DE102015011622A1

DE102015011622A1 - Mehrzweck-Stromversorgung für Anwendungen mit Leistungsschalttreibern

Info

Publication number: DE102015011622A1
Application number: DE102015011622.3A
Authority: DE
Inventors: Frank WARNES
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2016-03-24
Also published as: CN105450027A; US20180337609A1; US10566905B2; CN105450027B; GB201416596D0; US20160087538A1; GB2530314A; US10411602B2; GB2530314B

Abstract

Eine Mehrzweck-Stromversorgung für einen Stromkreis eines Leistungsschalttreibers, die eine Eingangsspannung benötigt und Ausgangsspannungen an vier Ausgangsklemmen erzeugt, wird offengelegt. Zwei Ausgangsklemmen können an Spannungsschienen zum Antrieb eines Schaltleistungswandlers angeschlossen werden. Die Ausgangsspannung an jeder Ausgangsklemme in Bezug auf Masse ist unterschiedlich, so dass die Spannungsschienen auf Spannungen eingestellt werden können, die für eine Vielzahl unterschiedlicher Stromkreise für Leistungsschalttreiber geeignet sind, indem die mit den Ausgangsklemmen verbundenen Spannungsschienen entsprechend angepasst werden. Eine Referenzspannung wird an einer Ausgangsklemme angelegt, um die Werte für die Spannungen an den verbleibenden Ausgangsklemmen einzustellen.

Description

Diese Anwendung bezieht sich auf einen Mehrzweck-Stromversorgung, die für Anwendungen mit Leistungsschalttreibern geeignet ist, und hierbei insbesondere auf einen Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber, der zusammen mit mehreren Varianten von Stromkreisen für Leistungsschalttreiber eingesetzt werden kann.
Leistungselektronikgeräte, wie z. B. DC-/DC-Wandler und Schaltnetzteile, nutzen Hochleistungstransistoren, um eine stabile Ausgangsspannung auf einem vorab festgelegten Wert über eine vorgegebene Eingangsstromversorgung zu gewährleisten, und die Transistoren werden kontinuierlich ein- und ausgeschaltet, um die Ausgangsspannung zu regulieren. Ihnen kommt eine wichtige Aufgabe beim Schalten hoher Ströme in unterbrechungsfreien Stromversorgungen, Motorantrieben und Solarwechselrichtern zu und sie müssen aus diesem Grund strengen Anforderungen und Auflagen genügen, die für die von ihnen erzeugte Ausgangsspannung gelten. Zum Beispiel kann es für die Ausgangsspannung nicht akzeptabel sein, von einem Nennwert um mehr als eine vorab festgelegte Toleranz abzuweichen.
Stromkreise von Leistungsschalttreibern werden dazu eingesetzt, Hochleistungstransistoren in Leistungselektronikgeräten zu steuern. Der Stromkreis eines Leistungsschalttreibers gewährleistet die zum Betrieb (d. h. zum Ein- und Ausschalten) der Hochleistungstransistoren erforderliche Elektronik, wie dies angesichts der an das Leistungselektronikgerät angeschlossenen Eingangsspannung sowie der Spannung, die vom Ausgang zurückgeführt wird, angemessen ist. Durch die Anpassung der Zeit, während der die Transistoren ein- und ausgeschaltet sind, lässt sich der Spannungsausgang des Stromrichters regulieren.
Es sind verschiedene Arten von Hochleistungstransistoren bekannt, z. B. der bipolare Transistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), der Siliziumkarbidtransistor (SIC) und der Feldeffekttransistor mit Metalloxid-Halbleiter-Aufbau (MOSFET). Aus diesem Grund gibt es verschiedene Varianten von Leistungselektronikgeräten, die jeweils unterschiedliche Arten von Hochleistungstransistoren verwenden.
Üblicherweise erfordert jede Art von Hochleistungstransistor einen entsprechenden Anschluss zur Versorgung eines Paares von Spannungsschienen mit einer dazwischen liegenden Potentialdifferenz. Gemäß dem allgemein anerkannten Industriestandard erfordern bipolare Transistoren mit isolierter Gate-Elektronik einen Anschluss an Schienen, die auf +15 V und –10 V gehalten werden; Siliziumkarbidtransistoren erfordern einen Anschluss an Schienen, die auf +20 V und –5 V gehalten werden, und Feldeffekttransistoren mit Metalloxid-Halbleiter-Aufbau erfordern einen Anschluss an Schienen, die auf +15 V und –5 V gehalten werden.
Zur Gewährleistung eines vorschriftsmäßigen Betriebs der Leistungselektronikgeräte ist es aus diesem Grund erforderlich, die Stromkreise ihrer Leistungsschaltantriebe mit einer Stromversorgung auszustatten, die für die jeweilige Art von Transistor, der sich innerhalb des Geräts befindet, geeignet ist und die für solche Spannungen sorgen kann, dass eine angemessene Potentialdifferenz zwischen den Spannungsschienen aufrechterhalten wird.
Wir haben zur Kenntnis genommen, dass eine einzige Stromversorgung zur Verwendung mit Leistungselektronikanwendungen gewünscht wird, die eine Vielzahl von Eingangsspannungen benötigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird in den separaten Ansprüchen genauer bezeichnet, auf die jetzt Bezug genommen werden soll. Vorteilhafte Merkmale werden in den zugehörigen Ansprüchen aufgeführt.
Bei einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber, der dazu verwendet wird, ein Leistungselektronikgerät, das über einen oder mehrere Transistoren desselben Typs verfügt, mit Strom zu versorgen, sowie auf Stromschienen mit hoher und niedriger Leistung, um einen oder mehrere Transistoren mit Strom zu versorgen, wobei es sich bei den Transistoren um MOSFET-, SIC- oder IGBT-Transistoren handeln kann. Der Stromversorgungskreis des Leistungsschalttreibers umfasst Folgendes: ein Paar Eingangsklemmen zur Aufnahme der Eingangsleistung sowie vier Ausgangsklemmen zur Stromversorgung des Leistungselektronikgeräts, wobei beim Anlegen einer Eingangsspannung an den Eingangsklemmen alle vier Ausgangsklemmen auf einer wesentlich anderen Spannung in Bezug auf Masse gehalten werden und eine erste Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsklemme besteht, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen der zweiten und der dritten Ausgangsklemme besteht und eine dritte Spannungsdifferenz zwischen der dritten und der vierten Ausgangsklemme besteht. Beim Einsatz: eine der vier Ausgangsklemmen wird an eine Referenzspannung angeschlossen, um die Werte der entsprechenden Spannungen einzustellen, auf denen die vier Ausgangsklemmen jeweils in Bezug auf Masse gehalten werden; zwei der verbleibenden drei Ausgangsklemmen werden an die Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen und sorgen dadurch für eine Eingangsspannungsdifferenz an diesen Klemmen, und die Auswahl der drei Ausgangsklemmen zum Anschluss an die Referenzspannung und die Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts unter den vier Ausgangsklemmen bestimmt unterschiedliche Kombinationen für die erste, zweite und dritte Spannungsdifferenz, um die Eingangsspannungsdifferenz an den Stromschienen hoher und niedriger Leistung abhängig davon zu ändern, ob es sich bei dem Transistor um einen MOSFET-Transistor, SIC-Transistor oder IGBT-Transistor handelt.
Die erste Spannungsdifferenz kann im Wesentlichen 15 V entsprechen, die zweite Spannungsdifferenz kann im Wesentlichen 5 V entsprechen und die dritte Spannungsdifferenz kann im Wesentlichen 5 V entsprechen.
Die Referenzspannung kann eine Massespannung sein.
Wenn es sich bei dem Transistor um einen IGBT-Transistor handelt, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen bei +15 V in Bezug auf Masse gehalten und an die Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen, die zweite Ausgangsklemme wird an die Referenzspannung angeschlossen, und die vierte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen bei –10 V in Bezug auf Masse gehalten und an die Stromschiene niederer Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen; wenn es sich bei dem Transistor um einen SIC-Transistor handelt, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen bei +20 V in Bezug auf Masse gehalten und an die Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen, die dritte Ausgangsklemme wird an die Referenzspannung angeschlossen, und die vierte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen bei –5 V in Bezug auf Masse gehalten und an die Stromschiene niederer Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen; und wenn es sich bei dem Transistor um einen MOSFET-Transistor handelt, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen bei +15 V in Bezug auf Masse gehalten und an die Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen, die zweite Ausgangsklemme wird an die Referenzspannung angeschlossen, und die dritte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen bei –5 V in Bezug auf Masse gehalten und an die Stromschiene niederer Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen.
Der Anspruch in Bezug auf den Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber umfasst ferner einen Transformator, wobei der Transformator über eine Primärwicklung verfügt, an der die Eingangsspannung angelegt wird, sowie über mehrere Sekundärwicklungen, die dazu dienen, die Spannung der vier Ausgangsklemmen in Bezug aufeinander einzustellen, wenn eine Eingangsspannung an den Eingangsklemmen angelegt wird.
Der Stromversorgungskreis für den Leistungsschalttreiber kann drei Ausgangsstufen umfassen, wobei jede Ausgangsstufe Folgendes aufweist: eine Sekundärwicklung; eine Diode, die in Reihe mit der Sekundärwicklung angeordnet wird; und einen Kondensator, der parallel mit der Sekundärwicklung angeordnet wird. Eine erste Klemme des Kondensators wird an eine erste Klemme der Ausgangsstufe angeschlossen, und eine zweite Klemme des Kondensators wird an eine zweite Klemme der Ausgangsstufe angeschlossen.
Beim Einsatz werden zwei Klemmenpaare der insgesamt sechs Klemmen, die jeweils die erste und die zweite Klemme der drei Ausgangsstufen umfassen, zusammengeschlossen, um zwei der vier Ausgangsklemmen zu bilden.
Die Anzahl der Sekundärwicklungen kann eine Wicklung unter der Anzahl der Ausgangsklemmen betragen.
Bei einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein System, das Folgendes umfasst: Ein Leistungselektronikgerät mit einem oder mehreren Transistoren desselben Typs und mit Stromschienen hoher und niedriger Leistung, um einen oder mehrere Transistoren mit Strom zu versorgen, wobei es sich bei den Transistoren um Transistoren des Typs MOSFET, SIC oder IGBT handeln kann; einen Stromversorgungskreis für den Leistungsschalttreiber zur Stromversorgung des Leistungselektronikgeräts, der Folgendes umfasst: ein Paar Eingangsklemmen zur Aufnahme der Eingangsleistung sowie vier Ausgangsklemmen zur Stromversorgung des Leistungselektronikgeräts, wobei beim Anlegen einer Eingangsspannung an den Eingangsklemmen alle vier Ausgangsklemmen auf einer wesentlich anderen Spannung in Bezug auf Masse gehalten werden und eine erste Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsklemme besteht, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen der zweiten und der dritten Ausgangsklemme besteht und eine dritte Spannungsdifferenz zwischen der dritten und der vierten Ausgangsklemme besteht. Beim Einsatz: eine der vier Ausgangsklemmen wird an eine Referenzspannung angeschlossen, um die Werte der entsprechenden Spannungen einzustellen, auf denen die vier Ausgangsklemmen jeweils in Bezug auf Masse gehalten werden; zwei der verbleibenden drei Ausgangsklemmen werden an die Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen und sorgen dadurch für eine Eingangsspannungsdifferenz an diesen Klemmen, und die Auswahl der drei Ausgangsklemmen zum Anschluss an die Referenzspannung und die Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts unter den vier Ausgangsklemmen bestimmt unterschiedliche Kombinationen für die erste, zweite und dritte Spannungsdifferenz, um die Eingangsspannungsdifferenz an den Stromschienen hoher und niedriger Leistung abhängig davon zu ändern, ob es sich bei dem Transistor um einen MOSFET-Transistor, SIC-Transistor oder IGBT-Transistor handelt.
Bei einem dritten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Methode zur Stromversorgung über einen Stromversorgungskreis eines Leistungsschalttreibers für ein Leistungselektronikgerät mit einem oder mehreren Transistoren desselben Typs und Stromschienen hoher und niedriger Leistung zur Stromversorgung eines oder mehrerer Transistoren, wobei es sich bei den Transistoren um Transistoren des Typs MOSFET, SIC oder IGBT handelt. Die Methode umfasst Folgendes: Bereitstellung eines Stromversorgungskreises für einen Leistungsschalttreiber, der Folgendes umfasst: ein Paar Eingangsklemmen zur Aufnahme der Eingangsleistung sowie vier Ausgangsklemmen zur Stromversorgung des Leistungselektronikgeräts, wobei beim Anlegen einer Eingangsspannung an den Eingangsklemmen alle vier Ausgangsklemmen auf einer wesentlich anderen Spannung in Bezug auf Masse gehalten werden und eine erste Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsklemme besteht, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen der zweiten und der dritten Ausgangsklemme besteht und eine dritte Spannungsdifferenz zwischen der dritten und der vierten Ausgangsklemme besteht; die Auswahl der drei Ausgangsklemmen zum Anschluss an eine Referenzspannung und die Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts unter den vier Ausgangsklemmen bestimmt unterschiedliche Kombinationen für die erste, zweite und dritte Spannungsdifferenz, um für eine Eingangsspannungsdifferenz an den Stromschienen hoher und niedriger Leistung abhängig davon zu sorgen, ob es sich bei dem Transistor um einen MOSFET-Transistor, SIC-Transistor oder IGBT-Transistor handelt; Anschluss der Referenzspannung an der ausgewählten Ausgangsklemme, um die Werte der betreffenden Spannungen einzustellen, auf denen die vier Ausgangsklemmen jeweils in Bezug auf Masse gehalten werden; sowie Anschluss der Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts an den ausgewählten Ausgangsklemmen, um für eine Eingangsspannungsdifferenz an diesen Klemmen zu sorgen.
Bei einem vierten Aspekt der Erfindung gibt es ein System mit einer Stromversorgung und einem Leistungselektronikgerät, wobei die Stromversorgung Folgendes umfasst: eine erste Ausgangsstufe zur Erzeugung einer ersten Spannung; eine zweite Ausgangsstufe zur Erzeugung einer zweiten Spannung, eine dritte Ausgangsstufe zur Erzeugung einer dritten Spannung; eine erste Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden ist; eine zweite Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der ersten Ausgangsstufe und mit einer ersten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden ist; eine dritte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der zweiten Ausgangsstufe und mit einer ersten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden ist; und eine vierte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden ist; und das Leistungselektronikgerät, das einen Transistor umfasst, wobei eine Klemme unter der ersten bis zur vierten Ausgangsklemme ausgewählt und an Masse angeschlossen wird;
zwei unter der ersten bis zur vierten Ausgangsklemme ausgewählten Klemmen werden an den Transistor angeschlossen und versorgen den Transistor mit einer positiven und einer negativen Spannung; und eine unter der ersten bis zur vierten Ausgangsklemme ausgewählte Klemme wird nicht angeschlossen.
Bei einem fünften Aspekt der Erfindung gibt es ein System mit einer Stromversorgung und einem Leistungselektronikgerät, wobei die Stromversorgung Folgendes umfasst: eine erste Ausgangsstufe zur Erzeugung einer ersten Spannung; eine zweite Ausgangsstufe zur Erzeugung einer zweiten Spannung, eine dritte Ausgangsstufe zur Erzeugung einer dritten Spannung; eine erste Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden ist; eine zweite Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden ist; eine dritte Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden ist; eine vierte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden ist; eine fünfte Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden ist; und eine sechste Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden ist; und das Leistungselektronikgerät, das einen Transistor umfasst, wobei zwei Klemmen unter den ersten, dritten und fünften Ausgangsklemmen ausgewählt werden und zwei Klemmen unter den zweiten, vierten und sechsten Ausgangsklemmen ausgewählt und jeweils außerhalb der Stromversorgung angeschlossen werden, um eine erste externe Klemme und eine zweite externe Klemme zu bilden, wobei die nicht ausgewählten zwei Klemmen als eine erste Klemme am Gerät und eine zweite Klemme am Gerät festgelegt werden; eine unter der ersten externen Klemme, der zweiten externen Klemme, der ersten Klemme am Gerät und der zweiten Klemme am Gerät ausgewählte Klemme wird an Masse angeschlossen; zwei unter der ersten externen Klemme, der zweiten externen Klemme, der ersten Klemme am Gerät und der zweiten Klemme am Gerät ausgewählte Klemmen werden an den Transistor angeschlossen und versorgen den Transistor mit einem Paar positiver Spannung und negativer Spannung; eine unter der ersten externen Klemme, der zweiten externen Klemme, der ersten Klemme am Gerät und der zweiten Klemme am Gerät ausgewählte Klemme wird nicht nach außen angeschlossen.
Bei einem sechsten Aspekt der Erfindung gibt es eine Methode für die Stromversorgung unterschiedlicher Typen von Transistoren über einen Stromversorgungskreis, die Folgendes beinhaltet: a) Bereitstellung eines Stromversorgungskreises, der Folgendes umfasst: eine erste Ausgangsstufe zur Erzeugung einer ersten Spannung; eine zweite Ausgangsstufe zur Erzeugung einer zweiten Spannung, eine dritte Ausgangsstufe zur Erzeugung einer dritten Spannung; eine erste Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden ist; eine zweite Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der ersten Ausgangsstufe und mit einer ersten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden ist; eine dritte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der zweiten Ausgangsstufe und mit einer ersten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden ist; und eine vierte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden ist; b) Bestimmung einer positiven Klemme, einer Masseklemme, einer negativen Klemme und einer Klemme ohne Anschluss unter der ersten bis zur vierten Ausgangsklemme, damit für eine positive Spannung und eine negative Spannung gesorgt wird, die für den ausgewählten Transistor geeignet ist; und c) Anschluss der positiven Klemme und der negativen Klemme am ausgewählten Transistor und Anschluss der Masseklemme an Masse, so dass der ausgewählte Transistor mit einer positiven und einer negativen Spannung versorgt wird.
Schritt b) kann Folgendes umfassen: Bestimmung, dass die erste Ausgangsklemme die positive Klemme ist; Bestimmung der Masseklemme, der negativen Klemme und der Klemme ohne Anschluss auf der Grundlage der folgenden Bedingungen; i) bei einem ersten ausgewählten Transistor ist die zweite Ausgangsklemme die Masseklemme, die dritte Ausgangsklemme ist die Klemme ohne Anschluss und die vierte Ausgangsklemme ist die negative Klemme, so dass für eine positive Spannung gesorgt wird, die der ersten Spannung entspricht, und für eine negative Spannung, die der Summe der zweiten und der dritten Spannung entspricht, ii) bei einem zweiten ausgewählten Transistor ist die zweite Ausgangsklemme die Klemme ohne Anschluss, die dritte Ausgangsklemme ist die Masseklemme und die vierte Ausgangsklemme ist die negative Klemme, so dass für eine positive Spannung gesorgt wird, die der Summe der ersten Spannung und der zweiten Spannung und die negative Spannung der dritten Spannung entspricht, und iii) bei einem dritten ausgewählten Transistor ist die zweite Ausgangsklemme die Masseklemme, die dritte Ausgangsklemme ist die negative Klemme und die vierte Ausgangsklemme ist die Klemme ohne Anschluss, so dass für eine positive Spannung gesorgt wird, die der ersten Spannung entspricht, und für eine negative Spannung, die der zweiten Spannung entspricht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt ausschließlich beispielhaft und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen:
1 einen bekannten DC-/DC-Wandler zeigt;
2 eine Stromversorgung mit mehreren Ausgängen zeigt;
3 Anschlüsse an die Ausgangsklemmen einer Stromversorgung zeigt; und
4 eine Stromversorgung mit mehreren Ausgängen gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt einen bekannten DC-/DC-Wandler. Für die Zwecke der Darstellung wird ein Sperrwandler gezeigt, andere Wandlerauslegungen, wie z. B. ein Durchflusswandler, wären zur Verwendung in einem solchen Kreislauf ebenfalls zulässig.
Der Wandler akzeptiert eine Eingangsspannung V_in in Bezug auf die 0 V-Schiene. Die übrige Schaltungsanordnung wird zur Beschreibung und aus praktischen Überlegungen in zwei Abschnitte unterteilt; Schaltungsanordnung 102 und Wandlerschaltung 104.
Die Eingangsspannung V_in wird an der Wandlerschaltung 104 mittels der Schaltungsanordnung 102 geschalten. In 1 umfasst die Schaltungsanordnung einen Feldeffekttransistor mit Metalloxid-Halbleiter-Aufbau (MOSFET) TR1, der so gesteuert wird, dass er sich entweder in einem leitenden oder in einem nichtleitenden Zustand befindet. Für einen Fachmann ist Folgendes offensichtlich, d. h. wenn der Transistor TR1 in der Schaltungsanordnung 102 leitet, wird die Eingangsspannung V_in an den Primärwicklungen eines Transformators in der Wandlerschaltung 104 angelegt und dadurch wird Energie im Transformator in dem resultierenden Magnetfeld gespeichert. Wenn der Transistor TR1 in der Schaltungsanordnung 102 nicht leitet, kann Strom durch die Sekundärwicklungen des Transformators fließen und führt dazu, dass eine umgewandelte Gleichstromspannung zwischen den Klemmen AUSGANG und RÜCKLAUF angelegt wird. Die umgewandelte Spannung wird dann dazu verwendet, zum Beispiel Transistoren in Schaltnetzteilen oder Leistungselektronikgeräten zu versorgen.
Die Schaltungsanordnung 102 beinhaltet eine pulsbreitenmodulierte Steuerung (PWM) U1, die dazu verwendet wird, für ein Schaltsignal an den Primärwicklungen P1 über MOSFET TR1 zu sorgen. Eine solche PWM-Steuerung kann als Bestandteil einer integrierten Schaltung (IC) innerhalb der in 1 dargestellten Schaltung vorgesehen werden. TR1 ist der Schalt-MOSFET auf der Primärseite und ist für das Schalten der Eingangsspannung V_in an den Primärwicklungen P1 des Transformators TX1 als Reaktion auf die von der PWM-Steuerung ausgegebenen Signale verantwortlich. Der Drain von TR1 wird an die Primärwicklungen P1 angeschlossen und die Quelle wird in Reihe mit dem Widerstand R16 und anschließend mit der 0 V-Stromschiene (Masse) verbunden. TR1 ist wie gezeigt ein n-Kanal-Anreicherungstyp-MOSFET-Transistor, es können jedoch auch andere Transistoren verwendet werden.
Die Wandlerschaltung 104 umfasst einen Sperrwandler TX1 mit Primärwicklungen P1 und Sekundärwicklungen S1. Die Primär- und Sekundärwicklungen P1 und S1 sind um einen Wandlerkern gewickelt, zum Beispiel einem Kern, der aus einem laminierten weichen Eisen besteht. Bei alternativen Anordnungen besteht die Möglichkeit, andere Materialien für den Kern zu verwenden, bzw. es kann auch auf den Kern verzichtet werden, und in diesem Fall handelt es sich bei den Wicklungen um Luftwicklungen. Der Transformator in 1 ist nicht isoliert, weil die Spannung an der Klemme RÜCKFÜHRUNG zurück zur Schaltungsanordnung 102 gespeist wird, es könnte jedoch auch ein isolierter Transformator ohne diese Rückführung verwendet werden. Diode D1 und Kondensator C3 sind die jeweiligen Ausgangselemente für die Ausgangsseite.
Der Kondensator C11 wird zwischen der Eingangsspannungsklemme und Masse angeschlossen und glättet beliebige Schwankungen, die innerhalb der Eingangsspannung vorhanden sind.
Die in 1 gezeigte PWM-Steuerung U1 wird jetzt ausführlicher beschrieben. In diesem Beispiel ist die PWM-Steuerung als integrierte Schaltung ausgelegt. Wie dies für einen Fachmann offenkundig ist, könnten auch andere PWM-Steuerungen verwendet werden. Die gezeigte integrierte Schaltung verfügt über eine Gate-Drive-Klemme (Gdr) die über einen Reihenwiderstand R3 an das Gatter des MOSFET TR1 anschließt. Der Widerstand R3 kann dazu verwendet werden, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Geräts entsprechend anzupassen. Der Eingangsstift (Isns) wird mit einem Punkt zwischen Widerstand R16 und der Quellenklemme von TR1 verbunden. Isns entspricht einem Stromerfassungseingang für die PWM-Steuerung. Dieser Stift wird mit der Quelle des externen MOSFET und über den Stromerfassungswiderstand R16 mit Masse verbunden. Er ermöglicht die Erfassung des Schaltstroms zur Regulierung und für die Strommessung. Der Vc-Stift ermöglicht einen Ausgang vom internen Spannungsfehlerverstärker zur PWM-Steuerung. Der Vc-Stift schließt über den Reihenwiderstand R1 und den Kondensator C1 an Masse an. R1 und C1 bilden ein externes Ausgleichsnetzwerk zur Stabilisierung des Wandlers. Der V_in-Stift ist direkt mit der Hochspannungsschiene (V_in) und über einen Kondensator C6 mit der 0 V-Schiene oder Niederspannungsschiene verbunden. Der Massestift (Gnd) schließt direkt an Masse an. Der Antriebsspannungsstift (Vdr) wird in dieser Konfiguration als überbrückt gezeigt, da er über Kondensator C7 mit Masse verbunden ist (1,0 μF ist ein geeigneter Wert). Die Klemme für die Freigabe und Synchronisierung (EN/Sync) gestattet bei einem Anschluss das Anlegen eines oszillierenden Eingangssignals an der PWM-Steuerung U1, und die fallende Kante eines solchen Eingangssignals synchronisiert den internen Oszillator der PWM-Steuerung. Und abschließend dient der Vfb-Stift zur Rückführung der Ausgangsspannung. Der Stift schließt über Widerstand R11 an die Ausgangsspannung und über Widerstand R13 an Masse an. Die Konfiguration des Widerstands erzeugt einen Spannungsteiler zur Regulierung und Einstellung der Ausgangsspannung. Es wird darauf hingewiesen, dass andere integrierte Schaltungen, die als PWM-Steuerung eingesetzt werden können, über die angegebenen oder unterschiedliche Eingangsstifte für die Steuerung, Erfassung und Ausgabe verfügen können.
2 zeigt eine Ausführungsform der Ausgangsstufe der Stromversorgung 200 nach der vorliegenden Erfindung. Eine Eingangsspannung V_in wird der Stromversorgung über eine Batterie oder Gleichstromquelle zugeführt. Obwohl der Spannungseingang in 2 nur schematisch dargestellt wird, ermöglicht er beim Einsatz, dass Strom über die Primärwicklungen des Transformators TX21 fließt, wenn die Schaltungsanordnung, die in Reihe mit den Primärwicklungen und der Eingangsspannung V_in und den 0 V-Klemmen angeordnet ist, leitet. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Kondensator zwischen den Hochspannungsschienen (V_in) und den Niederspannungsschienen (0 V) vorgesehen werden kann (wird in 2 nicht gezeigt).
Drei Sekundärwicklungen S21, S22 und S23 befinden sich auf dem Kern des Transformators TX21 und ermöglichen drei separate Stufen für die Ausgangsspannung, die in einer Leiterkonfiguration angeordnet wird. Der Spannungsabfall an den kombinierten Sekundärwicklungen wird aus diesem Grund auf die Wicklungen S21, S22 und S23 verteilt. Die Sekundärwicklungen können physisch so positioniert werden, dass sie sich nicht überlappen und werden in Bezug auf den Magnetkreis, der durch den Fluss im Transformatorkern veranlasst wird, hintereinander angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen können sich die Sekundärwicklungen gegenseitig durchdringen oder einander am Transformatorkern überlappen, sofern jede Sekundärwicklung von der jeweils anderen Wicklung am Kern selbst elektrisch isoliert bleibt.
Die erste Sekundärwicklung S21 ist an einem ersten Ende des Transformatorkerns vorgesehen. Ein Ende der Sekundärwicklung S21 wird elektrisch mit einer Klemme der Diode 21 verbunden, und die andere Klemme der Diode D21 wird mit dem Knoten 21a verbunden. Der Knoten 21a schließt an die erste Ausgangsklemme 210 an. Die Diode D21 ist, wie in der Figur gezeigt, in Vorwärtsrichtung zwischen der Sekundärwicklung und der ersten Ausgangsklemme gepolt. Das andere Ende der Sekundärwicklung S21 wird elektrisch mit dem Knoten 21b verbunden. Ein Kondensator C21 wird zwischen den Knoten 21a und 21b angeschlossen, damit er parallel mit der kombinierten Sekundärwicklung S2 verläuft. Der Knoten 21b wird mit der zweiten Ausgangsklemme 220 verbunden.
Die zweite Sekundärwicklung S22, die sich in der Mitte des Transformatorkerns befindet, ist ähnlich angeordnet. Ein Ende der Sekundärwicklung S22 ist mit einer Klemme der Diode D22 verbunden, und die andere Klemme der Diode D22 ist mit dem Knoten 22a verbunden. Der Knoten 22a schließt an die zweite Ausgangsklemme 220 an. Die Diode D22 ist, wie in der Figur gezeigt, in Vorwärtsrichtung zwischen der zweiten Sekundärwicklung S22 und der zweiten Ausgangsklemme 220 gepolt. Das andere Ende der Sekundärwicklung S22 ist mit dem Knoten 22b verbunden. Der Kondensator C22 wird zwischen die Knoten 22a und 22b geschaltet, damit er parallel mit der kombinierten Sekundärwicklung und der Diodeneinheit, die S22 und D22 umfasst, verläuft. Der Knoten 22b schließt an die dritte Ausgangsklemme 230 an.
Die dritte Sekundärwicklung S23, die sich an einem zweiten Ende des Transformatorkerns befindet, ist ähnlich angeordnet. Ein Ende der Sekundärwicklung S23 ist mit einer Klemme der Diode D23 verbunden, und die andere Klemme der Diode D23 ist mit dem Knoten 23a verbunden. Der Knoten 23a schließt an die dritte Ausgangsklemme 230 an, und die Diode D23 ist in Vorwärtsrichtung zwischen der dritten Sekundärwicklung und der dritten Ausgangsklemme, wie in der Figur gezeigt, gepolt. Das andere Ende der Sekundärwicklung S23 ist mit dem Knoten 23b verbunden. Der Kondensator C23 wird zwischen die Knoten 23a und 23b geschaltet, damit er parallel mit der kombinierten Sekundärwicklung und der Diodeneinheit, die S23 und D23 umfasst, verläuft. Der Knoten 23b wird mit der vierten Ausgangsklemme verbunden. Die Anzahl der Sekundärwicklungen am Transformatorkern beträgt aus diesem Grund eine Wicklung weniger als Ausgangsklemmen vorhanden sind.
Wie für einen Fachmann offenkundig ist, legen die Dioden D21, D22, D23 die Richtung des Stroms fest, der durch die Sekundärwicklungen S21, S22, S23 und in die Kondensatoren C21, C22, C23 fließen kann. Die Kondensatoren speichern und geben Energie in Form eines zeitangepassten elektrischen Feldes frei, das zwischen den Kondensatorklemmen vorgesehen wird. Dabei führen sie Energie zu, wenn kein Strom in den Sekundärwicklungen vorhanden ist, und speichern Energie, wenn ein solcher Strom vorhanden ist.
Die Kondensatoren verfügen parallel zu den Sekundärwicklungen an beiden Enden des Transformators, d. h. C21 und C23, jeweils über eine Klemme, die jeweils mit den Ausgangsklemmen 210 und 240 verbunden ist. Entsprechend ist die Ausgangsklemme 210 mit dem Knoten 21a verbunden, und die Ausgangsklemme 240 ist mit dem Knoten 23b verbunden. Die verbleibenden Paare der angrenzenden Kondensatorklemmen werden, wie in 2 dargestellt, zusammengeschlossen. Die zweite Klemme des Kondensators C21 ist mit der ersten Klemme des Kondensators C22 verbunden, und die zweite Klemme des Kondensators C22 ist mit der verbleibenden Klemme des Kondensators C23 verbunden. Die Ausgangsklemmen 220 und 230 sind an der Stelle vorhanden, an der sich diese angrenzenden Kondensatorklemmen treffen. Diese Anordnung wird durch die Verbindung der beiden Knoten 21b und 22a mit einem weiteren Knoten 220a erzielt und ebenfalls durch die Verbindung der beiden Knoten 22b und 23a mit einem weiteren Knoten 230a. Der Knoten 220a wird dann mit der Ausgangsklemme 220 verbunden, und der Knoten 230 wird mit der Ausgangsklemme 230 verbunden.
Wenn die Primärwicklungen des Transformators TX21 mit der Eingangsspannung der Schaltungsanordnung 102 verbunden werden, baut der durch die Primärwicklungen über die angelegte Spannung V_in geleitete Strom ein Magnetfeld im Transformator auf und ändert sich mit der Zeit im Magnetfeld, um für eine Potentialdifferenz jeweils an den Sekundärwicklungen S21, S22 und S23 zu sorgen. Bei einem idealen Transformator ist die jeweils in den Sekundärwicklungen induzierte Spannung proportional zur Anzahl der Umdrehungen an der Sekundärwicklung, und die kombinierte Spannung, die in den Sekundärwicklungen induziert wird, kann anhand des Verhältnisses zwischen der Anzahl der Drehungen an den Primärwicklungen und der Gesamtanzahl der Drehungen an den Sekundärwicklungen eingestellt werden. Energie wird im Transformator im Magnetfluss gespeichert, der den Kern passiert, und obwohl eine Spannung an sämtlichen Sekundärwicklungen induziert wird, kann aufgrund der Dioden D21, D22, D23, die in Sperrrichtung gepolt sind, kein Strom durch sie fließen. Deshalb werden bei einer Aktivierung der Primärwicklungen die elektrischen Lasten, die zwischen beliebigen Paaren der Ausgangsklemmen 210, 220, 230, 240 angeschlossen sind, über die in den entsprechenden Kondensatoren C21, C22, C23 gespeicherte Energie gespeist.
Wenn die Primärwicklungen von der Eingangsspannung der Schaltungsanordnung 102 abgetrennt werden, fällt der darin fließende Strom und aus diesem Grund auch der durch diese Wicklungen passierende Magnetfluss auf null ab. Die Sekundärwicklungen S21, S22 und S23 reagieren auf diese Änderung beim Magnetfluss, indem sie eine entgegengesetzte Spannung aufbauen, die einen Strom durch die Sekundärspulen passieren lässt, da die Dioden D21, D22, D23 jetzt in Vorwärtsrichtung gepolt sind. Dieser Strom aktiviert die Kondensatoren C21, C22, C23 und versorgt gleichzeitig beliebige elektrische Lasten, die sich zwischen beliebigen Paaren der Ausgangsklemmen 210, 220, 230, 240 befinden. Aus diesem Grund wird Energie vom Feld des Transformators zu den Kondensatoren sowie ebenfalls zu beliebigen elektrischen Lasten weitergeleitet, die sich zwischen den Ausgangsklemmen 210, 220, 230 und 240 befinden.
Wenn die Schaltung die Eingangsspannung zyklisch ein- und ausschaltet und dadurch abwechselnd die Primärwicklungen des Transformators TX21 aktiviert und deaktiviert, werden die Ausgangsklemmen entweder durch die in den Kondensatoren gespeicherte Ladung bzw. durch die entgegengesetzte Spannungen, die in den Sekundärwicklungen vorhanden sind, auf einem Potential gehalten. Die Kondensatoren C21, C22, C23 reagieren, um die Schwankungen in der an beliebigen Paaren der Ausgangsklemmen 210, 220, 230, 240 angelegten Spannung zu reduzieren, die aus diesem Oszillieren resultieren, und sorgen für eine Ausgangsspannung, die als konstanter Gleichstromausgang behandelt werden kann. Wenn die Kapazitäten und Schaltzeiten (bzw. Lastspiel des Schalters) richtig eingestellt sind, wird aus diesem Grund eine vorab festgelegte und im Wesentlichen konstante Spannung zwischen jedem Paar der Ausgangsklemmen 210, 220, 230, 240 erzielt.
Des Weiteren stellen sich die übrigen Ausgangsklemmen selbst in Bezug auf diese Spannung als Reaktion auf den Magnetfluss ein, der die Wicklungen passiert, da sich alle Sekundärwicklungen auf einem gemeinsamen Kern des Transformators befinden, wenn eine Referenzspannung an einer der Ausgangsklemmen 210, 220, 230, 240 angelegt wird. Eine solche Referenzspannung kann aus praktischen Gründen mit 0 V gewählt werden, indem die betreffende Ausgangsklemme an die Masseklemme angeschlossen wird. Im praktischen Einsatz können deshalb angrenzende Ausgangsstufen der Ausgangsstufe 200 der Stromversorgung an eine gemeinsame Masse angeschlossen werden, die an der Ausgangsklemme zwischen den angrenzenden Ausgangsstufen angelegt wird, z. B. den Ausgangsklemmen 220 oder 230.
Wenn es gewünscht ist, für eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität an den Ausgangsklemmen zu sorgen, ist dies in der Entwicklungsphase möglich, indem die betreffenden Sekundärwicklungen mit entgegengesetzter Polarität ausgestattet und die Richtung der Vorwärtspolung der Reihendiode geändert wird. Des Weiteren könnten in der Anordnung in 2 weitere Ausgangsstufen vorgesehen werden, wobei alle weiteren Sekundärwicklungen in Reihe mit einer Diode und parallel mit einem Kondensator positioniert werden, wie dies für diese Sekundärwicklungen in der Anordnung in 2 gezeigt wird. Für jede zusätzliche Sekundärwicklung kann eine weitere Ausgangsklemme vorgesehen werden.
In der Ausführungsform der 2 ist der Transformator TX21 mit den Sekundärwicklungen S21, S22 und S23 ein Bestandteil eines Sperrwandlers mit mehreren Sekundärwicklungen. Andere Auslegungen mit isolierter Stromversorgung, wie z. B. ein Durchflusswandler, könnten ebenfalls verwendet werden.
Obwohl dies in der 2 nicht gezeigt wird, kann eine Rückführung vorgesehen werden, um die Stabilität des Stromversorgungsausgangs zu verbessern. Eine solche Rückführung kann von den Ausgangsspannungen an allen oder bestimmten Sekundärleitern S21, S22, S23 ausgehen und an die Schaltung 202 entweder über einen direkten elektrischen Anschluss oder einen elektrisch isolierten Weg, wie z. B. über einen Optokoppler, weitergegeben werden. Die Schaltungsanordnung 202 kann z. B. eine PWM-Steuerung verwenden, wie dies oben in Bezug auf 1 beschrieben wurde, um die Rückführungssignale zu verarbeiten und das Verhalten des Schaltelements (z. B. den Transistor) entsprechend anzupassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden alle Ausgangsklemmen auf einer im Wesentlichen unterschiedlichen Spannung in Bezug auf Masse gehalten, wobei eine erste Spannungsdifferenz zwischen der ersten 210 und der zweiten 220 Ausgangsklemme, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen der zweiten 220 und der dritten 230 Ausgangsklemme und eine dritte Spannungsdifferenz zwischen der dritten 230 und vierten 240 Ausgangsklemme besteht. Die Elemente werden so angeordnet, dass die erste Ausgangsklemme 210 auf einem Potential von 15 V über dem der zweiten Ausgangsklemme 220 gehalten wird und ebenfalls so, dass sich die zweite Ausgangsklemme 220 auf einem Potential von 5 V über dem der dritten Ausgangsklemme 230 befindet und im Weiteren so dass die dritte Ausgangsklemme 230 auf einem Potential von 5 V über dem der vierten Ausgangsklemme 240 liegt. Dies wird in 3 dargestellt, in der die erste (ganz linke) Spalte die Ausgangsklemmen 210, 220, 230 und 240 zusammen mit den zwischen ihnen bestehenden relativen Potentialdifferenzen zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass die in 3 gezeigten Ausgangsklemmen identisch mit den ähnlich bezeichneten und in 2 gezeigten Ausgangsklemmen sind. Entsprechend fungieren die drei Sekundärwicklungen S21, S22 und S23 als Spannungsteiler mit einem kombinierten Spannungsabfall an allen Sekundärwicklungen von 25 V.
Zur Erzielung der Spannungsdifferenzen zwischen den Ausgangsklemmen, wie in 3 dargestellt, müssen die Anzahl der Windungen N_S21, N_S22, N_S23 jeweils an den Sekundärwicklungen S21, S22, S23 über N_S21 = 3N_S22 und N_S22 = N_S23 in Beziehung zueinander gesetzt werden. Die Kapazität der Kondensatoren C21, C22 und C23 hängt von Faktoren, wie z. B. dem Ausgangsstrom und der Schalthäufigkeit ab. Beispielsweise können die Kondensatoren Werte von C21 = 10 μF, C22 = 33 μF und C23 = 33 μF erhalten.
Bei dieser Anordnung können eine Vielzahl von Versorgungsspannungen vorgesehen werden. Dies lässt sich über den Anschluss einer der vier Ausgangsklemmen an eine Referenzspannung zur Einstellung der Werte der betreffenden Spannungen erzielen, auf denen die vier Ausgangsklemmen jeweils in Bezug auf Masse gehalten werden. In diesem Fall beträgt die Referenzspannung 0 V, obwohl auch andere Referenzspannungswerte verwendet werden können. Aus diesem Grund liefert die Ausgangsklemme 210 eine Spannung von +15 V und die Ausgangsklemme 240 eine Spannung von –10 V in Bezug auf Masse, wenn die Referenzspannung von 0 V an die Ausgangsklemme 220 angeschlossen wird, wie dies in der zweiten Spalte der 3 gezeigt wird. Diese beiden Ausgangsklemmen können verwendet werden, um den Strombedarf eines IGBT-Schalttreibers zu erfüllen, indem die Ausgangsklemmen 210 und 240 jeweils an Stromschienen mit hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts angeschlossen werden. Der verbleibende Knoten 230 wird nicht verwendet, und es erfolgt in dieser Konfiguration kein Anschluss an diesem Knoten.
Alternativ dazu gilt, wie dies in der dritten Spalte in 3 gezeigt wird, dass die Ausgangsklemme 210 eine Spannung von +20 V und die Ausgangsklemme 240 eine Spannung von –5 V in Bezug auf Masse liefert, wenn die Referenzspannung von 0 V an der Ausgangsklemme 230 angeschlossen wird. Diese beiden Ausgangsklemmen können verwendet werden, um den Strombedarf eines SIC-Schalttreibers durch den Anschluss der Ausgangsklemmen 210 und 240 an die betreffenden Spannungsschienen zu erfüllen. Die verbleibende Ausgangsklemme 220 wird in dieser Konfiguration nicht verwendet.
Eine weitere Alternative wird in der vierten Spalte (ganz rechts) in 3 gezeigt. Wenn die Referenzspannung von 0 V an die Ausgangsklemme 220 angelegt wird, liefert die Ausgangsklemme 210 eine Spannung von +15 V und die Ausgangsklemme 230 eine Spannung von –5 V in Bezug auf Masse. Diese beiden Ausgangsklemmen können verwendet werden, um den Strombedarf eines MOSFET-Schalttreibers durch Anschluss der Ausgangsklemmen 210 und 230 an die betreffenden Spannungsschienen zu erfüllen. Die verbleibende Ausgangsklemme 240 wird in dieser Konfiguration nicht verwendet.
In Folge der oben beschriebenen Konfiguration für die Ausgangsstufe kann dieselbe Stromversorgung Ausgangsspannungen für IGBT-, SIC- und MOSFET-Schalter abhängig von den Ausgangsklemmen, mit denen die Spannungsschienen verbunden sind, und der Ausgangsklemme, die an die Massereferenz angeschlossen ist, erzielen. Aus diesem Grund werden durch die Auswahl der drei Ausgangsklemmen zum Anschluss an die Referenzspannung und die Stromschienen hoher und niedriger Leistung unterschiedliche Kombinationen für die ersten, zweiten und dritten Spannungsdifferenzen ausgewählt, um die an den Stromschienen anliegende Spannung zu ändern. Die Stromversorgung kann problemlos für eine andere Variante eines Schaltwandlers oder Leistungselektronikgeräts neu konfiguriert werden, indem die Anschlüsse an den Ausgangsklemmen entsprechend angepasst werden.
In allen drei Konfigurationen wird dieselbe Ausgangsstromversorgung verwendet sowie ebenfalls dieselbe Eingangsspannung und dieselbe Schaltungsanordnung, Transformator und Primär- und Sekundärwicklungen. Die elektrischen Komponenten, wie z. B. die Dioden und Kondensatoren, verfügen jeweils über dieselben Werte. Eine solche Anordnung verbessert aus diesem Grund die Effizienz der Herstellung von Stromversorgungen, da es nur erforderlich ist, Eignungsprüfungen an einer einzigen Stromversorgung, anstatt an mehreren separaten Stromversorgungen durchzuführen, die bei jeder Schalttreibervariante zum Einsatz kommen, die jeweils unterschiedliche Transistortypen verwenden.
Darüber hinaus wird die Zeit bis zur Markteinführung im Vergleich zu herkömmlichen Stromversorgungen für Schalttreiber verringert, weil nur eine einzige Art von Stromversorgung entwickelt werden muss, die zur Verwendung mit sämtlichen Schalttreibervarianten kompatibel ist. Darüber hinaus werden die Kosten für die Herstellung reduziert, weil derselbe Prozess im gesamten Verlauf verwendet wird, um identische Stromversorgungen herzustellen, und keine unterschiedlichen Stromversorgungen für verschiedene Varianten mehr produziert werden müssen. Die Kosten im Zusammenhang mit der Vermarktung der Stromversorgungen lassen sich ebenfalls senken, weil die Stromversorgung universell für alle Schalttreibervarianten geeignet ist und aus diesem Grund im gesamten Marktsegment eingesetzt werden kann und nicht mehr drei oder mehr separate Stromversorgungen hergestellt werden müssen, die jeweils nur für ganz bestimmte Anwender geeignet sind.
Es gibt ebenfalls andere Umsetzungen für die Ausgangsanschlussspannungen, die sich aus der Stromversorgung der vorliegenden Ausführungsform ableiten lassen. Wenn z. B. die Referenzspannung von 0 V an der Ausgangsklemme 240 angelegt wird, kann die Stromversorgung Spannungen von +25 V, +10 V und +5 V jeweils an der Ausgangsklemme 210, 220 und 230 erzeugen. Wenn die Referenzspannung von 0 V an der Ausgangsklemme 210 angelegt wird, kann die Stromversorgung Spannungen von –15 V, –20 V und –25 V jeweils an den Knoten 220, 230 und 240 erzeugen. Obwohl diese Spannungen keine üblicherweise anerkannten Spannungen für Leistungsschalttreiber sind, kann eine Stromversorgung, die diese Spannungen ermöglicht, trotzdem noch für andere Anwendungen eingesetzt werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels der Stromversorgung 400 in der 4 dargestellt. Eine Eingangsspannung V_in wird an der Stromversorgung 400 über eine Batterie oder Gleichstromquelle vorgesehen. Wie in 2 dargestellt, obwohl diese Eingangsspannung nur schematisch in 4 gezeigt wird, kann beim Einsatz ein Strom über die Primärwicklungen des Transformators TX41 geleitet werden, wenn die Schaltung, die in Reihe mit den Primärwicklungen und den Klemmen V_in der Eingangsspannung vorgesehen wird, leitet. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Kondensator zwischen den Spannungsschienen hoher Leistung (V_in) und niedriger Leistung (0 V) vorgesehen werden kann (wird nicht in 4 gezeigt). Drei Sekundärwicklungen S41, S42, S43 sind am Transformator TX41 vorhanden.
Die erste Sekundärwicklung S41 ist am ersten Ende des Transformatorkerns vorgesehen. Ein Ende der Sekundärwicklung S41 wird elektrisch mit einer Klemme der Diode D41 verbunden, und die andere Klemme der Diode D41 wird mit dem Knoten 41a verbunden. Der Knoten 41a wird mit der ersten Ausgangsklemme 410 verbunden. Die Diode D41 wird in Vorwärtsrichtung zwischen der Sekundärwicklung S41 und der ersten Ausgangsklemme gepolt, wie dies in der Figur gezeigt wird. Die Diode D41 ist in der in der Figur gezeigten Richtung gepolt. Das andere Ende der Sekundärwicklung S41 wird elektrisch mit dem Knoten 41b verbunden. Ein Kondensator C41 wird zwischen die Knoten 41a und 41b geschaltet, so dass dieser parallel mit der kombinierten Sekundärwicklung und der Diodeneinheit, die aus S41 und D41 besteht, verläuft. Der Knoten 41a wird mit der Ausgangsklemme 410 verbunden, und der Knoten 41b wird mit der Ausgangsklemme 420 verbunden.
Die Sekundärwicklung S42, die sich in der Mitte des Transformatorkerns befindet, ist ähnlich angeordnet. Entsprechend wird ein Ende der Sekundärwicklung S42 mit einer Klemme der Diode D42 verbunden, und die andere Klemme der Diode D42 wird mit dem Knoten 42a verbunden. Der Knoten 42a wird mit der Ausgangsklemme 430 verbunden. Die Diode D42 wird in Vorwärtsrichtung zwischen der Sekundärwicklung S42 und der Ausgangsklemme 430 gepolt, wie dies in der Figur gezeigt wird. Das andere Ende der Sekundärwicklung S42 wird mit dem Knoten 42b verbunden. Der Kondensator C42 wird zwischen die Knoten 42a und 42b geschaltet, so dass er parallel mit der kombinierten Sekundärwicklung und der Diodeneinheit, die aus S42 und D42 besteht, verläuft. Der Knoten 42a wird mit der Ausgangsklemme 430 verbunden, und der Knoten 42b wird mit der Ausgangsklemme 440 verbunden.
Die dritte Sekundärwicklung S43, die an einem zweiten Ende des Transformatorkerns vorhanden ist, wird ebenfalls ähnlich angeordnet. Entsprechend wird ein Ende der Sekundärwicklung S43 mit einer Klemme der Diode D43 verbunden, und die andere Klemme der Diode D43 wird mit dem Knoten 43a verbunden. Der Knoten 43a wird mit der Ausgangsklemme 450 verbunden. Die Diode D21 ist in Vorwärtsrichtung zwischen der Sekundärwicklung S43 und der Ausgangsklemme 450 gepolt, wie dies in der Figur gezeigt wird. Das andere Ende der Sekundärwicklung S43 wird mit dem Knoten 43b verbunden. Der Kondensator C43 wird zwischen die Knoten 43a und 43b geschaltet, so dass er parallel mit der kombinierten Sekundärwicklung und der Diodeneinheit, die aus S43 und D43 besteht, verläuft. Der Knoten 43a wird mit der Ausgangsklemme 450 verbunden, und der Knoten 43b wird mit der Ausgangsklemme 460 verbunden.
Die sechs separaten Ausgangsklemmen 410, 420, 430, 440, 450, 460, die in dieser Ausführungsform vorgesehen sind, gestatten eine verbesserte Flexibilität hinsichtlich der Anschlussmöglichkeiten der Ausgangsklemmen, um die gewünschten Versorgungsspannungen zu erzielen. Zum Beispiel können unterschiedliche Referenzspannungen an unterschiedlichen Ausgangsklemmen angelegt werden, was dazu führt, dass die Spannungen in Bezug auf Masse an der anderen Ausgangsklemme für diese Stufe verändert werden. Darüber hinaus kann durch den Anschluss von zwei oder mehr Ausgangsklemmen an dieselbe Referenzspannung oder bei einem Anschluss der Klemmen untereinander eine Teilleiteranordnung, wie in 2 gezeigt, nachgebildet werden. Bei einer solchen Ausführungsform erfordert die Stromversorgung jedoch mehr Anschlussstifte und kann aus diesem Grund physisch größer sein und sie erfordert ebenfalls eine komplexere Verbindungstechnik für den Einsatz.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf Stromversorgungen für Leistungselektronik mit IGBT-, SIC- oder MOSFET-Technologie beschränkt, sondern können jederzeit auch mit anderen Leistungsschalttechnologien, wie z. B. Geräten auf Basis von Galliumarsenid eingesetzt werden.
Verschiedene Anpassungen an den beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen sind möglich und sind für Fachleute nachvollziehbar, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung abweichen zu müssen, der anhand der folgenden Ansprüche festgelegt wird.

Claims

Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber zur Verwendung für die Stromversorgung eines Leistungselektronikgeräts mit einem oder mehreren Transistoren desselben Typs und Stromschienen hoher und niedriger Leistung zur Stromversorgung eines oder mehrerer Transistoren, wobei es sich bei den Transistoren um Transistoren des Typs MOSFET, SIC, oder IGBT handeln kann; der Stromversorgungskreis des Leistungsschalttreibers besteht aus Folgendem: einem Paar Eingangsklemmen für die Aufnahme der Eingangsleistung; und vier Ausgangsklemmen zur Stromversorgung des Leistungselektronikgeräts, wobei beim Anlegen einer Eingangsspannung an den Eingangsklemmen alle vier Ausgangsklemmen jeweils auf einer im Wesentlichen unterschiedlichen Spannung in Bezug auf Masse gehalten werden und eine erste Spannungsdifferenz zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsklemmen existiert, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen den zweiten und den dritten Ausgangsklemmen existiert und eine dritte Spannungsdifferenz zwischen den dritten und den vierten Ausgangsklemmen existiert, wobei bei der Verwendung: eine der vier Ausgangsklemmen mit einer Referenzspannung verbunden wird, um die Werte der betreffenden Spannungen, auf denen die vier Ausgangsklemmen jeweils in Bezug auf Masse gehalten werden, einzustellen; zwei der verbleibenden drei Ausgangsklemmen mit den Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden werden, so dass für eine Eingangsspannungsdifferenz zwischen ihnen gesorgt wird; und wobei die Auswahl der drei Ausgangsklemmen zum Anschluss an die Referenzspannung und die Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts unter den vier Ausgangsklemmen verschiedene Kombinationen für die erste, zweite und dritte Spannungsdifferenz auswählt, um die Eingangsspannungsdifferenz an den Stromschienen hoher und niedriger Leistung abhängig davon zu ändern, ob es sich bei dem Transistor um einen Transistor des Typs MOSFET, SIC oder IGBT handelt.
Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber nach Anspruch 1, wobei die erste Spannungsdifferenz im Wesentlichen 15 V entspricht, die zweite Spannungsdifferenz im Wesentlichen 5 V entspricht und die dritte Spannungsdifferenz im Wesentlichen 5 V entspricht.
Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der Referenzspannung um eine Massespannung handelt.
Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber nach Anspruch 3, wobei für den Einsatz Folgendes gilt: wenn der Transistor ein Transistor des Typs IGBT ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +15 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die zweite Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die vierte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –10 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden; wenn der Transistor ein Transistor des Typs SIC ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +20 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die dritte Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die vierte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –5 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden; und wenn der Transistor ein Transistor des Typs MOSFET ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +15 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die zweite Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die dritte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –5 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden;
Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber eines vorhergehenden Anspruches, der ferner einen Transformator umfasst, wobei der Transformator eine Primärwicklung beinhaltet, an der die Eingangsspannung angelegt wird, sowie mehrere Sekundärwicklungen, die so wirken, dass die Spannungen an den vier Ausgangsklemmen in Bezug aufeinander eingestellt werden, wenn eine Eingangsspannung an den Eingangsklemmen angelegt wird.
Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber nach Anspruch 5 mit drei Ausgangsstufen, wobei jede Ausgangsstufe Folgendes umfasst: eine Sekundärwicklung; eine mit der Sekundärwicklung in Reihe angeordnete Diode; und einen Kondensator, der parallel mit der Sekundärwicklung vorgesehen wird; wobei eine erste Klemme des Kondensators mit einer ersten Klemme der Ausgangsstufe verbunden wird; und eine zweite Klemme des Kondensators mit einer zweiten Klemme der Ausgangsstufe verbunden wird.
Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber nach Anspruch 6, wobei für den Einsatz Folgendes gilt: zwei Paare Klemmen der sechs Klemmen, die jeweils die ersten und zweiten Klemmen der jeweils drei Ausgangsstufen umfassen, werden zusammengeschaltet, um zwei der vier Ausgangsklemmen zu bilden.
Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Anzahl der Sekundärwicklungen eine Wicklung unter der Anzahl der Ausgangsklemmen beträgt.
System, das Folgendes umfasst: Leistungselektronikgerät mit einem oder mehreren Transistoren desselben Typs und Stromschienen hoher und niedriger Leistung, um einen oder mehrere Transistoren mit Strom zu versorgen, wobei es sich bei den Transistoren um Transistoren des Typs MOSFET, SIC oder IGBT handelt; Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber zur Stromversorgung des Leistungselektronikgerät, der Folgendes umfasst: ein Paar Eingangsklemmen zur Aufnahme der Eingangsleistung; und vier Ausgangsklemmen zur Stromversorgung des Leistungselektronikgeräts, wobei beim Anlegen einer Eingangsspannung an den Eingangsklemmen alle vier Ausgangsklemmen jeweils auf einer im Wesentlichen unterschiedlichen Spannung in Bezug auf Masse gehalten werden und eine erste Spannungsdifferenz zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsklemmen existiert, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen den zweiten und den dritten Ausgangsklemmen existiert und eine dritte Spannungsdifferenz zwischen den dritten und den vierten Ausgangsklemmen existiert, wobei Folgendes gilt: eine der vier Ausgangsklemmen wird mit einer Referenzspannung verbunden, um die Werte der betreffenden Spannungen, auf denen die vier Ausgangsklemmen jeweils in Bezug auf Masse gehalten werden, einzustellen; zwei der verbleibenden drei Ausgangsklemmen werden mit den Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, so dass für eine Eingangsspannungsdifferenz zwischen ihnen gesorgt wird; und die Auswahl der drei Ausgangsklemmen zum Anschluss an die Referenzspannung und die Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts unter den vier Ausgangsklemmen verschiedene Kombinationen für die erste, zweite und dritte Spannungsdifferenz auswählt, um die Eingangsspannungsdifferenz an den Stromschienen hoher und niedriger Leistung abhängig davon zu ändern, ob es sich bei dem Transistor um einen Transistor des Typs MOSFET, SIC oder IGBT handelt.
Das System nach Anspruch 9, wobei die erste Spannungsdifferenz im Wesentlichen 15 V entspricht, die zweite Spannungsdifferenz im Wesentlichen 5 V entspricht und die dritte Spannungsdifferenz im Wesentlichen 5 V entspricht.
Das System nach Anspruch 9 oder 10, wobei es sich bei der Referenzspannung um eine Massespannung handelt.
Das System nach Anspruch 11, wobei für den Einsatz Folgendes gilt: wenn der Transistor ein Transistor des Typs IGBT ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +15 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die zweite Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die vierte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –10 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden; wenn der Transistor ein Transistor des Typs SIC ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +20 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die dritte Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die vierte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –5 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden; und wenn der Transistor ein Transistor des Typs MOSFET ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +15 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die zweite Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die dritte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –5 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden;
System nach Ansprüchen 9 bis 12, wobei der Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber ferner einen Transformator umfasst und der Transformator eine Primärwicklung beinhaltet, an der die Eingangsspannung angelegt wird, sowie mehrere Sekundärwicklungen, die so wirken, dass die Spannungen an den vier Ausgangsklemmen in Bezug aufeinander eingestellt werden, wenn eine Eingangsspannung an den Eingangsklemmen angelegt wird.
Das System nach Anspruch 13, wobei der Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber ferner drei Ausgangsstufen umfasst und jede Ausgangsstufe Folgendes beinhaltet: eine Sekundärwicklung; eine mit der Sekundärwicklung in Reihe angeordnete Diode; und einen Kondensator, der parallel mit der Sekundärwicklung vorgesehen wird; wobei eine erste Klemme des Kondensators mit einer ersten Klemme der Ausgangsstufe verbunden wird; und eine zweite Klemme des Kondensators mit einer zweiten Klemme der Ausgangsstufe verbunden wird.
System nach Anspruch 14, wobei für den Einsatz Folgendes gilt: zwei Paare Klemmen der sechs Klemmen, die jeweils die ersten und zweiten Klemmen der jeweils drei Ausgangsstufen umfassen, werden zusammengeschaltet, um zwei der vier Ausgangsklemmen zu bilden.
System nach Ansprüchen 13 bis 15, wobei die Anzahl der Sekundärwicklungen eine Wicklung unter der Anzahl der Ausgangsklemmen beträgt.
System mit einer Stromversorgung und einem Leistungselektronikgerät, wobei die Stromversorgung Folgendes umfasst: eine erste Ausgangsstufe zur Erzeugung einer ersten Spannung: eine zweite Ausgangsstufe zur Erzeugung einer zweiten Spannung; eine dritte Ausgangsstufe zur Erzeugung einer dritten Spannung; eine erste Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden wird; eine zweite Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden wird und mit einer ersten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden wird; eine dritte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden wird und mit einer ersten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden wird; eine vierte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden wird; und das Leistungselektronikgerät, das einen Transistor umfasst, wobei Folgendes gilt: eine unter den ersten Ausgangsklemmen bis zu den vierten Ausgangsklemmen ausgewählte Klemme wird mit Masse verbunden; zwei unter den ersten Ausgangsklemmen bis zu den vierten Ausgangsklemmen ausgewählte Klemmen werden mit dem Transistor verbunden und sorgen für eine positive Spannung und für eine negative Spannung am Transistor; und eine unter den ersten Ausgangsklemmen bis zu den vierten Ausgangsklemmen ausgewählte Klemme bleibt unverbunden.
System mit einer Stromversorgung und einem Leistungselektronikgerät, wobei die Stromversorgung Folgendes umfasst: eine erste Ausgangsstufe zur Erzeugung einer ersten Spannung: eine zweite Ausgangsstufe zur Erzeugung einer zweiten Spannung; eine dritte Ausgangsstufe zur Erzeugung einer dritten Spannung; eine erste Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden wird; eine zweite Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden wird; eine dritte Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden wird; eine vierte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden wird; eine fünfte Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden wird; und eine sechste Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden wird; und ein Leistungselektronikgerät, das einen Transistor umfasst, wobei Folgendes gilt: zwei unter den ersten, den dritten und den fünften Ausgangsklemmen ausgewählte Klemmen und zwei unter den zweiten, den vierten und den sechsten Ausgangsklemmen ausgewählte Klemmen werden jeweils außerhalb der Stromversorgung verbunden, um eine erste externe Klemme und eine zweite externe Klemme zu bilden, wobei die nicht ausgewählten zwei Klemmen als eine erste Klemme am Gerät und als eine zweite Klemme am Gerät festgelegt werden; eine unter der ersten externen Klemme, der zweiten externen Klemme, der ersten Klemme am Gerät und der zweiten Klemme am Gerät ausgewählte Klemme wird mit Masse verbunden, zwei unter der ersten externen Klemme, der zweiten externen Klemme, der ersten Klemme am Gerät und der zweiten Klemme am Gerät ausgewählte Klemmen werden mit dem Transistor verbunden und sorgen für ein Paar mit positiver Spannung und mit negativer Spannung am Transistor, eine unter der ersten externen Klemme, der zweiten externen Klemme, der ersten Klemme am Gerät und der zweiten Klemme am Gerät ausgewählte Klemme wird nicht nach außen verbunden.
Methode für die Stromversorgung über einen Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber für ein Leistungselektronikgerät mit einem oder mehreren Transistoren desselben Typs und Stromschienen hoher und niedriger Leistung zur Stromversorgung eines oder mehrerer Transistoren, wobei es sich bei den Transistoren um Transistoren des Typs MOSFET, SIC oder IGBT handeln kann, wobei die Methode Folgendes umfasst: a) Bereitstellung eines Stromversorgungskreises für einen Leistungsschalttreiber, der Folgendes umfasst: ein Paar Eingangsklemmen zur Aufnahme der Eingangsleistung; und vier Ausgangsklemmen zur Stromversorgung des Leistungselektronikgeräts, wobei beim Anlegen einer Eingangsspannung an den Eingangsklemmen alle vier Ausgangsklemmen jeweils auf einer im Wesentlichen unterschiedlichen Spannung in Bezug auf Masse gehalten werden und eine erste Spannungsdifferenz zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsklemmen existiert, eine zweite Spannungsdifferenz zwischen den zweiten und den dritten Ausgangsklemmen existiert und eine dritte Spannungsdifferenz zwischen den dritten und den vierten Ausgangsklemmen existiert, b) Auswahl von drei Ausgangsklemmen zum Anschluss an eine Referenzspannung und die Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts unter den vier Ausgangsklemmen, wobei dadurch eine Kombination für die ersten, zweiten und dritten Spannungsdifferenzen ausgewählt wird, um für eine Eingangsspannungsdifferenz an den Stromschienen hoher und niedriger Leistung abhängig davon zu sorgen, ob es sich bei den Transistoren um einen MOSFET-, SIC- oder IGBT-Transistor handelt; c) Anschluss der Referenzspannung an der ausgewählten Ausgangsklemme zur Einstellung der Werte der betreffenden Spannungen, auf denen die vier Ausgangsklemmen jeweils in Bezug auf Masse gehalten werden; und d) Anschluss der Stromschienen hoher und niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts an den ausgewählten Ausgangsklemmen, um für eine Eingangsspannungsdifferenz an diesen Klemmen zu sorgen.
Methode nach Anspruch 19, wobei die erste Spannungsdifferenz im Wesentlichen 15 V entspricht, die zweite Spannungsdifferenz im Wesentlichen 5 V entspricht und die dritte Spannung im Wesentlichen 5 V entspricht.
Methode nach Anspruch 19 oder 20, wobei es sich bei der Referenzspannung um eine Massespannung handelt.
Methode nach Anspruch 21, die ferner Folgendes umfasst: wenn der Transistor ein Transistor des Typs IGBT ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +15 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die zweite Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die vierte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –10 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden; wenn der Transistor ein Transistor des Typs SIC ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +20 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die dritte Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die vierte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –5 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden; und wenn der Transistor ein Transistor des Typs MOSFET ist, wird die erste Ausgangsklemme im Wesentlichen auf +15 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene hoher Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden, die zweite Ausgangsklemme wird mit der Referenzspannung verbunden und die dritte Ausgangsklemme wird im Wesentlichen auf –5 V in Bezug auf Masse gehalten und mit der Stromschiene niedriger Leistung des Leistungselektronikgeräts verbunden;
Methode nach Ansprüchen 19 bis 22, wobei der Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber ferner einen Transformator umfasst und der Transformator über eine Primärwicklung verfügt, an der die Eingangsspannung angelegt wird, sowie über mehrere Sekundärwicklungen, die so eingesetzt werden, dass die Spannungen der vier Ausgangsklemmen in Bezug aufeinander festgelegt werden, wenn eine Eingangsspannung an den Eingangsklemmen angelegt wird.
Methode nach Anspruch 22, wobei der Stromversorgungskreis für einen Leistungsschalttreiber ferner drei Ausgangsstufen umfasst und jede Ausgangsstufe Folgendes beinhaltet: eine Sekundärwicklung; eine mit der Sekundärwicklung in Reihe angeordnete Diode; und einen Kondensator, der parallel mit der Sekundärwicklung vorgesehen wird; wobei eine erste Klemme des Kondensators mit einer ersten Klemme der Ausgangsstufe verbunden wird; und eine zweite Klemme des Kondensators mit einer zweiten Klemme der Ausgangsstufe verbunden wird.
Methode nach Anspruch 22, die ferner Folgendes umfasst: Zusammenschluss von zwei Paaren von Klemmen der sechs Klemmen, die jeweils die ersten und zweiten Klemmen der drei Ausgangsstufen beinhalten, um zwei der vier Ausgangsklemmen zu bilden.
Methode nach Ansprüchen 22 bis 25, wobei die Anzahl der Sekundärwicklungen eine Wicklung unter der Anzahl der Ausgangsklemmen beträgt.
Methode für die Stromversorgung unterschiedlicher Typen von Transistoren über einen Stromversorgungskreis, die Folgendes umfasst: a) Bereitstellung eines Stromversorgungskreises, der Folgendes beinhaltet: eine erste Ausgangsstufe zur Erzeugung einer ersten Spannung: eine zweite Ausgangsstufe zur Erzeugung einer zweiten Spannung; eine dritte Ausgangsstufe zur Erzeugung einer dritten Spannung; eine erste Ausgangsklemme, die mit einer ersten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden wird; eine zweite Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der ersten Ausgangsstufe verbunden wird und mit einer ersten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden wird; eine dritte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der zweiten Ausgangsstufe verbunden wird und mit einer ersten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden wird; eine vierte Ausgangsklemme, die mit einer zweiten Seite der dritten Ausgangsstufe verbunden wird; und b) Bestimmung einer positiven Klemme, einer Masseklemme, einer negativen Klemme und einer unverbundenen Klemme unter der ersten Ausgangsklemme bis zur vierten Ausgangsklemme, so dass eine positive Spannung und eine negative Spannung entsteht, die für einen ausgewählten Transistor geeignet ist; und c) Anschluss der positiven Klemme und der negativen Klemme am ausgewählten Transistor sowie Anschluss der Masseklemme an Masse, um den ausgewählten Transistor mit positiven und negativen Spannungen zu versorgen.
Methode nach Anspruch 27, wobei Schritt b) Folgendes umfasst: Festlegung, dass die erste Ausgangsklemme die positive Klemme ist; Festlegung der Masseklemme, der negativen Klemme und der unverbundenen Klemme auf der Grundlage der folgenden Bedingungen: i) in Bezug auf einen ersten ausgewählten Transistor ist die zweite Ausgangsklemme die Masseklemme, die dritte Ausgangsklemme ist die unverbundene Klemme und die vierte Ausgangsklemme ist die negative Klemme, so dass für eine positive Spannung gesorgt wird, die der ersten Spannung entspricht, und für eine negative Spannung, die der Summe der zweiten Spannung und der dritten Spannung entspricht, ii) in Bezug auf einen zweiten ausgewählten Transistor ist die zweite Ausgangsklemme die unverbundene Klemme, die dritte Ausgangsklemme ist die Masseklemme und die vierte Ausgangsklemme ist die negative Klemme, so dass für eine positive Spannung gesorgt wird, die der Summe der ersten Spannung und der zweiten Spannung entspricht, und die negative Spannung der dritten Spannung entspricht, und iii) in Bezug auf einen dritten ausgewählten Transistor ist die zweite Ausgangsklemme die Masseklemme, die dritte Ausgangsklemme ist die negative Klemme und die vierte Ausgangsklemme ist die unverbundene Klemme, so dass für eine positive Spannung gesorgt wird, die der ersten Spannung entspricht und die negative Spannung der zweiten Spannung entspricht.