Die vorliegende Erfindung betrifft einen rückspeisungsfesten Synchron-Gleichrichter nach dem Oberbegriff des Patentan¬ spruches 1. Speisegerät mit Synchron-Gleichrichtern sind an sich bekannt und als Stromversorguήgsgeräte im Einsatz. Ebenso sind sol¬ che Geräte aus Veröffentlichungen bekannt, so z.B. aus (O. Kilgenstein, Schaltnetzteile in der Praxis, Würzburg 1992.) Jedes der bekannten Geräte hat einen Arbeitsbereich, der nach oben durch den maximalen Ausgangsstrom begrenzt ist, bei welchem die Ausgangsspannung noch auf den Sollwert gere¬ gelt wird.

Ist der Strombedarf zeitweise oder dauernd grösser, als die Leistungsfähigkeit eines einzelnen Gerätes und die Wahl eines solchen grösserer Leistung aus bestimmten Gründen nicht angezeigt, so werden solche Geräte parallel geschal¬ tet.

Entsteht in einem der so parallel geschalteten Geräte ein Betriebszustand, bei dem entweder die Ausgangsspannung ab- sinkt, oder der Oszillator den Haupttransformator nicht mehr ansteuert bzw. unterbricht, so speisen die mit dem betrach¬ teten Gerät parallelgeschalteten Geräte in das vorüberge¬ hend oder dauernd ausser Betrieb geratene Gerät zurück, was in aller Regel zu Zerstörung der gesteuerten Gleichrichter oder zum Zusammenbruch der Ausgangsspannung führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Syn¬ chron-Gleichrichter zu schaffen, der rückspeisungsfest ist und der in allen Betriebszuständen voll betriebstüchtig ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe ist wiedergegeben im kenn- zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 hinsichtlich der Hauptmerkmale der Erfindung, in den Patentansprüchen 2 und 3 hinsichtlich besonderer Ausführungsformen. Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung durch

mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. la eine Schaltung nach dem Stande der Technik, Fig. lb eine Variante zum Stande der Technik, Fig. 2 ein erstes erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel, Fig. 3 das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 in mehr prinzi¬ pieller Darstellung als Ausschnitt aus Fig. 2, Fig. 4 ein erfindungsgemässes Detail von Fig. 2 und 3, Fig. 5 eine erste Variante zum Ausführungsbeispiel von Fig.3, Fig. 6 eine zweite Variante zum Ausführungsbeispiel von

Fig. 3, Fig. 7 ein erfindungsgemässes Detail von Fig. 6.

In Fig. la ist der Stand der Technik dargestellt, von wel- ehern ausgegangen wird. Eine Gleichspannungs-Stromquelle 1 speist die mit 2 bezeichnete Primärwicklung eines Transfor¬ mators 3. Der die Primärwicklung 2 speisende Strom wird periodisch unterbrochen durch einen elektronischen Schalter 4, wodurch in einer Sekundärwicklung 5 des Transformators 3 ein - annähernder - Rechteckpuls von Strom und Spannung entsteht. Zwei MOSFETs 6, 7, deren Gates über zwei Wider¬ stände 8, 9 angesteuert werden, sind als gesteuerte Gleich¬ richter eingesetzt und speisen im Takt des Schalters 4 zwei Leitungen 10, 11. Leitung 11 ist direkt mit einem - negati- ven - Ausgang 15 verbunden, während zwischen einem weiteren - positiven - Ausgang 14 und der Drain-Elektrode des MOSFETs 6 eine Speicherdrossel 12 geschaltet ist. Der Widerstand 8 ist mit einem Ende C, der Widerstand 9 mit einem Ende D der Sekundärwicklung 5 verbunden. Das Ende C der Sekundärwick- lung 5, der Anschluss des Widerstandes 8, die Drain-Elek¬ trode des MOSFETs 6 und der eine Anschluss der Speicherdros¬ sel 12 bilden einen Knoten, während das Ende D der Sekundär¬ wicklung 5, der Anschluss des Widerstandes 8, die Drain- Elektrode des MOSFETs 7 einen weiteren Knoten bilden. Die

Source-Elektroden der beiden MOSFETs 6, 7 sind auf die Lei¬ tung 11 geschaltet. Zwischen den Ausgängen 14, 15 befindet sich ein Kondensator 13 mit Glättungs- und Speicherfunktion.

Diese Schaltung bedingt eine zwischen den Ausgängen 14, 15 anliegende passive Last. Sind jedoch zwei oder mehrere sol¬ che nun beschriebene geschaltete Gleichrichter parallel geschaltet, so kann - beispielsweise bei kurzfristig aus¬ fallender Schaltfunktion des Schalters 4 - Strom in die Schaltung zurückfliessen, was zu Kurzschluss über die nun leitenden MOSFETs 6, 7 und eventuell zu deren Zerstörung führt. Gestrichelt eingetragen sind ebenfalls die beiden sog. Substratdioden der MOSFETs 6, 7. Fig. lb zeigt eine Variante zum Stande der Technik nach der US-Patentanmeldung von I.D. Jitaru. Für den Transformator 3 ist sowohl Durchfluss - als auch Sperrwandlerbetrieb mög¬ lich. Ferner ist in Fig. lb gegenüber Fig. la eine zweite Speicherdrossel 12 vorhanden, was die Qualität der Ausgangs- spannung über den Ausgängen 14, 15 verbessert. Fig. 2 zeigt das Prinzip der erfindungsgemässen Lösung. Wesentlich ist zunächst, dass die Gate-Elektroden der MOS¬ FETs 6, 7 nicht mehr direkt über Widerstände angesteuert werden, sondern dass der Ladungszustand jeder Gate-Elektrode durch den über einen Widerstand abfliessenden Source-Drain- Strom eines MOSFETs erzeugt bzw. aufrechterhalten wird: Dem MOSFET 6 ist ein weiterer MOSFET 16 und ein Widerstand 18, dem MOSFET 7 ein weiterer MOSFET 17 und ein Widerstand 19 zugeordnet. Ist die Induktionsspannung U _CD über der Sekundär¬ wicklung 5 positiv, so wird ein Kondensator 24 über einen Widerstand 25, welcher an das Ende C der Sekundärwicklung 5 angeschlossen ist, positiv aufgeladen gegenüber dem Potenti¬ al der Leitung 11, an welche der Kondensator 24 anderseitig angeschlossen ist. Der Kondensator 24 ist verbunden mit den Gate-Elektroden der MOSFETs (16, 17), macht diese bei ent-

sprechender Polarität von U _CD leitend. Dadurch werden die Gate-Elektroden der MOSFETs 6, 7 aufgeladen und diese - ebenfalls bei entsprechender Polarität von U _CD leitend und entweder als Gleichrichter-(MOSFET 7) oder als Freilaufdiode (MOSFET 6) arbeiten.

Ist die ^• Spannung über dem Kondensator nicht ausreichend positiv oder die Spannung U _CD über die Sekundärwicklung 5 zu klein, so sperren die MOSFETs 6, 7. Es leiten dann nur die Substrat-Dioden der MOSFETs 6, 7: Die Anordnung wirkt wie ein normaler Diodengleichrichter. Zwar verschlechtert sich dabei der Wirkungsgrad, eine Rückspei _^ sung bzw. ein Kurz- schluss über die MOSFETs 6, 7 ist jedoch verhindert.Im Sinne einer Variante ist eine Schottky-Diode 26 parallel zu MOSFET 6 geschaltet. Diese Schottky-Diode 26 zeichnet sich aus durch geringere Vorwärtsspannung und besseres Schaltverhal¬ ten im Vergleich zur Substrat-Diode des MOSFETs 6. In der Betriebsart als Synchron-Gleichrichter kann daraus Nutzen gezogen werden, wenn der MOSFET 6 vorverschoben gesperrt wird; der Strom wechselt dann auf die Schottky-Diode 26. Der MOSFET 6 und die Schottky-Diode 26 sind über einen mit der Ziffer 29 bezeichneten Schaltblock mit der Leitung 11 ver¬ bunden. Für die Funktion des geschalteten Gleichrichters ist der Schaltblock 29 unerheblich und kann als sehr niederoh i- ger Widerstand betrachtet werden. Der Schaltblock 29 dient zur Strommessung. Um in den Diodengleichrichter-Betriebs¬ zustand zu wechseln, tritt eine - bisher unerwähnt gebliebe¬ ne, als Block eingezeichnete - Logik 30 in Funktion: Sie schliesst die über den Widerstand 25 am Kondensator 24 auf¬ gebaute Spannung kurz und gewährleistet einen klaren Wechsel von der Betriebsart mit geschalteten Gleichrichtern zur unempfindlichen Diodenbetriebsart. Die Logik 30 bezieht die Information für den Entscheidungsprozess über eine Leitung 31. Ausführungsbeispiele zur Logik 30 sind in den folgenden Figuren dargestellt. Die gleiche Schaltung - hinsichtlich

RSATZBLATT

des Schaltblocks 29 und der Logik 30 - ist in Fig. 3 in mehr prinzipieller Weise dargestellt. Weite Teile der Schaltung sind weggelassen. Der Schaltblock 29 misst den durch den MOSFET 6 und die dazu parallel geschaltete Schottky-Diode 26, gibt über die Leitung 31 eine dazu analoge Grosse an die Logik 30 weiter, welche beim Unterschreiten einer bestimmten Schwelle den Kondensator 24 entlädt und dadurch, über die MOSFETs 16, 17 die MOSFETs 6, 7 sperrt.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Schaltblock 29 und die Logik 30 und deren Verknüpfung. In einer mit 33 bezeichneten Leitung fliesst der zu messende Strom I _b zum MOSFET 6 und zur Schottky-Diode 26. In die Leitung 33 einge¬ schaltet ist ein Mess-Transformator 34 mit einer Primärwick- lung 35, welche nur eine oder wenige Windungen aufweist, während eine Sekundärwicklung 36 viele Windungen aufweist, deren Spannung über eine Diode 37 an einem niederohmigen Bürdenwiderstand 38 abfällt. Dieser Spannungsabfall ist dem pulsierenden Strom I _b proportional. Die Diode 37 sperrt bei Vorzeichenumkehr des Stromes I _b und der über der Sekundär¬ wicklung 36 induzierten Spannung und ermöglicht so die Rück¬ magnetisierung des Transformators 34. Die Spannung über dem Widerstände 38 wird durch die bereits genannte Leitung 31 an die Logik 30 übergeben; sie lädt über eine weitere Diode 39 einen Kondensator 40 auf ihren Spitzenwert auf. Der Kon¬ densator 40 wird von einem hochohmigen Widerstand 41 langsam entladen. Ein nachgeschalteter Verstärker 42 vergleicht die Spannung am Kondensator 40 mit einer festen Referenzspannung U _re£ . Unterschreitet der Spitzenwert des Stromes I _b eine vorgegebene Schwelle, so wird ein dem Verstärker 42 nach¬ geschalteter Transistor 43 leitend und schliesst den Kon¬ densator 24 kurz.

Die Strommess-Schaltung in der Logik 30 ist an sich bekannt und stellt eines der bekannten Strommess-Verfahren dar.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Varianten zur Fig. 3 hinsichtlich der Stelle, an welcher der Strom gemessen wird, der zur Auswertung durch die Logik 30 verwendet wird. Wiederum sind nur Teile aus Fig. 2 wiedergegeben: In Fig. 5 wird der Strom in Serie mit der Sekundärwicklung 5 des Transformators 3 und mit der Source-Drain-Ξtrecke des MOSFET 7 gemessen.- Dies nur im Sinne eines Beispiels, da die Strommessung grundsätzlich an jeder Stelle im Stromkreis der Sekundärwicklung 5 ange¬ ordnet werden kann, also analog zu Fig. 3 und 4. In Fig. 6 ist die Strommessung mit dem Schaltblock 29 im Primärkreis des Transformators 3 dargestellt. Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung für die Strommessung ist nur als Beispiel zu ver¬ stehen. Selbstverständlich sind andere Messmethoden, wie z.B. der direkte Spannungsabfall über einen - niederohmigen - Widerstand oder die Verwendung eines Hall-Wandlers glei- chermassen im Sinne der Erfindung.

In Fig. 7 ist eine weitere erfindungsgemässe Schaltung für die Logik 30 dargestellt. Die Leitung 31 wird hier gespeist von jenem Puls-Signal, welches auch den Schalter 4 öffnet und schliesst. Dieses Puls-Signal wird als Steuersignal für einen wiederansteuerbaren monostabilen Multivibrator 45 benutzt, dessen Einschaltdauer etwa der Periodendauer der Schaltfrequenz entspricht. Solange die Steuerimpulse in der vorgesehenen Frequenz folgen, bleibt der Multivibrator 45 eingeschaltet, und ein über einen Widerstand 46 nachgeschal¬ teter Transistor 47 bleibt gesperrt. Unterbleiben die Steu¬ erimpulse, etwa weil der Steueroszillator nicht mehr taktet oder weil die Arbeitsfrequenz infolge Kurzschlusses an der Last absinkt, dann fällt der Multivibrator 45 in seine Ruhe- läge zurück, der Transistor 47 wird leitend und schliesst den Kondensator 24 kurz, womit der geschaltete Gleichrichter in den reinen Diodenbetrieb übergeht, damit also erfindungs- gemäss gegen Rückspeisung unempfindlich wird. Anstelle der MOSFETs 16, 17 können in den beschriebenen Ausführungsbei-

spielen grundsätzlich auch Bipolar-Transistoren mit dazu antiparallel geschalteten Dioden verwendet werden.