DE102012112391B4 - Schaltnetzteil mit einer Kaskodenschaltung - Google Patents

Schaltnetzteil mit einer Kaskodenschaltung Download PDF

Info

Publication number
DE102012112391B4
DE102012112391B4 DE102012112391.8A DE102012112391A DE102012112391B4 DE 102012112391 B4 DE102012112391 B4 DE 102012112391B4 DE 102012112391 A DE102012112391 A DE 102012112391A DE 102012112391 B4 DE102012112391 B4 DE 102012112391B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power supply
switching power
bipolar transistor
switching
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102012112391.8A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102012112391A1 (de
Inventor
Hartmut Henkel
Michael Heinemann
Guido Remmert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PHOENIX CONTACT POWER SUPPLIES GMBH, DE
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact Power Supplies GmbH
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact Power Supplies GmbH, Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact Power Supplies GmbH
Priority to DE102012112391.8A priority Critical patent/DE102012112391B4/de
Priority to PCT/EP2013/074095 priority patent/WO2014095201A1/de
Priority to US14/652,732 priority patent/US20160043640A1/en
Priority to EP13792904.8A priority patent/EP2932597A1/de
Priority to CN201380066095.0A priority patent/CN105229926A/zh
Publication of DE102012112391A1 publication Critical patent/DE102012112391A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102012112391B4 publication Critical patent/DE102012112391B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching
    • H03K17/042—Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0424—Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit by the use of a transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/10—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
    • H03K17/107—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K2017/6875—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors using self-conductive, depletion FETs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Schaltnetzteil (202), mit:- einem Schaltelement (308), wobei- das Schaltelement (308) einen Bipolartransistor (402) und einen Feldeffekttransistor (404) aufweist, wobei der Bipolartransistor (402) und der Feldeffekttransistor(404) zu einer Kaskode (400) verschaltet sind, wobei die Kaskode (400) sich im leitenden Zustand in Selbsthaltung befindet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil.
  • Schaltnetzteile weisen ein Schaltelement auf, mit dem eine gleichgerichtete sowie gegebenenfalls geglättete elektrische Spannung zerhackt wird, bevor diese zerhackte elektrische Spannung transformiert und wieder gleichgerichtet sowie gegebenenfalls zusätzlich geglättet wird.
  • Als Schaltelemente für elektrische Spannungen im Bereich von 100 - 1000 VDC werden als Hochspannungsschalter einzelne Schalter oder mehrere parallelgeschaltet Schalter verwendet. Dabei kommen alle Arten von MOSFETS, IGBTs und Bipolartransistoren zum Einsatz. Die heutigen Hochvoltmosfets weisen jedoch bei einem Betrieb mit Schaltfrequenzen im Bereich von 20 kHz bis 200 kHz mit zunehmender Frequenz stark zunehmende Schalt- und Leitungsverluste auf.
  • Die US 2010 / 0 328 976 A1 betrifft eine Kaskode, ausgebildet zum Schalten wenigstens eines Niederspannungsdurchbruchschaltkreises, um wenigstens einen Hochspannungsdurchbruchschaltkreis zu steuern. Die Kaskode umfasst einen LBV Schalter und einen HBV Schalter, wobei der HBV Schalter ein FET, BJT oder IGBT ist. Ferner zeigt die US 2010 / 0 328 976 A1 ein Elektroniksystem mit einem Controller, wobei der Controller einen n-Kanal LBV FET aufweist. Während des Betriebs des Controllers erzeugt ein Signalgenerator ein zyklisch moduliertes Kontrollsignal. Während eines Pulses des Kontrollsignals ist der LBV FET leitfähig.
  • Die US 2007 / 0 070 659 A1 betrifft ein Kaskodenschaltnetzteil. Die Schaltungen gemäß der US 2007 / 0 070 659 A1 sind aus einem ersten MOSFET und einem zweiten MOSFET gebildet.
  • Die AT 411 945 B betrifft eine Schaltungsanordnung. Gemäß der AT 411 945 B bilden ein Hauptschalter und ein Hilfsschalter eine Kaskodenschaltung. Dabei ist der Hauptschalter ein SiC-JFET und der Hilfsschalter ein IGFET.
  • Die US 4 663 547 A betrifft eine Schaltung zum halbleiterbasierten Leistungsschalten mit einer Kaskode aus einem Bipolartransistor und einem Feldeffekttransistor.
  • Die DE 10 2010 038 623 A1 betrifft eine Schaltung zum Begrenzen von Stromstärke und Flankensteilheit elektrischer Signale mit einer Kaskode aus einem Bipolartransistor und einem Feldeffekttransistor.
  • Die US 2009 / 0 295 348 A1 betrifft einen Sperrwandler mit einer Kaskode aus einem Bipolartransistor und einem Feldeffekttransistor.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltnetzteil mit geringeren Schaltverlusten bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine Kombination unterschiedlicher Transistortypen die Schaltverluste minimiert werden können, ohne die Leitendverluste nennenswert zu erhöhen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Schaltnetzteil mit einem Schaltelement gelöst, wobei das Schaltelement einen Bipolartransistor und einen Feldeffekttransistor aufweist, wobei der Bipolartransistor und der Feldeffekttransistor zu einer Kaskode verschaltet sind, und wobei die Kaskode im leitenden Zustand sich in Selbsthaltung befindet. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Vorteile eines Feldeffekttransistors, nämlich schnell zu schalten, und die Vorteile eines Bipolartransistor, nämlich hohe Sperrspannungen aufzuweisen, kombiniert werden. So werden die Schaltverluste minimiert. Ferner wird dadurch der technische Vorteil erreicht, dass ein in großen Stückzahlen und hoher Qualität verfügbares elektronisches Bauteil verwendet werden kann. Ferner wird der technische Vorteil erreicht, dass, um ein Wechseln der Kaskode vom sperrenden Zustand in den leitenden Zustand zu bewirken, lediglich ein kurzzeitiges, von einer Steuerung bereitzustellendes Wechselsignal nötig ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Bipolartransistor ein npn-Transistor. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein in großen Stückzahlenund hoher Qualität verfügbares elektronisches Bauteil verwendet werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Emitteranschluss des Bipolartransistors elektrisch leitend mit einem Drainanschluss des Feldeffekttransistors verbunden. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der Feldeffekttransistor und der Bipolartransistor in Reihe geschaltet sind. So wird eine Kaskode mit nur geringfügig erhöhtem elektrischen Innenwiderstand bereitgestellt, da der elektrische Innenwiderstand des Feldeffekttransistors (Rdson) sehr gering ist. Er beträgt z.B. weniger als 1 mΩ.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zur Selbsthaltung ein Emitteranschluss des Bipolartransistors mit einer Wicklung eines Hilfstransformator elektrisch leitend verbunden, und wobei eine weitere Wicklung des Hilfstransformators ist elektrisch leitend mit einem Basisanschluss des Bipolartransistors verbunden. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass mit dem Hilfstransformator eine elektrische Spannung zur Ansteuerung des Bipolartransistors gewonnen werden kann. Daher ist keine separate Energiequelle nötig, die eine derartige elektrische Spannung bereitstellt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der weiteren Wicklung und dem Basisanschluss eine Wandlereinheit elektrisch leitend eingeschleift. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine an den Bipolartransistor angepasste und gegebenenfalls geglättete und/oder gepufferte elektrische Spannung bereitgestellt wird. So wird ein besonders zuverlässiger Betrieb des Schaltnetzteils möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zur Selbsthaltung ein Schaltnetzteiltransformator vorgesehen, welcher einen Mittelabgriff aufweist, der elektrisch leitend mit der Wandlereinheit verbunden ist. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass lediglich ein modifizierter Übertrager, aber kein zusätzlicher Transformtor, nötig ist. So wird der Aufbau weiter vereinfacht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Übertrager eine Wicklung auf, die elektrisch leitend mit dem Schaltelement verbunden ist, wobei der Mittelabgriff der Wicklung zugeordnet ist. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein besonders einfach modifizierter Übertrager verwendet werden kann. So wird der Aufbau nochmals vereinfacht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Schaltnetzteil primärgetaktet. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltnetzteil mit hohen Frequenzen betrieben werden kann und kompakte Abmessungen aufweist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Schaltnetzteil einen Eingangsgleichrichter auf, der einen Netzanschluss zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem Netz aufweist. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltnetzteil problemlos mit einem Netz zur Versorgung mit elektrischer Energie verbunden werden kann, das elektrische Wechselspannung liefert.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Schaltelement einen Eingang auf, der elektrisch leitend mit einem Ausgang des Eingangsgleichrichters verbunden ist. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die vom Eingangsgleichrichter gleichgerichtete elektrische Spannung von dem Schaltelement zerhackt werden kann, sodass eine zerhackte elektrische Spannung bereitgestellt wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Schaltnetzteil einen Übertrager auf, der einen Eingang aufweist, der elektrisch leitend mit einem Ausgang des Schaltelements verbunden ist. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die zerhackte elektrische Spannung auf ein anderes Spannungsniveau gehoben oder abgesenkt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Schaltnetzteil einen Ausgangsgleichrichter auf, der einen Eingang aufweist, der elektrisch leitend mit einem Ausgang des Übertragers verbunden ist. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass mit dem Schaltnetzteil eine gleichgerichtete elektrische Spannung bereitgestellt werden kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch eine elektrische Baugruppe, aufweisend ein derartiges Schaltnetzteil, gelöst. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Vorteile eines Feldeffekttransistors, nämlich schnell zu schalten, und die Vorteile eines Bipolartransistors, nämlich hohe Sperrspannungen aufzuweisen, kombiniert werden. So werden die Schaltverluste minimiert.
  • Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe durch die Verwendung einer Kaskodenschaltung gelöst. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Vorteile eines Feldeffekttransistors, nämlich schnell zu schalten, und die Vorteile eines Bipolartransistors, nämlich hohe Sperrspannungen aufzuweisen, kombiniert werden. So werden die Schaltverluste minimiert.
  • Gemäß einem vierten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Ansteuerung einer Kaskodenschaltung gelöst. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Vorteile eines Feldeffekttransistors, nämlich schnell zu schalten, und die Vorteile eines Bipolartransistors, nämlich hohe Sperrspannungen aufzuweisen, kombiniert werden. So werden die Schaltverluste minimiert.
  • Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Baugruppe;
    • 2 eine perspektivische Ansicht eines Trägers mit einer Stromversorgungskomponente;
    • 3 eine schematische Darstellung eines Schaltnetzteils;
    • 4 ein Schaltbild einer Kaskode des Schaltnetzteils der 3;
    • 5 ein weiteres Schaltbild einer Kaskode; und
    • 6 eine weitere schematische Darstellung eines Schaltnetzteils.
  • 1 zeigt ein an sich bekanntes Schaltnetzteil als für eine elektrische Baugruppe 100. Die elektrische Baugruppe 100 weist ein Gehäuse 102 auf, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel an seiner Rückseite 104 eine Rasteinrichtung 106 aufweist, mit der es auf einer Hutschiene 108 verrastet ist.
  • 2 zeigt eine an sich bekannte Stromversorgungskomponente 200 der elektrischen Baugruppe 100. Die Stromversorgungskomponente 200 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schaltnetzteil 202 ausgebildet.
  • Die Stromversorgungskomponente 200 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von elektrischen Bauteilen 204, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einem Träger 206 angeordnet und entsprechend verschaltet sind.
  • 3 zeigt einen an sich bekannten schematischen Aufbau des Schaltnetzteils 202. Das Schaltnetzteil 202 weist einen Netzanschluss 330 zum Anschluss an eine Netzspannung, z.B. 230 Volt, 50 Hz, sowie einen Ausgangsanschluss 332 auf, an dem ein elektrischer Verbraucher (nicht dargestellt) angeschlossen werden kann.
  • Das Schaltnetzteil 202 weist einen Eingangsgleichrichter 300 auf, der die Netzspannung gleichrichtet und glättet. Hierzu weist der Eingangsgleichrichter 300 einen Netzfilter 302, eine Diode 304 oder einen Brückengleichrichter und einen Glättungskondensator 306, wie z.B. ein Elko, auf.
  • Die gleichgerichtete und geglättete elektrische Spannung wird dann zerhackt. Hierzu weist das Schaltnetzteil 202 ein Schaltelement 308 auf, das einen Eingang 334 aufweist, der mit einem Ausgang 336 des Eingangsgleichrichters 300 elektrisch leitend verbunden ist
  • Die zerhackte elektrische Spannung wird dann durch einen Übertrager 312 transformiert. Hierzu weist der Übertrager 312 im vorliegenden Beispiel einen Eingang 338 auf, der elektrisch leitend mit einem Ausgang 340 des Schaltelements 308 verbunden ist. Ferner weist der Übertrager 312 im vorliegenden Beispiel einen Ferritkern-Transformator 314 auf. Hierdurch wird zusätzlich eine galvanische Trennung von Ausgangs- und Eingangsseite des Schaltnetzteils 202 erreicht.
  • Die transformierte elektrische Spannung wird durch einen Ausgangsgleichrichter 316 wieder gleichgerichtet und geglättet. Der Ausgangsgleichrichter 316 weist einen Eingang 342 auf, der elektrisch leitend mit einem Ausgang 310 des Übertragers 312 verbunden ist. Hierzu weist der Ausgangsgleichrichter 316 im vorliegenden Beispiel eine Diode 318 oder einen Brückengleichrichter und einen zweiten Glättungskondensator 320, wie z.B. ein Elko, auf.
  • Ferner weist das Schaltnetzteil 202 im vorliegenden Beispiel einen Regler 322 auf. Der Regler 322 stellt im vorliegenden Beispiel mittels Pulsweitenmodulation oder Pulsphasensteuerung sicher, dass abgesehen von Verlusten im Schaltnetzteil 202 selbst, nur so viel Energie in das Schaltnetzgerät 202 hineinfließt wie an einen elektrischen Verbraucher weitergegeben wird.
  • Der Regler 322 ist in einer Regelschleife 324 angeordnet. Die Regelschleife 324 verbindet im vorliegenden Beispiel die Ausgangs- und die Eingangsseite des Schaltnetzteils 202. Um auch die Regelschleife 324 galvanisch vom Netz zu trennen, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Optokoppler 326 vorgesehen.
  • Schließlich weist das Schaltnetzteil 202 eine Steuerung 328 auf, die das Schaltelement 308 ansteuert, um das Schaltelement 308 vom einem leitenden Zustand in einen sperrenden Zustand zu bringen und umgekehrt.
  • Im vorliegenden Beispiel befindet sich das Schaltelement 308 im Primärkreis des Ferritkern-Transformators 314, so dass es sich bei dem Schaltnetzteil 202 im vorliegenden Beispiel um ein primärgetaktetes Schaltnetzteil handelt. Alternativ kann das Schaltelement 308 im Sekundärkreis des Ferritkern-Transformators 314 angeordnet sein, so dass es sich um ein sekundär getaktetes Schaltnetzteil handelt.
  • 4 zeigt das Schaltelement 308, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kaskode 400 aufweist.
  • Die Kaskode 400 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Bipolartransistor 402 und einen Feldeffekttransistor 404 auf, die in Reihe geschaltet sind. Der Bipolartransistor 402 weist einen Kollektoranschluss 406, einen Basisanschluss 408 und einen Emitteranschluss 410 auf. Der Feldeffekttransistor 404 weist einen Drainanschluss 412, einen Gateanschluss 414 und einen Sourceanschluss 416 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Bipolartransistor 402 ein npn-Transistor. Ferner weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Bipolartransistor 402 eine elektrische Sperrspannung von 400 bis 1000 VDC auf. Der Feldeffekttransistor 404 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein n-Typ-Feldeffekttransistor, z.B. ein MOSFET. Der Feldeffekttransistor 404 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine elektrische Sperrspannung 10 bis 30 VDC auf. Außerdem ist der Feldeffekttransistor 404 im vorliegenden Ausführungsbeispiel vom selbstleitenden Typ.
  • Um den Bipolartransistor 402 und den Feldeffekttransistor 404 in Reihe zu verschalten, sind der Emitteranschluss 410 des Bipolartransistors 402 und der Drainanschluss 412 des Feldeffekttransistor 404 im vorliegenden Ausführungsbeispiel direkt elektrisch leitend miteinander verbunden.
  • Ferner ist der Kollektoranschluss 406 mit dem Ausgang 336 des ersten Gleichrichters 300 elektrisch leitend verbunden und der Sourceanschluss 416 ist elektrisch leitend mit einem Eingang 342 des Ferritkern-Transformators 314 des Übertragers 312 verbunden.
  • Außerdem sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Basisanschluss 408 des Bipolartransistors 402 und der Gateanschluss 414 des Feldeffekttransistors 404 elektrisch leitend mit der Steuerung 328 verbunden.
  • Im Betrieb wird der Bipolartransistor 402 so von der Steuerung 328 angesteuert, dass er in einem leitenden Zustand ist. Somit ist die Kaskode 400 selbst leitend, da der Feldeffekttransistor 404 vom selbstleitenden Typ ist. Um die Kaskode 400 in einen sperrenden Zustand zu bringen steuert die Steuerung 328 den Feldeffekttransistor 404 so an, dass die elektrische Drainspannung und somit die Emitterspannung des Bipolartransistors 402 auf einen Wert steigt, der über der an dem Basisanschluss 408 anliegenden elektrischen Spannung (gegenüber Masse) liegt. Als Folge hiervon wird die Basis des Bipolartransistors 402 von Ladungsträgern ausgeräumt, so dass der Bipolartransistor 402 in den sperrenden Zustand wechselt und die hohe Sperrspannung übernimmt.
  • 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kaskode 400.
  • Die in 5 dargestellte Kaskode 400 weist den gleichen Aufbau wie die in 4 dargestellte Kaskode 400 auf, bis auf den Unterschied, dass der Emitteranschluss 410 des Bipolartransistors 402 mit einem Eingang 500 einer Wicklung 502 eines Hilfstransformator 504 elektrisch leitend verbunden ist. Ferner ist der Drainanschluss 412 elektrisch leitend mit einen Ausgang 506 der Wicklung 502 des Hilfstransformators 504 verbunden. Der Hilfstransformator 504 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zweite Wicklung 508 auf, die magnetisch mit der ersten Wicklung 502 gekoppelt ist. Die zweite Wicklung 508 ist elektrisch leitend mit einer Wandlereinheit 510 verbunden, die die in der zweiten Spule 508 induzierte elektrisch Spannung wandelt und gegebenenfalls glättet. Die Wandlereinheit 510 weist einen Ausgang 512 auf, der elektrisch leitend mit dem Basisanschluss 408 des Bipolartransistors 402 verbunden ist.
  • Im Betrieb, wenn sich die Kaskode 400 im leitenden Zustand befindet, fließt ein elektrischer Strom durch die erste Wicklung 502 des Transformators, so dass in die zweite Wicklung 508 des Transformators 504 eine elektrische Spannung induziert wird, die von der Wandlereinheit 510 gewandelt wird und dem Basisanschluss 408 des Bipolartransistors 402 zugeführt wird, die als Ansteuersignal bewirkt, dass der Bipolartransistor 402 im leitenden Zustand bleibt. Somit wird die Kaskode 400 in einer Selbsthaltung betrieben. Um die Kaskode 400 aus dem sperrenden Zustand in den leitenden Zustand zu überführen ist also lediglich ein kurzzeitiges, von der Steuerung 328 bereitzustellendes Wechselsignal nötig, da die Kaskode 400 aufgrund der Selbsthaltung im leitenden Zustand bleibt. Ansonsten entspricht die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels.
  • 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltnetzteils 202.
  • Das in 5 dargestellte Schaltnetzteil 202 weist den gleichen Aufbau wie das in 3 dargestellte Schaltnetzteil 202 auf, bis auf den Unterschied, dass der Übertrager 312 einen Schaltnetzteiltransformator 600 mit einer ersten Wicklung 602 und mit einer zweiten Wicklung 604 aufweist, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste Wicklung 602 einen zusätzlichen Mittelabgriff 606 aufweist, der elektrisch leitend mit der Wandlereinheit 510 verbunden ist, deren Ausgang 512 wiederum elektrisch leitend verbunden ist. Somit weist dieses Ausführungsbeispiel im Unterschied zu dem vorherigen, in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel keinen Hilfstransformator 504 auf.
  • Im Betrieb, wenn sich die Kaskode 400 im leitenden Zustand befindet, fließt ein elektrischer Strom durch die erste Wicklung 602 des Transformators, so dass in die zweite Wicklung 604 des Schaltnetzteiltransformators 600 eine elektrische Spannung induziert wird, die von der Wandlereinheit 510 gewandelt wird und dem Basisanschluss 408 des Bipolartransistors 402 zugeführt wird, die als Ansteuersignal bewirkt, dass der Bipolartransistor 402 im leitenden Zustand bleibt. Somit wird die Kaskode 400 auch hier in einer Selbsthaltung betrieben. Ansonsten entspricht die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel.

Claims (13)

  1. Schaltnetzteil (202), mit: - einem Schaltelement (308), wobei - das Schaltelement (308) einen Bipolartransistor (402) und einen Feldeffekttransistor (404) aufweist, wobei der Bipolartransistor (402) und der Feldeffekttransistor(404) zu einer Kaskode (400) verschaltet sind, wobei die Kaskode (400) sich im leitenden Zustand in Selbsthaltung befindet.
  2. Schaltnetzteil (202) nach Anspruch 1, wobei der Bipolartransistor (402) ein npn-Transistor ist.
  3. Schaltnetzteil (202) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Emitteranschluss (410) des Bipolartransistors (402) elektrisch leitend mit einem Drainanschluss (412) des Feldeffekttransistors (404) verbunden ist.
  4. Schaltnetzteil (202) nach Anspruch 1, wobei zur Selbsthaltung ein Emitteranschluss (410) des Bipolartransistors (402) mit einer Wicklung (502) eines Hilfstransformator (504) elektrisch leitend verbunden ist, und wobei eine weitere Wicklung (508) des Hilfstransformators (504) elektrisch leitend mit einem Basisanschluss (408) des Bipolartransistors (402) verbunden ist.
  5. Schaltnetzteil (202) nach Anspruch 4, wobei zwischen der weiteren Wicklung (508) und dem Basisanschluss (408) eine Wandlereinheit (510) elektrisch leitend eingeschleift ist.
  6. Schaltnetzteil (202) nach Anspruch 5, wobei zur Selbsthaltung ein Schaltnetzteiltransformator (600) vorgesehen ist, welcher einen Mittelabgriff (606) aufweist, der elektrisch leitend mit der Wandlereinheit (510) verbunden ist.
  7. Schaltnetzteil (202) nach Anspruch 6, wobei der Schaltnetztransformator (600) eine Wicklung (602) aufweist, die elektrisch leitend mit dem Schaltelement (308) verbunden ist, wobei der Mittelabgriff (606) der Wicklung (602) zugeordnet ist.
  8. Schaltnetzteil (202) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schaltnetzteil (202) primärgetaktet ist.
  9. Schaltnetzteil (202) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schaltnetzteil (202) einen Eingangsgleichrichter (300) aufweist, der einen Netzanschluss (330) zum elektrisch leitenden Verbinden mit einem Netz aufweist.
  10. Schaltnetzteil (202) nach Anspruch 9, wobei das Schaltelement (308) einen Eingang (334) aufweist, der elektrisch leitend mit einem Ausgang (336) des Eingangsgleichrichters (300) verbunden ist.
  11. Schaltnetzteil (202) nach Anspruch 10, wobei das Schaltnetzteil einen Übertrager (312) aufweist, der einen Eingang (338) aufweist, der elektrisch leitend mit einem Ausgang (340) des Schaltelements (308) verbunden ist.
  12. Schaltnetzteil (202) nach Anspruch 11, wobei das Schaltnetzteil einen Ausgangsgleichrichter (316) aufweist, der einen Eingang (342) aufweist, der elektrisch leitend mit einem Ausgang (310) des Übertragers (312) verbunden ist.
  13. Stromversorgungseinheit (100), aufweisend das Schaltnetzteil (202) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
DE102012112391.8A 2012-12-17 2012-12-17 Schaltnetzteil mit einer Kaskodenschaltung Active DE102012112391B4 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012112391.8A DE102012112391B4 (de) 2012-12-17 2012-12-17 Schaltnetzteil mit einer Kaskodenschaltung
PCT/EP2013/074095 WO2014095201A1 (de) 2012-12-17 2013-11-18 Schaltnetzteil mit einer kaskodenschaltung
US14/652,732 US20160043640A1 (en) 2012-12-17 2013-11-18 Switch mode power supply with a cascode circuit
EP13792904.8A EP2932597A1 (de) 2012-12-17 2013-11-18 Schaltnetzteil mit einer kaskodenschaltung
CN201380066095.0A CN105229926A (zh) 2012-12-17 2013-11-18 具有共射共基放大器电路的开关电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012112391.8A DE102012112391B4 (de) 2012-12-17 2012-12-17 Schaltnetzteil mit einer Kaskodenschaltung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012112391A1 DE102012112391A1 (de) 2014-06-18
DE102012112391B4 true DE102012112391B4 (de) 2018-10-04

Family

ID=49622818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012112391.8A Active DE102012112391B4 (de) 2012-12-17 2012-12-17 Schaltnetzteil mit einer Kaskodenschaltung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160043640A1 (de)
EP (1) EP2932597A1 (de)
CN (1) CN105229926A (de)
DE (1) DE102012112391B4 (de)
WO (1) WO2014095201A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10090766B2 (en) 2015-11-11 2018-10-02 Halliburton Energy Services, Inc. Reusing electromagnetic energy from a voltage converter downhole
CN107786073B (zh) * 2017-12-09 2023-11-07 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种开关电源标准单元电路及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4663547A (en) 1981-04-24 1987-05-05 General Electric Company Composite circuit for power semiconductor switching
AT411945B (de) 2001-07-16 2004-07-26 Siemens Ag Oesterreich Schalteinrichtung
US20070070659A1 (en) * 2005-09-27 2007-03-29 Acutechnology Semiconductor Inc. Cascode switch power supply
US20090295348A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Active-Semi, Inc. Constant current and voltage controller in a three-pin package with dual-use power pin
US20100328976A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 Melanson John L Cascode configured switching using at least one low breakdown voltage internal, integrated circuit switch to control at least one high breakdown voltage external switch
DE102010038623A1 (de) 2010-07-29 2012-02-02 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung und Verfahren zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4663570A (en) * 1984-08-17 1987-05-05 Lutron Electronics Co., Inc. High frequency gas discharge lamp dimming ballast
JP2855816B2 (ja) * 1990-07-25 1999-02-10 三菱電機株式会社 半導体制御装置
EP0605925B1 (de) * 1993-01-04 1997-06-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Leistungsversorgungsschaltung
EP1290779A1 (de) * 2000-05-11 2003-03-12 Sony Corporation Schaltnetzteil
DE20109957U1 (de) * 2001-06-15 2002-07-18 Siemens Ag Schaltungsanordnung zum Steuern der einer Last zugeführten Leistung
WO2003019774A2 (en) * 2001-08-23 2003-03-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. High frequency power amplifier circuit
JP3627708B2 (ja) * 2002-01-25 2005-03-09 株式会社村田製作所 スイッチング電源装置
US7215517B2 (en) * 2002-05-08 2007-05-08 Seiko Epson Corporation Constant-voltage switching power supply provided with overvoltage output protecting circuit, and electronic apparatus provided with overvoltage protecting circuit
US6903943B2 (en) * 2002-05-10 2005-06-07 Shindengen Electric Manufacturing Co. Ltd. Switching circuit
DE10325872A1 (de) * 2003-06-06 2004-12-23 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Ansteuerschaltung für den Betrieb mindestens einer Lampe in einem dazugehörigen Lastkreis
JP4414446B2 (ja) * 2007-04-13 2010-02-10 株式会社ケー・エー・シー・ジャパン スイッチング電源回路
US20100309689A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 David Coulson Bootstrap Circuitry
CN101662218A (zh) * 2009-09-04 2010-03-03 福建星网锐捷网络有限公司 一种开关电源、系统及保护方法
JP4787350B2 (ja) * 2009-10-14 2011-10-05 Ｓｍｋ株式会社 自励式スイッチング電源回路
DE102010027832B3 (de) * 2010-04-15 2011-07-28 Infineon Technologies AG, 85579 Halbleiterschaltanordnung mit einem selbstleitenden und einem selbstsperrenden Transistor
CN102377327B (zh) * 2010-08-11 2015-11-25 快捷半导体公司 高压启动电路
US8638575B2 (en) * 2010-08-11 2014-01-28 Fairchild Semiconductor Corporation High voltage startup circuit
US8947896B2 (en) * 2011-10-11 2015-02-03 Fairchild Semiconductor Corporation Proportional bias switch driver circuit
US8981819B2 (en) * 2011-12-23 2015-03-17 Fairchild Semiconductor Corporation Proportional bias switch driver circuit with current transformer
US9013903B2 (en) * 2012-02-07 2015-04-21 Fairchild Semiconductor Corporation High side driver circuitry
US10014771B2 (en) * 2013-12-06 2018-07-03 Astec International Limited Switching shunt regulator circuits
US10050620B2 (en) * 2015-02-27 2018-08-14 Renesas Electronics America Inc. Cascode connected SiC-JFET with SiC-SBD and enhancement device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4663547A (en) 1981-04-24 1987-05-05 General Electric Company Composite circuit for power semiconductor switching
AT411945B (de) 2001-07-16 2004-07-26 Siemens Ag Oesterreich Schalteinrichtung
US20070070659A1 (en) * 2005-09-27 2007-03-29 Acutechnology Semiconductor Inc. Cascode switch power supply
US20090295348A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Active-Semi, Inc. Constant current and voltage controller in a three-pin package with dual-use power pin
US20100328976A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 Melanson John L Cascode configured switching using at least one low breakdown voltage internal, integrated circuit switch to control at least one high breakdown voltage external switch
DE102010038623A1 (de) 2010-07-29 2012-02-02 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung und Verfahren zur Begrenzung von Stromstärke und/oder Flankensteilheit elektrischer Signale

Also Published As

Publication number Publication date
CN105229926A (zh) 2016-01-06
US20160043640A1 (en) 2016-02-11
DE102012112391A1 (de) 2014-06-18
WO2014095201A1 (de) 2014-06-26
EP2932597A1 (de) 2015-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19545154C2 (de) Stromversorgungseinrichtung
DE102008049677B4 (de) Spannungsversorgung in einer Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterschaltelement
DE102018112088A1 (de) Pwm-gesteuerter resonanzwandler
DE102011077099A1 (de) Systeme und Verfahren für das Reduzieren transienter Spannungsspitzen in Matrix-Wechselrichtern
WO2007141078A1 (de) Wechselrichterschaltung und verfahren zum betreiben der wechselrichterschaltung
DE102009045052B4 (de) Bereitstellen einer Versorgungsspannung für eine Ansteuerschaltung eines Halbleiterschaltelements
DE102011085063A1 (de) Systeme und Verfahren zum Reduzieren harmonischer Störung in elektrischen Wandlern
DE102011085672A1 (de) Kompensation für Nichtlinearitäten von elektrischen Wandlern bzw. Stromrichtern
DE102009028482B4 (de) Detektion einer fehlenden Diode in einer synchronen Ausgangsstufe
DE102005042319A1 (de) Weitspannungs-Umrichter
DE102017106424B4 (de) Leistungswandlerschaltung mit einem Hauptwandler und einem Hilfswandler
DE19829777A1 (de) DC/DC-Konverter
EP3123603B1 (de) Modulationsverfahren für den hochsetzsteller-betrieb eines gegentaktwandlers
DE102012216691A1 (de) Stromrichterschaltung und Verfahren zur Steuerung der Stromrichterschaltung
DE112018004544T5 (de) Steuereinrichtung
DE102012112391B4 (de) Schaltnetzteil mit einer Kaskodenschaltung
WO2016170136A1 (de) Bidirektionaler gleichspannungswandler
DE102018128705A1 (de) Verfahren und System zum Betreiben von Schaltleistungswandlern auf Basis eines Spitzenstroms durch das Schaltelement
DE102017118973B4 (de) Leistungswandler
EP3931963B1 (de) Leistungselektronische vorrichtung und verfahren zur elektrischen spannungsversorgung einer treiberschaltung eines leistungshalbleiterschalters
AT515848B1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Ansteuern eines Halbleiterschaltelements
DE102014009934B4 (de) Energieübertrager, Gate-Treiber und Verfahren
DE102016220679A1 (de) Gleichspannungswandler und Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers
DE102011081448A1 (de) Schaltungsanordnung mit elektronischem Schalter und Induktivität
DE102010027492A1 (de) Spannungswandler

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PHOENIX CONTACT POWER SUPPLIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG, 32825 BLOMBERG, DE

Owner name: PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG, 32825 BLOMBERG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTSHIP PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH, DE

Representative=s name: KLINSKI, ROBERT, DIPL.-ING. DR.-ING., DE

R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTSHIP PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNERS: APTRONIC AG, 59505 BAD SASSENDORF, DE; PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG, 32825 BLOMBERG, DE

Owner name: PHOENIX CONTACT POWER SUPPLIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNERS: APTRONIC AG, 59505 BAD SASSENDORF, DE; PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG, 32825 BLOMBERG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTSHIP PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final