WO2002021673A1

WO2002021673A1 - Vorrichtung zur gewinnung sekundärer elektrischer energie aus einer primären elektrischen energiequelle und deren anwendung

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Publication number: WO2002021673A1
Application number: PCT/DE2001/003279
Authority: WO
Inventors: Peter TÜRKES; Torsten Franke
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2002-03-14
Also published as: DE10043480A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (2) zur Gewinnung sekundärer elektrischer Energie (E2) aus einer primären elektrischen Energiequelle (1), die eine zeitlich sich ändernde elektrische Spannung (U1) bereitstellt, beschrieben, bei der ein kapazitiver Spannungsteiler (20) eine zur zeitlichen Änderung der Spannung (U1) proportionale Ladung induziert, die durch eine Stromführungsschaltung (21)' auf eine Kondensatoreinrichtung (22') gesaugt wird, welche an ausgangsseitigen Anschlüssen (23', 23') der Vorrichtung (2) die sekundäre Energie (E2) bereitstellt. Die Vorrichtung ist vorteilhaft zur Gewinnung einer Steuerungsenergie für eine Steuerungseinrichtung eines steuerbaren elektronischen Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements verwendbar.

Description

Beschreibung

Vorrichtung zur Gewinnung sekundärer elektrischer Energie aus einer primären elektrischen Energiequelle und deren Anwendung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung sekundärer elektrischer Energie aus einer primären elektrischen Energiequelle, die eine zeitlich sich ändernde elektrische Spannung bereitstellt, und eine Anwendung dieser Vorrichtung.

Ein Beispiel einer Vorrichtung der genannten Art ist ein an ein Netzteil oder eine Stromversorgungsschaltung, das bzw. die an eine primäre elektrische Energiequelle in Form eines Wechselstromversorgungsnetzes anzuschließen ist und einen e- lektrisch induktiven Transformator aufweist. Der Transformator weist auf seiner Primärseite zwei eingangsseitige Anschlüsse und auf seiner Sekundärseite zwei ausgangsseitige Anschlüsse auf. Zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse ist die periodisch zeitlich sich ändernde Wechselspannung des Netzes anzulegen. An den ausgangsseitigen Anschlüssen steht die sekundäre elektrische Energie ebenfalls als Wechselstrom zur Verfügung. Dieser letztgenannte Wechselstrom kann in einer an die ausgangsseitigen Anschlüsse des Transformators angeschlossenen Gleichrichterschaltung in einen Gleichstrom u - gewandelt werden, beispielsweise in einen pulsierenden

Gleichstrom oder in einen mit Hilfe eines Kondensators geglätteten Gleichstrom. Je nach Art des Transformators kann die Spannung der sekundären elektrischen Energie höher oder niedriger als die Spannung der primären Energiequelle trans- formiert sein.

Ein anderes Beispiel einer Vorrichtung der genannten Art ist eine aus der Hochspannungstechnik bekannte kapazitive elektrische Spannungsvielfacherschaltung, die aus einer an einer primären elektrischen Energiequelle zur Verfügung stehenden

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- wobei die Kondensatoreinrichtung der Energiespeicherschaltung zwischen die beiden ausgangsseitigen Anschlüsse der Stromführungsschaltung geschaltet ist,

- wobei die Stromführungsschaltung derart ausgebildet ist, dass die Kondensatoreinrichtung der Energiespeicherschaltung aus dem kapazitiven Spannungsteiler durch die Stromführungsschaltung nur elektrisch geladen, nicht aber ent- laden wird, und

- wobei die geladene Kondensatoreinrichtung der Energiespeicherschaltung eine sekundäre elektrische Energiequelle bildet, welche die sekundäre elektrischen Energie an den ausgangsseitigen Anschlüssen der Stromführungs- Schaltung bereitstellt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein induktiver Transformator konsequent vermieden, wodurch vorteilhafterweise ein beträchtliches Volumenreduktionspotential, die Eli- minierung magnetischer Störfelder sowie eine aktive Span- nungseinstellung dieser Vorrichtung zur Erhöhung der Effizienz eröffnet ist.

Beispielsweise nimmt ein induktiver Transformator abhängig von der Leistungsklasse der Vorrichtung der eingangs genannten Art ein beträchtliches Volumen ein. Für eine definierte Leistung ist das Volumen nur durch Erhöhung der Frequenz des diesen Transformator speisenden Stromes zu reduzieren. Zudem stellen die magnetischen Wechselfelder, die vom Transformator ausgehen, eine starke Störquelle für umliegende elektronische Bauelemente sowie eine Geräteumgebung dar. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorteilhafterweise der induktive Transformator zur Reduktion des Bauvolumens von Störeinflüssen aus einer primären Energiequelle, bei Beibehaltung einer sicheren potenzialmäßigen Trennung von der primären Energiequelle, eliminiert. Bei induktiven Transformatoren wird bislang eine Minimierung des magnetischen Streufeldeinflusses o co M to P> P¹

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dären Energie, wobei diese Spannung stufenlos einstellbar ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass lediglich die Kapazität die oder jeder Kondensatoreinrichtungen des kapazitiven Spannungsteilers, die in Serie zur Stromführungsschaltung geschaltet ist, entsprechend der Spannung der primären Energiequelle zu bemessen sind.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den Ansprüchen 2 bis 17 hervor.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gemäß Anspruch 18 deren Anwendung zur Gewinnung einer Steuerungsenergie für eine Steuerungseinrichtung eines steuerbaren elektronischen Bauelements, das eine Anode und Kathode zum Anlegen einer zeitlich sich ändernden elektrischen Spannung einer elektrischen Energiequelle zur Versorgung des Bauelements mit elektrischer Energie aufweist, wobei ein eingangsseitiger Anschluss der Vorrichtung mit der Anode des Bauelements verbunden ist, der andere eingangsseitige An- schluss der Vorrichtung mit der Kathode des Bauelements verbunden ist, ein ausgangsseitiger Anschluss der Vorrichtung mit einem elektrischen Steuerungsanschluss der Steuerungseinrichtung zum Zuführen der elektrischen Steuerungsenergie verbunden ist, und der andere ausgangsseitige Anschluss der Vor- richtung mit der Kathode oder der Anode des Bauelements verbunden ist.

Ein Beispiel eines erwähnten steuerbaren elektronischen Bauelements ist ein leistungselektronisches MOS-Bauelement in z.B. einem Chopper oder Umrichter, das zum Betrieb eine

Hilfsquelle zur Entnahme der Steuerungsenergie für die Steuerungseinrichtung dieses Bauelements benötigt. Im allgemeinen wird dafür eine Schaltungskonfiguration aus Netztransformator mit Gleichrichter und Glättkondensator verwendet. Bei Betrieb auf hohem oder floatendem Potenzial ergeben sich dadurch hohe Anforderungen an die sichere elektrische Trennung zwischen o o M > P> P¹ cπ o Cπ o Cπ o CJ1 φ ex er Q e σ Cd i-i cn i-i φ ET CΛ - > a rt a a H rt α rt S! l-i cn φ d= X H cn a ex

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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein erstes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das eine Einweg-Stromführungsschaltung aufweist, das potenzialmäßig vollständig von der primären Energiequelle getrennt ist, und bei dem die zur Stromführungsschaltung parallel geschaltete Kondensa- toreinrichtung des kapazitiven Spannungsteilers zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse der Stromführungsschaltung geschaltet ist,

Figur 2 ein zweites Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrich- tung, das sich vom Beispiel nach Figur 1 nur darin unterscheidet, dass die zur Einweg- Stromführungsschaltung parallel geschaltete Kondensatoreinrichtung des kapazitiven Spannungsteilers zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse der Einweg- Stromführungsschaltung geschaltet ist und zugleich die Kondensatoreinrichtung der Energiespeicherschaltung bildet,

Figur 3 ein drittes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrich- tung, das sich vom Beispiel nach Figur 2 nur darin unterscheidet, dass die Vorrichtung potenzialmäßig nicht vollständig von der primären Energiequelle getrennt ist,

Figur 4 ein viertes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich vom Beispiel nach Figur 1 nur darin unterscheidet, dass die Stro führungsSchaltung eine Brücken-StrorαführungsSchaltung ist,

Figur 5 ein fünftes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich vom Beispiel nach Figur 2 nur darin unterscheidet, dass die Stromführungsschaltung eine Brücken-Stromführungsschaltung und keine Einwegstrom- führungsSchaltung ist

Figur 6 ein sechstes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrich- tung, das sich vom Beispiel nach Figur 5 nur darin unterscheidet, dass die Brücken- Stromführungsschaltung potenzialmäßig nicht vollständig von der primären Energiequelle getrennt ist,

Figur 7 ein siebtes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich vom Beispiel nach Figur 3 nur darin unterscheidet, dass nicht wie bei letzterem eine Zehnerdiode zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse der Einweg-Stromführungsschaltung geschaltet ist, sondern zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse dieser

Schaltung geschaltet und Bestandteil dieser Schaltung ist,

Figur 8 ein achtes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrich- tung, das sich vom Beispiel nach Figur 6 nur darin unterscheidet, dass nicht wie bei letzterem eine Zehnerdiode zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse der Brücken-Stromführungsschaltung geschaltet ist, sondern dass zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse dieser Schaltung zwei Zehnerdioden geschaltet und Bestandteil dieser Schaltung sind,

Figur 9 ein neuntes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich vom Beispiel nach Figur 7 nur darin unterscheidet, dass die Zehnerdiode durch ein steuerbares Schaltelement ersetzt ist, das in Abhängigkeit von einer an der zur Stromführungsschaltung parallel geschalteten Kondensatoreinrichtung abgegriffenen e- lektrischen Spannung gesteuert ist,

Figur 10 ein zehntes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich vom Beispiel nach Figur 8 nur darin unterscheidet, dass jede der beiden Zehnerdioden durch je ein steuerbares Schaltelement ersetzt ist, deren jedes in Abhängigkeit von einer an der zur Stromführungsschaltung parallel geschalteten Konden- satoreinrichtung abgegriffenen elektrischen Spannung gesteuert ist,

Figur 11 ein elftes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich vom Beispiel nach Figur 9 nur darin unterscheidet, dass zum Schaltelement eine elektrische Spule in Serie geschaltet ist,

Figur 12 ein zwölftes Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrich^¬ tung, das sich vom Beispiel nach Figur 10 nur darin unterscheidet, dass zwischen die beiden Schaltelemente durch eine elektrische Spule geschaltet ist,

Figur 13 ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das im Wesentlichen dem Beispiel nach Figur 3 entspricht und erfindungsgemäß zur Gewinnung einer Steuerungsenergie für eine Steuerungseinrichtung eines steuerbaren elektronischen Bauelements angewendet ist.

Figur 14 den zeitlichen Verlauf von durch Dioden einer Ener- giespeichereinrichtung des Beispiels nach Figur 13 fließenden elektrischen Strömen nach einer Vorladung der Kondensatoreinrichtung dieser Energiespeichereinrichtung, und

Figur 15 die zeitliche Entwicklung der elektrischen Spannung zwischen ausgangsseitigen Anschlüssen einer Stromführungsschaltung des Beispiels nach Figur 13 nach der Vorladung der Kondensatoreinrichtung der Energiespeichereinrichtung in vergrößertem Zeitmaßstab.

Bei jedem der in den Figuren 1 bis 13 in Form eines Schaltbildes dargestellten Beispielen ist die erfindungsgemäße Vor- richtung zur Gewinnung sekundärer elektrischer Energie aus einer primären elektrischen Energiequelle generell mit 2 und die primäre Energiequelle selbst mit 1 bezeichnet.

Die primäre Energiequelle 1 erzeugt primäre elektrische Energie El einer zeitlich sich ändernden elektrischen Spannung Ul . Die durch die Vorrichtung 2 aus der primären Energie El gewonnene sekundäre elektrische Energie ist mit E2 bezeichnet.

Die Vorrichtung 2 weist zwei eingangsseitige Anschlüsse 23, 23 auf, und die primäre Energiequelle 1 ist zwischen diese Anschlüsse 23, 23 geschaltet. Demgemäß liegt zwischen den Anschlüssen 23, 23 die zeitlich sich ändernde Spannung Ul der primären Energiequelle 1 oder, wenn zwischen einem Anschluss 23 und der primären Quelle 1 noch eine Kondensatoreinrichtung geschaltet ist, eine zu dieser Spannung Ul proportionale kleinere Spannung Ul ^λ an.

Außerdem weist die Vorrichtung 2 einen kapazitiven Spannungsteiler 20 auf, der zwischen die beiden eingangsseitige Anschlüsse 23, 23 der Vorrichtung 2 und damit parallel zur primären Energiequelle 1 geschaltet ist. Der Spannungsteiler 20 weist zwei zueinander in Serie geschaltete Kondensatorein- richtungen 21 und 22 auf, deren jede je eine Kapazität Cl bzw. C2 definiert.

Jede Kondensatoreinrichtung 21 bzw. 22 weist wenigstens je einen Kondensator 210 bzw. 220 der Kapazität Cl bzw. C2 auf, kann aber auch jeweils aus zwei oder mehreren Kondensatoren bestehen, die zueinander in Serie und/oder parallel geschaltet sind und gemeinsam die Kapazität Cl bzw. C2 definieren.

Die Vorrichtung 2 weist überdies eine Energiespeicherschal- tung 20' auf, die aus einer Stromführungsschaltung 21' und einer zur Stromführungsschaltung 21' parallel geschalteten Kondensatoreinrichtung 22' besteht. CO co r N>

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Der kapazitive Spannungsteiler 20 wirkt insbesondere so, dass bei der zur Spannung Ul proportionalen und damit zeitlich sich ändernden Spannung U2 ^Λ elektrische Ladung proportional zur Änderung der Spannung U2 ^Λ und zur Kapazität C2 (oder alternativ zur Kapazität Cl) der Kondensatoreinrichtung 22 (o- der der Kondensatoreinrichtung 21) induziert wird.

Diese Ladung wird durch die Stromführungsschaltung 21' auf die Kondensatoreinrichtung 22 der Energiespeicherschaltung 20' gesaugt, sobald der Betrag der Spannung U2' größer als der Betrag einer über dieser Kondensatoreinrichtung 22 lie- genden gleichgerichteten Spannung U2 ^λ ist. Die Aufladung der Kondensatoreinrichtung 22 ^x erzeugt eine nutzbare Spannung U2, die aus einem Spannungsgleichgewicht zwischen der Spannung U2' ' und der Spannung U2' resultiert, die an den ausgangsseitigen Anschlüssen 23 ^Λ, 23 der Stromführungsschaltung 20' und damit der Vorrichtung 2 zur Verfügung steht, und die Bestandteil der sekundären Energie E2 ist.

Die Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' hat überdies glättende Wirkung, d.h. die nutzbare Span- nung U2 ist gegenüber der zeitlich sich ändernden Spannung Ul der primären Energiequelle 1 geglättet, derart, dass sie sich zeitlich nicht oder im Vergleich zur Spannung Ul zeitlich nicht wesentlich ändert.

Durch die in Serie zur Stromführungsschaltung 20 ^λ geschaltete Kondensatoreinrichtung 21 (oder Kondensatoreinrichtung 22) des kapazitiven Spannungsteilers 20 ist die Vorrichtung 2 ü- berdies teilweise galvanisch von der primären Energiequelle 1 getrennt.

Es werden nun die in den Figuren 1 bis 12 dargestellten Beispiele der Vorrichtung 2 näher erläutert. Bei den Beispielen nach den Figuren 1 bis 12 ist die primäre Energiequelle 1 symbolisch wie eine Wechselspannungsquelle mit einem Pluspol 11 und einen Minuspol 12 dargestellt. Zwi- sehen diesen Polen 11 und 12 steht die zeitlich sich ändernde Spannung Ul zur Verfügung, die in der Praxis keine Wechselspannung zu sein braucht, sondern eine beliebig zeitlich sich ändernde Spannung sein kann. Einer der beiden Pole 11 und 12, beispielsweise der Minuspol 12, ist z.B. auf Masse oder ein anderes festes elektrisches Referenzpotential U_ref gelegt, auf das die zeitlich sich ändernde Spannung Ul bezogen ist.

Ein Anschluss 23 der Vorrichtung 2 ist mit dem Pluspol 11 und der andere Anschluss 23 der Vorrichtung 2 mit dem Minuspol 12 der primären Energiequelle 1 elektrisch verbunden.

Beispielweise ist die Kondenstoreinrichtung 21 des kapazitiven Spannungsteilers 20 direkt mit dem an den Pluspol 11 der primären Energiequelle 1 angeschlossenen eingangsseitigen An- schluss 23 der Vorrichtung 2 verbunden und die Kondensatoreinrichtung 22 des Spannungsteilers 20 direkt mit dem an den Minuspol 12 der primären Quelle 1 angeschlossenen eingangsseitigen Anschluss 23 der Vorrichtung 2 verbunden.

Beim Beispiel nach Figur 1 ist beispielsweise der direkt mit der Kondensatoreinrichtung 22 des Spannungsteilers 20 verbundene eingangsseitige Anschluss 23 der Vorrichtung 2 durch eine zusätzliche Kondensatoreinrichtung 24 galvanisch vom kapazitiven Spannungsteiler 20 und von der Stromführungsschaltung 20 getrennt. Demgemäß ist bei diesem Beispiel die Vorrichtung 2 galvanisch vollständig und nicht nur teilweise von der primären Quelle 1 getrennt.

Die zusätzliche Kondensatoreinrichtung 24 weist wenigstens einen Kondensator 240 einer Kapazität C3 auf, kann aber auch aus zwei oder mehreren Kondensatoren bestehen, die zueinander in Serie und/oder parallel geschaltet sind und gemeinsam die Kapazität C3 definieren.

Die Stromführungsschaltung 21 des Beispiels nach Figur 1 weist zwei Dioden 211' und 212' auf.

Die Diode 211' ist in Serie zur Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' geschaltet, derart, dass sie zwischen diese Kondensatoreinrichtung 22' und den sich zwi- sehen den beiden Kondenstoreinrichtungen 21 und 22 des kapazitiven Spannungsteilers 20 befindenden eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromführungsschaltung 21' geschaltet ist und die Durchlassrichtung dieser Diode 211' zur Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' weist.

Die Diode 212' ist parallel zur Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' geschaltet, derart, dass sie zwischen dieser Kondensatoreinrichtung 22' und den eingangsseitigen Anschlüssen 210', 210' der Stromführungsschaltung 21' angeordnet ist, zwischen diese Anschlüsse 210', 210' geschaltet ist, und die Durchlassrichtung dieser Diode 212' zu dem sich zwischen den beiden Kondenstoreinrichtungen 21 und 22 des kapazitiven Spannungsteilers 20 befindenden eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromspeicherschaltung 21' weist.

Die Stromführungsschaltung 21' mit den beiden derart geschalteten Dioden 211' und 212' bewirkt, dass die Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' vom Spannungsteiler 20 her über einen eingangsseitigen Anschluss 210' nur geladen, nicht aber entladen werden kann.

Insbesondere wirkt die derart ausgebildete Stromführungsschaltung 21' so, dass ein elektrischer Strom I, der durch einen eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromführungsschal- tung 21' in die Stromführungsschaltung 21' fließt, die Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' nur laden und nicht entladen kann, und dass ein elektrischer Strom I' , der durch den anderen eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromführungsschaltung 21' in die Stromführungsschaltung 21' fließt, die Kondensatoreinrichtung 22' der E- nergiespeicherschaltung 20 weder laden noch entladen kann.

Diese Stromführungsschaltung 21' kann auch als Einweg- StromführungsSchaltung oder als Einweg-Stromgleichrichterschaltung bezeichnet werden.

Speziell ist die Einweg-Stromführungsschaltung 21' nach Figur 1 so ausgebildet, dass die Kondensatoreinrichtung 22' der E- nergiespeicherschaltung 20' durch einen elektrischen Strom I geladen wird, der durch den sich zwischen den beiden Kondensatoreinrichtungen 21 und 22 des Spannungsteilers 20 befin- denden eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromführungsschaltung 21' zur Diode 211' dieser Schaltung 21' fließt. Dieser Strom I gelangt durch die Diode 211' zur Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20', da der Strom I in der Durchlassrichtung dieser Diode 211' fließt. Gleichzeitig blockiert die andere Diode 212' der Stromführungsschaltung 21' diesen Strom I, da dieser Strom I entgegengesetzt zur Durchlassrichtung der anderen Diode 212' fließt, wodurch der Strom I auch nicht zum anderen eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromführungsschaltung 21' gelan- gen und von dort abfließen kann.

Dagegen kann ein elektrischer Strom I', der durch den anderen eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromführungsschaltung 21' fließt, durch die andere Diode 212' der Stromführungs- schaltung 21' zu dem sich zwischen den beiden Kondensatoreinrichtungen 21 und 22 des Spannungsteilers 20 befindenden eingangsseitigen Anschluss 210' der Stro führungsschaltung 21' fließen, nicht jedoch ein Strom von der Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' durch die eine Dio- de 211' abfließen, da ein solcher Strom entgegengesetzt zur Durchlassrichtung dieser Diode 211' fließt und somit von dieser Diode 211' blockiert wird. o co ro ro P¹ P¹ cπ o Cπ o Cπ o Cπ

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schalteten Kondensatoreinrichtung 22 des kapazitiven Spannungsteilers 20 entfällt.

Die Integration der beiden Kondensatoreinrichtungen 22 und 22' führt zu einer höheren Ausgangsleistung und Effizienz der Vorrichtung 2 bei geringerem Bauteileaufwand. Die Verwendung der zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse 210', 210' der Stromführungsschaltung 21 geschalteten Kondensatoreinrichtung 22 des kapazitiven Spannungsteilers 20 ist jedoch mit modera- teren Schalttransienten an der Stromführungsschaltung 21' verbunden, weshalb beide Vorrichtungsvarianten vorteilhaft einsetzbar sind.

Das in der Figur 3 dargestellte Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel nach Figur 2 darin, dass beim Beispiel nach Figur 3 die zusätzliche Kondensatoreinrichtung fehlt, so dass der mit dem Referenzpotential U_ref verbundene Minuspol 12 der primären Energiequelle 1 galvanisch mit dem diesem Minuspol 12 zugeordneten eingangsseitigen Anschluss 23 der Vorrichtung 2 verbunden ist, so dass in diesem Fall die Vorrichtung 2 potenzialmäßig nicht vollständig von der primären Energiequelle 1 getrennt ist.

Das Beispiel nach Figur 4 unterscheidet sich vom Beispiel nach Figur 2 nur darin, dass beim Beispiel nach Figur 4 die Stromführungsschaltung 21' der Energiespeicherschaltung 20' eine Brücken-Stromführungsschaltung oder Brücken-Stromgleichrichterschaltung und keine Einweg-Stromführungsschaltung ist. Diese Brücken-Stromführungsschaltung oder Brücken-Strom- gleichrichterschaltung 21' ist aus vier Dioden 211', 212', 213' und 214' gebildet.

Die Diode 211' ist in Serie zur Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' geschaltet, derart, dass sie zwischen diese Kondensatoreinrichtung 22' und den sich zwischen den beiden Kondenstoreinrichtungen 21 und 22 des kapazitiven Spannungsteilers 20 befindenden eingangsseitigen An- co co ro t P¹ P¹ cπ σ cπ o Cπ o cπ

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Die Stromführungsschaltung 21' mit den beiden derart geschalteten Dioden 211' bis 214' bewirkt ebenfalls, dass die Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' vom Spannungsteiler 20 her über einen eingangsseitigen Anschluss 210' nur geladen, nicht aber entladen werden kann.

Insbesondere wirkt die derart ausgebildete Stromführungs- schaltung 21' so, dass sowohl ein durch einen eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromführungsschaltung 21' in die Stromführungsschaltung 21' fließender elektrischer Strom I als auch ein durch den anderen einen eingangsseitigen Anschluss 210' der Stromführungsschaltung 21' in die Stromführungsschaltung 21' fließender elektrischer Strom I' die Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' je- weils nur laden, aber nicht entladen kann.

Diese Stromführungsschaltung 21' kann auch als Brücken- Stromführungsschaltung oder als Brücken-Stromgleichrichterschaltung bezeichnet werden.

Speziell ist die Brücken-Stromführungsschaltung 21' nach Figur 4 so ausgebildet, dass der elektrische Strom I die Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' durch die Diode 211' lädt und der Strom I' diese Kondensator- einrichtung 22' durch die Diode 212' lädt.

Die Stromführungsschaltung 21' nach Figur 4 kann auch als Brücken-Stromführungsschaltung oder als Brücken- Stromgleichrichterschaltung bezeichnet werden.

Das in der Figur 5 dargestellte Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel nach Figur 5 nur darin, dass beim Beispiel nach Figur 5, wie beim Beispiel nach Figur 2, die zur Stromführungsschaltung 21' parallel geschaltete Kondensatoreinrich- tung 22 des kapazitiven Spannungsteilers 20 zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse 23', 23' der Stromführungsschaltung 21' geschaltet ist und zugleich die Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' bildet.

Das in der Figur 6 dargestellte Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel nach Figur 5 nur darin, dass beim Beispiel nach Figur 6, wie beim Beispiel nach Figur 3, die zusätzliche Kondensatoreinrichtung fehlt, so dass der mit dem Referenzpotential U_ref verbundene Minuspol 12 der primären Energiequelle 1 galvanisch mit dem diesem Minuspol 12 zugeordneten eingangs- seifigen Anschluss 23 der Vorrichtung 2 verbunden ist, so dass in diesem Fall die Vorrichtung 2 potenzialmäßig nicht vollständig von der primären Energiequelle 1 getrennt ist

Das Beispiel nach Figur 7 unterscheidet sich vom Beispiel nach Figur 3 nur darin, dass beim Beispiel nach Figur 7 die Zehnerdiode 251' , welche die Überladeschutzeinrichtung 25' zum Schutz der Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' bildet, nicht zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse 23', 23' der Einweg-Stromführungsschaltung 21', sondern zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse 210' , 210' dieser Schaltung 21' geschaltet ist und überdies zugleich die Diode 212' der Einweg-Stromführungsschaltung 21' bildet. Demgemäß ist beim Beispiel nach Figur 7 eine Diode weniger nötig als beim Beispiel nach Figur 3.

Das Beispiel nach Figur 8 unterscheidet sich vom Beispiel nach Figur 6 darin, dass beim Beispiel nach Figur 8, ähnlich wie beim Beispiel nach Figur 7, die Überladeschutzeinrichtung 25' zum Schutz der Kondensatoreinrichtung 22' der Energie- speicherschaltung 20' nicht zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse 23', 23' der Stromführungsschaltung 21', sondern zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse 210', 210' dieser Schaltung 21' geschaltet ist. Beim Beispiel nach Figur 8 ist speziell die Überladeschutzeinrichtung 25' durch zwei antise- riell geschaltete Zehnerdioden 251' und 252' gebildet die zugleich zwei antiseriell geschaltete Dioden der Brücken- Stromführungsschaltung 21' des Beispiels nach Figur 8, bei- spielsweise die antiseriell geschalteten Dioden 213' bzw. 214' bilden.

Von den Beispielen nach den Figuren 9 bis 12 weist jedes eine Überladeschutzeinrichtung 25' auf, die zumindest ein steuerbares Schaltelement aufweist, das parallel zur Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' geschaltet ist und wahlweise einen elektrischen Strom sperrt und durch- lässt .

Beispielsweise wird das Schaltelement in Abhängigkeit von einer in der Energiespeicherschaltung 20 ^λ abgegriffenen elektrischen Spannung, die z.B. die an der Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20 ^λ abgegriffene Spannung U2 oder die an der zur Stromführungsschaltung 21 ^Λ parallel geschalteten Kondensatoreinrichtung 22 des kapazitiven Spannungsteilers 20 abgegriffene Spannung U2 ist, gesteuert, wobei diese abgegriffene Spannung mittels einer Potentiometerschaltung mit der Schaltschwelle des Schaltelements korre- liert werden kann.

Eine derartige Überladeschutzeinrichtung 25' ist besonders dazu geeignet, durch Substitution einer oder mehrerer Zehnerdioden, die zur Begrenzung der Spannung U2 an den ausgangs- seifigen Anschlüssen 23', 23' der Stromführungsschaltung 21' zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse 210' , 210' dieser Schaltung 21 geschaltet sind, eine Nachladung der Kondensatoreinrichtung 22' der Energiespeicherschaltung 20' mittels beispielsweise einer Steuerungseinrichtung 250', welche die jeweilige Spannung U2' an dieser Kondensatoreinrichtung 22' abgreift, gezielt zu beeinflussen und weiterhin Verluste der Spannungsbegrenzung zu eliminieren, da bei Schaltelementen im Gegensatz zu Zehnerdioden das Produkt aus Spannung und Strom gleich Null ist.

Das Beispiel nach Figur 9 basiert auf dem Beispiel nach Figur 7 und unterscheidet sich von diesem Beispiel 7 nur darin, co co o to P¹

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Das Beispiel nach Figur 12 basiert auf dem Beispiel nach Figur 10 und unterscheidet sich vom Beispiel nach Figur 10 nur darin, dass die Spuleneinrichtung 26 zwischen die Schalt- ele ente 253 und 254 und in Serie zu diesen Schaltelementen 253^xund 254 geschaltet ist.

Die Spuleneinrichtung 26 ^λ nach den Figuren 11 und 12 weist jeweils nur eine Spule 260 ^Λ auf. Anstelle aus nur einer Spule 260 kann die Spuleneinrichtung 26 ^λ auch zwei oder mehrere induktive Spulen 260 ^Λ aufweisen, die zueinander in Serie und/oder parallel geschaltet sind und gemeinsam die Induktivität L der Spuleneinrichtung 26 ^λ definieren.

Ein bevorzugtes steuerbares Schaltelement 253' und/oder 254 besteht beispielsweise aus einem Halbleiterschaltelement, z.B. aus einem bipolaren Transistor. Ein bipolarer Transistor kann beispielsweise ein IGBT und ein unipolarer Transistor beispielsweise ein Feldeffekttransistor sein.

Wesentliches Element der in den Figuren 1 bis 12 dargestellten beispielhaften Vorrichtungen 2 ist der kapazitive Spannungsteiler 20 auf der Seite der primären Energiequelle 1 , der sowohl eine galvanische Trennung von dieser Energiequelle 1 erlaubt als auch die an den ausgangsseitigen Anschlüssen 23 23 ^λ der Stromführungsschaltung 21 ^Λ anstehende elektrische Ladung bereitstellt. Die Bereitstellung und Übertragung dieser Ladung vom kapazitiven Spannungsteiler 20 zur Kapazitätseinrichtung 22 ^λ der Energiespeicherschaltung 20 ^x wird durch den an der primären Wechselstrom-Energiequelle 1 sowieso vorhandenen Spannungstransienten initiiert und durch die verschiedenen Ausbildungen der Stromführungsschaltung 21 ^λ vermittelt.

Jede der in den Figuren 1 bis 12 dargestellten beispielhaften Vorrichtungen 2 ist vorteilhafterweise jeweils zur Gewinnung einer elektrischen Steuerungsenergie für eine Steuerungsein- riehtung eines steuerbaren elektronischen Bauelements, das eine Anode und Kathode zum Anlegen einer zeitlich sich ändernde elektrische Spannung einer elektrischen Energiequelle zur Versorgung des Bauelements mit elektrischer Energie auf- weist, geeignet.

Dabei ist generell ein eingangsseitiger Anschluss 23 der Vorrichtung 2 mit der Anode des Bauelements zu verbinden, ist der andere eingangsseitige Anschluss 23 der Vorrichtung mit der Kathode des Bauelements zu verbinden, ist ein ausgangs- seitiger Anschluss 23 ^λ der Vorrichtung mit einem elektrischen Steuerungsanschluss der Steuerungseinrichtung zum Zuführen der elektrischen Steuerungsenergie zu verbinden, und ist der andere ausgangsseitige Anschluss 23 ^λ der Vorrichtung 2 mit der Kathode oder der Anode des Bauelements zu verbinden.

In der Figur 13 ist ein Beispiel einer derartigen Anwendung dargestellt, die speziell und ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf dem Beispiel der Vorrichtung 2 nach Figur 1 ba- siert.

Bei diesem Beispiel ist das mit 4 bezeichnete steuerbare e- lektronische Bauelement derart zwischen die Pole 11 und 12 der primären elektrischen Energiequelle 1 geschaltet, dass die Anode 41 dieses Bauelements 4 mit dem Pluspol 11 der E- nergiequelle 1 und dessen Kathode 42 mit dem Minuspol 12 der eine elektrische Versorgung des Bauelements 4 bildenden primären Energiequelle 1 verbunden ist.

Zugleich ist einer der beiden eingangsseitigen Anschlüsse 23, 23 der Vorrichtung 2 mit dem Pluspol 11 und der andere eingangsseitige Anschluss 23 der Vorrichtung 2 mit dem Minuspol 12 verbunden, so dass die Vorrichtung 2 parallel zum elektronischen Bauelement 4 geschaltet ist und zusammen mit dem Bau- element 4 aus der primären Energiequelle 1 mit elektrischer Energie E2 versorgt wird. o co ro ro P> P¹

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nach Figur 1 geschaltet sind und in gleicher Weise wirken. Ebenso gut könnte die StromführungsSchaltung 21 eine Brücken-Stromführungsschaltung sein.

Die Energiespeicherschaltung 20 ist mit den beiden eingangsseitigen Anschlüssen 210 ^λ, 210 ^Λ der Stromführungsschaltung 21 beispielsweise so an den kapazitiven Spannungsteiler 20 angeschlossen, dass die Stromführungsschaltung 21 ^λ in Serie zur Kondensatoreinrichtung 21 und parallel zur anderen Kon- densatoreinrichtung 22 des kapazitiven Spannungsteilers 20 geschaltet ist.

Die Kondensatoreinrichtung 22 ^Λ der Energiespeicherschaltung 20 ist zwischen die beiden ausgangsseitigen Anschlüsse 23 , 23 ^Λ der Stromführungsschaltung 21 ^x geschaltet. Die Stromführungsschaltung 21 bewirkt, dass die Kondensatoreinrichtung 22 der Energiespeicherschaltung 20 vom kapazitiven Spannungsteiler 20 her durch die Stromführungsschaltung 21 ^Λ nur elektrisch geladen, nicht aber entladen wird.

Die geladene Kondensatoreinrichtung 22 der Energiespeicherschaltung 20 ^λ bildet die sekundäre elektrische Energiequelle, welche die sekundäre elektrischen Energie E2 an den ausgangsseitigen Anschlüssen 23 , 23 ^λ der Stromführungsschaltung 21 ^λ bereitstellt.

Ein ausgangsseitiger Anschluss 23 ^Λ der Stromführungsschaltung 21 ^x ist mit einem elektrischen Steuerungsanschluss 43 einer Steuerungseinrichtung 40 des elektronischen Bauelements 4 zum Zuführen elektrischer Steuerungsenergie verbunden. Der andere ausgangsseitige Anschluss 23 ^Λ der Stromführungsschaltung 21 ^λ ist beispielsweise mit der Kathode 42 des Bauelements 4 und damit mit dem Minuspol 12 der primären Energiequelle 1 verbunden. Die Steuerungseinrichtung 40 bildet bei der Vorrich- tung 2 nach Figur 13 den in den Figuren 1 bis 12 symbolisch durch einen Widerstand dargestellten elektrischen Verbraucher 3. co co ro ro P¹ P¹ n o cn o cn o Cπ td Cd >fc. a ro n rt CΛ

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I durch die in gestrichelter Linie gezeigte Kurve in Figur 14 dargestellt.

Die Figur 15 zeigt die Entwicklung der elektrischen Spannung U2 zwischen den ausgangsseitigen Anschlüssen 23 , 23 der Stromführungsschaltung 21 der Vorrichtung 2 nach Figur 13 nach der Vorladung der Kondensatoreinrichtung 22 ^λ auf die Spannung U20 = 10 Volt über der Zeit t in vergrößertem Zeitmaßstab. Der Zeitabschnitt A in der Figur 15 entspricht dem in der Figur 14 gezeigten ganzen Zeitabschnitt.

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ler (20) durch die Stromführungsschaltung (21 ) nur e- lektrisch geladen, nicht aber entladen wird, und - wobei die geladene Kondensatoreinrichtung (22 ^Λ) der Energiespeicherschaltung (20 ) eine sekundäre elektrische E- nergiequelle bildet, welche die sekundäre elektrischen E- nergie (E2) an den ausgangsseitigen Anschlüssen (23', 23 ^x) der Stromführungsschaltung (21 ) bereitstellt.

2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die zur Stromfüh- rungsschaltung (21 ) parallel geschaltete andere Kondensatoreinrichtung (22; 21) des kapazitiven Spannungsteilers (20) zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse (210 ^λ, 210 ^x) der Stromführungsschaltung (21 ^Λ) geschaltet ist.

3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei die zur Stromführungsschaltung (21 ) parallel geschaltete andere Kondensatoreinrichtung (22; 21) des kapazitiven Spannungsteilers (20) zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse (23 23 ^λ) der Stromführungsschaltung (21 ) geschaltet ist und zugleich die Kondensatoreinrichtung (22 ^λ) der Energiespeicherschaltung (20^λ) bildet.

4. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Überladeschutzeinrichtung (25 ^λ) zum Schutz der Kon- densatoreinrichtung (22 ^λ) der Energiespeicherschaltung (20 ) gegen ein elektrisches Überladen.

5. Vorrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei die ÜberladeSchutzeinrichtung (25 ) zumindest eine Zehnerdiode (251 , 252 ) aufweist, die parallel zur Kondensatoreinrichtung (22^) der Energiespeicherschaltung (20 ^λ) geschaltet ist.

6. Vorrichtung (2) nach Anspruch 5, wobei eine Zehnerdiode (251 252 ^Λ) zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse (23 ^Λ) der Stromführungsschaltung (21 ) geschaltet ist.

7. Vorrichtung (2) nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Zehnerdiode (251 , 252 ) zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse (210 ^λ, 210 ^λ) der Stromführungsschaltung (21 ^λ) geschaltet ist.

8. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Überladeschutzeinrichtung (25 ^x) zumindest ein steuerbares Schaltelement (253 , 254 ) aufweist, das parallel zur Kondensatoreinrichtung (22 ) der Energiespeicherschaltung (20 ^Λ) geschaltet und in Abhängigkeit von einer an der Kondensatorein- richtung (22 ) der Energiespeicherschaltung (20 ) abgegriffenen elektrischen Spannung (U2^λ ) oder einer zu dieser Spannung (U2 ^Λ) proportionalen Spannung (U2' ) gesteuert ist.

9. Vorrichtung (2) nach Anspruch 8, wobei ein steuerbares Schaltelement (253 ^λ, 254 ^λ) zwischen die ausgangsseitigen Anschlüsse (23 ^λ, 23 ) der Stromführungsschaltung (21 ^λ) geschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein steuerbares Schaltelement (253 25 ^Λ) zwischen die eingangsseitigen Anschlüsse (210 210 ^λ) der Stromführungsschaltung (21 ) geschaltet ist.

11. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein steuerbares Schaltelement (250 ) einen Transistor aufweist.

12. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit einer induktiven elektrischen Spuleneinrichtung (26^Λ), die wenigstens eine elektrische Spule (260 ) aufweist und eine Induktivität (L) definiert, und die derart geschaltet ist, dass ein Anstieg eines durch ein Schaltelement (253 , 254 fließenden elektrischen Stroms (I, I ) aus dem kapazitiven Spannungsteiler (20) zeitlich verzögert wird.

13. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromführungsschaltung (21 ^Λ) der Energiespeicher- Schaltung (20^Λ) derart ausgebildet ist, dass ein durch einen eingangsseitigen Anschluss (210') der Stromführungsschaltung (21') in die Stromführungsschaltung (21') fließender elektrischer Strom (I; I') die Kondensatoreinrichtung (22') der E- nergiespeicherSchaltung (20' ) nur laden und nicht entladen kann, und ein durch den anderen einen eingangsseitigen Anschluss (210') der Stromführungsschaltung (21') in die Stromführungsschaltung (21') fließender elektrischer Strom (I'; I) die Kondensatoreinrichtung (22' ) der Energiespeicherschaltung (20) weder laden noch entladen kann.

14. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Stromführungsschaltung (21' ) der Energiespeicherschaltung (20' ) derart ausgebildet ist, dass sowohl ein durch einen eingangsseitigen Anschluss (210') der Stromführungsschaltung (21') in die Stromführungsschaltung (21') fließender elektrischer Strom (I; I') als auch ein durch den anderen einen eingangsseitigen Anschluss (210' ) der StromführungsSchaltung (21') in die Stromführungsschaltung (21') fließender elektri- scher Strom (I'; I) die Kondensatoreinrichtung (22') der E- nergiespeicherschaltung (20') jeweils nur laden und nicht entladen kann.

15. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der auf der Seite der anderen Kondensatoreinrichtung

(22; 21) des kapazitiven Spannungsteilers (20) liegende eingangsseitige Anschluss (23) der Vorrichtung (2) durch eine zusätzliche Kondensatoreinrichtung (24) , die wenigstens einen Kondensator (240) aufweist, galvanisch vom kapazitiven Span- nungsteiler (20) und von der Stromführungsschaltung (21 ) getrennt ist.

16. Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei parallel zu der in Serie zur StromführungsSchaltung (21 ) geschalteten einen Kondensatoreinrichtung (21; 22) des kapazitiven Spannungsteilers (20) eine elektrische Widerstandseinrichtung (27 ^x) geschaltet ist, die zumindest einen elektrischen Widerstand (270 ^Λ) aufweist und einen Widerstandswert (R) definiert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Widerstandsein- richtung (27 ) eine in Serie zum wenigstes einen Widerstand

(270^λ) geschaltete Diode (28^λ) aufweist.

18. Anwendung einer Vorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Gewinnung einer Steuerungsenergie (E2) für eine Steuerungseinrichtung (40) eines steuerbaren elektronischen Bauelements (4), das eine Anode (41) und Kathode (42) zum Anlegen einer zeitlich sich ändernde elektrische Spannung (Ul) einer elektrischen Energiequelle (1) zur Versorgung des Bauelements (4) mit elektrischer Energie (El) aufweist, wobei ein eingangsseitiger Anschluss (23) der Vorrichtung (2) mit der Anode (41) des Bauelements (4) verbunden ist, der andere eingangsseitige Anschluss (23) der Vorrichtung (2) mit der Kathode (42) des Bauelements (4) verbunden ist, ein ausgangsseitiger Anschluss (23 ) der Vorrichtung (2) mit einem elektrischen Steuerungsanschluss (43) der Steuerungseinrichtung (40) zum Zuführen der elektrischen Steuerungsenergie (E2) verbunden ist, und der andere ausgangssei- tige Anschluss (23^Λ) der Vorrichtung (2) mit der Kathode (42) oder der Anode (41) des Bauelements (4) verbunden ist.