-
Die Erfindung betrifft eine Stromrichtereinrichtung mit einer Stromrichterhalbbrücke und einer Steuereinrichtung.
-
Bei einer Stromrichterhalbbrücke wird techniküblich der obere und untere Leistungshalbleiterschalter mit einer dem jeweiligen Leistungshalbleiterschalter zugeordneten Ansteuereinrichtung angesteuert. Wie z.B. aus der
DE 10 2011 087 087 A1 bekannt, erfolgt die Energieversorgung der beiden Ansteuereinrichtungen techniküblich mit einer der jeweiligen Ansteuereinrichtung zugeordneten Energieversorgungseinrichtung, wobei jede der beiden Energieversorgungseinrichtungen eine potentialgetrennte elektrische Versorgungsspannung zur elektrischen Energieversorgung der jeweiligen Ansteuereinrichtung erzeugt. Die Energieversorgung der beiden Ansteuereinrichtungen ist aufwändig, da zur Potentialtrennung jede der beiden Energieversorgungseinrichtungen einen Transformator aufweist.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Stromrichtereinrichtung mit einer Stromrichterhalbbrücke und mit einer Steuereinrichtung, welche Ansteuereinrichtungen zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern der Stromrichterhalbbrücke aufweist, zu schaffen, wobei die elektrische Energieversorgung der Ansteuereinrichtungen einfach und zuverlässig erfolgt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Stromrichtereinrichtung mit einer Stromrichterhalbbrücke, die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter, denen jeweilig eine Diode antiparallel geschaltet ist, einen ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss und einen Wechselspannungsanschluss aufweist, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss und einen Steueranschluss aufweist, wobei der zweite Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters und mit dem Wechselspannungsanschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei der erste Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters mit dem ersten Gleichspannungsanschluss und der zweite Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss elektrisch leitend verbunden ist, und mit einer Steuereinrichtung aufweisend,
- -einen elektrischen ersten Steuereinrichtungsanschluss, der mit dem zweiten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist,
- -einen elektrischen zweiten Steuereinrichtungsanschluss, der mit dem Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist, einen elektrischen dritten Steuereinrichtungsanschluss, der mit dem zweiten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist,
- -einen elektrischen vierten Steuereinrichtungsanschluss, der mit dem Steueranschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist,
- -einen elektrischen fünften Steuereinrichtungsanschluss, der mit dem ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters elektrisch verbunden ist,
- -eine erste Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss des ersten Leistungshalbleiterschalters eine erste Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals zur Ansteuerung des ersten Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
- -eine zweite Ansteuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss des zweiten Leistungshalbleiterschalters eine zweite Ansteuerspannung in Abhängigkeit eines zweiten Steuersignals zur Ansteuerung des zweiten Leistungshalbleiterschalters zu erzeugen,
- -eine mit dem dritten Steuereinrichtungsanschluss elektrisch verbundene Gleichspannungsquelle, die dazu ausgebildet ist, die zweite Ansteuereinrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen,
einen ersten Kondensator, der dazu ausgebildet ist, die erste Ansteuereinrichtung mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei der elektrische zweite Anschluss des ersten Kondensators mit dem ersten Steuereinrichtungsanschluss elektrisch verbundenen ist
- -eine zwischen der Gleichspannungsquelle und einem elektrischen ersten Anschluss des ersten Kondensator geschaltete Bootstrap-Schaltung, die dazu ausgebildet ist, den ersten Kondensator elektrisch aufzuladen, wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet ist,
- -eine mit dem dritten und fünften Steuereinrichtungsanschluss elektrisch verbundene Ladungspumpenschaltung, deren elektrischer Ausgang mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensator elektrisch verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung eine Unterspannungsüberwachung aufweist, die dazu ausgebildet eine elektrische Versorgungsspannung zur Energieversorgung der ersten Ansteuereinrichtung zu überwachen und wenn die Versorgungsspannung einen Grenzwert unterschreitet zu bewirken, dass die Ladungspumpenschaltung den ersten Kondensator elektrisch auflädt, und/oder
eine Ladungspumpenansteuerschaltung aufweist, die dazu ausgebildet zu bewirken, dass wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter ausgeschaltet ist, die Ladungspumpenschaltung den ersten Kondensator elektrisch auflädt.
-
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Bootstrap-Schaltung eine erste Diode und einen zur ersten Diode elektrische in Reihe geschalteten ersten Widerstand aufweist, wobei die Kathode der ersten Diode dem ersten Anschluss des ersten Kondensators elektrisch zugewandt angeordnet ist, da dann die Bootstrap-Schaltung besonders einfach ausgebildet ist.
-
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ladungspumpenschaltung eine zwischen dem dritten Steuereinrichtungsanschluss und einem zweiten elektrischen Anschluss eines zweiten Kondensators elektrisch geschaltete Spannungsquelle, die dazu ausgebildet ist Spannungspulse zu erzeugen, aufweist, wobei die Ladungspumpenschaltung eine Reihenschaltung aufweist, die eine zweite Diode und einen zur zweiten Diode elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterschalter aufweist, wobei ein elektrischer zweiter Anschluss der Reihenschaltung mit einem elektrischen ersten Anschluss des zweiten Kondensators elektrisch verbunden ist und ein elektrischer erster Anschluss der Reihenschaltung den elektrischen Ausgang der Ladungspumpenschaltung ausbildet, wobei die Kathode der zweiten Diode dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators elektrisch abgewandt angeordnet ist, wobei die Ladungspumpenschaltung eine zwischen dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators und dem fünften Steuereinrichtungsanschluss elektrisch geschaltete dritte Diode aufweist deren Anode dem fünften Steuereinrichtungsanschluss elektrisch zugewandt angeordnet ist, da dann die Ladungspumpenschaltung besonders einfach ausgebildet ist.
-
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ladungspumpenschaltung einen elektrischen zweiten Widerstand aufweist, der zur dritten Diode elektrisch in Reihe geschaltet ist. Der zweite Widerstand begrenzt den Ladestrom zur elektrischen Ladung des zweiten Kondensators über die dritte Diode.
-
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung eine Unterspannungsüberwachung aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine elektrische Versorgungsspannung zur Energieversorgung der ersten Ansteuereinrichtung zu überwachen und wenn die Versorgungsspannung einen Grenzwert unterschreitet zu bewirken, dass die Ladungspumpenschaltung den ersten Kondensator elektrisch auflädt, indem die Unterspannungsüberwachung, wenn die Versorgungsspannung den Grenzwert unterschreitet, den Halbleiterschalter der Ladungspumpenschaltung schließt. Die Unterspannungsüberwachung benötigt keine Signale von der zweiten Ansteuereinrichtung und kann somit unabhängig von der zweiten Ansteuereinrichtung arbeiten.
-
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung eine Ladungspumpenansteuerschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist zu bewirken, dass wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter ausgeschaltet ist, die Ladungspumpenschaltung den ersten Kondensator elektrisch auflädt, indem die Ladungspumpenansteuerschaltung, wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter ausgeschaltet ist, den Halbleiterschalter der Ladungspumpenschaltung schließt, da dann die Aufladung des ersten Kondensators mittels der Ladungspumpenschaltung unmittelbar in Abhängigkeit der Schaltzustände des ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters erfolgt.
-
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ladungspumpenansteuerschaltung dazu ausgebildet ist zu bewirken, dass wenn der erste Leistungshalbleiterschalter ausgeschaltet und der zweite Leistungshalbleiterschalter eingeschaltet ist, die Ladungspumpenansteuerschaltung den Halbleiterschalter der Ladungspumpenschaltung öffnet. Hierdurch wird das Auftreten von hohen Spannungen am ersten Kondensator vermieden.
-
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Ladungspumpenansteuerschaltung dazu ausgebildet ist zu bewirken, dass wenn der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter ausgeschaltet sind, die Ladungspumpenansteuerschaltung den Halbleiterschalter der Ladungspumpenschaltung schließt, da dann ein Aufladen des ersten Kondensators mittels der Ladungspumpenschaltung auch dann erfolgt, wenn der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter, z.B. unmittelbar nach einem Einschalten der Steuereinrichtung, ausgeschaltet sind. Es sei angemerkt, dass alternativ oder zusätzlich, z.B. nach einem Einschalten der Steuereinrichtung, das Aufladen des ersten Kondensators aus einem Schaltzustand heraus bei dem der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter ausgeschaltet sind, durch Einschalten des zweiten Leistungshalbleiterschalters zu Beginn des Betriebs der Stromrichterhalbbrücke erfolgen kann.
-
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Versorgungsspannung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss des ersten Kondensators anliegt, da dann die Versorgungsspannung unmittelbar, d.h. ohne zwischengeschaltete elektrische Bauelemente, der über dem ersten Kondensator anliegenden elektrischen Spannung entspricht.
-
Es sei angemerkt, dass die im Singular beschriebenen Elemente gegebenenfalls mehrfach vorhanden sein können.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung und
- 2 ein zeitlicher Verlauf einer von einer Spannungsquelle der Stromrichtereinrichtung erzeugten elektrischen Spannung.
-
In 1 ist ein elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Stromrichtereinrichtung 3 dargestellt.
-
Die Stromrichtereinrichtung 3 weist eine Stromrichterhalbbrücke 1 auf, die einen ersten und einen zweiten Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 aufweist, denen jeweilig eine Diode D4 bzw. D5 antiparallel geschaltet ist. Weiterhin weist die Stromrichterhalbbrücke 1 einen ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss DC+ und DC- und einen Wechselspannungsanschluss AC auf, wobei der jeweilige Leistungshalbleiterschalter T1 bzw. T2 einen ersten und einen zweiten Laststromanschluss C und E und einen Steueranschluss G aufweisen. Der zweite Laststromanschluss E des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ist mit dem ersten Laststromanschluss C des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 und mit dem Wechselspannungsanschluss AC elektrisch leitend verbunden. Der erste Laststromanschluss C des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 ist mit dem ersten Gleichspannungsanschluss DC+ und der zweite Laststromanschluss E des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 ist mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss DC- elektrisch leitend verbunden.
-
Die Stromrichterhalbbrücke 1 wird beim Ausführungsbeispiel von einer in 1 nicht dargestellten Spannungsquelle gespeist, die eine Zwischenkreisspannung Udc erzeugt, so dass zwischen den beiden Gleichspannnungsanschlüssen DC+ und DC- die Zwischenkreisspannung Udc anliegt.
-
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass im Rahmen des Ausführungsbeispiels der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 in Form von IGBTs vorliegen und der erste Laststromanschluss C des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters in Form des Kollektors des jeweiligen IGBT und der zweite Laststromanschluss E des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters in Form des Emitters des jeweiligen IGBT vorliegen. Der Steueranschluss G der Leistungshalbleiterschalter liegt beim Ausführungsbeispiel in Form des Gates des jeweiligen IGBT vor.
-
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die zu den Leistungshalbleiterschaltern T1 und T2, antiparallel geschalteten Dioden D4 und D5 nicht notweiniger Weise als diskrete Bauelemente vorliegen müssen, sondern wenn die Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 z.B. in Form von MOSFETS vorliegen auch inhärent im Halbleiterkörper des jeweiligen MOSFET realisiert sein können bzw. integraler Bestandteil des jeweiligen MOSFET sein können.
-
Die Stromrichtereinrichtung 3 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 2 auf, die einen elektrischen zweiten Steuereinrichtungsanschluss SA2, der mit dem Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch verbunden ist, einen elektrischen dritten Steuereinrichtungsanschluss SA3, der mit dem zweiten Laststromanschluss E des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 elektrisch verbunden ist, einen elektrischen vierten Steuereinrichtungsanschluss SA4, der mit dem Steueranschluss G des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 elektrisch verbunden ist und einen elektrischen fünften Steuereinrichtungsanschluss SA5, der mit dem ersten Laststromanschluss C des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 elektrisch verbunden ist, auf.
-
Die Steuereinrichtung 2 weist weiterhin eine erste Ansteuereinrichtung T1a auf, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss G des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 eine erste Ansteuerspannung Ua1 in Abhängigkeit eines ersten Steuersignals A1 zur Ansteuerung des ersten Leistungshalbleiterschalters T1 zu erzeugen und eine zweite Ansteuereinrichtung T2a auf, die dazu ausgebildet ist am Steueranschluss G des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 eine zweite Ansteuerspannung Ua2 in Abhängigkeit eines zweiten Steuersignals A2 zur Ansteuerung des zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 zu erzeugen. Das erste und zweite Steuersignal A1 und A2 werden von einer in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten übergeordneten Steuerung derart erzeugt, dass die beiden Leistungshalbleiterschalters T1 und T2 im Betrieb der Stromrichterhalbbrücke 1 alternierend ein- und ausschaltet werden. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels nimmt die jeweilige erste Ansteuerspannung Ua1 einen Spannungswert von 15V zum Einschalten des jeweiligen Leistungshalbleiterschalters T1 bzw. T2 und einen Spannungswert von -8V zum Ausschalten des Leistungshalbleiterschalters T1 bzw. T2 an.
-
Die Steuereinrichtung 2 weist ferner eine mit dem dritten Steuereinrichtungsanschluss SA3 elektrisch verbundene Gleichspannungsquelle 4 auf, die dazu ausgebildet ist, die zweite Ansteuereinrichtung T2a mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Gleichspannungsquelle 4 erzeugt hierzu die Gleichspannung Ud, die die elektrische Versorgungsspannung der zweiten Ansteuereinrichtung T2a ausbildet. Ein zweiter elektrische Anschluss der Gleichspannungsquelle 4 ist mit dem dritten Steuereinrichtungsanschluss SA3 elektrisch verbunden.
-
Weiterhin weist die Steuereinrichtung 2 einen ersten Kondensator C1 auf, der dazu ausgebildet ist, die erste Ansteuereinrichtung T1a mit elektrischer Energie zu versorgen. Der erste Kondensator C1 wird hierzu elektrisch aufgeladen, so dass zwischen seinem ersten und zweiten elektrischen Anschluss eine elektrische Versorgungsspannung Uv1 anliegt, die die erste Ansteuereinrichtung T1a mit elektrischer Energie versorgt. Der zweite Anschluss des ersten Kondensators C1 ist mit dem ersten Steuereinrichtungsanschluss SA1 elektrisch verbundenen.
-
Die Steuereinrichtung 2 weist weiterhin eine zwischen der Gleichspannungsquelle 4, genauer ausgedrückt zwischen dem elektrischen ersten Anschluss der Gleichspannungsquelle 4, und einem elektrischen ersten Anschluss des ersten Kondensator C1 geschaltete Bootstrap-Schaltung 11 auf, die dazu ausgebildet ist, den ersten Kondensator C1 elektrisch aufzuladen, wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 eingeschaltet ist. Die Bootstrap-Schaltung 11 lädt den ersten Kondensator C1 elektrisch auf, wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 eingeschaltet ist, da dann der erste Steuereinrichtungsanschluss SA1 mit dem dritten Steuereinrichtungsanschluss SA3 elektrisch verbunden ist und somit die Gleichspannungsquelle 4, die Bootstrap-Schaltung 11 und der ersten Kondensator C1 einen geschlossenen Stromkreis ausbilden. Die elektrische Energie zum Aufladen des ersten Kondensator C1 wird dabei der Bootstrap-Schaltung 11 von der Gleichspannungsquelle 4 zur Verfügung gestellt. Wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 ausgeschaltet ist, dann kann die Bootstrap-Schaltung 11 den ersten Kondensator C1 nicht aufladen, dann der oben genannte Stromkreis nicht geschlossen ist. Die Bootstrap-Schaltung 11 weist vorzugsweise eine erste Diode D1 und einen zur ersten Diode D1 elektrische in Reihe geschalteten ersten Widerstand R1 auf, wobei die Kathode der ersten Diode D1 dem ersten Anschluss des ersten Kondensators C1 elektrisch zugewandt angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel ist die Kathode der ersten Diode D1 mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators C1 elektrisch verbunden und die Anode der ersten Diode D1 mit dem einem ersten Anschluss des ersten Widerstands R1 elektrisch verbunden, wobei ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands R1 mit dem ersten Anschluss der Gleichspannungsquelle 4 elektrisch verbunden ist.
-
Weiterhin weist die Steuereinrichtung 2 eine mit dem dritten und fünften Steuereinrichtungsanschluss SA3 und SA5 elektrisch verbundene Ladungspumpenschaltung 9 auf, deren elektrischer Ausgang 9a mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensator C1 elektrisch verbunden ist. Die Ladungspumpenschaltung 9 weist vorzugsweise eine zwischen dem dritten Steuereinrichtungsanschluss SA3 und einem zweiten elektrischen Anschluss eines zweiten Kondensators C2 elektrisch geschaltete Spannungsquelle 5 auf, die dazu ausgebildet ist Spannungspulse Up1 zu erzeugen. Es sei dabei angemerkt, dass, wenn auch nicht in 1 dargestellt, die Spannungsquelle 5 ihre Energie zur Erzeugung der Spannungspulse Up1 von der Gleichspannungsquelle 4, erhalten kann, d.h. z.B. die Spannungspulse Up1 aus der Gleichspannung Ud erzeugt werden können.
-
In 2 ist bespielhaft der zeitliche Verlauf einer von der Spannungsquelle 5 der Ladungspumpenschaltung 9 erzeugten elektrischen Spannung Up, welche die Spannungspulse Up1 aufweist, dargestellt. Die Spannungspulse Up1 sind beim Ausführungsbeispiel rechteckförmig, können aber selbstverständlich auch andere Formen aufweisen. Die Amplitude der Spannungspulse Up1 weisen einen Spanungswert ua auf, so dass die Spannung Up alternierend einen Spannungswert von OV oder den Spanungswert ua aufweist. Beim Ausführungsbeispiel beträgt die Frequenz der rechteckförmigen Spannung Up 50kHz. Die Ladungspumpenschaltung 9 weist vorzugweise eine Reihenschaltung 13 auf, die eine zweite Diode D2 und einen zur zweiten Diode D2 elektrisch in Reihe geschalteten Halbleiterschalter S1 aufweist, wobei ein elektrischer erster Anschluss der Reihenschaltung 13 den elektrischen Ausgang 9a der Ladungspumpenschaltung 9 ausbildet, der mit dem ersten Anschluss des ersten Kondensators C1 elektrisch verbunden ist, wobei die Kathode der zweiten Diode D2 dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators C2 elektrisch abgewandt angeordnet ist, wobei die Ladungspumpenschaltung 9 eine zwischen dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators C2 und dem fünften Steuereinrichtungsanschluss SA5 elektrisch geschaltete dritte Diode D3 aufweist deren Anode dem fünften Steuereinrichtungsanschluss SA5 elektrisch zugewandt angeordnet ist. Die Ladungspumpenschaltung 9 weist weiterhin vorzugsweise einen elektrischen zweiten Widerstand R2 auf, der zur dritten Diode D3 elektrisch in Reihe geschaltet ist.
-
Wenn die Spannung Up einen Spannungswert von OV aufweist, wird der zweite Kondensator C2 über die dritte Diode D3 solange aufgeladen bis zwischen dem ersten und zweiten Anschluss des zweiten Kondensators C2 der Spannungswert der Zwischenkreisspannung Udc anliegt. Wenn nachfolgend die Spannung Up den Spannungswert ua aufweist, dann sperrt die dritte Diode D3 und an der Kathode der zweiten Diode D2 und somit bei geschlossenen bzw. eingeschalteten Halbleiterschalter S1 am Ausgang 9a der Ladungspumpenschaltung 9 liegt, bezogen auf den dritten Steuereinrichtungsanschluss SA3, die Gesamtspannung Udc+ua an, so dass bei geschlossenem Halbleiterschalter S1 der erste Kondensator C1 von der Ladungspumpenschaltung 9 auf den Spannungswert ua aufgeladen wird, so dass beim Ausführungsbeispiel die elektrische Versorgungsspannung Uv1 den Spannungswert ua aufweist. Es sei angemerkt, dass dabei die an den Bauelementen auftretende Spannungsabfälle vernachlässigt werden. Der betreffende Stromkreis ist über die zum ersten Leistungshalbleiterschalter T1 antiparallel geschaltete Diode D4 geschlossen.
-
Bei der Erfindung erfolgt die Energieversorgung der ersten Ansteuereinrichtung T1a, wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 eingeschaltet ist, durch den aufgeladenen ersten Kondensator C1, der permanent von der Bootstrap-Schaltung 11 aufgeladen bzw. nachgeladen wird. Wenn nachfolgend der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 ausgeschaltet wird und der erste Leistungshalbleiterschalter T1 eingeschaltet wird, erfolgt die Energieversorgung der ersten Ansteuereinrichtung T1a durch den aufgeladenen ersten Kondensator C1, wobei jedoch dieser nun nicht mehr von der Bootstrap-Schaltung 11 nachgeladen werden kann, da infolge des ausgeschalteten zweiten Leistungshalbleiterschalters T2 der für den Betrieb der Ladungspumpenschaltung 9 notwendige Stromkreis offen ist. Infolge hiervon sinkt die Versorgungsspannung Uv1, da der erste Kondensator C1 entladen wird. Um zu verhindern, dass die Versorgungsspannung Uv1 zu weit absinkt, so dass die Energieversorgung der ersten Ansteuereinrichtung T1a nicht mehr gewährleistet ist, weist die Steuereinrichtung 2 die Ladungspumpenschaltung 9 auf, die den ersten Kondensator C1 auflädt, wenn aufgrund der Schaltzustände des ersten und zweiten Leistungshalbleiterschalters T1 und T2, der erste Kondensator C1 nicht von der Bootstrap-Schaltung 11 nachgeladen werden kann.
-
Die Steuereinrichtung 2 weist weiterhin hierzu eine Unterspannungsüberwachung 8 auf, die dazu ausgebildet die elektrische Versorgungsspannung Uv1 zur Energieversorgung der ersten Ansteuereinrichtung T1 a zu überwachen und wenn die Versorgungsspannung Uv1 einen Grenzwert unterschreitet zu bewirken, dass die Ladungspumpenschaltung 9 den ersten Kondensator C1 elektrisch auflädt. Beim Ausführungsbeispiel bewirkt die Unterspannungsüberwachung 8, dass von der Ladungspumpenschaltung 9 der erste Kondensator C1 elektrisch aufgeladen wird, indem diese, wenn die Versorgungsspannung Uv1 den Grenzwert unterschreitet, den Halbleiterschalter S1 der Ladungspumpenschaltung 9 schließt, d.h. einschaltet. Wenn die Versorgungsspannung Uv1 den Grenzwert wieder überschreitet oder einen weiteren Grenzwert, der geringfügig höher ist als der Grenzwert, wieder überschreitet, wird der Halbleiterschalter S1 von der Unterspannungsüberwachung 8 wieder geöffnet, d.h. ausgeschaltet.
-
Alternativ oder zusätzlich zur Unterspannungsüberwachung 8 kann, wie in 1 gestrichelt dargestellt, die Steuereinrichtung 2 eine Ladungspumpenansteuerschaltung 12 aufweisen, die dazu ausgebildet zu bewirken, dass wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 ausgeschaltet ist, die Ladungspumpenschaltung 9 den ersten Kondensator C1 elektrisch auflädt. Die Ladungspumpenansteuerschaltung 12 bewirkt, dass von der Ladungspumpenschaltung 9 der erste Kondensator C1 elektrisch aufgeladen wird, vorzugsweise indem diese, wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 ausgeschaltet ist, den Halbleiterschalter S1 der Ladungspumpenschaltung 9 schließt. Wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 eingeschaltet ist, wird vorzugsweise von der Ladungspumpenansteuerschaltung 12 der Halbleiterschalter S1 der Ladungspumpenschaltung 9 geöffnet. Wenn der erste und zweite Leistungshalbleiterschalter T1 und T2 ausgeschaltet sind, wird vorzugsweise von der Ladungspumpenansteuerschaltung 12 der Halbleiterschalter S1 der Ladungspumpenschaltung 9 geschlossen. Zur Realisierung der oben genannten Funktionalitäten weist die Ladungspumpenansteuerschaltung 12 eine erstes und ein zweites logisches NOT-Gatter 6 und 10 auf, die an ihrem Ausgang jeweilig ein logisch invertiertes Signal ihres Eingangssignals ausgeben und ein logisches UND-Gatter 7 auf, das an seinem Ausgang ein logisch UND verknüpftes Signal ihrer beiden Eingangssignale ausgibt. Die erste Ansteuereinrichtung T1a erzeugt ein logisches erstes Zustandssignal G1, das den logischen Zustand „1“ annimmt, wenn der erste Leistungshalbleiterschalters T1 eingeschaltet ist und den logischen Zustand „0“ annimmt, wenn der erste Leistungshalbleiterschalter T1 ausgeschaltet ist. Die zweite Ansteuereinrichtung T2a erzeugt ein logisches zweites Zustandssignal G2, das den logischen Zustand „1“ annimmt, wenn der zweite Leistungshalbleiterschalters T2 eingeschaltet ist und den logischen Zustand „0“ annimmt, wenn der zweite Leistungshalbleiterschalter T2 ausgeschaltet ist. Das erste Zustandssignal G1 wird vom ersten NOT-Gatter 6 logisch invertiert und das Ausgangssignal des ersten NOT-Gatters 6 wird dem UND-Gatter 7 als Eingangssignal zugeführt. Weiterhin wird das zweite Zustandssignal G2 dem UND-Gatter 7 als Eingangssignal zugeführt. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 7 wird dem zweiten NOT-Gatter 10 als Eingangssignal zugeführt. Das Ausgangssignal des zweiten NOT-Gatters 10 wird als Ansteuersignal dem Halbleiterschalter S1 zugeführt. Wenn das Ausgangssignal des zweiten NOT-Gatters 10 den logischen Zustand „1“ annimmt, und somit HIGH-Potential annimmt, wird der Halbleiterschalter S1 geschlossen, d.h. eingeschaltet. Wenn das Ausgangssignal des zweiten NOT-Gatters 10 den logischen Zustand „0“ annimmt, und somit LOW-Potential annimmt, wird der Halbleiterschalter S1 geöffnet, d.h. ausgeschaltet. Es sei angemerkt, dass die oben genannten logischen Gatter 6, 7 und 10 gegebenenfalls Mittel zur elektrischen Potentialtrennung und Potentialanpassung aufweisen können.
-
Beim Ausführungsbeispiel weisen der erste Kondensator C1 eine Kapazität von 10µP, der zweite Kondensator C2 eine Kapazität von 10nF, und der erste und zweite Widerstand R1 und R2 jeweilig einen Widerstandswert von 10Ω auf.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011087087 A1 [0002]
