DE102018212197A1

DE102018212197A1 - Elektronische Schaltung und Betriebsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102018212197A1
Application number: DE102018212197.4A
Authority: DE
Inventors: Paul Mehringer; Dirk Schuster
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-01-23
Also published as: WO2020020567A1; EP3827519A1

Abstract

Elektronische Schaltung mit einem steuerbaren Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Halbleiterschalters, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter in einem ersten Zeitbereich einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle einer an eine Laststrecke des Halbleiterschalters anlegbaren periodischen elektrischen Spannung zu aktivieren und den Halbleiterschalter in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke anliegende Spannung einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine erste Größe zu ermitteln, die einen während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Strom charakterisiert, und/oder eine zweite Größe zu ermitteln, die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den vorgebbaren ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe und/oder der zweiten Größe zu ermitteln.

Description

Stand der Technik
Die Offenbarung betrifft eine elektronische Schaltung mit einem steuerbaren Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des steuerbaren Schalters.
Die Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen elektronischen Schaltung.
Eine Schaltung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2008 042 352 A1 bekannt. Bei der bekannten Schaltung wird eine Einschaltzeit und/oder Ausschaltzeit für den steuerbaren Schalter anhand eines Kennfeldes oder einer mathematischen Funktion berechnet. Dies erfordert einen vergleichsweise großen Aufwand zur Ansteuerung des Schalters und einen entsprechenden elektrischen Energieverbrauch.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die ein größerer Gebrauchsnutzen gegeben ist und die vorstehend genannten Nachteile des Stands der Technik vermindert oder vermieden werden.
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine elektronische Schaltung mit einem steuerbaren Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Halbleiterschalters, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter in einem ersten Zeitbereich einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle einer an eine Laststrecke des Halbleiterschalters anlegbaren periodischen elektrischen Spannung zu aktivieren und den Halbleiterschalter in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke anliegende Spannung einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine erste Größe zu ermitteln, die einen während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Strom charakterisiert, und/oder eine zweite Größe zu ermitteln, die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den vorgebbaren ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe und/oder der zweiten Größe zu ermitteln. Dadurch ist insbesondere bei Schwankungen des durch die Laststrecke fließenden Stroms und/oder der Frequenz der periodischen elektrischen Spannung eine sichere Deaktivierung des Halbleiterschalters insbesondere möglichst kurz vor einem auf die betrachtete Halbwelle folgenden Nulldurchgang der periodischen elektrischen Spannung gewährleistet, was die Effizienz z.B. bei einer Anwendung der elektronischen Schaltung als aktiver Gleichrichter steigert. Besonders bevorzugt kann das Ermitteln des vorgebbaren ersten Schwellwerts in Abhängigkeit der ersten Größe und/oder der zweiten Größe auch ein Modifizieren bzw. Adaptieren eines bereits ermittelten bzw. bestehenden ersten Schwellwerts umfassen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen einen negative Halbwelle betrachtet wird, bedeutet das Überschreiten des ersten vorgebbaren Schwellwerts durch die an der Laststrecke anliegende Spannung, dass der Momentanwert der an der Laststrecke anliegenden Spannung größer wird als der vorgebbare Schwellwert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen einen positive Halbwelle betrachtet wird, bedeutet das Überschreiten des ersten vorgebbaren Schwellwerts durch die an der Laststrecke anliegende Spannung, dass der Momentanwert der an der Laststrecke anliegenden Spannung kleiner wird als der vorgebbare Schwellwert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe, nicht jedoch in Abhängigkeit der zweiten Größe, ermittelt wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit der zweiten Größe, nicht jedoch in Abhängigkeit der ersten Größe, ermittelt wird. Bei weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit sowohl der ersten Größe als auch der zweiten Größe ermittelt wird.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe einen maximalen Betrag des während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Stroms charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die erste Größe in Abhängigkeit der an der Laststrecke anliegenden Spannung zu ermitteln, wobei insbesondere die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die erste Größe in Abhängigkeit der an der Laststrecke anliegenden Spannung und wenigstens einer Kenngröße des Halbleiterschalters, insbesondere in Abhängigkeit eines Einschaltwiderstands des Halbleiterschalters, zu ermitteln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in dem ersten Zeitbereich den Halbleiterschalter in Abhängigkeit der an der Laststrecke anliegenden Spannung zu aktivieren, und insbesondere eine von der an der Laststrecke anliegenden Spannung abhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters erst in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich freizugeben. Dadurch ist eine zuverlässige Aktivierung des Halbleiterschalters in dem ersten Zeitbereich gegeben (beispielsweise bei dem Unterschreiten eines vorgebbaren Spannungswerts an der Laststrecke in dem ersten Zeitbereich, im Falle einer betrachteten negativen Halbwelle der Spannung), und gleichzeitig wird durch die Freigabe einer spannungsabhängigen Deaktivierung erst zu dem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich vermieden, dass bereits in dem ersten Zeitbereich eine unerwünschte (insbesondere zu frühe, bezogen auf die betrachtete Halbwelle) Deaktivierung des Halbleiterschalters erfolgt, wie sie beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Spannung an der Laststrecke (z.B. bedingt durch das Aktivieren des Halbleiterschalters) auftreteten kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine dritte Größe zu ermitteln, die eine Dauer der vorgebbaren Halbwelle charakterisiert, und in Abhängigkeit der dritten Größe einen ersten Zeitpunkt zu ermitteln, der einen Übergang von dem ersten Zeitbereich zu dem zweiten Zeitbereich charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine dritte Größe zu ermitteln, die eine Dauer der vorgebbaren Halbwelle charakterisiert, und in Abhängigkeit der dritten Größe die zweite Größe zu ermitteln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung sowohl den ersten Zeitpunkt als auch die zweite Größe in Abhängigkeit der dritten Größe ermittelt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Halbleiterschalter und die Steuereinrichtung auf demselben Halbleitersubstrat angeordnet sind, wodurch sich eine besonders klein bauende Konfiguration ergibt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine aktive Gleichrichterschaltung mit wenigstens einer Schaltung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Schaltung mit einem steuerbaren Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Halbleiterschalters, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter in einem ersten Zeitbereich einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle einer an eine Laststrecke des Halbleiterschalters anlegbaren periodischen elektrischen Spannung zu aktivieren und den Halbleiterschalter in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke anliegende Spannung einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung eine erste Größe ermittelt, die einen während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Strom charakterisiert, und/oder eine zweite Größe ermittelt, die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung den vorgebbaren ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe und/oder der zweiten Größe ermittelt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die erste Größe und die zweite Größe ermittelt und den ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe und der zweiten Größe ermittelt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen zum Betreiben einer aktiven Gleichrichterschaltung, wobei die aktive Gleichrichterschaltung insbesondere wenigstens eine Schaltung gemäß den Ausführungsformen aufweist.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:

1 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer elektronischen Schaltung gemäß einer Ausführungsform,
2A schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
2B schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
2C schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform,
3 schematisch ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
4A schematisch einen zeitlichen Verlauf von Betriebsgrößen gemäß einer Ausführungsform,
4B eine Detailansicht des zeitlichen Verlaufs aus 4A,
5 schematisch ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
6 ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
7 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform,
8 schematisch einen zeitlichen Verlauf von Betriebsgrößen einer weiteren Ausführungsform,
9 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsform,
10A, 10B jeweils schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß weiterer Ausführungsform,
11A, 11B jeweils schematisch Betriebsgrößen weiterer Ausführungsformen,
12 schematisch Betriebsgrößen weiterer Ausführungsformen, und
13 schematisch Betriebsgrößen weiterer Ausführungsformen.

1 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer elektronischen Schaltung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Schaltung 100 weist einen steuerbaren Schalter 110 auf, der vorliegend als Halbleiterschalter, beispielhaft als MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) vom n-Typ ausgebildet ist. Bei anderen Ausführungsformen kann der steuerbare Schalter 110 auch als andersartiger MOSFET (z.B. p-Typ) oder auch als Bipolartransistor oder IGBT oder dergleichen ausgebildet sein. Der Halbleiterschalter 110 weist einen Source-Anschluss („Sourceelektrode“) S auf, der mit einem ersten elektrischen Bezugspotenzial BP1, beispielsweise dem Massepotenzial, verbunden ist. Weiter weist der Halbleiterschalter 110 einen Drain-Anschluss („Drainelektrode“) D auf, der mit einem zweiten elektrischen Bezugspotenzial BP2 verbunden ist. Das zweite Bezugspotenzial BP2 kann beispielsweise einer periodischen Spannung, insbesondere einer Phasenspannung K1 (s.u. 4A) eines Generators 400 (s.u. 9), entsprechen. Der Halbleiterschalter 110 weist ferner einen Gate-Anschluss („Gateelektrode“) G auf, auf den eine dem Halbleiterschalter 110 zugeordnete Steuereinrichtung 120 wirken kann, um den Betrieb des Halbleiterschalters 110 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 120 den Gate-Anschluss G mit einem vorgebbaren Potenzial beaufschlagen, um die vorliegend als Drain-Source-Strecke ausgebildete Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 in einen elektrisch leitenden Zustand („niederohmig“) bzw. einen sperrenden Zustand („hochohmig“) oder gegebenenfalls in einen zwischen dem leitenden Zustand und dem sperrenden Zustand befindlichen Zwischenzustand zu versetzen. In dem leitenden Zustand weist der Halbleiterschalter 110 bzw. seine Laststrecke 112 einen vergleichsweise geringen elektrischen Widerstand („Einschaltwiderstand“, „Ros,on“) von beispielsweise 0,1 Ohm oder weniger auf, sodass ein Laststrom I_L über die Laststrecke 112 fließen kann, und in dem sperrenden Zustand weist die Laststrecke 112 einen vergleichsweise großen elektrischen Widerstand auf.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet, den Halbleiterschalter 110 in einem ersten Zeitbereich einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle einer an eine Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 anlegbaren periodischen elektrischen Spannung U_L zu aktivieren und den Halbleiterschalter 110 in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich (in derselben Halbwelle der Spannung) dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke 112 anliegende Spannung U_L einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, eine erste Größe G1 zu ermitteln, die einen während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke 112 fließenden Strom I_L charakterisiert, und/oder eine zweite Größe G2 zu ermitteln, die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung U_L charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, den vorgebbaren ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe G1 und/oder der zweiten Größe G2 zu ermitteln. Dadurch ist insbesondere bei Schwankungen des durch die Laststrecke 112 fließenden Stroms I_L und/oder der Frequenz der periodischen elektrischen Spannung U_L eine sichere Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 insbesondere möglichst kurz vor einem auf die betrachtete Halbwelle folgenden Nulldurchgang der periodischen elektrischen Spannung gewährleistet, was die Effizienz z.B. bei einer Anwendung der elektronischen Schaltung 100 als aktiver Gleichrichter steigert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass der vorgebbare erste Schwellwert, der für das Deaktivieren des Halbleiterschalters 110 insbesondere zum Ende einer betrachteten (vorliegend negativen) Halbwelle der Spannung an der Laststrecke 112 nutzbar ist, in Abhängigkeit der ersten Größe G1, nicht jedoch in Abhängigkeit der zweiten Größe G2, ermittelt wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit der zweiten Größe G2, nicht jedoch in Abhängigkeit der ersten Größe G1, ermittelt wird. Bei weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit sowohl der ersten Größe G1 als auch der zweiten Größe G2 ermittelt wird.
2A zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In einem ersten Schritt 200 ermittelt die Steuereinrichtung 120 (1) die erste Größe G1 und die zweite Größe G2. In einem zweiten Schritt 210 (2A) ermittelte die Steuereinrichtung 120 den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level (s.u., 4B) in Abhängigkeit der ersten Größe G1 und der zweiten Größe G2.
4A zeigt hierzu beispielhaft in Form einer ersten Kurve K1 einen zeitlichen Verlauf einer periodischen Phasenspannung eines Generators, z.B. Kraftfahrzeuggenerators, die im Sinne des vorstehend bereits unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen zweiten Bezugspotenzials BP2 an den Drain-Anschluss D des Halbleiterschalters 110 anlegbar ist, und die damit die Spannung U_L an der Laststrecke 112 repräsentiert. Aus 4A ist ersichtlich, dass positive Halbwellen HW0 der Phasenspannung beispielhaft Spannungswerte zwischen 0 Volt (V) und etwa 10 V annehmen. Negative Halbwellen HW können sich nicht mit einem vergleichbaren Betrag der Amplitude ausbilden, weil der Halbleiterschalter 110 in den entsprechenden Zeiträumen HW durch die Steuereinrichtung 120 eingeschaltet (also niederohmig) wird, wodurch er vorteilhaft als aktive Gleichrichterdiode bezüglich der Phasenspannung des Generators nutzbar ist. Dementsprechend weist die erste Kurve K1 in den jeweils einer negativen Halbwelle HW entsprechenden Zeiträumen Spannungswerte im Bereich von 0 V und etwa - 400 mV (Millivolt) auf, vergleiche auch die zweite Kurve K2, welcher dieselbe Skalierung auf der Zeitachse t zugeordnet ist wie der ersten Kurve K1, jedoch eine andere Skalierung der der Phasenspannung entsprechenden vertikalen Achse in 4A.
4B zeigt schematisch in Form der Kurve K3 eine Detailansicht des zeitlichen Verlaufs aus 4A, wobei der in 4B abgebildete Zeitbereich ZB im wesentlichen einer negativen Halbwelle HW der Phasenspannung des Generators entspricht. Zu dem Zeitpunkt t1 unterschreitet die Phasenspannung den Wert von 0 V. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen aktiviert die Steuereinrichtung 120 den Halbleiterschalter 110, wenn die Phasenspannung K3 einen Aktivierungsschwellwert U_SW_ON von beispielsweise etwa - 200 mV unterschreitet. Dies ist vorliegend zu dem Zeitpunkt t1' der Fall. Zu diesem Zeitpunkt beginnt demnach die Aktivierung des Halbleiterschalters 110. Die Aktivierung des Halbleiterschalters 110 (i.w. umfassend ein Umladen der Gateelektrode G auf das für die Aktivierung erforderliche elektrische Potential) ist zu dem weiteren Zeitpunkt t1" abgeschlossen. Infolge der Aktivierung des Halbleiterschalters 110 bricht die Differenzspannung K3 ein, vergleiche den Verlauf der Kurve K3 zwischen den Zeitpunkten t1', t1". Der weitere zeitliche Verlauf der Kurve K3 ab dem Zeitpunkt t1" ergibt sich durch den Verlauf eines der Differenzspannung entsprechenden Stroms I_L (1) bzw. Phasenstroms durch die Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 bezogen auf seinen Einschaltwiderstand (R_DS,n ).
Sobald die Differenzspannung K3 zu dem Zeitpunkt t2' den auch als Deaktivierungsschwellwert bezeichenbaren, in Abhängigkeit der Größen G1 und/oder G2 ermittelten (vgl. Schritt 210 aus 2A), vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level erreicht, wird dem Prinzip gemäß den Ausführungsformen entsprechend der Halbleiterschalter 110 wieder ganz, oder optional auch teilweise, deaktiviert.
Vorliegend erfolgt zu dem Zeitpunkt t2' zunächst eine Teildeaktivierung des Halbleiterschalters 110 durch entsprechende Ansteuerung seiner Gateelektrode G mittels der Steuereinrichtung 120. Durch die Teildeaktivierung erhöht sich der Widerstand der Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110, und die Phasenspannung K3 sinkt zu dem Zeitpunkt t2' entsprechend erneut ab, um sodann gemäß ihres periodischen Verhaltens weiter anzusteigen, bis zu dem Zeitpunkt t3' erneut der vorgebbare erste Schwellwert U_Level erreicht wird, zu dem nunmehr der Halbleiterschalter 110 vollständig deaktiviert wird, seine Laststrecke 112 mithin hochohmig geschaltet wird. Zu dem Zeitpunkt t3 erfolgt ein Nulldurchgang der Phasenspannung K3 zu positiven Spannungswerten hin, es beginnt also die nächste positive Halbwelle HW0. Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Prozess des zunächst teilweisen Deaktivierens des Halbleiterschalters 110 kann auch bereits zu dem Zeitpunkt t2' direkt eine vollständige Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 erfolgen.
Nach dem Zeitpunkt t3 folgt eine positive Halbwelle HW0 (4A), und danach kann der vorstehend beschrieben Ablauf ab dem Zeitpunkt t4 bis zu dem Zeitpunkt t6 analog zu dem Zeitbereich t1 bis t3 (4B) wiederholt werden, wobei die Zeitpunkte t2, t5 einen Übergang von einem jeweiligen ersten Zeitbereich T1 der betrachteten negativen Halbwelle HW zu einem jeweiligen zweiten Zeitbereich T2 der betrachteten negativen Halbwelle HW charakterisieren.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 120 ( 1) dazu ausgebildet, in dem ersten Zeitbereich T1 (4B) der betrachteten (vorliegend negativen) Halbwelle HW der an die Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 (1) anlegbaren periodischen elektrischen Spannung K3 (4B) den Halbleiterschalter 110 in Abhängigkeit der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung K3, U_L zu aktivieren (beispielsweise wie vorstehend bereits beschrieben bei Unterschreiten des Aktivierungsschwellwerts U_SW_ON). Bei weiteren Ausführungsformen können auch andere Methoden der Aktivierung des Halbleiterschalters 110 zu Beginn der betrachteten negativen Halbwelle HW vorgesehen sein.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 120 ( 1) dazu ausgebildet, eine von der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung K3, U_L abhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 (z.B. bei Überschreiten des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level) erst in einem auf den ersten Zeitbereich T1 folgenden zweiten Zeitbereich T2 freizugeben. Dadurch ist eine zuverlässige Aktivierung des Halbleiterschalters 110 gegeben (vorliegend zu dem Zeitpunkt t1'), und gleichzeitig wird durch die Freigabe der spannungsabhängigen Deaktivierung erst zu dem auf den ersten Zeitbereich T1 folgenden zweiten Zeitbereich T2 vermieden, dass bereits in dem ersten Zeitbereich T1 eine unerwünschte (insbesondere zu frühe, bezogen auf die betrachtete Halbwelle HW) Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 erfolgt, wie sie beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Spannung U_L (z.B. bedingt durch das Aktivieren des Halbleiterschalters 110 und/oder Variationen des Stroms I_L und/oder der Frequenz der periodischen Spannung U_L ) an der Laststrecke 112 auftreteten kann. Wie aus 4B ersichtlich ist, überschreitet nämlich die Phasenspannung K3 den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level bereits zwischen dem Zeitpunkt t1' und dem Zeitpunkt t1", was zu einer unerwünschten frühzeitigen Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 führen würde. Daher wird bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die spannungabhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters 110, vergleiche den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level, vorteilhaft erst in dem zweiten Zeitbereich T2 freigegeben, also erlaubt.
Damit ist bei weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen eine spannungsgesteuerte Aktivierung des Halbleiterschalters 110 zu dem Zeitpunkt t1' ermöglicht, der gleichzeitig den Anfang des ersten Zeitbereichs T1 charakterisiert (alternativ charakterisiert bereits der Nulldurchgang der Phasenspannung K3 zu negativen Spannungswerten hin zu dem Zeitpunkt t1 den Anfang des ersten Zeitbereichs T1). Sodann erfolgt ein zeitgesteuerter Betrieb für den Rest des ersten Zeitbereichs T1, bis hin zu dem Zeitpunkt t2, der einen Übergang zu den zweiten Zeitbereich T2 charakterisiert. In dem ersten Zeitbereich T1 ist nämlich, bis auf die Ausnahme des Aktivierens zu dem Zeitpunkt t1' (4B), keine (weitere) spannungsabhängige Steuerung des Halbleiterschalters 110 zugelassen bzw. freigegeben. Eine Freigabe für eine spannungabhängige Steuerung, insbesondere Deaktivierung, des Halbleiterschalters 110 erfolgt vielmehr erst mit dem Erreichen des zweiten Zeitbereichs T2, also mit bzw. nach dem Zeitpunkt t2, sodass die vorstehend bereits beschriebene spannungsabhängige vollständige oder zunächst teilweise Deaktivierung ab dem Zeitpunkt t2' erfolgen kann.
2B zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform. In Schritt 250 aktiviert die Steuereinrichtung 120 (1) den Halbleiterschalter 110 in dem ersten Zeitbereich T1 (4B), vorzugsweise spannungsgesteuert (z.B. bei Unterschreiten des Werts U_SW_ON) und führt sodann insbesondere eine Zeitsteuerung aus bis zu dem Ende t2 des ersten Zeitbereichs T1. Danach, in Schritt 260, wird eine spannungsabhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 erst in dem auf den ersten Zeitbereich T1 folgenden zweiten Zeitbereich T2, also ab dem Zeitpunkt t2, freigegeben. Erst ab dem Zeitpunkt t2 ist es demnach bei Überschreiten des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level durch die Spannung U_L , K3 möglich, den Halbleiterschalter 110 daraufhin zu deaktivieren (oder zunächst teilweise zu deaktivieren).
Untersuchungen der Anmelderin zufolge können Änderungen des Stroms I_L durch die Laststrecke 112 die vorstehend beschriebene Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 beeinflussen.
11A zeigt hierzu - vergleichbar zu Kurve K3 aus 4B - einen zeitlichen Verlauf K3' der Spannung an der Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 bei einem Anwendungsfall mit einem vergleichsweise großen Laststrom I_L ' von betragsmäßig maximal etwa 100A, und 11B zeigt einen vergleichbaren zeitlichen Verlauf K3" der Spannung an der Laststrecke 112 bei einem Anwendungsfall mit einem vergleichsweise kleinen Laststrom I_L " von betragsmäßig maximal etwa 10A (jeweils in der Mitte der betrachteten negativen Halbwelle zu dem Zeitpunkt t20, der i.w. dem Zeitpunkt t2 aus 4B entspricht). Die Zeitbereiche T1', T1" entsprechen dabei wieder einem jeweiligen ersten Zeitbereich der betrachteten Halbwelle (s. Zeitbereich T1 aus 4B, mit bevorzugt i.w. zeitgesteuertem Betrieb des Halbleiterschalters 110 (z.B. keine Freigabe einer spannungsgesteuerten Deaktivierung vor dem Zeitpunkt t2 bzw. t20)), und die Zeitbereiche T2', T2" entsprechend dabei wieder einem jeweiligen zweiten Zeitbereich der betrachteten Halbwelle (s. Zeitbereich T2 aus 4B, mit bevorzugt i.w. spannungsgesteuertem Betrieb des Halbleiterschalters 110 (Freigabe der spannungsgesteuerten Deaktivierung ist ab dem Zeitpunkt t2 bzw. t20 erlaubt)).
Es ist zu erkennen, dass der tatsächliche Zeitpunkt t7' (11A), t7" (11B) der aktiven, spannungsgeseteuerten Deaktivierung bzw. Abschaltung bei Überschreiten des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level (vorliegend beispielhaft zu etwa - 40 mV gewählt) sich mit der Variation des Stroms I_L stark verändert, vgl. auch die Dauer der zweiten Zeitbereiche T2' > T2". Somit kann eine aus Effizienzgesichtspunkten bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen gewünschte Abschaltdauer T_OFF, die erst kurz vor dem Ende, vgl. Zeitpunkt t8, der betrachteten negativen Halbwelle HW liegt, nicht eingehalten werden. Während bei hohem Strom (11A) der tatsächliche Zeitpunkt t7' der Abschaltung sehr spät erfolgt (weil die an der Laststrecke 112 abfallende Spannung U_L aufgrund des hohen Stroms vergleichsweise groß ist, gemäß I_L ' * R_{DS, on} wobei R_{DS, on} den Einschaltwiderstand des Halbleiterschalters 110 in dem aktivierten Zustand beschreibt), erfolgt der tatsächliche Zeitpunkt t7" der Abschaltung bei niedrigem Strom (11B) sehr früh, weil die an der Laststrecke 112 abfallende Spannung U_L in diesem Fall aufgrund des niedrigen Stroms vergleichsweise gering ist.
Wünschenswert wäre, eine möglichst konstante Abschaltdauer oder Passivzeit T_OFF einzuhalten, insbesondere kurz vor dem Ende der Halbwelle HW', vgl. Zeitpunkt t8, um einen Vorhalt für Schaltzeiten und Zeitschwankungen zu haben. Ein großer passiver Anteil (lange Zeitdauer, vgl. Zeitbereich t7" bis t8 aus 11B) erhöht deutlich die Verlustleistung der Gleichrichtung. Ein sehr kurzer passiver Anteil, vgl. 11A, erhöht das Risiko einer Ansteuerung über den Nullpunkt hinweg (Halbleiterschalter 110 ist bei Beginn der auf die negative Halbwelle HW folgenden positiven Halbwelle nicht vollständig gesperrt).
Dementsprechend ist bei besonders bevorzugten Ausführungsformen, wie vorstehend bereits unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm nach 2A beschrieben, vorgeschlagen, den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level für die spannungsgesteuerte Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 in Abhängigkeit der ersten Größe G1 (1) zu ermitteln. Dadurch ist insbesondere auch bei Schwankungen des durch die Laststrecke 112 fließenden Stroms I_L (1), vgl. die Ausführungen zu 11A, 11B, eine sichere Deaktivierung des Halbleiterschalters insbesondere möglichst kurz vor einem auf die betrachtete Halbwelle HW folgenden Nulldurchgang der periodischen elektrischen Spannung gewährleistet, was die Effizienz z.B. bei einer Anwendung der elektronischen Schaltung als aktiver Gleichrichter steigert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe G1 einen maximalen Betrag des während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Stroms charakterisiert, vgl. z.B. den Wert des Betrags des Stroms I_L ' aus 11A zu dem Zeitpunkt t20 von etwa 100A (Ampere) (oder 10A im Falle von 11B).
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 120 (1) dazu ausgebildet ist, die erste Größe G1 in Abhängigkeit der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung U_L zu ermitteln, wobei insbesondere die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, die erste Größe G1 in Abhängigkeit der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung U_L und wenigstens einer Kenngröße des Halbleiterschalters 110, insbesondere in Abhängigkeit des Einschaltwiderstands R_{DS, on} des Halbleiterschalters 110, zu ermitteln. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Ermittlung der ersten Größe, weil der Einschaltwiderstands R_{DS, on} des Halbleiterschalters 110 i.d.R. aus einem Datenblatt vorab ermittelbar ist oder einmalig mittels Messungen ermittelt werden kann. Dementsprechend kann die erste Größe G1 bei besonders bevorzugten Ausführungsformen in Abhängigkeit der folgenden Gleichung ermittelt werden: U_DS = I_DS * R_DS,on, wobei die Drain-Source-Spannung U_DS des Halbleiterschalters 110 der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung U_L entspricht, wobei der Drain-Source-Strom I_DS dem durch die Laststrecke 112 fließenden Strom I_L entspricht, und wobei R_DS,on dem genannten Einschaltwiderstand R_{DS, on} des Halbleiterschalters entspricht.
Damit kann die Steuereinrichtung 120 über U_DS bzw. U_L ein Maß des anliegenden DS-Stroms erfassen, und so z.B. die erste Größe G1 in Abhängigkeit des maximalen Betrags des Stroms I_L einer betrachteten Halbwelle HW' ermitteln. Aus dem Beispiel gemäß 11B ist ersichtlich, dass der beispielhaft zu - 40 mV gewählte erste Schwellwert U_Level höher liegen sollte, um eine Vergrößerung des aktiven Ansteuerfensters (entsprechend einer Länge bzw. Dauer des zweiten Zeitbereichs T2") des Halbleiterschalters 110 zu erreichen. Dies kann durch eine von der ersten Größe G1 abhängige Ermittlung des ersten Schwellwerts U_Level vorteilhaft erreicht werden.
10A zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dem optionalen Schritt 600 erfolgt eine Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 im Sinne einer Zeitsteuerung, vgl. den Zeitbereich T1 nach 4B. Der optionale Schritt 600 kann bei weiteren Ausführunsgformen auch entfallen oder eine andere Ansteuerung des Halbleiterschalters als die genannten Zeitsteuerung vorsehen. In Schritt 610 wird die an der Laststrecke 112 anliegende Spannung U_L ermittelt, beispielsweise führt die Steuereinrichtung 120 hierzu eine entsprechende Messung aus. Bevorzugt wird ein Wert der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung U_L zu dem Zeitpunkt t2 ermittelt, der einen Betrag eines maximalen Stroms I_L durch die Laststrecke 112 während der betrachteten Halbwelle HW charakterisiert. Dies entspricht der Ermittlung der ersten Größe G1 (1). Sodann wird in Schritt 620 von 10A der vorgebbare erste Schwellwert U_Level in Abhängigkeit der ersten Größe G1 ermittelt. Alternativ kann auch bereits (z.B. aus vorherigen Betriebszyklen und/oder Halbwellen und/oder mittels Parametrierung oder Konfiguration) ein Standardwert für den vorgebbaren erste Schwellwert U_Level vorgegeben sein, der dann in Schritt 620 in Abhängigkeit der Größe G1 ggf. modifiziert wird. Mit anderen Worten kann das Ermitteln (vgl. Schritt 210 aus 2A) des vorgebbaren erste Schwellwerts U_Level in Abhängigkeit der ersten Größe G1 auch das Modifizieren eines bestehenden ersten Schwellwerts U_Level umfassen. Sodann erfolgt in Schritt 630 gemäß 10A eine Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 im Sinne einer Spannungssteuerung, insbesondere eine spannungsabhängige Deaktivierung (oder zunächst Teildeaktivierung) des Halbleiterschalters 110, insbesondere in dem zweiten Zeitbereich T2 (4B), sobald die an der Laststrecke 112 anliegende Spannung U_L den in Schritt 620 ggf. modifizierten bzw. adaptierten vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level überschreitet. Beispielhaft kann der Schritt 620 eine Veränderung des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level um einen vorgebbaren Wert bzw. Anteil bzw. das Verändern des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level auf einen vorgebbaren Anteil umfassen. Z.B. kann ausgehend von der in 11B gezeigten Situation mit einem beispielhaft zunächst zu - 40 mV gewählten vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level in dem Schritt 620 der vorgebbare erste Schwellwert U_Level auf etwa 20 % dieses Werts geändert werden, also zu etwa - 8 mV, wodurch eine Adaption an den vergleichsweise geringen vorliegenden Laststrom I_L und damit eine Verlängerung der aktiven Ansteuerdauer T2" vor dem spannungsabhängigen Deaktivieren erreicht wird.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge können auch Änderungen insbesondere der Frequenz der z.B. von einem Generator gelieferten (Phasen-) Spannung U_L , K3 die vorstehend beschriebene Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 beeinflussen.
12 zeigt hierzu - wiederum vergleichbar zu Kurve K3 aus 4B - zeitliche Verläufe K3'", K3"" der Spannung U_L an der Laststrecke 112 (1) des Halbleiterschalters 110, wobei der Verlauf K3'" beispielhaft einer Frequenz der periodischen Spannung von etwa 2 kHz (kilohertz) entspricht, und wobei der Verlauf K3"" einer Frequenz von etwa 500 Hz (Hertz) entspricht. Eine Spitzenamplitude beider Kurven K'", K"" beträgt vorliegend etwa - 200 mV. Man erkennt sofort, dass die sich einstellende Abschaltdauer bzw. Passivzeit T_OFF_1, T_OFF_2 (Zeitdauer zwischen spannungsabhängiger Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 bei Überschreiten des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level bis zu dem darauffolgenden Nulldurchgang der Spannung U_L , also Ende der aktuellen Halbwelle HW (4B)) von der Frequenz abhängig ist. Bei einem wie vorliegend beispielhaft abgebildet konstant angenommen Wert des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level von - 40 mV erfolgt im Falle der Kurve K'" (Frequenz 2 kHz) die spannungsabhängige Deaktivierung zu dem Zeitpunkt t91 und das Ende der Halbwelle zu dem Zeitpunkt t92, mit T_OFF_1 = t92 - t91, wohingegen im Falle der Kurve K"" (Frequenz 500 Hz) die spannungsabhängige Deaktivierung zu dem Zeitpunkt t93 > t91 und das Ende der Halbwelle zu dem Zeitpunkt t94 erfolgt, mit T_OFF_2 = t94 - t93.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ergibt sich für die Passivzeit T_OFF= 1/ω * arcsin (U_Level/U_DS,Peak), wobei ω eine mit der vorstehend genannten Frequenz f korrespondierende Kreisfrequenz (ω = 2*Pi*f, wobei Pi die Kreiszahl ist) angibt, wobei arcsin() die Arcussinusfunktion ist, und wobei U_DS,Peak die Spitzenamplitude der Spannung U_L bzw. K'", K"" von in 12 beispielhaft - 200 mV ist.
Um diesem Effekt Rechnung zu tragen, ist bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen vorgeschlagen, alternativ oder - vorteilhaft ergänzend zu - einer Ermittlung bzw. Modifikation bzw. Adaption des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level in Abhängigkeit von der ersten Größe G1 (und damit z.B. von U_DS,Peak) die Ermittlung bzw. Modifikation bzw. Adaption des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level in Abhängigkeit von der zweiten Größe G2 vorzunehmen, was zusätzlich zu der Berücksichtigung der möglichen unterschiedlichen Ströme I_L einer Berücksichtigung der möglichen unterschiedlichen Frequenzen der Spannung U_L entspricht, sodass der vorgebbare erste Schwellwert U_Level dem Prinzip besonders bevorzugter Ausführungsformen folgend in Abhängigkeit beider Effekte ermittelt bzw. modifiziert bzw. adaptiert werden kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 120 (1) dazu ausgebildet ist, eine dritte Größe G3 zu ermitteln, die eine Dauer ZB der vorgebbaren Halbwelle HW (4B) charakterisiert. In Abhängigkeit der dritten Größe G3 kann vorteilhaft z.B. der erste Zeitpunkt t2 ermittelt werden, der einen Übergang von dem ersten Zeitbereich T1 zu dem zweiten Zeitbereich T2 (und damit einen Wechsel auf die Spannungssteuerung, insbesondere Freigabe der spannungsabhängigen Deaktivierung bei Überschreiten des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level) charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, die dritte Größe G3 zu ermitteln, die die Dauer ZB der vorgebbaren Halbwelle charakterisiert, und in Abhängigkeit der dritten Größe G3 die zweite Größe G2 zu ermitteln, die die Frequenz der Spannung U_L charakterisiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 120 sowohl den ersten Zeitpunkt t2 als auch die zweite Größe G2 in Abhängigkeit der dritten Größe G3 ermittelt.
2C zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. In Schritt 280 ermittelt die Steuereinrichtung 120 die dritte Größe G3, z.B. durch Ermittlung bzw. Zeitmessung der Dauer ZB (4B). In Schritt 290 ermittelt die Steuereinrichtung 120 aus der dritten Größe G3 den ersten Zeitpunkt t2 und die zweite Größe G2. Sodann kann (nicht gezeigt) der vorgebbare erste Schwellwert U_Level in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) (ggf. bereits zuvor ermittelt) und der zweiten Größe G2 mittels der Steuereinrichtung 120 ermittelt bzw. modifiziert bzw. adaptiert werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann unter Kenntnis der dritten Größe G3, z.B. der Dauer ZB (4B), und insbesondere unter der Annahme, dass der zeitliche Verlauf K3 der Spannung U_L in der betrachteten (vorliegend beispielhaft negativen) Halbwelle HW einer Sinushalbwelle entspricht, der vorgebbare erste Schwellwert U_Level in Abhängigkeit der folgenden Gleichung ermittelt werden: U_Level = U_DS,Peak * sin(2* ω * T_OFF/(2 * T_ON)), [Gleichung 1], wobei U_DS,Peak die Spitzenamplitude der Spannung U_L angibt, sin() die Sinusfunktion angibt, wobei T_OFF eine vorgebbare Passivzeit angibt, und wobei T_ON eine vorhergehende Ansteuerzeit (Einschaltdauer des Halbleiterschalters) angibt.
10B zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. In Schritt 650 ermittelt die Steuereinrichtung 120 die zweite Größe G2, die die Frequenz der periodischen Spannung U_L charakterisiert. In Schritt 652 erfolgt eine Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 im Sinne einer Zeitsteuerung, also z.B. entsprechend dem ersten Zeitbereich T1 aus 4B, insbesondere mit spannungsgesteuertem Aktivieren, vgl. Zeitpunkt t1', und daran anschließender zeitgesteuerter weiterer Aktivierung (Belassen in dem aktivierten Zustand) für die Dauer des ersten Zeitbereichs T1, also bis zu dem Zeitpunkt t2. In Schritt 654 ermittelt die Steuereinrichtung 120 die erste Größe G1, z.B. in Abhängigkeit der Spannung U_L , insbesondere der Spitzenamplitude U_DS,Peak der Spannung U_L . In Schritt 656 ermittelt Steuereinrichtung 120 in Abhängigkeit der ersten Größe G1 und der zweiten Größe G2 den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level, beispielsweise in Abhängigkeit der vorstehend genannten [Gleichung 1]. Sodann steuert die Steuereinrichtung 120 in Schritt 658 den Halbleiterschalter 110 mit dem zuvor in Schritt 656 ermittelten vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level an, insbesondere im Sinne einer spannungsabhängigen Steuerung, vgl. Zeitbereich T2 (4B). D.h., bevorzugt innerhalb derselben Halbwelle wird der gerade ermittelte vorgebbare erste Schwellwert U_Level für die Bewertung der Spannung U_L verwendet (z.B. durch die genannte Überprüfung, ob die Spannung den gerade ermittelten Schwellwert U_Level überschreitet). Dadurch ergibt sich eine besonders effiziente Schwellwertanpassung des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level, insbesondere auch bei variierendem Strom I_L und/oder variierender Frequenz der Spannung U_L .
3 zeigt schematisch ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung 100a gemäß einer weiteren Ausführungsform. Eine Steuerlogik 122, die beispielsweise Teil einer Steuereinrichtung 120a für den Halbleiterschalter 110 ist, stellt Steuersignale S01', S02' bereit, die auf die Schalter S01, S02 wirken, mittels denen die Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110 auf entsprechende Bezugspotenziale aufladbar ist, wodurch der Halbleiterschalter 110 aktiviert bzw. deaktiviert bzw. teilweise deaktiviert werden kann. Die Funktionalität der Steuereinrichtung 120a kann beispielsweise vergleichbar zur Funktionalität der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Steuereinrichtung 120 sein.
Die Steuereinrichtung 120a ist vorteilhaft zur Ausführung des Verfahrens gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet, insbesondere auch zur Ermittlung der Größen G1 und/oder G2 und/oder G3 und zur Ermittlung des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level in Abhängigkeit der ersten Größe G1 und/oder der zweiten Größe G2, beispielsweise mittels der Steuerlogik 122.
Optional kann die Steuereinrichtung 120a bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine Diode D01 und einen Kondensator C01 aufweisen, die bezüglich des Drain-Anschlusses D und dem ersten Bezugspotenzial BP1 wie aus 3 ersichtlich in Reihe geschaltet sind. Dadurch kann der Kondensator C01 aufgeladen werden, wenn an dem Drain-Anschluss D eine positives Potenzial verglichen mit dem ersten Bezugspotenzial BP1 anliegt (beispielsweise während einer positiven Halbwelle HW0 (4A) einer an den Drain-Anschluss D angelegten Phasenspannung K1, K2, K3. Mit anderen Worten kann der Kondensator C01 während einer positiven Halbwelle HW0 der Phasenspannung aufgeladen werden. Die in dem Kondensator C01 gespeicherte, arbeitsfähige elektrische Ladung kann sodann vorteilhaft während einer auf die positive Halbwelle HW0 folgenden negativen Halbwelle HW der an den Drain-Anschluss D angelegten Phasenspannung unter entsprechender Ansteuerung des Schalters S01 in die Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110 umgeladen werden, um diesen zu aktivieren (beispielsweise spannungsgesteuert, vergleiche Zeitpunkt t1' gemäß 4B). Dadurch kann eine externe elektrische Energieversorgung zur Ansteuerung der Gateelektrode G vorteilhaft entfallen.
Weiter optional kann die Steuereinrichtung 120a bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine Spannungsstabilisierungsschaltung 124 (z.B. Zenerdiode) aufweisen, die die Ladespannung des Kondensators C01 stabilisiert.
5 zeigt schematisch ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in 5 abgebildete Schaltung umfasst eine erste Zeitgeberschaltung (Timer) 1200a, eine zweite Zeitgeberschaltung 1200b sowie eine Verknüpfungslogik 1200c, welche in besonders energieeffizienter Weise die Steuersignale S01', S02' für die Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 gemäß 3 bereitstellt. Die vorstehend unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Komponenten 1200a, 1200b, 12000c bzw. ihre Funktionalität kann bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen vorteilhaft in der Steuerlogik 122 gemäß 3 vorgesehen sein. Die elektrische Versorgung der Steuerlogik 122 kann dabei vorteilhaft ebenfalls aus dem Kondensator C01 erfolgen, so dass eine separate elektrische Energieversorgungseinrichtung für den Betrieb der Steuerlogik entbehrlich ist. Dies gilt bei weiteren Ausführungsformen auch für die weiter unten unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen Schaltungskomponenten.
Die erste Zeitgeberschaltung 1200a gemäß 5 weist eine erste Stromquelle I1 auf, über die unter Steuerung mittels des Schalters S1 der Kondensator C1 aufladbar ist, und eine zweite Stromquelle 12, über die unter Steuerung mittels des zweiten Schalters S2 der Kondensator C1 entladbar ist. Bevorzugt sind beide Stromquellen 11, I2 jeweils als Konstantstromquelle ausgebildet, wobei der Betrag des durch die zweite Stromquelle I2 bereitgestellten Stroms doppelt so groß ist wie der Betrag des durch die erste Stromquelle E1 bereitgestellten Stroms (die Stromrichtung ist zueinander entgegengesetzt, um das vorstehend beschriebene Aufladen bzw. Entladen des Kondensators C1 zu ermöglichen). Für die Spannung an dem Kondensator C1 ergibt sich beispielhaft der in 8 mittels der Kurve K4 angedeutete zeitliche Verlauf. Ersichtlich entspricht ein Ende des Entladevorgangs des Kondensators C1 dem vorgebbaren Zeitpunkt t2, der einen Übergang von dem ersten Zeitbereich T1 (4B) zu dem zweiten Zeitbereich T2 charakterisiert, während sich ein Aufladevorgang über die gesamte Dauer ZB einer negativen Halbwelle HW erstreckt, vgl. den Zeitraum t4 bis t6 in 8. Bei bevorzugten Ausführungsformen korrespondiert somit das Aufladen des Kondensators C1 (5) mit einem Ermitteln bzw. „Lernen“ der Dauer ZB vgl. den Zeitraum t4 bis t6 in 8, die aufgrund einer variablen Drehzahl eines Generators, der die Phasenspannung bereitstellt, entsprechend schwanken kann, und damit einer Ermittlung der dritten Größe G3. Das Entladen des Kondensators C1 mit bezogen auf das Laden doppelter Geschwindigkeit (durch betragsmäßig doppelt so großen Ladestrom, vgl. die Stromquelle 12) bewirkt somit die Festlegung des vorgebbaren Zeitpunkts t2 bzw. t5 (8) in der Mitte der Dauer ZB der Halbwelle HW (4B). Ferner kann die auf diese Weise ermittelte Größe G3 zur Ermittlung der zweiten Größe G2 und/oder des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_level verwendet werden.
Mittels eines Schmitt-Triggers A6 (5) und eines nachgeschalteten UND-Glieds A8 wird in Abhängigkeit der Spannung an dem Kondensator C1 und dem Signal A_entladen ein Logiksignal A8' erzeugt, das der Verknüpfungslogik 1200c zuführbar ist. Die Schalter S1, S2 der ersten Zeitgeberschaltung 1200a werden vorliegend beispielhaft in Abhängigkeit der Signale A_laden, A_entladen gesteuert, die wie nachfolgend beschrieben beispielhaft und wiederum sehr energieeffizient mittels der Schaltung gemäß 6 ermittelt werden können.
6 zeigt einen Schmitt-Trigger A1, dem eingangsseitig ein die Phasenspannung (vergleiche beispielsweise Bezugszeichen K3 aus 4B) repräsentierendes Signal Phase zugeführt wird, und der hieraus ein binäres Signal Ph_neg erzeugt, welches angibt, wann eine negative Halbwelle HW ( 4B) vorliegt. Mit anderen Worten weist das Signal Ph_neg z.B. dann einen Wert von logisch eins auf, wenn eine negative Halbwelle HW der Phasenspannung vorliegt. Das Signal Phase kann beispielsweise von dem Drainanschluss D ( 3) des Halbleiterschalters 110 abgeleitet werden und entspricht damit auch der Spannung U_L , die an der Laststrecke 112 anliegt.
6 zeigt ferner einen Zählerbaustein A2, insbesondere einen Wechselzähler, der beispielsweise mittels eines Flipflops realisierbar ist. Als Taktsignal CLK wird dem Wechselzähler A2 das Signal Ph_neg zugeführt, der in Abhängigkeit hiervon zwei Ausgangssignale count_2, count_2' bildet.
In Abhängigkeit der Signale Ph_neg, count_2, count_2' werden mittels zweier UND-Glieder A3, A4 die Signale A_laden, A_entladen, B_laden, B_entladen gebildet, wobei die beiden Signale A_laden, A_entladen wie vorstehend beschrieben für den Betrieb der ersten Zeitgeberschaltung 1200a genutzt werden.
Die zweite Zeitgeberschaltung 1200b weist eine zu der ersten Zeitgeberschaltung 1200a vergleichbare Struktur auf und dient zur Erzeugung des Logiksignals A9', das, zusammen mit den weiteren Signalen A8', Ph_neg mittels der Logikglieder A10, A5 in die zueinander komplementären Steuersignale S01', S02' transformiert wird für die Ansteuerung der Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110.
Bei bevorzugten Ausführungsformen korrespondiert somit Aufladen des Kondensators C2 der zweiten Zeitgeberschaltung 1200b (5) mit einem Ermitteln bzw. „Lernen“ der Dauer ZB (bzw. der dritten Größe G3) in dem Zeitraum t1 bis t3 in 8, und das Entladen des Kondensators C2 mit bezogen auf das Laden (Stromquelle 13) doppelter Geschwindigkeit (durch betragsmäßig doppelt so großen Ladestrom, vgl. die Stromquelle 14) bewirkt somit die Festlegung des vorgebbaren Zeitpunkts t5 bzw. t2 (8) in der Mitte der Dauer ZB der Halbwelle HW (4B).
Die vorstehend beschriebenen Zeitgeberschaltungen 1200a, 1200b können auch als Periodendauer-Zeitgeber bzw. PD-Timer bezeichnet werden, weil ein erster PD-Timer während einer ersten betrachteten (negativen) Halbwelle HW der Phasenspannung K3 die Dauer ZB der Halbwelle HW lernt, während der zweite PD-Timer während derselben betrachteten Halbwelle HW zur Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 verwendet wird, und umgekehrt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind die Lernzeit (z.B. Zeitpunkt t1 bis t3 bzw. t4 bis t6) und die Ansteuerzeit (z.B. Zeitpunkt t1 bis t2 bzw. t4 bis t5) nicht gleich, sondern die Ansteuerzeit ist generell kürzer als die Lernzeit. Dies ist vorteilhaft, weil von Periode zu Periode der Phasenspannung eine Verkleinerung der Periodenzeit (und damit auch der Dauer ZB einer beispielhaft betrachteten negativen Halbwelle HW) eintreten kann (beispielsweise durch eine Drehzahländerung des Generators), über ein passives Gleichrichtungsfenster vorgehalten werden kann. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen beträgt das zeitliche Verhältnis zwischen Lernzeit und Ansteuerzeit typischerweise zwischen etwa 50 % bis etwa 99 %. Dies gilt auch für alle anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die die Zeitbereiche T1, T2 betreffen, und nicht (nur) für die unter Bezugnahme auf 5 beschriebene Ausführungsform.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird die Lernzeit durch die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t3, t1 gemäß 4B festgelegt, während die Ansteuerzeit mittels der Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t2, t1 festgelegt wird. Die Lernzeit entspricht mit anderen Worten bei bevorzugten Ausführungsformen der Summe aus dem ersten Zeitbereich T1 und dem zweiten Zeitbereich T2, wohingegen die Ansteuerzeit dem ersten Zeitbereich T1 entspricht und insbesondere zur Ermittlung des Zeitpunkts t2 nutzbar ist.
Das Prinzip gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft mit Erreichung des ersten Zeitpunkts t2 (4B) die Nutzung eines spannungsgesteuerten Verfahrens für das Deaktivieren des Halbleiterschalters 110. Insbesondere kann bei bevorzugten Ausführungsformen der Halbleiterschalter 110 weiterhin angesteuert werden bzw. aktiviert bleiben, solange die anliegende Phasenspannung unterhalb des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level liegt. Weiter vorteilhaft kann der vorgebbare erste Schwellwert U_Level in Abhängigkeit der Größen G1 und/oder G2 ermittelt bzw. modifiziert bzw. adaptiert werden, so dass insbesondere auch bei Schwankungen des durch die Laststrecke 112 fließenden Stroms I_L und/oder der Frequenz der periodischen elektrischen Spannung U_L eine sichere Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 insbesondere möglichst kurz vor einem auf die betrachtete Halbwelle HW (4B) folgenden Nulldurchgang der periodischen elektrischen Spannung gewährleistet ist.
7 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsform. Bezugszeichen 300 bezeichnet ein Halbleitersubstrat, auf dem sowohl der Halbleiterschalter 110 und die Steuereinrichtung 120 der Schaltung 100 angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine besonders klein bauende Konfiguration. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 300 mit den Komponenten 110,120 ein so geringes Bauvolumen aufweisen, dass konventionelle, passive Gleichrichterdioden in einem entsprechenden Zielsystem (z.B. aktiver Gleichrichter) durch das Halbleitersubstrat 300 mit der elektronischen Schaltung 100 gemäß den Ausführungsformen ersetzt werden können. Dadurch ist vorteilhaft die Möglichkeit einer aktiven Gleichrichtung gegeben, die aufgrund des geringen Durchlasswiderstands der Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 in seinem aktivierten, also eingeschalteten, Zustand weitaus geringere ohmsche Verluste bedingt als der Betrieb herkömmlicher Gleichrichterdioden. Des Weiteren ermöglicht die auf dem Halbleitersubstrat 300 angeordnete Schaltung 100 eine einfache Konstruktion, einfache Montage, die genannte kleine Baugröße, eine hohe mechanische Robustheit, und vergleichsweise geringen Herstellungskosten.
Die Schaltung 100, 100a gemäß den Ausführungsformen kann vorteilhaft in Form eines elektrischen Zweipols bereitgestellt werden, dessen erster Anschluss beispielsweise die Drainelektrode D (1) ist, und dessen zweiter Anschluss beispielsweise ein Masseanschluss (Sourceelektrode S) zum Anschluss an das erste Bezugspotenzial BP1 ist. Bei der optionalen Vorsehung des Kondensators C01 gemäß 3 ist ein sicherer autarker Betrieb der Schaltung 100a auch während negativer Halbwellen HW der an der Laststrecke 112 anliegenden Phasenspannung des Halbleiterschalters 110 gewährleistet. Besonders bevorzugt kann bei weiteren Ausführungsformen die Kapazität des Kondensators C01 vergleichsweise gering gewählt werden, beispielsweise etwa im Bereich einer Kapazität der Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110 oder beispielsweise im Bereich von etwa 40 % bis etwa 150 % der Kapazität der Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110. Untersuchungen der Anmelderin zufolge ist diese Kapazität ausreichend für eine sichere und vollständige Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 während einer (z.B. negativen) Halbwelle HW der Phasenspannung (einschließlich z.B. des Betriebs der Schaltungskomponenten nach 5, 6). Für eine neuerliche Ansteuerung im Rahmen einer nachfolgenden weiteren (z.B. negativen) Halbwelle der Phasenspannung kann der Kondensator C01 durch eine entsprechende positive Halbwelle HW0 (4A) geladen werden, die auf die erste Halbwelle HW folgt, und so fort.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist auch denkbar, mehrere Halbleiterschalter 110 und ihre zugeordneten Steuereinrichtungen 120 auf demselben Halbleitersubstrat 300, vergleiche 7, zu integrieren. Beispielsweise können zwei gleichartige oder verschiedenartige Halbleiterschalter 110 mit jeweils zugeordneter Steuereinrichtung 120 auf einem (selben) Halbleitersubstrat 300 integriert werden, wobei der erste integrierte Halbleiterschalter 110 einen sogenannten High-Side-Schalter bilden kann, und wobei der zweite integrierte Halbleiterschalter 110 einen sogenannten Low-Side-Schalter bilden kann.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine aktive Gleichrichterschaltung 500 mit wenigstens einer Schaltung 100, 100a gemäß den Ausführungsformen. 9 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild hierzu.
Abgebildet ist ein Generator 400, z.B. ein Generator für ein Kraftfahrzeug, mit drei phasenbildenden Wicklungssträngen 402, 404, 406, die in Dreieckstopologie verschaltet sind. Die Gesamtheit aller Wicklungsstränge 402, 404, 406 bildet z.B. eine Ständerwicklung des Generators 400. Eine in an sich bekannter Weise mit einem Erregerstrom I_Err beaufschlagbare Erregerwicklung 408 ist dem Rotor (nicht gezeigt) des Generators 400 zugeordnet. Bei Rotation des Rotors und damit der Erregerwicklung 408 relativ zu der Ständerwicklung des Generators 400 wird in den phasenbildenden Wicklungssträngen 402, 404, 406 jeweils eine entsprechende Phasenspannung induziert, die über die Schaltungsknotenpunkte 410, 411, 412 der aktiven Gleichrichterschaltung 500 zuführbar ist, vgl. auch das Bezugszeichen 413.
Die aktive Gleichrichterschaltung 500 weist eine erste Serienschaltung 421 aus zwei elektronischen Schaltungen 100b_1, 100b_2 auf, die jeweils z.B. die Konfiguration 100 bzw. 100a gemäß den 1 bis 8 aufweisen, und die jeweils wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben als aktive Gleichrichter arbeiten. Die erste Serienschaltung 421 ist einer ersten Phase des Generators 400 zugeordnet, vgl. auch den Schaltungsknotenpunkt 410. Eine zweite Serienschaltung 422 aus vergleichbaren Zweipolen 100b_3, 100b_4 (jeweils ähnlich bzw. identisch zu der Konfiguration 100 bzw. 100a) ist in vergleichbarer Weise der zweiten Phase des Generators 400 zugeordnet, vgl. auch den Schaltungsknotenpunkt 411. Eine dritte Serienschaltung 423 aus vergleichbaren Zweipolen 100b_5, 100b_6 (jeweils ähnlich bzw. identisch zu der Konfiguration 100 bzw. 100a) ist in vergleichbarer Weise der dritten Phase des Generators 400 zugeordnet. An den Klemmen 502, 504 liegt dementsprechend eine durch die Gleichrichterschaltung 500 aktiv gleichgerichtete Ausgangsspannung U_A an.
Bei weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen kann die Schaltung 100, 100a, 100b_1, .., 100b_6 gemäß den Ausführungsformen vorteilhaft anstelle herkömmlicher passiver Dioden, beispielsweise Einpressdioden, zur Bereitstellung einer aktiven Gleichrichterschaltung 500 verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist aufgrund der vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsformen keine separate Ansteuerlogik erforderlich, weil jeder Schaltung 100, 100a gemäß den Ausführungsformen eine eigene Steuereinrichtung 120 zugeordnet ist, die besonders vorteilhaft auf demselben Substrat wie der zugeordneter Halbleiterschalter 110 der Schaltung 100, 100a angeordnet werden kann.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen zum Betreiben einer aktiven Gleichrichterschaltung 500, wobei die aktive Gleichrichterschaltung 500 insbesondere wenigstens eine Schaltung 100, 100a, 100b_1, .., 100b_6 gemäß den Ausführungsformen aufweist.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann besonders vorteilhaft zur Bereitstellung aktiver Gleichrichterschaltungen in Form eines Zweipols 100, 100a bzw. von mehrphasigen Gleichrichterschaltungen 500 genutzt werden. Ganz besonders vorteilhaft können damit aktive Gleichrichterschaltungen für Generatoren, insbesondere Drehstromgeneratoren (ein- oder mehrphasig), beispielsweise von Kraftfahrzeugen bereitgestellt werden. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann überdies auch zur Gleichrichtung von elektrischen Spannungen beliebiger Wechselstromquellen wie beispielsweise Transformatoren und dergleichen genutzt werden. Auch hier ergeben sich vergleichbare Vorteile. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ermöglicht einen sehr effizienten Betrieb des Halbleiterschalters, indem u.a. eine möglichst konstante Abschaltdauer T_OFF, insbesondere unabhängig von Schwankungen des Stroms I_L und/oder der Frequenz der Spannung U_L sichergestellt wird.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann zudem vorteilhaft als aktiver Zweipol 100, 100a für alle Schaltungen, insbesondere leistungselektronische Schaltungen, genutzt werden, die eine Freilaufdiode benötigen, beispielsweise für Pulswechselrichter, die beispielsweise mit IGBTs (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) ausgestattet sind. Hierbei kann die elektronische Schaltung 100, 100a demnach als aktive Diode im Sinne einer Freilaufdiode für den bzw. die IGBTs verwendet werden.
13 zeigt schematisch Betriebsgrößen weiterer Ausführungsformen, bei denen die Erzielung einer gewünschten Abschaltdauer T_OFF alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mittels einer Änderung der Umsetzung der PD-Timer 1200a, 1200b (5) realisierbar ist. Abgebildet ist ein zeitlicher Verlauf K1' einer Phasenspannung ähnlich zu Verlauf K1 gemäß 4A, wie er an der Laststrecke 112 (1) des Halbleiterschalters 110 als Spannung U_L anliegen kann. Die Kurven K4', K5' entsprechen i.w. dem zeitlichen Verlauf K4, K5 aus 8, also dem Verlauf der Spannungen an den Kondensatoren C1, C2 der PD_Timer 1200a, 1200b (5). Zur Erzielung einer gewünschten Abschaltdauer T_OFF kann bei weiteren Ausführungsformen alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Entladegeschwindigkeit der Kondensatoren C1 und/oder C2 von den Werten ω (Kreisfrequenz, auch charakterisierbar durch die dritte Größe G3) und/oder U_D,Peak (Spitzenamplitude der Spannung U_L ) abhängig gemacht werden. Dies ist in 13 durch die variable Steigung der „fallenden Flanke“ F1 in dem Bereich B1 der Kurve K4' angedeutet, s. auch den Doppelpfeil a1. Bei bevorzugten Ausführungsformen kann dies beispielsweise durch zumindest zeitweises Zuschalten wenigstens einer weiteren Konstantstromquelle (nicht gezeigt) zusätzlich z.B. zu der Konstantstromquelle I2 in dem der fallenden Flanke F1 entsprechenden Zeitbereich T3 erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann bei weiteren Ausführungsformen auch ein Teil der Ladung des betreffenden Kondensators C1, C2, gleichsam als ,Offset‘, entladen werden, vgl. den Bereich B2 der Kurve K5' (für Kondensator C2), und die Entladung und Ladung kann mit der gleichen Rampe bzw. Steigung, also mittels derselben Konstantstromquelle(n) I3, I4 wie vorstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008042352 A1 [0003]

Claims

Elektronische Schaltung (100; 100a) mit einem steuerbaren Schalter (110), insbesondere Halbleiterschalter (110), und einer Steuereinrichtung (120) zur Ansteuerung des Halbleiterschalters (110), wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter (110) in einem ersten Zeitbereich (T1) einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle (HW) einer an eine Laststrecke (112) des Halbleiterschalters (110) anlegbaren periodischen elektrischen Spannung (U_L; K1, K2, K3) zu aktivieren und den Halbleiterschalter (110) in einem auf den ersten Zeitbereich (T1) folgenden zweiten Zeitbereich (T2) dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke (112) anliegende Spannung (U_L; K1, K2, K3) einen vorgebbaren ersten Schwellwert (U_Level) überschreitet, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, eine erste Größe (G1) zu ermitteln (200), die einen während der vorgebbaren Halbwelle (HW) durch die Laststrecke (112) fließenden Strom (I_L) charakterisiert, und/oder eine zweite Größe (G2) zu ermitteln (200), die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung (U_L; K1, K2, K3) charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, den vorgebbaren ersten Schwellwert (U_Level) in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) und/oder der zweiten Größe (G2) zu ermitteln (210).
Schaltung (100; 100a) nach Anspruch 1, wobei die erste Größe (G1) einen maximalen Betrag des während der vorgebbaren Halbwelle (HW) durch die Laststrecke (112) fließenden Stroms charakterisiert.
Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die erste Größe (G1) und die zweite Größe (G2) zu ermitteln und den ersten Schwellwert (U_Level) in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) und der zweiten Größe (G2) zu ermitteln.
Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die erste Größe (G1) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (U_L; K1, K2, K3) zu ermitteln, wobei insbesondere die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die erste Größe (G1) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (U_L; K1, K2, K3) und wenigstens einer Kenngröße des Halbleiterschalters (110), insbesondere in Abhängigkeit eines Einschaltwiderstands des Halbleiterschalters (110), zu ermitteln.
Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, in dem ersten Zeitbereich (T1) den Halbleiterschalter (110) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (U_L; K1, K2, K3) zu aktivieren (250), und insbesondere eine von der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (U_L; K1, K2, K3) abhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters (110) erst in einem auf den ersten Zeitbereich (T1) folgenden zweiten Zeitbereich (T2) freizugeben (260).
Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, eine dritte Größe (G3) zu ermitteln, die eine Dauer (ZB) der vorgebbaren Halbwelle (HW) charakterisiert, und in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) a) einen ersten Zeitpunkt (t2) zu ermitteln, der einen Übergang von dem ersten Zeitbereich (T1) zu dem zweiten Zeitbereich (T2) charakterisiert und/oder b) die zweite Größe (G2) zu ermitteln.
Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterschalter (110) und die Steuereinrichtung (120) auf demselben Halbleitersubstrat (300) angeordnet sind.
Aktive Gleichrichterschaltung (500) mit wenigstens einer Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Schaltung (100; 100a) mit einem steuerbaren Schalter (110), insbesondere Halbleiterschalter (110), und einer Steuereinrichtung (120) zur Ansteuerung des Halbleiterschalters (110), wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter (110) in einem ersten Zeitbereich (T1) einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle (HW) einer an eine Laststrecke (112) des Halbleiterschalters (110) anlegbaren periodischen elektrischen Spannung (U_L; K1, K2, K3) zu aktivieren und den Halbleiterschalter (110) in einem auf den ersten Zeitbereich (T1) folgenden zweiten Zeitbereich (T2) dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke (112) anliegende Spannung (U_L; K1, K2, K3) einen vorgebbaren ersten Schwellwert (U_Level) überschreitet, wobei die Steuereinrichtung (120) eine erste Größe (G1) ermittelt (200), die einen während der vorgebbaren Halbwelle (HW) durch die Laststrecke (112) fließenden Strom (I_L) charakterisiert, und/oder eine zweite Größe (G2) ermittelt (200), die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung (U_L; K1, K2, K3) charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung (120) den vorgebbaren ersten Schwellwert (U_Level) in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) und/oder der zweiten Größe (G2) ermittelt (210).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (120) die erste Größe (G1) und die zweite Größe (G2) ermittelt und den ersten Schwellwert (U_Level) in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) und der zweiten Größe (G2) ermittelt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (120) die erste Größe (G1) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (U_L; K1, K2, K3) ermittelt, wobei insbesondere die Steuereinrichtung (120) die erste Größe (G1) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (U_L; K1, K2, K3) und wenigstens einer Kenngröße des Halbleiterschalters (110), insbesondere in Abhängigkeit eines Einschaltwiderstands des Halbleiterschalters (110), ermittelt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Steuereinrichtung (120) in dem ersten Zeitbereich (T1) den Halbleiterschalter (110) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (U_L; K1, K2, K3) aktiviert, und insbesondere eine von der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (U_L; K1, K2, K3) abhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters (110) erst in einem auf den ersten Zeitbereich (T1) folgenden zweiten Zeitbereich (T2) freigibt.