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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Steuerschaltung zum
Steuern von MOSFETs, die als Schalter für eine elektrische Last oder Leistungsquelle
verwendet werden, insbesondere für MOSFETs,
die als Schalter für
Elektromotoren oder Aktuatoren oder Generatoren verwendet werden.
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MOSFETs
und insbesondere sogenannte Leistungs-MOSFETs können als Schalter zum Koppeln
einer elektrischen Last an eine Stromversorgung verwendet werden.
Eine zweipolige Last kann beispielsweise mittels eines ersten MOSFETs
an Masse und mittels eines zweiten MOSFETs an eine Spannungs- oder
Stromquelle gekoppelt werden. Wenn beide MOSFETs in den leitenden
Zustand geschaltet werden, wird Spannung an die Last angelegt, wodurch
ein Stromfluss durch die Last ermöglicht wird. Bei einem anderen
Beispiel kann die Last vier oder mehr Anschlussverbindungen zur
Stromversorgung aufweisen, so dass vier oder mehr MOSFETs verwendet
werden, um die Last mit einer Stromversorgung zu verbinden. Jeder
Stromversorgungs- oder Masse-Anschluss der Last wird durch einen
MOSFET an eine Stromversorgung oder an Masse gekoppelt.
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Bei
herkömmlichen
Systemen können
die MOSFETs nicht nur zum Versorgen einer Last mit Gleichstrom verwendet
werden, sondern auch zum Versorgen einer verbundenen Last mit geschaltetem Strom.
Falls die Last beispielsweise ein Wechselstrommotor und die Stromversorgung
ein Gleichstromsystem ist, beispielsweise eine Batterie, dann können die
MOSFETs so gesteuert werden, dass sie nach Bedarf Wechselstrom liefern.
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Auf
diese Weise werden MOSFETs herkömmlicherweise
in Fahrzeugen als Schalter zum Koppeln einer Last an die Stromversorgung
verwendet, wobei die Stromversorgung als Batterie angesehen werden
kann. In Fahrzeugen werden beispielsweise eine Batterie und ein
Generator, der von dem Fahrzeugmotor angetrieben wird, verwendet,
um das elektrische System in dem Fahrzeug zu versorgen. Demgemäß ist das
elektrische System ein Gleichstromsystem, und MOSFETs, die von Steuerschaltungen
gesteuert werden, werden als Schalter verwendet, wobei die MOSFETs
paarweise oder in einer Brückenkonfiguration
mit vier oder sechs oder auch mehr MOSFETs angeordnet werden können. Eine Anordnung
von MOSFETs zum Versorgen der Last wird herkömmlicherweise von einer entsprechenden Steuerschaltung
gesteuert, die als integrierte Schaltung implementiert sein kann.
Zum Steuern der MOSFETs ist ein vergleichsweise geringer Strom erforderlich,
so dass alle Elemente einer Steuerschaltung in einer einzigen integrierten
Schaltung integriert werden können.
Die Steuerschaltung kann wiederum an eine andere Steuerschaltung
gekoppelt werden, um Signale zum An- oder Abschalten der Last zu
empfangen.
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Jeder
MOSFET weist eine intrinsische Diode auf. Insbesondere weisen die
am häufigsten
verwendeten N-MOSFETs eine intrinsische antiparallele Diode auf.
Wenn aus irgendeinem Grund eine Spannung umgekehrter Polarität an einen
abgeschalteten N-MOSFET angelegt wird, d. h., wenn keine Vorspannung
an das Gate des N-MOSFETs angelegt wird, wird die intrinsische Diode
leitend, wenn die Schwellenspannung der intrinsischen Diode überschritten
wird. Der durch die intrinsische Diode im Zusammenhang mit der Spannung über der
Diode fließende
Strom kann zu einem nicht vernachlässigbaren Energieverbrauch
führen,
der den MOSFET erhitzt, und kann schließlich den MOSFET zerstören. Insbesondere
wird die intrinsische Diode mit steigender Temperatur leitender,
so dass eine höhere
Tempera tur einen stärkeren
Strom durch die intrinsische Diode aufbaut, was wiederum einen stärkeren Strom bewirkt.
Folglich kann ein Pfad einer Brückenkonfiguration
nahezu den gesamten Strom anziehen, so dass die MOSFETs in diesem
Pfad schnell zerstört werden.
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Bei
herkömmlichen
Systemen sind mehrere Vorkehrungen getroffen worden, um zu verhindern, dass
MOSFETs im Falle umgekehrter Polarität zerstört werden. Bei einer herkömmlichen
Lösung
wird ein zusätzlicher
MOSFET in der Stromversorgungsleitung angeordnet, wobei der MOSFET
so angeordnet wird, dass seine intrinsische Diode der des zu schützenden
MOSFETs gegenüberliegt.
Dieser zusätzliche
MOSFET ist im Normalbetrieb angeschaltet und verhindert einen Stromfluss
durch die zu schützenden
MOSFETs im Falle umgekehrter Polarität. Bei einer alternativen Vorkehrung
wird wenigstens eine Diode in die Stromversorgungsleitung integriert, was
einen Stromfluss durch die intrinsischen Dioden der zu schützenden
MOSFETs verhindert.
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Eine
Diode in der Versorgungsleitung verursacht jedoch einen wesentlichen
Energieverlust während
des Normalbetriebs. Eine Lösung,
die einen MOSFET in einer Versorgungsleitung umfasst, benötigt zumindest
eine Schaltung zum Steuern des MOSFETs. Des Weiteren muss ein derartiger
MOSFET, der Leistungs-MOSFETs schützen soll, selbst als Leistungs-MOSFET
ausgelegt sein, was ihn teuer macht. Demgemäß besteht ein Bedarf an einer
alternativen Lösung.
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Die
Erfindung löst
diese bzw. andere Aufgaben durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 6,
9, 10.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem
Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Steuerschaltung und
wenigstens eines MOSFETs zur Verfügung gestellt, wobei die Steuerschaltung
den MOSFET so steuert, dass er eine Last an eine Energiequelle koppelt,
wobei das Verfahren den Schritt des Steuerns des MOSFETs umfasst,
dass er im Falle einer Versorgung mit umgekehrter Polarität in den
leitenden Zustand schaltet, wobei die Steuerschaltung von einer
Energiespeichereinrichtung versorgt wird, die ursprünglich für den Betrieb
im Falle der Versorgung mit nicht umgekehrter Polarität vorgesehen
war.
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Vorteilhaft
wird der MOSFET im Falle einer Versorgung mit umgekehrter Polarität nur dann
in den leitenden Zustand geschaltet, wenn eine Stromamplitude durch
den MOSFET einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
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Vorteilhaft
ist die Energiespeichereinrichtung ein Glättungskondensator oder ein
Bootstrap Kondensator oder ein Pufferkondensator, der in Bezug zu einer
Ladungspumpe steht, oder eine Kombination davon.
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Vorteilhaft
weist die Steuerschaltung eine Batterie als Notstromversorgung im
Falle einer Versorgung mit umgekehrter Polarität auf.
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Vorteilhaft
puffert die Steuerschaltung die Energieversorgungseinrichtung, während sie
den MOSFET nicht steuert.
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Vorteilhaft
tritt die Steuerschaltung im Falle einer Versorgung mit umgekehrter
Polarität
in einen Energiesparmodus ein.
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Vorteilhaft
umfasst das Verfahren des Weiteren den Schritt des Ladens eines
Bootstrap Kondensators aus einem Energiespeicher im Falle einer
Versorgung mit umgekehrter Polarität.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steuerschaltung zum Steuern
wenigstens eines MOSFETs zur Verfügung gestellt, wobei die Steuerschaltung
so ausgelegt und konfiguriert ist, dass sie den wenigstens einen
MOSFET so steuert, dass er im Fall einer Versorgung mit umgekehrter Polarität in den
leitenden Zustand schaltet, wobei die Steuerschaltung von einer
Energiespeichereinrichtung versorgt wird, die ursprünglich für den Betrieb
im Fall einer Versorgung mit nicht umgekehrter Polarität vorgesehen
war.
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Vorteilhaft
weist die Steuerschaltung des Weiteren eine Einrichtung zum Bestimmen
einer Amplitude eines Stroms durch den MOSFET im Falle einer Versorgung
mit umgekehrter Polarität
auf.
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Vorteilhaft
ist die Energiespeichereinrichtung ein Glättungskondensator oder ein
Bootstrap Kondensator oder ein Pufferkondensator, der in Bezug zu einer
Ladungspumpe steht, oder eine Kombination davon.
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Vorteilhaft
weist die Steuerschaltung eine Puffereinrichtung zum Puffern der
Energiespeichereinrichtung auf, während sie den MOSFET nicht steuert.
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Vorteilhaft
weist die Steuerschaltung des Weiteren eine Batterie als Notstromversorgung
im Falle einer Versorgung mit umgekehrter Polarität auf.
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Vorteilhaft
ist die Steuerschaltung so ausgelegt und konfiguriert, dass sie
in einen Energiesparmodus eintritt, wenn sie eine umgekehrte Polarität ermittelt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Steuerschaltung
zur Verfügung
gestellt, die einen Gleichrichter mit MOSFETs steuert, wobei das
Verfahren den Schritt des Steuerns der MOSFETs umfasst, dass sie
in den leitenden Zustand schalten, wenn der Gleichrichter an umgekehrte
Polarität
gekoppelt wird, wobei die Steuerschaltung von einer Energiespeichereinrichtung
versorgt wird, die ursprünglich
für den
Betrieb im Falle einer nicht umgekehrten Polarität vorgesehen war.
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Vorteilhaft
werden die MOSFETs im Falle einer Versorgung mit umgekehrter Polarität nur dann
in den leitenden Zustand geschaltet, wenn eine Stromamplitude durch
einen der MOSFETs einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
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Vorteilhaft
ist die Energiespeichereinrichtung ein Glättungskondensator oder ein
Bootstrap Kondensator oder ein Pufferkondensator, der in Bezug zu einer
Ladungspumpe steht, oder eine Kombination davon.
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Vorteilhaft
puffert die Steuerschaltung die Energiespeichereinrichtung, während sie
den Gleichrichter nicht steuert.
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Vorteilhaft
tritt die Steuerschaltung im Falle umgekehrter Polarität in einen
Energiesparmodus ein.
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Vorteilhaft
weist das Verfahren des Weiteren den Schritt des Ladens eines Bootstrap
Kondensators aus einem Energiespeicher auf.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird eine Steuerschaltung zum Steuern eines Gleichrichters mit
MOSFETs zur Verfügung
gestellt, wobei die Steuerschaltung so ausgelegt und konfiguriert
ist, dass sie die MOSFETs so steuert, dass sie in den leitenden
Zustand schalten, wenn der Gleichrichter an umgekehrte Polarität gekoppelt
wird, wobei die Steuerschaltung von einer Energiespeichereinrichtung
versorgt wird, die ursprünglich
für einen
Betrieb im Falle von nicht umgekehrter Polarität vorgesehen war.
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Vorteilhaft
weist die Steuerschaltung des Weiteren eine Einrichtung zum Bestimmen
der Amplitude eines Stroms durch einen MOSFET auf, wenn der Gleichrichter
an umgekehrte Polarität
gekoppelt wird.
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Vorteilhaft
ist die Energiespeichereinrichtung ein Glättungskondensator oder ein
Bootstrap Kondensator oder ein Pufferkondensator, der in Bezug zu einer
Ladungspumpe steht, oder eine Kombination davon.
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Vorteilhaft
weist die Steuerschaltung eine Puffereinrichtung zum Puffern der
Energiespeichereinrichtung auf, während sie den Gleichrichter
nicht steuert.
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Vorteilhaft
ist die Steuerschaltung so ausgelegt und konfiguriert, dass sie
in einen Energiesparmodus eintritt, wenn der Gleichrichter an umgekehrte Polarität gekoppelt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN
ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen werden einbezogen, um ein weitergehendes Verständnis der
vorliegenden Erfindung zu ermöglichen,
und sind in diese Schrift aufgenommen und stellen einen Teil davon dar.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung
zum Erläutern
der Grundgedanken der Erfindung. Andere Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung und viele der angestrebten Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden ohne weiteres geschätzt
werden, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung besser verstanden werden.
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1 zeigt
eine schematische Steuerschaltung, die an MOSFETs in Brückenkonfiguration
gekoppelt ist;
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2 zeigt
eine schematische Schaltung einer alternativen Steuerschaltung;
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3 zeigt
eine schematische Schaltung einer Schaltung, die einen Gleichrichter
steuert, der an einen Generator gekoppelt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen zur Erläuterung
bestimmte Ausführungsformen
gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Es
ist selbstverständlich,
dass andere Ausführungsformen
verwendet und strukturelle oder anderweitige Änderungen vorgenommen werden
können,
ohne dass vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Beispielsweise können
elektrische Schaltungen wie z. B. Verstärker in unterschiedlichen Auslegungen
implementiert werden. Insbesondere bezieht sich die folgende Beschreibung
auf eine Ausführungsform,
die beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet wird, wobei die Steuerschaltung
eine Brücke
von Leistungs-MOSFETs zur Versorgung eines Wechselstrom-Elektromotors
oder -Aktuators steuert. In der Vergangenheit wurde in der Automobilbranche
festgestellt, dass diese Motoren bei vielen Anwendungen Vorteile
gegenüber
anderen herkömmlichen
Aktuatoren aufweisen, da beispielsweise bürstenlose Wechselstrommotoren
eine längere Lebensdauer
haben und hydraulische Aktuatoren ersetzen können, so dass die Verwendung
dieser Motoren in der Automobilbranche weit verbreitet ist. Die im
folgenden beschriebene Erfindung kann jedoch auch auf andere technische
Gebiete angewendet werden, in denen MOSFETs vor umgekehrter Polarität geschützt werden
müssen.
Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einschränkendem Sinne
zu verstehen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch
die beigefügten
Patentansprüche
definiert.
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1 zeigt
eine schematische Schaltung 100, die eine Steuerschaltung 110 aufweist,
die an eine Stromversorgung 120 gekoppelt ist. Die Stromversorgung
ist bei dieser Ausführungsform
eine Batterie, was für
Anwendungen in der Automobil branche typisch ist. Die Schaltung 110 ist über eine
Diode 121 und einen Kondensator 122 an die Batteriespannung Vbat gekoppelt, wobei die Diode und der Kondensator als
Filter dienen, um für
die Schaltung 110 eine stabile Versorgungsspannung VS bereitzustellen.
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Ebenso
kann die Steuerschaltung 110 beispielsweise kommunikativ
an einen Mikrocontroller 130 (μctrl) gekoppelt sein. Der Mikrocontroller 130 kann
wiederum kommunikativ an ein Bussystem 131 gekoppelt sein,
womit der Mikrocontroller ein Busknoten ist. Der Mikrocontroller 130 kann
beispielsweise Informationen über
das Bussystem 131 empfangen, wie die Last 150 zu
steuern ist, die der Mikrocontroller an die Steuerschaltung 110 weiterleitet,
d. h. insbesondere an den Steuerblock 111. Die Steuerschaltung 110 kann
wiederum Informationen an den Mikrocontroller weiterleiten, beispielsweise,
um Fehler über
das Bussystem 131 an eine zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs
zu berichten. Der Mikrocontroller 130 kann ein herkömmlicher
Controller sein, der an ein herkömmliches
Bussystem, beispielsweise das CAN Busprotokoll oder das I2C- oder LIN-System, gekoppelt
ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Last 150 ein Gleichstrom-Elektromotor sein. Demgemäß kann die
Stromversorgung, d. h. die Batteriespannung, direkt an den Motor
geliefert werden, wobei die Spannung an verschiedene Anschlüsse an dem
Motor gekoppelt werden kann, um verschiedene Drehrichtungen zu ermöglichen.
Der Strom wird durch vier MOSFETs 140a–140d bereitgestellt,
die in Brückenkonfiguration
vorliegen und von der Steuerschaltung 110 gesteuert werden.
Das heißt,
die Steueranschlüsse
der MOSFETs, d. h. die Gate-Anschlüsse, sind an die Steuerschaltung 110 gekoppelt,
die die MOSFETs an- und abschaltet, um die Anschlüsse der Last 150 an
die Batteriespannung Vbat oder an Masse,
d. h. Referenzpotential, zu kop peln. Das Bereitstellen von Strom
für die
verschiedenen Anschlüsse der
Last wird durch entsprechendes Öffnen
und Schließen
der MOSFETs erreicht, d. h. durch Öffnen der MOSFETs 140a und 140c gleichzeitig
mit dem Schließen
der MOSFETs 140b und 140d, oder umgekehrt. Es
wird angemerkt, dass die Erfindung analog für Schaltungen angewendet werden
kann, die weniger oder mehr MOSFETs verwenden, z. B. sechs oder
zwölf MOSFETs
in Brückenkonfiguration
zum Versorgen von dreiphasigen Motoren oder anderen Aktuatoren.
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Die
Steuerschaltung 110 weist einen Steuerblock 111 und
Ausgangstreiber 112a bis 112d auf, wobei eine
Ausgangsstufe an einen Gate-Anschluss eines MOSFETs 140 gekoppelt
ist. Der Steuerblock 111 ist an die Stromversorgungs-Anschlüsse der Schaltung 110 sowie
an den Mikrocontroller 130 zum Empfangen und Senden von
Steuerinformationen gekoppelt. Des Weiteren ist der Steuerblock 111 an die
Ausgangstreiber 112a bis 112d gekoppelt, um zu steuern,
welcher der MOSFETs 140a–140d zu öffnen oder
zu schließen
ist.
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Außer der
Funktionalität,
Informationen von dem Mikrocontroller zu empfangen oder Informationen
an ihn zu senden, ist der Steuerblock 111 so konfiguriert
und ausgelegt, dass er weitere Funktionalitäten bereitstellt, wie sie von
herkömmlichen
Steuerschaltungen bekannt sind. Bei einer Ausführungsform kann der Block 111 eine
Ladungspumpe zum Laden eines Bootstrap Kondensators 160 aufweisen, eine
Logik zum Bereitstellen von Shoot-Through-Schutz (Durchschuss-Schutz)
oder Kurzschluss-Schutz. Außer
diesen Merkmalen ist der Block 111 so ausgelegt und konfiguriert,
dass er Situationen umgekehrter Polarität ermittelt und entsprechend
reagiert, wie unten im Einzelnen beschrieben werden wird.
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Im
Normalbetrieb prüft
die Steuerschaltung 110 in einem ersten Schritt die Polarität der Versorgungsspannung,
um eine umgekehrte Polarität
zu ermitteln. Wenn die Prüfung
ergibt, dass die Versorgungsbedingungen normal sind, kann der Steuerblock 111 eine
Prüfung
hinsichtlich niedriger Spannungsbedingungen durchführen, und
wenn die Spannungsbedingungen normal sind, mit dem Normalbetrieb
fortfahren. Das heißt,
der Steuerblock 111 steuert die Treiber 112a bis 112d,
die wiederum die MOSFETs 140a bis 140d steuern,
um die Last 150, d. h. bei dieser Ausführungsform den Gleichstrommotor, mit
Strom zu versorgen, wie beispielsweise durch den Mikrocontroller 130 instruiert.
Das heißt,
die Steuerschaltung 110 führt in einem ersten Betriebsschritt
eine Prüfung
hinsichtlich umgekehrter Polarität
durch und fährt,
wenn die Prüfung
normale Betriebsbedingungen ergibt, mit dem Normalbetrieb fort.
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Die
Ermittlung der Versorgung mit umgekehrter Polarität kann beispielsweise
durch den Steuerblock 111 auf eine Vielzahl von Arten stattfinden. Bei
einer Ausführungsform
wird nur die Spannung des High Side Drains mit Masse (ground; GND),
d. h. dem Referenzpotential, verglichen. Eine Situation der Versorgung
mit umgekehrter Polarität
liegt vor, wenn die Spannung der Drain-Anschlüsse der High Side MOSFETs 140a, 140b,
d. h. die Spannung der Anschlüsse
DH1, 2 unter Masse liegt.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
werden die Spannungen der Source-Anschlüsse der High Side MOSFETs 140a oder 140b mit
dem Bezugspotential verglichen, und die Polarität der Spannungen der High Side
MOSFETs wird betrachtet. Hier liegt eine Situation der Versorgung
mit umgekehrter Polarität
vor, wenn die Spannung der Source-Anschlüsse der High Side MOSFETs unter
dem Referenzpotential liegt, und die Spannung an den Source-Anschlüssen der
High Side MOSFETs unter der Spannung an den Source-Anschlüssen dieser
High Side MOSFETs liegt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
werden die Spannungen der Source- und Drain-Anschlüsse der
High Side MOSFETs 140a und 140b betrachtet. Eine
Situation der Versorgung mit umgekehrter Polarität wird ermittelt, wenn sowohl
die Spannungen der Source-Anschlüsse
als auch der Drain-Anschlüsse der
High Side MOSFETs 140a und 140b unter Massepotential
liegen.
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Es
wird angemerkt, dass umgekehrte Polarität durch ein zufälliges Vertauschen
der Anschlüsse der
Batterie eines Fahrzeugs verursacht werden kann. Dies kann beispielsweise
insbesondere im Winter vorkommen, wenn eine schwache Batterie eines
Fahrzeugs zusammenbricht und das Fahrzeug durch Koppeln der schwachen
Batterie an die Batterie-Anschlüsse
eines anderen Fahrzeugs fremdgestartet wird, wobei die Anschlüsse falsch
gekoppelt werden. Diese Situation führt zu einer undefinierten Versorgungsspannung
ungefähr
irgendwo zwischen –4
V und +4 V, abhängig
von den Reststärken
der schwachen Batterie und der elektrischen Stärke des gekoppelten Systems.
Auf jeden Fall stellt das gekoppelte System keine Versorgungsspannung
bereit, die zum Normalbetrieb oder zum Betrieb bei reduzierter Spannung
ausreichend ist. Es ist außerdem wahrscheinlich,
dass eine Spannung umgekehrter Polarität an die Anschlüsse der
Steuerschaltung 110 und an die Anschlüsse des MOSFETs 140 gekoppelt wird.
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Sobald
eine Situation der Versorgung mit umgekehrter Polarität entdeckt
worden ist, schützt der
Steuerblock 111 die MOSFETs 140a–140d vor Zerstörung. Um
einen Stromfluss durch die intrinsischen Dioden der MOSFETs 140a bis 140d zu
verhindern, legt die Steuerschaltung 110 sofort eine geeignete
Gate-Spannung an
alle gekoppelten MOSFETs an und schaltet sie in den leitenden Zustand. Das
heißt,
sowohl die High Side MOSFETs 140a und 140b als
auch die Low Side MOSFETs 140c und 104d sind zur
gleichen Zeit leitend, wodurch ein sogenanntes Durchschießen (Shoot
Through) und eine effektives Kurzschließen der Stromversorgung 120 auf
Massepegel ermöglicht
wird. Demgemäß fließt in dieser
Situation der umgekehrten Spannung Strom durch jeden MOSFET 140 von
der Source zu dem Drain, d. h. in der „falschen” Richtung. Das Schalten der
MOSFETs in den leitenden Zustand führt bei dieser Situation der
umgekehrten Polarität
dazu, dass nur ein vernachlässigbarer
Stromfluss durch die intrinsischen Dioden der MOSFETs stattfindet,
aber es fließt
ein starker Strom durch die leitenden Kanäle der MOSFETs. Dies führt wiederum
dazu, dass in jedem der MOSFETs ein geringer Leistungsverlust vorliegt,
da es nur einen kleinen Spannungsabfall über dem leitenden Kanal eines
MOSFETs gibt. Aufgrund des geringen Leistungsverlusts erwärmt sich
jeder MOSFET nur in geringem Maße,
so dass der MOSFET nicht zerstört
wird. Da die Leitfähigkeit
eines MOSFETs mit zunehmender Temperatur abnimmt, teilt sich der
Strom gleichmäßig über parallele
MOSFETs auf, so dass die MOSFETs gleichmäßig erwärmt werden. Auf diese Weise öffnet die
Steuerschaltung 110 alle gekoppelten MOSFETs, wenn eine
Situation der Versorgung mit umgekehrter Polarität ermittelt wird, so dass ein
massiver Stromfluss über
der intrinsischen Diode jedes MOSFETs 140 verhindert wird.
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Ein
weiterer Effekt des Schaltens aller MOSFETs 140 in den
leitenden Zustand ist eine wesentliche Reduzierung der von der Stromversorgung
bereitgestellten Spannungsamplitude. Durch das effektive Kurzschließen der
Stromversorgung wird die Spannung der Stromversorgung auf diejenige über den
leitenden MOSFETs reduziert, was – abhängig von den bestimmten Eigenschaften
der eingesetzten MOSFETs – zu
einer Restspannung von –1
V bis –2 V
anstelle der vollen Spannung der umgekehrten Stromversorgung führt. Auf
diese Weise kann die Schaltung 100 als zentraler Verpolungsschutz
für andere
Schaltungen dienen, die an die Stromversorgung gekoppelt sind.
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Optional
können
die MOSFETs nur dann in den leitenden Zustand geschaltet werden,
wenn eine Situation der Versorgung mit umgekehrter Polarität vorliegt
und wenn der Strom durch die MOSFETs eine vordefinierte Schwellenamplitude überschreitet, wobei
aufgrund der umgekehrten Polarität
der Strom von dem Drain zu der Source und durch die intrinsischen
Dioden in jedem MOSFET fließt.
Das Schalten der MOSFETs in den leitenden Zustand nur dann, wenn
der Strom durch die intrinsischen Dioden die vorgegebene Schwellenamplitude überschreitet, kann
Situationen des Durchschießens
während
des Normalbetriebs der MOSFETs verhindern. Wenn beispielsweise während des
Normalbetriebs der Steuerblock 111 eine Situation der Versorgung
mit umgekehrter Polarität
aus beliebigem Grund ermittelt, wobei jedoch der resultierende Strom
durch die intrinsischen Dioden eines MOSFETs den MOSFET nicht beschädigt, kann
der geringe Strom toleriert werden.
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Zum
Beurteilen, ob ein Strom durch einen MOSFET eine vorgegebene Schwellenamplitude überschreitet,
kann die Schaltung 100 Messeinrichtungen zum Ermitteln
der Stromamplitude aufweisen. Bei einer Ausführungsform können diese
Messeinrichtungen durch herkömmliche
Messeinrichtungen 170 implementiert werden, die den Strom
durch eine Leitung, die an einen Source- oder Drain-Anschluss eines MOSFETs
angeschlossen ist, direkt abfühlen. Diese
Einrichtung kann beispielsweise einen Shunt wie in der Figur dargestellt
aufweisen, der ein Spannungssignal für den Steuerblock 111 bereitstellt.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann die Einrichtung zum Ermitteln der Amplitude eines Stroms durch
die MOSFETs in der Steuerschaltung 110 enthalten sein,
d. h. die Einrichtung kann in der integrierten Schaltung enthalten
sein, die die Steuerschaltung 110 implementiert. Die Steuerschaltung 110 weist
demgemäß zwei Dioden 180a, 180b auf, die
zwischen dem Masse-Anschluss, d. h. GND in der Figur, und der besagten
Spannung, d. h. der Spannung, die an den Drain der High Side MOSFETs 140a und 140b gekoppelt
ist, in Reihe geschaltet sind. Die Dioden 180a, 180b sind
Nachbildungen der intrinsischen Dioden der MOSFETs 140 und
sind parallel zu diesen Dioden geschaltet, so dass sie sich soweit
wie möglich
wie die intrinsischen Dioden verhalten. Somit reflektiert im Falle
der umgekehrten Polarität
der Strom durch die nachgebildeten Dioden 180a, 180b den
Storm durch die MOSFETs. Des Weiteren kann die Schaltung 110 einen
Stromsensor 181 aufweisen, der ein Signal bereitstellt,
das die Amplitude eines Stroms durch die nachgebildeten Dioden für den Steuerblock 111 anzeigt.
Auf diese Weise kann der Steuerblock 111 ein Signal bewerten, das
den Strom durch die intrinsischen Dioden der MOSFETs reflektiert,
ohne einen Stromsensor in einem Pfad zu oder von einem MOSFET zu
enthalten. Es wird angemerkt, dass unten beschriebene Ausführungsformen ähnlich zum
Abfühlen
und Verarbeiten der Amplitude eines Stroms im Fall einer Situation
mit umgekehrter Polarität
konfiguriert und ausgelegt sein können.
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Falls
eine Situation umgekehrter Polarität an den Versorgungsanschlüssen der
Steuerschaltung 110 ermittelt wird, verwendet die Schaltung 110 interne
Energiespeicher, um sich selbst mit Energie zu versorgen, um den
Schritt des Schaltens der gekoppelten MOSFETs in den leitenden Zustand
durchzuführen.
Gleichzeitig, d. h. sobald die Situation ermittelt worden ist, tritt
die Schaltung 110 in einen Energiespar-Betriebsmodus ein, um die Steuer-, d.
h. die Gate-, Spannungen so lange wie möglich an die MOSFETs anzulegen,
um zu ermöglichen,
dass so lange wie möglich
Strom durch die MOSFETs fließt. Idealerweise
wird der Stromfluss durch die MOSFETs auf diese Weise so lange ermöglicht wie
die Situation der umgekehrten Versorgungsspannung anhält.
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Bei
einer Ausführungsform
kann die Steuerschaltung 110 bestehende Energiespeicher
benutzen, um sich selbst mit elektrischer Energie zu versorgen.
Diese bestehenden Energiespeicher können diejenigen sein, zum Betreiben
der Steuerschaltung und der MOSFETs unter normalen Betriebsbedingungen
vorgesehen sind, und die im Falle der Versorgung mit umgekehrter
Polarität
für einen
anderen Zweck verwendet werden. Bei einer Ausführungsform verwendet die Steuerschaltung 110 den
Kondensator 122 zur Energieversorgung. Die Diode 121 verhindert,
dass der Kondensator 122 entladen wird, falls die Versorgungsspannung
unter die tatsächliche Spannung über dem
Kondensator fällt,
so dass die Diode auch verhindert, dass der Kondensator im Falle
der Versorgung mit umgekehrter Polarität entladen wird. Bei einer
alternativen Ausführungsform
kann die Diode 122 durch einen Schalter ersetzt werden, beispielsweise
einen MOSFET, der durch die Steuerschaltung 110 betrieben
wird, wobei der Schalter im Normalbetrieb auf leitend und sonst
auf nicht leitend eingestellt ist, um ein Entladen des Kondensators 122 zu
verhindern. Der Kondensator 122 kann des Weiteren so ausgelegt
sein, dass er fähig
ist, genügend
Energie zum Versorgen der Steuerschaltung 110 wenigstens
für einige
Sekunden bereitzustellen.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu der Verwendung des Kondensators 122 als Energieversorgung kann
die Steuerschaltung 110 den Bootstrap Kondensator 160 verwenden,
um sich selbst mit Energie zu versorgen. Zu diesem Zweck ist die
Steuerschaltung 110 so ausgelegt und konfiguriert, das
sie den Kondensator 160 an der Entladung hindert, während die
Steuerschaltung 110 ausgeschaltet ist, oder falls eine
Situation umgekehrter Polarität
ermittelt wird. Bei einem Beispiel kann dies dadurch erreicht werden,
dass der Kondensator nur bei normalen Betriebsbedingungen, d. h.
im Falle der nicht umgekehrten Spannungsversorgung, an den Source-Anschluss
des High Side MOSFETs gekoppelt wird.
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Die
Steuerschaltung 110 kann des Weiteren so ausgelegt sein,
dass sie sicherstellt, dass der Kondensator 112 und/oder
der Bootstrap Kondensator 160 ihre Ladung beibehalten,
während
die Steuerschaltung 110 nicht arbeitet. Das heißt, die
Steuerschaltung weist eine Schaltung zum Zwischenspeichern der Ladung
der Kondensatoren auf, während die
Steuerschaltung nicht aktiv betrieben wird, beispielsweise, während das
Fahrzeug abgeschaltet ist, so dass sich die Schaltung 110 in
einem Schlafmodus befindet. Allgemeiner ausgedrückt kann die Steuerschaltung 110 so
ausgelegt und konfiguriert sein, dass sie bestehende Energiespeicher
mit Energie puffert, während
die Schaltung die MOSFETs nicht steuert, so dass diese Energiespeicher
im Falle der Versorgung mit umgekehrter Polarität verwendet werden können.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann die Schaltung 100 eine kleine Batterie als Notstromversorgung
aufweisen, beispielsweise eine – in
den Zeichnungen nicht gezeigte – Knopfzelle,
die in der Schaltung enthalten und daran gekoppelt ist. Es wird angemerkt,
dass eine ähnliche
Absicherung der Stromversorgung in den unten beschriebenen Ausführungsformen
enthalten sein kann.
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Des
Weiteren kann die Steuerschaltung 110 in einen Energiesparmodus
eintreten, wenn eine Versorgung mit umgekehrter Polarität ermittelt
wird, so dass der zum Betreiben der Steuerschaltung verwendete Energiespeicher
es ermöglicht,
die MOSFETs so lange wie möglich
zu öffnen.
Bei einer Ausführungsform
kann der Controller davon absehen, ein Fehlersig nal oder eine Fehlernachricht
an einen gekoppelten Mikrocontroller 130 herauszugeben,
der in dieser Situation höchstwahrscheinlich
nicht richtig arbeiten und die Nachricht verarbeiten kann.
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Ein
Betriebsverfahren der Steuerschaltung, die wenigstens einen MOSFET
steuert, umfasst demgemäß den Schritt
des Steuerns des MOSFETs, um im Falle der umgekehrten Stromversorgung
in den leitenden Zustand zu schalten, wobei die Steuerschaltung
von einem Energiespeicher beliefert wird, der ursprünglich für den Betrieb
im Falle einer Versorgung mit nicht umgekehrter Polarität vorgesehen war.
Die Steuerschaltung kann beispielsweise hinsichtlich einer Versorgungssituation
mit umgekehrter Polarität
prüfen,
wenn die Schaltung hochgefahren wird. Energiespeicher können ein
Glättungskondensator
in der Versorgungsleitung der Steuerschaltung und/oder ein Bootstrap
Kondensator sein.
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Die
Steuerschaltung 110 ist demgemäß so ausgelegt und konfiguriert,
dass sie wenigstens einen MOSFET steuert, damit er im Fall einer
Versorgung mit umgekehrter Polarität in den leitenden Zustand
schaltet, wobei die Steuerschaltung von einer Energiespeichereinrichtung
versorgt wird, die ursprünglich
zum Betrieb im Fall einer Versorgung mit nicht umgekehrter Polarität vorgesehen
war.
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2 zeigt
eine andere Ausführungsform 200 einer
Steuerschaltung 210 zum Steuern der MOSFET Transistoren 240a und 240b,
wobei die MOSFETs eine Last an eine Energiequelle koppeln können. Ähnlich wie
oben beschrieben ist die Steuerschaltung 210 an eine Spannungsversorgung 220 gekoppelt,
die bei dieser Ausführungsform
die Batterie eines Fahrzeugs sein kann, und die zum Versorgen der
Last ebenfalls an den High Side MOSFET 240a gekoppelt ist.
Es wird angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform die Steuerschaltung 210 zwei MOSFETs
wie gezeigt, oder eine Vielzahl von MOSFETs paarweise steuern kann,
wobei jedes Paar einen High Side MOSFET, d. h. ähnlich dem MOSFET 240a,
aufweist, der zwischen die Stromversorgung 210 und die
Last geschaltet ist, und einen Low Side MOSFET, d. h. ähnlich dem
MOSFET 240b, der zwischen die Last und die Bezugsmasse
geschaltet ist. Die Steuerschaltung 210 kann beispielsweise
nur ein Paar von MOSFETs steuern, z. B. wie durch die MOSFETs 240a und 240b gezeigt,
um eine einfache Last zu versorgen, die unidirektionalen Gleichstrom benötigt, oder
die Last kann ein Motor sein, der drei MOSFET-Halbbrücken zum
Versorgen von drei Phasen von Strom benötigt. Des Weiteren kann die
Steuerschaltung 210 kommunikativ an einen Mikrocontroller 230 gekoppelt
sein, der wiederum an ein herkömmliches
Bussystem 231 gekoppelt sein kann, von dem der Mikrocontroller 230 und
nachfolgend die Steuerschaltung 210 Steuerinformationen
empfangen, die angeben, wie die Last im Normalbetrieb zu steuern
ist.
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Der
Energieversorgungspfad der Steuerschaltung 210 kann eine
Diode 221 und einen Glättungskondensator 222 zum
Filtern und Glätten
der Versorgungsspannung, die für
die Schaltung 210 bereitgestellt wird, aufweisen.
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Die
Steuerschaltung 210 weist einen Steuerblock 211,
MOSFET Treiberschaltungen 212a und 212b und Spannungsstabilisatoren 213a und 213b auf.
Außer
an die Spannungsversorgung ist der Versorgungsblock 211 an
den Mikrocontroller 230 und an die Spannungsstabilisatoren
und die Treiberschaltungen zum Steuern derselben und somit der MOSFETs
gekoppelt.
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Die
Steuerschaltung 210 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
durch die Spannungen zum Steuern der MOSFETs. Jeder MOSFET wird durch
eine individuelle Treiberschaltung 212a bzw. 212b getrieben,
die wiederum von einem Spannungsstabilisator 213a bzw. 213b angetrieben
wird. Die Spannungsstabilisatoren 213a, 213b und
die Treiberschaltungen 212a, 212b werden jeweils
durch den Steuerblock 211 gesteuert.
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Zum
Treiben des High Side MOSFETs 240a, d. h. der MOSFETs,
die mit einem Anschluss an die Versorgungsspannung gekoppelt sind,
stellt die Schaltung eine Ladungspumpe bereit, die einen Pumpenkondensator 250a und
einen Pufferkondensator 260a verwendet. Im Normalbetrieb
wird der Pumpenkondensator 250a so gesteuert, dass er den Pufferkondensator 260a lädt, so dass
die Spannung des Kondensators 260a der Versorgungsspannung zum
Treiben der Treiberschaltung 212a hinzugefügt werden
kann, so dass die Treiberschaltung zu einer Spannung fähig ist,
die hoch genug ist, um den High Side MOSFET 240a zu öffnen. Es
wird angemerkt, dass der Spannungsstabilisator 213a optional
ist, um eine gesteuertere Spannung bereitzustellen. Das heißt, zum
Bereitstellen einer Steuerspannung zum Steuern eines High Side MOSFETs
verwendet diese Ausführungsform
eine Ladungspumpe zum Laden des Pufferkondensators 260a.
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Auf ähnliche
Weise stellt die Steuerschaltung 210 eine weitere Ladungspumpe
bereit, die den Pumpenkondensator 250b und den Pufferkondensator 260b verwendet,
um eine Steuerspannung an den Low Side Treiber 212b zu
liefern. Es wird angemerkt, dass der Ausgang des Pufferkondensators 260b durch
den optionalen Spannungsstabilisator 213b gesteuert/stabilisiert
werden kann.
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Der
Steuerblock 221 in der Steuerschaltung 210 weist
eine Einrichtung zum Ermitteln einer umgekehrten Polarität an den
Stromversorgungs-Anschlüssen
auf, die ähnlich
wie oben beschrieben sein kann. Ebenfalls ähnlich wie oben beschrieben
steuert, falls eine Situation umgekehrter Polarität ermittelt wird,
der Steuerblock 210 alle MOSFET Treiberschaltungen 212,
um die gekoppelten MOSFETs in den leitenden Zustand zu schalten,
wodurch ein Stromfluss durch die intrinsischen Dioden der MOSFETs
verhindert wird, so dass die MOSFETs geschützt sind.
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Die
Stromversorgung zum Versorgen des Steuerblocks 211 und
auch zum Versorgen der Spannungsstabilisatoren 213 und
zum Schalten der MOSFETs 212 in den leitenden Zustand kann
durch den Glättungskondensator 222 und
durch die Pufferkondensatoren 260a und 260b bereitgestellt
werden. Es wird angemerkt, dass, falls mehrere MOSFET-Halbbrücken in
der Schaltung 200 angeordnet sind, die Schaltung mehrere
Pufferkondensatoren aufweist, nämlich
einen Pufferkondensator für
jeden der gekoppelten MOSFETs. Bei einer Ausführungsform kann der Glättungskondensator 222 den
Steuerblock 211 versorgen, und die Pufferkondensatoren 260a, 260b können die
Spannungsstabilisatoren 213a, 213b mit Strom versorgen
und somit die Treiberschaltungen 212a, 212b betreiben,
um die gekoppelten MOSFETs leitend zu schalten. Falls jedoch die Spannung
oder Ladung eines der Pufferkondensatoren 260a oder 260b zu
niedrig ist, um eine ausreichende Betriebsspannung bereitzustellen,
kann der Steuerblock 211 eine Ladungspumpe verwenden, die von
dem Glättungskondensator 222 versorgt
wird, um den Kondensator zu laden, damit das Schalten der MOSFETs
ermöglicht
wird. Das heißt,
der Steuerblock 211 kann eine Ladungspumpe zum Laden jedes
Pufferkondensators aus dem Glättungskondensator
aufweisen, oder er kann die entsprechende Ladungspumpe steuern,
die dazu vorgesehen ist, den Kondensator entsprechend zu laden,
wobei der Glättungskondensator
zum Bereitstellen der Ladungsoperation verwendet wird.
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Der
Steuerblock 211 kann des Weiteren in einen Energiespar-Betriebsmodus
eintreten, um die von dem Glättungskondensator
und den Pufferkondensatoren bereitgestellte Energie am effektivsten
zu verwenden. Das heißt,
der Steuerblock gibt keine Nachricht oder kein Signal an den Mikrocontroller 130 heraus,
die/das die ermittelte Situation der Versorgung mit umgekehrter
Polarität
anzeigt.
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Um
es der Steuerschaltung 210 zu ermöglichen, eine Situation umgekehrter
Polarität
zu ermitteln und dann entsprechend zu reagieren, ist die gezeigte
Anordnung so ausgelegt und konfiguriert, dass sie den Glättungskondensator 222 und
die Pufferkondensatoren 260a und 260b puffert,
so dass sie bei Bedarf als Stromversorgung verwendet werden können. Das
heißt,
die Steuerschaltung 210 ist auch dann an die Stromversorgung
gekoppelt, wenn die gekoppelten MOSFETs nicht betrieben werden,
z. B. wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
wird eine Steuerschaltung der oben beschriebenen Art, die wenigstens
eine MOSFET-Halbbrücke
aufweist, verwendet, um den Ausgang eines Generators gleichzurichten,
wobei zwei oder drei oder auch mehr MOSFET-Halbbrücken verwendet
werden können. Gleichrichter,
die gesteuerte MOSFETs aufweisen, sind bei Gleichrichtern günstig, da
sie im leitenden Zustand geringere Verluste haben. Die MOSFETs müssen jedoch
so gesteuert werden, dass sie zwischen leitend und nicht leitend
gemäß dem Ausgang eines
gekoppelten Generators schalten. Insbesondere in der Automobilbranche,
d. h. in Fahrzeugen, sind Gleichrichter, die MOSFETs aufweisen,
vorteilhaft, da sie dazu beitragen, Energie zu sparen, d. h. den Kraftstoffverbrauch
eines Fahrzeugs zu reduzieren. Die MOSFETs sind jedoch sehr empfindlich
gegenüber
umgekehrter Polarität,
wenn sie ausgeschaltet sind, da nur Sekundenbruchteile nötig sind,
um einen Gleichrichter, der Leistungs-MOSFETs aufweist, zu zerstören. Demgemäß müssen die
MOSFETs in dem Gleichrichter vor umgekehrter Polarität geschützt werden.
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3 zeigt
eine schematische Ausführungsform 300 einer
Steuerschaltung 310 zum Steuern eines Gleichrichters 320 zum
Koppeln des Ausgangs eines Generators 330 an das elektrische
System eines Fahrzeugs. Die Steuerschaltung 310 ist des
Weiteren an den Mikrocontroller 340 gekoppelt, der wiederum
an ein Bussystem 341 gekoppelt ist, z. B. um Steuernachrichten
von einer anderen elektrischen Steuereinheit zu empfangen, die den
Mikrocontroller 340 darüber
instruieren, wie die Steuerschaltung 310 zu betreiben ist.
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Die
Steuerschaltung 310 weist einen Steuerblock 311 und
MOSFET Treiber 312 auf. Der Steuerblock 311 ist
so ausgelegt und konfiguriert, dass er mit dem Mikrocontroller 340 kommuniziert
und die MOSFET Treiber 312 steuert. Die MOSFET Treiber 312 sind
wiederum an die Leistungs-MOSFETs außerhalb der Steuerschaltung 310 gekoppelt.
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Bei
dieser Ausführungsform
weist der Gleichrichter 320 drei MOSFET-Halbbrücken auf, wobei
jede Halbbrücke
einen High Side MOSFET und einen Low Side MOSFET aufweist. Es wird
angemerkt, dass alternative Ausführungsformen
mehr oder weniger MOSFET-Halbbrücken
aufweisen können,
wobei die Anzahl der Halbbrücken
sich auf die spezifische Ausgestaltung des gekoppelten Generators 330 bezieht.
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Der
Generator 330 kann mechanisch an den Verbrennungsmotor
des Fahrzeugs gekoppelt werden, so dass der Generator elektrische
Energie erzeugen kann, wenn er den Verbrennungsmotor treibt. Da
der Generator Wechselstrom erzeugt und das elektrische System eines
herkömmlichen
Fahrzeugs ein Gleichstromsystem ist, muss der Ausgang des Generators 330 gleichgerichtet
werden, bevor er an das elektrische System gekoppelt wird. Da der
Ausgang des Generators vorzugsweise möglichst effizient in Gleichstrom
umgewandelt werden sollte, weist der Gleichrichter Leistungs-MOSFETs
auf, die so gesteuert werden müssen,
dass sie eine Phase des Generators gemäß ihrer tatsächlichen
Spannung an das elektrische System koppeln. Diese Steuerung wird durch
die Steuerschaltung 310 mittels der Treiberschaltungen 312 zum
Treiben der Leistungs-MOSFETs in dem Gleichrichter 320 bereitgestellt.
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Der
Gleichrichter 320 weist drei MOSFET-Halbbrücken 321, 322 und 323 auf,
wobei jede Halbbrücke
einen High Side MOSFET, d. h. die MOSFETs 321a bzw. 322a bzw. 323a,
aufweist, und einen Low Side MOSFET, d. h. die MOSFETs 321b bzw. 322b bzw. 323b.
Jeder der MOSFETs ist an einen Treiber 312 gekoppelt und
wird von ihm getrieben. Die MOSFET-Halbbrücken sind an die Phasen des Generators 330 gekoppelt,
um die Phase an das elektrische System zu koppeln.
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Obwohl
dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist die Steuerschaltung 310 an
externe Elemente zur Stromversorgung gekoppelt, d. h. beispielsweise
eine Diode und einen Glättungskondensator,
wie in 1 und 2 gezeigt ist. Auch die Steuerschaltung 310 verwendet
entweder einen Bootstrap Kondensator analog zu dem in 1 gezeigten,
oder wenigstens eine Ladungspumpenanordnung, die einen Pufferkondensator
aufweist, um zu ermöglichen,
dass die High Side MOSFET Treiber 312a eine geeignete Steuerspannung
für die Gate-Anschlüsse der
gekoppelten High Side MOSFETs 321a bis 323a bereitstellen.
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Wenn
das elektrische System des Fahrzeugs betrieben wird, d. h. beispielsweise,
wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, um das Fahrzeug zu bewegen,
prüft die
Steuerschaltung 310 permanent, ob der Generator 330 eine
Spannung umge kehrter Polarität
an den Gleichrichter 320 liefert.
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Die
Prüfung
hinsichtlich umgekehrter Polarität
kann beispielsweise durch Prüfen
der Polarität
der von dem Generator an den Gleichrichter gelieferten Spannungen
durchgeführt
werden. Wenn die Steuerschaltung 310 erkennt, dass der
Generator 330 umgekehrte Spannungen an den Gleichrichter
liefert, handelt der Steuerblock ähnlich wie oben für die Steuerblöcke beschrieben.
Das heißt,
der Steuerblock steuert sofort die Treiber 312, damit sie
die gekoppelten MOSFETs in dem Gleichrichter 320 zum Schutz
in den leitenden Zustand schalten und tritt in einen Energiespar-Betriebsmodus
ein. Sobald die MOSFETs in den leitenden Zustand geschaltet sind, werden
die Spannung und der Strom, die von dem Generator erzeugt worden
sind, an die Batterie gekoppelt, so dass die Stromversorgung des
elektrischen Systems und ebenso der Steuerschaltung sehr wahrscheinlich
zusammenbrechen wird. Demgemäß gibt es,
falls der Generator eine Spannung umgekehrter Polarität erzeugt,
keine Stromversorgung für
die Steuerschaltung 310. Aus diesem Grund verwendet die
Steuerschaltung 310 wenigstens einen der gekoppelten Energiespeicher
wie oben erwähnt,
während
sie die Treiber so steuert, dass sie die MOSFETs öffnen. Demgemäß kann die
Steuerschaltung zur Versorgung einen Glättungskondensator verwenden,
der in der Spannungsversorgungsleitung enthalten ist, oder einen
Bootstrap Kondensator oder einen Ladungspumpen-Pufferkondensator
oder einen Kombination davon. Des Weiteren kann der Steuerblock 311 auch
eine Ladungspumpe zum Laden eines Kondensators aufweisen, um eine Gate-Spannung
bereitzustellen, die ausreichend hoch ist, um die High Side MOSFETs
so zu steuern, dass sie in den leitenden Zustand schalten.
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Die
Steuerschaltung 310 kann des Weiteren so ausgelegt und
konfiguriert sein, dass sie die gekoppelten Energiespei cher mit
elektrischer Energie puffert, während
die Steuerschaltung nicht aktiv instruiert wird, den Gleichrichter
im Normalbetrieb zu betreiben.
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Obwohl
hier bestimmte Ausführungsformen dargestellt
und beschrieben wurden, ist es für
den Fachmann selbstverständlich,
dass eine Reihe von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen
statt der dargestellten und beschriebenen bestimmten Ausführungsformen
verwendet werden können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende
Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Varianten der hier erörterten
bestimmten Ausführungsformen
abdecken. Daher soll die Erfindung nur durch die Patentansprüche und
deren äquivalente
beschränkt
sein.