DE102012218284A1 - Drive unit for actuating transistor half bridge of direct current (DC)-DC converter, has input stage that is provided to form step-up converter unit, and inductor which is formed by primary coil and capacitor - Google Patents

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Abstract

The drive unit (1) has an input stage (5) that is formed to generate alternating current (AC) voltage which is applied to a primary coil (20) of a transformer (7). The transformer is connected with control output units (8,9,11,13) on an output side for driving a transistor half-bridge (3). A step-up converter unit with an inductor and a capacitor (10) connected with the inductor in series is formed by a portion of the input stage. The inductor is formed by the primary coil and the capacitor. An independent claim is included for a DC-DC converter.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Treibereinheit zum Ansteuern wenigstens einer Transistor-Halbbrücke. Die Treibereinheit weist einen Transformator auf und eine mit dem Transformator eingangsseitig verbundene Eingangsstufe, insbesondere Halbleiter-Eingangsstufe. Die Eingangsstufe ist ausgebildet, eine Wechselspannung zu erzeugen und den Transformator eingangsseitig, insbesondere eine Primärspule des Transformators, mit der Wechselspannung zu beaufschlagen. Der Transformator ist ausgangsseitig mit Steuerausgängen zum Ansteuern der Transistor-Halbbrücke verbunden. The invention relates to a driver unit for driving at least one transistor half-bridge. The driver unit has a transformer and an input stage connected to the transformer on the input side, in particular a semiconductor input stage. The input stage is designed to generate an alternating voltage and to charge the transformer on the input side, in particular a primary coil of the transformer, with the alternating voltage. The transformer is the output side connected to control outputs for driving the transistor half-bridge.

Bei Treibereinheiten zum Ansteuern einer Halbbrücke, insbesondere einer Halbbrücke eines DC-DC-Wandlers, besteht das Problem, dass der Transformator, welcher die Steuereingänge der Halbbrücke galvanisch von der Eingangsstufe trennt, die die Steuersignale zum Ansteuern der Halbbrücke erzeugt, bei einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung in eine Sättigung geraten kann.In driver units for driving a half-bridge, in particular a half-bridge of a DC-DC converter, there is the problem that the transformer which separates the control inputs of the half-bridge galvanically from the input stage, which generates the control signals for driving the half-bridge, in a pulse width modulated control in may saturate.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß weist die Treibereinheit einen Kondensator auf und ist ausgebildet, zum Erzeugen einer Wechselspannung den Kondensator elektrisch aufzuladen und die elektrische Ladung zum Erzeugen einer Halbwelle der Wechselspannung auf eine Primärwindung des Transformators zu schalten. Dadurch kann vorteilhaft der durch die Primärspule des Transformators fließende Strom durch die Kapazität des Kondensators beschränkt werden.According to the invention, the drive unit has a capacitor and is designed to electrically charge the capacitor for generating an alternating voltage and to switch the electrical charge for generating a half-wave of the alternating voltage to a primary winding of the transformer. As a result, the current flowing through the primary coil of the transformer can advantageously be limited by the capacitance of the capacitor.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Treibereinheit ist wenigstens durch einen Teil der Eingangsstufe ein Aufwärtswandler gebildet. Der Aufwärtswandler weist eine Induktivität und eine mit der Induktivität in Serie verbundene Kapazität auf. Bevorzugt ist die Induktivität durch die Primärspule und die Kapazität durch den zuvor genannten Kondensator gebildet. In a preferred embodiment of the driver unit, an up-converter is formed at least through part of the input stage. The boost converter has an inductance and a capacitance connected in series with the inductor. Preferably, the inductance is formed by the primary coil and the capacitance by the aforementioned capacitor.

In der Ausführungsform der Eingangsstufe mit dem Aufwärtswandler kann die pulsweitenmodulierte Bestromung der Primärspule vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden, wobei weiter vorteilhaft mittels des Aufwärtswandlers ein Primärspulenstrom begrenzt werden kann. In the embodiment of the input stage with the up-converter, the pulse-width-modulated current supply of the primary coil can advantageously be provided at low cost, and further advantageously a primary coil current can be limited by means of the up-converter.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Eingangsstufe ausgebildet, zum Erzeugen einer ersten Halbwelle der Wechselspannung einen Anschluss der Primärspule und des Kondensators für ein vorbestimmtes Zeitintervall auf ein Massepotential, insbesondere auf einen Masseanschluss zu schalten und dabei den Kondensator geladen zu lassen. Die Eingangsstufe ist bevorzugt weiter ausgebildet, zum Erzeugen einer zweiten zur ersten Halbwelle entgegengesetzten Halbwelle der Wechselspannung einen zweiten Anschluss des Kondensators niederohmig mit dem Massepotential, insbesondere Masseanschluss zu verbinden und so den Kondensator über die Primärspule zu entladen. Dadurch kann vorteilhaft eine Wechselspannung mit einem durch die Kondensatorkapazität begrenzten Primärspulenstrom durch die Eingangsstufe erzeugt werden. Ein weiterer Anschluss der Primärspule ist bevorzugt mit einem insbesondere positiven Anschluss für eine Versorgungsspannung verbunden.In a preferred embodiment, the input stage is designed to switch a terminal of the primary coil and of the capacitor for a predetermined time interval to a ground potential, in particular to a ground terminal and to let the capacitor charged to generate a first half-wave of the AC voltage. The input stage is preferably further configured to connect a second terminal of the capacitor low impedance to the ground potential, in particular ground terminal for generating a second half-wave of the alternating voltage opposite to the first half-wave and thus to discharge the capacitor via the primary coil. As a result, an AC voltage with a primary coil current limited by the capacitor capacitance can advantageously be generated by the input stage. Another connection of the primary coil is preferably connected to a particular positive terminal for a supply voltage.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Anschluss des Kondensators mit der Primärspule über einen ersten Halbleiterschalter mit einem Masseanschluss verbunden und ein zweiter Anschluss des Kondensators über einen zweiten Halbleiterschalter mit dem Masseanschluss verbunden. Bevorzugt ist zu dem zweiten Halbleiterschalter eine Diode parallel geschaltet, sodass der Kondensator beim Durchschalten des ersten Halbleiterschalters seine Ladung halten kann. Bevorzugt ist die Diode Bestandteil des Aufwärtswandlers.In a preferred embodiment, a first terminal of the capacitor is connected to the primary coil via a first semiconductor switch to a ground terminal and a second terminal of the capacitor via a second semiconductor switch connected to the ground terminal. Preferably, a diode is connected in parallel with the second semiconductor switch, so that the capacitor can hold its charge when the first semiconductor switch is turned on. Preferably, the diode is part of the up-converter.

Durch die so gebildete Anordnung kann das Erzeugen der Wechselspannung zum Bestromen der Primärspule vorteilhaft aufwandsgünstig – mit nur zwei Halbleiterschaltern – erfolgen.By means of the arrangement thus formed, the generation of the alternating voltage for energizing the primary coil can be advantageous in terms of complexity-with only two semiconductor switches.

Bevorzugt ist die Treibereinheit derart ausgebildet, dass der Kondenstor während einer Totzeit wenigstens einer der Halbleiterschalter über die Diode geladen werden kann. Preferably, the driver unit is designed such that the capacitor can be charged via the diode during a dead time of at least one of the semiconductor switches.

Die Totzeit ist ein Zeitintervall, zu dessen Beginn der Transistor zum Durchschalten oder Sperren angesteuert wird, und auf das Ansteuern hin um das Zeitintervall verzögert reagiert. Dadurch kann die Totzeit vorteilhaft genutzt sein. The dead time is a time interval at the beginning of which the transistor is driven to turn on or off and responsive to the drive delayed by the time interval. As a result, the dead time can be used to advantage.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Halbleiterschalter ein negativ leitender Feldeffekt-Transisitor, auch N-Feldeffekttransistor genannt, und der zweite Halbleiterschalter ein positiv leitender Feldeffekt-Transisitor, auch P-Feldeffekttransistor genannt. Die Source-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren sind jeweils mit dem Masseanschluss verbunden, wobei die Diode durch eine Body-Diode des zweiten Halbleiterschalters gebildet ist.In a preferred embodiment, the first semiconductor switch is a negative-conducting field-effect transistor, also called N-field-effect transistor, and the second semiconductor switch is a positive-conducting field-effect transistor, also called P-field-effect transistor. The source terminals of the field effect transistors are each connected to the ground terminal, wherein the diode is formed by a body diode of the second semiconductor switch.

Bevorzugt ist der Feldeffekttransistor ein MIS-FET (MIS = Metal-Insulated-Semiconductor) oder ein MOS-FET (MOS = Metal-Oxide-Semiconductor). The field-effect transistor is preferably an MIS-FET (MIS = Metal-Insulated-Semiconductor) or a MOS-FET (MOS = Metal-Oxide-Semiconductor).

Dadurch kann vorteilhaft die Diode, insbesondere die Diode des Aufwärtswandlers, welche ein Beibehalten der Ladung des Kondensators bewirkt, als zusätzliches elektronisches Bauelement eingespart werden.This can advantageously the diode, in particular the diode of the up-converter, which a Maintaining the charge of the capacitor causes saved as an additional electronic component.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Treibereinheit ausgebildet, die Halbleiterschalter jeweils mit demselben Schaltzeitintervall einander abwechselnd durchzusteuern. Dadurch kann vorteilhaft eine Spannungsverdopplung der über dem Kondensator abfallenden Spannung, bezogen auf eine Betriebsspannung, bewirkt werden.In a preferred embodiment, the driver unit is designed to alternately control the semiconductor switches alternately with the same switching time interval. As a result, a voltage doubling of the voltage drop across the capacitor relative to an operating voltage can advantageously be effected.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Transformator sekundärseitig zwei Sekundärwindungen auf, wobei jede Sekundärwindung mit einem Transistor von zwei Transistoren der Transistor-Halbbrücke verbunden ist. Weiter bevorzugt ist die Treibereinheit ausgebildet, das mit den von den Sekundärwindungen erzeugten Spannungen jeweils zueinander verschiedene Transistoren der Transistor-Halbbrücke angesteuert werden können. Dadurch ist vorteilhaft für jeden Transistor der Transistor-Halbbrücke eine gesonderte, galvanisch getrennte Spannungsquelle gebildet.In a preferred embodiment, the transformer has two secondary windings on the secondary side, each secondary winding being connected to a transistor of two transistors of the transistor half-bridge. More preferably, the driver unit is formed, which can be driven with the voltages generated by the secondary windings mutually different transistors of the transistor half-bridge. As a result, a separate, galvanically isolated voltage source is advantageously formed for each transistor of the transistor half-bridge.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Treiberstufe einen Taktgenerator auf, welcher ausgebildet ist, ein Taktsignal zu erzeugen. Die Treiberstufe ist bevorzugt ausgebildet, die Halbleiterschalter jeweils in Abhängigkeit des Taktsignals durchzuschalten oder zu sperren. Der Taktgenerator ist bevorzugt mit der Eingangsstufe, insbesondere einem Eingang der Eingangsstufe für das Taktsignal verbunden.In a preferred embodiment, the driver stage comprises a clock generator which is designed to generate a clock signal. The driver stage is preferably designed to switch through or block the semiconductor switches in each case as a function of the clock signal. The clock generator is preferably connected to the input stage, in particular to an input of the input stage for the clock signal.

Die Erfindung betrifft auch einen DC-DC-Wandler, insbesondere einen Phase-Shift-Full-Bridge-Converter, mit wenigstens einer Treibereinheit gemäß der vorbeschriebenen Art. Der Wechselrichter weist wenigstens eine Vollbrücke auf. Die Vollbrücke umfasst bevorzugt zwei Transistor-Halbbrücken. Bevorzugt ist wenigstens eine Transistor-Halbbrücke der Transistor-Halbbrücken, oder beide Transistor-Halbbrücken eingangsseitig mit der Treibereinheit verbunden.The invention also relates to a DC-DC converter, in particular a phase-shift full-bridge converter, with at least one driver unit according to the above-described type. The inverter has at least one full bridge. The full bridge preferably comprises two transistor half-bridges. Preferably, at least one transistor half-bridge of the transistor half-bridges, or both transistor half-bridges are connected on the input side to the driver unit.

Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen erläutert. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche und den in den Figuren beschreiebenen Merkmalen.The invention will now be explained below with reference to figures and further embodiments. Further advantageous embodiments emerge from the features of the dependent claims and the features described in the figures.

1 zeigt eine Treibereinheit, die ausgangsseitig mit einer Halbbrücke einer Leistungsendstufe verbunden ist, und beispielsweise einen Teil eines Inverters, insbesondere Wechselrichters bildet; 1 shows a driver unit, which is connected on the output side to a half-bridge of a power output stage, and for example forms part of an inverter, in particular an inverter;

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltstufe, die eine Sekundärwindung mit Ausgangsanschlüssen der Treiberstufe verbindet und die einen Bipolartransistor aufweist; 2 shows an embodiment of a switching stage connecting a secondary winding to output terminals of the driver stage and having a bipolar transistor;

3 zeigt Kurven, die jeweils von der 1 dargestellten Treibereinheit erzeugte Signale repräsentieren. 3 shows curves, each from the 1 represented driver unit represent signals generated.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Treibereinheit 1. Die Treibereinheit 1 ist ausgangsseitig mit einer Transistorhalbbrücke 3 verbunden. Die Treibereinheit 1 ist ausgebildet, die Transistorhalbbrücke 3, insbesondere einen Highside-Transistor 4 und einen Lowside-Transistor 6 der Transistorhalbbrücke 3 zum Leiten oder Sperren anzusteuern. 1 shows an embodiment for a driver unit 1 , The driver unit 1 is the output side with a transistor half-bridge 3 connected. The driver unit 1 is formed, the transistor half-bridge 3 , especially a highside transistor 4 and a low side transistor 6 the transistor half-bridge 3 to control or block.

Die Treibereinheit 1 weist auch eine Eingangsstufe 5 auf. Die Treibereinheit 1 weist auch einen Transformator 7 auf, welcher eine Primärspule 20 und zwei Sekundärspulen 22 und 24 aufweist. Die Primärspule 20 und die Sekundärspulen 22 und 24 weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine gleiche Windungszahl auf. The driver unit 1 also has an entrance level 5 on. The driver unit 1 also has a transformer 7 on which a primary coil 20 and two secondary coils 22 and 24 having. The primary coil 20 and the secondary coils 22 and 24 each have an equal number of turns in this embodiment.

Der Transformator 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil der Eingangsstufe 5. Die Sekundärspule 22 ist ausgangsseitig über eine Schaltstufe 26 mit den Anschlüssen 8 und 11 verbunden. Die Treibereinheit 1 ist ausgebildet, über den Anschluss 11 mit einem Steueranschluss, insbesondere einem Gate-Anschluss des Highside-Transistors 4 der Halbbrücke 3 verbunden zu werden. Die Treibereinheit 1 ist ausgebildet, über den Anschluss 8 mit einem Source-Anschluss des Highside-Transistors 4 verbunden zu werden.The transformer 7 is part of the input stage in this embodiment 5 , The secondary coil 22 is the output side via a switching stage 26 with the connections 8th and 11 connected. The driver unit 1 is trained over the connection 11 with a control terminal, in particular a gate terminal of the highside transistor 4 the half bridge 3 to be connected. The driver unit 1 is trained over the connection 8th with a source terminal of the highside transistor 4 to be connected.

Die Sekundärspule 24 ist ausgangsseitig über eine Schaltstufe 28 mit den Anschlüssen 9 und 13 verbunden. Die Treiberstufe 1 ist ausgebildet, über den Anschluss 13 mit einem Steueranschluss des Lowside-Transistors 6 der Halbbrücke 3 verbunden zu werden. Die Treibereinheit 1 ist ausgebildet, über den Anschluss 9 mit einem Source-Anschluss des Lowside-Transistors 6 verbunden zu werden. The secondary coil 24 is the output side via a switching stage 28 with the connections 9 and 13 connected. The driver stage 1 is trained over the connection 13 with a control terminal of the low-side transistor 6 the half bridge 3 to be connected. The driver unit 1 is trained over the connection 9 with a source terminal of the low-side transistor 6 to be connected.

Die Halbbrücke 3 weist einen Anschluss 39 zum Verbinden mit einer Versorgungsspannung auf und einen Anschluss 35 zum Verbinden mit einem Masseanschluss der Versorgungsspannung auf. The half bridge 3 has a connection 39 for connecting to a supply voltage on and a connection 35 for connecting to a ground terminal of the supply voltage.

Der Drain-Anschluss des Highside-Transistors 4 ist mit dem Anschluss 39 verbunden und der Source-Anschluss des Lowside-Transistors 6 ist mit dem Masseanschluss 35 verbunden. Der Source-Anschluss des Highside-Transistors 4 ist mit dem Drain-Anschluss des Lowside-Transistors 6 verbunden, welcher mit einem Ausgangsanschluss 37 verbunden ist. The drain terminal of the highside transistor 4 is with the connection 39 connected and the source terminal of the low-side transistor 6 is with the ground connection 35 connected. The source terminal of the highside transistor 4 is connected to the drain of the low-side transistor 6 connected, which with an output terminal 37 connected is.

Die Halbbrücke 3 kann Bestandteil eines Inverters sein, wobei der Ausgangsanschluss 37 mit einem Anschluss einer zu treibenden Last verbunden werden kann.The half bridge 3 may be part of an inverter, wherein the output terminal 37 With a connection of a load to be driven can be connected.

Die Schaltstufe 26 weist einen Transistor 30, in diesem Ausführungsbeispiel einen P-Feldeffekttransistor, auf.The switching stage 26 has a transistor 30 , in this embodiment, a P-type field effect transistor on.

Ein Gate-Anschluss des Transistors 30 ist mit einem ersten Anschluss der Sekundärspule 22 verbunden, ein zweiter Anschluss der Sekundärspule 22 ist mit einem Source-Anschluss des Transistors 30 verbunden. Ein Drain-Anschluss des Transistors 30 ist über einen Widerstand mit dem Gate-Anschluss des Transistors 30 verbunden. Der Drain-Anschluss des Transistors 30 ist über einen weiteren Widerstand mit dem Anschluss 11 für einen Steueranschluss eines Highside-Transistors einer Halbbrücke verbunden. Der Transistor 30 ist in der vorab beschriebenen Schaltungsanordnung ausgebildet, in Abhängigkeit eines von der Sekundärspule 22 erzeugten Wechselspannungssignals den Highside-Transistor durchzusteuern oder zu sperren.A gate terminal of the transistor 30 is with a first connection of the secondary coil 22 connected, a second terminal of the secondary coil 22 is connected to a source terminal of the transistor 30 connected. A drain terminal of the transistor 30 is via a resistor to the gate terminal of the transistor 30 connected. The drain terminal of the transistor 30 is about another resistor with the connection 11 connected to a control terminal of a high-side transistor of a half-bridge. The transistor 30 is formed in the circuit arrangement described above, depending on one of the secondary coil 22 generated AC signal through the highside transistor durchzusteuern or block.

Die Schaltstufe 28 ist wie die Schaltstufe 26 ausgebildet und weist einen P-Feldeffekttransistor 32 auf. Die Ausgänge der Sekundärspule 24 sind mit einem Eingang der Schaltstufe 28 verbunden, wobei die Ausgänge der Sekundärstufe 24 im Vergleich zur Sekundärspule 22 vertauscht sind. Dadurch liegt an der Schaltstufe 28 eingangsseitig ein im Vergleich zur Schaltstufe 26 invertiertes Eingangssignal an. Das bewirkt, dass, wenn durch die Primärstufe 20 ein Wechselstrom fließt, während einer ersten Halbwelle des Wechselstroms ein Transistor der Halbbrücke gesperrt wird, während der weitere Transistor der Halbbrücke durchgesteuert wird. The switching stage 28 is like the switching stage 26 formed and has a P-field effect transistor 32 on. The outputs of the secondary coil 24 are connected to an input of the switching stage 28 connected, the outputs of the secondary stage 24 compared to the secondary coil 22 are reversed. This is due to the switching stage 28 on the input side in comparison to the switching stage 26 inverted input signal. That causes, if through the primary stage 20 an alternating current flows while a first half-wave of the alternating current, a transistor of the half-bridge is blocked, while the other transistor of the half-bridge is turned on.

Die Eingangsstufe 5 weist einen Anschluss 38 für eine Versorgungsspannung zum Betreiben der Eingangsstufe 5 auf. Die Primärstufe 20 ist mit einem ersten Anschluss mit dem Anschluss 38 für die Versorgungsspannung verbunden. Ein zweiter Anschluss der Primärspule 20 ist mit einem Drain-Anschluss eines N-Feldeffekttransistor 14 verbunden. Der Transistor 14 ist mit seinem Source-Anschluss mit einem Masseanschluss verbunden. The entrance level 5 has a connection 38 for a supply voltage for operating the input stage 5 on. The primary level 20 is with a first connection to the connector 38 connected for the supply voltage. A second connection of the primary coil 20 is with a drain terminal of an N-field effect transistor 14 connected. The transistor 14 is connected to its source terminal to a ground terminal.

Dargestellt ist auch eine Diode 18, welche in diesem Ausführungsbeispiel durch eine parasitäre Diode des Feldeffekttransistors 14 gebildet ist. Shown is also a diode 18 , which in this embodiment by a parasitic diode of the field effect transistor 14 is formed.

Der Drain-Anschluss des Transistors 14 ist mit einem ersten Anschluss eines Kondensators 10 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Kondensators 10 ist mit einem Drain-Anschluss eines P-Feldeffekttransistors 12 verbunden. Zur Schaltstrecke des Transistors 14 ist eine Diode 16 parallel geschaltet, welche in diesem Ausführungsbeispiel durch eine parasitäre Diode des Transistors 12 gebildet ist. The drain terminal of the transistor 14 is with a first connection of a capacitor 10 connected. A second connection of the capacitor 10 is connected to a drain terminal of a P field effect transistor 12 connected. To the switching path of the transistor 14 is a diode 16 connected in parallel, which in this embodiment by a parasitic diode of the transistor 12 is formed.

Die Eingangsstufe 5 weist auch einen Pulsweitenmodulator 34 auf, welcher eingangsseitig mit einem Zeitgeber 36 verbunden ist. Der Zeitgeber 36 ist beispielsweise durch einen Schwingquarz gebildet. Der Pulsweitenmodulator 34 ist ausgangsseitig mit dem Steueranschluss 15 des Transistors 12 und mit einem Steueranschluss 17 des Transistors 14 verbunden. Der Pulsweitenmodulator 34 ist ausgebildet, Schaltpulse, insbesondere Rechteckpulse zum Durchsteuern oder zum Sperren der Transistoren 12 und 14 zu erzeugen und ausgangsseitig auszugeben. The entrance level 5 also has a pulse width modulator 34 on, which input side with a timer 36 connected is. The timer 36 is formed for example by a quartz crystal. The pulse width modulator 34 is output with the control terminal 15 of the transistor 12 and with a control port 17 of the transistor 14 connected. The pulse width modulator 34 is formed switching pulses, in particular square pulses for driving or for blocking the transistors 12 and 14 to generate and output on the output side.

Durch die Primärspule 20, dem Kondensator 10 und die parasitäre Diode 16, weiter durch den Transistor 14, welcher in diesem Ausführungsbeispiel einen Halbleiterschalter bildet, ist ein Aufwärtswandler gebildet.Through the primary coil 20 , the capacitor 10 and the parasitic diode 16 , continue through the transistor 14 , which forms a semiconductor switch in this embodiment, an up-converter is formed.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltstufe 40, welche anstelle der Schaltstufe 26 oder anstelle der Schaltstufe 28 in 1 Bestandteil der Treibereinheit 1 sein kann. Die Treiberststufe 40 weist einen Transistor, in diesem Ausführungsbeispiel PNP-Transistor auf, wobei ein Emitter-Anschluss des PNP-Transistors mit einem Ausgang 46 zum Verbinden mit einem Steueranschluss eines Transistors der Halbbrücke 3 verbunden ist. 2 shows an embodiment of a switching stage 40 , which instead of the switching stage 26 or instead of the switching stage 28 in 1 Part of the driver unit 1 can be. The driver level 40 comprises a transistor, in this embodiment, PNP transistor, wherein an emitter terminal of the PNP transistor having an output 46 for connecting to a control terminal of a transistor of the half-bridge 3 connected is.

Der Kollektoranschluss des PNP-Transistors ist über einen Widerstand mit einem Anschluss 47 zum Verbinden mit einem Source-Anschluss des von der Schaltstufe 40 zu schaltenden Transistors der Halbbrücke verbunden. The collector terminal of the PNP transistor is connected to a terminal through a resistor 47 for connecting to a source terminal of the of the switching stage 40 to be switched transistor of the half-bridge connected.

Die Treiberstufe 40 weist auch einen Eingang 43 auf, welcher mit dem Ausgang 47 gleiches Potenzial aufweist. Die Treiberstufe 40 weist auch einen Eingang 42 auf, welcher über einen Widerstand und eine Diode mit dem Anschluss 46 verbunden ist. The driver stage 40 also has an entrance 43 on, which with the exit 47 has the same potential. The driver stage 40 also has an entrance 42 on which has a resistor and a diode with the connection 46 connected is.

Ein Basisanschluss des PNP-Transistors ist über einen Vorwiderstand mit dem Anschluss 42 verbunden. Die Treibereinheit 40 kann eingangsseitig mit den Anschlüssen 42 und 43 mit einer Sekundärspule, beispielsweise der Sekundärspule 22 oder der Sekundärspule 24 des in 1 dargestellten Transformators 7, verbunden werden. Die zuvor beschriebene Diode der Treiberstufe 40 hat eine Gleichrichterfunktion. A base terminal of the PNP transistor is connected via a series resistor to the terminal 42 connected. The driver unit 40 can input side with the connections 42 and 43 with a secondary coil, for example the secondary coil 22 or the secondary coil 24 of in 1 represented transformer 7 , get connected. The previously described diode of the driver stage 40 has a rectifier function.

Die Diode bewirkt auch vorteilhaft, dass der PNP-Transistor im Falle des gesperrten Zustandes vor zu hohen Sperrspannungen geschützt ist. The diode also has the advantageous effect that the PNP transistor is protected in the case of the locked state against excessive reverse voltages.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für Signale, welche von der in 1 dargestellten Treiberstufe erzeugt worden sind. Die Signale sind jeweils durch Kurven repräsentiert und auf einer gemeinsamen Zeitachse 55 aufgetragen. Eine Amplitudenachse der Signale repräsentiert jeweils eine Signalspannung in Volt. 3 shows an embodiment of signals, which of the in 1 shown driver stage have been generated. The signals are each represented by curves and on a common time axis 55 applied. An amplitude axis of the signals in each case represents a signal voltage in volts.

Die Funktion der in 1 dargestellten Treiberstufe 1 wird nun im Folgenden anhand der in 3 dargestellten Signale erläutert:The function of in 1 illustrated driver stage 1 will now be described below in terms of 3 illustrated signals explained:

Die Kurve 50 repräsentiert ein Ausgangssignal, welches von dem Pulsweitenmodulator 34 erzeugt worden ist und ausgangsseitig zum Steuern des Transistors 12 ausgegeben wird. Die Kurve 51 repräsentiert ein Ausgangssignal, welches von dem Pulsweitenmodulator 34 erzeugt worden ist und ausgangsseitig zum Steuern des Transistors 14 ausgegeben wird. Die Kurve 52 zeigt einen zeitlichen Spannungsverlauf einer Spannung, die während des Signalverlaufes der durch die Kurven 51 und 50 repräsentierten Signale über dem Kondensator 10 in 1 anliegt. The curve 50 represents an output signal derived from the pulse width modulator 34 has been generated and the output side for controlling the transistor 12 is issued. The curve 51 represents an output signal derived from the pulse width modulator 34 has been generated and the output side for controlling the transistor 14 is issued. The curve 52 shows a temporal voltage curve of a voltage during the waveform through the curves 51 and 50 represented signals across the capacitor 10 in 1 is applied.

Eine Kurve 53 repräsentiert eine von der Schaltstufe 26 ausgangsseitig ausgegebene Steuerspannung, welche an den Anschlüssen 8 und 11 anliegt. Die Kurve 54 repräsentiert ein von der Treiberstufe 28 erzeugtes Ausgangssignal zum Steuern eines Lowside-Transistors einer ausgangsseitig in der Treiberstufe verbundenen Halbbrücke.A curve 53 represents one of the switching stage 26 output on the output control voltage, which at the terminals 8th and 11 is applied. The curve 54 represents one from the driver stage 28 generated output signal for controlling a low-side transistor of an output side connected in the driver stage half-bridge.

Während einer ersten Halbwelle einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung, welche durch das Zeitintervall 57 repräsentiert wird, wird der Transistor 12 von dem Pulsweitenmodulator 34 zum Sperren angesteuert. Während des Zeitintervalls 57 in 3 wird der Transistor 14, welcher in dem Aufwärtswandler als Halbleiterschalter wirkt, gesteuert durch den Pulsweitenmodulator 34 über den Steueranschluss 17 leitend durchgesteuert. Dadurch fließt während des Zeitintervalls 57 von dem Anschluss für die Versorgungsspannung 38 ein Primärspulenstrom durch die Primärspule 20 über den geschlossenen Schalttransistor 14 zum Masseanschluss 19 hin. Die parasitäre Diode 16 verhindert, dass die von dem Kondensator 10 gespeicherte Ladung während des Durchschaltens des Transistors 14 abfließen kann. Während des Zeitintervalls 57 ist der Transistor 30 der Schaltstufe 26 gesperrt. Der Highside-Transistor 4 der Halbbrücke 3 kann – getrieben durch die in der Sekundärspule 22 induzierte Spannung – durchgeschaltet werden. Der Transistor 32 der Schaltstufe 28 ist während des Zeitintervalls 57 durchgeschaltet. Demzufolge wird während des Zeitintervalls 57 der Lowside-Transistors 6 der Halbbrücke 3 gesperrt. Während eines auf das Zeitintervall 57 folgenden Zeitintervalls 59 wird – gesteuert durch den Pulsweitenmodulator 34 – der Halbleiterschalter 14 gesperrt. Die parasitäre Diode 16 bewirkt dann, dass der Kondensator 10 – insbesondere während einer Totzeit 60 des Transistors 12 und/oder 14 – geladen werden kann. Die Primärspule 20 hat während des Zeitintervalls 57 ein Magnetfeld aufgebaut und versucht durch Abbau des Magnetfeldes den Stromfluss durch die Primärspule 20 aufrechtzuerhalten. Der Kondensator 10 kann weiter über die parasitäre Diode 16 aufgeladen werden. Das weitere Ansteigen der Spannung des Kondensators 10 kann jedoch – gesteuert durch den Pulsweitenmodulator 34 – mittels eines Durchschaltens des Transistors 12 in Zeitintervall 59 verhindert werden. Während des Zeitintervalls 59 wird in 3 der Transistor 12 durchgesteuert, sodass die Spannung über dem Kondensator 10 auf die Primärspule 20 geschaltet wird. Die Primärspule 20 wird so mit einer zur Primärspulenspannung negativen Spannung, welche über dem Kondensator 10 liegt, entmagnetisiert.During a first half-wave of a pulse width modulated control, which by the time interval 57 is represented, the transistor 12 from the pulse width modulator 34 activated for locking. During the time interval 57 in 3 becomes the transistor 14 which acts in the boost converter as a semiconductor switch, controlled by the pulse width modulator 34 via the control connection 17 turned on conductive. This will flow during the time interval 57 from the connection for the supply voltage 38 a primary coil current through the primary coil 20 over the closed switching transistor 14 to the ground connection 19 out. The parasitic diode 16 prevents the from the capacitor 10 stored charge during the switching of the transistor 14 can drain away. During the time interval 57 is the transistor 30 the switching stage 26 blocked. The highside transistor 4 the half bridge 3 can - driven by in the secondary coil 22 induced voltage - to be switched through. The transistor 32 the switching stage 28 is during the time interval 57 connected through. As a result, during the time interval 57 the low side transistor 6 the half bridge 3 blocked. During one on the time interval 57 following time interval 59 is controlled by the pulse width modulator 34 - the semiconductor switch 14 blocked. The parasitic diode 16 then causes the capacitor 10 - especially during a dead time 60 of the transistor 12 and or 14 - can be loaded. The primary coil 20 has during the time interval 57 built up a magnetic field and attempts by breaking the magnetic field, the current flow through the primary coil 20 maintain. The capacitor 10 can continue over the parasitic diode 16 to be charged. The further increase of the voltage of the capacitor 10 can however - controlled by the pulse width modulator 34 - By means of a switching of the transistor 12 in time interval 59 be prevented. During the time interval 59 is in 3 the transistor 12 controlled so that the voltage across the capacitor 10 on the primary coil 20 is switched. The primary coil 20 is so with a negative voltage to the primary coil voltage, which across the capacitor 10 lies, demagnetized.

Während des Zeitintervalls 59 ist der Transistor 32 der Schaltstufe 28 gesperrt. Der Lowside-Transistor 6 wird dadurch während des Zeitintervalls 59 durchgeschaltet. During the time interval 59 is the transistor 32 the switching stage 28 blocked. The lowside transistor 6 This will happen during the time interval 59 connected through.

Die von dem Pulsweitenmodulator 34 erzeugten Pulsweiten der Steuerpulse zum Durchsteuern oder Sperren der Transistoren 12 und 14 betragen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils die Hälfte einer Periodendauer, umfassend die Zeitintervalle 57 und 59. Die über dem Kondensator 10 anliegende Spannung berechnet sich gemäß dem vorgenannten Tastverhältnis, im vorgenannten Ausführungsbeispiel beträgt das Tastverhältnis D = 50 Prozent, zu Vcs = Vcc/(1 – D) (1), worin bedeuten

Vcs
= Spannung des Kondensators
Vcc
= Betriebsspannung der Eingangsstufe
D
= Tastverhältnis.
The of the pulse width modulator 34 generated pulse widths of the control pulses for driving or blocking the transistors 12 and 14 in this embodiment are each half of a period, comprising the time intervals 57 and 59 , The over the capacitor 10 applied voltage is calculated according to the aforementioned duty cycle, in the aforementioned embodiment, the duty cycle D = 50 percent, to Vcs = Vcc / (1-D) (1), in which mean
cs
= Voltage of the capacitor
Vcc
= Operating voltage of the input stage
D
= Duty cycle.

Die Betriebsspannung der Eingangsstufe beträgt im Beispiel der 3 15 Volt. Die Spannung über dem Kondensator beträgt das zweifache der Betriebsspannung, nämlich 30 Volt. The operating voltage of the input stage is in the example of 3 15 volts. The voltage across the capacitor is twice the operating voltage, namely 30 volts.

Claims (9)

Treibereinheit (1) zum Ansteuern wenigstens einer Transistor-Halbbrücke (3), wobei die Treibereinheit (1) einen Transformator (7), und eine mit dem Transformator (7) eingangsseitig verbundenen Eingangsstufe (5), wobei die Eingangsstufe ausgebildet ist, eine Wechselspannung zu erzeugen und eine Primärspule des Transformators (7) mit der Wechselspannung zu beaufschlagen, wobei der Transformator (7) ausgangsseitig mit Steuerausgängen (8, 9, 11, 13) zum Ansteuern der Transistor-Halbbrücke (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens durch einen Teil der Eingangsstufe (5) ein Aufwärtswandler mit einer Induktivität und einer mit der Induktivität in Serie verbundenen Kapazität gebildet ist, wobei die Induktivität (22) durch die Primärspule (22) und die Kapazität durch den Kondensator (10) gebildet ist.Driver unit ( 1 ) for driving at least one transistor half-bridge ( 3 ), whereby the driver unit ( 1 ) a transformer ( 7 ), and one with the transformer ( 7 ) input side connected input stage ( 5 ), wherein the input stage is adapted to generate an alternating voltage and a primary coil of the transformer ( 7 ) with the AC voltage, the transformer ( 7 ) on the output side with control outputs ( 8th . 9 . 11 . 13 ) for driving the transistor half-bridge ( 3 ), characterized in that at least part of the input stage ( 5 ) an up-converter with an inductance and a capacitor connected in series with the inductance is formed, wherein the inductance ( 22 ) through the Primary coil ( 22 ) and the capacitance through the capacitor ( 10 ) is formed. Treibereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (5) ausgebildet ist, zum Erzeugen einer ersten Halbwelle der Wechselspannung einen Anschluss der Primärspule (57) und des Kondensators (10) für ein vorbestimmtes Zeitintervall (57) auf einen Masseanschluss (19) zu schalten und dabei ein Ladung des Kondensators (10) zu behalten, und zum Erzeugen einer zweiten zur ersten Halbwelle entgegengesetzten Halbwelle der Wechselspannung einen zweiten Anschluss des Kondensators (10) niederohmig mit dem Masseanschluss (19) zu verbinden und so den Kondensator über die Primärspule zu entladen. Driver unit ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the input stage ( 5 ) is formed, for generating a first half-wave of the AC voltage, a terminal of the primary coil ( 57 ) and the capacitor ( 10 ) for a predetermined time interval ( 57 ) to a ground connection ( 19 ) and a charge of the capacitor ( 10 ) and to generate a second half-wave of the alternating voltage opposite the first half cycle, a second terminal of the capacitor ( 10 ) low impedance with the ground connection ( 19 ) and thus to discharge the capacitor via the primary coil. Treibereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss des Kondensators (10) mit der Primärspule (22) und über einen ersten Halbleiterschalter (14) mit einem Masseanschluss (19) verbunden ist und ein zweiter Anschluss des Kondensators (10) über einen zweiten Halbleiterschalter (12) mit dem Masseanschluss (19) verbunden ist, wobei zu dem zweiten Halbleiterschalter (12) eine Diode (16) parallelgeschaltet ist, sodass der Kondensator (10) beim Durchschalten des ersten Halbleiterschalters (14) seine Ladung halten kann. Driver unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a first terminal of the capacitor ( 10 ) with the primary coil ( 22 ) and via a first semiconductor switch ( 14 ) with a ground connection ( 19 ) and a second terminal of the capacitor ( 10 ) via a second semiconductor switch ( 12 ) with the ground connection ( 19 ), wherein to the second semiconductor switch ( 12 ) a diode ( 16 ) is connected in parallel so that the capacitor ( 10 ) when switching through the first semiconductor switch ( 14 ) can hold his charge. Treibereinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibereinheit (1) ausgebildet ist, dass der Kondenstor (10) während einer Totzeit (60) wenigstens einer der Halbleiterschalter über die Diode (16) geladen werden kann. Driver unit ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the driver unit ( 1 ) is formed, that the Kondenstor ( 10 ) during a dead time ( 60 ) at least one of the semiconductor switches via the diode ( 16 ) can be loaded. Treibereinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halbleiterschalter (14) ein N-Feldeffekttransistor ist und der zweite Halbleiterschalter (12) ein P-Feldeffekttransistor ist, wobei die Source-Anschlüsse der Feldeffekttransistor (12, 14) jeweils mit dem Masseanschluss (19) verbunden sind, wobei die Diode (16) durch eine Bodydiode (16) des zweiten Halbleiterschalters (12) gebildet ist.Driver unit ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the first semiconductor switch ( 14 ) is an N-field effect transistor and the second semiconductor switch ( 12 ) is a P-field effect transistor, wherein the source terminals of the field effect transistor ( 12 . 14 ) each with the ground connection ( 19 ), wherein the diode ( 16 ) by a body diode ( 16 ) of the second semiconductor switch ( 12 ) is formed. Treibereinheit (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibereinheit (1) ausgebildet ist, die Halbleiterschalter (12, 14) jeweils mit einem Schaltzeitintervall (57, 59) mit gleicher Schaltzeitdauer einander abwechselnd durchzusteuern.Driver unit ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the driver unit ( 1 ), the semiconductor switches ( 12 . 14 ) each with a switching time interval ( 57 . 59 ) with the same switching time to control each other alternately. Treibereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (7) sekundärseitig zwei Sekundärwindungen (22, 24) aufweist, wobei jede Sekundärwindung (22, 24) mit einem Transistor (4, 6) von zwei Transistoren (4, 6) einer Transistor-Halbbrücke (3) verbunden ist, wobei mit den von den Sekundärwindungen (22, 24) erzeugten Spannungen jeweils zueinander verschiedene Transistoren (4, 6) einer Transistor-Halbbrücke (3) angesteuert werden können.Driver unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the transformer ( 7 ) on the secondary side, two secondary windings ( 22 . 24 ), each secondary winding ( 22 . 24 ) with a transistor ( 4 . 6 ) of two transistors ( 4 . 6 ) of a transistor half-bridge ( 3 ), with the secondary windings ( 22 . 24 ) generated voltages each to each other different transistors ( 4 . 6 ) of a transistor half-bridge ( 3 ) can be controlled. Treibereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibereinheit (1) einen Pulsweitenmodulator (34) aufweist, welcher ausgebildet ist, ein Taktsignal (50, 51) zu erzeugen und die Treibereinheit (1) ausgebildet ist, die Halbleiterschalter (12, 14) jeweils in Abhängigkeit des Taktsignals (50, 51) durchzuschalten oder zu sperren. Driver unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the driver unit ( 1 ) a pulse width modulator ( 34 ), which is formed, a clock signal ( 50 . 51 ) and the driver unit ( 1 ), the semiconductor switches ( 12 . 14 ) depending on the clock signal ( 50 . 51 ) through or block. DC-DC-Wandler mit wenigstens einer Treibereinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der DC-DC-Wandler wenigstens eine Vollbrücke umfassend zwei Transistor-Halbbrücken (3) aufweist, wobei wenigstens eine Transistor-Halbbrücke (3) eingangsseitig mit der Treibereinheit (1) verbunden ist.DC-DC converter with at least one driver unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the DC-DC converter comprises at least one full bridge comprising two transistor half-bridges ( 3 ), wherein at least one transistor half-bridge ( 3 ) on the input side with the driver unit ( 1 ) connected is.
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