-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung mit wenigstens einem einen Steuereingang aufweisenden Schalter, der bei Anliegen eines Steuerstroms an dem Steuereingang eine elektrische Verbindung zwischen einem Arbeitseingang und einem Arbeitsausgang des Schalters herstellt, wobei ein Schalteingang der Schaltungsanordnung über einen Vorwiderstand an den Steuereingang des Schalters angeschlossen ist, wobei dem Schalter zur Beschleunigung eines Schaltvorgangs des Schalters wenigstens eine Boostschaltung zugeordnet ist, die einen Boosttransistor, eine Boostdiode und einen Boostkondensator aufweist und einerseits an den Schalteingang der Schaltungsanordnung und andererseits an den Steuereingang des Schalters angeschlossen ist.
-
Die elektrische Schaltungsanordnung kann grundsätzlich in einem beliebigen Einsatzgebiet verwendet werden, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich. Die elektrische Schaltungsanordnung kann Bestandteil eines Wechselrichters, insbesondere eines Halbleiterwechselrichters sein. Sie verfügt über den Schalter, der seinerseits den Steuereingang, den Arbeitseingang und den Arbeitsausgang aufweist. Der Schalter kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, sofern er die elektrische Verbindung zwischen dem Arbeitseingang und dem Arbeitsausgang in Abhängigkeit von dem an dem Steuereingang anliegenden elektrischen Strom einstellt.
-
Insoweit im Rahmen dieser Beschreibung von dem Anliegen des Steuerstroms an dem Steuereingang die Rede ist, so ist darunter grundsätzlich ganz allgemein das Anliegen eines elektrischen Stroms an dem Steuereingang zu verstehen. Der elektrische Strom beziehungsweise der Steuerstrom kann eine bestimmte Steuerspannung und/oder eine bestimmte Steuerstromstärke aufweisen. Anders ausgedrückt kann es vorgesehen sein, dass an dem Steuereingang eine bestimmte Steuerspannung des elektrischen Stroms und/oder eine bestimmte Steuerstromstärke des elektrischen Stroms eingestellt wird.
-
Schaltungsanordnungen mit einer Treiberschaltung sind beispielsweise aus den Druckschriften
US 2014/0055175 A1 und
US 2005/0248384 A1 bekannt. Erstere zeigt beispielsweise einen Schalttransistor, an welchen ein Boostkondensator sowie eine Schaltdiode angeschlossen sind. Weiterhin sind zwei Steuertransistoren vorgesehen, die an den Schalttransistor angeschlossen sind. Weitere Schaltungen sind aus den Druckschriften
US 2007/0109707 A1 ,
US 7 737 737 B2 und
US 5 633 600 A bekannt.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltungsanordnung vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen Vorteile aufweist, insbesondere eine Beschleunigung des Schaltvorgangs des Schalters bei gleichzeitig geringen Verlusten der Schaltungsanordnung bewirkt.
-
Dies wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Boostdiode einerseits an einen Arbeitseingang des Boosttransistors und andererseits an einen Arbeitsausgang des Boosttransistors angeschlossen ist. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass dem Schalter zur Beschleunigung eines Schaltvorgangs des Schalters wenigstens eine Boostschaltung zugeordnet ist, die einen Boosttransistor, eine Boostdiode und einen Boostkondensator aufweist und einerseits an den Schalteingang der Schaltungsanordnung und andererseits an den Steuereingang des Schalters angeschlossen ist.
-
Der Schalter ist bevorzugt als Halbleiterschalter ausgebildet, insbesondere als Transistor, beispielsweise als Bipolartransistor oder als Feldeffekttransistor. Im Falle des Bipolartransistors lieg der Steuereingang als Basis, der Arbeitseingang als Kollektor und der Arbeitsausgang als Emitter des Bipolartransistors vor. Ist der Transistor dagegen als Feldeffekttransistor ausgestaltet, so kann der Steuereingang als Gate, der Arbeitseingang als Source und der Arbeitsausgang als Drain bezeichnet werden. Verfügt der Feldeffekttransistor über einen weiteren Anschluss, welcher auch als Bulk-Anschluss bezeichnet wird, so kann dieser intern mit dem Steuereingang elektrisch verbunden sein.
-
Die elektrische Schaltungsanordnung verfügt über den Schalteingang. Soll der Schalter zum Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem Arbeitseingang und dem Arbeitsausgang geschlossen beziehungsweise leitend geschaltet werden, so wird an dem Schalteingang auf die vorstehend für den Steuereingang beschriebene Art und Weise elektrischer Strom angelegt, also insbesondere in Form des Steuerstroms, beispielsweise mit der Steuerspannung und/oder der Steuerstromstärke. Der Schalteingang der Schaltungsanordnung ist mit dem Steuereingang des Schalters elektrisch verbunden, nämlich über den Vorwiderstand, der im Falle des Feldeffekttransistors auch als Gate-Vorwiderstand beziehungsweise Gate-Widerstand bezeichnet werden kann.
-
Mithilfe des Vorwiderstands kann die Schaltgeschwindigkeit beziehungsweise die Strom- und/oder Spannungsübernahme des Schalters eingestellt werden. Je kleiner der elektrische Widerstand des Vorwiderstands ist, umso schneller schaltet der Schalter bei Anliegen des Steuerstroms an dem Schalteingang der Schaltungsanordnung. Zudem sind die Verluste der Schaltungsanordnung aufgrund der geringeren an dem Vorwiderstand abfallenden Spannung geringer. Ein zu kleiner Vorwiderstand verursacht jedoch Überspannungen der Schaltungsanordnung aufgrund eines zu hohen Stromstärkengradients über der Zeit. Wird dagegen ein Vorwiderstand mit einem höheren elektrischen Widerstand verwendet, so fallen höhere Verluste der Schaltungsanordnung an.
-
Mithilfe der Boostschaltung kann der Schaltvorgang des Schalters unabhängig von dem Vorwiderstand beziehungsweise dessen Widerstandswert deutlich beschleunigt werden, insbesondere die Spannungsübernahme des Schalters unabhängig von seiner Stromübernahme. Der Schaltvorgang kann entweder ein Einschaltvorgang oder ein Ausschaltvorgang sein, sodass die Boostschaltung entweder der Beschleunigung des Einschaltvorgangs oder der Beschleunigung des Ausschaltvorgangs dient. Selbstverständlich können dem Schalter mehrere der beschriebenen Boostschaltungen zugeordnet und an ihn angeschlossen sein, wobei eine der Boostschaltungen der Beschleunigung des Einschaltvorgangs und eine andere der Boostschaltungen der Beschleunigung des Ausschaltvorgangs dient.
-
Besonders bevorzugt verfügt die elektrische Schaltungsanordnung über mehrere Schalter, insbesondere über mehrere identische Schalter. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass mehreren der Schalter, insbesondere jedem der Schalter, jeweils wenigstens eine Boostschaltung zugeordnet ist. Die Schalter und die Boostschaltungen können gemäß den vorstehenden Ausführungen hinsichtlich des Schalters und der Boostschaltung ausgestaltet sein.
-
Die Boostschaltung ist einerseits an den Schalteingang der Schaltungsanordnung und andererseits an den Steuereingang des Schalters angeschlossen. Dabei liegt die Boostschaltung bevorzugt elektrisch parallel zu dem Vorwiderstand vor. Hierzu ist sie mit ihrer einen Seite unmittelbar an den Schalteingang oder elektrisch zwischen dem Schalteingang und dem Vorwiderstand angeschlossen, mithin also an eine elektrische Verbindung zwischen dem Schalteingang und dem Vorwiderstand. Auf ihrer anderen Seite ist sie unmittelbar an den Schalter oder elektrisch zwischen dem Vorwiderstand und dem Schalter angeschlossen. Bei einer solchen Beschaltung kann die Boostschaltung den Vorwiderstand umgehen beziehungsweise an diesem vorbei mit elektrischem Strom versorgt werden.
-
Mithilfe der Boostschaltung kann die Spannungsübernahme des Schalters deutlich beschleunigt werden, während die Stromkommutierung beziehungsweise Stromübernahme mittels des Vorwiderstands begrenzt wird. Somit kann ein Überschwingen der elektrischen Spannung begrenzt werden. Aufgrund der Boostschaltung können die an dem Vorwiderstand anfallenden Verluste deutlich reduziert werden, auch bei einem vergleichsweise großen Vorwiderstand.
-
Die Boostschaltung verfügt über zumindest den Boosttransistor, die Boostdiode und den Boostkondensator. In dem Boostkondensator wird elektrischer Strom zwischengespeichert und für den Schaltvorgang des Schalters vorgehalten. Bevorzugt ist der Boostkondensator über den Boosttransistor mit dem Schalter beziehungsweise dessen Steuereingang elektrisch verbindbar. Zur Durchführung des Schaltvorgangs des Schalters wird insoweit zunächst der Boostkondensator aufgeladen und anschließend der eigentliche Schaltvorgang des Schalters vorgenommen.
-
Wird beispielsweise die elektrische Schaltungsanordnung beziehungsweise ihr Schalteingang mit Steuerimpulsen beaufschlagt, insbesondere im Rahmen einer Pulsweitenmodulation, so wird – falls der Boostkondensator leer oder lediglich teilweise gefüllt ist – bei einem ersten der Steuerimpulse zunächst der Boostkondensator aufgeladen. Bei einem nachfolgenden beziehungsweise bei allen der nachfolgenden Steuerimpulse kann nun auf die in dem Boostkondensator zwischengespeicherte elektrische Energie zurückgegriffen werden, um den Schaltvorgang des Schalters zu beschleunigen. Ist der Boostkondensator bereits vor dem ersten Steuerimpuls aufgeladen, so kann selbstverständlich bereits bei dem ersten Steuerimpuls das beschleunigte Schalten des Schalters durchgeführt werden. Die Boostdiode kann zum beschleunigten Aufladen des Boostkondensators vorgesehen sein.
-
Optional kann dem Boostkondensator wenigstens ein Boostwiderstand zugeordnet sein. Der Boostwiderstand ist bevorzugt mit dem Boostkondensator in Reihe geschaltet. Mithilfe des Boostwiderstands kann das Boostverhalten der Boostschaltung gezielt eingestellt, insbesondere die Schaltgeschwindigkeit des Schalters beeinflusst werden. Die Boostschaltung kann durch entsprechende Auslegung auch dazu verwendet werden, die Stromübernahme kurz vor einem vollständigen Einschalten des Schalters zu bremsen und auf diese Art und Weise das Resonanzverhalten der Schaltungsanordnung zu verbessern.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Steuereingang des Boosttransistors an den Schalteingang der Schaltungsanordnung und ein Arbeitseingang des Boosttransistors an den Steuereingang des Schalters angeschlossen ist. Hinsichtlich der Beschreibung von Steuereingang, Arbeitseingang und Arbeitsausgang des Boosttransistors wird auf die entsprechenden Ausführungen für den Schalter hingewiesen. Auch der Boosttransistor kann als Bipolarenttransistor oder als Feldeffekttransistor ausgeführt sein, sodass die entsprechenden Ausführungen für den Schalter in analoger Weise herangezogen werden können.
-
Der Steuereingang des Boosttransistors ist an den Schalteingang der Schaltungsanordnung angeschlossen, insbesondere unmittelbar, also nicht über den Vorwiderstand. Hierzu ist beispielsweise der Steuereingang des Boosttransistors direkt an den Schalteingang oder zumindest an eine elektrische Verbindung zwischen dem Schalteingang und dem Vorwiderstand angeschlossen. Der Arbeitseingang des Boosttransistors ist dagegen an den Steuereingang des Schalters angeschlossen. Die Beschaltung des Boosttransistors ist derart vorgesehen, dass er parallel zu dem Vorwiderstand vorliegt. Anders ausgedrückt verbindet der Vorwiderstand elektrisch den Steuereingang und den Arbeitseingang des Boosttransistors.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Boostdiode einerseits an den Arbeitseingang des Boosttransistors und andererseits an den Arbeitsausgang des Boosttransistors angeschlossen ist. Die Boostdiode verbindet also den Arbeitseingang mit dem Arbeitsausgang, vorzugsweise unmittelbar. Die Boostdiode liegt insoweit elektrisch parallel zu dem Boosttransistor vor.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein erster Anschluss des Boostkondensators an einen Arbeitsausgang des Boosttransistors und ein zweiter Anschluss des Boostkondensators an den Arbeitsausgang des Schalters angeschlossen ist. Grundsätzlich kann der Boostkondensator beliebig beschaltet sein, solange sein erster Anschluss an den Arbeitsausgang des Boosttransistors angeschlossen ist, also über diesen und/oder die Boostdiode aufladbar und/oder entladbar ist. Es ist also nicht zwingend notwendig, dass der zweite Anschluss des Boostkondensators an den Arbeitsausgang des Schalters angeschlossen ist. Dies stellt jedoch eine vorteilhafte und einfache Beschaltung dar, sodass diese bevorzugt realisiert wird.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Boostschaltung als Einschaltboostschaltung vorliegt, wobei eine Anode der Boostdiode an den Arbeitseingang des Boosttransistors und eine Kathode der Boostdiode an den Arbeitsausgang des Boosttransistors angeschlossen ist und der Boosttransistor als n-Transistor vorliegt. Mithilfe der als Einschaltboostschaltung ausgebildeten Boostschaltung soll der Einschaltvorgang des Schalters beschleunigt werden. Die Boostdiode ist somit bevorzugt einerseits unmittelbar an den Steuereingang des Schalters und andererseits unmittelbar an den Boostkondensator angeschlossen. Beispielsweise ist dabei die Anode dem Steuereingang und die Kathode dem Boostkondensator zugewandt. Der Boosttransistor ist als n-Transistor ausgestaltet. Das bedeutet im Falle des Bipolartransistors eine Ausführung als npn-Transistor und im Falle des Feldeffekttransistors eine Ausführung als n-Kanaltransistor. Diese Bezeichnungen werden im Rahmen dieser Beschreibung als äquivalent angesehen.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Boostschaltung als Ausschaltboostschaltung vorliegt, wobei die Anode der Boostdiode an den Arbeitsausgang des Boosttransistors und die Kathode der Boostdiode an den Arbeitseingang des Boosttransistors angeschlossen ist und der Boosttransistor als p-Transistor vorliegt. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen hinsichtlich der Einschaltboostschaltung verwiesen. Der Unterschied zu dieser liegt darin, dass die Boostdiode umgepolt ist, sodass also ihre Anode dem Arbeitsausgang des Boosttransistors und ihre Kathode dem Arbeitseingang des Boosttransistors zugeordnet beziehungsweise unmittelbar an diese angeschlossen ist. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass der Boosttransistor als p-Transistor vorliegt. Das bedeutete im Falle des Bipolartransistors eine Ausführung als pnp-Transistor und im Falle des Feldeffekttransistors als p-Kanaltransistor. Auch hier werden diese Bezeichnungen im Rahmen dieser Beschreibung als äquivalent angesehen.
-
Weiterhin kann es im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass dem Schalter zur Beschleunigung eines anderen Schaltvorgangs wenigstens eine, insbesondere zu der Boostschaltung parallel geschaltete, weitere Boostschaltung zugeordnet ist, die einen weiteren Boosttransistor, eine weitere Boostdiode und einen weiteren Boostkondensator aufweist und einerseits an den Schalteingang der Schaltungsanordnung und andererseits an den Steuereingang des Schalters angeschlossen ist.
-
Vorstehend wurde bereits darauf hingewiesen, dass mehrere Boostschaltungen vorgesehen sein können. Zur einfacheren Unterscheidbarkeit wird eine neben der zuvor beschriebenen Boostschaltung vorgesehene andere Boostschaltung als weitere Boostschaltung bezeichnet. Auch ihre Bestandteile sind derart gekennzeichnet und werden entsprechend als weiterer Boostttransistor, weitere Boostdiode und weiterer Boostkondensator bezeichnet. Die Ausführungen für die Boostschaltung sind für die weitere Boostschaltungen in analoger Art und Weise heranziehbar.
-
Bevorzugt dient der Schalter der Beschleunigung eines anderen Schaltvorgangs, also eines von dem vorstehend beschriebenen Schaltvorgang verschiedenen Schaltvorgangs. Selbstverständlich können jedoch die Boostschaltung und die weitere Boostschaltung auch der Beschleunigung desselben Schaltvorgangs dienen. In diesem Fall können die Boostschaltung und die weitere Boostschaltung identisch ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist die weitere Boostschaltung der Boostschaltung parallel geschaltet, also genau identisch zu der vorstehend beschriebenen Boostschaltung an den Schalteingang der Schaltungsanordnung und an den Steuereingang des Schalters angeschlossen.
-
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Boostschaltung als Einschaltboostschaltung und die weitere Boostschaltung als Ausschaltboostschaltung vorliegt. Auch hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Zur Beschleunigung des Einschaltvorgangs und des Ausschaltvorgangs sind insoweit separate Boostschaltungen, nämlich die Einschaltboostschaltung und die Ausschaltboostschaltung vorgesehen. Diese sind bevorzugt gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgestaltet.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der weitere Schalteingang über einen weiteren Vorwiderstand an den Steuereingang des Schalters angeschlossen ist, wobei der weitere Vorwiederstand einen Widerstandswert aufweist, der von einem Widerstandswert des Vorwiderstands verschieden ist. Selbstverständlich können der Schalteingang der Boostschaltung und der weitere Schalteingang der weiteren Boostschaltung über denselben, vorstehend beschriebenen Vorwiderstand an den Schalteingang der Schaltungsanordnung angeschlossen sein. Bevorzugt sind jedoch für die Boostschaltung und die weitere Boostschaltung separate Vorwiderstände vorgesehen.
-
Dies ist insbesondere der Fall, falls die Boostschaltung als Einschaltboostschaltung und die weitere Boostschaltung als Ausschaltboostschaltung vorliegt. Durch die separaten Vorwiderstände, nämlich den Vorwiderstand und den weiteren Vorwiderstand, kann das Schaltverhalten für die verschiedenen Schaltvorgänge getrennt voneinander abgestimmt und auf ein gewünschtes Verhalten eingestellt werden. Hieraus resultiert bevorzugt, dass der Widerstandswert des weiteren Vorwiderstands von dem Widerstandswert des Vorwiderstands verschieden ist. Selbstverständlich können die Widerstandswerte jedoch auch gleich sein.
-
Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Boostschaltung und/oder der weiteren Boostschaltung (jeweils) wenigstens ein Boostwiderstand zugeordnet ist, der in Reihe mit dem Boostkondensator geschaltet ist. Im Falle der Boostschaltung wird dieser Widerstand als Boostwiderstand und im Falle der weiteren Boostschaltung als weiterer Boostwiderstand bezeichnet. Die Widerstandswerte von Boostwiderstand und weiterem Boostwiderstand können gleich oder verschieden sein.
-
Schließlich ist im Rahmen einer besonders bevorzugten weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Boosttransistor ein Feldeffekttransistor ist, und/oder dass der Schalter als Halbleiterschalter, insbesondere als Leistungstransistor, vorliegt. Grundsätzlich können sowohl der Boosttransistor als auch der Schalter beliebig ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist der Boosttransistor ein Feldeffekttransistor. Der Schalter liegt beispielsweise als Halbleiterschalter vor. Beispielsweise ist er ebenfalls ein Feldeffekttransistor oder dergleichen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführungsform, sowie
-
2 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform.
-
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung 1, welche beispielsweise Bestandteil einer Wechselrichterschaltung 2 ist. Die Schaltungsanordnung 1 verfügt über zwei Schalter 3 und 4, wobei ein erster Schalter 3 als High Side-Schalter und ein zweiter Schalter 4 als Low Side-Schalter angeschlossen ist. Insoweit stellt die Schaltungsanordnung 1 eine Halbbrücke der Wechselrichterschaltung 2 dar. Neben der Schaltungsanordnung 1 ist vorzugsweise wenigstens eine weitere, analog aufgebaute Schaltungseinrichtung Bestandteil der Wechselrichterschaltung 2. Der Schalter 3 verfügt über einen Steuereingang 5, einen Arbeitseingang 6 und einen Arbeitsausgang 7. Analog hierzu verfügt der Schalter 4 über einen Steuereingang 8, einen Arbeitseingang 9 und einen Arbeitsausgang 10. Jedem der Schalter 3 und 4 ist eine Diode 11 parallel geschaltet, welche insbesondere einerseits an den jeweiligen Arbeitseingang 6 beziehungsweise 9 und andererseits an den jeweiligen Arbeitsausgang 7 beziehungsweise 10 angeschlossen ist.
-
Beispielsweise weist die Wechselrichterschaltung 2 neben den Schaltern 3 und 4 einen Zwischenkreiskondensator 12 und/oder eine Induktivität 13 auf. Die Wechselrichterschaltung 2 kann an elektrische Pole 14 und 15 einer Spannungsquelle angeschlossen sein. Beispielsweise weist dabei der Pol 14 ein größeres elektrisches Potential auf als der Pol 15. Mithin kann der Pol 14 als Pluspol und der Pol 15 als Minuspol ausgestaltet sein. Grundsätzlich kann die Schaltungsanordnung 1 jedoch beliebig ausgestaltet sein und beispielsweise den Schalter 3, nicht jedoch den Schalter 4 aufweisen. Auch die weiteren, vorstehend erwähnten elektrischen Bauelemente können, müssen jedoch nicht vorhanden sein.
-
Die Schalter 3 und 4 können zum jeweiligen Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem entsprechenden Arbeitseingang 6 beziehungsweise 9 und dem jeweiligen Arbeitsausgang 7 beziehungsweise 10 angesteuert werden, nämlich durch das Anlegen eines Steuerstroms an dem jeweiligen Steuereingang 5 beziehungsweise 8. Rein beispielhaft wird nachfolgend lediglich auf den Schalter 3 eingegangen, welcher der elektrischen Schaltungsanordnung 1 zugeordnet ist. Der Schalter 4 ist bevorzugt nicht Bestandteil der Schaltungsanordnung 1, sondern kann einer weiteren Schaltungsanordnung zugeordnet sein. Selbstverständlich können jedoch alle Ausführungen zu dem Schalter 3 in analoger Art und Weise auf den Schalter 4 oder weitere Schalter der Wechselrichterschaltung 2 übertragen werden.
-
Der Schalter 3 ist über einen Vorwiderstand 16 an einen Schalteingang 17 der Schaltungsanordnung 1 angeschlossen. Wird an dem Schalteingang 17 also ein Steuerstrom, beispielsweise mit einer bestimmten Steuerspannung beziehungsweise einer bestimmten Steuerstromstärke, angelegt, so wird aufgrund der elektrischen Verbindung zwischen dem Schalteingang 17 und dem Steuereingang 5 des Schalters 3 über den Vorwiderstand 16 ein Schalten des Schalters 3 und mithin das Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Arbeitseingang 6 und dem Arbeitsausgang 7 des Schalters 3 bewirkt.
-
Um den Schaltvorgang des Schalters 3 zu beschleunigen ist dem Schalter 3 eine Boostschaltung 18 zugeordnet. Diese weist einen Boosttransistor 19, eine Boostdiode 20 und einen Boostkondensator 21 auf. Die Boostschaltung 18 ist einerseits an den Schalteingang 17 der Schaltungsanordnung 1 und andererseits an den Steuereingang 5 des Schalters 3 angeschlossen. Bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass ein Steuereingang 22 des Boosttransistors 19 an den Schalteingang 17 der Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
-
Neben dem Steuereingang 22 weist der Boostransistor 19 einen Arbeitseingang 23 („Source”) und einen Arbeitsausgang 24 („Drain”) auf. Beispielsweise sind der Steuereingang 22 und der Arbeitseingang 23 über den Vorwiderstand 16 unmittelbar elektrisch miteinander verbunden. Weiterhin kann. der Arbeitseingang 23 an den Steuereingang 5 des Schalters 3 unmittelbar elektrisch angeschlossen sein. Der Arbeitsausgang 24 ist bevorzugt an eine erste Seite des Boostkondensators 21 angeschlossen. Die andere Seite des Boostkondensators 21 kann mit dem Arbeitsausgang 7 des Schalters 3 unmittelbar elektrisch verbunden sein. Die Boostdiode 20 ist bevorzugt einerseits an den Arbeitseingang 23 und andererseits an den Arbeitsausgang 24 des Boosttransistors 19 angeschlossen.
-
Die hier dargestellte Boostschaltung 18 ist als Einschaltboostscahltung ausgestaltet. Insoweit ist eine Anode 25 und die Boostdiode 20 an den Arbeitseingang 23 des Boosttransistors 19 und eine Kathode 26 an den Arbeitsausgang 24 des Boosttransistors 19 angeschlossen. Zudem liegt der Boosttransistor als n-Transistor vor, insbesondere als n-Kanal Feldeffekttransistor.
-
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Gezeigt ist erneut die Wechselrichterschaltung 2, hinsichtlich welcher auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Die Schaltungsanordnung 1 ist in ihrer zweiten Ausführungsform ebenfalls ähnlich der ersten Ausführungsform. Auch für die Schaltungsanordnung 1 wird insoweit auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Diese liegen darin, dass die Boostschaltung 18 als Ausschaltboostschaltung ausgestaltet ist. Hierzu ist die Boostdiode 20 umgekehrt beschaltet, sodass also ihre Anode 25 an den Arbeitsausgang 24 und ihre Kathode 26 an den Arbeitseingang 23 des Boosttransistors 19 angeschlossen ist. Zudem ist der Boosttransistor 19 als p-Transistor ausgestaltet, beispielsweise als p-Kanal Feldeffekttransistor.
-
Liegt bei entladenem Boostkondensator 21 der Steuerstrom beziehungsweise ein erster Schaltimpuls des Steuerstroms an dem Steuereingang 17 der Schaltungsanordnung 1 an, so wird der Boostkondensator 21 über den Boosttransistor 19 und/oder die Boostdiode 20 aufgeladen. Entfällt der erste Schaltimpuls, so verhindert der Boosttransistor 19 zusammen mit der Boostdiode 20 das Entladen des Boostkondensators 21. Tritt ein zweiter Schaltimpuls des Steuerstroms auf, so wird der Steuereingang 5 des Schalters 3 einerseits über den Vorwiderstand 16 mit dem Steuerstrom beaufschlagt. Andererseits wird der Steuereingang 22 ebenfalls beaufschlagt, sodass der Boosttransistor 19 durchlässig geschaltet wird.
-
Entsprechend wird der Steuereingang 5 des Schalters 3 zusätzlich mit elektrischem Strom beaufschlagt, der in dem Boostkondensator 21 zwischengespeichert ist. Insoweit liegt für den Steuereingang 5 eine schnellere Spannungsübernahme vor. Üblicherweise reicht die in den Boostkondensator 21 zwischengespeicherte elektrische Energie nur für ein Vorladen des Schalters 3. Nach diesem Vorladen wird der Steuereingang 5 des Schalters 3 über den Vorwiderstand 16 vollständig aufgeladen. Zudem wird der Boostkondensator 21 erneut nachgeladen. Für die zweite Ausführungsform ergibt sich ein analoger Ablauf für das Ausschalten des Schalters 3, also für das Entladen des Steuereingangs 5.
-
Mithilfe der beschriebenen Schaltungsanordnung 1 kann der Schaltvorgang des Schalters, beispielsweise der Einschaltvorgang und/oder der Ausschaltvorgang, deutlich beschleunigt werden, weil die Spannungsübernahme rascher erfolgt, ein Überschwingen aufgrund eines zu großen Stromstärkengradients über der Zeit jedoch verhindert wird. Selbstverständlich können die beschriebenen beiden Ausführungsformen der Schaltungsanordnung 1 kombiniert werden, um sowohl den Einschaltvorgang als auch den Ausschaltvorgang des Schalters 3 zu beschleunigen.
