EP3827519A1 - Electronic circuit and method for operating same - Google Patents

Electronic circuit and method for operating same

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Publication number
EP3827519A1
EP3827519A1 EP19734385.8A EP19734385A EP3827519A1 EP 3827519 A1 EP3827519 A1 EP 3827519A1 EP 19734385 A EP19734385 A EP 19734385A EP 3827519 A1 EP3827519 A1 EP 3827519A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
variable
semiconductor switch
voltage
control device
load path
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19734385.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Schuster
Paul Mehringer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3827519A1 publication Critical patent/EP3827519A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/125Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H02M7/2195Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration the switches being synchronously commutated at the same frequency of the AC input voltage
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/165Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches by feedback from the output circuit to the control circuit
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/30Modifications for providing a predetermined threshold before switching
    • H03K17/302Modifications for providing a predetermined threshold before switching in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/30Modifications for providing a predetermined threshold before switching
    • H03K2017/307Modifications for providing a predetermined threshold before switching circuits simulating a diode, e.g. threshold zero
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0027Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch

Definitions

  • the disclosure relates to an electronic circuit with a controllable switch, in particular a semiconductor switch, and a control device for controlling the controllable switch.
  • the disclosure further relates to a method for operating such an electronic circuit.
  • a circuit of the type mentioned is known from DE 10 2008 042 352 A1.
  • a switch-on time and / or switch-off time for the controllable switch is calculated using a map or a mathematical function. This requires a comparatively large effort to control the switch and a corresponding electrical energy consumption.
  • An object of the present invention is to improve a circuit of the type mentioned at the outset in such a way that it has greater utility and the above-mentioned disadvantages of the prior art are reduced or avoided.
  • Preferred embodiments relate to an electronic circuit with a controllable switch, in particular a semiconductor switch, and a control device for controlling the semiconductor switch, the
  • Control device is designed to switch the semiconductor switch in a first To activate the time range of a predefinable, preferably negative, half-wave of a periodic electrical voltage that can be applied to a load path of the semiconductor switch and to deactivate the semiconductor switch in a second time range that follows the first time range if the voltage applied to the load path exceeds a predefinable first threshold value, wherein the control device is designed to determine a first variable that characterizes a current flowing through the load path during the predeterminable half-wave, and / or to determine a second variable that characterizes a frequency of the periodic electrical voltage, and the control device is designed to do this to determine the predefinable first threshold value as a function of the first variable and / or the second variable. This is particularly in the case of fluctuations in the
  • the determination of the predefinable first threshold value as a function of the first variable and / or the second variable can also modify or adapt an already determined or
  • the exceeding of the first predeterminable threshold value by the voltage present on the load path means that the instantaneous value of the voltage present on the load path becomes greater than the predefinable threshold value.
  • the exceeding of the first predefinable threshold value by the voltage applied to the load path means that the instantaneous value of the voltage applied to the load path becomes smaller than the predefinable threshold value.
  • the predefinable first threshold value it is possible for the predefinable first threshold value to be dependent on the first variable, but not in Dependency of the second variable is determined. In further preferred embodiments, it is possible for the predeterminable first threshold value to be determined as a function of the second variable, but not as a function of the first variable. In further particularly preferred embodiments, it is provided that the predeterminable first threshold value is determined as a function of both the first variable and the second variable.
  • the first variable characterizes a maximum amount of the current flowing through the load path during the predeterminable half-wave.
  • Control device is designed to determine the first variable as a function of the voltage applied to the load path, in particular the control device is designed to determine the first variable as a function of the voltage applied to the load path and at least one parameter of the semiconductor switch, in particular as a function of a switch-on resistance of the semiconductor switch.
  • Control device is designed to the in the first time range
  • the semiconductor switch is reliably activated in the first time range (for example, when a predeterminable value is fallen short of)
  • Control device is designed to determine a third variable, which characterizes a duration of the predeterminable half-wave, and as a function of the third variable, to determine a first point in time, which characterizes a transition from the first time range to the second time range.
  • Control device is designed to determine a third variable, which characterizes a duration of the predeterminable half-wave, and to determine the second variable as a function of the third variable.
  • Control device determines both the first point in time and the second variable as a function of the third variable.
  • Semiconductor switch and the control device are arranged on the same semiconductor substrate, which results in a particularly small configuration.
  • Rectifier circuit with at least one circuit according to the embodiments described above.
  • controllable switch in particular a semiconductor switch
  • control device for controlling the semiconductor switch
  • the control device being designed to switch the semiconductor switch in a first time range of a predefinable, preferably negative, half-wave to activate a periodic electrical voltage that can be applied to a load path of the semiconductor switch and the
  • the control device To deactivate semiconductor switches in a second time range following the first time range when the voltage applied to the load path exceeds a predefinable first threshold value, the control device determining a first variable that characterizes a current flowing through the load path during the predefinable half-wave, and / or one second variable determines a frequency of the periodic electrical
  • control device determines the predeterminable first threshold value as a function of the first variable and / or the second variable.
  • Control device determines the first variable and the second variable and determines the first threshold value as a function of the first variable and the second variable.
  • FIG. 1 schematically shows a simplified block diagram of an electronic circuit according to one embodiment
  • FIG. 2A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to an embodiment
  • FIG. 2B schematically shows a simplified flow diagram of a method according to an embodiment
  • FIG. 2C shows a simplified flowchart of a method according to an embodiment
  • FIG. 3 schematically shows a simplified circuit diagram of an electronic circuit according to a further embodiment
  • FIG. 4 shows schematically a time profile of operating variables according to one embodiment
  • FIG. 4B shows a detailed view of the time profile from FIG. 4A
  • FIG. 5 schematically shows a simplified circuit diagram of an electronic circuit according to a further embodiment
  • Figure 6 is a simplified circuit diagram of an electronic circuit
  • FIG. 7 schematically shows a simplified block diagram of another
  • Figure 8 schematically shows a time course of operating variables
  • FIG. 9 schematically shows a simplified block diagram according to a further embodiment
  • 10A, 10B each schematically show a simplified flow diagram of a
  • FIGS 11A, 11 B each schematically show operating sizes of other
  • FIG. 12 shows schematically operating variables of further embodiments.
  • FIG. 13 schematically shows operating variables of further embodiments.
  • FIG. 1 schematically shows a simplified block diagram of an electronic circuit 100 according to an embodiment.
  • the circuit 100 has a controllable switch 110, which in the present case is designed as a semiconductor switch, for example as a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) of the n-type.
  • the controllable switch 110 can also be designed as a different type of MOSFET (eg p-type) or as a bipolar transistor or IGBT or the like.
  • the semiconductor switch 110 has a source connection (“source electrode”) S, which is connected to a first electrical reference potential BP1, for example the ground potential.
  • source electrode source electrode
  • the semiconductor switch 110 has a drain connection (“drain electrode”) D, which is connected to a second electrical reference potential BP2.
  • the second reference potential BP2 can, for example, correspond to a periodic voltage, in particular a phase voltage K1 (see FIG. 4A) of a generator 400 (see FIG. 9).
  • the semiconductor switch 110 also has a gate connection (“gate electrode”) G, on which a control device 120 assigned to the semiconductor switch 110 can act in order to operate the
  • control device 120 can apply a predeterminable potential to the gate connection G in order to convert the load path 112 of the semiconductor switch 110, which is designed here as a drain-source path, into an electrically conductive state (“low-resistance”) or a blocking state (“high-resistance”). ) or, if necessary, to put them in an intermediate state between the conductive state and the blocking state.
  • the load path 112 of the semiconductor switch 110 which is designed here as a drain-source path
  • Load path 112 has a comparatively large electrical resistance.
  • control device 120 is designed to activate the semiconductor switch 110 in a first time range of a predeterminable, preferably negative, half-wave of a periodic electrical voltage UL that can be applied to a load path 112 of the semiconductor switch 110, and the semiconductor switch 110 in a period following the first time range to deactivate the second time range (in the same half-wave of the voltage) when the voltage UL present on the load path 112 is one predeterminable first threshold value, wherein the control device 120 is designed to determine a first variable G1, the current L flowing through the load path 112 during the predeterminable half-wave
  • control device 120 is designed to determine the predefinable first threshold value as a function of the first variable G1 and / or the second variable G2 , This is particularly in the case of fluctuations in the
  • the predeterminable first threshold value which can be used for deactivating the semiconductor switch 110, in particular at the end of a considered (presently negative) half-wave of the voltage on the load path 112, depending on the first variable G1, but not in Dependency of the second variable G2 is determined.
  • the predefinable first threshold value as a function of the second variable G2, but not in
  • Dependency of the first variable G1 is determined.
  • the predefinable first threshold value is determined as a function of both the first variable G1 and the second variable G2.
  • FIG. 2A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to an embodiment.
  • a first step 200 the
  • Control device 120 (FIG. 1) the first variable G1 and the second variable G2.
  • the control device 120 determined the predefinable first threshold value U_Level (see below, FIG. 4B) as a function of the first variable G1 and the second variable G2.
  • FIG. 4A shows, for example in the form of a first curve K1, a time profile of a periodic phase voltage of a generator, for example Motor vehicle generator, which can be applied to the drain terminal D of the semiconductor switch 110 in the sense of the second reference potential BP2 already described above with reference to FIG. 1, and thus the
  • Voltage UL on the load path 112 represents. It can be seen from FIG. 4A that positive half-waves HW0 of the phase voltage are exemplary
  • Negative half-waves HW cannot form with a comparable magnitude of the amplitude because the semiconductor switch 110 is switched on by the control device 120 in the corresponding time periods HW (that is to say it has a low resistance), as a result of which it can advantageously be used as an active rectifier diode with regard to the phase voltage of the generator.
  • the first curve K1 has voltage values in the range of 0 V and approximately - 400 mV (millivolts) in the periods corresponding to a negative half-wave HW, compare also the second curve K2, which is assigned the same scaling on the time axis t as the first Curve K1, however a different scaling of the vertical axis corresponding to the phase voltage in FIG. 4A.
  • FIG. 4B schematically shows, in the form of curve K3, a detailed view of the time profile from FIG. 4A, the time range ZB shown in FIG. 4B essentially corresponding to a negative half-wave HW of the phase voltage of the generator.
  • the control device 120 activates the semiconductor switch 110 when the phase voltage K3 falls below an activation threshold value U_SW_ON of, for example, approximately ⁇ 200 mV. This is the case here at time t1 '. The activation of the semiconductor switch 110 accordingly begins at this point in time.
  • the activation of the semiconductor switch 110 (generally comprising recharging the gate electrode G to the electrical potential required for the activation) is completed at the further point in time t1 ".
  • the differential voltage K3 collapses, compare the course of the curve K3 between the times t1 ', t1 ".
  • the differential voltage K3 at the time t2 ' also as
  • the first threshold value U_Level which can be specified as a function of the variables G1 and / or G2 (see step 210 from FIG. 2A) and which can be specified, is deactivated completely, or optionally also partially, according to the embodiments according to the embodiments.
  • a partial deactivation of the semiconductor switch 110 takes place at the point in time t 2 ′ by appropriate activation of its gate electrode G by means of the control device 120.
  • the partial deactivation increases the resistance of the load path 112 of the semiconductor switch 110, and the
  • Phase voltage K3 drops again accordingly at time t2 ', in order then to continue to increase in accordance with its periodic behavior until the predefinable first threshold value U_Level is reached again at time t3', at which point the semiconductor switch 110 is now completely deactivated, its load path 112 is switched to high resistance. At the time t3, the phase voltage K3 crosses towards positive voltage values, so the next positive half-wave HW0 begins.
  • a complete deactivation of the semiconductor switch 110 can also take place directly at the time t 2 ′.
  • control device 120 (FIG. 1) is designed to operate in the first time period T1 (FIG. 4B) of the (in the present case negative) half-wave HW that is applied to the load path 112 of the
  • the periodic electrical voltage K3 (FIG. 4B) that can be applied to the semiconductor switch 110 (FIG. 1) can activate the semiconductor switch 110 as a function of the voltage K3, U L ZU applied to the load path 112 (for example, as above already described when the activation threshold falls below
  • control device 120 (FIG. 1) is designed to deactivate the semiconductor switch 110 (for example, in the case of the voltage K3, U L applied to the load path 112)
  • Time range T1 an undesired (in particular too early, based on the half-wave HW considered) deactivation of the semiconductor switch 110 takes place, as occurs, for example, due to fluctuations in the voltage UL (for example due to the activation of the semiconductor switch 110 and / or variations in the current L and / or the frequency of the periodic voltage UL) can occur on the load path 112.
  • the phase voltage K3 already exceeds the predefinable first threshold value U_Level between the time t1 'and the time t1', which would lead to an undesired premature deactivation of the semiconductor switch 110. Therefore, in other preferred embodiments
  • Phase voltage K3 to negative voltage values towards the time t1 the beginning of the first time range T 1). Then there is a time-controlled operation for the rest of the first time period T1, up to the time t2, which characterizes a transition to the second time period T2.
  • the first Time range T 1 is namely, with the exception of the activation to that
  • semiconductor switch 110 occurs only when second time range T2 is reached, that is to say after or after time t2, so that the voltage-dependent complete or initially partial deactivation described above can take place from time t2 '.
  • FIG. 2B shows a simplified flow diagram of a further embodiment.
  • the control device 120 activates the semiconductor switch 110 in the first time range T1 (FIG. 4B), preferably voltage-controlled (for example if the value falls below the value U_SW_ON) and then in particular carries out a time control up to the end t2 of the first Time range T1.
  • a voltage-dependent deactivation of the semiconductor switch 110 activates the semiconductor switch 110 in the first time range T1 (FIG. 4B), preferably voltage-controlled (for example if the value falls below the value U_SW_ON) and then in particular carries out a time control up to the end t2 of the first Time range T1.
  • a voltage-dependent deactivation of the semiconductor switch 110 activates the semiconductor switch 110 in the first time range T1 (FIG. 4B), preferably voltage-controlled (for example if the value falls below the value U_SW_ON) and then in particular carries out a time control up to the end t2 of the first Time range T1.
  • Semiconductor switch 110 is only released in the second time period T2 following the first time period T 1, that is to say from time t 2. It is therefore only from time t2 that the predeterminable first is exceeded
  • FIG. 11A shows - comparable to curve K3 from FIG. 4B - a time profile K3 'of the voltage on the load path 112 of the semiconductor switch 110 in an application with a comparatively large load current L' of a maximum of about 100A
  • FIG. 11B shows one Comparable time course K3 "of the voltage on the load path 112 at one
  • a maximum of about 10A in the middle of the negative half-wave in question at time t20, which corresponds to time t2 from FIG. 4B.
  • the time ranges T1 ′, T1 “again correspond to a respective first time range of the half-wave under consideration (see time range T1 from FIG. 4B) with preferably in the time-controlled operation of the semiconductor switch 110 (for example no release of a voltage-controlled deactivation before the time t2 or t20)), and the time ranges T2 ′, T2 “again correspond to a respective second time range of the half-wave under consideration (see time range T2 from FIG. 4B, preferably with voltage-controlled operation of the semiconductor switch 110 (release of the voltage-controlled deactivation is permitted from time t2 or t20)).
  • Deactivating the semiconductor switch in particular, as shortly as possible before a zero crossing of the periodic electrical voltage following the half wave HW 'in question, which improves the efficiency e.g. increases when using the electronic circuit as an active rectifier.
  • the first variable G1 characterizes a maximum amount of the current flowing through the load path during the predeterminable half-wave, cf. e.g. the value of the amount of current IL 'from FIG. 11A at time t20 of approximately 100A (ampere) (or 10A in the case of FIG. 11B).
  • Control device 120 (FIG. 1) is designed to determine the first variable G1 as a function of the voltage UL ZU applied to the load path 112, the control device 120 in particular being designed to determine the first variable G1 as a function of the voltage applied to the load path 112 Voltage UL and at least one parameter of the semiconductor switch 110, in particular depending on the on-resistance R ü s. on of the semiconductor switch 110 to determine.
  • This enables particularly efficient determination of the first magnitude, because the on-resistance R u s. on the semiconductor switch 110 can usually be determined in advance from a data sheet or can be determined once using measurements.
  • Semiconductor switch 1 10 corresponds to the voltage UL applied to the load path 112, the drain-source current I_DS corresponding to the current L flowing through the load path 112, and wherein R_DS, on said
  • the control device 120 can thus use U_DS or UL to measure a measure of the DS current present, and thus, for example, the first variable G1 in Determine the dependence of the maximum amount of the current L of a half wave HW 'under consideration.
  • the first threshold value U_Level chosen as an example of -40 mV should be higher in order to enlarge the active control window (corresponding to a length or duration of the second time range T2 “) of the semiconductor switch 110 , This can advantageously be achieved by determining the first threshold value U_Level as a function of the first variable G1.
  • FIG. 10A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a further embodiment.
  • the semiconductor switch 110 is activated in the sense of a time control, cf. the time range T 1 according to FIG. 4B.
  • the optional step 600 can also be omitted in the case of further embodiments or a different control of the
  • step 610 the voltage UL applied to the load path 112 is determined, for example the control device 120 carries out a corresponding measurement for this.
  • a value of the voltage UL CLOSE applied to the load path 112 at time t2 is preferably determined, which characterizes an amount of a maximum current L through the load path 112 during the half wave HW under consideration. This corresponds to the determination of the first variable G1 (FIG. 1).
  • the predeterminable first threshold value U_Level is determined as a function of the first variable G1.
  • a standard value for the predefinable first threshold value U_Level can also already be predetermined (e.g. from previous operating cycles and / or half-waves and / or by means of parameterization or configuration), which is then modified in step 620 depending on the variable G1.
  • the determination (cf. step 210 from FIG. 2A) of the predefinable first threshold value U_Level as a function of the first variable G1 can also include modifying an existing first threshold value U_Level.
  • a step 630 then takes place in accordance with FIG. 10A
  • Partial deactivation of the semiconductor switch 110, in particular in the second time period T2 (FIG. 4B), as soon as the one applied to the load path 112
  • step 620 can change the predefinable first threshold value U_Level by one include predeterminable value or proportion or changing the predeterminable first threshold value U_Level to a predeterminable proportion. For example, on the basis of the situation shown in FIG.
  • the predefinable first threshold value U_Level can be changed to approximately 20% of this value in step 620, that is to say approximately - 8 mV whereby an adaptation to the comparatively low existing load current L and thus an extension of the active control period T2 “before the voltage-dependent deactivation is achieved.
  • FIG. 12 shows - again comparable to curve K3 from FIG. 4B - temporal profiles K3 '", K3" "of the voltage UL on the load path 112 (FIG. 1) of the semiconductor switch 110, the profile K3" "exemplifying a frequency of the periodic voltage of about 2 kHz (kilohertz), and the curve K3 "" corresponds to a frequency of about 500 Hz (Hertz).
  • Threshold value U_Level up to the subsequent zero crossing of the voltage UL, that is to say the end of the current half-wave HW (FIG. 4B)) is dependent on the frequency.
  • predeterminable first threshold value U_Level as a function of the second variable G2, which, in addition to taking into account the possible different currents L, taking into account the possible ones
  • the predeterminable first threshold value U_Level corresponds to different frequencies of the voltage UL, so that the predeterminable first threshold value U_Level, based on the principle of particularly preferred embodiments, is determined as a function of both effects or
  • Control device 120 (FIG. 1) is designed to determine a third variable G3, which characterizes a duration ZB of the predeterminable half-wave HW (FIG. 4B).
  • the third variable G3, e.g. the first time t2 can be determined, which is a transition from the first
  • Time range T1 to the second time range T2 (and thus a change to the voltage control, in particular release of the voltage-dependent deactivation when the predefinable first threshold value U_Level) is characterized.
  • Control device 120 is designed to determine the third variable G3, which characterizes the duration ZB of the predeterminable half-wave, and as a function of the third variable G3, to determine the second variable G2, which characterizes the frequency of the voltage UL.
  • the third variable G3 which characterizes the duration ZB of the predeterminable half-wave
  • the second variable G2 which characterizes the frequency of the voltage UL.
  • Control device 120 determines both the first point in time t2 and the second variable G2 as a function of the third variable G3.
  • FIG. 2C schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a further embodiment.
  • step 280 the
  • Controller 120 the third size G3, e.g. by investigation or
  • Control device 120 from the third variable G3 the first time t2 and the second variable G2.
  • the predeterminable first threshold value U_Level can then be determined (not shown) as a function of the first variable (G1) (possibly already determined beforehand) and the second variable G2 by means of the control device 120, or modified or adapted.
  • Equation 1 where U_DS, peak specifies the peak amplitude of the voltage UL, sin () specifies the sine function, T_OFF specifies a predefinable passive time, and T_ON specifies a previous activation time (duty cycle of the
  • FIG. 10B schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a further embodiment.
  • step 650 the
  • Control device 120 the second variable G2, which characterizes the frequency of the periodic voltage UL.
  • the second variable G2 which characterizes the frequency of the periodic voltage UL.
  • Semiconductor switch 110 in the sense of a time control, i.e. e.g. corresponding to the first time range T1 from FIG. 4B, in particular with voltage-controlled activation, cf. Time t1 ', and subsequent time-controlled further activation (leaving it in the activated state) for the duration of the first time range T 1, that is to say up to time t2.
  • a time control i.e. e.g. corresponding to the first time range T1 from FIG. 4B
  • voltage-controlled activation cf. Time t1 '
  • subsequent time-controlled further activation leaving it in the activated state
  • Control device 120 the first variable G1, for example depending on the voltage UL, in particular the peak amplitude U_DS, peak of the voltage UL.
  • control device 120 determines the predeterminable first threshold value U_Level as a function of the first variable G1 and the second variable G2, for example as a function of the abovementioned [equation 1]. Then, in step 658, the control device 120 controls the semiconductor switch 110 with the predeterminable one determined in step 656 first threshold value U_Level,
  • Voltage UL is used (e.g. by the aforementioned check whether the voltage exceeds the threshold U_Level just determined). This results in a particularly efficient threshold value adaptation of the predeterminable first threshold value U_Level, in particular also when the current L and / or the frequency of the voltage UL vary.
  • FIG. 3 schematically shows a simplified circuit diagram of an electronic circuit 100a according to a further embodiment.
  • a control logic 122 which is part of a control device 120a for the semiconductor switch 110, for example, provides control signals S0T, S02 'which act on the switches S01, S02, by means of which the gate electrode G of the semiconductor switch 110 can be charged to corresponding reference potentials, as a result of which the semiconductor switch 110 can be activated or deactivated or partially deactivated.
  • control device 120a can, for example, be comparable to the functionality of the control device 120 described above with reference to FIG. 1.
  • the control device 120a is advantageously designed to carry out the method according to the above-described embodiments, in particular also to determine the variables G1 and / or G2 and / or G3 and to determine the predeterminable first threshold value U_Level as a function of the first variable G1 and / or the second Size G2, for example using control logic 122.
  • control device 120a can be used in other preferred ones
  • Embodiments have a diode D01 and a capacitor C01, which are connected in series with respect to the drain terminal D and the first reference potential BP1, as can be seen in FIG. As a result, the capacitor C01 can be charged if a positive one is present at the drain terminal D.
  • Potential compared to the first reference potential BP1 is present (for example during a positive half-wave HWO (FIG. 4A) a phase voltage K1, K2, K3 applied to the drain terminal D.
  • the capacitor C01 can be charged during a positive half-wave HWO of the phase voltage
  • the operable electrical charge stored in the capacitor C01 can then advantageously be used during a negative half-wave HW following the positive half-wave HWO of the phase voltage applied to the drain terminal D, with appropriate control of the
  • Switch S01 can be reloaded into the gate electrode G of the semiconductor switch 110 in order to activate it (for example voltage-controlled, compare time t1 'according to FIG. 4B). This allows an external electrical
  • controller 120a may, in other preferred embodiments, include a voltage stabilization circuit 124 (e.g.
  • FIG. 5 schematically shows a simplified circuit diagram of an electronic circuit according to a further embodiment.
  • the circuit shown in FIG. 5 comprises a first timer circuit (timer) 1200a, a second timer circuit 1200b and a logic circuit 1200c, which control signals S0T, S02 'for the in a particularly energy-efficient manner
  • Embodiments can advantageously be provided in the control logic 122 according to FIG. 3.
  • the electrical supply of the control logic 122 can advantageously also come from the capacitor C01, so that a separate electrical energy supply device is unnecessary for the operation of the control logic. In other embodiments, this also applies to those below
  • the first timer circuit 1200a has a first current source 11, via which the capacitor C1 can be charged under control by means of the switch S1, and a second current source I2, via which the capacitor C1 can be discharged under the control of by means of the second switch S2.
  • Both current sources 11, I2 are each designed as constant current sources, the amount of the current provided by the second current source I2 being twice as large as the amount of the current provided by the first current source E1 (the current direction is opposite to one another in order to charge or Allow capacitor C1 to discharge).
  • one end of the discharge process of the capacitor C1 corresponds to the predefinable time t2, which characterizes a transition from the first time period T1 (FIG. 4B) to the second time period T2, while a charging process extends over the entire duration ZB of a negative half-wave HW, cf. , the period t4 to t6 in FIG. 8.
  • the charging of the capacitor C1 corresponds to a determination or “learning” of the duration ZB, cf. the period t4 to t6 in FIG.
  • a logic signal A8 ' is generated as a function of the voltage at the capacitor C1 and the signal A_discharge, which can be supplied to the logic logic 1200c.
  • the switches S1, S2 of the first timer circuit 1200a are controlled, for example, as a function of the signals AJaden, A_i sau, which, as described below, can be determined, for example, and again in a very energy-efficient manner, using the circuit in accordance with FIG. 6.
  • FIG. 6 shows a Schmitt trigger A1, the one on the input side
  • Phase voltage (compare, for example, reference symbol K3 from FIG. 4B) is supplied with the signal phase, and from this generates a binary signal Ph_neg, which indicates when a negative half-wave HW (FIG. 4B) is present.
  • the signal Ph_neg then has a value, for example from logic one to when there is a negative half-wave HW of the phase voltage.
  • the signal phase can be derived, for example, from the drain connection D (FIG. 3) of the semiconductor switch 110 and thus also corresponds to the voltage UL which is present at the load path 112.
  • FIG. 6 also shows a counter module A2, in particular an alternating counter, which can be implemented, for example, by means of a flip-flop.
  • the signal Ph_neg is supplied as the clock signal CLK to the alternating counter A2, which, depending on this, forms two output signals count_2, count_2 '.
  • the signals AJaden, A_ladaden, BJaden, B_entladen are formed by means of two AND gates A3, A4, the two signals AJaden, A_i sea being used for the operation of the first timer circuit 1200a as described above.
  • the second timer circuit 1200b has one to the first
  • the timer circuit 1200a has a comparable structure and is used to generate the logic signal A9 ′′ which, together with the further signals A8 ′′, Ph_neg by means of the logic elements A10, A5 into the complementary ones
  • Control signals S0T, S02 ' is transformed to control the
  • Gate electrode G of the semiconductor switch 110 is
  • charging corresponds to the
  • Capacitor C2 of the second timer circuit 1200b (FIG. 5) with a determination or “learning” of the duration ZB (or the third variable G3) in the
  • the timer circuits 1200a, 1200b described above can also be referred to as period duration timers or PD timers, because a first PD timer learns the duration ZB of the half wave HW during a first (negative) half-wave HW of the phase voltage K3 under consideration, while the second PD timer is used to drive the semiconductor switch 110 during the same half wave HW under consideration, and vice versa.
  • a first PD timer learns the duration ZB of the half wave HW during a first (negative) half-wave HW of the phase voltage K3 under consideration
  • the second PD timer is used to drive the semiconductor switch 110 during the same half wave HW under consideration, and vice versa.
  • the learning time e.g. time t1 to t3 or t4 to t6
  • the activation time e.g. time t1 to t2 or t4 to t5
  • the learning time e.g. time t1 to t3 or t4 to t6
  • the activation time e.g. time t1 to t2 or t4 to t5
  • the period time can decrease (for example by a
  • Speed change of the generator can be maintained via a passive rectification window.
  • the time ratio between the learning time and the activation time is typically between approximately 50% to approximately 99%. This also applies to all the other embodiments described above which relate to the time ranges T1, T2 and not (only) for the embodiment described with reference to FIG. 5.
  • the learning time is determined by the time difference between the times t3, t1 according to FIG. 4B, while the activation time is determined by means of the time difference between the times t2, t1.
  • the learning time corresponds to the sum of the first time range T 1 and the second time range T2, whereas the activation time corresponds to the first time range T1 and can be used in particular to determine the time t2.
  • the principle according to the present embodiments advantageously enables the use of a when the first point in time t2 (FIG. 4B) is reached
  • Semiconductor switches 110 can still be activated or remain activated as long as the applied phase voltage is below the predeterminable first threshold value U_Level.
  • the predeterminable first can also be advantageous
  • Threshold value U_Level as a function of the variables G1 and / or G2 are determined or modified or adapted, so that in particular also
  • Fluctuations in the current L flowing through the load path 112 and / or the frequency of the periodic electrical voltage UL ensure that the semiconductor switch 110 is deactivated safely, in particular as shortly before as possible considered half-wave HW (Fig. 4B) following zero crossing of the periodic electrical voltage is guaranteed.
  • FIG. 7 schematically shows a simplified block diagram according to a further embodiment.
  • Reference numeral 300 denotes a semiconductor substrate on which both the semiconductor switch 110 and the control device 120 of the circuit 100 are arranged. This results in a particularly small configuration.
  • the semiconductor substrate 300 with the components 110, 120 can have such a small construction volume that
  • Electronic circuit 100 can be replaced according to the embodiments.
  • This advantageously provides the possibility of active rectification, which, due to the low forward resistance of the load path 112 of the semiconductor switch 110 in its activated, that is to say switched on, state, results in much lower ohmic losses than the operation of conventional rectifier diodes.
  • the circuit 100 arranged on the semiconductor substrate 300 enables simple construction, simple assembly, the small size mentioned, high mechanical robustness, and
  • the circuit 100, 100a can advantageously be provided in the form of an electrical dipole, the first connection of which is, for example, the drain electrode D (FIG. 1) and the second connection of which is, for example, a ground connection (source electrode S) for connection to the first reference potential BP1 is.
  • the capacitor C01 according to FIG. 3, a safe autonomous operation of the circuit 100a is ensured even during negative half-waves HW of the phase voltage of the semiconductor switch 110 applied to the load path 112.
  • the capacitance of the capacitor C01 can particularly preferably be chosen to be comparatively low, for example in the region of a capacitance of the gate electrode G of the semiconductor switch 110 or
  • Phase voltage, capacitor C01 can be charged by a corresponding positive half-wave HWO (FIG. 4A) following the first half-wave HW, and so on.
  • two may be the same or different
  • Semiconductor switches 110 each with an associated control device 120, can be integrated on a (same) semiconductor substrate 300, the first integrated semiconductor switch 110 being able to form a so-called high-side switch, and the second integrated semiconductor switch 110 being able to form a so-called low-side switch.
  • Rectifier circuit 500 with at least one circuit 100, 100a according to the embodiments.
  • FIG. 9 schematically shows a simplified block diagram for this.
  • a generator 400 is shown, for example a generator for a motor vehicle, with three phase-forming winding phases 402, 404, 406, which are connected in a triangular topology.
  • the entirety of all winding phases 402, 404, 406 forms, for example, a stator winding of the generator 400.
  • An excitation winding 408, which can be acted upon with an excitation current I EGG in a manner known per se, is assigned to the rotor (not shown) of the generator 400.
  • phase-forming winding phases 402, 404, 406 which can be supplied to the active rectifier circuit 500 via the circuit nodes 410, 411, 412, cf. also reference number 413.
  • the active rectifier circuit 500 has a first series circuit 421 composed of two electronic circuits 100b_1, 100b_2, each of which, for example 1 to 8, and each operate as an active rectifier as described above with reference to FIGS. 1 to 8.
  • the first series circuit 421 is assigned to a first phase of the generator 400, cf. also the circuit node 410.
  • a second series circuit 422 consisting of comparable two-terminal poles 100b_3, 100b_4 (each similar or identical to the configuration 100 or 100a) is assigned in a comparable manner to the second phase of the generator 400, cf. also the circuit node 411.
  • a third series circuit 423 composed of comparable two-terminal poles 100b_5, 100b_6 (each similar or identical to the configuration 100 or 100a) is assigned in a comparable manner to the third phase of the generator 400. Accordingly, there is an actively rectified by the rectifier circuit 500 at the terminals 502, 504
  • circuit 100, 100a, 100b_1, .., 100b_6 can advantageously be used instead of conventional passive diodes, for example press-in diodes
  • Provision of an active rectifier circuit 500 can be used.
  • each circuit 100, 100a according to the embodiments is assigned its own control device 120, which is particularly advantageous on the same substrate as the associated semiconductor switch 110 of the circuit 100, 100a can be arranged.
  • Rectifier circuit 500 the active rectifier circuit 500 in particular having at least one circuit 100, 100a, 100b_1, .., 100b_6 according to the embodiments.
  • the principle according to the embodiments can be used particularly advantageously to provide active rectifier circuits in the form of a two-pole 100, 100a or multi-phase rectifier circuits 500.
  • Generators in particular three-phase generators (single or multi-phase), be provided by motor vehicles, for example.
  • the principle according to the embodiments can also be used to rectify electrical voltages of any AC sources such as
  • the principle according to the embodiments enables a very efficient operation of the semiconductor switch by, among other things, a switch-off duration T_OFF that is as constant as possible, in particular regardless of fluctuations in the current L and / or the frequency of the voltage UL, is ensured.
  • the principle according to the embodiments can also advantageously be used as an active two-pole 100, 100a for all circuits, in particular power electronics circuits, which require a free-wheeling diode, for example for pulse inverters, which are equipped, for example, with IGBTs (bipolar transistors with insulated gate electrodes).
  • the electronic circuit 100, 100a can accordingly be used as an active diode in the sense of a freewheeling diode for the IGBT (s).
  • FIG. 13 shows schematically operating variables of further embodiments in which the desired switch-off duration T_OFF can be achieved alternatively or in addition to the above-described embodiments by changing the implementation of the PD timers 1200a, 1200b (FIG. 5).
  • a time curve KT of a phase voltage is shown, similar to curve K1 according to FIG. 4A, as it can be applied to the load path 112 (FIG. 1) of the semiconductor switch 110 as voltage UL.
  • the curves K4 ', K5' generally correspond to the time profile K4, K5 from FIG. 8, that is to say the profile of the voltages at the capacitors C1, C2 of the PD_Timer 1200a, 1200b (FIG. 5).
  • a discharge rate of the capacitors C1 and / or C2 can vary from the values w (angular frequency, also characterized by the third variable G3) and / or U_D, peak (peak amplitude the voltage UL). This is indicated in FIG. 13 by the variable slope of the “falling edge” F1 in the area B1 of the curve K4 ', see FIG. also the double arrow a1. In preferred embodiments, this can be done, for example, by at least temporarily switching on at least one further constant current source (not shown) in addition to, for example, the constant current source I2 in that of the falling one Edge F1 corresponding to time period T3.
  • a part of the charge of the capacitor C1, C2 in question can also be discharged, as it were as an "offset", cf. the area B2 of the curve K5 '(for capacitor C2), and the discharge and charge can be carried out with the same ramp or slope, that is to say by means of the same
  • Constant current source (s) I3, I4 as described above with reference to FIG. 5.

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Abstract

The invention relates to an electronic circuit having a controllable switch, particularly a semiconductor switch, and a control device for activating the semiconductor switch, wherein the control device is designed to activate the semiconductor switch in a first time span of a predefinable, preferably negative, half-wave of a periodic voltage which can be applied to a load path of the semiconductor switch and to deactivate the semiconductor switch in a second time span following on from the first time span if the voltage being applied to the load path exceeds a predefinable first threshold value, wherein the control device is designed to determine a first variable which characterizes a current flowing through the load path during the predefinable half-wave and/or to determine a second variable which characterizes a frequency of the periodic voltage, and wherein the control device is designed to determine the predefinable first threshold value as a function of the first variable and/or of the second variable.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Elektronische Schaltung und Betriebsverfahren hierfür  Electronic circuitry and operating procedures therefor
Stand der Technik State of the art
Die Offenbarung betrifft eine elektronische Schaltung mit einem steuerbaren Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des steuerbaren Schalters. The disclosure relates to an electronic circuit with a controllable switch, in particular a semiconductor switch, and a control device for controlling the controllable switch.
Die Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen elektronischen Schaltung. The disclosure further relates to a method for operating such an electronic circuit.
Eine Schaltung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2008 042 352 A1 bekannt. Bei der bekannten Schaltung wird eine Einschaltzeit und/oder Ausschaltzeit für den steuerbaren Schalter anhand eines Kennfeldes oder einer mathematischen Funktion berechnet. Dies erfordert einen vergleichsweise großen Aufwand zur Ansteuerung des Schalters und einen entsprechenden elektrischen Energieverbrauch. A circuit of the type mentioned is known from DE 10 2008 042 352 A1. In the known circuit, a switch-on time and / or switch-off time for the controllable switch is calculated using a map or a mathematical function. This requires a comparatively large effort to control the switch and a corresponding electrical energy consumption.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die ein größerer Gebrauchsnutzen gegeben ist und die vorstehend genannten Nachteile des Stands der Technik vermindert oder vermieden werden. An object of the present invention is to improve a circuit of the type mentioned at the outset in such a way that it has greater utility and the above-mentioned disadvantages of the prior art are reduced or avoided.
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine elektronische Schaltung mit einem steuerbaren Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Halbleiterschalters, wobei die Preferred embodiments relate to an electronic circuit with a controllable switch, in particular a semiconductor switch, and a control device for controlling the semiconductor switch, the
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter in einem ersten Zeitbereich einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle einer an eine Laststrecke des Halbleiterschalters anlegbaren periodischen elektrischen Spannung zu aktivieren und den Halbleiterschalter in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke anliegende Spannung einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine erste Größe zu ermitteln, die einen während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Strom charakterisiert, und/oder eine zweite Größe zu ermitteln, die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den vorgebbaren ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe und/oder der zweiten Größe zu ermitteln. Dadurch ist insbesondere bei Schwankungen des durch die Control device is designed to switch the semiconductor switch in a first To activate the time range of a predefinable, preferably negative, half-wave of a periodic electrical voltage that can be applied to a load path of the semiconductor switch and to deactivate the semiconductor switch in a second time range that follows the first time range if the voltage applied to the load path exceeds a predefinable first threshold value, wherein the control device is designed to determine a first variable that characterizes a current flowing through the load path during the predeterminable half-wave, and / or to determine a second variable that characterizes a frequency of the periodic electrical voltage, and the control device is designed to do this to determine the predefinable first threshold value as a function of the first variable and / or the second variable. This is particularly in the case of fluctuations in the
Laststrecke fließenden Stroms und/oder der Frequenz der periodischen elektrischen Spannung eine sichere Deaktivierung des Halbleiterschalters insbesondere möglichst kurz vor einem auf die betrachtete Halbwelle folgenden Nulldurchgang der periodischen elektrischen Spannung gewährleistet, was die Effizienz z.B. bei einer Anwendung der elektronischen Schaltung als aktiver Gleichrichter steigert. Besonders bevorzugt kann das Ermitteln des vorgebbaren ersten Schwellwerts in Abhängigkeit der ersten Größe und/oder der zweiten Größe auch ein Modifizieren bzw. Adaptieren eines bereits ermittelten bzw. Load path of the flowing current and / or the frequency of the periodic electrical voltage ensures a reliable deactivation of the semiconductor switch, in particular as shortly as possible before a zero crossing of the periodic electrical voltage following the half-wave under consideration, which improves the efficiency e.g. increases when using the electronic circuit as an active rectifier. In a particularly preferred manner, the determination of the predefinable first threshold value as a function of the first variable and / or the second variable can also modify or adapt an already determined or
bestehenden ersten Schwellwerts umfassen. existing first threshold.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen einen negative In further preferred embodiments in which a negative
Halbwelle betrachtet wird, bedeutet das Überschreiten des ersten vorgebbaren Schwellwerts durch die an der Laststrecke anliegende Spannung, dass der Momentanwert der an der Laststrecke anliegenden Spannung größer wird als der vorgebbare Schwellwert. Half wave is considered, the exceeding of the first predeterminable threshold value by the voltage present on the load path means that the instantaneous value of the voltage present on the load path becomes greater than the predefinable threshold value.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, bei denen einen positive In further preferred embodiments in which a positive
Halbwelle betrachtet wird, bedeutet das Überschreiten des ersten vorgebbaren Schwellwerts durch die an der Laststrecke anliegende Spannung, dass der Momentanwert der an der Laststrecke anliegenden Spannung kleiner wird als der vorgebbare Schwellwert. Half wave is considered, the exceeding of the first predefinable threshold value by the voltage applied to the load path means that the instantaneous value of the voltage applied to the load path becomes smaller than the predefinable threshold value.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe, nicht jedoch in Abhängigkeit der zweiten Größe, ermittelt wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit der zweiten Größe, nicht jedoch in Abhängigkeit der ersten Größe, ermittelt wird. Bei weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit sowohl der ersten Größe als auch der zweiten Größe ermittelt wird. In further preferred embodiments, it is possible for the predefinable first threshold value to be dependent on the first variable, but not in Dependency of the second variable is determined. In further preferred embodiments, it is possible for the predeterminable first threshold value to be determined as a function of the second variable, but not as a function of the first variable. In further particularly preferred embodiments, it is provided that the predeterminable first threshold value is determined as a function of both the first variable and the second variable.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe einen maximalen Betrag des während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Stroms charakterisiert. In further preferred embodiments, it is provided that the first variable characterizes a maximum amount of the current flowing through the load path during the predeterminable half-wave.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die erste Größe in Abhängigkeit der an der Laststrecke anliegenden Spannung zu ermitteln, wobei insbesondere die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die erste Größe in Abhängigkeit der an der Laststrecke anliegenden Spannung und wenigstens einer Kenngröße des Halbleiterschalters, insbesondere in Abhängigkeit eines Einschaltwiderstands des Halbleiterschalters, zu ermitteln. Control device is designed to determine the first variable as a function of the voltage applied to the load path, in particular the control device is designed to determine the first variable as a function of the voltage applied to the load path and at least one parameter of the semiconductor switch, in particular as a function of a switch-on resistance of the semiconductor switch.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in dem ersten Zeitbereich den Control device is designed to the in the first time range
Halbleiterschalter in Abhängigkeit der an der Laststrecke anliegenden Spannung zu aktivieren, und insbesondere eine von der an der Laststrecke anliegenden Spannung abhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters erst in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich freizugeben. Dadurch ist eine zuverlässige Aktivierung des Halbleiterschalters in dem ersten Zeitbereich gegeben (beispielsweise bei dem Unterschreiten eines vorgebbaren To activate semiconductor switches as a function of the voltage applied to the load path, and in particular to only deactivate a deactivation of the semiconductor switch depending on the voltage applied to the load path in a second time range following the first time range. As a result, the semiconductor switch is reliably activated in the first time range (for example, when a predeterminable value is fallen short of)
Spannungswerts an der Laststrecke in dem ersten Zeitbereich, im Falle einer betrachteten negativen Halbwelle der Spannung), und gleichzeitig wird durch die Freigabe einer spannungsabhängigen Deaktivierung erst zu dem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich vermieden, dass bereits in dem ersten Zeitbereich eine unerwünschte (insbesondere zu frühe, bezogen auf die betrachtete Halbwelle) Deaktivierung des Halbleiterschalters erfolgt, wie sie beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Spannung an der Laststrecke (z.B. bedingt durch das Aktivieren des Halbleiterschalters) auftreteten kann. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Voltage value on the load path in the first time range, in the case of a negative half-wave of the voltage under consideration), and at the same time, by releasing a voltage-dependent deactivation, it is only in the second time range following the first time range that an undesired (in particular too early, based on the half-wave under consideration), deactivation of the semiconductor switch takes place, as can occur, for example, due to fluctuations in the voltage on the load path (for example due to the activation of the semiconductor switch). In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine dritte Größe zu ermitteln, die eine Dauer der vorgebbaren Halbwelle charakterisiert, und in Abhängigkeit der dritten Größe einen ersten Zeitpunkt zu ermitteln, der einen Übergang von dem ersten Zeitbereich zu dem zweiten Zeitbereich charakterisiert. Control device is designed to determine a third variable, which characterizes a duration of the predeterminable half-wave, and as a function of the third variable, to determine a first point in time, which characterizes a transition from the first time range to the second time range.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine dritte Größe zu ermitteln, die eine Dauer der vorgebbaren Halbwelle charakterisiert, und in Abhängigkeit der dritten Größe die zweite Größe zu ermitteln. Control device is designed to determine a third variable, which characterizes a duration of the predeterminable half-wave, and to determine the second variable as a function of the third variable.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung sowohl den ersten Zeitpunkt als auch die zweite Größe in Abhängigkeit der dritten Größe ermittelt. Control device determines both the first point in time and the second variable as a function of the third variable.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der In further preferred embodiments it is provided that the
Halbleiterschalter und die Steuereinrichtung auf demselben Halbleitersubstrat angeordnet sind, wodurch sich eine besonders klein bauende Konfiguration ergibt. Semiconductor switch and the control device are arranged on the same semiconductor substrate, which results in a particularly small configuration.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine aktive Further preferred embodiments relate to an active one
Gleichrichterschaltung mit wenigstens einer Schaltung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Rectifier circuit with at least one circuit according to the embodiments described above.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Schaltung mit einem steuerbaren Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Halbleiterschalters, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter in einem ersten Zeitbereich einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle einer an eine Laststrecke des Halbleiterschalters anlegbaren periodischen elektrischen Spannung zu aktivieren und den Further preferred embodiments relate to a method for operating an electronic circuit with a controllable switch, in particular a semiconductor switch, and a control device for controlling the semiconductor switch, the control device being designed to switch the semiconductor switch in a first time range of a predefinable, preferably negative, half-wave to activate a periodic electrical voltage that can be applied to a load path of the semiconductor switch and the
Halbleiterschalter in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke anliegende Spannung einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung eine erste Größe ermittelt, die einen während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Strom charakterisiert, und/oder eine zweite Größe ermittelt, die eine Frequenz der periodischen elektrischen To deactivate semiconductor switches in a second time range following the first time range when the voltage applied to the load path exceeds a predefinable first threshold value, the control device determining a first variable that characterizes a current flowing through the load path during the predefinable half-wave, and / or one second variable determines a frequency of the periodic electrical
Spannung charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung den vorgebbaren ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe und/oder der zweiten Größe ermittelt. Characterizes voltage, and wherein the control device determines the predeterminable first threshold value as a function of the first variable and / or the second variable.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung die erste Größe und die zweite Größe ermittelt und den ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe und der zweiten Größe ermittelt. Control device determines the first variable and the second variable and determines the first threshold value as a function of the first variable and the second variable.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Further preferred embodiments are the subject of the dependent claims.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen zum Betreiben einer aktiven Gleichrichterschaltung, wobei die aktive Gleichrichterschaltung insbesondere wenigstens eine Schaltung gemäß den Ausführungsformen aufweist. Further preferred embodiments relate to a use of the method according to the embodiments for operating an active rectifier circuit, the active rectifier circuit in particular having at least one circuit according to the embodiments.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Further features, possible applications and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures of the drawing. All of the features described or illustrated form the subject matter of the invention, independently or in any combination
Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Summary in the claims or their relationship and regardless of their wording or representation in the description or in the drawing.
In der Zeichnung zeigt: The drawing shows:
Figur 1 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer elektronischen Schaltung gemäß einer Ausführungsform, FIG. 1 schematically shows a simplified block diagram of an electronic circuit according to one embodiment,
Figur 2Aschematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, FIG. 2A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to an embodiment,
Figur 2Bschematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, Figur 2Cschematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, FIG. 2B schematically shows a simplified flow diagram of a method according to an embodiment, FIG. 2C shows a simplified flowchart of a method according to an embodiment,
Figur 3 schematisch ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform, FIG. 3 schematically shows a simplified circuit diagram of an electronic circuit according to a further embodiment,
Figur 4Aschematisch einen zeitlichen Verlauf von Betriebsgrößen gemäß einer Ausführungsform, FIG. 4 shows schematically a time profile of operating variables according to one embodiment,
Figur 4Beine Detailansicht des zeitlichen Verlaufs aus Figur 4A, FIG. 4B shows a detailed view of the time profile from FIG. 4A,
Figur 5 schematisch ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform, FIG. 5 schematically shows a simplified circuit diagram of an electronic circuit according to a further embodiment,
Figur 6 ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung Figure 6 is a simplified circuit diagram of an electronic circuit
gemäß einer weiteren Ausführungsform,  according to a further embodiment,
Figur 7 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer weiteren Figure 7 schematically shows a simplified block diagram of another
Ausführungsform,  embodiment,
Figur 8 schematisch einen zeitlichen Verlauf von Betriebsgrößen einer Figure 8 schematically shows a time course of operating variables
weiteren Ausführungsform,  another embodiment,
Figur 9 schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsform, FIG. 9 schematically shows a simplified block diagram according to a further embodiment,
Figur 10A, 10B jeweils schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines 10A, 10B each schematically show a simplified flow diagram of a
Verfahrens gemäß weiterer Ausführungsform,  Method according to a further embodiment,
Figur 11A, 11 B jeweils schematisch Betriebsgrößen weiterer Figures 11A, 11 B each schematically show operating sizes of other
Ausführungsformen,  Embodiments,
Figur 12 schematisch Betriebsgrößen weiterer Ausführungsformen, und FIG. 12 shows schematically operating variables of further embodiments, and
Figur 13 schematisch Betriebsgrößen weiterer Ausführungsformen. Figur 1 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm einer elektronischen Schaltung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Schaltung 100 weist einen steuerbaren Schalter 110 auf, der vorliegend als Halbleiterschalter, beispielhaft als MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) vom n-Typ ausgebildet ist. Bei anderen Ausführungsformen kann der steuerbare Schalter 110 auch als andersartiger MOSFET (z.B. p-Typ) oder auch als Bipolartransistor oder IGBT oder dergleichen ausgebildet sein. Der Halbleiterschalter 110 weist einen Source-Anschluss („Sourceelektrode“) S auf, der mit einem ersten elektrischen Bezugspotenzial BP1 , beispielsweise dem Massepotenzial, verbunden ist. Weiter weist der Halbleiterschalter 110 einen Drain-Anschluss („Drainelektrode“) D auf, der mit einem zweiten elektrischen Bezugspotenzial BP2 verbunden ist. Das zweite Bezugspotenzial BP2 kann beispielsweise einer periodischen Spannung, insbesondere einer Phasenspannung K1 (s.u. Fig. 4A) eines Generators 400 (s.u. Fig. 9), entsprechen. Der Halbleiterschalter 110 weist ferner einen Gate- Anschluss („Gateelektrode“) G auf, auf den eine dem Halbleiterschalter 110 zugeordnete Steuereinrichtung 120 wirken kann, um den Betrieb des FIG. 13 schematically shows operating variables of further embodiments. FIG. 1 schematically shows a simplified block diagram of an electronic circuit 100 according to an embodiment. The circuit 100 has a controllable switch 110, which in the present case is designed as a semiconductor switch, for example as a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) of the n-type. In other embodiments, the controllable switch 110 can also be designed as a different type of MOSFET (eg p-type) or as a bipolar transistor or IGBT or the like. The semiconductor switch 110 has a source connection (“source electrode”) S, which is connected to a first electrical reference potential BP1, for example the ground potential. Furthermore, the semiconductor switch 110 has a drain connection (“drain electrode”) D, which is connected to a second electrical reference potential BP2. The second reference potential BP2 can, for example, correspond to a periodic voltage, in particular a phase voltage K1 (see FIG. 4A) of a generator 400 (see FIG. 9). The semiconductor switch 110 also has a gate connection (“gate electrode”) G, on which a control device 120 assigned to the semiconductor switch 110 can act in order to operate the
Halbleiterschalters 110 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 120 den Gate-Anschluss G mit einem vorgebbaren Potenzial beaufschlagen, um die vorliegend als Drain-Source-Strecke ausgebildete Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 in einen elektrisch leitenden Zustand („niederohmig“) bzw. einen sperrenden Zustand („hochohmig“) oder gegebenenfalls in einen zwischen dem leitenden Zustand und dem sperrenden Zustand befindlichen Zwischenzustand zu versetzen. In dem leitenden Zustand weist der To control semiconductor switch 110. For example, the control device 120 can apply a predeterminable potential to the gate connection G in order to convert the load path 112 of the semiconductor switch 110, which is designed here as a drain-source path, into an electrically conductive state (“low-resistance”) or a blocking state (“high-resistance”). ) or, if necessary, to put them in an intermediate state between the conductive state and the blocking state. In the conductive state, the
Halbleiterschalter 110 bzw. seine Laststrecke 112 einen vergleichsweise geringen elektrischen Widerstand („Einschaltwiderstand“,„Ros.on“) von Semiconductor switch 110 or its load path 112 a comparatively low electrical resistance ("on resistance", "Ros. On ") of
beispielsweise 0,1 Ohm oder weniger auf, sodass ein Laststrom L über die Laststrecke 112 fließen kann, und in dem sperrenden Zustand weist die For example, 0.1 ohm or less, so that a load current L can flow across the load path 112, and in the blocking state the
Laststrecke 112 einen vergleichsweise großen elektrischen Widerstand auf. Load path 112 has a comparatively large electrical resistance.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet, den Halbleiterschalter 110 in einem ersten Zeitbereich einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle einer an eine Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 anlegbaren periodischen elektrischen Spannung UL zu aktivieren und den Halbleiterschalter 110 in einem auf den ersten Zeitbereich folgenden zweiten Zeitbereich (in derselben Halbwelle der Spannung) dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke 112 anliegende Spannung UL einen vorgebbaren ersten Schwellwert überschreitet, wobei die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, eine erste Größe G1 zu ermitteln, die einen während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke 112 fließenden Strom L In preferred embodiments, the control device 120 is designed to activate the semiconductor switch 110 in a first time range of a predeterminable, preferably negative, half-wave of a periodic electrical voltage UL that can be applied to a load path 112 of the semiconductor switch 110, and the semiconductor switch 110 in a period following the first time range to deactivate the second time range (in the same half-wave of the voltage) when the voltage UL present on the load path 112 is one predeterminable first threshold value, wherein the control device 120 is designed to determine a first variable G1, the current L flowing through the load path 112 during the predeterminable half-wave
charakterisiert, und/oder eine zweite Größe G2 zu ermitteln, die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung UL charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, den vorgebbaren ersten Schwellwert in Abhängigkeit der ersten Größe G1 und/oder der zweiten Größe G2 zu ermitteln. Dadurch ist insbesondere bei Schwankungen des durch die characterized, and / or to determine a second variable G2, which characterizes a frequency of the periodic electrical voltage UL, and wherein the control device 120 is designed to determine the predefinable first threshold value as a function of the first variable G1 and / or the second variable G2 , This is particularly in the case of fluctuations in the
Laststrecke 112 fließenden Stroms L und/oder der Frequenz der periodischen elektrischen Spannung UL eine sichere Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 insbesondere möglichst kurz vor einem auf die betrachtete Halbwelle folgenden Nulldurchgang der periodischen elektrischen Spannung gewährleistet, was die Effizienz z.B. bei einer Anwendung der elektronischen Schaltung 100 als aktiver Gleichrichter steigert. Load path 112 flowing current L and / or the frequency of the periodic electrical voltage UL, a reliable deactivation of the semiconductor switch 110, in particular as shortly as possible before a zero crossing of the periodic electrical voltage following the half-wave under consideration, which ensures the efficiency e.g. increases when the electronic circuit 100 is used as an active rectifier.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass der vorgebbare erste Schwellwert, der für das Deaktivieren des Halbleiterschalters 110 insbesondere zum Ende einer betrachteten (vorliegend negativen) Halbwelle der Spannung an der Laststrecke 112 nutzbar ist, in Abhängigkeit der ersten Größe G1 , nicht jedoch in Abhängigkeit der zweiten Größe G2, ermittelt wird. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist es möglich, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit der zweiten Größe G2, nicht jedoch in In further preferred embodiments, it is possible that the predeterminable first threshold value, which can be used for deactivating the semiconductor switch 110, in particular at the end of a considered (presently negative) half-wave of the voltage on the load path 112, depending on the first variable G1, but not in Dependency of the second variable G2 is determined. In further preferred embodiments, it is possible that the predefinable first threshold value as a function of the second variable G2, but not in
Abhängigkeit der ersten Größe G1 , ermittelt wird. Bei weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der vorgebbare erste Schwellwert in Abhängigkeit sowohl der ersten Größe G1 als auch der zweiten Größe G2 ermittelt wird. Dependency of the first variable G1 is determined. In further particularly preferred embodiments, it is provided that the predefinable first threshold value is determined as a function of both the first variable G1 and the second variable G2.
Figur 2A zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In einem ersten Schritt 200 ermittelt die FIG. 2A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to an embodiment. In a first step 200, the
Steuereinrichtung 120 (Fig. 1) die erste Größe G1 und die zweite Größe G2. In einem zweiten Schritt 210 (Fig. 2A) ermittelte die Steuereinrichtung 120 den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level (s.u., Fig. 4B) in Abhängigkeit der ersten Größe G1 und der zweiten Größe G2. Control device 120 (FIG. 1) the first variable G1 and the second variable G2. In a second step 210 (FIG. 2A), the control device 120 determined the predefinable first threshold value U_Level (see below, FIG. 4B) as a function of the first variable G1 and the second variable G2.
Figur 4A zeigt hierzu beispielhaft in Form einer ersten Kurve K1 einen zeitlichen Verlauf einer periodischen Phasenspannung eines Generators, z.B. Kraftfahrzeuggenerators, die im Sinne des vorstehend bereits unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen zweiten Bezugspotenzials BP2 an den Drain- Anschluss D des Halbleiterschalters 110 anlegbar ist, und die damit die FIG. 4A shows, for example in the form of a first curve K1, a time profile of a periodic phase voltage of a generator, for example Motor vehicle generator, which can be applied to the drain terminal D of the semiconductor switch 110 in the sense of the second reference potential BP2 already described above with reference to FIG. 1, and thus the
Spannung UL an der Laststrecke 112 repräsentiert. Aus Figur 4A ist ersichtlich, dass positive Halbwellen HW0 der Phasenspannung beispielhaft Voltage UL on the load path 112 represents. It can be seen from FIG. 4A that positive half-waves HW0 of the phase voltage are exemplary
Spannungswerte zwischen 0 Volt (V) und etwa 10 V annehmen. Negative Halbwellen HW können sich nicht mit einem vergleichbaren Betrag der Amplitude ausbilden, weil der Halbleiterschalter 110 in den entsprechenden Zeiträumen HW durch die Steuereinrichtung 120 eingeschaltet (also niederohmig) wird, wodurch er vorteilhaft als aktive Gleichrichterdiode bezüglich der Phasenspannung des Generators nutzbar ist. Dementsprechend weist die erste Kurve K1 in den jeweils einer negativen Halbwelle HW entsprechenden Zeiträumen Spannungswerte im Bereich von 0 V und etwa - 400 mV (Millivolt) auf, vergleiche auch die zweite Kurve K2, welcher dieselbe Skalierung auf der Zeitachse t zugeordnet ist wie der ersten Kurve K1 , jedoch eine andere Skalierung der der Phasenspannung entsprechenden vertikalen Achse in Figur 4A. Accept voltage values between 0 volts (V) and approximately 10 V. Negative half-waves HW cannot form with a comparable magnitude of the amplitude because the semiconductor switch 110 is switched on by the control device 120 in the corresponding time periods HW (that is to say it has a low resistance), as a result of which it can advantageously be used as an active rectifier diode with regard to the phase voltage of the generator. Accordingly, the first curve K1 has voltage values in the range of 0 V and approximately - 400 mV (millivolts) in the periods corresponding to a negative half-wave HW, compare also the second curve K2, which is assigned the same scaling on the time axis t as the first Curve K1, however a different scaling of the vertical axis corresponding to the phase voltage in FIG. 4A.
Figur 4B zeigt schematisch in Form der Kurve K3 eine Detailansicht des zeitlichen Verlaufs aus Figur 4A, wobei der in Figur 4B abgebildete Zeitbereich ZB im wesentlichen einer negativen Halbwelle HW der Phasenspannung des Generators entspricht. Zu dem Zeitpunkt t1 unterschreitet die Phasenspannung den Wert von 0 V. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen aktiviert die Steuereinrichtung 120 den Halbleiterschalter 110, wenn die Phasenspannung K3 einen Aktivierungsschwellwert U_SW_ON von beispielsweise etwa - 200 mV unterschreitet. Dies ist vorliegend zu dem Zeitpunkt t1‘ der Fall. Zu diesem Zeitpunkt beginnt demnach die Aktivierung des Halbleiterschalters 110. Die Aktivierung des Halbleiterschalters 110 (i.w. umfassend ein Umladen der Gateelektrode G auf das für die Aktivierung erforderliche elektrische Potential) ist zu dem weiteren Zeitpunkt t1“ abgeschlossen. Infolge der Aktivierung des Halbleiterschalters 110 bricht die Differenzspannung K3 ein, vergleiche den Verlauf der Kurve K3 zwischen den Zeitpunkten t1‘, t1“. Der weitere zeitliche Verlauf der Kurve K3 ab dem Zeitpunkt t1“ ergibt sich durch den Verlauf eines der Differenzspannung entsprechenden Stroms L (Figur 1) bzw. Phasenstroms durch die Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 bezogen auf seinen Einschaltwiderstand (Ros.on). Sobald die Differenzspannung K3 zu dem Zeitpunkt t2‘ den auch als FIG. 4B schematically shows, in the form of curve K3, a detailed view of the time profile from FIG. 4A, the time range ZB shown in FIG. 4B essentially corresponding to a negative half-wave HW of the phase voltage of the generator. At time t1, the phase voltage falls below the value of 0 V. In further preferred embodiments, the control device 120 activates the semiconductor switch 110 when the phase voltage K3 falls below an activation threshold value U_SW_ON of, for example, approximately −200 mV. This is the case here at time t1 '. The activation of the semiconductor switch 110 accordingly begins at this point in time. The activation of the semiconductor switch 110 (generally comprising recharging the gate electrode G to the electrical potential required for the activation) is completed at the further point in time t1 ". As a result of the activation of the semiconductor switch 110, the differential voltage K3 collapses, compare the course of the curve K3 between the times t1 ', t1 ". The further time profile of curve K3 from time t1 “results from the profile of a current L (FIG. 1) or phase current corresponding to the differential voltage through the load path 112 of the semiconductor switch 110 in relation to its on-resistance (Ros. On ). As soon as the differential voltage K3 at the time t2 'also as
Deaktivierungsschwellwert bezeichenbaren, in Abhängigkeit der Größen G1 und/oder G2 ermittelten (vgl. Schritt 210 aus Fig. 2A), vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level erreicht, wird dem Prinzip gemäß den Ausführungsformen entsprechend der Halbleiterschalter 110 wieder ganz, oder optional auch teilweise, deaktiviert. The first threshold value U_Level, which can be specified as a function of the variables G1 and / or G2 (see step 210 from FIG. 2A) and which can be specified, is deactivated completely, or optionally also partially, according to the embodiments according to the embodiments.
Vorliegend erfolgt zu dem Zeitpunkt t2‘ zunächst eine Teildeaktivierung des Halbleiterschalters 110 durch entsprechende Ansteuerung seiner Gateelektrode G mittels der Steuereinrichtung 120. Durch die Teildeaktivierung erhöht sich der Widerstand der Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110, und die In the present case, a partial deactivation of the semiconductor switch 110 takes place at the point in time t 2 ′ by appropriate activation of its gate electrode G by means of the control device 120. The partial deactivation increases the resistance of the load path 112 of the semiconductor switch 110, and the
Phasenspannung K3 sinkt zu dem Zeitpunkt t2‘ entsprechend erneut ab, um sodann gemäß ihres periodischen Verhaltens weiter anzusteigen, bis zu dem Zeitpunkt t3‘ erneut der vorgebbare erste Schwellwert U_Level erreicht wird, zu dem nunmehr der Halbleiterschalter 110 vollständig deaktiviert wird, seine Laststrecke 112 mithin hochohmig geschaltet wird. Zu dem Zeitpunkt t3 erfolgt ein Nulldurchgang der Phasenspannung K3 zu positiven Spannungswerten hin, es beginnt also die nächste positive Halbwelle HW0. Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Prozess des zunächst teilweisen Deaktivierens des Halbleiterschalters 110 kann auch bereits zu dem Zeitpunkt t2‘ direkt eine vollständige Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 erfolgen. Phase voltage K3 drops again accordingly at time t2 ', in order then to continue to increase in accordance with its periodic behavior until the predefinable first threshold value U_Level is reached again at time t3', at which point the semiconductor switch 110 is now completely deactivated, its load path 112 is switched to high resistance. At the time t3, the phase voltage K3 crosses towards positive voltage values, so the next positive half-wave HW0 begins. As an alternative to the above-described process of initially partially deactivating the semiconductor switch 110, a complete deactivation of the semiconductor switch 110 can also take place directly at the time t 2 ′.
Nach dem Zeitpunkt t3 folgt eine positive Halbwelle HW0 (Fig. 4A), und danach kann der vorstehend beschrieben Ablauf ab dem Zeitpunkt t4 bis zu dem Zeitpunkt t6 analog zu dem Zeitbereich t1 bis t3 (Fig. 4B) wiederholt werden, wobei die Zeitpunkte t2, t5 einen Übergang von einem jeweiligen ersten After the time t3 there follows a positive half-wave HW0 (FIG. 4A), and after that the sequence described above can be repeated from the time t4 to the time t6 analogously to the time range t1 to t3 (FIG. 4B), the times t2 , t5 a transition from a respective first
Zeitbereich T 1 der betrachteten negativen Halbwelle HW zu einem jeweiligen zweiten Zeitbereich T2 der betrachteten negativen Halbwelle HW Time range T 1 of the negative half-wave HW under consideration for a respective second time range T2 of the negative half-wave HW under consideration
charakterisieren. characterize.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 120 (Fig. 1) dazu ausgebildet, in dem ersten Zeitbereich T1 (Fig. 4B) der betrachteten (vorliegend negativen) Halbwelle HW der an die Laststrecke 112 des In further preferred embodiments, the control device 120 (FIG. 1) is designed to operate in the first time period T1 (FIG. 4B) of the (in the present case negative) half-wave HW that is applied to the load path 112 of the
Halbleiterschalters 110 (Fig. 1) anlegbaren periodischen elektrischen Spannung K3 (Fig. 4B) den Halbleiterschalter 110 in Abhängigkeit der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung K3, UL ZU aktivieren (beispielsweise wie vorstehend bereits beschrieben bei Unterschreiten des Aktivierungsschwellwerts The periodic electrical voltage K3 (FIG. 4B) that can be applied to the semiconductor switch 110 (FIG. 1) can activate the semiconductor switch 110 as a function of the voltage K3, U L ZU applied to the load path 112 (for example, as above already described when the activation threshold falls below
U_SW_ON). Bei weiteren Ausführungsformen können auch andere Methoden der Aktivierung des Halbleiterschalters 110 zu Beginn der betrachteten negativen Halbwelle HW vorgesehen sein. U_SW_ON). In other embodiments, other methods of activating the semiconductor switch 110 at the beginning of the negative half-wave HW under consideration can also be provided.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 120 (Fig. 1) dazu ausgebildet, eine von der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung K3, UL abhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 (z.B. bei In further preferred embodiments, the control device 120 (FIG. 1) is designed to deactivate the semiconductor switch 110 (for example, in the case of the voltage K3, U L applied to the load path 112)
Überschreiten des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level) erst in einem auf den ersten Zeitbereich T1 folgenden zweiten Zeitbereich T2 freizugeben. Exceeding the predefinable first threshold value U_Level) only in a second time period T2 following the first time period T1.
Dadurch ist eine zuverlässige Aktivierung des Halbleiterschalters 110 gegeben (vorliegend zu dem Zeitpunkt t1‘), und gleichzeitig wird durch die Freigabe der spannungsabhängigen Deaktivierung erst zu dem auf den ersten Zeitbereich T 1 folgenden zweiten Zeitbereich T2 vermieden, dass bereits in dem ersten  This results in a reliable activation of the semiconductor switch 110 (in this case at the time t1 ′), and at the same time, by releasing the voltage-dependent deactivation, it is only avoided in the second time range T2 following the first time range T 1 that already in the first
Zeitbereich T1 eine unerwünschte (insbesondere zu frühe, bezogen auf die betrachtete Halbwelle HW) Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 erfolgt, wie sie beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Spannung UL (Z. B. bedingt durch das Aktivieren des Halbleiterschalters 110 und/oder Variationen des Stroms L und/oder der Frequenz der periodischen Spannung UL) an der Laststrecke 112 auftreteten kann. Wie aus Figur 4B ersichtlich ist, überschreitet nämlich die Phasenspannung K3 den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level bereits zwischen dem Zeitpunkt t1‘ und dem Zeitpunkt t1“, was zu einer unerwünschten frühzeitigen Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 führen würde. Daher wird bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die Time range T1 an undesired (in particular too early, based on the half-wave HW considered) deactivation of the semiconductor switch 110 takes place, as occurs, for example, due to fluctuations in the voltage UL (for example due to the activation of the semiconductor switch 110 and / or variations in the current L and / or the frequency of the periodic voltage UL) can occur on the load path 112. As can be seen from FIG. 4B, the phase voltage K3 already exceeds the predefinable first threshold value U_Level between the time t1 'and the time t1', which would lead to an undesired premature deactivation of the semiconductor switch 110. Therefore, in other preferred embodiments
spannungabhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters 110, vergleiche den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level, vorteilhaft erst in dem zweiten Zeitbereich T2 freigegeben, also erlaubt. voltage-dependent deactivation of the semiconductor switch 110, compare the predefinable first threshold value U_Level, advantageously only released, ie allowed, in the second time range T2.
Damit ist bei weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen eine spannungsgesteuerte Aktivierung des Halbleiterschalters 110 zu dem Zeitpunkt t1‘ ermöglicht, der gleichzeitig den Anfang des ersten Zeitbereichs T1 charakterisiert (alternativ charakterisiert bereits der Nulldurchgang der This enables, in further particularly preferred embodiments, a voltage-controlled activation of the semiconductor switch 110 at the point in time t 1 ′, which at the same time characterizes the start of the first time range T1 (alternatively, the zero crossing characterizes the
Phasenspannung K3 zu negativen Spannungswerten hin zu dem Zeitpunkt t1 den Anfang des ersten Zeitbereichs T 1). Sodann erfolgt ein zeitgesteuerter Betrieb für den Rest des ersten Zeitbereichs T1 , bis hin zu dem Zeitpunkt t2, der einen Übergang zu den zweiten Zeitbereich T2 charakterisiert. In dem ersten Zeitbereich T 1 ist nämlich, bis auf die Ausnahme des Aktivierens zu dem Phase voltage K3 to negative voltage values towards the time t1 the beginning of the first time range T 1). Then there is a time-controlled operation for the rest of the first time period T1, up to the time t2, which characterizes a transition to the second time period T2. In the first Time range T 1 is namely, with the exception of the activation to that
Zeitpunkt t1‘ (Fig. 4B), keine (weitere) spannungsabhängige Steuerung des Halbleiterschalters 110 zugelassen bzw. freigegeben. Eine Freigabe für eine spannungabhängige Steuerung, insbesondere Deaktivierung, des Time t1 '(FIG. 4B), no (further) voltage-dependent control of the semiconductor switch 110 is permitted or released. A release for a voltage-dependent control, in particular deactivation of the
Halbleiterschalters 110 erfolgt vielmehr erst mit dem Erreichen des zweiten Zeitbereichs T2, also mit bzw. nach dem Zeitpunkt t2, sodass die vorstehend bereits beschriebene spannungsabhängige vollständige oder zunächst teilweise Deaktivierung ab dem Zeitpunkt t2‘ erfolgen kann. Rather, semiconductor switch 110 occurs only when second time range T2 is reached, that is to say after or after time t2, so that the voltage-dependent complete or initially partial deactivation described above can take place from time t2 '.
Figur 2B zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform. In Schritt 250 aktiviert die Steuereinrichtung 120 (Fig. 1) den Halbleiterschalter 110 in dem ersten Zeitbereich T1 (Fig. 4B), vorzugsweise spannungsgesteuert (z.B. bei Unterschreiten des Werts U_SW_ON) und führt sodann insbesondere eine Zeitsteuerung aus bis zu dem Ende t2 des ersten Zeitbereichs T1. Danach, in Schritt 260, wird eine spannungsabhängige Deaktivierung des FIG. 2B shows a simplified flow diagram of a further embodiment. In step 250, the control device 120 (FIG. 1) activates the semiconductor switch 110 in the first time range T1 (FIG. 4B), preferably voltage-controlled (for example if the value falls below the value U_SW_ON) and then in particular carries out a time control up to the end t2 of the first Time range T1. Then, in step 260, a voltage-dependent deactivation of the
Halbleiterschalters 110 erst in dem auf den ersten Zeitbereich T 1 folgenden zweiten Zeitbereich T2, also ab dem Zeitpunkt t2, freigegeben. Erst ab dem Zeitpunkt t2 ist es demnach bei Überschreiten des vorgebbaren ersten Semiconductor switch 110 is only released in the second time period T2 following the first time period T 1, that is to say from time t 2. It is therefore only from time t2 that the predeterminable first is exceeded
Schwellwerts U_Level durch die Spannung UL, K3 möglich, den Threshold value U_Level possible by the voltage U L , K3
Halbleiterschalter 110 daraufhin zu deaktivieren (oder zunächst teilweise zu deaktivieren). Then deactivate semiconductor switch 110 (or initially to partially deactivate).
Untersuchungen der Anmelderin zufolge können Änderungen des Stroms L durch die Laststrecke 112 die vorstehend beschriebene Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 beeinflussen. Investigations by the applicant have shown that changes in the current L through the load path 112 can influence the activation of the semiconductor switch 110 described above.
Figur 11A zeigt hierzu - vergleichbar zu Kurve K3 aus Fig. 4B - einen zeitlichen Verlauf K3‘ der Spannung an der Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 bei einem Anwendungsfall mit einem vergleichsweise großen Laststrom L‘ von betragsmäßig maximal etwa 100A, und Figur 11 B zeigt einen vergleichbaren zeitlichen Verlauf K3“ der Spannung an der Laststrecke 112 bei einem FIG. 11A shows - comparable to curve K3 from FIG. 4B - a time profile K3 'of the voltage on the load path 112 of the semiconductor switch 110 in an application with a comparatively large load current L' of a maximum of about 100A, and FIG. 11B shows one Comparable time course K3 "of the voltage on the load path 112 at one
Anwendungsfall mit einem vergleichsweise kleinen Laststrom L“ von Application with a comparatively small load current L "from
betragsmäßig maximal etwa 10A (jeweils in der Mitte der betrachteten negativen Halbwelle zu dem Zeitpunkt t20, der i.w. dem Zeitpunkt t2 aus Fig. 4B entspricht). Die Zeitbereiche T1‘, T1“ entsprechen dabei wieder einem jeweiligen ersten Zeitbereich der betrachteten Halbwelle (s. Zeitbereich T1 aus Fig. 4B, mit bevorzugt i.w. zeitgesteuertem Betrieb des Halbleiterschalters 110 (z.B. keine Freigabe einer spannungsgesteuerten Deaktivierung vor dem Zeitpunkt t2 bzw. t20)), und die Zeitbereiche T2‘, T2“ entsprechend dabei wieder einem jeweiligen zweiten Zeitbereich der betrachteten Halbwelle (s. Zeitbereich T2 aus Fig. 4B, mit bevorzugt i.w. spannungsgesteuertem Betrieb des Halbleiterschalters 110 (Freigabe der spannungsgesteuerten Deaktivierung ist ab dem Zeitpunkt t2 bzw. t20 erlaubt)). In terms of amount, a maximum of about 10A (in the middle of the negative half-wave in question at time t20, which corresponds to time t2 from FIG. 4B). The time ranges T1 ′, T1 “again correspond to a respective first time range of the half-wave under consideration (see time range T1 from FIG. 4B) with preferably in the time-controlled operation of the semiconductor switch 110 (for example no release of a voltage-controlled deactivation before the time t2 or t20)), and the time ranges T2 ′, T2 “again correspond to a respective second time range of the half-wave under consideration (see time range T2 from FIG. 4B, preferably with voltage-controlled operation of the semiconductor switch 110 (release of the voltage-controlled deactivation is permitted from time t2 or t20)).
Es ist zu erkennen, dass der tatsächliche Zeitpunkt t7‘ (Fig. 11 A), t7“ (Fig. 11 B) der aktiven, spannungsgeseteuerten Deaktivierung bzw. Abschaltung bei Überschreiten des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level (vorliegend beispielhaft zu etwa - 40 mV gewählt) sich mit der Variation des Stroms L stark verändert, vgl. auch die Dauer der zweiten Zeitbereiche T2‘ > T2“. Somit kann eine aus Effizienzgesichtspunkten bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen gewünschte Abschaltdauer T_OFF, die erst kurz vor dem Ende, vgl. Zeitpunkt t8, der betrachteten negativen Halbwelle HW‘ liegt, nicht eingehalten werden. It can be seen that the actual point in time t7 '(FIG. 11A), t7 "(FIG. 11B) of the active, voltage-controlled deactivation or switch-off when the predefinable first threshold value U_Level (in the present example chosen to be approximately -40 mV) ) changes significantly with the variation of the current L, cf. also the duration of the second time periods T2 '> T2'. A switch-off duration T_OFF which is desired from efficiency points of view in further preferred embodiments and which does not occur until shortly before the end, cf. Time t8, which is the considered negative half-wave HW ', cannot be observed.
Während bei hohem Strom (Fig. 11A) der tatsächliche Zeitpunkt t7‘ der While at high current (Fig. 11A) the actual time t7 '
Abschaltung sehr spät erfolgt (weil die an der Laststrecke 112 abfallende Switched off very late (because the one falling on the load route 112
Spannung UL aufgrund des hohen Stroms vergleichsweise groß ist, gemäß L‘ * Rüs. on wobei Rüs. on den Einschaltwiderstand des Halbleiterschalters 1 10 in dem aktivierten Zustand beschreibt), erfolgt der tatsächliche Zeitpunkt t7“ der Voltage UL is comparatively large due to the high current, according to L '* R ü s. on where R ü s. describes the switch-on resistance of the semiconductor switch 1 10 in the activated state), the actual time t7 "occurs
Abschaltung bei niedrigem Strom (Fig. 11 B) sehr früh, weil die an der Laststrecke 112 abfallende Spannung UL in diesem Fall aufgrund des niedrigen Stroms vergleichsweise gering ist. Shutdown at low current (FIG. 11B) very early, because in this case the voltage UL falling across the load path 112 is comparatively low due to the low current.
Wünschenswert wäre, eine möglichst konstante Abschaltdauer oder Passivzeit T_OFF einzuhalten, insbesondere kurz vor dem Ende der Halbwelle HW, vgl. Zeitpunkt t8, um einen Vorhalt für Schaltzeiten und Zeitschwankungen zu haben. Ein großer passiver Anteil (lange Zeitdauer, vgl. Zeitbereich t7“ bis t8 aus Fig.It would be desirable to maintain a switch-off duration or passive time T_OFF that is as constant as possible, in particular shortly before the end of the half-wave HW, cf. Time t8 in order to reserve switching times and time fluctuations. A large passive portion (long period of time, see time range t7 "to t8 from Fig.
11 B) erhöht deutlich die Verlustleistung der Gleichrichtung. Ein sehr kurzer passiver Anteil, vgl. Fig. 11A, erhöht das Risiko einer Ansteuerung über den Nullpunkt hinweg (Halbleiterschalter 110 ist bei Beginn der auf die negative Halbwelle HW folgenden positiven Halbwelle nicht vollständig gesperrt). 11 B) significantly increases the power loss of the rectification. A very short passive component, cf. 11A increases the risk of actuation beyond the zero point (semiconductor switch 110 is not completely blocked at the beginning of the positive half-wave following the negative half-wave HW).
Dementsprechend ist bei besonders bevorzugten Ausführungsformen, wie vorstehend bereits unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm nach Fig. 2A beschrieben, vorgeschlagen, den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level für die spannungsgesteuerte Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 in Accordingly, in particularly preferred embodiments, as already mentioned above with reference to the flow chart according to FIG. 2A described, proposed the predeterminable first threshold value U_Level for the voltage-controlled deactivation of the semiconductor switch 110 in
Abhängigkeit der ersten Größe G1 (Fig. 1) zu ermitteln. Dadurch ist Determine dependence of the first variable G1 (Fig. 1). This is
insbesondere auch bei Schwankungen des durch die Laststrecke 1 12 fließenden Stroms L (Fig. 1), vgl. die Ausführungen zu Fig. 11 A, 11 B, eine sichere in particular also in the event of fluctuations in the current L flowing through the load path 1 12 (FIG. 1), cf. 11 A, 11 B, a safe
Deaktivierung des Halbleiterschalters insbesondere möglichst kurz vor einem auf die betrachtete Halbwelle HW‘ folgenden Nulldurchgang der periodischen elektrischen Spannung gewährleistet, was die Effizienz z.B. bei einer Anwendung der elektronischen Schaltung als aktiver Gleichrichter steigert. Deactivating the semiconductor switch, in particular, as shortly as possible before a zero crossing of the periodic electrical voltage following the half wave HW 'in question, which improves the efficiency e.g. increases when using the electronic circuit as an active rectifier.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Größe G1 einen maximalen Betrag des während der vorgebbaren Halbwelle durch die Laststrecke fließenden Stroms charakterisiert, vgl. z.B. den Wert des Betrags des Stroms IL‘ aus Fig. 11A zu dem Zeitpunkt t20 von etwa 100A (Ampere) (oder 10A im Falle von Fig. 1 1 B). In further preferred embodiments it is provided that the first variable G1 characterizes a maximum amount of the current flowing through the load path during the predeterminable half-wave, cf. e.g. the value of the amount of current IL 'from FIG. 11A at time t20 of approximately 100A (ampere) (or 10A in the case of FIG. 11B).
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung 120 (Fig. 1) dazu ausgebildet ist, die erste Größe G1 in Abhängigkeit der an der Laststrecke 1 12 anliegenden Spannung UL ZU ermitteln, wobei insbesondere die Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, die erste Größe G1 in Abhängigkeit der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung UL und wenigstens einer Kenngröße des Halbleiterschalters 110, insbesondere in Abhängigkeit des Einschaltwiderstands Rüs.on des Halbleiterschalters 110, zu ermitteln. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Ermittlung der ersten Größe, weil der Einschaltwiderstands Rüs.on des Halbleiterschalters 110 i.d.R. aus einem Datenblatt vorab ermittelbar ist oder einmalig mittels Messungen ermittelt werden kann. Dementsprechend kann die erste Größe G1 bei besonders bevorzugten Ausführungsformen in Abhängigkeit der folgenden Gleichung ermittelt werden: U_DS = l_DS * R_DS,on, wobei die Drain-Source-Spannung U_DS des Control device 120 (FIG. 1) is designed to determine the first variable G1 as a function of the voltage UL ZU applied to the load path 112, the control device 120 in particular being designed to determine the first variable G1 as a function of the voltage applied to the load path 112 Voltage UL and at least one parameter of the semiconductor switch 110, in particular depending on the on-resistance R ü s. on of the semiconductor switch 110 to determine. This enables particularly efficient determination of the first magnitude, because the on-resistance R u s. on the semiconductor switch 110 can usually be determined in advance from a data sheet or can be determined once using measurements. Accordingly, in particularly preferred embodiments, the first variable G1 can be determined as a function of the following equation: U_DS = I_DS * R_DS, on, the drain-source voltage U_DS of the
Halbleiterschalters 1 10 der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung UL entspricht, wobei der Drain-Source-Strom l_DS dem durch die Laststrecke 112 fließenden Strom L entspricht, und wobei R_DS,on dem genannten Semiconductor switch 1 10 corresponds to the voltage UL applied to the load path 112, the drain-source current I_DS corresponding to the current L flowing through the load path 112, and wherein R_DS, on said
Einschaltwiderstand Ros.on des Halbleiterschalters entspricht. Starting resistance Ros. on of the semiconductor switch corresponds.
Damit kann die Steuereinrichtung 120 über U_DS bzw. UL ein Maß des anliegenden DS-Stroms erfassen, und so z.B. die erste Größe G1 in Abhängigkeit des maximalen Betrags des Stroms L einer betrachteten Halbwelle HW‘ ermitteln. Aus dem Beispiel gemäß Fig. 11 B ist ersichtlich, dass der beispielhaft zu - 40 mV gewählte erste Schwellwert U_Level höher liegen sollte, um eine Vergrößerung des aktiven Ansteuerfensters (entsprechend einer Länge bzw. Dauer des zweiten Zeitbereichs T2“) des Halbleiterschalters 110 zu erreichen. Dies kann durch eine von der ersten Größe G1 abhängige Ermittlung des ersten Schwellwerts U_Level vorteilhaft erreicht werden. The control device 120 can thus use U_DS or UL to measure a measure of the DS current present, and thus, for example, the first variable G1 in Determine the dependence of the maximum amount of the current L of a half wave HW 'under consideration. It can be seen from the example according to FIG. 11B that the first threshold value U_Level chosen as an example of -40 mV should be higher in order to enlarge the active control window (corresponding to a length or duration of the second time range T2 “) of the semiconductor switch 110 , This can advantageously be achieved by determining the first threshold value U_Level as a function of the first variable G1.
Figur 10A zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dem optionalen Schritt 600 erfolgt eine Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 im Sinne einer Zeitsteuerung, vgl. den Zeitbereich T 1 nach Fig. 4B. Der optionale Schritt 600 kann bei weiteren Ausführunsgformen auch entfallen oder eine andere Ansteuerung des FIG. 10A schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a further embodiment. In the optional step 600, the semiconductor switch 110 is activated in the sense of a time control, cf. the time range T 1 according to FIG. 4B. The optional step 600 can also be omitted in the case of further embodiments or a different control of the
Halbleiterschalters als die genannten Zeitsteuerung vorsehen. In Schritt 610 wird die an der Laststrecke 112 anliegende Spannung UL ermittelt, beispielsweise führt die Steuereinrichtung 120 hierzu eine entsprechende Messung aus. Provide the semiconductor switch as the time control mentioned. In step 610, the voltage UL applied to the load path 112 is determined, for example the control device 120 carries out a corresponding measurement for this.
Bevorzugt wird ein Wert der an der Laststrecke 112 anliegenden Spannung UL ZU dem Zeitpunkt t2 ermittelt, der einen Betrag eines maximalen Stroms L durch die Laststrecke 112 während der betrachteten Halbwelle HW charakterisiert. Dies entspricht der Ermittlung der ersten Größe G1 (Fig. 1). Sodann wird in Schritt 620 von Fig. 10A der vorgebbare erste Schwellwert U_Level in Abhängigkeit der ersten Größe G1 ermittelt. Alternativ kann auch bereits (z.B. aus vorherigen Betriebszyklen und/oder Halbwellen und/oder mittels Parametrierung oder Konfiguration) ein Standardwert für den vorgebbaren erste Schwellwert U_Level vorgegeben sein, der dann in Schritt 620 in Abhängigkeit der Größe G1 ggf. modifiziert wird. Mit anderen Worten kann das Ermitteln (vgl. Schritt 210 aus Fig. 2A) des vorgebbaren erste Schwellwerts U_Level in Abhängigkeit der ersten Größe G1 auch das Modifizieren eines bestehenden ersten Schwellwerts U_Level umfassen. Sodann erfolgt in Schritt 630 gemäß Figur 10A eine A value of the voltage UL CLOSE applied to the load path 112 at time t2 is preferably determined, which characterizes an amount of a maximum current L through the load path 112 during the half wave HW under consideration. This corresponds to the determination of the first variable G1 (FIG. 1). Then, in step 620 of FIG. 10A, the predeterminable first threshold value U_Level is determined as a function of the first variable G1. Alternatively, a standard value for the predefinable first threshold value U_Level can also already be predetermined (e.g. from previous operating cycles and / or half-waves and / or by means of parameterization or configuration), which is then modified in step 620 depending on the variable G1. In other words, the determination (cf. step 210 from FIG. 2A) of the predefinable first threshold value U_Level as a function of the first variable G1 can also include modifying an existing first threshold value U_Level. A step 630 then takes place in accordance with FIG. 10A
Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 im Sinne einer Spannungssteuerung, insbesondere eine spannungsabhängige Deaktivierung (oder zunächst Activation of the semiconductor switch 110 in the sense of a voltage control, in particular a voltage-dependent deactivation (or initially
Teildeaktivierung) des Halbleiterschalters 110, insbesondere in dem zweiten Zeitbereich T2 (Fig. 4B), sobald die an der Laststrecke 112 anliegende Partial deactivation) of the semiconductor switch 110, in particular in the second time period T2 (FIG. 4B), as soon as the one applied to the load path 112
Spannung UL den in Schritt 620 ggf. modifizierten bzw. adaptierten vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level überschreitet. Beispielhaft kann der Schritt 620 eine Veränderung des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level um einen vorgebbaren Wert bzw. Anteil bzw. das Verändern des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level auf einen vorgebbaren Anteil umfassen. Z.B. kann ausgehend von der in Fig. 11 B gezeigten Situation mit einem beispielhaft zunächst zu - 40 mV gewählten vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level in dem Schritt 620 der vorgebbare erste Schwellwert U_Level auf etwa 20 % dieses Werts geändert werden, also zu etwa - 8 mV, wodurch eine Adaption an den vergleichsweise geringen vorliegenden Laststrom L und damit eine Verlängerung der aktiven Ansteuerdauer T2“ vor dem spannungsabhängigen Deaktivieren erreicht wird. Voltage UL exceeds the predefinable first threshold value U_Level, which may have been modified or adapted in step 620. For example, step 620 can change the predefinable first threshold value U_Level by one include predeterminable value or proportion or changing the predeterminable first threshold value U_Level to a predeterminable proportion. For example, on the basis of the situation shown in FIG. 11B, with a predefinable first threshold value U_Level that is initially selected as an example to - 40 mV, the predefinable first threshold value U_Level can be changed to approximately 20% of this value in step 620, that is to say approximately - 8 mV whereby an adaptation to the comparatively low existing load current L and thus an extension of the active control period T2 “before the voltage-dependent deactivation is achieved.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge können auch Änderungen insbesondere der Frequenz der z.B. von einem Generator gelieferten (Phasen-) Spannung UL, K3 die vorstehend beschriebene Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 beeinflussen. According to investigations by the applicant, changes in particular in the frequency of e.g. (Phase) voltage UL, K3 supplied by a generator influence the activation of the semiconductor switch 110 described above.
Figur 12 zeigt hierzu - wiederum vergleichbar zu Kurve K3 aus Fig. 4B - zeitliche Verläufe K3‘“, K3““ der Spannung UL an der Laststrecke 112 (Fig. 1) des Halbleiterschalters 110, wobei der Verlauf K3‘“ beispielhaft einer Frequenz der periodischen Spannung von etwa 2 kHz (kilohertz) entspricht, und wobei der Verlauf K3““ einer Frequenz von etwa 500 Hz (Hertz) entspricht. Eine FIG. 12 shows - again comparable to curve K3 from FIG. 4B - temporal profiles K3 '", K3" "of the voltage UL on the load path 112 (FIG. 1) of the semiconductor switch 110, the profile K3" "exemplifying a frequency of the periodic voltage of about 2 kHz (kilohertz), and the curve K3 "" corresponds to a frequency of about 500 Hz (Hertz). A
Spitzenamplitude beider Kurven K“‘, K““ beträgt vorliegend etwa - 200 mV. Man erkennt sofort, dass die sich einstellende Abschaltdauer bzw. Passivzeit T_OFF_1 , T_OFF_2 (Zeitdauer zwischen spannungsabhängiger Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 bei Überschreiten des vorgebbaren ersten The peak amplitude of both curves K "', K" "in the present case is approximately - 200 mV. It can be seen immediately that the turn-off period or passive time T_OFF_1, T_OFF_2 (time period between voltage-dependent deactivation of the semiconductor switch 110 when the predefinable first one is exceeded
Schwellwerts U_Level bis zu dem darauffolgenden Nulldurchgang der Spannung UL, also Ende der aktuellen Halbwelle HW (Fig. 4B)) von der Frequenz abhängig ist. Bei einem wie vorliegend beispielhaft abgebildet konstant angenommen Wert des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level von - 40 mV erfolgt im Falle der Kurve K“‘ (Frequenz 2 kHz) die spannungsabhängige Deaktivierung zu dem Zeitpunkt t91 und das Ende der Halbwelle zu dem Zeitpunkt t92, mit T_OFF_1 = t92 - 191 , wohingegen im Falle der Kurve K““ (Frequenz 500 Hz) die Threshold value U_Level up to the subsequent zero crossing of the voltage UL, that is to say the end of the current half-wave HW (FIG. 4B)) is dependent on the frequency. In the case of a value of the predefinable first threshold value U_Level of -40 mV, which is assumed to be constant, as shown here by way of example, in the case of the curve K "'(frequency 2 kHz), the voltage-dependent deactivation takes place at time t91 and the end of the half-wave at time t92, with T_OFF_1 = t92 - 191, whereas in the case of curve K ““ (frequency 500 Hz) the
spannungsabhängige Deaktivierung zu dem Zeitpunkt t93 > t91 und das Ende der Halbwelle zu dem Zeitpunkt t94 erfolgt, mit T_OFF_2 = t94 - 193. voltage-dependent deactivation at time t93> t91 and the end of the half-wave at time t94, with T_OFF_2 = t94-193.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ergibt sich für die Passivzeit T_OFF= 1/w * arcsin (U_Level/U_DS,Peak), wobei w eine mit der vorstehend genannten Frequenz f korrespondierende Kreisfrequenz (w = 2*Pi*f, wobei Pi die Kreiszahl ist) angibt, wobei arcsin() die Arcussinusfunktion ist, und wobei U_DS,Peak die Spitzenamplitude der Spannung UL bzw. K“‘, K““ von in Fig. 12 beispielhaft - 200 mV ist. In further preferred embodiments, the passive time is T_OFF = 1 / w * arcsin (U_Level / U_DS, peak), where w is one with the above said frequency f corresponds to the angular frequency (w = 2 * Pi * f, where Pi is the number of circles), where arcsin () is the arc sine function, and where U_DS, Peak is the peak amplitude of the voltage UL or K “', K“ “of 12 is exemplary - 200 mV.
Um diesem Effekt Rechnung zu tragen, ist bei weiteren bevorzugten To take this effect into account, others are preferred
Ausführungsformen vorgeschlagen, alternativ oder - vorteilhaft ergänzend zu - einer Ermittlung bzw. Modifikation bzw. Adaption des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level in Abhängigkeit von der ersten Größe G1 (und damit z.B. von U_DS,Peak) die Ermittlung bzw. Modifikation bzw. Adaption des Embodiments proposed, alternatively or - advantageously in addition to - a determination or modification or adaptation of the predeterminable first threshold value U_Level depending on the first variable G1 (and thus e.g. of U_DS, Peak) the determination or modification or adaptation of the
vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level in Abhängigkeit von der zweiten Größe G2 vorzunehmen, was zusätzlich zu der Berücksichtigung der möglichen unterschiedlichen Ströme L einer Berücksichtigung der möglichen predeterminable first threshold value U_Level as a function of the second variable G2, which, in addition to taking into account the possible different currents L, taking into account the possible ones
unterschiedlichen Frequenzen der Spannung UL entspricht, sodass der vorgebbare erste Schwellwert U_Level dem Prinzip besonders bevorzugter Ausführungsformen folgend in Abhängigkeit beider Effekte ermittelt bzw. corresponds to different frequencies of the voltage UL, so that the predeterminable first threshold value U_Level, based on the principle of particularly preferred embodiments, is determined as a function of both effects or
modifiziert bzw. adaptiert werden kann. can be modified or adapted.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung 120 (Fig. 1) dazu ausgebildet ist, eine dritte Größe G3 zu ermitteln, die eine Dauer ZB der vorgebbaren Halbwelle HW (Fig. 4B) charakterisiert. In Abhängigkeit der dritten Größe G3 kann vorteilhaft z.B. der erste Zeitpunkt t2 ermittelt werden, der einen Übergang von dem ersten Control device 120 (FIG. 1) is designed to determine a third variable G3, which characterizes a duration ZB of the predeterminable half-wave HW (FIG. 4B). Depending on the third variable G3, e.g. the first time t2 can be determined, which is a transition from the first
Zeitbereich T1 zu dem zweiten Zeitbereich T2 (und damit einen Wechsel auf die Spannungssteuerung, insbesondere Freigabe der spannungsabhängigen Deaktivierung bei Überschreiten des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level) charakterisiert. Time range T1 to the second time range T2 (and thus a change to the voltage control, in particular release of the voltage-dependent deactivation when the predefinable first threshold value U_Level) is characterized.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, die dritte Größe G3 zu ermitteln, die die Dauer ZB der vorgebbaren Halbwelle charakterisiert, und in Abhängigkeit der dritten Größe G3 die zweite Größe G2 zu ermitteln, die die Frequenz der Spannung UL charakterisiert. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Control device 120 is designed to determine the third variable G3, which characterizes the duration ZB of the predeterminable half-wave, and as a function of the third variable G3, to determine the second variable G2, which characterizes the frequency of the voltage UL. In further preferred embodiments it is provided that the
Steuereinrichtung 120 sowohl den ersten Zeitpunkt t2 als auch die zweite Größe G2 in Abhängigkeit der dritten Größe G3 ermittelt. Control device 120 determines both the first point in time t2 and the second variable G2 as a function of the third variable G3.
Figur 2C zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. In Schritt 280 ermittelt die FIG. 2C schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a further embodiment. In step 280, the
Steuereinrichtung 120 die dritte Größe G3, z.B. durch Ermittlung bzw. Controller 120 the third size G3, e.g. by investigation or
Zeitmessung der Dauer ZB (Fig. 4B). In Schritt 290 ermittelt die Time measurement of duration ZB (Fig. 4B). In step 290, the
Steuereinrichtung 120 aus der dritten Größe G3 den ersten Zeitpunkt t2 und die zweite Größe G2. Sodann kann (nicht gezeigt) der vorgebbare erste Schwellwert U_Level in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) (ggf. bereits zuvor ermittelt) und der zweiten Größe G2 mittels der Steuereinrichtung 120 ermittelt bzw. modifiziert bzw. adaptiert werden. Control device 120 from the third variable G3 the first time t2 and the second variable G2. The predeterminable first threshold value U_Level can then be determined (not shown) as a function of the first variable (G1) (possibly already determined beforehand) and the second variable G2 by means of the control device 120, or modified or adapted.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann unter Kenntnis der dritten Größe G3, z.B. der Dauer ZB (Fig. 4B), und insbesondere unter der Annahme, dass der zeitliche Verlauf K3 der Spannung UL in der betrachteten (vorliegend beispielhaft negativen) Halbwelle HW einer Sinushalbwelle entspricht, der vorgebbare erste Schwellwert U_Level in Abhängigkeit der folgenden Gleichung ermittelt werden: U_Level = U_DS,Peak * sin(2* w * T_OFF/(2 * T_ON)), In further preferred embodiments, knowing the third size G3, e.g. the duration ZB (FIG. 4B), and in particular on the assumption that the time profile K3 of the voltage UL in the considered (in the present example negative) half-wave HW corresponds to a sine half-wave, the predeterminable first threshold value U_Level is determined as a function of the following equation: U_Level = U_DS, Peak * sin (2 * w * T_OFF / (2 * T_ON)),
[Gleichung 1], wobei U_DS,Peak die Spitzenamplitude der Spannung UL angibt, sin() die Sinusfunktion angibt, wobei T_OFF eine vorgebbare Passivzeit angibt, und wobei T_ON eine vorhergehende Ansteuerzeit (Einschaltdauer des [Equation 1], where U_DS, peak specifies the peak amplitude of the voltage UL, sin () specifies the sine function, T_OFF specifies a predefinable passive time, and T_ON specifies a previous activation time (duty cycle of the
Halbleiterschalters) angibt. Semiconductor switch) indicates.
Figur 10B zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform. In Schritt 650 ermittelt die FIG. 10B schematically shows a simplified flow diagram of a method according to a further embodiment. In step 650, the
Steuereinrichtung 120 die zweite Größe G2, die die Frequenz der periodischen Spannung UL charakterisiert. In Schritt 652 erfolgt eine Ansteuerung des Control device 120 the second variable G2, which characterizes the frequency of the periodic voltage UL. In step 652 the
Halbleiterschalters 110 im Sinne einer Zeitsteuerung, also z.B. entsprechend dem ersten Zeitbereich T1 aus Fig. 4B, insbesondere mit spannungsgesteuertem Aktivieren, vgl. Zeitpunkt t1‘, und daran anschließender zeitgesteuerter weiterer Aktivierung (Belassen in dem aktivierten Zustand) für die Dauer des ersten Zeitbereichs T 1 , also bis zu dem Zeitpunkt t2. In Schritt 654 ermittelt die Semiconductor switch 110 in the sense of a time control, i.e. e.g. corresponding to the first time range T1 from FIG. 4B, in particular with voltage-controlled activation, cf. Time t1 ', and subsequent time-controlled further activation (leaving it in the activated state) for the duration of the first time range T 1, that is to say up to time t2. In step 654, the
Steuereinrichtung 120 die erste Größe G1 , z.B. in Abhängigkeit der Spannung UL, insbesondere der Spitzenamplitude U_DS,Peak der Spannung UL. In Schritt 656 ermittelt Steuereinrichtung 120 in Abhängigkeit der ersten Größe G1 und der zweiten Größe G2 den vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level, beispielsweise in Abhängigkeit der vorstehend genannten [Gleichung 1] Sodann steuert die Steuereinrichtung 120 in Schritt 658 den Halbleiterschalter 110 mit dem zuvor in Schritt 656 ermittelten vorgebbaren ersten Schwellwert U_Level an, Control device 120 the first variable G1, for example depending on the voltage UL, in particular the peak amplitude U_DS, peak of the voltage UL. In step 656, control device 120 determines the predeterminable first threshold value U_Level as a function of the first variable G1 and the second variable G2, for example as a function of the abovementioned [equation 1]. Then, in step 658, the control device 120 controls the semiconductor switch 110 with the predeterminable one determined in step 656 first threshold value U_Level,
insbesondere im Sinne einer spannungsabhängigen Steuerung, vgl. Zeitbereich T2 (Fig. 4B). D.h., bevorzugt innerhalb derselben Halbwelle wird der gerade ermittelte vorgebbare erste Schwellwert U_Level für die Bewertung der especially in the sense of voltage-dependent control, cf. Time domain T2 (Fig. 4B). This means that the predeterminable first threshold value U_Level, which has just been determined, is preferably used for the evaluation of the
Spannung UL verwendet (z.B. durch die genannte Überprüfung, ob die Spannung den gerade ermittelten Schwellwert U_Level überschreitet). Dadurch ergibt sich eine besonders effiziente Schwellwertanpassung des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level, insbesondere auch bei variierendem Strom L und/oder variierender Frequenz der Spannung UL. Voltage UL is used (e.g. by the aforementioned check whether the voltage exceeds the threshold U_Level just determined). This results in a particularly efficient threshold value adaptation of the predeterminable first threshold value U_Level, in particular also when the current L and / or the frequency of the voltage UL vary.
Figur 3 zeigt schematisch ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung 100a gemäß einer weiteren Ausführungsform. Eine Steuerlogik 122, die beispielsweise Teil einer Steuereinrichtung 120a für den Halbleiterschalter 110 ist, stellt Steuersignale S0T, S02‘ bereit, die auf die Schalter S01 , S02 wirken, mittels denen die Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110 auf entsprechende Bezugspotenziale aufladbar ist, wodurch der Halbleiterschalter 110 aktiviert bzw. deaktiviert bzw. teilweise deaktiviert werden kann. Die FIG. 3 schematically shows a simplified circuit diagram of an electronic circuit 100a according to a further embodiment. A control logic 122, which is part of a control device 120a for the semiconductor switch 110, for example, provides control signals S0T, S02 'which act on the switches S01, S02, by means of which the gate electrode G of the semiconductor switch 110 can be charged to corresponding reference potentials, as a result of which the semiconductor switch 110 can be activated or deactivated or partially deactivated. The
Funktionalität der Steuereinrichtung 120a kann beispielsweise vergleichbar zur Funktionalität der vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen Steuereinrichtung 120 sein. The functionality of the control device 120a can, for example, be comparable to the functionality of the control device 120 described above with reference to FIG. 1.
Die Steuereinrichtung 120a ist vorteilhaft zur Ausführung des Verfahrens gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet, insbesondere auch zur Ermittlung der Größen G1 und/oder G2 und/oder G3 und zur Ermittlung des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level in Abhängigkeit der ersten Größe G1 und/oder der zweiten Größe G2, beispielsweise mittels der Steuerlogik 122. The control device 120a is advantageously designed to carry out the method according to the above-described embodiments, in particular also to determine the variables G1 and / or G2 and / or G3 and to determine the predeterminable first threshold value U_Level as a function of the first variable G1 and / or the second Size G2, for example using control logic 122.
Optional kann die Steuereinrichtung 120a bei weiteren bevorzugten Optionally, control device 120a can be used in other preferred ones
Ausführungsformen eine Diode D01 und einen Kondensator C01 aufweisen, die bezüglich des Drain-Anschlusses D und dem ersten Bezugspotenzial BP1 wie aus Figur 3 ersichtlich in Reihe geschaltet sind. Dadurch kann der Kondensator C01 aufgeladen werden, wenn an dem Drain-Anschluss D eine positives Potenzial verglichen mit dem ersten Bezugspotenzial BP1 anliegt (beispielsweise während einer positiven Halbwelle HWO (Fig. 4A) einer an den Drain-Anschluss D angelegten Phasenspannung K1 , K2, K3. Mit anderen Worten kann der Kondensator C01 während einer positiven Halbwelle HWO der Phasenspannung aufgeladen werden. Die in dem Kondensator C01 gespeicherte, arbeitsfähige elektrische Ladung kann sodann vorteilhaft während einer auf die positive Halbwelle HWO folgenden negativen Halbwelle HW der an den Drain-Anschluss D angelegten Phasenspannung unter entsprechender Ansteuerung des Embodiments have a diode D01 and a capacitor C01, which are connected in series with respect to the drain terminal D and the first reference potential BP1, as can be seen in FIG. As a result, the capacitor C01 can be charged if a positive one is present at the drain terminal D. Potential compared to the first reference potential BP1 is present (for example during a positive half-wave HWO (FIG. 4A) a phase voltage K1, K2, K3 applied to the drain terminal D. In other words, the capacitor C01 can be charged during a positive half-wave HWO of the phase voltage The operable electrical charge stored in the capacitor C01 can then advantageously be used during a negative half-wave HW following the positive half-wave HWO of the phase voltage applied to the drain terminal D, with appropriate control of the
Schalters S01 in die Gateelektrode G des Halbleiterschalters 1 10 umgeladen werden, um diesen zu aktivieren (beispielsweise spannungsgesteuert, vergleiche Zeitpunkt t1‘ gemäß Figur 4B). Dadurch kann eine externe elektrische Switch S01 can be reloaded into the gate electrode G of the semiconductor switch 110 in order to activate it (for example voltage-controlled, compare time t1 'according to FIG. 4B). This allows an external electrical
Energieversorgung zur Ansteuerung der Gateelektrode G vorteilhaft entfallen. Energy supply for driving the gate electrode G is advantageously eliminated.
Weiter optional kann die Steuereinrichtung 120a bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine Spannungsstabilisierungsschaltung 124 (z.B. Further optionally, the controller 120a may, in other preferred embodiments, include a voltage stabilization circuit 124 (e.g.
Zenerdiode) aufweisen, die die Ladespannung des Kondensators C01 stabilisiert. Zener diode) which stabilizes the charging voltage of the capacitor C01.
Figur 5 zeigt schematisch ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Schaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in Figur 5 abgebildete Schaltung umfasst eine erste Zeitgeberschaltung (Timer) 1200a, eine zweite Zeitgeberschaltung 1200b sowie eine Verknüpfungslogik 1200c, welche in besonders energieeffizienter Weise die Steuersignale S0T, S02‘ für die FIG. 5 schematically shows a simplified circuit diagram of an electronic circuit according to a further embodiment. The circuit shown in FIG. 5 comprises a first timer circuit (timer) 1200a, a second timer circuit 1200b and a logic circuit 1200c, which control signals S0T, S02 'for the in a particularly energy-efficient manner
Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 gemäß Figur 3 bereitstellt. Die vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 5 beschriebenen Komponenten 1200a, 1200b, 12000c bzw. ihre Funktionalität kann bei weiteren bevorzugten Control of the semiconductor switch 110 according to Figure 3 provides. The components 1200a, 1200b, 12000c described above with reference to FIG. 5 or their functionality can be preferred in the case of further ones
Ausführungsformen vorteilhaft in der Steuerlogik 122 gemäß Figur 3 vorgesehen sein. Die elektrische Versorgung der Steuerlogik 122 kann dabei vorteilhaft ebenfalls aus dem Kondensator C01 erfolgen, so dass eine separate elektrische Energieversorgungseinrichtung für den Betrieb der Steuerlogik entbehrlich ist. Dies gilt bei weiteren Ausführungsformen auch für die weiter unten unter Embodiments can advantageously be provided in the control logic 122 according to FIG. 3. The electrical supply of the control logic 122 can advantageously also come from the capacitor C01, so that a separate electrical energy supply device is unnecessary for the operation of the control logic. In other embodiments, this also applies to those below
Bezugnahme auf Fig. 6 beschriebenen Schaltungskomponenten. Circuit components described with reference to FIG. 6.
Die erste Zeitgeberschaltung 1200a gemäß Fig. 5 weist eine erste Stromquelle 11 auf, über die unter Steuerung mittels des Schalters S1 der Kondensator C1 aufladbar ist, und eine zweite Stromquelle I2, über die unter Steuerung mittels des zweiten Schalters S2 der Kondensator C1 entladbar ist. Bevorzugt sind beide Stromquellen 11 , I2 jeweils als Konstantstromquelle ausgebildet, wobei der Betrag des durch die zweite Stromquelle I2 bereitgestellten Stroms doppelt so groß ist wie der Betrag des durch die erste Stromquelle E1 bereitgestellten Stroms (die Stromrichtung ist zueinander entgegengesetzt, um das vorstehend beschriebene Aufladen bzw. Entladen des Kondensators C1 zu ermöglichen).The first timer circuit 1200a according to FIG. 5 has a first current source 11, via which the capacitor C1 can be charged under control by means of the switch S1, and a second current source I2, via which the capacitor C1 can be discharged under the control of by means of the second switch S2. Are preferred Both current sources 11, I2 are each designed as constant current sources, the amount of the current provided by the second current source I2 being twice as large as the amount of the current provided by the first current source E1 (the current direction is opposite to one another in order to charge or Allow capacitor C1 to discharge).
Für die Spannung an dem Kondensator C1 ergibt sich beispielhaft der in Figur 8 mittels der Kurve K4 angedeutete zeitliche Verlauf. Ersichtlich entspricht ein Ende des Entladevorgangs des Kondensators C1 dem vorgebbaren Zeitpunkt t2, der einen Übergang von dem ersten Zeitbereich T1 (Fig. 4B) zu dem zweiten Zeitbereich T2 charakterisiert, während sich ein Aufladevorgang über die gesamte Dauer ZB einer negativen Halbwelle HW erstreckt, vgl. den Zeitraum t4 bis t6 in Fig. 8. Bei bevorzugten Ausführungsformen korrespondiert somit das Aufladen des Kondensators C1 (Fig. 5) mit einem Ermitteln bzw.„Lernen“ der Dauer ZB vgl. den Zeitraum t4 bis t6 in Fig. 8, die aufgrund einer variablen Drehzahl eines Generators, der die Phasenspannung bereitstellt, entsprechend schwanken kann, und damit einer Ermittlung der dritten Größe G3. Das Entladen des Kondensators C1 mit bezogen auf das Laden doppelter Geschwindigkeit (durch betragsmäßig doppelt so großen Ladestrom, vgl. die Stromquelle I2) bewirkt somit die Festlegung des vorgebbaren Zeitpunkts t2 bzw. t5 (Fig. 8) in der Mitte der Dauer ZB der Halbwelle HW (Fig. 4B). Ferner kann die auf diese Weise ermittelte Größe G3 zur Ermittlung der zweiten Größe G2 und/oder des vorgebbaren ersten Schwellwerts UJevel verwendet werden. For the voltage across the capacitor C1, there is an example of the time profile indicated in FIG. 8 by means of the curve K4. As can be seen, one end of the discharge process of the capacitor C1 corresponds to the predefinable time t2, which characterizes a transition from the first time period T1 (FIG. 4B) to the second time period T2, while a charging process extends over the entire duration ZB of a negative half-wave HW, cf. , the period t4 to t6 in FIG. 8. In preferred embodiments, the charging of the capacitor C1 (FIG. 5) corresponds to a determination or “learning” of the duration ZB, cf. the period t4 to t6 in FIG. 8, which can fluctuate accordingly due to a variable speed of a generator that provides the phase voltage, and thus a determination of the third variable G3. Discharging the capacitor C1 with respect to charging twice the speed (due to the charging current being twice as large, see current source I2) thus causes the predeterminable point in time t2 or t5 (FIG. 8) to be determined in the middle of the duration ZB of the half-wave HW (Fig. 4B). Furthermore, the variable G3 determined in this way can be used to determine the second variable G2 and / or the predeterminable first threshold value UJevel.
Mittels eines Schmitt-Triggers A6 (Fig. 5) und eines nachgeschalteten UND- Glieds A8 wird in Abhängigkeit der Spannung an dem Kondensator C1 und dem Signal A_entladen ein Logiksignal A8‘ erzeugt, das der Verknüpfungslogik 1200c zuführbar ist. Die Schalter S1 , S2 der ersten Zeitgeberschaltung 1200a werden vorliegend beispielhaft in Abhängigkeit der Signale AJaden, A_entladen gesteuert, die wie nachfolgend beschrieben beispielhaft und wiederum sehr energieeffizient mittels der Schaltung gemäß Figur 6 ermittelt werden können. Using a Schmitt trigger A6 (FIG. 5) and a downstream AND gate A8, a logic signal A8 'is generated as a function of the voltage at the capacitor C1 and the signal A_discharge, which can be supplied to the logic logic 1200c. In the present case, the switches S1, S2 of the first timer circuit 1200a are controlled, for example, as a function of the signals AJaden, A_ischaden, which, as described below, can be determined, for example, and again in a very energy-efficient manner, using the circuit in accordance with FIG. 6.
Figur 6 zeigt einen Schmitt-Trigger A1 , dem eingangsseitig ein die FIG. 6 shows a Schmitt trigger A1, the one on the input side
Phasenspannung (vergleiche beispielsweise Bezugszeichen K3 aus Figur 4B) repräsentierendes Signal Phase zugeführt wird, und der hieraus ein binäres Signal Ph_neg erzeugt, welches angibt, wann eine negative Halbwelle HW (Fig. 4B) vorliegt. Mit anderen Worten weist das Signal Ph_neg z.B. dann einen Wert von logisch eins auf, wenn eine negative Halbwelle HW der Phasenspannung vorliegt. Das Signal Phase kann beispielsweise von dem Drainanschluss D (Fig. 3) des Halbleiterschalters 110 abgeleitet werden und entspricht damit auch der Spannung UL, die an der Laststrecke 112 anliegt. Phase voltage (compare, for example, reference symbol K3 from FIG. 4B) is supplied with the signal phase, and from this generates a binary signal Ph_neg, which indicates when a negative half-wave HW (FIG. 4B) is present. In other words, the signal Ph_neg then has a value, for example from logic one to when there is a negative half-wave HW of the phase voltage. The signal phase can be derived, for example, from the drain connection D (FIG. 3) of the semiconductor switch 110 and thus also corresponds to the voltage UL which is present at the load path 112.
Figur 6 zeigt ferner einen Zählerbaustein A2, insbesondere einen Wechselzähler, der beispielsweise mittels eines Flipflops realisierbar ist. Als Taktsignal CLK wird dem Wechselzähler A2 das Signal Ph_neg zugeführt, der in Abhängigkeit hiervon zwei Ausgangssignale count_2, count_2‘ bildet. FIG. 6 also shows a counter module A2, in particular an alternating counter, which can be implemented, for example, by means of a flip-flop. The signal Ph_neg is supplied as the clock signal CLK to the alternating counter A2, which, depending on this, forms two output signals count_2, count_2 '.
In Abhängigkeit der Signale Ph_neg, count_2, count_2‘ werden mittels zweier UND-Glieder A3, A4 die Signale AJaden, A_entladen, BJaden, B_entladen gebildet, wobei die beiden Signale AJaden, A_entladen wie vorstehend beschrieben für den Betrieb der ersten Zeitgeberschaltung 1200a genutzt werden. Depending on the signals Ph_neg, count_2, count_2 ', the signals AJaden, A_ladaden, BJaden, B_entladen are formed by means of two AND gates A3, A4, the two signals AJaden, A_ischaden being used for the operation of the first timer circuit 1200a as described above.
Die zweite Zeitgeberschaltung 1200b weist eine zu der ersten The second timer circuit 1200b has one to the first
Zeitgeberschaltung 1200a vergleichbare Struktur auf und dient zur Erzeugung des Logiksignals A9‘, das, zusammen mit den weiteren Signalen A8‘, Ph_neg mittels der Logikglieder A10, A5 in die zueinander komplementären The timer circuit 1200a has a comparable structure and is used to generate the logic signal A9 ″ which, together with the further signals A8 ″, Ph_neg by means of the logic elements A10, A5 into the complementary ones
Steuersignale S0T, S02‘ transformiert wird für die Ansteuerung der Control signals S0T, S02 'is transformed to control the
Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110. Gate electrode G of the semiconductor switch 110.
Bei bevorzugten Ausführungsformen korrespondiert somit Aufladen des In preferred embodiments, charging corresponds to the
Kondensators C2 der zweiten Zeitgeberschaltung 1200b (Fig. 5) mit einem Ermitteln bzw.„Lernen“ der Dauer ZB (bzw. der dritten Größe G3) in dem Capacitor C2 of the second timer circuit 1200b (FIG. 5) with a determination or “learning” of the duration ZB (or the third variable G3) in the
Zeitraum t1 bis t3 in Fig. 8, und das Entladen des Kondensators C2 mit bezogen auf das Laden (Stromquelle I3) doppelter Geschwindigkeit (durch betragsmäßig doppelt so großen Ladestrom, vgl. die Stromquelle I4) bewirkt somit die Period t1 to t3 in FIG. 8, and the discharging of the capacitor C2 at twice the speed in relation to the charging (current source I3) (due to the charging current being twice as great, cf. the current source I4)
Festlegung des vorgebbaren Zeitpunkts t5 bzw. t2 (Fig. 8) in der Mitte der Dauer ZB der Halbwelle HW (Fig. 4B). Definition of the predeterminable time t5 or t2 (FIG. 8) in the middle of the duration ZB of the half-wave HW (FIG. 4B).
Die vorstehend beschriebenen Zeitgeberschaltungen 1200a, 1200b können auch als Periodendauer-Zeitgeber bzw. PD-Timer bezeichnet werden, weil ein erster PD-Timer während einer ersten betrachteten (negativen) Halbwelle HW der Phasenspannung K3 die Dauer ZB der Halbwelle HW lernt, während der zweite PD-Timer während derselben betrachteten Halbwelle HW zur Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 verwendet wird, und umgekehrt. Bei weiteren The timer circuits 1200a, 1200b described above can also be referred to as period duration timers or PD timers, because a first PD timer learns the duration ZB of the half wave HW during a first (negative) half-wave HW of the phase voltage K3 under consideration, while the second PD timer is used to drive the semiconductor switch 110 during the same half wave HW under consideration, and vice versa. With others
bevorzugten Ausführungsformen sind die Lernzeit (z.B. Zeitpunkt t1 bis t3 bzw. t4 bis t6) und die Ansteuerzeit (z.B. Zeitpunkt t1 bis t2 bzw. t4 bis t5) nicht gleich, sondern die Ansteuerzeit ist generell kürzer als die Lernzeit. Dies ist vorteilhaft, weil von Periode zu Periode der Phasenspannung eine Verkleinerung der Periodenzeit (und damit auch der Dauer ZB einer beispielhaft betrachteten negativen Halbwelle HW) eintreten kann (beispielsweise durch eine preferred embodiments, the learning time (e.g. time t1 to t3 or t4 to t6) and the activation time (e.g. time t1 to t2 or t4 to t5) are not the same, but the activation time is generally shorter than the learning time. This is advantageous because, from period to period of the phase voltage, the period time (and thus also the duration ZB of a negative half-wave HW considered as an example) can decrease (for example by a
Drehzahländerung des Generators), über ein passives Gleichrichtungsfenster vorgehalten werden kann. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen beträgt das zeitliche Verhältnis zwischen Lernzeit und Ansteuerzeit typischerweise zwischen etwa 50 % bis etwa 99 %. Dies gilt auch für alle anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die die Zeitbereiche T1 , T2 betreffen, und nicht (nur) für die unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebene Ausführungsform. Speed change of the generator), can be maintained via a passive rectification window. In further preferred embodiments, the time ratio between the learning time and the activation time is typically between approximately 50% to approximately 99%. This also applies to all the other embodiments described above which relate to the time ranges T1, T2 and not (only) for the embodiment described with reference to FIG. 5.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird die Lernzeit durch die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t3, t1 gemäß Figur 4B festgelegt, während die Ansteuerzeit mittels der Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t2, t1 festgelegt wird. Die Lernzeit entspricht mit anderen Worten bei bevorzugten Ausführungsformen der Summe aus dem ersten Zeitbereich T 1 und dem zweiten Zeitbereich T2, wohingegen die Ansteuerzeit dem ersten Zeitbereich T1 entspricht und insbesondere zur Ermittlung des Zeitpunkts t2 nutzbar ist. In further preferred embodiments, the learning time is determined by the time difference between the times t3, t1 according to FIG. 4B, while the activation time is determined by means of the time difference between the times t2, t1. In other words, in preferred embodiments, the learning time corresponds to the sum of the first time range T 1 and the second time range T2, whereas the activation time corresponds to the first time range T1 and can be used in particular to determine the time t2.
Das Prinzip gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft mit Erreichung des ersten Zeitpunkts t2 (Fig. 4B) die Nutzung eines The principle according to the present embodiments advantageously enables the use of a when the first point in time t2 (FIG. 4B) is reached
spannungsgesteuerten Verfahrens für das Deaktivieren des Halbleiterschalters 110. Insbesondere kann bei bevorzugten Ausführungsformen der voltage-controlled method for deactivating the semiconductor switch 110. In particular, in preferred embodiments the
Halbleiterschalter 110 weiterhin angesteuert werden bzw. aktiviert bleiben, solange die anliegende Phasenspannung unterhalb des vorgebbaren ersten Schwellwerts U_Level liegt. Weiter vorteilhaft kann der vorgebbare erste Semiconductor switches 110 can still be activated or remain activated as long as the applied phase voltage is below the predeterminable first threshold value U_Level. The predeterminable first can also be advantageous
Schwellwert U_Level in Abhängigkeit der Größen G1 und/oder G2 ermittelt bzw. modifiziert bzw. adaptiert werden, so dass insbesondere auch bei Threshold value U_Level as a function of the variables G1 and / or G2 are determined or modified or adapted, so that in particular also
Schwankungen des durch die Laststrecke 112 fließenden Stroms L und/oder der Frequenz der periodischen elektrischen Spannung UL eine sichere Deaktivierung des Halbleiterschalters 110 insbesondere möglichst kurz vor einem auf die betrachtete Halbwelle HW (Fig. 4B) folgenden Nulldurchgang der periodischen elektrischen Spannung gewährleistet ist. Fluctuations in the current L flowing through the load path 112 and / or the frequency of the periodic electrical voltage UL ensure that the semiconductor switch 110 is deactivated safely, in particular as shortly before as possible considered half-wave HW (Fig. 4B) following zero crossing of the periodic electrical voltage is guaranteed.
Figur 7 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsform. Bezugszeichen 300 bezeichnet ein Halbleitersubstrat, auf dem sowohl der Halbleiterschalter 110 und die Steuereinrichtung 120 der Schaltung 100 angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine besonders klein bauende Konfiguration. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 300 mit den Komponenten 110,120 ein so geringes Bauvolumen aufweisen, dass FIG. 7 schematically shows a simplified block diagram according to a further embodiment. Reference numeral 300 denotes a semiconductor substrate on which both the semiconductor switch 110 and the control device 120 of the circuit 100 are arranged. This results in a particularly small configuration. For example, the semiconductor substrate 300 with the components 110, 120 can have such a small construction volume that
konventionelle, passive Gleichrichterdioden in einem entsprechenden Zielsystem (z.B. aktiver Gleichrichter) durch das Halbleitersubstrat 300 mit der conventional, passive rectifier diodes in a corresponding target system (e.g. active rectifier) through the semiconductor substrate 300 with the
elektronischen Schaltung 100 gemäß den Ausführungsformen ersetzt werden können. Dadurch ist vorteilhaft die Möglichkeit einer aktiven Gleichrichtung gegeben, die aufgrund des geringen Durchlasswiderstands der Laststrecke 112 des Halbleiterschalters 110 in seinem aktivierten, also eingeschalteten, Zustand weitaus geringere ohmsche Verluste bedingt als der Betrieb herkömmlicher Gleichrichterdioden. Des Weiteren ermöglicht die auf dem Halbleitersubstrat 300 angeordnete Schaltung 100 eine einfache Konstruktion, einfache Montage, die genannte kleine Baugröße, eine hohe mechanische Robustheit, und Electronic circuit 100 can be replaced according to the embodiments. This advantageously provides the possibility of active rectification, which, due to the low forward resistance of the load path 112 of the semiconductor switch 110 in its activated, that is to say switched on, state, results in much lower ohmic losses than the operation of conventional rectifier diodes. Furthermore, the circuit 100 arranged on the semiconductor substrate 300 enables simple construction, simple assembly, the small size mentioned, high mechanical robustness, and
vergleichsweise geringen Herstellungskosten. comparatively low manufacturing costs.
Die Schaltung 100, 100a gemäß den Ausführungsformen kann vorteilhaft in Form eines elektrischen Zweipols bereitgestellt werden, dessen erster Anschluss beispielsweise die Drainelektrode D (Fig. 1) ist, und dessen zweiter Anschluss beispielsweise ein Masseanschluss (Sourceelektrode S) zum Anschluss an das erste Bezugspotenzial BP1 ist. Bei der optionalen Vorsehung des Kondensators C01 gemäß Figur 3 ist ein sicherer autarker Betrieb der Schaltung 100a auch während negativer Halbwellen HW der an der Laststrecke 112 anliegenden Phasenspannung des Halbleiterschalters 110 gewährleistet. Besonders bevorzugt kann bei weiteren Ausführungsformen die Kapazität des Kondensators C01 vergleichsweise gering gewählt werden, beispielsweise etwa im Bereich einer Kapazität der Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110 oder The circuit 100, 100a according to the embodiments can advantageously be provided in the form of an electrical dipole, the first connection of which is, for example, the drain electrode D (FIG. 1) and the second connection of which is, for example, a ground connection (source electrode S) for connection to the first reference potential BP1 is. With the optional provision of the capacitor C01 according to FIG. 3, a safe autonomous operation of the circuit 100a is ensured even during negative half-waves HW of the phase voltage of the semiconductor switch 110 applied to the load path 112. In further embodiments, the capacitance of the capacitor C01 can particularly preferably be chosen to be comparatively low, for example in the region of a capacitance of the gate electrode G of the semiconductor switch 110 or
beispielsweise im Bereich von etwa 40 % bis etwa 150 % der Kapazität der Gateelektrode G des Halbleiterschalters 110. Untersuchungen der Anmelderin zufolge ist diese Kapazität ausreichend für eine sichere und vollständige for example in the range from about 40% to about 150% of the capacity of the gate electrode G of the semiconductor switch 110. According to studies by the applicant, this capacity is sufficient for a safe and complete
Ansteuerung des Halbleiterschalters 110 während einer (z.B. negativen) Halbwelle HW der Phasenspannung (einschließlich z.B. des Betriebs der Schaltungskomponenten nach Fig. 5, 6). Für eine neuerliche Ansteuerung im Rahmen einer nachfolgenden weiteren (z.B. negativen) Halbwelle der Activation of the semiconductor switch 110 during a (eg negative) Half-wave HW of the phase voltage (including, for example, the operation of the circuit components according to FIGS. 5, 6). For a new activation in the context of a subsequent further (eg negative) half-wave of
Phasenspannung kann der Kondensator C01 durch eine entsprechende positive Halbwelle HWO (Fig. 4A) geladen werden, die auf die erste Halbwelle HW folgt, und so fort. Phase voltage, capacitor C01 can be charged by a corresponding positive half-wave HWO (FIG. 4A) following the first half-wave HW, and so on.
Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist auch denkbar, mehrere In further advantageous embodiments, several are also conceivable
Halbleiterschalter 110 und ihre zugeordneten Steuereinrichtungen 120 auf demselben Halbleitersubstrat 300, vergleiche Figur 7, zu integrieren. Integrate semiconductor switch 110 and their assigned control devices 120 on the same semiconductor substrate 300, see FIG. 7.
Beispielsweise können zwei gleichartige oder verschiedenartige For example, two may be the same or different
Halbleiterschalter 110 mit jeweils zugeordneter Steuereinrichtung 120 auf einem (selben) Halbleitersubstrat 300 integriert werden, wobei der erste integrierte Halbleiterschalter 110 einen sogenannten High-Side-Schalter bilden kann, und wobei der zweite integrierte Halbleiterschalter 110 einen sogenannten Low-Side- Schalter bilden kann. Semiconductor switches 110, each with an associated control device 120, can be integrated on a (same) semiconductor substrate 300, the first integrated semiconductor switch 110 being able to form a so-called high-side switch, and the second integrated semiconductor switch 110 being able to form a so-called low-side switch.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine aktive Further preferred embodiments relate to an active one
Gleichrichterschaltung 500 mit wenigstens einer Schaltung 100, 100a gemäß den Ausführungsformen. Figur 9 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild hierzu. Rectifier circuit 500 with at least one circuit 100, 100a according to the embodiments. FIG. 9 schematically shows a simplified block diagram for this.
Abgebildet ist ein Generator 400, z.B. ein Generator für ein Kraftfahrzeug, mit drei phasenbildenden Wicklungssträngen 402, 404, 406, die in Dreieckstopologie verschaltet sind. Die Gesamtheit aller Wicklungsstränge 402, 404, 406 bildet z.B. eine Ständerwicklung des Generators 400. Eine in an sich bekannter Weise mit einem Erregerstrom IEGG beaufschlagbare Erregerwicklung 408 ist dem Rotor (nicht gezeigt) des Generators 400 zugeordnet. Bei Rotation des Rotors und damit der Erregerwicklung 408 relativ zu der Ständerwicklung des Generators 400 wird in den phasenbildenden Wicklungssträngen 402, 404, 406 jeweils eine entsprechende Phasenspannung induziert, die über die Schaltungsknotenpunkte 410, 411 , 412 der aktiven Gleichrichterschaltung 500 zuführbar ist, vgl. auch das Bezugszeichen 413. A generator 400 is shown, for example a generator for a motor vehicle, with three phase-forming winding phases 402, 404, 406, which are connected in a triangular topology. The entirety of all winding phases 402, 404, 406 forms, for example, a stator winding of the generator 400. An excitation winding 408, which can be acted upon with an excitation current I EGG in a manner known per se, is assigned to the rotor (not shown) of the generator 400. When the rotor and thus the excitation winding 408 rotate relative to the stator winding of the generator 400, a corresponding phase voltage is induced in the phase-forming winding phases 402, 404, 406, which can be supplied to the active rectifier circuit 500 via the circuit nodes 410, 411, 412, cf. also reference number 413.
Die aktive Gleichrichterschaltung 500 weist eine erste Serienschaltung 421 aus zwei elektronischen Schaltungen 100b_1 , 100b_2 auf, die jeweils z.B. die Konfiguration 100 bzw. 100a gemäß den Fig. 1 bis 8 aufweisen, und die jeweils wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 beschrieben als aktive Gleichrichter arbeiten. Die erste Serienschaltung 421 ist einer ersten Phase des Generators 400 zugeordnet, vgl. auch den Schaltungsknotenpunkt 410. Eine zweite Serienschaltung 422 aus vergleichbaren Zweipolen 100b_3, 100b_4 (jeweils ähnlich bzw. identisch zu der Konfiguration 100 bzw. 100a) ist in vergleichbarer Weise der zweiten Phase des Generators 400 zugeordnet, vgl. auch den Schaltungsknotenpunkt 411. Eine dritte Serienschaltung 423 aus vergleichbaren Zweipolen 100b_5, 100b_6 (jeweils ähnlich bzw. identisch zu der Konfiguration 100 bzw. 100a) ist in vergleichbarer Weise der dritten Phase des Generators 400 zugeordnet. An den Klemmen 502, 504 liegt dementsprechend eine durch die Gleichrichterschaltung 500 aktiv gleichgerichtete The active rectifier circuit 500 has a first series circuit 421 composed of two electronic circuits 100b_1, 100b_2, each of which, for example 1 to 8, and each operate as an active rectifier as described above with reference to FIGS. 1 to 8. The first series circuit 421 is assigned to a first phase of the generator 400, cf. also the circuit node 410. A second series circuit 422 consisting of comparable two-terminal poles 100b_3, 100b_4 (each similar or identical to the configuration 100 or 100a) is assigned in a comparable manner to the second phase of the generator 400, cf. also the circuit node 411. A third series circuit 423 composed of comparable two-terminal poles 100b_5, 100b_6 (each similar or identical to the configuration 100 or 100a) is assigned in a comparable manner to the third phase of the generator 400. Accordingly, there is an actively rectified by the rectifier circuit 500 at the terminals 502, 504
Ausgangsspannung UA an. Output voltage UA on.
Bei weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen kann die Schaltung 100, 100a, 100b_1 , .., 100b_6 gemäß den Ausführungsformen vorteilhaft anstelle herkömmlicher passiver Dioden, beispielsweise Einpressdioden, zur In further particularly preferred embodiments, the circuit 100, 100a, 100b_1, .., 100b_6 according to the embodiments can advantageously be used instead of conventional passive diodes, for example press-in diodes
Bereitstellung einer aktiven Gleichrichterschaltung 500 verwendet werden. Provision of an active rectifier circuit 500 can be used.
Besonders vorteilhaft ist aufgrund der vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsformen keine separate Ansteuerlogik erforderlich, weil jeder Schaltung 100, 100a gemäß den Ausführungsformen eine eigene Steuereinrichtung 120 zugeordnet ist, die besonders vorteilhaft auf demselben Substrat wie der zugeordneter Halbleiterschalter 110 der Schaltung 100, 100a angeordnet werden kann. Due to the embodiments described above with reference to FIGS. 1 to 8, no separate control logic is particularly advantageous because each circuit 100, 100a according to the embodiments is assigned its own control device 120, which is particularly advantageous on the same substrate as the associated semiconductor switch 110 of the circuit 100, 100a can be arranged.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen zum Betreiben einer aktiven Further preferred embodiments relate to a use of the method according to the embodiments for operating an active one
Gleichrichterschaltung 500, wobei die aktive Gleichrichterschaltung 500 insbesondere wenigstens eine Schaltung 100, 100a, 100b_1 , .., 100b_6 gemäß den Ausführungsformen aufweist. Rectifier circuit 500, the active rectifier circuit 500 in particular having at least one circuit 100, 100a, 100b_1, .., 100b_6 according to the embodiments.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann besonders vorteilhaft zur Bereitstellung aktiver Gleichrichterschaltungen in Form eines Zweipols 100, 100a bzw. von mehrphasigen Gleichrichterschaltungen 500 genutzt werden. Ganz besonders vorteilhaft können damit aktive Gleichrichterschaltungen für The principle according to the embodiments can be used particularly advantageously to provide active rectifier circuits in the form of a two-pole 100, 100a or multi-phase rectifier circuits 500. Active rectifier circuits for
Generatoren, insbesondere Drehstromgeneratoren (ein- oder mehrphasig), beispielsweise von Kraftfahrzeugen bereitgestellt werden. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann überdies auch zur Gleichrichtung von elektrischen Spannungen beliebiger Wechselstromquellen wie beispielsweise Generators, in particular three-phase generators (single or multi-phase), be provided by motor vehicles, for example. The principle according to the embodiments can also be used to rectify electrical voltages of any AC sources such as
Transformatoren und dergleichen genutzt werden. Auch hier ergeben sich vergleichbare Vorteile. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ermöglicht einen sehr effizienten Betrieb des Halbleiterschalters, indem u.a. eine möglichst konstante Abschaltdauer T_OFF, insbesondere unabhängig von Schwankungen des Stroms L und/oder der Frequenz der Spannung UL sichergestellt wird. Transformers and the like can be used. Here too there are comparable advantages. The principle according to the embodiments enables a very efficient operation of the semiconductor switch by, among other things, a switch-off duration T_OFF that is as constant as possible, in particular regardless of fluctuations in the current L and / or the frequency of the voltage UL, is ensured.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann zudem vorteilhaft als aktiver Zweipol 100, 100a für alle Schaltungen, insbesondere leistungselektronische Schaltungen, genutzt werden, die eine Freilaufdiode benötigen, beispielsweise für Pulswechselrichter, die beispielsweise mit IGBTs (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) ausgestattet sind. Hierbei kann die elektronische Schaltung 100, 100a demnach als aktive Diode im Sinne einer Freilaufdiode für den bzw. die IGBTs verwendet werden. The principle according to the embodiments can also advantageously be used as an active two-pole 100, 100a for all circuits, in particular power electronics circuits, which require a free-wheeling diode, for example for pulse inverters, which are equipped, for example, with IGBTs (bipolar transistors with insulated gate electrodes). In this case, the electronic circuit 100, 100a can accordingly be used as an active diode in the sense of a freewheeling diode for the IGBT (s).
Figur 13 zeigt schematisch Betriebsgrößen weiterer Ausführungsformen, bei denen die Erzielung einer gewünschten Abschaltdauer T_OFF alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mittels einer Änderung der Umsetzung der PD-Timer 1200a, 1200b (Fig. 5) realisierbar ist. Abgebildet ist ein zeitlicher Verlauf KT einer Phasenspannung ähnlich zu Verlauf K1 gemäß Fig. 4A, wie er an der Laststrecke 112 (Fig. 1) des Halbleiterschalters 110 als Spannung UL anliegen kann. Die Kurven K4‘, K5‘ entsprechen i.w. dem zeitlichen Verlauf K4, K5 aus Fig. 8, also dem Verlauf der Spannungen an den Kondensatoren C1 , C2 der PD_Timer 1200a, 1200b (Fig. 5). Zur Erzielung einer gewünschten Abschaltdauer T_OFF kann bei weiteren Ausführungsformen alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Entladegeschwindigkeit der Kondensatoren C1 und/oder C2 von den Werten w (Kreisfrequenz, auch charakterisierbar durch die dritte Größe G3) und/oder U_D,Peak (Spitzenamplitude der Spannung UL) abhängig gemacht werden. Dies ist in Fig. 13 durch die variable Steigung der„fallenden Flanke“ F1 in dem Bereich B1 der Kurve K4‘ angedeutet, s. auch den Doppelpfeil a1. Bei bevorzugten Ausführungsformen kann dies beispielsweise durch zumindest zeitweises Zuschalten wenigstens einer weiteren Konstantstromquelle (nicht gezeigt) zusätzlich z.B. zu der Konstantstromquelle I2 in dem der fallenden Flanke F1 entsprechenden Zeitbereich T3 erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann bei weiteren Ausführungsformen auch ein Teil der Ladung des betreffenden Kondensators C1 , C2, gleichsam als , Offset', entladen werden, vgl. den Bereich B2 der Kurve K5‘ (für Kondensator C2), und die Entladung und Ladung kann mit der gleichen Rampe bzw. Steigung, also mittels derselben FIG. 13 shows schematically operating variables of further embodiments in which the desired switch-off duration T_OFF can be achieved alternatively or in addition to the above-described embodiments by changing the implementation of the PD timers 1200a, 1200b (FIG. 5). A time curve KT of a phase voltage is shown, similar to curve K1 according to FIG. 4A, as it can be applied to the load path 112 (FIG. 1) of the semiconductor switch 110 as voltage UL. The curves K4 ', K5' generally correspond to the time profile K4, K5 from FIG. 8, that is to say the profile of the voltages at the capacitors C1, C2 of the PD_Timer 1200a, 1200b (FIG. 5). In order to achieve a desired switch-off time T_OFF, in alternative embodiments or in addition to the above-described embodiments, a discharge rate of the capacitors C1 and / or C2 can vary from the values w (angular frequency, also characterized by the third variable G3) and / or U_D, peak (peak amplitude the voltage UL). This is indicated in FIG. 13 by the variable slope of the “falling edge” F1 in the area B1 of the curve K4 ', see FIG. also the double arrow a1. In preferred embodiments, this can be done, for example, by at least temporarily switching on at least one further constant current source (not shown) in addition to, for example, the constant current source I2 in that of the falling one Edge F1 corresponding to time period T3. As an alternative or in addition, in further embodiments a part of the charge of the capacitor C1, C2 in question can also be discharged, as it were as an "offset", cf. the area B2 of the curve K5 '(for capacitor C2), and the discharge and charge can be carried out with the same ramp or slope, that is to say by means of the same
Konstantstromquelle(n) I3, I4 wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben erfolgen.  Constant current source (s) I3, I4 as described above with reference to FIG. 5.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektronische Schaltung (100; 100a) mit einem steuerbaren Schalter (110), insbesondere Halbleiterschalter (110), und einer Steuereinrichtung (120) zur Ansteuerung des Halbleiterschalters (110), wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter (110) in einem ersten Zeitbereich (T1) einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle (HW) einer an eine Laststrecke (112) des Halbleiterschalters (110) anlegbaren periodischen elektrischen Spannung (UL; K1 , K2, K3) ZU 1. Electronic circuit (100; 100a) with a controllable switch (110), in particular a semiconductor switch (110), and a control device (120) for controlling the semiconductor switch (110), the control device (120) being designed to switch the semiconductor switch ( 110) CLOSE in a first time range (T1) of a predeterminable, preferably negative, half-wave (HW) of a periodic electrical voltage (UL; K1, K2, K3) that can be applied to a load path (112) of the semiconductor switch (110)
aktivieren und den Halbleiterschalter (110) in einem auf den ersten  activate and the semiconductor switch (110) in one at first
Zeitbereich (T1) folgenden zweiten Zeitbereich (T2) dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke (112) anliegende Spannung (UL; K1 , K2, K3) einen vorgebbaren ersten Schwellwert (U_Level) überschreitet, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, eine erste Größe (G1) zu ermitteln (200), die einen während der vorgebbaren Halbwelle (HW) durch die Laststrecke (112) fließenden Strom (L) charakterisiert, und/oder eine zweite Größe (G2) zu ermitteln (200), die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung (UL; K1 , K2, K3) charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, den vorgebbaren ersten Schwellwert (U_Level) in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) und/oder der zweiten Größe (G2) zu ermitteln (210).  Time range (T1) to deactivate the following second time range (T2) when the voltage (UL; K1, K2, K3) applied to the load path (112) exceeds a predefinable first threshold value (U_Level), the control device (120) being designed for this purpose is to determine (200) a first variable (G1) which characterizes a current (L) flowing through the load path (112) during the predeterminable half-wave (HW), and / or to determine (200) a second variable (G2) , which characterizes a frequency of the periodic electrical voltage (UL; K1, K2, K3), and wherein the control device (120) is designed to determine the predefinable first threshold value (U_Level) as a function of the first variable (G1) and / or the second Size (G2) to be determined (210).
2. Schaltung (100; 100a) nach Anspruch 1 , wobei die erste Größe (G1) einen maximalen Betrag des während der vorgebbaren Halbwelle (HW) durch die Laststrecke (112) fließenden Stroms charakterisiert. 2. Circuit (100; 100a) according to claim 1, wherein the first variable (G1) characterizes a maximum amount of the current flowing through the load path (112) during the predeterminable half-wave (HW).
3. Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die erste Größe (G1) und die zweite Größe (G2) zu ermitteln und den ersten Schwellwert 3. Circuit (100; 100a) according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (120) is designed to determine the first variable (G1) and the second variable (G2) and the first threshold value
(U_Level) in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) und der zweiten Größe (G2) zu ermitteln. (U_Level) depending on the first variable (G1) and the second variable (G2).
4. Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die erste Größe (G1) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (UL; K1 , K2, K3) zu ermitteln, wobei insbesondere die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, die erste Größe (G1) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (UL; K1 , K2, K3) und wenigstens einer 4. Circuit (100; 100a) according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (120) is designed to determine the first variable (G1) as a function of the voltage (UL; K1, K2, K3) applied to the load path (112) ), the control device (120) in particular being designed to determine the first variable (G1) as a function of the voltage (UL; K1, K2, K3) applied to the load path (112) and at least one
Kenngröße des Halbleiterschalters (110), insbesondere in Abhängigkeit eines Einschaltwiderstands des Halbleiterschalters (110), zu ermitteln.  Determine the characteristic of the semiconductor switch (110), in particular as a function of a switch-on resistance of the semiconductor switch (110).
5. Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, in dem ersten Zeitbereich (T1) den Halbleiterschalter (110) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (UL; K1 , K2, K3) ZU aktivieren (250), und insbesondere eine von der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (UL; K1 , K2, K3) abhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters (110) erst in einem auf den ersten Zeitbereich (T1) folgenden zweiten Zeitbereich (T2) freizugeben (260). 5. Circuit (100; 100a) according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (120) is designed to, in the first time range (T1), the semiconductor switch (110) as a function of the voltage (UL) applied to the load path (112) ; K1, K2, K3) CLOSE (250), and in particular a deactivation of the semiconductor switch (110) dependent on the voltage (UL; K1, K2, K3) present only in the first time range ( T1) to release (260) the following second time range (T2).
6. Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, eine dritte Größe (G3) zu ermitteln, die eine Dauer (ZB) der vorgebbaren Halbwelle (HW) charakterisiert, und in Abhängigkeit der dritten Größe (G3) a) einen ersten Zeitpunkt (t2) zu ermitteln, der einen Übergang von dem ersten Zeitbereich (T1) zu dem zweiten Zeitbereich (T2) charakterisiert und/oder b) die zweite Größe (G2) zu ermitteln. 6. Circuit (100; 100a) according to at least one of the preceding claims, wherein the control device (120) is designed to determine a third variable (G3) which characterizes a duration (ZB) of the predeterminable half-wave (HW), and in Depending on the third variable (G3) a) to determine a first point in time (t2) which characterizes a transition from the first time range (T1) to the second time range (T2) and / or b) to determine the second variable (G2).
7. Schaltung (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterschalter (110) und die Steuereinrichtung (120) auf demselben Halbleitersubstrat (300) angeordnet sind. 7. Circuit (100; 100a) according to at least one of the preceding claims, wherein the semiconductor switch (110) and the control device (120) are arranged on the same semiconductor substrate (300).
8. Aktive Gleichrichterschaltung (500) mit wenigstens einer Schaltung (100; 8. Active rectifier circuit (500) with at least one circuit (100;
100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche.  100a) according to at least one of the preceding claims.
9. Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Schaltung (100; 100a) mit einem steuerbaren Schalter (110), insbesondere Halbleiterschalter (110), und einer Steuereinrichtung (120) zur Ansteuerung des Halbleiterschalters (110), wobei die Steuereinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, den Halbleiterschalter (110) in einem ersten Zeitbereich (T1) einer vorgebbaren, vorzugsweise negativen, Halbwelle (HW) einer an eine Laststrecke (112) des Halbleiterschalters (110) anlegbaren periodischen elektrischen 9. A method for operating an electronic circuit (100; 100a) with a controllable switch (110), in particular semiconductor switch (110), and a control device (120) for controlling the semiconductor switch (110), the control device (120) being designed for this purpose , the Semiconductor switch (110) in a first time range (T1) of a predeterminable, preferably negative, half-wave (HW) of a periodic electrical period that can be applied to a load path (112) of the semiconductor switch (110)
Spannung (UL; K1 , K2, K3) ZU aktivieren und den Halbleiterschalter (110) in einem auf den ersten Zeitbereich (T1) folgenden zweiten Zeitbereich (T2) dann zu deaktivieren, wenn die an der Laststrecke (112) anliegende  Activate voltage (UL; K1, K2, K3) CLOSE and then deactivate the semiconductor switch (110) in a second time period (T2) following the first time period (T1) when the one present on the load path (112)
Spannung (UL; K1 , K2, K3) einen vorgebbaren ersten Schwellwert (U_Level) überschreitet, wobei die Steuereinrichtung (120) eine erste Größe (G1) ermittelt (200), die einen während der vorgebbaren Halbwelle (HW) durch die Laststrecke (112) fließenden Strom (L) charakterisiert, und/oder eine zweite Größe (G2) ermittelt (200), die eine Frequenz der periodischen elektrischen Spannung (UL; K1 , K2, K3) charakterisiert, und wobei die Steuereinrichtung (120) den vorgebbaren ersten Schwellwert (U_Level) in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) und/oder der zweiten Größe (G2) ermittelt (210).  Voltage (UL; K1, K2, K3) exceeds a predeterminable first threshold value (U_Level), the control device (120) determining (200) a first variable (G1) which prevents the load path (112 ) flowing current (L) characterized, and / or a second variable (G2) determined (200), which characterizes a frequency of the periodic electrical voltage (UL; K1, K2, K3), and wherein the control device (120) the predeterminable first Threshold value (U_Level) determined as a function of the first variable (G1) and / or the second variable (G2) (210).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (120) die erste Größe (G1) und die zweite Größe (G2) ermittelt und den ersten Schwellwert (U_Level) in Abhängigkeit der ersten Größe (G1) und der zweiten Größe (G2) ermittelt. 10. The method according to claim 9, wherein the control device (120) determines the first variable (G1) and the second variable (G2) and determines the first threshold value (U_Level) as a function of the first variable (G1) and the second variable (G2) ,
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die 11. The method according to at least one of claims 9 to 10, wherein the
Steuereinrichtung (120) die erste Größe (G1) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (UL; K1 , K2, K3) ermittelt, wobei insbesondere die Steuereinrichtung (120) die erste Größe (G1) in  Control device (120) determines the first variable (G1) as a function of the voltage (UL; K1, K2, K3) applied to the load path (112), wherein in particular the control device (120) determines the first variable (G1) in
Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (UL; K1 , K2, K3) und wenigstens einer Kenngröße des Halbleiterschalters (110), insbesondere in Abhängigkeit eines Einschaltwiderstands des  Dependency of the voltage (UL; K1, K2, K3) applied to the load path (112) and at least one parameter of the semiconductor switch (110), in particular depending on a switch-on resistance of the
Halbleiterschalters (110), ermittelt.  Semiconductor switch (110) determined.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei die 12. The method according to at least one of claims 9 to 11, wherein the
Steuereinrichtung (120) in dem ersten Zeitbereich (T1) den Halbleiterschalter (110) in Abhängigkeit der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (UL; K1 , K2, K3) aktiviert, und insbesondere eine von der an der Laststrecke (112) anliegenden Spannung (UL; K1 , K2, K3) abhängige Deaktivierung des Halbleiterschalters (110) erst in einem auf den ersten Zeitbereich (T1) folgenden zweiten Zeitbereich (T2) freigibt.  Control device (120) in the first time range (T1) activates the semiconductor switch (110) as a function of the voltage (UL; K1, K2, K3) applied to the load path (112), and in particular one of those applied to the load path (112) Voltage (UL; K1, K2, K3) dependent deactivation of the semiconductor switch (110) only in a second time period (T2) following the first time period (T1).
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