DE102010000934A1 - rectifier - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Gleichrichter angegeben, umfassend mindestens einen elektronischen Schalter, wobei der elektronische Schalter mittels eines kapazitiven Spannungsteilers und mittels eines ohmschen Spannungsteilers ansteuerbar ist. Weiterhin werden ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem derartigen Gleichrichter sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des Gleichrichters vorgeschlagen.A rectifier is specified, comprising at least one electronic switch, the electronic switch being controllable by means of a capacitive voltage divider and by means of an ohmic voltage divider. Furthermore, an electronic ballast with such a rectifier and a method for controlling the rectifier are proposed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichrichter, ein elektronisches Vorschaltgerät sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des Gleichrichters.The invention relates to a rectifier, an electronic ballast and a method for controlling the rectifier.

Eine Vielzahl von elektrischen Schaltungen erfordert den Einsatz eines Gleichrichters. Insbesondere ist ein Brückengleichrichter bekannt, auch Graetzschaltung oder Zweipuls-Brückenschaltung genannt, bei der vier Dioden vorgesehen sind und die eine Wechselspannung in eine pulsierende Gleichspannung umwandelt. Da es sich dabei um eine Zweiweggleichrichtung handelt, erscheint die negative Halbschwingung der Wechselspannung in der Gleichspannung als positive Spannung. Darüber hinaus sind weitere Gleichrichter bekannt (z. B. Einweggleichrichter, Mittelpunktgleichrichter, Gleichrichter für Dreiphasenwechselstrom), bei denen Dioden bzw. Halbleiterschaltelemente, z. B. Mosfets, einsetzbar sind.A variety of electrical circuits requires the use of a rectifier. In particular, a bridge rectifier is known, also called Graetz circuit or two-pulse bridge circuit, are provided in the four diodes and converting an AC voltage into a pulsating DC voltage. Since this is a full-wave rectification, the negative half-cycle of the AC voltage in the DC voltage appears as a positive voltage. In addition, other rectifiers are known (for example, half-wave rectifiers, center rectifiers, rectifiers for three-phase alternating current) in which diodes or semiconductor switching elements, for. As Mosfets, can be used.

Es sind sogenannte Retrofit-Anwendungen bekannt, die die Form herkömmlicher Leuchtmittel, insbesondere deren Sockel mit Kolben im wesentlichen übernehmen aber anstatt der Technik einer Glühbirne eine Elektronik zum Betrieb mindestens eines Halbleiterleuchtelements (z. B. mindestens einer Leuchtdiode) sowie das mindestens eine Halbleiterleuchtelement selbst in der Form des Leuchtmittels enthalten. Beispielsweise kann ein derartiges Retrofit-Leuchtmittel anstatt einer herkömmlichen Glühbirne verwendet werden, wobei die Technologie des Retrofit-Leuchtmittels eine deutlich höhere Effizienz erlaubt. Anstatt des mindestens einen Halbleiterleuchtelements kann auch eine Gasentladungslampe o. ä. vorgesehen sein.So-called retrofit applications are known, which essentially take over the shape of conventional lamps, in particular their sockets with pistons, but electronics for operating at least one semiconductor element (eg at least one light-emitting diode) and the at least one semiconductor element itself contained in the form of the illuminant. For example, such a retrofit bulb can be used instead of a conventional bulb, the technology of the retrofit bulb allows a much higher efficiency. Instead of the at least one semiconductor light-emitting element, it is also possible to provide a gas discharge lamp or the like.

Zum Betrieb der Retrofit-Anwendung weist z. B. das Retrofit-Leuchtmittel ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) zum Betrieb der Halbleiterleuchtelemente auf. Das EVG umfasst einen Gleichrichter, der die anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt.To operate the retrofit application has z. As the retrofit bulb on an electronic ballast (ECG) for operating the semiconductor light elements. The electronic ballast comprises a rectifier, which converts the applied AC voltage into a DC voltage.

Der Gleichrichter wird auch benötigt, weil der Sockel konventioneller Leuchtmittel zumeist keine Polaritätskodierung aufweist, die Eingänge einer Treiberschaltung zum Betrieb der Halbleiterleuchtelemente jedoch eine feste Polarität erfordern.The rectifier is also needed because the socket of conventional bulbs usually has no polarity coding, but the inputs of a driver circuit for operating the semiconductor light elements require a fixed polarity.

Auch ist es erwünscht, dass der Gleichrichter für eine fehlerfreie Funktion an einem elektronischen Transformator ein Wechselsignal mit einer vergleichsweise hohen Frequenz, z. B. im Bereich von 40 kHz, verarbeiten kann.It is also desirable that the rectifier for an error-free operation of an electronic transformer, an alternating signal with a comparatively high frequency, for. B. in the range of 40 kHz can handle.

Herkömmliche Gleichrichter, sei es Einweg-, Zweiweg-, oder (Voll-)Brückengleichrichter, weisen hohe Verluste auf. Beispielsweise können allein 15% des gesamten Verlusts eines EVGs durch einen herkömmlichen Brückengleichrichter mit vier Dioden bedingt sein. Aufgrund der hohen Verluste in dem Gleichrichter sind die Bauteile entsprechend groß auszuführen, um die entstehende Wärme geeignet ableiten zu können. Da insbesondere in Retrofit-Anwendungen der Bauraum begrenzt ist, beschränkt die Größe des Gleichrichters die Möglichkeiten bzw. Funktionalitäten der gesamten Retrofit-Anwendung.Conventional rectifiers, whether one-way, two-way, or (full) bridge rectifiers, have high losses. For example, as much as 15% of the total loss of an ECG may be due to a conventional four-diode bridge rectifier. Due to the high losses in the rectifier, the components are to be made correspondingly large in order to derive the resulting heat suitable. Since the installation space is limited, especially in retrofit applications, the size of the rectifier limits the possibilities or functionalities of the entire retrofit application.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Möglichkeit eines effizienten Gleichrichters zu schaffen, der beispielsweise in Leuchtanwendungen, z. B. in Retrofit-Lampen, einsetzbar ist.The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned above and in particular to provide a possibility of an efficient rectifier, which is used, for example, in lighting applications, eg. B. in retrofit lamps, can be used.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved according to the features of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gleichrichter angegeben umfassend mindestens einen elektronischen Schalter, wobei der elektronische Schalter mittels eines kapazitiven Spannungsteilers und mittels eines ohmschen Spannungsteilers ansteuerbar ist.To achieve the object, a rectifier is disclosed comprising at least one electronic switch, wherein the electronic switch can be controlled by means of a capacitive voltage divider and by means of a resistive voltage divider.

Somit kann vorteilhaft eine Gleichrichterdiode oder ein gleichrichtendes Bauteil eines Gleichrichters ersetzt werden durch den hier vorgeschlagenen elektronischen Schalter, der mittels eines kapazitiven Spannungsteilers und mittels eines ohmschen Spannungsteilers ansteuerbar ist. Insbesondere kann der elektronische Schalter je einen kapazitiven Spannungsteiler und einen ohmschen Spannungsteiler aufweisen.Thus, advantageously, a rectifier diode or a rectifying component of a rectifier can be replaced by the electronic switch proposed here, which can be controlled by means of a capacitive voltage divider and by means of an ohmic voltage divider. In particular, the electronic switch can each have a capacitive voltage divider and a resistive voltage divider.

Hierbei ist es von Vorteil, dass durch eine geeignete Einstellung der beiden Spannungsteiler eine effiziente Auslegung des Gleichrichters möglich ist, auch wenn nicht alle gleichrichtenden Bauteile (z. B. Gleichrichterdioden) durch den hier vorgeschlagenen elektronischen Schalter ersetzt werden.In this case, it is advantageous that an efficient adjustment of the rectifier is possible by a suitable setting of the two voltage dividers, even if not all the rectifying components (eg rectifier diodes) are replaced by the electronic switch proposed here.

Eine Weiterbildung ist es, dass der elektronische Schalter eines der folgenden Bauelemente aufweist:

  • – einen Halbleiterschalter,
  • – einen Transistor,
  • – einen Feldeffekttransistor,
  • – einen Mosfet,
  • – einen IGBT,
  • – einen BiCMOS-Schalter,
  • – einen IGBT.
A development is that the electronic switch has one of the following components:
  • A semiconductor switch,
  • A transistor,
  • A field effect transistor,
  • - a mosfet,
  • - an IGBT,
  • A BiCMOS switch,
  • - an IGBT.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass der elektronische Schalter anstelle eines gleichrichtenden Bauteils des Gleichrichters, insbesondere anstelle einer Gleichrichterdiode, eingesetzt ist.Another development is that the electronic switch instead of a rectifying component of the rectifier, in particular in place of a rectifier diode is used.

Insbesondere kann eine Diode des Gleichrichters durch einen elektronischen Schalter umfassend einen kapazitiven Spannungsteiler und einen ohmschen Spannungsteiler zur Ansteuerung des elektronischen Schalters ersetzt werden. Entsprechend können zwei oder mehrere Diode des Gleichrichters ersetzt werden.In particular, a diode of the rectifier can be replaced by an electronic switch comprising a capacitive voltage divider and a resistive voltage divider for driving the electronic switch. Accordingly, two or more diodes of the rectifier can be replaced.

Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass der Gleichrichter auf einer der folgenden Anordnungen basiert:

  • – einem Brückengleichrichter,
  • – einem Einweggleichrichter,
  • – einem Zweiweggleichrichter,
  • – einem Mittelpunktgleichrichter,
  • – einem Gleichrichter für einen mehrphasigen, insbesondere einen dreiphasigen Wechselstrom.
In particular, it is a development that the rectifier is based on one of the following arrangements:
  • A bridge rectifier,
  • A half-wave rectifier,
  • A two-way rectifier,
  • - a mid-point rectifier,
  • - A rectifier for a multi-phase, in particular a three-phase alternating current.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass ein Schalteingang des elektronischen Schalters mit einem Mittenabgriff des ohmschen Spannungsteilers und mit einem Mittenabgriff des kapazitiven Spannungsteilers verbunden ist.It is also a development that a switching input of the electronic switch is connected to a center tap of the ohmic voltage divider and to a center tap of the capacitive voltage divider.

Bei dem Schalteingang handelt es sich beispielsweise um einen Gate-Anschluss eines Mosfets oder um einen Basis-Anschluss eines (Bipolar-)Transistors.The switching input is, for example, a gate terminal of a MOSFET or a base terminal of a (bipolar) transistor.

Ferner ist es eine Weiterbildung, dass

  • – ein Kanalanschluss des elektronischen Schalters mit dem ersten Anschluss einer Wechselspannungsquelle verbunden ist,
  • – der kapazitive Spannungsteiler mit dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle verbunden ist,
  • – der ohmsche Spannungsteiler mit dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle verbunden ist.
Furthermore, it is a training that
  • A channel connection of the electronic switch is connected to the first connection of an AC voltage source,
  • - The capacitive voltage divider is connected to the second terminal of the AC voltage source,
  • - The ohmic voltage divider is connected to the second terminal of the AC voltage source.

Bei dem Kanalanschluss handelt es sich um einen Anschluss des elektronischen Schalters, über den im durchgeschalteten (bzw. aktiven) Zustand Strom fließen kann. Der Kanalanschluss eines Mosfets umfasst z. B. einen Drain-Anschluss und der Kanalanschluss eines Transistors umfasst z. B. einen Kollektoranschluss.The channel connection is a connection of the electronic switch, through which current can flow in the switched-on (or active) state. The channel connection of a mosfet comprises z. B. a drain terminal and the channel terminal of a transistor comprises z. B. a collector terminal.

Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist der kapazitive Spannungsteiler parallel zu dem ohmschen Spannungsteiler ausgeführt.In the context of an additional development, the capacitive voltage divider is designed parallel to the ohmic voltage divider.

Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der ohmsche Spannungsteiler mindestens zwei in Serie geschaltete Widerstände aufweist.A next development is that the ohmic voltage divider has at least two series-connected resistors.

Eine Ausgestaltung ist es, dass der kapazitive Spannungsteiler mindestens zwei in Serie geschaltete Kondensatoren aufweist.One embodiment is that the capacitive voltage divider has at least two capacitors connected in series.

Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass zwei n-Kanal Mosfets als elektronische Schalter vorgesehen sind, wobei jeder n-Kanal Mosfet einen kapazitiven Spannungsteiler und einen ohmschen Spannungsteiler aufweist und über eine Parallelschaltung des kapazitiven Spannungsteilers und des ohmschen Spannungsteilers ansteuerbar ist.An alternative embodiment consists in that two n-channel MOSFETs are provided as electronic switches, wherein each n-channel MOSFET has a capacitive voltage divider and an ohmic voltage divider and can be driven via a parallel connection of the capacitive voltage divider and the ohmic voltage divider.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein elektronisches Vorschaltgerät zur Ansteuerung eines Leuchtmittels oder einer Lampe umfassend einen Gleichrichter wie hierin beschrieben.The above object is also achieved by an electronic ballast for driving a lamp or a lamp comprising a rectifier as described herein.

Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gelöst mittels eines Verfahrens zur Ansteuerung des hier beschriebenen Gleichrichters, wobei der mindestens eine elektronische Schalter mittels des kapazitiven Spannungsteilers und mittels des ohmschen Spannungsteilers angesteuert wird.Furthermore, the above object is achieved by means of a method for controlling the rectifier described here, wherein the at least one electronic switch is controlled by means of the capacitive voltage divider and by means of the resistive voltage divider.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt und erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated and explained below with reference to the drawing. It shows:

1 eine beispielhafte Schaltung für einen Brückengleichrichter mit zwei n-Kanal Mosfets und zwei Dioden. 1 an exemplary circuit for a bridge rectifier with two n-channel MOSFETs and two diodes.

Es wird insbesondere ein Gleichrichter vorgeschlagen umfassend mindestens einen elektronischen Schalter, z. B. einen Transistor, einen Mosfet, einen IGBT o. ä., wobei der elektronische Schalter über einen kapazitiven und einen ohmschen Spannungsteiler angesteuert wird.In particular, a rectifier is proposed comprising at least one electronic switch, for. B. a transistor, a mosfet, an IGBT o. Ä., The electronic switch is controlled by a capacitive and a resistive voltage divider.

Vorzugsweise sind der kapazitive Spannungsteiler und der ohmsche Spannungsteiler parallel zueinander ausgeführt.The capacitive voltage divider and the resistive voltage divider are preferably designed parallel to one another.

Der elektronische Schalter kann derart dimensioniert werden, dass insbesondere in Verbindung mit dem kapazitiven und ohmschen Spannungsteiler eine Wechselspannung mit einer Frequenz bis ca. 250 kHz gleichgerichtet werden kann. Zudem kann der elektronische Schalter einen geringen Schwellwert für seine Aktivierung (d. h. eine geringe Spannung zur Aktivierung eines Gates eines n-Kanal Mosfets) aufweisen.The electronic switch can be dimensioned such that, in particular in conjunction with the capacitive and ohmic voltage divider, an alternating voltage with a frequency up to approximately 250 kHz can be rectified. In addition, the electronic switch may have a low threshold for its activation (i.e., a low voltage to activate a gate of an n-channel MOSFET).

Insbesondere kann die hier vorgeschlagene Lösung eingesetzt werden, um mindestens eine Diode eines herkömmlichen Gleichrichters mittels des elektronischen Schalters in der vorgeschlagenen Beschaltung mit kapazitivem und ohmschem Spannungsteiler zu ersetzen. Beispielsweise kann ein Brückengleichrichter zwei Dioden und zwei n-Kanal Mosfets aufweisen. Hierdurch werden die Verluste des Gleichrichters, der für den Gleichrichter erforderliche Bauraum sowie die benötigte Kühlung deutlich reduziert.In particular, the solution proposed here can be used to replace at least one diode of a conventional rectifier by means of the electronic switch in the proposed circuit with capacitive and ohmic voltage divider. For example, a Bridge rectifier have two diodes and two n-channel MOSFETs. As a result, the losses of the rectifier, the space required for the rectifier and the required cooling are significantly reduced.

1 zeigt eine beispielhafte Schaltung für einen Brückengleichrichter mit zwei n-Kanal Mosfets 101, 102 und zwei Dioden D1, D2. 1 shows an exemplary circuit for a bridge rectifier with two n-channel MOSFETs 101 . 102 and two diodes D1, D2.

Eine (gleichzurichtende) Wechselspannung 106 ist mit zwei Knoten 104 und 105 verbunden.A (rectified) AC voltage 106 is with two nodes 104 and 105 connected.

Der Drain-Anschluss des Mosfets 101 und die Anode der Diode D1 ist jeweils mit dem Knoten 104 verbunden. Die Kathode der Diode D1 ist mit einem Anschluss 103 verbunden, an dem ein gleichgerichtetes Signal abgreifbar ist. Der Drain-Anschluss des Mosfets 102 und die Anode der Diode D2 ist jeweils mit dem Knoten 105 verbunden. Die Kathode der Diode D2 ist mit dem Anschluss 103 verbunden.The drain connection of the mosfet 101 and the anode of the diode D1 is respectively connected to the node 104 connected. The cathode of the diode D1 is connected to one terminal 103 connected to which a rectified signal can be tapped. The drain connection of the mosfet 102 and the anode of the diode D2 is respectively connected to the node 105 connected. The cathode of diode D2 is connected to the terminal 103 connected.

Der Source-Anschluss des Mosfets 101 und der Source-Anschluss des Mosfets 102 ist jeweils mit Masse(potential) verbunden.The source connection of the mosfet 101 and the source port of the mosfet 102 is connected to ground (potential).

Über dem Gate-Anschluss und dem Drain-Anschluss weist der Mosfet 101 eine Gate-Drain Kapazität C5 und über dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss weist der Mosfet 101 eine Gate-Source Kapazität C6 auf.Above the gate terminal and the drain terminal is the mosfet 101 a gate-drain capacitance C5 and above the gate terminal and the source terminal, the mosfet 101 a gate-source capacitance C6.

Entsprechend weist der Mosfet 102 über dem Gate-Anschluss und dem Drain-Anschluss eine Gate-Drain Kapazität C7 und über dem Gate-Anschluss und dem Source-Anschluss eine Gate-Source Kapazität C8 auf.Accordingly, the Mosfet 102 a gate-drain capacitance C7 over the gate terminal and the drain terminal, and a gate-source capacitance C8 over the gate terminal and the source terminal.

Eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R1 mit einem Widerstand R2 stellt einen ohmschen Spannungsteiler dar. Diese Reihenschaltung ist einerseits mit dem Knoten 105 und andererseits mit Masse verbunden. Der Mittenabgriff dieser Reihenschaltung aus den Widerständen R1 und R2 ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets 101 verbunden.A series connection of a resistor R1 with a resistor R2 represents an ohmic voltage divider. This series circuit is on the one hand with the node 105 and on the other hand connected to ground. The center tap of this series connection of the resistors R1 and R2 is connected to the gate terminal of the MOSFET 101 connected.

Eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C1 mit einem Kondensator C2 stellt einen kapazitiven Spannungsteiler dar. Diese Reihenschaltung ist einerseits mit dem Knoten 105 und andererseits mit Masse verbunden. Der Mittenabgriff dieser Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 und C2 ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets 101 verbunden.A series arrangement of a capacitor C1 with a capacitor C2 represents a capacitive voltage divider. This series circuit is on the one hand with the node 105 and on the other hand connected to ground. The center tap of this series arrangement of the capacitors C1 and C2 is connected to the gate terminal of the MOSFET 101 connected.

Eine Reihenschaltung aus einem Widerstands R3 mit einem Widerstand R4 stellt einen ohmschen Spannungsteiler dar. Diese Reihenschaltung ist einerseits mit dem Knoten 104 und andererseits mit Masse verbunden. Der Mittenabgriff dieser Reihenschaltung aus den Widerständen R3 und R4 ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets 102 verbunden.A series connection of a resistor R3 with a resistor R4 represents an ohmic voltage divider. This series circuit is on the one hand with the node 104 and on the other hand connected to ground. The center tap of this series connection of the resistors R3 and R4 is connected to the gate terminal of the MOSFET 102 connected.

Eine Reihenschaltung aus einem Kondensator C3 mit einem Kondensator C4 stellt einen kapazitiven Spannungsteiler dar. Diese Reihenschaltung ist einerseits mit dem Knoten 104 und andererseits mit Masse verbunden. Der Mittenabgriff dieser Reihenschaltung aus den Kondensatoren C3 und C4 ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets 102 verbunden.A series arrangement of a capacitor C3 with a capacitor C4 represents a capacitive voltage divider. This series circuit is on the one hand with the node 104 and on the other hand connected to ground. The center tap of this series connection of the capacitors C3 and C4 is connected to the gate terminal of the MOSFET 102 connected.

Somit wird der Mosfet 101 über einen kapazitiven Spannungsteiler umfassend die Kondensatoren C1, C2 sowie über einen ohmschen Spannungsteiler umfassend die Widerstände R1, R2 angesteuert. Eine Dimensionierung der Bauteile kann wie folgt ermittelt werden:

  • (1) Aus dem Datenblatt des Mosfets 101 werden die folgenden Werte bestimmt: – Ciss für UDS ≈ 0,2 V ... 1 V, wobei UDS eine Spannung zwischen den Anschlüssen Drain und Source des Mosfets 101 bezeichnet; – Crss für UDS = Uin_peak, wobei Uin_peak eine Spitzenwertspannung der Wechselspannungsquelle 106 bezeichnet; – ein Minimalwert für einen Schwellwert der Spannung UGS_threshold zwischen den Anschlüssen Gate und Source des Mosfets 101.
  • (2) Ein gewünschter maximaler Wert für den Schwellwert der Spannung UGS_max zwischen den Anschlüssen Gate und Source des Mosfets 101 ergibt sich zu: UGS_max = Uin_peak· R1 / R1 + R2 .
  • (3) Für den Minimalwert des Schwellwerts UGS_threshold ergibt sich:
    Figure 00090001
    mit CGS = C6 ≈ Ciss – Crss. Es ist ein entsprechender Wert für den Kondensator C2 zu bestimmen. So kann eine effiziente Funktionalität des Mosfets 101 sichergestellt werden.
  • (4) Gemäß der Gleichung
    Figure 00090002
    kann ein Wert für den Kondensator C1 bestimmt werden.
Thus, the mosfet 101 via a capacitive voltage divider comprising the capacitors C1, C2 and via an ohmic voltage divider comprising the resistors R1, R2 driven. Sizing of the components can be determined as follows:
  • (1) From the data sheet of the Mosfet 101 the following values are determined: - C iss for U DS ≈ 0.2 V ... 1 V, where U DS is a voltage between the drain and source terminals of the mosfet 101 designated; C rss for U DS = U in_peak , where U in_peak is a peak voltage of the AC voltage source 106 designated; A minimum value for a threshold value of the voltage U GS_threshold between the gate and source terminals of the mosfet 101 ,
  • (2) A desired maximum value for the threshold value of the voltage U GS_max between the gate and source terminals of the mosfet 101 results in: U GS_max = U in_peak · R1 / R1 + R2 ,
  • (3) The minimum value of the threshold value U GS_threshold results in:
    Figure 00090001
    with C GS = C6 ≈ C iss - C rss . It is necessary to determine a corresponding value for the capacitor C2. So can an efficient functionality of the mosfet 101 be ensured.
  • (4) According to the equation
    Figure 00090002
    a value for the capacitor C1 can be determined.

Entsprechend kann die Auslegung des kapazitiven sowie des ohmschen Spannungsteilers für den Mosfet 202 erfolgen.Accordingly, the design of the capacitive and the ohmic voltage divider for the Mosfet 202 respectively.

Auch ist es möglich, dass sämtliche Dioden des Gleichrichters entsprechend durch elektronische Schalter ersetzt werden, wobei für jeden elektronischen Schalter ein kapazitiver und ein ohmscher Spannungsteiler vorgesehen sind.It is also possible that all the diodes of the rectifier are replaced accordingly by electronic switches, wherein a capacitive and an ohmic voltage divider are provided for each electronic switch.

Somit ermöglicht der vorgeschlagene Gleichrichter eine effiziente Versorgung eines Verbrauchers, z. B. eines Treibers zur Ansteuerung eines Leuchtmittels, z. B. mindestens eines Halbleiterleuchtelements. Falls ein Verbraucher vorgesehen ist, der eine Mindesteingangsspannung benötigt, um aktiv zu werden (z. B. ein Treiber zur Ansteuerung eines Halbleiterleuchtelements) kann mittels des Gleichrichters dem Verbraucher ein Eingangssignal bereitgestellt werden, das bereits einen optimierten Betrieb des Verbrauchers ermöglicht. So kann der Gleichrichter dem Verbraucher ein Eingangssignal mit einer Mindestspannung bereitstellen; in einem Spannungsbereich bis zu dieser Mindestspannung erfolgt vorteilhaft demnach nahezu keine Leistungsentnahme durch den Verbraucher.Thus, the proposed rectifier enables an efficient supply of a consumer, for. B. a driver for driving a light source, z. B. at least one semiconductor element. If a consumer is provided that requires a minimum input voltage to become active (eg a driver for driving a semiconductor light-emitting element), an input signal can be provided to the consumer by means of the rectifier, which already enables optimized operation of the consumer. Thus, the rectifier can provide the consumer with an input signal having a minimum voltage; Accordingly, in a voltage range up to this minimum voltage, there is advantageously virtually no power removal by the consumer.

Insbesondere können n-Kanal Mosfets als elektronische Schalter in dem Gleichrichter verwendet werden. Auch können, z. B. zusätzlich, p-Kanal Mosfets, z. B. anstatt der in 1 gezeigten Dioden D1 und D2, eingesetzt werden.In particular, n-channel MOSFETs can be used as electronic switches in the rectifier. Also, z. B. additionally, p-channel mosfets, z. B. instead of in 1 shown diodes D1 and D2, are used.

Der hier vorgeschlagene Ansatz erlaubt eine zumindest teilweise Kompensation der Kapazitäten des elektronischen Schalters, insbesondere der Gate-Kapazitäten eines Mosfets, anhand der vorgeschlagenen kapazitiven und ohmschen Spannungsteiler. Insofern ist es möglich, dass der Gleichrichter auch mit einer hochfrequenten Wechselspannung angesteuert werden kann.The approach proposed here allows an at least partial compensation of the capacitances of the electronic switch, in particular the gate capacitances of a MOSFET, on the basis of the proposed capacitive and ohmic voltage dividers. In this respect, it is possible that the rectifier can also be controlled with a high-frequency AC voltage.

Insbesondere ist eine halbsynchrone Brückengleichrichtung mittels der in 1 gezeigten beiden n-Kanal Mosfets eine vorteilhafte Anwendung, da bereits eine deutliche Wirkungsgradsteigerung eines EVGs erreicht werden kann und die zusätzlichen Kosten für die Erweiterung gegenüber einem herkömmlichen Brückengleichrichter gering ausfallen.In particular, a half-synchronous bridge rectification by means of in 1 shown two n-channel MOSFETs an advantageous application, since already a significant increase in efficiency of an electronic ballast can be achieved and the additional costs for the extension compared to a conventional bridge rectifier are low.

Ergänzend sei angemerkt, dass der hier vorgeschlagene Ansatz für einen Gleichrichter mit mindestens einem elektronischen Schalter in unterschiedlichen Anwendungen einsetzbar ist. Insbesondere kann der Gleichrichter in einem Vorschaltgerät bzw. in einer Retrofit-Anwendung für ein Leuchtmittel, z. B. in einer Lampe, eingesetzt werden.In addition, it should be noted that the approach proposed here for a rectifier with at least one electronic switch can be used in different applications. In particular, the rectifier in a ballast or in a retrofit application for a light source, for. B. in a lamp can be used.

Claims (12)

Gleichrichter umfassend – mindestens einen elektronischen Schalter, wobei der elektronische Schalter mittels eines kapazitiven Spannungsteilers und mittels eines ohmschen Spannungsteilers ansteuerbar ist.Comprising rectifier - At least one electronic switch, wherein the electronic switch is controlled by means of a capacitive voltage divider and by means of a resistive voltage divider. Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der elektronische Schalter eines der folgenden Bauelemente aufweist: – einen Halbleiterschalter, – einen Transistor, – einen Feldeffekttransistor, – einen Mosfet, – einen IGBT, – einen BiCMOS-Schalter, – einen IGBT.A rectifier according to claim 1, wherein the electronic switch comprises one of the following components: A semiconductor switch, A transistor, A field effect transistor, - a mosfet, - an IGBT, A BiCMOS switch, - an IGBT. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der elektronische Schalter anstelle eines gleichrichtenden Bauteils des Gleichrichters, insbesondere anstelle einer Gleichrichterdiode, eingesetzt ist.Rectifier according to one of the preceding claims, in which the electronic switch is used instead of a rectifying component of the rectifier, in particular instead of a rectifier diode. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gleichrichter auf einer der folgenden Anordnungen basiert: – einem Brückengleichrichter, – einem Einweggleichrichter, – einem Zweiweggleichrichter, – einem Mittelpunktgleichrichter, – einem Gleichrichter für einen mehrphasigen, insbesondere einen dreiphasigen, Wechselstrom.A rectifier according to any one of the preceding claims, wherein the rectifier is based on one of the following arrangements: A bridge rectifier, A half-wave rectifier, A two-way rectifier, - a mid-point rectifier, - A rectifier for a multi-phase, especially a three-phase, alternating current. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Schalteingang des elektronischen Schalters mit einem Mittenabgriff des ohmschen Spannungsteilers und mit einem Mittenabgriff des kapazitiven Spannungsteilers verbunden ist.Rectifier according to one of the preceding claims, wherein a switching input of the electronic switch is connected to a center tap of the resistive voltage divider and to a center tap of the capacitive voltage divider. Gleichrichter nach Anspruch 5, – bei dem ein Kanalanschluss des elektronischen Schalters mit dem ersten Anschluss einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, – bei dem der kapazitive Spannungsteiler mit dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle verbunden ist, – bei dem der ohmsche Spannungsteiler mit dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle verbunden ist.Rectifier according to Claim 5, In which a channel connection of the electronic switch is connected to the first connection of an AC voltage source, In which the capacitive voltage divider is connected to the second terminal of the AC voltage source, - In which the ohmic voltage divider is connected to the second terminal of the AC voltage source. Gleichrichter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem der kapazitive Spannungsteiler parallel zu dem ohmschen Spannungsteiler ausgeführt ist.Rectifier according to one of claims 5 or 6, in which the capacitive voltage divider is designed parallel to the ohmic voltage divider. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der ohmsche Spannungsteiler mindestens zwei in Serie geschaltete Widerstände aufweist.Rectifier according to one of the preceding claims, wherein the resistive voltage divider comprises at least two resistors connected in series. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der kapazitive Spannungsteiler mindestens zwei in Serie geschaltete Kondensatoren aufweist.Rectifier according to one of the preceding claims, wherein the capacitive voltage divider comprises at least two capacitors connected in series. Gleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwei n-Kanal Mosfets als elektronische Schalter vorgesehen sind, wobei jeder n-Kanal Mosfet einen kapazitiven Spannungsteilers und einen ohmschen Spannungsteiler aufweist und über eine Parallelschaltung des kapazitiven Spannungsteiler und des ohmschen Spannungsteilers ansteuerbar ist.Rectifier according to one of the preceding claims, in which two n-channel MOSFETs are provided as electronic switches, wherein each n-channel MOSFET has a capacitive voltage divider and a resistive voltage divider and via a parallel circuit of the capacitive Voltage divider and the ohmic voltage divider can be controlled. Elektronisches Vorschaltgerät zur Ansteuerung eines Leuchtmittels oder einer Lampe umfassend einen Gleichrichter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Electronic ballast for controlling a lamp or a lamp comprising a rectifier according to one of the preceding claims. Verfahren zur Ansteuerung des Gleichrichters nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der mindestens eine elektronische Schalter mittels des kapazitiven Spannungsteilers und mittels des ohmschen Spannungsteilers angesteuert wird.Method for controlling the rectifier according to one of claims 1 to 10, wherein the at least one electronic switch is controlled by means of the capacitive voltage divider and by means of the resistive voltage divider.
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