WO2012163630A1 - Spannungsversorgungsschaltung und verpolschutzschaltung - Google Patents

Spannungsversorgungsschaltung und verpolschutzschaltung Download PDF

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WO2012163630A1
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voltage
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Uwe Richter
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/18—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to reversal of direct current
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • G—PHYSICS
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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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    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Definitions

  • the invention relates to a voltage supply circuit for a voltage increase circuit, wherein the voltage supply circuit comprises a diode and a first controllable semiconductor and the diode is connected in series with the first controllable semiconductor in a main current direction of the first controllable semiconductor. Moreover, the invention relates to a polarity reversal protection circuit for an electrical load, wherein the polarity reversal protection circuit comprises an output stage and a voltage increase circuit.
  • the US 6,61 1, 410 B1 describes a polarity reversal protection circuit comprising an N-channel MOSFET.
  • the MOSFET is connected in series with a load in such a way that the (internal) body diode of the MOSFET is switched in the forward direction in non-polarity normal operation and blocks the flow of current through the load when the supply voltage connections are reversed.
  • the gate voltage potential In order to achieve the lowest possible voltage drop between drain and source of the MOSFET in the on state, the gate voltage potential must be above a supply voltage potential of the polarity reversal protection circuit.
  • the polarity reversal protection is achieved in that a drive circuit for the gate of the MOSFET generates a gate voltage only in non-polarity normal operation, which is high enough to switch the MOSFET on fürläse.
  • the drive circuit is supplied with electrical energy from an inverter circuit using inductors of a DC motor and phase switches.
  • DE 196 55 180 C2 describes polarity reversal protection circuits with a voltage doubler circuit (designed as a charge pump), which are each used to generate a gate voltage for a power MOSFET. To turn on and off the Voltage doubler circuit is provided an electronic switch, which is also designed as a MOSFET.
  • the invention is based on the conventional voltage supply circuit in that the diode electrically connects an output of the first controllable semiconductor to an output of the voltage supply circuit.
  • the power supply circuit in Verpolfall can disable itself.
  • a high reliability of the polarity reversal protection function can be achieved.
  • the reliability of the polarity reversal protection circuit can be further increased for that case that one of the two diodes fails.
  • the power supply circuit may include a first electrical or electronic device electrically connecting a power supply terminal of the power supply circuit to the output of the power supply circuit.
  • the first electrical or electronic component may comprise a first impedance.
  • the first impedance allows a differential voltage to the first supply voltage terminal.
  • the power supply circuit as Gegentaktendeck, for example, as a complementary stage or as a quasi-complementary stage can be constructed.
  • the first impedance may affect a waveform and / or a frequency spectrum of the AC voltage supplied to the boosting circuit.
  • the first impedance may include a first resistor.
  • a MOSFET has particularly good barrier properties in the blocking direction in the reverse direction and particularly good transmission properties in the case of a passage in the forward direction.
  • the first controllable semiconductor may comprise a MOSFET, in particular an N-channel MOSFET.
  • the first controllable semiconductor may comprise a bipolar transistor, in particular an NPN transistor.
  • the invention is based on the conventional polarity reversal protection circuit in that the polarity reversal protection circuit has a voltage supply circuit according to the invention. In this way it can be prevented that at the control input of the output stage in Verpolfall a voltage is applied, which could switch the output stage in Verpolfall on passage.
  • the polarity reversal protection circuit may comprise a second electrical or electronic component which electrically connects a control input of the output stage to a voltage supply terminal of the output stage.
  • a second electrical or electronic component By means of an electronic configuration of the second electrical or electronic component, ohmic losses in the output stage can be minimized by increasing its ohmic forward resistance, as long as it is not required for voltage equalization between the control input and the power supply terminal of the output stage.
  • the impedance has a reactive component, it can be used to influence a signal shape and / or a frequency spectrum of the AC voltage which is fed to the control input of the output stage.
  • the second electrical or electronic component may comprise a second impedance.
  • the second impedance may include a second resistor.
  • the final stage may comprise a second controllable semiconductor.
  • a source electrode or a drain electrode of the second controllable semiconductor may be electrically connected to the voltage supply terminal of the polarity reversal protection circuit. As a result, the power supply of the electrical load for the power supply circuit can be used.
  • a body diode of the second controllable semiconductor may be oriented in a normal mode of the output stage in the forward direction.
  • the second controllable semiconductor may comprise a MOSFET, in particular an N-channel MOSFET.
  • a MOSFET has particularly good barrier properties in the blocking direction in the reverse direction and particularly good transmission properties in the case of a passage in the forward direction.
  • the voltage boosting circuit may comprise a voltage doubler circuit and / or a Villard circuit and / or a Greinacher circuit and / or a Delon circuit.
  • a voltage increase without inductances can be achieved.
  • Inductors are generally difficult to realize in integrated circuits.
  • the polarity reversal protection circuit 10 for supplying power to an electrical consumer 12 may include a connection pair 14, 16 for a supply voltage U 0 , a connection pair 18, 20 for an AC voltage signal U w , a voltage supply circuit 22, a voltage increase circuit 24 and an output stage 26.
  • the power supply circuit 22 may include a first N-channel enhancement mode MOSFET 28 having its source 30 connected to the negative terminal 16 for the supply voltage U 0 .
  • the drain electrode 32 of the first MOSFET 28 may be connected via a series circuit 34, 36 to the positive terminal 14 for the supply voltage U 0 .
  • the series circuit 34, 36 may include a diode 34, which is connected in the normal operation (non-polar operation) in the forward direction 38, and a first resistor 36.
  • a first terminal 40 of the first resistor 36 may be connected to the positive terminal 14 for the supply voltage U 0 .
  • a cathode 42 of the diode 34 may be connected to the drain electrode 32 of the first MOSFET 28.
  • the other terminal 41 of the resistor 36 may be connected to an anode 43 of the diode 34 and can have an output 44 representing the voltage supply circuit 22, which is intended and adapted to provide an AC voltage U y to an input 46 of the doseserhohungsscaria 24th
  • a Greinacher circuit known to those skilled in the art is used as the step-up circuit 24.
  • any other type of voltage boost circuit 24 with or without inductors may be used herein.
  • the output 47 of the voltage increase circuit 24 can be connected to a control input 48 of the output stage 26.
  • a capacitance C2 of the Greinacher circuit it is possible to use partially or even exclusively a gate capacitance of the second controllable semiconductor 50.
  • the output stage 26 may include a second N-channel MOSFET 50 and a second resistor 52.
  • a source electrode 54 of the second MOSFET 50 may be connected to a positive terminal 14 for the supply voltage U 0 .
  • a drain electrode 56 of the second MOSFET 50 may be connected to a controlled load output terminal 58 for connection and operation of an electrical load 12. The consumer Rather 12 may be connected and operated between the load output terminal 58 and the negative terminal 16 for the supply voltage U 0 .
  • the second resistor 52 may be connected between a gate 60 of the second MOSFET 50 and the positive terminal 14 for the supply voltage U 0 .
  • the second MOSFET 50 may include a body diode 62.
  • the body diode 62 may be connected for a non-polarity mode of the polarity reversal protection circuit 10 in the main transmission direction 64 of the output stage 26. In the reverse polarity mode, the body diode 62 is then switched in the reverse direction.
  • the polarity reversal protection circuit 10 may include two polarity reversal protection functions.
  • the first reverse polarity protection function can protect the electrical load 12 against reverse polarity.
  • the first polarity reversal protection function may be that the section between the drain terminal 56 and the source terminal 54 of the second MOSFET 50 is high-impedance at a polarity reversal of the supply voltage U 0 .
  • This can be achieved, on the one hand, in that the second MOSFET 50 is arranged in the circuit so that its body diode 62 is oriented reverse-biased. It follows that the body diode 62 can be oriented during normal operation and non-reverse polarity in the forward direction 64 of the end stage 26.
  • the output stage 26 does not necessarily have to be provided to switch the electrical load 12 on and off in normal operation.
  • the body diode 62 usually has only a moderate on-state behavior, so that applications are conceivable in which, despite the oriented in the forward direction 64 body diode 62, the difference of the conductivities of the second MOSFET 50 in the through and in the non-switched state for a proper operation of the application is sufficient.
  • the second MOSFET 50 can serve not only the polarity reversal protection, but also a switching application.
  • the second MOSFET 50 must not switch to polarity reversal of the supply voltage U 0 .
  • a resistor 52 may be arranged, which may cause a voltage reduction between the gate electrode 60 and the source electrode 54 of the second MOSFET 50. So that not a voltage U z between the gate electrode 60 and the source electrode 54, the power supply to the gate terminal 60 is to be interrupted or disabled in the case of a polarity reversal. This can be achieved by the fact that current can not flow through the voltage supply circuit 22 in the polarity reversal (and in particular also when switching on in the reverse polarity).
  • the diode 34 can then be switched in the reverse direction.
  • the power supply circuit 22 can not amplify the AC voltage signal U w in the case of the polarization provided by an AC signal source Ose.
  • the power supply circuit 22 can then provide the voltage booster circuit 24 no AC voltage U y .
  • the voltage booster circuit 24 can not provide the control input 48 of the output stage 26 with an input voltage U 0 + U z which would be high enough to switch the second MOSFET 50 to pass-through.
  • the diode 60 when the diode is switched on, the diode 60 also prevents the gate 60 of the second controllable semiconductor 50 from being supplied with a switch-on pulse which is otherwise transmitted to the gate 60 via the first controllable semiconductor 28, the input capacitor C1 and the longitudinal diode D2 and its effect for the output stage 26 and / or the electrical load 12 in Verpolfall can be particularly harmful.
  • the proposed advantageous arrangement of a single flow valve 34 in the power supply circuit 22 can make it possible to provide an effective polarity reversal protection, for which fewer components are required than in conventional anti-polar protection circuits.

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Abstract

Eine Spannungsversorgungsschaltung (22) für eine Spannungserhöhungsschaltung (24) umfasst eine Diode (34) und einen ersten steuerbaren Halbleiter (28), wobei die Diode (34) mit dem ersten steuerbaren Halbleiter (28) in einer Hauptstromrichtung (38) des ersten steuerbaren Halbleiters (28) in Reihe geschaltet ist. Die Diode (34) verbindet einen Ausgang (32) des ersten steuerbaren Halbleiters (28) mit einem Ausgang (44) der Spannungsversorgungsschaltung (22) elektrisch. Eine Verpolschutzschaltung (10) für einen elektrischen Verbraucher (12) umfasst eine Endstufe (26), eine Spannungserhohungsschaltung (24) und eine erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung (22).

Description

Spannungsversorgungsschaltung und Verpolschutzschaltung
Die Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsschaltung für eine Spannungs- erhöhungsschaltung, wobei die Spannungsversorgungsschaltung eine Diode und einen ersten steuerbaren Halbleiter umfasst und die Diode mit dem ersten steuerbaren Halbleiter in einer Hauptstromrichtung des ersten steuerbaren Halbleiters in Reihe geschaltet ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verpolschutzschaltung für einen elektrischen Verbraucher, wobei die Verpolschutzschaltung eine Endstufe und eine Spannungs- erhöhungsschaltung umfasst.
Die US 6,61 1 ,410 B1 beschreibt eine Verpolschutzschaltung, die einen N-Kanal-MOSFET umfasst. Der MOSFET ist mit einem Verbraucher so in Serie geschaltet, dass die (interne) Body-Diode des MOSFET im nichtverpolten Normalbetrieb in Durchlassrichtung geschaltet ist und bei Verpolung der Versorgungsspannungsanschlüsse einen Stromfluss durch den Verbraucher sperrt. Um im Einschaltzustand einen möglichst geringen Spannungsabfall zwischen Drain und Source des MOSFET zu erzielen, muss das Gate- Spannungspotential über einem Versorgungsspannungspotential der Verpolschutzschaltung liegen. Der Verpolschutz wird dadurch erreicht, dass eine Ansteuerschaltung für das Gate des MOSFET nur im nichtverpolten Normalbetrieb eine Gatespannung erzeugt, die hoch genug ist, um den MOSFET auf Durchläse zu schalten. Die Ansteuerschaltung wird mit elektrischer Energie von einer Wechselrichterschaltung versorgt, die Induktivitäten eines Gleichstrommotors und Phasenschalter nutzt.
Wenn für diesen Zweck keine Induktivitäten genutzt werden können, muss die Spannung für die Ansteuerschaltung in anderer Weise erzeugt werden. Die DE 196 55 180 C2 beschreibt Verpolschutzschaltungen mit einer (als Ladungspumpe ausgeführten) Spannungsverdopplerschaltung, die jeweils dazu verwendet werden, eine Gate-Spannung für einen Leistungs-MOSFET zu erzeugen. Zum Anschalten und Abschalten der Spannungsverdopplerschaltung ist ein elektronischer Schalter vorgesehen, der ebenfalls als MOSFET ausgeführt ist.
Die DE 198 45 673 A1 beschreibt eine Schaltung, in der eine Ladungspumpe mittels einer Brückenschaltung gegen eine Verpolung der Spannungsversorgung geschützt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungsversorgungsschaltung anzugeben, die energieeffizienter als konventionelle Spannungsversorgungsschaltungen und/oder kostengünstiger in der Herstellung als konventionelle Spannungs- Versorgungsschaltungen ist.
Außerdem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verpolschutzschaltung für einen elektrischen Verbraucher mit diesem Vorteil bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf der konventionellen Spannungsversorgungsschaltung dadurch auf, dass die Diode einen Ausgang des ersten steuerbaren Halbleiters mit einem Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung elektrisch verbindet. Hierdurch kann sich die Spannungsversorgungsschaltung im Verpolfall selbst deaktivieren. Dadurch, dass es hierbei nur auf die Sperrfähigkeit einer einzelnen Diode ankommt, kann eine hohe Zuverlässigkeit der Verpolschutzfunktion erreicht werden. Durch eine Serienschaltung von zwei Dioden statt der einzelnen Diode kann die Zuverlässigkeit der Verpolschutzschaltung für denjenigen Fall noch weiter erhöht werden, dass eine der beiden Dioden ausfällt.
Die Spannungsversorgungsschaltung kann ein erstes elektrisches oder elektronisches Bauelement umfassen, das einen Spannungsversorgungsanschluss der Spannungsversorgungsschaltung mit dem Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung elektrisch verbindet.
Das erste elektrische oder elektronische Bauelement kann eine erste Impedanz umfassen. Die erste Impedanz ermöglicht eine Differenzspannung zu dem ersten Versorgungs- spannungsanschluss. Mittels einer elektronischen Ausgestaltung des ersten elektrischen oder elektronischen Bauelements lassen sich ohmsche Verluste in der Spannungsversorgungsschaltung minimieren. Dazu kann die Spannungsversorgungsschaltung als Gegentaktendstufe, beispielsweise als Komplementärendstufe oder als Quasi- Komplementärendstufe, aufgebaut werden. Außerdem lassen sich, wenn die erste Impedanz einen Blindwiderstand aufweist, mit der ersten Impedanz eine Signalform und/oder ein Frequenzspektrum der Wechselspannung beeinflussen, die der Spannungserhöhungsschaltung zugeführt wird.
Die erste Impedanz kann einen ersten Widerstand umfassen. Ein MOSFET hat im Sperrfall in Sperrrichtung besonders gute Sperreigenschaften und im Durchlassfall in Durchlassrichtung besonders gute Durchlasseigenschaften. Es ist aber auch möglich, für den ersten steuerbaren Halbleiter statt eines MOSFET einen anderen Typ von Feldeffekttransistor, einen bipolaren Transistor, einen IGBT oder einen anderen Typ von steuerbarem Halbleiterschalter zu verwenden.
Der erste steuerbare Halbleiter kann einen MOSFET, insbesondere einen N-Kanal- MOSFET umfassen.
Der erste steuerbare Halbleiter kann einen bipolaren Transistor, insbesondere einen NPN- Transistor umfassen. Die Erfindung baut auf der konventionellen Verpolschutzschaltung dadurch auf, dass die Verpolschutzschaltung eine erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung aufweist. Hierdurch kann verhindert werden, dass an dem Steuereingang der Endstufe im Verpolfall eine Spannung anliegt, die die Endstufe im Verpolfall auf Durchlass schalten könnte.
Die Verpolschutzschaltung kann ein zweites elektrisches oder elektronisches Bauelement umfassen, das einen Steuereingang der Endstufe mit einem Spannungs- versorgungsanschluss der Endstufe elektrisch verbindet. Mittels einer elektronischen Ausgestaltung des zweiten elektrischen oder elektronischen Bauelements lassen sich ohmsche Verluste in der Endstufe minimieren, indem sein ohmscher Durchlasswiderstand erhöht wird, solange es für einen Spannungsausgleich zwischen dem Steuereingang und dem Spannungsversorgungsanschluss der Endstufe nicht benötigt wird. Wenn die Impedanz einen Blindanteil aufweist, lassen sich mit ihr eine Signalform und/oder ein Frequenzspektrum der Wechselspannung beeinflussen, die dem Steuereingang der Endstufe zugeführt wird. Das zweite elektrische oder elektronische Bauelement kann eine zweite Impedanz umfassen.
Die zweite Impedanz kann einen zweiten Widerstand umfassen.
Die Endstufe kann einen zweiten steuerbaren Halbleiter umfassen.
Eine Source-Elektrode oder eine Drain-Elektrode des zweiten steuerbaren Halbleiters kann mit dem Spannungsversorgungsanschluss der Verpolschutzschaltung elektrisch verbunden sein. Hierdurch kann die Spannungsversorgung des elektrischen Verbrauchers für die Spannungsversorgungsschaltung mitverwendet werden.
Eine Body-Diode des zweiten steuerbaren Halbleiters kann in einer Normalbetriebsart der Endstufe in Durchlassrichtung orientiert sein.
Der zweite steuerbare Halbleiter kann einen MOSFET, insbesondere einen N-Kanal- MOSFET, umfassen. Ein MOSFET hat im Sperrfall in Sperrrichtung besonders gute Sperreigenschaften und im Durchlassfall in Durchlassrichtung besonders gute Durchlasseigenschaften. Es ist aber auch möglich, für den zweiten steuerbaren Halbleiter statt eines MOSFET einen anderen Typ von Feldeffekttransistor, einen bipolaren Transistor, einen IGBT oder einen anderen Typ von steuerbarem Halbleiterschalter zu verwenden.
Die Spannungserhöhungsschaltung kann eine Spannungsverdopplerschaltung und/oder eine Villard-Schaltung und/oder eine Greinacher Schaltung und/oder eine Delon- Schaltung umfassen. Hierdurch kann eine Spannungserhöhung ohne Induktivitäten erreicht werden. Induktivitäten sind in integrierten Schaltungen in der Regel schlecht realisierbar. Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigt: Figur 1 schematisch ein Blockschaltbild einer Verpolschutzschaltung für einen elektrischen Verbraucher. Zunächst wird der Aufbau des Ausführungsbeispiels der Verpolschutzschaltung 10 beschrieben, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die Verpolschutzschaltung 10 zur Spannungsversorgung eines elektrischen Verbrauchers 12 kann ein Anschlusspaar 14, 16 für eine Ver- sorgungsspannung U0, ein Anschlusspaar 18, 20 für ein Wechselspannungssignal Uw, eine Spannungsversorgungsschaltung 22, eine Spannungserhohungsschaltung 24 und eine Endstufe 26 umfassen.
Die Spannungsversorgungsschaltung 22 kann einen ersten N-Kanal-MOSFET 28 vom Anreicherungstyp umfassen, dessen Source-Elektrode 30 mit dem negativen Anschluss 16 für die Versorgungsspannung U0 verbunden ist. Die Drain-Elektrode 32 des ersten MOSFET 28 kann über eine Serienschaltung 34, 36 mit dem positiven Anschluss 14 für die Versorgungsspannung U0 verbunden sein. Die Serienschaltung 34, 36 kann eine Diode 34, die im Normalbetrieb (nichtverpolten Betrieb) in Durchlassrichtung 38 geschaltet ist, und einen ersten Widerstand 36 umfassen. Ein erster Anschluss 40 des ersten Widerstands 36 kann mit dem positiven Anschluss 14 für die Versorgungsspannung U0 verbunden sein. Eine Kathode 42 der Diode 34 kann mit der Drain-Elektrode 32 des ersten MOSFET 28 verbunden sein. Der andere Anschluss 41 des Widerstands 36 kann mit einer Anode 43 der Diode 34 verbunden sein und kann einen Ausgang 44 der Spannungs- Versorgungsschaltung 22 darstellen, welcher dazu vorgesehen und geeignet ist, einem Eingang 46 der Spannungserhohungsschaltung 24 eine Wechselspannung Uy bereitzustellen.
In dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 dargestellt ist, wird als Spannungserhöhungs- Schaltung 24 eine Greinacher Schaltung verwendet, die dem Fachmann bekannt ist. Alternativ kann hier irgendeine andere Art von Spannungserhohungsschaltung 24 mit oder ohne Induktivitäten verwendet werden. Der Ausgang 47 der Spannungserhohungsschaltung 24 kann an einen Steuereingang 48 der Endstufe 26 angeschlossen werden. Als Kapazität C2 der Greinacher Schaltung kann teilweise oder sogar ausschließlich eine Gate- Kapazität des zweiten steuerbaren Halbleiters 50 verwendet werden.
Die Endstufe 26 kann einen zweiten N-Kanal-MOSFET 50 und einen zweiten Widerstand 52 umfassen. Eine Source-Elektrode 54 des zweiten MOSFET 50 kann mit einem positiven Anschluss 14 für die Versorgungsspannung U0 verbunden sein. Eine Drain-Elektrode 56 des zweiten MOSFET 50 kann mit einem gesteuerten Lastausgangsanschluss 58 zum Anschluss und Betrieb eines elektrischen Verbrauchers 12 verbunden sein. Der Verbrau- eher 12 kann zwischen dem Lastausgangsanschluss 58 und dem negativen Anschluss 16 für die Versorgungsspannung U0 angeschlossen und betrieben werden. Der zweite Widerstand 52 kann zwischen einem Gate 60 des zweiten MOSFET 50 und dem positiven Anschluss 14 für die Versorgungsspannung U0 angeschlossen sein.
Der zweite MOSFET 50 kann eine Body-Diode 62 umfassen. Die Body-Diode 62 kann für eine nichtverpolte Betriebsart der Verpolschutzschaltung 10 in Hauptdurchlassrichtung 64 der Endstufe 26 geschaltet sein. In der verpolten Betriebsart ist dann die Body-Diode 62 in Sperrrichtung geschaltet.
Nun wird die Funktionsweise der Ausführungsform der Verpolschutzschaltung 10 erläutert. Die Verpolschutzschaltung 10 kann zwei Verpolschutzfunktionen beinhalten. Die erste Verpolschutzfunktion kann den elektrischen Verbraucher 12 gegen Verpolung schützen. Die erste Verpolschutzfunktion kann darin bestehen, dass der Abschnitt zwischen dem Drain-Anschluss 56 und dem Source-Anschluss 54 des zweiten MOSFET 50 bei einer Verpolung der Versorgungsspannung U0 hochohmig ist. Dies kann zum Einen dadurch erreicht werden, dass der zweite MOSFET 50 in der Schaltung so angeordnet ist, dass seine Body-Diode 62 bei Verpolung in Sperrrichtung orientiert ist. Daraus folgt, dass die Body-Diode 62 bei Normalbetrieb und Nichtverpolung in Durchlassrichtung 64 der Endstu- fe 26 orientiert sein kann.
Die Endstufe 26 muss also nicht notwendigerweise dazu vorgesehen sein, den elektrischen Verbraucher 12 im Normalbetrieb ein- und auszuschalten. Andererseits hat die Body-Diode 62 üblicherweise nur ein mäßiges Durchlassverhalten, so dass durchaus An- Wendungen vorstellbar sind, in denen trotz der in Durchlassrichtung 64 orientierten Body- Diode 62 der Unterschied der Leitwerte des zweiten MOSFET 50 im durchgeschalteten und im nichtdurchgeschalteten Zustand für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Anwendung ausreichend ist. In diesen Fällen kann der zweite MOSFET 50 nicht nur dem Verpol- schutz, sondern auch einer Schaltanwendung dienen.
Damit der elektrische Verbraucher 12 gegen Verpolung geschützt ist, darf der zweite MOSFET 50 bei Verpolung der Versorgungsspannung U0 nicht auf Durchläse schalten. Um dies zu erreichen, kann zwischen dem Gate-Anschluss 60 des zweiten MOSFET 50 und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 14 ein Widerstand 52 angeordnet sein, der einen Spannungsabbau zwischen der Gate-Elektrode 60 und der Source-Elektrode 54 des zweiten MOSFET 50 bewirken kann. Damit sich nicht trotzdem eine Spannung Uz zwischen der Gate-Elektrode 60 und der Source-Elektrode 54 aufbaut, ist im Verpolfall die Spannungsversorgung des Gate-Anschlusses 60 zu unterbrechen oder außer Betrieb zu setzen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass im Verpolfall (und insbesondere auch beim Einschalten im Verpolfall) durch die Spannungsversorgungsschaltung 22 kein Strom fließen kann. Dafür kann die Diode 34 dann in Sperrrichtung geschaltet sein. Dadurch kann die Spannungsversorgungsschaltung 22 das Wechselspannungssignal Uw im Verpolfall nicht verstärken, das von einer Wechselspannungssignalquelle Ose bereitgestellt wird. Die Spannungsversorgungsschaltung 22 kann dann der Spannungserhöhungsschaltung 24 keine Wechselspannung Uy bereitstellen. Infolgedessen kann auch die Spannungser- höhungsschaltung 24 dem Steuereingang 48 der Endstufe 26 keine Eingangsspannung U0 + Uz bereitstellen, die hoch genug wäre, um den zweiten MOSFET 50 auf Durchläse zu schalten. Die Diode 34 verhindert beim Einschalten im Verpolfall insbesondere auch, dass das Gate 60 des zweiten steuerbaren Halbleiters 50 mit einem Einschaltimpuls beaufschlagt wird, der sonst über den ersten steuerbaren Halbleiter 28, den Eingangskondensa- tor C1 und die Längsdiode D2 bis zum Gate 60 übertragen wird und dessen Wirkung für die Endstufe 26 und/oder den elektrischen Verbraucher 12 im Verpolfall besonders schädlich sein kann.
Durch die vorgeschlagene vorteilhafte Anordnung eines einzigen Stromventils 34 in der Spannungsversorgungsschaltung 22 kann es gelingen, einen wirksamen Verpolschutz bereitzustellen, für den weniger Bauelemente erforderlich sind als in konventionellen Ver- polschutzschaltungen.
Mit der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung sollen auch Ausführungsfor- men offenbart sein, die zu den explizit beschriebenen Ausführungsformen komplementär sind. Beispielsweise kann statt einer positiven Versorgungsspannung U0 eine negative Versorgungsspannung angelegt werden, wenn statt eines N-Kanal-MOSFET 28, 50 ein P- Kanal-MOSFET verwendet wird und der Ausgang der Spannungserhöhungsschaltung 24 umgepolt wird oder eine komplementäre Spannungserhöhungsschaltung verwendet wird. Bezugszeichenliste
10 Verpolschutzschaltung
12 elektrischer Verbraucher
14 positiver Anschluss für Versorgungsspannung U0
16 negativer Anschluss für Versorgungsspannung U0
18 erster Anschluss für Wechselspannungssignal Uw 20 zweiter Anschluss für Wechselspannungssignal Uv
22 Spannungsversorgungsschaltung
24 Spannungserhöhungsschaltung
26 Endstufe
28 erster steuerbarer Halbleiter; erster MOSFET 30 Source-Elektrode des ersten MOSFET 28
32 Drain-Elektrode des ersten MOSFET 28
34 Diode
36 erster Widerstand
38 Hauptdurchlassrichtung des ersten MOSFET 28 40 erster Anschluss des Widerstands 36
41 zweite Anschluss des Widerstands 36
42 Kathode der Diode 34
43 Anode der Diode 34
44 Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung 22 46 Eingang der Spannungserhöhungsschaltung 24
47 Ausgang der Spannungserhöhungsschaltung 24
48 Steuereingang der Endstufe 26
50 zweiter steuerbarer Halbleiter; zweiter MOSFET
52 zweiter Widerstand
54 Source-Elektrode des zweiten MOSFET 50
56 Drain-Elektrode des zweiten MOSFET 50
58 Lastausgangsanschluss der Endstufe 26
60 Gate des zweiten MOSFET 50
62 Body-Diode
64 Durchlassrichtung der Endstufe 26
Ose Oszillator Uo Versorgungsspannung
Uw Wechselspannungssignal
Uy Wechselspannung
Uz Zusatzspannung
C1 Eingangskondensator der Greinacher Schaltung 24
C2 Glättungskondensator der Greinacher Schaltung 24
D1 Klemmdiode der Greinacher Schaltung 24
D2 Längsdiode der Greinacher Schaltung 24

Claims

Ansprüche
1 . Spannungsversorgungsschaltung (22) für eine Spannungserhöhungsschaltung (24), wobei die Spannungsversorgungsschaltung (22) eine Diode (34) und einen ersten steuerbaren Halbleiter (28) umfasst und die Diode (34) mit dem ersten steuerbaren Halbleiter (28) in einer Hauptstromrichtung (38) des ersten steuerbaren Halbleiters (28) in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (34) einen Ausgang (32) des ersten steuerbaren Halbleiters (28) mit einem Ausgang (44) der Spannungsversorgungsschaltung (22) elektrisch verbindet.
2. Spannungsversorgungsschaltung (22) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungsschaltung (22) ein erstes elektrisches oder elektronisches Bauelement (36) umfasst, das einen Spannungsversorgungsanschluss (14) der Spannungsversorgungsschaltung (22) mit dem Ausgang (44) der Spannungsversorgungsschaltung (22) elektrisch verbindet.
3. Spannungsversorgungsschaltung (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische oder elektronische Bauelement (36) eine erste Impedanz (36) umfasst.
4. Spannungsversorgungsschaltung (22) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz (36) einen ersten Widerstand (36) umfasst.
5. Spannungsversorgungsschaltung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste steuerbare Halbleiter (28) einen MOSFET, insbesondere einen N-Kanal-MOSFET, umfasst.
6. Spannungsversorgungsschaltung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste steuerbare Halbleiter (28) einen bipolaren Transistor, insbesondere einen NPN-Transistor, umfasst.
7. Verpolschutzschaltung (10) für einen elektrischen Verbraucher (12), wobei die Verpolschutzschaltung (10) eine Endstufe (26) und eine Spannungserhohungsschaltung (24) umfasst, gekennzeichnet durch eine Spannungsversorgungsschaltung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Verpolschutzschaltung (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein zweites elektrisches oder elektronisches Bauelement (52), das einen Steuereingang (48) der Endstufe (26) mit einem Spannungsversorgungsanschluss (14) der Endstufe (26) elektrisch verbindet.
9. Verpolschutzschaltung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische oder elektronische Bauelement (52) eine zweite Impedanz (52) ist.
10. Verpolschutzschaltung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Impedanz (52) ein zweiter Widerstand (52) ist.
1 1 . Verpolschutzschaltung (10) nach einem der Ansprüche7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe (26) einen zweiten steuerbaren Halbleiter (50) umfasst.
12. Verpolschutzschaltung (10) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Source-Elektrode (54) oder eine Drain-Elektrode (56) des zweiten steuerbaren Halbleiters (50) mit einem Spannungsversorgungsanschluss (14) der Verpolschutzschaltung (10) elektrisch verbunden ist.
13. Verpolschutzschaltung (10) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Body-Diode (62) des zweiten steuerbaren Halbleiters (50) in einer Normalbetriebsart der Endstufe (26) in Durchlassrichtung (38) orientiert ist.
14. Verpolschutzschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite steuerbare Halbleiter (50) einen MOSFET, insbesondere einen N-Kanal-MOSFET, umfasst.
15. Verpolschutzschaltung (10) nach einem der Ansprüche 7bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserhohungsschaltung (24) eine Spannungs- verdopplerschaltung und/oder eine Villard-Schaltung und/oder eine Greinacher Schaltung und/oder eine Delon-Schaltung umfasst.
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