DE102018109532A1

DE102018109532A1 - Spannungswandlervorrichtung, Spannungstransformator und Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung

Info

Publication number: DE102018109532A1
Application number: DE102018109532.5A
Authority: DE
Inventors: Raoul-Amadeus Lorbeer
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-10-24

Abstract

Um eine Spannungswandlervorrichtung zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, welche Spannungswandlervorrichtung einen Spannungseingang für die Eingangsspannung, einen Spannungsausgang für die Ausgangsspannung und eine Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung zum Umwandeln der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung und/oder zum Übertragen der Eingangsspannung auf die Ausgangsspannung umfasst, so zu verbessern, dass sie insbesondere eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen, wird vorgeschlagen, dass die Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung eine mit dem Spannungseingang in Wirkverbindung stehende Strahlungserzeugungseinrichtung umfasst zum Erzeugen eines elektromagnetischen Strahlungsfelds aus der Eingangsspannung und dass die Übertragungseinrichtung eine mit dem Spannungsausgang in Wirkverbindung stehende Strahlungsdetektionseinrichtung umfasst zum Erzeugen der Ausgangsspannung aus mindestens einem Teil der Energie des elektromagnetischen Strahlungsfelds.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungswandlervorrichtung zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, welche Spannungswandlervorrichtung einen Spannungseingang für die Eingangsspannung, einen Spannungsausgang für die Ausgangsspannung und eine Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung zum Umwandeln der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung und/oder zum Übertragen der Eingangsspannung auf die Ausgangsspannung umfasst.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Spannungstransformator.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung.
Spannungswandlervorrichtungen, Spannungstransformatoren und Verfahren der eingangs beschriebenen Art sind in zahlreichen Varianten bekannt. Sie werden insbesondere dazu eingesetzt, Gleich- oder Wechselspannungen in andere Gleich- oder Wechselspannungen umzuwandeln. Der Spannungseingang und der Spannungsausgang sind dabei in der Regel galvanisch voneinander getrennt. Zur Spannungswandlung werden insbesondere induktive und kapazitive DC/DC-Wandler eingesetzt.
Bei induktiven DC/DC-Wandlern wird eine Spannungswandlung durch das Ein- und Ausschalten von Strömen in einer Induktivität erreicht. Durch die Stromerhaltung in Induktivitäten wird so im Magnetfeld gespeicherte Energie mit einer durch eine elektrische Schaltung geregelte Spannung zum Aufladen eines Kondensators genutzt. Dies wird mit einer hohen Wiederholrate durchgeführt, so dass mit einer hohen Frequenz Strompulse erzeugt werden können, um auf einer Sekundärseite des Wandlers am Spannungsausgang die gewünschte Spannung zu erzeugen.
Kapazitive DC/DC-Wandler arbeiten nach einem anderen Prinzip. Bei diesen werden Kondensatoren alternierend parallel geschaltet aufgeladen und in Reihe geschaltet entladen. Auf diese Weise können Spannungsvervielfachungen erreicht werden.
Ein Nachteil der bekannten Spannungswandlervorrichtungen ist insbesondere deren häufig nur sehr eingeschränkte elektromagnetische Verträglichkeit. Diese ist beispielsweise bei Schaltnetzteilen durch die Generierung von stark wechselnden Strömen in der Regel eingeschränkt und muss daher bei der Auslegung der DC/DC-Wandler berücksichtigt werden, wenn eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit gewünscht oder für bestimmte Anwendungen benötigt wird. Häufig sind auch externe Komponenten wie beispielsweise Induktivitäten zwingend erforderlich, die einerseits einen erhöhten Platzbedarf und andererseits eine erhöhte Emission von elektromagnetischen Feldern beziehungsweise Pulsen zur Folge haben.
Ein weiteres Problem ist die Spannungsfestigkeit bekannter Spannungswandlervorrichtungen. So sind bei vielen Systemen primäre und sekundäre Seiten, also der Spannungseingang und der Spannungsausgang, nicht galvanisch voneinander getrennt. Dadurch können Spannungsspitzen auf der Sekundärseite auf die Primärseite übertragen werden. Dies wird als bidirektionale Energieübertragung bezeichnet. Aber selbst bei galvanisch getrennten Systemen, die Transformatoren nutzen, besteht die Gefahr, dass Stromspitzen auf die Primärseite zurückkoppeln.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Spannungswandlervorrichtungen, Spannungstransformatoren und Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass sie insbesondere eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird bei einer Spannungswandlervorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung eine mit dem Spannungseingang in Wirkverbindung stehende Strahlungserzeugungseinrichtung umfasst zum Erzeugen eines elektromagnetischen Strahlungsfelds aus der Eingangsspannung und dass die Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung eine mit dem Spannungsausgang in Wirkverbindung stehende Strahlungsdetektionseinrichtung umfasst zum Erzeugen der Ausgangsspannung aus mindestens einem Teil der Energie des elektromagnetischen Strahlungsfelds.
Die vorgeschlagene Weiterbildung bekannter Spannungswandlervorrichtungen hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Weise eine Spannungswandlung möglich ist, ohne dabei einen Strom ein- oder ausschalten zu müssen. Dadurch kann vermieden werden, dass insbesondere niederfrequente und störende Wechselfelder generiert werden, die insbesondere andere elektronische Komponenten beeinflussen können. Umgekehrt gilt dasselbe, denn das System kann beispielsweise mit geringen Leitungslängen und potentiell ohne niederfrequente Wechselfelder auskommen. Es lässt sich daher effektiv gegen äußere Störungen abschirmen. Abhängig von der Frequenz oder dem Frequenzbereich des elektromagnetischen Strahlungsfelds, insbesondere im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, wird es zudem insbesondere möglich, zur Übertragung der Energie bei der Spannungswandlung transparente Isolatoren einzusetzen, die praktisch beliebig hohen Spannungen wiederstehen können. Ferner können die Spannungswandlungsvorrichtungen insbesondere derart ausgelegt werden, insbesondere deren Strahlungserzeugungseinrichtungen und Strahlungsdetektionseinrichtungen, dass eine Störung auf der Seite der Strahlungsdetektionseinrichtung keine oder nur eine kleine Störung auf der Seite der Strahlungserzeugungseinrichtung hervorrufen würde. Eine saubere galvanische Trennung erlaubt es insbesondere auch, mehrere Spannungsdifferenzen zu erzeugen, wodurch sich derartige Spannungswandlervorrichtungen auf einfache Weise beispielsweise in Serie schalten lassen, um so insbesondere symmetrische Spannungen zu generieren. So können insbesondere bei AC/DC-Spannungswandlungen auf einfache Einstreuungen einer Netzspannung auf der Sekundärseite, also im Bereich der Strahlungsdetektionseinrichtung, sicher vermieden werden.
Günstig ist es, wenn die Spannungswandlervorrichtung in Form einer optoelektronischen Spannungswandlervorrichtung ausgebildet ist. Die optoeleketronische Spannungswandlervorrichtung definiert letztlich eine Frequenz des elektromagnetischen Strahlungsfelds. Optoelektronisch ist in diesem Sinne so zu verstehen, dass das elektromagnetische Strahlungsfeld bevorzugt eine Frequenz im ultravioletten, sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich des Lichts aufweist. Insbesondere kann das elektromagnetische Strahlungsfeld eine oder mehrere Wellenlängen in einem Bereich von 1 nm bis 10 mm aufweisen.
Vorzugsweise ist die Strahlungserzeugungseinrichtung ausgebildet zum Erzeugen des elektromagnetischen Strahlungsfelds mit einer Wellenlänge von maximal etwa 1 mm. Durch diese Einschränkung wird insbesondere sichergestellt, dass keine niederfrequenten Wechselfelder erzeugt werden, die unerwünschte Störeinflüsse, insbesondere auf elektronische Komponenten in elektronischen Schaltungen, haben können.
Um insbesondere die Vorteile transparenter Isolatoren nutzen zu können, ist es günstig, wenn die Strahlungserzeugungseinrichtung ausgebildet ist zum Erzeugen des elektromagnetischen Strahlungsfelds mit einer Wellenlänge von mindestens etwa 10 nm.
Um Energieverluste bei der Spannungswandlervorrichtung möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungsdetektionseinrichtung ausgebildet ist zum Detektieren des elektromagnetischen Strahlungsfelds mit einer Wellenlänge von maximal etwa 1 mm. Insbesondere ist es wünschenswert, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung das von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlungsfeld vollständig detektieren und in eine Ausgangsspannung umsetzen kann.
Vorteilhaft ist es, wenn die Strahlungsdetektionseinrichtung ausgebildet ist zum Detektieren des elektromagnetischen Strahlungsfelds mit einer Wellenlänge von mindestens etwa 10 nm. Auf diese Weise lassen sich Leistungsverluste weiter minimieren, wenn nämlich insbesondere sichergestellt ist, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung das elektromagnetische Strahlungsfeld auch im kurzwelligen Spektralbereich vollständig detektieren kann.
Das elektromagnetische Strahlungsfeld lässt sich auf einfache Weise dadurch erzeugen, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung mindestens eine Strahlungsquelle umfasst zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung aus elektrischem Strom. Eine solche Strahlungsquelle hat insbesondere den Vorteil, dass bei einem kontinuierlichen Stromfluss, also ohne sich ändernde Ströme, elektromagnetische Strahlung erzeugt werden kann.
Um insbesondere Leistungsverluste der Spannungswandlervorrichtung möglichst gering halten zu können, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Strahlungsquelle ausgebildet ist zum Erzeugen schmalbandiger elektromagnetischer Strahlung. Dies hat insbesondere auch den Vorteil, dass eine schmalbandige Strahlungsdetektionseinrichtung eingesetzt werden kann, um die elektromagnetische Strahlung in eine Ausgangsspannung umzusetzen.
Einfach und kostengünstig ausbilden lässt sich die Spannungswandlervorrichtung, wenn die mindestens eine Strahlungsquelle in Form eines Halbleiteremitters ausgebildet ist. Insbesondere kann sie in Form einer Leuchtdiode oder in Form eines Halbleiterlasers ausgebildet sein. Derartige Strahlungsquellen eignen sich besonders gut, um schmalbandige elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Ferner können sie räumlich sehr dicht gepackt angeordnet werden.
Günstigerweise umfasst die Strahlungserzeugungseinrichtung eine Mehrzahl von Strahlungsquellen. Je mehr Strahlungsquellen eingesetzt werden, umso mehr Energie kann in das elektromagnetische Strahlungsfeld umgesetzt werden. Je mehr Energie im elektromagnetischen Strahlungsfeld auf der Sekundärseite der Spannungswandlervorrichtung zur Verfügung steht, umso größere Spannungen beziehungsweise Ströme lassen sich auf der Ausgangsseite oder Sekundärseite erzeugen. Es können insbesondere 2, 3, 10, 20, 50, 100 oder noch mehr Strahlungsquellen zur Ausbildung der Strahlungserzeugungseinrichtung eingesetzt werden.
Günstig ist es, wenn die Mehrzahl von Strahlungsquellen in Reihe und/oder parallel geschaltet ist. Reihenschaltungen haben insbesondere den Vorteil, dass hohe Eingangsspannungen zur Strahlungserzeugung genutzt werden können. Eine Parallelschaltung hat insbesondere für AC/DC-Wandlungen Vorteile, da insbesondere bei Strahlungsquellen in Form von Halbleiterdioden beide Halbwellen einer Wechselspannung genutzt werden können, wenn die Halbleiteremitter mindestens paarweise parallel, aber mit entgegengesetzter Polung, auf der Eingangs- oder Primärseite der Spannungswandlervorrichtung geschaltet sind.
Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Strahlungsquellen in Form mindestens eines ersten Arrays angeordnet. Insbesondere kann die Mehrzahl von Strahlungsquellen so angeordnet sein, dass diese einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind, um beliebige Verhältnisse zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung bei der Spannungswandlung einstellen zu können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung mindestens einen Strahlungsdetektor umfasst zum Erzeugen und Trennen elektrischer Ladungen durch elektromagnetische Strahlung. Insbesondere kann der mindestens eine Strahlungsdetektor ausgebildet sein zum Erzeugen eines elektrischen Stroms und/oder einer elektrischen Spannung. Der mindestens eine Strahlungsdetektor ermöglicht es also insbesondere, die Energie des elektromagnetischen Strahlungsfelds, das von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugt wird, unmittelbar in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom umzuwandeln. Beispielsweise können beim Einsatz entsprechend geeigneter Strahlungsdetektoren und hinreichend hoher Frequenzen des elektromagnetischen Strahlungsfelds mit einem einzelnen Strahlungsdetektor Spannungswerte in Volt erzeugt werden, die etwa dem Energiewert eines einzelnen Photons in Elektronenvolt entsprechen.
Auf einfache und kostengünstige Weise lässt sich die Spannungswandlervorrichtung ausbilden, wenn der mindestens eine Strahlungsdetektor in Form einer Fotozelle, einer Fotodiode oder einer Fotovoltaikzelle ausgebildet ist. Insbesondere kann der mindestens eine Strahlungsdetektor in Form eines Halbleiterbauelements ausgebildet sein. Die in dieser nicht abschließenden Liste genannten möglichen Strahlungsdetektoren gestatten auf einfache Weise die Umwandlung eines elektromagnetischen Strahlungsfelds in eine elektrische Spannung.
Um insbesondere auch ein räumlich ausgedehntes elektromagnetisches Strahlungsfeld möglichst vollständig in eine Ausgangsspannung umsetzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungsdetektionseinrichtung eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren umfasst.
Günstigerweise ist die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren in Reihe und/oder parallel geschaltet. Wenn möglichst hohe Spannungen auf der Sekundärseite der Spannungswandlervorrichtung erzeugt werden sollen, ist die Reihenschaltung der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren vorteilhaft. Werden ausgangsseitig große Ströme bei kleinen Spannungen benötigt, ist eine Parallelschaltung der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren günstig.
Um eine große Zahl von Strahlungsdetektoren in definierter Weise anzuordnen und verschalten zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren in Form mindestens eines zweiten Arrays angeordnet ist. Ebenso wie beim ersten Array können die Strahlungsdetektoren in einem regelmäßigen Muster angeordnet werden, beispielsweise in Reihen und Zeilen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spannungswandlervorrichtung N Strahlungsquellen und M Strahlungsdetektoren umfasst, dass N und M jeweils eine natürliche Zahl sind und dass entweder N < M oder N = M oder N > M. Durch entsprechende Wahl der Anzahl der Strahlungsquellen und der Strahlungsdetektoren können die Spannungsverhältnisse zwischen dem Spannungseingang und dem Spannungsausgang praktisch beliebig eingestellt werden. Insbesondere können sie bei Bedarf auch geändert werden, wenn beispielsweise durch entsprechende Ansteuerung die Anzahl der Strahlungsquellen und die Anzahl der Strahlungsdetektoren geändert wird. Ist N < M, ermöglicht die Spannungswandlervorrichtung eine Spannungsvervielfachung, wenn sowohl die Strahlungsquellen als auch die Strahlungsdetektoren in Reihe geschaltet sind. Eine einfache Spannungsübertragung, beispielsweise für eine rein galvanische Trennung zwischen Spannungseingang und Spannungsausgang, kann insbesondere erreicht werden, wenn die Anzahl der Strahlungsquellen und der Strahlungsdetektoren identisch ist. Eine Spannungsverringerung lässt sich insbesondere erreichen, wenn die Zahl der Strahlungsquellen größer als die Zahl der Strahlungsdetektoren ist. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass auch die Art der Verschaltung der Strahlungsquellen und der Strahlungsdetektoren, also in Reihe oder in Serie, einen Einfluss darauf hat, ob die Spannungswandlervorrichtung eine Spannungsvervielfachung, eine Spannungserhaltung oder eine Spannungsverringerung ermöglicht.
Günstig ist es, wenn der Spannungseingang in Form eines zweipoligen Spannungseingangsanschlusses ausgebildet ist und/oder wenn der Spannungsausgang in Form eines zweipoligen Spannungsausgangsanschlusses ausgebildet ist. Die Spannungswandlervorrichtung lässt sich also insbesondere als Vierpol ausbilden mit jeweils nur zwei Anschlusskontakten auf der Primärseite und zwei Anschlusskontakten auf der Sekundärseite. Dies ermöglicht es insbesondere auf einfache Weise, derartige Spannungsvorrichtungen in Serie schalten zu können. Selbstverständlich ist es auch denkbar und möglich, einen Anschlusskontakt der Primärseite mit einem Anschlusskontakt der Sekundärseite elektrisch leitend zu verbinden, sodass insgesamt die Spannungswandlervorrichtung als Dreipol ausgebildet werden kann.
Um direkte Rückkopplungen des Spannungsausgangs auf den Spannungseingang verhindern zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungserzeugungseinrichtung und die Strahlungsdetektionseinrichtung galvanisch voneinander getrennt angeordnet oder ausgebildet sind.
Günstig ist es, wenn die Spannungswandlervorrichtung zur galvanischen Trennung einen Isolator umfasst, welcher für die von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist. Insbesondere kann es sich bei dem Isolator um einen optisch transparenten Isolator handeln. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine Spannungswandlervorrichtung ausgebildet werden, bei der die elektromagnetische Strahlung einfach und sicher von der Strahlungserzeugungseinrichtung auf die Strahlungsdetektionseinrichtung übertragen werden kann. Energieverluste beim Durchstrahlen des Isolators lassen sich so auf einfache Weise minimieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung ausgebildet ist zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge in einem ersten Wellenlängenbereich, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung ausgebildet ist zum Detektieren von elektromagnetischer Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich und dass der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich mindestens teilweise überlappen. Durch die mindestens teilweise Überlappung der beiden Wellenlängenbereiche kann sichergestellt werden, dass mindestens ein Teil der Energie des von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfelds von der Strahlungsdetektionseinrichtung zur Umwandlung in eine Ausgangsspannung genutzt werden kann. Je größer der Überlappungsbereich ist, umso effizienter kann die Spannungswandlervorrichtung betrieben werden.
Vorteilhaft ist es daher, wenn der der zweite Wellenlängenbereich den ersten Wellenlängenbereich umfasst. Insbesondere kann er ihn vollständig umfassen. Dies ermöglicht es insbesondere, die gesamte von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung mit der Strahlungsdetektionseinrichtung in eine Ausgangsspannung umzusetzen.
Vorteilhaft ist es, wenn der erste Wellenlängenbereich eine Breite von maximal etwa 10% einer Zentralwellenlänge aufweist. Eine schmalbandige elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungseinrichtung erzeugt wird, hat insbesondere den Vorteil, dass sie mit für diesen Wellenlängenbereich optimierten Strahlungsdetektoren detektiert werden kann zum Umsetzen der Energie des Strahlungsfelds in die Ausgangsspannung. Unter der Zentralwellenlänge ist insbesondere diejenige Wellenlänge zu verstehen, bei welcher die elektromagnetische Strahlung ein Intensitätsmaximum aufweist. Der erste Wellenlängenbereich beträgt etwa 50 nm, wenn die elektromagnetische Strahlung ein Intensitätsmaximum bei etwa 500 nm aufweist.
Günstigerweise sind die Strahlungserzeugungseinrichtung und die Strahlungsdetektionseinrichtung relativ zueinander unbeweglich angeordnet oder ausgebildet. Insbesondere kann so erreicht werden, dass die gesamte von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung in definierter Weise auf die Strahlungsdetektionseinrichtung auftreffen und von dieser in die Ausgangsspannung umgewandelt werden kann.
Energieverluste beim Einsatz der Spannungswandlervorrichtung lassen sich insbesondere dadurch auf einfache Weise verhindern, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung und die Strahlungsdetektionseinrichtung direkt oder indirekt miteinander verbunden sind. Insbesondere können sie über einen Träger oder eine Trägereinrichtung indirekt miteinander verbunden sein. Auf diese Weise lässt sich eine definierte räumliche Beziehung zwischen der Strahlungserzeugungseinrichtung und der Strahlungsdetektionseinrichtung herstellen.
Besonders einfach und kompakt lässt sich die Spannungswandlervorrichtung ausbilden, wenn die Strahlungserzeugungseinrichtung und/oder die Strahlungsdetektionseinrichtung auf dem Träger oder der Trägereinrichtung angeordnet oder ausgebildet sind. Beispielsweise kann es sich bei dem Träger oder der Trägereinrichtung um einen Halbleiterwafer handeln, auf dem ein oder mehrere Strahlungsquellen sowie ein oder mehrere Strahlungsdetektoren in Form von Halbleiterbauelementen angeordnet oder ausgebildet sind. Der Träger oder die Trägereinrichtung kann insbesondere auch in Form einer Platine ausgebildet sein, die mit Strahlungsquellen und Strahlungsdetektoren in Form von elektronischen Bauelementen bestückt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Strahlungsquelle und der mindestens eine Strahlungsdetektor voneinander derart beabstandet angeordnet sind, dass ein Abstand zwischen der mindestens einen Strahlungsquelle und dem mindestens eine Strahlungsdetektor sehr viel größer als eine Wellenlänge der von der mindestens einen Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung ist. Insbesondere kann der Abstand mindestens dem 10fachen der Wellenlänge entsprechen. Der mindestens eine Strahlungsdetektor und die mindestens eine Strahlungsquelle können so insbesondere sehr dicht räumlich beieinander angeordnet werden, wenn die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung sehr klein ist. So können insbesondere Verluste bei der Übertragung des elektromagnetischen Felds von der Strahlungserzeugungseinrichtung zur Strahlungsdetektionseinrichtung minimiert werden.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die mindestens eine Strahlungsquelle und/oder der mindestens eine Strahlungsdetektor eine räumliche Ausdehnung aufweisen, die in einer Raumrichtung mindestens dem zweifachen, insbesondere mindestens dem 10fachen, einer Wellenlänge der von der mindestens einen Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetischen Strahlung entspricht. Insbesondere dann, wenn elektromagnetische Strahlung mit sehr kleinen Wellenlängen erzeugt wird, ermöglicht es die vorgeschlagene Weiterbildung, sehr kompakte Strahlungsquellen und Strahlungsdetektoren zu nutzen, um so platzsparende Spannungswandlervorrichtungen erzeugen zu können. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn eine räumliche Ausdehnung der mindestens einen Strahlungsquelle und/oder des mindestens einen Strahlungsdetektors maximal etwa 10 cm² beträgt, weiter insbesondere maximal etwa 1 cm², noch weiter insbesondere maximal etwa 0,1 cm².
Vorteilhaft ist es, wenn die Spannungswandlervorrichtung eine Strahlungsfeldführungseinrichtung umfasst zum Führen des mit der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfelds zur Strahlungsdetektionseinrichtung. Die Strahlungsfeldführungseinrichtung dient insbesondere dem Zweck, Verluste bei der Übertragung des elektromagnetischen Strahlungsfelds von der Strahlungserzeugungseinrichtung auf die Strahlungsdetektionseinrichtung zu minimieren. Insbesondere können Streuverluste auf einfache Weise verringert werden.
Einfach und kostengünstig lässt sich das elektromagnetische Strahlungsfeld von der Strahlungserzeugungseinrichtung zur Strahlungsdetektionseinrichtung führen, wenn die Strahlungsfeldführungseinrichtung mindestens einen Lichtleiter und/oder mindestens ein optisches Element umfasst.
Die Führung des elektromagnetischen Strahlungsfelds wird insbesondere sehr einfach, wenn das mindestens eine optische Element in Form einer Linse, eines Spiegels oder einer nichtlinearen Optik ausgebildet ist. So lässt sich das elektromagnetische Strahlungsfeld auf einfache Weise abbilden, gegebenenfalls umlenken und/oder in der Frequenz konvertieren. Eine nichtlineare Optik kann beispielsweise in Form eines Lithiumniobat-Kristalls eingesetzt werden.
Günstig ist es, wenn die Strahlungsfeldführungseinrichtung die Strahlungserzeugungseinrichtung und die Strahlungsdetektionseinrichtung optisch direkt miteinander verbindet, insbesondere ohne einen Luft enthaltenden Führungsabschnitt. Diese Weiterbildung ermöglicht es insbesondere, Energieverluste bei der Spannungswandlervorrichtung weiter zu minimieren.
Günstigerweise ist die Strahlungsfeldführungseinrichtung ausgebildet zum homogenen Abbilden des elektromagnetischen Strahlungsfelds auf die Strahlungsdetektionseinrichtung. Insbesondere dann, wenn die Strahlungsdetektionseinrichtung eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren umfasst, kann so sichergestellt werden, dass alle oder eine gewünschte Anzahl der Strahlungsdetektoren mit der elektromagnetischen Strahlung beaufschlagt werden können.
Vorzugsweise ist die Strahlungserzeugungseinrichtung ausgebildet zum Erzeugen eines homogenen elektromagnetischen Strahlungsfelds. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das erzeugte elektromagnetische Strahlungsfeld nicht zusätzlich homogenisiert werden muss, beispielsweise mit optischen Bauelementen, welche in der Regel verlustbehaftet sind.
Günstig ist es, wenn die Spannungswandlervorrichtung eine Regelungseinrichtung umfasst zum Regeln einer Intensität des erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfelds in Abhängigkeit der Ausgangsspannung, eines Teils der Ausgangsspannung oder eines Teils eines Ausgangsstroms. Auf diese Weise kann eine sehr stabile Spannungswandlung erreicht werden, also möglichst ohne oder mit nur geringen Spannungsschwankungen am Spannungsausgang.
Günstigerweise ist die Regelungseinrichtung ausgebildet zum Modulieren der Ausgangsspannung, eines Teils der Ausgangsspannung oder eines Teils des Ausgangsstroms mit einem externen Regelsignal, welches die Modulation definiert. Diese Ausgestaltung ermöglicht insbesondere eine Stabilisierung der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstroms.
Um Einstreuungen des Spannungsausgangs auf den Spannungseingang und umgekehrt verhindern zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Regelungseinrichtung von der Strahlungsdetektionseinrichtung galvanisch getrennt ist. Dies kann beispielsweise über eine optische Verbindung erreicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spannungswandlervorrichtung eine erste Steuerungseinrichtung umfasst zum individuellen Ansteuern, insbesondere Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise in Serie oder parallel Schalten, mindestens eines Teils der Mehrzahl von Strahlungsquellen. Insbesondere kann die erste Steuerungseinrichtung ausgebildet sein, um Strahlungsquellen einzeln oder in Gruppen zu aktivieren oder zu deaktivieren oder wahlweise parallel oder in Reihe zu schalten. Auf diese Weise können mit der Spannungswandlervorrichtung praktisch beliebige Eingangsspannungen verarbeitet werden.
Günstig ist es, wenn die die erste Steuerungseinrichtung mindestens ein erstes Schaltelement zum Aktivieren und Deaktivieren mindestens einer Strahlungsquelle der Mehrzahl von Strahlungsquellen umfasst. Insbesondere können mehrere erste Schaltelemente vorgesehen sein, die jeweils einer Strahlungsquelle oder einer Gruppe von Strahlungsquellen zugeordnet sind, um diese gezielt aktivieren und deaktivieren oder wahlweise parallel oder in Reihe zu schalten zu können.
Einfach und kostengünstig lässt sich die Spannungswandlervorrichtung ausbilden, wenn das mindestens eine erste Schaltelement in Form eines Transistors, insbesondere in Form eines Feldeffekttransistors, ausgebildet ist.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Spannungswandlervorrichtung eine zweite Steuerungseinrichtung umfasst zum individuellen Ansteuern, insbesondere Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise in Serie oder parallel Schalten, mindestens eines Teils der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren. Die zweite Steuerungseinrichtung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass sich die Strahlungsdetektoren einzeln oder in Gruppen aktivieren oder deaktivieren lassen oder wahlweise parallel oder in Reihe zu schalten. So kann mit der zweiten Steuerungseinrichtung direkt auf die Größe der Ausgangsspannung Einfluss genommen und diese in gewünschter Weise vorgegeben werden.
Einfach und kompakt lässt die Spannungswandlervorrichtung ausbilden, wenn die zweite Steuerungseinrichtung mindestens ein zweites Schaltelement zum Aktivieren und Deaktivieren eines Strahlungsdetektors der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren umfasst. Insbesondere kann die zweite Steuerungsvorrichtung eine Mehrzahl von zweiten Schaltelementen umfassen, die es ermöglichen, die Strahlungsdetektoren der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren einzeln und/oder in Gruppen zu aktivieren oder zu deaktivieren oder wahlweise parallel oder in Reihe zu schalten.
Auf einfache und kostengünstige Weise lässt sich die Spannungswandlervorrichtung ausbilden, wenn das mindestens eine zweite Schaltelement in Form eines Transistors, insbesondere in Form eines Feldeffekttransistors, ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spannungswandlervorrichtung eine Strahlungsabschirmeinrichtung umfasst zum Verhindern des Austritts des elektromagnetischen Strahlungsfelds aus der Spannungswandlervorrichtung. So kann zum einen eine Umgebung der Spannungswandlervorrichtung vor der elektromagnetischen Strahlung geschützt werden. Zum anderen hat die Strahlungsabschirmeinrichtung den Vorteil, dass so Energieverluste bei der Spannungswandlung möglichst gering gehalten werden können.
Eine einfache und kostengünstige Spannungswandlervorrichtung kann insbesondere dadurch ausgebildet werden, dass die Strahlungsabschirmeinrichtung ein Gehäuse oder eine Einhausung umfasst und dass die Strahlungserzeugungseinrichtung und die Strahlungsdetektionseinrichtung innerhalb des Gehäuses oder der Einhausung angeordnet sind.
Ein besonders kompakter Aufbau der Spannungswandlervorrichtung lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass Strahlungsfeldführungseinrichtung innerhalb des Gehäuses oder der Einhausung angeordnet ist. Insbesondere können sämtliche Komponenten der Spannungswandlervorrichtung innerhalb des Gehäuses oder der Einhausung angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsabschirmeinrichtung eine für das elektromagnetische Strahlungsfeld undurchlässige Schutzschicht umfasst, welche die Strahlungserzeugungseinrichtung und die Strahlungsdetektionseinrichtung umgibt oder abschirmt, insbesondere auch die Strahlungsfeldführungseinrichtung. Diese vorgeschlagene Weiterbildung ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau der Spannungswandlervorrichtung. Die Schutzschicht kann insbesondere durch eine metallische Schicht, beispielsweise Aluminium, gebildet werden. Beispielsweise kann die Schutzschicht durch physikalische oder chemische Abscheidung aus der Gasphase oder aus der Flüssigphase aufgebracht sein.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird bei einem Spannungstransformator der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Spannungstransformator eine der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen von Spannungswandlervorrichtung umfasst.
Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, einen Spannungstransformator auszubilden, welcher die oben im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen von Spannungswandlervorrichtungen beschriebenen Vorteile aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn der Spannungstransformator in Form eines Gleich- oder Wechselspannungstransformators ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, Gleich- oder Wechselspannungen auf einfache Weise umzuwandeln oder zu übertragen.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein zur Eingangsspannung korrespondierendes elektromagnetisches Strahlungsfeld erzeugt wird und dass die Ausgangsspannung aus mindestens einem Teil der Energie des Strahlungsfelds erzeugt wird.
Ein derart weitergebildetes Verfahren ermöglicht es insbesondere in der oben eingehend beschriebenen Weise, eine elektrische Spannung zu transformieren, ohne einen Strom ein- oder ausschalten zu müssen. Dadurch kann die Erzeugung unnötiger Wechselfelder vermieden werden, die elektronische Komponenten in unerwünschter Weise beeinflussen können.
Die vorstehende Beschreibung umfasst somit insbesondere die nachfolgend in Form durchnummerierter Sätze definierten Ausführungsformen von Spannungswandlervorrichtungen und Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung:

1. Spannungswandlervorrichtung (10) zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, welche Spannungswandlervorrichtung einen Spannungseingang (20) für die Eingangsspannung, einen Spannungsausgang für die Ausgangsspannung und eine Umwandlungs- und/ oder Übertragungseinrichtung (22) zum Umwandeln der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung und/oder zum Übertragen der Eingangsspannung auf die Ausgangsspannung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung (22) eine mit dem Spannungseingang (18) in Wirkverbindung stehende Strahlungserzeugungseinrichtung (24) umfasst zum Erzeugen eines elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) aus der Eingangsspannung und dass die Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung (22) eine mit dem Spannungsausgang (20) in Wirkverbindung stehende Strahlungsdetektionseinrichtung (28) umfasst zum Erzeugen der Ausgangsspannung aus mindestens einem Teil der Energie des elektromagnetischen Strahlungsfelds (26).
2. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) in Form einer optoelektronischen Spannungswandlervorrichtung (10) ausgebildet ist.
3. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) ausgebildet ist zum Erzeugen des elektromagnetische Strahlungsfelds (26) mit einer Wellenlänge von maximal etwa 1 mm.
4. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) ausgebildet ist zum Erzeugen des elektromagnetische Strahlungsfelds (26) mit einer Wellenlänge von mindestens etwa 10 nm.
5. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) ausgebildet ist zum Detektieren des elektromagnetische Strahlungsfelds (26) mit einer Wellenlänge von maximal etwa 1 mm.
6. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) ausgebildet ist zum Detektieren des elektromagnetische Strahlungsfelds (26) mit einer Wellenlänge von mindestens etwa 10 nm.
7. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) mindestens eine Strahlungsquelle (30) umfasst zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung aus elektrischen Strom.
8. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsquelle (30) ausgebildet ist zum Erzeugen schmalbandiger elektromagnetischer Strahlung.
9. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsquelle (30) in Form eines Halbleiteremitters (32) ausgebildet ist, insbesondere in Form einer Leuchtdiode (34) oder eines Halbleiterlasers (36).
10. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) umfasst.
11. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) in Reihe und/oder parallel geschaltet ist.
12. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) in Form mindestens eines ersten Arrays (38) angeordnet ist.
13. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) mindestens einen Strahlungsdetektor (40) umfasst zum Erzeugen und Trennen elektrischer Ladungen durch elektromagnetische Strahlung, insbesondere zum Erzeugen eines elektrischen Stroms und/oder einer elektrischen Spannung.
14. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Strahlungsdetektor (40) in Form einer Fotozelle (42), eine Fotodiode (44) oder eine Fotovoltaikzelle (46) ausgebildet ist.
15. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren umfasst.
16. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40) in Reihe und/oder parallel geschaltet ist.
17. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40) in Form mindestens eines zweiten Arrays (48) angeordnet ist.
18. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) N Strahlungsquellen (30) und M Strahlungsdetektoren (40) umfasst, dass N und M jeweils eine natürliche Zahl sind und dass
1. a) N < M oder
2. b) N = M oder
3. c) N > M.
19. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungseingang (18) in Form eines zweipoligen Spannungseingangsanschlusses (50) ausgebildet ist und/ oder dass der Spannungsausgang (20) in Form eines zweipoligen Spannungsausgangsanschlusses (54) ausgebildet ist.
20. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) galvanisch voneinander getrennt angeordnet oder ausgebildet sind.
21. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) zur galvanischen Trennung einen Isolator (58) umfasst, insbesondere einen optisch transparenten Isolator (58), welcher für die von der Strahlungserzeugungseinrichtung (24) erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist.
22. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) ausgebildet ist zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge in einem ersten Wellenlängenbereich (60), dass die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) ausgebildet ist zum Detektieren von elektromagnetischer Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich (62) und dass der erste Wellenlängenbereich (60) und der zweite Wellenlängenbereich (62) mindestens teilwiese überlappen.
23. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wellenlängenbereich (62) den ersten Wellenlängenbereich (60) umfasst, insbesondere vollständig.
24. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenlängenbereich (60) eine Breite von maximal etwa 10 % einer Zentralwellenlänge aufweist.
25. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) relativ zueinander unbeweglich angeordnet oder ausgebildet sind.
26. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, insbesondere über einen Träger (68) oder eine Trägereinrichtung.
27. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und/oder die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) auf dem Träger (68) oder der Trägereinrichtung angeordnet oder ausgebildet sind.
28. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsquelle (30) und der mindestens eine Strahlungsdetektor (40) voneinander derart beabstandet angeordnet sind, dass ein Abstand (66) zwischen der mindestens einen Strahlungsquelle (30) und dem mindestens einen Strahlungsdetektor (40) sehr viel größer als eine Wellenlänge der von der mindestens einen Strahlungsquelle (30) erzeugten elektromagnetischen Strahlung ist, insbesondere dass der Abstand (66) mindestens dem 10fachen der Wellenlänge entspricht.
29. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsquelle (30) und/ oder der mindestens eine Strahlungsdetektor (40) eine räumliche Ausdehnung aufweisen, die in einer Raumrichtung mindestens dem zweifachen, insbesondere mindestens dem 10fachen, einer Wellenlänge der von der mindestens einen Strahlungsquelle (30) erzeugten elektromagnetischen Strahlung entspricht.
30. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) eine Strahlungsfeldführungseinrichtung (80) umfasst zum Führen des mit der Strahlungserzeugungseinrichtung (24) erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) zur Strahlungsdetektionseinrichtung (28).
31. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsfeldführungseinrichtung (80) mindestens einen Lichtleiter (82) und/oder mindestens ein optisches Element (84) umfasst.
32. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 31, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element (84) in Form einer Linse (86), eines Spiegels (88) oder einer nichtlinearen Optik (89) ausgebildet ist.
33. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsfeldführungseinrichtung (80) die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) optisch direkt miteinander verbindet, insbesondere ohne einen Luft enthaltenden Führungsabschnitt.
34. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsfeldführungseinrichtung (80) ausgebildet ist zum homogenen Abbilden des elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) auf die Strahlungsdetektionseinrichtung (28).
35. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) ausgebildet ist zum Erzeugen eines homogenen elektromagnetischen Strahlungsfelds (26).
36. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) eine Regelungseinrichtung (90) umfasst zum Regeln einer Intensität des erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) in Abhängigkeit der Ausgangsspannung, eines Teils der Ausgangsspannung oder eines Teils eines Ausgangsstroms.
37. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (90) ausgebildet ist zum Modulieren der Ausgangsspannung, eines Teils der Ausgangsspannung oder eines Teils des Ausgangsstroms mit einem externen Regelsignal, welches die Modulation definiert.
38. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (90) von der Strahlungsdetektionseinrichtung (28) galvanisch getrennt ist.
39. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 10 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) eine erste Steuerungseinrichtung (92) umfasst zum individuellen Ansteuern, insbesondere Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise in Serie oder parallel Schalten, mindestens eines Teils der Mehrzahl von Strahlungsquellen (30).
40. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 39, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerungseinrichtung (92) mindestens ein erstes Schaltelement (94) zum Aktivieren und Deaktivieren mindestens einer Strahlungsquelle (30) der Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) umfasst.
41. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 40, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Schaltelement (94) in Form eines Transistors (96), insbesondere in Form eines Feldeffekttransistors, ausgebildet ist.
42. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 15 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) eine zweite Steuerungseinrichtung (98) umfasst zum individuellen Ansteuern, insbesondere Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise in Serie oder parallel Schalten, mindestens eines Teils der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40).
43. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 42, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerungseinrichtung (98) mindestens ein zweites Schaltelement (100) zum Aktivieren und Deaktivieren eines Strahlungsdetektors (40) der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40) umfasst.
44. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 43, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zweite Schaltelement (100) in Form eines Transistors (102), insbesondere in Form eines Feldeffekttransistors, ausgebildet ist.
45. Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, gekennzeichnet durch eine Strahlungsabschirmeinrichtung (104) zum Verhindern des Austritts des elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) aus der Spannungswandlervorrichtung (10).
46. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsabschirmeinrichtung (104) ein Gehäuse (106) oder eine Einhausung umfasst und dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) innerhalb des Gehäuses (106) oder der Einhausung angeordnet sind.
47. Spannungswandlervorrichtung nach Satz 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsfeldführungseinrichtung (80) innerhalb des Gehäuses (106) oder der Einhausung angeordnet ist.
48. Spannungswandlervorrichtung nach einem der Sätze 45 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsabschirmeinrichtung (104) eine für das elektromagnetische Strahlungsfeld (26) undurchlässige Schutzschicht (108) umfasst, welche die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) umgibt oder abschirmt, insbesondere auch die Strahlungsfeldführungseinrichtung (80).
49. Spannungstransformator (12) umfassend eine Spannungswandlervorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Sätze.
50. Spannungstransformator nach Satz 49, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungstransformator (12) in Form eines Gleich- oder Wechselspannungstransformators (14, 16) ausgebildet ist.
51. Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Eingangsspannung korrespondierendes elektromagnetisches Strahlungsfeld (26) erzeugt wird und dass die Ausgangsspannung aus mindestens einem Teil der Energie des Strahlungsfelds (26) erzeugt wird.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient in Verbindung mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines ersten Auführungsbeispiels eines DC/DC-Wandlers mit festem Wandlungsverhältnis;
2: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines DC/DC-Wandlers, mit welchem Wandlungsverhältnisse variiert werden können;
3: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines DC/DC-Wandlers mit einer Spannungsregelungseinrichtung;
4: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung eines AC/DC-Wandlers;
5: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines AC/DC-Wandlers;
6: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eine DC/DC-Wandlers;
7: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Spannungswandlervorrichtung;
8: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Spannungswandlervorrichtung mit einer Mehrzahl von Strahlungsquellen und Strahlungsdetektoren;
9: eine schematische Darstellung eines Überlappungsbereichs zweier Wellenlängenbereiche elektromagnetischer Strahlung;
10: eine schematische Darstellung eines weiteren Überlappungsbereichs zweier Wellenlängenbereiche elektromagnetischer Strahlung;
11: eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Strahlungserzeugungseinrichtung und einer Strahlungsdetektionseinrichtung auf einem Träger;
12: eine schematische Darstellung einer Anordnung mehrerer Strahlungsquellen und Strahlungsdetektoren auf einem Träger;
13: eine schematische Darstellung räumlicher Abmessungen einer Strahlungsquelle;
14: eine schematische Darstellung räumlicher Abmessungen eines Strahlungsdetektors;
15: eine schematische Darstellung einer Strahlungsfeldführungseinrichtung zum Führen der von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung zur Strahlungsdetektionseinrichtung;
16: eine schematische Darstellung einer Strahlungsfeldführungseinrichtung mit möglichen Komponenten;
17: eine schematische Darstellung einer Regelungsanordnung für eine Spannungswandlervorrichtung;
18: eine schematische Darstellung einer Spannungswandlervorrichtung mit Schaltelementen zum Aktivieren und Deaktivieren oder wahlweise zum wahlweise parallel oder in Reihe Schalten von Strahlungsquellen und Strahlungsdetektoren;
19: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Abschirmeinrichtung zum Abschirmen der Spannungswandlervorrichtung; und
20: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Abschirmeinrichtung für eine Spannungswandlervorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel einer Spannungswandlervorrichtung 10 zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung ist beispielsweise in Form eines Spannungstransformators 12 ausgebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Spannungstransformator 12 in Form eines Gleichspannungstransformators 14 oder in Form eines Wechselspannungstransformators 16 ausgebildet sein.
Die Spannungswandlervorrichtung 10 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel einen Spannungseingang 18 zum Anlegen einer Eingangsspannung und einen Spannungsausgang 20 für die transformierte Ausgangsspannung sowie eine Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung 22 zum Umwandeln der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung und/oder zum Übertragen der Eingangsspannung auf die Ausgangsspannung. Nachfolgend wird die Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung 22 auch nur als Umwandlungseinrichtung 22 oder Übertragungseinrichtung 22 abkürzend bezeichnet.
Die Umwandlungseinrichtung 22 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 eine mit dem Spannungseingang 18 in Wirkverbindung stehende Strahlungserzeugungseinrichtung 24 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Strahlungsfelds 26 aus der Eingangsspannung sowie eine mit dem Spannungsausgang 20 in Wirkverbindung stehende Strahlungsdetektionseinrichtung 28 zum Erzeugen der Ausgangsspannung aus mindestens einem Teil der Energie des elektromagnetischen Strahlungsfelds 26.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Spannungswandlervorrichtung 10 in Form einer optoelektronischen Spannungswandlervorrichtung 10 ausgebildet.
Das mit der Strahlungserzeugungseinrichtung 24 erzeugte elektromagnetische Strahlungsfeld 26 kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Wellenlänge von maximal etwa 1 mm aufweisen.
Ferner kann bei einem Ausführungsbeispiel der Strahlungserzeugungseinrichtung 24 das erzeugte elektromagnetische Strahlungsfeld eine Wellenlänge von mindestens etwa 10 nm aufweisen.
Die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 kann insbesondere elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung des Strahlungsfelds 26 mit einer Wellenlänge in einem Bereich von etwa 10 nm bis 1 mm erzeugen, also elektromagnetische Strahlung im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Frequenzbereich.
Die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 ist bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 ausgebildet zum Detektieren des elektromagnetischen Strahlungsfelds 26 mit einer Wellenlänge von maximal etwa 1 mm.
Ferner ist die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 bei einem Ausführungsbeispiel ausgebildet zum Detektieren des Strahlungsfelds 26 mit einer Wellenlänge von mindestens etwa 10 nm.
Die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 eine oder mehrere Strahlungsquellen 30 zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung aus einem kontinuierlich fließenden Strom.
Die eine oder mehreren Strahlungsquellen 30 sind vorzugsweise ausgebildet zum Erzeugen schmalbandiger elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise in einem Wellenlängenbereich, welcher etwa 10 % einer Zentralwellenlänge entspricht, also beispielsweise etwa 40 nm bei einer Zentralwellenlänge von 400 nm.
Die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 kann bei einem Ausführungsbeispiel eine oder mehrere Strahlungsquellen 30 in Form von Halbleiteremittern 32 umfassen. Dabei kann es sich insbesondere um Leuchtdioden 34 oder Halbleiterlaser 36 handeln.
Die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 kann bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 ausschließlich Leuchtdioden 34 oder ausschließlich Halbleiterlaser 36 oder beliebige Kombinationen beider Elemente umfassen.
Die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 kann bei einem Ausführungsbeispiel insbesondere eine Mehrzahl von Strahlungsquellen 30 umfassen, die in Form eines ersten Arrays 38 angeordnet sind. Das erste Array 38 kann insbesondere eine regelmäßige Anordnung der Strahlungsquellen 30 in Form eines linien- und zeilenförmigen Rasters umfassen.
Die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 mindestens einen Strahlungsdetektor 40 zum Erzeugen und Trennen elektrischer Ladungen durch elektromagnetische Strahlung. Insbesondere kann mit dem mindestens einen Strahlungsdetektor 40 ein elektrischer Strom und/oder eine elektrische Spannung erzeugt werden. Die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 umfasst somit einen oder mehrere Strahlungsdetektoren 40, insbesondere eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren 40.
Die Strahlungsdetektoren 40 können bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 in Form einer Fotozelle 42, einer Fotodiode 44 oder einer Fotovoltaikzelle 46 ausgebildet sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 können die Strahlungsdetektoren 40 ausschließlich in Form von Fotozellen 42 oder ausschließlich in Form von Fotodioden 44 oder auch ausschließlich in Form von Fotovoltaikzellen 46 ausgebildet sein. Denkbar ist es jedoch auch, beliebige Kombinationen derartiger Strahlungsdetektoren 40 zur Ausbildung der Strahlungsdetektionseinrichtung 28 einzusetzen.
Ebenso wie die Strahlungsquellen 30 kann die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren 40 in Form eines oder mehrerer zweiter Arrays 48 angeordnet sein.
Die Spannungswandlervorrichtung 10 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel N Strahlungsquellen 30 sowie M Strahlungsdetektoren 40. Die Anzahl N und die Anzahl M sind dabei jeweils eine natürliche Zahl. Dabei kann N > M oder N = M oder N > M sein.
Der Spannungseingang 18 ist bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 in Form eines zweipoligen Spannungseingangsanschlusses 50 mit zwei Anschlusskontakten 52 ausgebildet. So kann insgesamt ein reiner Vierpol ausgebildet werden.
Der Spannungsausgang 20 ist bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 in Form eines zweipoligen Spannungsausgangsanschlusses 54 ausgebildet, welcher ebenfalls zwei Anschlusskontakte 56 umfasst.
Die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 und die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 sind bei einem Ausführungsbeispiel galvanisch voneinander getrennt angeordnet oder ausgebildet. Zur galvanischen Trennung der eine Primärseite der Spannungswandlervorrichtung 10 bildenden Strahlungserzeugungseinrichtung 24 von der eine Sekundärseite bildenden Strahlungsdetektionseinrichtung 28 dient bei einem Ausführungsbeispiel ein Isolator 58, welcher insbesondere optisch transparent ausgebildet sein kann, so dass er für die von der Strahlungserzeugungseinrichtung 24 erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 ist die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 ausgebildet zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge in einem ersten Wellenlängenbereich 60. Die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 ist ausgebildet zum Detektieren von elektromagnetischer Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich 62. Für die Funktionsfähigkeit der Spannungswandlervorrichtung 10 ist es erforderlich, dass der erste Wellenlängenbereich 60 und der zweite Wellenlängenbereich 62 mindestens teilweise überlappen und einen Überlappungsbereich 64 definieren.
Für eine besonders hohe Effizienz der Spannungswandlervorrichtung 10 ist bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der zweite Wellenlängenbereich 62 den ersten Wellenlängenbereich 60 umfasst, insbesondere vollständig. Dies ist schematisch in 10 dargestellt. In diesem Fall stimmt der Überlappungsbereich 64 mit dem ersten Wellenlängenbereich überein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die gesamte mit der Strahlungserzeugungseinrichtung 24 erzeugte elektromagnetische Strahlung mit der Strahlungsdetektionseinrichtung 28 detektiert und in eine Ausgangsspannung umgewandelt werden kann.
Zur Ausbildung von Spannungswandlervorrichtungen 10 werden bevorzugt Strahlungsquellen 30 eingesetzt, die einen ersten Wellenlängenbereich 60 mit einer Breite von etwa 10 % einer Zentralwellenlänge aufweisen, also beispielsweise etwa 60 nm bei einer Zentralwellenlänge von 600 nm.
Die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 und die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 sind bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 relativ zueinander unbeweglich angeordnet oder ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass ein Abstand 66 zwischen ihnen stets konstant bleibt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 und die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, beispielsweise über einen Träger 68 in Form einer Platine 70 oder eine andere, hierfür geeignete Trägereinrichtung.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 sind Strahlungserzeugungseinrichtung 24, insbesondere die von dieser umfassten Strahlungsquellen 30 sowie die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 beziehungsweise die von dieser umfassten Strahlungsdetektoren 40, auf dem Träger 68 oder der Trägereinrichtung angeordnet oder ausgebildet.
Die Strahlungsquellen 30 können insbesondere auf demselben Träger 68, der in Form einer Platine 70 ausgebildet ist, zusammen mit den Strahlungsdetektoren 40 sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 sind die Strahlungsquellen 30 und die Strahlungsdetektoren 40 integral auf einem Halbleiterchip ausgebildet.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 beträgt der Abstand 66 zwischen einer Strahlungsquelle 30 und einem Strahlungsdetektor 40 ein Vielfaches einer Wellenlänge der von der Strahlungsquelle 30 erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Insbesondere kann der Abstand mindestens dem Zehnfachen der Wellenlänge entsprechen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 weist die Strahlungsquelle 30 eine räumliche Ausdehnung auf, beispielsweise weist sie eine Länge 72 und eine Breite 74 auf, wobei in einer Raumrichtung die Ausdehnung der Strahlungsquelle 30 mindestens dem Zweifachen, insbesondere mindestens dem Zehnfachen einer Wellenlänge der von der Strahlungsquelle 30 erzeugten Strahlung entspricht.
In ähnlicher Weise kann bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 der mindestens eine Strahlungsdetektor 40 eine räumliche Ausdehnung aufweisen, insbesondere eine Länge 76 und eine Breite 78, wobei eine räumlich Ausdehnung des Strahlungsdetektors 40 in einer Raumrichtung mindestens dem Zweifachen, insbesondere mindestens dem Zehnfachen einer Wellenlänge der von der Strahlungsquelle 30 erzeugten und vom Strahlungsdetektor 40 zu detektierenden elektromagnetischen Strahlung, entspricht.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 ist eine Strahlungsfeldführungseinrichtung 80 zum Führen des elektromagnetischen Strahlungsfelds 26 von der Strahlungserzeugungseinrichtung 24 zur Strahlungsdetektionseinrichtung 28 vorgesehen. Die Strahlungsfeldführungseinrichtung 80 umfasst mindestens einen Lichtleiter 82 und/oder mindestens ein optisches Element 84, welches beispielsweise in Form einer Linse 86 oder eines Spiegels 88 oder einer nichtlinearen Optik 89 ausgebildet sein kann.
Wie schematisch in 15 dargestellt, kann bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 die Strahlungsfeldführungseinrichtung 80 die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 und die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 optisch direkt miteinander verbinden, insbesondere ohne dass das elektromagnetische Strahlungsfeld 26 durch einen Luft enthaltenden Führungsabschnitt geführt wird.
Die Strahlungsfeldführungseinrichtung 80 ist bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 ausgebildet zum homogenen Abbilden des elektromagnetischen Strahlungsfelds auf die Strahlungsdetektionseinrichtung 28.
Um insbesondere einen Aufwand bei der Homogenisierung des Strahlungsfelds 26 zu minimieren, ist bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 ausgebildet zum Erzeugen eines homogenen oder im Wesentlichen homogenen elektromagnetischen Strahlungsfelds 26. Dies ermöglicht es insbesondere, mit dem Strahlungsfeld 26 die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren 40 insbesondere homogen mit der elektromagnetischen Strahlung zu beaufschlagen.
Die Spannungswandlervorrichtung 10 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel eine Regelungseinrichtung 90 zum Regeln einer Intensität des erzeugten elekromagnetischen Strahlungsfelds 26 in Abhängigkeit der Ausgangsspannung oder eines Teils der Ausgangsspannung oder eines Teils eines Ausgangsstroms, die mit der Strahlungsdetektionseinrichtung 28 erzeugt wird.
Die Regelungseinrichtung 90 ist bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 zum Modulieren der Ausgangsspannung, eines Teils der Ausgangsspannung oder eines Teils des Ausgangsstroms mit einer Regelschleife ausgebildet.
Zur Vermeidung direkter Rückkopplungen ist die Regelungseinrichtung 90 bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 von der Strahlungsdetektionseinrichtung 28 galvanisch getrennt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Regelungseinrichtung 90 mit der Strahlungsdetektionseinrichtung 28 in optischer Wirkverbindung steht.
Die Spannungswandlervorrichtung 10 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel eine erste Steuerungseinrichtung 92 zum individuellen Ansteuern, insbesondere zum Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise parallel oder in Reihe Schalten, einzelner oder Gruppen von Strahlungsquellen 30.
Die Steuerungseinrichtung 92 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel ein oder mehrere Schaltelemente 94 zum Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise parallel oder in Reihe Schalten einer oder einer Gruppe von Strahlungsquellen 30.
Das oder die ersten Schaltelemente 94 sind bei einem Ausführungsbeispiel in Form von Transistoren 96 ausgebildet, beispielweise in Form von Feldeffekttransistoren.
Die Spannungswandlervorrichtung 10 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel eine zweite Steuerungseinrichtung 98 zum individuellen Ansteuern, insbesondere zum Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise parallel oder in Reihe Schalten, eines oder mehrerer der Strahlungsdetektoren 40.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Steuerungseinrichtung 98 ein oder mehrere zweite Schaltelemente 100 zum Aktivieren und Deaktivieren eines oder mehrerer Strahlungsdetektoren 40 oder zum wahlweise parallel oder in Reihe Schalten der Strahlungsdetektoren 40.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist das zweite Schaltelement 100 in Form eines Transistors 102, insbesondere in Form eines Feldeffekttransistors ausgebildet.
Des Weiteren ist bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 von dieser eine Strahlungsabschirmeinrichtung 104 umfasst, welche den Austritt des elektromagnetischen Strahlungsfelds 26 aus der Spannungswandlervorrichtung 10 verhindert.
Die Strahlungsabschirmeinrichtung 104 kann bei einem Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 106 oder eine Einhausung umfassen. Die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 und die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 sind dann innerhalb des Gehäuses 106 beziehungsweise der Einhausung angeordnet.
Die Strahlungsfeldführungseinrichtung 80 ist bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungswandlervorrichtung 10 ebenfalls innerhalb des Gehäuses 106 oder der Einhausung angeordnet.
Die Strahlungsabschirmeinrichtung 104 umfasst bei einem Ausführungsbeispiel eine für das elektromagnetische Strahlungsfeld 26 undurchlässige Schutzschicht 108, welche die Strahlungserzeugungseinrichtung 24 und die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 umgibt oder abschirmt, so dass die elektromagnetische Strahlung trotzdem von der Strahlungserzeugungseinrichtung 24 zur Strahlungsdetektionseinrichtung 28 gelangen kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel umgibt die Schutzschicht 108 auch die Strahlungsfeldführungseinrichtung 80 oder schirmt diese ab.
Die Schutzschicht 108 kann insbesondere in Form einer metallischen Schutzschicht 108 ausgebildet sein, die beispielsweise durch Aufdampfen von Aluminium auf die Strahlungserzeugungseinrichtung 24, die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 und/oder die Strahlungsfeldführungseinrichtung 80 aufgebracht ist.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung einer Spannungswandlervorrichtung 10. Beispielhaft sind in 1 drei Strahlungsquellen 30 in Form von Halbleiteremittern 32, beispielsweise in Form von Leuchtdioden 34, dargestellt. Die Anzahl der Strahlungsquellen 30 kann wie beispielhaft in 1 eingezeichnet den Wert N aufweisen, wobei N eine beliebige natürliche Zahl ist.
Die Strahlungsquellen 30 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Serie geschaltet. Die Strahlungsquellen 30 sind mit den beiden Anschlusskontakten 52 verbunden.
Die Strahlungsdetektionseinrichtung 28 umfasst mehrere Strahlungsdetektoren 40, beispielhaft sind in 1 drei dargestellt. Deren Anzahl beträgt insgesamt M, wobei M eine natürliche Zahl ist. Die Strahlungsdetektoren sind beispielsweise in Form einer Fotodiode 44, eine Fotozelle 42 oder eine Fotovoltaikzelle 46 ausgebildet.
Bei der in 1 schematisch dargestellten Schaltungsanordnung sind auch die Strahlungsdetektoren 40 in Serie geschaltet und mit den beiden Anschlusskontakten 56 verbunden.
Bei der in 1 schematisch dargestellten Basisschaltung erzeugen die N Strahlungsquellen 30 das Strahlungsfeld 26, welches von den M Strahlungsdetektoren in eine Spannung übersetzt wird. Hierbei haben halbleiter-optoelektronische Komponenten üblicherweise sehr schmale Spannungsbereiche, in denen sie funktionieren. Diese werden auf der Primärseite U_LED und auf der Sekundärseite U_PD genannt. Somit berechnen sich die notwendigen Ein- und Ausgangsspannungen wie folgt: $U_{E i n} = N \times U_{L E D}$
und $U_{A u s} = M \times U_{P D}$
Optimalerweise ist die optische Verbindung durch den transmissiven Isolator 58 dergestalt gewählt, dass die Strahlung homogenisiert und möglichst vollständig auf die Strahlungsdetektoren 40 abgebildet wird. Die Spannungen U_LED und U_PD können dabei durch Wahl der optoelektronischen Technologie, also durch die Wahl der jeweiligen Komponenten variiert werden.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spannungswandlervorrichtung 10 als schematische Schaltungsskizze. Diese stimmt in ihrem Grundaufbau mit der Anordnung aus 1 überein.
Zusätzlich zu der Anordnung aus 1 sind bei dem Ausführungsbeispiel der 2 erste Schaltelemente 94 in Form von Transistoren 96, nämlich in Form von Feldeffekttransistoren, eingesetzt, die jeweils zu mindestens einer Strahlungsquelle 30 parallel geschaltet sind. Alle Basen der Transistoren 96 sind gemeinsam auf Masse geschaltet. Über die jeweiligen Gates können die Transistoren 96 leitend oder nicht leitend geschaltet werden, so dass ein aufgrund der zwischen den Anschlusskontakten 52 anliegenden Spannung durch die Schaltungsanordnung der Strahlungserzeugungseinrichtung 24 fließender Strom in den Strahlungsquellen 30 Strahlung erzeugen kann oder an den Strahlungsquellen 30 bei durchgeschalteten Transistoren 96 vorbeifließt. Auf diese Weise lassen sich Strahlungsquellen 30 individuell oder in Gruppen zu- oder abschalten.
In analoger Weise ist auf der Sekundärseite eine zweite Steuerungseinrichtung 98 vorgesehen, welche mehrere zweite Schaltelemente 100 in Form von Transistoren 102 umfasst. Die Transistoren 102 sind als Feldeffekttransistoren ausgebildet.
Die Transistoren 102 sind jeweils parallel zu einem oder mehreren Strahlungsdetektoren 40 geschaltet, so dass über eine entsprechende Vorgabe der Gatespannung an den Transistoren 102 einzelne Strahlungsdetektoren 40 oder auch Gruppen von Strahlungsdetektoren 40 aktiviert oder deaktiviert werden können.
Eine Spannungsvervielfachung kann durch die Steuerungseinrichtungen 92 und 98 praktisch in beliebiger Weise eingestellt werden. Wird insbesondere die elektromagnetische Strahlung von den Strahlungsdetektoren 40 vollständig beziehungsweise verlustfrei in eine Spannung umgewandelt, können durch die Anzahl N und die Anzahl M aktiver beziehungsweise vorgesehener Strahlungsquellen 30 und aktiver beziehungsweise vorgesehener Strahlungsdetektoren 40 beliebige Spannungsverhältnisse eingestellt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spannungswandlervorrichtung 10 ist schematisch in 3 als Schaltungsskizze dargestellt.
Eine optische Verbindung 110 dient zum optischen Rückkoppeln eines Signals in Abhängigkeit der Ausgangsspannung. Parallel zu den in Serie geschalteten Strahlungsdetektoren 40 sind eine Leuchtdiode 112 und eine Zener-Diode 114 in Serie geschaltet. Durch eine auf den Arbeitspunkt der Strahlungsdetektoren 40 ausgelegte Kombination der Leuchtdiode 112 und der Zener-Diode 114 kann ein optisches Signal erzeugt werden, welches in einer primärseitigen Strombegrenzungseinrichtung 116 den durch die in Serie geschalteten Strahlungsquellen 30 fließenden Strom mit steigender Ausgangsspannung reduziert. So wird für unterschiedliche Lasten gewährleistet, dass die Ausgangsspannung nicht oder nur wenig schwankt.
Alternativ zum optischen Rückkopplungssignal können auch elektrische, thermische, akustische, induktive oder elektromechanische Rückkopplungen vorgesehen werden.
4 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel für einen AC/DC-Konverter. Durch einen parallel zu den in Serie geschalteten Strahlungsdetektoren 40 vorgesehenen Kondensator 118 können auch alternierende Spannungen in eine Gleichspannung konvertiert werden. Eine aufwendige Anpassung der in 1 schematisch dargestellten Basisschaltung ist nicht notwendig.
Werden, wie in 4 beispielhaft dargestellt, zwei komplementär verpolte, in Serie geschaltete Strahlungsquellen 30 eingesetzt, lassen sich beide Halbwellen einer Wechselspannung für den Transformationsprozess nutzen.
Statt der komplementär verpolten, in Reihe geschalteten Strahlungsquellen 30, wie sie bei der in 4 schematisch dargestellten Spannungswandlervorrichtung 10 vorgesehen sind, kann die in 1 schematisch dargestellte Basisschaltung um einen Brückengleichrichter 120 zwischen den Anschlusskontakten 52 und den Endkontakten 122 der in Reihe geschalteten Strahlungsquellen 30 ergänzt werden. Dies ist schematisch in 5 dargestellt.
In 6 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spannungswandlervorrichtung 10 dargestellt, welche die individuelle Ansteuerung sowohl der Strahlungsquellen 30 als auch der Strahlungsdetektoren 40 mittels einer ersten Steuerungseinrichtung 92 umfassend zwei erste Schaltelemente 94 für jede Strahlungsquelle 30 und eine zweite Steuerungseinrichtung 98 umfassend jeweils zwei ein zweite Schaltelement 100 für jeden Strahlungsdetektor 40 ermöglicht. Die Schaltelemente 94 und 100 können insbesondere wieder in Form von Transistoren 96 und 102 ausgebildet sein. Denkbar sind jedoch auch elektromechanische Schaltelemente.
Auch bei der in 6 schematisch dargestellten Schaltungsanordnung können die Strahlungsquellen 30 und die Strahlungsdetektoren 40 jeweils alle in Serie geschaltet werden. Durch die Zuordnung jeweils eines Schaltelements 94 zu den beiden Anschlusskontakten jeder Strahlungsquelle 30 beziehungsweise durch die Zuordnung jeweils eines Schaltelements 100 zu den beiden Anschlusskontakten jedes Strahlungsdetektors 40 lassen sich die Strahlungsquellen 30 und die Strahlungsdetektoren 40 nicht nur aktivieren oder deaktivieren, sondern praktisch beliebig in Serie, in Seriengruppen oder parallel oder in parallelen Seriengruppen schalten.
Die Schaltungsanordnungen der 2 und 6 ermöglichen bei DC/DC-Wandlern eine Anpassung der Spannungsverhältnisse, beispielsweise durch ein vordefiniertes Verhältnis. Wenn der Spannungsbereich der Eingangsseite zu stark variiert, kann es sinnvoll sein, einige der Strahlungsquellen 30 aus der Reihenschaltung dynamisch zu entfernen. Dies kann wie in 2 schematisch dargestellt und oben beschrieben mit den Transistoren 96 beziehungsweise den ersten Schaltelementen 94 erreicht werden.
Mögliche Anwendungen für die vorgeschlagenen Spannungswandlervorrichtungen liegen insbesondere im Bereich der Hifi-Audio-Technik, der Highend-Messtechnik sowie der Satellitenelektronik. Aber auch bei komplexen Elektronikverbundsystemen, wie sie in modernen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, ist eine erhöhte elektromagnetische Verträglichkeit wünschenswert. Grundsätzlich kann jede elektrotechnische Anwendung von den vorgeschlagenen Spannungswandlervorrichtungen profitieren, wenn mit klassischen DC/DC-Wandlern Schwierigkeiten auftreten.
Aufgrund der Weiterentwicklung von optoelektronischen Komponenten ist davon auszugehen, dass der derzeit auf einige 10 Prozent beschränkte Wirkungsgrad zukünftig deutlich gesteigert werden kann, sodass zu den aktuell üblichen DC/DC-Wandlern vergleichbare Wirkungsgrade erzielt werden können.
Ferner lassen sich auch komplexere beziehungsweise modernere Photozellen und Emitter einsetzen, da keine großen optoelektronischen Flächen für die Umsetzung der Spannungswandlervorrichtungen 10 erforderlich sind.
Bezugszeichenliste

10: Spannungswandlervorrichtung
12: Spannungstransformator
14: Gleichspannungstransformator
16: Wechselspannungstransformator
18: Spannungseingang
20: Spannungsausgang
22: Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung
24: Strahlungserzeugungseinrichtung
26: Strahlungsfeld
28: Strahlungsdetektionseinrichtung
30: Strahlungsquelle
32: Halbleiteremitter
34: Leuchtdiode
36: Halbleiterlaser
38: erstes Array
40: Strahlungsdetektor
42: Fotozelle
44: Fotodiode
46: Fotovoltaikzelle
48: zweites Array
50: Spannungseingangsanschluss
52: Anschlusskontakt
54: Spannungsausgangsanschluss
56: Anschlusskontakt
58: Isolator
60: erster Wellenlängenbereich
62: zweiter Wellenlängenbereich
64: Überlappungsbereich
66: Abstand
68: Träger
70: Platine
72: Länge
74: Breite
76: Länge
78: Breite
80: Strahlungsfeldführungseinrichtung
82: Lichtleiter
84: optisches Element
86: Linse
88: Spiegel
89: nichtlineare Optik
90: Regelungseinrichtung
92: erste Steuerungseinrichtung
94: erstes Schaltelement
96: Transistor
98: zweite Steuerungseinrichtung
100: zweites Schaltelement
102: Transistor
104: Strahlungsabschirmeinrichtung
106: Gehäuse
108: Schutzschicht
110: Verbindung
112: Leuchtdiode
114: Zenerdiode
116: Strombegrenzungseinrichtung
118: Kondensator
120: Brückengleichrichter
122: Endkontakt

Claims

Spannungswandlervorrichtung (10) zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, welche Spannungswandlervorrichtung einen Spannungseingang (20) für die Eingangsspannung, einen Spannungsausgang für die Ausgangsspannung und eine Umwandlungs- und/ oder Übertragungseinrichtung (22) zum Umwandeln der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung und/oder zum Übertragen der Eingangsspannung auf die Ausgangsspannung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung (22) eine mit dem Spannungseingang (18) in Wirkverbindung stehende Strahlungserzeugungseinrichtung (24) umfasst zum Erzeugen eines elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) aus der Eingangsspannung und dass die Umwandlungs- und/oder Übertragungseinrichtung (22) eine mit dem Spannungsausgang (20) in Wirkverbindung stehende Strahlungsdetektionseinrichtung (28) umfasst zum Erzeugen der Ausgangsspannung aus mindestens einem Teil der Energie des elektromagnetischen Strahlungsfelds (26).
Spannungswandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Spannungswandlervorrichtung (10) in Form einer optoelektronischen Spannungswandlervorrichtung (10) ausgebildet ist und/oder b) die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) ausgebildet ist zum Erzeugen des elektromagnetische Strahlungsfelds (26) mit einer Wellenlänge von maximal etwa 1 mm, wobei insbesondere die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) ausgebildet ist zum Erzeugen des elektromagnetische Strahlungsfelds (26) mit einer Wellenlänge von mindestens etwa 10 nm, und/oder c) die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) ausgebildet ist zum Detektieren des elektromagnetische Strahlungsfelds (26) mit einer Wellenlänge von maximal etwa 1 mm wobei insbesondere die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) ausgebildet ist zum Detektieren des elektromagnetische Strahlungsfelds (26) mit einer Wellenlänge von mindestens etwa 10 nm.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) mindestens eine Strahlungsquelle (30) umfasst zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung aus elektrischen Strom.
Spannungswandlervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass a) die mindestens eine Strahlungsquelle (30) ausgebildet ist zum Erzeugen schmalbandiger elektromagnetischer Strahlung und/oder b) die mindestens eine Strahlungsquelle (30) in Form eines Halbleiteremitters (32) ausgebildet ist, insbesondere in Form einer Leuchtdiode (34) oder eines Halbleiterlasers (36), und/oder c) die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) umfasst wobei insbesondere c1) die die Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) in Reihe und/oder parallel geschaltet ist und/oder c2) die Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) in Form mindestens eines ersten Arrays (38) angeordnet ist.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) mindestens einen Strahlungsdetektor (40) umfasst zum Erzeugen und Trennen elektrischer Ladungen durch elektromagnetische Strahlung, insbesondere zum Erzeugen eines elektrischen Stroms und/oder einer elektrischen Spannung.
Spannungswandlervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass a) der mindestens eine Strahlungsdetektor (40) in Form einer Fotozelle (42), eine Fotodiode (44) oder eine Fotovoltaikzelle (46) ausgebildet ist und/oder b) die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren umfasst und/oder c) die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40) in Reihe und/oder parallel geschaltet ist und/oder d) die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40) in Form mindestens eines zweiten Arrays (48) angeordnet ist und/oder e) die Spannungswandlervorrichtung (10) N Strahlungsquellen (30) und M Strahlungsdetektoren (40) umfasst, dass N und M jeweils eine natürliche Zahl sind und dass i) N < M oder ii) N = M oder iii) N > M.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Spannungseingang (18) in Form eines zweipoligen Spannungseingangsanschlusses (50) ausgebildet ist und/oder dass der Spannungsausgang (20) in Form eines zweipoligen Spannungsausgangsanschlusses (54) ausgebildet ist und/oder b) die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) galvanisch voneinander getrennt angeordnet oder ausgebildet sind, wobei insbesondere die Spannungswandlervorrichtung (10) zur galvanischen Trennung einen Isolator (58) umfasst, insbesondere einen optisch transparenten Isolator (58), welcher für die von der Strahlungserzeugungseinrichtung (24) erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig ist.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) ausgebildet ist zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge in einem ersten Wellenlängenbereich (60), dass die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) ausgebildet ist zum Detektieren von elektromagnetischer Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich (62) und dass der erste Wellenlängenbereich (60) und der zweite Wellenlängenbereich (62) mindestens teilwiese überlappen.
Spannungswandlervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass a) der zweite Wellenlängenbereich (62) den ersten Wellenlängenbereich (60) umfasst, insbesondere vollständig, und/oder b) der erste Wellenlängenbereich (60) eine Breite von maximal etwa 10 % einer Zentralwellenlänge aufweist.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) a) relativ zueinander unbeweglich angeordnet oder ausgebildet sind und/oder b) direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, insbesondere über einen Träger (68) oder eine Trägereinrichtung, wobei weiter inbesondere die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und/oder die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) auf dem Träger (68) oder der Trägereinrichtung angeordnet oder ausgebildet sind.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass a) die mindestens eine Strahlungsquelle (30) und der mindestens eine Strahlungsdetektor (40) voneinander derart beabstandet angeordet sind, dass ein Abstand (66) zwischen der mindestens einen Strahlungsquelle (30) und dem mindestens einen Strahlungsdetektor (40) sehr viel größer als eine Wellenlänge der von der mindestens einen Strahlungsquelle (30) erzeugten elektromagnetischen Strahlung ist, insbesondere dass der Abstand (66) mindestens dem 10fachen der Wellenlänge entspricht, und/oder b) die mindestens eine Strahlungsquelle (30) und/oder der mindestens eine Strahlungsdetektor (40) eine räumliche Ausdehnung aufweisen, die in einer Raumrichtung mindestens dem zweifachen, insbesondere mindestens dem 10fachen, einer Wellenlänge der von der mindestens einen Strahlungsquelle (30) erzeugten elektromagnetischen Strahlung entspricht.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) eine Strahlungsfeldführungseinrichtung (80) umfasst zum Führen des mit der Strahlungserzeugungseinrichtung (24) erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) zur Strahlungsdetektionseinrichtung (28).
Spannungswandlervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsfeldführungseinrichtung (80) a) mindestens einen Lichtleiter (82) und/oder mindestens ein optisches Element (84) umfasst, wobei insbesondere das mindestens eine optische Element (84) in Form einer Linse (86), eines Spiegels (88) oder einer nichtlinearen Optik (89) ausgebildet ist, und/oder b) die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) optisch direkt miteinander verbindet, insbesondere ohne einen Luft enthaltenden Führungsabschnitt, und/oder c) ausgebildet ist zum homogenen Abbilden des elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) auf die Strahlungsdetektionseinrichtung (28).
Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) ausgebildet ist zum Erzeugen eines homogenen elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) und/oder b) die Spannungswandlervorrichtung (10) eine Regelungseinrichtung (90) umfasst zum Regeln einer Intensität des erzeugten elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) in Abhängigkeit der Ausgangsspannung, eines Teils der Ausgangsspannung oder eines Teils eines Ausgangsstroms, wobei insbesondere die Regelungseinrichtung (90) b1) ausgebildet ist zum Modulieren der Ausgangsspannung, eines Teils der Ausgangsspannung oder eines Teils des Ausgangsstroms mit einem externen Regelsignal, welches die Modulation definiert, und/oder b2) von der Strahlungsdetektionseinrichtung (28) galvanisch getrennt ist.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) umfasst, dass die Spannungswandlervorrichtung (10) eine erste Steuerungseinrichtung (92) umfasst zum individuellen Ansteuern, insbesondere Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise in Serie oder parallel Schalten, mindestens eines Teils der Mehrzahl von Strahlungsquellen (30), wobei insbesondere die erste Steuerungseinrichtung (92) mindestens ein erstes Schaltelement (94) zum Aktivieren und Deaktivieren mindestens einer Strahlungsquelle (30) der Mehrzahl von Strahlungsquellen (30) umfasst, wobei weiter insbesondere das mindestens eine erste Schaltelement (94) in Form eines Transistors (96), insbesondere in Form eines Feldeffekttransistors, ausgebildet ist.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) eine Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40) die Spannungswandlervorrichtung (10) eine zweite Steuerungseinrichtung (98) umfasst zum individuellen Ansteuern, insbesondere Aktivieren und Deaktivieren oder zum wahlweise in Serie oder parallel Schalten, mindestens eines Teils der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40), wobei insbesondere die zweite Steuerungseinrichtung (98) mindestens ein zweites Schaltelement (100) zum Aktivieren und Deaktivieren eines Strahlungsdetektors (40) der Mehrzahl von Strahlungsdetektoren (40) umfasst, wobei weiter insbesondere das mindestens eine zweite Schaltelement (100) in Form eines Transistors (102), insbesondere in Form eines Feldeffekttransistors, ausgebildet ist.
Spannungswandlervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strahlungsabschirmeinrichtung (104) zum Verhindern des Austritts des elektromagnetischen Strahlungsfelds (26) aus der Spannungswandlervorrichtung (10).
Spannungswandlervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Strahlungsabschirmeinrichtung (104) ein Gehäuse (106) oder eine Einhausung umfasst und dass die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) innerhalb des Gehäuses (106) oder der Einhausung angeordnet sind und/oder b) die Strahlungsfeldführungseinrichtung (80) innerhalb des Gehäuses (106) oder der Einhausung angeordnet ist und/oder c) die Strahlungsabschirmeinrichtung (104) eine für das elektromagnetische Strahlungsfeld (26) undurchlässige Schutzschicht (108) umfasst, welche die Strahlungserzeugungseinrichtung (24) und die Strahlungsdetektionseinrichtung (28) umgibt oder abschirmt, insbesondere auch die Strahlungsfeldführungseinrichtung (80).
Spannungstransformator (12) umfassend eine Spannungswandlervorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei insbesondere der Spannungstransformator (12) in Form eines Gleich- oder Wechselspannungstransformators (14, 16) ausgebildet ist.
Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Eingangsspannung korrespondierendes elektromagnetisches Strahlungsfeld (26) erzeugt wird und dass die Ausgangsspannung aus mindestens einem Teil der Energie des Strahlungsfelds (26) erzeugt wird.