Treiberschaltung mit zwei kaskadierten Halbbrückentreibern zur Ansteuerung von drei Transistoren

Es ist bekannt, Halbbrückenschaltungen zur Richtung von Gleichspannung in Wechselstrom zu verwenden. In mehrphasigen Ausführungen wird dies zur Erzeugung eines Drehfelds in elektrischen Maschinen zu verwenden.

Eine Halbbrückenschaltung weist eine Reihenschaltung von zwei Transistoren auf, wobei an der Reihenschaltung eine Gleichspannung zur Versorgung anliegt. Eine entsprechende Halbbrücken-Treiberschaltung muss daher nicht nur die Erzeugung der gewünschten Wechselspannung gewährleisten, sondern auch vermeiden, dass beide Transistoren gleichzeitig an sind, um so einen Brückenkurzschluss zu vermeiden. Es sind entsprechende Treiberschaltungen für Halbbrücken, d.h. für Einheiten mit zwei Transistoren bekannt und in zahlreichen Ausführungen erhältlich.

Zur Ansteuerung einer Zelle einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung (im weiteren kurz: PFC) sind je nach Ausführungsart der PFC jedoch drei Signale notwendig: zwei Signale zur Ansteuerung der Halbbrücke der Zelle und ein Signal zur Ansteuerung des Schalters, der einen Sternpunkt der Zelle mit dem Verbindungspunkt der Transistoren der Halbbrücke schaltbar verbindet (als Sternpunktschalter bezeichnet), und der maßgeblichen Einfluss auf die Höhe der Ausgangsspannung bzw. die Leistungsfaktorkorrektur hat. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich auf einfache Weise mit verfügbaren Mitteln eine Treiberschaltung für einen PFC aufbauen lässt.

Diese Aufgabe wird erfüllt mit den Gegenständen des unabhängigen Anspruchs sowie den Gegenständen der nebengeordneten Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur. Es wurde erkannt, dass bei der Ansteuerung einer PFC nicht nur darauf zu achten ist, dass die Halbbrücke keinen Brückenkurzschluss erzeugt, sondern auch, dass ein hoher Strom durch Entlade-/Aufladeprozesse eines Kondensators der PFC-Zelle vermieden wird, der durch das gleichzeitige Anschalten eines der Schalter der Halbbrücke und des Sternpunktschalters entstehen kann. Um auf bekannte und gut zugängliche Bauteile zurückgreifen zu können, wird vorgeschlagen, eine Treiberschaltung mit zwei kaskadierten Halbbrückentreibern aufzubauen. Diese sind jeweils für die Ansteuerung von zwei Transistoren eingerichtet und weisen einen Schutzmechanismus auf, der bei fehlerhafter Ansteuerung mittels zweier gleichzeitiger AN-Signale (Soll-Steuersignale) am Eingang des Halbbrückentreibers dafür sorgt, dass diese Soll-Steuersignale nicht an den Ausgang des Halbbrückentreibers übertragen werden. Der Schutzmechanismus kann ausgestaltet sein, bei gleichzeitigem AN-Signal an den beiden Eingängen des Halbbrückentreibers beide Ausgänge auf AUS zu setzen, nur einen Ausgang auf AUS zu setzen, und/oder ein Fehlersignal abzugeben bzw. einen Fehlerzustand herzustellen, bei dem nicht beide Ausgänge einen AN-Pegel aufweisen (d.h. nur ein Ausgang mit AN-Pegel, der andere mit AUS-Pegel oder beide Ausgänge mit AUS-Pegel), der vorzugsweise bis zu einem Rücksetzsignal oder für eine Mindestzeitdauer Bestand hat.

Es wird vorgeschlagen, einen ersten und einen zweiten Halbbrückentreiber zu kaskadieren. Es werden Soll-Steuersignale an die Halbbrückentreiber abgegeben und diese unter Berücksichtigung des Schutzmechanismus als Ist-Steuersignale an die betreffenden Transistoren (allgemein: Schalter) abgegeben. Die kaskadierten Halbbrückentreiber übertragen bei fehlerfreier Ansteuerung (d.h. Sollsteuersignal entspricht Regel: nicht zwei oder drei Schalter gleichzeitig AN) die Soll-Steuersignale (d.h. die Signale am Soll-Steuersignaleingang) an den Ist-Steuersignalausgang bzw. an die angeschlossenen Schalter. Die kaskadierten Halbbrückentreiber übertragen bei fehlerhafter Ansteuerung (d.h. Sollsteuersignal bedeutet: zwei oder drei Schalter gleichzeitig AN) die Soll-Steuersignale (d.h. die Signale am Soll-Steuersignaleingang) nicht an den Ist-Steuersignalausgang bzw. an die angeschlossenen Schalter bzw. verändern diese derart, dass nicht zwei oder drei Schalter gleichzeitig AN sind bzw. deren Steuer einen HIGH-Pegel haben. Der zweite Halbbrückentreiber erhält ein Signal vom ersten Halbbrückentreiber. Dadurch ergibt sich die Kaskadierung. Der erste Halbbrückentreiber erhält an einem ersten Eingang ein Signal, das angibt, ob einer der beiden Halbbrückenschalter (oder beide) mit einem AN-Signal angesteuert werden. Um dies aus den beiden Soll-Steuersignalen der Halbbrückenschalter zu ermitteln, kann eine (erste) logische Verknüpfung verwendet werden, insbesondere ein OR-Verknüpfung. Der erste Halbbrückentreiber erhält an einem zweiten Eingang ein Signal, das dem Ist-Steuersignal des Sternpunktschalters entspricht. Ein erster Ausgang des ersten Halbbrückentreiber ist dem ersten Eingang zugeordnet (d.h. im fehlerfreien Zustand wird das Signal des ersten Eingangs an den ersten Ausgang übertragen). Ein zweiter Ausgang des erste Halbbrückentreiber ist dem zweiten Eingang zugeordnet (d.h. im fehlerfreien Zustand wird das Signal des zweiten Eingangs an den zweiten Ausgang übertragen). Das Signal des zweiten Ausgangs des ersten Halbbrückentreibers wird dem zweiten Halbbrückentreiber (eingangsseitig) zugeführt, vorzugsweise über eine (zweite) logische Verknüpfung. Der zweite Halbbrückentreiber ist somit dem ersten Halbbrückentreiber nachgeschaltet im Sinne einer Kaskadierung.

Die Soll-Steuersignale, die für die Halbbrückenschalter vorgesehen sind, werden dem zweiten Halbbrückentreiber zugeführt. Hierbei wird einem ersten Eingang des zweiten Halbbrückentreibers das Soll-Steuersignal zugeführt, das dem ersten Halbbrückenschalter zugeordnet ist und einem zweiten Eingang des zweiten Halbbrückentreibers wird Soll-Steuersignal zugeführt, das dem zweiten Halbbrückenschalter zugeordnet ist. Vorzugsweise werden diese Signale über eine logische Verknüpfung (d.h. die zweite logische Verknüpfung) den Eingängen des zweiten Halbbrückentreibers zugeführt, die die betreffenden Signale jeweils mit dem Signal verknüpft, das der zweite Eingang des zweiten Halbbrückentreibers abgibt. Diese Verknüpfung wird vorgesehen durch eine erste und eine zweite UND-Verknüpfung, wobei die erste UND-Verknüpfung das Signal des zweiten Ausgangs des ersten Halbbrückentreibers mit dem Soll-Steuersignal des ersten Halbbrückenschalters verknüpft und die zweite UND-Verknüpfung das Signal des zweiten Ausgangs des ersten Halbbrückentreibers mit dem Soll-Steuersignal des zweiten Halbbrückenschalters verknüpft. Somit werden die Soll-Steuersignale des ersten und des zweiten Halbbrückenschalters jeweils mit dem Signal des zweiten Ausgangs des ersten Halbbrückentreibers verknüpft. Die Ausgangssignale der logischen Verknüpfung bzw. der beiden UND-Verknüpfungen werden dem ersten und zweiten Eingang des zweiten Halbbrückentreibers zugeführt.

Wenn der erste Halbbrückentreiber am ersten Eingang ein AN-Signal für den Sternpunktschalter erhält, so erzeugt der Halbbrückentreiber am zweiten Ausgang ein AUS-Signal (da bereits der erste Ausgang bzw. der erste Eingang ein AN-Signal vorsieht). Damit kann durch die logische Verknüpfung, über die die Soll-Signale an die Eingänge des zweiten Halbbrückentreibers weitergegeben werden, veranlasst werden, dass der zweite Halbbrückentreiber keinerlei AN-Signal erhält, wenn ein AN-Signal für den Sternpunktschalter besteht. Nur dann, wenn der erste Halbbrückentreiber am ersten Eingang ein AUS-Signal für den Sternpunktschalter erhält, kann ein AN-Pegel eines Soll-Steuersignals, das für die Halbbrückenschalter vorgesehen ist, dazu führen, dass der zweite Ausgang des ersten Halbbrückentreibers ein AN-Signal an die logische Verknüpfung gibt, das dazu führt, dass ein für die Halbbrückenschalter vorgesehenes AN-Signal an einen Eingang des zweiten Halbbrückentreibers gelangt. Der erste Halbbrückentreiber überwacht und übermittelt (gemäß Schutzmechanismus) das Soll-Steuersignal für den Sternpunktschalter (über den seinen ersten Ausgang). Der erste Halbbrückentreiber kann am anderen, zweiten Ausgang nur dann ein Signal „HIGH“ abgeben, wenn das für den Sternpunktschalter vorgesehene Signal „LOW‘ ist. Das an diesem zweiten Ausgang abgegebene Signal gibt somit an, ob der Sternpunktschalter mit „AUS“ angesteuert wird, und gibt die logische Verknüpfung vor dem zweiten Halbbrückentreiber bzw. gibt den zweiten Halbbrückentreiber selbst frei, AN-Signale (Soll-Steuersignale) für einen der Halbleiterschalter in Form von Ist-Steuersignalen an den betreffenden Halbleiterschalter abzugeben. Dies wird durch die Kaskadierung der Halbbrückentreiber ermöglicht. Der zweite Halbbrückentreiber ist eingerichtet, selbst (nochmals) zu überprüfen, dass nicht beide Soll-Steuersignale, die für die Halbbrückenschalter vorgesehen sind, AN-Signale sind, um dieser nur dann als Ist-Steuersignale weiterzugeben, wenn diese Bedingung erfüllt ist, wobei insbesondere die Verbindung des ersten mit dem Eingang des zweiten Halbbrückenschalters sicherstellt, dass die Signale der Halbbrückenschalter nur dann an den zweiten Treiber weitergegeben werden, wenn für den Sternpunktschalter ein AUS-Signal vorgesehen ist. Diese Bedingungen entsprechen Aspekten des genannten Schutzmechanismus'. Mit anderen Worten wird durch die Kaskadierung ein Signal vom ersten zum zweiten Halbbrückentreiber übertragen, das angibt, ob das Soll- bzw. Ist-Steuersignal des Sternpunktschalters tatsächlich einem offenen Schaltzustand entspricht, d.h. das angibt, ob aufgrund des offen angesteuerten Sternpunktschalters es möglich ist, ein AN-Pegel eines der beiden Soll-Ansteuersignale der Halbbrückenschalter als Ist-Ansteuersignal an den betreffenden Halbbrückenschalter zu übermitteln. Ist dies aufgrund eines geschlossen angesteuerten Sternpunktschalters nicht möglich, wird dies durch die Nachschaltung des zweiten Halbbrückentreibers vom ersten Halbbrückentreibers vorgegeben. Diese Vorgabe wird vom zweiten Halbbrückentreiber umgesetzt, wobei dieser kein AN-Signal als Ist-Steuersignal abgibt, wenn vom ersten Halbbrückentreiber (in Form eines Low-Pegels) an den zweiten Halbbrückentreiber übermittelt wird, dass keiner der Halbbrückenschalter anzuschalten ist. Dies betrifft das Signal, das vom zweiten Ausgang des ersten Halbbrückentreiber an den zweiten Halbbrückentreiber übermittelt wird. Mit anderen Worten treibt der erste Halbbrückentreiber in fehlerfreiem Zustand den Sternpunktschalter bzw. steuert diesen gemäß einem zugehörigen Soll-Signal an. Ein fehlerfreier Zustand ist, wenn von allen Schaltern nur der Sternpunktschalter einen HIGH-Pegel erhalten soll (Soll-Ansteuersignal) oder wenn von allen Schaltern nur einer (nicht beide) der beiden Halbbrückenschalter mit einem HIGH-Pegel angesteuert werden soll (wozu eine logische Verknüpfung dieser Signale verwendet werden kann, die den Eingängen des ersten Halbbrückentreibers vorgeschaltet ist, etwa eine ODER-Verknüpfung).

Es wird eine Treiberschaltung für eine PFC-Zelle beschrieben. Die PFC-Zelle, für den die Treiberschaltung ausgebildet ist, weist eine Halbbrücke mit zwei über einen Verbindungspunkt verbundene Halbbrückenschalter auf. Die PFC-Zelle weist ferner einen Sternpunktschalter auf. Dieser verbindet den Verbindungspunkt mit einem Sternpunkt der PFC-Zelle. Der Sternpunkt kann gebildet werden von dem Verknüpfungspunkt zweier in Reihe verbundener Kondensatoren. Die Enden der sich ergebenen Reihenschaltung der Kondensatoren können an unterschiedliche Potentiale eines Gleichspannungsanschlusses der PFC-Zelle angeschlossen sein. Die PFC-Zelle kann auch als Leistungsfaktorkorrekturschaltung-Zelle beschrieben werden, d.h. eine Zelle einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung.

Die Schalter sind Halbleiterschalter. Die Halbbrückenschalter sind vorzugsweise jeweils als ein MOSFET oder IGBT ausgebildet. Der Sternpunktschalter kann als Transistor ohne Inversdiode, d.h. als bidirektional sperrbarer Transistor ausgebildet sein, oder als eine Reihenschaltung antiseriell ausgerichteter Transistorelementen, die Inversdioden aufweisen, um eine bidirektionale Transistorvorrichtung zu erhalten, die den Sternpunktschalter bildet. Ist der Sternpunktschalter als eine Transistorvorrichtung mit zwei Transistorelementen ausgebildet und weisen die Transistorelemente Inversdioden auf, dann sind die Durchlassrichtungen der Transistorelemente entgegengesetzt zueinander. Die Treiberschaltung kann einen Ausgang (Ist-Steuersignalausgang) aufweisen, über den die Schalter der beschriebenen PFC-Zelle anschließbar sind. Die PFC-Zelle ist in dieser Ausführungsform nicht Teil der Treiberschaltung.

Die Treiberschaltung weist einen Soll-Steuersignaleingang für Soll-Ansteuersignale auf. Der Soll-Steuersignaleingang ist für drei einzelne Steuersignale eingerichtet, die der Treiberschaltung eingegeben werden können, etwa von einer Soll-Steuersignalquelle, die in Form einer PFC-Steuerung vorliegen kann. Die Soll-Steuersignalquelle kann als ASIC oder Mikroprozessor mit entsprechender Programmierung vorliegen.

Die Treiberschaltung weist ferner einen ersten und einen zweiten Halbbrückentreiber auf. Jeder Halbbrückentreiber hat zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Jeder Ausgang ist genau einem Eingang des betreffenden Halbbrückentreibers zugeordnet. Jeder Halbbrückentreiber ist eingerichtet, ein Signal am Eingang zum zugehörigen Ausgang zu übertragen. Jeder Halbbrückentreiber hat einen Schutzmechanismus, der die Signale von den beiden Eingängen zu den zugehörigen Ausgängen nur dann überträgt, wenn nicht beide Eingänge gleichzeitig einem AN-Signal entsprechen. Das AN-Signal wird vorzugsweise von einem logischen HIGH-Pegel dargestellt, wobei auch eine hierzu komplementäre Zuordnung möglich ist. Ein AUS-Signal wird vorzugsweise von einem logischen LOW-Pegel dargestellt, wobei auch eine hierzu komplementäre Zuordnung möglich ist. Dem Soll-Signaleingang sind die Halbbrückentreiber nachgeschaltet. Die Signale des Soll-Signaleingangs werden von den Halbbrückentreibern an einen Ist-Steuersignalausgang der Treiberschaltung übertragen, sofern der Schutzmechanismus nicht greift. Greift der Schutzmechanismus der Halbbrückentreiber (d.h. entsprechen zwei oder drei der Signale am Soll-Signaleingang gleichzeitig einem AN-Signal), dann wird beim Übertragen mittels der Halbbrückentreiber mindestens ein Ist-Steuersignal in ein AUS-Steuersignal umgewandelt. Insbesondere können dann alle Ist-Steuersignale als ein AUS-Steuersignal ausgeben werden, unabhängig von den Signalen am Soll-Signaleingang.

Dem Soll-Steuersignaleingang sind die Halbbrückentreiber (direkt oder indirekt bzw. über eine logische Verknüpfung) nachgeschaltet. Jeder der beiden Halbbrückentreiber ist mit jeweils zwei Eingängen und zwei Ausgängen ausgestattet. Vorzugsweise wird auf Treiber-Bauelemente zurückgegriffen, die nur zwei und nicht mehr als zwei Eingänge und Ausgänge aufweisen. Die Halbbrückentreiber sind eingerichtet sind, Signale von den Eingängen zu den Ausgängen nur dann zu übertragen, wenn der Schutzmechanismus nicht greift, d.h. wenn sie nicht beide den Zustand HIGH haben (d.h. einen Zustand, der einem AN-Signal entspricht). Der Zustand „HIGH“ kann durch einen hohen Logiksignalpegel vorgesehen sein.

Der erste Halbbrückentreiber ist zur Übertragung (unter Berücksichtigung des Schutzmechanismus) des Schaltsignals für den Sternpunktschalter vorgesehen, insbesondere dessen erster Eingang bzw. der hierzu zugeordnete erste Ausgang. Der erste Ausgang des ersten Halbbrückentreibers ist mit einem Steuerausgang für den Sternpunktschalter verbunden. Der Steuerausgang ist Teil der Treiberschaltung und insbesondere Teil eines Ist-Steuersignalausgangs der Treiberschaltung. Der Steuerausgang ist ein Signalausgang für eine Ist-Steuersignal, das für den Sternpunktschalter vorgesehen ist. Mindestens ein Eingang des zweiten Halbbrückentreibers ist dem zweiten Ausgang des ersten Halbbrückentreibers nachgeschaltet, insbesondere über eine logische Verknüpfung. Die beiden Ausgänge des zweiten Halbbrückentreibers sind mit Steuerausgängen für die beiden Halbbrückenschalter verbunden. Die Steuerausgänge sind Teil der Treiberschaltung und insbesondere Teil des Ist-Steuersignalausgangs der Treiberschaltung. Die Steuerausgänge, die mit den Ausgängen des zweiten Halbbrückentreibers verbunden sind, sind Signalausgänge für zwei Ist-Steuersignale, die für die beiden Halbbrückenschalter vorgesehen sind. Die hier beschriebenen Signalausgänge bzw. der Ist-Steuersignalausgang bildet die Schnittstelle für die Schalter der PFC-Zelle bzw. für deren Steuereingänge (bspw. Gateanschlüsse).

Zwischen dem Soll-Steuersignaleingang, insbesondere den Signaleingängen für die Soll-Steuersignale der Halbbrückenschalter, ist eine logische Verknüpfung vorgesehen. Diese ermittelt, ob (mindestens) eines der Soll-Steuersignale der Halbbrückenschalter den Zustand HIGH hat bzw. einen AN-Zustand wiedergibt, und gibt ein entsprechendes Signal an den zweiten Eingang des ersten Halbbrückentreibers weiter, insbesondere ein HIGH-Signal, wenn diese Bedingung erfüllt. Ist. Das von dieser logischen Verknüpfung abgegebene Signal gibt einen Aktivzustand der Halbbrücke wieder, in dem (mindestens) ein Halbbrückenschalter geschlossen ist oder entsprechend angesteuert wird. Die logische Verknüpfung ist vorzugsweise als ODER-Gatter realisiert. Das ODER-Gatter kann durch eine festverdrahtete Schaltung oder durch ein logisches Äquivalent der Funktion realisiert ein. Das ODER-Gatter kann eine Diode aufweisen, die den Signaleingang für das Soll-Steuersignal des ersten Halbbrückenschalter mit dem zweiten Eingang des Halbbrückentreibers verbindet. Das ODER-Gatter kann weitere Diode aufweisen, die den Signaleingang für das Soll-Steuersignal des zweiten Halbbrückenschalter mit dem zweiten Eingang des Halbbrückentreibers verbindet. Es kann eine Verbindung, etwa ein Pull-Up-Widerstand vorgesehen sein, der den zweiten Eingang des Halbbrückentreibers mit einem Pegel verbindet, der einem LOW-Pegel entsprechen kann oder einem Signalpegel, der einen offenen Schaltzustand (eines Schalters) wiedergibt. Die (zwei) Eingänge des ODER-Gatters bzw. der genannten logischen Verknüpfung sind eingerichtet, die für die beiden Halbbrückenschalter vorgesehenen Soll-Ansteuersignale zu empfangen. Die Eingänge des ODER-Gatters können hierzu einzeln mit den Signaleingängen für die Soll-Steuersignale der Halbbrückenschalter verbunden sein. Das ODER-Gatter hat einen Ausgang, der signalübertragend mit dem zweiten Eingang des ersten Halbbrückentreibers verbunden ist. In einer Ausführungsform bekommt dieser Eingang von dem ODER-Gatter ein HIGH-Signal, wenn zumindest eines der Soll-Steuersignale, die für die Halbbrückenschalter vorgesehen sind, einen HIGH-Pegel aufweist. Ohne entsprechende Soll-Steuersignale bzw. bei LOW-Pegeln der Soll-Steuersignale erhält der zweite Eingang des ersten Halbbrückentreibers einen LOW-Pegel.

Eine weitere logische Verknüpfung kann zwischen den Eingängen des zweiten Halbbrückentreibers einerseits und den Signaleingängen, die für die Halbbrückenschalter vorgesehen sind, sowie dem zweiten Ausgang der ersten Treiberschaltung andererseits vorgesehen sein. Diese logische Verknüpfung kann vorsehen, dass nur dann die für die Halbbrückenschalter vorgesehenen AN-Signale an den zweiten Halbbrückenschalter weitergegeben werden, wenn der zweite Ausgang des ersten Halbbrückentreibers einen HIGH-Pegel hat bzw. wenn der erste Ausgang des ersten Halbbrückenschalters (d.h. der Steuerausgang für den Sternpunktschalter) einen LOW-Pegel hat bzw. einem AUS-Signal entspricht. Diese logische Verknüpfung kann festverdrahtet vorliegen oder durch einen ASIC oder programmierten Mikroprozessor realisiert sein. In einer Ausführungsform sind zwischen dem ersten Halbbrückentreiber und dem zweiten Halbbrückentreiber ein erstes und ein zweites UND-Gatter vorgesehen sind. Insbesondere sind für das Signal, das vom ersten zum zweiten Halbbrückentreiber übertragen wird, die beiden UND-Gatter vorgesehen. Für dieses Signal bzw. in der Verbindung zwischen erstem und zweiten Halbbrückentreiber sind zwei UND-Gatter vorgesehen. Durch das UND-Gatter hindurch führt eine weitere Verbindung, nämlich eine Verbindung zwischen den Steuereingängen für die Halbrückenschalter und dem zweiten Halbbrückenschalter. Ausführungsgemäß ist ein erster Eingang des ersten UND-Gatters eingerichtet, das für den ersten Halbbrückenschalter vorgesehene Soll-Ansteuersignal zu empfangen. Diesbezüglich ist das erste UND-Gatter zwischen dem Steuereingang für den ersten Halbbrückenschalter und dem ersten Eingang des zweite Halbbrückentreibers vorgesehen. Das zweite UND-Gatter ist zwischen dem Steuereingang für den zweiten Halbbrückenschalter und dem ersten Eingang des zweite Halbbrückentreibers vorgesehen. Ein erster Eingang des zweiten UND-Gatters ist eingerichtet, das für den zweiten Halbbrückenschalter vorgesehene Soll-Ansteuersignale zu empfangen. Die beiden UND-Gatter habe jeweils einen zweiten Eingang. Dieser ist signalübertragend mit dem zweiten Ausgang des ersten Halbbrückentreibers verbunden. Diesbezüglich sind die UND-Gatter dem ersten Halbbrückentreiber nachgeschaltet. Die UND-Gatter sind ferner diesbezüglich dem zweiten Halbbrückentreiber vorgeschaltet. Bezogen auf die Signalübertragung zwischen den Steuereingängen für die Halbbrückenschalter und des zweiten Halbbrückentreibers ist diese weitere logische Verknüpfung zwischengeschaltet. Die UND-Gatter sind dem zweiten Halbbrückentreiber vorgeschaltet. Insbesondere ist ein Ausgang des ersten UND-Gatters mit dem ersten Eingang des zweiten Halbbrückentreibers signalübertragend verbunden. Ein Ausgang des zweiten UND-Gatters ist mit dem zweiten Eingang des zweiten Halbbrückentreibers (T2) signalübertragend verbunden ist. Die Eingänge des zweiten Halbbrückentreibers können über jeweilige Pull-Up-Widerstände mit einem logischen HIGH-Pegel verbunden sein. Wird kein Signal von den UND-Gattern geliefert, sind beide Eingänge des zweiten Halbbrückentreibers auf HIGH und der zweiten Halbbrückentreiber gibt an keinem seiner Ausgänge ein AN-Signal für die Halbbrückenschalter aus.

Es kann somit vorgesehen sein, dass die Eingänge des zweiten Halbbrückentreibers jeweils über einen Pull-up-Widerstand mit einem logischen HIGH-Potential verbunden sind. Ein erster Pull-up-Widerstand verbindet den ersten Eingang des zweiten Halbbrückentreibers mit dem logischen HIGH-Potential und ein zweiter Pull-up-Widerstand verbindet den zweiten Eingang des zweiten Halbbrückentreibers mit dem logischen HIGH-Potential. Dies ist insbesondere vorgesehen, wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Halbbrückentreiber eine logische Verknüpfung besteht, insbesondere in Form der UND-Gatter. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Eingang des ersten Halbbrückentreibers über einen Pull-down-Widerstand mit einem logischen LOW-Potential verbunden sein. Dies ist insbesondere vorgesehen, wenn zwischen dem Soll-Steuersignaleingang (insbesondere den Steuereingängen für die Halbrückenschalter) und dem ersten Halbbrückentreiber eine logische Verknüpfung besteht, insbesondere in Form des ODER-Gatters.

Ein Aspekt ist eine Verzögerungsfunktion innerhalb des ersten und/oder zweiten Halbbrückentreibers. Diese kann von einer externen Schaltung vorgesehen sein, die an den jeweiligen Halbbrückentreiber angeschlossen ist, oder von dem jeweiligen Halbbrückentreiber selbst. Der erste und/oder der zweite Halbbrückentreiber kann ein Verzögerungsglied aufweisen. Das Verzögerungsglied oder die Verzögerungsglieder ist oder sind eingerichtet ist, die Übertragung von Signalen vom Eingang zum Ausgang des betreffenden Halbbrückentreibers zu verzögern. Dadurch wird überschneidenden HIGH-Signalen vorgebeugt, die ansonsten kurzzeitig zwei gleichzeitig geschlossene Schalter der PFC-Zelle verursachen würden. Die Verzögerungsfunktion berücksichtigt insbesondere Totzeiten des betreffenden Halbbrückenreibers. Ein derartiges Verzögerungsglied kann als RC-Glied ausgebildet sein. Der oder die Halbbrückentreiber kann oder können einen Verzögerungseingang aufweisen, an den entsprechende Bauelemente zur Einstellung der Verzögerung angeschlossen sind, etwa ein Widerstand einer ein RC-Glied. Die Verzögerung kann ferner in zumindest einer der Gatter oder logischen Verknüpfungen realisiert werden.

Die Verzögerungsglieder wirken sich insbesondere auf Freigabesignale zum Freigeben von Ansteuersignalen am Ausgang des betreffenden Halbbrückentreibers aus oder auf HIGH-Signale am Eingang des betreffenden Halbbrückentreibers oder am Ausgang des betreffenden Halbbrückentreibers. Ein am Eingang vorliegendes HIGH-Signal kann durch die Verzögerungsglieder verzögert werden. Auch ein an einen Ausgang auszugebenes HIGH-Signal kann von den Verzögerungsgliedern verzögert werden. Vorzugsweise wirken die Verzögerungsglieder auf Freigabesignale bzw. auf HIGH-Signale, die am Halbbrückentreiber vorliegen. Die von den Halbbrückentreibern vorgesehene Übertragung von deren Eingang an deren Ausgang kann über die Verzögerungsglieder verlaufen oder durch diese verzögert werden. Die Halbbrückentreiber sind hierzu ausgebildet.

Es kann eine Steuerschaltung vorgesehen sein, die die Treiberschaltung oder mehrere der Treiberschaltungen aufweist. Die Steuerschaltung ist ferner mit einer Soll-Steuersignalquelle ausgestattet. Diese Quelle bzw. deren (mehrteiliger) Ausgang an den (mehrteiligen) Soll-Steuersignaleingang angeschlossen. Die Quelle ist eingerichtet zur Abgabe von Soll-Ansteuersignalen, die für die beiden Halbbrückenschalter sowie für den Sternpunktschalter vorgesehen sind. Die mindestens eine Treiberschaltung und somit die Steuerschaltung kann mindestens einen Ist-Steuersignalausgang aufweisen, der eingerichtet ist zur Abgabe von Ist-Steuersignalen, die für die Halbbrückenschalter und den Sternpunktschalter vorgesehen sind. Dies bezieht sich auf die Schalter der an den Ist-Steuersignalausgang anschließbaren PFC-Zelle. Die Steuerschaltung kann eingerichtet sein, am Ist-Steuersignalausgang Signale abzugeben, die gemäß einer vorgegebenen Soll-Abgabespannung der PFC-Zelle und/oder gemäß einer Soll-Phasenlage eines Wechselstroms (gegenüber einem Wechselspannungsverlauf) und/oder gemäß einem Soll-Leistungsfaktor der PFC-Zelle ausgebildet sind.

Die Steuerschaltung kann für mehrere PFC-Zellen ausgebildet sein, etwa für einen mehrphasigen Leistungsfaktorkorrekturfilter, der mehrere PFC-Zellen und somit auch mehrere Treiberschaltungen aufweist (eine Treiberschaltung pro PFC-Zelle). Die Steuerschaltung kann mehrere der Treiberschaltungen aufweisen. Dadurch ist die Steuerschaltung zur Ansteuerung von mehreren der PFC-Zellen ausgebildet. Eine Ausführungsform sieht eine dreiphasige Steuerschaltung mit drei Treiberschaltungen vor. Diese Ausführungsform ist für einen dreiphasigen Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet, der drei PFC-Zellen (eine pro Phase) hat. Ein Anwendungsbereich wäre das Gleichrichten von dreiphasiger Wechselspannung bei gleichzeitiger Phasen- bzw. Leistungsfaktorkorrektur. Eine dreiphasige Steuerschaltung wäre dafür ausgestaltet, dieses Gleichrichten sowie die Leistungsfaktorkorrektur anzusteuern.

Ferner wird eine ein- oder mehrphasige Leistungsfaktorkorrekturschaltung beschrieben. Die verfügt über eine oder mehrere PFC-Zellen, wobei die Anzahl der PFC-Zellen der Phasenanzahl der Leistungsfaktorkorrekturschaltung entspricht.

Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung verfügt über einer oder mehrere Treiberschaltungen, die wie hier beschrieben ausgebildet sind. Für jede PFC-Zelle ist eine zugehörige Treiberschaltung vorgesehen. Jede PFC-Zelle weist eine Halbbrücke auf. Die Halbbrücke entspricht zwei Halbbrückenschalter, die (seriell) über einen Verbindungspunkt verbunden sind. Jede PFC-Zelle weist einen Sternpunktschalter auf. Insbesondere weist jede PFC-Zelle eine Arbeitsinduktivität auf. Diese verbindet den Verbindungspunkt (der Halbbrücke) mit einem ersten Wechselspannungseingang der PFC-Zelle. Insbesondere bei einer einphasigen Ausführung ist ein zweiter Wechselspannungseingang ist mit dem Sternpunkt der PFC-Zelle verbunden. Der Sternpunkt wird gebildet von einem Verknüpfungspunkt zweier Kondensatoren, die in Serie miteinander verbunden sind. Die Kondensatoren können als Zwischenkreiskondensatoren bezeichnet werden. Die Kondensatoren sind parallel mit der Halbbrücke verbunden. Mit anderen Worten ist die Reihenschaltung der beiden Kondensatoren parallel an die Halbbrücke, d.h. an die Reihenschaltung der beiden Halbbrückenschalter angeschlossen. Die Enden der Halbbrücken bilden zwei Gleichspannungsausgänge, die eingerichtet sind, etwa an einen Fahrzeugbordnetzzweig oder einen Hochvoltakkumulator angeschlossen zu werden.

Bei einer mehrphasige Leistungsfaktorkorrekturschaltung sind mehrere PFC-Zellen vorgesehen, die jeweils eine Halbbrücke haben. Bei einem mehrphasigen Wechselspannungseingang ist jede Phase L1, L2, L3 dieses Eingangs über eine eigene Arbeitsinduktivität mit dem Verbindungspunkt der Halbbrücke der betreffenden PFC-Zelle verbunden. Bei mehreren PFC-Zellen einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung können deren Sternpunkte miteinander verbunden sein und einen gemeinsamen Sternpunkt der mehrphasigen Leistungsfaktorkorrekturschaltung bilden. Der gemeinsame Sternpunkt kann mit einem Neutralleiteranschluss des mehrphasigen Wechselspannungseingangs verbunden sein, insbesondere in schaltbarer Weise.

Es kann ein fahrzeugseitige Wechselspannung-Ladevorrichtung vorgesehen sein, die mindestens eine der hier beschriebenen Treiberschaltungen oder Steuerschaltungen aufweist, und die vorzugsweise ferner die hier beschriebene Leistungsfaktorkorrekturschaltung aufweist. Es kann ein von außen zugänglicher Fahrzeugladeanschluss („Plug-In-Buchse“, „Ladebuchse“) vorgesehen sein, der mit der mindestens einen PFZ-Zelle verbunden ist, vorzugsweise über den Wechselspannungseingang. An die Halbbrücken kann ein fahrzeugseitiger Hochvolt-Traktionsakkumulator direkt oder indirekt angeschlossen sein, um diesen über die mindestens eine PFC-Zelle zu laden.

Die beispielhafte Schaltung der Figur 1 dient zur Erläuterung von Merkmalen und Aspekten der hier beschriebenen Schaltungen.

Die Figur 1 zeigt eine einphasige Leistungsfaktorkorrekturschaltung PFC mit einer PFC-Zelle PZ und einer Treiberschaltung TS. Es ist eine Soll-Steuersignalquelle C vorgesehen, die an die Treiberschaltung TS angeschlossen ist. Zusammen mit dieser bildet die Soll-Steuersignalquelle C eine Steuerschaltung.

Die Soll-Steuersignalquelle C gibt über einen Soll-Steuersignaleingang Sl der Treiberschaltung TS Soll-Steuersignale HS, LS, PS an die Treiberschaltung TS ab. Diese drei Signale sind für drei Schalter der PFC-Zelle (PZ) bestimmt bzw. diesen zugeordnet. Die drei Schalter SH, SL, SS sollen gemäß diesen Signalen HS, LS, PS angesteuert werden. Die Treiberschaltung TS sorgt dafür, dass bei fehlerhaften Soll-Steuersignalen (mehr als ein Steuersignal gleichzeitig AN bzw. auf HIGH-Pegel) die drei Schalter SH, SL, SS nicht mit den fehlerhaften Steuersignalen angesteuert werden.

Die anzusteuernde PFC-Zelle PZ weist eine Halbbrücke auf, die gebildet wird von den Halbbrückenschaltern SH, SL, die über den Verbindungspunkt VP miteinander in Reihe geschaltet sind. Die anzusteuernde PFC-Zelle PZ verfügt ferner über einen Sternpunktschalter, der diesen Verbindungspunkt VP der Halbbrücke mit dem Sternpunkt SP der PFC-Zelle verbindet. Der Sternpunkt SP entspricht dem Verknüpfungspunkt zweier Kondensatoren C1 , C2, die in Reihenschaltung verbunden sind, wobei diese Reihenschaltung parallel an die Halbbrücke angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt VP der Halbbrücke ist über eine Induktivität L mit einem ersten Wechselspannungseingang IN1 verbunden. Der Sternpunkt ist mit einem zweiten Wechselspannungseingang IN1 verbunden. Die Halbbrücke hat die Aufgabe der Gleichrichtung, wobei der Sternpunktschalter SS (insbesondere zusammen mit der Induktivität) zur Einstellung eines Leistungsfaktors bzw. einer Spannungswandlung (bzw. einer Höhe der Ausgangsspannung) verwendet wird. Die Arbeitsinduktivität L kann zusammen mit der Halbbrücke auch auf eine Spannungswandlung (bzw. Höhe der Ausgangsspannung) der PFC-Zelle wirken. Es bestehen zwei Gleichspannungsanschlüsse V+, V-, die Ausgänge bilden. Die Gleichspannungsanschlüsse V+, V- sind an die Enden der Halbbrücke bzw. der Reihenschaltung der Kondensatoren C1 , C2 angeschlossen. Die Treiberschaltung hat unter anderem die Aufgabe, einen Halbbrückenkurzschluss durch SH, SL zu verhindern sowie die Aufgabe einen zu hohen Einschaltstrom zu verhindern, der durch SS zu den Kondensatoren C1 , C2 gelangen kann, wenn einer der Schalter SH oder SL geschlossen ist. Gleiches gilt für einen Entladestrom, der von dem Kondensator C1 oder C2 ausgeht.

Die Treiberschaltung TS realisiert diese Aufgabe bzw. diesen Schutzmechanismus durch Verwendung von zwei Halbbrückentreibern T1 , T2, die einzeln für die Ansteuerung einer Halbbrücke bestimmt sind und daher jeweils zwei Eingänge E1 , E2 und zwei Ausgänge A1 , A2 aufweisen. Diese sind in der Figur 1 kaskadiert, so dass sie zusammen zur Ansteuerung von drei Schaltern bestimmt sind, nämlich zur Ansteuerung der Schalter SH, SL der Halbbrücke und des Sternpunktschalters SS.

Der erste Halbbrückentreiber T1 erhält an seinem ersten Eingang E1 das Signal PS, welches das Soll-Ansteuersignal für den Sternschalter SS ist. Der Halbbrückentreiber T1 gibt dieses Signal an seinen ersten Ausgang A1 weiter, sofern der Schutzmechanismus nicht greift, d.h. wenn die Signale an den Eingängen E1 , E2 des Treibers T1 fehlerfrei sind (d.h. nicht beide gleichzeitig einem AN-Zustand entsprechen). Der erste Ausgang A1 ist zur Ansteuerung mit dem Sternpunktschalter SS verbunden, etwa mit einem Steuereingang dieses Schalters (etwa dessen Gate). Der zweite Eingang E2 des ersten Halbbrückentreiber T1 erhält ein Signal, das die beiden Soll-Ansteuersignale HS, LS, die für die Halbbrückenschalter SH, SL vorgesehen sind, kombiniert bzw. logisch verknüpft. Die Kombination bzw. logische Verknüpfung dieser Signale ist eine ODER-Verknüpfung, die von dem ODER-Gatter OR vorgesehen wird. Das sich ergebende Signal HA, das dem Resultat der logischen Verknüpfung bzw. des ODER-Gatters OR entspricht, wird dem Eingang E2 des Halbbrückentreibers T1 übermittelt. Das Signal HA gibt wieder, ob die Halbbrücke aktiv angesteuert wird, d.h. ob die Soll-Ansteuersignale für die Halbbrückenschalter angeben, dass mindestens einer der Halbbrückenschalter anzuschalten ist. Der Halbbrückentreiber T1 gibt dieses Signal HA, das am zweiten Eingang E2 vorliegt, an seinen zweiten Ausgang A2 weiter, sofern der Schutzmechanismus nicht greift, d.h. wenn die Signale PS und HA an den Eingängen E1 , E2 des Halbbrückentreibers T1 fehlerfrei sind (d.h. nicht beide gleichzeitig einem AN-Zustand entsprechen).

Der zweite Halbbrückentreiber T2 hat einen ersten Eingang E1 , der (über eine weitere logische Verknüpfung) mit dem Soll-Ansteuersignal HS bzw. dem betreffenden Signaleingang HS des Soll-Steuersignaleingangs Sl verbunden ist. Der zweite Eingang E2 des zweiten Halbbrückentreibers T2 ist (über eine weitere logische Verknüpfung) mit dem Soll-Ansteuersignal LS bzw. dem betreffenden Signaleingang LS des Soll-Steuersignaleingangs Sl verbunden. Das Soll-Ansteuersignal HS ist für den ersten Halbbrückenschalter SH vorgesehen („High-Side-Schalter“) und das Soll-Ansteuersignal LS ist für den ersten Halbbrückenschalter SL vorgesehen („Low-Side-Schalter“). Die beiden Soll-Ansteuersignale HS, LS, die für die Halbbrückenschalter SH, SL vorgesehen sind, werden somit dem ODER-Gatter OR zugeführt, das dem zweiten Eingang E2 des ersten Halbbrückentreibers T1 vorgeschaltet ist, und werden zudem den ersten und zweiten Eingängen E1 , E2 des zweiten Halbbrückentreibers T2 einzeln zugeführt (über die weitere logische Verknüpfung mit dem Signal des zweiten Ausgangs A2 des ersten Halbbrückentreibers). Die weitere logische Verknüpfung sieht vor, dass der erste Eingang E1 des zweiten Halbbrückentreibers T2 nur dann ein HIGH-Signal (entsprechend einem AN-Signal) bekommt, wenn das Signal HS einen HIGH-Pegel hat UND der Ausgang A2 des ersten Halbleitertreibers T1 ein HIGH-Signal aufweist (welches an diesem dann entsteht, wenn Ausgang A1 von Treiber n LOW ist, d.h. der Sternpunktschalter ausgeschaltet ist und zumindest eines der beiden Signale HS, LS den HIGH-Pegel hat). Dies gilt entsprechend auch für den Eingang E2 des zweiten Halbbrückentreibers T2. Die weitere logische Verknüpfung sieht somit ferner vor, dass der zweite Eingang E2 des zweiten Halbbrückentreibers T2 nur dann ein HIGH-Signal (entsprechend einem AN-Signal) bekommt, wenn das Signal LS einen HIGH-Pegel hat UND der Ausgang A2 des ersten Halbleitertreibers T1 ein HIGH-Signal aufweist. Diese Verknüpfung wird von den AND-Gattern AND1 und AND2 vorgesehen. Der zweite Halbbrückentreiber T2 gibt ein HIGH-Signal an Eingang E1 nur dann an Ausgang A1 weiter, wenn an E2 nicht HIGH ist. Der zweite Halbbrückentreiber T2 gibt ein HIGH-Signal an Eingang E2 nur dann an Ausgang A2 weiter, wenn an E1 nicht HIGH ist. Dadurch wird eine gleichzeitige Anschaltung der Schalter SH, SL vermieden.

In der dargestellten Ausführungsform weist das OR-Gatter, das die erstgenannte logische Verknüpfung realisiert, zwei Dioden auf. Eine erste Diode verbindet das Signal HS mit dem zweiten Eingang E2 des ersten Treibers T2. Eine zweite Diode verbindet das Signal LS mit dem zweiten Eingang E2 des ersten Treibers T2. Damit an diesem Eingang E2 ein HIGH-Signal erscheint, genügt somit, dass nur eines der Signale HS, LS einen HIGH-Pegel hat. Es ist ein Pull-Down-Widerstand R3 vorgesehen an den Enden der Dioden des OR-Gatters, an diesen diese miteinander verbunden sind (und mit E2 des Treibers T1 verbunden sind). Die Durchlassrichtung der Dioden des OR-Gatters weist zum Treiber T1 bzw. zu dessen Eingang E2 hin. Der Pull-Down-Widerstand R3 verbinden den Ausgang des ODER-Gatters OR bzw. den zweiten Eingang E2 des ersten Halbbrückentreibers T1 mit einem logischen LOW-Potential L-, etwa 0 V.

In der dargestellten Ausführungsform weisen die beiden AND-Gatter AND1 , AND2, die die weitere logische Verknüpfung realisieren, jeweils zwei Dioden auf. Die Dioden jedes AND-Gatters haben eine Durchlassrichtung, die zu dem Soll-Steuersignaleingang Sl hin weist. Die Eingänge E1 , E2 des zweiten Halbbrückentreibers T2 sind jeweils über einem Pull-up-Widerstand R1 , R2 mit einem logischen HIGH-Potential L+ verbunden, etwa +5 V, +10 V. Die Höhe dieses Potentials entspricht der Höhe des HIGH-Potentials, mit dem die Halbbrückentreiber arbeiten.

Die beiden Halbbrückentreiber T1 , T2 sind jeweils mit einem Verzögerungsglied VG1 , VG2 verbunden, wobei diese auf zumindest teilweise Teil des betreffenden Halbbrückentreibers T1 , T2 sind. Die Verzögerungsglieder sind eingerichtet, die Signalübertragung des betreffenden Halbbrückentreibers T1 , T2 von den zugehörigen Eingängen E1 , E2 zu den betreffenden Ausgängen A1 , A2 zu verzögern. Dies gilt insbesondere für ein Freigabesignal, das die Freigabe der Ausgänge A1 , A2 betrifft, sofern es um eine Änderung des Potentials an dem betreffenden Ausgang auf ein HIGH-Signal geht. Die Halbbrückentreibers T1 , T2 können einen Totzeiteingang aufweisen, an dem die gewünschte Verzögerung des Halbbrückentreibers T1 , T2 eingestellt werden kann. Es kann eine Verzögerungszeit von beispielsweise 50 ns - 1000 ns eingestellt werden, beispielsweise 100, 200 oder 500 ns. Die Verzögerungszeit ist vorzugsweise größer als die Zeitdauer die einer der Schalter benötigt, um den Schaltzustand zu ändern, etwa von AN auf AUS.

Die Treiberschaltung TS hat einen Ist-Steuersignalausgang IO, an dem die Ist-Steuersignale Hl, PI und LI angegeben werden. Die beiden Ausgänge A1 , A2 des zweiten Halbbrückentreibers T2 sind mit Einzelausgängen des Ist-Steuersignalausgangs IO verbunden und sind zur Abgabe von Ist-Steuersignalen für die beiden Halbbrückenschalter SH, SL vorgesehen. Der erste Ausgang PI des ersten Halbbrückentreibers T2 ist mit einem Einzelausgang des Ist-Steuersignalausgangs IO verbunden und ist zur Abgabe eines Ist-Steuersignals für den Sternpunktschalter SS vorgesehen. Die Ist-Steuersignale unterscheiden sich dann von den Soll-Steuersignalen, wenn der Schutzmechanismus eingreift, d.h. wenn zwei oder mehr Soll-Signale am Eingang Sl gleichzeitig (oder mit einem zeitlichen Abstand kleiner als eine vorgegebene Zeitdauergrenze) einen HIGH-Zustand aufweisen.

Eine mehrphasige Leistungsfaktorkorrekturschaltung umfasst mehrere der dargestellten Treiberschaltungen TS und auch mehrere PFC-Zellen PZ. Bei einer mehrphasigen Leistungsfaktorkorrekturschaltung sind die mehreren Sternpunkte untereinander und ggf. mit einem Neutralleiteranschluss verbunden. Die mehreren Wechselspannung-Phasenanschlüsse, die sich bei einer mehrphasigen Anwendung ergeben, sind einzeln mit den Verbindungspunkten VP verbunden. Jeder Wechselspannung-Phasenanschluss ist einem Verbindungspunkt VP einer individuellen PFC-Zelle verbunden.