DE10234999A1 - Reserve power supply device for electronic devices has incoming/outgoing connections and a transformer to pick up, deliver and transform/convert primary and secondary voltage/current respectively - Google Patents

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Martin Feldtkeller
Ilia Dr. Zverev
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Abstract

An incoming connection area (E) picks up a primary voltage (Uprim) and/or a primary current (Iprim). An outgoing connection area (A) delivers a secondary voltage (Usek) and/or a secondary current. A converter/transformer (T) converts the primary voltage picked up and/or the primary current picked up into the secondary voltage/current respectively to be delivered.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hilfsstromversorgungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to an auxiliary power supply device according to the preamble of claim 1.

Bei vielen elektronischen Geräten ist neben einer Hauptstromversorgung eine Hilfsstromversorgung oder eine Hilfsstromversorgungseinrichtung notwendig, um bei bestimmten Betriebsarten der elektronischen Geräte, bei welchen die Hauptstromversorgung, zum Beispiel aus Stromsparerfordernissen, abgeschaltet wird, mit elektrischer Energie zu versorgen.With many electronic devices in addition to a main power supply, an auxiliary power supply or an auxiliary power supply is necessary to help with certain Operating modes of the electronic devices in which the main power supply, for example from electricity saving requirements, is switched off with to supply electrical energy.

Typische Anforderungen an Hilfsstromversorgungen können bei gängigen Konzepten, bei welchen ein Anschlussbereich vorgesehen ist, welcher zum Empfang einer Primärspannung und/oder eines Primärstroms abgebildet ist, welche einen Ausgangsanschlussbereich aufweisen, welcher zur Ausgabe einer Sekundärspannung und/oder eines sekundären Stroms ausgebildet ist, und welche eine Transformationseinrichtung aufweisen, welche zur Umwandlung der aufgenommenen Primärspannung und/oder des aufgenommenen Primärstroms zur abzugebenen Sekundärspannung bzw. zum abzugebenen Sekundärstrom ausgebildet sind, nur eingeschränkt oder teilweise realisiert werden. Diese Anforderungen betreffen zum einen eine gewünschte möglichst geringe eigene Leistungsaufnahme, eine möglichst geringe Baugröße, die Möglichkeit des Ausbildens einer integrierten oder monolithischen Bauform und auf jeden Fall die Sicherstellung einer entsprechenden galvanischen Trennung oder Entkopplung des Hilfsstromkreises von dem zu versorgenden Stromkreis.Typical requirements for auxiliary power supplies can with common Concepts in which a connection area is provided, which for Receive a primary voltage and / or a primary current is shown, which have an output connection area, which to output a secondary voltage and / or a secondary Current is formed, and which is a transformation device have, which for converting the recorded primary voltage and / or the absorbed primary current to the secondary voltage to be delivered or the secondary current to be delivered are trained, limited or partially realized. On the one hand, these requirements apply a desired one as low as possible own power consumption, the lowest possible Size that possibility the development of an integrated or monolithic design and in any case ensuring a corresponding galvanic Isolation or decoupling of the auxiliary circuit from the one to be supplied Circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfsstromversorgungseinrichtung bereitzustellen, bei welcher auf möglichst einfache Art und Weise Platz sparend, zuverlässig und kostengünstig eine Hilfsstromversorgung auf galvanisch getrennte Art und Weise realisierbar ist.The invention has for its object a Provide auxiliary power supply device, on which preferably A simple, space-saving, reliable and inexpensive auxiliary power supply can be implemented in a galvanically isolated manner.

Die Aufgabe wird bei einer Hilfsstromversorgungseinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.The task is at an auxiliary power supply device the one mentioned at the beginning Kind according to the invention the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous further developments of Auxiliary power supply device according to the invention are subject to the dependent Dependent claims.

Gegenüber gattungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtungen ist die erfindungsgemäße Hilfsstromversorgungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung eingangsanschlussseitig eine Gleichspannungswandlereinrichtung oder DC-DC-Wandlereinrichtung aufweist und dass die Transformationseinrichtung aungangsanschlussseitig eine Ladungspumpeneinrichtung mit einer Mehrzahl Paare zueinander komplementärer Phasen aufweist.Compared to generic auxiliary power supply devices is the auxiliary power supply device according to the invention characterized in that the transformation device on the input connection side a DC converter device or DC-DC converter device and that the transformation device on the input connection side a charge pump device with a plurality of pairs to one another complementary Phases.

Es ist somit eine Kernidee der vorliegenden Erfindung, die Transformationseinrichtung, welche zum Beispiel üblicherweise von einem Transformator als solchem realisiert wird, durch die Kombination einer Gleichspannungswandlereinrichtung mit einer Ladungspumpeneinrichtung auszubilden, insbesondere also unter Vermeidung eines teuren und Platz raubenden Transformators. Dabei ist auch wesentlich, dass die Ladungspumpeneinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl Paare zueinander komplementärer Phasen zu erzeugen.It is thus a core idea of the present invention the transformation device, which for example usually from a transformer as such, through the combination a DC converter device with a charge pump device to train, in particular thus avoiding an expensive and Space-consuming transformer. It is also essential that the charge pump device is designed to have a plurality Pairs complementary to each other To generate phases.

Die Ladungspumpeneinrichtung wird vorteilhafterweise durch eine Gleichspannung oder durch Gleichstrom betreibbar ausgebildet.The charge pump device will advantageously by a direct voltage or by direct current trained operable.

Es ist vorgesehen, dass gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung die Ladungspumpeneinrichtung eingangsanschlussseitig eine Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle aufweist und dass durch die Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle die Mehrzahl der Paare zueinander komplementärer Phasen erzeugbar sind.According to a preferred embodiment the auxiliary power supply device according to the invention the charge pump device on the input connection side an AC voltage source or has an alternating current source and that by the alternating voltage source or AC source the majority of the pairs of mutually complementary phases can be generated.

Vorteilhafterweise ist die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle der Ladungspumpeneinrichtung eine Oszillatoreinrichtung oder Oszillationseinrichtung oder weist eine solche auf.The alternating current source is advantageous or alternating voltage source of the charge pump device, an oscillator device or oscillation device or has one.

Es ist weiterhin von Vorteil, dass durch die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle für die Phasen zueinander komplementäre Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale erzeugbar sind.It is still an advantage that by the alternating current source or alternating voltage source for the phases complementary to each other Secondary voltage signals or secondary current signals can be generated are.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung ist es vorgesehen, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle eine Mehrzahl Ausgangsanschlüsse aufweist und dass jeweils einem Ausgangsanschluss je ein Sekundärspannungssignal oder Sekundärstromsignal der Phasen zuordenbar oder zugeordnet und auf diesen ausgebbar ist.According to an advantageous development the auxiliary power supply device according to the invention it is provided that the alternating current source or alternating voltage source a plurality of output ports and that each have an output terminal a secondary voltage signal or secondary current signal the phases can be assigned or assigned and output on these.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale der Phasen jeweils in etwa die Form eines Rechtecksignals oder Trapezsignals aufweisen. Diese Signalformen sind auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise generierbar und überlagerbar.It is also provided that the secondary voltage signals or secondary current signals of the Phases each roughly in the form of a square wave or trapezoidal signal exhibit. These signal forms are particularly simple and reliable and can be generated and superimposed.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Wechselstromquelle oder der Wechselspannungsquelle ausgangsanschlussseitig direkt eine Trenn/Kopplungseinrichtung nachgeschaltet ist. Durch diese Trenn/Kopplungseinrichtung wird zum einen die galvanische Trennung zu dem zu versorgenden Schaltkreis als auch dessen Ankopplung an die Hilfsstromversorgung gewährleistet.It is also advantageous that the AC power source or the AC voltage source on the output terminal side a disconnecting / coupling device is connected directly. By this separation / coupling device becomes the galvanic Separation to the circuit to be supplied and its coupling to the auxiliary power supply.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Trenn/Kopplungseinrichtung gebildet wird von einer Koppelkondensatoreinrichtung einer Mehrzahl von Koppelkondensatoren.It is particularly advantageous that the separation / coupling device is formed by a coupling capacitor device a plurality of coupling capacitors.

Weiterhin wird bevorzugt, dass jedem Sekundärspannungssignal oder Sekundärstromsignal der Phasen je ein Koppelkondensator zugeordnet ist und dass insbesondere mit jedem Ausgangsanschluss ein Koppelkondensator in Reihe geschaltet verbunden ist.It is further preferred that each secondary voltage signal or secondary current signal of the phases is assigned a coupling capacitor and that in particular a coupling capacitor is connected in series with each output connection.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Trenn/Kopplungseinrichtung ausgangsanschlussseitig eine Gleichrichtereinrichtung nachgeschaltet ist zur unabhängigen Gleichrichtung der jeweiligen Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale der Phasen.According to another preferred embodiment it is provided that the separation / coupling device on the output connection side a rectifier device is connected downstream for independent rectification of the respective secondary voltage signals or secondary current signals of phases.

Dabei wird bevorzugt, dass die Gleichrichtereinrichtung eine Mehrzahl Gleichrichter aufweist und dass diese Gleichrichter insbesondere als parallel und gegeneinander orientiert geschaltete Paare Dioden ausgebildet und jeweils eine Ausgangsseite eines jeweiligen Koppelkondensators zugeordnet und nachgeschaltet sind.It is preferred that the rectifier device has a plurality of rectifiers and that these rectifiers in particular as connected in parallel and mutually oriented Pairs of diodes are formed and each have an output side of a respective one Coupling capacitor are assigned and connected downstream.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Gleichrichtereinrichtung ausgangsanschlussseitig eine Glättungseinrichtung nachgeschaltet ist.It is also an advantage if of the rectifier device on the output connection side a smoothing device is connected downstream.

Diese Glättungseinrichtung weist bevorzugterweise eine parallel geschaltete Kondensatoreinrichtung auf oder wird durch diese gebildet. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass ein erster Anschluss oder Anschlussbereich der Kondensatoreinrichtung mit Dioden einer ersten Orientierung und ein zweiter Anschluss oder Anschlussbereich der Kondensatoreinrichtung mit den Dioden der zweiten Orientierung verbunden sind.This smoothing device preferably has a capacitor device connected in parallel or through this formed. It is particularly provided that a first Connection or connection area of the capacitor device with diodes a first orientation and a second connection or connection area the capacitor device with the diodes of the second orientation are connected.

Die Gleichspannungswandlereinrichtung kann ebenfalls verschiedene Ausführungsformen aufweisen.The DC voltage converter device can also have different embodiments.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Gleichspannungswandlereinrichtung eingangsanschlussseitig eine Schwingkreiseinrichtung aufweist.It is particularly advantageous if the DC converter device on the input connection side has a resonant circuit device.

Ferner wird dabei bevorzugt, dass die Schwingkreiseinrichtung einen Serienschwingkreis aufweist oder durch einen solchen gebildet wird, insbesondere mit einer Induktivität und einer Kapazität, wobei die Schwingkreiseinrichtung über eine parallel zur Kapazität vorgesehene steuerbare Schalteinrichtung gesteuert parallel anregbar ausgebildet ist.It is further preferred that the resonant circuit device has a series resonant circuit or is formed by such, in particular with an inductor and Capacity, whereby the resonant circuit device over one parallel to the capacity provided controllable switching device can be excited in parallel in a controlled manner is trained.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung ist es vorgesehen, dass der Schwingkreiseinrichtung ausgangsseitig eine Gleichrichtereinrichtung nachgeschaltet ist zur Gleichrichtung der durch die Schwingkreiseinrichtung erzeugten Spannungen/Ströme, insbesondere in Form zur Schwingkreiseinrichtung seriell und entgegengesetzt orientiert geschalteter Dioden.With a particularly advantageous embodiment the auxiliary power supply device according to the invention it is provided that the resonant circuit device on the output side a rectifier device is connected downstream for rectification the voltages / currents generated by the resonant circuit device, in particular in the form of a resonant circuit device oriented in series and in opposite directions switched diodes.

Ferner ist es vorgesehen, dass der Gleichrichtereinrichtung ausgangsanschlussseitig eine Glättungseinrichtung nachgeschaltet ist, insbesondere in Form einer Kondensatoreinrichtung, welche insbesondere mit einem ersten Anschluss mit der einen Diode und mit einem zweiten Anschluss mit der anderen Diode der Gleichrichtereinrichtung parallel verbunden ist.It is also provided that the Rectifier device on the output connection side a smoothing device is connected downstream, in particular in the form of a capacitor device, which in particular with a first connection with the one diode and with a second connection to the other diode of the rectifier device is connected in parallel.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn zur Ansteuerung der Schaltereinrichtung der Schwingkreiseinrichtung eine Ansteueranordnung vorgesehen ist. Die Ansteueranordnung öffnet und schließt den Schalter vorzugsweise periodisch, wobei der Schalter bevorzugt für ein näherungsweise der Resonanz-Periodendauer des Schwingkreises entsprechendes Zeitintervall geöffnet wird. Über die Zeitdauer des Schließens des Schal ters ist eine Steuerung der an die nachfolgende Gleichrichteranordnung abgegebenen Leistung möglich.It is particularly advantageous if to control the switch device of the resonant circuit device a control arrangement is provided. The control arrangement opens and includes the switch preferably periodically, the switch preferably for a approximately the resonance period time interval corresponding to the resonant circuit is opened. About the Time of closing the switch is a control of the subsequent rectifier arrangement delivered performance possible.

Vorteilhafterweise weist die Schwingkreiseinrichtung eine Frequenz und insbesondere eine Resonanzfrequenz im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz auf.The resonant circuit device advantageously has a frequency and in particular a resonance frequency in the range from 100 kHz to 1 MHz.

Im Gegensatz dazu ist es vorgesehen, dass die Ladungspumpe und insbesondere die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle eine sehr viel höheren Betriebsfrequenz aufweist, insbesondere im Bereich von 20 MHz bis etwa 100 MHz.In contrast, it is intended that the charge pump and in particular the alternating current source or AC voltage source has a much higher operating frequency, especially in the range from 20 MHz to about 100 MHz.

Aufgrund der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ladungspumpe und insbesondere die Ansteuerung für die Schwingkreiseinrichtung monolithisch aufgebaut sind, insbesondere auf oder in einem gemeinsamen Chip oder Halbleitermodul.Because of the configurations described above the auxiliary power supply device according to the invention it is particularly advantageous if the charge pump and in particular the control for the resonant circuit device are constructed monolithically, in particular on or in a common chip or semiconductor module.

Dabei kann es zum einen vorgesehen sein, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle, die Ansteueranordnung und die der Schwingkreiseinrichtung nachgeschaltete Gleichrichteranordnung monolithisch auf einem gemeinsamen Chip integriert ausgebildet sind.On the one hand, it can be provided be that the AC power source or AC power source that Control arrangement and that downstream of the resonant circuit device Rectifier arrangement monolithically integrated on a common chip are trained.

Ferner kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle, die Ansteueranordnung und die der Schwingkreiseinrichtung nachgeschaltete Gleichrichteranordnung in einem gemeinsamen Halbleitermodul mit dem Schalter integriert ausgebildet sind.It can also go beyond be provided that the alternating current source or alternating voltage source, the control arrangement and the rectifier arrangement connected downstream of the resonant circuit device integrated with the switch in a common semiconductor module are trained.

Ferner ist es denkbar, dass die Wechselspannungsquelle, die Trenn/Kopplungseinrichtung und die Gleichrichtereinrichtung der Ladungspumpe monolithisch auf zwei Chips in einem gemeinsamen Halbleitermodul aufgebaut sind.It is also conceivable that the AC voltage source, the separation / coupling device and the rectifier device the charge pump monolithically on two chips in a common semiconductor module are built up.

Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Trenn/Kopplungseinrichtung und der Signalübertrager gemeinsam auf einem Chip integriert ausgebildet sind.In addition, it is conceivable that the disconnect / coupler and the signal transmitter are integrated together on a chip.

Ferner ist es von besonderem Vorteil, wenn die Spannungsversorgung der Ladungspumpe und insbesondere der Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle für je zwei Phasen gleichstrommäßig in Reihe geschaltet realisiert ist.It is also of particular advantage if the voltage supply of the charge pump and in particular the Alternating voltage source or alternating current source for two phases in direct current in series switched is realized.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand weiterer Erläuterungen näher charakterisiert:
Bei vielen Geräten gibt es neben dem normalen Betrieb auch einen Bereitschaftsmodus oder Standbybetrieb, in dem nur Teilfunktionen der Geräte weiter betrieben werden. Die Teilfunktionen dienen oft nur dazu, auf ein Signal zum Einschalten in den Normalbetrieb zu warten. Der Leistungsbedarf der Standbyschaltung ist demnach sehr gering. Andererseits soll die Leistungsaufnahme aus dem Netz im Standbybetrieb ebenfalls gering sein. Beispiele für derarteige Geräte sind Fernsehgeräte, PCs, Drucker, Faxgeräte oder dergleichen.
The invention is characterized in more detail below on the basis of further explanations:
Many devices have the normal Be also operated a standby mode or standby mode, in which only partial functions of the devices continue to be operated. The sub-functions are often only used to wait for a signal to switch on in normal operation. The power requirement of the standby circuit is therefore very low. On the other hand, the power consumption from the network in standby mode should also be low. Examples of such devices are television sets, PCs, printers, fax machines or the like.

Alle Consumergeräte stehen unter einem hohen Kostendruck. Gerade Hilfsstromversorgungen sind im Vergleich zu ihrer Funktion relativ komplex. Deshalb wird häufig über Kostensenkungspotentiale nachgedacht. Der Wunschtraum vieler Geräteentwickler wäre die monolithisch integrierte Hilfsstromversorgung.All consumer devices are under a high Cost pressures. Auxiliary power supplies in particular are compared to their function relatively complex. For this reason, potential for reducing costs is often considered. The dream of many device developers would be that monolithically integrated auxiliary power supply.

Das größte Hindernis ist dabei die geforderte Netztrennung, d.h. es darf keine galvanische Verbindung zwischen Primär- und Sekundärseite geben. Die Isolation zwischen Primär- und Sekundärseite muss 5kV bei schutzisolierten Geräten und 1kV bei Geräten mit Schutzerdung sicher aushalten.The biggest obstacle is that required network separation, i.e. there must be no galvanic connection between primary and secondary side. The Isolation between primary and secondary side must 5kV for insulated devices and 1kV for devices withstand protective earth safely.

Praktisch alle Hilfsstromversorgungen arbeiten heute nach dem Sperrwandlerprinzip. Ein 600V bis 800V sperrender MOSFET taktet eine Primärwicklung eines Transformators. Eine erste Sekundärwicklung dient der Versorgung der Steuerschaltung und der Regelung, eine zweite Sekundärwicklung der Versorgung der Last. Optional kann die Regelung auch mit Hilfe eines Optokopplers erfolgen.Practically all auxiliary power supplies work today on the flyback principle. A 600V to 800V blocking MOSFET clocks a primary winding of a transformer. A first secondary winding is used for the supply the control circuit and the regulation, a second secondary winding the supply of the load. Optionally, the regulation can also be done with the help an optocoupler.

Auf der Halbleiterseite gab es in den letzten Jahren erhebliche Kosteneinsparungen durch Steuerschaltungen mit weniger Anschlüssen und weniger Außenbeschaltung und durch monolithische oder Multichip-Integration von Steuerschaltung und MOSFET. Die Komplexität des Transformators wurde in der gleichen Zeit nur geringfügig verringert, weshalb er heute einen wesentlichen Teil der Gesamtkosten ausmacht.On the semiconductor side there was in considerable cost savings through control circuits in recent years with fewer connections and less external wiring and by monolithic or multichip integration of control circuitry and MOSFET. The complexity of the transformer was only slightly reduced in the same time, which is why it makes up a significant part of the total costs today.

Es gibt zwei Denkansätze für Hilfsstromversorgungen ohne Transformatoren:
Zum Einen wird vorgeschlagen, den Stromfluss über Y-Kondensatoren einer Anordnung zur Funkentstörung gleichzurichten und für eine Hilfsstromversorgung zu verwenden. Nachteilig ist dabei, dass jedes Element, das zu den Y-Kondensatoren in Serie geschaltet ist, die beabsichtigte Funkentstörung vermindert. Weiterhin ist die maximal zulässige Gesamtkapazität durch Sicherheitsvorschriften begrenzt, und damit der verfügbare Strom.
There are two approaches to auxiliary power supplies without transformers:
On the one hand, it is proposed to rectify the current flow via Y capacitors to an arrangement for radio interference suppression and to use them for an auxiliary power supply. The disadvantage here is that each element that is connected in series with the Y capacitors reduces the intended radio interference suppression. Furthermore, the maximum permissible total capacity is limited by safety regulations, and thus the available electricity.

Zum Zweiten gibt es Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet piezoelektrischer Transformatoren. Sie sind derzeit jedoch noch wesentlich teurer als magnetische Transformatoren.Second, there are research activities on the field of piezoelectric transformers. However, you are currently even more expensive than magnetic transformers.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Hilfsstromversorgung vor, die sich ohne Verwendung eines Transformators aus Halbleiterbauelementen und wenigen passiven Komponenten aufbauen lässt. Ein Teil der passiven Bauelemente lässt sich durch Multichiptechnologie integrieren. Eine erfindungsgemäß aufgebaute Hilfsstromversorgung ist danach aus einem IC und wenigen passiven Bauelementen aufbaubar.The present invention provides an auxiliary power supply that can be used without using a transformer from semiconductor components and a few passive components leaves. Some of the passive components can be created using multichip technology integrate. A constructed according to the invention Auxiliary power supply is then from an IC and a few passive Buildable components.

Erfindungsgemäß erfolgt die Energieübertragung bei gleichzeitiger Netztrennung mit Hilfe einer paarweise komplementären mehrphasigen Ladungspumpe (2×N-Phasig). Die Ladungspumpe arbeitet mit einer sehr hohen Frequenz, vorzugsweise im Bereich 20MHz bis 100MHz. Dadurch können Kondensatoren mit kleiner Kapazität verwendet werden und man gerät nicht in Konflikt mit Sicherheitsvorschriften, die die gesamte Kapazität der Kondensatoren zwischen Primär- und Sekundärseite einschließlich Y-Kondensatoren begrenzen.According to the invention, the energy transfer takes place with simultaneous network separation using a pair-wise complementary multi-phase Charge pump (2 × N-phase). The charge pump operates at a very high frequency, preferably in the range of 20MHz to 100MHz. This allows capacitors with smaller capacity be used and one gets does not conflict with safety regulations that affect the total capacitance between the capacitors Primary- and secondary side including Y capacitors limit.

Wenn jeweils zwei Zweige der Ladungspumpe ideal gegenphasig zueinander sind, heben sich Gleichtaktstörungen gegenseitig auf.If two branches of the charge pump are ideally in phase opposition to one another, common mode disturbances are mutually exclusive on.

Neben der Netztrennung ist für die meisten Anwendungen auch eine Spannungstransformation erforderlich. Im einfachsten Fall könnte die Ausgangsspannung durch einen Linearregler vermindert werden, der Wirkungsgrad wäre jedoch nicht akzeptabel. Bekannte Schaltregleranordnungen benötigen entweder mehr als ein induktives Bauteil, oder die Spannungsdifferenz zwischen Schalter-Ansteuerung und Ausgang liegt in der Größenordnung der Eingangsspannung und erfordert deshalb eine teure Hochvolttechnologie. Deshalb wird hier eine Anordnung für einen Resonanzwandler vorgeschlagen, der nur ein induktives Bauteil benötigt und bei dem nur eine geringe Spannungsdifferenz zwischen Schalteransteuerung und Ausgang auftritt. Die Spannungstransformation erfolgt durch parallele Einspeisung in den Schwingkreis und serielle Auskoppelung.In addition to disconnection is for most applications a voltage transformation is also required. In the simplest case could the output voltage can be reduced by a linear regulator, the efficiency would be however not acceptable. Known switching regulator arrangements require either more than an inductive component, or the voltage difference between Switch control and output are in the order of magnitude of the input voltage and therefore requires expensive high-voltage technology. That is why here is an arrangement for proposed a resonance converter that is only an inductive component needed and where there is only a slight voltage difference between the switch control and exit occurs. The voltage transformation takes place through parallel feed into the resonant circuit and serial decoupling.

Eine einfache Spule mit nur einer Wicklung ist ein Standard-Bauteil und kostet nur einen Bruchteil dessen, was ein Transformator mit zwei Sekundärwicklungen und Netztrennung kostet.A simple spool with only one Winding is a standard component and costs only a fraction of what a transformer with two secondary windings and grid separation costs.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.The invention is explained below a schematic drawing based on preferred embodiments explained in more detail.

1 ist ein Blockdiagramm, welches das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung erläutert. 1 Fig. 10 is a block diagram explaining the basic principle of the auxiliary power supply device according to the present invention.

2 zeigt eine Ladungspumpeneinrichtung bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung. 2 shows a charge pump device in a preferred embodiment of the auxiliary power supply device according to the invention.

3 zeigt eine Gleichstromwandlereinrichtung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung. 3 shows a DC converter device of an embodiment of the auxiliary power supply device according to the invention.

4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung mit einer Ansteuerung für den Schwingkreis des Gleichspannungswandlers, und wobei eine Wechselspannung als Primärspannung vorgesehen ist. 4 shows an embodiment of the auxiliary power supply device according to the invention with a control for the resonant circuit of the DC-DC converter, and wherein an AC voltage is provided as the primary voltage.

5 zeigt eine andere Ausführungsform einer Ladungspumpeneinrichtung. 5 shows another embodiment of a charge pump device.

6,7 zeigen eine geschnittene Seitenansicht und eine Draufsicht auf einen Teil einer monolithischen Realisierung der Ausführungsform aus 4. 6.7 show a sectional side view and a plan view of a portion of a monoli thical realization of the embodiment 4 ,

Nachfolgend werden gleiche oder gleich wirkende Strukturen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ohne dass bei jedem Auftreten eine detaillierte Beschreibung wiederholt wird.Below will be the same or the same structures with the same reference numerals, without that a detailed description is repeated with each occurrence becomes.

1 zeigt in Form eines schematischen Blockdiagramms den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Hilfsstromver sorgungseinrichtung 10. Die erfindungsgemäße Hilfsstromversorgungseinrichtung weist einen Eingangsanschlussbereich E zum Zuführen einer Primärspannung Uprim oder eines Primärstroms Iprim auf. Zur Ausgabe der gewandelten Sekundärspannung Usek oder des gewandelten Sekundärstroms Isek ist ein Ausgangsanschlussbereich A vorgesehen. Die Wandlung von den Primärgrößen Uprim, Iprim zu den Sekundärgrößen Usek, Isek wird durch die Transformationseinrichtung T realisiert, welche erfindungsgemäß aus einer Gleichstromwandlereinrichtung 20 auf der Eingangsanschlussseite E und nachfolgend von einer Ladungspumpeneinrichtung 30 auf der Ausgangsanschlussseite A gebildet wird. 1 shows in the form of a schematic block diagram the basic structure of the auxiliary power supply device according to the invention 10 , The auxiliary power supply device according to the invention has an input connection area E for supplying a primary voltage Uprim or a primary current Iprim. An output connection area A is provided for outputting the converted secondary voltage Usek or the converted secondary current Isek. The conversion from the primary variables Uprim, Iprim to the secondary variables Usek, Isek is carried out by the transformation device T, which according to the invention consists of a DC converter device 20 on the input connection side E and subsequently from a charge pump device 30 is formed on the output terminal side A.

2 zeigt nun in detaillierterer Form eine Ausführungsform der Ladungspumpeneinrichtung 30. Über Eingangsanschlüsse 31a und 31b werden einer Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle 31, zum Beispiel in Form eines Oszillators, ein Gleichstrom oder eine Gleichspannung zur Versorgung zugeführt. Aufgrund seiner Funktion erzeugt die Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle 31 vier Phasen P1 bis P4 von Stromsignalen oder Spannungssignalen, welche zu Paaren zusammengefasst zueinander komplementär sind und an den Ausgangsanschlüssen 31-1 bis 31-4 anliegen. Diese Phasen P1 bis P4 bzw. die entsprechenden Stromsignale oder Spannungssignale werden einer Trenn/Kopplungseinrichtung 32 zugeführt, welche hier aus einer Anordnung von Koppelkondensatoren 32-1 bis 32-4 besteht. Dabei ist jeder Koppelkondensator 32-1 bis 32-4 jeweils einer Phase P1 bis P4 zugeordnet und mit dem entsprechenden Ausgangsanschluss 31-1 bis 31-4 in Reihe verbunden. Durch die Trenn/Kopplungseinrichtung 32 findet eine galvanische Trennung innerhalb der Ladungspumpe 30 zwischen der Eingangsanschlussseite und der Ausgangsanschlussseite und eine Signalkopplung dieser beiden Seiten zueinander statt. An der Ausgangsanschlussseite der Trenn/Kopplungseinrichtung 32 schließt sich dann eine Gleichrichtereinrichtung 33 oder G3 an. Diese wird von einer Mehrzahl von Paaren von ersten und zweiten Dioden D1 und D2 gebildet. Dabei ist jeweils ein Paar von Dioden D1 und D2 einem Kopplungskondensator 32-1 bis 32-4 und somit jeweils einer Phase P1 bis P4 zugeordnet. Die Dioden D1 und D2 sind dem jeweiligen Kopplungskondensator 32-1 bis 32-4 parallel und entgegengesetzt zueinander orientiert angeordnet, so dass sich ein gleichrichtender Effekt des jeweiligen Diodenpaares D1, D2 in Bezug auf die jeweilige Phase P1 bis P4 ergibt. An die Gleichrichtereinrichtung 33, G3 schließt sich dann eine Glättungseinrichtung 34 an, di ein dem Ausführungsbeispiel der 2 aus einem mit seinen Anschlüssen C4-1 und C4-2 parallel geschalteten Glättungskondensator C4 besteht, wobei der erste Anschluss C4-1 den Dioden D1 der ersten Orientierung zugeordnet und mit diesen verbunden ist, und wobei der zweite Anschluss C4-2 des Kondensators C4 den Dioden D2 der zweiten Orientierung zugeordnet und mit diesen verbunden ist. 2 now shows in more detail an embodiment of the charge pump device 30 , Via input connections 31a and 31b become an alternating voltage source or alternating current source 31 , for example in the form of an oscillator, a direct current or a direct voltage for supply. Due to its function, the AC voltage source or AC power source generates 31 four phases P1 to P4 of current signals or voltage signals, which are combined to form complementary pairs and at the output connections 31-1 to 31-4 issue. These phases P1 to P4 or the corresponding current signals or voltage signals are a separation / coupling device 32 fed, which here from an arrangement of coupling capacitors 32-1 to 32-4 consists. Each coupling capacitor is there 32-1 to 32-4 each assigned to a phase P1 to P4 and with the corresponding output connection 31-1 to 31-4 connected in series. The isolating / coupling device 32 provides a galvanic isolation within the charge pump 30 between the input connection side and the output connection side and a signal coupling of these two sides to each other instead. On the output connection side of the separation / coupling device 32 then a rectifier device closes 33 or G3. This is formed by a plurality of pairs of first and second diodes D1 and D2. A pair of diodes D1 and D2 is a coupling capacitor 32-1 to 32-4 and thus assigned to a phase P1 to P4. The diodes D1 and D2 are the respective coupling capacitor 32-1 to 32-4 arranged parallel and opposite to each other, so that there is a rectifying effect of the respective diode pair D1, D2 in relation to the respective phase P1 to P4. To the rectifier device 33 , G3 then closes a smoothing device 34 an, the one of the embodiment of 2 consists of a smoothing capacitor C4 connected in parallel with its connections C4-1 and C4-2, the first connection C4-1 being assigned to and connected to the diodes D1 of the first orientation, and the second connection C4-2 of the capacitor C4 being the Diodes D2 assigned to the second orientation and connected to it.

3 zeigt eine Ausführungsform einer Gleichspannungs- oder Gleichstromwandlereinrichtung, wie sie bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann. Dabei ist zunächst eingangsanschlussseitig ein serieller Schwingkreis 21 aus einer Induktivität L und einer Kapazität C1 vorgesehen, wobei parallel zur Kapazität C1 ein steuerbar betätigbarer Ladeschalter S vorgesehen ist, durch welchen der Schwingkreis mit Energie beaufschlagt und zum Schwingen angeregt wird. An den seriellen Schwingkreis 21 schließt sich dann eine Gleichrichtereinrichtung 22, G2 zum Gleichrichten der durch den Schwingkreis 21 erzeugten Spannungen oder Ströme an. Dabei wird die Gleichrichtereinrichtung 22, G2 wiederum gebildet von zwei entgegengesetzt orientiert geschalteten Dioden D3 und D4, welche parallel zum Serienschwingkreis 21 angeordnet sind. Nachfolgend wird dann eine Glättungseinrichtung 23 mit einem Glättungskondensator C3 parallel über die Anschlüsse C3-1 und C3-2 hinzugefügt. 3 shows an embodiment of a DC voltage or DC converter device, as can be used in the present invention. There is initially a serial resonant circuit on the input connection side 21 Provided from an inductance L and a capacitance C1, a controllably operable charging switch S being provided parallel to the capacitance C1, through which the resonant circuit is energized and excited to vibrate. To the serial resonant circuit 21 then a rectifier device closes 22 , G2 for rectification by the resonant circuit 21 generated voltages or currents. The rectifier device 22 , G2 in turn formed by two oppositely oriented diodes D3 and D4, which are parallel to the series resonant circuit 21 are arranged. A smoothing device then follows 23 with a smoothing capacitor C3 added in parallel via the terminals C3-1 and C3-2.

In 4 ist nun eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung dargestellt, wobei hier die Ladungspumpeneinrichtung 30 gemäß 2 und die Gleichstrom-Gleichspannungswandlereinrichtung 20 aus 3 Verwendung finden. Zusätzlich ist hier nun aber eine Regel- oder Ansteueranordnung 60 dargestellt, welche aus einer Steuerschaltung K, einem Übertrager Ü, einer Empfangseinrichtung D und eine Ansteuerung a für den Schalter S des Serienschaltkreises 21 besteht. Dabei werden zur Ansteuerung über die Steuerschaltung K das übertragende Signal an der Ausgangsanschlussseite A sowie über die Ansteuereinrichtung A das der Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle 31 zugeführte Versorgungssignal abgegriffen, in der Ansteuereinrichtung a ausgewertet, und in ein Steuersignal Vctrl dem Schalter S zugeführt. Zur Versorgung der Ansteuerung a wird das der Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle 31 zugeführte Versorgungssignal abgegriffen.In 4 An embodiment of the auxiliary power supply device according to the invention is now shown, here the charge pump device 30 according to 2 and the DC-DC converter device 20 out 3 Find use. In addition, here is a control or activation arrangement 60 shown, which consists of a control circuit K, a transformer Ü, a receiving device D and a control a for the switch S of the series circuit 21 consists. In this case, for control via the control circuit K, the transmitted signal on the output connection side A and via the control device A that of the AC voltage source or AC source 31 supplied supply signal tapped, evaluated in the control device a, and supplied to the switch S in a control signal Vctrl. To supply the control a that of the AC voltage source or AC power source 31 supplied supply signal tapped.

Vorzugsweise ist eine Regelanordnung 60 vorgesehen, über die die Einschaltdauer des Schalters S abhängig von der Ausgangsspannung Usek veränderbar ist. Dazu wird die Ausgangsspannung Usek von einer Steuerschaltung K erfasst und mit einem Sollwert verglichen. Abweichungen werden kodiert, in kurze Impulse umgewandelt, beispielsweise in deren Wiederholfrequenz, mit Hilfe eines Signalübertragers Ü galvanisch getrennt an eine Empfängereinrichtung D übermittelt und dort wieder dekodiert. Alternativ dazu kann die Information über die Regelabweichung auch mit Hilfe eines Optokopplers galvanisch getrennt übertragen werden.A control arrangement is preferred 60 provided, over which the duty cycle of the switch S can be changed depending on the output voltage Usek. For this purpose, the output voltage Usek is detected by a control circuit K and compared with a target value. Deviations are coded, converted into short pulses, for example in their repetition frequency, with the aid of a signal transmitter Ü, galvanically isolated to a receiver device D transmitted and decoded there again. Alternatively, the information about the control deviation can also be transmitted in an electrically isolated manner using an optocoupler.

Die Ansteuereinrichtung a generiert aus der Regelabweichung ein Steuersignal Vctrl, das dem Schalter S zugeführt wird. Während die Ausschaltdauer, welche vorzugsweise der Periodendauer der Resonanz des Serienschwingkreises 21 entspricht, ist die Einschaltdauer abhängig von der Regelabweichung veränderbar.The control device a generates a control signal Vctrl from the system deviation, which is fed to the switch S. During the switch-off period, which is preferably the period of the resonance of the series resonant circuit 21 corresponds, the duty cycle can be changed depending on the control deviation.

4 zeigt also ein prinzipielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie sie in der Anwendung auftreten könnte. 4 shows a basic embodiment of the present invention, as it could occur in the application.

4 zeigt im Eingangsanschlussbereich E die Zuführung einer Wechselspannung zur Versorgung der gesamten Hilfsstromversorgungseinrichtung 10, wobei eine Gleichrichter/Glättungseinrichtung 40 vorgesehen ist, die ihrerseits aus einem üblichen Gleichrichter G1 und einem Glättungskondensator C2 besteht. 4 shows in the input connection area E the supply of an alternating voltage for supplying the entire auxiliary power supply device 10 , wherein a rectifier / smoothing device 40 is provided, which in turn consists of a conventional rectifier G1 and a smoothing capacitor C2.

Die Netzeingangsspannung wird mit einem Gleichrichter G1 gleichgerichtet und mit einem Kondensator C2 geglättet. An die gleichgerichtete Netzspannung angeschlossen ist der Schwingkreis 21, bestehend aus der Kapazität C1 und der Induktivität L. Der Schwingkreis ist über C2 und eine Gleichrichteranordnung G2 geschlossen. Zur Anregung der Schwingungen wird ein Schalter S periodisch geschlossen. Wird er nur für jeweils kurze Zeit geschlossen, so entsteht an L eine sinusförmige Schwingung mit einer Amplitude, die der gleichgerichteten Netzspannung entspricht. Der Schalter S und der Kondensator C1 müssen deshalb mindestens für das Doppelte der gleichgerichteten Netzspannung ausgelegt sein.The mains input voltage is rectified with a rectifier G1 and smoothed with a capacitor C2. The resonant circuit is connected to the rectified mains voltage 21 , consisting of the capacitance C1 and the inductance L. The resonant circuit is closed via C2 and a rectifier arrangement G2. A switch S is periodically closed to excite the vibrations. If it is only closed for a short period of time, a sinusoidal oscillation with an amplitude corresponding to the rectified mains voltage occurs at L. The switch S and the capacitor C1 must therefore be designed for at least twice the rectified mains voltage.

An den Gleichrichter G2 angeschlossen ist ein Glättungskondensator C3 und als Last eine Oszillatorschaltung 31 der Ladungspunpeneinrichtung 30. Die an der Last abfallende Spannung wirkt wie ein Serienwiderstand im Schwingkreis 21 und bedämpft diesen.A smoothing capacitor C3 is connected to the rectifier G2 and an oscillator circuit as a load 31 the charge pump device 30 , The voltage drop across the load acts like a series resistor in the resonant circuit 21 and dampens it.

Bei geringerer Netzspannung würde sich die Schwingungsamplitude und damit der an die Last abgegebene Strom vermindern. Zum Ausgleich kann der Schalter S längere Zeit geschlossen bleiben. Damit erhöht sich die Schwingungsamplitude wieder, zusätzlich trägt der Schalterstrom zum Stromfluss über die Last bei, da er ebenfalls über den Gleichrichter G2 geleitet wird.With a lower mains voltage the vibration amplitude and thus the current delivered to the load Reduce. To compensate, switch S can remain closed for a long time. So that increases the oscillation amplitude again, in addition the switch current contributes to the current flow across the load at, since he is also over the rectifier G2 is directed.

Der Oszillator 31 hat in diesem Beispiel vier zueinander um genau 90° versetzte Ausgänge. Die Ausgangssignale werden über vier gleich große Koppelkondensatoren 32-1 bis 32-4 an eine Gleichrichterschaltung 33, G3 geführt. Die Gleichspannung wird mit einem Kondensator C4 geglättet und den Ausgangsklemmen zugeführt.The oscillator 31 in this example has four outputs that are offset by exactly 90 ° to each other. The output signals are sent via four coupling capacitors of the same size 32-1 to 32-4 to a rectifier circuit 33 , G3 led. The DC voltage is smoothed with a capacitor C4 and fed to the output terminals.

Die Kondensatoren 32-1 bis 32-4 können als diskrete Hochspannungskondensatoren ausgeführt werden, wobei die Gesamtkapazität eine in Sicherheitsvorschriften festgelegte Summe nicht überschreiten darf. Die Oszillatorfrequenz ist deshalb so hoch zu wählen, dass genügend Leistung auf der Ausgangsseite zur Verfügung steht. Bei Bedarf kann ein zusätzlicher Kondensator zwischen ein Bezugspotential des Oszillators 31 und eine Ausgangsklemme geschaltet werden, um Funkstörungen zu unterdrücken, die durch nicht völlig symmetrische Oszillatorsignale entstehen könnten.The capacitors 32-1 to 32-4 can be designed as discrete high-voltage capacitors, whereby the total capacitance must not exceed a sum specified in safety regulations. The oscillator frequency should therefore be chosen so high that sufficient power is available on the output side. If necessary, an additional capacitor can be connected between a reference potential of the oscillator 31 and an output terminal are switched to suppress radio interference that could arise from oscillator signals that are not completely symmetrical.

5 zeigt eine Ausführungsform für eine Ladungspumpe, wobei nach der eigentlichen Erzeugung der Phasen P1 bis P4 im Oszillator 31 oder in der Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle 31 eine Anordnung 80 mit Treibern 81–84 vorgesehen ist, die ihrerseits zwischen der Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle 31 und den Koppelkondensatoren 32-1 bis 32-4 der Trenn/Kopplungseinrichtung 32 vorgesehen sind und im Hinblick auf ihre Spannungsversorgung für je zwei Phasen eine gleichstrommäßige Reihenrealisierung aufweisen. 5 shows an embodiment for a charge pump, after the actual generation of the phases P1 to P4 in the oscillator 31 or in the AC voltage source or AC power source 31 an arrangement 80 with drivers 81-84 is provided, which in turn is between the AC voltage source or AC power source 31 and the coupling capacitors 32-1 to 32-4 the separation / coupling device 32 are provided and with regard to their voltage supply for two phases each have a DC implementation in series.

Die 6 und 7 zeigen in geschnittener Seitenansicht bzw. in Draufsicht eine mögliche Realisierung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung in monolithischer Form auf einem oder mehreren Halbleiterchips. Dabei werden auf einem Träger, zum Beispiel einem Leadframe 2, entsprechende Chips oder Halbleitermodule 3 ausgebildet. Diese können zum Beispiel, wie das in den 6 und 7 dargestellt ist, entsprechende Baugruppe der erfindungsgemäßen Hilfsstromversorgungseinrichtung 10 realisieren. Andererseits kann durch das Vorsehen getrennter Substratbereiche oder Chips und/oder Leadframes 3 bzw. 2 auch eine galvanische Trennung unbedingt zu trennender Baugruppen erreicht werden, wie das in den 6 und 7 durch die Unterteilung in eine linke und eine rechte Hälfte dargestellt ist. Auf der linken Seite dieser beiden Figuren ist jeweils auch gezeigt, wie die einzelnen Kondensatorstrukturen ausgebildet werden können, nämlich als Metallisierungen auf der Chipoberfläche mit zwischen den vertikal angeordneten Metallisierungen 4 und 5 ausgebildeten Isolationsbereichen 6 aus Imid oder Oxid.The 6 and 7 show a sectional side view and a plan view of a possible implementation of an embodiment of the auxiliary power supply device according to the invention in monolithic form on one or more semiconductor chips. Here, on a carrier, for example a lead frame 2 , corresponding chips or semiconductor modules 3 educated. These can, for example, like that in the 6 and 7 is shown, corresponding assembly of the auxiliary power supply device according to the invention 10 realize. On the other hand, by providing separate substrate areas or chips and / or lead frames 3 or 2 also a galvanic isolation of modules to be separated, as that in the 6 and 7 is represented by the division into a left and a right half. On the left side of these two figures, it is also shown how the individual capacitor structures can be formed, namely as metallizations on the chip surface with between the vertically arranged metallizations 4 and 5 trained isolation areas 6 made of imide or oxide.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Dioden des Gleichrichters G3 auf einem Chip monolithisch zusammengefasst, und die Koppelkondensatoren 32-1 bis 32-4 zusammen mit dem Oszillator 31 oder dem Gleichrichter G3 auf einem Chip integriert. Der betreffende Chip wird dazu mit einer ausreichend dicken Isolationsschicht, z.B. aus Imid oder Oxid, versehen und es wird eine weitere Metallisierung auf die Isolationsschicht aufgebracht. Die Kondensatoren 32-1 bis 32-4 werden durch jeweils eine Metallfläche auf der Siliziumoberfläche unter der Isolationsschicht und eine darüber liegende Metallfläche auf der Isolationsschicht realisiert. Die auf der Isolationsschicht liegenden Metallflächen sind jeweils über einen Bonddraht mit dem anderen Chip verbunden.In this exemplary embodiment, the diodes of the rectifier G3 are combined monolithically on a chip, and the coupling capacitors 32-1 to 32-4 together with the oscillator 31 or the rectifier G3 integrated on a chip. For this purpose, the chip in question is provided with a sufficiently thick insulation layer, for example made of imide or oxide, and a further metallization is applied to the insulation layer. The capacitors 32-1 to 32-4 are realized by a metal surface on the silicon surface under the insulation layer and a metal surface on the insulation layer. The metal surfaces lying on the insulation layer are each connected to the other chip via a bonding wire.

Vorzugweise wird der Signalübertrager Ü auf dem gleichen Chip wie die Kondensatoren 32-1 bis 32-4 unter Verwendung der gleichen Schichten realisiert.The signal transmitter U is preferably on the same chip as the capacitors 32-1 to 32-4 realized using the same layers.

1010
HilfsstromversorgungseinrichtungAuxiliary power supply means
2020
Gleichspannungswandlereinrichtung, DC-DC-DC converter device, DC-DC
Wandlereinrichtungtransducer means
2121
Schwingkreiseinrichtung, Schwingkreis, lineResonant circuit means, Resonant circuit, line
arer Schwingkreisarer resonant circuit
2222
GleichrichtereinrichtungRectifier means
2323
Glättungseinrichtungsmoother
3030
Ladungspumpeneinrichtung, LadungspumpeCharge pump means, charge pump
3131
Wechselstromquelle, WechselspannungsquelleAC power source, AC voltage source
31-131-1
Ausgangsanschlussoutput port
31-231-2
Ausgangsanschlussoutput port
31-331-3
Ausgangsanschlussoutput port
31-431-4
Ausgangsanschlussoutput port
31a31a
Eingangsanschlussinput port
31b31b
Eingangsanschlussinput port
3232
Trenn/KopplungseinrichtungSeparation / coupling device
32-132-1
Koppelkondensatorcoupling capacitor
32-232-2
Koppelkondensatorcoupling capacitor
32-332-3
Koppelkondensatorcoupling capacitor
32-432-4
Koppelkondensatorcoupling capacitor
3333
Gleichrichtereinrichtung, GleichrichterRectifying means, rectifier
33-133-1
Gleichrichterrectifier
33-233-2
Gleichrichterrectifier
33-333-3
Gleichrichterrectifier
33-433-4
Gleichrichterrectifier
3434
Glättungseinrichtungsmoother
4040
Glättungs/GleichrichtereinrichtungSmoothing / rectifying means
6060
Regel- und AnsteueranordnungRule- and control arrangement
AA
AusgangsanschlussbereichOutput terminal area
aa
Ansteuerungcontrol
C1C1
Kondensator Schwingkreiscapacitor resonant circuit
C2C2
KondensatorglättungseinrichtungCapacitor smoothing means
C3C3
KondensatorglättungseinrichtungCapacitor smoothing means
C4C4
KondensatorglättungseinrichtungCapacitor smoothing means
C3-1C3-1
erster Anschlussfirst connection
C3-2C3-2
zweiter Anschlusssecond connection
C4-1C4-1
erster Anschlussfirst connection
C4-2C4-2
zweiter Anschlusssecond connection
DD
Empfängereinrichtung, DekodiererReceiver device, decoder
D1D1
Diodediode
D2D2
Diodediode
D3D3
Diodediode
D4D4
Diodediode
G1G1
Gleichrichter/GlättungseinrichtungRectifier / smoothing device
G2G2
GleichrichtereinrichtungRectifier means
G3G3
GleichrichtereinrichtungRectifier means
Iprimiprim
Primärstromprimary current
Isekisek
Sekundärstromsecondary current
KK
Steuerschaltung, KodiererControl circuit, encoder
LL
Spule SchwingkreisKitchen sink resonant circuit
P1P1
Phasephase
P2P2
Phasephase
P3P3
Phasephase
P4P4
Phasephase
SS
SchalterschwingkreisSwitch resonant circuit
TT
Transformationseinrichtung, UmwandlungseinTransforming means, Umwandlungsein
richtungdirection
ÜÜ
Übertragungseinrichtungtransmission equipment

Claims (26)

Hilfsstromversorgungseinrichtung mit: – einem Eingangsanschlussbereich (E), welcher zum Empfang einer Primärspannung (Uprim) und/oder eines Primärstroms (Iprim) ausgebildet ist, – einem Ausgangsanschlussbereich (A), welcher zur Ausgabe einer Sekundärspannung (Usek) und/oder eines Sekundärstroms (Isek) ausgebildet ist, und – einer Umwandlungseinrichtung oder Transformationseinrichtung (T), welche zur Umwandlung der aufgenommenen Primärspannung (Uprim) und/oder des empfangenen Primärstroms (Iprim) zur abzugebenen Sekundärspannung (Usek) bzw, zum abzugebenen Sekundärstrom (Isek) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Transformationseinrichtung (T) eingangsanschlussseitig eine Gleichspannungswandlereinrichtung (20) oder DC-DC-Wandlereinrichtung (20) aufweist, und – dass die Transformationseinrichtung (T) ausgangsanschlussseitig eine Ladungspumpeneinrichtung (30) mit einer Mehrzahl Paare zueinander komplementärer Phasen (P1,..., P4) aufweist.Auxiliary power supply device with: - an input connection area (E), which is designed to receive a primary voltage (Uprim) and / or a primary current (Iprim), - an output connection area (A), which is used to output a secondary voltage (Usek) and / or a secondary current ( Isek), and - a conversion device or transformation device (T) which is designed to convert the recorded primary voltage (Uprim) and / or the received primary current (Iprim) to the secondary voltage (Usek) to be emitted or to the secondary current (Isek) to be emitted, characterized in that - the transformation device (T) on the input connection side has a DC converter device ( 20 ) or DC-DC converter device ( 20 ), and - that the transformation device (T) on the output connection side has a charge pump device ( 30 ) with a plurality of pairs of mutually complementary phases (P1, ..., P4). Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungspumpeneinrichtung (30) mit Gleichspannung oder Gleichstrom betreibbar ist.Auxiliary power supply device according to claim 1, characterized in that the charge pump device ( 30 ) can be operated with direct voltage or direct current. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass die Ladungspumpeneinrichtung (30) eingangsanschlussseitig eine Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31) aufweist und – dass durch die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31) die Mehrzahl Paare zueinander komplementärer Phasen (P1,..., P4) erzeugbar sind.Auxiliary power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that - the charge pump device ( 30 ) an AC power source or AC voltage source ( 31 ) and - that by the alternating current source or alternating voltage source ( 31 ) the plurality of pairs of mutually complementary phases (P1, ..., P4) can be generated. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31) eine Oszillatoreinrichtung aufweist oder von einer solchen gebildet wird.Auxiliary power supply device according to claim 3, characterized in that the alternating current source or alternating voltage source ( 31 ) has or is formed by an oscillator device. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31) für die Phasen (P1,..., P4) zueinander komplementäre Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale erzeugbar sind.Auxiliary power supply device according to one of Claims 3 or 4, characterized in that that by the AC power source or AC voltage source ( 31 ) for the phases (P1, ..., P4) complementary secondary voltage signals or secondary current signals can be generated. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31) eine Mehrzahl Ausgangsanschlüsse (31-1,..., 31-4) aufweist und – dass jeweils ein Ausgangsanschluss (31-1,..., 31-4) Jeweils einem Sekundärspannungssignal oder Sekundärstromsignal der Phase (P1,..., P4) zuordenbar oder zugeordnet und auf diesem ausgebbar ist.Auxiliary power supply device according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the alternating current source or alternating voltage source ( 31 ) a plurality of output connections ( 31-1 , ..., 31-4 ) and - that an output connection ( 31-1 , ..., 31-4 ) Can be assigned or assigned to a secondary voltage signal or secondary current signal of the phase (P1, ..., P4) and output on this. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale der Phasen (P1,..., P4) jeweils in etwa die Form eines Rechtecksignals oder eines Trapezsignals aufweisen.Auxiliary power supply device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the secondary voltage signals or secondary current signals the phases (P1, ..., P4) each roughly in the form of a square wave signal or have a trapezoidal signal. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31) ausgangsseitig direkt eine Trenn/Kopplungseinrichtung (32) nachgeschaltet ist.Auxiliary power supply device according to one of Claims 3 to 7, characterized in that the alternating current source or alternating voltage source ( 31 ) on the output side, a separation / coupling device ( 32 ) is connected downstream. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenn/Kopplungseinrichtung (32) gebildet wird von einer Koppelkondensatoreinrichtung einer Mehrzahl von Koppelkondensatoren (32-1,..., 32-4).Auxiliary power supply device according to claim 8, characterized in that the separation / coupling device ( 32 ) is formed by a coupling capacitor device of a plurality of coupling capacitors ( 32-1 , ..., 32-4 ). Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, – dass jedem Sekundärspannungssignal oder Sekundärstromsignal der Phasen (P1,..., P4) je ein Koppelkondensator (32-1, ..., 32-4) zuordenbar oder zugeordnet ist und – dass insbesondere mit jedem Ausgangsanschluss (31-1,..., 31-4) ein Koppelkondensator (32-1,..., 32-4) in Reihe geschaltet verbunden ist.Auxiliary power supply device according to claim 9, characterized in that - each secondary voltage signal or secondary current signal of the phases (P1, ..., P4) each has a coupling capacitor ( 32-1 , ..., 32-4 ) is assignable or assigned and - that in particular with each output connection ( 31-1 , ..., 31-4 ) a coupling capacitor ( 32-1 , ..., 32-4 ) is connected in series. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Trenn/Kopplungseinrichtung (32) ausgangsanschlussseitig eine Gleichrichtereinrichtung (33, G3) nachgeschaltet ist zur Gleichrichtung der jeweiligen Sekundärspannungssignale oder Sekundärstromsignale der Phasen (P1,..., P4).Auxiliary power supply device according to one of Claims 8 to 10, characterized in that the separating / coupling device ( 32 ) on the output connection side a rectifier device ( 33 , G3) is connected downstream to rectify the respective secondary voltage signals or secondary current signals of the phases (P1, ..., P4). Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, – dass die Gleichrichtereinrichtung (33) eine Mehrzahl Gleichrichter (33-1,..., 33-4) aufweist und – dass jeder Gleichrichter (33-1,..., 33-4) insbesondere als parallel und gegeneinander orientiert geschaltetes Paar von Dioden (D1, D2) ausgebildet und jeweils einer Ausgangsseite eines jeweiligen Koppelkondensators (32-1,..., 32-4) zugeordnet und nachgeschaltet ist.Auxiliary power supply device according to claim 11, characterized in that - the rectifier device ( 33 ) a plurality of rectifiers ( 33-1 , ..., 33-4 ) and - that each rectifier ( 33-1 , ..., 33-4 ) in particular in the form of a pair of diodes (D1, D2) connected in parallel and mutually oriented and each having an output side of a respective coupling capacitor ( 32-1 , ..., 32-4 ) is assigned and connected downstream. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichtereinrichtung (33, G3) ausgangsanschlussseitig eine Glättungseinrichtung (34, C4) nachgeschaltet ist.Auxiliary power supply device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the rectifier device ( 33 , G3) on the output connection side a smoothing device ( 34 , C4) is connected downstream. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die Glättungseinrichtung (34, C4) eine parallel geschaltete Kondensatoreinrichtung (C4) aufweist oder bildet und – dass insbesondere ein erster Anschluss (C4-1) der Kondensatoreinrichtung (C4) mit den Dioden (D1) einer ersten Orientierung und zweiter Anschluss (C4-2) der Kondensatoreinrichtung (C4) mit den Dioden (D2) der zweiten Orientierung verbunden sind.Auxiliary power supply device according to claim 13, characterized in that - the smoothing device ( 34 , C4) has or forms a capacitor device (C4) connected in parallel and - that in particular a first connection (C4-1) of the capacitor device (C4) with the diodes (D1) of a first orientation and a second connection (C4-2) of the capacitor device ( C4) are connected to the diodes (D2) of the second orientation. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandlereinrichtung (20) eingangsanschlussseitig eine Schwingkreiseinrichtung (21) aufweist.Auxiliary power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the direct voltage converter device ( 20 ) on the input connection side a resonant circuit device ( 21 ) having. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schwingkreiseinrichtung (21) ein Serienschwingkreis ist oder aufweist, insbesondere mit einer Induktivität (L) und einer Kapazität (C1), und – dass die Schwingkreiseinrichtung (21) über eine parallel zur Kapazität (C1) vorgesehene steuerbare Schaltereinrichtung (S) gesteuert parallel anregbar ist.Auxiliary power supply device according to claim 15, characterized in that - the resonant circuit device ( 21 ) is or has a series resonant circuit, in particular with an inductance (L) and a capacitance (C1), and - that the resonant circuit device ( 21 ) can be excited in parallel in a controlled manner via a controllable switch device (S) provided in parallel with the capacitance (C1). Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, – dass der Schwingkreiseinrichtung (21) ausgangsanschlussseitig eine Gleichrichtereinrichtung (22, G2) nachgeschaltet ist zur Gleichrichtung der durch die Schwingkreiseinrichtung (21) erzeugten Spannungen/Ströme, – insbesondere in Form zur Schwingkreiseinrichtung (21) seriell und entgegengesetzt orientiert geschalteter Dioden (D3, D4).Auxiliary power supply device according to claim 16, characterized in that - the resonant circuit device ( 21 ) on the output connection side a rectifier device ( 22 , G2) is connected downstream for rectification by the resonant circuit device ( 21 ) generated voltages / currents, - in particular in the form of the resonant circuit device ( 21 ) series and reverse oriented diodes (D3, D4). Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, – dass der Gleichrichtereinrichtung (22, G2) ausgangsanschlussseitig eine Glättungseinrichtung (23) nachgeschaltet ist, – insbesondere in Form einer Kondensatoreinrichtung (C3), welche insbesondere mit einem ersten Anschluss (C3-1) mit der einen Diode (D3) und mit einem zweiten Anschluss (C3-2) mit der anderen Diode (D4) der Gleichrichtereinrichtung (22, G2) parallel verbunden ist.Auxiliary power supply device according to claim 17, characterized in that - the rectifier device ( 22 , G2) on the output connection side a smoothing device ( 23 ) is connected downstream, - in particular in the form of a capacitor device (C3), which in particular with a first connection (C3-1) with one diode (D3) and with a second connection (C3-2) with the other diode (D4) Rectifier device ( 22 , G2) is connected in parallel. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung der Schaltereinrichtung (S) der Schwingkreiseinrichtung (21) eine Ansteueranordnung (a) vorgesehen ist.Auxiliary power supply device according to ei nem of claims 15 to 18, characterized in that for controlling the switch device (S) of the resonant circuit device ( 21 ) a control arrangement (a) is provided. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreiseinrichtung (21) eine Betriebsfrequenz und insbesondere eine Resonanzfrequenz im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz aufweist.Auxiliary power supply device according to one of Claims 15 to 19, characterized in that the resonant circuit device ( 21 ) has an operating frequency and in particular a resonance frequency in the range from 100 kHz to 1 MHz. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungspumpe (30) und insbesondere die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31) eine Betriebsfrequenz aufweist, die vergleichsweise hoch ist im Vergleich zur Betriebsfrequenz der Schwingkreiseinrichtung (21), insbesondere in einem Bereich von etwa 20 MHz bis etwa 100 MHz.Auxiliary power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the charge pump ( 30 ) and in particular the alternating current source or alternating voltage source ( 31 ) has an operating frequency that is comparatively high compared to the operating frequency of the resonant circuit device ( 21 ), in particular in a range from about 20 MHz to about 100 MHz. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31), die Ansteueranordnung (a) und die der Schwingkreiseinrichtung (21) nachgeschaltete Gleichrichteranordnung (22,G2) monolithisch auf einem gemeinsamen Chip integriert sind.Auxiliary power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the alternating current source or alternating voltage source ( 31 ), the control arrangement (a) and that of the resonant circuit device ( 21 ) downstream rectifier arrangement ( 22 , G2) are monolithically integrated on a common chip. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle (31), die Ansteueranordnung (a) und die der Schwingkreiseinrichtung (21) nachgeschaltete Gleichrichteranordnung (22,G2) in einem gemeinsamen Halbleitermodul mit dem Schalter (S) integriert sind.Auxiliary power supply device according to claim 22, characterized in that the alternating current source or alternating voltage source ( 31 ), the control arrangement (a) and that of the resonant circuit device ( 21 ) downstream rectifier arrangement ( 22 , G2) are integrated in a common semiconductor module with the switch (S). Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselspannungsquelle (31), die Trenn/Kopplungseinrichtung (32) und die Gleichrichtereinrichtung (33,G3) monolithisch auf zwei Chips in einem gemeinsamen Halbleitermodul aufgebaut sind.Auxiliary power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the AC voltage source ( 31 ), the separation / coupling device ( 32 ) and the rectifier device ( 33 , G3) are built monolithically on two chips in a common semiconductor module. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenn/Kopplungseinrichtung (32) und der Signalüberträger (Ü) gemeinsam auf einem Chip integriert sind.Auxiliary power supply device according to one of claims 22 to 24, characterized in that the separation / coupling device (32) and the signal transmitter (Ü) together are integrated on a chip. Hilfsstromversorgungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung der Ladungspumpe (30), insbesondere der Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle (31), für je zwei Phasen (P1,..., P4) gleichstrommäßig in Reihe geschaltet realisiert ist.Auxiliary power supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage supply of the charge pump ( 30 ), especially the alternating voltage source or alternating current source ( 31 ), is realized for two phases (P1, ..., P4) connected in series in direct current.
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