DE102019127798A1

DE102019127798A1 - Elektronische schaltung mit zwei spannungsversorgungsschaltungen

Info

Publication number: DE102019127798A1
Application number: DE102019127798.1A
Authority: DE
Inventors: Denis Bilstein
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US20210111713A1; US11115016B2; CN112671053A

Abstract

Beschrieben wird eine elektronische Schaltung. Die elektronische Schaltung umfasst: einen Ausgang (OUT), der dazu ausgebildet ist, an eine Last (Z) angeschlossen zu werden; und eine erste Versorgungsschaltung (11) und eine zweite Versorgungsschaltung (12), die jeweils an den Ausgang (OUT) angeschlossen sind. Die erste Versorgungsschaltung (11) und die zweite Versorgungsschaltung (12) umfassen jeweils: einen Versorgungseingang (IN1, IN2), der dazu ausgebildet ist, eine jeweilige Eingangsspannung (VIN1, VIN2) zu erhalten; einen ersten Schaltungsknoten (N11, N12); einen ersten elektronischen Schalter (S11), der zwischen den Ausgang (OUT) und den ersten Schaltungsknoten (N11, N12) geschaltet ist; ein erstes Gleichrichterelement (D11, D12), das parallel zu dem ersten elektronischen Schalter (S11, S12) geschaltet ist; wenigstens einen zweiten elektronischen Schalter (S21, S22; S211, S212, S221, S222), der zwischen den Versorgungseingang (IN1, IN2) und den ersten Schaltungsknoten (N11, N12) geschaltet ist; wenigstens ein zweites Gleichrichterelement (D21, D22; D211, D212, D221, D222), das parallel zu dem wenigstens einen zweiten Schalter (S21, S22; S211, S212, S221, S222) geschaltet ist, wobei das wenigstens eine zweite Gleichrichterelement (D21, D22) und das erste Gleichrichterelement (D21, D22) antiseriell zueinander verschaltet sind; und eine Steuerschaltung (21, 22). Die Steuerschaltung (21, 22) ist dazu ausgebildet, den ersten Schalter (S11, S12) und den zweiten Schalter (S21, S22) anzusteuern und eine Versorgungsspannung (VN11, VN12) von dem ersten Schaltungsknoten (N11, N12) an einem Versorgungseingang (231, 232) zu erhalten.

Description

Diese Beschreibung betrifft eine elektronische Schaltung mit zwei Spannungsversorgungsschaltungen zum Versorgen einer Last.
Aus Sicherheitsgründen stehen zur Spannungsversorgung von sicherheitskritischen elektronischen Anordnungen (Lasten), wie beispielsweise im Automobilbereich, zwei getrennte Versorgungsspannungen zur Verfügung, wobei bei einem Ausfall einer der Versorgungsspannungen eine Versorgung der Last durch die jeweils andere Versorgungsspannung gewährleistet werden soll.
Ein Beispiel einer elektronischen Schaltung, die geeignet ist, eine Last durch eine von zwei Versorgungsspannungen zu versorgen umfasst einen ersten Versorgungsspannungseingang, der dazu ausgebildet ist, eine erste Versorgungsspannung zu erhalten, einen zweiten Versorgungsspannungseingang, der dazu ausgebildet ist, eine zweite Versorgungsspannung zu erhalten und einen Ausgang, der dazu ausgebildet ist, an eine Last angeschlossen zu werden. Außerdem umfasst die Schaltung zwei Gleichrichterelemente, nämlich ein erstes Gleichrichterelement, das zwischen den ersten Versorgungsspannungseingang und den Ausgang geschaltet ist und ein zweites Gleichrichterelement, das zwischen den ersten Versorgungsspannungseingang und den Ausgang geschaltet ist. Die zwei Gleichrichterelemente sind antiseriell verschaltet, so dass kein Strom zwischen den beiden Versorgungsspannungseingängen fließen kann und die Last jeweils durch die höhere der beiden Versorgungsspannungen versorgt wird.
Ein möglicher Fehler, wie beispielsweise eine Unterbrechung eines der Gleichrichterelemente, kann bei einer solchen Schaltung allerdings nicht detektiert werden. Ein solcher Fehler wäre von einer Unterbrechung der Versorgungsspannung nicht zu unterscheiden. Es besteht daher ein Bedarf nach einer elektronischen Schaltung, die in der Lage ist, eine Last sicher mit einer von zwei Versorgungsspannungen zu versorgen und in der mögliche in der Schaltung auftretende Fehler detektiert werden können.
Ein Beispiel betrifft eine elektronische Schaltung. Die elektronische Schaltung umfasst einen Ausgang, der dazu ausgebildet ist, an eine Last angeschlossen zu werden sowie eine erste Versorgungsschaltung und eine zweite Versorgungsschaltung, die jeweils an den Ausgang angeschlossen sind. Die erste und eine zweite Versorgungsschaltung umfassen jeweils einen Versorgungseingang, der dazu ausgebildet ist, eine jeweilige Eingangsspannung zu erhalten; einen ersten Schaltungsknoten; einen ersten elektronischen Schalter, der zwischen den Ausgang und den ersten Schaltungsknoten geschaltet ist; ein erstes Gleichrichterelement, das parallel zu dem ersten elektronischen Schalter geschaltet ist; wenigstens einen zweiten elektronischen Schalter, der zwischen den Versorgungseingang und den ersten Schaltungsknoten geschaltet ist; wenigstens ein zweites Gleichrichterelement, das parallel zu dem wenigstens einen zweiten Schalter geschaltet ist, wobei das wenigstens eine zweite Gleichrichterelement und das erste Gleichrichterelement antiseriell zueinander verschaltet sind; und eine Steuerschaltung. Die Steuerschaltung ist dazu ausgebildet, den ersten Schalter und den zweiten Schalter anzusteuern und eine Versorgungsspannung von dem ersten Schaltungsknoten an einem Versorgungseingang zu erhalten.
Beispiele sind nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen dazu, bestimmte Prinzipien zu veranschaulichen, so dass nur Aspekte, die zum Verständnis dieser Prinzipien notwendig sind, dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht.

1 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Schaltung mit zwei Versorgungsschaltungen;
2A und 2B zeigen Beispiele zur Realisierung eines ersten Schalters, der jeweils in den Versorgungsschaltungen verwendet werden kann;
3A und 3B zeigen Beispiele zur Realisierung eines zweiten Schalters, der jeweils in den Versorgungsschaltungen verwendet werden kann;
4 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung, die jeweils in den Versorgungsschaltungen verwendet werden kann;
Figure 5 zeigt ein Beispiel einer Spannungsversorgungsschaltung in der Steuerschaltung;
6 zeigt ein weiteres Beispiel einer elektronischen Schaltung mit zwei Versorgungsschaltungen;
7 zeigt eine Modifikation der in 6 gezeigten elektronischen Schaltung; und
8 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung, die jeweils in den Versorgungsschaltungen gemäß der 6 und 7 verwendet werden kann.

In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche Merkmale. Selbstverständlich können die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nicht explizit etwas anderes angegeben ist.
1 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Schaltung, die dazu ausgebildet ist, eine Last Z mit einer Versorgungsspannung VOUT, die nachfolgend auch als Ausgangsspannung bezeichnet wird, zu versorgen. Die Last Z kann eine beliebige elektrische oder elektronische Last sein, insbesondere eine Last, die eine sicherheitsrelevante Schaltung, wie beispielsweise einen Mikrocontroller, eine Ansteuerschaltung für einen Airbag oder dergleichen in einem Kraftfahrzeug, umfasst. Um die Spannungsversorgung der Last Z mit hoher Sicherheit zu gewährleiten, ist die elektronische Schaltung dazu ausgebildet, zwei Eingangsspannungen VIN₁, VIN₁ zu erhalten und die Versorgungsspannung VOUT basierend auf diesen beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ so zu erzeugen, dass bei Ausfall einer der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ durch die jeweils andere der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ eine Spannungsversorgung der Last Z noch gewährleistet ist.
Die elektronische Schaltung umfasst einen Ausgang OUT, der dazu ausgebildet ist, an die Last Z angeschlossen zu werden und an dem im Betrieb der elektronischen Schaltung die Ausgangsspannung VOUT zur Verfügung steht. Außerdem umfasst die elektronische Schaltung zwei Versorgungsschaltungen, eine erste Versorgungsschaltung 1₁ und eine zweite Versorgungsschaltung 12, die jeweils an den Ausgang OUT angeschlossen sind. Die beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ umfassen jeweils einen Versorgungseingang IN₁, IN₂, der dazu ausgebildet ist, eine jeweilige der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ zu erhalten. Eine durch die erste Versorgungsschaltung 1₁ erhaltene Eingangsspannung VIN₁ wird nachfolgend auch als erste Eingangsspannung und eine durch die zweite Versorgungsschaltung 1₂ erhaltene Eingangsspannung VIN₂ wird nachfolgend auch als zweite Eingangsspannung bezeichnet.
Die beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ umfassen außerdem jeweils einen ersten Schaltungsknoten N₁, N1₂, einen ersten elektronischen Schalter S1₁, S1₂, der zwischen den Ausgang OUT und den jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂ geschaltet ist, und ein erstes Gleichrichterelement D1₁, D1₂, das parallel zu dem jeweiligen ersten elektronischen Schalter S1₁, S1₂ geschaltet ist. Die ersten elektronischen Schalter S1₁, S1₂ können beliebige elektronische Schalter, wie beispielsweise Transistoren sein. Beispiele zur Realisierung dieser ersten Schalter S1₁, S1₂ sind nachfolgend noch erläutert. Die ersten Gleichrichterelemente D1₁, D1₂ sind beispielsweise passive Gleichrichterelemente. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind diese ersten Gleichrichterelemente D1₁, D1₂ als pn-Dioden realisiert. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Andere Arten von passiven Gleichrichterelementen, wie beispielsweise Schottkydioden, können ebenso verwendet werden.
Bezugnehmend auf 1 umfasst jede der beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ außerdem wenigstens einen zweiten elektronischen Schalter S2₁, S2₂, der zwischen den jeweiligen Versorgungseingang IN₁, IN₂ und den jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂ geschaltet ist, und wenigstens ein zweites Gleichrichterelement D2₁, D2₂, das parallel zu dem wenigstens einen zweiten Schalter S2₁, S2₂ geschaltet ist. Die zweiten Schalter S2₁, S2₂ können als beliebige elektronische Schalter, wie beispielsweise als Transistoren realisiert sein. Beispiele zur Realisierung dieser zweiten Schalter S2₁, S2₂ sind nachfolgend noch erläutert. Die zweiten Gleichrichterelemente D2₁, D2₂ sind beispielsweise passive Gleichrichterelemente. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind diese Gleichrichterelemente D2₁, D2₂ Bipolardioden. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Beliebige andere Arten von passiven Gleichrichterelementen, wie beispielsweise Schottkydioden könnten ebenso verwendet werden. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst jede der Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ einen zweiten elektronischen Schalter S2₁, S2₂ und ein parallel dazu geschaltetes zweites Gleichrichterelement D2₁, D2₂. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Gemäß einem weiteren Beispiel, das nachfolgend noch erläutert ist, können in den Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ auch jeweils mehrere zweite Schalter in Reihe geschaltet sein.
In den beiden Versorgungsschaltung 1₁ , 1₂ sind das erste Gleichrichterelement D1₁, D1₂ und das zweite Gleichrichterelement D2₁, D2₂ jeweils antiseriell zueinander verschaltet, wodurch im fehlerfreien Betrieb der elektronischen Schaltung in keiner der Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ ein Strom zwischen dem jeweiligen Eingang IN₁, IN₂ und dem Ausgang OUT fließen kann, wenn der erste Schalter S1₁, S2₂ und der zweite Schalter S2₁, S2₂ geöffnet (ausgeschaltet) sind. Gemäß einem Beispiel sind das erste Gleichrichterelement D1₁, D1₂ und das zweite Gleichrichterelement D2₁, D2₂ in den Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ jeweils derart antiseriell verschaltet, dass bei geöffnetem ersten Schalter S1₁, S1₂ ein Strom vom Ausgang OUT an den jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂ fließen kann, wenn das elektrische Potential VOUT am Ausgang OUT höher ist als das elektrische Potential VN1₁, VN1₂ am jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂. In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe „Spannung“ und „Potential“ synonym verwendet. Zur Erläuterung sei angenommen, dass diese Spannungen bzw. Potentiale jeweils auf dasselbe Bezugspotential GND, wie beispielsweise Masse, bezogen sind.
Bezugnehmend auf 1 sind die ersten und zweiten Gleichrichterelemente D1₁, D1₂, D2₁, D2₂ in den beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ außerdem so antiseriell verschaltet, dass bei ausgeschaltetem zweiten Schalter S2₁, S2₂ ein Strom von dem jeweiligen Eingangsknoten IN1₁, IN1₂ an den ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂ fließen kann, wenn die jeweilige Eingangsspannung VIN₁, VIN₂ höher ist als die Spannung bzw. das Potential VN1₁, VN1₂ am jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂. Dies wird bei den in 1 dargestellten Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ dadurch erreicht, dass in jeder der Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ Kathoden der Dioden, die das jeweilige erste und zweite Gleichrichterelement D1₁, D1₂, D2₁, D2₂ bilden, miteinander verbunden sind.
Bezugnehmend auf 1 umfasst jede der beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ außerdem eine Steuerschaltung 2₁ , 2₂ . Die Steuerschaltung 2₁ , 2₂ ist dazu ausgebildet ist, den jeweiligen ersten Schalter S1₁, S1₂ und den jeweiligen zweiten Schalter S2₁, S2₂ anzusteuern. Die beiden Steuerschaltungen 2₁ , 2₂ können insbesondere dazu ausgebildet, den jeweiligen ersten Schalter S1₁, S1₂ abhängig von einer Spannung zwischen dem Ausgang OUT und dem jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂ anzusteuern. Hierfür erhalten die Steuerschaltungen 2₁ , 2₂ die Ausgangsspannung VOUT (wie dargestellt) oder ein von der Ausgangsspannung VOUT abhängiges Signal (nicht dargestellt) an einem ersten Messeingang 24₁, 24₂. Gemäß einem Beispiel ist jede der Steuerschaltungen 2₁ , 2₂ dazu ausgebildet, den jeweiligen ersten Schalter S1₁, S1₂ dann leitend anzusteuern, wenn das elektrische Potential VOUT am Ausgang kleiner ist als das elektrische Potential VN1, VN2 an dem jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂. Außerdem ist die Steuerschaltung 2₁ , 2₂ dazu ausgebildet, an einem Versorgungseingang 23₁, 23₂ eine Versorgungsspannung VN1₁, VN1₂ von dem jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂ zu erhalten.
Die ersten und zweiten Schalter S1₁, S1₂, S2₁, S2₂ weisen jeweils einen Steueranschluss zum Erhalten eines Ansteuersignals DRV1₁, DRV1₂, DRV2₁, DRV2₂ auf und leiten oder sperren abhängig von einem Signalpegel des jeweiligen Ansteuersignals DRV1₁, DRV1₂, DRV2₁, DRV2₂. Die Ansteuersignale DRV1₁, DRV1₂, DRV2₁, DRV2₂ werden durch die jeweilige Steuerschaltung 2₁ , 2₂ erzeugt.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind Schaltungselemente, Schaltungsknoten und Signale der beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ mit gleichen Bezugszeichen versehen, die sich jeweils nur durch einen tiefgestellten Index „1“ bzw. durch einen tiefgestellten Index „2“ unterscheiden. In der nachfolgenden Beschreibung, wenn eine Unterscheidung zwischen den beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ nicht erforderlich ist, werden die in 1 dargestellten Bezugszeichen jeweils ohne tiefgestelltem Index verwendet, so dass nachfolgend beispielsweise das Bezugszeichen 1 eine der beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ oder beide Versorgungsschaltungen, das Bezugszeichen S1 einen der ersten Schalter S1₁, S1₂ oder beide der ersten Schalter S1₁, S1₂ bezeichnet, usw.
Dadurch, dass bei der elektronischen Schaltung gemäß 1 die Steuerschaltungen 2 in den Versorgungsschaltungen 1 ihre jeweilige Versorgungsspannung VN1 über den ersten Schaltungsknoten N1 erhalten, ist eine Spannungsversorgung beider Steuerschaltungen 2 auch dann noch gewährleistet, wenn ein Ausfall einer der beiden Eingangsspannungen VIN vorliegt. „Ein Ausfall einer der Eingangsspannungen VIN“ kann beispielsweise dann vorliegen, wenn am jeweiligen Eingang IN ein Kurzschluss gegen Masse vorliegt, wenn eine Leitungsverbindung zwischen einer Spannungsquelle, die die jeweilige Eingangsspannung VIN bereitstellt, und dem Eingang IN unterbrochen ist, oder wenn die Eingangsspannungen VIN durch Batterien bereitgestellt werden und eine der Batterien leer ist.
Gemäß einem Beispiel sind die Steuerschaltungen 2 der beiden Versorgungsschaltungen 1 jeweils so realisiert, dass die Steuerschaltung 2 derjenigen der beiden Versorgungsschaltungen 1, die die höhere der Eingangsspannungen VIN erhält, jeweils den ersten und zweiten Schalter S1, S2 einschaltet, während die Steuerschaltung 2 derjenigen der beiden Versorgungsschaltungen 1, die die niedrigere der beiden Eingangsspannungen VIN erhält, wenigstens den zweiten Schalter S2 ausschaltet. Ist beispielsweise die erste Eingangsspannung VIN₁ höher als die zweite Eingangsspannung VIN₂, so schaltet (a) die Steuerschaltung 2₁ der ersten Versorgungsschaltung 1₁ den ersten Schalter S1₁ und den zweiten Schalter S2₁ in der ersten Versorgungsschaltung 1₁ ein und (b) die Steuerschaltung 2₂ in der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ den zweiten Schalter S2₂ in der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ aus. Durch Ausschalten des zweiten Schalters S2 in derjenigen der beiden Versorgungsschaltungen, die die niedrigere der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ an ihrem Eingang erhält, wird verhindert, dass ein Querstrom zwischen den beiden Eingängen IN fließen kann. Bei dem zuvor erläuterten Beispiel wird durch Ausschalten des zweiten Schalter S2₂ in der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ also verhindert, dass ein Querstrom von dem ersten Eingang IN₁, an dem die höhere der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ anliegt, an den zweiten Eingang, an dem die niedrigere der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ anliegt, fließt.
In derjenigen der beiden Versorgungsschaltungen 1, die die niedrigere der beiden Eingangsspannungen erhält, kann der zugehörige erste Schalter 1 eingeschaltet werden oder ausgeschaltet werden. Bei dem zuvor erläuterten Beispiel, bei dem die zweite Versorgungsschaltung 1₂ die niedrigere der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ erhält, kann der zugehörige erste Schalter S1₂ also (a) eingeschaltet werden oder (b) ausgeschaltet werden. Im ersten Fall (a, S1₂ eingeschaltet) erhält die zweite Steuerschaltung 2₂ als Versorgungsspannung VN1₂ die Ausgangsspannung VOUT über den ersten Schalter S1₂. Im zweiten Fall (a, S1₂ ausgeschaltet) erhält die zweite Steuerschaltung 2₂ als Versorgungsspannung VN1₂ die zweite Eingangsspannung VIN₂ über das parallel zu dem zweiten Schalter S2₂ geschaltete Gleichrichterelement D2₂. Hinsichtlich der auftretenden Verlustleistung ist der erste Fall günstiger, da die an dem eingeschalteten ersten Schalter S1₂ entstehende Verlustleistung üblicherweise niedriger ist als die an dem in Flussrichtung betriebenen zweiten Gleichrichterelement D2₂.
Damit sind im Normalbetrieb der Schaltung, also dann wenn an beiden Eingängen IN ausreichend hohe Eingangsspannungen VIN vorliegen, wenigstens zwei der Schalter geschlossen, nämlich der erste und der zweite Schalter S1, S2 in derjenigen der beiden Versorgungsschaltungen, die die höhere der beiden Eingangsspannungen VIN erhält. Optional ist auch der erste Schalter S1 in derjenigen der beiden Versorgungsschaltungen 1 geschlossen, die die niedrigere der beiden Eingangsspannungen erhält. „Ausreichend hoch“ bedeutet im Zusammenhang mit einer Eingangsspannung VIN, dass die Eingangsspannung VIN geeignet ist, die Last Z und die Steuerschaltungen zu versorgen.
Dass eine der beiden Eingangsspannungen VIN höher ist als die jeweils andere der Eingangsspannungen VIN, kann durch einen Ausfall einer der beiden Eingangsspannungen VIN bedingt sein oder kann auch dadurch bedingt sein, dass sich die beiden Eingangsspannungen VIN geringfügig voneinander unterscheiden. Letzteres stellt eher den Normalfall dar. Sind beide Eingangsspannungen VIN annähernd gleich groß, kann auch der Fall eintreten, dass beide Steuerschaltungen 2 den jeweiligen ersten und zweiten Schalter S1, S2 einschalten, wodurch eine leitende Verbindung zwischen den beiden Eingängen IN vorhanden ist. Bei Gleichheit der Eingangsspannungen VIN ist dies allerdings unkritisch da allenfalls ein kleiner Ausgleichsstrom fließt.
Wie erläutert können die ersten Schalter S1 in beiden Versorgungsschaltungen 1 durch die jeweilige Steuerschaltung 2 leitend angesteuert werden, sobald eine ausreichende Spannungsversorgung der jeweiligen Steuerschaltung 2 vorliegt. In diesem Fall sind die Steuerschaltungen 2 dazu ausgebildet, den zugehörigen ersten Schalter S1 leitend anzusteuern, sobald sie eine ausreichende Versorgungsspannung erhalten.
Alternativ dazu, sind die Steuerschaltungen 2 dazu ausgebildet, nur den ersten Schalter S1 in derjenigen der beiden Versorgungsschaltungen 1 leitend anzusteuern, die die höhere der beiden Eingangsspannungen VIN erhält. In diesem Fall können die Steuerschaltungen dazu ausgebildet sein, die jeweilige Eingangsspannung VIN oder die Spannung VN1 an dem ersten Schaltungsknoten N1 mit der Spannung VOUT am Ausgang zu vergleichen, und den zugehörigen ersten Schalter S1 nur dann leitend anzusteuern, wenn die Eingangsspannung VIN oder die Spannung VN1 an dem ersten Schaltungsknoten N1 größer oder wenigstens gleich der Ausgangsspannung VOUT ist.
Zur Ansteuerung der zweiten Schalter S2 sind die Steuerschaltungen 2 beispielsweise dazu ausgebildet, die jeweilige Eingangsspannung VIN mit der Ausgangsspannung VOUT zu vergleichen und den zweiten Schalter S2 leitend anzusteuern, wenn die Eingangsspannung VIN an dem Eingang IN, an den der zweite Schalter angeschlossen ist, höher oder wenigstens gleich der Ausgangsspannung VOUT ist. Die Eingangsspannungen VIN erhalten die Steuerschaltungen beispielsweise über einen weiteren Messeingang 25.
Eine Spannungsversorgung beider Steuerschaltungen 2 ist stets gewährleistet, so lange eine der beiden Versorgungsspannungen VIN vorhanden ist, also auch dann wenn eine der beiden Versorgungsspannungen ausfallen sollte. Fällt beispielsweise die erste Eingangsspannung VIN₁ aus, ist also die erste Eingangsspannung VIN₁ null, während die zweite Versorgungsspannung VIN₂ einen zur Versorgung der Last Z und zur Versorgung der beiden Steuerschaltungen 2 ausreichenden Spannungspegel hat, schaltet die Steuerschaltung 2₂ in der zweiten Versorgungsspannung 1₂ den jeweiligen ersten und zweiten Schalter S1₂, S2₂ ein, so dass die Ausgangsspannung VOUT annähernd (abzüglich unvermeidlicher geringer Spannungsabfälle über den Schaltern S1₂, S2₂) der zweiten Eingangsspannung VIN₂ entspricht. Entweder über das erste Gleichrichterelement D1₁ in der ersten Versorgungsschaltung 1₁ oder über den eingeschalteten ersten Schalter S1₁ erhält die Steuerschaltung 2₁ der ersten Versorgungsschaltung 1₁ eine Versorgungsspannung VN1₁, die in etwa der Ausgangsspannung VOUT (abzüglich der Flussspannung des ersten Gleichrichterelements D1₁) entspricht. Die Versorgungsspannung VN1₂ der zweiten Steuerschaltung 2₂ entspricht annähernd der Ausgangsspannung VOUT. Hierdurch sind beide Steuerschaltungen 2₁ , 2₂ mit einer ausreichenden Versorgungsspannung versorgt, auch wenn eine der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ ausfällt.
Gemäß einem Beispiel ist vorgesehen, dass die Steuerschaltungen 2₁ , 2₂ , die jeweilige Eingangsspannung VN1₁, VN1₂ über den weiteren Messeingang 25₁, 25₂ messen und über einen optionalen Kommunikationsanschluss COM₁, COM₂ ein Fehlersignal an eine übergeordnete Steuereinheit (gestrichelt dargestellt) ausgeben, wenn die jeweilige Eingangsspannung VN1₁, VN1₂ unter einen vorgegebenen Schwellenwert absinkt. Bei dem zuvor erläuterten Beispiel, bei dem die erste Eingangsspannung VIN₁ ausfällt, könnte die Steuerschaltung 2₁ in der ersten Versorgungsschaltung 1₁ trotz Ausfall der ersten Eingangsspannung VIN₁ ein Fehlersignal über den entsprechenden Kommunikationsanschluss COM₁ ausgeben, da sie aufgrund der ausreichenden Spannungsversorgung über den ersten Schaltungsknoten N1₁ betriebsbereit ist.
Wie oben erwähnt, können die ersten Schalter S1 als beliebige elektronische Schalter realisiert sein. Die ersten Schalter S1 in den beiden Versorgungsschaltungen 1 können dabei jeweils elektronische Schalter desselben Typs oder elektronische Schalter unterschiedlichen Typs sein. Beispiele verschiedener Schaltertypen zur Realisierung der ersten Schalter S1 realisiert sind in den 2A und 2B dargestellt.
Gemäß einem Beispiel ist vorgesehen, dass wenigstens einer der beiden ersten Schalter S1 als MOSFET, insbesondere als n-leitender selbstsperrender MOSFET (n-type enhancement MOSFET) realisiert ist, wie in 2A dargestellt ist. Das erste Gleichrichterelement D1 kann hierbei eine inhärente Bodydiode des MOSFET sein, wobei bei einem n-leitenden MOSFET eine Anode der inhärenten Bodydiode durch einen Sourceanschluss S des MOFET gebildet ist und eine Kathode der Bodydiode durch einen Drainanschluss D des MOSFET gebildet ist. Ein Steueranschluss zum Erhalten des Ansteuersignals DRV1 ist durch einen Gateanschluss G des MOSFET gebildet. Das Ansteuersignal DRV1 ist bei einem MOSFET eine Spannung zwischen dem Gateanschluss G und dem Sourceanschluss S, wobei der MOSFET leitet, wenn diese Spannung oberhalb einer Schwellenspannung des MOSFET liegt, und sperrt, wenn diese Spannung unterhalb einer Schwellenspannung des MOSFET liegt.
Optional kann bei einem MOSFET zusätzlich zu der internen Bodydiode ein externes Gleichrichterelement, wie beispielsweise eine pn-Diode oder eine Schottkydiode, zwischen den Drainanschluss D und den Sourceanschluss S, und damit parallel zu der internen Bodydiode geschaltet sein. Das erste Gleichrichterelement D1 ist dann durch die Parallelschaltung der Bodydiode und des externen Gleichrichterelements gebildet.
Gemäß einem Beispiel ist vorgesehen, dass die ersten Schalter S1 in beiden Versorgungsschaltungen 1 jeweils n-leitende selbstsperrende MOSFETs sind. Die Drainanschlüsse D der beiden MOSFETs sind in diesem Fall an den Ausgang OUT der Schaltung angeschlossen, um eine Polung der ersten Gleichrichterelemente D1 zu erreichen, wie sie in 1 dargestellt ist. Diese Verschaltung der beiden als erste Schalter S1 verwendeten MOSFETs kann als Common-Drain-Konfiguration bezeichnet werden.
Gemäß einem weiteren Beispiel ist vorgesehen, wenigstens einen der ersten Schalter S1 als IGBT zu realisieren, wie in 2B dargestellt ist. Ein Steuereingang des IGBT wird durch einen Gateanschluss gebildet. Das Steuersignal ist im Fall eines IGBT eine Spannung zwischen dem Gateanschluss G und einem Emitteranschluss E. Das erste Gleichrichterelement D1 kann bei Verwendung eines IGBT als ersten Schalter S1 beispielsweise ein externes Gleichrichterelement sein, das derart zwischen einen Kollektoranschluss C und den Emitteranschluss E des IGBT geschaltet ist, dass ein Strom durch das Gleichrichterelement D1 fließt, wenn eine positive Spannung zwischen dem Emitter E und dem Kollektor C anliegt. Bei einer Realisierung des Gleichrichterelements D1 als Diode bedeutet dies, dass eine Anode der Diode an den Emitter E und eine Kathode der Diode an den Kollektor C des IGBT angeschlossen ist. Die Diode ist beispielsweise eine pn-Diode oder eine Schottkydiode.
Die Realisierung wenigstens eines der ersten Schalter S1 als MOSFET, wie in 2A dargestellt ist, oder als IGBT, wie in 2B dargestellt ist, ist lediglich ein Beispiel. Selbstverständlich können auch beliebige andere Art von Transistoren, wie beispielsweise ein Bipolar-Sperrschichttransistoren (BJT, Bipolar Junction Transistor), ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET, Junction Field-Effect Transistor) oder ein HEMT (High Elektron Mobility Transistor), um nur einige Beispiele zu nennen, für wenigstens eine der beiden ersten Schalter S1 verwendet werden.
Die obigen Ausführungen zur Realisierung der ersten Schalter S1 in den beiden Versorgungsschaltungen 1 gelten in entsprechender Weise zur Realisierung des wenigstens einen zweiten Schalters S2 in den beiden Versorgungsschaltungen 1. Das heißt, der wenigstens eine zweite Schalter S2 in wenigstens einer der beiden Versorgungsschaltungen 1 kann als MOSFET realisiert werden, wie in 3A gezeigt ist, kann als IGBT realisiert werden, wie in 3B gezeigt, oder kann als beliebiger anderer Transistor, wie beispielsweise als BJT, als JFET oder als HEMT realisiert werden. Bei Verwendung mehrerer zweiter Schalter in einer Versorgungsschaltung können die mehreren zweiten Schalter entweder Schalter des gleichen Typs oder Schalter unterschiedlichen Typs sein.
4 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels einer der beiden Steuerschaltungen 2, wobei die Steuerschaltungen 2 in beiden Versorgungsschaltungen 1 gemäß dem in 4 dargestellten Blockschaltbild realisiert werden können. Das Blockdiagramm gemäß 4 veranschaulicht Funktionsblöcke der Steuerschaltung 2, nicht jedoch eine spezielle Implementierung. Die in 4 dargestellten Funktionsblöcke können auf verschiedene Weise realisiert werden. Gemäß einem Beispiel sind diese Funktionsblöcke unter Verwendung einer dedizierten Schaltung realisiert. Gemäß einem weiteren Beispiel ist die Steuerschaltung unter Verwendung von Hardware und Software realisiert. So kann die Steuerschaltung 2 beispielsweise einen Mikrokontroller und Software, die durch den Mikrokontroller ausgeführt wird, umfassen.
Bezugnehmend auf 4 umfasst die Steuerschaltung 2 einen Treiber 4, der dazu ausgebildet ist, die Ansteuersignale DRV1, DRV2 für den ersten Schalter S1 und den wenigstens einen zweiten Schalter S2 angesteuert durch eine Steuerung 3 zu erzeugen. Eine Spannungsüberwachungsschaltung 5 erhält die Ausgangsspannung VOUT und die Spannung VN1 am ersten Schaltungsknoten N1 und ist dazu ausgebildet, Signale, die diese Spannungen VOUT, VN1 repräsentieren, an die Steuerung 3 zu liefern, um die Steuerung 3 in die Lage zu versetzen, den ersten und zweiten Schalter S1, S2 abhängig von diesen Spannungen VOUT, VN1 in der oben erläuterten Weise anzusteuern.
Bezugnehmend auf 4 umfasst die Steuerschaltung 2 außerdem eine Spannungsversorgungsschaltung 6, die die Spannung VN1 an dem ersten Schaltungsknoten N1 erhält und dazu ausgebildet ist, wenigstens eine interne Versorgungsspannung VSUP für die einzelnen Funktionsblöcke basierend auf der Spannung VN1 an dem ersten Schaltungsknoten N1 zu erzeugen.
Ein Beispiel einer solchen Spannungsversorgungsschaltung 6 ist in 5 weiter im Detail dargestellt. Diese Spannungsversorgungsschaltung umfasst eine Auswerteschaltung 63 und eine Spannungserzeugungsschaltung 64 und ist dazu ausgebildet, eine interne Versorgungsspannung VSUP für die Steuerschaltung 2 nur dann zu erzeugen, wenn die an dem Versorgungseingang 23 von dem ersten Schaltungsknoten N1 erhaltene Spannung VN1 größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert. Hierzu erhält die Auswerteschaltung 63 die Spannung VN1 oder, wie dargestellt eine zu dieser Spannung VN1 proportionale Spannung von einem Spannungsteil 61, 62 und vergleicht die erhaltene Spannung mit einem Schwellenwert. Die Auswerteschaltung 63 ist weiterhin dazu ausgebildet, die Spannungserzeugungsschaltung 64 für das Erzeugen der internen Versorgungsspannung VSUP freizugeben oder zu sperren, wobei die Auswerteschaltung 63 die Spannungsversorgungsschaltung 64 dann frei gibt, wenn der erhaltene Spannungswert oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes ist. Zur Erzeugung der internen Versorgungsspannung VSUP erhält die Spannungserzeugungsschaltung 64 beispielsweise die Spannung VN1 über den Versorgungseingang 23.
Wie oben ausgeführt, kann jede der Steuerschaltungen 2 dazu ausgebildet sein, den zugehörigen ersten Schalter S1 leitend anzusteuern, sobald sie eine ausreichende Versorgungsspannung erhält oder sobald sie eine ausreichende Versorgungsspannung erhält und das elektrische Potential VN1 an dem ersten Schaltungsknoten N1 höher ist als das Potential VOUT an dem Ausgang OUT. Im eingeschwungenen Zustand, also nachdem die beiden Eingangsspannungen VIN für eine bestimmte Zeit vorliegen, führt dies dazu, dass in jedem Fall der erste Schalter S1 derjenigen der Versorgungsschaltungen 1 eingeschaltet ist, die die höhere der beiden Eingangsspannungen VIN erhält.
Als „Startphase“ wird nachfolgend eine Betriebsphase zwischen dem Anlegen der Eingangsspannungen VIN und dem Erreichen dieses eingeschwungenen Betriebszustandes bezeichnet. Die Steuerschaltungen 2 können mit verschiedenen Funktionalitäten realisiert werden. Je nach vorhandener Funktionalität der Steuerschaltungen 2 können während der Startphase verschiedenen Betriebsszenarien auftreten. Einige Beispiele sind nachfolgend erläutert, wobei zunächst angenommen wird, dass die beiden Versorgungsschaltungen 1 jeweils fehlerfrei funktionieren, und dass die an den Eingängen IN der beiden Versorgungsschaltungen anliegenden Versorgungsspannungen VIN jeweils ausreichend sind, um die Steuerschaltungen 2 in einen betriebsbereiten Zustand zu bringen, wobei die Steuerschaltungen 2 im betriebsbereiten Zustand in der Lage sind, die ersten und zweiten Schalter S1, S2 anzusteuern.
In einem ersten Beispiel sei angenommen, dass während der Startphase die beiden Versorgungsspannungen VIN zeitlich versetzt an den Eingängen IN zur Verfügung stehen, dass also eine Zeitverzögerung zwischen dem Vorliegen einer der beiden Eingangsspannungen VIN und dem Vorliegen der anderen der beiden Eingangsspannungen VIN vorhanden ist. Da die Ausgangsspannung VOUT zunächst null ist, schaltet diejenige der beiden Steuerschaltungen 2 den zugehörigen Schalter S1 ein, die über das zweite Gleichrichterelement D2 zuerst eine ausreichende Versorgungsspannung VN1 erhält. Liegt beispielsweise die erste Eingangsspannung VIN₁ vor der zweiten Eingangsspannung VIN₂ vor, so schaltet die erste Steuerschaltung 2₁ den ersten Schalter S1₁ ein, wodurch die Ausgangsspannung VOUT annähernd der ersten Eingangsspannung VIN1₁ entspricht. Über das zugehörige erste Gleichrichterelement D1₂ erhält nach Einschalten des ersten Schalters S1₁ in der ersten Versorgungsschaltung 1₁ auch die Steuerschaltung 2₂ in der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ eine ausreichende Spannungsversorgung. Wie oben ausgeführt kann diese Steuerschaltung 22 dazu ausgebildet sein, den ersten Schalter 1₂ sofort nach Erhalten einer ausreichenden Versorgungsspannung einzuschalten oder nur dann, wenn auch die zugehörige Eingangsspannung VIN₂ oder die zugehörige Spannung VN₁ an dem ersten Schaltungsknoten N12 höher ist als die Ausgangsspannung VOUT.
Ist diejenige der beiden Versorgungsspannungen VIN, die später vorliegt, kleiner als diejenige der beiden Versorgungsspannungen die zuerst vorliegt, so bleibt der zweite Schalter S2 und, optional, der erste Schalter S1 derjenigen der Versorgungsschaltungen 1 die die niedrigere Eingangsspannung VIN erhält, ausgeschaltet. Ist bei dem zuvor erläuterten Beispiel also die zweite Eingangsspannung VIN₂ kleiner als die erste Versorgungsspannung VIN₁ so bleibt zumindest der zweite Schalter S2₂ der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ ausgeschaltet, da die Ausgangspannung VOUT, die annähernd der ersten Eingangsspannung VIN₁ entspricht, größer ist als die zweite Eingangsspannung VIN₂. Würde der zweite Schalter S2₂ der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ eingeschaltet, so würde ein Querstrom zwischen den Eingängen IN₁, IN₂ fließen, was unerwünscht ist.
Ist diejenige der beiden Eingangsspannungen VIN, die später vorliegt, hingegen größer als diejenige der beiden Eingangsspannungen VIN, die zuerst vorliegt, so schaltet diejenigen der beiden Versorgungsschaltungen 1, die die höhere der beiden Eingangsspannungen VIN erhält, den zugehörigen zweiten Schalter S2 ein, während diejenige der beiden Versorgungsschaltungen 1, die die zuerst vorliegende niedrigere der beiden Eingangsspannungen VIN erhält, den zugehörigen zweiten Schalter S2 wieder ausschaltet, um einen Querstrom zwischen den beiden Eingängen IN zu vermeiden. Wenn also bei dem zuvor erläuterten Beispiel die später vorliegende zweite Eingangsspannung VIN₂ höher ist als die zuerst vorliegende erste Eingangsspannung VIN₁, so erkennt die Steuerschaltung 22 in der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ dass die Spannung VN1₂ an dem ersten Schaltungsknoten N12 oder die zweite Eingangsspannung VIN₂ höher ist als die Ausgangsspannung VOUT und schaltet den zugehörigen zweiten Schalter S2₂ ein. Dadurch steigt die Ausgangsspannung VOUT annäherungsweise auf den Wert der höheren zweiten Eingangsspannung VIN₂ an. Die Steuerschaltung 2₁ der ersten Versorgungsschaltung 1₁ schaltet den zugehörigen zweiten Schalter S2₁ daraufhin aus, da die Spannung VN1₁ an dem ersten Schaltungsknoten N1₁ oder die erste Eingangsspannung VIN₁ ist als die Ausgangsspannung VOUT. Der erste Schalter S1₁ in der ersten Versorgungsschaltung 1₁ kann zusammen mit dem zweiten Schalter S2₂ ausgeschaltet werden oder kann eingeschaltet bleiben, um die Steuerschaltung 2₁ in der ersten Versorgungsschaltung 1₁ bei möglichst geringen Verlusten über die Ausgangsspannung VOUT zu versorgen.
Darüber hinaus können in den Steuerschaltungen 2 verschiedene Diagnosefunktionen implementiert sein. Verschiedene Beispiele solcher Diagnosefunktionen sind nachfolgend erläutert, wobei diese Diagnosefunktionen jeweils in einer der beiden Steuerschaltungen 2 oder in beiden Steuerschaltungen 2 implementiert sein können.
Wie oben erläutert betrifft eine der möglichen Diagnosefunktionen die Eingangsspannung VIN. So kann wenigstens eine der Steuerschaltungen 2 dazu ausgebildet sein, die erhaltene Eingangsspannung VIN mit einem Schwellenwert zu vergleichen und ein entsprechendes Fehlersignal über den Kommunikationsausgang COM auszugeben, wenn diese Eingangsspannung VIN unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt.
Ein weiteres Beispiel betrifft eine Kurzschlusserkennung der ersten und zweiten Schalter S1, S2. Bei diesem Beispiel ist wenigstens eine der beiden Steuerschaltungen 2 dazu ausgebildet, einen Kurzschluss des ersten Schalters S1 und des zweiten Schalter S2 zu detektieren. Hierzu erfasst die Steuerschaltung 2 die Spannung über dem jeweiligen ersten oder zweiten Schalter S1, S2, wenn der Schalter durch das jeweilige Ansteuersignal DRV1, DRV2 ausgeschaltet sein soll. Ist die Spannung bei sperrend angesteuertem Schalter S1, S2 niedriger als ein vorgegebener Schwellenwert, so wird von einem Kurzschluss in dem jeweiligen Schalter ausgegangen. Zur Erfassung der Spannung über dem ersten Schalter S1 wertet die Steuerschaltung 2 die Differenz zwischen der an den Eingängen 24, 23 anliegenden Spannungen VOUT, VN1 aus, und zur Ermittlung der Spannung über den zweiten Schalter S2 wertet die Steuerschaltung 2 die Differenz zwischen den an den Eingängen 23, 25 erhaltenen Spannungen VN1, VIN aus.
Noch ein weiteres Beispiel betrifft eine Unterbrechungserkennung der ersten und zweiten Schalter S1, S2. Bei diesem Beispiel ist wenigstens eine der beiden Steuerschaltungen 2 dazu ausgebildet, eine Unterbrechung des ersten Schalters S1 und des zweiten Schalter S2 zu detektieren. Hierzu erfasst die Steuerschaltung 2 die Spannung über dem jeweiligen ersten oder zweiten Schalter S1, S2, wenn der Schalter durch das jeweilige Ansteuersignal DRV1, DRV2 eingeschaltet sein soll. Ist die Spannung bei leitend angesteuertem Schalter S1, S2 (bei geschlossenem Schalter S1, S2) höher als ein vorgegebener Schwellenwert, so wird von einer Unterbrechung in dem jeweiligen Schalter ausgegangen. Zur Erfassung der Spannung über dem ersten Schalter S1 wertet die Steuerschaltung 2 die Differenz zwischen der an den Eingängen 21, 23 anliegenden Spannungen VOUT, VN1 aus, und zur Ermittlung der Spannung über dem zweiten Schalter S2 wertet die Steuerschaltung 2 die Differenz zwischen den an den Eingängen 23, 25 erhaltenen Spannungen VN1, VIN aus.
Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung 2 dazu ausgebildet, über den Kommunikationsanschluss COM ein entsprechendes Fehlersignal auszugeben, wenn ein Kurzschluss in einem der beiden Schalter S1, S2 detektiert wird. Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung außerdem dazu ausgebildet, bei Detektion eines Kurzschlusses in einem der beiden Schalter S1, S2 den jeweiligen anderen Schalter auszuschalten oder ausgeschaltet zu halten.
Optional kann zwischen den beiden Steuerschaltungen 2 ein Kommunikationskanal (in 1 gestrichelt dargestellt) vorhanden sein. Gemäß einem Beispiel sind die beiden Steuerschaltungen 2 dazu ausgebildet, bei Detektion eines Kurzschlusses in dem zugehörigen ersten Schalter S1 ein entsprechendes Fehlersignal an die jeweils andere Steuerschaltungen zu schicken. Darüber hinaus sind die Steuerschaltungen 6 dazu ausgebildet, bei Erhalt eines solchen Fehlersignals den zugehörigen wenigstens einen zweiten Schalter S2 zu öffnen, um einen Querstrom zwischen den beiden Eingängen IN sicher zu vermeiden.
Alternativ oder zusätzlich kann die übergeordnete Steuerschaltung ein solches Abschalten des wenigstens einen zweiten Schalters in einer der Versorgungsschaltungen 1 bewirken, wenn ein Kurzschluss im ersten Schalter S1 der anderen Versorgungsschaltung 1 detektiert wird. Ist diese Funktion zusätzlich vorhanden, wird eine Redundanz erreicht.
Die übergeordnete Steuerschaltung (in den Figuren gestrichelt dargestellt), die über die Kommunikationsanschlüsse COM an die Steuerschaltungen 2 gekoppelt ist, kann abhängig von den von den Steuerschaltungen 2 erhaltenen Fehlersignalen geeignete Maßnahmen ergreifen, wie beispielsweise eine der Versorgungsspannungen VIN oder beide Versorgungsspannungen VIN abschalten.
6 zeigt ein weiteres Beispiel einer elektronischen Schaltung mit zwei Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ . Bei diesem Beispiel umfassen die beiden Versorgungsschaltungen 1₁ , 1₂ jeweils zwei zweite Schalter S21₁, S21₂, S22₁, S22₂, die in Reihe zwischen den jeweiligen Eingang IN₁, IN₂ und den jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1₁, N1₂ geschaltet sind. Parallel zu jedem dieser zweiten Schalter S21₁, S21₂, S22₁, S22₂, ist ein zugehöriges Gleichrichterelement D21₁, D21₂, D22₁, D22₂ geschaltet. Die zweiten Schalter sind nachfolgend allgemein als S21, S22 und die beiden Gleichrichterelemente sind allgemein als D21, D22 bezeichnet, wenn eine Unterscheidung zwischen den zweiten Schaltern beziehungsweise den zweiten Gleichrichterelementen der ersten und zweiten Versorgungsschaltung 1₁ , 1₂ nicht erforderlich ist.
Die zweiten Gleichrichterelemente D21, D22 jeder Versorgungsschaltung 1 sind so in Reihe geschaltet, dass ein Strom zwischen dem jeweiligen Eingang IN und dem jeweiligen ersten Schaltungsknoten N1 fließen kann, wenn die Spannung VIN an dem Eingang IN höher ist als die Spannung VN1 an dem ersten Schaltungsknoten N1.
Die Steuerschaltungen 2 sind bei dem in 6 gezeigten Beispiel beispielsweise dazu ausgebildet, die zugehörigen zweiten Schalter S21, S22 synchron anzusteuern, also gleichzeitig einzuschalten oder gleichzeitig auszuschalten. Die Ansteuerung der beiden zweiten Schalter einer Versorgungsschaltung 1 erfolgt in gleicher Weise wie die oben erläuterte Ansteuerung des einen zweiten Schalters S2 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1.
Das Vorhandensein der zwei in Reihe geschalteten zweiten Schalter S21, S22 und der zugehörigen zweiten Gleichrichterelemente D21, D22 erhöht die Sicherheit der elektronischen Schaltung. Ist ein Kurzschluss in einem der beiden zweiten Schalter S21, S22 vorhanden, während der andere der beiden Schalter S21, S22 noch intakt ist, so ist die Funktionsfähigkeit der Schaltung gewährleistet.
Gemäß einem Beispiel erhält jede der Steuerschaltungen 2 über einen weiteren Eingang 27 ein elektrisches Potential an einem Schaltungsknoten N2 (wobei N2 einen der in 6 dargestellten Schaltungsknoten N2₁, N2₂ repräsentiert), der zwischen den beiden zweiten Schaltern S21, S22 liegt, vorhandenen Spannung. Die Steuerschaltung 2 kann auf diese Weise die Spannungen über den beiden zweiten Schaltern S21, S22 erfassen und kann auf diese Weise einen Kurzschluss oder eine Unterbrechung in den beiden Schalter S21, S22 detektieren. Ein Kurzschluss ist beispielsweise dann vorhanden, wenn bei sperrend angesteuertem Schalter eine Spannung über dem jeweiligen Schalter kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Ein Leerlauf ist beispielsweise dann vorhanden, wenn bei leitend angesteuertem Schalter eine Spannung über dem jeweiligen Schalter oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes ist. Gemäß einem Beispiel ist die Steuerschaltung 2 dazu ausgebildet, bei Detektion eines Kurzschlusses in einem der beiden zweiten Schalter S21, S22 den jeweils anderen der beiden zweiten Schalter S21, S22 zu öffnen und/oder ein Fehlersignal über den Kommunikationsanschluss auszugeben.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektronischen Schaltung. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Versorgungsschaltungen 1 jeweils eine Stromerfassungsanordnung 7₁, 7₂, die dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Stromrichtung eines zwischen der jeweiligen Versorgungsschaltung 1₁ , 1₂ und dem Ausgang OUT fließenden Ausgangsstromes IOUT₁, IOUT₂ zu erfassen. Die Stromerfassungsschaltungen 7₁, 7₂ sind in 7 lediglich schematisch dargestellt. Diese Stromerfassungsschaltungen 7₁, 7₂ können als beliebige herkömmlicher Stromsensoren realisiert werden, wie beispielsweise als induktive Stromsensoren, als Hall-Sensoren, als Sensoren unter Verwendung eines Shunt-Widerstandes, oder ähnliche. Die Stromerfassungsschaltungen 7₁, 7₂ sind über Strommesseingänge 26₁, 26₂ an die Steuerschaltungen 2₁ , 2₂ gekoppelt. Die Steuerschaltungen 2₁ , 2₂ sind bei dieser elektronischen Schaltung dazu ausgebildet, durch die Stromerfassungsschaltungen 7₁, 7₂ bereitgestellte Strommessergebnisse bei der Ansteuerung des jeweiligen ersten Schalters S1₁, S1₂ und des wenigstens einen zweiten Schalters zu berücksichtigen. Beispiele hierfür sind nachfolgend noch erläutert.
Bei dem in 7 gezeigten Beispiel umfassen die Versorgungsschaltungen 1 jeweils zwei zweite Schalter S21, S22. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Stromerfassungsschaltungen 7 (wobei das Bezugszeichen 7 eine beliebige oder beide der Stromerfassungsschaltungen 7₁, 7₂ repräsentiert) können ebenso bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 vorgesehen werden, bei dem lediglich ein zweiter Schalter S2 in jeder der Versorgungsschaltungen 1 vorhanden ist.
8 zeigt ein Beispiel für eine der beiden Steuerschaltungen 2 bei der in 7 gezeigten elektronischen Schaltung. Diese Steuerschaltung 2 unterscheidet sich von der anhand von 4 erläuterten Steuerschaltung dadurch, dass die Steuerung 3 an den Strommesseingang 26 (wobei das Bezugszeichen 26 einen der Strommesseingänge 26₁, 26₂ gemäß 7 repräsentiert) gekoppelt ist um das durch die jeweilige Stromerfassungsschaltung 7 bereitgestellte Strommesssignal zu erhalten.
Die Steuerschaltung 2 ist bei diesem Beispiel beispielsweise dazu ausgebildet, den wenigstens einen zweiten Schalter S2 oder S21, S22 sperrend anzusteuern, wenn das durch die Stromerfassungsschaltung 7 erhaltene Strommesssignal S7 darauf hinweist, dass der zugehörige Ausgangsstrom IOUT ein negatives Vorzeichen hat, also vom Ausgang OUT in die jeweilige Versorgungsschaltung 1 fließt. Ein solcher Ausgangsstrom IOUT mit negativen Vorzeigen kann beispielsweise dann auftreten, wenn sich die Spannungsverhältnisse an den Eingängen IN ändern, also beispielsweise dann, wenn die bis dahin kleinere der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ die bis dahin größere der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ übersteigt. Dies ist nachfolgend erläutert.
Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, dass die erste Eingangsspannung VIN₁ zunächst die größere der beiden Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ ist. In diesem Fall sind der erste Schalter S1 und der wenigstens eine zweite Schalter S21₁, S22₁ der ersten Versorgungsschaltung 1₁ durch die Steuerschaltung 2₁ leitend angesteuert, während wenigstens der zweite Schalter S2₂ in der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ sperrend angesteuert ist. Übersteigt nun die zweite Eingangsspannung VIN₂ die erste Eingangsspannung VIN₁, so übersteigt die Eingangsspannung VIN₂ der zweiten Versorgungsschaltung 1₂ das Potential VOUT am Ausgang OUT, sodass die zweite Steuerschaltung 2₂ den zugehörigen zweiten Schalter S2₂ einschaltet. Damit steigt das Ausgangspotential VOUT annähernd auf den Wert der nun höheren zweiten Eingangsspannung VIN₂ an, wodurch aufgrund des bis dahin leitend angesteuerten wenigstens einen zweiten Schalter S21₁, S22₂ (und des optional leitenden ersten Schalters S1₁) in der ersten Versorgungsschaltung 1₁ ein Strom vom Ausgang OUT in Richtung des ersten Eingangs IN₁ fließen kann, was gleichbedeutend damit ist, dass der Ausgangsstrom IOUT₁ der ersten Versorgungsschaltung 1₁ negativ wird. Dieser negative Stromfluss wird durch die Stromerfassungsschaltung 7₁ detektiert, sodass die erste Steuerschaltung 2₂ den wenigstens einen zweiten Schalter S21₁, S22₂ ausschaltet, um diesen Stromfluss zu unterbinden. Gemäß einem Beispiel schaltet die Steuerschaltung 2₁ in diesem Fall auch den ersten Schalter S1₁ der ersten Versorgungsschaltung 1₁ aus. Die Auswertung der Ausgangsströme IOUT₁, IOUT₂ zur sperrenden Ansteuerung der zweiten Schalter S2₁, S2₂ kann alternativ oder zusätzlich zu dem oben erläuterten Vergleich der Eingangsspannungen VIN₁, VIN₂ mit der Ausgangsspannung VOUT erfolgen.
Gemäß einem Beispiel ist wenigstens eine der Steuerschaltungen 2 außerdem dazu ausgebildet, abhängig von einem durch die jeweilige Stromerfassungsschaltung bereitgestellten Messwert den zugehörigen ersten Schalter S1 pulsweitenmoduliert anzusteuern, um den Ausgangsstrom IOUT zu begrenzen. Eine solche Strombegrenzung kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Last eine Kapazität aufweist, die nach dem Einschalten der Schaltung geladen wird. Während des Ladens einer solchen Kapazität können hohe Ströme (inrush currents) auftreten, die wiederum zu hohen Leitungsverlusten in den Versorgungsschaltungen 1 führen können, wobei hohe Leitungsverluste zu einer hohen thermischen Belastung der Bauelemente in den Versorgungsschaltungen 1 führen können. Die Steuerschaltungen 2 sind beispielsweise dazu ausgebildet, den zugehörigen ersten Schalter S1 pulsweitenmoduliert anzusteuern, wenn ein Strompegel des Ausgangsstroms oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Gemäß einem Beispiel ist vorgesehen, die Zeitdauer zu messen, für welche der erste Schalter S1 pulsweitenmoduliert angesteuert wird bzw. für welcher der Strom I-OUT bei eingeschaltetem ersten Schalter S1 oberhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt, und den ersten Schalter S1 dauerhaft auszuschalten und/oder ein Fehlersignal auszugeben, wenn diese Zeitdauer eine vorgegebene Zeitschwelle übersteigt. Im zuletzt genannten Fall kann davon ausgegangen werden, dass ein Fehler in der Last, wie beispielsweise ein Kurzschluss vorliegt.

Claims

Elektronische Schaltung, die aufweist: einen Ausgang (OUT), der dazu ausgebildet ist, an eine Last (Z) angeschlossen zu werden; und eine erste Versorgungsschaltung (1₁) und eine zweite Versorgungsschaltung (1₂), die jeweils an den Ausgang (OUT) angeschlossen sind und die jeweils aufweisen: einen Versorgungseingang (IN₁, IN₂), der dazu ausgebildet ist, eine jeweilige Eingangsspannung (VIN₁, VIN₂) zu erhalten; einen ersten Schaltungsknoten (N1₁, N1₂); einen ersten elektronischen Schalter (S1₁), der zwischen den Ausgang (OUT) und den ersten Schaltungsknoten (N1₁, N1₂) geschaltet ist; ein erstes Gleichrichterelement (D1₁, D1₂), das parallel zu dem ersten elektronischen Schalter (S1₁, S1₂) geschaltet ist; wenigstens einen zweiten elektronischen Schalter (S2₁, S2₂; S21₁, S21₂, S22₁, S22₂), der zwischen den Versorgungseingang (IN₁, IN₂) und den ersten Schaltungsknoten (N1₁, N1₂) geschaltet ist; wenigstens ein zweites Gleichrichterelement (D2₁, D2₂; D21₁, D21₂, D22₁, D22₂), das parallel zu dem wenigstens einen zweiten Schalter (S2₁, S2₂; S21₁, S212, S22₁, S22₂) geschaltet ist, wobei das wenigstens eine zweite Gleichrichterelement (D2₁, D2₂) und das erste Gleichrichterelement (D2₁, D2₂) antiseriell zueinander verschaltet sind; und eine Steuerschaltung (2₁, 2₂), die dazu ausgebildet ist: den ersten Schalter (S1₁, S1₂) und den zweiten Schalter (S2₁, S2₂) anzusteuern und eine Versorgungsspannung (VN1₁, VN1₂) von dem ersten Schaltungsknoten (N1₁, N1₂) an einem Versorgungseingang (23₁, 23₂) zu erhalten.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung (2₁, 2₂) wenigstens einer der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen ersten elektronischen Schalter (S1₁, S1₂) einzuschalten, wenn ein elektrisches Potential (VN1₁, VN1₂) an dem jeweiligen ersten Schaltungsknoten (N1₁, N1₂) höher ist als das elektrische Potential (VOUT) an dem Ausgang (OUT).
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung (2₁, 2₂) wenigstens einer der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen ersten elektronischen Schalter (S1₁, S1₂) einzuschalten, sobald die Steuerschaltung eine ausreichende Versorgungsspannung von dem ersten Schaltungsknoten (N1₁, N1₂) erhält.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerschaltung (2₁, 2₂) wenigstens einer der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen wenigstens einen zweiten Schalter (S2₁, S2₂; S21₁, S21₂, S22₁, S22₂) einzuschalten, wenn die jeweilige Eingangsspannung (VIN₁, VIN₂) höher ist als eine Ausgangsspannung (VOUT) an dem Ausgang (OUT).
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) weiterhin aufweist: eine Strommessanordnung (7₁, 7₂), die dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Stromrichtung eines Ausgangsstroms (IOUT₁, IOUT₂) der jeweiligen Versorgungsschaltung (1₁, 1₂) zu erfassen.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 5, bei der die Steuerschaltung (2₁, 2₂) der wenigstens einen der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen wenigstens einen zweiten Schalter (S2₁, S2₂; S21₁, S21₂, S22₁, S22₂) abhängig von dem erfassten Ausgangsstrom (IOUT₁, IOUT₂) abzuschalten.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 5, bei der die Steuerschaltung (2₁, 2₂) der wenigstens einen der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen wenigstens einen zweiten Schalter (S2₁, S2₂; S21₁, S21₂, S22₁, S22₂) abhängig von dem jeweiligen erfassten Ausgangsstrom (IOUT₁, IOUT₂) abzuschalten, wenn der jeweilige Ausgangsstrom (IOUT₁, IOUT₂) eine vordefinierte erste Stromrichtung hat, bei der der Ausgangsstrom (IOUT₁, IOUT₂) von dem Ausgang (OUT) in die jeweilige Versorgungsschaltung (1₁, 1₂) fließt.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der die Steuerschaltung der wenigstens einen der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Ausgangsstrom (IOUT₁, IOUT₂) durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des ersten Schalters (S1₁, S1₂) zu begrenzen, wenn der jeweilige Ausgangsstrom (IOUT₁, IOUT₂) eine vordefinierte zweite Stromrichtung hat.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerschaltung (2₁, 2₂, 2) wenigstens einer der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) eine interne Versorgungsschaltung (6) aufweist, die dazu ausgebildet ist, wenigstens eine interne Versorgungsspannung (VSUP) basierend auf der von dem jeweiligen ersten Schaltungsknoten erhaltenen Versorgungsspannung (VN1) zu erzeugen.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 9, bei der die interne Versorgungsschaltung (6₁, 6₂) eine Auswerteschaltung (63) aufweist, die dazu ausgebildet ist die von dem jeweiligen ersten Schaltungsknoten erhaltene Versorgungsspannung (VN1) auszuwerten und bei der die die interne Versorgungsschaltung (6) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine interne Versorgungsspannung (VSUP) abhängig von dem Ergebnis der Auswertung zu erzeugen.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der in wenigstens einer der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) der erste Schalter (S2₁, S2₂) einen MOSFET aufweist und das erste Gleichrichterelement (S2₁, S2₂) eine Bodydiode des MOSFET ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 11, wobei in der ersten und der zweiten Versorgungsschaltung (1₁, 1₂) der erste Schalter (S2₁, S2₂) ein MOSFET ist, wobei der MOSFET ein n-leitender MOSFET ist, und wobei ein Drainanschluss jedes der MOSFET an den Ausgang (OUT) angeschlossen ist.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der in wenigstens einer der ersten und zweiten Versorgungsschaltungen (1₁, 1₂) der wenigstens eine zweite Schalter (S2₁, S2₂; S21₁, S21₂, S22₁, S22₂) einen MOSFET aufweist und das wenigstens eine zweite Gleichrichterelement (D2₁, D2₂; D21₁, D21₂, D22₁, D22₂) eine Bodydiode des MOSFET ist.
Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der wenigstens eine zweite Schalter (S2₁, S2₂; S21₁, S21₂, S22₁, S22₂) zwei in Reihe geschaltete zweite Schalter (S21₁, S21₂, S22₁, S22₂) aufweist.