DE102011007339A1 - Versorgungsschaltungsanordnung - Google Patents

Versorgungsschaltungsanordnung Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/002Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection

Abstract

Versorgungsschaltungsanordnung (1) mit einem ersten Spannungswandler (4) zur Spannungsversorgung eines Netzes (2) aus einem Energiespeicher, wobei der erste Spannungswandler (4) wenigstens einen steuerbaren elektronischen Schalter (5) zum Schalten von Laststrom aufweist, dessen steuerbare Schaltstrecke (5a, 5b) mit einer Invers-Diode (6) parallel beschaltet ist, wobei die Versorgungsschaltungsanordnung (1) eine Verpolschutzschaltung (8) aufweist, wobei der Betrieb der Verpolschutzschaltung (8) in Abhängigkeit der Spannung über die Invers-Diode (6) aus der Durchlassspannung an derselben erfolgt, insbesondere ausschließlich daraus.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Versorgungsschaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Eine gattungsgemäße Versorgungsschaltungsanordnung ist insbesondere zur Erzeugung einer Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs aus der Spannung eines Energiespeichers in Form z. B. einer Hochvoltbatterie oder z. B. eines Super-Caps vorgesehen, wie sie insbesondere in Hybridfahrzeugen Verwendung finden. Ein Spannungswandler der Versorgungsschaltungsanordnung, i. e. ein Bordnetzwandler, übernimmt hierbei die Aufgabe der Lichtmaschine.
  • In bestimmten Szenarien, z. B. beim Fremdstart kann es zu einer Verpolung der z. B. 12 V- oder 24 V-Bordbatterie im Ausgangskreis des Spannungswandlers kommen. Eine Verpolung darf hierbei aber nicht zur Zerstörung des Spannungswandlers führen, welcher – um den Wirkungsgrad des Bordnetzwandlers zu verbessern – in der Regel als Synchrongleichrichter mit Schaltern in Form von MOSFETs ausgeführt ist, z. B. als Mittelpunktgleichrichter mit und ohne Mittenanzapfung oder als Brückengleichrichter.
  • Die vorstehend genannten Gleichrichtertopologien zur Bildung des Spannungswandlers haben gemeinsam, dass bauartbedingt vorhandene Invers-Dioden der Schalter, z. B. parasitäre Dioden der MOSFETs oder Freilaufdioden der IGBTs, bei einer Verpolung der Bordnetzbatterie leitfähig werden. Diese starke thermische Überlastung führt in der Regel nach kurzer Zeit zur Zerstörung des Spannungswandlers, z. B. des jeweiligen Schalters (MOSFET). Um eine Zerstörung bei Verpolung zu vermeiden, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, die Schalter im Verpolfall derart anzusteuern, dass diese durchschalten. Durch das Durchschalten werden die parasitären Dioden überbrückt und der Strom fließt über die geschlossene Schaltstrecke, i. e. durch die Schalter, so dass einer Überhitzung vorgebeugt ist.
  • Im Stand der Technik, z. B. der Druckschrift DE 100 01 485 A1 und der Druckschrift DE 10 2009 004 225 A1 , wurden verschiedene Spannungsversorgungseinrichtungen mit Verpolschutzschaltungen vorgeschlagen, welche eine wie vorstehend ausgeführte Ansteuerung der Schalter zu einem Durchschalten derselben bei Verpolung veranlassen. Die vorgeschlagenen Verpolschutzanordnungen sind jedoch aufwändig zu dimensionieren und somit relativ teuer, insbesondere da hohe Ströme bzw. Spannungen zu deren Betrieb genutzt werden und im Allgemeinen eine Potentialtrennung für jeden Schalter (MOSFET) erforderlich ist.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Versorgungsschaltungsanordnung vorzuschlagen, deren Verpolschutzschaltung zu ihrem Betrieb lediglich geringer Energie bedarf und somit einen kostengünstigen Aufbau erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Versorgungsschaltungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Versorgungsschaltungsanordnung der vorgenannten Art, welche dazu vorgesehen ist, Energie bzw. eine Spannung für ein nachgeordnetes Netz mit einem oder mehreren Verbrauchern bereitzustellen. Ein solches Netz ist insbesondere ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs. Zur Bereitstellung der Spannung eines vorgesehenen Spannungsniveaus weist die Versorgungsschaltungsanordnung einen ersten Spannungswandler auf, welcher insbesondere mittels eines Synchrongleichrichters gebildet ist und welcher zur Spannungsversorgung des Netzes Energie aus einem Energiespeicher bezieht, z. B. einer Hochvoltbatterie, einem Super-Cap, einer Brennstoffzelle, oder z. B. Kombinationen daraus. Der Gleichrichter kann allgemein eine bekannte Gleichrichtertopologie aufweisen.
  • Der zur Bildung des ersten Spannungswandlers, welcher insbesondere ein Gleichspannungswandler ist, verwendete Gleichrichter und insofern der Spannungswandler weist wenigstens einen steuerbaren elektronischen Schalter auf, welcher als transistorisierter Schalter in Form z. B. eines MOSFETs oder eines IGBTs gebildet ist, insbesondere als Leistungs-MOSFET. Der Schalter ist hierbei insbesondere ein Schalter vom Typ „normal sperrend”. Über die steuerbare Schaltstrecke eines solchen Schalters wird ein Laststrom geschaltet, d. h. das Netz versorgt, wobei die Schaltstrecke in Abhängigkeit des Schaltertyps insbesondere eine Drain-Source-Strecke oder eine Kollektor-Emitter-Strecke bezeichnet, welche über einen jeweiligen Steuereingang des Schalters, z. B. einen Gate- oder Basiseingang steuerbar ist.
  • Die steuerbare Schaltstrecke des Schalters ist mit einer Invers-Diode parallel beschaltet, wobei die Invers-Diode die interne Diode eines MOSFET – die auch als Body-Diode oder Substrat-Kanal-Diode oder als intrinsische Dioden bekannt ist – sein kann, oder z. B. eine extern beschaltete Diode. Die Invers-Diode kann in ihrer Flusspolungsrichtung Strom durchlassen, wobei sie im Normalbetrieb, d. h. in Bezug auf den Schalter, in Sperrrichtung geschaltet ist.
  • Über eine Invers-Diode können sich jedoch auch potenziell schädigende Stromstärken einstellen, z. B. insbesondere dann, wenn eine Bordnetzbatterie netzseitig verkehrt gepolt an den mit der Diode beschalteten Schalter angeschlossen ist, d. h. ein Kurzschluss aufgrund der in Flussrichtung gepolten Diode vorliegt. Hierbei ist insbesondere der Zeitraum beachtlich, über welchen hinweg ein solch hoher Strom geführt werden muss, wobei ohne Verpolschutzmaßnahmen in der Regel Zeiträume von einigen 30 Sekunden bereits zu Schäden führen können. Insofern ist darauf zu beachten, dass die Verpolschutzmaßnahmen möglichst schnell greifen. Um zu verhindern, dass im Verpolfall über die Invers-Diode geführte, insbesondere hohe Ströme dieselbe schädigen und somit die Versorgungsschaltungsanordnung schlimmstenfalls unbrauchbar machen, weist die Versorgungsschaltungsanordnung eine Verpolschutzschaltung auf.
  • Der Betrieb der Verpolschutzschaltung erfolgt gemäß der Erfindung in Abhängigkeit der Spannung über der Invers-Diode aus der Durchlassspannung an derselben, insbesondere ausschließlich daraus. Hierzu liegt am Eingang der Verpolschutzschaltung die Spannung über der Invers-Diode an. Mittels der über der Invers-Diode abgegriffenen bzw. abfallenden Spannung, welche im Verpolfall einer Durchlassspannung der Diode entspricht, kann die Verpolschutzschaltung vorteilhaft sowohl in Betrieb gesetzt als auch betrieben werden. Ein Spannungsabfall über der Diode triggert insofern vorzugsweise den Betrieb der Verpolschutzschaltung. Daneben muss der Verpolschutzschaltung keine weitere Energie zu deren Betrieb zugeführt werden.
  • Die Verpolschutzschaltung, welche lediglich einer Dioden-Durchlassspannung zu ihrem Betrieb bedarf, kann insofern mit geringer Energie betrieben werden, z. B. mit einem Spannungsbetrag im Bereich von lediglich 0,6 bis 1,5 V, z. B. max. 3 V, in Abhängigkeit der Durchlassspannung an der Invers-Diode. Bei einer Ausführungsform beträgt der Betrag der Betriebsspannung z. B. 1,3 V. Die Verpolschutzschaltung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Steuereingang des mit der Invers-Diode beschalteten Schalters anzusteuern und den Schalter durchzuschalten, i. e. die Schaltstrecke selektiv bzw. in Abhängigkeit des Spannungsabfalls über die Invers-Diode leitend zu schalten, so dass die Invers-Diode überbrückt ist. Dieser Zustand kann mit einer Verpolschutzschaltung gemäß der Erfindung energieautark insbesondere über einen längeren Zeitraum von z. B. einer Minute aufrechterhalten werden, d. h. zumindest solange bis weitere Sicherungsmaßnahmen greifen können.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verpolschutzschaltung der Versorgungsschaltungsanordnung ebenfalls einen Spannungswandler auf, welcher nachfolgend als zweiter Spannungswandler bezeichnet ist. Der zweite Spannungswandler ist insbesondere ein Gleichspannungswandler bzw. DC/DC-Wandler und weiterhin insbesondere ein invertierender Gleichspannungswandler, wobei der Eingang des zweiten Spannungswandlers mit der Spannung beaufschlagt ist, welche über die Invers-Diode des Schalters abfällt und als Betriebsspannung zum Betrieb der Verpolschutzschaltung zur Verfügung steht. Hierzu kann eine Eingangsklemme mit einem ersten Anschluss der Invers-Diode, eine weitere Eingangsklemme mit dem weiteren Anschluss der Invers-Diode elektrisch verbunden sein.
  • Der zweite Spannungswandler ist vorteilhaft dazu ausgebildet, sich in Abhängigkeit des Niveaus der Eingangsspannung entsprechend der Spannung über die Invers-Diode selbsttätig in Betrieb zu setzen. Hierzu kann die an der Diode abgegriffene Spannung zumindest anteilig z. B. einer PWM-Stufe zur Verfügung gestellt werden, welche vorzugsweise Bestandteil des zweiten Spannungswandlers ist und welche einen Schalter des zweiten Spannungswandlers bei anliegender Spannung in Abhängigkeit des Niveaus der abgegriffenen Spannung selbsttätig taktet. Hierbei ist die PWM-Stufe z. B. dazu ausgebildet, den Betrieb des Schalters und insofern des Spannungswandlers in Abhängigkeit des Niveaus der Spannung aufrechtzuerhalten, d. h. kontinuierlich zu takten. Der zweite Spannungswandler fungiert insbesondere als invertierender Spannungswandler, d. h. die Spannung am Ausgang weist zur Eingangsspannung entgegen gesetzte Polarität auf. Mittels der invertierten Spannung kann der durchzuschaltende Schalter, z. B. ein MOSFET, vorzeichenrichtig angesteuert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Spannungswandler ein invertierender Buck-Boost-Converter.
  • Mittels des zweiten Spannungswandlers wird vorzugsweise ein dem Spannungswandler nachgeordneter Energiespeicher der Verpolschutzschaltung geladen. Der Energiespeicher ist hierzu – insbesondere unmittelbar – mit dem Ausgang des zweiten Spannungswandlers elektrisch verbunden, vorzugsweise parallel zu diesem geschaltet, wobei der Energiespeicher insbesondere ein Kondensator ist, dessen Klemmenspannung mittels des zweiten Spannungswandlers insbesondere sehr schnell erhöht werden kann. Ein solcher kann insbesondere im einschlägigen Verpolfall, insbesondere einer falsch angeschlossenen Bordbatterie, mittels der hierbei präsenten hohen Ströme sehr schnell aufgeladen werden.
  • Die Verpolschutzschaltung der Versorgungsschaltungsanordnung ist ferner vorzugsweise dazu ausgebildet, in Abhängigkeit eines Energieniveaus am Verpolschutz-Energiespeicher den Steuereingang des elektronischen Schalters zum Zwecke eines Durchschaltens der Schaltstrecke desselben anzusteuern, i. e. selektiv. Hierzu wird vorzugsweise ein Schwellwertvergleich durchgeführt, z. B. die Spannung am Verpolschutz-Kondensator mit einem Schwellwert verglichen, welcher als Maßgabe dafür dient, dass ein Triggern des Schalter-Steuereingangs erfolgen muss. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Steuereingang nur bei Überschreiten einer vorbestimmten Belastung der Invers-Diode angesteuert ist und ausreichend Energie im Energiespeicher vorhanden ist, um den Schalter (MOSFET) sicher und hinreichend lange ansteuern zu können.
  • Zur selektiven Ansteuerung des Steuereingangs kann die Verpolschutzschaltung eine Auslösevorrichtung aufweisen. Hierüber kann zudem der Steuereingang des Schalters mit der im Verpolschutz-Energiespeicher gespeicherten Energie beaufschlagt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Auslösevorrichtung einen Komparator und eine damit zusammenwirkende Logik auf, welche vorzugsweise mittels der Energie des Energiespeichers betrieben werden.
  • Der Komparator, welcher dem Energiespeicher vorzugsweise nachgeschaltet ist, insbesondere unmittelbar, vergleicht das Energieniveau am Energiespeicher, insbesondere ein Spannungsniveau am Kondensator, mit einem Schwellwert, welcher z. B. von einer Referenzspannungsquelle des Komparators zur Verfügung gestellt wird. Basierend auf dem Vergleichsergebnis kann eine Logik angesteuert werden, z. B. ein Logikbaustein in Form eines Flip-Flops, welche bei bzw. nach Erreichen des Schwellwerts vorzugsweise die im Energiespeicher gespeicherte Energie an einem Ausgang der Auslösevorrichtung zum Abgriff durch den Steuereingang des Schalters und zur Durchsteuerung desselben zur Verfügung stellt.
  • Die zur Verfügung gestellte Energie, welche dem Energiespeicher der Verpolschutzschaltung entnommen wird, ist hierbei insbesondere quantitativ geeignet, den Steuereingang über einen längeren Zeitraum zur Durchsteuerung des Schalters bzw. dessen Schaltstrecke anzusteuern. Durch das Durchschalten des Schalters wird die Diode überbrückt und der potenziell hohe Strom im Verpolfall fließt über die Schaltstrecke des Schalters.
  • Hierbei kann die Verpolschutzschaltung weiterhin einen Schalter in Form eines elektrisch öffnenden Kontakts zur selektiven elektrisch leitfähigen Verbindung des Steuereingangs mit der Verpolschutzschaltung aufweisen, welcher in einem Normalbetriebsfall des ersten Spannungswandlers offen ist, im Verpolfall jedoch eine niederohmige Verbindung mit dem Ausgang der Auslösevorrichtung liefert, welche ein verlustfreies Ansteuern des Steuereingangs des wenigstens einen Schalters des ersten Spannungswandlers ermöglicht. Ein solcher Schalter kann z. B. aktiv durch einen Treiber der Versorgungsschaltungsanordnung „offen” gesteuert werden.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Spannungswandler mehrere elektronische, steuerbare Schalter auf, deren steuerbare Schaltstrecke jeweils mit einer Invers-Diode parallel beschaltet ist. Hierbei kann jedem Schalter eine wie vorstehend ausgeführte separate Verpolschutzschaltung zugeordnet sein, welche jeweils aus der Durchlassspannung der Invers-Diode betreibbar ist, insbesondere auschließlich. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn die Schalter nicht auf gleichem elektrischem Potenzial am Ausgang der Schaltstrecke liegen, i. e. Emitter bzw. Source.
  • Bei einer Versorgungsschaltungsanordnung, bei welcher der erste Spannungswandler mehrere elektronische, steuerbare Schalter aufweist, deren steuerbare Schaltstrecke jeweils mit einer Invers-Diode parallel beschaltet ist, weisen die Schalter, zumindest zwei der Schalter, vorzugsweise eine gemeinsame Verpolschutzschaltung gemäß obiger Ausführungen auf, welche aus der Durchlassspannung wenigstens einer der Invers-Dioden betreibbar ist, insbesondere ausschließlich. Vorzugsweise nutzt die Verpolschutzschaltung hierbei den Spannungsabfall über mehrere, zumindest zwei, Invers-Dioden als Betriebsspannung bzw. zu ihrem Betrieb. Der Energiespeicher der Verpolschutzschaltung kann entsprechend größer dimensioniert sein, um sämtliche Schalter des ersten Spannungswandlers gleichzeitig offen zu steuern, insbesondere über einen längeren Zeitraum.
  • Eine derart ausgebildete Verpolschutzschaltung kann insbesondere genutzt werden, wenn die Schalter mit jeweils dem Ausgang ihrer Schaltstrecke auf gleichem Bezugspotential liegen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figur der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 exemplarisch eine Versorgungsschaltungsanordnung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt exemplarisch eine Versorgungsschaltungsanordnung 1, welche zur Versorgung eines Netzes 2 mit einem Verbraucher 3, vorgesehen ist. Die Versorgungsschaltungsanordnung 1 bezieht Energie aus einem Energiespeicher (nicht dargestellt), z. B. einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs über ihren Spannungswandler 4, von dessen Ausgangskreis, insbesondere dessen Gleichrichter im Ausgangskreis, exemplarisch ein Schalter 5 dargestellt ist. Der Spannungswandler 4 ist ein DC/DC-Wandler, insbesondere ein Bordnetzwandler eines Kraftfahrzeugs, welcher nachfolgend als erster Spannungswandler 4 bezeichnet ist.
  • Der Schalter 5 ist ein steuerbarer, normal offener elektronischer Schalter in Form eines MOSFETs, insbesondere eines Leistungs-MOSFETs, dessen Schaltstrecke eine parallele Diode 6 aufweist, wobei die parallele Diode bzw. Invers-Diode 6 eine parasitäre bzw. interne Diode des MOSFETs ist. Alternativ kann die Invers-Diode 6 z. B. auch eine extern beschaltete oder z. B. eine zusätzliche Diode sein.
  • Die Diode 6 ist hinsichtlich ihrer Flusspolung bzw. ihrer Durchlassrichtung, Pfeil A, entgegengesetzt zu der vorgesehenen Normalbetriebsrichtung des Schalters 4, Pfeil B, angeordnet. Die Normalbetriebsrichtung des Schalters 5 sieht einen Strompfad von Drain 5a nach Source 5b über die entsprechenden Anschlüsse der Schaltstrecke des Schalters 5 vor.
  • Über die Abgriffe 6a, 6b an der parallel zur Schaltstrecke geschalteten Invers-Diode 6 liegt eine Spannung über der Diode 6 am Eingang 7 – dargestellt durch die Klemmen 7a, 7b – eines nachgeordneten, einer Verpolschutzschaltung 8 der Versorgungsschaltungsanordnung 1 zugehörigen zweiten Spannungswandlers 9 an. Die Spannung korrespondiert im Verpolfall, wenn die Invers-Diode 6 im Durchlassbetrieb arbeitet, mit der Durchlassspannung der Diode 6.
  • Der zweite Spannungswandler 9 ist ebenfalls ein Gleichspannungswandler bzw. ein DC/DC-Converter in Form eines invertierenden Spannungswandlers, welcher aus einer negativen Eingangsspannung eine positive Ausgangsspannung erzeugt und umgekehrt. Vorliegend ist der Spannungswandler 9 insbesondere ein Buck-Boost-Converter. Mittels der Invertierung der Spannung kann eine Spannung zur Durchschaltung des Steuereingangs 5c des Schalters 5 im Verpolfall vorzeichenrichtig bereitgestellt werden. Die Richtung der im Verpolfall bzw. bei Betrieb der Verpolschutzschaltung 8 bereitgestellten Ausgangsspannung entspricht hierbei der Spannungsrichtung B am Steuereingang 5c bei Normalbetrieb des Schalters 4.
  • Der zweite Spannungswandler 9 weist auf übliche Weise einen zu taktenden Schalter 10, eine Spule 11 und eine Diode 12 auf, wobei der Schalter 10 zur Einstellung der Ausgangsspannung des zweiten Spannungswandlers 9 durch entsprechendes Takten vorgesehen ist. Der Schalter 10 ist Teil einer PWM-Stufe des zweiten Spannungswandlers 9 (nicht dargestellt), welche in Abhängigkeit der Eingangsspannung am zweiten Spannungswandler 9 den Betrieb selbsttätig aufnimmt und kontinuierlich aufrecht erhält, insbesondere für den Zeitraum bis ein Eingangsspannungsschwellwert unterschritten wird. Zum Betrieb wird die Spannung über der Invers-Diode 6 genutzt.
  • Am Ausgang des zweiten Spannungswandlers 9 ist parallel zu dessen Ausgangsklemmen 9a, 9b ein Energiespeicher in Form eines Kondensators 13 der Verpolschutzschaltung 8 angeordnet, welcher bei Betrieb des zweiten Spannungswandlers 9, i. e. bei anliegender Durchlassspannung, welche z. B. –1,3 Volt beträgt, geladen wird, z. B. auf eine Spannung von +15 V. Der Kondensator 13 dient dazu, die Energie zum Durchschalten des Steuereingangs 5c des mit der Verpolschutzschaltung 8 beschalteten Schalters 5 zur Verfügung zu stellen, insbesondere für einen längeren Zeitraum.
  • Dem Kondensator 13 nachgeschaltet ist eine Auslösevorrichtung 14 der Verpolschutzschaltung 8, welche einen Komparator 15 sowie eine Logik 16 aufweist. Die Auslösevorrichtung 14 stellt die Energie des mit ihrem Eingang 14a, b verbundenen Kondensators 13 an ihrem Ausgang 14c selektiv zur Verfügung, i. e. in Abhängigkeit des Energieniveaus am Kondensator 13. Die Energie wird vorzugsweise dann am Ausgang 14c zur Verfügung gestellt, wenn das Ladeniveau bzw. die Spannung am Kondensator 13 ausreichend hoch ist, um den Steuereingang 5c des Schalters 5 geeignet anzusteuern bzw. den Schalter 5 durchzusteuern.
  • Hierzu wird mittels des Komparators 15 das Kondensatorspannungsniveau über einen Spannungsteiler 17 und eine Referenzspannungsquelle 18 des Komparators 15 mit einem Schwellwert verglichen und in Abhängigkeit des Ergebnisses ein Signal an die Logik 16, z. B. in Form eines Flip-Flops, ausgegeben. Ist das Kriterium ausreichende Kondensatorspannung erfüllt, so liegt ein entsprechendes Signal an einem Signaleingang 16a der Logik 16 an, woraufhin die Kondensatorspannung des Kondensators 13 durch Aktivieren eines Schaltvorgangs, z. B. Schließen eines Schalters 19 der Logik 16 durch dieselbe vorzeichenrichtig an den Steuereingang 5c des Schalters 5 gelegt und dieser durchgesteuert wird. Der Steuereingang 5c ist hierbei geeignet mit dem Ausgang 14c der Ausloseschaltung 14, welcher zugleich ein Ausgang der Logik 16 ist, elektrisch verbindbar bzw. verbunden.
  • Die Verpolschutzschaltung 8 weist weiterhin einen Schalter 20 auf, welcher Bestandteil einer Treiberschaltung 21 der Versorgungsschaltungsanordnung 1 sein kann. Der Schalter 20 ist ein „normal geschlossen” Schalter, z. B. ein JFET, welcher stets geschlossen ist, wenn der erste Spannungswandler 4 inaktiv ist und welcher aktiv offen gesteuert werden muss. Über den Schalter 20 kann im Verpolfall, insbesondere bei inaktivem Spannungswandler 4, die Spannung des Kondensators 13 an den Steuereingang 5c gelegt werden, d. h. eine niederohmige Verbindung des Steuereingangs 5c mit dem Ausgang 14c geschaffen werden, während im Normalbetriebsfall des Spannungswandlers 4 eine solche Verbindung unterbrochen ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Versorgungsschaltungsanordnung
    2
    Netz
    3
    Verbraucher
    4
    erster Spannungswandler
    5
    Schalter
    5a, b
    Schaltstrecke
    5c
    Steuereingang
    6
    Diode
    6a, 6b
    Abgriff
    7
    Eingang zweiter Spannungswandler
    7a, 7b
    Eingangsklemmen
    8
    Verpolschutzschaltung
    9
    zweiter Spannungswandler
    9a, b
    Ausgangsklemmen
    10
    Schalter zweiter Spannungswandler
    11
    Spule
    12
    Diode
    13
    Kondensator
    14
    Auslösevorrichtung
    14a, b
    Eingang
    14c
    Ausgang
    15
    Komparator
    16
    Logik
    16a
    Signaleingang
    17
    Spannungsteiler
    18
    Referenzspannungsquelle
    19
    Schalter (Logik)
    20
    Schalter (Treiber)
    A
    Durchlassrichtung Diode
    B
    Normalbetriebsrichtung Schalter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10001485 A1 [0005]
    • DE 102009004225 A1 [0005]

Claims (13)

  1. Versorgungsschaltungsanordnung (1) mit einem ersten Spannungswandler (4) zur Spannungsversorgung eines Netzes (2) aus einem Energiespeicher, wobei der erste Spannungswandler (4) wenigstens einen steuerbaren elektronischen Schalter (5) zum Schalten von Laststrom aufweist, dessen steuerbare Schaltstrecke (5a, 5b) mit einer Invers-Diode (6) parallel beschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltungsanordnung (1) eine Verpolschutzschaltung (8) aufweist, wobei der Betrieb der Verpolschutzschaltung (8) in Abhängigkeit der Spannung über die Invers-Diode (6) aus der Durchlassspannung an derselben erfolgt, insbesondere ausschließlich daraus.
  2. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpolschutzschaltung (8) zur Ansteuerung des Schalters (5) ausgebildet ist, insbesondere zur selektiven Ansteuerung in Abhängigkeit der Spannung über der Invers-Diode (6).
  3. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltungsanordnung (1) einen zweiten Spannungswandler (9) als Bestandteil der Verpolschutzschaltung (8), insbesondere einen invertierenden DC/DC-Spannungswandler (9), aufweist, an dessen Eingang (7a, 7b) die Spannung über die Invers-Diode (6) als Spannung zum Betrieb der Verpolschutzschaltung (8) anliegt.
  4. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannungswandler (9) ausgebildet ist, sich in Abhängigkeit des Niveaus der Eingangsspannung entsprechend der Spannung über die Invers-Diode (6) selbsttätig in Betrieb zu setzen und/oder den Betrieb in Abhängigkeit des Niveaus der Spannung aufrechtzuerhalten.
  5. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpolschutzschaltung (8) einen mittels des zweiten Spannungswandlers (9) aufladbaren Energiespeicher (13), insbesondere in Form eines Kondensators (13), aufweist.
  6. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpolschutzschaltung (8) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Energieniveaus am Verpolschutz-Energiespeicher (13) den Steuereingang (5c) des elektronischen Schalters (5) zum Zwecke eines Durchschaltens der Schaltstrecke (5a, 5b) desselben anzusteuern.
  7. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltungsanordnung (1) eine Auslösevorrichtung (14) aufweist, mittels derer der Steuereingang (5c) des Schalters (5) insbesondere selektiv mit der im Verpolschutz-Energiespeicher (13) gespeicherten Energie beaufschlagbar ist.
  8. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösevorrichtung (14) einen Komparator (15) und eine damit zusammenwirkende Logik (16) aufweist.
  9. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpolschutzschaltung (8) weiterhin einen Schalter (20) in Form eines elektrisch öffnenden Kontakts zur selektiven elektrisch leitfähigen Verbindung des Steuereingangs (5c) mit der Verpolschutzschaltung (8) aufweist, welcher in einem Normalbetriebsfall des ersten Spannungswandlers (4) offen ist.
  10. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannungswandler (9) ein Buck-Boost-Converter ist, insbesondere ein invertierender Buck-Boost-Converter und/oder der Schalter (5) ein MOSFET und/oder ein IGBT ist.
  11. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannungswandler (4) eine Mehrzahl elektronischer, steuerbarer Schalter (5) aufweist, deren steuerbare Schaltstrecke (5a, b) jeweils mit einer Invers-Diode (6) parallel beschaltet ist, wobei jedem Schalter (5) eine Verpolschutzschaltung (8) zugeordnet ist, wobei der Betrieb der jeweiligen Verpolschutzschaltung (8) in Abhängigkeit der Spannung über die jeweilige Invers-Diode (6) aus der Durchlassspannung an derselben erfolgt, insbesondere ausschließlich daraus.
  12. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spannungswandler (4) eine Mehrzahl elektronischer, steuerbarer Schalter (5) aufweist, deren steuerbare Schaltstrecke (5a, b) jeweils mit einer Invers-Diode (6) parallel beschaltet ist, wobei wenigstens zwei Schalter (5) eine gemeinsame Verpolschutzschaltung (8) aufweisen, wobei der Betrieb der gemeinsamen Verpolschutzschaltung (8) in Abhängigkeit der Spannung über wenigstens eine Invers-Diode (6) aus der Durchlassspannung an derselben bzw. denselben erfolgt, insbesondere ausschließlich daraus.
  13. Versorgungsschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (5) mit jeweils dem Ausgang (5b) ihrer Schaltstrecke (5a, b) auf gleichem Bezugspotential liegen.
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