for components connected to the power supply, and a switch by means of which the second storage capacitor is switched on with a time delay with respect to the start of charging of the first storage capacitor.

[0011] Die Gesamtkapazität nach der Betriebsaufnahme des Netzteils im stabilen Zustand wird aus beiden Speicherkondensatoren gebildet, wobei zur Reduzierung des Einschaltstroms die Speicherkondensatoren mittels des Schalters nacheinander mit dem Stromnetz verbunden werden und somit statt einem hohen Einschaltstromstoß zwei kleinere auftreten. Bei vielen Anwendungen sind aus Gründen der Baugröße oder Lebensdauer bereits mehrere parallel verschaltete Speicherkondensatoren vorgesehen, so dass die Aufteilung der Kapazität keine zusätzlichen Kosten verursacht und nur ein zusätzlicher Schalter und dessen Ansteuerung vorzusehen ist. Das Laden des ersten Speicherkondensators kann sofort mit dem Einschalten oder Anschließen des Netzteils erfolgen. The total capacity after the start of operation of the power supply in the stable state is formed from two storage capacitors, the storage capacitors being connected one after the other to the power grid by means of the switch to reduce the inrush current and thus two smaller ones occur instead of a high inrush current. In many applications, several storage capacitors connected in parallel are already provided for reasons of size or service life, so that the division of the capacitance does not cause any additional costs and only one additional switch and its control have to be provided. The first storage capacitor can be charged immediately when the power supply unit is switched on or connected.

[0012] Die Ansteuerung des Schalters zum Beginnen des Ladens des zweiten Speicherkondensators kann von einer Steuereinrichtung des Netzteils, wie einem Mikrocontroller, erfolgen, die eine von dem Netzteil zu speisende Komponente darstellt und die das Einschalten des Schalters mit ihrer Betriebsaufnahme oder zu einem späteren Zeitpunkt veranlasst, wobei die Betriebsaufnahme zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem der mit dem Stromnetz verbundene erste Speicherkondensator einen stabilen Arbeitszustand bzw. einen bestimmten Ladezustand erreicht hat. Auf diese Weise sind keine zusätzlichen Einrichtungen zum Ermitteln des Einschaltzeitpunkts, zum Einschalten des Schalters und zur Hilfsenergieversorgung nötig. Alternativ ist der Schalter eine von dem Netzteil zu speisende Komponente, so dass er automatisch mit Erreichen des stabilen Arbeitszustands bzw. des bestimmten Ladezustands einschaltet. The control of the switch to start charging the second storage capacitor can be done by a control device of the power supply, such as a microcontroller, which is a component to be fed by the power supply and which enables the switch to be switched on with its start of operation or at a later point in time initiated, wherein the start of operation takes place at a point in time at which the first storage capacitor connected to the power grid has reached a stable working state or a certain state of charge. In this way, no additional devices for determining the switch-on time, for switching on the switch or for the auxiliary power supply are necessary. Alternatively, the switch is a component to be fed by the power supply unit, so that it switches on automatically when the stable working state or the specific charge state is reached.

[0013] Der Schalter kann ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode sein. The switch can be a bipolar transistor with an insulated gate electrode.

[0014] Die zwei oder mehr Speicherkondensatoren können gleiche oder unterschiedliche Kapazitäten aufweisen. Der erste Speicherkondensator kann kleiner als der zweite Speicherkondensator sein. Da beim Einschalten und dem damit verbundenen Ladebeginn des ersten Kondensators auch andere Bauteilekapazitäten geladen werden, wird so vermieden, dass der Einschaltpeak des ersten Kondensators größer ist als beim zweiten Kondensator. Insbesondere ist auch von Vorteil, wenn der zweite Speicherkondensator bei einem Spannungsminimum der Ladespannung eingeschaltet wird, wodurch beide Einschaltströme weiter verringert werden können. Hierzu können eine Einrichtung zum Ermitteln eines Spannungsminimums der Ladespannung des zweiten Speicherkondensators und eine Einrichtung zum Einschalten des Schalters bei dem ermittelten Spannungsminimum vorgesehen sein. Zumindest eine der Einrichtungen kann separat aufgeführt oder in die Steuereinrichtung intergiert sein. [0014] The two or more storage capacitors can have the same or different capacitances. The first storage capacitor can be smaller than the second storage capacitor. Since other component capacities are also charged when the first capacitor is switched on and the associated start of charging, this prevents the switch-on peak of the first capacitor from being greater than that of the second capacitor. In particular, it is also advantageous if the second storage capacitor is switched on at a voltage minimum of the charging voltage, as a result of which both switch-on currents can be further reduced. For this purpose, a device for determining a voltage minimum of the charging voltage of the second storage capacitor and a device for switching on the switch at the determined voltage minimum can be provided. At least one of the devices can be listed separately or can be integrated into the control device.

[0015] Um den Energieverbrauch zu reduzieren, kann die Schaltung zusätzlich eine Abschalteinrichtung zum Abschalten der Ermittlungs-Einrichtung, nachdem der Schalter eingeschaltet wurde, aufweisen. In order to reduce the energy consumption, the circuit can additionally have a disconnection device for disconnecting the determination device after the switch has been turned on.

[0016] Die Steuereinrichtung kann zudem dazu ausgebildet sein, den zweiten und/oder die weiteren Speicherkondensatoren in Abhängigkeit der von dem Netzteil abzugebenden Leistung zuund/oder abzuschalten. The control device can also be designed to switch the second and / or the further storage capacitors on and / or off depending on the power to be delivered by the power supply unit.

[0017] Die Schaltung kann eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung sein und/oder Bestandteil in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel sein. The circuit can be a power factor correction circuit and / or be part of an operating device for lighting means.

[0018] Alternativ weist eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung bei einem Netzteil gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest einen Speicherkondensator, der eine Spannungsquelle für von dem Netzteil zu versorgende Komponenten bildet und von einer pulsierenden Gleichspannung geladen werden kann, einen Schalter zum Zuschalten einer Ladespannung an den Speicherkondensator zur Betriebsaufnahme, eine Einrichtung zum Ermitteln eines Spannungsminimums der Ladespannung und zum Einschalten des Schalters bei einem Spannungsminimum, und eine Abschalteinrichtung zum Abschalten der Ermittlungs-Einrichtung nachdem der Schalter eingeschaltet wurde oder nach der Betriebsaufnahme, auf. Alternatively, a circuit for inrush current limitation in a power supply according to the present invention has at least one storage capacitor, which forms a voltage source for components to be supplied by the power supply and can be charged by a pulsating DC voltage, a switch for connecting a charging voltage to the storage capacitor Start of operation, a device for determining a voltage minimum of the charging voltage and for switching on the switch at a voltage minimum, and a disconnection device for switching off the determination device after the switch has been switched on or after the start of operation.

[0019] Zusätzlich kann eine Einrichtung zum Erzeugen einer Hilfsspannung zur Versorgung der Ermittlungs-Einrichtung vorgesehen sein, welche die Hilfsspannung aus der pulsierenden Gleichspannung erzeugt. In addition, a device for generating an auxiliary voltage for supplying the determination device can be provided, which generates the auxiliary voltage from the pulsating DC voltage.

[0020] Die Abschalteinrichtung kann eine von dem Netzteil zu speisende Komponente darstellen, welche mit Energie versorgt und aktiviert wird, wenn der Speicherkondensator einen bestimmten Ladezustand bzw. einen stabilen Arbeitszustand (z.B. bestimmte Schwankungsbreite der Änderung im Ladezustand) erreicht. The disconnection device can represent a component to be fed by the power supply unit, which is supplied with energy and activated when the storage capacitor reaches a certain state of charge or a stable working state (e.g. certain fluctuation range of the change in the state of charge).

[0021] Alternativ oder zusätzlich kann die Abschalteinrichtung durch eine zumindest das Netzteil steuernde Steuervorrichtung gebildet sein. Alternatively or additionally, the disconnection device can be formed by a control device that controls at least the power supply unit.

[0022] Die Schaltung kann eine Leistungsfaktor-Korrekturschaltung sein, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgelegt ist, die Leistungsfaktor-Korrektur zu steuern. The circuit can be a power factor correction circuit, the control device being designed to control the power factor correction.

[0023] Die Ladespannung kann eine gleichgerichtete Wechselspannung sein, wobei die Ermittlungs- Einrichtung dazu ausgelegt ist, den Scheitelwert der gleichgerichteten Wechselspannung zu detektieren, den Zeitpunkt des Spannungsminimums auf der Grundlage des detektierten Scheitelwerts zu ermitteln und ab dem Zeitpunkt ein Einschaltsignal mittels einem von der Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung und der Stromversorgungsanordnung speisbaren Latch oder Flip-Flop an den Schalter auszugeben. The charging voltage can be a rectified AC voltage, wherein the determination device is designed to detect the peak value of the rectified AC voltage, to determine the time of the voltage minimum on the basis of the detected peak value and from the time a switch-on signal by means of one of the Output auxiliary voltage generating device and the power supply arrangement feedable latch or flip-flop to the switch.

[0024] Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Betriebsgerät für Leuchtmittel eine der beschriebenen Schaltungen auf. According to the present invention, an operating device for lighting means has one of the circuits described.

[0025] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

[0026] Fig. 1 eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung bei einem Netzteil nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, 1 shows a circuit for limiting inrush current in a power supply unit according to a first embodiment according to the present invention,

[0027] Fig. 2 eine Schaltung zur Einschaltstrombegrenzung bei einem Netzteil nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, 2 shows a circuit for limiting inrush current in a power supply unit according to a second embodiment according to the present invention,

[0028] Fig. 3 eine Schaltung einer Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 3 shows a circuit of an auxiliary voltage generating device according to an embodiment according to the present invention,

[0029] Fig. 4 eine Schaltung eines Ladespannung-Detektors nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 4 shows a circuit of a charging voltage detector according to an embodiment according to the present invention, and

[0030] Fig. 5 eine Schaltung einer Schalteransteuerungs-Einrichtung nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 shows a circuit of a switch control device according to an embodiment according to the present invention.

[0031] Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Components with the same functions are identified in the figures with the same reference symbols.

[0032] Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors mit Einschaltstrombegrenzung, welche in einem Netzteil eines Betriebsgeräts für Leuchtmittel eingesetzt werden kann und der über die Eingangsanschlüsse 1 und 2 eine von einem Netzgleichrichter des Netzteils (nicht gezeigt) gleichgerichtete Wechselspannung zuführbar ist, mit der zunächst der erste Speicherkondensator C1 und dann der zweite Speicherkondensator C2 geladen wird. Fig. 1 shows a circuit diagram of a circuit for correcting the power factor with inrush current limitation, which can be used in a power supply unit of an operating device for lighting and which can be supplied via the input terminals 1 and 2 with an AC voltage rectified by a mains rectifier of the power supply unit (not shown) is, with which the first storage capacitor C1 and then the second storage capacitor C2 is charged.

[0033] Zur Korrektur des Leistungsfaktors weist die Schaltung einen aus einem Schalter S1, einer Spule L, einer Diode D, und den Speicherkondensatoren C1 und C2 bestehenden Hochsetzsteller auf, der von einer Steuereinrichtung 3 gesteuert oder geregelt wird. Die Speicherkondensatoren C1 und C2 bilden im Betrieb des Hochsetzstellers gemeinsam eine Spannungsquelle für an den Ausgangsanschlüssen 4 und 5 angeschlossene Verbraucher. Mit den Ausgangsanschlüssen 4 und 5 können eine oder mehrere Versorgungseinrichtungen verbunden sein, welche eine Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung 3 und andere Komponenten der Schaltung erzeugen. To correct the power factor, the circuit has a step-up converter which consists of a switch S1, a coil L, a diode D, and the storage capacitors C1 and C2, which is controlled or regulated by a control device 3. When the step-up converter is in operation, the storage capacitors C1 and C2 together form a voltage source for consumers connected to the output connections 4 and 5. One or more supply devices, which generate a supply voltage for the control device 3 and other components of the circuit, can be connected to the output connections 4 and 5.

[0034] Zusätzlich weist die Schaltung einen von der Steuereinrichtung 3 steuerbaren Schalter S2 auf, mit dem der zum ersten Speicherkondensator C1 parallel geschaltete zweite Speicherkondensator C2 von diesem bis zum Zeitpunkt der Betriebsaufnahmen des Hochsetzstellers getrennt In addition, the circuit has a switch S2 controllable by the control device 3, with which the second storage capacitor C2, which is connected in parallel with the first storage capacitor C1, is separated from it until the step-up converter starts operating

werden kann. can be.

[0035] Zumindest einer der Schalter S1 und S2 kann ein Leistungsschalter, ein Feldeffekttransistor, ein Bipolartransistor oder ein Transistor mit isolierter Gateelektrode sein. At least one of the switches S1 and S2 can be a power switch, a field effect transistor, a bipolar transistor or a transistor with an insulated gate electrode.

[0036] Die Steuereinrichtung 3 kann eine integrierte Halbleiterschaltung sein oder eine integrierte Halbleiterschaltung umfassen. Die Steuereinrichtung 3 kann als ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Controller, ein Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische Spezialschaltung (ASIC, „Application Specific Integrated Circuit“) oder als eine Kombination der genannten Einheiten ausgestaltet sein. In dem Beispiel sind die Schalter S1 und S2 als separate Bauteile ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest der Schalter S2 bzw. dessen Schaltfunktion von der als Mikrocontroller ausgebildeten Steuereinrichtung 3 selbst ausgeführt wird. The control device 3 can be an integrated semiconductor circuit or comprise an integrated semiconductor circuit. The control device 3 can be designed as a processor, a microprocessor, a controller, a microcontroller or an application-specific special circuit (ASIC, “Application Specific Integrated Circuit”) or as a combination of the named units. In the example, switches S1 and S2 are designed as separate components. However, it is also possible that at least the switch S2 or its switching function is carried out by the control device 3, which is designed as a microcontroller, itself.

[0037] Die Spule L ist mit der Diode D zwischen dem Eingangsanschluss 1 und einem Ausgangsanschluss 4 in Serie geschaltet. Der Schalter S1 ist mit einem Anschluss zwischen der Spule L und der Diode D und dem anderen Anschluss an den Eingangsanschluss 2 angekoppelt, welcher mit dem Ausgangsanschluss 5 verbunden ist und ein niedriges Potential (z.B. Masse) gegenüber dem Eingangsanschluss 1 aufweist. The coil L is connected in series with the diode D between the input terminal 1 and an output terminal 4. The switch S1 is coupled with one connection between the coil L and the diode D and the other connection to the input connection 2, which is connected to the output connection 5 and has a low potential (e.g. ground) with respect to the input connection 1.

[0038] Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Zeitpunkt des Anschlusses des Netzteils an die Netzspannung oder des Einschaltens des Netzteils bzw. Betriebsgeräts der Schalter S2 geÖffnet, so dass lediglich der erste Speicherkondensator C1 über die Spule L und die Diode D von dem vom Wechselrichter gelieferten Strom geladen wird. Ist der Speicherkondensator C1 komplett entladen und hat der pulsierende Gleichstrom zum Zeitpunkt des Einschaltens/Anschlusses einen Scheitelwert, fließt ein erster maximaler Ladestrom, der jedoch durch die in den zweiten Speicherkondensator C2 ausgelagerte Kapazität reduziert ist. According to the present invention, the switch S2 is open at the time the power supply is connected to the mains voltage or when the power supply or operating device is switched on, so that only the first storage capacitor C1 via the coil L and the diode D is supplied by the inverter Electricity is charged. If the storage capacitor C1 is completely discharged and the pulsating direct current has a peak value at the time of switching on / connection, a first maximum charging current flows which, however, is reduced by the capacitance transferred to the second storage capacitor C2.

[0039] Der zweite Speicherkondensator C2 kann nach dem Abfallen des ersten Ladestroms eingeschaltet werden. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel schaltet die Steuereinrichtung 3 den Schalter S2 ein. Die Steuereinrichtung 3 wird mit der an den Ausgangsanschlüssen 4, 5 bereitgestellten Energie bzw. von der Versorgungseinrichtung versorgt und nimmt ihren Betrieb auf bzw. schaltet den Schalter S2 ein, sobald an den Ausgangsanschlüssen 4, 5 eine bestimmte Spannung anliegt. Es ist jedoch auch möglich, dass der Schalter S2 erst nach Ablauf einer vorgegebenen oder zufällig gewählten Wartezeit geschlossen wird. Das Einschalten des Schalters S2 kann auch durch ein von der Steuereinrichtung 3 empfangenes Einschaltsignal erfolgen, mittels dem das Einschalten einer Vielzahl von Schaltern S2 anderer, an der gleichen Netzphase angeschlossener Netzgeräte so abgestimmt wird, dass zumindest ein Teil der Schalter S2 nicht zur gleichen Zeit eingeschaltet wird. The second storage capacitor C2 can be switched on after the drop in the first charging current. In the example shown in FIG. 1, the control device 3 switches on the switch S2. The control device 3 is supplied with the energy provided at the output connections 4, 5 or by the supply device and starts operating or switches on the switch S2 as soon as a certain voltage is applied to the output connections 4, 5. However, it is also possible for switch S2 to be closed only after a predetermined or randomly selected waiting time has elapsed. The switch S2 can also be switched on by a switch-on signal received by the control device 3, by means of which the switch-on of a plurality of switches S2 of other power supply units connected to the same mains phase is coordinated so that at least some of the switches S2 are not switched on at the same time becomes.

[0040] Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird für das Einschalten des Schalters S2 von der Steuereinrichtung 3 oder einem zusätzlichen Detektor im Verlauf der Ladespannung des zweiten Speicherkondensators C2 der Zeitpunkt des Spannungsminimums ermittelt und der Schalter S2 bei oder nahe dem ermittelten Zeitpunkt eingeschaltet. Hierzu kann die Steuereinrichtung 3 beispielsweise den Spannungsverlauf an den Eingangsanschlüsse 1 und 2 erfassen und den Zeitpunkt des Spannungsminimums auf der Grundlage der Netzfrequenz berechnen oder das Minimum selbst detektieren. According to one embodiment of the present invention, the time of the voltage minimum is determined for switching on the switch S2 by the control device 3 or an additional detector in the course of the charging voltage of the second storage capacitor C2 and the switch S2 is switched on at or near the determined time. For this purpose, the control device 3 can, for example, record the voltage profile at the input connections 1 and 2 and calculate the point in time of the voltage minimum on the basis of the network frequency or detect the minimum itself.

[0041] Sind die beiden Speicherkondensatoren C1 und C2 geladen bzw. der Schalter S2 eingeschaltet, steuert die Steuereinrichtung 1 im pulsweitenmodulierten Betrieb des Hochsetzstellers die Schaltzeiten des Schalters S1 so, dass der Eingangsstrom der Schaltung einem sinusförmigen Verlauf folgt, der in Phase mit dem Verlauf der Eingangsspannung ist. Dabei fließt, wenn der Schalter S1 von der Steuereinrichtung 1 eingeschaltet wird, ein Strom von dem Eingangsanschluss 1 durch die Spule L, den Schalter S1 zum Eingangsanschluss 2. Nach dem Ausschalten des Schalters S1 treibt die Spule L einen Strom (Abmagnetisierungstrom) durch die Diode D und einen Strom durch die Speicherkondensatoren C1 und C2, welche dadurch nachgeladen werden. If the two storage capacitors C1 and C2 are charged or the switch S2 is switched on, the control device 1 controls the switching times of the switch S1 in the pulse-width modulated operation of the step-up converter so that the input current of the circuit follows a sinusoidal curve that is in phase with the curve the input voltage. When the switch S1 is switched on by the control device 1, a current flows from the input connection 1 through the coil L, the switch S1 to the input connection 2. After the switch S1 is switched off, the coil L drives a current (demagnetization current) through the diode D and a current through the storage capacitors C1 and C2, which are thereby recharged.

[0042] Des Weiteren kann auch der Betriebszustand des Betriebsgerätes berücksichtigt werden. Kurze Netzunterbrüche und/oder Busspannungssprünge können einen Neustart des Betriebsgerätes verursachen. Die Schaltsignal-Abgabeeinrichtung 8 würde bei kurzzeitigen Netzunterbrü-In addition, the operating state of the operating device can also be taken into account. Brief mains interruptions and / or bus voltage jumps can cause the operating device to restart. The switching signal output device 8 would be in the event of brief mains interruptions.

chen und/oder Busspannungssprüngen nicht schnell genug entladen, um den Schalter S2 auszuschalten. Das könnte dazu führen, dass der Schalter S2 eingeschaltet bleibt und beim Neustart des Betriebsgerätes keine Einschaltstrombegrenzung gewährleistet werden kann. Kurze Netzunterbrüche und/oder Busspannungssprünge, welche als Fehler erkannt werden können und als Betriebszustand in der Steuereinrichtung 3 gespeichert werden, können bei der Einschaltstrombegrenzung berücksichtigt werden. Dabei kann der Schalter S2 bei Erkennen von kurzen Netzunterbrüchen und/oder Busspannungssprüngen geöffnet werden, um eine Einschaltstrombegrenzung beim Neustart des Betriebsgerät zu gewährleisten. Chen and / or bus voltage jumps are not discharged quickly enough to switch off switch S2. This could mean that switch S2 remains switched on and when the operating device is restarted no inrush current limitation can be guaranteed. Brief network interruptions and / or bus voltage jumps, which can be recognized as errors and are stored as the operating state in the control device 3, can be taken into account in the inrush current limitation. In this case, the switch S2 can be opened when short mains interruptions and / or bus voltage jumps are detected in order to ensure that the inrush current is limited when the operating device is restarted.

[0043] Fig. 2 zeigt eine Schaltung zur Korrektur des Leistungsfaktors mit Einschaltstrombegrenzung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, in der der erste Speicherkondensator C1 fehlt. Dieser ist optional und kann bei Bedarf hinzugefügt werden. Fig. 2 shows a circuit for correcting the power factor with inrush current limitation according to a second embodiment according to the present invention, in which the first storage capacitor C1 is missing. This is optional and can be added if necessary.

[0044] Bei der in der Fig. 2 gezeigten Schaltung erfolgt ein Einschalten des Speicherkondensators C2 bzw. des Schalters S2 bei oder nahe einem Spannungsminimum der Ladespannung des Speicherkondensators C2. Hierzu weist die Schaltung eine Hilfsspannungs- Erzeugungseinrichtung 6 auf, die mit den Eingangsanschlüssen 1 und 2 verbunden ist und aus der an den Eingangsanschlüssen 1 und 2 anliegenden pulsierenden Gleichspannung eine Hilfsspannung für die Detektion des Spannungsminimums und das Einschalten des Schalters S2 erzeugt. In the circuit shown in FIG. 2, the storage capacitor C2 or the switch S2 is switched on at or near a voltage minimum of the charging voltage of the storage capacitor C2. For this purpose, the circuit has an auxiliary voltage generating device 6, which is connected to the input connections 1 and 2 and generates an auxiliary voltage for the detection of the voltage minimum and switching on the switch S2 from the pulsating DC voltage applied to the input connections 1 and 2.

[0045] Ein von der Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung 6 gespeister Detektor 7 ist mit den Ausgangsanschlüssen 4 und 5 verbunden, ermittelt ein Spannungsminimum der pulsierenden Gleichspannung bzw. den Zeitpunkt, bei dem die pulsierende Gleichspannung auf null abgefallen ist und gibt einen Schaltimpuls zu oder nahe diesem Zeitpunkt an eine Schaltsignal- Abgabeeinrichtung 8 aus. Die von der Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung 6 gespeiste Schaltsignal-Abgabeeinrichtung 8 erzeugt bei Empfang des Schaltimpulses ein Einschaltsignal für den Schalter S2 und schaltet diesen ein, so dass das Laden des Speicherkondensators C2 bei dem ermittelten Spannungsminimum beginnt, was einen geringen Einschaltstrom bewirkt. Der Ladestrom/Einschaltstrom fließt dabei von dem Eingangsanschluss 1, über die Spule L, die Diode D, den geschlossenen Schalter S2 und den Speicherkondensator C2 zu dem Eingangsanschluss 2. Der Schalter S1 ist geschlossen und die Steuereinrichtung 3 noch inaktiv. A detector 7 fed by the auxiliary voltage generating device 6 is connected to the output connections 4 and 5, determines a voltage minimum of the pulsating DC voltage or the point in time at which the pulsating DC voltage has dropped to zero and gives a switching pulse to or near this Time to a switching signal output device 8 from. The switching signal output device 8 fed by the auxiliary voltage generating device 6 generates a switch-on signal for the switch S2 upon receipt of the switching pulse and switches it on so that the charging of the storage capacitor C2 begins at the determined voltage minimum, which causes a low inrush current. The charging current / inrush current flows from the input connection 1, via the coil L, the diode D, the closed switch S2 and the storage capacitor C2 to the input connection 2. The switch S1 is closed and the control device 3 is still inactive.

[0046] Die Steuereinrichtung 3 wird aktiviert und mit der an den Ausgangsanschlüssen 4, 5 bereitgestellten Energie bzw. von der Versorgungseinrichtung versorgt, wenn die Spannung an den Ausgangsanschlüssen 4, 5 oder der Ladestrom einen stabilen Zustand (konstanter mittlerer Ladestrom/Spannung) erreicht hat. Eine Versorgung der Schaltsignal-Abgabeeinrichtung 8 mit der an den Ausgangsanschlüssen 4, 5 bereitgestellten Energie bzw. von der Versorgungseinrichtung ist auch über den Anschluss 9 möglich. Sobald die Steuereinrichtung 3 aktiviert ist oder die Schaltung den Betrieb aufgenommen hat (Steuereinrichtung 3 steuert den Schalter S1), werden die Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung 6 und der Detektor 7 von der Steuereinrichtung 3 abgeschaltet, um Energie zu sparen. The control device 3 is activated and supplied with the energy provided at the output connections 4, 5 or by the supply device when the voltage at the output connections 4, 5 or the charging current has reached a stable state (constant mean charging current / voltage) . A supply of the switching signal output device 8 with the energy provided at the output connections 4, 5 or from the supply device is also possible via the connection 9. As soon as the control device 3 is activated or the circuit has started operation (control device 3 controls the switch S1), the auxiliary voltage generating device 6 and the detector 7 are switched off by the control device 3 in order to save energy.

[0047] In der in der Fig. 1 gezeigten Schaltung steuert die Steuereinrichtung 3 den Schalter S2. Es ist jedoch auch möglich den Schalter S2 mittels der die Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung 6, den Detektor 7 und die Schaltsignal-Abgabeeinrichtung 8 aufweisenden Anordnungen zu schalten. In the circuit shown in FIG. 1, the control device 3 controls the switch S2. However, it is also possible to switch the switch S2 by means of the arrangements having the auxiliary voltage generating device 6, the detector 7 and the switching signal output device 8.

[0048] Die Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung 6 kann zur Erzeugung der Hilfsspannung Primärzellen oder über die Eingangsanschlüsse 1 und 2 ladbare Sekundärzellen aufweisen. The auxiliary voltage generating device 6 can have primary cells for generating the auxiliary voltage or secondary cells which can be charged via the input connections 1 and 2.

[0049] Fig. 3 zeigt eine Schaltung der Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung 6 nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Hilfsspannung mittels einer mit einem Pufferkondensator C3 parallel geschalteten Z-Diode D2 erzeugt wird. Die Anode der ZDiode D2 ist über einen Schalter Q2 und eine Reihenschaltung aus vier Widerständen R3..R6 mit dem Eingangsanschluss 1 bzw. Schaltungspunkt 6a verbunden. Fig. 3 shows a circuit of the auxiliary voltage generating device 6 according to an embodiment according to the present invention, in which the auxiliary voltage is generated by means of a Zener diode D2 connected in parallel with a buffer capacitor C3. The anode of the ZDiode D2 is connected to the input terminal 1 or circuit point 6a via a switch Q2 and a series circuit of four resistors R3..R6.

[0050] Die Widerstände R3..R6, die Z-Diode D2 und der Pufferkondensator C3 bilden einen Kleinspannungserzeuger 10 zum Erzeugen der Hilfsspannung, welche zwischen den Schaltungspunkten 6c und 6d, parallel zum Pufferkondensator C3, anliegt. Die anderen Elemente der Schal-The resistors R3..R6, the Zener diode D2 and the buffer capacitor C3 form a low voltage generator 10 for generating the auxiliary voltage, which is applied between the nodes 6c and 6d, parallel to the buffer capacitor C3. The other elements of the

tung, insbesondere die Schalter Q1 und Q2, dienen der Abschaltfunktion der HilfsspannungsErzeugungseinrichtung 6. device, in particular the switches Q1 and Q2, serve the shutdown function of the auxiliary voltage generating device 6.

[0051] Beim Anliegen der gleichgerichteten Wechselspannung an den Eingangsanschlüssen 1 und 2 bzw. den Schaltungspunkten 6a und 6b wird mit dem aus den Widerständen R1 ..R3 bestehenden Spannungsteiler eine Spannung zum Einschalten des Schalter Q2 erzeugt. Zum Abschalten der Hilfsspannungs-Erzeugungseinrichtung 6 sendet die Steuereinrichtung 3 ein Einschaltsignal über den Schaltungspunkt 6d an den Schalter Q1, welcher die Spannung an dem Schalter Q2 absenkt, so dass dieser den Kleinspannungserzeuger 10 abschaltet. When the rectified AC voltage is applied to the input connections 1 and 2 or the circuit points 6a and 6b, a voltage for switching on the switch Q2 is generated with the voltage divider consisting of the resistors R1 .. R3. To switch off the auxiliary voltage generating device 6, the control device 3 sends a switch-on signal via the switching point 6d to the switch Q1, which lowers the voltage at the switch Q2 so that it switches off the extra-low voltage generator 10.

[0052] Fig. 4 zeigt eine Schaltung des Detektors 7 nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem in einem ersten Schritt in dem Verlauf der gleichgerichteten Wechselspannung ein Scheitelwert detektiert und in einem zweiten Schritt nach Ablauf von einem Viertel der Periodenlänge der Netzspannung ein Einschaltsignal ausgegeben wird. Fig. 4 shows a circuit of the detector 7 according to an embodiment according to the present invention, in which a peak value is detected in a first step in the course of the rectified AC voltage and in a second step after a quarter of the period length of the mains voltage has elapsed Switch-on signal is output.

[0053] Die Schaltung des Detektors 7 weist einen Kondensator C5 und eine Diode 4 auf, die in Reihe zwischen den Eingangsanschlüssen 1 und 2 bzw. den Schaltungspunkten 7b und 7a geschaltet sind. Die Diode 4 ist mit einem über einen Schalter Q5 kurzschließbaren Widerstand R11 parallel verbunden und zwischen dem Kondensator C5 und der Diode D4 ist der Emitter- Anschluss eines Bipolartransistors Q3 angekoppelt, welcher einen Schalter Q4 steuert. The circuit of the detector 7 has a capacitor C5 and a diode 4, which are connected in series between the input connections 1 and 2 and the nodes 7b and 7a. The diode 4 is connected in parallel to a resistor R11 that can be short-circuited via a switch Q5, and the emitter terminal of a bipolar transistor Q3 is coupled between the capacitor C5 and the diode D4 and controls a switch Q4.

[0054] Ein Kondensator C6 ist über einen Widerstand R12 und den geschlossenen Schalter Q4 mit der an dem Schaltungspunkt 7e anliegenden Hilfsspannung ladbar. Der Kondensator C6 und der Widerstand R12 sind so bemessen, dass die Spannung am Kondensator C6 bzw. zwischen den Schaltungspunkten 7a und 7c nach dem Ablauf von einem Viertel der Periodenlänge einen Spannungswert (z.B. den der Hilfsspannung) erreicht, bei dem die mit dem Schaltungspunkt 7c verbundene Schaltsignal-Abgabeeinrichtung 8 ein Einschaltsignal erzeugt (zweiter Schritt). Das Laden des Kondensators C6 wird mit dem Einschalten des Schalters Q4 gestartet. A capacitor C6 can be charged via a resistor R12 and the closed switch Q4 with the auxiliary voltage applied to the circuit point 7e. The capacitor C6 and the resistor R12 are dimensioned so that the voltage on the capacitor C6 or between the nodes 7a and 7c after a quarter of the period length reaches a voltage value (e.g. that of the auxiliary voltage) at which the voltage with the node 7c connected switching signal output device 8 generates a switch-on signal (second step). The charging of the capacitor C6 is started when the switch Q4 is switched on.

[0055] Der Scheitelwert wird mittels dem Kondensator C5 detektiert. Dieser lädt sich mit dem Ansteigen der gleichgerichteten Wechselspannung und entlädt sich mit deren Abfallen. Ist die Spannung am Emitter-Anschluss des Bipolartransistors Q3 null (Scheitelpunkt), wird der Schalter Q4 eingeschaltet. The peak value is detected by means of the capacitor C5. This charges when the rectified alternating voltage increases and discharges when it decreases. If the voltage at the emitter connection of the bipolar transistor Q3 is zero (apex), the switch Q4 is switched on.

[0056] Aufgabe der Schaltsignal-Abgabeeinrichtung 8 ist es, ein stabiles, von dem weiteren Spannungsverlauf am Kondensator C6 unabhängiges Einschaltsignal für den Schalter S2 zu erzeugen. Dies kann mit einem sowohl über den Anschluss 9 als auch von der HilfsspannungsErzeugungseinrichtung 6 speisbaren Flipflop oder Latch erreicht werden. The task of the switching signal output device 8 is to generate a stable switch-on signal for the switch S2 that is independent of the further voltage curve on the capacitor C6. This can be achieved with a flip-flop or latch that can be fed both via the connection 9 and by the auxiliary voltage generating device 6.

[0057] Fig. 5 zeigt eine Schaltung der Schaltsignal-Abgabeeinrichtung 8 nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung, die aus einem Latch 11 und einem Inverter 12 gebildet ist. Erreicht der Spannungswert am Schaltungspunkt 7c den vorgegebenen Spannungswert (Hilfsspannung), fallt die Spannung am Kollektor-Anschluss des Bipolartransistor Q7 auf null und der Inverter 12 springt von dem Potential am Schaltungspunkt 8b auf das Potential am Schaltungspunkt 8c, was dem Einschaltsignal für den Schalter S2 entspricht. 5 shows a circuit of the switching signal output device 8 according to an exemplary embodiment according to the present invention, which circuit is formed from a latch 11 and an inverter 12. If the voltage value at node 7c reaches the specified voltage value (auxiliary voltage), the voltage at the collector connection of the bipolar transistor Q7 falls to zero and the inverter 12 jumps from the potential at node 8b to the potential at node 8c, which is the switch-on signal for switch S2 corresponds.

Claims

Expectations

1. Circuit for limiting inrush current in a power supply unit, with at least one first storage capacitor (C1) and a second storage capacitor (C2), which together form a voltage source for components to be supplied by the power supply unit, and a switch (S2) by means of which the second storage capacitor (C2) is switched on with a time delay with respect to the start of charging of the first storage capacitor (C1).

2, circuit according to claim 1, characterized in that the switch (S2) is a bipolar transistor with an insulated gate electrode.

3. Circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that the capacitance of the first storage capacitor (C1) is smaller than the capacitance of the second storage capacitor (C2).

4. Circuit according to one of claims 1 to 3, with a device (7, 8) for determining a voltage minimum of the charging voltage of the second storage capacitor (C2) and for switching on the switch (S2) at the determined voltage minimum.

5. Circuit for limiting the inrush current in a power supply unit, with at least one storage capacitor C2), which forms a voltage source for components to be supplied by the power supply unit and can be charged by a pulsating DC voltage, a switch (S2) for connecting a charging voltage to the storage capacitor (C2 ), a device (7, 8) for determining a voltage minimum of the charging voltage and for switching on the switch (S2) at a voltage minimum, and a disconnection device (3) for switching off the determination device (7, 8) after the switch (S2) was switched on.

6. Circuit according to claim 5, with a device (6) for generating an auxiliary voltage for supplying the determination device (7, 8).

7. A circuit according to claim 6, characterized in that the device (6) for generating the auxiliary voltage is designed to generate the auxiliary voltage from the pulsating DC voltage.

8. A circuit according to claim 6 or 7, characterized in that the disconnection device (3) represents a component to be fed by the power supply unit, which is supplied with energy and activated when the storage capacitor (C2) reaches a certain state of charge.

9. Circuit according to one of claims 5 to 8, characterized in that the charging voltage is a rectified AC voltage, and the determining device (7, 8) is designed to detect the peak value of the rectified AC voltage, the time of the voltage minimum on the To determine the basis of the detected peak value and to output a switch-on signal to the switch (S2) by means of a latch (11) or flip-flop that can be fed by the auxiliary voltage generating device (6) and the power supply arrangement.

10. Operating device for lighting means having a circuit according to one of claims 1 to 9.

In addition 5 sheets of drawings