DE69927990T2 - Spannungsumrichter mit einer selbstschwingenden Halbbrücke nstruktur - Google Patents

Spannungsumrichter mit einer selbstschwingenden Halbbrücke nstruktur Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannungswanderschaltung mit einer selbstschwingenden Halbbrückenstruktur.
  • Es ist bekannt in allen Applikationen, die eine Wandlung einer Gleichspannung oder einer Niederfrequenzwechselspannung in eine Wechselspannung mit einer höheren Frequenz, wie bei Beleuchtungsapplikationen, bei denen die 50 Hz Netzspannung in eine Spannung mit 30–50 kHz gewandelt wird, um fluoreszierende Lampen oder Halogenlampen zu steuern, Spannungswandlerschaltungen zu benutzen, die im Allgemeinen eine selbstschwingende Halbbrückenkonfiguration haben.
  • Gemäß einer bekannten Lösung ist eine Spannungswandlerschaltung 1 des oben bezeichnenden Typs in 1 gezeigt und weist einen ersten Eingangsanschluss 2a und einen zweiten Eingangsanschluss 2b (der zweite Eingangsanschluss 2b ist mit Masse verbunden), zwischen denen eine Eingangsspannung Vin eingespeist ist, und einen ersten Ausgangsanschluss 3a und einen zweiten Ausgangsanschluss 3b, zwischen denen eine Ausgangsspannung Vout angelegt ist, auf. Ein kapazitiver Teiler 4 ist zwischen den Eingangsanschlüssen 2a, 2b geschaltet und weist einen ersten Kondensator 5 mit einer Kapazität C1 und einen zweiten Kondensator 6 mit einer Kapazität C2 auf, wobei die Kondensatoren 5 und 6 in Serie geschaltet sind.
  • Zwischen die Eingangsanschlüsse 2a, 2b sind auch ein erster Schalter 7 und ein zweiter Schalter 8 geschaltet. Insbesondere der erste Schalter 7 ist zwischen dem ersten Eingangsanschluss 2a und dem ersten Ausgangsanschluss 3a geschaltet und der zweite Schalter 8 ist zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 3a und dem zweiten Eingangsanschluss 2b geschaltet.
  • Zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 3a und dem zweiten Ausgangsanschluss 3b ist eine resonante (mitschwingende) Last 10 geschaltet, die eine Lampe 12, die parallel zu einem Kondensator 13 geschaltet ist und in Serie mit einer Induktionsspule 14 geschaltet ist, aufweist.
  • Die Schalter 7,8 haben jeder eine Steueranschluss 17 bzw. 18, die zu den Ausgangsanschlüssen einer integrierten Schaltung 15 geschaltet sind, welche das Öffnen oder Schließen der Schalter 7, 8 gegenphasig steuern. Wenn insbesondere die integrierte Schaltung 15 ein Schließen des ersten Schalters 7 oder ein Öffnen des zweiten Schalters 8 steuert, wird der erste Ausgangsanschluss 3a mit dem ersten Eingangsanschluss 2a geschaltet; stattdessen wenn die integrierte Schaltung 15 ein Öffnen des ersten Schalters 7 und ein Schließen des zweiten Schalters 8 steuert, wird der erste Ausgangsanschluss 3a mit dem zweiten Eingangsanschluss 2b geschaltet. Auf diese Art und Weise wird eine Ausgangsspannung Vout erhalten, die bei einer Frequenz schwingt, die durch Schalten der Schalter 7 und 8 bestimmt wird und durch die integrierte Schaltung 15 gesteuert wird.
  • Jedoch hat diese bekannte Lösung den Nachteil kostenintensiv und komplex zu sein.
  • Zusätzlich ist es mit der oben bekannten Lösung möglich, die Schalter 7, 8 daran zu hindern, gleichzeitig stromführend zu werden, und den ersten Eingangsanschluss 2a mit dem zweiten Eingangsanschluss 2b durch Einfügen einer Verzögerungsschaltung, die zu einem verzögerten Anschalten der Schalter 7, 8 geeignet ist, zu verbinden. Jedoch bedarf dies eine größere Schaltungskomplexität und damit höhere Kosten.
  • Spannungswandler sind weiterhin bekannt, die einen Übertrager nutzen, um Schwingungen einer Spannung, die an einer Last angelegt ist, zu generieren oder zu synchronisieren. Auch diese Wandler sind dahingehend nachteilig, dass die Übertrager einen Anstieg an Kosten bedingen.
  • Die US-A-5 410 220 offenbart eine Steuerschaltung zum Treiben einer Entladungslampe, wobei das Leistungsteil jeder Halbbrücke angeschaltet wird, wenn die Absolutspannung über dem Leistungsteil unter eine Schwellwertspannung eines Steuerungsschalters fällt, der zwischen seinen Gate- und Source-Anschlüssen geschaltet ist. Dabei wird eine feste Spannung einem der Leistungsteile zu jeder Zeit bereitgestellt, der anschaltet. Ein Kondensator ist zwischen einem Drain-Anschluss des entsprechenden Leistungsteiles und dem Steueranschluss des entsprechenden Steuerungsschalters geschaltet, um das Abschalten des entsprechenden Leistungsteiles zu beschleunigen.
  • Das technische Problem der vorliegenden Erfindung ist, Grenzen und Nachteile, zu denen oben Bezug genommen wurde, zu überwinden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Spannungswandlerschaltung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • Die Merkmale und Vorteile der Schaltung gemäß der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das einfach ein nicht-limitierendes Beispiel gibt, mit Bezug zu den angefügten Zeichnungen klar, wobei:
  • 1 ist ein vereinfachter elektrischer Schaltplan einer bekannten Spannungswandlerschaltung;
  • 2 ist ein vereinfachter elektrischer Schaltplan einer Spannungswandlerschaltung gemäß der Erfindung;
  • 3 zeigt einen detaillierteren elektrischen Schaltplan der Spannungswandlerschaltung nach 2; und
  • 4 zeigt die Ausdrucke von auf der Schaltung nach 3 gemessenen elektrischen Quantitäten.
  • 2 zeigt eine Spannungswandlerschaltung 20, die eine selbstschwingende Halbbrückenkonfiguration und einen ersten Eingangsanschluss 21a und einen zweiten Eingangsanschluss 21b, zwischen denen eine Eingangsspannung Vin anliegt, und einen ersten Ausgangsanschluss 22a und einen zweiten Ausgangsanschluss 22b, zwischen denen eine Ausgangsspannung Vout vorhanden ist, hat.
  • Die Eingangsspannung Vin ist eine Gleichspannung oder eine Niederfrequenzwechselspannung, die durch ein gleichgerichtetes Netzwerk, nicht in 2 gezeigt, generiert ist.
  • Ein kapazitiver Teiler 23 ist zwischen den ersten Eingangsanschluss 21a und den zweiten Eingangsanschluss 21b geschaltet und beinhaltet einen ersten Kondensator 24 mit einer Kapazität C4 und einen zweiten Kondensator 25 mit einer Kapazität C3, die denselben Wert wie die Kapazität C4 hat. Die Kondensatoren 24, 25 sind in Serie geschaltet. Insbesondre der erste Kondensator 24 ist zwischen dem ersten Eingangsanschluss 21a und dem zweiten Ausgangsanschluss 22b geschaltet und der zweite Kondensator 25 ist zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss 22b und dem zweiten Eingangsanschluss 21b geschaltet.
  • Ein erster Widerstand 35 mit einem Widerstandswert R1 und ein dritter Kondensator 36 mit einer Kapazität C1 sind in Serie zwischen dem ersten Eingangsanschluss 21a und dem ersten Eingangsanschluss 22a geschaltet. Im Detail ist der erste Widerstand 35 zwischen dem ersten Eingangsanschluss 21a und einem ersten Zwischenknoten 37 geschaltet und der dritte Kondensator 36 ist zwischen dem ersten Zwischenknoten 37 und dem ersten Ausgangsanschluss 22a geschaltet.
  • Ein zweiter Widerstand 40 mit einem Widerstandswert R2 und ein vierter Kondensator 42 mit einer Kapazität C2 sind in Serie zwischen dem ersten Eingangsanschluss 21a und dem zweiten Eingangsanschluss 21b geschaltet. Insbesondere ist der zweite Widerstand 40 zwischen dem ersten Eingangsanschluss 21a und einem zweiten Zwischenknoten 43 geschaltet und der vierte Kondensator 42 ist zwischen dem zweiten Zwischenknoten 43 und dem zweiten Eingangsanschluss 21b geschaltet.
  • Die Spannungswandlerschaltung 20 weist auch einen ersten Schaltungsblock 27 und einen zweiten Schaltungsblock 28 auf. Im Detail hat der erste Schaltungsblock 27 einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss, die mit dem ersten Eingangsanschluss 21a bzw. dem ersten Ausgangsanschluss 22a bzw. dem ersten Zwischenknoten 37 geschaltet sind; der zweite Schaltungsblock 28 hat einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss, die mit dem ersten Ausgangsanschluss 22a bzw. dem zweiten Ausgangsanschluss 21b bzw. dem zweiten Zwischenknoten 43 geschaltet sind.
  • Eine elektrische Last 30 ist zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 22a und dem zweiten Ausgangsanschluss 22b geschaltet und weist beispielsweise eine Lampe 31 auf, die parallel zu einem resonanten Kondensator 32 mit einer Kapazität CR geschaltet ist und in Serie mit einer resonanten Induktionsspule 33 mit einer Induktivität LR geschaltet ist.
  • Ein dritter Widerstand 45 mit einem Widerstandswert R3 ist zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 22a und dem zweiten Eingangsanschluss 21b geschaltet.
  • Wie detaillierter in 3a dargestellt, weist der erste Schaltungsblock 27 einen ersten Leistungsschalter 60 (zum Beispiel einen Power-PMOS) mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, die zu dem ersten Eingangsanschluss 21a und dem ersten Ausgangsanschluss 22a geschaltet sind, und einem Steueranschluss 61 auf. Eine erste Freilaufdiode 62 ist zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des ersten Leitungsschalters 60 geschaltet.
  • Eine erste Treiberschaltung 63, nicht im Detail in 3 gezeigt denn als solche bekannt, ist zwischen dem ersten Zwischenknoten 37 und dem ersten Ausgangsanschluss 22a geschaltet und hat einen ersten Eingangsanschluss 64, einen zweiten Eingangsanschluss 65 und einen Ausgangsanschluss, der zu dem Steueranschluss 61 des ersten Leistungsschalters 60 geschaltet ist.
  • Der erste Schaltungsblock 27 weist auch eine erste Oszillatorschaltung 66 beinhaltend einen ersten Operationsverstärker 67 auf, der einen invertierenden Eingangsanschluss und einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss hat. Der invertierende Eingangsanschluss ist zu dem ersten Ausgangsanschluss 22a über einen ersten Synchronisationskondensator 68 mit einer Kapazität C' geschaltet. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss ist zu dem ersten Ausgangsanschluss 22a über eine erste Spannungsquelle 73 geschaltet, die eine Referenzspannung Vref1 bereitstellt. Der erste Operationsverstärker 67 hat auch einen Ausgangsanschluss, der zu dem zweiten Eingangsanschluss 65 der ersten Treiberschaltung 63 geschaltet ist. Eine erste Stromquelle 74, die einen Referenzstrom I' bereitstellt, ist zwischen dem ersten Zwischenknoten 37 und dem invertierenden Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers 67 geschaltet.
  • Ein erster Spannungssensor 70, zum Beispiel ein Kondensator, ist zwischen dem ersten Eingangsanschluss 21a und einem ersten Schaltungsknoten 71 geschaltet. Der ersten Schaltungsknoten 71 ist zu dem invertierenden Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärker 67 und zu dem ersten Eingangsanschluss 64 der ersten Treiberschaltung 63 geschaltet.
  • Eine Zener-Diode 72 hat ihre Kathode zu dem ersten Zwischenknoten 37 und ihre Anode zu dem ersten Ausgangsanschluss 32a geschaltet.
  • Der zweite Schaltungsblock 28 weist einen zweiten Leistungsschalter 80 mit einem ersten Anschluss, der zu dem ersten Ausgangsanschluss 22a geschaltet ist, einen zweiten Anschluss, der zu dem zweiten Eingangsanschluss 21b geschaltet ist, und einen Steueranschluss 81 auf. Eine zweite Freilaufdiode 82 ist zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des zweiten Leistungsschalters 80 geschaltet.
  • Eine zweite Treiberschaltung 83, nicht im Detail in 3 gezeigt denn als solche bekannt, ist zwischen dem zweiten Zwischenknoten 43 und dem zweiten Eingangsanschluss 21b geschaltet und hat einen ersten Eingangsanschluss 84, einen zweiten Eingangsanschluss 85 und einen Ausgangsanschluss, der zu dem Steueranschluss 81 des zweiten Leistungsschalters 80 geschaltet ist.
  • Der zweite Schaltungsblock 28 weist auch eine zweite Oszillatorschaltung 86 auf, die einen zweiten Operationsverstärker 87 beinhaltet, der einen invertierenden Eingangsanschluss und einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss hat. Der invertierende Eingangsanschluss ist zu dem zweiten Eingangsanschluss 21b über einen zweiten Synchronisationskondensator 88 mit einer Kapazität C'' geschaltet. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss ist zu dem zweiten Eingangsanschluss 21b über einen zweiten Quellengenerator 93 geschaltet, der eine Referenzspannung Vref2 bereitstellt. Der zweite Operationsverstärker 87 hat auch einen Ausgangsanschluss, der zu dem zweiten Eingangsanschluss 85 der zweiten Treiberschaltung 83 geschaltet ist. Eine zweite Stromquelle 94, die einen Referenzstrom I'' bereitstellt, ist zwischen dem zweiten Zwischenknoten 43 und dem invertierenden Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärker 87 geschaltet.
  • Ein zweiter Spannungssensor 90, zum Beispiel ein Kondensator, ist zwischen dem ersten Ausgangsanschluss 22a und einem zweiten Schaltungsknoten 91 geschaltet. Der zweite Schaltungsknoten 91 ist zu dem invertierenden Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers 87 und zu dem ersten Eingangsanschluss 84 der zweiten Treiberschaltung 83 geschaltet.
  • Ein dynamischer Spannungsregler 92 ist zwischen dem zweiten Zwischenknoten 43 und dem zweiten Eingangsanschluss 21b geschaltet und weist beispielsweise eine Zehner-Diode 98 auf, die ihre Anode mit dem zweiten Eingangsanschluss 21b und ihre Kathode mit dem zweiten Zwischenknoten 43 über ein Schaltelement 99 geschaltet hat, das einen Steueranschluss 99a hat, der zu der zweiten Treiberschaltung 83 geschaltet ist. Die zweite Treiberschaltung 83 steuert das Einschalten des Schaltelementes 99 in der Ausschaltphase des zweiten Leistungsschalters 80.
  • Der zweite Schaltungsblock 28 weist weiter eine DIAC-Vorrichtung 96 auf, die zwischen dem zweiten Zwischenknoten 43 und dem Steueranschluss 81 des zweiten Leistungsschalters 80 geschaltet ist.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Spannungswandlerschaltung 20 werden die Werte der Kapazitäten C' und C' derart ausgewählt, dass sie einander gleich sind, dasselbe gilt für die Referenzspannungen Vref1 und Vref2 und die Referenzströme I' und I''.
  • Der Betrieb der Spannungswandlerschaltung ist im Folgenden beschrieben.
  • Anfänglich sind der erste Leistungsschalter 60 und der zweite Leistungsschalter 80 ausgeschaltet und die Eingangsspannung Vin und die Ausgangsspannung Vout sind gleich einer Grundspannung (die Spannung auf dem zweiten Eingangsanschluss 21b). Wenn die Eingangsspannung Vin zwischen den Eingangsanschlüssen 21a und 21b angelegt wird (Moment t0), werden der erste Kondensator 24 und der zweite Kondensator 25, die die gleiche Kapazität haben, geladen, wodurch die Ausgangsspannung Vout auf einen Wert gleich zu Vin/2 gebracht wird (Moment t1).
  • Zusätzlich werden der erste Widerstand 35 und der dritte Widerstand 45 mit einem Strom durchflossen, der den dritten Kondensator 36 bei einer Spannung VC1 lädt, dessen Maximalwert mittels der Zehner-Diode 72 geregelt wird, und der zweite Widerstand 40 ist mit einem Strom durchflossen, der den vierten Kondensator 42 bei einer Spannung VC2 lädt.
  • Die Spannungen VC1 und VC2 sind die Versorgungsspannungen des ersten Schaltungsblocks 27 beziehungsweise des zweiten Schaltungsblocks 28, die dem ersten Zwischenknoten 37 beziehungsweise dem zweiten Zwischenknoten 43 bereitgestellt werden.
  • Wenn die Spannung VC2 den Auslösewert Vdiac für die DIAC-Vorrichtung erreicht (Moment t2, 4), schaltet der zweite Leistungsschalter 80 an und der Strom fließt durch die elektrische Last 30.
  • Vorteilhafterweise sind der erste Widerstand 35, der zweite Widerstand 40, der dritte Widerstand 45, der dritte Kondensator 36 und der vierte Kondensator 42 derart groß, dass die Ladezeitkonstante des dritten Kondensators 36 kleiner als die Ladezeitkonstante des vierten Kondensators 42 ist. In dieser Art und Weise ist der dritte Kondensator 36 bereits bei der Spannung VC1 geladen, wenn der zweite Leistungsschalter 82 anschaltet.
  • Das Anschalten des zweiten Leitungsschalters 80 verursacht eine negative Änderung der Ausgangsspannung Vout und eine folgende positive Änderung der Spannung Vin–Vout Diese Spannungsänderungen werden durch den ersten Spannungssensor 70 und den zweiten Spannungssensor 90 detektiert, welche den Aus-Zustand des ersten Leitungsschalters 60 beziehungsweise den Ein-Zustand des zweiten Leitungsschalters 80 bestimmen.
  • Detaillierter dargestellt überträgt der zweite Spannungssensor 90 die negative Änderung der Ausgangsspannung Vout in einen Entladestrom des zweiten Synchronisationskondensators 88. Dadurch reduziert sich die Spannung VC über dem zweiten Synchronisationskondensator 88 rapide auf Null und der zweite Operationsverstärker 87 bestimmt das Leiten des zweiten Leitungsschalters 80 über die zweite Treiberschaltung 83. Die Ausgangsspannung Vout nimmt dann einen Wert gleich der Grundspannung an.
  • Nachdem die Spannung VC über diesem Null geworden ist, beginnt der zweite Synchronisationskondensator 88 wieder durch die zweite Stromquelle 94 geladen zu werden. In diesem Schritt wird der vierte Kondensator 42 zu Masse entladen. Der zweite Operationsverstärker 87 schaltet und schaltet den zweiten Leitungsschalter 80 über die zweite Treiberschaltung 83 ab, wenn der Wert der Spannung VC auf den zweiten Synchronisationskondensator 88 dem Wert der Referenzspannung Vref gleicht (Moment t3, 4).
  • Gleichzeitig mit dem Abschalten des zweiten Leitungsschalter 80 wird ein Befehl zum Schließen des Schaltelements 99 gesendet; dann wird die Zehner-Diode 98 parallel zu dem vierten Kondensator 42 geschaltet und regelt die Spannung VC2 des Letzteren bei deren Zehner-Spannung VZ (4).
  • Das Abschalten des zweiten Leistungsschalters 80 verursacht eine positive Änderung der Ausgangsspannung Vout, da der Strom beibehält, durch die elektrische Last 30 zu fließen, und eine nachfolgende negative Änderung der Spannung Vin–Vout verursacht.
  • Diese Spannungsänderungen werden durch den ersten Spannungssensor 70 und den zweiten Spannungssensor 90 detektiert. Der erste Spannungssensor 70 verursacht das Anschalten des ersten Leitungsschalters 60 und der zweite Spannungssensor 90 bestimmt den Aus-Zustand des zweiten Leistungsschalter 80.
  • Insbesondere überträgt der erste Spannungssensor 70 die negative Änderung der Spannung Vin–Vout in einen Entladestrom des ersten Synchronisationskondensators 68, wie es gerade oben für den zweiten Synchronisationskondensator 88 beschrieben wurde. In dieser Art und Weise sinkt die Spannung VC über dem ersten Synchronisationskondensator 68 rapide auf Null und der erste Operationsverstärker 67 schaltet, um so dem ersten Leitungsschalter 60 zu ermöglichen, über die erste Treiberschaltung 63 zu leiten. Die Ausgangsspannung Vout erreicht dann einen Wert, der gleich der Eingangsspannung Vin ist (Moment t4).
  • Auch besteht in diesem Fall der Ein-Zustand des ersten Leitungsschalters 60 bis die Spannung VC gleich der Referenzspannung Vref ist (Moment t5); dann schaltet der erste Operationsverstärker 67 und der erste Leitungsschalter 60 wird angeschaltet.
  • Das Abschalten des ersten Leitungsschalters 60 verursacht eine negative Änderung der Ausgangsspannung Vout. Diese negative Änderung wird durch den zweiten Spannungssensor 90 detektiert, der rasch den zweiten Synchronisationskondensator 88 entlädt und das Anschalten des zweiten Leitungsschalters verursacht (Moment t6). Der Ablauf setzt dann wie oben beschrieben fort.
  • Nachfolgend fährt die Spannungswandlerschaltung 20 fort zwischen den zwei gerade beschriebenen Zuständen zu oszillieren, wobei die Ausgangsspannung Vout alternierend zu einem Wert nahe der Eingangsspannung Vin auf dem ersten Eingangsanschluss 21a und auf einen Wert nahe der Grundspannung gebracht wird, die auf dem zweiten Eingangsanschluss 21b vorliegt. In dieser Art und Weise wird eine Ausgangsspannung Vout erhalten, die eine Rechteckspannung mit einer eingestellten Frequenz hat.
  • In der Praxis definieren der erste Synchronisationskondensator 68 und die erste Stromquelle 74 eine erste oszillierende Spannungsquelle. Die Spannung VC über dem ersten Synchronisationskondensator 68 ist eine erste oszillierende Spannung mit einer Wellenform, wie in 4 gezeigt. Ebenso definieren der zweite Synchronisationskondensator 88 und die zweite Stromquelle 94 eine zweite oszillierende Spannungsquelle. Die Spannung über dem zweiten Synchronisationskondensator 68 ist eine zweite oszillierende Spannung mit einer Wellenform, ähnlich der der Spannung VC.
  • Insbesondere in dem oben erwähnten Fall, wo beide Schaltungsblöcke 27, 28 dieselbe Größe haben und somit dieselben Referenzspannungswerte, gleiche Stromquellen 74, 94 und gleiche Synchronisationskondensatoren 68, 88 haben, leitet die Spannungswandlerschaltung 20 für dieselbe Zeitdauer in den oben beschriebenen Zuständen. Falls eine Dauerabweichung von 50% von den zwei halben Perioden gewünscht ist, ist es ausreichend, die Größe der Kapazitäten der Synchronisationskondensatoren 68, 88 verschieden festzulegen.
  • Vorteilhafterweise ist ein Verzögerungselement (nicht in 3 gezeigt) innerhalb jeder Treiberschaltung 63, 83 vorhanden und ist geeigneterweise durch den entsprechenden Spannungssensor 70, 90 gesteuert, um das Anschalten des entsprechenden Leitungsschalter 60, 80 zu verzögern. Dadurch wird das Anschalten des Leistungsschalters 60, 80 verhindert, wenn die Spannung über diesem noch zu hoch ist.
  • Die Vorteile der Spannungswandlerschaltung 20 sind die Folgenden. Erstens benötigt die Spannungswandlerschaltung nach der Erfindung bei einer gleichen Leitungsfähigkeit eine geringere Anzahl von Komponenten und hat demnach geringere Herstellungskosten als vorher beschriebene Schaltungen nach dem Stand der Technik.
  • Zusätzlich verhindert die Spannungswandlerschaltung nach der Erfindung ein gleichzeitiges Leiten der zwei Leitungsschalter 60, 80 in einem jeden Betriebszustand. Tatsächlich ermöglicht die Spannungswandlerschaltung 20 ein Leiten jedes Leistungsschalters 60, 80 nur, wenn der entsprechende Spannungssensor 70, 90 eine negative Änderung der Spannung am entsprechenden Eingangsanschluss als Folge des Abschaltens des anderen Leitungsschalters detektiert.
  • Letztlich ist es klar, dass viele Änderungen und Modifikationen an der hierin beschriebenen und dargestellten Spannungswandlerschaltung gemacht werden können, die alle in den Bereich der Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert ist, fallen.
  • Insbesondere kann die Spannungswandlerschaltung nach der Erfindung zum Treiben eines jeden Typs einer Last verwendet werden.

Claims (10)

  1. Spannungswandlerschaltung (20) mit einer selbstschwingenden Halbbrückenkonfiguration, welche einen eine Eingangsspannung (Vin) empfangenden ersten Eingangsanschluss (21a) und zweiten Eingangsanschluss (21b) und einen eine Ausgangsspannung (Vout) speisenden ersten Ausgangsanschluss (22a) und zweiten Ausgangsanschluss (22b) sowie Folgendes aufweist: – einen ersten Leistungsschalter (60) mit einem ersten Leitungsanschluss und einem zweiten Leitungsanschluss, welche am ersten Eingangsanschluss (21a) bzw. ersten Ausgangsanschluss (22a) angeschlossen sind, und ein Steuerterminal bzw. -pol (61); – einen zweiten Leistungsschalter (80) mit einem ersten Leitungsanschluss und einem zweiten Leitungsanschluss, welche am ersten Ausgangsanschluss (22a) bzw. zweiten Eingangsanschluss (21b) angeschlossen sind, und ein Steuerterminal bzw. -pol (81); – eine erste Steuerschaltung (63) mit einem Aktivierungseingang (65) und einem Ausgang (61), welche am Steuerterminal (61) des ersten Leistungsschalters (60) angeschlossen sind; und eine zweite Antriebsschaltung (83) mit einem Aktivierungseingang (85) und einem Ausgang (81), welche am Steuerterminal (81) des zweiten Leistungsschalters (80) angeschlossen sind; gekennzeichnet durch: – ein erstes Element (70) eines Differentialspannungssensors mit einem am ersten Eingangsanschluss (21a) angeschlossenen ersten Abtastanschluss und einem zweiten Abtastanschluss, welcher durch die erste Antriebsschaltung (63) am Steuerterminal (61) des ersten Leistungsschalters (60) und am zweiten Ausgangsanschluss (22a) angeschlossen ist, wobei das erste Spannungssensorelement (70) an dem ersten Abtastanschluss eine zeitliche Abweichung in eine im Voraus eingestellte erste Richtung der Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschluss (21a) und dem ersten Ausgangsanschluss (22a) erfasst und an dem zweiten Abtastanschluss ein erstes Aktivierungspotential für den ersten Leistungsschalter (60) erzeugt, welches zur ersten Steuerschaltung (63) geführt wird; und – ein zweites Element (90) eines Differentialspannungssensors mit einem ersten Abtastsensor bzw. -anschluss, welcher am ersten Ausgangsanschluss (22a) angeschlossen ist, und einem zweiten Abtastanschluss, welcher durch die zweite Steuerschaltung (83) am Steuerterminal (81) des zweiten Leistungsschalters (80) und am zweiten Eingangsanschluss (21b) angeschlossen ist, wobei das zweite Spannungssensorelement (90) auf dem ersten Abtastanschluss eine zeitliche Abweichung in eine im Voraus eingestellte zweite Richtung der Spannung zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (22a) und dem zweiten Eingangsanschluss (21b) erfasst und auf dem zweiten Abtastanschluss ein zweites Aktivierungspotential für den zweiten Leistungsschalter (80) erzeugt, welches zur zweiten Steuerschaltung (83) gespeist wird.
  2. Spannungswandlerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung in eine erste Richtung und die Abweichung in eine zweite Richtung eine Spannungsabnahme umfassen.
  3. Spannungswandlerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, zudem gekennzeichnet durch: – eine erste Oszillatorschaltung (66), welche zwischen dem zweiten Abtastanschluss des ersten Spannungssensorelements (60) und dem ersten Ausgangsanschluss (22a) angeschlossen ist und einen durch die erste Antriebsschaltung (63) am Steuerterminal (61) des ersten Leistungsschalters (60) angeschlossenen Ausgangsanschluss aufweist und einen ersten Freigabeimpuls für den ersten Leistungsschalter (60) erzeugt, solange die Spannung auf dem zweiten Abtastanschluss des ersten Spannungssensorelements (70) geringer als ein im Voraus eingestellter erster Wert ist; und – eine zweite Oszillatorschaltung (86), welche zwischen dem zweiten Abtastanschluss des zweiten Spannungssensorelements (90) und dem zweiten Eingangsanschluss (21b) angeschlossen ist und einen am Bediengerät (81) des zweiten Leistungsschalters (80) angeschlossenen Ausgangsanschluss aufweist und durch die zweite Antriebsschaltung (83) einen zweiten Freigabeimpuls für den zweiten Leistungsschalter (80) erzeugt, solange die Spannung auf dem zweiten Abtastanschluss des zweiten Spannungssensorelements (90) geringer als ein im Voraus eingestellter zweiter Wert ist.
  4. Spannungswandlerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – die erste Oszillatorschaltung (66) einen ersten Operationsverstärker (67) mit einem ersten Eingangsschluss, einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, und eine erste schwingende Spannungsquelle (68, 74, 73) aufweist, wobei der erste Eingangsanschluss des ersten Operationsverstärkers (67) am zweiten Abtastanschluss des ersten Spannungssensorelements (70) angeschlossen ist, der zweite Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers (67) eine erste Vergleichsspannung (Vref1) empfängt und der Ausgangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers (67) am Ausgangsanschluss der ersten Oszillatorschaltung (66) angeschlossen ist, die erste schwingenede Spannungsquelle (68, 74, 73) zwischen dem zweiten Abtastanschluss des ersten Spannungssensorelements (70) und dem ersten Ausgangsanschluss (22a) angeschlossen ist und eine erste schwingende Spannung erzeugt, welche zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert bei Abwesenheit des ersten Aktivierungspotentials zunimmt und nach dem Empfangen des ersten Aktivierungspotentials vom zweiten Wert auf den ersten Wert schaltet; und – die zweite Oszillatorschaltung (86) einen zweiten Operationsverstärker (87) mit einem ersten Eingangsanschluss, einem zweiten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss, und eine zweite schwingende Spannungsquelle (88, 93, 94) aufweist, wobei der erste Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers (87) am zweiten Abtastanschluss des zweiten Spannungssensorelements (90) angeschlossen ist, der zweite Eingangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers (87) eine zweite Vergleichsspannung (Vref2) empfängt und der Ausgangsanschluss des zweiten Operationsverstärkers (87) am Ausgangsanschluss der zweiten Oszillatorschaltung (86) angeschlossen ist, die zweite Schwingspannungsquelle (88, 93, 94) zwischen dem zweiten Abtastanschluss des zweiten Spannungssensorelements (90) und dem zweiten Eingangsanschluss (21b) angeschlossen ist und eine zweite schwingende Spannung erzeugt, welche zwischen einem dritten Wert und vierten Wert bei Abwesenheit des zweiten Aktivierungspotentials zunimmt und nach dem Empfangen des Aktivierungspotentials vom vierten Wert auf den dritten Wert schaltet.
  5. Spannungswandlerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass: – die erste Schwingspannungsquelle (68, 74, 73) einen ersten Speiseeingang (37), welcher eine erste Versorgungsspannung (VC1) empfängt; eine erste Stromquelle (74), welche zwischen dem ersten Speiseeingang (37) und dem zweiten Abtastanschluss des ersten Spannungssensorelements (70) angeschlossen ist; und ein erstes kapazitives Element (68) aufweist, welches zwischen dem zweiten Abtastanschluss des ersten Spannungssensorelements (70) und dem ersten Ausgangsanschluss (22a) angeschlossen ist; und – die zweite Schwingspannungsquelle (88, 93, 94) einen zweiten Speiseeingang (43), welcher eine zweite Versorgungsspannung (VC2) empfängt; eine zweite Stromquelle (94), welche zwischen dem zweiten Speiseeingang (43) und dem zweiten Abtastanschluss des zweiten Spannungssensorelements (90) angeschlossen ist; und ein zweites kapazitives Element (88) aufweist, welches zwischen dem zweiten Abtastanschluss des zweiten Spannungssensorelements (90) und dem zweiten Eingangsanschluss (21b) angeschlossen ist.
  6. Spannungswandlerschaltung nach Anspruch 5, zudem gekennzeichnet durch: – einen statischen Spannungsregler (72), welcher zwischen dem ersten Speiseeingang (37) und dem ersten Ausgangsanschluss (22a) angeschlossen ist; und – einen dynamischen Spannungsregler (92), welcher zwischen dem zweiten Speiseeingang (43) und dem zweiten Eingangsanschluss (21b) angeschlossen ist.
  7. Spannungswandlerschaltung nach Anspruch 5 oder 6, zudem gekennzeichnet durch ein erstes und zweites Widerstandselement (35, 40) und ein drittes und viertes kapazitives Element (36, 42), wobei das erste Widerstandselement (35) zwischen dem ersten Eingangsanschluss (21a) und dem ersten Speiseeingang (37) und das dritte kapazitive Element (36) zwischen dem ersten Speiseeingang (37) und dem ersten Ausgangsanschluss (22a) angeschlossen ist, das zweite Widerstandselement (40) zwischen dem ersten Eingangsanschluss (21a) und dem zweiten Speiseeingang (43) angeschlossen ist, und das vierte kapazitive Element (42) zwischen dem zweiten – Speiseeingang (43) und dem zweiten Eingangsanschluss (21b) angeschlossen ist.
  8. Spannungswandlerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spannungssensorelement (70) und zweite Spannungssensorelement (90) ein entsprechendes kapazitives Element beinhalten.
  9. Spannungswandlerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem gekennzeichnet durch einen kapazitiven Teiler (23), welcher zwischen dem ersten Eingangsanschluss (21a) und dem zweiten Eingangsanschluss (21b) angeschlossen ist und einen am zweiten Ausgangsanschluss (22b) angeschlossenen Zwischenknoten aufweist.
  10. Spannungswandlerschaltung nach einem der Ansprüche 3–7, wobei die erste Antriebsschaltung (63) am Ausgangsanschluss der ersten Oszillatorschaltung (66) und die zweite Steuerschaltung (83) am Ausgangsanschluss der zweiten Oszillatorschaltung (86) angeschlossen ist.
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