DE102004029439A1

DE102004029439A1 - Gleichrichter-Schaltkreis, Schaltkreis-Anordnung und Verfahren zum Herstellen eines Gleichrichter-Schaltkreises

Info

Publication number: DE102004029439A1
Application number: DE102004029439A
Authority: DE
Inventors: Roland Dr. Thewes; Ralf Dr. Brederlow; Christian Dr. Pacha; Werner Dr. Weber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-02-02
Also published as: US20080259665A1; EP1756936A1; WO2005124987A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleichrichter-Schaltkreis zum Bereitstellen einer gleichgerichteten Spannung, mit einem ersten Wechselspannungsanschluss, an den eine Wechselspannung anlegbar ist, mit einem ersten Gleichspannungsanschluss, an dem eine Gleichspannung bereitstellbar ist, und mit einem Steuer-Schalt-Element zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss und dem ersten Gleichspannungsanschluss, das den ersten Wechselspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss nur dann koppelt, wenn das elektrische Potential an dem ersten Wechselspannungsanschluss gegenüber einem Referenzpotential eine vorgebbare Polarität aufweist und wenn der Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Gleichspannungsanschluss kleiner oder gleich dem Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Wechselspannungsanschluss ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichrichter-Schaltkreis, eine Schaltkreis-Anordnung und ein Verfahren zum Herstellen eines Gleichrichter-Schaltkreises.
Bei einer Anwendung mit kontaktloser elektronischer Funktionalität wie einer kontaktlosen Chipkarte oder einem kontaktlosen Identifikations-Datenträger (sogenannter "ID-Tag") wird die für den Betrieb eines zugehörigen Schaltkreises erforderliche elektrische Energie häufig unter Verwendung eines elektromagnetischen Wechselfelds übertragen, welches in der Regel mittels einer Antenne in einen Schaltkreis eingekoppelt wird. Eine solche Antenne kann zum Beispiel eine Spule sein, wenn die Energie induktiv übertragen wird.
Da für den Betrieb eines Schaltkreises üblicherweise eine Gleichspannung erforderlich ist, ist das an Anschlüssen der Antenne üblicherweise abgegriffene Wechselsignal (beispielsweise ein Wechselstrom oder eine Wechselspannung) zunächst gleichzurichten und anschließend gegebenenfalls zu glätten und zu stabilisieren. Hierfür wird üblicherweise ein Gleichrichter-Schaltkreis eingesetzt.
Ferner gibt es Anwendungen, bei denen eine an elektrische Kontakte einer Schaltung angelegte Wechselspannung für den Schaltungsbetrieb gleichgerichtet werden soll.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 1A ein aus dem Stand der Technik bekannter Brückengleichrichter-Schaltkreis 100 zum Gleichrichten einer Eingangs-Wechselspannung V_IM beschrieben.
Der Gleichrichter-Schaltkreis 100 weist eine Wechselspannungsquelle 101 und miteinander verschaltete erste bis vierte Dioden 102 bis 105 auf. Ein erster Anschluss der Wechselspannungsquelle 101 ist mit einem ersten Anschluss der ersten Diode 102 gekoppelt, deren zweiter Anschluss mit einem ersten Anschluss der vierten Diode 105 sowie mit einem ersten Gleichspannungs-Ausgabeanschluss 106 gekoppelt ist. Ferner ist der erste Anschluss der Wechselspannungsquelle 101 mit einem ersten Anschluss der zweiten Diode 103 gekoppelt, deren zweiter Anschluss mit einem ersten Anschluss der dritten Diode 104 und mit einem zweiten Gleichspannungs-Ausgabeanschluss 107 gekoppelt ist. Ein zweiter Anschluss der Wechselspannungsquelle 101 ist mit dem zweiten Anschluss der dritten Diode 104 sowie mit dem zweiten Anschluss der vierten Diode 105 gekoppelt. Zwischen den Gleichspannungs-Ausgabeanschlüssen 106, 107 ist aufgrund der Funktionalität des Gleichrichter-Schaltkreises 100 eine aus der Wechselspannung V_IN generierte Gleichspannung V_OUT bereitgestellt. Ferner ist zwischen den Anschlüssen 106, 107 ein Siebkondensator 108 zum Glätten der gleichgerichteten Ausgangsspannung vorgesehen.
In 1B ist ein Diagramm 110 gezeigt, entlang dessen Abszisse 111 die Spannung V_D zwischen den beiden Anschlüssen von einer der Dioden 102 bis 105 gezeigt ist, und an dessen Ordinate 112 der zugehörige elektrische Strom I_D, der durch die jeweilige Diode 102 bis 105 fließt, aufgetragen ist. In 1B ist somit der Verlauf einer typischen Strom-Spannungs-Kennlinie einer Halbleiterdiode aus einem pn-Übergang skizziert. In erster Näherung sperrt die Diode, falls eine Spannung angelegt wird, die kleiner als eine Schwellenspannung V_T,D der Diode ist. Wird eine Spannung oberhalb dieser Schwellenspannung angelegt, so nimmt der elektrische Strom mit großer Steilheit bei ansteigender Spannung zu.
Für Silizium, welches ein bevorzugtes Material für die Herstellung von Halbleiterdioden ist, liegt der Wert der Schwellenspannung V_T,D material- und herstellungsbedingt typischerweise zwischen 0.6 V und 0.7 V. Da eine solche Spannung bei der in 1A gezeigten Brücken-Gleichrichter-Schaltung 100 jeweils über zwei Dioden abfallen muss, ist eine von Null unterschiedliche Ausgangsspannung V_OUT nur dann erhältlich, wenn der Peak-zu-Peak Abstand der Eingangs-Wechselspannung 1.2 V bis 1.4 V überschreitet.
Im Weiteren wird dieser Sachverhalt bezugnehmend auf das in 1C gezeigte Diagramm 120 beschrieben.
Entlang einer Abszisse 121 von Diagramm 120 ist der Peak-zu-Peak-Wert V_pp,IN einer Wechselspannungs-Eingabespannung V_IN dargestellt. Entlang einer Ordinate 122 von Diagramm 120 ist eine Gleichstrom-Ausgabespannung V_OUT dargestellt. Ein erster Kurvenverlauf 123 zeigt die Abhängigkeit einer Ausgangs-Gleichspannung von einer Eingangs-Wechselspannung für den Fall, dass eine Last angelegt ist. Ein zweiter Kurvenverlauf 124 zeigt die theoretische Begrenzung (Limit), d.h. einen Kurvenverlauf ohne eine angelegte Last.
In 1C aufgetragen ist somit die Ausgangs-Gleichspannung V_OUT gegen den Peak-zu-Peak-Wert der Eingangs-Wechselspannung V_pp,IN für einen Wert der Schwellenspannung von V_T,D = 0.7 V. Die maximal erreichbare Ausgangsgleichspannung V_OUT,
max lässt sich beschreiben als: V_OUT,
max = V_pp,IN – 2V_T,D (1)In realen Anwendungen, bei denen der Ausgang des Gleichrichters durch eine Stromentnahme der angeschlossenen Schaltung belastet wird, liegt die Ausgangsspannung noch unterhalb dieses Wertes, so dass sich typischerweise ein Wert innerhalb der Fläche 125 ergibt, die zwischen dem ersten Kurvenverlauf 123 und dem zweiten Kurvenverlauf 124 liegt.
Wird mit R_par,D der parasitäre Serienwiderstand der Dioden in 1C bezeichnet, so ergibt sich für die maximal erreichbare Ausgangs-Gleichspannung: V_{OUT, max} = V_pp,IN – 2 (V_T,D + R_par,D I_D) (2)
Die Konsequenz dieser Betrachtung ist, dass bei niedrigen Werten der Eingangs-Wechselspannung ein Großteil der eingespeisten Leistung im Gleichrichter selbst und nicht in der damit betriebenen Schaltung verbraucht wird bzw. dass für niedrige zur Verfügung stehende eingespeiste Wechselspannungen bzw. Leistungen ein Betrieb des angeschlossenen Verbrauchers (der Schaltung) aufgrund einer zu geringen erreichbaren Ausgangs-Gleichspannung nicht möglich ist.
Mittels Verwendens von Schottky-Dioden ist es möglich, den Wert des Parameters V_T,D auf ungefähr 200 mV bis 300 mV zu senken. Allerdings bedeutet die Realisierung solcher Dioden in einem Standard-CMOS-Prozess einerseits einen erhöhten Aufwand, zum anderen bleibt das Problem der hohen Serienwiderstände bestehen.
Dieses ungünstige Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung ergibt sich, wenn der angeschlossene Verbraucher mit niedriger Versorgungsspannung betrieben werden muss, bedingt z.B. durch die maximal zulässige Versorgungsspannung von in modernen CMOS-Prozessen gefertigten Schaltungen.
Somit weisen aus dem Stand der Technik bekannte Gleichrichter-Schaltkreise einen niedrigen Wirkungsgrad auf, d.h. ein niedriges Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung.

Der Erfindung liegt insbesondere das Problem zugrunde, einem Gleichrichter-Schaltkreis bereitzustellen, der einen ausreichend hohen Wirkungsgrad aufweist.

Das Problem wird durch einen Gleichrichter-Schaltkreis, durch eine Schaltkreis-Anordnung und durch ein Verfahren zum Herstellen eines Gleichrichter-Schaltkreises mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

Der erfindungsgemäße Gleichrichter-Schaltkreis zum Bereitstellen einer gleichgerichteten Spannung weist einen ersten Wechselspannungsanschluss auf, an den eine Wechselspannung anlegbar ist, und weist einen ersten Gleichspannungsanschluss auf, an dem eine Gleichspannung bereitstellbar ist. Darüber hinaus ist ein Steuer-Schalt-Element zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss und dem ersten Gleichspannungsanschluss bereitgestellt, das den ersten Wechselspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss nur dann koppelt, wenn das elektrische Potential an dem ersten Wechselspannungsanschluss gegenüber einem Referenzpotential eine vorgebare Polarität aufweist, und wenn der Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Gleichspannungsanschluss kleiner oder gleich dem Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Wechselspannungsanschluss ist.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Schaltkreis-Anordnung geschaffen, die ein Substrat und einen auf und/oder in dem Substrat ausgebildeten Gleichrichter-Schaltkreis mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Gleichrichter-Schaltkreises zum Bereitstellen einer gleichgerichteten Spannung wird ein erster Wechselspannungsanschluss gebildet, an den eine Wechselspannung anlegbar ist. Ferner wird ein erster Gleichspannungsanschluss gebildet, an dem eine Gleichspannung bereitstellbar ist. Ein Steuer-Schalt-Element wird zwischen dem erster Wechselspannungsanschluss und dem erster Gleichspannungsanschluss gebildet, wobei das Steuer-Schalt-Element den ersten Wechselspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss nur dann koppelt, wenn das elektrische Potential an dem ersten Wechselspannungsanschluss gegenüber einem Referenzpotential eine vorgebbare Polarität aufweist, und wenn simultan der Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Gleichspannungsanschluss kleiner oder gleich dem Betrag des elektrisrchen Potentials an dem ersten Wechselspannungsanschluss ist.

Eine Grundidee der Erfindung liegt darin, zwischen einem Wechselspannungsanschluss, an dem eine elektrische Spannung angelegt ist, und einem Gleichspannungsanschluss, an dem eine abzunehmende Gleichspannung bereitstellbar ist, ein Steuer-Schalt-Element so vorzusehen, dass bei einer solchen Phase des Wechselspannungssignals, bei dem eine vorgebbare Polarität (positiv oder negativ bezogen auf ein Referenzpotential) vorliegt, das Steuer-Schalt-Element den Wechselspannungsanschluss und den Gleichspannungsanschluss koppelt. Dadurch können anschaulich elektrische Ladungsträger eines bestimmten Vorzeichens (z.B. Elektronen) von dem Wechselspannungsanschluss zu dem Gleichspannungsanschluss gebracht werden, wodurch ein elektrisches Potential eines vorgebbaren Vorzeichens an dem Gleichspannungsanschluss generiert wird. Dagegen sperrt das Steuer-Schalt-Element und entkoppelt den Gleichspannungsanschluss von dem Wechselspannungsanschluss, wenn das Wechselspannungssignal die zu der vorgegebenen Polarität komplementäre Polarität aufweist. Dadurch wird verhindert, dass eine zuvor an einem Gleichspannungsanschluss generierte Ausgangsspannung wieder verringert wird, indem anschaulich Ladungsträger eines "falschen" Ladungsträgertyps von dem Wechselspannungsanschluss zu dem Gleichspannungsanschluss transferiert werden.

Ferner kann ein Szenario auftreten, bei dem an dem Wechselspannungsanschluss ein Signal der richtigen Polarität, aber einer sehr geringen Amplitude anliegt (z.B. kurz nach einem Nulldurchgang der Wechselspannung). Ist die Amplitude des Gleichspannungssignals größer als die des Wechselspannungssignals, so würde ein Koppeln des Wechselspannungsanschlusses mit dem Gleichspannungsanschluss in diesem Szenario zu dem nachteilhaften Effekt führen, dass unerwünschterweise elektrische Ladungsträger von dem Gleichspannungsanschluss zu dem Wechselspannungsanschluss zurückfließen würden, wodurch der Wirkungsrad verringert würde. Diese Tatsache ist erfindungsgemäß erkannt worden und die Funktionalität des Gleichrichter-Schaltkreises ist verbessert worden, indem das Steuer-Schalt-Element den Betrag des Potentials an dem Gleichspannungsanschluss mit dem Betrag des Potentials an dem Wechselspannungsanschluss vergleicht und eine Kopplung zwischen Gleichspannungsanschluss und Wechselspannungsanschluss nur dann herstellt, wenn der Betrag des Wechselspannungssignals größer als der des Gleichspannungssignals ist. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Kopplung zwischen Gleichspannungsanschluss und Wechselspannungsanschluss einerseits nur bei der richtigen Polarität erfolgt, und andererseits auch innerhalb dieser Polarität nur in solchen Zeitintervallen des Wechselspannungssignals, in welchen dieses betragsmäßig größer als das Gleichspannungssignal ist und somit zu einer Anhäufung von elektrischen Ladungsträgern des richtigen Ladungsträgertyps an dem Gleichspannungsanschluss führt. Dadurch ist erfindungsgemäß der Wirkungsgrad des Gleichrichter-Schaltkreises erhöht.

Das polaritäts- und betragsabhängige Koppeln/Entkoppeln von Gleichspannungsanschlüssen und Wechselspannungsanschlüssen kann mittels unterschiedlichster Bauelemente der Elektronik erreicht werden, beispielsweise mittels eines Feldeffekttransistors. Den Vergleich der Beträge des elektrischen Potentials an Gleichspannungsanschlüssen und Wechselspannungsanschluss kann z.B. mittels eines Komparators, etc. realisiert werden.

Das Steuer-Schalt-Element ist als eine steuernde bzw. regelnde Instanz ausgestaltet, die das Vorzeichen einer Polarität eines Wechselspannungssignals erfasst und den Betrag des Potentials an einem Gleichspannungsanschluss mit dem elektrischen Potential an einem Wechselspannungsanschluss vergleicht. Basierend auf dieser Information regelt das Steuer-Schalt-Element die Kopplung bzw. Entkopplung zwischen Wechselspannungsanschluss und Gleichspannungsanschluss so, dass eine sehr effiziente Gleichrichterschaltung erhalten wird.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der Gleichrichter-Schaltkreis kann einen ersten Feldeffekttransistor aufweisen, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist. Mittels Anlegens eines geeigneten elektrischen Potentials an den Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors kann der Feldeffekttransistor in einen leitfähigen oder in einen nicht-leitfähigen (sperrenden) Zustand versetzt werden und somit eine Kopplung oder Entkopplung zwischen Gleichspannungsanschluss und Wechselspannungsanschluss realisiert werden.

Ferner kann der Gleichrichter-Schaltkreis einen ersten Komparator aufweisen, dessen erster Eingang mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des ersten Feldeffekttransistors gekoppelt ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann an den Eingängen des Komparators das aktuelle elektrische Potential des ersten Gleichspannungsanschlusses mit jenem an dem ersten Wechselspannungsanschluss verglichen werden und an dem Komparatorausgang ein elektrisches Potential bereitgestellt werden, welches den Gate-Bereich des ersten Feldeffekttransistors derart steuert, dass der erste Feldeffekttransistor nur dann leitend wird, wenn das elektrische Potential an dem ersten Wechselspannungsanschluss gegenüber einem Referenzpotential eine vorgegebene Polarität aufweist und wenn simultan der Betrag des elektrischen Potentials an dem Gleichspannungsanschluss kleiner oder gleich dem Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Wechselspannungsanschluss ist.

Die beschriebene Verschaltung des ersten Feldeffekttransistors mit dem ersten Komparator stellt eine besonders einfache und wenig aufwendige Realisierung des Steuer-Schalt-Elements des Gleichrichter-Schaltkreises dar. Mit dieser sind die Nachteile von Gleichrichter-Schaltkreisen aus dem Stand der Technik vermieden, die einen geringen Wirkungsgrad aufweisen. Der erste Feldeffekttransistor, der auch als Gleichrichter-Transistor bezeichnet werden kann, hat bei einer geeigneten Dimensionierung einen wesentlich geringeren Spannungsabfall als z.B. die Dioden in 1A. Somit ist der Gleichrichter-Schaltkreis der Erfindung besonders dann vorteilhaft, wenn eine zur Verfügung stehende Wechselspannung bzw. eine über eine Antenne eingestrahlte Leistung bei ungünstigen Entfernungen zwischen einem ID-Tag und einem Lesegerät so klein sind, dass der Peak-zu-Peak-Wert der zur Verfügung stehenden Wechselspannung z.B. nur 1 V oder weniger beträgt. Auch in einem Szenario, bei dem in einer modernen CMOS-Technologie gefertigte Schaltungen verwendet werden, bei welchen die maximal zulässige Betriebsspannung z.B. 1.2 V oder 1.5 V beträgt, ist der erfindungsgemäße Gleichrichter-Schaltkreis besonders vorteilhaft einsetzbar.

Bei dem Gleichrichter-Schaltkreis der Erfindung kann ein zweiter Wechselspannungsanschluss bereitgestellt sein, und ein zweiter Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist. Bei einem zweiten Komparator kann dessen erster Eingang mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt sein, und der zweite Eingang kann mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt sein. Der Ausgang des Komparators kann mit dem Gate-Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors gekoppelt sein.

Bei dem Gleichrichter-Schaltkreis der Erfindung kann auch ein zweiter Gleichspannungsanschluss geschaffen sein, sowie ein dritter Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist. Der Gleichrichter-Schaltkreis kann einen dritten Komparator aufweisen, dessen erster Eingang mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.

Darüber hinaus kann der Gleichrichter-Schaltkreis einen vierten Feldeffekttransistor aufweisen, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist. Bei einem vierten Komparator des Gleichrichter-Schaltkreises kann dessen erster Eingang mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt sein, dessen zweiter Eingang mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt sein, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des vierten Feldeffekttransistors gekoppelt sein.

Alternativ zu den beiden zuletzt beschriebenen Ausgestaltungen kann bei dem Gleichrichter-Schaltkreis ein zweiter Gleichspannungsanschluss bereitgestellt sein, und ein dritter Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, wobei darüber hinaus ein erster Inverter vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Komparators gekoppelt ist, und dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Komparators gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.

Bei dieser Ausgestaltung kann ferner ein vierter Feldeffekttransistor bereitgestellt sein, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist. Der Gleichrichter-Schaltkreis kann ferner einen zweiten Inverter aufweisen, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Komparators gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des vierten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.

Bei einer alternativen Ausgestaltung kann ein zweiter Wechselspannungsanschluss und ein zweiter Gleichspannungsanschluss vorgesehen sein, und der Gleichrichter-Schaltkreis kann ferner einen zweiten Feldeffekttransistor aufweisen, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist. Ferner kann ein dritter Feldeffekttransistor vorgesehen sein, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist. Ein dritter Komparator kann bereitgestellt sein, dessen erster Eingang mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist. Der Gleichrichter-Schaltkreis kann mit einem ersten Inverter vorgesehen sein, dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Komparators gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.

Der Gleichrichter-Schaltkreis kann derart verschaltet sein, dass zumindest einer der Komparatoren und/oder zumindest einer der Inverter mittels der Gleichspannung an dem ersten und/oder dem zweiten Gleichspannungsanschluss mit elektrischer Energie versorgbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung wird die für den Betrieb der Komparatoren bzw. anderer Schaltkreis-Komponenten erforderliche Betriebsgleichspannung der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Gleichrichter-Schaltkreises entnommen. In diesem Szenario schwingt die Schaltung zunächst ein, wobei die Betriebsspannung für die Ansteuer-Schaltungsteile über diejenigen Schaltungsteile aufgebaut wird, die von diesen Ansteuerelementen angesteuert werden. Darüber hinaus liegt auch im eingeschwungenen Zustand an den Gate-Anschlüssen von Gleichrichter-Transistoren eine elektrische Spannung an, deren Betrag unterhalb der Scheitelwerte der Eingangswechselspannung liegt. Größere Spannungsbeträge an diesen Gates verhelfen den Gleichrichter-Transistoren im eingeschalteten Zustand zu höherer Leitfähigkeit und der Gesamtschaltung zu einem höheren Wirkungsgrad.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist ein zusätzlicher Gleichrichter-Schaltkreis (z.B. ein erfindungsgemäßer Gleichrichter-Schaltkreis oder ein aus dem Stand der Technik bekannter Gleichrichter-Schaltkreis wie zum Beispiel der in 1A gezeigte) bereitgestellt, der derart verschaltet wird, dass zumindest einer der Komparatoren und/oder zumindest einer der Inverter mittels des zusätzlichen Gleichrichter-Schaltkreises mit elektrischer Energie versorgbar ist. Anders ausgedrückt wird in diesen Fall die Betriebsspannung für die Komparatoren oder für andere Schaltungsteile mittels eines separaten Gleichrichters erzeugt. Dies kann ein aus dem Stand der Technik bekannter Gleichrichter oder ein erfindungsgemäßer Gleichrichter sein. Da die für den Betrieb von Schaltungsteilen (z.B die Komparatoren oder die Inverter) benötigte Leistung in vielen Fällen gering ist, kann ein solcher zusätzlicher Gleichrichter-Schaltkreis derart dimensioniert werden, dass dessen verminderter Wirkungsgrad bei Betrachtung der Gesamt-Gleichrichter-Schaltung vernachlässigbar klein ist.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Gleichrichter-Schaltkreises ist dieser derart verschaltet, dass zumindest einer der Komparatoren und/oder zumindest einer der Inverter mittels der Wechselspannung an dem ersten und/oder dem zweiten Wechselspannungsanschluss mit elektrischer Energie versorgbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung können die Betriebsspannungen der Komparatoren und weiterer Schaltungsteile direkt von der Wechselspannungsquelle entnommen werden. Liegt an den Komparatoren (z.B. während einer Halbwelle einer Wechselspannung) die richtige Polarität an, so kann zumindest in diesem Zeitintervall der Komparator erfindungsgemäß unter Verwendung der Wechselspannung betrieben werden.

Zumindest einer der Feldeffekttransistoren kann ein Polymer-Feldeffekttransistor, ein Silicon-on-Insulator (SOI) Feldeffekttransistor, ein Bulk-Silizium-Feldeffekttransistor, ein Junction-FET, ein Fin-FET oder ein Doppelgate-Feldeffekttransistor sein.

Die Wechselspannung kann mittels eines Wechselspannungs-Elements bereitgestellt sein, welches vorzugsweise eine Antenne, eine Spule oder eine Wechselspannungsquelle ist.

Bei der Verwendung einer Spule als Wechselspannungs-Element kann diese mit Mittelabgriff vorgesehen sein, an dem ein elektrisches Referenzpotential bereitstellbar ist. Beispielsweise kann der Mittelabgriff der Spule auf das elektrische Massepotential gelegt werden.

Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Schaltkreiskomponenten des erfindungsgemäßen Gleichrichter-Schaltkreises in Polymerelektronik oder Silizium-Mikroelektronik realisiert.

Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung, die einen erfindungsgemäßen Gleichrichter-Schaltkreis aufweist, näher beschrieben. Ausgestaltungen des Gleichrichter-Schaltkreises gelten auch für die Schaltkreis-Anordnung und umgekehrt.

Die Schaltkreis-Anordnung kann als kontaktlose Chipkarte oder Identifikations-Datenträger ("ID-Tag", insbesondere ein RFID-("Radio Frequency Identification") Datenträger, z.B. ein Transponder) eingerichtet sein bzw. in einer solchen Vorrichtung eingebracht sein. Auf diesen Anwendungsgebieten kommen die Vorteile des Gleichrichter-Schaltkreises besonders stark zum Tragen, nämlich ein einfacher Aufbau, eine kostengünstige Herstellbarkeit und eine ausrechend gute und verlustarme Funktionalität beim Bereitstellen einer Gleichspannung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.
Es zeigen:
1A einen aus dem Stand der Technik bekannten Gleichrichter-Schaltkreis,
1B eine Strom-Spannungs-Kennlinie von in dem Gleichrichter-Schaltkreis aus 1A verschalteten Dioden,
1C ein Diagramm, das die mit dem Gleichrichter-Schaltkreis aus 1A erreichbare Ausgangs-Gleichspannung in Abhängigkeit von einer Eingangs-Wechselspannung zeigt,
2 einen Gleichrichter-Schaltkreis gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 einen Gleichrichter-Schaltkreis gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 einen Gleichrichter-Schaltkreis, der eine Vorform eines erfindungsgemäßen Gleichrichter-Schaltkreises ist,
5 eine Anordnung von Diagrammen, aus welcher die Funktionalität eines erfindungsgemäßen Gleichrichter-Schaltkreises hervorgeht,
6 einen Gleichrichter-Schaltkreis gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 einen Gleichrichter-Schaltkreis gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8 einen Gleichrichter-Schaltkreis gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
9 ein Gleichrichter-Schaltkreis gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
10A bis 10C Teilbereiche des in 9 dargestellten Gleichrichter-Schaltkreises,
11 einen Gleichrichter-Schaltkreis gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
12A bis 12C Teilbereiche des in 11 gezeigten Gleichrichter-Schaltkreises.
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 2 ein Gleichrichter-Schaltkreis 200 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Der Gleichrichter-Schaltkreis 200 dient zum Bereitstellen einer gleichgerichteten Spannung, und enthält einen Wechselspannungsanschluss 201, an dem eine Wechselspannung angelegt ist. Ferner enthält der Gleichrichter-Schaltkreis 200 einen Gleichspannungsanschluss 202, an dem eine gleichgerichtete Gleichspannung bereitgestellt ist. Ein Steuer-Schalt-Element 203 zwischen dem Wechselspannungsanschluss 201 und dem Gleichspannungsanschluss 202 koppelt den Wechselspannungsanschluss 201 mit dem Gleichspannungsanschluss 202 nur dann, wenn das elektrische Potential an dem Wechselspannungsanschluss 201 gegenüber dem Massepotential als Referenzpotential eine elektrisch positive Polarität aufweist, und wenn simultan der Betrag des elektrischen Potentials an dem Gleichspannungsanschluss 202 kleiner oder gleich dem Betrag des elektrischen Potentials an dem Wechselspannungsanschluss 201 ist.
Anschaulich kann somit das Steuer-Schalt-Element 203 als eine Regelungs-Einrichtung angesehen werden, die basierend auf den elektrischen Potentialen an dem Wechselspannungsanschluss 201 und an dem Gleichspannungsanschluss 202 eine elektrisch leitfähige Kopplung zwischen dem Wechselspannungsanschluss 201 und dem Gleichspannungsanschluss 202 nur dann herstellt, wenn das gegenwärtige Potential der Wechselspannung die positive Polarität einer gewünschten bereitzustellenden positiven Gleichspannung aufweist und wenn das elektrische Potential mit der positiven Polarität an dem Wechselspannungsanschluss 201 zu einem bestimmten Zeitpunkt einen höheren Betrag aufweist als der Betrag an dem Gleichspannungsanschluss 202, wodurch ein unerwünschtes Zurückfließen von elektrischen Ladungsträgern von dem Gleichspannungsanschluss 202 zu dem Wechselspannungsanschluss 201 vermieden und somit der Wirkungsgrad des Gleichrichter-Schaltkreises erhöht wird.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 3 ein Gleichrichter-Schaltkreis 300 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Der Gleichrichter-Schaltkreis 300 weist eine Wechselspannungsquelle 301 auf, welche mit einem Steuer-Schalt-Element 302 derart in Wirkverbindung geschaltet ist, dass eine elektrische Gleichspannung generiert wird. Die Wechselspannungsquelle 301 ist zwischen einen ersten Wechselspannungsanschluss 303 und einen zweiten Wechselspannungsanschluss 304 geschaltet und stellt zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss 305 und einem zweiten Gleichspannungsanschluss 306, welcher auf das elektrische Massepotential 309 gebracht ist, eine Gleichspannung bereit. Hierzu sind ein erster p-MOS-Feldeffekttransistor 307 und ein zweiter p-MOS-Feldeffekttransistor 308 mit dem Steuer-Schalt-Element 302 und mit der Wechselspannungsquellen 301 verschaltet.
Der erste Wechselspannungsanschluss 303 ist mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 307 und mit einem ersten Eingang des Steuer-Schalt-Elements 302 gekoppelt. Der erste Source-/Drain-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 308 ist mit einem zweiten Eingang des Steuer-Schalt-Elements 302 und mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 gekoppelt.
Die zweiten Source-/Drain-Anschlüsse des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 307 und des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 308 sind miteinander und mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 gekoppelt. Ein dritter Eingang des Steuer-Schalt-Elements 302 ist mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 gekoppelt. Ein erster Ausgang des Steuer-Schalt-Elements 302 ist mit dem Gate-Anschluss des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 307 gekoppelt. Ein zweiter Ausgang des Steuer-Schalt-Elements 302 ist mit dem Gate-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 308 gekoppelt.
Somit steuert das Steuer-Schalt-Element 302 die elektrischen Potentiale an den Gate-Anschlüssen der p-MOS-Feldeffekttransistoren 307, 308 und bestimmt somit basierend auf einem Vergleich der gegenwärtigen elektrischen Potentiale an den drei Eingängen des Steuer-Schalt-Elements 302, ob die Wechselspannungsanschlüsse 303, 304 mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 gekoppelt werden oder nicht.
Liegt z.B. in einem bestimmten Betriebszustand der Wechselspannungsquelle 301 an dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 ein gegenüber einem elektrischen Referenzpotential (z.B. dem elektrischen Massepotential) positives elektrisches Potential an, so stellt das Steuer-Schalt-Element 302 das elektrische Potential an dem Gate-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 308 so ein, dass der zweite p-MOS-Feldeffekttransistor 308 sperrt. Dagegen stellt das Steuer-Schalt-Element 302 das elektrische Potential an dem Gate-Anschluss des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 307 so ein, dass der erste p-MOS-Feldeffekttransistor 307 leitend ist, da an dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 in diesem Betriebszustand ein negatives elektrisches Potential anliegt. Dadurch ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 und dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 hergestellt. Das Steuer-Schalt-Element 302 stellt eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem zweiten Source-/Drain-Anschluss des leitenden p-MOS-Feldeffekttransistors 307 und den ersten Gleichspannungsanschluss 305 aber dann her, wenn der Betrag des positiven elektrischen Potentials an dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 kleiner ist als der Betrag des (gegenwärtig positiven) elektrischen Potentials an dem ersten Wechselspannungsanschluss 303. Sind diese beiden Bedingungen kumulativ erfüllt (nämlich erstens, dass das elektrische Potential an dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 gegenüber dem Referenzpotential positiv ist, und dass zweitens der Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 kleiner ist als an dem ersten Wechselspannungsanschluss 303), wird mittels des Steuer-Schalt-Elements 302 zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 und dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 eine elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt, so dass elektrische Ladungsträger des richtigen Ladungsträgertyps von dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 zu dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 transferiert werden. Dadurch wird zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 305, 306 sukzessive eine Gleichspannung aufgebaut. Ein unerwünschter Ladungsträgerrückfluss von dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 in die Wechselspannungsquelle 301 ist vermieden.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 4 ein Gleichrichter-Schaltkreis 400 beschrieben, der eine Vorform eines erfindungsgemäßen Gleichrichter-Schaltkreises gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt und anhand welchem ein wichtiger Aspekt der Erfindung beschrieben wird.
Der Gleichrichter-Schaltkreis 400 enthält wiederum eine Wechselspannungsquelle 301, die zwischen einem ersten Wechselspannungsanschluss 303 und einem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 eine Wechselspannung bereitstellt. Zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss 305 und einem zweiten Gleichspannungsanschluss 306 ist eine Gleichspannung bereitgestellt. Der erste Wechselspannungsanschluss 303 ist mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss eines ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 401 und ist mit dem Gate-Anschluss eines zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 402 gekoppelt, wobei die zweiten Source-/Drain-Anschlüsse des ersten und des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 401, 402 miteinander und mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 gekoppelt sind. Ferner ist der erste Wechselspannungsanschluss 303 mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss eines ersten n-MOS-Feldeffekttransistors 403 und mit dem Gate-Anschluss eines zweiten n-MOS-Feldeffekttransistors 404 gekoppelt. Der Gate-Anschluss des ersten n-MOS-Feldeffekttransistors 403 und der erste Source-/Drain-Anschluss des zweiten n-MOS-Feldeffekttransistors 404 sind mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304, mit dem Gate-Anschluss des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 401 und mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 402 gekoppelt. Die zweiten Source-/Drain-Anschlüsse des ersten n-MOS-Feldeffekttransistors 403 und des zweiten n-MOS-Feldeffekttransistors 404 sind mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 306 gekoppelt. Zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 306 ist ein Siebkondensator 405 geschaltet. Zwischen den ersten zweiten Gleichspannungsanschlüssen 305, 306 ist eine Ausgangs-Gleichspannung V_OUT bereitgestellt, die aus der Eingangs-Wechselspannung V_IN gebildet ist.
Der Gleichrichter-Schaltkreis 400 mit dem kreuzweise verschalteten Feldeffekttransistoren 401 bis 404 hat den Vorteil, dass gegenüber den Brücken-Gleichrichter-Schaltkreis 100 aus Siliziumdioden 102 bis 105 die Spannungsabfälle über die Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 bei geeigneter Dimensionierung wesentlich geringer sind als bei der Schaltung aus 1A. Die Transistoren 401 bis 404 werden anschaulich als dreiterminale Bauelemente betrieben, und nicht als zweiterminale Bauelemente wie die Dioden aus 1A.
Die Gleichrichtung bei dem Gleichrichter-Schaltkreis 400 beruht auf folgendem Aspekt: wenn z.B. an dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 der Spannungsquelle 301 V_IN ein positives elektrisches Potential anliegt, liegt an dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 ein negatives elektrisches Potential an. Dadurch ist der erste p-MOS-Transistor 401 eingeschaltet, der zweite p-MOS-Transistor 402 ist ausgeschaltet, und das positive elektrische Potential an dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 wird an den ersten Gleichspannungsanschluss 305 weitergeleitet, der das positive Gleichspannungspotential liefern soll. In der nächsten Halbwelle der anregenden Wechselspannung 301 liegt an dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 ein negatives elektrisches Potential und an dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 ein positives elektrisches Potential, so dass in diesem Szenario der zweite p-MOS-Transistor 402 leitet und der erste p-MOS-Feldeffekttransistor 401 sperrt, und so wird das positive elektrische Potential an dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 an den ersten Gleichspannungsanschluss 305 geliefert, der das positive Gleichspannungspotential darstellt.
Eine analoge Argumentation ergibt sich für die negative Ausgangs-Gleichspannung der Schaltung, die über den ersten n-MOS-Transistor 403 und über den zweiten n-MOS-Transistor 404 bereitgestellt wird, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass diese n-MOS-Transistoren 403, 404 mit einer positiven Gate-Spannung eingeschaltet und mit einer negativen Gate-Spannung ausgeschaltet werden.
Allerdings ist bei dem Schaltkreis 400, der lediglich eine Vorform des im Weiteren bezugnehmend auf 6 beschriebenen Gleichrichter-Schaltkreises 600 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, nachteilhaft, dass ein Ladungsrückfluss von den Gleichspannungsanschlüssen 305, 306 in die Eingangs-Wechselspannungsquelle 301 in einem ungünstigen Szenario möglich ist, wodurch der Wirkungsgrad des Gleichrichter-Schaltkreises 400 nicht optimal ist.
5 zeigt eine Schemazeichnung, an der Vorzeichen und Betrag unterschiedlicher elektrischer Potentiale an Anschlüssen des Gleichrichter-Schaltkreises 400 gezeigt sind.
In einem unteren Abschnitt von 5 sind beide Phasen der Eingangs-Wechselspannung sowie die positive und negative Ausgangsspannung des Gleichrichter-Schaltkreises 400 als Funktion der Zeit aufgetragen. Insbesondere ist in 5 eine erste Eingangswechselspannungs-Phase 501 gezeigt, d.h. der Potentialverlauf an dem ersten Wechselspannungsanschluss 303. Ferner ist eine zweite Eingangswechselspannungs-Phase 502 gezeigt, d.h, der Verlauf des elektrischen Potentials an dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304. Ferner sind in dem unteren Abschnitt von 5 der Zeitverlauf des ersten Ausgangsgleichspannungs-Potentials 503 an dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 gezeigt. Darüber hinaus ist in 5 der Zeitverlauf des zweiten Ausgangsgleichspannungs-Potentials 504 gezeigt, der an dem zweiten Gleichspannungsausgangsanschluss 306 anliegt.
In dem mittleren Bereich von 5 ist der Betrag der effektiven Gate-Spannung |V_G,eff| 505 der jeweils eingeschalteten Transistoren der Transistoren 401 bis 404 gezeigt.
In dem oberen Abschnitt von 5 ist angezeigt, innerhalb welcher Zeiträume die Transistoren 401 bis 404 eingeschaltet sind. Innerhalb einer ersten Schaltphase 506 sind der zweite p-MOS-Feldeffekttransistor 402 und der erste n-MOS-Feldeffekttransistor 403 leitend, wohingegen in einer zweiten Schaltphase 507 der erste p-MOS-Feldeffekttransistor 401 und der zweite n-MOS-Feldeffekttransistor 404 leitend sind. Während Ladungsrückfluss-Zeitabschnitten 508 tritt bei dem Gleichrichter-Schaltkreis 400 ein unerwünschter Rückfluss von elektrischen Ladungsträgern von den Gleichspannungsanschlüssen 305, 306 an die Wechselspannungsanschlüsse 303, 304, d.h. in die Wechselspannungsquelle 301 zurück auf, welche den Wirkungsgrad der Schaltung verringern.
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist jeweils zu Beginn und zum Ende dieser Zeitintervalle die Situation gegeben, dass die positive (oder negative) Ausgangsspannung größer (oder kleiner) als der aktuelle Wert der Spannung an dem Knoten der Eingangsspannungsquelle 301 ist, mit dem der Ausgang 305 bzw. 306 über die Transistoren 401 bis 404 gegenwärtig gekoppelt ist. Diese Zeitintervalle, in denen das der Fall ist, sind in der 5 durch die Balken 508 kenntlich gemacht. In diesen Zeitintervallen tritt somit Ladungsrückfluss vom Ausgang zum Eingang der Schaltung auf.
Bei dem in 6 gezeigten Gleichrichter-Schaltkreis 600 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Probleme mit dem Ladungsrückfluss, die bei dem Gleichrichter-Schaltkreis 400 auftreten, effektiv vermieden.
Im Weiteren wird der Aufbau des Gleichrichter-Schaltkreises 600 beschrieben.
Der erste Wechselspannungsanschluss 303, der mit der Wechselspannungsquelle 301 gekoppelt ist, ist ferner mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss eines ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 401, mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss eines ersten n-MOS-Feldeffekttransistors 403, mit einem negativen Eingang eines ersten Komparators 601 und mit einem negativen Eingang eines dritten Komparators 603 gekoppelt. Der zweite Wechselspannungsanschluss 304 ist mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 402, mit einem negativen Eingang eines zweiten Komparators 602, mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 404 und mit einem negativen Eingang eines vierten Komparators 604 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Anschluss des ersten p- MOS-Feldeffekttransistors 401, der positive Eingang des ersten Komparators 601, der zweite Source-/Drain-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 402 und der positive Eingang des zweiten Komparators 602 sind mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 gekoppelt. Ferner sind ein zweiter Source-/Drain-Anschluss des ersten n-MOS-Feldeffekttransistors 403, ein positiver Anschluss des dritten Komparators 603, ein zweiter Source-/Drain-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 404 und ein positiver Eingang des vierten Komparators 604 mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 306 gekoppelt. Zwischen dem ersten Gleichspannungsanschluss 305 und dem zweiten Gleichspannungsanschluss 306 ist ein Siebkondensator 405 zum Glätten der gleichgerichteten Ausgangsspannung vorgesehen. Ferner ist der Ausgang des ersten Komparators 601 mit dem Gate-Anschluss des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 401 gekoppelt. Der Ausgang des zweiten Komparators 602 ist mit dem Gate-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 402 gekoppelt. Der Gate-Anschluss des dritten Komparators 603 ist mit dem Gate-Anschluss des ersten n-MOS-Feldeffekttransistors 403 gekoppelt. Der Ausgang des vierten Komparators 604 ist mit dem Gate-Anschluss des zweiten n-MOS-Feldeffekttransistors 404 gekoppelt.
Im Weiteren wird die Funktionalität des Gleichrichter-Schaltkreises 600 näher beschrieben.
Mit Hilfe der ersten bis vierten Komparatoren 601 bis 604 werden jeweils die gleichspannungsseitigen und die wechselspannungseitigen Source-/Drain-Potentiale der Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 verglichen, und die Komparatorausgänge steuern die Gates der Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 derart an, dass im Falle der Transistoren 401, 402 (bzw. 403 und 404), die das positive (bzw. negative) Gleichspannungspotential liefern, diejenigen Transistoren in den leitenden Zustand geschaltet werden (d.h. dass deren Gate-Potential negativ (bzw. positiv) ist), wenn die gleichspannungsseitige positive (bzw. negative) Ausgangsspannung kleiner (bzw. größer) ist als die wechselspannungsseitige Eingangsspannung.
Anschaulich ist durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Wechselspannungsquelle 301 mit dem Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 und den Komparatoren 601 bis 604 eine gleichgerichtete Spannung vorgebbaren bzw. beliebigen Vorzeichens mit einer einfachen und wenig aufwendigen Schaltungsarchitektur erzeugt. Die als dreiterminale Bauelemente betriebenen Transistoren 401 bis 404 können schon bei geringeren Spannungen betrieben werden als die Dioden aus 1A. Ferner ist bei dem Gleichrichter-Schaltkreis 600 effektiv vermieden, dass ein unerwünschter Ladungsträgerrückfluss von den Ausgangsanschlüssen 305, 306 zu den Eingangsanschlüssen 303, 304 erfolgt. Dies wird durch die gezeigte Verschaltung der Transistoren 401 bis 404 mit den Komparatoren 601 bis 604 erreicht. Anschaulich ist erfindungsgemäß ein Regel-Mechanismus geschaffen, der in besonders vorteilhafter Weise die Transistoren 401 bis 404 zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand hin und her schaltet. Hierfür wird nicht nur das Vorzeichen, d.h. die Polarität, eines elektrischen Potentials (z.B. bezogen auf ein elektrisches Referenzpotential) an Eingangswechselspannungsanschlüssen 303, 304 betrachtet, sonders es wird zusätzlich der Betrag des elektrischen Potentials zwischen dem jeweiligen Ausgangsanschluss 305 (oder 306) und dem zugehörigen Eingangsanschluss 303 (bzw. 304) verglichen, so dass selbst bei richtiger Polarität aber zu geringem Betrag des Potentials, der gegenwärtig an den Eingangsanschlüssen 303, 304 anliegt, der Sperrzustand der Transistoren 401 bis 404 aufrechterhalten wird, wodurch ein unerwünschter Ladungsträgerrückfluss vermieden ist.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 7 ein Gleichrichter-Schaltkreis 700 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Der in 7 gezeigte Gleichrichter-Schaltkreis 700 unterscheidet sich von dem in 6 gezeigten Gleichrichter-Schaltkreis 600 im Wesentlichen dadurch, dass die dritten und vierten Komparatoren 603, 604 in 7 eingespart sind und dass zusätzlich ein erster Inverter 701 und ein zweiter Inverter 702 vorgesehen sind. Der Ausgang des ersten Komparators 601 ist mit einem Eingang des ersten Inverters 701 gekoppelt, dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des zweiten n-MOS-Feldeffekttransistors 404 gekoppelt ist. Ferner ist der Ausgang des zweiten Komparators 602 mit einem Eingang des zweiten Inverters 702 gekoppelt, dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des ersten n-MOS-Feldeffekttransistors 403 gekoppelt ist.
Aus Symmetriegründen gilt für viele Anmeldungsfälle, dass ein positives Spannungsgefälle zwischen wechselspannungsseitigen und gleichspannungsseitigen Source-/Drain-Knoten der Transistoren 401 bzw. 402 mit einem negativen Spannungsgefälle zwischen wechselspannungsseitigen und gleichspannungsseitigen Source-/Drain-Knoten der Transistoren 403, 404 korreliert ist, und dass ein negatives Spannungsgefälle zwischen wechselspannungsseitigen und gleichspannungsseitigen Source-/ Drain-Knoten der Transistoren 401 bzw. 402 mit einem positiven Spannungsgefälle zwischen wechselspannungsseitigen und gleichspannungsseitigen Source-/Drain-Knoten der Transistoren 403 bzw. 404 korreliert ist.
Aus diesem Grunde genügen zwei statt vier Komparatoren, wie es in dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel realisiert ist. Mit den Ausgängen der ersten und zweiten Komparatoren 601, 602 kann jeweils ein Transistor 401 bzw. 402 direkt und ein komplementärer Transistor 403 bzw. 404 nach Inversion des Komparatorausgangssignals unter Verwendung des ersten Inverters 701 bzw. des zweiten Inverters 702 angesteuert werden. Die beiden realisierten Komparatoren 601, 602 sind komplementär in beiden Halbwellen der Eingangswechselspannung aktiv, da jeweils eine Paarung der Gleichrichter-Transistoren, d.h. erster p-MOS-Feldeffekttransistor 401 und zweiter n-MOS-Feldeffekttransistor 404, oder zweiter p-MOS-Feldeffekttransistor 402 und erster n-MOS-Feldeffekttransistor 403, in jeweils einer der beiden Halbwellen aktivierbar ist.
7 zeigt eine Konfiguration, bei der jeweils einer der Komparatoren 601, 602 mit jeweils einem Pol 303 bzw. 304 der Wechselspannungsquelle 301 und entweder mit dem positiven oder mit dem negativen Pol 305 oder 306 der Ausgangsgleichspannung gekoppelt ist.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 8 ein Gleichrichter-Schaltkreis 800 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Der in 8 gezeigte Gleichrichter-Schaltkreis 800 unterscheidet sich von dem in 6 gezeigten Gleichrichter- Schaltkreis 600 im Wesentlichen dadurch, dass der zweite Komparator 602 und der vierte Komparator 604 eingespart sind, und dass in 8 zusätzlich ein erster Inverter 801 und ein zweiter Inverter 802 verschaltet sind. Der Ausgang des ersten Komparators 601 ist mit dem Eingang des ersten Inverters 801 gekoppelt, dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des zweiten n-MOS-Feldeffekttransistors 404 gekoppelt ist. Ferner ist der Ausgang des dritten Komparators 603 mit einem Eingang des zweiten Inverters 802 gekoppelt, dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 402 gekoppelt ist.
Somit zeigt 8 eine Konfiguration, bei der beide Komparatoren 601, 603 am gleichen Pol, nämlich dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 der Wechselspannungsquelle 301 angeschlossen sind, jedoch vergleichen die Komparatoren 601, 603 die Potentiale beider Pole 305 bzw. 306 der Ausgangsgleichspannung.
Somit ist die mögliche Aktivierung (Schalten der Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 in den leitenden Zustand) in beiden Halbwellen der Eingangswechselspannung gesichert.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 9 ein Gleichrichter-Schaltkreis 900 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Bei dem Gleichrichter-Schaltkreis 900, der dem Gleichrichter-Schaltkreis 700 ähnelt, ist die interne Verschaltung des ersten Inverters 701 und des zweiten Inverters 702 gezeigt. Der erste Inverter 701 ist mittels eines ersten p-MOS-Inverter-Transistors 901 und mittels eines ersten n-MOS- Inverter-Transistors 902 realisiert, die miteinander in Inverterschaltung verschaltet sind. Der zweite Inverter 702 ist mittels eines zweiten p-MOS-Inverter-Transistors und mittels eines zweiten n-MOS-Inverter-Transistors 904 realisiert, welche Transistoren 903, 904 in Inverterschaltung verschaltet sind. Ferner ist in 9 ein erster p-MOS-Schalt-Transistor 905 gezeigt, wobei der erste Source-/Drain-Anschluss des ersten p-MOS-Schalt-Transistors 905 mit dem Ausgang des ersten Komparators 601 gekoppelt ist, der zweite Source-/Drain-Anschluss des ersten n-MOS-Schalt-Transistors 905 mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 gekoppelt ist und der Gate-Anschluss des ersten p-MOS-Schalt-Transistors 905 mit dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 gekoppelt ist. Bei einem zweiten p-MOS-Schalt-Transistor 906 ist ein erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 gekoppelt, ist ein zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem Ausgang des zweiten Komparators 602 gekoppelt und ist der Gate-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 gekoppelt. Bei einem ersten n-MOS-Schalt-Transistor 907 ist ein erster Source-/Drain-Anschluss mit dem Ausgang des zweiten Inverters 702 gekoppelt, ist der zweite Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 gekoppelt und ist der Gate-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss 303 gekoppelt. Bei einem zweiten n-MOS-Schalt-Transistor 908 ist ein erster Source-/Drain-Anschluss mit einem Ausgang des zweiten Inverters 702 gekoppelt, ist ein zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem Ausgang des ersten Inverters 701 gekoppelt und ist ein Gate-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss 304 gekoppelt.
Anhand des Gleichrichter-Schaltkreises 900 wird im Weiteren beschrieben, wie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Spannungsversorgung der Komparatoren 601, 602 und aller Schaltungsteile, die zur Ansteuerung der Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 dienen, realisiert wird.
Wie in 9 gezeigt ist, wird hierfür die Betriebsspannung der Komparatoren 601, 602 und weiterer Spannungsteile direkt der Wechselspannungsquelle 301 entnommen. Die Bezeichnungen VDD und VSS stellen die Anschlüsse der Komparatorschaltung dar, an die im regulären Betrieb die positive und die negative Betriebsgleichspannung angelegt würde. Hierfür sind in 9 ein oberes Betriebsspannungspotential 909 VDD und ein unteres Betriebsspannungspotential 910 VSS gezeigt. Wie der Schaltung aus 9 entnommen werden kann, liegt damit an beiden Komparatoren 601, 602 in jeweils einer Halbwelle die richtige Polarität an, während der anderen Halbwelle liegt am positiven/negativen Betriebsspannungsanschluss eine negative/positive Spannung an.
Bei dem Betrieb mit richtiger Polarität werden die Komparatoren 601, 602 mittels der bereitgestellten Potentiale betrieben. Der Ausgang der Komparatoren 601, 602 steuert das Gate eines jeweiligen Gleichrichter-Transistors 401 bzw. 402 direkt an, das Gate eines weiteren Transistors 403 bzw. 404 wird über einen jeweiligen Inverter 701 bzw. 702 angesteuert. Bei Umkehrung der Polarität werden sowohl der Ausgang des Komparators 601, 602 als auch der des assoziierten Inverters 701 bzw. 702 hochohmig. Um zu verhindern, dass in diesem Falle ein undefiniertes Potential an den Gate-Anschlüssen der Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 anliegt, sind erste bis vierte Schalt-Transistoren 905 bis 908 in die Schaltung eingefügt. Diese beaufschlagen den Gate-Anschluss der Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 während der Halbwelle der Eingangswechselspannung, während welcher der entsprechende Gleichrichter-Transistor 401 bis 404 immer sperren soll, im Falle der p-MOS-(n-MOS-) Transistoren mit der höchsten verfügbaren positiven (negativen) Spannung, so dass der Arbeitspunkt definiert ist und die Sperrung des Transistors garantiert ist.
Im Weiteren werden bezugnehmend auf 10A bis 10C Teilansichten des Gleichrichter-Schaltkreises 900 beschrieben.
In 10A ist eine Teilansicht 1000 des Gleichrichter-Schaltkreises 900 gezeigt. In Teilansicht 1010 von 10B ist die interne Verschaltung des ersten und des zweiten Komparators 601, 602 der Teilansicht 1000 gezeigt.
Der erste Komparator 601 ist in der Teilansicht 1010 mittels eines ersten p-MOS-Komparator-Transistors 1001 realisiert, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss eines ersten n-MOS-Komparator-Transistors 1003 gekoppelt ist. Der zweite Source-/Drain-Anschluss des ersten p-MOS-Komparator-Transistors 1001 ist mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss eines zweiten p-MOS-Komparator-Transistors 1002 gekoppelt, dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss eines zweiten n-MOS-Komparator-Transistors 1004 gekoppelt ist. Der Gate-Anschluss des ersten p-MOS-Komparator-Transistors 1001 ist mit seinem ersten Source-/Drain-Anschluss und mit dem Gate-Anschluss des zweiten p-MOS-Komparator-Transistors 1002 gekoppelt. Die interne Verschaltung eines dritten p-MOS-Komparator-Transistors 1005, eines vierten p-MOS-Komparator-Transistors 1006, eines dritten n-MOS-Komparator-Transistors 1007 und eines vierten n-MOS-Komparator-Transistors 1008 des zweiten Komparators 602 ist in 10B gezeigt. Diese Verschaltung entspricht jener der Transistoren 1001 bis 1004 in dem ersten Komparator 601.
Die in der Teilansicht 1010 gezeigte Realisierung der Komparatoren 601, 602 wird unter Verwendung einer sogenannten Quasidifferenzstufe aus den je vier Transistoren 1001 bis 1004 bzw. 1005 bis 1008 gebildet, wodurch ein Betrieb bei sehr geringen Spannungen erlaubt ist.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 10C eine Teilansicht 1020 des Gleichrichter-Schaltkreises 900 beschrieben, bei dem eine weitere Verbesserung in Form eines dritten Inverters 1021 und eines vierten Inverters 1022 implementiert ist.
Die interne Struktur des ersten und des zweiten Komparators 601, 602 ist in 10C wie in 10B realisiert. Ferner sind an dem Ausgang der Komparatoren 601, 602 ein dritter Inverter 1021 bzw. ein vierter Inverter 1022 bereitgestellt. Der dritte Inverter 1021 ist aus einem dritten p-MOS-Inverter-Transistor 1023 und aus einem dritten n-MOS-Inverter-Transistor 1024 gebildet, die in Inverterschaltung verschaltet sind. Ferner ist der vierte Inverter 1022 aus einem vierten p-MOS-Inverter-Transistor 1025 und aus einem vierten n-MOS-Inverter-Transistor 1026 gebildet, die in Inverterschaltung verschaltet sind. Die dritten und vierten Inverter 1021, 1022 sind zur Erhöhung der Verstärkung der Komparatorstufen 601, 602 nachgeschaltet. Aufgrund der zusätzlichen Inversion durch diese Stufen sind die Eingänge der Transistoren 1001, 1002, 1005, 1006 gegenüber 10B vertauscht.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 11 ein Gleichrichter-Schaltkreis 1100 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Der Gleichrichter-Schaltkreis 1100 ähnelt dem in 8 dargestellten Gleichrichter-Schaltkreis 800 und stellt gegenüber diesem Schaltkreis eine weitere Verbesserung dar. Bei dem Gleichrichter-Schaltkreis 1100 ist die interne Verschaltung des ersten Inverters 801 und des zweiten Inverters 802 gezeigt. Der erste Inverter 801 ist mittels eines ersten p-MOS-Inverter-Transistors 1101 und mittels eines ersten n-MOS-Inverter-Transistors 1102 gebildet, die in Inverterschaltung verschaltet sind. Der zweite Inverter 802 ist mittels eines zweiten p-MOS-Inverter-Transistors 1103 und mittels eines zweiten n-MOS-Inverter-Transistors 1104 realisiert, die in Inverterschaltung verschaltet sind. Ferner sind auch in 11 ähnlich wie in 10 vier Schalt-Transistoren 1105 bis 1108 bereitgestellt, nämlich ein erster p-MOS-Schalt-Transistor 1105, ein zweiter p-MOS-Schalt-Transistor 1106, ein erster n-MOS-Schalt-Transistor 1107 und ein zweiter n-MOS-Schalt-Transistor 1108. Die Schalt-Transistoren 1105 bis 1108 sind vorgesehen, um zu verhindern, dass ein undefiniertes Potenzial an den Gates der Gleichrichter-Transistoren 401 bis 404 anliegt.
In 12A ist eine Teilansicht 1200 des Gleichrichter-Schaltkreises 1100 aus 11 gezeigt. In 12B ist eine Teilansicht 1210 dargestellt, wobei im Unterschied zu der Teilansicht 1200 die interne Verschaltung des ersten Komparators 601 und des dritten Komparators 603 gezeigt ist. Der erste Komparator 601 ist unter Verwendung eines ersten p-MOS-Komparator-Transistors 1201, eines zweiten p-MOS-Komparator-Transistors 1202, eines ersten n-MOS-Komparator- Transistors 1203 und eines zweiten n-MOS-Komparator-Transistors 1204 realisiert, wobei die Transistoren 1201 bis 1204 derart miteinander verschaltet sind, dass die interne Verschaltung der Transistoren 1201 bis 1204 im Wesentlichen der Verschaltung der Transistoren von 1001 bis 1004 aus 10B entspricht. Ferner ist der dritte Komparator 603 mittels eines dritten p-MOS-Komparator-Transistors 1205, eines vierten p-MOS-Komparator-Transistors 1206, eines dritten n-MOS-Komparator-Transistors 1207 und eines vierten n-MOS-Komparator-Transistors 1208 realisiert, die ähnlich verschaltet sind wie Transistoren 1005 bis 1008 aus 10B. Ferner ist dem ersten Komparator 601 ein dritter Inverter 1221 nachgeschaltet, der aus einem dritten p-MOS-Inverter-Transistor 1223 und aus einem dritten n-MOS-Inverter-Transistor 1224 gebildet ist, die in Inverterschaltung verschaltet sind. Darüber hinaus ist dem zweiten Komparator 602 ein vierter Inverter 1222 nachgeschaltet, der aus einem vierten p-MOS-Inverter-Transistor 1225 und aus einem vierten n-MOS-Inverter-Transistor 1226 gebildet ist.

100: Gleichrichter-Schaltkreis
101: Wechselspannungsquelle
102: erste Diode
103: zweite Diode
104: dritte Diode
105: vierte Diode
106: erster Gleichspannungs-Ausgabeanschluss
107: zweiter Gleichspannungs-Ausgabeanschluss
108: Siebkondensator
110: Diagramm
111: Abszisse
112: Ordinate
120: Diagramm
121: Abszisse
122: Ordinate
123: erster Kurvenverlauf
124: zweiter Kurvenverlauf
125: Fläche
200: Gleichrichter-Schaltkreis
201: Wechselspannungsanschluss
202: Gleichspannungsanschluss
203: Steuer-Schalt-Element
300: Gleichrichter-Schaltkreis
301: Wechselspannungsquelle
302: Steuer-Schalt-Element
303: erster Wechselspannungsanschluss
304: zweiter Wechselspannungsanschluss
305: erster Gleichspannungsanschluss
306: zweiter Gleichspannungsanschluss
307: erster p-MOS-Feldeffekttransistor
308: zweiter p-MOS-Feldeffekttransistor
309: Massepotential
400: Gleichrichter-Schaltkreis
401: erster p-MOS-Feldeffekttransistor
402: zweiter p-MOS-Feldeffekttransistor
403: erster n-MOS-Feldeffekttransistor
404: zweiter n-MOS-Feldeffekttransistor
405: Siebkondensator
500: Schemazeichnung
501: erste Eingangswechselspannungs-Phase
502: zweite Eingangswechselspannungs-Phase
503: erstes Ausgangsgleichspannungs-Potential
504: zweites Ausgangsgleichspannungs-Potential
505: effektives Gate-Potential
506: erste Schaltphase
507: zweite Schaltphase
508: Ladungsrückfluss-Zeitabschnitte
600: Gleichrichter-Schaltkreis
601: erster Komparator
602: zweiter Komparator
603: dritter Komparator
604: vierter Komparator
700: Gleichrichter-Schaltkreis
701: erster Inverter
702: zweiter Inverter
800: Gleichrichter-Schaltkreis
801: erster Inverter
802: zweiter Inverter
900: Gleichrichter-Schaltkreis
901: erster p-MOS-Inverter-Transistor
902: erster n-MOS-Inverter-Transistor
903: zweiter p-MOS-Inverter-Transistor
904: zweiter n-MOS-Inverter-Transistor
905: erster p-MOS-Schalt-Transistor
906: zweiter p-MOS-Schalt-Transistor
907: erster n-MOS-Schalt-Transistor
908: zweiter n-MOS-Schalt-Transistor
909: oberes Betriebsspannungspotential
910: unteres Betriebsspannungspotential
1000: Teilansicht
1001: erster p-MOS-Komparator-Transistor
1002: zweiter p-MOS-Komparator-Transistor
1003: erster n-MOS-Komparator-Transistor
1004: zweiter n-MOS-Komparator-Transistor
1005: dritter p-MOS-Komparator-Transistor
1006: vierter p-MOS-Komparator-Transistor
1007: dritter n-MOS-Komparator-Transistor
1008: vierter n-MOS-Komparator-Transistor
1010: Teilansicht
1020: Teilansicht
1021: dritter Inverter
1022: vierter Inverter
1023: dritter p-MOS-Inverter-Transistor
1024: dritter n-MOS-Inverter-Transistor
1025: vierter p-MOS-Inverter-Transistor
1026: vierter n-MOS-Inverter-Transistor
1100: Gleichrichter-Schaltkreis
1101: erster p-MOS-Inverter-Transistor
1102: erster n-MOS-Inverter-Transistor
1103: zweiter p-MOS-Inverter-Transistor
1104: zweiter n-MOS-Inverter-Transistor
1105: erster p-MOS-Schalt-Transistor
1106: zweiter p-MOS-Schalt-Transistor
1107: erster n-MOS-Schalt-Transistor
1108: zweiter n-MOS-Schalt-Transistor
1200: Teilansicht
1201: erster p-MOS-Komparator-Transistor
1202: zweiter p-MOS-Komparator-Transistor
1203: erster n-MOS-Komparator-Transistor
1204: zweiter n-MOS-Komparator-Transistor
1205: dritter p-MOS-Komparator-Transistor
1206: vierter p-MOS-Komparator-Transistor
1207: dritter n-MOS-Komparator-Transistor
1208: vierter n-MOS-Komparator-Transistor
1210: Teilansicht
1220: Teilansicht
1221: dritter Inverter
1222: vierter Inverter
1223: dritter p-MOS-Inverter-Transistor
1224: dritter n-MOS-Inverter-Transistor
1225: vierter p-MOS-Inverter-Transistor
1226: vierter n-MOS-Inverter-Transistor

Claims

Gleichrichter-Schaltkreis zum Bereitstellen einer gleichgerichteten Spannung, – mit einem ersten Wechselspannungsanschluss, an den eine Wechselspannung anlegbar ist; – mit einem ersten Gleichspannungsanschluss, an dem eine Gleichspannung bereitstellbar ist; – mit einem Steuer-Schalt-Element zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss und dem ersten Gleichspannungsanschluss, das den ersten Wechselspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss nur dann koppelt, – wenn das elektrische Potential an dem ersten Wechselspannungsanschluss gegenüber einem Referenzpotential eine vorgebbare Polarität aufweist; und – wenn der Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Gleichspannungsanschluss kleiner oder gleich dem Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Wechselspannungsanschluss ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach Anspruch 1, mit einem ersten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach Anspruch 2, mit einem ersten Komparator, dessen erster Eingang mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des ersten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, – mit einem zweiten Wechselspannungsanschluss; – mit einem zweiten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist; – mit einem zweiten Komparator, dessen erster Eingang mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – mit einem zweiten Gleichspannungsanschluss; – mit einem dritten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist; – mit einem dritten Komparator, dessen erster Eingang mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach Anspruch 4 und 5, – mit einem vierten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist; – mit einem vierten Komparator, dessen erster Eingang mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des vierten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach Anspruch 4, – mit einem zweiten Gleichspannungsanschluss, – mit einem dritten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist; – mit einem ersten Inverter, dessen Eingang mit dem Ausgang des zweiten Komparators gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach Anspruch 7, – mit einem vierten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und. dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist; – mit einem zweiten Inverter, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Komparators gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des vierten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, – mit einem zweiten Wechselspannungsanschluss; – mit einem zweiten Gleichspannungsanschluss; – mit einem zweiten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist; – mit einem dritten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist; – mit einem dritten Komparator, dessen erster Eingang mit dem ersten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, dessen zweiter Eingang mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des dritten Feldeffekttransistors gekoppelt ist; – mit einem ersten Inverter, dessen Eingang mit dem Ausgang des dritten Komparators gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach Anspruch 3 und 9, – mit einem vierten Feldeffekttransistor, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Wechselspannungsanschluss gekoppelt ist, und dessen zweiter Source-/Drain-Anschluss mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss gekoppelt ist; – mit einem zweiten Inverter, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Komparators gekoppelt ist, und dessen Ausgang mit dem Gate-Anschluss des vierten Feldeffekttransistors gekoppelt ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 3 bis 10, der derart verschaltet ist, dass zumindest einer der Komparatoren und/oder zumindest einer der Inverter mittels der Gleichspannung an dem ersten und/oder dem zweiten Gleichspannungsanschluss mit elektrischer Energie versorgbar ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 3 bis 11, der einen zusätzlichen Gleichrichter-Schaltkreis aufweist, der derart verschaltet ist, dass zumindest einer der Komparatoren und/oder zumindest einer der Inverter mittels des zusätzlichen Gleichrichter-Schaltkreises mit elektrischer Energie versorgbar ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 3 bis 12, der derart verschaltet ist, dass zumindest einer der Komparatoren und/oder zumindest einer der Inverter mittels der Wechselspannung an dem ersten und/oder dem zweiten Wechselspannungsanschluss mit elektrischer Energie versorgbar ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 13, bei dem zumindest einer der Feldeffekttransistoren ein – Polymer-Feldeffekttransistor; – Silicon-on-Insulator-Feldeffekttransistor; – Bulk-Silizium-Feldeffekttransistor; – Junction-FET; – Fin-FET; oder – Doppel-Gate-Feldeffekttransistor ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Wechselspannung mittels eines Wechselspannungs-Elements bereitstellbar ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach Anspruch 15, bei dem das Wechselspannungs-Element – eine Antenne; – eine Spule; oder – eine Wechselspannungsquelle ist.
Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem zumindest ein Teil der Schaltkreis-Komponenten in – Polymerelektronik; oder – Silizium-Mikroelektronik realisiert ist.
Schaltkreis-Anordnung – mit einem Substrat; – mit einem auf und/oder in dem Substrat ausgebildeten Gleichrichter-Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 18, eingerichtet als – Kontaktlose Chipkarte; oder – Identifikations-Datenträger.
Verfahren zum Herstellen eines Gleichrichter-Schaltkreis zum Bereitstellen einer gleichgerichteten Spannung, bei dem – ein erster Wechselspannungsanschluss gebildet wird, an den eine Wechselspannung anlegbar ist; – ein erster Gleichspannungsanschluss gebildet wird, an dem eine Gleichspannung bereitstellbar ist; – ein Steuer-Schalt-Element zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss und dem ersten Gleichspannungsanschluss gebildet wird, das den ersten Wechselspannungsanschluss mit dem ersten Gleichspannungsanschluss nur dann koppelt, – wenn das elektrische Potential an dem ersten Wechselspannungsanschluss gegenüber einem Referenzpotential eine vorgebbare Polarität aufweist; und – wenn der Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Gleichspannungsanschluss kleiner oder gleich dem Betrag des elektrischen Potentials an dem ersten Wechselspannungsanschluss ist.