AT17615U1

AT17615U1 - Power supply with low voltages at different potentials

Info

Publication number: AT17615U1
Application number: ATGM85/2017U
Authority: AT
Original assignee: Tridonic Gmbh & Co Kg
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2022-08-15
Also published as: DE202017100974U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Versorgungsschaltung zur Kleinspannungserzeugung. Die Versorgungsschaltung erzeugt wenigstens eine Kleinspannung (Uboot1, Uboot2, UV). Eine Spannungswandlerschaltung (6) stellt eine Versorgungsspannung (UCC) bereit und die Versorgungsschaltung ist so ausgelegt, dass die Versorgungsspannung (UCC) zumindest einer Schaltung mit einer Diode (D4) und einem Kondensator (4) zur Erzeugung der wenigstens einen Kleinspannung (Uboot1, Uboot2, UV) zugeführt wird. Bevorzugt wird die wenigstens eine Kleinspannung in einer Serienschaltung aus Diode (D4) und Kondensator (4) erzeugt und für zumindest eine Schaltungsanordnung mit Feldeffekttransistoren zum Schalten einer Netzspannung, und/oder für den Betrieb einer Messwandlerschaltung genutzt.The invention relates to a supply circuit for generating low voltage. The supply circuit generates at least one extra-low voltage (Uboot1, Uboot2, UV). A voltage converter circuit (6) provides a supply voltage (UCC) and the supply circuit is designed in such a way that the supply voltage (UCC) of at least one circuit with a diode (D4) and a capacitor (4) for generating the at least one low voltage (Uboot1, Uboot2 , UV) is supplied. The at least one low voltage is preferably generated in a series circuit of diode (D4) and capacitor (4) and used for at least one circuit arrangement with field effect transistors for switching a mains voltage and/or for operating a transducer circuit.

Description

description

SPANNUNGSVERSORGUNG MIT KLEINSPANNUNGEN AUF UNTERSCHIEDLICHEN POTENTIALEN POWER SUPPLY WITH LOW VOLTAGES AT DIFFERENT POTENTIALS

[0001] Die Erfindung betrifft die Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannungen und eine Schaltungsanordnung, insbesondere für Netzschalter, mit einer solchen Kleinspannungserzeugung. The invention relates to the generation of different low voltages and a circuit arrangement, in particular for power switches, with such a low voltage generation.

[0002] In Netzversorgungsgeräten wird oftmals Netzspannung elektronisch mittels Schaltern, z. B. ausgeführt mit Feldeffekttransistoren (FET), geschaltet. Diese Feldeffekttransistoren sind auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen angeordnet. Für die Ansteuerung der Gate-Elektroden muss eine Spannung im Kleinspannungsbereich bereitgestellt werden. Bekannt ist es, diese Spannungen, mittels Sperrwandler-Schaltungen (auch: Hoch-Tiefsetzsteller, engl. Flyback-Converter) zu erzeugen. In mains supply devices, mains voltage is often switched electronically by means of switches, e.g. B. executed with field effect transistors (FET) connected. These field effect transistors are arranged at different electrical potentials. A voltage in the extra-low voltage range must be provided to drive the gate electrodes. It is known to generate these voltages by means of flyback converter circuits (also: boost-buck converter, English flyback converter).

[0003] Sperrwandler sind Gleichspannungswandler, die zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsseite mit galvanisch getrennten Gleichspannungen dienen. Nach dem Prinzip des Sperrwandlers wird eine kleine Menge Energie im Magnetfeld eines Transformators gespeichert. In einer ersten (Leit-)Phase erfolgt Laden des Transformators und in einer zweiten (Sperr-)Phase Entladen des Transformators über dessen Sekundärseite. Die Leitphase ist mit einem geschlossenem, die Sperrphase mit einem geöffnetem Schalter S realisiert. Dieser Zyklus wird mit einer hohen Schaltfrequenz periodisch durchlaufen, so dass ein kontinuierlicher Energiefluss von einer Primärseite zu einer Sekundärseite des Transformators entsteht. [0003] Flyback converters are DC converters that are used to transmit electrical energy between an input and an output side with galvanically isolated DC voltages. According to the principle of the flyback converter, a small amount of energy is stored in the magnetic field of a transformer. In a first (conducting) phase, the transformer is charged and in a second (blocking) phase, the transformer is discharged via its secondary side. The conduction phase is implemented with a closed switch S, the blocking phase with an open switch. This cycle is run through periodically with a high switching frequency, so that there is a continuous flow of energy from a primary side to a secondary side of the transformer.

[0004] Die gesamte übertragene Energie des Sperrwandlers wird im Magnetfeld des Transformators zwischengespeichert. Die den Transformator des Sperrwandlers bildenden Spulen sind daher vergleichsweise groß, und weisen neben einem großen Platzbedarf auch den Nachteil hoher Kosten auf. Weiter ist die Anzahl der aus dem Sperrwandler gleichzeitig bereitzustellenden Spannungen aufgrund der Verwendung der Spulen begrenzt. In Fig. 3 ist ein solcher Schaltungsaufbau zur Erzeugung mehrerer Kleinspannungen unter Verwendung eines Sperrwandlers gezeigt. The entire energy transmitted by the flyback converter is temporarily stored in the magnetic field of the transformer. The coils forming the transformer of the flyback converter are therefore comparatively large and, in addition to requiring a large amount of space, also have the disadvantage of high costs. Furthermore, the number of voltages to be provided simultaneously from the flyback converter is limited due to the use of the coils. FIG. 3 shows such a circuit structure for generating a plurality of low voltages using a flyback converter.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, für die Bereitstellung von Kleinspannungen in Schaltnetzteilen eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lösung zu finden. The object of the invention is to find an improved solution compared to the prior art for the provision of extra-low voltages in switched-mode power supplies.

[0006] Die Aufgabe wird durch die Versorgungsschaltung gemäß unabhängigem Anspruch 1, eine Schaltungsanordnung mit der Versorgungsschaltung und den entsprechenden Netzschalter gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt. The object is achieved by the supply circuit according to independent claim 1, a circuit arrangement with the supply circuit and the corresponding power switch. Advantageous developments of the invention are shown in the dependent claims.

[0007] Die erfindungsgemäße Versorgungsschaltung zur Kleinspannungserzeugung ist eingerichtet, eine Kleinspannung beispielsweise zum Schalten wenigstens eines Schaltelements, zu erzeugen. Die Versorgungsschaltung umfasst eine Spannungswandler-Schaltung ausgelegt dafür, eine Versorgungsspannung zu erzeugen. Die Versorgungsschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung zumindest einer Schaltungsanordnung mit einer Diode einem Kondensator zur Erzeugung wenigstens einer Kleinspannung zugeführt wird. The supply circuit according to the invention for generating extra-low voltage is set up to generate an extra-low voltage, for example for switching at least one switching element. The supply circuit includes a voltage converter circuit designed to generate a supply voltage. The supply circuit is characterized in that the supply voltage is fed to at least one circuit arrangement with a diode and a capacitor for generating at least one extra-low voltage.

[0008] Die Kleinspannung wird beispielsweise für das Schalten des wenigstens einen Schaltelements, insbesondere eines Feldeffekttransistors (FET), oder für den Betrieb einer Messwandlerschaltung genutzt. The extra-low voltage is used, for example, for switching the at least one switching element, in particular a field effect transistor (FET), or for operating a transducer circuit.

[0009] Die erfindungsgemäße Anordnung ist vorteilhaft, da die erfindungsgemäße Erzeugung einer Kleinspannung ohne raumaufwändige und teure Wickelgüter, beispielsweise Transformatoren, auskommt. Es wird die Möglichkeit bereitgestellt, eine Vielzahl unterschiedlicher Kleinspannungen in einer Baugruppe oder in einem Gerät zu erzeugen, ohne einer Begrenzung in der Zahl der Kleinspannungen durch die entsprechend erforderlichen Sekundärwicklungen eines Transformators zu unterliegen. Die Kleinspannungserzeugung für die Bereitstellung von Niedervoltspannungen kommt mit einer wesentlich geringeren Komplexität aus, da mittels lediglich eines Abwärtswandlers eine große Anzahl individueller Kleinspannungen entlang einer Netzleitung er-The arrangement according to the invention is advantageous because the inventive generation of an extra-low voltage does not require space-consuming and expensive winding goods, such as transformers. The possibility is provided of generating a large number of different extra-low voltages in an assembly or in a device without being subject to a limitation in the number of extra-low voltages due to the correspondingly required secondary windings of a transformer. The extra-low voltage generation for the provision of low-voltage voltages is much less complex, since a large number of individual extra-low voltages can be generated along a power line using just one step-down converter.

zeugt werden können. Ein leistungsstarker Wandler kann in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schaltung zur Kleinspannungserzeugung eine größere Anzahl leistungsschwächerer isolierter Wandler ersetzen. Die Erfindung ermöglicht ebenfalls, statt aufwändiger Wickelgüter einfache und kostengünstige zu beschaffende Standardbauteile wie Kapazitäten und Dioden zu verwenden, die zugleich wesentlich geringere Anforderungen an Bauraum innerhalb einer Baugruppe stellen. Damit kann dieselbe Aufgabe erfindungsgemäß zu geringeren Kosten und mit geringerem Platzbedarf gelöst werden. Kleinere und billigere Netzgeräte, z. B. für die Versorgung von Betriebsgeräten von Leuchten, werden realisierbar. can be begotten. A powerful converter can replace a larger number of less powerful isolated converters in connection with the circuit for low voltage generation according to the invention. The invention also makes it possible to use simple and cost-effective standard components such as capacitors and diodes, which at the same time place significantly lower demands on installation space within an assembly, instead of complex winding goods. The same object can thus be achieved according to the invention at lower cost and with less space requirement. Smaller and cheaper power supplies, e.g. B. for the supply of operating devices of lights, can be realized.

[0010] Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Schaltungsanordnung die Diode in Serie zu dem Kondensator umfasst. Die Versorgungspannung kann dem Kondensator über die Diode zugeführt werden, um in der Versorgungsschaltung aus der Versorgungsspannung die zumindest eine Kleinspannung zu erzeugen. In particular, it is advantageous if the circuit arrangement includes the diode in series with the capacitor. The supply voltage can be supplied to the capacitor via the diode in order to generate the at least one low voltage from the supply voltage in the supply circuit.

[0011] Die Versorgungsschaltung nach einer bevorzugten Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswandler-Schaltung einen Widerstand und eine Z-Diode (Zenerdiode) umfasst. Damit wird eine besonderes einfache und kostengünstige Spannungswandler-Schaltung für die Erzeugung der Versorgungsspannung geschaffen. The supply circuit according to a preferred embodiment is characterized in that the voltage converter circuit comprises a resistor and a Z diode (Zener diode). This creates a particularly simple and inexpensive voltage converter circuit for generating the supply voltage.

[0012] Eine bevorzugte Versorgungsschaltung umfasst lediglich eine Spannungswandler-Schaltung zur Bereitstellung der Kleinspannung und wenigstens einer weiteren Kleinspannung, insbesondere auch einer Vielzahl von Kleinspannungen. A preferred supply circuit comprises only one voltage converter circuit for providing the extra-low voltage and at least one other extra-low voltage, in particular also a large number of extra-low voltages.

[0013] Eine Schaltungsanordnung mit zumindest einer Versorgungsschaltung umfasst weiter ein Schaltelement und ein weiteres Schaltelement, jeweils ausgelegt für das Schalten einer Netzspannung. Das Schaltelement und das weitere Schaltelement sind in Serie angeordnet. A circuit arrangement with at least one supply circuit further comprises a switching element and a further switching element, each designed for switching a mains voltage. The switching element and the further switching element are arranged in series.

[0014] Eine Schaltungsanordnung mit zumindest einer Versorgungsschaltung umfasst weiter ein Schaltelement und ein weiteres Schaltelement, jeweils ausgelegt für das Schalten einer Netzspannung. Das Schaltelement und das weitere Schaltelement sind in antiparalleler Schaltungsanordnung angeordnet. A circuit arrangement with at least one supply circuit further comprises a switching element and a further switching element, each designed for switching a mains voltage. The switching element and the further switching element are arranged in an anti-parallel circuit arrangement.

[0015] Die antiparallele Anordnung der Schaltelemente, insbesondere wenn sie als Feldeffekttransistoren entsprechend einer Ausführung der Erfindung ausgeführt sind, ist vorteilhaft, da diese im Gegensatz zu bekannten Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (abgekürzt IGBT, engl.: insulated-gate bipolar transistor) in antiparalleler Anordnung im Durchlassbereich keine Sättigungsspannung aufweisen, sondern die Verlustleistung des Feldeffekttransistors quadratisch mit einem Strom ansteigt. The anti-parallel arrangement of the switching elements, in particular when they are designed as field effect transistors according to one embodiment of the invention, is advantageous because, in contrast to known bipolar transistors with an insulated gate electrode (abbreviated IGBT, engl .: Insulated-gate bipolar transistor) have no saturation voltage in the forward range in anti-parallel arrangement, but the power loss of the field effect transistor increases quadratically with a current.

[0016] Eine weitere Ausführung der Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass jeweils eine Diode antiparallel zu dem Schaltelement und dem zumindest einen weiteren Schaltelement angeordnet sind. A further embodiment of the circuit arrangement is characterized in that in each case one diode is arranged antiparallel to the switching element and the at least one further switching element.

[0017] Während Standardschaltungen nach der oberen und der mittleren Teilfigur von Fig. 2 für die Schaltung kleiner und mittlerer Leistungen durchaus ausreichen, sind die Verluste bei höheren zu schaltenden Leistungen entsprechend groß. Bei antiparalleler Schaltung des Schaltelements und des weiteren Schaltelements hingegen werden die Schaltelemente, insbesondere als Feldeffekttransistoren ausgeführt, lediglich von einem halben Wirkstrom durchflossen. Bei statischer Betrachtung fällt lediglich die halbe Verlustleistung an. Der infolge der erfindungsgemäßen Anordnung der schaltenden Elemente und der Dioden halbierte Wirkstrom über die Schaltelemente führt zu geringere Verlustleistung und entsprechend geringerem Bedarf an Kühlung der schaltenden Elemente. Die Komplexität der Schaltungsanordnung sinkt gegenüber dem Stand der Technik, die Lebensdauer der schaltendenden Elemente, insbesondere wenn als Halbleiterbauelemente realisiert, erhöht sich entsprechend. Auch können deshalb für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Feldeffekttransistoren mit einem höheren minimalen Durchgangswiderstand, oftmals als Roscon bezeichnet, ausgewählt werden, womit auch Feldeffekttransistoren mit höheren Maximalspannungen für Schaltnetzteile unter Ausnutzung der Erfindung genutzt werden können. Somit ist der zu schaltende Leistungsbereich durch die Erfindung vorteilhaft hin zu höheren Leistungen erweitert. While standard circuits according to the top and middle sub-figure of FIG. 2 are quite sufficient for switching small and medium powers, the losses at higher powers to be switched are correspondingly large. On the other hand, when the switching element and the further switching element are connected antiparallel, only half the active current flows through the switching elements, in particular in the form of field effect transistors. When viewed statically, only half the power loss occurs. The active current through the switching elements, which is halved as a result of the inventive arrangement of the switching elements and the diodes, leads to lower power loss and a correspondingly lower need for cooling of the switching elements. The complexity of the circuit arrangement is reduced compared to the prior art, and the service life of the switching elements, particularly when implemented as semiconductor components, increases accordingly. Field effect transistors with a higher minimum contact resistance, often referred to as Roscon, can therefore also be selected for the circuit arrangement according to the invention, which means that field effect transistors with higher maximum voltages for switched-mode power supplies can also be used using the invention. The power range to be switched is thus advantageously extended towards higher powers by the invention.

[0018] Damit können Schaltnetzteile für höhere Leistungen unter Nutzung kostengünstigerer Bauelemente, insbesondere MOSFETs, verwirklicht werden. [0018] In this way, switch-mode power supplies for higher powers can be implemented using more cost-effective components, in particular MOSFETs.

[0019] Gemäß einer Ausführung der Schaltungsanordnung sind das Schaltelement und das zumindest eine weitere Schaltelement n-Kanal-Feldeffekttransistoren. According to one embodiment of the circuit arrangement, the switching element and the at least one further switching element are n-channel field effect transistors.

[0020] N-Kanal-MOSFETs weisen einen geringeren Durchlasswiderstand und niedrigere Kosten auf. Die ausschließliche Verwendung von n-Kanal-MOSFETs als schaltende Elemente zur Netzspannungsversorgung ermöglicht eine kostengünstige und zugleich leistungsfähige, da verlustarme Schaltung hoher Netzspannungen, insbesondere auch für Netzspannungen über 500 V. In Kombination mit der erfindungsgemäßen einfachen Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannungen, hier für die Bereitstellung unterschiedlicher Source-Potentiale für die n- Kanal-MOSFETs, ist diese Ausführung der Erfindung besonders vorteilhaft. [0020] N-channel MOSFETs have lower on-resistance and cost. The exclusive use of n-channel MOSFETs as switching elements for the mains voltage supply enables a cost-effective and at the same time powerful, since low-loss switching of high mains voltages, especially for mains voltages over 500 V. In combination with the inventive simple generation of different low voltages, here for the provision of different Source potentials for the n-channel MOSFETs, this embodiment of the invention is particularly advantageous.

[0021] Ebenso wird die technische Aufgabenstellung von einem Netzschalter aufweisend eine Schaltungsanordnung nach einem der vorstehend erläuterten Ausführungen gelöst. Likewise, the technical task is solved by a power switch having a circuit arrangement according to one of the embodiments explained above.

[0022] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. Show it

[0023] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Kleinspannungserzeugung in einer Schaltung zum Schalten von Netzspannung, 1 shows a circuit arrangement according to the invention for generating extra-low voltage in a circuit for switching mains voltage,

[0024] Fig. 2 a), b), c) unterschiedliche Schaltungen zum Schalten von Netzspannung mittels MOSFETs, 2 a), b), c) different circuits for switching mains voltage by means of MOSFETs,

[0025] Fig. 3 eine bekannte Schaltungsanordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannungen mittels einer Sperrwandler-Schaltung, 3 shows a known circuit arrangement for generating different low voltages by means of a flyback converter circuit,

[0026] Fig. 4 eine Anwendung der Erfindung zum Schalten von Netzspannung mittels einer Anordnung antiparalleler Feldeffekttransistoren (FET) und Dioden, 4 shows an application of the invention for switching mains voltage by means of an arrangement of antiparallel field effect transistors (FET) and diodes,

[0027] Fig. 5 eine weitere Anwendung der Erfindung zum Schalten von Netzspannung mittels einer Anordnung antiparalleler FETs und Dioden, 5 shows a further application of the invention for switching mains voltage by means of an arrangement of anti-parallel FETs and diodes,

[0028] Fig. 6 eine Anwendung der Erfindung für die Spannungsversorgung eines Messspannungswandlers, 6 shows an application of the invention for the voltage supply of a measuring voltage converter,

[0029] Fig. 7 eine Ausführung der Erfindung zur Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannungen zum Schalten von Außenleiter (vormals Phase) L und Neutralleiter N an einen Ausgang, sowie für eine Messwandler-Schaltung, und 7 shows an embodiment of the invention for generating different extra-low voltages for switching external conductors (formerly phase) L and neutral conductors N to an output, as well as for a transducer circuit, and

[0030] Fig. 8 eine weitere Ausführung der Erfindung zur Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannungen zum Schalten von Phase L und Neutralleiter N in einer intelligenten Brückenschaltung. 8 shows a further embodiment of the invention for generating different low voltages for switching phase L and neutral conductor N in an intelligent bridge circuit.

[0031] In den Figuren zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Auf eine Erläuterung gleicher Referenzzeichen bei unterschiedlichen Figuren wird verzichtet, soweit dies zur Erläuterung der Erfindung nicht notwendig erscheint. In the figures, the same reference symbols show the same or similar elements. An explanation of the same reference symbols in different figures is dispensed with insofar as this does not appear necessary to explain the invention.

[0032] In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 zur Kleinspannungserzeugung in einer Schaltung zum Schalten einer Netzspannung gezeigt. 1 shows a circuit arrangement 1 according to the invention for generating extra-low voltages in a circuit for switching a mains voltage.

[0033] Ein Eingang L kann mittels einer Anordnung aus zwei in Serie geschalteten Transistoren, dargestellt als n-Kanal-MOSFETs T1 und T2 an einen Ausgang L‘ geschaltet werden, also mit dem Ausgang L‘ elektrisch leitend verbunden werden. Alternativ wird die Verbindung zwischen dem Eingang L und dem Ausgang L‘ in Abhängigkeit von Ansteuersignalen auf den Leitungen Gateansteuerung 1 und Gateansteuerung 2 unterbrochen. An input L can be connected to an output L' by means of an arrangement of two series-connected transistors, represented as n-channel MOSFETs T1 and T2, that is to say electrically conductively connected to the output L'. Alternatively, the connection between the input L and the output L' is broken in response to drive signals on the gate drive 1 and gate drive 2 lines.

[0034] Die MOSFETs T1 und T2 sind so zwischen Eingang L und Ausgang L‘ geschaltet, dass der Eingang L mit einer Drain-Elektrode des MOSFETs T1 verbunden ist, eine Source-Elektrode des MOSFETs T1 mit einer Source-Elektrode des MOSFETs T2 verbunden ist und eine Gate-The MOSFETs T1 and T2 are connected between the input L and the output L' such that the input L is connected to a drain electrode of the MOSFET T1 and a source electrode of the MOSFET T1 is connected to a source electrode of the MOSFET T2 is and a gate

Elektrode des MOSFETs T2 mit dem Ausgang L‘ verbunden ist. electrode of the MOSFET T2 is connected to the output L'.

[0035] Die Erzeugung der Ansteuersignale zur Ansteuerung von Gate-Elektroden der n-KanalMOSFETs T1, T2 ist an sich bekannt und daher in Fig. 1 nicht dargestellt. The generation of the drive signals for driving gate electrodes of the n-channel MOSFETs T1, T2 is known per se and is therefore not shown in FIG.

[0036] Über den Eingang L wird beispielsweise ein Netzsignal, also eine Wechselspannung aus einem Versorgungsnetz eingespeist und in Abhängigkeit von den anliegenden Spannungswerten auf den Ansteuerleitungen Gateansteuerung 1 und Gateansteuerung 2 an den Ausgang L‘ weitergeleitet oder nicht weitergeleitet. A network signal, i.e. an AC voltage from a supply network, for example, is fed in via the input L and, depending on the voltage values present on the drive lines gate control 1 and gate control 2, is forwarded or not forwarded to the output L'.

[0037] Zu dem MOSFET T1 ist eine Diode D2 so parallel geschaltet, dass eine Anode der Diode D2 2 mit einer Source-Elektrode des MOSFETs T1 verbunden ist und eine Kathode der Diode D2 2 mit einer Drain-Elektrode des MOSFETs T1 verbunden ist. A diode D2 is connected in parallel with the MOSFET T1 in such a way that an anode of the diode D2 2 is connected to a source electrode of the MOSFET T1 and a cathode of the diode D2 2 is connected to a drain electrode of the MOSFET T1.

[0038] Zu dem MOSFET T2 ist eine Diode D3 so parallel geschaltet, dass eine Anode der Diode D3 mit einer Source-Elektrode des T2 verbunden ist und eine Kathode der Diode D3 mit einer Drain- Elektrode des T2 verbunden ist. A diode D3 is connected in parallel with the MOSFET T2 in such a way that an anode of the diode D3 is connected to a source electrode of the T2 and a cathode of the diode D3 is connected to a drain electrode of the T2.

[0039] Die Dioden D2, D3 können durch einen pn-Übergang der MOSFETs T1, T2, eine Inversdiode (auch engl. Body-Diode) verwirklicht sein. The diodes D2, D3 can be realized by a pn junction of the MOSFETs T1, T2, an inverse diode (also engl. Body diode).

[0040] Die zum Schalten der MOSFETs T1 und T2 benötigte Kleinspannung wird in Fig. 1 erfindungsgemäß aus der Netzwechselspannung über eine Versorgungsspannung Ucc erzeugt. The low voltage required to switch the MOSFETs T1 and T2 is generated according to the invention in FIG. 1 from the mains AC voltage via a supply voltage Ucc.

[0041] Die Netzwechselspannung zwischen dem Außenleiter (früher: Phase) L und dem Neutralleiter N wird in einem Gleichrichter 7 gleichgerichtet und an den Eingang eines Gleichstromkonverters 6 gegeben. Der Gleichstromkonverter 6 kann jede bekannte geeignete Struktur aufweisen und stellt an seinem Ausgang die Versorgungsspannung Ucc bereit. In der in Fig. 1 dargestellten, besonders einfachen Ausführung wird die Versorgungsspannung Ucc aus der Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 7 durch einen Widerstand R1, einen Kondensator C1 und eine Z-Diode (auch: Zenerdiode) 9 bereitgestellt. The mains AC voltage between the outer conductor (formerly: phase) L and the neutral conductor N is rectified in a rectifier 7 and fed to the input of a DC converter 6. The direct current converter 6 can have any known suitable structure and provides the supply voltage Ucc at its output. In the particularly simple embodiment shown in FIG. 1, the supply voltage Ucc is provided from the DC voltage at the output of the rectifier 7 by a resistor R1, a capacitor C1 and a Z diode (also: Zener diode) 9.

[0042] Der Gleichstromkonverter 6 kann alternativ oder zusätzlich einen Gleichspannungswandler wie beispielsweise einen Abwärtswandler (auch Tiefsetzsteller, engl. Buck-Converter) umfassen. The direct current converter 6 can alternatively or additionally include a direct current converter such as a step-down converter (also step-down converter, engl. Buck converter).

[0043] Aus der Versorgungsspannung Ucc wird in der Kleinspannungsversorgungsschaltung 1 die für die MOSFETs T1, T2 erforderliche Kleinspannung erzeugt und zur Einstellung des gemeinsamen Spannungspotentials der Source-Elektrode des MOSFETs T1 und der Source- Elektrode des MOSFETs T2 genutzt. Die dargestellte Ausführung der Kleinspannungsversorgungsschaltung 1 umfasst eine Diode D4 und einen zu der Diode D4 in Serie geschalteten Kondensator C4. Die Versorgungsspannung Ucc wird zunächst an die Anode der Diode D4 gelegt und dann über die Kathode der Diode D4 dem Kondensator C4 zugeführt. Damit wird der Kondensator C4 bei jeweils einer Halbwelle der eingangsseitigen Netzspannung geladen. Aufgrund der niedrigen auftretenden Verluste wird die Spannung an dem Kondensator C4 für die jeweils andere Halbwelle der Netzspannung gehalten. Damit steht der Kondensator C4 als Spannungsquelle für die Einstellung des Potentials der Source-Elektroden der MOSFETs T1, T2 zu Verfügung. From the supply voltage Ucc, the low voltage required for the MOSFETs T1, T2 is generated in the low-voltage supply circuit 1 and used to set the common voltage potential of the source electrode of the MOSFET T1 and the source electrode of the MOSFET T2. The embodiment of the low-voltage supply circuit 1 shown comprises a diode D4 and a capacitor C4 connected in series with the diode D4. The supply voltage Ucc is first applied to the anode of the diode D4 and then fed to the capacitor C4 via the cathode of the diode D4. The capacitor C4 is thus charged with each half cycle of the mains voltage on the input side. Because of the low losses that occur, the voltage across the capacitor C4 is maintained for the other half cycle of the mains voltage. The capacitor C4 is thus available as a voltage source for setting the potential of the source electrodes of the MOSFETs T1, T2.

[0044] Ausgehend von einer Versorgungsspannung Ucc können über das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel hinaus auch unterschiedliche Kleinversorgungspannungen durch entsprechend dimensionierte Kleinspannungsversorgungsschaltungen 1 aus beispielsweise jeweils einer Diode D4 und einem Kondensator C4 erzeugt werden. Based on a supply voltage Ucc, different low supply voltages can also be generated in addition to the exemplary embodiment shown in FIG.

[0045] In Fig. 2 werden zwei Schaltungen zum Schalten von Netzspannung in der oberen und der mittleren Teilfigur a), b), sowie in der unteren Teilfigur c) eine neue Schaltungsstruktur mit besonders günstigen Eigenschaften in Verbindung mit einer, in Fig. 2 nicht dargestellten, erfindungsgemäßen Erzeugung von Kleinspannungen gezeigt. In Fig. 2, two circuits for switching mains voltage are shown in the upper and middle sub-figure a), b), and in the lower sub-figure c) a new circuit structure with particularly favorable properties in connection with a, in Fig. 2 not shown, inventive generation of extra-low voltages shown.

[0046] Ein einzelner MOSFET ist ohne äußere Beschaltung nicht geeignet, einerseits ein Netzwechselpotential von einem Eingang L an einen Ausgang L‘ zu schalten (verbinden) oder andererseits den Eingang L von dem Ausgang L’ zu trennen. Eine Spannung zwischen einer Source-A single MOSFET without external wiring is not suitable, on the one hand, for switching (connecting) an alternating mains potential from an input L to an output L' or, on the other hand, for separating the input L from the output L'. A voltage between a source

Elektrode und einem Substrat des MOSFET bewirkt eine Verschiebung einer Schwellenspannung. Je höher diese Spannung zwischen einer Source-Elektrode und einem Substrat des MOSFET ist, desto höher wird die Spannung, die zwischen einer Gate-Elektrode und der SourceElektrode anliegen muss, damit der Kanal des MOSFET leitend wird (Body- Effekt). Ublicherweise das Substrat des MOSFET transistorintern elektrisch leitend mit der Source-Elektrode verbunden, womit Substrat und Source-Elektrode auf dem gleichen elektrischen Potential liegen. Daher liegt ein p-n- Übergang zwischen Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode des MOSFET. Dieser pn-Übergang wird leitend, wenn an Drain-Elektrode und Source-Elektrode eine inverse Spannung angelegt wird, also Drain-Elektrode und Source- Elektrode hinsichtlich ihres Potentials die Rollen tauschen. Für den n-Kanal-MOSFET ist dies der Fall, wenn an die Source-Elektrode eine höhere Spannung als an die Drain-Elektrode. Dieser p-n-Ubergang wird auch als Inversdiode oder BodyDiode bezeichnet. Electrode and a substrate of the MOSFET causes a shift in a threshold voltage. The higher this voltage between a source electrode and a substrate of the MOSFET, the higher the voltage that must be present between a gate electrode and the source electrode for the channel of the MOSFET to become conductive (body effect). Usually, the substrate of the MOSFET is electrically conductively connected to the source electrode inside the transistor, so that the substrate and source electrode are at the same electrical potential. Therefore, a p-n junction is formed between a source and a drain of the MOSFET. This pn junction becomes conductive when an inverse voltage is applied to the drain electrode and source electrode, ie the drain electrode and source electrode swap roles with regard to their potential. For the n-channel MOSFET, this is the case when the source electrode has a higher voltage than the drain electrode. This p-n junction is also referred to as an inverse diode or body diode.

[0047] Somit kann ein MOSFET lediglich in Sperrrichtung der Inversdiode einen Stromfluss unterbinden, wenn er als Schalter eingesetzt wird. Bei den in Fig. 2 dargestellten Brückenschaltungen wird hingegen ausgenutzt, dass die Inversdiode leitend wird. Eine externe Diode, z. B. eine schnelle Schottky-Diode mit niedrigerer Flussspannung parallel zur Inversdiode zwischen Source-Elektrode und Drain-Elektrode verringert eine Verlustleistung und überwindet eine Begrenzung der Schaltfrequenz aufgrund einer langen Sperr-Erholzeit der Invers-Diode. Thus, a MOSFET can only prevent a current flow in the reverse direction of the inverse diode when it is used as a switch. In the bridge circuits shown in FIG. 2, on the other hand, use is made of the fact that the inverse diode becomes conductive. An external diode, e.g. B. A fast Schottky diode with lower forward voltage in parallel with the inverse diode between the source and drain electrodes reduces power dissipation and overcomes a switching frequency limitation due to a long reverse recovery time of the inverse diode.

[0048] In den Figuren 1 bis 8 ist eine zwischen Source-Elektrode und Drain-Elektrode der MOSFETs jeweils eine parallele Diode gezeigt, die einer Inversdiode des MOSFETs und/oder eine entsprechend extern zu dem MOSFET angeordneten Diode entsprechen kann. In FIGS. 1 to 8, a parallel diode is shown between the source electrode and drain electrode of the MOSFET, which diode can correspond to an inverse diode of the MOSFET and/or a diode correspondingly arranged externally to the MOSFET.

[0049] Die Schaltung nach Fig. 2a) zeigt eine Vollbrücke 12 zwischen deren Schaltungspunkten 15, 16 ein MOSFET 13 mit einer parallelen Diode 14 zwischen der Source-Elektrode und der Drain- Elektrode des MOSFET 13 angeordnet ist. Entsprechend einem Potential eines Gate- Ansteuersignals an der Gate-Elektrode des MOSFET 13 wird ein Wechselspannungssignal von dem Eingang L an den Ausgang L‘ weitergeschaltet oder der Ausgang L’ von dem Eingang L getrennt. Gegenüber einem mechanischen Relais werden durch die Schaltung gemäß der oberen Teilfigur 2 hohe Schaltgeschwindigkeiten erreicht, da die mechanische Trägheit des Relais entfällt. Dieser Vorteil einer hohen Schaltgeschwindigkeit gilt ebenso für die in b) gezeigte bekannte Schaltung. The circuit according to FIG. 2a) shows a full bridge 12 between the circuit points 15, 16 of which a MOSFET 13 is arranged with a parallel diode 14 between the source electrode and the drain electrode of the MOSFET 13. Depending on a potential of a gate drive signal at the gate electrode of MOSFET 13, an AC voltage signal is switched on from input L to output L', or output L' is separated from input L. Compared to a mechanical relay, the circuit according to the upper part of FIG. 2 achieves high switching speeds, since the mechanical inertia of the relay is eliminated. This advantage of a high switching speed also applies to the known circuit shown in b).

[0050] In Teilfigur 2b) wird der Eingang L über zwei gegensinnig in Serie geschaltete Transistoren, dargestellt als MSOFETs 17, 18 mit jeweils einer parallelen Diode 19, 20 an den Ausgang L‘ geschaltet oder getrennt. Die in der mittleren Teilfigur 2b) gezeigte Schaltung der n-Kanal- MOSFETs 17, 18 entspricht der mit Bezug auf Fig. 1 bereits erläuterten Schaltung. In sub-figure 2b), the input L is connected to the output L' or separated via two transistors connected in series in opposite directions, shown as MSOFETs 17, 18, each with a parallel diode 19, 20. The circuit of the n-channel MOSFETs 17, 18 shown in the middle partial figure 2b) corresponds to the circuit already explained with reference to FIG.

[0051] In der mittleren Teilfigur 2b) sind die Ansteuerschaltungen zur Erzeugung der Ansteuersignale auf den Leitungen Gateansteuerung 1 und Gateansteuerung 2 der MOSFETs 17, 18 nicht gezeigt, sondern lediglich Einspeisepunkte für die Ansteuersignale der Kanal-MOSFETs 17, 18 dargestellt. The control circuits for generating the control signals on the gate control 1 and gate control 2 lines of the MOSFETs 17, 18 are not shown in the middle partial figure 2b), but only feed points for the control signals of the channel MOSFETs 17, 18 are shown.

[0052] Vergleichbar mit der in der oberen Teilfigur 2a) gezeigten Schaltung fließt der gesamte Strom auf der Verbindung L - L‘ über einen der MOSFETs 17, 18. Bei höheren zu übertragenen Leistungen von dem Eingang L nach dem Ausgang L‘ dagegen fallen große Verluste an einem Einschaltwiderstand Rosen der n-Kanal-MOSFETs 17, 18 an: Comparable to the circuit shown in the upper part of Figure 2a), the entire current on the connection L - L 'flows through one of the MOSFETs 17, 18. At higher powers to be transmitted from the input L to the output L', however, fall large Losses at an on-resistance Rosen of the n-channel MOSFETs 17, 18:

Pyerlust =— (Tprain-Source)? X RoDscon) (1 ) Pyerlust =— (Tprain source)? X RoDscon) (1 )

[0053] Die Schaltungsstruktur der mittleren Teilfigur 2b) ist daher insbesondere für hohe zu schaltende Leistungen aufgrund der damit einhergehenden hohen Stromstärken auf der Verbindung von L nach L‘ nachteilig. The circuit structure of the middle partial figure 2b) is therefore disadvantageous, in particular for high powers to be switched, due to the associated high current intensities on the connection from L to L'.

[0054] Die in der unteren Teilfigur 2c) dargestellte Schaltungsstruktur ist hingegen insbesondere in Kombination mit der erfindungsgemäßen Versorgungsschaltung zur Kleinspannungs-erzeugung besonders vorteilhaft. In contrast, the circuit structure shown in the lower subfigure 2c) is particularly advantageous, particularly in combination with the supply circuit according to the invention for generating low voltage.

[0055] In der unteren Teilfigur 2c) ist in einem ersten Zweig ein erster n-Kanal-MOSFET 21 als erstes Schaltelement mit einer ersten Diode 25 in Serie geschaltet. Weiter ist in einem zu dem In the lower partial figure 2c), a first n-channel MOSFET 21 is connected in series as the first switching element with a first diode 25 in a first branch. Next is in one to that

ersten Zweig parallelen zweiten Zweig ein zweiter n-Kanal-MOSFET 22 mit einer zweiten Diode 26 in Serie geschaltet. Die Anordnung der Dioden 25, 26 und der n-Kanal-MOSFETs 21, 22 in dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig erfolgt dabei derart, dass der erste n-Kanal-MOSFET 23 antiparallel zu dem zweiten n-Kanal-MOSFET 22 angeordnet ist. Die erste Diode 25 ist wiederum antiparallel zu der zweiten Diode 26 angeordnet. first branch parallel second branch, a second n-channel MOSFET 22 with a second diode 26 in series. The arrangement of the diodes 25, 26 and the n-channel MOSFETs 21, 22 in the first branch and the second branch is such that the first n-channel MOSFET 23 is arranged antiparallel to the second n-channel MOSFET 22 . The first diode 25 is in turn arranged antiparallel to the second diode 26 .

[0056] Im Einzelnen ist in der unteren Teilfigur 2c) der Eingang L mit einer Drain-Elektrode des ersten n-Kanal-MOSFETs 21, einer Kathode der Diode 23 in dem ersten Zweig und einer Kathode der zweiten Diode 26 in dem zweiten Zweig elektrisch leitend verbunden. Eine Source-Elektrode des ersten n-Kanal-MOSFETs 21 ist mit einer Anode der ersten Diode 25 verbunden. Eine Kathode der ersten Diode 25 ist mit dem Ausgang L‘ verbunden. Der Ausgang L‘ ist ebenso mit einer Drain-Elektrode des zweiten n-Kanal-MOSFETs 22 verbunden. Die Source-Elektrode des zweiten n-Kanal-MOSFETs 22 ist mit einer Anode der zweiten Diode 26 elektrisch leitend verbunden. Parallel zu dem zweiten n-Kanal-MOSFETs 22 ist eine Diode 24 angeordnet, deren Anode mit der Source-Elektrode des n-Kanal-MOSFETs 22 und deren Kathode mit der Drain- Elektrode des n-Kanal-MOSFETs 22 verbunden ist. In detail, in the lower partial figure 2c) the input L is electrically connected to a drain electrode of the first n-channel MOSFET 21, a cathode of the diode 23 in the first branch and a cathode of the second diode 26 in the second branch conductively connected. A source of the first n-channel MOSFET 21 is connected to an anode of the first diode 25 . A cathode of the first diode 25 is connected to the output L'. The output L' is also connected to a drain electrode of the second n-channel MOSFET 22. The source electrode of the second n-channel MOSFET 22 is electrically conductively connected to an anode of the second diode 26 . A diode 24 is arranged in parallel with the second n-channel MOSFET 22, the anode of which is connected to the source electrode of the n-channel MOSFET 22 and the cathode of which is connected to the drain electrode of the n-channel MOSFET 22.

[0057] Mittels der antiparallelen Schaltung der beiden n-Kanal-MOSFETs 21, 22 mit den ebenfalls antiparallel geschalteten Dioden 25, 26 wird erreicht, dass ein Strom von dem Eingang L nach dem Ausgang L’ auf zwei parallele Strompfade aufgeteilt wird. By means of the anti-parallel connection of the two n-channel MOSFETs 21, 22 with the diodes 25, 26, which are also connected anti-parallel, it is achieved that a current from the input L to the output L' is divided into two parallel current paths.

[0058] Im Folgenden sei der Eingang L aufgrund geeigneter Gate-Ansteuersignale auf den GateLeitungen Gateansteuerung 1 und Gateansteuerung 2 an den Ausgang L‘ geschaltet, also der Eingang L mit dem Ausgang L’ elektrisch leitend verbunden. Sind beide n-Kanal-MOSFETs 21, 22 aufgrund der angelegten Gate-Spannung leitend, kann die Schaltung der unteren Teilfigur als äquivalent zu einer Schaltung mit zwei antiparallelen Dioden betrachtet werden. In the following, the input L is connected to the output L' due to suitable gate control signals on the gate lines Gate control 1 and Gate control 2, ie the input L is electrically conductively connected to the output L'. If both n-channel MOSFETs 21, 22 are conductive due to the applied gate voltage, the circuit in the lower part of the figure can be regarded as equivalent to a circuit with two antiparallel diodes.

[0059] In einer ersten Halbewelle eines über den Eingang L zugeführten Wechselstroms fließt der Strom über den ersten Zweig und den ersten n-Kanal-MOSFET 21 und die erste Diode 25. In der zweiten Halbwelle des Wechselstroms mit inverser Polarität zu der ersten Halbwelle fließt der Strom durch den zweiten Zweig, also die zweite Diode 26 und den zweiten n-Kanal-MOSFET 24. Je Periode des Wechselstroms wird also je n-Kanal-MOSFET 21, 22 nur die halbe Wechselstromleistung umgesetzt. In a first half cycle of an alternating current supplied via the input L, the current flows through the first branch and the first n-channel MOSFET 21 and the first diode 25. In the second half cycle of the alternating current, the polarity is inverse to that of the first half cycle the current through the second branch, ie the second diode 26 and the second n-channel MOSFET 24. Only half the AC power is converted per n-channel MOSFET 21, 22 per period of the alternating current.

[0060] Werden die Verluste der realen n-Kanal-MOSFETs 21, 22 und der Dioden 25, 26 vernachlässigt, so kann die Schaltung der Teilfigur 2c) für die leitende Source-Drain-Strecke beider nKanal- MOSFETs 21, 22 mit einem Kurzschluss ersetzt werden, während für eine gesperrte Source- Drain-Strecke beider n-Kanal-MOSFETs 21, 22 ein Leerlauf als Ersatzschaltbild vorliegt. Die Schaltungsstruktur nach der unteren Teilfigur 2 bietet daher gegenüber den Schaltungen der Teilfiguren 2a) und 2b) den Vorteil, dass bei einer statischen Betrachtung lediglich die halbe Verlustleistung gegenüber den Schaltungen der oberen Teilfigur 2 und der mittleren Teilfigur 2 entsteht, da die n-Kanal-MOSFETs 21, 22 für die Schaltungsstruktur nach der unteren Teilfigur 2 lediglich von dem halben Wirkstrom durchflossen werden. If the losses of the real n-channel MOSFETs 21, 22 and the diodes 25, 26 are neglected, the circuit of subfigure 2c) for the conductive source-drain path of both n-channel MOSFETs 21, 22 with a short circuit be replaced, while for a locked source-drain path of both n-channel MOSFETs 21, 22 there is an idle as an equivalent circuit diagram. The circuit structure according to the lower sub-figure 2 therefore offers the advantage over the circuits in sub-figures 2a) and 2b) that, when viewed statically, only half the power loss occurs compared to the circuits in the upper sub-figure 2 and the middle sub-figure 2, since the n-channel -MOSFETs 21, 22 for the circuit structure according to the lower sub-figure 2 are traversed only by half the active current.

[0061] Die halbierte Strombelastung der n-Kanal-MOSFETs 21, 22 für den Fall der Teilfigur 2c) ermöglicht es zum einen, höhere Leistungen zu schalten, zum anderen können für die Realisierung n-Kanal-MOSFETs 21, 22 mit höheren Rosen ausgewählt werden, um die gleiche Leistung zu schalten. Bei höheren Rose(ein, können n-Kanal-MOSFETs 21, 22 mit größerer Spannungsfestigkeit gewählt werden. The halved current load of the n-channel MOSFETs 21, 22 in the case of partial figure 2c) makes it possible on the one hand to switch higher power levels, on the other hand, n-channel MOSFETs 21, 22 with higher roses can be selected for the realization be switched to the same power. At higher ROSE(on, n-channel MOSFETs 21, 22 with greater withstand voltage can be chosen.

[0062] Die Schaltungsstruktur gemäß der unteren Teilfigur 2 ist insbesondere auch für MOSFETs als Schaltelemente und weitere Schaltelemente von Vorteil, da diese im Durchlassbereich, anders als IGBTs keine Sättigungsspannung aufweisen, sondern die Verlustleistung gemäß (1) quadratisch mit dem Strom ansteigt. The circuit structure according to the lower sub-figure 2 is also advantageous in particular for MOSFETs as switching elements and other switching elements, since these, unlike IGBTs, do not have a saturation voltage in the forward range, but the power loss according to (1) increases quadratically with the current.

[0063] Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer bekannten Schaltungsanordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannung mittels einer galvanisch getrennten Sperrwandler-Schaltung. Die einzelnen ausgangsseitigen Sekundärspannungen UTpRiac = 12V, UmosFettreiber= 12V und Uversorgung IC = 5V werden durch sekundärseitige Teilschaltungen 27, 28, 29, die jeweils über einzelne sekun-3 shows a section of a known circuit arrangement for generating different extra-low voltages by means of a galvanically isolated flyback converter circuit. The individual output-side secondary voltages UTpRiac = 12V, UmosFetfahrer = 12V and Uversorgung IC = 5V by secondary-side sub-circuits 27, 28, 29, which each have individual secondary

därseitige Wicklungen Ws:, Wsz und Wss des Transformators 10 gespeist werden, erzeugt. Die Vielzahl unterschiedlicher sekundärseitiger Wicklungen Ws, Wsz und Ws; mit jeweils individuellen Windungszahlen N; = 25, N» = 25 und Ns = 11 verdeutlicht einerseits die Komplexität des Transformators 10, und zum anderen die Begrenzung auf nur eine geringere Anzahl derart zu erzeugender Kleinspannungen für einen Sperrwandler. därseiten windings Ws:, Wsz and Wss of the transformer 10 are fed generated. The large number of different secondary-side windings Ws, Wsz and Ws; each with individual numbers of turns N; = 25, N » = 25 and Ns = 11 clarifies on the one hand the complexity of the transformer 10 and on the other hand the limitation to only a small number of low voltages to be generated in this way for a flyback converter.

[0064] In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Kleinspannungserzeugung in einer Schaltung zum Schalten einer Netzspannung dargestellt. 4 shows a circuit arrangement according to the invention for generating extra-low voltage in a circuit for switching a mains voltage.

[0065] In der in Figur 4 gezeigten, besonders vorteilhaften Ausführung wird die in der unteren Teilfigur 2 gezeigte Schaltungsstruktur zum Schalten einer Netzspannung zwischen dem Eingang L und dem Ausgang L‘ mit der unter Bezug auf Fig. 1 erläuterten Kleinspannungserzeugung kombiniert. In the particularly advantageous embodiment shown in FIG. 4, the circuit structure shown in the lower sub-figure 2 for switching a mains voltage between the input L and the output L' is combined with the low-voltage generation explained with reference to FIG.

[0066] Den Kleinspannungsversorgungsschaltungen 1 und 1° in Fig. 4 wird dieselbe Versorgungsspannung Uce zugeführt. Die Versorgungsspannung Uce kann in der mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten Weise aus der Netzspannung erzeugt werden. Die Kleinspannungsversorgungsschaltungen 1 und 1 * erzeugen aus der derselben Versorgungsspannung Ucc unterschiedliche Kleinspannungen zur Einstellung des Source- Potentials der n-Kanal-MOSFETs 21, 22. Dazu werden lediglich die Kondensatoren 4, 4’ und die Dioden 5, 5’ der Kleinspannungsversorgungsschaltungen 1, 1‘ geeignet gewählt. The same supply voltage Uce is fed to the low-voltage supply circuits 1 and 1° in FIG. The supply voltage Uce can be generated from the mains voltage in the manner explained with reference to FIG. From the same supply voltage Ucc, the low-voltage supply circuits 1 and 1* generate different low voltages for setting the source potential of the n-channel MOSFETs 21, 22. For this purpose, only the capacitors 4, 4' and the diodes 5, 5' of the low-voltage supply circuits 1, 1' suitably chosen.

[0067] Im Vergleich mit der in Fig. 3 gezeigten Kleinspannungserzeugung werden die Vorteile der Kleinspannungsversorgungsschaltungen 1 und 1‘ deutlich. Lediglich die Kapazitäten 4, 4‘ und Dioden 5, 5‘ bestimmen die jeweilige Kleinspannung, während die bekannte und übliche Erzeugung benötigter Kleinspannungen mittels entsprechender sekundärseitiger Auslegung eines DC/DC-Wandlers die Anzahl der zu erzeugenden Kleinspannungen insbesondere aufgrund des dafür speziell auszulegenden Transformators 10 begrenzt. In comparison with the low-voltage generation shown in FIG. 3, the advantages of the low-voltage supply circuits 1 and 1' become clear. Only the capacitances 4, 4' and diodes 5, 5' determine the respective extra-low voltage, while the known and usual generation of required extra-low voltages by means of a corresponding secondary-side design of a DC/DC converter determines the number of extra-low voltages to be generated, in particular due to the transformer 10, which has to be specially designed for this purpose limited.

[0068] Parallel zu den Kondensatoren 4, 4° angeordnete Z-Dioden können die erzeugte Kleinspannung zusätzlich stabilisieren und/oder begrenzen. Zener diodes arranged in parallel with the capacitors 4, 40 can additionally stabilize and/or limit the low voltage generated.

[0069] In Fig. 4 sind die Ansteuerschaltungen zur Erzeugung der Ansteuersignale der Transistoren T1, T2 nicht gezeigt, sondern lediglich Einspeisepunkte für Ansteuersignale Gateansteuerung 1 und Gateansteuerung 2. Die Anordnung der n-Kanal-MOSFETs T1, T2 und der Dioden in paralleler gegensinniger Anordnung entspricht dem unter Fig. 2 für die Teilfigur 2c) diskutierten Schaltung. The control circuits for generating the control signals of the transistors T1, T2 are not shown in FIG. 4, only feed points for control signals gate control 1 and gate control 2 The arrangement corresponds to the circuit discussed under FIG. 2 for subfigure 2c).

[0070] In Fig. 5 wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kleinspannungserzeugung mit Bezug zu Fig. 5 weiter erläutert. Die n-Kanal-MOSFETs 21, 22 befinden sich auf unterschiedlichen elektrischen Potentialniveaus. Dementsprechend wird für jeden der n-Kanal-MOSFETs 21, 22 eine unterschiedliche Schaltspannung benötigt. Die unterschiedlichen Schaltspannungen können ausgehend von lediglich einem Abwärtswandler 33 erzeugt werden. In FIG. 5, the mode of operation of the low-voltage generation according to the invention is explained further with reference to FIG. The n-channel MOSFETs 21, 22 are at different electrical potential levels. Accordingly, a different switching voltage is required for each of the n-channel MOSFETs 21, 22. The different switching voltages can be generated from just one step-down converter 33 .

[0071] Eine Gate-Source-Spannung Use für den ersten n-Kanal-MOSFET 21 wird an einem Kondensator 4’ der Kleinspannungsversorgungsschaltung 1‘ erzeugt. Der Kondensator 4’ wird in einer Halbwelle der Netzspannung an dem Eingang L geladen, in der ein elektrisches Potential an dem Neutralleiter N größer als eine elektrisches Potential an der Phase L ist. In diesem Fall erfolgt eine Stromfluss von N auf den mit „+“ bezeichneten Ausgang des Gleichrichters 7 (Brückengleichrichter), weiter über Abwärtswandler 33, also den Feldeffekttransistor T51 und die Induktivität L51 auf die mit Ucc bezeichnete Versorgungsspannungsleitung. Der Stromfluss erfolgt weiter über einen ersten Pfad über die Diode 5‘ und den Kondensator 4‘ und die Inversdiode 23 des ersten n-Kanal-MOSFETs 21 zurück zu dem Eingang L. A gate-source voltage Use for the first n-channel MOSFET 21 is generated at a capacitor 4' of the low-voltage supply circuit 1'. The capacitor 4' is charged in a half cycle of the mains voltage at the input L, in which an electric potential on the neutral conductor N is greater than an electric potential on the phase L. In this case, a current flow occurs from N to the output of the rectifier 7 (bridge rectifier) labeled “+”, further via step-down converter 33, i.e. the field effect transistor T51 and the inductor L51 to the supply voltage line labeled Ucc. The current flow continues via a first path via the diode 5' and the capacitor 4' and the inverse diode 23 of the first n-channel MOSFET 21 back to the input L.

[0072] In einer weiteren Halbwelle der Netzspannung an dem Eingang L, in der ein elektrisches Potential an dem Eingang L größer als ein elektrisches Potential an dem Neutralleiter N ist, sperrt die Diode 5‘. Damit fließt kein Strom und die Gate-Source Spannung Usot wird gehalten. In a further half-wave of the mains voltage at the input L, in which an electrical potential at the input L is greater than an electrical potential at the neutral conductor N, the diode 5' blocks. This means that no current flows and the gate-source voltage Usot is maintained.

[0073] Somit wird durch die Kleinspannungsversorgungsschaltung 1 ‘© eine Spannung zum Schalten des n-Kanal-MOSFETs 21 in Höhe von [0073] Thus, by the low voltage power supply circuit 1'©, a voltage for switching the n-channel MOSFET 21 is

Üboot2 = Ucc - Udiode; (2) Uboot2 = Ucc - Udiode; (2)

erzeugt. In (2) bezeichnet Udqiode eine Schleusenspannung der Diode 5‘. Über die Wahl der Dioden 5 und 5’ wird somit die jeweilige Spannung zwischen Gate und Source der n-Kanal- MOSFETs wesentlich bestimmt. Damit wird die erfindungsgemäße Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannungen in nahezu unbegrenzter Anzahl aus einer einzigen Versorgungsspannung Ucc erzeugt mittels eines einzigen, einfachen Abwärtswandlers 33 entlang einer Netzleitung L-L‘ möglich. Eine Niedervoltversorgung, beispielsweise in einem Betriebsgerät für Leuchtmittel wie LEDs, kann mit deutlich geringerer Komplexität verwirklicht werden. Unter Nutzung der Erfindung ersetzt ein entsprechend leistungsfähig ausgelegter Abwärtswandler 33 mehrere kleine, galvanische isolierte Wandler-Baugruppen. Darüber hinaus ersetzen preisgünstig verfügbare Standardbauelemente wie Dioden und Kondensatoren aufwändige und voluminöse Wickelkörper, wie sie für Transformatoren der erfindungsgemäß ersetzten Wandler üblich sind. generated. In (2), Udqiode designates a threshold voltage of the diode 5'. The respective voltage between the gate and source of the n-channel MOSFETs is thus essentially determined by the selection of the diodes 5 and 5'. This makes it possible to generate an almost unlimited number of different low voltages from a single supply voltage Ucc according to the invention by means of a single, simple step-down converter 33 along a power line L-L'. A low-voltage supply, for example in an operating device for lamps such as LEDs, can be implemented with significantly less complexity. Using the invention, an appropriately powerful buck converter 33 replaces several small, galvanically isolated converter assemblies. In addition, inexpensively available standard components such as diodes and capacitors replace complex and bulky winding bodies, as are customary for transformers of the converters replaced according to the invention.

[0074] Fig. 6 zeigt eine weitere Anwendung einer Ausführung der Erfindung, hier zur Spannungsversorgung einer Strommess-Schaltung. 6 shows a further application of an embodiment of the invention, here for the voltage supply of a current measuring circuit.

[0075] Über einen Messwiderstand R61 (engl. Shunt) wird eine Spannung abgegriffen, die an den nichtinvertierenden Eingang „+“ und den invertierenden Eingang eines Messverstärkers 31, dargestellt als galvanisch getrennter Messverstärker, geführt wird. Der Messverstärker 31 liefert beispielsweise an seinem Ausgang eine dem über den Messwiderstand R61 fließenden Strom | proportionale Ausgangsspannung Umess. A voltage is tapped off via a measuring resistor R61 (shunt) and is fed to the non-inverting input “+” and the inverting input of a measuring amplifier 31, shown as a galvanically isolated measuring amplifier. The measuring amplifier 31 supplies, for example, at its output a current I flowing through the measuring resistor R61 proportional output voltage Umess.

[0076] Zum Betrieb des Messverstärkers 31 wird eine Kleinspannung Uv benötigt, die in vollkommen entsprechender Weise zu dem mit Bezug zu Fig. 5 diskutierten Abwärtswandler 33 und Kleinspannungsversorgungsschaltung 1“ erzeugt wird. To operate the measuring amplifier 31, an extra-low voltage Uv is required, which is generated in a manner that is completely analogous to the step-down converter 33 and extra-low voltage supply circuit 1″ discussed with reference to FIG.

[0077] In Fig. 7 ist eine Anwendung der Erfindung zur Versorgung unterschiedlicher Potentiale in einem Netzschalter aus n-Kanal-MOSFETs als schaltende Elemente dargestellt, wobei zusätzlich eine Messwandler-Schaltung 31 mit einer Versorgungsspannung Uv versorgt wird. In der in Fig. 7 dargestellten Anwendung der Erfindung kann die Kleinspannungsversorgung der erforderlichen unterschiedlichen Potentiale ausgehend von und mit lediglich einer einzigen nicht-isolierten Spannungsversorgung realisiert werden. 7 shows an application of the invention for supplying different potentials in a mains switch made of n-channel MOSFETs as switching elements, with a transducer circuit 31 also being supplied with a supply voltage Uv. In the application of the invention shown in FIG. 7, the low-voltage supply of the required different potentials can be realized starting from and with only a single, non-insulated voltage supply.

[0078] Je nach angelegten Gate-Ansteuersignalen auf den Leitungen Gateansteuerung 1.1, Gatensteuerung 2.1, Gateansteuerung 1.2 und Gateansteuerung 2.2 wird entweder der Eingang L an den Ausgang Aus des Netzschalters verbunden oder der Neutralleiter N wird an den Ausgang Aus verbunden. Depending on the applied gate control signals on the lines gate control 1.1, gate control 2.1, gate control 1.2 and gate control 2.2, either the input L is connected to the output off of the mains switch or the neutral conductor N is connected to the output off.

[0079] Der Schalter zwischen dem Eingang L und dem Ausgang Aus kann wie in Fig. 7 dargestellt, entsprechend der in Teilfigur 2b) gezeigten Schaltungsstruktur aufgebaut sein. Andere Schaltungsstrukturen, beispielsweise entsprechend Teilfigur 2c) sind ebenso möglich. The switch between the input L and the output Off can, as shown in FIG. 7, be constructed in accordance with the circuit structure shown in sub-figure 2b). Other circuit structures, for example corresponding to subfigure 2c) are also possible.

[0080] Die Erzeugung der Versorgungsspannung Ucc mittels eines Abwärtswandlers 33 entspricht der mit Bezug zu Fig. 5 diskutierten Erzeugung der Versorgungsspannung Ucc. Ebenso ist eine Erzeugung der Versorgungsspannung Ucc mittels eines über einen Gleichrichter 7 und einen Gleichstromkonverter 6, wie z. B. in Fig. 1 gezeigt, möglich. The generation of the supply voltage Ucc by means of a step-down converter 33 corresponds to the generation of the supply voltage Ucc discussed with reference to FIG. Likewise, generation of the supply voltage Ucc by means of a rectifier 7 and a DC converter 6, such as. B. shown in Fig. 1, possible.

[0081] Aus der Versorgungsspannung wird mittels der erfindungsgemäßen Kleinspannungsversorgungschaltungen 1.1, 1.2 eine Niedervolt-Versorgungsspannung für die n- Kanal-MOSFETs 17.1, 18.1 und 17.2 sowie 18.2 erzeugt, wie es mit Bezug zu Fig. 1 erläutert ist. Weiter wird aus der Versorgungsspannung Ucc mittels der Kleinspannungsversorgungschaltungen 1.3 eine Versorgungsspannung Uv für den Messwandler 31 erzeugt, wie dies unter Bezug auf Fig. 6 erläutert wird. A low-voltage supply voltage for the n-channel MOSFETs 17.1, 18.1 and 17.2 and 18.2 is generated from the supply voltage by means of the low-voltage supply circuits 1.1, 1.2 according to the invention, as explained with reference to FIG. Furthermore, a supply voltage Uv for the measuring transducer 31 is generated from the supply voltage Ucc by means of the low-voltage supply circuits 1.3, as is explained with reference to FIG.

[0082] Die Anzahl und die Komplexität der verwendeten Bauelemente in Fig. 7 ist insbesondere gegenüber dem in Fig. 3 gezeigten Transformator 10 in Fig. 7 deutlich geringer. Insbesondere kann auf einen teuren und voluminösen Transformator 10 verzichtet werden. The number and complexity of the components used in FIG. 7 is significantly lower in FIG. 7, in particular compared to the transformer 10 shown in FIG. In particular, an expensive and bulky transformer 10 can be dispensed with.

[0083] In Fig. 8 ist eine weitere Ausführung der Erfindung zur Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannungen zum Schalten von Phase L und Neutralleiter N gezeigt. Die in Fig. 8 dargestellte In Fig. 8 another embodiment of the invention for generating different low voltages for switching phase L and neutral conductor N is shown. The one shown in Fig.8

Vollbrücken-Schaltung weist als Eingänge Phasenleiter L und Neutralleiter N einer Netzversorgung auf. Die gezeigte Schaltung ermöglicht es, entweder den Eingang L an einen Ausgang Aus1 oder an eine Ausgang Aus2 zu schalten. Der Eingang N kann entweder an den Ausgang Aus2 oder an den Ausgang Aus1 geschaltet werden. Full-bridge circuit has phase conductor L and neutral conductor N of a mains supply as inputs. The circuit shown makes it possible to switch either the input L to an output Aus1 or to an output Aus2. Input N can either be switched to output Aus2 or to output Aus1.

[0084] Die Vollbrückenschaltung nach Fig. 8 ist insbesondere als intelligente Gleichrichterschaltung für ein an den Eingängen L und N zugeführtes Wechselspannungssignal, beispielsweise eine Netzwechselspannung, geeignet. Für den Einsatz als Gleichrichterschaltung wird der Neutralleiter N an den Ausgang Aus2 geschaltet, wenn der Phasenleiter L an den Ausgang Aus1 geschaltet wird. Der Neutralleiter N wird dagegen an den Ausgang Aus1 geschaltet, wenn der Phasenleiter L an den Ausgang Aus2 geschaltet wird. The full-bridge circuit according to FIG. 8 is particularly suitable as an intelligent rectifier circuit for an AC voltage signal fed to the inputs L and N, for example an AC line voltage. For use as a rectifier circuit, the neutral conductor N is switched to output Aus2 if the phase conductor L is switched to output Aus1. On the other hand, the neutral conductor N is switched to the output Aus1 if the phase conductor L is switched to the output Aus2.

[0085] Die Schaltung nach Fig. 8 kann insbesondere als intelligente Gleichrichterschaltung zum positiven oder negativen Gleichrichten einer Netzwechselspannung eingesetzt werden. The circuit according to FIG. 8 can be used in particular as an intelligent rectifier circuit for positive or negative rectification of an AC line voltage.

[0086] Auch in Fig. 8 sind die Ansteuerschaltungen zur Erzeugung der Ansteuersignale der Transistoren T nicht gezeigt, sondern lediglich Einspeisepunkte für Ansteuersignale. The drive circuits for generating the drive signals of the transistors T are also not shown in FIG. 8, but only feed points for drive signals.

[0087] In der in Fig. 8 gezeigten Schaltung als Anwendung der Erfindung ist dieselbe Spannungsversorgung zur Erzeugung unterschiedlicher Kleinspannungen für unterschiedliche Potentiale verwendbar, da auch in den in Fig. 8 gezeigten n-Kanal-MOSFETs 17.1, 18.1, 17.2, 18.2, 17.3, 18.3, 17.4, und 18.4 jeweils eine Inversdiode 19.1, 20.1, 19.2, 20.2, 19.3, 20.3, 19.4 und 20.4 existiert, die für eine von außen an die jeweilige Source-Elektrode angelegte höhere Spannung als an der jeweiligen Drain-Elektrode anliegt, leitend wird. In the circuit shown in FIG. 8 as an application of the invention, the same power supply can be used to generate different low voltages for different potentials, since the n-channel MOSFETs 17.1, 18.1, 17.2, 18.2, 17.3 shown in FIG , 18.3, 17.4, and 18.4 there is an inverse diode 19.1, 20.1, 19.2, 20.2, 19.3, 20.3, 19.4 and 20.4, which is present for a higher voltage applied externally to the respective source electrode than to the respective drain electrode, becomes conductive.

[0088] Die Erzeugung der Versorgungsspannung Uce über einen Gleichrichter 7 und einen Gleichstromkonverter 6 entspricht der mit Bezug zu Fig. 1 diskutierten Erzeugung der Versorgungsspannung Ucc. Ebenso ist eine Erzeugung der Versorgungsspannung Ucc mittels eines Abwärtswandlers 33, wie z. B. in Fig. 6 gezeigt, möglich. The generation of the supply voltage Uce via a rectifier 7 and a DC converter 6 corresponds to the generation of the supply voltage Ucc discussed with reference to FIG. Likewise, generation of the supply voltage Ucc by means of a step-down converter 33, such as. B. shown in Fig. 6, possible.

[0089] Fig. 8 zeigt in besonderem Maße den Vorteil der erfindungsgemäßen Kleinspannungserzeugung mittels der Kleinspannungsversorgungsschaltungen 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4, die der Kleinspannungsversorgungsschaltung 1 entsprechen und den schaltungstechnischen Aufwand gegenüber der bekannten Kleinspannungserzeugung, beispielsweise nach Fig. 3, deutlich verringern. Dies ist insbesondere für die hohe Anzahl unterschiedlicher elektrischer Potentiale in Fig. 8, beispielsweise verglichen mit Fig. 1 oder Fig. 7, zutreffend. 8 shows in particular the advantage of the low voltage generation according to the invention by means of the low voltage supply circuits 1.1, 1.2, 1.3 and 1.4, which correspond to the low voltage supply circuit 1 and significantly reduce the circuit complexity compared to the known low voltage generation, for example according to FIG. This is particularly true for the high number of different electrical potentials in FIG. 8, compared to FIG. 1 or FIG. 7, for example.

[0090] Für Fig. 8 gilt ebenso wie für Fig. 7, dass der Aufbau der schaltenden Elemente mittels der Schaltungsstruktur nach der mittleren Teilfigur 2 lediglich als Beispiels erfolgt, beispielsweise ist ein Aufbau gemäß der unteren Teilfigur 2 ebenso möglich. It applies to FIG. 8 as well as to FIG. 7 that the construction of the switching elements by means of the circuit structure according to the middle sub-figure 2 is merely an example; for example, a construction according to the lower sub-figure 2 is also possible.

Claims

Expectations

1. Supply circuit for generating extra-low voltage, which is set up to generate at least one extra-low voltage (Uboeti, Ubootz, Uv), a voltage converter circuit (6) being designed to provide a supply voltage (Ucc), and the supply circuit being characterized in that the supply voltage ( Ucc) is fed to at least one circuit arrangement with a diode (D4) and a capacitor (C4) for generating the at least one low voltage (Uboott, Ubooiz, Uv).

2. Supply circuit according to Claim 1, characterized in that the at least one low voltage (Upoott, Ubooz, Uv) for switching at least one switching element (19, 20, 21, 22), for example a field effect transistor, and/or for operating a transducer circuit ( 33) is used.

3. Supply circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that the circuit arrangement comprises the diode (D4) connected in series with the capacitor (C4).

4. Supply circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the voltage converter circuit (6) comprises a resistor (R1) and a zener diode (9).

5. Supply circuit according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the supply circuit comprises one, in particular only one, voltage converter circuit (6) for providing the extra-low voltage (Upoot1) and at least one further extra-low voltage (Uwooiz, Uv).

6. Circuit arrangement with at least one supply circuit according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the circuit arrangement comprises a switching element and a further switching element (19, 20, 21, 22) for switching a mains voltage in each case, the switching element and the further switching element (19, 20, 21, 22) are connected in series.

7. Circuit arrangement with at least one supply circuit according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the circuit arrangement comprises a switching element and a further switching element (19, 20, 21, 22) for switching a mains voltage in each case, the switching element (19, 20 , 21, 22) and a further switching element (19, 20, 21, 22) are arranged in an anti-parallel circuit arrangement.

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that in each case a diode (25, 26) is arranged antiparallel to the switching element (19, 20, 21, 22) and the at least one further switching element (19, 20, 21, 22).

9. Circuit arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized in that the switching element (19, 20, 21, 22) and the at least one further switching element (19, 20, 21, 22) are n-channel field effect transistors.

10. Mains switch for operating devices for lamps with a circuit arrangement according to one of claims 6 to 9.

8 sheets of drawings