WO2025261981A1 - Elektrikvorrichtung, elektrogerät und verfahren zu einem betrieb einer elektrikvorrichtung - Google Patents

Elektrikvorrichtung, elektrogerät und verfahren zu einem betrieb einer elektrikvorrichtung

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WO2025261981A1
WO2025261981A1 PCT/EP2025/066766 EP2025066766W WO2025261981A1 WO 2025261981 A1 WO2025261981 A1 WO 2025261981A1 EP 2025066766 W EP2025066766 W EP 2025066766W WO 2025261981 A1 WO2025261981 A1 WO 2025261981A1
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WO
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unit
gate electrode
driver
electrical device
latch unit
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PCT/EP2025/066766
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English (en)
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Diego Puyal Puente
Arturo Acevedo Simon
Nicolas Blasco Rueda
Alodia NAVAMUEL GARIN
Jorge ESPAÑOL LEZA
Jorge VILLA LOPEZ
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Publication date
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    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
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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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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    • H03K17/041—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0412—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/04123—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0081—Power supply means, e.g. to the switch driver

Definitions

  • the invention relates to an electrical device according to claim 1, an electrical appliance according to claim 11 and a method for operating an electrical device according to claim 12.
  • Gate drivers for controlling the gate electrode of a semiconductor switch are already known in the prior art, but these lack a rectifier unit on a secondary side and/or a latch unit.
  • US 11264985 B1 discloses a transformer-isolated gate driver, which, however, features single-path control without modulation of the carrier signal, thus requiring a bulky transformer.
  • Such designs are also known from: C. Jiang, H. Peng, O. Yue, and Q. Tong, ‘Study on the Impacts of Signal Carrier in a Compact Gate Driver with Single Isolation Channel for Both Signal and Power Transferring’, in 2022 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Oct. 2022, pp. 1-7. doi: 10.1109/ECCE50734.2022.9947991, and, for example, from WO 2022096122 A1.
  • WO 2024056532 A1 shows a bus discharge unit for discharging a bus capacitor of an induction cooktop.
  • the object of the invention is, in particular but not limited to, providing a generic device with improved efficiency characteristics. This object is achieved according to the invention by the features of claim 1, while advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • An electrical device comprising at least one isolated gate driver for controlling at least one gate electrode, wherein the gate driver generates at least one transformer for transferring a driver signal via modulation of a carrier signal from a primary side to a secondary side of the gate driver, a rectifier unit on the secondary side, and a latch unit for discharging the gate electrode, the latch unit being connected between the gate electrode and the rectifier unit.
  • the gate driver generates at least one transformer for transferring a driver signal via modulation of a carrier signal from a primary side to a secondary side of the gate driver, a rectifier unit on the secondary side, and a latch unit for discharging the gate electrode, the latch unit being connected between the gate electrode and the rectifier unit.
  • the space efficiency and/or cost efficiency of the transformer can be increased, particularly since its dimensions for transmitting the high-frequency driver signal generated by the modulation can be advantageously reduced.
  • the driver information can be advantageously restored on the secondary side by means of the rectifier unit, and in particular the driver signal received on the secondary side can be amplified.
  • a particularly fast discharge of the gate electrode can be provided by means of the latch unit, which in particular enables a particularly safe and/or efficient switching of a switch having the gate electrode.
  • the latch unit can advantageously provide fast discharge with particularly high efficiency and/or charging speed.
  • an isolated power supply referenced to a live conductor and/or neutral conductor in a circuit containing the switch is not required to operate the gate driver.
  • the gate driver can be powered independently of a mains voltage.
  • the electrical device is, in particular, a device with a function based on an electric current, which in particular comprises various electrical and/or electronic components.
  • the electrical device in particular, has at least one circuit or is configured as such.
  • the electrical device may have other components, for example, at least one housing for receiving at least the circuit.
  • the electrical device is configured at least as a part, in particular as a subassembly, of an electrical device. It would be conceivable for the electrical device to comprise the entire electrical device.
  • the electrical device is preferably configured as a Household appliance device, preferably configured as a cooktop device, and particularly preferably as an induction cooktop device.
  • household appliance device or cooktopdevice
  • induction cooktop device are understood to mean, in particular, at least one part, especially a subassembly, of an electrical appliance configured as a household appliance, a cooktop, and an induction cooktop, respectively.
  • the electrical device can be at least one part of any differently configured electrical appliance that appears sensible to a person skilled in the art, in particular an electrical appliance that differs from a household appliance or a household appliance that differs from a cooktop, for example, a different type of cooking appliance, in particular an oven, a microwave, a grill, a steam cooker, or the like, or, for example, a chest freezer, in particular a refrigerator and/or freezer, or a household cleaning appliance, for example, a dishwasher and/or a washing machine and/or a dryer, or an air conditioner, or the like.
  • a different type of cooking appliance in particular an oven, a microwave, a grill, a steam cooker, or the like
  • a chest freezer in particular a refrigerator and/or freezer
  • a household cleaning appliance for example, a dishwasher and/or a washing machine and/or a dryer, or an air conditioner, or the like.
  • the electrical device can, in particular, be at least part of any electrical device deemed suitable by a person skilled in the art, comprising at least one switch and a gate electrode that can be controlled by means of a gate driver.
  • the gate driver is preferably designed to control the at least one switch.
  • the switch is, in particular, a semiconductor switch, preferably a transistor, and more preferably a MOSFET switch.
  • the switch can be another type of switch deemed suitable by a person skilled in the art, in particular a semiconductor switch, for example, a bipolar transistor with an insulated gate electrode (IGBT), a thyristor, or the like.
  • IGBT insulated gate electrode
  • the electrical device preferably comprises the at least one gate electrode, in particular at least one gate capacitor, for example, with a total capacitance of at least 1 nF and/or a maximum of 10 nF. Alternatively, other values deemed suitable by a person skilled in the art are conceivable.
  • the electrical device can include the at least one switch.
  • the switch is, in particular, activated for a charged state of the gate electrode and, in particular, deactivated for a discharged state of the gate electrode.
  • An activated state of the switch is understood to mean, in particular, a conductive state, especially one in which a current flows between the source and outlet or between the collector and emitter of the switch. The same applies, conversely, to the deactivated state.
  • the switch is preferably a high-side switch.
  • the gate driver is preferably configured as a high-side gate driver. Alternatively, it would be conceivable for the switch to be configured as a low-side switch.
  • the isolated gate driver is preferably galvanically isolated, particularly transformer-isolated.
  • the isolated gate driver is preferably magnetically isolated.
  • the transformer is provided, in particular, for at least data transfer and, in particular, for energy transfer from the primary to the secondary side of the gate driver during the transfer of the driver signal.
  • the primary and secondary sides are preferably, and in particular, only connected via the transformer.
  • the transformer preferably has at least one primary coil and at least one secondary coil for the transfer.
  • the primary side has the primary coil and, in particular, a portion of the gate driver electrically, and in particular by wire, connected to the primary coil.
  • the secondary side preferably has the secondary coil and, in particular, a portion of the gate driver electrically, and in particular by wire, connected to the secondary coil.
  • the primary side of the gate driver is provided, in particular, for generating the driver signal, in particular by modulating the carrier signal.
  • the driver signal is preferably a digitally modulated carrier signal, preferably by means of amplitude-shift keying (ASK), based on the driver information.
  • ASK amplitude-shift keying
  • PSK phase-shift keying
  • FSK frequency-shift keying
  • the driver information specifies, in particular, a charging time interval and a discharging time interval of the gate electrode, specifically an activation time interval and a deactivation time interval of the switch.
  • the driver information also specifies, in particular, a switching characteristic of the switch.
  • the carrier signal is preferably formed from a modulation of the carrier signal with a signal containing the driver information to be transmitted.
  • the signal preferably contains the driver information in the form of voltage pulses and/or at least one voltage pulse.
  • the signal containing the driver information preferably contains the driver information in the form of square wave pulses and/or at least one square wave pulse, whereby alternatively another pulse shape that appears useful to a person skilled in the art would be conceivable.
  • the driver signal has an envelope, in particular in the form of the at least one voltage pulse and/or
  • the signal contains a voltage pulse and includes the driver information.
  • the period of the carrier signal is smaller, for example by a factor of at least 50, more preferably at least 100, more preferably at least 200, and most preferably at least 250, than the pulse duration of the signal modulated onto the carrier signal to generate the driver signal.
  • the signal contains the driver information to be transmitted and/or the pulse duration of the envelope of the driver signal.
  • the pulse duration of the signal containing the driver information and/or the pulse duration of the driver signal, in particular the envelope of the driver signal is preferably at least 1 ms, more preferably at least 2 ms, more preferably at least 3 ms, and most advantageously at least 4.1 ms and/or preferably a maximum of 20 ms, more preferably a maximum of 10 ms, more preferably a maximum of 8 ms, and most advantageously a maximum of 5 ms.
  • the signal can, for example, have a repetition period of at least 16 ms and/or a maximum of 20 ms.
  • the signal containing the carrier information preferably has a low frequency.
  • the carrier signal is preferably a high-frequency signal, in particular with a frequency of at least 9 kHz, preferably at least 50 kHz, advantageously at least 100 kHz, preferably at least 200 kHz, particularly preferably at least 300 kHz, and particularly advantageously at least 450 kHz.
  • the carrier signal can have a frequency of at least substantially 500 kHz, wherein in particular the deviation of the frequency from 500 kHz is less than 25%, preferably less than 10%, and particularly preferably less than 5% of 500 kHz.
  • signal transmission at the transformer can be provided particularly efficiently.
  • the transformer, in particular at least the primary and secondary coils, and thus in particular the isolated gate driver can be designed to be particularly compact and/or a particularly high temporal precision of the signal transmitted at the transformer can be achieved. In particular, space efficiency and/or transmission efficiency can be improved.
  • pulse distortion can be reduced and particularly high temperature stability of the isolated gate driver can be achieved by means of the transformer.
  • the transformer can provide a
  • the transformer must have a common-mode choke (CMC) and, in particular, a primary-to-secondary winding ratio of 1:1.
  • CMC common-mode choke
  • the transformer can, for example, be mounted on a
  • the transformer is based on a commercially available transformer and, in particular, has the air and creepage distances required for effective network insulation.
  • the gate driver is preferably designed as a direct gate driver based on a magnetically isolated, for example, 2 W, 24 V-24 V, DC-DC converter. Alternatively, other power and voltage values and/or configurations of the transformer that appear sensible to those skilled in the art are conceivable.
  • the electrical device in particular the gate driver, preferably has at least one modulation unit on the primary side for generating the driver signal, which is provided, in particular, for digital keying and frequency up-conversion to generate the driver signal.
  • the primary side can, for example, have a circuit based on a complementary totem pole output and/or a totem pole output, which is, in particular, controlled by several level-shifting MOSFET inverters and/or a common collector current gain stage.
  • the rectifier unit is connected downstream of the secondary coil, for example, directly.
  • the rectifier unit has at least one diode. More preferably, the rectifier unit has at least two diodes.
  • the rectifier unit can be configured as a full-wave rectifier or as a half-wave rectifier.
  • the rectifier unit has at least one capacitor, for example, exactly two capacitors.
  • the rectifier unit is preferably configured as a voltage multiplier, more preferably as a voltage doubler, for example, according to a Delon bridge circuit or the like.
  • a signal strength, in particular of the driver signal can be increased on the secondary side.
  • the phrase "the latch unit is connected between the gate electrode and the rectifier unit” means, in particular, that the latch unit is electrically connected between the gate electrode and the rectifier unit, in particular by wire.
  • the latch unit is preferably, in particular in at least one operating state, at least partially connected between the gate electrode and the rectifier unit.
  • the latch unit preferably comprises at least one switching element, preferably a bipolar transistor.
  • the latch unit can comprise at least two switching elements, for example, at least one switching element configured as a PNP transistor and at least one further switching element configured as an NPN transistor.
  • the switching element can, for example, be a high-side transistor.
  • the switching element and/or the further switching element may be configured as a low-side switching element.
  • the latch unit may have exactly two switching elements.
  • the latch unit functions, in particular, at least as an electronic latch.
  • the latch unit is preferably activatable by activating the at least one switching element, preferably the at least two switching elements.
  • the activated latch unit is particularly intended for
  • intended means specifically programmed, designed, and/or equipped.
  • the fact that an object is intended for a specific function means that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • the latch unit can be activated to discharge the gate electrode, at least based on the driver signal, thereby enabling particularly efficient discharge of the gate electrode based on the driver signal.
  • the gate electrode can be controlled with particular precision by means of the driver signal, as the switch includes this feature.
  • the latch unit can be activated, in particular, based on a falling edge of the driver signal, especially the envelope of the driver signal, wherein the falling edge of the driver signal on the primary side correlates, in particular, with a falling edge of a signal received on the secondary side and rectified by the rectifier unit.
  • the latch unit is preferably activated by activating the at least one switching element based on the driver signal, in particular the falling edge of the envelope.
  • the switching element is preferably designed to activate itself upon reaching at least one base-emitter threshold voltage.
  • the latch unit is connected in such a way that the base-emitter threshold voltage of the at least one switching element is reached for the falling edge of the envelope of the driver signal.
  • the latch unit provides a discharge path for discharging the gate electrode that is distinct from a charging path for charging the gate electrode. This allows for particularly fast discharge along the discharge path, especially without reducing the charging efficiency along the charging path.
  • a discharge path with a dynamics different from that of the charging path can be provided.
  • the discharge path can be advantageously improved separately from the charging path for the purpose of discharging.
  • the latch unit preferably provides a discharge along the discharge path, unlike a discharge against the charging direction along the charging path.
  • the latch unit provides the discharge path, in particular, in the activated state.
  • the latch unit, in particular the at least one switching element is preferably deactivated during charging, especially for the rising edge of the envelope of the driver signal.
  • the charging path and the discharge path are preferably arranged on the secondary side.
  • the charging path is provided, in particular, for charging along a charging direction, preferably starting from the secondary coil and/or the rectifier unit, to the gate electrode.
  • the charging path preferably runs through a resistive element of the gate driver.
  • the resistive element is connected downstream of the rectifier unit, for example, directly.
  • the charging path preferably runs through another resistive element of the gate driver. This resistive element preferably has a resistance at least one order of magnitude greater than the resistance of the other resistive element.
  • the current along the charging path is particularly limited, wherein the loss of the limited current is preferably due to at least substantially, in particular at least 75%, preferably at least 90%, and preferably at least 95% of the loss, by the resistive element.
  • the discharge path preferably runs through the at least one switching element of the activated latch unit.
  • the discharge path preferably runs through the further resistive element and is particularly free of the resistive element in the charging path.
  • the discharge path preferably runs through a shunt resistive element of the gate driver.
  • the current along the discharge path is particularly limited, wherein the loss of the limited current is preferably due to at least substantially, in particular at least 75%, preferably at least 90%, and preferably at least 95% of the loss, by the further resistive element and/or the shunt resistive element.
  • the discharge path dynamics be faster than the charging path dynamics, thereby enabling particularly efficient and/or safe deactivation of the switch.
  • the discharge path provided by the activated latch unit is preferably approximately defined as a
  • the short-circuit path is configured as a short-circuit path.
  • the discharge time during activation of the latch unit, starting from a saturation voltage of the gate electrode is preferably shorter than the charging time of the gate electrode to the saturation voltage along the charging path.
  • the "discharge time” is defined as discharging the gate electrode from the saturation voltage to a voltage of at least substantially zero
  • the “charging time” is defined as charging the gate electrode from a voltage of at least substantially zero to the saturation voltage.
  • the saturation voltage of the gate electrode can be, for example, at least 5 V, preferably at least 10 V, and particularly preferably at least 15 V, and/or, for example, a maximum of 50 V, preferably a maximum of 40 V, preferably a maximum of 30 V, and particularly preferably a maximum of 20 V.
  • the charging time depends, in particular, on the capacitances of the at least one capacitor of the rectifier unit.
  • the charging duration depends on an RC circuit of the gate electrode, wherein the RC circuit also functions as a filter unit with respect to high-frequency ripple.
  • the charging duration is preferably less than 50 ps.
  • the discharging duration is preferably less than 50 ps, advantageously less than 30 ps, more preferably less than 10 ps, particularly preferably less than 5 ps, and most advantageously less than 2 ps.
  • the discharging duration, starting from the cessation of the driver signal pulse, is preferably shorter than the charging duration by a factor of at least 5, more preferably at least 10, more preferably at least 15, and most preferably at least 20.
  • the latch unit be connected at least partially in parallel with the gate electrode.
  • the discharge of the gate electrode can be provided in parallel with the gate electrode and at least partially in parallel with the charging path.
  • the latch unit can provide a low-impedance circuit in parallel with the gate electrode for the discharge.
  • the latch unit is connected at least partially in parallel with the charging path.
  • the latch unit is preferably connected in parallel with the gate electrode, except for at least one rectifying element mentioned below.
  • the latch unit includes at least one rectifying element, in particular a diode, which provides a forward direction along a
  • the diode in particular, has a charging path along the aforementioned charging direction and blocks discharge along the charging path in the opposite direction, particularly to the charging direction.
  • discharge along the charging path can be blocked, thereby achieving a voltage drop at the latch unit during discharge for activation of the latch unit.
  • a particularly fast discharge can be ensured by the advantageous activation of the latch unit.
  • the diode by blocking discharge along the charging path, particularly opposite to the charging direction, is designed to provide a voltage drop at the latch unit for activation of the latch unit on the falling edge of the driver signal.
  • the rectifier element is preferably arranged in the charging path and is designed to provide a unidirectional current flow along the charging path.
  • the latch unit is preferably designed to be unidirectional, particularly with respect to the charging path.
  • the gate driver includes at least one overcurrent protection unit, wherein the latch unit can be activated by means of the overcurrent protection unit to provide overcurrent protection.
  • the gate electrode can be discharged particularly quickly and/or efficiently by means of the activated latch unit in the event of an overcurrent, thereby enabling the switch to be deactivated particularly quickly in the event of an overcurrent.
  • the safety of a circuit containing the switch can be increased.
  • the service life of the switch and especially the circuit can be increased by deactivating the switch in the event of an overcurrent.
  • the requirements of components in the circuit, especially those downstream of the switch, with regard to overcurrent resistance can be reduced, thereby increasing cost-efficiency and/or reducing the complexity of the components and especially the circuit.
  • the latch unit can preferably be activated by means of the overcurrent protection unit independently of the driver signal.
  • the gate electrode can preferably be discharged by means of the overcurrent protection unit independently of the driver signal, particularly during charging and/or during the voltage pulse of the driver signal.
  • the overcurrent protection unit is preferably designed to detect an overcurrent upstream of an input, in particular the source and/or the emitter and/or the collector, of the The overcurrent protection unit is designed to activate the latch unit based on the detection of an overcurrent. It is preferably designed to discharge the gate electrode via the latch unit in the event of an overcurrent and, in particular, to deactivate the switch.
  • the overcurrent protection unit is preferably designed to detect the overcurrent by means of a comparison.
  • the overcurrent protection unit includes a reference voltage source, in particular a shunt reference.
  • the overcurrent can be detected particularly efficiently and/or reliably, especially with temperature stability.
  • the overcurrent protection unit, in particular the shunt reference is designed to detect the overcurrent by comparing a voltage across the shunt resistor element with an internal reference voltage.
  • the internal reference voltage is preferably designed as a bandgap reference and exhibits particularly high stability with respect to fluctuations in temperature, power supply, electrical load, and/or time.
  • the internal reference voltage has a value of less than 5 V, more preferably less than 2.5 V.
  • the internal reference voltage can, for example, be silicon-based and preferably has a value of at least 1.2 V and/or a maximum of 1.3 V.
  • the overcurrent protection unit is preferably designed to function as an open-collector comparator, reducing the current, and thus in particular the voltage, at the switching element of the latch unit when the voltage to be compared, especially across the shunt resistor, is greater than the internal reference voltage.
  • the electrical device, particularly the overcurrent protection unit preferably includes at least one voltage limiter, in particular at least one Zener diode.
  • the voltage limiter, in particular the Zener diode is preferably designed to limit a voltage applied to the reference voltage source, in particular the shunt reference, and thus to protect it.
  • a gate voltage of the gate electrode is limited by means of the voltage limiter.
  • the voltage limiter is preferably designed to limit the voltage to a value less than the maximum rating of the shunt reference.
  • a voltage, in particular one provided at the shunt reference and limited by the voltage limiter designed as a Zener diode, is preferably less than the breakdown voltage of the Zener diode.
  • the voltage limiter can be used to determine the suitability of the shunt.
  • the reference voltage is set to a maximum of 20 V, with the voltage limited to a maximum of 18 V. Alternatively, other values that appear reasonable to a person skilled in the art are conceivable.
  • the latch unit has the same trigger point for activation, in particular of the latch unit, by means of the overcurrent protection unit and by means of the driver signal.
  • the precision and/or reliability of the overcurrent protection unit can be increased.
  • the implementation of the overcurrent protection unit incorporating the shunt reference can be advantageously simplified, thereby advantageously improving temperature stability.
  • the trigger point is preferably located at the base of the switching element.
  • the latch unit is preferably designed to be triggered at the same switching element for activation by means of the overcurrent protection unit and by means of the driver signal.
  • the overcurrent protection unit is preferably designed to trigger the latch unit, in particular the switching element, based on a current drop at the base of the switching element caused by the overcurrent protection unit, in particular by a current flow to the overcurrent protection unit.
  • the latch unit can have two different trigger points for activation by means of the overcurrent protection unit and by means of the driver signal.
  • the latch unit is preferably designed to be triggered at the switching element by the driver signal and at the further switching element by means of the overcurrent protection unit.
  • a first trigger point for activating the latch unit by means of the driver signal is preferably located at the base of the switching element, and a second trigger point for activating the latch unit by means of the overcurrent protection unit is preferably located at the base of the further switching element.
  • the overcurrent protection unit triggers the latch unit, in particular the further switching element, preferably directly based on an input current, in particular a source current, especially originating from the source and/or the emitter and/or the collector, of the switch at a base of the further switching element, to activate the latch unit.
  • the gate driver is preferably intended for controlling at least one switch, in particular at least one high-side switch, of a bus discharge unit.
  • the electrical device includes a bus discharge unit, in particular the one mentioned above, wherein the gate driver is provided for controlling at least one high-side switch of the bus discharge unit, in particular the one mentioned above.
  • the switch can be controlled with particular precision, especially with a particularly short deactivation time.
  • the bus discharge unit is preferably designed for controlled discharge of at least one bus capacitor, in particular a circuit of the household appliance.
  • the bus capacitor is preferably designed as a smoothing capacitor.
  • the bus discharge unit is preferably designed for regenerative, in particular non-dissipative, discharge of the bus capacitor.
  • the bus discharge unit can be controlled with particular precision by means of the gate driver, thereby enabling particularly precise adjustment of the charge level of the bus capacitor.
  • the charge level of the bus capacitor can be set with particular precision in terms of timing and/or a specific charge value by means of the gate driver.
  • the bus capacitor can be part of the electrical device.
  • the electrical device can comprise an entire circuit of the electrical appliance, preferably a household appliance, more preferably a cooktop, which includes the bus capacitor and, for example, at least one rectifier connected upstream of the bus capacitor.
  • the electrical device can include a filter unit, particularly one connected upstream of the rectifier, and, in particular, an inverter connected downstream of the bus capacitor, wherein the inverter can, for example, be used to provide an alternating voltage to an electrical resonant circuit for the emission of inductive radiation.
  • the bus discharge unit can, for example, be provided to discharge the bus capacitor for cookware detection, for example, to provide a reduced charge in the bus capacitor for the generation of a detection signal based on the charge and/or to reduce electromagnetic interference, particularly interference caused by a charge in the bus capacitor, during detection.
  • the bus discharge unit can be provided with any further function that would appear useful to a person skilled in the art by means of discharging the bus capacitor.
  • the electrical device can include at least one further gate driver, for example, for controlling at least one low-side switch of the bus discharge unit.
  • the gate driver and the further gate driver can be at least partially integrated into a single unit. For example, they can share at least a section of the primary side, such as for generating the driver signal.
  • the gate driver and the additional gate driver can be separate from each other and/or the additional gate driver can be separate from the electrical device.
  • an electrical device in particular one of the above-mentioned devices, comprising at least one isolated gate driver which controls the at least one gate electrode, wherein the driver signal is generated via modulation of the carrier signal and is transmitted via the transformer from the primary side to the secondary side of the gate driver, and wherein the gate driver has the rectifier unit on the secondary side and the latch unit connected between the gate electrode and the rectifier unit, wherein the gate electrode is discharged by means of the latch unit.
  • at least one efficiency of the driver signal is generated via modulation of the carrier signal and is transmitted via the transformer from the primary side to the secondary side of the gate driver
  • the gate driver has the rectifier unit on the secondary side and the latch unit connected between the gate electrode and the rectifier unit, wherein the gate electrode is discharged by means of the latch unit.
  • the electrical device is enhanced.
  • the method preferably comprises at least one process step, in particular a signal generation step, in which the driver information is modulated onto the carrier signal.
  • the driver signal is preferably transmitted from the primary side to the secondary side via the transformer.
  • the driver information is then restored and/or amplified for further use on the secondary side, preferably by means of the rectification unit, in a further process step, in particular a rectification step.
  • the method preferably comprises a further process step, in particular a charging step, in which the gate electrode is charged along the charging path from the rectification unit based on the driver signal, and the switch is activated, in particular by means of the gate electrode.
  • the electrical device, the household appliance, and the method for operating the electrical device are not limited to the application and embodiment described above.
  • the electrical device, the household appliance, and the method for operating the electrical device may, to achieve a functionality described herein, comprise a different number of individual elements, components, units, and process steps than specified herein.
  • FIG. 1 A schematic representation of an exemplary electrical appliance with an electrical device
  • FIG. 2 shows a simplified circuit diagram of the electrical device with a gate driver for controlling a gate electrode of a switch
  • Fig. 4 shows exemplary graphs with curves in a time window of (a) a rising edge and (b) a falling edge of an envelope of the driver signal.
  • Fig. 5 shows exemplary graphs with curves in a case of overcurrent and Fig. 6 shows a flowchart of a method for operating the electrical device.
  • FIG. 1 shows a schematic top view of an electrical appliance 100 with an electrical device 10.
  • the electrical appliance 100 is designed here as an exemplary household appliance 102.
  • the household appliance 102 is designed as a cooktop 104, in particular as an induction cooktop.
  • the electrical device 10 is designed in this case as a household appliance device, for example as a cooktop device, in particular as an induction cooktop device.
  • a household appliance device for example as a cooktop device, in particular as an induction cooktop device.
  • Figure 2 shows a simplified circuit diagram of at least one part of the electrical appliance 100 and, in this case, the exemplary electrical device 10 as part of the cooktop 104.
  • the electrical device 10 includes a bus capacitor 82, in particular one connected upstream of a rectifier 80 of the electrical device 10.
  • the bus capacitor 82 can, by way of example, function at least as a smoothing capacitor.
  • a simplified equivalent resistance 84 is shown, which is arranged electrically in parallel with the bus capacitor 82.
  • the equivalent resistance 84 represents all electrical loads that can be connected downstream of the bus capacitor 82, for example, at least one inverter (not shown) and/or at least one inductor (not shown) and/or the like.
  • the electrical device 10 can include at least some of the components associated with the equivalent resistance 84.
  • the electrical device 10, as exemplified here, includes a bus discharge unit 90.
  • the bus discharge unit 90 has at least one high-side switch 92 and one low-side switch 94.
  • the high-side switch 92 is connected in parallel to at least one high-side diode 86 of the rectifier 80.
  • the low-side switch 94 is connected in parallel to at least one low-side diode 88 of the rectifier 80.
  • the bus capacitor 82 can be discharged, particularly regeneratively, by means of the bus discharge unit 90.
  • the bus capacitor 82 can be discharged by controlling the high-side switch 92 and/or the low-side switch 92.
  • the electrical device 10 has at least one isolated gate driver 12, which is intended to control at least the high-side switch 92 of the bus discharge unit 90. At least a part of the electrical device 10, and for example of the gate driver 12, may be intended to at least partially control the low-side switch 92 of the bus discharge unit 90. Alternatively, the electrical device 100 and/or the electrical device 10 may have at least one further gate driver separate from the gate driver 12 for controlling the low-side switch 92.
  • the electrical device 10 can be designed without at least a part of the bus discharge unit 90, the bus capacitor 82, the loads represented by the equivalent resistor 84, and/or the like.
  • the electrical device 10 comprises only the at least one gate driver 12 and, by way of example, additionally at least one gate electrode 32 controlled by the gate driver 12, and in particular at least one switch comprising the at least one gate electrode 32.
  • the switch comprising the gate electrode 32 can be the high-side switch 92 of the bus discharge unit 90 or any other switch that would be suitable to a person skilled in the art (not shown), for example, a switch of an inverter or the like.
  • the gate driver 12 can, for example, be integrated into a control of a switch in a circuit diagram that differs at least partially or completely from the circuit diagram in Figure 2 and appears sensible to a person skilled in the art, for example, as an embodiment of the electrical device different from the cooktop 104.
  • Figure 3 shows a simplified circuit diagram of the gate driver 12 of the electrical device 10.
  • the electrical device 10 includes at least one isolated gate driver 12 for controlling at least one gate electrode 32.
  • the electrical device 10 includes the gate electrode 32.
  • the gate electrode 32 can be controlled by charging and/or discharging via the gate driver 12.
  • the high-side switch 92 includes the gate electrode 32.
  • the high-side switch 92 can be activated to charge the gate electrode 32 and deactivated to discharge the gate electrode 32.
  • the high-side switch 92 is implemented as a MOSFET switch by way of example; alternatively, another design of the high-side switch 92 that would be suitable to a person skilled in the art is conceivable.
  • the gate driver 12 has at least one transformer 14 for transferring a driver signal from a primary side 20 to a secondary side 30 of the gate driver 12.
  • the primary side 20 and the secondary side 30 are galvanically isolated from each other via the transformer 14 and, in particular, are connected to each other at least for data transmission purposes.
  • the transformer 14 has a primary coil 22 on the primary side 20.
  • the gate driver 12 has a resonant capacitance 26 on the primary side 20, which together with at least the primary coil 22 forms a resonant circuit for the emission of the driver signal.
  • the transformer 14 has a secondary coil 62 on the secondary side 30, which is intended to receive a signal emanating from the primary coil 22.
  • the gate driver 12 has a rectifier unit 34 on the secondary side 30.
  • the rectifier unit 34 is connected downstream of the secondary coil 62.
  • the rectifier unit 34 is designed as a voltage doubler.
  • the gate driver 12 has a latch unit 36 for discharging the gate electrode 32, the latch unit 36 being connected between the gate electrode 32 and the rectifier unit 34.
  • the latch unit 36 has at least one switching element 96.
  • the switching element 96 is configured as a pnp bipolar transistor.
  • the latch unit 36 has at least one further switching element 98.
  • the further switching element 98 is configured as an npn bipolar transistor.
  • the latch unit 36 can be activated, at least based on the driver signal, to discharge the gate electrode 32.
  • the latch unit 36 can be activated by activating the switching element 96.
  • the switching element 96 is designed to activate itself upon reaching at least a base-emitter threshold voltage.
  • the switching element 96 can be silicon-based and have a base-emitter threshold voltage of at least substantially 0.7 V.
  • Latch unit 36 can be activated based on a falling edge of the envelope of the driver signal.
  • Switching element 96 can also be activated based on the falling edge of the envelope of the driver signal.
  • Latch unit 36 is connected such that at least the base-emitter threshold voltage for the falling edge of the envelope of the driver signal is reached at switching element 96 to activate it.
  • the further switching element 98 can be activated based on the descending edge of the envelope of the driver signal, in particular based on the activation of the switching element 96.
  • the latch unit 36 provides a discharge path 44 for discharging the gate electrode 32, distinct from a charging path 40 for charging the gate electrode 32.
  • the charging path 40 is designed for charging along a charging direction 42, in particular from the secondary coil 62 and/or the rectifier unit 34, to the gate electrode 32.
  • the discharge path 44 is designed for discharging along a discharge direction 46 from the gate electrode 32.
  • the charging path 40 and the discharging path 44 partially overlap, particularly at the gate electrode 32.
  • the discharge direction 46 is directed opposite to the charging direction 42 at least in an overlapping section of the charging path 40 and the discharge path 44.
  • the charging path 40 passes through a resistor element 70 of the gate driver 12.
  • the resistor element 70 is connected directly downstream of the rectifier unit 34.
  • the resistor element 70 is connected between the rectifier unit 34 and a rectifier element 38.
  • the charging path 40 passes through another resistor element 72 of the gate driver 12. This further resistor element 72 is connected downstream of the resistor element 70 along the charging direction 42. This further resistor element 72 is connected between the rectifier element 38 and the gate electrode 32.
  • the resistive element 70 has a resistance at least one order of magnitude greater than the resistance of the further resistive element 72.
  • the resistive element 70 can have a value of at least 1 k ⁇ and/or a maximum of 10 k ⁇ , and/or the further resistive element 72 a value of at least 10 ⁇ and/or a maximum of 200 ⁇ , for instance, at least substantially 100 ⁇ .
  • other values that appear reasonable to a person skilled in the art are conceivable.
  • the current along the charging path 40 is limited, with the limited current being limited at least substantially by the resistive element 70.
  • the discharge path 44 passes through the switching element 96.
  • the discharge path 44 passes through the further switching element 98.
  • the discharge path 44 passes through the further resistor element 70.
  • the discharge path 44 passes through a shunt resistor element 76 of the gate driver 12.
  • the shunt resistor element 76 can have an exemplary resistance of at least 0.5 ⁇ and/or a maximum of 1 ⁇ . Alternatively, another value that appears reasonable to a person skilled in the art is conceivable.
  • the current along the discharge path 44 is limited, the limited current being restricted at least substantially by the further resistor element 72 and the shunt resistor element 76.
  • a dynamic along the charging path 40 in the charging direction 42 is faster than a
  • the dynamics of the discharge path 44 are faster than those of the charging path 40.
  • the duration of a discharge process by activating the latch unit 36 is shorter than the duration of a charging process for charging the gate electrode 32 along the charging path 40 (see Figures 4a and 4b).
  • the latch unit 36 includes at least the rectifying element 38, which has a forward direction along the charging direction 42 along the charging path 40 and blocks a discharge along the charging path 40 in the opposite direction 52 to the charging direction 42.
  • the rectifying element 38 is designed as a diode 48.
  • the rectifying element 38 is connected in series upstream of the gate electrode 32 along the charging direction 42.
  • the latch unit 36 can, by way of example, include at least one further rectifying element 50.
  • This further rectifying element 50 is configured as a diode.
  • the further rectifying element 50 is designed to cancel the voltage drop of the rectifying element 38.
  • the rectifying element 38 and the further rectifying element 50 can share a common anode pair to maintain identical design equations for the latch unit 36, particularly with respect to a holding current, since their voltage drops cancel each other out.

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Abstract

Um eine Effizienz zu steigern wird eine Elektrikvorrichtung (10), mit zumindest einem isolierten Gate-Treiber (12) zu einer Steuerung zumindest einer Gate-Elektrode (32), vorgeschlagen, wobei der Gate-Treiber (12) zumindest einen Transformator (14) zu einem Transfer eines Treibersignals generiert über eine Modulation eines Trägersignals von einer Primärseite (20) zu einer Sekundärseite (30) des Gate-Treibers (12), eine Gleichrichteinheit (34) auf der Sekundärseite (30) und eine Latcheinheit (36) für eine Entladung der Gate-Elektrode (32) aufweist, wobei die Latcheinheit (36) zwischen der Gate-Elektrode (32) und der Gleichrichteinheit (34) angebunden ist.

Description

Elektrikvorrichtung, Elektrogerät und Verfahren zu einem Betrieb einer Elektrikvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Elektrikvorrichtung nach Anspruch 1, ein Elektrogerät nach Anspruch 11 und ein Verfahren zu einem Betrieb einer Elektrikvorrichtung nach Anspruch 12.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Gate-Treiber zu einer Steuerung einer Gate- Elektrode eines Halbleiterschalters bekannt, welche jedoch zumindest keine Gleichrichteinheit auf einer Sekundärseite und/oder keine Latcheinheit aufweisen. Beispielsweise zeigt US 11264985 B1 einen Transformator-isolierten Gate-Treiber, welcher jedoch eine single-path Steuerung ohne Modulation des Trägersignals aufweist, wodurch hierbei ein sperriger Transformator erfordert ist. Weiterhin sind solche Ausgestaltungen aus: C. Jiang, H. Peng, O. Yue, and Q. Tong, ‘Study on the Impacts of Signal Carrier in a Compact Gate Driver with Single Isolation Channel for Both Signal and Power Transferring’, in 2022 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Oct. 2022, pp. 1-7. doi: 10.1109/ECCE50734.2022.9947991 , und beispielsweise aus WO 2022096122 A1 bekannt. Die WO 2024056532 A1 zeigt eine Busentladeeinheit zu einem Entladen eines Bus-Kondensators eines Induktionskochfelds.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Es wird eine Elektrikvorrichtung vorgeschlagen, mit zumindest einem isolierten Gate- Treiber zu einer Steuerung zumindest einer Gate-Elektrode, wobei der Gate-Treiber zumindest einen Transformator zu einem Transfer eines Treibersignals generiert über eine Modulation eines Trägersignals von einer Primärseite zu einer Sekundärseite des Gate-Treibers, eine Gleichrichteinheit auf der Sekundärseite und eine Latcheinheit für eine Entladung der Gate- Elektrode aufweist, wobei die Latcheinheit zwischen der Gate- Elektrode und der Gleichrichteinheit angebunden ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine vorteilhafte Effizienz, insbesondere eine Platzeffizienz des Gate-Treibers und/oder einer Effizienz bezüglich einer Schaltcharakteristik eines die Gate-Elektrode aufweisenden Schalters und/oder einer Kosteneffizienz und/oder einer Effizienz bezüglich einer Stromversorgung des Gate- Treibers erreicht werden. Vorteilhaft kann durch die Generation des Treibersignals mittels der Modulation des Trägersignals, insbesondere mit einem gegenüber dem Trägersignal niederfrequenteren Signal aufweisend eine Treiberinformation, eine Platzeffizienz und/oder eine Kosteneffizienz des Transformators gesteigert werden, insbesondere da dessen Maße für die Übertragung des mittels der Modulation hochfrequent ausgebildeten Treibersignals vorteilhaft reduziert werden können. Insbesondere kann die Treiberinformation auf der Sekundärseite mittels der Gleichrichteinheit vorteilhaft wiederhergestellt und insbesondere das auf der Sekundärseite empfangene Treibersignal verstärkt werden. Weiterhin kann mittels der Latcheinheit eine besonders schnelle Entladung der Gate-Elektrode bereitgestellt werden, wodurch insbesondere eine besonders sichere und/oder effiziente Schaltung eines Schalters aufweisend der Gate- Elektrode erreicht werden kann. Im Gegensatz zu einer einfachen Inklusion von hohen Widerständen in dem Gate-Treiber zu der Steigerung der Effizienz der Entladung, welche insbesondere ein Aufladen der Gate-Elektrode verlangsamen würden, kann die Latcheinheit die schnelle Entladung vorteilhaft bei besonders hoher Effizienz und/oder Geschwindigkeit des Aufladens bereitstellen. Ferner ist zum Betrieb des Gate-Drivers eine isolierte Stromversorgung, die auf einen Außenleiter und/oder einen Nullleiter in einer den Schalter aufweisenden Schaltung bezogen ist, insbesondere nicht erforderlich. Vorteilhaft kann eine Stromversorgung des Gate-Treibers unabhängig von einer Netzspannung bereitgestellt werden.
Bei der Elektrikvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung mit einer Funktion auf Basis eines elektrischen Stroms, welche insbesondere verschiedene elektrische und/oder elektronische Bauteile aufweist. Die Elektrikvorrichtung weist insbesondere zumindest einen Stromkreis auf oder ist als dieser ausgebildet. Zudem kann die Elektrikvorrichtung weitere Bauelemente, beispielsweise zumindest ein Gehäuse für eine Aufnahme zumindest des Stromkreises, aufweisen. Vorzugsweise ist die Elektrikvorrichtung zumindest als Teil, insbesondere als eine Unterbaugruppe, eines Elektrogeräts ausgebildet. Es wäre denkbar, dass die Elektrikvorrichtung das gesamte Elektrogerät umfasst. Die Elektrikvorrichtung ist vorzugsweise als eine Haushaltsgerätevorrichtung, bevorzugt als eine Kochfeldvorrichtung, und besonders bevorzugt als eine Induktionskochfeldvorrichtung ausgebildet. Unter einer „Haushaltsgerätevorrichtung“, einer „Kochfeldvorrichtung“ und unter einer „Induktionskochfeldvorrichtung“, soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, jeweils eines als Haushaltsgerät, eines als Kochfeld, und eines als Induktionskochfeld, ausgebildeten Elektrogeräts verstanden werden. Alternativ kann die Elektrikvorrichtung zumindest Teil eines beliebigen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden andersartig ausgebildeten Elektrogeräts sein, insbesondere eines sich von einem Haushaltsgerät unterscheidenden Elektrogeräts oder eines von einem Kochfeld unterscheidenden Haushaltsgeräts, beispielsweise eines andersartigen Gargeräts, insbesondere eines Backofens oder einer Mikrowelle oder eines Grillgeräts oder eines Dampfgargeräts oder dergleichen, oder beispielsweise einer Kühltruhe, insbesondere eines Kühl- und/oder Gefrierschranks, oder eines Haushaltsreinigungsgeräts, beispielsweise einer Spülmaschine und/oder einer Waschmaschine und/oder eines Trockners, oder einer Klimaanlage oder dergleichen. Die Elektrikvorrichtung kann insbesondere zumindest Teil eines beliebigen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Elektrogeräts mit dem zumindest einen Schalter aufweisend der Gate-Elektrode, welche mittels des Gate-Treibers ansteuerbar ist, sein. Der Gate-Treiber ist vorzugsweise dazu vorgesehen, den zumindest einen Schalter zu steuern. Der Schalter ist insbesondere als ein Halbleiterschalter, vorzugsweise als ein Transistor, bevorzugt als ein MOSFET- Schalter, ausgebildet. Alternativ kann der Schalter als ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Schalter, insbesondere Halbleiterschalter, ausgebildet sein, beispielsweise als ein Bipolartransistor mit einer isolierten Gate-Elektrode (IGBT) oder als ein Thyristor oder dergleichen. Die Elektrikvorrichtung weist vorzugsweise die zumindest eine Gate- Elektrode, insbesondere zumindest einen Gate- Kondensator, beispielsweise mit einer Totalkapazität von zumindest 1 nF und/oder maximal 10 nF, auf. Alternativ sind andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Werte denkbar. Die Elektrikvorrichtung kann den zumindest einen Schalter aufweisen. Der Schalter ist für einen geladenen Zustand der Gate-Elektrode insbesondere aktiviert und für einen entladenen Zustand der Gate-Elektrode insbesondere deaktiviert. Unter einem aktivierten Zustand des Schalters soll insbesondere ein leitender Zustand, insbesondere zu einer Leitung eines Stroms zwischen Quelle und Abfluss oder Kollektor und Emitter des Schalters, verstanden werden. Entsprechendes soll demensprechend insbesondere gegensätzlich für den deaktivierten Zustand gelten. Der Schalter ist vorzugsweise als ein High-Side Schalter ausgebildet. Der Gate-Treiber ist vorzugsweise als ein High-Side Gate-Treiber ausgebildet. Alternativ wäre denkbar, dass der Schalter als ein Low-Side Schalter ausgebildet ist.
Der isolierte Gate-Treiber ist insbesondere galvanisch isoliert, insbesondere transformator-isoliert, ausgebildet. Der isolierte Gate-Treiber ist insbesondere magnetisch isoliert ausgebildet. Der Transformator ist insbesondere zumindest zu einem datentechnischen und insbesondere zu einem energetischen Transfer von der Primärseite zu der Sekundärseite des Gate-Treibers bei dem Transfer des Treibersignals vorgesehen. Die Primärseite und die Sekundärseite sind vorzugsweise, insbesondere lediglich, über den Transformator verbunden. Der Transformator weist vorzugsweise zumindest eine Primärspule und zumindest eine Sekundärspule zu dem Transfer auf. Vorzugsweise weist die Primärseite die Primärspule und insbesondere einen elektrisch, insbesondere drahtgebunden, mit der Primärspule verbundenen Rest des Gate-Treibers auf. Die Sekundärseite weist vorzugsweise die Sekundärspule und insbesondere einen elektrisch, insbesondere drahtgebunden, mit der Sekundärspule verbunden Rest des Gate-Treibers auf. Die Primärseite des Gate-Treibers ist insbesondere zu der Generierung des Treibersignals, insbesondere mittels der Modulation des Trägersignals, vorgesehen. Das Treibersignal ist vorzugsweise als ein digital, bevorzugt mittels einer Amplitudenumtastung (ASK), basierend auf der Treiberinformation moduliertes Trägersignal ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist eine Modulation mittels einer Phasenumtastung (PSK) und/oder Frequenzumtastung (FSK) zu der Erzeugung des Treibersignals denkbar. Die Treiberinformation gibt insbesondere ein Zeitintervall der Ladung und ein Zeitintervall der Entladung der Gate-Elektrode, insbesondere ein Zeitintervall der Aktivierung und ein Zeitintervall der Deaktivierung des Schalters, vor. Die Treiberinformation gibt insbesondere eine Schaltcharakteristik des Schalters vor. Das Trägersignal ist vorzugsweise aus einer Modulation des Trägersignals mit einem Signal aufweisend die zu übertragende Treiberinformation ausgebildet. Das Signal weist die Treiberinformation vorzugsweise in Form von Spannungspulsen und/oder zumindest einem Spannungsimpuls auf. Das Signal aufweisend der Treiberinformation weist die Treiberinformation vorzugsweise in Rechteckpulsen und/oder zumindest einem Rechteckimpuls auf, wobei alternativ eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Impulsform denkbar wäre. Vorzugsweise weist das Treibersignal eine Einhüllende, insbesondere in Form des zumindest einen Spannungsimpulses und/oder Spannungspulses, aufweisend die Treiberinformation auf. Vorzugsweise ist eine Periodendauer des Trägersignals, beispielhaft um einen Faktor von zumindest 50, vorzugsweise zumindest 100, bevorzugt zumindest 200 und besonders bevorzugt zumindest 250, kleiner als die Pulsdauer des auf das Trägersignal zu der Generierung des Treibersignals aufmodulierten Signals aufweisend die zu übertragende Treiberinformation und/oder die Pulsdauer der Einhüllenden des Treibersignals. Die Pulsdauer des Signals aufweisend die Treiberinformation und/oder die Pulsdauer des Treibersignals, insbesondere der Einhüllenden des Treibersignals, beträgt vorzugsweise zumindest 1 ms, bevorzugt zumindest 2 ms, besonders bevorzugt zumindest 3 ms und besonders vorteilhaft zumindest 4.1 ms und/oder vorzugsweise maximal 20 ms, bevorzugt maximal 10 ms, besonders bevorzugt maximal 8 ms und besonders vorteilhaft maximal 5 ms. Das Signal kann beispielhaft eine Wiederholungsperiode von zumindest 16 ms und/oder maximal 20 ms aufweisen. Alternativ sind, je nach Anwendung des Schalters und dementsprechender gewollter Schaltfrequenz des Schalters, andere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende längere oder kürzere Pulsdauern und/oder Wiederholungsperioden denkbar. Das die Trägerinformation aufweisende Signal weist vorzugsweise eine Niederfrequenz auf. Das Trägersignal ist vorzugsweise als ein Hochfrequenzsignal ausgebildet, insbesondere mit einer Frequenz von zumindest 9 kHz, vorzugsweise zumindest 50 kHz, vorteilhaft zumindest 100 kHz, bevorzugt zumindest 200 kHz, besonders bevorzugt zumindest 300 kHz und besonders vorteilhaft zumindest 450 kHz. Beispielhaft kann das Trägersignal eine Frequenz von zumindest im Wesentlichen 500 kHz aufweisen, wobei insbesondere eine Abweichung der Frequenz von 500 kHz weniger als 25 %, vorzugsweise weniger als 10 % und besonders bevorzugt weniger als 5 % von 500 kHz beträgt. Insbesondere kann eine Signalübertragung am Transformator besonders effizient bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann der Transformator, insbesondere zumindest die Primär- und Sekundärspule, und somit insbesondere der isolierte Gate-Treiber besonders kompakt ausgebildet und/oder eine besonders hohe zeitliche Präzision des an dem Transformator übertragenen Signals erreicht werden. Insbesondere können/kann eine Platzeffizienz und/oder eine Übertragungseffizienz verbessert werden. Vorteilhaft können eine Impulsverzerrung reduziert und eine besonders hohe Temperaturstabilität des isolierten Gate-Treibers mittels des Transformators erreicht werden. Der Transformator kann eine
Gleichtaktdrossel (CMC) und insbesondere ein Wicklungsverhältnis der Primärspule und der Sekundärspule von 1:1 aufweisen. Der Transformator kann beispielsweise auf einem kommerziell erhältlichen Transformator basiert sein und weist insbesondere die für eine wirksame Netzisolierung erforderlichen Luft- und Kriechstrecken auf. Der Gate-Treiber ist mittels des Transformators vorzugsweise als ein, insbesondere direkter, Gate-Treiber basierend auf einem magnetisch isolierten, beispielsweise 2 W, 24 V-24 V, DC-DC- Konverter ausgebildet. Alternativ sind andere, dem Fachmann als sinnvolle erscheinende Leistungs- und Spannungswerte und/oder Ausgestaltungen des Transformators denkbar. Die Elektrikvorrichtung, insbesondere der Gate-Treiber, weist auf der Primärseite vorzugsweise zumindest eine Modulationseinheit zur Erzeugung des Treibersignals auf, welche insbesondere zu der digitalen Umtastung und einer Frequenzaufwärtswandlung zu der Erzeugung des Treibersignals vorgesehen ist. Die Primärseite kann beispielhaft eine Schaltung basierend auf einem komplementären Totempole-Ausgang aufweisen und/oder einen Totempole-Ausgang aufweisen, welche/r insbesondere von mehreren Level-Shifting MOSFET-Invertern und/oder einer Common Collector Stromverstärkungsstufe gesteuert wird.
Die Gleichrichteinheit ist der Sekundärspule, beispielsweise unmittelbar, nachgeschaltet. Vorzugsweise weist die Gleichrichteinheit zumindest eine Diode auf. Bevorzugt weist die Gleichrichteinheit zumindest zwei Dioden auf. Die Gleichrichteinheit kann als ein Vollwellengleichrichter oder als ein Halbwellengleichrichter ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Gleichrichteinheit zumindest einen Kondensator, beispielsweise genau zwei Kondensatoren, auf. Die Gleichrichteinheit ist vorzugsweise als ein Spannungsvervielfacher, bevorzugt als ein Spannungsverdoppler, beispielhaft gemäß einer Delon-Brückenschaltung oder dergleichen, ausgebildet. Vorteilhaft kann eine Signalstärke, insbesondere des Treibersignals, auf der Sekundärseite gesteigert werden. Darunter, dass die Latcheinheit zwischen der Gate-Elektrode und der Gleichrichteinheit angebunden ist soll insbesondere verstanden werden, dass die Latcheinheit zwischen der Gate-Elektrode und der Gleichrichteinheit, insbesondere drahtgebunden, elektrisch verbunden ist. Die Latcheinheit ist der Gate- Elektrode und der Gleichrichteinheit vorzugsweise, insbesondere in zumindest einem Betriebszustand, zumindest teilweise zwischengeschaltet. Die Latcheinheit weist vorzugsweise zumindest ein Schaltelement, bevorzugt einen Bipolartransistor, auf. Die Latcheinheit kann zumindest zwei Schaltelemente, beispielsweise zumindest ein als pnp-Transistor ausgebildetes Schaltelement und zumindest ein als npn-Transistor ausgebildetes weiteres Schaltelement, aufweisen. Das Schaltelement kann beispielsweise als ein High-Side Schaltelement und/oder das weitere Schaltelement als ein Low-Side Schaltelement ausgebildet sein. Beispielhaft kann die Latcheinheit genau zwei Schaltelemente aufweisen. Die Latcheinheit fungiert insbesondere zumindest entsprechend einem elektronischen Latch. Die Latcheinheit ist vorzugsweise durch Aktivierung des zumindest einen Schaltelements, bevorzugt der zumindest zwei Schaltelemente, aktivierbar. Die aktivierte Latcheinheit ist insbesondere zu dem Entladen der Gate- Elektrode vorgesehen.
Unter „vorgesehen“ soll speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Latcheinheit zumindest basierend auf dem Treibersignal zu dem Entladen der Gate-Elektrode aktivierbar ist, wodurch insbesondere die Gate-Elektrode basierend auf dem Treibersignal besonders effizient entladbar ist. Vorteilhaft kann der Schalter aufweisend die Gate-Elektrode besonders präzise mittels des Treibersignals gesteuert werden. Die Latcheinheit ist insbesondere basierend auf einer abfallenden Flanke des Treibersignals, insbesondere der Einhüllenden des Treibersignals, aktivierbar, wobei die abfallende Flanke des Treibersignals auf der Primärseite insbesondere zu einer abfallenden Flanke eines auf der Sekundärseite empfangenen mittels der Gleichrichteinheit gleichgerichteten Signals korreliert. Die Latcheinheit ist vorzugsweise durch ein Aktivieren des zumindest einen Schaltelements basierend auf dem Treibersignal, insbesondere der abfallenden Kante der Einhüllenden, aktivierbar. Das Schaltelement ist vorzugsweise dazu vorgesehen, sich für ein Erreichen zumindest einer Basis-Emitter-Schwellenspannung zu aktivieren. Vorzugsweise ist die Latcheinheit derart verschaltet, dass die Basis-Emitter-Schwellenspannung des zumindest einen Schaltelements für die abfallende Kante der Einhüllenden des Treibersignals erreicht ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Latcheinheit einen Entladepfad zu dem Entladen der Gate-Elektrode unterschiedlich zu einem Aufladepfad zu dem Aufladen der Gate- Elektrode bereitstellt. Hierdurch kann ein besonders schnelles Entladen entlang des Entladepfads bereitgestellt werden, insbesondere ohne eine Effizienz des Aufladens entlang des Aufladepfads zu reduzieren. Vorteilhaft kann ein Entladepfad mit einer zu einer Dynamik des Aufladepfads unterschiedlichen Dynamik bereitgestellt werden. Insbesondere kann der Entladepfad separat von dem Aufladepfad besonders vorteilhaft für das Entladen verbessert werden. Die Latcheinheit stellt vorzugsweise ein Entladen entlang dem Entladepfad, unterschiedlich zu einem Entladen entgegen der Aufladerichtung entlang dem Aufladepfad bereit. Die Latcheinheit stellt den Entladepfad insbesondere in dem aktivierten Zustand bereit. Die Latcheinheit, insbesondere das zumindest eine Schaltelement, ist während des Aufladens, insbesondere für die ansteigende Kante der Einhüllenden des Treibersignals, vorzugsweise deaktiviert. Der Aufladepfad und der Entladepfad sind insbesondere auf der Sekundärseite angeordnet. Der Aufladepfad ist insbesondere zu dem Aufladen entlang einer Aufladerichtung, vorzugsweise ausgehend der Sekundärspule und/oder der Gleichrichteinheit, zu der Gate-Elektrode vorgesehen. Der Aufladepfad verläuft vorzugsweise durch ein Widerstandselement des Gate-Treibers. Das Widerstandselement ist der Gleichrichteinheit, beispielsweise unmittelbar, nachgeschaltet. Der Aufladepfad verläuft vorzugsweise durch ein weiteres Widerstandselement des Gate-Treibers. Das Widerstandselement weist vorzugsweise einen Widerstand um zumindest eine Größenordnung größer als der Widerstand des weiteren Widerstandselements auf. Der Strom entlang des Aufladepfads ist insbesondere begrenzt, wobei der Verlust des begrenzten Stroms vorzugsweise zu zumindest im Wesentlichen, insbesondere zumindest 75 %, vorzugsweise zumindest 90 % und bevorzugt zumindest 95 % des Verlusts durch das Widerstandselement bedingt ist. Der Entladepfad verläuft vorzugsweise durch das zumindest eine Schaltelement der aktivierten Latcheinheit. Der Entladepfad verläuft vorzugsweise durch das weitere Widerstandselement und ist insbesondere frei des Widerstandselements in dem Aufladepfad ausgebildet. Der Entladepfad verläuft vorzugsweise durch ein Shunt-Widerstandselement des Gate- Treibers. Der Strom entlang des Entladepfads ist insbesondere begrenzt, wobei der Verlust des begrenzten Stroms vorzugsweise zu zumindest im Wesentlichen, insbesondere zumindest 75 %, vorzugsweise zumindest 90 % und bevorzugt zumindest 95 % des Verlusts durch das weitere Widerstandselement und/oder das Shunt- Widerstandselement bedingt ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Dynamik des Entladepfads schneller als eine Dynamik des Aufladepfads ist, wodurch insbesondere eine besonders effiziente und/oder sichere Deaktivierung des Schalters erreicht werden kann. Der durch die aktivierte Latcheinheit bereitgestellte Entladepfad ist vorzugsweise annähernd als ein Kurzschlusspfad oder als ein Kurzschlusspfad ausgebildet. Eine Dauer des Entladens unter Aktivierung der Latcheinheit ausgehend von einer Sättigungsspannung der Gate- Elektrode ist vorzugsweise kürzer als eine Dauer des Aufladens der Gate- Elektrode zu der Sättigungsspannung entlang des Aufladepfads. Insbesondere soll für die „Dauer des Entladens“ ein Entladen der Gate-Elektrode von der Sättigungsspannung bis zu einer Spannung von zumindest im Wesentlichen Null und unter der „Dauer des Aufladens“ ein Aufladen der Gate-Elektrode von einer Spannung von zumindest im Wesentlichen Null bis zu der Sättigungsspannung verstanden werden. Die Sättigungsspannung der Gate- Elektrode kann beispielsweise zumindest 5 V, vorzugsweise zumindest 10 V und besonders bevorzugt zumindest 15 V und/oder beispielsweise maximal 50 V, vorzugsweise maximal 40 V, bevorzugt maximal 30 V und besonders bevorzugt maximal 20 V betragen. Die Dauer des Aufladens ist insbesondere abhängig von den Kapazitäten des zumindest einen Kondensators der Gleichrichteinheit. Vorzugsweise ist die Dauer des Aufladens abhängig von einem RC-Kreis der Gate- Elektrode, wobei der RC-Kreis insbesondere auch als Filtereinheit bezüglich einer Hochfrequenz-Restwelligkeit fungiert. Die Dauer des Aufladens ist vorzugsweise kleiner als 50 ps. Die Dauer des Entladevorgangs ist vorzugsweise kleiner als 50 ps, vorteilhaft kleiner als 30 ps, bevorzugt kleiner als 10 ps, besonders bevorzugt kleiner als 5 ps und besonders vorteilhaft kleiner als 2 ps. Die Dauer des Entladens ausgehend von dem Aussetzen des Impulses des Treibersignals ist vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 5, vorzugsweise zumindest 10, bevorzugt zumindest 15 und besonders bevorzugt mindestens 20 kürzer als die Dauer des Aufladens.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Latcheinheit zumindest teilweise parallel zu der Gate-Elektrode verschaltet ist. Vorteilhaft kann das Entladen der Gate-Elektrode parallel zu der Gate-Elektrode und zumindest teilweise parallel zu dem Aufladepfad bereitgestellt werden. Die Latcheinheit kann insbesondere eine Schaltung mit einer niedrigen Impedanz parallel zu der Gate- Elektrode zu dem Entladen bereitstellen. Vorzugsweise ist die Latcheinheit zumindest teilweise parallel zu dem Aufladepfad verschaltet. Die Latcheinheit ist vorzugsweise abgesehen von zumindest einem unten genannten Gleichrichtelement parallel zu der Gate- Elektrode verschaltet.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Latcheinheit zumindest ein Gleichrichtelement, insbesondere eine Diode, aufweist, welche eine Durchlassrichtung entlang einer, insbesondere der oben genannten, Aufladerichtung entlang eines, insbesondere des oben genannten, Aufladepfads aufweist und ein Entladen entlang dem Aufladepfad in entgegengesetzte Richtung, insbesondere zu der Aufladerichtung, sperrt. Vorteilhaft kann ein Entladen entlang des Aufladepfads gesperrt werden, wodurch insbesondere ein Spannungsabfall bei dem Entladen zu der Aktivierung der Latcheinheit an der Latcheinheit erreicht werden kann. Insbesondere kann ein besonders schnelles Entladen durch die vorteilhafte Aktivierung der Latcheinheit gewährleistet werden. Vorzugsweise ist die Diode durch das Sperren des Entladens entlang des Aufladepfads, insbesondere entgegengesetzt zu der Aufladerichtung, dazu vorgesehen, für die abfallende Flanke des Treibersignals einen Spannungsabfall an der Latcheinheit zur Aktivierung der Latcheinheit bereitzustellen. Das Gleichrichtelement ist vorzugsweise in dem Aufladepfad angeordnet und insbesondere zu einer Bereitstellung eines unidirektionalen Stromflusses entlang des Aufladepfads vorgesehen. Die Latcheinheit ist vorzugsweise unidirektional, insbesondere bezüglich des Aufladepfads, ausgebildet.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Gate-T reiber zumindest eine Überstromschutzeinheit aufweist, wobei die Latcheinheit zu einem Schutz gegenüber eines Überstroms mittels der Überstromschutzeinheit aktivierbar ist. Insbesondere kann die Gate-Elektrode mittels der aktivierten Latcheinheit für einen Überstrom besonders schnell und/oder effizient entladen werden, wodurch insbesondere der Schalter für einen Überstrom besonders schnell deaktiviert werden kann. Vorteilhaft kann eine Sicherheit einer Schaltung aufweisend den Schalter gesteigert werden. Insbesondere kann eine Lebensdauer des Schalters und insbesondere der Schaltung durch eine Deaktivierung des Schalters bei Vorliegen eines Überstroms gesteigert werden. Ferner können Anforderungen von Bauteilen in der Schaltung, welche insbesondere dem Schalter nachgeschaltet sind, bezüglich einer Widerstandsfähigkeit gegenüber eines Überstroms reduziert werden, wodurch insbesondere eine Kosteneffizienz gesteigert und/oder eine Komplexität der Bauteile und insbesondere der Schaltung reduziert werden kann. Die Latcheinheit ist mittels der Überstromschutzeinheit vorzugsweise unabhängig von dem Treibersignal aktivierbar. Die Gate-Elektrode ist mittels der Überstromschutzeinheit vorzugsweise unabhängig von dem Treibersignal, insbesondere während des Aufladens und/oder während des Spannungsimpulses des Treibersignals, entladbar. Die Überstromschutzeinheit ist vorzugsweise zu einer Erkennung eines Überstroms vor einem Eingang, insbesondere der Quelle und/oder dem Emitter und/oder dem Kollektor, des Schalters und basierend auf der Erkennung zu einer Aktivierung der Latcheinheit vorgesehen. Die Überstromschutzeinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, die Gate- Elektrode mittels der Latcheinheit für ein Vorliegen eines Überstroms zu entladen und insbesondere den Schalter zu deaktivieren. Die Überstromschutzeinheit ist zu der Erkennung des Überstroms vorzugsweise zu einem Vergleich vorgesehen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Überstromschutzeinheit eine Referenzspannungsquelle, insbesondere eine Shunt Reference, aufweist. Vorteilhaft kann der Überstrom besonders effizient und/oder verlässlich, insbesondere temperaturstabil, erkannt werden. Vorzugsweise ist die Überstromschutzeinheit, insbesondere die Shunt Reference, zu der Erkennung des Überstroms dazu vorgesehen, eine Spannung an dem Shunt-Widerstandselement mit einer internen Referenzspannung zu vergleichen. Die interne Referenzspannung ist vorzugsweise als eine Bandabstandsreferenz ausgebildet und weist insbesondere eine besonders hohe Stabilität gegenüber Schwankungen einer Temperatur, einer Stromversorgung, einer elektrischen Last und/oder einer Zeit auf. Vorzugsweise weist die interne Referenzspannung einen Wert kleiner als 5 V, bevorzugt kleiner als 2,5 V auf. Die interne Referenzspannung kann beispielsweise siliziumbasiert bereitgestellt werden und weist vorzugsweise einen Wert von zumindest 1 ,2 V und/oder maximal 1 ,3 V auf. Die Überstromschutzeinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, wie ein Open-Collector-Komparator zu fungieren, welcher den Strom, und damit insbesondere die Spannung an dem Schaltelement der Latcheinheit, senkt, wenn die zu vergleichende Spannung, insbesondere an dem Shunt-Widerstand, größer der internen Referenzspannung ist. Die Elektrikvorrichtung, insbesondere die Überstromschutzeinheit, weist vorzugsweise zumindest einen Spannungsbegrenzer, insbesondere zumindest eine Zener-Diode, auf. Der Spannungsbegrenzer, insbesondere die Zener-Diode, ist vorzugsweise dazu vorgesehen, eine Spannung anliegend an der Referenzspannungsquelle, insbesondere der Shunt Reference, zu begrenzen und diese somit insbesondere zu schützen. Vorzugsweise ist eine Gate-Spannung der Gate- Elektrode mittels des Spannungsbegrenzers begrenzt. Der Spannungsbegrenzer ist vorzugsweise zu einer Begrenzung der Spannung auf einen Wert kleiner einer maximalen Eignung der Shunt Reference vorgesehen. Eine, insbesondere an der Shunt Reference bereitgestellte, mittels des als Zener-Diode ausgebildeten Spannungsbegrenzers begrenzte Spannung ist vorzugsweise kleiner einer Durchbruchsspannung der Zener- Diode. Beispielsweise kann der Spannungsbegrenzer für eine Eignung der Shunt Reference für eine maximale Spannung von 20 V zu einer Begrenzung der Spannung auf einen Wert von maximal 18 V vorgesehen sein. Alternativ sind andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Werte denkbar.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Latcheinheit einen selben Triggerpunkt zu einer Aktivierung, insbesondere der Latcheinheit, mittels der Überstromschutzeinheit und mittels des Treibersignals aufweist. Vorteilhaft kann eine Präzision und/oder eine Verlässlichkeit der Überstromschutzeinheit gesteigert werden. Insbesondere kann eine Implementierung der Überstromschutzeinheit aufweisend der Shunt Reference vorteilhaft vereinfacht werden, wodurch insbesondere eine Temperaturstabilität vorteilhaft verbessert werden kann. Der Triggerpunkt ist vorzugsweise an einer Basis des Schaltelements angeordnet. Die Latcheinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, zu der Aktivierung mittels der Überstromschutzeinheit und mittels des Treibersignals an demselben Schaltelement getriggert zu werden. Die Überstromschutzeinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, die Latcheinheit, insbesondere das Schaltelement, basierend auf einem abfallenden Strom an der Basis des Schaltelements bedingt durch die Überstromschutzeinheit, insbesondere bedingt durch einen Stromfluss an die Überstromschutzeinheit, zu triggern.
Alternativ kann die Latcheinheit zwei verschiedene Triggerpunkte zu der Aktivierung mittels der Überstromschutzeinheit und mittels des Treibersignals aufweisen. Die Latcheinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, zu der Aktivierung mittels des Treibersignals an dem Schaltelement und zu der Aktivierung mittels der Überstromschutzeinheit an dem weiteren Schaltelement getriggert zu werden. Ein erster T riggerpunkt zur Aktivierung der Latcheinheit mittels des T reibersignals ist vorzugsweise an der Basis des Schaltelements angeordnet und ein zweiter Triggerpunkt zur Aktivierung der Latcheinheit mittels der Überstromschutzeinheit ist vorzugsweise an der Basis des weiteren Schaltelements angeordnet. Die Überstromschutzeinheit triggert die Latcheinheit, insbesondere das weitere Schaltelement, vorzugsweise direkt basierend auf einem Eingangsstrom, insbesondere einem Quellstrom, insbesondere ausgehend von der Quelle und/oder dem Emitter und/oder dem Kollektor, des Schalters an einer Basis des weiteren Schaltelements zu der Aktivierung der Latcheinheit.
Der Gate-T reiber ist vorzugsweise zu einer Ansteuerung zumindest eines Schalters, insbesondere zumindest eines High-Side Schalters, einer Busentladeeinheit vorgesehen. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Elektrikvorrichtung eine, insbesondere die oben genannte, Busentladeeinheit aufweist, wobei der Gate-Treiber dazu vorgesehen ist, zumindest einen, insbesondere den oben genannten, High-Side Schalter der Busentladeeinheit anzusteuern. Vorteilhaft kann der Schalter besonders genau, insbesondere mit einer besonders kurzen Deaktivierungsdauer, angesteuert werden. Die Busentladeeinheit ist vorzugsweise zu einer gesteuerten Entladung zumindest eines Buskondensators, insbesondere einer Schaltung des Haushaltsgeräts, vorgesehen. Der Buskondensator ist vorzugsweise als ein Glättungskondensator ausgebildet. Die Busentladeeinheit ist vorzugsweise zu einer regenerativen, insbesondere nichtdissipativen, Entladung des Buskondensators vorgesehen. Insbesondere kann die Busentladeeinheit mittels des Gate-Treibers besonders präzise angesteuert werden, wodurch insbesondere eine besonders präzise Ladung des Buskondensators eingestellt werden kann. Eine Ladung des Buskondensators ist mittels der Ansteuerung durch den Gate-Treiber insbesondere besonders genau zeitlich und/oder bezüglich eines Ladungswerts einstellbar. Der Buskondensator kann Teil der Elektrikvorrichtung sein. Die Elektrikvorrichtung kann eine gesamte Schaltung des Elektrogeräts, vorzugsweise des Haushaltsgeräts, bevorzugt des Kochfelds, aufweisen, welche den Buskondensator und beispielsweise zumindest einen dem Buskondensator vorgeschalteten Gleichrichter aufweist. Die Elektrikvorrichtung kann eine, insbesondere dem Gleichrichter zumindest vorgeschaltete, Filtereinheit und insbesondere einen dem Buskondensator nachgeschalteten Wechselrichter aufweisen, wobei der Wechselrichter beispielsweise zu einer Bereitstellung einer Wechselspannung an einem elektrischen Schwingkreis zu einer Emission einer induktiven Strahlung vorgesehen sein kann. Die Busentladeeinheit kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, den Buskondensator zu einer Gargeschirrermittlung zu entladen, beispielsweise zu einer Bereitstellung einer reduzierten Ladung in dem Buskondensator zu einer Erzeugung eines Detektionssignals basierend auf der Ladung und/oder zu einer Reduktion, insbesondere durch eine Ladung des Buskondensators bedingter, elektromagnetischer Interferenzen während einer Detektion. Alternativ oder zusätzlich kann die Busentladeeinheit zu einer jeglichen weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Funktion mittels einer Entladung des Buskondensators vorgesehen sein. Die Elektrikvorrichtung kann zumindest einen weiteren Gate-Treiber, beispielsweise zu einer Ansteuerung zumindest eines Low-Side Schalters der Busentladeeinheit, aufweisen. Der Gate-Treiber und der weitere Gate- Treiber können zumindest teilweise einteilig miteinander ausgebildet sein und beispielsweise zumindest einen Teilabschnitt der Primärseite, beispielsweise zur Erzeugung des Treibersignals, teilen. Alternativ können der Gate-Treiber und der weitere Gate-Treiber separat voneinander und/oder der weitere Gate-Treiber separat von der Elektrikvorrichtung ausgebildet sein.
Alternativ kann der Gate-Treiber zu einer Ansteuerung eines dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Schalters zu einer Funktion unterschiedlich zu einer Busentladung, beispielsweise eines Wechselrichterschalters oder dergleichen, vorgesehen sein. Insbesondere kann der Gate-Treiber zu einer Ansteuerung eines beliebigen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Schalters aufweisend die zumindest eine Gate- Elektrode vorgesehen sein.
Weiterhin wird ein Verfahren zu einem Betrieb einer, insbesondere der oben genannten, Elektrikvorrichtung, mit dem zumindest einen isolierten Gate-Treiber, welcher die zumindest eine Gate-Elektrode steuert, vorgeschlagen, wobei das Treibersignal über eine Modulation des Trägersignals generiert und über den Transformator von der Primärseite zu der Sekundärseite des Gate-Treibers übertragen wird, und wobei der Gate-Treiber die Gleichrichteinheit auf der Sekundärseite und die Latcheinheit angebunden zwischen der Gate-Elektrode und der Gleichrichteinheit aufweist, wobei die Gate-Elektrode mittels der Latcheinheit entladen wird. Vorteilhaft kann zumindest eine Effizienz der
Elektrikvorrichtung gesteigert werden. Das Verfahren weist vorzugsweise zumindest einen Verfahrensschritt, insbesondere einen Signalerzeugungsschritt auf, in welchem die Treiberinformation auf das Trägersignal moduliert wird. In einem weiteren Verfahrensschritt, insbesondere in einem Übertragungsschritt, wird das Treibersignal vorzugsweise über den Transformator von der Primärseite zu der Sekundärseite übertragen. Die Treiberinformation wird in einem weiteren Verfahrensschritt, insbesondere in einem Gleichrichtungsschritt, vorzugsweise mittels der Gleichrichteinheit zu einer Weiterverwendung auf der Sekundärseite wiederhergestellt und/oder verstärkt. Das Verfahren weist vorzugsweise einen weiteren Verfahrensschritt, insbesondere einen Aufladeschritt auf, in welchem die Gate-Elektrode anhand des Treibersignals entlang des Aufladepfads ausgehend von der Gleichrichteinheit aufgeladen und der Schalter aufweisend der Gate-Elektrode insbesondere aktiviert wird. Vorzugsweise weist das Verfahren, insbesondere in einem ersten Fall in Abwesenheit eines Überstroms, insbesondere an der Quelle des Schalters, einen weiteren Verfahrensschritt, insbesondere einen Treibersignal-Entladeschritt auf, in welchem die Gate-Elektrode basierend auf dem Treibersignal entladen wird. Die Gate-Elektrode wird, insbesondere in dem Treibersignal-Entladeschritt, vorzugsweise für eine abfallende Flanke des Treibersignals, insbesondere der Einhüllenden des Treibersignals, entladen.
Vorzugsweise wird die Latcheinheit, insbesondere in dem Treibersignal-Entladeschritt, basierend auf dem Treibersignal, insbesondere der abfallenden Flanke des Treibersignals, zu dem Entladen der Gate-Elektrode aktiviert. Vorzugsweise weist das Verfahren, insbesondere in einem zweiten Fall bei Vorliegen eines Überstroms, einen weiteren Verfahrensschritt, insbesondere einen Überstrom-Entladeschritt auf, in welchem die Gate-Elektrode für einen erkannten Überstrom, insbesondere an der Quelle des Schalters, entladen wird. Vorzugsweise wird die Latcheinheit, insbesondere in dem Überstrom-Entladeschritt, basierend auf dem erkannten Überstrom aktiviert. Die aktivierte Latcheinheit stellt, insbesondere in dem Treibersignal-Entladeschritt und/oder dem Überstrom-Entladeschritt, vorzugsweise den Entladepfad zu dem Entladen der Gate- Elektrode bereit.
Die Elektrikvorrichtung, das Haushaltsgerät und das Verfahren zu dem Betrieb der Elektrikvorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können die Elektrikvorrichtung, das Haushaltsgerät und das Verfahren zu dem Betrieb der Elektrikvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen, Einheiten und Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines beispielhaften Elektrogeräts mit einer Elektrikvorrichtung, Fig. 2 einen vereinfachten Schaltplan der Elektrikvorrichtung mit einem Gate- Treiber zu einer Steuerung einer Gate-Elektrode eines Schalters,
Fig. 3 einen vereinfachten Schaltplan des Gate-Treibers, welcher die Gate- Elektrode über zumindest ein Treibersignal ansteuert,
Fig. 4 beispielhafte Graphen mit Kurven in einem Zeitfenster einer (a) ansteigenden Flanke und einer (b) abfallenden Flanke einer Einhüllenden des Treibersignals,
Fig. 5 beispielhafte Graphen mit Kurven in einem Fall eines Überstroms und Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zu einem Betrieb der Elektrikvorrichtung.
Figur 1 zeigt ein Elektrogerät 100 mit einer Elektrikvorrichtung 10 in einer schematischen Ansicht von oben. Das Elektrogerät 100 ist vorliegend als ein beispielhaftes Haushaltsgerät 102 ausgebildet. Beispielhaft ist das Haushaltsgerät 102 als ein Kochfeld 104, insbesondere als ein Induktionskochfeld, ausgebildet.
Die Elektrikvorrichtung 10 ist vorliegend als eine Haushaltsgerätevorrichtung, beispielhaft als eine Kochfeldvorrichtung, insbesondere als eine Induktionskochfeldvorrichtung ausgebildet. Alternativ ist eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausgestaltung der Elektrikvorrichtung 10 und insbesondere des Elektrogeräts 100 denkbar.
Figur 2 zeigt einen vereinfachten Schaltplan zumindest eines Teils des Elektrogeräts 100 und vorliegend der beispielhaften Elektrikvorrichtung 10 als Teil des Kochfelds 104.
Die Elektrikvorrichtung 10 weist vorliegend beispielhaft einen, insbesondere einem Gleichrichter 80 der Elektrikvorrichtung 10 vorgeschalteten, Buskondensator 82 auf. Der Buskondensator 82 kann beispielhaft zumindest als ein Glättungskondensator fungieren.
In dem schematischen elektrischen Schaltbild der Figur 2 ist vereinfachend ein Ersatzwiderstand 84 gezeigt, welcher elektrisch parallel zu dem Buskondensator 82 angeordnet ist. Der Ersatzwiderstand 84 repräsentiert sämtliche elektrische Lasten, welche dem Buskondensator 82 nachgeschaltet sein können, beispielsweise zumindest ein Wechselrichter (nicht dargestellt) und/oder zumindest ein Induktor (nicht dargestellt) und/oder dergleichen. Die Elektrikvorrichtung 10 kann die Bauelemente zugehörig zu dem Ersatzwiderstand 84 zumindest teilweise aufweisen. Die Elektrikvorrichtung 10 weist vorliegend beispielhaft eine Busentladeeinheit 90 auf. Die Busentladeeinheit 90 weist zumindest einen High-Side Schalter 92 und einen Low-Side Schalter 94 auf. Der High-Side Schalter 92 ist parallel zu zumindest einer High-Side Diode 86 des Gleichrichters 80 geschaltet. Der Low-Side Schalter 94 ist parallel zu zumindest einer Low-Side Diode 88 des Gleichrichters 80 geschaltet.
Mittels der Busentladeeinheit 90 ist der Buskondensator 82, insbesondere regenerativ, entladbar. Der Buskondensator 82 ist durch Steuerung des High-Side Schalters 92 und/oder des Low-Side Schalters 92 entladbar.
Die Elektrikvorrichtung 10 weist zumindest einen isolierten Gate-Treiber 12 auf, welcher dazu vorgesehen ist, zumindest den High-Side Schalter 92 der Busentladeeinheit 90 anzusteuern. Zumindest ein Teil der Elektrikvorrichtung 10, und beispielsweise des Gate- Treibers 12, kann dazu vorgesehen sein, den Low-Side Schalter 92 der Busentladeeinheit 90 zumindest teilweise anzusteuern. Alternativ können/kann das Elektrogerät 100 und/oder die Elektrikvorrichtung 10 zumindest einen weiteren Gate-Treiber separat zu dem Gate-Treiber 12 zu der Ansteuerung des Low-Side Schalters 92 aufweisen.
Alternativ kann die Elektrikvorrichtung 10 frei von zumindest einem Teil der Busentladeeinheit 90, von dem Buskondensators 82, von den Lasten repräsentiert durch den Ersatzwiderstand 84 und/oder dergleichen ausgebildet sein. Es ist insbesondere denkbar, dass die Elektrikvorrichtung 10 lediglich den zumindest einen Gate-Treiber 12 und beispielhaft zusätzlich zumindest eine von dem Gate-Treiber 12 angesteuerte Gate- Elektrode 32, insbesondere zumindest einen die zumindest eine Gate-Elektrode 32 aufweisenden Schalter, aufweist. Insbesondere kann der die Gate- Elektrode 32 aufweisende Schalter als der High-Side Schalter 92 der Busentladeeinheit 90 oder als ein anderer beliebiger, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Schalter (nicht dargestellt), beispielhaft als ein Schalter eines Wechselrichters oder dergleichen, ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Gate-Treiber 12 beispielsweise zu einer Steuerung eines Schalters integriert in einem gegenüber dem Schaltplan in Figur 2 zumindest teilweise oder vollständig unterschiedlichen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Schaltplan, beispielhaft für eine Ausgestaltung der Elektrovorrichtung unterschiedlich zu dem Kochfeld 104, vorgesehen sein. Figur 3 zeigt einen vereinfachten Schaltplan des Gate-Treibers 12 der Elektrikvorrichtung 10.
Die Elektrikvorrichtung 10 weist den zumindest einen isolierten Gate-Treiber 12 zu einer Steuerung zumindest der Gate-Elektrode 32 auf. Die Elektrikvorrichtung 10 weist die Gate-Elektrode 32 auf. Die Gate-Elektrode 32 ist durch ein Aufladen und/oder ein Entladen mittels des Gate-Treibers 12 steuerbar.
Der High-Side Schalter 92 weist vorliegend die Gate-Elektrode 32 auf. Der High-Side Schalter 92 ist für das Aufladen der Gate-Elektrode 32 aktivierbar und für das Entladen der Gate-Elektrode 32 deaktivierbar. Der High-Side Schalter 92 ist beispielhaft als ein MOSFET-Schalter ausgebildet, alternativ ist eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausbildung des High-Side Schalters 92 denkbar.
Der Gate-Treiber 12 weist zumindest einen Transformator 14 zu einem Transfer eines Treibersignals von einer Primärseite 20 zu einer Sekundärseite 30 des Gate-Treibers 12 auf. Die Primärseite 20 und die Sekundärseite 30 sind über den Transformator 14 galvanisch voneinander isoliert und insbesondere zumindest datentechnisch miteinander verbunden.
Der Gate-Treiber 12 weist eine hierbei stark vereinfacht dargestellte Modulationseinheit 24 auf der Primärseite 20 auf, welche das Treibersignal generiert. Das Treibersignal ist generiert über eine Modulation eines Trägersignals. Das Treibersignal ist durch eine Modulation, beispielhaft eine Amplitudenumtastung, eines hochfrequenten Trägersignals mit einem eine Treiberinformation aufweisenden Signal generiert. Das Trägersignal weist die Treiberinformation in einer Einhüllenden auf. Die Einhüllende ist als ein Rechteck- Spannungspuls ausgebildet, mittels welchem die Gate-Elektrode 32 aufladbar ist.
Der Transformator 14 weist eine Primärspule 22 auf der Primärseite 20 auf. Der Gate- Treiber 12 weist eine Resonanzkapazität 26 auf der Primärseite 20 auf, welche zusammen zumindest mit der Primärspule 22 einen Schwingkreis zu einer Emission des Treibersignals ausbildet.
Der Transformator 14 weist eine Sekundärspule 62 auf der Sekundärseite 30 auf, welche dazu vorgesehen ist, ein Signal ausgehend von der Primärspule 22 zu empfangen. Der Gate-Treiber 12 weist eine Gleichrichteinheit 34 auf der Sekundärseite 30 auf. Die Gleichrichteinheit 34 ist der Sekundärspule 62 nachgeschaltet. Die Gleichrichteinheit 34 ist als ein Spannungsverdoppler ausgebildet.
Der Gate-Treiber 12 weist eine Latcheinheit 36 für die Entladung der Gate-Elektrode 32 auf, wobei die Latcheinheit 36 zwischen der Gate-Elektrode 32 und der Gleichrichteinheit 34 angebunden ist. Die Latcheinheit 36 weist zumindest ein Schaltelement 96 auf. Das Schaltelement 96 ist vorliegend als ein pnp-Bipolartransistor ausgebildet. Die Latcheinheit 36 weist zumindest ein weiteres Schaltelement 98 auf. Das weitere Schaltelement 98 ist vorliegend als ein npn-Bipolartransistor ausgebildet.
Die Latcheinheit 36 ist zumindest basierend auf dem Treibersignal zu dem Entladen der Gate-Elektrode 32 aktivierbar. Die Latcheinheit 36 ist durch ein Aktivieren des Schaltelements 96 aktivierbar. Das Schaltelement 96 ist dazu vorgesehen, sich für ein Erreichen zumindest einer Basis-Emitter-Schwellenspannung zu aktivieren. Das Schaltelement 96 kann siliziumbasiert ausgebildet sein und eine Basis-Emitter- Schwellenspannung von zumindest im Wesentlichen 0,7 V aufweisen.
Die Latcheinheit 36 ist basierend auf einer abfallenden Kante der Einhüllenden des Treibersignals aktivierbar. Das Schaltelement 96 ist basierend auf der abfallenden Kante der Einhüllenden des Treibersignals aktivierbar. Die Latcheinheit 36 ist derart verschaltet, dass zumindest die Basis-Emitter-Schwellenspannung für die abfallende Kante der Einhüllenden des Treibersignals zur Aktivierung des Schaltelements 96 an dem Schaltelement 96 erreicht wird.
Das weitere Schaltelement 98 ist basierend auf der abfallenden Kante der Einhüllenden des Treibersignals, insbesondere basierend auf der Aktivierung des Schaltelements 96, aktivierbar.
Die Latcheinheit 36 stellt einen Entladepfad 44 zu dem Entladen der Gate-Elektrode 32 unterschiedlich zu einem Aufladepfad 40 zu dem Aufladen der Gate- Elektrode 32 bereit. Der Aufladepfad 40 ist zu dem Aufladen entlang einer Aufladerichtung 42, insbesondere ausgehend der Sekundärspule 62 und/oder der Gleichrichteinheit 34, zu der Gate- Elektrode 32 vorgesehen. Der Entladepfad 44 ist zu einem Entladen entlang einer Entladerichtung 46 ausgehend von der Gate-Elektrode 32 vorgesehen. Der Aufladepfad 40 und der Entladepfad 44 überschneiden teilweise, insbesondere an der Gate-Elektrode 32. Die Entladerichtung 46 ist zumindest in einem überschneidenden Abschnitt des Aufladepfads 40 und des Entladepfads 44 entgegengesetzt zu der Aufladerichtung 42 gerichtet.
Der Aufladepfad 40 verläuft durch ein Widerstandselement 70 des Gate-Treibers 12. Das Widerstandselement 70 ist der Gleichrichteinheit 34 vorliegend beispielhaft unmittelbar nachgeschaltet. Das Widerstandselement 70 ist der Gleichrichteinheit 34 und einem Gleichrichtelement 38 zwischengeschaltet. Der Aufladepfad 40 verläuft durch ein weiteres Widerstandselement 72 des Gate-Treibers 12. Das weitere Widerstandselement 72 ist dem Widerstandselement 70 entlang der Aufladerichtung 42 nachgeschaltet. Das weitere Widerstandselement 72 ist dem Gleichrichtelement 38 und der Gate-Elektrode 32 zwischengeschaltet.
Das Widerstandselement 70 weist einen Widerstand um zumindest eine Größenordnung größer als der Widerstand des weitere Widerstandselements 72 auf, beispielsweise kann das Widerstandselement 70 einen Wert von zumindest 1 kQ und/oder maximal 10 kQ und/oder das weitere Widerstandselements 72 einen Wert von zumindest 10 Q und/oder maximal 200 Q, beispielhaft von zumindest im Wesentlichen 100 Q, aufweisen. Alternativ sind andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Werte denkbar. Der Strom entlang des Aufladepfads 40 ist begrenzt, wobei der begrenzte Strom zumindest im Wesentlichen durch das Widerstandselement 70 begrenzt ist.
Der Entladepfad 44 verläuft durch das Schaltelement 96. Der Entladepfad 44 verläuft durch das weitere Schaltelement 98. Der Entladepfad 44 verläuft durch das weitere Widerstandselement 70. Der Entladepfad 44 verläuft durch ein Shunt- Widerstandselement 76 des Gate-Treibers 12. Das Shunt-Widerstandselement 76 kann einen beispielhaften Widerstand von zumindest 0,5 Q und/oder maximal 1 Q aufweisen. Alternativ ist ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Wert denkbar. Der Strom entlang des Entladepfads 44 ist begrenzt, wobei der begrenzte Strom zumindest im Wesentlichen durch das weitere Widerstandselement 72 und das Shunt- Widerstandselement 76 begrenzt ist.
Eine Dynamik entlang des Aufladepfads 40 in Aufladerichtung 42 ist schneller als eine
Dynamik eines Pfads (nicht dargestellt) von der Gleichrichteinheit 34 zu einem Triggerpunkt 60 an einer Basis des Schaltelements 96 während des Aufladens. Die Basis- Emitter-Schwellenspannung ist während des Aufladens unterschritten. Das Schaltelement 96 ist während des Aufladens deaktiviert. Die Latcheinheit 36 ist während des Aufladens deaktiviert.
Eine Dynamik des Entladepfads 44 ist schneller als eine Dynamik des Aufladepfads 40. Eine Dauer eines Entladevorgangs mittels Aktivierung der Latcheinheit 36 ist kürzer als eine Dauer eines Aufladevorgangs zu dem Aufladen der Gate-Elektrode 32 entlang des Aufladepfads 40 (vgl. Figuren 4a und 4b).
Die Latcheinheit 36 weist zumindest das Gleichrichtelement 38 auf, welches eine Durchlassrichtung entlang der Aufladerichtung 42 entlang des Aufladepfads 40 aufweist und ein Entladen entlang des Aufladepfads 40 in entgegengesetzte Richtung 52 zu der Aufladerichtung 42 sperrt. Das Gleichrichtelement 38 ist als eine Diode 48 ausgebildet. Das Gleichrichtelement 38 ist der Gate-Elektrode 32 entlang der Aufladerichtung 42 seriell vorgeschaltet.
Durch das Gleichrichtelement 38, insbesondere durch das Sperren des Entladens entlang des Aufladepfads 40 in entgegengesetzte Richtung 52 zu der Aufladerichtung 42, ist das Entladen lediglich entlang des Entladepfads 44 bereitgestellt. Durch das Gleichrichtelement 38, insbesondere durch das Sperren des Entladens entlang des Aufladepfads 40 in entgegengesetzte Richtung 52 zu der Aufladerichtung 42, ist ein Überschreiten der Basis-Emitter-Schwellenspannung des Schaltelements 96, insbesondere eine Aktivierung der Latcheinheit 36, bei dem Entladen bereitgestellt und/oder unterstützt.
Die Latcheinheit 36 kann beispielhaft zumindest ein weiteres Gleichrichtelement 50 aufweisen. Das weitere Gleichrichtelement 50 ist als eine Diode ausgebildet. Das weitere Gleichrichtelement 50 ist dazu vorgesehen, den Spannungsabfall des Gleichrichtelements 38 aufzuheben. Das Gleichrichtelement 38 und das weitere Gleichrichtelement 50 können ein gemeinsames Anodenpaar aufweisen, um gleiche Konstruktionsgleichungen für die Latcheinheit 36, insbesondere bezüglich eines Haltestroms, aufrechtzuerhalten, da ihre Spannungsabfälle sich gegenseitig aufheben.
Alternativ kann die Latcheinheit 36 frei des weiteren Gleichrichtelements 50 ausgebildet sein. Die Latcheinheit 36 ist zumindest teilweise parallel zu der Gate-Elektrode 32 verschaltet. Die Latcheinheit 36 ausgenommen zumindest des Gleichrichtelements 38 ist parallel zu der Gate-Elektrode 32 verschaltet.
Der Gate-Treiber 12 weist zumindest eine Überstromschutzeinheit 54 auf, wobei die Latcheinheit 36 zu einem Schutz gegenüber eines Überstroms mittels der Überstromschutzeinheit 54 aktivierbar ist. Die Latcheinheit 36 ist mittels der Überstromschutzeinheit 54 zu einem Entladen der Gate-Elektrode 32 aktivierbar. Die Latcheinheit 36 ist mittels der Überstromschutzeinheit 54 unabhängig von dem Treibersignal aktivierbar. Die Gate-Elektrode 32 ist mittels der Überstromschutzeinheit 54 unabhängig von dem Treibersignal entladbar.
Die Überstromschutzeinheit 54 ist dazu vorgesehen, die Latcheinheit 36 für einen erkannten Überstrom zu aktivieren. Die Überstromschutzeinheit 54 ist dazu vorgesehen, den Überstrom zu erkennen. Der Überstrom ist ein Überstrom an einer Quelle des High- Side Schalters 92. Die Überstromschutzeinheit 54 ist elektrisch mit der Quelle des High- Side Schalters 92 verbunden.
Die Überstromschutzeinheit 54 weist eine Referenzspannungsquelle 56 auf. Die Referenzspannungsquelle 56 kann als eine Shunt Reference 58 ausgebildet sein.
Die Überstromschutzeinheit 54 ist zu der Erkennung des Überstroms dazu vorgesehen, eine Spannung an dem Shunt-Widerstandselement 76 mit einer internen Referenzspannung zu vergleichen. Beispielhaft weist die interne Referenzspannung vorliegend einen Wert von zumindest im Wesentlichen 1 ,24 V auf. Alternativ ist ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Wert denkbar.
Der Gate-Treiber 12 weist ein Pull-Down-Widerstandselement 74 auf. Das Pull-Down- Widerstandselement 74 ist dazu vorgesehen, die Latcheinheit 36 bis zu dem Auftreten der abfallenden Kante und/oder des Überstroms deaktiviert zu halten. Das Pull-Down- Widerstandselement 74 kann beispielhaft einen Widerstand größer 10 kQ aufweisen. Alternativ ist eine anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Wert denkbar.
Die Latcheinheit 36 weist einen selben Triggerpunkt 60 zu der Aktivierung mittels der Überstromschutzeinheit 54 und mittels des Treibersignals auf. Der Triggerpunkt 60 ist an der Basis des Schaltelements 96 angebunden und insbesondere angeordnet. Die Latcheinheit 36 ist dazu vorgesehen, zu der Aktivierung mittels der Überstromschutzeinheit 54 und mittels des Treibersignals an dem Schaltelement 96 getriggert zu werden. Die Latcheinheit 36 ist dazu vorgesehen, zu der Aktivierung der Latcheinheit 36 mittels der Überstromschutzeinheit 54 und mittels des Treibersignals jeweils zunächst dasselbe Schaltelement 96 zu aktivieren, wobei das weitere Schaltelement 98 insbesondere hinterher aktivierbar ist. Die Überstromschutzeinheit 54 ist dazu vorgesehen, die Latcheinheit 36, insbesondere das Schaltelement 96, basierend auf einem abfallenden Strom an der Basis des Schaltelements 96 bedingt durch die Überstromschutzeinheit 54 zu triggern.
Alternativ oder zusätzlich kann die Elektrikvorrichtung 10 eine weitere Überstromschutzeinheit 66 aufweisen. Die Elektrikvorrichtung 10 weist vorliegend beispielhaft eine Schaltplaneinheit 64 auf, welche beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu der Überstromschutzeinheit 54 als die weitere Überstromschutzeinheit 66 ausgebildet sein kann. Die Latcheinheit 36 weist jeweils unterschiedliche Triggerpunkte 60, 68 zu einer Aktivierung mittels der weiteren Überstromschutzeinheit 66 und mittels des Treibersignals auf. Die Latcheinheit 36 ist dazu vorgesehen, zu der Aktivierung mittels der weiteren Überstromschutzeinheit 54 an dem weiteren Schaltelement 98 getriggert zu werden. Die Latcheinheit 36 ist dazu vorgesehen, zu der Aktivierung der Latcheinheit 36 mittels der weiteren Überstromschutzeinheit 66 zunächst das weitere Schaltelement 98 zu aktivieren, wobei das Schaltelement 96 insbesondere hinterher aktivierbar ist. Die weitere Überstromschutzeinheit 66 triggert die Latcheinheit 36, insbesondere das weitere Schaltelement 98, direkt basierend auf einem Quellenstrom ausgehend von der Quelle an einer Basis des weiteren Schaltelements 98 zu der Aktivierung. Das weitere Schaltelement 96 ist mittels der weiteren Überstromschutzeinheit 66 durch eine an dem Shunt-Widerstandselement 76 erzeugte, auf dem Überstrom basierende, Spannung aktivierbar. Alternativ sind andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Werte denkbar.
Figur 4a zeigt Graphen mit Kurven 120, 122, 124 in einem Zeitfenster einer ansteigenden Flanke der Einhüllenden des Treibersignals.
Eine Kurve 120 zeigt das Signal aufweisend die Treiberinformation auf einer Achse 114 einer Spannung in Volt über einer Achse 110 einer Zeit in Millisekunden. Eine Kurve 122 zeigt das Treibersignal, dessen Einhüllende die Treiberinformation aufweist, auf einer Achse 116 einer Spannung in Volt über der Achse 110 der Zeit in Millisekunden. Eine Kurve 124 zeigt die Spannung der Gate-Elektrode 32 auf einer Achse 118 einer Spannung in Volt über der Achse 110 der Zeit in Millisekunden. Die Gate- Elektrode 32 wird für das Einsetzen des Spannungsimpulses des Treibersignals geladen, wobei die Spannung der Gate-Elektrode 32 bis zur Sättigung ansteigt. Eine Dauer des Aufladens ausgehend von dem Einsetzen des Impulses des Treibersignals bis zu einem Erreichen einer Sättigungsspannung der Gate-Elektrode 32 beträgt hierbei beispielhaft 31 ps.
Figur 4b zeigt Graphen mit den Kurven 120, 122 aus Figur 4a in einem Zeitfenster einer abfallenden Flanke der Einhüllenden des Treibersignals über einer Achse 112 einer Zeit in Millisekunden, welche eine erhöhte Zeitauflösung gegenüber Achse 110 der Zeit in Figur 4a aufweist. Die Gate-Elektrode 32 wird für das Aussetzen des Spannungsimpulses des Treibersignals entladen, wobei die Spannung der Gate-Elektrode 32 sinkt. Eine Dauer des Entladens ausgehend von der Sättigungsspannung beträgt hierbei beispielhaft weniger als 2 ps, insbesondere weniger als 1,5 ps, vorliegend zwischen 1 ps und 2 ps. Vorliegend sind mindestens 90 % der Dauer des Entladens als eine Delay zur Aktivierung der Latcheinheit 36 ausgebildet. Insbesondere ist die Latcheinheit 36 in dem aktivierten Zustand dazu vorgesehen, zumindest 90 %, insbesondere zumindest 95 %, der Ladung der Gate-Elektrode 32 zu entladen. Eine Entladungsdauer in dem aktivierten Zustand der Latcheinheit 36 weist beispielhaft einen Wert kleiner als 0,2 ps, insbesondere weniger als 0,15 ps, vorliegend einen Wert zwischen 0,1 ps und 0,2 ps, auf. Die Dauer des Entladens ausgehend von dem Aussetzen des Impulses des Treibersignals und der Sättigungsspannung der Gate-Elektrode 32 ist vorliegend um einen Faktor von mindestens 20 kürzer als die Dauer des Aufladens ausgehend von dem Einsetzen des Impulses des Treibersignals bis zu der Sättigungsspannung der Gate-Elektrode 32.
Figur 5 zeigt Graphen mit Kurven 120, 122, 132, 134 in einem Fall, in welchem der Überstrom vorliegt. Kurve 120 zeigt das Signal aufweisend die Treiberinformation und Kurve 122 zeigt das Treibersignal aus Figuren 4a und 4b über einer Achse 126 einer Zeit in Millisekunden mit einer gegenüber den Figuren 4a und 4b reduzierten Zeitauflösung. Eine Kurve 132 zeigt den Überstrom auf einer Achse 130 einer Stromstärke in Ampere über der Achse 126 der Zeit in Millisekunden. Beispielhaft liegt ein Überstrom mit einer Impulsdauer von 1 ms während der letzten Millisekunde des Impulses des Treibersignals vor. Die zumindest eine Überstromschutzeinheit 54, 66 ist dazu vorgesehen, die Gate- Elektrode 32 für das Vorliegen des Überstroms vor Aussetzen des Spannungsimpulses des Treibersignals mittels der Latcheinheit 36 zu entladen. Kurve 134 zeigt die Spannung der mittels der zumindest einen Überstromschutzeinheit 54, 66 entladenen Gate- Elektrode 32 auf einer Achse 128 einer Spannung in Volt über der Achse 126 der Zeit in Millisekunden. Die Spannung der Gate-Elektrode 32 sinkt für das Vorliegen des Überstroms vor dem Aussetzen des Spannungsimpulses des Treibersignals ab.
Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zu einem Betrieb der Elektrikvorrichtung 10, wobei der zumindest eine isolierte Gate-Treiber 12 die zumindest eine Gate- Elektrode 32 steuert, wobei das Treibersignal über eine Modulation des Trägersignals generiert und über den Transformator 14 von der Primärseite 20 zu der Sekundärseite 30 des Gate-Treibers 12 übertragen wird, und wobei der Gate-Treiber 12 die Gleichrichteinheit 34 auf der Sekundärseite 30 und die Latcheinheit 36 angebunden zwischen der Gate-Elektrode 32 und der Gleichrichteinheit 34 aufweist, wobei die Gate- Elektrode 32 mittels der Latcheinheit 36 entladen wird.
Das Verfahren weist einen Signalerzeugungsschritt 200 auf, in welchem die Treiberinformation zu der Erzeugung des Treibersignals auf der Primärseite 20 auf das Trägersignal moduliert wird.
In einem Übertragungsschritt 202 des Verfahrens wird das Treibersignal über den Transformator 14 von der Primärseite 20 zu der Sekundärseite 30 übertragen.
Die Treiberinformation wird in einem Gleichrichtungsschritt 204 des Verfahrens mittels der Gleichrichteinheit 34 auf der Sekundärseite 30 wiederhergestellt und/oder verstärkt.
Das Verfahren weist einen Aufladeschritt 206 auf, in welchem die Gate-Elektrode 32 basierend auf dem Treibersignal entlang des Aufladepfads 40 ausgehend von der Gleichrichteinheit 34 aufgeladen wird.
In einem ersten Fall, insbesondere in Abwesenheit eines Überstroms, weist das Verfahren einen Treibersignal-Entladeschritt 208 auf, in welchem die Gate- Elektrode 32 basierend auf dem Treibersignal entladen wird. Die Gate-Elektrode 32 wird in dem Treibersignal- Entladeschritt 208 basierend auf einer abfallenden Flanke der Einhüllenden des Treibersignals entladen. Die Latcheinheit 36 wird in dem Treibersignal-Entladeschritt 208 basierend auf der abfallenden Flanke der Einhüllenden des Treibersignals zu dem Entladen der Gate- Elektrode 32 aktiviert.
Das Verfahren weist in einem zweiten Fall, insbesondere bei Vorliegen eines Überstroms, einen Überstrom- Entladeschritt 210 auf, in welchem die Gate-Elektrode 32 für den erkannten Überstrom entladen wird. Die Latcheinheit 36 wird in dem Überstrom- Entladeschritt 210 basierend auf dem erkannten Überstrom aktiviert.
Bezugszeichen
10 Elektrikvorrichtung
12 Gate-Treiber
14 Transformator
20 Primärseite
22 Primärspule
24 Modulationseinheit
26 Resonanzkapazität
30 Sekundärseite
32 Gate- Elektrode
34 Gleichrichteinheit
36 Latcheinheit
38 Gleichrichtelement
40 Aufladepfad
42 Aufladerichtung
44 Entladepfad
46 Entladerichtung
48 Diode
50 weiteres Gleichrichtelement
52 Richtung
54 Überstromschutzeinheit
56 Referenzspannungsquelle
58 Shunt Reference
60 Triggerpunkt
62 Sekundärspule
64 Schaltplaneinheit
66 weitere Überstromschutzeinheit
68 weiterer T riggerpunkt
70 Widerstandselement weiteres Widerstandselement
Pull-Down-Widerstandselement
Shunt-Widerstandselement
Gleichrichter
Buskondensator
Ersatzwiderstand
High-Side Diode
Low-Side Diode
Busentladeeinheit
High-Side Schalter
Low-Side Schalter
Schaltelement weiteres Schaltelement
Elektrogerät
Haushaltsgerät
Kochfeld
Achse
Achse
Achse
Achse
Achse
Kurve
Kurve
Kurve
Achse
Achse
Achse
Kurve
Kurve
Signalerzeugungsschritt
Übertragungsschritt Gleichrichtungsschritt Aufladeschritt Treibersignal-Entladeschritt Überstrom-Entladeschritt

Claims

Ansprüche
1. Elektrikvorrichtung (10), mit zumindest einem isolierten Gate-Treiber (12) zu einer Steuerung zumindest einer Gate-Elektrode (32), wobei der Gate-Treiber (12) zumindest einen Transformator (14) zu einem Transfer eines Treibersignals generiert über eine Modulation eines Trägersignals von einer Primärseite (20) zu einer Sekundärseite (30) des Gate-Treibers (12), eine Gleichrichteinheit (34) auf der Sekundärseite (30) und eine Latcheinheit (36) für eine Entladung der Gate- Elektrode (32) aufweist, wobei die Latcheinheit (36) zwischen der Gate- Elektrode (32) und der Gleichrichteinheit (34) angebunden ist.
2. Elektrikvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Latcheinheit (36) zumindest basierend auf dem Treibersignal zu dem Entladen der Gate-Elektrode (32) aktivierbar ist.
3. Elektrikvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Latcheinheit (36) einen Entladepfad (44) zu dem Entladen der Gate- Elektrode (32) unterschiedlich zu einem Aufladepfad (40) zu dem Aufladen der Gate-Elektrode (32) bereitstellt.
4. Elektrikvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dynamik des Entladepfads (44) schneller als eine Dynamik des Aufladepfads (40) ist.
5. Elektrikvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Latcheinheit (36) zumindest teilweise parallel zu der Gate-Elektrode (32) verschaltet ist.
6. Elektrikvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Latcheinheit (36) zumindest ein Gleichrichtelement (38), insbesondere eine Diode (48), aufweist, welche eine Durchlassrichtung entlang einer Aufladerichtung (42) entlang eines Aufladepfads (40) aufweist und ein Entladen entlang dem Aufladepfad (40) in entgegengesetzte Richtung (52) sperrt.
7. Elektrikvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gate-Treiber (12) zumindest eine Überstromschutzeinheit (54, 66) aufweist, wobei die Latcheinheit (36) zu einem Schutz gegenüber eines Überstroms mittels der Überstromschutzeinheit (54, 66) aktivierbar ist.
8. Elektrikvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstromschutzeinheit (54, 66) eine Referenzspannungsquelle (56), insbesondere eine Shunt Reference (58), aufweist.
9. Elektrikvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Latcheinheit (36) einen selben Triggerpunkt (60) zu einer Aktivierung mittels der Überstromschutzeinheit (54) und mittels des Treibersignals aufweist.
10. Elektrikvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Busentladeeinheit (90), wobei der Gate-Treiber (12) dazu vorgesehen ist, zumindest einen High-Side Schalter (92) der Busentladeeinheit (90) anzusteuern.
11. Elektrogerät (100), insbesondere Haushaltsgerät (102), vorteilhaft Kochfeld (104), mit einer Elektrikvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Verfahren zu einem Betrieb einer Elektrikvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit dem zumindest einen isolierten Gate-Treiber (12), welcher die zumindest eine Gate- Elektrode (32) steuert, wobei das Treibersignal über eine Modulation des Trägersignals generiert und über den Transformator (14) von der Primärseite (20) zu der Sekundärseite (30) des Gate-Treibers (12) übertragen wird, und wobei der Gate-Treiber (12) die Gleichrichteinheit (34) auf der Sekundärseite (30) und die Latcheinheit (36) angebunden zwischen der Gate-Elektrode (32) und der Gleichrichteinheit (34) aufweist, wobei die Gate- Elektrode (32) mittels der Latcheinheit (36) entladen wird.
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